JP2008206260A - 直流電源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】単相交流電源を用いた場合でも三相交流電源を用いた場合でも力率を向上させ、大負荷回路の負荷変動の影響を遮断して小負荷回路に入力される直流電圧の変動幅を小さくでき、さらに、大負荷回路と小負荷回路との間の干渉電流の発生を有効に防止し、小負荷回路用の平滑キャパシタを低コストに選定できる直流電源装置を提供する。
【解決手段】交流を直流に変換する整流器10を有する直流電源装置100は、大負荷回路Lo1に対して並列に接続される第1平滑キャパシタCdと、整流器10の出力側で大負荷回路Lo並びに第1平滑キャパシタCdの入力側に直列に接続される第1インダクタLdと、整流器10の出力側で小負荷回路Lo2に対して並列に接続される第2平滑キャパシタCswと、整流器10の出力側で小負荷回路Lo2並びに第2平滑キャパシタCswの入力側に直列に接続されるダイオードDswとを備えている。
【選択図】図1
【解決手段】交流を直流に変換する整流器10を有する直流電源装置100は、大負荷回路Lo1に対して並列に接続される第1平滑キャパシタCdと、整流器10の出力側で大負荷回路Lo並びに第1平滑キャパシタCdの入力側に直列に接続される第1インダクタLdと、整流器10の出力側で小負荷回路Lo2に対して並列に接続される第2平滑キャパシタCswと、整流器10の出力側で小負荷回路Lo2並びに第2平滑キャパシタCswの入力側に直列に接続されるダイオードDswとを備えている。
【選択図】図1
Description
本発明は、交流を直流に変換する整流器を有する直流電源装置に関し、特に、前記整流器の出力側に、大負荷回路と前記大負荷回路よりも小さい容量の小負荷回路とを並列に設ける直流電源装置に関する。
従来の直流電源回路は一般的に、単相交流を直流に変換する場合には単相交流専用の直流電源装置を用いて、三相交流を直流に変換する場合には三相交流専用の直流電源装置を用いている。しかし現在、製造および部品管理コスト低減という観点から、回路内の複数の負荷回路に対して一つの整流器を兼用化し、さらに単相交流電源及び三相交流電源のいずれを使用しても高い力率を維持できる直流電源装置が求められている。
例えば、図7に示す如く、単相交流電源PS2からの単相交流を直流に変換する二つの整流器10x,10yを有し、一方の整流器10xの出力側に、大負荷回路Lo1(例えば、直流ブラシレスモータ駆動用のインバータ回路等)を設け、他方の整流器10yの出力側に、大負荷回路Lo1よりも小さい容量の小負荷回路Lo2(例えば、コントローラのスイッチング直流電源回路等)を設け、整流器10xと整流器10yとを並列に設けるように構成されたものがある。
これに対し、複数の負荷回路で整流器を兼用した例として、下記特許文献1の図1(本明細書図9)に示す如く、単相交流電源8からの単相交流を直流に変換する整流器1を有し、整流器1の出力側に、大負荷3,4と大負荷回路よりも小さい容量の小負荷回路2とを並列に設ける直流電源装置も提案されている。
特許第3246333号公報
図7に示す直流電源装置の場合、図8に示すように、単相交流電源PS2に代えて三相交流電源PS1を用いても、大負荷回路Lo1及び小負荷回路Lo2に対してインダクタLd、インダクタLswがそれぞれ個別に設けられているので、三相交流電源の力率が低下することを防止できる。
一方、前記特許文献1の図1(本明細書図9)に示すような直流電源装置は、出力側に設けられる大負荷回路3,4と小負荷回路2とを一つの整流器1で兼用しているので、図7及び図8に示す直流電源装置に比べ、コスト低減化の点で優れている。しかし本発明者の知見によれば、該整流器の出力側には力率改善用のインダクタが設けられていないことから力率が低いという問題がある。また、単相交流電源に代えて三相交流電源とする場合も同様な理由から、力率が低下するという問題がある。
また、図7に示す直流電源装置では、大負荷回路Lo1と小負荷回路Lo2が電気回路動作的に絶縁されているので、大負荷回路Lo1側の負荷変動(例えば、大負荷回路の出力側に接続されるモータの駆動や停止といった負荷変動)によっても小負荷回路Lo2側に入力される直流電圧はあまり変動しないのに対し、図9に示す直流電源装置では、大負荷回路3,4側と小負荷回路2側が電気回路動作的に接続されているため、小負荷回路2側が大負荷回路3,4側の負荷変動の影響を受け、この負荷変動に伴って、小負荷回路2側へ入力される直流電圧が大きく変動してしまう。
