(57)【要約】【課題】簡単な構成で、電源高調波の抑制と力率改善の機能を有し、高効率かつ低ノイズの直流電源装置を提供する。【解決手段】交流電源１と、負荷２に並列に接続されたコンデンサ３と、コンデンサ３の正極にカソードが接続された第１の複数のダイオード４ａ，４ｂと、コンデンサ３の負極にアノードが接続され、カソードがそれぞれ交流電源１の各ラインに接続された第２の複数のダイオード６ａ，６ｂと、第１の複数のダイオードのアノードと交流電源の各ライン間にそれぞれ接続された複数のリアクトル５ａ，５ｂと、アノードが第１の複数のダイオード４ａ，４ｂのアノードにそれぞれ接続され、カソードが共通接続された第３の複数のダイオード７ａ，７ｂと、第３の複数のダイオード７ａ，７ｂのカソードとコンデンサ３の負極との間に接続されたスイッチング素子８とを備えて、スイッチング素子８を制御することによって所望の直流電圧を負荷へ供給する。【選択図】図１
2009189113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と、負荷に並列に接続されたコンデンサと、コンデンサの正極にカソードが接続された第１の複数のダイオードと、コンデンサの負極にアノードが接続され、カソードがそれぞれ交流電源の各ラインに接続された第２の複数のダイオードと、第１の複数のダイオードのアノードと交流電源の各ライン間にそれぞれ接続された複数のリアクトルと、アノードが第１の複数のダイオードのアノードにそれぞれ接続され、カソードが共通接続された第３の複数のダイオードと、第３の複数のダイオードのカソードとコンデンサの負極との間に接続されたスイッチング素子とを備え、スイッチング素子を制御することによって所望の直流電圧を負荷へ供給することを特徴とする直流電源装置。
【請求項２】
交流電源と、負荷に並列に接続されたコンデンサと、コンデンサの正極にカソードが接続された第１の複数のダイオードと、コンデンサの負極に一端が接続された第１の抵抗と、第１の抵抗の他端にアノードが接続され、カソードがそれぞれ交流電源の各ラインに接続された第２の複数のダイオードと、第１の複数のダイオードのアノードと交流電源の各ライン間にそれぞれ接続された複数のリアクトルと、アノードが第１の複数のダイオードのアノードにそれぞれ接続され、カソードが共通接続された第３の複数のダイオードと、第３の複数のダイオードのカソードとコンデンサの負極との間に接続されたスイッチング素子とを備え、スイッチング素子を制御することによって所望の直流電圧を負荷へ供給する直流電源装置において、第１の抵抗を用いて交流入力電流を検出することを特徴とする直流電源装置。
【請求項３】
交流電源と、負荷に並列に接続されたコンデンサと、コンデンサの正極にカソードが接続された第１の複数のダイオードと、コンデンサの負極にアノードが接続され、カソードがそれぞれ交流電源の各ラインに接続された第２の複数のダイオードと、第１の複数のダイオードのアノードと交流電源の各ライン間にそれぞれ接続された複数のリアクトルと、アノードが第１の複数のダイオードのアノードにそれぞれ接続され、カソードが共通接続された第３の複数のダイオードと、第３の複数のダイオードのカソードとコンデンサの負極との間に直列に接続されたスイッチング素子と第２の抵抗とを備え、スイッチング素子を制御することによって所望の直流電圧を負荷へ供給することを特徴とする直流電源装置において、第２の抵抗を用いて交流入力電流を検出することを特徴とする直流電源装置。
【請求項４】
複数個のリアクトルは、同一のコアにて構成され、リアクトルの各巻線は、交流電源の各ラインから負荷へ流れる方向の電流による磁束が同一方向となるように巻かれていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の直流電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源からの交流電圧を整流して負荷へ直流電圧を供給する直流電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電源高調波の抑制と力率改善の機能を有し、高効率にて交流電圧から直流電圧に電力変換を行う直流電源装置を実現する回路として、図８に示すような回路が知られている。
【０００３】
図８の回路によれば、交流入力電流の高調波抑制と力率改善を行いつつ、交流電圧を全波整流して得られる直流電圧より高い出力電圧を得るためのＡＣ／ＤＣ変換回路において、電流の通過する半導体素子の個数を最少とすることによって、高い変換効率を得ることができる（特許文献１参照）。
