JP3740926B2 - Power supply - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブリッジ整流回路を利用した整流方式を用い、装置、システム等に電力を供給する電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、ダイオードを利用した種々の整流方式が知られている。図8にブリッジ整流回路を利用した全波整流回路の一例を示す。本図に示した全波整流回路は、4個のダイオ−ド1〜4で構成されたブリッジ整流回路5と整流後段に平滑コンデンサ8を備えている。14は負荷を示している。
【0003】
図8(a)は、交流電源6からの交流が正の半周期の間における電流の流れを示している。電流は矢印で示したように、ダイオード1、平滑コンデンサ8、ダイオード4の順に流れるので、正の電圧Voを取り出すことができる。
【0004】
図8(b)は、交流電源6からの交流が負の半周期の間における電流の流れを示している。電流は矢印で示したように、ダイオード3、平滑コンデンサ8、ダイオード2の順に流れるので、正の電圧Voを取り出すことができる。すなわち、
交流電源6からの交流入力は全波整流され、正の直流電圧が得られることになる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のような従来の電源装置では、交流電源6の電圧が直流出力電圧より高い期間しか入力電流が流れないため力率が低く、電源高調波も大きくなるという問題があった。
【0006】
通常これらの改善策として交流電源6とブリッジ整流回路5との間にリアクタを接続する方法が用いられているが、この方法では、高調波は抑制できても力率が約70%程度しか得られないため、中容量から大容量の電源としては構成する素子の大型化、ひいては装置の大型化を招くとともに、電源系統にも負担をかけるという問題があった。
【0007】
本発明の電源装置は、前記のような従来の問題を解決するものであり、ブリッジ整流回路の交流入力端と直流出力端との間にコンデンサを接続することにより、高力率と高調波抑制とが両立できる電源装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の電源装置は、交流電源と、前記交流電源からの交流を全波整流する4個のダイオードで形成されたブリッジ整流回路と、前記ブリッジ整流回路の直流出力端に接続された平滑コンデンサとを有する電流装置であって、前記交流電源と前記ブリッジ整流回路の交流入力端との間に接続されたリアクタと、前記ブリッジ整流回路の交流入力端と直流出力端との間にコンデンサ及びこれに直列に接続された開閉手段を備え、前記開閉手段と並列に前記交流電源側がカソードで前記直流出力端側がアノードとして接続されたダイオードを有する。開閉手段を開閉する開閉制御回路と、前記交流電源と前記ブリッジ整流回路の交流入力端との間に交流電源ゼ口位相検出回路を備え、前記開閉制御回路による開閉手段の開閉を前記前期交流電源ゼ口位相検出手段の信号に同期して行なうことを特徴とする電源装置。
【0009】
前記のような電源装置によれば、交流電源からの交流が正の半周期、負の半周期いずれの場合においても、電流を交流電圧のゼロ位相より流すことができ、高力率化が図ることができる。また、前記電流は前記リアクタと、前記コンデンサまたは前記平滑コンデンサとの直列共振電流となるためその波形は滑らかであり、高調波の抑制も図ることができる。
【0010】
さらに、電源電圧のゼロ位相に前記開閉手段を閉にすることによって突入電流を防止することができる。
【0011】
また、交流電源と、前記交流電源からの交流を全波整流する4個のダイオードで形成されたブリッジ整流回路と、前記ブリッジ整流回路の直流出力端に接続された平滑コンデンサとを有する電流装置であって、前記交流電源と前記ブリッジ整流回路の交流入力端との間に接続されたリアクタと、前記ブリッジ整流回路の交流入力端と直流出力端との間にコンデンサ及びこれに直列に接続された開閉手段を備え、前記開閉手段と並列に前記交流電源側がカソードで前記直流出力端側がアノードとして接続されたダイオードを有し、前記リアク夕は一定電流値以上の領域で飽和させることを特徴とする。
【0012】
前記のような電源装置によれば、負荷電流が大きい領域で、直流出力電圧の低下を防止することができる。
【0013】
また、 交流電源と、前記交流電源からの交流を全波整流する4個のダイオードで形成されたブリッジ整流回路と、前記ブリッジ整流回路の直流出力端に接続された平滑コンデンサとを有する電流装置であって、前記交流電源と前記ブリッジ整流回路の交流入力端との間に接続されたリアクタと、前記ブリッジ整流回路の交流入力端と直流出力端との間にコンデンサ及びこれに直列にカソードを直流出力端側として接続されたサイリス夕を備え、前記サイリスタと並列に接続され前記交流電源側がカソードで前記直流出力端側がアノードとして接続されたダイオードを有し、前記直流出力端の負側に電流検出手段を備え、この出力により前記サイリスタを開閉することを特徴とする。
【0014】
前記のような電源装置によれば、軽負荷時にはコンデンサの充電を停止させることができるので、出力電圧の必要以上の上昇を抑制することができる。また、電流検出手段と開閉手段を少ない部品点数で容易に構成することができる。
【0015】
