JP5509454B2

JP5509454B2 - 電源装置とこれを利用する充電器

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Publication number: JP5509454B2
Application number: JP2010121674A
Authority: JP
Inventors: 隆史池辺
Original assignee: Diamond Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Diamond Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2010-05-27
Filing date: 2010-05-27
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2030-05-27
Also published as: JP2011250598A

Description

本発明は、交流電源と整流回路、ＰＦＣ回路、ＤＣ／ＤＣコンバータを備えた電源装置に関するものである。

従来より交流電源を使用し直流負荷を駆動させる電気機器においては、交流電源に商用電源を使用し、当該交流電源を力率改善回路（以下「ＰＦＣ回路」とよぶ）を介してさらに直流−直流変換回路（以下「ＤＣ／ＤＣコンバータ」とよぶ）で所望の直流電圧、及び電流を得ている。そして一般には前記交流電源とＰＦＣ回路の間にはダイオードスタック等で構成される整流回路が備えて電源装置を形成している。

上記電源装置では、高調波を抑制するためにＰＦＣ回路を含むようにしているが、前記電源装置に供給される電圧の波形が正弦波以外の矩形波や他の異形波となる場合に前記電源装置が正常に作動しないことが知られている。そしてこのような状態においても例えば特開２００７−２０２７４号公報（以下「特許文献１」）のような構成とすることで、電源装置の素子破壊等を予防しているものが知られている。

上記特許文献１の電源装置の回路図を図４に示す。図４において、特許文献１では、電源装置101は、交流電源11から入力された交流電圧Vinを所定の直流電圧に変換し、変換した出力直流電圧Voutを負荷機器16に出力する電源装置である。電源装置101は、波形検出回路111、整流素子112、力率改善回路113、DC/DC変換回路114、およびCPU115を含むようにして構成される。図４において、波形検出回路111は、図示はしないが、例えば、MPU、DSP、A/D変換器、または専用の回路などの、交流電源11からの交流電圧Vinの波形を検出するための回路から構成され、その入力端には、交流電源11が接続され、その出力端には、整流素子112の入力端およびCPU115が接続されている。

波形検出回路111は、例えば、商用電源またはUPSなどの交流電源11から入力される、電源周波数の交流電圧Vinを整流素子112の入力端に出力するとともに、その入力された交流電圧Vinの波形を検出し、交流電圧Vinの波形から矩形波などの正弦波以外の波形を検出した場合、正弦波以外の波形を検出したことを示す信号（以下、検出信号と称する）をCPU115に出力する。また、整流素子112は、例えば、ブリッジ接続された４つのダイオードにより構成され、一方の入力端には、波形検出回路111が接続され、他方の入力端には、交流電源11が接続され、その出力端には、力率改善回路113が接続されている。すなわち、整流素子112は、交流電源11から入力される、電源周波数の交流電圧Vinを整流して脈流電圧Vdinとし、力率改善回路113に出力する。

力率改善回路113の入力端には、整流素子112が接続され、その出力端には、DC/DC変換回路114が接続される。すなわち、力率改善回路113においては、その入力端に、整流素子112より出力された脈流電圧Vdinを、直流電圧Vdoutに変換し、変換した直流電圧VdoutをDC/DC変換回路114に出力する。また、力率改善回路113は、アクティブフィルタ121および平滑キャパシタ122を有する回路である。さらに、アクティブフィルタ121の入力端には、整流素子112が接続され、その出力端には、DC/DC変換回路114が接続される。すなわち、アクティブフィルタ121においては、その入力端に、整流素子112より出力された脈流電圧Vdinが印加され、平滑キャパシタ122に連続的に充放電を繰り返させることで、その出力端から直流電圧VdoutがDC/DC変換回路114に出力される。

アクティブフィルタ121は、チョークコイル131およびスイッチング素子132を有する回路である。また、チョークコイル131においては、その入力端には、整流素子112が接続され、その出力端には、DC/DC変換回路114が接続される。さらに、スイッチング素子132のドレインは、チョークコイル131とDC/DC変換回路114との接続端に、そのゲートは、CPU115に、そのソースは、整流素子112とDC/DC変換回路114との接続端に接続される。

