JP5866770B2

JP5866770B2 - 電源装置

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Publication number: JP5866770B2
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Inventors: 山田　隆二; 隆二山田; 三野　和明; 和明三野
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Description

本発明は、Ｎ相（Ｎは２以上の自然数）の交流電圧を直流電圧に変換する電源装置に関する。

図３は、特許文献１に開示されている電源装置を説明するための図である。この電源装置は、３組の整流回路を用いて３相交流電圧を所定の直流電圧に変換する。次に、変換して得られた直流電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータで変換されて、共通の負荷に供給される。

図３において、１ａは３相交流電源、２ａ，２ｂ，２ｃは整流回路、１０ａ，１０ｂ，１０ｃは絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータ、Ｃｎはコンデンサである。整流回路２ａ，２ｂ，２ｃは同じ回路構成からなり、同じ回路動作をする。したがって、以下では整流回路２ａを代表として、その回路構成と回路動作を説明する。

３相交流電源１ａは、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相がスター結線された電源であり、各相の端子Ｒ，Ｓ，Ｔを有している。３相交流電源１ａの端子Ｒ，Ｓ，Ｔにはスター結線されたコンデンサＣｎが接続されている。

整流回路２ａは、交流入力端子Ａ１ａ，Ａ２ａ，Ａ３ａと直流出力端子Ｐａ，Ｎａとを有する。端子Ａ１ａは、３相交流電源１ａの端子Ｒに接続される。端子Ａ２ａは、３相交流電源１ａの端子Ｒに接続される。端子Ａ３ａは、コンデンサＣｎの中性点に接続される。端子ＰａとＮａとの間にはダイオードＤ１ａとＤ２ａとが直列に接続された第１の直列回路と、サイリスタＴｈ１ａとＴｈ２ａとが直列に接続された第２の直列回路と、ダイオードＤ３ａとＤ４ａとが直列に接続された第３の直列回路が、それぞれ並列に接続される。第１の直列回路のダイオードＤ１ａとＤ２ａとの接続点は、端子Ａ１ａに接続される。第２の直列回路のサイリスタＴｈ１ａとＴｈ２ａとの接続点は、端子Ａ２ａに接続される。第３の直列回路のダイオードＤ３ａとＤ４ａとの接続点は、端子Ａ３ａに接続される。

上記回路構成において、３相交流電源１ａが２００Ｖ電源のとき、サイリスタＴｈ１ａ，Ｔｈ２ａのゲートにはオン信号が入力される。これにより、整流回路２ａは第１の直列回路と第２の直列回路とで３相交流電源１ａのＲ相とＳ相の線間電圧を整流する回路として機能する。一方、３相交流電源１ａが４００Ｖ電源のとき、サイリスタＴｈ１ａ，Ｔｈ２ａのゲートにはオフ信号が入力される。これにより、整流回路２ａは第１の直列回路と第３の直列回路とで３相交流電源１ａのＲ相の相電圧を整流する回路として機能する。

整流回路２ｂと整流回路２ｃとは整流回路２ａと同じ回路構成からなる。したがって、整流回路２ｂは、３相交流電源１ａが２００Ｖ電源のときＳ相とＴ相の線間電圧を整流する回路として機能する。３相交流電源１ａが４００Ｖ電源のときＳ相の相電圧を整流する回路として機能する。また、整流回路２ｃは、３相交流電源１が２００Ｖ電源のときＴ相とＲ相の線間電圧を整流する回路として機能する。３相交流電源１ａが４００Ｖ電源のときＴ相の相電圧を整流する回路として機能する。

その結果、３相交流電源１ａが２００Ｖ電源のとき、整流回路２ａ，２ｂ，２ｃからは３相交流電源１ａの線間電圧を全波整流した電圧が出力される。また、３相交流電源１ａが４００Ｖ電源のとき、整流回路２ａ，２ｂ，２ｃからは３相交流電源１ａの相電圧を全波整流した電圧が出力される。

