JP4721563B2 - Diode rectifier circuit - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は入力交流電源周波数の高調波電流の発生を低減したダイオード整流回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
交流電源から直流電力を得るダイオード整流回路は各種電気機器・電子機器で使用されるが、ダイオード整流回路は、電力源である電力系統に高調波電流を発生するため、電力系統の波形歪を生じさせると共に、その力率を低下させたりする。この高調波電流は整流素子であるダイオードの整流作用に起因して発生する。換言すると、ダイオードに流れる電流は、交流電源波形(正弦波)の全位相範囲である360度よりも狭い位相範囲でしか流れないので、ダイオード整流回路の交流入力電流が正弦波でなくなり、高調波電流が発生するからである。
【0003】
そのため、交流入力電流を正弦波化して高調波電流の発生を低減するスイッチング電源が使用されている。スイッチング電源は、交流電源の周波数よりはるかに高い周波数(例えば数十kHz〜数百kHz、以下、「高周波」)で交流電圧(または交流電流)をスイッチングしたのちに整流することで、スイッチング電源の交流入力電流を近似的に正弦波とすることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スイッチング電源は、トランジスタ等の高周波スイッチング素子を使用すること、および高周波スイッチング素子を駆動する回路が複雑であることに加え、回路の複雑化に伴うコストアップが否めない。またスイッチングに伴い高周波スイッチング素子であるトランジスタ等でロスが発生すること、及びスイッチング周波数とその高調波のノイズ(以下、「スイッチングノイズ」)が発生するといった問題がある。
【0005】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、高周波スイッチング素子を使用せず簡易な回路構成の受動素子だけで、従って低コスト且つスイッチングノイズが発生することなくダイオード整流回路の交流入力電流を正弦波化し、入力交流電源周波数の高調波電流(以下、「高調波電流」)の発生を低減したダイオード整流回路を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明によれば、請求項1では、第1〜第6のダイオードからなり、三相交流電源に接続されてその整流出力を得る三相ダイオードブリッジ回路と、この三相ダイオードブリッジ回路における正極性出力側の第1〜第3のダイオードにそれぞれ並列に接続された第1〜第3のコンデンサと、前記三相ダイオードブリッジ回路の各電源入力端と前記三相交流電源との間にそれぞれ直列に介挿されて前記第1〜第3のコンデンサとの間で前記三相交流電源の周波数に等しい共振周波数の共振回路を形成する第1〜第3のインダクタンスとを具備したダイオード整流回路が提供される。
【0007】
このような構成を有するダイオード整流回路では、各コンデンサと各インダクタンスが三相交流電源の周波数で共振するため、ダイオードの整流作用にもかかわらず、三相ダイオードブリッジ回路の各電源入力端には電源周波数の正弦波電流が流れるので、高調波電流の発生が低減される。従って電力系統の波形歪が低減され、力率低下が防止される。
【0008】
請求項2では、正極性出力側の第1〜第3のダイオードだけでなく負極性出力側の第4〜第6のダイオードにも共振用のコンデンサを接続したので、三相ダイオードブリッジ回路の対称性が向上し、偶数次の高調波電流の発生が更に低減される。また正極性出力側と負極性出力側のダイオードに並列接続されたコンデンサは、平滑コンデンサとしても動作するので、平滑回路を省略することができる。
【0009】
請求項3では、前記三相ダイオードブリッジ回路の各電源入力端と前記第1〜第3のインダクタンスとの間にそれぞれ直列に介挿されて、前記三相ダイオードブリッジ回路の交流入力を位相制御する第1〜第3のスイッチング素子を備えており、これら第1〜第3のスイッチング素子の導通角を制御することで、ダイオード整流回路の整流出力(直流出力)電圧を制御することができ、また第1〜第3のスイッチング素子を遮断状態に制御することでダイオード整流回路を保護することができる。
【0010】
請求項4では、第1〜第4のダイオードからなり、単相交流電源に接続されてその整流出力を得る単相ダイオードブリッジ回路と、この単相ダイオードブリッジ回路における正極性出力側の第1および第2のダイオードにそれぞれ並列に接続された第1および第2のコンデンサと、前記単相ダイオードブリッジ回路の各電源入力端と前記単相交流電源との間にそれぞれ直列に介挿されて前記第1および第2のコンデンサとの間で前記単相交流電源の周波数に等しい共振周波数の共振回路を形成する第1および第2のインダクタンスとを具備したダイオード整流回路が提供される。
【0011】
このような構成を有するダイオード整流回路では、各コンデンサと各インダクタンスが単相交流電源の周波数で共振するため、ダイオードの整流作用にもかかわらず、単相ダイオードブリッジ回路の各電源入力端には正弦波電流が流れるので、高調波電流の発生が低減される。従って電力系統の波形歪が低減され、力率低下が防止される。
【0012】
請求項5では、正極性出力側の第1および第2のダイオードだけでなく負極性出力側の第3および第4のダイオードにも共振用のコンデンサを接続したので、単相ダイオードブリッジ回路の対称性が向上し、偶数次の高調波電流の発生が更に低減される。また正極性出力側と負極性出力側のダイオードに並列接続されたコンデンサは平滑コンデンサとしても動作するので、平滑回路を省略することができる。
【0013】
請求項6では、前記単相ダイオードブリッジ回路の各電源入力端と前記第1および第2のインダクタンスとの間にそれぞれ直列に介挿されて、前記単相ダイオードブリッジ回路の交流入力を位相制御する第1および第2のスイッチング素子を備えており、これら第1および第2のスイッチング素子の導通角を制御することで、ダイオード整流回路の整流出力電圧を制御することができ、また第1及び第2のスイッチング素子を遮断状態に制御することでダイオード整流回路を保護することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るダイオード整流回路を説明する。図1は、本発明に係るダイオード整流回路の第一の実施の形態を示す構成図であり、三相交流電源から直流電力を得るダイオード整流回路である。このダイオード整流回路10の三相ダイオードブリッジ回路は正極性出力側の第1〜第3のダイオードD1〜D3と負極性出力側の第4〜第6のダイオードD4〜D6からなる。そして正極性出力側の各ダイオードD1、D2、D3にはコンデンサC1、C2、C3がそれぞれ並列接続されている。
【0015】
U相、V相およびW相からなる三相交流電源のU相電源Ugと三相ダイオードブリッジ回路の第1の電源入力端1(第1のダイオードのアノードと第4のダイオードのカソード)との間には第1のインダクタンスL1が直列に介挿され、また同様にV相電源Vgと第2の電源入力端2(第2のダイオードのアノードと第5のダイオードのカソード)との間には第2のインダクタンスL2が介挿され、W相電源Wgと第3の電源入力端3(第3のダイオードのアノードと第6のダイオードのカソード)との間には第3のインダクタンスL3が介挿されている。
【0016】
三相ダイオードブリッジ回路の正極性出力側は出力端OUT1に接続され、負極性出力側は出力端OUT2に接続されている。なお出力端OUT2を接地するとダイオード整流回路10の整流出力電圧は正電圧となる。なお、ダイオード整流回路10の整流出力電圧は、例えばインダクタンスLfとコンデンサCfからなる平滑回路で平滑され負荷抵抗RLに供給される。
【0017】
以上のように構成されたダイオード整流回路10においては、各相電源Ug、Vg、Wgによって、電源入力端1、2、3に流れる各相電流iu、iv、iwは、ダイオードD1〜D6の整流作用にもかかわらず正弦波化される。この電流の正弦波化についてU相を例に説明する。
図2はU相電源Ugによって、三相ダイオードブリッジ回路の第1の電源入力端1、ダイオードD1、D4およびコンデンサC1に流れる電流と、三相交流電源の電源波形を説明するための波形図である。また、図3はU相電源UgによるU相電流iuを説明するための図である。ここで前記各相電源Ug、Vg、Wgの各出力電圧(以下、「U相電圧、V相電圧、W相電圧」)eu、ev、ewをeu=Em×sinωt
ev=Em×sin(ωt−2π/3)
ew=Em×sin(ωt−4π/3)
とする。なおEmは各相電圧の最大値であり、角度の単位はラジアンであり、ωは三相交流電源の角周波数であり、tは時刻である。
【0018】
図2に示すように、U相電圧euは負、V相電圧evは正、W相電圧ewは正の関係にあり、U相電圧euは略負の最大値となる時を時刻t0とする。従って図3(a)に示すように、ダイオードD4は導通して負極性出力側から電流id4が流れている。ダイオードD4の順方向電圧降下Vfは略0ボルトとみなしている。
【0019】
