JP4930156B2 - 電源供給回路 - Google Patents

Description

本発明は、ＰＡＭ制御を行う電源供給回路に関し、特にスイッチング素子へ短絡するＰＡＭ電流の上昇を抑制する対策に係るものである。

従来より、交流電力を整流回路によって直流電力に変換する電源供給回路が知られている。この種の電源供給回路では、高調波電流が生じやすく、電源効率が低下するという問題があった。このような高調波電流を抑制するために、いわゆるＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation：パルス振幅変調）制御を行う電源供給回路が知られている。

特許文献１には、この種の電源供給回路が開示されている。この電源供給回路は、空気調和装置等の冷凍装置の圧縮機に適用されている。この電源供給回路は、ダイオードブリッジ回路の整流回路と、平滑回路とを備えている。平滑回路は、直列接続された２つのコンデンサと、該２つのコンデンサに並列に接続された１つのコンデンサとで成り、整流回路との間で倍電圧整流するように構成されている。また、この電源供給回路は、整流回路の出力端子に設けられて、ＯＮされることで整流回路の出力電力を短絡させるスイッチング素子を備えている。更に、電源供給回路は、スイッチング素子をスイッチングせるためのパルス信号を所定の周期で出力するＰＡＭ制御部を備えている。

そして、この電源供給回路では、上述のＰＡＭ制御が行われる。具体的に、この電源供給回路では、整流回路の入力電流の波形が入力電圧の波形（正弦波形）に近づくようにＰＡＭ制御部からパルス信号が出力される。その結果、整流回路の入力電流の波形が正弦波形となり、これにより高調波電流が低減される。
特開２００１−１４５３５８号公報

ところで、特許文献１に開示されているような電源供給回路では、例えば外乱等により入力電圧の波形に歪みが生じると、パルス信号を所望とするタイミングで出力できなくなることがある。このような条件下で上述のＰＡＭ制御を行う場合に、入力電圧の振幅のピーク付近でスイッチング素子がＯＮ状態になると、スイッチング素子へ短絡する電流（以下、ＰＡＭ電流と称する）が急上昇してしまう。その結果、このＰＡＭ電流が過電流となり、スイッチング素子や他の素子（ダイオード等）が故障してしまうという不具合を招く。特に、圧縮機等の電動機へ電力を供給する電源供給回路では、電動機の起動時に整流回路の入力電流が急激に上昇する。従って、このような電動機の起動時にパルス信号の出力タイミングがずれてしまうと、ＰＡＭ電流が一層急激に上昇し易くなる。

一方、このような不具合を回避するために、ＰＡＭ電流が所定値以上になると、ＰＡＭ制御部からのＯＮパルスの出力を停止させ、所定時間経過後にＰＡＭ制御を再開させることが考えられる。しかしながら、ＰＡＭ制御の再開時に未だ外乱等により入力電圧波形に歪みが生じている場合には、ＰＡＭ制御の再開直後に再びＰＡＭ電流が過電流となってしまう。その結果、ＰＡＭ制御停止→ＰＡＭ制御再開→ＰＡＭ制御停止→…という制御が繰り返し行われ、本来のＰＡＭ制御を継続できないという問題が生じる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＰＡＭ制御の再開時や、電動機の立ち上げ時において、スイッチング素子へ短絡するＰＡＭ電流が過電流となってしまうのを抑制することである。

第１の発明は、交流電源（20）に接続されて交流電圧を整流する整流回路（12）と、ＯＮされて該整流回路（12）の出力電圧を短絡させるスイッチング素子（S）と、上記整流回路（12）の入力電流の波形が正弦波になるように該スイッチング素子（S）をスイッチングさせるための所定幅のＯＮパルス及びＯＦＦパルスを生成するパルス信号を所定の周期で出力するＰＡＭ制御部（5）と、上記整流回路（12）からの直流電圧を交流電圧に変換して電動機（30）へ供給するインバータ回路（14）とを備えた電源供給回路を前提としている。そして、この電源供給回路は、上記ＰＡＭ制御部（5）が、ＯＮ状態のスイッチング素子（S）へ短絡する電流値が所定値を越えると、ＰＡＭ制御部（5）からのＯＮパルスの出力を停止させるＰＡＭ制御停止部（8a）と、該ＰＡＭ制御停止部（8a）によってＯＮパルスの出力が停止されてから所定時間が経過すると、上記所定幅よりも短い幅のＯＮパルスでパルス信号を出力し、該ＯＮパルスの幅を周期的に長くして上記所定幅に戻すソフトスタート制御を行うＰＡＭ制御開始部（8b）とを備え、該ソフトスタート制御時に、ＯＮ状態のスイッチング素子（S）へ短絡する電流値が所定値を越える回数が所定回数以上になると、上記インバータ回路（14）の出力周波数を低減させて上記整流回路（12）の入力電流を低減させる入力電流制御部（4）を備えていることを特徴とするものである。

第１の発明の電源供給回路では、ＰＡＭ制御部（5）からパルス信号を所定の周期で出力させることで、スイッチング素子（S）のＯＮ−ＯＦＦ状態が切り換えられる。これにより、整流回路（12）の入力電流の波形が正弦波に近づき、入力電流の高調波成分が低減される。このようなＰＡＭ制御において、例えば外乱等によって整流回路（12）の入力電流の波形が歪むと、入力電圧のピーク付近でスイッチング素子（S）がＯＮ状態となることがあり、スイッチング素子（S）を流れる電流（ＰＡＭ電流）が急激に上昇することがある。

そこで、本発明では、上記ＰＡＭ電流が所定値を越えると、ＰＡＭ制御部（5）からのＯＮパルスの出力を停止させる。なお、上記所定値としては、スイッチング素子（S）等の他の素子を充分保護できる値に設定される。このようにＯＮパルスの出力を停止することで、スイッチング素子（S）はＯＦＦ状態となる。その結果、整流回路（12）の出力側からスイッチング素子（S）側へＰＡＭ電流が流れることがないので、スイッチング素子（S）等の故障が未然に回避される。

その後、所定時間が経過すると、ＰＡＭ制御開始部（8b）はパルス信号を再び出力させて次のようなソフトスタート制御を行う。このソフトスタート制御では、まず、所定幅よりも短い幅のＯＮパルスが出力される。なお、この所定幅は、通常時のＰＡＭ制御におけるＯＮパルスの幅である。その後、ＯＮパルスの幅が徐々に長くなり、最終的にＯＮパルスの幅が上記所定幅となると、通常のＰＡＭ制御が再開される。

以上のように、ソフトスタート制御の開始時には、比較的短い幅のＯＮパルスが出力される。従って、ソフトスタート開始時において、例えば入力電圧波形の歪みが未だに解消されていなくても、入力電圧のピーク付近でスイッチング素子（S）がＯＮ状態となることが抑制される。その結果、ＰＡＭ電流の上昇を抑制でき、スイッチング素子（S）等の保護が図られる。一方、その後には、ＯＮパルスの幅を徐々に長くして元の所定幅に戻しているため、入力電圧の波形の一時的な歪み等を解消するための時間を確保でき、この間に歪みに応じたパルス信号を出力させることもできる。従って、ＯＮパルスの幅が元の所定幅に戻って通常のＰＡＭ制御が再開されても、ＰＡＭ電流が上昇してしまうことが抑制される。

第１の発明では、ソフトスタート制御時において、ＰＡＭ電流が所定値を越える回数が所定回数以上になると、入力電流が低減される。即ち、例えば電動機等の負荷が著しく高く、力率も悪化しているような条件化においては、上記ソフトスタート制御を行ってもなおＰＡＭ電流が上昇することがある。このような場合において、ＰＡＭ電流が所定値を越える回数が所定回数以上になると、入力電流制御部（4）は、整流回路（12）の入力電流を低減させる。その結果、ＯＮ状態のスイッチング素子（S）側へ短絡するＰＡＭ電流も小さくなるので、スイッチング素子（S）等の保護が確実に図られる。

第２の発明は、交流電源（20）に接続されて交流電圧を整流する整流回路（12）と、ＯＮされて該整流回路（12）の出力電圧を短絡させるスイッチング素子（S）と、上記整流回路（12）の入力電流の波形が正弦波になるように該スイッチング素子（S）をスイッチングさせるための所定幅のＯＮパルス及びＯＦＦパルスを生成するパルス信号を所定の周期で出力するＰＡＭ制御部（5）とを備えた電源供給回路を対象とし、上記ＰＡＭ制御部（5）は、ＯＮ状態のスイッチング素子（S）へ短絡する電流値が所定値を越えると、ＰＡＭ制御部（5）からのＯＮパルスの出力を停止させるＰＡＭ制御停止部（8a）と、上記ＰＡＭ制御停止部（8a）によってＯＮパルスの出力が停止されてから所定時間が経過すると、上記所定幅よりも短い幅のＯＮパルスでパルス信号を出力し、該ＯＮパルスの幅を段階的に長くして上記所定幅に戻すソフトスタート制御を行うＰＡＭ制御開始部（8b）とを備え、上記ソフトスタート制御時に、ＯＮ状態のスイッチング素子（S）へ短絡する電流値が所定値を越える回数が所定回数以上になると、整流回路（12）の入力電流を低減させる入力電流制御部（4）を備え、上記ＰＡＭ制御部（5）は、上記ソフトスタート制御時に、上記整流回路（12）の入力電流が小さくなるに連れて上記ＯＮパルスが整流回路（12）の入力電圧のゼロクロス点に近づくように、パルス信号の出力位相を制御する位相制御部（6）を備えていることを特徴とするものである。

