JP2010119278A

JP2010119278A - 整流装置

Info

Publication number: JP2010119278A
Application number: JP2008292835A
Authority: JP
Inventors: Motonobu Ikeda; 基伸池田; Tatsu Yagi; 達八木
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2008-11-14
Filing date: 2008-11-14
Publication date: 2010-05-27

Abstract

【課題】簡単な制御で高調波を抑制することができる整流装置を提供する。
【解決手段】全波整流回路２は、第１入力端子２ａおよび第２入力端子２ｂから入力される交流電源を整流する。第１ダイオード１１は、そのアノード端子が全波整流回路２の第１入力端子２ａに接続されている。第２ダイオード１２は、そのアノード端子が全波整流回路２の第２入力端子２ｂに接続されている。トランジスタ３１は、第１ダイオード１１および第２ダイオード１２のカソード端子と全波整流回路２の負側出力端子との間に接続されている。制御部４１は、交流電源の半周期に１回、全波整流回路に電流が流れていないときにトランジスタ３１をオンさせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、整流装置に関する。

従来、整流装置では、高調波を低減する目的で、ダイオード・ブリッジ回路の各相の交流入力端子それぞれに整流ダイオードのアノード端子が接続され、その整流ダイオードのカソード端子が半導体スイッチング素子の正電極に接続され、そのスイッチング素子の負電極が全波整流回路の負側出力端子に接続され、制御回路がその半導体スイッチング素子を高速でオン／オフさせている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示されている整流装置では、ダイオード・ブリッジ回路に電流が流れている期間に半導体スイッチング素子をオンするので、ダイードに逆回復電流が流れノイズが生じる。図５は、逆回復電流により生じたノイズを記録したグラフである。図５において、ノイズＮは交流入力電流のピーク値の３倍以上もあり、周辺電子部品への悪影響が懸念される。このため、特許文献１に開示されている整流装置は、逆回復電流によるノイズを低減する目的で、ダイオード・ブリッジ回路の正側アームに高速ダイオードを採用している。

しかしながら、逆回復電流によるノイズが低減されても解消されることはなく、スイッチング回数が増える場合は、ノイズフィルタを大きくしなければならない。さらに、高価な高速ダイオードが必要となり、コスト増大の要因にもなる。
特開２００７−２７４８１８号公報

本発明は、簡単な制御で高調波を抑制することができる整流装置を提供することにある。

第１発明に係る整流装置は、全波整流回路と、第１ダイオードと、第２ダイオードと、スイッチ手段と、制御部とを備えている。全波整流回路は、第１入力端子および第２入力端子から入力される交流電源を整流する。第１ダイオードは、そのアノード端子が全波整流回路の第１入力端子に接続される。第２ダイオードは、そのアノード端子が全波整流回路の第２入力端子に接続される。スイッチ手段は、第１ダイオードおよび第２ダイオードのカソード端子と全波整流回路の負側出力端子との間に接続される。制御部は、スイッチ手段を所定のタイミングでオンさせる。さらに、制御部は、交流電源の半周期に１回、全波整流回路に電流が流れていないときにスイッチ手段をオンさせる。

この整流装置では、スイッチ手段を１回オンさせるだけであるので、公知技術（特開２００７−２７４８１８）に記載されているようなスイッチ手段を数ｋＨｚ〜数百Ｈｚの周波数でスイッチングさせる整流装置と比較して、簡単に高調波を抑制することができ、ノイズも低減される。

第２発明に係る整流装置は、第１発明に係る整流装置であって、全波整流回路が４個又は６個のダイオードから成るブリッジ回路である。そのブリッジ回路の正側アームに使用するダイオードが整流ダイオードである。この整流装置では、ダイオードの逆回復電流が流れないので、逆回復電流による部品の損傷がなく、最終的に部品のコストアップを招くことがない。

第３発明に係る整流装置は、第２発明に係る整流装置であって、全波整流回路の出力端子間に接続されるコンデンサをさらに備え、そのコンデンサは１つだけである。

この整流装置では、高調波の発生が抑制されるので、全波整流回路の出力端子間に、互いに直列に接続されたコンデンサを接続した倍電圧方式を採用する必要がなく、全波整流回路の出力端子間に接続されるコンデンサは平滑用コンデンサが１つあればよい。

