WO2011016517A1 - 電圧平滑回路 - Google Patents
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Definitions
- a voltage smoothing circuit is the voltage smoothing circuit according to any one of the second to fifth aspects, further comprising either a first auxiliary resistor or a second auxiliary resistor.
- the first auxiliary resistor is connected in parallel to the second energization restricting portion.
- the second auxiliary resistor is connected in parallel to the first smoothing capacitor and the second smoothing capacitor connected in series with each other.
- the current flowing through the second energization restricting portion in the circuit configuration in which the first auxiliary resistor and the second auxiliary resistor are not provided is the first auxiliary resistor or the second auxiliary resistor, It will branch and flow to the energization regulation part.
- the voltage smoothing circuit according to an eleventh aspect of the present invention is the voltage smoothing circuit according to the tenth aspect, wherein the first predetermined voltage and the second predetermined voltage are equal to or lower than the rated voltages of the first smoothing capacitor and the second smoothing capacitor.
- a voltage larger than the values of the first predetermined voltage and the second predetermined voltage, which are Zener voltages, is applied to the first and second smoothing capacitors.
- the voltage smoothing circuit according to a fifteenth aspect of the present invention is the voltage smoothing circuit according to the fourteenth aspect, wherein the first predetermined voltage and the second predetermined voltage are not more than the rated voltages of the first smoothing capacitor and the second smoothing capacitor. As a result, a voltage larger than the values of the first predetermined voltage and the second predetermined voltage, which are Zener voltages, is applied to the first and second smoothing capacitors.
- the circuit diagram of the voltage smoothing circuit which concerns on the modification (a) of 6th Embodiment.
- the current detection unit 16 detects the motor current that has flowed to the compressor motor 52.
- the current detection unit 16 calculates the motor current mainly based on the shunt resistor connected in series between the voltage smoothing circuit 14 and the inverter unit 15 and on the GND wiring L2, and the voltage across the shunt resistor. It is composed of a microcomputer (not shown).
- the voltage smoothing circuit 14 is applied with the voltage from the commercial power supply 51 having a waveform close to the DC voltage by the power supply unit 13 through the power supply line L1, so that the power supply unit 13 is represented as “DC power supply”. 2 to 4, the value of the DC voltage output from the power supply unit 13 is represented as “Vdc”.
- Vdc for example, assuming that the AC voltage output from the commercial power supply 51 is within a range having an upper limit of about 470V ⁇ 10% and a lower limit of about 380V-10%, the range is about 731V to about 483V. The voltage can be within.
- the voltage V1 across the first smoothing capacitor C1 is increased by the increase in the voltage Vdc from the power supply unit 13 while the voltage V2 across the second smoothing capacitor C2 is clipped to the Zener voltage Vr4 (V2 ⁇ Vr4).
- V2 ⁇ Vr4 Zener voltage
- the value of the balance resistor R3 is determined so as to satisfy the above-described condition, and therefore, it is possible to prevent a voltage higher than the rated voltage Vrt1 from being applied to the first smoothing capacitor C1. it can.
- the balance resistor R3 can significantly reduce the applied voltage as compared with the value of the balance resistor in the conventional method, so that the loss can be reduced and the size can be relatively small like the chip resistor. Can be used.
- the balance resistance is a relatively large value, for example, “3 series of 5.6 k ⁇ (10 W)”. .
- the auxiliary resistor R5 can also function as a discharge circuit for the first smoothing capacitor C1 and the second smoothing capacitor C2 when the motor driving device 1 is powered off. Therefore, it is not necessary to separately provide a discharge circuit for the first smoothing capacitor C1 and the second smoothing capacitor C2.
- Zener diode RZ4 does not operate means that a voltage equal to or higher than the rated voltage Vrt2 is not applied to the second smoothing capacitor C2, and there is no problem with the second smoothing capacitor C2.
- the possibility that the voltage V1 across the first smoothing capacitor C1 is equal to or higher than the rated voltage Vrt1 cannot be denied.
- the balance resistor R13 is determined so as to satisfy the relative conditions of the both-ends voltage V11 of the first smoothing capacitor C11 and the both-ends voltage V12 of the second smoothing capacitor C12. This will be specifically described below.
- the Zener diode RZ14 does not operate, the voltage V11 and V12 across the smoothing capacitors C11 and C12 are respectively converted from the voltage Vdc supplied from the power supply unit 13 to the balance resistor R13 and the first resistor due to the circuit configuration of the voltage smoothing circuit 114.
- the signs are used as they are as the resistance values of the resistors R11a, R12a, and R13. Even in this case, the Zener voltage Vr14 of the Zener diode RZ14 is determined to be smaller than the rated voltage Vrt12 of the second smoothing capacitor C12. Therefore, the voltage V12 across the second smoothing capacitor C12 to which the Zener diode RZ14 is connected in parallel is protected by the Zener diode RZ14.
- R13 (max) indicates the maximum resistance value of the balance resistor R13.
- R11a (max) indicates the maximum value of the resistance value of the internal resistance R11a of the first smoothing capacitor C11.
- R12a (min) indicates the minimum value of the resistance value of the internal resistance R12a of the second smoothing capacitor C12.
- the minimum value is used for the internal resistance R12a of the second smoothing capacitor C12
- the maximum value is used for the internal resistance R11a and the balance resistance R13 of the first smoothing capacitor C11. This is because the resistance value of the balance resistor R13 satisfies the strictest condition in view of being proportional to the resistance value.
- the voltage V11 across the first smoothing capacitor C11 is equal to or lower than the voltage V12 across the second smoothing capacitor C12 and the Zener voltage Vr14, and the voltage V12 across the second smoothing capacitor C12 is equal to the rated voltage Vrt12 of the second smoothing capacitor C12.
- the resistance value of the balance resistor R13 is determined so as to be as follows. Thus, even if the voltage V12 across the second smoothing capacitor C12 does not exceed the Zener voltage Vr14 and the Zener diode RZ14 does not operate, the voltage V11 across the first smoothing capacitor C11 is always equal to the voltage V12 across the second smoothing capacitor C12. Is almost the same as or lower than that. Therefore, the voltage V11 across the first smoothing capacitor C11 does not exceed the rated voltage Vrt11 of the first smoothing capacitor C11 made of the same capacitor as the second smoothing capacitor C12.
- the resistance value of the balance resistor R13 may not be determined by the determination method of the present embodiment. In this case, the resistance value of the balance resistor R13 may be determined by the determination method of the first embodiment.
- FIG. 9 is a circuit diagram of the voltage smoothing circuit 214 according to this embodiment. Since the components other than the components constituting the voltage smoothing circuit 214 are the same as those in the first embodiment, the components other than the components of the voltage smoothing circuit 214 (specifically, the power supply unit 13) include the first embodiment. The same code
- the voltage smoothing circuit 214 includes another balance resistor in addition to the configurations of the voltage smoothing circuits 14 and 114 according to the first and second embodiments.
- the voltage smoothing circuit 214 includes a first smoothing capacitor C21, a second smoothing capacitor C22, a first balance resistor R23, a Zener diode RZ24 (corresponding to a second energization regulating unit), and a second balance resistor R24.
- the first smoothing capacitor C ⁇ b> 21 and the second smoothing capacitor C ⁇ b> 22 are connected in series to each other and are connected in parallel to the power supply unit 13.
- the first smoothing capacitor C21 and the second smoothing capacitor C22 are composed of capacitance components C21a and C22a and internal resistors R21a and R22a, respectively.
- the first balance resistor R23 is connected on a current path I23 parallel to the first smoothing capacitor C21.
- the first balance resistor R23 can be determined to be “571 k ⁇ ” and the second balance resistor R24 can be determined to be “81.6 k ⁇ ”.
- the resistance values of the balance resistors R23 and R24 according to the present embodiment are equal to or less than the internal resistors R21a and R22a, respectively.
- the current path I24 is larger than the current flowing through the internal resistance R22a.
- the current flowing through is larger.
- the voltage V22 across the second smoothing capacitor C22 is equal to the sum of the voltage across the clipped Zener diode RZ24 (ie, the Zener voltage Vr24) and the voltage VX across the second balance resistor R24. And the Zener voltage Vr24 (that is, the voltage VX) increases, the current flows toward the current path I24.
- the first balance resistor R23 is determined so that the voltages V21 and V22 at both ends are equal to or lower than the rated voltages Vrt21 and Vrt22 of the smoothing capacitors C21 and C22. V21 does not exceed the rated voltage Vrt21 of the first smoothing capacitor C21.
- the Zener diodes RZ4 and RZ14 are commercially available. From among the Zener diodes that are used, Zener diodes having the desired values of Zener voltages Vr4 and Vr14 are selected and used.
- the voltage smoothing circuit 214 can be applied to a device having a relatively large operating range of the voltage Vdc from the power supply unit 13. Applicable. Furthermore, by setting the Zener voltage Vr24 to an optimum value, it is possible to reduce the amount of heat generated by the components of the voltage smoothing circuit 214 other than the Zener diode RZ24 and to reduce power loss.
- the resistance values of the balance resistors R23 and R24 are such that the voltage V21 at both ends is lower than the rated voltage Vrt21 of the first smoothing capacitor C21 (V21 ⁇ Vrt21) and the voltage V22 at the both ends is the second smoothing. It is determined to be lower than the rated voltage Vrt22 of the capacitor C22 (V22 ⁇ Vrt22).
- the Zener voltage Vr24 is equal to or lower than the voltage V22 across the second smoothing capacitor C22. Therefore, even if the voltage V21 across the first smoothing capacitor C21 increases, the voltage V21 across the first smoothing capacitor C21 does not exceed the rated voltage Vrt21 of the first smoothing capacitor C21.
- auxiliary resistor R26 is in parallel with the Zener diode RZ24 and the second balance resistor R24.
- a connected voltage smoothing circuit 214 ′ is shown (both auxiliary resistors R25 and R26 correspond to first auxiliary resistors).
- the first smoothing capacitor C31 and the second smoothing capacitor C32 are composed of capacitance components C31a and C32a and internal resistors R31a and R32a, respectively.
- the first balance resistor R33 is connected on a current path I33 parallel to the first smoothing capacitor C31.
- the second balance resistor R34 and the Zener diode RZ34 are connected in series on the current path I34 parallel to the second smoothing capacitor C32.
- the Zener voltage Vr34 is determined to be equal to or lower than the rated voltage Vrt32 of the second smoothing capacitor C32, and the resistance value of the second balance resistor R34 is determined to be equal to or lower than the internal resistance R32a of the second smoothing capacitor C32. Just do it. This is because as long as the Zener diode RZ34 does not operate, a voltage equal to or higher than the rated voltage Vrt32 of the capacitor C32 is not applied to the second smoothing capacitor C32. Even if the Zener diode RZ34 operates, the voltage V32 across the second smoothing capacitor C32 does not exceed the rated voltage Vrt32 of the capacitor C32 due to the Zener diode RZ34.
- the voltage V31 across the first smoothing capacitor C31 is a voltage obtained by subtracting the voltage V32 across the second smoothing capacitor C32 from the voltage Vdc from the power supply unit 13, and in some cases, the rating of the first smoothing capacitor C31. There is no doubt that the voltage may be higher than the voltage Vrt31.
- the resistance value of the first balance resistor R33 is determined such that the voltage V31 across the first smoothing capacitor C31 is equal to or lower than the voltage V32 across the second smoothing capacitor C32 (V31 ⁇ V32).
- the voltage smoothing circuit 414 includes a first smoothing capacitor C41, a second smoothing capacitor C42, a first balance resistor R43, a second balance resistor R44, and a Zener diode RZ44 (corresponding to a second energization regulating unit).
- the first smoothing capacitor C41 and the second smoothing capacitor C42 are connected in series to each other and are connected in parallel to the power supply unit 13.
- the first smoothing capacitor C41 and the second smoothing capacitor C42 are composed of capacitance components C41a and C42a and internal resistors R41a and R42a, respectively.
- the first balance resistor R43 is connected on a current path I43 parallel to the first smoothing capacitor C41.
- the second balance resistor R44 and the Zener diode RZ44 are connected in series on a current path I44 parallel to the second smoothing capacitor C42.
- a voltage equal to or higher than a Zener voltage Vr44 (corresponding to a second predetermined voltage) lower than the rated voltage Vrt42 of the second smoothing capacitor C42 is applied to the Zener diode RZ44, current flows in one direction on the current path I44. The terminal voltage is maintained at the Zener voltage Vr44.
- the resistance values of the internal resistors R41a and R42a of the smoothing capacitors C41 and C42 are assumed to be the maximum value or the minimum value of the range due to the variation of the capacitors actually used.
- the internal resistances R41a and R42a can take a resistance value within a range of 400 k ⁇ to 1000 k ⁇ from the variation of each capacitor.
- an auxiliary resistor may be provided as in FIGS. (B) Also in the voltage smoothing circuit 414 according to the present embodiment, the position where the balance resistor and the Zener diode are provided may be opposite to the connection point s1, as in FIG. Further, an auxiliary resistor may be provided in parallel with the Zener diode, or an auxiliary resistor may be provided in parallel with the first and second smoothing capacitors connected in series with each other.
- a voltage smoothing circuit 514 provided with another Zener diode which is different from the first to first embodiments, will be described.
- the one direction is the reverse direction of the first Zener diode RZ53, that is, the direction from the cathode to the anode.
- the second Zener diode RZ54 is connected in series with the second balance resistor R54. More specifically, the anode of the second Zener diode RZ54 is connected to the GND wiring L2, and the cathode is connected to the second balance resistor R54.
- the second Zener diode RZ54 causes a current to flow in one direction through the second balance resistor R54 when a voltage equal to or higher than the second Zener voltage Vr54 (corresponding to the second predetermined voltage) is applied (see FIG. 20).
- the one direction is the reverse direction of the second Zener diode RZ54, that is, the direction from the cathode to the anode.
- the current path I54 can be energized, but the current path I53 cannot be energized. Therefore, a current flows through the internal resistor R51a of the first smoothing capacitor C51. That is, current is pulled from the first smoothing capacitor C51 side by the current path I54, and the current flowing through the internal resistor R51a flows to the current path I54 via the connection point s1.
