JP2001178140A - 交流―直流変換装置 - Google Patents
交流―直流変換装置Info
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- JP2001178140A JP2001178140A JP36367299A JP36367299A JP2001178140A JP 2001178140 A JP2001178140 A JP 2001178140A JP 36367299 A JP36367299 A JP 36367299A JP 36367299 A JP36367299 A JP 36367299A JP 2001178140 A JP2001178140 A JP 2001178140A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 入力電圧範囲が広い交流―直流変換装置にお
ける、低入力電圧時の効率改善を図る。 【解決手段】 入力電圧Ｖinのダイオード２１，２２に
よる整流電圧を、半導体スイッチ１１，１２のオン，オ
フによりコンデンサ２，３に昇圧して出力するタイプの
交流―直流変換装置にスイッチ4を設け、低入力電圧時
にはこれを短絡して昇圧比をスイッチ開放時の１／２と
することにより、低入力電圧時の効率を低下させないよ
うにする。
ける、低入力電圧時の効率改善を図る。 【解決手段】 入力電圧Ｖinのダイオード２１，２２に
よる整流電圧を、半導体スイッチ１１，１２のオン，オ
フによりコンデンサ２，３に昇圧して出力するタイプの
交流―直流変換装置にスイッチ4を設け、低入力電圧時
にはこれを短絡して昇圧比をスイッチ開放時の１／２と
することにより、低入力電圧時の効率を低下させないよ
うにする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、単相交流電源か
ら直流電力を取り出す交流―直流変換装置、特に高力率
の交流―直流変換装置に関する。
ら直流電力を取り出す交流―直流変換装置、特に高力率
の交流―直流変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図４に交流―直流変換装置の従来例を、
図５にその動作波形を示す。図４に示すように、この回
路はダイオード２１〜２４からなる整流回路部と、半導
体スイッチ１１、リアクトル１、ダイオード２５および
コンデンサ２を含む昇圧チョッパ回路部とからなってい
る。図４においては、半導体スイッチ１１のオン，オフ
により、交流入力電圧Ｖinの全波整流波形を直流出力電
圧に昇圧して出力する。このとき、図５に示す入力電流
Ｉinの波形が正弦波となるように、半導体スイッチ１１
のオン時比率が制御され、入力力率が改善される。
図５にその動作波形を示す。図４に示すように、この回
路はダイオード２１〜２４からなる整流回路部と、半導
体スイッチ１１、リアクトル１、ダイオード２５および
コンデンサ２を含む昇圧チョッパ回路部とからなってい
る。図４においては、半導体スイッチ１１のオン，オフ
により、交流入力電圧Ｖinの全波整流波形を直流出力電
圧に昇圧して出力する。このとき、図５に示す入力電流
Ｉinの波形が正弦波となるように、半導体スイッチ１１
のオン時比率が制御され、入力力率が改善される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のような構成で
は、例えば入力電圧範囲が９０〜２６４Ｖのように広範
囲の場合、入力電圧範囲の全域で力率を改善するために
は、最大入力電圧２６４Ｖにおいても力率改善が可能な
ように、チョッパ回路部の設計を行なう必要がある。通
常、昇圧チョッパ回路は出力電圧，出力電力を一定とし
た場合、入力電圧が低下し昇圧比が大きくなるほど入力
電流が大きくなるため電流が原因で発生する損失が増加
し、効率が低下するため、上記の如く入力電圧範囲が広
い場合には、入力電圧が最低入力電圧９０Ｖに近い動作
