JP2003158878A - 力率改善装置 - Google Patents

力率改善装置

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JP2003158878A JP2001354367A JP2001354367A JP2003158878A JP 2003158878 A JP2003158878 A JP 2003158878A JP 2001354367 A JP2001354367 A JP 2001354367A JP 2001354367 A JP2001354367 A JP 2001354367A JP 2003158878 A JP2003158878 A JP 2003158878A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 入力電圧に同期した全波整流電圧をトランス
を介して取込む構成では、スイッチングノイズがトラン
スを介して流出する。 【解決手段】 交流電源に同期した信号を掛算器Ｘに入
力して相似波形を得て、その相似波形と、負荷と直列接
続されたシャント抵抗sに生じる電圧との電圧差がゼロ
になるようにして自身の入力電流波形を正弦波にする力
率改善装置において、ホトカプラＰＣによって交流電源
のゼロクロスポイントを検出し、その検出信号に基づき
前記交流電源に同期した交流全波整流信号を生成し、そ
の生成した交流全波整流信号を上記掛算器Ｘへの入力に
供する。

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、家電用産業用の
インバータ装置の電源などに適用されるアクティブフイ
ルタなどの力率改善装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、図１に示すインバータ装置の回路
構成において、交流の入力電圧(正弦波電圧)Ｖｉをトラ
ンスＴｒを介して全波整流した全波整流電圧を抵抗Ｒ1
を通して掛算器Ｘに入力し、その掛算器Ｘの入力電圧と
出力電圧(抵抗Ｒoの両端の電圧)が相似波形となるよう
にし、掛算器の前記出力電圧とシャント抵抗Ｒｓの両端
の電圧の電圧差がゼロになるようにシャント抵抗Ｒｓの
電流を制御することにより、入力電流波形を正弦波にな
るよう制御している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このように、交流の入
力電圧をトランスＴｒを介して全波整流した全波整流電
圧を抵抗Ｒ1を通して掛算器Ｘに入力している。しか
し、そのトランスＴｒは１次−２次間の浮遊容量が大き
いため、ＩＧＢＴのスイッチングノイズがトランス浮遊
容量を通じて２次側から１次側へ伝達される。そのため
雑音端子ノイズが大きくなるという課題があった。
【０００４】この発明は、電源側へのノイズ流出を抑制
できる力率改善装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の力率改善装置
は、交流電源に同期した信号を掛算器に入力して相似波
形を得て、その相似波形と、負荷と直列接続されたシャ
ント抵抗に生じる電圧との電圧差がゼロになるようにし
て自身の入力電流波形を正弦波にするアクティブフイル
タによる力率改善装置において、ホトカプラによって交
流電源のゼロクロスポイントを検出し、その検出信号に
基づき前記交流電源に同期した交流全波整流信号を生成
し、その生成した交流全波整流信号を上記掛算器への入
力に供することを特徴とする。
【０００６】請求項２に係わる発明は、上記生成した交
流全波整流信号を、当該装置の基準電圧Ｖregへレベル
シフトする。
【０００７】請求項３に係わる発明は、上記生成した交
流全波整流信号を、当該装置の基準電圧Ｖregよりも所
定値低い値へレベルシフトする。
【０００８】請求項４に係わる発明は、上記生成した交
流全波整流信号と、当該装置の出力電圧との位相差をな
くすために進相手段を備えた請求項１〜３のいずれかに
記載の力率改善装置。
【０００９】請求項５に係わる発明は、Ｈブリッジのメ
イン回路もしくは、交流電源、ダイオード整流ブリッ
ジ、ＤＣリアクトル、スイッチング素子およびフライホ
イルダイオードからなるメイン回路構成に適用される。
【００１０】
【発明の実施の形態】実施形態１ 図２に本発明の第１の実施形態を示しており、図１と同
一の要素に対しては共通の符号を付している。この図２
