JP2000224858A

JP2000224858A - 電源装置

Info

Publication number: JP2000224858A
Application number: JP11025403A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Otagaki; 和久太田垣; Yasuhiro Makino; 康弘牧野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1999-02-02
Filing date: 1999-02-02
Publication date: 2000-08-11
Anticipated expiration: 2019-02-02
Also published as: JP3966635B2

Abstract

(57)【要約】【課題】効率的な力率の向上と高調波抑制を可能とす
る電源装置。【解決手段】整流回路の出力端子の間に設けているス
イッチングＴrをスイッチングする時、入力電圧のゼロ
クロス点Ｐから高周波のスイッチング信号ＳＴ₁（時間
α）を出力し、引き続いて高周波のスイッチング信号Ｓ
Ｔ₂（時間β）を出力する。また、入力電圧が次のゼロ
クロス点Ｐに近づくと、高周波のスイッチング信号ＳＴ
₃（時間γ）を出力する。このとき、スイッチング信号
ＳＴ₁、ＳＴ ₃のデューティ比を入力電流の電流値に応じ
て設定し、スイッチング信号ＳＴ₂のデューティ比を出
力電圧に応じて設定することにより、出力電圧を制御し
ながら力率改善と高調波抑制を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流電力を直流電
力に変換する電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】冷凍サイクルによって冷暖房を行なう空
気調和機（エアコン）では、冷暖房能力を調整するとき
に、コンプレッサの運転周波数を変更するものがある。
すなわち、エアコンでは、コンプレッサの運転周波数を
下げることにより冷暖房能力が下がり、コンプレッサの
運転周波数を高くすることにより冷暖房能力が高くな
る。このようなエアコンでは、インバータ制御によって
コンプレッサを駆動するモータの回転数を制御してい
る。

【０００３】インバータ制御を行なう電源装置には、Ｐ
ＷＭ制御を行なうものに加えてＰＡＭ（Pulse Amplitud
e Modulation：パルス振幅変調）制御を行なうものがあ
る。ＰＡＭ制御では、交流電圧を整流回路によって直流
電圧に変換した後、昇圧回路によって所望の電圧に変換
するようになっている。この昇圧回路としてはチョッパ
回路が一般的に用いられている。

【０００４】昇圧回路（チョッパ回路）は、リアクトル
素子とスイッチング素子及びダイオードとコンデンサを
備え、スイッチング素子をオンしてリアクトル素子に蓄
えたエネルギーを、スイッチング素子をオフすることに
よりてコンデンサを充電する。これにより、コンデンサ
には、入力電圧とリアクトル素子に蓄えられたエネルギ
ーに応じた電圧が発生する。

【０００５】このような昇圧回路では、スイッチング素
子のオン時間の比率（デューティ比）を制御することに
より、前段の整流回路に入力される交流の入力電流の波
形及び電流値を制御することができ、直流電圧の制御と
共に力率改善及び高調波電流の低減が可能となってい
る。

【０００６】一方、整流回路には、力率改善や高調波電
流の低減が望まれており、このために受動部品を用いた
パッシブ型フィルタがあるが、このパッシブ型フィルタ
では、特に入力電圧（電源電圧）が２００Ｖ以上では、
力率改善及び高調波電流の低減に限界があり、装置も大
型化してしまう。これに対して、ＰＡＭ制御を行う所謂
アクティブフィルタでは、出力電圧の制御と力率改善及
び高調波電流の低減が可能となっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アクテ
ィブフィルタを用いた整流回路では、主回路損失が大き
くなると言う問題がある。また、例えばリアクトル素子
に高価な材質を用いる必要が生じている。

【０００８】本発明は上記事実に鑑みてなされたもので
あり、力率を高効率とする力率改善及び高調波電流の低
減を図ることができる電源装置を提案することを目的と
する。また、本発明は、力率改善及び高調波抑制と共に
出力電圧の制御を可能とする電源装置を提案することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、入力される交流電力を直流電力に変換して
負荷へ供給する電源装置であって、前記交流電力を整流
する整流回路と、前記整流手段からの出力を平滑化して
直流電力を出力する平滑回路と、前記整流回路の出力端
子の間に接続されて入力されるスイッチング信号のオン
／オフに基づいて開閉されるスイッチング素子と、前記
整流回路に入力される入力電圧ないし入力電力を検出す
る入力電力検出手段と、少なくとも前記平滑回路の出力
電圧を検出する出力電力検出手段と、前記入力電力検出
手段ないし前記出力電力検出手段の検出結果に基づいた
デューティ比で前記スイッチング素子をオン／オフする
制御手段と、を含むことを特徴とする。

【００１０】この発明によれば、スイッチング素子を駆
動するスイッチング信号のデューティ比を入力電流ない
し出力電圧によって制御する。例えば、スイッチング信
号のデューティ比を高くすることにより入力電流を増加
させることができる。また、スイッチング素子のオン／
オフによって出力電圧も変化するので、スイッチング信
号のデューティ比によって出力電圧の制御が可能とな
る。

【００１１】このような本発明は、前記制御手段が、前
記入力電力検出手段によって検出した入力電圧値が正か
ら負または負から正へと反転するゼロクロス点を基準に
して前記スイッチング素子をオン／オフすることを特徴
とする。

【００１２】この発明によれば、スイッチング信号のタ
イミングを入力電圧のゼロクロス点に同期させる。これ
により、入力電力の位相と共に入力電流の波形の調整が
可能となり、高調波を抑制することができる。

【００１３】また、本発明では、前記制御手段が、入力
電圧あるいは入力電力のゼロクロスを検出してからの半
周期内でスイッチング素子をオン／オフする第１のスイ
ッチング期間及び次のゼロクロス点に達する前にスイッ
チング素子をオン／オフする第２のスイッチング期間
と、を設定して前記スイッチング素子をオン／オフする
ことが好ましい。