また、前記電流検出手段と並列にブリッジ整流回路側をカソードとしてダイオードを接続したことを特徴とする。前記のような電源装置によれば、電流検出手段における電力損失を低減し、さらに高効率な電源装置を実現することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。従来例と同一構成のものは、同一番号を付して説明する。
【0017】
(実施例1)
図1は、本発明の実施例1に係る電源装置の回路図を示している。
【0018】
交流電源6と、前記交流電源6からの交流を全波整流する4つのダイオード1〜4で形成されたブリッジ整流回路5と、ブリッジ整流回路5の直流出力端に平滑コンデンサ8が接続され、これと並列に負荷14が接続される電源装置であり、この平滑コンデンサ8により、ブリッジ整流回路5によって得られた変化の激しい直流を滑らかな直流にすることができる。交流電源6とブリッジ整流回路5の交流入力端との間にはリアクタ7が接続される。ブリッジ整流回路5の交流入力端と直流出力端との間にコンデンサ9及びこれと直列に開閉手段11が接続される。開閉手段11と並列に交流電源側がカソードで前記直流出力端側がアノードとなるよう充電停止用ダイオード10を接続する。開閉手段11を開閉する開閉制御回路13を備え、交流電源6とブリッジ整流回路5の交流入力端との間に交流電源ゼ口位相検出手段12を備える。開閉制御回路13による開閉手段11の開閉を前記交流電源ゼ口位相検出回路12の信号に同期して行なう構成としている。
【0019】
以下、図2(a)、(b)、(c)、(d)を用いて図1に示した電源装置の動作について説明する。図2(a)、(b)は交流入力電圧Viが正の半周期の間を示し、図2(c)、(d)は負の半周期の間を示している。
【0020】
以下の説明においては、開閉手段11は閉の状態とする。
【0021】
図2(a)に示した状態、すなわち正の交流半周期のゼロ位相直後では、電流は矢印a方向に流れる。すなわち、交流電源6から順に、コンデンサ9、ダイオード4、リアクタ7に共振電流が流れ、コンデンサ9は充電されることになる。コンデンサ9の充電が進むにつれて、電圧Vcは上昇し続けることになる。
【0022】
図2(b)には、VcがVoまで上昇した後の電流の流れを示している。この状態では、VcはVoにクランプされるので、電流は矢印bで示したように、交流電源6から順に、ダイオード1、平滑コンデンサ8、ダイオード4、リアクタ7の順に流れる。
【0023】
図2(c)は、交流電源6の極性が図2(a)、(b)の状態から反転した状態を示している。この状態では、電流は矢印cで示したように、交流電源6から順に、リアクタ7、ダイオード3、平滑コンデンサ8、コンデンサ9の順に流れる。すなわち、交流電源6の電位は、コンデンサ9の電圧Vc分だけ昇圧しているので、必ずゼロ位相より、平滑コンデンサ8に電流が流れる。本図に示した電流の流れにより、コンデンサ9は放電し続け最終的にVcはゼロになる。
【0024】
図2(d)は、コンデンサ9の放電完了以後の状態を示している。本図に示した状態では、電流は矢印dに示したように、交流電源6から順に、リアクタ7、ダイオード3、平滑コンデンサ8、ダイオード2の順に流れ、コンデンサ9の電圧VcはVc=0にクランプされる。
【0025】
負の交流半周期を終えて交流電源6の極性が反転すると、Vc=0にクランプされているので、電流は再び図2(a)に示したように矢印a方向に流れる。
【0026】
以上のように、図2(a)、(b)に示した状態では、コンデンサ9はVc=Voになるまで充電されるため、入力電圧のゼロ位相から電流が流れ始める。また、図2(c)に示した状態では、交流電源6の電位は、コンデンサ9の電圧Vc分だけ昇圧しているので、ゼロ位相より電流が流れる。すなわち、交流電源6からの交流が正の半周期、負の半周期いずれの場合においても、電流は交流電源のゼロ位相より流れ、高力率化を図ることができる。
【0027】
また、電流はリアクタ7と、コンデンサ9または平滑コンデンサ8との直列共振電流となるため、滑らかな正弦波形となり、リアクタ7のインダクタンスLとコンデンサ9のキャパシタンスCを適当に選ぶことにより、高調波電流を適切に抑制することができる。以上が回路の基本動作説明である。
【0028】
次に、充電停止用ダイオード10、開閉手段11、ゼロ位相検出回路12について説明する。
【0029】
図2(c)に示した状態では、交流電源6の電位はコンデンサ9の電圧Vc分だけ昇圧されるため、コンデンサ9の充電エネルギーより負荷が軽い場合は、出力電圧が上がりすぎる現象が生じる。そこで、コンデンサ9と直列に充電防止用ダイオード10及び開閉手段11を図に示すように追加することにより、軽負荷の場合には、充電防止用ダイオード10を利用する放電回路を残しながら開閉手段を開く(切る)ことにより、コンデンサ9への充電を停止させて出力電圧の上昇を抑制するものである。充電防止用ダイオード10を付加することによって、開閉手段11を開いてコンデンサ9の充電を停止させた場合であっても、その時点でのコンデンサ9の充電電圧を放電する経路を残すことができる。
【0030】
また、運転を開始する場合、コンデンサ9の初期電圧はゼロであるため、ゼロ位相検出回路12の検出信号を利用することによって、交流電源電圧のゼロ位相に同期して開閉手段を閉(オン)する。これによって、コンデンサ9、ブリッジ整流回路5、リアクタ7で形成される回路によって発生する突入電流を防止することができる。すなわち、開閉手段11への過大電流を防止することができる。
【0031】
ここで、図3をもとに回路構成について補足する。
