JPH07154971A - 力率改善コンバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、スイッチング方式の力率改善コン
バータの交流入力電圧に異常なサージ電圧が印加された
ときにスイッチング素子を流れる電流が破壊に至るほど
流れてしまうのを防ぐものである。 【構成】 整流回路の出力ａ点の分圧回路の出力ｂ点を
入力するコンパレータ１１の端子にダイオード８のアノ
ード側を接続し、カソード側を接地側に接続すること
で、サージ電圧のエネルギーをダイオード８を介して接
地側に流し、上記分圧回路の出力ｂ点の電圧上昇を抑え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はコンデンサインプット方
式の整流回路の高調波電流が電力系統及びその設備に対
して機器の発熱などの弊害を及ぼすために国際的に及び
各国で規制が行われていようとしていることに対し、力
率を改善することにより高調波電流値を低減し、その弊
害をなくすことを目的とした力率改善コンバータに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、様々な電子機器からの高調波電流
が電力設備に与える弊害をなくすべく、その高調波電流
の限度値を国際的にはＩＥＣのＩＥＣ規格１０００−３
−００で、国内ではそれにほぼ整合した規格案で規制し
ようとしている。それの対応策の一つとして力率を改善
させる手段により高調波電流を低減する力率改善コンバ
ータの採用が検討されている。

【０００３】以下、従来の力率改善コンバータについて
説明する。図２は従来の力率改善コンバータの回路図を
示すものである。なお、多出力にした場合の二次側整流
回路、起動回路などスイッチング電源の基本的な回路に
ついては省略してある。図２において１は交流電源の入
力端子、２はブリッジ整流ダイオード、３は約１μＦ程
度の容量の平滑用コンデンサ、４は多出力対応可能なス
イッチングトランス、５はパワーＭＯＳＦＥＴなどのス
イッチング素子、６はスイッチング素子５を流れる電流
を検出するための検出抵抗、７は整流後の電圧波形を分
圧するための抵抗、９は抵抗値を外部から電子的に任意
に可変できる可変抵抗、１０は可変抵抗９の値を二次側
の出力電圧の変動情報で変化させる制御回路、１１は抵
抗７と可変抵抗９とで分圧する分圧回路の出力ｂ点の電
圧と検出抵抗６からの値を比較するコンパレータ、１２
はスイッチング素子５に流れる電流を制限する過電流制
限回路、１３は発振器、１４はスイッチング素子５の駆
動回路、１５は検出抵抗６で検出した信号のノイズフィ
ルタ、１６は一次側と二次側を絶縁しつつ二次側の出力
電圧変動情報を伝達するためのフォトアイソレータ、１
７は二次側出力電圧を監視する誤差増幅回路、１８は整
流ダイオード、１９は平滑コンデンサ、２０は二次側の
負荷である。

【０００４】以上のように構成された従来の力率改善コ
ンバータについて、以下、その動作を説明する。

【０００５】まず、入力端子１から交流電圧が入力され
ると、ブリッジ整流ダイオード２と平滑コンデンサ３で
整流される整流回路の出力ａ点の電圧波形は図４（ａ）
のような波形になる。この電圧の上昇とともに発振器１
３（起動回路等は省略）が動作を始めるとスイッチング
素子５がトランス４を介してスイッチング動作を始め、
更に、二次側に誘起されたパルス状の電圧波形を整流ダ
イオード１８および平滑コンデンサ１９で整流平滑し、
負荷２０に供給し、やがて安定動作に至る。

【０００６】次に上記のように起動した電源の安定化動
作及びスイッチング素子５を流れる電流（ｃ点）の電流
波形を整流回路の出力ａ点の電圧波形のような正弦波に
近似させる動作について説明する。二次側の電源出力ｅ
点の電圧変動を誤差増幅回路１７で検出及び増幅してフ
ォトアイソレータ１６を介して一次側の制御回路１０に
伝達する。制御回路１０は可変抵抗９の抵抗値を負荷２
０の電流が大きいときは大きく、負荷２０の電流が小さ
いときは小さくなるように変化させることになり、従っ
て、整流回路の出力ａ点を抵抗７と可変抵抗９で分圧し
た文圧回路の出力ｂ点の波形は、図４（ａ）と相似な図
４（ｂ）のようになる。コンパレータ１１は二次側に供
給される電力に等価なスイッチング素子５を流れる電流
（ｃ点）を検出抵抗６で電圧に変換した検出電圧ｄ点の
電圧波形と上記分圧回路の出力ｂ点の電圧波形を比較す
る。そして常にｃ点の電流波形のエンベロープ波形が図
４（ｃ）、図（ｄ）のようになるよう過電流制限回路１
２を動作させてスイッチング素子５のオン期間を制御す
ることで負荷変動にたいして安定化と電流波形の正弦波
近似、即ち力率の改善を行う。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の構成では、力率改善コンバータであるため、交流
電圧を平滑するコンデンサの容量が極めて小さく、また
制御方式上ノイズフィルタ１５のために検出抵抗６によ
る過電流保護機能の感度が低下している。そのため、図
５（ａ）のように入力からのサージ電圧を吸収できず、
上記分圧回路の出力ｂ点の電圧が通常より上昇し、スイ
ッチング素子を流れる電流値のピーク値が図５（ｃ）、
図（ｄ）のようにスイッチング素子を破壊に至らしめる
ほど流れてしまうという問題を有していた。

