(57)【要約】  【課題】少ない種類で少数の部品を用いながら、高調波電流が少なく力率改善効果の高い直流電源装置を実現する。  【解決手段】三相交流電源１０と、その各相出力端子に交流リアクトルＬ１〜Ｌ３をそれぞれ介して各相入力端子が接続され、かつ、整流用ダイオードＤ１〜Ｄ６を三相ブリッジ接続してなる全波整流回路２０と、その正側、負側の両出力端子間に接続された平滑コンデンサＣ１とを有する直流電源装置に関する。全波整流回路２０の各相入力端子を、高調波低減用ダイオードＤ７〜Ｄ９のアノードにそれぞれ接続し、これらのカソードを一括して半導体スイッチング素子Ｔ１の入力端子に接続すると共に、その出力端子を全波整流回路２０の負側出力端子に接続する。【選択図】図１
2005245057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流電源と、
この電源の各相出力端子に交流リアクトルをそれぞれ介して各相入力端子が接続され、かつ、整流用ダイオードを三相ブリッジ接続してなる全波整流回路と、
この全波整流回路の正側、負側の両出力端子間に接続された平滑コンデンサと、を有する直流電源装置において、
前記全波整流回路の各相入力端子を、高調波低減用ダイオードのアノードにそれぞれ接続し、これらの高調波低減用ダイオードのカソードを一括して自己消弧形の半導体スイッチング素子の入力端子に接続すると共に、この半導体スイッチング素子の出力端子を前記全波整流回路の負側出力端子に接続したことを特徴とする直流電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載した直流電源装置において、
前記平滑コンデンサの電圧を検出する検出手段と、
この検出手段により検出した電圧が設定値に一致するように前記半導体スイッチング素子のオンオフを制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする直流電源装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載した直流電源装置において、
前記全波整流回路の直流電流を検出する検出手段と、
この検出手段により検出した電流が設定値に一致するように前記半導体スイッチング素子のオンオフを制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする直流電源装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載した直流電源装置において、
前記整流用ダイオード及び高調波低減用ダイオードを、同一種類の素子により構成したことを特徴とする直流電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三相交流電圧を全波整流して得た直流電圧を平滑コンデンサを介して負荷に供給する直流電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３は、直流電源装置の第１の従来技術を示す回路図である。
図において、１０は三相交流電源、２０は三相交流電源１０の各相出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗに接続された全波整流回路、Ｄ１〜Ｄ６は三相ブリッジ接続された整流用ダイオード、Ｌ４は全波整流回路２０の正側出力端子に一端が接続された直流リアクトル、Ｃ１は直流リアクトルＬ１の他端と全波整流回路２０の負側出力端子との間に接続された平滑コンデンサであり、平滑コンデンサＣ１の両端には負荷（図示せず）が接続されている。なお、上記構成はチョーク入力形の整流回路として知られている。
【０００３】
この従来技術では、全波整流回路２０の出力電流を直流リアクトルＬ４に通流させることにより、交流電流に含まれる高調波成分を低減すると共に、結果的に電源の力率向上を図っている。
しかしながら、一般にこの回路では高調波の低減効果や力率改善効果が低く、高調波の含有率は約４０％であり、電源の力率も８５％程度である。
【０００４】
次に、図４は第２の従来技術を示しており、後述する特許文献１に記載された直流電源装置に相当する。
すなわち、第２の従来技術は、三相交流電源１０と全波整流回路２０との間に交流リアクトルＬ１〜Ｌ３を接続し、全波整流回路２０の正側、負側の両出力端子間に自己消弧形の半導体スイッチング素子Ｔ１を接続すると共に、前記出力端子の何れか一方と平滑コンデンサＣ１の一端との間にダイオードＤ１０を接続して構成されている。
【０００５】
この従来技術によれば、半導体スイッチング素子Ｔ１のオン、オフ動作と交流リアクトルＬ１〜Ｌ３の作用により、交流電源１０側の各相電流の通流期間を長くし、かつ、交流電流の変化を滑らかにすることができる。このため、図３の従来技術よりも一層、交流電流、交流電圧の歪みを少なくして高調波成分を低減し、また、電源の力率を向上させている。
【０００６】
更に、図示されていないが第３の従来技術として、後述する特許文献２に記載されたダイオード整流回路の入力高調波電流低減回路が知られている。