一方ダイオードD1は遮断して、コンデンサC1には、正極性出力側から電流icの絶対値電流Ic(以下、電流Icは電流icの絶対値を表すものとする)が充電電流として流れて、コンデンサC1は正極性出力側に接続された端子を正電圧として充電される。従って、電流id4と電流icとは電源入力端1からインダクタンスL1を介してU相電源Ugへと流れるU相電流iuとなり、U相電流iuの絶対値Iuは(以下、U相電流IuはU相電流iuの絶対値を表すものとする)、
Iu=id4+Ic・・(1)
である。なお電流の流れる方向を明確にするため、U相電流iuとコンデンサC1の電流icは絶対値で表示している。またU相電圧euの絶対値電圧を電圧Euとする。以下、絶対値で表示した電流等は電流の流れる方向等を明確にするためである。
【0020】
またコンデンサC1の充電電圧を電圧Vcとする。後述するように時刻t0以前に、コンデンサC1は既に充電状態にあるが、時刻t0以降、コンデンサC1は電流Icによって更に充電され、電圧Vcはその最大値まで上昇する。その後にU相電圧euは正となると、図3(b)に示すように電流Icはコンデンサの充電電流から放電電流へと変わる。このときU相電流Iuは、
Iu=Ic−id4・・(2)
である。
【0021】
電流Icが充電電流から放電電流へと変わった時(この時刻をtcとする)には、図2に示すようにV相電圧evはU相電圧euに比べて低電圧となっているので、V相電圧evが印加されているダイオードD5がやがて導通し、ダイオードD4に流れていた電流id4は、ダイオードD5へ流れるようになり、ダイオードD4が遮断する。このようにしてダイオードD4が遮断する時刻はt1であり、このときダイオードD4のアノード・カソード間電圧は逆方向電圧となる。この逆方向電圧をVrとすると、Vrは負である。
【0022】
かくして、時刻t0〜時刻t1の期間では、インダクタンスL1とコンデンサC1で構成される共振回路に電源周波数に共振した共振電流が流れることになる(以下、電源周波数に共振した共振回路を「共振回路」と表示する)。
時刻t1を経過すると、上述したように、ダイオードD4が遮断し且つ電流Icは既にコンデンサC1の電圧Vcの放電電流となっている。ここで、コンデンサC1が放電し尽くすまでの期間、図3(c)に示すように、コンデンサC1に並列接続されたダイオードD1は、カソード側が正電圧であり遮断している。従って、この期間では、U相電流Iuと電流Icとは等しくなり、
Iu=Ic・・(3)
となる。やがてコンデンサC1が放電し尽くすと、ダイオードD1は導通して電流id1が流れる。このようにしてダイオードD1が導通する時刻はt2である。
【0023】
一方、時刻t1から時刻t2に至る期間では、ダイオードD4の逆方向電圧Vrは、コンデンサC1の放電による電圧Vcの減少に伴い、0Vから次第に上昇している。
かくして、時刻t1〜時刻t2の期間、インダクタンスL1とコンデンサC1の共振回路に共振電流が流れることになる。
【0024】
上述のようにコンデンサC1が放電し尽くして、電流id1がダイオードD1に流れると(時刻t2を経過すると)、電圧Vc(ダイオードD1の順方向電圧降下Vfと同一電圧)は略0ボルトになる。このときU相電流Iuと電流の絶対値Id1とは等しくなり(以下、電流Id1はU相電流id1の絶対値を表すものとする)、
Iu=Id1・・(4)
となって、U相電流iu(電流id1)が出力端OUT1から負荷へ供給される。やがてU相電流iuの極性は反転するが、この反転時刻を時刻t3とする。
【0025】
上述したように時刻t2から時刻t3まで、インダクタンスL1はコンデンサC1と共振回路を構成しない。しかし、ダイオード整流回路10としては、図4に示すように、V相ではインダクタンスL2とコンデンサC2が、W相ではインダクタンスL3とコンデンサC3が共振回路として作用するので、V、W各相の共振電流(入力電源端2、3から流出する電流)がインダクタンスL1を介して電源入力端1に流れることになる。
【0026】
かくして、時刻t2〜時刻t3の期間、インダクタンスL1には共振電流が流れることになる。
なお図4は、遮断しているダイオードは図示を省略し、導通しているダイオードのみを示している。またダイオード1が導通しているので、コンデンサC1はコンデンサとして作用しないため、図示を省略している。
【0027】
時刻t3でU相電流iuの極性が反転してダイオードD1が遮断し、更に時刻t3を経過しても、ダイオードD4は未だ導通していないため、コンデンサC1には、電源入力端1に向かって(充電)電流icが流れ、電圧Vcが上昇する。この電流はU相電流iuとなる。従って、この期間では、U相電流Iuと電流Icとは等しくなり、
Iu=Ic・・(5)
となる。
【0028】
一方、ダイオードD4には、時刻t1以降、逆方向電圧Vrが印加されているが、出力端OUT1およびOUT2に発生する整流出力電圧をV10とすると、
V10=Vc+Vr
である。ここで整流出力電圧V10は、U相電圧eu、V相電圧evおよびW相電圧ewによって電源入力端1〜2に発生する各瞬時電圧の絶対値の最も高い電圧を出力したものである。従って、整流出力電圧V10は、U相電圧euのみならずV相電圧evおよびW相電圧ewにリンク(関連)した電圧となる。
【0029】
そうすると、ダイオードD4を遮断している逆方向電圧Vrも、一時、V相電圧evおよびW相電圧ewにリンクして上昇するが、やがて電圧Vcの上昇と整流出力電圧V10の低下に伴い、やがてダイオードD4の逆方向電圧Vrは0ボルトに低下し、ダイオードD4のアノード・カソード間電圧の極性が反転してダイオードD4は導通する。ダイオードD4が導通する時刻を時刻t4とする。このときコンデンサC1は電流icで引き続き充電されている。
【0030】
かくして、時刻t3〜時刻t4の期間、インダクタンスL1とコンデンサC1の共振回路に共振電流が流れることになる。
ここで時刻t4におけるダイオード整流回路10の動作状態は時刻t0におけるダイオード整流回路10の動作状態と同一であり、前述したように時刻t0においてコンデンサC1は既に充電状態にあることになる。こうしてダイオード整流回路10は上述した時刻t0から時刻t4の期間の動作を繰り返す。
【0031】
以上、各期間毎に説明したダイオード整流回路10の連続動作を図2に示す。図2の電流icは、時刻t0において負(正極性出力側から電流icが電源入力端1へ流れる)であるが、時刻t1に至る前に正に変化している。これは図3(a)および(b)に対応している。図2では、時刻t0から時刻t1までの期間、電流icに略矩形波状の電流が重畳されているが、これは同期間中、ダイオードD4が導通して電流id4が流れ、電流icがコンデンサC1を充電しているときには、電流id4は電流icの絶対値を減少させ、電流icがコンデンサC1の放電電流となったときには、電流id4は電流icの絶対値を増加させるためである。そして電流icは前述したように放電電流として時刻t2まで流れつづけ、時刻t2から時刻t3の期間では流れなくなり、時刻t3から時刻t4までコンデンサC1の充電電流として再び流れる。
【0032】
図2に示した電流id4およびid1については、上述したように時刻t0から時刻t1まで略矩形波状の電流id4がダイオードD4に流れる。この期間では共振電流はインダクタンスL1とコンデンサC1とに流れ、ダイオードD4には共振電流が流れないため、電流id4は略矩形波となる。時刻t2から時刻t3までの期間では前述したように、ダイオードD1にV相・W相の共振回路による電流が流れ、電流id1の波形は略正弦波の一部の波形となる。時刻t1から時刻t2まで、および時刻t3から時刻t4までは、前述したようにダイオードD1およびD4はいずれも遮断している。
【0033】
図2の電圧Vc(コンデンサC1の電圧)は、上述の電流icで充電される様子を示したものである。電圧Vcは、時刻t3から電流icで充電され、電流icの極性が反転すると放電に転じ、前述のように時刻t2で放電し尽くす。
図2の逆方向電圧Vrは、V相電圧evおよびW相電圧ewがリンクすることによって生ずるダイオードD4の逆方向電圧を示している。時刻t1から時刻t4までの期間ではダイオードD4が遮断している。
【0034】
時刻t0から時刻t1の期間でU相電流iuが電源入力端1から流出しているときは、前述のように(1)式、Iu=id4+Icの関係が成立し、図2の電流icと電流id4の和の電流波形がインダクタンスL1とコンデンサC1の共振回路によって略正弦波となる。そしてU相電流iuの向きが反転すると、前述のように(2)式、Iu=Ic−id4の関係が成立し、図2の電流icから電流id4を減じた電流波形が共振回路によって略正弦波となる。
【0035】
同様に時刻t1から時刻t2までは、図2の電流icと前述(3)式、Iu=Icから、時刻t2から時刻t3までは、図2の電流id1と前述(4)式、Iu=Id1から、時刻t3から時刻t4までは、図2の電流icと前述(5)式、Iu=Icから、U相電流iuが同様に共振化回路によって略正弦波となる。
かくして、U相電源Ugによって流れるU相電流iuは、時刻t0からt4に亘って(三相交流電源の1周期に亘り)、共振回路によって正弦波化される。
【0036】
