JPH1198837A - 直流電源装置 - Google Patents
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- JPH1198837A JPH1198837A JP9278126A JP27812697A JPH1198837A JP H1198837 A JPH1198837 A JP H1198837A JP 9278126 A JP9278126 A JP 9278126A JP 27812697 A JP27812697 A JP 27812697A JP H1198837 A JPH1198837 A JP H1198837A
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- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 スイッチング損失を低下させる。
【解決手段】 任意の交流電圧を整流する入力側整流部
４が整流し、昇圧コンバータ６に供給する。昇圧コンバ
ータ６が所定の電圧に変換した電圧がインバータ22によ
って高周波電圧に変換され、変圧器52の１次巻線52P に
供給される。２次巻線52S に誘起された高周波電圧が出
力側整流部58、60によって整流される。インバータ22
は、IGBT28、30、40、42、ダイオード32、36、44、46を
有するフルブリッジインバータに構成され、各IGBT28、
30、40、42に並列にコンデンサ34、38、48、50が接続さ
れている。コンデンサ34、38、48、50の充放電を利用し
て、IGBT28、30、40、42が導通するとき、これらIGBT2
8、30、40、42に電流が流れず、これらIGBT28、30、4
0、42がオフとなるとき、これらの電圧を零としてい
る。
４が整流し、昇圧コンバータ６に供給する。昇圧コンバ
ータ６が所定の電圧に変換した電圧がインバータ22によ
って高周波電圧に変換され、変圧器52の１次巻線52P に
供給される。２次巻線52S に誘起された高周波電圧が出
力側整流部58、60によって整流される。インバータ22
は、IGBT28、30、40、42、ダイオード32、36、44、46を
有するフルブリッジインバータに構成され、各IGBT28、
30、40、42に並列にコンデンサ34、38、48、50が接続さ
れている。コンデンサ34、38、48、50の充放電を利用し
て、IGBT28、30、40、42が導通するとき、これらIGBT2
8、30、40、42に電流が流れず、これらIGBT28、30、4
0、42がオフとなるとき、これらの電圧を零としてい
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、直流電源装置に関
し、特に、交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ−ＤＣ変
換を行った後、この直流出力を高周波出力に変換するＤ
Ｃ−ＡＣ変換を行った後、高周波出力を変圧器によって
変圧してから整流して、負荷に供給するものに関する。
し、特に、交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ−ＤＣ変
換を行った後、この直流出力を高周波出力に変換するＤ
Ｃ−ＡＣ変換を行った後、高周波出力を変圧器によって
変圧してから整流して、負荷に供給するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】上記のような直流電源装置は、例えばア
ーク溶接機、アーク切断機、充電器、メッキ用電源装置
に使用されることがある。このような直流電源装置で
は、入力される交流電圧が使用地域によって、例えば１
００Ｖ／２００Ｖ、２００Ｖ／４００Ｖというように異
なることがある。このような入力電圧の相違に対処した
直流電源装置には、昇圧コンバータを設けたものがあ
る。即ち、どのような交流電圧が供給されている場合で
も、この交流電圧の整流後、昇圧コンバータによって所
定の電圧に昇圧する。この昇圧した電圧を高周波インバ
ータによって高周波電圧に変換し、この高周波電圧を変
圧器によって変圧し、この変圧された高周波電圧を整流
して、負荷に供給する。
ーク溶接機、アーク切断機、充電器、メッキ用電源装置
に使用されることがある。このような直流電源装置で
は、入力される交流電圧が使用地域によって、例えば１
００Ｖ／２００Ｖ、２００Ｖ／４００Ｖというように異
なることがある。このような入力電圧の相違に対処した
直流電源装置には、昇圧コンバータを設けたものがあ
る。即ち、どのような交流電圧が供給されている場合で
も、この交流電圧の整流後、昇圧コンバータによって所
定の電圧に昇圧する。この昇圧した電圧を高周波インバ
ータによって高周波電圧に変換し、この高周波電圧を変
圧器によって変圧し、この変圧された高周波電圧を整流
して、負荷に供給する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この直流電源
装置では、インバータ内に設けられている半導体スイッ
チング素子によって高周波スイッチングを行っている。
しかし、スイッチング動作を行ったとき、スイッチング
素子に同時に電流及び電圧が供給されているのでスイッ
チング損失が生じる。従って、スイッチング周波数を余
り高くすることができず、せいぜい１５ＫＨｚ程度であ
った。
装置では、インバータ内に設けられている半導体スイッ
チング素子によって高周波スイッチングを行っている。
しかし、スイッチング動作を行ったとき、スイッチング
素子に同時に電流及び電圧が供給されているのでスイッ
チング損失が生じる。従って、スイッチング周波数を余
