JP3215613B2 - 力率制御回路 - Google Patents

力率制御回路

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は単相の入力交流の波
形歪みを減少させるように制御する力率制御回路に関す
る。
【0002】
【従来の技術】交流回路にリアクタンス分を含む負荷が
接続されているとき、印加電圧と流れる電流との間に位
相差を生じ、そのときの位相差の余弦値を「力率」と言
う。即ち、力率が100%に近い程位相差が無いことで
ある。交流を直流に変換して直流電源を得るとき、整流
回路の近辺にリアクタンスとコンデンサで構成する平滑
回路を使用するため、入力する交流電流波形に高次高調
波を含むこととなり、その交流源を他の回路と接続した
とき、他の回路に流れた歪み電流、即ち力率が悪い電流
のため、他の回路における変圧器、コンデンサなどは発
熱・焼損の起こることがある。そこで交流電流変換回路
内に力率制御回路を設け、前記障害発生を防止してい
る。特開平4−140064号公報にはその回路例で記
載されている。添付図面の図6は従来の力率制御回路の
構成を示す図である。図6において、1は交流入力源、
2は直流負荷、3は整流回路、4はダイオード、5はコ
ンデンサ、6はリアクタンスで、ダイオード4からリア
クタンス6までが平滑回路を示す。7は主スイッチで整
流回路3の出力側端子を示す。8は変流器で、交流入力
源1の電流値を検出する。9はコンデンサ5の出力端
子、10は第1誤差増幅回路、11は乗算器、12は第
2誤差増幅回路、13は波形比較回路、14は三角波発
生回路、15は出力PWM信号を示す。交流入力源1か
らの交流入力は、整流回路3及び逆流防止ダイオード4
を経て直流となされ、負荷2へ供給される。負荷2の両
端端子9は、コンデンサ5が接続され、電圧はEoであ
る。交流入力源1の電圧波形は乗算器11の一方の端子
に印加される。乗算器11の他方端子には第1誤差増幅
回路10の出力、即ち直流出力電圧の誤差値が印加され
る。第1誤差増幅回路10には直流回路の出力電圧検出
値Eoと、所定負荷電流の場合の出力電圧設定値とが入
力され、演算して得られた差が誤差として出力される。
乗算器11において、その誤差信号と入力電圧値とが印
加演算され、所定の出力電圧を得るため、即ち出力電圧
誤差が無い状態とするための入力電流目標値を求める。
次に第2誤差増幅回路12において入力電流目標値と入
力電流値とを入力して演算する。演算後の出力は電流波
形誤差と言える。即ち入力電流波形に歪みがあれば、そ
の歪みを含んでいる。波形比較回路13において、三角
波発生回路14からの三角波形信号と前記誤差信号とを
比較する。図7は波形比較回路13に対する入出力信号
波形を示す図の一例である。図7(a)に示す波形にお
いて、Vcは三角波発生回路14からの出力信号、波形
Viは電流波形誤差信号を示す。図7(b)に示す波形
は波形比較回路13の出力信号である。同出力信号は所
謂PWM信号であって、主スイッチ7をオンオフし、そ
の結果、電流包絡線を正弦波となるように制御する。図
7(c)は力率100%の正弦波の半波正弦波を示す。
例えば電流波形誤差信号が正常正弦波より大きい状態で
あれば主スイッチ7のオフ時間が長くなるように、逆に
誤差信号が小であればオン時間を長くする。そのため交
流波形の正負両半波について制御がされるから、交流入
力源1からの交流電流は純粋な正弦波状になり力率10
0%が達成される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述の説明は力率制御
が理論通りに実行された場合であるが、実際の動作はそ
のようにならない。即ち力率改善のため制御されるべき
交流波形は実験的に見ると、入力電圧・入力電流が零の
線を横切る付近の波形を対象とすることが必要であるこ
とが判ったが、所謂ゼロクロスの検出信号は、当然小レ
ベルであるため、制御用信号に処理するまでレベル増幅
することが必要である。しかし原信号が小レベルであっ
て、雑音と区別がつきにくく、増幅して所望の信号が得
られるとは限らない。また図7(a)において信号Vi
とVcの大小関係を見ると、点MはVc=Vi=零の筈
であるが、ViはVcと同様に零になるとは限らない。
点Mにおいて雑音等のためViに正の値が生じている
と、図7(b)に示すパルスが発生してしまうから、主
スイッチの不正常な開閉がなされ、正確な正弦波を得る
ことが難しい。従って入力電流の歪みは中々取り除くこ
とができなかった。従って、従来の欠点を改善するた
め、入力交流の電圧電流に対し、入力交流に同期した
ルス信号を印加して力率を充分に改善できる力率制御回
路を提供することができるならば望ましい。
【0004】
【課題を解消するための手段】本発明は、上記の課題を
解決した力率制御回路を提供するもので、単相交流入力