整流回路２ａの直流出力端子Ｐａ，ＮａにはＤＣ／ＤＣコンバータ１０ａが接続されている。同様に、整流回路２ｂの直流出力端子Ｐｂ，ＮｂにはＤＣ／ＤＣコンバータ１０ｂが接続され、整流回路２ｃの直流出力端子Ｐｃ，ＮｃにはＤＣ／ＤＣコンバータ１０ｃが接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの出力端子は並列に接続され、直流出力電圧が共通の負荷に供給される。

特許第３９００４４４号公報

上記特許文献１に開示されている技術によれば、整流回路２ａ，２ｂ，２ｃは、ダイオードをフルブリッジ構成した回路またはサイリスタとダイオードとを混合ブリッジ構成した回路である。また、一般に、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力部にはインダクタとコンデンサとからなるフィルタ回路が設けられている。したがって、整流回路２ａ，２ｂ，２ｃの入力力率は１にはならず、０．８から０．９程度である。

その結果、３相交流電源１および整流回路２ａ，２ｂ，２ｃの電流容量が大きくなり、電源装置が大型化するという問題がある。
本発明は、このような電源装置の問題を解決しようとするものであり、異なる交流電圧を入力することができるとともに、高力率かつ小型な電源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、Ｎ相（Ｎは２以上の自然数）からなる交流電源の電圧をＭ個（Ｍは１以上かつＮ以下の自然数）の整流回路によって直流電圧に変換する電源装置において、前記整流回路が、前記交流電源の線間電圧と同位相の交流電流を入力することにより前記交流電源の線間電圧を第１の所定値の直流電圧に変換する第１の回路と、前記交流電源の相電圧と同位相の交流電流を入力することにより前記交流電源の相電圧を第２の所定値の直流電圧に変換する第２の回路とを有するように構成したものである。

電源装置をこのように構成することにより、整流回路の交流入力の力率を略１．０と高力率にすることができる。その結果、整流回路の電流容量を小さくすることができ、電源装置を小型化することができる。

この発明においては、前記整流回路を、前記第２の回路の動作を停止し前記第１の回路を動作させる第１のモードと、前記第１の回路の動作を停止し前記第２の回路を動作させる第２のモードとのいずれかのモードで動作させるのが良い。さらに、前記整流回路を、前記交流電源の電圧の実効値が所定値以下のとき前記第１のモードで動作させ、前記交流電源の電圧の実効値が所定値を超えているとき前記第２のモードで動作させるのが良い。

前記電源装置をこのように動作させることにより、電源電圧が異なる交流電源に接続された場合であっても、１台の電源装置で所望の直流電圧を得ることができる。
また、この発明においては、前記直流電圧の第１の所定値と第２の所定値とが同じとなるように前記整流回路を動作させるのが良い。

前記整流回路をこのように動作させることにより、整流回路の後段に設けられる電圧変換回路の入力電圧範囲を小さくすることができる。

本発明によると、電源電圧が異なる交流電源に接続されても、整流回路の交流入力を高力率とすることができる。その結果、入力力率が高くかつ小型な電源装置を提供することができる。

本発明に係る電源装置の第１の実施形態を説明するための図である。本発明に係る電源装置の第２の実施形態を説明するための図である。従来技術に係る電源装置を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態を図１、図２を参照して詳細に説明する。なお、図１、図２において、図３に示した電源装置と共通する構成要素には同符号を付し、その説明を省略する。

図１は、本発明に係る電源装置の第１の実施形態を説明するための図である。図１において、１ｂは３相交流電源、３ａ，３ｂ，３ｃは整流回路、１０ａ，１０ｂ，１０ｃは絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータである。整流回路３ａ，３ｂ，３ｃは同じ回路構成からなり、同じ回路動作をする。したがって、以下では整流回路３ａを代表として、その回路構成と回路動作を説明する。

３相交流電源１ｂは、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相がスター結線された電源であり、各相の端子Ｒ，Ｓ，Ｔと中性点の端子Ｎとを有している。
整流回路３ａは、交流入力端子Ａ１ａ，Ａ２ａ，Ａ３ａと直流出力端子Ｐａ，Ｎａとを有する。端子Ａ１ａは、３相交流電源１ｂの端子Ｒに接続される。端子Ａ２ａは、３相交流電源１ｂの端子Ｓに接続される。端子Ａ３ａは、３相交流電源１ｂの中性点Ｎに接続される。

