JP2005341722A - Ac/dc converter - Google Patents
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Description
本発明は、交流直流変換装置の電源投入時、平滑コンデンサに流れる突入電流を防止する回路に関する。 The present invention relates to a circuit for preventing an inrush current flowing in a smoothing capacitor when an AC / DC converter is powered on.
図17は従来の交流直流変換装置の例を示すもので、単相交流電源1に突入電流防止回路2aとリアクトル3を直列に接続し、ダイオード4a, 4bとスイッチ5a, 5bをブリッジ状に接続し、その出力に平滑コンデンサ7を接続している。さらにその出力に負荷8を接続している(例えば、特許文献1参照)。
この交流直流変換装置について通常時の動作を図を用いて説明する。
図7は単相交流電源1が正の半周期(図17においてVinの矢印方向を正とする)でスイッチ5aがオンのときにおける電流経路、図8は単相交流電源1が正の半周期でスイッチ5aがオフのときにおける電流経路を示す。図9、図10は単相交流電源1が負の半周期でスイッチ5bがそれぞれオン、オフのときにおける電流経路を示す。図20は入力電圧・電流の波形と各スイッチの動作状態を示す。
The normal operation of the AC / DC converter will be described with reference to the drawings.
FIG. 7 shows a current path when the single-phase AC power supply 1 is in a positive half cycle (the direction of the arrow Vin is positive in FIG. 17) and the
図7に示すように、正の半周期では、スイッチ5aがオンのとき、単相交流電源1-リアクトル3-スイッチ5a-スイッチ5b-単相交流電源1で流れ、リアクトル3にエネルギーを貯める。スイッチ5aがオフのとき、電流は単相交流電源1-リアクトル3-ダイオード4a-平滑コンデンサ7・負荷8-スイッチ5b-単相交流電源1で流れ、リアクトル3で貯めたエネルギーを負荷8に伝えている。このようにスイッチ5aがオン/オフのスイッチング、スイッチ5bがオン固定の状態で動作することで、単相交流電圧を直流に変換しながら出力電圧を制御している。負の半周期は逆にスイッチ5bがオン/オフのスイッチング、スイッチ5aがオン固定の状態で動作する。
As shown in FIG. 7, in the positive half cycle, when the
次に単相交流電源投入時の動作は以下の通りとなる。
単相交流電源1が投入直後において、平滑コンデンサ7が充電されていないと、スイッチ5aまたは5bがオンした直後、回路に過大な突入電流が流れるが、図18のようにリレースイッチ2cをオフして、抵抗2bを介すことによって、この電流を緩和させている。コンデンサ電圧がある値以上に上昇すると、入力電圧検出回路によってリレースイッチ2cをオンするように制御信号を与え、図19のように突入電流防止回路2bをショート状態にして、通常動作を開始する。
Next, the operation when the single-phase AC power is turned on is as follows.
If the
図17の上記リレースイッチ2cは、他の部品と比べ大型で、使用可能な動作温度範囲が低く、装置の小型化の弊害になる。また、このリレースイッチ2cは高価で電源装置の低コスト設計の弊害になっている。 The relay switch 2c shown in FIG. 17 is larger than other components, has a low usable operating temperature range, and is an adverse effect of downsizing the device. Further, the relay switch 2c is expensive and has a negative effect on the low-cost design of the power supply device.
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、装置の小型化並びにに低コスト化が可能な突入電流を防止する突入電流防止回路を備えた交流直流変換装置を提供する。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides an AC / DC converter including an inrush current prevention circuit that prevents an inrush current that can be reduced in size and cost.
