JP6340552B2 - 直流電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、交流電源からの交流電圧を整流する整流回路と、リアクタを介して交流電源からの交流電圧を短絡・開放するスイッチング手段を備えて、直流出力電圧を所望の電圧に制御し、かつ、交流電源からの入力電流を予め定められた形状（正弦波等）に制御する直流電源装置に関するもので、特にその入力電流検出方法に関する。

直流電源装置は、スイッチング手段を用いて、リアクタを介して交流電源からの交流電圧を短絡・開放（オン・オフ）することによって、交流電源からの入力電流を正弦波状に制御しつつ、交流電源からの交流電圧を所望の直流電圧に変換する構成を有する。このように構成された直流電源装置において、交流電源からの入力電流（交流ラインの入力電流）を直接検出してフィードバック制御を行う場合、入力電流に直流成分が重畳され、正と負の振幅の大きさがアンバランスになった状態においても正しく電流を検出することができるように、通常ＤＣ−ＣＴと呼ばれる電流センサが用いられる。

ＤＣ−ＣＴは、主にホール素子とオペアンプによって構成され、原理上、電流の交流成分だけでなく、直流成分まで含めて検出することができる。しかし、一般に高価であり、安価な直流電源装置を構成することが難しくなる。

また、入力電流の検出に、ＤＣ−ＣＴを用いた場合でも、ＤＣ−ＣＴに内蔵されるオペアンプのオフセット電圧によって電流のオフセット誤差が生じるため、オフセット誤差を考慮して設計を行う必要がある。オフセット誤差の影響が許容できない場合には、オフセット量を適宜補正するなどの工夫が必要であった。

また従来の直流電源装置において、高価なＤＣ−ＣＴを用いることなく、安価なＡＣ−ＣＴ（カレントトランスまたは交流変流器）にり、入力電流をフィードバック制御する直流電源装置が提供されている。図１１は、ＡＣ−ＣＴを用いた従来の直流電源装置の構成を示す図である。図１１に示すように、直流電源装置は、複数の半導体スイッチング素子を含んで構成された制御整流回路２１と、交流電源（ＡＣ）からの入力電流を正弦波に生成し、直流出力電圧が、負荷に供給する直流出力電圧を設定された直流電圧指令値に等しくなるように、電流制御信号（およびそのパルス変調信号）およびスイッチング素子のドライブ信号を生成する。そして、複数のスイッチング素子へのドライブ信号もしくは、ドライブ信号を生成する過程の信号に含まれる直流成分を除去する直流成分除去回路２２を具備している。このように、入力電流に直流成分が重畳されることを回避することで、原理的に直流成分の検出ができないＡＣ−ＣＴ（交流変流器３）による入力電流検知を可能とする直流電装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００２−３５９９７６号公報

しかしながら、上記従来の直流電源装置に用いられるＡＣ−ＣＴの検出波形は、実際の入力電流波形と位相ずれ（以下、位相角と称する）が発生する。そして、検出波形に位相ずれが含まれた状態でフィードバック制御を行う為、適正なフィードバック制御が行えず、力率の低下、及び電源高調波の増加につながるという課題を有する。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、安価なＡＣ−ＣＴを用いながら、検出波形の位相角を補正することで、電流検出精度を向上させ、適正なフィードバック制御を行うことを可能として、力率改善、及び電源高調波を低減することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の直流電源装置は、交流電源からの交流電圧を整流する整流回路と、単一または複数のスイッチング素子を用いてリアクタを介して交流電源からの交流電圧を短絡・開放するスイッチング手段と、前記整流回路の出力側に設けた平滑コンデンサと、前記交流電源と前記整流回路の間に設けた、交流電源からの交流電流を検出する第１の電流検出手段と、前記整流回路の出力側に設けた、スイッチング手段がオフの時に平滑コンデンサを充電する向きに流れる電流を検出する第２の電流検出手段と、第１の電流検出手段と第２の電流検出手段とにより、同一タイミングで検出された、第１の電流検出結果と第２の電流検出結果の絶対値を記録する記録部と、前記記録部に記録された検出範囲における、第１の電流検出結果と第２の電流検出結果の増減傾向の単調性と大小関係に基づいて、第１の電流検出結果を補正する電流検出補正部と、を備え、前記電流検出補正部が補正した第１の電流結果に基づいて、入力電流が、所定の電流波形パターンに比例した振幅を有する電流波形となるように前記スイッチング手段のオン・オフを制御する。