- the greater the voltage V52 applied across the second smoothing capacitor C52 the greater the amount of current flowing through the current path I54 via the internal resistor R51a.
- the voltage V51 applied across the first smoothing capacitor C51 increases.
- the voltage smoothing circuit 514 depending on how to apply a voltage equal to or higher than the first Zener voltage Vr53 or equal to or higher than the second Zener voltage Vr54, a current is constantly applied to both the first and second balance resistors R53 and R54.
- a resistor for example, cement resistor
- a relatively small size for example, a chip resistor
- the first Zener voltage Vr53 and the second Zener voltage Vr54 are substantially the same as or lower than the rated voltages of the first smoothing capacitor C51 and the second smoothing capacitor C52. As a result, a voltage equal to or greater than the values of the first Zener voltage Vr53 and the second Zener voltage Vr54 is applied to the first and second smoothing capacitors C51 and C52.
- the first balance resistor R53 has a resistance value smaller than the value of the internal resistor R51a of the first smoothing capacitor C51.
- the third auxiliary resistor R531 and the fourth auxiliary resistor R532 can function as a discharge circuit for the first smoothing capacitor C51 and the second smoothing capacitor C52 when the motor drive device 1 is powered off. Therefore, it is not necessary to separately provide discharge circuits for the first smoothing capacitor C51 and the second smoothing capacitor C52. Since the voltage smoothing circuit 514 ′ has the same configuration as that of FIGS. 18 to 20 except for the third auxiliary resistor R531 and the fourth auxiliary resistor R532, the third auxiliary resistor R531 and the fourth auxiliary resistor R531 in FIG. Except for the four auxiliary resistor R532, the same reference numerals as in FIGS.
- the first balance resistor R63 is connected in parallel to the first smoothing capacitor C61, and the second balance resistor R64 is connected in parallel to the second smoothing capacitor C62.
- the first balance resistor R63 has a resistance value smaller than the value of the internal resistance R61a of the first smoothing capacitor C61, and the second balance resistor R64 has a resistance value smaller than the value of the internal resistance R62a of the second smoothing capacitor C62. have.
- the first Zener diode RZ63 is connected in series to the first balance resistor R63, and the second Zener diode RZ64 is connected in series to the second balance resistor R64.
- the resistance values of the balance resistors R63 and R64 are equal, the first and second Zener voltages Vr63 and Vr64 are both "240V”, and the voltage Vdc of the power supply unit 13 is 718V.
- various values included in the preconditions such as a Zener voltage value and an “X%” value indicating the operating range of both-end voltage in each smoothing capacitor, are included.
- the magnitude relationship between the first balance resistor and the internal resistance value of each smoothing capacitor changes.
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Abstract
Description
電源からの電圧を平滑する手法としては、例えば特許文献1(特開2003-88144号公報)に開示されているように、電源に対し並列に接続された平滑コンデンサを利用する手法が良く用いられている。具体的に、特許文献1に係る手法では、2つの平滑コンデンサが互いに直列に接続されると共に、電源に対し並列に接続されている。更に、平滑コンデンサの内部抵抗よりも抵抗値の小さいバランス抵抗が、各平滑コンデンサに並列に接続されている。バランス抵抗は、各平滑コンデンサに印加される電圧がコンデンサの定格電圧内となるように、各平滑コンデンサに印加される電圧のバランスを保つための抵抗である。
特に、平滑コンデンサの内部抵抗の値には個体差がある。そのため、例えば、容量値が2880μFである同じ種類の平滑コンデンサを2つ用いたとしても、各平滑コンデンサの内部抵抗は全く同じ値とはならず、420kΩ~1075kΩの範囲内でばらつく。すると、特許文献1の手法では、平滑コンデンサの内部抵抗のバラツキを鑑みても、比較的抵抗値の大きなバランス抵抗が必要となってしまう。
そこで、本発明の課題は、平滑コンデンサの内部抵抗にバラツキがあるとしても、簡易な構成で、平滑コンデンサの定格電圧以上の電圧が該コンデンサに印加されるのを防ぐことができる電圧平滑回路を提供することとする。また、本発明の課題は、簡易な構成で平滑コンデンサに印加される電圧のバランスを保つことができる電圧平滑回路を提供することとする。
第2通電規制部としては、例えばツェナーダイオードが挙げられる。第2通電規制部に所定電圧以上の電圧が印加されると、電源部から第1平滑コンデンサ及び第1バランス抵抗それぞれに電流が流れる。この電流は、その後、第2平滑コンデンサの内部抵抗上よりも、例えば該コンデンサの内部抵抗よりインピーダンスの低い電流経路(第2通電規制部)上を主に流れるようになる。従って、各平滑コンデンサの内部抵抗のバラツキに関係なく、簡単な構成にて第2平滑コンデンサの両端電圧を下げることができ、例えば第2平滑コンデンサに定格電圧以上の電圧が印加されるのを防ぐことができる。
この電圧平滑回路では、第2通電規制部に第2所定電圧以上の電圧が印加されていない状態においては、第2通電規制部は動作せず、第2平滑コンデンサ(具体的には、第2平滑コンデンサの内部抵抗)には、例えば電源部から第1平滑コンデンサ(具体的には、第1平滑コンデンサの内部抵抗)及び第1バランス抵抗それぞれに流れる電流が合流して流れる。第2通電規制部に第2所定電圧以上の電圧が印加されると、第2通電規制部は動作してその端子間電圧は第2所定電圧で維持されるようになり、第2通電規制部の非動作時に第2平滑コンデンサに流れていた電流は、第2平滑コンデンサと、該コンデンサに並列接続された第2通電規制部に分岐して流れる。そして、第2平滑コンデンサの両端電圧は、第2平滑コンデンサの定格電圧よりも低い第2所定電圧で維持(クリップ)されるようになる。従って、少なくとも第2平滑コンデンサの両端電圧が第2平滑コンデンサの定格電圧以上となることを防ぐことができる。
この電圧平滑回路によると、第2平滑コンデンサに並列かつ第2通電規制部に直列な第2バランス抵抗が電流経路上に備えられているため、第2通電規制部に第2所定電圧以上の電圧が印加される際には、第2バランス抵抗にも電流が流れることとなる。これにより、例えばツェナーダイオードで構成される第2通電規制部での電力損失が定格を越えてしまい、第2通電規制部付近の部品への発熱による悪影響を抑えることができる。
また、第2通電規制部が例えばツェナーダイオードで構成されているとすると、第2所定電圧が所望する値であるツェナーダイオードが必ずしも市販されているとは限らない。すると、第2所定電圧の値によっては、ツェナーダイオードと並列接続された第2平滑コンデンサに印加される電圧が低くなると共に第1平滑コンデンサに印加される電圧が高くなったり、逆に第2平滑コンデンサに印加される電圧が所望する値以上に高くなったりする場合が生じることがある。しかし、この電圧平滑回路によると、第2平滑コンデンサに印加される電圧の値は、回路構成上、第2バランス抵抗に印加される電圧とツェナーダイオードに印加される電圧との和に等しい。このため、第2バランス抵抗に印加される電圧を考慮しつつ第2所定電圧を設定することができ、その分ツェナーダイオードの選択幅が広がる。よって、第2所定電圧を自由に設定することができ、かつ第1及び第2平滑コンデンサに印加される電圧を調整することが可能となる。従って、例えば定格電圧の低い安価なコンデンサを第1及び第2平滑コンデンサ及び第2平滑コンデンサとして用いたとしても、電源部からの電圧の動作範囲が比較的大きい機器にもこの電圧平滑回路は適用可能である。更に、第2所定電圧を最適な値に設定することで、第2通電規制部以外の電圧平滑回路の構成部品の発熱量を小さくし、電力損失を低くすることも可能となる。
説明を簡単にするため、一例として、第2通電規制部がツェナーダイオードで構成されており、電流経路上には第2バランス抵抗が設けられておらず第2通電規制部のみが設けられている回路構成を例に採る。この回路構成において、第2平滑コンデンサの第2両端電圧は、第2通電規制部の端子間電圧に等しいため、第2通電規制部に第2所定電圧以上の電圧が印加されて電流経路上に電流が流れると、第2両端電圧は、クリップされた第2通電規制部の端子間電圧、即ち第2所定電圧となる。この状態で、電源部からの電圧が上昇すると、回路構成上、第1平滑コンデンサの第1両端電圧が上昇して第1平滑コンデンサの定格電圧を超えてしまう恐れがある。
しかし、この電圧平滑回路によると、第1バランス抵抗の抵抗値は、第2通電規制部が並列接続されていない第1平滑コンデンサの第1両端電圧が、第2通電規制部が並列接続された第2平滑コンデンサの第2両端電圧以下となるように決定される。そのため、第1平滑コンデンサの第1両端電圧は、常に第2通電規制部の第2所定電圧以下に抑えられることとなり、従って第1平滑コンデンサに定格電圧以上の電圧が印加される恐れを回避することができる。
この電圧平滑回路によると、第1補助抵抗や第2補助抵抗が設けられていない回路構成にて第2通電規制部を流れていた電流は、第1補助抵抗または第2補助抵抗と、第2通電規制部に分岐して流れることとなる。これにより、第2通電規制部に流れる電流量は小さくなるため、第2通電規制部の作動電圧や定格電力を低く設定でき、第2通電規制部としては、定格電流の比較的小さいものを用いることができる。従って、電圧平滑回路に係るコストの低減化(特に、第2通電規制部のコスト削減)を図ることができる。
この電圧平滑回路においては、第1通電規制部に第1所定電圧以上の電圧が印加された場合には、第1バランス抵抗に電流が流れ、この電流は、例えば第2バランス抵抗に流れることなく第2平滑コンデンサに流れる。第2通電規制部に第2所定電圧以上の電圧が印加された場合には、第2バランス抵抗に電流が流れることによって、例えば第1平滑コンデンサにも電流が流れる。第1平滑コンデンサに電流が流れた場合には、第1平滑コンデンサの両端の電圧が上がり、第2平滑コンデンサに電流が流れた場合には、第2平滑コンデンサの両端の電圧が上がるため、簡易な構成で、各平滑コンデンサに印加される電圧のバランスを保つことができる。
