JP2888426B2 - コンバータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流電力を直流電
力に変換するコンバータに係り、詳細には、昇圧コンバ
ータにより交流入力の高力率化と直流出力電圧を零から
制御するコンバータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、交流入力電圧を直接整流して得ら
れる直流電圧値より低い直流電圧が必要で、かつ交流入
力の高力率化が必要な場合は、２組のコンバータを使用
するツーコンバータ方式が用いられている。図３に従来
のツーコンバータ方式の高力率コンバータの回路構成を
示す。この図１において、２３は昇圧形高力率コンバー
タ部であり、この昇圧コンバータ部２３内のコンデンサ
１７を介して後段の降圧チョッパ部２４が接続されたツ
ーコンバータ構成と成っている。この図３では非絶縁形
のコンバータの場合を示しているが、絶縁形のコンバー
タの場合は降圧チョッパ部２４の代りにＤＣ／ＤＣコン
バータが使用される。

【０００３】図３のコンバータに示すように、その交流
入力段が３相交流電源１の場合、理論的には３相全波整
流後の電圧の電圧値は入力電圧値の１．３５倍となる。
したがって、昇圧コンバータ部２３の出力電圧値は、こ
の交流入力電圧値の１．３５倍以上とする必要がある。
また、昇圧コンバータ部２３だけを蓄電池用充電器とし
て使用する場合は、昇圧コンバータ部２３の出力電圧値
は、充電する蓄電池の終止電圧から均等電圧の範囲を制
御する必要がある。このため、昇圧コンバータ部２３に
より充電される蓄電池のセル数は大きな値、つまり、昇
圧コンバータ部２３で制御可能な直流電圧範囲に対応さ
せて直流出力電圧値を高くする必要があった。

【０００４】そこで、コンバータ構成を図３のツーコン
バータ方式とすることで、コンバータの直流出力電圧の
制御範囲を大きくすることができ、ツーコンバータ方式
のコンバータを蓄電池用充電器として使用した場合、そ
の充電する蓄電池セル数を昇圧コンバータだけを使用し
た場合の交流入力電圧値の制約から開放することができ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の図３に示したツーコンバータ方式のコンバー
タを、例えば、蓄電池用充電器として動作させると、そ
の装置としての動作効率が低下するという問題があっ
た。また、図３の昇圧コンバータ部２３と降圧チョッパ
部２４の間に介在するコンデンサ１７には、装置始動時
に突入電流が流れるため、この突入電流から装置を保護
するための限流回路を挿入する必要があり、装置コスト
を上昇させるという問題もあった。この突入電流は、装
置始動時に昇圧コンバータ部２３がコンデンサ１７に対
してダイオード整流器として動作するために発生するか
らである。

【０００６】このため交流入力電圧に対して昇圧コンバ
ータ部２３の直流出力電圧値を大きくとると、昇圧コン
バータ部２３のスイッチング損失が増大し、装置の動作
効率をさらに低下させる。さらに、降圧チョッパ部２４
を接続したツーコンバータ方式では、２組のコンバータ
で発生する動作損失が装置の動作効率の低下を招いてい
る。

【０００７】本発明の課題は、ツーコンバータ方式で構
成されたコンバータの昇圧コンバータ部と降圧チョッパ
部との間に介在させるコンデンサを無くし、２組のコン
バータの各スイッチング素子の始動順序を制御して、装
置の動作領域に応じて各コンバータ部の動作領域を制御
することにより、動作効率を向上させる高力率のコンバ
ータを提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
多相型交流電源の各相に挿入されたリアクトルを介して
供給される各相交流電圧を整流する整流素子から構成さ
れた各アームと、この整流素子に各々に並列に接続され
たスイッチング素子とで構成された昇圧コンバータ部
と、少なくともスイッチング素子とダイオードとリアク
トル及びコンデンサとから成る直流フィルタ回路で構成
された降圧チョッパ部と、により構成され、前記昇圧コ
ンバータ部は交流入力電圧を整流した直流電圧を所定電
圧に昇圧制御し、前記降圧チョッパ部は当該昇圧チョッ
パ部により昇圧された直流電圧の負荷への供給を制御す
るコンバータにおいて、前記降圧チョッパ部はコンバー
タの始動時に緩動動作して前記昇圧チョッパ部により整
流された直流電圧を徐々に前記負荷に供給し、当該直流
電圧が所定電圧に達した後は、前記昇圧コンバータ部に
よる前記直流電圧の昇圧制御領域として当該降圧チョッ
パ部の制御動作を停止し、前記負荷に供給する直流電圧
が所定電圧より低下した場合は、前記降圧チョッパ部に
よる負荷への電圧供給制御領域として当該昇圧コンバー
タ部の制御動作を停止するように、各部の制御動作領域
を設定したことを特徴としている。