記録部に記録された同一タイミングにおける、第１と第２の電流検出結果の絶対値の大小関係、及び第１と第２の電流検出結果の単調性に基づき、第１の検出結果の位相を補正することで、スイッチング手段のオフ期間に、整流回路の出力側に配置された第２の電流検出手段によって、入力電流の絶対値をより正確に検出することができる。そして、第２の電流検出手段と第１の電流検出手段の電流検出結果の絶対値の差により、第１の検出結果の位相を補正することができる。それにより、安価なＡＣ−ＣＴを用いながら、検出波形の位相角を補正することで、適正なフィードバック制御を行うことを可能として、力率改善、及び電源高調波を低減することができる。

安価なＡＣ−ＣＴを用いながらも、検出波形の位相角を補正することで、電流検出精度が向上し、適正なフィードバック制御を行うことを可能として、力率改善、及び電源高調波を低減することができる。

本発明の実施の形態１における直流電源装置の構成を示す図 （ａ）本発明の実施の形態１における直流電源装置の第１の電流検出手段の構成例を示す図（ｂ）第１の電流検出手段の出力電圧波形例を示す図 （ａ）交流電源１が正側の半周期において、スイッチング手段４ｂがオン期間における入力電流の流れる経路を示す図（ｂ）交流電源１が正側の半周期において、スイッチング手段４ｂがオフ期間における入力電流の流れる経路を示す図（ｃ）交流電源１が負側の半周期において、スイッチング手段４ａがオン期間における入力電流の流れる経路を示す図（ｄ）負側の半周期において、スイッチング手段４ａがオフ期間における入力電流の流れる経路を示す図 （ａ）交流電源１の正側の半周期において、第１の電流検出手段３、及び第２の電流検出手段７の検出波形を示す図（ｂ）交流電源１の負側の半周期において、第１の電流検出手段３、及び第２の電流検出手段７の検出波形を示す図 （ａ）第１、及び第２の電流検出結果が単調増加と判断した場合を示す図（ｂ）第１、及び第２の電流検出結果が単調減少と判断した場合を示す図 （ａ）第１の電流検出信号の位相が真の電流の位相より進む場合を示す図（ｂ）第１の電流検出信号の位相が真の電流の位相より遅れる場合を示す図 （ａ）〜（ｃ）本発明の実施の形態１の直流電源装置における別の主回路構成例を示す図 （ａ）本実施の形態２において、位相範囲Ａにおいて、第１の電流検出結果が第２の電流検出結果より大きい場合を示す図（ｂ）本実施の形態２において、位相範囲Ａにおいて、第１の電流検出結果が第２の電流検出結果より小さい場合を示す図（ｃ）本実施の形態２において、位相範囲Ｂにおいて、第１の電流検出結果が第２の電流検出結果より大きい場合を示す図（ｄ）本実施の形態２において、位相範囲Ｂにおいて、第１の電流検出結果が第２の電流検出結果より小さい場合を示す図 （ａ）第１の検出結果の位相が真の電流の位相より遅れる場合を示す図（ｂ）第１の検出結果の位相が真の電流の位相より進む場合を示す図 （ａ）第１の電流検出手段の別の構成例を示す図（ｂ）第１の電流検出手段の出力電圧波形例を示す図 従来の直流電源装置における構成を示す図

第１の発明は、交流電源からの交流電圧を整流する整流回路と、単一または複数のスイッチング素子を用いてリアクタを介して交流電源からの交流電圧を短絡・開放するスイッチング手段と、前記整流回路の出力側に設けた平滑コンデンサと、前記交流電源と前記整流回路の間に設けた、交流電源からの交流電流を検出する第１の電流検出手段と、前記整流回路の出力側に設けた、スイッチング手段がオフの時に平滑コンデンサを充電する向きに流れる電流を検出する第２の電流検出手段と、第１の電流検出手段と第２の電流検出手段とにより、同一タイミングで検出された、第１の電流検出結果と第２の電流検出結果の絶対値を記録する記録部と、前記記録部に記録された検出範囲における、第１の電流検出結果と第２の電流検出結果の増減傾向の単調性と大小関係に基づいて、第１の電流検出結果を補正する電流検出補正部と、を備え、前記電流検出補正部が補正した第１の電流結果に基づいて、入力電流が、所定の電流波形パターンに比例した振幅を有する電流波形となるように前記スイッチング手段のオン・オフを制御するものである。

それにより、安価なＡＣ−ＣＴを用いながら、検出波形の位相角を補正することで、適正なフィードバック制御を行うことを可能として、力率改善、及び電源高調波を低減することができる。

