JP2002354790A - コンバータ及びその起動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 突入電流を低減する。 【解決手段】 ゼロクロス検出器１４は、交流電源１１
からの交流電圧の供給が開始してから、交流電圧のゼロ
クロスを検出し、ゼロクロス検出信号を起動回路１６に
出力する。起動回路１６は、ゼロクロス検出信号が供給
されて発振器１７に出力する出力電圧を立ち上げる。発
振器１７は、起動回路１６の出力電圧が立ち上がると発
振する。発振器１７が発振を開始すると制御部６はパル
ス信号を生成してトランジスタＱ１のゲートに供給す
る。トランジスタＱ１は低い電圧でオン、オフを開始
し、突入電流が低減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンバータ及びそ
の起動方法に関し、特に突入電流を防止することが可能
なコンバータ及びその起動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、交流電圧を整流する交流整流
部に電解コンデンサを含まないコンバータが知られてい
る。

【０００３】かかる従来のコンバータの構成を図１４に
示す。従来のコンバータは、交流整流部５１と、スイッ
チング部５２と、直流出力部５３と、電流検出部５４
と、出力電圧検出部５５と、制御部５６と、を備えて構
成されている。

【０００４】交流整流部５１は、フィルタ６２と、ブリ
ッジ整流回路６３と、フィルタ６４と、を備えている。
尚、交流電源６１は、フィルタ６２を介してブリッジ整
流回路６３に交流電圧を供給する電源である。スイッチ
ング部５２は、トランスＴ６１と、トランジスタＱ６１
と、を備えて構成されている。

【０００５】直流出力部５３は、ダイオードＤ６１と、
コンデンサＣ６１と、を備えて構成されている。電流検
出部５４は、抵抗Ｒ６１を備えて構成されている。出力
電圧検出部５５は、抵抗Ｒ６２，Ｒ６３を備えて構成さ
れている。

【０００６】制御部５６は、発振器６５と、フリップフ
ロップ６６と、ＯＲゲート６７と、オペアンプＯＰ６１
と、コンパレータＣＯＭＰ６１と、ダイオードＤ６２，
Ｄ６３と、ツェナーダイオードＤ６４と、コンデンサＣ
６２と、抵抗Ｒ６４〜Ｒ６７と、を備えて構成されてい
る。

【０００７】かかる従来のコンバータは、ブリッジ整流
回路６３によって整流された整流電圧を、平滑せずにト
ランスＴ６１に供給する。制御部５６は、パルス信号を
生成し、このパルス信号をトランジスタＱ６１のゲート
に供給する。トランジスタＱ６１は、供給されたパルス
信号に基づいてオン、オフし、これにより、トランスＴ
６１に流れる電流が変化する。そして、直流出力部５３
のダイオードＤ６１は、トランスＴ６１の二次側に発生
した交流電圧を整流し、コンデンサＣ６１が平滑化す
る。平滑化された電圧が直流電圧となって出力される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、交流電源６
１の周波数は、商用周波数であり、スイッチング周波数
は、商用周波数と比べて非常に高い。トランスＴ６１の
インダクタンスはこのスイッチング周波数に応じた値と
なるように設計されているので、いきなり商用周波数の
交流電圧が供給されても、トランスＴ６１のインダクタ
ンス分で電流量を調整することはできない。従来のコン
バータでは、供給された交流電圧の電圧値がどのような
値になっていようと、それとは無関係にスイッチング部
５２を起動している。このため、コンバータが起動した
ときに、供給された交流電圧の電圧値が高いと、トラン
スＴ６１、トランジスタＱ６１に大きな突入電流が流れ
込んでくる。

【０００９】このため、トランジスタＱ６１に容量の大
きなものを備える必要があり、もし、突入電流を低減し
ようとすると、そのための電流減流手段が必要となって
くる。しかし、この電源減流手段を備えると、コンバー
タが高価になってしまう。尚、このような不都合は、コ
ンバータに限られず、他の交流入力回路でも事情は同じ
である。

【００１０】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたもので、起動時の突入電流を低減することが
可能なコンバータ及びコンバータの起動方法を提供する
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明の第１の観点に係るコンバータは、交流電源
から供給された交流電圧を整流して整流電圧を出力する
交流整流手段と、前記交流整流手段によって整流された
整流電圧が供給されるインダクタと、整流電圧が供給さ
れて前記インダクタに流れる電流をスイッチングするス
イッチング手段と、前記スイッチング手段を制御する制
御手段と、を備えたコンバータにおいて、前記交流電源
による交流電圧の供給が開始された後、前記交流電圧の
絶対値が所定値未満になるゼロクロスを検出するゼロク
ロス検出手段と、前記ゼロクロス検出手段がゼロクロス
を検出すると、前記スイッチング手段を駆動開始するよ
うに、前記制御手段を起動する起動手段と、を備えるよ
うにした。

【００１２】このような構成によれば、交流電源からの
交流電圧の供給開始後、ゼロクロスが検出されると、ス
イッチング手段の駆動が開始する。ゼロクロスの検出時
点では、交流電圧は所定値未満となっているので、スイ
ッチング手段の駆動が開始してもスイッチング手段に大
きな電流は流れなくなる。

