JP2003116268A - コンデンサ結合電源装置 - Google Patents
コンデンサ結合電源装置Info
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- JP2003116268A JP2003116268A JP2001308622A JP2001308622A JP2003116268A JP 2003116268 A JP2003116268 A JP 2003116268A JP 2001308622 A JP2001308622 A JP 2001308622A JP 2001308622 A JP2001308622 A JP 2001308622A JP 2003116268 A JP2003116268 A JP 2003116268A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】直流に対する絶縁だけでなく、交流に対する絶
縁も十分に確保することができる電源装置を実現する。 【解決手段】交流電源１から整流回路２を通して供給さ
れた直流、又は直流電源から直接供給された直流を導く
線路の正側と負側にそれぞれインダクタＬ１，Ｌ２を直
列に挿入し、前記各インダクタＬ１，Ｌ２にスイッチン
グ素子Ｓを並列接続し、前記正側のインダクタＬ１と負
荷との間、及び前記負側のインダクタＬ２と負荷との間
にそれぞれコンデンサＣ１，Ｃ２を直列に挿入した。 【効果】変圧器を用いないでも、電源側１と負荷側との
間に、抵抗を介しても直流電流、交流電流が流れないと
いう、入出力間の絶縁を保つことができる。
縁も十分に確保することができる電源装置を実現する。 【解決手段】交流電源１から整流回路２を通して供給さ
れた直流、又は直流電源から直接供給された直流を導く
線路の正側と負側にそれぞれインダクタＬ１，Ｌ２を直
列に挿入し、前記各インダクタＬ１，Ｌ２にスイッチン
グ素子Ｓを並列接続し、前記正側のインダクタＬ１と負
荷との間、及び前記負側のインダクタＬ２と負荷との間
にそれぞれコンデンサＣ１，Ｃ２を直列に挿入した。 【効果】変圧器を用いないでも、電源側１と負荷側との
間に、抵抗を介しても直流電流、交流電流が流れないと
いう、入出力間の絶縁を保つことができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンデンサ結合電
源装置に関するものである。
源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電源装置には、所望の大きさの電圧を得
るために、変圧器が用いられることがあるが、この変圧
器は、一次側と二次側とを絶縁するという役目も果たし
ている。一方、小型化軽量化の目的のために、変圧器を
用いないで済む電源装置が求められることがある。
るために、変圧器が用いられることがあるが、この変圧
器は、一次側と二次側とを絶縁するという役目も果たし
ている。一方、小型化軽量化の目的のために、変圧器を
用いないで済む電源装置が求められることがある。
【０００３】この、変圧器のない電源装置は、変圧器を
用いた電源装置と違って、電源側と負荷側との絶縁を保
つことが一般に困難である。従来では、この絶縁を保つ
ため、電源側と負荷側との間でコンデンサを直列に結合
させたタイプの電源装置が提案されている（特開平9-74
741号公報参照）。
用いた電源装置と違って、電源側と負荷側との絶縁を保
つことが一般に困難である。従来では、この絶縁を保つ
ため、電源側と負荷側との間でコンデンサを直列に結合
させたタイプの電源装置が提案されている（特開平9-74
741号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このタイプの
電源装置は、直流に対する絶縁はできても、交流に対す
る十分な絶縁が確保されていないのが実状である。そこ
で、本発明は、直流に対する絶縁のみならず、交流に対
する絶縁も十分に確保することができる電源装置を実現
することを目的とする。
電源装置は、直流に対する絶縁はできても、交流に対す
