專利名稱：開關(guān)電源電路和逆變裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有至少2個以上與直流電壓部串聯(lián)連接的電容器的裝置，特別是可以從該直流電壓部得到電壓規(guī)格不同的直流電壓的開關(guān)電源電路的電路結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
作為參考的技術(shù)，作為接收交流電源得到直流電壓、進而從該直流電壓得到電壓規(guī)格不同的直流電壓的電源電路，有開關(guān)電源電路。例如，有特開2000-60118號公報的圖6所示的電路。該開關(guān)電源電路是出直流電壓部接收直流電力的供給、利用PWM控制電路對變壓器的初級側(cè)進行開關(guān)控制從而輸出電壓規(guī)格不同的直流電壓的開關(guān)電源電路，但是，輸入的交流電壓為200V、400V等，該電壓越高，直流電壓部的電壓也越高，在開關(guān)電源電路的起動電路使用的電阻器8、9中發(fā)生的電力損失就大致與接收電壓的平方成正比地增大。作為解決這一問題的方法，在特開2000-60118號公報公開的發(fā)明中，是僅在開關(guān)電源電路起動時通過電阻器將電力供給作為上述PWM控制電路用的電源控制IC，在開關(guān)電源電路開始動作之后，切斷向該電阻器流動的電流。但是，在切斷控制電流的電路中需要具有與直流電壓部的電壓相稱的耐壓的有源元件，從而電路將變得復(fù)雜，成本提高。
作為解決上述問題的其他方法，如上述特開2000-60118號公報的圖6所示的那樣，通過串聯(lián)連接2個以上的起動電力的電阻器進行分壓，另外，為了將電阻器發(fā)生的熱進行散熱，使電阻器本身大型化，或者，即使是電阻器單體的最大容許電壓以下也通過增加電阻器的串聯(lián)連接數(shù)將發(fā)熱源分散，或在電阻器的周圍設(shè)置充分的散熱空間。
上述開關(guān)電源電路在直流電壓部的電壓Vi上升時，加到起動電路的電阻器上的電壓也上升，所以，存在以下(1)～(3)中說明的問題。
(1)在加到起動電路的電阻器上的電壓或電力超過電阻器的最大容許值時，必須串聯(lián)連接2個以上，電壓越高，串聯(lián)連接的電阻器數(shù)就越增加，從而成為可靠性降低和成本提高的原因。
(2)此外，加到電阻器上的電壓越高，電力損失引起的電阻器的發(fā)熱越增加，為了放熱，需要充分大的空間。中央，將成為機器的大型化和成本提高的原因。
(3)作為改良上述(1)、(2)問題的特開2000-60118號公報所述的發(fā)明，在所記載的參考技術(shù)中，切斷控制電流的電路需要具有與直流電壓部的電壓相稱的耐壓的有源元件，所以，特別是接收電壓越高，就越需要耐壓高的有源元件，從而電路將復(fù)雜，成本提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在特別是在接收電壓高時通過利用簡單的電力結(jié)構(gòu)降低加到起動電路的電阻器上的電壓降低電力損失從而提供小型、低成本的開關(guān)電源電路。
為了解決上述問題，本發(fā)明利用特別是在接收電壓高時必須串聯(lián)連接2個以上的直流電壓部的平滑電容器的情況，在具有至少串聯(lián)連接2個電容器的直流電源部和從該直流電壓部接收直流電流的供給、利用PWM控制電路對變壓器的初級側(cè)進行開關(guān)控制從而輸出電壓規(guī)格不同的直流電壓的電源供給部的開關(guān)電源電路中，將上述直流電壓部的直流電壓分壓，通過電阻器將上述PWM控制電路的電源與該分壓的點連接，降低在上述起動電路用電阻器中發(fā)生的電力損失?；蛘撸瑢崿F(xiàn)小型、低成本。


圖1是表示本發(fā)明的1個實施例的開關(guān)電源裝置的電路結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是表示本發(fā)明的起動電路的電力損失特性的圖。
圖3是用于說明本發(fā)明的1個實施例的等效電路的圖。