り高くすることができず、せいぜい１５ＫＨｚ程度であ
った。
【０００４】本発明は、スイッチング損失を小さくし
て、スイッチング周波数を高くすることができる上に、
どのような電圧の交流電圧が入力されても対応すること
ができる直流電源装置を提供することを目的とする。
て、スイッチング周波数を高くすることができる上に、
どのような電圧の交流電圧が入力されても対応すること
ができる直流電源装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
任意の交流電圧を発生する交流電源に接続され、前記任
意の交流電圧を整流する入力側整流部と、この入力側整
流部の出力が供給され、これを所定の電圧に変換する定
電圧回路と、この定電圧回路の電圧を変換した高周波電
圧を、出力端子に発生するインバータと、このインバー
タの前記出力端子に接続された１次巻線と、変圧された
高周波電圧が誘起される２次巻線とを有する変圧器と、
この変圧器の２次巻線に接続され、前記変圧された高周
波電圧を整流して、負荷に供給する出力側整流部とを、
具備している。このインバータは、その入力端間に並列
に接続された第１及び第２の回路を有している。第１の
回路は、１対の半導体スイッチング素子を含んでいる。
これら半導体スイッチング素子は、導電路と制御電極と
を備え、この導電路に所定の極性で電圧が印加されてい
る状態において、制御電極に制御信号が供給されると導
電路が導通する。これら１対の半導体スイッチング素子
は、それらの導電路が直列に接続されている。第２の回
路は、直列に接続された１対の電流通過素子を有してい
る。１対の半導体スイッチング素子の導電路の相互接続
点と、前記電流通過素子の相互接続点とが、前記出力端
子とされている。第１の回路は、さらに、前記半導体ス
イッチング素子の導電路に前記所定の方向とは逆極性の
電圧が供給されたとき導通するように、前記１対の半導
体スイッチング素子の導電路にそれぞれ並列に設けられ
たダイオードと、これらダイオードと並列に接続された
コンデンサとを、含んでいる。前記インバータは、さら
に、１対の半導体スイッチング素子に、一定の休止間隔
をおいて交互に前記制御信号を供給する制御部を有して
いる。
任意の交流電圧を発生する交流電源に接続され、前記任
意の交流電圧を整流する入力側整流部と、この入力側整
流部の出力が供給され、これを所定の電圧に変換する定
電圧回路と、この定電圧回路の電圧を変換した高周波電
圧を、出力端子に発生するインバータと、このインバー
タの前記出力端子に接続された１次巻線と、変圧された
高周波電圧が誘起される２次巻線とを有する変圧器と、
この変圧器の２次巻線に接続され、前記変圧された高周
波電圧を整流して、負荷に供給する出力側整流部とを、
具備している。このインバータは、その入力端間に並列
に接続された第１及び第２の回路を有している。第１の
回路は、１対の半導体スイッチング素子を含んでいる。
これら半導体スイッチング素子は、導電路と制御電極と
を備え、この導電路に所定の極性で電圧が印加されてい
る状態において、制御電極に制御信号が供給されると導
電路が導通する。これら１対の半導体スイッチング素子
は、それらの導電路が直列に接続されている。第２の回
路は、直列に接続された１対の電流通過素子を有してい
る。１対の半導体スイッチング素子の導電路の相互接続
点と、前記電流通過素子の相互接続点とが、前記出力端
子とされている。第１の回路は、さらに、前記半導体ス
イッチング素子の導電路に前記所定の方向とは逆極性の
電圧が供給されたとき導通するように、前記１対の半導
体スイッチング素子の導電路にそれぞれ並列に設けられ
たダイオードと、これらダイオードと並列に接続された
コンデンサとを、含んでいる。前記インバータは、さら
に、１対の半導体スイッチング素子に、一定の休止間隔
をおいて交互に前記制御信号を供給する制御部を有して
いる。
【０００６】請求項１記載の発明によれば、交流電圧が
入力側整流部によって整流され、定電圧回路によって所
定の電圧に定電圧化される。この定電圧は、インバータ
に供給され、高周波電圧に変換され、さらに変圧器によ
って変圧される。変圧された高周波電圧は、出力側整流
部によって整流されて、負荷に供給される。定電圧回路
を設けているので、どのような交流電圧が供給されて
も、この直流電源装置を使用することができる。
入力側整流部によって整流され、定電圧回路によって所
定の電圧に定電圧化される。この定電圧は、インバータ
に供給され、高周波電圧に変換され、さらに変圧器によ
って変圧される。変圧された高周波電圧は、出力側整流
部によって整流されて、負荷に供給される。定電圧回路
を設けているので、どのような交流電圧が供給されて
も、この直流電源装置を使用することができる。
【０００７】さらに、インバータは、制御信号によって
一方の半導体スイッチング素子が導通しているとき、こ
の半導体スイッチング素子、変圧器の１次巻線、第２の
回路の一方の電流通過素子に電流が流れる。このとき、
非導通である他方の半導体スイッチング素子と並列に接
続されているコンデンサが充電される。一方の半導体ス
イッチング素子が非導通状態に戻ると、この一方の半導
体スイッチング素子には電流が流れず、これに並列に接
続されているコンデンサの充電が開始される。即ち、電
流が停止した後に、一方の半導体スイッチング素子の導
電路の電圧が上昇する。これと共に、他方の半導体スイ
ッチング素子に並列なコンデンサの放電が開始される。
これらコンデンサからの充電電流、放電電流は、変圧器
の１次巻線、一方の電流通過素子を流れる。充放電が完
了すると、変圧器に蓄積されていたエネルギーの放出に
基づいて、一方の電流通過素子、他方の半導体スイッチ
ング素子に並列に接続されているダイオードに電流が流
