JPH0759353A

JPH0759353A - 電源装置

Info

Publication number: JPH0759353A
Application number: JP19862193A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Hatsukawa; 嘉一初川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-08-10
Filing date: 1993-08-10
Publication date: 1995-03-03

Abstract

(57)【要約】【目的】急激な負荷変動や入力電源電圧の変動に対し
ても安定した出力電圧を発生し得る電源装置を提供す
る。【構成】交流入力電源１の位相および周波数を位相検
知回路１０で検知し、この検知した位相および周波数に
同期し、所定の振幅を有する基準正弦波信号を基準波形
／スイッチング波形発生回路１１から発生し、この基準
正弦波信号を交流電源の周波数よりも短い期間で所定周
期毎に出力電圧と比較し、該比較結果に基づいて双方向
半導体スイッチ２のオンデューティ比信号を出力し、こ
れにより出力電圧を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば冷蔵庫等に利用
され、急激な負荷電流の変動や急激な電源電圧の変動に
対して安定した出力電圧を発生し得る電源装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】交流入力電源と負荷とに直列に接続され
たスイッチをオン／オフ制御することにより所望の実効
値の電圧を負荷に供給する電力変換回路を有する従来の
電源装置の回路構成が図８に示されている。図８におい
て、１は交流入力電源、２，３は双方向半導体スイッ
チ、４はコイルとコンデンサからなる低域通過フィル
タ、５は負荷、６は出力電圧検知トランス、７は誤差増
幅器、８は三角波発振器、９はＰＷＭコンパレータ、９
１は出力電圧検知トランス６で検知した出力電圧を整流
して平滑するダイオードブリッジおよび平滑コンデンサ
からなる整流平滑回路、９２は整流平滑回路９１の出力
電圧を分圧して、前記誤差増幅器７に供給する抵抗およ
びコンデンサからなる分圧回路９２である。

【０００３】図８に示す従来の電源装置は、双方向半導
体スイッチ２が電源電圧の周期よりも早い周期で、かつ
一定のオン／オフ比にてスイッチングを行い、負荷５に
オン／オフ比に応じた電力を供給するものであるが、双
方向半導体スイッチ２がオフすることにより負荷５の逆
起電力による電流を貫流するために双方向半導体スイッ
チ３が設けられている。双方向半導体スイッチ２を通過
した電圧は、電源電圧と双方向半導体スイッチ２による
一定の周期の矩形波を掛け合わせた波形となるため、こ
の波形の信号を低域通過フィルタ４によって入力電圧と
同じ周波数の電圧信号に変換している。そして、この変
換された電圧信号を負荷５に供給しているが、この負荷
５に供給された電圧信号は出力電圧検知トランス６で検
知され、更に整流平滑回路９１および分圧回路９２を通
って、整流平滑されてから分圧され、誤差増幅器７の反
転入力に供給されて、非反転入力に供給されている基準
電圧と比較増幅され、該誤差増幅器７の出力信号はＰＷ
Ｍコンパレータ９において三角波発振器８からの三角波
信号と比較され、これにより双方向半導体スイッチ２の
オン／オフ比が決定され、このオン／オフ比の決定され
たＰＷＭコンパレータ９からの出力信号により双方向半
導体スイッチ２が駆動され、出力電圧の最大値を常に一
定に保つように制御される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の電源装
置では、出力電圧の数サイクルを整流平滑回路９１で平
滑し、分圧回路９２を介して誤差増幅器７において基準
電圧と比較しているため、電源周波数よりも短い期間で
負荷電流が変動した場合には、この負荷電流の変動に伴
う出力電圧の変動に対応できないという問題がある。

【０００５】また、入力電源電圧が急激に変動したよう
な場合でも、これが電源周波数よりも短い期間で変動し
た場合には、そのまま出力電圧の変動につながり、負荷
に過大な電圧を供給し、負荷を破壊する危険性があると
いう問題がある。

