(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と、前記交流電源からの交流を全波整流する４個のダイオードで形成されたブリッジ整流回路と、前記ブリッジ整流回路の直流出力端に接続された平滑コンデンサとを有する電源装置であって、前記交流電源と前記ブリッジ整流回路の交流入力端との間に接続されたリアクタと、前記ブリッジ整流回路のいずれか一方の交流入力端といずれか一方の直流出力端との間にコンデンサ及びこれに直列に接続された開閉手段を備え、前記開閉手段と並列に前記交流電源側がカソードで前記直流出力端側がアノードとして接続されたダイオードを備えた電源装置。
【請求項２】
前記開閉手段を開閉する開閉制御回路と、前記交流電源と前記ブリッジ整流回路の交流入力端との間に交流電源ゼ口位相検出回路を備え、前記開閉制御回路による開閉手段の開閉を前記交流電源ゼ口位相検出回路の信号に同期して行なうことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記リアク夕は一定電流値以上の領域で磁気的に飽和させることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項４】
交流電源と、前記交流電源からの交流を全波整流する４個のダイオードで形成されたブリッジ整流回路と、前記ブリッジ整流回路の直流出力端に接続された平滑コンデンサとを有する電源装置であって、前記交流電源と前記ブリッジ整流回路の交流入力端との間に接続されたリアクタと、前記ブリッジ整流回路の交流入力端と直流出力端との間にコンデンサ及びこれに直列にカソードを直流出力端側として接続されたサイリス夕を備え、前記サイリスタと並列に接続され前記交流電源側がカソードで前記直流出力端側がアノードとして接続されたダイオードを有し、前記直流出力端の負側に電流検出手段を備え、この出力により前記サイリスタを開閉することを特徴とする電源装置。
【請求項５】
前記電流検出手段と並列にブリッジ整流回路側をカソードとしてダイオードを接続したことを特徴とする請求項４記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブリッジ整流回路を利用した整流方式を用い、装置、システム等に電力を供給する電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ダイオードを利用した種々の整流方式が知られている。図８にブリッジ整流回路を利用した全波整流回路の一例を示す。本図に示した全波整流回路は、４個のダイオ−ド１〜４で構成されたブリッジ整流回路５と整流後段に平滑コンデンサ８を備えている。１４は負荷を示している。
【０００３】
図８（ａ）は、交流電源６からの交流が正の半周期の間における電流の流れを示している。電流は矢印で示したように、ダイオード１、平滑コンデンサ８、ダイオード４の順に流れるので、正の電圧Ｖoを取り出すことができる。
【０００４】
図８（ｂ）は、交流電源６からの交流が負の半周期の間における電流の流れを示している。電流は矢印で示したように、ダイオード３、平滑コンデンサ８、ダイオード２の順に流れるので、正の電圧Ｖoを取り出すことができる。すなわち、
交流電源６からの交流入力は全波整流され、正の直流電圧が得られることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のような従来の電源装置では、交流電源６の電圧が直流出力電圧より高い期間しか入力電流が流れないため力率が低く、電源高調波も大きくなるという問題があった。
【０００６】
通常これらの改善策として交流電源６とブリッジ整流回路５との間にリアクタを接続する方法が用いられているが、この方法では、高調波は抑制できても力率が約７０％程度しか得られないため、中容量から大容量の電源としては構成する素子の大型化、ひいては装置の大型化を招くとともに、電源系統にも負担をかけるという問題があった。
【０００７】
本発明の電源装置は、前記のような従来の問題を解決するものであり、ブリッジ整流回路の交流入力端と直流出力端との間にコンデンサを接続することにより、高力率と高調波抑制とが両立できる電源装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の電源装置は、交流電源と、前記交流電源からの交流を全波整流する４個のダイオードで形成されたブリッジ整流回路と、前記ブリッジ整流回路の直流出力端に接続された平滑コンデンサとを有する電流装置であって、前記交流電源と前記ブリッジ整流回路の交流入力端との間に接続されたリアクタと、前記ブリッジ整流回路の交流入力端と直流出力端との間にコンデンサ及びこれに直列に接続された開閉手段を備え、前記開閉手段と並列に前記交流電源側がカソードで前記直流出力端側がアノードとして接続されたダイオードを有する。開閉手段を開閉する開閉制御回路と、前記交流電源と前記ブリッジ整流回路の交流入力端との間に交流電源ゼ口位相検出回路を備え、前記開閉制御回路による開閉手段の開閉を前記前期交流電源ゼ口位相検出手段の信号に同期して行なうことを特徴とする電源装置。
