JP2007300762A - 直流電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源電圧に対する電流位相の遅れを検出し、電流が零となった点よりも後に短絡手段をＯＮさせることにより、電源電圧に対する電流位相の遅れの悪化による制御不能状態を回避し、確実に力率を改善することができる直流電源装置を提供する。
【解決手段】整流手段１１と交流電圧源２との間に挿入されたリアクタ１２と、リアクタ１２と交流電圧源２との間に設けられ入力電圧の値が零となる点を検出するゼロクロス検出手段１３と、リアクタ１２と整流手段１１との間に設けられ電圧の零を検出する電圧検出手段１４と、電圧検出手段１４と整流手段１１との間に設けられた短絡手段１５と、ゼロクロス検出手段１３と電圧検出手段１４の検出結果に基づき、ゼロクロス検出手段１３がゼロクロスを検出後でかつ電圧が零であることを検出した時以降にに短絡手段１５をＯＮとする制御を行う制御手段１６とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、適切な力率の改善を行うことのできる直流電源装置に関する。

交流を整流する直流電源装置の直流部分に交流電圧の半周期に１回ＯＮすることにより短絡回路を構成する整流形スイッチ素子を設け、このスイッチ素子のＯＮ時に発生する、スイッチ素子と交流電源との間に設けられたリアクタに流れる電流を、スイッチ素子をＯＦＦにしたときに直流出力側に流すことで力率を改善させる高力率電源装置が提案されている（特許文献１参照）。

この直流電源装置では、力率の改善において重要なパラメータとなるスイッチ素子のＯＮ開始タイミング（以下、ＯＮタイミングという）及びＯＮ継続時間（以下、ＯＮ時間という）を力率を予め高く保つことのできるように設定しておき、この設定に基づいてスイッチ素子をＯＮ、ＯＦＦ動作させている。
特開平７−７９４６号公報

しかしながら、高い力率を保持することができるＯＮタイミング及びＯＮ時間は、その直流電源装置に接続されている負荷の負荷量や電源電圧の変化等によって変化する。このため、特定の条件の下、実験的に定められたＯＮタイミング及びＯＮ時間を用いた場合、直流電源装置に接続された負荷の負荷量や電源電圧の変動等の状況によっては必ずしも最適な力率の改善が行われるわけではない。

例えば、スイッチ素子のＯＮタイミングについては、電流は交流電圧の位相よりも遅れることが多いため、電圧ゼロクロス点で電流が残っている場合を考慮してスイッチ素子のＯＮタイミングは、交流電圧のゼロクロス点から若干遅らせる（遅延時間を設ける）ことが一般的である。しかしながら、状況によってはこの遅延時間が不足し、スイッチ素子をＯＮさせた時にはまだ位相が遅れた電流が流れ続けている場合がありうる。

そのような状況について図８の波形図に基づき具体的に説明する。図８においては上下２つに分けて波形が示されており、上部は交流電圧を１周期分、下部はこの交流電圧から発生する交流電流の１周期分及び、短絡制御を行うスイッチ素子のＯＮまたはＯＦＦを示している。また、上下いずれの波形図においても縦軸は電圧値［Ｖ］（電流値は［Ａ］）、横軸は時間［ｍｓ］を表わしている。また、スイッチ素子のＯＮ、ＯＦＦは矩形波の立ち上がりがＯＮを示す、いわゆるアクティブハイの状態で表わされている。

図８に示す波形図では、交流電圧の半周期が終わって「＋」から「−」へ変化する略０Ｖの点（ゼロクロス）を基準にしてスイッチ素子のＯＮタイミングが決定され、そのタイミング（図８に示す点ａ）でスイッチ素子をＯＮする。

電流位相に遅れがない場合、図中の電流波形Ｘに示すように電圧のゼロクロスと電流の零となる点がほぼ一致もしくは電流の零の後に電圧のゼロクロスとなり、スイッチ素子のＯＮ、ＯＦＦによって負荷側に電流を流し込む動作が良好に行なわれる。

