JPH1084674A - 交流−直流変換器 - Google Patents

交流−直流変換器

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JPH1084674A
JPH1084674A JP8257824A JP25782496A JPH1084674A JP H1084674 A JPH1084674 A JP H1084674A JP 8257824 A JP8257824 A JP 8257824A JP 25782496 A JP25782496 A JP 25782496A JP H1084674 A JPH1084674 A JP H1084674A
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JP
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diode
rectification
main
main switches
capacitor
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JP8257824A
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Inventor
Taketoshi Yoshikawa
武利 吉川
Koichi Morita
浩一 森田
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Sanken Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanken Electric Co Ltd
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    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E40/30Reactive power compensation

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  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スイッチング整流器を使用して力率改善する
形式のコンバータは、スイッチの電力損失のために効率
が低い。また、スイッチに並列接続されたコンデンサの
放電によってノイズが発生する。 【解決手段】 3相スイッチング整流器5の出力ライン
9、10間に補助リアクトルL1 を介して補助スイッチ
Q1 を接続する。この補助スイッチQ1 をスイッチング
整流器5の主スイッチQua〜Qwbのオン時点の直前から
直後までの所定時間にオンにする。補助リアクトルL1
の蓄積エネルギーは共振用コンデンサC1に移動する。
この共振用コンデンサC1 のエネルギーは平滑用コンデ
ンサC1 及び負荷R側に放出する。主スイッチQua〜Q
wbのZVSが達成される。また、コンデンサCua〜Cwb
の電荷は急激に放出されないので、ノイズが抑制され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は力率改善機能を有する交
流−直流変換器に関する。
【0002】
【従来の技術】交流電圧をダイオード整流回路で整流
し、これを平滑用コンデンサで平滑する整流平滑回路は
力率が悪いという欠点を有する。即ち、整流平滑回路で
は、正弦波交流電圧のピーク及びこの近傍のみで平滑用
コンデンサの充電電流が流れ、入力電流波形が正弦波と
ならず、且つ力率も悪い。この問題を解決するために図
1に示すような3相力率改善機能を有する交流−直流変
換器即ちコンバータが提案されている。図1のコンバー
タにおいては、3相交流電源1の第1、第2及び第3の
電源端子lu、1v、1wに接続されたU相ライン2、
V相ライン3、W相ライン4が第1、第2及び第3のリ
アクトル(チョークコイル)Lu 、Lv 、Lw を介して
3相スイッチング整流器5に接続されている。
【0003】3相スイッチング整流器5は、3相ブリッ
ジ接続された第1、第2、第3、第4、第5及び第6の
ダイオードDua、Dub、Dva、Dvb、Dwa、Dwbを有す
る。第1の整流入力端子としてのU相のダイオードDu
a、Dubの相互接続点6はU相ライン2に接続され、第
2の整流入力端子としてのV相のダイオードDva、Dvb
の相互接続点7はV相ライン3に接続され、第3の整流
入力端子としてのW相のダイオードDwa、Dwbの相互接
続点8はW相ライン4に接続され、上側の3つのダイオ
ードDua、Dva、Dwaのカソードの相互接続点は第1の
整流出力端子であって、第1の直流出力ライン9に接続