第２の発明では、ソフトスタート制御時に、整流回路（12）の入力電流が小さくなると、パルス信号の位相が制御される。具体的に、例えばＰＡＭ電流が所定値を越える回数が所定回数以上となって入力電流が小さくなると、位相制御部（6）は、この入力電流の低減に伴いパルス信号の位相を制御し、ＯＮパルスを入力電圧のゼロクロス点に近づける。その結果、入力電圧のピーク付近でスイッチング素子（S）がＯＮ状態となることが抑制され、ＰＡＭ電流の上昇が防止される。

第３の発明は、交流電源（20）に接続されて交流電圧を整流する整流回路（12）と、ＯＮされて該整流回路（12）の出力電圧を短絡させるスイッチング素子（S）と、上記整流回路（12）の入力電流の波形が正弦波になるように該スイッチング素子（S）をスイッチングさせるための所定幅のＯＮパルス及びＯＦＦパルスを生成するパルス信号を所定の周期で出力するＰＡＭ制御部（5）と、互いに直列に接続された２つのコンデンサ（C1,C2）を有して上記整流回路（12）の出力側に接続される平滑回路（13）とを備え、該整流回路（12）の入力側と上記２つのコンデンサ（C1,C2）の中点とが上記スイッチング素子（S）を介して接続されて倍電圧整流を行うように構成された電源供給回路を対象とし、上記ＰＡＭ制御部（5）によるパルス信号の出力開始時に、上記所定幅よりも短い幅のＯＮパルスでパルス信号を出力し、該ＯＮパルスの幅を周期的に長くして上記所定幅とするソフトスタート制御を行うＰＡＭ制御開始部（8b）を備え、上記ＰＡＭ制御部（5）は、ソフトスタート制御時において、上記２つのコンデンサ（C1,C2）のチャージ量に基づいて、上記パルス信号の出力位相と上記整流回路（12）の入力電流の波形を正弦波にするような該パルス信号の所望の位相とのずれを検出する位相差検出部（7a）と、上記位相差検出部（7a）によって検出された位相のずれをなくすように、上記パルス信号の出力位相を補正する位相補正部（7b）とを備えていることを特徴とする。

第３の発明では、ＰＡＭ制御部（5）によるパルス信号の出力開始時に、第１の発明と同様のソフトスタート制御が行われる。即ち、ＰＡＭ制御部（5）によるパルス信号の出力開始時には、ＰＡＭ電流が一時的に急上昇し易くなるが、この際には所定幅よりも短いＯＮパルスでパルス信号が出力される。このため、入力電圧のピーク付近でスイッチング素子（S）がＯＮ状態となることが回避され、ＰＡＭ電流の上昇が抑制される。その結果、電動機（30）の起動時において、スイッチング素子（S）等が故障してしまうことが抑制される。

一方、ＯＮパルスの幅を徐々に長くして所定幅とするまでの間には、一時的に上昇した入力電流が定常状態となる。従って、ＯＮパルスを所定幅としてＰＡＭ制御を行っても、ＰＡＭ電流が急激に上昇することはない。

第３の発明の電源供給回路では、スイッチング素子（S）がＯＮされることで、倍電圧整流が行われ、スイッチング素子（S）がＯＦＦされることで、全波整流が行われる。一方、このような電源供給回路において、ソフトスタート制御時に例えば入力電圧が歪んでおり、所望のタイミングでパルス信号を出力できない場合には、コンデンサ（C1,C2）のチャージ量に偏りが生じてしまう。その結果、コンデンサ（C1,C2）のチャージ量の増大に伴いコンデンサ内のリプル電圧も増大し、各コンデンサ（C1,C2）が故障してしまう虞がある。そこで、本発明のソフトスタート制御では、実際のパルス信号の出力位相と、所望の位相（入力電流の波形を正弦波とするための位相）とのずれを位相差検出部（7a）が検出し、このずれを位相補正部（7b）がなくすようにパルス信号の出力位相を補正する。

具体的に、位相差検出部（7a）は、２つのコンデンサ（C1,C2）のチャージ量に基づいて位相のずれを検出する。つまり、各コンデンサ（C1,C2）のチャージ量は、位相のずれによって変化するものである。このため、各コンデンサ（C1,C2）のチャージ量を求めることで、この位相のずれを検出することができる。そして、位相補正部（7b）は、このようにして検出した位相のずれをなくすようにパルス信号の出力位相を補正する。これにより、ソフトスタート制御時には、コンデンサ（C1,C2）のチャージ量の偏りが解消されるので、各コンデンサ（C1,C2）の故障を防止できる。また、このようなパルス信号の出力位相の補正により、パルス信号の出力のタイミングが入力電圧に対して最適なタイミングとなるので、ＰＡＭ電流の上昇を効果的に抑制できる。更に、ソフトスタート制御時には、ＯＮパルスの幅が短くなるので、各コンデンサ（C1,C2）のチャージ量も小さくなる。このため、ソフトスタート制御時には、各コンデンサ（C1,C2）のチャージ量を抑えることができ、これにより、各コンデンサ（C1,C2）が一層確実に保護される。

第４の発明は、第１乃至第３のいずれか１つの発明の電源供給回路において、上記ＰＡＭ制御部（5）は、ソフトスタート制御時に、上記ＯＮパルスが上記整流回路（12）の入力電圧のゼロクロス点に跨るように制御することを特徴とするものである。

第４の発明のソフトスタート制御では、ＯＮパルスが整流回路（12）の入力電圧のゼロクロス点に跨るように制御される。このため、ソフトスタート制御でＯＮパルスの幅を所定幅よりも短くするようにすると、ＯＮパルスが入力電圧のピークから離れることになる。従って、ソフトスタート制御時に入力電圧のピーク付近でスイッチング素子（S）がＯＮ状態となることが確実に回避され、ＰＡＭ電流の上昇が一層効果的に抑制される。

第１の発明では、スイッチング素子（S）へ短絡する電流が所定値以上となり、ＯＮパルスの出力を停止させた後に、所定幅よりも短いＯＮパルスでＯＮ−ＯＦＦパルスを出力させ、このＯＮパルスを段階的に長くして元の所定幅に戻すソフトスタート制御を行うようにしている。このため、本発明によれば、ソフトスタート制御開始時において、例えば入力電圧が歪んでいても、ＯＮパルスが入力電圧のピーク付近から外れ易くなるので、ＰＡＭ電流の上昇を抑制することができる。従って、例えばいきなり所定幅のＯＮパルスでＰＡＭ制御を再開する場合と比較して、ＰＡＭ電流の上昇を抑えることができ、スイッチング素子（S）等の素子を保護することができる。

また、第１の発明では、ソフトスタート制御時に、ＰＡＭ電流が所定値を越える回数が所定回数以上になると、整流回路（12）の入力電流を低減させるようにしている。このため、本発明によれば、電動機等の負荷が極端に高く、且つ入力電圧も極端に歪んでいるような悪条件化においても、ＰＡＭ電流の上昇を確実に抑えることができる。

更に、第２の発明では、ソフトスタート制御時に入力電流が低減されると、入力電流の低下に応じて、ＯＮパルスをゼロクロス点に近づけるようにパルス信号の位相を制御している。このため、本発明によれば、第２の発明によって入力電流を低減させることで、入力電圧のピークからＯＮパルスを遠ざけることができ、ＰＡＭ電流の上昇を一層効果的に抑えることができる。

また、第３の発明では、上記ＰＡＭ制御部（5）によるパルス信号の出力開始時において、ＯＮパルスの幅を段階的に長くして所定幅とするようにしている。このため、入力電流が比較的高くなり易いＰＡＭ制御開始時において、ＰＡＭ電流が上昇してしまうことを回避できる。その結果、電動機を安定して立ち上げることができる。

第３の発明では、いわゆる倍電圧整流が可能な電源供給回路のソフトスタート制御時において、２つのコンデンサ（C1,C2）のチャージ量に基づいて、パルス信号の出力位相のずれを適宜補正するようにしている。このため、本発明によれば、ソフトスタート制御時における２つのコンデンサ（C1,C2）のチャージ量の偏りを防止できるので、各コンデンサ（C1,C2）の容量や耐圧を必要最小限に抑えることができる。従って、コンデンサ（C1,C2）のコンパクト化、低コスト化を図ることができる。

