JP3609592B2 - 電源回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電源回路に関し、さらに詳しくいえば、インバータ電源回路の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下で、従来用いられていた電源回路について図面を参照しながら説明する。
図５は、従来の一般的なインバータ駆動の電源回路の構成を示す図である。
この回路は、図５に示すように、ＮＰＮ型のスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ６と、ダイオードＤ１〜Ｄ６からなるインバータ１を有し、負荷となる３相のモータＭを駆動する回路である。
【０００３】
このインバータ１の前段には、不図示の交流を整流し直流に変換する直流電源が設けられており、この直流電源で生成された直流電圧をインバータ１によって交流電圧に変換し、３相モータに供給する。これによって、モータの可変速制御などをするものである。
この不図示の直流電源には、いろいろな回路構成があるが、
（１）整流ダイオードと平滑コンデンサを用いて、交流電圧を一定電圧の直流電圧に変換する回路
（２）昇圧型のアクティブフィルタ回路を用いて、交流電圧のピーク値より高いレベルの直流電圧に変換する回路
などが用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記回路によれば、第一に、（１）の回路は、定電圧を用いており、可変速制御を行うための電流／電圧のコントロールについては６個のスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ６を用いているので、インバータにおけるスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ６のスイッチングにおける消費電力のロスが大きくなってしまう。又、スイッチングノイズが大きくなってしまうという問題がある。
【０００５】
第二に、（２）の回路は、昇圧型アクティブフィルタ回路を用いて、ある一定電圧を昇圧させることで直流出力電圧を可変にしているので、ある速度以上ではモータの可変速制御を直流電圧に変化させることで実現できるものの、それ以下の速度では図６に示すように直流出力電圧を可変にすることができなくなってしまい、この範囲でモータの電流／電圧コントロールを行うには、ＰＷＭ制御になってしまう。
【０００６】
このため直流電圧の全範囲にわたって直流出力電圧可変制御をすることができず、制御可能な電圧範囲が狭くなってしまい、インバータ回路でＰＷＭ制御を併用しなければならず回路が複雑化するという問題が生じていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記従来の欠点に鑑み成されたもので、直流電圧を交流に変換してモータに供給する、インバータ電源回路であって、交流を直流に変換して直流電圧を出力する昇圧型アクティブフィルタ回路と、前記昇圧された直流電圧を降圧する降圧回路と、前記降圧回路の出力電圧を交流に変換して前記モータに供給するインバータとを有することを特徴とする本発明に係る電源回路により、上記課題を解決するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（１）第１の実施形態
以下で、本発明の第１の実施形態に係る電源回路について説明する。この電源回路は、３相のモータＭを駆動制御するための回路である。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電源回路の構成図であって、図２はその動作特性を説明する図である。
【０００９】
この回路は、図１に示すように、昇圧型アクティブフィルタ回路を構成するブリッジ回路１１，昇圧チョッパ回路１２，降圧回路１３及びインバータ１４を有する。
ブリッジ回路１１は、交流電圧ＡＣを整流する回路である。
昇圧チョッパ回路１２は、ＮＰＮ型の第１のスイッチングトランジスタＴＲ１，コイルＬ１１，ダイオードＤ１１，コンデンサＣ１１からなり、ブリッジ回路１１の出力電圧を昇圧する回路である。
【００１０】
第１のスイッチングトランジスタＴＲ１のコレクタはコイルＬ１１と、ダイオードＤ１１の一端とに接続しており、エミッタはコンデンサＣ１１の一端とに接続している。ベースには不図示のパルス発生回路が接続しており、これによって第１のスイッチングトランジスタＴＲ１がスイッチング動作する。また、コンデンサＣ１１の他端はダイオードＤ１１の他端に接続している。
【００１１】
降圧回路１３は、昇圧型アクティブフィルタ回路の出力電圧を降圧させる回路である。第２のスイッチングトランジスタＴＲ２，ダイオードＤ１２，コイルＬ１２，コンデンサＣ１２よりなる。
