JP2006094631A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】交流電源のゼロクロス点を低コスト・低損失にて高精度に検出し、直流出力電圧のばらつきの小さな電源装置を提供する。
【解決手段】倍電圧整流回路をベースとし、リアクトル５を介して交流電源１を短絡するスイッチング手段６を備えた電源装置において、交流電源１の電源半周期毎に、倍電圧整流を構成する第１のコンデンサ３および第２のコンデンサ４に接続されていない側の整流回路２の交流入力端の電位が、直流出力端間に接続された第１のコンデンサ３および第２のコンデンサ４の中点電位に概略等しくなる時刻を交流電源１のゼロクロス点として検出し、検出したゼロクロス点を基準として、少なくとも１回以上スイッチング手段６を開閉する。
【選択図】図１

Description

本発明は、交流電源から得られる交流電圧を直流電圧に変換する電源装置に関するものである。

従来、この種の電源装置として、交流電源のゼロクロス点付近で交流電源を、リアクトルを介して一定時間短絡することで力率を改善することができるものが提案されている。（例えば、特許文献１参照）。

図１２は、特許文献１に記載された従来の電源装置を示すものである。同図に示すように、電源装置は、交流電源１と、交流電源１からの交流電圧を整流する整流回路２を備え、互いに直列に直列に接続された第１のコンデンサ３と第２のコンデンサ４の中点が整流回路２の一方の交流入力端に接続されて倍電圧整流回路を構成している。整流回路２には、リアクトル５が直列に接続され、交流電源１をリアクトル５を介して短絡するスイッチング手段６と、スイッチング手段６を駆動するスイッチ駆動手段８と、交流電源１の両端に接続されたゼロクロス検出手段３１から構成されている。

従来の電源装置は、交流電源１の半周期毎に、ゼロクロス検出手段３１によって交流電源１のゼロクロス点を検出し、ゼロクロス点から所定の時間だけスイッチング手段６をオンし、その後オフすることで、交流電源１からの入力電流の通電幅を拡大し、力率を改善することができる。
特開平１０−１７８７８０号公報

しかしながら、前記従来の構成では、ゼロクロス検出手段３１の具体的手段としてフォトカプラを用いて回路を構成するため、フォトカプラの１次側フォトダイオードには、制御手段（図示せず）に接続されるフォトカプラの２次側へ信号を伝達するために必要な電流を流さなければならず、少なからず電力を消費していた。

従来のゼロクロス検出手段３１の回路構成では、交流電源１の電圧がフォトカプラを駆動できる閾値電圧にてゼロクロス点を検出することになるため、制御手段は、交流電源１の真のゼロクロス点よりも少しタイミングのずれた時刻にてゼロクロス点を検出することになり、真のゼロクロス点を直接検出することは困難であった。

さらに、フォトカプラの１次−２次間の伝達率を表すＣＴＲは、通常２倍から３倍以上のばらつきを有しているのが一般的であり、ＣＴＲのばらつきに加えて、交流電源の電源電圧のばらつきを考慮すると、制御手段にて検出できる交流電源１のゼロクロス点の誤差は、数百μｓオーダーに達する場合があった。

従来の構成の電源装置では、前記ゼロクロス点を基準に、１回ないし数回以上スイッチング手段を開閉するが、電源周期の前半に数回程度スイッチングを行う電源装置の場合には、上記の誤差はさほど問題にならない場合が多い。

しかしながら、スイッチング回数が増えて電源周期の後半にもスイッチングを行う場合には、ゼロクロス点が真のゼロ点よりも後のタイミングで認識された場合に、電源半周期の後半のスイッチング動作が、次の電源半周期にかかってしまい、力率の低下や、電源高
調波規制を満足しなくなる可能性が生じるようになる。

また、電源半周期に１回のスイッチング動作の場合においても、スイッチング手段の開閉動作を行うタイミングのずれによって、少なからず直流出力電圧にばらつきが生じるため、直流出力電圧の精度が重要となる場合にはゼロクロス点の検出ばらつきが問題であった。