ところが、図中の電流波形Ｙに示すように電流位相が遅れ、スイッチ素子をＯＮした時点でもまだ電流が流れ続けていると、スイッチ素子のＯＮにより、電流は点ｂを境にそれまでの電流低下速度よりもより遅くなる。この結果、交流電圧の位相に対して電流の位相が一層遅くなってしまう。このように電流が零とならないうちにスイッチ素子がＯＮされることが繰り返されると、交流電圧位相に対する電流位相が遅れる方向に徐々にずれてしまい、力率の改善ができなくなるだけではなく、直流電源装置自体の制御が不能になってしまう可能性がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の第１の目的は、電源電圧に対する電流位相の遅れを検出し、電流が零となった点よりも後に短絡手段をＯＮさせることにより、電源電圧に対する電流位相の遅れの悪化による制御不能状態を回避し、確実に力率を改善することができる直流電源装置を提供することである。

また、本発明の第２の目的は、電流位相に遅れが生じ、短絡手段の短絡動作を電圧ゼロクロスよりも遅らせた場合には、その遅れに応じて短絡期間を延長して電流位相の遅れをなくすように制御して、制御不能状態を回避し、確実に力率を改善することができる直流電源装置を提供することである。

本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、直流電源装置において、交流電源に接続され、交流を直流に整流する整流手段と、整流手段と交流電源との間に挿入されたリアクタと、リアクタと整流手段との間に設けられ、入力を短絡する短絡手段と、交流電源からの入力電圧が零となるゼロクロスタイミングを検出するゼロクロス検出手段と、リアクタの出力側の電圧の零を検出する電圧検出手段と、ゼロクロス検出手段と電圧検出手段からの信号が入力され、ゼロクロス検出手段が検出したゼロクロスタイミング後で、かつ、電圧検出手段が零を検出した時点以降に短絡手段を短絡動作させる制御手段とを備える。

本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、直流電源装置において、交流電源に接続され、交流を直流に整流する整流手段と、整流手段と交流電源との間に挿入されたリアクタと、リアクタよりも負荷側に設けられ、入力を短絡する短絡手段と、交流電源からの入力電圧が零となるゼロクロスタイミングを検出するゼロクロス検出手段と、交流電源からの電流の零を検出する電流検出手段と、ゼロクロス検出手段と電流検出手段からの信号が入力され、ゼロクロス検出手段が検出したゼロクロスタイミング後で、かつ、電流検出手段が電流零を検出した時点以降に短絡手段を短絡動作させる短絡制御手段と、ゼロクロス検出手段によるゼロクロスタイミングから電流検出手段が電流零を検出するまでの時間に応じて短絡手段の短絡動作期間を変更する短絡時間制御手段とを備える。

請求項１の発明によれば、電源電圧に対する電流位相の遅れを検出し、電流が零となった点よりも後に短絡手段をＯＮさせることにより、電源電圧に対する電流位相の遅れの悪化による制御不能状態を回避し、確実に力率を改善することができる直流電源装置を提供することができる。

また、請求項４の発明によれば、電流位相に遅れが生じ、短絡手段の短絡動作を電圧ゼロクロスよりも遅らせた場合には、その遅れに応じて短絡期間を延長して電流位相の遅れをなくすように制御して、制御不能状態を回避し、確実に力率を改善することができる直流電源装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る直流電源装置１には、入力側に交流電圧源２が、出力側には、例えばモータ駆動用インバータ装置などの負荷３が接続されている。

直流電源装置１には、交流電圧源２に接続され交流を直流に整流する整流手段１１と、整流手段１１と交流電圧源２との間に挿入されたリアクタ１２と、リアクタ１２と交流電圧源２との間に設けられ、交流電圧源２からの入力電圧の値が零となる点を検出するゼロクロス検出手段１３と、一端がリアクタ１２と整流手段１１との間に、他端がリアクタ１２が接続されていない交流電圧源２と整流手段１１との間に設けられ、この部分の発生電圧が零になったことを検出する電圧検出手段１４と、この電圧検出手段１４と整流手段１１との間に設けられた短絡手段１５と、この短絡手段１５を制御する制御手段１６とが備えられている。さらに、図１に示す直流電源装置１内には、整流手段１１及び負荷３との間に平滑コンデンサ１７が並列に接続される。

