ＡＣ／ＤＣ変換装置
【課題】従来のものよりも効率に優れ、任意の正の出力電圧を出力可能なＡＣ／ＤＣ変換装置を提供する。
【解決手段】ＡＣ／ＤＣ変換装置１Ａは、第１入力端６ａと第１出力端７ａとの間に、入力側から出力側にかけて順にＳＷ１、コイルＬおよびＳＷ２が直列に接続され、ＳＷ３の一端がＳＷ１とコイルＬとの接続部位に接続され、ＳＷ３の他端が第２入力端６ｂおよび第２出力端７ｂに接続され、ＳＷ４の一端がコイルＬとＳＷ２との接続部位に接続され、ＳＷ４の他端が第２入力端６ｂおよび第２出力端７ｂに接続され、コンデンサＣｏがＳＷ２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、ＳＷ５の一端がＳＷ１とコイルＬとの接続部位に接続され、ＳＷ５の他端が第１出力端７ａに接続される。
【解決手段】ＡＣ／ＤＣ変換装置１Ａは、第１入力端６ａと第１出力端７ａとの間に、入力側から出力側にかけて順にＳＷ１、コイルＬおよびＳＷ２が直列に接続され、ＳＷ３の一端がＳＷ１とコイルＬとの接続部位に接続され、ＳＷ３の他端が第２入力端６ｂおよび第２出力端７ｂに接続され、ＳＷ４の一端がコイルＬとＳＷ２との接続部位に接続され、ＳＷ４の他端が第２入力端６ｂおよび第２出力端７ｂに接続され、コンデンサＣｏがＳＷ２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、ＳＷ５の一端がＳＷ１とコイルＬとの接続部位に接続され、ＳＷ５の他端が第１出力端７ａ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、例えば非特許文献１には図７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、ノイズフィルタ１１と、突入防止回路１２と、ダイオードブリッジ回路１３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１４とを備えている。
【０００３】
また、従来の別のＡＣ／ＤＣ変換装置として、例えば非特許文献２には図８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、ノイズを除去するためのフィルタ回路の後段に突入防止回路として機能するパワーサーミスタＴＨと、ダイオードブリッジ回路２１とを備えている。ＡＣ／ＤＣ変換装置２０は、ダイオードブリッジ回路２１により整流された後の直流電圧がチョッパ回路２２に入力される点が図７に示すＡＣ／ＤＣ変換装置１０と共通している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【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）
【非特許文献２】杉本雅俊、城山博伸、「昇圧コンバータによる力率改善回路の設計」、電源回路設計２００９、ＣＱ出版社、平成２１年５月発行、ｐ．１８４（図３３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記ＡＣ／ＤＣ変換装置１０、２０は、突入防止回路１２、ＴＨとダイオードブリッジ回路１３、２１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、それに応じて上記回路において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。また、上記ＡＣ／ＤＣ変換装置１０、２０は、直流出力電圧Ｖｄｃの電圧値を交流入力電圧Ｖａｃの電圧値よりも低くできないという問題があった。
【０００６】
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、任意の正の出力電圧を出力可能な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】
【０００７】
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１出力端との間に、入力側から出力側にかけて順に第１スイッチング素子、コイルおよび第２スイッチング素子が直列に接続され、第３スイッチング素子の一端が第１スイッチング素子とコイルとの接続部位に接続され、第３スイッチング素子の他端が第２入力端および第２出力端に接続され、第４スイッチング素子の一端がコイルと第２スイッチング素子との接続部位に接続され、第４スイッチング素子の他端が第２入力端および第２出力端に接続され、コンデンサが第２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、第５スイッチング素子の一端が第１スイッチング素子とコイルとの接続部位に接続され、第５スイッチング素子の他端が第１出力端に接続され、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、チョッパ部に昇圧チョッパ動作、降圧チョッパ動作、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。
【０００８】
この構成によれば、交流入力電圧の電圧値に基づいて制御されるチョッパ部が昇圧チョッパ動作、降圧チョッパ動作、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で、各チョッパ動作により交流入力電圧を直接スイッチングするので、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、交流入力電圧よりも高い電圧値を有する直流出力電圧だけでなく、交流入力電圧よりも低い電圧値を有する直流出力電圧も出力することができる。
【０００９】
上記発明に係るＡＣ／ＤＣ変換装置の第１態様として、制御部は、交流入力電圧の電圧値が正であり、かつ目標電圧値よりも低い場合は、チョッパ部に昇圧チョッパ動作を行わせ、交流入力電圧の電圧値が正であり、かつ目標電圧値よりも高い場合は、チョッパ部に降圧チョッパ動作を行わせ、交流入力電圧の電圧値が負の場合は、チョッパ部に反転昇降圧チョッパ動作を行わせることを特徴とする。
【００１０】
より具体的には、昇圧チョッパ動作においては、第１スイッチング素子がオン状態、第３および第５スイッチング素子がオフ状態とされ、かつ第２スイッチング素子と第４スイッチング素子とが交互にオン／オフ制御され、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４および第５スイッチング素子がオフ状態とされ、かつ第１スイッチング素子と第３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４スイッチング素子がオン状態、第２および第３スイッチング素子がオフ状態とされ、かつ第１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。
【００１１】
