JP6836933B2 - 整流装置、電源装置、電動機装置及び空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、整流装置、電源装置、電動機装置及び空調装置に関する。

近年、交流を整流する整流装置（コンバータ）は、インバータ装置と接続されて、整流装置に供給される交流の周波数と異なる周波数の交流を生成して、モータなどの駆動に用いられている。このようなモータは、冷蔵庫、空調装置などに広く用いられている。

特許文献１には、交流電源の出力電圧を整流する整流回路と、該整流回路の出力を平滑する直列接続の第１及び第２のコンデンサと、該第１及び第２のコンデンサに、交流電源の出力電圧が該交流電源の周期より短い周期で交互に繰り返し印加されるよう、上記両コンデンサと交流電源との接続を切り替えるスイッチ回路とを備えたコンバータ回路が記載されている。

特開２００５−１１０４９１号公報

ところで、ダイオードブリッジを並列接続し、スイッチング素子による昇圧機能を有する整流装置では、ダイオードブリッジに高速なスイッチング特性が必要とされ、コストアップの要因になっている。
本発明は、低損失を達成しつつ、高速なスイッチング特性を有するダイオードの個数を抑制した整流装置などを提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明が適用される整流装置は、二つの出力端子間に直列接続された複数のコンデンサを有する容量部を備える。そして、接続される交流電源から供給される交流を整流して、前記容量部の二つの前記出力端子間に供給する整流部を備える。さらに、複数の前記コンデンサ間の接続点の電位を設定する中間電位設定部を備える。前記中間電位設定部は、前記交流電源に接続された他の整流回路を備える。前記他の整流回路の高電圧側と低電圧側との間に設けられた、第１のスイッチング素子と第１のインダクタと第２のインダクタと第２のスイッチング素子との直列回路を含む。また、前記第１のスイッチング素子と前記第１のインダクタとの接続点と、前記容量部の低電圧側の出力端子との間に設けられた第１の還流ダイオードと、前記第２のスイッチング素子と前記第２のインダクタとの接続点と、前記容量部の高電圧側の出力端子との間に設けられた第２の還流ダイオードと、を含む。そして、前記第１のインダクタと前記第２のインダクタとの接続点が複数の前記コンデンサ間の接続点と接続されている。

そして、前記第１のインダクタと前記第２のインダクタとは、コアを共通にしたトランスリンク式で構成されている。

また、他の観点から捉えると、本発明が適用される電源装置は、前記整流装置と、インバータ装置とを備える。

さらに、他の観点から捉えると、本発明が適用される電動機装置は、前記電源装置と、前記電源装置で駆動される電動機と、を備える。

さらに、他の観点から捉えると、本発明が適用される空調装置は、前記電動機装置を備える。

本発明によれば、低損失を達成しつつ、高速なスイッチング特性を有するダイオードの個数を抑制した整流装置などが提供できる。

第１の実施の形態が適用される整流装置の一例を示す図である。 比較のために示す第１の実施の形態が適用されない整流装置の一例である。 比較のために示す第１の実施の形態が適用されない整流装置の他の一例である。 第２の実施の形態が適用される整流装置の一例である。 比較のために示す第２の実施の形態が適用されない整流装置の一例である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態が適用される整流装置１００の一例を示す図である。
第１の実施の形態における整流装置１００は、単相交流の電源２００に接続されている。電源２００は、交流電源の一例である。
整流装置１００は、整流部１０、中間電位設定部２０及び容量部３０を備える。
電源２００と整流装置１００とは、入力端子である端子Ｉｎ１と端子Ｉｎ２とで接続されている。整流装置１００は、出力端子である端子Ｏｕｔ１と端子Ｏｕｔ２とで、インバータなど外部の負荷（不図示）と接続されている。そして、整流装置１００は、端子Ｏｕｔ１と端子Ｏｕｔ２の間から直流電圧を出力する。

整流部１０は、４つの整流ダイオードＤ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４から構成されるダイオードブリッジを備える。ダイオードブリッジは、整流ダイオードＤ１１と整流ダイオードＤ１２との直列接続と、整流ダイオードＤ１３と整流ダイオードＤ１４との直列接続とが、並列接続されて構成されている。
そして、直列接続された整流ダイオードＤ１１、Ｄ１２の接続点ａが端子Ｉｎ１に接続され、直列接続された整流ダイオードＤ１３、Ｄ１４の接続点ｂが端子Ｉｎ２に接続されている。
さらに、整流ダイオードＤ１１、Ｄ１３のカソードが、端子Ｏｕｔ１に接続された高電圧側配線４１に、整流ダイオードＤ１２、Ｄ１４のアノードが、端子Ｏｕｔ２に接続された低電圧側配線４２に接続されている。
整流ダイオードＤ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４の電流の流れる方向は、低電圧側配線４２側から高電圧側配線４１側に向かう方向に設定されている。

中間電位設定部２０は、ダイオードブリッジ部２０Ａと、スイッチング部２０Ｂとを備える。ダイオードブリッジ部２０Ａは、４つの整流ダイオードＤ２１、Ｄ２２、Ｄ２３、Ｄ２４から構成されるダイオードブリッジを備える。スイッチング部２０Ｂは、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２と、インダクタＬ１、Ｌ２と、還流ダイオードＤ１、Ｄ２と、保護ダイオードＤ３、Ｄ４とを備える。
ここで、ダイオードブリッジ部２０Ａは、整流回路の一例である。また、インダクタＬ１が第１のインダクタの一例、インダクタＬ２が第２のインダクタの一例である。スイッチング素子Ｓ１が第１のスイッチング素子の一例、スイッチング素子Ｓ２が第２のスイッチング素子の一例である。還流ダイオードＤ１が第１の還流ダイオードの一例及び還流ダイオードＤ２が第２の還流ダイオードの一例である。