【００１３】前記所定値は、前記スイッチング手段に流
れる電流に応じて設定されるようにすることができる。
前記ゼロクロス検出手段は、交流電圧の絶対値として、
前記交流整流手段によって整流された整流電圧に基づい
てゼロクロスを検出するように構成されたものでもよ
い。

【００１４】前記ゼロクロス検出手段は、前記交流電源
から供給された交流電圧が正から負になる場合に前記ゼ
ロクロスを検出する第１のゼロクロス検出手段と、負か
ら正になる場合にゼロクロスを検出する第２のゼロクロ
ス検出手段と、からなり、前記起動手段は、前記第１の
ゼロクロス検出手段及び前記第２のゼロクロス検出手段
のうちいずれか一方がゼロクロスを検出すると、前記ス
イッチング手段を駆動開始するように、前記制御手段を
起動するものでもよい。

【００１５】前記ゼロクロス検出手段は、導通閾値電圧
以上になって発光する発光素子を備え、前記交流電源か
ら供給された交流電圧が所定値未満になると前記発光素
子が消えてゼロクロスを検出するように構成され、前記
起動手段は、前記発光素子が発光した光を受光する受光
素子を備え、前記受光素子が消えると前記スイッチング
手段を駆動開始するように、前記制御手段を起動するも
のでもよい。前記発光素子は、フォトダイオードであ
り、前記受光素子は、フォトトランジスタであってもよ
い。

【００１６】前記ゼロクロス検出手段は、前記交流電圧
の絶対値を、予め設定された所定値と比較する比較手段
を備え、前記比較手段による比較結果に基づいてゼロク
ロスを検出するように構成されたものでもよい。

【００１７】本発明の第２の観点に係るコンバータの起
動方法は、交流電圧を供給する交流電源と、前記交流電
源から交流が供給された交流電圧を整流して整流電圧を
出力する交流整流手段と、前記交流整流手段によって整
流された整流電圧が供給されるインダクタと、整流電圧
が供給されて前記インダクタに流れる電流をスイッチン
グするスイッチング手段と、前記スイッチング手段を制
御する制御手段と、を備えたコンバータを起動するコン
バータの起動方法であって、前記交流電源による交流電
圧の供給が開始されてから、前記交流電圧の絶対値が予
め設定された所定値未満になっている期間を、ゼロクロ
ス期間として検出し、前記ゼロクロス期間を検出する
と、そのゼロクロス期間で前記制御手段を起動して前記
スイッチング手段の制御を開始させるようにしたもので
ある。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
コンバータを図面を参照して説明する。まず、第１の実
施の形態について説明する。第１の実施の形態に係るコ
ンバータは、交流電圧のゼロクロスを、整流した整流電
圧に基づいて検出し、スイッチング素子が低い電圧で駆
動開始されるようにしたものである。

【００１９】第１の実施の形態に係るコンバータの構成
を図１に示す。コンバータは、交流整流部１と、スイッ
チング部２と、直流出力部３と、電流検出部４と、出力
電圧検出部５と、制御部６と、を備えて構成されてい
る。

【００２０】交流整流部１は、交流電圧を整流し、整流
した整流電圧をスイッチング部２に供給するブロックで
あり、交流電源１１と、フィルタ１２と、ブリッジ整流
回路１３と、ゼロクロス検出器１４と、フィルタ１５
と、を備えて構成されている。

【００２１】フィルタ１２は、交流（ＡＣ）電源１１の
電源ノイズを除去するためのものであり、交流電源１１
に接続されている。フィルタ１２は、図２（ａ）又は
（ｂ）に示すようなノーマルモードフィルタ、あるいは
図２（ｃ）に示すようなコモンモードフィルタによって
構成されている。

【００２２】ブリッジ整流回路１３は、交流電源１１か
らの交流電圧を整流するためのものであり、４つのダイ
オードＤ１〜Ｄ４によって構成されている。

【００２３】ゼロクロス検出器１４は、ブリッジ整流回
路１３によって整流された整流電圧が所定閾値Ｖth以下
になってから、再び閾値Ｖthを越えるまでの期間をゼロ
クロス期間として検出するものである。このゼロクロス
検出器１４は、ブリッジ整流回路１３の＋出力端子、−
出力端子に接続されている。尚、前記閾値Ｖthは、後述
するトランジスタＱ１の電流容量、損失等を考慮して設
定される。

【００２４】このゼロクロス検出器１４の構成を図３に
示す。ゼロクロス検出器１４は、発光部としてのフォト
ダイオード３１ａと抵抗Ｒ１１と、を備えて構成されて
いる。

【００２５】フォトダイオード３１ａは、供給される電
圧が順方向バイアス電圧Ｖf以上で発光し、順方向バイ
アス電圧Ｖf未満で消える（消灯）。抵抗Ｒ１１は、フ
ォトダイオード３１ａに流れる電流を調整する抵抗であ
り、その抵抗値は、整流電圧が閾値Ｖthでフォトダイオ
ード３１ａに供給される電圧がほぼ順方向バイアス電圧
Ｖfになるように設定される。