れる。このとき、他方の半導体スイッチング素子に新た
に制御信号が供給されていても、ダイオードが導通して
いるので、導通しない。この電流が停止したとき、他方
の半導体スイッチング素子が導通し、他方の半導体スイ
ッチング素子、変圧器の１次巻線、第２の回路の他方の
電流通過素子に電流が流れる。このとき、他方の半導体
スイッチング素子の導電路の電圧は、これに並列に接続
されているコンデンサが放電されているので、非常に小
さい。このように半導体スイッチング素子に電流が流れ
なくなった後に、その電圧が上昇し、逆に半導体スイッ
チング素子に電流が流れるときには、その電圧が低下さ
せられている。従って、スイッチング素子のスイッチン
グ損失を小さくすることができ、スイッチング周波数を
高くすることができる。よって、変圧器により小型のも
のを使用することができ、直流電源装置を更に小型化す
ることができる。
一方の半導体スイッチング素子が導通しているとき、こ
の半導体スイッチング素子、変圧器の１次巻線、第２の
回路の一方の電流通過素子に電流が流れる。このとき、
非導通である他方の半導体スイッチング素子と並列に接
続されているコンデンサが充電される。一方の半導体ス
イッチング素子が非導通状態に戻ると、この一方の半導
体スイッチング素子には電流が流れず、これに並列に接
続されているコンデンサの充電が開始される。即ち、電
流が停止した後に、一方の半導体スイッチング素子の導
電路の電圧が上昇する。これと共に、他方の半導体スイ
ッチング素子に並列なコンデンサの放電が開始される。
これらコンデンサからの充電電流、放電電流は、変圧器
の１次巻線、一方の電流通過素子を流れる。充放電が完
了すると、変圧器に蓄積されていたエネルギーの放出に
基づいて、一方の電流通過素子、他方の半導体スイッチ
ング素子に並列に接続されているダイオードに電流が流
れる。このとき、他方の半導体スイッチング素子に新た
に制御信号が供給されていても、ダイオードが導通して
いるので、導通しない。この電流が停止したとき、他方
の半導体スイッチング素子が導通し、他方の半導体スイ
ッチング素子、変圧器の１次巻線、第２の回路の他方の
電流通過素子に電流が流れる。このとき、他方の半導体
スイッチング素子の導電路の電圧は、これに並列に接続
されているコンデンサが放電されているので、非常に小
さい。このように半導体スイッチング素子に電流が流れ
なくなった後に、その電圧が上昇し、逆に半導体スイッ
チング素子に電流が流れるときには、その電圧が低下さ
せられている。従って、スイッチング素子のスイッチン
グ損失を小さくすることができ、スイッチング周波数を
高くすることができる。よって、変圧器により小型のも
のを使用することができ、直流電源装置を更に小型化す
ることができる。
【０００８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の直
流電源装置において、前記変圧器の２次巻線と、前記出
力側整流部との間に設けられた可飽和リアクトルを有し
ている。
流電源装置において、前記変圧器の２次巻線と、前記出
力側整流部との間に設けられた可飽和リアクトルを有し
ている。
【０００９】可飽和リアクトルを設けると、これに流れ
る電流と電圧との位相差が大きくなる。従って、変圧器
の２次巻線側に可飽和リアクトルを設けることによっ
て、スイッチング素子が導通したとき、変圧器の１次巻
線を流れる電流と電圧との位相差も大きくなり、スイッ
チング損失を更に小さくできる。
る電流と電圧との位相差が大きくなる。従って、変圧器
の２次巻線側に可飽和リアクトルを設けることによっ
て、スイッチング素子が導通したとき、変圧器の１次巻
線を流れる電流と電圧との位相差も大きくなり、スイッ
チング損失を更に小さくできる。
【００１０】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、前記インバータの第２の
回路の電流通過素子が、前記１対の半導体スイッチング
素子と同一の半導体スイッチング素子によって構成さ
れ、前記ダイオード及びコンデンサとそれぞれ同一のダ
イオード及びコンデンサが、前記同一の半導体スイッチ
ング素子に並列に接続され、前記制御部が、第１の回路
の１対の半導体スイッチング素子に休止期間をおいて交
互に第１の制御信号を供給し、第２の回路の１対の半導
体スイッチング素子に休止期間をおいて交互に第２の制
御信号を供給し、第１の制御信号と第２の制御信号と
は、所定の位相差を有している直流電源装置。
記載の直流電源装置において、前記インバータの第２の
回路の電流通過素子が、前記１対の半導体スイッチング
素子と同一の半導体スイッチング素子によって構成さ
れ、前記ダイオード及びコンデンサとそれぞれ同一のダ
イオード及びコンデンサが、前記同一の半導体スイッチ
ング素子に並列に接続され、前記制御部が、第１の回路
の１対の半導体スイッチング素子に休止期間をおいて交
互に第１の制御信号を供給し、第２の回路の１対の半導
体スイッチング素子に休止期間をおいて交互に第２の制
御信号を供給し、第１の制御信号と第２の制御信号と
は、所定の位相差を有している直流電源装置。
【００１１】請求項３記載の発明によれば、インバータ
がフルブリッジインバータによって構成され、このフル
ブリッジインバータに含まれている各半導体スイッチン
グ素子の導電路に並列に、ダイオードとコンデンサとが
接続されている。フルブリッジインバータを用いている
ので、電流の電源側への回生が行われる。
がフルブリッジインバータによって構成され、このフル
ブリッジインバータに含まれている各半導体スイッチン
グ素子の導電路に並列に、ダイオードとコンデンサとが
接続されている。フルブリッジインバータを用いている
ので、電流の電源側への回生が行われる。
