JPH0523791U - 絶縁型コンバータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来装置より部品数，装置容量を少なくして
簡素，小型な構成にするとともに損失を少なくして変換
効率を向上する。 【構成】 入力電流波形を正弦波形状に制御して交流電
源１，３２を高力率整流する順変換用のブリッジ型コン
バータ回路５，３３と、半導体スイッチ構成のハーフブ
リッジに通電路兼直流カット用の２個のコンデンサ３
０，３１の直列回路を並列接続して形成され，コンバー
タ回路５，３３の整流出力を交流に変換して前記ハーフ
ブリッジの中点とコンデンサ３０，３１の接続点との間
から出力するハーフブリッジ型インバータ回路２７と、
この回路２７の出力が１次巻線１７ａに供給される絶縁
用の変圧器１７と、この変圧器１７の２次巻線１７ｂの
出力を整流，平滑して直流電源を形成する直流出力回路
１８とを備える。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、コンバータ回路とインバータ回路とを組合せ、入力側の電流波形を 正弦波形に保持して交流電源を直流電源に高力率変換する絶縁型コンバータ装置 に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、コンバータ回路とインバータ回路とを組合せて形成されたこの種絶縁型 コンバータ装置は、単相入力の場合、図４に示すように構成される。 同図において、１は単相の交流電源、２ａ，２ｂは絶縁型コンバータ装置３の １対の交流入力端子、４は電圧，電流を制限するリアクトル、５は混合ブリッジ 構成の順変換用のブリッジ型コンバータ回路であり、整流ダイオード６，７の一 方のハーフブリッジと半導体スイッチ８，９の他方のハーフブリッジを有する。

【０００３】 １０はコンバータ回路５の出力により充電される大容量の平滑コンデンサ、１ １はフルブリッジ型インバータ回路であり、半導体スイッチ１２，１３の一方の ハーフブリッジと半導体スイッチ１４，１５の他方のハーフブリッジとからなる 。 １６は直流カット用コンデンサ、１７は高周波変圧器からなる絶縁用の変圧器 であり、１次巻線１７ａにコンデンサ１６を介したインバータ回路１１の出力が 供給される。

【０００４】 １８は変圧器１７の２次巻線１７ｂの出力を整流，平滑する直流出力回路であ り、整流ダイオード１９〜２２のブリッジ整流器２３及び平滑リアクトル２４， 平滑コンデンサ２５からなる。２６ａ，２６ｂはコンバータ装置３の１対の直流 出力端子である。 なお、半導体スイッチ８，９，１２〜１５はそれぞれトランジスタＱとこのト ランジスタＱのコレクタ，エミッタ間に逆並列接続されたオフ電路用のダイオー ドＤからなり、制御装置（図示せず）の制御信号によりトランジスタＱのスイッ チングが制御される。

【０００５】 そして、交流電源１はコンバータ回路５のリアクトル４及びダイオード６，７ ，半導体スイッチ８，９のブリッジ回路により、電流波形を正形波形状に制御し ながら整流されて直流に変換される。 このとき、半導体スイッチ８，９のトランジスタＱは交流電源の半周期毎に交 互にスイッチングをくり返す。

【０００６】 すなわち、交流電源１の電圧をＶ１とし、コンバータ回路５の入力電流（１次 電流），出力電流をＩ１，Ｉ２とすると、電圧Ｖ１が図４の実線矢印の極性にな る半周期は半導体スイッチ９のトランジスタＱがオン，オフをくり返す。 そして、トランジスタＱがオンすると、交流電源１，リアクトル４，半導体ス イッチ９，ダイオード７，交流電源１のループを電流が流れ、電流１が短絡電流 に増加するとともにリアクトル４に図４の破線矢印の極性の電圧が生じ、この間 は電流Ｉ２が流れない。

