JP5471291B2 - DC power supply - Google Patents

DC power supply Download PDF

Info

Publication number
JP5471291B2
JP5471291B2 JP2009244011A JP2009244011A JP5471291B2 JP 5471291 B2 JP5471291 B2 JP 5471291B2 JP 2009244011 A JP2009244011 A JP 2009244011A JP 2009244011 A JP2009244011 A JP 2009244011A JP 5471291 B2 JP5471291 B2 JP 5471291B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diode
power supply
voltage
supply device
reactor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2009244011A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2011091947A (en
Inventor
章弘 京極
吉朗 土山
智広 川崎
泉 吉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2009244011A priority Critical patent/JP5471291B2/en
Priority to CN2010800448342A priority patent/CN102577067A/en
Priority to PCT/JP2010/006272 priority patent/WO2011048818A1/en
Publication of JP2011091947A publication Critical patent/JP2011091947A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5471291B2 publication Critical patent/JP5471291B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Description

本発明は、交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換して負荷へ電力を供給する直流電源装置に関するものである。   The present invention relates to a DC power supply device that converts an AC voltage from an AC power source into a DC voltage and supplies power to a load.

従来、簡単な構成にて高い力率を得ることができる直流電源装置として、交流電源からの交流電圧を整流する整流回路と、整流回路の入力側に接続されたリアクタと、スイッチング素子を備えて、スイッチング素子を用いて交流電源を電源半周期に複数回、リアクタを介して短絡・開放することによって、入力電流における通電幅を拡大するとともに、交流電源からの交流電圧を昇圧して得られる直流電圧を、負荷へ供給する直流電源装置が知られている(例えば、特許文献1を参照)。   Conventionally, as a DC power supply device that can obtain a high power factor with a simple configuration, a rectifier circuit that rectifies an AC voltage from an AC power supply, a reactor connected to the input side of the rectifier circuit, and a switching element are provided. By using a switching element, the AC power supply is short-circuited / opened through the reactor several times in the half cycle of the power supply, thereby increasing the current-carrying width in the input current and boosting the AC voltage from the AC power supply. A DC power supply device that supplies a voltage to a load is known (see, for example, Patent Document 1).

図10は、特許文献1に記載された従来の直流電源装置を示すものである。   FIG. 10 shows a conventional DC power supply device described in Patent Document 1. In FIG.

図10に示された従来の直流電源装置は、リアクタ3、整流回路20、平滑コンデンサ5、ダイオードブリッジ21およびトランジスタ22からなる双方向性のスイッチング手段を備えた主回路と、ゼロクロス検知部23、スイッチング制御部7とを備え、交流電源1の電源半周期に複数回、トランジスタ22をオン・オフすることにより、オン期間中にリアクタ3に蓄積したエネルギーをオフ期間に負荷側へ放出することによって、交流電源1から供給される交流電圧を昇圧して直流電圧に変換し、負荷であるモータ25を駆動するインバータ24に電力を供給している。   A conventional DC power supply device shown in FIG. 10 includes a main circuit including a bidirectional switching means including a reactor 3, a rectifier circuit 20, a smoothing capacitor 5, a diode bridge 21, and a transistor 22, a zero cross detector 23, A switching control unit 7, and by turning on and off the transistor 22 a plurality of times in the power source half cycle of the AC power supply 1, by discharging the energy accumulated in the reactor 3 during the on period to the load side during the off period The AC voltage supplied from the AC power source 1 is boosted and converted to a DC voltage, and power is supplied to the inverter 24 that drives the motor 25 that is a load.

図11(a)は、従来の直流電源装置の入力電流波形の一例を示す図である。   FIG. 11A is a diagram illustrating an example of an input current waveform of a conventional DC power supply device.

従来の直流電源装置におけるスイッチング制御部7は、交流電源1の電源半周期間に、負荷の大きさに応じて予め定められた回数だけ、ゼロクロス検知部23によって得られる交流電源1のゼロクロス点を基準時刻としたタイミングにて、トランジスタ22をオン・オフ動作させる。   The switching control unit 7 in the conventional DC power supply device uses the zero cross point of the AC power source 1 obtained by the zero cross detection unit 23 as a reference for a predetermined number of times according to the load size during the power source half cycle of the AC power source 1. The transistor 22 is turned on / off at the timing of time.

さらに、負荷へ供給する直流電圧の電圧検出部10を備え、トランジスタ22のオン期間を調整することによって、直流電源装置の出力電圧を負荷に応じて調整しつつ、図11(a)に示すような、広い通電幅を有する入力電流波形を得ることにより、高い力率を実現する。   Further, a voltage detection unit 10 for supplying a DC voltage to the load is provided, and by adjusting the ON period of the transistor 22, the output voltage of the DC power supply device is adjusted according to the load, as shown in FIG. A high power factor is realized by obtaining an input current waveform having a wide energization width.

特開2009−100499号公報JP 2009-1000049 A

しかしながら、上記従来の直流電源装置においては、スイッチング素子(トランジスタ)がオフの期間(かつ、整流回路中のダイオードを介して電流が直流電源装置の負荷側へと流れている期間)には、リアクタに接続されていない側の交流電源ラインの電位は、電流が流れてオン状態にあるダイオードに接続されている側の直流電源装置の直流出力端の電位(平滑コンデンサの正側または負側の電位)にほぼ等しくなるのに対し、スイッチング素子がオンの期間には、整流回路を構成するダイオードがすべてオフ状態(逆バイアス状態)となるために、リアクタに接続されていない側の交流電源ラインの電位は、直流電
源装置の出力の負側の電位に対してフローティング状態となり、結果的に整流回路を構成するダイオードの逆バイアス時の容量、その他周辺部の浮遊容量のバランスによって定まる電位に変化する。
However, in the conventional DC power supply device described above, during the period when the switching element (transistor) is off (and the current flows to the load side of the DC power supply device via the diode in the rectifier circuit), the reactor The potential of the AC power supply line on the side that is not connected to is the potential of the DC output terminal of the DC power supply device that is connected to the diode that is turned on when current flows (the potential on the positive or negative side of the smoothing capacitor) ), While the switching elements are on, all the diodes constituting the rectifier circuit are in the off state (reverse bias state), so the AC power supply line on the side not connected to the reactor The potential is in a floating state with respect to the negative potential of the output of the DC power supply device, and as a result, when the diode constituting the rectifier circuit is reverse-biased Capacitance, changes to the potential determined by the balance of the stray capacitance of the other peripheral portion.

すなわち、ブリッジ整流回路を構成するダイオードをD1,D2,D3、D4(D1とD2、D3とD4がそれぞれ直列に接続され、D1およびD3が平滑コンデンサの正側の端子に、D2およびD4が平滑コンデンサの負側の端子にそれぞれ接続されるように記号をつける)とした場合、スイッチング手段のターンオン時においては、交流電源からの交流電圧が正の半周期の場合、ダイオードD1とダイオードD4とがオン状態からオフ状態となり、直流電源装置の出力電圧に相当する電圧を、ダイオードD1とダイオードD4の逆バイアス電圧で分担して平衡状態に至る。また、交流電源からの交流電圧が負の半周期の場合は、ダイオードD2とダイオードD3とがオン状態からオフ状態となり、直流電源装置の出力電圧に相当する電圧をダイオードD2とダイオードD3の逆バイアス電圧で分担して平衡状態に至ることになる。ここで、ブリッジ整流回路を構成するダイオードが同一でバランスの取れている場合には、逆バイアス電圧の分担比率がほぼ1:1となり、リアクタに接続されていない側の交流電源ラインの電位は、およそ直流電源装置の出力電圧の1/2の電位に変化する。   That is, the diodes constituting the bridge rectifier circuit are D1, D2, D3, D4 (D1 and D2, D3 and D4 are connected in series, D1 and D3 are the positive terminals of the smoothing capacitor, and D2 and D4 are smooth. When the switching means is turned on, when the AC voltage from the AC power source is a positive half cycle, the diode D1 and the diode D4 are connected to each other on the negative terminal of the capacitor. From the on state to the off state, the voltage corresponding to the output voltage of the DC power supply device is shared by the reverse bias voltage of the diode D1 and the diode D4 to reach an equilibrium state. Further, when the AC voltage from the AC power source has a negative half cycle, the diode D2 and the diode D3 are switched from the ON state to the OFF state, and a voltage corresponding to the output voltage of the DC power source device is reverse-biased between the diode D2 and the diode D3. It will be shared by the voltage to reach an equilibrium state. Here, when the diodes constituting the bridge rectifier circuit are the same and balanced, the sharing ratio of the reverse bias voltage is approximately 1: 1, and the potential of the AC power supply line on the side not connected to the reactor is It changes to about a half of the output voltage of the DC power supply device.

