JP2745298B2 - 昇圧型ac/dcコンバータ - Google Patents

昇圧型ac/dcコンバータ

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JP2745298B2
JP2745298B2 JP7525596A JP7525596A JP2745298B2 JP 2745298 B2 JP2745298 B2 JP 2745298B2 JP 7525596 A JP7525596 A JP 7525596A JP 7525596 A JP7525596 A JP 7525596A JP 2745298 B2 JP2745298 B2 JP 2745298B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、スイッチング電
源、インバータエアコン、インバータ照明等の、交流を
整流して得た直流を利用する機器に使用される昇圧型A
C/DCコンバータに関する。
【0002】
【従来の技術】交流電源の整流回路に使用されるフィル
タには、大別してアクティブフィルタとパッシブフィル
タとがある。アクティブフィルタは制御素子を高周波で
制御することにより、力率を改善するものであるが、回
路が複雑で大型となり、高周波制御に伴う雑音が、特に
大容量使用時に発生し、このような高周波ノイズの対策
が困難であるという欠点を有する。
【0003】また、パッシブフィルタの場合は、回路は
シンプルであるが、電流波形の整形が困難であり、しか
も大型のコイルなどの重量のある部品を使用するため、
装置全体の重量が増大してしまう。図5、6は、このよ
うな従来のパッシブフィルタ回路を示したものである。
【0004】図5中、L4は交流入力の一端側に接続さ
れ、遅れ位相のピーク電流を与える第1のインダクタ、
C1とL5は交流入力の一端側に接続される直列共振回
路を形成し、進み位相のピーク電流を与える第1のコン
デンサと第2のインダクタ、7は直列接続された2つの
ダイオードD1,D2の中間に前記直列共振回路が接続
される第1の導通方向規制手段、8は同様に直列接続さ
れた2つのダイオードD3,D4の中間に第2のインダ
クタが接続される第2の導通方向規制手段、9は同様に
直列接続された2つのダイオードD5,D6の中間に交
流入力の他端側が接続される第3の導通方向規制手段で
ある。
【0005】また、第1ないし第3の導通方向規制手段
のプラス側出力とマイナス側出力は、それぞれプラス出
力端Pとマイナス出力端Nに接続され、このプラス出力
端Pとマイナス出力端Nの間には平滑用の第2のコンデ
ンサが設けられている。図6の回路は、図5の第1のイ
ンダクタL4と第2のインダクタL5を一体として1つ
のコイルL2としたもので、その他の構成は図5のもの
と同一である。
【0006】このような構成のパッシブフィルタ回路
に、交流電源EACを接続した場合に得られる電流波形
は、図7に示すような波形となる。図において、遅れ位
相である第1のピーク電流aは、第1のインダクタL4
により与えられる。進み位相である第2のピーク電流b
は、コンデンサC1と第2のインダクタL5との直列共
振回路により与えられる。このように、交流電流のピー
ク波形を分散することにより、力率の改善を図るもので
ある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなパッシブフィルタ回路においても、力率の改善効果
は十分ではなく、特に近年の高調波規制(IEC,VC
CI等)をクリアするためにも高力率化が必要である。
また、通常図7のような波形では高調波含有率が高いた
め、交流電源側にリアクトルを挿入する必要がある。し
かし、リアクトルを挿入した場合、このリアクトルによ
る電圧降下が生じ、パッシブフィルタ回路の出力電圧が
低下し、所望の出力が得られないという問題が生じてい
た。
【0008】この発明はかかる点に鑑みなされたもの
で、その目的とするところは、高効率、高力率で、特に
比較的大容量の電源において高調波の抑制効果が大き
く、しかも出力電圧が低下することもなく、設計の自由
度の大きい昇圧型AC/DCコンバータを提供すること
