JP2000287450A - 倍電圧整流形電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】各部分平滑回路に共用となる少なくとも一つの
共用コンデンサ５１を用いる。それにより構成を簡略化
する。それにより安価でかつ高力率形の倍電圧整流形電
源装置を提供する。 【解決手段】正半波側コンデンサ回路３０・負半波側コ
ンデンサ回路４０を共に部分平滑回路とすることを前提
とする。正半波側コンデンサ回路３０・負半波側コンデ
ンサ回路４０に属する一部のコンデンサ５１をこれらの
両回路３０・４０に共用なコンデンサであって交流電源
２０電圧の１サイクルの間に二度の充電がなされる共用
コンデンサ５１とする。正半波側コンデンサ回路３０お
よび負半波側コンデンサ回路４０は、それらの両コンデ
ンサ回路３０・４０に共用な共用コンデンサ５１を含
み、さらに共用がなされない非共用コンデンサ３１・４
１を含む。共用コンデンサ５１があると、その分だけコ
ンデンサ３１・４１・５１の総数は低減する。非共用コ
ンデンサ３１・４１の放電が交流電源２０を介してなさ
れるようにすると、交流電源２０の力率はさらに高ま
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流電源の正半波
電圧を受けて充電する正半波側コンデンサ回路を備え、
前記交流電源の負半波電圧を受けて充電する負半波側コ
ンデンサ回路を備える倍電圧整流形電源装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図１５は特開平０５−１６１３５６号公
報の中に指摘されている倍電圧整流形電源装置である。
図１５装置は交流電源２０の正半波電圧（図示極性電
圧）を受けて充電する正半波側コンデンサ回路３０を備
え、交流電源２０の負半波電圧を受けて充電する負半波
側コンデンサ回路４０を備える。各コンデンサ回路３０
（４０）は複数のコンデンサ３１・３２（４１・４２）
を含み、かつそれらのコンデンサ３１・３２（４１・４
２）を充電電圧が高く放電電圧が低くなるように結線す
る複数のダイオード３７・３８・３９（４７・４８・４
９）を含む部分平滑回路である。単一コンデンサによる
通常平滑回路であれば、その充放電電圧は一致する。部
分平滑回路の場合は高充電電圧・低放電電圧の傾向とな
る。ちなみに、正半波側コンデンサ回路（部分平滑回
路）３０の充電電圧はコンデンサ３１電圧とコンデンサ
３２電圧の合計値であり、放電電圧はコンデンサ３１電
圧またはコンデンサ３２電圧である。コンデンサ３１・
３２を同一容量と仮定した場合の充放電電圧比（充電電
圧に対する放電電圧の比）は１／２となる。一般には０
を越え１未満の範囲の任意値とすることが可能である
が、０に近いと電圧平滑度が悪くなり、１に近いと交流
電源２０の力率が悪くなる。図１の１８は交流電源２０
の正半波電圧を正半波側コンデンサ回路３０へ印加する
整流用ダイオードである。１９は交流電源２０の負半波
電圧を負半波側コンデンサ回路４０へ印加する整流用ダ
イオードである。９０は負荷である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図１５装置は正半波側
コンデンサ回路３０・負半波側コンデンサ回路４０を共
に部分平滑回路とする。そのために、交流電源２０は高
力率形の動作となる。しかし、互いに独立な一対の部分
平滑回路を贅沢に配置する形態であり、かなり複雑であ
り、コストが嵩む。本発明の目的は各部分平滑回路に共
用となる少なくとも一つの共用コンデンサを用いること
である。それにより構成を簡略化することである。それ
により安価でかつ高力率形の倍電圧整流形電源装置を提
供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は正半波側コンデ
ンサ回路・負半波側コンデンサ回路を共に部分平滑回路
とすることを前提とする。本発明においては、正半波側
コンデンサ回路・負半波側コンデンサ回路に属する一部
のコンデンサをこれらの両回路に共用なコンデンサであ
って交流電源電圧の１サイクルの間に二度の充電がなさ
れる共用コンデンサとする。共用コンデンサの数は１ま
たは複数である。正半波側コンデンサ回路および負半波
側コンデンサ回路をそれぞれ２個のコンデンサを含む部
分平滑回路とする形態は最もシンプルである。それらの
両コンデンサ回路に共用する共用コンデンサを１個とす
ると、それらを都合３個のコンデンサで構成することが
できる。それは最も安価な実用度の高い形態である。正
半波側コンデンサ回路および負半波側コンデンサ回路
は、それらの両コンデンサ回路に共用な共用コンデンサ
を含み、さらに共用がなされない非共用コンデンサを含
む。後者の非共用コンデンサの放電は交流電源を介して
なされるようにすることが可能であり、そのようにする
と交流電源の力率はさらに高まる。

