JP5192401B2 - Multiphase boost rectifier circuit - Google Patents
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Description
本発明は、多相交流電源電圧を昇圧して直流を出力する多相昇圧整流回路に関する。 The present invention relates to a multiphase boost rectifier circuit that boosts a multiphase AC power supply voltage and outputs a direct current.
従来、交流電源電圧を２倍以上に昇圧して直流を連続出力する昇圧整流回路として例えば特許文献１が知られている。
Conventionally, for example,
特許文献１は、コンデンサとダイオードで構成される昇圧ブロックを単相交流電源出力の両側に同数接続し、各昇圧ブロックのコンデンサの充電電圧が反対側の昇圧ブロックのコンデンサを充電するよう、互いに反対側の昇圧ブロックへ出力を行うことで、単相交流電源を直流に変換しつつ電源電圧より高い直流電圧を得ることを可能にしている。
In
上記従来の昇圧整流回路においては、昇圧ブロックの数を増減させることで、単相の電源電圧から必要な倍数分昇圧することを可能にしていた。このため、昇圧倍数を高くするには、昇圧ブロックの数を増やさなければならず、必然的に使用デバイス数も増加し、回路構成も煩雑化するという課題があり、さらに効率よく昇圧倍数を高くすることができる昇圧整流回路が切望されていた。 In the conventional boosting rectifier circuit, the number of boosting blocks is increased / decreased to allow boosting by a necessary multiple from a single-phase power supply voltage. For this reason, in order to increase the boost multiple, the number of boost blocks must be increased, which inevitably increases the number of devices used and complicates the circuit configuration, and further increases the boost multiple more efficiently. A boost rectifier circuit that can do this has been desired.
また、交流電源電圧を直流に変換しつつ昇圧する一般周知の方法としては、変圧器を用いて交流のまま昇圧した後に整流回路を用いて整流する方法や、整流回路により出力される直流電圧をＤＣ昇圧スイッチング制御により昇圧する等の方法が知られている。しかしながら、昇圧倍数を高くするには重い変圧器が必要になったり、厳密なスイッチング制御が必要であったりするため、やはり使用デバイスの増加や回路構成が煩雑化するなどの課題があった。 In addition, as a generally known method for boosting while converting the AC power supply voltage to DC, a method of boosting with an AC transformer using a transformer and then rectifying using a rectifier circuit, or a DC voltage output by the rectifier circuit is used. A method such as boosting by DC boost switching control is known. However, in order to increase the step-up factor, a heavy transformer is required, or strict switching control is required. Thus, there are still problems such as an increase in devices used and a complicated circuit configuration.
さらに、近年では環境問題などから省エネルギー化、クリーンエネルギー化を推進する目的において、例えば防災用ラジオに用いられる手回し発電機や、水道の流水による力を電力に変える発電機、また自転車のライトに用いられる発電機など、微少な力学的エネルギーを電気エネルギーに変える発電システムが注目されている。このため、これらの発電システムより得られる微少な交流電圧から実用化レベルの直流電圧を容易に取りだす技術が待望されていた。 Furthermore, in recent years, for the purpose of promoting energy saving and clean energy due to environmental problems, etc., it is used for hand-driven generators used in radio for disaster prevention, generators that change the power of running water into electricity, and bicycle lights. Electric power generation systems that convert minute mechanical energy into electrical energy, such as generators that can be used, are drawing attention. For this reason, there has been a demand for a technique for easily extracting a practical DC voltage from a minute AC voltage obtained from these power generation systems.
本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、三相交流電源に代表される多相交流電源の各線間電圧若しくは相電圧をそれぞれ昇圧し、これらを直列に接続することで、適度な使用デバイス数で簡素な回路構成であっても、効率よく昇圧倍数の高い直流電圧を出力することを可能にした多相昇圧整流回路を提供することを目的とする。 The present invention was devised in view of the above-described conventional problems, and boosts each line voltage or phase voltage of a multiphase AC power source represented by a three-phase AC power source and connects them in series. An object of the present invention is to provide a multiphase boost rectifier circuit that can efficiently output a DC voltage having a high boosting factor even with a simple circuit configuration with an appropriate number of devices used.
本発明にかかる多相昇圧整流回路は、多相交流電源と、該多相交流電源に接続され、これらの各線間電圧若しくは各相電圧がそれぞれ印加されることにより、上記各線間電圧若しくは各相電圧を直流に変換するとともに昇圧させる、互いに独立した複数の昇圧整流ブロックと、該昇圧整流ブロックに設けられ、所定の電圧に達するまで蓄電し続け、かつ放電の際に安定した電圧を出力する緩衝蓄電コンデンサ及び該緩衝蓄電コンデンサの両端に接続されるスイッチからなり、蓄電と出力とを切り換えるスイッチングユニットとを備え、該各昇圧整流ブロックからの出力電圧よりもさらに高い直流電圧を出力するために、当該各昇圧整流ブロックは直列に接続されることを特徴とする。 A multiphase boost rectifier circuit according to the present invention is connected to a multiphase AC power supply and the multiphase AC power supply, and each line voltage or each phase voltage is applied to each of the above line voltages or each phase. A plurality of independent boost rectification blocks that convert voltage to DC and boost it , and a buffer that is provided in the boost rectification block and continues to store electricity until a predetermined voltage is reached, and outputs a stable voltage during discharge It consists of a storage capacitor and a switch connected to both ends of the buffer storage capacitor, and includes a switching unit that switches between storage and output, and in order to output a DC voltage higher than the output voltage from each step-up rectification block, The boost rectification blocks are connected in series.
