JP2004072846A - 整流装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】装置の起動時や停電からの復電時、直流平滑用コンデンサに大きな突入電流が流れ、過電流耐量の小さい高速ダイオードやスイッチング素子の寄生ダイオードなどの逆導通機能部が破壊されることのない整流装置を提供する。
【解決手段】スイッチング素子とダイオードとの逆並列接続回路からなるスイッチングアームおよび逆導通機能を有するスイッチング素子の何れかとダイオードを直列接続した直列接続回路、およびダイオード２個を直列接続した直列接続回路の中から、スイッチング素子を含む形で同じもの同士も含めて複数の直列接続回路を並列接続し、該複数の直列接続回路の並列接続点間に並列にコンデンサと負荷を、該複数の直列接続回路のそれぞれの内部接続点と交流電源との間にリアクトルを、交流電源とリアクトルとの接続点と前記複数の直列接続回路の並列接続点の一方または双方との間にダイオードを、それぞれ接続する。
【選択図】 図１
【解決手段】スイッチング素子とダイオードとの逆並列接続回路からなるスイッチングアームおよび逆導通機能を有するスイッチング素子の何れかとダイオードを直列接続した直列接続回路、およびダイオード２個を直列接続した直列接続回路の中から、スイッチング素子を含む形で同じもの同士も含めて複数の直列接続回路を並列接続し、該複数の直列接続回路の並列接続点間に並列にコンデンサと負荷を、該複数の直列接続回路のそれぞれの内部接続点と交流電源との間にリアクトルを、交流電源とリアクトルとの接続点と前記複数の直列接続回路の並列接続点の一方または双方との間にダイオードを、それぞれ接続する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスイッチング素子とダイオードを用いて交流電源から直流を作り出す、いわゆる整流回路に関し、特に交流電源が停電し復電した時や電源起動時に過大な突入電流がスイッチング素子やダイオードに流れ、素子が破壊するのを防止するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０から図１３に、従来の回路方式として単相整流回路の例を示す。図１０と図１１は請求項に示す第２の直列接続回路を２個並列接続した構成、図１２は第１の直列接続回路と第３の直列接続回路を並列接続した構成、図１３は第１の直列接続回路を２個並列接続した構成である。いずれもスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを用いた構成例であり、図示のスイッチング素子と逆並列接続したダイオードはＭＯＳＦＥＴの内部の寄生ダイオードでも代用できる。
【０００３】
図１０において、整流回路２０は、スイッチング素子２０１とダイオード２０５を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０７を直列接続した直列接続回路と、スイッチング素子２０２とダイオード２０６を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０８を直列接続した直列接続回路とを並列接続し、並列接続点２１３を正極直流出力端子、並列接続点２１４を負極直流出力端子とし、スイッチング素子２０１とダイオード２０５を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０７直列接続回路の内部接続点にリアクトル２０９の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子２１１に、スイッチング素子２０２とダイオード２０６を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０８を直列接続した直列接続回路の内部接続点は交流入力端子２１２に、各々接続された構成であり、さらに正極直流出力端子２１３と負極直流出力端子２１４との間にはコンデンサ６と負荷７が、交流入力端子２１１と２１２との間には交流電源１が接続されている。
【０００４】
この構成における動作を以下に説明する。交流電源が正の電圧（図で端子２１１の電圧が端子２１２の電圧よりも大の時）の場合、スイッチング素子２０１をオンすると電流は交流電源１→リアクトル２０９→スイッチング素子２０１→ダイオード２０６→交流電源１の経路で流れて増加する。ここで、スイッチング素子２０１がオフするとリアクトル２０９に流れている電流はリアクトル２０９→ダイオード２０７→コンデンサ６→ダイオード２０６→交流電源１→リアクトル２０９の経路に転流し、負荷にエネルギーが供給される。
【０００５】
一方、交流電源１が負の電圧（図で端子２１２の電圧が端子２１１の電圧よりも大きい時）の場合は、スイッチング素子２０２をスイッチングすることによって同様の動作となる。従って、交流電源１が正の時にはスイッチング素子２０１をスイッチングし、交流電源１が負の時にはスイッチング素子２０２をスイッチングする。このように、スイッチング素子２０１またはスイッチング素子２０２を制御することにより、入力電流を高力率に制御しながら、交流電源から任意の直流（交流電源電圧の最大値以上）得ることができる。
【０００６】
図１１は第２の従来技術を示す回路図である。図１０との違いは、スイッチング素子とダイオードを逆並列接続したスイッチングアームとダイオードを直列接続した直列接続回路の構成が上下アーム逆にしてある点である。
【０００７】
図１１の回路方式における動作原理を説明する。交流電源１が正の電圧の場合、スイッチング素子３０２をオンすると交流電源１→リアクトル３０９→ダイオード３０５→スイッチング素子３０２→交流電源１の経路で電流が増加する。ここで、スイッチング素子３０２をオフさせるとリアクトル３０９に流れている電流はリアクトル３０９→ダイオード３０５→コンデンサ６→ダイオード３０８→交流電源１→リアクトル３０９の経路に転流し、負荷７にエネルギーが供給される。
【０００８】
一方、交流電源１の電圧が負の場合、スイッチング素子３０１をスイッチングすることによって同様の動作となる。従って、交流電源１が正のときにはスイッチング素子３０２をスイッチングし、交流電源１が負のときにはスイッチング素３０１をスイッチングする。このように、スイッチング素子３０２またはスイッチング素子３０１を制御することにより、入力電流を高力率に制御しながら、交流電源から任意の直流（交流電源電圧の最大値以上）を得ることができる。
【０００９】
図１２は第３の従来技術を示す回路図である。整流回路４０は、スイッチング素子４０１とダイオード４０５を逆並列接続したスイッチングアームとスイッチング素子４０２とダイオード４０６を逆並列接続したスイッチングアームとを直列接続した直列接続回路と、ダイオード４１５とダイオード４１６を直列接続した直列接続回路とを並列接続し、並列接続点４１３を正極直流出力端子、並列接続点４１４を負極直流出力端子とし、スイッチング素子４０１とダイオード４０５を逆並列接続したスイッチングアームとスイッチング素子４０２とダイオード４０６を逆並列接続したスイッチングアームとの直列接続回路の内部接続点にリアクトル４０９の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子４１１に、ダイオード４１５とダイオード４１６を直列接続した直列接続回路の内部接続点は交流入力端子４１２に、各々接続された構成であり、さらに正極直流出力端子４１３と負極直流出力端子４１４との間にはコンデンサ６と負荷７が、交流入力端子４１１と４１２との間には交流電源１が、各々接続されている。
【００１０】
図１２の回路構成における動作を説明する。交流電源１が正の電圧の場合、スイッチング素子４０２がオンすると電流は交流電源１→リアクトル４０９→スイッチング素子４０２→ダイオード４１６→交流電源１の経路で流れて増加する。ここで、スイッチング素子４０２がオフするとリアクトル４０９に流れていた電流はリアクトル４０９→ダイオード４０５→コンデンサ６→ダイオード４１６→交流電源１→リアクトル４０９の経路に転流し、負荷にエネルギーが供給される。
【０００１１】
一方、交流電源１の電圧が負の場合、スイッチング素子４０１をスイッチングすることによって同様の動作となる。よって、交流電源１が正のときにはスイッチング素子４０２をスイッチングし、交流電源１が負のときにはスイッチング素子４０１をスイッチングすることにより、入力電流を高力率に制御しながら交流電源から任意の直流（交流電源電圧の最大値以上）を得ることができる。
【０００１２】
図１３は第４の従来技術を示す回路図である。整流回路５０は、スイッチング素子５０１とダイオード５０５を逆並列接続したスイッチングアームとスイッチング素子５０２とダイオード５０６を逆並列接続したスイッチングアームとを直列接続した直列接続回路と、スイッチング素子５０３とダイオード５０７を逆並列接続したスイッチングアームとスイッチング素子５０４とダイオード５０８を逆並列接続したスイッチングアームとを直列接続した直列接続回路とを並列接続し、並列接続点５１３を正極直流出力端子、並列接続点５１４を負極直流出力端子とし、スイッチング素子５０１とダイオード５０５を逆並列接続したスイッチングアームとスイッチング素子５０２とダイオード５０６を逆並列接続したスイッチングアームとの直列接続回路の内部接続点にリアクトル５０９の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子５１１に、スイッチング素子５０３とダイオード５０７を逆並列接続したスイッチングアームとスイッチング素子５０４とダイオード５０８を逆並列接続したスイッチングアームとを直列接続した直列接続回路の内部接続点は交流入力端子５１２に、各々接続された構成であり、さらに正極直流出力端子５１３と負極直流出力端子５１４との間にはコンデンサ６と負荷７が、交流入力端子５１１と５１２との間には交流電源１が接続されている。
【００１３】
