JPH1056738A - 力率改善整流回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】パワーチョークコイルのインダクタンスの作用
により電源投入時はね上がり電圧として整流平滑後の回
路に表れる。 【解決手段】交流リアクトルにより高調波規制対策を行
う装置の過電圧を保護する回路において、整流平滑コン
デンサに並列に過電圧保護回路を設けて電圧を抑制す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は力率改善整流回路に
関わり、特に交流電源入力ラインに対して交流リアクト
ルを挿入することによって構成される力率改善整流回路
に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば電源回路においては、電子機器が
発生する電源高調波歪みを低減するために力率改善整流
回路を設けることが知られている。そして、例えばこの
力率改善回路としては交流電源入力ラインに対して交流
リアクトルとしてのパワーチョークコイルを挿入したチ
ョークインプット方式が知られている。このチョークイ
ンプト方式では、パワーチョークコイルのインダクタン
スを交流入力電流が流れることで平滑コンデンサへの充
電電流の流通角が拡大され、これによって力率が改善さ
れることになる。

【０００３】図４の回路図は、上記チョークインプット
方式による力率改善整流回路を示している。

【０００４】この図においては１は交流電源を示し、こ
の交流電源１の一方の極はラインフィルタトランス２の
巻き線２aにに対して接続され、他方の極はスイッチＳ
Ｗを介してラインフィルタトランス２の巻線２bに対し
て接続されている。

【０００５】ＳＷは電源回路オン/オフを行うためのス
イッチを示している。また、ラインフィルタトランス２
の後段に挿入されているＣLはアクロスコンデンサを示
し、ラインフィルタトランス２と共にローパスフィルタ
を形成している。また、ＰＣＣは交流リアクトルとして
のパワーチョークコイルを示しており、例えば図のよう
に交流入力電源の一方のライン側に挿入されているが、
他方の極ライン側に挿入されていてもよいものとされ
る。

【０００６】なお、ＬN,ＲNはそれぞれパワーチョーク
コイルＰＣＣのインダクタンス及び直流抵抗を示してい
るが、これについては後述する。

【０００７】また、３はダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，
Ｄ４からなり、全波整流を行う整流ブリッジ回路であ
り、図のようにダイオードＤ１，Ｄ２の接続点が交流電
源の一方のラインの入力端子とされ、ダイオードＤ３，
Ｄ４のその接続点が交流電源の他方の極ラインの入力端
子とされ、整流出力端子はダイオードＤ２，Ｄ４の接続
点とされ、ダイオードＤ２，Ｄ３の接続点がアースに対
して接続されている。Ｃｉは整流ブリッジ回路３の出力
端子とアース間に対して接続される平滑コンデンサであ
り、整流ブリッジ回路３で全波整流された出力を平滑し
て整流平滑電圧Ｅｉを得る。４はスイッチング電源回路
を示し、図のように整流平滑電圧Ｅｉを入力して、例え
ば所要の直流電圧Ｅ１，Ｅ２に変換して出力することに
なる。

【０００８】上記構成の電源回路においては、整流ブリ
ッジ回路３及び平滑コンデンサＣｉによって整流平滑さ
れた電圧Ｅｉが得られるが、この際、パワーチョークコ
イルＰＣＣのインダクタンスＬNの作用により、充電電
流の流通角が拡大されることで力率改善がおこなわれる
ことになる。なお、この際のインダクタンスＬNとして
は、例えば力率を0.75程度に改善しようとした場合に
は、入力電力が１００Ｗ程度としてＡＣ１００Ｖ時には
ＬN＝１０ｍＨ以上、ＡＣ２３０Ｖ時にはＬN＝６０ｍＨ
以上程度とされている。

【０００９】上記従来技術は例えば、ＣＱ出版社「実用
電源回路設計ハンドブック」第１０版のＰ２２７に示さ
れる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ここで、図５は上記図
４に示した電源回路におけるスイッチＳＷオン時直後の
交流入力電圧ＶAC、交流入力電流ＩAC、整流平滑電圧Ｅ
ｉの動作波形を示しており、横軸にはスイッチＳＷをオ
ンとしてから経過時間が、縦軸には電圧レベル及び電流
レベルがそれぞれ示されている。例えば、図のようにｔ
0時点として示される交流入力電圧ＶACの正期間の開始
時点のタイミングでスイッチＳＷがオンとされて電源が
投入されたとすると、この場合、最初に交流入力電圧Ｖ
ACが正となる期間t0〜t1においては、平滑コンデンサＣ
ｉに対する充電のために、交流入力電流ＩACとしては図
のように過大な突入電流となる。この期間の交流入力電
流ＩACは、パワーチョークコイルＰＣＣの直流抵抗ＲN
と整流ブリッジ回路３におけるダイオードの順方向抵抗
によって制限されることになるが、一方、このときの整
流平滑電圧Ｅｉは次のようになる。