前記昇圧整流ブロックは、ダイオードとコンデンサからなる複数の昇圧ユニットを備え、該昇圧ユニットは、前記線間電圧若しくは相電圧の出力端子の一方から出力側へ直列に整流のために接続されるダイオードと、該ダイオードと他方の出力端子との間に接続されるコンデンサと、該コンデンサに並列に接続されるダイオードとを備えることを特徴とする。 The step-up rectification block includes a plurality of step-up units composed of diodes and capacitors, and the step-up unit includes a diode connected for rectification in series from one of the output terminals of the line voltage or phase voltage to the output side. And a capacitor connected between the diode and the other output terminal, and a diode connected in parallel to the capacitor.
前記スイッチングユニットは、前記昇圧ユニットと出力との接続を切り換えることを特徴とする。 The switching unit switches a connection between the boosting unit and an output.
前記緩衝蓄電コンデンサには、これに一定電圧が充電されたことを検出する検出部が並列に接続されることを特徴とする。 The buffer storage capacitor is connected in parallel with a detection unit for detecting that a constant voltage is charged.
前記多相交流電源は、中性線引き出しのないＹ結線出力の三相交流電源であることを特徴とする。 The multiphase AC power supply is a Y-connection output three-phase AC power supply without a neutral wire drawing.
本発明にかかる多相昇圧整流回路にあっては、多相交流電源の各線間電圧若しくは相電圧をそれぞれ昇圧し、これらを直列に接続することで、適度な使用デバイス数で簡素な回路構成であっても、効率よく昇圧倍数の高い直流電圧を出力することができる。 In the multi-phase boost rectifier circuit according to the present invention, each line voltage or phase voltage of the multi-phase AC power source is boosted, and these are connected in series, so that the circuit configuration is simple with an appropriate number of devices used. Even in such a case, it is possible to efficiently output a DC voltage having a high boosting factor.
以下に、本発明にかかる多相昇圧整流回路の好適な一実施形態としての三相昇圧整流回路を、添付図面を参照して詳細に説明する。本実施形態にかかる三相昇圧整流回路１は基本的には、図１から図５に示すように、三相交流電源Ｇと、三相交流電源Ｇに接続され、これらの各線間電圧Ｖａｂ、Ｖｂｃ、Ｖｃａがそれぞれ印加されることにより、各線間電圧Ｖａｂ、Ｖｂｃ、Ｖｃａを直流に変換するとともに昇圧させる、互いに独立した電源から得られる単相交流の出力と同数の３つの昇圧整流ブロック１０、２０、３０とを備え、各昇圧整流ブロック１０、２０、３０からの出力電圧Ｖ１０、Ｖ２０、Ｖ３０よりもさらに高い直流電圧を出力するために、各昇圧整流ブロック１０、２０、３０は直列に接続される。
Hereinafter, a three-phase boost rectifier circuit as a preferred embodiment of a multiphase boost rectifier circuit according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The three-phase
図１は本発明の好適な一実施形態にかかる三相昇圧整流回路１のブロック図である。ａ相、ｂ相、ｃ相からなる三相交流電源Ｇは、これらの各線間電圧Ｖａｂ、Ｖｂｃ、Ｖｃａを各昇圧整流ブロック１０、２０、３０に印加するために、第１〜第３の昇圧整流ブロック１０、２０、３０に接続される。さらに、端子Ｐ７、Ｐ８から各昇圧整流ブロック１０、２０、３０の各出力電圧Ｖ１０、Ｖ２０、Ｖ３０を合計して出力するため、第１の昇圧整流ブロック１０、第２の昇圧整流ブロック２０および第３の昇圧整流ブロック３０は直列に接続される。
FIG. 1 is a block diagram of a three-phase
