JP2001119956A - 力率調整装置及び力率調整方法 - Google Patents

力率調整装置及び力率調整方法

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JP2001119956A
JP2001119956A JP2000294034A JP2000294034A JP2001119956A JP 2001119956 A JP2001119956 A JP 2001119956A JP 2000294034 A JP2000294034 A JP 2000294034A JP 2000294034 A JP2000294034 A JP 2000294034A JP 2001119956 A JP2001119956 A JP 2001119956A
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Fan Hubert
フーバート・フアン
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208Arrangements for improving power factor of AC input
    • H02M1/4225Arrangements for improving power factor of AC input using a non-isolated boost converter
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
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    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の力率調整装置は、外部負荷における
電力消費量に応答して電源の力率調整を可能とし、これ
により軽い外部負荷の場合には、得られる電力効率は、
受動PFC回路により得られるものより優れている。 【解決手段】 本発明の力率調整装置は、電力を変換し
てdcコンバータに与えるコンバータと、上記コンバー
タの電力変換を制御する力率調整制御ユニットと、上記
dcコンバータにおける外部負荷による電力消費を検出
し、そして上記電力消費が予定の電力レベルを超えたと
きに上記力率調整制御ユニットをイネーブルする負荷検
出ユニットとを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、力率調整(Pow
er Factor Correction)装置(P
FC装置)に関する。更に具体的にいうと、本発明は、
外部負荷における電力消費に応答して力率を調整(co
rrect)することができる能動(active)P
FC装置に関する。
【0002】
【従来の技術】全世界的なエネルギーの不足を示す警報
に反応して、エネルギーを更に効率的に使用するための
努力がなされてきている。エネルギーを節約するため
に、I.E.C.(International El
ectric Committee)は、電気製品又は
設備に使用する電源装置に対する一連の仕様を規定して
おり、そしてこの中には、電源装置における高調波電流
(harmonics currents)に関する1
組の仕様であるIEC−1000が含まれている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】電源装置の高調波電流
の問題を解決することにおいて、力率の調整は、今日最
も広く使用されている方法の1つである。過去において
は、TV受像器、ステレオ及び他の電気製品には、これ
らの電源の設計にPFC回路が備えられておらず、その
結果これらの電源装置の効率は一般的に低く約0.5か
ら0.6であった。エネルギー節約の必要性に応じて、
PFC回路が電源の回路に組み込まれてきた。図1に示
すのは、PFC装置を組み込んだ電源装置の従来の回路
図である。この従来の回路において、交流(ac)電源
1からの電流は、整流器2により直流に変換され、次い
でPFC回路3のコンバータ31及びPFC制御ユニッ
ト32に送られ、次いで直流(dc)コンバータ4に送
られて+3.3V、+5V、+12V及び−12Vの電
圧に変換される。PFC制御ユニット32の電力は、直
流(dc)コンバータ4から供給される。図1のPFC
回路3は能動型であり、即ち、これは、ac電源1から
の交流がこの電源装置に供給されるや否や附勢される。
言い換えると、このPFC回路3は事実上連続的に電力
(power)を消費する。このことは、直流(dc)
コンバータ4における外部負荷が軽い時に、電源装置の
パフォーマンスの低効率を引き起こす。例えば、アイド
ル状態においては、パーソナル・コンピュータは、これ
の正規の負荷の1/4乃至1/3だけしか電力を消費し
ないが、PFC回路3により電力が消費され、電源装置
の全体的は効率が低下される。
【0004】更に、例えばTV受像器及びステレオのよ
うな電気製品のすべては、補助電源装置5を備えた電源
装置を有しており、そしてこの補助電源装置5は、制御
回路に+5Vを安定的に供給して、この制御回路が、タ
ーミナル又はリモート・コントローラ(図示せず)から
の信号を受信してdcコンバータ4における外部負荷を
ディスエーブルできるようにする。しかしながら、PF
