JPH0644308Y2 - 直流電源装置の平滑回路 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は出力電圧を安定化する直流電源装置に関し、特
に突入電流の低減を図れる直流電源装置の平滑回路に関
するものである。

［関連技術及びその問題点］ 第３図は従来方式の回路図を示しており、１は商用交流
電源,2はヒューズ３を介して交流電源を整流する整流回
路,4は平滑コンデンサ,5はサイリスタ,6は直流出力電圧
を交流に変換するインバータ回路,7は昇圧（降圧）パル
ストランス,8はパルストランス７により高周波変換され
た高周波電圧を整流，平滑する整流平滑回路,9はその出
力側に接続する負荷,10はサイリスタ５とトランス７の
間に挿入されるダイオードである。このような回路には
サイリスタ５と並列に突入電流を制限する抵抗11を接続
し、入力投入時、前記直流または交流電圧を供給する入
力線に過大な突入電流が流れ込まないようにし、通常動
作時、サイリスタ５で抵抗11の両端をショートしてい
る。

ところで、平滑コンデンサ４に流れる突入電流の値を小
さくするように、抵抗11の値を大きくすると、第４図
（Ｃ）の実線で示すように、出力電圧の立ち上がりが遅
くなったり、第４図（Ｂ）の様にサイリスタ５が動作し
た瞬間再び突入電流（二次突入電流）が流れる問題があ
る。一方、出力電圧の立ち上がりを速くするには破線で
示すように抵抗11の値を小さくすれば良いが、この場合
第４図（Ａ）の様に突入電流が大きくなってしまうと言
う問題が生じる。

また、通常時にはサイリスタ５に電流が流れるため、サ
イリスタ５の消費電力分内部損失を引き起こして効率が
悪くなる問題がある。

さらに、第３図の回路では平滑コンデンサ４は、入力瞬
時停電時の直流電源装置の出力保持用コンデンサも兼ね
ているため、大容量の電解コンデンサが使用されてい
た。しかし、リップル電流による自己発熱により、電解
コンデンサの寿命低下が問題となった。

一方、前記サイリスタ５による内部損失を回避するため
に、コンデンサと抵抗との直列回路を整流出力電圧ライ
ン間に接続し、電源投入時に充電されるコンデンサの充
電電圧が所定電圧に達した時に、リレーにより抵抗を短
絡させてコンデンサによる整流出力電圧の平滑を行わせ
るものが、特開昭60-109762号公報に記載されている。
しかし、このような回路構成では、突入電流の値を小さ
くするために抵抗の抵抗値を大きくすると、コンデンサ
に流れ込む電流が少なくなって、このコンデンサの充電
電圧が所定電圧に達するまでの時間が長くなり、負荷側
に対する出力電圧の立上がりが遅くなる。しかも、コン
デンサを入力瞬時停電時における出力保持用のコンデン
サとして兼用させると、前述した電解コンデンサの寿命
低下の問題が発生する。

それを解決する為、第５図の回路の様に平滑コンデンサ
15にフィルムコンデンサ，出力保持用コンデンサ19に電
解コンデンサをもちいた回路が提案された。しかし、こ
の回路でも突入電流の大きさが問題となった。

［考案の目的］ 本考案は上記問題に基づいてなされたものであり、突入
電流を小さくすると共に、出力電圧の立ち上がりを速く
し、かつ出力保持用コンデンサの長寿命化を図ることの
できる直流電源装置の平滑回路を提供することを目的と
するものである。

［考案の構成］ 上記目的を達成するための本考案の構成は、直流または
交流電圧を整流する整流回路の出力端に第１のダイオー
ドと抵抗と出力保持用コンデンサとからなる直列回路
と、インダクタンスとスイッチング素子とを直列接続し
た昇圧チョッパ回路とを並列に接続し、出力電圧ライン
である前記インダクタンスと前記スイッチング素子との
接続点に前記インダクタンスに蓄えられたエネルギーを
充電する平滑コンデンサを接続するととともに、前記平
滑コンデンサの電圧よりも前記出力保持用コンデンサの
電圧が高くなったときに導通する第２のダイオードを前
記抵抗と前記出力保持用コンデンサの接続点と前記出力
電圧ライン間に接続したことを特徴とするものである。