ダイオードブリッジ部２０Ａは、整流ダイオードＤ２１と整流ダイオードＤ２２との直列接続と、整流ダイオードＤ２３と整流ダイオードＤ２４との直列接続とが、並列接続されて構成されている。
そして、直列接続された整流ダイオードＤ２１、Ｄ２２の接続点ｄが端子Ｉｎ１に接続され、直列接続された整流ダイオードＤ２３、Ｄ２４の接続点ｄが端子Ｉｎ２に接続されている。
さらに、整流ダイオードＤ２１、Ｄ２３のカソードが配線４３に接続され、整流ダイオードＤ２２、Ｄ２４のアノードが配線４４に接続されている。
整流ダイオードＤ２１、Ｄ２２、Ｄ２３、Ｄ２４の電流の流れる方向は、配線４４側から配線４３側に向かう方向に設定されている。

スイッチング部２０Ｂは、スイッチング素子Ｓ１、インダクタＬ１、インダクタＬ２及びスイッチング素子Ｓ２がこの順で直列接続された直列回路を備える。
つまり、スイッチング素子Ｓ１のソースにインダクタＬ１の一方の端子が接続され（接続点ｈ）、インダクタＬ１の他方の端子がインダクタＬ２の一方の端子に接続されている（接続点ｇ）。そして、インダクタＬ２の他方の端子に、スイッチング素子Ｓ２のドレインが接続されている（接続点ｉ）。
さらに、スイッチング素子Ｓ１のドレインが配線４３に接続され、スイッチング素子Ｓ２のソースが配線４４に接続されている。

そして、スイッチング素子Ｓ１に並列に保護ダイオードＤ３が接続され、スイッチング素子Ｓ２に並列に保護ダイオードＤ４が接続されている。なお、保護ダイオードＤ３、Ｄ４の電流が流れる向きは、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２がオンのときに電流が流れる向きと逆向きに設定されている。
保護ダイオードＤ３、Ｄ４は、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２に、逆方向の電流が流れることを抑制する。

さらに、還流ダイオードＤ１は、カソードがスイッチング素子Ｓ１とインダクタＬ１との接続点ｈに接続され、アノードが低電圧側配線４２に接続されている。
一方、還流ダイオードＤ２は、アノードがインダクタＬ２とスイッチング素子Ｓ２との接続点ｉに接続され、カソードが高電圧側配線４１に接続されている。

スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２は、高耐圧の電力用のスイッチング素子であればよく、電界効果トランジスタ、絶縁ゲート型バイポーラトランジタ（ＩＧＢＴ）などが適用できる。
また、還流ダイオードＤ１、Ｄ２は、高速なスイッチング特性を有する、いわゆる高速リカバリダイオード（ファーストリカバリダイオード）である。なお、還流ダイオードＤ１、Ｄ２以外の他のダイオードは、高速リカバリダイオードのような高速なスイッチング特性を有しなくともよい。他のダイオードは、整流部１０の整流ダイオードＤ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４、ダイオードブリッジ部２０Ａの整流ダイオードＤ２１、Ｄ２２、Ｄ２３、Ｄ２４、及び、スイッチング部２０Ｂの保護ダイオードＤ３、Ｄ４である。

そして、インダクタＬ１、Ｌ２は、巻線の向きを符号で表している。すなわち、インダクタＬ１、Ｌ２は、同じ巻線の向きであって、同じ向きに逆起電力が発生する。

容量部３０は、直列接続されたコンデンサＣ１、Ｃ２を備える。
コンデンサＣ１とコンデンサＣ２との接続点ｊは、中間電位設定部２０のスイッチング部２０ＢにおけるインダクタＬ１とインダクタＬ２との接続点ｇに接続されている。コンデンサＣ１のコンデンサＣ２に接続されていない側は、接続点ｋで高電圧側配線４１に接続され、コンデンサＣ２のコンデンサＣ１に接続されていない側は、接続点ｌで低電圧側配線４２に接続されている。
高電圧側配線４１は、端子Ｏｕｔ１に、低電圧側配線４２は、端子Ｏｕｔ２に接続されている。
図１では、コンデンサＣ１、Ｃ２は、電解コンデンサであるとして、極性を符号で示している。しかし、コンデンサＣ１、Ｃ２は、フィルムコンデンサやセラミックコンデンサであってもよい。

インダクタＬ１、Ｌ２は、コアを共通にしたトランスリンク式であることがよい。トランスリンク式であると、コアを共通にすることで小型化、低コストが図れる。

次に、整流装置１００の動作を説明する。
整流装置１００の端子Ｉｎ１と端子Ｉｎ２との間に単相交流が印加される。
整流装置１００のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２は、不図示の駆動回路により、単相交流の周波数より高い周波数（周期）でスイッチングされる。例えば、６０Ｈｚの単相交流の周波数に対して、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２は、２０ｋＨｚでスイッチングされる。

そして、スイッチング素子Ｓ１に対するスイッチングのデューティ比は、コンデンサＣ２の両端子間の電圧によって設定される。また、スイッチング素子Ｓ２に対するスイッチングのデューティ比は、コンデンサＣ１の両端子間の電圧によって設定されるか、又は、交流の電流波形が負荷に十分な電力を供給しながら高調波規格を満足する波形になるように設定される。
なお、デューティ比とは、オン状態とオフ状態との繰り返し周期に対して、オン状態にある期間の比である。

端子Ｉｎ１の電位が端子Ｉｎ２の電位より高い場合には、端子Ｉｎ１から整流ダイオードＤ１１、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２、整流ダイオードＤ１４を経由して端子Ｉｎ２に至る経路で電流が流れる。
また、端子Ｉｎ１の電位が端子Ｉｎ２の電位より低い場合には、端子Ｉｎ２から整流ダイオードＤ１３、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２、整流ダイオードＤ１２を経由して端子Ｉｎ１に至る経路で電流が流れる。このようにして、容量部３０のコンデンサＣ１、Ｃ２が充電される。