C回路3が連続的に電力を消費するので、ユニットがデ
ィスエーブルされた後でさえも、電力が依然として消費
され続ける。このことは、電力消費の更なる改善を要求
する。
【0005】したがって、本発明は、電源装置の外部負
荷に応答して力率の矯正を調整することができる能動P
FC装置を提供する。これは、この業界において有用性
と実用性を実現する。本発明の主な目的は、外部負荷に
おける電力消費の増大に応答して力率の矯正を能動的に
調整することができる力率調整方法及び力率調整装置を
提供することである。本発明の他の目的は、外部負荷に
おいて消費される電力があらかじめ決められた(予定
の)プリセット・レベルよりも低くなったときに、PF
C制御ユニットをディスエーブル(滅勢)できる、電源
装置のためのPFC回路を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】従来の電源装置は、能動
PFC回路を使用していたために、負荷が軽くなると、
全体的な電力効率が減少される。本発明は、これを改善
した能動PFC方法及び装置を提供する。本発明は、
(1)dcコンバータにおける外部負荷により消費され
る電力量を検出し、そして(2)この消費電力が予定の
レベル(dcコンバータの公称負荷の半分の負荷に対応
する電力レベルよりも小さい電力レベル)よりも大きく
なったときに、コンバータを制御するPFC制御ユニッ
トをイネーブル(附勢)して、コンバータにac電源に
関する力率調整を行わさせる負荷電力消費検出回路を設
けることを含む。このように、コンバータ(51)は、
力率調整制御ユニット(52)から制御信号を受け取
り、これに従ってac電源に関する力率調整を行う。本
発明のPFC装置は、ac電源の力率を制御するPFC
制御ユニット、外部負荷における電力消費を検出し、電
力消費が予定のレベルを超えたときに、PFC制御ユニ
ットをイネーブルする負荷検出ユニットを含む。
【0007】本発明の他の実施例では、能動PFC装置
には更に、外部負荷への電力がディスエーブルされたと
きに、PFC制御ユニットをスイッチ・オフするスイッ
チ;ユニットが設けられている。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の力率調整(PFC)方法
は、次のステップを含む。 ステップ1:直流整流器を介して電力を外部負荷に供給
するac電源を設け、 ステップ2:外部負荷における電力消費量を検出し、 ステップ3:上記電力消費量が予定のレベル(dcコン
バータの公称負荷の半分の負荷に対応する電力レベルよ
りも小さい電力レベル)を超えたときに、PFC制御回
路をイネーブルし、 ステップ4:上記イネーブルされたPFC制御回路から
の制御信号により、コンバータがac電源に関する力率
調整を行うようにする。
【0009】本発明の更なるステップは、外部負荷にお
ける電力消費量を検出する負荷電力消費検出ユニットを
与えるステップである。
【0010】図2を参照すると、本発明のPFC装置の
回路のブロック・ダイアグラムが示されており、このP
FC装置は、ac電源の力率を調整するためのコンバー
タ51,コンバータ51を制御するPFC制御ユニット
又は力率調整制御ユニット52,及び外部負荷による電
力消費量を検出し、この電力消費量がプリセット・レベ
ルを超えたときにPFC制御ユニットをイネーブルする
負荷電力消費検出ユニット53を含む。
【0011】この良好な実施例において、整流器2及び
dcコンバータ4の間のコンバータ51は、ac電力
を、dcコンバータ4に供給されるdc電力に変換し、
これによりac電源1が電力を整流器2に供給するにつ
れてこのac電源1の力率を調整する。コンバータ51
は、PFC制御ユニット52からの信号を受け取り、そ
してコンバータ51は、dcエネルギーをdc電力へ変
換する。dcコンバータ4は、コンバータ51からdc
電力を受け取り、このdc電力を、種々な電子装置のた
めの種々なdc電圧+3.3V、+5V、+12V、−
12Vに変換する。
【0012】負荷電力消費検出ユニット53は、dcコ
ンバータ4における電圧又は電流を検出して負荷におけ
る電力消費をモニタ又は検出し、そしてこの電力消費が
予定のレベルを超えたことを検出したときにPFC制御
ユニット52をイネーブルし、そしてこれが全体的な電
力効率を増大するようにコンバータ51のパフォーマン
スを制御する。実際のテスト・ランにおいては、整流器
2に電力を供給するac電源の力率は、PFC制御ユニ
ット52により制御されるコンバータ51による調整の
後に、0.6から0.95を越えて増大された。電力消
費が予定のレベルよりも降下した、dcコンバータ4に
おける軽い負荷の場合には、PFC装置はディスエーブ
ルされて、電力消費をなくする。
【0013】本発明の他の実施例のPFC装置の回路の
ブロック・ダイアグラムを示す図3を参照すると、dc
コンバータ4における外部負荷への電力がディスエーブ
ルされたときに、PFC制御ユニット52内の電力消費
素子をオフにスイッチするためのスイッチング・ユニッ
ト54が含まれている。本発明を実際に具現化する場
合、本発明のPFC装置を使用する電源装置が、dcコ
ンバータ4における外部負荷への電力をディスエーブル
する信号をリモート・コントローラから受け取ったとき
に、スイッチング・ユニット54は、PFC制御ユニッ