【００２６】このように抵抗Ｒ１１の抵抗値を設定する
ことにより、ゼロクロス検出器１４は、整流電圧が閾値
Ｖth未満になってから閾値Ｖth以上になるまでの期間
で、フォトダイオード３１ａが消灯するゼロクロス検出
信号を生成することができる。フォトダイオード３１ａ
が消灯している間で、交流電圧はゼロを横切ることにな
る。

【００２７】フィルタ１５は、電源ノイズを除去するた
めのフィルタであり、フィルタ１２と同じように構成さ
れ、ブリッジ整流回路１３の出力端子である＋端子、−
端子に接続されている。

【００２８】スイッチング部２は、トランスＴと、トラ
ンジスタＱ１と、を備えて構成され、トランスＴに流れ
る電流をトランジスタＱ１でスイッチングするブロック
である。トランスＴは、一次側コイルと二次側コイルと
が絶縁されて所定の巻数比で巻かれることにより構成さ
れている。

【００２９】トランジスタＱ１は、ゲートに供給された
パルス信号に基づいてオン、オフするスイッチング素子
であり、Ｎチャンネルの電界効果トランジスタ（ＦＥ
Ｔ）によって構成されている。トランジスタＱ１のドレ
インは、トランスＴの端子Ｐ１２に接続され、そのソー
スは、抵抗Ｒ１を介してフィルタ１５の負極側に接続さ
れている。

【００３０】直流出力部３は、直流を出力するブロック
であり、ダイオードＤ５と、コンデンサＣ１と、を備え
て構成されている。ダイオードＤ５は、トランスＴの二
次側端子である端子Ｐ２１、Ｐ２２間に発生した電圧を
整流するためのダイオードであり、そのアノードは、ト
ランスＴの端子Ｐ２１に接続されている。

【００３１】コンデンサＣ１は、ダイオードＤ５によっ
て整流された電圧を平滑化するものであり、出力端子Ｐ
out1とＰout2間に接続されている。尚、出力端子Ｐout
2、フィルタ１５の負極側及びコンデンサの−端子は接
地されている。

【００３２】電流検出部４は、抵抗Ｒ１によって構成さ
れている。抵抗Ｒ１は、トランジスタＱ１に流れるドレ
イン（スイッチング）電流を電圧変換することにより検
出し、その電流検出信号を出力するための抵抗であり、
トランジスタＱ１のソースと接地間に接続されている。

【００３３】出力電圧検出部５は、出力電圧を検出する
ブロックであり、抵抗Ｒ２，Ｒ３を備えて構成されてい
る。抵抗Ｒ２、Ｒ３は、出力電圧を検出するための分圧
抵抗であり、コンデンサＣ１の＋端子と接地間に直列接
続されている。

【００３４】制御部６は、起動回路１６と、発振器１７
と、フリップフロップ１８と、ＯＲゲート１９と、オペ
アンプＯＰ１と、コンパレータＣＯＭＰ１と、ダイオー
ドＤ６，Ｄ７と、ツェナーダイオードＤ８と、コンデン
サＣ２，Ｃ３と、抵抗Ｒ４〜Ｒ９と、を備えて構成され
ている。この制御部６は、スイッチング部２のトランジ
スタＱ１のゲートに供給するパルス信号を生成するブロ
ックである。

【００３５】起動回路１６は、ゼロクロス検出器１４か
らのゼロクロス検出信号に基づいて発振器１７を起動さ
せるためのものである。起動回路１６の構成を図４に示
す。起動回路１６は、フォトダイオード３１ｂと、トラ
ンジスタＱ１１と、ツェナーダイオードＤ１１と、ダイ
オードＤ１２と、コンデンサＣ１１、Ｃ１２と、抵抗Ｒ
２１〜Ｒ２４と、を備えている。

【００３６】フォトトランジスタ３１ｂは、ゼロクロス
検出器１４のフォトダイオード３１ａが発光した光を受
光する受光部である。尚、フォトダイオード３１ａと、
フォトトランジスタ３１ｂとは、フォトカプラを構成し
ている。

【００３７】トランジスタＱ１１は、バイポーラ形のＰ
ＮＰトランジスタである。ツェナーダイオードＤ１１
は、コンデンサＣ１１の充電電圧をツェナー電圧にクラ
ンプさせることにより、基準値Ｖref3の電圧を生成する
ためのダイオードである。

【００３８】トランジスタＱ１１と、抵抗Ｒ２３と、コ
ンデンサＣ１２とは、起動して起動回路１６の出力電圧
が一旦、立ち上がると、立ち上がった出力電圧を保持す
るためのものである。

【００３９】発振器１６は、トリガ信号及びスロープ補
償信号を生成し、トリガ信号を端子Ｐ１からＯＲゲート
１９及びフリップフロップ１８に出力し、スロープ補償
信号を端子Ｐ２から出力する。

【００４０】尚、発振器１７の端子Ｐ２は、抵抗Ｒ８と
コンデンサＣ２との接続点に接続され、コンデンサＣ２
は接地され、抵抗Ｒ８には、基準電圧Ｖref2を有する直
流電源が接続されている。