回路動作について、図3(a)を基本にして述べてきたが、コンデンサ9、充電停止用ダイオード10、開閉手段11は図3(b)、(c)、(d)に示す構成としても同様の効果が得られる。
【0032】
(実施例2)
図4は、本発明の実施例2に係る電源装置の回路図を示している。
【0033】
交流電源6と、前記交流電源6からの交流を全波整流する4つのダイオード1〜4で形成されたブリッジ整流回路5と、ブリッジ整流回路5の直流出力端に平滑コンデンサ8が接続され、これと並列に負荷14が接続された電源装置であって、交流電源6とブリッジ整流回路5の交流入力端との間にはリアクタ7が接続される。ブリッジ整流回路5の交流入力端と直流出力端との間にコンデンサ9及びこれと直列に開閉手段11が接続される。開閉手段11と並列に交流電源側がカソードで前記直流出力端側がアノードとなるよう充電停止用ダイオード10を接続する。
【0034】
図5は、実施例2に係るリアクタ7の特性を示している。
リアクタは不飽和の領域においては電流値IL(交流実効値)と両端電圧VL(交流電圧)の関係が直線的に変化するが、飽和領域に入るとりアクタンス特性を失い電流ILに対する電圧VLの上昇は非線形になる。この特性を利用して、リアクタ7を大電流領域Io以上で飽和させる設定とすることにより、出力電流が大きくなる領域でリアクタによる電圧降下を減少させ直流電圧出力値が低下するのを抑制することができる。
【0035】
回路の基本動作については、実施例1と同様であるため、説明を略する。
【0036】
(実施例3)
図6は、本発明の実施例3に係る電源装置の回路図を示している。
【0037】
交流電源6と、前記交流電源6からの交流を全波整流する4つのダイオード1〜4で形成されたブリッジ整流回路5と、ブリッジ整流回路5の直流出力端に平滑コンデンサ8が接続され、これと並列に負荷14が接続された電源装置であって、交流電源6とブリッジ整流回路5の交流入力端との間にリアクタ7が接続される。ブリッジ整流回路5の交流入力端と直流出力端との間にコンデンサ9及びこれに直列に開閉手段であるサイリスタ15が接続される。サイリス夕12と並列に交流電源側がカソードで前記直流出力端側がアノードとなるよう充電停止用ダイオード10を接続する。直流出力端の負の側に電流検出用抵抗16を備え、この電圧降下分により発生する出力電圧によりサイリスタ15にゲート電圧を印加してサイリスタ15を開閉する構成としている。
【0038】
負荷が軽くなる領域では、電流検出用抵抗16での電圧降下値も負荷に比例して小さくなる。これにより、サイリスタを閉(オン)させるゲート電圧が不足することを利用して、負荷の軽い領域でサイリスタを開(オフ)させることができる。これによって、軽負荷領域でコンデンサ9への充電を停止させて直流出力電圧の上昇を抑制するものである。
【0039】
また、充電停止用ダイオード10とサイリス夕12の役割を併せて逆導通サイリスタで実現することによって、さらに部品点数を削減することができる。
【0040】
(実施例4)
図7は、本発明の実施例4に係る電源装置の回路図を示している。
【0041】
電流検出用抵抗16と並列にブリッジ整流回路側をカソードとしてバイパスダイオード17を接続する。これによって、サイリスタ15を閉(オン)させるために必要な電圧信号をバイパスダイオード17のVF分に抑えることができる。よって、サイリスタ15を閉(オン)させる電圧信号を確保しながら、電流検出用抵抗16での発熱によるロスを低減し、必要以上の電力損失を抑えることができる。
【0042】
【発明の効果】
以上のように本発明の電源装置によれば、交流電源のゼロ位相を検出して開閉手段を閉(オン)にすることによって、開閉手段への突入電流を防止することができる。このため、開閉手段を構成する部品については高い電流容量を必要としないため、コストダウンや小型化が可能となる。
【0043】
また、負荷が高い大電流領域でリアクタ特性を飽和させることによって、リアクタによる電圧降下を低減し、直流出力電圧の低下を避けることができる。
直流出力電圧が維持されることによって、システム全体のとして負荷耐量を高くすることができる。
【0044】
また、開閉手段としてサイリスタを用いることによって、コンデンサによる充放電回路を負荷に応じて自動的に開閉することができ、部品点数を削減するとともに電源回路構成を簡素化することができる。
【0045】
また、電流検出用抵抗と並列にダイオードを追加することによって、電流検出用抵抗における電圧降下分による発熱ロスを低減し、より高効率の回路を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1に係る電源装置の回路図
【図2】本発明の実施例1に係る動作説明図
【図3】本発明の実施例1に係る、別の回路構成図
【図4】本発明の実施例2に係る電源装置の回路図
【図5】本発明の実施例2に係るリアクタ特性図
【図6】本発明の実施例3に係る電源装置の回路図
【図7】本発明の実施例4に係る電源装置の回路図
【図8】従来の電源装置の回路図
【符号の説明】
1、2、3、4 ダイオード
5 ブリッジ整流回路
6 交流電源
7 リアクタ
8 平滑コンデンサ
9 コンデンサ
10 充電停止用ダイオード
11 開閉手段
12 ゼロ位相検出回路
13 開閉制御回路
14 負荷
15 サイリスタ
16 電流検出用抵抗