第２のスイッチングトランジスタＴＲ２のコレクタは、昇圧型アクティブフィルタ回路のダイオードＤ１１及びコンデンサＣ１１とに接続し、エミッタはダイオードＤ１２の一端とコイルＬ１２の一端に接続している。そのベースには不図示のパルス発生回路が接続しており、これによって第２のスイッチングトランジスタＴＲ２がスイッチング動作をする。また、コイルＬ１２の他端はコンデンサＣ１２の一端に接続しており、コンデンサＣ１２の他端はダイオードＤ１２の他端に接続している。
【００１２】
インバータ１４は、６個のスイッチングトランジスタＱ１１〜Ｑ１６からなり、降圧回路１３の出力電圧を、交流に変換してモータＭに供給する回路である。なお、従来と異なり、このインバータ１４は相切替の機能のみ果たす。
インバータ１４は、ＮＰＮ型の第１〜第６のトランジスタＱ１１〜Ｑ１６を有し、第１のＮＰＮ型トランジスタＱ１１のエミッタと第２のＮＰＮ型トランジスタＱ１２のコレクタとが接続し、第３のＮＰＮ型トランジスタＱ１３のエミッタと第４のＮＰＮ型トランジスタＱ１４のコレクタとが接続している。
【００１３】
また、第５のＮＰＮ型トランジスタＱ１５のエミッタと第６のＮＰＮ型トランジスタＱ１６のコレクタとが接続し、第１のＮＰＮ型トランジスタＱ１１のコレクタ，第３のＮＰＮ型トランジスタＱ１３のコレクタ及び第５のＮＰＮ型トランジスタＱ１５のコレクタが共通である回路である。
さらに、第１のトランジスタＱ１１のコレクタ，第３のトランジスタＱ１３のコレクタ，第５のトランジスタＱ１５のコレクタが出力部となっており、これらがそれぞれモータＭの３つの端子に接続されている。
【００１４】
以下で、上記回路の動作について説明する。
まず、ブリッジ回路１１によって交流電圧ＡＣが整流される。
この整流された電圧が昇圧チョッパ回路１２によって昇圧される。この昇圧アクティブフィルタ回路では、第１のスイッチングトランジスタＴＲ１がスイッチング動作をしており、そのデューティ比を変えることによって昇圧の度合を変化させている。
【００１５】
このようにして昇圧された電圧は次段の降圧回路１３によって降圧される。降圧回路１３では、第２のスイッチングトランジスタＴＲ２がスイッチング動作をしており、そのデューティ比を変えることによって降圧の度合を変化させている。
こうして昇圧ののちに降圧された電圧が、インバータ１４に出力される。ここでこの電圧が交流に変換されてモータＭに供給される。
【００１６】
上記回路によれば、昇圧型アクティブフィルタ回路＋インバータという従来の構成に加えて、降圧回路１３を設け、直流電圧可変制御をしている。
昇圧アクティブフィルタ回路とインバータの組合せで直流電圧可変制御をしていた従来の回路では、昇圧アクティブフィルタ回路で一定電圧を昇圧して電圧を可変にしていたので、その一定電圧以下に直流電圧を降下させることができず、直流電圧可変制御することができる電圧の範囲が限られていたが、本実施形態の回路には、従来の回路に加えて降圧回路１３が設けられているので、上記の一定電圧以下に直流電圧を降圧させることができるので、図２に示すように、全ての電圧範囲において直流電圧可変制御をすることが可能になる。
【００１７】
（２）第２の実施形態
以下で、本発明の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と共通する事項については、重複を避けるため説明を省略する。
図３は、本発明の第２の実施形態の電源回路の構成を説明する図である。
【００１８】
図３に示すように、本実施形態の構成は、ほとんど第１の実施形態の回路構成と同じであるが、本実施形態の降圧回路１５の構成が、第１の実施形態の回路構成と異なる。
この降圧回路には、図１に示す回路にあったコイルが設けられておらず、かわりに降圧用のスイッチングトランジスタＴＲ１２のコレクタ−エミッタ間にダイオードＤ１３が設けられている。
【００１９】
降圧回路において、コイルが必要なことはいうまでもないが、この回路では、モータＭを構成するコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３を降圧用のコイルとして兼用している。
従って、降圧回路に常に設ける必要があったコイルを省略することができるので、部品点数を削減することができ、コスト低減が可能になる。
【００２０】
また、第１の実施形態と同様に、降圧回路１５を設けているので、直流電圧の全範囲にわたってインバータ回路は相切替の機能のみで可変速制御をすることが可能になる。
（３）第３の実施形態
以下で、本発明の第３の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、第１及び第２の実施形態と共通する事項については、重複を避けるため説明を省略する。
【００２１】
図４は本発明の第３の実施形態に係る電源回路を説明する図である。
この回路は、第１，第２の実施形態の回路とは、降圧回路１６とインバータ１７の構成が異なる。
降圧回路１６は、スイッチングトランジスタＴＲ１３と、ダイオードＤ１４とを有する。
【００２２】
