JP3507046B2 - 電圧変換回路 - Google Patents
電圧変換回路Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種の電源装置等
に用いられる電圧変換回路に関する。
に用いられる電圧変換回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的に商用交流電源から低電圧の直流
電圧を得るには下記に説明する種々の電圧変換回路が用
いられている。 （１）最も一般的な電圧変換回路は、巻線変圧器を使用
するものであり、一次巻線に商用交流電圧を印加するこ
とにより、二次巻線に任意の交流電圧を得て、この二次
側の交流電圧をダイオード等で整流を行い所望の直流電
圧を得るものである。 （２）また、商用交流電源を予めダイオード等整流し、
パワーＭＯＳＦＥＴ等の電力用半導体でスイッチング動
作を行い、所望の直流電圧を得るＤＣチョッパ回路があ
った。 （３）多数のキャパシタを開閉し、その組み合わせで充
放電を制御し、所望の直流電圧を得るスイッチドキャパ
シタ回路があった。 （４）キャパシタを直列に接続して電圧を分圧し、任意
の電圧位置のキャパシタから電圧を取り出して整流し、
必要な直流電圧を得るキャパシタ分圧回路があった。
電圧を得るには下記に説明する種々の電圧変換回路が用
いられている。 （１）最も一般的な電圧変換回路は、巻線変圧器を使用
するものであり、一次巻線に商用交流電圧を印加するこ
とにより、二次巻線に任意の交流電圧を得て、この二次
側の交流電圧をダイオード等で整流を行い所望の直流電
圧を得るものである。 （２）また、商用交流電源を予めダイオード等整流し、
パワーＭＯＳＦＥＴ等の電力用半導体でスイッチング動
作を行い、所望の直流電圧を得るＤＣチョッパ回路があ
った。 （３）多数のキャパシタを開閉し、その組み合わせで充
放電を制御し、所望の直流電圧を得るスイッチドキャパ
シタ回路があった。 （４）キャパシタを直列に接続して電圧を分圧し、任意
の電圧位置のキャパシタから電圧を取り出して整流し、
必要な直流電圧を得るキャパシタ分圧回路があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
従来の電圧変換回路においては、それぞれ特徴を有して
いたが、以下のような問題点もあった。 （１）巻線変圧器を使用する変圧回路においては、大電
力を扱う場合には、巻線変圧器が大型化、大重量化する
ので、装置が大型化し巻線変圧器のコストが高価になる
という問題があった。 （２）パワーＭＯＳＦＥＴ等の電力用半導体でスイッチ
ング動作を行うものは、高周波のスイッチング作用に伴
う高調波ノイズの発生が問題となることや電力容量が使
用する電力用半導体で制限され、大容量のものは困難で
あった。 （３）キャパシタを使用するものは、大容量のキャパシ
タへ逆電力が印加されるので耐久性に問題があった。
従来の電圧変換回路においては、それぞれ特徴を有して
いたが、以下のような問題点もあった。 （１）巻線変圧器を使用する変圧回路においては、大電
力を扱う場合には、巻線変圧器が大型化、大重量化する
ので、装置が大型化し巻線変圧器のコストが高価になる
という問題があった。 （２）パワーＭＯＳＦＥＴ等の電力用半導体でスイッチ
ング動作を行うものは、高周波のスイッチング作用に伴
う高調波ノイズの発生が問題となることや電力容量が使
用する電力用半導体で制限され、大容量のものは困難で
あった。 （３）キャパシタを使用するものは、大容量のキャパシ
タへ逆電力が印加されるので耐久性に問題があった。
【０００４】 本発明は前述の従来の課題に着目してな
されたもので、高価な巻線変圧器を用いることなくコス
トが安価であり、しかも特別な電力用半導体制御部を必
要とせず、キャパシタとダイオードを用いた比較的構造
の簡単な電圧変換回路を提供するものである。
されたもので、高価な巻線変圧器を用いることなくコス
トが安価であり、しかも特別な電力用半導体制御部を必
要とせず、キャパシタとダイオードを用いた比較的構造
の簡単な電圧変換回路を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の手段として請求項１に係る発明は、交流電源の半サイ
クルの出力を整流する第１の半波整流回路と、前記第１
の半波整流回路で整流された電流を蓄電する第１の主キ
ャパシタ回路と、前記第１の主キャパシタ回路に蓄電さ
れた電荷を反転放電する第１のリアクトル回路と、前記
第１の主キャパシタ回路から放電された電荷を蓄電する
第１の分圧キャパシタ回路と、前記第１の分圧キャパシ
タ回路の出力を平滑化する第１の平滑回路とを、備えた
ことを特徴とするものである。