第1バランス抵抗を含む電流経路上を流れる電流は、第1通電規制部及び第3補助抵抗に分岐して流れ、第2バランス抵抗を含む電流経路上を流れる電流は、第2通電規制部及び第4補助抵抗に分岐して流れる。これにより、第1及び第2通電規制部それぞれに流れる電流量は小さくなるため、第1及び第2通電規制部の作動電圧や定格電力を低く設定でき、第1及び第2通電規制部としては、定格電流の比較的小さいものを用いることができる。従って、電圧平滑回路に係るコストの低減化(特に、第1及び第2通電規制部のコスト削減)を図ることができる。
この電圧平滑回路では、第1通電規制部に第1所定電圧以上の電圧が印加された場合には、第1バランス抵抗を流れた電流は、第2バランス抵抗に流れることなく第2平滑コンデンサに流れる。第2通電規制部に第2所定電圧以上の電圧が印加された場合には、第2バランス抵抗に電流が流れることによって第1平滑コンデンサにも電流が流れるが、第1バランス抵抗には電流が流れない。つまり、上記電圧平滑回路では、第1通電規制部及び第2通電規制部のいずれか一方にのみ第1所定電圧以上または第2所定電圧以上の電圧が印加されるため、第1及び第2バランス抵抗の両方に常時電流が流れることがない。そのため、第1及び第2バランス抵抗としては、寸法の比較的小さいものを利用することができると共に、第1及び第2バランス抵抗における発熱量を軽減することができる。従って、第1及び第2バランス抵抗が実装されているプリント基板を小さくすることができる。
例えば、電源部が出力する電圧の値が“718V”であるとした場合、各ツェナーダイオードのツェナー電圧である第1所定電圧及び第2所定電圧は、共に“360V”と決定される。これにより、第1ツェナーダイオード及び第2ツェナーダイオードのいずれか一方にのみ電流が流れるようになるため、簡易な構成で第1及び第2バランス抵抗における発熱量を軽減することができる。
これにより、第1及び第2平滑コンデンサには、ツェナー電圧である第1所定電圧及び第2所定電圧の値よりも大きい電圧が印加される。
この電圧平滑回路によると、第1通電規制部に第1所定電圧以上の電圧が印加されると共に、第2通電規制部にも第2所定電圧以上の電圧が印加されるため、第1通電規制部及び第2通電規制部の双方に電流が流れるようになる。
この電圧平滑回路によると、いずれか一方の通電規制部に所定電圧以上の電圧が印加され当該通電規制部が動作を開始することで、他方の通電規制部にも所定電圧以上の電圧が印加されて当該通電規制部も動作を開始するようになり、各平滑コンデンサに印加される電圧のバランスが保たれるようになる。
これにより、第1及び第2平滑コンデンサには、ツェナー電圧である第1所定電圧及び第2所定電圧の値よりも大きい電圧が印加される。
これにより、第1平滑コンデンサ及び第2平滑コンデンサの各内部抵抗に流れる電流量よりも、第1バランス抵抗及び第2バランス抵抗に流れる電流量の方が多くなるため、第1平滑コンデンサ及び第2平滑コンデンサに流れる電流量を抑えることができる。従って、第1平滑コンデンサ及び第2平滑コンデンサに印加される電圧を低くすることができる。
本発明の第2観点に係る電圧平滑回路によると、少なくとも第2平滑コンデンサに定格電圧以上の電圧が印加されるのを防ぐことができる。
本発明の第3観点に係る電圧平滑回路によると、第2通電規制部での電力損失が定格を越えてしまい、第2通電規制部付近の部品への発熱による悪影響を抑えることができる。また、第2所定電圧を自由に設定することができ、かつ第1及び第2平滑コンデンサに印加される電圧を調整することが可能となる。従って、例えば定格電圧の低い安価なコンデンサを第1及び第2平滑コンデンサ及び第2平滑コンデンサとして用いたとしても、電源部からの電圧の動作範囲が比較的大きい機器にもこの電圧平滑回路は適用可能である。更に、第2所定電圧を最適な値に設定することで、第2通電規制部以外の電圧平滑回路の構成部品の発熱量を小さくし、電力損失を低くすることも可能となる。
本発明の第5観点に係る電圧平滑回路によると、第1平滑コンデンサの第1両端電圧は、常に第2通電規制部の第2所定電圧以下に抑えられることなるため、第1平滑コンデンサに定格電圧以上の電圧が印加される恐れを回避することができる。
本発明の第6観点に係る電圧平滑回路によると、電圧平滑回路に係るコストの低減化(特に、第2通電規制部のコスト削減)を図ることができる。
本発明の第7観点に係る電圧平滑回路によると、簡易な構成で、各平滑コンデンサに印加される電圧のバランスを保つことができる。
本発明の第9観点に係る電圧平滑回路によると、第1及び第2バランス抵抗の両方に常時電流が流れることがないため、第1及び第2バランス抵抗としては、寸法の比較的小さいものを利用することができると共に、第1及び第2バランス抵抗における発熱量を軽減することができる。従って、第1及び第2バランス抵抗が実装されているプリント基板を小さくすることができる。
本発明の第10観点に係る電圧平滑回路によると、簡易な構成で第1及び第2バランス抵抗における発熱量を軽減することができる。
本発明の第12観点に係る電圧平滑回路によると、第1通電規制部及び第2通電規制部の双方に電流が流れるようになる。
本発明の第13観点に係る電圧平滑回路によると、各平滑コンデンサに印加される電圧のバランスが保たれるようになる。
本発明の第14観点に係る電圧平滑回路によると、簡易な構成で第1及び第2バランス抵抗に流れる電流の値を従来よりも小さくすることができ、よって第1及び第2バランス抵抗における発熱量を軽減することができる。
本発明の第15観点に係る電圧平滑回路によると、第1及び第2平滑コンデンサには、ツェナー電圧である第1所定電圧及び第2所定電圧の値よりも大きい電圧が印加される。
<第1実施形態>
(1)概要
図1は、本実施形態に係る電圧平滑回路14を備えたモータ駆動装置1の構成図である。このモータ駆動装置1は、例えば空気調和装置の圧縮機の駆動源である圧縮機用モータ52の駆動用として利用される。圧縮機用モータ52の種類としては、例えば3相のブラシレスDCモータが挙げられる。
モータ駆動装置1は、主として、電源部13、電圧平滑回路14、インバータ部15、及び電流検出部16を備える。電源部13は、ダイオードブリッジ11及びリアクトル12を有しており、ダイオードブリッジ11、電圧平滑回路14、インバータ部15及び電流検出部16は、1つのプリント基板P1上に構成されている。リアクトル12は、プリント基板P1のインターフェースIF4,IF5を介してプリント基板P1に外付けされている。
インバータ部15は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタQ5a,Q5b,Q5c,Q5d,Q5e,Q5f(以下、単にトランジスタという)と、還流用のダイオードD5a,D5b,D5c,D5d,D5e,D5fとで構成されている。トランジスタQ5a及びQ5b、Q5c及びQ5d、Q5e及びQ5fは、電源配線L1とGND配線L2との間に直列に接続されている。トランジスタQ5a及びQ5b、Q5c及びQ5d、Q5e及びQ5fの間の各接続点NU,NV,NWは、プリント基板P1上のインターフェースIF6,If7,If8を介して圧縮機用モータ52に接続されている。ダイオードD5a~D5fは、各トランジスタQ5a~Q5fに逆電圧が印加された場合に導通するような特性を有しており、各トランジスタQ5a~Q5fに並列に接続されている。このような構成を有するインバータ部15は、マイクロコンピュータ(図示せず)から送られてくるゲート制御電圧に基づいてトランジスタQ5a~Q5fがオン及びオフすることで、圧縮機用モータ52を駆動するための駆動電圧を生成する。この駆動電圧により、圧縮機用モータ52は回転駆動する。
(2)電圧平滑回路の構成
次に、本実施形態に係る電圧平滑回路14の構成について、図2~4を用いて具体的に説明する。尚、図2~4では、図を簡単にするため、図1から電源部13及び電圧平滑回路14のみを抜き出して図示している。また、既に述べたように、電圧平滑回路14には、電源部13によって直流電圧に近い波形を有するようになった商用電源51からの電圧が電源配線L1を介して印加されるため、電源部13を“直流電源”として表している。図2~4では、電源部13から出力される直流電圧の値を、“Vdc”として表している。電圧Vdcとしては、例えば商用電源51から出力された交流電圧が約470V±10%を上限とし、約380V-10%を下限とする範囲内の電圧であるとすると、約731V~約483Vの範囲内の電圧であることができる。
(2-1)第1平滑コンデンサ及び第2平滑コンデンサ
第1平滑コンデンサC1及び第2平滑コンデンサC2は、互いに直列に接続されていると共に、電源部13に対して並列に接続されている。具体的には、電源配線L1には、第1平滑コンデンサC1の一端が接続され、GND配線L2には、第2平滑コンデンサC2の一端が接続されている。第1平滑コンデンサC1及び第2平滑コンデンサC2の各他端は、互いに接続されている。このような第1平滑コンデンサC1及び第2平滑コンデンサC2は、電源部13から出力された電圧を更に平滑化させる。
尚、第1平滑コンデンサC1及び第2平滑コンデンサC2は、同じ容量値であって、一例としては1920μCや2880μCが挙げられる。各平滑コンデンサC1,C2の容量値が例えば2880μCであるとすると、その内部抵抗R1a,R2aの抵抗値は、例えば1075kΩを上限とし、420kΩを下限とする範囲内の値が挙げられる。更に、第1平滑コンデンサC1及び第2平滑コンデンサC2としては、例えば電圧Vdcが“718V”であるとして、定格電圧Vrt1,Vrt2が例えば400V~450V程度のものが利用される。即ち、各平滑コンデンサC1,C2の定格電圧Vrt1,Vrt2は、電圧Vdcの値の約2分の1に対して約1.1倍~1.3倍程度の値であると言える。また、第1平滑コンデンサC1及び第2平滑コンデンサC2として用いられるコンデンサの種類としては、電解コンデンサやタンタルコンデンサ、セラミックコンデンサ等があるが、本実施形態では、第1平滑コンデンサC1及び第2平滑コンデンサC2として電解コンデンサを用いる。
バランス抵抗R3は、第1平滑コンデンサC1に対し並列な電流経路I3上に接続されている。具体的には、電流経路I3は、一端が電源配線L1、他端が第1平滑コンデンサC1及び第2平滑コンデンサC2の接続点s1に接続されており、バランス抵抗R3は、この電流経路I3上に直列接続されている。
このようなバランス抵抗R3は、第1平滑コンデンサC1の内部抵抗R1aの値よりも小さい抵抗値を有している。これは、第1平滑コンデンサC1に流れる電流量を抑えるためである。つまり、第1平滑コンデンサC1の内部抵抗R1aに流れる電流量よりも、バランス抵抗R3に流れる電流量の方が大きくなり、バランス抵抗R3の抵抗値を小さい値に決定する程第1平滑コンデンサC1に流れる電流量の制御性が向上するためである。
(2-3)ツェナーダイオード
ツェナーダイオードRZ4は、バランス抵抗R3が並列接続されていない第2平滑コンデンサC2に対し並列な電流経路I4上に接続されている。より具体的には、ツェナーダイオードRZ4のアノードはGND配線L2側に接続され、カソードは第1平滑コンデンサC1及び第2平滑コンデンサC2の接続点s1側に接続されており、これによって電流経路I4を形成している。
(3)バランス抵抗の抵抗値及びツェナー電圧の決定方法
まず、ツェナーダイオードRZ4にツェナー電圧Vr4以上の電圧が印加することでツェナーダイオードRZ4がオンし、電流経路I4上に一方向に電流が流れる場合を考える。この場合、上述したように、第2平滑コンデンサC2の両端電圧V2が一定電圧(ツェナー電圧Vr4)に保持されることとなる。
逆に、第2平滑コンデンサC2の両端電圧V2は、第1平滑コンデンサC1の内部抵抗R1a及びバランス抵抗R3が共に最大値、かつ第2平滑コンデンサC2の内部抵抗R2aが最小値である場合に、最小値を採ることとなる。第2平滑コンデンサC2の両端電圧V2が最小値を採る時には、第1平滑コンデンサC1の両端電圧V1は最大値を採ることとなる。そこで、ツェナー電圧Vr4及びバランス抵抗R3を決定するための2つ目の条件として、第1平滑コンデンサC1の両端電圧V1の最大値が第1平滑コンデンサC1の定格電圧Vrt1よりも低くなることが挙げられる(下式(3)参照)。
上式(2)(3)に基づき、かつバランス抵抗R3の抵抗値が第1平滑コンデンサC1の内部抵抗R1aよりも小さくなるようにして、ツェナー電圧Vr4及びバランス抵抗R3の抵抗値を決定する。尚、各平滑コンデンサC1,C2の内部抵抗R1a,R2a及び定格電圧Vrt1,Vrt2は、コンデンサに特有の値であって既知の値であり、また電源部13からの電圧Vdcの値は範囲が決定されていることから、上式(2)(3)にて変数となっているのは、ツェナー電圧Vr4及びバランス抵抗R3の値となっている。そのため、上式(2)(3)及びバランス抵抗R3と内部抵抗R1aとの条件から、ツェナー電圧Vr4及びバランス抵抗R3の抵抗値を決定することができる。
ここで、上述した方法により決定されたバランス抵抗R3の抵抗値の一例としては、第1平滑コンデンサC1の内部抵抗R1aが“1075kΩ”であるとした場合、バランス抵抗R3の抵抗値は“350kΩ”が挙げられる。このように、本実施形態に係るバランス抵抗R3は、従来の手法におけるバランス抵抗の値に比して印加される電圧を大幅に低くできるため、損失を小さくでき、チップ抵抗のように比較的サイズの小さい抵抗を用いることができる。これに対し、従来に係る手法においては、バランス抵抗は例えば“5.6kΩ(10W)の3直列”のように比較的大きい値であったため、寸法の大きいセメント抵抗を用いることが主流であった。
次に、電圧平滑回路14の動作について、図3,4を用いて説明する。
先ず、各平滑コンデンサC1,C2としては同じコンデンサを使用しているため、理想的には、各内部抵抗R1a,R2a間のバラツキがほぼないかまたはバラツキが小さく(R1a≒R2a)、よって第1平滑コンデンサC1の両端電圧V1と第2平滑コンデンサC2の両端電圧V2とが、それぞれ各平滑コンデンサC1,C2の定格電圧Vrt1,Vrt2以下となり、かつほぼ等しくなる状態となるはずである。この理想状態では、第2平滑コンデンサC2の両端電圧V2、即ちツェナーダイオードRZ4の端子間電圧は、ツェナー電圧Vr4以下となり(V2<Vr4)、電流経路I4には電流が流れない。この理想状態では、図3に示すように、電流は、電源部13から電源配線L1を介して第1平滑コンデンサC1の内部抵抗R1a側及び電流経路I3側へと分岐して流れ、接続点s1で合流した後、第2平滑コンデンサC2の内部抵抗R2aを介してGND配線L2へと流れる。この場合、第1及び第2平滑コンデンサC1,C2は、それぞれの両端電圧のバランスが保たれた状態を採る。
