JP2008099512A

JP2008099512A - 電源装置

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Publication number: JP2008099512A
Application number: JP2006281103A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Kyogoku; 章弘京極; Yoshihiko Takeda; 芳彦武田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-10-16
Filing date: 2006-10-16
Publication date: 2008-04-24

Abstract

【課題】電源高調波規制を満足するとともに、電源装置の昇圧性能と入力力率を高いレベルで両立することが可能な電源装置を提供する。
【解決手段】整流回路と、直列に接続された複数のコンデンサからなり整流回路の２つの出力端間に接続されたコンデンサ回路と、整流回路の一方の入力端と、コンデンサ回路内のコンデンサ間の一つの接続点との間に接続された第１のスイッチング手段と、整流回路の他方の入力端と、コンデンサ回路内のコンデンサ間の一つの接続点との間に接続された第２のスイッチング手段と、交流電源のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出手段とからなる電源装置において、交流電源の半周期毎に、交流電源のゼロクロス点以降に所定時間ｔ１だけ第１及び第２のスイッチング手段をともにオンした後、所定時間ｔ２だけ第２のスイッチング手段のみオフした後、第１及び第２のスイッチング手段８をオフする。
【選択図】図１

Description

本発明は、交流電源からの交流電圧を整流して負荷へ電力を供給する電源装置に関する。

空調装置等の電気機器に用いる電源装置は、電源高調波規制を満足する必要があるが、この電源高調波規制を満足する一つの手段として、アクティブフィルタを用いて力率を改善する方法がある（例えば、特許文献１参照）。アクティブフィルタによれば、力率を改善することができるとともに副次的に出力電圧の昇圧機能を実現できるという効果が得られる。その反面、回路規模が増大し、製造コストが上昇するといった課題がある。

そこで、簡易な構成でアクティブフィルタと同様の効果を実現するものとして、リアクトルに接続された整流回路と、複数のコンデンサとの間に接続された１個のスイッチング手段を、交流電源の半周期毎にオン・オフ動作させる電源装置が考案されている（例えば、特許文献２参照）。

図１６は、特許文献１に記載された電源装置の構成を示すものである。図１６に示すように、従来の電源装置は、交流電源１と整流回路２の入力端子との間に挿入されたリアクトル３と、前記整流回路の出力端子間に直列に接続された複数のコンデンサ（４ａ、４ｂ）と、整流回路２の入力端子と複数のコンデンサの接続点との間に接続されたスイッチング手段１０１とを有し、入力電流検出回路１０６等で負荷５の状態を検出し、負荷状態に応じて予め設定されたタイミングでスイッチング手段１０１をオン・オフさせるものであって、安価な構成で、入力力率を高めつつ、負荷５の状態に応じた直流出力電圧を負荷５へ供給することができる。
特開平１０−１１１０２８号公報特開２００４−２３８１９号公報

しかしながら、上記従来の電源装置は、高い昇圧性能が必要な負荷を駆動する場合には、コンデンサ４ａ、４ｂの静電容量を大きくする必要がある。その結果、交流電源１のゼロクロス点付近において、コンデンサ４ａ、４ｂに電圧が残っているために、ゼロクロス点付近では、通電幅を広げるためにスイッチング手段１０１をオンしても入力電流を流すことができず、そのため、アクティブフィルタに比べて入力力率の改善効果が低くなる傾向があるという課題があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、簡単な構成で、電源高調波規制を満足するとともに、電源装置の昇圧性能と入力力率を高いレベルで両立することが可能な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、２つの入力端と２つの出力端とを有し、リアクトルを介して交流電源に接続されて交流電源電圧を直流電圧に変換する整流回路と、直列に接続された複数のコンデンサからなり整流回路の２つの出力端間に接続されたコンデンサ回路と、整流回路の一方の入力端と、コンデンサ回路内のコンデンサ間の一つの接続点との間に接続された第１のスイッチング手段と、整流回路の他方の入力端と、前記コンデンサ回路内のコンデンサ間の一つの接続点との間に接続された第２のス
イッチング手段と、交流電源のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出手段とから構成されるものであり、交流電源の半周期毎に、ゼロクロス検出手段によって検出された交流電源のゼロクロス点以降に第１の所定時間ｔ１だけ第１のスイッチング手段および第２のスイッチング手段をともにオンした後、第２の所定時間ｔ２だけ、第２のスイッチング手段のみオフし、その後、第１のスイッチング手段および第２のスイッチング手段をともにオフするものである。