【０００７】 つぎに、トランジスタＱがオフすると、リアクトル４に破線矢印と逆向きの電 圧が生じ、この電圧に基づき、交流電源１，リアクトル４，半導体スイッチ８の ダイオードＤ，コンデンサ１０とインバータ回路１１の並列回路，ダイオード７ ，交流電源１のループを電流が流れ、このとき、電流Ｉ１が減少するとともにこ の電流Ｉ１に応じて電流Ｉ２が変化する。 そして、トランジスタＱのオン，オフのくり返しにより、電流Ｉ１は連続した 半波形状に制御され、電流Ｉ２はパルス波形になる。

【０００８】 また、電圧Ｖ１の極性が反転するつぎの半周期には、半導体スイッチ８のトラ ンジスタＱがオン，オフをくり返し、このくり返しにより電流Ｉ１は逆極性の連 続した半波形状に制御される。 そして、入力電流波形が電圧Ｖ１に同期した正弦波形状に制御されて力率が改 善されるため、交流電源１はコンバータ回路５により高力率でパルス列形状の直 流に変換される。

【０００９】 この変換により形成された直流（整流出力）は、コンデンサ１０により平滑さ れてインバータ回路１１に供給される。 そして、インバータ回路１１において、１対の半導体スイッチ１２，１５と１ 対の半導体スイッチ１３，１４とが交互にスイッチングして矩形波状の交流に変 換され、この交流がコンデンサ１６を介して変圧器１７の１次巻線１７ａに供給 される。

【００１０】 そして、変圧器１７の２次巻線１７ｂの出力が直流出力回路１８のブリッジ整 流器２３及びリアトル２４，コンデンサ２５により整流，平滑され、この整流， 平滑により形成された直流電源が直流出力端子２６ａ，２６ｂ間に生じる。

【００１１】

【考案が解決しょうとする課題】

前記図４の従来装置の場合、コンバータ回路５の整流出力を平滑してインバー タ回路１１に供給するため、大容量，大型のコンデンサ１０を要する。 また、インバータ回路１１をフルブリッジ構成にするため、４個の半導体スイ ッチ１２〜１５を要する。

【００１２】 さらに、変圧器１７の偏磁を防止するため、１次巻線１７ａへの直流給電をカ ットするコンデンサ１６も要する。 したがって、部品数及び装置容量（キャパシタ）が多く、構成が複雑化して大 型化し、しかも、とくにインバータ回路１１での損失が多くなって変換効率を向 上できない問題点がある。

【００１３】 そして、入力電源が３相交流電源の場合も、図４の単相の場合と同様の問題点 が生じる。 本考案は、部品数，装置容量を少なくして簡素，小型にするとともに、損失を 少なくして変換効率を向上することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】

前記の目的を達成するために、本考案の絶縁型コンバータ装置においては、入 力電流波形を正弦波形状に制御して交流電源を高力率整流する順変換用のブリッ ジ型コンバータ回路と、 半導体スイッチ構成のハーフブリッジに通電路兼直流カット用の２個のコンデ ンサの直列回路を並列接続して形成され，前記コンバータ回路の整流出力を交流 に変換して前記ハーフブリッジの中点と前記両コンデンサの接続点との間から出 力するハーフブリッジ型インバータ回路と、 前記インバータ回路の出力が１次巻線に供給される絶縁用の変圧器と、 前記変圧器の２次巻線の出力を整流，平滑して直流電源を形成する直流出力回 路とを備える。

【００１５】

【作用】

前記のように構成された本考案の絶縁型コンバータ装置においては、交流電源 が順変換用のブリッジ型コンバータ回路により高効率に整流され、整流出力が、 従来のように大容量の平滑コンデンサを用いて平滑することなく、そのまま次段 のハーフブリッジ型インバータ回路に供給される。 そして、このインバータ回路により、２個のコンデンサを通電路と従来の電 流カット用コンデンサとに兼用して前記整流出力が交流に変換される。

【００１６】 さらに、インバータ回路の交流が変圧器を介して直流出力回路により整流，平 滑され、直流電源が形成される。 そして、従来の大容量の平滑コンデンサを省き、従来のフルブリッジ型インバ ータ回路の代わりに、半導体スイッチの個数が少なく損失の小さなハーフブリッ ジ型インバータ回路を設け、しかも、従来の直流カットコンデンサを省いて形成 されるため、部品数，装置容量が少なくなって簡素，小型な構成になるとともに 、損失が少なくなって変換効率が向上する。