され、下側の3つのダイオードDub、Dvb、Dwbのアノ
ードの相互接続点は第2の整流出力端子であって、第2
の直流出力ライン10に接続されている。ダイオードD
ua、Dub、Dva、Dvb、Dwa、Dwbに対して並列にFE
Tから成る第1、第2、第3、第4、第5及び第6のス
イッチQua、Qub、Qva、Qvb、Qwa、Qwb及び第1、
第2、第3、第4、第5及び第6のコンデンサCua、C
ub、Cva、Cvb、Cwa、Cwbがそれぞれ接続されてい
る。第1及び第2の整流出力端子間即ち一対の直流出力
ライン9、10間には逆流阻止用ダイオードD1 を介し
て平滑用コンデンサC1 が接続され、この平滑用コンデ
ンサC1 に並列に負荷Rが接続されている。また、6個
のスイッチQua〜Qwbを制御するためのスイッチ制御回
路11が設けられている。このスイッチ制御回路11は
交流ライン2、3、4をリアクトルLu 、Lv 、Lw を
介して断続的に短絡するように6個のスイッチQua〜Q
wbを制御するものである。入力電流波形の改善、力率改
善、出力電圧制御を実行するために、第1、第2及び第
3の電流検出器(変流器)CTu 、CTv 、CTw が設
けられ、これ等がライン12、13、14で制御回路1
1に接続され、また、交流ライン2、3、4がライン1
5、16、17によって制御回路11に接続され、平滑
用コンデンサC1 の一端がライン18によって制御回路
11に接続されている。
【0004】次に、図1のコンバータの動作を説明す
る。なお、電流経路は素子の参照符号のみで示す。図1
のコンバータにおいて、第1〜第6のダイオードDua、
Dub、Dva、Dvb、Dwa、Dwbは3相ブリッジ接続され
ているので、3相全波整流回路としての機能を有する。
しかし、3相スイッチング整流器5においては、第1〜
第6のスイッチQua〜Qwbから選択された2つが同時に
オン制御されると、整流機能が停止し、第1〜第3のリ
アクトルLu 、Lv 、Lw の内の2つを含む短絡回路が
形成される。例えば、交流電源1から第1、第4及び第
6のダイオードDua、Dvb、Dwbをオンにする向きの電
圧が発生している期間に第3及び第5のスイッチQva、
Qwaをオンにすると、1−2−Lu −Dua−Qva−Lv
−3から成る閉回路及び1−2−Lu −Dua−Qwa−L
w −4から成る閉回路が形成される。これにより、平滑
用コンデンサC1 の充電電流に関係のない力率改善用電
流が流れる。スイッチQva、Qwaのオン時間幅を変える
と、力率改善用電流の値が変化するので、波形及び力率
を目標に近づけるように改善することが可能になる。
今、3相交流電圧の一部区間のみの動作を説明したが、
別の区間においても同様な動作が生じる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、第1〜第6
のスイッチQua〜Qwbは寄生容量を有している。また、
6個のダイオードDua〜Dwbのノイズを除去するため
に、これ等にそれぞれ並列にスナバー用コンデンサを接
続することがある。図1では寄生容量とスナバー用コン
デンサとを合せたものが第1〜第6のコンデンサCua〜
Cwbとして示されている。第1〜第6のコンデンサCua
〜Cwbはこれ等の並列に接続されているダイオードDua
〜Dwb及びスイッチQua〜Qwbがオフの時にはほぼ直流
出力電圧に充電されている。従って、前述したように例
えばスイッチQva、Qwaがオンになると、コンデンサC
va、Cwaの電荷がスイッチQva、Qwaを通って放出さ
れ、電力損失になる。また、スイッチQva、Qwaの電圧
が0Vになる前にリアクトルLu、Lv を通る閉回路の
電流がスイッチQva、Qwaに流れると、スイッチング損
失が生じる。また、コンデンサCva、Cwaの放電電流が
急激に流れると、これがノイズとなる。
【0006】そこで、本発明の目的は、スナバー用コン
デンサ又は寄生容量に起因した電力損失及びノイズの低
減を図ることができる交流−直流変換器を提供すること
にある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、交流電圧を供給するための第1及び第2の
電源端子と、第1及び第2の整流入力端子と、第1及び
第2の整流出力端子と、前記第1の整流入力端子と前記
第1の整流出力端子との間に接続された第1のダイオー
ドと、前記第1の整流入力端子と前記第2の整流出力端
子との間に接続された第2のダイオードと、前記第2の
整流入力端子と前記第1の整流出力端子との間に接続さ
れた第3のダイオードと、前記第2の整流入力端子と前
記第2の整流出力端子との間に接続された第4のダイオ
ードと、前記第1の電源端子と前記第1の整流入力端子
との間又は前記第1及び第2の整流出力端子よりも電源
側に接続された主リアクトルと、前記第1及び第3のダ