この従来技術は、三相交流電源とダイオード整流回路（全波整流回路）との間に、交流リアクトルと、半導体スイッチング素子をブリッジ接続してなる半導体スイッチ回路とを接続して構成されており、比較的小容量で済む半導体スイッチ回路のスイッチング素子をオン、オフすることで、直流出力電圧を制御しながら電源側力率の改善、高調波電流の低減を図っている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１７４４４３号公報（請求項１、図１等）
【特許文献２】特開２００２−１１９０６０号公報（図１〜図４等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述した第２の従来技術では、全波整流後の電流がダイオードＤ１０を通して流れるため、損失が増える欠点がある。
また、ダイオードＤ１０には、全波整流回路２０内の三相分の整流用ダイオードＤ１〜Ｄ６のうち、二相分のダイオードによって整流された電流がまとめて流れるので、ダイオードＤ１０の定格電流を整流用ダイオードＤ１〜Ｄ６よりも大きくする必要がある。すなわち、ダイオードの種類として、同一定格電流の１種類のダイオードＤ１〜Ｄ６と、これらよりも定格電流が大きい別の１種類のダイオードＤ１０の合計２種類を用意しなくてはならない。
このため、定格電流が大きいダイオードＤ１０はコストの増加を招くと共に、直流電源装置を量産する際に、定格が異なる２種類のダイオードを在庫に持ったり、自動組立機械を使用する時に２種類のダイオードをセットしなくてはならず、部品の調達や保管、組立作業が煩雑になるという問題があった。
【０００９】
一方、第３の従来技術では、高調波電流はかなり抑制されるものの、半導体スイッチ回路等に使用する部品数が多いため、価格が高くなるという問題があった。
【００１０】
そこで本発明の課題は、定格電流が等しい同一種類の部品をできるだけ使用可能とし、しかも部品数を必要最小限にとどめて高調波電流の低減及び電源側力率の向上を可能にした低価格の直流電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、請求項１に記載した発明は、三相交流電源と、この電源の各相出力端子に交流リアクトルをそれぞれ介して各相入力端子が接続され、かつ、整流用ダイオードを三相ブリッジ接続してなる全波整流回路と、この全波整流回路の正側、負側の両出力端子間に接続された平滑コンデンサと、を有する直流電源装置において、
前記全波整流回路の各相入力端子を、高調波低減用ダイオードのアノードにそれぞれ接続し、これらの高調波低減用ダイオードのカソードを一括して自己消弧形の半導体スイッチング素子の入力端子に接続すると共に、この半導体スイッチング素子の出力端子を前記全波整流回路の負側出力端子に接続したものである。
【００１２】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した直流電源装置において、前記平滑コンデンサの電圧を検出する検出手段と、この検出手段により検出した電圧が設定値に一致するように前記半導体スイッチング素子のオンオフを制御する制御手段と、を備えたものである。
【００１３】
請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載した直流電源装置において、前記全波整流回路の直流電流を検出する検出手段と、この検出手段により検出した電流が設定値に一致するように前記半導体スイッチング素子のオンオフを制御する制御手段と、を備えたものである。
【００１４】
請求項４に記載した発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載した直流電源装置において、前記整流用ダイオード及び高調波低減用ダイオードを、同一種類の素子により構成したものである。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１または２に記載した発明によれば、動作原理上、特定のダイオードに大きな電流が流れることがないため、同一定格で単一種類のダイオードを使用できるようになり、部品の調達や保管、組立作業に伴う煩雑さやコストの増加を回避することができる。また、請求項１に記載した発明では、ブリッジ構成の半導体スイッチ回路を要する第３の従来技術に比べて部品数を少なくできるので、コストの低減が可能である。
総じて、本発明によれば、少ない種類で少数の部品を用いながら、高調波電流が少なく力率改善効果の高い直流電源装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は本発明の第１実施形態を示す回路図であり、図４と同一の構成要素には同一の参照符号を付して説明を省略し、以下では異なる部分を中心に説明する。
【００１７】