【００４１】前記トリガ信号は、トランジスタＱ１のス
イッチング周期を設定する信号である。それとともに、
このトリガ信号は、フリップフロップ１８に出力されて
フリップフロップ１８をセットするセット信号ともな
る。

【００４２】スロープ補償信号は、抵抗Ｒ１から出力さ
れた電流検出信号に所定のスロープを付加するための信
号である。スロープを付加するのは、トランジスタＱ１
の電流波形を整流電圧の波形に近づけることにより力率
を改善するためである。

【００４３】抵抗Ｒ９及びコンデンサＣ３は、発振器１
６から出力されたスロープ補償信号を、抵抗Ｒ６、Ｒ７
との接続点において電流検出信号に重畳させるためのも
のである。

【００４４】フリップフロップ１８は、パルス信号を生
成するためのＲ−Ｓフリップフロップである。ＯＲゲー
ト１９は、発振器１７の端子Ｐ１から出力されたトリガ
信号とフリップフロップ１８のＱ端子から出力されたパ
ルス信号とのＯＲ演算を行い、演算した結果としてパル
ス信号をトランジスタＱ１のゲートに出力するものであ
る。

【００４５】オペアンプＯＰ１は、分圧抵抗Ｒ２、Ｒ３
によって分圧された電圧を基準電圧Ｖref１と比較する
ことにより、その差動増幅信号を出力するアンプであ
り、その反転入力端子（以後、「−端子」と記す。）
は、抵抗Ｒ２、Ｒ３との接続点に接続され、非反転入力
端子（以後、「＋端子」と記す。）に基準電圧Ｖref1が
供給される。

【００４６】ダイオードＤ６、Ｄ７は、同じ向きに直列
接続された電圧降下用のダイオードであり、ダイオード
Ｄ６のアノードは、オペアンプＯＰ１の出力端に接続さ
れている。

【００４７】コンパレータＣＯＭＰ１は、差動増幅信号
と、スロープ補償信号を重畳させた検出電流検出信号
と、に基づいてフリップフロップ１８をリセットするリ
セット信号を出力するものであり、その−端子は、抵抗
Ｒ４を介してダイオードＤ７のカソードに接続され、抵
抗５を介して接地されている。

【００４８】抵抗Ｒ４、Ｒ５は、ダイオードＤ６、Ｄ７
によって電圧降下した差動増幅信号を分圧するための抵
抗である。ツェナーダイオードＤ８は、過電流保護用の
ダイオードであり、そのカソードは、コンパレータＣＯ
ＭＰ１の−端子に接続され、そのアノードは接地されて
いる。抵抗Ｒ６は、レベル調整用の抵抗であり、トラン
ジスタＱ１のソースとコンパレータＣＯＭＰ１の＋端子
との間に直列接続されている。

【００４９】次に第１の実施の形態に係るコンバータの
動作を図５に基づいて説明する。起動時、交流電源１１
は、商用周波数の交流電圧を、フィルタ１２を介してブ
リッジ整流回路１３に供給する。図５に示すように、交
流電源１１は、時刻ｔ０で交流電圧の供給を開始するも
のとする。

【００５０】ブリッジ整流回路１３は、交流電圧が供給
されると、供給された交流電圧を整流し、図５（ａ）に
示すような脈流の整流電圧を生成する。尚、整流電圧の
周期は、交流電源１１から供給された交流電圧の周期の
１／２となる。

【００５１】時刻ｔ０〜ｔ12では、整流電圧が閾値Ｖth
以上となり、フォトダイオード３１ａに供給される電圧
は、順方向バイアス電圧Ｖfになる。供給電圧が順方向
バイアス電圧Ｖfになると、フォトダイオード３１ａに
電流が流れてフォトダイオード３１ａは発光する。

【００５２】時刻ｔ12〜ｔ13では、整流電圧が低下して
閾値Ｖth未満になる。整流電圧が閾値Ｖth未満になる
と、フォトダイオード３１ａに供給される電圧は順方向
バイアス電圧Ｖf未満になり、フォトダイオード３１ａ
に電流が流れなくなって、図５（ｂ）に示すように、フ
ォトダイオード３１ａは消える。この時刻ｔ12〜ｔ13が
ゼロクロス期間である。

【００５３】起動回路１６は、ブリッジ整流回路１３に
よって整流された整流電圧で、コンデンサＣ１１を充電
する。図５（ｃ）に示すように、コンデンサＣ１１の端
子の電圧Ｖin1は、時刻ｔ11において、基準値Ｖref3に
なる。

【００５４】尚、時刻ｔ11以降、入力端子Ｐin1、Ｐin2
間の電圧が高くなっても、ツェナーダイオードＤ１１
が、電圧Ｖin1を基準値Ｖref3にクランプし、電圧Ｖin1
は、基準値Ｖref3に保持される。

【００５５】フォトトランジスタ３１ｂは、電圧Ｖin1
が基準値Ｖref3になった後、フォトダイオード３１ａが
発光するとオンする。フォトトランジスタ３１ｂがオン
すると、トランジスタＱ１１がオフする。トランジスタ
Ｑ１１がオフすると、コンデンサＣ１２は充電されず、
起動回路１６の出力電圧Ｖout1は０Ｖとなる。