図２は、昇圧整流ブロック１０（２０、３０）の概略を示す回路構成図である。説明には第１の昇圧整流ブロック１０の符号を用いる。ａ相−ｂ相間の線間電圧Ｖａｂの出力端子Ｐ１、Ｐ２は、第１昇圧ユニット２および第２昇圧ユニット３に接続される。第１昇圧ユニット２および第２昇圧ユニット３は同様のデバイスで構成されており、互いに点対称に端子Ｐ１、Ｐ２に接続される。
FIG. 2 is a circuit configuration diagram showing an outline of the boost rectification block 10 (20, 30). In the description, the reference numeral of the first step-
第１昇圧ユニット２は、線間電圧Ｖａｂの一方の出力端子Ｐ１、Ｐ２から出力側へ直列に整流のために接続されるダイオードＤ１、Ｄ２と、ダイオードＤ１、Ｄ２と他方の出力端子Ｐ２、Ｐ１との間に接続されるコンデンサＣ１、Ｃ２と、コンデンサＣ１、Ｃ２への逆流を防止するため、これに並列接続されるダイオードＤ１’、Ｄ２’とからなる。
The
第２昇圧ユニット３も同様に、一方の出力端子Ｐ２、Ｐ１から出力側へ直列に整流のために接続されるダイオードＤ３、Ｄ４と、ダイオードＤ３、Ｄ４と他方の出力端子Ｐ１、Ｐ２との間に接続されるコンデンサＣ３、Ｃ４と、コンデンサＣ３、Ｃ４への逆流を防止するため、これに並列接続されるダイオードＤ３’、Ｄ４’とからなる。
Similarly, in the
第１昇圧ユニット２は、ダイオードＤ５、Ｄ６を介してスイッチングユニット４に接続可能な端子Ｐ３、Ｐ４に接続される。同様に、第２昇圧ユニット２は、ダイオードＤ７、Ｄ８を介してスイッチングユニット４に接続可能な端子Ｐ３、Ｐ４に共通の出力端子として接続される。
The
スイッチングユニット４は、各昇圧ユニット２、３の出力端子Ｐ３、Ｐ４と出力端子Ｐ５、Ｐ６との接続を切り換えるユニットであり、緩衝蓄電コンデンサＣ５とこれの両端に接続された２つのスイッチＳ１、Ｓ２とからなる。ここで、緩衝蓄電コンデンサとは、所定の電圧に達するまで蓄電し続け、かつ、放電の際には安定した電圧を出力するコンデンサである。
The
図３は、本実施形態にかかる三相昇圧整流回路１の構成図である。電源は、中性線の引き出しのないＹ結線出力のａ相、ｂ相、ｃ相からなる三相交流発電機Ｇである。ａ相−ｂ相間の線間電圧Ｖａｂの出力端子Ｐ１、Ｐ２は、第１の昇圧整流ブロック１０に接続される。ｂ相−ｃ相間の線間電圧Ｖｂｃの出力端子Ｐ１’、Ｐ２’は第２の昇圧整流ブロック２０に接続される。ｃ相−ａ相間の線間電圧Ｖｃａの出力端子Ｐ１”、Ｐ２”は、第３の昇圧整流ブロックに接続される。
FIG. 3 is a configuration diagram of the three-phase
第１の昇圧整流ブロック１０、第２の昇圧整流ブロック２０、第３の昇圧整流ブロック３０は、後述する検出部４０の有無を除いて同様の構成となる。このため以下には、第１の昇圧整流ブロック１０を例にとり説明をする。なお、第１ないし第８のダイオードＤ１、Ｄ１’、Ｄ２、Ｄ２’、Ｄ３、Ｄ３’、Ｄ４、Ｄ４’、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７、Ｄ８と、第１ないし第４のコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４については同符号で説明する。
The first step-up
端子Ｐ１およびＰ２には、第１昇圧ユニット２が接続される。具体的には、端子Ｐ１には、その出力側に第１のダイオードＤ１が順方向に接続される。第１のダイオードＤ１と端子Ｐ２との間には、第１のコンデンサＣ１が接続される。第１のコンデンサＣ１には、第１のダイオードＤ１とは逆向きの第１’のダイオードＤ１’が並列に接続される。また、第１のダイオードＤ１と端子Ｐ３との間には、第５のダイオードＤ５が順方向に接続される。端子Ｐ２には、その出力側に第２のダイオードＤ２が逆方向に接続される。第２のダイオードＤ２と端子Ｐ１との間には、第２のコンデンサＣ２が接続される。第２のコンデンサには、第２のダイオードＤ２とは逆向きの第２’のダイオードＤ２’が並列に接続される。また、第２のダイオードＤ２と端子Ｐ４との間には、第６のダイオードＤ６が逆方向に接続される。
The
端子Ｐ２およびＰ１には、第２昇圧ユニット３が接続される。具体的には、端子Ｐ２には、その出力側に第３のダイオードＤ３が順方向に接続される。第３のダイオードＤ３と端子Ｐ１との間には、第３のコンデンサＣ３が接続される。第３のコンデンサＣ３には、第３のダイオードＤ３とは逆向きの第３’のダイオードＤ３’が並列に接続される。また、第３のダイオードＤ３と端子Ｐ３との間には、第７のダイオードＤ７が順方向に接続される。端子Ｐ１には、その出力側に第４のダイオードＤ４が逆方向に接続される。第４のダイオードＤ４と端子Ｐ２との間には、第４のコンデンサＣ４が接続される。第４のコンデンサＣ４には、第４のダイオードＤ４とは逆向きの第４’のダイオードＤ４’が並列に接続される。また、第４のダイオードＤ４と出力端子Ｐ４との間には、第８のダイオードＤ８が逆方向に接続される。
The second boosting