第2平滑コンデンサC2の両端電圧V2、即ちツェナーダイオードRZ4の端子間電圧がツェナー電圧Vr4以上であると、図4に示すように、ツェナーダイオードRZ4が動作する。すると、両端電圧V2は一定電圧、つまりはツェナー電圧Vr4にクリップされる。電流経路I4上には、図4の太い矢印で示すように、第1平滑コンデンサC1の内部抵抗R1a及びバランス抵抗R3上を流れてきた電流の和のうち一部が流れるようになる。尚、電流経路I4と第2平滑コンデンサC2側とでは、電流経路I4側の方がインピーダンスが低いため、第1平滑コンデンサC1の内部抵抗R1a及びバランス抵抗R3上を流れてきた電流の多くは、電流経路I4側を流れる。この時、ツェナー電圧Vr4は、第2平滑コンデンサC2の定格電圧Vrt2以下となるように決定されているため、第2平滑コンデンサC2に定格電圧Vrt2以上の電圧が印加されるのを防ぐことができる。また、バランス抵抗R3は、各両端電圧V1,V2が各平滑コンデンサC1,C2の定格電圧Vrt1,Vrt2以下となるように決定されているため、例えば両端電圧V2がツェナー電圧Vr4にクリップされた状態で電圧Vdcが上昇し、両端電圧V1が上昇したとしても、両端電圧V1は第1平滑コンデンサC1の定格電圧Vrt1を越えることはない。
(A)
本実施形態に係る電圧平滑回路14では、第2通電規制部であるツェナーダイオードRZ4に第2所定電圧であるツェナー電圧Vr4以上の電圧が印加されると、電源部13から第1平滑コンデンサC1の内部抵抗R1a及び第1バランス抵抗R3それぞれに電流が流れる。この電流は、その後、第2平滑コンデンサC2の内部抵抗R2a上よりも、該コンデンサC2の内部抵抗R2aよりインピーダンスの低い電流経路I4(つまり、ツェナーダイオードRZ4)上を主に流れるようになる。従って、各平滑コンデンサC1,C2の内部抵抗R1a,R2aのバラツキに関係なく、簡単な構成にて第2平滑コンデンサC2の両端電圧V2を下げることができ、第2平滑コンデンサC2に定格電圧Vrt2以上の電圧が印加されるのを防ぐことができる。
特に、ツェナーダイオードRZ4にツェナー電圧Vr4以上の電圧が印加されると、ツェナーダイオードRZ4は動作する。ツェナーダイオードRZ4には接続点s1からGND配線L2に向かう向きに電流が流れ、第2平滑コンデンサC2の両端電圧V2はツェナー電圧Vr4にクリップされる。このツェナー電圧Vr4は、第2平滑コンデンサC2の定格電圧Vrt2よりも低いため、ツェナーダイオードRZ4に並列接続された第2平滑コンデンサC2の両端電圧V2は、第2平滑コンデンサC2の定格電圧Vrt2よりも低いツェナー電圧Vr4にクリップされることになる。従って、簡単な構成で、ツェナーダイオードRZ4が並列接続された第2平滑コンデンサC2に定格電圧Vrt2以上の電圧が印加されるのを確実に防ぐことができる。
ところで、上述のように、第2平滑コンデンサC2の両端電圧V2がツェナー電圧Vr4にクリップされている状態で、電源部13からの電圧Vdcが上昇すると、回路構成上、第1平滑コンデンサC1の両端電圧V1が上昇して第1平滑コンデンサC1の定格電圧Vrt1を超えてしまう恐れがある。
しかし、この電圧平滑回路14では、バランス抵抗R3の抵抗値は、第1平滑コンデンサC1の両端電圧V1が当該コンデンサC1の定格電圧Vrt1よりも低く(V1<Vrt1)、かつ第2平滑コンデンサC2の両端電圧V2が当該コンデンサC2の定格電圧Vrt2よりも低くなるように決定されている(V2<Vrt2)。そして、ツェナー電圧Vr4は、第2平滑コンデンサC2の両端電圧V2とほぼ同じとなっている。従って、たとえ両端電圧V1が上昇したとしても、この両端電圧V1は、第1平滑コンデンサC1の定格電圧Vrt1を越えることはない。
また、本実施形態に係る電圧平滑回路14によると、第1平滑コンデンサC1の内部抵抗R1aに流れる電流量よりも、バランス抵抗R3に流れる電流量の方が大きくなるため、第1平滑コンデンサC1に流れる電流量を抑えることができる。
(6)変形例
(a)
本実施形態では、電圧平滑回路14が図2~4に示す構成である場合について説明した。しかし、電圧平滑回路14は、図5に示すような構成であってもよい。図5の電圧平滑回路14’は、既に説明した電圧平滑回路14の構成に加え、更に補助抵抗R5(第1補助抵抗に相当)を備えている。補助抵抗R5は、ツェナーダイオードRZの両端に並列に接続されている。
また、補助抵抗R5は、モータ駆動装置1の電源遮断時には第1平滑コンデンサC1及び第2平滑コンデンサC2の放電回路として機能することもできる。従って、第1平滑コンデンサC1及び第2平滑コンデンサC2の放電回路を別途設ける必要がない。
(b)
本実施形態では、図2~図4に示すように、第1及び第2平滑コンデンサC1,C2の接続点s1に対し電源配線L1側にバランス抵抗R3が設けられ、GND配線L2側にツェナーダイオードRZ4が設けられている場合について説明した。しかし、バランス抵抗R3及びツェナーダイオードRZ4が設けられる位置は、図2~4に限定されず、図7に示すように接続点s1に対し互いに逆であってもよい。図7の電圧平滑回路14’’では、第1及び第2平滑コンデンサC1,C2の接続点s1に対し電源配線L1側にツェナーダイオードRZ4’が設けられ、GND配線L2側にバランス抵抗R3’が設けられている。
また、この場合においても、更にツェナーダイオードRZ4’に並列に補助抵抗(図示せず)が設けられても良いし、または互いに直列接続された第1及び第2平滑コンデンサC1,C2に対し並列に補助抵抗(図示せず)が設けられても良い。
<第2実施形態>
上記第1実施形態では、「(3)バランス抵抗の抵抗値及びツェナー電圧の決定方法」で述べたようにバランス抵抗R3の抵抗値が決定される場合について説明した。本実施形態では、バランス抵抗R3の抵抗値が上記決定方法とは異なる方法で決定される場合について説明する。
図8は、本実施形態に係る電圧平滑回路114の回路図である。電圧平滑回路114の構成は、上記第1実施形態の電圧平滑回路14とバランス抵抗R3の抵抗値の決定方法が異なる他は同様である。本実施形態では、電圧平滑回路114を構成する構成要素以外については、上記第1実施形態と同様であるため、電圧平滑回路114の構成要素以外(具体的には、電源部13)には、上記第1実施形態と同様の符号を付している。
即ち、電圧平滑回路114は、第1平滑コンデンサC11、第2平滑コンデンサC12、バランス抵抗R13(第1バランス抵抗に相当)、及びツェナーダイオードRZ14(第2通電規制部に相当)を備えている。第1平滑コンデンサC11及び第2平滑コンデンサC12は、互いに直列に接続されており、かつ電源部13に対し並列に接続されている。第1平滑コンデンサC11及び第2平滑コンデンサC12は、それぞれ容量成分C11a,C12a及び内部抵抗R11a、R12aで構成されている。バランス抵抗R13は、第1平滑コンデンサC11に対して並列な電流経路I13上に接続されている。ツェナーダイオードRZ14は、第2平滑コンデンサC12に対し並列な電流経路I14上に接続されている。ツェナーダイオードRZ14は、第2平滑コンデンサC12の定格電圧Vrt12よりも低いツェナー電圧Vr14(第2所定電圧に相当)以上の電圧が印加された場合、電流経路I14上に一方向に電流を流すと共に、端子間電圧をツェナー電圧Vr14に維持する。
上記第1実施形態に係るバランス抵抗R3の抵抗値の決定方法では、第1平滑コンデンサC1にツェナー電圧Vr4以上の電圧が印加され、ツェナーダイオードRZ4が動作して電流経路I4上に一方向に電流が流れることを前提としていた。しかし、各平滑コンデンサC1,C2の内部抵抗R1a,R2aのバラツキにより該内部抵抗R1a,R2aの抵抗値の差が所定差よりも大きかったり、電源部13からの電圧Vdcが低かったりする等の要因によって、場合によってはツェナーダイオードRZ4にツェナー電圧Vr4以上の電圧が印加しない恐れがある。ツェナーダイオードRZ4が動作しないということは、即ち第2平滑コンデンサC2には定格電圧Vrt2以上の電圧が印加されないことになり、第2平滑コンデンサC2については問題がない。しかし、一方で第1平滑コンデンサC1の両端電圧V1が定格電圧Vrt1以上になってしまっている可能性は否定できない。
以下、具体的に説明する。ツェナーダイオードRZ14が動作しないとなると、電圧平滑回路114の回路構成上、各平滑コンデンサC11,C12の両端電圧V11,V12それぞれは、電源部13から供給される電圧Vdcを、バランス抵抗R13及び第1平滑コンデンサC11の内部抵抗R11aの合成抵抗値(つまり、並列接続された各抵抗R13,R11aの合成抵抗値)と、第2平滑コンデンサC12の内部抵抗R12aの抵抗値とで分圧させた値となる(下式(4)(5)参照)。
この場合においても、ツェナーダイオードRZ14のツェナー電圧Vr14は第2平滑コンデンサC12の定格電圧Vrt12よりも小さい値に決定されている。従って、ツェナーダイオードRZ14が並列接続された第2平滑コンデンサC12の両端電圧V12は、ツェナーダイオードRZ14で保護されることとなる。つまり、本実施形態においては、ツェナーダイオードRZ14にはツェナー電圧Vr14以上の電圧が印加せずツェナーダイオードRZ14は動作しないため、第2平滑コンデンサC12の両端電圧V12は常にツェナー電圧Vr14以下となり、第2平滑コンデンサC12に当該コンデンサC12の定格電圧Vrt12以上の電圧が印加されることはない。
これを防止するため、バランス抵抗R13は、下式(6)式の条件を満たすようにして決定される。
(A)
本実施形態に係る電圧平滑回路114は、上記第1実施形態の電圧平滑回路14と同様の構成を有しているが、バランス抵抗R13の抵抗値は、ツェナーダイオードRZ14が並列接続されていない第1平滑コンデンサC11の両端電圧V11が、ツェナーダイオードRZ14が並列接続された第2平滑コンデンサC12の両端電圧V12以下となり(V11≦V12)、かつ第2平滑コンデンサC12の両端電圧V12が該コンデンサC12の定格電圧Vrt12よりも低い条件を満たすように決定される(V12<Vrt12)。これにより、ツェナーダイオードRZ14にツェナー電圧Vr14以上の電圧が印加しない要因があることによってツェナーダイオードRZ14が動作しない場合であっても、ツェナーダイオードRZ14に並列接続された第2平滑コンデンサC2の両端電圧V12は、常に第2平滑コンデンサC12の定格電圧Vrt12よりも低いツェナー電圧Vr14以下に抑えられることとなる。そして、第1平滑コンデンサC11の両端電圧V11は、電圧Vdcから第2平滑コンデンサC12の両端電圧V12を差し引いた電圧となるが、当該両端電圧V11は、常にツェナーダイオードRZ14のツェナー電圧Vr14以下に抑えられることとなる。
尚、Vdcの範囲と各内部抵抗R11a,R12aの抵抗値のバラツキを考慮しても、第1及び第2平滑コンデンサC11,C12の各両端電圧が定格電圧Vrt11、Vrt12を越える恐れがない場合には、バランス抵抗R13の抵抗値は、本実施形態の決定方法によって決定されなくともよい。この場合、バランス抵抗R13の抵抗値は、上記第1実施形態の決定方法によって決定されればよい。
(B)
また、本実施形態に係る電圧平滑回路114によると、バランス抵抗R13は、第1平滑コンデンサC11の内部抵抗R11aの値よりも小さい値を有するため、第1平滑コンデンサC11の内部抵抗R11aに流れる電流量を抑えることができる。
(a)
本実施形態にて説明したバランス抵抗R13の抵抗値の決定方法は、上記第1実施形態に係る図5,6のように、補助抵抗が設けられた電圧平滑回路の構成においても適用できる。
(b)
また、本実施形態にて説明したバランス抵抗R13の抵抗値の決定方法は、上記第1実施形態に係る図7のように、ツェナーダイオードRZ14及びバランス抵抗R13の設けられる位置は、接続点s1に対し互いに逆であってもよい。即ち、各平滑コンデンサC11,C12のいずれか一方に並列となるようにツェナーダイオードRZ14が設けられ、他方の平滑コンデンサC11,C12に並列となるようにバランス抵抗R13が設けられればよい。
<第3実施形態>
上記第1及び第2実施形態では、電流経路I4,I14上にはツェナーダイオードRZ4,RZ14のみが接続されていると説明した。しかし、上記第1及び第2実施形態に係る電圧平滑回路14,114においては、ツェナーダイオードRZ4,RZ14上を流れる電流量によってはツェナーダイオードRZ4,RZ14における電力損失が定格を越えてしまい、ツェナーダイオードRZ4,RZ14付近の他の部品への発熱による影響が懸念される。そこで、電流経路上には、更にバランス抵抗が備えられていても良い。
図9は、本実施形態に係る電圧平滑回路214の回路図である。電圧平滑回路214を構成する構成要素以外については、上記第1実施形態と同様であるため、電圧平滑回路214の構成要素以外(具体的には、電源部13)には、上記第1実施形態と同様の符号を付している。電圧平滑回路214は、上記第1及び第2実施形態に係る電圧平滑回路14,114の構成に加え、更にもう1つのバランス抵抗を備えている。
即ち、電圧平滑回路214は、第1平滑コンデンサC21、第2平滑コンデンサC22、第1バランス抵抗R23、ツェナーダイオードRZ24(第2通電規制部に相当)、及び第2バランス抵抗R24を備えている。第1平滑コンデンサC21及び第2平滑コンデンサC22は、互いに直列に接続されており、かつ電源部13に対し並列に接続されている。第1平滑コンデンサC21及び第2平滑コンデンサC22は、それぞれ容量成分C21a,C22a及び内部抵抗R21a,R22aで構成されている。第1バランス抵抗R23は、第1平滑コンデンサC21に対して並列な電流経路I23上に接続されている。ツェナーダイオードRZ24は、第2平滑コンデンサC22に対して並列な電流経路I24上に接続されている。ツェナーダイオードRZ24は、ツェナー電圧Vr24(第2所定電圧に相当)以上の電圧が印加された場合、電流経路I24上に一方向に電流を流すと共に、端子間電圧をツェナー電圧Vr24に維持する。第2バランス抵抗R24は、第2平滑コンデンサC22に並列かつツェナーダイオードRZ24に直列となるように、電流経路I24上に接続されている。第2バランス抵抗R24は、ツェナーダイオードRZ24のバイアス点を決定するための抵抗であって、ツェナーダイオードRZ4の端子間にツェナー電圧Vr24以上の電圧が印加されると、一方向に電流が流れる。