イオード又は第2及び第4のダイオードにそれぞれ並列
に接続された第1及び第2の主スイッチと、前記第1及
び第2の主スイッチにそれぞれ並列に接続された第1及
び第2のコンデンサ又は寄生容量と、前記第1及び第2
の電源端子における力率を改善するように前記第1及び
第2の主スイッチを前記交流電圧の周期よりも十分に短
い周期でオン・オフするための第1の制御回路と、前記
第1及び第2の整流出力端子間に逆流阻止用ダイオード
を介して接続された平滑用コンデンサと、前記第1及び
第2の整流出力端子間に前記主リアクトルよりもインダ
クタンス値の小さい補助リアクトルを介して接続された
補助スイッチと、その一端が前記補助リアクトルと前記
補助スイッチとの接続点に接続された共振回路形成用ダ
イオードと、前記第1の整流出力端子と前記共振回路形
成用ダイオードの他端との間に接続された共振用コンデ
ンサと、その一端が前記共振回路形成用ダイオードと前
記共振用コンデンサとの接続点に接続され、その他端が
前記逆流阻止用ダイオードと前記平滑用コンデンサとの
接続点に接続されたコンデンサ放電用ダイオードと、前
記第1及び第2の主スイッチのターンオン時点の直前か
ら直後までの所定時間に前記補助スイッチをオンに制御
する第2の制御回路とを備えていることを特徴とする交
流−直流変換器に係わるものである。なお、請求項2に
示すように全てのダイオードに並列にスイッチを接続す
ることが望ましい。また、請求項3に示すように、第1
〜第6のダイオードによって3相全波整流回路を形成
し、少なくとも第1、第3、及び第5のダイオード又は
少なくとも第2、第4及び第6のダイオードにそれぞれ
並列にスイッチを接続することができる。また、請求項
4に示すように第1〜第6のダイオードの全てにそれぞ
れ並列にスイッチを接続することができる。
【0008】
【発明の作用及び効果】各請求項の発明によれば、ダイ
オードに並列の主スイッチのオンの直前から直後の所定
時間だけ補助スイッチがオンになる。この結果、第1及
び第2の整流出力端子間が補助リアクトルを介して補助
スイッチで短絡され、この間の電圧が実質的に0Vにな
る。これにより、主スイッチに並列接続されているコン
デンサ又は寄生容量の蓄積エネルギーが放出され、これ
が補助リアクトルに移る。コンデンサ又は寄生容量の電
荷のほぼ全部が放出され、主スイッチの両端電圧が実質
的に0Vになった状態で主スイッチがオン制御される
と、コンデンサ又は寄生容量の放電による電力損失及び
ノイズが低減され、また波形又は力率改善のための電流
に基づく主スイッチのターンオン時のスイッチング損失
が低減される。また、補助リアクトルは補助スイッチQ
1 に流れる電流に遅れを与える。このため、補助スイッ
チQ1 のターンオン時に実質的にゼロ電流スイッチ(Z
CS)が達成され、補助スイッチのスイッチング損失が
小さくなる。また、補助リアクトルにはダイオードを介
して共振用コンデンサが接続されているので、補助リア
クトルの蓄積エネルギーは補助スイッチのオフ期間に共
振用コンデンサに移り、共振用コンデンサの電荷は平滑
用コンデンサ又は負荷に放出される。従って、補助リア
クトルを設けることによる電力損失は極めて小さい。ま
た、スイッチに並列接続されているコンデンサ又は寄生
容量の電荷は補助リアクトルを介してゆっくり放出され
るので、これに起因するノイズの問題はほとんど生じな
い。
【0009】
【第1の実施例】次に、図2〜図7を参照して本発明の
実施例に係わるAC−DCコンバータを説明する。但
し、図2において図1と実質的に同一の部分には同一の
符号を付してその説明を省略する。図2に示すコンバー
タは、図1のコンバータに補助リアクトルL1 、補助ス
イッチQ1 、共振用コンデンサC1 、共振回路形成用ダ
イオードD2 、及びコンデンサ放電用ダイオードD3 を
追加し、図1の制御回路11を制御回路11aに変形し
た他は図1と同一に形成されている。
【0010】補助リアクトルL1 と補助スイッチQ1 と
の直列回路は第1及び第2の直流出力ライン9、10間
に接続されている。補助スイッチQ1 は絶縁ゲート型電
界効果トランジスタ(FET)から成り、ダイオードD
q1を内蔵している。共振回路形成用ダイオードD2 のア
ノードは補助リアクトルL1 と補助スイッチQ1 との接
続点に接続されている。共振用コンデンサC2 は第1の
直流出力ライン9とダイオードD2 のカソードとの間に
接続されている。コンデンサ放電用ダイオードD3 のア
ノードは共振回路形成用ダイオードD2 と共振用コンデ
ンサC2 との接続点に接続され、そのカソードは逆流阻
止用ダイオードD1 と平滑用コンデンサC1 との接続点
に接続されている。なお、スイッチング整流器5におけ
る第1〜第6のスイッチQua〜Qwbはソースがサブスト