第２の発明は、第１の発明において、電流検出補正部は、第１の電流検出結果と第２の電流検出結果が共に単調増加、且つ第１の電流検出結果の絶対値が第２の電流検出結果の絶対値より大きい場合、第１の電流検出結果の位相を遅らせる様に補正し、第１の電流検出結果と第２の電流検出結果が共に単調増加、且つ第１の電流検出結果の絶対値が第２の電流検出結果の絶対値より小さい場合、第１の電流検出結果の位相を進ませる様に補正し、第１の電流検出結果と第２の電流検出結果が共に単調減少、且つ第１の電流検出結果の絶対値が第２の電流検出結果の絶対値より大きい場合、第１の電流検出結果の位相を進ませる様に補正し、第１の電流検出結果と第２の電流検出結果が共に単調減少、且つ第１の電流検出結果の絶対値が第２の電流検出結果の絶対値より小さい場合、第１の電流検出結果の位相を遅らせる様に補正するものである。

第３の発明は、交流電源からの交流電圧を整流する整流回路と、単一または複数のスイッチング素子を用いてリアクタを介して交流電源からの交流電圧を短絡・開放するスイッチング手段と、前記整流回路の出力側に設けた平滑コンデンサと、前記交流電源と前記整流回路の間に設けた、交流電源からの交流電流を検出する第１の電流検出手段と、前記整流回路の出力側に設けた、スイッチング手段がオフの時に平滑コンデンサを充電する向きに流れる電流を検出する第２の電流検出手段と、交流電源からの交流電圧の位相を検出す
る交流電圧位相検出手段と、０ｄｅｇから９０ｄｅｇまで、もしくは１８０ｄｅｇから２７０ｄｅｇまでの位相範囲に含まれる第１の位相範囲、または９０ｄｅｇから１８０ｄｅｇまで、もしくは２７０ｄｅｇから３６０ｄｅｇまでの位相範囲に含まれる第２の位相範囲における、予め決められた単一または複数の交流電圧位相における、第１の電流検出結果と第２の電流検出結果の大小関係に基づいて、第１の電流検出結果を補正する電流検出補正部と、を備え、前記電流検出補正部が補正した第１の電流結果に基づいて、入力電流が、所定の電流波形パターンに比例した振幅を有する電流波形となるように前記スイッチング手段のオン・オフを制御するものである。

これにより、第１と第２の検出結果の単調性を判別しなくても良いため、処理を簡素化することができる。

第４の発明は、第３の発明において、第１の電流検出手段の最大進み位相の絶対値よりも大きく設定されたθ１と、前記第１の電流検出手段の最大遅れ位相の絶対値よりも大きく設定されたθ２を用いて、θ２から（９０−θ１）ｄｅｇまで、もしくは（１８０＋θ２）ｄｅｇから（２７０−θ１）ｄｅｇまでを前記第１の位相範囲とし、（９０＋θ２）ｄｅｇから（１８０−θ１）ｄｅｇまで、もしくは（２７０＋θ２）ｄｅｇから（３６０−θ１）ｄｅｇまでを前記第２の位相範囲とするものである。

第５の発明は、第３または４の発明において、電流検出補正部は、第１の位相範囲において、第１の電流検出結果の絶対値が第２の電流検出結果の絶対値より大きい場合、第１の電流検出結果の位相を遅らせる様に補正し、第１の位相範囲において、第１の電流検出結果の絶対値が第２の電流検出結果の絶対値より小さい場合、第１の電流検出結果の位相を進ませる様に補正し、第２の位相範囲において、第１の電流検出結果の絶対値が第２の電流検出結果の絶対値より大きい場合、第１の電流検出結果の位相を進ませる様に補正し、第２の位相範囲において、第１の電流検出結果の絶対値が第２の電流検出結果の絶対値より小さい場合、第１の電流検出結果の位相を遅らせる様に補正するものである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における直流電源装置の構成を示す図である。

図１に示すように、本実施の形態における直流電源装置は、交流電源１の一方の交流ラインに接続されたリアクタ２の一端と、リアクタ２に流れる電流、すなわち入力電流を検出する第１の電流検出手段３と、リアクタ２を介して交流電源１を短絡・開放するスイッチング手段４ａ、４ｂと、リアクタ２の他端と交流電源１の他端に接続された整流回路５と、整流回路５の直流出力端間に接続された平滑コンデンサ６と、整流回路５の直流出力ライン上にあってスイッチング手段４ａ、４ｂのオフ期間に平滑コンデンサ６を充電する向きに流れる電流を検出する第２の電流検出手段７を具備する。