【００１４】また、本発明では、記第１及び第２のスイ
ッチング期間のデューティ比を前記入力電力検出手段に
よって検出する入力電流に基づいて設定することが好ま
しい。

【００１５】この発明によれば、電源周波数の半サイク
ル中に、入力電圧のゼロクロス点でスイッチングを開始
する第１のスイッチング期間のみならず、入力電圧がゼ
ロクロス点に近づくときにスイッチンを行う第２のスイ
ッチング期間を設けている。

【００１６】これにより、入力電圧の位相に入力電流の
位相を一致させるときに、入力電力の位相が切り換わる
ときの電力電流の波形を滑らかにすることができ、効率
的な高調波抑制が可能となる。

【００１７】また、第１及び第２のスイッチング期間
は、入力電圧のゼロクロス点近傍で、電圧の低い領域に
おいてスイッチングを行うため、例えばリアクトルに流
れる電流を増加させることがなく、リアクトルを流れる
電流がスイッチング素子のオン／オフによって増加する
ことによる損失を防止できる。

【００１８】さらに、本発明では、前記第１のスイッチ
ング期間に連続して前記スイッチング素子をオン／オフ
する第３のスイッチング期間を設定することが好まし
い。

【００１９】また、本発明では、前記第３のスイッチン
グ期間で前記スイッチング素子をオン／オフするデュー
ティ比を前記出力電力検出手段によって検出する出力電
圧に基づいて設定することが好ましい。

【００２０】このような本発明によれば、出力電圧に応
じたデューティ比でスイッチング素子をスイッチングす
る第２のスイッチング期間を、第１のスイッチング期間
に設けている。

【００２１】この第２のスイッチング期間は、入力電圧
の波形上で入力電圧が比較的高い区間となっており、こ
の第２のスイッチング期間でスイッチング素子をオン／
オフすることにより、効率的に出力電圧を上昇させるこ
とができる。また、出力電圧によって第２のスイッチン
グ期間のデューティ比を設定することにより、出力電圧
を効率的に所望の電圧に昇圧したり、出力電圧が一定と
なるように制御することができる。

【００２２】また、本発明は、可聴領域外の周波数の信
号により前記スイッチング素子をオン／オフすることを
特徴とする。

【００２３】この発明によれば、スイッチング素子を可
聴領域外の周波数でスイッチングする。

【００２４】一般に、スイッチング素子のオン／オフに
よってリアクトルに流れる電流が変化するので、電磁音
が発生しやすい。このスイッチング素子をスイッチング
する周期を可聴周波数外の高い周波数とすることによ
り、実質的に無騒音とすることができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照しながら、本発
明の実施の形態を説明する。図２には、本実施の形態に
適用した空気調和機（以下「エアコン１０」と言う）の
冷凍サイクルを示している。

【００２６】このエアコン１０は、被空調室に設置され
る室内ユニット１２と室外に設置される室外ユニット１
４によって構成されており、室内ユニット１２と室外ユ
ニット１４とは、冷媒を循環させる太管の冷媒配管１６
Ａと、細管の冷媒配管１６Ｂとで接続されている。

【００２７】室内ユニット１２には、熱交換器１８が設
けられており、冷媒配管１６Ａ、１６Ｂのそれぞれの一
端がこの熱交換器１８に接続されている。また、冷媒配
管１６Ａの他端は、室外ユニット１４のバルブ２０Ａ、
マフラー２２Ａを介して四方弁２４に接続されている。
この四方弁２４は、アキュムレータ２８及びマフラー２
２Ｂを介してコンプレッサ２６に接続されている。

【００２８】さらに、室外ユニット１４には、熱交換器
３０が設けられている。この熱交換器３０は、一方が四
方弁２４に接続され、他方がキャピラリチューブ３２、
ストレーナ３４、モジュレータ３８を介してバルブ２０
Ｂに接続されている。また、ストレーナ３４とモジュレ
ータ３８の間には、電動膨張弁３６が設けられ、バルブ
２０Ｂには、冷媒配管１６Ｂの他端が接続されている。
これによって、室内ユニット１２と室外ユニット１４の
間に冷凍サイクルを形成する冷媒の密閉された循環路が
構成されている。

【００２９】エアコン１０は、コンプレッサ２６と一体
に設けているコンプレッサモータ４０の回転駆動によっ
てコンプレッサ２６が運転されると、この冷凍サイクル
中を冷媒が循環される。このとき、エアコン１０では、
運転モード（冷房モード又は暖房モード）に応じて四方
弁２４が切換えられ、電動膨張弁３６の弁開度を制御す
ることにより、冷媒の蒸発温度が調整される。なお、図
２では矢印によって暖房運転時（暖房モード）と冷房運
転時（冷房モードまたはドライモード）の冷媒の流れを
示している。

【００３０】冷房モードでは、コンプレッサ２６によっ
て圧縮された冷媒が熱交換器３０へ供給されることによ
り液化され、この液化された冷媒が室内ユニット１２の
熱交換器１８で気化することにより、熱交換器１８を通
過する空気を冷却する。また、暖房モードでは、逆に、
コンプレッサ２６によって圧縮された冷媒が、室内ユニ
ット１２の熱交換器１８で凝縮されることにより放熱
し、この冷媒が放熱した熱で熱交換器１８を通過する空
気を加熱する。

【００３１】室内ユニット１２は、送風用に設けられて
いる図示しないクロスフローファンによって室内ユニッ
ト１２に吸引した空気を室内へ吹出すときに熱交換器１
８を通過させ温調する。これにより、室内ユニット１２
から吹出される空気によって室内が空調される。

【００３２】図１に示されるように、室外ユニット１４
には、電源装置４２及びマイコン４４が設けられてい
る。電源装置４２は、交流電力をコンプレッサモータ４
０の駆動用の直流電力に変換する。また、マイコン４４
は、室外ユニット１４の作動を制御すると共に、電源装
置４２の作動を制御する。