【００５６】時刻ｔ12になると、フォトダイオード３１
ａは消えるので、フォトトランジスタ３１ｂはオフす
る。フォトトランジスタ３１ｂがオフすると、トランジ
スタＱ１１がオンし、トランジスタＱ１１、ダイオード
Ｄ１２、抵抗Ｒ２３を介してコンデンサＣ１２に電流が
流れ、コンデンサＣ１２は充電される。尚、抵抗Ｒ２
３、コンデンサＣ１２の時定数は、ゼロクロス期間で出
力電圧Ｖout1が基準値Ｖref3に達するように設定され
る。

【００５７】図５（ｄ）に示すように、起動回路１６の
出力電圧Ｖout1が基準値Ｖref3になると、制御部６の発
振器１７は、発振する。尚、出力電圧Ｖout1が一旦、基
準値Ｖref3になれば、フォトトランジスタ３１ｂがオン
しても、出力電圧Ｖout1はこの基準値Ｖref3に保持され
る。

【００５８】発振器１７は、発振を開始すると、端子Ｐ
１から所定周波数のトリガ信号をＯＲゲート１９に出力
する。このトリガ信号の周波数がスイッチング部２のス
イッチング周波数となる。また、発振器１７は、トリガ
信号をセット信号としてフリップフロップ１８に供給
し、フリップフロップ１８は、このセット信号でパルス
信号を立ち上げる。

【００５９】また、発振器１７は、端子Ｐ２から、スロ
ープ補償信号を出力する。抵抗Ｒ９及びコンデンサＣ３
は、発振器１７から出力されたスロープ補償信号を、抵
抗Ｒ６を通過した電流検出信号に重畳させる。スロープ
補償信号が重畳した電流検出信号は、抵抗Ｒ７を介して
コンパレータＣＯＭＰ１の＋端子に供給される。

【００６０】一方、オペアンプＯＰ１は、出力電圧検出
部５によって検出された出力電圧検出信号を基準電圧値
Ｖref1と比較し、比較した結果、差動増幅信号をダイオ
ードＤ６，Ｄ７、抵抗Ｒ４を介してコンパレータＣＯＭ
Ｐ１の−端子に供給する。

【００６１】コンパレータＣＯＭＰ１は、−端子に供給
された信号の信号レベルを基準レベルとして、＋端子に
供給された信号を、この基準レベルと比較する。＋端子
に供給された信号が基準レベルに達すると、コンパレー
タＣＯＭＰ１は、ハイレベルのリセット信号をフリップ
フロップ１８に出力する。フリップフロップ１８は、こ
のリセット信号でリセットし、セット信号で立ち上がっ
たパルス信号を立ち下げる。

【００６２】ＯＲゲート１９は、発振器１７から出力さ
れたトリガ信号と、フリップフロップ１８から出力され
たパルス信号とのＯＲ演算を行うことにより、パルス信
号を生成し、このパルス信号をトランジスタＱ１のゲー
トに出力する。このパルス信号がトランジスタＱ１のゲ
ート信号となり、ゲート信号がハイレベルのとき、トラ
ンジスタＱ１はオンし、ゲート信号がローレベルのと
き、トランジスタＱ１はオフする。

【００６３】尚、トランジスタＱ１のスイッチング周波
数は、整流電圧の周波数と比較してかなり高い。例え
ば、整流電圧の周期は５０〜６０Hz程度であり、トラン
ジスタＱ１のスイッチング周期は、数１０ｋHzである。
このように整流電圧の周期よりも短い周期でトランジス
タＱ１をオン、オフし、さらに、ドレイン電流検出信号
にスロープ補償信号を加算することにより、トランスＴ
に流れる電流の波形は整流電圧に対応した波形となり、
力率は改善される。

【００６４】また、起動時に低い電圧でトランジスタＱ
１のオン、オフが開始すれば、整流電圧が高くなって
も、トランスＴ６１のインダクタンス分でスイッチング
電流を調整することができ、トランジスタＱ１に、許容
量以上の大きな電流が流れることはない。

【００６５】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、交流電源１１からの交流電圧の供給開始後、最初の
ゼロクロス期間を検出し、このゼロクロス期間で制御部
６を起動し、パルス信号をトランジスタＱ１に供給する
ようにしたので、トランジスタＱ１は、低い電圧でオ
ン、オフを開始することになり、起動時にトランジスタ
Ｑ１がオンしても突入電流は流れなくなる。

【００６６】従って、トランジスタＱ１には、従来より
も小さな容量のものを使用することができる。また、抵
抗等の電流減流手段を用いないで突入電流を防止できる
ので、電流減流手段による損失も発生せず、効率のよい
コンバータを容易に実現できる。

【００６７】尚、本発明を実施するにあたっては、種々
の形態が考えられ、上記実施の形態に限られるものでは
ない。例えば、交流の整流回路は、ブリッジ整流回路に
限られるものではなく、単相半波整流回路、単相センタ
ータップ整流回路、単相倍電圧整流回路等を用いること
もできる。

