特許 6875253 直流電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6875253

(24)【登録日】2021年4月26日

(45)【発行日】2021年5月19日

(54)【発明の名称】直流電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20210510BHJP

【ＦＩ】

   H02M3/28 R

   H02M3/28 F

【請求項の数】5

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2017-207905(P2017-207905)

(22)【出願日】2017年10月27日

(65)【公開番号】特開2019-80472(P2019-80472A)

(43)【公開日】2019年5月23日

【審査請求日】2020年8月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000144393

【氏名又は名称】株式会社三社電機製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100090310

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 正俊

(72)【発明者】

【氏名】服部 正蔵

【審査官】 遠藤 尊志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−０４３０９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２４７１３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／１０５１１２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−０２７７６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−１８４３８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０３６１７５０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ３／００−３／４４

Ｈ０２Ｍ １／００−１／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

交番電源と、
入力側が前記交番電源の両端に接続され、出力側が負荷の両端に平滑手段を介して接続されたブリッジ整流手段と、
前記ブリッジ整流手段の一方の入力側と他方の入力側との間に直列に接続された第１のコンデンサと第１のダイオードと第１の抵抗手段とを有し、前記第１のダイオードが前記一方の入力側から前記他方の入力側に電流を流して前記第１のコンデンサを充電する方向性に接続された第１の充電手段と、
前記ブリッジ整流手段の一方の入力側と他方の入力側との間に直列に接続された第２のコンデンサと第２のダイオードと第２の抵抗手段とを有し、前記第２のダイオードが前記他方の入力側から前記一方の入力側に電流を流して前記第２のコンデンサを充電する方向性に接続された第２の充電手段と、
前記第１及び第２のコンデンサそれぞれから前記ブリッジ整流手段の出力側に放電電流を流すように前記第１及び第２のコンデンサと前記ブリッジ整流手段の出力側との間に接続され、リアクトルを含む放電手段とを、
有する直流電源装置。

【請求項2】

請求項１記載の直流電源装置において、前記放電手段は、前記第１のコンデンサ用の第１のリアクトルと、前記第２のコンデンサ用の第２のリアクトルとを、有する直流電源装置。

【請求項3】

請求項１記載の直流電源装置において、前記リアクトルとして、前記第１及び第２のコンデンサに対して共通に１つのリアクトルが設けられている直流電源装置。

【請求項4】

請求項１記載の直流電源装置において、前記第１の抵抗手段は、前記第１のダイオードと前記第１のコンデンサとの間に接続され、前記第２の抵抗手段は、前記第２のダイオードと前記第２のコンデンサとの間に接続され、前記第１の抵抗手段と前記第１のコンデンサとの接続点と、前記第２の抵抗手段と前記第２のコンデンサとの接続点とが、前記放電手段に接続されている直流電源装置。

【請求項5】

請求項１記載の直流電源装置において、前記第１の抵抗手段は、前記第１のダイオードと前記第１のコンデンサとの間に接続され、前記第２の抵抗手段は、前記第２のダイオードと前記第２のコンデンサとの間に接続され、前記第１の抵抗手段と前記第１のコンデンサとの接続点と、前記第２の抵抗手段と前記第２のコンデンサとの接続点とが、前記放電手段に接続され前記放電手段は、前記第１及び第２のコンデンサに対して共通に１つのリアクトルが設けられている直流電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、直流電源装置に関し、特にスナバー回路を備えるものに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、上述したようなスナバー回路を備えた直流電源装置の一例が特許文献１の図７に開示されている。この直流電源は、図５に示すように、変圧器２を有し、その１次側２ｐには、図示していないスイッチング電源が接続されている。直流電圧を正負に極性が交互に変化するパルス電圧に変化させたものが、このスイッチング電源から変圧器２の１次側２ｐに供給されている。変圧器２の２次側２ｓの両端３ａ、３ｂは、ブリッジ整流回路４の２つの入力端子５ａ、５ｂに接続されている。ブリッジ整流回路４は、ダイオード４ａ乃至４ｄがブリッジ接続されたものである。ブリッジ整流回路４の２つの出力端子６ａ、６ｂは、リアクトル７とコンデンサ８とからなる平滑回路を介して負荷１０に接続されている。