【０００６】図９，１０はこの様子を示している図であ
り、図９は急激な負荷電流の変動が生じた場合の出力電
圧波形を示している。図９において、負荷電流の変動が
生じると、それまで安定していた出力電圧は図に示すよ
うに一旦低下し、その後、制御の反動により出力電圧は
上昇し、安定な状態に戻る。

【０００７】また、図１０は入力電圧の波形に伴う出力
電圧の変動を示しているが、図１０（１）に示すよう
に、入力電圧が変動すると、出力電圧も入力電圧に応じ
て変動し、その後、制御がかかり、安定した電圧に戻
る。これは、出力電圧制御が出力電圧の数サイクル分の
平均値や最大値を用いているために出力電圧制御が遅
れ、出力電圧に不安定性を生ずるものである。

【０００８】他の問題としては、交流入力電圧が瞬時停
電等により一時的に低下し、その後、元の電圧に復帰す
るような場合には、出力電圧は入力電圧の低下に応じて
低下するが、入力電圧が元の電圧に復帰すると、出力電
圧を急激に所望の電圧に復帰しようと、最大オンデュー
ティ比で双方向半導体スイッチ２をオンさせようとし、
この結果一時的に過大な電圧が負荷に出力されてしま
い、これにより負荷が破壊される危険がある。

【０００９】すなわち、入力電圧が高い時も低い時も、
最大オンデューティで双方向半導体スイッチ２をオンさ
せるような制御が生じると、非常に高い出力電圧が負荷
に出力され、負荷を破壊する危険性がある。

【００１０】図１１，１２を参照して、この様子を説明
する。図１１において、入力電圧が瞬時停電等により電
圧低下を起こし、その後復帰すると、出力電圧は入力電
圧の復帰に伴い、一時的に過大電圧になることを示して
いる。

【００１１】また、図１２では、例えば入力電圧がＡＣ
１６０Ｖから２８０Ｖまで変動し、所望の出力電圧をＡ
Ｃ１００Ｖとし、最大オンデューティを７２％とした場
合において、瞬時停電等により一時的に出力される電圧
を示しているが、入力電圧が最低の時でも出力電圧が最
悪でもＡＣ１１５Ｖになるように設計すると、入力電圧
が２８０Ｖに上昇した場合には、最大ＡＣ２０２Ｖの出
力電圧が発生し、これにより負荷が破壊される危険性が
ある。

【００１２】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、急激な負荷変動や入力電源電
圧の変動に対しても安定した出力電圧を発生し得る電源
装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の電源装置は、交流電源と負荷とに直列に接
続されたスイッチをオン／オフすることにより出力電圧
の実効値を変化させる電力変換手段と、前記交流電源の
周波数および位相を検出する検出手段と、該検出手段で
検出した交流電源の位相および周波数に同期し、所定の
振幅を有する基準正弦波信号を発生する正弦波発生手段
と、前記交流電源の周波数よりも短い期間で所定周期毎
に前記電力変換手段の出力電圧を前記基準正弦波信号と
比較し、該比較結果に基づいて前記電力変換手段の出力
電圧を制御する制御手段とを有することを要旨とする。

【００１４】また、本発明の電源装置は、交流電源と負
荷とに直列に接続されたスイッチをオン／オフすること
により出力電圧の実効値を変化させる電力変換手段と、
前記スイッチのオンの割合の上限を入力電圧により制限
する制限手段とを有することを要旨とする。

【００１５】

【作用】本発明の電源装置では、交流電源の位相および
周波数に同期し、所定の振幅を有する基準正弦波信号を
発生し、交流電源の周波数よりも短い期間で所定周期毎
に電力変換手段の出力電圧を基準正弦波信号と比較し、
該比較結果に基づいて出力電圧を制御する。

【００１６】また、本発明の電源装置では、交流電源と
負荷とに直列に接続されたスイッチをオン／オフするこ
とにより出力電圧の実効値を変化させる場合のスイッチ
のオンの割合の上限を入力電圧により制限する。

