JPH11178333A - 直流電源装置 - Google Patents

直流電源装置

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JPH11178333A
JPH11178333A JP9363394A JP36339497A JPH11178333A JP H11178333 A JPH11178333 A JP H11178333A JP 9363394 A JP9363394 A JP 9363394A JP 36339497 A JP36339497 A JP 36339497A JP H11178333 A JPH11178333 A JP H11178333A
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voltage
input
power supply
unit
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JP9363394A
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Haruo Moriguchi
晴雄 森口
Toru Arai
亨 荒井
Tetsuro Ikeda
哲朗 池田
Toshiichi Fujiyoshi
敏一 藤吉
Masayuki Ono
昌之 小野
Hideo Ishii
秀雄 石井
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Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 使用している半導体スイッチング素子が耐圧
の低いものでも、過電圧供給時に破損を防止する。 【解決手段】 入力の商用交流電圧を整流部４が整流す
る。整流部４からの整流電圧を平滑コンデンサ20が平滑
する。コンデンサ20の直流電圧を高周波電圧にインバー
タ28が変換する。インバータ28からの高周波電圧を変圧
器36が変圧する。この変圧器36からの変圧高周波電圧を
直流化部48が直流電圧に変換する。商用交流電圧が供給
されたとき、この商用交流電圧に基づいて平滑コンデン
サ20を予備充電部48が予備充電する。商用交流電圧が規
定値以上の電圧のとき、予備充電部48と整流部４とを過
電圧保護部54が非作動状態とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、交流電圧を直流電
圧に変換する直流電源装置に関し、特に入力交流電圧が
過電圧のときの対策を講じたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】交流電圧を直流電圧に変換する直流電源
装置は、例えばアーク溶接機、アーク切断機、オーバー
ヘッドプロジェクターの放電点灯用の電源装置、充電
器、電気メッキ用の電源装置等の電源装置として使用さ
れることがある。このような電源には、例えば１００Ｖ
と２００Ｖのように一方の電圧が他方の電圧の約１／２
である２つの商用交流電源のいずれでも動作可能に設計
されたものがある。
【０００３】このような直流電源装置の一例が、例えば
特公平３−７１２１８号公報に開示されている。この直
流電源装置では、入力直流化部によって、商用交流電圧
が整流平滑される。平滑された直流電圧が、半導体スイ
ッチング素子を含む昇圧コンバータによって昇圧され
る。昇圧コンバータは、さらにこの直流電源装置の入力
電流の位相を、同入力電圧の位相と一致するようにし
て、力率を高めている。この昇圧コンバータの出力電圧
は、半導体スイッチング素子を含むインバータに供給さ
れて、高周波電圧に変換される。この高周波電圧は、変
圧器によって所定の電圧に変圧される。変圧された高周
波電圧は、出力直流化部によって整流、平滑され、負荷
に供給される。
【０００４】この直流電源装置は、例えば２００Ｖの商
用交流電圧が供給されることを前提として設計されてい
る。１００Ｖの商用交流電圧が供給された場合、昇圧コ
ンバータからインバータに供給される電圧を、２００Ｖ
の商用交流電圧が供給されているときにインバータに供
給される電圧に等しい電圧まで、昇圧コンバータが昇圧
して供給している。従って、１００Ｖまたは２００Ｖい
ずれの商用交流電圧系においても、この直流電源装置は
使用することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、この
直流電源装置は、１００Ｖまたは２００Ｖの商用交流電
圧が供給されることを前提としている。しかし、海外で
は、２００Ｖ及び４００Ｖの商用交流電圧を使用してい
る国がある。このような国において、この直流電源装置