［考案の実施例］ 以下、図面に基づいて本考案の一実施例について詳述す
る。

尚、第１図において前記従来例で示した第３図と同一機
能を有するものには同一符号を記してその詳細な説明を
省略する。

１は交流電源,2は整流回路,3はヒューズである。整流回
路２の出力側はインダクタンス12とスイッチング素子た
るトランジスタ13の直列回路が接続され、インダクタン
ス12はトランジスタ13のオンの時に電磁エネルギーを蓄
積し、オフの時にこのエネルギーを放出して、前記整流
出力電圧に重畳させてダイオード14を介して平滑コンデ
ンサ15を充電する。このトランジスタ13のオン，オフは
パルス幅制御回路16によって制御されている。

整流回路２の出力端には第１のダイオードたるダイオー
ド17とこのダイオード17のカソード側に接続した抵抗18
と、出力保持用コンデンサたるコンデンサ19の直列回路
が並列に接続されている。そして、抵抗18とコンデンサ
19の接続点と、前記ダイオード14と平滑コンデンサ15の
接続点との間には、抵抗18とコンデンサ19の接続点にそ
のアノードを接続した逆流防止用の第２のダイオードた
るダイオード20が挿入されている。

すなわち、本実施例では、整流回路２の出力端に第１の
ダイオード17と抵抗18と出力保持用コンデンサ19とから
なる直列回路と、インダクタンス12とトランジスタ13と
を直列接続した昇圧チョッパ回路とを並列に接続し、出
力電圧ラインであるインダクタンス12とトランジスタ13
との接続点にインダクタンス12に蓄えられたエネルギー
を充電する平滑コンデンサ15が接続される。また、抵抗
18と出力保持用コンデンサ19の接続点と出力電圧ライン
である平滑コンデンサ15の一端間には、平滑コンデンサ
15の電圧よりも出力保持用コンデンサ19の電圧が高くな
ったときに導通する第２のダイオード20が接続される。

尚、６はインバータ回路,7はパルストランス,8は整流平
滑回路,9は負荷であり、これらの回路を省略して総称し
て負荷９とすることもできる。

以上のように構成される本考案の動作を説明する。

先ず定常状態時において交流電源１からの交流入力電圧
は整流回路２で整流される。そして、パルス幅制御回路
16は平滑コンデンサ15の電圧値を検出し、整流出力波形
の谷部分ではその降下した電圧値に応じてパルス幅が広
くなるよう、また整流出力波形の山部分ではその上昇し
た電圧値に応じてパルス幅が狭くなるようなパルス幅信
号を発生する。このパルス幅信号は第２図（Ｂ）に示す
ように、周波数を一定にしておいて、トランジスタ13の
オン時間であるパルス幅を増減してデューティサイクル
を変化されるものであり、パルス幅信号がオンつまりト
ランジスタ13がオンの時にインダクタンス12には電磁エ
ネルギーが蓄積され、パルス幅信号がオフつまりトラン
ジスタ13がオフの時にこの蓄積された電磁エネルギーが
ダイオード14を通じて放出され、平滑コンデンサ15を充
電し、第２図（Ａ）示すように整流出力波形の谷部分に
重畳されて平滑出力波形となる。尚、パルス幅制御回路
16は平滑コンデンサ15の出力電圧を検出するが、インダ
クタンス12のエネルギー放出により整流出力波形の谷部
分に重畳された電圧も含めて検出し、それに対応したパ
ルス幅の信号を発生する。