る十分な絶縁が確保されていないのが実状である。そこ
で、本発明は、直流に対する絶縁のみならず、交流に対
する絶縁も十分に確保することができる電源装置を実現
することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の電源装置は、交
流電源から整流回路を通して供給された直流、又は直流
電源から直接供給された直流を導く線路の正側と負側に
それぞれインダクタを直列に挿入し、前記各インダクタ
にスイッチング素子を並列接続し、前記正側のインダク
タと負荷との間、及び前記負側のインダクタと負荷との
間にそれぞれコンデンサを直列に挿入したものである。
流電源から整流回路を通して供給された直流、又は直流
電源から直接供給された直流を導く線路の正側と負側に
それぞれインダクタを直列に挿入し、前記各インダクタ
にスイッチング素子を並列接続し、前記正側のインダク
タと負荷との間、及び前記負側のインダクタと負荷との
間にそれぞれコンデンサを直列に挿入したものである。
【０００６】前記の構成によれば、直流を導く線路の正
側と負側の両方にそれぞれインダクタを直列に挿入して
いることが特徴となる。この特徴により，電源と負荷と
の間の絶縁が、直流に対しても、交流に対しても達成さ
れる。前記正側のインダクタと負側のインダクタとの容
量比は、前記正側のインダクタに直列に接続されたコン
デンサと前記負側のインダクタに直列に接続されたコン
デンサとの容量比の逆数となっていることが好ましい
（請求項２）。
側と負側の両方にそれぞれインダクタを直列に挿入して
いることが特徴となる。この特徴により，電源と負荷と
の間の絶縁が、直流に対しても、交流に対しても達成さ
れる。前記正側のインダクタと負側のインダクタとの容
量比は、前記正側のインダクタに直列に接続されたコン
デンサと前記負側のインダクタに直列に接続されたコン
デンサとの容量比の逆数となっていることが好ましい
（請求項２）。
【０００７】この関係を満たすことにより，電源と負荷
との間の絶縁が、完全に達成される。なお、この関係を
満たさない場合でも、電源と負荷との間の絶縁は、実用
上十分なレベルで達成される。前記正側のインダクタの
容量と負側のインダクタとの容量とは互いに等しく、前
記正側のインダクタに直列に接続されたコンデンサの容
量と前記負側のインダクタに直列に接続されたコンデン
サの容量とが互いに等しいものであってもよい（請求項
３）。これは、前記容量比が１の場合に該当する。
との間の絶縁が、完全に達成される。なお、この関係を
満たさない場合でも、電源と負荷との間の絶縁は、実用
上十分なレベルで達成される。前記正側のインダクタの
容量と負側のインダクタとの容量とは互いに等しく、前
記正側のインダクタに直列に接続されたコンデンサの容
量と前記負側のインダクタに直列に接続されたコンデン
サの容量とが互いに等しいものであってもよい（請求項
３）。これは、前記容量比が１の場合に該当する。
【０００８】前記コンデンサの出力端に整流回路と平滑
回路が接続されている構成であってもよい（請求項
４）。この構成により、直流電圧を供給する電源を構成
することができるし、絶縁レベルがさらに改善される。
前記整流回路の正側の経路と負側の経路に、それぞれ平
滑用インダクタが挿入されているものであってもよい。
このインダクタと前記入力端のインダクタを適度に結合
させれば、脈流のない、平滑な直流を得ることができ
る。
回路が接続されている構成であってもよい（請求項
４）。この構成により、直流電圧を供給する電源を構成
することができるし、絶縁レベルがさらに改善される。
前記整流回路の正側の経路と負側の経路に、それぞれ平
滑用インダクタが挿入されているものであってもよい。
このインダクタと前記入力端のインダクタを適度に結合
させれば、脈流のない、平滑な直流を得ることができ
る。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明
のコンデンサ結合直流電源装置の動作を説明するための
概略回路図である。商用交流電源１の交流電圧は、第一
の整流回路２により直流（脈流）電圧に変換される。変
