JP2018064335A - 電源装置、および、電源装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】制御部の処理の負担を低減して簡素化しつつ、力率改善を図ることが可能な電源装置を提供する。【解決手段】電源装置は、第１のチョークコイルに流れる第１の電流が周期的に変化するように第１及び第２のスイッチ素子を制御し、第１のフィルタ端子のフィルタ電圧の極性に応じて、第３及び第４のスイッチ素子の動作を制御する制御部を備える。この制御部は、第１の電流が増加する状態から第１の電流が減少する状態に変化するように第１又は第２のスイッチ素子を制御するタイミングで、第２のチョークコイルに流れる第２の電流Ｉ２が減少する状態から第２の電流が増加する状態に変化するように第５又は第６のスイッチ素子を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、電源装置、および、電源装置の制御方法に関する発明である。

例えば、従来の電源装置には、フィルタ回路と、インターリーブ方式の力率改善（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）回路を含むものがある（例えば、特許文献１参照。）。

この従来の電源装置では、インターリーブ方式の力率改善回路として、２つのＭＯＳＦＥＴで構成されたマスターアームと、２つのＭＯＳＦＥＴで構成されたスレーブアームと、２つのＭＯＳＦＥＴで構成された極性切換アームと、を備える。

特開２０１５−０２３６０６号公報

ここで、既述の従来の電源装置では、マスターアームＭＡＳとスレーブアームＳＬＶを１８０度の位相差（Ｔ／２）でスイッチングする（図４）。

そして、当該力率改善回路を臨界モードで動作させると、スイッチングの周期Ｔが変動して、既述の１８０度の位相差のポイントが変動する。

この変動に追従するために当該電源装置の制御部の処理の負担が大きくなり、制御部が複雑化する問題がある。

そこで、本発明では、制御部の処理の負担を低減して簡素化しつつ、力率改善を図ることが可能な電源装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る実施例に従った電源装置は、
力率改善回路を含み、負荷に電源を供給する電源装置であって、
交流電圧を第１の電源端子と第２の電源端子との間に出力する交流電源と、
前記第１の電源端子と第２の電源端子との間に供給された前記交流電圧をフィルタリングした電圧を第１のフィルタ端子と第２のフィルタ端子との間に出力するフィルタ回路と、
前記負荷の高電位側の端子が接続される第１の負荷端子と、
前記負荷の低電位側の端子が接続される第２の負荷端子と、
前記第１の負荷端子と前記第２の負荷端子との間に接続された出力コンデンサと、
一端が前記第１のフィルタ端子に接続され、他端が第１ノードに接続された第１のチョークコイルと、
一端が前記第１のフィルタ端子に接続され、他端が第２ノードに接続された第２のチョークコイルと、
一端が前記第１の負荷端子に接続され、他端が前記第１ノードに接続された第１のスイッチ素子、及び、一端が前記第１ノードに接続され、他端が前記第２の負荷端子に接続された第２のスイッチ素子を少なくとも備えるマスターアームと、
一端が前記第１の負荷端子に接続され、他端が前記第２のフィルタ端子ＴＦｂ２に接続された第３のスイッチ素子、及び、一端が前記第２のフィルタ端子ＴＦｂ２に接続され、他端が前記第２の負荷端子に接続された第４のスイッチ素子を少なくとも備える極性切換アームと、
一端が前記第１の負荷端子に接続され、他端が前記第２ノードに接続された第５のスイッチ素子、及び、一端が前記第２ノードに接続され、他端が前記第２の負荷端子に接続された第６のスイッチ素子を少なくとも備えるスレーブアームと、
前記第１のチョークコイルに流れる第１の電流が周期的に変化するように前記第１及び第２のスイッチ素子を制御し、前記第１のフィルタ端子のフィルタ電圧の極性に応じて、前記第３及び第４のスイッチ素子の動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記第１の電流が増加する状態から前記第１の電流が減少する状態に変化するように前記第１又は第２のスイッチ素子を制御するタイミングで、前記第２のチョークコイルに流れる第２の電流が減少する状態から前記第２の電流が増加する状態に変化するように前記第５又は第６のスイッチ素子を制御する
ことを特徴とする。

前記電源装置において、
前記制御部は、
前記第２の電流が増加するように前記第５又は第６のスイッチ素子をオンする制御期間を、前記第１の電流が増加するように前記第１又は第２のスイッチ素子をオンする基準期間と等しくなるように、制御する
ことを特徴とする。

前記電源装置において、
前記制御部は、
前記第１の負荷端子と前記第２の負荷端子との間の出力電圧が予め設定した目標値になるように、前記基準期間を設定する
ことを特徴とする。

前記電源装置において、
前記制御部は、
前記第１のフィルタ端子の前記フィルタ電圧の極性が第１の極性である場合には、前記第３のスイッチ素子をオフし且つ前記第４のスイッチ素子をオンし、
一方、前記第１のフィルタ端子の前記フィルタ電圧の極性が第２の極性である場合には、前記第３のスイッチ素子をオンし且つ前記第４のスイッチ素子をオフする
ことを特徴とする。

前記電源装置において、
前記制御部は、
前記フィルタ電圧の極性が前記第１の極性である場合に、前記第１、第５及び第６のスイッチ素子をオフし且つ前記第２のスイッチ素子をオンした第１切換状態において、前記第２のスイッチ素子をオフするタイミングで、前記第６のスイッチ素子をオンする
ことを特徴とする。

前記電源装置において、
前記制御部は、
前記第２のスイッチ素子をオンしてから前記第１切換状態である前記基準期間が経過した後、前記第２のスイッチ素子をオフし且つ前記第６のスイッチ素子をオンし、前記第６のスイッチ素子をオンしてから前記制御期間が経過した後、前記第６のスイッチ素子をオフする
ことを特徴とする。

