JPH0951679A

JPH0951679A - 整流回路

Info

Publication number: JPH0951679A
Application number: JP20070595A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Sugimoto; 哲也杉本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1995-08-07
Filing date: 1995-08-07
Publication date: 1997-02-18

Abstract

(57)【要約】【課題】突入電流防止抑制用抵抗と放電抵抗を単一の
抵抗にて実現する。【解決手段】ダイオードＤ１〜Ｄ４から構成される単
層全波整流ブリッジに、さらにサイリスタＱ１を含むソ
ース側アームとサイリスタＱ２を含むシンク側アームを
設ける。ダイオードＤ１と並列にトランジスタＱ３を、
サイリスタＱ２と並列にＱ４を設け、ダイオードＤ１及
びＤ２の接続点とサイリスタＱ１及びＱ２の接続点との
間に抵抗Ｒを設ける。交流電源１０の出力を用いて容量
性負荷Ｃを立ち上げる際には、サイリスタＱ１及びＱ２
並びにトランジスタＱ３及びＱ４をオフさせることによ
り、抵抗Ｒを充電経路に挿入する。容量性負荷Ｃを立ち
下げる際にはトランジスタＱ３及びＱ４をオンさせるこ
とにより容量性負荷Ｃの放電経路に抵抗Ｒを挿入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流電源の出力を
整流した上で容量性負荷に供給する整流回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】容量性負荷（例えばコンデンサ）の充電
経路に突入電流防止抑制用抵抗を挿入する技術や、この
容量性負荷の放電経路に放電抵抗を挿入する技術は、例
えば電気自動車に搭載されるバッテリをモータ側（例え
ば電力変換器入力段）のコンデンサに接続する回路にお
いて、用いられている。他方、交流電源の出力を全波整
流し容量性負荷に供給する整流回路も広く知られてい
る。この整流回路に上述の突入電流防止抑制用抵抗及び
放電抵抗を組み合わせた場合、図９に示される回路が得
られる。この図の回路では、交流電源１０Ａの出力が、
ブリッジ接続されたダイオードＤ１１〜Ｄ１４を有する
整流回路１４Ａにて全波整流された上で、コンデンサＣ
に供給されている。コンデンサＣに充電する際には、コ
ントローラ１２ＡによりまずスイッチＳＷ１２がオンさ
れた上でスイッチＳＷ１１がオンされ、その後所定時間
の経過後にスイッチＳＷ１３がオンされる。逆に、コン
デンサＣから放電する際には、コントローラ１２Ａによ
りスイッチＳＷ１２及びＳＷ１３がオフされる。このよ
うな制御を実行することにより、充電時には抵抗Ｒ１１
により電流値が制限され（突入電流の防止又は抑制）、
放電時には抵抗Ｒ１２が放電抵抗として使用される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような構成には、
別体配置された少なくとも２個の抵抗（突入電流防止抑
制用抵抗及び放電抵抗）が必要であり、従って部品コス
トが高く回路寸法が大きいという問題点があった。本発
明は、このような問題点を解決することを課題としてな
されたものであり、順方向導通スイッチ素子や開閉素子
を利用して整流回路の構成を改良することにより、突入
電流防止抑制用抵抗と放電抵抗の兼用化を達成し、以て
部品コストの低減及び回路寸法の縮小を達成することを
目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明に係る整流回路は、それぞれ順方向の
み実質的に導通する複数対の順方向導通素子、それぞれ
オフしているときには実質的に遮断状態となりオンして
いるときに順方向のみ実質的に導通する少なくとも１対
の順方向導通スイッチ素子、交流電源と容量性負荷の間
に介在する抵抗、及びオンしているときに実質的に短絡
状態となりオフしているときに実質的に開放状態となる
少なくとも１対の開閉素子を備え、上記順方向導通スイ
ッチ素子及び上記開閉素子が共にオフしているときには
上記順方向導通素子を含む第１の全波整流ブリッジが抵
抗を介し交流電源に接続され、上記順方向導通スイッチ
素子がオンし上記開閉素子がオフしているときには上記
順方向導通スイッチ素子を含む第２の全波整流ブリッジ
が抵抗を介さずに交流電源に接続され、上記開閉素子が
オンしているときには上記容量性負荷の両端が上記抵抗
にて短絡されるよう、順方向導通素子、順方向導通スイ
ッチ素子、抵抗及び開閉素子を接続したことを特徴とす
る。