CPU115は、波形検出回路111、スイッチング素子132のゲート、およびスイッチング素子141のゲートのそれぞれに接続され、スイッチング素子132およびスイッチング素子141のそれぞれに、所定の電圧のレベルである制御信号を供給することで、それらのスイッチング素子にスイッチング動作をさせる。すなわち、CPU115は、スイッチング素子132をスイッチング動作させることで、力率改善回路113がDC/DC変換回路114に出力する直流電圧Vdoutのレベルをほぼ一定に保つ制御をする。また、CPU115は、波形検出回路111から検出信号が入力された場合、スイッチング素子132がスイッチング動作しないように制御することで、力率改善回路113に入力された脈流電圧Vdinが、特に、力率が改善されずに、単に、平滑キャパシタ122により平滑され、その結果、特に力率が改善されていない直流電圧VdoutがDC/DC変換回路114に出力されるようにする。

すなわち、CPU115からスイッチング素子132のゲートに入力される制御信号の電圧レベルが、ローレベル（以下、適宜、単に「L」と称する）から（以下、適宜、単に「H」と称する）に変化すると、スイッチング素子132はターンオンする。一方、スイッチング素子132のゲートに入力される制御信号の電圧レベルが、「H」から「L」に変化すると、スイッチング素子132はターンオフする。

スイッチング素子132がターンオンすると、整流素子112からアクティブフィルタ121に印加される脈流電圧Vdinにより、チョークコイル131に電流I131が流れ始める。このとき、チョークコイル131には、この電流I131のレベルに応じたエネルギーが蓄積される。また、スイッチング素子132がターンオフすると、チョークコイル131は、蓄積されたエネルギーを放出することで、ターンオン時と同様の電流I131を流そうとする。このときの電流I131は、スイッチング素子132を通らずに、平滑キャパシタ122は電荷を充電することになる。さらに、スイッチング素子132が再度ターンオンすると、今度は、電流I131は、スイッチング素子132に流れ込み、平滑キャパシタ122には流れなくなる。したがって、このとき、チョークコイル131には、この電流I131のレベルに応じたエネルギーが再度蓄積され、一方、平滑キャパシタ122は電荷を放電することになる。

このようにして、スイッチング素子132がCPU115からの制御信号の電圧レベルの変化に応じてスイッチング動作を繰り返すと、上述した一連の動作が繰り返し実行され、平滑キャパシタ122は連続的に充放電を繰り返すことになる。その結果、平滑キャパシタ122の端子間に、一定レベルの直流電圧Vdoutが発生する。すなわち、力率改善回路113においては、スイッチング素子132がCPU115からの制御信号の電圧レベルの変化に応じてスイッチング動作をすることで、脈流電圧Vdinの力率を改善させるように機能し（力率改善機能）、平滑キャパシタ122が連続的に充放電を繰り返すことで、脈流電圧Vdinを平滑させるように機能する（平滑機能）。

CPU115は、波形検出回路111が交流電源11からの交流電圧Vinの波形から、例えば、矩形波などの正弦波以外の波形を検出した場合、波形検出回路111から検出信号が入力されるので、その検出信号に応じて、スイッチング素子132がターンオンしているとき、スイッチング素子132のゲートに入力する制御信号の電圧レベルを、「H」から「L」に変化させて、スイッチング素子132をターンオフさせるか、またはスイッチング素子132がターンオフしているとき、その状態を維持させることで、スイッチング素子132がターンオフした状態を維持させる。このとき、スイッチング素子132がスイッチング動作を行わないことで、力率改善回路113に入力された脈流電圧Vdinは、特に、力率が改善されずに、単に、平滑キャパシタ122により平滑され、その結果、特に力率が改善されていない一定レベルの直流電圧Vdoutが、平滑キャパシタ122の端子間に発生する。

このように、波形検出回路111によって検出される交流電圧Vinの波形が矩形波である場合、スイッチング素子132がスイッチング動作をしないように制御することで、力率改善回路113の力率改善機能を停止させることができる電源装置が提案されている。

