CN103975518A - 直流电源装置 - Google Patents

Abstract

直流电源装置中的桥式整流电路(109)具有：由反向并联连接的第1开关元件(105a)和第1二极管(104a)构成的第1开关电路(110a)；和由反向并联连接的第2开关元件(105b)和第2二极管(104b)构成的第2开关电路(110b)，在第1开关电路和第2开关电路的各自的电流路径中设有当在该电流路径中流过规定电流以上的电流时断开该电流路径的过大电流检测部(108b、108c、108d、108e、108f、108g)。

Description

直流电源装置

技术领域

本发明涉及一种使用将交流电力转换成直流电力的电路，以高功率因数和低失真对装置、系统等供给电力的直流电源装置。

背景技术

现有技术中，作为数kW输出程度的直流电源装置的电路方式，为了改善输入功率因数和减少高次谐波电流，主要采用使用两个开关元件的双高频开关方式(例如，参照专利文献1)。

图6表示专利文献1所记载的现有的高频开关方式的直流电源装置。图6所示的现有的直流电源装置包括：交流电源301、熔丝308a、滤波电路303、电抗器302、二极管304a、304b、304c、304d、开关元件305a、305b和平滑电容器306，对负载307供给直流电源。

图6所示的现有的直流电源装置是使用两个开关元件，电流所通过的半导体元件的数量为两个的电路结构。该双高频开关方式的直流电源装置根据交流输入电源的极性，各个开关元件每半个周期交替地进行升压斩波动作。在图6所示的现有的直流电源装置中，减少电流流过的半导体元件的数量以减少损失，并使输入电流为正弦波状以改善输入功率因数。

在现有的直流电源装置中，如图6所示，出于保护整流电路等电路的目的，熔丝308a设置于紧接着交流电源301的输出之后。通过像这样将熔丝308a设置于紧接着交流电源301的输出之后，保证任何异常模式下从交流电源301输入过电流的情况下的电路的安全性。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平1－117658号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，在图6所示的现有的直流电源装置应用于例如具有功率因数改善装置的空气调节器等的情况下，必须选定额定电流大的熔丝308a。为了与这种额定大的熔丝308a保持协调，必须使用与熔丝308a的额定相符的额定大的开关元件，在直流电源装置中存在成本大幅提高的问题。

本发明就是解决上述现有的直流电源装置中的课题，其目的在于，提供一种能够选定额定电流小的熔丝和额定电流小的开关元件，能够实现小型化和低成本化的直流电源装置。

用于解决课题的方法

为了解决上述现有的课题，本发明的直流电源装置包括：

交流电源；

具有第1二极管、第2二极管、与上述第1二极管反向并联连接的第1开关元件、和与上述第2二极管反向并联连接的第2开关元件，对来自上述交流电源的交流进行整流的桥式整流电路；

连接在上述交流电源与上述桥式整流电路的输入侧之间的电抗器；和

使上述桥式整流电路的直流输出平滑的平滑电容器，

上述桥式整流电路具有：由反向并联连接的上述第1开关元件和上述第1二极管构成的第1开关电路；和由反向并联连接的上述第2开关元件和上述第2二极管构成的第2开关电路，

上述直流电源装置还具有：设置在上述第1开关电路和上述第2开关电路中的各自的电流路径中的、当在上述电流路径中流过规定电流以上的电流时切断该电流路径的过大电流检测部。

发明效果

根据本发明，采用简单的结构就能减少损失，改善输入功率因数，并且能够实现直流电源装置的小型化和低成本化。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的直流电源装置的电路结构的框图。

图2是表示与本发明的实施方式1的交流电源的极性对应的电流路径的动作说明图。

图3是表示本发明的实施方式2的直流电源装置的电路结构的框图。

图4是表示本发明的实施方式3的直流电源装置的电路结构的框图。

图5是表示本发明的实施方式4的直流电源装置的电路结构的框图。

图6是表示现有的直流电源装置(双开关元件式)电路结构的框图。

具体实施方式

本发明的第一方式的直流电源装置包括：

交流电源；

具有第1二极管、第2二极管、与上述第1二极管反向并联连接的第1开关元件、和与上述第2二极管反向并联连接的第2开关元件，对来自上述交流电源的交流进行整流的桥式整流电路；