同様に、V相電源Vgによって流れるV相電流ivおよびW相電源Wgによって流れるW相電流iwも共振回路によって正弦波化される。
上述したダイオード整流回路10において、三相交流電源のうちのU相電流iuの高調波電流について実測したところ、高調波電流は改善されて、若干(約3%程度)の偶数次高調波電流が含まれるにすぎなかった。このU相電流iuの波形を図6(a)に示す。なお図6(b)はダイオード整流回路10の整流出力電圧V10を示す。
【0037】
図5は、本発明に係るダイオード整流回路の第二の実施の形態を示す構成図であり、三相交流電源から直流電力を得るダイオード整流回路である。このダイオード整流回路20は第一の実施形態のダイオード整流回路より更に偶数次高調波電流を改善することを目的としたものである。なお第一の実施形態と同様な機能を有する構成要素については、同じ符号を付して図示し、その説明を省略する。
【0038】
このダイオード整流回路20は、ダイオード整流回路10に比べ、ダイオードD4にコンデンサC4を、ダイオードD5にコンデンサC5を、ダイオードD6にコンデンサC6を、それぞれ並列に接続している。これらコンデンサはコンデンサC1〜C3と同様にインダクタンスL1〜L3と共振回路を形成する。
前述したダイオード整流回路10では、正極性出力側のダイオードD1〜D3にコンデンサC1〜C3を並列接続したので、三相ダイオードブリッジ回路の正極性出力側と負極性出力側とが非対称な回路構成となって、偶数次高調波電流が若干(約3%程度)含まれていた。ダイオード整流回路20では、上述した構成で回路の対称性を改善した。
【0039】
ダイオード整流回路20において、U相電流iuの高調波電流について実測したところ、ダイオード整流回路10に約3%程度含まれていた偶数次高調波電流は低減されて殆ど含まれなくなった。このU相電流iuの波形を図7(a)に示す。なお図7(b)はダイオード整流回路20の整流出力電圧V20を示す。
ここで、負極性出力側のダイオードD4〜D6にコンデンサC4〜C6が並列接続されたので、コンデンサC1とC4、コンデンサC2とC5、コンデンサC3とC6が夫々直列接続されて、更にこの直列接続されたコンデンサが並列接続され、出力端OUT1およびOUT2間の平滑コンデンサとして作用する。従ってダイオード整流回路20の整流出力電圧V20は、図7(b)に示したようにダイオード整流回路10の整流出力電圧V10(図6(b))よりも、より平滑された電圧波形となっている。
【0040】
このようにして第二の実施形態のダイオード整流回路は、第一の実施形態におけるインダクタンスLfおよびコンデンサCfからなる平滑回路を省略することができる。
図8は、本発明に係るダイオード整流回路の第三の実施の形態を示す構成図であり、三相交流電源から直流電力を得るダイオード整流回路である。なお第一の実施形態と同様な機能を有する構成要素については、同じ符号を付して図示し、その説明を省略する。
【0041】
ダイオード整流回路30は、図8に示すように、ダイオード整流回路10に更に、トライアックD31〜D33(スイッチング素子)が追加されている。トライアックD31はインダクタンスL1と直列に接続され、U相電源Vgと電源入力端1との間に介挿されている。トライアックD32もインダクタンスL2と、トライアックD33もインダクタンスL3と夫々直列接続され、同様に介挿されている。
【0042】
ダイオード整流回路30は、ダイオード整流回路10と同様に交流入力電流を正弦波化することに加え、トライアック制御回路34は、トライアックD31〜D33のゲートを制御線34a〜34cを介して位相制御して、U相電流iu、V相電流iv、W相電流iwの導通角を制御する。この導通角の位相制御によって、ダイオード整流回路30の整流出力電圧V30が制御される。またダイオード整流回路30や負荷抵抗RL等に障害が生じた場合、U相電流iu〜W相電流iwの導通角をゼロとすることで、トライアックD31〜D33は保護回路としても作用する。
【0043】
なおトライアックD31〜D33の介挿は、整流回路20でも同様に行えることは言うまでもない。
図9は、本発明に係るダイオード整流回路の第四の実施の形態を示す構成図であり、単相交流電源から直流電力を得るダイオード整流回路40である。このダイオード整流回路40の単相ダイオードブリッジ回路は正極性出力側のダイオードD1およびD2と負極性出力側のダイオードD3およびD4からなり、正極性出力側のダイオードD1およびD2にはそれぞれ並列コンデンサC1およびC2が並列接続されている。
【0044】
単相交流電源Eは、その一端Eaが第1のインダクタンスL1を介して単相ダイオードブリッジ回路の第1の電源入力端1(第1のダイオードのアノードと第3のダイオードのカソード)に接続され、その他端Ebが第2のインダクタンスL2を介して第2の電源入力端2(第2のダイオードのアノードと第4のダイオードのカソード)に接続されている。ダイオード整流回路40の整流出力電圧は、インダクタンスLfとコンデンサCfからなる平滑回路で平滑され負荷抵抗RLに供給される。
【0045】
このように構成されるダイオード整流回路40では、電源入力端1に流入する電流は、インダクタンスL1とコンデンサC1の共振回路によって、単相交流電源Eの共振電流となり、電源入力端2に流入する電流は、インダクタンスL2とコンデンサC2の共振回路によって同様な共振電流となる。
かくしてダイオード整流回路40は、電源入力端1および2に流入する電流を正弦波化することができ、高調波電流の発生を低減する。
【0046】
図10は、本発明に係るダイオード整流回路の第五の実施の形態を示す構成図であり、単相交流電源から直流電力を得るダイオード整流回路50である。なお第四の実施形態と同様な機能を有する構成要素については、同じ符号を付して図示し、その説明を省略する。
このダイオード整流回路50は、前述のダイオード整流回路40において、更に負極性出力側のダイオードD3およびD4に、それぞれ並列コンデンサC3およびC4が並列接続され、これらコンデンサはコンデンサC1およびC2と同様にインダクタンスL1およびL2と共振回路を形成する。
【0047】
このように構成されるダイオード整流回路50は、単相ダイオードブリッジ回路が対称な回路構成となって、第二の実施形態と同様に、偶数次高調波電流の発生を更に低減することができる。
また、負極性出力側のダイオードD3およびD4にコンデンサC3およびC4を並列接続したので、コンデンサC1〜C4は平滑コンデンサとして作用するので、第四の実施形態におけるインダクタンスLfおよびコンデンサCfからなる平滑回路を省略することができる。
【0048】
図11は、本発明に係るダイオード整流回路の第六の実施の形態を示す構成図であり、単相交流電源から直流電力を得るダイオード整流回路70である。なお第四の実施形態と同様な機能を有する構成要素については、同じ符号を付して図示し、その説明を省略する。
ダイオード整流回路70は、図11に示すように、ダイオード整流回路40に更に、トライアックD71およびD72が追加されている。トライアックD71はインダクタンスL1と電源入力端1との間に介挿されている。トライアックD72もインダクタンスL2と電源入力端2との間に介挿されている。
【0049】
ダイオード整流回路70は、ダイオード整流回路40と同様に電源入力端1および2に流入する電流を正弦波化することに加え、トライアック制御回路74は、トライアックD71およびD72のゲートを制御線74aおよび74bを介して位相制御して、ダイオード整流回路70の入力電流の導通角を制御する。この導通角の位相制御で、ダイオード整流回路70の整流出力電圧V70が制御される。またダイオード整流回路70や負荷抵抗RL等に障害が生じた場合、ダイオード整流回路70の入力電流の導通角をゼロとすることで、トライアックD71およびD72はダイオード整流回路70の保護回路として作用する。
【0050】
また、導通角を制御するトライアックD71およびD72の介挿は、ダイオード整流回路50でも同様に行えることは言うまでもない。
なお本発明における共振回路の共振周波数は、厳密に交流電源の周波数に一致している必要はなく、ダイオード整流回路の交流入力電流を正弦波化し高調波電流の発生を低減する趣旨を逸脱しない範囲において、誤差があることは何ら問題とはならない。
【0051】
また本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、ダイオードブリッジ整流回路の電源入力端と電源との間に介挿されたインダクタンスとダイオードブリッジ整流回路のダイオードに並列接続されたコンデンサとで、共振回路を構成し、ダイオード整流回路の交流入力電流を正弦波化する趣旨を逸脱しない範囲で実施することができる。
【0052】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のダイオード整流回路によれば、高周波スイッチング素子を使用せず簡易な回路構成の受動素子だけで、従って低コスト且つスイッチングノイズが発生することなくダイオード整流回路の交流入力電流を正弦波化し、高調波電流の発生を低減し、ダイオード整流回路に交流電力を供給する電源系統の電圧・電流波形の歪の発生を低減し、電源系統の力率を低下させないといった効果が発揮される。