では、入力電圧ＶｉをダイオードＤで半波整流し、その
半波整流電圧をホトカプラＰＣの発光ダイオードに供給
している。そしてホトカプラＰＣの受光素子に流れる電
流をマイコンＩＣ２に取り込み、このマイコンＩＣ２で
入力電圧Ｖｉに同期した交流全波整流信号を生成し、そ
の信号を抵抗Ｒ１を通じて掛算器Ｘに入力している。
【００１１】このように、図１のトランスＴｒに替え
て、ホトカプラＰＣを用いて、電源側と制御回路側とを
電気的に分離したのでＩＧＢＴのスイッチングノイズが
電源側に流出することはない。
【００１２】さて、図２に示した掛算器Ｘは、制御回路
ＩＣ１における動作基準電圧Ｖreg以下の入力信号では
出力しない特性であるため、図３に示すように、掛算器
Ｘに正弦全波電圧が入力されても、その出力電圧(抵抗
Ｒoの両端電圧)が、入力電圧と相似波形にはならず、従
って入力電流波形が正弦波になるような制御が行われな
くなる。
【００１３】実施形態２ 前記の不具合をなくすために本発明の第２の実施形態で
は、図４に示すように、マイコンＩＣ２の出力信号電圧
を上記基準電圧Ｖregまでレベルシフトする回路ＬＳ１
を、マイコンＩＣ２の出力部に挿入している。
【００１４】図５の(ａ)はマイコンＩＣ２の出力電圧
(ａ点の電位)を示し、図５の(ｂ)は、レベルシフト回路
ＬＳ１の出力電圧(ｂ点の電位)を示し、このようにＶre
gだけレベルシフトされた電圧が抵抗Ｒ１を介して掛算
器Ｘに入力される。このレベルシフト回路ＬＳ１はオペ
アンプＹ１、Ｙ２を用いて実現できる。
【００１５】これにより、掛算器Ｘが動作基準電圧Ｖre
g以下の入力信号では出力しないという制約から解放さ
れ、入力電流波形は正弦波になるような制御が行われ
る。
【００１６】さて、実施形態２のように、正弦波信号の
ゼロレベルを基準電圧Ｖregまでレベルシフトした信号
(図５(ｂ))が掛算器Ｘに入力されても、掛算器Ｘの出力
が出始める時の掛算器Ｘの入力電圧レベルがＶregより
も僅かに低いため、交流入力電流のゼロ位相近辺で図６
に示すように、入力電流波形が歪んでしまう。
【００１７】実施形態３ 前記の不具合をなくすために本発明の第３の実施形態で
は、図７のレベルシフト回路ＬＳ２に示すように、２段
目のオペアンプＹ２の基準電圧入力部への入力電圧に、
基準電圧がＶregを抵抗Ｒ２およびＲ３で分圧したもの
が入力される。
【００１８】図８(ａ)は、図４中のｂ点での電位を示
し、一方、シフトレベル回路ＬＳ２の出力部であるｃ点
での電圧は、図８(ｂ)で示されるように、基準電圧がＶ
regからＶreg・Ｒ２／(Ｒ２＋Ｒ３)に低下し、これによ
り、前述の不具合をなくせる。
【００１９】さて、実施形態３のアクティブフイルタ回
路を動作させた場合、換算器Ｘの入力と出力との特性の
位相ずれがあるため、入力電流波形にオーバーシュート
が生じた時にはこれを完全に除去することができず、図
９のごとく入力電流波形が歪む問題がある。
【００２０】実施形態４ 前記の不具合をなくすために本発明の第４の実施形態で
は、図１０のレベルシフト回路ＬＳ３に示すように、２
段目のオペアンプＹ２の帰還抵抗Ｒ４と並列にコンデン
サＣ１を接続している。
【００２１】図１１(ａ)は、図７中のｃ点での電位を示
し、一方、シフトレベル回路ＬＳ３の出力部であるｄ点
での電圧は、図１１(ｂ)で示されるように、位相が進ん
でおり、これにより、前述の位相遅れがキャンセルさ
れ、入力電流波形の歪みが解消される。
【００２２】実施形態５ 上記の各実施形態は、Ｈブリッジのメイン回路での適用
例であったが、図１２に示す交流電源、ダイオード整流
ブリッジＤＢ、ＤＣリアクトル(ＤＣＬ)、スイッチング
素子ＳＷ、フライホールダイオードＤｆからなるメイン
回路構成にも適用できる。
【００２３】即ち、図１３に示すように、ダイオード整
流ブリッジＤＢの出力をホトカプラＰＣに接続し、その
ホトカプラＰＣの受光素子に流れる電流をマイコンＩＣ
２に取り込み、このマイコンＩＣ２で入力電圧Ｖｉに同
期した交流全波整流信号を生成し、その信号を抵抗Ｒ１
を通じて掛算器Ｘに入力している。
【００２４】又、図４、図７および図１０で採用したレ
ベルシフト回路ＬＳ１〜ＬＳ３のいずれかを図１３のマ
イコンＩＣ２の出力部と抵抗Ｒ１との間に挿入すること
もできる。
【００２５】
【発明の効果】本発明の力率改善装置は、ホトカプラで
検出した信号に基づき電源電圧に同期する交流全波整流