が使用された場合、２００Ｖでは正常に動作するが、４
００Ｖでは故障する。誤って４００Ｖの電圧が供給され
ても、故障しないようにするためには、昇圧コンバータ
やインバータに使用されている半導体スイッチング素子
に、今まで使用していたものよりも耐圧の高いものを使
用しなければならず、コストが高くなるという問題点が
あった。
【０００６】本発明は、使用されている半導体スイッチ
ング素子が耐圧の高いものでなくても、過電圧が供給さ
れたとき、破損することを防止した直流電源装置を提供
することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１記載の発明は、入力の商用交流電圧を整
流する整流部と、この整流部からの整流された電圧を平
滑する平滑コンデンサと、平滑して得られた直流電圧を
高周波電圧に変換する直流−高周波変換部と、この変換
部からの高周波電圧を変圧する変圧器と、この変圧器か
らの変圧された高周波電圧を直流電圧に変換する直流化
部と、入力の商用交流電圧が供給されたとき、この入力
の商用交流電圧に基づいて前記平滑コンデンサを予備充
電する予備充電部と、前記入力の商用交流電圧が規定値
以上の電圧のとき、前記予備充電部と前記整流部とを非
作動状態とする過電圧保護部とを、具備するものであ
る。
【０００８】直流−高周波変換部として、後述するよう
に、インバータを使用することもできるし、或いはスイ
ッチングレギュレータを使用することもできる。過電圧
保護部としては、商用交流電圧を直流化する直流化部
と、この直流化部からの電圧を基準電圧と比較部におい
て比較する比較部と、直流化部の電圧が基準電圧以上で
あることを、この比較部の出力が表しているとき、除勢
されるスイッチング素子とを備えたものとすることもで
きる。このスイッチング素子は、予備充電部の電流経路
内と、整流部の電流経路内とに設けられる。また、過電
圧保護部は、予備充電部の電流経路内と、整流部の電流
経路内とに、それぞれ設けられたスイッチング素子と、
これら素子の制御部とを有するものとすることもでき
る。この制御部は、これに電流が流れていないとき、ス
イッチング素子を閉成し、これに電流が流れていると
き、スイッチング素子を開放する。予め定めた値以上の
電圧が供給されたとき、電流が流れる定電圧素子が、こ
の制御部と直列に接続され、この直列回路に、入力の商
用交流電圧が供給されている。
【０００９】この直流電源装置に規定値よりも低い商用
交流電圧が供給されているとき、予備充電部が平滑コン
デンサを予備充電し、その後、整流部で得られた整流電
圧が平滑コンデンサによって平滑される。平滑コンデン
サが予備充電されているので、整流部から平滑コンデン
サには急激に大きな電流が流れることはない。平滑コン
デンサによって得られた直流電圧は、直流−高周波変換
部によって高周波電圧に変換される。この高周波電圧
は、変圧器によって変圧され、直流化部によって直流化
されて、負荷に供給される。
【００１０】この直流電源装置に規定値以上の商用交流
電圧が供給されたとき、過電圧保護部が、予備充電部と
整流部とを非作動状態とするので、直流−高周波変換部
等に高電圧が供給されることはなく、この直流電源装置
が破損することを防止できる。
【００１１】請求項２記載の発明は、過電圧保護部が、
入力の商用交流電圧が規定値以上の電圧のとき、予備充
電部と整流部とへの前記入力の商用交流電圧の供給を遮
断する以外、請求項１記載の発明と同様に構成されてい
る。
【００１２】過電圧保護部としては、予備充電部と整流
部とに入力電圧を供給または遮断できる開閉器を備える
ものとできる。過電圧保護部は、さらに商用交流電圧を
直流化する直流化部と、この直流化部からの電圧を基準
電圧と比較部において比較する比較部と、直流化部の電
圧が基準電圧以上であることを、この比較部の出力が表
しているとき、上記開閉器に入力電圧の遮断を行わせる
制御部とを備えることができる。また、過電圧保護部
は、上記の開閉器を備えた上に、電流が流れていないと
き、開閉器を閉成し、電流が流れているとき、開閉器を
開放する制御部と、この制御部と直列に接続され、予め
定めた値以上の電圧が供給されたとき、電流が流れる定
電圧素子との直列回路とを含むものとすることもでき
る。この直列回路には、入力の商用交流電圧が供給され
ている。
【００１３】この直流電源装置に規定値よりも小さい商
用交流電圧が供給されたときの動作は、請求項１記載の
直流電源装置と同様である。この直流電源装置に規定値
以上の商用交流電圧が供給されたとき、過電圧保護部
が、予備充電部と整流部とへの商用交流電圧の供給を遮
断するので、直流−高周波変換部等に高電圧が供給され
ることはなく、この直流電源装置が破損することを未然
に防止できる。
