JP3203015B2 - 電源装置 - Google Patents

電源装置

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JP3203015B2
JP3203015B2 JP22178091A JP22178091A JP3203015B2 JP 3203015 B2 JP3203015 B2 JP 3203015B2 JP 22178091 A JP22178091 A JP 22178091A JP 22178091 A JP22178091 A JP 22178091A JP 3203015 B2 JP3203015 B2 JP 3203015B2
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俊之 平田
悦男 硲口
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電源装置に係り、特にチ
ョッパ回路により交流電源からの入力電流の歪を低減す
るようにした電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来この種の電源装置としては、入力電
流に含まれるリプル成分が小さくチョークコイルの選定
が容易なことを特徴とするPWM制御方式が一般的に用
いられてきた。
【0003】PWM制御方式による従来の電源回路の一
例を図7に示す。この回路において1は交流電源、2は
ブリッジに接続された整流ダイオード、3はチョークコ
イル31とスイッチング素子及びフリーホイルダイオード
からなり前記交流電源1の整流ダイオード2によって整
流された直流電力を入力するチョッパ回路、4は該チョ
ッパ回路の出力を平滑するコンデンサ、5は該コンデン
サ4の両端間に接続される負荷である。
【0004】6は直流電圧設定部、7は前記コンデンサ
4の直流電圧を検出する直流電圧検出部、8は前記直流
電圧設定部6と直流電圧検出部8の値を比較する直流電
圧誤差増幅部、9は前記整流ダイオード2の出力により
チョッパ回路3への基準波形を作る入力電流基準波形発
生部、10は前記入力電流基準波形発生部9の出力と前期
直流電圧誤差増幅部8の出力により前記チョッパ回路3
への入力電流指令値を作る入力電流指令発生部である。
【0005】11は前記チョッパ回路3への実際の電流を
検出する電流検出器、12は前記入力電流指令発生部10の
出力と前記電流検出器11の検出値とを比較する入力電流
誤差増幅部である。
【0006】13は三角波発生部、14は前記入力電流誤差
増幅部12の出力と三角波発生部13の出力とに基づいてP
WMパターンを発生させるPWMパターン発生部、15は
該PWMパターン発生部14の出力により前記チョッパ回
路3のスイッチング素子32にスイッチング信号を供給す
るスイッチング素子駆動部である。
【0007】これらの構成からなる回路において、交流
電源1の交流電圧VACを整流ダイオード2とチョッパ回
路3により直流電圧に変換し、コンデンサ4の電圧を直
流電圧VDCに一定制御し、負荷5に対して直流定電圧電
源装置として機能するものである。
【0008】図7において前記チョッパ回路3は、その
入力電流を低歪の正弦波状にすると同時に昇圧チョッパ
として機能し、出力としての直流電圧をVDCに一定制御
する。
【0009】前記直流電圧設定部6で設定された直流電
圧指令信号vrと直流電圧検出部7で検出された直流電
圧VDCに比例した直流電圧信号vdとは、直流電圧誤差
増幅部8で比較・増幅され、直流電圧誤差信号veとな
る。
【0010】この直流電圧誤差信号veは入力電流指令
発生部10において入力電流基準波形発生部9で入力電圧
ACをもとにしてつくられる入力電流基準波形信号sと
掛算されて入力電流指令信号irとなる。この入力電流
指令信号irは直流電圧誤差信号Ieに比例した大きさの
正弦波の全波整流波形状の信号である。
【0011】前記入力電流指令信号irと電流検出器11
で検出された交流電源1からの入力電流IACの全波整流
波形に比例した入力電流波形iaは入力電流誤差増幅部1
2で比較・増幅され入力電流誤差信号ieとなる。この入
力電流誤差信号ieと三角波発生部13で生成される三角
波cとがPWMパターン発生部14において比較され図8
に示すPWM信号spとなる。
【0012】ここでPWMパターン発生部14への入力信
号である入力電流誤差信号ieと三角波cの大きさは図
8に示すように入力電流誤差信号ieはie(max)とi
e(min)の間で変化し、三角波cはie(max)よりも少し大
きい値とie(min)との間で増減を繰り返すように設定さ