の手段として請求項１に係る発明は、交流電源の半サイ
クルの出力を整流する第１の半波整流回路と、前記第１
の半波整流回路で整流された電流を蓄電する第１の主キ
ャパシタ回路と、前記第１の主キャパシタ回路に蓄電さ
れた電荷を反転放電する第１のリアクトル回路と、前記
第１の主キャパシタ回路から放電された電荷を蓄電する
第１の分圧キャパシタ回路と、前記第１の分圧キャパシ
タ回路の出力を平滑化する第１の平滑回路とを、備えた
ことを特徴とするものである。
【０００６】また、請求項２に係る発明は、前記交流電
源の前記第１の半波整流回路で整流された残りの半サイ
クルの出力を整流する第２の半波整流回路と、前記第２
の半波整流回路で整流された電流を蓄電する第２の主キ
ャパシタ回路と、前記第２の主キャパシタ回路に蓄電さ
れた電荷を反転放電する第２のリアクトルと、前記第２
の主キャパシタ回路から放電された電荷を蓄電する第２
の分圧キャパシタ回路とを備え、前記第２の分圧キャパ
シタ回路の出力は、前記第１の平滑回路に接続されて、
全波整流を行うことを特徴とするものである。
源の前記第１の半波整流回路で整流された残りの半サイ
クルの出力を整流する第２の半波整流回路と、前記第２
の半波整流回路で整流された電流を蓄電する第２の主キ
ャパシタ回路と、前記第２の主キャパシタ回路に蓄電さ
れた電荷を反転放電する第２のリアクトルと、前記第２
の主キャパシタ回路から放電された電荷を蓄電する第２
の分圧キャパシタ回路とを備え、前記第２の分圧キャパ
シタ回路の出力は、前記第１の平滑回路に接続されて、
全波整流を行うことを特徴とするものである。
【０００７】 また、請求項３に係る発明は、第１の分
圧キャパシタ回路および前記第２の分圧キャパシタ回路
は、分圧キャパシタと２個の逆並列ダイオードから構成
されていることを特徴としている。
圧キャパシタ回路および前記第２の分圧キャパシタ回路
は、分圧キャパシタと２個の逆並列ダイオードから構成
されていることを特徴としている。
【０００８】また、請求項４に係る発明は、前記第１の
平滑回路と前記第１の分圧キャパシタ回路の間には、２
個のダイオードからなる干渉防止回路が接続されている
ことを特徴としている。
平滑回路と前記第１の分圧キャパシタ回路の間には、２
個のダイオードからなる干渉防止回路が接続されている
ことを特徴としている。
【０００９】また、請求項５に係る発明は、前記第１の
平滑回路と前記第２の分圧キャパシタ回路の間には、２
個のダイオードからなる干渉防止回路が接続されている
ことを特徴としている。
平滑回路と前記第２の分圧キャパシタ回路の間には、２
個のダイオードからなる干渉防止回路が接続されている
ことを特徴としている。
【００１０】 さらに、請求項６に係る発明は、直流電
源に接続され出力を断続する第１のスイッチング回路
と、前記第１のスイッチング回路を経由した電流の電荷
を蓄積する第３の主キャパシタ回路と、前記第３の主キ
ャパシタ回路から放電された電荷を蓄積する第３の分圧
キャパシタ回路と、前記第３の分圧キャパシタ回路の出
力を平滑化する第２の平滑回路とを、備えたことを特徴
とするものである。
源に接続され出力を断続する第１のスイッチング回路
と、前記第１のスイッチング回路を経由した電流の電荷
を蓄積する第３の主キャパシタ回路と、前記第３の主キ
ャパシタ回路から放電された電荷を蓄積する第３の分圧
キャパシタ回路と、前記第３の分圧キャパシタ回路の出
力を平滑化する第２の平滑回路とを、備えたことを特徴
とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明に係る電圧変換回路の第１
および第２の実施の形態を図に基づいて詳細に説明す
る。本発明の第１の実施の形態の電圧変換回路Ａは、図
１に示すように、交流電源１と負荷１０の間に設けられ
るものであり、交流電源の半サイクルの出力を整流する
第１の半波整流回路２と、前記第１の半波整流回路２で
整流された電流を蓄電する第１の主キャパシタ回路４
と、前記第１の主キャパシタ回路４に蓄電された電荷を
反転放電する第１のリアクトル回路３と、前記第１の主
キャパシタ回路４から放電された電荷を蓄電する第１の
分圧キャパシタ回路５と、前記第１の整流回路２で整流
された電流を平滑化する第１の平滑回路６とを、備えて
いる。
および第２の実施の形態を図に基づいて詳細に説明す
る。本発明の第１の実施の形態の電圧変換回路Ａは、図
１に示すように、交流電源１と負荷１０の間に設けられ
るものであり、交流電源の半サイクルの出力を整流する
第１の半波整流回路２と、前記第１の半波整流回路２で
整流された電流を蓄電する第１の主キャパシタ回路４
と、前記第１の主キャパシタ回路４に蓄電された電荷を
反転放電する第１のリアクトル回路３と、前記第１の主