【００１２】請求項４記載の発明では、請求項１、２ま
たは３記載の直流電源装置の定電圧回路として、昇圧コ
ンバータを使用している。昇圧コンバータに代えて、降
圧コンバータを用いた場合、負荷に流れる電流が増加す
るが、昇圧コンバータを用いているので、負荷に流れる
電流が多くなることはない。
たは３記載の直流電源装置の定電圧回路として、昇圧コ
ンバータを使用している。昇圧コンバータに代えて、降
圧コンバータを用いた場合、負荷に流れる電流が増加す
るが、昇圧コンバータを用いているので、負荷に流れる
電流が多くなることはない。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の１実施の形態の直流電源
装置は、例えば直流アーク溶接機や直流アーク切断機に
直流電力を供給するためのもので、図１に示すように入
力端子２ａ乃至２ｃを有している。これら入力端子２ａ
乃至２ｃには、三相商用交流電源が接続される。この三
相商用交流電源としては、予め定められた様々な電圧の
うち任意のものを発生するものが使用される。
装置は、例えば直流アーク溶接機や直流アーク切断機に
直流電力を供給するためのもので、図１に示すように入
力端子２ａ乃至２ｃを有している。これら入力端子２ａ
乃至２ｃには、三相商用交流電源が接続される。この三
相商用交流電源としては、予め定められた様々な電圧の
うち任意のものを発生するものが使用される。
【００１４】これら入力端子２ａ乃至２ｃは、入力側整
流部４に接続されている。この入力側整流部４は、これ
に入力された三相交流電圧を整流するもので、例えば全
波整流回路または半波整流回路を使用することができ
る。
流部４に接続されている。この入力側整流部４は、これ
に入力された三相交流電圧を整流するもので、例えば全
波整流回路または半波整流回路を使用することができ
る。
【００１５】入力側整流部４からの整流電圧は、定電圧
回路、例えば昇圧コンバータ６に供給されている。昇圧
コンバータ６では、入力側整流部４の正の出力端子に、
平滑リアクトル８の一端が接続されている。この平滑リ
アクトル８の他端は、半導体スイッチング素子、例えば
ＩＧＢＴ１０のエミッタ・コレクタ導電路を介して入力
側整流部４の負の出力端子に接続されている。ＩＧＢＴ
１０のゲートには、コンバータ制御部１２から制御信号
が供給されている。
回路、例えば昇圧コンバータ６に供給されている。昇圧
コンバータ６では、入力側整流部４の正の出力端子に、
平滑リアクトル８の一端が接続されている。この平滑リ
アクトル８の他端は、半導体スイッチング素子、例えば
ＩＧＢＴ１０のエミッタ・コレクタ導電路を介して入力
側整流部４の負の出力端子に接続されている。ＩＧＢＴ
１０のゲートには、コンバータ制御部１２から制御信号
が供給されている。
【００１６】制御信号が供給されたとき、ＩＧＢＴ１０
が導通し、平滑リアクトル８、ＩＧＢＴ１０に電流が流
れ、平滑リアクトル８にエネルギーが蓄積される。制御
信号が消失したとき、ＩＧＢＴ１０が非導通となり、平
滑リアクトル８に逆起電力が発生する。この逆起電力に
よって発生した電圧と入力側整流部４の整流電圧とが重
畳された電圧が、ＩＧＢＴ１０の両端間に発生する。従
って、入力側整流部４の整流電圧が昇圧される。この昇
圧された電圧は、逆流防止ダイオード１４を介して平滑
コンデンサ１６の両端間に供給されて、平滑される。
が導通し、平滑リアクトル８、ＩＧＢＴ１０に電流が流
れ、平滑リアクトル８にエネルギーが蓄積される。制御
信号が消失したとき、ＩＧＢＴ１０が非導通となり、平
滑リアクトル８に逆起電力が発生する。この逆起電力に
よって発生した電圧と入力側整流部４の整流電圧とが重
畳された電圧が、ＩＧＢＴ１０の両端間に発生する。従
って、入力側整流部４の整流電圧が昇圧される。この昇
圧された電圧は、逆流防止ダイオード１４を介して平滑
コンデンサ１６の両端間に供給されて、平滑される。
【００１７】平滑コンデンサ１６の両端間電圧は、電圧
検出器１８によって検出され、その電圧検出信号は、コ
ンバータ制御部１２に供給されている。また、この昇圧
コンバータ６を流れる電流を検出するため、ＩＧＢＴ１
０のエミッタと入力側整流部４の負の出力端子との間に
電流検出器２０が設けられている。この電流検出器２０
からの電流検出信号もコンバータ制御部１２に供給され
ている。コンバータ制御部１２は、電圧検出信号が所定
の電圧（例えば、入力端子２ａ乃至２ｃに供給されると
予測される各三相交流電圧のうち最大のものを整流した
電圧）に相当する値となるように、かつ電流検出信号
が、所定の電流に相当する値以下になるように、制御信
号を変更する。即ち、昇圧コンバータは、制御型のもの
である。なお、入力端子２ａ乃至２ｃに供給される三相
交流電圧を整流した電圧が、所定の電圧の場合、ＩＧＢ
Ｔ１０は非導通状態を維持する。
検出器１８によって検出され、その電圧検出信号は、コ
ンバータ制御部１２に供給されている。また、この昇圧
コンバータ６を流れる電流を検出するため、ＩＧＢＴ１
０のエミッタと入力側整流部４の負の出力端子との間に
電流検出器２０が設けられている。この電流検出器２０
からの電流検出信号もコンバータ制御部１２に供給され
ている。コンバータ制御部１２は、電圧検出信号が所定
の電圧（例えば、入力端子２ａ乃至２ｃに供給されると
予測される各三相交流電圧のうち最大のものを整流した
電圧）に相当する値となるように、かつ電流検出信号
が、所定の電流に相当する値以下になるように、制御信
号を変更する。即ち、昇圧コンバータは、制御型のもの
である。なお、入力端子２ａ乃至２ｃに供給される三相
交流電圧を整流した電圧が、所定の電圧の場合、ＩＧＢ
Ｔ１０は非導通状態を維持する。
【００１８】このように制御型の昇圧コンバータ６を用