以下、ツェナーダイオードが常に動作すると仮定した場合における、図9の電圧平滑回路214における各バランス抵抗R23,R24の抵抗値及びツェナー電圧Vr24の決定方法を説明する。ここで、本実施形態においては、第1バランス抵抗R23の抵抗値は第1平滑コンデンサC21の内部抵抗R21aよりも小さく、かつ第2バランス抵抗R24の抵抗値は第2平滑コンデンサC22の内部抵抗R22aよりも小さくなるように決定されている。また、ツェナー電圧Vr24は、第2平滑コンデンサC22の定格電圧Vrt22よりも低くなるように決定されている。
(2-1)概論
第1バランス抵抗R23,ツェナー電圧Vr24及び第2バランス抵抗R24の抵抗値は、上記第1実施形態で述べた場合の条件に、更に第2バランス抵抗R24についての条件を考慮することで決定される。
これらの関係からすると、第2平滑コンデンサC22の両端電圧V22は、第1平滑コンデンサC21の内部抵抗R21a及び第1バランス抵抗R23が共に最小値、かつ第2平滑コンデンサC22の内部抵抗R22aが最大値である場合に、最大値を採ることとなる。よって、ツェナー電圧Vr24及び各バランス抵抗R23,R24を決定するための1つ目の条件として、両端電圧V22の最大値が第2平滑コンデンサC22の定格電圧Vrt22より低くなることが挙げられる(下式(8)参照)。
逆に、第2平滑コンデンサC22の両端電圧V22は、第1平滑コンデンサC21の内部抵抗R21a及び第1バランス抵抗R23が共に最大値、かつ第2平滑コンデンサC22の内部抵抗R22aが最小値である場合に、最小値を採ることとなる。第2平滑コンデンサC22の両端電圧V22が最小値を採る時には、第1平滑コンデンサC21の両端電圧V21は最大値を採ることとなる。そこで、ツェナー電圧Vr24及び各バランス抵抗R23,R24を決定するための2つ目の条件として、第1平滑コンデンサC21の両端電圧V21の最大値が第1平滑コンデンサC21の定格電圧Vrt21よりも低くなることが挙げられる(下式(10)参照)。
更に、各バランス抵抗R23,R24の条件として、各バランス抵抗R23,R24の抵抗値が各平滑コンデンサC21,C22の内部抵抗R21a,R22aそれぞれよりも小さいことが挙げられる。また、ツェナー電圧Vr24の条件として、第2平滑コンデンサC22の定格電圧Vrt22よりも低いことが挙げられる。
上式(8)~(10)ならびに上述した条件に基づき、ツェナー電圧Vr24の電圧値及び各バランス抵抗R23,R24の抵抗値が決定される。
まとめると、各バランス抵抗R23,R24は、第1平滑コンデンサC21の両端電圧V21が当該コンデンサC21の定格電圧Vrt21より低く(V21<Vrt21)、かつ第2平滑コンデンサC22の両端電圧V22が当該コンデンサC22の定格電圧Vrt22以下となる条件を満たすようにして決定される(V22<Vrt22)。これにより、第2平滑コンデンサC22の両端電圧V22が上昇したとしても、該両端電圧V22の値は当該コンデンサC22の定格電圧Vrt22を超えることはない。特に、両端電圧V22は、ツェナー電圧Vr24と第2バランス抵抗R24の端子間電圧VXの和でほぼ一定に保たれるため(V22≒Vr24+VX)、両端電圧V22の定格電圧Vrt22値以上への上昇は回避される。また、第1平滑コンデンサC21の両端電圧V21は、両端電圧V22が一定に保たれている間においても電源部13からの電圧Vdcの上昇によって上昇する可能性があるが、第1バランス抵抗R23の値は、既に述べたように第1平滑コンデンサC21の内部抵抗R21aの値よりも小さく、かつ第1平滑コンデンサC21の両端電圧V21が当該コンデンサC21の定格電圧Vrt21よりも低くなるように決定されているため、第1平滑コンデンサC21に定格電圧Vrt21以上の電圧が印加されるのを防ぐことができる。
次に、図10,図11を用いて、上記した方法の具体例について説明する。
はじめに、電源部13の電圧Vdc(以下、電源電圧Vdcと言う)、各平滑コンデンサC21,C22の内部抵抗R21a,R22aの値、各平滑コンデンサC21,C22の両端電圧V21,V22、及びツェナーダイオードRZ24のツェナー電圧Vr24の値を、第1及び第2バランス抵抗R23,R24を決定する前の前提条件として決定する。
具体的に、電源電圧Vdcは、変動する可能性のある動作範囲内における最大値であるとする。ここでは、一例として、電源電圧Vdcを700Vであると仮定する。各平滑コンデンサC31,C32の内部抵抗R21a,R22aの各抵抗値は、実際に使用するコンデンサの種類及び容量値から決定された既知の値である。そのため、各内部抵抗R21a,R22aの抵抗値は、実際に使用するコンデンサのバラツキによる範囲の最大値または最小値と仮定しておく。ここでは、一例として、内部抵抗R21a,R22aは、各コンデンサのバラツキから400kΩ~1000kΩの範囲内における抵抗値を採り得ると仮定する。
-内部抵抗R21aが最大値、内部抵抗R22aが最小値の場合-
第1平滑コンデンサC21の内部抵抗R21aが最大値“1000kΩ”であって、かつ第2平滑コンデンサC22の内部抵抗R22aが最小値“400kΩ”であると仮定した場合、内部抵抗R21aを流れる電流をi1、第1バランス抵抗R23を流れる電流をi2とすると(図10)、次式(11)が成り立つ。
第2平滑コンデンサC22の両端電圧V22がツェナー電圧Vrt24以上であることから(V22>Vr24、具体的には320V>300V)、次式(12)(13)が成り立つ。但し、次式(12)(13)では、内部抵抗R22aを流れる電流をi3、第2バランス抵抗R24を流れる電流をi4と表し、内部抵抗R22aの抵抗値として、符号をそのまま用いている。
第1平滑コンデンサC21の内部抵抗R21aが最小値“400kΩ”であって、かつ第2平滑コンデンサC22の内部抵抗R22aが最大値“1000kΩ”であると仮定した場合、内部抵抗R21aを流れる電流をi5、第1バランス抵抗R33を流れる電流をi6、内部抵抗R22aを流れる電流をi7、第2バランス抵抗R24を流れる電流をi8とすると(図11)、次式(14)~(16)が成り立つ。
(3)電圧平滑回路の動作
各バランス抵抗R23,R24及びツェナー電圧Vr24は、上記方法により決定されている。この状態で、第1平滑コンデンサC21の内部抵抗R21a及び第2平滑コンデンサC22の内部抵抗R22aのバラツキにより、第2平滑コンデンサC22の両端電圧V22が上昇したとする。
しかし、ツェナーダイオードRZ24の端子間電圧がツェナー電圧Vr24以上となると、ツェナーダイオードRZ24は動作してツェナーダイオードRZ24の端子間電圧はツェナー電圧Vr24にクリップされる。電源部Vdcから第1平滑コンデンサC21の内部抵抗R21a側と電流経路I23とに分岐して流れてきた電流は、電流経路I24及び第2平滑コンデンサC22の内部抵抗R22aに分かれて流れる。第2平滑コンデンサC22の内部抵抗R22aのバラツキの最小値(例えば420kΩ)からしても、当該内部抵抗R22aは第2バランス抵抗R24よりも大きいため、当該内部抵抗R22aを流れる電流よりも電流経路I24に流れる電流の方が大きい。更に、第2平滑コンデンサC22の両端電圧V22は、クリップされたツェナーダイオードRZ24の端子間電圧(即ち、ツェナー電圧Vr24)と第2バランス抵抗R24の両端電圧VXとの和に等しいため、両端電圧V22とツェナー電圧Vr24との差分(つまり、電圧VX)が大きい程、電流は、電流経路I24側に流れるようになる。これにより、第2平滑コンデンサC22の内部抵抗R22aに流れる電流は少なくなり、両端電圧V22は降下するため、両端電圧V22を第2平滑コンデンサC22の定格電圧Vrt22以下に保つことができる。
(4)特徴
(A)
第1実施形態及び第2実施形態に係る電圧平滑回路14,114のように、電流経路I4,I14上にツェナーダイオードRZ4,RZ14のみが設けられている場合、ツェナーダイオードRZ4,RZ14としては、市販されているツェナーダイオードの中からツェナー電圧Vr4,Vr14の値が所望する値であるツェナーダイオードが選択され、用いられることとなる。しかし、ツェナー電圧Vr4,Vr14が所望する値であるツェナーダイオードが必ずしも市販されているとは限らない。すると、ツェナー電圧Vr4,Vr14の値によっては、ツェナーダイオードRZ4,RZ14と並列接続された第2平滑コンデンサC2,C12に印加される電圧V2,V12が低くなると共に第1平滑コンデンサC1,C11に印加される電圧V1,V11が高くなったり、逆に第2平滑コンデンサC2,C12に印加される電圧が所望する値以上に高くなったりする場合が生じることがある。特に、電流経路I4,I14上にツェナーダイオードRZ4,RZ14のみが設けられていると、各平滑コンデンサC1,C11,C2,C12の内部抵抗R1a,R11a,R2a,R12aがバラツキによって最大値や最小値を取る場合において、ツェナーダイオードRZ4,RZ14に流れる電流が大きくなってしまう恐れがある。この場合、ツェナーダイオードRZ4,RZ14における発熱量が増加したり、また第2平滑コンデンサC2,C12の両端電圧V2,V12がツェナー電圧Vr4,Vr14に固定されるために、両端電圧V2,V12を最適な値にすることができない恐れがある。このため、各平滑コンデンサC1,C11,C2,C12の両端電圧V1,V11,V2,V12の値は、内部抵抗R1a,R11a,R2a,R12aが最大値及び最小値のいずれを採るかによって大きく異なることとなり、結果的に電源部13からの電圧の動作範囲が狭くなってしまい、定格電圧Vrt1,Vrt11,Vrt2,Vrt12の高いコンデンサを第1及び第2平滑コンデンサC1,C11,C2,C12として選択せざるを得なくなる場合が生じる。
また、本実施形態に係る第2平滑コンデンサC22の両端電圧V22は、回路構成上、ツェナーダイオードRZ24の端子間電圧及び第2バランス抵抗R24の両端電圧VXとの和に等しい。このため、第2バランス抵抗R24に印加される電圧を考慮しつつ、ツェナー電圧Vr24を設定することができ、その分ツェナーダイオードの選択肢が広がる。よって、ツェナーダイオードRZ24のツェナー電圧Vrt24を、第2バランス抵抗R24が設けられていない場合のツェナー電圧に比して低くする等、ツェナー電圧Vr24を自由に設定することができ、かつ第1及び第2平滑コンデンサC21,C22に印加される電圧を調整することが可能となる。従って、例えば定格電圧の低い安価なコンデンサを第1及び第2平滑コンデンサC21,C22として用いたとしても、電源部13からの電圧Vdcの動作範囲が比較的大きい機器にもこの電圧平滑回路214は適用可能である。更に、ツェナー電圧Vr24を最適な値に設定することで、ツェナーダイオードRZ24以外の電圧平滑回路214の構成部品の発熱量を小さくし、電力損失を低くすることも可能となる。
また、ツェナーダイオードRZ24にツェナー電圧Vr24以上の電圧が印加され電流経路I24上に電流が流れている場合、第2平滑コンデンサC22は、並列接続されたツェナーダイオードRZ24により両端電圧V22の上昇が抑えられる。しかし、この状態で電源部13からの電圧Vdcが上昇すると、回路構成上、第1平滑コンデンサC21の両端電圧V21が上昇して当該コンデンサC21の定格電圧Vrt21を超えてしまう恐れがある。
しかし、この電圧平滑回路214では、各バランス抵抗R23,R24の抵抗値は、両端電圧V21が第1平滑コンデンサC21の定格電圧Vrt21よりも低く(V21<Vrt21)、かつ両端電圧V22が第2平滑コンデンサC22の定格電圧Vrt22よりも低くなるように決定されている(V22<Vrt22)。そして、ツェナー電圧Vr24は、第2平滑コンデンサC22の両端電圧V22以下となる。従って、たとえ第1平滑コンデンサC21の両端電圧V21が上昇したとしても、この両端電圧V21は、第1平滑コンデンサC21の定格電圧Vrt21を越えることがない。
また、この電圧平滑回路214によると、各平滑コンデンサC21,C22の各内部抵抗R21a,R22aに流れる電流量よりも、各バランス抵抗R23,R24に流れる電流量の方が大きくなるため、第1及び第2平滑コンデンサC21,C22に流れる電流量を抑えることができる。
(5)変形例
(a)
本実施形態に係る電圧平滑回路214においても、上記第1及び第2実施形態と同様、補助抵抗が設けられていても良い。図12は、補助抵抗R25がツェナーダイオードRZ24の両端に並列に接続された電圧平滑回路214’を示し、図13は、補助抵抗R26がツェナーダイオードRZ24及び第2バランス抵抗R24に並列となるように接続された電圧平滑回路214’を示している(いずれの補助抵抗R25,R26も、第1補助抵抗に相当)。
また、補助抵抗R25、R26は、モータ駆動装置1の電源遮断時には第1平滑コンデンサC21及び第2平滑コンデンサC22の放電回路として機能することもできる。従って、第1平滑コンデンサC21及び第2平滑コンデンサC22の放電回路を別途設ける必要がない。
(b)
また、本実施形態に係る電圧平滑回路214においても、図14に示すように、バランス抵抗及びツェナーダイオードが設けられる位置は、接続点s1に対し互いに逆であってもよい。図14に係る電圧平滑回路214’’は、第1及び第2平滑コンデンサC21,C22の接続点s1に対し電源配線L1側に第2バランス抵抗R24’及びツェナーダイオードRZ24’が設けられ、GND配線L2側に第1バランス抵抗R23’が設けられている。
また、この場合においても、更にツェナーダイオードRZ24’に並列に補助抵抗(図示せず)が設けられても良いし、または互いに直列接続された第1及び第2平滑コンデンサC21,C22に対し並列に補助抵抗(図示せず)が設けられても良い。
<第4実施形態>
次に、電圧平滑回路が上記第3実施形態と同様に2つのバランス抵抗を備えており、更に、第2実施形態と同様、ツェナーダイオードが動作しない恐れのある場合における各バランス抵抗の抵抗値の決定方法について説明する。
