JP2004248441A

JP2004248441A - 交流−直流変換装置

Info

Publication number: JP2004248441A
Application number: JP2003036943A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Gekito; 政和鷁頭; Akihiro Odaka; 章弘小高
Original assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2004-09-02

Abstract

【課題】交流を任意の直流に変換する変換装置の交流入力電圧範囲や負荷変動範囲が広い場合でも、回路に流れるピーク電流を低減できるようにし、装置の小形，低価格化，低損失化を実現する。
【解決手段】交流電源１からトランスを経て絶縁された任意の直流電圧を得るに当たり、直流中間電圧（コンデンサ４の電圧）が所定値となるように調節器２０１，オンオフ比反転回路２３３および駆動回路２３１等を介してスイッチ素子５１，５２のオンオフ比を制御する経路に交流入力電圧の検出値を入力して、その交流入力電圧値に応じてオンオフのためのスイッチング周波数を変えられるようにしたり、直流出力電圧が所定値となるように調節器２５１，リセット回路２６１等を介して可飽和リアクトル１４１，１４２のリセット量を調整したりすることで、掲記課題の解決を図る。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、交流電源から絶縁された任意の直流電圧を得る交流−直流変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１に従来例を示す（例えば特許文献１参照）。
図示のように、交流電源１と並列にコンデンサ１３０を接続し、ダイオード３１とダイオード３２との直列回路と、半導体スイッチ素子５１と半導体スイッチ素子５２との直列回路と、コンデンサ４１とコンデンサ４２との直列回路とを互いに並列に接続し、ダイオード３１とダイオード３２との接続点を交流電源１の一方の端子に、半導体スイッチ素子５１と半導体スイッチ素子５２との接続点をリアクトル２１を介して交流電源１の他方の端子に接続し、半導体スイッチ素子５１と半導体スイッチ素子５２との接続点と、コンデンサ４１とコンデンサ４２との接続点との間に変圧器巻線８１を接続し、変圧器巻線９１の一方の端子をダイオード１０１を介してダイオード１０３の一方の端子に、変圧器巻線９１の他方の端子をダイオード１０３の他方の端子と変圧器巻線９２の一方の端子に、変圧器巻線９２の他方の端子をダイオード１０２を介してダイオード１０３の一方の端子にそれぞれ接続し、リアクトル２２とコンデンサ１１１との直列回路をダイオード１０３と並列に接続し、コンデンサ１１１と並列に直流負荷１２１を接続して構成されている。
【０００３】
交流電源１が正の場合の図１１の回路動作について、以下に説明する。
いま、半導体スイッチ素子５１がオンすると、交流電源１がリアクトル２１を介して短絡され、交流電源１→ダイオード３１→半導体スイッチ素子５１→リアクトル２１の経路で電流が流れ、リアクトル２１にエネルギーが蓄積される。それと同時に、コンデンサ４１→半導体スイッチ素子５１→変圧器巻線８１の経路で電流が流れ、この期間に変圧器巻線９１よりダイオード１０１を介して直流負荷１２１に電力を供給する。
【０００４】
半導体スイッチ素子５１がオフすると、リアクトル２１に蓄積されたエネルギーは、交流電源１→ダイオード３１→コンデンサ４１→コンデンサ４２→半導体スイッチ素子５２の寄生ダイオード→リアクトル２１の経路で放出され、コンデンサ４１およびコンデンサ４２にエネルギーが蓄積される。また、この期間負荷には、リアクトル２２→コンデンサ１１１→ダイオード１０３の経路で電流が流れ、直流負荷１２１に電力を供給する。
