JP2000217363A - 電源装置 - Google Patents

電源装置

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JP2000217363A
JP2000217363A JP11014454A JP1445499A JP2000217363A JP 2000217363 A JP2000217363 A JP 2000217363A JP 11014454 A JP11014454 A JP 11014454A JP 1445499 A JP1445499 A JP 1445499A JP 2000217363 A JP2000217363 A JP 2000217363A
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power supply
supply device
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Susumu Koshiba
晋 小柴
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 大型の誘導性リアクタンス素子を用いる必要
なく、ひいてはコストの上昇を招くことなく、またアク
ティブフィルタを用いる場合のような回路構成の複雑化
やスイッチング損失による電力変換効率の低下という不
具合を生じることもなく、力率の改善および高調波の抑
制が可能な信頼性にすぐれた電源装置を提供する。 【解決手段】 交流電源電圧の零クロス点を検出し、こ
の検出タイミングを基準にして、負荷４の大きさおよび
誘導性リアクタンス素子５の容量に応じた所定時間Ｔに
わたり、短絡回路６を先ず連続オン動作させ続いて断続
オン動作させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ブラシレスＤＣ
モータを駆動するためのインバータ装置などに搭載され
る電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】交流電源の電圧を整流回路で直流電圧に
変換して負荷に供給する電源装置がある。
【０００３】この電源装置では、一般に、交流電源と整
流回路との間の通電ラインに誘導性リアクタンス素子い
わゆるリアクタを挿接するとともに、このリアクタの下
流側の通電ラインに短絡回路を接続し、この短絡回路を
交流電源電圧の零クロス点を基準にしたタイミングで１
回ないし数回にわたりパルス的にオン動作させるように
している。
【０００４】このパルス的なオン動作により、交流電源
電流の立上がり波形が交流電源電圧の立上がり波形（理
想的には正弦波）に近付き、力率を改善できるととも
に、高調波を抑制できることが知られている。たとえ
ば、特開平２−２９９４７０号、特開平７−７９４６号
に示されるものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】交流電源の電圧が２０
０Ｖの場合の高調波規制に対応しようとすると、大型の
誘導性リアクタンス素子を採用しなければならず、コス
トの上昇を招くという問題がある。
【０００６】一方、力率改善および高調波抑制を行う手
段として、誘導性リアクタンス素子のほかに、アクティ
ブフィルタが知られている。アクティブフィルタによれ
ば、高調波電流成分のほとんどを抑制できるものの、回
路構成が複雑になり、またスイッチング損失による電力
変換効率が低下するという問題がある。
【０００７】この発明は上記の事情を考慮したもので、
その目的とするところは、大型の誘導性リアクタンス素
子を用いる必要なく、ひいてはコストの上昇を招くこと
なく、またアクティブフィルタを用いる場合のような回
路構成の複雑化やスイッチング損失による電力変換効率
の低下という不具合を生じることもなく、力率の改善お
よび高調波の抑制が可能な信頼性にすぐれた電源装置を
提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明の電
源装置は、交流電源の電圧を直流電圧に変換する整流回
路と、上記交流電源と上記整流回路との間の通電ライン
に設けられた誘導性リアクタンス素子と、この誘導性リ
アクタンス素子の接続位置より下流側の上記通電ライン
に接続され、通電ラインを必要に応じて短絡するための
短絡回路と、上記交流電源の電圧の零クロス点を検出す
る検出手段と、この検出手段による零クロス点の検出タ
イミングを基準にして、負荷の大きさおよび上記誘導性
リアクタンス素子の容量に応じた所定時間にわたり、上
記短絡回路を先ず連続オン動作させ続いて断続オン動作
させる駆動手段と、を備える。
【０００９】請求項２に係る発明の電源装置は、請求項
１に係る発明において、駆動手段が、短絡回路を連続オ
