JPH08168246A - 整流回路の力率補正方法 - Google Patents

整流回路の力率補正方法

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JPH08168246A
JPH08168246A JP6330891A JP33089194A JPH08168246A JP H08168246 A JPH08168246 A JP H08168246A JP 6330891 A JP6330891 A JP 6330891A JP 33089194 A JP33089194 A JP 33089194A JP H08168246 A JPH08168246 A JP H08168246A
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JP
Japan
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capacitor
power factor
circuit
rectifier
factor correction
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Application number
JP6330891A
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English (en)
Inventor
Akira Hasegawa
彰 長谷川
Kazuaki Honda
一晃 本田
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Takasago Ltd
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Takasago Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】整流回路の力率補正方法の提供。 【構成】全波整流回路の整流器と平滑コンデンサの間に
逆流防止ダイオードをを直列に挿入し、さらにこのダイ
オードに並列または整流器の出力に力率補正用コンデン
サを接続し、このコンデンサの電荷を充電の終了後に充
電または放電して力率補正効果を高めた整流回路。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】簡単でしかも安価な部品で整流器
回路の力率を効果的に補正し、整流回路に流入する電流
の実効値と高調波成分を抑制し、内外の高調波規制規格
に適合させる方法であり、商用の交流を直流に変換して
利用している小さい電力の電子機器において利用が可能
である。
【0002】
【従来の技術】コンデンサ・インプット型の整流回路
は、回路が簡単で効率も良いが力率が悪い欠点があっ
た。力率を補正する方法として最も簡単な方法は、交流
入力回路に等価的に直列または並列に共振回路やその混
合した回路を入れる方法がある。この回路は簡単である
が共振回路の定数が商用周波数となるため、重量や寸法
が大きくなり過渡応答特性も劣化する欠点がある。
【0003】さらに、整流回路をチョーク・インプット
形とする方式もあるが同様な欠点があった。この欠点を
除くため、スイッチング・レギュレータを利用してPW
Mによって入力電流を制御してこの電流波形を正弦波に
近かづけて力率を補正する回路や、正弦波に高周波ディ
ザ信号を重畳する方式などがある、しかしこれらの方式
も回路が複雑でコストも高く高周波雑音を発生させるな
ど多くの問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このように従来の方式
は重量や寸法が大きい欠点があったり、小型にすると回
路が複雑になり、ノイズを発生する問題もあった。これ
らのすべての問題を解決し、内外の電源高調波規制を満
足し、しかも、回路が簡単で安価な小型でノイズも発生
しない整流回路を得ようとするものである。
【0005】
【問題を解決するための手段】このような点を考慮し
て、本発明ではサイズの大きい共振用フイルタやノイズ
の発生する高周波スイッチング回路方式を使用せず、従
来の単純なコンデンサインプット方式の全波整流回路に
力率補正コンデンサを附加し、このコンデンサを効果的
に利用して力率を補正しようとするものである。
【0006】
【作用】コンデンサ・インプット型整流回路は図1に示
すように、入力電流は直流出力よりも交流入力電圧の瞬
時値が高くなるわずかの期間しか流れず、図1の16で
示すように狭いパルス状の波形となって高調波成分や実
効電流も多くなる。このときの力率は整流回路のサージ
電流防止抵抗15や電源1のインピーダンスによって大
幅に変化するが60%程度である。
【0007】図2のように整流器の出力と平滑コンデン
サの間にダイオード5を挿入し、整流器の出力に力率改
善用コンデンサ3と放電抵抗4を入れると、コンデンサ
3が完全に放電した状態では、入力電源1にEmsin
ωtの電圧がt=0で加わった場合、コンデンサ3には
この容量をCpとするとωCpEmcosωtの電流が流
れる、同様にして平滑コンデンサ6にも電流が流れる。
【0008】ここで、入力電圧の瞬時値が増加すると共
に、コンデンサ3とコンデンサ6も充電される。入力電
圧の瞬時値がピークを越えてこの値がコンデンサ6の充