【００１７】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。

【００１８】図１は、本発明の一実施例に係わる電源装
置の構成を示す図である。図１において、交流入力電源
１、双方向半導体スイッチ２，３、低域通過フィルタ
４、負荷５は、図８に示したものと同じである。交流入
力電源１には並列に位相検知回路１０が接続され、交流
入力電源１からの入力電圧の位相および周期を検知し、
この検知信号を基準波形／スイッチング波形発生回路１
１に供給するようになっている。また、負荷５には並列
に出力電圧検知回路１２が接続され、負荷５に供給され
る出力電圧を検知し、この検知した出力電圧を基準波形
／スイッチング波形発生回路１１に供給するようになっ
ている。

【００１９】基準波形／スイッチング波形発生回路１１
は、位相検知回路１０で検知した入力電圧の位相および
周期に応じて基準正弦波を発生する基準電圧発生回路お
よび該基準電圧発生回路からの基準正弦波と出力電圧検
知回路１２からの出力電圧とを比較し、これにより双方
向半導体スイッチ２のオン／オフ波形を発生するスイッ
チング波形発生回路を有する。

【００２０】次に、図２に示す各部の動作波形を参照し
ながら、図１に示す実施例の作用を説明する。

【００２１】位相検知回路１０は、交流入力電源１の入
力電圧から、その位相および周期を検知すると、図２
（１）に示すような矩形波信号を出力する。すなわち、
位相検知回路１０は入力電圧の位相の切り替わりを検知
して、図２（１）に示すような出力信号を発生する。こ
の出力信号は、基準波形／スイッチング波形発生回路１
１に供給される。基準波形／スイッチング波形発生回路
１１は、位相検知回路１０の出力信号に基づいて入力電
圧の位相および周期と同じ位相および周期を有し、かつ
振幅が定まっている図２（２）の実線で示すような基準
正弦波を発生する。

【００２２】基準波形／スイッチング波形発生回路１１
は、この基準正弦波を出力電圧検知回路１２から出力さ
れる図２（２）の点線で示すような出力電圧と随時比較
し、その差に応じて図２（４）に示すような双方向半導
体スイッチ２のオン／オフ波形を決定し、このオン／オ
フ波形によって双方向半導体スイッチ２をオン／オフ駆
動し、これにより出力電圧を制御する。

【００２３】図３（ａ）は、図１に示す位相検知回路１
０の具体的な回路構成を示す図であり、図３（ｂ）は位
相検知回路１０に供給される入力電圧の波形および位相
検知回路１０からの出力電圧の波形を示している。図３
（ａ）に示すように、位相検知回路１０は交流入力電源
１に並列に２個の抵抗が直列に接続され、一方の抵抗の
両端に演算増幅器からなる比較器９４が接続されて構成
され、この比較器が入力電圧の位相および周期に等しい
位相および周期を有する図３（ｂ）に示すような出力電
圧を発生する。

【００２４】また、図４（ａ）は、前記位相検知回路１
０の変形例を示す図であり、図４（ｂ）は該変形例に対
する入力電圧波形およびその出力電圧波形を示してい
る。この変形例の位相検知回路１０’は、交流入力電源
１からの入力電圧をダイオードブリッジ９５で整流し
て、直列接続された２個の抵抗に供給し、一方の抵抗の
両端の電圧を比較器９６で基準電圧と比較し、入力電圧
の位相および周期に等しい位相および周期を有する図４
（ｂ）に示すような出力電圧を発生する。

【００２５】図５は、図１に示す基準波形／スイッチン
グ波形発生回路１１、出力電圧検知回路１２の詳細な回
路構成を示す図である。同図に示すように、出力電圧検
知回路１２は、負荷５の両端に接続された出力電圧検知
トランス６を有し、該出力電圧検知トランス６で検知し
た出力電圧をダイオードブリッジ９７で整流し、２個の
直列接続された抵抗で分圧した電圧を誤差増幅器７の反
転入力端子に供給している。この出力電圧は、図２
（２）の点線で示すような波形の信号である。なお、出
力電圧検知トランス６、ダイオードブリッジ９７、２個
の直列接続抵抗が出力電圧検知回路１２を構成してい
る。

