專利名稱：電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用橋式整流電路進(jìn)行整流的方式，將電力供給裝置、系統(tǒng)等的電源裝置。
以往，已知有利用二極管的各種整流方式。圖6中示出了橋式整流電路的全波整流電路之一例。該圖所示的全波整流電路備有由四個(gè)二極管1～4構(gòu)成的橋式整流電路5。14表示負(fù)載。
圖6(a)表示來自交流電源6的交流在正半周期內(nèi)的電流流向。如箭頭所示，電流依次流過二極管1、平滑電容器8、二極管4，所以能取出正電壓Vo。
圖6(b)表示來自交流電源6的交流在負(fù)半周期內(nèi)的電流流向。如箭頭所示，電流依次流過二極管3、平滑電容器8、二極管2，所以能取出正電壓Vo。即，來自交流電源6的交流輸入被全波整流，能獲得正的直流電壓。
可是，在上述現(xiàn)有的電源裝置中，只有在交流電源6的電壓比直流輸出電壓高的期間才有輸入電流，所以功率因數(shù)低，存在電源高次諧波大的問題。
通常作為改善這些問題的措施，是采用在交流電源6和橋式整流電路5之間連接電抗器的方法，但采用該方法即使能抑制高次諧波，也只能獲得約70％左右的功率因數(shù)，所以作為從中等容量至大容量的電源，將導(dǎo)致所使用的元件的大型化，進(jìn)而將導(dǎo)致裝置的大型化，同時(shí)存在電源系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)大的問題。
本發(fā)明的電源裝置就是解決上述現(xiàn)有問題的裝置，其目的在于提供這樣一種電源裝置，即通過將電容器連接在橋式整流電路的交流輸入端和直流輸出端之間，既能提高功率因數(shù)，又能抑制高次諧波。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的電源裝置是一種有交流電源、對(duì)來自上述交流電源的交流進(jìn)行全波整流的由四個(gè)二極管形成的橋式整流電路、以及連接在上述橋式整流電路的直流輸出端的平滑電容器的電源裝置，其特征在于備有連接在上述交流電源和上述橋式整流電路的交流輸入端之間的電抗器、以及連接在上述橋式整流電路的交流輸入端和直流輸入端之間的電容器。
如果采用上述的電源裝置，則來自交流電源的交流不管在正半周還是在負(fù)半周，都能從交流電壓的零相位流過電流，能謀求獲得高功率因數(shù)。另外，由于上述電流是上述電抗器和上述電容器或上述平滑電容器的串聯(lián)共振電流，所以其波形平滑，還能謀求抑制高次諧波。
在上述的電源裝置中，假設(shè)上述電容器的兩端電壓為Vc，上述橋式整流電路的輸出電壓為Vo，最好這樣設(shè)定上述電抗器的電感值、以及上述電容器的靜電電容值，以使來自上述交流電源的交流在半周期內(nèi)有共振電流流過上述電抗器及上述電容器，由于上述電容器充電，上述Vc從零上升到Vo，來自上述交流電源的交流在下半周期內(nèi)，由于上述電容器放電，上述Vc從Vo下降到零。
另外，上述電容器最好連接在上述橋式整流電路的交流輸入端和正的直流輸出端之間。
另外，上述電容器最好連接在上述橋式整流電路的交流輸入端和負(fù)的直流輸出端之間。
另外，最好在上述電容器和上述橋式整流電路的直流輸出端之間連接輕負(fù)載時(shí)斷開的開關(guān)裝置，二極管最好與上述開關(guān)裝置并聯(lián)且連接在使上述電容器停止充電的方向上。如果采用這樣的電源裝置，則由于輕負(fù)載時(shí)能使電容器停止充電，所以能抑制輸出電壓不必要的上升。
另外，上述開關(guān)裝置最好連接在上述電容器和上述橋式整流電路的負(fù)的直流輸出端之間，與上述開關(guān)裝置并聯(lián)連接的上述二極管最好在上述交流電源一側(cè)為陰極，在上述直流輸出端一側(cè)為陽極。