いているので、予定された各交流電圧のうち、いずれが
入力端子２ａ乃至２ｃに供給されても、平滑コンデンサ
１６の両端間には、一定の直流電圧が発生する。
いているので、予定された各交流電圧のうち、いずれが
入力端子２ａ乃至２ｃに供給されても、平滑コンデンサ
１６の両端間には、一定の直流電圧が発生する。
【００１９】このコンデンサ１６の両端間の電圧が、イ
ンバータ２２に供給されて、高周波電圧に変換される。
このインバータ２２は、平滑コンデンサ１６の両端間
に、第１の回路２４と第２の回路２６とが並列に接続さ
れている。
ンバータ２２に供給されて、高周波電圧に変換される。
このインバータ２２は、平滑コンデンサ１６の両端間
に、第１の回路２４と第２の回路２６とが並列に接続さ
れている。
【００２０】第１の回路２４は、半導体スイッチング素
子、例えばＩＧＢＴ２８、３０を有している。即ち、Ｉ
ＧＢＴ２８、３０のコレクタ・エミッタ導電路が直列に
接続され、平滑コンデンサ１６の両端間（インバータ２
２の入力端子間）に接続されている。また、ＩＧＢＴ２
８のコレクタ側にダイオード３２のカソードが、エミッ
タ側にダイオード３２のアノードが接続されている。即
ち、逆並列にカソードが、ＩＧＢＴ２８のコレクタ・エ
ミッタ導電路に接続されている。また、ダイオード３２
と並列にコンデンサ３４が接続されている。同様にＩＧ
ＢＴ３０のコレクタ・エミッタ導電路にダイオード３
６、コンデンサ３８が接続されている。
子、例えばＩＧＢＴ２８、３０を有している。即ち、Ｉ
ＧＢＴ２８、３０のコレクタ・エミッタ導電路が直列に
接続され、平滑コンデンサ１６の両端間（インバータ２
２の入力端子間）に接続されている。また、ＩＧＢＴ２
８のコレクタ側にダイオード３２のカソードが、エミッ
タ側にダイオード３２のアノードが接続されている。即
ち、逆並列にカソードが、ＩＧＢＴ２８のコレクタ・エ
ミッタ導電路に接続されている。また、ダイオード３２
と並列にコンデンサ３４が接続されている。同様にＩＧ
ＢＴ３０のコレクタ・エミッタ導電路にダイオード３
６、コンデンサ３８が接続されている。
【００２１】第２の回路２６は、電流通過素子として、
半導体スイッチング素子、例えはＩＧＢＴ４０、４２を
有し、ＩＧＢＴ２８、３０と同様にそれらのエミッタ・
コレクタ導電路を直列に接続して、平滑コンデンサ１６
の両端間に接続されている。そして、ダイオード３２、
３６、コンデンサ３４、３８と同様に、ダイオード４
４、４６、コンデンサ４８、５０が、ＩＧＢＴ４０、４
２のコレクタ・エミッタ導電路に接続されている。
半導体スイッチング素子、例えはＩＧＢＴ４０、４２を
有し、ＩＧＢＴ２８、３０と同様にそれらのエミッタ・
コレクタ導電路を直列に接続して、平滑コンデンサ１６
の両端間に接続されている。そして、ダイオード３２、
３６、コンデンサ３４、３８と同様に、ダイオード４
４、４６、コンデンサ４８、５０が、ＩＧＢＴ４０、４
２のコレクタ・エミッタ導電路に接続されている。
【００２２】ＩＧＢＴ２８、３０のエミッタ・コレクタ
導電路の相互接続点が、インバータ２２の一方の出力端
子Ａとされ、ＩＧＢＴ４０、４２のエミッタ・コレクタ
導電路の相互接続点が、インバータ２２の他方の出力端
子Ｂとされている。
導電路の相互接続点が、インバータ２２の一方の出力端
子Ａとされ、ＩＧＢＴ４０、４２のエミッタ・コレクタ
導電路の相互接続点が、インバータ２２の他方の出力端
子Ｂとされている。
【００２３】これらＩＧＢＴ２８、３０、４０、４２の
ゲートには、インバータ制御部５１からそれぞれ制御信
号が供給され、これらＩＧＢＴ２８、３０、４０、４２
がＰＷＭ制御され、所定の高周波電圧をインバータの出
力端子Ａ、Ｂ間に発生させる。なお、各制御信号につい
ては、後述する。このようにインバータ２２は、フルブ
リッジインバータに設計されている。なお、ＩＧＢＴに
代えて、バイポーラトランジスタやＦＥＴを使用するこ
ともできる。
ゲートには、インバータ制御部５１からそれぞれ制御信
号が供給され、これらＩＧＢＴ２８、３０、４０、４２
がＰＷＭ制御され、所定の高周波電圧をインバータの出
力端子Ａ、Ｂ間に発生させる。なお、各制御信号につい
ては、後述する。このようにインバータ２２は、フルブ
リッジインバータに設計されている。なお、ＩＧＢＴに
代えて、バイポーラトランジスタやＦＥＴを使用するこ
ともできる。
【００２４】インバータの出力端子Ａ、Ｂには、変圧器
５２の１次巻線５２Ｐが接続されている。また、変圧器
５２の２次巻線５２Ｓは、中間タップ５２Ｔを有し、こ
れが、この直流電源装置の負の出力端子５４Ｎに接続さ
れている。２次巻線５２の両端は、可飽和リアクトル５
４、５６、出力側整流部、例えば整流ダイオード５８、
６０を介して、この直流電源装置の正の出力端子５４Ｐ
に接続されている。なお、ダイオード５８、６０には、
並列に抵抗器６２、６４がそれぞれ接続されている。
５２の１次巻線５２Ｐが接続されている。また、変圧器
５２の２次巻線５２Ｓは、中間タップ５２Ｔを有し、こ
れが、この直流電源装置の負の出力端子５４Ｎに接続さ
れている。２次巻線５２の両端は、可飽和リアクトル５
４、５６、出力側整流部、例えば整流ダイオード５８、
６０を介して、この直流電源装置の正の出力端子５４Ｐ
に接続されている。なお、ダイオード５８、６０には、
並列に抵抗器６２、６４がそれぞれ接続されている。
【００２５】上述したコンバータ制御部１２、インバー
タ制御部５１の動作電源は、ＤＣ−ＤＣコンバータ６６
によって供給される。このＤＣ−ＤＣコンバータ６６
は、平滑コンデンサ１６の両端間の電圧を入力し、降圧
型のコンバータによって降圧して、両制御部１２、５１
に供給している。
タ制御部５１の動作電源は、ＤＣ−ＤＣコンバータ６６
によって供給される。このＤＣ−ＤＣコンバータ６６