【００２６】また、基準波形／スイッチング波形発生回
路１１においては、誤差増幅器７の非反転入力にマイコ
ン１３から基準正弦波波形が供給されている。マイコン
１３は、位相検知回路１０からの位相検知出力信号を受
けて、これにより入力電圧と位相および周期が同じで、
かつ振幅の一定な基準正弦波をアナログ信号に変換し
て、図２（２）の実線で示すように出力するものであ
る。

【００２７】誤差増幅器７は、出力電圧検知回路１２か
らの出力電圧（図２（２）の点線）とマイコン１３から
の基準正弦波（図２（２）の実線）とを瞬時値毎に比較
増幅し、図２（３）に示すような増幅器出力波形信号を
出力する。該誤差増幅器７からの出力信号は比較器９に
供給され、三角波発振器８からの図２（３）に示すよう
な三角波波形信号と比較され、これにより比較器９は図
２（４）に示すようなオン／オフ波形信号を発生し、こ
の信号によって図１に点線で示すように双方向半導体ス
イッチ２に駆動し、出力電圧を制御する。このように本
実施例では、出力電圧を基準正弦波信号と瞬時値毎に、
すなわち交流入力電源１の周波数よりも短い期間で所定
周期毎に比較し、その差により双方向半導体スイッチ２
に対するオンデューティ比信号を決定しているので、従
来のように電源周波数よりも短い期間での負荷電流の変
動に対しても安定に動作することができるのである。な
お、図５において、出力電圧検知回路１２は、マイコン
１３、誤差増幅器７、三角波発振器８、比較器９等によ
り構成されている。

【００２８】図６は、本発明の他の実施例に係わる電源
装置の回路構成を示す図である。図６に示す実施例は、
双方向半導体スイッチ２のオンデューティ比を入力電圧
により制限し、これにより負荷５に過大な出力電圧が印
加されることを防止しようとするものである。図６にお
いて、図１〜図５に示す実施例の構成要素と同じ構成要
素は同じ符号で示されている。

【００２９】図６に示す実施例においては、交流入力電
源１の両端に入力電圧検知トランス１４を接続して、交
流入力電源１からの入力電圧を検知し、この検知した入
力電圧をダイオードブリッジ８１で整流し、コンデンサ
８２で平滑し、この整流平滑された入力電圧を分圧抵抗
８３，８４で分圧して、デューティ比制限ＰＷＭコンパ
レータ１５の非反転入力に供給し、該デューティ比制限
ＰＷＭコンパレータ１５において三角波発振器８からの
三角波信号と入力電圧信号とを図７（３）に示すように
比較して、図７（４）に示すような出力信号をアンド回
路１６の一方の入力に供給している。なお、このアンド
回路１６に供給されるデューティ比制限ＰＷＭコンパレ
ータ１５からの出力信号は、図７（４）に示すように入
力電圧による双方向半導体スイッチ２の最大オン信号で
ある。

【００３０】一方、負荷５の両端に接続されている出力
電圧検知トランス６によって検知された出力電圧は、図
５で説明したと同様にダイオードブリッジ９７で整流さ
れ、コンデンサで平滑され、抵抗で分圧されて、誤差増
幅器７に供給され、基準電圧８５と比較され、誤差増幅
器７から図７（１）の８６に示すような出力信号が出力
され、該出力信号は比較器９において三角波発振器８か
らの三角波波形信号と図７（１）に示すように比較され
る。この結果、比較器９からは図７（２）に示すような
双方向半導体スイッチ２用のオン信号が出力され、アン
ド回路１６の他方の入力に供給される。

【００３１】アンド回路１６は、比較器９から供給され
る出力電圧によるオン信号（図７（２））とデューティ
比制限ＰＷＭコンパレータ１５から供給される入力電圧
によるオン信号（図７（４））のアンドを取り、これに
より両オン信号のうち、いずれか短い方のオン信号が図
７（５）に示すように出力される。そして、この短い方
のオン信号は、双方向半導体スイッチ２を駆動し、これ
により出力電圧を制御している。

