ＡＣ／ＤＣ変換装置
【課題】従来のものよりも効率に優れ、かつ直流出力電圧の目標電圧値を広い範囲で設定することができるＡＣ／ＤＣ変換装置を提供する。
【解決手段】ＡＣ／ＤＣ変換装置１は、第１入力端６ａと第２入力端６ｂとの間にＳＷ１およびＳＷ２からなる直列回路が接続され、ＳＷ１およびＳＷ２からなる直列回路に対して出力側で第１入力端６ａと第２入力端６ｂとの間にＳＷ３およびＳＷ４からなる直列回路が接続され、ＳＷ１およびＳＷ２との接続部位とＳＷ３およびＳＷ４との接続部位とがコイルＬにより接続され、ＳＷ３およびＳＷ４との接続部位と第１出力端７ａとの間にＳＷ５が接続され、コンデンサＣｏがＳＷ５の出力側であって、第１出力端７ａと第２出力端７ｂとの間に接続される。
【解決手段】ＡＣ／ＤＣ変換装置１は、第１入力端６ａと第２入力端６ｂとの間にＳＷ１およびＳＷ２からなる直列回路が接続され、ＳＷ１およびＳＷ２からなる直列回路に対して出力側で第１入力端６ａと第２入力端６ｂとの間にＳＷ３およびＳＷ４からなる直列回路が接続され、ＳＷ１およびＳＷ２との接続部位とＳＷ３およびＳＷ４との接続部位とがコイルＬにより接続され、ＳＷ３およびＳＷ４との接続部位と第１出力端７ａとの間にＳＷ５が接続され、コンデンサＣｏがＳＷ５の出力側であって、第１出力端７ａと第２出力端７ｂとの間に接続される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流入力電圧を所望の目標電圧値を有する直流出力電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＡＣ／ＤＣ変換装置として、例えば特許文献１には図６に示すＡＣ／ＤＣ変換装置１０が開示されている。同図に示すように、ＡＣ／ＤＣ変換装置１０は、交流入力電圧Ｖａｃを所望の目標電圧値を有する直流出力電圧Ｖｄｃに変換するものであって、ダイオードブリッジ回路１１と、高周波フィルタ回路１２と、昇圧チョッパ回路からなる力率改善回路１３と、降圧チョッパ回路からなるＤＣ−ＤＣ変換回路１４とを備えている。
【０００３】
このＡＣ／ＤＣ変換装置１０は、昇圧チョッパ回路および降圧チョッパ回路の両方を備えているので、上記目標電圧値を交流入力電圧Ｖａｃの電圧値よりも低い電圧値に設定することも、高い電圧値に設定することもできる。
【０００４】
また、従来の別のＡＣ／ＤＣ変換装置として、例えば非特許文献１には図７に示すＡＣ／ＤＣ変換装置２０が開示されている。同図に示すように、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０は、交流入力電圧Ｖａｃを所望の目標電圧値（ただし、交流入力電圧Ｖａｃの電圧値以上）を有する直流出力電圧Ｖｄｃに変換するものであって、ノイズフィルタ回路２１と、突入防止回路２２と、ダイオードブリッジ回路２３と、スイッチング素子ＳＷ等からなるチョッパ回路と、直流出力電圧Ｖｄｃの電圧値および各部の電流値に基づいてスイッチング素子ＳＷを制御する制御部２４とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−８６７３７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】山崎浩、「アクティブフィルタの特徴と開発・応用現状」、電子技術、日刊工業新聞社、平成２年３月発行、第３２巻、第３号、ｐ．７６（図９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記ＡＣ／ＤＣ変換装置１０、２０は、ダイオードブリッジ回路１１、２３に常に入力電流が流れるため、出力電力が増加して入力電流が増加すると、それに応じてダイオードブリッジ回路１１、２３で発生する損失が増加し、効率が悪化するという問題があった。ＡＣ／ＤＣ変換装置２０については、突入防止回路２２にも常に入力電流が流れるため、当該回路においても損失が発生していた。
【０００８】
また、目標電圧値を広い範囲で設定できるＡＣ／ＤＣ変換装置１０の効率は、直列接続された力率改善回路（昇圧チョッパ回路）１３およびＤＣ−ＤＣ変換回路（降圧チョッパ回路）１４の効率の積となるので、一般的に低く、改善の余地は限定的であった。上記の通り、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０は、目標電圧値を交流入力電圧Ｖａｃよりも低く設定することができない。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、従来のものよりも効率に優れ、かつ直流出力電圧の目標電圧値を広い範囲で設定することができるＡＣ／ＤＣ変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係るＡＣ／ＤＣ変換装置は、
第１入力端および第２入力端からなる入力端子対に入力される交流入力電圧を所望の目標電圧値を有する直流出力電圧に変換して第１出力端および第２出力端からなる出力端子対から出力させるＡＣ／ＤＣ変換装置において、コイル、コンデンサおよび第１ないし第５スイッチング素子を有するチョッパ部と、交流入力電圧の電圧値を検知する入力電圧検知部と、直流出力電圧の電圧値を検知する出力電圧検知部と、入力電圧検知部および出力電圧検知部が検知した電圧値に基づいて、直流出力電圧の電圧値が目標電圧値となるようにチョッパ部の第１ないし第５のスイッチング素子をオン／オフ制御する制御部とを備え、第１入力端と第２入力端との間に第１および第２スイッチング素子からなる直列回路が接続され、第１および第２スイッチング素子からなる直列回路に対して出力側で第１入力端と第２入力端との間に第３および第４スイッチング素子からなる直列回路が接続され、第１および第２スイッチング素子との接続部位と第３および第４スイッチング素子との接続部位とがコイルにより接続され、第３および第４スイッチング素子との接続部位と第１出力端との間に第５スイッチング素子が接続され、コンデンサが第５スイッチング素子の出力側であって、第１出力端と第２出力端との間に接続され、制御部は、第１ないし第５スイッチング素子をオン／オフ制御して、チョッパ部に昇降圧チョッパ動作および反転昇降圧チョッパ動作のいずれかを選択的に実行させることで、交流入力電圧を目標電圧値を有する直流出力電圧に変換することを特徴としている。
【００１１】
この構成によれば、交流入力電圧の極性および目標電圧値の極性に基づいて制御されるチョッパ部が昇降圧チョッパ動作および反転昇降圧チョッパ動作のいずれかを選択的に実行することにより交流入力電圧が直接スイッチングされるので、ダイオードブリッジ回路を不要とすることができ、該回路による損失の発生を防ぐことができる。また、この構成によれば、２以上のチョッパ回路を直列接続する必要がないので、効率が悪化するのを防ぐことができる。
【００１２】