端子ＰａとＮａとの間にはトランジスタＴ１ａとＴ２ａとが直列に接続された第１の直列回路と、サイリスタＴｈ１ａとＴｈ２ａとが直列に接続された第２の直列回路と、サイリスタＴｈ３ａとＴｈ４ａとが直列に接続された第３の直列回路とコンデンサＣａが、それぞれ並列に接続される。トランジスタＴ１ａ，Ｔ２ａには、それぞれダイオードＤ１ａ，Ｄ２ａが並列に接続されている。

第１の直列回路のトランジスタＴ１ａとＴ２ａとの接続点は、インダクタＬａを介して端子Ａ１ａに接続される。第２の直列回路のサイリスタＴｈ１ａとＴｈ２ａとの接続点は、端子Ａ２ａに接続される。第３の直列回路のサイリスタＴｈ３ａとＴｈ４ａとの接続点は、端子Ａ３ａに接続される。

さらに、整流回路３ａは、上記トランジスタＴ１ａ，Ｔ２ａおよびサイリスタＴｈ１ａ〜Ｔｈ４ａのゲート信号を生成するための制御回路ＣＮＴａを有している。
第１の直列回路、第２の直列回路およびインダクタＬａによって、第１の回路が構成されている。また、第１の直列回路、第３の直列回路およびインダクタＬａによって、第２の回路が構成されている。

上記回路構成において、３相交流電源１ｂの交流電圧は、整流回路３ａによって第１の所定値の直流電圧に変換される。整流回路３ａから出力される第１の所定値の直流電圧はＤＣ／ＤＣコンバータ１０ａに入力され、第３の所定値の直流電圧に変換される。

以下に、３相交流電源１ｂが２００Ｖ電源の場合における整流回路３ａの動作（第１のモードの動作）を説明する。まず、３相交流電源１ｂの端子Ｓに対する端子Ｒの電圧が正のとき、サイリスタＴｈ１ａのゲートにはオフ信号が入力され、サイリスタＴｈ２ａのゲートにはオン信号が入力される。サイリスタＴｈ３ａ，Ｔｈ４ａのゲートにはオフ信号が入力される。この状態で、トランジスタＴ１ａのゲートにはオフ信号が入力され、トランジスタＴ２ａのゲートにはＰＷＭ変調されたオン・オフ信号が入力される。

第１から第３の直列回路の半導体スイッチング素子を上記のように制御することにより、トランジスタＴ２ａがオンしているとき、３相交流電源１ｂの端子Ｒ→インダクタＬａ→トランジスタＴ２ａ→サイリスタＴｈ２ａ→３相交流電源１ｂの端子Ｓの経路で電流が流れる。トランジスタＴ２ａがオフしたとき、上記経路で流れていた電流は、３相交流電源１ｂの端子Ｒ→インダクタＬａ→ダイオードＤ１ａ→コンデンサＣａ→サイリスタＴｈ２ａ→３相交流電源１ｂの端子Ｓの経路で流れる。この電流によって、コンデンサＣａが第１の所定値に充電される。

一方、３相交流電源１ｂの端子Ｓに対する端子Ｒの電圧が負のとき、サイリスタＴｈ１ａのゲートにはオン信号が入力され、サイリスタＴｈ２ａのゲートにはオフ信号が入力される。サイリスタＴｈ３ａ，Ｔｈ４ａのゲートには、オフ信号が入力される。この状態で、トランジスタＴ２ａのゲートにはオフ信号が入力される。トランジスタＴ１ａのゲートにはＰＷＭ変調されたオン・オフ信号が入力される。

第１から第３の直列回路の半導体スイッチング素子を上記のように制御することにより、トランジスタＴ１ａがオンしているとき、３相交流電源１ｂの端子Ｓ→サイリスタＴｈ１ａ→トランジスタＴ１ａ→インダクタＬａ→３相交流電源１ｂの端子Ｒの経路で電流が流れる。トランジスタＴ１ａがオフしたとき、上記経路で流れていた電流は、３相交流電源１ｂの端子Ｓ→サイリスタＴｈ１ａ→コンデンサＣａ→ダイオードＤ２ａ→インダクタＬａ→３相交流電源１の端子Ｒの経路で流れる。この電流によって、コンデンサＣａが第１の所定値に充電される。

