JP2009033814A - Dc power supply device - Google Patents

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Tomohiro Kawasaki
智広 川崎
Akihiro Kyogoku
章弘 京極
Yoshiro Tsuchiyama
吉朗 土山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a DC power supply device simplifying a protection circuit for a converter circuit and reducing a mounting area, a cost and a loss. <P>SOLUTION: A series connection circuit connecting two inverse parallel connection circuits of switching elements 3a and 3b and diodes 4a and 4b in series and the series connection circuit connecting the diodes 4c and 4d in series are connected in parallel, and a reactor 2 is connected between each internal connection point of the series connection circuits and an AC power supply respectively. A switching element overcurrent detecting means 9 and a switching-element control means 8 controlling an input current waveform to be an approximately positive-negative symmetric input current waveform are fitted. Consequently, since the protection circuit can be simplified by making the current rating of the switching element 3a not detecting a flowing current by a current detector 5 larger than that of the switching element 3b detecting the flowing current by the current detector 5, the cost and the loss can be reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、交流電力を直流電力に変換する回路を用い、装置、システム等に高力率、低ひずみで電力を供給する直流電源装置に関するものである。   The present invention relates to a DC power supply apparatus that uses a circuit that converts AC power to DC power and supplies power to the apparatus, system, etc. with high power factor and low distortion.

高力率で高調波を抑制した低ひずみを実現する従来の直流電源装置として、ブリッジ型力率改善回路で2つのスイッチ素子に直列にそれぞれ抵抗を挿入した装置が考案されている(例えば、特許文献1参照)。   As a conventional DC power supply device that achieves low distortion with high power factor and suppressed harmonics, a bridge type power factor correction circuit has been devised in which resistors are respectively inserted in series with two switch elements (for example, patents) Reference 1).

図6は、特許文献1に記載された従来の直流電源装置を示すものである。図6に示すように、ブリッジ接続された4個の整流素子22、23、24、25と1つのコンデンサ28からなり、インダクタ21を介して単相交流電源に接続され負荷に直流電力を供給する全波整流回路と、整流素子22、23、24、25のうち、入力端子がコンデンサ28に接続されている2つの整流素子にそれぞれ並列に接続された2つのスイッチ素子24、25とを備えている。   FIG. 6 shows a conventional DC power supply device described in Patent Document 1. In FIG. As shown in FIG. 6, the bridge includes four rectifying elements 22, 23, 24, 25 and one capacitor 28 connected to a single-phase AC power source via an inductor 21 to supply DC power to a load. A full-wave rectifier circuit and two switch elements 24 and 25 connected in parallel to two rectifier elements whose input terminals are connected to the capacitor 28 among the rectifier elements 22, 23, 24 and 25 are provided. Yes.

なお、スイッチ素子24、25がMOSFETで構成してあり、MOSFETのボディーダイオードが整流素子の役割をする。   The switch elements 24 and 25 are composed of MOSFETs, and the body diodes of the MOSFETs serve as rectifier elements.

図6に示す第1および第2の抵抗26、27は電流検出抵抗である。スイッチ素子24、25と整流素子22、23の直列回路に直列にそれぞれ第1の抵抗26と第2の抵抗27とを挿入し、第1の抵抗6の電圧を半波整流する第1の半波整流回路29と、第2の抵抗27の電圧を半波整流する第2の半波整流回路30と、第1の半波整流回路29と第2の半波整流回路30の出力を加算する加算回路31を備えている。   First and second resistors 26 and 27 shown in FIG. 6 are current detection resistors. A first resistor 26 and a second resistor 27 are inserted in series in the series circuit of the switch elements 24 and 25 and the rectifier elements 22 and 23, respectively, so that the voltage of the first resistor 6 is half-wave rectified. The outputs of the wave rectifier circuit 29, the second half wave rectifier circuit 30 that half-wave rectifies the voltage of the second resistor 27, and the outputs of the first half-wave rectifier circuit 29 and the second half-wave rectifier circuit 30 are added. An adder circuit 31 is provided.

力率改善回路は、入力電流波形を入力電圧と相似になるように制御し、かつ出力電圧を一定に保つように動作する。このとき抵抗26、27に流れる電流波形は、図7(A)、(B)の様になる。   The power factor correction circuit controls the input current waveform so as to be similar to the input voltage and operates so as to keep the output voltage constant. At this time, waveforms of currents flowing through the resistors 26 and 27 are as shown in FIGS.