【０００９】この請求項１記載の発明のコンバータによ
れば、多相型交流電源の各相に挿入されたリアクトルを
介して供給される各相交流電圧を整流する整流素子から
構成された各アームと、この整流素子に各々に並列に接
続されたスイッチング素子とで構成された昇圧コンバー
タ部と、少なくともスイッチング素子とダイオードとリ
アクトル及びコンデンサとから成る直流フィルタ回路で
構成された降圧チョッパ部と、により構成され、前記昇
圧コンバータ部は交流入力電圧を整流した直流電圧を所
定電圧に昇圧制御し、前記降圧チョッパ部は当該昇圧チ
ョッパ部により昇圧された直流電圧の負荷への供給を制
御するコンバータにおいて、前記降圧チョッパ部はコン
バータの始動時に緩動動作して前記昇圧チョッパ部によ
り整流された直流電圧を徐々に前記負荷に供給し、当該
直流電圧が所定電圧に達した後は、前記昇圧コンバータ
部による前記直流電圧の昇圧制御領域として当該降圧チ
ョッパ部の制御動作を停止し、前記負荷に供給する直流
電圧が所定電圧より低下した場合は、前記降圧チョッパ
部による負荷への電圧供給制御領域として当該昇圧コン
バータ部の制御動作を停止するように、各部の制御動作
領域を設定する。

【００１０】したがって、従来の昇圧コンバータ部と降
圧チョッパ部のツーコンバータ方式で構成されたコンバ
ータのように、昇圧コンバータ部と降圧チョッパ部の間
に介在させていたコンデンサを省略することができる。
また、降圧チョッパ部を始動時に緩動動作させることに
より突入電流の発生を防止することができるため、突入
電流防止用の限流回路を不要としてコンバータのコスト
上昇を抑制することができる。さらに、昇圧コンバータ
部と降圧チョッパ部は同時に動作することがないため、
２組のコンバータで発生するスイッチング素子による動
作損失は１組だけとなり、コンバータの動作効率を向上
させることができる。さらに、所定の直流電圧領域を昇
圧コンバータ動作領域に設定することにより、コンバー
タにおける交流入力の高力率化を達成することができ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明の実施
の形態を詳細に説明する。図１、図２は、本発明を適用
したツーコンバータ方式のコンバータの一実施の形態を
示す図である。まず、構成を説明する。

【００１２】図１は、本実施の形態のコンバータの回路
構成を示す図であり、上記従来の図３に示したコンバー
タと同一の構成部分には同一符号を付している。この図
１において、コンバータは、大別して昇圧コンバータ部
２３と降圧チョッパ部２４とから構成されるツーコンバ
ータ方式である。

【００１３】昇圧コンバータ部２３は、入力段に接続さ
れた３相交流電源１の交流入力線の各々に挿入されたリ
アクトル２〜４と、スイッチングデバイスであるトラン
ジスタ５〜１０と、このトランジスタ５〜１０の各々と
逆並列に接続されたダイオード１１〜１６と、により構
成されている。また、トランジスタ５〜１０は、その各
エミッタ電極には制御回路部３０から駆動制御信号が入
力されており、この駆動制御信号により後述する装置の
動作領域に応じたスイッチング動作の駆動制御が行われ
る。

【００１４】この昇圧コンバータ部２３は、装置の始動
時は、降圧チョッパ部２４の後段に接続された負荷２２
への印加電圧が無電圧状態である時は、ダイオード１１
〜１６により３相全波整流回路として動作し、ダイオー
ド１５のカソード電極とダイオード１６のアノード電極
との間には、交流入力線間電圧値の１．３５倍の直流電
圧値を出力する。そして、降圧チョッパ部２４内のトラ
ンジスタ１８が後述するソフトスタート制御されて完全
導通状態となった後、トランジスタ５〜１０が制御回路
部３０から入力される駆動制御信号により駆動制御され
ることにより、昇圧コンバータ部２３の出力直流電圧を
所定の電圧値まで昇圧する昇圧動作を開始する。

【００１５】降圧チョッパ部２４は、スイッチングデバ
イスであるトランジスタ１８と、フリーホイールダイオ
ード１９と、リアクトル２０と、コンデンサ２１と、に
より構成されている。トランジスタ１８は、そのエミッ
タ電極には制御回路部３０から駆動制御信号が入力され
ており、この駆動制御信号により後述する装置の動作領
域に応じたスイッチング動作の駆動制御が行われる。

【００１６】すなわち、トランジスタ１８は、装置始動
後に制御回路部３０から入力される駆動制御信号により
ソフトスタート制御が開始されると、降圧チョッパ部２
４の後段に接続された負荷２２には、無電圧から交流入
力線間電圧値の１．３５倍の直流電圧値が徐々に印加さ
れる。このソフトスタート制御のため、コンデンサ２１
に突入電流が流れることはない。そして、ソフトスター
ト制御されて負荷２２に印加される直流電圧値が交流入
力線間電圧値の１．３５倍に達すると、トランジスタ１
８は完全導通状態となる。

