JPH033656A - 電源装置 - 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、インバータ装置などの機器に対して直流電力
を供給するための電源装置に関するものである。

〔従来の技術〕

交流電源からの交流電力を整流回路により整流し、これ
を負荷に供給する場合、できるだけ力率を高くすること
が好ましい。そこで、高力率を得るため、整流回路と負
荷との間の所定個所にトランジスタ等のスイッチング素
子を設けてこれをオンオフ制御し、整流回路から出力さ
れる電流を交流電源の電圧波形に追従制御する技術が従
来から知られている（例えば、特願昭８２−１６３７７
７号）。

第５図は、このような追従制御を行うのに用いられる電
源装置の回路図である。この図において、交流布ｗ、１
からの交流電力は、ダイオードブリッジから成る整流回
路２により全波整流された後、リアクトル３及びコンデ
ンサ４から成る高調波除去用フィルタを通って、電流波
形制御回路５に送られる。

電流波形制御回路５は、整流回路２の正負両端子間に順
次直列接続された直流リアクトル６、ダイオード７、平
滑コンデンサ８、電流検出用抵抗９を有し、さらに、直
流リアクトル６及びダイオード７間の接続点に一端側が
接続され、平滑コンデンサ８及び電流検出用抵抗９間の
接続点に他端側か接続されたスイッチングトランジスタ
１０を有している。

スイッチングトランジスタ１０は、スイッチング素子制
御回路１１によりオンオフ制御され、電流検出用抵抗９
を流れる電流１１が交流電源の電圧波形に追従するよう
に制御が行なわれる。そして、平滑コンデンサ８の両端
電圧が出力電圧■。

として負荷１２に供給されることになる。

第６図は、スイッチング素子制御回路１１の構成を示す
ブロック図である。電源電圧検出手段１３は、交流電源
１の電圧■１を検出し、これを乗算器１４に出力する。

一方、出力電圧検出手段１５は、負荷１２に対する出力
電圧■、を検出し、これを電圧偏差信号出力手段１６に
出力する。電圧偏差信号出力手段１６は、この出力電圧
Ｖ１と、予め設定されている設定電圧Ｖ、。との偏差に
対応する信号を乗算器１４に出力する。

乗算器１４は、電源電圧検出手段１３からの検出信号に
、電圧偏差信号出力手段１６からの電圧偏差信号を乗算
した乗算信号を波形信号生成手段１７に出力する。波形
信号生成手段１７は、この乗算信号に基いて、上限正弦
波Ｓ　及び下限正弦波Ｓ、の二つの波形信号を、それぞ
れ電流基準信号規制手段１８内の上限波比較器１９及び
下限波比較器２０に出力する。

また、電流検出手段２１は、電流検出用抵抗９を流れる
電流■１を検出し、その検出信号を電流基準信号生成手
段２２に出力する。電流基準信号生成手段２２はこの検
出信号に基いて、電流工１に対応した電流基準信号を上
限波比較器１つ及び下限波比較器２０に出力する。

そして、上限波比較器１９は、電流基準信号か上限正弦
波Ｓ　の位置に上昇した時点でオフ指令信号をフリップ
フロップ回路２３に出力し、下限波比較器２０は、電流
基準信号が下限正弦波ＳＤの位置に下降した時点でオン
指令信号をフリップフロップ回路２３に出力する。フリ
ップフロップ回路２３は、これらのオフ指令信号又はオ
ン指令信号をラッチし、スイッチング素子制御手段２４
に交互にこれらの信号を出力する。スイッチング素子制
御手段２４は、これらのオフ指令信号及びオン指令信号
に基いて、スイッチングトランジスタ１０にオフ信号及
びオン信号を出力する。