図6で上から下に流れる向きをプラスとすると、抵抗26、27の電流は、プラス側ではスイッチングされているが、マイナス側では連続となっている。これは電流がプラス側の場合はスイッチ素子24、25のオンオフによって電流が流れるか流れないかが決まるが、電流がマイナス側の場合スイッチ素子24、25のオンオフによらず、それと並列の整流素子24、25を通過して流れる為である。図6の場合は、スイッチ素子24、25がMOSFETなので、そのボディーダイオードを通過して電流が流れる為、連続となる。   In FIG. 6, if the direction from the top to the bottom is positive, the currents of the resistors 26 and 27 are switched on the positive side, but are continuous on the negative side. In the case where the current is on the positive side, whether the current flows or not is determined depending on whether the switch elements 24, 25 are turned on or off. , 25 to flow through. In the case of FIG. 6, since the switch elements 24 and 25 are MOSFETs, current flows through the body diode, and therefore, the switch elements 24 and 25 are continuous.

この波形を半波整流回路29、30に入力し、マイナス側の電流連続の部分だけを取り出すと、図7(C)、(D)の様になる。そして図7(C)、(D)の2つの波形を加算すると、目的とする入力電流波形図7(E)が得られる。
特開2003−333855号公報
When this waveform is input to the half-wave rectifier circuits 29 and 30 and only the negative current continuation portion is taken out, the result is as shown in FIGS. Then, by adding the two waveforms shown in FIGS. 7C and 7D, a target input current waveform diagram 7E is obtained.
JP 2003-333855 A

しかしながら、上記従来の直流電源装置では、比較的良好な特性を有するが、2つのスイッチング素子それぞれに抵抗を挿入しているので、回路上、部品点数は多くなり、コストと損失が多くなる。   However, although the above-described conventional DC power supply device has relatively good characteristics, since the resistance is inserted in each of the two switching elements, the number of parts is increased on the circuit, and the cost and loss are increased.

さらに、図6のような上下にスイッチング素子がある回路構成で従来技術を適用し、上下の抵抗を利用して保護回路を構成した場合、上下のスイッチング素子の接続点はスイッチング動作のたびに電位が揺さぶられるので、上側の保護回路は下側に比べ大幅に複雑な回路になるので、部品点数は多くなり、実装面積、コスト及び損失も多くなるという課題を有していた。   Furthermore, when the conventional technology is applied in a circuit configuration with switching elements above and below as shown in FIG. 6 and a protection circuit is configured using the upper and lower resistances, the connection point between the upper and lower switching elements is the potential at each switching operation. Since the upper protection circuit is significantly more complicated than the lower circuit, the number of components is increased, and the mounting area, cost, and loss are increased.

本発明の直流電源装置は、従来の課題を解決するものであり、保護回路を簡素化することで、実装面積、コスト及び損失を少なくできる直流電源装置を提供することを目的とする。   The DC power supply device of the present invention solves the conventional problems, and an object thereof is to provide a DC power supply device that can reduce the mounting area, cost, and loss by simplifying the protection circuit.

上記課題を解決するために本発明の直流電源装置は、スイッチング素子とダイオードとの逆並列接続回路からなるスイッチングアームもしくは逆導通機能を有するスイッチング素子の中から同じもの同士を含めていずれか2つを直列接続した直列接続回路と、ダイオード2個を直列接続した直列接続回路のうちスイッチング素子を含む形で同じもの同士を含めて複数の直列接続回路とを並列接続し、複数の直列接続回路の並列接続点間に並列にコンデンサと負荷を、複数の直列接続回路のそれぞれの内部接続点と交流電源との間にリアクタをそれぞれ接続し、複数の直列接続回路のうち少なくとも一つのスイッチング素子に流れる電流を検知する電流検出器と、電流検出器の検出値によって過電流かどうか判断するスイッチング素子過電流検知手段と、複数の直列接続回路のうち電流検出器で流れる電流を検出していないスイッチング素子の電流定格を電流検出器で流れる電流を検出しているスイッチング素子の電流定格より大きくしたものであって、概略正負対称の電流波形になるようにスイッチング素子を制御するスイッチング素子制御手段を備えたものである。   In order to solve the above-mentioned problem, the DC power supply device of the present invention includes any two switching arms including a switching arm having a reverse parallel connection circuit of switching elements and diodes or switching elements having a reverse conduction function. A plurality of series connection circuits including the same ones in a form including a switching element in a series connection circuit in which two diodes are connected in series, and including the same elements. A capacitor and a load are connected in parallel between the parallel connection points, and a reactor is connected between each internal connection point of each of the plurality of series connection circuits and the AC power supply, and flows to at least one switching element of the plurality of series connection circuits. Current detector that detects current and switching element overcurrent detection that judges whether or not it is overcurrent based on the detection value of current detector And the current rating of the switching element that does not detect the current flowing in the current detector among the plurality of series connection circuits is larger than the current rating of the switching element that detects the current flowing in the current detector. And switching element control means for controlling the switching element so as to obtain a substantially positive and negative symmetrical current waveform.