ここで、制御部は、目標電圧値が正に設定された場合には、交流入力電圧が正の電圧値のときに昇降圧チョッパ動作を行わせ、交流入力電圧が負の電圧値のときに反転昇降圧チョッパ動作を行わせる一方、目標電圧値が負に設定された場合には、交流入力電圧が正の電圧値のときに反転昇降圧チョッパ動作を行わせ、交流入力電圧が負の電圧値のときに昇降圧チョッパ動作を行わせることを特徴とする。
【００１３】
より具体的には、昇降圧チョッパ動作においては、第３スイッチング素子がオフ状態とされ、かつ第１および第４スイッチング素子と第２および第５スイッチング素子とが交互にオン／オフ制御され、反転昇降圧チョッパ動作においては、第２スイッチング素子がオン状態、第１および第４スイッチング素子がオフ状態とされ、かつ第３スイッチング素子と第５スイッチング素子とが交互にオン／オフ制御される。
【００１４】
上記ＡＣ／ＤＣ変換装置の制御部は、交流入力電圧の入力が開始されてから所定の時間が経過するまでの間および／または直流出力電圧の電圧値が所定の電圧値に到達するまでの間、昇降圧チョッパ動作において、第１および第４スイッチング素子のオン時間を短くすることにより、デューティを低く設定することが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、昇降圧チョッパ動作におけるデューティを変えるだけでソフトスタート機能を実現することができるので、突入防止回路を不要とすることができ、該回路による損失の発生を防ぐことができる。
【００１６】
また、上記ＡＣ／ＤＣ変換装置の制御部は、交流入力電圧の入力が開始されてから所定の時間が経過するまでの間および／または直流出力電圧の電圧値が所定の電圧値に到達するまでの間、反転昇降圧チョッパ動作において、第３スイッチング素子のオン時間を短くすることにより、デューティを低く設定してもよい。
【００１７】
この構成によっても、反転昇降圧チョッパ動作におけるデューティを変えるだけでソフトスタート機能を実現することができるので、突入防止回路を不要とすることができ、該回路による損失の発生を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、従来のものよりも効率に優れ、かつ直流出力電圧の目標電圧値を広い範囲で設定することができるＡＣ／ＤＣ変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係るＡＣ／ＤＣ変換装置の概略構成図である。
【図２】交流入力電圧の電圧値と目標電圧値が正の場合に行われる２つのチョッパ動作との対応関係を示す図である。
【図３】交流入力電圧の電圧値と目標電圧値が負の場合に行われる２つのチョッパ動作との対応関係を示す図である。
【図４】本発明に係るＡＣ／ＤＣ変換装置の等価回路図であって、（Ａ）は第１昇降圧チョッパ動作時、（Ｂ）は第１反転昇降圧チョッパ動作時の等価回路図である。
【図５】本発明に係るＡＣ／ＤＣ変換装置の等価回路図であって、（Ａ）は第２反転昇降圧チョッパ動作時、（Ｂ）は第２昇降圧チョッパ動作時の等価回路図である。
【図６】従来のＡＣ／ＤＣ変換装置の概略構成図である。
【図７】従来のＡＣ／ＤＣ変換装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して、本発明に係るＡＣ／ＤＣ変換装置の好ましい実施形態について説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係るＡＣ／ＤＣ変換装置１の概略構成図である。同図に示すように、ＡＣ／ＤＣ変換装置１は、対をなす第１入力端６ａおよび第２入力端６ｂから入力された交流入力電圧Ｖａｃを所望の目標電圧値を有する直流出力電圧Ｖｄｃに変換し、該直流出力電圧Ｖｄｃを対をなす第１出力端７ａおよび第２出力端７ｂから負荷ＲＬに出力するものであって、複数のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ５を有するチョッパ部２と、交流入力電圧Ｖａｃの電圧値を検知する入力電圧検知部３と、直流出力電圧Ｖｄｃの電圧値を検知する出力電圧検知部４と、入力電圧検知部３および出力電圧検知部４が検知した電圧値に基づいて、直流出力電圧Ｖｄｃの電圧値が目標電圧値となるようにチョッパ部２を制御する制御部５を備えている。
【００２２】
チョッパ部２は、第１入力端６ａにそれぞれ一端が接続された第１スイッチング素子ＳＷ１および第３スイッチング素子ＳＷ３と、第１スイッチング素子ＳＷ１の他端にそれぞれ一端が接続された第２スイッチング素子ＳＷ２およびコイルＬと、第３スイッチング素子ＳＷ３およびコイルＬの他端にそれぞれ一端が接続された第４スイッチング素子ＳＷ４および第５スイッチング素子ＳＷ５と、第５スイッチング素子ＳＷ５の他端に一端が接続されたコンデンサＣｏとを有する。また、第２スイッチング素子ＳＷ２、第４スイッチング素子ＳＷ４およびコンデンサＣｏの他端はそれぞれ第２入力端６ｂおよび第２出力端７ｂに接続され、第５スイッチング素子ＳＷ５の他端は第１出力端７ａに接続されている。各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ５は、制御部５によりＯＮ／ＯＦＦ制御される。
【００２３】
なお、チョッパ部２は、第１入力端６ａおよび第２入力端６ｂに接続されたコンデンサＣｉも備えているが、該コンデンサＣｉはコンデンサＣｏに比べて容量が非常に小さく、チョッパ部２の動作にはほとんど影響を与えないので、以下では、説明を簡単化するためにコンデンサＣｉを無視する。
【００２４】
図２、図３に示すように、本発明では、交流入力電圧Ｖａｃの電圧値と目標電圧値Ｖｔ（負荷ＲＬに出力すべき直流出力電圧Ｖｄｃの電圧値）とに応じて制御部５が各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ５の制御を変更する。言い換えると、本発明では、交流入力電圧Ｖａｃの電圧値および目標電圧値Ｖｔに応じてチョッパ部２のチョッパ動作が変更される。
【００２５】
具体的には、本発明に係るＡＣ／ＤＣ変換装置１のチョッパ部２は、（１）交流入力電圧Ｖａｃの電圧値（第２入力端６ｂを基準とした場合の第１入力端６ａの電位）が正であり、かつ目標電圧値Ｖｔ（第２出力端７ｂを基準とした場合の第１出力端７ａの目標電位）が正の場合は第１昇降圧チョッパ動作を行い、（２）交流入力電圧Ｖａｃの電圧値が負であり、かつ目標電圧値Ｖｔが正の場合は第１反転昇降圧チョッパ動作を行い、（３）交流入力電圧Ｖａｃの電圧値が正であり、かつ目標電圧値Ｖｔが負の場合は第２反転昇降圧チョッパ動作を行い、（４）交流入力電圧Ｖａｃの電圧値が負であり、かつ目標電圧値Ｖｔが負の場合は第２昇降圧チョッパ動作を行う。これらの動作により、直流出力電圧Ｖｄｃの電圧値は、目標電圧値Ｖｔに維持（安定化）される。なお、図２、図３は、上記の制御により直流出力電圧Ｖｄｃの電圧値が目標電圧値Ｖｔとなった状態を示している。
【００２６】
チョッパ部２の４つのチョッパ動作のうち、まず、第１昇降圧チョッパ動作について説明する。本動作においては、第３スイッチング素子ＳＷ３が常にＯＦＦ状態とされる。したがって、本動作中のＡＣ／ＤＣ変換装置１は、図４（Ａ）に示す簡素な等価回路で表現される。