また、インバータ１７は、第１，第２の実施形態と異なり、３個のスイッチングトランジスタＱ２１〜Ｑ２３と、これらのコレクタにそれぞれ接続されたダイオードＤ２１〜Ｄ２３より構成されるものである。
さらに、モータＭについても、３相モータでありながら中点をもつため４端子となる特殊なモータを用いる。
【００２３】
降圧回路１６のトランジスタＴＲ１３のコレクタは、昇圧型アクティブフィルタ回路１２の出力に接続し、また、インバータのダイオードＤ２１，Ｄ２２，Ｄ２３にも接続している。
また、トランジスタＴＲ１３のエミッタはダイオードＤ１４に接続している。トランジスタＴＲ１３のベースは不図示のパルス生成回路に接続しており、この回路の生成するパルスによってトランジスタＴＲ１３はスイッチング動作をする。
【００２４】
さらに、インバータ１７を構成するトランジスタＱ２１のコレクタはダイオードＤ２１に接続しており、またモータＭの端子の１つに接続している。トランジスタＱ２２のコレクタはダイオードＤ２２に接続しており、またモータＭの端子の１つに接続している。
また、トランジスタＱ２３のコレクタはダイオードＤ２３に接続しており、またモータＭの端子の１つに接続している。さらに、トランジスタＱ２１〜Ｑ２３のエミッタはすべて共通になっている。
【００２５】
モータＭは中点をもつため、そのための端子が上記の３つの端子とは別に設けられているが、その端子は、トランジスタＴＲ１３のエミッタに接続している。
本実施形態の回路によれば、中点用の端子が設けられた特別なモータＭを用いているので、インバータ１７を３個のトランジスタＱ２１〜Ｑ２３を用いて構成することができるので、トランジスタの部品点数を減らすことができ、コスト低減に寄与する。
【００２６】
また、第１，第２の実施形態と同様にして、降圧回路１６が設けられているので、直流電圧の全範囲にわたってインバータ回路は相切替の機能のみで可変速制御をすることが可能になる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来の昇圧型アクティブフィルタ回路＋インバータという構成に加えて、昇圧型アクティブフィルタ回路によって昇圧された電圧を降圧してインバータに供給する降圧回路を設けているので、従来できなかった昇圧型アクティブフィルタ回路の一定電圧以下の電圧まで直流電圧を降圧させることができ、全ての速度範囲において電圧可変制御をすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電源回路の構成を説明する図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電源回路の動作を説明する図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る電源回路の構成を説明する図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る電源回路の構成を説明する図である。
【図５】従来の電源回路の構成を説明する図である。
【図６】従来の電源回路の問題点を説明する図である。
【符号の説明】
１１ ブリッジ回路
１２ 昇圧チョッパ回路
１３ 降圧回路
１４ インバータ
１５ 降圧回路
１６ 降圧回路
１７ インバータ
Ｍ モータ

Claims (5)

1. 交流電圧を直流電圧に変換し、その直流電圧をスイッチングしてモータに供給する電源回路であって、
   交流電圧を整流し、直流電圧に変換する昇圧型アクティブフィルタ回路と、
   前記モータに内在し、前記モータを構成する３つのコイルを降圧用コイルとして兼用し、前記直流電圧を降圧する降圧回路と、
   前記降圧回路の出力電圧を交流電圧に変換して前記モータに供給するインバータとを備えることを特徴とする電源回路。
2. 前記降圧回路は、前記モータに内在するコイルの回生エネルギーを利用したことを特徴とする請求項１記載の電源回路。
3. 前記降圧回路は、前記モータに内在するコイルを使用したことで、前記降圧回路内部の平滑用コンデンサを不要としたことを特徴とする請求項１記載の電源回路。
4. 前記降圧回路は、スイッチング動作を行うトランジスタと、該トランジスタを保護するダイオードを有することを特徴とする請求項１記載の電源回路。
5. 交流電圧を直流電圧に変換し、その直流電圧をスイッチングし、第１乃至第３の端子、中点用の第４の端子を有するモータに供給する電源回路であって、
   交流電圧を整流し、直流電圧に変換する昇圧型アクティブフィルタ回路と、
   前記モータに内在し、前記モータを構成する３つのコイルを降圧用コイルとして兼用し、前記直流電圧を降圧する降圧回路と、
   前記降圧回路の出力電圧を交流電圧に変換して前記モータに供給する第１乃至第３のスイッチング素子と、第１乃至第３のダイオードとを有するインバータとを備えることを特徴する電源回路。

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