その結果、従来の直流電源装置においては、スイッチング素子のオン・オフの度に、リアクタに接続されていない側の交流電源ラインの電位と直流電源装置の出力側各部との電位差が、スイッチング時間内に変化することになる。   As a result, in the conventional DC power supply device, every time the switching element is turned on / off, the potential difference between the AC power supply line on the side not connected to the reactor and each part on the output side of the DC power supply is within the switching time. Will change.

一般に、交流電源ラインの電位は、大地に対して交流的に安定した電位となっていることから、スイッチング素子のオン・オフの度に、交流電源ラインと直流電源装置の出力間の電位差が変化することによって、直流電源装置の出力側の各部の、大地に対する電位が変化することとなり、これがコモンモードノイズの原因となっていた。(上記電位差の波形については、例えば図11(b)(c)を参照。ただし、リアクタに接続されていない側の交流電源ラインの電位=ダイオードD4のカソード電位。)
上記のコモンモードノイズは、スイッチング回数が比較的少ない場合においてはさほど問題にならないが、力率や昇圧性能の向上等の目的により、スイッチング回数を増加させたい場合にコモンモードノイズの増加が課題となる。
In general, since the potential of the AC power supply line is stable in terms of AC with respect to the ground, the potential difference between the output of the AC power supply line and the DC power supply device changes each time the switching element is turned on / off. As a result, the potential of each part on the output side of the DC power supply device with respect to the ground changes, which causes common mode noise. (For example, see FIGS. 11B and 11C for the waveform of the potential difference. However, the potential of the AC power supply line not connected to the reactor = the cathode potential of the diode D4.)
The above common mode noise is not a problem when the number of times of switching is relatively small, but increasing the common mode noise is a problem when it is desired to increase the number of times of switching for the purpose of improving the power factor and boosting performance. Become.

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、簡単な構成にて、スイッチング回数を増加させてもコモンモードノイズの増加を抑制することができる高力率かつ低ノイズの直流電源装置を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described conventional problems, and provides a high power factor and low noise DC power supply device that can suppress an increase in common mode noise even when the number of switching operations is increased with a simple configuration. The purpose is to do.

前記従来の課題を解決するために、本発明の直流電源装置は、交流電源からの交流電圧を整流するブリッジ整流回路と、交流電源とブリッジ整流回路の交流入力端の一端との間に接続されたリアクタと、ブリッジ整流回路の交流入力側に接続されて、リアクタを介して交流電源を短絡・開放するスイッチング手段を備えるとともに、ブリッジ整流回路を構成するダイオード(D1、D2、D3、D4)のうち、リアクタに接続されていない側の交流入力端にアノードが接続されたダイオードD3は、リアクタに接続されている側の交流入力端にカソードが接続されたダイオードD2に比べて逆回復時間の大きなダイオードで構成され、かつ、リアクタに接続されていない側の交流入力端にカソードが接続されたダイオードD4は、リアクタに接続されている側の交流入力端にアノードが接続されたダイオードD1に比べて逆回復時間の大きなダイオードで構成されるものである。   In order to solve the above-described conventional problems, a DC power supply device of the present invention is connected between a bridge rectifier circuit that rectifies an AC voltage from an AC power supply, and an AC power supply and one end of an AC input end of the bridge rectifier circuit. Connected to the AC input side of the bridge rectifier circuit and switching means for short-circuiting / opening the AC power supply via the reactor, and of the diodes (D1, D2, D3, D4) constituting the bridge rectifier circuit Of these, the diode D3 whose anode is connected to the AC input end on the side not connected to the reactor has a longer reverse recovery time than the diode D2 whose cathode is connected to the AC input end on the side connected to the reactor. The diode D4, which is composed of a diode and has a cathode connected to the AC input terminal not connected to the reactor, is connected to the reactor. In which the anode to the AC input ends of the side being continued is constituted by a large diode reverse recovery time than the connected diodes D1.

これによって、スイッチング手段がオフ状態にあって、逆回復特性に差のある2個のダイオードD1、D4(交流電源の交流電圧が負の半周期の場合は、D2、D3)を介して
負荷側へ電流が流れている状態から、スイッチング手段がターンオンする場合において、逆回復特性の良い方の(より高速の)ダイオードD1(またはD2)がダイオードD4(またはD3)よりも先にオフするため、直流電源装置の出力電圧をダイオードD1(またはD2)のみで分担する形となり、ダイオードD1(またはD2)の逆バイアス電圧のみが上昇し、やがて出力電圧にほぼ等しい電圧に達する。
As a result, the switching means is in the OFF state, and the load side via two diodes D1 and D4 (D2 and D3 when the AC voltage of the AC power supply is a negative half cycle) having a difference in reverse recovery characteristics. When the switching means is turned on from the state where the current is flowing into the diode, the diode D1 (or D2) having the better reverse recovery characteristic is turned off before the diode D4 (or D3). The output voltage of the DC power supply device is shared only by the diode D1 (or D2), and only the reverse bias voltage of the diode D1 (or D2) increases, and eventually reaches a voltage substantially equal to the output voltage.

逆バイアス状態のダイオードD1(またはD2)は、充電されたコンデンサと等価的に同じであるため、逆回復特性の悪い方のダイオードD4(またはD3)は、少数キャリアがまだ残っているうちに、逆バイアス状態ではなくなってしまう。   Since the reverse-biased diode D1 (or D2) is equivalently the same as the charged capacitor, the diode D4 (or D3) having a poor reverse recovery characteristic can be used while minority carriers still remain. The reverse bias state is lost.

そのため、ダイオードD1(またはD2)の逆バイアス電圧が出力電圧にほぼ等しい電圧に達した後も、ダイオードD4(またはD3)の両端電圧が上昇することはなく、スイッチング手段がターンオンする前に電流が流れていた逆回復特性の悪い方のダイオードD4(またはD3)の両端電圧を、ほぼオン状態の電圧のまま保つことができる。   Therefore, even after the reverse bias voltage of the diode D1 (or D2) reaches a voltage substantially equal to the output voltage, the voltage across the diode D4 (or D3) does not increase, and the current is not changed before the switching means is turned on. The voltage across the diode D4 (or D3) having the reverse reverse recovery characteristic that has been flowing can be maintained at a substantially on-state voltage.

その結果、本発明の直流電源装置は、スイッチング手段の開閉動作前後において、リアクタに接続されていない側の交流電源ラインと、直流電源装置の出力との間に接続されているダイオードの両端電圧の変動をほぼゼロに抑制することができる。   As a result, the DC power supply device according to the present invention has the voltage across the diode connected between the AC power supply line on the side not connected to the reactor and the output of the DC power supply device before and after the opening / closing operation of the switching means. The fluctuation can be suppressed to almost zero.

スイッチング手段の短絡・開放時において、交流電源と直流電源装置の出力間の電位差変動が生じなくなることから、スイッチング回数の増加に伴うコモンモードノイズを抑制することができる。   When the switching means is short-circuited / opened, fluctuations in the potential difference between the output of the AC power supply and the DC power supply device do not occur, so that common mode noise accompanying an increase in the number of switching operations can be suppressed.