第１発明に係る整流装置では、簡単に高調波を抑制することができ、ノイズも低減され安価である。

第２発明に係る整流装置では、ダイオードの逆回復電流が流れないので、逆回復電流による部品の損傷がなく、最終的に部品のコストアップを招くことがない。

第３発明に係る整流装置では、全波整流回路の出力端子間に接続されるコンデンサは平滑用コンデンサが１つあればよいので、小型化と部品のコストダウンが達成される。

以下図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

（整流装置の構成）
図１は、本発明の一実施形態に係る整流装置の回路図である。図１において、全波整流回路２の第１入力端子２ａおよび第２入力端子２ｂは交流電源に接続されている。交流電源と第１入力端子２ａとの間には、リアクトル１が接続されている。全波整流回路２は、４つの整流ダイオード２１，２２，２３，２４がブリッジ接続されたブリッジ回路であり、第１入力端子２ａおよび第２入力端子２ｂから入力される交流入力電圧を全波整流し、正側出力端子及び負側出力端子から平滑コンデンサ５を介して負荷６に直流電圧を供給する。

図１に示すように、第１入力端子２ａには、第１ダイオード１１のアノード端子が接続されている。第２入力端子２ｂには、第２ダイオード１２のアノード端子が接続されている。第１ダイオード１１及び第２ダイオード１２のカソード端子は、スイッチ手段であるトランジスタ３１のコレクタに接続されている。トランジスタ３１のエミッタは全波整流回路２の負側出力端子に繋がっている。トランジスタ３１のベースは、信号線を介して制御部４１と接続されている。

スイッチ手段であるトランジスタ３１には、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、及び絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などが選択される。なお、スイッチ手段として、トランジスタ以外のもの採用してもよい。例えば、サイリスタ、又はトライアックなどが選択される。

（電流の流れ）
図２（ａ）は、第１入力端子に交流電源の正電圧が印加され且つトランジスタがオフしているときの交流入力電流の流れ経路を示す整流装置の回路図である。図２（ｂ）は第１入力端子に交流電源の正電圧が印加され且つトランジスタがオンしているときの逆回復電流の流れ経路を示す整流装置の回路図である。図２（ｃ）は第１入力端子に交流電源の正電圧が印加され且つトランジスタがオンしているときの交流入力電流の流れ経路を示す整流装置の回路図である。

図２（ａ）において、トランジスタ３１がオンしていないとき、交流入力電流は、交流電源から第１入力端子２ａ、整流ダイオード２１、正側出力端子、負荷６、負側出力端子、整流ダイオード２４、第２入力端子２ｂ、交流電源の経路で流れる。

図２（ｂ）において、トランジスタ３１がオンしているとき、整流ダイオード２１に溜また電流が、整流ダイオード２１のアノードから第１ダイオード１１、トランジスタ３１、平滑コンデンサ５、正側出力端子、整流ダイオード２１の経路で流れる。これが、逆回復電流でありノイズの原因となる。逆回復電流は、整流ダイオード２１に交流入力電流が流れることによって内部に電流が溜まり、その溜まった電流が、トランジスタ３１がオンしたときにトランジスタ３１に流れる現象である。換言すれば、整流ダイオード２１に交流入力電流が流れていないときは、トランジスタ３１がオンしても逆回復電流は流れない。

図２（ｃ）において、トランジスタ３１がオンしているとき、交流入力電流は、交流電源から第１入力端子２ａ、第１ダイオード１１、トランジスタ３１、負側出力端子、整流ダイオード２４、第２入力端子２ｂ、交流電源の経路で流れる。

図３（ａ）は、第２入力端子に交流電源の正電圧が印加され且つトランジスタがオフしているときの交流入力電流の流れ経路を示す整流装置の回路図である。図３（ｂ）は第２入力端子に交流電源の正電圧が印加され且つトランジスタがオンしているときの逆回復電流の流れ経路を示す整流装置の回路図である。図３（ｃ）は第２入力端子に交流電源の正電圧が印加され且つトランジスタがオンしているときの交流入力電流の流れ経路を示す整流装置の回路図である。