第１態様に係るＡＣ／ＤＣ変換装置の制御は、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、制御部は、昇圧チョッパ動作における第２スイッチング素子のオン時間を短くする、および／または第１スイッチング素子のオフ時間を長くすることにより、デューティを低く設定することが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、いずれかのスイッチング素子の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。
【００１３】
また、上記課題を解決するために、本発明に係るＡＣ／ＤＣ変換装置の第２態様として、制御部は、交流入力電圧の電圧値が正の場合は、チョッパ部に昇降圧チョッパ動作を行わせ、交流入力電圧の電圧値が負の場合は、チョッパ部に反転昇降圧チョッパ動作を行わせることを特徴とする。
【００１４】
より具体的には、昇降圧チョッパ動作においては、第５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３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４スイッチング素子がオン状態、第２および第３スイッチング素子がオフ状態とされ、かつ第１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。
【００１５】
第２態様に係るＡＣ／ＤＣ変換装置の制御は、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、制御部は、昇降圧チョッパ動作における第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。
【００１６】
この構成によれば、昇降圧チョッパ動作における第１および第４スイッチング素子の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】
【００１７】
本発明によれば、ダイオードブリッジ回路および突入防止回路を省略することができるので、該回路における損失の発生を防ぎ、従来のものよりも効率に優れ、任意の正の出力電圧を出力可能な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】
【００１８】
【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第１実施形態における３つのチョッパ動作との対応関係を示す図である。
【図３】第１実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換装置の等価回路図であって、（Ａ）は昇圧チョッパ動作時、（Ｂ）は降圧チョッパ動作時、（Ｃ）は反転昇降圧チョッパ動作時の等価回路図である。
【図４】交流入力電圧の電圧値と第２実施形態における２つのチョッパ動作との対応関係を示す図である。
【図５】第２実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換装置の等価回路図であって、（Ａ）は昇降圧チョッパ動作時、（Ｂ）は反転昇降圧チョッパ動作時の等価回路図である。
【図６】図１の第２および第４スイッチング素子を実際の半導体素子に置き換えた場合の構成図である。
【図７】従来のＡＣ／ＤＣ変換装置の概略構成図である。
【図８】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】
【００１９】
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。
【００２０】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換装置１Ａの概略構成図である。同図に示すように、ＡＣ／ＤＣ変換装置１Ａ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５Ａを備えている。
【００２１】
チョッパ部２は、第１入力端６ａに一端が接続された第１スイッチング素子ＳＷ１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３スイッチング素子ＳＷ３、第５スイッチング素子ＳＷ５およびコイルＬと、コイルＬ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および第４スイッチング素子ＳＷ４と、第２スイッチング素子ＳＷ２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３スイッチング素子ＳＷ３、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２スイッチング素子ＳＷ２および第５スイッチング素子ＳＷ５の他端はそれぞれ第１出力端７ａに接続されている。各スイッチング素子ＳＷ１〜５は、制御部５ＡによりＯＮ／ＯＦＦ制御される。
【００２２】
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。
【００２３】
図２に示すように、本発明では、交流入力電圧Ｖａｃの電圧値に応じて制御部５Ａ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の電圧値に応じてチョッパ部２のチョッパ動作が変更される。
【００２４】
具体的には、本実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換装置１Ａ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（負荷ＲＬに出力すべき直流出力電圧Ｖｄｃの電圧値）よりも低い場合は昇圧チョッパ動作を行い、（２）交流入力電圧Ｖａｃの電圧値が正であり、かつ目標電圧値Ｖｔよりも高い場合は降圧チョッパ動作を行い、（３）交流入力電圧Ｖａｃの電圧値が負の場合は反転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。
【００２５】
チョッパ部２の３つのチョッパ動作のうち、まず、昇圧チョッパ動作について説明する。本動作においては、第１スイッチング素子ＳＷ１が常にＯＮ状態、第３スイッチング素子ＳＷ３および第５スイッチング素子ＳＷ５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１Ａは、図３（Ａ）に示す簡素な等価回路で表現される。
【００２６】
また、本動作においては、第４スイッチング素子ＳＷ４と整流ダイオードの役割を果たす第２スイッチング素子ＳＷ２とが交互にＯＮ／ＯＦＦ制御される。すなわち、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がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わる。１スイッチング周期Ｔにおける第４スイッチング素子ＳＷ４のＯＮ時間をＴｏｎ４とすると、第４スイッチング素子ＳＷ４のデューティα（＝Ｔｏｎ４／Ｔ）は次式で求めることができる。