【０００５】

【発明の実施の形態】図１を利用して本発明の実施形態
について説明する。この説明に前記図１５の部品符号を
なるべくそのまま転用し、重複する説明の一部を適宜に
割愛する。本発明に係る図１の倍電圧整流形電源装置
は、交流電源２０の正半波電圧を受けて充電する正半波
側コンデンサ回路３０を備える。交流電源１０の負半波
電圧を受けて充電する負半波側コンデンサ回路４０を備
える。各コンデンサ回路３０・４０は複数のコンデンサ
３１・５１（４１・５１）を含みかつそれらのコンデン
サ３１・５１（４１・５１）を充電電圧が高く放電電圧
が低くなるように結線する複数のダイオード３７・３８
・３９（４７・４８・４９）を含む部分平滑回路であ
る。正半波側コンデンサ回路３０・負半波側コンデンサ
回路４０に属する一部のコンデンサ５１はこれらの両回
路３０・４０に共用な共用コンデンサ５１である。共用
コンデンサ５１は交流電源２０の正半波電圧を受けて充
電し、かつ負半波電圧を受けて充電する。つまり、交流
電源２０電圧の１サイクルの間に二度の充電がなされ
る。

【０００６】図１における正半波側コンデンサ回路３０
は２個のコンデンサ３１・５１を含む部分平滑回路であ
る。負半波側コンデンサ回路４０は２個のコンデンサ４
１・５１を含む部分平滑回路である。いずれもコンデン
サ２個形の最もシンプルな部分平滑回路である。また、
それらの両コンデンサ回路３０・４０に共用する共用コ
ンデンサ５１を１個とする。そのため両コンデンサ回路
３０・４０全体のコンデンサ３１・４１・５１の数は３
個となる。いわば３コンデンサ形２部分平滑回路の形態
である。図１装置は特に簡単安価であり、実用性が高
い。正半波側コンデンサ回路３０および負半波側コンデ
ンサ回路４０は、それらの両コンデンサ回路３０・４０
に共用な共用コンデンサ５１と共用がなされない非共用
コンデンサ３１・４１を含む。非共用コンデンサ３１・
４１の放電は共に交流電源２０を介してなされる。非共
用コンデンサ３１の放電経路は１９→２０→３７→３１
であり、非共用コンデンサ４１の放電経路は４１→４７
→２０→１８である。交流電源２０経由形のこの放電の
仕組みは交流電源２０の力率をさらに高める。