また、このようにしてパルス信号の出力位相を補正することで、入力電圧に応じた所望のタイミングでパルス信号を出力できる。よって、ＯＮパルスが入力電圧のピーク付近に跨りにくくなりので、ＰＡＭ電流の上昇を効果的に防止できる。

第４の発明では、ソフトスタート制御において、ＯＮパルスがゼロクロス点に跨るように制御している。このため、本発明によれば、ＯＮパルスの幅を短くする際、このＯＮパルスが入力電圧のピークから遠ざかることになるので、ＰＡＭ電流の上昇を更に効果的に防止することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１に示すように、本実施形態の電源供給回路（10）は、コンバータ回路（11）と、インバータ回路（14）と、マイコン（15）とを備えている。

〈電源供給回路の構成〉
上記電源供給回路（10）は、交流電力をコンバータ回路（11）によって整流し、その直流をインバータ回路（14）によって三相交流に変換して電動機（30）へ供給するものである。この電動機（30）は、空調機の冷媒回路に設けられる圧縮機を駆動するものである。空調機の冷媒回路は、図示しないが、圧縮機と凝縮器と膨張機構と蒸発器が閉回路に接続されている。つまり、この空調機は、冷媒回路で冷媒を循環させて蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷凍装置を構成している。そして、冷房運転では、蒸発器で冷却された空気が室内へ供給され、暖房運転では、凝縮器で加熱された空気が室内へ供給される。

上記コンバータ回路（11）は、交流電源である商用電源（20）に接続され、交流電圧を整流する。このコンバータ回路（11）は、リアクトル（L）を備えると共に、ブリッジ回路（12）および平滑回路（13）を備えている。

上記ブリッジ回路（12）は、商用電源（20）に接続され、４つのダイオード（D1〜D4）がブリッジ結線されたダイオードブリッジ回路である。つまり、このブリッジ回路（12）は、本発明に係る整流回路を構成している。

上記平滑回路（13）は、上記ブリッジ回路（12）の出力側に設けられている。この平滑回路（13）は、互いに直列に接続された２つのコンデンサ（C1,C2）と、その２つのコンデンサ（C1,C2）に並列に接続された１つのコンデンサ（C3）とで構成されている。直列接続された２つのコンデンサ（C1,C2）は、上記ブリッジ回路（12）の出力端子側（図中の上側）から順に、上コンデンサ（C1）、下コンデンサ（C2）と呼ばれる。この２つのコンデンサ（C1,C2）により出力電圧（Vo）を分圧し、ブリッジ回路（12）の入力電圧（Vi）が低くても入力電流（IL）の電流を流すことができる。上記２つのコンデンサ（C1,C2）に対して並列接続されたコンデンサ（C3）は、２つのコンデンサ（C1,C2）の出力電圧（Vo）を平滑化するものである。そして、上記平滑回路（13）は、図のように上記２つのコンデンサ（C1,C2）の中点と上記商用電源（20）とが接続されていて、これにより、上記ブリッジ回路（12）との間で倍電圧整流するように構成されている。

上記リアクトル（L）は、商用電源（20）の一方の電極とブリッジ回路（12）との間に接続されている。

また、上記コンバータ回路（11）には、双方向にＯＮ−ＯＦＦ可能なスイッチング素子（S）が設けられている。このスイッチング素子（S）は、ブリッジ回路（12）における入力側と、直列接続された２つのコンデンサ（C3）の中点との間に接続されている。つまり、本実施形態のコンバータ回路（11）は、スイッチング素子（S）がＯＮされると、倍電圧整流回路に切り換わり、スイッチング素子（S）がＯＦＦされると、全波整流回路に切り換わるように構成されている。

上記インバータ回路（14）は、コンデンサ（C3）の直流電圧を三相交流電圧に変換し、電動機（30）へ供給するように構成されている。なお、このインバータ回路（14）は、図示しないが、例えば６つのスイッチング素子が三相ブリッジ状に結線された一般的な構成となっている。

電源供給回路（10）には、ブリッジ回路（12）の入力電圧（Vi）を検出する電圧検出回路（16）と、入力電流（IL）を検出する電流検出回路（17）とが設けられている。また、電源供給回路（10）には、上記平滑回路（13）の上下コンデンサ（C1,C2）の直列状態での電圧（V0）を検出する上下コンデンサ電圧検出回路（18）と、下コンデンサ（C2）の電圧（V2）を検出する下コンデンサ電圧検出回路（19）とが設けられている。更に、電源供給回路（10）には、ＰＡＭ電流検出回路（15）が設けられている。ＰＡＭ電流検出回路（15）は、後述のＰＡＭ制御において、ブリッジ回路（12）の出力側からＯＮ状態のスイッチング素子（S）側へ短絡する電流（ＰＡＭ電流）（Is）を検出するものである。このＰＡＭ電流検出回路（15）は、スイッチング素子（Ｓ）側の電流経路に設けられている。

〈マイコンの構成〉
上記マイコン（15）は、インバータ回路（14）のスイッチング制御や、コンバータ回路（11）のＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation：パルス振幅変調）制御を行うものである。具体的に、マイコン（15）は、インバータ制御部（4）とＰＡＭ制御部（5）とを備えている。

インバータ制御部（4）は、上記インバータ回路（14）のスイッチング素子を適宜制御することで、インバータ回路（14）の出力周波数を変更するものである。このようなインバータ制御部（4）による出力周波数の制御により、整流回路（12）の入力電流が変更可能となっている。つまり、インバータ制御部（4）は、整流回路（12）の入力電流を制御する、入力電流制御部を構成している。

ＰＡＭ制御部（5）は、ゼロクロス検出部（5a）と、ＰＡＭ波形出力部（5b）と、タイマー部（5c）を備えている。

上記ゼロクロス検出部（5a）は、図２に示すように、電圧検出回路（16）によって検出された入力電圧（Vi）に応じてゼロクロス信号を出力するように構成されている。具体的に、ゼロクロス検出部（5a）は、入力電圧（Vi）が所定値より低いとＯＮ信号を出力し、所定値以上になるとＯＦＦになる。つまり、このＯＮ信号の立ち下がり位置（以下、立ち下がり位置という。）をもって、入力電圧（Vi）がゼロクロス点Ｐに向かって所定値以上に上昇したことが検出される。従って、その立ち下がり位置とゼロクロス点Ｐとは、一定の時間差（tzwav）がある。

上記タイマー部（5c）は、図３に示すように、ゼロクロス検出部（5a）の立ち下がり位置が検出されると、カウントがスタートする。そして、タイマー部（5c）は、ゼロクロス検出部（5a）の次の立ち下がり位置が検出されると、カウントがリセットされて再スタートする。このように、タイマー部（5c）は、ゼロクロス検出部（5a）の立ち下がり位置の検出毎に、リセットされてカウントを開始する。

上記ＰＡＭ波形出力部（5b）は、図３に示すように、スイッチング素子（S）をスイッチングするためのパルス信号（以下、ＰＡＭ波形と称する）を出力するものである。そして、ＰＡＭ波形出力部（5b）は、入力電流（IL）の波形が入力電圧（Vi）と同じ正弦波形になる（近似する）ように、ＰＡＭ波形を出力する。具体的に、ＰＡＭ波形出力部（5b）は、ゼロクロス検出部（5a）の立ち下がり位置の検出毎に、タイマー部（5c）のカウントを用いて、所定のタイミング（出力タイミング）でＰＡＭ波形を出力する。つまり、入力電圧のゼロクロス点Ｐ（即ち、ゼロクロス検出部（5a）の立ち下がり位置から最初のゼロクロス点）を基準にして所定のタイミングでＰＡＭ波形が出力される。

図３に示すように、上記ＰＡＭ波形出力部（5b）は、ゼロクロス点毎に、５つのパルスから成るパルス群が生成されるようにＰＡＭ波形を出力する。このパルス群は、中央のパルス１（ＯＮパルス）が他の４つのパルス２〜５より幅広に形成され、そのパルス１を基準に対称形になっている。そして、このパルス群は、図３に示す寸法ｔｗ１〜ｔｗ５が設定されている。

また、上記ＰＡＭ波形出力部（5b）は、中央のパルス１が常にゼロクロス点Ｐを跨って生成されるようにＰＡＭ波形を出力する。そして、ＰＡＭ波形出力部（5b）は、立ち下がり位置が検出されると、まず最初にＯＦＦパルスを出力し、その後ＯＮパルスおよびＯＦＦパルスを交互に出力するように出力タイミングが設定されている。このように、本実施形態では、入力電圧（Vi）の半周期の間に複数のパルス（ＯＮパルス）が生成される、いわゆるマルチパルス制御が行われる。

また、ＰＡＭ制御部（5）は、位相制御部（6）を備えている。位相制御部（6）は、電流検出回路（17）で検出される入力電流（IL）に応じて、ＰＡＭ波形出力部（5b）から出力されるＰＡＭ波形の出力位相を制御するものである。この位相制御部（6）は、ＰＡＭ波形の位相を適宜変化させることで、入力電流に重畳する高調波成分を低減させる。この位相制御部（6）は、設定部（6a）及び算出部（6b）を備えている。