デューティα＝１−Ｖａｃの電圧値／Ｖｄｃの電圧値
【００２７】
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、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１Ａは、図３（Ｂ）に示す簡素な等価回路で表現される。
【００２８】
また、本動作においては、第１スイッチング素子ＳＷ１と整流ダイオードの役割を果たす第３スイッチング素子ＳＷ３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がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わると、同期的に第３スイッチング素子ＳＷ３がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わる。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のＯＮ時間をＴｏｎ１とすると、第１スイッチング素子ＳＷ１のデューティα（＝Ｔｏｎ１／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／Ｖａｃの電圧値
【００２９】
反転昇降圧チョッパ動作においては、第４スイッチング素子ＳＷ４が常にＯＮ状態、第２スイッチング素子ＳＷ２および第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１Ａは、図３（Ｃ）に示す簡素な等価回路で表現される。
【００３０】
また、本動作においては、第１スイッチング素子ＳＷ１と整流ダイオードの役割を果たす第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。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のＯＮ時間をＴｏｎ１とすると、第１スイッチング素子ＳＷ１のデューティα（＝Ｔｏｎ１／Ｔ）は次式で求めることができる。ただし、交流入力電圧Ｖａｃの電圧値は負である。
デューティα＝Ｖｄｃの電圧値／（Ｖｄｃの電圧値−Ｖａｃの電圧値）
【００３１】
以上のように、本実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換装置１Ａでは、制御部５Ａがチョッパ部２のチョッパ動作を（１）昇圧チョッパ動作、（２）降圧チョッパ動作、および（３）反転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、本実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換装置１Ａによれば、ダイオードブリッジ回路（図７の符号１３、図８の符号２１）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。
【００３２】
［第２実施形態］
続いて、本発明の第２実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換装置１Ｂについて説明する。図１に示すように、本実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換装置１Ｂは、制御部５Ｂを備えている以外の点において第１実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換装置１Ａと何ら変わりがない。このため、回路構成についての詳細な説明は省略する。
【００３３】
図４に示すように、本実施形態においても、交流入力電圧Ｖａｃの電圧値に応じて制御部５Ｂが各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ５のＯＮ／ＯＦＦ制御を変更する。言い換えると、交流入力電圧Ｖａｃの電圧値に応じてチョッパ部２のチョッパ動作が変更される。
【００３４】
具体的には、本実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換装置１Ｂのチョッパ部２は、（１）交流入力電圧Ｖａｃの電圧値が正である場合は昇降圧チョッパ動作を行い、（２）交流入力電圧Ｖａｃの電圧値が負の場合は反転昇降圧チョッパ動作を行う。これにより、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。
【００３５】
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１Ｂは、図５（Ａ）に示す簡素な等価回路で表現される。
【００３６】
また、本動作においては、第１および第４スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４と、整流ダイオードの役割を果たす第２および第３スイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ３とが交互にＯＮ／ＯＦＦ制御される。すなわち、第１および第４スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わると、同期的に第２および第３スイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ３がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わる。１スイッチング周期Ｔにおける第１および第４スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４のＯＮ時間をＴｏｎ１４とすると、第１および第４スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４のデューティα（＝Ｔｏｎ１４／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】
反転昇降圧チョッパ動作においては、第１実施形態の反転昇降圧チョッパ動作と同様の制御が行われる。すなわち、第４スイッチング素子ＳＷ４が常にＯＮ状態、第２スイッチング素子ＳＷ２および第３スイッチング素子ＳＷ３が常にＯＦＦ状態とされ、かつ第１スイッチング素子ＳＷ１と整流ダイオードの役割を果たす第５スイッチング素子ＳＷ５とが交互にＯＮ／ＯＦＦ制御される（図５（Ｂ）参照）。
【００３８】
以上のように、本実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換装置１Ｂでは、制御部５Ｂがチョッパ部２のチョッパ動作を（１）昇降圧チョッパ動作、および（２）反転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、本実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換装置１Ｂによれば、ダイオードブリッジ回路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。
