JPH0270269A

JPH0270269A - 整流装置

Info

Publication number: JPH0270269A
Application number: JP22194988A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Sekino; 関野　吉宏
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Denki Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Denki Co Ltd
Priority date: 1988-09-05
Filing date: 1988-09-05
Publication date: 1990-03-09
Anticipated expiration: 2010-09-06
Also published as: JPH0783606B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は交流電力を直流電力に変換する整流装置に関す
る。さらに詳しくは入力力率を改善した整流！Ａ置に関
する。

（従来技術及び発明が解決しようとする課Ｍ）整流装置
は商用交流電源から直流電力を得る装置として一般に使
われているが、単相交流入力の整流装置は一般に入力力
率が低いという欠点をもっている。

ここでいう入力力率は総合力率であり、入力である有効
電力と皮相電力との比から得られるものである。

整流装置に流れる交流電流は基本波周波数の成分以外に
多量の高調波成分を含んでいる。この高調波電流の存在
が無効電力骨を大きくし、結果として皮相電力骨を大き
くするため人力力率の低下をもたらすことになる。

第７図（ａ）はチョークインプントフィルタを存するブ
リッジ整流装置を示した回路図で、交流電源ｌをダイオ
ード２１．２２．２３及び２４の整流回路で整流し、リ
アクタ３及びコンデンサ４からなるフィルタ回路で平滑
し、負荷５に直流電力を供給する。

また、第７図■）は交流電源１の電圧Ｖａｃ及び電流Ｔ
ａｃを示した波形図である。交流電源の電圧Ｖａｃが正
弦波電圧であっても、リアクタ３が充分太きければ電流
１ａｃの波形は１８０°通電角の方形波状になる。この
電流１ａｃには、基本周波数（例えば商用を源の周波数
５０）１ｚ）の３倍の高調波成分が３３％も含まれてお
り、これが人力力率を下げる原因となっている。入力力
率は現実には０．９を越えていない。

第８図（ａ）は電圧制御の機能を有する整流装置を示す
回路図で、第７図（ａ）のダイオード２３．２４をサイ
リスタ２５．２６に置換し、位相制御を行って定電圧化
した直流電圧を出力する整流器である。また、第８図（
ｂ）は交流量＃１の電圧Ｖａｃ、電流Ｉａｃ及び直流電
流１ｄｃを示した波形図である。リアクタ３に流れる電
流Ｉｄｃは連続であるが、交流電流１ａｃはサイリスタ
２５．２６がオンしている期間のみ流れる。サイリスク
２５．２６がオンとなる時点ｊｌ＋Ｌｌ°は制御回路９
の信号によってきまり、オフとなる時慨ｔｔは交流電圧
の極性が反転する時点できまる。

従って交流電流１ａｃの位相は交流電圧Ｖａｃにくらべ
遅れ位相になってしまい、これが入力力率を低下させて
しまっている。高調波電流の存在も入力力率低下の原因
になっている。この間直流電流■ｄｃは一定である。

本発明は入力力率を改善した整流装置を提供することを
目的とする。

（課題を解決するための手段）本発明は上記目的を達成するため、交流電圧を受け、こ
れを直流電圧に変換する整流回路と、リアクタとコンデ
ンサで構成したフィルタ回路からなる整流装置において
、前記リアクタの電流を循環させるように設けた単極性
半導体スイッチと、この単種性半導体スイッチをオン・
オフ動作させる制御回路とを備えたことを特徴とする整
流装置を要旨とする。また、リアクタに中間タップを設
け、このタップに交流電圧を整流した電圧を印加するこ
ととした整流装置を要旨とする。

整流装置の入力電流の通電角を１８０°以下にし、ある
いは電流の遅れ位相を小さくするため、整流装置を構成
するりアクタに単極性半導体スイッチを実質的に並列に
接続し、このスイッチの通電期間を調整する方法をとる
。

（実施例）以下、図面に沿って本発明の実施例について説明する。

なお、実施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸
脱しない範囲で種々の変更あるいは改良を行い得ること
は言うまでもない。

第１図（ａ）は本発明の第１の実施例を示す回路図、第
１図（ｂ）は同図（ａｌの動作を説明するための波形図
である。第１図（ａ）において、交流量ｆｌｌはダイオ
ード２１．２２．２３及び２４の整流回路で整流され、
リアクタ３とコンデンサ４のフィルタ回路で平滑され、
負荷５に直流電力が供給される。

また、ダイオード６とトランジスタ７で単極性半導体ス
イッチＳＷを構成し、８はこのトランジスタ７をオン・
オフ動作させるための信号を発生させる制御回路である
。７はトランジスタに限らず、ゲートターンオフサイリ
スタ（ＧＴＯ）あるいはＭＯＳ　−ＦＥＴなとの半導体
スイッチが使えることはいうまでもない。