図５に示すように、設定部（6a）には、ブリッジ回路（12）の入力電流（IL）と、位相制御部（6）の位相制御量とが設定可能となっている。具体的に、設定部（6a）は、NO.0〜NO.8までのデータ入力欄を有している。そして、設定部（6a）では、入力電流（IL）と、該入力電流（IL）に対応する最適な位相制御量からなる１組のデータが、各データ入力欄にそれぞれ入力される。また、設定部（6a）では、各データ入力欄に入力されるデータが適宜更新可能となっている。

算出部（6b）は、設定部（6a）に設定された複数組のデータに基づいて、位相制御部（6）の位相制御量を算出するものである。具体的に、算出部（6b）は、設定部（6a）の入力データに基づいて、入力電流と位相制御量との関係式を作成する。そして、算出部（6b）は、このように得られた関係式から、入力電流（IL）に応じたＰＡＭ波形の位相制御量を算出する。位相制御部（6）によるＰＡＭ波形の位相制御方法の詳細は後述する。

また、ＰＡＭ制御部（5）は、位相差検出部（7a）と位相補正部（7b）とを備えている。位相差検出部（7a）は、上下コンデンサ（C1,C2）のチャージ量に基づいて、ＰＡＭ波形の出力位相と、所望の位相（入力電流の波形を正弦波とするための最適な位相）とのずれを検出するものである。具体的に、位相差検出部（7a）は、上下コンデンサ（C1,C2）の電圧差に基づいて、上述のずれを検出する。一方、位相補正部（7b）は、上記位相差検出部（7a）の検出結果に基づいて、ＰＡＭ波形の出力位相を補正する。このようなＰＡＭ波形の出力位相の補正方法の詳細は後述する。

更に、ＰＡＭ制御部（5）は、ＰＡＭ制御停止部（8a）とＰＡＭ制御開始部（8b）とを備えている。ＰＡＭ制御停止部（8a）は、後述のＰＡＭ制御において、スイッチング素子（S）へ短絡するＰＡＭ電流（Is）が所定値を超えると、ＰＡＭ波形出力部（5b）からのＯＮパルスの出力を停止させるものである。つまり、ＰＡＭ制御停止部（8a）は、ＰＡＭ電流が過電流となるとＰＡＭ制御を強制的に停止させ、スイッチング素子（S）やダイオード（D1〜D4）等の素子を保護する。ＰＡＭ制御開始部（8b）は、ＰＡＭ波形の出力開始時において、ソフトスタート制御を行うものである。具体的に、ＰＡＭ制御開始部は、上記ＰＡＭ制御停止部（8a）によってＯＮパルスの出力が停止されてから所定時間が経過した後、あるいは電動機（30）を起動してから入力電流（IL）が所定値に至るとソフトスタート制御を行う。ソフトスタート制御の詳細は後述するものとする。

−ＰＡＭ制御の基本動作−
次に、具体的なＰＡＭ制御の基本動作について、図３及び図４を参照しながら説明する。

図３に示すように、ゼロクロス検出部（5a）によってゼロクロス信号の立ち下がり位置が検出されると、タイマー部（5c）のカウントがスタートする。そうすると、ＰＡＭ波形出力部（5b）によって、パルス信号が所定のタイミングで出力される。具体的には、図４に示すように、先ず、タイマー部（5c）のカウントが「ｔ１」になると、ＯＦＦパルスが出力される。続いて、タイマー部（5c）のカウントが「ｔ２」、「ｔ３」、・・・「ｔ１８」、「ｔ１９」になる毎に、ＯＮ信号とＯＦＦ信号とが交互に出力される。これにより、入力電圧の１周期の分のＰＡＭ波形が出力されることになる。

そして、次のゼロクロス信号の立ち下がり位置が検出されると、タイマー部（5c）のカウントがリセットされて再スタートする。そうすると、上述したタイミングと同じタイミングでパルス信号が交互に出力される。ここで、ＯＮパルスはゼロクロス点Ｐを跨いで生成されるため、設定通りにＯＦＦパルスから出力することができる。従って、目標とするＰＡＭ波形を確実に生成することができる。以上のようにして、ＰＡＭ波形が出力されると、ブリッジ回路（12）の入力電流の波形が、入力電圧の波形、即ち正弦波形に近づくものとなる。その結果、電源供給回路（10）では、入力電流の高調波成分が低減される。

〈入力電流に応じた位相制御動作〉
ところで、このような電源供給回路（10）では、空調機の負荷（圧縮機の運転周波数等）に応じて入力電流（IL）が変動する。この入力電流の変動に伴い入力電流の波形が変形してしまうと、パルス信号を入力電流に対して最適なタイミングで出力できなくなり、高調波電流を充分抑制できないことがある。そこで、本実施形態では、以下のような手順により、入力電流の変動に併せてＰＡＭ波形の位相を適宜変化させるようにしている。

まず、空調機の出荷時においては、設定部（6a）に予めデータを設定する設定ステップが行われる。図５に示すように、設定ステップでは、NO.0〜NO.8までのデータ入力欄毎に、所定の入力電流（以下、設定入力電流と称する）が入力される。この際、NO.0のデータ入力欄には、設定入力電流として０が入力される。また、他のデータ入力欄には、NO.1からNO.8へ順に設定入力電流が大きくなるよう、各入力電流が入力される。同時に、各データ入力欄には、位相制御部（6）の位相制御量（以下、設定位相制御量）が入力される。この際、NO.0のデータ入力欄には、設定位相制御量として０が入力される。また、他のデータ入力欄には、各設定入力電流に対応する最適な位相制御量が入力される。この位相制御量は、図３に示すパルス信号のパルス１の中間位置がゼロクロス点Ｐと一致する状態を基準（位相制御量＝０）とした場合に、この基準からパルス信号の位相をどれだけずらすかを示す制御量である。

また、設定部（6a）に入力される各設定位相制御量は、設定ステップ前に予め実験的に求められるものである。即ち、設定ステップの前には、入力電流（IL）に対応するＰＡＭ波形の最適な位相制御量を求めるために空調機を試運転させる。試運転時には、入力電流（IL）を所定値としながら、ＰＡＭ波形の位相制御量を適宜変化させ、この際のブリッジ回路（12）の高調波電流を測定する。そして、試運転では、所定の入力電流において、測定される高調波電流が最小となる、あるいは所定値以下となるようなＰＡＭ波形の位相制御量が求められる。このような試運転では、入力電流（IL）を適宜変更させながら、高調波電流を低減可能とする位相制御量が順に求められる。設定部（6a）には、以上のようにして得られた位相制御量が、各入力電流に対応するように入力される。例えば試運転において、入力電流が４Ａとなる際の最適な位相制御量が３８０μsecである場合には、図５に示すように、NO.1のデータ入力欄に設定位相制御量として３８０μsecが入力される。

以上のようにして、設定部（6a）の各データ入力欄には、入力電流、及びこの入力電流に対応する位相制御量が設定される。なお、各データ入力欄の各設定入力電流の範囲は、電源供給回路（10）の定格入力電流を含むように設定される。また、各データ入力欄の設定入力電流は、電源供給回路（10）の定格入力電流に比較的近い範囲において、その設定数を多くするのが好ましい。具体的に、図５の例では、電源供給回路（10）の定格入力電流が２５Ａであるのに対し、この２５Ａに近い範囲（２０〜３０Ａの範囲）に設定入力電流を多く入力するようにしている。また、NO.0のデータ入力欄には、入力電流及び位相制御量として必ずしも０を入力しなくても良い。

更に、設定部（6a）では、設定位相制御量に上限値が定められている。この位相制御量の上限値は、図３に示すパルス信号のパルス１（ＯＮ信号）が、ゼロクロス点Ｐから外れてしまうのを制限するものである。つまり、パルス信号の位相制御量が大きくなり過ぎると、ゼロクロス点Ｐが例えばパルス１とパルス３の間のＯＦＦパルスに跨ってしまう虞がある。このような場合、上述したＰＡＭ波形の出力動作では、ゼロクロス信号の立ち下がり位置が検出されてからタイマー部（5c）のカウントがスタートした後に、ＯＮパルス（パルス１）が出力できないという不具合が生じる。そこで、このような不具合を回避すべく、位相制御部（6）の位相制御量には、上限値が設けられている。具体的に、この上限値は、パルス１の幅ｔｗ１の半分（１／２ｔｗ１）より小さい値となっている。従って、設定部（6a）では、仮に１／２ｔｗ１以上の位相制御量が入力されてもこの値は設定されない。つまり、設定部（6a）では、上限値を超える位相制御量の設定が禁止されている。

設定ステップの後には、関係式作成ステップが行われる。関係式作成ステップでは、設定部（6a）に設定された複数組のデータに基づいて、設定入力電流と設定位相制御量との関係式が作成される。具体的には、算出部（6b）は、データ入力欄のナンバーが前後する２組のデータ毎に、設定入力電流と設定位相制御量の関係式（直線式）が作成される。つまり、図６に示すように、算出部（6b）は、設定入力電流が互いに前後する各データについて、その間を直線式で結ぶようにして、入力電流と位相制御量との関係式が作成する。