【００３９】
さらに、模式的に示したスイッチング素子を実際の半導体素子に置き換えた例を図６に示す。同図では、第２スイッチング素子ＳＷ２をダイオードＤ２に、第４スイッチング素子ＳＷ４をｎチャネルＭＯＳＦＥＴのＱ４に置換している。図６に示す回路によれば、ダイオードＤ２のアノードとＦＥＴＱ４のドレインをコイル側に接続することにより、第１実施形態および第２実施形態の全動作を効率的に実施することができる。
【００４０】
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。
【００４１】
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、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１２、図８の符号ＴＨ）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。
【００４２】
より詳しくは、第１実施形態の昇圧チョッパ動作においては、第２スイッチング素子ＳＷ２がＯＮ状態のときに第１入力端６ａ→コイルＬ→第２スイッチング素子ＳＷ２→コンデンサＣｏの経路で突入電流が流れるので、通常時よりも第２スイッチング素子ＳＷ２のＯＮ時間を短くすることで、突入電流の量を制限することができる。また、第１スイッチング素子ＳＷ１がＯＦＦしている状態を長くして、第１実施形態の昇圧チョッパ動作が実質的に行われないようにすることでも突入電流の量を制限することができる。すなわち、直流出力電圧Ｖｄｃの電圧値を緩やかに上昇（ソフトスタート）させることにより、突入電流の量を制限することができる。同様に、第１実施形態の降圧チョッパ動作においては、通常時よりもデューティα（＝Ｔｏｎ１／Ｔ）を低めに設定し、第１スイッチング素子ＳＷ１のＯＮ時間を短くすればよい。
【００４３】
また、第１実施形態および第２実施形態の反転昇降圧チョッパ動作においては、第１スイッチング素子ＳＷ１がＯＦＦ状態に切り替えられたときにコイルＬに蓄積されたエネルギーが第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ティα（＝Ｔｏｎ１／Ｔ）を低めに設定して第１スイッチング素子ＳＷ１のＯＮ時間を短くし、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。同様に、第２実施形態の昇降圧チョッパ動作においては、通常時よりもデューティα（＝Ｔｏｎ１４／Ｔ）を低めに設定して第１および第４スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４のＯＮ時間を短くし、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。
【００４４】
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５Ａ、５Ｂ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】
【００４５】
１Ａ、１Ｂ 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
５Ａ、５Ｂ 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、例えば非特許文献１には図７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、ノイズフィルタ１１と、突入防止回路１２と、ダイオードブリッジ回路１３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１４とを備えている。
【０００３】
また、従来の別のＡＣ／ＤＣ変換装置として、例えば非特許文献２には図８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、ノイズを除去するためのフィルタ回路の後段に突入防止回路として機能するパワーサーミスタＴＨと、ダイオードブリッジ回路２１とを備えている。ＡＣ／ＤＣ変換装置２０は、ダイオードブリッジ回路２１により整流された後の直流電圧がチョッパ回路２２に入力される点が図７に示すＡＣ／ＤＣ変換装置１０と共通している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【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）
【非特許文献２】杉本雅俊、城山博伸、「昇圧コンバータによる力率改善回路の設計」、電源回路設計２００９、ＣＱ出版社、平成２１年５月発行、ｐ．１８４（図３３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記ＡＣ／ＤＣ変換装置１０、２０は、突入防止回路１２、ＴＨとダイオードブリッジ回路１３、２１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、それに応じて上記回路において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。また、上記ＡＣ／ＤＣ変換装置１０、２０は、直流出力電圧Ｖｄｃの電圧値を交流入力電圧Ｖａｃの電圧値よりも低くできないという問題があった。
【０００６】
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、任意の正の出力電圧を出力可能な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】
【０００７】
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１出力端との間に、入力側から出力側にかけて順に第１スイッチング素子、コイルおよび第２スイッチング素子が直列に接続され、第３スイッチング素子の一端が第１スイッチング素子とコイルとの接続部位に接続され、第３スイッチング素子の他端が第２入力端および第２出力端に接続され、第４スイッチング素子の一端がコイルと第２スイッチング素子との接続部位に接続され、第４スイッチング素子の他端が第２入力端および第２出力端に接続され、コンデンサが第２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、第５スイッチング素子の一端が第１スイッチング素子とコイルとの接続部位に接続され、第５スイッチング素子の他端が第１出力端に接続され、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、チョッパ部に昇圧チョッパ動作、降圧チョッパ動作、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。
【０００８】