キャパシタ回路４から放電された電荷を蓄電する第１の
分圧キャパシタ回路５と、前記第１の整流回路２で整流
された電流を平滑化する第１の平滑回路６とを、備えて
いる。
【００１２】この電圧変換回路Ａにおける交流電源１
は、一般の商用電源であり、５０または６０ヘルツの１
００〜２００Ｖの電源である。この交流電源１に接続さ
れた半波整流回路２は、２個のファーストリカバリダイ
オードＤ１，Ｄ２からなり、ファーストリカバリダイオ
ードＤ１は順方向に接続されており、このダイオードＤ
１で、図２（ａ）に示すように、交流電源１のプラス側
半サイクルを整流している。また、ファーストリカバリ
ダイオードＤ２は逆方向に接続されており、逆流を防止
している。
は、一般の商用電源であり、５０または６０ヘルツの１
００〜２００Ｖの電源である。この交流電源１に接続さ
れた半波整流回路２は、２個のファーストリカバリダイ
オードＤ１，Ｄ２からなり、ファーストリカバリダイオ
ードＤ１は順方向に接続されており、このダイオードＤ
１で、図２（ａ）に示すように、交流電源１のプラス側
半サイクルを整流している。また、ファーストリカバリ
ダイオードＤ２は逆方向に接続されており、逆流を防止
している。
【００１３】前記ファーストリカバリダイオードＤ１，
Ｄ２の出力側には交流電源１と並列に第１のリアクトル
回路３が接続されている。そして、この第１のリアクト
ル回路３には第１の主キャパシタ回路４が接続されてお
り、この第１の主キャパシタ回路４は、前記ダイオード
Ｄ１と同一方向に接続されたバイパスダイオードＤ３
と、バイパスダイオードＤ３に直列に接続された主キャ
パシタＣ１から構成されている。
Ｄ２の出力側には交流電源１と並列に第１のリアクトル
回路３が接続されている。そして、この第１のリアクト
ル回路３には第１の主キャパシタ回路４が接続されてお
り、この第１の主キャパシタ回路４は、前記ダイオード
Ｄ１と同一方向に接続されたバイパスダイオードＤ３
と、バイパスダイオードＤ３に直列に接続された主キャ
パシタＣ１から構成されている。
【００１４】また、この第１の主キャパシタ回路４に
は、第１の分圧キャパシタ回路５が接続されている。こ
の第１の分圧キャパシタ回路５は、分圧キャパシタＣ２
と、この分圧キャパシタＣ２と電源接続ライン１１との
間に２個の逆並列ダイオードＤ４，Ｄ５が接続されたも
のである。この逆並列ダイオードＤ４，Ｄ５は、分圧キ
ャパシタＣ２に逆電圧が印加するのを防止するものであ
り、これにより分圧キャパシタＣ２が破壊することがな
くなる。
は、第１の分圧キャパシタ回路５が接続されている。こ
の第１の分圧キャパシタ回路５は、分圧キャパシタＣ２
と、この分圧キャパシタＣ２と電源接続ライン１１との
間に２個の逆並列ダイオードＤ４，Ｄ５が接続されたも
のである。この逆並列ダイオードＤ４，Ｄ５は、分圧キ
ャパシタＣ２に逆電圧が印加するのを防止するものであ
り、これにより分圧キャパシタＣ２が破壊することがな
くなる。
【００１５】 また、この分圧キャパシタ回路５の出力
電流は、図２（ｃ）に示すように、脈流となっているの
で、後述する電圧変換回路Ａ′と合成した直流波形と合
わせて滑らかな直流とするため第１の平滑回路６を備え
ている。この第１の平滑回路６で平滑化された直流波形
は、図２（ｄ）のようになり、負荷１０に供給される。
さらに、第１の平滑回路６と前記第１の分圧キャパシタ
回路５には、２個のダイオードＤ６，Ｄ７からなる第１
の干渉防止回路７が接続され、負荷側の短絡等の影響を
電源側に及ぼさないようにしており、同様に電圧変換回
路Ａ′にも影響を与えないようにしている。
電流は、図２（ｃ）に示すように、脈流となっているの
で、後述する電圧変換回路Ａ′と合成した直流波形と合
わせて滑らかな直流とするため第１の平滑回路６を備え
ている。この第１の平滑回路６で平滑化された直流波形
は、図２（ｄ）のようになり、負荷１０に供給される。
さらに、第１の平滑回路６と前記第１の分圧キャパシタ
回路５には、２個のダイオードＤ６，Ｄ７からなる第１
の干渉防止回路７が接続され、負荷側の短絡等の影響を
電源側に及ぼさないようにしており、同様に電圧変換回
路Ａ′にも影響を与えないようにしている。
【００１６】また、本発明の電圧変換回路においては、
交流電源１のマイナス側の半サイクルにて作動させるた
め、前述した電圧変換回路Ａと対称な電圧変換回路Ａ′
が備えられている。即ち、交流電源１のマイナス側の半
サイクル出力を整流する第２の半波整流回路２′と、前
記第２の半波整流回路２′で整流された電流を蓄電する
第２の主キャパシタ回路４′と、前記第２の主キャパシ
タ回路４′に蓄電された電荷を反転放電する第２のリア
クトル回路３′と、前記第２の主キャパシタ回路４′か
ら放電された電荷を蓄電する第２の分圧キャパシタ回路
