JP2004072846A

JP2004072846A - Rectifier

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Publication number: JP2004072846A
Application number: JP2002226500A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Mino; 三野　和明
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2002-08-02
Filing date: 2002-08-02
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2022-08-02
Also published as: JP4096656B2

Abstract

【課題】装置の起動時や停電からの復電時、直流平滑用コンデンサに大きな突入電流が流れ、過電流耐量の小さい高速ダイオードやスイッチング素子の寄生ダイオードなどの逆導通機能部が破壊されることのない整流装置を提供する。
【解決手段】スイッチング素子とダイオードとの逆並列接続回路からなるスイッチングアームおよび逆導通機能を有するスイッチング素子の何れかとダイオードを直列接続した直列接続回路、およびダイオード２個を直列接続した直列接続回路の中から、スイッチング素子を含む形で同じもの同士も含めて複数の直列接続回路を並列接続し、該複数の直列接続回路の並列接続点間に並列にコンデンサと負荷を、該複数の直列接続回路のそれぞれの内部接続点と交流電源との間にリアクトルを、交流電源とリアクトルとの接続点と前記複数の直列接続回路の並列接続点の一方または双方との間にダイオードを、それぞれ接続する。
【選択図】　図１A large inrush current flows into a DC smoothing capacitor when a device is started or power is restored after a power failure, and a reverse conducting function unit such as a high-speed diode having a small overcurrent capability and a parasitic diode of a switching element is destroyed. To provide a rectifying device without the need.
A switching arm comprising a switching element and a diode in an anti-parallel connection circuit and a switching element having a reverse conduction function are connected in series with a diode, and a series connection circuit in which two diodes are connected in series. From the inside, a plurality of series connection circuits including the same ones including the switching elements are connected in parallel, and a capacitor and a load are connected in parallel between the parallel connection points of the plurality of series connection circuits, and the plurality of series connection circuits are connected. And a diode between the connection point between the AC power supply and the reactor and one or both of the parallel connection points of the plurality of series connection circuits.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスイッチング素子とダイオードを用いて交流電源から直流を作り出す、いわゆる整流回路に関し、特に交流電源が停電し復電した時や電源起動時に過大な突入電流がスイッチング素子やダイオードに流れ、素子が破壊するのを防止するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０から図１３に、従来の回路方式として単相整流回路の例を示す。図１０と図１１は請求項に示す第２の直列接続回路を２個並列接続した構成、図１２は第１の直列接続回路と第３の直列接続回路を並列接続した構成、図１３は第１の直列接続回路を２個並列接続した構成である。いずれもスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを用いた構成例であり、図示のスイッチング素子と逆並列接続したダイオードはＭＯＳＦＥＴの内部の寄生ダイオードでも代用できる。
【０００３】
図１０において、整流回路２０は、スイッチング素子２０１とダイオード２０５を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０７を直列接続した直列接続回路と、スイッチング素子２０２とダイオード２０６を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０８を直列接続した直列接続回路とを並列接続し、並列接続点２１３を正極直流出力端子、並列接続点２１４を負極直流出力端子とし、スイッチング素子２０１とダイオード２０５を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０７直列接続回路の内部接続点にリアクトル２０９の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子２１１に、スイッチング素子２０２とダイオード２０６を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０８を直列接続した直列接続回路の内部接続点は交流入力端子２１２に、各々接続された構成であり、さらに正極直流出力端子２１３と負極直流出力端子２１４との間にはコンデンサ６と負荷７が、交流入力端子２１１と２１２との間には交流電源１が接続されている。
【０００４】
この構成における動作を以下に説明する。交流電源が正の電圧（図で端子２１１の電圧が端子２１２の電圧よりも大の時）の場合、スイッチング素子２０１をオンすると電流は交流電源１→リアクトル２０９→スイッチング素子２０１→ダイオード２０６→交流電源１の経路で流れて増加する。ここで、スイッチング素子２０１がオフするとリアクトル２０９に流れている電流はリアクトル２０９→ダイオード２０７→コンデンサ６→ダイオード２０６→交流電源１→リアクトル２０９の経路に転流し、負荷にエネルギーが供給される。
【０００５】
一方、交流電源１が負の電圧（図で端子２１２の電圧が端子２１１の電圧よりも大きい時）の場合は、スイッチング素子２０２をスイッチングすることによって同様の動作となる。従って、交流電源１が正の時にはスイッチング素子２０１をスイッチングし、交流電源１が負の時にはスイッチング素子２０２をスイッチングする。このように、スイッチング素子２０１またはスイッチング素子２０２を制御することにより、入力電流を高力率に制御しながら、交流電源から任意の直流（交流電源電圧の最大値以上）得ることができる。
【０００６】
図１１は第２の従来技術を示す回路図である。図１０との違いは、スイッチング素子とダイオードを逆並列接続したスイッチングアームとダイオードを直列接続した直列接続回路の構成が上下アーム逆にしてある点である。
【０００７】
図１１の回路方式における動作原理を説明する。交流電源１が正の電圧の場合、スイッチング素子３０２をオンすると交流電源１→リアクトル３０９→ダイオード３０５→スイッチング素子３０２→交流電源１の経路で電流が増加する。ここで、スイッチング素子３０２をオフさせるとリアクトル３０９に流れている電流はリアクトル３０９→ダイオード３０５→コンデンサ６→ダイオード３０８→交流電源１→リアクトル３０９の経路に転流し、負荷７にエネルギーが供給される。
【０００８】
一方、交流電源１の電圧が負の場合、スイッチング素子３０１をスイッチングすることによって同様の動作となる。従って、交流電源１が正のときにはスイッチング素子３０２をスイッチングし、交流電源１が負のときにはスイッチング素３０１をスイッチングする。このように、スイッチング素子３０２またはスイッチング素子３０１を制御することにより、入力電流を高力率に制御しながら、交流電源から任意の直流（交流電源電圧の最大値以上）を得ることができる。
【０００９】
図１２は第３の従来技術を示す回路図である。整流回路４０は、スイッチング素子４０１とダイオード４０５を逆並列接続したスイッチングアームとスイッチング素子４０２とダイオード４０６を逆並列接続したスイッチングアームとを直列接続した直列接続回路と、ダイオード４１５とダイオード４１６を直列接続した直列接続回路とを並列接続し、並列接続点４１３を正極直流出力端子、並列接続点４１４を負極直流出力端子とし、スイッチング素子４０１とダイオード４０５を逆並列接続したスイッチングアームとスイッチング素子４０２とダイオード４０６を逆並列接続したスイッチングアームとの直列接続回路の内部接続点にリアクトル４０９の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子４１１に、ダイオード４１５とダイオード４１６を直列接続した直列接続回路の内部接続点は交流入力端子４１２に、各々接続された構成であり、さらに正極直流出力端子４１３と負極直流出力端子４１４との間にはコンデンサ６と負荷７が、交流入力端子４１１と４１２との間には交流電源１が、各々接続されている。
【００１０】
図１２の回路構成における動作を説明する。交流電源１が正の電圧の場合、スイッチング素子４０２がオンすると電流は交流電源１→リアクトル４０９→スイッチング素子４０２→ダイオード４１６→交流電源１の経路で流れて増加する。ここで、スイッチング素子４０２がオフするとリアクトル４０９に流れていた電流はリアクトル４０９→ダイオード４０５→コンデンサ６→ダイオード４１６→交流電源１→リアクトル４０９の経路に転流し、負荷にエネルギーが供給される。
【０００１１】