另外，上述開關(guān)裝置最好連接在上述電容器和上述橋式整流電路的正的直流輸出端之間，與上述開關(guān)裝置并聯(lián)連接的上述二極管最好在上述交流電源一側(cè)為陽極，在上述直流輸出端一側(cè)為陰極。
另外，上述開關(guān)裝置最好根據(jù)輸出電壓、輸出電流、或負(fù)載的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間控制開關(guān)。
另外，上述開關(guān)裝置和并聯(lián)連接在上述開關(guān)裝置上的上述二極管最好由MOSFET構(gòu)成。如果采用上述的電源裝置，則能減少零件個(gè)數(shù)，能小型化，降低成本。
圖1是本發(fā)明的實(shí)施例1的電源裝置的電路圖。
圖2是本發(fā)明的實(shí)施例1的電源裝置的工作說明圖。
圖3(a)是本發(fā)明的實(shí)施例1的電源裝置的交流輸入電壓Vi、電抗器電流IL、以及直流輸出電壓Vo的各波形圖。
圖3(b)是本發(fā)明的實(shí)施例1的電源裝置的交流輸入電壓Vi、電容器電流Ic、電容器電壓Vc的各波形圖。
圖3(c)是本發(fā)明的實(shí)施例1的電源裝置的電流的高次諧波分量和高次諧波額定國內(nèi)標(biāo)線的比較圖。
圖4是本發(fā)明的實(shí)施例2的電源裝置的電路圖。
圖5是本發(fā)明的實(shí)施例3的電源裝置的電路圖。
圖6是現(xiàn)有的電源裝置之一例的電路圖。
以下，參照
本發(fā)明的一實(shí)施例。與現(xiàn)有例相同的構(gòu)成部分標(biāo)以相同的符號(hào)進(jìn)行說明。
(實(shí)施例1)圖1表示本發(fā)明的電源裝置的電路圖的一實(shí)施例。(a)～(d)所示的電源裝置備有由四個(gè)二極管1～4形成的橋式整流電路5、以及交流電源6。電抗器7連接在交流電源6和橋式整流電路5的交流輸入端之間，電容器9連接在橋式整流電路的交流輸入端和直流輸出端之間。
在圖1(a)、(b)所示的電路圖中，電容器9連接在橋式整流電路5的交流輸入端5a或5b、以及負(fù)的直流輸出端5c之間，在圖1(c)、(d)所示的電路圖中，電容器9連接在橋式整流電路5的交流輸入端5a或5b、以及正的直流輸出端5d之間。
另外，平滑電容器8連接在橋式整流電路5的正的直流輸出端5d和負(fù)的直流輸出端5c之間。利用該平滑電容器8能使由橋式整流電路5獲得的變化大的直流變成平滑的直流。
以下，用圖2(a)～(d)說明圖1(a)所示的電源裝置的工作。圖2(a)、(b)表示交流輸入電壓Vi的正半周期，圖2(c)、(d)表示負(fù)半周期。圖3(a)、(b)表示圖1(a)所示的電源裝置當(dāng)L為10mH，C為27μF，Co為1500μF時(shí)各實(shí)施例的各波形。
圖3(a)表示交流輸入電壓Vi、流過電抗器7的電流(交流輸入電流)IL、以及直流輸出電壓Vo的各波形，圖3(b)表示交流輸入電壓Vi、流過電容器9的電流Ic、以及電容器9兩端的電壓Vc的各波形。各圖中的橫軸都表示時(shí)間，橫向相鄰的虛線之間相當(dāng)于3.33ms?？v軸表示電壓值及電流值，縱向相鄰的虛線之間分別相當(dāng)于100V、5A。
在圖2(a)所示的狀態(tài)下，即在正的交流半周期的零相位之后，電流沿箭頭a的方向流。即共振電流從交流電源6開始，依次流過電容器9、二極管4、電抗器7，電容器9被充電。該狀態(tài)下的電抗器電流IL相當(dāng)于圖3(a)中的L1部分，電容器電流Ic相當(dāng)于圖3(b)中的C1部分。