本発明の実施の形態1における直流電源装置の構成を示す図The figure which shows the structure of the direct-current power supply device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるスイッチング手段の構成を示す図(a)スイッチング手段の一例を示す図(b)他の一例を示す図The figure which shows the structure of the switching means in Embodiment 1 of this invention (a) The figure which shows an example of a switching means (b) The figure which shows another example 本発明の実施の形態1における電圧位相検出部の構成の一例を示す図(a)電圧位相検出部の構成を示す図(b)電圧位相検出部の出力信号を示す図The figure which shows an example of a structure of the voltage phase detection part in Embodiment 1 of this invention (a) The figure which shows the structure of a voltage phase detection part (b) The figure which shows the output signal of a voltage phase detection part 本発明の実施の形態1における各部の波形の一例を示す図(a)入力電流を示す図(b)ダイオードD2のカソード電位を示す図(c)ダイオードD4のカソード電位を示す図FIG. 4A is a diagram illustrating an example of a waveform of each part in the first embodiment of the present invention. FIG. 5B is a diagram illustrating an input current. FIG. 5B is a diagram illustrating a cathode potential of the diode D2. 交流電源1の電圧が正の半周期間における、本発明の実施の形態1のスイッチング手段4がオン時の入力電流経路を示す図The figure which shows the input electric current path | route when the switching means 4 of Embodiment 1 of this invention is ON in the voltage of the alternating current power supply 1 between positive half cycles 交流電源1の電圧が正の半周期間における、本発明の実施の形態1のスイッチング手段4がオフ時の入力電流経路を示す図The figure which shows the input electric current path | route at the time of the switching means 4 of Embodiment 1 of this invention OFF in the voltage of AC power supply 1 between positive half cycles 本発明の実施の形態1のスイッチング手段4がターンオン時におけるダイオードD1の逆バイアス電圧波形の一例を示す図(交流電源1の電圧が正の半周期間の場合)The figure which shows an example of the reverse bias voltage waveform of the diode D1 at the time of the switching means 4 of Embodiment 1 of this invention turning on (when the voltage of AC power supply 1 is a positive half cycle) 本発明の実施の形態2における直流電源装置の構成を示す図The figure which shows the structure of the DC power supply device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における各部の波形の一例を示す図(a)入力電流を示す図(b)ダイオードD4のカソード電位を示す図The figure which shows an example of the waveform of each part in Embodiment 2 of this invention (a) The figure which shows input current (b) The figure which shows the cathode potential of the diode D4 従来の直流電源装置の構成を示す図The figure which shows the structure of the conventional DC power supply device 従来の直流電源装置における各部の波形の一例を示す図(a)入力電流を示す図(b)ダイオードD2のカソード電位を示す図(c)ダイオードD4のカソード電位を示す図The figure which shows an example of the waveform of each part in the conventional direct-current power supply device (a) The figure which shows input current The figure which shows the cathode potential of the diode D2 (c) The figure which shows the cathode potential of the diode D4

第1の発明は、交流電源からの交流電圧を整流するブリッジ整流回路と、交流電源とブ
リッジ整流回路の交流入力端の一端との間に接続されたリアクタと、ブリッジ整流回路の交流入力側に接続されて、リアクタを介して交流電源を短絡・開放するスイッチング手段と、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、交流電源の電源半周期間に少なくとも2回以上スイッチング手段を駆動するスイッチング制御部を備えて、交流電源の交流電圧を直流電圧に変換して負荷へ供給する直流電源装置において、ブリッジ整流回路を構成するダイオード(D1、D2、D3、D4)のうち、リアクタに接続されていない側の交流入力端にアノードが接続されたダイオードD3を、リアクタに接続されている側の交流入力端にカソードが接続されたダイオードD2に比べて逆回復時間の大きなダイオードで構成し、かつ、リアクタに接続されていない側の交流入力端にカソードが接続されたダイオードD4を、リアクタに接続されている側の交流入力端にアノードが接続されたダイオードD1に比べて逆回復時間の大きなダイオードで構成するものである。
According to a first aspect of the present invention, a bridge rectifier circuit that rectifies an AC voltage from an AC power source, a reactor connected between the AC power source and one end of an AC input end of the bridge rectifier circuit, and an AC input side of the bridge rectifier circuit Switching means for connecting and short-circuiting / opening the AC power supply through the reactor, a smoothing capacitor connected to the DC output terminal of the bridge rectifier circuit, and driving the switching means at least twice during the power supply half cycle of the AC power supply In a DC power supply device that includes a switching control unit and converts an AC voltage of an AC power supply into a DC voltage and supplies the load to a load, the diode (D1, D2, D3, D4) that constitutes the bridge rectifier circuit is connected to the reactor. The diode D3 whose anode is connected to the AC input end on the side not connected to the cathode is connected to the AC input end on the side connected to the reactor. The diode D4 is configured with a diode having a large reverse recovery time compared to the diode D2 to which is connected and the cathode is connected to the AC input terminal on the side not connected to the reactor. It is composed of a diode having a longer reverse recovery time than the diode D1 having an anode connected to the AC input end.

これによって、スイッチング手段がターンオンする際に、ダイオードD1(またはD2)がダイオードD4(またはD3)よりも先にオフし、ダイオードD4(またはD3)内の少数キャリアがまだ残っているうちに、逆バイアス状態でなくなることから、スイッチング手段がターンオンする前に電流が流れていたダイオードD4(またはD3)の両端電圧をほぼオン状態の電圧のまま保つことができ、スイッチング手段の開閉動作前後において、交流電源ラインと直流電源装置の出力間における電位差の変動を抑えることができるので、コモンモードノイズの発生を抑制することができる。   As a result, when the switching means is turned on, the diode D1 (or D2) is turned off before the diode D4 (or D3), and the minority carriers in the diode D4 (or D3) still remain. Since the bias state is lost, the voltage across the diode D4 (or D3) through which the current has flowed before the switching means is turned on can be kept almost the on-state voltage. Since variation in potential difference between the power supply line and the output of the DC power supply device can be suppressed, the occurrence of common mode noise can be suppressed.

第2の発明は、特に、第1の発明において、ダイオードD3を、ダイオードD2の逆回復時間と、スイッチング手段のターンオン直後にダイオードD1とダイオードD2の中点電位に生じる減衰振動における減衰時間との和よりも長い逆回復時間を有するダイオードで構成し、かつ、ダイオードD4を、ダイオードD1の逆回復時間と、スイッチング手段のターンオン直後にダイオードD1とダイオードD2の中点電位に生じる減衰振動における減衰時間との和よりも長い逆回復時間を有するダイオードにて構成するものである。   In particular, according to the second invention, in the first invention, the diode D3 has a reverse recovery time of the diode D2 and a decay time in a damping oscillation generated at a midpoint potential of the diode D1 and the diode D2 immediately after the switching means is turned on. The diode D4 is composed of a diode having a reverse recovery time longer than the sum, and the diode D4 has a reverse recovery time of the diode D1 and a decay time in the damped oscillation generated at the midpoint potential of the diode D1 and the diode D2 immediately after the switching means is turned on. It is constituted by a diode having a reverse recovery time longer than the sum of.

これによって、スイッチング手段のターンオン直後にダイオードD1とダイオードD2の中点電位に生じる減衰振動が収まるまで、スイッチング手段がターンオンする前に電流が流れていたダイオードD4(またはD3)の両端電圧をほぼオン状態の電圧のまま保つことができるので、ダイオードD4(またはD3)の少数キャリアが減少してダイオードD4(またはD3)がオン状態の電圧を保てなくなる時点における上記減衰振動の振幅によって、リアクタに接続されていない側の交流電源と、直流電源装置の出力間にわずかに生じる電圧変動をも抑制することができ、スイッチング手段による開閉動作の前後において、交流電源と直流電源装置の出力間における電圧変動を生じさせないので、コモンモードノイズをさらに抑制することができる。   As a result, the voltage across the diode D4 (or D3) through which the current has flowed before the switching means is turned on until the damped oscillation generated at the midpoint potential of the diode D1 and the diode D2 is settled immediately after the switching means is turned on. Since the minority carrier of the diode D4 (or D3) decreases and the diode D4 (or D3) cannot maintain the on-state voltage, the above-described damped oscillation amplitude causes the reactor to maintain the state voltage. The voltage fluctuation that occurs slightly between the AC power supply on the unconnected side and the output of the DC power supply device can also be suppressed, and the voltage between the AC power supply and the output of the DC power supply device before and after the switching operation by the switching means. Since it does not cause fluctuations, further suppress common mode noise. It can be.

