JP2000308350A - 整流平滑形電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】交流充放電形の補助コンデンサ３０と直流充放
電形の主コンデンサ５０を併用することにより、高力率
形の安価な整流平滑形電源装置を得る。 【解決手段】交流電源１０と直列に接続する補助コンデ
ンサ３０を備える。交流電源１０・補助コンデンサ３０
と共に閉回路を形成する位置に配置され該閉回路電流の
整流電流で充電される主コンデンサ５０を備える。交流
電源１０の全波整流電圧の瞬時値が高い期間には該瞬時
値を出力し低い期間には主コンデンサ５０電圧を出力す
る直流出力端子９１・９２を備える。補助コンデンサ３
０の役割は、主コンデンサ５０の電圧を適度に低減する
ことであり、また交流電源１０給電を促しさらなる高力
率化を図ることである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流電源と直列に
接続する補助コンデンサを備え、前記交流電源・補助コ
ンデンサと共に閉回路を形成する位置に配置され該閉回
路電流の整流電流で充電される主コンデンサを備える整
流平滑形電源装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１６は特開平０６−１３７７３１号公
報の図２に示されている整流平滑形電源装置（ただし前
記図２の補助インダクタを省略した）である。図１６は
同等のＡ回路およびＢ回路を備える。Ａ回路・Ｂ回路は
交流電源１０に対しては直列であり、直流出力端子９１
・９２間の負荷９０に対しては並列である。Ａ回路・Ｂ
回路のそれぞれは主コンデンサ５０を含み、かつそれを
充放電するためのダイオード４１〜４６を含む。図１６
の交流電源１０が図示極性のときに、１０→Ｂ回路→Ａ
回路→１０の閉回路（１０→４５→５０→４２→４５→
５０→４２→１０の閉回路）に電流が流れ、各主コンデ
ンサ５０を充電する。交流電源１０が反図示極性のとき
に、１０→Ａ回路→Ｂ回路→１０の閉回路（１０→４１
→５０→４６→４１→５０→４６→１０の閉回路）に電
流が流れ、各主コンデンサ５０を充電する。Ａ回路ある
いはＢ回路の各主コンデンサ５０の放電は５０→４３→
９０→４４→５０の閉回路を介してなされる。直流出力
端子９１・９２は、交流電源１０の全波整流電圧の瞬時
値が高い期間には該瞬時値を出力する。低い期間には各
主コンデンサ５０電圧を出力する。各主コンデンサ５０
電圧は交流電源１０電圧最大値の約半分である。各主コ
ンデンサ５０は前記全波整流電圧の瞬時値が低い期間に
限って平滑する部分平滑の役割を負う。前記全波整流電
圧を普通に平滑する全面平滑の場合よりも、図１６の部
分平滑の方が、交流電源１０の力率は高い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図１６は同等のＡ回路
・Ｂ回路を用いる。Ａ回路に属する主コンデンサ５０の
役割とＢ回路に属する主コンデンサ５０の役割は同等で
ある。いささか重複気味の役割分担であり、また部品と
しての利用効率が低く、不満が残る。本発明はＡ回路を
交流充放電形の補助コンデンサの回路に改め、Ｂ回路を
直流充放電形の主コンデンサの回路として残し、それに
よって更なる高力率化を図る安価な整流平滑形電源装置
を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は交流電源と直列
に接続する補助コンデンサを備える。前記交流電源・補
助コンデンサと共に閉回路を形成する位置に配置され該
閉回路電流の整流電流で充電される主コンデンサを備え
る。前記交流電源の全波整流電圧の瞬時値が高い期間に
は該瞬時値を出力し低い期間には前記主コンデンサ電圧
を出力する直流出力端子を備える。前記補助コンデンサ
は交流電源を介して充放電する交流充放電形である。主
コンデンサは前記交流電源・補助コンデンサを経由する
電流を整流して充電がなされる直流充放電形である。本
発明は交流充放電形の補助コンデンサと直流充放電形の
主コンデンサを併用する。前記補助コンデンサは前記主
コンデンサ電圧を交流電源電圧最大値よりも低い値に誘
導し、部分平滑を可能とする。また補助コンデンサは放
電時に交流電源給電を促す補助電源として作用する。