本発明に係る交流直流変換装置は、単相又は多相の交流電源の少なくとも一方の端子にリアクトルを介して、複数個の整流素子でブリッジ接続されたブリッジ回路を接続し、このブリッジ回路の直流出力と並列に平滑コンデンサを接続して、負荷に直流電力を供給する交流直流変換装置において、前記ブリッジ回路の整流素子のうち少なくともプラス側又はマイナス側の全てをスイッチ素子で構成し、これらスイッチ素子の少なくとも一つのスイッチ素子と並列に抵抗とダイオードとを直列に接続してなる突入電流防止回路を備えてあることを特徴とする。 The AC / DC converter according to the present invention connects a bridge circuit that is bridge-connected by a plurality of rectifier elements to at least one terminal of a single-phase or multi-phase AC power supply via a reactor, and the DC of the bridge circuit In an AC / DC converter that connects a smoothing capacitor in parallel with an output and supplies DC power to a load, at least a plus side or a minus side of the rectifier elements of the bridge circuit is configured by switch elements, and these switch elements And an inrush current prevention circuit comprising a resistor and a diode connected in series in parallel with at least one of the switching elements.
また、本発明に係る交流直流変換装置は、前記スイッチ素子を双方向スイッチで構成してあることを特徴とする。 The AC / DC converter according to the present invention is characterized in that the switch element is constituted by a bidirectional switch.
本発明によれば、入力に接続した突入電流防止回路とそれを切り替えるリレースイッチについて、出力電圧を制御する双方向スイッチと並列に突入電流防止回路を接続して、この双方向スイッチで突入電流防止回路を切り替ることで、リレースイッチを省くことが可能となる。他の部品より大型で、温度範囲の低いリレースイッチが省けるので、回路全体を小型化並びに低コスト化することが可能となり、使用温度範囲が低くならなくなる。 According to the present invention, an inrush current prevention circuit connected to the input and a relay switch for switching the inrush current prevention circuit are connected in parallel with the bidirectional switch for controlling the output voltage, and the inrush current prevention is performed by the bidirectional switch. By switching the circuit, the relay switch can be omitted. Since a relay switch that is larger than other components and has a low temperature range can be omitted, the entire circuit can be reduced in size and cost, and the operating temperature range is not lowered.
発明を実施するための最良の形態を図1の回路と図14の動作波形に基づいて説明する。単相交流電源1の一端にリアクトル3を介して、ダイオード4a, 4bと、スイッチ5a, 5bとをブリッジ上に接続して交流を直流に変換、電圧の昇圧を行い、そのブリッジの出力に平滑コンデンサ7を接続して電圧を平滑して、負荷8に直流電力を供給する。なお、本発明に係る交流直流変換装置では、単相交流電源1の一端にのみならず、他端にもリアクトル3を接続してもよい。また、他端にのみリアクトル3を接続してもよい。
The best mode for carrying out the invention will be described based on the circuit of FIG. 1 and the operation waveforms of FIG. A
本発明に係る交流直流変換装置は、スイッチと並列に突入電流防止回路を接続することを特徴としており、本実施形態では、突入電流防止回路6aを、スイッチ5a並列に接続してある。この突入電流防止回路6aは、抵抗6bとダイオード6cとで構成し、スイッチ5aのマイナス側にダイオード6cのアノードを接続し、このダイオード6cのカソードを抵抗6bに接続し、抵抗6bをスイッチ5aのプラス側に接続してある。なお、突入電流防止回路をスイッチ5bと並列に接続して設けてもよい。また、突入電流防止回路を2つのスイッチ5a,5bとそれぞれ並列に接続して設けてもよい。
The AC / DC converter according to the present invention is characterized in that an inrush current prevention circuit is connected in parallel with the switch. In this embodiment, the inrush current prevention circuit 6a is connected in parallel with the
続いて、動作について説明する。
通常時の動作は、単相交流電源が正の半周期では、図7及び図8に示すように、スイッチ5aをオン/オフのスイッチング状態にし、スイッチ5bをオン状態で固定する。負の半周期では、図9及び図10に示すように、スイッチ5bをオン/オフのスイッチング状態にし、スイッチ5aをオン状態で固定することで、交流を直流に変換して出力電圧を制御している(図14の通常動作)。
Subsequently, the operation will be described.