【0003】

ダイオード４ｃのカソードに発生するサージを吸収するためのスナバー回路として、変圧器２の２次側の両端３ａ、３ｂ間に直列に接続されたダイオード１２とコンデンサ１４とからなる充電回路と、ダイオード１２とコンデンサ１４との接続点とブリッジ回路４の一方の入力側５ａとの間に直列に接続されたダイオード１６とリアクトル１８とからなる放電回路とが、設けられている。なお、ダイオード１２は、変圧器２の２次側の端子３ａ側から３ｂ側に電流が流れる極性に接続され、ダイオード１６は、ダイオード１２とコンデンサ１４の接続点からブリッジ整流回路４の入力端子５ａ側に電流が流れる極性に接続されている。

【0004】

同様に、ダイオード４ｄのカソードに発生するサージを吸収するためのスナバー回路として、ダイオード２０、コンデンサ２２の直列回路からなる充電回路と、ダイオード２４とリアクトル２６とからなる放電回路とが設けられている。ダイオード２０は、変圧器２の２次側の端子３ｂから端子３ａ側に電流が流れる極性に接続され、ダイオード２４は、ダイオード２０とコンデンサ２２の接続点からブリッジ整流回路４の入力端子５ｂ側に電流が流れる極性に接続されている。

【0005】

この直流電源では、変圧器２の２次側２ｓの端子３ａが正で、端子３ｂが負のとき、ダイオード４ａ、４ｄが導通状態、ダイオード４ｂ、４ｃが非導通状態のとき、負荷１０に出力端子６ａ側から電流が流れる。変圧器２の２次側２ｓの端子３ａが負で、端子３ｂが正のとき、ダイオード４ａ、４ｄが非導通状態、ダイオード４ｂ、４ｃが導通状態のとき、負荷１０に出力端子６ａ側から電流が流れる。

【0006】

変圧器２の２次側２ｓの端子３ａが負、端子３ｂが正の状態から、端子３ａが正で、端子３ｂが負の状態に反転するとき、ダイオード４ｂ、４ｃが導通状態、ダイオード４ａ、４ｄが非導通状態から、逆にダイオード４ｂ、４ｃが非導通状態、ダイオード４ａ、４ｄが導通状態に変化する間に、ダイオード４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが共に導通状態となる期間がある。この期間中には、変圧器２の２次側２ｓ、ダイオード４ｃ、４ｄ間に過電流が流れ、そのエネルギーがダイオード４ｃのカソード側の寄生インダクタンスに蓄積される。ダイオード４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが全て導通している状態からダイオード４ｂ、４ｃが非導通状態に移行すると、過電流のループが遮断され、ダイオード４ｃのカソード側の寄生インダクタンスに蓄積されたエネルギーが瞬時に放出され、サージが発生する。このサージ電流はダイオード１２を介してコンデンサ１４に充電される。この充電電荷はダイオード４ｃが導通したときに、ダイオード１６、リアクトル１８を介して放電される。変圧器２の２次側２ｓの端子３ａが正、端子３ｂが負の状態から、端子３ａが負で、端子３ｂが正の状態に反転するとき、ダイオード４ｄのカソード側の寄生インダクタンスに蓄積されたエネルギーも同様にコンデンサ２２に充電され、ダイオード２４、リアクトル２６を介して放電される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００８−４３０９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上記の直流電源では、充電回路がダイオードとコンデンサとによってのみ構成されているので、リンギングが発生しやすい。また、放電回路による放電がブリッジ整流回路の入力側に行われているので、放電電流がブリッジ整流回路のダイオードを流れ、導通損失を発生していた。

