JPH1198841A

JPH1198841A - 整流回路

Info

Publication number: JPH1198841A
Application number: JP27041197A
Authority: JP
Inventors: Toshio Hori; 敏夫堀
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-09-17
Filing date: 1997-09-17
Publication date: 1999-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】入力電圧と入力電流とを同じ波形にすること
により力率を改善し、電源トランスに高調波が入らず、
しかも平滑回路に大きな容量のコンデンサが不要である
整流回路を提供することにある。【解決手段】アナログ・スイッチ１２、１４をオン・
オフすることにより、交流を整流し、最大値がＶ_iで平
均値が（2/π）Ｖ_iの絶対値整流を出力する絶対値整流
回路１と、絶対値整流から直流分をカットすると共に、
巻数比が１：１であって、結合係数ｋが１であるリップ
ル・キャンセル・チョーク１７により交流分を打ち消す
ことにより、平均値（2/π）Ｖ_iレベルの直流電圧を出
力する平滑回路２から成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は整流回路、特にアナ
ログ・スイッチにより構成された絶対値整流回路に、リ
ップル・キャンセル・チョークにより構成された平滑回
路を接続した整流回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の整流回路は、例えば図６（Ａ）に
示す構成を有し、センタ・タップ付きの電源トランス５
１の一次側に、交流電源５０を、二次側に、ダイオード
５２と５３から成る整流回路を接続し、更にコンデンサ
５４を有するコンデンサ入力型の平滑回路を接続してあ
る。

【０００３】この構成により、上記電源トランス５１の
二次側に現れる入力電圧を（図７（ａ））、ダイオード
５２と５３により整流し、得られた整流電圧（図７
（ｃ））のピーク値に等しい電圧により、上記平滑回路
を構成するコンデンサ５４を充電する。

【０００４】そして、コンデンサ５４の充電電荷を徐々
に負荷抵抗５５に供給することにより、平滑化された出
力電圧が（図７（ｅ））得られるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記図６
（Ａ）に示す整流回路は、その動作現象を考慮すれば、
図７（Ｂ）に示すように、アナログ・スイッチ６０と６
１、及びコンパレータ６２と６３により表すことができ
る。

【０００６】この図７（Ｂ）に示す回路によれば、整流
素子に流れる電流（入力電流）は、入力電圧Ｖ_i＞出力
電圧Ｖ_Oの条件が成立したときに生じ、しかもコンデン
サ５４の容量Ｃ_Lと負荷抵抗５５の抵抗値Ｒ_Lに大きく
影響される。

【０００７】即ち、出力電圧を平滑化するためには、よ
く知られているように、コンデンサ５４の容量Ｃ_Lを大
きくする必要があり、図７（ｅ）に示すように、容量が
Ｃ_L＝Ｏ、Ｃ_L＝中、Ｃ_L＝大と増加するに従って、リ
ップル電圧は減少する。

【０００８】しかし、コンデンサ５４の容量Ｃ_Lを大き
くすると、図７（ｂ）に示すように、入力電流の位相が
進み、入力電圧（図７（ａ））と同じ波形とはならず力
率が極めて低下し、しかも導通期間が狭くなる。

【０００９】その結果、入力電流は、波高率（最大値／
実効値）が高くなって、ひずみ波の波形が先鋭となり、
電源側への負担が大きくなる。また、入力電流は（図７
（ｂ））、低いデューティ比（パルス幅／周期）のパル
ス波になり、高調波を多く発生する。このため、従来の
整流回路を（図６（Ａ））大型の電力装置や精密機器に
使用した場合には、電源ハム（高調波ノイズ）が問題と
なる。

【００１０】この問題を解決するために、図８（Ａ）に
示すように、電源トランス７１の一次側に、交流電源７
０を、二次側に、ダイオード７２と７３から成る整流回
路を接続し、更にリップル・キャンセル・チョーク７４
とコンデンサ７５を有するチョーク入力型の平滑回路を
接続した整流回路が提案された。

【００１１】しかし、この整流回路では、電源トランス
７１の二次側に現れる入力電圧（図９（ａ））に対し
て、入力電流は（図９（ｂ））、その位相が遅れると共
に、矩形波になり、しかも、ダイオード７２又は７３の
オフ時に、図８（Ａ）の接続点７７の整流電圧Ｖ_i（図
９（ｃ））側のインピーダンスが上がり、且つリップル
・キャンセル・チョーク７４からのエネルギ放出が加わ
る。