特開２００７−２０２７４号公報

しかしながら上記従来の電源装置では次のような問題が生じている。即ち、上記特許文献１の電源装置では、波形検出回路が検出した交流電源から入力される交流電圧の波形が矩形波である場合、スイッチング素子のスイッチング動作を停止させて、力率改善機能を停止させることで電源装置を保護して動作させているが、前記交流電源から入力される交流電圧の波形が正弦波であるときと、前記交流電源から入力される交流電圧の波形が矩形波であるときとで、ＰＦＣ回路の後段に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータに入力される電圧値が一致しないことがあり、前記電源装置が所定の電圧を出力できないという問題が生じていた。

即ち、例えば上記電源装置でバッテリの充電器を構成しようとする場合において、発電機等の電源供給源が不安定な場合や電源事情の悪い海外では、入力電源に所望の正弦波形が得られないことがあり、入力する交流電圧が１００Ｖで、ＰＦＣ回路からの出力を直流４００Ｖと設計した電源装置の場合、前記特許文献１では異常時にＰＦＣ回路を停止するためにＰＦＣ回路からの出力電圧は２００Ｖにも満たない低電圧となってしまい、このために利用者が期待する充電時間では十分に充電できないと行った不都合が生じることになる。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、供給電源を直流又は交流を基準とした電源且つ電源から供給される電圧の波形が正弦波又は正弦波以外のいずれの場合であっても安定して動作する電源装置を提供することを目標とする。

上記課題を解決するために本発明は次のような構成とする。すなわち、請求項１の発明においては、交流電源を整流する整流回路を備え、当該整流回路の後段に当該整流回路からの出力を力率改善するＰＦＣ回路を備え、当該ＰＦＣ回路は少なくともスイッチング素子と平滑コンデンサを含む回路部品から構成され、当該スイッチング素子のゲートには当該スイッチング素子のオンオフ制御を行うＣＰＵが接続され、前記交流電源と前記整流回路との間には前記交流電源から出力される電圧電流波形の状態を検出する波形検出装置を配置すると共に当該波形検出装置は前記ＣＰＵにも接続されている電源装置において、前記ＰＦＣ回路は電流制御を行う力率改善動作と出力電圧の昇降圧を行う電圧変換動作を有し、前記ＣＰＵは前記波形検出装置が通常の正弦波を検出したときは力率改善動作及び電圧変換動作を、また前記波形検出装置が正弦波以外の波形を検出したときは力率改善動作を停止し電圧変換動作のみを行うよう前記スイッチング素子に制御信号を出力することを特徴とした電源装置とする。

また、請求項２の発明においては、交流電源を整流する整流回路を備え、当該整流回路の後段に当該整流回路からの出力を力率改善するＰＦＣ回路とＤＣ／ＤＣコンバータを備え、当該ＰＦＣ回路は少なくともスイッチング素子と平滑コンデンサを含む回路部品から構成され、当該スイッチング素子のゲートには当該スイッチング素子のオンオフ制御を行うＣＰＵが接続され、前記交流電源と前記整流回路との間には前記交流電源から出力される電圧電流波形の状態を検出する波形検出装置を配置すると共に当該波形検出装置は前記ＣＰＵにも接続されている電源装置において、前記ＰＦＣ回路は電流制御を行う力率改善動作と出力電圧の昇降圧を行う電圧変換動作を有し、前記ＣＰＵは前記波形検出装置が通常の正弦波を検出したときは力率改善動作及び電圧変換動作を、また前記波形検出装置が正弦波以外の波形を検出したときは力率改善動作を停止し電圧変換動作のみを行うよう前記スイッチング素子に制御信号を出力することを特徴とした電源装置とする。

上記構成においては、前記ＣＰＵは前記波形検出装置が通常の正弦波を検出したときは前記ＰＦＣ回路の出力電圧が所定の目標値となり、且つ前記ＰＦＣ回路の入力電流波形が、前記ＰＦＣ回路の入力電圧波形と位相が一致した正弦波となる様に、前記スイッチング素子をPWM制御し、前記ＣＰＵは前記波形検出装置が正弦波以外の波形を検出したときは前記ＰＦＣ回路の出力電圧が所定の目標値となる様に、前記スイッチング素子をPWM制御するようにしてもよい。また、前記ＰＦＣ回路は少なくともコイルと前記スイッチング素子、前記平滑コンデンサで構成してもよい。また、前記交流電源は複数種類の電圧を出力し、前記ＰＦＣ回路の出力電圧値は前記交流電源から出力される複数種類の電圧のいずれかの場合でも所定の出力電圧値になるようにしてもよい。さらに、直流電源を基準とした電源を供給電源として処理してもよい。