【0009】

本発明は、充電時にリンギングが発生しにくく、放電時に導通損失を軽減させたスナバー回路を備えた直流電源装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の一態様の直流電源は、交番電源を有している。交番電源は、正負の極性を交互に発生するパルス電源を使用することもできるし、交流電圧を発生するものを使用することもできる。なお、パルス電源は、正極性から負極性に直ちに変化するものを使用することもできるし、正極性と負極性との間に電圧零の休止期間を含むものを使用することもできる。ブリッジ整流手段の入力側が前記交番電源の両端に接続され、ブリッジ整流手段の出力側が負荷の両端に平滑手段を介して接続されている。平滑手段としては、リアクトルのみ、コンデンサのみまたはリアクトルとコンデンサとの組み合わせを使用することができる。前記ブリッジ整流手段の一方の入力側と他方の入力側との間に第１の充電手段が接続されている。第１の充電手段は、直列に接続された第１のコンデンサと第１のダイオードと第１の抵抗手段とを有し、前記第１のダイオードが前記一方の入力側から前記他方の入力側に電流を流して前記第１のコンデンサを充電する方向性に接続されている。 前記ブリッジ整流手段の一方の入力側と他方の入力側との間に第２の充電手段が接続されている。第２の充電手段は、直列に接続された第２のコンデンサと第２のダイオードと第２の抵抗手段とを有し、前記第２のダイオードが前記他方の入力側から前記一方の入力側に電流を流して前記第２のコンデンサを充電する方向性に接続されている。前記第１及び第２のコンデンサそれぞれから前記ブリッジ整流手段の出力側に放電電流を流すように前記第１及び第２のコンデンサと前記ブリッジ整流手段の出力側に放電手段が接続され、放電手段はリアクトルを含んでいる。

【0011】

このように構成された直流電源装置では、第１及び第２の充電手段は、第１及び第２のダイオードと第１及び第２のコンデンサだけでなく、これらに直列に接続された第１及び第２の抵抗手段をそれぞれ有しているので、充電時に第１及び第２の抵抗手段を介して充電されるので、リンギングを抑制することができる。しかも、放電手段は、ブリッジ静電手段の出力側に第１及び第２のコンデンサの電荷を放電しているので、ブリッジ整流手段中の整流素子による導通損失が生じず、導通損失を軽減することができる。なお、前記放電手段は、前記第１のコンデンサ用の第１のリアクトルと、前記第２のコンデンサ用の第２のリアクトルとを、有するものとすることができる。

【0012】

また、前記リアクトルとして、前記第１及び第２のコンデンサに対して共通に１つのリアクトルを設けることもできる。このように構成すると、１つのリアクトルのみを使用するので、部品点数を削減することができる。

【0013】

前記第１の抵抗手段は、前記第１のダイオードと前記第１のコンデンサとの間に接続され、前記第２の抵抗手段は、前記第２のダイオードと前記第２のコンデンサとの間に接続され、前記第１の抵抗手段と前記第１のコンデンサとの接続点と、前記第２の抵抗手段と前記第２のコンデンサとの接続点とが、前記放電手段に接続されているものとすることができる。このように構成すると、充電時のみに第１及び第２のコンデンサに第１及び第２のダイオード並びに第１及び第２の抵抗手段を介して電流が流れ、第１及び第２のコンデンサから放電するときには第１及び第２の抵抗手段には放電電流は流れず、第１及び第２の抵抗手段での導通損失を軽減することができる。

【0014】

上記のように構成するとともに、上述したように前記第１及び第２のコンデンサに対して共通に１つのリアクトルを設けることもでき、この場合には第１及び第２の抵抗手段による導通損失を軽減することができる上に、部品点数を削減することもできる。

【発明の効果】

【0015】

以上のように、本発明によれば、スナバー回路において、充電時にリンギングが発生しにくく、放電時に導通損失を軽減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の第１の実施形態の直流電源装置の回路図である。

【図2】本発明の第２の実施形態の直流電源装置の回路図である。

【図3】本発明の第３の実施形態の直流電源装置の回路図である。

【図4】本発明の第４の実施形態の直流電源装置の回路図である。

【図5】従来の直流電源装置の一例の回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明の第１の実施形態の直流電源装置を図１に示す。この直流電源装置は、図４に示した従来の直流電源装置と同様に、変圧器２とブリッジ整流回路４とを有し、変圧器２の２次側の端子３ａがブリッジ整流回路４の入力端子５ａに、変圧器２の２次側の端子３ｂがブリッジ整流回路４の入力端子５ｂに、接続されている。ブリッジ整流回路４の出力端子６ａ、６ｂ間には、平滑手段としてのリアクトル７と負荷１０とが直列に接続されている。なお、ブリッジ整流回路４は、ダイオード４ａ乃至４ｄをブリッジ接続したものである。また、変圧器２の２次側に誘起されるパルス電圧は、正から負及び負から正に直ちに変化するものとすることもできるし、正負間の極性変換の間に零電圧の休止期間を有するものとすることもできる。