【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１６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の整流平滑形電源装置は、
交流電源１０と直列に接続する補助コンデンサ３０を備
える。交流電源１０・補助コンデンサ３０と共に閉回路
を形成する位置に配置され該閉回路電流の整流電流で充
電される主コンデンサ５０を備える。交流電源１０の全
波整流電圧の瞬時値が高い期間には該瞬時値を出力し低
い期間には主コンデンサ５０電圧を出力する直流出力端
子９１・９２を備える。図１について補足する。交流電
源１０・補助コンデンサ３０・主コンデンサ５０を含む
閉回路電流で補助コンデンサ３０の充放電がなされる。
また主コンデンサ５０の充電もなされる。補助コンデン
サ３０に対しては閉回路電流がそのまま供給（整流をし
ないで供給）される。主コンデンサ５０に対しては閉回
路電流を整流した整流電流が供給される。主コンデンサ
５０に付属するダイオード４１・４２・４５・４６は前
記整流のための全波整流回路である。ダイオード４３・
４４は主コンデンサ５０放電が負荷９０を介してなされ
るようにするための放電用ダイオードである。ダイオー
ド２１とダイオード２２とダイオード４５・４３とダイ
オード４４・４６は交流電源１０の全波整流電圧を形成
し、かつ該電圧を直流出力端子９１・９２間に導く全波
整流回路である。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負荷（交流負荷）を含むイン
バータ形負荷である。

【０００６】図２〜図１２を参照して図１装置の基本動
作例について説明する。図１装置は図２〜図１２の順に
動作する。図２〜図１２は交流電源１０電圧１サイクル
分の動作となる。図１２は図２と同じであり、その後は
同様な動作を繰り返す。以下、図２〜図１２の順に説明
する。 （１）図２の動作 交流電源１０電圧（瞬時値）は図示極性である。交流電
源１０電圧はまだ小さい。補助コンデンサ３０電圧は図
示極性である。図示の電流ｉ２が流れる。図２の状態は
交流電源１０電圧が増して、それと補助コンデンサ３０
電圧の合計値が主コンデンサ５０電圧と一致するまで続
く。補助コンデンサ３０電圧の設定が高めである場合
は、図２の期間は軽微ないしはゼロとなる。 （２）図３の動作 電流ｉ３１およびｉ３２が流れる。直流出力端子９１・
９２間の負荷９０電圧は主コンデンサ５０電圧と一致す
る。主コンデンサ５０電流はｉ３１とｉ３２の差分とな
る。図３の状態は補助コンデンサ５０電圧が反転するま
で続く。 （３）図４の動作 交流電源１０に電流ｉ４１が流れる。そのうちの一部の
電流ｉ４２は主コンデンサ５０および補助コンデンサ３
０を充電する。残りの電流ｉ４３は負荷９０を経由す
る。直流出力端子９１・９２間の負荷９０電圧は交流電
源１０の全波整流電圧の瞬時値と一致する。それは主コ
ンデンサ５０電圧を上回る。ダイオード４４がないと、
５０→（４４）→２２のバイパス電流が流れ、補助コン
デンサ３０充電がなされない。その場合の主コンデンサ
５０電圧は過度に高くなる。図４の状態は交流電源１０
電圧が最大値になるまで続く。

【０００７】（４）図５の動作 電流ｉ５が流れる。図５の状態は交流電源１０の全波整
流電圧の瞬時値が低下し、主コンデンサ５０電圧と等し
くなるまで続く。 （５）図６の動作 電流ｉ６が流れる。図６の状態は交流電源１０電圧が図
示極性から反転するまで続く。 （６）図７の動作 交流電源１０電圧（瞬時値）は図示極性である。交流電
源１０電圧はまだ小さい。補助コンデンサ３０電圧は図
示極性である。図示の電流ｉ７が流れる。図７の状態は
交流電源１０電圧が増して、それと補助コンデンサ３０
電圧の合計値が主コンデンサ５０電圧と一致するまで続
く。補助コンデンサ３０電圧の設定が高めである場合
は、図７の期間は軽微ないしはゼロとなる。 （７）図８の動作 電流ｉ８１およびｉ８２が流れる。直流出力端子９１・
９２間の負荷９０電圧は主コンデンサ５０電圧と一致す
る。主コンデンサ５０電流はｉ８１とｉ８２の差分とな
る。図８の状態は補助コンデンサ５０電圧が反転するま
で続く。