第3の発明は、特に、第1または第2の発明において、前記ダイオードD3およびダイオードD4を、一般整流用ダイオードにて構成するものであり、一般に安価で、逆回復時間が数十μs程度と大きく、順方向電圧の低い一般整流用ダイオードを用いることによって、ダイオードD3、D4とダイオードD1、D2との逆回復時間の差を十分に確保することで、第1および第2の発明と同様の効果を得るとともに、安価でかつ、高効率の直流電源装置を構成することが可能となる。   In particular, in the first or second invention, the third invention is such that the diode D3 and the diode D4 are constituted by general rectifying diodes, which are generally inexpensive and have a reverse recovery time of about several tens of μs. By using a large general rectifying diode with a low forward voltage, a sufficient difference in reverse recovery time between the diodes D3 and D4 and the diodes D1 and D2 is ensured, and the same as in the first and second inventions. It is possible to obtain an effect and to configure an inexpensive and highly efficient DC power supply device.

第4の発明は、特に、第1〜第3の発明において、スイッチング制御部は、15kHz以上のキャリア周波数にてスイッチング手段を駆動し、かつ、ダイオードD1、D2の逆回復時間を100ns以下、ダイオードD3、D4の逆回復時間を1μs以上とするものである。これによって、ダイオードD1〜D4に流れる逆回復電流による損失を熱設計可能なレベル以下に抑制しつつ、ダイオードD1,D2とダイオードD3,D4との間の逆回復時間差を十分に設けて、第1または第2の発明と同様の効果を得ることに加えて、人
にとってさほど騒音が気にならない周波数領域まで周波数を高くしてスイッチング回数を増加させることで、リアクタからの騒音を気にすることなく、細やかなスイッチング動作によって入力電流をより正弦波に近い波形に制御できるので、さらに高い力率を得ることができる。
In a fourth aspect of the invention, particularly in the first to third aspects of the invention, the switching control unit drives the switching means at a carrier frequency of 15 kHz or more, and the reverse recovery time of the diodes D1 and D2 is 100 ns or less. The reverse recovery time of D3 and D4 is 1 μs or more. As a result, the reverse recovery time difference between the diodes D1 and D2 and the diodes D3 and D4 is sufficiently provided while suppressing the loss due to the reverse recovery current flowing through the diodes D1 to D4 to a level that can be thermally designed. Or, in addition to obtaining the same effect as the second invention, the frequency is increased to a frequency region where the noise is not so much of concern for humans, so that the number of times of switching is increased, so that the noise from the reactor is not minded. Since the input current can be controlled to a waveform closer to a sine wave by fine switching operation, a higher power factor can be obtained.

また、15kHz以上の高いキャリア周波数にて、多数のスイッチングによって分散して昇圧動作を行うため、1回のスイッチングにおける短絡期間が短くなり、デューティ比を大きくしても、入力電流リプルの増加によって力率を低下させる心配が少ないことから、昇圧動作を行うトータルの短絡期間を大きくとることが可能となるので、より高い昇圧性能を得ることが可能となる。   In addition, since the step-up operation is distributed by a large number of switching at a high carrier frequency of 15 kHz or higher, the short-circuit period in one switching is shortened, and even if the duty ratio is increased, the input current ripple increases. Since there is little fear of lowering the rate, it is possible to increase the total short-circuit period for performing the boosting operation, so that higher boosting performance can be obtained.

第5の発明は、特に、第1〜第4の発明において、高い透磁率を示す珪素鋼板(電磁鋼板)のコアを有するリアクタを用いることで、同一体積において、より大きなインダクタンス値を得ることができ、これにより、交流電源への高周波ノイズの伝導をさらに抑制することができるものである。   In the fifth invention, in particular, in the first to fourth inventions, it is possible to obtain a larger inductance value in the same volume by using a reactor having a core of a silicon steel plate (electromagnetic steel plate) exhibiting a high magnetic permeability. Thus, the conduction of high frequency noise to the AC power supply can be further suppressed.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態における直流電源装置の構成を示す図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a DC power supply device according to the first embodiment of the present invention.

図1に示すように、本発明における直流電源装置は、交流電源1からの交流電圧を整流するブリッジ整流回路2と、交流電源1とブリッジ整流回路2の交流入力端の一端との間に接続されたリアクタ3と、ブリッジ整流回路2の交流入力側に接続されて、リアクタ3を介して交流電源1を短絡・開放する双方向性のスイッチング手段4と、ブリッジ整流回路2の直流出力端に接続された平滑コンデンサ5とを備える。   As shown in FIG. 1, a DC power supply device according to the present invention is connected between a bridge rectifier circuit 2 that rectifies an AC voltage from an AC power supply 1, and one end of an AC input end of the AC power supply 1 and the bridge rectifier circuit 2. Connected to the AC input side of the bridge rectifier circuit 2, the bidirectional switching means 4 for short-circuiting / opening the AC power supply 1 through the reactor 3, and the DC output terminal of the bridge rectifier circuit 2 And a connected smoothing capacitor 5.

さらに、交流電源1の交流電圧位相を検出する電圧位相検出部6とスイッチング手段4を駆動するスイッチング制御部7を備え、スイッチング制御部7は、電圧位相検出部6によって得られる交流電圧位相に同期したタイミングにて、交流電源1の電源半周期間に少なくとも2回以上スイッチング手段を駆動することによって、交流電源1の交流電圧を昇圧して直流電圧に変換し、負荷8へ供給する。   Furthermore, a voltage phase detector 6 that detects the AC voltage phase of the AC power supply 1 and a switching controller 7 that drives the switching means 4 are provided. The switching controller 7 is synchronized with the AC voltage phase obtained by the voltage phase detector 6. At this timing, the switching means is driven at least twice during the power source half cycle of the AC power source 1 to boost the AC voltage of the AC power source 1 to convert it into a DC voltage and supply it to the load 8.

さらに、本発明の実施の形態1の直流電源装置は、ブリッジ整流回路2を構成するダイオード(D1、D2、D3、D4)のうち、リアクタに接続されていない側の交流入力端にアノードが接続されたダイオードD3を、リアクタに接続されている側の交流入力端にカソードが接続されたダイオードD2に比べて逆回復時間の大きなダイオードで構成し、リアクタに接続されていない側の交流入力端にカソードが接続されたダイオードD4を、リアクタに接続されている側の交流入力端にアノードが接続されたダイオードD1に比べて逆回復時間の大きなダイオードで構成する。   Furthermore, in the DC power supply device according to the first embodiment of the present invention, the anode is connected to the AC input end of the diode (D1, D2, D3, D4) constituting the bridge rectifier circuit 2 that is not connected to the reactor. The diode D3 is configured with a diode having a longer reverse recovery time than the diode D2 whose cathode is connected to the AC input end on the side connected to the reactor, and is connected to the AC input end on the side not connected to the reactor. The diode D4 to which the cathode is connected is composed of a diode having a longer reverse recovery time than the diode D1 to which the anode is connected to the AC input terminal connected to the reactor.

以下、各部の詳細について記載する。   Details of each part will be described below.

図2は、スイッチング手段4の構成例を示す図である。   FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the switching unit 4.

スイッチング手段4は、双方向性のものであればよく、例えば、図2(a)に示すように、一般整流用のダイオードブリッジ4aとIGBT4b(もしくはMOSFET)とで構成することで安価な構成とすることができる。また、図2(b)のように、2石のMOSFET4c、4dにて構成することにより、スイッチング手段4に流れる電流が小さい
場合におけるオン時の損失を小さくすることで、軽負荷時の効率を高めることもできる。
The switching means 4 only needs to be bidirectional. For example, as shown in FIG. 2A, the switching means 4 is constituted by a general rectifying diode bridge 4a and an IGBT 4b (or MOSFET). can do. Further, as shown in FIG. 2 (b), by configuring with two stone MOSFETs 4c and 4d, the on-state loss when the current flowing through the switching means 4 is small is reduced, so that the efficiency at light load is reduced. It can also be increased.