条件では昇圧比が大きくなり、昇圧チョッパ回路の効率
が大幅に低下するという問題がある。したがって、この
発明の課題は入力電圧が広範囲な交流―直流変換装置に
おける、低入力時の効率改善を図ることにある。
は、例えば入力電圧範囲が９０〜２６４Ｖのように広範
囲の場合、入力電圧範囲の全域で力率を改善するために
は、最大入力電圧２６４Ｖにおいても力率改善が可能な
ように、チョッパ回路部の設計を行なう必要がある。通
常、昇圧チョッパ回路は出力電圧，出力電力を一定とし
た場合、入力電圧が低下し昇圧比が大きくなるほど入力
電流が大きくなるため電流が原因で発生する損失が増加
し、効率が低下するため、上記の如く入力電圧範囲が広
い場合には、入力電圧が最低入力電圧９０Ｖに近い動作
条件では昇圧比が大きくなり、昇圧チョッパ回路の効率
が大幅に低下するという問題がある。したがって、この
発明の課題は入力電圧が広範囲な交流―直流変換装置に
おける、低入力時の効率改善を図ることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、請求項１の発明では、リアクトルの一端と交流
入力端子の一方を接続し、第１の半導体スイッチの一端
と第１のダイオードの陽極側と前記リアクトルの他端と
を接続し、第２の半導体スイッチの一端と第２のダイオ
ードの陽極側とスイッチの一端と前記交流入力端子の他
方とを接続し、第１のコンデンサの一端と第２のコンデ
ンサの一端と前記スイッチの他端とを接続し、前記第１
の半導体スイッチの他端と前記第２の半導体スイッチの
他端と第３のダイオードの陰極側とを接続し、前記第１
のダイオードの陰極側と前記第２のダイオードの陰極側
と前記第１のコンデンサの他端と直流出力端子の正側と
を接続し、前記第３のダイオードの陽極側と前記第２の
コンデンサの他端と直流出力端子の負側とを接続し、前
記交流入力の電圧が低いときは前記スイッチを短絡する
ことを特徴とする。
るため、請求項１の発明では、リアクトルの一端と交流
入力端子の一方を接続し、第１の半導体スイッチの一端
と第１のダイオードの陽極側と前記リアクトルの他端と
を接続し、第２の半導体スイッチの一端と第２のダイオ
ードの陽極側とスイッチの一端と前記交流入力端子の他
方とを接続し、第１のコンデンサの一端と第２のコンデ
ンサの一端と前記スイッチの他端とを接続し、前記第１
の半導体スイッチの他端と前記第２の半導体スイッチの
他端と第３のダイオードの陰極側とを接続し、前記第１
のダイオードの陰極側と前記第２のダイオードの陰極側
と前記第１のコンデンサの他端と直流出力端子の正側と
を接続し、前記第３のダイオードの陽極側と前記第２の
コンデンサの他端と直流出力端子の負側とを接続し、前
記交流入力の電圧が低いときは前記スイッチを短絡する
ことを特徴とする。
【０００５】請求項２の発明では、リアクトルの一端と
交流入力端子の一方を接続し、第１の半導体スイッチの
一端と第１のダイオードの陰極側と前記リアクトルの他
端とを接続し、第２の半導体スイッチの一端と第２のダ
イオードの陰極側とスイッチの一端と前記交流入力端子
の他方とを接続し、第１のコンデンサの一端と第２のコ
ンデンサの一端と前記スイッチの他端とを接続し、前記
第１の半導体スイッチの他端と前記第２の半導体スイッ
チの他端と第３のダイオードの陽極側とを接続し、前記
第１のダイオードの陽極側と前記第２のダイオードの陽
極側と前記第２のコンデンサの他端と直流出力端子の負
側とを接続し、前記第３のダイオードの陰極側と前記第
１のコンデンサの他端と直流出力端子の正側とを接続
し、前記交流入力の電圧が低いときは前記スイッチを短
絡することを特徴とする。
交流入力端子の一方を接続し、第１の半導体スイッチの
一端と第１のダイオードの陰極側と前記リアクトルの他
端とを接続し、第２の半導体スイッチの一端と第２のダ
イオードの陰極側とスイッチの一端と前記交流入力端子
の他方とを接続し、第１のコンデンサの一端と第２のコ
ンデンサの一端と前記スイッチの他端とを接続し、前記
第１の半導体スイッチの他端と前記第２の半導体スイッ
