JP3774383B2 - 整流回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、整流回路に関し、さらに詳細には、スイッチング素子を利用した整流回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
交流電源の電圧波形を整流しこれを負荷に供給する整流回路としては、力率がより高いことが望ましく、このため、従来より、力率の改善が図られた種々の整流回路が提案されている。その一例として、特開平2−299470号公報に記載された整流回路が挙げられる。
【0003】
図5は、同公報に記載された従来の整流回路を示す回路図である。
【0004】
図5に示されるように、同公報に記載された従来の整流回路は、ダイオード2〜5からなるブリッジ回路の出力部分に設けられたトランジスタ9を備え、これを入力電圧の波形に同期して導通させることにより、力率の向上が図られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図5に示した従来の整流回路においては、電流経路に3つのダイオードが必ず介在することから(タイオード2→6→5、または、タイオード3→6→4)、ダイオード3段分の損失が常に発生してしまう。このため、従来の整流回路においては、力率は改善されるものの損失が増大してしまういう問題が生じていた。
【0006】
したがって、本発明の目的は、損失を増大させることなく、力率が改善された整流回路を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明のかかる目的は、交流電源の一端に接続される第1の入力端、前記交流電源の他端に接続される第2の入力端、負荷の一端に接続される第1の出力端及び前記負荷の他端に接続される第2の出力端を備えるブリッジ回路と、前記交流電源の前記一端と前記ブリッジ回路の前記第1の入力端との間及び前記交流電源の前記他端と前記ブリッジ回路の前記第2の入力端との間の少なくとも一方に直列に接続されたリアクトルと、前記第1の入力端の電位が一方のレベルのピークとなるタイミングを含む第1の期間において前記第1の入力端を介して充電され、前記第1の入力端の電位が前記一方のレベルから他方のレベルにゼロクロスするタイミングを含む第2の期間において前記第1の出力端を介して放電される第1のコンデンサと、前記第1の入力端の電位が前記他方のレベルのピークとなるタイミングを含む第3の期間において前記第2の入力端を介して充電され、前記第1の入力端の電位が前記他方のレベルから前記一方のレベルにゼロクロスするタイミングを含む第4の期間において前記第1の出力端を介して放電される第2のコンデンサとを備える整流回路によって達成される。
【0008】
本発明によれば、電流経路に介在するダイオードの数を従来の整流回路に比べて削減することができるので、損失を増大させることなく、力率を改善することができる。しかも、本発明によれば、従来の整流回路とは異なりトランジスタを必要としないことから、かかるトランジスタを制御するための制御回路が不要となる。さらに、トランジスタを備えていないことから、ノイズの発生を低減させることができる。
【0009】
本発明の好ましい実施態様においては、前記第1の期間と前記第4の期間とが一部重複し、前記第2の期間と前記第3の期間とが一部重複している。
【0010】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記整流回路が、少なくとも前記第1の期間の一部の期間を含む第5の期間において前記第1の出力端を介して放電され、少なくとも前記第2の期間の一部の期間を含む第6の期間において前記第1のコンデンサの放電電流により充電される第3のコンデンサと、少なくとも前記第3の期間の一部の期間を含む第7の期間において前記第1の出力端を介して放電され、少なくとも前記第4の期間の一部の期間を含む第8の期間において前記第2のコンデンサの放電電流により充電される第4のコンデンサとをさらに備えている。
【0011】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記第5の期間と前記第8の期間とが一部重複し、前記第6の期間と前記第7の期間とが一部重複している。
【0012】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記第2の期間と前記第6の期間が実質的に同時に終了し、前記第4の期間と前記第8の期間が実質的に同時に終了する。
【0013】