【0018】

変圧器２の２次側の端子３ａ、４ｂ間にスナバー回路の第１及び第２の充電手段、例えば第１及び第２の充電回路が接続されている。第１の充電回路では、端子３ａ側にダイオード３０のアノードが接続され、カソードが充電用のコンデンサ３２の一方の端子に接続され、コンデンサ３２の他方の端子は、抵抗手段、例えばリンギング防止用の抵抗器３４を介して変圧器２の２次側の端子３ｂに接続されている。従って、変圧器２の２次側の端子３ａが正極性で、端子３ｂが負極性のときに、ダイオード３０が導通して、コンデンサ３２が充電される。

【0019】

具体的には、変圧器２の２次側２ｓの端子３ａ側が負、端子３ｂ側が正の状態から、端子３ａ側が正、端子３ｂ側が負の状態に反転するとき、ダイオード４ｂ、４ｃが導通状態、ダイオード４ａ、４ｄが非導通の状態から、逆にダイオード４ｂ、４ｃが非導通状態、ダイオード４ａ、４ｄが導通の状態に変化する間に、ダイオード４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが共に導通状態となる期間があり、この期間中には、２次巻き線２ｓ、ダイオード４ｃ、４ｄ間に過電流が流れ、そのエネルギーがダイオード４ｃのカソード側の寄生インダクタンスに蓄積される。ダイオード４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが全て導通している状態からダイオード４ｂ、４ｃが非導通状態に移行すると、過電流のループが遮断され、ダイオード４ｃのカソード側の寄生インダクタンスに蓄積されたエネルギーが瞬時に放出され、サージが発生し、このサージ電流はダイオード３０を介してコンデンサ３４に充電される。

【0020】

第２の充電回路では、変圧器２の２次側の端子３ｂ側にダイオード３６のアノードが接続され、カソードが充電用のコンデンサ３８の一方の端子に接続され、コンデンサ３８の他方の端子は、リンギング防止用の抵抗器４０を介して変圧器２の２次側の端子３ａに接続されている。従って、変圧器２の２次側の端子３ｂが正極性で、端子３ａが負極性のときに、ダイオード３６が導通して、コンデンサ４０が充電される。

【0021】

具体的には、変圧器２の２次側２ｓの端子３ａ側が正で、端子３ｂ側が負の状態から、端子３ａ側が負で、端子３ｂ側が正の状態に反転するとき、ダイオード４ａ、４ｄが導通状態、ダイオード４ｂ、４ｃが非導通の状態から、逆にダイオード４ａ、４ｄが非導通状態で、ダイオード４ｂ、４ｃ導通の状態に変化する間に、ダイオード４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが共に導通状態となる期間があり、この期間中には、２次巻き線２ｓ、ダイオード４ｃ、４ｄ間に過電流が流れ、そのエネルギーがダイオード４ｄのカソード側の寄生インダクタンスに蓄積される。ダイオード４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが全て導通している状態からダイオード４ａ、４ｄが非導通状態に移行すると、過電流のループが遮断され、ダイオード４ｄのカソード側の寄生インダクタンスに蓄積されたエネルギーが瞬時に放出され、サージが発生し、このサージ電流はダイオード３６を介してコンデンサ４０に充電される。

【0022】

このようにサージ電流によってコンデンサ３２、３８が充電される際に、そのサージ電流は抵抗器３４、４０を流れるので、リンギングが抑制される。

【0023】

このスナバー回路は、上述した第１及び第２の充電回路に対して放電手段、例えば放電回路を有している。即ち、ダイオード３０のカソードとコンデンサ３２の一方の端子との接続点には、放電用のダイオード４２のアノードが接続され、そのカソードは、リアクタ４２を介してブリッジ整流回路４の出力端子６ａに接続されている。また。ダイオード３６のカソードとコンデンサ３８の一方の端子との接続点には、放電用のダイオード４６のアノードが接続され、そのカソードは、リアクタ４８を介してブリッジ整流回路４の出力端子６ａに接続されている。