チの他端と第３のダイオードの陽極側とを接続し、前記
第１のダイオードの陽極側と前記第２のダイオードの陽
極側と前記第２のコンデンサの他端と直流出力端子の負
側とを接続し、前記第３のダイオードの陰極側と前記第
１のコンデンサの他端と直流出力端子の正側とを接続
し、前記交流入力の電圧が低いときは前記スイッチを短
絡することを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１はこの発明の第1の実施の形
態を示す回路図、図3はその動作を説明するための波形
図である。図１において、１はリアクトル、２，３は出
力平滑コンデンサ、１１，１２は半導体スイッチとして
のＭＯＳＦＥＴ、２１〜２３はダイオード、４は回路動
作を切り替えるためのスイッチで、通常は開放で低入力
電圧時に短絡される。
態を示す回路図、図3はその動作を説明するための波形
図である。図１において、１はリアクトル、２，３は出
力平滑コンデンサ、１１，１２は半導体スイッチとして
のＭＯＳＦＥＴ、２１〜２３はダイオード、４は回路動
作を切り替えるためのスイッチで、通常は開放で低入力
電圧時に短絡される。
【０００７】図1の動作について、図３も参照しながら
説明する。はじめにスイッチ４が開放の場合、入力電圧
Ｖinが正の期間Ｔ1では、半導体スイッチ１２は常時オ
ンとし、半導体スイッチ１１をオン，オフさせる（図３
参照）。ここで、半導体スイッチ１１がオンの期間にお
いては、リアクトル１→半導体スイッチ１１→半導体ス
イッチ１２の経路で入力電源を短絡してリアクトル１に
流れる電流を増加させ、半導体スイッチ１１がオフの期
間においては、リアクトル１→ダイオード２１→コンデ
ンサ２→コンデンサ３→ダイオード２３→半導体スイッ
チ１２の経路で、リアクトル１に蓄えられたエネルギー
をコンデンサ２，３に放出し、リアクトル１に流れる電
流を減少させる。このとき、半導体スイッチ１１のオン
時比率を制御することで、入力電流Ｉinを正弦波に追従
させる。
説明する。はじめにスイッチ４が開放の場合、入力電圧
Ｖinが正の期間Ｔ1では、半導体スイッチ１２は常時オ
ンとし、半導体スイッチ１１をオン，オフさせる（図３
参照）。ここで、半導体スイッチ１１がオンの期間にお
いては、リアクトル１→半導体スイッチ１１→半導体ス
イッチ１２の経路で入力電源を短絡してリアクトル１に
流れる電流を増加させ、半導体スイッチ１１がオフの期
間においては、リアクトル１→ダイオード２１→コンデ
ンサ２→コンデンサ３→ダイオード２３→半導体スイッ
チ１２の経路で、リアクトル１に蓄えられたエネルギー
をコンデンサ２，３に放出し、リアクトル１に流れる電
流を減少させる。このとき、半導体スイッチ１１のオン
時比率を制御することで、入力電流Ｉinを正弦波に追従
させる。
【０００８】入力電圧Ｖinが負の期間Ｔ2では、半導体
スイッチ１１は常時オンとし、半導体スイッチ１２をオ
ン，オフさせる（図３参照）。ここで、半導体スイッチ
１２がオンの期間においては、半導体スイッチ１２→半
導体スイッチ１１→リアクトル１の経路で入力電源を短
絡してリアクトル１に流れる電流を増加させ、半導体ス
イッチ１２がオフの期間においては、ダイオード２２→
コンデンサ２→コンデンサ３→ダイオード２３→半導体
スイッチ１１→リアクトル１の経路で、リアクトル１に
蓄えられたエネルギーをコンデンサ２，３に放出し、リ
アクトル１に流れる電流を減少させる。このとき、半導
体スイッチ１２のオン時比率を制御することで、入力電
流Ｉinを正弦波に追従させる。
スイッチ１１は常時オンとし、半導体スイッチ１２をオ
ン，オフさせる（図３参照）。ここで、半導体スイッチ
１２がオンの期間においては、半導体スイッチ１２→半
導体スイッチ１１→リアクトル１の経路で入力電源を短
絡してリアクトル１に流れる電流を増加させ、半導体ス
イッチ１２がオフの期間においては、ダイオード２２→
コンデンサ２→コンデンサ３→ダイオード２３→半導体
スイッチ１１→リアクトル１の経路で、リアクトル１に