【０００５】このように、本発明においては、順方向導
通スイッチ素子及び開閉素子を共にオフさせた場合、交
流電源の出力電流は抵抗にて制限された上で第１の全波
整流ブリッジにより整流される。また、順方向導通スイ
ッチ素子をオンさせ開閉素子をオフさせた場合、交流電
源の出力電流は抵抗による制限を受けないまま第２の全
波整流ブリッジにより整流される。さらに、開閉素子を
オンさせた場合、容量性負荷の両端が抵抗にて短絡され
る。従って、容量性負荷に交流電源を接続しようとする
場合には、例えばまず順方向導通スイッチ素子及び開閉
素子を共にオフさせた後所定時間経過後に順方向導通ス
イッチ素子をオンさせることにより、容量性負荷の充電
に伴う突入電流を防止又は抑制できる。また、容量性負
荷を交流電源から切り離そうとする場合には、開閉素子
をオンさせることにより、容量性負荷を放電させること
ができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
関し図面に基づき説明する。

【０００７】図１には、本発明の第１実施形態に係る回
路の構成が示されている。この図に示される回路は、コ
ントローラ１２の制御の下、単相の交流電源１０の出力
を全波整流し容量性負荷Ｃに供給する整流回路１４であ
る。整流回路１４は、順方向導通素子たる４個のダイオ
ードＤ１〜Ｄ４から構成される第１の全波整流ブリッジ
と、ダイオードＤ３及びＤ４並びにサイリスタＱ１及び
Ｑ２から構成される第２の全波整流ブリッジとを内蔵し
ている。順方向導通スイッチ素子たるサイリスタＱ１及
びＱ２は、コントローラ１２からの制御信号に応じてオ
ン／オフする。また、ダイオードＤ１及びＤ２の接続点
と、サイリスタＱ１及びＱ２の接続点との間には、抵抗
Ｒが配設されている。従って、第１の全波整流ブリッジ
はこの抵抗Ｒを介し交流電源１０に接続されているが、
第２の全波整流ブリッジはこの抵抗Ｒを介さずに交流電
源１０と接続されている。加えて、ダイオードＤ１及び
サイリスタＱ２それぞれと並列に開閉素子たるトランジ
スタＱ３及びＱ４が配設されており、これらのトランジ
スタＱ３及びＱ４はコントローラ１２からの制御信号に
応じてオン／オフする。なお、図中ＳＷ１で表されてい
るリレーは交流電源１０と整流回路１４との接続を開閉
する手段である。

【０００８】この実施形態における抵抗Ｒは、容量性負
荷Ｃを立ち上げる際の突入電流を防止及び抑制する抵抗
としても、また、容量性負荷Ｃを立ち下げる際の放電抵
抗としても、使用される。図２及び図３には、コントロ
ーラ１２により容量性負荷Ｃの立ち上げ又は立ち下げの
際に実行される制御手順が示されている。

【０００９】まず容量性負荷Ｃを立ち上げる際には、コ
ントローラ１２は、サイリスタＱ１及びＱ２並びにトラ
ンジスタＱ３及びＱ４をいずれもオフさせた上で（１０
０）、リレーＳＷ１をオンさせる（１０２）。ステップ
１００を実行することにより、整流回路１４は、ダイオ
ードＤ１〜Ｄ４から構成される第１の全波整流ブリッジ
を抵抗Ｒを介し交流電源１０側に接続した構成と等価と
なる。また、ステップ１０２を実行することにより、交
流電源１０と整流回路１４とが実際に接続される。従っ
て、ステップ１００及び１０２実行直後においては、抵
抗Ｒにより電流制限された交流電源１０の出力により
（厳密にはこれを全波整流した電流により）、容量性負
荷Ｃへの充電が行われる。

