JP2005130643A - ペルチェ素子用電源回路 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング素子を使用することなく高調波の発生を抑制することができるペルチェ素子用電源回路を提供する。
【解決手段】単相交流を整流して直流に変換するダイオードブリッジ１の交流入力側にリアクトル３とコンデンサ４とからなる並列共振回路を直列に接続し、前記ダイオードブリッジ１の交流入力側に並列にコンデンサ５を接続した。ダイオードブリッジ１の直流出力側には平滑コンデンサ２を接続してコンデンサインプット形整流回路とすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、交流電力を直流電力に変換し、ペルチェ素子に直流電力を供給するペルチェ素子用電源回路に関するものである。

産業用に限らず、家庭用やオフィス用等の電気機器にはコンデンサインプット形整流回路が多く使用されており、これが電力系統に高調波を発生させていることは広く知られている。また、産業用電気機器に使用される非線形半導体回路も電力系統の高調波を増大させている。このような状況のもとで、資源エネルギー庁の主導により高調波抑制のガイドラインも策定され、対策が求められている。特にペルチェ素子を利用した冷却装置では、ペルチェ素子の消費電流が大きいためその対策が強く求められることになる。

上記のような社会的要請に応えるべく、さまざまな高調波抑制方法が研究され、提案されている。初期に実用化されたのはリアクトルやコンデンサを使用したフィルタを付加するものであるが、ペルチェ素子の消費電流が大きいためリアクトルやコンデンサが大形になるとか、高調波の抑制効果が変動するといった問題があり、高性能なスイッチング素子の実用化に伴いアクティブフィルタと呼ばれるものが多く使用されるようになってきている。このアクティブフィルタはスイッチング素子を使用して高周波のスイッチングを行い、入力電流波形を正弦波に近付けるものであるが、スイッチング素子と制御装置とを要することから高コストになるうえ高周波ノイズが発生するという問題があった。

こうしたことから、スイッチング素子を使用しないパッシブ方式と呼ばれるものが見直されているが、力率を悪化させるとか、大容量のリアクトルやコンデンサを必要とするといった問題を完全に解決することはできず、広く使用される状況ではないという現実がある。こうした問題を解決するものとして、特許文献１にリアクトルとコンデンサとからなる共振回路を直流側に接続した電源回路が開示されている。ところが、この特許文献１に示されているものではリアクトルに直流電流を流しており、消費電流が大きいペルチェ素子の電源回路として使用するためには鉄心の飽和を避けるためにリアクトルを非常に大形にしなければならないという問題がある。
特開昭６０−１９７１６８号公報

本発明は上記の問題点を解決し、スイッチング素子を使用することなく高調波の発生を抑制することができるペルチェ素子用電源回路を提供するためになされたものである。

上記の課題を解決するためになされた請求項１の発明は、単相交流を整流して直流に変換するダイオードブリッジの交流入力側にリアクトルとコンデンサとからなる並列共振回路を直列に接続し、前記ダイオードブリッジの交流入力側に並列にコンデンサを接続したことを特徴とするものである。また、同一の課題を解決するためになされた請求項２の発明は、三相交流を整流して直流に変換するダイオードブリッジの交流入力側の各入力線にリアクトルとコンデンサとからなる並列共振回路を直列に接続し、前記ダイオードブリッジの交流入力側の各線間にコンデンサを接続したことを特徴とするものである。

本発明ではダイオードブリッジにより交流を整流して直流に変換する整流回路の交流入力側にリアクトルとコンデンサとからなる並列共振回路を直列に接続しているので、交流入力電流中の並列共振回路の共振周波数を中心とする周波数成分が抑制される。この共振周波数を請求項１の発明では商用周波数の３倍乃至５倍、請求項２の発明では５倍乃至７倍とすることにより低次の高調波電流が抑制されることになり、これより高次の高調波電流はダイオードブリッジの交流入力側に並列に接続されたコンデンサにより分流されて低減させられる。したがって、低次から高次にわたる高調波電流を抑制することができることになる。共振回路を構成するリアクトルに流れるのは交流電流であり、消費電流の大きいペルチェ素子の電源回路として使用しても直流が流れる場合のように鉄心の飽和を考慮する必要がないので特に大形のものとする必要がない。

次に、本発明を実施するための最良の形態について、図を参照しながら具体的に説明する。
図１は第１の実施の形態を示す結線図であり、ダイオードブリッジ１とその直流出力側に並列に接続した平滑コンデンサ２により構成されるコンデンサインプット形整流回路の交流入力側にリアクトル３とコンデンサ４からなる並列共振回路が直列に接続してあり、ダイオードブリッジ１の交流入力側に並列にコンデンサ５が接続してある。図中１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄはダイオードブリッジ１を構成するダイオードであって、ダイオードブリッジ１は単相ブリッジ整流回路としてあり、６は単相の交流電源、７は直流出力側に接続されるペルチェ素子である。

ここで、平滑コンデンサ２の容量は直流出力のリップルがペルチェ素子７の要求を満足するように定めてあり、リアクトル３及びコンデンサ４の値はその共振周波数が商用周波数の３倍乃至５倍になるように定め、また、コンデンサ５の容量は商用周波数の３倍乃至５倍以上の周波数におけるコンデンサ５のインピーダンスがペルチェ素子７のインピーダンスに比べて充分低い値になるように定めてある。