これにより、従来の電源回路では電流を流すことが困難であった交流電源のゼロクロス点付近において、リアクトルを介して入力電流を流すことができるため、入力力率と昇圧性能を同時に向上させることができる。

本発明の電源装置は、高い入力力率を得ることができるため、コンセントから取り出しうる入力電力を高くすることができるため、空調機器における暖房最大能力の向上など、電気機器の最大出力の向上に役立つ。

第１の発明は、２つの入力端と２つの出力端とを有し、リアクトルを介して交流電源に接続されて交流電源電圧を直流電圧に変換する整流回路と、直列に接続された複数のコンデンサからなり整流回路の２つの出力端間に接続されたコンデンサ回路と、整流回路の一方の入力端と、コンデンサ回路内のコンデンサ間の一つの接続点との間に接続された第１のスイッチング手段と、整流回路の他方の入力端と、前記コンデンサ回路内のコンデンサ間の一つの接続点との間に接続された第２のスイッチング手段と、交流電源のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出手段とからなる電源装置において、交流電源の半周期毎に、ゼロクロス検出手段によって検出された交流電源のゼロクロス点以降に第１の所定時間ｔ１だけ第１のスイッチング手段および第２のスイッチング手段をともにオンした後、第２の所定時間ｔ２だけ、第２のスイッチング手段のみオフし、その後、第１のスイッチング手段および第２のスイッチング手段をともにオフするものである。

本回路構成および本制御によって、従来の電源回路では電流を流すことが困難であった交流電源のゼロクロス点付近において、リアクトルを介して入力電流を流すことができるため、入力力率と昇圧性能を同時に向上させることができる。

第２の発明は、２つの入力端と２つの出力端とを有し、リアクトルを介して交流電源に接続されて交流電源電圧を直流電圧に変換する整流回路と、直列に接続された複数のコンデンサからなり整流回路の２つの出力端間に接続されたコンデンサ回路と、整流回路の一方の入力端と、コンデンサ回路内のコンデンサ間の一つの接続点との間に接続された第１のスイッチング手段と、整流回路の他方の入力端と、前記コンデンサ回路内のコンデンサ間の一つの接続点との間に接続された第２のスイッチング手段と、交流電源のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出手段とからなる電源装置において、交流電源の半周期毎に、ゼロクロス検出手段によって検出された交流電源のゼロクロス点以降に第１の所定時間ｔ１だけ第１のスイッチング手段および第２のスイッチング手段をともにオンした後、第２の所定時間ｔ２だけ、第２のスイッチング手段のみオフし、その後、第１のスイッチング手段および第２のスイッチング手段をともにオフした後、第１のスイッチング手段または第２のスイッチング手段を少なくとも１回以上オン・オフするものである。

これにより、交流電源の半周期の後半において、さらに入力電流を流すことができるため、入力力率と昇圧性能をさらに向上することができる。

第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、電源装置の出力電圧を検出する
出力電圧検出手段を備え、出力電圧が所定の目標電圧に等しくなるように、前記第１のスイッチング手段および第２のスイッチング手段をオン・オフするタイミングを調節するものであり、交流電源の電圧によらず、出力電圧を一定に保つことができるものである。

第４の発明は、２つの入力端と２つの出力端とを有し、リアクトルを介して交流電源に接続されて交流電源電圧を直流電圧に変換する整流回路と、直列に接続された複数のコンデンサからなり、整流回路の２つの出力端間に接続されたコンデンサ回路と、整流回路の一方の入力端と他方の入力端との間に接続された第３のスイッチング手段と、整流回路の一方の入力端と、前記コンデンサ回路内のコンデンサ間の一つの接続点との間に接続された第４のスイッチング手段と、交流電源のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出手段とからなり、交流電源の半周期毎に、ゼロクロス検出手段によって検出された交流電源のゼロクロス点以降に、第３のスイッチング手段を１回、第４のスイッチング手段を少なくとも１回以上オン・オフする電源装置において、交流電源の半周期毎における、第４のスイッチング手段の最初のオン動作は、第３のスイッチング手段がオンしてから第３のスイッチング手段がオフするまでの間に行われ、第４のスイッチング手段の最初のオフ動作は、第３のスイッチング手段がオフした後に行われるものである。