以下に図１３における動作例を説明する。交流電源１が正の電圧の場合、スイッチング素子５０３オフ、５０４オンの状態で、スイッチング素５０１オフ、５０２オンとすると、電流は交流電源１→リアクトル５０９→スイッチング素子５０２→ダイオード５０８→交流電源１の経路で流れて増加する。ここで、スイッチング素子５０２をオフ、５０１オンとするとリアクトル５０９に流れていた電流はリアクトル５０９→ダイオード５０５→コンデンサ６→ダイオード５０８→交流電源１→リアクトル５０９の経路に転流し、負荷にエネルギーが供給される。
【００１４】
一方、交流電源１の電圧が負の場合、スイッチング素子５０２オン、５０１オフの状態で、スイッチング素子５０３と５０４をスイッチングすることによって同様の動作となる。よって、交流電源１が正の時にはスイッチング素子５０２をスイッチングし、交流電源１が負の時にはスイッチング素子５０１をスイッチングする。このように、スイッチング素子５０２またはスイッチング素子５０１を制御することによって、入力電流を高力率に制御しながら、交流電圧を任意の直流電圧（交流電源電圧の最大値以上）に変換することができる。図１０〜図１２との違いは、リアクトルの電流をコンデンサに放出する時でも放出経路にあるダイオードと逆並列接続されたスイッチング素子がオンしているため、負荷から電力が回生される場合、この回生電力を交流電源１に回生できる点である。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術において、起動時や停電後に復電した場合、コンデンサ６の電圧よりも交流電源１の電圧の方が大きくなる場合がある。このとき、例えば交流電源１が正の電圧ならば、図１０の回路方式では、交流電源１→リアクトル２０９→ダイオード２０７→コンデンサ６→ダイオード２０６→交流電源１の経路で、図１１の回路方式では、交流電源１→リアクトル３０９→ダイオード３０５→コンデンサ６→ダイオード３０８→交流電源１の経路で、図１２の回路方式では、交流電源１→リアクトル４０９→ダイオード４０５→コンデンサ６→ダイオード４１６→交流電源１の経路で、図１３の回路方式では、交流電源１→リアクトル５０９→ダイオード５０５→コンデンサ６→ダイオード５０８→交流電源１の経路で、それぞれ突入電流が流れ、過大な電流がダイオードやスイッチング素子内部（寄生ダイオードなど）に、流れることになる。
【００１６】
ここで、図１０および図１１に示す整流回路ではスイッチング素子がオンした場合にダイオードが逆回復するので、ダイオード２０７、２０８、３０７および３０８は高速ダイオードが必要である。また、図１２と図１３の回路方式でも同様に、スイッチング素子と逆並列に接続されたダイオード４０５，４０６、５０５〜５０８は逆回復動作となるため、高速ダイオードが必要である。
【００１７】
高速ダイオードやスイッチング素子内部の寄生ダイオードなどの逆導通機能部は過大電流に対する電流耐量が小さく、ダイオードやスイッチング素子が破損してしまう恐れがある。そこで本提案では、高速ダイオードやスイッチング素子内部の寄生ダイオードなどの逆導通機能部に過大電流を流さない小形低価格の整流回路を提供し、装置を安全に動作させることを目的としている。ここで、図１０と図１１に示すダイオード２０５、２０６、３０５、３０６と図１２に示すダイオード４１５、４１６は交流電流の半波波形がそれぞれ流れるので、逆回復することがなく、高速ダイオードを適用する必要はない。
【００１８】
また、ここでは交流電源が単相の場合を例に説明したが、三相の場合も同様に回路構成の違いにより、高速ダイオードが必要な場合とそうでない場合、素子内部の寄生ダイオードなどの逆導通部を使用する場合などがあり、単相と同様の課題があることは言うまでもない。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、スイッチング動作により交流電源から直流を作り出す整流装置において、スイッチング素子とダイオードとの逆並列接続回路からなるスイッチングアームおよび逆導通機能を有するスイッチング素子の中から同じもの同士も含めて何れか二つを直列接続した第１の直列接続回路、スイッチング素子とダイオードとの逆並列接続回路からなるスイッチングアームおよび逆導通機能を有するスイッチング素子の何れかとダイオードを直列接続した第２の直列接続回路、およびダイオード２個を直列接続した第３の直列接続回路の中から、スイッチング素子を含む形で同じもの同士も含めて複数の直列接続回路を並列接続し、該複数の直列接続回路の並列接続点間に並列にコンデンサと負荷を、該複数の直列接続回路のそれぞれの内部接続点と交流電源との間にリアクトルを、交流電源とリアクトルとの接続点と前記複数の直列接続回路の並列接続点の一方または双方との間にダイオードを、それぞれ接続する。
【００２０】
請求項２の発明では、スイッチング動作により交流電源から直流を作り出す整流装置において、スイッチング素子とダイオードとの逆並列接続回路からなるスイッチングアームおよび逆導通機能を有するスイッチング素子の中から同じもの同士も含めて何れか二つを直列接続した第１の直列接続回路、スイッチング素子とダイオードとの逆並列接続回路からなるスイッチングアームおよび逆導通機能を有するスイッチング素子の何れかとダイオードを直列接続した第２の直列接続回路、およびダイオード２個を直列接続した第３の直列接続回路の中から、スイッチング素子を含む形で同じもの同士も含めて複数の直列接続回路を並列接続し、該複数の直列接続回路の並列接続点間に並列にコンデンサと負荷を、該複数の直列接続回路のそれぞれの内部接続点と交流電源との間にリアクトルを、交流電源とリアクトルとの接続点と前記複数の直列接続回路の並列接続点の一方または双方との間にスイッチング素子を、それぞれ接続する。
【００２１】
請求項３の発明では、スイッチング動作により交流電源から直流を作り出す整流装置において、スイッチング素子とダイオードとの逆並列接続回路からなるスイッチングアームおよび逆導通機能を有するスイッチング素子の中から同じもの同士も含めて何れか二つを直列接続した第１の直列接続回路、スイッチング素子とダイオードとの逆並列接続回路からなるスイッチングアームおよび逆導通機能を有するスイッチング素子の何れかとダイオードを直列接続した第２の直列接続回路、およびダイオード２個を直列接続した第３の直列接続回路の中から、スイッチング素子を含む形で同じもの同士も含めて複数の直列接続回路を並列接続し、該複数の直列接続回路の並列接続点間に並列にコンデンサと負荷を、該複数の直列接続回路のそれぞれの内部接続点と交流電源との間にリアクトルを、交流電源とリアクトルとの接続点と前記複数の直列接続回路の並列接続点の一方との間にダイオードを、他方との間にスイッチング素子を、それぞれ接続する。
【００２２】
また、請求項４の発明では、請求項１から３に使用する複数の直列接続回路の内部接続点と交流電源との間にそれぞれ接続した複数のリアクトルとして、一つのコアに複数の巻線を備えた構成とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１から図３は、本発明の請求項１に基づく実施例を示す回路図である。図１と図２は請求項に示す第２の直列接続回路を２個並列接続した構成、図３は第１の直列接続回路と第３の直列接続回路を並列接続した構成である。いずれもスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを用いた構成例であり、図示のスイッチング素子と逆並列接続したダイオードはＭＯＳＦＥＴの内部の寄生ダイオードでも代用できる。また、スイッチング素子としてはＩＧＢＴなど他の素子を適用できることは言うまでもない。
【００２４】
図１において、整流回路２は、スイッチング素子２０１とダイオード２０５を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０７を直列接続した直列接続回路と、スイッチング素子２０２とダイオード２０６を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０８を直列接続した直列接続回路とを並列接続し、並列接続点２１３を正極直流出力端子、並列接続点２１４を負極直流出力端子とし、スイッチング素子２０１とダイオード２０５を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０７を直列接続した直列接続回路の内部接続点にリアクトル２０９の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子２１１に、スイッチング素子２０２とダイオード２０６を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０８を直列接続した直列接続回路の内部接続点にリアクトル２１０の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子２１２に、各々接続された構成であり、さらに正極直流出力端子２１３と負極直流出力端子２１４との間には並列にコンデンサ６と負荷７が、交流入力端子２１１と２１２との間には交流電源１が、交流入力端子２１１と正極直流出力端子２１３との間にはダイオード８が、交流入力端子２１２と正極直流出力端子２１３との間にはダイオード９が、それぞれ接続されている。
【００２５】
起動時や停電からの復電時のように、コンデンサ６の電圧が交流電源１の電圧よりも低い状態から交流電源が立ち上がった場合、交流電源１の電圧が正の時は、交流電源１→ダイオード８→コンデンサ６→ダイオード２０６→リアクトル２１０→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード２０７には突入電流が流れない。また、交流電源１の電圧が負の場合には、交流電源１→ダイオード９→コンデンサ６→ダイオード２０５→リアクトル２０９→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード２０８には突入電流が流れない。