【００１７】フリーホイールダイオード１９は、昇圧コ
ンバータ部２４からの直流出力電圧の供給が停止された
時、トランジスタ１８をＯＦＦすることによって、フリ
ーホイールダイオード１９、リアクトル２０及びコンデ
ンサ２１による閉回路を形成し、この閉回路内で電流を
流すことによって、負荷側への電力供給を停止させると
ともに、リアクトル２０に蓄積したエネルギーをフリー
ホイールダイオード１９を通して放電させるようにして
いる。

【００１８】次に、本実施の形態の動作を説明する。図
１のコンバータにおける動作について図２に示す負荷電
圧−負荷電流特性図を参照して説明する。

【００１９】まず、図１のコンバータを搭載した図示し
ない装置の電源がＯＮされて、３相交流電源１から昇圧
コンバータ部２３への３相交流入力電圧の供給が開始さ
れると、その３相交流入力電圧が交流入力線の各々に挿
入されたリアクトル２〜４を介してダイオード１１〜１
６により構成された３相全波整流回路に供給されて、３
相全波整流回路によって全波整流され、ダイオード１５
のカソード電極とダイオード１６のアノード電極との間
には、交流入力線間電圧値の１．３５倍の直流電圧値が
出力される。

【００２０】次いで、降圧チョッパ部２３内のトランジ
スタ１８では、制御回路部３０から入力される駆動制御
信号によりソフトスタート制御が開始されると、降圧チ
ョッパ部２４の後段に接続された負荷２２には、無電圧
から交流入力線間電圧値の１．３５倍の直流電圧値が徐
々に印加される。このソフトスタート制御による降圧チ
ョッパ部２３の動作領域は、図２に示すように、交流電
圧×１．３５倍の分岐電圧の下側に相当する。

【００２１】そして、ソフトスタート制御されて負荷２
２に印加される直流電圧値が交流入力線間電圧値の１．
３５倍に達してトランジスタ１８は完全導通状態となる
と、すなわち、図２に示す交流電圧×１．３５倍の分岐
電圧に達すると、制御回路部３０により昇圧コンバータ
部２３内のトランジスタ５〜１０に対する駆動制御が開
始される。

【００２２】昇圧コンバータ部２３内のトランジスタ５
〜１０では、制御回路部３０から入力される駆動制御信
号により駆動制御が開始されることにより、図２に示す
昇圧コンバータ動作領域に移行して、昇圧コンバータ部
２３の出力直流電圧を所定の電圧値まで昇圧する昇圧動
作が開始される。この後、交流入力電圧及び負荷２２の
変動に対しては、制御回路部３０により昇圧コンバータ
部２３だけで制御される。

【００２３】この交流入力電圧及び負荷２２の変動に対
する制御回路部３０の制御としては、例えば、出力電圧
値を下げて垂下動作を行う場合は、まず、制御回路部３
０により昇圧コンバータ部２３に対する駆動制御が行わ
れて、昇圧コンバータ部２３により直流出力電圧値を低
下させるように制御される。また、昇圧コンバータ部２
３では、制御回路部３０により制御が行われていない場
合、すなわち、トランジスタ５〜１０がＯＦＦされた場
合は、その出力直流電圧値は交流入力線間電圧の１．３
５倍まで低下する。

【００２４】そして、負荷２２へ印加される直流出力電
圧値が交流入力線間電圧の１．３５倍以下に低下した場
合は、図２に示した降圧チョッパ動作領域に移行するた
め、制御回路部３０により降圧チョッパ部２４に対する
駆動制御が行われて、降圧チョッパ部２４により直流出
力電圧値が交流入力線間電圧の１．３５倍になるように
制御される。

【００２５】以上のように、本実施の形態のコンバータ
では、装置の始動時には昇圧コンバータ部２３を全波整
流回路として動作させて、昇圧コンバータ部２３の直流
出力電圧値が交流入力線間電圧の１．３５倍になるよう
に制御し、次いで、降圧チョッパ部２４をソフトスター
ト制御して導通状態として負荷２２に徐々に交流入力線
間電圧の１．３５倍の直流出力電圧を印加した後、昇圧
チョッパ部２３の駆動制御を開始して負荷２２に印加す
る直流出力電圧値を所定電圧値に昇圧するようにしたた
め、装置の始動時に降圧チョッパ部２４内のコンデンサ
２１に突入電流が流れることを回避することができ、従
来の昇圧コンバータ部２３と降圧チョッパ部２４との間
に介在させていたコンデンサを省略することができる。