【００１７】

【実施例】

実施例について、図１ないし図３とともに詳細に説明する。 （１実施例） まず、１実施例について、図１，図２を参照して説明する。 図１において、図４と同一符号は同一もしくは相当するものを示し、異なる点 は、コンデンサ１０，１６を省き、インバータ回路１１の代わりにハーフブリッ ジ型インバータ型回路２７を設けた点である。

【００１８】 そして、インバータ回路２７は半導体スイッチ２８，２９のハーフブリッジに 、通電路（ブリッジ辺）兼直流カット用の２個のコンデンサ３０，３１のハーフ ブリッジを並列接続して形成される。 なお、コンデンサ３０，３１は従来のコンデンサ１６程度の小容量の小型のコ ンデンサからなる。

【００１９】 また、変圧器１７は１次巻線１７ａの両端が半導体スイッチ２８，２９の中点 ，コンデンサ３０，３１の接続点それぞれに接続されている。 さらに、この実施例においては、出力側での力率も改善してコンデンサ２５の 小容量，小型化等を図るため、インバータ回路２７は出力電流がコンバータ回路 ５の電力に同期するように制御されて動作する。

【００２０】 そして、交流電源１の電圧をＶ１とし、コンバータ回路５の入力電流，出力電 流をＩ１，Ｉ２とすると、コンバータ回路５が図４の従来装置の場合と同様に動 作し、交流電源１の半同期毎に半導体スイッチ８，９が交互にスイッチングをく り返すため、入力電流Ｉ１は図３の（ａ）に示すように電圧Ｖ１に同期した正弦 波形状に制御されて高力率の整流変換が行われる。 このとき、コンバータ回路５の電力Ｐは図３の（ｂ）に示すようになり、出力 電流Ｉ２は同図の（ｃ）に示すように交流電源１の全波整流波形を分割したパル ス列形状の直流になる。

【００２１】 さらに、コンバータ回路５の出力は従来装置のように平滑コンデンサで平滑さ れることなく、そのままインバータ回路２７に供給される。 そして、インバータ回路２７の半導体スイッチ２８，２９が交互にスイッチし 、このスイッチングとコンデンサ３０，３１の充放電とにより、コンバータ回路 ２７の出力が高周波の交流に変換されて変圧器１７の１次巻線１７ａに供給され る。

【００２２】 このとき、コンデンサ３０，３１はそれぞれ通電路としてのブリッジ辺を形成 するとともに、従来装置のコンデンサ１０，１６に兼用され、入力電流の平滑及 び変圧器１７の偏磁防止を行う。 また、インバータ回路２７の出力電流をＩ３とすると、半導体スイッチ２８， ２９は出力電流Ｉ３が電力Ｐに同期するようにスイッチング制御される。

【００２３】 このスイッチング制御により出力電流Ｉ３は図３の（ｄ）に示すように、電力 Ｐに同期した矩形波状の交流になる。 そして、インバータ回路２７の出力は変圧器１７により絶縁分離され、この変 圧器１７の２次巻線１７ｂから直流出力回路１８に供給されて整流，平滑され、 直流に変換される。

【００２４】 このとき、直流出力回路２８の整流器１８の出力電流をＩ４とすると、この電 流Ｉ４が図３の（ｅ）に示すように電圧Ｖ１に同期する。 そのため、装置の出力側の力率がほぼ１になり、例えばコンデンサ２５を小容 量，小型にして十分な平滑が行える利点も生じる。