これによって、電流検出器で流れる電流を検出していないスイッチング素子の電流定格を電流検出器で流れる電流を検出しているスイッチング素子の電流定格より大きくすることで、過電流が流れても電流検出器で流れる電流を検出していないスイッチング素子の電流定格を越える前に過電流検知が働くため、保護回路を簡素化できるので、実装面積、コスト及び損失が少なくできることとなる。   As a result, the current rating of the switching element that does not detect the current flowing through the current detector is made larger than the current rating of the switching element that detects the current flowing through the current detector. Since the overcurrent detection works before the current rating of the switching element that does not detect the current flowing through the device is exceeded, the protection circuit can be simplified, and the mounting area, cost, and loss can be reduced.

本発明の直流電源装置は、電流検出器で流れる電流を検出していないスイッチング素子の電流定格を電流検出器で流れる電流を検出しているスイッチング素子の電流定格より大きくすることで、過電流が流れても電流検出器で流れる電流を検出していないスイッチング素子の電流定格を越える前に過電流検知が働くため、保護回路を簡素化でき、実装面積、コスト及び損失を少なくすることができる。   In the DC power supply device of the present invention, the current rating of the switching element that does not detect the current flowing by the current detector is made larger than the current rating of the switching element that detects the current flowing by the current detector, so that the overcurrent is reduced. Since overcurrent detection works before exceeding the current rating of the switching element that does not detect the current flowing by the current detector even if it flows, the protection circuit can be simplified, and the mounting area, cost, and loss can be reduced.

第1の発明は、スイッチング動作により交流電源から直流を作り出す直流電源装置において、スイッチング素子とダイオードとの逆並列接続回路からなるスイッチングアームもしくは逆導通機能を有するスイッチング素子の中から同じもの同士を含めていずれか2つを直列接続した直列接続回路とダイオード2個とを直列接続した直列接続回路のうちスイッチング素子を含む形で同じもの同士を含めて複数の直列接続回路を並列接続し、複数の直列接続回路の並列接続点間に並列にコンデンサと負荷を、複数の直列接続回路のそれぞれの内部接続点と交流電源との間にリアクタをそれぞれ接続し、複数の直列接続回路のうち少なくとも一つのスイッチング素子に流れる電流を検知する電流検出器と、電流検出器の検出値によって過電流かどうか判断するスイッチング素子過電流検知手段と、複数の直列接続回路のうち電流検出器で流れる電流を検出していないスイッチング素子の電流定格
を電流検出器で流れる電流を検出しているスイッチング素子の電流定格より大きくしたものであって、概略正負対称の電流波形になるようにスイッチング素子を制御するスイッチング素子制御手段を備えたものである。
A first aspect of the present invention is a direct current power supply device that generates direct current from an alternating current power supply by a switching operation, and includes the same ones among a switching arm composed of an antiparallel connection circuit of a switching element and a diode or switching elements having a reverse conduction function. A plurality of series connection circuits including the same ones in a series connection circuit in which any two are connected in series and a series connection circuit in which two diodes are connected in series are included in parallel, A capacitor and a load are connected in parallel between parallel connection points of the series connection circuit, and a reactor is connected between each internal connection point of the plurality of series connection circuits and the AC power source, and at least one of the plurality of series connection circuits is connected. A current detector that detects the current flowing through the switching element and whether the overcurrent is detected by the detected value of the current detector Switching element overcurrent detection means to judge and current rating of the switching element that does not detect the current flowing in the current detector among the plurality of serial connection circuits Current rating of the switching element that detects the current flowing in the current detector A switching element control means for controlling the switching element so as to obtain a substantially positive and negative symmetrical current waveform.