にある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、交流入力の一端側1に接続され遅れ位相であ
る第1のピーク電流aを与える第1のインダクタN1
と、この第1のインダクタN1に接続される第1の導通
方向規制手段7と、前記交流入力の一端側1に接続され
進み位相である第2のピーク電流bを与える第2のイン
ダクタN2と第1のコンデンサC1との直列共振回路
と、この直列共振回路に接続される第2の導通方向規制
手段8と、交流入力の他端側2に接続される第3の導通
方向規制手段9とを有する昇圧型AC/DCコンバータ
において、 前記第1のインダクタN1と第2のインダ
クタN2とに磁気的に結合したコンデンサインプット回
路により、第1のピーク電流aと第2のピーク電流bと
の間に位置する位相である第3のピーク電流cを与える
中間位相電流形成手段を備えることとした。
【0010】また、前記中間位相電流形成手段は第1の
インダクタN1と第2のインダクタN2と磁気的に結合
した第3のインダクタL3と、この第3のインダクタL
3に接続される整流回路6と、この整流回路6の出力に
接続される第2のコンデンサC3とによるコンデンサイ
ンプット回路であることとした。
【0011】また、前記交流入力の一端側1と、第1の
インダクタN1と第2のインダクタN2であるコイルL
2の中間タップとの間にリアクトルを設けることとし
た。
【0012】また、前記第1のインダクタN1と第2の
インダクタN2と第3のインダクタL3とは、一体とし
て形成されたトランス5であることとした。
【0013】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て説明する。図1は、本発明にかかる昇圧型AC/DC
コンバータの基本構成を示した回路図である。図におい
て、1,2は交流側入力端子、3,4は直流側出力端
子、L1はリアクトル、C1は直列共振回路のコンデン
サ、L2は第1のインダクタN1と第2のインダクタN
2とが一体となったコイル、L3は第3のインダクタ、
5は前記コイルL2と第3のインダクタが一体となった
トランス、6はダイオードD7,D8による整流回路、
C3はコンデンサインプット回路の平滑コンデンサであ
る第2のコンデンサ、7は同一の導通方向に直列接続さ
れた2つのダイオードD1,D2による第1の導通方向
規制手段、8は同様に直列接続された2つのダイオード
D3,4による第2の導通方向規制手段、9は同様に直
列接続された2つのダイオードD5,D6による第3の
導通方向規制手段、C2はパッシブフィルタ回路の平滑
コンデンサである。
【0014】しかして、交流入力端子の一端1はリアク
トルL1を介してコイルL2の中間タップに接続されて
いる。このコイルL2の一端は、導通方向が同一となる
ように直列接続された2つのダイオードD1,D2(第
1の導通方向規制手段)の中間に接続され、コイルL2
の他端はコンデンサC1を介して、同様に直列接続され
た2つのダイオードD3,D4(第2の導通方向規制手
段)の間に接続されている。また、交流入力端子の他端
2は、同様に直列接続された2つのダイオードD5,D
6(第3の導通方向規制手段)の間に接続されている。
【0015】各直列接続された2つのダイオード(D
1,D2、D3,D4、D5,D6)である第1ないし
第3の導通方向規制手段7,8,9のカソード側は、そ
れぞれ接続されると共に、コイルL2と磁気的に接続さ
れたインダクタL3の中間タップ、および第2のコンデ
ンサC3の他端と平滑コンデンサC2の一端に接続され
ている。第1ないし第3の導通方向規制手段7,8,9
のアノード側は、それぞれ接続されると共に、平滑コン
デンサC2の他端および直流出力端子の一端4に接続さ
れている。
【0016】前記インダクタL3の一端は、整流回路6
の一方のダイオードD7のアノードに、インダクタL3
の他端は整流回路6の他方のダイオードD8のアノード
にそれぞれ接続されている。また、この整流回路6の各
ダイオードD7,D8のカソードはそれぞれ接続される
と共に、第2のコンデンサC3の一端と直流出力端子の
一端3に接続されている。
【0017】このような構成の昇圧型AC/DCコンバ
ータにおいて、いまリアクトルL1が無い場合を考える
と、交流入力端子1,2に交流電源を接続し、電圧EAC