従って、図9に示す直流電源装置では、小負荷回路2側を入力電圧の広範囲の変動幅に対応できる負荷回路にする必要があり、好ましくない。
さらに、図9に示す直流電源装置のような、大負荷と小負荷が電気回路動作的に接続されている構成では干渉電流が発生するという問題もある。
即ち、大負荷回路で負荷増加があり交流電源からの電力供給が充分に賄えない過渡時において、小負荷回路用の平滑キャパシタから大負荷回路へ不足電力の供給がなされるため干渉電流が発生する。特に、大負荷にモータを選択する場合にはモータの駆動開始時に突入電流が発生して、前記問題が顕著になる。また、定常時でも前記文献装置のような構成では、大負荷回路と小負荷回路のそれぞれに設けた平滑キャパシタ間を往来する干渉電流が発生する。この前記干渉電流が小負荷回路の平滑キャパシタ内に流入することで、平滑キャパシタが異常に発熱し低寿命化を引き起こすおそれがある。
そのため、脈動耐量が大きい比較的高価な平滑キャパシタの選定が必要となる。
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、交流を直流に変換する整流器を有し、前記整流器の出力側に、大負荷回路と前記大負荷回路よりも小さい容量の小負荷回路とを並列に設ける直流電源装置であって、単相交流電源を用いた場合でも三相交流電源を用いた場合でも力率を向上させ、前記大負荷回路の負荷変動の影響を遮断して前記小負荷回路に入力される直流電圧の変動幅を小さくでき、さらに、前記大負荷回路と前記小負荷回路との間の干渉電流の発生を有効に防止し、小負荷回路用の平滑キャパシタを低コストに選定できる直流電源装置を提供することを目的とする。
本発明は、前記課題を解決するために、交流を直流に変換する整流器を有し、前記整流器の出力側に、大負荷回路と前記大負荷回路よりも小さい容量の小負荷回路とを並列に設ける直流電源装置であって、前記大負荷回路に対して並列に接続される第1平滑キャパシタと、前記整流器の出力側で前記大負荷回路並びに前記第1平滑キャパシタの入力側に直列に接続される第1インダクタと、前記整流器の出力側で前記小負荷回路に対して並列に接続される第2平滑キャパシタと、前記整流器の出力側で前記小負荷回路並びに前記第2平滑キャパシタの入力側に直列に接続されるダイオードとを備えていることを特徴とする直流電源装置を提供する。
本発明に係る直流電源装置によれば、前記整流器の出力側で前記大負荷回路並びに前記第1平滑キャパシタの入力側に直列に接続される前記第1インダクタが設けられるので、単相交流電源、三相交流電源を用いた場合でも力率を向上させることが可能となる。
また、前記整流器の出力側で前記小負荷回路並びに前記第2平滑キャパシタの入力側に直列に前記ダイオードが接続されるので、該ダイオードによって、前記整流器の出力側において該ダイオードの通電方向とは逆方向に関し前記大負荷と前記小負荷とを電気回路動作的に絶縁することができる。これにより、前記大負荷回路の負荷変動の影響を遮断して前記小負荷回路に入力される直流電圧の変動幅を小さくすることができると共に、前記大負荷回路と前記小負荷回路との間の干渉電流の発生を有効に防止することができる。従って、前記第2平滑キャパシタの異常な発熱を防止することができ、脈動耐量の小さい比較的低コストの平滑キャパシタを用いることができる。
次に、本発明に係る直流電源装置によれば、前記整流器の出力側で前記ダイオードと直列に接続される第2インダクタを備える構成も可能であり、これによって前記大負荷回路と前記小負荷回路の容量差が小さく、前記小負荷回路の影響が無視できない場合でも、高力率を維持することができる。
さらに、一般的に、インダクタは、磁性体(代表的には鉄心)と金属線(代表的には銅線)で構成されるために重量物となる。従って、整流器を搭載した基板にインダクタが搭載される場合においては、例えば、直流電源回路を備えた直流電源装置において、該基板を筐体内に垂直に取り付ける必要がある場合、重量物となるインダクタが該基板上で自重により垂れ下がり、これにより、基板ラインとの接触不良や、その他の基板ラインが断線を起こすといった不都合を招き、好ましくない。また、例えば、該基板を筐体内の上部に取り付ける必要がある場合、重量物となるインダクタを基板に搭載する構成であると、該基板の取付が困難となり、それだけ該直流電源装置の組立作業性が悪化する。