前記電源装置において、
前記制御部は、
前記フィルタ電圧の極性が前記第２の極性である場合に、前記第２、第５及び第６のスイッチ素子をオフし且つ前記第１のスイッチ素子をオンした第２切換状態において、前記第１のスイッチ素子をオフするタイミングで、前記第５のスイッチ素子をオンする
ことを特徴とする。

前記電源装置において、
前記制御部は、
前記第１のスイッチ素子をオンしてから前記第２切換状態である前記基準期間が経過した後、前記第１のスイッチ素子をオフし且つ前記第５のスイッチ素子をオンし、前記第５のスイッチ素子をオンしてから前記制御期間が経過した後、前記第５のスイッチ素子をオフする
ことを特徴とする。

前記電源装置において、
前記フィルタ回路は、
前記第１の電源端子と前記第２の電源端子との間に接続された第１のコンデンサと、
前記第１のフィルタ端子と前記第２のフィルタ端子との間に接続された第２のコンデンサと、
前記第１の電源端子と前記第１のフィルタ端子との間に接続された第１のコモンモードチョークコイルと、
前記第２の電源端子と前記第２のフィルタ端子との間に接続された第２のコモンモードチョークコイルと、を備える
ことを特徴とする。

前記電源装置において、
前記第１ないし第６のスイッチ素子は、それぞれＭＯＳトランジスタであり、
前記制御部は、ＰＷＭ制御信号により、前記ＭＯＳトランジスタのゲート・ソース間の電圧を制御して、前記ＭＯＳトランジスタのオン／オフを制御する
ことを特徴とする。

前記電源装置において、
前記制御部は、
前記第１及び第２のスイッチ素子の制御に基づいて、前記第５及び第６のスイッチ素子の制御を実行する
ことを特徴とする。

前記電源装置において、
前記制御部は、
前記フィルタ電圧の極性が前記第１の極性である場合に、前記基準期間が経過した後に前記第２のスイッチ素子をオフした後、前記第１のチョークコイルに流れる前記第１の電流がゼロになったタイミングで、前記第２のスイッチ素子をオンして前記第１切換状態に制御する
ことを特徴とする。

前記電源装置において、
前記制御部は、
前記フィルタ電圧の極性が前記第２の極性である場合に、前記基準期間が経過した後に前記第１のスイッチ素子をオフした後、前記第１のチョークコイルに流れる前記第１の電流がゼロになったタイミングで、前記第１のスイッチ素子をオンして前記第２切換状態に制御する
ことを特徴とする。

前記電源装置において、
前記負荷は、前記第１の負荷端子と第２の負荷端子との間の電圧をＤＣ−ＤＣ変換して出力するＤＣ−ＤＣコンバータである
ことを特徴とする。

本発明の一態様に係る実施例に従った電源装置の制御方法は、
力率改善回路を含み、負荷に電源を供給する電源装置であって、交流電圧を第１の電源端子と第２の電源端子との間に出力する交流電源と、前記第１の電源端子と第２の電源端子との間に供給された前記交流電圧をフィルタリングした電圧を第１のフィルタ端子と第２のフィルタ端子との間に出力するフィルタ回路と、前記負荷の高電位側の端子が接続される第１の負荷端子と、前記負荷の低電位側の端子が接続される第２の負荷端子と、前記第１の負荷端子と前記第２の負荷端子との間に接続された出力コンデンサと、一端が前記第１のフィルタ端子に接続され、他端が第１ノードに接続された第１のチョークコイルと、一端が前記第１のフィルタ端子に接続され、他端が第２ノードに接続された第２のチョークコイルと、一端が前記第１の負荷端子に接続され、他端が前記第１ノードに接続された第１のスイッチ素子、及び、一端が前記第１ノードに接続され、他端が前記第２の負荷端子に接続された第２のスイッチ素子を少なくとも備えるマスターアームと、一端が前記第１の負荷端子に接続され、他端が前記第２のフィルタ端子ＴＦｂ２に接続された第３のスイッチ素子、及び、一端が前記第２のフィルタ端子ＴＦｂ２に接続され、他端が前記第２の負荷端子に接続された第４のスイッチ素子を少なくとも備える極性切換アームと、一端が前記第１の負荷端子に接続され、他端が前記第２ノードに接続された第５のスイッチ素子、及び、一端が前記第２ノードに接続され、他端が前記第２の負荷端子に接続された第６のスイッチ素子を少なくとも備えるスレーブアームと、前記第１のチョークコイルに流れる第１の電流が周期的に変化するように前記第１及び第２のスイッチ素子を制御し、前記第１のフィルタ端子のフィルタ電圧の極性に応じて、前記第３及び第４のスイッチ素子の動作を制御する制御部と、を備えた電源装置の制御方法であって、
前記制御部により、前記第１の電流が増加する状態から前記第１の電流が減少する状態に変化するように前記第１又は第２のスイッチ素子を制御するタイミングで、前記第２のチョークコイルに流れる第２の電流が減少する状態から前記第２の電流が増加する状態に変化するように前記第５又は第６のスイッチ素子を制御する
ことを特徴とする。

本発明の一態様に係る電源装置は、力率改善回路を含み、負荷に電源を供給する電源装置であって、交流電圧を第１の電源端子と第２の電源端子との間に出力する交流電源と、第１の電源端子と第２の電源端子との間に供給された交流電圧をフィルタリングした電圧を第１のフィルタ端子と第２のフィルタ端子との間に出力するフィルタ回路と、負荷の高電位側の端子が接続される第１の負荷端子と、負荷の低電位側の端子が接続される第２の負荷端子と、第１の負荷端子と第２の負荷端子との間に接続された出力コンデンサと、一端が第１のフィルタ端子に接続され、他端が第１ノードに接続された第１のチョークコイルと、一端が第１のフィルタ端子に接続され、他端が第２ノードに接続された第２のチョークコイルと、一端が第１の負荷端子に接続され、他端が第１ノードに接続された第１のスイッチ素子、及び、一端が第１ノードに接続され、他端が第２の負荷端子に接続された第２のスイッチ素子を少なくとも備えるマスターアームと、一端が第１の負荷端子に接続され、他端が第２のフィルタ端子に接続された第３のスイッチ素子、及び、一端が第２のフィルタ端子に接続され、他端が第２の負荷端子に接続された第４のスイッチ素子を少なくとも備える極性切換アームと、一端が第１の負荷端子に接続され、他端が第２ノードに接続された第５のスイッチ素子、及び、一端が第２ノードに接続され、他端が第２の負荷端子に接続された第６のスイッチ素子を少なくとも備えるスレーブアームと、第１のチョークコイルに流れる第１の電流Ｉ１が周期的に変化するように第１及び第２のスイッチ素子を制御し、第１のフィルタ端子のフィルタ電圧の極性に応じて、第３及び第４のスイッチ素子の動作を制御する制御部と、を備える。