【００３２】このように構成される図６の実施例では、
例えば、図７（１）の中程に示すように過大な出力電圧
が発生したとしても、そして、この過大な出力電圧によ
って誤差増幅器７から出力されるオン信号が図７（２）
の対応する時刻に示すように大きくなったとしても、デ
ューティ比制限ＰＷＭコンパレータ１５から出力される
図７（４）に示すオン信号によってアンド回路１６で制
限され、結果として図７（５）に示すように短いオン信
号が双方向半導体スイッチ２に供給され、これにより出
力電圧を許容範囲内に制限しているものである。

【００３３】上述した図１２に示す場合について、本実
施例の効果を説明すると、１６０Ｖ〜２８０Ｖの入力電
圧が供給されたとすると、従来のように７２％の最大オ
ンデューティ比でスイッチングすると、最大出力電圧は
１１５〜２０２Ｖのように大きな値のものが出力される
が、これに対して本実施例のように入力電圧によりオン
デューティ比を変化させると、最大出力電圧は１１５Ｖ
に制限されることになる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
交流電源の位相および周波数に同期し、所定の振幅を有
する基準正弦波信号を発生し、交流電源の周波数よりも
短い期間で所定周期毎に電力変換手段の出力電圧を基準
正弦波信号と比較し、該比較結果に基づいて出力電圧を
制御するので、電源周波数よりも短い期間で負荷電流が
変動して、出力電圧が変動しても、これを適確に検知
し、安定した出力電圧を発生することができる。

【００３５】また、本発明によれば、交流電源と負荷と
に直列に接続されたスイッチをオン／オフすることによ
り出力電圧の実効値を変化させる場合のスイッチのオン
の割合の上限を入力電圧により制限するので、過大な電
圧が負荷に供給されることがなくなり、これにより負荷
が破壊されるようなことも防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わる電源装置の構成を示
す図である。

【図２】図１に示す電源装置の各部の動作波形を示す図
である。

【図３】図１に示す電源装置に使用されている位相検知
回路の回路構成および動作波形を示す図である。

【図４】図３に示す位相検知回路の変形例の回路構成お
よび動作波形を示す図である。

【図５】図１に示す電源装置の基準波形／スイッチング
波形発生回路、出力電圧検知回路の詳細な回路構成を示
す図である。

【図６】本発明の他の実施例に係わる電源装置の回路構
成を示す図である。

【図７】図６に示す電源装置の各部の動作波形を示す図
である。

【図８】従来の電源装置の回路構成を示す図である。

【図９】図８に示す従来の電源装置における負荷変動に
よる出力電圧波形の変化を示す波形図である。

【図１０】図８に示す従来の電源装置における電源電圧
変動による入力電圧波形および出力電圧波形を示す波形
図である。

【図１１】図８に示す従来の電源装置における瞬時停電
による出力電圧の反動を示す波形図である。

【図１２】図８に示す従来の電源装置における問題点を
示す表である。

【符号の説明】

１交流入力電源２，３双方向半導体スイッチ４低域通過フィルタ５負荷７誤差増幅器８三角波発振器９ＰＷＭコンパレータ１０位相検知回路１１基準波形／スイッチング波形発生回路１２出力電圧検知回路１３マイコン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流電源と負荷とに直列に接続されたス
イッチをオン／オフすることにより出力電圧の実効値を
変化させる電力変換手段と、前記交流電源の周波数およ
び位相を検出する検出手段と、該検出手段で検出した交
流電源の位相および周波数に同期し、所定の振幅を有す
る基準正弦波信号を発生する正弦波発生手段と、前記交
流電源の周波数よりも短い期間で所定周期毎に前記電力
変換手段の出力電圧を前記基準正弦波信号と比較し、該
比較結果に基づいて前記電力変換手段の出力電圧を制御
する制御手段とを有することを特徴とする電源装置。
【請求項２】交流電源と負荷とに直列に接続されたス
イッチをオン／オフすることにより出力電圧の実効値を
変化させる電力変換手段と、前記スイッチのオンの割合
の上限を入力電圧により制限する制限手段とを有するこ
とを特徴とする電源装置。