かかる観点から、本発明に係る直流電源装置において、大負荷回路に接続される大容量の前記第1インダクタは、前記整流器を搭載した第1の基板外に配置されていることが好ましい。こうすることで、前記第1の基板及び前記第1インダクタを適正に配置でき、該直流電源装置の組立作業性を向上させることが可能となる。
また、前記大負荷回路は、前記第1の基板とは別体の第2の基板に搭載されている態様を例示できる。こうすることで、前記整流器を搭載した前記第1の基板と前記大負荷回路を搭載した前記第2の基板とを適正に配置することが可能となる。
本発明に係る直流電源装置において、前記のように、前記大負荷回路が前記第1の基板とは別体の前記第2の基板に搭載されている場合、前記第1の基板及び前記第2の基板を収納する筐体を備え、前記第2の基板は、前記筐体内において、前記第1インダクタの上方で、且つ前記第1の基板の上方に配置されている態様を例示できる。こうすることで、前記大負荷回路の発熱による前記第1の基板への熱伝導を防止できると共に、前記筐体内の空気が暖められて上部へ流れるので前記筐体内の自然換気も誘発できる。
以上説明したように、本発明によると、交流を直流に変換する整流器を有し、前記整流器の出力側に、大負荷回路と前記大負荷回路よりも小さい容量の小負荷回路とを並列に設ける直流電源装置であって、単相交流電源を用いた場合でも三相交流電源を用いた場合でも力率を向上させることができると共に、前記大負荷回路の負荷変動の影響を遮断して前記小負荷回路に入力される直流電圧の変動幅を小さくでき、さらに、前記大負荷回路と前記小負荷回路との間の干渉電流の発生を有効に防止して小負荷回路と並列に接続された平滑キャパシタの異常な発熱を防止し、脈動耐量が小さい比較的低コストの平滑キャパシタを用いることができる直流電源装置を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1は、本発明に係る直流電源装置の一実施形態において、三相交流電源PS1からの三相交流を直流に変換する構成を示す図である。
図1に示す直流電源装置100は、整流器10と、第1インダクタLdと、第2インダクタLswと、ダイオードDswとを備え、整流器10の出力側に、大負荷回路Lo1と大負荷回路Lo1よりも小さい容量の小負荷回路Lo2とを並列に設ける構成とされている。
本発明において、前記小負荷回路容量としては、例えば、150W程度を挙げることできる。また、前記大負荷回路容量としては、前記小負荷回路容量の2〜20倍程度、例えば、300W〜3.0kW程度を挙げることができる。本発明者の知見によれば、大負荷回路Lo1の容量が小負荷回路Lo2の容量の3倍程度以上である場合は請求項1の構成とし、大負荷回路Lo1の容量が小負荷回路Lo2の容量の3倍程度未満である場合は請求項2の構成とすることで力率が改善される。
この場合、第2インダクタLswと直列に接続されたダイオードDswによって、前記干渉電流の発生が防止されるため、小負荷回路用のインダクタの電流定格選定に当り、小負荷用回路に適合した電流定格のインダクタを選定することができる。
整流器10は、本実施の形態では、2つのダイオード(D1,D4),(D2,D3),(D5,D6)をそれぞれ直列に接続した3対のダイオード直列回路10a〜10cが互いに並列に接続されている。
第1インダクタLdは、整流器10の出力側において、大負荷回路Lo1及び第1平滑キャパシタCdに直列に接続されている。
第2インダクタLswは、整流器10の出力側において、小負荷回路Lo2及び第2平滑キャパシタCswに直列に接続されている。
ダイオードDswは、第2インダクタLswの入力側に直列に接続されている。