【0024】

コンデンサ３２、３８にスナバー電流が流れたことによって充電された電荷は、ダイオード４２、リアクトル４４及びダイオード４６、リアクトル４８を介して放電されるが、その放電先は、ブリッジ整流回路４の入力端子５ａ、５ｂではなく、出力端子６ａである。従って、コンデンサ３２、３８からの放電電流はブリッジ整流回路４のダイオード４ａ乃至４ｄのいずれにも流れることはなく、ブリッジ整流回路４での導通損失が生じることない。

【0025】

第２の実施形態の直流電源装置を図２に示す。この直流電源装置では、図２に示すように、ダイオード４２、４６のカソードが互いに接続されて、リアクトル５０を介してブリッジ整流回路４の出力端子６ａに接続されている以外、第１の実施形態の直流電源装置と同一に構成されている。同一部分には、同一符号を付して、説明を省略する。

【0026】

この直流電源装置では、ダイオード４２、４６に対して共通のリアクトル５０を使用して、コンデンサ３２、３８から放電するように構成しているので、リアクトルの数が第１の実施形態の直流電源装置よりも少なくなり、部品点数を減少させることができる。無論、第１の実施形態の直流電源装置と同様にリンギングの抑制及び導通損失の軽減も行われている。

【0027】

第３の実施形態の直流電源装置を図３に示す。この直流電源装置では、ダイオード３０のカソードが抵抗器３０の一端に接続され、抵抗器３０の他端がコンデンサ３２の一端に接続され、ダイオード３６のカソードが抵抗器４０の一端に接続され、抵抗器４０の他端がコンデンサ３８の一端に接続されている。さらに、ダイオード４２のアノードが抵抗器３４とコンデンサ３２との接続点に接続され、ダイオード４６のアノードが抵抗器４０とコンデンサ３８との接続点に接続されている。これら以外、第２の実施形態の直流電源装置と同一に構成されている。同一部分には同一符号を付して、説明を省略する。

【0028】

図２の直流電源装置では、コンデンサ３２、４０の充電時にも放電時にも抵抗器３４、４０に電流が流れる。けれど、この直流電源装置では、コンデンサ３２、３８を充電する際には、抵抗器３４、４０に電流が流れるが、コンデンサ３２、３８から放電する際には、抵抗器３４、４０には電流は流れない。従って、放電時の導通損失を少なくできる。

【0029】

第４の実施形態の直流電源装置を図４に示す。この直流電源装置では、ダイオード３０のカソードが抵抗器３０の一端に接続され、抵抗器３０の他端がコンデンサ３２の一端に接続され、ダイオード３６のカソードが抵抗器４０の一端に接続され、抵抗器４０の他端がコンデンサ３８の一端に接続されている。さらに、ダイオード４２のアノードが抵抗器３４とコンデンサ３２との接続点に接続され、ダイオード４６のアノードが抵抗器４０とコンデンサ３８との接続点に接続されている以外、第１の実施形態の直流電源装置と同一に構成されている。同一部分には同一符号を付して、説明を省略する。この直流電源装置でも、第３の実施形態の直流電源装置と同様に導通損失を少なくできる。

【0030】

上記の各実施形態の直流電源装置では、変圧器２の２次側にパルス電圧を発生させたが、これに代えて交流電圧を発生させることもできる。また、上記の各実施形態では、平滑手段としてリアクトル７のみを示したが、図５に示したようにコンデンサを平滑手段として加えることもできる。

【符号の説明】

【0031】

２ 変圧器（交番電源）
４ ブリッジ整流回路（ブリッジ整流手段）
３０ （第１の）ダイオード
３２ （第１の）コンデンサ
３４ （第１の）抵抗器（第１の抵抗手段）
３６ （第２の）ダイオード
３８ （第２の）コンデンサ
４０ （第２の）抵抗器（第２の抵抗手段）
４２ ４６ ダイオード（放電手段）
４４ ４８ リアクトル（放電手段）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】