圖4是表示本發(fā)明的1個實施例的開關(guān)電源裝置的電路結(jié)構(gòu)的圖。
圖5是表示本發(fā)明的1個實施例的開關(guān)電源裝置的電路結(jié)構(gòu)的圖。
圖6是作為本發(fā)明的1個實施例表示通用逆變器的電源電路的例子的圖。
發(fā)明的
具體實施例方式
下面，參照圖示的實施例詳細說明本發(fā)明的開關(guān)電源電路的電路結(jié)構(gòu)。
圖1是將本發(fā)明的開關(guān)電源電路具體化的1個實施例。在圖1中，DR是將交流電源VAC整流而得到直流電壓的整流用二極管。CB1、CB2是電容器，用于使由整流二極管DR生成的直流電壓進行平滑。RB1、RB2是電壓平衡用的電阻器，用于使加到電容器CB1、CB2上的電壓均等化。點A是電容器CB1和CB2、電阻器RB1和RB2分別串聯(lián)連接的連接點。點B是出現(xiàn)由電容器CB1、CB2平滑后的直流電壓Vi的部分。CTRL是用于對開關(guān)電源電路的變壓器的初級側(cè)進行PWM控制的PWM控制電路，具體而言，由輸出PWM控制信號的電源控制IC構(gòu)成，例如可以使用日立制作所制造的HA16107FP的集成電路。點C是向PWM控制電路CTRL供給必要的電力的端子。M是開關(guān)元件。CS、DS、RS分別是浪涌電壓吸收用的緩沖電容器、緩沖二極管、緩沖電阻器。R1是開關(guān)電源電路起動時和起動后用于向PWM控制電路CTRL供給電力的起動電路的電阻器。在圖1中，電阻器R1是1個，但是，根據(jù)需要進行串聯(lián)連接并調(diào)整串聯(lián)的數(shù)量。D1、D2、C1、C2分別是整流二極管和平滑用電容器。在圖1中，整流二極管DR的整流方式是將單相交流進行橋式整流，但是，整流方式?jīng)]有什么特別限制。
在本發(fā)明的實施例中，將電阻器R1與點A連接。在參考的技術(shù)中，將起動電路的電阻器R1與由電容器CB1、CB2平滑后的點B連接。在本發(fā)明的實施例中，點A的電壓VA比點B的電壓Vi低，所以，可以降低加到電阻器R1上的電壓，從而可以降低電阻器R1發(fā)生的損失。另外，可以減少電阻器的串聯(lián)連接數(shù)，從而可以減小用于放熱的空間。通過上述處理，可以提高可靠性，圖2是表示對于PWM控制電路CTRL需要大致相同的電流時分壓點A的電壓VA與電阻器R1發(fā)生的電力損失的關(guān)系的圖，可以降低大致與分壓點A的電壓成正比的電阻器R1發(fā)生的電力損失。即，將從分壓點A的直流電壓VA中減去加到PWM控制電路CTRL上的電壓VCTRL后的電壓加到電阻器R1上，但是，通常加到PWM控制電路CTRL上的電壓幾乎在十?dāng)?shù)V以下，基本上是一定的。因此，將電阻器R1與分壓點A連接而將電力供給PWM控制電路CTRL時，與分壓點A的電壓大致成正比地降低電力損失。
通常，將加到電容器CB1、CB2上電壓進行均等化處理使分壓點A的電壓VA成為點B的電壓Vi的1/2時，加到電阻器R1上的電壓成為參考技術(shù)的約1/2。這時，在后面所述的公式(公式1)中，可以選擇RB1、RB2、R1的值，使VA＝Vi/2。
這時，如圖1所示，從將電容器CB1、CB2串聯(lián)連接的分壓點A向起動電路取出電流時，與電容器CB1、CB2并聯(lián)連接的平衡電阻的值將發(fā)生偏離，所以，電容器CB1和CB2的電壓將消散。因此，必須考慮合成阻抗以獲得電壓的平衡。
圖3是等效地描述圖1中的RB1、RB2、R1、CB1、CB2、PWM控制電路CTRL的輸入阻抗RCTRL的等效電路。這里，設(shè)VA為將電容器串聯(lián)連接的分壓點A的電壓、Vi為直流電壓部B的電壓。流過RB1的電流I1是流過RB2的電流I2與流過R1的電流IR之和。RB1上的電壓降決定分壓點A的電壓VA，由分壓點A的電壓VA和RB2、R1、RCTRL的值決定I2和IR的值。根據(jù)以上的關(guān)系，可以導(dǎo)出以下的公式(公式1)。