これにより、交流電源をリアクトルを介して短絡する際に、スイッチング手段におけるロスを低減することができるため、より高い電力変換効率にて、高い入力力率と昇圧性能を得るものである。

第５の発明は、第４の発明において、電源装置の出力電圧を検出する出力電圧検出手段を備え、出力電圧が所定の目標電圧に等しくなるように、前記第３のスイッチング手段および第４のスイッチング手段をオン・オフするタイミングを調節するものである。

第６の発明は、第１〜第５のいずれかの発明において、前記コンデンサ回路と並列に平滑コンデンサを備え、かつ、前記コンデンサ回路内のすべてのコンデンサの静電容量は、第２のスイッチング手段または第４のスイッチング手段をオフしたときに、前記コンデンサ回路内のコンデンサ間の一つの接続点の電位がゼロまたは直流出力電圧に概略等しくなるように、平滑コンデンサの静電容量に比べて小さく設定されるものである。

これによって、リアクトルの短絡動作終了時におけるスイッチング手段のオフ動作をＺＶＳ動作によってｄＶ／ｄｔを低くすることができるため、通常リアクトルの短絡動作後に発生するジーという騒音を大幅に低減できるとともに、低ノイズかつ、高い電力変換効率にて、高い入力力率と昇圧性能が得られるものである。

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、本発明における電源装置は、交流電源１からの交流電圧を直流に整流する整流回路２と、交流電源１と整流回路２との間に接続されたリアクトル３と、整流回路２の直流出力端間に直列に接続されたコンデンサ４ａおよびコンデンサ４ｂと、直流出力端間に負荷５と並列に接続された平滑コンデンサ６と、整流回路２の一方の入力端（図中のＡ）と、コンデンサ４ａとコンデンサ４ｂの接続点との間に接続された第１のスイッチング手段７と、整流回路２の他方の入力端（図中のＢ）と、コンデンサ４ａとコンデンサ４ｂの接続点との間に接続された第２のスイッチング手段８を備える。

さらに、本発明における電源装置は、交流電源１のゼロクロス点を検出するゼロクロス
検出手段９と、マイコン等で構成されて、ゼロクロス検出手段９の出力信号をもとに、第１のスイッチング手段７および第２のスイッチング手段８のオン・オフを制御する短絡制御手段１０を備える。

短絡制御手段１０は、交流電源１の半周期毎に、交流電源１のゼロクロス点以降に、第１のスイッチング手段７および第２のスイッチング手段８を第１の所定時間ｔ１だけともにオンした後、第２のスイッチング手段８をオフして、第１のスイッチング手段７のみを第２の所定時間ｔ２だけオンし、その後、第１のスイッチング手段７および第２のスイッチング手段８をともにオフする制御を行う。

また、本実施の形態の電源装置は、負荷５へ供給する電源装置の出力電圧を検出する出力電圧検出手段１１を備えており、短絡制御手段１０は、第１のスイッチング手段７および第２のスイッチング手段８のオン・オフのタイミングを、電源装置の出力電圧が所定の電圧に等しくなるように調整する。

ここで、第１のスイッチング手段７および第２のスイッチング手段８は、双方向性のスイッチング手段であり、その代表的な回路構成例を図２（ａ）〜（ｃ）に示す。図３〜図７は、本発明の実施の形態１における電源装置の動作を示すものである。

本発明の電源装置は、第１のスイッチング手段７と第２のスイッチング手段８の状態として、３つの状態を有しており、図３〜図７は、交流電源１の正負の電源位相ごとにそれぞれ代表的な３状態を示している。

図３は、交流電源１の電源位相が正（図中の上が＋）の場合において、第１のスイッチング手段７と第２のスイッチング手段８をともにオンした場合の回路動作を示す図である。本状態においては、交流電源１は、リアクトル３を介して短絡されるため、図中の点線で示される向きに電流が流れ、リアクトル３にエネルギーが蓄積される。