In the normal operation, when the single-phase AC power supply is in a positive half cycle, as shown in FIGS. 7 and 8, the
単相交流電源を投入した直後の動作は、例として、図1のように突入電流防止回路6aをスイッチ5aに並列に接続した場合、単相交流電源1を投入後、平滑コンデンサ7がある程度充電され、入力電圧検出回路によってある程度電圧が上昇するまで、スイッチ5a, 5bをオフの状態にしておく。図1の場合では単相交流電源1が負の半周期となれば、電流経路は図11に示すように、単相交流電源1-ダイオード4b-平滑コンデンサ7・負荷8-突入電流防止回路6aのダイオード6c-抵抗6b-リアクトル3-単相交流電源1の順に流れ、突入電流は抵抗6bで抑制される。コンデンサの電圧が設定値以上になると、スイッチ5a, 5bは、図12,13に示すように通常動作に切り替わる。
As an example, the operation immediately after the single-phase AC power supply is turned on, when the inrush current prevention circuit 6a is connected in parallel to the
図2に実施例1を示す。この実施例1では、スイッチ10a,10bについて、オンしたとき電流が一方向のみ流れないスイッチ2個をそれぞれ逆方向に接続することで、両方向から電流を流すことが可能な双方向性のあるスイッチに置き換えている。なお、その他の回路構成並びに動作については図1図示の最良の実施形態とほぼ同様であるため、省略する。
Example 1 is shown in FIG. In the first embodiment, the
本発明の実施例2を図3の回路と図15の動作波形に基づいて説明する。単相交流電源1の一端にリアクトル3を介して、スイッチ12a, 12b, 12c, 12dをブリッジ上に接続して交流を直流に変換、電圧を昇圧する。そのブリッジの出力に平滑コンデンサ7を接続して電圧を平滑して、負荷8に直流電力を供給する。
A second embodiment of the present invention will be described based on the circuit of FIG. 3 and the operation waveform of FIG. Switches 12a, 12b, 12c, and 12d are connected to a bridge at one end of the single-phase AC power source 1 via a reactor 3 to convert AC to DC and boost the voltage. A
実施例2では、突入電流防止回路6aを、4個のスイッチ5a, 5b, 5c, 5dのうち、スイッチ5aにのみ設けてある。この突入電流防止回路6aは、前記実施例と同様、抵抗6bとダイオード6cとで構成し、スイッチ5aのマイナス側にダイオード6cのアノードを接続し、このダイオード6cのカソードを抵抗6bに接続し、抵抗6bをスイッチ5aのプラス側に接続してある。なお、本実施例においても、突入電流防止回路を他のスイッチ5b,5c,5dのいずれかにも設けることができる。また、突入電流防止回路をスイッチ5a,5b,5c,5dのうちいずれか複数箇所に設けることも可能である。
In the second embodiment, the inrush current prevention circuit 6a is provided only in the
続いて、動作について説明する。
スイッチ5a,5b,5c,5dを4個使用した場合の通常時の動作は、単相交流電源1が正の半周期ではスイッチ5a、5cをオン/オフのスイッチング状態にし、スイッチ5b、5dをオン状態で固定して、負の半周期ではスイッチ5b、5dをオン/オフのスイッチング状態にし、スイッチ5a、5cをオン状態で固定することで、交流を直流に変換して出力電圧を制御している(図15の通常動作)。
Subsequently, the operation will be described.