を印加すると図2に示すような電流波形が得られる。す
なわち、図中の第1のピーク電流aはコイルL2の巻線
である第1のインダクタN1によって与えられ、第2の
ピーク電流bは第1のコンデンサC1とコイルL2の巻
線である第2のインダクタとの直列共振回路により与え
られる。
【0018】また、前記第1のピーク電流aと第2のピ
ーク電流bとの中間に位置する第3のピーク電流cは中
間位相電流形成手段によって与えられる。この中間位相
電流形成手段は、前記コイルL2に磁気的に結合した第
3のインダクタL3と、このインダクタL3に接続され
る2つのダイオードD7,D8による整流回路6と、第
2のコンデンサC3とによるコンデンサインプット回路
より構成される。つまり、従来のパッシブフィルタ回路
にコンデンサインプット回路を付加することにより、中
間の位相状態のピーク電流波形cを得ることができる。
【0019】このように、従来第1のピーク電流aと第
2のピーク電流bの2点補正であったものが、第3のピ
ーク電流cにより3点補正となり、入力電流の整形が容
易となり、より正弦波に近い波形を得ることができる。
そして、図2の波形では高調波成分が多いため、交流入
力側にリアクトルL1を設け、これにより高調波成分を
抑制し、正弦波に近い電流波形を得ることができる。こ
のような、リアクトルL1を設けた場合の電流波形を図
3に示す。
【0020】さらに、中間位相電流形成手段は昇圧回路
を形成する。すなわち、交流入力の一端1側からコイル
L2の中間タップを介して、 (1)第1のインダクタN1→第1の導通方向規制手段
7 (2)第2のインダクタN2とコンデンサC1とMによ
る直列共振回路→第2の導通方向規制手段 および、交流入力の他端2から第3の導通方向規制手段
9という経路により、交流直流変換と電流合成が行わ
れ、各導通方向規制手段7,8,9のアノード側(マイ
ナス側)とカソード側(プラス側)とが接続される平滑
コンデンサC2の両端には、直流出力電圧EDCが現れ
る。
【0021】そして、コイルL2と磁気的に結合した第
3のインダクタL3には、コイルL2の磁束により励起
された電圧が生じ、このインダクタL3の中点タップを
コモンとしてその両端に生じた電圧は整流回路6のダイ
オードD7とダイオードD8とにより半波整流され、こ
の整流回路6の出力である第2のコンデンサの両端には
直流電圧2EDCが現れる。
【0022】従って、昇圧型AC/DCコンバータの直
流出力端子3,4間の電圧は、 1EDC+2EDC =直流出力電圧EDC となり、従来のパッシブフィルタ回路の出力に相当する
1EDCにコンデンサインプット回路の出力電圧である2
DCを加えた電圧を得ることができる。また、2EDC
インダクタL3の巻数により任意に可変できるため、リ
アクトルL1による電圧降下を補うことができると共
に、必要な出力電圧を容易に得られ、回路設計の自由度
が増大する。
【0023】なお、第1ないし第3の導通方向規制手段
7,8,9は3相全波整流器を用いることで容易に構成
できる。また、コイルL2と第3のインダクタL3とを
一体としたトランス6とすることにより、部品点数、実
装スペースを少なくすることができる。
【0024】直流出力のリップル電圧は平滑コンデンサ
C2、第2のコンデンサC3の容量に依存する。そし
て、第3の導通方向規制手段9のダイオードD5,D6
をコンデンサで置き換えれば倍電圧整流となり、1EDC
は2倍となる。この場合、平滑コンデンサC2は省略す
ることができる。
【0025】
【実施例】次に、本発明にかかる昇圧型AC/DCコン
バータの、具体的な特性について説明する。図1の回路
において、入力電力1310W、すなわち、 AC入力 = 230V 7A : 1610VA DC出力 = 238V 5.4A : 1285W での力率COSθ、効率η、および高調波電流を測定し
た。図4は、この高調波電流の測定値をグラフに示した
ものである。
【0026】図において、縦軸が1次での電流を100
パーセントとした場合の各高調波電流値をパーセントで
表したもの(10%以上は省略)、横軸は高調波の次数
を表している。このグラフから明らかなように、7次以
上の高調波電流は3パーセント以下と、極めて低い値を
示している。また、この時の力率COSθ=0.81、効