【００１４】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の直流電源装置において、前記整流部と前記平滑コ
ンデンサとの間に、前記整流部の出力電圧を所定電圧に
昇圧すると共に、入力電流を入力電圧の位相に合わせて
高力率化する昇圧コンバータを備えている。所定電圧と
しては、例えば規定値よりも低い電圧を選択することが
できる。
【００１５】請求項３記載の発明によれば、請求項１、
２記載の発明と同様に規定値以上の電圧が供給されて
も、破損することが防止できる上に、昇圧コンバータを
備えているので、規定値よりも低い電圧であれば、複数
の商用交流電圧によって、この直流電源装置を正常に動
作させることができる。また、入力電流と入力電圧の位
相を揃えているので、この直流電源装置の力率を改善す
ることができる。
【００１６】請求項４記載の発明では、請求項１または
２記載の直流電源装置において、前記直流−高周波変換
部が、零電圧スイッチングするインバータである。
【００１７】請求項４記載の発明によれば、請求項１、
２記載の発明と同様に規定値以上の電圧が供給されて
も、破損することが防止できる上に、零電圧スイッチン
グするインバータを使用しているので、このインバータ
に含まれている半導体スイッチング素子に印加されてい
る電圧が零になった後に、半導体スイッチング素子に電
流が流れる。従って、半導体スイッチング素子に同時に
電流と電圧が供給されることがなく、スイッチング損失
を抑制できる。
【００１８】請求項５記載の発明は、請求項４記載の直
流電源装置において、インバータでは、２個直列に接続
されたスイッチング素子の直列回路が並列に接続され、
変圧器がインバータの負荷とされ、直流化部が、整流器
とこれに直列に接続された可飽和リアクトルとを有して
いる。
【００１９】請求項５記載の発明によれば、直流化部が
可飽和リアクトルを有しているので、インバータは確実
に零電圧スイッチングすることができ、インバータ内の
半導体スイッチング素子のスイッチング損失を抑制でき
る。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態の直流
電源装置は、例えばアーク溶接機、アーク切断機、オー
バーヘッドプロジェクターの放電点灯用の電源装置、充
電器、電気メッキ用の電源装置等の電源装置として使用
されるものである。この直流電源装置は、図１に示され
ているように、電源入力端子２ａ、２ｂを有している。
電源入力端子２ａ、２ｂには、例えば１００Ｖまたは２
００Ｖの商用交流電源が通常には接続される。但し、２
００Ｖまたは４００Ｖの商用交流電源が使用されている
国において、この直流電源装置を使用した場合、誤って
４００Ｖの商用交流電源が接続される可能性がある。
【００２１】入力端子２ａ、２ｂは、開閉器３を介して
入力側整流器４の入力側に接続されている。入力側整流
器４は、整流ダイオード６ａ、６ｂの直列回路と、サイ
リスタ８ａ、８ｂの直列回路とを含んでいる。両直列回
路は互いに並列に接続され、整流ダイオード６ａ、６ｂ
の相互接続点と、サイリスタ８ａ、８ｂの相互接続点と
が、入力側整流器４の入力側とされている。また、両直
列回路の両端が、入力側整流器４の正負の出力側とされ
ている。サイリスタ８ａ、８ｂは、アノードに正の電圧
が、カソードに負の電圧が供給されている状態におい
て、サイリスタ制御部１０からゲート信号が供給された
とき、導通する。
【００２２】入力側整流器４の出力側には、昇圧コンバ
ータ１２が設けられている。入力側整流器４の正の出力
側は、平滑リアクトル１４を介して半導体スイッチング
素子、例えばＩＧＢＴ１６の出力電極、例えばコレクタ
に接続されている。また、ＩＧＢＴ１６のエミッタは、
入力側整流器４の負の出力側に接続されている。また、
ＩＧＢＴ１６のコレクタは、逆流防止ダイオード１８を
介して平滑コンデンサ２０の正の電極に接続されてい
る。この平滑コンデンサ２０の負の電極は入力側整流器
４の負の出力側に接続されている。
【００２３】平滑コンデンサ２０の両端間の電圧は、電
圧検出器２２によって検出される。この電圧検出器２２
は、平滑コンデンサ２０の両端間の電圧を表す電圧検出
信号を出力し、この電圧検出信号は、昇圧コンバータ制
御部２４に供給されている。また、ＩＧＢＴ１６のエミ
ッタと入力側整流器４の負の出力側との間には、電流検
出器２６が設けられている。この電流検出器２６は、昇
圧コンバータ１２を流れる電流、即ち、この直流電源装
置の入力電流の位相を検出し、この位相を表す位相検出
信号を昇圧コンバータ制御部２４に供給している。
【００２４】昇圧コンバータ制御部２４が、ＩＧＢＴ１
６にゲート信号を供給したとき、ＩＧＢＴ１６は導通
し、ゲート信号を消失させたとき、非導通となる。ＩＧ