【００２７】
また、本動作においては、第１スイッチング素子ＳＷ１および第４スイッチング素子ＳＷ４と第２スイッチング素子ＳＷ２および第５スイッチング素子ＳＷ５とが交互にＯＮ／ＯＦＦ制御される。すなわち、第１スイッチング素子ＳＷ１および第４スイッチング素子ＳＷ４がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わると、同期的に第２スイッチング素子ＳＷ２および第５スイッチング素子ＳＷ５がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わる。第１スイッチング素子ＳＷ１および第４スイッチング素子ＳＷ４がＯＮ状態とされると、コイルＬにエネルギーが蓄えられる。また、第２スイッチング素子ＳＷ２および第５スイッチング素子ＳＷ５がＯＮ状態とされると、コイルＬに蓄えられていたエネルギーが放出される。
【００２８】
１スイッチング周期Ｔにおける第１スイッチング素子ＳＷ１および第４スイッチング素子ＳＷ４のＯＮ時間をＴｏｎとすると、第１スイッチング素子ＳＷ１および第４スイッチング素子ＳＷ４のデューティα（＝Ｔｏｎ／Ｔ）は次式で求めることができる。
デューティα＝Ｖｄｃの電圧値／（Ｖｄｃの電圧値＋Ｖａｃの電圧値）
【００２９】
第１昇降圧チョッパ動作によれば、交流入力電圧Ｖａｃを昇降圧することにより電圧値が目標電圧値Ｖｔである直流出力電圧Ｖｄｃを得、該直流出力電圧Ｖｄｃを負荷ＲＬに供給することができる（ただし、交流入力電圧Ｖａｃの電圧値＞０、目標電圧値Ｖｔ＞０、直流出力電圧Ｖｄｃ＞０）。
【００３０】
第１反転昇降圧チョッパ動作においては、第２スイッチング素子ＳＷ２が常にＯＮ状態とされ、第１スイッチング素子ＳＷ１および第４スイッチング素子ＳＷ４が常にＯＦＦ状態とされる。したがって、本動作中のＡＣ／ＤＣ変換装置１は、図４（Ｂ）に示す簡素な等価回路で表現される。
【００３１】
また、本動作においては、第３スイッチング素子ＳＷ３と第５スイッチング素子ＳＷ５とが交互にＯＮ／ＯＦＦ制御される。すなわち、第３スイッチング素子ＳＷ３がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わると、同期的に第５スイッチング素子ＳＷ５がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わる。第３スイッチング素子ＳＷ３がＯＮ状態とされると、コイルＬにエネルギーが蓄えられる。また、第５スイッチング素子ＳＷ５がＯＮ状態とされると、コイルＬに蓄えられていたエネルギーが放出される。
【００３２】
１スイッチング周期Ｔにおける第３スイッチング素子ＳＷ３のＯＮ時間をＴｏｎとすると、第３スイッチング素子ＳＷ３のデューティα（＝Ｔｏｎ／Ｔ）は次式で求めることができる。
デューティα＝Ｖｄｃの電圧値／（Ｖｄｃの電圧値−Ｖａｃの電圧値）
【００３３】
第１反転昇降圧チョッパ動作によれば、交流入力電圧Ｖａｃを反転および昇降圧することにより電圧値が目標電圧値Ｖｔである直流出力電圧Ｖｄｃを得、該直流出力電圧Ｖｄｃを負荷ＲＬに供給することができる（ただし、交流入力電圧Ｖａｃの電圧値＜０、目標電圧値Ｖｔ＞０、直流出力電圧Ｖｄｃ＞０）。
【００３４】
第２反転昇降圧チョッパ動作においては、第２スイッチング素子ＳＷ２が常にＯＮ状態とされ、第１スイッチング素子ＳＷ１および第４スイッチング素子ＳＷ４が常にＯＦＦ状態とされる。したがって、本動作中のＡＣ／ＤＣ変換装置１は、図５（Ａ）に示す簡素な等価回路で表現される。同図に示す等価回路は、直流出力電圧Ｖｄｃ（目標電圧値Ｖｔ）の極性が正負反転している以外の点において図４（Ｂ）に示す等価回路と共通している。
【００３５】
また、本動作においては、第３スイッチング素子ＳＷ３と第５スイッチング素子ＳＷ５とが交互にＯＮ／ＯＦＦ制御される。すなわち、第３スイッチング素子ＳＷ３がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わると、同期的に第５スイッチング素子ＳＷ５がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わる。第３スイッチング素子ＳＷ３がＯＮ状態とされると、コイルＬにエネルギーが蓄えられる。また、第５スイッチング素子ＳＷ５がＯＮ状態とされると、コイルＬに蓄えられていたエネルギーが放出される。
【００３６】
１スイッチング周期Ｔにおける第３スイッチング素子ＳＷ３のＯＮ時間をＴｏｎとすると、第３スイッチング素子ＳＷ３のデューティα（＝Ｔｏｎ／Ｔ）は次式で求めることができる。
デューティα＝Ｖｄｃの電圧値／（Ｖｄｃの電圧値−Ｖａｃの電圧値）
【００３７】
第２反転昇降圧チョッパ動作によれば、交流入力電圧Ｖａｃを反転および昇降圧することにより電圧値が目標電圧値Ｖｔである直流出力電圧Ｖｄｃを得、該直流出力電圧Ｖｄｃを負荷ＲＬに供給することができる（ただし、交流入力電圧Ｖａｃの電圧値＞０、目標電圧値Ｖｔ＜０、直流出力電圧Ｖｄｃ＜０）。
【００３８】
第２昇降圧チョッパ動作においては、第３スイッチング素子ＳＷ３が常にＯＦＦ状態とされる。したがって、本動作中のＡＣ／ＤＣ変換装置１は、図５（Ｂ）に示す簡素な等価回路で表現される。同図に示す等価回路は、直流出力電圧Ｖｄｃ（目標電圧値Ｖｔ）の極性が正負反転している以外の点において図４（Ａ）に示す等価回路と共通している。
【００３９】
また、本動作においては、第１スイッチング素子ＳＷ１および第４スイッチング素子ＳＷ４と第２スイッチング素子ＳＷ２および第５スイッチング素子ＳＷ５とが交互にＯＮ／ＯＦＦ制御される。すなわち、第１スイッチング素子ＳＷ１および第４スイッチング素子ＳＷ４がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わると、同期的に第２スイッチング素子ＳＷ２および第５スイッチング素子ＳＷ５がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わる。第１スイッチング素子ＳＷ１および第４スイッチング素子ＳＷ４がＯＮ状態とされると、コイルＬにエネルギーが蓄えられる。また、第２スイッチング素子ＳＷ２および第５スイッチング素子ＳＷ５がＯＮ状態とされると、コイルＬに蓄えられていたエネルギーが放出される。
【００４０】
１スイッチング周期Ｔにおける第１スイッチング素子ＳＷ１および第４スイッチング素子ＳＷ４のＯＮ時間をＴｏｎとすると、第１スイッチング素子ＳＷ１および第４スイッチング素子ＳＷ４のデューティα（＝Ｔｏｎ／Ｔ）は次式で求めることができる。
デューティα＝Ｖｄｃの電圧値／（Ｖｄｃの電圧値＋Ｖａｃの電圧値）
【００４１】
第２昇降圧チョッパ動作によれば、交流入力電圧Ｖａｃを昇降圧することにより電圧値が目標電圧値Ｖｔである直流出力電圧Ｖｄｃを得、該直流出力電圧Ｖｄｃを負荷ＲＬに供給することができる（ただし、交流入力電圧Ｖａｃの電圧値＜０、目標電圧値Ｖｔ＜０、直流出力電圧Ｖｄｃ＜０）。