次に、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２をスイッチングする場合を説明する。
（端子Ｉｎ１の電位が端子Ｉｎ２の電位より高い場合）
まず、端子Ｉｎ１の電位が端子Ｉｎ２の電位より高い場合を説明する。
スイッチング素子Ｓ１がオンで、スイッチング素子Ｓ２がオフであるとする。すると、端子Ｉｎ１から整流ダイオードＤ２１、スイッチング素子Ｓ１、インダクタＬ１、コンデンサＣ２、整流ダイオードＤ１４を経由して端子Ｉｎ２に至る経路で電流が流れる。
また、インダクタＬ１には、電流が流れることによりエネルギが蓄積される。このとき、還流ダイオードＤ１は、逆方向バイアス（以下では、逆バイアスと表記する。）の状態となり電流が流れない。

ここで、オンのスイッチング素子Ｓ１がオフになると、インダクタＬ１に蓄えられていたエネルギが放出される。このとき、還流ダイオードＤ１は、順方向バイアス（以下では、順バイアスと表記する。）の状態となる。すなわち、インダクタＬ１の接続点ｇから、コンデンサＣ２、還流ダイオードＤ１、インダクタＬ１の接続点ｈへ至る経路で電流が流れる。これにより、コンデンサＣ２は、接続点ｊの電位が接続点ｌ（端子Ｏｕｔ２）の電位より高くなるようにさらに充電される。

一方、スイッチング素子Ｓ１がオフで、スイッチング素子Ｓ２がオンであるとする。すると、端子Ｉｎ１から整流ダイオードＤ１１、コンデンサＣ１、インダクタＬ２、スイッチング素子Ｓ２、整流ダイオードＤ２４を経由して端子Ｉｎ２に至る経路で電流が流れる。これにより、接続点ｋ（端子Ｏｕｔ１）の電位が接続点ｊの電位より高くなるように充電される。
また、インダクタＬ２には、電流が流れることによりエネルギが蓄積される。このとき、還流ダイオードＤ２は、逆バイアスの状態となり電流が流れない。

ここで、オンのスイッチング素子Ｓ２がオフになると、インダクタＬ２に逆起電力が発生し、蓄えられていたエネルギが放出される。このとき、還流ダイオードＤ２は、順バイアスの状態となる。すなわち、インダクタＬ２の接続点ｉから、還流ダイオードＤ２、コンデンサＣ１、インダクタＬ２の接続点ｇへ至る経路で電流が流れる。これにより、コンデンサＣ１は、接続点ｋ（端子Ｏｕｔ１）の電位が接続点ｊの電位より高くなるようにさらに充電される。

（端子Ｉｎ１の電位が端子Ｉｎ２の電位より低い場合）
次に、端子Ｉｎ１の電位が端子Ｉｎ２の電位より低い場合を説明する。
スイッチング素子Ｓ１がオンで、スイッチング素子Ｓ２がオフであるとする。すると、端子Ｉｎ２から整流ダイオードＤ２３、スイッチング素子Ｓ１、インダクタＬ１、コンデンサＣ２、整流ダイオードＤ１２を経由して端子Ｉｎ１に至る経路で電流が流れる。これにより、コンデンサＣ２は、接続点ｊの電位が接続点ｌ（端子Ｏｕｔ２）の電位より高くなるように充電される。
また、インダクタＬ１には、電流が流れることによりエネルギが蓄積される。このとき、還流ダイオードＤ１は、逆バイアスの状態となり電流が流れない。

ここで、オンのスイッチング素子Ｓ１がオフになると、端子Ｉｎ１の電位が端子Ｉｎ２の電位より高い場合と同様に、インダクタＬ１に逆起電力が発生し、蓄えられていたエネルギが放出される。このとき、還流ダイオードＤ１が順バイアスの状態となって、インダクタＬ１の接続点ｇから、コンデンサＣ２、還流ダイオードＤ１、インダクタＬ１の接続点ｈへ至る経路で電流が流れる。これにより、コンデンサＣ２は、接続点ｊの電位が接続点ｌ（端子Ｏｕｔ２）の電位より高くなるようにさらに充電される。

一方、スイッチング素子Ｓ１がオフで、スイッチング素子Ｓ２がオンであるとする。すると、端子Ｉｎ２から整流ダイオードＤ１３、コンデンサＣ１、インダクタＬ２、スイッチング素子Ｓ２、整流ダイオードＤ２２を経由して端子Ｉｎ１に至る経路で電流が流れる。これにより、接続点ｋ（端子Ｏｕｔ１）の電位が接続点ｊの電位より高くなるように充電される。
また、インダクタＬ２には、電流が流れることによりエネルギが蓄積される。このとき、還流ダイオードＤ２は、逆バイアスの状態となり電流が流れない。

ここで、オンのスイッチング素子Ｓ２がオフになると、端子Ｉｎ１の電位が端子Ｉｎ２の電位より高い場合と同様に、インダクタＬ２に逆起電力が発生し、蓄えられていたエネルギが放出される。このとき、還流ダイオードＤ２は、順バイアスの状態となる。すなわち、インダクタＬ２の接続点ｉから、還流ダイオードＤ２、コンデンサＣ１、インダクタＬ２の接続点ｇへ至る経路で電流が流れる。これにより、コンデンサＣ１は、接続点ｋ（端子Ｏｕｔ１）の電位が接続点ｊの電位より高くなるようにさらに充電される。