次いで、第１図（ａ）及び（ｂ）を用いて動作を説明す
杭交流電源１の電圧Ｖａｃ及びこれを整流した整流電圧Ｖ
ａｃのレベルが低い期間には単極性半導体スイッチＳＷ
のトランジスタ７をオンさせておく。

これによってリアクタ３に流れる電流は一定のまま、単
極性半導体スイッチＳＷに循環することになり、リアク
タ３に蓄えられた１ｔＴ６１エネルギは失われることな
く保持される。

第１図（ａ）の時点１．でトランジスタ７をオフさせる
０時点ｔ、以前に単極性半導体スイッチＳＷを通して流
れていたりアクタ３の電流は、交流ｔＳＸ及び整流回路
のダイオード２１及び２４又は２２及び２３を通して流
れコンデンサ４及び負荷５に給電することになる。ｔ・
〜１．の期間はコンデンサ４の電圧Ｖｄｃより整流電圧
Ｖａｃの電圧の方が低いレベルにあるのでリアクタ３に
は図の極性の電圧が現われ、電流１ｄｃは減少する。リ
アクタ３の蓄積電磁エネルギは減少する０時点ｔ１を過
ぎると整流電圧Ｖａｃのレベルの方が大きくなりリアク
タ３には図とは逆の極性の電圧が現われ電流１ｄｃは増
加し始める。

これによってリアクタ３に蓄えられる電磁エネルギは増
加する。これは時点ｔ２まで続く０時点ｔオを過ぎると
再度整流電圧Ｖａｃが電圧Ｖｄｃより小さくなるのでリ
アクタ３には図の極性の電圧が現われ電流１ｄｃは減少
し、蓄積された電磁エネルギは減少する。

次いで、時点ｔ、でスイッチＳＷのトランジスタ７をオ
ンさせる。リアクタ３の電流は単極性半導体スイッチＳ
Ｗを通して循環し電磁エネルギは保存される。つまり、
電流は一定に保たれ減少しない、電流１ｄｃ及び交流型
＃１の電流は零のままである。

次の半サイクルの人力開始時点ｔ′。の電流１ｄｃのレ
ベルはｔ！における電流１ｄｃのレベルに等しい。

期間ｔ０〜ｔ、に交流電源１から入力がありコンデンサ
４を充電するとともに負荷５に給電が行われる。単極性
半導体スイッチＳＷがオンしている期間（時点ｔ。以前
及び時点ｔ、以後）には交流電源ｌからの人力はなく負
荷５への給電はコンデンサ４の放電によって供給される
。

交流型＃ｉ１に流れる電流はＩｄｃを交互に極性を反転
した波形となる。この通電角、すなわちｔ０〜ｔ、の期
間を３０°から１５０＠までの１２０″′にすると第３
及び３の整数倍の高調波成分が零となり、これによって
無効入力電力が減少するので入力力率は０．９４程度に
高くなる。

第２図は本発明の第２の実施例を示す回路図で、従来か
らある倍電圧整流回路に本発明を適用している。ダイオ
ード２１．２２及びコンデンサ４１．４２のブリッジ整
流回路で、第１図のダイオードブリッジ整流回路の約２
倍の直流電圧を得ている。リアクタ３１と３２は電磁気
的に結合している。

交流電源ｌの電圧が図の極性にあるときは、リアクタ３
１．ダイオード２１のループでコンデンサ４１を充電し
、極性が図と逆になっているときにはりアクタ３２．ダ
イオード２２のループでコンデンサ４２を充電する。コ
ンデンサ４１と４２の電圧の和が出力電圧となり負荷５
に印加される。

交流電源ｌの電圧レベルが低い期間にはダイオード６と
トランジスタ７とからなる単極性半導体スイッチＳＷを
通電させる。これによってリアクタ３１．３２の電磁エ
ネルギは保存される。またコンデンサ４１．４２の充電
は行われない、負荷にはコンデンサ４１．４２の蓄積エ
ネルギが放出される。交流電源ｌの電圧レベルが上昇し
てから単極性半導体スイッチＳＷのトランジスタ７をオ
フとする。これによって交流型ｓ１．　　リアクタ３１
又は３２．ダイオード２１又は２２のループに電流が流
れ、コンデンサ４１又は４２の充電が始まる。

リアクタ３１と３２とは電磁的に結合しているから、例
えばリアクタ３１に通電して蓄えた電磁エネルギをリア
クタ３２から放出することができる。この逆もまた可能
である。従ってリアクタ３１に最終的に流れていた電流
が次の半サイクルでリアクタ３２のループが通電を開始
した時点の電流初期値となる。