さらに、電源装置の負荷に直流モータを有する場合には、直流モータの最大回転数がモータの誘起電圧の関係上、電源装置が出力し得る最大直流出力電圧によって制限されてしまうことから、設計の際には、モータの最大回転数に余裕を持って対応できるように、最大直流出力電圧のばらつきを十分考慮しなければならなかった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、低コスト・低損失にて、交流電源のゼロクロス点の検出を高精度にて行い、直流出力電圧のばらつきを抑制する電源装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の電源装置は、互いに直列に接続されて倍電圧整流回路を構成する第１のコンデンサおよび第２のコンデンサに接続されていない側の、整流回路の交流入力端における電位が、上記第１および第２のコンデンサの中点電位（接続点電位）に等しくなる点を、交流電源のゼロクロス点として検出するものである。

本電源装置においては、力率改善の観点から、入力電流が次の電源の半周期まで流れ続けることのないように、電源半周期の後半には、入力電流を流さない非導通区間を設けるようスイッチング手段の開閉タイミングが設計される。

したがって、真の交流電源のゼロクロス点およびその直前においては、リアクトルを流れる電流はゼロであり、リアクトルと交流電源の直列回路の両端電圧は、交流電源の両端電圧に等しく、真のゼロクロス点において直列回路両端の電圧はゼロとなる。

倍電圧整流回路においては、整流回路の一方の交流入力端と直流出力端の負極間電圧は、昇圧コンデンサである第２のコンデンサ電圧に等しく、他方の交流入力端と直流出力端の負極間の電圧は、およそゼロボルトから直流出力電圧の間の値をとるため、これを抵抗等で分圧し、比較することで、低コストかつ高精度にゼロクロス点を検出することが可能となる。

また、電源装置は、直流出力端間の電圧を検出し、第１のコンデンサおよび第２のコンデンサに接続されていない側の整流回路の交流入力端と直流出力端の負極間の電圧が、直流出力電圧の約１／２と等しくなる点をゼロクロス点とみなしてもよい。
さらに、本発明の電源装置は、常に同一方向に所定の補正時間だけ、ゼロクロス点の時間補正を行う。

また、本発明の電源装置は、第１のコンデンサおよび第２のコンデンサに接続されていない側の整流回路の交流入力端と直流出力端の負極間の電圧が、直流出力電圧の１／２に対して、交流電源の半周期毎に交互に正負の値をとる補正電圧によって補正された電圧に等しくなる点をゼロクロス点とする。

また、本発明の電源装置は、入力電流検出手段を備え、入力電流に応じて補正時間または補正電圧の調整を行う。

また、本発明の電源装置は、直流出力電流検出手段を備え、出力電流に応じて補正時間または補正電圧の調整を行う。

また、本発明の電源装置は、直流出力電圧における電圧リプル検出手段を備え、電圧リプルの大きさに応じて補正時間または補正電圧の調整を行う。

また、本発明の電源装置は、インバータ負荷を有し、インバータの出力周波数に応じて補正時間または補正電圧の調整を行う。

また、本発明の電源装置は、あらかじめ補正時間または補正電圧を記憶する記憶手段を備える。

また、本発明の電源装置は、絶縁されていない制御手段を備え、制御手段にて、第１のコンデンサおよび第２のコンデンサに接続されていない側の整流回路の交流入力端電位と、直流出力電圧の概略１／２の電圧との比較を行い、ゼロクロス検出を行う。

以上の構成をなすことにより、従来の電源装置で使用されていたフォトカプラに比べ、低コストでばらつきおよび駆動電力の小さな部品である抵抗やコンパレータ、マイコンに内蔵されたＡ／Ｄ変換等を用いて交流電源のゼロクロス点を検出するため、ゼロクロス点を低コスト・低損失にて高精度に検出することができる。

本発明の電源装置は、低コスト・低損失にてゼロクロス点を高精度に検出し、直流出力電圧のばらつきを抑制することができる。

第１の発明は、交流電源からの交流電圧を直流電圧に整流する整流回路と、前記整流回路の一方の交流入力端と直流出力端の正極側との間に接続された第１のコンデンサと、前記整流回路の交流入力端と直流出力端の負極間に接続された第２のコンデンサと、前記整流回路に直列に接続されたリアクトルと、前記交流電源を前記リアクトルを介して短絡するスイッチング手段とを備え、前記交流電源の半周期に少なくとも１回以上スイッチング手段を開閉する電源装置であって、 前記整流回路の他方の交流入力端と前記整流回路の直流出力端の負極間の電圧が、前記第2のコンデンサの電圧に一致する点を交流電源のゼロクロス点とし、ゼロクロス点を基準として前記スイッチング手段の開閉のタイミングを決定するものである。