上記のようにして、端子Ｏｕｔ１（接続点ｋ）と端子Ｏｕｔ２（接続点ｌ）との間には、コンデンサＣ１の端子間の電圧とコンデンサＣ２の端子間の電圧との和電圧が発生する。上記の動作を繰り返すことで、端子Ｏｕｔ１及び端子Ｏｕｔ２の間の電圧は１以上、任意の昇圧比に制御することが可能となる。

ここで、ダイオードに要求されるスイッチング特性について説明する。
ダイオードは、順バイアスで電流を流し、逆バイアスで電流を阻止する特性を有している。
しかし、ダイオードを順バイアスから逆バイアスにすると、順バイアス時に蓄積されたキャリアが、逆電流として流れる状態になる。したがって、ダイオードが順バイアスと逆バイアスとに高速に交互に切り替わる場合、この逆電流が流れる期間（リカバリ時間又は逆回復時間）が長いと、ダイオードとして電流の流れを阻止する機能が失われる。このため、消費電力が大きくなって効率が低下する。また、放熱のための冷却器にコストがかかることになる。
よって、高速に順バイアスと逆バイアスとが切り替わるダイオードには、リカバリ時間を短くした高速リカバリダイオード（ファーストリカバリダイオード）が用いられる。
なお、高速リカバリダイオードは、いわゆる一般整流用のダイオードに比べて、コストが高い。

第１の実施の形態が適用される整流装置１００では、上記したように、還流ダイオードＤ１、Ｄ２は、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２のオン／オフに対応して、以下に説明するように順バイアス／逆バイアスが切り替わる。よって、還流ダイオードＤ１、Ｄ２は、高速リカバリダイオードであることが求められる。

すなわち、端子Ｉｎ１の電位が端子Ｉｎ２の電位より高い場合において、スイッチング素子Ｓ２がオンであるとする。すると、コンデンサＣ１は、端子Ｉｎ１から整流ダイオードＤ１１、コンデンサＣ１、インダクタＬ２、スイッチング素子Ｓ２、整流ダイオードＤ２４を経由して端子Ｉｎ２に至る経路で充電される。このとき、整流ダイオードＤ１１は、順バイアスである。
スイッチング素子Ｓ２がオンからオフになったとする。すると、インダクタＬ２に蓄えられたエネルギは、還流ダイオードＤ２を通ってコンデンサＣ１を充電し、接続点ｇに戻る以外に経路が存在しない。つまり、還流ダイオードＤ２以外のダイオードが高速リカバリダイオードであることを要しない。

また、スイッチング素子Ｓ１がオンからオフになったとする。すると、インダクタＬ１に蓄えられたエネルギは、還流ダイオードＤ１を通ってコンデンサＣ２を充電し、接続点ｈに戻る以外に経路が存在しない。つまり、還流ダイオードＤ１以外のダイオードが高速リカバリダイオードであることを要しない。

以上説明したように、第１の実施の形態が適用される整流装置１００では、中間電位設定部２０のスイッチング部２０ＢにインダクタＬ１、Ｌ２を用いている。これにより、還流ダイオードＤ１、Ｄ２が高速リカバリダイオードであればよく、他の整流ダイオードＤ１１〜Ｄ１４、Ｄ２１〜Ｄ２４は、高速リカバリダイオードであることを要しない。

図２は、比較のために示す第１の実施の形態が適用されない整流装置１０１の一例である。図１に示した第１の実施の形態が適用される整流装置１００と同様な構成は、同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分を説明する。
整流装置１０１は、端子Ｉｎ１と整流部１０の接続点ａとの間にインダクタＬ３を備える。
整流装置１０１は、中間電位設定部２０において、第１の実施の形態が適用される整流装置１００が備えるインダクタＬ１、Ｌ２及び還流ダイオードＤ１、Ｄ２を備えない。なお、電源２００から単相交流が供給される配線の一方にインダクタＬ３を備える。

次に、整流装置１０１の動作を説明する。
整流装置１０１の端子Ｉｎ１と端子Ｉｎ２との間に単相交流が印加される。
端子Ｉｎ１の電位が端子Ｉｎ２の電位より高い場合には、端子Ｉｎ１から整流ダイオードＤ１１、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２、整流ダイオードＤ１４を経由して端子Ｉｎ２に至る経路で電流が流れる。
また、端子Ｉｎ１の電位が端子Ｉｎ２の電位より低い場合には、端子Ｉｎ２から整流ダイオードＤ１３、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２、整流ダイオードＤ１２を経由して端子Ｉｎ１に至る経路で電流が流れる。このようにして、容量部３０のコンデンサＣ１、Ｃ２が充電される。

次に、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２をスイッチングする場合を説明する。
（端子Ｉｎ１の電位が端子Ｉｎ２の電位より高い場合）
まず、端子Ｉｎ１の電位が端子Ｉｎ２の電位より高い場合を説明する。
スイッチング素子Ｓ１がオンで、スイッチング素子Ｓ２がオフであるとする。すると、端子Ｉｎ１からインダクタＬ３、整流ダイオードＤ２１、スイッチング素子Ｓ１、コンデンサＣ２、整流ダイオードＤ１４を経由して端子Ｉｎ２に至る経路で電流が流れる。これにより、コンデンサＣ２は、接続点ｊの電位が接続点ｌ（端子Ｏｕｔ２）の電位より高くなるように充電される。

一方、スイッチング素子Ｓ１がオフで、スイッチング素子Ｓ２がオンであるとする。すると、端子Ｉｎ１からインダクタＬ３、整流ダイオードＤ１１、コンデンサＣ１、スイッチング素子Ｓ２、整流ダイオードＤ２４を経由して端子Ｉｎ２に至る経路で電流が流れる。これにより、コンデンサＣ１は、接続点ｋ（端子Ｏｕｔ１）の電位が接続点ｊの電位より高くなるように充電される。