次に、電圧位相検出部6の構成例を図3に示す。電圧位相検出部6は、電圧検出用のトランス(PT)によって構成することもできるが、図3(a)に示すように、フォトカプラ6dと抵抗(6b、6c、6e)、ダイオード6aによって構成される回路にて、交流電源1のゼロクロス点を検出し、検出されたゼロクロス点からの時間によって交流電源1の電圧位相を推定することで、安価な構成とすることができる。なお図3(b)は、電圧位相検出部6の出力信号を示している。   Next, a configuration example of the voltage phase detector 6 is shown in FIG. The voltage phase detector 6 can be constituted by a voltage detection transformer (PT), but as shown in FIG. 3A, it is constituted by a photocoupler 6d, resistors (6b, 6c, 6e), and a diode 6a. By detecting the zero cross point of the AC power source 1 and estimating the voltage phase of the AC power source 1 based on the detected time from the detected zero cross point, the circuit can be made inexpensive. FIG. 3B shows an output signal of the voltage phase detector 6.

図4は、本発明の第1の実施の形態における各部の波形例を示す図である。   FIG. 4 is a diagram showing a waveform example of each part in the first embodiment of the present invention.

スイッチング制御部7は、電圧位相検出部6によって検出される交流電圧のゼロクロス点の時刻とゼロクロス点からの経過時間によって、スイッチング手段4をオンするタイミング(電圧位相)を推定し、得られた電圧位相に基づいて交流電源1の電源半周期毎にスイッチング手段4を複数回スイッチング動作する。   The switching control unit 7 estimates the timing (voltage phase) at which the switching means 4 is turned on based on the time of the zero cross point of the AC voltage detected by the voltage phase detection unit 6 and the elapsed time from the zero cross point, and the obtained voltage Based on the phase, the switching means 4 is switched multiple times for each half cycle of the AC power supply 1.

具体的には、スイッチング制御部7は、交流電源1の電源半周期毎に、平滑コンデンサ5の電圧をフィードバックしながら、予め短絡を開始する交流電圧位相の定められた複数個(5個)の短絡パルスの短絡期間を調整することによって、負荷8へ供給される直流電圧を、負荷に応じて必要な所望の電圧に制御しつつ、図4(a)に示すような入力電流を得ることで、入力電流の通電幅を拡大し、高い力率を得ることができる。   Specifically, the switching control unit 7 feeds back the voltage of the smoothing capacitor 5 every half cycle of the AC power supply 1, and a plurality (5) of AC voltage phases with which the short-circuit is started in advance are determined. By adjusting the short-circuit period of the short-circuit pulse, the input current as shown in FIG. 4A is obtained while controlling the DC voltage supplied to the load 8 to a desired voltage required according to the load. The energization width of the input current can be expanded and a high power factor can be obtained.

図5は、交流電源1の交流電圧が正の半周期間における、本発明の実施の形態1の直流電源装置のスイッチング手段4がオン時の入力電流経路を示す図である。   FIG. 5 is a diagram showing an input current path when the switching means 4 of the DC power supply device according to Embodiment 1 of the present invention is on during the period in which the AC voltage of the AC power supply 1 is positive.

図5に示すように、スイッチング手段4がオンの場合においては、交流電源1からの入力電流は、リアクタ3とスイッチング手段4のみを流れて交流電源1に戻るため、D1からD4すべてのダイオードは、オフ状態となる。   As shown in FIG. 5, when the switching means 4 is on, the input current from the AC power source 1 flows only through the reactor 3 and the switching means 4 and returns to the AC power source 1, so that all the diodes D1 to D4 are It will be in an off state.

図6は、交流電源1の交流電圧が正の半周期間における、本発明の実施の形態1の直流電源装置のスイッチング手段4がオフ時の入力電流経路を示す図である。   FIG. 6 is a diagram showing an input current path when the switching means 4 of the DC power supply device according to Embodiment 1 of the present invention is OFF during the period in which the AC voltage of the AC power supply 1 is positive.

図6に示すように、スイッチング手段4がオフの場合には、ダイオードD1およびダイオードD4がオン状態、ダイオードD2およびダイオードD3がオフ状態となる。   As shown in FIG. 6, when the switching means 4 is off, the diode D1 and the diode D4 are turned on, and the diode D2 and the diode D3 are turned off.

図5および図6からわかるように、一般に、スイッチング手段4がターンオンする際には、ダイオードD1およびダイオードD4は、ともにオン状態からオフ状態へと移行するため、従来の直流電源装置(図10)においては、図11(b)(c)に示すように、ダイオードD1とダイオードD4は、ともに逆バイアス電圧が印加された状態となって、直流電源装置の負側の出力端子から見たD4のカソード電位、すなわち(リアクタ3に接続されていない側の)交流電源1の電位は、スイッチング手段4の開閉の度に大きく変動してしまう。   As can be seen from FIGS. 5 and 6, in general, when the switching means 4 is turned on, both the diode D1 and the diode D4 shift from the on state to the off state, so that the conventional DC power supply device (FIG. 10). 11 (b) and 11 (c), both the diode D1 and the diode D4 are in a state where a reverse bias voltage is applied, and the diode D1 viewed from the negative output terminal of the DC power supply device. The cathode potential, that is, the potential of the AC power supply 1 (on the side not connected to the reactor 3) fluctuates greatly each time the switching means 4 is opened and closed.

しかしながら、本発明の実施の形態1における直流電源装置におけるダイオードD4は、ダイオードD1に比べて十分に逆回復時間の大きなダイオードにて構成されていることから、スイッチング手段4のターンオン時において、ダイオードD4内に蓄積されていた過剰キャリアが完全に消滅しないうちに、先にダイオードD1がオフし、ダイオードD1にのみ逆バイアス電圧がかかる状態となる。その後、ダイオードD1の逆バイアス電圧は、ダイオードD1自体の静電容量や、パターンその他の浮遊インダクタンス、抵抗成分によって減衰振動を伴い、ほぼ直流電源装置の出力電圧に等しい電圧へと収束する。   However, since the diode D4 in the DC power supply device according to the first embodiment of the present invention is configured with a diode having a sufficiently large reverse recovery time compared to the diode D1, the diode D4 is turned on when the switching means 4 is turned on. Before the excess carriers stored therein are completely eliminated, the diode D1 is turned off first, and a reverse bias voltage is applied only to the diode D1. Thereafter, the reverse bias voltage of the diode D1 converges to a voltage substantially equal to the output voltage of the DC power supply device, accompanied by a damped oscillation due to the capacitance of the diode D1 itself, the pattern and other stray inductances, and resistance components.

図7は、上記のスイッチング手段4のターンオン時におけるダイオードD1の逆バイアス電圧波形の一例を示す図である。本実施の形態1における直流電源装置におけるダイオードD4は、ダイオードD1の逆回復時間と、ダイオードD1、D2の中点電位における減衰振動すなわち、上記D1の逆バイアス電圧における減衰振動の減衰が実質的に完了するまでの減衰時間(ダイオードD1にかかる逆バイアス電圧の減衰振動の振幅が、収束電圧に対するオーバーシュート量のおよそ1/10程度になるまでの時間)との和よりも大きな逆回復時間を有するダイオードにて構成されている。   FIG. 7 is a diagram showing an example of the reverse bias voltage waveform of the diode D1 when the switching means 4 is turned on. In the diode D4 in the DC power supply device according to the first embodiment, the reverse recovery time of the diode D1 and the damped oscillation at the midpoint potential of the diodes D1 and D2, that is, the attenuation of the damped oscillation at the reverse bias voltage of the D1 are substantially reduced. The reverse recovery time is larger than the sum of the attenuation time until completion (the time until the amplitude of the reverse bias voltage attenuation oscillation applied to the diode D1 becomes about 1/10 of the overshoot amount with respect to the convergence voltage). It is composed of a diode.