また、第1から第3のダイオード直列回路10a〜10cにおいて、それぞれ、2つのダイオード(D1,D4),(D2,D3),(D5,D6)間に三相交流電源PS1(ここでは三相交流の系統電源)からの第1から第3入力ライン11U,11V,11Wが接続されている。これにより、三相交流電源PS1から整流器10に三相交流を入力することができる。なお、第1から第3入力ライン11U,11V,11Wには、フィルタなどの入力回路が設けられている。
大負荷回路Lo1は、例えば、直流ブラシレスモータ用のインバータ回路等の大負荷回路であり、第1平滑キャパシタCdに並列に接続されている。また、小負荷回路Lo2は、例えば、コントローラ基板用のスイッチング直流電源回路等の小負荷回路であり、第2平滑キャパシタCswに並列に接続されている。
互いに並列接続された大負荷回路Lo1及び第1平滑キャパシタCdの一端子側と整流器10における第1から第3のダイオード直列回路10a〜10cのカソード端子側が接続されており、また、互いに並列接続された大負荷回路Lo1及び第1平滑キャパシタCdの他端子側と整流器10における第1から第3のダイオード直列回路10a〜10cのアノード端子側が接続されている。
そして、第1インダクタLdは、一端子側が互いに並列接続された大負荷回路Lo1及び第1平滑キャパシタCdの一端子側に接続され、且つ、他端子側が整流器10のカソード端子側に接続されている。
互いに並列接続された小負荷回路Lo2及び第2平滑キャパシタCswの一端子側は整流器10における第1から第3のダイオード直列回路10a〜10cのカソード端子側と接続されている。また、互いに並列接続された小負荷回路Lo2及び第2平滑キャパシタCswの他端子側は整流器10における第1から第3のダイオード直列回路10a〜10cのアノード端子側と接続されている。
そして、ダイオードDswは、カソード側端子が第2インダクタLswの他端子側に接続され、且つ、アノード端子側が整流器10のカソード端子側に接続されている。
図2は、図1に示す直流電源装置において、単相交流電源PS2からの単相交流を直流に変換する構成を示す図である。
図2に示す直流電源装置は、三相交流電源PS1に代えて単相交流電源PS2を用いる以外は、図1に示す直流電源装置と同様である。従って、図2に示す直流電源装置については、図1に示す直流電源装置と実質的に同じ部材には同一符号を付し、その説明を省略する。
整流器10における第1から第3のダイオード直列回路10a〜10cのうち、第1のダイオード直列回路10aにおける2つのダイオード(D1,D4)間と単相交流電源PS2の一端子側との間は、第1入力ライン11U’によって接続されている。また、整流器10における第1から第3のダイオード直列回路10a〜10cのうち、第2のダイオード直列回路10bにおける2つのダイオード(D2,D3)間と単相交流電源PS2の一端子側との間は、第2入力ライン11V’によって接続されている。さらに、整流器10における第1から第3のダイオード直列回路10a〜10cのうち、第3のダイオード直列回路10cにおける2つのダイオード(D5,D6)間と単相交流電源PS2の他端子側との間は、第3入力ライン11W’によって接続されている。これにより、単相交流電源PS2から整流器10に単相交流を入力することが可能になると共に、ライン11U’−11W’間およびライン11V’−11W’間に単相交流負荷を接続することが可能となる。ここで、単相交流電源PS2の交流を直流に変換するだけなら、単相交流電源PS2の2線を各々、ダイオード直列回路10a〜10cのうちで任意の2対のダイオード直列回路のダイオード間に接続すれば良い。なお、第1から第3入力ライン11U’,11V’,11W’には、フィルタなどの入力回路が設けられている。また、整流器10の入力側で11U’と11V’が短絡されている。
図1及び図2に示す直流電源装置100によれば、整流器10の出力側において、第1インダクタLd及び第2インダクタLswが設けられているので、該第1及び第2インダクタLd,Lswによって、図1に示す三相交流電源PS1を用いた場合でも力率を向上させることが可能となる。