【００６８】また、トランジスタＱ１には、Ｎチャンネ
ルのＦＥＴの代わりに、ＰチャンネルのＦＥＴ、バイポ
ーラ形のＮＰＮトランジスタ、ＰＮＰトランジスタ、あ
るいはサイリスタ等を用いることができる。

【００６９】また、パルス信号の生成についても、発振
器１７、フリップフロップ１８及びＯＲゲート１９を用
いずに、例えば、三角波を出力する発振器、出力された
三角波を所定の基準レベルと比較することにより、パル
ス信号を生成する回路を備えるようにしてもよい。

【００７０】また、コンバータは、上記力率改善コンバ
ータに限られるものではなく、交流整流部に電解コンデ
ンサを備えたコンデンサインプット型のスイッチングコ
ンバータでもよい。さらに、コンバータ以外のものにも
本実施の形態を適用することができる。

【００７１】次に、第２の実施の形態について説明す
る。第２の実施の形態は、起動時のゼロクロス期間を、
コンパレータを用いて検出するようにしたものである。

【００７２】コンバータは、図１と同様に構成されてい
る。但し、ゼロクロス検出器１４は、図６に示すよう
に、コンパレータＣＯＭＰ２と、ダイオードＤ２１，２
２と、コンデンサＣ２１，Ｃ２２と、抵抗Ｒ４１〜Ｒ４
３と、を備えて構成されている。

【００７３】コンパレータＣＯＭＰ２の出力端子には、
プルアップ抵抗である抵抗Ｒ４３を介して正電圧である
電圧Ｖccを供給する。

【００７４】抵抗Ｒ４１と、ダイオードＤ２１は、コン
パレータＣＯＭＰ２を保護するためのものである。抵抗
Ｒ４２は、コンパレータＣＯＭＰ２の＋、−端子に何も
接続されていない場合に、ノイズによって出力が変化す
るのを防止するための抵抗である。

【００７５】コンパレータＣＯＭＰ２の−端子には、バ
イアス電圧を接続する。そして、入力端子Ｐin11、Ｐin
12を、それぞれブリッジ整流回路１３の＋、−端子に接
続し、出力端子Ｐout11、Ｐout12を起動回路１６に接続
する。

【００７６】次に、第２の実施の形態に係る起動回路１
６の構成を図７に示す。起動回路１６は、第１の実施の
形態のフォトトランジスタ３１ｂの代わりにバイポーラ
形のＮＰＮトランジスタＱ１２を備えている。このトラ
ンジスタＱ１２のコレクタはツェナーダイオードＤ１１
のカソードに接続され、エミッタは、抵抗Ｒ２２を介し
て接地されている。

【００７７】トランジスタＱ１２のベースは、ゼロクロ
ス検出器１４の出力端子Ｐout11に接続されている。
尚、図１、図４と同一要素については、同一符号を付し
て説明は省略する。

【００７８】次に第２の実施の形態に係るゼロクロス検
出器１４の動作を説明する。ブリッジ整流回路１３は、
第１の実施の形態と同様に、交流電圧の供給開始後、供
給された交流電圧を整流し、図８（ａ）に示すような整
流電圧を生成する。コンパレータＣＯＭＰ２の−端子
は、閾値Ｖthだけバイアスされており、コンパレータＣ
ＯＭＰ２は、生成された整流電圧を閾値Ｖthと比較す
る。

【００７９】コンパレータＣＯＭＰ２は、整流電圧を閾
値Ｖthと比較し、比較した結果、図８（ｂ）に示すよう
なゼロクロス検出信号を生成する。コンパレータＣＯＭ
Ｐ２は、この信号を起動回路１６に出力する。

【００８０】電圧Ｖin1が、図８（ｃ）に示すように基
準値Ｖref3になっても、ゼロクロス検出信号がハイレベ
ルであると、トランジスタＱ１２はオンし、トランジス
タＱ１１はオフするので、コンデンサＣ１２は充電され
ない。

【００８１】ゼロクロス検出信号がローレベルになる
と、トランジスタＱ１２がオフし、トランジスタＱ１１
がオンしてコンデンサＣ１２が充電される。コンデンサ
Ｃ１２が充電されて、図８（ｄ）に示すように、出力電
圧Ｖout1が基準値Ｖref3になると、発振器１７が発振す
る。発振器１７が発振を開始すると、制御部６はパルス
信号の生成を開始する。

【００８２】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、コンパレータを用いてゼロクロスを検出することが
でき、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができ
る。

【００８３】次に、第３の実施の形態について説明す
る。第３の実施の形態に係るコンバータは、交流電源の
交流電圧のゼロクロス期間を、交流電圧が整流される前
に直接検出するようにしたものである。

【００８４】第３の実施の形態に係るコンバータの構成
を図９に示す。コンバータの交流整流部１は、ゼロクロ
ス検出器１４をフィルタ１２とブリッジ整流回路１３
と、の間に配置している。

【００８５】第３の実施の形態では、交流電源の交流電
圧のゼロクロス期間を、整流前に検出するため、２つの
フォトカプラを用いている。このゼロクロス検出器１４
の構成を図１０に示す。ゼロクロス検出器１４は、フォ
トダイオード３１ａと、フォトダイオード３２ａと、抵
抗Ｒ１１と、を備えて構成されている。フォトダイオー
ド３１ａとフォトダイオード３２ａとは、互いに逆向き
にして並列接続されている。