図３（ａ）において、トランジスタ３１がオンしていないとき、交流入力電流は、交流電源から第２入力端子２ｂ、整流ダイオード２２、正側出力端子、負荷６、負側出力端子、整流ダイオード２３、第１入力端子２ａ、交流電源の経路で流れる。

図３（ｂ）において、トランジスタ３１がオンしているとき、整流ダイオード２２に溜また電流が、整流ダイオード２２のアノードから第２ダイオード１２、トランジスタ３１、平滑コンデンサ５、正側出力端子、整流ダイオード２２の経路で流れる。これが、逆回復電流でありノイズの原因となる。逆回復電流は、整流ダイオード２２に交流入力電流が流れることによって内部に電流が溜まり、その溜まった電流が、トランジスタ３１がオンしたときにトランジスタ３１に流れる現象である。換言すれば、整流ダイオード２２に交流入力電流が流れていないときは、トランジスタ３１がオンしても逆回復電流は流れない。

図３（ｃ）において、トランジスタ３１がオンしているとき、交流入力電流は、交流電源から第２入力端子２ｂ、第２ダイオード１２、トランジスタ３１、負側出力端子、整流ダイオード２３、第１入力端子２ａ、交流電源の経路で流れる。

（整流装置の動作）
全波整流回路２で全波整流された整流電圧は、平滑コンデンサ５で平滑化され低リップルの直流電圧となる。全波整流回路２の入力電流は、平滑コンデンサ５に充電された直流電圧が交流入力電圧より低くなったときに流入するので、交流入力電圧のピーク付近でのみ流れる歪み波形となる。

そのときトランジスタ３１がオン状態になると、交流電源、第１ダイオード１１（又は第２ダイオード１２）、トランジスタ３１、全波整流回路２の負側出力端子、交流電源という順路で電流が流れる。その結果、全波整流回路２だけでは交流電源の電流が流れなかったタイミングに電流が流れるようになる。

一般に、全波整流回路２の入力電流が正弦波となり且つ電圧位相と電流位相が一致するようにトランジスタ３１のオン／オフ動作が制御されれば、整流装置の力率が改善され全波整流回路２の入力電流の低次の高調波は低減する。例えば、背景技術で述べた特許文献１に開示されている整流装置では、オン／オフ制御のキャリア周波数は、数ｋＨｚ〜数百ｋＨｚと高周波に設定される。

その場合、高調波は低減するが、全波整流回路に電流が流れているときに半導体スイッチング素子がオンするので、全波整流回路の正側アームのダイオードには、図２（ｂ）で示した大きな逆回復電流が流れ、またそれがノイズ発生要因となる。

これに対し、本実施形態に係る整流装置では、制御部４１が、交流電源の半周期に１回、全波整流回路２に電流が流れていないときにトランジスタ３１をオンさせる制御を行っている。具体的には、制御部４１が、ゼロクロス検出回路（図示せず）介して交流入力電圧のゼロクロスを検出し、ゼロクロス点を起点として立ち上がる時間幅２ｍｓ〜４ｍｓのパルス信号をトランジスタ３１のベースへ入力する。その結果、コレクタ−エミッタ間が導通し、入力電流が交流電源、第１ダイオード１１（又は第２ダイオード１２）、トランジスタ３１、全波整流回路２の負側出力端子、交流電源という経路で流れる。トランジスタ３１は、全波整流回路２の正側アームの整流ダイオード２１,２２に電流が流れていない時にオンしているので、トランジスタ３１のオン時点で逆回復電流が流れることはなく、ノイズの発生が回避される。

図４は、本実施形態に係る整流装置に入力される交流入力電流の電流波形を示すグラフである。図４において、上段の波形は、トランジスタ３１がオンすることによって流れる交流入力電流であり、中段の波形は、トランジスタの電流波形である。上段の波形において、仮に、トランジスタ３１がオンしない場合、波形Ａは点線で示す波形Ｂとなる。

