JP2809463B2

JP2809463B2 - 電源装置および力率改善方法

Info

Publication number: JP2809463B2
Application number: JP2024783A
Authority: JP
Inventors: 保夫能登原; 常博遠藤; 基生二見
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-02-02
Filing date: 1990-02-02
Publication date: 1998-10-08
Anticipated expiration: 2013-10-08
Also published as: JPH03230759A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、交流電源を整流し、直流に変換する電源装
置に係り、特に、力率の改善に好適な電源装置に関す
る。

［従来の技術］整流器を用いて交流電力を直流電力に変換する電源装
置においては、リアクトルを用いることによって、力率
はある程度改善されるが、電源電流に大きな高調波を含
んでいる。そのため、電圧歪を生じ、電源系統に悪影響
を与えるという問題がある。そのため、この種の電源回
路では、電源電流の高調波を抑圧することが必要とされ
ている。

これに対し、従来、交流電力を整流して直流電力に変
換する整流回路であって、電源電流の高調波を抑制する
回路を備えたものとして、特開昭59−198873号公報に記
載されるものがある。

これは、整流回路の出力端にスイッチング素子を接続
し、直流出力電圧と設定電圧との差に交流電源の電圧信
号を乗算した同期誤差信号と、電流波形と比較し、その
差の極性に応じて上記のスイッチング素子をオンオフさ
せるようになっている。

［発明が解決しようとする課題］しかし、上述した従来の技術には、次のような問題が
あり、力率を改善した電源装置を得るための解決すべき
課題となっている。

上記従来の技術は、力率改善のための交流電流指令波
形を交流電圧波形より作成している。そのため、交流電
圧波形を検出するための装置が必要となり、回路が複雑
化し、また、大形化するという問題がある。

また、上記従来の技術は、交流電圧に電圧変動やノイ
ズが生じた場合、上記電流指令波形にその影響が直接現
れるため、信頼性の点で問題がある。

本発明の目的は、交流電流指令波形を使用せずに、簡
単な回路構成で力率改善を行なうことができ、また、交
流電圧の電圧変動やノイズの影響を受けにくく、信頼性
の高い電源装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するため、本発明は、交流を直流に変
換する整流回路と、スイッチング素子によるスイッチン
グ動作およびインダクタンスによるエネルギ蓄積効果を
利用して力率を改善する力率改善回路とを備える電源装
置において、電源に流れる電流を示す電源電流情報を生
成する電源電流情報作成手段と、負荷の運転状態を示す
負荷状態情報に合せて係数を設定すると共に、この係数
と上記電源電流情報との積を求め、この積に基づいて、
上記スイッチング素子の動作を規定する通流比を作成す
る通流比作成手段とを備え、この通流比によって、上記
スイッチング素子を動作させることを特徴とする。

上記電源電流情報生成手段としては、例えば、電源電
流検出回路が挙げられる。これによって、電源に流れる
電流の絶対値を検出して、その検出値を利用する。ま
た、他の例としては、電源電流を正弦波と仮定して、推
定する手段が挙げられる。

上記係数を設定するために用いられる、負荷の状態を
示す情報としては、例えば、電源電流の大きさ、入力電
圧、電源からの入力電力、直流出力電圧、負荷の所要電
力等に関するものが挙げられる。

本発明において、昇圧比を一定に制御するためには、
上記係数を、昇圧比と電源電流の積の逆数に係る値に決
定すればよい。

また、本発明において、好ましくは、電源電流の大き
さを算出する電源電流演算回路を備え、係数を前記電源
電流演算回路の出力である電源電流の大きさに係る値に
決定する構成とする。

さらに、本発明において、電源電圧検出回路を備え、
係数を上記電源電圧検出回路出力に係る値に決定する構
成とすることもできる。

また、本発明は、係数を電源電流のスイッチング制限
値に係る値に決定することにより、電源電流の半周期の
中心部分でスイッチング動作を行なわない波形に制御す
ることができる。

また、本発明において、通流比は、例えば、上述した
ようにして得られる係数を、電源電流の瞬時の値を示す
情報に乗じて、得られる積を周期波形（例えば、三角
波）と比較することによって、作成することができる。
ここで、三角波波形を歪ませ、任意に通流比の大きさを
変更する構成としてもよい。

［作用］本発明の作用について、電源電流i_s、係数Ｋを用い
て、以下説明する。

まず、スイッチング素子のOFFの通流比x_OFFを次式で
作成する。

x_OFF＝Ｋ・i_s …（１）また、i_sは、直流電圧をE₄、電源電圧をV_sとして、で表わせる。（１）式を（２）式に代入し、V_s＝V_msin
ωｔとして整理すると、となる。ここで、I₀＝i_sの初期値、α＝Ｋ・E_d/Lであ
る。