そして、制御部は、第１の電流が増加する状態から第１の電流が減少する状態に変化するように第１又は第２のスイッチ素子を制御するタイミングで、第２のチョークコイルに流れる第２の電流が減少する状態から第２の電流が増加する状態に変化するように第５又は第６のスイッチ素子を制御する。

例えば、マスターアームの第２のスイッチ素子をトリガーとしてスレーブアームの第６のスイッチ素子をオンさせるので、第１、第２のチョークコイルの電流波形の頂点は一致する。

そして、制御部は、当該力率改善回路を臨界モードで動作させても、第１及び第２のスイッチ素子の制御に基づいて、第５及び第６のスイッチ素子の制御を実行することとなるため、制御部の処理の負担が低減されることとなる。

このように、本発明に係る電源装置は、制御部の処理の負担を低減して簡素化しつつ、力率改善を図ることができる。

図１は、本発明の一態様である第１の実施形態に係る電源装置１００の構成の一例を示す図である。 図２は、図１に示す電源装置１００の動作波形の一例を示す図である。 図３は、図２に示す動作波形をキャンセル領域と非キャンセル領域に分けた図である。 図４は、従来の電源装置の動作波形の一例を示す図である。

以下、本発明に係る各実施例について図面に基づいて説明する。

第１の実施形態

図１は、本発明の一態様である第１の実施形態に係る電源装置１００の構成の一例を示す図である。また、図２は、図１に示す電源装置１００の動作波形の一例を示す図である。また、図３は、図２に示す動作波形をキャンセル領域と非キャンセル領域に分けた図である。

図１に示すように、第１の実施形態に係る電源装置１００は、力率改善回路を含み、負荷ＬＯＡＤに電源を供給するようになっている。

この電源装置１００は、例えば、図１に示すように、交流電源Ｇと、フィルタ回路Ｆと、第１の電源端子ＴＦａ１と、第２の電源端子ＴＦａ２と、第１の負荷端子ＴＯ１と、第２の負荷端子ＴＯ２と、第１のフィルタ端子ＴＦｂ１と、第２のフィルタ端子ＴＦｂ２と、出力コンデンサＣ１と、第１のチョークコイルＬ１と、第２のチョークコイルＬ２と、マスターアームＭＡＳと、スレーブアームＳＬＶと、極性切換アームＸと、制御部ＣＯＮと、を備える。

そして、図１に示すように、交流電源Ｇは、交流電圧（入力電圧）Ｖｉｎを第１の電源端子ＴＦａ１と第２の電源端子ＴＦａ２との間に出力するようになっている。

また、フィルタ回路Ｆは、第１の電源端子ＴＦａ１と第２の電源端子ＴＦａ２との間に供給された交流電圧Ｖｉｎをフィルタリングした電圧を第１のフィルタ端子ＴＦｂ１と第２のフィルタ端子ＴＦｂ２との間に出力するようになっている。

このフィルタ回路Ｆは、例えば、図１に示すように、第１のコンデンサＣａと、第２のコンデンサＣｂと、第１のコモンモードチョークコイルＬａと、第２のコモンモードチョークコイルＬｂと、を備える。

そして、第１のコンデンサＣａは、第１の電源端子ＴＦａ１と第２の電源端子ＴＦａ２との間に接続されている。

また、第２のコンデンサＣｂは、第１のフィルタ端子ＴＦｂ１と第２のフィルタ端子ＴＦｂ２との間に接続されている。

また、第１のコモンモードチョークコイルＬａは、第１の電源端子ＴＦａ１と第１のフィルタ端子ＴＦｂ１との間に接続されている。

また、第２のコモンモードチョークコイルＬｂは、第２の電源端子ＴＦａ２と第２のフィルタ端子ＴＦｂ２との間に接続されている。

また、第１の負荷端子ＴＯ１は、負荷ＬＯＡＤの高電位側の端子ＴＬ１が接続されている。

また、第２の負荷端子ＴＯ２は、負荷ＬＯＡＤの低電位側の端子ＴＬ２が接続されている。

なお、負荷ＬＯＡＤは、例えば、第１の負荷端子ＴＯ１と第２の負荷端子ＴＯ２との間の電圧をＤＣ−ＤＣ変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータである。

また、図１に示すように、出力コンデンサＣ１は、第１の負荷端子ＴＯ１と第２の負荷端子ＴＯ２との間に接続されている。

また、図１に示すように、第１のチョークコイルＬ１は、一端が第１のフィルタ端子ＴＦｂ１に接続され、他端が第１ノードＮ１に接続されている。

また、第２のチョークコイルＬ２は、一端が第１のフィルタ端子ＴＦｂ１に接続され、他端が第２ノードＮ２に接続されている。

また、図１に示すように、マスターアームＭＡＳは、少なくとも、ハイサイドの第１のスイッチ素子Ｑ１と、ローサイドの第２のスイッチ素子Ｑ２と、を備える。

そして、第１のスイッチ素子Ｑ１は、一端が第１の負荷端子ＴＯ１に接続され、他端が第１ノードＮ１に接続されている。なお、この第１のスイッチ素子Ｑ１は、例えば、図１に示すように、ｎＭＯＳトランジスタである。