換後の直流の正側及び負側に、それぞれインダクタＬ
１，Ｌ２が挿入され、インダクタＬ１，Ｌ２の出力側に
は高周波スイッチＳが並列に接続されている。
付図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明
のコンデンサ結合直流電源装置の動作を説明するための
概略回路図である。商用交流電源１の交流電圧は、第一
の整流回路２により直流（脈流）電圧に変換される。変
換後の直流の正側及び負側に、それぞれインダクタＬ
１，Ｌ２が挿入され、インダクタＬ１，Ｌ２の出力側に
は高周波スイッチＳが並列に接続されている。
【００１０】前記各インダクタＬ１，Ｌ２には、さらに
コンデンサＣ１，Ｃ２が接続され、これらのコンデンサ
Ｃ１，Ｃ２の出力側に、第ニの整流回路を構成するダイ
オードＤが接続されている。ダイオードＤの出力側に
は、平滑回路３を構成するインダクタＬ３とコンデンサ
Ｃ３が接続されている。前記インダクタＬ１，Ｌ２の容
量とコンデンサＣ１，Ｃ２の容量との関係は、次の式
(1)に従っている。
コンデンサＣ１，Ｃ２が接続され、これらのコンデンサ
Ｃ１，Ｃ２の出力側に、第ニの整流回路を構成するダイ
オードＤが接続されている。ダイオードＤの出力側に
は、平滑回路３を構成するインダクタＬ３とコンデンサ
Ｃ３が接続されている。前記インダクタＬ１，Ｌ２の容
量とコンデンサＣ１，Ｃ２の容量との関係は、次の式
(1)に従っている。
【００１１】Ｌ１／Ｌ２＝Ｃ２／Ｃ１ (1)
この関係の特殊な場合として、Ｌ１＝Ｌ２，Ｃ１＝Ｃ２
の関係が含まれる。図２は，従来の回路図であり、変換
後の直流の正側のみにインダクタが挿入されており、負
側にはインダクタが挿入されていない。他の回路素子の
構成は、図１と同様である。図１に示すように、本発明
では、直流の正側にインダクタＬ１を備え、負側にイン
ダクタＬ２を備え、インダクタＬ１，Ｌ２の容量とコン
デンサＣ１，Ｃ２の容量とが前記(1)式を満足すること
によって、電源と、平滑回路３の出力との間で、直流絶
縁、及び交流絶縁が達成される。
の関係が含まれる。図２は，従来の回路図であり、変換
後の直流の正側のみにインダクタが挿入されており、負
側にはインダクタが挿入されていない。他の回路素子の
構成は、図１と同様である。図１に示すように、本発明
では、直流の正側にインダクタＬ１を備え、負側にイン
ダクタＬ２を備え、インダクタＬ１，Ｌ２の容量とコン
デンサＣ１，Ｃ２の容量とが前記(1)式を満足すること
によって、電源と、平滑回路３の出力との間で、直流絶
縁、及び交流絶縁が達成される。
【００１２】このことは、後に示すように、電源と、平
滑回路３の出力との間に抵抗を接続しても、この抵抗に
直流電流も交流電流も流れないことを確認することによ
って、証明できる。以上で、本発明の実施の形態を説明
したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるもの
ではない。例えば、図１において交流電源１、第一の整
流回路２がなく、直流入力形の電源装置にも本発明は適
用可能である。または第一の整流回路２がなく、直接、
交流電源１につながった交流入力形の電源装置にも本発
明は適用可能である。また、ダイオードＤ、平滑回路３
を省略して、交流出力形の電源装置としても本発明は適
用可能である。その他、本発明の範囲内において種々の
変更を施すことが可能である。
滑回路３の出力との間に抵抗を接続しても、この抵抗に
直流電流も交流電流も流れないことを確認することによ
って、証明できる。以上で、本発明の実施の形態を説明
したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるもの
ではない。例えば、図１において交流電源１、第一の整
流回路２がなく、直流入力形の電源装置にも本発明は適
用可能である。または第一の整流回路２がなく、直接、
交流電源１につながった交流入力形の電源装置にも本発
明は適用可能である。また、ダイオードＤ、平滑回路３
を省略して、交流出力形の電源装置としても本発明は適
