JP2014003772A

JP2014003772A - Power conversion device

Info

Publication number: JP2014003772A
Application number: JP2012136384A
Authority: JP
Inventors: Hidemasa Kubota; 英正久保田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2012-06-15
Publication date: 2014-01-09

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power conversion device having a small, low-cost, and long-life booster circuit.SOLUTION: A power conversion device includes: a rectifier circuit 27 receiving an AC power source 21; first and second switching elements SW1 and SW2 connected in series between a positive-side output section 25 and a negative-side output section 26 of the rectifier circuit 27; first and second diodes 28 and 29 connected in series between the positive-side output section 25 and the negative-side output section 26 of the rectifier circuit 27; a first capacitor C1; and a second capacitor C2 connected between a connection section 31 of the first and second switching elements SW1 and SW2 and a connection section 32 of the first and second diodes 28 and 29. The first and second switching elements SW1 and SW2 are switch-operated alternately in a shorter period than the commercial AC power source 21.

Description

本発明は、出力側に接続されるコンデンサを小容量化した、出力電圧の昇圧を実現する電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device that realizes boosting of an output voltage by reducing the capacity of a capacitor connected to an output side.

図４は、従来技術を説明するための倍電圧整流回路１を示す電気回路図である。従来から、電力変換装置の１つとして、図４に示すような倍電圧整流回路１が提案されている。この倍電圧整流回路１は、２つのコンデンサ２，３と、２つのダイオード４，５とを有する。交流電源６の正の半周期に一方のコンデンサ２が充電され、負の半周期に他方の電解コンデンサ３が充電されることによって、入力電圧振幅のピーク電圧に対してほぼ２倍の直流電圧を出力することができるように構成されている。 FIG. 4 is an electric circuit diagram showing a voltage doubler rectifier circuit 1 for explaining the prior art. Conventionally, a voltage doubler rectifier circuit 1 as shown in FIG. 4 has been proposed as one of power converters. The voltage doubler rectifier circuit 1 includes two capacitors 2 and 3 and two diodes 4 and 5. When one capacitor 2 is charged in the positive half cycle of the AC power source 6 and the other electrolytic capacitor 3 is charged in the negative half cycle, a DC voltage almost twice the peak voltage of the input voltage amplitude is obtained. It is comprised so that it can output.

前記倍電圧整流回路１では、出力電圧の平滑化に、前記２つのコンデンサ２，３として、大容量の電解コンデンサが使用されている。この大容量の電解コンデンサは、大型であり、高価でかつその寿命も比較的短い。そのため、倍電圧整流回路１の小型化、低コスト化、長寿命化を図る上での課題となっている。 In the voltage doubler rectifier circuit 1, a large-capacity electrolytic capacitor is used as the two capacitors 2 and 3 for smoothing the output voltage. This large-capacity electrolytic capacitor is large, expensive, and has a relatively short life. For this reason, the voltage doubler rectifier circuit 1 is a problem in miniaturization, cost reduction, and long life.

このような課題に対して、特許文献１に開示される他の従来技術では、相補的に動作する２つのスイッチング素子と、２つの小容量のコンデンサを使用し、大容量のコンデンサやリアクタを用いることなく、入力電圧の倍電圧を発生させることができ、回路を小型化、長寿命化を図ることができるモータ駆動制御装置が提案されている。 In response to such a problem, in another conventional technique disclosed in Patent Document 1, two switching elements that operate complementarily and two small-capacitance capacitors are used, and a large-capacity capacitor or reactor is used. Therefore, there has been proposed a motor drive control device that can generate a double voltage of the input voltage without reducing the circuit size and extend the life.