【０００９】
前記のような電源装置によれば、交流電源からの交流が正の半周期、負の半周期いずれの場合においても、電流を交流電圧のゼロ位相より流すことができ、高力率化が図ることができる。また、前記電流は前記リアクタと、前記コンデンサまたは前記平滑コンデンサとの直列共振電流となるためその波形は滑らかであり、高調波の抑制も図ることができる。
【００１０】
さらに、電源電圧のゼロ位相に前記開閉手段を閉にすることによって突入電流を防止することができる。
【００１１】
また、交流電源と、前記交流電源からの交流を全波整流する４個のダイオードで形成されたブリッジ整流回路と、前記ブリッジ整流回路の直流出力端に接続された平滑コンデンサとを有する電流装置であって、前記交流電源と前記ブリッジ整流回路の交流入力端との間に接続されたリアクタと、前記ブリッジ整流回路の交流入力端と直流出力端との間にコンデンサ及びこれに直列に接続された開閉手段を備え、前記開閉手段と並列に前記交流電源側がカソードで前記直流出力端側がアノードとして接続されたダイオードを有し、前記リアク夕は一定電流値以上の領域で飽和させることを特徴とする。
【００１２】
前記のような電源装置によれば、負荷電流が大きい領域で、直流出力電圧の低下を防止することができる。
【００１３】
また、  交流電源と、前記交流電源からの交流を全波整流する４個のダイオードで形成されたブリッジ整流回路と、前記ブリッジ整流回路の直流出力端に接続された平滑コンデンサとを有する電流装置であって、前記交流電源と前記ブリッジ整流回路の交流入力端との間に接続されたリアクタと、前記ブリッジ整流回路の交流入力端と直流出力端との間にコンデンサ及びこれに直列にカソードを直流出力端側として接続されたサイリス夕を備え、前記サイリスタと並列に接続され前記交流電源側がカソードで前記直流出力端側がアノードとして接続されたダイオードを有し、前記直流出力端の負側に電流検出手段を備え、この出力により前記サイリスタを開閉することを特徴とする。
【００１４】
前記のような電源装置によれば、軽負荷時にはコンデンサの充電を停止させることができるので、出力電圧の必要以上の上昇を抑制することができる。また、電流検出手段と開閉手段を少ない部品点数で容易に構成することができる。
【００１５】
また、前記電流検出手段と並列にブリッジ整流回路側をカソードとしてダイオードを接続したことを特徴とする。前記のような電源装置によれば、電流検出手段における電力損失を低減し、さらに高効率な電源装置を実現することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。従来例と同一構成のものは、同一番号を付して説明する。
【００１７】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１に係る電源装置の回路図を示している。
【００１８】
交流電源６と、前記交流電源６からの交流を全波整流する４つのダイオード１〜４で形成されたブリッジ整流回路５と、ブリッジ整流回路５の直流出力端に平滑コンデンサ８が接続され、これと並列に負荷１４が接続される電源装置であり、この平滑コンデンサ８により、ブリッジ整流回路５によって得られた変化の激しい直流を滑らかな直流にすることができる。交流電源６とブリッジ整流回路５の交流入力端との間にはリアクタ７が接続される。ブリッジ整流回路５の交流入力端と直流出力端との間にコンデンサ９及びこれと直列に開閉手段１１が接続される。開閉手段１１と並列に交流電源側がカソードで前記直流出力端側がアノードとなるよう充電停止用ダイオード１０を接続する。開閉手段１１を開閉する開閉制御回路１３を備え、交流電源６とブリッジ整流回路５の交流入力端との間に交流電源ゼ口位相検出手段１２を備える。開閉制御回路１３による開閉手段１１の開閉を前記交流電源ゼ口位相検出回路１２の信号に同期して行なう構成としている。
【００１９】
以下、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）を用いて図１に示した電源装置の動作について説明する。図２（ａ）、（ｂ）は交流入力電圧Ｖｉが正の半周期の間を示し、図２（ｃ）、（ｄ）は負の半周期の間を示している。
【００２０】
以下の説明においては、開閉手段１１は閉の状態とする。
【００２１】
図２（ａ）に示した状態、すなわち正の交流半周期のゼロ位相直後では、電流は矢印ａ方向に流れる。すなわち、交流電源６から順に、コンデンサ９、ダイオード４、リアクタ７に共振電流が流れ、コンデンサ９は充電されることになる。コンデンサ９の充電が進むにつれて、電圧Ｖcは上昇し続けることになる。