一方、交流電源１の電圧が負の場合、スイッチング素子４０１をスイッチングすることによって同様の動作となる。よって、交流電源１が正のときにはスイッチング素子４０２をスイッチングし、交流電源１が負のときにはスイッチング素子４０１をスイッチングすることにより、入力電流を高力率に制御しながら交流電源から任意の直流（交流電源電圧の最大値以上）を得ることができる。
【０００１２】
図１３は第４の従来技術を示す回路図である。整流回路５０は、スイッチング素子５０１とダイオード５０５を逆並列接続したスイッチングアームとスイッチング素子５０２とダイオード５０６を逆並列接続したスイッチングアームとを直列接続した直列接続回路と、スイッチング素子５０３とダイオード５０７を逆並列接続したスイッチングアームとスイッチング素子５０４とダイオード５０８を逆並列接続したスイッチングアームとを直列接続した直列接続回路とを並列接続し、並列接続点５１３を正極直流出力端子、並列接続点５１４を負極直流出力端子とし、スイッチング素子５０１とダイオード５０５を逆並列接続したスイッチングアームとスイッチング素子５０２とダイオード５０６を逆並列接続したスイッチングアームとの直列接続回路の内部接続点にリアクトル５０９の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子５１１に、スイッチング素子５０３とダイオード５０７を逆並列接続したスイッチングアームとスイッチング素子５０４とダイオード５０８を逆並列接続したスイッチングアームとを直列接続した直列接続回路の内部接続点は交流入力端子５１２に、各々接続された構成であり、さらに正極直流出力端子５１３と負極直流出力端子５１４との間にはコンデンサ６と負荷７が、交流入力端子５１１と５１２との間には交流電源１が接続されている。
【００１３】
以下に図１３における動作例を説明する。交流電源１が正の電圧の場合、スイッチング素子５０３オフ、５０４オンの状態で、スイッチング素５０１オフ、５０２オンとすると、電流は交流電源１→リアクトル５０９→スイッチング素子５０２→ダイオード５０８→交流電源１の経路で流れて増加する。ここで、スイッチング素子５０２をオフ、５０１オンとするとリアクトル５０９に流れていた電流はリアクトル５０９→ダイオード５０５→コンデンサ６→ダイオード５０８→交流電源１→リアクトル５０９の経路に転流し、負荷にエネルギーが供給される。
【００１４】
一方、交流電源１の電圧が負の場合、スイッチング素子５０２オン、５０１オフの状態で、スイッチング素子５０３と５０４をスイッチングすることによって同様の動作となる。よって、交流電源１が正の時にはスイッチング素子５０２をスイッチングし、交流電源１が負の時にはスイッチング素子５０１をスイッチングする。このように、スイッチング素子５０２またはスイッチング素子５０１を制御することによって、入力電流を高力率に制御しながら、交流電圧を任意の直流電圧（交流電源電圧の最大値以上）に変換することができる。図１０〜図１２との違いは、リアクトルの電流をコンデンサに放出する時でも放出経路にあるダイオードと逆並列接続されたスイッチング素子がオンしているため、負荷から電力が回生される場合、この回生電力を交流電源１に回生できる点である。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術において、起動時や停電後に復電した場合、コンデンサ６の電圧よりも交流電源１の電圧の方が大きくなる場合がある。このとき、例えば交流電源１が正の電圧ならば、図１０の回路方式では、交流電源１→リアクトル２０９→ダイオード２０７→コンデンサ６→ダイオード２０６→交流電源１の経路で、図１１の回路方式では、交流電源１→リアクトル３０９→ダイオード３０５→コンデンサ６→ダイオード３０８→交流電源１の経路で、図１２の回路方式では、交流電源１→リアクトル４０９→ダイオード４０５→コンデンサ６→ダイオード４１６→交流電源１の経路で、図１３の回路方式では、交流電源１→リアクトル５０９→ダイオード５０５→コンデンサ６→ダイオード５０８→交流電源１の経路で、それぞれ突入電流が流れ、過大な電流がダイオードやスイッチング素子内部（寄生ダイオードなど）に、流れることになる。
【００１６】
ここで、図１０および図１１に示す整流回路ではスイッチング素子がオンした場合にダイオードが逆回復するので、ダイオード２０７、２０８、３０７および３０８は高速ダイオードが必要である。また、図１２と図１３の回路方式でも同様に、スイッチング素子と逆並列に接続されたダイオード４０５，４０６、５０５〜５０８は逆回復動作となるため、高速ダイオードが必要である。
【００１７】
高速ダイオードやスイッチング素子内部の寄生ダイオードなどの逆導通機能部は過大電流に対する電流耐量が小さく、ダイオードやスイッチング素子が破損してしまう恐れがある。そこで本提案では、高速ダイオードやスイッチング素子内部の寄生ダイオードなどの逆導通機能部に過大電流を流さない小形低価格の整流回路を提供し、装置を安全に動作させることを目的としている。ここで、図１０と図１１に示すダイオード２０５、２０６、３０５、３０６と図１２に示すダイオード４１５、４１６は交流電流の半波波形がそれぞれ流れるので、逆回復することがなく、高速ダイオードを適用する必要はない。
【００１８】
また、ここでは交流電源が単相の場合を例に説明したが、三相の場合も同様に回路構成の違いにより、高速ダイオードが必要な場合とそうでない場合、素子内部の寄生ダイオードなどの逆導通部を使用する場合などがあり、単相と同様の課題があることは言うまでもない。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、スイッチング動作により交流電源から直流を作り出す整流装置において、スイッチング素子とダイオードとの逆並列接続回路からなるスイッチングアームおよび逆導通機能を有するスイッチング素子の中から同じもの同士も含めて何れか二つを直列接続した第１の直列接続回路、スイッチング素子とダイオードとの逆並列接続回路からなるスイッチングアームおよび逆導通機能を有するスイッチング素子の何れかとダイオードを直列接続した第２の直列接続回路、およびダイオード２個を直列接続した第３の直列接続回路の中から、スイッチング素子を含む形で同じもの同士も含めて複数の直列接続回路を並列接続し、該複数の直列接続回路の並列接続点間に並列にコンデンサと負荷を、該複数の直列接続回路のそれぞれの内部接続点と交流電源との間にリアクトルを、交流電源とリアクトルとの接続点と前記複数の直列接続回路の並列接続点の一方または双方との間にダイオードを、それぞれ接続する。
【００２０】
請求項２の発明では、スイッチング動作により交流電源から直流を作り出す整流装置において、スイッチング素子とダイオードとの逆並列接続回路からなるスイッチングアームおよび逆導通機能を有するスイッチング素子の中から同じもの同士も含めて何れか二つを直列接続した第１の直列接続回路、スイッチング素子とダイオードとの逆並列接続回路からなるスイッチングアームおよび逆導通機能を有するスイッチング素子の何れかとダイオードを直列接続した第２の直列接続回路、およびダイオード２個を直列接続した第３の直列接続回路の中から、スイッチング素子を含む形で同じもの同士も含めて複数の直列接続回路を並列接続し、該複数の直列接続回路の並列接続点間に並列にコンデンサと負荷を、該複数の直列接続回路のそれぞれの内部接続点と交流電源との間にリアクトルを、交流電源とリアクトルとの接続点と前記複数の直列接続回路の並列接続点の一方または双方との間にスイッチング素子を、それぞれ接続する。
【００２１】
請求項３の発明では、スイッチング動作により交流電源から直流を作り出す整流装置において、スイッチング素子とダイオードとの逆並列接続回路からなるスイッチングアームおよび逆導通機能を有するスイッチング素子の中から同じもの同士も含めて何れか二つを直列接続した第１の直列接続回路、スイッチング素子とダイオードとの逆並列接続回路からなるスイッチングアームおよび逆導通機能を有するスイッチング素子の何れかとダイオードを直列接続した第２の直列接続回路、およびダイオード２個を直列接続した第３の直列接続回路の中から、スイッチング素子を含む形で同じもの同士も含めて複数の直列接続回路を並列接続し、該複数の直列接続回路の並列接続点間に並列にコンデンサと負荷を、該複数の直列接続回路のそれぞれの内部接続点と交流電源との間にリアクトルを、交流電源とリアクトルとの接続点と前記複数の直列接続回路の並列接続点の一方との間にダイオードを、他方との間にスイッチング素子を、それぞれ接続する。
【００２２】
また、請求項４の発明では、請求項１から３に使用する複数の直列接続回路の内部接続点と交流電源との間にそれぞれ接続した複数のリアクトルとして、一つのコアに複数の巻線を備えた構成とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１から図３は、本発明の請求項１に基づく実施例を示す回路図である。図１と図２は請求項に示す第２の直列接続回路を２個並列接続した構成、図３は第１の直列接続回路と第３の直列接続回路を並列接続した構成である。いずれもスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを用いた構成例であり、図示のスイッチング素子と逆並列接続したダイオードはＭＯＳＦＥＴの内部の寄生ダイオードでも代用できる。また、スイッチング素子としてはＩＧＢＴなど他の素子を適用できることは言うまでもない。
【００２４】
図１において、整流回路２は、スイッチング素子２０１とダイオード２０５を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０７を直列接続した直列接続回路と、スイッチング素子２０２とダイオード２０６を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０８を直列接続した直列接続回路とを並列接続し、並列接続点２１３を正極直流出力端子、並列接続点２１４を負極直流出力端子とし、スイッチング素子２０１とダイオード２０５を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０７を直列接続した直列接続回路の内部接続点にリアクトル２０９の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子２１１に、スイッチング素子２０２とダイオード２０６を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０８を直列接続した直列接続回路の内部接続点にリアクトル２１０の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子２１２に、各々接続された構成であり、さらに正極直流出力端子２１３と負極直流出力端子２１４との間には並列にコンデンサ６と負荷７が、交流入力端子２１１と２１２との間には交流電源１が、交流入力端子２１１と正極直流出力端子２１３との間にはダイオード８が、交流入力端子２１２と正極直流出力端子２１３との間にはダイオード９が、それぞれ接続されている。
【００２５】