れており、この入力電流誤差信号ieに応じたPWM信
号spを発生する。
【0013】前記PWM信号spに基づいてスイッチン
グ素子駆動部15はスイッチング素子32を駆動し、前記入
力電流IACを正弦波状に、また、出力直流電圧VDCを一
定に制御する。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】図9は上記従来の電源
装置における入力電圧VACおよび入力電流IACの波形図
を示す。この図によれば入力電圧VACが低いゼロクロス
付近において入力電流I ACが歪むという問題があること
が明らかである。
【0015】本発明は斯かる従来技術の問題点に鑑み成
されたものであり、入力電圧VACが低いゼロクロス付近
においても入力電流IACの歪が極めて少ない電源装置を
得ることを目的とするものである。
【0016】従来技術の問題点は、PWM制御方式にお
いては図8に示したように、入力電流誤差信号ieの最
大値ie(max)を三角波cのピークよりも低くしてデッド
タイムTDが設けられることから1周期Tの間に少なく
ともTD以上のオフ期間が必ず存在し、これによって最
大デューティDON(max)が1−TD/Tに制限されること
が原因である。
【0017】すなわち、この回路は基本的に昇圧チョッ
パであり、簡単のために回路素子による損失を無視する
ことにすると、昇圧チョッパ回路における入力電圧vin
と出力電圧voutとの関係が
【0018】
【数1】 ただし、DON(max)は最大デューティのとき、スイッチ
ング素子32がオンの期間にチョークコイル31に蓄えられ
るエネルギよりもスイッチング素子32がオフの期間にチ
ョークコイル31から放出されるエネルギの方が大きくな
るためである。その結果、入力電圧が低いゼロクロス付
近の立ち上がり時において、図10に示す波形のように電
流が不連続となって大きな歪が発生するのである。な
お、立ち下がり時においては図11に示す波形のようにに
なってあまり大きな歪とはならない。
【0019】
【課題を解決するための手段】本発明は、交流電源と、
チョークコイルとスイッチング素子及びフリーホイルダ
イオードからなり前記交流電源からの交流電圧が入力さ
れるチョッパ回路と、該チョッパ回路の入力電流を正弦
波状に制御するよう前記スイッチング素子をオンオフ制
御するPWM制御手段とを備えた電源装置において、前
PWM制御手段は、前記交流電圧の内、少なくとも前
記スイッチング素子のオン期間中に前記チョークコイル
に蓄えられるエネルギより前記スイッチング素子のオフ
期間中に前記チョークコイルから放出されるエネルギの
方が大きくなる電圧期間中に、前記スイッチング素子を
連続してオンすることを特徴とする
【0020】
【作用】上記のようにすることによって、入力電圧が低
いゼロクロス付近においても、スイッチング素子が連続
してオンとなるから入力電流が不連続とならず、したが
って入力電流の歪が極めて小さくなる。
【0021】
【実施例】本発明電源装置の第1の実施例について、ブ
ロック図を図1に示し説明する。なお、従来と同一の機
能を有する部分には同一の符号をつけ説明を省略する。
【0022】図1において、スイッチングパターン発生
部16は入力電流誤差信号ieと三角波発生部13で生成さ
れる三角波cとを比較し、スイッチング信号sdを発生
する。
【0023】ここで図2に示すようにスイッチングパタ
ーン発生部16への入力信号である入力電流誤差信号の
最大値ie(max)、交流電圧の内、少なくとも前記スイ
ッチング素子のオン期間中に前記チョークコイルに蓄え
られるエネルギより前記スイッチング素子のオフ期間中
に前記チョークコイルから放出されるエネルギの方が大
きくなる電圧期間中、三角波cのピークよりも高く設定
することにより、同図に示すような入力電流誤差信号i
eに応じたデッドタイムの無いスイッチング信号Sdが得
られる。このスイッチング信号Sdに基づいてスイッチ
ング素子駆動部15はスイッチング素子32を駆動する
わけであるが、この時入力電圧VACが低いゼロクロス付
近においてSdは連続となり、その間スイッチング素子
32は連続してオン状態となる。
【0024】これにより入力電流IACは図6に波形に示
すように不連続とならず、入力電流IACの歪が極めて小
さくなる。
【0025】次に本発明電源装置の第2の実施例につい
て、ブロック図を図3に示し説明する。従来および第1
の実施例と同一の機能を有する部分には同一の符号をつ
け説明を省略する。
【0026】図3において、出力制御機能付入力電流誤
差増幅部17は、例えば図4の回路図に示すような回路
であって、入力電流基準波形信号Sによりその出力信号