上記動作において、トランジスタＴ１ａ，Ｔ２ａのゲートに入力されるオン・オフ信号は、制御回路ＣＮＴａにより、整流回路３ａの入力電圧と入力電流が同位相となりかつ直流出力電圧が第１の所定値に維持されるように調整されている。この第１の所定値は、端子Ｒと端子Ｓの両端に生じる線間電圧の振幅値よりも大きい。

次に、３相交流電源１ｂが４００Ｖ電源の場合における整流回路３ａの動作（第２のモードの動作）を説明する。まず、３相交流電源１ｂの端子Ｎに対する端子Ｒの電圧が正のとき、サイリスタＴｈ１ａ，Ｔｈ２ａのゲートにはオフ信号が入力される。サイリスタＴｈ３ａのゲートにはオフ信号が入力され、サイリスタＴｈ４ａのゲートにはオン信号が入力される。この状態で、トランジスタＴ１ａのゲートにはオフ信号が入力され、トランジスタＴ２ａのゲートにＰＷＭ変調されたオン・オフ信号が入力される。

第１から第３の直列回路の半導体スイッチング素子を上記のように制御することにより、トランジスタＴ２ａがオンしているとき、３相交流電源１ｂの端子Ｒ→インダクタＬａ→トランジスタＴ２ａ→サイリスタＴｈ４ａ→３相交流電源１ｂの端子Ｎの経路で電流が流れる。トランジスタＴ２ａがオフしたとき、上記経路で流れていた電流は、３相交流電源１ｂの端子Ｒ→インダクタＬａ→ダイオードＤ１ａ→コンデンサＣａ→サイリスタＴｈ４ａ→３相交流電源１ｂの端子Ｎの経路で流れる。この電流によってコンデンサＣａが第２の所定値に充電される。

一方、３相交流電源１ｂの端子Ｎに対する端子Ｒの電圧が負のとき、サイリスタＴｈ１ａ，Ｔｈ２ａのゲートには、オフ信号が入力される。サイリスタＴｈ３ａのゲートにはオン信号が入力され、サイリスタＴｈ４ａのゲートにはオフ信号が入力される。この状態で、トランジスタＴ２ａのゲートにはオフ信号が入力される。トランジスタＴ１ａのゲートにはＰＷＭ変調されたオン・オフ信号が入力される。

第１から第３の直列回路の半導体スイッチング素子を上記のように制御することにより、トランジスタＴ１ａがオンしているとき、３相交流電源１ｂの端子Ｎ→サイリスタＴｈ３ａ→トランジスタＴ１ａ→インダクタＬａ→３相交流電源１ｂの端子Ｒの経路で電流が流れる。トランジスタＴ１ａがオフしたとき、上記経路で流れていた電流は、３相交流電源１ｂの端子Ｎ→サイリスタＴｈ３ａ→コンデンサＣａ→ダイオードＤ２ａ→インダクタＬａ→３相交流電源１ｂの端子Ｒの経路で流れる。この電流によってコンデンサＣａが第２の所定値に充電される。

上記動作において、トランジスタＴ１ａ，Ｔ２ａのゲートに入力されるオン・オフ信号は、制御回路ＣＮＴａにより、整流回路３ａの入力電圧と入力電流が同位相となりかつ直流出力電圧が第２の所定値に維持されるように調整されている。この第２の所定値は、端子Ｒと端子Ｎの両端に生じる相電圧の振幅値よりも大きい。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１０ａは、第１の所定値または第２の所定値に充電されたコンデンサＣａの両端電圧（第１の所定値または第２の所定値の直流電圧）を第３の所定値の直流電圧に変換して出力する。この場合において、直流電圧の第１の所定値と第２の所定値とが同じ値であっても良く、異なる値であっても良い。直流電圧の第１の所定値と第２の所定値とが同じ値であるか、または近い値である場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０ａの入力電圧範囲を小さくすることができる。