起動時や停電からの復電時のように、コンデンサ６の電圧が交流電源１の電圧よりも低い状態から交流電源が立ち上がった場合、交流電源１の電圧が正の時は、交流電源１→ダイオード８→コンデンサ６→ダイオード２０６→リアクトル２１０→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード２０７には突入電流が流れない。また、交流電源１の電圧が負の場合には、交流電源１→ダイオード９→コンデンサ６→ダイオード２０５→リアクトル２０９→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード２０８には突入電流が流れない。
【００２６】
図２における図１との違いは、スイッチング素子とダイオードを逆並列接続したスイッチングアームとダイオードを直列接続した直列接続回路の構成が上下アーム逆にしてある点と、交流入力端子３１１と負極直流出力端子３１４間にダイオード８が、交流入力端子３１２と負極直流出力端子３１４間にダイオード９がそれぞれ接続されている点である。起動時や停電からの復電時のように、コンデンサ６の電圧が交流電源１の電圧よりも低い状態から交流電源が立ち上がった場合、交流電源１の電圧が正ならば交流電源１→リアクトル３０９→ダイオード３０５→コンデンサ６→ダイオード９→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード３０８には突入電流が流れない。また、交流電源１の電圧が負の場合には、交流電源１→リアクトル３１０→ダイオード３０６→コンデンサ６→ダイオード８→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード３０７には突入電流が流れない。
【００２７】
図３において、整流回路４は、スイッチング素子４０１とダイオード４０５を逆並列接続したスイッチングアームとスイッチング素子４０２とダイオード４０６を逆並列接続したスイッチングアームを直列接続した直列接続回路と、ダイオード４１５とダイオード４１６を直列接続した直列接続回路とを並列接続し、並列接続点４１３を正極直流出力端子、並列接続点４１４を負極直流出力端子とし、スイッチング素子４０１とダイオード４０５を逆並列接続したスイッチングアームとスイッチング素子４０２とダイオード４０６を逆並列接続したスイッチングアームを直列接続した直列接続回路の内部接続点にリアクトル４０９の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子４１１に、ダイオード４１５とダイオード４１６を直列接続した直列接続回路の内部接続点にリアクトル４１０の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子４１２に、各々接続した構成であり、さらに正極直流出力端子４１３と負極直流出力端子４１４の間には並列にコンデンサ６と負荷７が、交流入力端子４１１と４１２との間には交流電源１が、交流入力端子４１１と正極直流出力端子４１３との間にはダイオード８が、交流入力端子４１１と負極直流出力端子との間にはダイオード９が、それぞれ接続されている。
【００２８】
このような構成において、起動時や停電からの復電時のように、コンデンサ６の電圧が交流電源１の電圧よりも低い状態から交流電源が立ち上がった場合、交流電源１の電圧が正ならば交流電源１→ダイオード８→コンデンサ６→ダイオード４１６→リアクトル４１０→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード４０５には突入電流が流れない。また、交流電源１の電圧が負の場合には、交流電源１→リアクトル４１０→ダイオード４１５→コンデンサ６→ダイオード９→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード４０６には突入電流が流れない。
【００２９】
図４から図６は、本発明の請求項２に基づく実施例を示す回路図である。図４と図５は請求項に示す第２の直列接続回路を２個並列接続した構成、図６は第１の直列接続回路を２個並列接続した構成である。いずれもスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを用いた構成例であり、図示のスイッチング素子と逆並列接続したダイオードはＭＯＳＦＥＴの内部の寄生ダイオードなどの逆導通機能でも代用できる。また、請求項記載の交流電源とリアクトルとの接続点と前記複数の直列接続回路の並列接続点との間に接続するスイッチング素子としてはサイリスタを用いた実施例である。スイッチング素子としてはＩＧＢＴなど他の素子をダイオードとの複合回路で適用できることは言うまでもない。
【００３０】
図４において、整流回路２は、スイッチング素子２０１とダイオード２０５を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０７を直列接続した直列接続回路と、スイッチング素子２０２とダイオード２０６を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０８を直列接続した直列接続回路とを並列接続し、並列接続点２１３を正極直流出力端子、並列接続点２１４を負極直流出力端子とし、スイッチング素子２０１とダイオード２０５を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０７を直列接続した直列接続回路の内部接続点にリアクトル２０９の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子２１１に、スイッチング素子２０２とダイオード２０６を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０８を直列接続した直列接続回路の内部接続点にリアクトル２１０の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子２１２に、各々接続された構成であり、さらに正極直流出力端子２１３と負極直流出力端子２１４との間には並列にコンデンサ６と負荷７が、交流入力端子２１１と２１２との間には交流電源１が、交流入力端子２１１と負極直流出力端子２１４との間にはサイリスタ１０が、交流入力端子２１２と負極直流出力端子２１４との間にはサイリスタ１１が、それぞれ接続されている。
【００３１】
起動時や停電からの復電時のように、コンデンサ６の電圧が交流電源１の電圧よりも低い状態から交流電源が立ち上がった場合、交流電源１の電圧が正ならばサイリスタ１１を点弧させることにより、交流電源１→リアクトル２０９→ダイオード２０７→コンデンサ６→サイリスタ１１→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード２０６には突入電流が流れない。また、交流電源１の電圧が負の場合には、サイリスタ１０を点弧させることにより、交流電源１→リアクトル２１０→ダイオード２０８→コンデンサ６→サイリスタ１０→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード２０５には突入電流が流れない。また、通常動作状態においては、サイリスタ１０，１１をオフさせることにより、従来と同様の動作となる。
【００３２】
図５における図４との違いは、スイッチング素子とダイオードを逆並列接続したスイッチングアームとダイオードを直列接続した直列接続回路の構成が上下アーム逆にしてある点と、交流入力端子３１１と正極直流出力端子３１３との間にサイリスタ１０が、交流入力端子３１２と正極直流出力端子３１３との間にサイリスタ１１がそれぞれ接続されている点である。
【００３３】
起動時や停電からの復電時のように、コンデンサ６の電圧が交流電源１の電圧よりも低い状態から交流電源が立ち上がった場合、交流電源１の電圧が正ならばサイリスタ１０を点弧させることにより、交流電源１→サイリスタ１０→コンデンサ６→ダイオード３０８→リアクトル３１０→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード３０５には突入電流が流れない。また、交流電源１の電圧が負の場合には、サイリスタ１１を点弧させることにより、交流電源１→サイリスタ１１→コンデンサ６→ダイオード３０７→リアクトル３０９→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード３０６には突入電流が流れない。また、通常動作状態においては、サイリスタ１０，１１をオフさせることにより、従来と同様の動作となる。
【００３４】
図６において、整流回路５は、スイッチング素子５０１とダイオード５０５を逆並列接続したスイッチングアームとスイッチング素子５０２とダイオード５０６を逆並列接続したスイッチングアームを直列接続した直列接続回路と、スイッチング素子５０３とダイオード５０７を逆並列接続したスイッチングアームとスイッチング素子５０４とダイオード５０８を逆並列接続したスイッチングアームを直列接続した直列接続回路とを並列接続し、並列接続点５１３を正極直流出力端子、並列接続点５１４を負極直流出力端子とし、スイッチング素子５０１とダイオード５０５を逆並列接続したスイッチングアームとスイッチング素子５０２とダイオード５０６を逆並列接続したスイッチングアームを直列接続した直列接続回路の内部接続点にリアクトル５０９の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子５１１に、スイッチング素子５０３とダイオード５０７を逆並列接続したスイッチングアームとスイッチング素子５０４とダイオード５０８を逆並列接続したスイッチングアームを直列接続した直列接続回路の内部接続点にリアクトル５１０の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子５１２に、各々接続された構成であり、さらに正極直流出力端子５１３と負極直流出力端子５１４の間には並列にコンデンサ６と負荷７が、交流入力端子５１１と５１２との間には交流電源１が、交流入力端子５１１と正極直流出力端子５１３との間にはサイリスタ１０が、交流入力端子５１１と負極直流出力端子５１４との間にはサイリスタ１２が、交流入力端子５１２と正極直流出力端子５１３との間にはサイリスタ１１が、交流入力端子５１２と負極直流出力端子５１４との間にはサイリスタ１３が、それぞれ接続されている。
【００３５】
このような構成において、起動時や停電からの復電時のように、コンデンサ６の電圧が交流電源１の電圧よりも低い状態から交流電源が立ち上がった場合、交流電源１の電圧が正ならばサイリスタ１０とサイリスタ１３を点弧させることにより、交流電源１→サイリスタ１０→コンデンサ６→サイリスタ１３→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード５０５、５０８には突入電流が流れない。また、交流電源１の電圧が負の場合には、サイリスタ１１と１２を点弧させることにより、交流電源１→サイリスタ１１→コンデンサ６→サイリスタ１２→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のように高速のダイオード５０７、５０６には突入電流が流れない。また、通常動作状態においては、サイリスタ１０〜１３をオフさせることにより、従来と同様の動作となる。