そこで、αが充分大きいという条件を入れて、α≫ω
およびe^-at０として整理すると、となる。

一方、通流比をONの通流比x_ONとして考えると、上記
（１），（２）式は、次のように表わせる。

（５）式を（６）式に代入し、v_s＝V_msinωｔとし
て、整理すると、（３）式となり、上記と同様の条件を
入れて整理すると、（４）式となる。

以上のことから、K,E_dを一定と考えると、電源電流
は、通流比を（１）式または（５）式に従って与えるこ
とにより、電源電圧と同期した正弦波波形を得ることが
でき、力率を１に制御することができる。

また、（４）式に示すとおり、電源電流は、Ｋの値に
より変化する。すなわち、Ｋの値により、入力電力が変
わる。それに応じて出力電力（直流電圧×直流電流）も
変わる。この関係を利用してＫを変更することにより、
入力電力の制御さらには出力電力の制御が可能となる。

さらに、（４）式を変形すると、となる。（７）式の左辺は（１）式に示すOFFの通流比
であり、右辺は瞬時の昇圧比の逆数を示している。

ここで、電源電流の実効値をIsとして実効値ベースで
昇圧比ａを考えると、Ｋ・Is＝1/a …（８）となり、Ｋ・Isを一定に制御すれば、直流電圧E_dは、電
源電圧ａ倍に制御できる。

以上のことから、係数Ｋを変更することにより、昇圧
比ａを制御することが可能になる。

また、比例係数Ｋを、のように選ぶと、OFFの通流比は、となる。ここで、０≦x_OFF≦１であり、そして、i_s≧Ka
・Isを満足する期間では、x_OFF＝１となり、スイッチン
グ動作が停止する。

以上のことから、電源電流の大きな領域では、スイッ
チングを停止して、スイッチング素子に生じるスイッチ
ング損失を減少し、効率を向上することができる。

以上に述べた作用は、電源電流の大きさIsに基づいて
係数Ｋを設定する場合についてであるが、入力電圧、直
流出力電力、負荷所要電力等に基づく場合も同様に考え
ることができる。

上述した作用の説明から明らかなように、本発明で
は、正弦波電流（交流電流）指令波形を必要とせずに力
改善が行なえるため、回路構成が簡単になり、電圧変動
やノイズ等の外乱の影響を受けにくい。従って、信頼性
の高い電源装置が得られる。

また、本発明は、これに止まらず、次に述べるような
種々の問題点についても、併せて解決することが可能と
なる。

第１に、従来の技術は、直流電圧を検出し、直流電圧
制御を行なう装置であり、直流電圧制御を行なうこと
で、間接的に負荷電力を制御している。このため、従来
の技術では、負荷が必要とする電力を制御しようとする
と、直流電圧指令値を作成し、この指令値に基づいた電
流指令値により、電流制御を行なわなければならないた
め、回路構成や制御が複雑になる。また、電源電圧の変
動が力率に影響を与えるという問題もある。

これに対して、本発明は、負荷が必要とする電力を、
その情報に基づいて係数Ｋを設定することにより、通流
比を変化させ、入力電流の大きさを変えて供給すること
ができる。従って、回路構成や制御を複雑にすることな
く、負荷電力制御を実現できる。また、電源電圧の変動
に応じて、直流電圧の大きさが変わるため、力率に影響
なく、安定に負荷電力制御を行なうことができる。

第２に、従来の技術は、力率改善のみを考え、高力率
を確保す方式であるが、効率が低いという問題がある。
ところが、実際の電源回路を考えた場合、効率の向上も
重要な課題である。

これに対して、直流電圧指令値を、整流電圧値以下に
設定して制御する方式がある。この方式では、回路構成
の付加をする必要がなく、制御することができる。しか
し、電源電圧が変動すると、電流波形が変化して、力率
が低下したり、効率が低下したりするという問題があ
る。

例えば、電源電圧100Vの場合、整流電圧140Vとなるた
め、指令値130Vに設定する。この状態で、電源電圧が10
0Vから115Vに変化すると、整流電圧が160V程度となり、
効率は高くなるものの、第10図に示すように、（ａ）か
ら（ｂ）のように変化して、電流波形が悪化して、力率
が低下するという問題が起きる。

一方、電源電圧が85Vに変化すると、整流電圧が120V
となり、指令電圧より低くなるため、電流波形全体にス
イッチングが行なわれ、第11図（ａ）の波形から（ｂ）
の波形に変化して、力率は高くなるが、効率は低くな
る。

このように、従来の技術には、電流電圧変動により、
力率、効率が変化するという問題がある。

これに対し、上述した従来の技術に、電流値に応じて
スイッチングを停止させる回路を付加する方式が考えら
れる。この方式によれば、電流波形を一定に制御でき、
力率、効率を安定に制御できると考えられる。しかし、
スイッチングを停止させるための信号発生手段が必要と
なり、回路構成および制御が複雑となるという問題があ
る。