図４は、図３の状態から、第１のスイッチング手段７をオンに維持したまま、第２のスイッチング手段８をオフとした場合の回路動作を示す図である。本状態では、図４に示すように、コンデンサ４ａを放電しながら平滑コンデンサ６を充電する向きに電流が流れる一方で、コンデンサ４ｂが充電されることで、図３の状態でリアクトル３に蓄積されたエネルギーが放出される。

図５は、図４の状態からさらに第１のスイッチング手段７をオフした場合の回路動作を示す図である。本状態では、図５に示すように、交流電源１からリアクトル３を介して、コンデンサ４ａ、コンデンサ４ｂおよび平滑コンデンサ６を充電する向きに電流が流れることで、リアクトル３に残っているエネルギーが負荷５側へ放出される。

図６は、交流電源１の電源位相が負(図中の下が＋)の場合において、第１のスイッチング手段７と第２のスイッチング手段８をともにオンした場合の回路動作を示す図である。本状態においては、図３と同様に、交流電源１は、リアクトル３を介して短絡されるため、図中の点線で示される向きに電流が流れ、リアクトル３にエネルギーが蓄積される。

図７は、図６の状態から、第１のスイッチング手段７をオンに維持したまま、第２のスイッチング手段８をオフとした場合の回路動作を示す図である。本状態では、図７に示すように、コンデンサ４ｂを放電しながら平滑コンデンサ６を充電する向きに電流が流れる一方で、コンデンサ４ａが充電されることで、図６の状態でリアクトル３に蓄積されたエネルギーが放出される。

図８は、図７の状態からさらに第１のスイッチング手段７をオフした場合の回路動作を示す図である。本状態では、図８に示すように、交流電源１からリアクトル３を介して、コンデンサ４ａ、コンデンサ４ｂおよび平滑コンデンサ６を充電する向きに電流が流れることで、リアクトル３に残っているエネルギーが負荷５側へ放出される。

次に、図９に本実施の形態の電源装置における電圧・電流波形と第１のスイッチング手段７、第２のスイッチング手段８のオンのタイミングを示す。図９に示されるように、本実施の形態の電源装置における短絡制御手段１０は、ゼロクロス検出手段９によって検出された交流電源１のゼロクロス点よりわずかな時間ｔｄだけ経過するまでの期間、第１のスイッチング手段７および第２のスイッチング手段８をともにオフ状態に保っており、この期間中、入力電流は流れない。

次に、短絡制御手段１０は、時間ｔ１だけ第１のスイッチング手段７および第２のスイッチング手段８をともにオンすることにより、図３で示した状態となる。

上記の時間ｔ１経過後、短絡制御手段１０は、第２のスイッチング手段８のみをオフし、時間ｔ２経過するまで図４の状態を保持する。この時、本実施の形態の電源装置は、リアクトル３による交流電源１の短絡動作から、コンデンサ４ａおよび平滑コンデンサ６とコンデンサ４ｂとリアクトル３との共振系の動作に連続的に移行するため、図９に示すように入力電流は、動作の切替点において電流増加の傾きを緩やかにしながらも、電流増加を継続する。

したがって、図９に示すように、第２のスイッチング手段８のオフ前後におけるリアクトル３を流れる電流は単調増加となるため、第２のスイッチング手段８のオフ時には、リアクトル３においてヒステリシス損は発生しない。時間ｔ２経過後、短絡制御手段１０は、第１のスイッチング手段７をオフすることによって、図５の状態となり、コンデンサ４ａとコンデンサ４ｂと平滑コンデンサ６の合成容量とリアクトル３との共振動作に入って入力電流は緩やかに下降する。

したがって、本実施の形態の電源装置は、交流電源１のゼロクロス点付近から立ち上がる通電幅の広い電流波形を得ることができるため、第２のスイッチング手段８を持たない従来の電源装置に比べて、高い入力力率を得ることができる。

また、第２のスイッチング手段８を持たない従来の電源装置では、リアクトル３とコンデンサ４ａ、コンデンサ４ｂの共振動作のため、昇圧性能に制約されるが、本実施の形態の電源装置は、リアクトル３の短絡動作による昇圧作用をも有するため、従来の電源装置に比べて昇圧性能も優れている。