これによって、フォトカプラに比べてばらつきの小さな回路素子である抵抗やコンパレータ等の部品を用いてゼロクロス点の検出を行うことができるため、ゼロクロス点の検出精度が向上することから、スイッチング手段の開閉タイミングの精度を向上することができ、その結果、スイッチング手段のオン時間に対する直流出力電圧のばらつきを抑制することができる。

第２の発明は、交流電源からの交流電圧を直流電圧に整流する整流回路と、前記整流回路の一方の交流入力端と直流出力端の正極側との間に接続された第１のコンデンサと、前記整流回路の交流入力端と直流出力端の負極間に接続された第２のコンデンサと、前記整流回路に直列に接続されたリアクトルと、前記交流電源を前記リアクトルを介して短絡するスイッチング手段とを備え、前記交流電源の半周期に少なくとも１回以上スイッチング手段を開閉する電源装置であって、直流出力端間電圧を検出する検出手段を備えて、前記他方の交流入力端と整流回路の直流出力端の負極間の電圧が、直流出力端間電圧の概略１／２となる点をゼロクロス点とすることで、第２のコンデンサの電圧を検出する必要がな
くなるため、ゼロクロス点の検出精度向上とあわせて、部品点数およびコスト、損失の低減が可能となる。

第３の発明は、特に、第２の発明のゼロクロス点検出において、得られたタイミングより、所定の補正時間だけ補正することにより、第１および第２のコンデンサの電圧リプルによるゼロクロス点検出精度への影響を低減させることができ、ゼロクロス点の検出精度をさらに高くすることができる。

第４の発明は、特に、第２の発明のゼロクロス点検出時の電圧比較において、交流電源の半周期毎に、正負交互の値となる補正電圧によって、直流出力端間の直流出力電圧の１／２に対して電圧の補正を行うことにより、第３の発明と同様に、第１および第２のコンデンサの電圧リプルによる検出誤差への影響を低減することができ、ゼロクロス点の検出精度をさらに高くすることができる。

第５の発明は、特に、第３の発明の補正時間または第４の発明の補正電圧において、交流電源からの入力電流検出手段を設け、入力電流の大きさに応じて補正時間または補正電圧を大きく設定することにより、負荷の大きさに応じた電圧リプルの影響を考慮した補正を行うことができるため、ゼロクロス点の検出精度をさらに高くすることが可能となる。

第６の発明は、特に、第３の発明の補正時間または第４の発明の補正電圧において、負荷へ供給される出力電流を検出する出力電流検出手段を備え、出力電流が大きくなるほど補正時間または補正電圧を大きく設定することにより、負荷の大きさに応じた電圧リプルの影響を考慮した補正を行うことができるため、ゼロクロス点の検出精度をさらに高くすることが可能となる。

第７の発明は、特に、第３の発明の補正時間または第４の発明の補正電圧において、直流出力端間の電圧リプルを検出する電圧リプル検出手段を備え、電圧リプル検出手段によって検出される電圧リプルが大きくなるほど補正時間または補正電圧を大きく設定することにより、電圧リプルの影響をより正確に補正することができるため、ゼロクロス点の検出精度をさらに高くすることが可能となる。

第８の発明は、インバータ負荷を有するもので、特に第３の発明の補正時間または第４の発明の補正電圧において、インバータの出力周波数が高くなるほど補正時間または補正電圧を大きく設定することにより、負荷に応じた電圧リプルの影響をより正確に補正することができるため、ゼロクロス点の検出精度を高くすることができる。

第９の発明は、特に、第４〜８のいずれか１つの発明の補正時間または補正電圧を、あらかじめ記憶された記憶手段によって決定することにより、負荷状況に応じて補正時間または補正電圧をより正確な値に近づけることができるため、より簡単な構成においてゼロクロス点の検出精度を高くすることができる。