これに対して、本発明は、電流波形の中心部のスイッ
チングを停止することにより、効率の向上を図ってい
る。これに伴なって、力率が若干低下することがあるも
のの、効率は向上する。従って、本発明によれば、力
率、効率とも満足のいく点で制御ができ、電源装置とし
て実用性が高い。

第３に、従来の技術は、直流電圧偏差から電流指令を
作成し、直流電圧を制御しているため、電源電圧に応じ
た直流電圧の制御ができないという問題がある。これに
対して、本発明は、電源電圧が変動すると、直流電圧が
変化し、電源電圧に応じた直流電圧の制御ができる。

また、係数Ｋを、希望する直流電圧になるように、電
源電圧に基づいて決定することによって、直流電圧を所
望の一定値に制御することもできる。

［実施例］以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明
する。

第1A図は、本発明の一実施例に係る電源装置の構成の
一例を示すブロック図である。

第1A図に示す本実施例の電源装置は、整流回路２、力
率改善回路３および平滑コンデンサ４を備え、かつ、力
率改善および昇圧比を一定に制御する制御回路30を有し
て構成される。

力率改善回路３は、リアクトル31と、スイッチング素
子として機能するトランジスタ33と、ダイオード32とを
有して構成される。

交流電源１の出力は、整流回路２、リアクトル31、ト
ランジスタ33、ダイオード32および平滑コンデンサ４を
介し直流電圧Edに変換され、負荷LDに電力を供給する。

力率の改善と同時に昇圧比を一定に制御する制御回路
30は、電源電流を検出する電源電流検出回路５と、スイ
ッチング素子の通流比を作成する通流比作成手段６と、
前記電源電流検出回路５の出力より電源電流の平均値を
出力するローパスフィルタ８と、ドライバ７とを備えて
構成される。

前記電源電流検出回路５は、電源電流を検出する検出
抵抗51と、その出力を一定倍増幅し、絶対値をとる絶対
値回路52とから構成されている。

前記通流比作成手段６は、前記ローパスフィルタ８の
出力により、係数Ｋを算出するマイクロコンピュータ62
と、前記電源電流検出回路５の出力と前記係数Ｋとの乗
算を行なう乗算器61と、三角波を出力する三角波発振器
64と、前記乗算器61の出力と三角波を比較して、前記ト
ランジスタ33に対する通流比を作成するコンパレータ63
より構成されている。

マイクロコンピュータ62は、図示していないが、例え
ば、データの処理を実行するCPUと、このCPUが実行する
プログラムおよび各種定数等を格納するROMと、データ
の一時保存等を行なうためのRAMと、外部に対するデー
タや信号を授受するためのA/D,D/Aの各変換等を行なう
インタフェースとを有して構成される。上記ROMには例
えば、第2A図に示すような、係数Ｋを算出する処理を実
行するためのプログラムが、昇圧比ａ等の定数と共に格
納されている。マイクロコンピュータ62は、このプログ
ラムに従って、次の１〜３の処理を実行することにな
る。

処理１において、マイクロコンピュータ62に電源電流
の大きさｓを取り込む。

処理２において、前記電源電流の大きさｓおよびあ
らかじめ与えられている昇圧比ａにより、電源電流の実
効値ベースで、昇圧比が一定になるような係数Ｋを算出
する。具体的には、により求める。ここで、Kaはｓより実効値を求める換
算係数である。

処理３において、係数Ｋを乗算器61に出力する。

マイクロコンピュータ62は、以上の昇圧比一定制御処
理を、電源周期ごとに繰り返し実行することにより、力
率の改善を行なうと同時に、昇圧比を一定に制御するこ
とができる。

次に、本実施例の作用について、上記第1A図の他、第
1B図、第2A図および第2B図を参照して、説明する。

制御回路30では、次の演算式に従って、通流比を設定
し、ドライバ７を介して、トランジスタ33をオンオフ制
御する。

検出抵抗51の抵抗値をＲ、絶対値回路52の増幅率を
K₁、電源電流をi_s、OFF通流比指令値11をVx_OFFとする
と、 Vx_OFF＝Ｋ・K₁・Ｒ・i_s …（11）となる。

このとき、OFF通流比指令値の最大値を三角波発振器6
4の出力最大値V_Hと等しい値に選ぶと、通流比x_OFFは、となり、前述した理由により、電源電流は、正弦波波形
となり、力率をほぼ１に制御することができる。

さらに、係数Ｋを変えることにより昇圧比を制御する
ことができる。

この制御回路30において、マイクロコンピュータ62
は、次のように動作する。

まず、交流電源１から供給される交流電流i_sは、抵抗
51を介して検出され、絶対値回路52で絶対値に変換され
て、さらに、ローパスフィルタ８を介して平均値Isとし
てマイクロコンピュータ62に送られる。マイクロコンピ
ュータ62は、Isの大きさｓをディジタルデータとして
取り込む（ステップ201）。