そして、第２のスイッチ素子Ｑ２は、一端が第１ノードＮ１に接続され、他端が第２の負荷端子ＴＯ２に接続されている。なお、この第２のスイッチ素子Ｑ２は、例えば、図１に示すように、ｎＭＯＳトランジスタである。

また、図１に示すように、極性切換アームＸは、少なくとも、ハイサイドの極性切換用の第３のスイッチ素子Ｑ３と、ローサイドの極性切換用の第４のスイッチ素子Ｑ４と、を備える。

そして、第３のスイッチ素子Ｑ３は、一端が第１の負荷端子ＴＯ１に接続され、他端が第２のフィルタ端子ＴＦｂ２に接続されている。なお、この第３のスイッチ素子Ｑ３は、例えば、図１に示すように、ｎＭＯＳトランジスタである。

そして、第４のスイッチ素子Ｑ４は、一端が第２のフィルタ端子ＴＦｂ２に接続され、他端が第２の負荷端子ＴＯ２に接続されている。なお、この第４のスイッチ素子Ｑ４は、例えば、図１に示すように、ｎＭＯＳトランジスタである。

また、図１に示すように、スレーブアームＳＬＶは、ハイサイドの第５のスイッチ素子Ｑ５と、ローサイドの第６のスイッチ素子Ｑ６と、備える。

第５のスイッチ素子Ｑ５は、一端が第１の負荷端子ＴＯ１に接続され、他端が第２ノードＮ２に接続されている。なお、この第５のスイッチ素子Ｑ５は、例えば、図１に示すように、ｎＭＯＳトランジスタである。

第６のスイッチ素子Ｑ６は、一端が第２ノードＮ２に接続され、他端が第２の負荷端子ＴＯ２に接続されている。なお、この第６のスイッチ素子Ｑ６は、例えば、図１に示すように、ｎＭＯＳトランジスタである。

なお、第１ないし第６のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ６であるＭＯＳトランジスタは、例えば、ＧａＮ、又はＳｉＣで構成されている。

また、制御部ＣＯＮは、上記第１〜第６のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ６であるｎＭＯＳトランジスタのゲート・ソース間の電圧（ゲートパルス信号（パルス波のＰＷＭ制御信号）Ｓ１〜Ｓ６）を制御して、当該ｎＭＯＳトランジスタのオン／オフを制御するようになっている。なお、上記ＰＷＭ制御信号のパルス波には、デッドタイムが設定されている。

ここで、この制御部ＣＯＮは、第１のフィルタ端子ＴＦｂ１のフィルタ電圧ＶＦの極性に応じて、第３及び第４のスイッチ素子Ｑ３、Ｑ４（極性切換アームＸ）の動作を制御するようになっている。

例えば、制御部ＣＯＮは、第１のフィルタ端子ＴＦｂ１のフィルタ電圧ＶＦの極性が第１の極性（正相）である場合には、第３のスイッチ素子Ｑ３をオフし且つ第４のスイッチ素子Ｑ４をオンするようになっている。

一方、制御部ＣＯＮは、第１のフィルタ端子ＴＦｂ１のフィルタ電圧ＶＦの極性が第２の極性（逆相）である場合には、第３のスイッチ素子Ｑ３をオンし且つ第４のスイッチ素子Ｑ４をオフするようになっている。

そして、制御部ＣＯＮは、第１のチョークコイルＬ１に流れる第１の電流Ｉ１が周期的に変化するように第１及び第２のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２（マスターアームＭＡＳ）を制御するようになっている。

さらに、この制御部ＣＯＮは、第１の電流Ｉ１が増加する状態Ｉ１ａから第１の電流Ｉ１が減少する状態Ｉ１ｂに変化するように第１のスイッチ素子Ｑ１又は第２のスイッチ素子Ｑ２を制御するタイミングで、第２のチョークコイルＬ２に流れる第２の電流Ｉ２が減少する状態Ｉ２ｂから第２の電流Ｉ２が増加する状態Ｉ２ａに変化するように第５のスイッチ素子Ｑ５又は第６のスイッチ素子Ｑ６（スレーブアームＳＬＶ）を制御するようになっている（図２、図３）。

このように、この制御部ＣＯＮは、第１のスイッチ素子Ｑ１及び第２のスイッチ素子Ｑ２（マスターアームＭＡＳ）の制御に基づいて、第５のスイッチ素子Ｑ５及び第６のスイッチ素子Ｑ６（スレーブアームＳＬＶ）の制御を実行するようになっている。

特に、制御部ＣＯＮは、第１のスイッチ素子Ｑ１及び第２のスイッチ素子Ｑ２を制御するための信号に基づいて、第５のスイッチ素子Ｑ５及び第６のスイッチ素子Ｑ６の少なくとも何れかを制御するための信号を生成するようになっている。

これにより、制御部ＣＯＮの処理の負担を低減して、その構成の簡素化を図ることができる。

また、制御部ＣＯＮは、第２の電流Ｉ２が増加するように第５のスイッチ素子Ｑ５又は第６のスイッチ素子Ｑ６をオンする制御期間Ｘ２を、第１の電流Ｉ１が増加するように第１のスイッチ素子Ｑ１又は第２のスイッチ素子Ｑ２をオンする基準期間Ｘ１と等しくなるように、制御するようになっている。

これにより、スレーブアームＳＬＶの制御が容易になり、制御部ＣＯＮの処理の負担を低減することができる。

なお、制御部ＣＯＮは、第１の負荷端子ＴＯ１と第２の負荷端子ＴＯ２との間の出力電圧Ｖｏｕｔが予め設定した目標値になるように、基準期間Ｘ１を設定するようになっている。