特開２００６−３０４４７６号公報JP 2006-304476 A

しかしながら、前述の特許文献１に記載される従来技術では、スイッチ回路が基準電圧に対してフローティングになっており、トランジスタでスイッチ回路を構成する場合には、別途駆動回路が必要になり、構成が大型化してしまうという課題を有する。また、整流回路を流れる電流が２つのスイッチング素子の動作に応じて不連続になるため、急峻な電流の変化に追従することができるダイオードが８箇所に必要になり、これによって構成が大型化および複雑化し、高コスト化してしまうという課題を有する。 However, in the prior art described in the above-mentioned Patent Document 1, the switch circuit is floating with respect to the reference voltage, and when the switch circuit is configured with transistors, a separate drive circuit is required, and the configuration is There is a problem of increasing the size. In addition, since the current flowing through the rectifier circuit becomes discontinuous according to the operation of the two switching elements, eight diodes that can follow a steep change in current are required. There is a problem of increasing complexity and cost.

本発明の目的は、構成の小型化および簡素化を図り、安価で長寿命な電力変換装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a power conversion device that is low in cost and has a long life by reducing the size and simplifying the configuration.

本発明は、商用交流電源が接続される交流電圧入力部と、
前記交流電圧入力部から入力した交流電圧を直流電圧に変換し、変換した直流電圧の正電圧が出力される正極側出力部および負電圧が出力される負極側出力部を有する整流回路と、
前記整流回路の正極側出力部および負極側出力部間に直列に接続される第１スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子および前記負極側出力部間に直列に接続される第２スイッチング素子と、
前記整流回路の正極側出力部および負極側出力部間に直列に接続され、かつ前記第１スイッチング素子と並列に接続される第１ダイオードと、
前記第１ダイオードおよび前記負極側出力部間に直列に接続され、かつ前記第２スイッチング素子と並列に接続される第２ダイオードと、
前記第２ダイオードおよび前記負極側出力部間に直列に接続される第１コンデンサと、
前記第１スイッチング素子および第２スイッチング素子間の接続部と、前記第１ダイオードおよび第２ダイオード間の接続部との間に直列に接続される第２コンデンサと、
前記第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とを、前記交流電圧よりも短い周期で交互にスイッチング動作させるスイッチング制御回路と、を含むことを特徴とする電力変換装置である。 The present invention includes an AC voltage input unit to which a commercial AC power supply is connected,
A rectifier circuit that converts an alternating voltage input from the alternating voltage input unit into a direct current voltage, a positive output unit that outputs a positive voltage of the converted direct current voltage, and a negative output unit that outputs a negative voltage;
A first switching element connected in series between a positive output side and a negative output side of the rectifier circuit;
A second switching element connected in series between the first switching element and the negative output side;
A first diode connected in series between the positive output part and the negative output part of the rectifier circuit, and connected in parallel with the first switching element;
A second diode connected in series between the first diode and the negative output side, and connected in parallel with the second switching element;
A first capacitor connected in series between the second diode and the negative output section;
A second capacitor connected in series between the connection between the first switching element and the second switching element and the connection between the first diode and the second diode;
A power conversion apparatus comprising: a switching control circuit that alternately switches the first switching element and the second switching element at a cycle shorter than the AC voltage.

また本発明は、前記交流電圧入力部と前記整流回路との間に直列に接続されるリアクタを、さらに含むことを特徴とする。 The present invention further includes a reactor connected in series between the AC voltage input unit and the rectifier circuit.

さらに本発明は、前記第１および第２コンデンサは、フィルムコンデンサによって実現されることを特徴とする。 Furthermore, the present invention is characterized in that the first and second capacitors are realized by film capacitors.

本発明によれば、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とは、スイッチング制御回路によって制御されて交互にオン／オフ動作を繰り返す。第１および第２スイッチング素子のいずれか一方がオン状態のときは、他方はオフ状態である。第１スイッチング素子をオフ状態とし、第２スイッチング素子をオン状態としたときには、整流回路の出力電流は、第１ダイオード、第２コンデンサ、第２スイッチング素子の経路を流れ、第２コンデンサが入力電圧と同程度まで充電される。 According to the present invention, the first switching element and the second switching element are controlled by the switching control circuit and repeat the on / off operation alternately. When one of the first and second switching elements is on, the other is off. When the first switching element is turned off and the second switching element is turned on, the output current of the rectifier circuit flows through the path of the first diode, the second capacitor, and the second switching element, and the second capacitor is input voltage. Is charged to the same level as