本発明の前記目的はまた、交流電源の一端に接続される第1の入力端、前記交流電源の他端に接続される第2の入力端、負荷の一端に接続される第1の出力端及び前記負荷の他端に接続される第2の出力端を備えるブリッジ回路と、前記交流電源の前記一端と前記ブリッジ回路の前記第1の入力端との間に直列に接続されたリアクトルと、前記第1及び第2の出力端間にこの順で直列に接続された第1のダイオード、第2のダイオード及び第1のコンデンサと、前記第1及び第2の出力端間にこの順で直列に接続された第3のダイオード、第4のダイオード及び第2のコンデンサと、前記第1の入力端と前記第1のダイオード及び前記第2のダイオードの節点との間に接続された第3のコンデンサと、前記第1の入力端と前記第2のダイオード及び前記第1のコンデンサの節点との間に接続された第5のダイオードと、前記第2の入力端と前記第3のダイオード及び前記第4のダイオードの節点との間に接続された第4のコンデンサと、前記第2の入力端と前記第4のダイオード及び前記第2のコンデンサの節点との間に接続された第6のダイオードとを備える整流回路によって達成される。
【0014】
本発明においても、電流経路に介在するダイオードの数を従来の整流回路に比べて削減することができるので、損失を増大させることなく、力率を改善することができる。また、本発明においてもトランジスタを必要としないことから、これを制御するための制御回路が不要となる。さらに、トランジスタを備えていないことから、ノイズの発生を低減させることができる。
【0015】
本発明の好ましい実施態様においては、前記制御回路が、前記交流電源の前記他端と前記ブリッジ回路の前記第2の入力端との間に直列に接続されたリアクトルをさらに備えている。
【0016】
本発明の好ましい実施態様によれば、各リアクトルに印加される電圧が半分となるので、鉄損を減少させることができる。
【0017】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記ブリッジ回路の前記第1の入力端に接続された前記リアクトルを構成する巻線と前記ブリッジ回路の前記第2の入力端に接続された前記リアクトルを構成する巻線が、共通の鉄心に巻回されている。
【0018】
本発明のさらに好ましい実施態様によれば、より大きなインダクタンスを得ることができるとともに、1つの部品にてこれら2つのリアクトルを構成することが可能となる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施態様について詳細に説明する。
【0020】
図1は、本発明の好ましい実施態様にかかる整流回路20を示す回路図である。
【0021】
図1に示されるように、本実施態様にかかる整流回路20は、ブリッジを構成するダイオード21〜24と、交流電源の一端とブリッジの一方の入力端Aとの間に接続されたリアクトル25と、ブリッジの出力端間に接続された平滑コンデンサ26と、平滑コンデンサ26の両端間にこの順で直列に接続されたダイオード27、ダイオード28及びコンデンサ29と、ダイオード21及びダイオード23の節点とダイオード27及びダイオード28の節点との間に接続されたコンデンサ30と、ダイオード21及びダイオード23の節点とダイオード28及びコンデンサ29の節点との間に接続されたダイオード31と、平滑コンデンサ26の両端間にこの順で直列に接続されたダイオード32、ダイオード33及びコンデンサ34と、ダイオード22及びダイオード24の節点とダイオード32及びダイオード33の節点との間に接続されたコンデンサ35と、ダイオード22及びダイオード24の節点とダイオード33及びコンデンサ34の節点との間に接続されたダイオード36とを備えている。平滑コンデンサ26の両端は整流回路20の出力端子であり、ここに負荷を接続することにより、かかる負荷に直流電圧を印加することができる。
【0022】
図2は、本実施態様にかかる整流回路20の動作を示すタイミング図である。
【0023】
まず、図2に示されるように、時刻t0において入力電源Vinのレベルがマイナス(−)からプラス(+)にゼロクロスした後、時刻t1が経過するまでの間においては、リアクトル25を介して供給される入力電流Iinの一部がダイオード31を介してコンデンサ29に流れ、これによりコンデンサ29が充電される。また、この期間(時刻t0〜時刻t1)においては、入力電流Iinの残りの部分が、コンデンサ30及びダイオード27を介して流れ、これによりコンデンサ30が放電される。かかる放電電流は、平滑コンデンサ26に供給され、そのリターン電流は、コンデンサ34、ダイオード33及びコンデンサ35を介して入力側に戻る。これにより、コンデンサ34は放電され、コンデンサ35は充電される。
【0024】
次に、時刻t1から時刻t2の期間においては、コンデンサ34は放電状態、コンデンサ35は充電状態となっていることから、上記リターン電流は全てダイオード24を介して入力側に戻ることになる。
【0025】
次に、時刻t2から時刻t3の期間においては、リアクトル25を介して供給される入力電流Iinの一部は、ダイオード21を介して平滑コンデンサ26を充電する。また、この期間(時刻t2〜時刻t3)においては、入力電流Iinの残りの部分が、ダイオード31及びコンデンサ29を介して流れる。これにより、コンデンサ29がさらに充電される。