ここで、より具体的には、例えば、制御部ＣＯＮは、フィルタ電圧ＶＦの極性が第１の極性（正相）である場合（第３のスイッチ素子Ｑ３をオフし且つ第４のスイッチ素子Ｑ４をオンしている場合）に、第１、第５及び第６のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ５、Ｑ６をオフし且つ第２のスイッチ素子Ｑ２をオンした第１切換状態Ｙ１において、第２のスイッチ素子Ｑ２をオフするタイミングで、第６のスイッチ素子Ｑ６をオンするようになっている。

これにより、第１の電流Ｉ１が増加する状態Ｉ１ａから第１の電流Ｉ１が減少する状態Ｉ１ｂに変化するように第２のスイッチ素子Ｑ２をオフするタイミングで、第２のチョークコイルＬ２に流れる第２の電流Ｉ２が減少する状態Ｉ２ｂから第２の電流Ｉ２が増加する状態Ｉ２ａに変化するように第６のスイッチ素子Ｑ６をオンするようになっている（図２、図３）。

言い換えれば、制御部ＣＯＮは、第２のスイッチ素子Ｑ２をオンしてから該第１切換状態Ｙ１である基準期間Ｘ１が経過した後、第２のスイッチ素子Ｑ２をオフし且つ第６のスイッチ素子Ｑ６をオンするようになっている。

そして、制御部ＣＯＮは、第６のスイッチ素子Ｑ６をオンしてから制御期間Ｘ２が経過した後、第６のスイッチ素子Ｑ６をオフするようになっている（図２、図３）。

そして、制御部ＣＯＮは、このフィルタ電圧ＶＦの極性が第１の極性（正相）である場合に、基準期間Ｘ１が経過した後に第２のスイッチ素子Ｑ２をオフした後、第１のチョークコイルＬ１に流れる第１の電流Ｉ１がゼロになったタイミングで、第２のスイッチ素子Ｑ２をオンして第１切換状態Ｙ１に制御するようになっている（図２、図３）。

これにより、入力電圧Ｖｉｎの極性、すなわち、第１のフィルタ端子ＴＦｂ１のフィルタ電圧ＶＦの極性が正相である場合には、第１、第２のチョークコイルＬ１、Ｌ２に流れる電流Ｉ１、Ｉ２が、第４のスイッチ素子Ｑ４を介して流れることとなる。

一方、制御部ＣＯＮは、フィルタ電圧ＶＦの極性が第２の極性（逆相）である場合（第３のスイッチ素子Ｑ３をオンし且つ第４のスイッチ素子Ｑ４をオフしている場合）に、第２、第５及び第６のスイッチ素子Ｑ２、Ｑ５、Ｑ６をオフし且つ第１のスイッチ素子Ｑ１をオンした第２切換状態Ｙ２において、第１のスイッチ素子Ｑ１をオフするタイミングで、第５のスイッチ素子Ｑ５をオンするようになっている。

これにより、この制御部ＣＯＮは、第１の電流Ｉ１が増加する状態Ｉ１ａから第１の電流Ｉ１が減少する状態Ｉ１ｂに変化するように第１のスイッチ素子Ｑ１をオフするタイミングで、第２のチョークコイルＬ２に流れる第２の電流Ｉ２が減少する状態Ｉ２ｂから第２の電流Ｉ２が増加する状態Ｉ２ａに変化するように第５のスイッチ素子Ｑ５をオンするようになっている（図２、図３）。

言い換えれば、制御部ＣＯＮは、第１のスイッチ素子Ｑ１をオンしてから該第２切換状態Ｙ２である基準期間Ｘ１が経過した後、第１のスイッチ素子Ｑ１をオフし且つ第５のスイッチ素子Ｑをオンするようになっている。

そして、制御部ＣＯＮは、第５のスイッチ素子Ｑ５をオンしてから制御期間Ｘ２が経過した後、第５のスイッチ素子Ｑ５をオフするようになっている（図２、図３）。

そして、制御部ＣＯＮは、このフィルタ電圧ＶＦの極性が第２の極性（逆相）である場合に、基準期間Ｘ１が経過した後に第１のスイッチ素子Ｑ１をオフした後、第１のチョークコイルＬ１に流れる第１の電流Ｉ１がゼロになったタイミングで、第１のスイッチ素子Ｑ１をオンして第２切換状態Ｙ２に制御するようになっている。

これにより、入力電圧Ｖｉｎの極性、すなわち、第１のフィルタ端子ＴＦｂ１のフィルタ電圧ＶＦの極性が逆相である場合には、第１、第２のチョークコイルＬ１、Ｌ２に流れる電流Ｉ１、Ｉ２が、第３のスイッチ素子Ｑ３を介して流れることとなる。

以上のようにして、制御部ＣＯＮは、第１の電源端子ＴＦａ１の入力電圧Ｖｉｎの極性、すなわち、第１のフィルタ端子ＴＦｂ１のフィルタ電圧ＶＦの極性に応じて、第１から第６のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ６の動作を制御して、ＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）動作を実行するようになっている。

なお、図３に示すように、キャンセル領域では、第１のチョークコイルＬ１の第１の電流Ｉ１の勾配と、第２のチョークコイルＬ２の第２の電流Ｉ２の勾配とが、正負が逆になるので、電流キャンセル効果がある組み合わせになる。

次に、以上のような構成を有する電源装置１００の動作（電源装置１００の制御方法）の一例について説明する。

既述のように、制御部ＣＯＮは、入力電圧の極性に応じて、第１から第６のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ６の動作を制御して、ＰＦＣ動作を実行する。

例えば、制御部ＣＯＮは、フィルタ電圧ＶＦの極性が第１の極性（正相）である場合（第３のスイッチ素子Ｑ３をオフし且つ第４のスイッチ素子Ｑ４をオンしている場合）に、第１、第５及び第６のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ５、Ｑ６をオフし且つ第２のスイッチ素子Ｑ２をオンした第１切換状態Ｙ１において、第２のスイッチ素子Ｑ２をオフするタイミング（図２の時刻ＴＸａ）で、第６のスイッチ素子Ｑ６をオンする。