【００１２】この動作を考慮すれば、図８（Ａ）の回路
は、図８（Ｂ）に示すように、整流電圧（図９（ｃ））
を出力する電源８０と、オン状態のダイオード８１と、
オフ状態のダイオード８２と、チョーク８３と、負荷抵
抗７６から成る回路に変換することができる。

【００１３】この図８（Ｂ）の回路においては、よく知
られているように、チョーク８３に蓄えられるエネルギ
と、放出されるエネルギが不平衡であり、チョーク８３
を入れるだけで、オフ状態にあるダイオード８１又は８
２のために直流が発生する（図９（ｂ）、図９
（ｄ））。

【００１４】従って、整流電圧（図９（ｃ））と同じ整
流電流の絶対値波形を維持するのが極めて難しく、図８
（Ａ）に示す整流回路は、実用的ではない。

【００１５】本発明の目的は、入力電圧と入力電流とを
同じ波形にすることにより力率を改善し、電源トランス
に高調波が入らず、しかも平滑回路に大きな容量のコン
デンサが不要である整流回路を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本願の発明者は、整流回路の出力電圧の絶対値波形
を（図２（ｆ））維持するためには、整流回路を従来の
ように（図６（Ａ）、図８（Ａ））ダイオードでは構成
できないことに着眼し、図１に示すように、交流を全波
整流した絶対値整流（図１、図２（ｃ））を得るための
絶対値整流回路１を設け、この絶対値整流回路１を、ア
ナログ・スイッチ１２、１４により構成すると共に、平
滑回路２を、１：１の巻数比を有するリップル・キャン
セル・チョーク１７により構成することにした。

【００１７】この場合、リップル・キャンセル・チョー
ク１７を構成する２つチョークの磁束の漏れがなく交流
分を完全に打ち消し合うように（図２（ｅ））、結合係
数ｋ＝１が望ましい。

【００１８】しかし、このリップル・キャンセル・チョ
ーク１７には、直流飽和防止のためにギャップを入れ、
また結合係数ｋ＜１であれば、平滑コンデンサ１９を接
続する（図１）。

【００１９】この考えに基づいて、電源トランス１１の
一次側に接続され、電圧の最大値がＶ_iの交流電源１０
と、電源トランス１１の二次側に接続され、アナログ・
スイッチ１２、１４をオン・オフすることにより、最大
値がＶ_iで平均値が（2/π）Ｖ_iの絶対値整流を出力す
る絶対値整流回路１と、絶対値整流回路１の出力側に接
続され、上記絶対値整流から直流分をカットすると共
に、巻数比が１：１であって、結合係数ｋが１であるリ
ップル・キャンセル・チョーク１７により交流分を打ち
消すことにより、平均値（2/π）Ｖ_iレベルの直流電圧
を出力する平滑回路２から成ることを特徴とする整流回
路という技術的手段が講じられた。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態により
添付図面を参照して説明する。図１は本発明の構成を示
す図である。

【００２１】Ａ．構成図１に示す整流回路は、電源トランス１１の一次側に交
流電源１０を、二次側に絶対値整流回路１をそれぞれ接
続し、更に絶対値整流回路１に平滑回路２を、平滑回路
２に負荷抵抗２０をそれぞれ接続した構成を有する。

【００２２】電源トランス１１の二次側の巻線は、図示
するように、コイル１１Ａと、コイル１１Ｂにより構成
されている。

【００２３】コイル１１Ａは、センタ・タップ付きコイ
ルであって、その中点を対称として、単相交流電源１０
の電圧波形と同じ大きさの電圧波形（図２（ａ））が現
れる。そして、このコイル１１Ａに現れた電圧が、上記
絶対値整流回路１の入力電圧となる。

【００２４】上記コイル１１Ａには、アナログ・スイッ
チ１２、１４が接続され、アナログ・スイッチ１２はド
ライバ１３により、アナログ・スイッチ１４はドライバ
１５によりそれぞれ動作する。

【００２５】また、コイル１１Ｂには、コンパレータ１
６が接続され、このコンパレータ１６は、前記アナログ
・スイッチ１２、１４に接続されている。

【００２６】この構成により、例えば絶対値整流回路１
の入力電圧の極性が正の場合には（図２（ａ））、ドラ
イバ１３によりアナログ・スイッチ１２がオンし、絶対
値整流回路１の入力電圧の極性が負の場合には（図２
（ａ））、ドライバ１５によりアナログ・スイッチ１４
がオンすることにより、最大値がＶ_iで平均値が（2/
π）Ｖ_iの絶対値整流が得られるようになっている（図
２（ｃ））。