【０００４】
また、同様の効果を有する直流電源装置を実現する別の回路として、図９に示すような、特開２００３−３４８８４９号公報中の図１に示された回路が知られている。
【０００５】
図９の回路によれば、２個のスイッチング素子２０１，２０３を、直流電源装置の負側電位を基準とした電源および駆動信号によって直接駆動することができるため、スイッチング素子の駆動電源および駆動回路の構成を簡単にすることができると同時に、高価な直流電流検出器を使用せずに交流電源１の入力電流を検出することができる（特許文献２参照）。
【特許文献１】特公平７−７９５４８号公報
【特許文献２】特開２００３−３４８８４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の直流電源装置は、前者の場合、２個のスイッチング素子の電位が異なるために、ＨＶＩＣ（高耐圧ＩＣ）やフォトカプラを用いた回路構成が必要となり、スイッチング素子の駆動動回路および保護回路が後者に比べて複雑になるという課題がある。
【０００７】
また、後者の場合、リアクトルに接続されていない側のスイッチング素子のスイッチング動作時に、負荷に供給される直流電圧の負側電位から見た交流電源ラインの電位変動が生じるため、コモンモードノイズが増加するという課題がある。
【０００８】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、簡単な回路構成にて、電源高調波の抑制と力率改善の機能を有し、高効率かつ低ノイズにて、交流電圧から直流電圧に電力変換を行う直流電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明の直流電源装置は、交流電源と、負荷に並列に接続されたコンデンサと、コンデンサの正極にカソードが接続された第１の複数のダイオードと、コンデンサの負極にアノードが接続され、カソードがそれぞれ交流電源の各ラインに接続された第２の複数のダイオードと、第１の複数のダイオードのアノードと交流電源の各ライン間にそれぞれ接続された複数のリアクトルと、アノードが第１の複数のダイオードのアノードにそれぞれ接続され、カソードが共通接続された第３の複数のダイオ
ードと、第３の複数のダイオードのカソードとコンデンサの負極との間に接続されたスイッチング素子とを備え、スイッチング素子を制御することによって所望の直流電圧を負荷へ供給する構成としてあり、ＨＶＩＣやフォトカプラを用いることなく、スイッチング素子を駆動することができ、かつ、電流の通過する半導体素子の個数を最少とすることができると同時に、複数組のスイッチング素子のうち、スイッチング動作する側のスイッチング素子に接続されたリアクトルのみに電流が流れ、他方のリアクトルには電流が流れず、ダイオードに電流が流れることから、電流が流れない側のリアクトルに接続された側の交流電源ラインの電位を、負荷へ供給される直流電圧の負側電位に常に固定することができるため、スイッチング素子のスイッチング動作によって発生する直流電圧の負側電位から見た交流電源ラインの電位変動を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の直流電源装置は、ＨＶＩＣやフォトカプラを用いることなく、スイッチング素子を駆動することができ、かつ、電流の通過する半導体素子の個数を最少とすることができると同時に、スイッチング素子のスイッチング動作によって発生する直流電圧の負側電位から見た交流電源ラインの電位変動を抑制することができるため、簡単な回路構成にて、高調波の抑制と力率改善の機能を有する高効率かつ低ノイズの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】
【００１１】
第１の発明は、交流電源と、負荷に並列に接続されたコンデンサと、コンデンサの正極にカソードが接続された第１の複数のダイオードと、コンデンサの負極にアノードが接続され、カソードがそれぞれ交流電源の各ラインに接続された第２の複数のダイオードと、第１の複数のダイオードのアノードと交流電源の各ライン間にそれぞれ接続された複数のリアクトルと、アノードが第１の複数のダイオードのアノードにそれぞれ接続され、カソードが共通接続された第３の複数のダイオードと、第３の複数のダイオードのカソードとコンデンサの負極との間に接続されたスイッチング素子とを備え、スイッチング素子を制御することによって所望の直流電圧を負荷へ供給する構成としてあり、ＨＶＩＣやフォトカプラを用いることなく、スイッチング素子を駆動することができ、かつ、電流の通過する半導体素子の個数を最少とすることができると同時に、スイッチング素子のスイッチング動作によって発生する直流電圧の負側電位から見た交流電源ラインの電位変動を抑制することができるため、簡単な回路構成にて、高調波の抑制と力率改善の機能を有する直流電源装置を、高効率かつ低ノイズにて実現することができる。