【0053】
更にダイオードブリッジ回路における正極性出力側および負極性出力側に共振回路を構成するコンデンサを接続することによって平滑回路の平滑インダクタンスや平滑コンデンサを省略可能とする効果も発揮される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るダイオード整流回路の第一の実施形態のダイオード整流回路(三相交流)の構成図である。
【図2】第一の実施形態に係るダイオード整流回路の動作電圧・電流を説明する波形図である。
【図3】第一の実施形態に係るダイオード整流回路のU相電圧euの整流とU相電流iuの変化の様子を示す動作図である。
【図4】図3(c)の状態における共振回路の構成を示す構成図である。
【図5】本発明に係るダイオード整流回路の第二の実施形態のダイオード整流回路(三相交流)の構成図である。
【図6】第一の実施形態に係るダイオード整流回路のU相電流iuおよび整流出力電圧V10の波形を示す波形図である。
【図7】第二の実施形態に係るダイオード整流回路のU相電流iuおよび整流出力電圧V20の波形を示す波形図である。
【図8】本発明に係るダイオード整流回路の第三の実施形態のダイオード整流回路(三相交流)の構成図である。
【図9】本発明に係るダイオード整流回路の第四の実施形態のダイオード整流回路(単相交流)の構成図である。
【図10】本発明に係るダイオード整流回路の第五の実施形態のダイオード整流回路(単相交流)の構成図である。
【図11】本発明に係るダイオード整流回路の第六の実施形態のダイオード整流回路(単相交流)の構成図である。
【符号の説明】
1、2、3 電源入力端
C1〜C6 コンデンサ
D1〜D6 ダイオード
D31〜D33、D71、D72 トライアック
L1〜L3 インダクタンス
E 単相電源
Ug U相電源(三相交流電源)
Vg U相電源(三相交流電源)
Wg W相電源(三相交流電源)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a diode rectifier circuit that reduces the generation of harmonic currents at an input AC power supply frequency.
[0002]
[Prior art]
A diode rectifier circuit that obtains DC power from an AC power supply is used in various electrical and electronic devices, but the diode rectifier circuit generates harmonic current in the power system that is the power source, resulting in waveform distortion of the power system. And reduce its power factor. This harmonic current is generated due to the rectifying action of the diode which is the rectifying element. In other words, since the current flowing through the diode flows only in a phase range narrower than 360 degrees that is the entire phase range of the AC power supply waveform (sine wave), the AC input current of the diode rectifier circuit is not a sine wave, and harmonics This is because current is generated.
[0003]
Therefore, a switching power supply is used that reduces the generation of harmonic current by converting the AC input current into a sine wave. The switching power supply switches the AC voltage (or AC current) at a frequency much higher than the frequency of the AC power supply (for example, several tens of kHz to several hundred kHz, hereinafter referred to as “high frequency”), and then rectifies the switching power supply. The AC input current can be approximately a sine wave.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the switching power supply uses a high-frequency switching element such as a transistor, and the circuit for driving the high-frequency switching element is complicated. In addition, the cost increase accompanying the complexity of the circuit cannot be denied. Further, there are problems that a loss occurs in a transistor or the like that is a high-frequency switching element with switching, and noise of a switching frequency and its harmonics (hereinafter referred to as “switching noise”) occurs.
[0005]
The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and only uses passive elements having a simple circuit configuration without using high-frequency switching elements. Therefore, the AC of the diode rectifier circuit is low in cost and without generating switching noise. An object of the present invention is to provide a diode rectifier circuit in which an input current is converted into a sine wave to reduce generation of harmonic current (hereinafter referred to as “harmonic current”) of an input AC power supply frequency.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, in claim 1, a three-phase diode bridge circuit comprising first to sixth diodes and connected to a three-phase AC power source to obtain a rectified output thereof, First to third capacitors connected in parallel to first to third diodes on the positive output side in the phase diode bridge circuit, each power input terminal of the three-phase diode bridge circuit, and the three-phase AC power source Between the first to third capacitors and equal to the frequency of the three-phase AC power source. resonance A diode rectifier circuit is provided having first to third inductances forming a resonant circuit of frequency.