次に、マイクロコンピュータ62は、力率改善を行なう
か否かの判定を、外部からの指示を見て行なう（ステッ
プ202）。この外部からの指示は、例えば、図示しない
スイッチを用いて行なわれ、オペレータが予め、また
は、必要に応じてスイッチをオン状態としておく。

そして、力率改善を行なう場合、マイクロコンピュー
タ62は、Isが予め設定した値、例えば、1A以上であるか
否か判定する（ステップ203）。

設定値を超える場合、予め与えられる昇圧比ａおよび
換算係数Kaを用いて、の演算を行なう（ステップ203）。そして、演算結果Ｋ
をD/A変換して、乗算器61に出力する（ステップ205）。

また、ドライバ７に対して、トランジスタ33のスイッ
チング禁止解除する（ステップ206）。

一方、上記ステップ202および203の判断が否定である
とき、ドライバ７に対してトランジスタ33のスイッチン
グ禁止（スイッチングOFF）を指示する（ステップ20
7）。そして、係数Ｋを最大「FF」にして出力する（ス
テップ208）。この後、ステップ201に戻る。

なお、ステップ207および208の処理は、過電流が検出
された場合にも実行される。この過電流は、図示しない
検出回路によって行なわれ、この回路から検出信号がマ
イクロコンピュータ62に送られる。この検出信号が送ら
れると、マイクロコンピュータ62は、割り込みが発生
し、上記ステップ207および208を実行する。割り込み処
理の場合は、ステップ201には戻らず、この処理を終了
する。

なお、ステップ208（後述する第4B図のステップ407も
同様）において、Ｋを最大とするのは、何らかの理由で
スイッチング禁止がなされなかった場合の安全を考えた
ためである。従って、このステップは省略することもで
きる。

上記算出されたＫは、乗算器61において、電源電流検
出値|i_s|と乗算され、その積が、OFF通流比指令値とし
て、コンパレータ63に送られる。コンパレータ63では、
この積を三角波発振器64の出力と比較して、通流比（du
ty）を作成する。

第1B図に、上記制御回路30の各部の波形を示す。

同図（ａ）と（ｂ）とを比較すると明らかなように、
係数Ｋの大きさによって、OFF通流比（duty）信号が異
なり、その結果、電源電流i_sの波形も変わっていること
が分かる。

このように、本実施例によれば、力率改善のための交
流電流指令波形を必要としないため、電流指令波形作成
手段が不要となり回路の簡単化ができる。

また、昇圧比を一定に制御できるため、直流電圧等を
検出しなくても直流電圧を入力電圧に対応した電圧値に
制御できる。

次に、本発明の第２の実施例について、第3A図および
第3B図を参照して説明する。

第3A図に示す実施例は、上記第1A図に示す実施例にお
ける通流比作成手段６が、マイクロコンピュータを用い
ずに、ハードウェアにより構成される点に差異がある他
は、第1A図に示す実施例と同様に構成される。従って、
ここでは相違点のみ説明する。

本実施例において用いられる通流比作成手段６は、OF
F通流比指令値11を作成する乗除算回路65と、三角波発
振器64と、OFF通流比指令値11と三角波とを比較するコ
ンパレータ63とを備えて構成される。

通流比作成手段６は、電源電流検出値|i_s|を対数変換
する対数変換回路651と、電源電流の平均値の大きさ
ｓを対数変換する対数変換回路652と、電源電流の大き
さを実効値に換算する換算係数Kaを対数変換する対数変
換回路653と、換算係数Kaを設定する換算係数設定器654
と、上記対数変換された各信号について、なる演算を実行する加減算器655と、上記加減算器655の
演算結果を逆対数変換する逆対数変換回路656とを備え
て構成される。

なお、通流比作成手段６は、具体的には、例えば、第
3B図に示すような回路構成の乗除算回路65を用いて構成
することができる。

本実施例の動作は、乗除算回路65のアナログ演算によ
ってOFF通流比指令値11が算出されることを除き、上記
第1A図に示す実施例と同様である。従って、ここでは説
明を繰り返さない。

なお、本実施例によれば、通流比作成手段６を安価に
構成することができる。

次に、本発明の第３の実施例について、第4A図および
第4B図を参照して説明する。

本実施例は、制御回路の構成が上記した他の実施例と
異なり、係数Ｋの計算を、負荷からの電力指令値に基づ
いて行なう構成となっている。なお、他の構成は、上記
した第１の実施例と同様であるので、ここでは、相違点
のみ説明する。