図１０は、本実施の形態の電源装置の入力電流における高調波電流成分を示す図を表したものである。図１０に示すように、本実施の形態の電源装置における入力電流は、高調波規制に対して十分にマージンを有していることがわかる。

以上のように、本実施の形態の電源装置は、電源高調波規制を満足しながら、従来の電源装置に比べて高い昇圧性能と高い入力力率を得ることができる。

なお、本実施の形態においては、平滑コンデンサ６を用いたが、コンデンサ４ａおよびコンデンサ４ｂの容量が十分大きければ、平滑コンデンサは省略しても構わない。

また、時間ｔｄについても、入力電流波形を整えるためのものであって、ｔｄをゼロとしても構わない。

また、本実施の形態の電源装置は、出力電圧検出手段を備え、出力電圧が所定の電圧と等しくなるように第１のスイッチング手段７および第２のスイッチング手段８のオン・オフのタイミングを調整することで、交流電源１の電圧変動時においても、直流電圧をほぼ一定に制御することが可能となっているため、負荷５がＤＣブラシレスモータなどの場合に、常に駆動に必要な直流電圧を確保できるという利点を有する。

したがって、出力電圧を一定に保つ必要がないような場合には、従来例のように、入力電流などによって負荷５の概略の大きさを検出し、負荷５の大きさに応じて、予め記憶させておいたタイミングで、第１のスイッチング手段７および第２のスイッチング手段８をオン・オフさせても同様の効果を得ることができることは言うまでもない。

（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態における電源装置の構成は、図１に記載した実施の形態１と同様であるため、記載を省略する。

ただし、コンデンサ４ａおよびコンデンサ４ｂの静電容量は、数μＦ以下であり、平滑コンデンサ６に比べて十分小さく設定される。

本実施の形態における電源装置における短絡制御手段１０についても実施の形態１と同様に、交流電源１のゼロクロス点以降に、第１のスイッチング手段７および第２のスイッチング手段８を、ともに第１の所定時間ｔ１だけオンした後、第２のスイッチング手段８をオフして第１のスイッチング手段７のみを第２の所定時間ｔ２だけオンし、その後、第１のスイッチング手段７および第２のスイッチング手段８をともにオフするものである。

図１１は、本実施の形態における電源装置の入力電圧・電流と、第１のスイッチング手段７、第２のスイッチング手段８のオンのタイミングと、各コンデンサの電圧の変化とを示す図である。図１１に示されるように、第１のスイッチング手段７および第２のスイッチング手段８をともにオンした後、第２のスイッチング手段８をオフすると、それまでリアクトル３に流れていた電流が、コンデンサ回路側（コンデンサ４ａ、コンデンサ４ｂ、平滑コンデンサ６）へ流れる。このとき、電源装置は、実施の形態１における図３から図４で表される回路状態に移行する。

本実施の形態の電源装置では、コンデンサ４ｂの静電容量が平滑コンデンサ６に比べて十分に小さいため、短時間の間にコンデンサ４ｂの電圧は、（ダイオードの順方向電圧を無視すると）平滑コンデンサ６の電圧に等しくなり、整流回路２中のダイオードでクランプされる。

その後、さらに第１のスイッチング手段７をオフすると、電源装置は、図５の状態となり、今度はコンデンサ４ａとコンデンサ４ｂは直列接続状態となって、平滑コンデンサ６とともに充電される。交流電源１の半周期の後半では、コンデンサ回路部から見て、交流電源１から入力される電流よりも負荷５へ供給する電流が大きくなるために、コンデンサ４ａとコンデンサ４ｂの電圧は再び減少を始め、やがて、コンデンサ４ａは概略ゼロボルトに、コンデンサ４ｂは平滑コンデンサ６の電圧、すなわち出力電圧に等しくなる。

次の交流電源１の半周期では、コンデンサ４ａとコンデンサ４ｂの役割が逆になる。すなわち、第１のスイッチング手段７および第２のスイッチング手段８がともにオン状態の間は、コンデンサ４ａは概略ゼロボルトに、コンデンサ４ｂは、平滑コンデンサ６の電圧に保たれる（図６の状態）。