连接在上述交流电源与上述桥式整流电路的输入侧之间的电抗器；和

使上述桥式整流电路的直流输出平滑的平滑电容器，

上述桥式整流电路具有：由反向并联连接的上述第1开关元件和上述第1二极管构成的第1开关电路；和由反向并联连接的上述第2开关元件和上述第2二极管构成的第2开关电路，

上述直流电源装置还具有：设置在上述第1开关电路和上述第2开关电路中的各自的电流路径中的、当在上述电流路径中流过规定电流以上的电流时切断该电流路径的过大电流检测部。

在采用上述方式构成的本发明的第1方式的直流电源装置中，用简单的结构就能减少损失，改善输入功率因数，并且能够选定额定电流小的过大电流检测部例如熔丝和额定电流小的开关元件，实现小型化和低成本化。

在本发明的第2方式的直流电源装置中，上述第1方式中的上述过大电流检测部也可以由与反向并联连接的上述第1开关元件和上述第1二极管串联连接的第1熔丝、和与反向并联连接的上述第2开关元件和上述第2二极管串联连接的第2熔丝构成。在采用这种方式构成的本发明的第2方式的直流电源装置中，流过第1熔丝和第2熔丝的电流比设置于紧接着交流电源的输出之后的共用线上的熔丝的电流小。因此，第1熔丝和第2熔丝能够选定额定电流小的规格，另外，还能够选定与额定电流小的熔丝相应的额定电流小的开关元件。因此，在本发明的第2方式的直流电源装置中，能够实现直流电源装置的小型化和低成本化。

在本发明的第3方式的直流电源装置中，上述第1方式中的上述过大电流检测部也可以由分别与上述第1二极管、上述第2二极管、上述第1开关元件和上述第2开关元件串联连接的多个熔丝构成。在采用这种方式构成的本发明的第3方式的直流电源装置中，与各个二极管和各个开关元件连接的熔丝能够选定额定电流小的规格，实现电路的小型化、低成本化，各个元件的选定自由度也增大，所以其结果是作为直流电源装置的用途扩大。

在本发明的第4方式的直流电源装置中，上述第1方式中的上述过大电流检测部也可以由分别与上述第1开关元件和上述第2开关元件串联连接的多个熔丝构成。在采用这种方式构成的本发明的第4方式的直流电源装置中，与各个开关元件连接的熔丝能够使用额定电流小的规格，作为开关元件能够选定小的封装尺寸，能够实现装置的低成本化。另外，在本发明的第4方式的直流电源装置中，即使因某种原因开关元件发生短路损坏，分别与第1开关元件或第2开关元件串联连接的熔丝熔断，由此通过桥式整流电路的其他电流路径也能够继续工作。

本发明的第5方式的直流电源装置在于，在上述第1方式中，还可以具有在紧接着上述交流电源的输出之后的共用线上设置的共用线熔丝，上述过大电流检测部由分别与上述第1二极管和上述第2二极管串联连接的多个熔丝构成。在采用这种方式构成的本发明的第5方式的直流电源装置中，与各个二极管连接的熔丝能够使用额定电流小的规格，作为二极管能够选定小的封装尺寸，能够实现低成本化。另外，在本发明的第5方式的直流电源装置中，即使因某种原因开关元件发生短路损坏，被插入到第1开关元件和第2开关元件的共用线的共用线熔丝熔断，所以交流电源与桥式电路处于分离的状态，所以也能够安全且可靠地停止动作。

下面，参照附图，对作为本发明的直流电源装置的实施方式而配备直流电源装置的电源装置进行说明。此外，本发明的直流电源装置并不限于以下实施方式所记载的结构，还包括根据与在以下的实施方式中所说明的技术思想相同的技术思想而构成的电源装置。

(实施方式1)