これにより、第１の電流Ｉ１が増加する状態Ｉ１ａから第１の電流Ｉ１が減少する状態Ｉ１ｂに変化するように第２のスイッチ素子Ｑ２をオフするタイミング（図２の時刻ＴＸａ）で、第２のチョークコイルＬ２に流れる第２の電流Ｉ２が減少する状態Ｉ２ｂから第２の電流Ｉ２が増加する状態Ｉ２ａに変化するように第６のスイッチ素子Ｑ６をオンする。

言い換えれば、制御部ＣＯＮは、第２のスイッチ素子Ｑ２をオンしてから該第１切換状態Ｙ１である基準期間Ｘ１が経過した後、第２のスイッチ素子Ｑ２をオフ且つ第６のスイッチ素子Ｑ６をオンする（図２の時刻ＴＸａ）。

そして、制御部ＣＯＮは、第６のスイッチ素子Ｑ６をオンしてから制御期間Ｘ２が経過した後、第６のスイッチ素子Ｑ６をオフする（図２の時刻ＴＸｃ）。

そして、制御部ＣＯＮは、このフィルタ電圧ＶＦの極性が第１の極性（正相）である場合に、基準期間Ｘ１が経過した後に第２のスイッチ素子Ｑ２をオフ（図２の時刻ＴＸａ）した後、第１のチョークコイルＬ１に流れる第１の電流Ｉ１がゼロになったタイミング（図２の時刻ＴＸｂ）で、第２のスイッチ素子Ｑ２をオンして第１切換状態Ｙ１に制御する。

これにより、入力電圧Ｖｉｎの極性、すなわち、第１のフィルタ端子ＴＦｂ１のフィルタ電圧ＶＦの極性が正相である場合には、第１、第２のチョークコイルＬ１、Ｌ２に流れる電流Ｉ１、Ｉ２が、第４のスイッチ素子Ｑ４を介して流れることとなる。

一方、制御部ＣＯＮは、フィルタ電圧ＶＦの極性が第２の極性（逆相）である場合（第３のスイッチ素子Ｑ３をオンし且つ第４のスイッチ素子Ｑ４をオフしている場合）に、第２、第５及び第６のスイッチ素子Ｑ２、Ｑ５、Ｑ６をオフし且つ第１のスイッチ素子Ｑ１をオンした第２切換状態Ｙ２において、第１のスイッチ素子Ｑ１をオフするタイミング（図２の時刻ＴＸａ）で、第５のスイッチ素子Ｑ５をオンする。

これにより、この制御部ＣＯＮは、第１の電流Ｉ１が増加する状態Ｉ１ａから第１の電流Ｉ１が減少する状態Ｉ１ｂに変化するように第１のスイッチ素子Ｑ１をオフするタイミング（図２の時刻ＴＸａ）で、第２のチョークコイルＬ２に流れる第２の電流Ｉ２が減少する状態Ｉ２ｂから第２の電流Ｉ２が増加する状態Ｉ２ａに変化するように第５のスイッチ素子Ｑ５をオンする。

言い換えれば、制御部ＣＯＮは、第１のスイッチ素子Ｑ１をオンしてから該第２切換状態Ｙ２である基準期間Ｘ１が経過した後、第１のスイッチ素子Ｑ１をオフし且つ第５のスイッチ素子Ｑ５をオンする（図２の時刻ＴＸａ）。

そして、制御部ＣＯＮは、第５のスイッチ素子Ｑ５をオンしてから制御期間Ｘ２が経過した後、第５のスイッチ素子Ｑ５をオフする（図２の時刻ＴＸｃ）。

そして、制御部ＣＯＮは、このフィルタ電圧ＶＦの極性が第２の極性（逆相）である場合に、基準期間Ｘ１が経過した後に第１のスイッチ素子Ｑ１をオフ（図２の時刻ＴＸａ）した後、第１のチョークコイルＬ１に流れる第１の電流Ｉ１がゼロになったタイミング（図２の時刻ＴＸｂ）で、第１のスイッチ素子Ｑ１をオンして第２切換状態Ｙ２に制御する。

これにより、入力電圧Ｖｉｎの極性、すなわち、第１のフィルタ端子ＴＦｂ１のフィルタ電圧ＶＦの極性が逆相である場合には、第１、第２のチョークコイルＬ１、Ｌ２に流れる電流Ｉ１、Ｉ２が、第３のスイッチ素子Ｑ３を介して流れることとなる。

上述のように、マスターアームＭＡＳの第２のスイッチ素子Ｑ２（第１のスイッチ素子Ｑ１）をトリガーとしてスレーブアームの第６のスイッチ素子Ｑ６（第５のスイッチ素子Ｑ５）をオンさせるので、第１、第２のチョークコイルＬ１、Ｌ２の電流波形の頂点は一致する（図２、図３）。

そして、制御部ＣＯＮは、当該力率改善回路を臨界モードで動作させても、第１及び第２のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２の制御に基づいて、第５及び第６のスイッチ素子Ｑ５、Ｑ６の制御を実行することとなるため、制御部の処理の負担が低減されることとなる。

以上のように、本発明の一態様に係る電源装置は、力率改善回路を含み、負荷に電源を供給する電源装置であって、交流電圧を第１の電源端子と第２の電源端子との間に出力する交流電源と、第１の電源端子と第２の電源端子との間に供給された交流電圧をフィルタリングした電圧を第１のフィルタ端子と第２のフィルタ端子との間に出力するフィルタ回路と、負荷の高電位側の端子が接続される第１の負荷端子と、負荷の低電位側の端子が接続される第２の負荷端子と、第１の負荷端子と第２の負荷端子との間に接続された出力コンデンサと、一端が第１のフィルタ端子に接続され、他端が第１ノードに接続された第１のチョークコイルと、一端が第１のフィルタ端子に接続され、他端が第２ノードに接続された第２のチョークコイルと、一端が第１の負荷端子に接続され、他端が第１ノードに接続された第１のスイッチ素子、及び、一端が第１ノードに接続され、他端が第２の負荷端子に接続された第２のスイッチ素子を少なくとも備えるマスターアームと、一端が第１の負荷端子に接続され、他端が第２のフィルタ端子に接続された第３のスイッチ素子、及び、一端が第２のフィルタ端子に接続され、他端が第２の負荷端子に接続された第４のスイッチ素子を少なくとも備える極性切換アームと、一端が第１の負荷端子に接続され、他端が第２ノードに接続された第５のスイッチ素子、及び、一端が第２ノードに接続され、他端が第２の負荷端子に接続された第６のスイッチ素子を少なくとも備えるスレーブアームと、第１のチョークコイルに流れる第１の電流Ｉ１が周期的に変化するように第１及び第２のスイッチ素子を制御し、第１のフィルタ端子のフィルタ電圧の極性に応じて、第３及び第４のスイッチ素子の動作を制御する制御部と、を備える。