すなわち、図１において、全波整流回路２０の各相入力端子（整流用ダイオードＤ１，Ｄ４、同じくＤ２，Ｄ５、同じくＤ３，Ｄ６のそれぞれの相互接続点）には高調波低減用ダイオードＤ７，Ｄ８，Ｄ９のアノードがそれぞれ接続され、これらのカソードはＩＧＢＴ等の自己消弧形半導体スイッチング素子Ｔ１のコレクタに一括して接続されると共に、半導体スイッチング素子Ｔ１のエミッタは全波整流回路２０の負側出力端子に接続されている。
なお、整流用ダイオードＤ１〜Ｄ６及び高調波低減用ダイオードＤ７〜Ｄ９には、少なくとも定格電流が等しい同一種類の素子を使用することが望ましい。
【００１８】
ここで、図３に示した第１の従来技術において、交流電流の高調波含有率が大きいのは、三相交流電源１０の電圧が平滑コンデンサＣ１の電圧よりも高くならないと交流電源１０から電流が流れ出さないのが最も大きな原因である。言い換えれば、図３の場合よりも高い頻度で交流電源１０から電流を流しておけば、電源電圧が平滑コンデンサＣ１の電圧より高くなった際に交流電源１０から急激に電流が流れ出すのを防ぐことができ、これにより電流波形の歪みをなくして高調波電流を抑制することができる。
【００１９】
そこで、図１の実施形態では、半導体スイッチング素子Ｔ１を電源の周波数（一般に商用周波数である５０［Ｈｚ］や６０［Ｈｚ］）よりも充分に速い速度でオン、オフさせることとした。
スイッチング素子Ｔ１がオンすると、平滑コンデンサＣ１の電圧に関係なく交流電源１０から高調波低減用ダイオードＤ７〜Ｄ９及びスイッチング素子Ｔ１を介して電流が流れ、また、スイッチング素子Ｔ１をオフした際には、オン時に交流リアクトルＬ１〜Ｌ３を流れていた電流が整流用ダイオードＤ１〜Ｄ６の何れかを通って平滑コンデンサＣ１に流れ、このコンデンサＣ１を充電する。
上記のような動作により、交流電源１０側には高調波含有率の小さい交流電流を流すことができ、結果的に電源の力率を向上させることができる。
【００２０】
次に、図２は本発明の第２実施形態を示す回路図である。この実施形態は、第１実施形態を基本としてスイッチング素子Ｔ１の駆動制御手段を付加したものである。
【００２１】
図２において、平滑コンデンサＣ１の電圧を検出する電圧検出手段１１が設けられており、その電圧検出値は直流電圧設定値と共に図示の符号で加算手段１２に入力されている。
加算手段１２により求められた直流電圧の偏差は調節器等からなる電圧一定制御手段１３に入力されており、上記偏差をなくすように演算された出力信号としての電流設定値は、電流検出手段１７による直流電流検出値と共に図示の符号で加算手段１４に入力されている。
【００２２】
加算手段１４により求められた直流電流の偏差は調節器等からなる電流一定制御手段１５に入力され、上記偏差をなくすように演算された出力信号は駆動回路１６に入力されてスイッチング素子Ｔ１をオン、オフさせるスイッチングパルスが生成され、このパルスによってスイッチング素子Ｔ１がオン、オフ制御される。
【００２３】
この実施形態においては、電圧検出手段１１、加算手段１２及び電圧一定制御手段１３により平滑コンデンサＣ１の電圧が直流電圧設定値に一致するように制御すると共に、電流検出手段１７、加算手段１４及び電流一定制御手段１５によりダイオードＤ４，Ｄ５，Ｄ６の入力電流（全波整流回路２０の直流電流）が一定になるように半導体スイッチング素子Ｔ１をオン・オフ制御している。
従って、本実施形態によれば、第１実施形態と同様に高調波電流の低減、電源の力率改善効果が得られるだけでなく、直流電源装置の出力電圧を一定に保つことができる。
【００２４】
なお、図２の回路の動作をシミュレータにより解析すると、高調波の含有率は約２０％であって図３の従来技術と比べてほぼ半減すると共に、高調波含有率の低下によって電源の力率も改善されることが確認されている。
【００２５】
また、第１，第２実施形態の何れの場合も、図４の従来技術におけるダイオードＤ１０と異なって特定のダイオードに大きな電流が流れることがない。よって、整流用ダイオードＤ１〜Ｄ６及び高調波低減用ダイオードＤ７〜Ｄ９として定格電流が等しい同一種類の素子を使用することができる。
このため、従来のように複数種類のダイオードを用意する必要がなく、部品の調達や保管、組立作業に伴う煩雑さやコストの増加を招くおそれもないものである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態を示す回路図である。
【図２】本発明の第２実施形態を示す回路図である。
【図３】第１の従来技術を示す回路図である。
【図４】第２の従来技術を示す回路図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０：三相交流電源
１１：電圧検出手段
１２，１４：加算手段
１３：電圧一定制御手段
１５：電流一定制御手段
１６：駆動回路
１７：電流検出手段
２０：全波整流回路
Ｄ１〜Ｄ６：整流用ダイオード
Ｄ７〜Ｄ９：高調波低減用ダイオード
Ｌ１〜Ｌ３：交流リアクトル
Ｃ１：平滑コンデンサ
Ｔ１：半導体スイッチング素子
【図１】
2005245057.tif 000003
【図２】
2005245057.tif 000004
【図３】
2005245057.tif 000005
【図４】
2005245057.tif 000006