ン動作および断続オン動作させるためのパルス状の短絡
信号を生成する手段を備え、その短絡信号のうち、連続
オン動作に相当する最初のパルスのオン期間を負荷に応
じて設定し、断続オン動作に相当する２つ目以降の各パ
ルスのオン期間をその各オン期間の総和と断続オン動作
の期間との比が負荷の大きさにかかわらず一定となる状
態に設定する。
【００１０】請求項３に係る発明の電源装置は、請求項
１に係る発明において、駆動手段が、短絡回路を連続オ
ン動作および断続オン動作させるためのパルス状の短絡
信号を生成する手段を備え、その短絡信号のうち、断続
オン動作に相当する２つ目以降の各パルスについて、各
オン期間における上記整流回路への入力電流変化率が一
定となるよう、各オン期間と各オフ期間を設定する。
【００１１】請求項４に係る発明の電源装置は、請求項
１に係る発明において、駆動手段による断続オン動作の
各オン期間における交流電源電圧の平均値を検出する平
均電圧検出手段と、上記駆動手段による断続オン動作の
各オン期間を上記平均電圧検出手段の検出結果に応じて
補正する補正手段と、をさらに備える。
【００１２】請求項５に係る発明の電源装置は、請求項
４に係る発明において、駆動手段が、負荷の大きさおよ
び誘導性リアクタンス素子の容量が同じ条件の場合に、
各オン期間の総和が一定となる条件の下、断続オン動作
の断続期間を細分化する。
【００１３】請求項６に係る発明の電源装置は、請求項
４に係る発明において、補正手段が、駆動手段による断
続オン動作の各オン期間を上記平均電圧検出手段の検出
結果に応じて且つ上記整流回路の出力電圧に応じて補正
する。
【００１４】請求項７に係る発明の電源装置は、請求項
２に係る発明において、さらに、駆動手段による断続オ
ン動作の各オン期間における交流電源電圧の平均値を検
出する平均電圧検出手段と、駆動手段による断続オン動
作の各オン期間を上記平均電圧検出手段の検出結果に応
じて補正する補正手段と、を備える。
【００１５】請求項８に係る発明の電源装置は、請求項
７に係る発明において、駆動手段が、負荷の大きさおよ
び誘導性リアクタンス素子の容量が同じ条件の場合に、
オン期間の総和が一定となる条件の下、断続オン動作の
断続期間を細分化する。
【００１６】請求項９に係る発明の電源装置は、請求項
７に係る発明において、補正手段が、駆動手段による断
続オン動作の各オン期間を上記平均電圧検出手段の検出
結果に応じて且つ上記整流回路の出力電圧に応じて補正
する。
【００１７】請求項１０に係る発明の電源装置は、請求
項３に係る発明において、さらに、駆動手段による断続
オン動作の各オン期間における交流電源電圧の平均値を
検出する平均電圧検出手段と、駆動手段による断続オン
動作の各オン期間を上記平均電圧検出手段の検出結果に
応じて補正する補正手段と、を備える。
【００１８】請求項１１に係る発明の電源装置は、請求
項１０に係る発明において、駆動手段が、負荷の大きさ
および誘導性リアクタンス素子の容量が同じ条件の場合
に、各オン期間の総和が一定となる条件の下、断続オン
動作の断続期間を細分化する。
【００１９】請求項１２に係る発明の電源装置は、請求
項１０に係る発明において、補正手段が、駆動手段によ
る断続オン動作のオン期間を上記平均電圧検出手段の検
出結果に応じて且つ上記整流回路の出力電圧に応じて補
正する。
【００２０】
【発明の実施の形態】［１］以下、この発明の第１実施
例について図面を参照して説明する。
【００２１】図１に示すように、商用交流電源１に整流
回路２が接続され、その整流回路２の出力端に平滑コン
デンサ３を介して負荷４が接続される。
【００２２】整流回路２は、ダイオード２ａ，２ｂ，２
ｃ，２ｄをブリッジ構成したもので、商用交流電源１の
電圧を直流電圧に変換する。負荷４としては、たとえば
ブラシレスＤＣモータに対する駆動電力を出力するため
のスイッチング回路などが考えられる。
【００２３】商用交流電源１と整流回路２との間の通電
ラインＬ１，Ｌ２のうち、Ｌ１に誘導性リアクタンス素
子いわゆるリアクタ５が挿接される。そして、リアクタ
５の接続位置より下流側の通電ラインＬ１，Ｌ２に短絡
回路６が接続される。
【００２４】短絡回路６は、ダイオード７ａ，７ｂ，７
ｃ，７ｄのブリッジ回路、および例えばバイポーラトラ
ンジスタ、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング
素子８から成り、スイッチング素子８がオンされること
により、そのスイッチング素子８およびブリッジ回路を
通して通電ラインＬ１，Ｌ２間を短絡する。
【００２５】商用交流電源１に零クロス点検出部１１が
接続される。零クロス点検出部１１は、フォトカプラや
カレントトランスを備え、商用交流電源１の電圧の零ク
ロス点を検出する。この検出結果が短絡信号生成部１２
に供給される。