そして、制御部は、第１の電流が増加する状態から減少する状態に変化するように第１又は第２のスイッチ素子を制御するタイミングで、第２のチョークコイルに流れる第２の電流Ｉ２が減少する状態から増加する状態に変化するように第５又は第６のスイッチ素子を制御する。

例えば、マスターアームの第２のスイッチ素子をトリガーとしてスレーブアームの第６のスイッチ素子をオンさせるので、第１、第２のチョークコイルの電流波形の頂点は一致する。

そして、制御部は、当該力率改善回路を臨界モードで動作させても、第１及び第２のスイッチ素子の制御に基づいて、第５及び第６のスイッチ素子の制御を実行することとなるため、制御部の処理の負担が低減されることとなる。

このように、本発明に係る電源装置は、制御部の処理の負担を低減して簡素化しつつ、力率改善を図ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１００ 電源装置
Ｇ 交流電源
Ｆ フィルタ回路
ＴＦａ１ 第１の電源端子
ＴＦａ２ 第２の電源端子
ＴＯ１ 第１の負荷端子
ＴＯ２ 第２の負荷端子
ＴＦｂ１ 第１のフィルタ端子
ＴＦｂ２ 第２のフィルタ端子
Ｃ１ 出力コンデンサ
Ｌ１ 第１のチョークコイル
Ｌ２ 第２のチョークコイル
ＭＡＳ マスターアーム
ＳＬＶ スレーブアーム
Ｘ 極性切換アーム
ＣＯＮ 制御部
Ｑ１ 第１のスイッチ素子
Ｑ２ 第２のスイッチ素子
Ｑ３ 第３のスイッチ素子
Ｑ４ 第４のスイッチ素子
Ｑ５ 第５のスイッチ素子
Ｑ６ 第６のスイッチ素子
Ｃａ 第１のコンデンサ
Ｃｂ 第２のコンデンサ
Ｌａ 第１のコモンモードチョークコイル
Ｌｂ 第２のコモンモードチョークコイル

Claims (15)