レートに接続された絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
(FET)から成るので、ドレイン・ソース間に逆並列
にダイオードを内蔵している。従って、整流用の第1〜
第6のダイオードDua〜DwbをFETの内蔵ダイオード
とすることもできる。また、第1〜第6のスイッチQua
〜Qwbはドレイン・ソース間に寄生容量(浮遊容量又は
ストレーキャパシタンス)を有する。従って、第1〜第
6のコンデンサCua〜CwbをスイッチQua〜Qwbの寄生
容量とすることができる。
【0011】図3は図2の制御回路11aを詳しく示す
ブロック図であり、図4は図2の各部の状態を示す波形
図であり、図5は入力電流波形を原理的に示す図であ
り、図6は主スイッチQva、Qwaと補助スイッチQ1 の
オン期間を示すものであり、図7は図1の各部の状態を
詳しく示す波形図である。
【0012】図3の制御回路11aは、図4に示す6個
の主スイッチQua、Qub、Qva、Qvb、Qwa、Qwbをオ
ン・オフ制御する信号を形成すると共に、補助スイッチ
Q1をオン制御する信号を形成する。このため、制御回
路11aは、U相信号形成回路21、V相信号形成回路
22、W相信号形成回路23、及び制御信号出力回路2
4から成る主スイッチQua〜Qwbのための第1の制御回
路部分と、補助スイッチQ1 のためのモノマルチバイブ
レータ(MMV)25から成る第2の制御回路部分とを
有する。
【0013】U相信号形成回路21は、電流検出ライン
12に接続された絶対値検出回路26と、電圧検出ライ
ン15に接続された絶対値検出回路27と、出力電圧検
出ライン18に接続された誤差増幅器28と、この誤差
増幅器28に基準電圧を与える基準電圧源29と、電圧
絶対値検出回路27と誤差増幅器28に接続され、これ
等の出力を乗算するように形成された乗算器29と、電
流絶対値検出回路26と乗算器29とに接続され、これ
等の出力の比較出力を発生するように形成された第1の
比較器30と、第1の比較器30に接続されたローパス
フィルタ31と、交流電源1の交流電圧の周波数よりも
十分に高い周波数即ち交流電圧の周期よりも十分に短い
周期で三角波を発生する三角波発生回路32と、ローパ
スフィルタ31と三角波発生回路32に接続された第2
の電圧比較器33とから成る。V相22及びW相回路2
3は、U相回路21の三角波発生回路32を共用してい
る他は、U相回路21と同一に構成されている。従っ
て、これ等の詳細は示されていない。
【0014】制御信号出力回路24は、U相回路21、
V相回路22、W相回路23に接続されており、図4に
示すようなタイミングで第1〜第6のスイッチQua〜Q
wbのオン・オフ制御信号(SW信号)を送出するもので
ある。なお、この実施例では、、第1〜第6のスイッチ
Qua〜Qwbのオン・オフ制御信号と補助スイッチQ1の
オン制御信号とのタイミングを調整する回路が制御信号
出力回路24に内蔵されている。
【0015】補助スイッチQ1 を制御する信号を形成す
るためのモノマルチバイブレータ25は、制御信号出力
回路24に接続されており、第1〜第6の主スイッチQ
ua〜Qwbのオン開始時点の直前でトリガされてオン開始
時点の直後までの所定時間を計測し、この所定時間幅の
パルスを補助スイッチQ1 のゲートに送るものである。
図6(A)(B)には第3及び第5の主スイッチQva、
Qwaの制御信号が示され、図6(C)には補助スイッチ
Q1 の制御信号が示されている。これから明らかなよう
に、主スイッチQva、Qwaのオン開始時点t1 よりも前
のt0 から補助スイッチQ1 はオンになり、t1 の直後
のt2 でオフになる。従って、図3のモノマルチバイブ
レータ25は図6(C)に示す補助スイッチQ1 のオン
期間t0〜t2 に相当する幅を有する制御パルスを出力
する。なお、図6(C)の補助スイッチQ1 のオン開始
時点t0 はU相回路21、V相回路22、W相回路23
から得られる図6(A)(B)で点線で示すような制御
パルスの前縁に基づいて決定される。第1〜第6の主ス
イッチQua〜Qwbのゲートには、U、V、W相回路2
1、22、23から得られる制御パルスをそのまま供給
しないで、図6(A)(B)の実線で示すようにその前
縁が図6(C)の補助スイッチQ1 の制御パルスの中に
位置するように遅延させて与える。
【0016】図4の基準相電圧Vu 、Vv 、Vw は、図
2の電源ライン2、3、4の線間電圧を相電圧に変換し
たものに相当する。第1〜第6の主スイッチQua〜Qwb
のオン・オフ(SW)動作期間は、図4の基準相電圧V
u 、Vv 、Vw に基づいて決定される。3相の各相電流
iu 、iv 、iw の間にはiu =iv +iw の関係があ
るので、第1〜第6の主スイッチQua〜Qwbの3相の全
てを制御しないで、2相分を制御すればよい。図4の第
1〜第6の主スイッチQua〜Qwbのオン・オフ(SW)
動作期間は同一時間に2相分のみ制御する場合を示す。
勿論、3相を同時に制御しても差し支えない。今、基準
相電圧Vu を基準にして主スイッチQua〜Qwbのオン・
オフ(SW)動作を説明すると、0〜60度の第1の期
間T1 では第2及び第6の主スイッチQub、Qwbをオン
・オフ動作させる。60〜120度の第2の期間T2 で
は第3及び第5の主スイッチQva、Qwaをオン・オフ動
作させる。また、120〜180度の第3の期間T3 で
は第2及び第4の主スイッチQub、Qvbをオン・オフ動
作させる。また、180〜240度の第4の期間T4 で
は第1及び第5の主スイッチQua、Qwaをオン・オフ動
作させる。また、240〜300度の第5の期間T5 で
は第4及び第6の主スイッチQvb、Qwbをオン・オフ動
作させる。300〜360度の期間T6 では第1及び第
3の主スイッチQua、Qvaをオン・オフ動作させる。な
お、3相スイッチング方式を採用する場合には、上記に
追加して第1の主スイッチQuaを第5の期間T5 でオン
・オフ動作、第2の主スイッチQubを第2の期間T2 で
オン・オフ動作、第3の主スイッチQvaを第1の期間T
1 でオン・オフ動作、第4の主スイッチQvbを第4の期
間T4 でオン・オフ動作、第5の主スイッチQwaを第3
の期間T3 でオン・オフ動作、第6の主スイッチQwbを
第6の期間T6 でオン・オフ動作させる。
【0017】図2のコンバータにおける力率改善動作は
図1のコンバータと同一であり、例えば図4の第2の期
間においては、第3及び第5の主スイッチQva、Qwaを
オン・オフする。これにより、主スイッチQva、Qwaの
オン期間には、図1と同様に1−2−Lu −Dua−Qva
−Lv −3の回路が形成され、また1−2−Lu −Dua
−Qwa−Lw −4の回路が形成され、平滑用コンデンサ
C1 の充電に無関係に電流が流れ、この電流の振幅は図
5に示すように正弦波電圧の振幅の変化に対応して変化
するので、交流入力電流波は正弦波に近似し、力率も改
善される。
【0018】図5の電流の振幅は、第1〜第6の主スイ
ッチQua〜Qwbのオン時間幅を図3の制御回路11aに
よって調整することによって達成される。今、U相制御
を例にとって説明すると、U相ライン2の電流の絶対値
を示す信号Aが図3の電流絶対値検出回路26から得ら
れる。一方、電圧検出ライン15から得られた電圧を電
圧絶対値検出回路27に入力させることによって、ここ
から基準正弦波信号Bが得られる。また、誤差増幅器2
8からは直流出力電圧を一定に制御するための誤差信号
が得られ、これが乗算器29で基準正弦波信号Bに乗算
され、信号Cになる。第1の比較器30は信号AとCと
の比較出力を発生し、これがローパスフィルタ31で平
滑されて第2の比較器33の入力となる。第2の比較器
33は三角波Dと平滑された直流電圧とを比較してパル
スEを出力する。パルスEは図6(A)(B)で点線で
示すものと同様なものであって、図6(C)に示す補助
スイッチQ1 の制御信号を形成するためにモノマルチバ
イブレータ25をトリガする。また、パルスEに図6の
t0 〜t1 に相当する遅延が制御信号出力回路24にお
いて与えられ、図6(A)(B)で実線で示すような制
御信号が得られる。これにより、入力電流波形は正弦波
に近似し、また直流出力電圧は一定値に制御される。
【0019】次に、図4の第2の期間T2 における第3
及び第5の主スイッチQva、Qwaのオン・オフ動作によ
る電力損失の低減効果及びノイズ抑制効果を図7を参照
して説明する。図7のt0 時点よりも前の第3及び第5
の主スイッチQva、Qwaのオフ期間に第3及び第5のコ
ンデンサCva、Cwaが平滑用コンデンサC1 の電圧とほ
ぼ同一の電圧になるように充電されている。t0 で図7
(I)に示すように補助スイッチQ1 のゲートにゲート
制御信号Vg1が印加されると、補助スイッチQ1 がオン
になり、1−2−Lu −Dua−L1 −Q1 −Dvb−Lv
−3の回路、及び1−2−Lu −Dua−L1 −Q1 −D
wb−Lw −4の回路が形成されて、補助スイッチQ1 に
図7(H)に示すように電流iQ1が流れ始める。この電
流iQ1は傾斜を有して増大するので、補助スイッチQ1
のターンオン時のゼロ電流スイッチ(ZCS)が達成さ
れる。補助リアクトルL1 の電流iL1が図7(L)に示
すように傾斜を有して増大し、図7のt1 時点で入力段
のリアクトルLu に流れる電流値と等しくなると、逆流
阻止用ダイオードD1 を通って流れる電流はゼロにな
り、これがオフになる。これにより、第3及び第5のコ
ンデンサCva、Cwaの放電が可能になり、Cva−L1 −
Q1 −Dvbの回路でコンデンサCvaが放電し、Cwa−L