ゼロクロス検出手段１３と電圧検出手段１４はいずれも整流形のフォトカプラを用いた回路で構成され、フォトカプラに印加される正又は負の電圧が存在する間はフォトカプラがＯＮし、電圧がほぼ零付近に至るとフォトカプラがＯＦＦする。したがって、ゼロクロス検出手段１３ではフォトカプラがＯＦＦした時点がゼロクロス点となる。同様に電圧検出手段１４においても両端間電圧がほぼ零になった時点でフォトカプラがＯＦＦすることで電圧の零を検出する。なお、ゼロクロス検出手段１３、電圧検出手段１４ともにフォトカプラ自体の動作閾値が存在するため、完全な零を検出することはできないが、制御上、略零とみなすことのできる値の検出が可能である。

ここで、電圧検出手段１４の役割について説明する。背景技術及び課題で説明したように、負荷が軽い場合は電源電圧が零になる前に電流が零になるが、負荷が重い場合等では電源電圧に対し電流位相に遅れが生じる。このような電流が流れ続けている状態で短絡手段１５をＯＮするとさらに電流位相が遅れてしまう。このため、電流が零になった後に短絡手段１５をＯＮさせることが望まれる。しかしながら、この電流は交流で、かつ零付近を検出する必要があり、既存のカレントトランス等の電流検出器では短い時間ではあるが積分された電流値を検出するようになっているため、正確な検出が困難であった。また電流瞬時値を検出する電流検出器は高価である。そこで、より安価かつ的確に電圧値が零であることを検出する役割を担うのが電圧検出手段１４である。

なお、電流の位相遅れとは、交流電圧源２の電圧のゼロクロスに対し、電流がゼロになるまでの期間の位相が遅れた電流をいう。この位相遅れは正負のそれぞれの交流電圧に対して生じる。ちなみにリアクタ１２は誘導性負荷であり、電流位相が進むことはないが、負荷が軽い場合には交流電圧源２の電圧のゼロクロスよりも前に、電流がゼロになる。

ゼロクロス検出手段１３は、交流電圧源２から直流電源装置１に供給される入力電圧が「＋」から「−」または「−」から「＋」へ変化するときに現われる０Ｖの値（ゼロクロス）を検出し、電圧検出手段１４は、リアクタ１２の出力側の電圧の０Ｖの値（ゼロクロス）を検出するものである。このリアクタ１２の出力側の電圧が０Ｖの値となった時は交流電圧源２からの入力電流の零と一致する。すなわち、電圧検出手段１４が電圧の零を検出するまでは交流電圧源２から電流が流れていることになる。したがって、この部分での電圧零検出と電圧のゼロクロスとの時間関係から判断すれば、位相遅れ電流の存在を検出することができる。このため、ゼロクロス検出手段１３がゼロクロスを検出した後に電圧検出手段１４が電圧零を検出するまでの間は位相が遅れた電流が流れていることになる。

これらのゼロクロス検出手段１３と電圧検出手段１４の出力は制御手段１６に入力される。

制御手段１６は、ゼロクロス検出手段１３と電圧検出手段１４の検出結果に基づきゼロクロス検出手段１３が入力電圧が零であることを検出した後、電圧検出手段１４が電圧を検出している期間は整流形スイッチ素子からなる短絡手段１５のＯＦＦを継続し、電圧検出手段１４が電圧零を検出した後に短絡手段１５を所定の時間ＯＮとする制御を行う。

また、制御手段１６は、ゼロクロス検出手段１３がゼロクロスを検出する前に電圧検出手段１４が電圧零を検出している場合は、ゼロクロス検出手段１３のゼロクロス検出に基づき短絡手段１５を所定の時間ＯＮとする制御を行う。この短絡動作は交流電源サイクルの半周期ごとに実行される。