さらに別の発明としては、交流電源を整流する整流回路を備え、当該整流回路の後段に当該整流回路からの出力を力率改善するＰＦＣ回路とＤＣ／ＤＣコンバータを備え、当該ＰＦＣ回路は少なくともスイッチング素子と平滑コンデンサを含む回路部品から構成され、当該スイッチング素子のゲートには当該スイッチング素子のオンオフ制御を行うＣＰＵが接続され、前記交流電源と前記整流回路との間には前記交流電源から出力される電圧電流波形の状態を検出する波形検出装置を配置すると共に当該波形検出装置は前記ＣＰＵにも接続されている充電器用電源装置において、前記ＰＦＣ回路は電流制御を行う力率改善動作と出力電圧の昇降圧を行う電圧変換動作を有し、前記ＣＰＵは前記波形検出装置が通常の正弦波を検出したときは力率改善動作及び電圧変換動作を、また前記波形検出装置が正弦波以外の波形を検出したときは力率改善動作を停止し電圧変換動作のみを行うよう前記スイッチング素子に制御信号を出力することを特徴とした充電器用電源装置とする。

上記の通り、波形検出装置が通常の正弦波を検出したときは力率改善動作を、また波形検出装置が正弦波以外の波形を検出したときは力率改善動作を停止し電圧変換動作のみを行うようにスイッチング素子に制御信号を出力することによって、供給電源を直流又は交流を基準とした電源且つ電源から供給される電圧が正弦波又は正弦波以外のいずれの場合でもＰＦＣ回路の出力電圧値は一定になり安定して動作をする電源装置が実現できる。

本発明の実施例とする電源装置の回路図である。本発明の実施例とする電源装置の動作を表すフローチャートである。図１のＡ−Ａ’乃至Ｅ−Ｅ’間の正常時と異常時の電圧とＡ乃至Ｅ点における正常時と異常時の電流又はスイッチング動作を表す波形図である。特許文献１の電源装置の回路図である。

以下に本発明の実施の形態を示す実施例を図１乃至図３に基づいて説明する。

本発明の実施例とする電源装置の回路図を図１に示す。図１において、本実施例では例えばハイブリッド車や電気自動車のような外部からの供給電源をバッテリに充電する充電器用電源装置10に備えられており、前記充電器用電源装置10はガソリン又は灯油で交流電圧を発生させる交流電源12からの交流電圧を入力している。また、当該交流電源12の後段には当該交流電源12を整流するための４個のダイオードをブリッジ型の組み合わせた整流回路16を備えている。さらに、当該整流回路16の後段には当該整流回路16からの出力を力率改善するＰＦＣ回路18を備え、当該ＰＦＣ回路は高調波電流を阻止するために用いられるチョークコイル20と電気回路のオンオフ制御を行うスイッチング素子22、連続的に充放電を繰り返す平滑コンデンサ24で構成され、当該スイッチング素子22は電界効果トランジスタより構成され、前記整流回路16の出力の一端に当該チョークコイル20が接続され、当該チョークコイル20の後段に前記スイッチング素子22のドレインと前記平滑コンデンサ24の一端が接続されている。

前記ＰＦＣ回路18の後段には電力変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータ26を備え、当該ＤＣ／ＤＣコンバータ26は前記ＰＦＣ回路18から入力される電圧の値を想定されて設計されており、当該ＤＣ／ＤＣコンバータは電気回路のオンオフ制御を行うスイッチング素子28と整流作用を持つダイオード30、高調波電流を阻止するために用いられるチョークコイル32、連続的に充放電を繰り返す平滑コンデンサ34で構成され、当該スイッチング素子28は電界効果トランジスタより構成されている。また、前記ＰＦＣ回路18の出力の一端に当該スイッチング素子28のドレインが接続され、当該スイッチング素子28のソースは前記ダイオード30のカソードと前記チョークコイル32を並列に接続し、前記チョークコイル32の後段には前記平滑コンデンサ34の一端が接続されている。さらに、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ26の後段にはバッテリ36の一端が接続されており、当該バッテリ36の他端と前記平滑コンデンサ34の他端、前記ダイオード30のアノード、前記平滑コンデンサ24の他端、前記スイッチング素子22のソースがそれぞれ接続されている。