端子Ｐ３およびＰ４に接続可能なスイッチングユニット４は、緩衝蓄電コンデンサＣ５と、そのプラス側に接続されたスイッチＳ１と、そのマイナス側に接続されたスイッチＳ２とからなる。スイッチＳ１、Ｓ２は、第１および第２昇圧ユニット２、３から緩衝蓄電コンデンサＣ５に充電するための端子Ｐ３、Ｐ４への接続と、緩衝蓄電コンデンサＣ５から出力側へ放電するための端子Ｐ５、Ｐ６への接続とを、後述する検出部４０からの指令により切り替える。
The
第１昇圧整流ブロック１０においては、緩衝蓄電コンデンサＣ５に、その充電電圧を検出する検出部４０が並列に接続される。検出部４０の構成図を図４に示す。検出部４０は、負方向電圧が一定値以上印加されることによって電流を流すツェナーダイオード４１と、流れる電流を一定にする定電流ダイオード４２と、電流が流入または停止することによってスイッチＳ１、Ｓ２のオンとオフを切り換えるリレーコイル４３とを直列に接続し、さらにリレーコイル４３に、電流の逆流防止のためのダイオードＤ４４を並列に接続して構成される。なお、リレーコイル４３は、第１〜第３の昇圧整流ブロック１０、２０、３０の全てのスイッチＳ１、Ｓ２と対応しており、これら全てのスイッチＳ１、Ｓ２のオンとオフを一斉に切り換えるものである。
In the first step-up
第１の昇圧整流ブロック１０の出力端子Ｐ５、Ｐ６間には、端子Ｐ５側に向けて、電流の逆流防止のための第１０のダイオードＤ１０が接続される。第２の昇圧整流ブロック２０の出力端子Ｐ５’、Ｐ６’間には、端子Ｐ５’側に向けて、電流の逆流防止のための第２０のダイオードＤ２０が接続される。第３の昇圧整流ブロック３０の出力端子Ｐ５”、Ｐ６”間には、端子Ｐ５”側に向けて、電流の逆流防止のための第３０のダイオードＤ３０が接続される。また、端子Ｐ６とＰ５’とが接続され、端子Ｐ６’とＰ５”とが接続され、さらに、端子Ｐ５はプラス側端子Ｐ７に接続され、端子Ｐ６”はマイナス側端子Ｐ８に接続されることで、第１〜第３の昇圧整流ブロック１０、２０、３０は直列に接続される。
Between the output terminals P5 and P6 of the first step-up rectifying
次に、本実施形態にかかる三相昇圧整流回路１の動作を詳細に説明する。
Next, the operation of the three-phase
三相交流電源Ｇから出力される線間電圧Ｖａｂ、Ｖｂｃ、Ｖｃａは、それぞれ２／３πずつ位相の異なる単相の電源電圧として、各昇圧整流ブロック１０、２０、３０に印加される。各昇圧整流ブロック１０、２０、３０は、それぞれ独立しており、かつ同様の動作をするものである。このため、各昇圧整流ブロック１０、２０、３０内の動作については、ａ相−ｂ相間の線間電圧Ｖａｂの出力端子Ｐ１、Ｐ２に接続された第１の昇圧整流ブロック１０についてのみ説明する。
The line voltages Vab, Vbc, and Vca output from the three-phase AC power supply G are applied to the boost rectifying blocks 10, 20, and 30 as single-phase power supply voltages having phases different by 2 / 3π. Each step-up
まず、最初の半サイクルにおいて、線間電圧Ｖａｂ（例えばＶとする）がＡ方向に印加されると、電流は端子Ｐ１を経由し、第１のダイオードＤ１を介して第１のコンデンサＣ１に電圧（Ｖ）を充電する。また、電流は端子Ｐ１を経由して、第２のコンデンサＣ２にも電圧（Ｖ）を充電する。 First, in the first half cycle, when a line voltage Vab (for example, V) is applied in the A direction, the current passes through the terminal P1, and the voltage is applied to the first capacitor C1 through the first diode D1. Charge (V). The current also charges the second capacitor C2 with the voltage (V) via the terminal P1.
次の半サイクルにおいては、線間電圧Ｖａｂは反転しＢ方向に印加される。このとき回路に流れる電流は、端子Ｐ２を経由して、第３のダイオードＤ３を介し第３のコンデンサＣ３に電圧（Ｖ）を充電する。また、電流は端子Ｐ２を経由して、第４のコンデンサＣ４に電圧（Ｖ）を充電する。 In the next half cycle, the line voltage Vab is inverted and applied in the B direction. At this time, the current flowing in the circuit charges the voltage (V) to the third capacitor C3 via the terminal P2 and the third diode D3. Further, the current charges the voltage (V) in the fourth capacitor C4 via the terminal P2.