17 バイパスダイオード[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power supply apparatus that uses a rectification method using a bridge rectifier circuit and supplies power to an apparatus, a system, or the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various rectification methods using diodes are known. FIG. 8 shows an example of a full-wave rectifier circuit using a bridge rectifier circuit. The full-wave rectifier circuit shown in this figure includes a
[0003]
FIG. 8A shows the flow of current during the half cycle in which the AC from the
[0004]
FIG. 8B shows a current flow during a half cycle in which the AC from the
The AC input from the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional power supply apparatus as described above has a problem in that the input current flows only during a period in which the voltage of the
[0006]
Normally, a method of connecting a reactor between the
[0007]
The power supply device of the present invention solves the above-described conventional problems, and by connecting a capacitor between the AC input terminal and the DC output terminal of the bridge rectifier circuit, high power factor and harmonic suppression are achieved. An object of the present invention is to provide a power supply device capable of satisfying both requirements.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a power supply apparatus according to the present invention includes an AC power supply, a bridge rectifier circuit formed by four diodes for full-wave rectification of AC from the AC power supply, and a DC output of the bridge rectifier circuit. A current device having a smoothing capacitor connected to an end, the reactor connected between the AC power source and the AC input end of the bridge rectifier circuit, the AC input end and the DC output end of the bridge rectifier circuit And a switching device connected in series with the capacitor, and a diode in which the AC power supply side is connected as a cathode and the DC output end side is connected as an anode in parallel with the switching device. An opening / closing control circuit for opening / closing the opening / closing means; and an AC power source opening phase detection circuit between the AC power supply and the AC input terminal of the bridge rectifier circuit, and the opening / closing means by the opening / closing control circuit for opening / closing the opening / closing means. A power supply apparatus, which is performed in synchronism with a signal from a mouth opening phase detection means.