【００２６】短絡信号生成部１２は、短絡回路６を連続
オン動作および断続オン動作させるためのパルス状の短
絡信号を、零クロス点検出部１１の検出結果に応じて生
成する。この短絡信号が短絡回路駆動部１３に供給され
る。短絡回路駆動部１３は、短絡信号のパルスのオン期
間（高レベル）において短絡回路６のスイッチング素子
８をオンし、短絡信号のパルスのオフ期間（低レベル）
においてスイッチング素子８をオフする。
【００２７】この短絡信号生成部１２および短絡回路駆
動部１３により、零クロス点検出部１１の検出タイミン
グを基準にして、負荷４の大きさおよびリアクタ５の容
量（インダクタンス）に応じた所定時間（Ｔ）にわた
り、短絡回路６を先ず連続オン動作させ続いて断続オン
動作させる駆動手段が構成される。
【００２８】つぎに、上記の構成の作用を説明する。
【００２９】商用交流電源１が投入されると、その電源
電圧がリアクタ５を介して整流回路２に供給される。整
流回路２では、電源電圧が直流電圧に変換される。この
直流電圧は平滑コンデンサ３で平滑され、負荷４に供給
される。
【００３０】電源電圧の零クロス点が検出部１１で検出
され、その検出タイミングを基準に、短絡回路６が先ず
連続オン動作し続いて断続オン動作する。この短絡回路
６の働きにより、図２に示すように、整流回路２への入
力電流の立上がり波形が零クロス点側に拡大されて電源
電圧の立上がり波形に近付いた状態となる（理想は正弦
波）。これにより、力率が改善される。
【００３１】この場合、短絡回路６の連続オン動作およ
び断続オン動作は、図３に示すように、検出タイミング
から所定時間Ｔだけ実行される。そして、所定時間Ｔに
おいて、初めのＴａ時間が連続オン動作に割り当てら
れ、残りのＴｂ時間が断続オン動作に割り当てられる。
断続オン動作のオン期間とオフ期間（２つ目以降の各パ
ルスのオン期間とオフ期間）は、時間経過に伴って徐々
に短縮された形となる。
【００３２】最初の連続オン動作（短絡信号の最初のパ
ルス）により入力電流が立上がり、次の断続オン動作
（短絡信号の２つ目以降の各パルス）により入力電流が
滑らかに変化していく。この滑らかな変化により、高調
波電流成分が抑制される。
【００３３】とくに、所定時間Ｔは、負荷４の大きさお
よびリアクタ５の容量（インダクタンス）に応じて予め
設定される。たとえば、負荷４の大きさが３５００Ｗ
（消費電力）、リアクタ５の容量が１５ｍＨの場合、図
４の設定条件に基づき、零クロス点から位相角約５２度
までの期間が所定時間Ｔとして設定される。なお、この
位相角約５２度は最適値であり、実際には最適値の近傍
に設定されればよい。最適値と実際の設定値との差の許
容量は、リアクタ５の容量が大きいほど大きい。
【００３４】この所定時間Ｔの設定に伴い、連続オン動
作のＴａ時間（短絡信号の最初のパルスのオン期間）も
負荷４の大きさに応じた値に設定される。
【００３５】このような設定条件が、リアクタ５の容量
ごとに、かつ図５に示すように負荷４の大きさをパラメ
ータにして、複数用意されている。すなわち、負荷４の
大きさが２０００Ｗ（消費電力）の場合は、３５００Ｗ
の場合よりも短い所定時間Ｔが設定される。
【００３６】このように、所定時間Ｔを負荷４の大きさ
およびリアクタ５の容量に応じて可変設定することによ
り、たとえ商用交流電源１の電圧が２００Ｖと高く、そ
れに伴い、負荷４が大きい状況であっても、大型のリア
クタを用いる必要なく、ひいてはコストの上昇を招くこ
となく、高調波に対する十分な抑制効果を得ることがで
きる。
【００３７】また、アクティブフィルタは不要であり、
よって回路構成の複雑化やスイッチング損失による電力
変換効率の低下といった不具合が回避される。
【００３８】一方、時間Ｔｂにおける断続オン動作につ
いては、その断続オン動作に相当する２つ目以降の各パ
ルスのオン期間をその各オン期間の総和と断続オン動作
の期間（時間Ｔｂ）との比が、負荷４の大きさにかかわ
らず一定となる状態に設定される。つまり、断続オン動
作における各オン期間を、負荷４の大きさが３５００Ｗ
の場合と２０００Ｗの場合とで比較すると、３５００Ｗ
の場合よりも２０００Ｗの場合の方が短く設定される
が、各オン期間の総和と断続オン動作の期間（時間Ｔ
ｂ）との比については、３５００Ｗの場合も２０００Ｗ
の場合もまったく同じに設定される。
【００３９】このような設定により、断続オン動作によ
る高調波抑制の効果を負荷４の大きさにかかわらず最大
限に発揮することができる。
【００４０】［２］第２実施例について説明する。
【００４１】図６に示すように、時間Ｔｂの断続オン動
作において、各オン期間における整流回路２への入力電
流変化率（入力電流増加率）が一定となるよう、各オン
期間と各オフ期間が設定される。
【００４２】各オン期間における入力電流変化率（入力
電流増加率）が一定となることで、高調波抑制の効果が