５′と、第２の干渉防止回路７′である。
交流電源１のマイナス側の半サイクルにて作動させるた
め、前述した電圧変換回路Ａと対称な電圧変換回路Ａ′
が備えられている。即ち、交流電源１のマイナス側の半
サイクル出力を整流する第２の半波整流回路２′と、前
記第２の半波整流回路２′で整流された電流を蓄電する
第２の主キャパシタ回路４′と、前記第２の主キャパシ
タ回路４′に蓄電された電荷を反転放電する第２のリア
クトル回路３′と、前記第２の主キャパシタ回路４′か
ら放電された電荷を蓄電する第２の分圧キャパシタ回路
５′と、第２の干渉防止回路７′である。
【００１７】つぎに、前述のように構成された電圧変換
回路Ａと電圧変換回路Ａ′の動作を説明する。電圧変換
回路Ａと電圧変換回路Ａ′は、動作が同じで半サイクル
周期がずれているだけなので、主として、電圧変換回路
Ａについて説明する。まず、図１において、交流電源１
より矢印（１）のように、プラス側半サイクルの場合
は、主電流は、交流電源１よりファーストリカバリダイ
オードＤ１→バイパスダイオードＤ３→主キャパシタＣ
１→ファーストリカバリダイオードＤ２→交流電源１の
閉回路が形成され、図２（ｂ）に示すように、主キャパ
シタＣ１が充電される。この場合に主キャパシタＣ１の
電圧Ｅ１は、電源電圧Ｅ0 とリアクトルＬ１の逆起電力
との併合した電圧Ｅ１となるが、この電圧Ｅ１は電源電
圧Ｅ0 に近い値となるようにリアクトルＬ１を選ぶもの
である。
回路Ａと電圧変換回路Ａ′の動作を説明する。電圧変換
回路Ａと電圧変換回路Ａ′は、動作が同じで半サイクル
周期がずれているだけなので、主として、電圧変換回路
Ａについて説明する。まず、図１において、交流電源１
より矢印（１）のように、プラス側半サイクルの場合
は、主電流は、交流電源１よりファーストリカバリダイ
オードＤ１→バイパスダイオードＤ３→主キャパシタＣ
１→ファーストリカバリダイオードＤ２→交流電源１の
閉回路が形成され、図２（ｂ）に示すように、主キャパ
シタＣ１が充電される。この場合に主キャパシタＣ１の
電圧Ｅ１は、電源電圧Ｅ0 とリアクトルＬ１の逆起電力
との併合した電圧Ｅ１となるが、この電圧Ｅ１は電源電
圧Ｅ0 に近い値となるようにリアクトルＬ１を選ぶもの
である。
【００１８】 次いで、電源電流が最大値を過ぎると、
電流の方向が変化するので、リアクトルＬ１には逆起電
力が発生し、主キャパシタＣ１に蓄積した電荷は、主キ
ャパシタＣ１→分圧キャパシタＣ２→ダイオードＤ５→
リアクトルＬ１の経路で放出される。また、電圧変換回
路Ａは半波整流回路なので、０Ｖ以下では、次の半サイ
クルまで出力は無いので、主キャパシタＣ１に蓄積した
電荷は平衡するまで分圧キャパシタＣ２に移動する。す
ると、全体のキャパシタ容量Ｃは主キャパシタの容量Ｃ
１プラス分圧キャパシタの容量Ｃ２となり、電圧のピー
ク値は変わらないので、その電荷比は主キャパシタの容
量Ｃ１と分圧キャパシタの容量Ｃ２で分割されることと
なり、容量が増加した分だけ電圧が低下することとな
る。即ち、この時の主キャパシタＣ１の電圧をＶ１とす
れば、Ｖ１＝Ｅ１×｛Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）｝１／２と
なり、分圧キャパシタＣ２の電圧をＶ２とすれば、Ｖ２
＝Ｅ１×｛Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）｝１／２となるので、
通常は電源電圧Ｅ０より低くなるものである。
電流の方向が変化するので、リアクトルＬ１には逆起電
力が発生し、主キャパシタＣ１に蓄積した電荷は、主キ
ャパシタＣ１→分圧キャパシタＣ２→ダイオードＤ５→
リアクトルＬ１の経路で放出される。また、電圧変換回
路Ａは半波整流回路なので、０Ｖ以下では、次の半サイ
クルまで出力は無いので、主キャパシタＣ１に蓄積した
電荷は平衡するまで分圧キャパシタＣ２に移動する。す
ると、全体のキャパシタ容量Ｃは主キャパシタの容量Ｃ
１プラス分圧キャパシタの容量Ｃ２となり、電圧のピー
ク値は変わらないので、その電荷比は主キャパシタの容
量Ｃ１と分圧キャパシタの容量Ｃ２で分割されることと
なり、容量が増加した分だけ電圧が低下することとな
る。即ち、この時の主キャパシタＣ１の電圧をＶ１とす
れば、Ｖ１＝Ｅ１×｛Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）｝１／２と
なり、分圧キャパシタＣ２の電圧をＶ２とすれば、Ｖ２
＝Ｅ１×｛Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）｝１／２となるので、
通常は電源電圧Ｅ０より低くなるものである。