これにより、電流検出器で流れる電流を検出していないスイッチング素子の電流定格を電流検出器で流れる電流を検出しているスイッチング素子の電流定格より大きくすることで、過電流が流れても電流検出器で流れる電流を検出していないスイッチング素子の電流定格を越える前に過電流検知が働くため、保護回路を簡素化でき、実装面積、コスト及び損失が少なくできることとなる。   As a result, the current rating of the switching element that does not detect the current flowing through the current detector is made larger than the current rating of the switching element that detects the current flowing through the current detector. Since the overcurrent detection works before the current rating of the switching element that does not detect the current flowing through the device is exceeded, the protection circuit can be simplified, and the mounting area, cost, and loss can be reduced.

第2の発明は、特に、第1の発明の複数の直列接続回路のうち少なくとも1つのスイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出器で、入力電流の制御を行なうものである。これにより、過電流検知と入力電流制御を1つの電流検出器で実施できる。   The second invention is a current detector that detects a current flowing through at least one switching element among the plurality of series connection circuits of the first invention, and controls the input current. Thereby, overcurrent detection and input current control can be implemented with one current detector.

第3の発明は、特に、第1あるいは第2の発明の複数の直列接続回路のうち少なくとも1つのスイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出器として、シャント抵抗を用いるものである。これにより、保護回路を簡素化できるので、実装面積、コスト及び損失が少なくできる。   In particular, the third invention uses a shunt resistor as a current detector for detecting a current flowing in at least one switching element among the plurality of series connection circuits of the first or second invention. As a result, the protection circuit can be simplified, and the mounting area, cost, and loss can be reduced.

第4の発明は、特に、第1〜第3のいずれか1つの発明の電流検出器で流れる電流を検出しているスイッチング素子を、MOSFETで構成し、そのオン抵抗を利用するものである。これにより、電流検出器を削除できるので、部品点数が減り、実装面積、コスト及び損失を少なくすることができる。   In the fourth invention, in particular, the switching element that detects the current flowing by the current detector according to any one of the first to third inventions is configured by a MOSFET, and its on-resistance is used. Thereby, since the current detector can be eliminated, the number of parts can be reduced, and the mounting area, cost and loss can be reduced.

第5の発明は、特に、第4の発明のMOSFET自身、もしくはMOSFET近傍の温度検出手段を備えたものである。これにより、MOSFETのオン抵抗を、温度特性を補正することで、より精度よく保護できるようになる。   In particular, the fifth invention is provided with the temperature detection means in the vicinity of the MOSFET itself or the MOSFET of the fourth invention. As a result, the on-resistance of the MOSFET can be protected with higher accuracy by correcting the temperature characteristics.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態1)
図1は、本発明に係る第1の実施の形態の直流電源装置を示す構成図である。図1において、交流電源1の出力端からリアクタ2を経由してスイッチング素子3a、3bとダイオード4a、4bとの逆並列接続回路からなる直列接続回路と、交流電源1の出力端からリアクタ2を経由しないダイオード4c、4dからなる直列接続回路より構成されるブリッジ回路に入力される。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a DC power supply device according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, a series connection circuit composed of an antiparallel connection circuit of switching elements 3 a, 3 b and diodes 4 a, 4 b from the output end of the AC power source 1 via the reactor 2, and the reactor 2 from the output end of the AC power source 1. It is input to a bridge circuit composed of a series connection circuit composed of diodes 4c and 4d that do not pass through.

ブリッジ整流回路の出力には平滑コンデンサ6、負荷7が接続されている。また、スイッチング素子制御手段8は入力電流波形が概略正負対称な電流波形になるように、スイッチング素子3aと3bの適切なパルス信号を出力している。   A smoothing capacitor 6 and a load 7 are connected to the output of the bridge rectifier circuit. Further, the switching element control means 8 outputs appropriate pulse signals of the switching elements 3a and 3b so that the input current waveform has a substantially positive / negative symmetrical current waveform.