【００１０】この状態で所定時間Ｔ、すなわち容量性負
荷Ｃが十分に充電されたと見なせる程度の時間が経過し
た時点で（１０４）、コントローラ１２は、サイリスタ
Ｑ１及びＱ２をオンさせる（１０６）。すると、サイリ
スタＱ１及びＱ２が実質的にダイオードとして機能する
こととなるから、抵抗Ｒを介し交流電源１０と接続され
ているＤ１及びＤ２には電流が流れなくなる。その結
果、サイリスタＱ１及びＱ２並びにダイオードＤ３及び
Ｄ４から構成される第２の全波整流ブリッジが形成さ
れ、この第２の全波整流ブリッジの整流出力により容量
性負荷Ｃが駆動され始める。

【００１１】また、容量性負荷Ｃを立ち下げる際には、
図３に示されるように、コントローラ１２によりまずリ
レーＳＷ１がオフされ（２００）、その後トランジスタ
Ｑ３及びＱ４がオンされる（２０２）。トランジスタＱ
３及びＱ４がオンすると、容量性負荷Ｃの両端が抵抗Ｒ
により短絡された状態となる。この時点では既にリレー
ＳＷ１がオフしており従って交流電源１０は整流回路１
４から切り離されているから、容量性負荷Ｃに蓄えられ
ている電荷はこの抵抗Ｒにより放電されることになる。

【００１２】従って、本実施形態においては、単一の抵
抗Ｒによって、容量性負荷Ｃを立ち上げる際の突入電流
防止抑制と、容量性負荷Ｃを立ち下げる際の放電とを、
共に実現することができる。これにより、回路の小型
化、安価化、高信頼化を実現することができる。さら
に、整流回路１４の内部においてはリレーのような機械
的接点が何等設けられていないから、この面でも信頼性
が高まる。

【００１３】図４には、本発明の第２実施形態に係る整
流回路１４の構成が示されている。この実施形態におい
ては、ダイオードＤ１及びＤ２の接続点とサイリスタＱ
１及びＱ２の接続点の間に抵抗Ｒ１が設けられており、
ダイオードＤ１のアノードとトランジスタＱ３のエミッ
タの間に抵抗Ｒ２が設けられている。抵抗Ｒ１は第１実
施形態における抵抗Ｒと同様突入電流防止抑制用抵抗兼
放電抵抗として機能する。抵抗Ｒ２は、容量性負荷Ｃの
放電の際放電抵抗の一部として使用される。このような
構成により、突入電流防止抑制用抵抗の値と放電抵抗の
値とを異なる値とすることができる。

【００１４】図５には、本発明の第３実施形態に係る整
流回路１４の構成が示されている。この実施形態におい
ては、ダイオードＤ１及びＤ２の接続点とサイリスタＱ
１及びＱ２の接続点との間に抵抗Ｒ３及びＲ４が直列接
続されている。抵抗Ｒ３及びＲ４の接続点はトランジス
タＱ３のエミッタに接続されている。従って、抵抗Ｒ３
は突入電流防止抑制用抵抗兼放電抵抗として機能し、抵
抗Ｒ４は突入電流防止抑制抵抗の一部として機能するこ
ととなるから、この実施形態においても、第２実施形態
と同様突入電流防止抑制用抵抗の値と放電抵抗の値とを
異なる値にすることができる。ただし、前述の第２実施
形態においては放電抵抗の方が大きな値となっていた
が、この実施形態においては突入電流防止抑制用抵抗の
方が大きな値となる。

【００１５】図６には、本発明の第４実施形態に係る整
流回路１４の構成が示されている。この実施形態におい
ては、６個のダイオードＤ１〜Ｄ６により第１の三相全
波整流ブリッジが構成されており、６個のサイリスタＱ
１、Ｑ２、Ｑ５、Ｑ６、Ｑ９及びＱ１０により第２の三
相全波整流ブリッジが構成されている。第１の三相全波
整流ブリッジと第２の三相全波整流ブリッジの間はそれ
ぞれ抵抗Ｒを介して接続されている。また、ダイオード
Ｄ１、Ｄ３及びＤ５にはそれぞれトランジスタＱ３、Ｑ
７又はＱ１１が並列接続されており、サイリスタＱ２、
Ｑ６及びＱ１０にはそれぞれトランジスタＱ４、Ｑ８又
はＱ１２が並列接続されている。