【００２６】また、降圧チョッパ部２４をソフトスター
ト制御したことにより、従来のツーコンバータ方式のコ
ンバータのように突入電流から装置を保護するための限
流回路の挿入を不要として、コンバータのコスト上昇を
抑制することができる。

【００２７】また、本実施の形態のコンバータでは、負
荷２２に印加する直流出力電圧値が交流入力線間電圧の
１．３５倍以上の場合を昇圧コンバータ動作領域、直流
出力電圧値が交流入力線間電圧の１．３５倍以下の場合
を降圧チョッパ動作領域として、各コンバータ部の動作
領域を設定したため、昇圧コンバータ部２３と降圧チョ
ッパ部２４は同時に動作することがないため、２組のコ
ンバータで発生するスイッチング素子（トランジスタ５
〜１０あるいはトランジスタ１８）による動作損失は１
組だけとなり、装置の動作効率を向上させることができ
る。さらに、所定の直流出力電圧領域を昇圧コンバータ
動作領域に設定することにより、装置における交流入力
の高力率化を達成することができる。

【００２８】

【発明の効果】請求項１記載の発明のコンバータによれ
ば、昇圧コンバータ部は交流入力電圧を整流した直流電
圧を所定電圧に昇圧制御し、降圧チョッパ部は当該昇圧
チョッパ部により昇圧された直流電圧の負荷への供給を
制御するコンバータにおいて、前記降圧チョッパ部はコ
ンバータの始動時に緩動動作して前記昇圧チョッパ部に
より整流された直流電圧を徐々に前記負荷に供給し、当
該直流電圧が所定電圧に達した後は、前記昇圧コンバー
タ部による前記直流電圧の昇圧制御領域として当該降圧
チョッパ部の制御動作を停止し、前記負荷に供給する直
流電圧が所定電圧より低下した場合は、前記降圧チョッ
パ部による負荷への電圧供給制御領域として当該昇圧コ
ンバータ部の制御動作を停止するように、各部の制御動
作領域を設定するようにしたため、従来の昇圧コンバー
タ部と降圧チョッパ部のツーコンバータ方式で構成され
たコンバータのように、昇圧コンバータ部と降圧チョッ
パ部の間に介在させていたコンデンサを省略することが
できる。

【００２９】また、降圧チョッパ部を始動時に緩動動作
させることにより突入電流の発生を防止することができ
るため、突入電流防止用の限流回路を不要としてコンバ
ータのコスト上昇を抑制することができる。

【００３０】さらに、昇圧コンバータ部と降圧チョッパ
部は同時に動作することがないため、２組のコンバータ
で発生するスイッチング素子による動作損失は１組だけ
となり、コンバータの動作効率を向上させることができ
る。さらに、所定の直流電圧領域を昇圧コンバータ動作
領域に設定することにより、コンバータにおける交流入
力の高力率化を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した一実施の形態のコンバータの
回路構成を示す図。

【図２】負荷電圧−負荷電流特性及び図１の昇圧コンバ
ータ部２３と降圧チョッパ部２４の動作領域を示す図。

【図３】従来のツーコンバータ方式のコンバータの回路
構成を示す図。

【符号の説明】

１ ３相交流電源 ２〜４ リアクトル ５〜１０ トランジスタ １１〜１６ ダイオード １７ コンデンサ １８ トランジスタ １９ フリーホイールダイオード ２０ リアクトル ２１ コンデンサ ２２ 負荷 ２３ 昇圧コンバータ部 ２４ 降圧チョッパ部 ３０ 制御回路部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多相型交流電源の各相に挿入されたリアク
   トルを介して供給される各相交流電圧を整流する整流素
   子から構成された各アームと、この整流素子に各々に並
   列に接続されたスイッチング素子とで構成された昇圧コ
   ンバータ部と、少なくともスイッチング素子とダイオー
   ドとリアクトル及びコンデンサとから成る直流フィルタ
   回路で構成された降圧チョッパ部と、により構成され、 前記昇圧コンバータ部は交流入力電圧を整流した直流電
   圧を所定電圧に昇圧制御し、前記降圧チョッパ部は当該
   昇圧チョッパ部により昇圧された直流電圧の負荷への供
   給を制御するコンバータにおいて、 前記降圧チョッパ部はコンバータの始動時に緩動動作し
   て前記昇圧チョッパ部により整流された直流電圧を徐々
   に前記負荷に供給し、当該直流電圧が所定電圧に達した
   後は、前記昇圧コンバータ部による前記直流電圧の昇圧
   制御領域として当該降圧チョッパ部の制御動作を停止
   し、前記負荷に供給する直流電圧が所定電圧より低下し
   た場合は、前記降圧チョッパ部による負荷への電圧供給
   制御領域として当該昇圧コンバータ部の制御動作を停止
   するように、各部の制御動作領域を設定したことを特徴
   とするコンバータ。