隨著電容器9繼續(xù)充電，電壓Vc繼續(xù)上升。在圖2(b)中示出了Vc上升到Vo后電流的流向。在該狀態(tài)下，由于Vc被固定在Vo，所以如箭頭b所示，電流從交流電源6開始，依次流過二極管1、平滑電容器8、二極管4、電抗器7。另外，用箭頭b表示的通電狀態(tài)下的電抗器電流IL相當(dāng)于圖3(a)中的L2部分。
圖2(c)表示交流電源6的極性從圖2(a)、(b)的狀態(tài)反相后的狀態(tài)。在該狀態(tài)下，如箭頭c所示，電流從交流電源6開始，依次流過電抗器7、二極管3、平滑電容器8、電容器9。即，交流電源6的電位升高了相當(dāng)于電容器9的電壓Vc的大小，所以電流必然從零相位流過平滑電容器8。
電容器9按照該圖所示的電流流向繼續(xù)放電，最后Vc變成零。在該電容器9放電狀態(tài)下，電抗器電流IL相當(dāng)于圖3(a)中的L3部分，電容器電流Ic相當(dāng)于圖3(b)中的C2部分。
圖2(d)表示電容器9放電結(jié)束后的狀態(tài)。在該圖所示的狀態(tài)下，如箭頭d所示，電流從交流電源6開始，依次流過電抗器7、二極管3、平滑電容器8、二極管2，電容器9的電壓Vc被固定為Vc＝0。在該狀態(tài)下，電抗器電流IL相當(dāng)于圖3(a)中的L4部分。
負(fù)的交流半周期結(jié)束后一旦交流電源6的極性反相，則由于Vc＝0被固定，所以如圖2(a)所示，電流再次沿箭頭a的方向流。
如上所述，在圖2(a)、(b)所示的狀態(tài)下電容器9被充電到Vc＝Vo，所以電流從輸入電壓的零相位開始流。另外，圖2(c)所示的狀態(tài)下交流電源6的電位升高了相當(dāng)于電容器9的電壓Vc的大小，所以電流從零相位流。即，來自交流電源6的交流不管是在正的半周期、還是負(fù)的半周期，電流都從交流的零相位流，能謀求提高功率因數(shù)。
另外，由于電流成為電抗器7和電容器9或平滑電容器8的串聯(lián)共振電流，所以如圖3所示，呈平滑的波形，通過適當(dāng)?shù)剡x擇電抗器7的電感L和電容器9的電容C，能適當(dāng)?shù)匾种聘叽沃C波。圖3(c)中示出了電流的高次諧波分量和高次諧波額定國內(nèi)標(biāo)線15的比較之一例。在該圖中，橫軸表示高次諧波的次數(shù)，縱軸表示電流值(相鄰的虛線之間相當(dāng)于0.5A)。
另外，雖然說明了圖1(a)所示的電源裝置的工作，但圖1(b)～(d)所示的任意一種電源裝置的工作一樣，交流輸入在半周期內(nèi)共振電流流過電抗器7和電容器9，由于電容器9充電，Vc從零上升到Vo。另外交流輸入在下一個(gè)半周期內(nèi)，由于電容器9放電，Vc從Vo下降到零。因此，電流能從輸入電壓的零相位流過。
(實(shí)施例2)圖4表示實(shí)施例2的電源裝置的電路圖。該圖的(a)～(d)所示的電源裝置分別是在圖1(a)～(d)所示的電源裝置中增加了二極管和開關(guān)裝置后的電源裝置。
實(shí)施例1所示的電源裝置在圖2(c)所示的狀態(tài)下，交流電源6的電位升高了相當(dāng)于電容器9的電壓Vc的大小。因此，在輕負(fù)載時(shí)，輸出電壓會(huì)發(fā)生過高的情況。本實(shí)施例2的電源裝置通過增加二極管和開關(guān)裝置，負(fù)載為一定值以下的輕負(fù)載時(shí)，通過將開關(guān)裝置斷開，停止對(duì)電容器9充電，抑制輸出電壓上升。
在圖4(a)所示的電路中，二極管10連接在橋式整流電路5負(fù)的直流輸出端5c和電容器9之間。二極管10在交流電源6一側(cè)為陰極，在負(fù)的直流輸出端5c一側(cè)為陽極。
另外，開關(guān)裝置11與二極管10并聯(lián)連接。開關(guān)裝置11根據(jù)負(fù)載的大小而開閉。開關(guān)裝置11如果斷開，則由于與共振電流的流向相反的方向連接的二極管10的作用，停止對(duì)電容器9充電，所以能防止輸出電壓過高。開關(guān)裝置11的開閉能利用例如繼電器。
