JP2011205725A - 電源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】交流電源のゼロクロス検出の高精度化を図ることで、入力力率を維持した電源装置を提供する。
【解決手段】交流電源をリアクタを介して短絡する短絡手段と、前記交流電源の交流電圧と所定の基準電圧との大小関係に対応した2値信号を出力する2値信号出力手段と、
前記2値信号を用いた演算によりゼロクロス点の算出と、次の演算タイミングの算出を行ない、前記ゼロクロス点に同期した信号に基づいて前記短絡手段を駆動する制御部を備え、前記演算タイミングの直前の所定の区間は、前記2値信号の立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジを無視することで、交流電源のゼロクロス点を正確に検出することができるので、高力率を維持することができる。
【選択図】図1
【解決手段】交流電源をリアクタを介して短絡する短絡手段と、前記交流電源の交流電圧と所定の基準電圧との大小関係に対応した2値信号を出力する2値信号出力手段と、
前記2値信号を用いた演算によりゼロクロス点の算出と、次の演算タイミングの算出を行ない、前記ゼロクロス点に同期した信号に基づいて前記短絡手段を駆動する制御部を備え、前記演算タイミングの直前の所定の区間は、前記2値信号の立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジを無視することで、交流電源のゼロクロス点を正確に検出することができるので、高力率を維持することができる。
【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直流電圧を供給する電源装置に関する。
従来、電源電圧のゼロクロス時刻を算出する方法として、2値信号の立ち上がり時刻と立ち下がり時刻を用い方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。図5は、コンバータ回路における従来のゼロクロス時刻の算出方法を示している。図5から明らかなように、電源電圧波形の立ち上がり時刻ton(2)と立ち下がり時刻toff(2)の中間時刻tpは電源電圧のピーク時刻となる。したがって、ピーク時刻tpから90度(tac/4)遅れの時刻が立ち下がりのゼロクロス時刻であり、ピーク時刻tpから270度(3・tac/4)遅れの時刻が立ち上がりのゼロクロス時刻となる。
しかしながら、上記従来の電源装置は比較的良好な特性を有し、図5に示すような2値信号の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジからゼロクロス点を算出する方式は、ゼロクロス点を正確に得ることはできていたが、電源電圧の歪みや2値信号のチャタリングに対しては、不十分であるという課題を有していた。
本発明の電源装置は、前記のような従来の課題を解決するもので、電源電圧の歪みやチャタリングによって図3に示すような2値信号になっても交流電源のゼロクロス点を正確に検出することができる電源装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明の電源装置は、交流電源をリアクタを介して短絡する短絡手段と、交流電源の交流電圧と所定の基準電圧との大小関係に対応した2値信号を出力する2値信号出力手段と、2値信号出力手段からの2値信号を用いた演算により算出されたゼロクロス点情報に基づいて前記短絡手段を駆動する制御部と、を備えた電源装置であって、前記演算は、ゼロクロス点の算出および次の演算タイミングの算出を行うものであり、演算タイミングの直前の所定の区間は、2値信号の立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジを無視するものである。
これによって、演算タイミングの直前に立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジが発生しても、そのエッジは無視されることとなるので、図3に示すような2値信号になっても交流電源のゼロクロス点を正確に検出することができるので、高力率を維持することができる。
本発明の電源装置は、電源電圧の歪みや2値信号のチャタリングによって2値信号の検出位置がずれても交流電源のゼロクロス点を正確に検出することができるので、高力率を維持することができる。
第1の発明は、交流電源をリアクタを介して短絡する短絡手段と、交流電源の交流電圧と所定の基準電圧との大小関係に対応した2値信号を出力する2値信号出力手段と、2値信号出力手段からの2値信号を用いた演算により算出されたゼロクロス点情報に基づいて短絡手段を駆動する制御部とを備えた電源装置であって、前記演算は、前記ゼロクロス点の算出および次の演算タイミングの算出を行うものであり、演算タイミングの直前の所定の区間は、2値信号を無視することにより、演算タイミングの直前に立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジによって2値信号が発生しても、そのエッジは無視されることとなるので、交流電源のゼロクロス時刻を正確に検出することができ、高力率を維持することができる。
第2の発明は、特に第1の発明の演算タイミングは、1周期前に算出されたゼロクロス点から交流電源の周期の概略3/4に相当する時間だけ加算した時刻であり、交流電源のピーク時刻付近で演算を行なうことで、正規の2値信号のエッジに近すぎて誤った時刻を用いて演算してしまう可能性が低くなるので、最も周波数変動に対応できる。