この構成によれば、交流入力電圧の電圧値に基づいて制御されるチョッパ部が昇圧チョッパ動作、降圧チョッパ動作、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で、各チョッパ動作により交流入力電圧を直接スイッチングするので、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、交流入力電圧よりも高い電圧値を有する直流出力電圧だけでなく、交流入力電圧よりも低い電圧値を有する直流出力電圧も出力することができる。
【０００９】
上記発明に係るＡＣ／ＤＣ変換装置の第１態様として、制御部は、交流入力電圧の電圧値が正であり、かつ目標電圧値よりも低い場合は、チョッパ部に昇圧チョッパ動作を行わせ、交流入力電圧の電圧値が正であり、かつ目標電圧値よりも高い場合は、チョッパ部に降圧チョッパ動作を行わせ、交流入力電圧の電圧値が負の場合は、チョッパ部に反転昇降圧チョッパ動作を行わせることを特徴とする。
【００１０】
より具体的には、昇圧チョッパ動作においては、第１スイッチング素子がオン状態、第３および第５スイッチング素子がオフ状態とされ、かつ第２スイッチング素子と第４スイッチング素子とが交互にオン／オフ制御され、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４および第５スイッチング素子がオフ状態とされ、かつ第１スイッチング素子と第３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４スイッチング素子がオン状態、第２および第３スイッチング素子がオフ状態とされ、かつ第１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。
【００１１】
第１態様に係るＡＣ／ＤＣ変換装置の制御は、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、制御部は、昇圧チョッパ動作における第２スイッチング素子のオン時間を短くする、および／または第１スイッチング素子のオフ時間を長くすることにより、デューティを低く設定することが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、いずれかのスイッチング素子の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。
【００１３】
また、上記課題を解決するために、本発明に係るＡＣ／ＤＣ変換装置の第２態様として、制御部は、交流入力電圧の電圧値が正の場合は、チョッパ部に昇降圧チョッパ動作を行わせ、交流入力電圧の電圧値が負の場合は、チョッパ部に反転昇降圧チョッパ動作を行わせることを特徴とする。
【００１４】
より具体的には、昇降圧チョッパ動作においては、第５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３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４スイッチング素子がオン状態、第２および第３スイッチング素子がオフ状態とされ、かつ第１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。
【００１５】
第２態様に係るＡＣ／ＤＣ変換装置の制御は、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、制御部は、昇降圧チョッパ動作における第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。
【００１６】
この構成によれば、昇降圧チョッパ動作における第１および第４スイッチング素子の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】
【００１７】
本発明によれば、ダイオードブリッジ回路および突入防止回路を省略することができるので、該回路における損失の発生を防ぎ、従来のものよりも効率に優れ、任意の正の出力電圧を出力可能な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】
【００１８】
【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第１実施形態における３つのチョッパ動作との対応関係を示す図である。
【図３】第１実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換装置の等価回路図であって、（Ａ）は昇圧チョッパ動作時、（Ｂ）は降圧チョッパ動作時、（Ｃ）は反転昇降圧チョッパ動作時の等価回路図である。
【図４】交流入力電圧の電圧値と第２実施形態における２つのチョッパ動作との対応関係を示す図である。
【図５】第２実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換装置の等価回路図であって、（Ａ）は昇降圧チョッパ動作時、（Ｂ）は反転昇降圧チョッパ動作時の等価回路図である。
【図６】図１の第２および第４スイッチング素子を実際の半導体素子に置き換えた場合の構成図である。
【図７】従来のＡＣ／ＤＣ変換装置の概略構成図である。
【図８】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】
【００１９】
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。
【００２０】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換装置１Ａの概略構成図である。同図に示すように、ＡＣ／ＤＣ変換装置１Ａ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５Ａを備えている。
【００２１】
チョッパ部２は、第１入力端６ａに一端が接続された第１スイッチング素子ＳＷ１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３スイッチング素子ＳＷ３、第５スイッチング素子ＳＷ５およびコイルＬと、コイルＬ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および第４スイッチング素子ＳＷ４と、第２スイッチング素子ＳＷ２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３スイッチング素子ＳＷ３、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２スイッチング素子ＳＷ２および第５スイッチング素子ＳＷ５の他端はそれぞれ第１出力端７ａに接続されている。各スイッチング素子ＳＷ１〜５は、制御部５ＡによりＯＮ／ＯＦＦ制御される。
【００２２】
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。
【００２３】
図２に示すように、本発明では、交流入力電圧Ｖａｃの電圧値に応じて制御部５Ａ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の電圧値に応じてチョッパ部２のチョッパ動作が変更される。