【００１６】従って、この実施形態においては、三相の
交流電源１０からリレーＳＷ１を介して供給される三相
交流電流を整流し、容量性負荷Ｃに供給することができ
る。また、その際に、各抵抗Ｒがいずれも突入電流防止
抑制用抵抗兼放電抵抗として使用されるから、前述の第
１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、こ
の実施形態に、第２実施形態や第３実施形態と同様の変
形を施すこともでき、さらにこの実施形態をさらに多く
の相を有する交流電源１０の出力の整流に適用すること
もできる。なお、コントローラ１２は、図２又は図３に
示される手順と同様の手順で、リレーＳＷ１の他各トラ
ンジスタ及び各サイリスタを制御する。

【００１７】なお、トランジスタ、ダイオード、サイリ
スタ以外の素子にて本発明を実施することもできる。

【００１８】

【実施例】次に、前述の各実施形態の用途に関し例を示
して説明する。

【００１９】まず、図７に示される例は、前述の各実施
例に係る整流回路１４を製造設備等を駆動するためのモ
ータ１８の駆動装置に適用した例である。この図におい
ては、整流回路１４の後段にインバータ１６が設けられ
ており、整流回路１４の出力はこのインバータ１６によ
り三相交流電力に変換され、三相交流モータであるモー
タ１８に供給されている。インバータ１６の前段、すな
わち整流回路１４側には、整流出力を平滑化する等のた
め用いられるコンデンサＣが設けられている。従って、
モータ１８の立上げ／立下げの時点では、コンデンサＣ
からモータ１８に至る回路を前述の容量性負荷とみなす
ことができる。コントローラ１２は、前述の手順にてリ
レーＳＷ１や整流回路１４を制御する他、インバータ１
６における電力変換動作をも制御している。このような
装置に本発明を適用することにより、製造設備等の運転
に際して前述の各実施形態に係る作用効果を得ることが
できる。

【００２０】図８には、本発明の各実施形態に係る整流
回路１４を電気自動車に搭載されるバッテリ２０の充電
に使用した例が示されている。この図の電気自動車にお
いては、バッテリ２０の放電出力がインバータ２２によ
り三相交流に変換され、三相交流モータである車両走行
用のモータ２４がインバータ２２の出力により駆動され
ている。また、インバータ２２から見てバッテリ２０側
には、インバータ２２への入力を平滑化する等の目的で
使用されるコンデンサＣや、バッテリ２０をインバータ
２２側と接続するためのリレーＳＷ２がそれぞれ設けら
れている。コンデンサＣ及びバッテリ２０は、前述の容
量性負荷として扱うことができる。さらに、整流回路１
４の入力端はコネクタ２６を介し車両外部の交流電源１
０と接続可能である。整流回路１４の入力端のうち正側
の端子はモータ２４の中性点Ｎ及びＵ，Ｖ，Ｗ各相巻線
を介しインバータ２２の正側入力端子に接続されてお
り、また、整流回路１４の負側出力端子はサイリスタＱ
２０を介しインバータ２２の負側入力端子に接続されて
いる。サイリスタＱ２０は、整流回路１４とバッテリ２
０の間の接続を開閉するための手段である。コントロー
ラ１２は、整流回路１４、サイリスタＱ２０、及びリレ
ーＳＷ２を制御する。