ＢＴ１６が導通時、平滑リアクトル１４にエネルギーが
蓄積され、ＩＧＢＴ１６が非導通のとき、整流器４の出
力電圧と平滑リアクトル１４に発生した逆起電力と重畳
されて、昇圧される。昇圧コンバータ制御部２４は、電
圧検出信号が表す電圧が、所定電圧、例えば２００Ｖの
交流電圧を整流したときのピーク電圧に相当する電圧に
なるようにゲート信号を生成している。また、昇圧コン
バータ制御部２４は、図示していないが入力端子２ａ、
２ｂに供給されている交流電圧の位相も検出しており、
位相検出信号が表す位相が、交流電圧の位相に一致する
ようにも、ゲート信号を生成している。これによって、
平滑コンデンサ２０の両端間には上記所定の電圧が常に
発生する。かつ、入力電流と入力電圧の位相は一致し、
力率が改善される。
【００２５】この昇圧コンバータ１２の出力電圧、即ち
平滑コンデンサ２０の両端間電圧は、直流−高周波変換
部、例えばインバータ２８に供給される。インバータ２
８は、平滑コンデンサ２０の両端間に第１の直列回路を
含み、この第１の直列回路は、半導体スイッチング素
子、例えばＩＧＢＴ３０ａ、３０ｂを含み、ＩＧＢＴ３
０ａのコレクタは平滑コンデンサ２０の正の電極に接続
され、ＩＧＢＴ３０ａのエミッタは、ＩＧＢＴ３０ｂの
コレクタに接続され、ＩＧＢＴ３０ｂのエミッタは平滑
コンデンサ２０の負の電極に接続されている。
【００２６】ＩＧＢＴ３０ａのコレクタには環流ダイオ
ード３２ａのカソードが接続され、ＩＧＢＴ３０ａのエ
ミッタには環流ダイオード３２ａのアノードが接続され
ている。即ち、ＩＧＢＴ３０ａのコレクタ・エミッタ導
電路に対して逆並列にダイオード３０ａは接続されてい
る。同様に、ＩＧＢＴ３０ｂのコレクタ・エミッタ導電
路に逆並列に環流ダイオード３２ｂが接続されている。
また、ＩＧＢＴ３０ａ、３０ｂのコレクタ・エミッタ導
電路には、コンデンサ３４ａ、３４ｂが並列に接続され
ている。
【００２７】第１の直列回路に並列に第２の直列回路が
接続されている。第２の直列回路もＩＧＢＴ３０ｃ、３
０ｄを含み、ＩＧＢＴ３０ｃのコレクタは平滑コンデン
サ２０の正の電極に接続され、ＩＧＢＴ３０ｃのエミッ
タは、ＩＧＢＴ３０ｄのコレクタに接続され、ＩＧＢＴ
３０ｄのエミッタは平滑コンデンサ２０の負の電極に接
続されている。
【００２８】ＩＧＢＴ３０ｃコレクタ・エミッタ導電路
に対して逆並列に環流ダイオード３２ｃが接続され、Ｉ
ＧＢＴ３０ｂのコレクタ・エミッタ導電路に逆並列に環
流ダイオード３２ｄが接続されている。また、ＩＧＢＴ
３０ｃ、３０ｄのコレクタ・エミッタ導電路には、コン
デンサ３４ｃ、３４ｄが並列に接続されている。
【００２９】ＩＧＢＴ３０ａのエミッタとＩＧＢＴ３０
ｂのコレクタとの接続点が、インバータ２８の一方の出
力側Ａであり、ＩＧＢＴ３０ｃのエミッタとＩＧＢＴ３
０ｄのコレクタとの接続点が、インバータ２８の他方の
出力側Ｂである。これら出力側Ａ、Ｂには変圧器３６の
一次巻線３６Ｐが直流阻止コンデンサ３７を介して接続
されている。このように、インバータ２８は、フルブッ
リジ回路に各ＩＧＢＴ３０ａ乃至３０ｄが接続されてい
る。
【００３０】各ＩＧＢＴ３０ａ乃至３０ｄは、それらの
ゲートにインバータ制御部３８からゲート信号が供給さ
れたとき、導通する。例えば、ＩＧＢＴ３０ａ、３０ｄ
が導通しているとき、電流がＩＧＢＴ３０ａ、変圧器３
６の一次巻線３６Ｐ、ＩＧＢＴ３０ｄに流れる。逆に、
ＩＧＢＴ３０ｂ、３０ｃにゲート信号が供給されたと
き、電流がＩＧＢＴ３０ｃ、変圧器３６の一次巻線３６
Ｐ、ＩＧＢＴ３０ｂに流れる。これによって、変圧器３
６の二次巻線３６Ｓには、交流電圧が誘起される。特
に、各ゲート信号は、２０ＫＨｚ乃至５００ＫＨｚの周
波数で発生するので、誘起される電圧は、高周波電圧と
なる。
【００３１】変圧器３６の二次巻線３６Ｓは中間タップ
を有し、これは、この直流電源装置の負の出力端子４３
Ｎに接続されている。また、二次巻線３６Ｓの一端は可
飽和リアクトル４０ａを介して整流ダイオード４２ａの
アノードに接続され、このダイオード４２ａのカソード
は正の出力端子４３Ｐに接続されている。また、二次巻
線３６Ｓの他端は可飽和リアクトル４０ｂを介して整流
ダイオード４２ｂのアノードに接続され、このダイオー
ド４２ｂのカソードは正の出力端子４３Ｐに接続されて
いる。また、ダイオード４２ａ、４２ｂそれぞれに並列
に、保護用抵抗器４４ａ、４４ｂが接続されている。こ
れら可飽和リアクトル４０ａ、４０ｂ、ダイオード４２
ａ、４２ｂによって出力側直流化部４６が形成されてい
る。
【００３２】この直流電源装置は、この他に予備充電部
４８を有している。予備充電部４８は、入力商用交流電
圧を半波整流するために、入力側整流器４の一方の入力
側にアノードが接続されたダイオード５０を有し、この