図15は、本実施形態に係る電圧平滑回路314の回路図である。電圧平滑回路314の構成は、上記第3実施形態の電圧平滑回路214と第1及び第2バランス抵抗の抵抗値の決定方法が異なる他は、同様である。
即ち、電圧平滑回路314は、第1平滑コンデンサC31、第2平滑コンデンサC32、第1バランス抵抗R33、第2バランス抵抗R34、及びツェナーダイオードRZ34(第2通電規制部に相当)を備えている。第1平滑コンデンサC31及び第2平滑コンデンサC32は、互いに直列に接続されており、かつ電源部13に対し並列に接続されている。第1平滑コンデンサC31及び第2平滑コンデンサC32は、それぞれ容量成分C31a,C32a及び内部抵抗R31a,R32aで構成されている。第1バランス抵抗R33は、第1平滑コンデンサC31に対して並列な電流経路I33上に接続されている。第2バランス抵抗R34及びツェナーダイオードRZ34は、第2平滑コンデンサC32に対し並列な電流経路I34上に、直列に接続されている。ツェナーダイオードRZ34は、第2平滑コンデンサC32の定格電圧Vrt32よりも低いツェナー電圧Vr34(第2所定電圧に相当)以上の電圧が印加された場合、電流経路I34上に一方向に電流を流すと共に、端子間電圧をツェナー電圧Vr34に維持する。
以下、ツェナーダイオードが動作しない恐れのある場合における、各バランス抵抗R33,R34の決定方法について説明する。
各平滑コンデンサC31,C32のバラツキにより各内部抵抗R31a,R32aの抵抗値の差が所定差よりも大きかったり、電源部13からの電圧Vdcが低かったりする等の要因により、ツェナーダイオードRZ34が動作しない恐れのある場合には、上記第2実施形態で述べた決定方法と同様にして、第1バランス抵抗R33の抵抗値を決定することができる。
つまり、電圧Vdcの値や内部抵抗R31a,R32aの値により第1平滑コンデンサC31の両端電圧V31が当該コンデンサC31の定格電圧Vrt31を超えてしまう恐れを回避するため、第1バランス抵抗R33は、下式(17)式の条件を満たすようにして決定される。
上式(17)式を満たし、更に第1バランス抵抗R33の抵抗値が第1平滑コンデンサC31の内部抵抗R31aよりも小さい条件が満たされるようにして、第1バランス抵抗R33の抵抗値が決定されることにより、下式(18)が満たされることとなる。
(3)電圧平滑回路の動作
各バランス抵抗R33,R34及びツェナー電圧Vr34は、上記方法にて決定される。この状態で、第1平滑コンデンサC31の内部抵抗R31a及び第2平滑コンデンサC32の内部抵抗R32aのバラツキにより、第2平滑コンデンサC32の両端電圧V32が上昇したとする。
また、第1平滑コンデンサC31の両端電圧V31が第2平滑コンデンサC32の両端電圧V32よりも常に低くなるように、第1バランス抵抗R33の値が決定されているため、両端電圧V31が上昇したとしても、両端電圧V31は第1平滑コンデンサC31の定格電圧Vrt31を越えることはない。
(4)効果
(A)
本実施形態に係る電圧平滑回路314では、上記第3実施形態と同様、ツェナーダイオードRZ34に並列に第2バランス抵抗R34が設けられている。そのため、ツェナーダイオードRZ34に第2平滑コンデンサC32の定格電圧Vrt32よりも低いツェナー電圧Vr34以上の電圧が印加される際には、第2バランス抵抗R34にも電流が流れることとなる。これにより、ツェナーダイオードRZ34での電力損失が定格を越えてしまい、ツェナーダイオードRZ34付近の他の部品への発熱による悪影響を、簡単な構成にて抑えることができる。
例えば各平滑コンデンサC31,C32の内部抵抗R31a,R32aの差が大きいことや電源部13からの電圧Vdcが低い等の要因によりツェナーダイオードRZ34にツェナー電圧Vr34が印加されず、ツェナーダイオードRZ34が動作しない場合、ツェナーダイオードRZ34に並列接続された第2平滑コンデンサC32の両端電圧V32は、ツェナー電圧Vr34以下に抑えられることとなる。しかし、回路構成上、第1平滑コンデンサC31の両端電圧V31は、電源部13からの電圧Vdcから第2平滑コンデンサC32の両端電圧V32を差し引いた電圧となり、場合によっては第1平滑コンデンサC31の定格電圧Vrt31以上の電圧に至る恐れも考えられなくはない。
しかし、この電圧平滑回路314によると、第1バランス抵抗R33の抵抗値は、第1平滑コンデンサC31の両端電圧V31が第2平滑コンデンサC32の両端電圧V32以下となるように決定される(V31<V32)。そのため、第1平滑コンデンサC31の両端電圧V31は、常にツェナーダイオードRZ34のツェナー電圧Vr34以下に抑えられることとなる。従って、第1平滑コンデンサC31に定格電圧Vrt31以上の電圧が印加される恐れを回避することができる。
また、この電圧平滑回路314によると、各平滑コンデンサC31,C32の各内部抵抗R31a,R32aに流れる電流量よりも、各バランス抵抗R33,R34に流れる電流量の方が大きくなるため、第1及び第2平滑コンデンサC31,C32に流れる電流量を抑えることができる。
(5)変形例
(a)
本実施形態に係る電圧平滑回路314においても、図12,13と同様、補助抵抗が設けられていても良い。
(b)
また、本実施形態に係る電圧平滑回路314においても、図14と同様、バランス抵抗及びツェナーダイオードが設けられる位置は、接続点s1に対し互いに逆であってもよい。更に、このツェナーダイオードに並列に補助抵抗が設けられても良いし、または互いに直列接続された第1及び第2平滑コンデンサに対し並列に補助抵抗が設けられても良い。
上記第4実施形態では、第2バランス抵抗R34が第2平滑コンデンサC32の内部抵抗R32a以下となるように決定される場合について説明した。ここでは、第1バランス抵抗が上記第4実施形態に比してより簡単に決定されると共に、第2バランス抵抗が上記第4実施形態とは他の方法によって決定される場合について説明する。
(1)電圧平滑回路の構成
図16は、本実施形態に係る電圧平滑回路414の回路図である。電圧平滑回路414の構成は、上記第4実施形態の電圧平滑回路314と主に第2バランス抵抗の抵抗値の決定方法が異なる他は、同様である。
即ち、電圧平滑回路414は、第1平滑コンデンサC41、第2平滑コンデンサC42、第1バランス抵抗R43、第2バランス抵抗R44、及びツェナーダイオードRZ44(第2通電規制部に相当)を備えている。第1平滑コンデンサC41及び第2平滑コンデンサC42は、互いに直列に接続されており、かつ電源部13に対し並列に接続されている。第1平滑コンデンサC41及び第2平滑コンデンサC42は、それぞれ容量成分C41a,C42a及び内部抵抗R41a、R42aで構成されている。第1バランス抵抗R43は、第1平滑コンデンサC41に対して並列な電流経路I43上に接続されている。第2バランス抵抗R44及びツェナーダイオードRZ44は、第2平滑コンデンサC42に対し並列な電流経路I44上に、直列に接続されている。ツェナーダイオードRZ44は、第2平滑コンデンサC42の定格電圧Vrt42よりも低いツェナー電圧Vr44(第2所定電圧に相当)以上の電圧が印加された場合、電流経路I44上に一方向に電流を流すと共に、端子間電圧をツェナー電圧Vr44に維持する。
はじめに、電源部13の電圧Vdc(ここでは、以下、電源電圧Vdcと言う)、各平滑コンデンサC41,C42の内部抵抗R41a,R42aの値、各平滑コンデンサC41,C42の両端電圧V41,V42、及びツェナーダイオードRZ44のツェナー電圧Vr44の値を、前提条件として決定する。
具体的に、電源電圧Vdcは、変動する可能性のある動作範囲内における最大値であるとする。ここでは、一例として、電源電圧Vdcを700Vであると仮定する。各平滑コンデンサC41,C42の内部抵抗R41a,R42aの各抵抗値は、実際に使用するコンデンサのバラツキによる範囲の最大値または最小値と仮定する。ここでは、一例として、内部抵抗R41a,R42aは、各コンデンサのバラツキから400kΩ~1000kΩの範囲内における抵抗値を採り得ると仮定する。
-内部抵抗R41aが最大値、内部抵抗R42aが最小値の場合-
第1平滑コンデンサC41の内部抵抗R41aが最大値“1000kΩ”であって、かつ第2平滑コンデンサC42の内部抵抗R42aが最小値“400kΩ”であると仮定した場合、内部抵抗R41aを流れる電流をi11、第1バランス抵抗R43を流れる電流をi12とすると(図16)、次式(19)が成り立つ。
更にこの場合、両端電圧V41は“420V”、両端電圧V42は“280V”であるため、第2平滑コンデンサC42の両端電圧V42はツェナー電圧Vr44以下となり(V42<Vr44、具体的には280V<300V)、次式(20)が成り立つ。第2バランス抵抗R44には電流が流れないため(図16に係るi14=0A)、次式(21)が成り立つ。
第1平滑コンデンサC41の内部抵抗R41aが最小値“400kΩ”であって、かつ第2平滑コンデンサC42の内部抵抗R42aが最大値“1000kΩ”であると仮定した場合、両端電圧V41は“280V”、両端電圧V42は“420V”であるため、両端電圧V42はツェナー電圧Vr44以上となる(V42>Vr44)。従って、ツェナーダイオードRZ44はオンし、電流経路I44上には電流が流れることとなる。内部抵抗R41aを流れる電流をi15、第1バランス抵抗R33を流れる電流をi16、内部抵抗R42aを流れる電流をi17、第2バランス抵抗R34を流れる電流をi18とすると(図17)、次式(22)~(24)が成り立つ。
上述した方法では、各平滑コンデンサC41,C42の両端電圧V41,V42は、それぞれ各平滑コンデンサC41、C42の定格電圧Vrt41、Vrt42以下の条件を満たすが、得られた第2バランス抵抗R44は、第2平滑コンデンサC42の内部抵抗R42a以下であり、第1バランス抵抗R43は、第1平滑コンデンサC41の内部抵抗R41a以上となっている。
(3)効果
本実施形態に係る方法では、ツェナーダイオードRZ44が動作しない場合とする場合との両方を考慮して、第1及び第2バランス抵抗R43,R44の値が簡単に決定される。本実施形態においては、上記第4実施形態にて記載したように、第1平滑コンデンサC41の両端電圧V41が第2平滑コンデンサC42の両端電圧V42以下であるといった条件を必ずしも満たすものではない。しかし、本実施形態においては、第1平滑コンデンサC41の両端電圧V41は該コンデンサC41の定格電圧Vrt41よりも低く(V41<Vrt41)、第2平滑コンデンサC42の両端電圧V42は該コンデンサC42の定格電圧Vrt42よりも低い条件は満たしており(V42<Vrt42)、各平滑コンデンサC41,C42に各定格電圧Vrt41,Vrt42以上の電圧が印加されることはない。
(a)
本実施形態に係る電圧平滑回路414においても、図12,13と同様、補助抵抗が設けられていても良い。
(b)
また、本実施形態に係る電圧平滑回路414においても、図14と同様、バランス抵抗及びツェナーダイオードが設けられる位置は、接続点s1に対し互いに逆であってもよい。更に、このツェナーダイオードに並列に補助抵抗が設けられても良いし、または互いに直列接続された第1及び第2平滑コンデンサに対し並列に補助抵抗が設けられても良い。
<第6実施形態>
次に、上記第1実施形態1~5とは異なり、更にもう一つのツェナーダイオードを備えた電圧平滑回路514について、説明する。
図18は、本実施形態に係る電圧平滑回路514の回路図である。電圧平滑回路514は、第1平滑コンデンサC51、第2平滑コンデンサC52、第1バランス抵抗R53、第2バランス抵抗R54、第1ツェナーダイオードRZ53(第1通電規制部に相当)、及び第2ツェナーダイオードRZ54(第2通電規制部に相当)を備える。
(1-1)第1平滑コンデンサ及び第2平滑コンデンサ
第1平滑コンデンサC51及び第2平滑コンデンサC52は、上記第1実施形態と同様、互いに直列に接続されており、かつ電源部13に対し並列に接続されている。第1平滑コンデンサC51及び第2平滑コンデンサC52は、それぞれ容量成分C51a,C52a及び内部抵抗R51a、R52aで構成されている。
(1―2)第1バランス抵抗及び第2バランス抵抗
第1バランス抵抗R53は、第1平滑コンデンサC51に並列に接続され、第2バランス抵抗R54は、第2平滑コンデンサC52に並列に接続されている。つまり、第1バランス抵抗R53は、電源配線L1側(即ち、上側)に設けられ、第2バランス抵抗R54は、GND配線L2側(即ち、下側)に設けられている。具体的には、第1バランス抵抗R53は、一端が電源配線L1に接続され、他端は第1ツェナーダイオードRZ53のカソードに接続されている。第2バランス抵抗R54は、一端が第1平滑コンデンサC51及び第2平滑コンデンサC52の接続点s1に接続され、他端が第2ツェナーダイオードRZ54のカソードに接続されている。
第1ツェナーダイオードRZ53は、第1バランス抵抗R53に直列に接続されている。第1ツェナーダイオードRZ53のアノードは第1平滑コンデンサC51及び第2平滑コンデンサC52の接続点s1に接続され、カソードは第1バランス抵抗R53に接続されている。このような第1ツェナーダイオードRZ53は、第1ツェナー電圧Vr53(第1所定電圧に相当)以上の電圧が印加された場合、第1バランス抵抗R53に一方向に電流を流す(図19参照)。ここで言う一方向とは、第1ツェナーダイオードRZ53の逆方向、つまりカソードからアノードへの方向である。
第2ツェナーダイオードRZ54は、第2バランス抵抗R54に直列に接続されている。より具体的には、第2ツェナーダイオードRZ54のアノードはGND配線L2に接続され、カソードは第2バランス抵抗R54に接続されている。このような第2ツェナーダイオードRZ54は、第2ツェナー電圧Vr54(第2所定電圧に相当)以上の電圧が印加された場合、第2バランス抵抗R54に一方向に電流を流す(図20参照)。ここで言う一方向とは、第2ツェナーダイオードRZ54の逆方向、つまりカソードからアノードへの方向である。
(2)電圧平滑回路の動作
次に、電圧平滑回路514の動作について、図19,20を用いて説明する。