【０００５】
次に半導体スイッチ素子５２がオンすると、コンデンサ４２→変圧器巻線８１→半導体スイッチ素子５２の経路で電流が流れ、変圧器巻線９２よりダイオード１０２を介して直流負荷１２１に電力を供給する。
半導体スイッチ素子５２がオフすると、リアクトル２２→コンデンサ１１１→ダイオード１０３の経路で電流が流れ、直流負荷１２１に電力を供給する。
【０００６】
電源極性が負の場合は、半導体スイッチ素子５２がオンすると、交流電源１がリアクトル２１を介して短絡され、交流電源１→リアクトル２１→半導体スイッチ素子５２→ダイオード３２の経路で電流が流れ、リアクトル２１にエネルギーが蓄積される点が異なるだけで、他は電源極性が正の場合と同様なので説明は省略する。なお、半導体スイッチ素子５１および５２の制御方法は、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御原理によりコンデンサ４１，４２の電圧を調整し、直流負荷１２１に任意の直流電圧を供給する。さらに、コンデンサ１３０にはその瞬時電圧にほぼ比例した三角波状のパルス電流が流れ、交流電源１には入力電流が連続した正弦波状の電流となり、入力高調波電流を低減できる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平０２−２１１０６５号公報（第９頁、図１５（ａ））
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図１１の従来例において、交流入力電圧や負荷変動範囲が広い場合、回路に流れる電流のピーク値または回路に印加される電圧が増大する。電流のピークが大きくなった場合、導通損失や半導体スイッチ素子のターンオフ損失が増大することになる。また、回路に印加される電圧が増大した場合、高耐圧の半導体スイッチ素子を使用する必要が生じる。一般的に高耐圧の半導体スイッチ素子は低耐圧のものと比較して性能が劣るため、導通損失やスイッチング損失が増大すると言う問題がある。
したがって、この発明の課題は、交流入力電圧範囲や負荷変動範囲が広い場合においても、回路に流れるピーク電流を大きくすることなく、結果的に小形，低損失に構成することにある。
【０００９】
【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、交流電源から任意の直流電力を得る交流−直流変換装置において、
第１のダイオードと第２のダイオードとの直列回路と、第１のコンデンサと、第１の半導体スイッチ素子と第２の半導体スイッチ素子との直列回路とを互いに並列に、前記第１のダイオードと第２のダイオードとの接続点と、前記第１の半導体スイッチ素子と第２の半導体スイッチ素子との接続点の間には、前記交流電源と第１のリアクトルとの直列回路を接続し、変圧器の第１の巻線と第２のリアクトルと第２のコンデンサとの直列回路を前記第１の半導体スイッチ素子または第２の半導体スイッチ素子と並列に、前記変圧器の第２の巻線の一方の端子を第１の可飽和リアクトルと第３のダイオードとの直列回路を介して第３のコンデンサの一方の端子に、前記変圧器の第２の巻線の他方の端子を前記第３のコンデンサの他方の端子と前記変圧器の第３の巻線の一方の端子に、前記変圧器の第３の巻線の他方の端子を第２の可飽和リアクトルと第４のダイオードとの直列回路を介して第３のコンデンサの一方の端子にそれぞれ接続し、直流出力には第１の電圧検出器の入力を、この第１の電圧検出器の出力と出力電圧指令は第１の調節器の入力に、この第１の調節器の出力はリセット回路の入力に、このリセット回路の出力は第５のダイオードを介して前記第１の可飽和リアクトルと前記第３のダイオードとの接続点と、第６のダイオードを介して前記第２の可飽和リアクトルと前記第４のダイオードとの接続点とにそれぞれ接続し、前記第１のコンデンサと並列に第２の電圧検出器の入力を、この第２の電圧検出器の出力と前記第１のコンデンサ電圧指令値は第２の調節器の入力に、この第２の調節器の出力と三角波発生回路の出力は比較器の入力に、この比較器の出力は反転回路の入力に、前記交流電源には第３の電圧検出器の入力を、この第３の電圧検出器の出力を極性判別回路に、この極性判別回路の出力，前記比較器の出力および前記反転回路の出力をオンオフ比反転回路の入力に、このオンオフ比反転回路の出力を駆動回路の入力に、この駆動回路の一方の出力は前記第１の半導体スイッチ素子のゲート端子に、前記駆動回路の他方の出力は前記第２の半導体スイッチ素子のゲート端子にそれぞれ接続し、直流出力電圧は前記第１の可飽和リアクトルと前記第２の可飽和リアクトルのリセット量を調整することにより制御し、前記第１のコンデンサ電圧は前記第１の半導体スイッチ素子と前記第２の半導体スイッチ素子のオンオフ比を調整することにより制御することを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明では、交流電源から任意の直流電力を得る交流−直流変換装置において、
第１のダイオードと第２のダイオードとの直列回路と、第３のダイオードと第４のダイオードとの直列回路と、第１のコンデンサと、第１の半導体スイッチ素子と第２の半導体スイッチ素子との直列回路とを互いに並列に、前記第１のダイオードと第２のダイオードとの接続点を前記交流電源の一方の端子に、前記第３のダイオードと第４のダイオードとの接続点を前記交流電源の他方の端子に、第２のコンデンサと第３のコンデンサとの直列回路を前記交流電源と並列に接続し、これら第２のコンデンサと第３のコンデンサとの直列接続点と前記第１の半導体スイッチ素子と第２の半導体スイッチ素子との直列接続点との間は第１のリアクトルを介して接続し、変圧器の第１の巻線と第２のリアクトルと第４のコンデンサとの直列回路を前記第１の半導体スイッチ素子または第２の半導体スイッチ素子と並列に、前記変圧器の第２の巻線の一方の端子を第１の可飽和リアクトルと第５のダイオードとの直列回路を介して第５のコンデンサの一方の端子に、前記変圧器の第２の巻線の他方の端子を前記第５のコンデンサの他方の端子と前記変圧器の第３の巻線の一方の端子に、前記変圧器の第３の巻線の他方の端子を第２の可飽和リアクトルと第６のダイオードとの直列回路を介して第５のコンデンサの一方の端子にそれぞれ接続し、直流出力には第１の電圧検出器の入力を、この第１の電圧検出器の出力と出力電圧指令は第１の調節器の入力に、この第１の調節器の出力はリセット回路の入力に、このリセット回路の出力は第７のダイオードを介して前記第１の可飽和リアクトルと前記第５のダイオードとの接続点と、第８のダイオードを介して前記第２の可飽和リアクトルと前記第６のダイオードとの接続点とにそれぞれ接続し、前記第１のコンデンサと並列に第２の電圧検出器の入力を、この第２の電圧検出器の出力と前記第１のコンデンサ電圧指令値は第２の調節器の入力に、この第２の調節器の出力と三角波発生回路の出力は比較器の入力に、この比較器の出力は反転回路の入力に、前記比較器の出力と前記反転回路の出力は駆動回路の入力に、この駆動回路の一方の出力は前記第１の半導体スイッチ素子のゲート端子に、前記駆動回路の他方の出力は前記第２の半導体スイッチ素子のゲート端子にそれぞれ接続し、直流出力電圧は前記第１の可飽和リアクトルと前記第２の可飽和リアクトルのリセット量を調整することにより制御し、前記第１のコンデンサ電圧は前記第１の半導体スイッチ素子と前記第２の半導体スイッチ素子のオンオフ比を調整することを特徴とする。