1 −Q1 −Dwbの回路でコンデンサCwaが放電する。
【0020】コンデンサCva、Cwaが完全に放電し、こ
の電圧が図7のt2 時点で実質的に0Vになると、補助
リアクトルL1 の電流iL1はダイオードDva、Dwaを通
って流れる。これにより、コンデンサCva、Cwaの電圧
がほぼ0Vに維持される。第3及び第5の主スイッチQ
va、QwaはコンデンサCva、Cwaに並列接続されている
ので、これ等の電圧VQva 、VQwa は図7(A)、
(D)に示すようにt1 〜t2 期間に傾斜を有して低下
し、t2 時点でほぼ0Vになり、t2 以後においても0
Vに維持される。従って、t2 時点以後のt3 時点で第
3及び第5の主スイッチQva、Qwaのゲートに図7
(C)、(F)に示すようにゲート電圧Vgva 、Vgwa
を与えると、ターンオン時のZVS(ゼロ電圧スイッチ
ング)が達成される。また、t3 時点で第3及び第5の
主スイッチQva、Qwaをオンにしても、コンデンサCv
a、Cwaの電荷は放出済であるので、放電に基づく電流
が第3及び第5のスイッチQva、Qwaを通って流れな
い。t2 時点でコンデンサCva、Cwaが放電を終了して
からt4 時点で補助スイッチQ1 がオフになるまでの期
間には、補助リアクトルL1 のエネルギ−によってL1
−Q1 −Dvb−Dvaの回路及びL1 −Q1 −Dwb−Dwa
の回路で電流iL1が流れる。この電流は図7(B)、
(E)で電流iQva 、iQwa の逆方向電流として示され
ている。
【0021】t4 で補助スイッチQ1 がオフになると、
第3及び第5の主スイッチQva、Qwaに1−2−Lu −
Dua−Qva−Lv −3の回路で電流iQva が流れ、また
1−2−Lu −Dua−Qwa−Lw −4の回路で電流iQw
a が流れ、これ等が入力電流波形及び力率改善に寄与す
る。
【0022】また、t4 時点で補助スイッチQ1 がオフ
になると、共振回路形成用ダイオードD2 が導通し、L
1 −D2 −C2 の共振回路が形成され、共振用コンデン
サC2 に図7(K)に示すように充電電流ic2が流れ、
この電圧Vc2が図7(J)に示すように高くなる。
【0023】t5 時点で第5の主スイッチQwaをオフに
すると、第5のコンデンサCwaの充電が開始し、この電
圧が徐々に高くなり、第5の主スイッチQwaの電圧VQw
a も図7(D)に示すように徐々に高くなる。従って、
第5の主スイッチQwaのターンオフ時のZVSが達成さ
れる。
【0024】また、t5 時点で第5の主スイッチQwaが
オフになると、第1及び第2の直流出力ライン9、10
間に整流出力が得られる。この整流出力電圧と共振用コ
ンデンサC2 の電圧Vc2との和が平滑用コンデンサC1
の電圧よりも高いと、1−2−Lu −Dua−C2 −D3
−C1 及びR−Dvb−Lv −3の回路及び1−2−Lu
−Dva−C2 −D3 −C1 及びR−Dwb−Lw −4の回
路で共振用コンデンサC2 の放電が生じ、図7(K)に
示すようにコンデンサ電流Ic2が流れると共に、図7
(J)に示すよう共振用コンデンサC2 の電圧Vc2が低
下する。共振用コンデンサC2 による逆流阻止用ダイオ
ードD1 の逆バイアスが解除されると、このダイオード
D1 を通って平滑用コンデンサC1 及び負荷Rに電流が
流れる。図7のt6 時点で第3の主スイッチQvaがオフ
になると、これに並列接続されたコンデンサCvaが充電
され、図7(A)に示すように第3の主スイッチQvaの
電圧VQvが除々に高くなり、ZVSが達成される。t0
〜t7 期間の1周期が終了すると、同様な動作が繰返し
て生じる。以上、図4の第2の期間T2 を例にして図2
のコンバータの動作を説明したが、残りの第1及び第3
〜第6の期間T1 、T3 〜T4 においても、オン・オフ
する主スイッチが変るのみで、本質的な動作は第2の期
間T2 と同一である。
【0025】上述から明らかなように、本実施例のコン
バータは次の利点を有する。 (イ) スイッチング整流器5の第1〜第6の主スイッ
チQua〜Qwbのターンオン及びターンオフ時にZVSが
達成され、電力損失が低減する。 (ロ) 第1〜第6のコンデンサCua〜Cwbの電荷を平
滑用コンデンサC1 又は負荷Rに放出することができる
ので、電力損失が低減する。 (ハ) 第1〜第6のコンデンサCua〜Cwbの放電電流
が急激に流れないので、ノイズの発生が抑制される。 (ニ) 新たに設けた補助スイッチQ1 はターンオン時
にZCS(ゼロ電流スイッチ)、ターンオフ時にZVS
となるので、ここでの電力損失は少ない。
【0026】
【第2の実施例】図8に示す第2の実施例のコンバータ
は、図2のコンバータから第2、第4及び第6の主スイ
ッチQub、Qvb、Qwbと第2、第4及び第6のコンデン