[0009]
According to the power supply device as described above, even when the alternating current from the alternating current power source is in either the positive half cycle or the negative half cycle, the current can be supplied from the zero phase of the alternating voltage, and the power factor can be increased. be able to. In addition, since the current becomes a series resonance current between the reactor and the capacitor or the smoothing capacitor, the waveform is smooth and harmonics can be suppressed.
[0010]
Furthermore, inrush current can be prevented by closing the switching means at the zero phase of the power supply voltage.
[0011]
A current device having an AC power supply, a bridge rectifier circuit formed of four diodes for full-wave rectification of AC from the AC power supply, and a smoothing capacitor connected to a DC output terminal of the bridge rectifier circuit; A reactor connected between the AC power source and the AC input terminal of the bridge rectifier circuit; a capacitor between the AC input terminal and the DC output terminal of the bridge rectifier circuit; And an opening / closing means, comprising a diode connected in parallel with the opening / closing means as a cathode on the AC power source side and an anode on the DC output end side, and the reactor is saturated in a region of a constant current value or more. .
[0012]
According to the power supply device as described above, it is possible to prevent a decrease in the DC output voltage in a region where the load current is large.
[0013]
And a current device having an AC power source, a bridge rectifier circuit formed of four diodes for full-wave rectification of AC from the AC power source, and a smoothing capacitor connected to a DC output terminal of the bridge rectifier circuit. A reactor connected between the AC power source and the AC input terminal of the bridge rectifier circuit, a capacitor between the AC input terminal and the DC output terminal of the bridge rectifier circuit, and a cathode in series with the capacitor. A diode connected to the thyristor, connected in parallel with the thyristor, connected to the AC power supply side as a cathode and connected to the DC output end side as an anode, and has a current detection on the negative side of the DC output end Means for opening and closing the thyristor by this output.