ここで、図７に示すように、第２のスイッチング手段８をオフすると、すぐに整流回路２内のダイオードが導通して、第２のスイッチング手段８に端子間電圧が概略ゼロボルトであるコンデンサ４ａが並列に接続された状態となるため、第２のスイッチング手段８をリアクトル３とコンデンサ４ａとによってＺＶＳ動作（電圧共振）させることができ、オフ時におけるｄＶ／ｄｔを小さくできる。

ここで、第１のスイッチング手段７は、リアクトル３とコンデンサ４ａからなる共振周期よりも十分長いため、図８状態においては、コンデンサ４ａは、平滑コンデンサ６の電圧に、コンデンサ４ｂは概略ゼロボルトに等しくなる。

したがって、前述した交流電源１の正の半周期においても、第１のスイッチング手段７と第２のスイッチング手段８を同時にオンした後、第２のスイッチング手段８のみをオフする時点においても、第２のスイッチング手段８に並列に概略ゼロボルトのコンデンサ４ｂが接続されてＺＶＳ動作が実現する。

以上のように、本実施の形態の電源装置では、リアクトル３を介して交流電源を短絡した後、これを開放する際、リアクトル３にかかる電圧変化すなわち磁束変化を緩やかにすることができるため、例えば、特開平７−７９４６号公報に開示された直流電源装置のような、交流電源１をリアクトル３を介して短絡・開放するタイプの電源装置と比較して、リアクトル３から発生するジーという騒音を低減することができる。

さらに、本実施の形態における電源装置では、第２のスイッチング手段８のオフ動作時におけるｄＶ／ｄｔを遅くすることができ、かつＺＶＳ動作させることができるため、あわせてスイッチングロスの低損失化と、低ノイズ化という効果を得ることができる。

（実施の形態３)
本発明の第３の実施の形態における電源装置の構成もまた、図１に記載した実施の形態１と同様であるため、記載を省略する。本実施の形態における電源装置における短絡制御手段１０は、交流電源１の半周期毎に、交流電源１のゼロクロス点以降に、第１のスイッチング手段７および第２のスイッチング手段８を、ともに第１の所定時間ｔ１だけオンした後、第２のスイッチング手段８をオフして第１のスイッチング手段７のみを第２の所定時間ｔ２だけオンする。

その後、第１のスイッチング手段７および第２のスイッチング手段８をともにオフした後、再度第１のスイッチング手段７を時間ｔ３だけオンし、その後オフする制御を行う。

図１２は、本実施の形態における電源装置の入力電圧・電流と、第１のスイッチング手段７、第２のスイッチング手段８のオンのタイミングとを示す図である。図１２に示されるように、第１のスイッチング手段７および第２のスイッチング手段８をともにオフした後、再度第１のスイッチング手段７をオンする直前のタイミングにおいて、電源装置は、実施の形態１における図５で表される回路状態にある。

コンデンサ４ｂの静電容量が平滑コンデンサ６に比べて小さすぎなければ、図５時点におけるコンデンサ４ｂの電圧は、平滑コンデンサ６の電圧よりも高いため、交流電源１は、リアクトル３を介してコンデンサ４ｂを充電する向きに電流が流れる。

このとき、リアクトル３には、交流電源１とコンデンサ４ｂの電圧差のみが印加されるため、リアクトル３の短絡に比べて入力電流の立ち上がりを緩やかにした上で、入力電流の通電幅を広げることができる。

図１３に本実施の形態における電源装置の入力電流における高調波電流成分を示す。図１３に示すように、本実施の形態の電源装置は、高調波規制に対して十分マージンを有している。

なお、本実施の形態においては、第１のスイッチング手段７および第２のスイッチング手段８をともにオフした後に、第１のスイッチング手段７をオンしたが、第１スイッチング手段７の代わりに第２のスイッチング手段８をオンしてもよい。

この場合の電源装置の入力電流波形を図１４に示す。図１４は、本実施の形態における電源装置の入力電圧・電流と、第１のスイッチング手段７、第２のスイッチング手段８のオンのタイミングとを示す図である。図１４に示されるように、第２のスイッチング手段８をオンした場合には、リアクトル３には、交流電源１とコンデンサ４ｂの和の電圧から、平滑コンデンサ６の電圧を減じた電圧が印加されるが、リアクトル３に印加される電圧の差はあまりないことから、図１４に示すように、本構成の電源装置においても、図１２の入力電流波形とほとんど変わらない入力電流が得られる。