1. 力率改善回路を含み、負荷に電源を供給する電源装置であって、
   交流電圧を第１の電源端子と第２の電源端子との間に出力する交流電源と、
   前記第１の電源端子と第２の電源端子との間に供給された前記交流電圧をフィルタリングした電圧を第１のフィルタ端子と第２のフィルタ端子との間に出力するフィルタ回路と、
   前記負荷の高電位側の端子が接続される第１の負荷端子と、
   前記負荷の低電位側の端子が接続される第２の負荷端子と、
   前記第１の負荷端子と前記第２の負荷端子との間に接続された出力コンデンサと、
   一端が前記第１のフィルタ端子に接続され、他端が第１ノードに接続された第１のチョークコイルと、
   一端が前記第１のフィルタ端子に接続され、他端が第２ノードに接続された第２のチョークコイルと、
   一端が前記第１の負荷端子に接続され、他端が前記第１ノードに接続された第１のスイッチ素子、及び、一端が前記第１ノードに接続され、他端が前記第２の負荷端子に接続された第２のスイッチ素子を少なくとも備えるマスターアームと、
   一端が前記第１の負荷端子に接続され、他端が前記第２のフィルタ端子ＴＦｂ２に接続された第３のスイッチ素子、及び、一端が前記第２のフィルタ端子ＴＦｂ２に接続され、他端が前記第２の負荷端子に接続された第４のスイッチ素子を少なくとも備える極性切換アームと、
   一端が前記第１の負荷端子に接続され、他端が前記第２ノードに接続された第５のスイッチ素子、及び、一端が前記第２ノードに接続され、他端が前記第２の負荷端子に接続された第６のスイッチ素子を少なくとも備えるスレーブアームと、
   前記第１のチョークコイルに流れる第１の電流が周期的に変化するように前記第１及び第２のスイッチ素子を制御し、前記第１のフィルタ端子のフィルタ電圧の極性に応じて、前記第３及び第４のスイッチ素子の動作を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記第１の電流が増加する状態から前記第１の電流が減少する状態に変化するように前記第１又は第２のスイッチ素子を制御するタイミングで、前記第２のチョークコイルに流れる第２の電流が減少する状態から前記第２の電流が増加する状態に変化するように前記第５又は第６のスイッチ素子を制御する
   ことを特徴とする電源装置。
2. 前記制御部は、
   前記第２の電流が増加するように前記第５又は第６のスイッチ素子をオンする制御期間を、前記第１の電流が増加するように前記第１又は第２のスイッチ素子をオンする基準期間と等しくなるように、制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記制御部は、
   前記第１の負荷端子と前記第２の負荷端子との間の出力電圧が予め設定した目標値になるように、前記基準期間を設定する
   ことを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
4. 前記制御部は、
   前記第１のフィルタ端子の前記フィルタ電圧の極性が第１の極性である場合には、前記第３のスイッチ素子をオフし且つ前記第４のスイッチ素子をオンし、
   一方、前記第１のフィルタ端子の前記フィルタ電圧の極性が第２の極性である場合には、前記第３のスイッチ素子をオンし且つ前記第４のスイッチ素子をオフする
   ことを特徴とする請求項３に記載の電源装置。
5. 前記制御部は、
   前記フィルタ電圧の極性が前記第１の極性である場合に、前記第１、第５及び第６のスイッチ素子をオフし且つ前記第２のスイッチ素子をオンした第１切換状態において、前記第２のスイッチ素子をオフするタイミングで、前記第６のスイッチ素子をオンする
   ことを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
6. 前記制御部は、
   前記第２のスイッチ素子をオンしてから前記第１切換状態である前記基準期間が経過した後、前記第２のスイッチ素子をオフし且つ前記第６のスイッチ素子をオンし、前記第６のスイッチ素子をオンしてから前記制御期間が経過した後、前記第６のスイッチ素子をオフする
   ことを特徴とする請求項５に記載の電源装置。
7. 前記制御部は、
   前記フィルタ電圧の極性が前記第２の極性である場合に、前記第２、第５及び第６のスイッチ素子をオフし且つ前記第１のスイッチ素子をオンした第２切換状態において、前記第１のスイッチ素子をオフするタイミングで、前記第５のスイッチ素子をオンする
   ことを特徴とする請求項６に記載の電源装置。
8. 前記制御部は、
   前記第１のスイッチ素子をオンしてから前記第２切換状態である前記基準期間が経過した後、前記第１のスイッチ素子をオフし且つ前記第５のスイッチ素子をオンし、前記第５のスイッチ素子をオンしてから前記制御期間が経過した後、前記第５のスイッチ素子をオフする
   ことを特徴とする請求項７に記載の電源装置。
9. 前記フィルタ回路は、
   前記第１の電源端子と前記第２の電源端子との間に接続された第１のコンデンサと、
   前記第１のフィルタ端子と前記第２のフィルタ端子との間に接続された第２のコンデンサと、
   前記第１の電源端子と前記第１のフィルタ端子との間に接続された第１のコモンモードチョークコイルと、
   前記第２の電源端子と前記第２のフィルタ端子との間に接続された第２のコモンモードチョークコイルと、を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
10. 前記第１ないし第６のスイッチ素子は、それぞれＭＯＳトランジスタであり、
    前記制御部は、ＰＷＭ制御信号により、前記ＭＯＳトランジスタのゲート・ソース間の電圧を制御して、前記ＭＯＳトランジスタのオン／オフを制御する
    ことを特徴とする請求項８に記載の電源装置。
11. 前記制御部は、
    前記第１及び第２のスイッチ素子の制御に基づいて、前記第５及び第６のスイッチ素子の制御を実行する
    ことを特徴とする請求項３に記載の電源装置。
12. 前記制御部は、
    前記フィルタ電圧の極性が前記第１の極性である場合に、前記基準期間が経過した後に前記第２のスイッチ素子をオフした後、前記第１のチョークコイルに流れる前記第１の電流がゼロになったタイミングで、前記第２のスイッチ素子をオンして前記第１切換状態に制御する
    ことを特徴とする請求項６に記載の電源装置。
13. 前記制御部は、
    前記フィルタ電圧の極性が前記第２の極性である場合に、前記基準期間が経過した後に前記第１のスイッチ素子をオフした後、前記第１のチョークコイルに流れる前記第１の電流がゼロになったタイミングで、前記第１のスイッチ素子をオンして前記第２切換状態に制御する
    ことを特徴とする請求項８に記載の電源装置。
14. 前記負荷は、前記第１の負荷端子と第２の負荷端子との間の電圧をＤＣ−ＤＣ変換して出力するＤＣ−ＤＣコンバータである
    ことを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
15. 力率改善回路を含み、負荷に電源を供給する電源装置であって、交流電圧を第１の電源端子と第２の電源端子との間に出力する交流電源と、前記第１の電源端子と第２の電源端子との間に供給された前記交流電圧をフィルタリングした電圧を第１のフィルタ端子と第２のフィルタ端子との間に出力するフィルタ回路と、前記負荷の高電位側の端子が接続される第１の負荷端子と、前記負荷の低電位側の端子が接続される第２の負荷端子と、前記第１の負荷端子と前記第２の負荷端子との間に接続された出力コンデンサと、一端が前記第１のフィルタ端子に接続され、他端が第１ノードに接続された第１のチョークコイルと、一端が前記第１のフィルタ端子に接続され、他端が第２ノードに接続された第２のチョークコイルと、一端が前記第１の負荷端子に接続され、他端が前記第１ノードに接続された第１のスイッチ素子、及び、一端が前記第１ノードに接続され、他端が前記第２の負荷端子に接続された第２のスイッチ素子を少なくとも備えるマスターアームと、一端が前記第１の負荷端子に接続され、他端が前記第２のフィルタ端子ＴＦｂ２に接続された第３のスイッチ素子、及び、一端が前記第２のフィルタ端子ＴＦｂ２に接続され、他端が前記第２の負荷端子に接続された第４のスイッチ素子を少なくとも備える極性切換アームと、一端が前記第１の負荷端子に接続され、他端が前記第２ノードに接続された第５のスイッチ素子、及び、一端が前記第２ノードに接続され、他端が前記第２の負荷端子に接続された第６のスイッチ素子を少なくとも備えるスレーブアームと、前記第１のチョークコイルに流れる第１の電流が周期的に変化するように前記第１及び第２のスイッチ素子を制御し、前記第１のフィルタ端子のフィルタ電圧の極性に応じて、前記第３及び第４のスイッチ素子の動作を制御する制御部と、を備えた電源装置の制御方法であって、
    前記制御部により、前記第１の電流が増加する状態から前記第１の電流が減少する状態に変化するように前記第１又は第２のスイッチ素子を制御するタイミングで、前記第２のチョークコイルに流れる第２の電流が減少する状態から前記第２の電流が増加する状態に変化するように前記第５又は第６のスイッチ素子を制御する
    ことを特徴とする電源装置の制御方法。

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