第１０の発明は、交流電源から絶縁されていない制御手段を備え、制御手段にてゼロクロス点の検出を行うことにより、ゼロクロス点の検出からスイッチ駆動信号生成までの回路のグランドが共通となるため、比較手段から制御手段への信号伝達のために必要であったフォトカプラを不要とすることができ、ゼロクロス点の検出をさらに低コストにて行うことが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における電源装置の構成を示すものである。

図１に示すように、交流電源１は、整流回路２に接続され、整流回路２の一方の交流入力端から各々の直流出力端間に、互いに直列接続された第１のコンデンサ３および第２のコンデンサ４が接続されて倍電圧整流回路を構成している。

さらに、交流電源１と整流回路２との間には、リアクトル５が接続され、交流電源１がリアクトル５を介して短絡されるように双方向性のスイッチング手段６が設けられる。

さらに、整流回路２の双方の交流入力端Ａ点およびＢ点の電位を比較する比較手段７と、スイッチング手段６を制御するスイッチ駆動手段８を備え、整流回路２の直流出力端には負荷９が接続されている。

図２に、本実施の形態１の電源装置の各部の波形を示す。

図２に示すように、本発明の電源装置は、抵抗分圧とコンパレータなどで構成される比較手段７によって整流回路２の２個の交流入力端Ａ点とＢ点の電位を比較しており、スイッチング手段６は、交流電源１の電源半周期ごとに、Ａ点とＢ点間の電圧が概略ゼロとなるタイミングより所定の時間ｔ１経過後に所定の時間ｔ２だけオンした後再びオフとなるようにスイッチ駆動手段８によって制御される。

以上のように構成された電源装置について、以下その動作、作用を説明する。

本方式の電源装置は、交流電源１の半周期の前半の所定の期間にスイッチング手段６をオンすることにより、力率改善を行うものである。入力電流が電源の半周期間を越えて流れるとかえって力率が低下してしまうため、これを避けるために、電源半周期後半のゼロクロス点付近においては、リアクトル５には電流が流れないようスイッチング手段６のオン時間が設定される。

そこで、交流電源１の真のゼロクロス点およびゼロクロス点以前の１００μｓ程度の期間において、リアクトル５を流れる電流は、ほぼゼロとなっており、この期間においては、整流回路２の交流入力端間（図のＡ点−Ｂ点間）には、交流電源１の電源電圧そのものが現れる。

したがって、比較手段７によって整流回路の２の双方の交流入力端間の電圧がゼロとなる時刻を検出することで、交流電源１のゼロクロス点を検出することができる。

本実施の形態では、交流電源１のゼロクロス点を検出するのに、一般にフォトカプラに比べてばらつき要因の小さなコンパレータ等の部品を用いて交流電源１のゼロクロス点を検出することができるため、従来の電源装置に比べて、交流電源１のゼロクロス点の検出ばらつきを小さくすることが可能となる。

次に、ゼロクロス点の検出精度が電源装置の直流出力精度に与える影響について述べる。

本方式のように、電源の半周期に一度スイッチング手段６を開閉する電源装置においては、交流電源１の電源半周期におけるスイッチング手段６のオン時間が一定であっても、そのスイッチング手段６のオン開始時刻のばらつきにより、直流出力電圧の値は少なからず影響を受ける。

本発明の電源装置の制御方式には、大きく２つの方式がある。すなわち、スイッチング手段６のオン幅を入力電流などの負荷条件に基いてあらかじめ定めておく場合と、直流出力電圧が所望の値となるようにスイッチング手段６のオン幅をフィードバック制御する場合がある。

前者の場合においては、本実施の形態の発明が直流出力電圧のばらつきを抑制することができることは明らかである。

また後者の場合においても、電源装置のシステム構成上、スイッチング手段６の最大オン時間は、スイッチング手段６に用いるスイッチング素子の定格電流や温度上昇などから制限があることから、最大負荷時に出力可能な直流出力電圧は、スイッチング手段６の開閉タイミングと最大オン時間によって決まり、ゼロクロス点の検出ばらつきの影響を受けるので、この場合においても本発明の電源装置は、出力可能な最大直流出力電圧のばらつきを抑制することができる。