本実施の形態の直流電源装置は、マイクロコンピュータなどから構成される制御手段８と、交流電源１の両ライン間に接続された交流電圧位相検出回路９（例えばゼロクロス検出回路など）を備えており、制御手段８は、交流電圧位相検出回路９から得られる交流電源１のゼロクロス点と電源周期から、交流電源１の交流電圧位相を推定演算する電圧位相演算部８ａ、平滑コンデンサ６の直流電圧を直流電圧指令値と比較する電圧比較部８ｂ、電圧比較部８ｂの結果をもとに比例積分補償演算を行う電圧制御部８ｃと、電圧位相演算部８ａによって得られる交流電圧位相に相当する略正弦波状の基準電流波形の電流振幅値と、電圧制御部８ｃからの出力とを乗算することにより、電流指令を生成する電流指令生
成部８ｄを備える。

また、制御手段８は、スイッチング手段４ａ、４ｂがオフ時、第１の電流検出手段３の検出結果（以下、第１の電流検出結果と称する）の絶対値の増減傾向、及び第１の電流検出結果と第２の電流検出手段７の検出結果（以下、第２の電流検出結果と称する）の絶対値の大小関係に基づき、第１の検出結果の位相を補正する電流検出補正部１１（詳細は後述する）を備えて、位相が補正された入力電流の瞬時値と電流指令値とを比較する電流比較部８ｅと、電流比較部８ｅの結果をもとに補正された入力電流の瞬時値が電流指令値と等しくなるように、比例積分補償演算を行う電流制御部８ｆと、三角波状の搬送波を生成する搬送波生成部８ｇと、電流制御部８ｆの出力を搬送波と比較してスイッチング手段４ａ、４ｂのＰＷＭ駆動信号を生成するＰＷＭ信号生成部８ｈを有し、スイッチング手段４ａ、４ｂのスイッチング制御を行うことで、入力電流を略正弦波状に制御しつつ、直流電圧指令に応じて直流電圧（出力電圧）を制御し、直流電圧を負荷１０へ供給する。

なお、図中、制御手段８内において、Ａ／Ｄ変換回路等で構成される直流電圧および各電流の検出部については、簡単のため表記を省略している。

まず、第１の電流検出手段３の検出波形の特徴について、説明する。

図２（ａ）は、入力電流の絶対値情報を取得する為の第１の電流検出手段３の構成例と、同図（ｂ）は第１の電流検出手段３の出力電圧波形を示す図である。

図２（ａ）に示す様に、ＡＣ−ＣＴにより検出された電流が整流回路５により整流されて出力される構成とすることで、図２（ｂ）に示す様に、ＧＮＤを基準とする出力電圧情報が得られる。このように、同一ＧＮＤを基準として、動作する制御手段８内のＡ／Ｄ変換回路を用いた場合、高い分解能を得ることができる。

一般的に、ＡＣ−ＣＴは小型サイズのコアを用いながら、大電流が流れてもコアの磁束飽和をさせないため、コアにギャップを設けている。コアのギャップにより、ＡＣ−ＣＴの２次側に流れる電流の位相が進むことになることで、電流検出信号の位相も真の電流の位相より進むことになる。

また、１次側に流れる電流により、位相角が異なる。１次側に流れる電流が小さい程、位相角が大きくなるため、全負荷領域において、ＡＣ−ＣＴの電流検出信号の位相角を一律に補正する方法では精度が低い。何らかの電流検出手段を追加して、位相角を補正する必要がある。

次に、第２の電流検出手段７の設置場所について、説明する。

図３（ａ）〜（ｄ）は、本実施の形態の直流電源装置の交流電源１が正／負の半周期において、スイッチング手段４ａ、４ｂが交互にオン／オフの期間における入力電流の流れる経路を示す図である。

図３（ａ）は、交流電源１が正の半周期において、スイッチング手段４ｂがオンの状態の時に、入力電流の流れる経路を示す図である。図３（ｂ）は、交流電源１が正の半周期において、スイッチング手段４ｂがオフの状態の時に、入力電流の流れる経路を示す図である。図３（ｃ）は、交流電源１が負の半周期において、スイッチング手段４ａがオンの状態の時に、入力電流の流れる経路を示す図である。図３（ｄ）は、交流電源１が負の半周期において、スイッチング手段４ａがオフの状態の時に、入力電流の流れる経路を示す図である。

図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、本実施の形態に係る直流電源装置において、スイッチング手段４ａ、４ｂがオフの期間中、整流回路５のプラス出力側と平滑コンデンサ６のプラス側の端子との間、及び平滑コンデンサ６のマイナス側の端子と整流回路５のマイナス出力側との間に流れる電流が、第１の電流検出手段３と一致することが分かる。