大幅に向上する。
【００４３】とくに、各オン期間と各オフ期間を予め設
定するだけであり、複雑な制御は不要である。
【００４４】他の構成および作用は第１実施例と同じで
ある。
【００４５】［３］第３実施例について説明する。
【００４６】零クロス点検出部１１に平均電圧検出手段
が設けられるとともに、短絡信号生成部１２に補正手段
が設けられる。
【００４７】平均電圧検出手段は、時間Ｔｂにおける断
続オン動作の各オン期間を短絡信号生成部１２の短絡信
号出力から把握し、その各オン期間における交流電源電
圧の平均値を検出する。
【００４８】補正手段は、時間Ｔｂにおける断続オン動
作の各オン期間を平均電圧検出手段の検出結果に応じて
補正する。
【００４９】すなわち、各オン期間における入力電流の
増加分は、その各オン期間における交流電源電圧の平均
値に比例する。この点に着目し、各オン期間における交
流電源電圧の平均値を求め、その平均値に応じて、ひい
ては図６のように各オン期間での入力電流変化率（入力
電流増加率）が一定となるよう、各オン期間を補正す
る。これにより、高調波抑制の効果が大幅に向上する。
【００５０】他の構成および作用は第１実施例と同じで
ある。
【００５１】なお、負荷４の大きさおよびリアクタ５の
容量が同じ条件の場合に、各オン期間の総和が一定とな
る条件の下、断続オン動作の断続期間を細分化するよう
にしてもよい。この細分化は、オン期間の補正と合せ
て、高調波抑制効果の向上に大きく貢献する。
【００５２】また、この細分化に際しては、整流回路２
への入力電流から高調波成分を検出し、その検出結果に
応じて断続回数（細分数）を設定するようにしてもよ
い。
【００５３】さらに、オン期間の補正に当たっては、オ
ン期間における交流電源電圧の平均値だけでなく、整流
回路２の出力電圧をオフ期間に検出してその検出電圧を
補正に加味するようにしてもよい。これにより、オフ期
間の適正な設定を行うことができ、信頼性が向上する。
【００５４】［４］上記各実施例では、交流電源電圧の
半周期の前半部分を対象に短絡制御を行うようにしてい
るが、半周期の後半部分を対象に短絡制御を行うように
してもよい。
【００５５】その他、この発明は上記実施例に限定され
るものではなく、要旨を変えない範囲で種々変形実施可
能である。
【００５６】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、交
流電源の電圧を直流電圧に変換する整流回路と、交流電
源と整流回路との間の通電ラインに設けられた誘導性リ
アクタンス素子と、この誘導性リアクタンス素子の接続
位置より下流側の通電ラインに接続され、通電ラインを
必要に応じて短絡するための短絡回路と、交流電源の電
圧の零クロス点を検出する検出手段と、この検出手段に
よる零クロス点の検出タイミングを基準にして、負荷の
大きさおよび誘導性リアクタンス素子の容量に応じた所
定時間にわたり、短絡回路を先ず連続オン動作させ続い
て断続オン動作させる駆動手段とを備えたので、大型の
誘導性リアクタンス素子を用いる必要なく、ひいてはコ
ストの上昇を招くことなく、またアクティブフィルタを
用いる場合のような回路構成の複雑化やスイッチング損
失による電力変換効率の低下という不具合を生じること
もなく、力率の改善および高調波の抑制が可能な信頼性
にすぐれた電源装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】各実施例の整流回路の構成を示す図。
【図２】各実施例に関わる交流電源の電圧および電流の
波形図。
【図３】第１実施例における短絡信号および整流回路へ
の入力電流の波形を示す図。
【図４】第１実施例における所定時間の設定条件を示す
図。
【図５】第１実施例における短絡信号および整流回路へ
の入力電流の波形を示す図。
【図６】第２実施例における短絡信号および整流回路へ
の入力電流の波形を示す図。
【符号の説明】
１…商用交流電源 ２…整流回路 ４…負荷 ５…誘導性リアクタンス素子 ６…短絡回路 １１…零クロス点検出部 １２…短絡信号生成部 １３…短絡回路駆動部

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 交流電源の電圧を直流電圧に変換する整
    流回路と、 前記交流電源と前記整流回路との間の通電ラインに設け
    られた誘導性リアクタンス素子と、 この誘導性リアクタンス素子の接続位置より下流側の前
    記通電ラインに接続され、通電ラインを必要に応じて短
    絡するための短絡回路と、 前記交流電源の電圧の零クロス点を検出する検出手段
    と、 この検出手段による零クロス点の検出タイミングを基準
    にして、負荷の大きさおよび前記誘導性リアクタンス素
    子の容量に応じた所定時間にわたり、前記短絡回路を先