（端子Ｉｎ１の電位が端子Ｉｎ２の電位より低い場合）
次に、端子Ｉｎ１の電位が端子Ｉｎ２の電位より低い場合を説明する。
スイッチング素子Ｓ１がオンで、スイッチング素子Ｓ２がオフであるとする。すると、端子Ｉｎ２から整流ダイオードＤ２３、スイッチング素子Ｓ１、コンデンサＣ２、整流ダイオードＤ１２、インダクタＬ３を経由して端子Ｉｎ１に至る経路で電流が流れる。これにより、コンデンサＣ２は、接続点ｊの電位が接続点ｌ（端子Ｏｕｔ２）の電位より高くなるように充電される。

一方、スイッチング素子Ｓ１がオフで、スイッチング素子Ｓ２がオンであるとする。すると、端子Ｉｎ２から整流ダイオードＤ１３、コンデンサＣ１、スイッチング素子Ｓ２、整流ダイオードＤ２２、インダクタＬ３を経由して端子Ｉｎ１に至る経路で電流が流れる。これにより、コンデンサＣ１は、接続点ｋ（端子Ｏｕｔ１）の電位が接続点ｊの電位より高くなるように充電される。

以上のようにして、端子Ｏｕｔ１と端子Ｏｕｔ２との間には、コンデンサＣ１の端子間の電圧とコンデンサＣ２の端子間の電圧との和電圧が発生する。そして、この和電圧の最大値は、端子Ｉｎ１と端子Ｉｎ２との間の電圧の２倍となる。

ここで、ダイオードに要求されるスイッチング特性について説明する。
端子Ｉｎ１の電位が端子Ｉｎ２の電位より高い場合において、スイッチング素子Ｓ２がオンであるとする。すると、コンデンサＣ１は、端子Ｉｎ１からインダクタＬ３、整流ダイオードＤ１１、コンデンサＣ１、スイッチング素子Ｓ２、整流ダイオードＤ２４を経由して端子Ｉｎ２に至る経路で充電される。その後、スイッチング素子Ｓ２がオンからオフになったとき、インダクタＬ３に充電された電力は整流ダイオードＤ１１、コンデンサＣ１、Ｃ２、整流ダイオードＤ１４を通ってインダクタＬ３に戻る。このとき、整流ダイオードＤ１１、Ｄ１４は順バイアスである。
次に、スイッチング素子Ｓ１がオフからオンになったとき、コンデンサＣ１に蓄積された電荷は、スイッチング素子Ｓ１のオンとともにコンデンサＣ１（接続点ｋ）から、整流ダイオードＤ１１、Ｄ２１、スイッチング素子Ｓ１、接続点ｇを通り、コンデンサＣ１（接続点ｊ）に戻ろうとする。整流ダイオードＤ１１は順バイアス状態であったことから、瞬時に逆バイアスとなるため、整流ダイオードＤ１１は高速リカバリのダイオードであることが求められる。

同様に、スイッチング素子Ｓ２がオフからオンになったとき、コンデンサＣ２に蓄積された電荷は、スイッチング素子Ｓ２のオンとともにコンデンサＣ２（接続点ｊ）から、接続点ｇ、スイッチング素子Ｓ２、整流ダイオードＤ２４、整流ダイオードＤ１４を通り、コンデンサＣ２（接続点ｌ）に戻ろうとする。整流ダイオードＤ１４は順バイアス状態であったことから、瞬時に逆バイアスとなるため、整流ダイオードＤ１４は高速リカバリのダイオードであることが求められる。

端子Ｉｎ１の電位が端子Ｉｎ２の電位より低い場合では、整流ダイオードＤ１２、Ｄ１３が順バイアスから逆バイアスになる。よって、整流ダイオードＤ１２、Ｄ１３は、高速リカバリダイオードであることが求められる。

すなわち、第１の実施の形態が適用されない整流装置１０１では、整流ダイオードＤ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４の４個のダイオードについて、高速リカバリダイオードであることが求められる。

図３は、比較のために示す第１の実施の形態が適用されない整流装置１０２の他の一例である。図１に示した第１の実施の形態が適用される整流装置１００と同様な構成は、同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分を説明する。
整流装置１０２は、端子Ｉｎ１と整流部１０の接続点ａとの間にインダクタＬ４を備え、端子Ｉｎ２と整流部１０の接続点ｂとの間にインダクタＬ５を備える。
整流装置１０２は、中間電位設定部２０において、第１の実施の形態が適用される整流装置１００の中間電位設定部２０におけるダイオードブリッジ部２０Ａを備えない。また、整流装置１０２の中間電位設定部２０は、第１の実施の形態が適用される整流装置１００のスイッチング部２０ＢにおけるインダクタＬ１、Ｌ２及び還流ダイオードＤ１、Ｄ２を備えない。そして、スイッチング素子Ｓ１のドレインが高電圧側配線４１に接続され、スイッチング素子Ｓ２のソースが低電圧側配線４２に接続されている。スイッチング素子Ｓ１のソースとスイッチング素子Ｓ２のドレインが接続されている。

一方、整流装置１０２の容量部３０は、還流ダイオードＤ５、Ｄ６を備えている。そして、コンデンサＣ１の接続点ｋは、還流ダイオードＤ５を介して、高電圧側配線４１に接続され、コンデンサＣ２の接続点ｌは、還流ダイオードＤ６を介して、低電圧側配線４２に接続されている。なお、還流ダイオードＤ５は、高電圧側配線４１から接続点ｋに電流が流れる方向に接続され、還流ダイオードＤ６は、接続点ｌから低電圧側配線４２に電流が流れる方向に接続されている。
他の構成は、図１に示した第１の実施の形態が適用される整流装置１００と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。