先ず、電圧平滑回路514の構成によると、第1平滑コンデンサC51の両端に印加される電圧V51は、電流経路I53上、即ち第1バランス抵抗R53から第1ツェナーダイオードRZ53までに印加される電圧と等しい。第2平滑コンデンサC52の両端に印加される電圧V52は、電流経路I54上、即ち第2バランス抵抗R54から第2ツェナーダイオードRZ54までに印加される電圧と等しい。
しかし、第1平滑コンデンサC51の内部抵抗R51a及び第2平滑コンデンサC52の内部抵抗R52aにバラツキがあると、各平滑コンデンサC51,C52に印加される電圧V51,V52と各ツェナー電圧Vr53,Vr54との間に大小関係が生じ、第1及び第2平滑コンデンサC51,C52の電圧のバランスは崩れた状態を採ることとなる。当該大小関係に基づき、電圧平滑回路514は、以下のいずれかの動作を採る。
この場合、第1平滑コンデンサC51の両端だけではなく、第1ツェナーダイオードRZ53にも第1ツェナー電圧Vr53以上の電圧V51が印加され、第1ツェナーダイオードRZ53が動作する。すると、第1ツェナーダイオードRZ53の両端電圧は、一定電圧、つまりは第1ツェナー電圧Vr53にクリップされ、電流経路I53上には、図19の矢印で示すように、第1バランス抵抗R53及び第1ツェナーダイオードRZ53の順に電流が流れる。一方、第2平滑コンデンサC52の両端に印加される電圧V52は“Vdc-V51”と表されることから、当該電圧V52は第2ツェナー電圧Vr54よりも小さい。従って、第2ツェナーダイオードRZ54は動作せず、電流経路I54上には電流は流れない。
このようにして内部抵抗R52aに電流が流れ込むことにより、第2平滑コンデンサC52の両端に印加される電圧V52が大きくなる。電圧V51は“Vdc-V51”と表されるので、電圧V52が大きくなるにつれて小さくなっていく。
上記動作により、やがて電圧V52及び電圧V51はほぼ等しくなり、電流経路I53には電流が流れなくなる。即ち、上記動作は、第1平滑コンデンサC51の両端に印加される電圧V51が第1ツェナー電圧Vr53とほぼ等しくなり、第1及び第2平滑コンデンサC51,C52の電圧のバランスが保たれた状態となるまで、継続して行われる。
この場合、第2平滑コンデンサC52の両端だけではなく、第2ツェナーダイオードRZ54にも第2ツェナー電圧Vr54以上の電圧V2が印加され、第2ツェナーダイオードRZ54が動作する。すると、第2ツェナーダイオードRZ54の両端電圧は、一定電圧、つまりは第2ツェナー電圧Vr54にクリップされ、電流経路I54上には、図20の矢印で示すように、第2バランス抵抗R54及び第2ツェナーダイオードRZ54の順に電流が流れる経路が形成される。一方、第1平滑コンデンサC51の両端に印加される電圧V51は“Vdc-V52”と表されることから、当該電圧V51は第1ツェナー電圧Vr53よりも小さい。従って、第1ツェナーダイオードRZ53は動作せず、電流経路I53上には電流は流れない。
このようにして内部抵抗R51aに電流が流れることにより、第1平滑コンデンサC51の両端に印加される電圧V51が大きくなる。電圧V52は“Vdc-V51”と表されるので、電圧V51が大きくなるにつれて小さくなっていく。
上記動作により、やがて電圧V51及び電圧V52はほぼ等しくなり、電流経路I54には電流が流れなくなる。即ち、上記動作は、第2平滑コンデンサC52の両端に印加される電圧V52が第2ツェナー電圧Vr54とほぼ等しくなり、第1及び第2平滑コンデンサC51,C52の電圧のバランスが保たれた状態となるまで、継続して行われる。
(A)
本実施形態に係る電圧平滑回路514では、第1通電規制部である第1ツェナーダイオードRZ53に第1所定電圧である第1ツェナー電圧Vr53以上の電圧が印加された場合には、第1バランス抵抗R53に電流が流れ、この電流は例えば第2平滑コンデンサC52の内部抵抗R52aに流れる(図19)。逆に、第2通電規制部である第2ツェナーダイオードRZ54に第2所定電圧である第2ツェナー電圧Vr54以上の電圧が印加された場合には、第2バランス抵抗R54に電流が流れることによって、例えば第1平滑コンデンサC51の内部抵抗R51aにも電流が流れる(図20)。第1平滑コンデンサC51に電流が流れた場合には、第1平滑コンデンサC51の両端電圧V51が上がり、第2平滑コンデンサC52に電流が流れた場合には、第2平滑コンデンサC52の両端電圧V52が上がるため、簡易な構成で、各平滑コンデンサC51,C52に印加される電圧のバランスを保つことができる。
特に、本実施形態に係る電圧平滑回路514では、第1ツェナーダイオードRZ53及び第2ツェナーダイオードRZ54のいずれか一方にのみ、第1ツェナー電圧Vr53以上または第2ツェナー電圧Vr54以上の電圧が印加されるため、第1及び第2バランス抵抗R53,R54の両方に常時電流が流れることがない。従って、第1及び第2バランス抵抗R53,R54としては、寸法の比較的小さいもの(例えばチップ抵抗)を利用することができると共に、第1及び第2バランス抵抗R53,R54における発熱量を軽減することができる。
(C)
また、本実施形態に係る電圧平滑回路514では、例えば電源部13が出力する電圧の値が“718V”であるとした場合、各ツェナーダイオードRZ53,RZ54の各ツェナー電圧Vr53,Vr54は、共に“360V”と決定される。これにより、第1ツェナーダイオードRZ53及び第2ツェナーダイオードRZ54のいずれか一方にのみ電流が流れるようになるため、簡易な構成で第1及び第2バランス抵抗R53,R54における発熱量を軽減することができる。
また、本実施形態に係る電圧平滑回路514では、第1ツェナー電圧Vr53及び第2ツェナー電圧Vr54が、第1平滑コンデンサC51及び第2平滑コンデンサC52の定格電圧とほぼ同じかまたはそれ以下である。これにより、第1及び第2平滑コンデンサC51,C52には、第1ツェナー電圧Vr53及び第2ツェナー電圧Vr54の値と同じかまたは大きい電圧が印加される。
(E)
また、本実施形態に係る電圧平滑回路514では、第1バランス抵抗R53は、第1平滑コンデンサC51の内部抵抗R51aの値よりも小さい抵抗値を有する。第2バランス抵抗R54は、第2平滑コンデンサC52の内部抵抗R52aの値よりも小さい抵抗値を有する。これにより、第1平滑コンデンサC51及び第2平滑コンデンサC52の各内部抵抗R51a,R52aに流れる電流量よりも、第1バランス抵抗R53及び第2バランス抵抗R54に流れる電流量の方が多くなるため、第1平滑コンデンサC51及び第2平滑コンデンサC52に流れる電流量を抑えることができる。従って、第1平滑コンデンサC51及び第2平滑コンデンサC52に印加される電圧を低くすることができる。
本実施形態では、電圧平滑回路514が図18~20に示す構成である場合について説明した。しかし、電圧平滑回路は、図21に示すような構成であってもよい。図21の電圧平滑回路514’は、既に説明した電圧平滑回路514の構成に加え、更に第3補助抵抗R531及び第4補助抵抗R532を備えている。第3補助抵抗R531は、第1ツェナーダイオードRZ53の両端に並列に接続されている。第4補助抵抗R532は、第2ツェナーダイオードRZ54の両端に並列に接続されている。
図21に係る電圧平滑回路514’によると、第1ツェナー電圧Vr53以上の電圧V51が第1ツェナーダイオードRZ53に印加された場合(V51>Vr53)、第1バランス抵抗R53を流れる電流は、第1ツェナーダイオードRZ53及び第3補助抵抗R531に分岐して流れる。逆に、第2ツェナー電圧Vr54以上の電圧V52が第2ツェナーダイオードRZ54に印加された場合(V52>Vr54)、第2バランス抵抗R54を流れる電流は、第2ツェナーダイオードRZ54及び第4補助抵抗R532に分岐して流れる。これにより、第1ツェナーダイオードRZ53及び第2ツェナーダイオードRZ54それぞれに流れる電流量は、電圧平滑回路514に比して小さくなるため、第1ツェナーダイオードRZ53及び第2ツェナーダイオードRZ54の作動電圧や定格電力を低く設定することができ、第1ツェナーダイオードRZ53及び第2ツェナーダイオードRZ54としては、定格電流の比較的小さいものを用いることができる。従って、電圧平滑回路514’に係るコストの低減化(特に、第1ツェナーダイオードRZ53及び第2ツェナーダイオードRZ54のコスト削減)を図ることができる。
尚、電圧平滑回路514’は、第3補助抵抗R531及び第4補助抵抗R532を除き、図18~20と同様の構成を有しているため、図21においては、第3補助抵抗R531及び第4補助抵抗R532を除いては図18~20と同じ符号を付している。
<第7実施形態>
上記第6実施形態では、第1ツェナーダイオードRZ53及び第2ツェナーダイオードRZ54のいずれか一方にのみ電流が流れる場合について説明したが、本実施形態では、上記第6実施形態とは異なる動作をする電圧平滑回路について説明する。
図22~24は、本実施形態に係る電圧平滑回路614の回路図である。電圧平滑回路614の主な回路構成は、上記第1実施形態に係る電圧平滑回路514と同様である。つまり、電圧平滑回路614は、第1平滑コンデンサC61、第2平滑コンデンサC62、第1バランス抵抗R63、第2バランス抵抗R64、第1ツェナーダイオードRZ63(第1通電規制部に相当)、及び第2ツェナーダイオードRZ64(第2通電規制部に相当)を備える。
第1平滑コンデンサC61及び第2平滑コンデンサC62は、互いに直列に接続されており、電源部13に対して並列に接続されている。第1平滑コンデンサC61及び第2平滑コンデンサC62は、それぞれ内部抵抗R61a,R62a及び容量成分C61a,C62aを有しており、電源部13から出力された電圧を更に平滑化させる。
第1ツェナーダイオードRZ63は、第1バランス抵抗R63に直列に接続され、第2ツェナーダイオードRZ64は、第2バランス抵抗R64に直列に接続されている。第1ツェナーダイオードRZ63は、第1ツェナー電圧Vr63(第1所定電圧に相当)以上の電圧が印加された場合、第1バランス抵抗R63に一方向(つまり、第1ツェナーダイオードRZ63のカソードからアノードへの方向)に電流を流す。第2ツェナーダイオードRZ64は、第2ツェナー電圧Vr64(第2所定電圧に相当)以上の電圧が印加された場合、第2バランス抵抗R64に一方向(つまり、第2ツェナーダイオードRZ64のカソードからアノードへの方向)に電流を流す。
また、各ツェナー電圧Vr63,Vr64の値は、上述した電圧Vdcや第1平滑コンデンサC61及び第2平滑コンデンサC62の定格電圧の他、第1バランス抵抗R63及び第2バランス抵抗R64の値も考慮して決定される。
(2)動作
次に、電圧平滑回路614の動作について、図22~24を用いて説明する。尚、以下では、説明を簡単にするため、各バランス抵抗R63,R64の抵抗値は等しく、かつ各第1及び第2ツェナー電圧Vr63,Vr64は共に“240V”、電源部13の電圧Vdcは718Vであるとする。
(2-1)第1平滑コンデンサC61の両端電圧V61が、第2平滑コンデンサC62の両端電圧V62よりも大きい場合(V61>V62)
仮に、両端電圧V61が380V、両端電圧V62が338Vであるとする。各両端電圧V61,V62は第1ツェナー電圧Vr63,Vr64以上であるため、第1及び第2ツェナーダイオードRZ63,RZ64は共に動作し、第1ツェナーダイオードRZ63,RZ64の両端電圧は第1ツェナー電圧Vr63にクリップされ、第2ツェナーダイオードRZ64の両端電圧は第2ツェナー電圧Vr64にクリップされる。すると、電流経路I63上には、第1バランス抵抗R63及び第1ツェナーダイオードRZ63の順に電流が流れ、電流経路I64上には、第2バランス抵抗R64から第2ツェナーダイオードRZ64の順に電流が流れる(図23)。
(2-2)第1平滑コンデンサC61の両端電圧V61が、第2平滑コンデンサC62の両端電圧V62よりも小さい場合(V61<V62)
仮に、両端電圧V61が338V、両端電圧V62が380Vであるとする。各両端電圧V61,V62は第1ツェナー電圧Vr63,Vr64以上であるため、第1及び第2ツェナーダイオードRZ63,RZ64は共に動作し、第1ツェナーダイオードRZ63,RZ64の両端電圧は第1ツェナー電圧Vr63にクリップされ、第2ツェナーダイオードRZ64の両端電圧は第2ツェナー電圧Vr64にクリップされる。すると電流経路I63上には、第1バランス抵抗R63及び第1ツェナーダイオードRZ63の順に電流が流れ、電流経路I64上には、第2バランス抵抗R64から第2ツェナーダイオードRZ64の順に電流が流れる(図24)。
(3)効果
(A)
本実施形態に係る電圧平滑回路614によると、第1ツェナーダイオードRZ63に第1ツェナー電圧Vr63以上の電圧が印加されると共に、第2ツェナーダイオードRZ64にも第2ツェナー電圧Vr64以上の電圧が印加されるため、第1ツェナーダイオードRZ63及び第2ツェナーダイオードRZ64の双方、つまりは第1バランス抵抗R63及び第2バランス抵抗R64の双方に電流が流れるようになる。
(B)
また、本実施形態に係る電圧平滑回路614によると、第1ツェナーダイオードRZ63には、第1ツェナー電圧Vr63以上の電圧が印加されることで電流が流れ、第2ツェナーダイオードRZ64には、第2ツェナー電圧Vr64以上の電圧が印加されることで電流が流れる。第1ツェナーダイオードRZ63及び第2ツェナーダイオードRZ64における各電圧は、それぞれ第1ツェナー電圧Vr63及び第2ツェナー電圧Vr64にクリップされる。そのため、第1バランス抵抗R63には、第1平滑コンデンサC61の両端電圧と第1ツェナー電圧Vr63との差分電圧が印加され、第2バランス抵抗R64には、第2平滑コンデンサC62の両端電圧と第2ツェナー電圧Vr64との差分電圧が印加される。従って、簡易な構成で第1及び第2バランス抵抗R63,R64に流れる電流の値を従来よりも小さくすることができ、第1及び第2バランス抵抗R63,R64における発熱量を軽減することができるため、各バランス抵抗R63,R64付近の電子部品への影響を抑えることができる。
(C)
また、本実施形態に係る電圧平滑回路614では、第1ツェナー電圧Vr63及び第2ツェナー電圧Vr64は、第1平滑コンデンサC61及び第2平滑コンデンサC62の定格電圧以下である。これにより、各第1及び第2平滑コンデンサC61,C62には、第1ツェナー電圧Vr63及び第2ツェナー電圧Vr64の値よりも大きい電圧がそれぞれ印加される。