【００２６】
図２における図１との違いは、スイッチング素子とダイオードを逆並列接続したスイッチングアームとダイオードを直列接続した直列接続回路の構成が上下アーム逆にしてある点と、交流入力端子３１１と負極直流出力端子３１４間にダイオード８が、交流入力端子３１２と負極直流出力端子３１４間にダイオード９がそれぞれ接続されている点である。起動時や停電からの復電時のように、コンデンサ６の電圧が交流電源１の電圧よりも低い状態から交流電源が立ち上がった場合、交流電源１の電圧が正ならば交流電源１→リアクトル３０９→ダイオード３０５→コンデンサ６→ダイオード９→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード３０８には突入電流が流れない。また、交流電源１の電圧が負の場合には、交流電源１→リアクトル３１０→ダイオード３０６→コンデンサ６→ダイオード８→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード３０７には突入電流が流れない。
【００２７】
図３において、整流回路４は、スイッチング素子４０１とダイオード４０５を逆並列接続したスイッチングアームとスイッチング素子４０２とダイオード４０６を逆並列接続したスイッチングアームを直列接続した直列接続回路と、ダイオード４１５とダイオード４１６を直列接続した直列接続回路とを並列接続し、並列接続点４１３を正極直流出力端子、並列接続点４１４を負極直流出力端子とし、スイッチング素子４０１とダイオード４０５を逆並列接続したスイッチングアームとスイッチング素子４０２とダイオード４０６を逆並列接続したスイッチングアームを直列接続した直列接続回路の内部接続点にリアクトル４０９の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子４１１に、ダイオード４１５とダイオード４１６を直列接続した直列接続回路の内部接続点にリアクトル４１０の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子４１２に、各々接続した構成であり、さらに正極直流出力端子４１３と負極直流出力端子４１４の間には並列にコンデンサ６と負荷７が、交流入力端子４１１と４１２との間には交流電源１が、交流入力端子４１１と正極直流出力端子４１３との間にはダイオード８が、交流入力端子４１１と負極直流出力端子との間にはダイオード９が、それぞれ接続されている。
【００２８】
このような構成において、起動時や停電からの復電時のように、コンデンサ６の電圧が交流電源１の電圧よりも低い状態から交流電源が立ち上がった場合、交流電源１の電圧が正ならば交流電源１→ダイオード８→コンデンサ６→ダイオード４１６→リアクトル４１０→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード４０５には突入電流が流れない。また、交流電源１の電圧が負の場合には、交流電源１→リアクトル４１０→ダイオード４１５→コンデンサ６→ダイオード９→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード４０６には突入電流が流れない。
【００２９】
図４から図６は、本発明の請求項２に基づく実施例を示す回路図である。図４と図５は請求項に示す第２の直列接続回路を２個並列接続した構成、図６は第１の直列接続回路を２個並列接続した構成である。いずれもスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを用いた構成例であり、図示のスイッチング素子と逆並列接続したダイオードはＭＯＳＦＥＴの内部の寄生ダイオードなどの逆導通機能でも代用できる。また、請求項記載の交流電源とリアクトルとの接続点と前記複数の直列接続回路の並列接続点との間に接続するスイッチング素子としてはサイリスタを用いた実施例である。スイッチング素子としてはＩＧＢＴなど他の素子をダイオードとの複合回路で適用できることは言うまでもない。
【００３０】
図４において、整流回路２は、スイッチング素子２０１とダイオード２０５を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０７を直列接続した直列接続回路と、スイッチング素子２０２とダイオード２０６を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０８を直列接続した直列接続回路とを並列接続し、並列接続点２１３を正極直流出力端子、並列接続点２１４を負極直流出力端子とし、スイッチング素子２０１とダイオード２０５を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０７を直列接続した直列接続回路の内部接続点にリアクトル２０９の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子２１１に、スイッチング素子２０２とダイオード２０６を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０８を直列接続した直列接続回路の内部接続点にリアクトル２１０の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子２１２に、各々接続された構成であり、さらに正極直流出力端子２１３と負極直流出力端子２１４との間には並列にコンデンサ６と負荷７が、交流入力端子２１１と２１２との間には交流電源１が、交流入力端子２１１と負極直流出力端子２１４との間にはサイリスタ１０が、交流入力端子２１２と負極直流出力端子２１４との間にはサイリスタ１１が、それぞれ接続されている。
【００３１】
起動時や停電からの復電時のように、コンデンサ６の電圧が交流電源１の電圧よりも低い状態から交流電源が立ち上がった場合、交流電源１の電圧が正ならばサイリスタ１１を点弧させることにより、交流電源１→リアクトル２０９→ダイオード２０７→コンデンサ６→サイリスタ１１→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード２０６には突入電流が流れない。また、交流電源１の電圧が負の場合には、サイリスタ１０を点弧させることにより、交流電源１→リアクトル２１０→ダイオード２０８→コンデンサ６→サイリスタ１０→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード２０５には突入電流が流れない。また、通常動作状態においては、サイリスタ１０，１１をオフさせることにより、従来と同様の動作となる。
【００３２】
図５における図４との違いは、スイッチング素子とダイオードを逆並列接続したスイッチングアームとダイオードを直列接続した直列接続回路の構成が上下アーム逆にしてある点と、交流入力端子３１１と正極直流出力端子３１３との間にサイリスタ１０が、交流入力端子３１２と正極直流出力端子３１３との間にサイリスタ１１がそれぞれ接続されている点である。
【００３３】
起動時や停電からの復電時のように、コンデンサ６の電圧が交流電源１の電圧よりも低い状態から交流電源が立ち上がった場合、交流電源１の電圧が正ならばサイリスタ１０を点弧させることにより、交流電源１→サイリスタ１０→コンデンサ６→ダイオード３０８→リアクトル３１０→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード３０５には突入電流が流れない。また、交流電源１の電圧が負の場合には、サイリスタ１１を点弧させることにより、交流電源１→サイリスタ１１→コンデンサ６→ダイオード３０７→リアクトル３０９→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード３０６には突入電流が流れない。また、通常動作状態においては、サイリスタ１０，１１をオフさせることにより、従来と同様の動作となる。
【００３４】
図６において、整流回路５は、スイッチング素子５０１とダイオード５０５を逆並列接続したスイッチングアームとスイッチング素子５０２とダイオード５０６を逆並列接続したスイッチングアームを直列接続した直列接続回路と、スイッチング素子５０３とダイオード５０７を逆並列接続したスイッチングアームとスイッチング素子５０４とダイオード５０８を逆並列接続したスイッチングアームを直列接続した直列接続回路とを並列接続し、並列接続点５１３を正極直流出力端子、並列接続点５１４を負極直流出力端子とし、スイッチング素子５０１とダイオード５０５を逆並列接続したスイッチングアームとスイッチング素子５０２とダイオード５０６を逆並列接続したスイッチングアームを直列接続した直列接続回路の内部接続点にリアクトル５０９の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子５１１に、スイッチング素子５０３とダイオード５０７を逆並列接続したスイッチングアームとスイッチング素子５０４とダイオード５０８を逆並列接続したスイッチングアームを直列接続した直列接続回路の内部接続点にリアクトル５１０の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子５１２に、各々接続された構成であり、さらに正極直流出力端子５１３と負極直流出力端子５１４の間には並列にコンデンサ６と負荷７が、交流入力端子５１１と５１２との間には交流電源１が、交流入力端子５１１と正極直流出力端子５１３との間にはサイリスタ１０が、交流入力端子５１１と負極直流出力端子５１４との間にはサイリスタ１２が、交流入力端子５１２と正極直流出力端子５１３との間にはサイリスタ１１が、交流入力端子５１２と負極直流出力端子５１４との間にはサイリスタ１３が、それぞれ接続されている。
【００３５】