【００２５】 （他の実施例） つぎに、他の実施例について、図３を参照して説明する。 図３は入力電源が３相交流電源の場合の構成を示し、同図において、図１と同 一符号は同一もしくは相当するものを示し、３２ｕ，３２ｖ，３２ｗは３相交流 電源３２の各相電源、２ｕ，２ｖ，２ｗは装置３の各相の交流入力端子、３３は 図１のコンバータ回路５の代わりに設けられた３相順変換用のブリッジ型コンバ ータ回路であり、電流，電圧を制限する相毎のリアクトル４ｕ，４ｖ，４ｗ及び 各２個の半導体スイッチ８ｕと９ｕ，８ｖと９ｖ，８ｗと９ｗが形成する相毎の ハーフブリッジを有する。

【００２６】 なお、半導体スイッチ８ｕ〜８ｗ，９ｕ〜９ｗは図１の半導体スイッチ８，９ 等と同様、それぞれトランジスタＱと逆並列のダイオードＤとからなる。 そして、リアクトル４ｕ〜４ｗの平滑及び半導体スイッチ８ｕ〜８ｗ，９ｕ〜 ９ｗのスイッチング制御に基づき、交流電源３２は入力電流を正弦波形状に制御 しながら高効率に整流されて直流に変換される。

【００２７】 この直流はインバータ回路２７，変圧器１７，直流出力回路１８により、図１ の単相の場合と同様に処理されて直流に変換される。 そして、図３の構成の場合も図１の構成の場合と同様の効果が生じる。

【００２８】 なお、図１，図３の各半導体スイッチ８，８ｕ〜８ｗ，９，９ｕ〜９ｗ，２８ ，２９の構成等は実施例に限定されるものではない。 また、例えば図１において、コンバータ回路５の出力の安定化等を図る場合、 コンバータ回路５とインバータ回路２７との間に、従来より容量の小さな平滑コ ンデンサを設けてもよい。

【００２９】

【考案の効果】

本考案は、以上説明したように構成されているため、以下に記載する効果を奏 する。 順変換用のブリッジ型コンバータ回路５，３３により、入力電流波形を正弦波 状に制御して交流電源１，３２を高力率で整流し、この整流出力を従来のように 平滑コンデンサを用いて平滑することなく、そのまま次段のハーフブリッジ型イ ンバータ回路２７に供給し、このインバータ回路２７により、２個のコンデンサ ３０，３１を通電路と従来の電流カット用コンデンサとに兼用して前記整流出力 を交流に変換し、この交流を変圧器１７を介して直流出力回路１８に供給し、こ の回路１８により整流，平滑して直流電源を形成したため、従来の大容量の平滑 コンデンサを省き、従来のフルブリッジ型インバータ回路の代わりに、半導体ス イッチの個数が少なく損失の小さなハーフブリッジ型インバータ回路２７を設け 、しかも、従来の直流カットコンデンサを省いて形成することができ、部品数， 装置容量を少なくして簡素，小型な構成にできるとともに損失を少なくして変換 効果を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の絶縁型コンバータ装置の１実施例の結
線図である。

【図２】（ａ）〜（ｅ）は図１の各部の波形図である。

【図３】本考案の他の実施例の結線図である。

【図４】従来装置の結線図である。

【符号の説明】

１，３２ 交流電源 ５，３３ ブリッジ型コンバータ回路 １７ 変圧器 １７ａ １次巻線 １７ｂ ２次巻線 １８ 直流出力回路 ２７ ハーフブリッジ型インバータ回路 ３０，３１ 通電路兼直流カット用コンデンサ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力電流波形を正弦波形状に制御して交
   流電源を高力率整流する順変換用のブリッジ型コンバー
   タ回路と、 半導体スイッチ構成のハーフブリッジに通電路兼直流カ
   ット用の２個のコンデンサの直列回路を並列接続して形
   成され，前記コンバータ回路の整流出力を交流に変換し
   て前記ハーフブリッジの中点と前記両コンデンサの接続
   点との間から出力するハーフブリッジ型インバータ回路
   と、 前記インバータ回路の出力が１次巻線に供給される絶縁
   用の変圧器と、 前記変圧器の２次巻線の出力を整流，平滑して直流電源
   を形成する直流出力回路とを備えた絶縁型コンバータ装
   置。