の最大値ie(max)を制御する。この図4においてツェナ
ーダイオードZD1とZD2のツェナー電圧VZ1とVZ2
はVZ1>VZ2とし、リレーRLは入力電流基準波形信号
Sが基準電圧Vtよりも大きいときにコンパレータCP
によってオンするように制御され、オペアンプOPを介
して得られる最大値ie(max)が図5に示すように、交流
電圧の内、少なくとも前記スイッチング素子のオン期間
中に前記チョークコイルに蓄えられるエネルギより前記
スイッチング素子のオフ期間中に前記チョークコイルか
ら放出されるエネルギの方が大きくなる電圧期間に相当
する、入力電圧VACが低い期間には三角波cのピークよ
りも高くなり、それ以外の期間には三角波cのピークよ
りも低くなるように設定する。尚、図4中c1はコンデ
ンサ、R1〜R3は抵抗である。
【0027】これにより入力電圧VACが低いゼロクロス
付近ではスイッチング素子32を連続してオンとすること
が可能となり、それ以外の期間はスイッチング素子をP
WMパターンによりオンオフする。
【0028】したがって入力電流IACは図6に示す波形
のように不連続とならず、入力電流IACの歪が極めて小
さくなる。
【0029】
【発明の効果】本発明は以上の説明の如く、交流電源
と、チョークコイルとスイッチング素子及びフリーホイ
ルダイオードからなり前記交流電源からの交流電圧が入
力されるチョッパ回路と、該チョッパ回路のスイッチン
グにより入力電流を正弦波状に制御する電流制御手段と
を備えた電源装置において、前記チョッパ回路への入力
電圧が低い前記交流電圧のゼロクロス付近ではスイッチ
ング素子を連続してオンとし、それ以外の期間はスイッ
チング素子を所定のPWMパターンによりオンオフする
ものであるから、入力電流の歪みが極めて小さくなり、
交流電源に対する影響が小さくなる効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明電源装置の第1の実施例を示すブロック
図である。
【図2】本発明電源装置の第1の実施例の特徴を説明す
る波形図である。
【図3】本発明電源装置の第2の実施例を示すブロック
図である。
【図4】出力制御機能付入力電流誤差増幅部の回路例を
示す回路図である。
【図5】本発明電源装置の第2の実施例の特徴を説明す
る波形図である。
【図6】本発明電源装置の効果を説明する波形図であ
る。
【図7】従来の電源装置を示すブロック図である。
【図8】従来の電源装置の特徴を説明する波形図であ
る。
【図9】従来の電源装置の問題点を説明する波形図であ
る。
【図10】従来の電源装置の問題点を説明する波形図で
ある。
【図11】従来の電源装置の問題点を説明する波形図で
ある。
【符号の説明】
1 交流電源 2 整流ダイオード 3 チョッパ回路 31 チョークコイル 32 スイッチング素子 33 フリーホイルダイオード 4 コンデンサ 5 負荷 6 直流電圧設定部 7 直流電圧検出部 8 直流電圧誤差増幅部 9 入力電流基準波形発生部 10 入力電流指令発生部 11 電流検出器 12 入力電流誤差増幅部 13 三角波発生部 14 PWMパターン発生部 15 スイッチング素子駆動部 16 スイッチングパターン発生部 17 出力制御機能付入力電流誤差増幅部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−148070(JP,A) 特開 平2−136064(JP,A) 特開 平3−230759(JP,A) 実開 平4−21192(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 3/155

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電源と、チョークコイルとスイッチ
    ング素子及びフリーホイルダイオードからなり前記交流
    電源からの交流電圧が入力されるチョッパ回路と、該チ
    ョッパ回路の入力電流を正弦波状に制御するよう前記ス
    イッチング素子をオンオフ制御するPWM制御手段とを
    備えた電源装置において、前記PWM制御手段は、少な
    くとも前記交流電圧の内、前記スイッチング素子のオン
    期間中に前記チョークコイルに蓄えられるエネルギより
    前記スイッチング素子のオフ期間中に前記チョークコイ
    ルから放出されるエネルギの方が大きくなる電圧期間中
    に、前記スイッチング素子を連続してオンすることを特
    徴とする電源装置。
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