このような構成において、起動時や停電からの復電時のように、コンデンサ６の電圧が交流電源１の電圧よりも低い状態から交流電源が立ち上がった場合、交流電源１の電圧が正ならばサイリスタ１０とサイリスタ１３を点弧させることにより、交流電源１→サイリスタ１０→コンデンサ６→サイリスタ１３→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード５０５、５０８には突入電流が流れない。また、交流電源１の電圧が負の場合には、サイリスタ１１と１２を点弧させることにより、交流電源１→サイリスタ１１→コンデンサ６→サイリスタ１２→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のように高速のダイオード５０７、５０６には突入電流が流れない。また、通常動作状態においては、サイリスタ１０〜１３をオフさせることにより、従来と同様の動作となる。
【００３６】
図７と図８は請求項３に基づいた実施例である。
図７において、整流回路２は、スイッチング素子２０１とダイオード２０５を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０７を直列接続した直列接続回路と、スイッチング素子２０２とダイオード２０６を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０８を直列接続した直列接続回路とを並列接続し、並列接続点２１３を正極直流出力端子、並列接続点２１４を負極直流出力端子とし、スイッチング素子２０１とダイオード２０５を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０７を直列接続した直列接続回路の内部接続点にリアクトル２０９の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子２１１に、スイッチング素子２０２とダイオード２０６を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０８を直列接続した直列接続回路の内部接続点にリアクトル２１０の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子２１２に、各々接続された構成であり、さらに正極直流出力端子２１３と負極直流出力端子２１４との間には並列にコンデンサ６と負荷７が、交流入力端子２１１と２１２との間には交流電源１が、交流入力端子２１１と正極直流出力端子２１３との間にはダイオード８が、交流入力端子２１２と正極直流出力端子２１３との間にはダイオード９が、交流入力端子２１１と負極直流出力端子２１４との間にはサイリスタ１０が、交流入力端子２１２と負極直流出力端子２１４との間にはサイリスタ１１が、それぞれ接続されている。
【００３７】
起動時や停電からの復電時のように、コンデンサ６の電圧が交流電源１の電圧よりも低い状態から交流電源が立ち上がった場合、交流電源１の電圧が正の時は、サイリスタ１１を点弧することにより、交流電源１→ダイオード８→コンデンサ６→サイリスタ１１→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード２０７、２０６には突入電流が流れない。また、交流電源１の電圧が負の場合には、サイリスタ１０を点弧させることにより、交流電源１→ダイオード９→コンデンサ６→サイリスタ１０→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード２０８、２０５には突入電流が流れない。また、通常動作状態においては、サイリスタ１０，１１をオフさせることにより、従来と同様の動作となる。
【００３８】
図８における図７との違いは、スイッチング素子とダイオードを逆並列接続したスイッチングアームとダイオードを直列接続した直列接続回路の構成が上下アーム逆にしてある点と、交流入力端子３１１と正極直流出力端子３１３との間にサイリスタ１０が、交流入力端子３１２と正極直流出力端子３１３との間にサイリスタ１１が、交流入力端子３１１と負極直流出力端子３１４との間にダイオード８が、交流入力端子３１２と負極直流出力端子３１４の間にダイオード９が、それぞれ接続されている点である。
【００３９】
起動時や停電からの復電時のように、コンデンサ６の電圧が交流電源１の電圧よりも低い状態から交流電源が立ち上がった場合、交流電源１の電圧が正の時は、サイリスタ１０を点弧させることにより、交流電源１→サイリスタ１０→コンデンサ６→ダイオード９→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード３０５、３０８には突入電流が流れない。また、交流電源１の電圧が負の場合には、サイリスタ１１を点弧させることにより、交流電源１→サイリスタ１１→コンデンサ６→ダイオード８→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード３０６、３０７には突入電流が流れない。また、通常動作状態においては、サイリスタ１０，１１をオフさせることにより、従来と同様の動作となる。
【００４０】
図９は請求項４に基づく実施例である。請求項１から請求項３の発明においては、従来整流回路の交流入力に１個のリアクトルを使用していたが、本発明では上記説明から分かるように、単相入力の場合は２個、三相入力の場合は３個必要となる。請求項４はこれら複数のリアクトルのコアを共通にすることにより、部品点数を削減するものである。
【００４１】
前述の全てに適用可能であるが、ここでは、前述の実施例図７に適用した場合について説明する。図９に示すように、リアクトルのコアを結合させると、回路構成は図９（ａ）、リアクトルの巻線構成は図９（ｂ）となる。ここで、定常動作時交流電源１の電圧が正の場合、スイッチング素子２０１がオンすると、交流電源１→リアクトル２１７のＡ端子→リアクトル２１７のＢ端子→スイッチング素子２０１→ダイオード２０６→リアクトル２１７のＣ端子→リアクトル２１７のＤ端子→交流電源１の経路で電流が流れ、Ｂ点を基準にするとＡ点には正の電圧が、Ｄ点を基準とするとＣ点には正の電圧が、それぞれ印加されている。
【００４２】
また、スイッチング素子２０１がオフすると電流はリアクトル２１７のＢ端子→ダイオード２０７→コンデンサ６→ダイオード２０６→リアクトル２１７のＣ端子→リアクトル２１７のＤ端子→交流電源１→リアクトル２１７のＡ端子→リアクトル２１７のＢ端子の経路に転流し、Ａ点を基準にするとＢ点には正の電圧が、Ｃ点を基準とするとＤ点には正の電圧が、それぞれ印加されている。
【００４３】
従って、Ａ点を基準にＢ点の電圧が正のときに発生する磁束とＣ点を基準にＤ点の電圧が正のときに発生する磁束が同じ方向になるように、コア３５１に銅線３５２を巻くことにより、二つの巻線によって励磁される磁束はお互いに強め合うように動作するので、リアクトル２１７のＡＢ間およびＣＤ間はそれぞれリアクトルとして動作する。以上のような動作原理になるように、リアクトルを図９（ｂ）のような構成にすることで、一つの部品で二つのリアクトルを構成することができ、部品点数の削減、小形軽量化、低コスト化が可能となる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、起動時や停電からの復電時の突入電流の流れる経路を、電流耐量の大きなダイオードやサイリスタなどを用いてバイパスさせることが可能となり、整流回路内の高速ダイオードやスイッチング素子の寄生ダイオード等の逆導通機能部に突入電流が流れるのを防止できるので、装置を破壊することなく安全に動作させることができる。また、リアクトルのコアを共通化することにより、部品点数の増加を最低限に抑えることができ、装置の小型軽量化と低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の請求項１に基づいた第１の実施例を示す回路図である。
【図２】本発明の請求項１に基づいた第２の実施例を示す回路図である。
【図３】本発明の請求項１に基づいた第３の実施例を示す回路図である。
【図４】本発明の請求項２に基づいた第１の実施例を示す回路図である。
【図５】本発明の請求項２に基づいた第２の実施例を示す回路図である。
【図６】本発明の請求項２に基づいた第３の実施例を示す回路図である。
【図７】本発明の請求項３に基づいた第１の実施例を示す回路図である。
【図８】本発明の請求項３に基づいた第２の実施例を示す回路図である。
【図９】本発明の請求項４に基づいた実施例を示す回路図である。
【図１０】従来技術に基づいた第１の実施例を示す回路図である。
【図１１】従来技術に基づいた第２の実施例を示す回路図である。
【図１２】従来技術に基づいた第３の実施例を示す回路図である。
【図１３】従来技術に基づいた第４の実施例を示す回路図である。
【符号の説明】
１・・・・交流電源
２、３、４、５、２０、３０、４０、５０・・・・整流回路
６・・・・コンデンサ
７・・・・負荷
８、９、２０５〜２０８、３０５〜３０８、４０５、４０６、４１５、４１６、５０５〜５０８・・・・ダイオード
１０〜１３・・・・サイリスタ
２０９、２１０、３０９、３１０、４０９、４１０、５０９、５１０、２１７
・・・・リアクトル
２１１、２１２、３１１、３１２、４１１、４１２、５１１、５１２
・・・・交流入力端子
２１３、３１３、４１３、５１３・・・・正極直流出力端子
２１４、３１４、４１４、５１４・・・・負極直流出力端子
【発明の属する技術分野】
本発明はスイッチング素子とダイオードを用いて交流電源から直流を作り出す、いわゆる整流回路に関し、特に交流電源が停電し復電した時や電源起動時に過大な突入電流がスイッチング素子やダイオードに流れ、素子が破壊するのを防止するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０から図１３に、従来の回路方式として単相整流回路の例を示す。図１０と図１１は請求項に示す第２の直列接続回路を２個並列接続した構成、図１２は第１の直列接続回路と第３の直列接続回路を並列接続した構成、図１３は第１の直列接続回路を２個並列接続した構成である。いずれもスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを用いた構成例であり、図示のスイッチング素子と逆並列接続したダイオードはＭＯＳＦＥＴの内部の寄生ダイオードでも代用できる。