これによって、スイッチング手段4のターンオンの際、ダイオードD4は、スイッチング手段4がオン状態となる前の、ほぼ導通状態の電位差のまま保たれる。その結果、本発明の直流電源装置においては、直流電源装置の出力の負側から見たダイオードD2のカソード電位(D1のアノード電位)は、図4(b)に示すように、スイッチング手段4の開閉の度に、ほぼ直流電源装置の出力電圧(直流電圧)に等しい振幅で変動するのに対し、直流電源装置の出力の負側から見たダイオードD4のカソード電位は、図4(c)に示すように、スイッチング手段4の開閉の前後においてほとんど変動しない。   As a result, when the switching means 4 is turned on, the diode D4 is kept in a substantially conductive potential difference before the switching means 4 is turned on. As a result, in the DC power supply device of the present invention, the cathode potential of the diode D2 (the anode potential of D1) viewed from the negative side of the output of the DC power supply device is the same as that of the switching means 4 as shown in FIG. The cathode potential of the diode D4 as viewed from the negative side of the output of the DC power supply device is shown in FIG. 4 (c) while it fluctuates with an amplitude substantially equal to the output voltage (DC voltage) of the DC power supply device each time it is opened and closed. As shown, there is almost no fluctuation before and after the switching means 4 is opened and closed.

なお、上記ダイオードD1の逆バイアス電圧における減衰振動が収束するまでの時間に比べて、D4の逆回復時間が短い場合には、従来の直流電源装置と同様に、交流電源1の交流電圧の絶対値と平滑コンデンサ5の直流電圧との差に相当する電圧を、ダイオードD1とダイオードD4の逆バイアス電圧で分担することになるが、ダイオードD4の逆回復時間がダイオードD1の逆回復時間よりも十分長ければ、減衰振動の収束時における逆バイアス電圧の分担比は、ダイオードD4に比べてダイオードD1の方が大きくなる。   When the reverse recovery time of D4 is shorter than the time until the damped oscillation in the reverse bias voltage of the diode D1 converges, the absolute value of the AC voltage of the AC power supply 1 is the same as in the conventional DC power supply device. The voltage corresponding to the difference between the value and the DC voltage of the smoothing capacitor 5 is shared by the reverse bias voltage of the diode D1 and the diode D4, but the reverse recovery time of the diode D4 is sufficiently longer than the reverse recovery time of the diode D1. If it is longer, the share ratio of the reverse bias voltage at the time of convergence of the damped oscillation is larger in the diode D1 than in the diode D4.

したがって、ダイオードD4の逆回復時間がダイオードD1の逆回復時間よりも長く、ダイオードD4の逆回復時間が、スイッチング手段4のターンオン直後にダイオードD1にかかる逆バイアス電圧の減衰振動の振幅が収束電圧に対するオーバーシュート量の1/2以下になるまでの時間程度である場合においても、スイッチング手段4のターンオン時におけるダイオードD4の逆バイアス電圧、すなわち、交流電源1と直流電源装置間の電圧変動を小さくすることができるので、従来の直流電源装置に比べてコモンモードノイズの発生量を低減することが可能である。   Therefore, the reverse recovery time of the diode D4 is longer than the reverse recovery time of the diode D1, and the reverse recovery time of the diode D4 is such that the amplitude of the damped oscillation of the reverse bias voltage applied to the diode D1 immediately after the switching means 4 is turned on with respect to the convergence voltage. Even when it is about the time until the amount of overshoot becomes ½ or less, the reverse bias voltage of the diode D4 when the switching means 4 is turned on, that is, the voltage fluctuation between the AC power supply 1 and the DC power supply device is reduced. Therefore, it is possible to reduce the amount of common mode noise generated compared to a conventional DC power supply device.

また、本実施の形態1における直流電源装置は、ダイオードD2とダイオードD3との関係が、ダイオードD1とダイオードD4の関係と同じであることから、上記の内容は、交流電源1の負の半周期においても同様に成立する。   Further, in the DC power supply device according to the first embodiment, since the relationship between the diode D2 and the diode D3 is the same as the relationship between the diode D1 and the diode D4, the above content is the negative half cycle of the AC power supply 1. The same holds true for.

以上のように、本発明の直流電源装置は、スイッチング手段4の開閉時に従来の直流電源装置において見られる、交流電源1と直流電源装置の出力間における電位差の急峻な変動を抑制することができるので、交流電源1と直流電源装置の出力間には、従来の電源装置においてコモンモードノイズの発生原因となっていた、図11(c)に示すような、スイッチング動作に同期した比較的高い周波数成分を有する電圧変動を生じない。   As described above, the DC power supply device of the present invention can suppress the steep fluctuation of the potential difference between the AC power supply 1 and the output of the DC power supply device, which is seen in the conventional DC power supply device when the switching means 4 is opened and closed. Therefore, between the outputs of the AC power supply 1 and the DC power supply apparatus, a relatively high frequency synchronized with the switching operation as shown in FIG. Does not cause voltage fluctuations with components.

したがって、本発明の直流電源装置は、スイッチング回数を増加させても、従来の直流電源装置に比べてコモンモードノイズの発生を大幅に抑制することができ、高力率かつ低ノイズの直流電源装置を実現することができる。   Therefore, the DC power supply device of the present invention can greatly suppress the occurrence of common mode noise as compared with the conventional DC power supply device even if the number of times of switching is increased, and has a high power factor and low noise. Can be realized.

(実施の形態2)
図8は、本発明の第2の実施の形態における直流電源装置の構成を示す図である。
(Embodiment 2)
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a DC power supply device according to the second embodiment of the present invention.

図8に示すように、本発明における直流電源装置は、実施の形態1の構成に加えて、リ
アクタ3に流れる入力電流を検出する電流検出部11を備える。
As shown in FIG. 8, the DC power supply device according to the present invention includes a current detection unit 11 that detects an input current flowing through the reactor 3 in addition to the configuration of the first embodiment.

リアクタ3に接続された側のダイオードD1およびダイオードD2は、逆回復時間trrが30〜100ns程度の高速ダイオード(ファーストリカバリダイオード)、リアクタ3に接続されていない側のダイオードD3およびダイオードD4は、逆回復時間がおよそ10〜20μs程度の一般整流用ダイオードで構成される。   The diode D1 and the diode D2 on the side connected to the reactor 3 are a high speed diode (fast recovery diode) with a reverse recovery time trr of about 30 to 100 ns, and the diode D3 and the diode D4 on the side not connected to the reactor 3 are reverse It is composed of a general rectifying diode having a recovery time of about 10 to 20 μs.

図9は、本実施の形態2における各部の波形例を示す図である。   FIG. 9 is a diagram illustrating a waveform example of each part in the second embodiment.

本実施の形態における直流電源装置のスイッチング制御部7は、15kHz以上のキャリア周波数によるPWM制御によって、電流検出部11によって検出される交流電源1からの入力電流が、スイッチング制御部7で演算されて得られる正弦波状の指令電流値と等しくなるようにフィードバック制御することによって、入力電流を、図9(a)に示すような波形とする。   In the switching control unit 7 of the DC power supply device according to the present embodiment, the switching control unit 7 calculates the input current from the AC power source 1 detected by the current detection unit 11 by PWM control using a carrier frequency of 15 kHz or more. By performing feedback control so as to be equal to the obtained sinusoidal command current value, the input current has a waveform as shown in FIG.

上記指令電流値は、スイッチング制御部7により、その正弦波の振幅を、電圧検出部10によって検出される負荷8への供給電圧(直流電圧)が負荷8に応じて予め設定されている所望の電圧と等しくなるように、電圧フィードバックによって調整される。   The command current value is determined by the switching control unit 7 according to the amplitude of the sine wave, and the supply voltage (DC voltage) to the load 8 detected by the voltage detection unit 10 is preset according to the load 8. Adjusted by voltage feedback to equal the voltage.