【００１１】つまり、この期間にはパワーチョークコイ
ルＰＣＣのインダクタンスＬNの作用によりＬN×ＩAC×
ＩACの電磁エネルギーが蓄積されて、このエニルギーが
図に示すはね上がり電圧ＶLとして表れて交流入力電圧
ＶACに重畳されることになる。この結果、ｔ１時点の整
流平滑電圧Ｅｉは図のように定常値よりも極端に上昇し
たオーバーシュート電圧として表れる。そしてこのｔ１
時点以降からほぼｔ４時点までの期間においては、オー
バーシュートにより、図のように整流平滑電圧Ｅｉ(平
滑コンデンサＣｉの電位)が交流入力電圧ＶACより大き
くなる。このため、ダイオードＤ２，Ｄ４に対しては逆
方向電圧が印可されることになるため整流ブリッジ回路
３は導通不可となり、図のように交流入力電流ＩACは流
れなくなる。

【００１２】この間、平滑コンデンサＣｉの放電に伴っ
て徐々に整流平滑電圧Ｅｉが減少するが、図のｔ４〜ｔ
５の期間にに示すように交流入力電圧ＶACよりも整流平
滑電圧Ｅｉが低くなってくると、再び交流入力電流ＩAC
が流れ出すようになり、以降は定常の整流平滑動作とな
って、図のように交流入力電圧ＶACに対応した整流平滑
電圧Ｅiとなる。

【００１３】上記説明からわかるように、図４に示した
ような回路構成の力率改善整流回路をそなえた電源回路
では、少なくとも電源投入時に整流平滑電圧Ｅｉにオー
バーシュートが表れてしまうことになる。従って、この
ようなオーバーシュート電圧がかかることとなるブリッ
ジ整流回路３の各ダイオードや平滑コンデンサＣｉ、さ
らにはスイッチング半導体等の構成部品等について、例
えば、相応の耐圧を有するものを選択するなどして、電
源回路の耐圧を向上させる構成とすることが必要とな
り、結果としてコストアップにつながってしまうという
問題がある。

【００１４】例えば、ブリッジ整流回路３の各ダイオー
ド(D1〜D4)を例として挙げれば、オーバーシュート電圧
が定常時の整流平滑電圧Ｅｉの１４０〜１５０％程度に
なるとした場合、１００Ｖ系の電子機器に対応する電源
回路であれば２００Ｖから３００Ｖの耐圧を有するよう
に向上させ、２００Ｖ系の電子機器に対応する電源回路
であれば４００Ｖから６００Ｖ程度の耐圧を有するよう
に向上させる必要が生じる。

【００１５】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は上記した
問題を解決するため、交流リアクトルが挿入された交流
入力電圧を整流平滑して出力可能な力率改善整流回路に
おいて、整流平滑コンデンサに対して並列に、過大な整
流平滑電圧を抑制するための過電圧保護回路を設けるこ
ととし、例えばこの過電圧保護回路としては、抵抗とバ
リスタを直列接続して構成することとした。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明における力率改善整
流回路の一実施例を示す回路であり、先に説明した図４
と同一部分は同一符号を付して説明を省略する。

【００１７】本実施例の場合には図のように整流平滑コ
ンデンサに並列に抵抗Ｒ１とサージ吸収素子であるバリ
スタＶＤＲを直列に接続してなる過電圧保護回路が設け
られる。

【００１８】ここでバリスタＶＤＲは、例えば先に説明
した図５のｔ０〜ｔ４期間、すなわちオーバーシュート
電圧として表れる期間、はね上がり電圧ＶLが極端に発
生しないような導通電圧のものが選定される。