次に過電流が流れた場合の動作について説明する。図2は、図1において過電流が流れている場合の各部電流波形を示すものであり、ここでは電流検出器5はスイッチング素子3bとダイオード4bの逆並列接続回路に直列に接続された場合について説明する。   Next, the operation when an overcurrent flows will be described. FIG. 2 shows the current waveform of each part when overcurrent flows in FIG. 1. Here, the current detector 5 is connected in series to the antiparallel connection circuit of the switching element 3b and the diode 4b. explain.

図2において、入力電流の負電流(区間(1))時に過電流検知レベルを超える電流が流れ始めたとすると、スイッチング素子3bの電流定格がスイッチング素子3aの電流定格、及び過電流検知レベルと同等であると、スイッチング素子3bを流れる経路には過電流を検出する手段がないので、スイッチング素子3bの電流定格以上の電流が流れてしま
い、スペックオーバーとなってしまう可能性がある。
In FIG. 2, if a current exceeding the overcurrent detection level starts flowing when the input current is negative (section (1)), the current rating of the switching element 3b is equal to the current rating of the switching element 3a and the overcurrent detection level. If there is no means for detecting an overcurrent in the path flowing through the switching element 3b, a current exceeding the current rating of the switching element 3b flows, which may result in spec over.

しかし、入力電流が次第に大きくなる過電流状態においては、スイッチング素子3bの電流定格をスイッチング素子3aの電流定格、及び過電流検知レベルより大きくすることで、入力電流の負電流(区間(1))時にスペックオーバーにならず、入力電流の正電流(区間(2))に移行した時に電流検出器5により過電流を検知して異常判断を行なう。   However, in an overcurrent state in which the input current gradually increases, the negative current of the input current (section (1)) is set by making the current rating of the switching element 3b larger than the current rating of the switching element 3a and the overcurrent detection level. When the specification does not sometimes exceed and the input current shifts to the positive current (section (2)), the current detector 5 detects the overcurrent and makes an abnormality determination.

一方、入力電流の正電流時に過電流検知レベルを超える電流が流れ始めた場合は、スイッチング素子3aの経路に過電流が流れるので、入力電流の負電流に移行する前に過電流を検知して異常判断を行なう。   On the other hand, when the current exceeding the overcurrent detection level starts flowing when the input current is positive, the overcurrent flows through the path of the switching element 3a. Therefore, the overcurrent is detected before shifting to the negative current of the input current. Make an abnormality judgment.

そうすることで、スイッチング素子3a、3bの両方に電流検出器5を挿入しなくても、少なくとも一つのスイッチング素子に直列に電流検出器5を挿入し、電流検出器5が挿入されてない方のスイッチング素子3aの電流定格がスイッチング素子3bの電流定格、及び過電流検知レベルより大きいものを使用すれば保護回路は少なくとも1組のみでよいので実装面積は少なくてすむ。   By doing so, even if the current detector 5 is not inserted into both of the switching elements 3a and 3b, the current detector 5 is inserted in series with at least one switching element, and the current detector 5 is not inserted. If the current rating of the switching element 3a is larger than the current rating of the switching element 3b and the overcurrent detection level, only one set of protection circuits is required, and the mounting area can be reduced.

また、過電流検知レベルをスイッチング素子3a、3bの電流定格より十分に低く設定すればよいと考えられるが、そうすると最大出力の能力が低くなってしまうので、ここでは過電流検知レベルはスイッチング素子3bの電流定格を超えない程度の値で設定するのが望ましい。   In addition, it is considered that the overcurrent detection level should be set sufficiently lower than the current rating of the switching elements 3a and 3b. However, since the maximum output capability is lowered in this case, the overcurrent detection level is set here as the switching element 3b. It is desirable to set a value that does not exceed the current rating.

ここでは、電流検出器5をスイッチング素子3bに直列に挿入した場合について説明したが、スイッチング素子3aに電流検出器5を挿入して、スイッチング素子3bの電流定格をスイッチング素子3aの電流定格、及び過電流検知レベルより大きくすることで同様の動作となる。   Although the case where the current detector 5 is inserted in series with the switching element 3b has been described here, the current detector 5 is inserted into the switching element 3a, and the current rating of the switching element 3b is set to the current rating of the switching element 3a, and By making it larger than the overcurrent detection level, the same operation is performed.

