JP2008206260A - 直流電源装置 - Google Patents

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

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。

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％）。

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。

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［Ａ_RMS］
ダイオードＤｓｗあり ：０．６８［Ａ_RMS］
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［Ａ_RMS］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［Ａ_RMS］に維持することができる。

本発明に係る直流電源装置の一実施形態において、三相交流電源からの三相交流を直流に変換するように構成した回路図を示す図である。 図１に示す直流電源装置において、単相交流電源からの単相交流を直流に変換するように構成した回路図を示す図である。 図１及び図２に示す直流電源装置が筐体を備えている状態を模式的に示す図である。 図１に示す直流電源装置において、ダイオードがない場合とダイオードがある場合との三相交流電源からの入力電流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。 図２に示す直流電源装置において、合計負荷電力に対する大負荷回路側及び小負荷回路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。 図１に示す直流電源装置において、ダイオードがない場合とダイオードがある場合との小負荷回路側に流れる定常状態の電流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。 単相交流電源からの単相交流を直流に変換する二つの整流器を有する従来の直流電源装置を示す図である。 図７に示す直流電源装置において、単相交流電源に代えて三相交流電源を用いた例を示す図である。 特許文献１（特許第３２４６３３３号公報）の図１に示す直流電源装置を示す図である。

符号の説明

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

Claims (4)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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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