【００３３】例えば、マイコン４４は、例えばシリアル
通信等によって室内ユニット１２に設けられている図示
しないマイコンと接続されており、この室内ユニット１
２のマイコンからの信号に基づいて作動する。なお、マ
イコン４４は、室内ユニット１２のマイコンから送出さ
れた信号及び外気温度を検出する外気温度センサ、コン
プレッサ２６の温度を検出するコンプレッサ温度セン
サ、熱交換器３０のコイル温度を検出するコイル温度セ
ンサ等の検出結果に基づいてコンプレッサモータ４０と
共に、四方弁、電動膨張弁３６、熱交換器３０を冷却す
る冷却ファン等の駆動を制御する。

【００３４】室外ユニット１４に設けられている電源装
置４２は、整流回路４６と平滑回路４８を備えており、
交流電源５０から供給される交流電力を所定電圧の直流
電力に変換し、インバータ回路５２へ出力する。インバ
ータ回路５２は、スイッチング素子が設けられた一般的
構成となっており、スイッチング信号によってスイッチ
ング素子をがン／オフ制御されることにより、スイッチ
ング信号に応じた電力をコンプレッサモータ４０へ出力
し、この電力（電圧）に応じた回転数でコンプレッサモ
ータ４０を回転駆動する。

【００３５】インバータ回路５２は、マイコン４４に接
続されており、マイコン４４から出力されるスイッチン
グ信号に基づいてスイッチング素子が駆動される。すな
わち、マイコン４４は、インバータ回路５２を用いてＰ
ＷＭ制御によってコンプレッサモータ４０の回転数を制
御している。

【００３６】近年、コンプレッサモータ４０としては、
ＤＣブラシレスモータを用いており、入力電圧の変化に
応じて回転数が変化する。したがって、スイッチング信
号のデューティ比に応じた電圧がインバータ回路５２か
らコンプレッサモータ４０へ出力されることにより、コ
ンプレッサモータ４０は、この電圧に応じた回転数で回
転駆動する。

【００３７】このインバータ回路５２では、スイッチン
グ信号のデューティ比を一定としたときに、出力電圧が
インバータ回路５２への入力電圧、すなわち、平滑回路
４８の出力電圧Ｖ₀に応じて変化させることができる。
これにより、インバータ回路５２への入力電圧に応じて
もコンプレッサモータ４０の回転数が変更可能となって
いる。すなわち、マイコン４４は、ＰＡＭ（Pulse Amp
litude Modulation ：パルス振幅変調）制御によっても
コンプレッサモータ４０の回転数の制御が可能となって
いる。

【００３８】一方、整流回路４６は、ダイオード５４を
ブリッジ状に接続した整流器５６が設けられており、こ
の整流器５６の入力端子５８Ａ、５８Ｂにチョークコイ
ルであるリアクトル６０を介して、交流電源５０が接続
される。本実施の形態に適用したエアコン１０の室外ユ
ニット１４は、所定電圧（例えば単相１００Ｖ）の交流
電力が供給されることにより運転される。

【００３９】整流器５６の出力端子６２Ａ、６２Ｂに
は、ダイオード７２、７４を介して平滑回路４８が接続
されている。平滑回路４８は、直列接続されたコンデン
サ６４、６６と、このコンデンサ６４、６６に並列接続
されたコンデンサ６８によって構成され、整流器５６か
ら出力される脈流を平滑化する。

【００４０】一方、整流回路４６には、整流器５６の一
方の入力端子５８Ｂとコンデンサ６４、６６の接続点６
５の間にスイッチ７０が設けられており、スイッチ７０
を開くことにより両波整流回路が形成され、スイッチ７
０を閉じることにより倍電圧両波整流回路が形成され
る。

【００４１】これにより、電源装置４２は、整流器５６
から出力される電力を平滑回路４８によって平滑化する
ことにより、交流電圧が１００Ｖ／２００Ｖのいずれで
あっても、約２７０Ｖの電圧を出力可能となっている。
なお、スイッチ７０としてリレー接点を設け、マイコン
４４が交流電源５０の電圧に応じてリレーを操作して接
点を開閉するようにしても良い。

【００４２】ところで、整流器５６の出力端子６２A、
６２Ｂの間には、スイッチング回路７６が接続されてい
る。このスイッチング回路７６は、スイッチング素子と
してＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）
等のスイッチングＴr７８とダイオード８０によって構
成されており、スイッチングＴr７８がスイッチング信
号によってオンされることにより出力端子６２Ａから出
力端子６２Ｂへ電流が流れるようになっている。

【００４３】このスイッチングＴr７８は、駆動回路８
２を介してマイコン４４に接続されており、マイコン４
４から出力される高周波のスイッチング信号ＳＴによっ
てオン／オフされる。

【００４４】一方、マイコン４４には、入力電力検出手
段として、電源電圧検出回路８４と電源電流検出回路８
４が接続されている。マイコン４４は、この電源電圧検
出回路８４によって電源電圧（入力電圧）と共に入力電
圧の波形の位相信号を読み込み、位相信号から電源電圧
の波形が切り換わるゼロクロス点Ｐ（図３参照）を検出
する。マイコン４４は、このゼロクロス点Ｐに基づいて
スイッチング信号ＳＴを出力するタイミングを設定する
ようになっている。

【００４５】図３に示されるように、マイコン４４は、
交流電源５０の周波数ｆ₁の位相に同期させて、周波数
ｆ₁の１／２サイクル毎に、スイッチング信号ＳＴを出
力するようになっている。また、マイコン４４では、ス
イッチング信号ＳＴを、スイッチング信号ＳＴ₁、Ｓ
Ｔ₂、ＳＴ₃に分割して出力するように設定されている
（以下総称するときは「スイッチング信号ＳＴ」とす
る）。