【００１２】
第２の発明は、交流電源と、負荷に並列に接続されたコンデンサと、コンデンサの正極にカソードが接続された第１の複数のダイオードと、コンデンサの負極に一端が接続された第１の抵抗と、第１の抵抗の他端にアノードが接続され、カソードがそれぞれ交流電源の各ラインに接続された第２の複数のダイオードと、第１の複数のダイオードのアノードと交流電源の各ライン間にそれぞれ接続された複数のリアクトルと、アノードが第１の複数のダイオードのアノードにそれぞれ接続され、カソードが共通接続された第３の複数のダイオードと、第３の複数のダイオードのカソードとコンデンサの負極との間に接続されたスイッチング素子とを備え、スイッチング素子を制御することによって所望の直流電圧を負荷へ供給する直流電源装置において、第１の抵抗を用いて交流入力電流を検出する構成としてあり、第１の発明の効果に加えて、交流電源からの入力電流を簡単な回路構成にて検出することができる。
【００１３】
第３の発明は、交流電源と、負荷に並列に接続されたコンデンサと、コンデンサの正極にカソードが接続された第１の複数のダイオードと、コンデンサの負極にアノードが接続され、カソードがそれぞれ交流電源の各ラインに接続された第２の複数のダイオードと、第１の複数のダイオードのアノードと交流電源の各ライン間にそれぞれ接続された複数の
リアクトルと、アノードが第１の複数のダイオードのアノードにそれぞれ接続され、カソードが共通接続された第３の複数のダイオードと、第３の複数のダイオードのカソードとコンデンサの負極との間に直列に接続されたスイッチング素子と第２の抵抗とを備え、スイッチング素子を制御することによって所望の直流電圧を負荷へ供給することを特徴とする直流電源装置において、第２の抵抗を用いて交流入力電流を検出する構成としてあり、第２の発明の第１の抵抗に比べて第２の抵抗に電流が流れる期間が短くなることから、より高効率の電源を得ることができる。
【００１４】
第４の発明は、特に第１〜第３のいずれか１つの発明において、複数個のリアクトルを同一のコアにて構成し、リアクトルの各巻線を、交流ラインから負荷へ流れる方向の電流による磁束が同一となるように巻くことによって、リアクトルのコアの磁束の方向を一方向のみとすることで、リアクトルの鉄損を低減することができるため、より効率の高い電源を得ることが可能となる。
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における直流電源装置の構成を示すものである。
【００１７】
図１に示すように、本実施の形態における直流電源装置は、交流電源１と、負荷２に並列接続されたコンデンサ３と、コンデンサ３の正極側にカソードが接続された２組の高速タイプのダイオード４ａ，４ｂと、ダイオード４ａ，４ｂのアノードと交流電源１の各ライン間にそれぞれ接続されたリアクトル５ａ，５ｂと、コンデンサ３の負極と交流電源１の各ライン間にそれぞれ接続されたダイオード６ａ，６ｂを備える。
【００１８】
さらに本発明の実施の形態における直流電源装置は、ダイオード４ａ，４ｂのアノードにそれぞれアノードが接続され、カソードが共通に接続されたダイオード７ａ，７ｂが接続され、ダイオード７ａ，７ｂのカソードとコンデンサ３の負極間にＩＧＢＴやＮチャネルのパワーＭＯＳＦＥＴなどで構成されるスイッチング素子８が接続される。
【００１９】
さらに、本実施の形態における直流電源装置は、交流電源１からの入力電流を検出する電流検出器９を供え、交流電源１からの入力電流を略正弦波状の電流に制御しながら、負荷２に供給される直流電圧が所望の値となるように、スイッチング素子８をＰＷＭ制御することで、高調波の抑制と力率の改善を実現する。
【００２０】
図２は、交流電源１の電源電圧が正の半周期間における電流の流れる経路を示した図である。図２（ａ）は、スイッチング素子８のオン時に、図２（ｂ）は、スイッチング素子８のオフ時にそれぞれ対応する。図２に示すように、交流電源１の電源電圧が正の半周期間には、リアクトル５ａのみに電流が流れ、リアクトル５ｂには電流が流れない。
【００２１】
したがって、スイッチング素子８がオン・オフ動作しても、交流電源１のＶ点の電位は、ダイオード６ｂの電圧降下を無視すると直流電圧の負側電位に固定されるため、スイッチング動作時における電位変動は、図８に示す従来の直流電源装置と同様に生じない。