このようなオフ信号及びオン信号によりスイッチングト
ランジスター０はオンオフ制御されるが、これによれば
、整流回路２から出力される電流すなわち電流１１は、
第７図（ａ）に示すように、常に上限正弦波Ｓ　と下限
正弦波Ｓ、との間の領域に入るように規制される。した
がって、全体としてみれば、電流１１は概ね交流電源の
電圧Ｖｉの波形に追従するよう制御されていることにな
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記のような従来装置では、負荷１２がある程
度小さなものである場合に、第６図における電圧偏差信
号出力手段１６の出力も小さくなる。そして、乗算器１
４には、構成素子として硫化カドミウムＣｄＳを用いた
フォトカプラあるいはＭＯＳ　　ＦＥＴ等が含まれてい
るが、電圧偏差信号出力手段１６からの出力が小さくな
ると、これらの素子の特性は直線性を保てなくなる。

したがって、乗算器１４から出力される信号に歪みが生
じ、波形信号生成手段１７がら出力される上限正弦波Ｓ
　及び下限正弦波ＳＤにも、第７図（ｂ）に示すような
歪みが発生する。そのため、電流１、の波形も全体とし
て歪みを有する波形となり、低負荷の場合には力率の向
上が阻害される結果となっていた。

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、低負荷の場合
にも上限正弦波及び下限正弦波に歪みを生じさせず、も
ってスイッチング素子のオンオフ制御を安定して行うこ
とが可能な電源装置を提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記課題を解決するための手段として、交流電
源に接続された整流回路の正負両出力端子間に、直流リ
アクトル５整流素子、平滑コンデンサ及び電流検出用抵
抗を順次接続すると共に、スイッチング素子の一端側を
前記直流リアクトルと整流素子との相互接続点に、他端
側を前記平滑コンデンサと検出用抵抗との相互接続点に
それぞれ接続し、前記平滑コンデンサの両端電圧を出力
電圧として負荷に供給し、前記スイッチング素子をオン
オフ制御することにより、前記電流検出用抵抗を流れる
電流を前記交流電源の電圧波形に追従するよう制御する
電源装置において、前記交流電源から前記整流回路に出
力される電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、前記
電源電圧検出手段からの検出信号に基いて、上限正弦波
及び下限正弦波の二つの波形信号を出力する波形信号生
成手段と、前記電流検出用抵抗を流れる電流を検出する
電流検出手段と、前記出力電圧を検−出する出力電圧検
出手段と、前記出力電圧検出手段の検出値と予め設定さ
れた設定値との偏差を出力する電圧偏差信号出力手段と
、前記電流検出手段からの電流検出信号を、前記電圧偏
差信号出力手段からの電圧偏差信号に対応する増幅率で
増幅して電流基準信号を生成する電流基準信号生成手段
と、前記上限正弦波及び下限正弦波の二つの波形信号並
びに前記電流基準信号を入力し、該電流基準信号のレベ
ルが該上限正弦波波形の各瞬時におけるレベルまで上昇
したときはオフ信号を出力し、該電流基準信号のレベル
が該下限正弦波波形の各瞬時におけるレベルまで下降し
たときはオン信号を出力する電流基準信号規制手段と、
前記電流基準信号規制手段からのオン信号及びオフ信号
に基いて、前記スイッチング素子をオンオフ制御するス
イッチング素子制御手段と、を備えた構成としである。

〔作用〕

上記構成において、波形信号生成手段は電源電圧検出手
段からの検出信号に基き、上限正弦波及び下限正弦波の
二つの波形信号を出力する。この場合、電源電圧は負荷
の変動にががゎらず常に一定となるから、低負荷の場合
であっても、波形信号生成手段から出力される二つ波形
の形状は固定される。

一方、電流基準信号生成手段は、電流検出手段からの電
流検出信号を電圧偏差信号出力手段からの電圧偏差信号
に対応する増幅率で増幅して？Ｉｉ流基準基準信号成す
るが、低負荷の場合には、通常の負荷の場合と比べてこ
の電圧偏差信号が小さくなるため、生成される電流基準
信号も変動したものとなる。