【００２１】従って、コネクタ２６が接続されている状
態でコントローラ１２がリレーＳＷ２及びサイリスタＱ
２０をオンさせ、かつインバータ２２のシンク側スイッ
チング素子（一般にはトランジスタ）を用いてチョッピ
ング（一般にはバッテリ２０の電圧の方が整流回路１４
の出力電圧より高いため昇圧チョッピング）を行わせる
ことにより、整流回路１４の出力にてバッテリ２０を充
電することができる。また、整流回路１４内には前述の
ように突入電流防止抑制抵抗兼放電抵抗として機能する
抵抗が配設されているから、この整流回路１４を含めた
電気自動車の構成がコンパクトになる。加えて、モータ
２４として永久磁石型同期モータを用いた場合であって
も、整流回路１４からの給電がこのモータ２４の中性点
Ｎを介しＵ，Ｖ，Ｗ各相巻線に対し直流にて行われてい
るから、整流回路１４の出力がモータ２４の各相巻線に
流れることによってこのモータ２４にトルクが付与され
ることはない。従って、モータ２４として永久磁石型同
期モータを使用する電気自動車に特開平６−１３３５６
４号の装置を適用した場合と異なり、モータ２４にトル
クが付与されることはない。なお、モータ２４にトルク
を付与しないという効果は、整流回路１４として図９に
示される整流回路１４Ａを用いた場合でも得ることがで
きる。また、バッテリ２０の出力によりモータ２４を駆
動する際には、サイリスタＱ２０をコントローラ１２に
よりオフさせる必要がある。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
順方向導通スイッチ素子及び開閉素子が共にオフしたと
き交流電源の出力電流が抵抗にて制限された上で第１の
全波整流ブリッジにより整流され、順方向導通スイッチ
素子がオンし開閉素子がオフしたとき交流電源の出力電
流が抵抗による制限を受けないまま第２の全波整流ブリ
ッジにより整流され、開閉素子がオンしたとき容量性負
荷の両端が抵抗にて短絡されるよう、各素子や抵抗を配
置したため、容量性負荷に交流電源を接続する際容量性
負荷の充電に伴う突入電流をこの抵抗にて防止又は抑制
でき、容量性負荷を交流電源から切り離す際この抵抗に
て容量性負荷を放電させることができる。従って、突入
電流防止抑制用抵抗と放電抵抗が兼用化されるため、部
品コストの低減及び回路寸法の縮小を達成可能となる。
また、回路部品の個数低減は、信頼性の向上にもつなが
る。

【００２３】

【補遺】本発明は、次のような構成として把握すること
もできる。

【００２４】（１）上記容量性負荷を上記交流電源に接
続する際にまず順方向導通スイッチ素子及び開閉素子を
共にオフさせその後容量性負荷の充電に足る時間が経過
した後に順方向導通スイッチ素子をオンさせるステップ
と、上記容量性負荷を上記交流電源から切り離す際に開
閉素子をオンさせるステップと、を有し、請求項１記載
の整流回路の動作を制御することを特徴とする整流制御
方法。この方法により、突入電流の抑制又は防止や容量
性負荷の放電を、突入電流防止抑制用抵抗と放電抵抗を
兼用しつつ、達成できる。特に、容量性負荷を交流電源
に接続する際にまず順方向導通スイッチ素子及び開閉素
子を共にオフさせた上で容量性負荷を交流電源に接続す
る制御や、容量性負荷を交流電源から切り離す際に容量
性負荷を交流電源から切り離した上で開閉素子をオンさ
せる制御を実行することにより、交流電源の出力の影響
を排除できる。

【００２５】（２）請求項１記載の整流回路と、上記容
量性負荷を上記交流電源に接続する際にまず順方向導通
スイッチ素子及び開閉素子を共にオフさせその後容量性
負荷の充電に足る時間が経過した後に順方向導通スイッ
チ素子をオンさせる手段と、上記容量性負荷を上記交流
電源から切り離す際に開閉素子をオンさせる手段と、を
備えることを特徴とする容量性負荷充放電制御回路。こ
のような回路を使用することにより、（１）と同様の作
用効果が得られる。

【００２６】（３）交流電源の出力を全波整流する整流
回路と、整流回路の出力を交流に変換しモータに供給す
るインバータと、インバータの前段に設けられ整流回路
からインバータへの入力を平滑するコンデンサと、を備
えるモータ駆動装置において、上記整流回路が請求項１
記載の整流回路であり、上記コンデンサが上記容量性負
荷であることを特徴とするモータ駆動装置。この構成に
よれば、製造設備その他において上述の作用効果を達成
可能な装置が得られる。