前記ＰＦＣ回路18及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータ26の前記スイッチング素子22、28のゲートには前記スイッチング素子22、28のオンオフ制御を行うＣＰＵ38が接続されている。また、前記交流電源12と前記整流回路16の間には前記交流電源12から出力される電圧電流波形の状態を検出する波形検出装置14が接続されており、当該波形検出装置14は前記ＣＰＵ38にも接続されている。

次に、本発明の実施例とする電源装置の動作を表すフローチャートを示す図２に基づいて説明する。前記充電器用電源装置10はガソリン又は灯油で交流電圧を発生させる前記交流電源12から100Ｖの交流電圧が入力され（Ｓ１１）、前記波形検出装置14は前記交流電源12から出力された交流電圧100Ｖの電圧電流波形を検出し（Ｓ１２）、前記波形検出装置14において検出された電圧波形が正弦波であった場合、前記波形検出装置14は前記ＣＰＵ38に正弦波検出信号を出力し、前記波形検出装置14において検出された電圧波形が正弦波以外の波形であった場合、前記波形検出装置14は前記ＣＰＵ38に非正弦波検出信号を出力する。また、前記整流回路16で前記交流電源12から出力された交流電源を全波整流し（Ｓ１３）、後段に接続された前記ＰＦＣ回路18に出力される。

前記ＣＰＵ38は前記波形検出装置14が検出した波形に基づいて前記スイッチング素子22に対して制御を行う（Ｓ１４）。前記ＣＰＵ38は前記波形検出装置14が正弦波を検出したときは前記ＰＦＣ回路18の出力電圧が所定の目標値である390Ｖとなり且つ前記ＰＦＣ回路18の入力電流波形が、前記ＰＦＣ回路18の入力電圧波形と位相が一致した正弦波となる様に前記ＰＦＣ回路18の前記スイッチング素子22に対してＰＷＭ制御を行う。また、前記ＣＰＵ38は前記波形検出装置14が正弦波以外を検出したときは前記ＰＦＣ回路18の出力電圧が所定の目標値である390Ｖとなる様に前記ＰＦＣ回路18のスイッチング素子22に対してＰＷＭ制御を行う。

前記スイッチング素子22は前記ＣＰＵ38からの制御により、前記波形検出装置14が正弦波を検出したときは力率改善と昇圧のスイッチング動作を行うことで、前記ＰＦＣ回路18に入力された100Ｖの脈流電圧の力率改善及び昇圧を行い390Ｖの直流電圧に変換する（Ｓ１５）。即ち、前記スイッチング素子22をオンにすると、前記チョークコイル20は流れ込む電流値に応じたエネルギーを蓄え、前記スイッチング素子22をオフにすると、前記チョークコイル20は電流を維持するために蓄積したエネルギーを放出し、前記平滑コンデンサ24は電荷を充電する。また、前記スイッチング素子22を再度オンにすると、前記チョークコイル20は流れ込む電流に応じたエネルギーを蓄え、前記平滑コンデンサ24は電荷を放電する。このようにして前記スイッチング素子22が前記ＣＰＵ38から入力される電圧値の変化に応じて前記スイッチング素子22のオンオフを繰り返すことで前記ＰＦＣ回路18は390Ｖの直流電圧を出力する。

前記スイッチング素子22は前記ＣＰＵ38からの制御により、前記波形検出装置14が正弦波以外の波形を検出したときは昇圧のスイッチング動作のみを行うことで前記ＰＦＣ回路18に入力された100Ｖの脈流電圧の昇圧を行い390Ｖの直流電圧に変換する（Ｓ２１）。即ち、前記スイッチング素子22をオンにすると、前記チョークコイル20に流れ込む電流値に応じたエネルギーが蓄積され、前記スイッチング素子22をオフにすると、前記チョークコイル20は電流を維持するために蓄積したエネルギーを放出する。このようにして前記スイッチング素子22が前記ＣＰＵ38から入力される電圧値に応じて入力電圧に前記チョークコイル20が蓄えたエネルギーを上積みする量をスイッチング動作のオンオフを調整することで前記ＰＦＣ回路18は390Ｖの直流電圧を出力する。

