JP2006067653A

JP2006067653A - 交流直流変換装置

Info

Publication number: JP2006067653A
Application number: JP2004244727A
Authority: JP
Inventors: Junpei Hayakawa; 純平早川
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-08-25
Filing date: 2004-08-25
Publication date: 2006-03-09

Abstract

【課題】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交流直流変換装置を提供する。
【解決手段】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、スイッチ５ａ，５ｂ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交流直流変換装置において、ブリッジ回路を構成する整流素子のうち少なくとも一組を双方向スイッチ５ａ，５ｂで構成し、入力電圧波形がゼロクロスを通過したときに、一組の双方向スイッチのうちどちらか一方の双方向スイッチがオンし、ゼロクロスを通過した入力電圧波形が基準値に達した時にオフする動作を交互に繰り返し、平滑コンデンサを充電して突入電流を抑制する制御を行うように構成してある。
【選択図】図１

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。

図１６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２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）。
特開平７−３２２４８５号公報

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６は単相交流電源１が正の半周期（図１８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７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８、図９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。

図６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。

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。

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。

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交流直流変換装置を提供する。

本発明に係る交流直流変換装置は、単相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、四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、前記ブリッジ回路を構成する整流素子のうち少なくとも一組を双方向スイッチで構成し、入力電圧波形がゼロクロスを通過したときに、一組の双方向スイッチのうちどちらか一方の双方向スイッチがオンし、流れ始めた入力電流波形が突入電流基準値に達した時にオフする動作を交互に繰り返し、前記平滑コンデンサを充電して突入電流を抑制する制御を行うように構成してあることを特徴とする。

また、本発明に係る交流直流変換装置は、単相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、四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、前記ブリッジ回路を構成する整流素子のうち少なくとも一組を双方向スイッチで構成し、入力電圧波形がゼロクロスを通過しようとする際に、入力電圧波形が基準値に達した時に一組の双方向スイッチのうちどちらか一方の双方向スイッチがオンし、入力電圧波形がゼロクロスを通過したときにオフする動作を交互に繰り返し、前記平滑コンデンサを充電して突入電流を抑制する制御を行うように構成してあることを特徴とする。

また、本発明に係る交流直流変換装置は、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、前記ブリッジ回路を構成するマイナス側の整流素子を双方向スイッチで構成し、前記双方向スイッチのいずれかの入力電圧波形がゼロクロスを通過したときに、入力電圧波形がマイナス側に位置する双方向スイッチがオンし、流れ始めた入力電流波形が突入電流基準値に達した時にオフする動作を交互に繰り返し、前記平滑コンデンサを充電して突入電流を抑制する制御を行うように構成してあることを特徴とする。

また、本発明に係る交流直流変換装置は、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、前記ブリッジ回路を構成するプラス側の整流素子を双方向スイッチで構成し、入力電圧波形がゼロクロスを通過しようとする際に、入力電圧波形が基準値に達した時に一組の双方向スイッチのうちどちらか一方の双方向スイッチがオンし、入力電圧波形がゼロクロスを通過したときにオフする動作を交互に繰り返し、前記平滑コンデンサを充電して突入電流を抑制する制御を行うように構成してあることを特徴とする。

本発明によれば、ダイオードと抵抗で突入電流防止回路を構成する必要がなく、従来の交流直流変換装置に比べて小型化及び低コスト化を図ることができる。また、リレースイッチはコイルを用いることにより、使用温度の範囲が大きく制限されていたが、本発明では、コイルを用いる必要がないため、これを緩和することができる。

発明を実施するための最良の形態を図１の回路と図１３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。

本発明に係る交流直流変換装置は、スイッチ５ａ，５ｂを双方向スイッチで構成してあり、入力電圧波形がゼロクロスを通過したときに、どちらか一方の双方向スイッチ５ａ，５ｂがオンし、流れ始めた入力電流波形が突入電流基準値に達した時にオフする動作を交互に繰り返して、平滑コンデンサ７を充電して突入電流を抑制する制御を行うように構成してあることに特徴としている。本実施形態では、制御回路１７を設け、この制御回路１７は交流電源１の両端に接続して、入力電圧を検出するとともに、双方向スイッチ５ａ，５ｂの制御端子に接続し、双方向スイッチ５ａ，５ｂをオン／オフのスイッチング状態にさせるようにしてある。なお、制御回路１７の一例を図２に示す。