[0007]
In the diode rectifier circuit having such a configuration, each capacitor and each inductance resonate at the frequency of the three-phase AC power supply. Therefore, a power source is connected to each power input terminal of the three-phase diode bridge circuit regardless of the rectifying action of the diode. Since a sinusoidal current of frequency flows, the generation of harmonic current is reduced. Therefore, the waveform distortion of the power system is reduced, and the power factor is prevented from lowering.
[0008]
Since the resonance capacitor is connected not only to the first to third diodes on the positive output side but also to the fourth to sixth diodes on the negative output side, the three-phase diode bridge circuit is symmetrical. And the generation of even harmonic currents is further reduced. Further, the capacitor connected in parallel to the diodes on the positive output side and the negative output side also operates as a smoothing capacitor, so that the smoothing circuit can be omitted.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, the AC input of the three-phase diode bridge circuit is phase-controlled by being inserted in series between each power input terminal of the three-phase diode bridge circuit and the first to third inductances. The first to third switching elements are provided, and the rectified output (DC output) voltage of the diode rectifier circuit can be controlled by controlling the conduction angle of the first to third switching elements. The diode rectifier circuit can be protected by controlling the first to third switching elements to the cutoff state.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a single-phase diode bridge circuit comprising the first to fourth diodes and connected to a single-phase AC power source to obtain a rectified output thereof, The first and second capacitors respectively connected in parallel to the second diode, and each power supply input terminal of the single-phase diode bridge circuit and the single-phase AC power supply are respectively inserted in series and are connected in series. Equal to the frequency of the single-phase AC power supply between the first and second capacitors resonance A diode rectifier circuit is provided having first and second inductances forming a frequency resonant circuit.
[0011]
In the diode rectifier circuit having such a configuration, each capacitor and each inductance resonate at the frequency of the single-phase AC power supply. Therefore, despite the rectifying action of the diode, each power input terminal of the single-phase diode bridge circuit has a sine. Since the wave current flows, the generation of harmonic current is reduced. Therefore, the waveform distortion of the power system is reduced, and the power factor is prevented from lowering.
[0012]
According to the fifth aspect of the present invention, since the resonance capacitor is connected not only to the first and second diodes on the positive output side but also to the third and fourth diodes on the negative output side, the single-phase diode bridge circuit is symmetrical. And the generation of even harmonic currents is further reduced. Further, since the capacitor connected in parallel to the diodes on the positive output side and the negative output side also operates as a smoothing capacitor, the smoothing circuit can be omitted.
[0013]
According to a sixth aspect of the present invention, the AC input of the single-phase diode bridge circuit is phase-controlled by being inserted in series between each power supply input terminal of the single-phase diode bridge circuit and the first and second inductances. The first and second switching elements are provided, and the rectified output voltage of the diode rectifier circuit can be controlled by controlling the conduction angle of the first and second switching elements. The diode rectifier circuit can be protected by controlling the two switching elements to the cut-off state.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a diode rectifier circuit according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a diode rectifier circuit according to the present invention, which is a diode rectifier circuit that obtains DC power from a three-phase AC power source. The three-phase diode bridge circuit of the diode rectifier circuit 10 includes first to third diodes D1 to D3 on the positive output side and fourth to sixth diodes D4 to D6 on the negative output side. Capacitors C1, C2, and C3 are connected in parallel to the diodes D1, D2, and D3 on the positive output side, respectively.
[0015]
A U-phase power source Ug of a three-phase AC power source composed of a U-phase, a V-phase, and a W-phase, and a first power input terminal 1 of the three-phase diode bridge circuit (the anode of the first diode and the cathode of the fourth diode) The first inductance L1 is inserted in series between the V-phase power supply Vg and the second power supply input terminal 2 (the anode of the second diode and the cathode of the fifth diode). The second inductance L2 is inserted, and the third inductance L3 is inserted between the W-phase power source Wg and the third power source input terminal 3 (the anode of the third diode and the cathode of the sixth diode). Has been.
[0016]
The positive output side of the three-phase diode bridge circuit is connected to the output terminal OUT1, and the negative output side is connected to the output terminal OUT2. When the output terminal OUT2 is grounded, the rectified output voltage of the diode rectifier circuit 10 becomes a positive voltage. The rectified output voltage of the diode rectifier circuit 10 is smoothed by a smoothing circuit including, for example, an inductance Lf and a capacitor Cf and supplied to the load resistor RL.
[0017]
In the diode rectifier circuit 10 configured as described above, the phase currents iu, iv, and iw flowing through the power input terminals 1, 2, and 3 by the phase power supplies Ug, Vg, and Wg are rectified by the diodes D1 to D6. Despite the action, it is sine waved. This current sine wave generation will be described by taking the U phase as an example.
FIG. 2 is a waveform diagram for explaining the current flowing through the first power input 1 of the three-phase diode bridge circuit, the diodes D1 and D4 and the capacitor C1 and the power waveform of the three-phase AC power source by the U-phase power source Ug. is there. FIG. 3 is a diagram for explaining the U-phase current iu from the U-phase power supply Ug. Here, each output voltage of each phase power supply Ug, Vg, Wg (hereinafter, “U phase voltage, V phase voltage, W phase voltage”) eu, ev, ew is expressed as eu = Em × sinωt.
ev = Em × sin (ωt−2π / 3)
ew = Em × sin (ωt−4π / 3)
And Em is the maximum value of each phase voltage, the unit of angle is radian, ω is the angular frequency of the three-phase AC power supply, and t is time.
[0018]
As shown in FIG. 2, the U-phase voltage eu is negative, the V-phase voltage ev is positive, the W-phase voltage ew is positive, and the time when the U-phase voltage eu reaches a substantially negative maximum value is time t0. . Therefore, as shown in FIG. 3A, the diode D4 is turned on, and a current id4 flows from the negative output side. The forward voltage drop Vf of the diode D4 is regarded as approximately 0 volts.
[0019]
On the other hand, the diode D1 is cut off, and the absolute value current Ic of the current ic (hereinafter, the current Ic represents the absolute value of the current ic) flows from the positive output side to the capacitor C1 as a charging current. C1 is charged using a terminal connected to the positive output side as a positive voltage. Therefore, the current id4 and the current ic become the U-phase current iu flowing from the power input terminal 1 to the U-phase power supply Ug via the inductance L1, and the absolute value Iu of the U-phase current iu (hereinafter, the U-phase current Iu is U The absolute value of the phase current iu).
Iu = id4 + Ic (1)
It is. In order to clarify the direction in which the current flows, the U-phase current iu and the current ic of the capacitor C1 are displayed as absolute values. The absolute value voltage of the U-phase voltage eu is defined as voltage Eu. Hereinafter, the currents and the like displayed in absolute values are for clarifying the direction in which the current flows.
[0020]
Further, the charging voltage of the capacitor C1 is set to the voltage Vc. As will be described later, the capacitor C1 is already charged before the time t0, but after the time t0, the capacitor C1 is further charged by the current Ic, and the voltage Vc rises to its maximum value. Thereafter, when the U-phase voltage eu becomes positive, the current Ic changes from the charging current of the capacitor to the discharging current as shown in FIG. At this time, the U-phase current Iu is
Iu = Ic-id4 (2)
It is.
[0021]
When the current Ic changes from the charging current to the discharging current (this time is tc), the V-phase voltage ev is lower than the U-phase voltage eu as shown in FIG. The diode D5 to which the V-phase voltage ev is applied eventually becomes conductive, and the current id4 flowing through the diode D4 flows to the diode D5, and the diode D4 is cut off. The time when the diode D4 is cut off in this way is t1, and at this time, the anode-cathode voltage of the diode D4 becomes a reverse voltage. When this reverse voltage is Vr, Vr is negative.