次に、第２の電流検出手段７の設置箇所について説明する。

一般的に、制御手段８は直流出力電圧のＧＮＤを共通とした電源ＶＣＣで駆動され、Ａ／Ｄ変換が行われる。そのため、整流回路５のプラス出力側と平滑コンデンサ６のプラス側の端子の間に流れる電流を検出し、制御手段８に入力する場合、何らかの形で絶縁する必要がある。一方、平滑コンデンサ６のマイナス側の端子と整流回路５のマイナス出力側との間に流れる電流を検出し、制御手段８に入力する場合、制御手段８は直流出力電圧のＧＮＤと共通するため、絶縁する必要がない。

それにより、第２の電流検出手段７を平滑コンデンサ６のマイナス側の端子と整流回路５のマイナス出力側との間に設置し、電流検出用の抵抗（シャント抵抗）を使用することで、簡単な構成で電流を検出することができる。

第１、２の電流検出手段の検出結果を電流検出補正部１１に入力されることで、第１の電流検出手段の検出結果の位相を補正する。

以下は電流検出補正部１１の動作を説明する。

まず、第２の電流検出手段７の検出波形の特徴を説明する。

図４（ａ）は交流電源１の正の半周期において、第１の電流検出手段３、第２の電流検出手段７の検出波形を示す図である。同図（ｂ）は交流電源１の負の半周期において、第１の電流検出手段３、第２の電流検出手段７の検出波形を示す図である。

図３（ｂ）に示すように、交流電源１が正の半周期において、スイッチング手段４ｂがオフの期間のみ、平滑コンデンサ６のマイナス側の端子と整流回路５のマイナス出力側との間に電流が流れるため、第２の電流検出手段７の検出波形は図４（ａ）に示すように、パルス状の波形になっている。

図３（ｄ）に示すように、交流電源１が負の半周期において、スイッチング手段４ａがオフの期間のみ、平滑コンデンサ６のマイナス側の端子と整流回路５のマイナス出力側との間に電流が流れるため、第２の電流検出手段７の検出波形は図４（ｂ）に示すように、パルス状の波形になっている。

以上により、交流電源１の正／負周期によらず、スイッチング手段４ａ、４ｂがオフの期間において、第２の電流検出手段７の検出波形は、常にＧＮＤを基準とするパルス状の波形になる。（以下は、第２の電流検出手段７の検出波形を分かりやすくする為に、連続した波形の形で表示する。）
次に、電流検出補正部１１にて、第１、及び第２の電流検出結果の増減傾向の単調性を判断する方法を説明する。

図５（ａ）は、第１と第２の電流検出結果が単調増加と判断した場合を示す図であり、図５（ｂ）は、第１と第２の電流検出結果が単調減少と判断した場合を示す図である。

スイッチング手段がオフの期間において、第１の電流検出結果の絶対値Ｉ１ａ、Ｉ１ｂ、Ｉ１ｃ、及び第２の電流検出結果の絶対値Ｉ２ａ、Ｉ２ｂ、Ｉ２ｃを制御手段８内に設けられた記録部（図示せず）に記録する。そして、Ｉ１ａとＩ２ａ、及びＩ１ｂとＩ２ｂ、及びＩ１ｃとＩ２ｃは同一タイミングでの検出結果である。

図５（ａ）に示すように、Ｉ１ａよりＩ１ｂの読み値（検出電流値）が大きく、Ｉ１ｂよりＩ１ｃの読み値が大きいため、検出した範囲（Ｉ１ａ〜Ｉ１ｃ）において、第１の電流検出結果が単調増加と判断する。同じ方法で、第２の電流検出結果も単調増加と判断する。

図５（ｂ）に示すように、Ｉ１ａよりＩ１ｂの読み値が小さく、Ｉ１ｂよりＩ１ｃの読み値が小さいため、検出した範囲（Ｉ１ａ〜Ｉ１ｃ）において、第１の電流検出結果が単調減少と判断する。同じ方法で、第２の電流検出結果も単調減少と判断する。

なお、図５に示した例は、隣接するオフ期間における電流検出結果であるが、隣接しないオフ期間における電流検出結果を用いて、検出した範囲における単調性判断することも同じ効果を得ることができる。

次に、電流検出補正部１１にて第１の電流検出結果の位相の進み・遅れ状態を判別する方法を説明する。

本来、スイッチング手段４ａ、４ｂがオフ期間において、第１の電流検出手段３、第２の電流検出手段７に流れる電流が一致するため、検出波形も同じであるが、第１の電流検出手段３の位相角が発生することにより、前記の検出波形が異なる。

図６（ａ）は第１の電流検出信号の位相が真の電流の位相より進む場合を示す図であり、同図（ｂ）は第１の電流検出信号の位相が真の電流の位相より遅れる場合を示す図である。