【0026】
次に、時刻t3から時刻t4の期間においては、A点電位の低下によりコンデンサ29が放電し、その放電電流はダイオード28及びダイオード27を介して平滑コンデンサ26に供給される。また、ダイオード21を流れる電流は、ダイオード27を流れる電流が増大するにしたがって減少する。
【0027】
次に、時刻t4から時刻t5の期間においては、コンデンサ29からの放電電流によってコンデンサ30が充電され、これに伴ってダイオード27を流れる電流は減少する。
【0028】
そして、時刻t5において入力電源Vinのレベルがプラス(+)からマイナス(−)にゼロクロスした後、時刻t6が経過するまでの間においては、入力電流Iinの一部がダイオード36を介してコンデンサ34に流れ、これによりコンデンサ34が充電される。また、この期間(時刻t5〜時刻t6)においては、入力電流Iinの残りの部分が、コンデンサ35及びダイオード32を介して流れ、これによりコンデンサ35が放電される。かかる放電電流は、平滑コンデンサ26に供給され、そのリターン電流は、コンデンサ29、ダイオード28及びコンデンサ30を介して入力側に戻る。これにより、コンデンサ29は放電され、コンデンサ30は充電される。
【0029】
次に、時刻t6から時刻t7の期間においては、コンデンサ29は放電状態、コンデンサ30は充電状態となっていることから、上記リターン電流は全てダイオード23を介して入力側に戻ることになる。
【0030】
次に、時刻t7から時刻t8の期間においては、入力電流Iinの一部は、ダイオード22を介して平滑コンデンサ26を充電する。また、この期間(時刻t7〜時刻t8)においては、入力電流Iinの残りの部分が、ダイオード36及びコンデンサ34を介して流れる。これにより、コンデンサ34がさらに充電される。
【0031】
次に、時刻t8から時刻t9の期間においては、B点電位の低下によりコンデンサ34が放電し、その放電電流はダイオード33及びダイオード32を介して平滑コンデンサ26に供給される。また、ダイオード22を流れる電流は、ダイオード32を流れる電流が増大するにしたがって減少する。
【0032】
そして、時刻t9から時刻t10(=時刻t0)の期間においては、コンデンサ34からの放電電流によってコンデンサ35が充電され、これに伴ってダイオード32を流れる電流は減少する。
【0033】
本実施態様にかかる整流回路20は、上述した動作を繰り返し行い、これにより、コンデンサ29は時刻t0〜時刻t3の期間において充電、時刻t3〜時刻t6の期間において放電され、コンデンサ30は時刻t4〜時刻t6の期間において充電、時刻t9〜時刻t2の期間において放電され、コンデンサ34は時刻t5〜時刻t8の期間において充電、時刻t8〜時刻t1の期間において放電され、コンデンサ35は時刻t9〜時刻t1の期間において充電、時刻t4〜時刻t7の期間において放電される。これらコンデンサ29、30、34及び35の充放電により、本実施態様にかかる整流回路20においては、図2に示されるように、入力電流Iinの波形が入力電圧Vinの波形に近くなるので、力率の高い整流動作を行うことができる。
【0034】
しかも、本実施態様にかかる整流回路20では、主となる電流経路に2つのダイオードしか介在しないことから(タイオード21→24、または、タイオード22→23)、従来の整流回路よりも損失が小さく、さらに、従来の整流回路とは異なりトランジスタを必要としないことから、かかるトランジスタを制御するための制御回路が不要であるという利点がある。また、トランジスタを備えていないことから、ノイズの発生が少ないという利点も有している。
【0035】
尚、上記実施態様にかかる整流回路20においては、交流電源の一端とブリッジの一方の入力端Aとの間にリアクトル25が接続されている一方、交流電源の他端とブリッジの他方の入力端Bとの間にはリアクトルが接続されていないが、図3に示されるように、ここにリアクトル37を接続しても構わない。このように、2つのリアクトルを用いれば、各リアクトルに印加される電圧は半分となるので、鉄損を減少させることができる。また、この場合、図4に示されるように、各リアクトルを構成する巻線を共通の鉄心に巻回することによって、より大きなインダクタンスを得ることができるとともに、1つの部品にてリアクトル25及びリアクトル37を構成することが可能となる。
【0036】
本発明は、以上の実施態様に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による整流回路では、主となる電流経路に2つのダイオードしか介在しないことから、従来の整流回路よりも損失が小さく、さらに、トランジスタ等のスイッチ素子を必要としないことから、スイッチ素子を制御するための制御回路が不要であるという利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好ましい実施態様にかかる整流回路20を示す回路図である。