さらに、第2インダクタLswの入力側に直列にダイオードDswが接続されているので、該ダイオードDswによって、整流器10の出力側において、大負荷回路Lo1と小負荷回路Lo2とを電気回路動作的に絶縁することができる。これにより、図2に示す単相交流電源PS2を用いた場合でも、大負荷回路Lo1の負荷変動の影響を遮断して小負荷回路Lo2側に入力される直流電圧の変動幅を小さくすることができると共に、交流電源の単相及び三相に拘わらず、大負荷回路Lo1と小負荷回路Lo2との間の干渉電流の発生を有効に防止することが可能となる。また、ダイオードDswの通電方向とは逆方向に関し大負荷回路Lo1と小負荷回路Lo2とを電気回路動作的に絶縁できる。従って、干渉電流が原因で発生する第2平滑キャパシタの異常な発熱を防止でき、第2平滑キャパシタに脈動耐量が小さい比較的低コストの平滑キャパシタを用いることができる。
ところで、図1及び図2に示す直流電源装置において、ダイオードDswがない場合には、電源側から視て第1インダクタLdと第2インダクタLswとが並列に接続される状態となるため、等価的な総合インダクタンスが第1インダクタLd単独よりも小さくなる。一般にインダクタンスが小さい程、三相交流電源から直流変換する場合の電源側力率が低下する。しかし、図1及び図2に示す直流電源回路では、ダイオードDswが第2インダクタLswの入力側に直列に接続されており、ダイオードDswの通電方向とは逆方向に関し第1インダクタLdと第2インダクタLswとを電気回路動作的に絶縁且つ、(大負荷回路Lo1の容量)>(小負荷回路Lo2の容量)であることから、大負荷回路Lo1側の第1インダクタLdが支配的になるので三相交流電源から直流変換する場合の電源側力率向上にも一層、寄与することが可能となる。
図3は、図1及び図2に示す直流電源装置100が筐体200を備えている状態を模式的に示す図である。
図1及び図2に示す直流電源装置100は、整流器10を搭載した第1の基板(以下、電源基板という)PB1と、電源基板PB1とは別体に設置される第1インダクタLdと、電源基板PB1とは別体とされた第2の基板(以下、負荷用基板という)PB2とを収納する筐体200を備えている。
本実施の形態では、図1及び図2に示す直流電源装置において、第1インダクタLdは、電源基板PB1外に配置されている。
こうすることで、電源基板PB1と、第1インダクタLdとの配置の適正化を可能にして、該直流電源装置100の組立作業性の向上を図ることが可能となる。
例えば、筐体200内に電源基板PB1を垂直に取り付ける必要がある場合であっても(図示せず)、電源基板PB1とは分離された状態で、第1インダクタLdを水平状態に配置できる。また、電源基板PB1を筐体200内の上部に取り付ける必要がある場合であっても、電源基板PB1とは分離された状態で、第1インダクタLdを配置できるので、該インダクタLdを筐体200の下部に収容することが可能となり、これにより、直流電源装置100の組立作業性を向上させることができる。従って、作業者の負担を軽くすることができる。
なお、本実施の形態では、第1インダクタLdは、電源基板PB1にハーネス等の接続部材H1によって着脱可能に接続されている。
図1及び図2に示す直流電源装置は、電源基板PB1及び第1インダクタLdに加えて、負荷用基板PB2を有し、負荷用基板PB2に大負荷回路Lo1が搭載されている。こうすることで、上下に電源基板PB1と負荷用基板PB2とをそれぞれ配置するなど筐体200内での最適配置が可能となる。
具体的には、負荷用基板PB2は、筐体200内において、第1インダクタLdの上方で、且つ電源基板PB1の上方に配置されている。これにより、大負荷回路Lo1の発熱による筐体200内への熱の影響を少なくでき、放熱効果を得ることができる。
例えば、大負荷回路Lo1は負荷容量が比較的大きいことから発熱性が高くなる。このため、大負荷回路Lo1を搭載した負荷用基板PB2を、第1インダクタLdの上方で、且つ整流器10を搭載した電源基板PB1の上方に配置すると、大負荷回路Lo1によって暖められた該大負荷回路Lo1周辺の空気Q1が、第1インダクタLd及び整流器10付近を通過することなく、筐体200内の上方から流出する。これにより、外気Q2が筐体200に設けられた空気孔(図示せず)から該筐体200内に入ってくることで自然換気が誘発され、筐体200内全体の放熱性を向上させることが可能となる。