【０００３】
図１０において、整流回路２０は、スイッチング素子２０１とダイオード２０５を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０７を直列接続した直列接続回路と、スイッチング素子２０２とダイオード２０６を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０８を直列接続した直列接続回路とを並列接続し、並列接続点２１３を正極直流出力端子、並列接続点２１４を負極直流出力端子とし、スイッチング素子２０１とダイオード２０５を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０７直列接続回路の内部接続点にリアクトル２０９の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子２１１に、スイッチング素子２０２とダイオード２０６を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０８を直列接続した直列接続回路の内部接続点は交流入力端子２１２に、各々接続された構成であり、さらに正極直流出力端子２１３と負極直流出力端子２１４との間にはコンデンサ６と負荷７が、交流入力端子２１１と２１２との間には交流電源１が接続されている。
【０００４】
この構成における動作を以下に説明する。交流電源が正の電圧（図で端子２１１の電圧が端子２１２の電圧よりも大の時）の場合、スイッチング素子２０１をオンすると電流は交流電源１→リアクトル２０９→スイッチング素子２０１→ダイオード２０６→交流電源１の経路で流れて増加する。ここで、スイッチング素子２０１がオフするとリアクトル２０９に流れている電流はリアクトル２０９→ダイオード２０７→コンデンサ６→ダイオード２０６→交流電源１→リアクトル２０９の経路に転流し、負荷にエネルギーが供給される。
【０００５】
一方、交流電源１が負の電圧（図で端子２１２の電圧が端子２１１の電圧よりも大きい時）の場合は、スイッチング素子２０２をスイッチングすることによって同様の動作となる。従って、交流電源１が正の時にはスイッチング素子２０１をスイッチングし、交流電源１が負の時にはスイッチング素子２０２をスイッチングする。このように、スイッチング素子２０１またはスイッチング素子２０２を制御することにより、入力電流を高力率に制御しながら、交流電源から任意の直流（交流電源電圧の最大値以上）得ることができる。
【０００６】
図１１は第２の従来技術を示す回路図である。図１０との違いは、スイッチング素子とダイオードを逆並列接続したスイッチングアームとダイオードを直列接続した直列接続回路の構成が上下アーム逆にしてある点である。
【０００７】
図１１の回路方式における動作原理を説明する。交流電源１が正の電圧の場合、スイッチング素子３０２をオンすると交流電源１→リアクトル３０９→ダイオード３０５→スイッチング素子３０２→交流電源１の経路で電流が増加する。ここで、スイッチング素子３０２をオフさせるとリアクトル３０９に流れている電流はリアクトル３０９→ダイオード３０５→コンデンサ６→ダイオード３０８→交流電源１→リアクトル３０９の経路に転流し、負荷７にエネルギーが供給される。
【０００８】
一方、交流電源１の電圧が負の場合、スイッチング素子３０１をスイッチングすることによって同様の動作となる。従って、交流電源１が正のときにはスイッチング素子３０２をスイッチングし、交流電源１が負のときにはスイッチング素３０１をスイッチングする。このように、スイッチング素子３０２またはスイッチング素子３０１を制御することにより、入力電流を高力率に制御しながら、交流電源から任意の直流（交流電源電圧の最大値以上）を得ることができる。
【０００９】
図１２は第３の従来技術を示す回路図である。整流回路４０は、スイッチング素子４０１とダイオード４０５を逆並列接続したスイッチングアームとスイッチング素子４０２とダイオード４０６を逆並列接続したスイッチングアームとを直列接続した直列接続回路と、ダイオード４１５とダイオード４１６を直列接続した直列接続回路とを並列接続し、並列接続点４１３を正極直流出力端子、並列接続点４１４を負極直流出力端子とし、スイッチング素子４０１とダイオード４０５を逆並列接続したスイッチングアームとスイッチング素子４０２とダイオード４０６を逆並列接続したスイッチングアームとの直列接続回路の内部接続点にリアクトル４０９の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子４１１に、ダイオード４１５とダイオード４１６を直列接続した直列接続回路の内部接続点は交流入力端子４１２に、各々接続された構成であり、さらに正極直流出力端子４１３と負極直流出力端子４１４との間にはコンデンサ６と負荷７が、交流入力端子４１１と４１２との間には交流電源１が、各々接続されている。
【００１０】
図１２の回路構成における動作を説明する。交流電源１が正の電圧の場合、スイッチング素子４０２がオンすると電流は交流電源１→リアクトル４０９→スイッチング素子４０２→ダイオード４１６→交流電源１の経路で流れて増加する。ここで、スイッチング素子４０２がオフするとリアクトル４０９に流れていた電流はリアクトル４０９→ダイオード４０５→コンデンサ６→ダイオード４１６→交流電源１→リアクトル４０９の経路に転流し、負荷にエネルギーが供給される。
【０００１１】
一方、交流電源１の電圧が負の場合、スイッチング素子４０１をスイッチングすることによって同様の動作となる。よって、交流電源１が正のときにはスイッチング素子４０２をスイッチングし、交流電源１が負のときにはスイッチング素子４０１をスイッチングすることにより、入力電流を高力率に制御しながら交流電源から任意の直流（交流電源電圧の最大値以上）を得ることができる。
【０００１２】
図１３は第４の従来技術を示す回路図である。整流回路５０は、スイッチング素子５０１とダイオード５０５を逆並列接続したスイッチングアームとスイッチング素子５０２とダイオード５０６を逆並列接続したスイッチングアームとを直列接続した直列接続回路と、スイッチング素子５０３とダイオード５０７を逆並列接続したスイッチングアームとスイッチング素子５０４とダイオード５０８を逆並列接続したスイッチングアームとを直列接続した直列接続回路とを並列接続し、並列接続点５１３を正極直流出力端子、並列接続点５１４を負極直流出力端子とし、スイッチング素子５０１とダイオード５０５を逆並列接続したスイッチングアームとスイッチング素子５０２とダイオード５０６を逆並列接続したスイッチングアームとの直列接続回路の内部接続点にリアクトル５０９の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子５１１に、スイッチング素子５０３とダイオード５０７を逆並列接続したスイッチングアームとスイッチング素子５０４とダイオード５０８を逆並列接続したスイッチングアームとを直列接続した直列接続回路の内部接続点は交流入力端子５１２に、各々接続された構成であり、さらに正極直流出力端子５１３と負極直流出力端子５１４との間にはコンデンサ６と負荷７が、交流入力端子５１１と５１２との間には交流電源１が接続されている。
【００１３】
以下に図１３における動作例を説明する。交流電源１が正の電圧の場合、スイッチング素子５０３オフ、５０４オンの状態で、スイッチング素５０１オフ、５０２オンとすると、電流は交流電源１→リアクトル５０９→スイッチング素子５０２→ダイオード５０８→交流電源１の経路で流れて増加する。ここで、スイッチング素子５０２をオフ、５０１オンとするとリアクトル５０９に流れていた電流はリアクトル５０９→ダイオード５０５→コンデンサ６→ダイオード５０８→交流電源１→リアクトル５０９の経路に転流し、負荷にエネルギーが供給される。
【００１４】
一方、交流電源１の電圧が負の場合、スイッチング素子５０２オン、５０１オフの状態で、スイッチング素子５０３と５０４をスイッチングすることによって同様の動作となる。よって、交流電源１が正の時にはスイッチング素子５０２をスイッチングし、交流電源１が負の時にはスイッチング素子５０１をスイッチングする。このように、スイッチング素子５０２またはスイッチング素子５０１を制御することによって、入力電流を高力率に制御しながら、交流電圧を任意の直流電圧（交流電源電圧の最大値以上）に変換することができる。図１０〜図１２との違いは、リアクトルの電流をコンデンサに放出する時でも放出経路にあるダイオードと逆並列接続されたスイッチング素子がオンしているため、負荷から電力が回生される場合、この回生電力を交流電源１に回生できる点である。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術において、起動時や停電後に復電した場合、コンデンサ６の電圧よりも交流電源１の電圧の方が大きくなる場合がある。このとき、例えば交流電源１が正の電圧ならば、図１０の回路方式では、交流電源１→リアクトル２０９→ダイオード２０７→コンデンサ６→ダイオード２０６→交流電源１の経路で、図１１の回路方式では、交流電源１→リアクトル３０９→ダイオード３０５→コンデンサ６→ダイオード３０８→交流電源１の経路で、図１２の回路方式では、交流電源１→リアクトル４０９→ダイオード４０５→コンデンサ６→ダイオード４１６→交流電源１の経路で、図１３の回路方式では、交流電源１→リアクトル５０９→ダイオード５０５→コンデンサ６→ダイオード５０８→交流電源１の経路で、それぞれ突入電流が流れ、過大な電流がダイオードやスイッチング素子内部（寄生ダイオードなど）に、流れることになる。
【００１６】