リアクタ３２の電流の最終値が同じく次の半サイクルで
リアクタ３１のループが通電を開始したときの初期値に
なる。

交流電源ｌに流れる電流のパターンは第１図（１））の
場合と同様となり入力力率は改善される。

第３図は本発明の第３の実施例を示す回路図である。第
１の実施例においてリアクタ３に２次巻線を設け、この
２次巻線に単極性半導体スイッチＳＷを接続している。

リアクタの２つの１次巻線３３と２次巻線３４とは電磁
的に結合しているので２次巻線３４の電流をオン・オフ
しても１次巻線３３に並列に単極性半導体スイッチＳＷ
を挿入し、これをオン・オフさせた第１図の実施例と同
じ特性が得られる。リアクタの１次巻線３３と２次巻線
３４の巻線比を変えると、これに対応して２次巻線３４
の電圧、電流の大きさが変わるので、単極性半導体スイ
ッチＳＷの選定が経済的に行える。またトランジスタ７
が他と絶縁されているので制御回路８の出力を絶縁する
必要がなく構成が簡単になる。

第２図の第２の実施例においてもリアクタ３１゜３２に
結合した第３の巻線を設けて、この第３の巻線に単極性
半導体スイッチＳＷを接続することが可能で、同等の効
果が得られる。

次に、第４図（ａ）、　（ｂ）および（Ｃ）は第１図に
示す第１の実施例についての特性例を示す、第１図（ａ
ｌは出力電圧と負荷電流との関係を示す特性図、第２図
（ｂ）は入力力率と負荷電流の関係を示す特性図、第１
１ＡＨＣ）は単極性半導体スイッチの通電を説明する図
である。交流電源１の電圧Ｖａｃは１００　Ｖ　ｒｍ３
でリアクタ３は５ｍＨである。単極性半導体スイッチＳ
Ｗを通電させなかった場合（α＝１．Ｏ）には入力力率
は０．９に達しないが、通電させると入力力率は０．９
４程度にまで改善される。

通電率αを変化させると出力の直流電圧Ｖｄｃも変化す
る。従ってαを調整して入力力率の改善を図りながら定
電圧制御することも可能になる。

さらに、第５図（ａｌは本発明の第４の実施例を示す回
路図、第５図（ｂｌは同図（ａ）の動作を説明するため
の波形図である。第１１１９の実施例にダイオード２１
″、２３°を追加し、リアクタ３の代わりにリアクタ３
５に中間タップを設けている。

今、交流電源ｌの電圧Ｖａｃが図の極性にあるとする。

時点ｔ０を過ぎて単極性半導体スイッチＳＷのトランジ
スタ７をオフにすると電流１ｄｃ及びｌａｃが流れ出す
、リアクタ３５には直流電圧Ｖｄｃと交流電圧Ｖａｃと
の差の電圧が生じている。ダイオード２１．２４が通電
し電圧■１が流れている。ダイオード２１’　はりアク
タ３５の電圧によって逆バイアスされるので電流Ｉ２は
零となっている。ダイオード２２．２３．２３°　も逆
バイアスされており通電しない。

交流電圧Ｖａｃのレベルが高くなり、直流電圧Ｖｄｃに
等しくなった時点を１．とする、リアクタ３５に誘起す
る電圧の極性は時点１．以降は図と逆の極性になる。こ
れによってダイオード２１’　が通電し電流Ｉ２が流れ
る。ダイオード２１は逆バイアスされ電流は零となる０
次にまた交流電圧Ｖａｃのレベルが直流電圧Ｖｄｃより
低下すると再び図の極性の電圧が生じダイオード２１が
通電しダイオード２１’　はオフとなる。時点ｔ３で単
極性半導体スイッチＳＷのトランジスタ７を通電させる
と、それまでリアクタ３５に流れていた電流は単極性半
導体スイッチＳＷを通して循環し、電流１□１８、従っ
て直流電流１　ｄｃ、交流電流１ａｃは零となる。交流
電圧Ｖａｃの次の半サイクルも同じ過程がくりかえされ
る。

時点ｔ、と６では直流電流１ｄｃ及び交流電流１ａｃが
ステップ状に急変する。電流Ｉ、が流れるループにおけ
るリアクタ３５のインダクタンスをり、　Ｉ。

のループにおけるインダクタンスをｌとすると、時点［
ン及び【！の前後におけるＩ、と■２は次の関係がある
。すなわち工矛ルギ保存の法則により従って　ｒｚ　＝
ＪＬ＃！　ＩＩ　　、　　Ｌ＞ｆｆｉとなり１！は大き
くなる。