本実施例の制御回路30は、電源電流検出回路５と、通
流比作成手段６と、ドライバ７とを備えて構成される。

通流比作成手段６は、電源電流検出器|i_s|と係数Ｋと
を乗じてOFF通流比指令値11を出力する乗算器61と、負
荷からの電力指令値13に基づいて係数Ｋを算出するマイ
クロコンピュータ62と、三角波発振器64と、OFF通流比
指令値と三角波とを比較して、通流比を出力するコンパ
レータ63とを備えて構成される。

マイクロコンピュータ62は、ハードウェアとしては、
図示しないが、上記した第1A図に示すものとほぼ同様に
構成される。すなわち、CPU、ROM、RAM、インタフェー
ス等を有する。

このマイクロコンピュータ62は、ROMに格納されてい
るプログラムに従って、例えば、第4B図に示すように動
作する。

まず、負荷LDからの電力指令値Pd^＊をインタフェース
を介してディジタル値として取り込む（ステップ40
1）。そして、Pd^＊が予め設定してある最低値以上か否
かを判定する（ステップ402）。

最低値以上であれば、の演算を行ない（ステップ403）、演算結果Ｋをアナロ
グ値に変換して、乗算器61に出力する（ステップ40
4）。

そして、ドライバ７がトランジスタ33についてスイッ
チングを禁止している場合、これを解除する（ステップ
405）。

一方、上記ステップ402において、Pd^＊が最低値以上
でない場合、ドライバ７に対して、トランジスタ33のス
イッチングを禁止する信号を出力する（ステップ40
6）。そして、係数Ｋを最大にして出力する（ステップ4
07）。

このように、本実施例は、負荷が必要としている電力
に基づいて、入力電流の大きさを変えるように、スイッ
チング素子を制御する。従って、本実施例によれば、直
流電圧検出回路を必要とせずに、簡単な回路構成で、負
荷に必要な電力を安定に供給できる負荷電力制御が可能
となると共に、上記した他の実施例と同様に、力率の改
善が行なえる。

次に、第４の実施例として、本発明を、圧縮機を負荷
とする同期モータの速度制御に適用した実施例につい
て、第５図、第６図および第７図を参照して説明する。

本実施例は、交流電源１からの交流電流を整流する整
流回路２と、力率改善回路３と、平滑コンデンサ４と、
圧縮機22を駆動する同期モータ21に駆動電力を供給する
インバータ15と、制御回路300とを備えて構成される。

交流電源１は、整流回路２、リアクトル31、トランジ
スタ33、コンデンサ４を介して、直流電圧Edに変換さ
れ、インバータ15に直流電力を供給し、同期モータ21を
駆動する。

同期モータ21の速度を制御するための制御回路300
は、マイクロコンピュータ17と、同期モータ21の磁極位
置をモータ端子電圧23から検出するための位置検出回路
18と、インバータ15を駆動するインバータ用ドライバ16
と、電源電流を検出し増幅する電源電流検出回路５と、
スイッチング素子であるトランジスタ33の通流比を作成
する通流比作成手段24とから構成されている。

なお、電源電流検出回路５の構成および動作は、第１
図に示す本発明の第１の実施例と同様である。

通流比作成手段24は、乗算機能付のD/Aコンバータ241
と、三角波発振器243と、コンパレータ242とを有して構
成される。

マイクロコンピュータ17は、図示しないが、前述した
他の実施例のものと同様に、CPU、ROM、RAM、インタフ
ェース等を備えて構成される。なお、本実施例は、D/A
コンバータ241があるので、マイクロコンピュータ17の
インタフェースには、D/Aコンバータ機能を有していな
くともよい。

前記マイクロコンピュータ17のROMには、同期モータ2
1を駆動するのに必要な各種プログラム、例えば、前記
位置検出回路18からの位置検出信号19および速度指令20
の取り込み、インバータ用ドライバ16へのインバータド
ライブ信号の出力、係数Ｋの計算、係数Ｋの乗算機能付
D/Aコンバータ241への出力などの処理に係るプログラム
が格納される。CPUは、これらの処理を実行する。

位置検出回路18は、モータ21の端子電圧から磁極の位
置を検出して、第６図に示す位置検出信号を出力する。
この位置検出信号は、60゜毎に、３相の信号の状態が変
化する。

マイクロコンピュータ17は、この位置検出信号19につ
いて、60゜毎の時間t₁〜t₆を測定し、１サイクルの時間
Ｔを求めることにより同期モータ21の速度を検出する。

第７図は、マイクロコンピュータ17において実行され
る速度制御処理の内容を示したもので、乗算機能付D/A
コンバータ241への出力である係数Ｋの作成手順を表わ
している。

マイクロコンピュータは、処理１において、外部から
与えられた速度指令20により、指令速度Ｎ^＊を算出し、
処理２において、前記位置検出信号19の１サイクルの時
間Ｔを求め、処理３において、１サイクルの時間Ｔと比
例定数Kyより速度Ｎを算出する。