しかし、電流基準信号が変動したとしても、電流基準信
号規制手段により、この電流基準信号は常に上限正弦波
と下限正弦波との間に入るように規制される。そして、
波形信号生成回路がら送られる上限正弦波及び下限正弦
波の二つの波形は固定された状態となっているので、全
体としてみれば、負荷の変動にかかわらず、電流基準信
号は常に一定の状態に保たれることになる。

スイッチング素子制御手段は、このような電流基準信号
規制手段からのオン信号及びオフ信号に基いて、スイッ
チング素子をオンオフ制御する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図乃至第４図に基き説明す
る。但し、第５図乃至第７図と同様の構成要素には同一
符号を付してその重複した説明を省略する。

第１図は、第６図におけるスイッチング素子制御回路１
１に対応するスイッチング素子制御回路１１Ａの構成を
示すブロック図である。

この第１図と第６図との相違点を説明すると、第１図に
おいては、電源電圧検出手段１３の検出信号が直接に波
形信号生成手段１７に出力されるようになっており、ま
た、電流基準信号生成手段２２Ａは乗算器１４を内部に
有している。そして、この乗算器１４に、電圧偏差信号
出力手段１６からの電圧偏差信号と、電流検出手段２１
からの電流信号とが入力されるようになっている。その
他は、第１図と第６図とは同一の構成となっている。

次に、このように構成されるスイッチング素子制御回路
１１Ａの動作につき説明する。

電源電圧１３は、第６図の場合と同様に、交流型［１の
電圧Ｖ１を検出し、その検出信号を波形信号生成手段１
７に出力する。波形信号生成手段１７は、この検出信号
に基いて、二つの波形信号即ち上限正弦波信号Ｓ　及び
下限正弦波信号Ｓ。

を、電流基準信号規制手段１８内の上限波比較器１９及
び下限波比較器２０に出力する。この場合、負荷１２（
第５図）が軽負荷の状態となっても、交流電源１の電圧
Ｖｉは常に一定であるから、上記の二つの波形信号も固
定されたものとなる。

一方、出力電圧検出手段１５も、第６図の場合と同様に
、出力電圧■、を検出し、その検出信号を電圧偏差信号
出力手段１６に出力する。電圧偏差信号手段１６は、こ
の検出信号と設定値Ｖ、。との偏差に対応する電圧偏差
信号を、電流基準信号生成手段２２Ａ内の乗算器１４に
出力する。

乗算器１４は、電流検出手段２１からの検出信号に、こ
の電圧偏差信号を乗算して、乗算信号即ち電流基準信号
’１０を、電流基準信号規制手段１８内の上限波比較器
１９及び下限波比較器２゜に出力する。

そして、電流基準信号規制手段１８は、第６図の場合と
同様に働き、電流基準信号弓。が常に上限正弦波Ｓ　と
下限正弦波Ｓ、との間に入るように規制する動作を行う
。

スイッチング素子制御手段２４は、この電流基準信号規
制手段１８からのオフ指令信号及びオン指令信号に基き
、スイッチングトランジスター０にオフ信号及びオン信
号を出力してオンオフ制御を行う。

ところで、負荷１２（第５図）が軽負荷状態になった場
合、乗算器１４内に含まれる、ＣｄＳを用いたフォトカ
ブラ、ＭＯＳ　　ＦＥＴ等の素子の特性が直線性を保て
なくなり、電流基準信号！１゜の出力状態も不安定にな
ろうとする。

しかし、第２図（ａ）に示すように、この電流基準信号
１１０は、上限正弦波Ｓ　と下限正弦波Ｓ。

との間で規制されるようになっており、しかも、これら
上限正弦波Ｓ　及び下限正弦波Ｓ、の波形は固定された
ものとなっている。したがって、全体としてみれば、電
流基準信号１１０は上限正弦波Ｓ　及び下限正弦波とほ
ぼ同様の歪みのない正弦波となり、スイッチングトラン
ジスター０はこのような歪みのない信号に基いて制御さ
れる。そのため、電流検出用抵抗９を流れる電流１１も
、第２図（ｂ）に示すように、その値が小さいのにもか
かわらず、全体としては歪みのない正弦波となっている
。