サCub、Cvb、Cwbを省いた他は図2と同様に構成した
ものである。この場合には図4に示す第1〜第6の期間
T1 〜T6 の全部の入力電流の制御は不可能であるが、
一部の期間は制御可能であるので、第1の実施例と同様
な作用効果を得ることができる。
【0027】
【変形例】本発明は上述の実施例に限定されるものでな
く、例えば次の変形が可能なものである。 (1) 図2の電源1を単相電源とし、W相のダイオー
ドDwa、Dwb、主スイッチQwa、Qwb、コンデンサCw
a、Cwbを省いた構成にすることができる。また、この
単相電源において、更に、U相の主スイッチQub、コン
デンサCub、V相の主スイッチQvb、コンデンサCvbを
省いた構成にすることができる。単相の場合には、例え
ば正の半波の期間には第3の主スイッチQvaをオン・オ
フし、負の半波の期間には第1の主スイッチQuaをオン
・オフする。 (2) 図3では、制御信号出力回路24の信号に基づ
いてモノマルチバイブレータ25をトリガし、補助スイ
ッチQ1 の制御パルスを形成しているが、この代りに、
図6(C)及び図7(I)に示す補助スイッチQ1 の制
御信号を一定の周期で発生させ、これを基準にして図3
の三角波発生回路32から三角波を発生させ、第1〜第
6の主スイッチQua〜Qwbの制御信号を作ることができ
る。 (3) 主スイッチQua〜Qwb、及び補助スイッチQ1
をバイポーラトランジスタとすることができる。 (4) 第1〜第6のダイオードDua〜Dwbを主スイッ
チQua〜Qwbを構成するFETの内蔵ダイオードとする
ことができる。 (5)リアクトルLu 、Lv 、Lw を整流出力端子より
も電源側の任意の位置に移動することができる。即ち、
主スイッチQua〜Qubをオンにすることによって形成さ
れる閉回路中のどこかに主リアクトルLu 〜Lw が配置
されていればよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のコンバータを示す回路図である。
【図2】本発明の第1の実施例のコンバータを示す回路
図である。
【図3】図2の制御回路を示す回路図である。
【図4】図2の各相電圧と主スイッチのオン・オフ期間
との関係を示す図である。
【図5】図2の入力電流波形を主スイッチのオン・オフ
期間に関係づけて示す波形図である。
【図6】図2の第3及び第5の主スイッチ及び補助スイ
ッチの制御信号を示す図である。
【図7】図4の第2の期間における図2の各部の状態を
示す波形図である。
【図8】第2の実施例のコンバータを示す回路図であ
る。
【符号の説明】 1 電源 5 スイッチング整流器 L1 補助リアクトル Q1 補助スイッチ C2 共振用コンデンサ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電圧を供給するための第1及び第2
    の電源端子と、 第1及び第2の整流入力端子と、 第1及び第2の整流出力端子と、 前記第1の整流入力端子と前記第1の整流出力端子との
    間に接続された第1のダイオードと、 前記第1の整流入力端子と前記第2の整流出力端子との
    間に接続された第2のダイオードと、 前記第2の整流入力端子と前記第1の整流出力端子との
    間に接続された第3のダイオードと、 前記第2の整流入力端子と前記第2の整流出力端子との
    間に接続された第4のダイオードと、 前記第1の電源端子と前記第1の整流入力端子との間又
    は前記第1及び第2の整流出力端子よりも電源側に接続
    された主リアクトルと、 前記第1及び第3のダイオード又は第2及び第4のダイ
    オードにそれぞれ並列に接続された第1及び第2の主ス
    イッチと、 前記第1及び第2の主スイッチにそれぞれ並列に接続さ
    れた第1及び第2のコンデンサ又は寄生容量と、 前記第1及び第2の電源端子における力率を改善するよ
    うに前記第1及び第2の主スイッチを前記交流電圧の周
    期よりも十分に短い周期でオン・オフするための第1の
    制御回路と、 前記第1及び第2の整流出力端子間に逆流阻止用ダイオ
    ードを介して接続された平滑用コンデンサと、 前記第1及び第2の整流出力端子間に前記主リアクトル
    よりもインダクタンス値の小さい補助リアクトルを介し
    て接続された補助スイッチと、 その一端が前記補助リアクトルと前記補助スイッチとの
    接続点に接続された共振回路形成用ダイオードと、 前記第1の整流出力端子と前記共振回路形成用ダイオー
    ドの他端との間に接続された共振用コンデンサと、 その一端が前記共振回路形成用ダイオードと前記共振用
    コンデンサとの接続点に接続され、その他端が前記逆流
    阻止用ダイオードと前記平滑用コンデンサとの接続点に