図２に示す制御回路１７は、突入電流を抑制する制御を行うために、入力電圧ゼロクロス検出回路１７１、入力電流比較回路１７２、及び突入電流制御回路１７３を備え、入力電圧ゼロクロス検出回路１７１及び入力電流比較回路１７２は突入電流制御回路１７３に接続してある。入力電圧ゼロクロス検出回路１７１は入力電圧波形がゼロクロスを通過したことを検出する回路であり、入力電流比較回路１７２は入力電流Ｉinと突入電流基準値Ｉrefとを比較して、入力電流Ｉinが突入電流基準値を超えたことを検出する回路であり、突入電流制御回路１７３は入力電圧波形がゼロクロスを通過したことを検出した信号を入力すると、オン信号を出力し、入力電流Ｉinが突入電流基準値を超えたことを検出した信号を入力すると、オフ信号を出力するよう構成してある。これらの信号は後述する動作切替回路１７６を介して、スイッチドライブ回路１７９に入力され、スイッチドライブ回路１７９により、双方向スイッチ５ａ，５ｂにスイッチドライブ信号を出力するよう構成してある。

また、制御回路１７は、突入電流防止動作と通常動作とを切り替えられるよう、動作切替回路１７６を備えてある。この動作切替回路１７６は起動タイマー１７４と接続してある。この起動タイマー１７４は入力電圧Ｖinを検出して、電源が投入された際に、たとえ、平滑コンデンサ７の充電電圧が基準値を超えても、突入電流防止動作を行えるようするためのタイマーである。

また、動作切替回路１７６は入力電圧Ｖinと負荷電圧Ｖoutとを比較する入力・負荷電圧比較回路１７５と接続してある。この入力・負荷電圧比較回路１７５は、入力電圧Ｖinと負荷電圧Ｖoutとを比較する回路であり、負荷電圧Ｖoutが入力電圧Ｖinを超えたところで、動作切替回路１７６が信号を受け、突入電流防止動作から通常動作に切り替えるようにしてある。

また、制御回路１７は、通常動作を行うために、負荷電圧比較回路１７７と力率改善制御回路１７８とを備えてある。負荷電圧比較回路１７７では負荷電圧Ｖoutと負荷電圧基準値Ｖout_refとを比較し、負荷電圧Ｖoutを負荷電圧基準値Ｖout_refになるように制御を行い、力率改善制御回路１７８で入力電圧Ｖinと比較して力率改善を行うよう構成してある。力率改善制御回路１７からはＰＦＣ制御信号が出力され、動作切替回路１７６を介して、スイッチドライブ回路１７９に入力され、スイッチドライブ回路１７９により、双方向スイッチ５ａをオン／オフのスイッチング状態に、双方向スイッチ５ｂをオン固定状態にするよう構成してある。

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６及び図７に示すように、双方向スイッチ５ａをオン／オフのスイッチング状態にし、双方向スイッチ５ｂをオン状態で固定する。負の半周期では、図８及び図９に示すように、双方向スイッチ５ｂをオン／オフのスイッチング状態にし、双方向スイッチ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１３の通常動作）。

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、単相交流電源１を投入する前は、双方向スイッチ５ａ，５ｂはオフしてある。単相交流電源１を投入すると、制御回路１７に設けた起動タイマー１７４が働き、突入電流防止動作が開始される。これにより、入力電圧基準値がプラスの方向にゼロクロスを通過すると、制御回路１７に設けた入力電圧ゼロクロス検出回路１７１がこれを検出し、突入電流制御回路１７３がオン信号を出力する。これを受けて、スイッチドライブ回路１７９から双方向スイッチ５ｂにオン信号が出力され、双方向スイッチ５ｂがオンする。この際、電流経路は、図１２に示すように、単相交流電源１-リアクトル３−ダイオード４ａ-負荷８-双方向スイッチ５ｂ-単相交流電源１の順に流れる。

入力電圧基準値がゼロクロスを通過した後に、入力電流Ｉinが突入電流基準値Ｉrefに達すると、入力電流比較回路１７２がこれを検出し、突入電流制御回路１７３がオフ信号を出力する。これを受けて、スイッチドライブ回路１７９から双方向スイッチ５ｂにオフ信号が出力され、双方向スイッチ５ｂはオフする。