図２に示されるように、制御手段１６には、ゼロクロス検出手段１３、電圧検出手段１４及び負荷３からの各種信号が入力され、その内部に短絡制御手段１６ａ、短絡禁止手段１６ｂを備えている。ゼロクロス検出手段１３からのゼロクロス信号が入力され、短絡手段１５のＯＮまたはＯＦＦの制御を行う信号を生成する短絡制御手段１６ａには、負荷３からの負荷状況信号が入力される。

短絡制御手段１６ａには、予め接続されている負荷３の負荷状況に応じた短絡手段１５のＯＮタイミング及びＯＮ時間のデータが設定されている。このＯＮタイミングのデータとは、ゼロクロス検出手段１３が交流電源ゼロクロスを検出してから短絡手段１５をＯＮするまでの時間(遅延時間)であり、ＯＮ時間のデータとは短絡手段１５をＯＮしてからＯＦＦするまでのＯＮ継続時間である。

短絡制御手段１６ａに設定されているデータは標準的な状況下での試験に基づくもので、一般に負荷が重い場合には交流電圧位相の早い段階で負荷側に電流を供給したいため、電流のＯＮタイミングは短く、すなわち短い遅延時間が設定され、ＯＮ時間は電流を多くするために長めに設定される。これに対し負荷が軽い場合にはＯＮタイミングは長く、ＯＮ時間は短めに設定される。

なお、力率向上と合わせ電源高調波低減のために電源電圧の交流半波の間に短絡手段１５を３〜５回程度の複数回ＯＮ、ＯＦＦさせることがある。この場合にはそれぞれの短絡動作に対してＯＮタイミングとＯＮ時間が設定されるが、上述した負荷に対するＯＮタイミング及びＯＮ時間の設定の傾向は同じである。

ゼロクロス検出手段１３のゼロクロス信号と電圧検出手段１４の電圧零の検出信号は短絡禁止手段１６ｂに入力される。短絡禁止手段１６ｂは、ゼロクロス検出手段１３からのゼロクロス信号を受けた後に電圧零の信号が入力されるまで、すなわち位相の遅れた電流が流れ続けている期間、短絡禁止信号を短絡制御手段１６ａに供給する。

したがって、短絡制御手段１６ａは、予め設定されているＯＮタイミングに到達しても短絡禁止手段１６ｂから短絡禁止信号を受けている期間は短絡手段１５をＯＮさせない。

一方、電流位相に遅れがない場合にはゼロクロス検出手段１３からのゼロクロス信号を受けると同時、またはそれ以前から電圧検出手段１４の検出信号は電圧零であるため、この場合には短絡禁止手段１６ｂから短絡禁止信号は出力されない。このため、短絡制御手段１６ａによってゼロクロス検出手段１３からのゼロクロス信号を受けた時点で予め短絡禁止手段１６ｂに設定されているＯＮタイミング及びＯＮ時間のデータに基づき短絡手段１５がＯＮ、ＯＦＦ制御される。

図３は、交流電圧源２（電源電圧）が「−」から「＋」へ変化したときのゼロクロス検出手段１３、接続点電圧、電圧検出手段１４、短絡手段１５の各点のＯＮ、ＯＦＦ、或いは「＋」、「−」を示すタイムチャートである。また、交流電圧源２（電源電圧）が「＋」から「−」へ変化する場合は電源電圧及び接続点電圧の「＋」と「−」が逆になるのみで、ゼロクロス検出手段１３と電圧検出手段１４の出力は同じであるため省略する。

図３の実線は電源電圧と電流位相が略一致している場合の動作を示し、破線は電源電圧に対する電流位相が遅れている場合の動作を示している。電圧検出手段１４を構成するフォトカプラは検出側の電圧が所定の閾値（例えば、プラスマイマス２Ｖ）の範囲内に入るとＯＦＦし、その反転出力（ＯＮ）が電圧検出手段１４の出力となるように回路設計されている。