【００４２】
以上のように、本発明に係るＡＣ／ＤＣ変換装置１では、制御部５がチョッパ部２のチョッパ動作を（１）第１昇降圧チョッパ動作、（２）第１反転昇降圧チョッパ動作、（３）第２反転昇降圧チョッパ動作、および（４）第２昇降圧チョッパ動作に切り替える。また、各チョッパ動作においては、チョッパ部２が交流入力電圧Ｖａｃを直接スイッチングする。したがって、本発明に係るＡＣ／ＤＣ変換装置１によれば、ダイオードブリッジ回路（図６の符号１１、図７の符号２３）を不要とすることができるので、該回路による損失の発生を防ぐことができ、効率を改善することができる。
【００４３】
また、図１、図４および図５から明らかなように、本発明に係るＡＣ／ＤＣ変換装置１は、２つ以上のチョッパ回路を直列接続した構成とはなっていない。したがって、本発明に係るＡＣ／ＤＣ変換装置１によれば、２つ以上のチョッパ回路のそれぞれが効率を悪化させることによる装置全体の効率の悪化を防ぐことができる。
【００４４】
なお、本発明に係るＡＣ／ＤＣ変換装置は上記構成に限定されるものではなく、種々の変形例が考えられる。
【００４５】
例えば、効率をさらに改善するためには、交流入力電圧Ｖａｃの入力が開始されてから所定の時間が経過するまでの間および／または直流出力電圧Ｖｄｃの電圧値が所定の電圧値（例えば、目標電圧値Ｖｔの約９５％）に到達するまでの間、各チョッパ動作におけるデューティを通常時とは異なったデューティとすることが好ましい。これによれば、突入防止回路（図７の符号２２）がなくても突入電流の量を制限することができるので、該回路による損失の発生を防ぐことができる。
【００４６】
より詳しくは、第１昇降圧チョッパ動作および第２昇降圧チョッパ動作においては、第２スイッチング素子ＳＷ２および第５スイッチング素子ＳＷ５がＯＮ状態に切り替えられたときに、コイルＬに蓄積されていたエネルギーが第５スイッチング素子ＳＷ５を通じてコンデンサＣｏに供給される。したがって、通常時よりもデューディα（＝Ｔｏｎ／Ｔ）を低めに設定して第１スイッチング素子ＳＷ１および第４スイッチング素子ＳＷ４のＯＮ時間Ｔｏｎを短くし、コイルＬに蓄積されるエネルギーを減らすことで、突入電流の量を制限することができる。
【００４７】
また、第１反転昇降圧チョッパ動作および第２反転昇降圧チョッパ動作においては、第５スイッチング素子ＳＷ５がＯＮ状態に切り替えられたときに、コイルＬに蓄積されていたエネルギーが第５スイッチング素子ＳＷ５を通じてコンデンサＣｏに供給される。したがって、通常時よりもデューディα（＝Ｔｏｎ／Ｔ）を低めに設定して第３スイッチング素子ＳＷ３のＯＮ時間Ｔｏｎを短くし、コイルＬに蓄積されるエネルギーを減らすことで、突入電流の量を制限することができる。
【００４８】
また、別の変形例として、入力電流検出回路を設けることにより、制御部５は、力率改善および高調波対策のために、入力電流波形を正弦波に近づけるような各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ５の制御を追加的に行ってもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１ ＡＣ／ＤＣ変換装置
２ チョッパ部
３ 入力電圧検知部
４ 出力電圧検知部
５ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流入力電圧を所望の目標電圧値を有する直流出力電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＡＣ／ＤＣ変換装置として、例えば特許文献１には図６に示すＡＣ／ＤＣ変換装置１０が開示されている。同図に示すように、ＡＣ／ＤＣ変換装置１０は、交流入力電圧Ｖａｃを所望の目標電圧値を有する直流出力電圧Ｖｄｃに変換するものであって、ダイオードブリッジ回路１１と、高周波フィルタ回路１２と、昇圧チョッパ回路からなる力率改善回路１３と、降圧チョッパ回路からなるＤＣ−ＤＣ変換回路１４とを備えている。
【０００３】
このＡＣ／ＤＣ変換装置１０は、昇圧チョッパ回路および降圧チョッパ回路の両方を備えているので、上記目標電圧値を交流入力電圧Ｖａｃの電圧値よりも低い電圧値に設定することも、高い電圧値に設定することもできる。
【０００４】
また、従来の別のＡＣ／ＤＣ変換装置として、例えば非特許文献１には図７に示すＡＣ／ＤＣ変換装置２０が開示されている。同図に示すように、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０は、交流入力電圧Ｖａｃを所望の目標電圧値（ただし、交流入力電圧Ｖａｃの電圧値以上）を有する直流出力電圧Ｖｄｃに変換するものであって、ノイズフィルタ回路２１と、突入防止回路２２と、ダイオードブリッジ回路２３と、スイッチング素子ＳＷ等からなるチョッパ回路と、直流出力電圧Ｖｄｃの電圧値および各部の電流値に基づいてスイッチング素子ＳＷを制御する制御部２４とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−８６７３７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】山崎浩、「アクティブフィルタの特徴と開発・応用現状」、電子技術、日刊工業新聞社、平成２年３月発行、第３２巻、第３号、ｐ．７６（図９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記ＡＣ／ＤＣ変換装置１０、２０は、ダイオードブリッジ回路１１、２３に常に入力電流が流れるため、出力電力が増加して入力電流が増加すると、それに応じてダイオードブリッジ回路１１、２３で発生する損失が増加し、効率が悪化するという問題があった。ＡＣ／ＤＣ変換装置２０については、突入防止回路２２にも常に入力電流が流れるため、当該回路においても損失が発生していた。
【０００８】
また、目標電圧値を広い範囲で設定できるＡＣ／ＤＣ変換装置１０の効率は、直列接続された力率改善回路（昇圧チョッパ回路）１３およびＤＣ−ＤＣ変換回路（降圧チョッパ回路）１４の効率の積となるので、一般的に低く、改善の余地は限定的であった。上記の通り、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０は、目標電圧値を交流入力電圧Ｖａｃよりも低く設定することができない。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、従来のものよりも効率に優れ、かつ直流出力電圧の目標電圧値を広い範囲で設定することができるＡＣ／ＤＣ変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係るＡＣ／ＤＣ変換装置は、