公式1VA=11+RB1RB2+R1+RCTRLRB2(R1+RCTRL)Vi]]>使用(公式1)可以選擇電阻器RB1、RB2、R1，以使分壓點A的電壓VA成為所希望的電壓。但是，RCTRL由CTRL的規(guī)格另外決定。另外，必須保持VC＜VA＜Vi的關(guān)系。
如上所述，通過適當(dāng)?shù)剡x擇電阻器R1和與電容器CB1、CB2并聯(lián)連接的電阻器RB1、RB2的電阻值，可以使加到電容器CB1、CB2上的電壓穩(wěn)定為任意的值，所以，可以使加到電容器CB1、CB2上的電壓與任意的電壓平衡，并且，與參考的技術(shù)相比，可以從作為電容器CB1和CB2的連接點的分壓點A向控制電路CTRL供給小的電力。
圖4是本發(fā)明的其他實施例，是串聯(lián)連接3個電容器的例子。在圖4中，CB1、CB2、CB3分別是電容器，RB1、RB2、RB3分別是與電容器并聯(lián)連接的電阻器。在圖3中，將R1與CB2和CB2的串聯(lián)連接點連接。作為例子，如果RB1、RB2、RB3、R1的電阻值使之滿足以下的公式(公式2)，則可使加到CB1、CB2、CB3上的電壓均等。
公式2VA=11+(RB1+RB2)RB3+R1+RCTRLRB3(R1+RCTRL)Vi]]>這時，如果選定使RB1與RB2相等，則圖4的分壓點A的電壓VA就成為圖4中B點的電壓Vi的1/3。在圖4所示的例子中，電容器是3個，但是，串聯(lián)連接的電容器的數(shù)量不是什么特別問題，4個以上的電容器，同樣也可以實現(xiàn)。
在圖1和圖4中，電路結(jié)構(gòu)成為所謂的回掃變換器，但是，除此以外，也可以是例如正向變換器或半橋式、全橋式等開關(guān)電源電路方式。
圖5表示本發(fā)明的其他實施例。電容器CB1、CB2串聯(lián)連接，分別各連接2個電阻器RB1、RB2、RB3、RB4。如圖5所示，電阻器R1與電阻器RB3和RB4的串聯(lián)連接部連接。通過采用圖5所示的結(jié)構(gòu)，可以進一步降低加到R1上的電壓。在圖5中，分別與電容器CB1、CB2并聯(lián)連接的電阻器各為2個，但是，電阻器的數(shù)量沒有特別關(guān)系，(作為例子，是3個以上)，另外，與電容器CB1、CB2連接的電阻器的數(shù)量不一定必須相同。
另外，作為將使用本發(fā)明實施例的電源供給方法的開關(guān)電源組裝到電氣機器中的一例，將通用的逆變裝置使用的實施例示于圖6。在圖6中，二極管D1～D6是三相交流的整流用二極管，構(gòu)成從交流電源VAC接收交流并變換為直流電壓的整流器(變換部)。Q1～Q6是逆變器用開關(guān)元件，使用IGBT或雙極性晶體管等功率晶體管。二極管FWD1～FWD6是逆變器用環(huán)流二極管，構(gòu)成將直流中間電壓(P-N間直流電壓)變換為任意的電壓可變頻率可變的三相交流電壓的逆變部。圖6所示實施例的逆變裝置至少具有上述變換部或逆變部。在圖6所示的實施例中，直流中間電壓(P-N間直流電壓)成為使用變換部的輸出的結(jié)構(gòu)。但是，不限定逆變裝置必須包含變換部的結(jié)構(gòu)。因此，也可以是利用結(jié)構(gòu)不具有變換部而從外部的電力供給源供給直流中間電壓(P-N間直流電壓)的逆變裝置的實施例。
由半導(dǎo)體開關(guān)元件Thy和電阻器RD構(gòu)成電流向電容器C1、C2突入的防止電路。在圖6中，電容器CB1、CB2是通用逆變裝置的直流中間電壓部的平滑電容器。圖6的情況，是將2個電容器CB1、CB2串聯(lián)連接使用，電壓平衡用的電阻器RB1、RB2與電容器CB1、CB2并聯(lián)連接。圖6的PS與圖1所示的PS相同，由構(gòu)成開關(guān)電源電路的PWM控制電路CTRL、開關(guān)元件M、變壓器T等構(gòu)成。該PS作為將控制電壓供給通用逆變裝置的逆變控制電路CTL的控制電源使用。在圖6中，和圖1一樣，電阻器R1與電容器CB1、CB2的串聯(lián)連接點連接，另外，變壓器的初級繞組L1與圖6的直流電壓的正側(cè)的點P連接(點P對PS而言相當(dāng)于圖1的點B)，圖6的直流電壓的負側(cè)的點N與PWM控制電路CTRL或開關(guān)元件M的共同電位部連接。