ダイオード５０のカソードは電流制限用抵抗器５２を介
して平滑リアクトル１４とダイオード６ａのカソードと
の接続点に接続されている。この予備充電部４８は、入
力端子２ａ、２ｂに商用交流電圧が供給されると、直ち
に平滑リアクトル１４を介して平滑コンデンサ２０の充
電を開始する。これによって、昇圧コンバータ１２が平
滑コンデンサ２０の充電を開始する前に、予め平滑コン
デンサ２０を充電しておき、昇圧コンバータ１２に過大
な電流が流れることを防止するためのものである。
【００３３】この直流電源装置は、さらに過電圧保護部
５４も有している。過電圧保護部５４は、入力の商用交
流電圧を検出するために、入力側整流器４の入力側に接
続されたブリッジ型の整流器５６を有している。この整
流器５６の出力側は、抵抗器５８と平滑用コンデンサ６
０との直列回路に接続されている。これによって整流出
力が平滑化されている。
【００３４】平滑用コンデンサ６０の両端間電圧は、比
較器６２の一方の入力に供給されている。また、比較器
６２の他方の入力には、後述する電圧点６４の電圧を抵
抗器６６、６８によって分圧して得た基準電圧が供給さ
れている。電圧点６４の電圧は、後述するように、１０
０Ｖ、２００Ｖ、４００Ｖいずれの電圧が入力電圧とし
て入力端子２ａ、２ｂに供給されていても一定の電圧に
維持されている。それゆえに、基準電圧も常に一定の電
圧である。これに対して、平滑用コンデンサ６０の電圧
は、入力電圧が１００Ｖ、２００Ｖ、４００Ｖのいずれ
であるかによって変化し、特に４００Ｖの電圧が供給さ
れたとき、コンデンサ６０の電圧は、基準電圧よりも大
きくなる。
【００３５】比較器６２の出力側には、平滑コンデンサ
６０の電圧が基準電圧よりも高いとき、Ｈレベルの信号
が発生する。この信号は抵抗器７０を介して半導体スイ
ッチング素子、例えばＮＰＮトランジスタ７２のベース
に供給される。このトランジスタ７２のエミッタは平滑
用コンデンサ６０、抵抗器６８の一端と共に整流器５６
に接続されている。トランジスタ７２のコレクタは、表
示灯７４とリレーコイル７６との並列回路を介して電圧
点６４に接続されている。
【００３６】リレーコイル７６には、２つの常閉接点７
６ａ、７６ｂが付属している。常閉接点７６ａは、サイ
リスタ制御部１０に接続され、この接点７６ａが閉じら
れている間、サイリスタ制御部１０は、ゲート信号をサ
イリスタ８ａ、８ｂに供給する。常閉接点７６ｂは、平
滑リアクトル１４と予備充電部４８の抵抗器５２との間
に接続されている。常閉接点７６ｂが閉成されている
間、予備受電部４８は、平滑コンデンサ２０を予備充電
する。
【００３７】このように構成された直流電源装置では、
例えば１００Ｖまたは２００Ｖの商用交流電圧が入力端
子２ａ、２ｂに供給されたとき、比較器６２はＨレベル
の出力信号を発生していない。従って、トランジスタ７
２は導通せず、常閉接点７６ａ、７６ｂは閉成状態を維
持する。
【００３８】従って、予備充電部４８によって平滑用コ
ンデンサ２０が予備充電された後、入力側整流器４から
の整流電圧が昇圧コンバータ１２によって昇圧されて、
平滑コンデンサ２０に供給される。このコンデンサ２０
の両端間の電圧は、後述するようにインバータ２８によ
って高周波電圧に変換され、変圧器３６によって変圧さ
れた後、出力側の直流化部４６によって直流化され、出
力端子４３Ｐ、４３Ｎから負荷に供給される。
【００３９】もし誤って４００Ｖの商用交流電圧が入力
端子２ａ、２ｂに供給されたとき、比較器６２がＨレベ
ルの出力信号をトランジスタ７２のベースに供給する。
これによってトランジスタ７２が導通し、表示灯７４が
点灯し、過電圧が供給されていることを表示する。同時
に、リレーコイル７６にも電流が流れる。
【００４０】これによって、常閉接点７６ａ、７６ｂが
開放される。常閉接点７６ａが開放された結果、サイリ
スタ８ａ、８ｂにゲート信号が供給されず、入力側整流
器４は整流電圧を発生しない。また、常閉接点７６ｂが
開放された結果、予備充電部４８は、平滑コンデンサ２
０の予備充電を行わない。従って、誤って４００Ｖの商
用交流電圧が供給されても、この直流電源装置の各ＩＧ
ＢＴや平滑コンデンサの耐圧を、４００Ｖの商用交流電
圧を整流した電圧に耐えられる値に選ばなくても、各Ｉ
ＧＢＴが破損することはない。
【００４１】電圧点６４の電圧は、図２に示すように、
例えば自励式のスイッチングレギュレータ８０を使用し
て、生成されている。即ち、このレギュレータ８０は、
開閉器４を介して入力の商用高周波電圧が入力側に供給
される整流器８２を有している。この整流器８２の出力
側に生じた整流電圧は、抵抗器８４、平滑コンデンサ８
６によって整流、平滑される。平滑コンデンサ８６に生
じた直流電圧は、半導体スイッチング素子、例えばトラ
ンジスタ８８のコレクタ・エミッタ導電路と、これに直