【００２７】上記絶対値整流回路１の出力側には、平滑
回路２が接続され、平滑回路２は、リップル・キャンセ
ル・チョーク１７と直流カット用コンデンサ１８により
構成されている。

【００２８】このリップル・キャンセル・チョーク１７
は、２つのコイル１７Ａと１７Ｂにより構成され、各コ
イルの巻数比は、１：１である。

【００２９】またリップル・キャンセル・チョーク１７
のコイル１７Ａと１７Ｂにより構成される誘導回路の結
合係数ｋは、１が好ましく、コイルの磁束の漏れがなく
交流分を完全に打ち消し合うようにする（図２
（ｅ））。

【００３０】しかし、このリップル・キャンセル・チョ
ーク１７には、直流飽和防止のためにギャップを入れ、
また結合係数ｋ＜１であれば、平滑コンデンサ１９を接
続する（図１）。

【００３１】即ち、リップル・キャンセル・チョーク１
７の結合係数ｋ＜１、例えばｋ＝０．７の場合には、絶
対値整流回路１の入力電圧が正弦波の場合でも（図３
（ａ））、また三角波の場合でも（図４（ａ））、交流
分が完全には打ち消されずに出力電圧に僅かなリップル
が現れる（図３（ｆ）、図４（ｆ））。

【００３２】従って、この出力電圧に現れるリップルを
無くし完全な直流電圧を得るためには（図２（ｆ））、
上記平滑コンデンサ１９を接続する必要がある（図
１）。

【００３３】Ｂ．動作以下、上記構成を有する本発明の整流回路の動作を説明
する。先ず、電源トランス１１の一次側に、交流電源１
０の正弦波交流を印加すると、電源トランス１１の二次
側のコイル１１Ａには、図２（ａ）に示すように、交流
電源１０の電圧波形と同じ大きさの電圧波形が現れ、こ
れが絶対値整流回路１の入力電圧となる。

【００３４】また、このときコイル１１Ａを流れる入力
電流は、図２（ｂ）に示すように、入力電圧（図２
（ａ））に対して同波形・同位相であり、力率は１００
％となる。

【００３５】即ち、この実施形態で使用しているリップ
ル・キャンセル・チョーク１７の巻数比は１：１で、結
合係数ｋは１であり、磁束の漏れがないため、平滑コン
デンサ１９は不要である。また、絶対値整流回路１に、
ダイオードは使用していない。

【００３６】従って、従来のように入力電流の位相が進
んだり、遅れたり、また入力電流がパルス波となる
（（図７（ｂ）、図９（ｂ））ことはなく、入力電圧と
同波形・同位相であって、力率は１００％となる。

【００３７】次に、この入力電圧（図２（ａ））の極性
が正の場合には、ドライバ１３によりアナログ・スイッ
チ１２がオンし、入力電圧の極性が負の場合には、ドラ
イバ１５によりアナログ・スイッチ１４がオンすること
により、電圧の最大値がＶ_iで平均値が（２／π）Ｖ_i
の絶対値整流が得られる（図１、図２（ｃ））。

【００３８】従って、この絶対値整流（図１、図２
（ｃ））の平均値（２／π）Ｖ_iを中心として、平滑回
路２を構成する直流カット用コンデンサ１８により、直
流分をカットする（図１、図２（ｄ））と共に、リップ
ル・キャンセル・チョーク１７により、交流分を完全に
打ち消せば（図１、図２（ｅ））、負荷抵抗２０には、
上記平均値（２／π）Ｖ_iレベルの出力電圧Ｖ_Oが現れ
る（図１、図２（ｆ））。

【００３９】この場合、本発明の構成によれば、リップ
ル・キャンセル・チョーク１７の２つのコイル１７Ａと
１７Ｂの巻数比が１：１であり、且つ結合係数ｋが１で
あることから、磁束の漏れがなく、リップルは完全に除
去される（図１、図２（ｆ））。このため、容量Ｃ_Lが
大きな平滑コンデンサ１９が不要となった。