【００４６】すなわち、マイコン４４は、周波数ｆ₁の
１／２サイクル内で、スイッチング信号ＳＴ₁、ＳＴ₂、
ＳＴ₃の何れかを出力する時間α、β、γと、スイッチ
ング信号ＳＴを停止する時間δ、εによって５分割する
ように設定されている。

【００４７】スイッチング信号ＳＴ₁は、ゼロクロス点
Ｐ（位相角θ＝０）から時間αの間で出力され、スイッ
チング信号ＳＴ₃は、次のゼロクロス点（θ＝１８０
°）の直前で停止する時間γの間で出力するようにして
いる。これにより、スイッチング信号ＳＴ₃と次のスイ
ッチング信号ＳＴ₁の間で、僅かながらスイッチング信
号ＳＴが停止する時間εを設けるようにしている。

【００４８】また、スイッチング信号ＳＴ₂は、スイッ
チング信号ＳＴ₁に引き続いて時間βの間で出力するよ
うになっており、スイッチング信号ＳＴ₂とスイッチン
グ信号ＳＴ₃の間の電源電圧のピークを挟んで、スイッ
チングＴr７８のスイッチングを停止する時間δを設け
ている。

【００４９】これにより、マイコン４４が、ゼロクロス
点Ｐからスイッチング信号ＳＴ₁、ＳＴ₂を出力した後、
一旦、スイッチング信号ＳＴを出力を停止してからスイ
ッチング信号ＳＴ₃を出力する。なお、周波数ｆ₁の１／
２サイクル内での時間α〜εは、任意の設定するもので
あってもよいが、以下では、一例として予め設定されて
いるものとする。

【００５０】スイッチング信号ＳＴ₁の時間αは、電圧
波形の位相角θに換算すると位相角θが０°〜３５°
（１８０°〜２１５°）の間となっており、スイッチン
グ信号ＳＴ₂の時間βは、位相角θが３５°〜７０°
（２１５°〜２５０°）の間としている。また、スイッ
チング信号ＳＴ₃の時間γは、位相角θが１５０°〜１
８０°付近（３３０°〜０°付近）までとしており、電
圧波形の位相角θが１８０°に達する前（例えばθ＝１
７５°）に停止するようにしている。

【００５１】マイコン４４は、少なくとも１５ｋHz以上
の可聴領域外の周波数ｆを周期とした所定のデューティ
比のスイッチング信号ＳＴ（ＳＴ₁、ＳＴ₂、ＳＴ₃）を
出力する。なお、本実施の形態では、一例として、この
周波数ｆを１７ｋHzとしている。

【００５２】また、スイッチング信号ＳＴ₁とスイッチ
ング信号ＳＴ₃のデューティ比は、３０％を基準とし、
スイッチング信号ＳＴ₂のデューティ比は、６０％を基
準としている。

【００５３】また、マイコン４４には、電源装置４２か
ら出力される出力電圧Ｖoを検出する出力電圧検出回路
９０が接続されている。マイコン４４は、この出力電圧
検出回路９０によって検出する出力電圧Ｖoに基づいて
スイッチング信号ＳＴ₂のデューティ比を変化させるよ
うになっている。

【００５４】電源装置４２では、スイッチング信号ＳＴ
₂が６０％のデューティ比となることにより、出力電圧
Ｖoが、例えば２８０Ｖ（基準電圧Ｖs＝２８０Ｖ）とな
るように設定されている。マイコン４４は、出力電圧Ｖ
oが基準電圧Ｖsより下がると、出力電圧Ｖoが上昇する
ように、スイッチング信号ＳＴ２のデューティ比を高く
し、出力電圧Ｖoが基準電圧Ｖsより高くなるとスイッチ
ング信号ＳＴ₂のデューティ比を下げるようにしてい
る。

【００５５】すなわち、マイコン４４は、出力電圧Ｖo
を昇圧するときにスイッチング信号ＳＴ₂を出力するよ
うになっている。なお、マイコン４４は、電源電流検出
回路８６によって検出する入力電流Ｉiに基づいてスイ
ッチング信号ＳＴ₁、ＳＴ₃のデューティ比を変化させよ
うにしている。

【００５６】

【実施例】〔第１実施例〕以下に本実施の形態に係る第
１実施例を説明する。この第１実施例では、室外ユニッ
ト１４が接続される交流電源５０として単相１００Ｖを
用いており、これにより電源装置４２では、スイッチ７
０が閉じられて倍電圧両波整流を行うようになってい
る。また、第１の実施の形態では、スイッチング信号Ｓ
Ｔ₁、ＳＴ₃を出力し、スイッチング信号ＳＴ₂の出力を
停止するようにしている。すなわち、電源装置４２の出
力電圧Ｖoを昇圧せずに出力するようにしている。

【００５７】エアコン１０は、図示しないリモコンスイ
ッチの操作によって、運転モード、設定温度等の運転条
件が設定され、運転／停止ボタンの操作によって運転開
始が指示されてると、室内ユニット１２に設けている図
示しないマイコンが、設定された運転条件に応じて室内
を空調するために必要な空調能力を演算し、この演算結
果に基づいてコンプレッサモータ４０の回転数を設定す
る。この後、室内ユニット１２に設けているマイコン
は、設定した回転数でコンプレッサモータ４０を駆動す
るように、室外ユニット１４に設けているマイコン４４
に指示する。

【００５８】マイコン４４は、室内ユニット１２のマイ
コンによって指示されたコンプレッサ２６の回転数が得
られるように電源装置４２及びインバータ回路５２を制
御しながらコンプレッサモータ４０を回転駆動する。こ
れにより、エアコン１０では、コンプレッサ２６で圧縮
された冷媒が冷凍サイクル中を循環され、室内ユニット
１２に設けている熱交換器１８を通過する空気を温調す
る。この室内ユニット１２の熱交換器１８を通過するこ
とにより温調された空気が、室内ユニット１２から吹出
されることにより、室内の空調が図られる。