【００２４】
具体的には、本実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換装置１Ａ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（負荷ＲＬに出力すべき直流出力電圧Ｖｄｃの電圧値）よりも低い場合は昇圧チョッパ動作を行い、（２）交流入力電圧Ｖａｃの電圧値が正であり、かつ目標電圧値Ｖｔよりも高い場合は降圧チョッパ動作を行い、（３）交流入力電圧Ｖａｃの電圧値が負の場合は反転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。
【００２５】
チョッパ部２の３つのチョッパ動作のうち、まず、昇圧チョッパ動作について説明する。本動作においては、第１スイッチング素子ＳＷ１が常にＯＮ状態、第３スイッチング素子ＳＷ３および第５スイッチング素子ＳＷ５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１Ａは、図３（Ａ）に示す簡素な等価回路で表現される。
【００２６】
また、本動作においては、第４スイッチング素子ＳＷ４と整流ダイオードの役割を果たす第２スイッチング素子ＳＷ２とが交互にＯＮ／ＯＦＦ制御される。すなわち、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がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わる。１スイッチング周期Ｔにおける第４スイッチング素子ＳＷ４のＯＮ時間をＴｏｎ４とすると、第４スイッチング素子ＳＷ４のデューティα（＝Ｔｏｎ４／Ｔ）は次式で求めることができる。
デューティα＝１−Ｖａｃの電圧値／Ｖｄｃの電圧値
【００２７】
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、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１Ａは、図３（Ｂ）に示す簡素な等価回路で表現される。
【００２８】
また、本動作においては、第１スイッチング素子ＳＷ１と整流ダイオードの役割を果たす第３スイッチング素子ＳＷ３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がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わると、同期的に第３スイッチング素子ＳＷ３がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わる。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のＯＮ時間をＴｏｎ１とすると、第１スイッチング素子ＳＷ１のデューティα（＝Ｔｏｎ１／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／Ｖａｃの電圧値
【００２９】
反転昇降圧チョッパ動作においては、第４スイッチング素子ＳＷ４が常にＯＮ状態、第２スイッチング素子ＳＷ２および第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１Ａは、図３（Ｃ）に示す簡素な等価回路で表現される。
【００３０】
また、本動作においては、第１スイッチング素子ＳＷ１と整流ダイオードの役割を果たす第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。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のＯＮ時間をＴｏｎ１とすると、第１スイッチング素子ＳＷ１のデューティα（＝Ｔｏｎ１／Ｔ）は次式で求めることができる。ただし、交流入力電圧Ｖａｃの電圧値は負である。
デューティα＝Ｖｄｃの電圧値／（Ｖｄｃの電圧値−Ｖａｃの電圧値）
【００３１】
以上のように、本実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換装置１Ａでは、制御部５Ａがチョッパ部２のチョッパ動作を（１）昇圧チョッパ動作、（２）降圧チョッパ動作、および（３）反転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、本実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換装置１Ａによれば、ダイオードブリッジ回路（図７の符号１３、図８の符号２１）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。
【００３２】
［第２実施形態］
続いて、本発明の第２実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換装置１Ｂについて説明する。図１に示すように、本実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換装置１Ｂは、制御部５Ｂを備えている以外の点において第１実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換装置１Ａと何ら変わりがない。このため、回路構成についての詳細な説明は省略する。
【００３３】
図４に示すように、本実施形態においても、交流入力電圧Ｖａｃの電圧値に応じて制御部５Ｂが各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ５のＯＮ／ＯＦＦ制御を変更する。言い換えると、交流入力電圧Ｖａｃの電圧値に応じてチョッパ部２のチョッパ動作が変更される。
【００３４】
具体的には、本実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換装置１Ｂのチョッパ部２は、（１）交流入力電圧Ｖａｃの電圧値が正である場合は昇降圧チョッパ動作を行い、（２）交流入力電圧Ｖａｃの電圧値が負の場合は反転昇降圧チョッパ動作を行う。これにより、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。
【００３５】
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１Ｂは、図５（Ａ）に示す簡素な等価回路で表現される。
【００３６】