【０００８】（８）図９の動作 交流電源１０に電流ｉ９１が流れる。そのうちの一部の
電流ｉ９２は補助コンデンサ３０および主コンデンサ５
０を充電する。残りの電流ｉ９３は負荷９０を経由す
る。直流出力端子９１・９２間の負荷９０電圧は交流電
源１０の全波整流電圧の瞬時値と一致する。それは主コ
ンデンサ５０電圧を上回る。ダイオード４３がないと、
２１→（４３）→５０のバイパス電流が流れ、補助コン
デンサ３０充電がなされない。その場合の主コンデンサ
５０電圧は過度に高くなる。図９の状態は交流電源１０
電圧が最大値になるまで続く。 （９）図１０の動作 電流ｉ１０が流れる。図１０の状態は交流電源・１０の
全波整流電圧の瞬時値が低下し、主コンデンサ５０電圧
と等しくなるまで続く。 （１０）図１１の動作 電流ｉ１１が流れる。図１１の状態は交流電源１０電圧
が図示極性から反転するまで続く。 （１１）図１２の動作 図１２は図２の状態と一致する。図１２から交流電源１
０電圧の次サイクル分の動作となる。その動作は図２以
降の動作と一致する。すでに指摘したように、図２〜図
１２の順に動作し、交流電源１０の１サイクルを終え
る。その間に交流電源１０に電流ｉ３１・ｉ４１・ｉ５
・ｉ８１・ｉ９１・ｉ１０が流れる。交流電源１０はか
かる給電機会に恵まれ、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・ｉ９３・ｉ１０・ｉ１１が流れ
る。以上の各電流にて補助コンデンサ３０あるいは主コ
ンデンサ５０を適宜に充放電し、動作を完結する。前者
の補助コンデンサ３０の放電電流ｉ３１・ｉ８１は交流
電源１０を経由して流れ、交流電源１０のさらなる高力
率化に寄与する。

【０００９】ここで、主コンデンサ５０電圧等について
補足する。説明の便宜上、主コンデンサ５０容量は適度
に大きく、補助コンデンサ３０容量は十分に小さい…と
仮定する。この状況下では主コンデンサ５０電圧は微少
となる。その状況下で補助コンデンサ３０容量を適度に
大きく調整する。そうすると、補助コンデンサ３０を介
してなされる主コンデンサ５０の充電量が増し、主コン
デンサ５０電圧は増加する。その電圧増加の程度は補助
コンデンサ３０を介してなされる主コンデンサ５０の新
たな充電量と負荷９０を介してなされる主コンデンサ５
０の新たな放電量が一致するように決定される。かくし
て、主コンデンサ５０電圧は補助コンデンサ３０容量と
負荷９０インピーダンスの関数となることが判る。主コ
ンデンサ５０電圧が高過ぎると低力率となる。低過ぎる
と直流出力端子９１・９２間の電圧平滑度が悪化する。
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。主コンデンサ５０電圧の一つの好適値は交流電源１
０電圧の最大値の半分である。この場合の主コンデンサ
５０電圧は従来の図１６の主コンデンサ５０電圧と一致
する。

【００１０】図１装置の突入電流について補足する。交
流電源１０投入時に突入電流が流れる。その閉回路は１
０→４５→５０→４２→３０→１０または１０→３０→
４１→５０→４６→１０のいずれかである。交流電源１
０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、回路を損傷する。しかしながら、本発明の補助コ
ンデンサ３０は平滑用コンデンサとしての役割分担を負
わないので、平滑用コンデンサ（部分平滑用コンデン
サ）として機能する主コンデンサ５０よりも低容量とす
ることが可能である。ちなみに、交流電源１０電圧の最
大値を１４０Ｖ、主コンデンサ５０の電圧を６５〜７０
Ｖ（５Ｖ分は動作電圧の変化）とすると、補助コンデン
サ３０電圧は０〜±７０Ｖとなる。主コンデンサ５０電
圧の５Ｖ分の変化は補助コンデンサ３０電圧の７０Ｖ分
の変化にほぼ対応する。このため、その場合の補助コン
デンサ３０容量は主コンデンサ５０容量の約１４分の１
となる。したがって、補助コンデンサ３０容量を適度に
低めに設定し、それによって突入電流を低減することが
可能となる。このため、回路の電流容量負担が緩和す
る。