マイクロコンピュータ17は、処理４において、上記速
度指令Ｎ^＊と上記検出速度Ｎとの偏差速度ΔＮ＝Ｎ^＊−
Ｎより、比例項Ｐと積分項Ｉを作成し、その和より直流
電力指令Pd^＊を得る。ここで、比例項Ｐは、比例ゲイン
Kpと偏差速度ΔＮの積とし、また、積分項Ｉは、積分ゲ
インKiと偏差速度ΔＮの積とを、その時点における積分
項に加えて作成する。

処理５において、前記直流電力指令Pd^＊と比例定数Kd
により、係数Ｋをより求める。処理６において、前記係数Ｋを乗算機能付
D/Aコンバータ241へ出力する。

以上の速度制御処理を繰り返し実行することにより、
係数Ｋは、速度指令Ｎ^＊と検出速度Ｎが等しくなるまで
修正が加えられ、同期モータ21の速度制御が行なえる。

次に、本発明の第５の実施例について、第８図および
第９図を参照して説明する。

第８図に示す実施例は、交流電源１からの交流電流を
整流する整流回路２と、力率改善回路３と、平滑コンデ
ンサ４と、制御回路30とを備えて構成される。本実施例
は、制御回路30の構成を除いては、上記第１の実施例と
同様に構成される。従って、以下では相違点を中心とし
て説明する。

本実施例の制御回路30は、電流検出回路９と、電源の
周期に同期する同期信号として零点を検出する零点検出
回路10と、通流比作成手段14と、ドライバ７とを備えて
構成される。

電源電流検出回路９は、電源電流を検出する検出抵抗
91と、その出力より電源電流の大きさを出力するフィル
タ回路92とを有して構成されている。零点検出回路10
は、電源電圧より電源の極性の切替り点を検出し、その
点でパルスを出力する回路である。

通流比作成手段14は、マイクロコンピュータにより構
成され、CPU、ROM、RAM、インタフェース等を有してい
る。ROMには、例えば、電源電流の大きさおよび零点に
基づいて、通流比を作成するプログラムが入力されてい
る。

第９図に、通流比作成手段（以下、本実施例において
はマイクロコンピュータともいう）14により実行され、
力率の改善と、同時に、昇圧比を一定に制御する処理の
内容、すなわち、通流比の作成手順を示す。

処理１において、マイクロコンピュータ14に電源電流
の大きさｓを取り込む。

処理２において、前記電源電流の大きさｓおよび予
め与えられている昇圧比ａにより、係数Ｋを、より算出する。ここで、Kaは、ｓより実効値を求める
換算係数である。

処理３において、前記電源電流の大きさｓより、電
源電流を正弦波と考え、電源電流推定値Is′を算出す
る。

処理４において、電源周期分の通流比列を、前記電源
電流推定値Is′と前記係数Ｋとより計算する。

処理５において、電源の零点を、零点検出回路10から
の検出パルスによりマイクロコンピュータ14に取り込
む。

処理６において、前記零点のパルス信号を基準に、処
理４において計算した通流比列を出力する。

以上の処理を、電源周期ごとに繰り返し実行すること
により、力率の改善と同時に、昇圧比を一定に制御する
ことができる。

なお、零点検出回路は、電源電流より電源の極性の切
替り点を検出し、その点でパルスを出力する回路として
もよい。この場合、電源電流が小さいとき、零点を正確
に決定することは容易でないので、電流がある程度の値
となるまでは、適当な位置を零点として出力する機能
を、零点検出回路に設けておくとよい。

また、上記通流比作成手段14は、零点検出回路が電源
の零点を検出できるまで、ある一定値の通流比を出力
し、スイッチング素子を動作させる構成としてもよい。

本発明は、上述した各実施例に限定されるものではな
く、さらに種々の態様で実施できる。そのうちのいくつ
かの例を以下に示す。

上記各実施例のうち、電源電流の大きさｓを用いて
係数Ｋを設定しているものについては、電流に代えて、
直流出力電力を用いることもできる。この場合は、例え
ば、平滑コンデンサの後段に、電力検出器を設け、この
検出値を、負荷の状態を示す情報として、通流比作成手
段に入力する。

通流比作成手段は、出力電力値を用いて、上記した電
流の大きさを用いる場合のアルゴリズムと同様のアルゴ
リズムにより、係数Ｋを算出する構成とする。

また、同様に、電源電流の大きさに代えて、または、
これと共に、電源電圧を負荷の状態を示す情報として用
いて、係数Ｋを設定する構成とすることもできる。この
場合は、例えば、電源電圧検出回路を設けて、この検出
値を通流比作成手段に入力させ、該通流比作成手段にお
いて、電圧、または、電流および電圧を用いて係数Ｋを
算出する構成とする。これによって、電源電圧に応じた
一定の比率の直流電圧を出力するよう制御する電源装置
が得られる。