通過將二極管10與開關(guān)裝置11并聯(lián)連接，在斷開開關(guān)裝置11后，即使停止電容器9的充電，也能保留圖2(c)所示的放電環(huán)路。因此，開關(guān)裝置11斷開時(shí)，電容器9的電壓Vc必然為0，放電結(jié)束，開關(guān)裝置11再次閉合時(shí)電容器9能防止流過開關(guān)裝置11的電流過大。另外，電流切斷后，能防止電壓繼續(xù)保留在電容器9上，能構(gòu)成安全的系統(tǒng)。
負(fù)載的檢測內(nèi)容可以是輸出電壓、負(fù)載電流、或負(fù)載的運(yùn)行時(shí)間等。在使用電動(dòng)機(jī)的機(jī)器中，也可以檢測電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速。
例如，開關(guān)裝置11開閉時(shí)使用繼電器，在負(fù)載的檢測內(nèi)容為輸出電壓的情況下，如果輸出電壓上升到一定的上限值，則通過切斷繼電器的電流，斷開開關(guān)裝置11，例如輸出電壓下降到一定的下限值，則使繼電器通電，將開關(guān)裝置11閉合。因此，能將輸出電壓抑制在一定的上限值和一定的下限值之間。
圖4(b)所示的電路是在圖1(b)所示的電路中，將二極管10及開關(guān)裝置11連接在橋式整流電路5的負(fù)的直流輸出端5c上構(gòu)成的。連接方法及工作情況與圖4(a)所示的電路相同。
圖4(c)、(d)所示的電路是分別在圖1(c)、(d)所示的電路中連接二極管10及開關(guān)裝置11構(gòu)成的，但將它們連接在橋式整流電路5的正的直流輸出端5d上，這一點(diǎn)與圖4(a)、(b)所示的電路不同。工作情況與圖4(a)、(b)所示的電路相同。
(實(shí)施例3)圖5表示實(shí)施例3的電源裝置的電路圖。該圖中所示的電源裝置使用MOSFET作為圖4(a)所示的電源電路的開關(guān)裝置。MOSFET12連接在橋式整流電路5的負(fù)的直流輸出端5c和電容器9之間。二極管13安裝在MOSFET12中，交流電源6一側(cè)是陰極，負(fù)的直流輸出端5c一側(cè)是陽極。
在不將電壓加在MOSFET12的柵極12a上的情況下，漏極12b和源極12c之間沒有電流。與源極12c不同，如果正電壓加在柵極12a上，則電流從漏極12b流向源極12c。
如果采用本實(shí)施例，則由于能將圖4中的各圖所示的二極管和開關(guān)裝置的并聯(lián)電路置換成一個(gè)MOSFET，所以能減少零件個(gè)數(shù)，能小型化，降低成本。
另外，雖然說明了與圖4(a)相當(dāng)?shù)碾娐?，但即使將圖4(b)～(d)所示的電路中的二極管和開關(guān)裝置的并聯(lián)電路置換成圖5所示的MOSFET，也能獲得同樣的效果。
如上所述，如果采用本發(fā)明的電源裝置，則由于將電容器連接在橋式整流電路的交流輸入端和直流輸出端之間，所以能兼顧高功率因數(shù)和抑制高次諧波兩方面。
另外，由于將輕負(fù)載時(shí)斷開的開關(guān)裝置和與其并聯(lián)的二極管連接在電容器和橋式整流電路的直流輸出端之間，所以輕負(fù)載時(shí)停止給電容器充電，能抑制輸出電壓不必要的上升。
權(quán)利要求