前記ＤＣ／ＤＣコンバータ26は前記ＰＦＣ回路18から入力された390Ｖの直流電圧を前記ＣＰＵ38からのＰＷＭ制御により降圧を行い200Ｖの直流電圧に変換する（Ｓ１６）。即ち、前記スイッチング素子28をオンにすると、前記ＰＦＣ回路18から入力される390Ｖの直流電流により、前記チョークコイル32に流れ込む電流に応じたエネルギーを蓄え、前記スイッチング素子28をオフにすると、前記チョークコイル32は電流を維持するために蓄積したエネルギーを放出し、前記平滑コンデンサ34は電荷を充電する。また、前記スイッチング素子28を再度オンにすると、前記チョークコイル32は流れ込む電流に応じたエネルギーを蓄え、前記平滑コンデンサ34は電荷を放電する。このようにして、前記スイッチング素子28が前記ＣＰＵ38からのＰＷＭ制御により、前記スイッチング素子28のオンオフを繰り返すことで200Ｖの直流電圧を出力する。

前記ＤＣ／ＤＣコンバータから出力された200Ｖの電圧は前記バッテリ36に入力されることで前記バッテリ36の充電が行われる（Ｓ１７）。

次に、本発明の実施例とする図１のＡ−Ａ’乃至Ｅ−Ｅ’間の電圧とＡ乃至Ｅ点における電流又はスイッチング動作を表す波形を図３に示す。図３において、Ａは図１のＡ−Ａ’間の正常時と異常時の電圧波形とＡ点における正常時と異常時の電流波形、Bは図１のＢ−Ｂ’間の正常時と異常時の電圧波形とＢ点における正常時と異常時の電流波形、Ｃは図１のＣ点における正常時と異常時のスイッチング動作の波形、Ｄは図１のＤ−Ｄ’間の正常時と異常時の電圧波形とＤ点における正常時と異常時の電流波形、Ｅは図１のＥ−Ｅ’間の正常時と異常時の電圧波形とＥ点における正常時と異常時の電流波形である。また、各波形の縦軸は電圧・電流値又はスイッチング動作のオンオフを、横軸は時間を示し、実線は電圧波形を、破線は電流波形を示す。さらに、正弦波が入力されたときを正常時とし、正弦波以外の波形が入力されたときを異常時とする。

図３のＡにおいて、正常時に前記交流電源12から前記波形検出装置14に出力される交流電力の電圧波形は実線で示されるような正弦波となり、電流波形は前記ＰＦＣ回路18が正常に動作していれば破線で示されるような電圧波形と位相が合った正弦波となる。また、異常時に前記交流電源12から前記波形検出装置14出力される交流電力の電圧波形は実線で示されるような正弦波以外の波形となり、電流波形も破線で示されるような正弦波以外の波形となる。

図３のＢにおいて、正常時に前記整流回路16から前記ＰＦＣ回路18に出力される脈流電力の電圧波形は実線で示されるような正弦波の負の半サイクルが正の半サイクルと同方向となる波形となり、電流波形も破線で示されるような図３のＡでの電流波形の負の半サイクルが正の半サイクルと同方向の脈流波形となる。また、異常時に前記整流回路16から前記ＰＦＣ回路18に出力される脈流電力の電圧波形は実線で示されるような図３のＡでの電圧波形の負の半サイクルが正の半サイクルと同方向の直流電圧波形となり、電流波形も破線で示されるような図３のＡでの電流波形の負の半サイクルが正の半サイクルと同方向の直流電流波形となる。

図３のＣにおいて、正常時に前記ＣＰＵ38から前記スイッチング素子22に出力されるスイッチング動作の波形は、デューティを常に変化させたパルス波となる。また、異常時且つ出力電力が一定であるときの前記ＣＰＵ38から前記スイッチング素子22に出力されるスイッチング動作の波形は、一定のデューティを保ったパルス波となる。