[0022]
Thus, during the period from time t0 to time t1, a resonance current that resonates at the power supply frequency flows through the resonance circuit that includes the inductance L1 and the capacitor C1 (hereinafter, the resonance circuit that resonates at the power supply frequency is referred to as “resonance circuit”). Is displayed).
When the time t1 has elapsed, as described above, the diode D4 is cut off and the current Ic is already the discharge current of the voltage Vc of the capacitor C1. Here, during the period until the capacitor C1 is completely discharged, as shown in FIG. 3C, the diode D1 connected in parallel to the capacitor C1 has a positive voltage on the cathode side and is cut off. Therefore, during this period, the U-phase current Iu and the current Ic are equal,
Iu = Ic (3)
It becomes. When the capacitor C1 is completely discharged, the diode D1 becomes conductive and the current id1 flows. The time when the diode D1 becomes conductive in this way is t2.
[0023]
On the other hand, during the period from time t1 to time t2, the reverse voltage Vr of the diode D4 gradually increases from 0V as the voltage Vc decreases due to the discharge of the capacitor C1.
Thus, a resonance current flows through the resonance circuit of the inductance L1 and the capacitor C1 during the period from time t1 to time t2.
[0024]
As described above, when the capacitor C1 is completely discharged and the current id1 flows through the diode D1 (after the time t2 has elapsed), the voltage Vc (the same voltage as the forward voltage drop Vf of the diode D1) becomes approximately 0 volts. At this time, the U-phase current Iu and the absolute value Id1 of the current are equal (hereinafter, the current Id1 represents the absolute value of the U-phase current id1).
Iu = Id1 (4)
Thus, the U-phase current iu (current id1) is supplied from the output terminal OUT1 to the load. Eventually, the polarity of the U-phase current iu is inverted, and this inversion time is defined as time t3.
[0025]
As described above, from time t2 to time t3, the inductance L1 does not constitute a resonance circuit with the capacitor C1. However, as shown in FIG. 4, the diode rectifier circuit 10 has an inductance L2 and a capacitor C2 as a resonance circuit in the V phase, and an inductance L3 and a capacitor C3 as a resonance circuit in the W phase. (Current flowing out from the input power supply terminals 2 and 3) flows to the power supply input terminal 1 via the inductance L1.
[0026]
Thus, a resonance current flows through the inductance L1 during the period from time t2 to time t3.
FIG. 4 omits the illustration of the shut-off diode, and shows only the conducting diode. Since the diode 1 is conductive, the capacitor C1 does not act as a capacitor and is not shown in the figure.
[0027]
At time t3, the polarity of the U-phase current iu is reversed, the diode D1 is cut off, and even after the time t3 has passed, the diode D4 is not yet conductive. (Charging) Current ic flows and voltage Vc rises. This current is a U-phase current iu. Therefore, during this period, the U-phase current Iu and the current Ic are equal,
Iu = Ic (5)
It becomes.
[0028]
On the other hand, the reverse voltage Vr is applied to the diode D4 after the time t1, but when the rectified output voltage generated at the output terminals OUT1 and OUT2 is V10,
V10 = Vc + Vr
It is. Here, the rectified output voltage V10 is a voltage having the highest absolute value of each instantaneous voltage generated at the power input terminals 1 and 2 by the U-phase voltage eu, the V-phase voltage ev, and the W-phase voltage ew. Therefore, the rectified output voltage V10 is a voltage linked (related) to the V-phase voltage ev and the W-phase voltage ew as well as the U-phase voltage eu.
[0029]
Then, the reverse voltage Vr that shuts off the diode D4 temporarily rises linked to the V-phase voltage ev and the W-phase voltage ew, but eventually, with the rise of the voltage Vc and the fall of the rectified output voltage V10, The reverse voltage Vr of the diode D4 drops to 0 volts, the polarity of the anode-cathode voltage of the diode D4 is inverted, and the diode D4 becomes conductive. The time when the diode D4 is turned on is defined as time t4. At this time, the capacitor C1 is continuously charged with the current ic.
[0030]
Thus, a resonance current flows through the resonance circuit of the inductance L1 and the capacitor C1 during the period from time t3 to time t4.
Here, the operating state of the diode rectifier circuit 10 at the time t4 is the same as the operating state of the diode rectifier circuit 10 at the time t0, and the capacitor C1 is already charged at the time t0 as described above. Thus, the diode rectifier circuit 10 repeats the operation during the period from the time t0 to the time t4 described above.
[0031]
The continuous operation of the diode rectifier circuit 10 described for each period is shown in FIG. The current ic in FIG. 2 is negative at time t0 (current ic flows from the positive output side to the power input terminal 1), but changes positively before reaching time t1. This corresponds to FIGS. 3 (a) and 3 (b). In FIG. 2, a substantially rectangular wave current is superimposed on the current ic during the period from the time t0 to the time t1, but during this period, the diode D4 conducts and the current id4 flows, and the current ic passes through the capacitor C1. This is because the current id4 decreases the absolute value of the current ic when the battery is charged, and the current id4 increases the absolute value of the current ic when the current ic becomes the discharge current of the capacitor C1. As described above, the current ic continues to flow as a discharge current from time t2 to no longer in the period from time t2 to time t3, and flows again as the charging current of the capacitor C1 from time t3 to time t4.
[0032]
As for the currents id4 and id1 shown in FIG. 2, the current id4 having a substantially rectangular wave flows through the diode D4 from time t0 to time t1 as described above. During this period, the resonance current flows through the inductance L1 and the capacitor C1, and no resonance current flows through the diode D4. Therefore, the current id4 becomes a substantially rectangular wave. As described above, during the period from time t2 to time t3, current from the V-phase / W-phase resonance circuit flows through the diode D1, and the waveform of the current id1 is a waveform that is a part of a substantially sine wave. From time t1 to time t2 and from time t3 to time t4, both the diodes D1 and D4 are cut off as described above.
[0033]
The voltage Vc (the voltage of the capacitor C1) in FIG. 2 shows a state where the battery is charged with the above-described current ic. The voltage Vc is charged with the current ic from the time t3, and when the polarity of the current ic is reversed, the voltage Vc is changed to discharge, and is completely discharged at the time t2 as described above.
A reverse voltage Vr in FIG. 2 indicates a reverse voltage of the diode D4 generated by linking the V-phase voltage ev and the W-phase voltage ew. During the period from time t1 to time t4, the diode D4 is cut off.
[0034]
When the U-phase current iu flows out of the power supply input terminal 1 during the period from time t0 to time t1, the relationship (1), Iu = id4 + Ic is established as described above, and the current ic and current in FIG. The current waveform of the sum of id4 becomes a substantially sine wave by the resonance circuit of the inductance L1 and the capacitor C1. When the direction of the U-phase current iu is reversed, the relationship of equation (2), Iu = Ic−id4 is established as described above, and the current waveform obtained by subtracting the current id4 from the current ic in FIG. Become a wave.
[0035]
Similarly, from time t1 to time t2, the current ic in FIG. 2 and the above equation (3), from Iu = Ic, and from time t2 to time t3, the current id1 in FIG. 2 and the above equation (4), Iu = Id1 From time t3 to time t4, from the current ic in FIG. 2 and the above equation (5), Iu = Ic, the U-phase current iu is also substantially sinusoidal by the resonance circuit.
Thus, the U-phase current iu flowing by the U-phase power supply Ug is sine-waved by the resonance circuit from time t0 to t4 (for one period of the three-phase AC power supply).
[0036]
Similarly, the V-phase current iv flowing by the V-phase power supply Vg and the W-phase current iw flowing by the W-phase power supply Wg are also made sinusoidal by the resonance circuit.