波形Ｂの場合、発生する高調波が国際電気標準会議（ＩＥＣ）による電源高調波規格値（ＩＥＣ６１０００−３−２、６１０００−３−１２）を満足することができないが、波形Ａの場合は電源高調波規格値を満足することができる。

＜特徴＞
（１）
本実施形態に係る整流装置では、制御部４１が、交流入力電圧のゼロクロス点で、トランジスタ３１をオンさせるので、交流入力電流の波形が交流入力電圧に近づき、高調波を低減することができる。さらに、全波整流回路２の正側アームを成す整流ダイオード２１，２２から逆回復電流が流れることも回避される。さらに、ノイズが低減されるのでノイズフィルタが小型化され、コストダウンとなる。

（２）
この整流装置では、高調波の発生が抑制されるので、例えば、全波整流回路の出力端子間に、互いに直列に接続されたコンデンサを接続するような倍電圧方式を採用する必要がない。その結果、全波整流回路の出力端子間に接続されるコンデンサは平滑用コンデンサが１つあればよいので、小型化が達成される。

以上のように、本発明によれば、整流装置において、ノイズの低減、小型化、コストダウンが実現されるので、空気調和装置のファンモータ制御用の整流装置として有用である。

本発明の一実施形態に係る整流装置の回路図。（ａ）第１入力端子に交流電源の正電圧が印加され且つトランジスタがオフしているときの交流入力電流の流れ経路を示す整流装置の回路図。（ｂ）第１入力端子に交流電源の正電圧が印加され且つトランジスタがオンしているときの逆回復電流の流れ経路を示す整流装置の回路図。（ｃ）１入力端子に交流電源の正電圧が印加され且つトランジスタがオンしているときの交流入力電流の流れ経路を示す整流装置の回路図。（ａ）第２入力端子に交流電源の正電圧が印加され且つトランジスタがオフしているときの交流入力電流の流れ経路を示す整流装置の回路図。（ｂ）第２入力端子に交流電源の正電圧が印加され且つトランジスタがオンしているときの逆回復電流の流れ経路を示す整流装置の回路図。（ｃ）第２入力端子に交流電源の正電圧が印加され且つトランジスタがオンしているときの交流入力電流の流れ経路を示す整流装置の回路図。本実施形態に係る整流装置に入力される交流入力電流の電流波形を示すグラフ。従来の整流装置において逆回復電流により生じたノイズを記録したグラフ。

符号の説明

２全波整流回路
２ａ第１入力端子
２ｂ第２入力端子
５平滑コンデンサ
１１第１ダイオード
１２第２ダイオード
２１，２２，２３，２４整流ダイオード
３１トランジスタ
４１制御部

Claims

第１入力端子（２ａ）および第２入力端子（２ｂ）から入力される交流電源を整流する全波整流回路（２）と、
前記全波整流回路（２）の前記第１入力端子（２ａ）にアノード端子が接続される第１ダイオード（１１）と、
前記全波整流回路（２）の前記第２入力端子（２ｂ）にアノード端子が接続される第２ダイオード（１２）と、
前記第１ダイオード（１１）および前記第２ダイオード（１２）のカソード端子と前記全波整流回路（２）の負側出力端子との間に接続されるスイッチ手段（３１）と、
前記スイッチ手段（３１）を所定のタイミングでオンさせる制御部（４１）と、
を備え、
前記制御部（４１）は、前記交流電源の半周期に１回、前記全波整流回路（２）に電流が流れていないときに前記スイッチ手段（３１）をオンさせる、
整流装置。
前記全波整流回路（２）は４個又は６個のダイオード（２１，２２，２３，２４）から成るブリッジ回路であり、
前記ブリッジ回路の正側アームに使用する前記ダイオード（２１，２２）が整流ダイオードである、
請求項１に記載の整流装置。
前記全波整流回路（２）の出力端子間に接続されるコンデンサ（５）をさらに備え、
前記コンデンサ（５）は１つだけである、
請求項２に記載の整流装置。