【００３６】
図７と図８は請求項３に基づいた実施例である。
図７において、整流回路２は、スイッチング素子２０１とダイオード２０５を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０７を直列接続した直列接続回路と、スイッチング素子２０２とダイオード２０６を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０８を直列接続した直列接続回路とを並列接続し、並列接続点２１３を正極直流出力端子、並列接続点２１４を負極直流出力端子とし、スイッチング素子２０１とダイオード２０５を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０７を直列接続した直列接続回路の内部接続点にリアクトル２０９の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子２１１に、スイッチング素子２０２とダイオード２０６を逆並列接続したスイッチングアームとダイオード２０８を直列接続した直列接続回路の内部接続点にリアクトル２１０の一端を、該リアクトルの他端は交流入力端子２１２に、各々接続された構成であり、さらに正極直流出力端子２１３と負極直流出力端子２１４との間には並列にコンデンサ６と負荷７が、交流入力端子２１１と２１２との間には交流電源１が、交流入力端子２１１と正極直流出力端子２１３との間にはダイオード８が、交流入力端子２１２と正極直流出力端子２１３との間にはダイオード９が、交流入力端子２１１と負極直流出力端子２１４との間にはサイリスタ１０が、交流入力端子２１２と負極直流出力端子２１４との間にはサイリスタ１１が、それぞれ接続されている。
【００３７】
起動時や停電からの復電時のように、コンデンサ６の電圧が交流電源１の電圧よりも低い状態から交流電源が立ち上がった場合、交流電源１の電圧が正の時は、サイリスタ１１を点弧することにより、交流電源１→ダイオード８→コンデンサ６→サイリスタ１１→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード２０７、２０６には突入電流が流れない。また、交流電源１の電圧が負の場合には、サイリスタ１０を点弧させることにより、交流電源１→ダイオード９→コンデンサ６→サイリスタ１０→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード２０８、２０５には突入電流が流れない。また、通常動作状態においては、サイリスタ１０，１１をオフさせることにより、従来と同様の動作となる。
【００３８】
図８における図７との違いは、スイッチング素子とダイオードを逆並列接続したスイッチングアームとダイオードを直列接続した直列接続回路の構成が上下アーム逆にしてある点と、交流入力端子３１１と正極直流出力端子３１３との間にサイリスタ１０が、交流入力端子３１２と正極直流出力端子３１３との間にサイリスタ１１が、交流入力端子３１１と負極直流出力端子３１４との間にダイオード８が、交流入力端子３１２と負極直流出力端子３１４の間にダイオード９が、それぞれ接続されている点である。
【００３９】
起動時や停電からの復電時のように、コンデンサ６の電圧が交流電源１の電圧よりも低い状態から交流電源が立ち上がった場合、交流電源１の電圧が正の時は、サイリスタ１０を点弧させることにより、交流電源１→サイリスタ１０→コンデンサ６→ダイオード９→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード３０５、３０８には突入電流が流れない。また、交流電源１の電圧が負の場合には、サイリスタ１１を点弧させることにより、交流電源１→サイリスタ１１→コンデンサ６→ダイオード８→交流電源１の経路で突入電流が流れ、従来のようにダイオード３０６、３０７には突入電流が流れない。また、通常動作状態においては、サイリスタ１０，１１をオフさせることにより、従来と同様の動作となる。
【００４０】
図９は請求項４に基づく実施例である。請求項１から請求項３の発明においては、従来整流回路の交流入力に１個のリアクトルを使用していたが、本発明では上記説明から分かるように、単相入力の場合は２個、三相入力の場合は３個必要となる。請求項４はこれら複数のリアクトルのコアを共通にすることにより、部品点数を削減するものである。
【００４１】
前述の全てに適用可能であるが、ここでは、前述の実施例図７に適用した場合について説明する。図９に示すように、リアクトルのコアを結合させると、回路構成は図９（ａ）、リアクトルの巻線構成は図９（ｂ）となる。ここで、定常動作時交流電源１の電圧が正の場合、スイッチング素子２０１がオンすると、交流電源１→リアクトル２１７のＡ端子→リアクトル２１７のＢ端子→スイッチング素子２０１→ダイオード２０６→リアクトル２１７のＣ端子→リアクトル２１７のＤ端子→交流電源１の経路で電流が流れ、Ｂ点を基準にするとＡ点には正の電圧が、Ｄ点を基準とするとＣ点には正の電圧が、それぞれ印加されている。
【００４２】
また、スイッチング素子２０１がオフすると電流はリアクトル２１７のＢ端子→ダイオード２０７→コンデンサ６→ダイオード２０６→リアクトル２１７のＣ端子→リアクトル２１７のＤ端子→交流電源１→リアクトル２１７のＡ端子→リアクトル２１７のＢ端子の経路に転流し、Ａ点を基準にするとＢ点には正の電圧が、Ｃ点を基準とするとＤ点には正の電圧が、それぞれ印加されている。
【００４３】
従って、Ａ点を基準にＢ点の電圧が正のときに発生する磁束とＣ点を基準にＤ点の電圧が正のときに発生する磁束が同じ方向になるように、コア３５１に銅線３５２を巻くことにより、二つの巻線によって励磁される磁束はお互いに強め合うように動作するので、リアクトル２１７のＡＢ間およびＣＤ間はそれぞれリアクトルとして動作する。以上のような動作原理になるように、リアクトルを図９（ｂ）のような構成にすることで、一つの部品で二つのリアクトルを構成することができ、部品点数の削減、小形軽量化、低コスト化が可能となる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、起動時や停電からの復電時の突入電流の流れる経路を、電流耐量の大きなダイオードやサイリスタなどを用いてバイパスさせることが可能となり、整流回路内の高速ダイオードやスイッチング素子の寄生ダイオード等の逆導通機能部に突入電流が流れるのを防止できるので、装置を破壊することなく安全に動作させることができる。また、リアクトルのコアを共通化することにより、部品点数の増加を最低限に抑えることができ、装置の小型軽量化と低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の請求項１に基づいた第１の実施例を示す回路図である。
【図２】本発明の請求項１に基づいた第２の実施例を示す回路図である。
【図３】本発明の請求項１に基づいた第３の実施例を示す回路図である。
【図４】本発明の請求項２に基づいた第１の実施例を示す回路図である。
【図５】本発明の請求項２に基づいた第２の実施例を示す回路図である。
【図６】本発明の請求項２に基づいた第３の実施例を示す回路図である。
【図７】本発明の請求項３に基づいた第１の実施例を示す回路図である。
【図８】本発明の請求項３に基づいた第２の実施例を示す回路図である。
【図９】本発明の請求項４に基づいた実施例を示す回路図である。
【図１０】従来技術に基づいた第１の実施例を示す回路図である。
【図１１】従来技術に基づいた第２の実施例を示す回路図である。
【図１２】従来技術に基づいた第３の実施例を示す回路図である。
【図１３】従来技術に基づいた第４の実施例を示す回路図である。
【符号の説明】
１・・・・交流電源
２、３、４、５、２０、３０、４０、５０・・・・整流回路
６・・・・コンデンサ
７・・・・負荷
８、９、２０５〜２０８、３０５〜３０８、４０５、４０６、４１５、４１６、５０５〜５０８・・・・ダイオード
１０〜１３・・・・サイリスタ
２０９、２１０、３０９、３１０、４０９、４１０、５０９、５１０、２１７
・・・・リアクトル
２１１、２１２、３１１、３１２、４１１、４１２、５１１、５１２
・・・・交流入力端子
２１３、３１３、４１３、５１３・・・・正極直流出力端子
２１４、３１４、４１４、５１４・・・・負極直流出力端子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a so-called rectifier circuit that uses a switching element and a diode to generate DC from an AC power supply, and particularly when an AC power supply fails and is restored or when the power supply starts, an excessive rush current flows through the switching element or the diode, and The present invention relates to a technique for preventing destruction.
[0002]
[Prior art]
FIGS. 10 to 13 show examples of a single-phase rectifier circuit as a conventional circuit system. 10 and 11 show a configuration in which two second series connection circuits described in claims are connected in parallel, FIG. 12 shows a configuration in which a first series connection circuit and a third series connection circuit are connected in parallel, and FIG. This is a configuration in which two series-connected circuits are connected in parallel. In each case, a MOSFET is used as a switching element, and a diode connected in anti-parallel to the switching element shown in the drawing can be replaced with a parasitic diode inside the MOSFET.