【００１１】図１装置の定常動作時における主コンデン
サ５０等の充電電流について補足する。定常動作時にお
ける主コンデンサ５０充電は適度に小容量の補助コンデ
ンサ３０を介して徐々になされる。図４（ないしは図３
〜図４）の期間の充電動作、図９（ないしは図８〜図
９）の期間の充電動作がそれに該当する。主コンデンサ
５０等の充電電流がある瞬時に集中せずに適宜に分散す
る。それによって充電電流ピーク値を軽減することが可
能となる。このため、交流電源１０を経由する高調波成
分電流の緩和に役立ち、力率をさらに高める。図１３の
別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、重複する説明を適宜に
割愛する。図１３の特徴はダイオード６１・６２を加え
たことである。交流電源１０の全波整流電圧を作り、そ
れを直流出力端子９１・９２へ印加するための全波整流
回路の構成要素は、ダイオード２１・２２・６１・６２
である。ダイオード６１のアーム（ブリッジ構成用アー
ム）がない場合はダイオード４５・４３のアームが使わ
れる。前者はダイオード１個分のオン電圧損失で済む
が、後者の場合はダイオード２個分のオン電圧損失とな
る。従って前者の方が有利である。ダイオード６２のア
ームがない場合はダイオード４４・４６のアームが使わ
れる。前者はダイオード１個分のオン電圧損失で済む
が、後者の場合はダイオード２個分のオン電圧損失とな
る。従って前者の方が有利である。

【００１２】図１４の他の実施形態について説明する。
図１３の場合は全波整流回路（ダイオード４１・４２・
４５・４６を含む回路）による整流電流で充電がなされ
る１個の主コンデンサ５０を用いる。いわば全波整流形
である。図１４はそれを半波整流形に改めたものであ
り、特性的にはこれでも同効となる。図１４の交流電源
１０の右向き電流は１０→６１→５１→４１→３０→１
０の閉回路を流れ、第１主コンデンサ５１を充電する。
交流電源１０の左向き電流は１０→３０→４２→５２→
６２→１０の閉回路を流れ、第２主コンデンサ５２を充
電する。第１主コンデンサ５１の放電は５１→９０→４
７→５１の閉回路を介してなされる。第２主コンデンサ
５２の放電は５２→４８→９０→５２の閉回路を介して
なされる。図１５の実施形態について説明する。図１の
主コンデンサ５０あるいは図１３の主コンデンサ５０は
単一コンデンサ回路である。図１５はそれを部分平滑形
複合コンデンサ回路に改めたものである。部分平滑形複
合コンデンサ回路の構成要素は第一主コンデンサ５３・
第二主コンデンサ５４と、それらを直列に充電しかつ並
列に放電するための３個のダイオード５７・５８・５９
である。図１５回路は主コンデンサ全体（５３・５４）
の放電電圧が半減するので、直流出力端子９１・９２の
電圧平滑度はやや悪くなるが、交流電源１０の更なる力
率向上に寄与する。

【００１３】

【発明の効果】本発明は、交流電源と直列に接続する補
助コンデンサを備え、前記交流電源・補助コンデンサと
共に閉回路を形成する位置に配置され該閉回路電流の整
流電流で充電される主コンデンサを備えることを主たる
特徴事項とするものである。これによれば、高力率形の
安価な整流平滑形電源装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る整流平滑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１１の次のステップの動作を説明する説明
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】本発明に係るその他の実施形態を示す回路図
である。

【図１６】従来の整流平滑形電源装置を示す回路図であ
る。

【符号の説明】

１０：交流電源、２１・２２：ダイオード、３０：補助
コンデンサ、４１・４２・４３・４４・４５・４６：ダ
イオード、５０：主コンデンサ、９１・９２：直流出力
端子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電源と直列に接続する補助コンデンサ
   を備え、前記交流電源・補助コンデンサと共に閉回路を
   形成する位置に配置され該閉回路電流の整流電流で充電
   される主コンデンサを備え、前記交流電源の全波整流電
   圧の瞬時値が高い期間には該瞬時値を出力し低い期間に
   は前記主コンデンサ電圧を出力する直流出力端子を備え
   たことを特徴とする整流平滑形電源装置。