図３のＤにおいて、正常時に前記ＰＦＣ回路18から前記ＤＣ／ＤＣコンバータ26に出力される直流電力の電圧波形は実線で示されるような図３のＢでの電圧波形が前記ＰＦＣ回路18によって昇圧されると共に前記平滑コンデンサ24によって平滑された390Ｖの直流電圧波形となり、同様に電流波形も破線で示されるような図３のＢの電流波形が前記ＰＦＣ回路18によって力率改善されると共に前記平滑コンデンサ24によって平滑された直流電流波形となる。また、異常時に前記ＰＦＣ回路18から前記ＤＣ／ＤＣコンバータ26に出力される直流電力の電圧波形は実線で示されるような図３のＢの電圧波形が前記ＰＦＣ回路18によって390Ｖに昇圧された直流電圧波形となり、同様に電流波形も破線で示されるような直流電流波形となる。

図３のＥにおいて、正常時に前記ＤＣ／ＤＣコンバータ26から前記バッテリ36に出力される直流電力の電圧波形は実線で示されるような図３のＤの電圧波形が前記ＤＣ／ＤＣコンバータ26によって200Ｖに降圧された直流電圧波形となり、同様に電流波形も破線で示されるような直流電流波形となる。また、異常時に前記ＤＣ／ＤＣコンバータ26から前記バッテリ36に出力される直流電力の電圧波形は実線で示されるような図３のＤの電圧波形が前記ＤＣ／ＤＣコンバータ26によって200Ｖに降圧された直流電圧波形となり、同様に電流波形も破線で示されるような直流電流波形となる。

上記実施例の変形例として、前記交流電源12はガソリン又は灯油で交流電圧を発生させる発電機以外でも、直流又は交流電源を基準とした発電機を用いてもよいし、正弦波又は矩形波を出力する発電機を用いてもよい。また、前記交流電源12は一般の商用電源を用いてもよい。さらに電源の出力電圧は100Ｖ又は100Ｖ以上の電圧を用いてもよいし、前記ＰＦＣ回路18の出力電圧値は電源から出力される電圧値がいずれの場合でも所定の電圧値になるようにしてもよい。

また、前記充電器用電源装置10は出力側に接続する機器を変更することによって充電器以外に用いてもよい。また、前記充電器用電源装置10の回路構成は設計事情により任意に変更してもよいし、前記波形検出装置14の設置位置、前記整流回路16の構成、前記ＰＦＣ回路18の構成、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ26の方式は設計事情により変更してもよい。さらに、前記ＰＦＣ回路18と前記ＤＣ／ＤＣコンバータ26を一体で構成してもよいし、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ26を省いてもよい。さらに、前記スイッチング素子22、28は電界効果トランジスタ以外を用いてもよい。

また、前記スイッチング素子22、28のオンオフのデューティを決める演算は、例えばマイコンやＤＳＰ等のデジタル電源を用いてもよい。また、前記ＣＰＵ38は前記充電器用電源装置の外部に備えてもよいし、前記ＰＦＣ回路18を制御するＣＰＵと前記ＤＣ／ＤＣコンバータ26を制御するＣＰＵは個々に設けてもよい。さらに、前記ＰＦＣ回路18から出力される電力値及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータ26に入力される電圧値の設定値は設計事情により任意の値に変更してもよいし、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ26の電力変換によって出力される電圧値は設計事情によって任意の電圧値に変更してもよい。

10：充電器用電源装置
12：交流電源
14：波形検出装置
16：整流回路
18：ＰＦＣ回路
20：チョークコイル
22：スイッチング素子
24：平滑コンデンサ
26：ＤＣ／ＤＣコンバータ
28：スイッチング素子
30：ダイオード
32：チョークコイル
34：平滑コンデンサ
36：バッテリ
38：ＣＰＵ