第１入力端および第２入力端からなる入力端子対に入力される交流入力電圧を所望の目標電圧値を有する直流出力電圧に変換して第１出力端および第２出力端からなる出力端子対から出力させるＡＣ／ＤＣ変換装置において、コイル、コンデンサおよび第１ないし第５スイッチング素子を有するチョッパ部と、交流入力電圧の電圧値を検知する入力電圧検知部と、直流出力電圧の電圧値を検知する出力電圧検知部と、入力電圧検知部および出力電圧検知部が検知した電圧値に基づいて、直流出力電圧の電圧値が目標電圧値となるようにチョッパ部の第１ないし第５のスイッチング素子をオン／オフ制御する制御部とを備え、第１入力端と第２入力端との間に第１および第２スイッチング素子からなる直列回路が接続され、第１および第２スイッチング素子からなる直列回路に対して出力側で第１入力端と第２入力端との間に第３および第４スイッチング素子からなる直列回路が接続され、第１および第２スイッチング素子との接続部位と第３および第４スイッチング素子との接続部位とがコイルにより接続され、第３および第４スイッチング素子との接続部位と第１出力端との間に第５スイッチング素子が接続され、コンデンサが第５スイッチング素子の出力側であって、第１出力端と第２出力端との間に接続され、制御部は、第１ないし第５スイッチング素子をオン／オフ制御して、チョッパ部に昇降圧チョッパ動作および反転昇降圧チョッパ動作のいずれかを選択的に実行させることで、交流入力電圧を目標電圧値を有する直流出力電圧に変換することを特徴としている。
【００１１】
この構成によれば、交流入力電圧の極性および目標電圧値の極性に基づいて制御されるチョッパ部が昇降圧チョッパ動作および反転昇降圧チョッパ動作のいずれかを選択的に実行することにより交流入力電圧が直接スイッチングされるので、ダイオードブリッジ回路を不要とすることができ、該回路による損失の発生を防ぐことができる。また、この構成によれば、２以上のチョッパ回路を直列接続する必要がないので、効率が悪化するのを防ぐことができる。
【００１２】
ここで、制御部は、目標電圧値が正に設定された場合には、交流入力電圧が正の電圧値のときに昇降圧チョッパ動作を行わせ、交流入力電圧が負の電圧値のときに反転昇降圧チョッパ動作を行わせる一方、目標電圧値が負に設定された場合には、交流入力電圧が正の電圧値のときに反転昇降圧チョッパ動作を行わせ、交流入力電圧が負の電圧値のときに昇降圧チョッパ動作を行わせることを特徴とする。
【００１３】
より具体的には、昇降圧チョッパ動作においては、第３スイッチング素子がオフ状態とされ、かつ第１および第４スイッチング素子と第２および第５スイッチング素子とが交互にオン／オフ制御され、反転昇降圧チョッパ動作においては、第２スイッチング素子がオン状態、第１および第４スイッチング素子がオフ状態とされ、かつ第３スイッチング素子と第５スイッチング素子とが交互にオン／オフ制御される。
【００１４】
上記ＡＣ／ＤＣ変換装置の制御部は、交流入力電圧の入力が開始されてから所定の時間が経過するまでの間および／または直流出力電圧の電圧値が所定の電圧値に到達するまでの間、昇降圧チョッパ動作において、第１および第４スイッチング素子のオン時間を短くすることにより、デューティを低く設定することが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、昇降圧チョッパ動作におけるデューティを変えるだけでソフトスタート機能を実現することができるので、突入防止回路を不要とすることができ、該回路による損失の発生を防ぐことができる。
【００１６】
また、上記ＡＣ／ＤＣ変換装置の制御部は、交流入力電圧の入力が開始されてから所定の時間が経過するまでの間および／または直流出力電圧の電圧値が所定の電圧値に到達するまでの間、反転昇降圧チョッパ動作において、第３スイッチング素子のオン時間を短くすることにより、デューティを低く設定してもよい。
【００１７】
この構成によっても、反転昇降圧チョッパ動作におけるデューティを変えるだけでソフトスタート機能を実現することができるので、突入防止回路を不要とすることができ、該回路による損失の発生を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、従来のものよりも効率に優れ、かつ直流出力電圧の目標電圧値を広い範囲で設定することができるＡＣ／ＤＣ変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係るＡＣ／ＤＣ変換装置の概略構成図である。
【図２】交流入力電圧の電圧値と目標電圧値が正の場合に行われる２つのチョッパ動作との対応関係を示す図である。
【図３】交流入力電圧の電圧値と目標電圧値が負の場合に行われる２つのチョッパ動作との対応関係を示す図である。
【図４】本発明に係るＡＣ／ＤＣ変換装置の等価回路図であって、（Ａ）は第１昇降圧チョッパ動作時、（Ｂ）は第１反転昇降圧チョッパ動作時の等価回路図である。
【図５】本発明に係るＡＣ／ＤＣ変換装置の等価回路図であって、（Ａ）は第２反転昇降圧チョッパ動作時、（Ｂ）は第２昇降圧チョッパ動作時の等価回路図である。
【図６】従来のＡＣ／ＤＣ変換装置の概略構成図である。
【図７】従来のＡＣ／ＤＣ変換装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して、本発明に係るＡＣ／ＤＣ変換装置の好ましい実施形態について説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係るＡＣ／ＤＣ変換装置１の概略構成図である。同図に示すように、ＡＣ／ＤＣ変換装置１は、対をなす第１入力端６ａおよび第２入力端６ｂから入力された交流入力電圧Ｖａｃを所望の目標電圧値を有する直流出力電圧Ｖｄｃに変換し、該直流出力電圧Ｖｄｃを対をなす第１出力端７ａおよび第２出力端７ｂから負荷ＲＬに出力するものであって、複数のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ５を有するチョッパ部２と、交流入力電圧Ｖａｃの電圧値を検知する入力電圧検知部３と、直流出力電圧Ｖｄｃの電圧値を検知する出力電圧検知部４と、入力電圧検知部３および出力電圧検知部４が検知した電圧値に基づいて、直流出力電圧Ｖｄｃの電圧値が目標電圧値となるようにチョッパ部２を制御する制御部５を備えている。
【００２２】
チョッパ部２は、第１入力端６ａにそれぞれ一端が接続された第１スイッチング素子ＳＷ１および第３スイッチング素子ＳＷ３と、第１スイッチング素子ＳＷ１の他端にそれぞれ一端が接続された第２スイッチング素子ＳＷ２およびコイルＬと、第３スイッチング素子ＳＷ３およびコイルＬの他端にそれぞれ一端が接続された第４スイッチング素子ＳＷ４および第５スイッチング素子ＳＷ５と、第５スイッチング素子ＳＷ５の他端に一端が接続されたコンデンサＣｏとを有する。また、第２スイッチング素子ＳＷ２、第４スイッチング素子ＳＷ４およびコンデンサＣｏの他端はそれぞれ第２入力端６ｂおよび第２出力端７ｂに接続され、第５スイッチング素子ＳＷ５の他端は第１出力端７ａに接続されている。各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ５は、制御部５によりＯＮ／ＯＦＦ制御される。