逆に入力電流基準値がマイナスの方向にゼロクロスを通過すると、制御回路１７に設けた入力電圧ゼロクロス検出回路１７１がこれを検出し、突入電流制御回路１７３がオン信号を出力する。これを受けて、スイッチドライブ回路１７９から双方向スイッチ５ａにオン信号が出力され、双方向スイッチ５ａがオンする。この際、電流経路は、図１０に示すように、単相交流電源１−ダイオード４ａ−負荷８−双方向スイッチ５ａ−リアクトル３−単相交流電源１の順に流れる。

入力電圧基準値がゼロクロスを通過した後に、入力電流Ｉinが突入電流基準値Ｉrefに達すると、入力電流比較回路１７２がこれを検出し、突入電流制御回路１７３がオフ信号を出力する。これを受けて、スイッチドライブ回路１７９から双方向スイッチ５ａにオフ信号が出力され、双方向スイッチ５ａはオフする。

平滑コンデンサ７がある程度充電され、制御回路１７に設けた入力・負荷電圧比較回路１７５によりある程度電圧が上昇したことを検出するまで、双方向スイッチ５ａ，５ｂをオン／オフさせ、平滑コンデンサ７の電圧が設定値以上になると、スイッチ５ａ，５ｂは、図１３に示すように通常動作に切り替わる。

本発明においては、入力電圧波形がゼロクロスを通過したときに、どちらか一方の双方向スイッチ５ａ，５ｂがオフし、流れ始めた入力電流波形が突入電流基準値に達した時にオンする動作を交互に繰り返して、平滑コンデンサ７を充電して突入電流を抑制する制御を行うように構成することも可能である。これについては、制御方法が前記実施形態とは異なるが、回路構成についてはほぼ同様であるため、回路構成についての説明は省略する。

続いて、動作について説明する。動作については、図１６の動作波形に基づいて説明する。
通常時の動作は前記実施形態と同様である。続いて、単相交流電源を投入した直後の動作は、単相交流電源１を投入する前は、双方向スイッチ５ａ，５ｂはオフしてある。単相交流電源１を投入すると、制御回路１７に設けた起動タイマー１７４が働き、突入電流防止動作が開始される。入力電流基準値がプラスの方向にゼロクロスを通過する際に入力電流Ｉinが突入電流基準値Ｉrefに達すると、入力電流比較回路１７２がこれを検出し、突入電流制御回路１７３がオン信号を出力する。これを受けて、スイッチドライブ回路１７９から双方向スイッチ５ａにオン信号が出力され、双方向スイッチ５ａはオンする。電流経路は、図１０に示すように、単相交流電源１-ダイオード４ａ-負荷８-双方向スイッチ５ａ-リアクトル３-単相交流電源１の順に流れる。

入力電圧基準値がプラスの方向にゼロクロスを通過すると、制御回路１７に設けた入力電圧ゼロクロス検出回路１７１がこれを検出し、突入電流制御回路１７３がオフ信号を出力する。これを受けて、スイッチドライブ回路１７９から双方向スイッチ５ａにオフ信号が出力され、双方向スイッチ５ａがオフする。

逆に、入力電流基準値がマイナスの方向にゼロクロスを通過する際に入力電流Ｉinが突入電流基準値Ｉrefに達すると、入力電流比較回路１７２がこれを検出し、突入電流制御回路１７３がオン信号を出力する。これを受けて、スイッチドライブ回路１７９から双方向スイッチ５ｂにオン信号が出力され、双方向スイッチ５ｂはオンする。電流経路は、図１２に示すように、単相交流電源１−リアクトル３−ダイオード４ａ−負荷８−双方向スイッチ５ｂ−単相交流電源１の順に流れる。

入力電圧基準値がマイナスの方向にゼロクロスを通過すると、制御回路１７に設けた入力電圧ゼロクロス検出回路１７１がこれを検出し、突入電流制御回路１７３がオフ信号を出力する。これを受けて、スイッチドライブ回路１７９から双方向スイッチ５ｂにオフ信号が出力され、双方向スイッチ５ｂがオフする。

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、双方向スイッチ５ａ，５ｂをオン／オフさせ、平滑コンデンサ７の電圧が設定値以上になると、スイッチ５ａ，５ｂは、図１６に示すように通常動作に切り替わる。

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で構成してあるが、プラス側の整流素子を双方向スイッチで構成し、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。

図３に実施例２を示す。この実施例２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を構成してある。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。

本発明の実施例３を図４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、スイッチ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ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。