【００１１】
上記請求項２の発明においては、前記交流電源の電圧を検出する第３の電圧検出器を付加することができる（請求項３の発明）。
上記請求項１または３の発明においては、前記第３の電圧検出器の出力を前記三角波発生回路の入力に接続し、前記交流電源の電圧値に応じて前記三角波発生回路の周波数を変え、前記第１の半導体スイッチ素子と前記第２の半導体スイッチ素子の動作周波数を変えられるようにすることができ（請求項４の発明）、または、前記第１のリアクトルを可変リアクトルにするとともに、そのインダクタンスを調整する第３の調節器を付加し、この第３の調節器に前記第３の電圧検出器からの出力を導入することにより、前記交流電源の電圧値に応じて前記可変リアクトルのインダクタンスを変えられるようにすることができる（請求項５の発明）。
さらに、請求項５の発明においては、前記第３の電圧検出器の出力を前記三角波発生回路の入力に接続し、前記交流電源の電圧値に応じて前記三角波発生回路の周波数を変え、前記第１の半導体スイッチ素子と前記第２の半導体スイッチ素子の動作周波数を変えられるようにすることができる（請求項６の発明）。
【００１２】
【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構成図である。
図示のように、ダイオード３１とダイオード３２との直列回路と、コンデンサ４と、半導体スイッチ素子５１と半導体スイッチ素子５２との直列回路とを互いに並列に接続し、ダイオード３１とダイオード３２との接続点をリアクトルを２１介して交流電源１の一方の端子に、交流電源１の他方の端子を半導体スイッチ素子５１と半導体スイッチ素子５２との接続点に接続し、変圧器巻線８１とリアクトル７とコンデンサ６との直列回路を半導体スイッチ素子５２と並列に接続し、変圧器巻線９１の一方の端子を可飽和リアクトル１４１とダイオード１０１との直列回路を介してコンデンサ１１１の一方の端子に、変圧器巻線９１の他方の端子をコンデンサ１１１の他方の端子と変圧器巻線９２の一方の端子に、変圧器巻線９２の他方の端子を可飽和リアクトル１４２とダイオード１０２との直列回路を介してコンデンサ１１１の一方の端子にそれぞれ接続し、直流出力には電圧検出器２４１の入力を、電圧検出器２４１の出力と出力電圧指令値は調節器２５１の入力に、調節器２５１の出力はリセット回路２６１の入力に、リセット回路２６１の出力はダイオード１５１を介して可飽和リアクトル１４１とダイオード１０１との接続点と、ダイオード１５２を介して可飽和リアクトル１４２とダイオード１０２との接続点とにそれぞれ接続し、コンデンサ４と並列に電圧検出器１９１の入力を、電圧検出器１９１の出力とコンデンサ電圧指令値は調節器２０１の入力に、調節器２０１の出力と三角波発生回路１８１の出力とを比較器２１１の入力に、比較器２１１の出力を反転回路２２１の入力に接続し、交流電源１には電圧検出器１７１の入力を、電圧検出器１７１の出力は極性判別回路２３２の入力に、極性判別回路２３２の出力，比較器２１１の出力および反転回路２２１の出力をオンオフ比反転回路２３３の入力に、オンオフ比反転回路２３３の２つの出力を駆動回路２３１の入力に、駆動回路２３１の一方の出力を半導体スイッチ素子５１のゲート端子に、駆動回路２３１の他方の出力を半導体スイッチ素子５２のゲート端子にそれぞれ接続して構成される。
【００１３】
図１で交流電源１が正電圧の場合の動作を、以下に説明する。