実際の空調機の運転時には、以上のようにして得られた関係式に基づいて、ＰＡＭ波形の位相制御が行われる。具体的に、上述したＰＡＭ波形の出力動作時において、例えば空調機の負荷が増大すると、電流検出回路（17）で検出される入力電流（IL）も大きくなる。このような場合、算出ステップでは、算出部（6b）が入力電流（IL）に対応する位相制御量Δｔを上記関係式を用いて算出する。具体的に、例えば図６に示す関係式を用いる場合、検出された入力電流（IL）が２０Ａであると、位相制御量Δｔは６６０μsecとなる。また、例えば検出された入力電流（IL）が１８Ａである場合、No.3及びNo.4の間の直線式を用いて位相制御量Δｔが算出される。即ち、算出部（6b）では、検出された入力電流（IL）が設定部（6a）の各データ間にある場合、直線補完によって位相制御量Δｔを算出する。

図７に示すように、位相制御部（6）は、算出ステップで得られた位相制御量Δｔ分だけ、ＰＡＭ波形の位相を右側にずらすようにする。つまり、位相制御部（6）は、ゼロクロス点Ｐからパルス１の中間位置が右側にΔｔずれるように、ＰＡＭ波形の位相を変更する。このような位相制御は、上述したタイマー部（5c）によるパルス信号の出力ｔ１、ｔ２、・・・ｔ１９までのカウントを、ｔ１＋Δｔ、ｔ２＋Δｔ、・・・ｔ１９＋Δｔというように補正することで実現される。

以上のようにして、位相制御部（6）は、入力電流（IL）の変動に応じて位相制御部（6）のＰＡＭ波形を適宜制御する。その結果、入力電流に対して最適なタイミングでＰＡＭ波形が出力されるので、入力電流に重畳する高調波成分が効果的に低減される。

〈チャージ量に応じた位相補正動作〉
例えば、外乱等によって入力電圧波形に歪みが生じてしまうと、上述のゼロクロス検出部（5a）によってゼロクロス点Ｐの位置を正確に検出できないことがある。従って、このような場合には、検出されたゼロクロス点Ｐが、入力電圧の実際のゼロクロス点Ｐ’に対してずれてしまうことがある。その結果、ＰＡＭ波形の出力位相も、所望とする位相からずれてしまうことがある。

具体的に説明すると、例えば図８の例では、検出されたゼロクロス点Ｐと実際のゼロクロス点Ｐ’とが一致している。ＰＡＭ波形は、検出されたゼロクロス点Ｐを基準に出力されるので、この場合には入力電圧に対して所望とするタイミングでＰＡＭ波形が出力されることになる。一方、図９の例では、実際のゼロクロス点Ｐ’に対して、検出されたゼロクロス点ＰがΔｔ１だけ前にずれてしまっている。この場合には、ＰＡＭ波形の出力位相が入力電圧に対してΔｔ１だけ遅れてしまう。その結果、入力電圧に対して所望とするタイミングでＰＡＭ波形を出力できなくなる。

以上のようにしてＰＡＭ波形の出力位相にずれが生じると、平滑回路（13）の２つのコンデンサ（C1,C2）のチャージ量に偏りが生じてしまうことがある。具体的には、ＰＡＭ波形の位相がΔｔ１遅れる場合（図９の場合）と、ＰＡＭ波形の位相が遅れていない場合（図８の場合）とで比較すると、図９において最初の半周期では上コンデンサ（C1）の電圧Ｖ_１が急上昇する一方、次の半周期では下コンデンサ（C2）の電圧Ｖ_２が急上昇している。このように、ＰＡＭ波形の位相がずれると、各コンデンサ（C1,C2）の電圧が半周期毎に互い違いに急上昇し、各コンデンサ（C1,C2）のチャージ量が偏ってしまう。その結果、上下コンデンサ（C1,C2）のリプル電圧が増大するので、このようなリプル電圧に対応できるようにコンデンサ（C1,C2）の容量を増大したり、耐圧性を向上したりする必要がある。

そこで、本実施形態では、このような各コンデンサ（C1,C2）のチャージ量の偏りを解消すべく、ＰＡＭ波形の出力位相を次のようにして補正している。

図９に示すようにＰＡＭ波形の出力位相にずれが生じる際、上記位相差検出部（7a）は、上下コンデンサ（C1,C2）の電圧差を算出する。具体的に、位相差検出部（7a）は、上下コンデンサ電圧検出回路（18）で検出された上下コンデンサ（C1,C2）の直列状態での電圧Ｖoから上記下コンデンサ電圧検出回路（19）で検出された下コンデンサ（C2）の電圧Ｖ_２を引いて、上コンデンサ（C1）の電圧Ｖ_１を求める。そして、下コンデンサ（C2）の電圧Ｖ_２から上コンデンサ（C1）の電圧Ｖ_１を引いて、上下コンデンサ（C1,C2）間の電圧差ΔＶを求める。ここで、位相差検出部（7a）は、入力電圧の一周期内において、ＰＡＭ波形が出力されておらずコンデンサ電圧の変化が少ない部分でのΔＶの変化に基づいてＰＡＭ波形の位相のずれを判別する。

具体的には、位相差検出部（7a）では、図９に示すように、入力電圧の一周期内において、上記ＰＡＭ波形が出力されておらず、ΔＶがほぼフラットになっている部分I、IIで、ΔＶがどのように変化しているのかを見る。このΔＶは、ＰＡＭ波形の位相のずれがほとんどなく、入力電圧の半周期内でＰＡＭ波形出力時のＰＡＭ電流のバランスがとれている場合には、ほとんど変化しない。一方、このΔＶは、ＰＡＭ波形の位相のずれが大きく、入力電圧の半周期内でＰＡＭ波形出力時のＰＡＭ電流が一方に偏っている場合には、大きく変化する。図９を用いてより詳しく説明すると、上記ΔＶの変化量が正の場合（ΔＶが増えた場合）には、ゼロクロス点Ｐの直後のＰＡＭ波形のＰＡＭ電流がその後のＰＡＭ波形のＰＡＭ電流よりも大きくなるため、そのときのＰＡＭ波形の位相は目標とするＰＡＭ波形に対して遅れていることになる。逆に、上記ΔＶの変化量が負の場合（ΔＶが減少した場合）には、ゼロクロス点Ｐの直後のＰＡＭ波形によるＰＡＭ電流がその後のＰＡＭ波形によるＰＡＭ電流よりも小さいため、ＰＡＭ波形の位相が目標とするＰＡＭ波形に対して進んでいることになる。なお、図９のＩ、IIの部分は、それぞれ、上下コンデンサ（C1,C2）の充電期間であり、本発明のスイッチング素子（S）がＯＦＦ状態の一定期間に相当する。

そのため、このΔＶの増減によって、また、その増減量によって、ＰＡＭ波形が目標とするＰＡＭ波形からどのくらい進んでいるのか若しくはどのくらい遅れているのかを判別することができる。

上記位相補正部（7b）は、上記位相差検出部（7a）によって検出されたＰＡＭ波形の位相のずれに基づいて、ゼロクロス点ＰからＰＡＭ波形を出力するまでの時間を補正する。具体的には、図１０に示すように、位相補正部（7b）は、ΔＶの変化量ΔＶ’に応じて決められたＰＡＭ波形の位相補正量を用いて、ゼロクロス信号の立ち下がり位置からの時間を補正するようにしている。なお、図１０において、位相補正を行わない不感帯よりも上側の値が位相を遅らせる側の補正値であり、不感帯よりも下側の値が位相を進める側の補正値である。

以下には、ＰＡＭ波形の位相のずれを補正する場合の動作の具体例を図１１に示すフローを用いて説明する。

図１１のフローがスタートすると、まずステップＳ１で、上記上下コンデンサ（C1,C2）の電圧Ｖｏと下コンデンサ（C2）の電圧Ｖ_２とを検出する。そして、このＶｏ、Ｖ_２から、上コンデンサ（C1）の電圧Ｖ_１を求め（ステップＳ２）、これらのＶ_１及びＶ_２から上下コンデンサ（C1,C2）の電圧差ΔＶ（＝Ｖ_２−Ｖ_１）を算出する（ステップＳ３）。

続くステップＳ４では、上記ΔＶの変化量ΔＶ’を求める。具体的には、入力電圧の一周期において、ＰＡＭ波形が出力されない部分の上記ΔＶの変化をΔＶ’として求める。そして、求めたΔＶ’が上記図１０においてどの領域に入るのかを続くステップＳ５〜Ｓ１０で判定する。ここで、上記ΔＶ’は、ΔＶが増加した場合には正の値とし、ΔＶが減少した場合には負の値とする。