また、第１スイッチング素子がオン状態、第２スイッチング素子がオフ状態に切換えられると、直列に並んだ第１スイッチング素子、第２コンデンサ、第２ダイオード、第１コンデンサに入力電圧と同程度の電圧が印加される。 When the first switching element is switched to the on state and the second switching element is switched to the off state, the first switching element, the second capacitor, the second diode, and the first capacitor arranged in series have a voltage that is approximately equal to the input voltage. Is applied.

直列に並んだ制御回路の出力部および第２コンデンサと、直列に並んだ第２ダイオードおよび第１コンデンサとが、並列に接続された状態となり、第２コンデンサには入力電圧と同等の電圧が印加されていることから、第２コンデンサと第１ダイオードとが直列になった系に印加される電圧は入力電圧の２倍となり、第２ダイオードに印加される電圧が十分小さいとすると、第１コンデンサＣ１には入力電圧の２倍の電圧が印加される。 The output part and the second capacitor of the control circuit arranged in series and the second diode and the first capacitor arranged in series are connected in parallel, and a voltage equivalent to the input voltage is applied to the second capacitor. Therefore, if the voltage applied to the system in which the second capacitor and the first diode are in series is twice the input voltage, and the voltage applied to the second diode is sufficiently small, the first capacitor A voltage twice the input voltage is applied to C1.

このように大容量のコンデンサを用いずに昇圧回路を実現し、装置の小型化、低コスト化、長寿命化を図ることができる。またスイッチング素子を備えた昇圧回路によって、出力電圧の昇圧を実現することができ、部品点数が少なく、安価な部品によって回路を構成することができ、低コスト化を図ることができる。 In this manner, a booster circuit can be realized without using a large-capacitance capacitor, and the device can be reduced in size, cost, and lifetime. Further, boosting of the output voltage can be realized by a boosting circuit provided with a switching element, and the circuit can be configured by inexpensive parts with a small number of parts, and cost can be reduced.

本発明の一実施形態の非平滑倍電圧回路を備えた電力変換装置２０の構成を示す電気回路図である。It is an electric circuit diagram which shows the structure of the power converter device 20 provided with the non-smoothing voltage doubler circuit of one Embodiment of this invention. 電力変換装置２０の入力電圧波形および出力電圧波形を示す波形図であり、図２（１）は入力部２３，２４の入力電圧波形を示し、図２（２）は出力部３４，３５の出力電圧波形を示す。It is a wave form diagram which shows the input voltage waveform and output voltage waveform of the power converter device 20, FIG. 2 (1) shows the input voltage waveform of the input parts 23 and 24, FIG. 2 (2) is the output of the output parts 34 and 35. A voltage waveform is shown. 本発明の他の実施形態の非平滑倍電圧回路１０１を備えた電力変換装置２０ａの構成を示す電気回路図である。It is an electric circuit diagram which shows the structure of the power converter device 20a provided with the non-smoothing voltage doubler circuit 101 of other embodiment of this invention. 従来技術を説明するための倍電圧整流回路１を示す電気回路図である。It is an electric circuit diagram which shows the voltage doubler rectifier circuit 1 for demonstrating a prior art.