整流回路３ｂとＤＣ／ＤＣコンバータ１０ｂの回路および整流回路３ｃとＤＣ／ＤＣコンバータ１０ｃの回路も、上記整流回路３ａとＤＣ／ＤＣコンバータ１０ａの回路と同じ動作をする。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの出力端子は並列に接続され、直流出力電圧が共通の負荷に供給される。

なお、交流電源１ｂの電圧が２００Ｖか４００Ｖであるかは、例えば交流電源の線間電圧または相電圧を検出し、検出値が３００Ｖ相当の値以下であるときは２００Ｖ電源、３００Ｖ相当の値を超えているときは４００Ｖ電源であると判断することができる。

上記で説明した第１の実施形態では、３相交流電源１ｂの電源電圧が２００Ｖまたは４００Ｖのいずれのときであっても、電源装置３ａ〜３ｃの入力力率を略１．０の高力率に維持することができる。そのため、電源装置３ａ〜３ｃの入力電流は、ダイオードからなるフルブリッジ整流回路またはサイリスタとダイオードとからなる混合ブリッジ整流回路に比べて低減される。これにより、電源装置の入力電流容量を小さくすることができるので、高力率かつ小型な電源装置を提供することができる。

図２は、本発明に係る電源装置の第２の実施形態を説明するための図である。図２において、１ｂは３相交流電源、４ａ，４ｂ，４ｃは整流回路、１０ａ，１０ｂ，１０ｃは絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータである。整流回路４ａ，４ｂ，４ｃは同じ回路構成からなり、同じ回路動作をする。したがって、以下では整流回路４ａを代表として、その回路構成と回路動作を説明する。

整流回路４ａは、交流入力端子Ａ１ａ，Ａ２ａ，Ａ３ａと直流出力端子Ｐａ，Ｎａとを有する。端子Ａ１ａは、３相交流電源１ｂの端子Ｒに接続される。端子Ａ２ａは、３相交流電源１ｂの端子Ｓに接続される。端子Ａ３ａは、３相交流電源１ｂの中性点Ｎに接続される。

端子ＰａとＮａとの間にはダイオードＤ１ａとＤ２ａとが直列に接続された第１の直列回路と、サイリスタＴｈ１ａとＴｈ２ａとが直列に接続された第２の直列回路と、サイリスタＴｈ３ａとＴｈ４ａとが直列に接続された第３の直列回路と、インダクタＬａとトランジスタＴ１ａとが直列に接続された第４の直列回路が、それぞれ並列に接続される。第１の直列回路のダイオードＤ１ａとＤ２ａとの接続点は、端子Ａ１ａに接続される。第２の直列回路のサイリスタＴｈ１ａとＴｈ２ａとの接続点は、端子Ａ２ａに接続される。第３の直列回路のサイリスタＴｈ３ａとＴｈ４ａとの接続点は、端子Ａ３ａに接続される。第４の直列回路のトランジスタＴ１ａの両端には、第５の直列回路が並列に接続される。第５の直列回路のコンデンサＣａの両端は、端子ＰａとＮａに接続される。

整流回路４ａは、上記トランジスタＴ１ａとサイリスタＴｈ１ａ〜Ｔｈ４ａのゲート信号を生成するための制御回路ＣＮＴａを有している。
第１の直列回路、第２の直列回路、第４の直列回路および第５の直列回路によって、第１の回路が構成されている。また、第１の直列回路および第３の直列回路から第５の直列回路によって、第２の回路が構成されている。

上記回路構成において、３相交流電源１ｂの交流電圧は、整流回路４ａによって第１の所定値の直流電圧に変換される。整流回路４ａから出力される第１の所定値の直流電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０ａに入力され、第３の所定値の直流電圧に変換される。

以下に、３相交流電源１ｂが２００Ｖ電源の場合の整流回路４ａの動作（第１のモードの動作）を説明する。まず、３相交流電源１ｂの端子Ｒの電圧が端子Ｓに対して正のとき、サイリスタＴｈ１ａのゲートにはオフ信号が入力され、サイリスタＴｈ２ａのゲートにはオン信号が入力される。サイリスタＴｈ３ａ，Ｔｈ４ａのゲートにはオフ信号が入力される。この状態で、トランジスタＴ１ａのゲートには、ＰＷＭ変調されたオン・オフ信号が入力される。