電流検出補正部１１は、第１と第２の電流検出結果の絶対値の単調性が共に同じ領域において、同一タイミングでの第１と第２の電流検出結果の絶対値を比較する。

図６（ａ）に示すように、第１と第２の電流検出結果の絶対値が単調増加の領域、且つ第１の電流検出結果が第２の電流検出結果より大きい場合、もしくは第１と第２の電流検出結果の絶対値が単調減少の領域、且つ第１の電流検出結果が第２の電流検出結果より小さい場合、電流検出補正部１１は第１の検出結果の位相が真の電流の位相より進む状態と判断し、遅れるように補正する。

図６（ｂ）に示すように、第１と第２の電流検出結果の絶対値が単調増加の領域、且つ第１の電流検出結果が第２の電流検出結果より小さい場合、もしくは第１と第２の電流検出結果の絶対値が単調減少の領域、且つ第１の電流検出結果が第２の電流検出結果より大きい場合、電流検出補正部１１は第１の検出結果の位相が真の電流の位相より遅れる状態と判断し、進むように補正する。

なお、本発明の直流電源装置の主回路の構成は、図１に示した、整流回路５の交流入力側にてリアクタ２を介して交流電源１を短絡する回路構成に限られるものではなく、交流電源１からの入力電流を直接に検出する第１の電流検出手段３と平滑コンデンサ６への充電電流を検出する第２の電流検出手段７を備えた、図７（ａ）〜（ｃ）に示す様な別の回路構成においても同様な効果を奏することが言うまでもない。

（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態における直流電源装置は、実施の形態１と同じ回路構成であるため、説明を省略する。

電流検出補正部１１が行う、実施の形態１と差異のある部分について説明する。

予め第１の電流検出手段３の位相特性を測定し、０ｄｅｇから９０ｄｅｇまで、もしくは１８０ｄｅｇから２７０ｄｅｇまでの位相範囲の中、第１と第２の電流検出結果の絶対値が共に単調増加の領域を位相範囲Ａ（本発明における第１の位相範囲）と設定し、もしくは９０ｄｅｇから１８０ｄｅｇまで、もしくは２７０ｄｅｇから３６０ｄｅｇまでの位相範囲の中、第１と第２の電流検出結果の絶対値が共に単調減少の領域を位相範囲Ｂ（本発明における第２の位相範囲）と設定する。

図８（ａ）は、位相範囲Ａにおいて、第１が第２の電流検出結果の絶対値より大きい場合を示す図であり、同図（ｂ）は、位相範囲Ａにおいて、第１が第２の電流検出結果の絶対値より小さい場合を示す図であり、同図（ｃ）は、位相範囲Ｂにおいて、第１が第２の電流検出結果の絶対値より大きい場合を示す図であり、同図（ｄ）は、位相範囲Ａにおいて、第１が第２の電流検出結果の絶対値より小さい場合を示す図である（電源半周期毎に波形が同じである為、電源半周期の波形のみ表示する）。

交流電圧位相を検出する交流電圧位相検出回路９の検出結果を利用し、位相範囲Ａ、もしくは位相範囲Ｂの中、予め決められた単一、もしくは複数の交流電圧位相において、第１と第２の電流検出結果の絶対値の大小関係に基づき、電流検出補正部１１にて第１の検出結果の位相を補正する。

図８（ａ）に示すように、位相範囲Ａにおいて、第１の電流検出結果の絶対値が第２の電流検出結果の絶対値より大きい場合、電流検出補正部１１は第１の電流検出結果の位相が真の電流の位相より進む状態と判断し、遅らせる様に補正する。

図８（ｂ）に示すように、位相範囲Ａにおいて、第１の電流検出結果の絶対値が第２の電流検出結果の絶対値より小さい場合、電流検出補正部１１は第１の電流検出結果の位相が真の電流の位相より遅れる状態と判断し、進ませる様に補正する。

図８（ｃ）に示すように、位相範囲Ｂにおいて、第１の電流検出結果の絶対値が第２の電流検出結果の絶対値より大きい場合、電流検出補正部１１は第１の電流検出結果の位相が真の電流の位相より進む状態と判断し、遅らせる様に補正する。

図８（ｄ）に示すように、位相範囲Ｂにおいて、第１の電流検出結果の絶対値が第２の電流検出結果の絶対値より小さい場合、電流検出補正部１１は第１の電流検出結果の位相が真の電流の位相より遅れる状態と判断し、進ませる様に補正する。