本発明は、平滑コンデンサを小容量化した電力変換装置において、２つのスイッチを交互に動作させることによって、昇圧動作を実現することができる。以下、添付図面を参照しながら、本発明における電力変換装置の好ましい実施形態を説明する。 The present invention can realize a boosting operation by operating two switches alternately in a power conversion device having a small smoothing capacitor. Hereinafter, preferred embodiments of a power conversion device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

（実施形態１）
図１は、本発明の一実施形態の非平滑倍電圧回路１００を備えた電力変換装置２０の構成を示す電気回路図である。本実施形態の電力変換装置２０は、商用交流電源２１が接続される交流電圧入力部２２と、交流電圧入力部２２から２つの入力部２３，２４を介して入力された交流電圧を直流電圧に変換し、変換された直流電圧の正電圧が出力される正極側出力部２５および負電圧が出力される負極側出力部２６を有する整流回路２７と、前記整流回路２７の正極側出力部２５および負極側出力部２６間に直列に接続される第１スイッチング素子ＳＷ１と、前記第１スイッチング素子ＳＷ１および前記負極側出力部２６間に直列に接続される第２スイッチング素子ＳＷ２と、前記整流回路２７の正極側出力部２５および負極側出力部２６間に直列に接続され、かつ前記第１スイッチング素子ＳＷ１と並列に接続される第１ダイオード２８と、前記第１ダイオード２８および前記負極側出力部２６間に直列に接続され、かつ前記第２スイッチング素子ＳＷ２と並列に接続される第２ダイオード２９とを含む。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is an electric circuit diagram showing a configuration of a power conversion device 20 including a non-smoothing voltage doubler circuit 100 according to an embodiment of the present invention. The power conversion apparatus 20 of the present embodiment converts an AC voltage input unit 22 to which a commercial AC power supply 21 is connected and an AC voltage input from the AC voltage input unit 22 through the two input units 23 and 24 into a DC voltage. A rectifier circuit 27 having a positive side output unit 25 that outputs a positive voltage of the converted DC voltage and a negative side output unit 26 that outputs a negative voltage, a positive side output unit 25 of the rectifier circuit 27, and The first switching element SW1 connected in series between the negative electrode side output unit 26, the second switching element SW2 connected in series between the first switching element SW1 and the negative electrode side output unit 26, and the rectifier circuit 27 A first diode 28 connected in series between the positive output unit 25 and the negative output unit 26 and connected in parallel with the first switching element SW1, and the first diode. It is connected in series between de 28 and the negative electrode side output section 26, and includes a second diode 29 connected in parallel with the second switching element SW2.

また、前記電力変換装置２０は、前記第２ダイオード２９および前記負極側出力部２６間に直列に接続される第１コンデンサＣ１と、前記第１スイッチング素子ＳＷ１および第２スイッチング素子ＳＷ２間の接続部３１と、前記第１ダイオード２８および第２ダイオード２９間の接続部３２との間に直列に接続される第２コンデンサＣ２と、前記第１スイッチング素子ＳＷ１と第２スイッチング素子ＳＷ２とを、前記交流電圧よりも短い周期で、かつ互いにオン状態とオフ状態とが逆となるように同期させてスイッチング動作させるスイッチング制御回路３３とを含む。 The power converter 20 includes a first capacitor C1 connected in series between the second diode 29 and the negative output unit 26, and a connection between the first switching element SW1 and the second switching element SW2. 31 and the second capacitor C2 connected in series between the first diode 28 and the connection part 32 between the second diode 29, the first switching element SW1 and the second switching element SW2, and the AC And a switching control circuit 33 that performs a switching operation in a cycle shorter than the voltage and in synchronization with each other so that the on state and the off state are opposite to each other.

このような電力変換装置２０は、２つの出力部３４，３５を有し、これらの出力部３４，３５に電力負荷３６が接続される。前記スイッチング制御回路３３は、たとえばサイリスタやトライアックなどの半導体素子を用いた半導体制御に起因する高調波電流を抑制し、力率を改善する力率改善(Power Factor Correction;略称ＰＦＣ)回路によって実現され、回路中に流れる電流値を検出し、リファレンス電流と比較した上で、第１および第２スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２のスイッチング動作の周期の制御を行い、力率改善を行うように構成されてもよい。 Such a power converter 20 has two output units 34 and 35, and a power load 36 is connected to these output units 34 and 35. The switching control circuit 33 is realized by a power factor correction (abbreviated as PFC) circuit that suppresses harmonic current caused by semiconductor control using a semiconductor element such as a thyristor or triac and improves the power factor. The current value flowing in the circuit is detected and compared with a reference current, and the period of the switching operation of the first and second switching elements SW1 and SW2 is controlled to improve the power factor. Good.