なお、本実施の形態では、負荷用基板PB2は、電源基板PB1にハーネス等の接続部材H2によって着脱可能に接続されている。また、大負荷Lo1を搭載した負荷用基板PB2には、第1平滑キャパシタCdが搭載されている。整流器10を搭載した電源基板PB1には、ダイオードDsw及び第2インダクタLswが搭載されており、さらに小負荷回路Lo2及び第2平滑キャパシタCswも搭載されている。
図4から図6は、本実施形態のダイオードDswの有無に関するシミュレーション結果、また大負荷回路Lo1と小負荷回路Lo2の直流電圧に関するシミュレーション結果を示す図である。これらシミュレーション結果は、請求項1,請求項2のどちらの構成についても同様の傾向が見られる。
図4は、図1に示す直流電源装置において、ダイオードDswがない場合とダイオードDswがある場合との三相交流電源PS1からの入力電流isの時間変化を調べたシミュレーション結果を示すグラフである。なお、図4において、符号α1はダイオードDswがない場合の波形を示し、符号α2はダイオードDswがある場合の波形を示す。
シミュレーション条件は以下のとおりである。
シミュレーション条件は以下のとおりである。
系統電源PS1の相数 :三相
系統電源PS1の電圧実効値 :200[V]
系統電源PS1の周波数 :50[Hz]
変換電力 :1[kW](大負荷)+
0.125[kW](小負荷)
力率
ダイオードDswなし :83.3%
ダイオードDswあり :90.9%
前記したようにダイオードDswがない場合、第1インダクタLd単独より等価的な総合インダクタンスが小さくなるので入力電流isの変動幅(波形の山谷の落差)が大きくなり、力率が低下する(シミュレーションでは83.3%)。
系統電源PS1の電圧実効値 :200[V]
系統電源PS1の周波数 :50[Hz]
変換電力 :1[kW](大負荷)+
0.125[kW](小負荷)
力率
ダイオードDswなし :83.3%
ダイオードDswあり :90.9%
前記したようにダイオードDswがない場合、第1インダクタLd単独より等価的な総合インダクタンスが小さくなるので入力電流isの変動幅(波形の山谷の落差)が大きくなり、力率が低下する(シミュレーションでは83.3%)。
一方で、ダイオードDswを第2インダクタLswの入力側に直列接続した場合、直流電源装置の総合インダクタンスは第1インダクタLdと第2インダクタLswが電気回路動作的に絶縁され、且つ、(大負荷回路Lo1の容量)>(小負荷回路Lo2の容量)であることから、大負荷回路Lo1側の第1インダクタLdが支配的となってダイオードDswがない場合と比較すると、入力電流isの変動幅(波形の山谷の落差)が小さくなり、力率が向上する(シミュレーションでは90.9%)
図5は、図2に示す直流電源装置において、大負荷回路Lo1及び小負荷回路Lo2の合計負荷電力[W]に対する大負荷回路Lo1側及び小負荷回路Lo2側にそれぞれ入力される直流電圧の関係を調べたシミュレーション結果を示すグラフである。なお、このシミュレーションにおいて小負荷回路Lo2の負荷電力は125W程度に一定となるようにしている。
図5は、図2に示す直流電源装置において、大負荷回路Lo1及び小負荷回路Lo2の合計負荷電力[W]に対する大負荷回路Lo1側及び小負荷回路Lo2側にそれぞれ入力される直流電圧の関係を調べたシミュレーション結果を示すグラフである。なお、このシミュレーションにおいて小負荷回路Lo2の負荷電力は125W程度に一定となるようにしている。
図5に示すように、大負荷回路Lo1側に入力される直流電圧は、合計負荷電力(実質的には大負荷回路Lo1の負荷電力)が大きくなるに従って低下している。例えば、合計負荷電力が約1500Wで約45V低下している。
これに対して、小負荷回路Lo2側に入力される直流電圧は、合計負荷電力(実質的には大負荷回路Lo1の負荷電力)が大きくなってもあまり低下していない。例えば、合計負荷電力が約1500Wでも約8Vしか低下していない。なお、小負荷回路Lo2側への直流電圧が合計負荷電力約1500Wで約8V低下しているのは、電源PS2側におけるフィルタ回路や線路抵抗等の影響によるものである。
従って、単相交流電源PS2を用いた場合でも、ダイオードDswによって、小負荷回路Lo2側への直流電圧の大負荷回路Lo1の負荷変動による変動幅の抑制が可能であることがわかる。