第3の発明は、特に第1から第2の発明の所定の区間は、前記交流電源の周期の概略1/4に相当するものであり、周期を用いて所定の区間を設定することで、簡単に所定の区間を設定することができ、周波数変動に対応しやすくなる。
第4の発明は、特に第1〜第3の発明において、前記ゼロクロス点および前記演算タイミングの算出は、前記2値信号の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジに対応する各時刻の中点と、前記交流電源の周期とを用いて行うとしたもので、ゼロクロス点の検出を正確に算出することができる。
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、本発明にかかる第1の実施の形態の電源装置を示す構成図である。図1において、交流電源1の出力端からリアクタ2を経由して4個のダイオード4a、4b、4c、4dからなるブリッジ回路に入力される。ブリッジ整流回路の出力には平滑コンデンサ5、負荷6が接続されている。また、交流電源1の出力端からリアクタ2を介して交流電源1を短絡する短絡手段3が接続されることで、電源装置の力率を改善するようになっている。
図1は、本発明にかかる第1の実施の形態の電源装置を示す構成図である。図1において、交流電源1の出力端からリアクタ2を経由して4個のダイオード4a、4b、4c、4dからなるブリッジ回路に入力される。ブリッジ整流回路の出力には平滑コンデンサ5、負荷6が接続されている。また、交流電源1の出力端からリアクタ2を介して交流電源1を短絡する短絡手段3が接続されることで、電源装置の力率を改善するようになっている。
また、交流電源1の両端には交流電源1の電源電圧の位相を2値信号で出力し、この2値信号を制御部8に供給する2値信号出力手段7が接続されている。
この2値信号出力手段7は、図2に示すように、電源電圧に応じてON−OFF信号を出力するように構成されており、例えば、電源電圧がある基準値以上になるとON信号を出力し、基準値以下になるとOFFになるものである。例えば、フォトカプラ等で組まれる構成があり、本実施の形態1の所定の基準電圧は極めて0Vに近い値、または0Vも含まれる。また、図2には交流電源1の正サイクルに2値信号が出力される波形を示しているが、負サイクルに2値信号が出力される波形でも本実施の形態1を利用できる。
図2に、本実施の形態における電源装置のゼロクロス点算出、演算タイミングの算出方法を示す。図2に示すのは正規の2値信号の場合であり、演算タイミングP(0)の時刻付近にて立ち上がりエッジTon(0)と立ち下がりエッジToff(0)の時刻からゼロクロス点O(1)を算出するものであり、ゼロクロス点O(1)の直近の立ち上がりエッジTon(0)と立ち下がりエッジToff(0)の中間時刻は電源電圧のピーク時刻tpとなる。したがって、ピーク時刻tpから270度(3・tac/4)遅れの時刻が立ち上がりのゼロクロス点O(1)となる。さらに、演算タイミングP(0)から交流電源の周期tac遅れの時刻が次の演算タイミングP(1)となる。
そして、次の演算タイミングP(1)の時刻付近にて立ち上がりエッジTon(1)と立ち下がりエッジToff(1)の時刻を用いて次のゼロクロス点を算出することとなる。ここでのtacは交流電源1の周期であり、例えば50Hz電源の場合は20ms、60Hz電源の場合は16.667msのような所定の値である。また、図2では立ち上がりのゼロクロス点を算出していたが、ピーク時刻tpから450度(5・tac/4)遅れの時刻となる立ち下がりのゼロクロス点、さらには2周期目以降のゼロクロス点も同様に算出することもできる。
図3に、電源電圧の歪みや2値信号のチャタリング発生時における動作を示す。図3(a)は演算タイミングP(0)の直近に不正規の立ち上がりエッジTon(err)と立ち下がりエッジToff(err)が発生した場合を示す。まず、立ち上がりエッジTon(0)と立ち下がりエッジToff(0)が検出されたら、その後に立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジが発生しても、そのエッジは無視されるモードに入る。そうすることで、演算タイミングP(0)の直前の立ち上がりエッジはTon(err)ではなくTon(0)、立ち下がりエッジはToff(err)ではなくToff(0)ということになる。そのため、演算タイミングP(0)の時刻付近では、立ち上がりエッジTon(0)と立ち下がりエッジToff(0)を用いてゼロクロス点を算出し、再び立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジを受け付けるモードに戻る。つまり、立ち下がりエッジToff(0)から演算タイミングP(0)の時刻の区間twに、立ち上がりエッジTon(err)または立ち下がりエッジToff(err)が発生しても、そのエッジは無視されることとなる。そうすることで、交流電源のゼロクロス点を正確に検出することができるので、高力率を維持することができる。
また、図3(b)のように負サイクルに2値信号が出力される波形でも本実施の形態1を利用できる。この場合は、立ち上がりエッジTon(0)から演算タイミングP(0)の時刻の区間twに、立ち上がりTon(err)または立ち下がりエッジToff(err)が発生しても、そのエッジは無視されることとなる。
すなわち、交流電源1の概略1周期毎に行なわれる演算タイミングにて、2値信号の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジに対応する各時刻の中点と交流電源の周期を用いてゼロクロス点の算出と、次の演算タイミングの算出を行ない、ゼロクロス点に同期した信号に基づいて短絡手段3を駆動する。