ここで、図１０および図１１に示す整流回路ではスイッチング素子がオンした場合にダイオードが逆回復するので、ダイオード２０７、２０８、３０７および３０８は高速ダイオードが必要である。また、図１２と図１３の回路方式でも同様に、スイッチング素子と逆並列に接続されたダイオード４０５，４０６、５０５〜５０８は逆回復動作となるため、高速ダイオードが必要である。
【００１７】
高速ダイオードやスイッチング素子内部の寄生ダイオードなどの逆導通機能部は過大電流に対する電流耐量が小さく、ダイオードやスイッチング素子が破損してしまう恐れがある。そこで本提案では、高速ダイオードやスイッチング素子内部の寄生ダイオードなどの逆導通機能部に過大電流を流さない小形低価格の整流回路を提供し、装置を安全に動作させることを目的としている。ここで、図１０と図１１に示すダイオード２０５、２０６、３０５、３０６と図１２に示すダイオード４１５、４１６は交流電流の半波波形がそれぞれ流れるので、逆回復することがなく、高速ダイオードを適用する必要はない。
【００１８】
また、ここでは交流電源が単相の場合を例に説明したが、三相の場合も同様に回路構成の違いにより、高速ダイオードが必要な場合とそうでない場合、素子内部の寄生ダイオードなどの逆導通部を使用する場合などがあり、単相と同様の課題があることは言うまでもない。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、スイッチング動作により交流電源から直流を作り出す整流装置において、スイッチング素子とダイオードとの逆並列接続回路からなるスイッチングアームおよび逆導通機能を有するスイッチング素子の中から同じもの同士も含めて何れか二つを直列接続した第１の直列接続回路、スイッチング素子とダイオードとの逆並列接続回路からなるスイッチングアームおよび逆導通機能を有するスイッチング素子の何れかとダイオードを直列接続した第２の直列接続回路、およびダイオード２個を直列接続した第３の直列接続回路の中から、スイッチング素子を含む形で同じもの同士も含めて複数の直列接続回路を並列接続し、該複数の直列接続回路の並列接続点間に並列にコンデンサと負荷を、該複数の直列接続回路のそれぞれの内部接続点と交流電源との間にリアクトルを、交流電源とリアクトルとの接続点と前記複数の直列接続回路の並列接続点の一方または双方との間にダイオードを、それぞれ接続する。
【００２０】
請求項２の発明では、スイッチング動作により交流電源から直流を作り出す整流装置において、スイッチング素子とダイオードとの逆並列接続回路からなるスイッチングアームおよび逆導通機能を有するスイッチング素子の中から同じもの同士も含めて何れか二つを直列接続した第１の直列接続回路、スイッチング素子とダイオードとの逆並列接続回路からなるスイッチングアームおよび逆導通機能を有するスイッチング素子の何れかとダイオードを直列接続した第２の直列接続回路、およびダイオード２個を直列接続した第３の直列接続回路の中から、スイッチング素子を含む形で同じもの同士も含めて複数の直列接続回路を並列接続し、該複数の直列接続回路の並列接続点間に並列にコンデンサと負荷を、該複数の直列接続回路のそれぞれの内部接続点と交流電源との間にリアクトルを、交流電源とリアクトルとの接続点と前記複数の直列接続回路の並列接続点の一方または双方との間にスイッチング素子を、それぞれ接続する。
【００２１】
請求項３の発明では、スイッチング動作により交流電源から直流を作り出す整流装置において、スイッチング素子とダイオードとの逆並列接続回路からなるスイッチングアームおよび逆導通機能を有するスイッチング素子の中から同じもの同士も含めて何れか二つを直列接続した第１の直列接続回路、スイッチング素子とダイオードとの逆並列接続回路からなるスイッチングアームおよび逆導通機能を有するスイッチング素子の何れかとダイオードを直列接続した第２の直列接続回路、およびダイオード２個を直列接続した第３の直列接続回路の中から、スイッチング素子を含む形で同じもの同士も含めて複数の直列接続回路を並列接続し、該複数の直列接続回路の並列接続点間に並列にコンデンサと負荷を、該複数の直列接続回路のそれぞれの内部接続点と交流電源との間にリアクトルを、交流電源とリアクトルとの接続点と前記複数の直列接続回路の並列接続点の一方との間にダイオードを、他方との間にスイッチング素子を、それぞれ接続する。
【００２２】
また、請求項４の発明では、請求項１から３に使用する複数の直列接続回路の内部接続点と交流電源との間にそれぞれ接続した複数のリアクトルとして、一つのコアに複数の巻線を備えた構成とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１から図３は、本発明の請求項１に基づく実施例を示す回路図である。図１と図２は請求項に示す第２の直列接続回路を２個並列接続した構成、図３は第１の直列接続回路と第３の直列接続回路を並列接続した構成である。いずれもスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを用いた構成例であり、図示のスイッチング素子と逆並列接続したダイオードはＭＯＳＦＥＴの内部の寄生ダイオードでも代用できる。また、スイッチング素子としてはＩＧＢＴなど他の素子を適用できることは言うまでもない。
【００２４】
図１において、整流回路２は、スイッチング素子２０１とダイオード２０５を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０７を直列接続した直列接続回路と、スイッチング素子２０２とダイオード２０６を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０８を直列接続した直列接続回路とを並列接続し、並列接続点２１３を正極直流出力端子、並列接続点２１４を負極直流出力端子とし、スイッチング素子２０１とダイオード２０５を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０７を直列接続した直列接続回路の内部接続点にリアクトル２０９の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子２１１に、スイッチング素子２０２とダイオード２０６を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０８を直列接続した直列接続回路の内部接続点にリアクトル２１０の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子２１２に、各々接続された構成であり、さらに正極直流出力端子２１３と負極直流出力端子２１４との間には並列にコンデンサ６と負荷７が、交流入力端子２１１と２１２との間には交流電源１が、交流入力端子２１１と正極直流出力端子２１３との間にはダイオード８が、交流入力端子２１２と正極直流出力端子２１３との間にはダイオード９が、それぞれ接続されている。
【００２５】
起動時や停電からの復電時のように、コンデンサ６の電圧が交流電源１の電圧よりも低い状態から交流電源が立ち上がった場合、交流電源１の電圧が正の時は、交流電源１→ダイオード８→コンデンサ６→ダイオード２０６→リアクトル２１０→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード２０７には突入電流が流れない。また、交流電源１の電圧が負の場合には、交流電源１→ダイオード９→コンデンサ６→ダイオード２０５→リアクトル２０９→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード２０８には突入電流が流れない。
【００２６】
図２における図１との違いは、スイッチング素子とダイオードを逆並列接続したスイッチングアームとダイオードを直列接続した直列接続回路の構成が上下アーム逆にしてある点と、交流入力端子３１１と負極直流出力端子３１４間にダイオード８が、交流入力端子３１２と負極直流出力端子３１４間にダイオード９がそれぞれ接続されている点である。起動時や停電からの復電時のように、コンデンサ６の電圧が交流電源１の電圧よりも低い状態から交流電源が立ち上がった場合、交流電源１の電圧が正ならば交流電源１→リアクトル３０９→ダイオード３０５→コンデンサ６→ダイオード９→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード３０８には突入電流が流れない。また、交流電源１の電圧が負の場合には、交流電源１→リアクトル３１０→ダイオード３０６→コンデンサ６→ダイオード８→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード３０７には突入電流が流れない。
【００２７】
図３において、整流回路４は、スイッチング素子４０１とダイオード４０５を逆並列接続したスイッチングアームとスイッチング素子４０２とダイオード４０６を逆並列接続したスイッチングアームを直列接続した直列接続回路と、ダイオード４１５とダイオード４１６を直列接続した直列接続回路とを並列接続し、並列接続点４１３を正極直流出力端子、並列接続点４１４を負極直流出力端子とし、スイッチング素子４０１とダイオード４０５を逆並列接続したスイッチングアームとスイッチング素子４０２とダイオード４０６を逆並列接続したスイッチングアームを直列接続した直列接続回路の内部接続点にリアクトル４０９の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子４１１に、ダイオード４１５とダイオード４１６を直列接続した直列接続回路の内部接続点にリアクトル４１０の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子４１２に、各々接続した構成であり、さらに正極直流出力端子４１３と負極直流出力端子４１４の間には並列にコンデンサ６と負荷７が、交流入力端子４１１と４１２との間には交流電源１が、交流入力端子４１１と正極直流出力端子４１３との間にはダイオード８が、交流入力端子４１１と負極直流出力端子との間にはダイオード９が、それぞれ接続されている。
【００２８】