【０００７】図１について補足する。１８は交流電源２
０の正半波電圧を正半波側コンデンサ回路３０へ印加す
る整流用ダイオードである。１９は交流電源２０の負半
波電圧を負半波側コンデンサ回路４０へ印加する整流用
ダイオードである。９０は負荷である。負荷９０の例は
直流を交流に変換するインバータと該インバータ出力を
受ける交流負荷回路を包含するインバータ形負荷であ
る。本明細書における倍電圧整流形の用語は正（負）半
波電圧を受けて充電する正（負）半波側コンデンサ回路
を具備する回路形態を意味する。交流電源２０電圧最大
値の二倍相当の電圧が得られるかどうかには拘泥しな
い。図１装置の一つの基本動作例について説明する。図
１装置は図２〜図１１の順に動作する。図２〜図１１は
交流電源２０電圧１サイクル分の動作である。図１１の
後で図２へ戻り、次サイクル分の動作を繰り返す。以
下、図２〜図１１の順に説明する。 （１）図２の動作 交流電源２０電圧は図示の正極性である。交流電源２０
電圧（瞬時値電圧）はまだ小さい。コンデンサ３１は未
充電状態であり、コンデンサ４１は充電状態である。図
示の電流ｉ２が流れる。図２の状態は交流電源２０電圧
が増して、それとコンデンサ４１電圧の合計値が共用コ
ンデンサ５１電圧と一致するまで続く。コンデンサ４１
電圧の設定が高めである場合は、図２の期間は軽微であ
る。図２の期間がゼロとなることもある。

【０００８】（２）図３の動作 電流ｉ３１およびｉ３２が流れる。図３の状態は、交流
電源２０電圧が共用コンデンサ５１電圧と一致し、従っ
てコンデンサ４１電圧がゼロになるまで続く。図３動作
の終末時にコンデンサ４１電圧をゼロにリセットして次
の充電に備える。 （３）図４の動作 交流電源２０に電流ｉ４１が流れる。そのうちの一部の
電流ｉ４２はコンデンサ３１・５１を充電する。残りの
電流ｉ４３は負荷９０を経由する。図４の状態は交流電
源２０電圧が最大値となるまで続く。図４動作の始点に
おけるコンデンサ３１電圧はゼロであり、図４動作の過
程で充電する。 （４）図５の動作 電流ｉ５が流れる。図５の状態は交流電源２０電圧が低
下し共用コンデンサ５１電圧と一致するまで続く。 （５）図６の動作 電流ｉ６が流れる。図６の状態は交流電源２０電圧が正
極性から負極性に反転するまで続く。

【０００９】（６）図７の動作 交流電源２０電圧は図示の負極性である。交流電源２０
電圧（瞬時値電圧）はまだ小さい。コンデンサ４１は未
充電状態であり、コンデンサ３１は充電状態である。図
示の電流ｉ７が流れる。図７の状態は交流電源２０電圧
が増して、それとコンデンサ３１電圧の合計値が共用コ
ンデンサ５１電圧と一致するまで続く。コンデンサ３１
電圧の設定が高めである場合は、図７の期間は軽微であ
る。図７の期間がゼロとなることもある。 （７）図８の動作 電流ｉ８１およびｉ８２が流れる。図８の状態は、交流
電源２０電圧が共用コンデンサ５１電圧と一致し、従っ
てコンデンサ３１電圧がゼロになるまで続く。図８動作
の終末時にコンデンサ３１電圧をゼロにリセットして次
の充電に備える。 （８）図９の動作 交流電源２０に電流ｉ９１が流れる。そのうちの一部の
電流ｉ９２はコンデンサ５１・４１を充電する。残りの
電流ｉ９３は負荷９０を経由する。図９の状態は交流電
源２０電圧が最大値となるまで続く。図９動作の始点に
おけるコンデンサ４１電圧はゼロであり、図９動作の過
程で充電する。