【００２２】
図２（ｂ）には、ＶｃがＶoまで上昇した後の電流の流れを示している。この状態では、ＶｃはＶｏにクランプされるので、電流は矢印ｂで示したように、交流電源６から順に、ダイオード１、平滑コンデンサ８、ダイオード４、リアクタ７の順に流れる。
【００２３】
図２（ｃ）は、交流電源６の極性が図２（ａ）、（ｂ）の状態から反転した状態を示している。この状態では、電流は矢印ｃで示したように、交流電源６から順に、リアクタ７、ダイオード３、平滑コンデンサ８、コンデンサ９の順に流れる。すなわち、交流電源６の電位は、コンデンサ９の電圧Ｖｃ分だけ昇圧しているので、必ずゼロ位相より、平滑コンデンサ８に電流が流れる。本図に示した電流の流れにより、コンデンサ９は放電し続け最終的にＶｃはゼロになる。
【００２４】
図２（ｄ）は、コンデンサ９の放電完了以後の状態を示している。本図に示した状態では、電流は矢印ｄに示したように、交流電源６から順に、リアクタ７、ダイオード３、平滑コンデンサ８、ダイオード２の順に流れ、コンデンサ９の電圧ＶｃはＶｃ＝０にクランプされる。
【００２５】
負の交流半周期を終えて交流電源６の極性が反転すると、Ｖｃ＝０にクランプされているので、電流は再び図２（ａ）に示したように矢印ａ方向に流れる。
【００２６】
以上のように、図２（ａ）、（ｂ）に示した状態では、コンデンサ９はＶｃ＝Ｖｏになるまで充電されるため、入力電圧のゼロ位相から電流が流れ始める。また、図２（ｃ）に示した状態では、交流電源６の電位は、コンデンサ９の電圧Ｖｃ分だけ昇圧しているので、ゼロ位相より電流が流れる。すなわち、交流電源６からの交流が正の半周期、負の半周期いずれの場合においても、電流は交流電源のゼロ位相より流れ、高力率化を図ることができる。
【００２７】
また、電流はリアクタ７と、コンデンサ９または平滑コンデンサ８との直列共振電流となるため、滑らかな正弦波形となり、リアクタ７のインダクタンスＬとコンデンサ９のキャパシタンスＣを適当に選ぶことにより、高調波電流を適切に抑制することができる。以上が回路の基本動作説明である。
【００２８】
次に、充電停止用ダイオード１０、開閉手段１１、ゼロ位相検出回路１２について説明する。
【００２９】
図２（ｃ）に示した状態では、交流電源６の電位はコンデンサ９の電圧Ｖｃ分だけ昇圧されるため、コンデンサ９の充電エネルギーより負荷が軽い場合は、出力電圧が上がりすぎる現象が生じる。そこで、コンデンサ９と直列に充電防止用ダイオード１０及び開閉手段１１を図に示すように追加することにより、軽負荷の場合には、充電防止用ダイオード１０を利用する放電回路を残しながら開閉手段を開く（切る）ことにより、コンデンサ９への充電を停止させて出力電圧の上昇を抑制するものである。充電防止用ダイオード１０を付加することによって、開閉手段１１を開いてコンデンサ９の充電を停止させた場合であっても、その時点でのコンデンサ９の充電電圧を放電する経路を残すことができる。
【００３０】
また、運転を開始する場合、コンデンサ９の初期電圧はゼロであるため、ゼロ位相検出回路１２の検出信号を利用することによって、交流電源電圧のゼロ位相に同期して開閉手段を閉（オン）する。これによって、コンデンサ９、ブリッジ整流回路５、リアクタ７で形成される回路によって発生する突入電流を防止することができる。すなわち、開閉手段１１への過大電流を防止することができる。
【００３１】
ここで、図３をもとに回路構成について補足する。
回路動作について、図３（ａ）を基本にして述べてきたが、コンデンサ９、充電停止用ダイオード１０、開閉手段１１は図３（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す構成としても同様の効果が得られる。
【００３２】
（実施例２）
図４は、本発明の実施例２に係る電源装置の回路図を示している。
【００３３】
交流電源６と、前記交流電源６からの交流を全波整流する４つのダイオード１〜４で形成されたブリッジ整流回路５と、ブリッジ整流回路５の直流出力端に平滑コンデンサ８が接続され、これと並列に負荷１４が接続された電源装置であって、交流電源６とブリッジ整流回路５の交流入力端との間にはリアクタ７が接続される。ブリッジ整流回路５の交流入力端と直流出力端との間にコンデンサ９及びこれと直列に開閉手段１１が接続される。開閉手段１１と並列に交流電源側がカソードで前記直流出力端側がアノードとなるよう充電停止用ダイオード１０を接続する。
【００３４】
図５は、実施例２に係るリアクタ７の特性を示している。