【００５９】ところで、室外ユニット１４に設けられて
いるマイコン４４は、電電装置４２に設けているスイッ
チング回路７６のスイッチングＴr７８を制御すること
により、入力電流Ｉiの位相を入力電圧Ｖiの位相に合わ
せるようにしている。すなわち、電源装置４２は、マイ
コン４４によってスイッチング回路７６のスイッチング
Ｔr７８を制御することにより力率改善を図っている。

【００６０】第１実施例では、図４及び図５を参照しな
がら、スイッチング信号ＳＴ₁、ＳＴ₃による力率改善に
ついて説明する。なお、図４及び図５では、交流電源５
０の周波数ｆ₁を６０Hzとし、負荷（インバータ回路５
２及びコンプレッサモータ）を２ｋｗとしたシュミレー
ション結果を示している。図４は、入力電圧Ｖi（電源
電圧）と入力電圧Viに対するスイッチング信号ＳＴ₁、
ＳＴ₃及び入力電流Ｉiの変化を示しており、図５は、コ
ンデンサ６４、６６、６６のそれぞれに印加される電圧
Ｖ₁、Ｖ₂、Ｖ₃を示しており、電圧Ｖ₃がコンデンサ６８
によって平滑化されることにより出力電圧Ｖoが得られ
る。

【００６１】電源装置４２を制御するマイコン４４は、
交流電源５０から整流回路５６に入力される入力電圧Ｖ
iの電圧波形のゼロクロス点Pを検出すると、スイッチン
グ信号ＳＴ₁を出力する。このスイッチング信号ＳＴ
₁は、予め設定されているデューティ比（一例として３
０％）でオン／オフされる。

【００６２】電源装置４２では、スイッチングＴr７８
が、電圧波形のゼロクロス点Ｐからスイッチング信号Ｓ
Ｔ₁に基づいてオン／オフされることにより、このスイ
ッチング信号ＳＴ₁のオン／オフに応じて入力電流Ｉiが
流れる。

【００６３】これにより、図４に示されるように、電圧
波形のゼロクロス点Ｐから入力電流Ｉiが流れはじめ、
入力電圧Ｖiの位相に対して入力電流Ｉiの位相が遅れて
いると、入力電流Ｉiの位相が入力電圧Ｖiの位相と一致
するように進められる。

【００６４】一方、マイコン４４は、電圧波形が次のゼ
ロクロス点Ｐ（図３のゼロクロス点Ｐ₁）に近づくとス
イッチング信号ＳＴ₃の出力を開始する。このスイッチ
ング信号ＳＴ₃は、電圧波形の位相角θが１５０°とな
ると出力され、位相角θが次のゼロクロス点Ｐ₁である
１８０°の近傍（例えばθ＝１７５°）に達すると停止
される。この後、位相角θが次のゼロクロス点Ｐ₁（位
相角θ＝１８０°）に達すると、新たにスイッチング信
号ＳＴ₁の出力が開始される。

【００６５】図４に示されるように、入力電流Ｉiは、
入力電圧Ｖiの電圧波形の位相が切り換わる直前で減少
した後、電圧波形の位相が切り換わるのに合わせて増加
する。このように、スイッチング信号ＳＴ₁に加えてス
イッチング信号ＳＴ₃を用いることにより、入力電流Ｉi
の位相を入力電圧Ｖiの位相に合わせて滑らかに変化さ
せることができる。

【００６６】特に１００Ｖ電源を用いた倍電圧整流で
は、入力電流Ｉiの位相が変わるときに極性も変わるた
め、スイッチング信号ＳＴ₁のみだと、ゼロクロス点Ｐ
でスイッチング信号ＳＴ₁によって電流値が大きく変化
することがあり、このために、入力電流Ｉiに高調波成
分が生じることになる。

【００６７】これに対して、スイッチング信号ＳＴ₃に
よってゼロクロス点Ｐの近傍で、予め電流値を減少させ
ることができるため、ゼロクロス点Ｐの近傍での電流波
形を滑らかにすることができ、入力電流Ｉiの高調波成
分の低減が可能となる。

【００６８】図５に示されるように、電源装置４２で
は、コンデンサ６４、６６のそれぞれに電圧Ｖ₁、V₂が
印加され、コンデンサ６８に倍電圧両波整流された電圧
Ｖ₃が印加される。

【００６９】このように、電源装置４２では、簡単なス
イッチング回路７６を設けた構成で、電圧波形のゼロク
ロス点Ｐを挟むようにスイッチング信号ＳＴ₁、ＳＴ₃を
出力することにより、スイッチング信号ＳＴ₁のみで力
率改善を図る場合と比較し、入力電流Ｉiの位相の切り
換わりを円滑にすることができると共に、より力率を高
くすることができる（例えば力率が０．９７以上）。

【００７０】また、スイッチング信号ＳＴ₁、ＳＴ₃は、
入力電流Ｉiが少ないときに入力電流Ｉiを増加させるよ
うにしているため、スイッチングＴr７８のオン／オフ
によってリアクトル６０に流れる電流（入力電流Ｉi）
も少ないので、リアクトル６０で大きな損失を生じさせ
ることがない。また、スイッチング信号ＳＴは、可聴領
域外の周波数ｆでスイッチングＴr７８をスイッチング
させるため、スイッチングによりリアクトル６０に電流
の変化が生じても、電磁音等の異音を感じさせることが
ない。すなわち、実質的にリアクトル６０を無騒音状態
とすることができる。

【００７１】これにより、リアクトル６０の騒音を防止
するために、フェライト、アモルファス等の高価な材質
を用いる必用がなく安価なケイ素鋼鈑等の汎用材を用い
ることができ、低コストでの力率改善と高調波抑制が可
能となる。