【００２７】（４）バッテリ、バッテリの放電出力を交
流に変換するインバータ及びインバータの交流出力にて
駆動されるモータを備える電気自動車において使用さ
れ、車両外部の交流電源の出力を全波整流する請求項１
記載の整流回路を備え、当該整流回路がモータ及びイン
バータを介し容量性負荷であるバッテリに接続されたこ
とを特徴とする電気自動車用充電装置。この構成によれ
ば、電気自動車において上述の作用効果を達成可能な装
置が得られる。特に、インバータから見てバッテリ側
に、バッテリからインバータへの入力を平滑するコンデ
ンサを設けた場合、容量性負荷であるコンデンサに関し
ても同様の作用効果が得られる。

【００２８】（５）バッテリ、バッテリの放電出力を交
流に変換するインバータ及びインバータの交流出力にて
駆動されるモータを備える電気自動車において使用さ
れ、車両外部の交流電源の出力を全波整流する整流回路
を備え、当該整流回路がモータの中性点及び巻線並びに
インバータを介しバッテリに接続されたことを特徴とす
る電気自動車用充電装置。例えば特開平６−１３３５６
４号に記載されている装置を、走行用モータとして永久
磁石型同期モータを使用する電気自動車に適用した場
合、バッテリ（及びインバータに付設されているコンデ
ンサ）の充電の際にモータにトルクが付与される可能性
があるが、本構成を同様の電気自動車に適用した場合、
モータに流れるのが直流電流でありかつモータの中性点
を介し給電しているからそのような可能性は生じない。
また、インバータを構成するトランジスタのうちシンク
側トランジスタをチョッピングに利用できるから、整流
回路の出力電圧とバッテリ電圧の不整合を克服できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る回路の構成を示
す回路図である。

【図２】容量性負荷を立ち上げる際のコントローラの
動作手順を示すフローチャートである。

【図３】容量性負荷を立ち下げる際のコントローラの
動作手順を示すフローチャートである。

【図４】本発明の第２実施形態に係る回路の構成を示
す回路図である。

【図５】本発明の第３実施形態に係る回路の構成を示
す回路図である。

【図６】本発明の第４実施形態に係る回路の構成を示
す回路図である。

【図７】本発明を製造と装置等において使用されるモ
ータの駆動に適用した例を示すブロック図である。

【図８】本発明を電気自動車に搭載されるバッテリの
充電に適用した例を示すブロック図である。

【図９】従来技術を示す回路図である。

【符号の説明】

１０交流電源、１２コントローラ、１４整流回
路、１６，２２インバータ、１８，２４モータ、２
０バッテリ、ＳＷ１，ＳＷ２リレー、Ｃ容量性負
荷又はコンデンサ、Ｄ１〜Ｄ６ダイオード、Ｑ１，Ｑ
２，Ｑ５，Ｑ６，Ｑ９，Ｑ１０，Ｑ２０サイリスタ、
Ｑ３，Ｑ４，Ｑ７Ｑ，Ｑ８，Ｑ１１，Ｑ１２トランジ
スタ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれ順方向のみ実質的に導通する複
数対の順方向導通素子、それぞれオフしているときには
実質的に遮断状態となりオンしているときに順方向のみ
実質的に導通する少なくとも１対の順方向導通スイッチ
素子、交流電源と容量性負荷の間に介在する抵抗、及び
オンしているときに実質的に短絡状態となりオフしてい
るときに実質的に開放状態となる少なくとも１対の開閉
素子を備え、上記順方向導通スイッチ素子及び上記開閉素子が共にオ
フしているときには上記順方向導通素子を含む第１の全
波整流ブリッジが抵抗を介し交流電源に接続され、上記
順方向導通スイッチ素子がオンし上記開閉素子がオフし
ているときには上記順方向導通スイッチ素子を含む第２
の全波整流ブリッジが抵抗を介さずに交流電源に接続さ
れ、上記開閉素子がオンしているときには上記容量性負
荷の両端が上記抵抗にて短絡されるよう、順方向導通素子、順方向導通スイッチ素子、抵抗及び開
閉素子を接続したことを特徴とする整流回路。