【００２３】
なお、チョッパ部２は、第１入力端６ａおよび第２入力端６ｂに接続されたコンデンサＣｉも備えているが、該コンデンサＣｉはコンデンサＣｏに比べて容量が非常に小さく、チョッパ部２の動作にはほとんど影響を与えないので、以下では、説明を簡単化するためにコンデンサＣｉを無視する。
【００２４】
図２、図３に示すように、本発明では、交流入力電圧Ｖａｃの電圧値と目標電圧値Ｖｔ（負荷ＲＬに出力すべき直流出力電圧Ｖｄｃの電圧値）とに応じて制御部５が各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ５の制御を変更する。言い換えると、本発明では、交流入力電圧Ｖａｃの電圧値および目標電圧値Ｖｔに応じてチョッパ部２のチョッパ動作が変更される。
【００２５】
具体的には、本発明に係るＡＣ／ＤＣ変換装置１のチョッパ部２は、（１）交流入力電圧Ｖａｃの電圧値（第２入力端６ｂを基準とした場合の第１入力端６ａの電位）が正であり、かつ目標電圧値Ｖｔ（第２出力端７ｂを基準とした場合の第１出力端７ａの目標電位）が正の場合は第１昇降圧チョッパ動作を行い、（２）交流入力電圧Ｖａｃの電圧値が負であり、かつ目標電圧値Ｖｔが正の場合は第１反転昇降圧チョッパ動作を行い、（３）交流入力電圧Ｖａｃの電圧値が正であり、かつ目標電圧値Ｖｔが負の場合は第２反転昇降圧チョッパ動作を行い、（４）交流入力電圧Ｖａｃの電圧値が負であり、かつ目標電圧値Ｖｔが負の場合は第２昇降圧チョッパ動作を行う。これらの動作により、直流出力電圧Ｖｄｃの電圧値は、目標電圧値Ｖｔに維持（安定化）される。なお、図２、図３は、上記の制御により直流出力電圧Ｖｄｃの電圧値が目標電圧値Ｖｔとなった状態を示している。
【００２６】
チョッパ部２の４つのチョッパ動作のうち、まず、第１昇降圧チョッパ動作について説明する。本動作においては、第３スイッチング素子ＳＷ３が常にＯＦＦ状態とされる。したがって、本動作中のＡＣ／ＤＣ変換装置１は、図４（Ａ）に示す簡素な等価回路で表現される。
【００２７】
また、本動作においては、第１スイッチング素子ＳＷ１および第４スイッチング素子ＳＷ４と第２スイッチング素子ＳＷ２および第５スイッチング素子ＳＷ５とが交互にＯＮ／ＯＦＦ制御される。すなわち、第１スイッチング素子ＳＷ１および第４スイッチング素子ＳＷ４がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わると、同期的に第２スイッチング素子ＳＷ２および第５スイッチング素子ＳＷ５がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わる。第１スイッチング素子ＳＷ１および第４スイッチング素子ＳＷ４がＯＮ状態とされると、コイルＬにエネルギーが蓄えられる。また、第２スイッチング素子ＳＷ２および第５スイッチング素子ＳＷ５がＯＮ状態とされると、コイルＬに蓄えられていたエネルギーが放出される。
【００２８】
１スイッチング周期Ｔにおける第１スイッチング素子ＳＷ１および第４スイッチング素子ＳＷ４のＯＮ時間をＴｏｎとすると、第１スイッチング素子ＳＷ１および第４スイッチング素子ＳＷ４のデューティα（＝Ｔｏｎ／Ｔ）は次式で求めることができる。
デューティα＝Ｖｄｃの電圧値／（Ｖｄｃの電圧値＋Ｖａｃの電圧値）
【００２９】
第１昇降圧チョッパ動作によれば、交流入力電圧Ｖａｃを昇降圧することにより電圧値が目標電圧値Ｖｔである直流出力電圧Ｖｄｃを得、該直流出力電圧Ｖｄｃを負荷ＲＬに供給することができる（ただし、交流入力電圧Ｖａｃの電圧値＞０、目標電圧値Ｖｔ＞０、直流出力電圧Ｖｄｃ＞０）。
【００３０】
第１反転昇降圧チョッパ動作においては、第２スイッチング素子ＳＷ２が常にＯＮ状態とされ、第１スイッチング素子ＳＷ１および第４スイッチング素子ＳＷ４が常にＯＦＦ状態とされる。したがって、本動作中のＡＣ／ＤＣ変換装置１は、図４（Ｂ）に示す簡素な等価回路で表現される。
【００３１】
また、本動作においては、第３スイッチング素子ＳＷ３と第５スイッチング素子ＳＷ５とが交互にＯＮ／ＯＦＦ制御される。すなわち、第３スイッチング素子ＳＷ３がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わると、同期的に第５スイッチング素子ＳＷ５がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わる。第３スイッチング素子ＳＷ３がＯＮ状態とされると、コイルＬにエネルギーが蓄えられる。また、第５スイッチング素子ＳＷ５がＯＮ状態とされると、コイルＬに蓄えられていたエネルギーが放出される。
【００３２】
１スイッチング周期Ｔにおける第３スイッチング素子ＳＷ３のＯＮ時間をＴｏｎとすると、第３スイッチング素子ＳＷ３のデューティα（＝Ｔｏｎ／Ｔ）は次式で求めることができる。
デューティα＝Ｖｄｃの電圧値／（Ｖｄｃの電圧値−Ｖａｃの電圧値）
【００３３】
第１反転昇降圧チョッパ動作によれば、交流入力電圧Ｖａｃを反転および昇降圧することにより電圧値が目標電圧値Ｖｔである直流出力電圧Ｖｄｃを得、該直流出力電圧Ｖｄｃを負荷ＲＬに供給することができる（ただし、交流入力電圧Ｖａｃの電圧値＜０、目標電圧値Ｖｔ＞０、直流出力電圧Ｖｄｃ＞０）。
【００３４】
第２反転昇降圧チョッパ動作においては、第２スイッチング素子ＳＷ２が常にＯＮ状態とされ、第１スイッチング素子ＳＷ１および第４スイッチング素子ＳＷ４が常にＯＦＦ状態とされる。したがって、本動作中のＡＣ／ＤＣ変換装置１は、図５（Ａ）に示す簡素な等価回路で表現される。同図に示す等価回路は、直流出力電圧Ｖｄｃ（目標電圧値Ｖｔ）の極性が正負反転している以外の点において図４（Ｂ）に示す等価回路と共通している。
【００３５】
また、本動作においては、第３スイッチング素子ＳＷ３と第５スイッチング素子ＳＷ５とが交互にＯＮ／ＯＦＦ制御される。すなわち、第３スイッチング素子ＳＷ３がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わると、同期的に第５スイッチング素子ＳＷ５がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わる。第３スイッチング素子ＳＷ３がＯＮ状態とされると、コイルＬにエネルギーが蓄えられる。また、第５スイッチング素子ＳＷ５がＯＮ状態とされると、コイルＬに蓄えられていたエネルギーが放出される。
【００３６】
１スイッチング周期Ｔにおける第３スイッチング素子ＳＷ３のＯＮ時間をＴｏｎとすると、第３スイッチング素子ＳＷ３のデューティα（＝Ｔｏｎ／Ｔ）は次式で求めることができる。
デューティα＝Ｖｄｃの電圧値／（Ｖｄｃの電圧値−Ｖａｃの電圧値）
【００３７】