次に、整流装置１０２の動作を説明する。
整流装置１０２の端子Ｉｎ１と端子Ｉｎ２との間に単相交流が印加される。
端子Ｉｎ１の電位が端子Ｉｎ２の電位より高い場合には、端子Ｉｎ１からインダクタＬ４、整流ダイオードＤ１１、還流ダイオードＤ５、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２、還流ダイオードＤ６、整流ダイオードＤ１４、インダクタＬ５を経由して端子Ｉｎ２に至る経路で電流が流れる。
また、端子Ｉｎ１の電位が端子Ｉｎ２の電位より低い場合には、端子Ｉｎ２からインダクタＬ５、整流ダイオードＤ１３、還流ダイオードＤ５、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２、還流ダイオードＤ６、整流ダイオードＤ１２、インダクタＬ４を経由して端子Ｉｎ１に至る経路で電流が流れる。このようにして、容量部３０のコンデンサＣ１、Ｃ２が充電される。

（端子Ｉｎ１の電位が端子Ｉｎ２の電位より高い場合）
次に、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２をスイッチングする場合を説明する。
まず、端子Ｉｎ１の電位が端子Ｉｎ２の電位より高い場合を説明する。
スイッチング素子Ｓ１がオンで、スイッチング素子Ｓ２がオフであるとする。すると、端子Ｉｎ１からインダクタＬ４、整流ダイオードＤ１１、スイッチング素子Ｓ１、コンデンサＣ２、ダイオードＤ６、整流ダイオードＤ１４、インダクタＬ５を経由して端子Ｉｎ２に至る経路で電流が流れる。これにより、コンデンサＣ２は、接続点ｊの電位が接続点ｌ（端子Ｏｕｔ２）の電位より高くなるように充電される。

一方、スイッチング素子Ｓ１がオフで、スイッチング素子Ｓ２がオンであるとする。すると、端子Ｉｎ１からインダクタＬ４、整流ダイオードＤ１１、還流ダイオードＤ５、コンデンサＣ１、スイッチング素子Ｓ２、整流ダイオードＤ１４、インダクタＬ５を経由して端子Ｉｎ２へ至る経路で電流が流れる。これにより、コンデンサＣ１は、接続点ｋ（端子Ｏｕｔ１）の電位が接続点ｊの電位より高くなるように充電される。

（端子Ｉｎ１の電位が端子Ｉｎ２の電位より低い場合）
次に、端子Ｉｎ１の電位が端子Ｉｎ２の電位より低い場合を説明する。
スイッチング素子Ｓ１がオンで、スイッチング素子Ｓ２がオフであるとする。すると、端子Ｉｎ２からインダクタＬ５、整流ダイオードＤ１３、スイッチング素子Ｓ１、コンデンサＣ２、ダイオードＤ６、整流ダイオードＤ１２、インダクタＬ４を経由して端子Ｉｎ１に至る経路で電流が流れる。これにより、コンデンサＣ２は、接続点ｊの電位が接続点ｌ（端子Ｏｕｔ２）の電位より高くなるように充電される。

一方、スイッチング素子Ｓ１がオフで、スイッチング素子Ｓ２がオンであるとする。すると、端子Ｉｎ２からインダクタＬ５、整流ダイオードＤ１３、還流ダイオードＤ５、コンデンサＣ１、スイッチング素子Ｓ２、整流ダイオードＤ１２、インダクタＬ４を経由してＩｎ１に至る経路で電流が流れる。これにより、コンデンサＣ１は、接続点ｋ（端子Ｏｕｔ１）の電位が接続点ｊの電位より高くなるように充電される。

以上のようにして、端子Ｏｕｔ１と端子Ｏｕｔ２との間には、コンデンサＣ１の端子間の電圧とコンデンサＣ２の端子間の電圧との和電圧が発生する。そして、この和電圧の最大値は、端子Ｉｎ１と端子Ｉｎ２との間の電圧の２倍となる。

ここで、ダイオードに要求されるスイッチング特性について説明する。
端子Ｉｎ１の電位が端子Ｉｎ２の電位より高い場合において、スイッチング素子Ｓ２がオンであるとする。すると、コンデンサＣ１は、端子Ｉｎ１からインダクタＬ４、整流ダイオードＤ１１、還流ダイオードＤ５、コンデンサＣ１、スイッチング素子Ｓ２、整流ダイオードＤ１４、インダクタＬ５を経由して端子Ｉｎ２に至る経路で充電される。その後、スイッチング素子Ｓ２がオンからオフになったとき、インダクタＬ４に充電された電力は整流ダイオードＤ１１、還流ダイオードＤ５、コンデンサＣ１、Ｃ２、還流ダイオードＤ６、整流ダイオードＤ１４を通ってインダクタＬ４に戻る。このとき、還流ダイオードＤ５、Ｄ６は順バイアスである。なお、インダクタＬ５に充電された電力も同様である。

次に、スイッチング素子Ｓ１がオフからオンになったとき、コンデンサＣ１に蓄積された電荷は、スイッチング素子Ｓ１のオンとともにコンデンサＣ１（接続点ｋ）から、還流ダイオードＤ５、スイッチング素子Ｓ１、接続点ｇを通り、コンデンサＣ１（接続点ｊ）に戻ろうとする。還流ダイオードＤ５は順バイアス状態であったことから、瞬時に逆バイアスとなるため、還流ダイオードＤ５は高速リカバリのダイオードであることが求められる。

同様に、スイッチング素子Ｓ２がオフからオンになったとき、コンデンサＣ２に蓄積された電荷は、スイッチング素子Ｓ２のオンとともにコンデンサＣ２（接続点ｊ）から、スイッチング素子Ｓ２、還流ダイオードＤ６を通り、コンデンサＣ２（接続点ｌ）に戻ろうとする。還流ダイオードＤ６は順バイアス状態であったことから、瞬時に逆バイアスとなるため、還流ダイオードＤ６は高速リカバリのダイオードであることが求められる。