本実施の形態2における直流電源装置においても、リアクタ3に接続されていないダイオードD3、D4は、実施の形態1同様に、リアクタ3に接続されたダイオードD1、D2に比べて十分に逆回復時間の大きなダイオードが用いられており、さらに、スイッチング手段4のターンオン直後に、ダイオードの容量および、パターン等のインダクタンス、抵抗成分によって生じる、ダイオードD1およびD2の中点電位に見られる減衰振動現象における減衰時間とダイオードD1およびD2の逆回復時間の和よりも大きな逆回復時間を有することから、実施の形態1と同様に、スイッチング手段4の開閉時において、ダイオードD4のカソード電位すなわち、(リアクタ3に接続されていない側の)交流電源1と直流電源装置間の電圧は、開閉時における急峻な変動が抑制されて、ほぼ交流電源1の電源半周期ごとに、直流電源装置の出力電圧に等しい直流電圧と0ボルト間を行き来する、図9(b)に示すような電圧波形となる。   Also in the DC power supply apparatus according to the second embodiment, the diodes D3 and D4 that are not connected to the reactor 3 are sufficiently reverse-recovery time as compared with the diodes D1 and D2 that are connected to the reactor 3, as in the first embodiment. In addition, immediately after the switching means 4 is turned on, the diode is attenuated in the damped oscillation phenomenon seen at the midpoint potential of the diodes D1 and D2, which is caused by the capacitance of the diode and the inductance and resistance components such as the pattern. Since the reverse recovery time is larger than the sum of the time and the reverse recovery time of the diodes D1 and D2, as in the first embodiment, the cathode potential of the diode D4, that is, The voltage between the AC power supply 1 (on the unconnected side) and the DC power supply is open. A voltage waveform as shown in FIG. 9 (b), in which a steep fluctuation at the time is suppressed, and goes back and forth between a DC voltage equal to the output voltage of the DC power supply device and 0 volt almost every half cycle of the AC power supply 1. It becomes.

本実施の形態2の直流電源装置では、スイッチング回数が実施の形態1に比べて1〜2桁も多くなるため、ノイズの抑制効果は、より顕著になる。   In the DC power supply device according to the second embodiment, the number of switching operations is one to two orders of magnitude higher than that in the first embodiment, so that the noise suppression effect becomes more prominent.

なお、一般的なプリント基板への実装環境においては、ダイオードD3およびダイオードD4の逆回復時間を、ダイオードD1およびダイオードD2の逆回復時間よりも1桁程度大きな値とすれば、上記の効果は得られるので、PWM制御におけるキャリア周波数から、整流回路の逆回復電流による損失を考慮してダイオードD1、D2に30ns〜100nsの高速ダイオードを用いた場合、ダイオードD3、D4には、逆回復時間が1μs以上のダイオードを使用すればよい。   In a general printed circuit board mounting environment, if the reverse recovery time of the diode D3 and the diode D4 is about one digit larger than the reverse recovery time of the diode D1 and the diode D2, the above effect can be obtained. Therefore, when a high-speed diode of 30 ns to 100 ns is used for the diodes D1 and D2 in consideration of the loss due to the reverse recovery current of the rectifier circuit from the carrier frequency in PWM control, the reverse recovery time is 1 μs for the diodes D3 and D4. The above diode may be used.

また、オフ時におけるダイオードは、等価的にコンデンサで表すことができるので、ダイオードD1、D2とダイオードD3,D4の逆回復時間差を十分に確保できない場合には、ダイオードD3およびダイオードD4に並列に小容量のコンデンサを接続しても同様の効果を得ることができる。   In addition, since the diode in the off state can be equivalently represented by a capacitor, if a sufficient reverse recovery time difference between the diodes D1 and D2 and the diodes D3 and D4 cannot be secured, the diode D3 and the diode D4 are small in parallel. The same effect can be obtained even if a capacitor having a capacitance is connected.

以上により、本実施の形態2の直流電源装置は、コモンモードノイズの発生を抑制しつつ、人にとってさほど騒音が気にならない周波数領域まで周波数を高くしてスイッチング回数を増加させることで、リアクタからの騒音を気にすることなく、細やかなスイッチング動作によって入力電流をより正弦波に近い波形に制御できるので、低ノイズにて、実施
の形態1の直流電源装置に比べてより高い力率を得ることができる。
As described above, the direct-current power supply device according to the second embodiment suppresses the occurrence of common mode noise and increases the frequency to a frequency region where noise is not a concern for humans, thereby increasing the number of switching operations. Since the input current can be controlled to a waveform closer to a sine wave by a fine switching operation without worrying about noise, a higher power factor than that of the DC power supply according to the first embodiment can be obtained with low noise. be able to.

また、本実施の形態2の直流電源装置において、1回のスイッチングあたりの短絡期間は、キャリア周期とディーティ比との積で表されることから、デューティ比が大きくなっても、1回の短絡期間は、原理上、キャリア周期以下の値に制限される。そして、1回の短絡期間における入力電流の増加量は、交流電源1の瞬時電圧とリアクタ3のインダクタンス値の比で算出される電流変化率と短絡期間との積によって定まるので、15kHz以上の高いキャリア周波数にて制御される本実施の形態2の直流電源装置においては、高い昇圧率を確保するためにデューティ比が大きくなっても電流リプルの増加は限定的となる。   Further, in the DC power supply device according to the second embodiment, the short-circuit period per switching is represented by the product of the carrier period and the duty ratio, so that even if the duty ratio is increased, one short-circuiting is performed. The period is limited in principle to a value not longer than the carrier period. The amount of increase in the input current during one short-circuit period is determined by the product of the current change rate calculated by the ratio of the instantaneous voltage of the AC power supply 1 and the inductance value of the reactor 3 and the short-circuit period. In the DC power supply of the second embodiment controlled at the carrier frequency, the increase in current ripple is limited even when the duty ratio is increased in order to ensure a high boosting rate.

したがって、デューティ比を大きくしても、入力電流におけるキャリア周波数の電流成分が増加し、基本波成分の含有率が低下することによって力率を低下させる心配が少ないことから、力率や高調波への影響を考慮した場合、実施の形態1の直流電源装置に比べて、昇圧動作を行うトータルの短絡期間を大きくとることが可能となるので、より高い昇圧性能を得ることが可能となる。   Therefore, even if the duty ratio is increased, the current component of the carrier frequency in the input current increases, and there is less concern about a decrease in the power factor due to a decrease in the content of the fundamental component. When the influence of the above is taken into consideration, the total short-circuit period during which the boosting operation is performed can be increased as compared with the DC power supply device of the first embodiment, so that higher boosting performance can be obtained.

なお、ダイオードD3,D4に安価な一般整流用ダイオードを用いることで、ダイオードD1、D2とダイオードD3、D4間の逆回復時間の差を十分に確保することができるだけでなく、同時に、高速ダイオードに比べて低い順方向電圧を利用することによって、ブリッジ整流回路2における回路損失を低減することができるため、より安価で、かつ高効率の直流電源装置を得ることができる。   By using inexpensive general rectifying diodes for the diodes D3 and D4, not only can a sufficient difference in reverse recovery time between the diodes D1 and D2 and the diodes D3 and D4 be secured, but at the same time, a high-speed diode can be realized. Since a circuit loss in the bridge rectifier circuit 2 can be reduced by using a lower forward voltage, a cheaper and more efficient DC power supply device can be obtained.

さらに、珪素鋼鈑のコアを用いたリアクタ3を用いた場合には、一般にダスト系のコアに比べて同一体積で5〜10倍以上のインダクタンスが得られることから、入力電流のリプル電流の低減効果が得られ、コモンモードノイズの発生の抑制のみならず、ノーマルモードノイズの発生低減ならびに、発生したノイズの電源ラインへの伝導をさらに抑制することが可能となる。   Further, when the reactor 3 using the core of the silicon steel plate is used, since an inductance of 5 to 10 times or more is generally obtained in the same volume as that of the dust core, the ripple current of the input current is reduced. As a result, not only the occurrence of common mode noise can be suppressed, but also the generation of normal mode noise can be reduced and the conduction of the generated noise to the power supply line can be further suppressed.

以上のように、本発明にかかる直流電源装置は、簡単な構成にて高力率かつ低ノイズの直流電源装置を実現するものであり、空気調和機やヒートポンプ給湯機、冷蔵庫、洗濯機など、交流電源によって電力供給される電化製品への用途に適用できる。   As described above, the DC power supply device according to the present invention realizes a high power factor and low noise DC power supply device with a simple configuration, such as an air conditioner, a heat pump water heater, a refrigerator, a washing machine, etc. Applicable to electrical appliances powered by an AC power supply.