第２から第４の直列回路の半導体スイッチング素子を上記のように制御することにより、トランジスタＴ１ａがオンしているとき、３相交流電源１ｂの端子Ｒ→ダイオードＤ１ａ→インダクタＬａ→トランジスタＴ１ａ→サイリスタＴｈ２ａ→３相交流電源１ｂの端子Ｓの経路で電流が流れる。トランジスタＴ１ａがオフしたとき、上記経路で流れていた電流は、３相交流電源１ｂの端子Ｒ→ダイオードＤ１ａ→インダクタＬａ→ダイオードＤ３ａ→コンデンサＣａ→サイリスタＴｈ２ａ→３相交流電源１ｂの端子Ｓの経路で流れる。この電流によって、コンデンサＣａが第１の所定値に充電される。

一方、３相交流電源１ｂの端子Ｒの電圧が端子Ｓに対して負のとき、サイリスタＴｈ１ａのゲートにはオン信号が入力され、サイリスタＴｈ２ａのゲートにはオフ信号が入力される。サイリスタＴｈ３ａ，Ｔｈ４ａのゲートには、オフ信号が入力される。この状態で、トランジスタＴ１ａのゲートにはＰＷＭ変調されたオン・オフ信号が入力される。

第２から第４の直列回路の半導体スイッチング素子を上記のように制御することにより、トランジスタＴ１ａがオンしているとき、３相交流電源１の端子Ｓ→サイリスタＴｈ１ａ→インダクタＬａ→トランジスタＴ１ａ→ダイオードＤ２ａ→３相交流電源１の端子Ｒの経路で電流が流れる。トランジスタＴ１ａがオフしたとき、上記経路で流れていた電流は、３相交流電源１の端子Ｓ→サイリスタＴｈ１ａ→インダクタＬａ→ダイオードＤ３ａ→コンデンサＣａ→ダイオードＤ２ａ→３相交流電源１の端子Ｒの経路で流れる。この電流によって、コンデンサＣａが第１の所定値に充電される。

上記動作において、トランジスタＴ１ａのゲートに入力されるオン・オフ信号は、制御回路ＣＮＴａにより、整流回路４ａの入力電圧と入力電流が同位相となりかつ直流出力電圧が第１の所定値に維持されるように調整されている。この第１の所定値は、端子Ｒと端子Ｓの両端に生じる線間電圧の振幅値よりも大きい。

次に、３相交流電源１ｂが４００Ｖ電源の場合の整流回路４ａの動作（第２のモードの動作）を説明する。まず、３相交流電源１ｂの端子Ｒの電圧が端子Ｎに対して正のとき、サイリスタＴｈ１ａ，Ｔｈ２ａのゲートにはオフ信号が入力される。サイリスタＴｈ３ａのゲートにはオフ信号が入力され、サイリスタＴｈ４ａのゲートにはオン信号が入力される。この状態で、トランジスタＴ１ａのゲートにＰＷＭ変調されたオン・オフ信号が入力される。

第２から第４の直列回路の半導体スイッチング素子を上記のように制御することにより、トランジスタＴ１ａがオンしているとき、３相交流電源１ｂの端子Ｒ→ダイオードＤ１ａ→インダクタＬａ→トランジスタＴ１ａ→サイリスタＴｈ４ａ→３相交流電源１ｂの端子Ｎの経路で電流が流れる。トランジスタＴ１ａがオフしたとき、上記経路で流れていた電流は、３相交流電源１ｂの端子Ｒ→ダイオードＤ１ａ→インダクタＬａ→ダイオードＤ３ａ→コンデンサＣａ→サイリスタＴｈ４ａ→３相交流電源１ｂの端子Ｎの経路で流れる。この電流によって、コンデンサＣａが第２の所定値に充電される。

一方、３相交流電源１ｂの端子Ｒの電圧が端子Ｎに対して負のとき、サイリスタＴｈ１ａ，Ｔｈ２ａのゲートには、オフ信号が入力される。サイリスタＴｈ３ａのゲートにはオン信号が入力され、サイリスタＴｈ４ａのゲートにはオフ信号が入力される。この状態で、トランジスタＴ１ａのゲートにＰＷＭ変調されたオン・オフ信号が入力される。