すなわち、第１の実施の形態が適用されない整流装置１０２では、還流ダイオードＤ５、Ｄ６が高速リカバリダイオードであることが求められ、他の整流ダイオードＤ１１〜Ｄ１４は、高速リカバリダイオードであることを要しない。

以上説明したように、第１の実施の形態が適用されない整流装置１０１では、４個のダイオード（整流ダイオードＤ１１〜Ｄ１４）が高速リカバリダイオードであることが求められる。一方、第１の実施の形態が適用されない整流装置１０２では、２個のダイオード（還流ダイオードＤ５、Ｄ６）が高速リカバリダイオードであることが求められる。よって、整流装置１０２は、整流装置１０１に比べて、高速リカバリダイオードの数が少なくて済む（抑制される）。

しかし、整流装置１０２では、コンデンサＣ１は、少なくとも二個のダイオードを通過する電流で充電される。例えば、端子Ｉｎ１の電位が端子Ｉｎ２の電位より高い場合であって、スイッチング素子Ｓ１がオフ且つスイッチング素子Ｓ２がオンのとき、電流は、端子Ｉｎ１から整流ダイオードＤ１１、還流ダイオードＤ５を経由してコンデンサＣ１に供給される。また、インダクタＬ４に蓄積された電力は、整流ダイオードＤ１１、還流ダイオードＤ５を経由してコンデンサＣ１、Ｃ２に供給される。
電流が通過するダイオードの数が多いほど、損失は大きくなる。
また、高速リカバリダイオードである還流ダイオードＤ５、Ｄ６は、電流容量が大きいことが求められるため、コストアップになる。

一方、第１の実施の形態が適用される整流装置１００は、整流装置１０２と同様に、２個のダイオード（還流ダイオードＤ１、Ｄ２）が高速リカバリダイオードであることが求められる。
しかし、整流装置１００では、コンデンサＣ１は、一個のダイオードを通過する電流で充電される。例えば、端子Ｉｎ１の電位が端子Ｉｎ２の電位より高い場合であって、スイッチング素子Ｓ１がオフ、スイッチング素子Ｓ２がオンのとき、電流は、端子Ｉｎ１から整流ダイオードＤ１１を経由してコンデンサＣ１へ供給される。また、インダクタＬ２に蓄積された電力は、還流ダイオードＤ２を経由するだけで、コンデンサＣ１に供給される。
すなわち、整流装置１００は、整流装置１０２に比べ、損失が小さく抑えられ、効率が向上する。なお、整流装置１００は、整流装置１０１に比べても、損失が小さく抑えられ、効率が向上する。
また、高速リカバリダイオードである還流ダイオードＤ１、Ｄ２は、インダクタＬ１、Ｌ２に蓄積された電力を還流させるための電流が流せればよく、電流容量が大きいことは求められない。よって、整流装置１００は、整流装置１０２に比べて、コストダウンになる。

なお、容量部３０は、コンデンサＣ１、Ｃ２を備えるとしたが、直列接続した３以上のコンデンサを備えてもよい。コンデンサ間の予め定められた接続点を接続点ｊとし、中間電位設定部２０の接続点ｇとを接続すればよい。

［第２の実施の形態］
第１の実施の形態が適用される整流装置１００は、単相交流の電源２００に接続されていた。
これに対して、第２の実施の形態が適用される整流装置１１０は、三相交流の電源３００に接続されている。電源３００は、交流電源の他の一例である。
図４は、第２の実施の形態が適用される整流装置１１０の一例である。なお、第１の実施の形態が適用される整流装置１００と同様の部分は、同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分を説明する。
整流装置１１０は、整流部１０、中間電位設定部２０及び容量部３０を備える。
電源３００と整流装置１１０とは、端子Ｉｎ１、端子Ｉｎ２及び端子Ｉｎ３で接続されている。整流装置１１０は、端子Ｏｕｔ１と端子Ｏｕｔ２とで、インバータなど外部の負荷（不図示）と接続される。そして、整流装置１１０は、端子Ｏｕｔ１と端子Ｏｕｔ２の間から直流電圧を出力する。

整流部１０は、６つの整流ダイオードＤ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４、Ｄ１５、Ｄ１６から構成されるダイオードブリッジを備える。ダイオードブリッジは、整流ダイオードＤ１１と整流ダイオードＤ１２との直列接続と、整流ダイオードＤ１３と整流ダイオードＤ１４との直列接続と、整流ダイオードＤ１５と整流ダイオードＤ１６との直列接続とが、並列接続されている。
そして、直列接続された整流ダイオードＤ１１、Ｄ１２の接続点ａが端子Ｉｎ１に接続され、直列接続された整流ダイオードＤ１３、Ｄ１４の接続点ｂが端子Ｉｎ２に接続されている。さらに、直列接続された整流ダイオードＤ１５、Ｄ１６の接続点ｃが端子Ｉｎ３に接続されている。
また、整流ダイオードＤ１１、Ｄ１３、Ｄ１５のカソードが、高電圧側配線４１に、整流ダイオードＤ１２、Ｄ１４、Ｄ１６のアノードが、端子Ｏｕｔ２に接続された低電圧側配線４２に接続されている。
整流ダイオードＤ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４、Ｄ１５、Ｄ１６の電流の流れる方向は、低電圧側配線４２側から高電圧側配線４１側に向かう方向に設定されている。

中間電位設定部２０は、ダイオードブリッジ部２０Ａとスイッチング部２０Ｂとを備える。ダイオードブリッジ部２０Ａは、６つの整流ダイオードＤ２１、Ｄ２２、Ｄ２３、Ｄ２４、Ｄ２５、Ｄ２６を備える。スイッチング部２０Ｂは、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２と、インダクタＬ１、Ｌ２と、還流ダイオードＤ１、Ｄ２と、保護ダイオードＤ３、Ｄ４とを備える。

