JPH02254975A - 力率改善回路を有する整流回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、力率改善回路に関し、特に全波整流回路の交
流入力電流の波形を、交流入力電圧の波形と等しくする
ことにより力率を改善する回路に関するものである。

〔従来の技術］ 従来、ダイオードブリッジを用いた全波整流回路におい
て、−船釣な回路として平滑コンデンサインプット形の
ものがあるが、整流した直流電圧のリップル値を小さく
するためにコンデンサの容量をかなり大きくする必要が
ある。そのために整流電流の尖頭値が大きくなり、力率
が低下し、また高調波発生等の悪影響も無視することが
できなＶ）。

力率を改善するために、コンデンサの手前にチョークコ
イルを用いるものがあるが、力率を十分改善するために
はコンデンサの容量に対応して誘導率の大きなコイルが
必要であり、これに伴いチ１−クコイルの外形が大きく
なるために実用上は制約を受けざる得ない。

他に、力率を改善する方法として、整流回路によって整
流された脈流をチョッパ回路を用いてスイッチングする
方法がある。この方法は、基本的にはｆＩｌ源入力電流
が正弦波となるようにチョッパ回路をＰＷＭ制御（パル
ス幅制御）するもので。

負荷電流減少時に動作時にチ通ツバ動作を停止させるも
の（特開昭５３−５７５５号公報）や、脈流をチ１ツバ
し、可飽和リアクトルによりスイッチングトランジスタ
をオンし出力電圧と入力電圧の波形を比較してオフする
ＰＷＭ制御により入力電流波形を入力電圧波形と同じに
するもの（特開昭５６−１０７７８０号公報）などがあ
る。

〔発明が解決しようとする題課〕

しかし、このようなチョッパ回路を用いて力率を改善す
る方法においては、負荷が広範囲に変化する場合、トラ
ンジスタ等のスイッチングにおいてその速度に限界があ
り、パルス幅を一定値以下にできないため、軽負荷時に
おいてデユーティ−比が大きくなり出力電圧が上昇する
という問題がある・ 本発明は、この問題点を解決するために、チョッパ回路
による力率改善回路において、より簡単な構成で、スイ
ッチング素子のスイッチングは他励発振によって行ない
、安定的に軽負荷から定格負荷までの広い範囲に渡って
出力電圧を一定にすることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

交流入力（１）を整流する整流手段（５）、平滑用コン
デンサ（９）、整流手段（５）と平滑用コンデンサ（９
）の間に介挿されたインダクタンス（６）、整流手段（
５）の出力を平滑用コンデンサ（９）に与えるためのス
イッチング手段（８）を含むチ３ツバ回路（８，１２゜
１３．１５．１９）、および、スイッチング手段（８）
のオン／オフを、交流入力電流が正弦波となるようにＰ
ＷＭ制御する力率改善回路（１０，１４〜１８）、を備
える整流回路において。

前記力率改善回路（１０，１４〜１８）は、スイッチン
グ手段（８）を流れる電流値を検出する電流検出手段（
１０）　ｌ電流検出手段（１０）が検出した電流値に比
例する周波数で電気信号を発生する電圧制御発振器（１
６，１７）　、電圧制御１５ｉ様器（１７）が発生する
電気信号に応答してスイッチング手段（８）をオンに転
するオン制御手段（１８）、および、電流検出手段（１
０）が検出した電流値が所定値を越えたときスイッチン
グ手段（８）をオフに転するオフ制御手段（１５）、を
備えることを特徴とする。

〔作用〕

これによれば、スイッチング手段（８）のオン信号は、
力率改善回路（１０，１４〜１８）の電圧制御発振器（
１７）の出力周波数によって制御されるオン制御手段（
１８）により制御される。また、オフ信号については、
基準電圧とチョッパ回路（８，１２，１３，１５，１９
）の出力電圧との差動増幅による出力と、チョッパ回路
（８，１２，１３，１５，１９）入力電圧と、の積によ
り得られる出力をしきい値とし、スイッチング手段に流
れる電流の値が該しきい値を越えたときにオフ制御手段
（１５）よりオフ信号を発生し、スイッチング手段（８
）をオフする。

電圧制御発振器（１７）の出力周波数は、スイッチング
手段（８）に流れる電流が、チョッパ回路（８，１２゜
１３．１５．１９）出力電流に比例した電流を制御入力
とするため、チ１ツバ回路（８，１２，１３，１５，１
９）出力電流によって制御される。

従って、チョッパ回路（８，１２，１３，１５，１９）
におけるスイッチング手段（８）のパルス幅制御を行な
うが、軽負荷時においてはチ１ツバ回路（８，１２，１
３゜１５．１９）出力電流が小さいため、スイッチング
素子（８）のスイッチング周波数を低くし、また、負荷
が重くなリチＪツバ回路（８，１２，１３，１５，１９
）出力電流が大きくなるとスイッチング周波数を高くす
る。