率η=0.98であり、特に効率ηが優れた値を示して
いる。
【0027】
【発明の効果】以上のように本発明は、中間位相電流形
成手段により入力電流波形を3点補正により整形してい
るので、波形整形が容易となり、正弦波により近い波形
が得られ、高効率で高力率の昇圧型AC/DCコンバー
タとなった。
【0028】また、中間位相電流形成手段は第1のイン
ダクタと第2のインダクタとに磁気的に結合した第3の
インダクタを有するコンデンサインプット回路を備えて
いるので、効率の良い波形整形が行えると共に、出力電
圧の調整が容易に行え、回路設計の自由度が増大する。
【0029】また、第1の整流回路の交流側にリアクト
ルを設けることにより、さらに高調波を効果的に抑制す
ることができる。
【0030】また、第1のインダクタと第2のインダク
タと第3のインダクタとを一体としたトランスとするこ
とにより、部品点数や、実装スペースを少なくすること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる昇圧型AC/DCコンバータ
の、基本構成を示した回路図である。
【図2】図1の回路の、リアクトルがない場合の入力電
流を示した波形図である。
【図3】図1の回路の整形された入力電流を示した波形
図である(リアクトルあり)。
【図4】本発明の一実施例である昇圧型AC/DCコン
バータの高調波電流を測定し、1次高調波電流値を10
0とした場合の各次の高調波電流値を、パーセントで示
したグラフである。
【図5】従来のパッシブフィルタを示した回路図であ
る。
【図6】図5の回路の、2つのインダクタを一体とした
例を示す回路図である。
【図7】図5,6の回路における入力電流の様子を示し
た波形図である。
【符号の説明】
1,2 交流入力端子 3,4 直流出力端子 5 トランス 6 整流回路 7 第1の導通方向規制手段 8 第2の導通方向規制手段 9 第3の導通方向規制手段 L1 リアクトル L2 コイル N1 第1のインダクタ N2 第2のインダクタ L3 第3のインダクタ C1 第1のコンデンサ C2 平滑コンデンサ C3 第2のコンデンサ L4 第1のインダクタ L5 第2のインダクタ

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流入力の一端側に接続され遅れ位相で
    ある第1のピーク電流を与える第1のインダクタと、こ
    の第1のインダクタに接続される第1の導通方向規制手
    段と、前記交流入力の一端側に接続され進み位相である
    第2のピーク電流を与える第2のインダクタと第1のコ
    ンデンサとの直列共振回路と、この直列共振回路に接続
    される第2の導通方向規制手段と、交流入力の他端側に
    接続される第3の導通方向規制手段とを有する昇圧型A
    C/DCコンバータにおいて、前記第1のインダクタと
    第2のインダクタとに磁気的に結合したコンデンサイン
    プット回路により、第1のピーク電流と第2のピーク電
    流との間の位相である第3のピーク電流を与える中間位
    相電流形成手段を備えてなることを特徴とする昇圧型A
    C/DCコンバータ。
  2. 【請求項2】 前記中間位相電流形成手段は第1のイン
    ダクタと第2のインダクタと磁気的に結合した第3のイ
    ンダクタと、この第3のインダクタに接続される整流回
    路と、この整流回路の出力に接続される第2のコンデン
    サとによるコンデンサインプット回路であることを特徴
    とする請求項1記載の昇圧型AC/DCコンバータ。
  3. 【請求項3】 前記交流入力の一端側と、第1のインダ
    クタと第2のインダクタとの間にリアクトルを設けたこ
    とを特徴とする請求項1あるいは2に記載の昇圧型AC
    /DCコンバータ。
  4. 【請求項4】 前記第1のインダクタと第2のインダク
    タと第3のインダクタとは、一体として形成されたトラ
    ンスであることを特徴とする請求項1ないし3のいずれ
    か1項に記載の昇圧型AC/DCコンバータ。
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