ステップＳ５で、まず、上記ΔＶ’が８０Ｖよりも大きいかどうかを判定し、大きいと判定された場合（ＹＥＳの場合）には、ＰＡＭ波形の位相を遅らせる必要があるため、続くステップＳ１１で現在のＰＡＭ波形よりも３００μｓ分、位相を遅らせる。一方、上記ΔＶ’が８０Ｖ以下であると判定された場合（ＮＯの場合）には、ステップＳ６に進んで上記ΔＶ’が５０Ｖよりも大きいかどうかを判定する。このΔＶ’が５０Ｖよりも大きいと判定された場合（ＹＥＳの場合）にはステップＳ１２で現在のＰＡＭ波形よりも１００μｓ分、位相を遅らせる。一方、上記ΔＶ’が５０Ｖ以下であると判定された場合（ＮＯの場合）には、ステップＳ７に進んで、該ΔＶ’が２０Ｖよりも大きいかどうかの判定を行う。

上記ステップＳ７で上記ΔＶ’が２０Ｖよりも大きいと判定された場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ１３で現在のＰＡＭ波形よりも５０μｓ分、位相を遅らせる一方、上記ΔＶ’が２０Ｖ以下であると判定された場合（ＮＯの場合）には、ステップＳ８に進んで、上記ΔＶ’が−１００Ｖよりも小さいかどうかの判定を行う。ΔＶ’が−１００Ｖよりも小さいと判定された場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ１４に進んで、現在のＰＡＭ波形よりも３００μｓ分、位相を進める一方、上記ΔＶ’が−１００Ｖ以上であると判定された場合（ＮＯの場合）には、ステップＳ９に進む。

上記ステップＳ９では、上記ΔＶ’が−７０Ｖよりも小さいかどうかの判定を行う。このステップＳ９で、上記ΔＶ’が−７０Ｖよりも小さいと判定された場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ１５に進んで現在のＰＡＭ波形よりも１００μｓ分、位相を進める一方、上記ΔＶ’が−７０Ｖ以上であると判定された場合（ＮＯの場合）には、ステップＳ１０に進んで上記ΔＶ’が−３０Ｖよりも小さいかどうかの判定を行う。このΔＶ’が−３０Ｖよりも小さいと判定された場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ１６に進んで現在のＰＡＭ波形よりも５０μｓ分、位相を進める一方、上記ΔＶ’が−３０Ｖ以上であると判定された場合（ＮＯの場合）には、該ΔＶ’は、−３０Ｖ以上で且つ２０Ｖ以下であり、上記図１０において不感帯の領域に該当するため、そのままこのフローを終了してスタートへ戻り（リターン）、再びこのフローを開始する。なお、上記ステップＳ１１〜Ｓ１６でＰＡＭ波形の位相を補正した後もこのフローを終了してスタートへ戻り（リターン）、再びこのフローを開始する。

以上のようにして、ＰＡＭ波形の出力位相の補正が適宜行われることで、例えば図９に示すような位相のずれが、図８に示すように解消される。その結果、各コンデンサ（C1,C2）のチャージ量の偏りが解消されるので、各コンデンサ（C1,C2）の容量や耐圧を大きくする必要がなくなる。

〈ソフトスタート制御〉
ところで、例えば外乱等に起因して入力電流が急激に歪むような場合には、入力電流の実際のゼロクロス点Ｐ’に対して、検出したゼロクロス点Ｐが更に大きくずれてしまうこともある（例えば図１２のΔｔ２）。このような現象が突然生じると、ＰＡＭ波形の出力位相も、所望とする位相から大きく外れてしまう。その結果、同図に示すように、入力電圧のピーク付近にＰＡＭ波形のＯＮパルスが跨ってしまい、ＰＡＭ電流が急上昇してしまうことがある。このようにしてＰＡＭ電流が急激に上昇すると、スイッチング素子（S）やダイオード（D1〜D4）等の素子が故障してしまう。また、各コンデンサ（C1,C2）の電圧が急激に上昇することにより、空調機が強制的に停止してしまうこともある。

そこで、ＰＡＭ制御停止部（8a）は、このようにしてＰＡＭ電流が急激に上昇すると、ＰＡＭ波形のＯＮパルスの出力を停止させ、ＰＡＭ制御を強制的に終了させる。具体的に、ＰＡＭ制御停止部（8a）には、ＰＡＭ電流の上限電流値（Imax）が予め設定されている。この上限電流値（Imax）は、スイッチング素子（S）等を充分保護できるような電流値（過電流保護値）である。そして、ＰＡＭ制御中において、上記ＰＡＭ電流検出回路（15）で検出したＰＡＭ電流（Is）が上限電流値（Imax）を越えると、ＰＡＭ波形のＯＮパルスの出力が停止する。つまり、ＰＡＭ電流（Is）が上限電流値（Imax）を越えた後には、ＯＦＦパルスが出力されてそのままの状態が保持される。従って、その後には、本来のＰＡＭ波形（図１２の点線で示す波形）が生成されない。なお、本実施形態におけるＯＮパルスの出力停止時間は、少なくとも所定の待ち時間（例えば１０ms）を経過した後であって、次のゼロクロス点Ｐを越えるまでの時間となっている。

このようなＯＮパルスの出力停止時間が経過すると、ＰＡＭ制御開始部（8b）は、ＰＡＭ波形の出力を再開させる。ここで、このようにＰＡＭ制御を再開する際には、未だ入力電圧波形の歪みが解消されていないこともある。従って、このような条件下でＰＡＭ波形の出力を再開したとしても、やはり入力電圧のピーク付近にＰＡＭ波形のＯＮパルスが跨ってしまい、ＰＡＭ制御停止直前と同じタイミングで再びＰＡＭ電流が急上昇することがある。この場合、再びＰＡＭ電流（Is）が上限電流値（Imax）を越えてしまい、同様にしてＯＮパルスの出力が停止してしまう。従って、このような入力電圧波形の歪みが周期的に継続する場合、ＰＡＭ制御停止→ＰＡＭ制御再開→ＰＡＭ制御停止→…という制御が繰り返され、本来のＰＡＭ制御を継続できないという問題が生じる。しかも、本実施形態では、入力電流の立ち下がり位置からゼロクロス点Ｐを検出し、このゼロクロス点Ｐを基点としてＰＡＭ制御を再開するようにしている。このため、ＰＡＭ制御再開時に同じタイミングでＰＡＭ電流が過電流となる場合、一方のコンデンサ（例えば下側コンデンサ（C2））のみが充電されてＰＡＭ制御が停止し、再開後に同じ下側コンデンサ（C2）のみが充電されてＰＡＭ制御が停止する、という悪循環が繰り返される。その結果、コンデンサ（C1,C2）のチャージ量、ひいてはリプル電圧が増大するため、各コンデンサ（C1,C2）の容量や耐圧を充分確保する必要性が生ずる。

そこで、本実施形態では、ＰＡＭ制御再開時におけるＰＡＭ電流の上昇を確実に回避するように、次のようなソフトスタート制御を行うようにしている。

ＯＮパルスの出力が停止された後、最初のゼロクロス点Ｐを過ぎると、ＰＡＭ制御開始部（8b）は、ＰＡＭ波形出力部（5b）からＯＮパルスを再び出力させる。ここで、ゼロクロス点Ｐを経過後の最初のＯＮ信号は、図４に示すように、タイマー部（5c）がｔ２をカウントした後にしか出力されない。従って、ソフトスタート制御の開始時の最初のＰＡＭ波形では、図１２に示すようにパルス２及びパルス４のみが生成される。そして、次のＰＡＭ波形からは、ＯＮパルス１〜５から成るパルス群が生成される。

ソフトスタート制御開始時には、ＰＡＭ制御開始部（8b）が、通常のＰＡＭ制御のＯＮパルスの幅よりも短いＯＮパルスを出力させる。具体的に、ＰＡＭ制御開始部（8b）は、中央のパルス１の幅ｔｗ１’を、通常のＯＮパルス１の幅（即ち、ＰＡＭ制御停止直前のパルス１の幅）ｔｗ１よりも短くしてＰＡＭ波形を出力させる。このため、ソフトスタート制御開始直後のパルス群の各寸法ｔｗ１’〜ｔｗ５’は、通常のパルス群の寸法ｔｗ１〜ｔｗ５よりもそれぞれ短くなる。なお、本実施形態では、通常のパルス１の幅ｔｗ１を約４０００μｓとしているのに対し、ソフトスタート制御開始直後のパルス１の幅ｔｗ１’を約５００μｓまで短くする。また、本実施形態のソフトスタート制御では、パルス１以外のＯＮパルス（パルス２〜５）の幅は固定されている。

また、ＰＡＭ制御開始部（8b）には、図１３及び図１４に示すように、ソフトスタートタイマーが設けられている。ソフトスタートタイマーは、ソフトスタート制御開始時から終了までの間の設定時間ｔｕｐをカウントする。なお、本実施形態では、この設定時間として５秒を設定している。