前記電力変換装置２０において、前記第１および第２スイッチング素子ＳＷ１,ＳＷ２は、高速でスイッチング動作可能なＦＥＴ(Field Effect Transistor)が用いられる。このＦＥＴは、ドレイン−ソース間電圧Ｖ_ＤＳに対するドレイン電流Ｉ_Ｄが、トランジスタのベース電流に相当するゲート電圧によって、導通状態におけるドレイン電流Ｉ_Ｄをスイッチング制御回路３３によって制御する。このようなＦＥＴをスイッチング動作させるためには、スイッチング制御回路３３からゲート電圧をパルス状に印加する。印加電圧が０からＶ_Ｇ１を超えると、動作点はハイレベルＨからローレベルＬに移動し、遮断状態となり、スイッチの切換えに応じて回路状態（トポロジー）が変化する。また、第１コンデンサＣ１と第２コンデンサＣ２との容量は同程度のフィルムコンデンサであり、たとえば５μＦ以上２０μＦ以下に選ばれる。 In the power conversion device 20, the first and second switching elements SW1 and SW2 are FETs (Field Effect Transistors) capable of switching operation at high speed. The FET, the drain - drain current I _D with respect to the voltage V _DS between the source, the gate voltage corresponding to the base current of the transistor, to control the drain current I _D in the conductive state by the switching control circuit 33. In order to switch such an FET, a gate voltage is applied in a pulse form from the switching control circuit 33. When the applied voltage exceeds 0 to V _G1 , the operating point moves from the high level H to the low level L, becomes a cut-off state, and the circuit state (topology) changes according to the switching of the switch. Further, the capacities of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are comparable film capacitors, and for example, selected from 5 μF to 20 μF.

第１スイッチング素子ＳＷ１と第２スイッチング素子ＳＷ２とは、スイッチング制御回路３３によって制御されて交互にオン／オフ動作を繰り返し、いずれか一方がオン状態のときは他方はオフ状態である。第１スイッチング素子ＳＷ１をオフ状態とし、第２スイッチング素子ＳＷ２をオン状態としたときには、整流回路２７の出力電流は、第１ダイオード２８、第２コンデンサＣ２、第２スイッチング素子ＳＷ２の経路を流れ、第２コンデンサＣ２が入力電圧と同程度まで充電される。 The first switching element SW1 and the second switching element SW2 are controlled by the switching control circuit 33 and repeat the on / off operation alternately. When either one is on, the other is off. When the first switching element SW1 is turned off and the second switching element SW2 is turned on, the output current of the rectifier circuit 27 flows through the path of the first diode 28, the second capacitor C2, and the second switching element SW2. The second capacitor C2 is charged to the same level as the input voltage.

前記スイッチング制御回路３３によって、第１スイッチング素子ＳＷ１がオン状態、第２スイッチング素子ＳＷ２がオフ状態に切換えられると、直列に並んだ第１スイッチング素子ＳＷ１、第２コンデンサＣ２、第２ダイオード２９、第１コンデンサＣ１に入力電圧と同程度の電圧が印加される。 When the first switching element SW1 is switched on and the second switching element SW2 is switched off by the switching control circuit 33, the first switching element SW1, the second capacitor C2, the second diode 29, The same voltage as the input voltage is applied to one capacitor C1.