ト52の抵抗素子を同時にスイッチ・オフしてdc電力
消費を減少する。スイッチング・ユニットは電気回路又
はスイッチである。又は、負荷がパーソナル・コンピュ
ータの場合には、電源装置からこのパーソナル・コンピ
ュータのマザー・ボードへの電力がメイン・スイッチに
おいてスイッチ・オフされたときに、PFC制御ユニッ
ト52内の電力消費素子も又スイッチ・オフされる。
【0014】本発明についての詳細な説明に基づいて、
当業者ならば、本発明の範囲及び精神からはずれること
なく種々な変更を行うことができ、そして本発明は上述
の実施例に限られるものでないことが明らかである。従
来のPFC回路又は装置は最新の電源装置に組み込まれ
ているが、このようなPFC回路は受動型である。本発
明の機能及び特徴は、本発明の範囲及び精神にしたがっ
て従来のPFC制御回路内に具現化されることができ
る。
【0015】
【発明の効果】上述のPFC方法に従って具現化された
PFC装置は、外部負荷における電力消費量に応答して
電源の力率調整を可能とし、これにより軽い外部負荷の
場合には、得られる電力効率は、受動PFC回路により
得られるものより優れている。結論的にいうと、本発明
は、多くの顕著な特徴を有し、実際面でそして応用面に
おいて従来の装置に関連した欠点を効果的に改善し、実
際的で且つ信頼性のある製品をもたらし、新規性を有
し、そして経済的で実用的な価値をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【図1】PFC回路を備える従来の電源装置を示すブロ
ック図である。
【図2】本発明のPFC装置の回路を示すブロック図で
ある。
【図3】本発明のPFC装置の他の実施例の回路にブロ
ック図である。
【符号の説明】
1・・・ac電源 2・・・整流器 4・・・dcコンバータ 5・・・負荷検出ユニット 51・・コンバータ 52・・PFC制御ユニット 53・・負荷検出ユニット 54・・スイッチング・ユニット

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電力を変換してdcコンバータに与えるコ
    ンバータと、 上記コンバータの電力変換を制御する力率調整制御ユニ
    ットと、 上記dcコンバータにおける外部負荷による電力消費を
    検出し、そして上記電力消費が予定の電力レベルを超え
    たときに上記力率調整制御ユニットをイネーブルする負
    荷検出ユニットとを備える力率調整装置。
  2. 【請求項2】上記変換される電力はac電源により供給
    されることを特徴とする請求項1に記載の力率調整装
    置。
  3. 【請求項3】上記コンバータは、上記力率調整制御ユニ
    ットから制御信号を受け取り、これに従って上記ac電
    源に関する力率調整を行うことを特徴とする請求項2に
    記載の力率調整装置。
  4. 【請求項4】上記予定の電力レベルは、上記dcコンバ
    ータの公称負荷の半分の負荷に対応する電力レベルより
    も小さい電力レベルであることを特徴とする請求項1に
    記載の力率調整制御装置。
  5. 【請求項5】ac電源の力率を調整する力率調整回路
    と、 外部負荷において消費される電力のレベルが予定の電力
    レベルを超えたことを検出したときに、上記力率調整回
    路をイネーブルする信号を出力する負荷検出ユニットと
    を備える力率調整装置。
  6. 【請求項6】上記力率調整回路が、電力を変換してdc
    コンバータへの入力として供給し、上記ac電源に関す
    る力率調整を行うコンバータと、上記コンバータの電力
    変換を制御しそして上記負荷検出ユニットからのイネー
    ブル信号を受け取ったときにイネーブルされる力率調整
    制御ユニットとを有することを特徴とする請求項5に記
    載の力率調整装置。
  7. 【請求項7】上記外部負荷への電力が断たれたときに上
    記力率調整制御ユニット内の電力消費素子をディスエー
    ブルするスイッチング・ユニットを備えることを特徴と
    する請求項1又は請求項6に記載の力率調整装置。
  8. 【請求項8】上記スイッチング・ユニットは、電気回路
    により構成されていることを特徴とする請求項7に記載
    の力率調整装置。
  9. 【請求項9】上記スイッチング・ユニットはスイッチに
    より構成されていることを特徴とする請求項7に記載の
    力率調整装置。
  10. 【請求項10】dcコンバータを介して接続されている
    外部負荷へ電力を供給するac電源を設け、 上記dcコンバータにおける上記外部負荷の電力消費を
    検出し、 上記電力消費が予定の電力レベルを超えたときに力率調
    整回路をイネーブルし、 コンバータの上記力率調整回路により上記ac電源の力
    率を調整することを含む力率調整方法。
  11. 【請求項11】上記dcコンバータにおける外部負荷の
    電力消費を検出し、上記電力消費が予定の電力レベルを
    超えたときに上記力率調整回路をイネーブルする信号を
    出力する負荷検出回路を設けることを含む請求項10に
    記載の力率調整方法。
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