ソフトスタートタイマーのカウントが開始されると、上述の如くパルス１の幅をｔｗ１’としてＰＡＭ波形が出力される。図１４に示すように、カウント後しばらくの間は、パルス１の幅をｔｗ１’で固定してＰＡＭ波形が繰り返し出力される。一方、所定時間が経過した後には、パルス群の出力毎にパルス１の幅が段階的に長くなるようにＰＡＭ波形が出力される。このパルス１の幅の増大量は、ソフトスタートタイマーのカウントがｔｕｐに至ると同時に、パルス１の幅が元の通常の幅ｔｗ１に戻るように算出されている。つまり、ＰＡＭ制御開始部（8b）は、パルス１の幅ｔｗ１’（５００μｓ）を固定とする所定時間が経過した後から、ソフトスタートタイマーがｔｕｐ（５秒）をカウントするまでの間で、パルス１の幅ｔｗ１’（５００μｓ）を一定の変化量で長くさせて最終的にｔｗ１（４０００μｓ）とさせる。そして、ソフトスタートタイマーがｔｕｐをカウントした後には、ソフトスタート制御が終了して上述した通常のＰＡＭ制御が行われる。

以上のようなソフトスタート制御を行うことで、図１２に示すように、ＰＡＭ波形のＯＮパルスが、入力電圧のピーク付近に跨りにくくなる。このため、ＰＡＭ電流が上昇してしまうことが抑制され、これによりＰＡＭ電流（Is）が再び上限電流値（Imax）を越えてしまうことが回避される。また、このようなソフトスタート制御時には、上述した通常のＰＡＭ制御と同様に、パルス１がゼロクロス点Ｐを跨るように制御される。従って、パルス１の幅を短くすることで、ＰＡＭ波形のＯＮパルスが入力電圧のピークから遠ざかるようになるので、ＰＡＭ電流の上昇が効果的に抑制される。

また、ソフトスタート制御時には、上述と同様にして、ＰＡＭ波形の出力位相の補正も行われる。つまり、ソフトスタート制御では、ＰＡＭ波形のＯＮパルスの幅が適宜変更されると同時に、上記位相差検出部（7a）及び位相補正部（7b）によって、各コンデンサ（C1,C2）のチャージ量に基づいてＰＡＭ波形の出力位相のずれが補正される。従って、ソフトスタート制御が終了する時点では、ＰＡＭ波形の出力位相のタイミングが最適化されているので、パルス１の幅をｔｗ１としてもＰＡＭ電流が上昇してしまうことがない。

更に、ソフトスタート制御では、必要に応じて入力電流（IL）の制御も行われる。即ち、圧縮機の電動機（30）の負荷が極点に高く、且つ入力電圧波形の歪みも極点に大きい場合には、入力力率が悪化して入力電流も極端に大きくなることがある。このため、このような悪条件下では、上述のソフトスタート制御を行ってもなおＰＡＭ電流の上昇を抑えられないことがある。このため、ソフトスタート制御時において、ＰＡＭ電流が所定値を越える回数が所定回数以上になると、上記インバータ制御部（4）は、インバータ回路（14）の出力周波数を低減させる。その結果、ブリッジ回路（12）の入力電流（IL）が低下し、これによりＰＡＭ電流の上昇が確実に抑えられる。なお、本実施形態では、ソフトスタート制御時において、３秒間の間にＰＡＭ電流が所定電流値を超える回数が１００回以上である場合に、入力電流が低減される。

更に、ソフトスタート制御では、上述と同様に、位相制御部（6）が入力電流に応じてＰＡＭ波形の位相制御を行う。つまり、ソフトスタート制御においても、入力電流が小さくなるに連れてＯＮパルスがゼロクロス点Ｐに近づくように、ＰＡＭ波形の位相制御が行われる。よって、インバータ制御部（4）によって入力電流（IL）が低減されると、これに応じてＰＡＭ波形の位相制御量が小さくなり（図５及び図６参照）、ＯＮパルスがゼロクロス点Ｐに近づくことになる。その結果、ＰＡＭ波形のＯＮパルスが入力電圧のピークから離れることになるので、ＰＡＭ電流の上昇が更に効果的に抑制されることになる。

また、このソフトスタート制御では、ＰＡＭ波形の出力位相の制御量（補正量）が制限されている。即ち、ソフトスタート制御において、ＰＡＭ波形のパルス１の幅を短くする場合、通常のＰＡＭ制御と同様の位相制御量でＰＡＭ波形の位相を制御してしまうと、パルス１がゼロクロス点Ｐから外れてしまう虞がある。このような場合には、ゼロクロス点Ｐの直後からＯＮパルス（パルス１）を出力できなくなる。そこで、このソフトスタート制御では、パルス１の幅に応じて、ＰＡＭ波形の位相制御量の制御範囲（図１４に示すPhase min〜Phase maxの範囲）を変化させている。

具体的に、例えばソフトスタート制御の開始直後では、パルス１の幅がｔｗ１’となる。従って、パルス１の中心とゼロクロス点Ｐとが一致している状態を基準（位相制御量＝０）とした場合、ＰＡＭ波形の位相の制御範囲は−１／２ｔｗ１’より大きく、＋１／２ｔｗ１’よりも小さい範囲に制限される。つまり、Phase minを−１／２ｔｗ１’よりも大きい値とし、phase max を１／２ｔｗ１よりも小さい値とすることで、ＰＡＭ波形の位相を制御（補正）しても、パルス１が確実にゼロクロス点Ｐに跨ることになる。一方、ソフトスタート制御時に、パルス１の幅が徐々に長くなると、これに応じてPhase min〜phase maxの範囲も徐々に大きくなる。そして、パルス１の幅がｔｗ１になると、ＰＡＭ波形の位相の制御範囲は−１／２ｔｗ１より大きく、＋１／２ｔｗ１よりも小さい範囲に制限される。

−実施形態の効果−
上記実施形態では、ＰＡＭ電流（Is）が上限電流値（Imax）を越えてＯＮパルスの出力を停止させた後に、所定幅ｔｗ１よりも短いｔｗ１’の幅のＯＮパルスでＯＮ−ＯＦＦパルスを出力させ、このＯＮパルスを段階的に長くして元の所定幅ｔｗ１に戻すソフトスタート制御を行うようにしている。このため、ソフトスタート制御開始時において、ＰＡＭ波形の出力位相がずれていても、ＯＮパルスが入力電圧のピーク付近から外れ易くなるので、ＰＡＭ電流の上昇を抑制することができる。従って、例えばいきなり所定幅ｔｗ１のＯＮパルスでＰＡＭ制御を再開する場合と比較して、ＰＡＭ電流の上昇を抑えることができ、スイッチング素子（S）等の素子を保護することができる。また、過電流等によりＰＡＭ制御が停止してしまうことを回避できるので、空調機の運転を継続して行うことができる。

また、ソフトスタート制御では、ＰＡＭ電流が所定値を越える回数が所定回数以上になると、整流回路（12）の入力電流を低減させるようにしている。このため、電動機（30）の負荷が極端に高く、且つ入力電圧も極端に歪んでいるような悪条件化においても、ＰＡＭ電流の上昇を確実に抑えることができる。更に、このソフトスタート制御時に、入力電流が低減されると、位相制御部（6）が、入力電流の低下に応じて、ＯＮパルスをゼロクロス点に近づけるようにＰＡＭ波形の出力位相を制御している。このため、入力電圧のピークからＯＮパルスを遠ざけることができ、ＰＡＭ電流の上昇を一層効果的に抑えることができる。

更に、ソフトスタート制御では、２つのコンデンサ（C1,C2）のチャージ量（電圧差ΔＶ）に基づいて、ＰＡＭ波形の出力位相のずれを適宜補正するようにしている。このため、ソフトスタート制御時における各コンデンサ（C1,C2）のチャージ量の偏りを防止できるので、各コンデンサ（C1,C2）の容量や耐圧を必要最小限に抑えることができる。従って、コンデンサ（C1,C2）のコンパクト化、低コスト化を図ることができる。

また、このようにしてＰＡＭ波形の出力位相を補正することで、入力電圧に応じた所望のタイミングでＰＡＭ波形を出力できる。よって、ソフトスタート制御中、及び通常のＰＡＭ制御の再開時において、ＯＮパルスが入力電圧のピーク付近に跨りにくくなりので、ＰＡＭ電流の上昇を効果的に防止できる。

更に、ソフトスタート制御では、パルス１のＯＮパルスがゼロクロス点Ｐに跨るように制御している。このため、ＯＮパルスの幅を短くする際、このＯＮパルスが入力電圧のピークから遠ざかることになるので、ＰＡＭ電流の上昇を更に効果的に防止することができる。