1.一種電源裝置，它有交流電源、對(duì)來自上述交流電源的交流進(jìn)行全波整流的由四個(gè)二極管形成的橋式整流電路、以及連接在上述橋式整流電路的直流輸出端的平滑電容器，該電源裝置的特征在于備有連接在上述交流電源和上述橋式整流電路的交流輸入端之間的電抗器、以及連接在上述橋式整流電路的交流輸入端和直流輸出端之間的電容器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源裝置，其特征在于假設(shè)上述電容器的兩端電壓為Vc，上述橋式整流電路的輸出電壓為Vo，設(shè)定上述電抗器的電感值、以及上述電容器的靜電電容值，以使來自上述交流電源的交流在半周期內(nèi)有共振電流流過上述電抗器及上述電容器，由于上述電容器充電，上述Vc從零上升到Vo，來自上述交流電源的交流在下半周期內(nèi)，由于上述電容器放電，上述Vc從Vo下降到零。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電源裝置，其特征在于上述電容器連接在上述橋式整流電路的交流輸入端和正的直流輸出端之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電源裝置，其特征在于上述電容器連接在上述橋式整流電路的交流輸入端和負(fù)的直流輸出端之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任意一項(xiàng)所述的電源裝置，其特征在于輕負(fù)載時(shí)斷開的開關(guān)裝置連接在上述電容器和上述橋式整流電路的直流輸出端之間，二極管與上述開關(guān)裝置并聯(lián)且連接在使上述電容器停止充電的方向上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電源裝置，其特征在于上述開關(guān)裝置連接在上述電容器和上述橋式整流電路的負(fù)的直流輸出端之間，與上述開關(guān)裝置并聯(lián)連接的上述二極管在上述交流電源一側(cè)為陰極，在上述直流輸出端一側(cè)為陽極。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電源裝置，其特征在于上述開關(guān)裝置連接在上述電容器和上述橋式整流電路的正的直流輸出端之間，與上述開關(guān)裝置并聯(lián)連接的上述二極管在上述交流電源一側(cè)為陽極，在上述直流輸出端一側(cè)為陰極。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中的任意一項(xiàng)所述的電源裝置，其特征在于上述開關(guān)裝置根據(jù)輸出電壓、輸出電流、或負(fù)載的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間控制開關(guān)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至8中的任意一項(xiàng)所述的電源裝置，其特征在于上述開關(guān)裝置和并聯(lián)連接在上述開關(guān)裝置上的上述二極管由MOSFET構(gòu)成。
全文摘要
通過將電容器連接在橋式整流電路的交流輸入端和直流輸出端之間,提供一種能兼顧高功率因數(shù)和抑制高次諧波兩方面的電源裝置。它有交流電源6、橋式整流電路5、連接在交流電源6和交流輸入端5b之間的電抗器、連接在交流輸入端5a和直流輸出端5c之間的電容器9、以及平滑電容器8。有共振電流流過電抗器7及電容器9,電容器9充電,Vc從零上升到Vo,在交流輸入的下半周期內(nèi),電容器9放電,Vc從Vo下降到零,能流過平滑電流。
文檔編號(hào)H02M7/06GK1268803SQ0010237
公開日2000年10月4日 申請日期2000年2月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月17日
發(fā)明者前田志朗 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社