は、平滑コンデンサ１６の両端間の電圧を入力し、降圧
型のコンバータによって降圧して、両制御部１２、５１
に供給している。
【００２６】インバータ制御部５１が発生する制御信号
は、ＩＧＢＴ２８、３０、４０、４２用の４種類があ
る。図２（ａ）に実線と一点鎖線で示すように、ＩＧＢ
Ｔ２８、３０用の制御信号は、ほぼ１８０度に近い導通
幅を持ち、休止期間をおいて交互に発生している。ＩＧ
ＢＴ４０、４２用の制御信号も、同図（ｂ）に実線と一
点鎖線で示すように、ほぼ１８０度に近い導通幅を持
ち、休止期間をおいて交互に発生している。
は、ＩＧＢＴ２８、３０、４０、４２用の４種類があ
る。図２（ａ）に実線と一点鎖線で示すように、ＩＧＢ
Ｔ２８、３０用の制御信号は、ほぼ１８０度に近い導通
幅を持ち、休止期間をおいて交互に発生している。ＩＧ
ＢＴ４０、４２用の制御信号も、同図（ｂ）に実線と一
点鎖線で示すように、ほぼ１８０度に近い導通幅を持
ち、休止期間をおいて交互に発生している。
【００２７】しかし、ＩＧＢＴ４２用の制御信号は、図
２（ａ）、（ｂ）の後半に示すように、ＩＧＢＴ２８用
の制御信号と所定の位相差を持ち、ＩＧＢＴ４２用の制
御信号とＩＧＢＴ２８用の制御信号とが同時に発生して
いる期間が存在するが、ＩＧＢＴ２８用の制御信号が消
失した後も、ＩＧＢＴ４２用の制御信号は存在してお
り、ＩＧＢＴ２８用の制御信号が消失してからＩＧＢＴ
３０用の制御信号が発生するまでの休止期間にも、ＩＧ
ＢＴ４２用の制御信号は発生しており、ＩＧＢＴ３０用
の制御信号が発生した後に消失している。
２（ａ）、（ｂ）の後半に示すように、ＩＧＢＴ２８用
の制御信号と所定の位相差を持ち、ＩＧＢＴ４２用の制
御信号とＩＧＢＴ２８用の制御信号とが同時に発生して
いる期間が存在するが、ＩＧＢＴ２８用の制御信号が消
失した後も、ＩＧＢＴ４２用の制御信号は存在してお
り、ＩＧＢＴ２８用の制御信号が消失してからＩＧＢＴ
３０用の制御信号が発生するまでの休止期間にも、ＩＧ
ＢＴ４２用の制御信号は発生しており、ＩＧＢＴ３０用
の制御信号が発生した後に消失している。
【００２８】同様に、ＩＧＢＴ４０用制御信号は、ＩＧ
ＢＴ３０用の制御信号と所定の位相差を持ち、ＩＧＢＴ
３０用の制御信号と共に発生する期間が存在するが、Ｉ
ＧＢＴ用制御信号３０が消失した後も存在しており、Ｉ
ＧＢＴ３０用制御信号が消失してから、ＩＧＢＴ２８用
の制御信号が発生するまでの休止期間にも、ＩＧＢＴ４
０用の制御信号は発生しており、ＩＧＢＴ２８用の制御
信号が発生した後に消失している。
ＢＴ３０用の制御信号と所定の位相差を持ち、ＩＧＢＴ
３０用の制御信号と共に発生する期間が存在するが、Ｉ
ＧＢＴ用制御信号３０が消失した後も存在しており、Ｉ
ＧＢＴ３０用制御信号が消失してから、ＩＧＢＴ２８用
の制御信号が発生するまでの休止期間にも、ＩＧＢＴ４
０用の制御信号は発生しており、ＩＧＢＴ２８用の制御
信号が発生した後に消失している。
【００２９】以下、図２を参照しながら、この直流電源
装置の動作について説明する。図２の時刻ｔ０よりも以
前には、ＩＧＢＴ２８用制御信号とＩＧＢＴ４２用制御
信号とが供給されており、ＩＧＢＴ２８、４２が導通し
ている。その結果、ＩＧＢＴ２８、変圧器５２の１次巻
線５２Ｐ、ＩＧＢＴ４２に電流が流れている。このと
き、ＩＧＢＴ２８、４２が導通しているので、同図
（ｃ）、（ｄ）に示すように、これらに並列に接続され
ているコンデンサ３４、５０は放電状態である。同時に
非導通のＩＧＢＴ４０、３０に並列に接続されているコ
ンデンサ４８、３８が充電されている。
装置の動作について説明する。図２の時刻ｔ０よりも以
前には、ＩＧＢＴ２８用制御信号とＩＧＢＴ４２用制御
信号とが供給されており、ＩＧＢＴ２８、４２が導通し
ている。その結果、ＩＧＢＴ２８、変圧器５２の１次巻
線５２Ｐ、ＩＧＢＴ４２に電流が流れている。このと
き、ＩＧＢＴ２８、４２が導通しているので、同図
（ｃ）、（ｄ）に示すように、これらに並列に接続され
ているコンデンサ３４、５０は放電状態である。同時に
非導通のＩＧＢＴ４０、３０に並列に接続されているコ
ンデンサ４８、３８が充電されている。
【００３０】時刻ｔ０において、同図（ａ）に示すよう
にＩＧＢＴ２８用の制御信号が消失すると、ＩＧＢＴ２
８が非導通となり、同図（ｆ）に示すように、ＩＧＢＴ
２８を流れていた電流Ｉ２８が消失する。これによっ
て、同図（ｃ）に示すようにＩＧＢＴ２８に並列に接続
されているコンデンサ３４の充電が開始され、ＩＧＢＴ
３０に並列に接続されているコンデンサ３８が放電を開
始する。よって、Ｉ２８が消失していても、変圧器５２
の１次巻線５２Ｐには、同図（ｅ）に示すように電流Ｉ
１が継続して流れる。
にＩＧＢＴ２８用の制御信号が消失すると、ＩＧＢＴ２
８が非導通となり、同図（ｆ）に示すように、ＩＧＢＴ
２８を流れていた電流Ｉ２８が消失する。これによっ
て、同図（ｃ）に示すようにＩＧＢＴ２８に並列に接続
されているコンデンサ３４の充電が開始され、ＩＧＢＴ
３０に並列に接続されているコンデンサ３８が放電を開
始する。よって、Ｉ２８が消失していても、変圧器５２
の１次巻線５２Ｐには、同図（ｅ）に示すように電流Ｉ
１が継続して流れる。
【００３１】時刻ｔ１にコンデンサ３４の充電と、コン
デンサ３８の放電が終了し、同時にダイオード３６が逆
バイアス状態から開放されるので、変圧器５２の１次巻
線５２Ｐに蓄積されたエネルギーが放出され、この１次
巻線５２ＰからＩＧＢＴ４２、ダイオード３６に循環電
流が流れ、変圧器５２の１次巻線５２Ｐには電流Ｉ１が
流れ続ける。ダイオード３６の電流Ｉ３６を図２（ｆ）
に示す。
デンサ３８の放電が終了し、同時にダイオード３６が逆
バイアス状態から開放されるので、変圧器５２の１次巻
線５２Ｐに蓄積されたエネルギーが放出され、この１次