【００２２】
また、図３は、交流電源１の電源電圧が負の半周期間における電流の流れる経路を示した図である。図３（ａ）は、スイッチング素子８のオン時に、図３（ｂ）は、スイッチング素子８のオフ時にそれぞれ対応する。図３に示すように、交流電源１の電源電圧が負の半周期間には、リアクトル５ｂのみに電流が流れ、リアクトル５ａには電流が流れない。
【００２３】
したがって、スイッチング素子８がオン・オフ動作しても、交流電源１のＵ点の電位は、ダイオード６ａの電圧降下を無視すると直流電圧の負側電位に固定されるため、スイッチング動作時における電位変動は、図８に示す従来の直流電源装置と同様に生じない。
【００２４】
以上により、本発明の直流電源装置は、交流電源１の電源電圧が正の半周期間においても、負の半周期間においても、図９に示すような構成の従来の直流電源装置で生じるような、スイッチング動作時における電位変動によるコモンモードノイズの増加は起きない。
【００２５】
また、本発明の直流電源装置は、図８および図９に示すような従来の直流電源装置と同様に、よく知られている１石昇圧型のアクティブフィルタ型の直流電源装置に比べて、電流の通過する半導体の個数を少なくすることができるため、損失を低減することができる。
【００２６】
さらに、スイッチング素子８の駆動においても、図８に示す従来の直流電源装置のように、ＨＶＩＣやフォトカプラを用いる必要がないため、スイッチング素子８の駆動回路を簡単に構成することが可能である。
【００２７】
したがって、本実施の形態の直流電源装置は、簡単な回路構成にて、高調波の抑制と力率改善の機能を有し、高効率かつノイズの少ない直流電源装置を実現することができる。
【００２８】
なお、本実施の形態においては、スイッチング素子８をＩＧＢＴやＮチャネルのパワーＭＯＳＦＥＴにて構成した例を示したが、図４に示すように、交流電源１と、負荷２に並列接続されたコンデンサ３と、コンデンサ３の負極側にアノードが接続された第１の複数のダイオード４ａ，４ｂと、コンデンサ３の正極側にカソードが接続され、アノードがそれぞれ交流電源１の各ラインに接続された第２の複数のダイオード６ａ，６ｂと、第１の複数のダイオードのカソードと交流電源１の各ライン間にそれぞれ接続された複数のリアクトル５ａ，５ｂと、カソードが第１の複数のダイオード４ａ，４ｂのカソードにそれぞれ接続され、アノードが共通接続された第３の複数のダイオード７ａ，７ｂを備え、第３の複数のダイオード７ａ，７ｂのアノードとコンデンサ３の正極との間にＰチャネルのパワーＭＯＳＦＥＴなどで構成されたスイッチング素子８を接続した回路構成としても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００２９】
（実施の形態２）
図５は、本発明の第２の実施の形態における直流電源装置の構成を示すものである。
【００３０】
図５に示すように、本実施の形態における直流電源装置は、実施の形態１において、電流検出器９を省き、代わりにダイオード７ａ，７ｂのアノードとコンデンサ３の負極間に第１の抵抗１０が接続された構成を有する。
【００３１】
本実施の形態における直流電源装置では、図２、図３にて示された実施の形態１における電流経路から明らかなように、第１の抵抗１０に常に交流電源１からの入力電流の絶対値に等しい電流がコンデンサ３の負極からダイオード７ａ，７ｂのアノードの方向に流れることから、第１の抵抗１０の両端電圧ＶＲから簡単に入力電流を検出することが可能となる。
【００３２】
なお、本実施の形態２においても、スイッチング素子８をＩＧＢＴとしたが、実施の形態１と同様に、ＰチャネルのパワーＭＯＳＦＥＴを用いた回路構成とした場合においても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００３３】
（実施の形態３）
図６は、本発明の第３の実施の形態における直流電源装置の構成を示すものである。
【００３４】
図６に示すように、本実施の形態の直流電源装置は、実施の形態１において、電流検出器９を省き、代わりにスイッチング素子８に直列に第２の抵抗１１を接続した構成を有する。
【００３５】
一般に、図８や図９に示す従来のアクティブフィルタ型の直流電源装置においては、交流電源１からの入力電流を検出し、入力電流が所望の目標電流となるように、電流フィードバック制御を行うが、交流電源１からの入力電流は、スイッチング素子８のオン時の電流のみ検出できれば、制御可能である。
【００３６】