【００１０】（９）図１０の動作 電流ｉ１０が流れる。図１０の状態は交流電源２０電圧
が低下し共用コンデンサ５１電圧と一致するまで続く。 （１０）図１１の動作 電流ｉ１１が流れる。図１１の状態は交流電源２０電圧
が負極性から正極性に反転するまで続く。すでに指摘し
たように、図２〜図１１の順に動作し、交流電源２０の
１サイクルを終える。その間に交流電源２０に電流ｉ３
１・ｉ４１・ｉ５・ｉ８１・ｉ８１・ｉ９１・ｉ１０が
流れる。交流電源２０はそれらの給電機会に恵まれ、導
通角が増して高力率を保持する。また、負荷９０に電流
ｉ２・ｉ３２・ｉ４３・ｉ５・ｉ６・ｉ７・ｉ８２・ｉ
９３・ｉ１０・ｉ１１が流れる。また、以上の各電流に
てコンデンサ（非共用コンデンサ）３１・４１あるいは
共用コンデンサ５１を適宜に充放電し、動作を完結す
る。そのうちの非共用コンデンサ３１・４１の放電電流
ｉ３１・ｉ８１は交流電源２０を経由して流れ、交流電
源２０のさらなる高力率化に寄与する。

【００１１】ここで、共用コンデンサ５１電圧等につい
て補足する。説明の便宜上、共用コンデンサ５１容量は
適度に大きく、非共用コンデンサ３１・４１容量は十分
に小さい…と仮定する。この状況下では共用コンデンサ
５１電圧は微少となる。その状況下で非共用コンデンサ
３１・４１容量を適度に大きく調整する。そうすると、
非共用コンデンサ３１あるいは４１を介してなされる共
用コンデンサ５１の充電量が増し、共用コンデンサ５１
電圧は増加する。その電圧増加の程度は非共用コンデン
サ３１・４１を介してなされる共用コンデンサ５１の新
たな充電量と負荷９０を介してなされる共用コンデンサ
５１の新たな放電量が一致するように決定される。かく
して、共用コンデンサ５１電圧は非共用コンデンサ３１
・４１容量と負荷９０インピーダンスの関数となること
が判る。共用コンデンサ５１電圧が高過ぎると低力率と
なる。低過ぎると負荷９０電圧の平滑度が悪化する。実
用上はそれらを総合した適性値とすることが望ましい。
交流電源２０電圧（実効値）を１００Ｖ、負荷９０電力
を４０Ｗとする前提で図１回路について実験したとこ
ろ、非共用コンデンサ３１・４１の各容量を５．３μ
Ｆ、共用コンデンサ５２の容量を５０μＦとするのが一
つの好適値であり、そのときの共用コンデンサ５１電圧
は交流電源２０電圧最大値の約半分であり、共用コンデ
ンサ５１電圧の変動も軽微となる。またそのときの交流
電源２０の力率は０．９６８、交流電源２０電流につい
ての高調波含有率は１０．１％、波高率は１．３６４で
ある。交流電源２０と直列に図外の補助インダクタを直
列に挿置すれば力率はさらに向上する。

【００１２】図１装置の突入電流について補足する。交
流電源２０投入時に突入電流が流れる。その閉回路は２
０→１８→３１→３８→５１→４８→４７→２０または
２０３７→３８→５１→４８→４１→１９→２０のいず
れかである。交流電源２０電圧の投入時位相の如何によ
っては過大な突入電流が流れる。非共用コンデンサ３１
・４１の容量を共用コンデンサ５２の容量５０μＦより
もかなり軽微な例えば５．３μＦとすると、有害な突入
電流のレベルは大幅に緩和する。図１２を用いて、本発
明に係る図１と従来の図１５との違いについて概説す
る。図１２は図１５の負半波側コンデンサ回路（部分平
滑回路）４０を左右対称に描き改めたものである。図１
２の破線で表示する中性線を省略しても一応は動作可能
である。中性線を流れる右向き電流は中性線がない場合
は３７→３８→３２を経由して流れる。中性線を流れる
左向き電流は中性線がない場合は４２→４８→４７を経
由して流れる。このため一応は動作可能である。図１２
の破線に相当する中性線を省略し、コンデンサ３２・４
２を一つのコンデンサ５１のまとめると、図１回路とな
る。図１のコンデンサ５１は両コンデンサ回路（部分平
滑回路）３０・４０のいずれにも属する共用コンデンサ
である。図１２の中性線がある場合は交流電源２０電圧
の１サイクルの間に各コンデンサ３１・３２・４０・４
２はＱクーロンの充電を受け、かつＱクーロンの電荷を
放電する。中性線を省いた場合は非共用コンデンサ３１
・４１はＱクーロンの充電を受け、Ｑクーロンの電荷を
放電する。その共用コンデンサ５１は充電頻度が二倍と
なるために、２Ｑクーロンの充電を受け、２Ｑクーロン
の電荷を放電する。Ｑクーロン動作と２Ｑクーロン動作
が併存する。本発明は、図１２における交流電源２０の
正半波電圧で充電するコンデンサ３２を廃し、負半波電
圧で充電するコンデンサ４２を廃し、正半波電圧時にも
負半波電圧時にも充電がなされる、部品としての利用効
率の高い共用コンデンサ５１を利用するという考えに基
づく。