在以上的實施例中，考慮了與電容器并聯(lián)連接的電阻值(阻抗值)以使加到電容器CB1、CB2、…上的電壓均等，但是，作為電容器CB1、CB2、…的額定電壓，通常使用相同的值，所以，可以有效地利用電容器CB1、CB2、…的能力。另外，在接收高電壓時，加到電容器上的電壓超過了耐壓時，或者接收高電壓時為了使加到電容器上的電壓有余量，必須將2個以上的電容器串聯(lián)連接，本發(fā)明的實施例利用這些結(jié)構(gòu)降低起動用電阻的電力損失。因此，不準(zhǔn)備起動用特別的電容器等，可以用簡單的結(jié)構(gòu)而且低的成本實施。
按照本發(fā)明，可以降低加到用于向開關(guān)電源供給電力的電阻器上的電壓，從而可以降低電力損失，減少發(fā)熱?；蛘撸梢蕴峁┬⌒突?、低成本化的機器。
權(quán)利要求
1.一種頻率轉(zhuǎn)換器，包括整流器，其用于接收AC電壓；第一平滑電容，其具有與所述整流器的第一輸出端子連接的第一端子，其中Vi是所述第一平滑電容的所述第一端子的電壓；第二平滑電容，其具有與所述整流器的第二輸出端子連接的第一端子，其中所述第一平滑電容的第二端子與所述第二平滑電容的第二端子連接，其中VA是所述第一平滑電容和所述第二平滑電容的所述第二端子的電壓，并且其中VA是低于Vi的電壓；第一電阻R1，其與所述第一平滑電容并聯(lián)連接；第二電阻R2，其與所述第二平滑電容并聯(lián)連接；變壓器，其具有與所述第一平滑電容的所述第一端子連接的一次繞組的第一端子；PWM控制電路，其具有DC電源輸入端，其中所述PWM控制電路執(zhí)行與所述變壓器的所述一次繞組的第二端子連接的開關(guān)的開關(guān)控制；第三電阻R3，其具有與所述第一平滑電容和所述第二平滑電容的所述第二端子連接的第一端子，并具有與所述PWM控制電路的所述DC電源輸入端連接的第二端子；逆變器開關(guān)裝置，其包括功率晶體管，并與所述第一平滑電容和所述第二平滑電容的所述第一端子連接；和逆變器控制電路，其控制所述逆變器開關(guān)裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一平滑電容的所述第一端子直接連接到所述變壓器的所述一次繞組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一電阻包括第一電阻器和第二電阻器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一平滑電容包括第一電容器和第二電容器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，跨越所述第一平滑電容和所述第二平滑電容的電壓基本相等。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，通過選擇所述第一、第二和第三電阻的值而將所述第一平滑電容和所述第二平滑電容的所述第二端子的所述電壓VA設(shè)置成指定值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的頻率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一、第二和第三電阻的選擇值是根據(jù)公式VA＝[1+R1·(R2+R3+RCTRL)/{R2·(R3+RCTRL)}]-1·Vi做出的，其中RCTRL是所述PWM控制電路的電阻。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的頻率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，由R2、R3和RCTRL組成的電路的電阻與所述第一電阻R1基本相等。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻率轉(zhuǎn)換器，還包括所述變壓器的三次繞組，其與所述DC電源輸入端連接；和第三平滑電容，其與所述三次繞組并聯(lián)連接。