图1是表示本发明的实施方式1的直流电源装置的电路结构的框图。

在图1中，从交流电源101的输出端输出的电流经由滤波电路103和电抗器102被输入到桥式整流电路109。平滑电容器106和负载107与桥式整流电路109的输出并联连接。

另外，在实施方式1的直流电源装置中，用于当从交流电源101流过过电流时保护桥式整流电路109不因过电流而损坏的共用线熔丝108a，被插入到紧接着交流电源101的输出之后的共用线(共用电流路径)。

如图1所示，在桥式整流电路109中，第1开关元件105a和第2开关元件105b分别与第1二极管104a和第2二极管104b反向并联连接，从而构成第1开关电路110a和第2开关电路110b。在第1开关电路110a和第2开关电路110b中分别设置有后述的过大电流检测部(108b、108c)。两个开关电路110a、110b串联连接。另外，在桥式整流电路109中，二极管104c、104d串联连接构成串联电路，在该串联电路上，并联连接有两个开关电路110a、110b串联连接而成的串联电路。

在实施方式1的直流电源装置中，如上所述，在各个开关电路110a、110b中设有过大电流检测部(108b、108c)，该过大电流检测部(108b、108c)具有当流过所插入的电流路径(线路，line)的电流超过规定电流时瞬间断开该电流路径的功能。作为实施方式1中的过大电流检测部(108b、108c)，使用熔丝108b、108c。在本实施方式1中，在第1二极管104a和第1开关元件105a的反向并联电路、与电抗器102之间的电流路径(线路)中设有作为过大电流检测部的熔丝108b。另外，在第2二极管104b和第2开关元件105b的反向并联电路、与电抗器102之间的电流路径(线路)中设有作为过大电流检测部的熔丝108c。

下面，使用图2对实施方式1的直流电源装置的动作进行说明。图2是表示与交流电源101的极性对应的电流路径的动作说明图。在图2中，(a)是交流电源101的极性为正时的电流路径，(b)是交流电源101的极性为负时的电流路径，(c)是两个开关元件105a、105b同时变成导通状态时的电流路径。此外，在图2中，为了便于说明，省略了滤波电路103、桥式整流电路109、第1开关电路110a和第2开关电路110b的方框。

首先，使用图2(a)对交流电源101的极性为正时的动作进行说明。交流电源101的极性为正时是指，在图2(a)中，交流电源101中的上侧的端子电压比下侧的端子电压高的情况。此时，作为图2(a)中的上侧的第1开关元件105a为断开状态。

在图2(a)中，作为下侧的第2开关元件105b处于断开状态时，电流Ia从交流电源101依次流过共用线熔丝108a、电抗器102、熔丝108b、第1二极管104a、平滑电容器106、二极管104d。在图2(a)中用实线箭头表示该电流Ia所流过的电流路径。

在图2(a)中，第2开关元件105b处于导通状态时，电流Ib从交流电源101依次流过共用线熔丝108a、电抗器102、熔丝108c、第2开关元件105b、二极管104d。在图2(a)中，用虚线箭头表示该电流Ib所流过的电流路径。该电流Ib是在电抗器102中蓄积能量的电抗器充电电流。

下面，使用图2(b)对交流电源101的极性为负时的动作进行说明。交流电源101的极性为负时是指，在图2(b)中交流电源101中的下侧的端子电压比上侧的端子电压高的情况。此时，图2(b)中的第2开关元件105b处于断开状态。

在图2(b)中，第1开关元件105a处于断开状态时，电流Ic从交流电源101依次流过二极管104c、平滑电容器106、第2二极管104b，熔丝108c、电抗器102、共用线熔丝108a。在图2(b)中，用实线箭头表示该电流Ic所流过的电流路径。

在图2(b)中，第1开关元件105a处于导通状态时，电流Id从交流电源101依次流过二极管104c、第1开关元件105a、熔丝108b、电抗器102、共用线熔丝108a。在图2(b)中，用虚线箭头表示该电流Id所流过的电流路径。该电流Id是在电抗器102中蓄积能量的电抗器充电电流。