次に、図９にて、位相範囲Ａ、及び位相範囲Ｂの決め方について説明する。

図９（ａ）は第１の検出結果の位相が真の電流の位相より遅れる状態、図９（ｂ）は第１の検出結果の位相が真の電流の位相より進む状態を示す図である。

第１の電流検出手段３の検出特性により、最大進み位相、最大遅れ位相が異なる。予め第１の電流検出手段３の検出特性を測定し、最大進み位相、最大遅れ位相を求める。ここで、最大進み位相の絶対値をθ１とし、最大遅れ位相の絶対値をθ２とする。

図９（ａ）に示すように、θ２から９０ｄｅｇまで、及び（９０＋θ２）ｄｅｇから１８０ｄｅｇまでは、第１と第２の検出結果の絶対値の単調性が同じである。（１８０ｄｅｇから３６０ｄｅｇまでは同じであるため、省略）。

図９（ｂ）に示すように、０から（９０ｄｅｇ−θ１）まで、及び９０ｄｅｇから（１８０ｄｅｇ―θ１）までは、第１と第２の検出結果の絶対値の単調性が同じである。（１８０ｄｅｇから３６０ｄｅｇまでは同じであるため、省略）
以上により、第１と第２の電流検出結果の絶対値が共に単調増加の位相範囲Ａは、θ２から（９０−θ１）ｄｅｇまで、もしくは（１８０＋θ２）ｄｅｇから（２７０−θ１）ｄｅｇまでの位相範囲である。また、第１と第２の電流検出結果の絶対値が共に単調減少の位相範囲Ｂは、（９０＋θ２）ｄｅｇから（１８０−θ１）ｄｅｇまで、もしくは（２７０＋θ２）ｄｅｇから（３６０−θ１）ｄｅｇまでの位相範囲である。

位相範囲Ａ、もしくは位相範囲Ｂにおいて、第１と第２の検出結果の絶対値を比較することで、第１と第２の電流検出結果の単調性を考慮しなくても良いため、電流検出補正部１１の処理を簡素化することができる。

なお、θ１及びθ２は、第１の電流検出手段３の最大進み位相の絶対値、及び最大遅れ位相の絶対値よりも大きく設定し、位相範囲Ａ、及び位相範囲Ｂを決定しても良い。

また、図１０（ａ）は、第１の電流検出手段３の別の構成例、同図（ｂ）は、第１の電流検出手段３の出力電圧波形例を示した図である。

図１０（ｂ）に示すように、制御手段８内にあって第１の電流検出手段３の検出電圧を取り込むＡ／Ｄ変換回路の入力範囲に相当する電源電圧Ｖｃｃの約１／２を中心として入力電流に比例した出力電圧を得ることができる。

図１０（ｂ）に示した第１の電流検出手段３の検出波形は、図２（ｂ）と異なるが、第１の電流検出手段３の出力電圧を電源半周期毎に処理すれば、簡単にＧＮＤを基準とする出力電圧情報に変換することができる。

なお、別の第１の電流検出手段３の構成においても、その出力電圧波形を処理すれば、第１の電流検出結果の位相を補正する効果を奏することができる。

以上のように、本発明にかかる直流電源装置は、安価なＡＣ−ＣＴを用いて入力電流を検出して電流制御を行う場合においても、ＡＣ−ＣＴの位相角を補正し、影響を低減することができる。交流電源からの交流電圧をいったん直流電圧に変換して負荷へ電力供給する冷蔵庫、洗濯機、ヒートポンプ給湯機などの電化製品であって、入力電流の電流制御を行う直流電源装置を備えた機器への用途に適用することができる。

１ 交流電源
２ リアクタ
３ 第１の電流検出手段
４ａ、４ｂ スイッチング手段
５ 整流回路
６ 平滑コンデンサ
７ 第２の電流検出手段
８ 制御手段
８ａ 電圧位相演算部
８ｂ 電圧比較部
８ｃ 電圧制御部
８ｄ 電流指令生成部
８ｅ 電流比較部
８ｆ 電流制御部
８ｇ 搬送波生成部
８ｈ ＰＷＭ信号生成部
９ 交流電圧位相検出回路
１０ 負荷
１１ 電流検出補正部

Claims (5)