上記動作において、トランジスタＴ１ａのゲートに入力されるオン・オフ信号は、制御回路ＣＮＴａにより、整流回路４ａの入力電圧と入力電流が同位相となりかつ直流出力電圧が第２の所定値に維持されるように調整されている。この第２の所定値は、端子Ｒと端子Ｎの両端に生じる相電圧の振幅値よりも大きい。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１０ａは、第１の所定値または第２の所定値に充電された直流電圧を第３の所定値の直流電圧に変換して出力する。この場合において、第１の所定値と第２の所定値とは同じ値であっても良く、異なる値であっても良い。直流電圧の第１の所定値と第２の所定値とが同じ値であるか、または近い値である場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０ａの入力電圧範囲を小さくすることができる。

上記で説明した第２の実施形態では、３相交流電源１ｂの電源電圧が２００Ｖまたは４００Ｖのいずれのときであっても、電源装置４ａ〜４ｃの入力力率を略１．０の高力率に維持することができる。そのため、電源装置４ａ〜４ｃの入力電流は、ダイオードからなるフルブリッジ整流回路またはサイリスタとダイオードとからなる混合ブリッジ整流回路に比べて低減される。これにより、電源装置の入力電流容量を小さくすることができるので、高力率かつ小型な電源装置を提供することができる。

上記第１の実施形態および第２の実施形態では、図３に示した整流回路２ａのダイオードＤ３ａ，Ｄ４ａからなる第３の直列回路を、サイリスタＴｈ３ａ，Ｔｈ４ａからなる直列回路に置き換えている。このようにすることにより、第１のモードと第２のモードとを択一的に選択することができ、整流回路が何れのモードで動作する場合でも高力率な電源装置とすることができる。

また、上記第１の実施形態および第２の実施形態では、３相交流電源が２００Ｖ電源と４００Ｖ電源のいずれかとして本発明に係る電源装置の説明をした。しかし、電源の組み合わせはこれに限られず、１００Ｖ電源と２００Ｖ電源であっても、他の電源の組み合わせであっても良い。

また、本発明は３相交流電源を対象とした電源装置に限られず、Ｎ相（Ｎは２以上の自然数）からなる交流電源の電圧を直流電圧に変換する電源装置に適用することができる。さらに、Ｎ相交流電源のすべての相および線間の電圧を整流する電源装置に限られず、所定の相電圧及び線間電圧を整流する電源装置であってもかまわない。

１・・・３相交流電源、２ａ，２ｂ，２ｃ，３ａ，３ｂ，３ｃ，４ａ，４ｂ，４ｃ・・・整流回路、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ・・・ＤＣ／ＤＣコンバータ、Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ，Ｃｎ・・・コンデンサ、Ｄ１ａ〜Ｄ４ａ，Ｄ１ｂ〜Ｄ４ｂ，Ｄ１ｃ〜Ｄ４ｃ・・・ダイオード、Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ・・・インダクタ、Ｔ１ａ，Ｔ２ａ，Ｔ１ｂ、Ｔ２ｂ，Ｔ１ｃ、Ｔ２ｃ・・・トランジスタ、Ｔｈ１ａ〜Ｔｈ４ａ，Ｔｈ１ｂ〜Ｔｈ４ｂ，Ｔｈ１ｃ〜Ｔｈ４ｃ・・・サイリスタ。