[0003]
10, a rectifier circuit 20 includes a switching arm in which a switching element 201 and a diode 205 are connected in anti-parallel and a series connection circuit in which a diode 207 is connected in series, a switching arm in which a switching element 202 and a diode 206 are connected in anti-parallel, and a diode 208 Are connected in parallel, a parallel connection point 213 is a positive DC output terminal, a parallel connection point 214 is a negative DC output terminal, and a switching arm and a diode 207 in which the switching element 201 and the diode 205 are connected in reverse parallel. One end of a reactor 209 is connected to an internal connection point of the series connection circuit, and the other end of the reactor is connected to an AC input terminal 211, and a switching arm in which a switching element 202 and a diode 206 are connected in reverse parallel and a diode 208 are connected in series. Are connected to the AC input terminal 212, respectively. Further, the capacitor 6 and the load 7 are connected between the positive DC output terminal 213 and the negative DC output terminal 214, and the AC input terminals 211 and 212 are connected to each other. The AC power supply 1 is connected between the two.
[0004]
The operation in this configuration will be described below. When the AC power supply has a positive voltage (when the voltage of the terminal 211 is higher than the voltage of the terminal 212 in the figure), when the switching element 201 is turned on, the current is changed from the AC power supply 1 → reactor 209 → switching element 201 → diode 206 → AC It flows in the path of the power supply 1 and increases. Here, when the switching element 201 is turned off, the current flowing through the reactor 209 is commutated to the path of the reactor 209 → the diode 207 → the capacitor 6 → the diode 206 → the AC power supply 1 → the reactor 209, and energy is supplied to the load.
[0005]
On the other hand, when the AC power supply 1 has a negative voltage (when the voltage of the terminal 212 is higher than the voltage of the terminal 211 in the figure), the same operation is performed by switching the switching element 202. Therefore, when AC power supply 1 is positive, switching element 201 is switched, and when AC power supply 1 is negative, switching element 202 is switched. As described above, by controlling the switching element 201 or the switching element 202, it is possible to obtain an arbitrary DC (more than the maximum value of the AC power supply voltage) from the AC power supply while controlling the input current to a high power factor.
[0006]
FIG. 11 is a circuit diagram showing a second conventional technique. The difference from FIG. 10 is that the configuration of a series connection circuit in which a switching arm and a diode are connected in series and a switching element and a diode are connected in reverse parallel is reversed in the upper and lower arms.
[0007]
The operation principle of the circuit system shown in FIG. 11 will be described. When the AC power supply 1 has a positive voltage, when the switching element 302 is turned on, the current increases in the path of the AC power supply 1 → reactor 309 → diode 305 → switching element 302 → AC power supply 1. Here, when the switching element 302 is turned off, the current flowing through the reactor 309 is diverted to the path of the reactor 309 → the diode 305 → the capacitor 6 → the diode 308 → the AC power supply 1 → the reactor 309, and the load 7 is supplied with energy. .
[0008]
On the other hand, when the voltage of the AC power supply 1 is negative, the same operation is performed by switching the switching element 301. Therefore, when AC power supply 1 is positive, switching element 302 is switched, and when AC power supply 1 is negative, switching element 301 is switched. As described above, by controlling the switching element 302 or the switching element 301, it is possible to obtain an arbitrary DC (more than the maximum value of the AC power supply voltage) from the AC power supply while controlling the input current to a high power factor.
[0009]
FIG. 12 is a circuit diagram showing a third conventional technique. The rectifier circuit 40 includes a series connection circuit in which a switching arm in which the switching element 401 and the diode 405 are connected in antiparallel, a switching arm in which the switching element 402 and the diode 406 are connected in antiparallel, and a diode 415 and the diode 416 connected in series. The switching arm, the switching element 402, and the diode in which the switching element 401 and the diode 405 are connected in anti-parallel, and the parallel connection point 413 is a positive DC output terminal and the parallel connection point 414 is a negative DC output terminal. One end of a reactor 409 is connected to an internal connection point of a series connection circuit with a switching arm in which 406 is connected in reverse parallel, the other end of the reactor is connected to an AC input terminal 411, and an inside of a series connection circuit in which a diode 415 and a diode 416 are connected in series. Contact The point is a configuration connected to the AC input terminal 412, respectively. Further, a capacitor 6 and a load 7 are provided between the positive DC output terminal 413 and the negative DC output terminal 414, and between the AC input terminals 411 and 412. Are connected to an AC power supply 1 respectively.
[0010]
The operation in the circuit configuration of FIG. 12 will be described. When the AC power supply 1 has a positive voltage, when the switching element 402 is turned on, the current flows through the path of the AC power supply 1 → the reactor 409 → the switching element 402 → the diode 416 → the AC power supply 1 and increases. Here, when the switching element 402 is turned off, the current flowing through the reactor 409 is diverted to the path of the reactor 409 → the diode 405 → the capacitor 6 → the diode 416 → the AC power supply 1 → the reactor 409, and energy is supplied to the load.
[00011]
On the other hand, when the voltage of the AC power supply 1 is negative, the same operation is performed by switching the switching element 401. Therefore, by switching the switching element 402 when the AC power supply 1 is positive, and by switching the switching element 401 when the AC power supply 1 is negative, an arbitrary DC (AC) is controlled from the AC power supply while controlling the input current to a high power factor. Power supply voltage or more).
[00012]
FIG. 13 is a circuit diagram showing a fourth conventional technique. The rectifier circuit 50 includes a series connection circuit in which a switching arm in which the switching element 501 and the diode 505 are connected in anti-parallel, a switching arm in which the switching element 502 and the diode 506 are connected in anti-parallel, and a switching element 503 and the diode 507 which are connected in series. A switching arm connected in parallel and a series connection circuit in which a switching element 504 and a switching arm in which a diode 508 are connected in anti-parallel are connected in parallel. A parallel connection point 513 is a positive DC output terminal, and a parallel connection point 514 is a negative DC output. The reactor 509 is connected to an internal connection point of a series connection circuit of an output terminal and a switching arm in which the switching element 501 and the diode 505 are connected in anti-parallel and a switching arm in which the switching element 502 and the diode 506 are connected in anti-parallel. A series connection circuit in which a switching arm having a switching element 503 and a diode 507 connected in anti-parallel and a switching arm having a switching element 504 and a diode 508 connected in anti-parallel are connected in series to the AC input terminal 511 at the other end of the reactor. Are connected to an AC input terminal 512, respectively. Further, a capacitor 6 and a load 7 are provided between a positive DC output terminal 513 and a negative DC output terminal 514, and the AC input terminals 511 and 512 are connected to each other. The AC power supply 1 is connected between the two.
[0013]
Hereinafter, an operation example in FIG. 13 will be described. When the AC power supply 1 has a positive voltage, when the switching elements 501 are turned off and 502 are turned on while the switching elements 503 are turned off and 504 are turned on, the current is changed from the AC power supply 1 → reactor 509 → switching element 502 → diode 508 → AC power supply 1 Flowing along the path increases. Here, when the switching element 502 is turned off and turned on, the current flowing through the reactor 509 is commutated to the path of the reactor 509 → diode 505 → capacitor 6 → diode 508 → AC power supply 1 → reactor 509 to supply energy to the load. Is done.
[0014]
On the other hand, when the voltage of the AC power supply 1 is negative, the same operation is performed by switching the switching elements 503 and 504 while the switching element 502 is on and 501 is off. Therefore, when AC power supply 1 is positive, switching element 502 is switched, and when AC power supply 1 is negative, switching element 501 is switched. As described above, by controlling the switching element 502 or the switching element 501, the AC voltage can be converted to an arbitrary DC voltage (more than the maximum value of the AC power supply voltage) while controlling the input current to a high power factor. . The difference from FIG. 10 to FIG. 12 is that even when discharging the current of the reactor to the capacitor, the switching element connected in anti-parallel with the diode in the discharging path is turned on. The point is that the regenerative electric power can be regenerated to the AC power supply 1.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
In the related art, when the power is restored at the time of startup or after a power failure, the voltage of the AC power supply 1 may be higher than the voltage of the capacitor 6 in some cases. At this time, if the AC power supply 1 has a positive voltage, for example, in the circuit system of FIG. 10, the AC power supply 1 → reactor 209 → diode 207 → capacitor 6 → diode 206 → AC power supply 1 In the circuit system of FIG. 12, AC power supply 1 → reactor 309 → diode 305 → capacitor 6 → diode 308 → AC power supply 1; AC power supply 1 → reactor 409 → diode 405 → capacitor 6 → diode 416 → AC power supply 1 In the circuit shown in FIG. 13, in the path of AC power supply 1 → reactor 509 → diode 505 → capacitor 6 → diode 508 → AC power supply 1, an inrush current flows, and excessive current flows inside the diode or the switching element. (Such as a parasitic diode).