また、本動作においては、第１および第４スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４と、整流ダイオードの役割を果たす第２および第３スイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ３とが交互にＯＮ／ＯＦＦ制御される。すなわち、第１および第４スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わると、同期的に第２および第３スイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ３がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わる。１スイッチング周期Ｔにおける第１および第４スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４のＯＮ時間をＴｏｎ１４とすると、第１および第４スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４のデューティα（＝Ｔｏｎ１４／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】
反転昇降圧チョッパ動作においては、第１実施形態の反転昇降圧チョッパ動作と同様の制御が行われる。すなわち、第４スイッチング素子ＳＷ４が常にＯＮ状態、第２スイッチング素子ＳＷ２および第３スイッチング素子ＳＷ３が常にＯＦＦ状態とされ、かつ第１スイッチング素子ＳＷ１と整流ダイオードの役割を果たす第５スイッチング素子ＳＷ５とが交互にＯＮ／ＯＦＦ制御される（図５（Ｂ）参照）。
【００３８】
以上のように、本実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換装置１Ｂでは、制御部５Ｂがチョッパ部２のチョッパ動作を（１）昇降圧チョッパ動作、および（２）反転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、本実施形態に係るＡＣ／ＤＣ変換装置１Ｂによれば、ダイオードブリッジ回路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。
【００３９】
さらに、模式的に示したスイッチング素子を実際の半導体素子に置き換えた例を図６に示す。同図では、第２スイッチング素子ＳＷ２をダイオードＤ２に、第４スイッチング素子ＳＷ４をｎチャネルＭＯＳＦＥＴのＱ４に置換している。図６に示す回路によれば、ダイオードＤ２のアノードとＦＥＴＱ４のドレインをコイル側に接続することにより、第１実施形態および第２実施形態の全動作を効率的に実施することができる。
【００４０】
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。
【００４１】
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、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１２、図８の符号ＴＨ）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。
【００４２】
より詳しくは、第１実施形態の昇圧チョッパ動作においては、第２スイッチング素子ＳＷ２がＯＮ状態のときに第１入力端６ａ→コイルＬ→第２スイッチング素子ＳＷ２→コンデンサＣｏの経路で突入電流が流れるので、通常時よりも第２スイッチング素子ＳＷ２のＯＮ時間を短くすることで、突入電流の量を制限することができる。また、第１スイッチング素子ＳＷ１がＯＦＦしている状態を長くして、第１実施形態の昇圧チョッパ動作が実質的に行われないようにすることでも突入電流の量を制限することができる。すなわち、直流出力電圧Ｖｄｃの電圧値を緩やかに上昇（ソフトスタート）させることにより、突入電流の量を制限することができる。同様に、第１実施形態の降圧チョッパ動作においては、通常時よりもデューティα（＝Ｔｏｎ１／Ｔ）を低めに設定し、第１スイッチング素子ＳＷ１のＯＮ時間を短くすればよい。
【００４３】
また、第１実施形態および第２実施形態の反転昇降圧チョッパ動作においては、第１スイッチング素子ＳＷ１がＯＦＦ状態に切り替えられたときにコイルＬに蓄積されたエネルギーが第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ティα（＝Ｔｏｎ１／Ｔ）を低めに設定して第１スイッチング素子ＳＷ１のＯＮ時間を短くし、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。同様に、第２実施形態の昇降圧チョッパ動作においては、通常時よりもデューティα（＝Ｔｏｎ１４／Ｔ）を低めに設定して第１および第４スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４のＯＮ時間を短くし、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。
【００４４】
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５Ａ、５Ｂ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】
【００４５】
１Ａ、１Ｂ 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
５Ａ、５Ｂ 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ないし前記第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入力端と前記第１出力端との間に、入力側から出力側にかけて順に前記第１スイッチング素子、前記コイルおよび前記第２スイッチング素子が直列に接続され、
前記第３スイッチング素子の一端が前記第１スイッチング素子と前記コイルとの接続部位に接続され、前記第３スイッチング素子の他端が前記第２入力端および前記第２出力端に接続され、
前記第４スイッチング素子の一端が前記コイルと前記第２スイッチング素子との接続部位に接続され、前記第４スイッチング素子の他端が前記第２入力端および前記第２出力端に接続され、
前記コンデンサが前記第２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、
前記第５スイッチング素子の一端が前記第１スイッチング素子と前記コイルとの接続部位に接続され、前記第５スイッチング素子の他端が前記第１出力端に接続され、
前記制御部は、前記第１ないし前記第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圧チョッパ動作、降圧チョッパ動作、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、
前記交流入力電圧の電圧値が正であり、かつ前記目標電圧値よりも低い場合は、前記チョッパ部に昇圧チョッパ動作を行わせ、
前記交流入力電圧の電圧値が正であり、かつ前記目標電圧値よりも高い場合は、前記チョッパ部に降圧チョッパ動作を行わせ、
前記交流入力電圧の電圧値が負の場合は、前記チョッパ部に反転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】
前記昇圧チョッパ動作においては、前記第１スイッチング素子がオン状態、前記第３および第５スイッチング素子がオフ状態とされ、かつ前記第２スイッチング素子と前記第４スイッチング素子とが交互にオン／オフ制御され、