用可能である。その他、本発明の範囲内において種々の
変更を施すことが可能である。
【００１３】
【実施例】＜実施例１＞図３は、本発明の効果を検証す
るために使用した回路図である。この回路構成、回路定
数をコンピュータに入力し、回路解析ソフトを用いて、
各部の電圧・電流波形を予測した。この回路は、直流入
力―直流出力の形になっていて、図１の交流電源と、第
一の整流回路２とは省略されている。インダクタＬ１，
Ｌ２に相当するものとして、それぞれ１５μＨのコイル
が使用されている。コンデンサＣ１，Ｃ２に相当するも
のとして、それぞれ0.01μＦのコンデンサが使用されて
いる。したがって、この回路は、Ｌ１＝Ｌ２，Ｃ１＝Ｃ
２の関係を満たしていることになる。チョッピング周波
数は、200kHzである。
るために使用した回路図である。この回路構成、回路定
数をコンピュータに入力し、回路解析ソフトを用いて、
各部の電圧・電流波形を予測した。この回路は、直流入
力―直流出力の形になっていて、図１の交流電源と、第
一の整流回路２とは省略されている。インダクタＬ１，
Ｌ２に相当するものとして、それぞれ１５μＨのコイル
が使用されている。コンデンサＣ１，Ｃ２に相当するも
のとして、それぞれ0.01μＦのコンデンサが使用されて
いる。したがって、この回路は、Ｌ１＝Ｌ２，Ｃ１＝Ｃ
２の関係を満たしていることになる。チョッピング周波
数は、200kHzである。
【００１４】負荷ＲLとして２０Ωの抵抗を接続してい
る。この負荷ＲLの一端に、絶縁を調べるための抵抗Ｒi
が接続されている。直流入力オン後の、負荷抵抗ＲLの
両端の負荷電圧ＶLと、抵抗Ｒiの両端電圧Ｖiの電圧波
形を時間経過とともにグラフにしたものが、図４であ
る。図４の縦軸電圧ＶL，Ｖiの単位はボルト、横軸時間
の単位はμsecである。図４のグラフによれば、立ち上
がり後、負荷電圧ＶLは速やかに立ち上がっていくが、
電圧Ｖiのほとんど０のままである。
る。この負荷ＲLの一端に、絶縁を調べるための抵抗Ｒi
が接続されている。直流入力オン後の、負荷抵抗ＲLの
両端の負荷電圧ＶLと、抵抗Ｒiの両端電圧Ｖiの電圧波
形を時間経過とともにグラフにしたものが、図４であ
る。図４の縦軸電圧ＶL，Ｖiの単位はボルト、横軸時間
の単位はμsecである。図４のグラフによれば、立ち上
がり後、負荷電圧ＶLは速やかに立ち上がっていくが、
電圧Ｖiのほとんど０のままである。
【００１５】＜実施例２＞図５は、本発明の効果を検証
するための他の回路図を示す。この回路では、インダク
タＬ１，Ｌ２に相当するものとして、それぞれ１０μ
Ｈ，２０μＨのコイルが使用されている。コンデンサＣ
１，Ｃ２に相当するものとして、それぞれ0.014μＦ，
0.007μＦのコンデンサが使用されている。したがっ
て、 Ｌ１／Ｌ２＝Ｃ２／Ｃ１＝０．５ の関係をみたす。
するための他の回路図を示す。この回路では、インダク
タＬ１，Ｌ２に相当するものとして、それぞれ１０μ
Ｈ，２０μＨのコイルが使用されている。コンデンサＣ
１，Ｃ２に相当するものとして、それぞれ0.014μＦ，
0.007μＦのコンデンサが使用されている。したがっ
て、 Ｌ１／Ｌ２＝Ｃ２／Ｃ１＝０．５ の関係をみたす。
【００１６】図６は、直流入力オン後の、負荷電圧ＶL
と、抵抗Ｒiの両端電圧Ｖiの電圧波形の時間経過を示す
グラフである。この図６のグラフによれば、図４と同
様、立ち上がり後、負荷電圧ＶLは速やかに立ち上がっ
ていくが、電圧Ｖiのほとんど０のままである。 ＜比較例＞図７は、従来技術に係る回路を示す。直流電
源の正側のみに、３０μＨのコイルが挿入されている。
コンデンサは、実施例１と同様，それぞれ0.01μＦの容
量のものが使われている。
と、抵抗Ｒiの両端電圧Ｖiの電圧波形の時間経過を示す
グラフである。この図６のグラフによれば、図４と同
様、立ち上がり後、負荷電圧ＶLは速やかに立ち上がっ
ていくが、電圧Ｖiのほとんど０のままである。 ＜比較例＞図７は、従来技術に係る回路を示す。直流電
源の正側のみに、３０μＨのコイルが挿入されている。
コンデンサは、実施例１と同様，それぞれ0.01μＦの容
量のものが使われている。