【００７２】一方、スイッチング信号ＳＴ₁、ＳＴ３の
デューティ比は、負荷の大きさ、すなわち入力電流Ｉi
の電流値（又は入力電力）によって変化させることが好
ましい。

【００７３】すなわち、スイッチング信号ＳＴ₁、ＳＴ₃
のデューティ比が高いと入力電流Ｉiの変化も大きくな
る。このため、負荷が小さく電流値も小さいときには、
スイッチング信号ＳＴ₁、ＳＴ₃によって必要以上に入力
電流Ｉiを変化させてしまうことになり、高調波成分を
増加させてしまう恐れがある。

【００７４】このため、負荷又は入力電流の電流値又は
入力電力に応じてスイッチング信号ＳＴ₁、ＳＴ₃のデュ
ーティ比を調整することにより、力率向上共により適切
な高調波抑制が可能となる。なお、スイッチング信号Ｓ
Ｔ１、ＳＴ２の時間α、γも入力電流Ｉiの電流値又は
入力電力に基づいて変化させるようにしてもよく、より
好ましい。〔第２実施例〕以下に、本実施の形態に係る第２実施例
を図６及び図７を参照しながら説明する。

【００７５】第２実施例では、マイコン４４が、スイッ
チング信号ＳＴとして、スイッチング信号ＳＴ₁に引き
続いて、時間βでスイッチング信号ＳＴ₂を出力する。
電源装置４２では、スイッチング信号ＳＴ₂によってス
イッチングＴr７８がオン／オフされることにより、出
力電圧Ｖoが増加する。すなわち、電源装置４２では、
スイッチング回路７６が昇圧回路の機能も果たしてい
る。

【００７６】このスイッチング信号ＳＴ₂のデューティ
比は、例えば、出力電圧Ｖoが２８０Ｖとなるように６
０％を基準にしている。マイコン４４は、このときの出
力電圧Ｖoを基準電圧Ｖsとして、出力電圧Ｖoが基準電
圧Ｖsとなるようにデューティ比を変化させる。

【００７７】マイコン４４は、ゼロクロス点Ｐを検出す
ると、所定のデューティ比でスイッチング信号ＳＴ₁を
出力させた後、引き続いてスイッチング信号ＳＴ₂を出
力する。このとき、マイコン４４は、出力電圧検出回路
９０によって検出した出力電圧Ｖoと基準電圧Ｖsを比較
し、出力電圧Ｖoが基準電圧Ｖsより低い時には、スイッ
チング信号ＳＴ₂のデューティ比を高く、出力電圧Ｖoが
基準電圧Ｖsより高くなるとスイッチング信号ＳＴ₂のデ
ューティ比を下げる。

【００７８】これにより、出力電圧Ｖoが基準電圧Vsよ
り低い時には、出力電圧Ｖoが上昇し、出力電圧Ｖoが基
準電圧Ｖsより高い時には、出力電圧Ｖoが下げられ、出
力電圧Ｖoが略一定となってインバータ回路５２へ供給
される。また、スイッチング信号ＳＴ₂によって出力電
圧Ｖoを変化させることができるため、スイッチング信
号ＳＴ₂によってコンプレッサ２６のＰＡＭ制御が可能
となる。

【００７９】また、マイコン４４は、出力電圧Ｖoが、
予め設定している上限値に達するとスイッチング信号Ｓ
Ｔ２のデューティ比を「０」にする。これにより、スイ
ッチング信号ＳＴ２が停止して、電源装置４２での出力
電圧Ｖoの昇圧が停止する。

【００８０】これにより、例えば、出力電圧Ｖoの上限
値をコンデンサ６４〜６８やインバータ回路５２に設け
ているスイッチング素子の耐圧に基づいて設定すれば、
コンデンサ６４〜６８やインバータ回路５２の高電圧に
対する保護が可能となる。

【００８１】一方、スイッチング信号ＳＴ₁に引き続い
てスイッチング信号ＳＴ₂を出力して、スイッチングＴr
７８をオン／オフすることにより、このスイッチング信
号ＳＴ₂のオン／オフに応じて入力電流Ｉiも増加する。

【００８２】これにより、図６に示されるように、スイ
ッチング信号ＳＴ₁を停止した直後の入力電流Ｉiの落ち
込みを防止でき、入力電流Ｉiの波形整形が可能とな
る。

【００８３】入力電流Ｉiは、高調波成分が増加するこ
とにより波形が崩れる。これに対して、入力電流Ｉiの
波形を整形して滑らかにすることにより高調波成分が除
去されることになる。すなわち、電源装置４２では、ス
イッチング信号ＳＴ₂によってスイッチングＴr７８を所
定のデューティ比でスイッチングすることにより、入力
電流Ｉiに高調波成分が含まれてしまうのを抑えること
ができる。

【００８４】一方、図７に示されるように、スイッチン
グ信号ＳＴ₂によってスイッチングＴr７８をスイッチン
グすることにより、スイッチングＴr７８をオフしたと
き（図５参照）よりもコンデンサ６４、６６に印加され
る電圧Ｖ₁、Ｖ₂の振幅の変化も大きくなる。これによ
り、電圧Ｖ₃と共に出力電圧Ｖoも高くなり、電源装置４
２から出力される出力電圧Ｖoが昇圧される。

【００８５】したがって、基準電圧Ｖsと出力電圧Ｖoに
基づいてスイッチング信号ＳＴ₂のデューティ比を変化
させることにより、出力電圧Ｖoを基準電圧Vsとなるよ
うに制御できる。また、例えば室内ユニット１２から要
求されるコンプレッサモータ４０の回転数に応じて基準
電圧Ｖsを変化させるか、スイッチング信号ＳＴ₂のデュ
ーティ比を変化させることにより、コンプレッサモータ
４０、すなわち、コンプレッサ２６のＰＡＭ制御が可能
となる。