実施例３では、スイッチ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを双方向スイッチで構成し、入力電圧波形がゼロクロスを通過したときに、双方向スイッチ５ａ，５ｂのどちらか一方がオンし、流れ始めた入力電流波形が突入電流基準値に達した時にオフする動作を交互に繰り返す。また、双方向スイッチ５ａは襷掛けの関係にある双方向スイッチ５ｄと、双方向スイッチ５ｂは襷掛けの関係にある双方向スイッチ５ｃとそれぞれ連動して、オン／オフし、平滑コンデンサ７を充電して突入電流を抑制する制御を行うように構成してある。本実施例では、制御回路１７を設け、この制御回路１７は交流電源１の両端に接続して、入力電圧を検出するとともに、双方向スイッチ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの制御端子に接続し、双方向スイッチ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄをオン／オフのスイッチング状態にさせるようにしてある。なお、制御回路１７は前記実施形態と同様であるため、説明を省略する。また、実施例２に示す双方向スイッチ１０で整流素子を構成することも可能である。

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１４の通常動作）。

単相交流電源を投入した直後の動作は、例として、図４のように、単相交流電源１を投入する前は、双方向スイッチ５ａ，５ｂはオフしてある。単相交流電源１を投入すると、制御回路１７に設けた起動タイマー１７４が働き、突入電流防止動作が開始される。これにより、入力電圧基準値がプラスの方向にゼロクロスを通過すると、制御回路１７に設けた入力電圧ゼロクロス検出回路１７１がこれを検出し、突入電流制御回路１７３がオン信号を出力する。これを受けて、スイッチドライブ回路１７９から双方向スイッチ５ｂ，５ｄにオン信号が出力され、双方向スイッチ５ｂ，５ｄがオンする。この際、電流経路は、単相交流電源１−リアクトル３−双方向スイッチ５ｄ−負荷８−双方向スイッチ５ｂ−単相交流電源１の順に流れる。

入力電圧基準値がゼロクロスを通過した後に、入力電流Ｉinが突入電流基準値Ｉrefに達すると、入力電流比較回路１７２がこれを検出し、突入電流制御回路１７３がオフ信号を出力する。これを受けて、スイッチドライブ回路１７９から双方向スイッチ５ｂ，５ｄにオフ信号が出力され、双方向スイッチ５ｂ，５ｄはオフする。

逆に、入力電流基準値がマイナスの方向にゼロクロスを通過すると、制御回路１７に設けた入力電圧ゼロクロス検出回路１７１がこれを検出し、突入電流制御回路１７３がオン信号を出力する。これを受けて、スイッチドライブ回路１７９から双方向スイッチ５ａ，５ｃにオン信号が出力され、双方向スイッチ５ａ，５ｃがオンする。電流経路は、単相交流電源１-双方向スイッチ５ｄ-負荷８-双方向スイッチ５ａ-リアクトル３-単相交流電源１の順に流れる。

入力電圧基準値がゼロクロスを通過した後に、入力電流Ｉinが突入電流基準値Ｉrefに達すると、入力電流比較回路１７２がこれを検出し、突入電流制御回路１７３がオフ信号を出力する。これを受けて、スイッチドライブ回路１７９から双方向スイッチ５ａ，５ｄにオフ信号が出力され、双方向スイッチ５ａ，５ｄはオフする。

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、双方向スイッチ５ａ, ５ｂ，５ｃ，５ｄをオン／オフさせ、平滑コンデンサ７の電圧が設定値以上になると、スイッチ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、図１４に示すように通常動作に切り替わる。

本発明の実施例４を図４の回路と図１５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。

実施例４では、ブリッジ回路を構成するマイナス側の整流素子を双方向スイッチ１６ａ，１６ｂ，１６ｃで構成し、双方向スイッチ１６ａ，１６ｂ，１６ｃのいずれかの入力電圧波形がゼロクロスを通過したときに、入力電圧波形がマイナス側に位置する双方向スイッチ１６ａ，１６ｂ，１６ｃがオンし、流れ始めた入力電流波形が突入電流基準値に達した時にオフする動作を交互に繰り返して、平滑コンデンサ７を充電して突入電流を抑制する制御を行うように構成してあることに特徴としている。本実施形態では、制御回路１７を設け、この制御回路１７は三相交流電源１３ａ，１３ｂ，１３ｃの出力端に接続して、入力電圧を検出するとともに、双方向スイッチ１６ａ，１６ｂ，１６ｃの制御端子に接続し、双方向スイッチ１６ａ，１６ｂ，１６ｃをオン／オフのスイッチング状態にさせるようにしてある。なお、制御回路１７は前記実施形態と同様であるため、説明を省略する。また、実施例２に示す双方向スイッチ１０で整流素子を構成することも可能である。