【００１７】この回路における、直流入力オン後の、負
荷電圧ＶLと、抵抗Ｒiの両端電圧Ｖiの電圧波形の時間
経過を、図８に示す。このグラフによれば、抵抗Ｒiの
両端電圧Ｖiに、周波数200kHzの大きな高周波電圧が乗
っていることが分かる。したがって、交流に対する絶縁
が十分でなく、抵抗Ｒiが人体であるとすると、人体に
高周波電流が流れて感電することが分かる。
荷電圧ＶLと、抵抗Ｒiの両端電圧Ｖiの電圧波形の時間
経過を、図８に示す。このグラフによれば、抵抗Ｒiの
両端電圧Ｖiに、周波数200kHzの大きな高周波電圧が乗
っていることが分かる。したがって、交流に対する絶縁
が十分でなく、抵抗Ｒiが人体であるとすると、人体に
高周波電流が流れて感電することが分かる。
【００１８】
【発明の効果】以上のように本発明のコンデンサ結合電
源装置によれば、変圧器を用いないで、電源側と負荷側
との間に、抵抗を介しても直流電流、交流電流が流れな
いという、入出力間の絶縁を保つことができる。したが
って、コンピュータ、各種通信機器などに最適な電源装
置を提供することができる。また、このコンデンサ結合
電源装置によれば、送電配電側に与える高調波歪が少な
い。また、インダクタとコンデンサによって共振条件を
満たすことが簡単にでき、ノイズを吸収することができ
るので、ノイズの出ない電源装置を提供することができ
る。
源装置によれば、変圧器を用いないで、電源側と負荷側
との間に、抵抗を介しても直流電流、交流電流が流れな
いという、入出力間の絶縁を保つことができる。したが
って、コンピュータ、各種通信機器などに最適な電源装
置を提供することができる。また、このコンデンサ結合
電源装置によれば、送電配電側に与える高調波歪が少な
い。また、インダクタとコンデンサによって共振条件を
満たすことが簡単にでき、ノイズを吸収することができ
るので、ノイズの出ない電源装置を提供することができ
る。
【図１】本発明のコンデンサ結合直流電源装置の動作を
説明するための概略回路図である。
説明するための概略回路図である。
【図２】変換後の直流の正側のみに、インダクタが挿入
されている従来のコンデンサ結合電源装置の回路図であ
る。
されている従来のコンデンサ結合電源装置の回路図であ
る。
【図３】本発明の効果を検証するために使用した回路図
である。
である。
【図４】図３の回路における、直流入力オン後の、負荷
抵抗ＲLの両端の負荷電圧ＶLと、抵抗Ｒiの両端電圧Ｖi
の電圧波形を時間経過とともに示すグラフである。
抵抗ＲLの両端の負荷電圧ＶLと、抵抗Ｒiの両端電圧Ｖi
の電圧波形を時間経過とともに示すグラフである。
【図５】本発明の効果を検証するための他の回路図であ
る。
る。
【図６】図５の回路における、直流入力オン後の、負荷
抵抗ＲLの両端の負荷電圧ＶLと、抵抗Ｒiの両端電圧Ｖi
の電圧波形を時間経過とともに示すグラフである。
抵抗ＲLの両端の負荷電圧ＶLと、抵抗Ｒiの両端電圧Ｖi
の電圧波形を時間経過とともに示すグラフである。
【図７】従来技術に係る回路図である。
【図８】図７の回路における、直流入力オン後の、負荷
抵抗ＲLの両端の負荷電圧ＶLと、抵抗Ｒiの両端電圧Ｖi
の電圧波形を時間経過とともに示すグラフである。
抵抗ＲLの両端の負荷電圧ＶLと、抵抗Ｒiの両端電圧Ｖi
の電圧波形を時間経過とともに示すグラフである。
１ 商用交流電源
２ 第一の整流回路
３ 平滑回路
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ インダクタ
Ｓ 高周波スイッチ
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３ コンデンサ
Ｄ 第ニの整流回路を構成するダイオード
Claims (5)
- 【請求項１】交流電源から整流回路を通して供給された
直流、又は直流電源から直接供給された直流を導く線路
の正側と負側にそれぞれインダクタを直列に挿入し、前
記各インダクタにスイッチング素子を並列接続し、前記
正側のインダクタと負荷との間、及び前記負側のインダ
クタと負荷との間にそれぞれコンデンサを直列に挿入し