【００８６】なお、第１及び第２実施例では、周波数ｆ
₁の１サイクル中で二度づつ出力するスイッチング信号
ＳＴ₁、ＳＴ₂、ＳＴ₃のデューティ比を同じにして説明
したが、最初の半サイクルと次の半サイクルでデューテ
ィ比を変えるようにしても良い。これにより、入力電流
Ｉiの波形をより一層良化することができると共に、コ
ンデンサ６４、６６の保護が可能となる。

【００８７】すなわち、倍電圧両波整流を行う場合、コ
ンデンサ６４、６６は、容量の等しいものを用いること
が好ましいが、同一規格のものを用いても５％〜１０％
程度の容量が生じていることがある。これにより正相と
負相で蓄積容量が変わり、電圧値や電流値も変化するた
めに、コンデンサ６４、６６に負担がかかると共に相に
よって入力電流Ｉi（例えばピーク値）も変わってしま
う。

【００８８】このとき、例えばスイッチング信号ＳＴ
１、ＳＴ３のデューティ比を変えたり、スイッチング信
号ＳＴ２のデューティ比を変えることにより、コンデン
サ６４、６６に容量の差が生じていても、蓄積電力を同
じにすることができる。これにより、コンデンサ６４、
６６の保護が可能となると共に、相毎に電圧や電流が変
わるのを防止することができ、入力電流Ｉiの波形は勿
論ピーク値も略同じにすることができる。〔第３実施例〕以下に、本実施の形態の第３実施例を説
明する。なお、前記した第１及び第２実施例では、交流
電源５０として単相１００Ｖを室外ユニット１４の電源
装置４２へ供給するものとして説明したが、第３実施例
では、交流電源５０として単相２００Ｖを用いている。
これにより、電源装置４２のスイッチ７０が開放され、
電源装置４２では両波整流を行う。このとき、整流回路
４６と平滑回路４８の間に設けているダイオード７２、
７４を省略することができ、また、コンデンサ６４、６
６、６８も一つにすることができる。

【００８９】したがって、図８に示されるように、、第
３実施例では、コンデンサ９２によって構成される平滑
回路９４、スイッチング回路７６及び整流回路５６によ
って構成される電源装置９６として説明する。

【００９０】図９乃至図１１には、電源装置９６を用い
たシュミレーション結果を示している。なお、このシュ
ミレーションでは、４ｋｗの負荷に電力を供給するもの
としている。

【００９１】マイコン４４は、入力電圧Ｖiのゼロクロ
ス点Ｐを検出するとスイッチング信号ＳＴ₁の出力を開
始し、このスイッチング信号ＳＴ₁に引き続いてスイッ
チング信号ＳＴ₂を出力する。また、マイコン４４は、
スイッチング信号ＳＴ₂を停止すると、時間δだけ経過
した後にスイッチング信号ＳＴ₃を出力する。

【００９２】これにより、スイッチングＴr７８は、ス
イッチング信号ＳＴ₁、ＳＴ₂でスイッチングされた後、
スイッチング信号ＳＴ₃でスイッチングされるのを繰り
返す。

【００９３】これにより、図９に示されるように、入力
電流Ｉiの波形は、スイッチング信号ＳＴ₁、ＳＴ₂、Ｓ
Ｔ₃に応じて変化し、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に
示されるように、入力電流Ｉiは、位相が入力電圧Ｖiの
位相に合わせられ、かつ、正弦波に近い波形に整形され
る。

【００９４】すなわち、電源装置９６では、電源装置４
２と同様にスイッチング信号ＳＴ₁に引き続いてスイッ
チング信号ＳＴ₂を所定のデューティ比及び時間α、β
で出力し、時間δの間、スイッチングを停止した後、ス
イッチング信号ＳＴ₃を所定のデューティ比で出力し、
このスイッチング信号ＳＴ₃を次のゼロクロス点Ｐの手
前で停止させることにより、位相が入力電圧Ｖiの位相
に合わせられた入力電流Ｉiが得られる。したがって、
電源装置９６においても、大幅な力率改善が図られる。
このとき、リアクトル６０は、入力端子５８Ａと交流電
源５０の間、もしくは出力端子６２Ａとスイッチング回
路７６の間のどちらに接続しても良い。

【００９５】一方、図１１には、入力電流Ｉiの周波数
に対する電流値、すなわち、電源装置９６が発生する高
調波電流値を示している。

【００９６】電源装置９６によって得られる入力電流Ｉ
iには、入力電流Ｉiの基本波である周波数ｆ₁に対し
て、3次高調波ｆ₃、５次高調波ｆ₅、７次高調波ｆ₇、９
次高調波ｆ₉、１１次高調波ｆ₁₁、１３次高調波ｆ₁₃、
１５次高調波ｆ₁₅、１７次高調波ｆ₁₇及び２１次高調波
ｆ₂₁が含まれており、特に、３次高調波ｆ₃、７次高調
波ｆ₇及び９次高調波ｆ₉が大きくなっている。

【００９７】２００Ｖを使用する電気機器の高調波電流
発生限度値（例えばＩＥＣ規格）の最大許容高調波電流
である最大許容高調波電流値は、３次高調波、７次高調
波及び９次高調波がそれぞれ２．６４Ａ、０．８８Ａ、
０．４６Ａとなっている。

【００９８】これに対して、電源装置９６の発生する３
次高調波ｆ₃、７次高調波ｆ₇及び９次高調波ｆ₉の各高
調波電流値は勿論、いずれの次数の高調波電流値も、２
００Ｖを使用する電気機器の最大許容高調波電流値を越
えるものではない。