以上のように、算出された正確なゼロクロス点の情報を使用することで、短絡手段3の制御が正確に行え、電源装置の力率を改善することができる。
(実施の形態2)
図4は、本発明にかかる第2の実施の形態の電源装置のゼロクロス点の算出方法を示す構成図である。演算タイミングP(0)は、ゼロクロス点O(1)の手前にあればよいが、正規の2値信号のエッジに近すぎると誤った時刻を用いて演算してしまう可能性がある。例えば、図4に示すように1周期前のゼロクロス点O(0)から約3/4tacだけ加算した時刻、つまり交流電源1のピーク時刻付近で算出することで、誤った時刻を用いて演算してしまう可能性は低くなるので、最も周波数変動に対応できる。
図4は、本発明にかかる第2の実施の形態の電源装置のゼロクロス点の算出方法を示す構成図である。演算タイミングP(0)は、ゼロクロス点O(1)の手前にあればよいが、正規の2値信号のエッジに近すぎると誤った時刻を用いて演算してしまう可能性がある。例えば、図4に示すように1周期前のゼロクロス点O(0)から約3/4tacだけ加算した時刻、つまり交流電源1のピーク時刻付近で算出することで、誤った時刻を用いて演算してしまう可能性は低くなるので、最も周波数変動に対応できる。
さらに、1周期前のゼロクロス点O(0)から約1/2tacだけ加算した時刻R(0)で立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジを無視するモードに入る。R(0)から約1/4tac経過するまでは無視するモードを継続し、到達したら再び立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジを受け付けるモードに戻る。そうすることで、簡単に所定の区間を設定することができ、周期を用いることで周波数変動にも対応しやすくなる。
以上のように、本発明にかかる電源装置は、電源電圧の歪みや2値信号のチャタリングによって2値信号の検出位置がずれても交流電源のゼロクロス点を正確に検出することができるので、空気調和器や冷蔵庫をはじめ、洗濯機などの電化製品の電源装置、さらに交流電源の入力電圧の位相を検出する検出装置として適用できる。
1 交流電源
2 リアクタ
3 短絡手段
4a、4b、4c、4d ダイオード
5 平滑コンデンサ
6 負荷
7 2値信号出力手段
8 制御部
2 リアクタ
3 短絡手段
4a、4b、4c、4d ダイオード
5 平滑コンデンサ
6 負荷
7 2値信号出力手段
8 制御部
Claims (4)
- 交流電源をリアクタを介して短絡する短絡手段と、
前記交流電源の交流電圧と所定の基準電圧との大小関係に対応した2値信号を出力する2値信号出力手段と、
前記2値信号出力手段からの2値信号を用いた演算により算出されたゼロクロス点情報に基づいて前記短絡手段を駆動する制御部と、を備えた電源装置であって、
前記演算は、前記ゼロクロス点の算出および次の演算タイミングの算出を行うものであり、
前記演算タイミング直前の所定の区間では、前記2値信号を無視することを特徴とする電源装置。 - 前記演算タイミングは、1周期前に算出された前記ゼロクロス点から前記交流電源の周期の概略3/4に相当する時間だけ加算した時刻であることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
- 前記所定の区間は、前記交流電源の周期の概略1/4に相当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。
- 前記ゼロクロス点および前記演算タイミングの算出は、前記2値信号の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジに対応する各時刻の中点と、前記交流電源の周期とを用いて行うことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電源装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010067622A JP2011205725A (ja) | 2010-03-24 | 2010-03-24 | 電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010067622A JP2011205725A (ja) | 2010-03-24 | 2010-03-24 | 電源装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011205725A true JP2011205725A (ja) | 2011-10-13 |
Family
ID=44881761
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2010067622A Pending JP2011205725A (ja) | 2010-03-24 | 2010-03-24 | 電源装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2011205725A (ja) |
-
2010
- 2010-03-24 JP JP2010067622A patent/JP2011205725A/ja active Pending
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