【００８６】第３の実施の形態に係る起動回路１６の構
成を図１１に示す。フォトトランジスタ３１ｂと、フォ
トトランジスタ３２ｂと、は同じ向きに並列に接続され
ている。尚、前述のフォトダイオード３２ａと、フォト
トランジスタ３２ｂとは、フォトカプラを構成してい
る。

【００８７】第３の実施の形態では、出力電圧検出部５
は、フォトダイオード３３ａと、トランジスタＱ２１
と、ツェナーダイオードＤ３１と、抵抗Ｒ２、Ｒ３と、
を備えて構成されている。

【００８８】また、制御部６において、フォトトランジ
スタ３３ｂが、基準電圧Ｖref2を有する直流電源とコン
デンサＣ３の一端との間に接続されている。フォトダイ
オード３３ａと、フォトトランジスタ３３ｂとは、フォ
トカプラ３３を構成している。フォトカプラ３３は、出
力電圧を制御するためのものである。尚、図１、図４と
同一要素については同一符号を付して説明は省略する。

【００８９】次に第３の実施の形態に係るゼロクロス検
出器１４の動作を図１２に基づいて説明する。図１２に
示すように、交流電源１１は、時刻ｔ０で交流電圧の供
給を開始するものとする。

【００９０】尚、交流電圧の正負に応じてそれぞれ閾値
Ｖth1、Ｖth2が設定され、閾値Ｖth1、Ｖth2でフォトダ
イオード３１ａ、３１ｂが順方向バイアス電圧Ｖfとな
るように抵抗Ｒ１１の抵抗値を設定しておく。

【００９１】図１２（ｂ）に示すように、フォトダイオ
ード（図中、「ＰＤ」と記す。）３１ａは、時刻ｔ０〜
ｔ23において、逆電圧が供給されるので、消える。ま
た、時刻ｔ23〜ｔ24では、フォトダイオード３１ａに供
給される電圧は、順方向バイアス電圧Ｖf未満であるの
で、フォトダイオード３１ａは消えたままとなってい
る。時刻ｔ24になると、フォトダイオード３１ａは、順
方向バイアス電圧Ｖf以上の電圧が供給されて発光す
る。

【００９２】フォトダイオード３２ａは、図１２（ｃ）
に示すように、時刻ｔ０において、順方向バイアス電圧
Ｖf以上の電圧が供給されるので、発光する。時刻ｔ22
において、フォトダイオード３２ａに供給される電圧
は、順方向バイアス電圧Ｖf未満になるので、フォトダ
イオード３２ａは消える。

【００９３】起動回路１６は、図１２（ｄ）に示すよう
に、時刻ｔ０において、交流電圧が供給されると、抵抗
Ｒ２１を介してコンデンサＣ１１を充電し、入力電圧Ｖ
in1は、時刻ｔ21において、基準値Ｖref3になる。そし
て、時刻ｔ21以降、電圧は基準値Ｖref3に保持される。

【００９４】時刻ｔ21では、フォトダイオード３１ａは
消えているので、フォトトランジスタ（図中、「ＰＴ」
と記す。）３１ｂは、図１２（ｅ）に示すようにオフし
ている。フォトトランジスタ３１ｂは、フォトダイオー
ド３１ａが発光を開始する時刻ｔ24になるまでは、消え
たままとなっている。

【００９５】一方、時刻ｔ21〜ｔ22では、フォトダイオ
ード３２ａが発光するので、フォトトランジスタ３２ｂ
は、図１２（ｆ）に示すようにオンする。フォトトラン
ジスタ３１ｂがオフしても、フォトトランジスタ３２ｂ
がオンしているので、トランジスタＱ１１はオフし、コ
ンデンサＣ１２は充電されない。

【００９６】時刻ｔ22になると、フォトダイオード３２
ａが消え、フォトトランジスタ３２ｂはオフする。時刻
ｔ22において、フォトトランジスタ３１ｂ及び３２ｂ
が、ともにオフするので、トランジスタＱ１１がオン
し、コンデンサＣ１２は充電される。

【００９７】そして、図１２（ｇ）に示すように、出力
電圧Ｖout1は、時刻ｔ24になる前に基準値Ｖref3にな
り、発振器１７は発振する。発振器１７が発振を開始す
ると、制御部６はパルス信号の生成を開始する。

【００９８】尚、交流電源１１が、時刻ｔ24〜ｔ25で交
流電圧の供給を開始した場合でも、同じように動作し、
時刻ｔ25〜ｔ26において、出力電圧Ｖout1は、時刻ｔ24
になる前に基準値Ｖref3になり、発振器１７は発振を開
始する。

【００９９】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、２つのフォトカプラを用いることにより、整流前の
交流電圧からゼロクロスを検出することができる。

【０１００】次に、第４の実施の形態について説明す
る。第４の実施の形態に係るコンバータは、トランスＴ
の代わりに１巻線のチョークタイプのものを用いるよう
にしたものである。