いま、半導体スイッチ素子５１がオンすると、交流電源１がリアクトル２１を介して短絡され、交流電源１→リアクトル２１→ダイオード３１→半導体スイッチ素子５１の経路で電流が流れ、リアクトル２１にエネルギーが蓄積される。それと同時に、コンデンサ４→半導体スイッチ素子５１→コンデンサ６→リアクトル７→変圧器巻線８１の経路で電流が流れる。このとき、可飽和リアクトル１４１は不飽和状態であり、変圧器巻線９１から直流負荷１２１には電力は供給されないが、その後、可飽和リアクトル１４１が飽和状態に達すると、変圧器巻線９１からダイオード１０１を介して直流負荷１２１に電力を供給する。
【００１４】
次に、半導体スイッチ素子５１がオフすると、リアクトル２１に蓄積されたエネルギーは、交流電源１→リアクトル２１→ダイオード３１→コンデンサ４→半導体スイッチ素子５２の寄生ダイオードの経路で放出され、コンデンサ４にエネルギーが蓄積される。それと同時に、リアクトル７→変圧器巻線８１→半導体スイッチ素子５２の寄生ダイオード→コンデンサ６の経路で電流が流れ続ける。このとき、可飽和リアクトル１４２は不飽和状態であり、変圧器巻線９２から直流負荷１２１には電力は供給されないが、その後、可飽和リアクトル１４２が飽和状態に達すると、負荷には、変圧器巻線９２→可飽和リアクトル１４２→ダイオード１０２→コンデンサ１１１の経路で電流が流れ、直流負荷１２１に電力を供給する。なお、半導体スイッチ素子５２の寄生ダイオードを介して電流が流れている期間に半導体スイッチ素子５２をオンすると、半導体スイッチ素子５２でのスイッチング損失は発生しない。
【００１５】
コンデンサ６に流れている電流は、リアクトル７とコンデンサ６とで共振動作を続け、コンデンサ６に流れる電流の極性が逆向きになり、コンデンサ６→半導体スイッチ素子５２→変圧器巻線８１→リアクトル７の経路で電流が流れる。
ここで、半導体スイッチ素子５２をオフすると、コンデンサ６に流れていた電流は、コンデンサ６→半導体スイッチ素子５１の寄生ダイオード→コンデンサ４→変圧器巻線８１→リアクトル７の経路で電流が流れる。なお、半導体スイッチ素子５１の寄生ダイオードを介して電流が流れている期間に半導体スイッチ素子５１をオンすると、半導体スイッチ素子５１でのスイッチング損失は発生しない。
【００１６】
電源極性が負の場合は、半導体スイッチ素子５２がオンすると、交流電源１がリアクトル２１を介して短絡され、交流電源１→半導体スイッチ素子５２→ダイオード３２→リアクトル２１の経路で電流が流れ、リアクトル２１にエネルギーが蓄積されるだけで、他は電源極性が正の場合と同様なので説明は省略する。
なお、半導体スイッチ素子５１および５２の制御方法は、コンデンサ４の電圧指令値と電圧検出値との誤差増幅結果である調節器２０１の出力にしたがって、三角波発生回路１８１からの出力との比較結果によりパルス幅が決定される。また、出力電圧指令値と出力電圧検出値との誤差増幅結果である調節器２５１の出力にしたがって、リセット回路２６１が可飽和リアクトル１４１と１４２のリセット量、つまり不飽和期間を決定し、直流出力電圧を制御する。リセット量が多いと可飽和リアクトルの不飽和期間が増加し、負荷への電力供給期間が短くなる。
【００１７】
以上の動作により、直流負荷１２１に供給する電力は可飽和リアクトル１４１と１４２のリセット量により調整できるため、交流入力電圧や負荷変動範囲が広い場合でも、回路に流れる電流のピークを大きくすることなく、直流負荷１２１に任意の直流電圧を供給することができる。
図２に図１の変形例を示す。これは、コンデンサ６、リアクトル７および変圧器巻線８１との直列回路を、半導体スイッチ素子５２ではなく５１と並列に接続した点が異なるだけで、基本的な機能や動作は図１と全く同様なので説明は省略する。
【００１８】
図３はこの発明の第２の実施の形態を示す回路構成図である。