如上所述，根据来自交流电源101的电源电流的极性，按每个半波切换电流供给路径，所以分别流过设置于第1开关电路110a和第2开关电路110b的熔丝108b和108c的电流值是流过设置于紧接着交流电源101的输出之后的共用线熔丝108a的电流值的1/2。其结果是，设置于第1开关电路110a和第2开关电路110b中的熔丝108b和108c能够使用额定电流小的容量的熔丝。

例如在具有消耗4kW级电力的功率因数改善装置的空气调节机中，作为防过电流用的熔丝，共用线熔丝108a一般使用约30A额定的品种。在选定与具有这种额定的共用线熔丝108a保持平衡的开关元件的情况下，选定比在稳定(定常)状态下所选定的规格大的容量的额定的开关元件。

但是，设置于开关电路110a和110b的熔丝108b和108c能够选定比共用线熔丝108a小的额定的熔丝。例如，在具有消耗4kW级电力的功率因数改善装置的空气调节机中，能够使用约30A额定的共用线熔丝108a的大约一半的额定的约15A额定的熔丝。

因此，对于根据熔丝的额定所选定的开关元件105a、105b，也能够根据负载107按照本来所需规格选定。

因此，作为开关元件105a、105b不必选定具有所需以上的额定电流的元件，且也可以不选定封装尺寸是所需以上大的品种。其结果是，根据实施方式1的结构，能够实现直流电源装置的小型化、低成本化，另外，开关元件的选定自由度也增大。

另外，在实施方式1的直流电源装置中，当发生任何异常第1开关元件105a与第2开关元件105b同时变成导通状态时，如图2(c)所示，变成直流短路状态。通常在直流电源装置下，假设直流短路状态构成保护电路，则电路结构变得复杂，导致成本增加和安装面积扩大。

但是，在实施方式1的直流电源装置中，在第1开关电路110a和第2开关电路110b中分别设置有作为过大电流检测部的熔丝108b和108c，所以当直流短路时在电流路径上也存在熔丝，所以能够保护电路，用简单的结构就能增强直流电源装置的安全性。

(实施方式2)

下面，使用图3对本发明的实施方式2的直流电源装置进行说明。图3是表示本发明的实施方式2的直流电源装置的电路结构的框图。在图3中，对于具有实质上与上述的实施方式1相同的功能、结构的元件标注相同的符号。另外，实施方式2中的基本动作与实施方式1中的基本动作相同，所以在实施方式2中，主要说明与实施方式1的不同点。

在图3中，从交流电源101的输出端输出的电流经由滤波电路103和电抗器102被输入到桥式整流电路109。桥式整流电路109由：由开关元件105a、105b与二极管104a、104b的反向并联连接电路组成的串联连接电路、和由二极管104c、104d组成的串联连接电路的并联电路构成。平滑电容器106和负载107与桥式整流电路109的输出并联连接。

如图3所示，在实施方式2中的桥式整流电路109中，在二极管104a、104b和开关元件105a、105b中分别连接有作为过大电流检测部的熔丝108d、108e、108f、108g。

在实施方式2的结构中，第1开关电路110a和与第1二极管104a反向并联连接的第1开关元件105a均具有作为过大电流检测部的熔丝108d、108e。另外，第2开关电路110b和与第2二极管104b反向并联连接的第2开关元件105b均具有作为过大电流检测部的熔丝108f、108g。实施方式2的过大电流检测部如图3所示，由分别与第1二极管104a、第2二极管104b、第1开关元件105a和第2开关元件105b串联连接的多个熔丝108d、108e、108f、108g构成。

如上所述，在实施方式2的桥式整流电路109中，在各个二极管104a、104b和各个开关元件105a、105b的各自元件的电源侧中插入熔丝，由此，能够减少各元件的额定电流，能够实现电路的小型化和低成本化。

另外，在采用上述方式构成的实施方式2的直流电源装置中，能够选定额定低的二极管和开关元件，所以例如作为二极管104a、104b，能够选定封装尺寸比开关元件105a、105b小的品种，各个部件的选定的自由度进一步增大，作为直流电源装置能够扩大其用途。

(实施方式3)