電圧検出値と、負荷側直流出力電圧検出値とを照合比較
する照合比較回路と、該照合比較回路出力を単相交流入
力電流波形と比較する比較回路と、該比較回路で得られ
た信号によりパルス幅を制御する信号を得るパルス幅制
御信号発生部とを具備し、該信号発生部出力により交流
入力整流回路の出力電圧端子間をオンオフする主スイッ
チを制御動作させるようにした単相交流入力電流の力率
制御回路において、該力率制御回路に更に入力信号検出
部を設け、該入力信号検出部は、交流入力電圧と同期し
たパルス信号を発生する同期パルス信号発生回路と、該
同期パルス信号発生回路の出力パルスと入力電圧波形と
を加算する信号加算回路とで構成し、該信号加算回路出
力信号を前記単相入力電圧検出値とすることを特徴とす
る。この場合、前記の同期パルス発生回路は、信号比較
回路で構成し、該信号比較回路の一方の信号は交流入力
電圧で、他方は零V信号とすることが好ましい。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を添付図面につき
詳述する。図1は本発明の力率制御回路の構成を示すブ
ロック図である。図1において、1は交流電源、2は負
荷、7は主スイッチ、16は入力信号検出部、17は同
期パルス発生回路、18は信号加算回路、19は照合比
較回路、20は比較回路、21はパルス幅制御信号発生
部、22は整流回路を示す。而して、本発明の力率制御
回路の構成を参照番号と共に説明すれば、単相交流入力
電圧検出値と、負荷側直流出力電圧検出値とを照合比較
する照合比較回路19と、該照合比較回路出力を単相交
流入力電流波形と比較する比較回路20と、該比較回路
20で得られた信号によりパルス幅を制御する信号を得
るパルス幅制御信号発生部21とを具備し、該信号発生
部21の出力により出力電圧端子間をオンオフする主ス
イッチ7を制御動作させるようにした単相交流入力電流
の力率制御回路において、該力率制御回路に更に入力信
号検出部16を設け、該入力信号検出部16は、交流入
力電圧と同期したパルス信号を発生する同期パルス信号
発生回路17と、該同期パルス信号発生回路17の出力
パルスと入力電圧波形とを加算する信号加算回路18と
で構成し、該信号加算回路18出力信号を前記単相入力
電圧検出値とすることで構成する。
【0006】本発明において力率制御のため同期パルス
信号発生回路17により入力交流に対し同期したパル
ス、即ち交流電源の周波数に同期したパルスを発生させ
る。その信号は入力電圧が零Vのときパルス振幅の大き
さを有しているから、前記パルス信号と入力電圧とを信
号加算回路18により加算すると、正弦波の交流入力が
正負両方向に膨らみを付けた形となる。次でその信号に
対し照合比較回路19において出力電圧の誤差と比較
る。照合比較回路19の出力はそのとき接続している負
荷に対して必要な入力電流目標値である。そのためこ
の目標値と入力電流波形とを比較回路20において比較
することで、前記目標値と実際の値との誤差を求める。
本発明によれば、次でパルス幅制御信号発生部21にお
いてPWM信号を得る。PWM信号によりスイッチ7を
オンオフすれば、整流回路22へ流れ込む電流の力率は
100%と見て良い。
【0007】図2は上記の発明の好ましい実施の形態と
して、図1に示す入力信号検出部16の具体的な構成図
である。図2において31は交流入力電圧の印加端子S
を示す。32は電圧比較器を示し、同期パルス信号発生
回路の一例である。33は電圧加算回路を示す。電圧比
較器32の一方の端子には交流入力電圧の印加端子から
の信号が印加され、他方の端子には零V(0V)の基準
電位が印加されている。零Vの基準電位を得ることは、
例えば電池端子の接地側端子と接続してその電位を得る
こと、或いは電源変圧器の二次側出力の一線を図示の制
御線の零Vと接続して得ることである。電圧比較器31
は二つの端子の電位が同じになった瞬間、出力端子にパ
ルス出力を発生させるから、交流入力電圧が零Vを横切
る瞬間に、出力にパルスが発生し、入力電圧が半波の高
い値から再び低下し零Vを横切るまでの正性パルスとな
る。そして零Vを横切る瞬間に負性パルスを発生する。
この負性パルスの幅も次に零Vを横切るまでである。こ
のパルス波形は図2において「方形波P」と示してい
る。電圧加算回路33の一方の端子の信号は、前記パル
ス信号Pで、他方の端子の信号は端子31に示す入力電
圧波形である。電圧加算回路33の出力端子Tには、そ
の右方に実線で示すような正弦波状の中間部が上下に嵩
張った波形が出力する。尚、その波形に接して示す点線
の信号は入力電圧波形である。電圧加算回路33におい
ては、入力交流に同期した負荷信号としてのパルス信号
Pを入力電圧波形に加算しているから、電圧加算回路3
3の出力信号は特殊な波形になる。
【0008】電圧加算回路33の出力端子Tは図3に示
す従来の力率制御回路の交流入力源の入力端子と接続さ