図からも明らかなように、図１に示す回路から電圧検出器１７１，極性判別回路２３２およびオンオフ比反転回路（交流入力電圧の極性に応じて素子５１，５２のオンオフ比を交互に反転させる回路）２３３等を削除する一方、交流電源１を分割するコンデンサ１３１，１３２と、ダイオード３１とダイオード３２との直列回路と、コンデンサ４と、半導体スイッチ素子５１と半導体スイッチ素子５２との直列回路とのそれぞれに対し、並列に接続されるダイオード３３とダイオード３４との直列回路とを設け、コンデンサ１３１と１３２との接続点にはリアクトル２１を、コンデンサ１３１の他端はダイオード３１とダイオード３２との接続点に、またコンデンサ１３２の他端はダイオード３３とダイオード３４との接続点にそれぞれ接続した点が特徴で、基本的な機能，動作は図１と同様なので説明は省略する。
図４に図３の変形例を示す。これは、コンデンサ６、リアクトル７および変圧器巻線８１との直列回路を、半導体スイッチ素子５２ではなく５１と並列に接続した点が異なるだけで、基本的な機能や動作は図３と同様なので説明は省略する。
【００１９】
図５はこの発明の第３の実施の形態を示す回路構成図である。
図からも明らかなように、図１に示すものに対し、電圧検出器１７１の出力を三角波発生回路１８１に入力するようにした点が特徴である。これにより、電圧検出器１７１の出力結果に従って三角波発生回路１８１より発生される三角波の周波数を変えられるので、半導体スイッチ素子５１，５２はその各オンオフ比だけでなく、動作周波数も変えることができる。その結果、交流入力電圧や負荷変動範囲が広い場合でも、回路に流れる電流のピークをさらに低減しながら、直流負荷１２１に任意の直流電圧を供給することができる。
図６に図５の変形例を示す。これは、コンデンサ６、リアクトル７および変圧器巻線８１との直列回路を、半導体スイッチ素子５２ではなく５１と並列に接続した点が異なるだけで、基本的な機能や動作は図５と同様なので説明は省略する。
【００２０】
図７はこの発明の第４の実施の形態を示す回路構成図である。
図１のリアクトル２１を可変リアクトル１６１に置き換えるとともに、そのインダクタンス値を変化させる調節器２７１を設け、電圧検出器１７１の出力結果に従って可変リアクトル１６１のインダクタンス値を変化させるものである。その結果、交流入力電圧や負荷変動範囲が広い場合でも、回路に流れる電流のピークをさらに低減しながら、直流負荷１２１に任意の直流電圧を供給することができる。
図８に図７の変形例を示す。これは、コンデンサ６、リアクトル７および変圧器巻線８１との直列回路を、半導体スイッチ素子５２ではなく５１と並列に接続した点が異なるだけで、基本的な機能や動作は図７と同様なので説明は省略する。また、このような制御は図３，図４についても同様に適用することができる。
【００２１】
図９はこの発明の第５の実施の形態を示す回路構成図である。
図１のリアクトル２１を可変リアクトル１６１に置き換え、そのインダクタンス値を変化させる調節器２７１を設けるとともに、電圧検出器１７１の出力を三角波発生回路１８１に入力することで、電圧検出器１７１の出力結果に従って三角波発生回路１８１より発生される三角波の周波数を変えられるようにし、半導体スイッチ素子５１，５２はその各オンオフ比だけでなく、動作周波数も変えるようにしたものである。その結果、交流入力電圧や負荷変動範囲が広い場合でも、回路に流れる電流のピークをさらに低減しながら、直流負荷１２１に任意の直流電圧を供給することが可能となる。
図１０に図９の変形例を示す。これは、コンデンサ６、リアクトル７および変圧器巻線８１との直列回路を、半導体スイッチ素子５２ではなく５１と並列に接続した点が異なるだけで、基本的な機能や動作は図９と同様なので説明は省略する。また、このような制御は図３，図４についても同様に適用することができる。
【００２２】
【発明の効果】