下面，使用图4对本发明的实施方式3的直流电源装置进行说明。图4是表示本发明的实施方式3的直流电源装置的电路结构的框图。在图4中，对于具有实质上与上述的实施方式1和实施方式2相同的功能、结构的元件标注相同的符号。另外，实施方式3中的基本动作与实施方式1中的基本动作相同，所以在实施方式3中，主要说明与实施方式1的不同点。

在图4中，从交流电源101的输出端输出的电流经由滤波电路103和电抗器102被输入到桥式整流电路109。桥式整流电路109由：由开关元件105a、105b与二极管104a、104b的反向并联连接电路组成的串联连接电路、和由二极管104c、104d组成的串联连接电路的并联电路构成。平滑电容器106和负载107与桥式整流电路109的输出并联连接。

如图4所示，在实施方式3的桥式整流电路109中，在第1开关元件105a中连接有作为过大电流检测部的熔丝108e，在第2开关元件105b中连接有作为过大电流检测部的熔丝108g。

在实施方式3的结构中，第1开关电路110a和与第1二极管104a反向并联连接的第1开关元件105a均具有作为过大电流检测部的熔丝108e。另外，第2开关电路110b和与第2二极管104b反向并联连接的第2开关元件105b均具有作为过大电流检测部的熔丝108g。实施方式3中的过大电流检测部如图4所示，分别与第1开关元件105a和第2开关元件105b串联连接的多个熔丝108e、108g构成。

如上所述，在实施方式3的桥式整流电路109中，分别在各个开关元件105a、105b中插入熔丝108e、108g，由此，能够进一步降低各开关元件105a、105b的额定电流。其结果是，在实施方式3的直流电源装置中，即使各开关元件105a、105b的引线接合强度并不强于各个二极管104a、104b的同等强度以上，也能组装在装置中，所以能够选定封装尺寸小的品种，开关元件的选定自由度增大，有助于降低成本。

另外，当开关元件105a、105b因某种原因发生短路损坏时，熔丝108e、108g选定额定电流比共用线熔丝108a小、即熔断时间短的品种，由此熔丝108e、108g发生熔断，所以共用线熔丝108a不熔断。在此情况下，作为桥式整流电路109的二极管整流功能仍然发挥作用，所以在二极管整流电路的结构中继续动作。即，在实施方式3的直流电源装置的结构中，即使桥式整流电路109中的开关元件短路损坏，也能够以安全的电路结构继续动作，所以作为可靠性高的直流电源装置能够扩大其用途。

(实施方式4)

下面，使用图5对本发明的实施方式4的直流电源装置进行说明。图5是表示本发明的实施方式4的直流电源装置的电路结构的框图。在图5中，对于具有实质上与上述的实施方式1至实施方式3相同的功能、结构的元件标注相同的符号。另外，实施方式4中的基本动作与实施方式1中的基本动作相同，所以在实施方式4中主要说明与实施方式1的不同点。

在图5中，从交流电源101的输出端输出的电流经由滤波电路103和电抗器102被输入到桥式整流电路109。桥式整流电路109由：由开关元件105a、105b与二极管104a、104b的反向并联连接电路组成的串联连接电路、和由二极管104c、104d组成的串联连接电路的并联电路构成。平滑电容器106和负载107与桥式整流电路109的输出并联连接。

如图5所示，在实施方式4的桥式整流电路109中，在第1二极管104a中连接有作为过大电流检测部的熔丝108d，在第2二极管104b中连接有作为过大电流检测部的熔丝108f。

在实施方式4的结构中，第1开关电路110a和与第1二极管104a反向并联连接的第1开关元件105a均具有作为过大电流检测部的熔丝108d。另外，第2开关电路110b和与第2二极管104b反向并联连接的第2开关元件105b均具有作为过大电流检测部的熔丝108f。实施方式4中的过大电流检测部如图5所示，由分别与第1二极管105a、第2二极管105b串联连接的多个熔丝108d、108f构成。