しかし、図3のような上下にスイッチング素子3a、3bがあるコンバータ回路では、スイッチング動作のたびに上下のスイッチング素子の接続点の電位は変わるので、通常保護回路は複雑かつ困難になる。   However, in the converter circuit having the upper and lower switching elements 3a and 3b as shown in FIG. 3, the potential at the connection point of the upper and lower switching elements changes every time the switching operation is performed, so that the normal protection circuit is complicated and difficult.

しかし、スイッチング素子3aの電流定格を上げて保護回路を簡素化することで、実装面積、コスト及び損失を少なくすることができる。   However, the mounting area, cost, and loss can be reduced by increasing the current rating of the switching element 3a and simplifying the protection circuit.

さらに、コンバータ回路のブリッジ部分は、図1に限らず、図3に示すように、リアクタ2に接続された、4組のスイッチング素子3a、3b、3c、3dとダイオード4a、4b、4e、4fの逆並列回路で構成されたコンバータ回路であってもよい。   Further, the bridge portion of the converter circuit is not limited to FIG. 1, and as shown in FIG. 3, four sets of switching elements 3a, 3b, 3c, 3d and diodes 4a, 4b, 4e, 4f connected to the reactor 2 are provided. The converter circuit comprised by these antiparallel circuits may be sufficient.

過電流が流れた場合の動作については図1と同様の作用を行なうものであり、例えば、スイッチング素子3bに電流検出器5が挿入されている場合は、スイッチング素子3a、3c、3dの電流定格をスイッチング素子3bの電流定格、及び過電流検知レベルより大きくすることで成り立ち、図3のような4個のスイッチング素子を用いたコンバータ回路でも同様に適用することができる。   The operation when an overcurrent flows is the same as in FIG. 1. For example, when the current detector 5 is inserted in the switching element 3b, the current ratings of the switching elements 3a, 3c, and 3d. Is made larger than the current rating of the switching element 3b and the overcurrent detection level, and the same can be applied to a converter circuit using four switching elements as shown in FIG.

(実施の形態2)
実施の形態2では、実施の形態1の電流検出器5で入力電流の制御を行なうものである。電流検出器5の検出値は半波整流波形であるが、電流検出器5を通らないもう一方の経路に流れる半波の電流波形も電流検出器5の検出値と同じ傾向になるようにスイッチング素子を制御する。つまり、電流検出器5で検出した電流波形に基づき、目標となる概略正負対称な入力電流波形と相似になるように入力電流波形を制御する。
(Embodiment 2)
In the second embodiment, the input current is controlled by the current detector 5 of the first embodiment. The detection value of the current detector 5 is a half-wave rectified waveform, but the switching is performed so that the half-wave current waveform flowing in the other path not passing through the current detector 5 has the same tendency as the detection value of the current detector 5. Control the element. That is, based on the current waveform detected by the current detector 5, the input current waveform is controlled so as to be similar to the target input current waveform that is roughly symmetric.

以上により、過電流検知と入力電流制御を1つの電流検出器5で実施できるため、部品点数が多くならないため、実装面積、コスト及び損失は少なくできることとなる。   As described above, since the overcurrent detection and the input current control can be performed by the single current detector 5, the number of parts does not increase, so that the mounting area, cost, and loss can be reduced.

(実施の形態3)
実施の形態3では、実施の形態1または2の電流検出器5としてシャント抵抗を用いたものである。図4は、本発明にかかる実施の形態3のシャント抵抗を用いたときの直流電源装置の構成図である。
(Embodiment 3)
In the third embodiment, a shunt resistor is used as the current detector 5 of the first or second embodiment. FIG. 4 is a configuration diagram of a DC power supply device using the shunt resistor according to the third embodiment of the present invention.

図4において、スイッチング素子3bに直列にシャント抵抗を挿入して、コンパレータを用いて過電流検知を行なうことを示したものであり、シャント抵抗によってスイッチング素子3bに流れる電流を電圧レベルで検出し、そのシャント抵抗間の電圧と基準電圧(Vref)を比較し、シャント抵抗間の電圧が過大であればコンパレータの出力がアクティブHi(またはアクティブLo)になり、過電流が発生したと見なして保護回路を動作させる。   In FIG. 4, a shunt resistor is inserted in series with the switching element 3b, and the overcurrent detection is performed using a comparator. The current flowing through the switching element 3b by the shunt resistor is detected at the voltage level. The voltage between the shunt resistors and the reference voltage (Vref) are compared, and if the voltage between the shunt resistors is excessive, the output of the comparator becomes active Hi (or active Lo), and it is assumed that an overcurrent has occurred, and the protection circuit To work.