When four
単相交流電源1を投入した直後の動作は、例として図3のように、突入電流防止回路6aをスイッチ5aに並列に接続した場合、単相交流電源1を投入後、平滑コンデンサ7がある程度充電され、入力電圧検出回路によってある程度電圧が上昇するまで、スイッチ5a,5bはオフの状態に、スイッチ5dはオンの状態にしておく。単相交流電源1が負の半周期において、電流経路は単相交流電源1-スイッチ5d-平滑コンデンサ7・負荷8-突入電流防止回路6aのダイオード6c-抵抗6b-リアクトル3-単相交流電源1の順に流れ、突入電流は抵抗6bで抑制される。コンデンサ7の電圧が設定値以上になると、スイッチ5a,5b, 5c,5dは通常動作に切り替わる。
The operation immediately after the single-phase AC power supply 1 is turned on is, for example, as shown in FIG. 3, when the inrush current prevention circuit 6a is connected in parallel to the
本実施例においては、ブリッジを構成する整流素子をスイッチ5a,5b,5c,5dで構成してあるが、プラス側の整流素子をスイッチで構成し、マイナス側の整流素子をダイオードで構成することも可能である。
In this embodiment, the rectifying elements constituting the bridge are constituted by the
図4に実施例3を示す。この実施例3では、スイッチ10a,10b,10c,10dについて、オンしたとき電流が一方向のみ流れないスイッチ2個をそれぞれ逆方向に接続することで、両方向から電流を流すことが可能な双方向性のあるスイッチに置き換えている。なお、その他の回路構成並びに動作については実施例3とほぼ同様であるため、省略する。
Example 3 is shown in FIG. In the third embodiment, the
本実施例においては、ブリッジを構成する整流素子を双方向性のあるスイッチ10a,10b,10c,10dで構成してあるが、プラス側の整流素子を双方向性のあるスイッチで構成し、マイナス側の整流素子をダイオードで構成することも可能である。
In this embodiment, the rectifying element constituting the bridge is configured by
本発明の実施例4を図5の回路と図16の動作波形に基づいて説明する。三相交流電源13a, 13b, 13cの一端にリアクトル14a, 14b, 14cを介して、ダイオード15a, 15b, 15cと、スイッチ16a, 16b, 16cとをブリッジ上に接続して交流を直流に変換、電圧を昇圧する。そのブリッジの出力に平滑コンデンサ7を接続して電圧を平滑して、負荷8に直流電力を供給する。
A fourth embodiment of the present invention will be described based on the circuit of FIG. 5 and the operation waveform of FIG. The
実施例4では、突入電流防止回路6aを、スイッチ16aと並列に接続してある。この突入電流防止回路6aは、前記実施例と同様、抵抗6bとダイオード6cとで構成し、スイッチ16aのマイナス側にダイオード6cのアノードを接続し、このダイオード6cのカソードを抵抗6bに接続し、抵抗6bをスイッチ16aのプラス側に接続してある。なお、本実施例においても、突入電流防止回路を他のスイッチ16b,16cのいずれかにも設けることができる。また、突入電流防止回路をスイッチ16a,16b,16c,16dのうちいずれか複数箇所に設けることも可能である。
In the fourth embodiment, the inrush current prevention circuit 6a is connected in parallel with the
続いて、動作について説明する。
入力を三相交流とした場合の通常動作については、各相において正の半周期となった相のスイッチはオン/オフのスイッチングの状態、負の半周期となった相はオン固定の状態にすることで、交流を直流に変換して出力電圧を制御している(図16の通常動作)。オン/オフのスイッチングの状態が2相で行われる場合、2個のスイッチのオン/オフは同じタイミングとなる。
Subsequently, the operation will be described.
For normal operation when the input is a three-phase alternating current, the phase switch with positive half-cycle in each phase is switched on / off, and the phase with negative half-cycle is fixed on. By doing so, the output voltage is controlled by converting alternating current into direct current (normal operation in FIG. 16). When the on / off switching state is performed in two phases, the two switches are turned on / off at the same timing.