1 交流電源
2 ブリッジ整流回路
3 リアクタ
4 スイッチング手段
5 平滑コンデンサ
7 スイッチング制御部
8 負荷
10 電圧検出部
11 電流検出部
D1 ダイオード
D2 ダイオード
D3 ダイオード
D4 ダイオード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC power supply 2 Bridge rectifier circuit 3 Reactor 4 Switching means 5 Smoothing capacitor 7 Switching control part 8 Load 10 Voltage detection part 11 Current detection part D1 Diode D2 Diode D3 Diode D4 Diode

Claims (5)

交流電源からの交流電圧を整流するブリッジ整流回路と、交流電源とブリッジ整流回路の交流入力端の一端との間に接続されたリアクタと、ブリッジ整流回路の交流入力側に接続されて、リアクタを介して交流電源を短絡・開放するスイッチング手段と、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、交流電源の電源半周期間に少なくとも2回以上スイッチング手段を駆動するスイッチング制御部を備えて、交流電源の交流電圧を直流電圧に変換して負荷へ供給する直流電源装置において、
ブリッジ整流回路を構成するダイオード(D1、D2、D3、D4)のうち、リアクタに接続されていない側の交流入力端にアノードが接続されたダイオードD3は、リアクタに接続されている側の交流入力端にカソードが接続されたダイオードD2に比べて逆回復時間の大きなダイオードで構成され、かつ、リアクタに接続されていない側の交流入力端にカソードが接続されたダイオードD4は、リアクタに接続されている側の交流入力端にアノードが接続されたダイオードD1に比べて逆回復時間の大きなダイオードで構成されることを特徴とする直流電源装置。
A bridge rectifier circuit that rectifies the AC voltage from the AC power source, a reactor connected between the AC power source and one end of the AC input end of the bridge rectifier circuit, and a reactor connected to the AC input side of the bridge rectifier circuit. Switching means for short-circuiting / opening the AC power supply, a smoothing capacitor connected to the DC output terminal of the bridge rectifier circuit, and a switching control unit for driving the switching means at least twice during the power supply half cycle of the AC power supply. In the DC power supply device that converts the AC voltage of the AC power supply into a DC voltage and supplies it to the load,
Among the diodes (D1, D2, D3, D4) constituting the bridge rectifier circuit, the diode D3 whose anode is connected to the AC input terminal on the side not connected to the reactor is the AC input on the side connected to the reactor The diode D4, which is composed of a diode having a longer reverse recovery time than the diode D2 having the cathode connected to the end and the cathode is connected to the AC input end on the side not connected to the reactor, is connected to the reactor. A DC power supply device comprising a diode having a longer reverse recovery time than a diode D1 having an anode connected to an AC input terminal on the side where the current is input.
前記ダイオードD3の逆回復時間は、前記ダイオードD2の逆回復時間と、前記スイッチング手段のターンオン直後にダイオードD1とダイオードD2との中点電位に生じる減衰振動における減衰時間との和よりも長く、かつ、
前記ダイオードD4の逆回復時間は、前記ダイオードD1の逆回復時間と、前記スイッチング手段のターンオン直後にダイオードD1とダイオードD2との中点電位に生じる減衰振動における減衰時間との和よりも長いことを特徴とする請求項1に記載の直流電源装置。
The reverse recovery time of the diode D3 is longer than the sum of the reverse recovery time of the diode D2 and the attenuation time in the damped oscillation that occurs at the midpoint potential of the diode D1 and the diode D2 immediately after the switching means is turned on, and ,
The reverse recovery time of the diode D4 is longer than the sum of the reverse recovery time of the diode D1 and the attenuation time in the damped oscillation generated at the midpoint potential of the diode D1 and the diode D2 immediately after the switching means is turned on. 2. The DC power supply device according to claim 1, wherein
前記ダイオードD3および前記ダイオードD4は、一般整流用ダイオードで構成されることを特徴とする請求項1または2に記載の直流電源装置。 3. The DC power supply device according to claim 1, wherein the diode D3 and the diode D4 are configured by general rectifying diodes. 前記スイッチング制御部は、15kHz以上のキャリア周波数にてスイッチング手段を駆動し、かつ、前記ダイオードD1およびダイオードD2の逆回復時間は、100ns以下、前記ダイオードD3およびダイオードD4の逆回復時間は、1μs以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の直流電源装置。 The switching control unit drives the switching means at a carrier frequency of 15 kHz or more, the reverse recovery time of the diode D1 and the diode D2 is 100 ns or less, and the reverse recovery time of the diode D3 and the diode D4 is 1 μs or more. The DC power supply device according to any one of claims 1 to 3, wherein 前記リアクタのコアは、珪素鋼板にて構成されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の直流電源装置。 The direct-current power supply device according to any one of claims 1 to 4, wherein the core of the reactor is formed of a silicon steel plate.
JP2009244011A 2009-10-23 2009-10-23 DC power supply Active JP5471291B2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009244011A JP5471291B2 (en) 2009-10-23 2009-10-23 DC power supply
CN2010800448342A CN102577067A (en) 2009-10-23 2010-10-22 DC power supply device, and motor driving inverter apparatus using same
PCT/JP2010/006272 WO2011048818A1 (en) 2009-10-23 2010-10-22 Dc power supply device, and motor driving inverter apparatus using same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009244011A JP5471291B2 (en) 2009-10-23 2009-10-23 DC power supply

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011091947A JP2011091947A (en) 2011-05-06
JP5471291B2 true JP5471291B2 (en) 2014-04-16

Family

ID=44109664

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009244011A Active JP5471291B2 (en) 2009-10-23 2009-10-23 DC power supply

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5471291B2 (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5807743B2 (en) * 2011-10-03 2015-11-10 セイコーエプソン株式会社 POWER GENERATION DEVICE, ELECTRONIC DEVICE, MOBILE DEVICE, AND POWER GENERATION DEVICE CONTROL METHOD
JP6032393B2 (en) * 2012-04-06 2016-11-30 富士電機株式会社 Rectifier circuit
JP2016154434A (en) * 2015-02-18 2016-08-25 パナソニックIpマネジメント株式会社 Motor drive unit
WO2017085817A1 (en) * 2015-11-18 2017-05-26 三菱電機株式会社 Power conversion device
JP6798802B2 (en) * 2016-06-28 2020-12-09 日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社 DC power supply and air conditioner
JP6955077B2 (en) * 2016-06-28 2021-10-27 日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社 DC power supply and air conditioner
JP7175364B2 (en) * 2020-11-19 2022-11-18 日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社 DC power supply and air conditioner

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0636591Y2 (en) * 1989-12-29 1994-09-21 新電元工業株式会社 Bridge type rectifier circuit device
JP2005304099A (en) * 2004-04-06 2005-10-27 Canon Inc Full-wave rectification circuit
JP2006304586A (en) * 2005-03-25 2006-11-02 Mitsubishi Electric Corp Dc power supply device
JP2009095083A (en) * 2007-10-04 2009-04-30 Fuji Electric Systems Co Ltd Power converter

Also Published As

Publication number Publication date
JP2011091947A (en) 2011-05-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5471291B2 (en) DC power supply
JP4715429B2 (en) AC / DC converter
KR100796890B1 (en) Switching power source device
KR101422948B1 (en) Power factor correction circuit
CN103107717B (en) Power supply regulation for ultra-low load and no-load operation
JP2008099512A (en) Power supply unit
JP5872235B2 (en) Electromagnetic induction heating device
JP5471384B2 (en) Inverter device for motor drive
JP2009177935A (en) Dc power supply
JP2006136125A (en) Power control circuit for charge storage device
WO2011048818A1 (en) Dc power supply device, and motor driving inverter apparatus using same
CN108011533B (en) inductive load driving circuit
JP2013085347A (en) Ac-dc converter
JP3574849B2 (en) DC-DC converter device
KR101911262B1 (en) Power transforming apparatus having noise reduction function and air conditioner including the same
JP5417885B2 (en) Power supply
JP2018093600A (en) Inductive load drive circuit
JP2016208693A (en) Power conversion device
JP2003244960A (en) Pwm cycloconverter
Pireethi et al. Power Factor Correction in BLDC motor drives using DC-DC converters
WO2011058665A1 (en) Power conversion device
JP2011109900A (en) Dc power supply device
JP4470555B2 (en) converter
JP2015047004A (en) Step-up converter
JP5721669B2 (en) Power converter and refrigeration air conditioning system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20121009

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20121217

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140107

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20140107

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140120

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5471291

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151