すなわち、その時のチョッパ回路（８，１２，１３，１
５，１９）の出力電流に応じてスイッチング周波数を変
化させ、軽負荷時においてスイッチングのパルス幅が狭
くならなくても、周期を長くしてデユーティ−比を広げ
ることができるため、出力電圧の上昇を防ぐことができ
、軽負荷から定格負荷までの広範囲にわたって、回路の
出力電圧を一定に保つことができる。

本発明の他の目的および特徴は、図面を参照し説明した
以下の実施例により明らかになろう。

〔実施例〕

第１図に、本発明における整流回路の力率改善回路の一
実施例を示す構成ブロック図を示す。

第１図において、インダクタンス６、ダイオード７、ス
ッチングＴ　ｒ　８　＊およびコンデンサ９は、昇圧形
ＤＣ−ＤＣコンバータ回路ＣＯＮを形成している。この
回路ＣＯＮに、インダクタンス２゜インダクタンス３．
コンデンサ４により形成されているノイズカットフィル
ター回路ＮＦと、ダイオードブリッジ回路５を介して、
交流電源ｌが電源の供給を行なっている。ノイズカット
フィルター回ｊｉｌＮＦは、スイッチングＴ　ｒ　８か
ら発生するスイッチングノイズが交流電源に逆流するの
を防止するためのフィルター回路である。

昇圧形ＤＣ−ＤＣコンバータ回路ＣＯＮにおいては、ス
イッチングＴ　ｒ　８がオンするとインダクタンス６の
コイル鉄心にエネルギーが蓄積され。

スイッチングＴ　ｒ　８がオフするとこの蓄積されたエ
ネルギーがインダクタンス６より放出され、ダイオード
７を介して負荷１１へ電流が流れる。なお、コンデンサ
９は平滑用のコンデンサであり、検出器１０は、スイッ
チングＴ　ｒ　８に流れる電流を検出するものである。

スイッチングＴ　ｒ　８のオン／オフを制御するための
回路は、ローパスフィルター回路１６および電圧制御発
振器１７で形成されたオン信号形成部と、基準電圧発生
器１２．制御アンプ１３．掛算！１１４．および比較１
１！１５で形成されたオフ信号形成部と、スイッチング
Ｔ　ｒ　８とドライバＩ９を介して接続され、前記オン
信号とオフ信号の信号によりスイッチング素子８のオン
／オフの状態を保持するセットリセット型（Ｒ３）のブ
リップフロップ１８と、により構成されている。

スイッチングＴ　ｒ　８に流れる電流を電流検出器１０
で検出し、この電流が所望のインダクタンス電流ピーク
値に対応したしきい値に達すると、比較１１１１５がブ
リップフロップ１８のＲ端子をｈｐ　Ｈｐｒ番；するの
で端子Ｑの出力はＬ′″となり、スイッチングＴ　ｒ　
８をオフする。しきい値は掛算器１４により、回路ＣＯ
Ｎの入力電圧波形と制御アンプ１３の出力電圧振幅との
積として形成される。また制御アンプＩ３は、基準電圧
発生ｒＩ１２から出力される基準電圧と、負荷１１にか
かる電圧、すなわち回路ＣＯＮ出力電圧と、の差動増帳
をする制御アンプである。

スイッチングＴ　ｒ　８のオン信号は電圧制御発振器１
７によって発生する。電圧制御発振器１７の出力は、検
出器１０の出力がローパスフィルタ１６を介して直流と
なった信号により制御される。

次にこの回路の力率について考えると、スイッチングＴ
　ｒ　８をオフする比較器１５の入力が、スイッチング
Ｔ　ｒ　８を流れる電流と、回路ＣＯＮの入力電圧波形
と制御アンプ１３の出力電圧振幅との積である掛算器１
４の出力と、によって与えられ、制御アンプ１３の出力
は直流出力であるので。

掛算器１４の出力は、回路ＣＯＮの入力電圧波形の信号
に比例することになる。したがって、スイッチングＴｒ
８に流れる電流の包絡線は回路ＣＯＨの入力電圧波形と
同じになる。すなわち、ｌｔ源六入力平均値は、回路Ｃ
ＯＮの入力電圧波形と同じになり、力率は１になる。

ところで、スイッチングＴ　ｒ　８のスイッチング速度
には限界があるため、パルス幅は一定値以下にはならず
、スイッチングの周期が一定である場合、負荷が軽くな
るとデユーティ−比もある一定の割合より下がらないた
めに回路ＣＯＮの出力電圧が上昇する。

本実施例においては、スイッチングＴ　ｒ　８を流れる
電流出力を電流検出器１０によって検出し、この出力を
ローパスフィルタ回路１６を介して電圧制御発振器１７
に与える。ローパスフィルタ１６から出力された直流値
は１回路ＣＯＮの出力電流に比例するので、この直流値
に応じて電圧制御発振器１７の出力を制御すれば、スイ
ッチングＴｒ８のスイッチングの周期を変化させること
ができ、パルス幅を変化させることができなくても、周
期を長くすることでデユーティ−比を狭くすることがで
きる、すなわち、軽負荷時のスイッチング速度の限界に
よるパルス幅の不変化状態においても、回路ＣＯＮの出
力電圧の上昇を防ぐことができる。