つまり、負荷１２が軽負荷状態に変動した場合、その変
動は、第２図（ａ）における電流基準信号１１ｏの傾き
に関する変動となって現われる。しかし、この傾きがど
のように変動しようとも、電流基準信号■１０の値は、
固定された上限正弦波Ｓｕ及び下限正弦波ＳＤの間に入
るよう規制されるため、結局、電流基準信号’１０の全
体の波形は上限正弦波Ｓ　及び下限正弦波Ｓ。の波形と
ほぼ同様Ｕ の歪みのない波形となる。

次に、上記のように構成される本電源装置を、所謂降圧
型チョッパ回路を介して負荷に接続する場合を簡単に説
明しておく。

第３図において、電流波形制御回路５の出力側即ち平滑
コンデンサ８の両端には、降圧型チヨ・ソバ回路２５が
接続され、この降圧型チョッパ回路２５に負荷としての
インバータ２６及び誘導モータ２７が接続されている。

すなわち、平滑コンデンサ８の両端電圧ＶＬは脈動直流
電圧となっており、交流電源１に２００ｖの１Ｔｓ源を
使用した場合、電圧Ｖｔ、の最大値は２００Ｖの約１．
４倍となって、インバータ２６の定格入力電圧を上回る
こととなる。そこで、降圧型チョッパ回路２５により所
定電圧まで電圧を降下させた後、インバータ２６に直流
電力を供給しようとするものである。

この降圧型直流チョッパ回路２５は、チョッパ用のスイ
ッチングトランジスタ２８、コイル２９、平滑コンデン
サ３０及び転流ダイオード３１により構成されている。

そして、スイッチングトランジスタ２８はスイッチング
素子制御回路１１Ｂからのオン信号及びオフ信号により
オンオフ制御されるようになっている。

このスイッチング素子制御回路１１Ｂは、第１図に示し
た構成を有する他に、第４図に示す構成を有するもので
ある。すなわち、比較増幅器３２は、平滑コンデンサ３
０の両端電圧Ｖ１の検出値と、予め定めである設定値ｖ
１ｏとの偏差に対応する電圧偏差信号を比較器３３の一
方の入力端子に送出する。そして、比較器３３の他方の
入力端子には、三角波発生回路３４から三角波信号が入
力されるようになっている。

この場合、比較増幅器３２からの電圧偏差信号は、三角
波信号に対してスレッシュホールド信号として機能する
。つまり、比較器３３は、三角波信号のレベルが電圧偏
差信号のレベルを上回っている場合はＨ信号を出力し、
逆の場合はＬ信号を出力する。スイッチング素子制御手
段３５は、このようなＨ信号及びＬ信号に基いてオン信
号及びオフ信号を出力し、スイッチングトランジスタ２
８をオンオフ制御する。