【０００８】本発明は上記の課題を解決する為に、サー
ジ電圧の入力よる上記分圧回路の出力ｂ点の電圧上昇を
抑制し、スイッチング素子の破壊を防ぐものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明の力率改善コンバータは、整流回路の出力電
圧を分圧する分圧回路の出力を入力する端子に電圧の上
限値を通常動作に不具合がない程度にダイオードの順方
向電圧降下を利用して制限する。

【００１０】

【作用】この構成によって、サージ電圧の入力時には端
子電圧がダイオードの順方向電圧降下以上には上昇しな
いため、スイッチング素子に直列に接続された電流検出
抵抗とこの制限値とで求められる値以上はスイッチング
素子に電流が流れない。

【００１１】

【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
ながら説明する。図１は本発明の一実施例を示す力率改
善コンバータの回路図である。なお、本発明の基本動作
は従来例の図２と同じであり、また回路を構成する部品
等も機能は同じなので基本動作、機能説明については省
略する。図１で８は整流回路の出力電圧を分圧する分圧
回路の出力ｂ点の電圧を任意のダイオードを直列に接続
することで、

【００１２】

【数１】

【００１３】以上の電圧に上昇しないようにするダイオ
ードである。以上のように構成された力率改善コンバー
タを図１、図２、及び図５を用いて説明する。尚、図２
は従来例図５に対する本発明の効果を説明するための図
である。通常動作中または起動時において図２（ａ）に
示すようなサージ電圧が図１整流回路の出力ａ点に印加
されると分圧回路の出力ｂ点の出力も図５（ｂ）のよう
にサージ電圧の部分だけ高くなろうとするが、ダイオー
ド８のアノード側がｂ点側に接続されているため、サー
ジのエネルギーはダイオード８を通って接地側へ流れる
ことになるため、図２（ｂ）のようにピークが制限され
る。即ち、破壊耐量と温度特性を考えた任意の順方向電
圧降下の設定すればサージ印加時も従来の図４（ｂ）と
ほぼ同じ目標値に制限することができ、その結果、図２
（ｃ）、（ｄ）のようにスイッチング素子を流れる電流
値を制限して破壊に至ることを防ぐことができる。

【００１４】

【発明の効果】以上のように本発明は電源の異常なサー
ジ電圧の入力に対し、制御回路の目標値の入力端子にダ
イオードを設けることにより、スイッチング素子の電流
値を任意に制限できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である力率改善コンバータの
回路図

【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ） 同コンバー
タのサージ印加時の動作波形図

【図３】従来の力率改善コンバータの回路図

【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ） 同コンバー
タの正常動作時の各部の動作波形図

【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ） 同コンバー
タのサージ電圧印加時の各部の動作波形図

【符号の説明】

１ 交流入力 ２ 整流ダイオード ３ 平滑コンデンサ ４ スイッチングトランス ５ スイッチング素子 ６ 検出抵抗 ７ 抵抗 ８ ダイオード ９ 可変抵抗 １０ 制御回路 １１ コンパレータ １２ 過電流制限回路 １３ 発振器 １４ 駆動回路 １５ ノイズフィルタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流入力を整流する整流回路と、前記整
   流回路の出力を入力として２次側に電源出力回路が設け
   られたスイッチングトランスとスイッチング素子とスイ
   ッチング駆動制御回路とからなるスイッチング電源回路
   と、前記整流回路の出力を抵抗と前記スイッチング駆動
   制御回路により制御される可変抵抗とで分圧する分圧回
   路と、前記分圧回路の出力を数個のダイオードで接地す
   るとともに前記スイッチング駆動制御回路に入力するこ
   とを特徴とする力率改善コンバータ。