10.一種頻率轉(zhuǎn)換器，包括整流器，其用于接收AC電壓；第一平滑電容，其具有與所述整流器的第一輸出端子連接的第一端子，其中Vi是所述第一平滑電容的所述第一端子的電壓；第二平滑電容，其具有與所述整流器的第二輸出端子連接的第一端子，其中所述第一平滑電容的第二端子與所述第二平滑電容的第二端子連接，其中VA是所述第一平滑電容和所述第二平滑電容的所述第二端子的電壓，并且其中VA是低于Vi的電壓；第一電阻R1，其與所述第一平滑電容并聯(lián)連接；第二電阻R2，其與所述第二平滑電容并聯(lián)連接，其中所述第二電阻R2包括多個串聯(lián)連接的電阻器；PWM控制電路，其具有DC電源輸入端，其中所述PWM控制電路在變壓器的一次繞組上執(zhí)行開關(guān)控制；第三電阻R3，其具有與所述第二電阻R2的所述多個電阻器中的兩個之間的連接點連接的第一端子，并具有與所述PWM控制電路的所述DC電源輸入端連接的第二端子；逆變器開關(guān)裝置，其包括功率晶體管，并與所述第一平滑電容和所述第二平滑電容的所述第一端子連接；和逆變器控制電路，其控制所述逆變器開關(guān)裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的頻率轉(zhuǎn)換器，其中所述第二平滑電容的所述第一端子直接連接到所述變壓器的所述一次繞組。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的頻率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一平滑電容的所述第一端子與所述變壓器的所述一次繞組連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的頻率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一平滑電容包括第一電容器和第二電容器。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的頻率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，跨越所述第一和第二電容的電壓基本相等。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的頻率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，通過選擇電阻的值而將所述第一平滑電容和所述第二平滑電容的所述第二端子的所述電壓VA設(shè)置成指定值。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的頻率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，還包括所述變壓器的三次繞組，其與所述DC電源輸入端連接；和第三平滑電容，其與所述三次繞組并聯(lián)連接。
全文摘要
本發(fā)明提供在特別是接收電壓為高電壓時開關(guān)電源電路的起動電路中通過降低加到起動電路用電阻器上的電壓而降低電力損失、小型化、低成本化的開關(guān)電源電路。在2個以上電容器串聯(lián)連接的電容器的直流電源部和從該直流電源部接收直流電力的供給并利用PWM控制電路對變壓器的初級側(cè)進行開關(guān)控制而輸出電壓規(guī)格不同的直流電壓的開關(guān)電源電路，其特征在于將上述直流電壓部的直流電壓進行分壓，通過電阻器將上述PWM控制電路的電源供給部與該分壓點連接。
文檔編號H02M3/335GK101030730SQ200710006510
公開日2007年9月5日 申請日期2003年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月22日
發(fā)明者中島徹, 平賀正宏, 木村鐵也, 井堀敏, 廣田雅之 申請人:株式會社日立產(chǎn)機系統(tǒng)