このような構成において、起動時や停電からの復電時のように、コンデンサ６の電圧が交流電源１の電圧よりも低い状態から交流電源が立ち上がった場合、交流電源１の電圧が正ならば交流電源１→ダイオード８→コンデンサ６→ダイオード４１６→リアクトル４１０→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード４０５には突入電流が流れない。また、交流電源１の電圧が負の場合には、交流電源１→リアクトル４１０→ダイオード４１５→コンデンサ６→ダイオード９→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード４０６には突入電流が流れない。
【００２９】
図４から図６は、本発明の請求項２に基づく実施例を示す回路図である。図４と図５は請求項に示す第２の直列接続回路を２個並列接続した構成、図６は第１の直列接続回路を２個並列接続した構成である。いずれもスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを用いた構成例であり、図示のスイッチング素子と逆並列接続したダイオードはＭＯＳＦＥＴの内部の寄生ダイオードなどの逆導通機能でも代用できる。また、請求項記載の交流電源とリアクトルとの接続点と前記複数の直列接続回路の並列接続点との間に接続するスイッチング素子としてはサイリスタを用いた実施例である。スイッチング素子としてはＩＧＢＴなど他の素子をダイオードとの複合回路で適用できることは言うまでもない。
【００３０】
図４において、整流回路２は、スイッチング素子２０１とダイオード２０５を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０７を直列接続した直列接続回路と、スイッチング素子２０２とダイオード２０６を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０８を直列接続した直列接続回路とを並列接続し、並列接続点２１３を正極直流出力端子、並列接続点２１４を負極直流出力端子とし、スイッチング素子２０１とダイオード２０５を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０７を直列接続した直列接続回路の内部接続点にリアクトル２０９の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子２１１に、スイッチング素子２０２とダイオード２０６を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０８を直列接続した直列接続回路の内部接続点にリアクトル２１０の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子２１２に、各々接続された構成であり、さらに正極直流出力端子２１３と負極直流出力端子２１４との間には並列にコンデンサ６と負荷７が、交流入力端子２１１と２１２との間には交流電源１が、交流入力端子２１１と負極直流出力端子２１４との間にはサイリスタ１０が、交流入力端子２１２と負極直流出力端子２１４との間にはサイリスタ１１が、それぞれ接続されている。
【００３１】
起動時や停電からの復電時のように、コンデンサ６の電圧が交流電源１の電圧よりも低い状態から交流電源が立ち上がった場合、交流電源１の電圧が正ならばサイリスタ１１を点弧させることにより、交流電源１→リアクトル２０９→ダイオード２０７→コンデンサ６→サイリスタ１１→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード２０６には突入電流が流れない。また、交流電源１の電圧が負の場合には、サイリスタ１０を点弧させることにより、交流電源１→リアクトル２１０→ダイオード２０８→コンデンサ６→サイリスタ１０→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード２０５には突入電流が流れない。また、通常動作状態においては、サイリスタ１０，１１をオフさせることにより、従来と同様の動作となる。
【００３２】
図５における図４との違いは、スイッチング素子とダイオードを逆並列接続したスイッチングアームとダイオードを直列接続した直列接続回路の構成が上下アーム逆にしてある点と、交流入力端子３１１と正極直流出力端子３１３との間にサイリスタ１０が、交流入力端子３１２と正極直流出力端子３１３との間にサイリスタ１１がそれぞれ接続されている点である。
【００３３】
起動時や停電からの復電時のように、コンデンサ６の電圧が交流電源１の電圧よりも低い状態から交流電源が立ち上がった場合、交流電源１の電圧が正ならばサイリスタ１０を点弧させることにより、交流電源１→サイリスタ１０→コンデンサ６→ダイオード３０８→リアクトル３１０→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード３０５には突入電流が流れない。また、交流電源１の電圧が負の場合には、サイリスタ１１を点弧させることにより、交流電源１→サイリスタ１１→コンデンサ６→ダイオード３０７→リアクトル３０９→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード３０６には突入電流が流れない。また、通常動作状態においては、サイリスタ１０，１１をオフさせることにより、従来と同様の動作となる。
【００３４】
図６において、整流回路５は、スイッチング素子５０１とダイオード５０５を逆並列接続したスイッチングアームとスイッチング素子５０２とダイオード５０６を逆並列接続したスイッチングアームを直列接続した直列接続回路と、スイッチング素子５０３とダイオード５０７を逆並列接続したスイッチングアームとスイッチング素子５０４とダイオード５０８を逆並列接続したスイッチングアームを直列接続した直列接続回路とを並列接続し、並列接続点５１３を正極直流出力端子、並列接続点５１４を負極直流出力端子とし、スイッチング素子５０１とダイオード５０５を逆並列接続したスイッチングアームとスイッチング素子５０２とダイオード５０６を逆並列接続したスイッチングアームを直列接続した直列接続回路の内部接続点にリアクトル５０９の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子５１１に、スイッチング素子５０３とダイオード５０７を逆並列接続したスイッチングアームとスイッチング素子５０４とダイオード５０８を逆並列接続したスイッチングアームを直列接続した直列接続回路の内部接続点にリアクトル５１０の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子５１２に、各々接続された構成であり、さらに正極直流出力端子５１３と負極直流出力端子５１４の間には並列にコンデンサ６と負荷７が、交流入力端子５１１と５１２との間には交流電源１が、交流入力端子５１１と正極直流出力端子５１３との間にはサイリスタ１０が、交流入力端子５１１と負極直流出力端子５１４との間にはサイリスタ１２が、交流入力端子５１２と正極直流出力端子５１３との間にはサイリスタ１１が、交流入力端子５１２と負極直流出力端子５１４との間にはサイリスタ１３が、それぞれ接続されている。
【００３５】
このような構成において、起動時や停電からの復電時のように、コンデンサ６の電圧が交流電源１の電圧よりも低い状態から交流電源が立ち上がった場合、交流電源１の電圧が正ならばサイリスタ１０とサイリスタ１３を点弧させることにより、交流電源１→サイリスタ１０→コンデンサ６→サイリスタ１３→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード５０５、５０８には突入電流が流れない。また、交流電源１の電圧が負の場合には、サイリスタ１１と１２を点弧させることにより、交流電源１→サイリスタ１１→コンデンサ６→サイリスタ１２→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のように高速のダイオード５０７、５０６には突入電流が流れない。また、通常動作状態においては、サイリスタ１０〜１３をオフさせることにより、従来と同様の動作となる。
【００３６】
図７と図８は請求項３に基づいた実施例である。
図７において、整流回路２は、スイッチング素子２０１とダイオード２０５を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０７を直列接続した直列接続回路と、スイッチング素子２０２とダイオード２０６を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０８を直列接続した直列接続回路とを並列接続し、並列接続点２１３を正極直流出力端子、並列接続点２１４を負極直流出力端子とし、スイッチング素子２０１とダイオード２０５を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０７を直列接続した直列接続回路の内部接続点にリアクトル２０９の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子２１１に、スイッチング素子２０２とダイオード２０６を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０８を直列接続した直列接続回路の内部接続点にリアクトル２１０の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子２１２に、各々接続された構成であり、さらに正極直流出力端子２１３と負極直流出力端子２１４との間には並列にコンデンサ６と負荷７が、交流入力端子２１１と２１２との間には交流電源１が、交流入力端子２１１と正極直流出力端子２１３との間にはダイオード８が、交流入力端子２１２と正極直流出力端子２１３との間にはダイオード９が、交流入力端子２１１と負極直流出力端子２１４との間にはサイリスタ１０が、交流入力端子２１２と負極直流出力端子２１４との間にはサイリスタ１１が、それぞれ接続されている。