蓄えられたエネルギーをコンデンサ２，３に放出し、リ
アクトル１に流れる電流を減少させる。このとき、半導
体スイッチ１２のオン時比率を制御することで、入力電
流Ｉinを正弦波に追従させる。
【０００９】次に、スイッチ４が短絡の場合、入力電圧
Ｖinが正の期間Ｔ1では、半導体スイッチ１２は常時オ
ンとし、半導体スイッチ１１をオン，オフさせる（図３
参照）。ここで、半導体スイッチ１１がオンの期間にお
いては、リアクトル１→半導体スイッチ１１→半導体ス
イッチ１２の経路で入力電源を短絡してリアクトル１に
流れる電流を増加させ、半導体スイッチ１１がオフの期
間においては、リアクトル１→ダイオード２１→コンデ
ンサ２→スイッチ４の経路で、リアクトル１に蓄えられ
たエネルギーをコンデンサ２に放出してリアクトル１に
流れる電流を減少させる。このとき、半導体スイッチ１
１のオン時比率を制御することで、入力電流Ｉinを正弦
波に追従させる。
Ｖinが正の期間Ｔ1では、半導体スイッチ１２は常時オ
ンとし、半導体スイッチ１１をオン，オフさせる（図３
参照）。ここで、半導体スイッチ１１がオンの期間にお
いては、リアクトル１→半導体スイッチ１１→半導体ス
イッチ１２の経路で入力電源を短絡してリアクトル１に
流れる電流を増加させ、半導体スイッチ１１がオフの期
間においては、リアクトル１→ダイオード２１→コンデ
ンサ２→スイッチ４の経路で、リアクトル１に蓄えられ
たエネルギーをコンデンサ２に放出してリアクトル１に
流れる電流を減少させる。このとき、半導体スイッチ１
１のオン時比率を制御することで、入力電流Ｉinを正弦
波に追従させる。
【００１０】入力電圧Ｖinが負の期間Ｔ2では、半導体
スイッチ１１は常時オンとし、半導体スイッチ１２をオ
ン，オフさせる（図３参照）。ここで、半導体スイッチ
１２がオンの期間においては、半導体スイッチ１２→半
導体スイッチ１１→リアクトル１の経路で入力電源を短
絡してリアクトル１に流れる電流を増加させ、半導体ス
イッチ１２がオフの期間においては、スイッチ４→コン
デンサ３→ダイオード２３→半導体スイッチ１１→リア
クトル１の経路で、リアクトル１に蓄えられたエネルギ
ーを出力に放出し、リアクトル１に流れる電流を減少さ
せる。このとき、半導体スイッチ１２のオン時比率を制
御することで、入力電流Ｉinを正弦波に追従させる。以
上の動作説明からも明らかなように、スイッチ４が開
放，短絡のいずれであっても、入力電圧Ｖinの整流電圧
をコンデンサ２，３に昇圧して出力する昇圧形チョッパ
動作となっている。
スイッチ１１は常時オンとし、半導体スイッチ１２をオ
ン，オフさせる（図３参照）。ここで、半導体スイッチ
１２がオンの期間においては、半導体スイッチ１２→半
導体スイッチ１１→リアクトル１の経路で入力電源を短
絡してリアクトル１に流れる電流を増加させ、半導体ス
イッチ１２がオフの期間においては、スイッチ４→コン
デンサ３→ダイオード２３→半導体スイッチ１１→リア
クトル１の経路で、リアクトル１に蓄えられたエネルギ
ーを出力に放出し、リアクトル１に流れる電流を減少さ
せる。このとき、半導体スイッチ１２のオン時比率を制
御することで、入力電流Ｉinを正弦波に追従させる。以
上の動作説明からも明らかなように、スイッチ４が開
放，短絡のいずれであっても、入力電圧Ｖinの整流電圧
をコンデンサ２，３に昇圧して出力する昇圧形チョッパ
動作となっている。
【００１１】図2にこの発明の第２の実施の形態を示
す。同図からも明らかなように、図1の半導体スイッチ
１１，１２とダイオード２１，２２の接続位置を入れ替
え、コンデンサ３に接続されたダイオード２３をコンデ
ンサ２に接続して構成されている。その動作は図1の場
合と全く同じとなるので、説明は省略する。
す。同図からも明らかなように、図1の半導体スイッチ
１１，１２とダイオード２１，２２の接続位置を入れ替
え、コンデンサ３に接続されたダイオード２３をコンデ
ンサ２に接続して構成されている。その動作は図1の場
合と全く同じとなるので、説明は省略する。