【０１０１】第４の実施の形態に係るコンバータの構成
を図１３に示す。尚、第４の実施の形態のスイッチング
部２は、トランスＴの代わりに１巻線のチョークタイプ
のインダクタＬを備えている。

【０１０２】尚、ゼロクロス検出器１４は、フィルタ１
５と、インダクタＬとの間に配置している。このよう
に、トランスＴの代わりにインダクタＬを用いても、第
１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【０１０３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
突入電流を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るコンバータの
構成を示す回路図である。

【図２】図１のフィルタの構成の一例を示す回路図であ
る。

【図３】第１の実施の形態に係るゼロクロス検出器の構
成を示す回路図である。

【図４】第１の実施の形態に係る起動回路の構成を示す
回路図である。

【図５】第１の実施の形態に係るコンバータの動作を示
す説明図である。

【図６】第２の実施の形態に係るゼロクロス検出器の構
成を示す回路図である。

【図７】第２の実施の形態に係る起動回路の構成を示す
回路図である。

【図８】第２の実施の形態に係るコンバータの動作を示
す説明図である。

【図９】第３の実施の形態に係るコンバータの構成を示
す回路図である。

【図１０】第３の実施の形態に係るゼロクロス検出器の
構成を示す回路図である。

【図１１】第３の実施の形態に係る起動回路の構成を示
す回路図である。

【図１２】第３の実施の形態に係るコンバータの動作を
示す説明図である。

【図１３】第４の実施の形態に係るコンバータの構成を
示す回路図である。

【図１４】従来のコンバータの構成を示す回路図であ
る。

【符号の説明】

１ 交流整流部 ２ スイッチング部 ６ 制御部 １４ ゼロクロス検出器 １６ 起動回路 １７ 発振器

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電源から供給された交流電圧を整流し
   て整流電圧を出力する交流整流手段と、前記交流整流手
   段によって整流された整流電圧が供給されるインダクタ
   と、整流電圧が供給されて前記インダクタに流れる電流
   をスイッチングするスイッチング手段と、前記スイッチ
   ング手段を制御する制御手段と、を備えたコンバータに
   おいて、 前記交流電源による交流電圧の供給が開始された後、前
   記交流電圧の絶対値が所定値未満になるゼロクロスを検
   出するゼロクロス検出手段と、 前記ゼロクロス検出手段がゼロクロスを検出すると、前
   記スイッチング手段を駆動開始するように、前記制御手
   段を起動する起動手段と、を備えたことを特徴とするコ
   ンバータ。
2. 【請求項２】前記所定値は、前記スイッチング手段に流
   れる電流に応じて設定されることを特徴とする請求項１
   に記載のコンバータ。
3. 【請求項３】前記ゼロクロス検出手段は、交流電圧の絶
   対値として、前記交流整流手段によって整流された整流
   電圧に基づいてゼロクロスを検出するように構成された
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のコンバー
   タ。
4. 【請求項４】前記ゼロクロス検出手段は、前記交流電源
   から供給された交流電圧が正から負になる場合に前記ゼ
   ロクロスを検出する第１のゼロクロス検出手段と、負か
   ら正になる場合にゼロクロスを検出する第２のゼロクロ
   ス検出手段と、からなり、 前記起動手段は、前記第１のゼロクロス検出手段及び前
   記第２のゼロクロス検出手段のうちいずれか一方がゼロ
   クロスを検出すると、前記スイッチング手段を駆動開始
   するように、前記制御手段を起動することを特徴とする
   請求項１または２に記載のコンバータ。
5. 【請求項５】前記ゼロクロス検出手段は、導通閾値電圧
   以上になって発光する発光素子を備え、前記交流電源か
   ら供給された交流電圧が所定値未満になると前記発光素
   子が消えてゼロクロスを検出するように構成され、 前記起動手段は、前記発光素子が発光した光を受光する
   受光素子を備え、前記受光素子が消えると前記スイッチ
   ング手段を駆動開始するように、前記制御手段を起動す
   ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記
   載のコンバータ。
6. 【請求項６】前記発光素子は、フォトダイオードであ
   り、前記受光素子は、フォトトランジスタであることを
   特徴とする請求項５に記載のコンバータ。
7. 【請求項７】前記ゼロクロス検出手段は、前記交流電圧
   の絶対値を、予め設定された所定値と比較する比較手段
   を備え、前記比較手段による比較結果に基づいてゼロク
   ロスを検出するように構成されたことを特徴とする請求
   項１乃至４のいずれか１項に記載のコンバータ。
8. 【請求項８】交流電源から供給された交流電圧を整流し
   て整流電圧を出力する交流整流手段と、前記交流整流手
   段によって整流された整流電圧が供給されるインダクタ
   と、整流電圧が供給されて前記インダクタに流れる電流
   をスイッチングするスイッチング手段と、前記スイッチ
   ング手段を制御する制御手段と、を備えたコンバータの
   起動方法であって、 前記交流電源による交流電圧の供給が開始されてから、
   前記交流電圧の絶対値が予め設定された所定値未満にな
   るゼロクロスを検出し、 前記ゼロクロスを検出すると、前記制御手段を起動して
   前記スイッチング手段を駆動開始させることを特徴とす
   るコンバータの起動方法。