【００１９】 より詳細に説明すれば、最初に蓄積する
電荷はＣ１のみであり、この電荷をＱ１とすると、Ｑ１
＝Ｃ１×Ｅ１となる。その後、静電容量がＣ１ではな
く、（Ｃ１＋Ｃ２）となるため、主キャパシタＣ１の電
圧Ｖ１も分圧キャパシタＣ２の電圧Ｖ２と等しく、Ｖ２
＝Ｅ１×｛Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）｝１／２となる。つま
り、最初に主キャパシタＣ１に蓄積した電荷をＣ１＋Ｃ
２の容量に拡大することとなる。従って、主キャパシタ
Ｃ１の電圧と分圧キャパシタＣ２の電圧が等しくなるま
で電荷が移動し、平衡した電圧に落ち着くことになる。
そのため、Ｖ２＝Ｖ１＝Ｅ１×｛Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ
２）｝１／２となる。
電荷はＣ１のみであり、この電荷をＱ１とすると、Ｑ１
＝Ｃ１×Ｅ１となる。その後、静電容量がＣ１ではな
く、（Ｃ１＋Ｃ２）となるため、主キャパシタＣ１の電
圧Ｖ１も分圧キャパシタＣ２の電圧Ｖ２と等しく、Ｖ２
＝Ｅ１×｛Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）｝１／２となる。つま
り、最初に主キャパシタＣ１に蓄積した電荷をＣ１＋Ｃ
２の容量に拡大することとなる。従って、主キャパシタ
Ｃ１の電圧と分圧キャパシタＣ２の電圧が等しくなるま
で電荷が移動し、平衡した電圧に落ち着くことになる。
そのため、Ｖ２＝Ｖ１＝Ｅ１×｛Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ
２）｝１／２となる。
【００２０】また、出力電圧は分圧キャパシタ回路５の
両端電圧の接続ライン１１と接続ライン１２から取り出
すので、ほぼ分圧キャパシタＣ２の両端の電圧Ｖ２とな
り（ダイオードＤ４，Ｄ５の順方向の電圧降下は極めて
小さくほぼ無視できるため）低いものとなり、この低電
圧を平滑回路６で平滑化し、負荷１０に供給するもので
ある。この場合の電圧は前述したように、Ｖ２＝Ｅ１×
Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）となるので、通常は電源電圧Ｅ0
より低くなるものである。
両端電圧の接続ライン１１と接続ライン１２から取り出
すので、ほぼ分圧キャパシタＣ２の両端の電圧Ｖ２とな
り（ダイオードＤ４，Ｄ５の順方向の電圧降下は極めて
小さくほぼ無視できるため）低いものとなり、この低電
圧を平滑回路６で平滑化し、負荷１０に供給するもので
ある。この場合の電圧は前述したように、Ｖ２＝Ｅ１×
Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）となるので、通常は電源電圧Ｅ0
より低くなるものである。
【００２１】また、交流電源１より矢印（２）のように
マイナス半サイクルの場合は、電流は、電圧変換回路
Ａ′の整流ダイオードＤ２′を通り、一部はバイパスダ
イオードＤ３′を経由して主キャパシタＣ１′を充電す
る。また、同時にリアクトルＬ１′による逆起電力によ
り発生した過渡電流がバイパスダイオードＤ３′を経由
して主キャパシタＣ１′に流れ込む。そして、電圧変換
回路Ａと同様にして、主キャパシタＣ１′と分圧キャパ
シタＣ２′により電荷を分割するので、電源電圧Ｅ0 よ
り低い電圧を得ることができる。
マイナス半サイクルの場合は、電流は、電圧変換回路
Ａ′の整流ダイオードＤ２′を通り、一部はバイパスダ
イオードＤ３′を経由して主キャパシタＣ１′を充電す
る。また、同時にリアクトルＬ１′による逆起電力によ
り発生した過渡電流がバイパスダイオードＤ３′を経由
して主キャパシタＣ１′に流れ込む。そして、電圧変換
回路Ａと同様にして、主キャパシタＣ１′と分圧キャパ
シタＣ２′により電荷を分割するので、電源電圧Ｅ0 よ
り低い電圧を得ることができる。
【００２２】さらに、前述の電圧変換回路Ａは、単独で
使用しても、その機能を果たすことは勿論であるが、電
圧変換回路Ａ′とペアで使用することにより、合成の出
力波形は図２（ｃ）のようになり、平滑化した波形は図
２（ｄ）のような全波整流となり、全波整流回路の電源
装置として使用することができ、効率的な装置とするこ
とができる。そして、本発明の電圧変換回路は、主キャ
パシタと分圧キャパシタの合成容量により、キャパシタ
の蓄積エネルギーを変えずに静電容量を増やし、出力電
圧を下げることのできる降圧方式とすることができる。
使用しても、その機能を果たすことは勿論であるが、電
圧変換回路Ａ′とペアで使用することにより、合成の出
力波形は図２（ｃ）のようになり、平滑化した波形は図
２（ｄ）のような全波整流となり、全波整流回路の電源
