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公開番号2024130821
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-30
出願番号2023040731
出願日2023-03-15
発明の名称共振形AC-DC電源
出願人個人
代理人
主分類H02M 7/12 20060101AFI20240920BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】スイッチングノイズの発生およびスイッチング損失を抑えて、整流回路の流入電流波形の改善と出力電圧、電流制御を可能にするAC-DC電源を提供する。
【解決手段】共振形AC-DC電源は、LC共振回路を用いた第一のスイッチS1を制御して零電流スイッチング制御整流する共振形整流回路200の出力端に、第二のスイッチ制御で昇圧あるいは昇降圧制御可能なDCDCコンバータ回路300を接続し、LC共振期間を超える出力制御に必要な適切なスイッチング周期で第一のスイッチS1をオンオフ制御し、オフ期間に第二のスイッチS2のパルス幅を制御することにより、整流回路200の出力制御と入力電流波形の改善を行う。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
交流電源に接続した全波整流回路の直流出力端子に第一のスイッチ回路とダイオードを直列に接続して共振インダクタLrの一端に接続した端子を逆充電防止用ダイオードが並列接続された共振キャパシタCrに接続して、前記共振キャパシタC rの他端を前記ダイオード整流回路の他端に接続するＬＣ共振回路を構成し、前記共振キャパシタC rの両端に第二のスイッチで昇圧あるいは昇降圧制御可能なＤＣＤＣコンバータ回路を接続する共振形整流回路を構成し、前記第一のスイッチをＬＣ共振期間以上の出力制御に必要な適切なスイッチング周期でオンオフ制御することにより零電流スイッチング動作をさせ、前記第一のスイッチのオフ期間に前記第二のスイッチをオンするスイッチングパルス幅を制御することにより、前記共振形整流回路の出力電圧、電流制御と流入電流波形の改善を可能にすることを特徴とする共振形ＡＣ－ＤＣ電源。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
請求項１記載の共振形ＡＣ－ＤＣ電源を構成する前記ＤＣＤＣコンバータとして、前記共振キャパシタCrの一端にインダクタLdと前記第二のスイッチを介して前記共振キャパシタC rの他端に接続し、前記インダクタLdと前記第二のスイッチの接続端に逆流防止ダイオードを介して平滑用キャパシタCdの一端に接続し、前記平滑用キャパシタCdの他端を前記共振キャパシタC rと前記インダクタLdとの接続点に接続し、前記平滑用キャパシタCdの両端に直流負荷を接続する昇降圧形のＤＣＤＣコンバータを接続することにより、前記共振キャパシタCrの電圧に対する昇降圧制御により前記直流負荷端子の電圧、電流制御と流入電流波形の改善を可能にすることを特徴とする共振形ＡＣ－ＤＣ電源。
【請求項３】
請求項１記載の共振形ＡＣ－ＤＣ電源を構成する前記ＤＣＤＣコンバータとして、前記共振キャパシタCrの両端に、前記第二のスイッチ回路と変圧器の直列接続回路を接続して、前記変圧器の二次巻線の一端にダイオードを介して平滑用キャパシタCdに接続し、前記平滑用キャパシタCdの他端に前記変圧器の二次巻線の他端を接続し、前記平滑用キャパシタCdの両端に直流負荷を接続する変圧器を用いた昇降圧形のＤＣＤＣコンバータを接続することにより、前記共振キャパシタCrの電圧に対して前記変圧器の変圧比を含めて昇降圧制御により、前記直流負荷端子の電圧、電流制御と流入電流波形の改善を可能とし、前記交流電源と絶縁した直流出力を得ることができることを特徴とする共振形ＡＣ－ＤＣ電源。
【請求項４】
請求項１記載の共振形ＡＣ－ＤＣ電源を構成する前記ＤＣＤＣコンバータとして、前記共振キャパシタC rの一端にインダクタLdと前記第二のスイッチを介して前記共振キャパシタC rの他端に接続し、前記インダクタLdと前記第二のスイッチの接続端に逆流防止ダイオードを介して平滑用キャパシタCdの一端に接続し、前記平滑用キャパシタCdの他端を前記共振キャパシタCrの他端に接続して、前記平滑用キャパシタCdの両端に直流負荷を接続する昇圧形のＤＣＤＣコンバータを接続することにより、前記共振キャパシタCrの電圧に対して昇圧制御により前記直流負荷端子の電圧、電流制御と流入電流波形の改善を可能にすることを特徴とする共振形ＡＣ－ＤＣ電源。
【請求項５】
請求項１から請求項４記載の前記共振形ＡＣ－ＤＣ電源において、前記ＤＣＤＣコンバータを構成制御する前記第二のスイッチにダイオードを直列接続した端子に、前記零電流スイッチング整流回路を構成制御する前記第一のスイッチにダイオードを直列接続した端子を接続することにより、前記第二のスイッチ動作において前記第一のスイッチに対するドライブ電源のブートストラップ充電を可能として、前記共振形整流回路のドライブ回路構成を簡単化することを特徴とする共振形ＡＣ－ＤＣ電源。