    ず連続オン動作させ続いて断続オン動作させる駆動手段
    と、 を具備したことを特徴とする電源装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の電源装置において、 前記駆動手段は、短絡回路を連続オン動作および断続オ
    ン動作させるためのパルス状の短絡信号を生成する手段
    を備え、その短絡信号のうち、連続オン動作に相当する
    最初のパルスのオン期間を負荷に応じて設定し、断続オ
    ン動作に相当する２つ目以降の各パルスのオン期間をそ
    の各オン期間の総和と断続オン動作の期間との比が負荷
    の大きさにかかわらず一定となる状態に設定することを
    特徴とする電源装置。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の電源装置において、 前記駆動手段は、短絡回路を連続オン動作および断続オ
    ン動作させるためのパルス状の短絡信号を生成する手段
    を備え、その短絡信号のうち、断続オン動作に相当する
    ２つ目以降の各パルスについて、各オン期間における前
    記整流回路への入力電流変化率が一定となるよう、各オ
    ン期間と各オフ期間を設定することを特徴とする電源装
    置。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の電源装置において、 前記駆動手段による断続オン動作の各オン期間における
    交流電源電圧の平均値を検出する平均電圧検出手段と、 前記駆動手段による断続オン動作の各オン期間を前記平
    均電圧検出手段の検出結果に応じて補正する補正手段
    と、 をさらに具備したことを特徴とする電源装置。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載の電源装置において、 前記駆動手段は、負荷の大きさおよび誘導性リアクタン
    ス素子の容量が同じ条件の場合に、各オン期間の総和が
    一定となる条件の下、断続オン動作のオン，オフ期間を
    細分化することを特徴とする電源装置。
  6. 【請求項６】 請求項４に記載の電源装置において、 前記補正手段は、駆動手段による断続オン動作の各オン
    期間を前記平均電圧検出手段の検出結果に応じて且つ前
    記整流回路の出力電圧に応じて補正することを特徴とす
    る電源装置。
  7. 【請求項７】 請求項２に記載の電源装置において、 前記駆動手段による断続オン動作の各オン期間における
    交流電源電圧の平均値を検出する平均電圧検出手段と、 前記駆動手段による断続オン動作の各オン期間を前記平
    均電圧検出手段の検出結果に応じて補正する補正手段
    と、 をさらに具備したことを特徴とする電源装置。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載の電源装置において、 前記駆動手段は、負荷の大きさおよび誘導性リアクタン
    ス素子の容量が同じ条件の場合に、オン期間の総和が一
    定となる条件の下、断続オン動作の断続期間を細分化す
    ることを特徴とする電源装置。
  9. 【請求項９】 請求項７に記載の電源装置において、 前記補正手段は、駆動手段による断続オン動作の各オン
    期間を前記平均電圧検出手段の検出結果に応じて且つ前
    記整流回路の出力電圧に応じて補正することを特徴とす
    る電源装置。
  10. 【請求項１０】 請求項３に記載の電源装置において、 前記駆動手段による断続オン動作の各オン期間における
    交流電源電圧の平均値を検出する平均電圧検出手段と、 前記駆動手段による断続オン動作の各オン期間を前記平
    均電圧検出手段の検出結果に応じて補正する補正手段
    と、 をさらに具備したことを特徴とする電源装置。
  11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の電源装置におい
    て、 前記駆動手段は、負荷の大きさおよび誘導性リアクタン
    ス素子の容量が同じ条件の場合に、各オン期間の総和が
    一定となる条件の下、断続オン動作の断続期間を細分化
    することを特徴とする電源装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１０に記載の電源装置におい
    て、 前記補正手段は、駆動手段による断続オン動作のオン期
    間を前記平均電圧検出手段の検出結果に応じて且つ前記
    整流回路の出力電圧に応じて補正することを特徴とする
    電源装置。
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