電流検出器5としてシャント抵抗を用いることにより、コンパレータといくつかの抵抗やコンデンサの追加程度で容易に回路を組むことができるので、保護回路を簡素化できるので、実装面積、コスト及び損失を少なくすることができる。   By using a shunt resistor as the current detector 5, a circuit can be easily assembled with the addition of a comparator and several resistors and capacitors, so that the protection circuit can be simplified, and the mounting area, cost and loss are reduced. can do.

(実施の形態4)
実施の形態4では、実施の形態1〜3の電流検出器5にて電流を検出しているスイッチング素子をMOSFETで構成したものである。図5は、本発明にかかる実施の形態4のMOSFETを用いたときの直流電源装置の構成図である。
(Embodiment 4)
In the fourth embodiment, the switching element that detects the current with the current detector 5 of the first to third embodiments is configured by a MOSFET. FIG. 5 is a configuration diagram of a DC power supply device using the MOSFET according to the fourth embodiment of the present invention.

図5において、MOSFETがオンした時のドレインーソース間の電圧を検出し、そのドレインーソース間の電圧と基準電圧(Vref)を比較し、ドレインーソース間の電圧が過大であればコンパレータの出力がアクティブHi(またはアクティブLo)になり、過電流が発生したと見なして保護回路を動作させる。   In FIG. 5, the drain-source voltage when the MOSFET is turned on is detected, the drain-source voltage and the reference voltage (Vref) are compared, and if the drain-source voltage is excessive, the comparator The output becomes active Hi (or active Lo), and the protection circuit is operated assuming that an overcurrent has occurred.

そうすることで、電流検出器5を用いなくても保護回路を構成することができるので、実装面積、コスト及び損失を少なくすることができる。   By doing so, the protection circuit can be configured without using the current detector 5, so that the mounting area, cost, and loss can be reduced.

さらに、図5に示すように、MOSFET、もしくは近傍の温度検出手段を備え、MOSFETのオン抵抗の温度特性の補正を行なう。温度によるオン抵抗のばらつきを補正することで、オン抵抗のばらつきが小さくなることからドレインーソース間の電圧のばらつきも小さくなり、基準電圧(Vref)の設計はばらつきを小さくした設計でよくなる。   Further, as shown in FIG. 5, a MOSFET or a nearby temperature detecting means is provided to correct the temperature characteristics of the on-resistance of the MOSFET. By correcting variations in on-resistance due to temperature, variations in on-resistance are reduced, so variations in drain-source voltage are also reduced, and the reference voltage (Vref) can be designed with reduced variations.

つまり、オン抵抗の温度特性の補正を行なうことで、より精度よく保護できるようになる。   In other words, it is possible to protect with higher accuracy by correcting the temperature characteristic of the on-resistance.

以上のように、本発明に係る直流電源装置は、少なくとも一つのスイッチング素子に流れる電流を検出することで、簡単な構成で過電流保護検知が可能となるので、大出力のインバータエアコン等の用途に適用できる。   As described above, the direct current power supply device according to the present invention can detect overcurrent protection with a simple configuration by detecting a current flowing through at least one switching element. Applicable to.

本発明の実施の形態1における直流電源装置の構成図Configuration diagram of DC power supply apparatus according to Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態1における各電流波形を示す波形図The wave form diagram which shows each current waveform in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1の別の態様における直流電源装置の構成図Configuration diagram of DC power supply device according to another aspect of embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態3における直流電源装置の構成図Configuration diagram of DC power supply apparatus according to Embodiment 3 of the present invention 本発明の実施の形態4における直流電源装置の構成図Configuration diagram of DC power supply apparatus according to Embodiment 4 of the present invention 従来の直流電源装置の一例に係る構成図Configuration diagram according to an example of a conventional DC power supply device 従来の直流電源装置の一例に係る各電流波形を示す波形図Waveform diagram showing each current waveform according to an example of a conventional DC power supply device