[0016]
Here, in the rectifier circuits shown in FIGS. 10 and 11, when the switching element is turned on, the diode reversely recovers, so that the diodes 207, 208, 307, and 308 need high-speed diodes. 12 and 13, the diodes 405, 406, and 505 to 508 connected in antiparallel with the switching elements perform a reverse recovery operation, and thus require a high-speed diode.
[0017]
The reverse conducting function section such as a high-speed diode or a parasitic diode inside the switching element has a small current withstand capacity against an excessive current, and the diode and the switching element may be damaged. In view of the above, an object of the present proposal is to provide a small and inexpensive rectifier circuit that does not allow an excessive current to flow through a reverse conducting function unit such as a high-speed diode or a parasitic diode inside a switching element, and to operate the device safely. Here, the diodes 205, 206, 305, and 306 shown in FIGS. 10 and 11 and the diodes 415 and 416 shown in FIG. 12 each have a half-wave waveform of an alternating current. do not have to.
[0018]
Also, here, the case where the AC power supply is a single phase is described as an example, but also in the case of a three-phase AC power supply, if a high-speed diode is required or not due to a difference in circuit configuration, a reverse diode such as a parasitic diode inside the element is used. It is needless to say that there is a case where a conducting portion is used and there is a problem similar to that of a single phase.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a problem, according to the first aspect of the present invention, in a rectifier that generates a DC from an AC power supply by a switching operation, a switching arm including a reverse-parallel connection circuit of a switching element and a diode, and a switching having a reverse conduction function. A first series connection circuit in which any two of the elements including the same element are connected in series, a switching arm including an anti-parallel connection circuit of a switching element and a diode, and a switching element having a reverse conduction function; From a second series connection circuit in which diodes are connected in series and a third series connection circuit in which two diodes are connected in series, a plurality of series connection circuits including the same ones including switching elements are connected in parallel. And a capacitor and a load are connected in parallel between the parallel connection points of the plurality of series connection circuits. A reactor is provided between each of the internal connection points of the plurality of series connection circuits and the AC power supply, and a diode is provided between a connection point between the AC power supply and the reactor and one or both of the parallel connection points of the plurality of series connection circuits. Are connected respectively.
[0020]
According to a second aspect of the present invention, in the rectifier for generating a direct current from an AC power supply by a switching operation, a rectifying device including a switching arm including an anti-parallel connection circuit of a switching element and a diode and a switching element having a reverse conduction function include the same ones. A first series connection circuit in which any two are connected in series, a switching arm composed of an anti-parallel connection circuit of a switching element and a diode, and a second series in which a diode is connected in series with one of the switching elements having a reverse conduction function. From the connection circuit and the third series connection circuit in which two diodes are connected in series, a plurality of series connection circuits including the same ones including the switching element are connected in parallel, and the plurality of series connection circuits are connected. A capacitor and a load are connected in parallel between the parallel connection points. Of the reactor between the internal junction point and the AC power source, a switching element between one or both of the parallel connection point of the AC power source and the plurality of series connection circuit and the connection point of the reactor, connected respectively.
[0021]
According to a third aspect of the present invention, in the rectifier for generating a direct current from an AC power supply by a switching operation, a rectifying device including a switching arm having a reverse-parallel connection circuit of a switching element and a diode and a switching element having a reverse conduction function include the same ones. A first series connection circuit in which any two are connected in series, a switching arm composed of an anti-parallel connection circuit of a switching element and a diode, and a second series in which a diode is connected in series with one of the switching elements having a reverse conduction function. From the connection circuit and the third series connection circuit in which two diodes are connected in series, a plurality of series connection circuits including the same ones including the switching element are connected in parallel, and the plurality of series connection circuits are connected. A capacitor and a load are connected in parallel between the parallel connection points. A reactor between the internal connection point of the AC power supply and a diode between the connection point of the AC power supply and the reactor and one of the parallel connection points of the plurality of series connection circuits, and a switching element between the other. , Connect each.
[0022]
In the invention of claim 4, a plurality of windings are provided on one core as a plurality of reactors respectively connected between the internal connection points of the plurality of series connection circuits used in claim 1 and the AC power supply. A configuration is provided.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIGS. 1 to 3 are circuit diagrams showing an embodiment according to claim 1 of the present invention. 1 and 2 show a configuration in which two second series connection circuits described in claims are connected in parallel, and FIG. 3 shows a configuration in which a first series connection circuit and a third series connection circuit are connected in parallel. In each case, a MOSFET is used as a switching element, and a diode connected in anti-parallel to the switching element shown in the drawing can be replaced with a parasitic diode inside the MOSFET. Needless to say, another element such as an IGBT can be applied as the switching element.
[0024]
In FIG. 1, a rectifying circuit 2 includes a switching arm in which a switching element 201 and a diode 205 are connected in anti-parallel and a series connection circuit in which a diode 207 is connected in series, a switching arm in which a switching element 202 and a diode 206 are connected in anti-parallel, and a diode 208 Are connected in parallel, a parallel connection point 213 is a positive DC output terminal, a parallel connection point 214 is a negative DC output terminal, and a switching arm and a diode 207 in which the switching element 201 and the diode 205 are connected in reverse parallel. One end of the reactor 209 is connected to the internal connection point of the series connection circuit in which the switching element 202 and the diode 206 are connected in series to the switching arm and the diode 208 are connected in reverse parallel to the AC input terminal 211. One end of the reactor 210 is connected to the internal connection point of the column connection circuit, and the other end of the reactor is connected to the AC input terminal 212. Further, between the positive DC output terminal 213 and the negative DC output terminal 214 , A capacitor 6 and a load 7 in parallel, an AC power supply 1 between the AC input terminals 211 and 212, a diode 8 between the AC input terminal 211 and the positive DC output terminal 213, and a The diodes 9 are connected to the positive DC output terminal 213, respectively.
[0025]
When the voltage of the capacitor 6 rises from a state where the voltage of the capacitor 6 is lower than the voltage of the AC power supply 1, such as at the time of start-up or power recovery from a power failure, when the voltage of the AC power supply 1 is positive, the AC power supply 1 → An inrush current flows through the route of the diode 8 → the capacitor 6 → the diode 206 → the reactor 210 → the AC power supply 1, and no inrush current flows through the diode 207 as in the conventional case. When the voltage of the AC power supply 1 is negative, an inrush current flows through the path of the AC power supply 1 → diode 9 → capacitor 6 → diode 205 → reactor 209 → AC power supply 1, and the inrush current flows into the diode 208 as in the conventional case. No current flows.
[0026]
2 differs from FIG. 1 in that the configuration of a series connection circuit in which a switching arm and a diode are connected in series and a switching element and a diode are connected in series is reversed, and that an AC input terminal 311 and a negative DC output are connected. The diode 8 is connected between the terminals 314, and the diode 9 is connected between the AC input terminal 312 and the negative DC output terminal 314. When the AC power supply rises from a state in which the voltage of the capacitor 6 is lower than the voltage of the AC power supply 1, such as when starting up or when recovering from a power failure, if the AC power supply 1 voltage is positive, the AC power supply 1 → reactor 309 An inrush current flows through the path of → diode 305 → capacitor 6 → diode 9 → AC power supply 1, and no inrush current flows through diode 308 as in the prior art. When the voltage of the AC power supply 1 is negative, an inrush current flows through the path of the AC power supply 1 → reactor 310 → diode 306 → capacitor 6 → diode 8 → AC power supply 1, and the rush current flows into the diode 307 as in the conventional case. No current flows.
[0027]
In FIG. 3, a rectifier circuit 4 includes a series connection circuit in which a switching arm in which a switching element 401 and a diode 405 are connected in anti-parallel, a switching arm in which a switching element 402 and a diode 406 are connected in anti-parallel, and a diode 415 and a diode 416. And a switching arm and a switching element in which a parallel connection point 413 is a positive DC output terminal, a parallel connection point 414 is a negative DC output terminal, and a switching element 401 and a diode 405 are connected in reverse parallel. One end of a reactor 409 is connected to an internal connection point of a series connection circuit in which switching arms in which a 402 and a diode 406 are connected in reverse parallel are connected to the AC input terminal 411 at the other end of the reactor, and a diode 415 and a diode 416 are connected in series. One end of a reactor 410 is connected to an internal connection point of the column connection circuit, and the other end of the reactor is connected to an AC input terminal 412, and a parallel connection is made between a positive DC output terminal 413 and a negative DC output terminal 414. A capacitor 6 and a load 7, an AC power supply 1 between the AC input terminals 411 and 412, a diode 8 between the AC input terminal 411 and the positive DC output terminal 413, and an AC input terminal 411 and the negative DC Diodes 9 are connected between the output terminals.