In the diode rectifier circuit 10 described above, when the harmonic current of the U-phase current iu of the three-phase AC power source was measured, the harmonic current was improved, and a slight (about 3%) even-order harmonic current was obtained. It was only included. The waveform of this U-phase current iu is shown in FIG. FIG. 6B shows the rectified output voltage V10 of the diode rectifier circuit 10.
[0037]
FIG. 5 is a block diagram showing a diode rectifier circuit according to a second embodiment of the present invention, which is a diode rectifier circuit that obtains DC power from a three-phase AC power source. The diode rectifier circuit 20 is intended to further improve the even-order harmonic current than the diode rectifier circuit of the first embodiment. In addition, about the component which has a function similar to 1st embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and shown, and the description is abbreviate | omitted.
[0038]
Compared with the diode rectifier circuit 10, the diode rectifier circuit 20 has a capacitor C4 connected to the diode D4, a capacitor C5 connected to the diode D5, and a capacitor C6 connected to the diode D6 in parallel. These capacitors form resonance circuits with the inductances L1 to L3 in the same manner as the capacitors C1 to C3.
In the diode rectifier circuit 10 described above, the capacitors C1 to C3 are connected in parallel to the diodes D1 to D3 on the positive output side, so that the positive output side and the negative output side of the three-phase diode bridge circuit are asymmetrical. Thus, there was some even-order harmonic current (about 3%). In the diode rectifier circuit 20, the symmetry of the circuit is improved with the above-described configuration.
[0039]
When the harmonic current of the U-phase current iu was measured in the diode rectifier circuit 20, the even-order harmonic current that was included in the diode rectifier circuit 10 by about 3% was reduced and almost no longer included. The waveform of this U-phase current iu is shown in FIG. FIG. 7B shows the rectified output voltage V20 of the diode rectifier circuit 20.
Here, since the capacitors C4 to C6 are connected in parallel to the diodes D4 to D6 on the negative output side, the capacitors C1 and C4, the capacitors C2 and C5, and the capacitors C3 and C6 are connected in series, and further connected in series. Are connected in parallel and act as a smoothing capacitor between the output terminals OUT1 and OUT2. Therefore, the rectified output voltage V20 of the diode rectifier circuit 20 has a smoother voltage waveform than the rectified output voltage V10 (FIG. 6B) of the diode rectifier circuit 10 as shown in FIG. 7B. Yes.
[0040]
Thus, the diode rectifier circuit of the second embodiment can omit the smoothing circuit including the inductance Lf and the capacitor Cf in the first embodiment.
FIG. 8 is a block diagram showing a third embodiment of the diode rectifier circuit according to the present invention, which is a diode rectifier circuit that obtains DC power from a three-phase AC power supply. In addition, about the component which has a function similar to 1st embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and shown, and the description is abbreviate | omitted.
[0041]
As shown in FIG. 8, the diode rectifier circuit 30 further includes triacs D31 to D33 (switching elements) in addition to the diode rectifier circuit 10. The triac D31 is connected in series with the inductance L1, and is interposed between the U-phase power supply Vg and the power supply input terminal 1. The triac D32 is also connected in series with the inductance L2, and the triac D33 is also connected in series with the inductance L3.
[0042]
The diode rectifier circuit 30 sine-waves the AC input current in the same manner as the diode rectifier circuit 10, and the triac control circuit 34 controls the phase of the gates of the triacs D31 to D33 via the control lines 34a to 34c. The conduction angles of the U-phase current iu, the V-phase current iv, and the W-phase current iw are controlled. By this phase control of the conduction angle, the rectified output voltage V30 of the diode rectifier circuit 30 is controlled. When a failure occurs in the diode rectifier circuit 30 or the load resistor RL, the triacs D31 to D33 also function as a protection circuit by setting the conduction angle of the U-phase current iu to the W-phase current iw to zero.
[0043]
Needless to say, the triacs D31 to D33 can be inserted in the rectifier circuit 20 as well.
FIG. 9 is a configuration diagram showing a fourth embodiment of a diode rectifier circuit according to the present invention, which is a diode rectifier circuit 40 that obtains DC power from a single-phase AC power supply. The single-phase diode bridge circuit of the diode rectifier circuit 40 includes positive output diodes D1 and D2 and negative output diodes D3 and D4. The positive output diodes D1 and D2 include parallel capacitors C1 and D2, respectively. C2 is connected in parallel.
[0044]
The single-phase AC power supply E has one end Ea connected to the first power supply input terminal 1 (the anode of the first diode and the cathode of the third diode) of the single-phase diode bridge circuit via the first inductance L1. The other end Eb is connected to the second power input terminal 2 (the anode of the second diode and the cathode of the fourth diode) via the second inductance L2. The rectified output voltage of the diode rectifier circuit 40 is smoothed by a smoothing circuit including an inductance Lf and a capacitor Cf, and is supplied to the load resistor RL.
[0045]
In the diode rectifier circuit 40 configured as described above, the current flowing into the power supply input terminal 1 becomes the resonance current of the single-phase AC power supply E by the resonance circuit of the inductance L1 and the capacitor C1, and the current flowing into the power supply input terminal 2 Becomes a similar resonance current by the resonance circuit of the inductance L2 and the capacitor C2.
Thus, the diode rectifier circuit 40 can sine-wave the current flowing into the power supply input terminals 1 and 2 and reduce the generation of harmonic current.
[0046]
FIG. 10 is a block diagram showing a fifth embodiment of the diode rectifier circuit according to the present invention, which is a diode rectifier circuit 50 that obtains DC power from a single-phase AC power supply. In addition, about the component which has the function similar to 4th embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and shown, The description is abbreviate | omitted.
In the diode rectifier circuit 50, parallel capacitors C3 and C4 are connected in parallel to the diodes D3 and D4 on the negative output side in the diode rectifier circuit 40, respectively, and these capacitors have an inductance L1 as in the capacitors C1 and C2. And L2 and a resonance circuit are formed.
[0047]
The diode rectifier circuit 50 configured in this way has a circuit configuration in which the single-phase diode bridge circuit is symmetric, and can further reduce the generation of even-order harmonic currents as in the second embodiment.
In addition, since the capacitors C3 and C4 are connected in parallel to the diodes D3 and D4 on the negative output side, the capacitors C1 to C4 function as smoothing capacitors. Therefore, the smoothing circuit including the inductance Lf and the capacitor Cf in the fourth embodiment is provided. Can be omitted.
[0048]
FIG. 11 is a configuration diagram showing a sixth embodiment of a diode rectifier circuit according to the present invention, which is a diode rectifier circuit 70 that obtains DC power from a single-phase AC power supply. In addition, about the component which has the function similar to 4th embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and shown, The description is abbreviate | omitted.
In the diode rectifier circuit 70, triacs D71 and D72 are further added to the diode rectifier circuit 40 as shown in FIG. The triac D71 is interposed between the inductance L1 and the power input terminal 1. The triac D72 is also interposed between the inductance L2 and the power input terminal 2.
[0049]
The diode rectifier circuit 70 sine-waves the current flowing into the power input terminals 1 and 2 in the same manner as the diode rectifier circuit 40, and the triac control circuit 74 connects the gates of the triacs D71 and D72 to the control lines 74a and 74b. To control the conduction angle of the input current of the diode rectifier circuit 70. By this phase control of the conduction angle, the rectified output voltage V70 of the diode rectifier circuit 70 is controlled. When a failure occurs in the diode rectifier circuit 70, the load resistor RL, etc., the triacs D71 and D72 act as a protection circuit for the diode rectifier circuit 70 by setting the conduction angle of the input current of the diode rectifier circuit 70 to zero.