巻線５２ＰからＩＧＢＴ４２、ダイオード３６に循環電
流が流れ、変圧器５２の１次巻線５２Ｐには電流Ｉ１が
流れ続ける。ダイオード３６の電流Ｉ３６を図２（ｆ）
に示す。
【００３２】このように時刻ｔ０以前から電流Ｉ１が流
れているので、可飽和リアクトル５４がダイオード５８
を介して負荷に電流を供給する。そして、可飽和リアク
トル５４はＩＧＢＴ２８が非導通になっても飽和状態に
保たれる。やがて、ＩＧＢＴ３０用の制御信号が生成さ
れるが、上述した変圧器５２の１次巻線のエネルギーが
放出されているので、ＩＧＢＴ３０の非導通状態は維持
される。
れているので、可飽和リアクトル５４がダイオード５８
を介して負荷に電流を供給する。そして、可飽和リアク
トル５４はＩＧＢＴ２８が非導通になっても飽和状態に
保たれる。やがて、ＩＧＢＴ３０用の制御信号が生成さ
れるが、上述した変圧器５２の１次巻線のエネルギーが
放出されているので、ＩＧＢＴ３０の非導通状態は維持
される。
【００３３】時刻ｔ２において、ＩＧＢＴ４２用の制御
信号が消失し、ＩＧＢＴ４２がオフとなる。これによっ
てコンデンサ５０の充電が開始され、その電圧が上昇を
開始する。同時に、コンデンサ４８の電荷が、平滑コン
デンサ１６、ダイオード３６、変圧器５２の１次巻線５
２Ｐを介して放出され、コンデンサ４８の電圧が低下し
ていく。コンデンサ４８が放電したことにより、インバ
ータ２２の出力端子Ａ、Ｂの電圧が逆転し、出力端子Ｂ
が出力端子Ａよりも高電圧になる。
信号が消失し、ＩＧＢＴ４２がオフとなる。これによっ
てコンデンサ５０の充電が開始され、その電圧が上昇を
開始する。同時に、コンデンサ４８の電荷が、平滑コン
デンサ１６、ダイオード３６、変圧器５２の１次巻線５
２Ｐを介して放出され、コンデンサ４８の電圧が低下し
ていく。コンデンサ４８が放電したことにより、インバ
ータ２２の出力端子Ａ、Ｂの電圧が逆転し、出力端子Ｂ
が出力端子Ａよりも高電圧になる。
【００３４】このように出力端子Ａ、Ｂの電圧が逆転し
たので、変圧器５２の２次巻線５２Ｓに誘起される電圧
も逆転する。しかし、反転直後には、２次巻線５２Ｓの
誘起電圧は小さいので、出力整流器６０には電流が流れ
ず、可飽和リアクトル５６は不飽和状態を維持してい
る。
たので、変圧器５２の２次巻線５２Ｓに誘起される電圧
も逆転する。しかし、反転直後には、２次巻線５２Ｓの
誘起電圧は小さいので、出力整流器６０には電流が流れ
ず、可飽和リアクトル５６は不飽和状態を維持してい
る。
【００３５】また、ダイオード５８が逆方向にバイアス
されてオフとなるので、可飽和リアクトル５４に流れて
いた電流が零となり、可飽和リアクトル５４は不飽和に
移行する。
されてオフとなるので、可飽和リアクトル５４に流れて
いた電流が零となり、可飽和リアクトル５４は不飽和に
移行する。
【００３６】時刻ｔ３では、コンデンサ４８の電圧の低
下に基づきダイオード４４が導通する。このとき、変圧
器５２の１次巻線５２Ｐのエネルギーに基づいて、ダイ
オード４４、平滑コンデンサ１６、ダイオード３６、変
圧器５２の１次巻線５２Ｐを循環する循環電流が流れ
る。この間に、ＩＧＢＴ４０用の制御信号が供給される
が、循環電流が流れているので、導通しない。
下に基づきダイオード４４が導通する。このとき、変圧
器５２の１次巻線５２Ｐのエネルギーに基づいて、ダイ
オード４４、平滑コンデンサ１６、ダイオード３６、変
圧器５２の１次巻線５２Ｐを循環する循環電流が流れ
る。この間に、ＩＧＢＴ４０用の制御信号が供給される
が、循環電流が流れているので、導通しない。
【００３７】時刻ｔ４になると、ＩＧＢＴ３０、４０が
導通し、出力変圧器５２の１次巻線５２Ｐには、図２
（ｅ）に示すように、図１に示す方向と反対方向に電流
Ｉ１が流れ、可飽和リアクトル５６が飽和して、ダイオ
ード６０を介して負荷に電流が流れる。
導通し、出力変圧器５２の１次巻線５２Ｐには、図２
（ｅ）に示すように、図１に示す方向と反対方向に電流
Ｉ１が流れ、可飽和リアクトル５６が飽和して、ダイオ
ード６０を介して負荷に電流が流れる。
【００３８】時刻ｔ５では、ＩＧＢＴ３０用の制御信号
が消失し、半サイクルを終える。以下、同様にスイッチ
ング動作が繰り返される。
が消失し、半サイクルを終える。以下、同様にスイッチ
ング動作が繰り返される。
【００３９】上記の説明から明らかなように、各ＩＧＢ
Ｔ２８、３０、４０、４２は、これらにそれぞれ供給さ
れている制御信号が消失したとき、各ＩＧＢＴ２８、３
０、４０、４２に流れている電流がオフした後に、これ
らＩＧＢＴ２８、３０、４０、４２のコレクタ・エミッ
タ導電路に電圧を供給しているコンデンサ３４、３８、
４８、５０の電圧が上昇している。また、各ＩＧＢＴ２
８、３０、４０、４２のコレクタ・エミッタ導電路に電
圧を供給しているコンデンサ３４、３８、４８、５０の
電圧が零になった後、ＩＧＢＴ２８、３０、４０、４２
のコレクタ・エミッタ導電路に電流が流れている。この
ようにＩＧＢＴ２８、３０、４０、４２のコレクタ・エ
ミッタ導電路に同時に電流と電圧が供給されることがな
い。よって、スイッチング損失を抑制することができ
る。
Ｔ２８、３０、４０、４２は、これらにそれぞれ供給さ
れている制御信号が消失したとき、各ＩＧＢＴ２８、３
０、４０、４２に流れている電流がオフした後に、これ
らＩＧＢＴ２８、３０、４０、４２のコレクタ・エミッ
タ導電路に電圧を供給しているコンデンサ３４、３８、
４８、５０の電圧が上昇している。また、各ＩＧＢＴ２
８、３０、４０、４２のコレクタ・エミッタ導電路に電
圧を供給しているコンデンサ３４、３８、４８、５０の
電圧が零になった後、ＩＧＢＴ２８、３０、４０、４２
のコレクタ・エミッタ導電路に電流が流れている。この
