JP2704519B2 - 直流電源装置 - Google Patents

直流電源装置

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JP2704519B2
JP2704519B2 JP63055561A JP5556188A JP2704519B2 JP 2704519 B2 JP2704519 B2 JP 2704519B2 JP 63055561 A JP63055561 A JP 63055561A JP 5556188 A JP5556188 A JP 5556188A JP 2704519 B2 JP2704519 B2 JP 2704519B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は変換効率が高く,小型・軽量化が図れ、入力
電流を正弦波にできる直流電源装置に関する。
〔従来の技術〕
第5図は,従来の直流電源装置を示すブロック図であ
る。同図に示すように,従来の直流電源装置では,3相交
流電源1からの交流電圧を入力整流部2にて全波整流
し,チョークとコンデンサからなる入力フィルタ3にお
いて平滑することにより直流電圧を得た後,スイッチン
グ部4において該直流電圧を高周波で断続し,トランス
5の2次側から得られる高周波交流電圧を出力整流部6
とチョークとコンデンサからなる出力フィルタ7によ
り,整流・平滑して直流電圧を得て,該直流電圧を負荷
8に供給する。また,制御回路9が出力電圧を検出し
て,スイッチング部4におけるスイッチのオン帰還を制
御するパルス幅変調制御を行い,出力の直流電圧の安定
化を図っている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし,この従来の直流電源装置では,3相交流電源1
からの交流電圧を一旦直流電圧に変換した後スイッチン
グ部4により高周波交流電圧に変換するため,入力整流
部2とスイッチング部4で大きな損失が発生し,変換効
率が低下するという問題がある。このため,冷却用フィ
ンが大きくなり,更に部品点数が多く装置が大型化し,
高価になるという問題がある。また,3相交流電源1を一
旦全波整流しているため,入力電流は線間電圧が一番高
い期間しか流れず,入力電流に多くの高調波が含まれる
という問題がある。したがって、本発明ではこのような
問題を解決する一つの方法として、3相交流電圧を一旦
整流することなくトランスの1次側で直接高周波でスイ
ッチングを行って高周波電圧に変換すると共に、トラン
スの2次側で半波整流して負荷に直流電力を供給するこ
とを提案し、この場合にはトランスをリセットする必要
があるので、効率良くトランスをリセットするために、
スイッチングの1変換周期毎にトランスの励磁エネルギ
を一対の半導体スイッチを介して3相交流電源側に帰還
することを提案するものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は以上の欠点を除去するために,3相交流電源
と,該3相交流電源のノイズ分を低減する入力フィルタ
と,上記3相交流電源の周波数より高い周波数でスイッ
チングし,トランスの出力側に高周波交流電圧を発生さ
せる複数の半導体スイッチからなるスイッチング部と,
上記トランスからの交流出力を整流・平滑する出力整流
部及び出力フィルタと,上記3相交流電源からの各線間
電圧に比例したオンパルス幅でこれに対応する上記各半
導体スイッチを順次オンさせ,各線間から負荷側に電力
を供給すると共に,上記トランスの励磁エネルギを上記
半導体スイッチを介して上記3相交流電源に帰還させる
という一連の動作を1変換周期で行わしめるように,上
記スイッチング部を制御する制御回路とからなることを
特徴とする直流電源装置を提供するものである。
〔作用〕
このような直流電源装置によれば,3相交流電源からの
交流電圧をスイッチング部で直接高周波交流電圧に変換
できるので,電力変換段数の減少が達成でき,変換効率
が向上する。また,入力電流を正弦波にできるので,入
力電流の高調波成分を大幅に低減することができ,電源
を共有している装置にノイズ等の影響を与えない。
〔実施例〕
第1図は本発明の一実施例を示す回路図である。同図
において,1は3相交流電源,3は入力フィルタ,5はトラン
ス,6は出力整流部,7は出力フィルタ,8は負荷,10はスイ
ッチング部,11は制御回路,12〜17は半導体スイッチであ
る。
3相交流電源1からの交流電圧は,入力フィルタ3を
介してスイッチング部10にて商用3相交流電源の周波数
より高い周波数によりスイッチングされ,トランス5の
出力側に高周波交流電圧を発生させる。このトランス5
からの交流出力は出力整流部6にて整流され,出力フィ
ルタ7により平滑されて,直流出力として負荷8に供給
される。制御回路11は3相交流電源1からの各線間電圧