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時の動作については、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１５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。

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４に示すように、三相交流電源１３ａ, １３ｂ, １３ｃを投入後、平滑コンデンサ７に充電が開始されるまでは、双方向スイッチ１６ａ，１６ｂ，１６ｃはオフしてある。

三相交流電源１３ａ, １３ｂ, １３ｃを投入すると、制御回路１７に設けた起動タイマー１７４が働き、突入電流防止動作が開始される。三相交流の場合、それぞれの双方向スイッチ１６ａ，１６ｂ，１６ｃの入力電圧波形は１２０°の位相差があるため、先ず、双方向スイッチ１６ａの入力電流基準値がプラスの方向にゼロクロスを通過すると、制御回路１７に設けた入力電圧ゼロクロス検出回路１７１がこれを検出し、突入電流制御回路１７３が、入力電圧波形がマイナス値となる双方向スイッチ１６ｂのみオン信号を出力する。これを受けて、スイッチドライブ回路１７９から双方向スイッチ１６ｂにオン信号が出力され、双方向スイッチ１６ｂがオンする。電流経路は、三相交流電源１３ａ, １３ｃ−リアクトル１４ａ, １４ｃ−ダイオード１５ａ, １５ｃ−平滑コンデンサ７・負荷８−双方向ダイオード１６ｂ−リアクトル１４ｂ−三相交流電源１３ｂの順に流れる。

入力電圧基準値がゼロクロスを通過した後に、入力電流Ｉinが突入電流基準値Ｉrefに達すると、入力電流比較回路１７２がこれを検出し、突入電流制御回路１７３がオフ信号を出力する。これを受けて、スイッチドライブ回路１７９から双方向スイッチ１６ｂにオフ信号が出力され、双方向スイッチ１６ｂはオフする。

続いて、双方向スイッチ１６ｃの入力電流基準値がマイナスの方向にゼロクロスを通過する。このとき、制御回路１７に設けた入力電圧ゼロクロス検出回路１７１がこれを検出し、突入電流制御回路１７３が、入力電圧波形がマイナス値となる双方向スイッチ１６ｂ及び双方向スイッチ１６ｃがオン信号を出力する。これを受けて、スイッチドライブ回路１７９から双方向スイッチ１６ｂ及び双方向スイッチ１６ｃにオン信号が出力され、双方向スイッチ１６ｂ及び双方向スイッチ１６ｃがオンする。電流経路は、三相交流電源１３ａ−リアクトル１４ａ−ダイオード１５ａ−平滑コンデンサ７・負荷８−双方向ダイオード１６ｂ，１６ｃ−リアクトル１４ｂ，１４ｃ−三相交流電源１３ｂ，１３ｃの順に流れる。

入力電圧基準値がゼロクロスを通過した後に、入力電流Ｉinが突入電流基準値Ｉrefに達すると、入力電流比較回路１７２がこれを検出し、突入電流制御回路１７３がオフ信号を出力する。これを受けて、スイッチドライブ回路１７９から双方向スイッチ１６ｂ，１６ｃにオフ信号が出力され、双方向スイッチ１６ｂ，１６ｃはオフする。

以上より、いずれかの双方向スイッチ１６ａ，１６ｂ，１６ｃの入力電流基準値がプラスの方向にゼロクロスを通過すると、いずれの双方向スイッチ１６ａ，１６ｂ，１６ｃのうち一つの双方向スイッチの入力電圧波形がマイナス値となるため、一つの双方向スイッチのみオンする。逆に、いずれかの双方向スイッチ１６ａ，１６ｂ，１６ｃの入力電流基準値がマイナスの方向にゼロクロスを通過すると、いずれの双方向スイッチ１６ａ，１６ｂ，１６ｃのうちマイナスの方向にゼロクロスを通過した双方向スイッチを含め二つの双方向スイッチの入力電圧波形がマイナス値となるため、二つの双方向スイッチがオンする。これを繰り返し、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、双方向スイッチ１６ａ，１６ｂ，１６ｃをオン／オフさせ、平滑コンデンサ７の電圧が設定値以上になると、スイッチ１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、図１５に示すように通常動作に切り替わる。