第２反転昇降圧チョッパ動作によれば、交流入力電圧Ｖａｃを反転および昇降圧することにより電圧値が目標電圧値Ｖｔである直流出力電圧Ｖｄｃを得、該直流出力電圧Ｖｄｃを負荷ＲＬに供給することができる（ただし、交流入力電圧Ｖａｃの電圧値＞０、目標電圧値Ｖｔ＜０、直流出力電圧Ｖｄｃ＜０）。
【００３８】
第２昇降圧チョッパ動作においては、第３スイッチング素子ＳＷ３が常にＯＦＦ状態とされる。したがって、本動作中のＡＣ／ＤＣ変換装置１は、図５（Ｂ）に示す簡素な等価回路で表現される。同図に示す等価回路は、直流出力電圧Ｖｄｃ（目標電圧値Ｖｔ）の極性が正負反転している以外の点において図４（Ａ）に示す等価回路と共通している。
【００３９】
また、本動作においては、第１スイッチング素子ＳＷ１および第４スイッチング素子ＳＷ４と第２スイッチング素子ＳＷ２および第５スイッチング素子ＳＷ５とが交互にＯＮ／ＯＦＦ制御される。すなわち、第１スイッチング素子ＳＷ１および第４スイッチング素子ＳＷ４がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わると、同期的に第２スイッチング素子ＳＷ２および第５スイッチング素子ＳＷ５がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わる。第１スイッチング素子ＳＷ１および第４スイッチング素子ＳＷ４がＯＮ状態とされると、コイルＬにエネルギーが蓄えられる。また、第２スイッチング素子ＳＷ２および第５スイッチング素子ＳＷ５がＯＮ状態とされると、コイルＬに蓄えられていたエネルギーが放出される。
【００４０】
１スイッチング周期Ｔにおける第１スイッチング素子ＳＷ１および第４スイッチング素子ＳＷ４のＯＮ時間をＴｏｎとすると、第１スイッチング素子ＳＷ１および第４スイッチング素子ＳＷ４のデューティα（＝Ｔｏｎ／Ｔ）は次式で求めることができる。
デューティα＝Ｖｄｃの電圧値／（Ｖｄｃの電圧値＋Ｖａｃの電圧値）
【００４１】
第２昇降圧チョッパ動作によれば、交流入力電圧Ｖａｃを昇降圧することにより電圧値が目標電圧値Ｖｔである直流出力電圧Ｖｄｃを得、該直流出力電圧Ｖｄｃを負荷ＲＬに供給することができる（ただし、交流入力電圧Ｖａｃの電圧値＜０、目標電圧値Ｖｔ＜０、直流出力電圧Ｖｄｃ＜０）。
【００４２】
以上のように、本発明に係るＡＣ／ＤＣ変換装置１では、制御部５がチョッパ部２のチョッパ動作を（１）第１昇降圧チョッパ動作、（２）第１反転昇降圧チョッパ動作、（３）第２反転昇降圧チョッパ動作、および（４）第２昇降圧チョッパ動作に切り替える。また、各チョッパ動作においては、チョッパ部２が交流入力電圧Ｖａｃを直接スイッチングする。したがって、本発明に係るＡＣ／ＤＣ変換装置１によれば、ダイオードブリッジ回路（図６の符号１１、図７の符号２３）を不要とすることができるので、該回路による損失の発生を防ぐことができ、効率を改善することができる。
【００４３】
また、図１、図４および図５から明らかなように、本発明に係るＡＣ／ＤＣ変換装置１は、２つ以上のチョッパ回路を直列接続した構成とはなっていない。したがって、本発明に係るＡＣ／ＤＣ変換装置１によれば、２つ以上のチョッパ回路のそれぞれが効率を悪化させることによる装置全体の効率の悪化を防ぐことができる。
【００４４】
なお、本発明に係るＡＣ／ＤＣ変換装置は上記構成に限定されるものではなく、種々の変形例が考えられる。
【００４５】
例えば、効率をさらに改善するためには、交流入力電圧Ｖａｃの入力が開始されてから所定の時間が経過するまでの間および／または直流出力電圧Ｖｄｃの電圧値が所定の電圧値（例えば、目標電圧値Ｖｔの約９５％）に到達するまでの間、各チョッパ動作におけるデューティを通常時とは異なったデューティとすることが好ましい。これによれば、突入防止回路（図７の符号２２）がなくても突入電流の量を制限することができるので、該回路による損失の発生を防ぐことができる。
【００４６】
より詳しくは、第１昇降圧チョッパ動作および第２昇降圧チョッパ動作においては、第２スイッチング素子ＳＷ２および第５スイッチング素子ＳＷ５がＯＮ状態に切り替えられたときに、コイルＬに蓄積されていたエネルギーが第５スイッチング素子ＳＷ５を通じてコンデンサＣｏに供給される。したがって、通常時よりもデューディα（＝Ｔｏｎ／Ｔ）を低めに設定して第１スイッチング素子ＳＷ１および第４スイッチング素子ＳＷ４のＯＮ時間Ｔｏｎを短くし、コイルＬに蓄積されるエネルギーを減らすことで、突入電流の量を制限することができる。
【００４７】
また、第１反転昇降圧チョッパ動作および第２反転昇降圧チョッパ動作においては、第５スイッチング素子ＳＷ５がＯＮ状態に切り替えられたときに、コイルＬに蓄積されていたエネルギーが第５スイッチング素子ＳＷ５を通じてコンデンサＣｏに供給される。したがって、通常時よりもデューディα（＝Ｔｏｎ／Ｔ）を低めに設定して第３スイッチング素子ＳＷ３のＯＮ時間Ｔｏｎを短くし、コイルＬに蓄積されるエネルギーを減らすことで、突入電流の量を制限することができる。
【００４８】
また、別の変形例として、入力電流検出回路を設けることにより、制御部５は、力率改善および高調波対策のために、入力電流波形を正弦波に近づけるような各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ５の制御を追加的に行ってもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１ ＡＣ／ＤＣ変換装置
２ チョッパ部
３ 入力電圧検知部
４ 出力電圧検知部
５ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１入力端および第２入力端からなる入力端子対に入力される交流入力電圧を所望の目標電圧値を有する直流出力電圧に変換して第１出力端および第２出力端からなる出力端子対から出力させるＡＣ／ＤＣ変換装置において、
コイル、コンデンサおよび第１ないし第５スイッチング素子を有するチョッパ部と、
前記交流入力電圧の電圧値を検知する入力電圧検知部と、
前記直流出力電圧の電圧値を検知する出力電圧検知部と、
前記入力電圧検知部および前記出力電圧検知部が検知した電圧値に基づいて、前記直流出力電圧の電圧値が前記目標電圧値となるように前記チョッパ部の前記第１ないし第５のスイッチング素子をオン／オフ制御する制御部と
を備え、
前記第１入力端と第２入力端との間に前記第１および第２スイッチング素子からなる直列回路が接続され、
前記第１および第２スイッチング素子からなる直列回路に対して出力側で前記第１入力端と第２入力端との間に前記第３および第４スイッチング素子からなる直列回路が接続され、
前記第１および第２スイッチング素子との接続部位と前記第３および第４スイッチング素子との接続部位とが前記コイルにより接続され、
前記第３および第４スイッチング素子との接続部位と前記第１出力端との間に前記第５スイッチング素子が接続され、
前記コンデンサが前記第５スイッチング素子の出力側であって、前記第１出力端と前記第２出力端との間に接続され、