【００１９】そして、バリスタＶＤＲのサージ耐量及び
抵抗Ｒ１の定格電力であるが、上記のようにこの過電圧
保護回路はｔ０〜ｔ４期間のみ導通するよう設計されて
いることから、例えば交流電源入力が５０Ｈｚとしても
ｔ０〜ｔ４期間は４０ｍｓ程度の短時間となるのでそれ
ぞれ小容量で済み、共に小型の部品を用いることが可能
となる。

【００２０】図３は、本実施例の力率改善整流回路の動
作を示す波形図であり、先の図５と同様に、スイッチＳ
Ｗオン直後の交流入力電圧ＶAC、交流入力電流ＩAC、整
流平滑電圧Ｅｉの動作波形が示され、また、横軸として
はスイッチＳＷをオンとしてからの経過時間が、縦軸と
しては電圧レベル及び電流レベルがそれぞれ示されてい
る。例えば、交流入力電圧ＶACの正期間の開始時点のタ
イミングであるｔ０時点において、スイッチＳＷがオン
とされて電源が投入されたとすると、最初に交流入力電
圧ＶACが正となる期間ｔ０〜ｔ４の交流入力電流ＩAC
は、前述のように平滑コンデンサＣｉに対する充電によ
り過大な突入電流となる。

【００２１】そして、本実施例ではこの期間ｔ０〜ｔ４
において、上述のようにバリスタＶＤＲが導通するよう
にされるためこの時の、はね上がり電圧はバリスタVDR
及び電流制限抵抗Ｒ１により吸収されるため、先の図５
に示したような電圧レベルも表れない。

【００２２】この結果、期間ｔ０〜ｔ４においてはオー
バーシュートが抑制されたほぼ定常値の整流平滑電圧Ｅ
ｉが得られることになり、これ以降は図のように定常値
が維持される。

【００２３】そして本実施例の場合では図５の場合と異
なり、スイッチ投入直後から整流平滑電圧Ｅｉ(平滑コ
ンデンサＣｉの電位)が交流電圧Ｖａｃに近い電圧にな
っていることになる。

【００２４】図２は本発明の他の実施例の要部を示すも
のであり、他の部分は図１に示したと同様とされていれ
ばよい。この場合には、過電圧保護回路として図のよう
にコンデンサＣ１及び抵抗Ｒ２を直列接続してなるスナ
バ回路を整流平滑コンデンサに対して並列に接続する。

【００２５】このように構成しても先の実施例と同様に
オーバーシュート電圧を抑制することができ、電源投入
直後の動作波形も例えば図３に示したとほぼ同様なもの
が得られるようにされる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の力率改善整
流回路では、直列に接続したバリスタと抵抗あるいはス
ナバ回路による過電圧保護回路を整流平滑コンデンサに
対して並列に設けることで、小型でかつ少ない部品点数
の付加により電源投入直後に発生するオーバーシュート
電圧を抑制することができる。従って、整流ブリッジ回
路や平滑コンデンサ、さらには後段のスイッチング電源
等の定電圧回路の構成部品の耐圧性について、従来のよ
うにオーバーシュート電圧を考慮して向上させる必要が
なくなるため、それだけコストが低減されるという効果
を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における力率改善整流回路を示
す回路図である。

【図２】他の実施例における力率改善整流回路の要部を
示す回路図である。

【図３】実施例における力率改善整流回路の動作を示す
波形図である。

【図４】従来例における力率改善整流回路を示す回路図
である。

【図５】従来例における力率改善整流回路の動作を示す
波形図である。

【符号の説明】

１…交流電源、 ２…ラインフィルタトランス、 ３…
整流ブリッジ回路、４…スイッチング電源回路、ＰＣＣ
…パワーチョークコイル、ＣL…アクロスコンデンサ、
Ｃｉ…平滑コンデンサ、ＶＤＲ…バリスタ、Ｃ１…
コンデンサ、 Ｒ１，Ｒ２…抵抗。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流リアクトルが挿入された交流入力電圧
   を整流平滑化して出力する力率改善整流回路において、
   前記整流平滑コンデンサに対して並列に、過大な整流平
   滑電圧を抑制するための過電圧保護回路を備えているこ
   とを特徴とする力率改善整流回路。
2. 【請求項２】前記過電圧保護回路は抵抗とバリスタを直
   列接続してなることを特徴とす請求項１に記載の力率改
   善整流回路。