[0028]
In such a configuration, when the AC power supply rises from a state in which the voltage of the capacitor 6 is lower than the voltage of the AC power supply 1, such as at the time of startup or power recovery from a power failure, if the voltage of the AC power supply 1 is positive, An inrush current flows through the path of AC power supply 1 → diode 8 → capacitor 6 → diode 416 → reactor 410 → AC power supply 1, and no inrush current flows through diode 405 as in the related art. When the voltage of the AC power supply 1 is negative, an inrush current flows through the path of the AC power supply 1, the reactor 410, the diode 415, the capacitor 6, the diode 9, and the AC power supply 1. No current flows.
[0029]
FIGS. 4 to 6 are circuit diagrams showing an embodiment according to claim 2 of the present invention. 4 and 5 show a configuration in which two second series connection circuits described in claims are connected in parallel, and FIG. 6 shows a configuration in which two first series connection circuits are connected in parallel. In each case, a MOSFET is used as a switching element, and a diode connected in anti-parallel to the switching element shown in the figure can be replaced by a reverse conduction function such as a parasitic diode inside the MOSFET. Further, in the embodiment, a thyristor is used as a switching element connected between a connection point between the AC power supply and the reactor and a parallel connection point of the plurality of series connection circuits. It goes without saying that another element such as an IGBT can be applied as a switching element in a composite circuit with a diode.
[0030]
In FIG. 4, a rectifier circuit 2 includes a switching arm in which a switching element 201 and a diode 205 are connected in anti-parallel and a series connection circuit in which a diode 207 is connected in series, a switching arm in which a switching element 202 and a diode 206 are connected in anti-parallel and a diode 208 Are connected in parallel, a parallel connection point 213 is a positive DC output terminal, a parallel connection point 214 is a negative DC output terminal, and a switching arm and a diode 207 in which the switching element 201 and the diode 205 are connected in reverse parallel. One end of the reactor 209 is connected to the internal connection point of the series connection circuit in which the switching element 202 and the diode 206 are connected in series to the switching arm and the diode 208 are connected in reverse parallel to the AC input terminal 211. One end of the reactor 210 is connected to the internal connection point of the column connection circuit, and the other end of the reactor is connected to the AC input terminal 212. Further, between the positive DC output terminal 213 and the negative DC output terminal 214 , A capacitor 6 and a load 7 in parallel, an AC power supply 1 between the AC input terminals 211 and 212, a thyristor 10 between the AC input terminal 211 and the negative DC output terminal 214, The thyristors 11 are connected to the negative DC output terminals 214, respectively.
[0031]
When the AC power supply rises from a state in which the voltage of the capacitor 6 is lower than the voltage of the AC power supply 1, such as at the time of startup or power recovery from a power failure, the thyristor 11 is fired if the voltage of the AC power supply 1 is positive. As a result, an inrush current flows through the path of AC power supply 1 → reactor 209 → diode 207 → capacitor 6 → thyristor 11 → AC power supply 1, and no inrush current flows through diode 206 as in the related art. When the voltage of the AC power supply 1 is negative, the thyristor 10 is ignited, so that an inrush current flows through the path of the AC power supply 1 → reactor 210 → diode 208 → capacitor 6 → thyristor 10 → AC power supply 1, No rush current flows through the diode 205 as in the related art. In the normal operation state, by turning off the thyristors 10 and 11, the operation becomes the same as the conventional operation.
[0032]
The difference between FIG. 5 and FIG. 4 is that the configuration of a series connection circuit in which a switching arm and a diode are connected in series and a switching element and a diode are connected in series is reversed, and an AC input terminal 311 and a positive DC output are connected. The thyristor 10 is connected between the terminal 313 and the thyristor 11 is connected between the AC input terminal 312 and the positive DC output terminal 313.
[0033]
When the AC power supply rises from a state in which the voltage of the capacitor 6 is lower than the voltage of the AC power supply 1, such as at the time of startup or power recovery from a power failure, the thyristor 10 is fired if the voltage of the AC power supply 1 is positive. As a result, an inrush current flows through the path of AC power supply 1 → thyristor 10 → capacitor 6 → diode 308 → reactor 310 → AC power supply 1, and no inrush current flows through diode 305 as in the related art. When the voltage of the AC power supply 1 is negative, the thyristor 11 is ignited, so that an inrush current flows through the path of the AC power supply 1 → the thyristor 11 → the capacitor 6 → the diode 307 → the reactor 309 → the AC power supply 1; No rush current flows through the diode 306 as in the related art. In the normal operation state, by turning off the thyristors 10 and 11, the operation becomes the same as the conventional operation.
[0034]
6, a rectifier circuit 5 includes a series connection circuit in which a switching arm in which a switching element 501 and a diode 505 are connected in anti-parallel, a switching arm in which a switching element 502 and a diode 506 are connected in anti-parallel, a switching element 503, and a diode. A switching arm 507 is connected in anti-parallel and a series connection circuit in which a switching element 504 and a diode 508 are connected in series is connected in parallel. A parallel connection point 513 is connected to a positive DC output terminal, and a parallel connection point 514 is connected. An internal connection point of a series connection circuit in which a switching arm in which a switching element 501 and a diode 505 are connected in anti-parallel and a switching arm in which a switching element 502 and a diode 506 are connected in anti-parallel are connected in series as a negative DC output terminal. One end of the reactor 509, the other end of the reactor is connected to the AC input terminal 511, and a switching arm in which the switching element 503 and the diode 507 are connected in anti-parallel and a switching arm in which the switching element 504 and the diode 508 are connected in anti-parallel are connected in series. One end of a reactor 510 is connected to an internal connection point of the connection circuit, and the other end of the reactor is connected to an AC input terminal 512, and a parallel connection is made between a positive DC output terminal 513 and a negative DC output terminal 514. A capacitor 6 and a load 7, an AC power supply 1 between the AC input terminals 511 and 512, a thyristor 10 between the AC input terminal 511 and the positive DC output terminal 513, and an AC input terminal 511 and the negative DC A thyristor 12 is provided between the output terminal 514 and the AC input terminal 512 and the positive DC output terminal. Thyristor 11 is between 513, thyristor 13 between the AC input terminal 512 and the negative DC output terminal 514 are connected, respectively.
[0035]
In such a configuration, when the AC power supply rises from a state in which the voltage of the capacitor 6 is lower than the voltage of the AC power supply 1, such as at the time of startup or power recovery from a power failure, if the voltage of the AC power supply 1 is positive, By igniting the thyristors 10 and 13, an inrush current flows through the path of the AC power supply 1 → the thyristor 10 → the capacitor 6 → the thyristor 13 → the AC power supply 1, and an inrush current flows through the diodes 505 and 508 as in the conventional case. Absent. When the voltage of the AC power supply 1 is negative, the thyristors 11 and 12 are ignited, so that an inrush current flows through the path of the AC power supply 1 → the thyristor 11 → the capacitor 6 → the thyristor 12 → the AC power supply 1. No rush current flows through the high-speed diodes 507 and 506 as shown in FIG. In the normal operation state, by turning off the thyristors 10 to 13, the operation becomes the same as the conventional operation.
[0036]
7 and 8 show an embodiment based on claim 3.
In FIG. 7, a rectifier circuit 2 includes a switching circuit in which a switching element 201 and a diode 205 are connected in anti-parallel and a series connection circuit in which a diode 207 is connected in series, a switching arm in which a switching element 202 and a diode 206 are connected in anti-parallel, and a diode 208 Are connected in parallel, a parallel connection point 213 is a positive DC output terminal, a parallel connection point 214 is a negative DC output terminal, and a switching arm and a diode 207 in which the switching element 201 and the diode 205 are connected in reverse parallel. One end of the reactor 209 is connected to the internal connection point of the series connection circuit in which the switching element 202 and the diode 206 are connected in series to the switching arm and the diode 208 are connected in reverse parallel to the AC input terminal 211. One end of the reactor 210 is connected to the internal connection point of the column connection circuit, and the other end of the reactor is connected to the AC input terminal 212. Further, between the positive DC output terminal 213 and the negative DC output terminal 214 , A capacitor 6 and a load 7 in parallel, an AC power supply 1 between the AC input terminals 211 and 212, a diode 8 between the AC input terminal 211 and the positive DC output terminal 213, and a The diode 9 is located between the positive DC output terminal 213, the thyristor 10 is located between the AC input terminal 211 and the negative DC output terminal 214, and the thyristor 11 is located between the AC input terminal 212 and the negative DC output terminal 214. Are connected respectively.