ようにＩＧＢＴ２８、３０、４０、４２のコレクタ・エ
ミッタ導電路に同時に電流と電圧が供給されることがな
い。よって、スイッチング損失を抑制することができ
る。
【００４０】上記の実施の形態では、インバータには、
フルブリッジインバータ２２を使用したが、ハーフブリ
ッジインバータを使用することができる。その場合、例
えば、ＩＧＢＴ２８、３０、ダイオード３２、３６を除
去すればよい。或いは逆に、ＩＧＢＴ４０、４２、ダイ
オード４４、４６を除去すればよい。
フルブリッジインバータ２２を使用したが、ハーフブリ
ッジインバータを使用することができる。その場合、例
えば、ＩＧＢＴ２８、３０、ダイオード３２、３６を除
去すればよい。或いは逆に、ＩＧＢＴ４０、４２、ダイ
オード４４、４６を除去すればよい。
【００４１】また、上記の実施の形態では、可飽和リア
クトル５４、５６を設けたが、これらはＩＧＢＴ２８、
３０、４０、４２に電流が流れるとき、この電流を遅延
させることによって、同時にコレクタ・エミッタ導電路
に電流と電圧が供給されることを防ぐために設けられて
いる。しかし、場合によっては、これらを除去すること
もできる。
クトル５４、５６を設けたが、これらはＩＧＢＴ２８、
３０、４０、４２に電流が流れるとき、この電流を遅延
させることによって、同時にコレクタ・エミッタ導電路
に電流と電圧が供給されることを防ぐために設けられて
いる。しかし、場合によっては、これらを除去すること
もできる。
【００４２】また、上記の実施の形態では、定電圧回路
として昇圧コンバータを用いたが、出力電圧を検出し、
この出力電圧が予め定められた電圧になるように制御さ
れる制御型の降圧コンバータを使用してもよい。
として昇圧コンバータを用いたが、出力電圧を検出し、
この出力電圧が予め定められた電圧になるように制御さ
れる制御型の降圧コンバータを使用してもよい。
【図１】本発明の１実施の形態の直流電源装置のブロッ
ク図である。
ク図である。
【図２】図１の直流電源装置の動作説明図である。
４ 入力側整流部 ６ 昇圧コンバータ（定電圧回路） ２２ インバータ ２４ 第１の回路 ２６ 第２の回路 ２８ ３０ ＩＧＢＴ（半導体スイッチング素子） ３２ ３６ ダイオード ３４ ３８ コンデンサ ４０ ４２ ＩＧＢＴ（電流通過素子） ５２ 変圧器 ５４ ５６ 可飽和リアクトル ５８ ６０ 整流ダイオード（出力側整流部）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 浜田 聡 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 (4)
- 【請求項１】 任意の交流電圧を発生する交流電源に接
続され、前記任意の交流電圧を整流する入力側整流部
と、 この入力側整流部の出力が供給され、これを所定の電圧
に変換する定電圧回路と、 この定電圧回路の電圧を変換した高周波電圧を、出力端
子に発生するインバータと、 このインバータの前記出力端子に接続された１次巻線
と、変圧された高周波電圧が誘起される２次巻線とを有
する変圧器と、 この変圧器の２次巻線に接続され、前記変圧された高周
波電圧を整流して、負荷に供給する出力側整流部とを、
具備し、前記インバータは、その入力端間に並列に接続
された第１及び第２の回路を有し、第１の回路は、導電
路と制御電極とを含み、前記導電路に所定の極性で電圧
が印加されているとき、前記制御電極に制御信号が供給
されると前記導電路が導通する１対の半導体スイッチン
グ素子を含み、これら１対の半導体スイッチング素子の
導電路を直列に接続し、第２の回路は、直列に接続され
た１対の電流通過素子を有し、１対の半導体スイッチン
グ素子の導電路の相互接続点と、前記電流通過素子の相
互接続点とが、前記出力端子とされ、第１の回路は、さ
らに、前記半導体スイッチング素子の導電路に前記所定
の方向とは逆極性の電圧が供給されたとき導通するよう
に、前記１対の半導体スイッチング素子の導電路にそれ
ぞれ並列に設けられたダイオードと、これらダイオード
と並列に接続されたコンデンサとを、含み、前記インバ
ータは、さらに、前記１対の半導体スイッチング素子
に、一定の休止間隔をおいて交互に前記制御信号を供給
する制御部を有している直流電源装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の直流電源装置において、
前記変圧器の２次巻線と、前記出力側整流部との間に設
けられた可飽和リアクトルを有する直流電源装置。 - 【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、前記インバータの第２の回路の電流通過素子
が、前記１対の半導体スイッチング素子と同一の半導体
スイッチング素子によって構成され、前記ダイオード及
びコンデンサとそれぞれ同一のダイオード及びコンデン
サが、前記同一の半導体スイッチング素子に並列に接続
され、前記制御部が、第１の回路の１対の半導体スイッ
チング素子に休止期間をおいて交互に第１の制御信号を
供給し、第２の回路の１対の半導体スイッチング素子に
休止期間をおいて交互に第２の制御信号を供給し、第１
の制御信号と第２の制御信号とは、所定の位相差を有し
ている直流電源装置。 - 【請求項４】 請求項１、２または３記載の直流電源装
置において、前記定電圧回路が、昇圧コンバータである
直流電源装置。
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| JP9278126A JPH1198837A (ja) | 1997-09-24 | 1997-09-24 | 直流電源装置 |
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