以上のように、本実施の形態において、比較手段７によって、第１のコンデンサ３および第２のコンデンサ４に接続されていない側の整流回路２の交流入力端電位と、第１のコンデンサ３と第２のコンデンサ４の中点電位を比較し、両者間の電圧がゼロとなる時刻を交流電源１のゼロクロス点とし、得られたゼロクロス点をタイミングの基準として、スイッチング手段６の開閉タイミングを決定することにより、交流電源１のゼロクロス点のタイミングを正確に検出でき、電源装置の直流出力電圧のばらつきを抑えることが可能となる。

また図３は、本実施の形態１の別の構成を表したものである。図３のように、リアクトル５は、第１のコンデンサ３と第２のコンデンサ４との中点に接続されてもよく、また第１のコンデンサ３および第２のコンデンサ４の直列回路に並列に平滑コンデンサ１０が接続されても同様の効果があることは言うまでもない。

また、本実施の形態においては、交流電源１の半周期間におけるスイッチング手段６のオン回数を１回としたが、２回以上とした場合にも同様の効果が得られる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の第２の実施の形態の電源装置の構成を示す図である。

図４に示すように、交流電源１に接続された整流回路２の交流入力端のうち、第１のコンデンサ３と第２のコンデンサ４との中点（接続点）に接続されない側の入力端Ａ点と、整流回路２の直流出力端の正極側との電位を、各々整流回路２の直流出力端の負極を基準として電圧検出する、第１の電圧検出手段１１および第２の電圧検出手段１２を備えている。

さらに、演算手段１３を備えて、第２の電圧検出手段１２によって検出された直流出力電圧を概略１／２して、比較手段７へ伝達する。

比較手段７では、第１の電圧検出手段１１によって検出された電圧が、演算手段１３によって得られた、直流出力電圧の１／２に等しくなる時刻を検出し、交流電源１の半周期毎に検出した時刻に同期させてスイッチ駆動手段８にてスイッチング手段６を開閉させるものである。

図５に、本発明の第２の実施の形態における各部の電圧波形を示す。

本発明の電源装置は、倍電圧整流をベースとしているため、図５に示すように、負荷９に供給される直流出力電圧は、第１のコンデンサ３および第２のコンデンサ４に分担される。

第１のコンデンサ３および第２のコンデンサ４は、電源の一周期ごとにほぼ等しい電圧リプルをもって脈動しており、直流出力電圧の１／２は、第１のコンデンサ３の電圧と、第２のコンデンサ４の電圧との平均に等しくなる。

交流電源１の真のゼロクロス点は、実施の形態１における説明でも述べたように、第１の電圧検出手段１１で検出された電圧が第１のコンデンサ３と第２のコンデンサ４の中点電圧である第２のコンデンサ４の電圧に等しくなる点であるが、図５に示すように、本実施の形態の電源装置では、Ａ点の電圧が直流出力電圧の１／２に等しくなる点を検出するため、交流電源１の電源位相によらず、真のゼロクロス点よりも常に早い時刻にてゼロクロス点を検出することになる。

そこで、本実施の形態の電源装置は、あらかじめ定められた所定の補正時間Δｔだけ検出された時刻に対して補正を加えるものである。（図５において補正手段は図示せず）
本実施の形態においては、第２のコンデンサ４の電圧の検出手段を用いず、一般に直流出力電圧を所望の電圧となるようにスイッチング手段６のオン時間をフィードバック制御される方式の電源装置には一般的に備えられている第２の電圧検出手段１２を利用するため、電源装置のシステム構成全体として電圧検出手段の数が１つ少なくなり、該電圧検出手段における損失の抑制と、部品点数の削減が可能となる。

なお、本実施の形態においては、まず第１の電圧検出手段１１によって検出される電圧が直流出力電圧の１／２となる時間を検出し、これに補正時間Δｔを加えているが、直流出力電圧の１／２に対して、あらかじめ定められた所定の補正電圧を、交流電源１の電源半周期毎に正負交互に加算して補正することによって第２のコンデンサ４の電圧を推定し、第１の電圧検出手段１１によって検出される電圧が第２のコンデンサ４の推定電圧値に等しくなる時刻を交流電源１のゼロクロス点として検出してもよい。

この場合、交流電源１の半周期毎に、それぞれ正負いずれの補正を行うかの判断が必要となるが、これについては、第１の電圧検出手段１１によって検出される整流回路２の交流入力端Ａ点の電位と、第2の電圧検出手段１２によって検出される直流出力電圧の１／２との大小関係で判断することができる。