電電圧よりも下がるとダイオード5はオフする。力率補
正コンデンサ3と放電抵抗4による時定数を交流入力周
期の1/4以下程度にすると、コンデンサ3の電圧もか
なり急に放電して電圧が低下する。このとき、半周期経
った電圧をEcとして、次の半サイクルで入力電圧の瞬
時値がEcを越えると、再びコンデンサ3が充電され入
力回路にも充電電流が流れる。このときのコンデンサ3
の充電電流は時間がtのとき、ピーク値がωCp(Em
−Ec)cosωtの三角状波形となる。
【0009】入力電圧の瞬時値がさらに上昇し、コンデ
ンサ6の電圧より高くなると再びコンデンサ6が充電さ
れる。このとき、入力電流波形の主な成分は、力率補正
コンデンサ3と平滑用コンデンサ6の充電電流の合成と
なるので、図2の16に示すような波形となる。この電
流波形を図1の16と比較すると、力率補正コンデンサ
6に流れる電流が加わって幅が広くなり、入力電流の実
効値が減り、高調波成分も減少する。力率補正コンデン
サ3の容量が大きく、放電抵抗4の値が低いほど力率は
向上する。しかし、放電抵抗の損失によって整流回路の
効率も低下するので効率と力率のトレードオフでこれら
の定数を決定する。
【0010】図3は力率補正コンデンサ3を直列ダイオ
ード5へ並列に挿入した例である。この方法では、交流
入力電圧が1/4周期を過ぎ、ダイオード5がオフする
と充電抵抗4を通じて出力電圧が加わり、力率補正コン
デンサ3を充電する。次の半サイクルで、再び入力電圧
の瞬時値が立ち上がってくると、コンデンサ3の電圧は
この電圧に加算されて平滑コンデンサ6に加わる。した
がって、このコンデンサが無い場合よりも速く平滑コン
デンサ6を充電する電流が流れ、図3の16に示す電流
となって、図2の場合と同様な効果がある。この場合、
コンデンサ3に充電された電荷は再び平滑コンデンサに
充電されるので効率を上げることができる。
【0011】図2では放電抵抗4によって完全な放電が
困難であり、図3でも充電抵抗4によって完全な充電が
困難であった。これらの動作を完全に行うとすると抵抗
値を下げる必要があり効率が低下した。この欠点を除く
目的で図4、または図5の方法で放電抵抗や充電抵抗に
直列にスイッチを入れて強制的に放電または充電をする
と、効率良く力率補正コンデンサ3の充電や放電を行え
る。この状態では、力率補正コンデンサに交流入力電圧
の立ち上がりの初期から電流が流れ、さらに力率が向上
し効率も上昇する。これらの回路では、交流入力電圧が
ゼロに近かづいた期間だけスイッチをONして充電また
は放電を短期間に行うことができ、損失も防ぐことが可
能となる。
【0012】スイッチや抵抗で力率補正コンデンサを充
電または放電する代わりに、図6または図7のように直
列ダイオードに直列にインダクタンスを付け、このイン
ダクタンスに流れる電流のピーク時に蓄積されたエネル
ギーによって力率補正コンデンサを充電または放電を行
って同様の効果を得ることもできる。
【0013】
【実施例】図2に示すように整流器2と平滑コンデンサ
6の間にダイオード5を挿入し、力率補正コンデンサ3
と放電抵抗4を整流器2の出力に並列に接続する。この
コンデンサと放電抵抗の時定数は入力交流周期の1/4
付近または以下の値にする。コンデンサの値は入力電流
波形の立ち上がりの初期の値を決定し、大きいほど立ち
上がりの電流は大きくなる。コンデンサが完全に放電し
た場合の立ち上がり電流はコンデンサ3の容量をCpと
するとωCpEmとなるので、この値を目安に決定する。
【0014】図3は充電コンデンサ3をダイオード5に
並列に入れた例である。この場合の充電抵抗4と力率補
正コンデンサの値も図2の場合と同様にして決定する。
充電抵抗や放電抵抗の代りに定電流回路を入れると充電
や放電の電流が指数関数的に遅れることを防ぎ良い結果
が得られる。さらに、入力電圧が立ち上がっている0〜
π/2またはπ〜3/4πの期間の放電や充電は損失を
増加させるので、それぞれの半サイクルの期間は放電や
充電を停止する回路を附加すると効率が上昇する。
【0015】図4と図5は、補助整流器13によって全
波整流波形を得る、この電圧を抵抗8と9による分圧器
に加え、トランジスタ10に加える。交流入力電圧がゼ
ロに近かづくと、トランジスタ10はオフしてコレクタ
電圧が上昇し、FET12をオンして力率補正コンデン
サを放電または充電するようにする。放電抵抗4は極め
て小さい値まで下げることが可能であるがこの抵抗の損
失はFET12のオン時の等価抵抗との分圧比によって
決定される。ここで、トランジスタ10は演算増幅器の
ような他の増幅器を使用し、オフセットやヒステリシス
特性を持たせるとさらに動作が完全になる。スイッチ3
はFETに限らずトランジスタなどを使用しても良い。
【0016】図6は直列ダイオード5に直列に少量のイ
ンダクタンス14を入れると、入力電圧の瞬時値が立ち
下がる期間に電流のピーク時に蓄積されたエネルギーに
よって力率補正コンデンサが充電され、図3の充電抵抗
と同様な作用を得ることができ、充電された電圧は次の
半サイクルで平滑コンデンサを充電して出力電力となの
で、電力損失を防いだ力率の補正が可能である。図7は
力率補正コンデンサ6を整流器2の出力に並列に入れ、
インダクタンス14に残留したエネルギーでコンデンサ
6を放電して図2の抵抗による放電と同様な効果を得る
ことができ、放電電流は平滑コンデンサ6を充電して出