如上所述，在实施方式4中的桥式整流电路109中，分别在各个二极管104a、104b中插入熔丝108d、108f，由此，能够进一步降低各个二极管104a、104b的额定电流。其结果是，在实施方式4的直流电源装置中，即使各个二极管104a、104b的引线接合强度并不强于各个开关元件105a、105b的同等强度以上，也能组装在装置中，所以能够选定封装尺寸小的品种，二极管的选定自由度增大，不仅能够装载普通整流二极管，也能够装载快恢复二极管或SiC。因此，在实施方式4的直流电源装置的结构中，除了低成本化外，也具有直流电源装置的用途进一步扩大这样的效果。

另外，当第1开关元件105a和第2开关元件105b因某种原因发生短路损坏时，过电流流过共用线熔丝108a，所以共用线熔丝108a瞬间熔断。其结果是，在实施方式4的直流电源装置中，变成与交流电源101分离的状态，直流电源装置的动作可靠地停止。即，在实施方式4的直流电源装置的结构中，即使第1开关元件105a和第2开关元件105b同时发生短路损坏，也能安全地停止动作，所以作为可靠性高的直流电源装置，能够扩大其用途。

此外，在本发明的各实施方式的直流电源装置中，以在各个开关电路中设置有过大电流检测部，由熔丝构成该过大电流检测部的例子进行了说明，但是作为本发明，只要是具有流过所插入的电流路径的电流超过规定电流时瞬间断开该线路的功能即可，并不限于熔丝。

如上所述，在本发明的直流电源装置中，在桥式整流电路的开关电路中插入熔丝，由此，流过该熔丝的电流比流过紧接着交流电源之后的共用线的熔丝的电流小，能够选定额定电流小的熔丝，在开关电路中能够选定额定电流小的元件。

如上所述，根据本发明，用简单的结构就能减少损失，改善输入功率因数，并且能够实现直流电源装置的小型化和低成本化。

产业上的利用可能性

本发明的直流电源装置用简单的结构就能减少损失，并改善输入功率因数，能够用作空气调节器和冷藏库、洗衣机等电产品的直流电源装置中。

附图符号说明

101 交流电源

102 电抗器

103 滤波电路

104a、104b、104c、104d 二极管

105a、105b 开关元件

106 平滑电容器

107 负载

108a 共用线熔丝

108b、108c、108d、108e、108f、108g 熔丝(过大电流检测部)

109 桥式整流电路

110a、110b 开关电路

Claims (5)

1.一种直流电源装置，其特征在于，包括：

交流电源；

具有第1二极管、第2二极管、与所述第1二极管反向并联连接的第1开关元件、和与所述第2二极管反向并联连接的第2开关元件，对来自所述交流电源的交流进行整流的桥式整流电路；

连接在所述交流电源与所述桥式整流电路的输入侧之间的电抗器；和

使所述桥式整流电路的直流输出平滑的平滑电容器，

所述桥式整流电路具有：由反向并联连接的所述第1开关元件和所述第1二极管构成的第1开关电路；和由反向并联连接的所述第2开关元件和所述第2二极管构成的第2开关电路，

所述直流电源装置还具有：设置在所述第1开关电路和所述第2开关电路中的各自的电流路径中的、当在所述电流路径中流过规定电流以上的电流时切断该电流路径的过大电流检测部。

2.如权利要求1所述的直流电源装置，其特征在于：

所述过大电流检测部由与反向并联连接的所述第1开关元件和所述第1二极管串联连接的第1熔丝、和与反向并联连接的所述第2开关元件和所述第2二极管串联连接的第2熔丝构成。

3.如权利要求1所述的直流电源装置，其特征在于：

所述过大电流检测部由分别与所述第1二极管、所述第2二极管、所述第1开关元件和所述第2开关元件串联连接的多个熔丝构成。

4.如权利要求1所述的直流电源装置，其特征在于：

所述过大电流检测部由分别与所述第1开关元件和所述第2开关元件串联连接的多个熔丝构成。

5.如权利要求1所述的直流电源装置，其特征在于：

具有在紧接着所述交流电源的输出之后的共用线上设置的共用线熔丝，

所述过大电流检测部由分别与所述第1二极管和所述第2二极管串联连接的多个熔丝构成。