すなわち、Ａ点の電位が直流出力電圧の１／２を越えて上昇する期間では、第２のコンデンサ４の電圧が直流出力電圧の１／２よりも高いため、正の電圧補正値を加え、その逆の場合には、負の電圧補正値を加えることで、第２のコンデンサ４の電圧を推定することができる。

また、負荷９が第１のコンデンサ３および第２のコンデンサ４の容量に比べて十分小さく、電圧リプルの値が無視しうる場合においては、電源半周期ごとの補正を行わずに、第１の電圧検出手段１１における検出電圧が、第２の電圧検出手段１２によって得られた直流出力電圧を演算手段１３によって１／２とした電圧と等しくなる点を交流電源１のゼロクロス点とみなしてスイッチング手段６を制御してもよい。
(実施の形態３)
図６は、本発明の第３の実施の形態の電源装置の構成を示す図である。

図６に示すように、電源装置は、交流電源１からの入力電流を検出する入力電流検出手
段１４を備えている。

本発明の電源装置は、第２の実施の形態同様に、第１の電圧検出手段１１と第2の電圧検出手段１２を備えており、第２の電圧検出手段１２によって検出された直流出力電圧を演算手段１３によって１／２とした後、入力電流検出手段１４で検出された入力電流の大きさにほぼ比例させた補正電圧に基づいて、補正した後、比較手段７によって第１の電圧検出手段１１で検出した電圧と等しくなる点を検出し、これをゼロクロス点として、検出したゼロクロス点に同期させてスイッチング手段６を開閉させる。

直流出力電圧の１／２と第２のコンデンサ４の電圧との差は、重負荷となって電圧リプルが増加するほど大きくなるため、負荷の大きさとほぼ１対１対応する入力電流で補正を行うことで、負荷に応じた補正を行うことができ、ゼロクロス点の推定誤差を小さくすることが可能となる。

（実施の形態４）
図７は、本発明の第４の実施の形態の電源装置の構成を示す図である。

図７に示すように、電源装置は、整流回路２の直流出力端からの出力電流を検出する出力電流検出手段１５を備えている。

実施の形態３と同様に、第２の電圧検出手段１２によって検出される整流回路２の直流出力電圧は、演算手段１３によって１／２とされた後、比較手段７によって、第１の電圧検出手段１１によって検出される電圧と比較されて、両者が等しくなる時刻を検出し、出力電流手段１５で検出された電流値にほぼ比例させた補正時間だけ補正を行ってゼロクロス点を検出し、検出したゼロクロス点に同期させてスイッチング手段６を開閉させる。

以上により、直流出力端からの出力電流が大きくなるほど、直流出力端電圧のリプルは大きくなるため、本実施の形態によって、負荷に応じた補正を行うことができ、ゼロクロス検出の精度を向上させることが可能となる。

なお、補正については、オペアンプなどを用いてアナログ回路的に補正してもよいし、また、図８に示すように、直流出力電力毎にあらかじめ定められた補正時間を記憶する記憶手段２０を備え、出力電流検出手段１５で得られた出力電流に応じて、記憶手段２０を用いて補正時間を決定してもよい。

（実施の形態５）
図９は、本発明の第５の実施の形態の電源装置の構成を示す図である。

図９に示すように、電源装置は、負荷へ供給される直流出力電圧を検出する第２の電圧検出手段１２と、第２の電圧検出手段１２の検出結果に基づいてその電圧リプル量を検出するリプル検出手段１６を備える。

本電源装置は、実施の形態３、４と同様に、第２の電圧検出手段１２によって検出される整流回路２の直流出力電圧は、演算手段１３によって１／２の電圧とされた後、リプル検出手段１６で検出した直流出力電圧の電圧リプルの値に応じた補正電圧にて、交流電源１の電源半周期毎に正負交互に補正を行った後、比較手段７にて第１の電圧検出手段によって検出される電圧と等しい電圧となる時刻をゼロクロス点として検出し、得られたゼロクロス点に同期させてスイッチング手段６の開閉タイミングを決定する。