このとき、見方を変えると、直列に並んだ第２コンデンサＣ２と整流回路２７の正極側出力部２５と、直列に並んだ第２ダイオード２９と第１コンデンサＣ１とが、並列に接続された構造になっており、第２コンデンサＣ２には入力電圧と同等の電圧が印加されていることから、第２コンデンサＣ２と第１ダイオード２８とが直列になった系に印加される電圧は入力電圧の２倍であるため、第２ダイオード２９に印加される電圧が十分小さいとすると、第１コンデンサＣ１には入力電圧の２倍の電圧が印加される。 From this point of view, a structure in which the second capacitor C2 arranged in series and the positive output part 25 of the rectifier circuit 27, the second diode 29 arranged in series, and the first capacitor C1 are connected in parallel. Since the voltage equivalent to the input voltage is applied to the second capacitor C2, the voltage applied to the system in which the second capacitor C2 and the first diode 28 are connected in series is the input voltage. If the voltage applied to the second diode 29 is sufficiently small, the voltage twice the input voltage is applied to the first capacitor C1.

第１および第２コンデンサＣ１，Ｃ２が小容量である場合には、２つの出力部３４，３５に接続される負荷３６への電力供給に伴って比較的速い電圧降下が生じるため、所望の電圧が維持されるように、第１コンデンサＣ１への充電と、第２コンデンサＣ２への充電とを適切な周期で切換えられる。 When the first and second capacitors C1 and C2 have a small capacity, a relatively fast voltage drop occurs with the power supply to the load 36 connected to the two output units 34 and 35. So that the charging of the first capacitor C1 and the charging of the second capacitor C2 can be switched at an appropriate period.

このように、スイッチング制御回路３３のスイッチ制御信号（図示せず）によって、第１および第２スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２のオン／オフ動作が、一方がオンのときは他方がオフとなるよう相補的に行われ、第１および第２コンデンサＣ１，Ｃ２が、整流回路２７の出力電圧によって交互に充電される。 As described above, the on / off operation of the first and second switching elements SW1 and SW2 is complemented by the switch control signal (not shown) of the switching control circuit 33 so that when one is on, the other is off. The first and second capacitors C1 and C2 are alternately charged by the output voltage of the rectifier circuit 27.

第１および第２スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２のオン／オフ動作は、交流電源の周波数、たとえば６０Ｈｚに対応する周期（１／６０（秒））よりも短い周期、たとえば、１／１００００（秒）で行われる。つまり、第１および第２スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２のオン／オフによって、第１および第２コンデンサＣ１，Ｃ２の各々には、上記整流回路２７の出力電圧が、該商用交流電源２１の周期より短い周期で印加されることになる。 The on / off operation of the first and second switching elements SW1 and SW2 is performed at a cycle shorter than a cycle (1/60 (second)) corresponding to the frequency of the AC power source, for example 60 Hz, for example, 1 / 10,000 (second). Done. That is, the output voltage of the rectifier circuit 27 is shorter than the cycle of the commercial AC power supply 21 in each of the first and second capacitors C1 and C2 by turning on / off the first and second switching elements SW1 and SW2. It is applied with a period.

図２は、電力変換装置２０の入力電圧波形および出力電圧波形を示す波形図であり、図２（１）は入力部２３，２４の入力電圧波形を示し、図２（２）は出力部３４，３５の出力電圧波形を示す。前記２つの入力部２３，２４に商用交流電源２１から交流１００Ｖの電源電力が入力されると、従来技術の電力変換装置であれば、出力電圧のピーク値は１４０Ｖ程度となるが、本実施形態では、２３０Ｖ程度の出力電圧を得ることができる。また、得られる電圧は使用する素子の特性、スイッチング制御回路３３のスイッチング周波数により変動する。 2 is a waveform diagram showing an input voltage waveform and an output voltage waveform of the power converter 20, FIG. 2 (1) shows input voltage waveforms of the input units 23 and 24, and FIG. 2 (2) is an output unit 34. , 35 show output voltage waveforms. When AC 100V power is input from the commercial AC power source 21 to the two input units 23 and 24, the peak value of the output voltage is about 140V in the case of a conventional power converter, this embodiment Then, an output voltage of about 230V can be obtained. The obtained voltage varies depending on the characteristics of the element used and the switching frequency of the switching control circuit 33.