符号の説明Explanation of symbols

1 交流電源
2 リアクタ
3a、3b、3c、3d スイッチング素子
4a、4b、4c、4d、4e、4f ダイオード
5 電流検出器
6 平滑コンデンサ
7 負荷
8 スイッチング素子制御手段
9 スイッチング素子過電流検知手段
10 シャント抵抗
11 コンパレータ
12 MOSFET
13 温度検出及び温度補正手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC power supply 2 Reactor 3a, 3b, 3c, 3d Switching element 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f Diode 5 Current detector 6 Smoothing capacitor 7 Load 8 Switching element control means 9 Switching element overcurrent detection means 10 Shunt resistance 11 Comparator 12 MOSFET
13 Temperature detection and temperature correction means

Claims (5)

スイッチング動作により交流電源から直流を作り出す直流電源装置において、スイッチング素子とダイオードとの逆並列接続回路からなるスイッチングアームもしくは逆導通機能を有するスイッチング素子の中から同じもの同士を含めていずれか2つを直列接続した直列接続回路と、ダイオード2個を直列接続した直列接続回路のうちスイッチング素子を含む形で同じもの同士を含めて複数の直列接続回路とを並列接続し、前記複数の直列接続回路の並列接続点間に並列にコンデンサと負荷を、前記複数の直列接続回路のそれぞれの内部接続点と交流電源との間にリアクタをそれぞれ接続し、前記複数の直列接続回路のうち少なくとも一つのスイッチング素子に流れる電流を検知する電流検出器と、前記電流検出器の検出値によって過電流かどうか判断するスイッチング素子過電流検知手段と、前記複数の直列接続回路のうち前記電流検出器で流れる電流を検出していないスイッチング素子の電流定格を前記電流検出器で流れる電流を検出しているスイッチング素子の電流定格より大きくしたものであって、概略正負対称の電流波形になるようにスイッチング素子を制御するスイッチング素子制御手段を備えたことを特徴とする直流電源装置。 In a direct current power supply device that generates direct current from an alternating current power supply by switching operation, any two of the switching arms including reverse parallel connection circuits of switching elements and diodes or switching elements having a reverse conduction function are included. A series connection circuit connected in series and a plurality of series connection circuits including the same elements in a form including a switching element in a series connection circuit in which two diodes are connected in series are connected in parallel, and the plurality of series connection circuits A capacitor and a load are connected in parallel between parallel connection points, a reactor is connected between each internal connection point of each of the plurality of series connection circuits and an AC power supply, and at least one switching element of the plurality of series connection circuits A current detector that detects the current flowing through the Switching element overcurrent detection means for determining whether the current flowing in the current detector is detected based on the current rating of the switching element that does not detect the current flowing in the current detector among the plurality of series-connected circuits A DC power supply device comprising switching element control means for controlling a switching element so as to obtain a current waveform that is substantially positive and negative symmetrical and is larger than the current rating of the element. 複数の直列接続回路のうち少なくとも1つのスイッチング素子に流れる電流を検出して入力電流を制御する請求項1に記載の直流電源装置。 2. The DC power supply device according to claim 1, wherein an input current is controlled by detecting a current flowing through at least one switching element among the plurality of series connection circuits. 複数の直列接続回路のうち少なくとも1つのスイッチング素子に流れる電流をシャント抵抗で検出する請求項1または2に記載の直流電源装置。 The DC power supply device according to claim 1 or 2, wherein a current flowing through at least one switching element among the plurality of series connection circuits is detected by a shunt resistor. 複数の直列接続回路のうち電流検出器で流れる電流を検出しているスイッチング素子がMOSFETで構成された請求項1〜3のいずれか1項に記載の直流電源装置。 The DC power supply device according to any one of claims 1 to 3, wherein a switching element that detects a current flowing through a current detector among a plurality of series connection circuits is configured by a MOSFET. MOSFET自身、もしくはMOSFET近傍の温度検出手段を備え、MOSFETのオン抵抗の温度特性を補正する請求項4に記載の直流電源装置。 5. The DC power supply device according to claim 4, further comprising a temperature detection means in the vicinity of the MOSFET or in the vicinity of the MOSFET, and correcting the temperature characteristic of the on-resistance of the MOSFET.
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JP2018007328A (en) * 2016-06-28 2018-01-11 日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社 Electric power conversion device and air conditioner including the same
JP2022533375A (en) * 2019-05-17 2022-07-22 広東美的制冷設備有限公司 Power factor correction circuit and air conditioner
JP2022125276A (en) * 2016-06-28 2022-08-26 日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社 Power conversion apparatus and air conditioner

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