本実施の形態の直流電源装置では、第２の抵抗１１にスイッチング素子８のオン時の電流が流れることから、第２の抵抗１１の両端電圧を用いて交流電源１からの入力電流を検出することによって、交流電源１からの入力電流を略正弦波状に制御することが可能である。
【００３７】
本実施の形態における直流電源装置は、スイッチング素子８のオン期間のみ入力電流の検出に用いる抵抗に電流が流れることから、実施の形態１に比べて電流が流れる期間が短くなるため、より効率の高い直流電源装置を得ることが可能となる。
【００３８】
さらに、実施の形態における直流電源装置においては、第２の抵抗１１がスイッチング素子８に直列に接続されていることから、第２の抵抗１１を用いてスイッチング素子８の過電流保護を構成する場合、簡単な構成にて過電流保護回路を実現することが可能である。
【００３９】
なお、本実施の形態３においても、スイッチング素子８をＩＧＢＴとしたが、実施の形態１と同様に、ＰチャネルのパワーＭＯＳＦＥＴを用いた回路構成とした場合においても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００４０】
（実施の形態４）
図７は、本発明の第４の実施の形態における直流電源装置の構成を示すものである。
【００４１】
図７に示すように、本実施の形態の直流電源装置は、実施の形態１において、リアクトル５ａ，５ｂのコアを共通とした構成を有するものである。
【００４２】
本実施の形態における直流電源装置は、複数のリアクトルを、コアを共通としたリアクトル５にて実現するため、回路の小型化が可能である。
【００４３】
さらに、リアクトルの巻線を、図７に示すように、交流電源１の各ラインから負荷側へ流れる電流が作る磁束の向きが同一となるように巻くことによって、単一のリアクトルで構成される図８および図９に示すような従来の直流電源装置では正負両方の向きに変化するコア内の磁束を、一方向のみの変化にすることができる。
【００４４】
したがって、本実施の形態の直流電源装置は、単一のリアクトルで構成される図８および図９に示すような従来の直流電源装置に比べてリアクトルのコアにおけるヒステリシスループを小さくすることができ、リアクトル５の鉄損を低減することができることから、より高効率の直流電源装置を得ることができる。
【００４５】
なお、本実施の形態４においても、スイッチング素子８をＩＧＢＴとしたが、実施の形態１と同様に、ＰチャネルのパワーＭＯＳＦＥＴを用いた回路構成とした場合においても
同様の効果が得られることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上のように、本発明にかかる直流電源装置は、簡単な構成で、電源高調波の抑制と力率改善機能を有し、高効率でノイズの少ない直流電源装置を得ることができるため、空気調和機や、ヒートポンプ給湯機、冷蔵庫、洗濯機などの電化製品の電源装置として適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態１における直流電源装置の構成を示す図
【図２】（ａ）（ｂ）本発明の実施の形態１における直流電源装置の、交流電源１の入力電圧が正の半周期間における電流の流れる経路を示す図
【図３】（ａ）（ｂ）本発明の実施の形態１における直流電源装置の、交流電源１の入力電圧が負の半周期間における電流の流れる経路を示す図
【図４】本発明の実施の形態１における直流電源装置の別の構成を示す図
【図５】本発明の実施の形態２における直流電源装置の構成を示す図
【図６】本発明の実施の形態３における直流電源装置の構成を示す図
【図７】本発明の実施の形態４における直流電源装置の構成を示す図
【図８】従来の直流電源装置の構成を示す図
【図９】従来の直流電源装置の別の構成を示す図
【符号の説明】
【００４８】
１  交流電源
２  負荷
３  コンデンサ
４ａ  第１のダイオード
４ｂ  第１のダイオード
５  リアクトル
５ａ  リアクトル
５ｂ  リアクトル
６ａ  第２のダイオード
６ｂ  第２のダイオード
７ａ  第３のダイオード
７ｂ  第３のダイオード
８  スイッチング素子
１０  第１の抵抗
１２  第２の抵抗
【図１】
2009189113.tif 000003
【図２】
2009189113.tif 000004
【図３】
2009189113.tif 000005
【図４】
2009189113.tif 000006
【図５】
2009189113.tif 000007
【図６】
2009189113.tif 000008
【図７】
2009189113.tif 000009
【図８】
2009189113.tif 000010
【図９】
2009189113.tif 000011