まず、実線のように電源電圧と電流位相が一致している場合には、電源電圧が「−」から「＋」へ変化する直前にゼロクロス検出手段１３がＯＦＦからＯＮになる。すなわち、電源電圧が「−」から「＋」方向に変化する途中で、「−２Ｖ」、「０Ｖ（ゼロクロス）」、「２Ｖ」と変化する。したがって、ゼロクロス検出手段１３は、電源電圧が「−２Ｖ」になるとＯＮし、「２Ｖ」を超えるとＯＦＦすることになり、交流電源電圧のゼロクロスを検出することができる。

直流電源装置１において、電源電圧に対する電流位相の遅れを検出する電圧検出手段１４がリアクタ１２の直後に接続されているが、この接続点の電圧が図３中の「接続点電圧」である。この例では電源電圧に対して電流位相に遅れがないため、電源電圧がゼロクロスを通過すると同時に接続点電圧もゼロクロスを通過して「−」から「＋」へ移る。この接続点電圧の「−」から「＋」への移動により電圧検出手段１４のフォトカプラがＯＮされ、電圧検出手段１４による電圧零の検出と交流電源電圧のゼロクロスの検出により短絡禁止手段１６ｂは短絡禁止信号を出力せず、短絡制御手段１６ａは予め設定されたＯＮタイミングであるＴon時間（電源電圧のゼロクロス点から短絡手段１５をＯＮするまでの時間）だけ遅れて短絡手段１５に対して短絡制御を行うＯＮ信号を発信する。

短絡手段１５がＯＮされて短絡制御がなされると、電源電圧に追随して「−」から「＋」へ移動した接続点電圧は０Ｖに落ち、以後短絡手段１５がＯＮしている期間は０Ｖを維持する。

図３の破線で示すように電流位相が遅れている場合、電源電圧のゼロクロスの検出よりも遅れ、電流がゼロに近づいたところで電圧検出手段１４がＯＮ出力を行なう。このため、短絡禁止手段１６ｂが電圧検出手段１４がＯＮするまでは短絡禁止信号を短絡制御手段１６ａに供給し、短絡制御手段１６ａは予め設定されたＯＮタイミングであるＴon時間を過ぎても短絡手段１５をＯＮさせない。その後、電圧検出手段１４がＯＮとなり、短絡禁止信号がなくなった時点で短絡手段１５をＯＮさせ、短絡制御手段１６ａは予め定められたＯＮ時間だけ短絡手段１５のＯＮを継続し、ＯＮ時間が経過した時点で短絡手段１５をＯＦＦする。短絡時間（ＯＮ時間）は予め定められた値であるため、電流位相が遅れた分だけ短絡手段１５のＯＦＦは遅れることになる。

このように電源電圧に対する電流位相の遅れをフォトカプラを使用して検出し、電流のゼロクロスの点を基準として、電流が零となった点よりも後に短絡手段をＯＮさせることにより、電源電圧に対する電流位相の遅れによる制御不能状態を回避し、確実に力率を改善することができる直流電源装置を提供することができる。また、電流の位相遅れの検出をリアクタ出力側の端子電圧を用いて行なうことで簡単かつ確実に行うことができる。なお、第１の実施の形態においては、ＯＮタイミングにかかわらず短絡時間を一定に保つようになっているため、電流位相が遅れた場合でも予め定めたＯＮ時間が確実に確保できる。

（第２の実施の形態）
続いて本発明における第２の実施の形態を説明する。なお、以下に説明する各実施の形態において、上述の第１の実施の形態において説明した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、同一の構成要素の説明は重複するので省略する。

第２の実施の形態では、図４に示すように、第１の実施の形態に対して、新たに短絡時間制御手段１６ｃを追加した点、及び短絡制御手段１６ａに短絡時間（ＯＮ時間）の代わりに電源電圧のゼロクロス点を始点として、ＯＮからＯＦＦに短絡手段１５を切り替えるＯＦＦタイミング（Ｔｏｆｆ時間）が記憶されている点が異なり、これ以外の構成は同じである。