《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

上記実施形態では、ＰＡＭ電流（Is）が上限電流値（Imax）を越えてＰＡＭ制御が停止された後に、ソフトスタート制御を行うようにしている。しかしながら、このソフトスタート制御を、電動機（30）（圧縮機）の立ち上げ時、即ち空調機の運転開始時に行うようにしても良い。具体的に、電動機（30）を起動して入力電流が所定値に至ると、ＰＡＭ波形出力部（5b）からＰＡＭ波形を出力させる。このようなＰＡＭ波形の出力開始時において、ＰＡＭ制御開始部（8b）が、所定幅ｔｗ１よりも短い幅ｔｗ１’のＯＮパルス（パルス１）でＰＡＭ波形を出力させ、このＯＮパルス（パルス１）の幅を周期的に長くして所定幅ｔｗ１とするソフトスタート制御を行うようにしても良い（図１３及び図１４参照）。また、この場合にも、上述したようなＰＡＭ波形の出力位相の制御（補正）を行っても良いし、必要に応じて入力電流を低減するようにしても良い。これにより、ＰＡＭ電流が一時的に高くなり易いＰＡＭ波形の出力開始時において、ＰＡＭ電流が上昇してしまうのを確実に防止でき、電動機（30）を安定して立ち上げることができる。なお、ＰＡＭ波形の出力開始のタイミングは、電動機（30）の起動と同時であっても良い。

また、上記実施形態のソフトスタート制御では、パルス２〜５の幅を固定して、パルス１の幅だけを適宜変更するようにしているが、例えばパルス１の幅を固定する一方、他のパルス２〜５の幅を適宜変更しても良いし、全てのＯＮパルス、あるいは任意のＯＮパルスの幅を適宜変更するようにしても良い。

また、上記実施形態では、ゼロクロス点毎に生成するパルス群を５つのパルスから構成するようにしたが、これに限らず、７つや９つのパルスによって構成するようにしても良い。また、パルス群は、奇数のパルス数に限らず、偶数のパルス数で構成するようにしても良い。

更に、上記実施形態では、ゼロクロス信号の立ち下がり位置からタイマー部（5c）のカウントをスタートさせるようにしたが、本発明はこれに限るものではない。例えば、ゼロクロス検出部（5a）がゼロクロス点Ｐそのものを検出するように構成され、そのゼロクロス点Ｐからタイマー部（5c）のカウントをスタートさせるようにしても良い。

また、上記実施形態の電源供給回路を、例えば庫内の冷蔵や冷凍を行う冷凍装置の圧縮機等に適用しても良いし、空気を送風するファン等の圧縮機以外の機器に適用しても良い。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、ＰＡＭ制御を行う電源供給回路において、スイッチング素子へ短絡するＰＡＭ電流の上昇を抑制する対策として有用である。

実施形態に係る電源供給回路の全体構成を示す配線系統図である。 入力電圧とゼロクロス信号との関係を示す波形図である。 ＰＡＭ波形の出力状態を示す波形図である。 ＰＡＭ波形の出力タイミングを説明するための波形図である。 設定部に入力される入力電流、及び位相制御量を示す表である。 算出部で作成される関係式をグラフで表したものである。 位相制御された状態のＰＡＭ波形の出力状態を示す波形図である。 位相がずれていない場合のＰＡＭ電流と上下コンデンサとの関係を示す波形図である。 位相がずれた場合のＰＡＭ電流と上下コンデンサの電圧との関係を示す波形図である。 上下コンデンサの電圧差の変化量に対する位相補正量を示す図である。 上下コンデンサの電圧差の変化量に応じて行われる位相補正制御を示すフローチャートである。 ソフトスタート制御の開始前及び開始後におけるＰＡＭ波形及びＰＡＭ電流の状態を示す波形図である。 ソフトスタート制御時のＰＡＭ波形の出力状態を示す波形図である。 ソフトスタート制御時のＯＮパルスの幅、及び位相制御量の制御範囲の変化を示すグラフである。

4 インバータ制御部（入力電流制御部）
5 ＰＡＭ制御部
6 位相制御部
7a 位相差検出部
7b 位相補正部
8a ＰＡＭ制御停止部
8b ＰＡＭ制御開始部
10 電源供給回路
12 ブリッジ回路（整流回路）
30 電動機
S スイッチング素子
C1 上コンデンサ（コンデンサ）
C2 下コンデンサ（コンデンサ）

Claims (4)

1. 交流電源（20）に接続されて交流電圧を整流する整流回路（12）と、ＯＮされて該整流回路（12）の出力電圧を短絡させるスイッチング素子（S）と、上記整流回路（12）の入力電流の波形が正弦波になるように該スイッチング素子（S）をスイッチングさせるための所定幅のＯＮパルス及びＯＦＦパルスを生成するパルス信号を所定の周期で出力するＰＡＭ制御部（5）と、上記整流回路（12）からの直流電圧を交流電圧に変換して電動機（30）へ供給するインバータ回路（14）とを備えた電源供給回路であって、
   上記ＰＡＭ制御部（5）は、
   ＯＮ状態のスイッチング素子（S）へ短絡する電流値が所定値を越えると、ＰＡＭ制御部（5）からのＯＮパルスの出力を停止させるＰＡＭ制御停止部（8a）と、
   上記ＰＡＭ制御停止部（8a）によってＯＮパルスの出力が停止されてから所定時間が経過すると、上記所定幅よりも短い幅のＯＮパルスでパルス信号を出力し、該ＯＮパルスの幅を段階的に長くして上記所定幅に戻すソフトスタート制御を行うＰＡＭ制御開始部（8b）とを備え、
   上記ソフトスタート制御時に、ＯＮ状態のスイッチング素子（S）へ短絡する電流値が所定値を越える回数が所定回数以上になると、上記インバータ回路（14）の出力周波数を低減させて上記整流回路（12）の入力電流を低減させる入力電流制御部（4）を備えていることを特徴とする電源供給回路。
2. 交流電源（20）に接続されて交流電圧を整流する整流回路（12）と、ＯＮされて該整流回路（12）の出力電圧を短絡させるスイッチング素子（S）と、上記整流回路（12）の入力電流の波形が正弦波になるように該スイッチング素子（S）をスイッチングさせるための所定幅のＯＮパルス及びＯＦＦパルスを生成するパルス信号を所定の周期で出力するＰＡＭ制御部（5）とを備えた電源供給回路であって、
   上記ＰＡＭ制御部（5）は、
   ＯＮ状態のスイッチング素子（S）へ短絡する電流値が所定値を越えると、ＰＡＭ制御部（5）からのＯＮパルスの出力を停止させるＰＡＭ制御停止部（8a）と、
   上記ＰＡＭ制御停止部（8a）によってＯＮパルスの出力が停止されてから所定時間が経過すると、上記所定幅よりも短い幅のＯＮパルスでパルス信号を出力し、該ＯＮパルスの幅を段階的に長くして上記所定幅に戻すソフトスタート制御を行うＰＡＭ制御開始部（8b）とを備え、
   上記ソフトスタート制御時に、ＯＮ状態のスイッチング素子（S）へ短絡する電流値が所定値を越える回数が所定回数以上になると、整流回路（12）の入力電流を低減させる入力電流制御部（4）を備え、
   上記ＰＡＭ制御部（5）は、上記ソフトスタート制御時に、上記整流回路（12）の入力電流が小さくなるに連れて上記ＯＮパルスが整流回路（12）の入力電圧のゼロクロス点に近づくように、パルス信号の出力位相を制御する位相制御部（6）を備えていることを特徴とする電源供給回路。
3. 交流電源（20）に接続されて交流電圧を整流する整流回路（12）と、ＯＮされて該整流回路（12）の出力電圧を短絡させるスイッチング素子（S）と、上記整流回路（12）の入力電流の波形が正弦波になるように該スイッチング素子（S）をスイッチングさせるための所定幅のＯＮパルス及びＯＦＦパルスを生成するパルス信号を所定の周期で出力するＰＡＭ制御部（5）と、互いに直列に接続された２つのコンデンサ（C1,C2）を有して上記整流回路（12）の出力側に接続される平滑回路（13）とを備え、該整流回路（12）の入力側と上記２つのコンデンサ（C1,C2）の中点とが上記スイッチング素子（S）を介して接続されて倍電圧整流を行うように構成された電源供給回路であって、
   上記ＰＡＭ制御部（5）によるパルス信号の出力開始時に、上記所定幅よりも短い幅のＯＮパルスでパルス信号を出力し、該ＯＮパルスの幅を周期的に長くして上記所定幅とするソフトスタート制御を行うＰＡＭ制御開始部（8b）を備え、
   上記ＰＡＭ制御部（5）は、ソフトスタート制御時において、
   上記２つのコンデンサ（C1,C2）のチャージ量に基づいて、上記パルス信号の出力位相と上記整流回路（12）の入力電流の波形を正弦波にするような該パルス信号の所望の位相とのずれを検出する位相差検出部（7a）と、
   上記位相差検出部（7a）によって検出された位相のずれをなくすように、上記パルス信号の出力位相を補正する位相補正部（7b）とを備えていることを特徴とする電源供給回路。
4. 請求項１乃至３のいずれか１つにおいて、
   上記ＰＡＭ制御部（5）は、ソフトスタート制御時に、上記ＯＮパルスが上記整流回路（12）の入力電圧のゼロクロス点に跨るように制御することを特徴とする電源供給回路。

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