信号を生成し、その信号を掛算器へ入力するようにした
ので、スイッチング素子によるノイズが電源側へ流出す
ることはない。
【００２６】請求項２に係わる発明では、上記生成した
交流全波整流信号を、当該装置の基準電圧Ｖregへレベ
ルシフトしたので、掛算器の出力も入力と同じ相似波形
となり、入力電流波形を正弦波にすることができる。
【００２７】請求項３に係わる発明は、上記生成した交
流全波整流信号を、当該装置の基準電圧Ｖregよりも所
定値低い値へレベルシフトしたので、掛算器の出力が出
始める時の掛算器の入力電圧レベルがＶregよりも僅か
に低く、そのため交流入力電流のゼロ位相近辺で入力電
流波形が歪むという問題を解消できる。
【００２８】請求項４に係わる発明は、上記生成した交
流全波整流信号と、当該装置の出力電圧との位相差をな
くすために進相手段を備えたので、換算器の入力と出力
との位相差ゆえに入力電流波形にオーバーシュートが生
じた時にはこれを完全に除去することができないという
不具合を回避できる。
【００２９】請求項５に係わる発明は、Ｈブリッジのメ
イン回路だけでなく、交流電源、ダイオード整流ブリッ
ジ、ＤＣリアクトル、スイッチング素子およびフライホ
イルダイオードからなるメイン回路構成にも適用でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来のインバータ装置の回路図
【図２】 本発明の第１実施形態を示したインバータ装
置の回路図
【図３】 図２のインバータ装置の動作を示した波形図
【図４】 本発明の第２施形態を示したインバータ装置
の回路図
【図５】 図４のインバータ装置の動作を示した波形図
【図６】 図４のインバータ装置の動作を示した波形図
【図７】 本発明の第３施形態を示したインバータ装置
の回路図
【図８】 図７のインバータ装置の動作を示した波形図
【図９】 図７のインバータ装置の動作を示した波形図
【図１０】 本発明の第４施形態を示したインバータ装
置の回路図
【図１１】 図１０のインバータ装置の動作を示した波
形図
【図１２】 従来の別のインバータ装置の回路図
【図１３】 本発明の第４実施形態を示したインバータ
装置の回路図
【符号の説明】
Ｄ ダイオード、ＰＣ ホトカプラ、ＩＣ１ 制御回
路、ＩＣ２ マイコン、Ｘ掛算器、Ｙ オペアンプ、Ｌ
Ｓ レベルシフト回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5G066 FA01 FB15 FC11 5H006 AA02 CA01 CB08 DA02 DA04 DB01 DC02 DC04 DC05 5H730 AA18 BB14 BB57 CC05 DD03 FD01 FD11 FD41 FF19

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 交流電源に同期した信号を掛算器に入力
    して相似波形を得て、その相似波形と、負荷と直列接続
    されたシャント抵抗に生じる電圧との電圧差がゼロにな
    るようにして自身の入力電流波形を正弦波にするアクテ
    ィブフイルタによる力率改善装置において、 ホトカプラによって交流電源のゼロクロスポイントを検
    出し、その検出信号に基づき前記交流電源に同期した交
    流全波整流信号を生成し、その生成した交流全波整流信
    号を上記掛算器への入力に供することを特徴とする力率
    改善装置。
  2. 【請求項２】 上記生成した交流全波整流信号を、当該
    装置の基準電圧Ｖregへレベルシフトする請求項１記載
    の力率改善装置。
  3. 【請求項３】 上記生成した交流全波整流信号を、当該
    装置の基準電圧Ｖregよりも所定値低い値へレベルシフ
    トする請求項１記載の力率改善装置。
  4. 【請求項４】 上記生成した交流全波整流信号と、当該
    装置の出力電圧との位相差をなくすために進相手段を備
    えた請求項１〜３のいずれかに記載の力率改善装置。
  5. 【請求項５】 Ｈブリッジのメイン回路もしくは、交流
    電源、ダイオード整流ブリッジ、ＤＣリアクトル、スイ
    ッチング素子およびフライホイルダイオードからなるメ
    イン回路構成に適用される請求項１〜４のいずれかに記
    載の力率改善装置。
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