【００３７】
起動時や停電からの復電時のように、コンデンサ６の電圧が交流電源１の電圧よりも低い状態から交流電源が立ち上がった場合、交流電源１の電圧が正の時は、サイリスタ１１を点弧することにより、交流電源１→ダイオード８→コンデンサ６→サイリスタ１１→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード２０７、２０６には突入電流が流れない。また、交流電源１の電圧が負の場合には、サイリスタ１０を点弧させることにより、交流電源１→ダイオード９→コンデンサ６→サイリスタ１０→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード２０８、２０５には突入電流が流れない。また、通常動作状態においては、サイリスタ１０，１１をオフさせることにより、従来と同様の動作となる。
【００３８】
図８における図７との違いは、スイッチング素子とダイオードを逆並列接続したスイッチングアームとダイオードを直列接続した直列接続回路の構成が上下アーム逆にしてある点と、交流入力端子３１１と正極直流出力端子３１３との間にサイリスタ１０が、交流入力端子３１２と正極直流出力端子３１３との間にサイリスタ１１が、交流入力端子３１１と負極直流出力端子３１４との間にダイオード８が、交流入力端子３１２と負極直流出力端子３１４の間にダイオード９が、それぞれ接続されている点である。
【００３９】
起動時や停電からの復電時のように、コンデンサ６の電圧が交流電源１の電圧よりも低い状態から交流電源が立ち上がった場合、交流電源１の電圧が正の時は、サイリスタ１０を点弧させることにより、交流電源１→サイリスタ１０→コンデンサ６→ダイオード９→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード３０５、３０８には突入電流が流れない。また、交流電源１の電圧が負の場合には、サイリスタ１１を点弧させることにより、交流電源１→サイリスタ１１→コンデンサ６→ダイオード８→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード３０６、３０７には突入電流が流れない。また、通常動作状態においては、サイリスタ１０，１１をオフさせることにより、従来と同様の動作となる。
【００４０】
図９は請求項４に基づく実施例である。請求項１から請求項３の発明においては、従来整流回路の交流入力に１個のリアクトルを使用していたが、本発明では上記説明から分かるように、単相入力の場合は２個、三相入力の場合は３個必要となる。請求項４はこれら複数のリアクトルのコアを共通にすることにより、部品点数を削減するものである。
【００４１】
前述の全てに適用可能であるが、ここでは、前述の実施例図７に適用した場合について説明する。図９に示すように、リアクトルのコアを結合させると、回路構成は図９（ａ）、リアクトルの巻線構成は図９（ｂ）となる。ここで、定常動作時交流電源１の電圧が正の場合、スイッチング素子２０１がオンすると、交流電源１→リアクトル２１７のＡ端子→リアクトル２１７のＢ端子→スイッチング素子２０１→ダイオード２０６→リアクトル２１７のＣ端子→リアクトル２１７のＤ端子→交流電源１の経路で電流が流れ、Ｂ点を基準にするとＡ点には正の電圧が、Ｄ点を基準とするとＣ点には正の電圧が、それぞれ印加されている。
【００４２】
また、スイッチング素子２０１がオフすると電流はリアクトル２１７のＢ端子→ダイオード２０７→コンデンサ６→ダイオード２０６→リアクトル２１７のＣ端子→リアクトル２１７のＤ端子→交流電源１→リアクトル２１７のＡ端子→リアクトル２１７のＢ端子の経路に転流し、Ａ点を基準にするとＢ点には正の電圧が、Ｃ点を基準とするとＤ点には正の電圧が、それぞれ印加されている。
【００４３】
従って、Ａ点を基準にＢ点の電圧が正のときに発生する磁束とＣ点を基準にＤ点の電圧が正のときに発生する磁束が同じ方向になるように、コア３５１に銅線３５２を巻くことにより、二つの巻線によって励磁される磁束はお互いに強め合うように動作するので、リアクトル２１７のＡＢ間およびＣＤ間はそれぞれリアクトルとして動作する。以上のような動作原理になるように、リアクトルを図９（ｂ）のような構成にすることで、一つの部品で二つのリアクトルを構成することができ、部品点数の削減、小形軽量化、低コスト化が可能となる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、起動時や停電からの復電時の突入電流の流れる経路を、電流耐量の大きなダイオードやサイリスタなどを用いてバイパスさせることが可能となり、整流回路内の高速ダイオードやスイッチング素子の寄生ダイオード等の逆導通機能部に突入電流が流れるのを防止できるので、装置を破壊することなく安全に動作させることができる。また、リアクトルのコアを共通化することにより、部品点数の増加を最低限に抑えることができ、装置の小型軽量化と低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の請求項１に基づいた第１の実施例を示す回路図である。
【図２】本発明の請求項１に基づいた第２の実施例を示す回路図である。
【図３】本発明の請求項１に基づいた第３の実施例を示す回路図である。
【図４】本発明の請求項２に基づいた第１の実施例を示す回路図である。
【図５】本発明の請求項２に基づいた第２の実施例を示す回路図である。
【図６】本発明の請求項２に基づいた第３の実施例を示す回路図である。
【図７】本発明の請求項３に基づいた第１の実施例を示す回路図である。
【図８】本発明の請求項３に基づいた第２の実施例を示す回路図である。
【図９】本発明の請求項４に基づいた実施例を示す回路図である。
【図１０】従来技術に基づいた第１の実施例を示す回路図である。
【図１１】従来技術に基づいた第２の実施例を示す回路図である。
【図１２】従来技術に基づいた第３の実施例を示す回路図である。
【図１３】従来技術に基づいた第４の実施例を示す回路図である。
【符号の説明】
１・・・・交流電源
２、３、４、５、２０、３０、４０、５０・・・・整流回路
６・・・・コンデンサ
７・・・・負荷
８、９、２０５〜２０８、３０５〜３０８、４０５、４０６、４１５、４１６、５０５〜５０８・・・・ダイオード
１０〜１３・・・・サイリスタ
２０９、２１０、３０９、３１０、４０９、４１０、５０９、５１０、２１７
・・・・リアクトル
２１１、２１２、３１１、３１２、４１１、４１２、５１１、５１２
・・・・交流入力端子
２１３、３１３、４１３、５１３・・・・正極直流出力端子
２１４、３１４、４１４、５１４・・・・負極直流出力端子
Claims (4)
- スイッチング動作により交流電源から直流を作り出す整流装置において、スイッチング素子とダイオードとの逆並列接続回路からなるスイッチングアームおよび逆導通機能を有するスイッチング素子の中から同じもの同士も含めて何れか二つを直列接続した第１の直列接続回路、スイッチング素子とダイオードとの逆並列接続回路からなるスイッチングアームおよび逆導通機能を有するスイッチング素子の何れかとダイオードを直列接続した第２の直列接続回路、およびダイオード２個を直列接続した第３の直列接続回路の中から、スイッチング素子を含む形で同じもの同士も含めて複数の直列接続回路を並列接続し、該複数の直列接続回路の並列接続点間に並列にコンデンサと負荷を、該複数の直列接続回路のそれぞれの内部接続点と交流電源との間にリアクトルを、該交流電源と該リアクトルとの接続点と前記複数の直列接続回路の並列接続点の一方または双方との間にダイオードを、それぞれ接続することを特徴とする整流装置。
- スイッチング動作により交流電源から直流を作り出す整流装置において、スイッチング素子とダイオードとの逆並列接続回路からなるスイッチングアームおよび逆導通機能を有するスイッチング素子の中から同じもの同士も含めて何れか二つを直列接続した第１の直列接続回路、スイッチング素子とダイオードとの逆並列接続回路からなるスイッチングアームおよび逆導通機能を有するスイッチング素子の何れかとダイオードを直列接続した第２の直列接続回路、およびダイオード２個を直列接続した第３の直列接続回路の中から、スイッチング素子を含む形で同じもの同士も含めて複数の直列接続回路を並列接続し、該複数の直列接続回路の並列接続点間に並列にコンデンサと負荷を、該複数の直列接続回路のそれぞれの内部接続点と交流電源との間にリアクトルを、該交流電源と該リアクトルとの接続点と前記複数の直列接続回路の並列接続点の一方または双方との間にスイッチング素子を、それぞれ接続することを特徴とする整流装置。
- スイッチング動作により交流電源から直流を作り出す整流装置において、スイッチング素子とダイオードとの逆並列接続回路からなるスイッチングアームおよび逆導通機能を有するスイッチング素子の中から同じもの同士も含めて何れか二つを直列接続した第１の直列接続回路、スイッチング素子とダイオードとの逆並列接続回路からなるスイッチングアームおよび逆導通機能を有するスイッチング素子の何れかとダイオードを直列接続した第２の直列接続回路、およびダイオード２個を直列接続した第３の直列接続回路の中から、スイッチング素子を含む形で同じもの同士も含めて複数の直列接続回路を並列接続し、該複数の直列接続回路の並列接続点間に並列にコンデンサと負荷を、該複数の直列接続回路のそれぞれの内部接続点と交流電源との間にリアクトルを、該交流電源と該リアクトルとの接続点と前記複数の直列接続回路の並列接続点の一方との間にダイオードを、他方との間にスイッチング素子を、それぞれ接続することを特徴とするた整流装置。
- 複数の直列接続回路の内部接続点と交流電源との間にそれぞれ接続した複数のリアクトルとして、一つのコアに複数の巻線を備えることを特徴とする請求項１から３に記載の整流装置。
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