また、本実施形態に係る電圧平滑回路614によると、第1バランス抵抗R63は、第1平滑コンデンサC61の内部抵抗R61aの値よりも小さい抵抗値を有し、第2バランス抵抗R64は、第2平滑コンデンサC62の内部抵抗R62aの値よりも小さい抵抗値を有する。これにより、第1平滑コンデンサC61及び第2平滑コンデンサC62の各内部抵抗R61a,R62aに流れる電流量よりも、第1バランス抵抗R63及び第2バランス抵抗R64に流れる電流量の方が多くなるため、第1平滑コンデンサC61及び第2平滑コンデンサC62に流れる電流量を抑えることができる。従って、第1平滑コンデンサC61及び第2平滑コンデンサC62に印加される電圧を低くすることができる。
(4)変形例
(a)
本実施形態に係る電圧平滑回路は、第1実施形態に係る電圧平滑回路614’(図21)と同様、図25に示すような構成であってもよい。図25の電圧平滑回路614’は、図22~24で説明した電圧平滑回路514の構成に加え、更に第3補助抵抗R631及び第4補助抵抗R632を備えている。第3補助抵抗R631は、第1ツェナーダイオードRZ63の両端に並列に接続されている。第4補助抵抗R632は、第2ツェナーダイオードRZ64の両端に並列に接続されている。
尚、電圧平滑回路614’は、第3補助抵抗R631及び第4補助抵抗R632を除き、図22~24と同様の構成を有しているため、図25においては、第3補助抵抗R631及び第4補助抵抗R632を除いては図22~24と同じ符号を付している。
(b)
本実施形態の「(2)動作」では、各内部抵抗R61a,R62aにバラツキがあり、各両端電圧V61,V62に大小関係が生じたとしても、電流経路I63,I64双方に電流が流れる場合について説明した。しかし、図22~24に係る電圧平滑回路614においては、内部抵抗R61a,R62aのバラツキが非常に大きく、両端電圧V61,V62の差が大きい場合には、いずれか一方の両端電圧V61,V62が第1ツェナー電圧Vr63または第2ツェナー電圧Vr64以下となってしまうことが考えられる。この場合、先ずはツェナー電圧Vr63,Vr64以上の電圧が印加されているいずれか一方のツェナーダイオードRZ63,RZ64のみが動作し、やがて両端電圧V61,V62の差が小さくなった時に、他方のツェナーダイオードにもツェナー電圧以上の電圧が印加されることとなり、動作していなかったツェナーダイオードも動作する。その後は、本実施形態の「(2)動作」と同様となる。即ち、この場合の電圧平滑回路614は、以下の第1状態及び第2状態のいずれかを採り得る。
第1状態:第1ツェナーダイオードRZ63に第1ツェナー電圧Vr63以上の電圧が印加された後に、第2ツェナーダイオードRZ64にも第2ツェナー電圧Vr64以上の電圧が印加される状態
第2状態:第2ツェナーダイオードRZ64に第2ツェナー電圧Vr64以上の電圧が印加された後に、第1ツェナーダイオードRZ63にも第1ツェナー電圧Vr63以上の電圧が印加される状態
上記第1状態の具体例を説明するため、仮に各ツェナー電圧が“240V”、電源部13の電圧Vdcが“718V”であって、両端電圧V61が“500V”、両端電圧V62が“218V”であるとする。この場合、先ずは第1ツェナーダイオードRZ63のみが動作し、第6実施形態に係る図19のように内部抵抗R62aに電流が流れ込む。すると、両端電圧V62が徐々に大きくなるため、両端電圧V62の電圧が240V以上となることで、それまで動作していなかった第2ツェナーダイオードRZ64も動作をし始める。これにより、本実施形態に係る図23に示すように電流が流れるようになり、やがて両端電圧V61,V62のバランスは保たれた状態となる。
<他の実施形態>
以上、本発明の実施形態及びその変形例について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態及びその変形例に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
上記第1~第3実施形態に係る電圧平滑回路14,114,214では、ツェナーダイオードRZ4,RZ14,RZ24が1つ設けられており、ツェナー電圧Vr4,Vr14,Vr24が例えば376Vである場合について説明した。しかしながら、一般的に流通しているツェナーダイオードとしては、ツェナー電圧が比較的大きいもの(360V等)が少ない。そこで、複数個のツェナーダイオードを直列に接続することで、ツェナーダイオードRZ4,RZ14,RZ24として利用してもよい。例えば、ツェナー電圧を“376V”とする場合には、ツェナー電圧が47V程度であるツェナーダイオードを8個直列接続することで対応可能である。
しかし、ツェナーダイオードを複数個用いる場合には、必然的に部品コストが高くなってしまう。従って、利用するツェナーダイオードのコストと、バランス抵抗R3,R13(または、第1バランス抵抗R23及び第2バランス抵抗R24)の電力損失の目標値などを総合考慮し、ツェナー電圧Vr4,Vr14,Vr24を決定したり、利用するツェナーダイオードの個数を決定したりするとよい。
(b)
また、上記第1~第3実施形態に係る電圧平滑回路14,114,214においては、所定電圧以上の電圧が印加された場合に電流経路I4,I14,I24上に一方向に電流を流すと共に端子間電圧を所定電圧に維持する「第2通電規制部」が、ツェナーダイオードRZ4,RZ14,RZ24で構成されている場合について説明した。しかし、第2通電規制部は、第2所定電圧以上の電圧が印加された場合にバランス抵抗R3,R13(または第1バランス抵抗R23)に一方向に電流を流すと共に端子間電圧を第2所定電圧に維持することができるものであればどのようなものであってもよく、ツェナーダイオード以外で構成されていてもよい。
(c)
また、上記第1~第4実施形態では、バランス抵抗の値が平滑コンデンサの内部抵抗の値よりも小さいという条件を満たす場合について説明した。しかし、この条件は、必須ではない。特に、上記第3実施形態にて記載した方法においては、ツェナー電圧の値や各平滑コンデンサにおける両端電圧の動作範囲を示す“X%”の値等のように、前提条件に含まれる各種値がどのような値であるかによって、第1バランス抵抗と各平滑コンデンサの内部抵抗値との間の大小関係が変化する。
また、上記第1実施形態では、1つのみのバランス抵抗R1及びツェナー電圧Vr4の決定方法を概論的に説明した。しかし、バランス抵抗R1及びツェナー電圧Vr4は、第3実施形態の“(2-2)具体例”と同様にして決定されてもよい。
また、上記第2実施形態で示したように、バランス抵抗が1つのみである場合において、このバランス抵抗の値は、上記第5実施形態の“(2)各バランス抵抗の抵抗値及びツェナー電圧の決定方法”と同様にして決定されることができる。
(e)
上記第3実施形態では、図9~11に示すように、電流経路I24上においては、電圧の高い側から順にツェナーダイオードRZ24、第2バランス抵抗R24の順で接続されている場合について説明した。しかし、電流経路I24上の素子の接続順は、この順番に限定されず、第2バランス抵抗R24、ツェナーダイオードRZ24の順番でも良い。
13 電源部
14,114,214,314,414,514,614 電圧平滑回路
15 インバータ部
C1,C11,C21,C31,C41,C51,C61 第1平滑コンデンサ
C1a,C11a,C21a,C31a,C41a,C51a,C61a 容量成分
R1a,R11a,R21a,R31a,R41a,R51a,R61a 内部抵抗(抵抗成分)
C2,C12,C22,C32,C42,C52,C62 第2平滑コンデンサ
C2a,C12a,C22a,C32a,C42a,C52a,C62a 容量成分
R2a,R12a,R22a,R32a,R42a,R52a,R62a 内部抵抗(抵抗成分)
R3,R13 バランス抵抗
R23,R33,R43,R53,R63 第1バランス抵抗
R24,R34,R44,R54,R64 第2バランス抵抗
RZ4,RZ14,R24,R34,R44,RZ53,RZ54,RZ63,RZ64 ツェナーダイオード
R5,R6,R25,R26,R531,R532,R631,R632 補助抵抗
Claims (16)
- 電源部(13)から出力された電圧を平滑する電圧平滑回路であって、
互いに直列に接続されていると共に、前記電源部に対して並列に接続された第1平滑コンデンサ(C1,C11,C21,C31,C41,C51,C61)及び第2平滑コンデンサ(C2,C12、C22,C32,C42,C52,C62)と、
前記第1平滑コンデンサに対し並列に接続された第1バランス抵抗(R3,R13,R23,R33,R43,R53,R63)と、
前記第2平滑コンデンサに対し並列な電流経路上に接続されており、第2所定電圧以上の電圧が印加された場合、電流を前記電流経路上に一方向に流す第2通電規制部(RZ4、RZ14、RZ24、RZ34、RZ44,RZ54,RZ64)と、
を備える、電圧平滑回路(14,114,214,314,414,514,614)。 - 前記第2所定電圧は、前記第2平滑コンデンサの定格電圧より低く、
前記第2通電規制部は、前記第2所定電圧以上の電圧が印加された場合、その端子間電圧を前記第2所定電圧に維持する、
請求項1に記載の電圧平滑回路(14,114,214,314,414)。 - 前記第2平滑コンデンサに並列かつ前記第2通電規制部に直列となるように、前記電流経路上に接続された第2バランス抵抗(R24,R34,R44)、
を更に備え、
前記第2通電規制部に前記第2所定電圧以上の電圧が印加された場合、前記第2バランス抵抗には、一方向に電流が流れる、
請求項2に記載の電圧平滑回路(214,314,414)。 - 前記第1バランス抵抗及び前記第2バランス抵抗の少なくとも1つの抵抗値は、前記第1平滑コンデンサの両端電圧を示す第1両端電圧が前記第1平滑コンデンサの定格電圧より低く、かつ前記第2平滑コンデンサの両端電圧を示す第2両端電圧が前記第2平滑コンデンサの定格電圧より低くなる条件を満たすようにして決定されており、
前記第2所定電圧は、前記第2両端電圧とほぼ同じかまたはそれ以下である、
請求項3に記載の電圧平滑回路(14,114,214,314,414)。 - 前記第1バランス抵抗の抵抗値は、前記第1平滑コンデンサの両端電圧を示す第1両端電圧が前記第2平滑コンデンサの両端電圧を示す第2両端電圧以下となり、かつ前記第2両端電圧が前記第2平滑コンデンサの定格電圧よりも低い条件を満たすようにして決定されている、
請求項2~4のいずれかに記載の電圧平滑回路(114,314)。 - 前記第2通電規制部に並列に接続された第1補助抵抗(R5,R25)、及び互いに直列接続された前記第1平滑コンデンサ及び前記第2平滑コンデンサに対し並列に接続された第2補助抵抗(R6,R26)、
のいずれかを更に備える、
請求項2~5のいずれか1項に記載の電圧平滑回路(14,114,214,314,414)。 - 前記第2平滑コンデンサに並列かつ前記第2通電規制部に直列となるように、前記電流経路上に接続された第2バランス抵抗(R54,R64)と、
前記第1バランス抵抗に直列に接続されており、第1所定電圧以上の電圧が印加された場合、前記第1バランス抵抗に一方向に電流を流す第1通電規制部(RZ53,RZ63)と、
を更に備え、
前記第2通電規制部(RZ54,RZ63)に前記第2所定電圧以上の電圧が印加された場合、前記第2バランス抵抗(R54,R64)には、一方向に電流が流れる、
請求項1に記載の電圧平滑回路(514,614)。 - 前記第1通電規制部の両端に並列に接続された第3補助抵抗(R531,R631)と、
前記第2通電規制部の両端に並列に接続された第4補助抵抗(R532,R632)と、
を更に備える、
請求項7に記載の電圧平滑回路(514’,614’)。 - 前記第1通電規制部(RZ53)に前記第1所定電圧以上の電圧が印加された場合、前記第2通電規制部(RZ54)には前記第2所定電圧以上の電圧が印加されず、
前記第2通電規制部(RZ54)に前記第2所定電圧以上の電圧が印加された場合、前記第1通電規制部(RZ53)には前記第1所定電圧以上の電圧が印加されない、
請求項7または8に記載の電圧平滑回路(514)。 - 前記第1通電規制部(RZ53)は第1ツェナーダイオードで構成され、
前記第2通電規制部(RZ54)は第2ツェナーダイオードで構成され、
前記第1所定電圧及び第2所定電圧は、前記電源部が出力する電圧の値に基づいて、前記第1ツェナーダイオード及び前記第2ツェナーダイオードのいずれか一方にのみ電流が流れるように決定されている、
請求項9に記載の電圧平滑回路(514)。 - 前記第1所定電圧及び前記第2所定電圧は、前記第1平滑コンデンサ(C51)及び前記第2平滑コンデンサ(C52)の定格電圧以下である、
請求項10に記載の電圧平滑回路(514)。 - 前記第1通電規制部(RZ63)に前記第1所定電圧以上の電圧が印加されると共に、前記第2通電規制部(RZ64)にも前記第2所定電圧以上の電圧が印加される、
請求項7または8に記載の電圧平滑回路(614)。 - 前記第1通電規制部(RZ63)に前記第1所定電圧以上の電圧が印加された後に前記第2通電規制部(RZ64)にも前記第2所定電圧以上の電圧が印加される第1状態、及び
前記第2通電規制部(RZ64)に前記第2所定電圧以上の電圧が印加された後に前記第1通電規制部(RZ63)にも前記第1所定電圧以上の電圧が印加される第2状態、
のいずれかを採り得る、
請求項12に記載の電圧平滑回路(614)。 - 前記第1通電規制部(RZ63)は第1ツェナーダイオードで構成され、
前記第2通電規制部(RZ64)は第2ツェナーダイオードで構成される、
請求項12または13に記載の電圧平滑回路(614)。 - 前記第1所定電圧及び前記第2所定電圧は、前記第1平滑コンデンサ(C61)及び前記第2平滑コンデンサ(C62)の定格電圧以下である、
請求項14に記載の電圧平滑回路(614)。 - 前記第1バランス抵抗は、前記第1平滑コンデンサの内部抵抗の値よりも小さい抵抗値を有し、
前記第2バランス抵抗は、前記第2平滑コンデンサの内部抵抗の値よりも小さい抵抗値を有する、
請求項3~15のいずれかに記載の電圧平滑回路(214,314,414,514,614)。
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