1. 交流電源からの交流電圧を整流する整流回路と、
   単一または複数のスイッチング素子を用いてリアクタを介して交流電源からの交流電圧を短絡・開放するスイッチング手段と、
   前記整流回路の出力側に設けた平滑コンデンサと、
   前記交流電源と前記整流回路の間に設けた、交流電源からの交流電流を検出する第１の電流検出手段と、
   前記整流回路の出力側に設けた、スイッチング手段がオフの時に平滑コンデンサを充電する向きに流れる電流を検出する第２の電流検出手段と、
   第１の電流検出手段と第２の電流検出手段とにより、同一タイミングで検出された、第１の電流検出結果と第２の電流検出結果の絶対値を記録する記録部と、
   前記記録部に記録された検出範囲における、第１の電流検出結果と第２の電流検出結果の増減傾向の単調性と大小関係に基づいて、第１の電流検出結果を補正する電流検出補正部と、を備え、
   前記電流検出補正部が補正した第１の電流結果に基づいて、入力電流が、所定の電流波形パターンに比例した振幅を有する電流波形となるように前記スイッチング手段のオン・オフを制御することを特徴とする直流電源装置。
2. 前記電流検出補正部は、
   第１の電流検出結果と第２の電流検出結果が共に単調増加、且つ第１の電流検出結果の絶対値が第２の電流検出結果の絶対値より大きい場合、第１の電流検出結果の位相を遅らせる様に補正し、
   第１の電流検出結果と第２の電流検出結果が共に単調増加、且つ第１の電流検出結果の絶対値が第２の電流検出結果の絶対値より小さい場合、第１の電流検出結果の位相を進ませる様に補正し、
   第１の電流検出結果と第２の電流検出結果が共に単調減少、且つ第１の電流検出結果の絶対値が第２の電流検出結果の絶対値より大きい場合、第１の電流検出結果の位相を進ませる様に補正し、
   第１の電流検出結果と第２の電流検出結果が共に単調減少、且つ第１の電流検出結果の絶対値が第２の電流検出結果の絶対値より小さい場合、第１の電流検出結果の位相を遅らせる様に補正することを特徴とする請求項１に記載の直流電源装置。
3. 交流電源からの交流電圧を整流する整流回路と、
   単一または複数のスイッチング素子を用いてリアクタを介して交流電源からの交流電圧を短絡・開放するスイッチング手段と、
   前記整流回路の出力側に設けた平滑コンデンサと、
   前記交流電源と前記整流回路の間に設けた、交流電源からの交流電流を検出する第１の電流検出手段と、
   前記整流回路の出力側に設けた、スイッチング手段がオフの時に平滑コンデンサを充電する向きに流れる電流を検出する第２の電流検出手段と、
   交流電源からの交流電圧の位相を検出する交流電圧位相検出手段と、
   ０ｄｅｇから９０ｄｅｇまで、もしくは１８０ｄｅｇから２７０ｄｅｇまでの位相範囲に含まれる第１の位相範囲、または９０ｄｅｇから１８０ｄｅｇまで、もしくは２７０ｄｅｇから３６０ｄｅｇまでの位相範囲に含まれる第２の位相範囲における、予め決められた単一または複数の交流電圧位相における、第１の電流検出結果と第２の電流検出結果の大小関係に基づいて、第１の電流検出結果を補正する電流検出補正部と、を備え、
   前記電流検出補正部が補正した第１の電流結果に基づいて、入力電流が、所定の電流波形パターンに比例した振幅を有する電流波形となるように前記スイッチング手段のオン・オフを制御することを特徴とする直流電源装置。
4. 前記第１の電流検出手段の最大進み位相の絶対値よりも大きく設定されたθ１と、
   前記第１の電流検出手段の最大遅れ位相の絶対値よりも大きく設定されたθ２を用いて、θ２から（９０−θ１）ｄｅｇまで、もしくは（１８０＋θ２）ｄｅｇから（２７０−θ１）ｄｅｇまでを前記第１の位相範囲とし、
   （９０＋θ２）ｄｅｇから（１８０−θ１）ｄｅｇまで、もしくは（２７０＋θ２）ｄｅｇから（３６０−θ１）ｄｅｇまでを前記第２の位相範囲とすることを特徴とする請求項３に記載の直流電源装置。
5. 前記電流検出補正部は、
   第１の位相範囲において、第１の電流検出結果の絶対値が第２の電流検出結果の絶対値より大きい場合、第１の電流検出結果の位相を遅らせる様に補正し、
   第１の位相範囲において、第１の電流検出結果の絶対値が第２の電流検出結果の絶対値より小さい場合、第１の電流検出結果の位相を進ませる様に補正し、
   第２の位相範囲において、第１の電流検出結果の絶対値が第２の電流検出結果の絶対値より大きい場合、第１の電流検出結果の位相を進ませる様に補正し、
   第２の位相範囲において、第１の電流検出結果の絶対値が第２の電流検出結果の絶対値より小さい場合、第１の電流検出結果の位相を遅らせる様に補正することを特徴とする請求項３または４に記載の直流電源装置。