を検出し,各線間に挿入されている半導体スイッチのオ
ンパルス幅を線間電圧に比例させるように制御を行うと
共に,どの半導体スイッチをオンさせるかを決定する。
第2図は制御回路11を示すブロック図である。この図
を用いてスイッチング部10の制御方法を説明する。
半導体スイッチ12〜17のオンパルス幅は,R−S線間電
圧VRS,S−T線間電圧VST,T−R線間電圧VTRを全波整流
回路21〜23により分圧整流した波形と,パルス発生回路
24〜26の出力とを比較器27〜29により比較することによ
り決定され,線間電圧に比例したオンパルス幅とするこ
とができる。もう少し詳しく説明すると、スイッチ決定
回路30は1周期内で3相交流電圧がほぼ一定とみなせる
周期、例えば20〜30kHzの周波数の基準クロックパルス
を、Q時点で最大又は2番目に大きい電圧の相に相当す
るパルス発生回路に与える。ここでは回路24とすると、
パルス発生回路24は前記基準クロックパルスに同期して
第4図に示すように急激に降下し、その後角度αで上昇
する信号aを比較器27に出力する。比較器27は入力電圧
の検出信号と信号aとを比較し、オンパルス幅信号X1
発生する。そしてスイッチ決定回路30はオンパルス幅信
号X1の終了に伴い、信号をパルス発生回路25に与え、回
路25は第4図に示すような信号cを比較器28に出力し、
比較器28は入力電圧の検出信号と信号cとを比較し、オ
ンパルス幅信号X2を発生する。同様に、スイッチ決定回
路30はオンパルス幅信号X2の終了に伴い、信号をパルス
発生回路26に与え、回路26は第4図に示すような信号e
を比較器27に出力し、比較器29は入力電圧の検出信号と
信号eとを比較し、オンパルス幅信号X3を発生する。そ
してオンパルス幅信号X3の終了に伴いスイッチ決定回路
30はオンパルス幅信号X4を発生し、このオンパルス幅信
号X4はスイッチ決定回路30内の次の基準クロックパルス
の発生直前に終了する。前述からも分かるように、スイ
ッチ決定回路30から与えられる前記基準クロックパルス
が後述する1変換周期を決定する。次に、どの半導体ス
イッチをオンさせるかについて説明する。比較器31〜33
により,線間電圧とアース電圧とを比較することで,各
線間電圧の正負の関係がこの3個の比較器31〜33の出力
によって表現される。スイッチ決定回路30はこの3個の
信号により,線間電圧の正から負にトランスを介して電
流が流れるように2個の半導体スイッチを3組決定し,
更にトランスの励磁エネルギを3相交流電源側に帰還さ
せるための2個の半導体スイッチを決定する。例えば,R
−S,S−T,T−R間の順に電力を負荷側に供給した後,励
磁エネルギをR−S間に帰還させるとすると,第3図の
Q点では,先ず,半導体スイッチ12,16をオンさせてR
−S間より電力を供給し,次いで,半導体スイッチ14,1
6,半導体スイッチ12,17を順次オンさせてS−T間,T−
R間より負荷側に電力を供給した後,スイッチ13,15を
オンさせて,R−S間に電力を帰還する。
ここで,第3図のQ点における各部波形を示す第4図
を用いて,制御動作を詳細に説明する。第4図に示す曲
線b,d,fは、各線間電圧VRS、VST、VTRとパルス発生回路
24〜26がそれぞれ出力するパルスa,c,eとの交点を説明
するための曲線であり、線間電圧VRS、VST、VTRの波形
を示すものではない。第2図に示すスイッチ決定回路30
からパルス発生回路24に動作信号が来ると,該パルス発
生回路24は第4図に示すパルスaを1パルス発生し,第
4図に示す全波整流回路21の出力bと比較器27により比
較することで,R−S間に挿入されている半導体スイッチ
のオンパルス幅が決定し,このオンパルス幅信号はスイ
ッチ決定回路30に入力される。スイッチ決定回路30はR
−S間電圧が正なので,第1図に示す半導体スイッチ1
2,16をオンさせるために,第4図に示すオンパルス幅信
号X1を半導体スイッチ12,16の駆動回路34,38に送り,半
導体スイッチ12,16がオフした直後,第2図に示すパル
ス発生回路25に動作信号を送る。パルス発生回路25は第
4図に示すパルスcを1パルス発生し,第4図に示す全
波整流回路22の出力dと比較器28により比較すること
で,S−T間に挿入されている半導体スイッチのオンパル
ス幅が決定し,このオンパルス幅信号はスイッチ決定回
路30に入力される。スイッチ決定回路30はS−T間電圧
が負なので,第1図に示す半導体スイッチ14,16をオン
させるために,第4図に示すオンパルス幅信号X2を半導
体スイッチ14,16の駆動回路36,38に送り,半導体スイッ
チ14,16がオフした直後,第2図に示すパルス発生回路2
6に動作信号を送る。パルス発生回路26は第4図に示す
パルスeを1パルス発生し,第4図に示す全波整流回路
23の出力fと比較器29により比較することで,T−R間に