装置として使用することができ、効率的な装置とするこ
とができる。そして、本発明の電圧変換回路は、主キャ
パシタと分圧キャパシタの合成容量により、キャパシタ
の蓄積エネルギーを変えずに静電容量を増やし、出力電
圧を下げることのできる降圧方式とすることができる。
【００２３】つぎに、図３に示す本発明の第２の実施の
形態である電圧変換回路Ｂは、直流電源２０に接続され
出力を断続する第１のスイッチング回路２１と、前記第
１のスイッチング回路２１を経由した電流の電荷を蓄積
する第３の主キャパシタ回路２２と、前記第３の主キャ
パシタ回路２２から放電された電荷を蓄積する第３の分
圧キャパシタ回路２３と、前記第１のスイッチング回路
２１で断続された電流を平滑化する第２の平滑回路２５
とを、備えたものである。また、第３の分圧キャパシタ
回路２３と第２の平滑回路２５の間に、干渉防止回路２
４が接続されている。
形態である電圧変換回路Ｂは、直流電源２０に接続され
出力を断続する第１のスイッチング回路２１と、前記第
１のスイッチング回路２１を経由した電流の電荷を蓄積
する第３の主キャパシタ回路２２と、前記第３の主キャ
パシタ回路２２から放電された電荷を蓄積する第３の分
圧キャパシタ回路２３と、前記第１のスイッチング回路
２１で断続された電流を平滑化する第２の平滑回路２５
とを、備えたものである。また、第３の分圧キャパシタ
回路２３と第２の平滑回路２５の間に、干渉防止回路２
４が接続されている。
【００２４】このように構成された電圧変換回路Ｂは、
スイッチング回路２１をＳ１側に切り換えることによ
り、直流電源２０より電流がダイオード２１を経由して
ダイオード２２より主キャパシタＣ２２に流れ、主キャ
パシタＣ２２に電荷が蓄積する。このときに主キャパシ
タＣ２２に印加される電圧はほとんど電源電圧となる。
次いで、スイッチング回路２１をＳ１側に切り換える
と、主キャパシタ回路２２と分圧キャパシタ回路２３で
閉回路が形成され、主キャパシタＣ２２に蓄積されてい
た電荷が分圧キャパシタＣ２３に向けて放電され、分圧
キャパシタＣ２３に電荷が蓄積される。このときの主キ
ャパシタＣ２２と分圧キャパシタＣ２３の電荷は、前述
の電圧変換回路Ａと同様に、Ｃ２２の電荷を主キャパシ
タＣ２２と分圧キャパシタＣ２３の合成容量で分割した
値となり、電源電圧より低下するものである。また、負
荷３０には、分圧キャパシタ回路２３の出力電圧を平滑
回路２５で平滑化されたものが出力されるので、電源電
圧より低下するものである。
スイッチング回路２１をＳ１側に切り換えることによ
り、直流電源２０より電流がダイオード２１を経由して
ダイオード２２より主キャパシタＣ２２に流れ、主キャ
パシタＣ２２に電荷が蓄積する。このときに主キャパシ
タＣ２２に印加される電圧はほとんど電源電圧となる。
次いで、スイッチング回路２１をＳ１側に切り換える
と、主キャパシタ回路２２と分圧キャパシタ回路２３で
閉回路が形成され、主キャパシタＣ２２に蓄積されてい
た電荷が分圧キャパシタＣ２３に向けて放電され、分圧
キャパシタＣ２３に電荷が蓄積される。このときの主キ
ャパシタＣ２２と分圧キャパシタＣ２３の電荷は、前述
の電圧変換回路Ａと同様に、Ｃ２２の電荷を主キャパシ
タＣ２２と分圧キャパシタＣ２３の合成容量で分割した
値となり、電源電圧より低下するものである。また、負
荷３０には、分圧キャパシタ回路２３の出力電圧を平滑
回路２５で平滑化されたものが出力されるので、電源電
圧より低下するものである。
【００２５】前述の第１および第２の実施の形態の電圧
変換回路は、主キャパシタと分圧キャパシタの静電容量
の値により、電源電圧から自在に変換できるもので、キ
ャパシタとダイオードの比較的簡単な回路で実現でき
る。また、この電圧変換回路は、電源回路とは非絶縁と
なる回路であるが、キャパシタの蓄積エネルギーを変え
ずに静電容量を増加させ、電圧を減圧させることができ
るものである。そして、キャパシタが有する１／２ＣＶ
2 の理論公式より、電圧に対する１／２効率をリアクト
ルで補う回路となっている。
変換回路は、主キャパシタと分圧キャパシタの静電容量
の値により、電源電圧から自在に変換できるもので、キ
ャパシタとダイオードの比較的簡単な回路で実現でき
る。また、この電圧変換回路は、電源回路とは非絶縁と
なる回路であるが、キャパシタの蓄積エネルギーを変え
ずに静電容量を増加させ、電圧を減圧させることができ
るものである。そして、キャパシタが有する１／２ＣＶ
2 の理論公式より、電圧に対する１／２効率をリアクト
ルで補う回路となっている。
【００２６】また、前述の電圧変換回路は、負荷が直接
電源に影響を与えないので、ヒータやモータ等の抵抗負
荷や誘導性負荷、或いは容量性負荷等、負荷の種類が何
であっても使用可能となる。そして、負荷が短絡しても