列に接続された変圧器９０の１次巻線９０Ｐとに印加さ
れる。
【００４２】トランジスタ８８のベースと平滑コンデン
サ８６の正極側との間に起動抵抗器９２が接続されてい
る。変圧器９０は、１次巻線９０Ｐの他に、２次巻線９
０Ｓと３次巻線９０Ｔとを有している。３次巻線９０Ｔ
には、自励発振装置９４が接続され、この発振装置９４
の出力がトランジスタ８８のベースに供給され、トラン
ジスタ８８が高周波でスイッチング動作する。これによ
って２次巻線９０Ｓには、高周波電圧が誘起される。こ
の高周波電圧が、ダイオード９６によって整流され、平
滑コンデンサ９８によって平滑される。この平滑コンデ
ンサ９８の両端間に生成された直流電圧が、定電圧化部
１００によって定電圧化され、電圧点６４に供給され
る。
【００４３】従って、入力の商用高周波電圧が、１００
Ｖ、２００Ｖ、４００Ｖのいずれの電圧であっても、電
圧点６４には、常に一定値の電圧が生成される。なお、
定電圧化部１００からの一定値の電圧は、インバータ制
御部１０、昇圧コンバータ制御部２４、インバータ制御
部３８、比較器６２にそれぞれ電源電圧として供給され
ている。
【００４４】次に、インバータ２８、出力側の直流化部
４６の動作について、図３を参照しながら説明する。時
刻ｔ０よりも前の時点では、図３（ａ）、（ｂ）に示す
ように、ＩＧＢＴ３２ａ、３２ｄのゲートにゲート信号
Ｇ３０ａ、Ｇ３０ｄが供給され、これらＩＧＢＴ３２
ａ、３２ｄが導通している。同時にＩＧＢＴ３０ｂ、３
０ｃのゲートにゲート信号は供給されてなく、ＩＧＢＴ
３２ｂ、３２ｃは非導通である。その結果、ＩＧＢＴ３
２ａ、変圧器３６の１次巻線３６Ｐ、コンデンサ３７、
ＩＧＢＴ３２ｄに電流が流れている。このとき、図３
（ｃ）、（ｄ）に示すようにコンデンサ３４ａ、３４ｄ
は、短絡放電状態にあり、コンデンサ３４ｂ、３４ｃは
充電状態にある。
【００４５】このとき、変圧器３６の１次巻線３６Ｐを
流れる電流Ｉ１は、図３（ｅ）に示すようになる。さら
に、ＩＧＢＴ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄを流れる
電流をＩ３０ａ、Ｉ３０ｂ、Ｉ３０ｃ、Ｉ３０ｄとし、
ダイオード３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄを流れる電
流をＩ３２ａ、Ｉ３２ｂ、Ｉ３２ｃ、Ｉ３２ｄとする
と、図３（ｆ）、（ｇ）に示すように、Ｉ３０ａ、Ｉ３
０ｄが流れる。なお、図３（ｆ）、（ｇ）では、Ｉ３０
ａ、Ｉ３０ｂ、Ｉ３０ｃ、Ｉ３０ｄの流れる向きを正と
し、Ｉ３２ａ、Ｉ３２ｂ、Ｉ３２ｃ、Ｉ３２ｄの流れる
向きを負としている。
【００４６】このとき、変圧器３６の２次側に誘起され
た充分に大きな電流が可飽和リアクトル４０ａを介して
出力端子４３Ｐ、４３Ｎに接続された負荷に供給され
る。充分に大きな電流が流れたことにより可飽和リアク
トル４０ａは飽和している。
【００４７】ＩＧＢＴ３０ａに供給されていたゲート信
号Ｇ３０ａが時刻ｔ０で非供給状態となり、ＩＧＢＴ３
０ａを流れていた電流Ｉ３０ａは図３（ｆ）に示すよう
に零となる。このとき、インバータ２８の入力から、コ
ンデンサ３４ａ、変圧器３６の１次巻線３６Ｐ、コンデ
ンサ３７、ＩＧＢＴ３０ｄに電流が流れ、コンデンサ３
４ａが、図３（ｃ）に示すように充電され、その電圧Ｖ
３４ａが上昇していく。
【００４８】一方、ＩＧＢＴ３０ａが導通していたとき
に充電されていたコンデンサ３４ｂの電荷の放電が開始
され、放電電流が、変圧器３６の１次巻線３６Ｐ、ＩＧ
ＢＴ３０ｄを流れ、コンデンサ３４ｂの電圧Ｖ３４ｂ
は、図３（ｃ）に示すように低下していく。この充電及
び放電によって図３（ｅ）に示すように電流Ｉ１が流れ
続ける。この充電及び放電は、時刻ｔ１に完了する。
【００４９】時刻ｔ１において、ダイオード３２ｂが、
コンデンサ３４ｂの電荷による逆バイアス状態から開放
され、導通する。ＩＧＢＴ３０ａが非導通であっても、
変圧器３６の励磁インダクタンスのエネルギーによる循
環電流が、図３（ｆ）に示すように変圧器３６の１次巻
線３６Ｐ、コンデンサ３７、ＩＧＢＴ３０ｄ、ダイオー
ド３２ｂを流れ、図３（ｅ）に示すように電流Ｉ１が流
れ続ける。このため、可飽和リアクトル４０ａ、ダイオ
ード４２ａを介して出力端子４３Ｐ、４３Ｎに接続され
ている負荷に電流を供給する。また、この電流により可
飽和リアクトル４０ａは、飽和状態を維持する。時刻ｔ
１以降にＩＧＢＴ３０ｂにはゲート信号Ｇ３０ｂが供給
されるが、変圧器３６のエネルギーの放出が完了するま
で、ＩＧＢＴ３０ｂは非導通状態を維持する。
【００５０】時刻ｔ２においてゲート信号Ｇ３０ｄが非
供給状態となり、ＩＧＢＴ３０ｄが非導通状態となり、