前記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４および第５スイッチング素子がオフ状態とされ、かつ前記第１スイッチング素子と前記第３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４スイッチング素子がオン状態、前記第２および第３スイッチング素子がオフ状態とされ、かつ前記第１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、前記昇圧チョッパ動作における前記第２スイッチング素子のオン時間を短くする、および／または前記第１スイッチング素子のオフ時間を長くすることにより、デューティを低く設定することを特徴とする請求項２または３に記載のＡＣ／ＤＣ変換装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記交流入力電圧の電圧値が正の場合は、前記チョッパ部に昇降圧チョッパ動作を行わせ、
前記交流入力電圧の電圧値が負の場合は、前記チョッパ部に反転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６】
前記昇降圧チョッパ動作においては、前記第５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３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４スイッチング素子がオン状態、前記第２および第３スイッチング素子がオフ状態とされ、かつ前記第１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５に記載のＡＣ／ＤＣ変換装置。
【請求項７】
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ける第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５または６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ないし前記第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入力端と前記第１出力端との間に、入力側から出力側にかけて順に前記第１スイッチング素子、前記コイルおよび前記第２スイッチング素子が直列に接続され、
前記第３スイッチング素子の一端が前記第１スイッチング素子と前記コイルとの接続部位に接続され、前記第３スイッチング素子の他端が前記第２入力端および前記第２出力端に接続され、
前記第４スイッチング素子の一端が前記コイルと前記第２スイッチング素子との接続部位に接続され、前記第４スイッチング素子の他端が前記第２入力端および前記第２出力端に接続され、
前記コンデンサが前記第２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、
前記第５スイッチング素子の一端が前記第１スイッチング素子と前記コイルとの接続部位に接続され、前記第５スイッチング素子の他端が前記第１出力端に接続され、
前記制御部は、前記第１ないし前記第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圧チョッパ動作、降圧チョッパ動作、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、
前記交流入力電圧の電圧値が正であり、かつ前記目標電圧値よりも低い場合は、前記チョッパ部に昇圧チョッパ動作を行わせ、
前記交流入力電圧の電圧値が正であり、かつ前記目標電圧値よりも高い場合は、前記チョッパ部に降圧チョッパ動作を行わせ、
前記交流入力電圧の電圧値が負の場合は、前記チョッパ部に反転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】
前記昇圧チョッパ動作においては、前記第１スイッチング素子がオン状態、前記第３および第５スイッチング素子がオフ状態とされ、かつ前記第２スイッチング素子と前記第４スイッチング素子とが交互にオン／オフ制御され、
前記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４および第５スイッチング素子がオフ状態とされ、かつ前記第１スイッチング素子と前記第３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４スイッチング素子がオン状態、前記第２および第３スイッチング素子がオフ状態とされ、かつ前記第１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、前記昇圧チョッパ動作における前記第２スイッチング素子のオン時間を短くする、および／または前記第１スイッチング素子のオフ時間を長くすることにより、デューティを低く設定することを特徴とする請求項２または３に記載のＡＣ／ＤＣ変換装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記交流入力電圧の電圧値が正の場合は、前記チョッパ部に昇降圧チョッパ動作を行わせ、
前記交流入力電圧の電圧値が負の場合は、前記チョッパ部に反転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６】
前記昇降圧チョッパ動作においては、前記第５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３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４スイッチング素子がオン状態、前記第２および第３スイッチング素子がオフ状態とされ、かつ前記第１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５に記載のＡＣ／ＤＣ変換装置。
【請求項７】
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ける第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５または６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８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−１３１６６（Ｐ２０１３−１３１６６Ａ）
【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２０１１−１４２４３８（Ｐ２０１１−１４２４３８）
【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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