このとき、端子Ｐ３、Ｐ４間には、第１のコンデンサＣ１に充電された電圧（Ｖ）、第２のコンデンサＣ２に充電された電圧（Ｖ）、および線間電圧Ｖａｂ（Ｖ）により（３×Ｖ）の直流電圧が発生する。 At this time, between the terminals P3 and P4, the voltage (V) charged in the first capacitor C1, the voltage (V) charged in the second capacitor C2, and the line voltage Vab (V) are (3 XV) DC voltage is generated.
次の半サイクルでは、再び線間電圧ＶａｂがＡ方向に印加され、電流は第１のコンデンサＣ１と第２のコンデンサＣ２にそれぞれ電圧（Ｖ）ずつを充電する。このとき端子Ｐ３、Ｐ４間には、第３のコンデンサＣ３に充電された電圧（Ｖ）、第４のコンデンサＣ４に充電された電圧（Ｖ）、および線間電圧Ｖａｂ（Ｖ）により（３×Ｖ）の直流電圧が発生する。 In the next half cycle, the line voltage Vab is again applied in the A direction, and the current charges the first capacitor C1 and the second capacitor C2 respectively by voltage (V). At this time, the voltage (V) charged in the third capacitor C3, the voltage (V) charged in the fourth capacitor C4, and the line voltage Vab (V) are (3 ×) between the terminals P3 and P4. V) DC voltage is generated.
さらに次の半サイクルでは、再び線間電圧ＶａｂがＢ方向に印加され、電流は第３のコンデンサＣ３と第４のコンデンサＣ４にそれぞれ電圧（Ｖ）ずつを充電する。そしてこのとき端子Ｐ３，Ｐ４間に第１のコンデンサＣ１、第２のコンデンサＣ２に充電された電圧（それぞれＶ）、及び線間電圧Ｖａｂ（Ｖ）により（３×Ｖ）の直流電圧が発生するというように、端子Ｐ３、Ｐ４間には（３×Ｖ）の直流電圧が発生し続けることとなる。端子Ｐ３、Ｐ４間に発生した電圧は、さらにスイッチＳ１、Ｓ２を介して緩衝蓄電コンデンサＣ５に充電される。 Further, in the next half cycle, the line voltage Vab is again applied in the B direction, and the current charges the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4 respectively by voltage (V). At this time, a DC voltage of (3 × V) is generated between the terminals P3 and P4 by the voltage charged to the first capacitor C1 and the second capacitor C2 (respectively V) and the line voltage Vab (V). Thus, a DC voltage of (3 × V) continues to be generated between the terminals P3 and P4. The voltage generated between the terminals P3 and P4 is further charged into the buffer storage capacitor C5 via the switches S1 and S2.
上述のように、第２の昇圧整流ブロック２０、第３の昇圧整流ブロック３０についても、第１の昇圧整流ブロック１０と同様の動作をするため、第２の昇圧整流ブロック２０の緩衝蓄電コンデンサＣ５’、第３の昇圧整流ブロック３０の緩衝蓄電コンデンサＣ５”にもほぼ同等の電圧が充電される。
As described above, the second
第１の昇圧整流ブロック１０の緩衝蓄電コンデンサＣ５に一定値（例えば３×Ｖとする）充電されると、検出部４０がこれを検出する。具体的には、一定の負方向電圧がツェナーダイオード４１にかかると、これに電流が流れ、定電流ダイオード４２により一定値の電流がリレーコイル４３に流れる。これにより、各昇圧整流ブロック１０、２０、３０の端子Ｐ３、Ｐ４に接続されていたスイッチＳ１、Ｓ２は、一斉にそれぞれ対応する端子Ｐ５、Ｐ６（Ｐ５’、Ｐ６’、Ｐ５”、Ｐ６”）側へと切り替わる。
When the buffer storage capacitor C5 of the first step-up rectifying
このとき、端子Ｐ５、Ｐ６間には、緩衝蓄電コンデンサＣ５に充電された電圧Ｖ１０が発生し、端子Ｐ５’Ｐ６’間には、緩衝蓄電コンデンサＣ５’に充電された電圧Ｖ２０が発生し、端子Ｐ５”、Ｐ６”間には、緩衝蓄電コンデンサＣ５”に充電された電圧Ｖ３０が発生する。このときの端子間電圧Ｖ１０、Ｖ２０、Ｖ３０は、それぞれ約（３×Ｖ）である。 At this time, a voltage V10 charged in the buffer storage capacitor C5 is generated between the terminals P5 and P6, and a voltage V20 charged in the buffer storage capacitor C5 ′ is generated between the terminals P5 ′ and P6 ′. A voltage V30 charged in the buffer capacitor C5 ″ is generated between P5 ″ and P6 ″. The inter-terminal voltages V10, V20, and V30 at this time are about (3 × V), respectively.