【００１２】
【発明の効果】スイッチ４の開放，短絡時の動作を比較
すると、スイッチ４が開放の場合には直列接続したコン
デンサ２，３の両端電圧２Ｖoに昇圧して出力するのに
対し、スイッチ４が短絡の場合には、期間Ｔ1ではコン
デンサ２の両端電圧Ｖｏに昇圧して出力し、期間Ｔ2で
はコンデンサ３の両端電圧Ｖｏに昇圧して出力する。し
たがって、入力電圧Ｖinの瞬時電圧値をｖinとすると、
スイッチ４開放時の昇圧比ｒoおよび短絡時の昇圧比ｒc
は、それぞれ次式のようになる。 ｒo＝２Ｖo／｜ｖin｜ ｒc＝ Ｖo／｜ｖin｜
すると、スイッチ４が開放の場合には直列接続したコン
デンサ２，３の両端電圧２Ｖoに昇圧して出力するのに
対し、スイッチ４が短絡の場合には、期間Ｔ1ではコン
デンサ２の両端電圧Ｖｏに昇圧して出力し、期間Ｔ2で
はコンデンサ３の両端電圧Ｖｏに昇圧して出力する。し
たがって、入力電圧Ｖinの瞬時電圧値をｖinとすると、
スイッチ４開放時の昇圧比ｒoおよび短絡時の昇圧比ｒc
は、それぞれ次式のようになる。 ｒo＝２Ｖo／｜ｖin｜ ｒc＝ Ｖo／｜ｖin｜
【００１３】つまり、スイッチ４を短絡することで、昇
圧比を開放時の１／２にすることができる。このことか
ら、この発明によれば、例えば入力電圧範囲が９０〜２
６４Ｖのように広範囲の場合には、低入力電圧（例えば
１００Ｖ）においてはスイッチ４を短絡し昇圧比を１／
２にすることで、低入力電圧時の効率を改善することが
できる。
圧比を開放時の１／２にすることができる。このことか
ら、この発明によれば、例えば入力電圧範囲が９０〜２
６４Ｖのように広範囲の場合には、低入力電圧（例えば
１００Ｖ）においてはスイッチ４を短絡し昇圧比を１／
２にすることで、低入力電圧時の効率を改善することが
できる。
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す回路図であ
る。
る。
【図２】この発明の第２の実施の形態を示す回路図であ
る。
る。
【図３】図１（図２）の動作説明図である。
【図４】交流―直流変換装置の従来例を示す回路図であ
る。
る。
【図５】図４の動作説明図である。
１…リアクトル、２，３…コンデンサ、４…スイッチ、
１１，１２…半導体スイッチ（ＭＯＳＦＥＴ）、２１〜
２５…ダイオード。
１１，１２…半導体スイッチ（ＭＯＳＦＥＴ）、２１〜
２５…ダイオード。
Claims (2)
- 【請求項１】 リアクトルの一端と交流入力端子の一方
を接続し、第１の半導体スイッチの一端と第１のダイオ
ードの陽極側と前記リアクトルの他端とを接続し、第２
の半導体スイッチの一端と第２のダイオードの陽極側と
スイッチの一端と前記交流入力端子の他方とを接続し、
第１のコンデンサの一端と第２のコンデンサの一端と前
記スイッチの他端とを接続し、前記第１の半導体スイッ
チの他端と前記第２の半導体スイッチの他端と第３のダ
イオードの陰極側とを接続し、前記第１のダイオードの
陰極側と前記第２のダイオードの陰極側と前記第１のコ
ンデンサの他端と直流出力端子の正側とを接続し、前記
第３のダイオードの陽極側と前記第２のコンデンサの他
端と直流出力端子の負側とを接続し、前記交流入力の電
圧が低いときは前記スイッチを短絡することを特徴とす
る交流―直流変換装置。 - 【請求項２】 リアクトルの一端と交流入力端子の一方
を接続し、第１の半導体スイッチの一端と第１のダイオ
ードの陰極側と前記リアクトルの他端とを接続し、第２
の半導体スイッチの一端と第２のダイオードの陰極側と
スイッチの一端と前記交流入力端子の他方とを接続し、
第１のコンデンサの一端と第２のコンデンサの一端と前
記スイッチの他端とを接続し、前記第１の半導体スイッ
チの他端と前記第２の半導体スイッチの他端と第３のダ
イオードの陽極側とを接続し、前記第１のダイオードの
陽極側と前記第２のダイオードの陽極側と前記第２のコ
ンデンサの他端と直流出力端子の負側とを接続し、前記
第３のダイオードの陰極側と前記第１のコンデンサの他