このような制御によれば、三角波信号を横切る電圧偏差
信号のレベル変動によって、スイッチングトランジスタ
２８の出力に関するデユーティを自動的に適正値に、Ｍ
ｆｆｉすることができる。そして、この場合のスイッチ
ング周波数は常に一定となることから、他の降圧型チョ
ッパ回路のような、スイッチング周波数可変回路を設け
る必要がなく、回路構成を簡単にすることができる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、電源電圧検出手段が交
流電源の電圧を検出し、この検出に基いて波形信号生成
手段が上限正弦波及び下限正弦波の二つの波形信号を出
力し、電流検出手段が交流電源に接続した整流回路から
出力される電流を検出し、出力電圧検出手段が負荷に供
給する出力電圧を検出し、この出力電圧の検出値と設定
値との偏差を電圧偏差信号出力手段が出力し、電流検出
手段からの電流検出信号を、電圧偏差信号出力手段から
の電圧偏差信号に対応する増幅率で増幅することにより
電流基準信号生成手段が電流基準信号を生成し、電流基
準信号規制手段は電流基準信号が上限正弦波波形の各瞬
時におけるレベルまで上昇したときはオフ信号を出力す
ると共に下限正弦波波形の各瞬時におけるレベルまで下
降したときはオン信号を出力し、このオン信号及びオフ
信号に基いて、スイッチング素子制御手段がオンオフ制
御するように構成したので、低負荷の場合であっても、
上限正弦波及び下限正弦波に歪みを生じることがなく、
整流回路から出力される電流を交流電源の電圧波形に追
従させるため設けられたスイッチング素子を安定した状
態でオンオフ制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の要部を示すブロック図、第２
図（ａ）、　（ｂ）は第１図の動作を説明するための波
形図、第３図は本発明の他の実施例の主回路構成を示す
回路図、第４図は第３図における一部の構成を示すブロ
ック図、第５図は従来例の主回路構成を示す回路図、第
６図は第５図における要部の構成を示すブロック図、第
７図＜ａ）、　（ｂ）は第６図の動作を説明するための
波形図である。 １・・・交流電源、２・・・整流回路、６・・・直流リ
アクトル、７・・・整流素子、８・・・平滑コンデンサ
、９・・・電流検出用抵抗、１０・・・スイッチング素
子（ダイオード）、１２・・・負荷、１３・・・＠？Ｓ
、電圧検出手段、１５・・・出力電圧検出手段、１６・
・・電圧偏差信号出力手段、１７・・・波形信号生成手
段、１８・・・電流基準信号規制手段、２１・・・電流
検出手段、２２Ａ・・・電流基準信号規制手段、２４・
・・スイッチング素子制御手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 交流電源に接続された整流回路の正負両出力端子間に、
   直流リアクトル、整流素子、平滑コンデンサ及び電流検
   出用抵抗を順次接続すると共に、スイッチング素子の一
   端側を前記直流リアクトルと整流素子との相互接続点に
   、他端側を前記平滑コンデンサと検出用抵抗間との相互
   接続点にそれぞれ接続し、前記平滑コンデンサの両端電
   圧を出力電圧として負荷に供給し、前記スイッチング素
   子をオンオフ制御することにより、前記電流検出用抵抗
   を流れる電流を前記交流電源の電圧波形に追従するよう
   制御する電源装置において、 前記交流電源から前記整流回路に出力される電源電圧を
   検出する電源電圧検出手段と、 前記電源電圧検出手段からの検出信号に基いて、上限正
   弦波及び下限正弦波の二つの波形信号を出力する波形信
   号生成手段と、 前記電流検出用抵抗を流れる電流を検出する電流検出手
   段と、 前記出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、前記出力
   電圧検出手段の検出値と予め設定された設定値との偏差
   を出力する電圧偏差信号出力手段と、 前記電流検出手段からの電流検出信号を、前記電圧偏差
   信号出力手段からの電圧偏差信号に対応する増幅率で増
   幅して電流基準信号を生成する電流基準信号生成手段と
   、 前記上限正弦波及び下限正弦波の二つの波形信号並びに
   前記電流基準信号を入力し、該電流基準信号のレベルが
   該上限正弦波波形の各瞬時におけるレベルまで上昇した
   ときはオフ信号を出力し、該電流基準信号のレベルが該
   下限正弦波波形の各瞬時におけるレベルまで下降したと
   きはオン信号を出力する電流基準信号規制手段と、 前記電流基準信号規制手段からのオン信号及びオフ信号
   に基いて、前記スイッチング素子をオンオフ制御するス
   イッチング素子制御手段と、を備えたことを特徴とする
   電源装置。