Claims

Ｎ相（Ｎは２以上の自然数）からなる交流電源の電圧をＭ個（Ｍは１以上かつＮ以下の自然数）の整流回路によって直流電圧に変換する電源装置において、
前記整流回路は、
前記交流電源のそれぞれの所定相に接続される第１の交流入力端子と、
前記交流電源の他の所定相に接続される第２の交流入力端子と、
前記交流電源の中性点に接続される第３の交流入力端子と、
正側及び負側の直流出力端子と、
それぞれに整流素子が逆並列に接続された第１と第２の半導体スイッチング素子とが直列に接続された第１の直列回路と、
第３と第４の半導体スイッチング素子とが直列に接続された第２の直列回路と、
第５と第６の半導体スイッチング素子とが直列に接続された第３の直列回路と、
コンデンサと
インダクタと、
を有し、
前記第１から第３の直列回路と前記コンデンサとは前記正側と負側の直流出力端子の間に並列に接続され、
前記インダクタは前記第１の交流入力端子と前記第１の直列回路の第１の半導体スイッチング素子と第２の半導体スイッチング素子の接続点との間に接続され、
前記第３と第４の半導体スイッチング素子との直列続点が前記第２の交流入力端子に接続され、
前記第５と第６の半導体スイッチング素子との直列続点が前記第３の交流入力端子に接続され、
前記整流回路は、前記交流電源の電圧の実効値が所定値以下のとき、
前記第２の直列回路の第３と第４の半導体スイッチング素子を導通させ、前記第３の直列回路の第５と第６の半導体スイッチング素子を非導通とし、前記第１の直列回路の第１または第２の半導体スイッチング素子のいずれかをオフし他方の半導体スイッチング素子をオン・オフ動作させて、前記交流電源の線間電圧と同位相の交流電流を入力することにより、前記交流電源の線間電圧を第１の所定値の直流電圧に変換する第１のモードで動作し、
前記交流電源の電圧の実効値が所定値を超えているとき、前記第２の直列回路の第３と第４の半導体スイッチング素子を非導通とし、前記第３の直列回路の第５と第６の半導体スイッチング素子を導通させ、前記第１の直列回路の第１または第２の半導体スイッチング素子のいずれかをオフし他方の半導体スイッチング素子をオン・オフ動作させて、前記交流電源の相電圧と同位相の交流電流を入力することにより前記交流電源の相電圧を第２の所定値の直流電圧に変換する第２のモードで動作することを特徴とする電源装置。
Ｎ相（Ｎは２以上の自然数）からなる交流電源の電圧をＭ個（Ｍは１以上かつＮ以下の自然数）の整流回路によって直流電圧に変換する電源装置において、
前記整流回路は、
前記交流電源のそれぞれの所定相に接続される第１の交流入力端子と、
前記交流電源の他の所定相に接続される第２の交流入力端子と、
前記交流電源の中性点に接続される第３の交流入力端子と、
正側及び負側の直流出力端子と、
第１と第２の整流素子とが直列に接続されるとともにその接続点が前記第１の交流入力端子に接続される第１の直列回路と、
第１と第２の半導体スイッチング素子とが直列に接続されるとともにその接続点が前記第２の交流入力端子に接続される第２の直列回路と、
第３と第４の半導体スイッチング素子とが直列に接続されるとともにその接続点が前記第３の交流入力端子に接続される第３の直列回路と、
インダクタと第５の半導体スイッチング素子とを直列に接続した第４の直列回路と、
整流素子とコンデンサとを直列に接続した第５の直列回路と、
を有し、
前記第１から第４の直列回路は前記正側と負側の直流出力端子の間に並列に接続され、
前記第５の直列回路は前記第４の直列回路の第５の半導体スイッチング素子の両端に接続されており、
前記整流回路は、前記交流電源の電圧の実効値が所定値以下のとき、
前記第２の直列回路の第１と第２の半導体スイッチング素子を導通させ、前記第３の直列回路の第３と第４の半導体スイッチング素子を非導通とし、前記第４の直列回路の第５の半導体スイッチング素子をオン・オフ動作させて、前記交流電源の線間電圧と同位相の交流電流を入力することにより前記交流電源の線間電圧を第１の所定値の直流電圧に変換する第１のモードで動作し、
前記交流電源の電圧の実効値が所定値を超えているとき、前記第２の直列回路の第１と第２の半導体スイッチング素子を非導通とし、前記第３の直列回路の第３と第４の半導体スイッチング素子を導通させ、前記第４の直列回路の第５の半導体スイッチング素子をオン・オフ動作させて、前記交流電源の相電圧と同位相の交流電流を入力することにより前記交流電源の相電圧を第２の所定値の直流電圧に変換する第２のモードで動作することを特徴とする電源装置。
前記直流電圧の第１の所定値と第２の所定値とが同じであることを特徴とする請求項１乃至請求項２のいずれか１項に記載の電源装置。