第２の実施の形態における短絡時間制御手段１６ｃには、ゼロクロス検出手段１３のゼロクロス信号、電圧検出手段１４の電圧零の検出信号及び短絡制御手段１６ａのＯＦＦタイミングのデータが入力されている。短絡時間制御手段１６ｃは、その内部に図示しない計時手段、演算手段、比較手段を備え、計時手段によりゼロクロス信号が入力されてから電圧零の検出信号が入力されるまでの時間Ｔ１を計測する。そして演算手段によってＴ１時間とＴｏｎ時間との差ΔＴを求め、短絡制御手段１６ａに対し、ΔＴだけＯＦＦタイミングを遅らせる信号を出力する。すなわち、ＯＦＦタイミングをＴｏｆｆからＴｏｆｆ＋ΔＴに変更するものである。

このように電源電圧に対する電流位相の遅れを検出し、電流が零となった点よりも後に短絡手段をＯＮさせることにより、電源電圧に対する電流位相の遅れの悪化による制御不能状態を回避し、確実に力率を改善することができる直流電源装置を提供することができるとともに、電流位相遅れによって生じた短絡手段のＯＮ時間の短縮、すなわち短絡手段をＯＮしてからＯＦＦするまでの時間が短くなってしまうことに対し、これを補償し、短絡手段のＯＮ時間を確実に確保する可能な直流電源装置を提供することができる。

（第３の実施の形態）
次に本発明における第３の実施の形態について説明する。

第３の実施の形態は、第１、第２の実施の形態とは異なり、制御手段１６をマイクロコンピュータで構成した点に特徴がある。そこで、短絡手段１５の短絡動作の制御をこのマイクロコンピュータ内に格納されるプログラムで処理するとともに、ＯＮタイミングは定めず、ゼロクロス検出手段１３が電源電圧のゼロクロスを検出した以降であって、電圧検出手段１４が電圧零を検出した時点、すなわち、この時点をＯＮタイミングとして短絡動作を開始するように制御する。また、短絡手段をＯＮさせる期間、すなわちＯＮ時間Ｔｃｏは、負荷の状態に対応して予め記憶されるが、電流位相遅れが所定値よりも大きい場合には、このＯＮ時間を長くなるように変更して、電流位相遅れを早期に解消するための電流位相遅れ補償機能を備える。

さらに本実施の形態では、図１に示す電圧検出手段１４の代わりに、図５に示すように交流電圧源２と整流手段１１との間に直列に瞬時値電流検出手段１８を設けている。この瞬時値電流検出手段１８は、検出精度によっては高価なものとなるが、流れる電流の瞬時値が検出できるものである。したがって、この瞬時値電流検出手段１８によって電流の零を検出することができる。

なお、他の制御において使用される瞬時的な値ではない電流値は、所定の期間の瞬時値電流検出手段１８の出力を時間的に平均化することで得ることができる。

マイクロコンピュータは、図６に示すように、判断・比較手段２１と、記憶手段２２と、タイマ２３と、短絡制御手段２４とから構成される。判断・比較手段２１は例えば、負荷から入力される信号を基に記憶手段２２に予め格納されているデータから基準となるＯＮ時間Ｔｃｏを読み出し、また、タイマ２３によって計測された時間に基づいて短絡制御を行うための信号を生成し、短絡制御手段２４へ送信する。短絡制御手段２４は、この信号に基づいて短絡手段１５を短絡動作させる。

そこで、短絡手段１５に対する短絡制御の手順について、図７のフローチャートを使用して説明する。

判断・比較手段２１は、まず負荷３から入力された信号に基づき、直流電源装置１に接続されている負荷３の状態を判別し（ＳＴ１）、その負荷の状態に応じて予め記憶手段２２に記憶されているＯＮ時間（Ｔｃｏ）を読み出す（ＳＴ２）。