【００４０】更に、電源トランス１１のコイル１１Ａを
流れる入力電流は（図２（ｂ））、入力電圧（図２
（ａ））に対して同波形・同位相であり、高調波を含ま
ない。

【００４１】従って、電源トランス１１に高調波が入ら
ず、本発明に係る整流回路は、大型の電力装置や精密機
器に使用しても、電源ハムが問題となることはない。

【００４２】尚、図５に示すように、ＭＯＳ型ＦＥＴに
よりアナログ・スイッチ１２、１４を、ダイオードとコ
ンデンサから成るＶ_TH補償用クランプ回路（ＭＯＳ型Ｆ
ＥＴのＶ_THにより、直列接続するダイオードＤ１、Ｄ２
の数が変化する）によりドライバ１３、１５をそれぞれ
構成することにより、特別の電源を必要とするコンパレ
ータ１６（図１）を設けることなく、絶対値整流回路１
を実現できる。図示するように、入力電圧（図２
（ａ））の負の波形の上端を、所定の電圧Ｖに一致させ
るようにクランプすれば、例えば、上記ＭＯＳ型ＦＥＴ
のゲート電圧が（1/π）Ｖ_iになったときに、アナログ
・スイッチ１２をオンさせることができる。

【００４３】また、コンデンサ１８の接続位置が、図５
と図１とでは異なるが、両者共同じ作用を呈し、直流分
をカットする。

【００４４】

【発明の効果】上記のとおり、本発明によれば、整流回
路を、アナログ・スイッチから成る絶対値整流回路と、
巻数比が１：１で、結合係数ｋが１であるリップル・キ
ャンセル・チョークから成る平滑回路により構成したこ
とにより、入力電圧と入力電流とを同じ波形にすること
により力率を改善し、電源トランスに高調波が入らず、
しかも平滑回路に大きな容量のコンデンサが不要である
という技術的効果を奏することとなった。

【００４５】更に、巻数比が１：１であって、結合係数
ｋが１であるリップル・キャンセル・チョーク１７を使
用することにより、入力電圧がどのような波形であって
も（例えば、矩形波や半波整流であっても）、平滑回路
に大きな容量のコンデンサを入れることなく、平均値レ
ベルの直流電圧を得ることがてきるという効果もある。

【００４６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示す図である。

【図２】本発明を構成するリップル・キャンセル・チョ
ーク１７の結合係数＝１の場合の動作説明図図である。

【図３】本発明を構成するリップル・キャンセル・チョ
ーク１７の結合係数＜１の場合であって、正弦波を入力
した場合の動作説明図である。

【図４】本発明を構成するリップル・キャンセル・チョ
ーク１７の結合係数＜１の場合であって、三角波を入力
した場合の動作説明図である。

【図５】本発明の実施形態を示す図である。

【図６】第１従来技術の構成図である。

【図７】第１従来技術の動作説明図である。

【図８】第２従来技術の構成図である。

【図９】第２従来技術の動作説明図である。

【符号の説明】

１絶対値整流回路２平滑回路１０交流電源１１電源トランス１２、１４アナログ・スイッチ１３、１５ドライバ１６コンパレータ１７リップル・キャンセル・チョーク１８直流カット用コンデンサ１９平滑コンデンサ２０負荷抵抗

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【手続補正書】

【提出日】平成９年１０月２０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項２

【補正方法】変更

【補正内容】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電源トランス１１の一次側に接続され、
電圧の最大値がＶ_iの交流電源１０と、電源トランス１１の二次側に接続され、アナログ・スイ
ッチ１２、１４をオン・オフすることにより、最大値が
Ｖ_iで平均値が（2/π）Ｖ_iの絶対値整流を出力する絶
対値整流回路１と、絶対値整流回路１の出力側に接続され、上記絶対値整流
から直流分をカットすると共に、巻数比が１：１であっ
て、結合係数ｋが１であるリップル・キャンセル・チョ
ーク１７により交流分を打ち消すことにより、平均値
（2/π）Ｖ_iレベルの直流電圧を出力する平滑回路２か
ら成ることを特徴とする整流回路。
【請求項２】上記アナログ・スイッチ１２、１４がＰ
チャンネルのＭＯＳ型ＦＥＴにより構成され、アナログ
・スイッチ１２、１４を動作させるドライバ１３、１５
がダイオードとコンデンサから成るＶ_TH補償用クランプ
回路により構成されている請求項１記載の整流回路。