しかして、電源投入時にはコンデンサ19の電位がゼロで
あるためダイオード17及び抵抗18を通じて、コンデンサ
19は充電される。この際抵抗18の抵抗値を大きくしてあ
るのでコンデンサ19に流れる突入電流の値を小さくでき
る。このコンデンサ19の電圧V₁が平滑コンデンサ15の出
力電圧V₂に達すると、ダイオード17は逆バイアス状態と
なってダイオード17と抵抗18には電流が流れなくなる。
しかし、出力電源の立ち上がりは、整流回路の出力をイ
ンダクタンス12とトランジスタ13から成る昇圧チョッパ
回路が入っているため、コンデンサ19の電位の立ち上が
りには関係せず、そのため、抵抗18の抵抗値を大きくし
ても、出力電源の立ち上がりは第４図（Ｃ）の破線で示
すように速くなる。

このようにして、定常状態時は平滑コンデンサ15の出力
電圧V₂をV₂>V₁になる様設定する。交流電源の瞬時停電
時、トランジスタ13が停止し、しだいにV₂の電位は低下
する。そしてV₂>V₁になるとはじめてコンデンサ19より
エネルギを放出する。従って、電源投入時にのみ大きい
抵抗値の抵抗18を通すことによって、突入電流を小さく
して定常状態時コンデンサ19よりエネルギを放出しない
ため、コンデンサ19の長寿命化を図ると共に出力電圧の
立ち上がりを速くすることができる。また、定常時には
ダイオード17,20には電流が流れず、第３図で示したよ
うにサイリスタ５等の非線形素子による電力の内部損失
を防止して効率が良くなる。

以上本考案の一実施例を詳述したが本考案の要旨の範囲
内で適宜変形可能である。例えば整流回路は全波整流の
他に半波整流等を用いても良い。また、制御回路16はト
ランジスタ13のオンまたはオフの期間をほぼ一定に保
ち、その周期を増減してデューティーを変化される周波
数制御を用いてトランジスタ13を制御しても良い。さら
に、スイッチング素子はトランジスタの他にFET等も使
用できる。

［考案の効果］ 以上詳述したように本考案によれば、直流または交流電
圧を整流する整流回路の出力端に第１のダイオードと抵
抗と出力保持用コンデンサとからなる直列回路と、イン
ダクタンスとスイッチング素子とを直列接続した昇圧チ
ョッパ回路とを並列に接続し、出力電圧ラインである前
記インダクタンスと前記スイッチング素子との接続点に
前記インダクタンスに蓄えられたエネルギーを充電する
平滑コンデンサを接続するととともに、前記平滑コンデ
ンサの電圧よりも前記出力保持用コンデンサの電圧が高
くなったときに導通する第２のダイオードを前記抵抗と
前記出力保持用コンデンサの接続点と前記出力電圧ライ
ン間に接続したことにより、突入電流を小さくすると共
に、出力電圧の立ち上がりを速くし、かつ出力保持用コ
ンデンサの長寿命化を図ることのできる直流電源装置の
平滑回路を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す回路図、第２図（Ａ）
は平滑出力波形図、同図（Ｂ）はパルス幅信号波形図、
第３図は従来装置の回路図、第４図（Ａ）（Ｂ）は突入
電流の時間経過を示すグラフ、同図（Ｃ）は出力電圧の
立ち上がりを示すグラフ、第５図は他の従来例を示す回
路図である。 １……交流電源 ２……整流回路 12……インダクタンス 13……トランジスタ（スイッチング素子） 15……平滑コンデンサ 17……ダイオード（第１のダイオード） 18……抵抗 19……コンデンサ（出力保持用コンデンサ） 20……ダイオード（第２のダイオード）

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】直流または交流電圧を整流する整流回路の
   出力端に第１のダイオードと抵抗と出力保持用コンデン
   サとからなる直列回路と、インダクタンスとスイッチン
   グ素子とを直列接続した昇圧チョッパ回路とを並列に接
   続し、出力電圧ラインである前記インダクタンスと前記
   スイッチング素子との接続点に前記インダクタンスに蓄
   えられたエネルギーを充電する平滑コンデンサを接続す
   るととともに、前記平滑コンデンサの電圧よりも前記出
   力保持用コンデンサの電圧が高くなったときに導通する
   第２のダイオードを前記抵抗と前記出力保持用コンデン
   サの接続点と前記出力電圧ライン間に接続したことを特
   徴とする直流電源装置の平滑回路。