以上により、本実施の形態の電源装置は、簡単な構成で、高調波規制を満足し、より高い力率と昇圧性能を得られる。

また逆に、言い換えると、同じ入力力率を得るために必要なリアクトル３のインダクタンス値を小さくすることができ、リアクトル３の小型化、低コスト化を行うことも可能である。

（実施の形態４）
図１５は、本発明の第４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１５に示すように、本発明における電源装置は、交流電源１からの交流電圧を直流に整流する整流回路２と、交流電源１と整流回路２との間に接続されたリアクトル３と、整流回路２の直流出力端間に直列に接続されたコンデンサ４ａおよびコンデンサ４ｂと、直流出力端間に負荷５と並列に接続された平滑コンデンサ６と、整流回路２の入力端間（図中のＡ−Ｂ間）に接続された第３のスイッチング手段１１と、整流回路２の一方の入力端（図中のＡ）と、コンデンサ４ａとコンデンサ４ｂの接続点との間に接続された第４のスイッチング手段８を備える。

さらに、本発明における電源装置は、交流電源１のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出手段９と、マイコン等で構成されて、ゼロクロス検出手段９の出力信号をもとに、第３のスイッチング手段１１および第４のスイッチング手段１２のオン・オフを制御する短絡制御手段１０を備える。

本実施の形態における電源装置において、第３のスイッチング手段１２と第４のスイッチング手段１３をオンした状態は、実施の形態１〜３において、電源装置にて第１のスイッチング手段７と第２のスイッチング手段８を同時にオンしている状態と等価である。

また、第４のスイッチング手段１３のみをオンした状態は、実施の形態１〜３における電源装置にて第２のスイッチング手段８のみをオンした状態と全く等価であることから、本回路構成を備えた電源装置においても、実施の形態１〜３において、第１のスイッチング手段７および第２のスイッチング手段８をオン・オフさせる代わりに第３のスイッチング手段１２と第４のスイッチング手段１３をオン・オフさせることによって、同様の効果を得ることができる。

本実施の形態の電源装置は、第１の所定時間ｔ１の間、リアクトル３の短絡動作を第３
のスイッチング手段１２のみによって行うため、第１のスイッチング手段７および第２のスイッチング手段８の直列接続によってリアクトル３を短絡動作させる、実施の形態１〜３の電源装置に比べて、スイッチング手段を構成する１回路素子分に相当する損失低減が可能なため、さらに高い電力変換効率を得ることができる。

以上のように、本発明にかかる電源装置は、簡単な構成で、電源高調波規制を満足し、かつ、高い昇圧性能と入力力率を得ることができるため、空調機器だけでなく、ヒートポンプ給湯機や冷蔵庫や洗濯機など、モータ負荷を有する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における電源装置のスイッチング手段の具体的な回路構成例を示す図本発明の実施の形態１における電源装置の第１の動作状態における電流経路を示す図本発明の実施の形態１における電源装置の第２の動作状態における電流経路を示す図本発明の実施の形態１における電源装置の第３の動作状態における電流経路を示す図本発明の実施の形態１における電源装置の第４の動作状態における電流経路を示す図本発明の実施の形態１における電源装置の第５の動作状態における電流経路を示す図本発明の実施の形態１における電源装置の第６の動作状態における電流経路を示す図本発明の実施の形態１における電源装置の入力電圧・電流と、各スイッチング手段のオンのタイミングとを示す図本発明の実施の形態１における電源装置の入力電流における高調波電流成分を示す図本実施の形態２の電源装置の入力電圧・電流と、各スイッチング手段のオンのタイミングと、各コンデンサの電圧の変化とを示す図本発明の実施の形態３の形態の電源装置の入力電圧・電流と、各スイッチング手段のオンのタイミングとを示す図本発明の実施の形態３における電源装置の入力電流における高調波電流成分を示す図本発明の実施の形態３における別の形態の電源装置の入力電圧・電流と、各スイッチング手段のオンのタイミングと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従来の電源装置の構成を示す図