次に、上記各実施例では、昇圧比を一定とするように
制御する例を示しているが、昇圧比を変化させてもよ
い。この場合、電源電流や電源電圧に応じて、力率が改
善され、しかも、効率が低下しない状態で所望の出力と
なる昇圧比を、予め実験またはシミュレーションによっ
て求めておき、これをROM等に格納し、入力電流等の状
態に応じて適切な昇圧比を用いて、係数Ｋを算出する構
成とする。

なお、電源電圧検出回路を設け、検出電圧に応じて昇
圧比を設定し、出力電圧を所望値とするように構成して
もよい。すなわち、係数を、希望する直流電圧になるよ
うに前記電源電圧検出回路の出力を用いて決定すること
により、直流電圧を制御する構成とする。

また、上記各実施例において、係数Ｋの値を、電源電
流または出力電力が予め設定した制限値を超えると、通
流比がスイッチング素子の動作をオフ状態にさせる値と
なるように決定することができる。例えば、電源電流が
制限値を超える場合には、オン通流比が０となるよう
に、係数Ｋの値を決定するように、プログラムを設定し
ておく。

これによって、電源電流が大きな領域では、スイッチ
ング動作を停止し、小さな領域では、スイッチング動作
を行なって、電源電流の半周期の中心部分をスイッチン
グ動作を行なわない波形に制御し、力率と効率を向上す
ることができる。

さらに、上記各実施例において、前記通流比作成手段
の中にある三角波発振回路の出力を歪ませ、任意に通流
比を大きくしたり、小さくすることにより、力率および
効率を向上するように制御する構成としてもよい。

また、三角波に代えて、他の周期波形を用いてもよ
い。

この他、本発明は、昇圧比を変更して、直流電圧を電
源電圧より低くするように制御する構成とすることがで
きる。

上述した各実施例の電源装置は、その出力に直流負荷
を接続して、また、インバータ等を介して交流負荷を接
続して、各々電気機器を構成することができる。

前者の例としては、コンピュータ、通信機器、計測
器、制御装置等の電子機器、メッキ装置等が挙げられ
る。

後者の例としては、発変電所、産業機器、インバータ
空調機等の家庭電気機器等が挙げられる。

［発明の効果］本発明によれば、交流電流指令波形を使用せずに、簡
単な回路構成で力率改善を行なうことができる。また、
交流電源の電圧変動やノイズの影響を受けにくく、信頼
性の高い電源装置を実現できる。

さらに、付加的な効果として、本発明によれば、次の
ような効果も期待できる。

昇圧比を一定に制御できるため、直流電圧等を検出し
なくても直流電圧を入力電圧に対応した電圧値に制御で
きる。

また、昇圧比を制御できるため、スイッチング動作の
停止期間を設定でき、効率の向上をすることができる。

【図面の簡単な説明】

第1A図は本発明の第１の実施例に係る電源装置の構成の
一例を示すブロック図、第1B図は上記実施例の動作を示
す波形図、第2A図は上記実施例における係数Ｋの算出処
理の概要を示すブロック図、第2B図は上記実施例におけ
る係数Ｋの算出動作を示すフローチャート、第3A図は本
発明の第２の実施例に係る電源装置の構成の一例を示す
ブロック図、第3B図は上記第２の実施例に好適に用いら
れる乗除算回路65の構成の一例を示す回路図、第4A図は
本発明の第３実施例に係る電源装置の構成の一例を示す
ブロック図、第4B図は上記第３実施例における係数Ｋの
算出動作を示すフローチャート、第５図は本発明の第４
の実施例として、本発明を同期モータの速度制御に適用
した実施例の構成の一例を示すブロック図、第６図は上
記第４実施例において用いられる位置検出回路の位置検
出信号を示す波形図、第７図は上記第４実施例における
マイクロコンピュータの速度制御の処理内容を示すブロ
ック図、第８図は本発明の第５の実施例に係る電源装置
の構成の一例を示すブロック図、第９図は上記第５の実
施例において通流比作成手段によって処理される通流比
作成手順を示すブロック図、第10図および第11図は従来
の電源装置における電源電流波形を示す波形図である。１……交流電源、２……整流回路、３……力率改善回
路、４……平滑コンデンサ、５……電源電流検出回路、
6,14……通流比作成手段、８……ローパスフィルタ、９
……電源電流検出回路、10……零点検出回路、15……イ
ンバータ、21……同期モータ、30……制御回路、31……
リアクトル、32……ダイオード、33……トランジスタ、
61……乗算器、62……マイクロコンピュータ、63……コ
ンパレータ、64……三角波発振器、65……乗除算回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭56−166765（ＪＰ，Ａ) 特開平１−277172（ＪＰ，Ａ) 特開平２−241365（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−198873（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02M 3/00 - 3/44 H02M 7/00 - 7/40