分圧キャパシタに蓄積した電荷分しか流れず、主キャパ
シタから電荷が移動しても、主キャパシタの容量が小さ
いので、過大電流とならず安全である。
電源に影響を与えないので、ヒータやモータ等の抵抗負
荷や誘導性負荷、或いは容量性負荷等、負荷の種類が何
であっても使用可能となる。そして、負荷が短絡しても
分圧キャパシタに蓄積した電荷分しか流れず、主キャパ
シタから電荷が移動しても、主キャパシタの容量が小さ
いので、過大電流とならず安全である。
【００２７】 前述の電圧変換回路の特徴をまとめれ
ば、以下のとおりである。 （１）負荷の種別を問わない。 （２）リアクトルをスイッチに置き換えることができ
る。 （３）大容量電解キャパシタを使用できる。 （４）電解キャパシタに逆方向電圧を印加しない。 （５）（主キャパシタの容量Ｃ１）１／２：（主キャパ
シタの容量Ｃ１＋分圧キャパシタの容量Ｃ２）１／２の
容量比で任意の電圧出力を得ることができる。 （６）部品点数が少ないので、小型化できる。 （７）巻線変圧器を用いない。 （８）キャパシタが高電圧保持にならない。 （９）電源を切っても低電圧出力となる。 （１０）主キャパシタＣ１を充電する際には、分圧キャ
パシタＣ２の出力は発生せず、従って、電源電圧は出力
側には発生しない。 （１１）スイッチング制御回路は必ずしも必要としな
い。 （１２）負荷側短絡容量が小さい。 （１３）任意の電圧を容易に得られる。 （１４）出力電流を大きくするには主キャパシタＣ１お
よび分圧キャパシタＣ２の容量とも大きくする必要があ
る。 （１５）定電圧を断続する時間を変化させて等価的に電
圧を変化させる間欠供給方法ではなく、常に連続的に出
力を得る方式となる。
ば、以下のとおりである。 （１）負荷の種別を問わない。 （２）リアクトルをスイッチに置き換えることができ
る。 （３）大容量電解キャパシタを使用できる。 （４）電解キャパシタに逆方向電圧を印加しない。 （５）（主キャパシタの容量Ｃ１）１／２：（主キャパ
シタの容量Ｃ１＋分圧キャパシタの容量Ｃ２）１／２の
容量比で任意の電圧出力を得ることができる。 （６）部品点数が少ないので、小型化できる。 （７）巻線変圧器を用いない。 （８）キャパシタが高電圧保持にならない。 （９）電源を切っても低電圧出力となる。 （１０）主キャパシタＣ１を充電する際には、分圧キャ
パシタＣ２の出力は発生せず、従って、電源電圧は出力
側には発生しない。 （１１）スイッチング制御回路は必ずしも必要としな
い。 （１２）負荷側短絡容量が小さい。 （１３）任意の電圧を容易に得られる。 （１４）出力電流を大きくするには主キャパシタＣ１お
よび分圧キャパシタＣ２の容量とも大きくする必要があ
る。 （１５）定電圧を断続する時間を変化させて等価的に電
圧を変化させる間欠供給方法ではなく、常に連続的に出
力を得る方式となる。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の電圧変換
回路は、交流電源の半サイクルの出力を整流する第１の
半波整流回路と、前記第１の半波整流回路で整流された
電流を蓄電する第１の主キャパシタ回路と、前記第１の
主キャパシタ回路に蓄電された電荷を反転放電する第１
のリアクトル回路と、前記第１の主キャパシタ回路から
放電された電荷を蓄電する第１の分圧キャパシタ回路
と、前記第１の分圧キャパシタ回路の出力を平滑化する
第１の平滑回路とを備えたことにより、キャパシタとダ
イオードによる少ない部品点数で構成することができ、
高価な巻線変圧器を使用する必要がないので、小型で安
価な電圧変換回路を提供できるという優れた効果を奏す
るものである。
回路は、交流電源の半サイクルの出力を整流する第１の
半波整流回路と、前記第１の半波整流回路で整流された
電流を蓄電する第１の主キャパシタ回路と、前記第１の
主キャパシタ回路に蓄電された電荷を反転放電する第１
のリアクトル回路と、前記第１の主キャパシタ回路から
放電された電荷を蓄電する第１の分圧キャパシタ回路
と、前記第１の分圧キャパシタ回路の出力を平滑化する
第１の平滑回路とを備えたことにより、キャパシタとダ
イオードによる少ない部品点数で構成することができ、
高価な巻線変圧器を使用する必要がないので、小型で安
価な電圧変換回路を提供できるという優れた効果を奏す
るものである。
【図１】本発明に係る電圧変換回路の第１の実施の形態
を示す回路構成図である。
を示す回路構成図である。
【図２】図１の電圧変換回路における各段階の電圧波形
を示す波形図である。
を示す波形図である。
【図３】本発明に係る電圧変換回路の第２の実施の形態
を示す回路構成図である。
を示す回路構成図である。
Ａ 電圧変換回路
Ａ′ 電圧変換回路
Ｂ 電圧変換回路
１ 交流電源