【００１３】図１３の実施形態について説明する。図１
においては、２個のコンデンサを内蔵する２組の部分平
滑回路３０・４０を１個の共用コンデンサ５１を用いる
ことにより、都合３個のコンデンサで組み上げる。図１
３においては、３個のコンデンサを内蔵する２組の部分
平滑回路３０・４０を１個の共用コンデンサ５１を用い
ることにより、都合５個のコンデンサで組み上げる。図
１３の正半波側コンデンサ回路３０は交流電源２０の図
示正半波電圧を受けて充電する。その充電閉回路は２０
→１８→３１１→３６２→３１２→３６５→５１→４６
５→４６４→２０である。負半波側コンデンサ回路４０
は交流電源２０の負半波電圧を受けて充電する。その充
電閉回路は２０→３６４→３６５→５１→４６５→４１
２→４６２→４１１→１９→、２０である。コンデンサ
３１１・３１２は正半波側コンデンサ回路３０に属する
非共用コンデンサである。コンデンサ４１１・４１２は
負半波側コンデンサ回路４０に属する非共用コンデンサ
である。コンデンサ５１はその両者に共用な共用コンデ
ンサである。非共用コンデンサ３１１の放電はダイオー
ド３６１を介してなされ、非共用コンデンサ３１２の放
電はダイオード３６４・３６３を介してなされ、それら
の際に整流電源２０給電（負極性電圧時給電）を促す。
非共用コンデンサ４１１の放電はダイオード４６１を介
してなされ、非共用コンデンサ４１２の放電はダイオー
ド４６４・４６３を介してなされ、それらの際に整流電
源２０給電（正極性電圧時給電）を促す。共用コンデン
サ５１の放電はダイオード３６６・４６６を介してなさ
れる。

【００１４】図１３は３個のコンデンサ３１１・３１２
・５１（５１・４１２・４１１）を直列に充電する形態
であり、共用コンデンサ５１電圧をやや低めに設定して
高めの高力率化を意図する場合に好適である。共用コン
デンサ３１１（４１１）の１回当たりの充電量をＱクー
ロンとすると、共用コンデンサ３１２（４１２）のそれ
もＱクーロンとなる。しかし、共用コンデンサ３１１
（４１１）の放電および共用コンデンサ３１２（４１
２）の放電により、２Ｑクーロン相当分の強い交流電源
２０給電作用が派生する。図１４の実施形態について説
明する。この説明に図１の部品符号をなるべくそのまま
転用し、重複する説明の一部を適宜に割愛する。図１４
においては、３個のコンデンサを内蔵する２組の部分平
滑回路３０・４０を２個の共用コンデンサ５２・５３を
用いることにより、都合４個のコンデンサで組み上げ
る。図１あるいは図１３は共用コンデンサ５１を単数と
する形態である。図１４はそれを複数とする形態であ
る。図１４における共用コンデンサ５２の放電はダイオ
ード４９・５７を介し、またダイオード３９を介してな
される。共用コンデンサ５３の放電はダイオード４９を
介し、またダイオード５９・３９を介してなされる。共
用コンデンサ５２の放電電圧と共用コンデンサ５３の放
電電圧は足されない。このため、共用コンデンサ５２
（５３）電圧をやや低めに設定して高めの高力率化を意
図する場合に好適である。図１４の場合は非共用コンデ
ンサ３１・４１の容量が高めであっても、低めの共用コ
ンデンサ５２（５３）電圧が得られる。かくして、非共
用コンデンサ３１・４１の容量を高めに設定し、交流電
源２０を経由する非共用コンデンサ３１・４１の放電量
を増し、それにより交流電源２０給電をさらに強化する
ことが可能となる。