第２図は、実施例回路の出力電流（横軸）に対する電圧
制御発振器１７の出力周波数（縦軸）の関係を示す特性
グラフである。

第２図を見ると、出力電流が小さいとき、すなわち負荷
が軽い時には、電圧制御発振器１７の出力周波数を低く
なるように制御すればよいことになる。今、負荷が軽い
時、出力電流を１１とすると、電圧制御発振器１７の出
力周波数はｆｌとなり、スイッチングの繰り返し周期は
、第３図に示すＴ１の様になる。この場合スイッチング
のデユーティ−比が広がり、出力電圧の上昇を防ぐこと
ができる。

一方、第２図において、出力電流が大きいとき。

すなわち負荷が重い時には、出力電流を１２とすると電
圧制御発振器１７の出力周波数はＴ２となり、スイッチ
ングの繰り返し周期は、第４図に示すＴ２の様になる。

この場合、スイッチングのデユーティ−比は狭くなり、
重い負荷に対しても安定した出力電圧を供給することが
できる。

従って、電圧制御発生器１７の出力を、第２図に示す、
出力電流対応の周波数となるように制御することで出力
電圧の変動を防ぐことができる。

第５図は、本実施例の回路を実際に用いた場合（ｆ変化
）と、用いない場合（ｆ一定）の、出力電流（横軸）に
対する出力電圧の変化（縦軸）を表わした特性グラフで
ある。

第５図において、電圧制御発振器１７の出力周波数を制
御し、負荷に応じてスイッチングの周期を変化させると
、軽負荷時における出力電圧の上昇をおさえることがで
き、軽負荷から定格負荷まで広い範囲にわたって出力電
圧を一定にすることができる。

〔発明の効果〕

以上、説明したように本発明の力率改善装置によれば、
力率の向上を図りつつ、比較的簡単な回路構成で、広範
囲の負荷変化に対しても安定した出力を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の一実施例の回路を示す概略ブロック
構成図である。 第２図は、第１図の回路における回路出力電流と電圧制
御発振器１７の出力周波数との関係を示す特性グラフで
ある。 第３ａ図は、第２図において回路出力電流が１１である
ときの、第１図のスイッチングＴ　ｒ　８のコレクター
エミッタ間の電圧Ｖ　ｃ　＊とインダクタンス６を流れ
る電流ＩＬの波形を示すタイミングチャートであり、第
３ｂ図は、出力電流がＴ２のときのＶ　ｃ　ｓとＩＬを
示すタイミングチャートである。 第４図は、第１図の回路において、出力電流に対して電
圧制御発振［１１７の出力周波数を変化させた場合（ｆ
変化）と、変化させない場合（ｆ−定）の、出力電流に
対する出力電圧の値を示すグラフである。 に交流電源校流入力）　　　　　２．３：インダクタン
ス４：コンデンサ　　　　　　　　　５：ダイオードブ
リッジ（整流手間６：インダクタンス（インダクタンス
）７：ダイオード ８ニスイツチングＴ　ｒ　（スイッチング手助９：平滑
コンデンサ（平滑コンデンサ）ｌＯ：電流検出！（電流
検出手（支） １１：負荷　　　　　　　　　　　　１２：基準電圧発
生器１３：制御アンプ　　　　　　　　　１４：掛算器
１５：比較器（オフ制御手５υ　　　　　１６：ローパ
スフイルタ１７：電圧制御発振器（電圧制御発振器）１
８：フリップフロップ（オン胆−リψの１９：ドライバ
　　　　　　　　　　　ＩＩＦ：ノイズフィルタ回路ω
Ｉ昇圧形ＤＣ−ＤＣコンバータ回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 交流入力を整流する整流手段、平滑用コンデンサ、整流
   手段と平滑用コンデンサの間に介挿されたインダクタン
   ス、該整流手段の出力を平滑用コンデンサに与えるため
   のスイッチング手段を含むチョッパ回路、および、前記
   スイッチング手段のオン／オフを、交流入力電流が正弦
   波となるようにＰＷＭ制御する力率改善回路、を備える
   整流回路において、 前記力率改善回路は、前記スイッチング手段を流れる電
   流値を検出する電流検出手段、該電流検出手段が検出し
   た電流値に比例する周波数で電気信号を発生する電圧制
   御発振器、および、該電圧制御発振器が発生する電気信
   号に応答して前記スイッチング手段をオンに転するオン
   制御手段、および、前記電流検出手段が検出した電流値
   が所定値を越えたとき前記スイッチング手段をオフに転
   ずるオフ制御手段、を備えることを特徴とする、力率改
   善回路を有する整流回路。