リアクタは不飽和の領域においては電流値ＩL（交流実効値）と両端電圧ＶL（交流電圧）の関係が直線的に変化するが、飽和領域に入るとりアクタンス特性を失い電流ＩLに対する電圧ＶLの上昇は非線形になる。この特性を利用して、リアクタ７を大電流領域Ｉo以上で飽和させる設定とすることにより、出力電流が大きくなる領域でリアクタによる電圧降下を減少させ直流電圧出力値が低下するのを抑制することができる。
【００３５】
回路の基本動作については、実施例１と同様であるため、説明を略する。
【００３６】
（実施例３）
図６は、本発明の実施例３に係る電源装置の回路図を示している。
【００３７】
交流電源６と、前記交流電源６からの交流を全波整流する４つのダイオード１〜４で形成されたブリッジ整流回路５と、ブリッジ整流回路５の直流出力端に平滑コンデンサ８が接続され、これと並列に負荷１４が接続された電源装置であって、交流電源６とブリッジ整流回路５の交流入力端との間にリアクタ７が接続される。ブリッジ整流回路５の交流入力端と直流出力端との間にコンデンサ９及びこれに直列に開閉手段であるサイリスタ１５が接続される。サイリス夕１２と並列に交流電源側がカソードで前記直流出力端側がアノードとなるよう充電停止用ダイオード１０を接続する。直流出力端の負の側に電流検出用抵抗１６を備え、この電圧降下分により発生する出力電圧によりサイリスタ１５にゲート電圧を印加してサイリスタ１５を開閉する構成としている。
【００３８】
負荷が軽くなる領域では、電流検出用抵抗１６での電圧降下値も負荷に比例して小さくなる。これにより、サイリスタを閉（オン）させるゲート電圧が不足することを利用して、負荷の軽い領域でサイリスタを開（オフ）させることができる。これによって、軽負荷領域でコンデンサ９への充電を停止させて直流出力電圧の上昇を抑制するものである。
【００３９】
また、充電停止用ダイオード１０とサイリス夕１２の役割を併せて逆導通サイリスタで実現することによって、さらに部品点数を削減することができる。
【００４０】
（実施例４）
図７は、本発明の実施例４に係る電源装置の回路図を示している。
【００４１】
電流検出用抵抗１６と並列にブリッジ整流回路側をカソードとしてバイパスダイオード１７を接続する。これによって、サイリスタ１５を閉（オン）させるために必要な電圧信号をバイパスダイオード１７のＶF分に抑えることができる。よって、サイリスタ１５を閉（オン）させる電圧信号を確保しながら、電流検出用抵抗１６での発熱によるロスを低減し、必要以上の電力損失を抑えることができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように本発明の電源装置によれば、交流電源のゼロ位相を検出して開閉手段を閉（オン）にすることによって、開閉手段への突入電流を防止することができる。このため、開閉手段を構成する部品については高い電流容量を必要としないため、コストダウンや小型化が可能となる。
【００４３】
また、負荷が高い大電流領域でリアクタ特性を飽和させることによって、リアクタによる電圧降下を低減し、直流出力電圧の低下を避けることができる。
直流出力電圧が維持されることによって、システム全体のとして負荷耐量を高くすることができる。
【００４４】
また、開閉手段としてサイリスタを用いることによって、コンデンサによる充放電回路を負荷に応じて自動的に開閉することができ、部品点数を削減するとともに電源回路構成を簡素化することができる。
【００４５】
また、電流検出用抵抗と並列にダイオードを追加することによって、電流検出用抵抗における電圧降下分による発熱ロスを低減し、より高効率の回路を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る電源装置の回路図
【図２】本発明の実施例１に係る動作説明図
【図３】本発明の実施例１に係る、別の回路構成図
【図４】本発明の実施例２に係る電源装置の回路図
【図５】本発明の実施例２に係るリアクタ特性図
【図６】本発明の実施例３に係る電源装置の回路図
【図７】本発明の実施例４に係る電源装置の回路図
【図８】従来の電源装置の回路図
【符号の説明】
１、２、３、４  ダイオード
５  ブリッジ整流回路
６  交流電源
７  リアクタ
８  平滑コンデンサ
９  コンデンサ
１０  充電停止用ダイオード
１１  開閉手段
１２  ゼロ位相検出回路
１３  開閉制御回路
１４  負荷
１５  サイリスタ
１６  電流検出用抵抗
１７  バイパスダイオード
【図１】
0003740926.tif 000002
【図２】
0003740926.tif 000003
【図３】
0003740926.tif 000004
【図４】
0003740926.tif 000005
【図５】
0003740926.tif 000006
【図６】
0003740926.tif 000007
【図７】
0003740926.tif 000008
【図８】
0003740926.tif 000009