前記構成のペルチェ素子用電源回路において、交流電源６から供給される交流がダイオードブリッジ１により整流され、平滑コンデンサ２によりリップルが低減されてペルチェ素子７に供給されることは従来の電源回路と同様である。コンデンサインプット形単相整流回路は高調波を発生するものであり、その高調波の周波数が基本波の３倍以上の奇数倍であること、高い周波数のものほど弱いことが知られている。リアクトル３とコンデンサ４の共振周波数を商用周波数の３倍乃至５倍に定めておけば、比較的低次の高調波電流はリアクトル３とコンデンサ４の共振回路により抑制され、これより高次の高調波電流はコンデンサ５により分流されて低減させられる。したがって、低次から高次にわたる高調波電流を抑制することができることになる。リアクトル３に流れるのは交流電流であり、消費電流が大きいペルチェ素子の電源回路としても鉄心の直流励磁による飽和を考慮する必要がなく、リアクトル３を特に大形のものとする必要がない。

図２は第２の実施の形態を示す結線図であって、ダイオードブリッジ１１の交流入力側の各入力線にそれぞれリアクトル１２ａとコンデンサ１３ａ、リアクトル１２ｂとコンデンサ１３ｂ、リアクトル１２ｃとコンデンサ１３ｃからなる並列共振回路が直列に接続してあり、ダイオードブリッジ１１の交流入力側の各線間にはコンデンサ１４ａ、１４ｂ、１４ｃが接続してある。図中１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆはダイオードブリッジ１１を構成するダイオードであって、ダイオードブリッジ１１は三相ブリッジ整流回路としてあり、１５は三相の交流電源、１６は直流出力側に接続されるペルチェ素子、１７は必要に応じて接続する平滑コンデンサである。

ここで、リアクトル１２ａ、１２ｂ、１２ｃとコンデンサ１３ａ、１３ｂ、１３ｃの値はその共振周波数が商用周波数の５倍乃至７倍となるように定め、また、コンデンサ１４ａ、１４ｂ、１４ｃの容量は商用周波数の５倍乃至７倍以上の周波数におけるコンデンサ１４ａ、１４ｂ、１４ｃのインピーダンスがペルチェ素子１６のインピーダンスに比べて充分低い値になるように定めてある。

前記構成のペルチェ素子用電源回路において、交流電源１５から供給される交流がダイオードブリッジ１１により整流され、ペルチェ素子１６に供給されることは従来の電源回路と同様である。三相ブリッジ整流回路が高調波を発生するものであり、その高調波の周波数が基本波の奇数倍で３の倍数のものが除かれること、高い周波数のものほど弱いことが知られている。リアクトル１２ａ、１２ｂ、１２ｃとコンデンサ１３ａ、１３ｂ、１３ｃの共振周波数を商用周波数の５倍乃至７倍に定めておけば、比較的低次の高調波電流はリアクトル１２ａ、１２ｂ、１２ｃとコンデンサ１３ａ、１３ｂ、１３ｃの共振回路により抑制され、これより高次の高調波電流はコンデンサ１４ａ、１４ｂ、１４ｃにより分流されて低減させられる。したがって、この第２の実施の形態のものも低次から高次にわたる高調波電流を抑制することができることになる。

第２の実施の形態のペルチェ素子用電源を構成する三相ブリッジ整流回路は第１の実施の形態のペルチェ素子用電源を構成する単相ブリッジ整流回路に比べて直流側のリップルが少なく、交流側の高調波電流も少ない特性を有するものである。ペルチェ素子１６のリップルは平滑コンデンサ１７を接続することによりさらに低減することができ、元来リップルが少ないことから平滑コンデンサ１７は小容量のもので効果が得られる。この第２の実施の形態のものもリアクトル１２ａ、１２ｂ、１２ｃに流れるのが交流電流であり、消費電流が大きいペルチェ素子の電源回路としても鉄心の直流励磁による飽和を考慮する必要がないので特に大形のものとする必要がなく、リアクトルとコンデンサの共振周波数を第１の実施の形態のものより高くすることができるので、リアクトルとコンデンサを第１の実施の形態のものに比べてさらに小容量のものとすることができる。

図１に示す第１の実施の形態において、リアクトル３、コンデンサ４、コンデンサ５、平滑コンデンサ２の値を適切に調整してペルチェ素子７を８００Ｗの冷却能力を有するものとし、１００Ｖの交流電源に接続した。そのときの効率は約９２％、力率は約９３％と非常に優れた特性であった。図３は入力電流中の各次数の高調波電流の大きさを示すものであり、高調波電流は限度値に対して充分に抑制されている。

本発明のペルチェ素子用電源回路は、消費電流が大きなペルチェ素子の電源回路として受動素子のみで高調波を抑制するものであり、低コストで高周波ノイズを発生しない利点がある。

第１の実施の形態を示す結線図である。 第２の実施の形態を示す結線図である。 実施例１の入力電流の高調波成分を示すグラフである。

符号の説明

１ ダイオードブリッジ
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ ダイオード
２ 平滑コンデンサ
３ リアクトル
４、５ コンデンサ
６ 交流電源
７ ペルチェ素子
１１ ダイオードブリッジ
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ ダイオード
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ リアクトル
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ コンデンサ
１５ 交流電源
１６ ペルチェ素子
１７ 平滑コンデンサ

Claims (2)

1. 単相交流を整流して直流に変換するダイオードブリッジの交流入力側にリアクトルとコンデンサとからなる並列共振回路を直列に接続し、前記ダイオードブリッジの交流入力側に並列にコンデンサを接続したことを特徴とするペルチェ素子用電源回路。
2. 三相交流を整流して直流に変換するダイオードブリッジの交流入力側の各入力線にリアクトルとコンデンサとからなる並列共振回路を直列に接続し、前記ダイオードブリッジの交流入力側の各線間にコンデンサを接続したことを特徴とするペルチェ素子用電源回路。
   

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