続いてゼロクロス検出手段１３にて交流電圧源２から直流電源装置１に入力された電源電圧のゼロクロスが検出されたかどうかを判別する（ＳＴ３）。ステップ３は電源電圧のゼロクロスが検出されるまで繰り返される。ゼロクロスが検出された場合（ＳＴ３のＹ）、後述する電流位相遅れ補償のために用いる遅延時間Ｔ１を得るためタイマ２３をスタートさせ（ＳＴ４）、続いて瞬時値電流検出手段１８によって電圧零が検出されるまで待つ（ＳＴ５）。

そして、電流零が検出されたならば（ＳＴ４のＹ）、判断・比較手段２１は、その時点でのタイマ２３がカウントした遅延時間Ｔ１が予め設定した所定値ａよりも小さいかどうかを比較、判断する（ＳＴ６）。電流位相遅れがない場合には、ゼロクロス検出手段１３が検出した電源電圧のゼロクロスと同時、またはそれ以前から電流零の状態となっているため、遅延時間Ｔ１は「０」となる。従って、所定値ａよりも小さい場合は（ＳＴ６のＹ）、補正ＯＮ時間Ｔｅには当初のＯＮ時間Ｔｃｏがセットされる（ＳＴ８１）。続いて判断・比較手段２１から短絡制御手段２４に制御信号を送り、短絡手段１５をＯＮさせる（ＳＴ７）。

一方、電流位相遅れがある場合には、その遅れ時間がＴ１となる。所定値ａは電流位相遅れの度合いを判定するためのもので、遅延時間Ｔ１がａより大きければ電流位相遅れがかなり大きいものと考えられる。そこで、遅延時間Ｔ１が予め設定した所定値ａよりも小さくない（大きい）場合は（ＳＴ６のＮ）、この位相遅れを改善するために補正ＯＮ時間Ｔｅを予め設定されているＯＮ時間Ｔｃｏに所定値ａだけ加算した値に変更（長く）する（ＳＴ８２）。そして短絡手段１５を短絡動作させる（ＳＴ７）。したがって電流位相遅れがない場合には、電源電圧のゼロクロスとほぼ同時に、また、電流位相遅れがある場合にはゼロクロス以後に電流零が検出された時点で短絡手段１５がＯＮされる。

短絡手段１５がＯＮされると、次にタイマ２３がＯＮ継続時間Ｔ２のカウントを開始する（ＳＴ９）。そして、このＯＮ継続時間Ｔ２が、予め設定されている補正ＯＮ時間Ｔｅに到達するまで短絡手段１５の短絡動作が継続される（ＳＴ１０）。そして、ＯＮ継続時間Ｔ２が補正ＯＮ時間Ｔｅに到達した時点で短絡手段１５はＯＦＦされる（ＳＴ１１）。

続いて短絡手段１５をＯＦＦした後、予め定められた時間間隔で短絡手段１５を３回ＯＮ、ＯＦＦさせ（ＳＴ１２）、その後タイマＴ１、Ｔ２をリセットし、補正ＯＮ時間Ｔｅをクリア（Ｔｅ＝０）にして（ＳＴ１３）、再度、本手順を繰り返すことで、交流電源の半周期毎に本制御が実行される。

このように、電流位相遅れがない場合には予め設定されているＯＮ時間Ｔｃｏの時間だけ短絡手段１５が短絡動作を行い、電流位相の遅れがａより大きい場合にはＴｃｏ＋αの時間分だけ短絡手段１５が短絡動作を行なう。その結果、電流位相の遅れが大きい場合には補正ＯＮ時間Ｔｅを長くすることで直流電源装置への入力電流が増加し、電流位相の遅れが電圧位相側に進み、電流位相遅れが解消されることになるので、電源電圧に対する電流位相の遅れによる制御不能状態を回避し確実に力率を改善することができる直流電源装置を提供することができる。

なお、本実施の形態では電流位相遅れがａより大きいときに時間αだけＯＮ時間を延長するように設定したが、より細かく制御するためにＯＮ時間の延長する時間を位相遅れＴ１に比例して連続的に設定しても良い。