三相交流電源13a,13b,13cを投入した直後の動作は、例として図5のように、突入電流防止回路6aをスイッチ16aに並列に接続した場合、三相交流電源13a, 13b, 13cを投入後、平滑コンデンサ7がある程度充電され、入力電圧検出回路によってある程度電圧が上昇するまで、スイッチ16a, 16b, 16cはオフの状態にしておく。三相交流電源13aが正である周期において、電流経路は三相交流電源13b, 13c-リアクトル14b, 14c-ダイオード15b, 15c-平滑コンデンサ7・負荷8-突入電流防止回路のダイオード6c-抵抗6b-リアクトル14a-三相交流電源13aの順に流れ、突入電流は抵抗6bで抑制される。ただしこの場合、三相交流電源13b, 13cが負であると、電流はそれぞれの相には流れない。コンデンサ7の電圧が設定値以上になると、スイッチ16a, 16b, 16cは通常動作に切り替わる。
The operation immediately after the three-phase
本実施例においては、ブリッジを構成するマイナス側の整流素子をスイッチ16a,16b,16cで構成し、プラス側の整流素子をダイオード15a,15b,15cで構成してあるが、単相の場合と同様に、全ての整流素子をスイッチで構成したり、プラス側の整流素子をスイッチで構成し、マイナス側の整流素子をダイオードで構成することも可能である。
In this embodiment, the minus side rectifying element constituting the bridge is constituted by the
図4に実施例5を示す。この実施例5では、スイッチ17a,17b,17cについて、オンしたとき電流が一方向のみ流れないスイッチ2個をそれぞれ逆方向に接続することで、両方向から電流を流すことが可能な双方向性のあるスイッチに置き換えている。なお、その他の回路構成並びに動作については実施例3とほぼ同様であるため、省略する。
Example 5 is shown in FIG. In the fifth embodiment, the
本実施例においては、ブリッジを構成するマイナス側の整流素子を双方向性のあるスイッチ17a,17b,17cで構成し、プラス側の整流素子をダイオード15a,15b,15cで構成してあるが、単相の場合と同様に、全ての整流素子を双方向性スイッチで構成したり、プラス側の整流素子を双方向性スイッチで構成し、マイナス側の整流素子をダイオードで構成することも可能である。
In this embodiment, the minus side rectifying element constituting the bridge is constituted by
上記実施例では、単相2線式と三相3線式について説明したが、これらに限定されず、例えば三相4線式の場合でも本発明を構成することが可能である。 In the above-described embodiments, the single-phase two-wire system and the three-phase three-wire system have been described. However, the present invention is not limited to these.
本発明によれば、入力に接続した突入電流防止回路とそれを切り替えるリレースイッチについて、出力電圧を制御する双方向スイッチと並列に突入電流防止回路を接続して、この双方向スイッチで突入電流防止回路を切り替ることで、リレースイッチを省くことが可能となる。他の部品より大型で、温度範囲の低いリレースイッチが省けるので、回路全体がを小型化並びに低コスト化することが可能となり、使用温度範囲が低くならなくなる。 According to the present invention, an inrush current prevention circuit connected to the input and a relay switch for switching the inrush current prevention circuit are connected in parallel with the bidirectional switch for controlling the output voltage, and the inrush current prevention is performed by the bidirectional switch. By switching the circuit, the relay switch can be omitted. Since a relay switch that is larger than other components and has a low temperature range can be omitted, the entire circuit can be reduced in size and cost, and the operating temperature range is not lowered.
1 交流入力電源
2a 従来方式の突入電流防止回路
2b 従来方式の突入電流防止回路用の抵抗
2c リレースイッチ
3、14a、14b、14c リアクトル
4a、4b、15a、15b、15c ダイオード
5a、5b、5c、5d、16a、16b、16c スイッチ
6a 本発明における突入電流防止回路
6b 本発明における突入電流防止回路の抵抗
6c 本発明における突入電流防止回路のダイオード
7 平滑コンデンサ
8 負荷
9 制御回路
10a、10b、10c、10d、17a、17b、17c 双方向スイッチ
13a、13b、13c 三相交流入力電源
1 AC
Claims (2)
2. The AC / DC converter according to claim 1, wherein the switch element is constituted by a bidirectional switch.
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