【００１５】

【発明の効果】本発明は部分平滑形の正半波側コンデン
サ回路ならびに部分平滑形の負半波側コンデンサ回路に
属する一部のコンデンサを、これらの両回路に共用なコ
ンデンサであって交流電源電圧の１サイクルの間に二度
の充電がなされる共用コンデンサとすることを主たる特
徴事項とするものである。これによれば、簡単安価な高
力率形の倍電圧整流形電源装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る倍電圧整流形電源装置の回路図で
ある。

【図２】その動作を説明する説明図である。

【図３】図２の次のステップの動作を説明する説明図で
ある。

【図４】図３の次のステップの動作を説明する説明図で
ある。

【図５】図４の次のステップの動作を説明する説明図で
ある。

【図６】図５の次のステップの動作を説明する説明図で
ある。

【図７】図６の次のステップの動作を説明する説明図で
ある。

【図８】図７の次のステップの動作を説明する説明図で
ある。

【図９】図８の次のステップの動作を説明する説明図で
ある。

【図１０】図９の次のステップの動作を説明する説明図
である。

【図１１】図１０の次のステップの動作を説明する説明
図である。

【図１２】図１回路と図１５回路の違いを説明する説明
図である。

【図１３】本発明に係る他の実施形態を示す回路図であ
る。

【図１４】本発明に係る別の実施形態を示す回路図であ
る。

【図１５】従来の倍電圧整流形電源装置を示す回路図で
ある。

【符号の説明】

２０：交流電源 ３０：正半波側コンデンサ回路 ４０：負半波側コンデンサ回路 ３１・４１・３１１・３１２・４１１・４１２：非共用
コンデンサ ５１・５２・５３：共用コンデンサ １８・１９・３７・３８・３９・４７・４８・４９：ダ
イオード ９０：負荷

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電源の正半波電圧を受けて充電する正
   半波側コンデンサ回路を備え、前記交流電源の負半波電
   圧を受けて充電する負半波側コンデンサ回路を備える倍
   電圧整流形電源装置において、 前記各コンデンサ回路は複数のコンデンサを含みかつそ
   れらのコンデンサを充電電圧が高く放電電圧が低くなる
   ように結線する複数のダイオードを含む部分平滑回路で
   あり、 前記正半波側コンデンサ回路・負半波側コンデンサ回路
   に属する一部の前記コンデンサはこれらの両回路に共用
   なコンデンサであって前記交流電源電圧の１サイクルの
   間に二度の充電がなされる共用コンデンサであることを
   特徴とする倍電圧整流形電源装置。
2. 【請求項２】請求項１において、正半波側コンデンサ回
   路および負半波側コンデンサ回路をそれぞれ２個のコン
   デンサを含む部分平滑回路とし、それらの両コンデンサ
   回路に共用する共用コンデンサを１個とする倍電圧整流
   形電源装置。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２において、正半波
   側コンデンサ回路および負半波側コンデンサ回路は、そ
   れらの両コンデンサ回路に共用な共用コンデンサと共用
   がなされない非共用コンデンサを含み、前記非共用コン
   デンサの放電が交流電源を介してなされる倍電圧整流形
   電源装置。