たことを特徴とするコンデンサ結合電源装置。 - 【請求項２】前記正側のインダクタと負側のインダクタ
との容量比は、前記正側のインダクタに直列に接続され
たコンデンサと前記負側のインダクタに直列に接続され
たコンデンサとの容量比の逆数となっていることを特徴
とする請求項１記載のコンデンサ結合電源装置。 - 【請求項３】前記正側のインダクタの容量と負側のイン
ダクタとの容量とは互いに等しく、前記正側のインダク
タに直列に接続されたコンデンサの容量と前記負側のイ
ンダクタに直列に接続されたコンデンサの容量とが互い
に等しいことを特徴とする請求項２記載のコンデンサ結
合電源装置。 - 【請求項４】前記コンデンサの出力端に整流回路と平滑
回路が接続されていることを特徴とする請求項１記載の
コンデンサ結合電源装置。 - 【請求項５】前記整流回路の正側の経路と負側の経路
に、それぞれ平滑用インダクタが挿入されていることを
特徴とする請求項４記載のコンデンサ結合電源装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001308622A JP3562804B2 (ja) | 2001-10-04 | 2001-10-04 | コンデンサ結合電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001308622A JP3562804B2 (ja) | 2001-10-04 | 2001-10-04 | コンデンサ結合電源装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003116268A true JP2003116268A (ja) | 2003-04-18 |
| JP3562804B2 JP3562804B2 (ja) | 2004-09-08 |
Family
ID=19127901
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001308622A Expired - Fee Related JP3562804B2 (ja) | 2001-10-04 | 2001-10-04 | コンデンサ結合電源装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3562804B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005062452A1 (ja) | 2003-12-18 | 2005-07-07 | Nitta Corporation | キャパシタ絶縁電源装置 |
-
2001
- 2001-10-04 JP JP2001308622A patent/JP3562804B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005062452A1 (ja) | 2003-12-18 | 2005-07-07 | Nitta Corporation | キャパシタ絶縁電源装置 |
| JPWO2005062452A1 (ja) * | 2003-12-18 | 2007-07-19 | ニッタ株式会社 | キャパシタ絶縁電源装置 |
| US7292017B2 (en) | 2003-12-18 | 2007-11-06 | Nitta Corporation | Capacitor insulating power supply |
| CN100420134C (zh) * | 2003-12-18 | 2008-09-17 | 新田株式会社 | 电容器绝缘电源装置 |
| JP4499040B2 (ja) * | 2003-12-18 | 2010-07-07 | ニッタ株式会社 | キャパシタ絶縁電源装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3562804B2 (ja) | 2004-09-08 |
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