交流入力電流１ａｃは階段状になり、より正弦波に近づ
く、従って入力力率はｌに近くなる。

また、第６図（ａ）及び（ｂ）は本発明の第５の実施例
を示す回路図および波形図である。第１図の実施例にお
けるダイオード２３．２４をサイリスク２７．２８で置
き換え、このサイリスタの制御回路９を備えたものであ
る。なお、このサイリスタは通電開始時点を制御できる
半導体素子であれば代替できる。

第６図（ｂｌの動作波形における時点ｔ１以前はトラン
ジスタ７に制御回路８から信号が送られオンしている。

リアクタ３に流れる電流はこのダイオード６とトランジ
スタ７とからなる単極性半導体スイッチＳＷの回路に循
環している。電流１ｄｃは零である０時点【ｌで制御回
路８からの信号でトランジスタ７をオフにし、制御回路
９からの信号でサイリスタ２８をオンすると、サイリス
タ２８．交流電源ｌ、ダイオード２１．　　リアクタ３
のループで電流１　ｄａ。

Ｉａｃが流れはじめる。このとき電流１ａｃとＩｄｃと
のレベルは同じである。なお、サイリスタ２８をオンさ
せる前にトランジスタ７をオフにすると、それまでトラ
ンジスタ７に流れていたりアクタ３の電流は、ダイオー
ド２１．２２を通して流れ電流１ｄｃを生ずる。電流１
ａｃはサイリスタ２日がオンするまでは零である。

次に交流電源１の電圧レベルがコンデンサ４より低下し
た時点ｔ！でトランジスタ７を再度オンさせる。これに
よってリアクタ３の電圧は零になり、サイリスタ２８に
はコンデンサ４の電圧と交流電源１の電圧の差が逆バイ
アスとしてかかり消弧する。

電流Ｉａｃ及びＩｄｃは零になる。

次の半サイクルではトランジスタ７とサイリスタ２７を
制御することによって同じような過程かくりかえされる
。

第１図の第１の実施例における特性は第４図に示すよう
に負荷電流が小さいときに出力電圧Ｖｄｃが高くなる。

これに対し第６図の実施例ではサイリスク２５．２６の
点弧する時点を半サイクルの後半の方に移すことによっ
て出力電圧Ｖｄｃを小さく抑えることが可能であり、負
荷電流の広範囲にわたって出力電圧Ｖｄｃを制御するこ
とができる。この場合においても第８図（ｂ）の従来例
よりは入力力率が改善される。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、（イ）交流電圧
を受け、これを直流電圧に変換する整流回路と、リアク
タとコンデンサで構成したフィルタ回路からなる整流装
置において、前記リアクタの電流を循環させるように設
けた単極性半導体スイッチと、この単極性半導体スイッ
チとをオン・オフ動作させる制御回路を備えたこと、（
ロ）また、リアクタに中間タップを設け、このタップに
交流電圧を整流した電圧を印加することにより、整流装
置の入力力率を高めることによって無効電力入力が小さ
くなるので装置の効率が高くなり、また、商用電力の受
電設備や受電契約の容量を小さく抑えることが可能にな
る。特に予備電源であるエンジン発電機の容量が小さく
てよいことになり経済的なメリットは大きい。配電系の
スイッチ、ヒエーズ、線材等の容量も小さくて済む点も
メリットになる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施例を示す
回路図及びその動作を説明する波形図、第２図及び第３
図は本発明の第２及び第３の実施例を示す回路図、第４
図（ａ）、　（ｂ）及び（Ｃ）は第１図に示す第１の実
施例の特性例、第５図（ａ）及び（ｂ）は本発明の第４
の実施例を示す回路図及びその動作を説明する波形図、
第６図［ａ）及び（ｂ）は本発明の第５の実施例を示す
回路図及びその動作を説明する波形図、第７図（ａ）、
　（ｂ）及び第８図［ａ）、　（ｂｌの各図（ａ）及び
（ｂ）は従来例を説明する回路図及び波形図である。１　・　・　・　・２１２２．２３，２４３　・　・　・　・４　・　・　・　・５　・　・　・　・６　・　・　・　・７　・　・　・　・ＳＷ　・　・　・交流電源ダイオードリアクタコンデンサ負荷ダイオードトランジスタ単極性半導体スイッチ第１図（ａ）特許

Claims

【特許請求の範囲】

（１）交流電圧を受け、これを直流電圧に変換する整流
回路と、リアクタとコンデンサで構成したフィルタ回路
からなる整流装置において、前記リアクタの電流を循環
させるように設けた単極性半導体スイッチと、この単極
性半導体スイッチをオン・オフ動作させる制御回路とを
備えたことを特徴とする整流装置。
（２）リアクタに中間タップを設け、このタップに交流
電圧を整流した電圧を印加することを特徴とする請求項
１記載の整流装置。