図３（ｇ）に示すように電流Ｉ３０ｄが零になる。この
とき、コンデンサ３４ｄの充電が開始され、図３（ｄ）
に示すようにその電圧Ｖ３４ｄが上昇を開始する。同時
に、コンデンサ３４ｃの電荷が、インバータ２８の入力
側、平滑コンデンサ２０、ダイオード３２ｂ、変圧器３
６の１次巻線３６Ｐ、コンデンサ３７を介して放電し、
図３（ｃ）に示すようにコンデンサ３４ｃの電圧が低下
する。また、コンデンサ３４ｂが放電し、コンデンサ３
４ｄの電圧Ｖ３４ｄが上昇しているので、インバータ２
８の出力側Ａ、Ｂの電圧が逆転し、出力側Ｂの電圧が出
力側Ａの電圧よりも高電圧となる。
【００５１】この出力側Ａ、Ｂの電圧の逆転により、変
圧器３６の２次巻線３６Ｓに誘起される電圧も反転す
る。しかし、この反転の直後に２次巻線に誘起された電
圧が小さいので、整流器４２ｂには電流が流れず、可飽
和リアクトル４０ｂは不飽和状態を維持する。また、ダ
イオード４２ａが逆方向にバイアスされて、非導通状態
となり、可飽和リアクトル４０ａに流れていた電流が零
となり、可飽和リアクトル４０ａは不飽和状態に移行す
る。
【００５２】時刻ｔ３には、コンデンサ３４ｃの電圧Ｖ
３４ｃの低下に基づき、ダイオード３２ｃが導通し、変
圧器３６に蓄積されていたエネルギーによる循環電流
が、変圧器３６の１次巻線３６Ｐ、コンデンサ３７、ダ
イオード３２ｃ、平滑コンデンサ２０、ダイオード３２
ｂを流れる。時刻ｔ３以降には、ＩＧＢＴ３０ｃにゲー
ト信号が供給されているが、循環電流が流れているの
で、ＩＧＢＴ３０ｃは導通しない。
【００５３】時刻ｔ４には、ＩＧＢＴ３０ｂ、３０ｃが
導通し、電流Ｉ３０ｂ、Ｉ３０ｃが図３（ｆ）、（ｇ）
に示すように流れる。これによって、変圧器３６の１次
巻線３６Ｐに図３（ｅ）に示すように今までとは逆方向
に電流Ｉ１が流れる。これによって、可飽和リアクトル
４０ｂが飽和して、負荷に電流が流れる。
【００５４】時刻ｔ５には、ＩＧＢＴ３０ｂのゲート信
号Ｇ３０ｂが非供給状態となり、半サイクルが終了す
る。以下、同様な動作が繰り返される。
【００５５】上記の説明から明らかなように、各ＩＧＢ
Ｔ３０ａ乃至３０ｄのゲート信号Ｇ３０ａ乃至Ｇ３０ｄ
が非供給時に、各ＩＧＢＴ３０ａ乃至３０ｄに印加され
る電圧が増加している。また、ゲート信号Ｇ３０ａ乃至
Ｇ３０ｄが供給されたとき、各ＩＧＢＴ３０ａ乃至３０
ｄに印加される電圧が零になった後に、各ＩＧＢＴ３０
ａ乃至３０ｄに電流が流れている。このように零電圧ス
イッチングされているので、各ＩＧＢＴ３０ａ乃至３０
ｄでのスイッチング損失を抑制できる。
【００５６】本発明の第２の実施の形態の直流電源装置
を図４に示す。この直流電源装置では、図１の直流電源
装置に設けられていた過電圧保護部５４を除去した代わ
りに、別の過電圧保護部５４ａが設けられている。この
過電圧保護部５４ａでは、開閉器３がトリップコイル３
ａを備えている。開閉器３は、トリップコイル３ａに電
流が流れていないとき、閉成されているが、トリップコ
イル４ａに電流が流れると、自動的に開放されるように
構成されている。このトリップコイル４ａと定電圧素
子、例えばＺＮＲ１０２と、抵抗器１０４とが直列に接
続され、この直列回路が入力端子２ａ、２ｂ間に接続さ
れている。入力端子２ａ、２ｂ間に１００Ｖまたは２０
０Ｖの電圧が供給されているとき、ＺＮＲ１０２は導通
しないが、４００Ｖの電圧が入力端子２ａ、２ｂ間に供
給されたとき、ＺＮＲ１０２が導通するように、ＺＮＲ
１０２の定格と抵抗器１０４の値は選択されている。
【００５７】従って、入力端子２ａ、２ｂ間に１００Ｖ
または２００Ｖの電圧が供給されているとき、ＺＮＲ１
０２が導通しないので、トリップコイル３ａには電流が
流れず、開閉器３は閉成状態を維持する。入力端子２
ａ、２ｂ間に４００Ｖの電圧が供給されているとき、Ｚ
ＮＲ１０２が導通するので、トリップコイル３ａに電流
が流れ、開閉器３は開放状態となり、入力側整流器４及
び予備充電部４８ａは動作しない。従って、４００Ｖの
電圧が誤って入力端子２ａ、２ｂ間に供給されても、各
ＩＧＢＴ等が破損することはない。
【００５８】なお、過電圧保護部５４を除去したので、
予備充電部４８ａは、ダイオード５０に代えてサイリス
タ５０ａを使用し、サイリスタ８ａ、８ｂと同様にサイ
リスタ制御部１０によって開閉制御される構成とされて
いる。無論、サイリスタ制御部１０にも常閉接点７６ａ
は設けられておらず、一定の電源電圧が供給されたとき
から動作している。なお、他は、第１の実施の形態の直
流電源装置と同様に構成されている。
【００５９】上記の２つの実施の形態では、直流−高周
波変換部としてインバータを使用したが、インバータに
限ったものではなく、半導体スイッチング素子をオン、
オフ制御して、高周波電圧を発生するものであれば、他