【００９９】一般に２００Ｖの電力を使用する電気機器
は、高調波電流発生限度値をクリアするのが困難とさ
れ、高調波電流発生限度値をクリアするために、複雑な
機構を用いているが、電源装置９６では、スイッチング
Ｔr７８を入力電圧Ｖiのゼロクロス点を基準にしたスイ
ッチング信号ＳＴ₁、ＳＴ₂、ＳＴ₃によってスイッチン
グする簡単な構成で、２００Ｖを使用する電気機器の高
調波電流発生限度値を確実にクリアすることができてい
る。

【０１００】なお、以上の説明は、本発明の構成を限定
するものではなく、本発明は、種々の構成を適用するこ
とができる。

【０１０１】例えば、本実施の形態では、スイッチング
素子としてスイッチングＴｒ７８を設けたが、スイッチ
ング素子としては、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ等の種々の
スイッチング素子を用いることができる。

【０１０２】また、本実施の形態では、エアコン１０の
室外ユニット１４に設けた電源装置４２、９６を例に説
明したが、本発明は、エアコン１０等の空気調和機に限
らず、種々の電気機器に設けられて、交流電力を所定の
一定電圧の直流電力または任意の電圧に昇圧した直流電
力を得るための電源装置に適用が可能である。

【０１０３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ス
イッチング素子をオン／オフする時のデューティ比を入
力電圧あるいは入力電力に基づいて設定することによ
り、力率改善と共に入力電流の波形整形を行うことがで
き、力率の向上と高調波抑制が可能となる優れた効果が
得られる。また、本発明によれば、デューティ比を出力
電圧に基づいて設定することにより、力率改善を図りな
がら出力電圧の昇圧及び出力電圧の制御を行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に適用した電源装置の概略を示す
ブロック図である。

【図２】本実施の形態の電源装置を適用したエアコンの
冷凍サイクルを示す概略図である。

【図３】本発明に係る入力電圧の電圧波形に対するスイ
ッチング信号の出力期間を示す線図である。

【図４】第１実施例での入力電圧の電圧波形に対するス
イッチング信号と入力電流の電流波形の概略を示す線図
である。

【図５】第１実施例でのコンデンサに印加される電圧波
形の概略を示す線図である。

【図６】第２実施例での入力電圧の電圧波形に対するス
イッチング信号と入力電流の電流波形の概略を示す線図
である。

【図７】第２実施例でのコンデンサに印加される電圧波
形の概略を示す線図である。

【図８】第３実施例に係る電源装置の概略を示すブロッ
ク図である。

【図９】第３実施例に係るスイッチング信号に対する入
力電流の電流波形の概略を示す線図である。

【図１０】（Ａ）は第３実施例での入力電流の電流波形
を示す線図、（Ｂ）は入力電圧と出力電圧を示す線図で
ある。

【図１１】第３実施例であられる入力電流中の高調波成
分を示す線図である。

【符号の説明】

１０エアコン４０コンプレッサモータ４２、９６電源装置４４マイコン（制御手段）４６整流回路４８、９４平滑回路５０交流電源５２インバータ回路６０リアクトル７６スイッチング回路７８スイッチングＴr（スイッチング素子）８４電源電圧検出回路（入力電力手段）８６電源電流検出回路入力電力手段９０出力電圧検出回路（出力電力検出手段） α 時間（第１のスイッチング期間） β 時間（第３のスイッチング期間） γ 時間（第２のスイッチング期間）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H006 AA02 BB05 CA01 CB01 CB04 CB09 CC01 DA02 DA04 DC02 DC05 5H007 AA02 AA08 BB06 CA01 CB00 CC12 CC23 DA03 DA05 DA06 DB01 DC02 DC04 DC05 EA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力される交流電力を直流電力に変換し
て負荷へ供給する電源装置であって、前記交流電力を整流する整流回路と、前記整流手段からの出力を平滑化して直流電力を出力す
る平滑回路と、前記整流回路の出力端子の間に接続されて入力されるス
イッチング信号のオン／オフに基づいて開閉されるスイ
ッチング素子と、前記整流回路に入力される入力電圧ないし入力電力を検
出する入力電力検出手段と、少なくとも前記平滑回路の出力電圧を検出する出力電力
検出手段と、前記入力電力検出手段ないし前記出力電力検出手段の検
出結果に基づいたデューティ比で前記スイッチング素子
をオン／オフする制御手段と、を含むことを特徴とする電源装置。
【請求項２】前記制御手段が、前記入力電力検出手段
によって検出した入力電圧値が正から負または負から正
へと反転するゼロクロス点を基準にして前記スイッチン
グ素子をオン／オフすることを特徴とする請求項１に記
載の電源装置。
【請求項３】前記制御手段が、入力電圧あるいは入力
電力のゼロクロスを検出してからの半周期内でスイッチ
ング素子をオン／オフする第１のスイッチング期間及び
次のゼロクロス点に達する前にスイッチング素子をオン
／オフする第２のスイッチング期間と、を設定している
ことを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】前記第１及び第２のスイッチング期間の
デューティ比を前記入力電力検出手段によって検出する
入力電流に基づいて設定することを特徴とする請求項３
に記載の電源装置。
【請求項５】ゼロクロスを検出してからの半周期内でス
イッチング素子をオン／オフする第１のスイッチング期
間及び、前記第１のスイッチング期間に連続して前記ス
イッチング素子をオン／オフする第３のスイッチング期
間を設定していることを特徴とする請求項１から請求項
４の何れかに記載の電源装置。
【請求項６】前記第３のスイッチング期間で前記スイ
ッチング素子をオン／オフするデューティ比を前記出力
電力検出手段によって検出する出力電圧に基づいて設定
することを特徴とする請求項５に記載の電源装置。
【請求項７】可聴領域外の周波数の信号により前記ス
イッチング素子をオン／オフすることを特徴とする請求
項１から請求項６の何れかに記載の電源装置。