なお、本実施形態ではスイッチング素子としてＦＥＴ(Field Effect Transistor)を用いているが、本発明の他の実施形態では、スイッチとして機能する素子であれば、ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)、トランジスタ、フォトカプラなどのスイッチング素子であってもよく、このようなスイッチング素子を用いる場合であっても、上記と同様な効果を奏することができる。 In this embodiment, an FET (Field Effect Transistor) is used as a switching element. However, in another embodiment of the present invention, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a transistor, and a photo diode can be used as long as the element functions as a switch. A switching element such as a coupler may be used, and even when such a switching element is used, the same effect as described above can be obtained.

（実施形態２）
図３は、本発明の他の実施形態の非平滑倍電圧回路１０１を備えた電力変換装置２０ａの構成を示す電気回路図である。なお、前述の実施形態と対応する部分には、同一の参照符を付す。本実施形態の電力変換装置２０ａは、前述の実施形態とほぼ同様に構成されるが、整流回路２７の一方の入力部２３と小容量（５００μＨ以下）のリアクタ４０が直列に接続される。このリアクタ４０の挿入により、電流の急峻な変化が抑制され、高調波雑音の低減、力率の改善等の効果を期待することができる。 (Embodiment 2)
FIG. 3 is an electric circuit diagram showing a configuration of a power conversion device 20a including a non-smoothing voltage doubler circuit 101 according to another embodiment of the present invention. Note that the same reference numerals are given to portions corresponding to the above-described embodiment. The power conversion device 20a of the present embodiment is configured in substantially the same manner as in the previous embodiment, but one input unit 23 of the rectifier circuit 27 and a small capacity (500 μH or less) reactor 40 are connected in series. By inserting the reactor 40, a steep change in current is suppressed, and effects such as reduction of harmonic noise and improvement of power factor can be expected.

また、リアクタ４０は、整流回路２７の出力側に接続し、もう一端を第１スイッチング素子ＳＷ１と第１ダイオード２８との接続点４１に接続する構成としても同様の効果が得られる。 The same effect can be obtained by connecting the reactor 40 to the output side of the rectifier circuit 27 and connecting the other end to the connection point 41 between the first switching element SW1 and the first diode 28.

このように本実施形態の非平滑倍電圧回路１０１では、商用交流電源２１の出力電圧を整流する整流回路２７と、該整流回路２７の出力を平滑する直列接続の第１および第２コンデンサＣ１，Ｃ２と、該第１および第２コンデンサＣ１，Ｃ２に商用交流電源２１の出力電圧が該商用交流電源２１の周期より短い周期で繰り返し印加されるよう、上記両コンデンサＣ１，Ｃ２と商用交流電源２１との接続をスイッチング制御回路３３によって切換えるように構成されるので、第１および第２コンデンサＣ１，Ｃ２の時間あたりの充電回数が商用交流電源２１の周波数より多くなり、商用交流電源２１の極性反転毎に各コンデンサＣ１，Ｃ２を交互に充電する場合に比べて、入力電圧の倍電圧の発生に必要な両コンデンサＣ１，Ｃ２の容量を小さくすることができる。 Thus, in the non-smoothing voltage doubler circuit 101 of this embodiment, the rectifier circuit 27 that rectifies the output voltage of the commercial AC power supply 21, and the first and second capacitors C1, connected in series that smooth the output of the rectifier circuit 27 are provided. The capacitors C1 and C2 and the commercial AC power supply 21 are applied so that the output voltage of the commercial AC power supply 21 is repeatedly applied to C2 and the first and second capacitors C1 and C2 in a cycle shorter than the cycle of the commercial AC power supply 21. Is switched by the switching control circuit 33, the number of times the first and second capacitors C1 and C2 are charged per time is greater than the frequency of the commercial AC power supply 21, and the polarity inversion of the commercial AC power supply 21 is reversed. Compared with the case where the capacitors C1 and C2 are alternately charged every time, the capacities of both the capacitors C1 and C2 required to generate the double voltage of the input voltage are reduced. It can be.