【請求項６】
請求項１から請求項５記載の前記共振形ＡＣ－ＤＣ電源において、前記全波整流回路の直流側あるいは交流側にインダクタLaとキャパシタcaを必要に応じて振動抑制用抵抗を前記キャパシタCa に直列接続して、前記ＬＣ共振動作によるパルス列の共振電流の高周波成分を除去するＬＣフィルタ回路を前記共振形ＡＣ－ＤＣ電源に接続して流入電流波形の改善をはかることを徴とする共振形ＡＣ－ＤＣ電源。
【請求項７】
請求項１から請求項６記載の前記共振形ＡＣ－ＤＣ電源において、交流電源が単相電源の場合は、前記全波整流回路を単相全波整流回路とし、前記交流電源が三相電源の場合は、前記全波整流回路を三相全波整流回路とし、前記共振電流のパルス列の電流を前記ＬＣフィルタ回路に通すことにより、前記交流電源が単相正弦波の場合は正弦波状の交流電流波形に、三相正弦波の場合は120度通流幅の方形波交流電流波形にすることを特徴とする共振形ＡＣ－ＤＣ電源。
【請求項８】
請求項１から請求項７記載の前記共振形ＡＣ－ＤＣ電源において、前記共振形整流回路の直流出力電圧あるいは出力電流を検出して、それらが一定の基準値に一致するように、それらの比較出力を電圧調節器あるいは電流調節器を介して、前記第一のスイッチが適切な前記スイッチング周期のオフ期間に前記第二のスイッチのスイッチングパルス幅を制御することにより、出力電圧、電流制御と流入電流波形の改善を可能にすることを特徴とする共振形ＡＣ－ＤＣ電源。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源としてのＬＥＤ照明器具用電源から比較的容量の大きなインバータエアコンなど比較的容量の大きな応用分野の電気エネルギーを消費する負荷に対する直流電源の電源品質改善と小型化、軽量化、低価格化に貢献する技術である。
続きを表示（約 1,200 文字）【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ照明は、本来の低消費電力や長寿命の特徴に加えて省エネ化への期待や制御機能の向上が図られるため、近年の照明器具の低価格化と共に広く普及してきた。
【０００３】
ＬＥＤ照明電源は、電気エネルギーを一方的に需要要求に応じて消費する負荷であるため、極めて簡単な回路構成でも実用に供することができるが、市販される台数が極めて多いため、比較的簡単な回路構成で必要とする特性を有することが求められている。
【０００４】
一般的なＬＥＤ照明用電源は、交流電源を整流して電解コンデンサで平滑した後、スイッチ回路で調光制御しており、ハードスイッチング損失、スイッチングノイズ、電解コンデンサによる寿命等の課題に加えて、力率改善対策としてＰＦＣ（Power Factor Correction:力率改善）整流回路を付加したものは、ＬＥＤ照明用駆動電源としては動作電圧が高くなり、その後段に電圧を下げるためにＤＣ－ＤＣコンバータを接続する２段構成となるなど、回路構成がさらに複雑化するなどの課題があった。
【０００５】
一方、インバータエアコンなどのインバータの直流電源の構成においては、ＬＥＤ照明用電源に比べて比較的動作電圧が高く、動作電流も大きいので、整流動作における電流波形ひずみによる周辺機器への影響も大きい。
【０００６】
このため、インバータエアコン用の直流電源構成においてもＰＦＣコンバータが用いられており、主回路構成が複雑化するだけでなく、スイッチング損失、高周波ノイズが課題となるため、種々の改善策も講じられている。
【０００７】
本発明は、２個のスイッチング素子を用い、スイッチング損失やスイッチングノイズの低減に有効なソフトスイッチング技術による共振形整流制御動作と、それに接続するＤＣＤＣコンバータによる電流制御動作を組み合わせた制御により、極めて簡単な回路構成ではあるが、優れた流入電流特性のもと、ＤＣＤＣコンバータのスイッチング制御で出力電圧電流制御を実現するものである。
【０００８】
さらに、本発明は、ＤＣＤＣコンバータに変圧器を用いた構成により、幅広い電圧制御が可能で、交流電源から絶縁した直流出力を得ることができ、さらに幅広い応用が期待できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特許第６６６７７５０：「ＤＣ－ＤＣコンバータ」
特許第６７７５７４５：「ＡＣ－ＤＣコンバータ」
特許第７１３７２６０：「ＡＣ－ＤＣ電源」
【００１０】
パワーエレクトロニクス機器は、理想的なスイッチング制御ができれば、原理的には損失を伴わないことから、スイッチング素子の高速化に向けた開発が進み、近年では従来からのシリコン半導体に代わり、ＳｉＣ半導体、ＧａＮ半導体が利用可能となってきており、この傾向は今後も急速に進むものと思われる。
（【００１１】以降は省略されています）

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