以上により、負荷の大きさにほぼ比例した電圧リプル量によって得られるゼロクロス点
を補正することで、交流電源１のゼロクロス検出の精度をより高くすることができる。

（実施の形態６）
図１０は、本発明の第６の実施の形態の電源装置の構成を示す図である。

図１０に示すように、空気調和機などの機器に用いられる電源装置は、インバータ１７をおよびインバータ１７によって駆動されるモータ１８を負荷とし、さらに、インバータ１７を駆動するインバータ制御手段１９を備える。

実施の形態３〜５と同様に、第２の電圧検出手段１２によって検出される整流回路２の直流出力電圧は、演算手段１３によって１／２にされた後、電源電圧１の半周期毎に交互に正負の値をとる補正電圧によって補正される。その後、比較手段７によって第１の電圧検出手段１１によって検出される電圧と等しくなる時刻をゼロクロス点として検出し、得られたゼロクロス点に同期させてスイッチング手段６の開閉を行う。

なお、補正電圧は、インバータ１７の出力周波数にほぼ比例するような演算に基づいて決定される。

なお、モータ１８は直流モータであり、インバータ１７の出力周波数は、モータ１８の回転数と1対1の関係を有しており、また負荷の大きさは、モータ１８の回転数とほぼ１対１対応するため、インバータ１７の出力周波数に応じて検出電圧を補正することによって、交流電源１のゼロクロス検出の精度をより高くすることができる。

なお、本実施の形態では、比較手段７の比較対象における直流出力電圧側において電圧にて補正を行ったが、直流出力電圧の１／２となる点としてゼロクロス点を検出し、その後にインバータ１７の出力周波数に応じて定められる補正時間によって、ゼロクロス点を補正してもよい。

また、インバータ負荷であるモータ１８は、インダクションモータであってもよく、すべりの影響を考慮して、別にモータ１８の回転数検出手段を設け、モータ１８の回転数に応じてゼロクロス点の補正を行ってもよい。

（実施の形態７）
図１１は、本発明の第７の実施の形態の電源装置の構成を示す図である。

図１１に示すように、電源装置は、交流電源１から絶縁されていない制御手段２１を備えており、整流回路２の双方の交流入力端は、それぞれ抵抗からなる分圧手段２２によって分圧された後、制御手段２１のＡ／Ｄ変換部（図示せず）に接続されている。

制御手段２１は、ＡＤ変換部によって、整流回路２の直流出力端の負極端子から見た、整流回路２の双方の交流入力端電位を検出することで、両者の電位が等しくなる時刻を検出する。

さらに、制御手段２１は、得られた時刻を交流電源１のゼロクロス点として、このゼロクロス点に同期させて交流電源１の半周期毎にスイッチング手段６を開閉させる。

このように、第７の実施の形態では、交流電源１から絶縁されていない制御手段２１を備えることで、コンパレータを用いることなく、交流電源１のゼロクロス点を検出することができる。

また、本実施の形態の電源装置では、電圧比較の際に、制御手段２１に備えられたＡＤ変換部を用いたが、コンパレータを用いてシステムを構成した場合においても、制御手段２１とコンパレータのグランドが共通であることから、コンパレータの比較結果を直接制御手段２１へ接続することができるため、電圧比較から制御手段２１までの信号伝達に必要であったフォトカプラを不要とすることができ、より低コストにてゼロクロス点の検出を行うことが可能となる。

以上のように、本発明にかかる電源装置は、交流電源のゼロクロス点を高精度かつ低コスト・低損失にて検出し、出力電圧のばらつきを抑制することが可能となるので、冷蔵庫や洗濯機などの電化製品への用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における電源装置の構成を示す図 本発明の実施の形態１における各部の波形を示す図 本発明の実施の形態１における電源装置の別の構成を示す図 本発明の実施の形態２における電源装置の構成を示す図 本発明の実施の形態２における各部の波形を示す図 本発明の実施の形態３における電源装置の構成を示す図 本発明の実施の形態４における電源装置の構成を示す図 本発明の実施の形態４における電源装置の別の構成を示す図 本発明の実施の形態５における電源装置の構成を示す図 本発明の実施の形態６における電源装置の構成を示す図 本発明の実施の形態７における電源装置の構成を示す図 従来の電源装置の構成図