そして、緩衝蓄電コンデンサＣ５、Ｃ５’、Ｃ５”からの放電により、電流は、第１０のダイオードＤ１０、第２０のダイオードＤ２０、第３０のダイオードＤ３０で整流されてプラス側の端子Ｐ７へ向けて流れ、プラス側端子Ｐ７とマイナス側端子Ｐ８との間には、上記それぞれの端子間電圧Ｖ１０、Ｖ２０、Ｖ３０の合計の電圧Ｖｏｕｔ（９×Ｖ）が発生する。 Then, due to the discharge from the buffer capacitors C5, C5 ′, and C5 ″, the current is rectified by the tenth diode D10, the twentieth diode D20, and the thirty diode D30 and flows toward the positive terminal P7. A total voltage Vout (9 × V) of the respective inter-terminal voltages V10, V20, V30 is generated between the plus side terminal P7 and the minus side terminal P8.
さらに、緩衝蓄電コンデンサＣ５、Ｃ５’、Ｃ５”の放電により検出部４０のツェナーダイオード４１にかかる負方向電圧が一定値以下になると、リレーコイル４３に電流が流れなくなり、スイッチＳ１、Ｓ２は端子Ｐ５、Ｐ６（Ｐ５’、Ｐ６’、Ｐ５”、Ｐ６”）側からそれぞれ対応するＰ３、Ｐ４側に一斉に切り替わる。このようなスイッチＳ１、Ｓ２の切り替えによって緩衝蓄電コンデンサＣ５、Ｃ５’、Ｃ５”は充放電を繰り返す。
Further, when the negative voltage applied to the
図５は、各線間電圧Ｖａｂ、Ｖｂｃ、Ｖｃａ、各昇圧整流ブロック１０、２０、３０の出力端子間電圧Ｖ１０、Ｖ２０、Ｖ３０、三相昇圧整流回路１の出力電圧Ｖｏｕｔの出力波形を示す。これらは一定時間経過後の出力波形である。三相交流電源Ｇの線間電圧Ｖａｂ、Ｖｂｃ、Ｖｃａを各々単相の電源電圧とみなし、これらをそれぞれ３つの昇圧整流ブロック１０、２０、３０に印加することによって約３倍に昇圧した直流電圧Ｖ１０、Ｖ２０、Ｖ３０（３×Ｖ）をそれぞれ発生させることができる。さらに、これら昇圧整流ブロック１０、２０、３０を直列に接続することによって、それぞれ３倍に昇圧された電圧Ｖ１０、Ｖ２０、Ｖ３０（各３×Ｖ）を合計して出力させることで、さらに３倍昇圧された電圧Ｖｏｕｔ（９×Ｖ）を出力させることができる。このように、独立に動作させた各昇圧整流ブロック１０、２０、３０を直列に接続することで、これらの出力を３倍増にすることができる。
FIG. 5 shows output waveforms of the line voltages Vab, Vbc, Vca, the output terminal voltages V10, V20, V30 of the boost rectification blocks 10, 20, 30 and the output voltage Vout of the three-phase
三相交流電源Ｇの各線間電圧Ｖａｂ、Ｖｂｃ、Ｖｃａを、昇圧整流ブロック１０、２０、３０を用いてそれぞれ昇圧し、これらを直列に接続することで、最終的な出力倍率を確保しつつ、昇圧整流ブロック１０、２０、３０自体の倍率を増やさずにすむため、昇圧整流ブロック自体１０、２０、３０を簡易な構成とすることができる。これにより、適度な使用デバイス数で簡素な回路構成であっても、効率よく昇圧倍数の高い直流電圧を出力することが可能となる。 While boosting each line voltage Vab, Vbc, Vca of the three-phase AC power supply G using the boost rectification blocks 10, 20, 30 and connecting them in series, while ensuring the final output magnification, Since it is not necessary to increase the magnification of the boost rectification blocks 10, 20, and 30 themselves, the boost rectification blocks 10, 20, and 30 can have a simple configuration. As a result, even with a simple circuit configuration with an appropriate number of devices used, it is possible to efficiently output a DC voltage having a high boosting factor.
また、従来技術である、変圧器を用いて交流電圧を昇圧した後に、整流回路で直流を出力する方法や、整流回路で直流変換した後にＤＣ昇圧スイッチング制御で昇圧する等の方法を用いて電圧を高倍率に昇圧させる場合と比べても、デバイスの増加や回路構成を煩雑化させることなく、三相交流電源Ｇを用いるだけで回路自体を簡易な構成にすることができる。 Further, the voltage is increased by using a conventional technique such as a method of outputting a direct current by a rectifier circuit after boosting an AC voltage using a transformer, or a method of boosting by DC boost switching control after direct current conversion by a rectifier circuit. As compared with the case where the voltage is boosted at a high magnification, the circuit itself can be simplified in configuration only by using the three-phase AC power supply G without complicating the increase in devices and the circuit configuration.