    接続されたコンデンサ放電用ダイオードと、 前記第1及び第2の主スイッチのターンオン時点の直前
    から直後までの所定時間に前記補助スイッチをオンに制
    御する第2の制御回路とを備えていることを特徴とする
    交流−直流変換器。
  2. 【請求項2】 更に、 前記第1及び第2の主スイッチが並列に接続されなかっ
    た前記第2及び第4のダイオード又は前記第1及び第3
    のダイオードに対してそれぞれ並列に接続された第3及
    び第4の主スイッチと、 前記第3及び第4の主スイッチにそれぞれ並列に接続さ
    れた第3及び第4のコンデンサ又は寄生容量とを有し、
    且つ前記第1の制御回路は前記第3及び第4の主スイッ
    チを前記第1及び第2の主スイッチと同様にオン・オフ
    するように形成されており、 且つ前記第2の制御回路は、前記第1、第2、第3及び
    第4の主スイッチのターンオン時点の直前から直後まで
    の所定時間に前記補助スイッチをオン制御するように形
    成されていることを特徴とする請求項1記載の直流−交
    流変換器。
  3. 【請求項3】 3相交流電圧を供給するための第1、第
    2及び第3の電源端子と、 第1、第2及び第3の整流入力端子と、 第1及び第2の整流出力端子と、 前記第1の整流入力端子と前記第1の整流出力端子との
    間に接続された第1のダイオードと、 前記第1の整流入力端子と前記第2の整流出力端子との
    間に接続された第2のダイオードと、 前記第2の整流入力端子と前記第1の整流出力端子との
    間に接続された第3のダイオードと、 前記第2の整流入力端子と前記第2の整流出力端子との
    間に接続された第4のダイオードと、 前記第3の整流入力端子と前記第1の整流出力端子との
    間に整流された第5のダイオードと、 前記第3の整流入力端子と前記第2の整流出力端子との
    間に接続された第6のダイオードと、 前記第1、第2及び第3の電源端子と前記第1、第2及
    び第3の整流入力端子との間又は前記第1及び第2の整
    流出力端子よりも電源側に接続された第1、第2及び第
    3の主リアクトルと、 少なくとも前記第1、第3及び第5のダイオード又は少
    なくとも第2、第4及び第6のダイオードにそれぞれ並
    列に接続された第1、第2及び第3の主スイッチと、 前記第1、第2及び第3の主スイッチにそれぞれ並列に
    接続された第1、第2、及び第3のコンデンサ又は寄生
    容量と、 前記第1、第2及び第3の電源端子における力率を改善
    するように前記第1、第2及び第3の主スイッチを前記
    交流電圧の周期よりも十分に短い周期でオン・オフする
    ための第1の制御回路と、 前記第1及び第2の整流出力端子間に逆流阻止用ダイオ
    ードを介して接続された平滑用コンデンサと、 前記第1及び第2の整流出力端子間に前記主リアクトル
    よりもインダクタンス値の小さい補助リアクトルを介し
    て接続された補助スイッチと、 その一端が前記補助リアクトルと前記補助スイッチとの
    接続点に接続された共振回路形成用ダイオードと、 前記第1の整流出力端子と前記共振回路形成用ダイオー
    ドの他端との間に接続された共振用コンデンサと、 その一端が前記共振回路形成用ダイオードと前記共振用
    コンデンサとの接続点に接続され、その他端が前記逆流
    阻止用ダイオードと前記平滑用コンデンサとの接続点に
    接続されたコンデンサ放電用ダイオードと、 前記第1、第2及び第3の主スイッチのターンオン時点
    の直前から直後までの所定時間に前記補助スイッチをオ
    ンに制御する第2の制御回路とを備えていることを特徴
    とする交流−直流変換器。
  4. 【請求項4】 更に、前記第1、第2及び第3の主スイ
    ッチが並列に接続されなかった前記第2、第4及び第6
    のダイオード又は前記第1、第3及び第5のダイオード
    に対してそれぞれ並列に接続された第4、第5及び第6
    の主スイッチと、 前記第4、第5及び第6の主スイッチにそれぞれ並列に
    接続された第4、第5及び第6のコンデンサ又は寄生容
    量とを有し、且つ前記第1の制御回路は前記第4、第5
    及び第6の主スイッチを前記第1、第2及び第3の主ス
    イッチと同様にオン・オフするように形成されており、 且つ前記第2の制御回路は、前記第1、第2、第3、第
    4、第5及び第6の主スイッチのターンオン時点の直前
    から直後までの所定時間に前記補助スイッチをオン制御
    するように形成されていることを特徴とする請求項3記
    載の交流−直流変換器。
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