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、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。但し、この場合、入力電圧波形がゼロクロスを通過しようとする際に、入力電圧波形が基準値に達した時に一組の双方向スイッチのうちどちらか一方の双方向スイッチがオンし、入力電圧波形がゼロクロスを通過したときにオフする動作を交互に繰り返し、平滑コンデンサ７を充電して突入電流を抑制する制御を行うように構成する。動作については、実施例１と実施例４とが組み合わさった動作となる。また、ブリッジを構成するマイナス側とプラス側の両方の整流素子をスイッチで構成することも可能である。

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。

本発明によれば、ダイオードと抵抗で突入電流防止回路を構成する必要がなく、従来の交流直流変換装置に比べて小型化及び低コスト化を図ることができる効果がある。また、リレースイッチはコイルを用いることにより、使用温度の範囲が大きく制限されていたが、本発明では、コイルを用いる必要がないため、これを緩和することができる効果もある。

本発明を実施するための最良の形態における回路図を示す。本発明に係る要部の一例の回路図を示す。本発明に係る実施例２の回路図を示す。本発明に係る実施例３の回路図を示す。本発明に係る実施例４の回路図を示す。本発明に使用できる交流直流変換装置の通常時において、単相交流電源が正でスイッチがオンのときにおける電流経路を示す。本発明に使用できる交流直流変換装置の通常時において、単相交流電源が正でスイッチがオフのときにおける電流経路を示す。本発明に使用できる交流直流変換装置の通常時において、単相交流電源が負でスイッチがオンのときにおける電流経路を示す。本発明に使用できる交流直流変換装置の通常時において、単相交流電源が負でスイッチがオフのときにおける電流経路を示す。本発明の第１実施例において、コンデンサ予備充電の単相交流電源が負でスイッチがオンのときにおける電流経路を示す。本発明の第１実施例において、コンデンサ予備充電のスイッチがオフのときにおける電流経路を示す。本発明の第１実施例において、コンデンサ予備充電の単相交流電源が正でスイッチがオンのときにおける電流経路を示す。本発明を実施するための最良の形態における動作波形を示す。本発明に係る実施例３の動作波形を示す。本発明に係る実施例４の動作波形を示す。本発明を実施するための最良の形態におけるゼロクロス時にオフする場合の動作波形を示す。従来の突入電流防止回路の実施例を示す。従来の突入電流防止回路の動作時における電流経路を示す。従来の突入電流防止回路の通常時における電流経路を示す。従来の実施例の動作波形を示す。

符号の説明

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
７平滑コンデンサ
８負荷
１０ａ、１０ｂ双方向スイッチ
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ三相交流入力電源
１７制御回路

Claims

単相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、四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、前記ブリッジ回路を構成する整流素子のうち少なくとも一組を双方向スイッチで構成し、入力電圧波形がゼロクロスを通過したときに、一組の双方向スイッチのうちどちらか一方の双方向スイッチがオンし、流れ始めた入力電流波形が突入電流基準値に達した時にオフする動作を交互に繰り返し、前記平滑コンデンサを充電して突入電流を抑制する制御を行うように構成してあることを特徴とする交流直流変換装置。
単相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、四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、前記ブリッジ回路を構成する整流素子のうち少なくとも一組を双方向スイッチで構成し、入力電圧波形がゼロクロスを通過しようとする際に、入力電圧波形が基準値に達した時に一組の双方向スイッチのうちどちらか一方の双方向スイッチがオンし、入力電圧波形がゼロクロスを通過したときにオフする動作を交互に繰り返し、前記平滑コンデンサを充電して突入電流を抑制する制御を行うように構成してあることを特徴とする交流直流変換装置。
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、前記ブリッジ回路を構成するマイナス側の整流素子を双方向スイッチで構成し、前記双方向スイッチのいずれかの入力電圧波形がゼロクロスを通過したときに、入力電圧波形がマイナス側に位置する双方向スイッチがオンし、流れ始めた入力電流波形が突入電流基準値に達した時にオフする動作を交互に繰り返し、前記平滑コンデンサを充電して突入電流を抑制する制御を行うように構成してあることを特徴とする交流直流変換装置。
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、前記ブリッジ回路を構成するプラス側の整流素子を双方向スイッチで構成し、入力電圧波形がゼロクロスを通過しようとする際に、入力電圧波形が基準値に達した時に一組の双方向スイッチのうちどちらか一方の双方向スイッチがオンし、入力電圧波形がゼロクロスを通過したときにオフする動作を交互に繰り返し、前記平滑コンデンサを充電して突入電流を抑制する制御を行うように構成してあることを特徴とする交流直流変換装置。