符号の説明

１ 交流電源
２ 整流回路
３ 第１のコンデンサ
４ 第２のコンデンサ
５ リアクトル
６ スイッチング手段
７ 比較手段
９ 負荷
１１ 第１の電圧検出手段
１２ 第２の電圧検出手段
１３ 演算手段
１４ 入力電流検出手段
１５ 出力電流検出手段
１６ 電圧リプル検出手段
１７ インバータ
１８ モータ
２０ 記憶手段
２１ 制御手段

Claims (10)

1. 交流電源からの交流電圧を直流電圧に整流する整流回路と、前記整流回路の一方の交流入力端と直流出力端の正極間に接続された第１のコンデンサと、前記整流回路の交流入力端と直流出力端の負極間に接続された第２のコンデンサと、前記整流回路に直列に接続されたリアクトルと、前記交流電源を前記リアクトルを介して短絡するスイッチング手段とを備え、前記交流電源の半周期に少なくとも１回以上前記スイッチング手段を開閉する電源装置であって、前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサとの中点電位と、前記整流回路の他方の交流入力端の電位とを比較する比較手段を備え、前記交流電源の半周期毎に、前記比較手段によって、前記中点電位と、前記整流回路の他方の交流入力端の電位とが一致する時刻を前記交流電源のゼロクロス点として検出し、前記ゼロクロス点を基準として、前記スイッチング手段を開閉するタイミングを決定することを特徴とする電源装置。
2. 交流電源からの交流電圧を直流電圧に整流する整流回路と、前記整流回路の一方の交流入力端と直流出力端の正極間に接続された第１のコンデンサと、前記整流回路の交流入力端と直流出力端の負極間に接続された第２のコンデンサと、前記整流回路に直列に接続されたリアクトルと、前記交流電源を前記リアクトルを介して短絡するスイッチング手段とを備え、前記交流電源の半周期に少なくとも１回以上前記スイッチング手段を開閉する電源装置であって、前記整流回路の他方の交流入力端と直流出力端の負極間の電圧を検出する第１の電圧検出手段と、前記整流回路の直流出力端間の電圧を検出する第２の電圧検出手段とを備え、前記交流電源の半周期毎に、前記第１の電圧検出手段によって検出される電圧が、前記第２の電圧検出手段によって検出される電圧の概略１／２となる時刻を前記交流電源のゼロクロス点として検出し、前記ゼロクロス点を基準として、前記スイッチング手段を開閉するタイミングを決定することを特徴とする電源装置。
3. ゼロクロス点は、第１の電圧検出手段によって検出される電圧が第２の電圧検出手段によって検出される電圧の１／２となる時刻に対して、所定の補正時間だけ常に同一方向に補正された時刻とすることを特徴とする、請求項２に記載の電源装置。
4. ゼロクロス点は、第１の電圧検出手段によって検出される電圧が第２の電圧検出手段によって検出される電圧の１／２に対して所定の補正電圧だけ補正された電圧に等しくなる時刻とすることを第１の特徴とし、前記補正電圧は、前記交流電源の半周期毎に交互に正負の値をとることを第２の特徴とする、請求項２に記載の電源装置。
5. 電源装置は、交流電源からの入力電流を検出する入力電流検出手段を備え、補正時間または補正電圧は、前記交流電源からの入力電流が大きくなるほど大きく設定されることを特徴とする、請求項３〜４のいずれかに記載の電源装置。
6. 電源装置は、負荷へ供給される出力電流を検出する出力電流検出手段を備え、補正時間または補正電圧は、前記出力電流が大きくなるほど、大きく設定されることを特徴とする、請求項３〜４のいずれかに記載の電源装置。
7. 電源装置は、整流回路の直流出力端間の電圧リプルを検出する電圧リプル検出手段を備え、補正時間または補正電圧は、前記電圧リプルが大きくなるほど大きく設定されることを特徴とする、請求項３〜４のいずれかに記載の電源装置。
8. 電源装置は、負荷として、インバータおよび前記インバータにて駆動されるモータを有し、補正時間または補正電圧は、前記インバータの出力周波数が高くなるほど大きく設定されることを特徴とする、請求項３〜４のいずれかに記載の電源装置。
9. 電源装置は、あらかじめ補正時間または補正電圧を記憶する記憶手段を備えたことを特徴とする、請求項３〜８のいずれかに記載の電源装置。
10. 電源装置は、交流電源から絶縁されていない制御手段を備えたことを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の電源装置。

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