[0014]
According to the power supply device as described above, since charging of the capacitor can be stopped at a light load, an increase in output voltage more than necessary can be suppressed. Further, the current detecting means and the opening / closing means can be easily configured with a small number of parts.
[0015]
In addition, a diode is connected in parallel with the current detection means with the bridge rectifier circuit side as a cathode. According to the power supply apparatus as described above, it is possible to reduce the power loss in the current detection means and realize a more efficient power supply apparatus.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Components having the same configurations as those of the conventional example will be described with the same numbers.
[0017]
Example 1
FIG. 1 shows a circuit diagram of a power supply apparatus according to
[0018]
A
[0019]
Hereinafter, the operation of the power supply device shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 2A, 2B, 2C, and 2D. 2A and 2B show the AC input voltage Vi during the positive half cycle, and FIGS. 2C and 2D show the negative half cycle.
[0020]
In the following description, the opening / closing means 11 is in a closed state.
[0021]
In the state shown in FIG. 2A, that is, immediately after the zero phase of the positive AC half cycle, the current flows in the direction of arrow a. That is, in order from the
[0022]
FIG. 2B shows the current flow after Vc rises to Vo. In this state, since Vc is clamped to Vo, the current flows in the order of the
[0023]
FIG. 2C shows a state in which the polarity of the
[0024]
FIG. 2D shows a state after the completion of the discharge of the
[0025]
When the polarity of the
[0026]
As described above, in the state shown in FIGS. 2A and 2B, the
[0027]
Further, since the current is a series resonance current between the
[0028]
Next, the charging
[0029]
In the state shown in FIG. 2C, the potential of the
[0030]
When the operation is started, the initial voltage of the
[0031]
Here, the circuit configuration will be supplemented based on FIG.
Although the circuit operation has been described based on FIG. 3A, the
[0032]
(Example 2)
FIG. 4 shows a circuit diagram of a power supply apparatus according to
[0033]
A
[0034]
FIG. 5 shows the characteristics of the
In the reactor, the relationship between the current value IL (AC effective value) and the voltage VL (AC voltage) changes linearly in the unsaturated region. However, when the reactor enters the saturation region, it loses the actance characteristics and increases the voltage VL relative to the current IL. Becomes nonlinear. Using this characteristic, the
[0035]
Since the basic operation of the circuit is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.
[0036]
Example 3
FIG. 6 shows a circuit diagram of a power supply device according to
[0037]
A
[0038]
In the region where the load becomes lighter, the voltage drop value at the
[0039]
Further, by realizing the roles of the charging
[0040]
(Example 4)
FIG. 7 shows a circuit diagram of a power supply device according to
[0041]
A
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the power supply device of the present invention, the inrush current to the switching means can be prevented by detecting the zero phase of the AC power supply and closing the switching means. For this reason, since the component which comprises an opening-and-closing means does not require high current capacity, cost reduction and size reduction are attained.
[0043]
Further, by saturating the reactor characteristics in a large current region where the load is high, a voltage drop due to the reactor can be reduced, and a decrease in the DC output voltage can be avoided.
By maintaining the DC output voltage, the load resistance of the entire system can be increased.
[0044]
Further, by using a thyristor as the opening / closing means, the charging / discharging circuit by the capacitor can be automatically opened / closed according to the load, so that the number of parts can be reduced and the configuration of the power supply circuit can be simplified.
[0045]
Further, by adding a diode in parallel with the current detection resistor, a heat loss due to a voltage drop in the current detection resistor can be reduced, and a more efficient circuit can be configured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a power supply device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is an operation explanatory diagram according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is another circuit configuration diagram according to the first embodiment of the present invention. 4 is a circuit diagram of a power supply device according to
1, 2, 3, 4
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