この発明によれば、交流入力電圧範囲や負荷変動範囲が広い場合においても、回路に流れるピーク電流を大きくすることなく動作させることができる。その結果、装置を小形，低損失に構成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す回路構成図
【図２】図１の変形例を示す回路構成図
【図３】この発明の第２の実施の形態を示す回路構成図
【図４】図３の変形例を示す回路構成図
【図５】この発明の第３の実施の形態を示す回路構成図
【図６】図５の変形例を示す回路構成図
【図７】この発明の第４の実施の形態を示す回路構成図
【図８】図７の変形例を示す回路構成図
【図９】この発明の第５の実施の形態を示す回路構成図
【図１０】図９の変形例を示す回路構成図
【図１１】従来例を示す回路構成図
【符号の説明】
１…交流電源、２１，２２，７…インダクタ、３１，３２，３３，３４，１０１，１０２，１０３，１５１，１５２…ダイオード、４，４１，４２，６，１１１，１３０，１３１，１３２…コンデンサ、５１，５２…半導体スイッチ素子、８１，９１，９２…変圧器巻線、１２１…直流負荷、１４１，１４２…可飽和リアクトル、１６１…可変リアクトル、１７１，１９１，２４１…電圧検出器、１８１…三角波発生回路、２０１，２５１，２７１…調節器、２１１…比較器、２２１…反転回路、２３１…駆動回路、２３２…極性判別回路、２３３…オンオフ比反転回路、２６１…リセット回路。

Claims

交流電源から任意の直流電力を得る交流−直流変換装置において、
第１のダイオードと第２のダイオードとの直列回路と、第１のコンデンサと、第１の半導体スイッチ素子と第２の半導体スイッチ素子との直列回路とを互いに並列に、前記第１のダイオードと第２のダイオードとの接続点と、前記第１の半導体スイッチ素子と第２の半導体スイッチ素子との接続点の間には、前記交流電源と第１のリアクトルとの直列回路を接続し、変圧器の第１の巻線と第２のリアクトルと第２のコンデンサとの直列回路を前記第１の半導体スイッチ素子または第２の半導体スイッチ素子と並列に、前記変圧器の第２の巻線の一方の端子を第１の可飽和リアクトルと第３のダイオードとの直列回路を介して第３のコンデンサの一方の端子に、前記変圧器の第２の巻線の他方の端子を前記第３のコンデンサの他方の端子と前記変圧器の第３の巻線の一方の端子に、前記変圧器の第３の巻線の他方の端子を第２の可飽和リアクトルと第４のダイオードとの直列回路を介して第３のコンデンサの一方の端子にそれぞれ接続し、直流出力には第１の電圧検出器の入力を、この第１の電圧検出器の出力と出力電圧指令は第１の調節器の入力に、この第１の調節器の出力はリセット回路の入力に、このリセット回路の出力は第５のダイオードを介して前記第１の可飽和リアクトルと前記第３のダイオードとの接続点と、第６のダイオードを介して前記第２の可飽和リアクトルと前記第４のダイオードとの接続点とにそれぞれ接続し、前記第１のコンデンサと並列に第２の電圧検出器の入力を、この第２の電圧検出器の出力と前記第１のコンデンサ電圧指令値は第２の調節器の入力に、この第２の調節器の出力と三角波発生回路の出力は比較器の入力に、この比較器の出力は反転回路の入力に、前記交流電源には第３の電圧検出器の入力を、この第３の電圧検出器の出力を極性判別回路に、この極性判別回路の出力，前記比較器の出力および前記反転回路の出力をオンオフ比反転回路の入力に、このオンオフ比反転回路の出力を駆動回路の入力に、この駆動回路の一方の出力は前記第１の半導体スイッチ素子のゲート端子に、前記駆動回路の他方の出力は前記第２の半導体スイッチ素子のゲート端子にそれぞれ接続し、直流出力電圧は前記第１の可飽和リアクトルと前記第２の可飽和リアクトルのリセット量を調整することにより制御し、前記第１のコンデンサ電圧は前記第１の半導体スイッチ素子と前記第２の半導体スイッチ素子のオンオフ比を調整することにより制御することを特徴とする交流−直流変換装置。