れる。即ち、図3において乗算器11に対する一方の入
力信号となる。乗算器11に対する他方の入力信号は出
力電圧誤差値である。そのため乗算器11の出力Uには
出力電圧誤差が無い状態とするための入力電流目標値が
得られる。
【0009】図4は図2及び図3に示す構成の回路にお
ける各部の波形を示す図である。図4(a)は図2の端
子Sにおける入力電圧波形を示す。図4(b)は電圧比
較器32の出力端子の波形を示す。図4(c)は電圧加
算回路33の出力端子Tにおける波形を示す。図4
(c)に示す波形はその形状から判断して入力信号検出
部16において入力電圧検出波形の立ち上がりを急峻に
するため、パルス信号Pを加算している。図4(d)は
前記入力電圧目標値を示す波形を示す。次に図3示の第
2誤差信号増幅器12において、端子Wから入力波形の
信号を入力させ演算する。第2誤差信号増幅器12の出
力Vyは、入力電流波形に含まれる誤差信号を含んだも
のである。(図4(f)参照)。そのため波形比較回路
13において出力信号Vyと三角波14の出力Vcとを
比較して、PWM信号15Vzが得られる。
【0010】図5に示すPWM信号15Vzは図7と比
較し、パルス波形の幅について広狭の差が少ない。それ
は図3に示すように、波形比較回路13において三角波
発生回路14の出力信号Vcと前記の第2誤差信号増幅
器12の出力信号Vyとを比較したとき、信号Vyに含
まれる誤差信号を確実に取り出しているからである。従
ってこのPWM信号15により図1に示すスイッチ7を
制御すれば、従来よりも力率改善の効果が大きく得られ
る。
【0011】
【発明の効果】このように本発明の上記構成によれば、
単相交流入力電流の力率改善のため入力電圧無誤差目標
値を得る負荷側の出力圧と乗算する回路への印加信号
として、入力電圧検出波形の立ち上がりを急峻にした信
号、即ち入力電源交流の周波数に同期したパルスを使用
しているので、その信号に基づき演算して得られたスイ
ッチのオンオフ信号は、力率改用に充分に大きな効果
を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例の構成を示すブロック図であ
る。
【図2】 図1に示す入力信号検出部の具体的な構成図
である。
【図3】 従来の力率制御回路に本発明を適用した場合
の回路図である。
【図4】 図2及び図3に示す構成の回路における各部
の波形を示す図である。
【図5】 本発明の実施例における波形比較用信号とP
WM信号とを示す図である。
【図6】 従来の力率制御回路の構成を示す図である。
【図7】 図6に示す波形比較回路に対する入出力信号
波形を示す図である。
【符号の説明】
1 交流入力源 2 負荷 7 主スイッチ 16 入力信号
検出部 17 同期パルス信号発生回路 18 信号加算
回路 19 照合比較回路 20 比較回路 21 パルス幅制御信号発生部 22 整流回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−315266(JP,A) 特開 平1−315265(JP,A) 特開 昭63−148865(JP,A) 特開 昭63−89021(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 7/217 H02M 1/12 H02M 3/155

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 単相交流入力電圧検出値と、負荷側直流
    出力電圧検出値とを照合比較する照合比較回路と、該照
    合比較回路出力を単相交流入力電流波形と比較する比較
    回路と、該比較回路で得られた信号によりパルス幅を制
    御する信号を得るパルス幅制御信号発生部とを具備し、
    該信号発生部出力により交流入力整流回路の出力電圧端
    子間をオンオフする主スイッチを制御動作させるように
    した単相交流入力電流の力率制御回路において、該力率
    制御回路に更に入力信号検出部を設け、該入力信号検出
    部は、交流入力電圧と同期したパルス信号を発生する同
    期パルス信号発生回路と、該同期パルス信号発生回路の
    出力パルスと入力電圧波形とを加算する信号加算回路と
    で構成し、該信号加算回路出力信号を前記単相入力電圧
    検出値とすることを特徴とする力率制御回路。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の同期パルス発生回路は、
    信号比較回路で構成し、該信号比較回路の一方の信号は
    交流入力電圧で、他方は零V信号とすることを特徴とす
    る力率制御回路。
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