挿入されている半導体スイッチのオンパルス幅が決定
し,このオンパルス幅信号はスイッチ決定回路30に入力
される。スイッチ決定回路30はT−R間電圧が負なの
で,第1図に示す半導体スイッチ12,17をオンさせるた
めに,第4図に示すオンパルス幅信号X3を半導体スイッ
チ12,17の駆動回路34,39に送り,半導体スイッチ12,17
がオフした直後半導体スイッチ13,15をオンさせるため
に,第4図に示すオンパルス幅信号X4を半導体スイッチ
13,15の駆動回路35,37に送り,トランスの励磁エネルギ
を3相交流電源側に帰還させる。ここで、オンパルス幅
信号X4は前述のようにスイッチ決定回路30から与えられ
る前述のような次の基準パルス信号の発生直前に終了
し、このオンパルス幅信号X4の期間内にトランス5の励
磁エネルギは3相交流電源側に帰還され、トランス5の
リセットが完了する。オンパルス幅信号X4が与えられる
一対の半導体スイッチに関しては、線間電圧VRS、VST
VTRの内で、負荷への電力供給方向とは逆極性の電圧で
最も値の大きな線間電圧に対応する一対の半導体スイッ
チを選択することにより、短時間でトランス5のリセッ
トを完了させることができ、1変換周期を短くできるの
で高周波化などの面で好ましい。この動作を繰り返すこ
とで,1変換周期に各線間から線間電圧に比例したオンパ
ルス幅で負荷側に電力を供給し、入力電流は入力フィル
タ3によりスイッチング周波数成分が除かれ正弦波にな
る。また,パルス発生回路は出力電圧によって,パルス
の傾きを変える機能を有しているため,出力電圧は安定
な直流電圧になる。例えば,出力電圧が高くなると第4
図に示すαが大きくなって傾きが急になり,オンパルス
幅を線間電圧に比例させながら,オンパルス幅が短くな
るように動作する。
〔発明の効果〕
以上説明したように,本発明による直流電源装置にお
いては、半導体スイッチのスイッチングの1変換周期毎
にトランスの励磁エネルギを一対の半導体スイッチを介
して3相交流電源側に帰還し、リセットを行っているの
で、トランスを確実にリセットできると同時に、エネル
ギロスを小さくでき、またスイッチング部が3相交流電
源からの交流電圧を直接高周波交流電圧に変換できる機
能を有しているため,電力変換段数の減少が達成でき,
変換効率が向上するという利点がある。また,入力整流
部を冷却するための放熱フィンが不要となり,更にスイ
ッチング周波数を高めることで,装置の小型・軽量化,
及びコスト化が図れるという利点がある。更に,線間電
圧に比例したオンパルス幅により1変換周期に各線間か
ら負荷側に電力を供給するため,入力電流を正弦波にで
きる。よって,入力電流の高調波成分を大幅に低減する
ことができ,電源を共有している装置にノイズ等の影響
を与えないという利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第4図は本発明の一実施例を説明するための
図,第5図は従来の直流電源装置を説明するための図で
ある。 1……3相交流電源、2……入力整流部 3……入力フィルタ、4……スイッチング部 5……トランス、6……出力整流部 7……出力フィルタ、8……負荷 9……制御回路、10……スイッチング部 11……制御回路、12〜17……半導体スイッチ 21〜23……全波整流回路、24〜26……パルス発生回路 27〜29……比較器、30……スイッチ決定回路 31〜33……比較器、34〜39……駆動回路 40〜42……反転回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宇敷 修一 東京都豊島区高田1丁目18番1号 オリ ジン電気株式会社内 審査官 藤井 浩 (56)参考文献 特開 平1−202164(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】3相交流電源と、 該3相交流電源の入力フィルタと、 上記3相交流電源の周波数よりも高い周波数でスイッチ
    ングし、トランスの出力側に高周波交流電圧を発生させ
    る複数の半導体スイッチからなるスイッチング部と、 上記トランスからの交流出力を整流し平滑する出力半波
    整流部及び出力フィルタとを備える直流電源装置におい
    て、 上記3相交流電源からの各線間電圧に比例したオンパル
    ス幅でこれに対応する上記半導体スイッチを順次オンさ
    せ、各線間から負荷側に電力を供給すると共に、上記ト
    ランスの励磁エネルギを上記半導体スイッチを介して上
    記3相交流電源に帰還させるという一連の動作を1変換
    周期で行うように、上記スイッチング部を制御する制御
    回路を備えたことを特徴とする直流電源装置。
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