前記制御部は、前記第１ないし第５スイッチング素子をオン／オフ制御して、前記チョッパ部に昇降圧チョッパ動作および反転昇降圧チョッパ動作のいずれかを選択的に実行させることで、前記交流入力電圧を前記目標電圧値を有する直流出力電圧に変換することを特徴とするＡＣ／ＤＣ変換装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記目標電圧値が正に設定された場合には、前記交流入力電圧が正の電圧値のときに昇降圧チョッパ動作を行わせ、前記交流入力電圧が負の電圧値のときに反転昇降圧チョッパ動作を行わせる一方、
前記目標電圧値が負に設定された場合には、前記交流入力電圧が正の電圧値のときに反転昇降圧チョッパ動作を行わせ、前記交流入力電圧が負の電圧値のときに昇降圧チョッパ動作を行わせることを特徴とする請求項１に記載のＡＣ／ＤＣ変換装置。
【請求項３】
前記昇降圧チョッパ動作においては、前記第３スイッチング素子がオフ状態とされ、かつ前記第１および第４スイッチング素子と前記第２および第５スイッチング素子とが交互にオン／オフ制御され、
前記反転昇降圧チョッパ動作においては、前記第２スイッチング素子がオン状態、前記第１および第４スイッチング素子がオフ状態とされ、かつ前記第３スイッチング素子と前記第５スイッチング素子とが交互にオン／オフ制御されることを特徴とする請求項２に記載のＡＣ／ＤＣ変換装置。
【請求項４】
前記交流入力電圧の入力が開始されてから所定の時間が経過するまでの間および／または前記直流出力電圧の電圧値が所定の電圧値に到達するまでの間、前記制御部は、前記昇降圧チョッパ動作において、前記第１および第４スイッチング素子のオン時間を短くすることにより、デューティを低く設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＡＣ／ＤＣ変換装置。
【請求項５】
前記交流入力電圧の入力が開始されてから所定の時間が経過するまでの間および／または前記直流出力電圧の電圧値が所定の電圧値に到達するまでの間、前記制御部は、前記反転昇降圧チョッパ動作において、前記第３スイッチング素子のオン時間を短くすることにより、デューティを低く設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＡＣ／ＤＣ変換装置。
【請求項１】
第１入力端および第２入力端からなる入力端子対に入力される交流入力電圧を所望の目標電圧値を有する直流出力電圧に変換して第１出力端および第２出力端からなる出力端子対から出力させるＡＣ／ＤＣ変換装置において、
コイル、コンデンサおよび第１ないし第５スイッチング素子を有するチョッパ部と、
前記交流入力電圧の電圧値を検知する入力電圧検知部と、
前記直流出力電圧の電圧値を検知する出力電圧検知部と、
前記入力電圧検知部および前記出力電圧検知部が検知した電圧値に基づいて、前記直流出力電圧の電圧値が前記目標電圧値となるように前記チョッパ部の前記第１ないし第５のスイッチング素子をオン／オフ制御する制御部と
を備え、
前記第１入力端と第２入力端との間に前記第１および第２スイッチング素子からなる直列回路が接続され、
前記第１および第２スイッチング素子からなる直列回路に対して出力側で前記第１入力端と第２入力端との間に前記第３および第４スイッチング素子からなる直列回路が接続され、
前記第１および第２スイッチング素子との接続部位と前記第３および第４スイッチング素子との接続部位とが前記コイルにより接続され、
前記第３および第４スイッチング素子との接続部位と前記第１出力端との間に前記第５スイッチング素子が接続され、
前記コンデンサが前記第５スイッチング素子の出力側であって、前記第１出力端と前記第２出力端との間に接続され、
前記制御部は、前記第１ないし第５スイッチング素子をオン／オフ制御して、前記チョッパ部に昇降圧チョッパ動作および反転昇降圧チョッパ動作のいずれかを選択的に実行させることで、前記交流入力電圧を前記目標電圧値を有する直流出力電圧に変換することを特徴とするＡＣ／ＤＣ変換装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記目標電圧値が正に設定された場合には、前記交流入力電圧が正の電圧値のときに昇降圧チョッパ動作を行わせ、前記交流入力電圧が負の電圧値のときに反転昇降圧チョッパ動作を行わせる一方、
前記目標電圧値が負に設定された場合には、前記交流入力電圧が正の電圧値のときに反転昇降圧チョッパ動作を行わせ、前記交流入力電圧が負の電圧値のときに昇降圧チョッパ動作を行わせることを特徴とする請求項１に記載のＡＣ／ＤＣ変換装置。
【請求項３】
前記昇降圧チョッパ動作においては、前記第３スイッチング素子がオフ状態とされ、かつ前記第１および第４スイッチング素子と前記第２および第５スイッチング素子とが交互にオン／オフ制御され、
前記反転昇降圧チョッパ動作においては、前記第２スイッチング素子がオン状態、前記第１および第４スイッチング素子がオフ状態とされ、かつ前記第３スイッチング素子と前記第５スイッチング素子とが交互にオン／オフ制御されることを特徴とする請求項２に記載のＡＣ／ＤＣ変換装置。
【請求項４】
前記交流入力電圧の入力が開始されてから所定の時間が経過するまでの間および／または前記直流出力電圧の電圧値が所定の電圧値に到達するまでの間、前記制御部は、前記昇降圧チョッパ動作において、前記第１および第４スイッチング素子のオン時間を短くすることにより、デューティを低く設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＡＣ／ＤＣ変換装置。
【請求項５】
前記交流入力電圧の入力が開始されてから所定の時間が経過するまでの間および／または前記直流出力電圧の電圧値が所定の電圧値に到達するまでの間、前記制御部は、前記反転昇降圧チョッパ動作において、前記第３スイッチング素子のオン時間を短くすることにより、デューティを低く設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＡＣ／ＤＣ変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１３１６５（Ｐ２０１３−１３１６５Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４２４３７（Ｐ２０１１−１４２４３７）
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【出願人】（０００００４６０６）ニチコン株式会社 (656)
【出願人】（５０４１４５３６４）国立大学法人群馬大学 (352)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【出願人】（０００００４６０６）ニチコン株式会社 (656)
【出願人】（５０４１４５３６４）国立大学法人群馬大学 (352)
【Ｆターム（参考）】
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