[0050]
It goes without saying that the triacs D71 and D72 for controlling the conduction angle can be similarly inserted in the diode rectifier circuit 50.
The resonance frequency of the resonance circuit in the present invention does not need to exactly match the frequency of the AC power supply, and does not depart from the spirit of reducing the generation of harmonic current by making the AC input current of the diode rectifier circuit a sine wave. However, there is no problem that there is an error.
[0051]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and an inductance interposed between the power input terminal of the diode bridge rectifier circuit and the power source, and a capacitor connected in parallel to the diode of the diode bridge rectifier circuit, Therefore, the present invention can be implemented within a range that does not depart from the purpose of configuring the resonance circuit and converting the AC input current of the diode rectifier circuit into a sine wave.
[0052]
【The invention's effect】
As described above, according to the diode rectifier circuit of the present invention, only a passive element having a simple circuit configuration without using a high-frequency switching element, and therefore, the AC input of the diode rectifier circuit can be produced at low cost and without generating switching noise. The current is made sinusoidal, the generation of harmonic current is reduced, the distortion of the voltage and current waveforms of the power supply system that supplies AC power to the diode rectifier circuit is reduced, and the power factor of the power supply system is not reduced. Demonstrated.
[0053]
Further, by connecting the capacitors constituting the resonance circuit to the positive output side and the negative output side in the diode bridge circuit, an effect that the smoothing inductance and the smoothing capacitor of the smoothing circuit can be omitted is also exhibited.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a diode rectifier circuit (three-phase alternating current) of a first embodiment of a diode rectifier circuit according to the present invention.
FIG. 2 is a waveform diagram illustrating operating voltages and currents of the diode rectifier circuit according to the first embodiment.
FIG. 3 is an operation diagram showing rectification of a U-phase voltage eu and changes in a U-phase current iu of the diode rectifier circuit according to the first embodiment.
4 is a configuration diagram showing a configuration of a resonance circuit in the state of FIG.
FIG. 5 is a configuration diagram of a diode rectifier circuit (three-phase alternating current) of a second embodiment of the diode rectifier circuit according to the present invention.
FIG. 6 is a waveform diagram showing waveforms of a U-phase current iu and a rectified output voltage V10 of the diode rectifier circuit according to the first embodiment.
FIG. 7 is a waveform diagram showing waveforms of a U-phase current iu and a rectified output voltage V20 of the diode rectifier circuit according to the second embodiment.
FIG. 8 is a configuration diagram of a diode rectifier circuit (three-phase alternating current) of a third embodiment of the diode rectifier circuit according to the present invention.
FIG. 9 is a configuration diagram of a diode rectifier circuit (single-phase alternating current) of a fourth embodiment of the diode rectifier circuit according to the present invention.
FIG. 10 is a configuration diagram of a diode rectifier circuit (single-phase alternating current) of a fifth embodiment of the diode rectifier circuit according to the present invention.
FIG. 11 is a configuration diagram of a diode rectifier circuit (single-phase alternating current) of a sixth embodiment of the diode rectifier circuit according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1, 2, 3 Power input terminal
C1-C6 capacitors
D1-D6 diode
D31-D33, D71, D72 Triac
L1 to L3 Inductance
E Single-phase power supply
Ug U-phase power supply (3-phase AC power supply)
Vg U-phase power supply (three-phase AC power supply)
Wg W-phase power supply (three-phase AC power supply)

Claims (6)

第1〜第6のダイオードからなり、三相交流電源に接続されてその整流出力を得る三相ダイオードブリッジ回路と、
この三相ダイオードブリッジ回路における正極性出力側の第1〜第3のダイオードにそれぞれ並列に接続された第1〜第3のコンデンサと、
前記三相ダイオードブリッジ回路の各電源入力端と前記三相交流電源との間にそれぞれ直列に介挿されて前記第1〜第3のコンデンサとの間で前記三相交流電源の周波数に等しい共振周波数の共振回路を形成する第1〜第3のインダクタンスと
を具備したことを特徴とするダイオード整流回路。
A three-phase diode bridge circuit comprising first to sixth diodes and connected to a three-phase AC power source to obtain a rectified output;
First to third capacitors respectively connected in parallel to the first to third diodes on the positive output side in the three-phase diode bridge circuit;
Resonance equal to the frequency of the three-phase AC power source between the first to third capacitors, which is inserted in series between each power source input terminal of the three-phase diode bridge circuit and the three-phase AC power source. A diode rectifier circuit comprising first to third inductances forming a frequency resonant circuit.
請求項1に記載のダイオード整流回路において、
更に前記三相ダイオードブリッジ回路における負極性出力側の第4〜第6のダイオードにそれぞれ並列に接続された第4〜第6のコンデンサを備えたことを特徴とするダイオード整流回路。
The diode rectifier circuit according to claim 1, wherein
The diode rectifier circuit further comprising fourth to sixth capacitors respectively connected in parallel to the fourth to sixth diodes on the negative output side in the three-phase diode bridge circuit.
請求項1または2に記載のダイオード整流回路において、
前記三相ダイオードブリッジ回路の各電源入力端と前記第1〜第3のインダクタンスとの間にそれぞれ直列に介挿されて、前記三相ダイオードブリッジ回路の交流入力を位相制御する第1〜第3のスイッチング素子を備えることを特徴とするダイオード整流回路。
The diode rectifier circuit according to claim 1 or 2,
First to third phase-controllable AC inputs of the three-phase diode bridge circuit are inserted in series between the power input terminals of the three-phase diode bridge circuit and the first to third inductances, respectively. A diode rectifier circuit comprising: a switching element.
第1〜第4のダイオードからなり、単相交流電源に接続されてその整流出力を得る単相ダイオードブリッジ回路と、
この単相ダイオードブリッジ回路における正極性出力側の第1および第2のダイオードにそれぞれ並列に接続された第1および第2のコンデンサと、
前記単相ダイオードブリッジ回路の各電源入力端と前記単相交流電源との間にそれぞれ直列に介挿されて前記第1および第2のコンデンサとの間で前記単相交流電源の周波数に等しい共振周波数の共振回路を形成する第1および第2のインダクタンスと
を具備したことを特徴とするダイオード整流回路。
A single-phase diode bridge circuit consisting of first to fourth diodes and connected to a single-phase AC power source to obtain a rectified output thereof;
First and second capacitors respectively connected in parallel to the first and second diodes on the positive output side in the single-phase diode bridge circuit;
Resonance equal to the frequency of the single-phase AC power supply between the first and second capacitors inserted in series between each power supply input terminal of the single-phase diode bridge circuit and the single-phase AC power supply. A diode rectifier circuit comprising first and second inductances forming a frequency resonant circuit.
請求項4に記載のダイオード整流回路において、
更に前記単相ダイオードブリッジ回路における負極性出力側の第3および第4のダイオードにそれぞれ並列に接続された第3および第4のコンデンサを備えることを特徴とするダイオード整流回路。
The diode rectifier circuit according to claim 4,
The diode rectifier circuit further comprising third and fourth capacitors connected in parallel to the third and fourth diodes on the negative output side in the single-phase diode bridge circuit, respectively.
請求項4または5に記載のダイオード整流回路において、
前記単相ダイオードブリッジ回路の各電源入力端と前記第1および第2のインダクタンスとの間にそれぞれ直列に介挿されて、前記単相ダイオードブリッジ回路の交流入力を位相制御する第1および第2のスイッチング素子を備えることを特徴とするダイオード整流回路。
The diode rectifier circuit according to claim 4 or 5,
First and second phase-controlling the AC input of the single-phase diode bridge circuit, which are inserted in series between the power input terminals of the single-phase diode bridge circuit and the first and second inductances, respectively. A diode rectifier circuit comprising: a switching element.
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