の構成のものを使用することもできる。また、第１及び
第２の実施の形態の直流電源装置では、昇圧コンバータ
１２を設けたが、例えば１００Ｖまたは２００Ｖの電圧
の一方のみで通常には使用する場合には、不要である。
【００６０】第１の実施の形態の直流電源装置では、入
力交流電圧を整流、平滑し、その整流、平滑電圧を比較
器６２において基準電圧と比較したが、これに代えて、
例えばリレーコイル７６を、例えば第２の実施の形態の
直流電源装置で使用したＺＮＲと直列に接続し、この直
列回路を入力端子２ａ、２ｂ間に接続することもでき
る。逆に、第２の実施の形態の直流電源装置では、第１
の実施の形態の直流電源装置と同様に、整流器５６、分
圧用抵抗器６６、６８、比較器６２、スイッチングトラ
ンジスタ７２等を設け、トランジスタ７２の出力側にト
リップコイル３ａを設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の直流電源装置のブ
ロック図である。
【図２】図１の直流電源装置において使用するスイッチ
ングレギュレータのブロック図である。
【図３】図１の各部の波形図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の直流電源装置のブ
ロック図である。
【符号の説明】
２ａ ２ｂ 入力端子 ４ 入力側整流器 １２ 昇圧コンバータ ２８ インバータ（直流−高周波変換部） ３６ 変圧器 ４６ 出力側直流化部 ４８ 予備充電部 ５４ ５４ａ 過電圧保護部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｍ 1/08 ３２１ Ｈ０２Ｍ 1/08 ３２１Ｚ 3/155 3/155 Ｆ 7/217 7/217 (72)発明者 池田 哲朗 大阪府大阪市東淀川区淡路２丁目14番３号 株式会社三社電機製作所内 (72)発明者 藤吉 敏一 大阪府大阪市東淀川区淡路２丁目14番３号 株式会社三社電機製作所内 (72)発明者 小野 昌之 大阪府大阪市東淀川区淡路２丁目14番３号 株式会社三社電機製作所内 (72)発明者 石井 秀雄 大阪府大阪市東淀川区淡路２丁目14番３号 株式会社三社電機製作所内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入力の商用交流電圧を整流する整流部
    と、 この整流部からの整流された電圧を平滑する平滑コンデ
    ンサと、 平滑して得られた直流電圧を高周波電圧に変換する直流
    −高周波変換部と、 この変換部からの高周波電圧を変圧する変圧器と、 この変圧器からの変圧された高周波電圧を直流電圧に変
    換する直流化部と、 入力の商用交流電圧が供給されたとき、この入力の商用
    交流電圧に基づいて前記平滑コンデンサを予備充電する
    予備充電部と、 前記入力の商用交流電圧が規定値以上の電圧のとき、前
    記予備充電部と前記整流部とを非作動状態とする過電圧
    保護部とを、具備する直流電源装置。
  2. 【請求項２】 入力の商用交流電圧を整流する整流部
    と、 この整流部からの整流された電圧を平滑する平滑コンデ
    ンサと、 平滑して得られた直流電圧を高周波電圧に変換する直流
    −高周波変換部と、 この変換部からの高周波電圧を変圧する変圧器と、 この変圧器からの変圧された高周波電圧を直流電圧に変
    換する直流化部と、 入力の商用交流電圧が供給されたとき、この入力の商用
    交流電圧に基づいて前記平滑コンデンサを予備充電する
    予備充電部と、 前記入力の商用交流電圧が規定値以上の電圧のとき、前
    記予備充電部と前記整流部とへの前記入力の商用交流電
    圧の供給を遮断する過電圧保護部とを、具備する直流電
    源装置。
  3. 【請求項３】 請求項１または２記載の直流電源装置に
    おいて、前記整流部と前記平滑コンデンサとの間に、前
    記整流部の出力電圧を所定電圧に昇圧すると共に、入力
    電流を入力電圧の位相に合わせて高力率化する昇圧コン
    バータを備えた直流電源装置。
  4. 【請求項４】 請求項１または２記載の直流電源装置に
    おいて、前記直流−高周波変換部は、零電圧スイッチン
    グするインバータである直流電源装置。
  5. 【請求項５】 請求項４記載の直流電源装置において、
    前記インバータでは、２個直列に接続されたスイッチン
    グ素子の直列回路が並列に接続され、前記変圧器が前記
    インバータの負荷とされ、前記直流化部が、整流器とこ
    れに直列に接続された可飽和リアクトルとを有している
    直流電源装置。
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