２ 第１の半波整流回路
２′ 第２の半波整流回路
３ 第１のリアクトル回路
３′ 第２のリアクトル回路
４ 第１の主キャパシタ回路
４′ 第２の主キャパシタ回路
５ 第１の分圧キャパシタ回路
５′ 第２の分圧キャパシタ回路
６ 第１の平滑回路
７ 第１の干渉防止回路
７′ 第２の干渉防止回路
１０ 負荷
１１ 接続ライン
１２ 接続ライン
Claims (6)
- 【請求項１】交流電源の半サイクルの出力を整流する第
１の半波整流回路と、前記第１の半波整流回路で整流さ
れた電流の電荷を蓄積する第１の主キャパシタ回路と、
前記第１の主キャパシタ回路に蓄積された電荷を反転放
電する第１のリアクトル回路と、前記第１の主キャパシ
タ回路から放電された電荷を蓄積する第１の分圧キャパ
シタ回路と、前記第１の分圧キャパシタ回路の出力を平
滑化する第１の平滑回路とを、備えたことを特徴とする
電圧変換回路。 - 【請求項２】前記交流電源の前記第１の半波整流回路で
整流された残りの半サイクルの出力を整流する第２の半
波整流回路と、前記第２の半波整流回路で整流された電
流の電荷を蓄積する第２の主キャパシタ回路と、前記第
２の主キャパシタ回路に蓄積された電荷を反転放電する
第２のリアクトルと、前記第２の主キャパシタ回路から
放電された電荷を蓄積する第２の分圧キャパシタ回路と
を備え、 前記第２の分圧キャパシタ回路の出力は、前記第１の平
滑回路に接続されて、全波整流を行うことを特徴とする
請求項１に記載の電圧変換回路。 - 【請求項３】第１の分圧キャパシタ回路および前記第２
の分圧キャパシタ回路は、分圧キャパシタと２個の逆並
列ダイオードから構成されていることを特徴とする請求
項１または請求項２に記載の電圧変換回路。 - 【請求項４】前記第１の平滑回路と前記第１の分圧キャ
パシタ回路の間には、２個のダイオードからなる干渉防
止回路が接続されている請求項１に記載の電圧変換回
路。 - 【請求項５】前記第１の平滑回路と前記第２の分圧キャ
パシタ回路の間には、２個のダイオードからなる干渉防
止回路が接続されている請求項２に記載の電圧変換回
路。 - 【請求項６】直流電源に接続され出力を断続する第１の
スイッチング回路と、前記第１のスイッチング回路を経
由した電流の電荷を蓄積する第３の主キャパシタ回路
と、前記第３の主キャパシタ回路から放電された電荷を
蓄積する第３の分圧キャパシタ回路と、前記第３の分圧
キャパシタ回路の出力を平滑化する第２の平滑回路と
を、備えたことを特徴とする電圧変換回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001180700A JP3507046B2 (ja) | 2001-06-14 | 2001-06-14 | 電圧変換回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001180700A JP3507046B2 (ja) | 2001-06-14 | 2001-06-14 | 電圧変換回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002374676A JP2002374676A (ja) | 2002-12-26 |
| JP3507046B2 true JP3507046B2 (ja) | 2004-03-15 |
Family
ID=19021078
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001180700A Expired - Fee Related JP3507046B2 (ja) | 2001-06-14 | 2001-06-14 | 電圧変換回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3507046B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4992876B2 (ja) * | 2008-09-30 | 2012-08-08 | 三菱電機株式会社 | インバータ装置 |
| EP2352197B1 (en) | 2008-11-20 | 2014-08-20 | Panasonic Corporation | Fuel cell system |
-
2001
- 2001-06-14 JP JP2001180700A patent/JP3507046B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002374676A (ja) | 2002-12-26 |
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