また、第３の実施の形態においては、電圧検出手段１４の代わりに瞬時値電流検出手段１８を用いたが、いずれの手段によっても電源電圧に対する電流位相の遅れを検出することができる。このため、第１、２の実施の形態に瞬時値電流検出手段１８を用いても、第３の実施の形態に電圧検出手段１４を用いても良い。いずれにしても電流のゼロクロスの点を基準として、電流が零となった点よりも後に短絡手段をＯＮさせることにより、電源電圧に対する電流位相の遅れによる制御不能状態を回避し、確実に力率を改善することができる直流電源装置を提供することができる。

さらに、第１ないし第３の実施の形態ではリアクタと整流回路との間に短絡手段を設けた例で示したが、短絡手段は整流回路と負荷との間に設けてもよく、要はリアクタよりも負荷側に設ければよい。

以上のとおり、この発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

第１の実施の形態における直流電源装置を示す構成図である。 第１の実施の形態における制御手段の構成を示すブロック図である。 第１の実施の形態における短絡制御を示すタイムチャートである。 第２の実施の形態における制御手段の構成を示すブロック図である。 第３の実施の形態における直流電源装置を示す構成図である。 第３の実施の形態における制御手段の構成を示すブロック図である。 第３の実施の形態における短絡制御の流れを示すフローチャートである。 従来の短絡制御が行われた波形を示す波形図である。

符号の説明

１…直流電源装置、１１…整流手段、１２…リアクタ、１３…ゼロクロス検出手段、１４…電流検出手段、１５…短絡手段、１６…制御手段

Claims (5)

1. 交流電源に接続され、交流を直流に整流する整流手段と、
   前記整流手段と前記交流電源との間に挿入されたリアクタと、
   前記リアクタよりも負荷側に設けられ、入力を短絡する短絡手段と、
   前記交流電源からの入力電圧が零となるゼロクロスタイミングを検出するゼロクロス検出手段と、
   前記リアクタの出力側の電圧の零を検出する電圧検出手段と、
   前記ゼロクロス検出手段と前記電圧検出手段からの信号が入力され、前記ゼロクロス検出手段が検出したゼロクロスタイミング後で、かつ、前記電圧検出手段が零を検出した時点以降に前記短絡手段を短絡動作させる制御手段と、
   を設けたことを特徴とする直流電源装置。
2. 前記制御手段は、
   前記ゼロクロス検出手段が検出したゼロクロスタイミングを基準に前記短絡手段の短絡開始タイミング及び短絡継続時間を制御する短絡制御手段と、
   前記ゼロクロス検出手段がゼロクロスタイミングを検出する前に前記電圧検出手段が電圧零を検出していない時は、前記電圧検出手段が電圧零を検出するまで前記短絡制御手段による前記短絡手段の短絡動作を禁止する短絡禁止制御手段と、
   を設けたことを特徴とする請求項１に記載の直流電源装置。
3. 前記電圧検出手段は、一端が前記リアクタと前記整流手段との間に、他端が交流電源のリアクタ接続側とは反対の電源線に接続された整流形のフォトカプラにより構成されることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の直流電源装置。
4. 交流電源に接続され、交流を直流に整流する整流手段と、
   前記整流手段と前記交流電源との間に挿入されたリアクタと、
   前記リアクタよりも負荷側に設けられ、入力を短絡する短絡手段と、
   前記交流電源からの入力電圧が零となるゼロクロスタイミングを検出するゼロクロス検出手段と、
   前記交流電源からの電流の零を検出する電流検出手段と、
   前記ゼロクロス検出手段と前記電流検出手段からの信号が入力され、前記ゼロクロス検出手段が検出したゼロクロスタイミング後で、かつ、前記電流検出手段が電流零を検出した時点以降に前記短絡手段を短絡動作させる短絡制御手段と、
   前記ゼロクロス検出手段によるゼロクロスタイミングから前記電流検出手段が電流零を検出するまでの時間に応じて前記短絡手段の短絡動作期間を変更する短絡時間制御手段と、
   を設けたことを特徴とする直流電源装置。
5. 前記電流検出手段は、リアクタの出力側の電圧の零を検出する電圧検出手段であることを特徴とする請求項４に記載の直流電源装置。

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