交流電源から任意の直流電力を得る交流−直流変換装置において、
第１のダイオードと第２のダイオードとの直列回路と、第３のダイオードと第４のダイオードとの直列回路と、第１のコンデンサと、第１の半導体スイッチ素子と第２の半導体スイッチ素子との直列回路とを互いに並列に、前記第１のダイオードと第２のダイオードとの接続点を前記交流電源の一方の端子に、前記第３のダイオードと第４のダイオードとの接続点を前記交流電源の他方の端子に、第２のコンデンサと第３のコンデンサとの直列回路を前記交流電源と並列に接続し、これら第２のコンデンサと第３のコンデンサとの直列接続点と前記第１の半導体スイッチ素子と第２の半導体スイッチ素子との直列接続点との間は第１のリアクトルを介して接続し、変圧器の第１の巻線と第２のリアクトルと第４のコンデンサとの直列回路を前記第１の半導体スイッチ素子または第２の半導体スイッチ素子と並列に、前記変圧器の第２の巻線の一方の端子を第１の可飽和リアクトルと第５のダイオードとの直列回路を介して第５のコンデンサの一方の端子に、前記変圧器の第２の巻線の他方の端子を前記第５のコンデンサの他方の端子と前記変圧器の第３の巻線の一方の端子に、前記変圧器の第３の巻線の他方の端子を第２の可飽和リアクトルと第６のダイオードとの直列回路を介して第５のコンデンサの一方の端子にそれぞれ接続し、直流出力には第１の電圧検出器の入力を、この第１の電圧検出器の出力と出力電圧指令は第１の調節器の入力に、この第１の調節器の出力はリセット回路の入力に、このリセット回路の出力は第７のダイオードを介して前記第１の可飽和リアクトルと前記第５のダイオードとの接続点と、第８のダイオードを介して前記第２の可飽和リアクトルと前記第６のダイオードとの接続点とにそれぞれ接続し、前記第１のコンデンサと並列に第２の電圧検出器の入力を、この第２の電圧検出器の出力と前記第１のコンデンサ電圧指令値は第２の調節器の入力に、この第２の調節器の出力と三角波発生回路の出力は比較器の入力に、この比較器の出力は反転回路の入力に、前記比較器の出力と前記反転回路の出力は駆動回路の入力に、この駆動回路の一方の出力は前記第１の半導体スイッチ素子のゲート端子に、前記駆動回路の他方の出力は前記第２の半導体スイッチ素子のゲート端子にそれぞれ接続し、直流出力電圧は前記第１の可飽和リアクトルと前記第２の可飽和リアクトルのリセット量を調整することにより制御し、前記第１のコンデンサ電圧は前記第１の半導体スイッチ素子と前記第２の半導体スイッチ素子のオンオフ比を調整することにより制御することを特徴とする交流−直流変換装置。
前記交流電源の電圧を検出する第３の電圧検出器を付加したことを特徴とする請求項２に記載の交流−直流変換装置。
前記第３の電圧検出器の出力を前記三角波発生回路の入力に接続し、前記交流電源の電圧値に応じて前記三角波発生回路の周波数を変え、前記第１の半導体スイッチ素子と前記第２の半導体スイッチ素子の動作周波数を変えられるようにしたことを特徴とする請求項１または３に記載の交流−直流変換装置。
前記第１のリアクトルを可変リアクトルにするとともに、そのインダクタンスを調整する第３の調節器を付加し、この第３の調節器に前記第３の電圧検出器からの出力を導入することにより、前記交流電源の電圧値に応じて前記可変リアクトルのインダクタンスを変えられるようにしたことを特徴とする請求項１または３に記載の交流−直流変換装置。
前記第３の電圧検出器の出力を前記三角波発生回路の入力に接続し、前記交流電源の電圧値に応じて前記三角波発生回路の周波数を変え、前記第１の半導体スイッチ素子と前記第２の半導体スイッチ素子の動作周波数を変えられるようにしたことを特徴とする請求項５に記載の交流−直流変換装置。