符号の説明

１交流電源
２整流回路
３リアクトル
４ａコンデンサ
４ｂコンデンサ
５負荷
６平滑コンデンサ
７第１のスイッチング手段
８第２のスイッチング手段
９ゼロクロス検出手段
１０スイッチング制御手段
１１出力電圧検出手段
１２第３のスイッチング手段
１３第４のスイッチング手段

Claims

２つの入力端と２つの出力端とを有し、リアクトルを介して交流電源に接続されて交流電源電圧を直流電圧に変換する整流回路と、直列に接続された複数のコンデンサからなり整流回路の２つの出力端間に接続されたコンデンサ回路と、整流回路の一方の入力端と、コンデンサ回路内のコンデンサ間の一つの接続点との間に接続された第１のスイッチング手段と、整流回路の他方の入力端と、前記コンデンサ回路内のコンデンサ間の一つの接続点との間に接続された第２のスイッチング手段と、交流電源のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出手段とからなる電源装置において、交流電源の半周期毎に、ゼロクロス検出手段によって検出された交流電源のゼロクロス点以降に第１の所定時間だけ第１のスイッチング手段および第２のスイッチング手段をともにオンした後、第２の所定時間だけ、第２のスイッチング手段のみオフし、その後、第１のスイッチング手段および第２のスイッチング手段をともにオフすることを特徴とする電源装置。
２つの入力端と２つの出力端とを有し、リアクトルを介して交流電源に接続されて交流電源電圧を直流電圧に変換する整流回路と、直列に接続された複数のコンデンサからなり整流回路の２つの出力端間に接続されたコンデンサ回路と、整流回路の一方の入力端と、コンデンサ回路内のコンデンサ間の一つの接続点との間に接続された第１のスイッチング手段と、整流回路の他方の入力端と、前記コンデンサ回路内のコンデンサ間の一つの接続点との間に接続された第２のスイッチング手段と、交流電源のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出手段とからなる電源装置において、交流電源の半周期毎に、ゼロクロス検出手段によって検出された交流電源のゼロクロス点以降に第１の所定時間だけ第１のスイッチング手段および第２のスイッチング手段をともにオンした後、第２の所定時間だけ、第２のスイッチング手段のみオフし、その後、第１のスイッチング手段および第２のスイッチング手段をともにオフした後、第１のスイッチング手段または第２のスイッチング手段を少なくとも１回以上オン・オフすることを特徴とする電源装置。
電源装置の出力電圧を検出する出力電圧検出手段を備え、出力電圧が所定の目標電圧に等しくなるように、前記第１のスイッチング手段および第２のスイッチング手段をオン・オフするタイミングを調節することを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
２つの入力端と２つの出力端とを有し、リアクトルを介して交流電源に接続されて交流電源電圧を直流電圧に変換する整流回路と、直列に接続された複数のコンデンサからなり、整流回路の２つの出力端間に接続されたコンデンサ回路と、整流回路の一方の入力端と他方の入力端との間に接続された第３のスイッチング手段と、整流回路の一方の入力端と、前記コンデンサ回路内のコンデンサ間の一つの接続点との間に接続された第４のスイッチング手段と、交流電源のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出手段とからなり、交流電源の半周期毎に、ゼロクロス検出手段によって検出された交流電源のゼロクロス点以降に、第３のスイッチング手段を１回、第４のスイッチング手段を少なくとも１回以上オン・オフする電源装置において、交流電源の半周期毎における、第４のスイッチング手段の最初のオン動作は、第３のスイッチング手段がオンしてから第３のスイッチング手段がオフするまでの間に行われ、第４のスイッチング手段の最初のオフ動作は、第３のスイッチング手段がオフした後に行われることを特徴とする電源装置。
電源装置の出力電圧を検出する出力電圧検出手段を備え、出力電圧が所定の目標電圧に等しくなるように、前記第３のスイッチング手段および第４のスイッチング手段をオン・オフするタイミングを調節することを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
前記コンデンサ回路と並列に平滑コンデンサを備え、かつ、前記コンデンサ回路内のすべてのコンデンサの静電容量は、第２のスイッチング手段または第４のスイッチング手段を
オフしたときに、前記コンデンサ回路内のコンデンサ間の一つの接続点の電位がゼロまたは直流出力電圧に概略等しくなるように、平滑コンデンサの静電容量に比べて小さく設定されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電源装置。