特に、防災用ラジオに用いられる手回しの発電機や、水道の流水による力を電力に変える発電機、また自転車のライトに用いられる発電機など、微少な力学的エネルギーを電力エネルギーに変える発電システムなどから得られる微少電圧であっても、効率よくかつ高い倍率で昇圧させることができ、容易に実用化レベルの直流電圧を取りだすことが可能となる。 In particular, power generators that convert minute mechanical energy into electric energy, such as hand-operated generators used in radio for disaster prevention, generators that change the power generated by running water into electric power, and generators that are used in bicycle lights Even a minute voltage obtained from the above can be boosted efficiently and at a high magnification, and a practical DC voltage can be easily taken out.
さらに、太陽光発電や風力発電などの発電システムを電源電圧として組み合わせることによっても、より効率良く電気エネルギーを生産することも可能となる。これらにより、省エネルギー化、クリーンエネルギー化に貢献できる。 Furthermore, it becomes possible to produce electric energy more efficiently by combining a power generation system such as solar power generation or wind power generation as a power supply voltage. These can contribute to energy saving and clean energy.
次に本実施形態にかかる三相昇圧整流回路における昇圧ユニットの変形例を詳細に説明する。図６に、本変形例にかかる整流ユニット５、および第３昇圧ユニット６を接続した状態の回路構成図を示す。整流ユニット５および第３昇圧ユニット６は、上述した第１〜第３の昇圧整流ブロック１０〜３０内で、第１および第２昇圧ユニット２、３に代えて、端子Ｐ１、Ｐ２とスイッチングユニット４との間に接続されるものである。
Next, a modification of the boost unit in the three-phase boost rectifier circuit according to the present embodiment will be described in detail. FIG. 6 shows a circuit configuration diagram in a state where the rectifying
整流ユニット５は、従来周知のブリッジ回路（単相全波整流回路）で形成される。第３昇圧ユニット６もまた、従来周知のスイッチングコンバータ６で形成される。
The
端子Ｐ１、Ｐ２には、整流ユニット５が接続される。具体的には、端子Ｐ１には、端子Ｐ１１との間にダイオードＤ１１が接続され、端子Ｐ１２との間にダイオードＤ１４が接続される。また端子Ｐ２には、端子Ｐ１１との間にダイオードＤ１２が接続され、端子Ｐ１２との間にダイオードＤ１３が接続される。また端子Ｐ１１とＰ１２との間に平滑コンデンサＣ１１が接続される。整流ユニット５の出力端子Ｐ１３、Ｐ１４には、スイッチングコンバータ６が接続される。具体的には、端子Ｐ１３と端子Ｐ１７との間には、直列にコイルＬ１１が接続され、端子Ｐ１５を介してダイオードＤ１５が直列に接続される。また、端子Ｐ１４とＰ１８との間には、端子Ｐ１６を介してダイオードＤ１６が直列に接続される。これら出力端子Ｐ１７、１８間に平滑コンデンサＣ１２が接続される。
The
次に、整流ユニット５および第３昇圧ユニット６の動作を説明する。最初の半サイクルにおいて、例えば、線間電圧ＶａｂがＡ方向にかかると、電流は端子Ｐ１を経由しダイオードＤ１１を流れ、さらに端子Ｐ１１を経由する。そして、平滑コンデンサＣ１１によって平滑化されて、端子Ｐ１３とＰ１４間に、直流電圧Ｖを発生させる。続いての半サイクルにおいて、線間電圧ＶａｂがＢ方向にかかると、電流は端子Ｐ２を経由し、ダイオードＤ１２を流れ、さらに端子Ｐ１を経由する。そして、平滑コンデンサＣ１１により平滑化されて、端子Ｐ１３とＰ１４間に直流電圧Ｖを発生させる。このように、端子Ｐ１３、Ｐ１４間に直流電圧Ｖを発生し続ける。
Next, operations of the rectifying
そして、スイッチＳ３をオンにすると、端子Ｐ１３、Ｐ１４間に発生した直流電圧Ｖにより、電流は、端子Ｐ１３を経由してコイルＬ１１に流れる。スイッチＳ３をオフにすると、コイルＬ１１に蓄積された電力が発生し、これにより増加した電力がダイオードＤ１５を経由し、平滑コンデンサＣ１２により平滑化されて、昇圧された直流電圧が端子Ｐ１７、Ｐ１８間に発生する。これらスイッチＳ３のオンとオフを繰り返すことにより電圧Ｖは昇圧される。 When the switch S3 is turned on, a current flows to the coil L11 via the terminal P13 due to the DC voltage V generated between the terminals P13 and P14. When the switch S3 is turned off, the power stored in the coil L11 is generated, and the increased power is smoothed by the smoothing capacitor C12 via the diode D15, and the boosted DC voltage is applied between the terminals P17 and P18. Occurs. The voltage V is boosted by repeatedly turning on and off these switches S3.