ダイオードブリッジ部２０Ａは、整流ダイオードＤ２１と整流ダイオードＤ２２との直列接続と、整流ダイオードＤ２３と整流ダイオードＤ２４との直列接続と、整流ダイオードＤ２５と整流ダイオードＤ２６との直列接続とが、並列接続されている。
そして、直列接続された整流ダイオードＤ２１、Ｄ２２の接続点ｄが、端子Ｉｎ１に接続され、直列接続された整流ダイオードＤ２３、Ｄ２４の接続点ｅが、端子Ｉｎ２に接続されている。さらに、直列接続された整流ダイオードＤ２５、Ｄ２６の接続点ｆが、端子Ｉｎ２に接続されている。
さらに、整流ダイオードＤ２１、Ｄ２３、Ｄ２５のカソードが配線４３に接続され、整流ダイオードＤ２２、Ｄ２４、Ｄ２６のアノードが配線４４に接続されている。
整流ダイオードＤ２１、Ｄ２２、Ｄ２３、Ｄ２４、Ｄ２５、Ｄ２６の電流の流れる方向は、配線４４側から配線４３側に向かう方向に設定されている。

スイッチング部２０Ｂは、第１の実施の形態が適用される整流装置１００と同じである。よって、説明を省略する。
また、容量部３０は、第１の実施の形態が適用される整流装置１００と同じである。よって、説明を省略する。

第２の実施の形態が適用される整流装置１１０の動作は、第１の実施の形態が適用される整流装置１００で説明したと同様であるので、説明を省略する。
第２の実施の形態が適用される整流装置１１０でも、還流ダイオードＤ１、Ｄ２の２個について、高速なスイッチング特性を有する高速リカバリダイオードであることが求められる。

図５は、比較のために示す第２の実施の形態が適用されない整流装置１１１の一例である。
整流装置１１１は、中間電位設定部２０において、第２の実施の形態が適用される整流装置１１０が備えるインダクタＬ１、Ｌ２及び還流ダイオードＤ１、Ｄ２を備えない。なお、電源３００から三相交流が供給される配線にインダクタＬ６、Ｌ７、Ｌ８を備える。
第２の実施の形態が適用されない整流装置１１１の動作は、第１の実施の形態が適用されない整流装置１０１で説明したと同様であるので、説明を省略する。
第２の実施の形態が適用されない整流装置１１１では、整流部１０の整流ダイオードＤ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４、Ｄ１５、Ｄ１６の６個について、高速リカバリダイオードであることが求められる。

以上説明したように、第２の実施の形態が適用される整流装置１１０では、第２の実施の形態が適用されない整流装置１１１に比べて、高速リカバリダイオードの数が６個から２個に抑制される。さらに、第２の実施の形態が適用される整流装置１１０では、インダクタの数が３個から２個に抑制される。
よって、第２の実施の形態が適用される整流装置１１０では、コストが低減されるとともに、実装のための面積の増加が抑制される。

整流装置１１１は、第１の実施の形態が適用されない整流装置１０１に対応するものであるが、第１の実施の形態が適用されない整流装置１０２に対応するように構成した整流装置であっても、同様である。

なお、図３、図４に示す三相交流の電源３００は、星形（スター）結線であるが、環状（デルタ）結線であってもよい。

そして、第１の実施の形態が適用される整流装置１００、第２の実施の形態が適用される整流装置１１０は、インバータ装置と組み合わされて電源装置を構成する。また、電源装置は、電源装置で駆動される電動機と組み合わされて電動機装置を構成する。さらに、電動機装置は、空調装置に用いられる。

１０…整流部、２０…中間電位設定部、２０Ａ…ダイオードブリッジ部、２０Ｂ…スイッチング部、３０…容量部、４１…高電圧側配線、４２…低電圧側配線、４３、４４…配線、１００、１０１、１０２、１１０、１１１…整流装置、２００、３００…電源、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ５、Ｄ６…還流ダイオード、Ｄ１１〜Ｄ１６、Ｄ２１〜Ｄ２６…整流ダイオード、Ｄ３、Ｄ４…保護ダイオード、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８…インダクタ、Ｓ１、Ｓ２…スイッチング素子

Claims (5)

1. 二つの出力端子間に直列接続された複数のコンデンサを有する容量部と、
   接続される交流電源から供給される交流を整流して、前記容量部の二つの前記出力端子間に供給する整流部と、
   複数の前記コンデンサ間の接続点の電位を設定する中間電位設定部と、を備え、
   前記中間電位設定部は、
   前記交流電源に接続された他の整流回路と、
   前記他の整流回路の高電圧側と低電圧側との間に設けられた、第１のスイッチング素子と第１のインダクタと第２のインダクタと第２のスイッチング素子との直列回路と、
   前記第１のスイッチング素子と前記第１のインダクタとの接続点と、前記容量部の低電圧側の出力端子との間に設けられた第１の還流ダイオードと、
   前記第２のスイッチング素子と前記第２のインダクタとの接続点と、前記容量部の高電圧側の出力端子との間に設けられた第２の還流ダイオードと、を含み、
   前記第１のインダクタと前記第２のインダクタとの接続点が複数の前記コンデンサ間の接続点と接続されている
   整流装置。
2. 前記第１のインダクタと前記第２のインダクタとは、コアを共通にしたトランスリンク式で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の整流装置。
3. 請求項１又は２に記載の整流装置と、
   インバータ装置と
   を備える電源装置。
4. 請求項３に記載の電源装置と、
   前記電源装置で駆動される電動機と
   を備える電動機装置。
5. 請求項４に記載の電動機装置を備える空調装置。

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