[0037]
When the AC power supply rises from a state where the voltage of the capacitor 6 is lower than the voltage of the AC power supply 1 such as when starting up or when recovering from a power failure, the thyristor 11 is turned on when the voltage of the AC power supply 1 is positive. By arcing, an inrush current flows through the path of AC power supply 1 → diode 8 → capacitor 6 → thyristor 11 → AC power supply 1, and no inrush current flows through diodes 207 and 206 as in the related art. When the voltage of the AC power supply 1 is negative, the thyristor 10 is fired, so that an inrush current flows through the path of the AC power supply 1 → the diode 9 → the capacitor 6 → the thyristor 10 → the AC power supply 1, Inrush current does not flow through the diodes 208 and 205. In the normal operation state, by turning off the thyristors 10 and 11, the operation becomes the same as the conventional operation.
[0038]
8 differs from FIG. 7 in that the configuration of a series connection circuit in which a switching arm and a diode are connected in series and a switching element and a diode are connected in series is inverted, and that an AC input terminal 311 and a positive DC output are connected. The thyristor 10 is located between the terminal 313, the thyristor 11 is located between the AC input terminal 312 and the positive DC output terminal 313, the diode 8 is located between the AC input terminal 311 and the negative DC output terminal 314, and the AC input terminal 312 is located. The point is that the diode 9 is connected between the power supply and the negative DC output terminal 314, respectively.
[0039]
When the voltage of the capacitor 6 rises from a state where the voltage of the capacitor 6 is lower than the voltage of the AC power supply 1 such as at the time of startup or power recovery from power failure, the thyristor 10 is turned on when the voltage of the AC power supply 1 is positive. By arcing, an inrush current flows through the path of AC power supply 1 → thyristor 10 → capacitor 6 → diode 9 → AC power supply 1, and no inrush current flows through diodes 305 and 308 as in the conventional case. When the voltage of the AC power supply 1 is negative, the thyristor 11 is fired, so that an inrush current flows through the path of the AC power supply 1 → the thyristor 11 → the capacitor 6 → the diode 8 → the AC power supply 1. No rush current flows through the diodes 306 and 307. In the normal operation state, by turning off the thyristors 10 and 11, the operation becomes the same as the conventional operation.
[0040]
FIG. 9 shows an embodiment according to the fourth aspect. In the inventions of claims 1 to 3, one reactor is conventionally used for the AC input of the rectifier circuit. However, in the present invention, as can be understood from the above description, two reactors are used for a single-phase input, and three reactors are used. In the case of phase input, three are required. Claim 4 reduces the number of parts by making the cores of the plurality of reactors common.
[0041]
Although it is applicable to all of the above, a case where the present invention is applied to the above-described embodiment in FIG. 7 will be described. As shown in FIG. 9, when the cores of the reactors are connected, the circuit configuration is as shown in FIG. 9A, and the winding configuration of the reactor is as shown in FIG. 9B. Here, when the voltage of the AC power supply 1 in the normal operation is positive, when the switching element 201 is turned on, the AC power supply 1 → the A terminal of the reactor 217 → the B terminal of the reactor 217 → the switching element 201 → the diode 206 → the C of the reactor 217 A current flows through the path from the terminal → the D terminal of the reactor 217 → the AC power supply 1, and a positive voltage is applied to the point A with respect to the point B, and a positive voltage is applied to the point C with respect to the point D. Have been.
[0042]
When the switching element 201 is turned off, the current is changed to the terminal B of the reactor 217 → the diode 207 → the capacitor 6 → the diode 206 → the terminal C of the reactor 217 → the terminal D of the reactor 217 → the AC power supply 1 → the terminal A of the reactor 217 → the terminal of the reactor 217. The current commutates to the path of the terminal B, and a positive voltage is applied to the point B with respect to the point A, and a positive voltage is applied to the point D with respect to the point C.
[0043]
Accordingly, the copper wire is attached to the core 351 so that the magnetic flux generated when the voltage at the point B is positive with respect to the point A and the magnetic flux generated when the voltage at the point D is positive with respect to the point C are in the same direction. By winding 352, the magnetic fluxes excited by the two windings operate so as to reinforce each other, so that each of the reactors 217 between AB and CD operates as a reactor. By configuring the reactor as shown in FIG. 9B so that the above-described operation principle is obtained, two reactors can be configured with one component, and the number of components can be reduced, the size and weight can be reduced. Cost reduction becomes possible.
[0044]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to bypass the path | route of the inrush current at the time of starting or at the time of power recovery from a power failure by using a diode or thyristor etc. with a large current withstand, and a high-speed diode and a switching element in a rectifier circuit. Since the inrush current can be prevented from flowing through the reverse conducting function section such as the parasitic diode, the device can be safely operated without destruction. In addition, by using a common reactor core, an increase in the number of components can be suppressed to a minimum, and the device can be reduced in size and weight and cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment according to claim 1 of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a second embodiment according to claim 1 of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a third embodiment according to the first aspect of the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram showing a first embodiment according to claim 2 of the present invention.
FIG. 5 is a circuit diagram showing a second embodiment according to claim 2 of the present invention.
FIG. 6 is a circuit diagram showing a third embodiment according to claim 2 of the present invention.
FIG. 7 is a circuit diagram showing a first embodiment according to claim 3 of the present invention.
FIG. 8 is a circuit diagram showing a second embodiment according to claim 3 of the present invention.
FIG. 9 is a circuit diagram showing an embodiment according to claim 4 of the present invention.
FIG. 10 is a circuit diagram showing a first embodiment based on the prior art.
FIG. 11 is a circuit diagram showing a second embodiment based on the prior art.
FIG. 12 is a circuit diagram showing a third embodiment based on the prior art.
FIG. 13 is a circuit diagram showing a fourth embodiment based on the prior art.
[Explanation of symbols]
1. AC power supply
2, 3, 4, 5, 20, 30, 40, 50 rectifier circuit
6. Capacitor
7. Load
8, 9, 205 to 208, 305 to 308, 405, 406, 415, 416, 505 to 508 ... diode
10-13 ... thyristor
209, 210, 309, 310, 409, 410, 509, 510, 217
.... Reactor
211, 212, 311, 312, 411, 412, 511, 512
.... AC input terminals
213, 313, 413, 513 ... Positive electrode DC output terminal
214, 314, 414, 514... Negative electrode DC output terminal

Claims

In a rectifier that produces a direct current from an alternating current power supply by a switching operation, any two of a switching arm and a switching element having a reverse conducting function, including the same one, are serially connected, including a switching element and a switching element having a reverse conducting function. A connected first series connection circuit, a switching arm composed of an anti-parallel connection circuit of a switching element and a diode, a second series connection circuit in which a diode is connected in series with one of the switching elements having a reverse conduction function, and two diodes Are connected in series from the third series-connected circuit including the same one in a form including a switching element, and are connected in parallel between the parallel connection points of the plurality of series-connected circuits. Capacitors and loads are connected to the internal connection points of each of the A rectifier, wherein a diode is connected between the power source and a reactor, and a diode is connected between a connection point between the AC power supply and the reactor and one or both of the parallel connection points of the plurality of series connection circuits. .

In a rectifier that produces a direct current from an alternating current power supply by a switching operation, any two of a switching arm and a switching element having a reverse conducting function, including the same one, are serially connected, including a switching element and a switching element having a reverse conducting function. A connected first series connection circuit, a switching arm composed of an anti-parallel connection circuit of a switching element and a diode, a second series connection circuit in which a diode is connected in series with one of the switching elements having a reverse conduction function, and two diodes Are connected in series from the third series-connected circuit including the same one in a form including a switching element, and are connected in parallel between the parallel connection points of the plurality of series-connected circuits. Capacitors and loads are connected to the internal connection points of each of the And a switching element connected between a connection point between the AC power supply and the reactor and one or both of the parallel connection points of the plurality of series connection circuits. apparatus.

In a rectifier that produces a direct current from an alternating current power supply by a switching operation, any two of a switching arm and a switching element having a reverse conducting function, including the same one, are serially connected, including a switching element and a switching element having a reverse conducting function. A connected first series connection circuit, a switching arm composed of an anti-parallel connection circuit of a switching element and a diode, a second series connection circuit in which a diode is connected in series with one of the switching elements having a reverse conduction function, and two diodes Are connected in series from the third series-connected circuit including the same one in a form including a switching element, and are connected in parallel between the parallel connection points of the plurality of series-connected circuits. Capacitors and loads are connected to the internal connection points of each of the A reactor is connected to a source, a diode is connected between a connection point between the AC power supply and the reactor, and one of parallel connection points of the plurality of series connection circuits, and a switching element is connected between the other. A rectifier characterized by the above-mentioned.

4. The rectifier according to claim 1, wherein a plurality of reactors are connected between an internal connection point of the plurality of series-connected circuits and the AC power supply, and each of the plurality of reactors includes a plurality of windings in one core. 5.