なお、端子Ｐ１７、Ｐ１８には、前述したスイッチングユニット４が接続される。
In addition, the
本実施形態にあっては、まずはじめに第１および第２昇圧ユニット２、３と、スイッチングユニット４とからなる、第１〜第３の昇圧整流ブロック１０、２０、３０を説明し、次にその内部の昇圧ユニットの変形例として、整流ユニット５と第３昇圧ユニット６とを説明した。しかしながら、昇圧整流ブロックおよびその内部の昇圧ユニットについてはこれらの構成に限られず、昇圧整流ブロック全体として昇圧と整流の機能を有すれば、他の一般周知の回路構成を適用しても良いことはもちろんである。また、昇圧整流ブロックの昇圧倍率は３倍に限られず、必要に応じた倍率で構成すればよい。
In this embodiment, first, the first to third boost rectification blocks 10, 20, and 30 including the first and
本実施形態にあっては、三相交流電源Ｇは、中性線のないＹ結線出力の電源（発電機）を用いて説明したが、中性線の引き出しのあるものでもよく、この場合には各相の相電圧が用いられる。また、Δ結線のものを用いてもよい。 In the present embodiment, the three-phase AC power source G has been described using a Y-connection output power source (generator) without a neutral wire. The phase voltage of each phase is used. Moreover, you may use the thing of (DELTA) connection.
本実施形態にあっては、検出部４０は第１の昇圧整流ブロック１０にのみ接続されていた。しかしながら、他の昇圧整流ブロック２０、３０に接続してもよい。
In the present embodiment, the
本実施形態にあっては、検出部４０は、ツェナーダイオード４１、定電流ダイオード４２、リレーコイル４３を直列に接続し、さらにリレーコイル４３に、ダイオードＤ４４を並列に接続して構成している。しかしながら検出部４０はこれに限られず、緩衝蓄電コンデンサＣ５（Ｃ５’、Ｃ５”）の一定電圧を検出し、端子Ｐ３、Ｐ４およびＰ５、Ｐ６（Ｐ５’、Ｐ６’、Ｐ５”、Ｐ６”）間の切り換え動作を行うことができるその他の一般周知の構成であってもよい。
In the present embodiment, the
本実施形態にあっては、三相交流電源Ｇを用いて説明したが、多相交流電源であれば、相の数はいくつであってもよい。なお、本発明でいう多相交流電源とは、複数の位相の異なる交流電力を出力する装置のことである。 In the present embodiment, the three-phase AC power supply G has been described. However, the number of phases may be any number as long as it is a multiphase AC power supply. In addition, the polyphase alternating current power supply as used in the field of this invention is an apparatus which outputs the alternating current power from which several phases differ.
さらにいうと、多相交流電源は、例えば三相交流電源であれば３つの単相交流電力を出力するものであれば良く、１つの三相交流発電装置ばかりではなく、３つの単相交流発電装置の組み合わせによるものを含んでいる。 Furthermore, the multi-phase AC power source may be any one that outputs three single-phase AC powers, for example, if it is a three-phase AC power source, and not only one three-phase AC power generator but also three single-phase AC power generators. Includes a combination of devices.
１ 三相昇圧整流回路
２ 第１昇圧ユニット
３ 第２昇圧ユニット
４ スイッチングユニット
５ 整流ユニット
６ 第３昇圧ユニット
１０〜３０ 昇圧整流ブロック
４０ 検出部
Ｃ１〜Ｃ４ コンデンサ
Ｃ５〜Ｃ５” 緩衝蓄電コンデンサ
Ｄ１〜Ｄ３０ ダイオード
Ｐ１〜Ｐ８ 端子
Ｇ 三相交流電源
Ｖａｂ〜Ｖｃａ 線間電圧
DESCRIPTION OF
Claims (5)
該多相交流電源に接続され、これらの各線間電圧若しくは各相電圧がそれぞれ印加されることにより、上記各線間電圧若しくは各相電圧を直流に変換するとともに昇圧させる、互いに独立した複数の昇圧整流ブロックと、
該昇圧整流ブロックに設けられ、所定の電圧に達するまで蓄電し続け、かつ放電の際に安定した電圧を出力する緩衝蓄電コンデンサ及び該緩衝蓄電コンデンサの両端に接続されるスイッチからなり、蓄電と出力とを切り換えるスイッチングユニットとを備え、
該各昇圧整流ブロックからの出力電圧よりもさらに高い直流電圧を出力するために、当該各昇圧整流ブロックは直列に接続されることを特徴とする多相昇圧整流回路。 A polyphase AC power supply,
A plurality of independent step-up rectifiers that are connected to the multiphase AC power source, and each line voltage or each phase voltage is applied to convert each line voltage or each phase voltage into a direct current and boost the voltage. Block ,
The boost rectification block is composed of a buffer storage capacitor that continues to store electricity until a predetermined voltage is reached and outputs a stable voltage during discharge, and a switch connected to both ends of the buffer storage capacitor. A switching unit for switching between
A multi-phase boost rectifier circuit, wherein the boost rectifier blocks are connected in series to output a higher DC voltage than the output voltage from each boost rectifier block.
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