Claims

交流電源を整流する整流回路を備え、
当該整流回路の後段に当該整流回路からの出力を力率改善するＰＦＣ回路を備え、
当該ＰＦＣ回路は少なくともスイッチング素子と平滑コンデンサを含む回路部品から構成され、
当該スイッチング素子のゲートには当該スイッチング素子のオンオフ制御を行うＣＰＵが接続され、
前記交流電源と前記整流回路との間には前記交流電源から出力される電圧電流波形の状態を検出する波形検出装置を配置すると共に当該波形検出装置は前記ＣＰＵにも接続されている電源装置において、
前記ＰＦＣ回路は電流制御を行う力率改善動作と出力電圧の昇降圧を行う電圧変換動作を有し、
前記ＣＰＵは前記波形検出装置が通常の正弦波を検出したときは力率改善動作及び電圧変換動作を、また前記波形検出装置が正弦波以外の波形を検出したときは力率改善動作を停止し電圧変換動作のみを行うよう前記スイッチング素子に制御信号を出力することを特徴とした電源装置。
交流電源を整流する整流回路を備え、
当該整流回路の後段に当該整流回路からの出力を力率改善するＰＦＣ回路とＤＣ／ＤＣコンバータを備え、
当該ＰＦＣ回路は少なくともスイッチング素子と平滑コンデンサを含む回路部品から構成され、
当該スイッチング素子のゲートには当該スイッチング素子のオンオフ制御を行うＣＰＵが接続され、
前記交流電源と前記整流回路との間には前記交流電源から出力される電圧電流波形の状態を検出する波形検出装置を配置すると共に当該波形検出装置は前記ＣＰＵにも接続されている電源装置において、
前記ＰＦＣ回路は電流制御を行う力率改善動作と出力電圧の昇降圧を行う電圧変換動作を有し、
前記ＣＰＵは前記波形検出装置が通常の正弦波を検出したときは力率改善動作及び電圧変換動作を、また前記波形検出装置が正弦波以外の波形を検出したときは力率改善動作を停止し電圧変換動作のみを行うよう前記スイッチング素子に制御信号を出力することを特徴とした電源装置。
前記ＣＰＵは前記波形検出装置が通常の正弦波を検出したときは前記ＰＦＣ回路の出力電圧が所定の目標値となり、且つ前記ＰＦＣ回路の入力電流波形が前記ＰＦＣ回路の入力電圧波形と位相が一致した正弦波となる様に、前記スイッチング素子をPWM制御し、
前記ＣＰＵは前記波形検出装置が正弦波以外の波形を検出したときは前記ＰＦＣ回路の出力電圧が所定の目標値となる様に、前記スイッチング素子をPWM制御することを特徴とする請求項１及び２に記載の電源装置。
前記ＰＦＣ回路は少なくともコイルと前記スイッチング素子、前記平滑コンデンサで構成されることを特徴とする請求項１乃至３に記載の電源装置。
前記交流電源は複数種類の電圧を出力し、
前記ＰＦＣ回路の出力電圧値は前記交流電源から出力される複数種類の電圧のいずれかの場合でも所定の出力電圧値になることを特徴とする請求項１乃至４に記載の電源装置。
直流電源を基準とした電源を供給電源として処理することを特徴とする請求項１乃至５に記載の電源装置。
交流電源を整流する整流回路を備え、
当該整流回路の後段に当該整流回路からの出力を力率改善するＰＦＣ回路とＤＣ／ＤＣコンバータを備え、
当該ＰＦＣ回路は少なくともスイッチング素子と平滑コンデンサを含む回路部品から構成され、
当該スイッチング素子のゲートには当該スイッチング素子のオンオフ制御を行うＣＰＵが接続され、
前記交流電源と前記整流回路との間には前記交流電源から出力される電圧電流波形の状態を検出する波形検出装置を配置すると共に当該波形検出装置は前記ＣＰＵにも接続されている充電器用電源装置において、
前記ＰＦＣ回路は電流制御を行う力率改善動作と出力電圧の昇降圧を行う電圧変換動作を有し、
前記ＣＰＵは前記波形検出装置が通常の正弦波を検出したときは力率改善動作及び電圧変換動作を、また前記波形検出装置が正弦波以外の波形を検出したときは力率改善動作を停止し電圧変換動作のみを行うよう前記スイッチング素子に制御信号を出力することを特徴とした充電器用電源装置。