端と直流出力端子の正側とを接続し、前記交流入力の電
圧が低いときは前記スイッチを短絡することを特徴とす
る交流―直流変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36367299A JP2001178140A (ja) | 1999-12-22 | 1999-12-22 | 交流―直流変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36367299A JP2001178140A (ja) | 1999-12-22 | 1999-12-22 | 交流―直流変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001178140A true JP2001178140A (ja) | 2001-06-29 |
Family
ID=18479901
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36367299A Pending JP2001178140A (ja) | 1999-12-22 | 1999-12-22 | 交流―直流変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001178140A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011058665A1 (ja) * | 2009-11-13 | 2011-05-19 | 日立アプライアンス株式会社 | 電力変換装置 |
| JP2012090453A (ja) * | 2010-10-20 | 2012-05-10 | Toshiba Tec Corp | 電力変換装置 |
| US8488346B2 (en) | 2010-10-18 | 2013-07-16 | Toshiba Tec Kabushiki Kaisha | Power conversion apparatus and method |
| US8824180B2 (en) | 2010-10-18 | 2014-09-02 | Toshiba Tec Kabushiki Kaisha | Power conversion apparatus |
-
1999
- 1999-12-22 JP JP36367299A patent/JP2001178140A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011058665A1 (ja) * | 2009-11-13 | 2011-05-19 | 日立アプライアンス株式会社 | 電力変換装置 |
| JP2011109741A (ja) * | 2009-11-13 | 2011-06-02 | Hitachi Appliances Inc | 電力変換装置 |
| US8488346B2 (en) | 2010-10-18 | 2013-07-16 | Toshiba Tec Kabushiki Kaisha | Power conversion apparatus and method |
| US8824180B2 (en) | 2010-10-18 | 2014-09-02 | Toshiba Tec Kabushiki Kaisha | Power conversion apparatus |
| JP2012090453A (ja) * | 2010-10-20 | 2012-05-10 | Toshiba Tec Corp | 電力変換装置 |
| US8897043B2 (en) | 2010-10-20 | 2014-11-25 | Toshiba Tec Kabushiki Kaisha | Power conversion apparatus and method |
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