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】交流を直流に変換する整流回路と、スイッ
チング素子によるスイッチング動作およびインダクタン
スによるエネルギ蓄積効果を利用して力率を改善する力
率改善回路とを備える電源装置において、電源に流れる電流を示す電源電流情報を生成する電源電
流情報生成手段と、負荷の運転状態を示す負荷状態情報に合せて係数を設定
すると共に、この係数と上記電源電流情報との積を求
め、この積に基づいて、上記スイッチング素子の動作を
規定する通流比を作成する通流比作成手段とを備え、この通流比により、上記スイッチング素子を動作させる
構成としたことを特徴とする電源装置。
【請求項２】交流を直流に変換する整流回路と、スイッ
チング素子によるスイッチング動作およびインダクタン
スによるエネルギ蓄積効果を利用して力率を改善する力
率改善回路とを備える電源装置において、電源電流を検出する電源電流検出回路と、負荷の運転状態を示す負荷状態情報に合せて係数を設定
すると共に、この係数と上記電源電流との積を求め、こ
の積に基づいて、上記スイッチング素子の動作を規定す
る通流比を作成する通流比作成手段とを備え、この通流比により、上記スイッチング素子を動作させる
構成としたことを特徴とする電源装置。
【請求項３】交流を直流に交換する整流回路と、スイッ
チング素子によるスイッチング動作およびインダクタン
スによるエネルギ蓄積効果を利用して力率を改善する力
率改善回路とを備える電源装置において、電源の周期に同期する同期信号を検出する同期信号検出
手段と、負荷の運転状態を示す負荷状態情報に合せて係数を設定
すると共に、電源電流の推定を行ない、この係数と上記
電源電流推定値との積を求め、この積に基づいて、上記
スイッチング素子の動作を規定する通流比列を作成し、
かつ、上記同期信号検出手段により検出される同期信号
を基準として、上記作成された通流比列を出力する通流
比作成手段とを備え、この通流比により、上記スイッチング素子を動作させる
構成としたことを特徴とする電源装置。
【請求項４】上記係数が、上記負荷状態情報と昇圧比と
の積に基づいて設定されたものである請求項1,2または
３記載の電源装置。
【請求項５】上記電源電流検出回路の出力より電源電流
の大きさを求め、この電源電流の大きさを負荷状態情報
として係数を設定する機能を備えた請求項2,3または４
記載の電源装置。
【請求項６】出力電力を検出する手段を設け、この検出
値を負荷状態情報として、係数を設定する機能を備えた
請求項2,3または４記載の電源装置。
【請求項７】負荷からの電力指令値を負荷状態情報とし
て、係数を設定する機能を備えた請求項2,3または４記
載の電源装置。
【請求項８】電源電圧を検出する手段を設け、この検出
値を負荷状態情報として、係数を設定する機能を備えた
請求項2,3または４記載の電源装置。
【請求項９】係数を、電源電流または出力電力が予め設
定された制限値を超えると、通流比がスイッチング素子
の動作をオフ状態にさせる値となるように設定する機能
を備えた請求項1,2,3,4,5,6,7または８記載の電源装
置。
【請求項１０】係数が、希望する直流電圧になるように
上記電源電圧の検出値を用いて設定される請求項８記載
の電源装置。
【請求項１１】交流を直流に変換した後、スイッチング
素子によるスイッチング動作およびインダクタンスによ
るエネルギ蓄積効果を利用して力率を改善する電源装置
の力率改善方法において、負荷の運転状態を示す負荷状態情報と昇圧比との積に基
づいて係数を算定し、この係数を、電源電流の瞬時の値
を示す情報に乗じて、得られる積を周期波形と比較して
通流比を求め、この通流比に応じて上記スイッチング素
子のスイッチング動作を制御することを特徴とする電源
装置の力率改善方法。
【請求項１２】交流を直流に変換する整流回路および平
滑回路と、スイッチング素子によるスイッチング動作お
よびインダクタンスによるエネルギ蓄積効果を利用して
力率を改善する力率改善回路とを備える電源装置におい
て、平滑回路の出力にインバータを接続し、このインバータ
の出力に電動機を接続すると共に、該電動機の速度情報
を検出する手段を設け、かつ、上記速度情報に基づいて係数を設定する手段と、電源電流を検出する電源電流検出回路と、上記係数と電源電流との積を求め、この積に基づいて、
上記スイッチング素子の動作を規定する通流比作成する
通流比作成手段とを備え、この通流比により、上記スイッチング素子を動作させる
構成としたことを特徴とする電源装置。
【請求項１３】請求項1,2,3,4,5,6,7,8,9,または10記載
の電源装置と、この電源装置の直流出力によって駆動さ
れる負荷とを有する電気機器。
【請求項１４】請求項1,2,3,4,5,6,7,8,9,または10記載
の電源装置と、この電源装置の直流出力を交流に変換す
るインバータと、該インバータの出力によって駆動され
る負荷とを有する電気機器。