また、この実施形態では、商用交流電源２１の出力電圧を第１および第２コンデンサＣ１，Ｃ２に交互に印加するので、常に２つのコンデンサＣ１，Ｃ２のいずれかが充電されることになる。このため、入力電圧の倍電圧を発生するコンデンサＣ１，Ｃ２の充電を効率よく行うことができ、倍電圧の発生に必要なコンデンサ容量をより小さく抑えることが可能となる。 In this embodiment, since the output voltage of the commercial AC power supply 21 is alternately applied to the first and second capacitors C1 and C2, one of the two capacitors C1 and C2 is always charged. For this reason, it is possible to efficiently charge the capacitors C1 and C2 that generate the double voltage of the input voltage, and it is possible to further reduce the capacitor capacity necessary for generating the double voltage.

さらに、前述の各実施形態では、直列接続の第１および第２コンデンサＣ１，Ｃ２の端子電圧の加算電圧を、非平滑倍電圧回路１０１の出力電圧としているので、個々のコンデンサＣ１，Ｃ２の耐圧を、非平滑倍電圧回路１０１の最大出力電圧の半分程度と低く抑えることができる。 Further, in each of the above-described embodiments, the sum of the terminal voltages of the first and second capacitors C1 and C2 connected in series is used as the output voltage of the non-smoothing voltage doubler circuit 101. Can be suppressed to about half of the maximum output voltage of the non-smoothing voltage doubler circuit 101.

本発明に係る各実施形態によれば、非平滑回路において昇圧動作を実現することができ、また、従来の非平滑昇圧回路に比べ、部品点数を削減することができるため、低コストで非平滑昇圧回路を実現することができる。 According to each embodiment of the present invention, the boosting operation can be realized in the non-smoothing circuit, and the number of parts can be reduced as compared with the conventional non-smoothing boosting circuit. A booster circuit can be realized.

２０電力変換装置
２１商用交流電源
２２交流電圧入力部
２３，２４入力部
２５正極側出力部
２６負極側出力部
２７整流回路
２８第１ダイオード
２９第２ダイオード
３１，３２接続部
３３スイッチング制御回路
１００，１００ａ非平滑倍電圧回路
Ｃ１第１コンデンサ
Ｃ２第２コンデンサ
ＳＷ１第１スイッチング素子
ＳＷ２第２スイッチング素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 Power converter 21 Commercial alternating current power supply 22 AC voltage input part 23,24 Input part 25 Positive side output part 26 Negative side output part 27 Rectifier circuit 28 1st diode 29 2nd diode 31, 32 connection part 33 Switching control circuit 100, 100a Non-smooth voltage doubler circuit C1 1st capacitor C2 2nd capacitor SW1 1st switching element SW2 2nd switching element

Claims

An AC voltage input unit to which a commercial AC power supply is connected;
A rectifier circuit that converts an alternating voltage input from the alternating voltage input unit into a direct current voltage, a positive output unit that outputs a positive voltage of the converted direct current voltage, and a negative output unit that outputs a negative voltage;
A first switching element connected in series between a positive output side and a negative output side of the rectifier circuit;
A second switching element connected in series between the first switching element and the negative output side;
A first diode connected in series between the positive output part and the negative output part of the rectifier circuit, and connected in parallel with the first switching element;
A second diode connected in series between the first diode and the negative output side, and connected in parallel with the second switching element;
A first capacitor connected in series between the second diode and the negative output section;
A second capacitor connected in series between the connection between the first switching element and the second switching element and the connection between the first diode and the second diode;
A switching control circuit that causes the first switching element and the second switching element to perform a switching operation in a cycle shorter than the cycle of the AC voltage and in synchronization with each other so that the on state and the off state are opposite to each other. A power conversion device comprising:

The power converter according to claim 1, further comprising a reactor connected in series between the AC voltage input unit and the rectifier circuit.

The power converter according to claim 1, wherein the first and second capacitors are film capacitors.