【図2】整流回路20の動作を示すタイミング図である。
【図3】整流回路20において、交流電源の他端とブリッジの他方の入力端Bとの間にリアクトル37を付加した例を示す回路図である。
【図4】整流回路20において、リアクトル25及びリアクトル37を構成する巻線を共通の鉄心に巻回した例を示す回路図である。
【図5】従来の整流回路を示す回路図である。
【符号の説明】
1 交流電源
2〜6 ダイオード
7 平滑コンデンサ
8 負荷
9 トランジスタ
10 リアクトル
20 整流回路
21〜24,27,28,31〜33,36 ダイオード
25,37 リアクトル
26 平滑コンデンサ
29,30,34,35 コンデンサ
Claims (8)
- 交流電源の一端に接続される第1の入力端、前記交流電源の他端に接続される第2の入力端、負荷の一端に接続される第1の出力端及び前記負荷の他端に接続される第2の出力端を備えるブリッジ回路と、前記交流電源の前記一端と前記ブリッジ回路の前記第1の入力端との間及び前記交流電源の前記他端と前記ブリッジ回路の前記第2の入力端との間の少なくとも一方に直列に接続されたリアクトルと、前記第1の入力端の電位が一方のレベルのピークとなるタイミングを含む第1の期間において前記第1の入力端を介して充電され、前記第1の入力端の電位が前記一方のレベルから他方のレベルにゼロクロスするタイミングを含む第2の期間において前記第1の出力端を介して放電される第1のコンデンサ(29)と、前記第1の入力端の電位が前記他方のレベルのピークとなるタイミングを含む第3の期間において前記第2の入力端を介して充電され、前記第1の入力端の電位が前記他方のレベルから前記一方のレベルにゼロクロスするタイミングを含む第4の期間において前記第1の出力端を介して放電される第2のコンデンサ(34)とを備える整流回路。
- 前記第1の期間と前記第4の期間とが一部重複し、前記第2の期間と前記第3の期間とが一部重複することを特徴とする請求項1に記載の整流回路。
- 少なくとも前記第1の期間の一部の期間を含む第5の期間において前記第1の出力端を介して放電され、少なくとも前記第2の期間の一部の期間を含む第6の期間において前記第1のコンデンサの放電電流により充電される第3のコンデンサ(30)と、少なくとも前記第3の期間の一部の期間を含む第7の期間において前記第1の出力端を介して放電され、少なくとも前記第4の期間の一部の期間を含む第8の期間において前記第2のコンデンサの放電電流により充電される第4のコンデンサ(35)とをさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載の整流回路。
- 前記第5の期間と前記第8の期間とが一部重複し、前記第6の期間と前記第7の期間とが一部重複することを特徴とする請求項3に記載の整流回路。
- 前記第2の期間と前記第6の期間は実質的に同時に終了し、前記第4の期間と前記第8の期間は実質的に同時に終了することを特徴とする請求項3または4に記載の整流回路。
- 交流電源の一端に接続される第1の入力端、前記交流電源の他端に接続される第2の入力端、負荷の一端に接続される第1の出力端及び前記負荷の他端に接続される第2の出力端を備えるブリッジ回路と、前記交流電源の前記一端と前記ブリッジ回路の前記第1の入力端との間に直列に接続されたリアクトルと、前記第1及び第2の出力端間にこの順で直列に接続された第1のダイオード、第2のダイオード及び第1のコンデンサと、前記第1及び第2の出力端間にこの順で直列に接続された第3のダイオード、第4のダイオード及び第2のコンデンサと、前記第1の入力端と前記第1のダイオード及び前記第2のダイオードの節点との間に接続された第3のコンデンサと、前記第1の入力端と前記第2のダイオード及び前記第1のコンデンサの節点との間に接続された第5のダイオードと、前記第2の入力端と前記第3のダイオード及び前記第4のダイオードの節点との間に接続された第4のコンデンサと、前記第2の入力端と前記第4のダイオード及び前記第2のコンデンサの節点との間に接続された第6のダイオードとを備える整流回路。
- 前記交流電源の前記他端と前記ブリッジ回路の前記第2の入力端との間に直列に接続されたリアクトルをさらに備えることを特徴とする請求項6に記載の整流回路。
- 前記ブリッジ回路の前記第1の入力端に接続された前記リアクトルを構成する巻線と前記ブリッジ回路の前記第2の入力端に接続された前記リアクトルを構成する巻線が、共通の鉄心に巻回されていることを特徴とする請求項7に記載の整流回路。
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