図6は、図1に示す直流電源装置において、ダイオードDswがない場合とダイオードDswがある場合との小負荷回路Lo2側に流れる定常状態の電流iswの時間変化を調べたシミュレーション結果を示すグラフである。なお、図6において、符号β1はダイオードDswがない場合の波形を示し、符号β2はダイオードDswがある場合の波形を示す。
シミュレーション条件は以下のとおりである。
シミュレーション条件は以下のとおりである。
系統電源PS1の相数 :三相
系統電源PS1の電圧実効値 :200[V]
系統電源PS1の周波数 :50[Hz]
変換電力 :1[kW](大負荷)+
0.125[kW](小負荷)
電流iswの実効値
ダイオードDswなし :1.58[ARMS]
ダイオードDswあり :0.68[ARMS]
ダイオードDswがない場合には、電流isw(図6中β1の波形参照)はマイナス側にも流れるため、小負荷回路Lo2から大負荷回路Lo1へ干渉電流が流れることが分かる。
系統電源PS1の電圧実効値 :200[V]
系統電源PS1の周波数 :50[Hz]
変換電力 :1[kW](大負荷)+
0.125[kW](小負荷)
電流iswの実効値
ダイオードDswなし :1.58[ARMS]
ダイオードDswあり :0.68[ARMS]
ダイオードDswがない場合には、電流isw(図6中β1の波形参照)はマイナス側にも流れるため、小負荷回路Lo2から大負荷回路Lo1へ干渉電流が流れることが分かる。
これに対して、ダイオードDswがある場合には、電流isw(図6中β2の波形参照)はプラス側にしか流れないため、小負荷回路Lo2から大負荷回路Lo1への干渉電流を阻止されていることが分かる。従って、ダイオードDswによって、大負荷回路Lo1と小負荷回路Lo2との間の干渉電流の発生を防止できることがわかる。
なお、電流iswの実効値は、ダイオードDswがない場合には、1.58[ARMS]になっている。これは定常状態の際の値であるが、突入電流の発生等の過渡的な応答の際にはさらに多くの電流が流れることになる。しかし、ダイオードDswがある場合には、小負荷回路Lo2から大負荷回路Lo1への干渉電流を阻止できるので、電流iswの実効値は、0.68[ARMS]に維持することができる。
10 整流器
100 直流電源装置
200 筐体
Cd 第1平滑キャパシタ
Csw 第2平滑キャパシタ
Dsw ダイオード
D1〜D6 ダイオード
Ld 第1インダクタ
Lo1 大負荷回路
Lo2 小負荷回路
Lsw 第2インダクタ
PB1 第1の基板
PB2 第2の基板
100 直流電源装置
200 筐体
Cd 第1平滑キャパシタ
Csw 第2平滑キャパシタ
Dsw ダイオード
D1〜D6 ダイオード
Ld 第1インダクタ
Lo1 大負荷回路
Lo2 小負荷回路
Lsw 第2インダクタ
PB1 第1の基板
PB2 第2の基板
Claims (4)
- 交流を直流に変換する整流器を有し、前記整流器の出力側に、大負荷回路と前記大負荷回路よりも小さい容量の小負荷回路とを並列に設ける直流電源装置であって、
前記大負荷回路に対して並列に接続される第1平滑キャパシタと、
前記整流器の出力側で前記大負荷回路並びに前記第1平滑キャパシタの入力側に直列に接続される第1インダクタと、
前記整流器の出力側で前記小負荷回路に対して並列に接続される第2平滑キャパシタと、
前記整流器の出力側で前記小負荷回路並びに前記第2平滑キャパシタの入力側に直列に接続されるダイオードとを備えていることを特徴とする直流電源装置。 - 前記整流器の出力側で、前記ダイオードと直列に接続される第2インダクタを備えることを特徴とする請求項1に記載の直流電源装置。
- 前記第1インダクタは、前記整流器を搭載した第1の基板外に配置されており、前記大負荷回路は、前記第1の基板とは別体の第2の基板に搭載されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の直流電源装置。
- 請求項3に記載の直流電源装置であって、
前記第1の基板及び前記第2の基板を収納する筐体を備え、
前記第2の基板は、前記筐体内において、前記第1インダクタの上方で、且つ前記第1の基板の上方に配置されていることを特徴とする直流電源装置。
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