力電力となるので、電力の損失も防ぐことができる。こ
の場合のインダクタンスは、チョークインプットの場合
の臨界値よりも大幅に少ない小型のインダクタンスでも
効果があり、電源装置を小型化できる。
【0017】図8に示すように補助整流器13から力率
補正用の電流を得ると、直列ダイオード5による損失を
減らすことができて効率が上昇する。この方法は図3と
同様な動作をするが図2、図4、図5、図6、図7の回
路にも適用することができ、どの回路でもダイオードの
損失を減らすことが可能となる。さらに、図7の回路で
インダクタンス14とダイオード5の接続点とマイナス
出力の間に図4の回路に相当する強制的なスイッチによ
る放電回路を入れるとインダクタンスをさらに下げても
力率補正コンデンサの効果を高めることができ、しかも
入力電圧がゼロに近い点で、意図的にインダクタンス1
4に電流を流して力率をより多く改善できる。また、実
施方法を示す図にはサージ防止抵抗や突入防止回路は省
略してあるが、これらの回路を附加すると、さらにピー
ク電流を下げ電流の高調波も減衰するが動作原理には変
わるところがなく、本発明の権利の及ぶところとなる。
【0018】
【発明の効果】本発明は極めて少ない回路で力率を改善
でき、図4や図5の回路でもスイッチング速度を遅くで
きるのでスイッチングノイズも発生しない。とくに、I
EC1000−3−2の高調波電流規制では、図1に示
すようなコンデンサ・インプット形整流回路では、入力
電流波形が特殊波形に該当してクラスDとなる。クラス
Dの高調波電流の許容値は、消費電力との割合で規定さ
れ、消費電力の小さい場合には厳しい値となって、その
ままでは許容値をクリアすることは困難であった。
【0019】本発明を適用すると、力率改善コンデンサ
に流れる電流によって、入力電流波形はクラスDを規定
する波形のエンベロープからはみ出してクラスAに該当
する波形にすることが可能である。クラスAで規定され
る高調波電流成分は、消費電力に関係しない絶対値で規
定されるので、電力の小さい装置では規制を楽ににクリ
アできる。
【0020】実例を図9と図10に示す。図9は通常の
コンデンサ・インプット形整流回路の測定結果であり、
力率も60%と低いが本発明を適用した図7では力率が
79%に改善され、波形もクラスAとなってIECの高
調波規制に適合する。従来の方法では、小さな電力を扱
う機器では高調波対策が困難でしかもコストがかかった
が、本発明によってローコストで規制に適合させること
が可能となる。図9、図10の測定結果は、(株)高砂
製作所の製造による高調波電流解析システムHC−20
10によって測定した結果である。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のコンデンサインプット形整流器の回路図
である。
【図2】抵抗による放電回路を付けた力率補正回路であ
る。
【図3】抵抗による充電回路を付けた力率補正回路であ
る。
【図4】強制的な充電回路を付けた力率補正回路であ
る。
【図5】強制的な放電回路を付けた力率補正回路であ
る。
【図6】インダクタンスの残留エネルギーによる充電回
路を付けた力率補正回路である
【図7】インダクタンスの残留エネルギーによる放電回
路を付けた力率補正回路である
【図8】直列ダイオードの損失を減少させた力率補正回
路である。
【図9】対策前の入力電流の高調波成分の測定結果であ
る。
【図10】対策後のの入力電流の高調波成分の測定結果
である。
【符号の説明】
1 入力電源 2 整流器 3 力率補正コンデンサ 4 充電または放電抵抗 5 直列ダイオード 6 平滑コンデンサ 7 負荷抵抗 8 バイアス抵抗 9 分圧抵抗 10 ゼロクロス検出用トランジスタ 11 バイアス抵抗 12 スイッチ用FET 13 補助整流器 14 力率補正コンデンサ充電または放電用インダクタ
ンス 15 サージ電流防止抵抗 16 入力電流波形

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 全波整流回路の整流器出力と平滑コンデ
    ンサの間にダイオードを順方向に挿入し、整流器の出力
    に力率補正用のコンデンサを接続し、さらにこのコンデ
    ンサの電荷を放電する回路を附加した力率補正方法。
  2. 【請求項2】 全波整流回路の整流器出力と平滑コンデ
    ンサの間にダイオードを順方向に挿入し、このダイオー
    ドに並列に力率補正用のコンデンサを接続し、さらに、
    このコンデンサに直流出力電圧を充電する回路を附加し
    た力率補正方法。
  3. 【請求項3】 全波整流回路の整流器出力と平滑コンデ
    ンサの間にダイオードを順方向に挿入し、整流器の出力
    に力率補正用のコンデンサを接続し、さらに、このコン
    デンサの電荷を入力電圧がゼロに近かづいた期間で強制
    的に放電する回路を附加した力率補正方法。
  4. 【請求項4】 全波整流回路の整流器出力と平滑コンデ
    ンサの間にダイオードを順方向に挿入し、このダイオー
    ドに並列に力率補正用のコンデンサを接続し、さらに入
    力電圧がゼロに近かづいた期間でこのコンデンサに直流
    出力電圧を強制的に充電する回路を附加した力率補正方
    法。
  5. 【請求項5】 全波整流回路の整流器出力と平滑コンデ
    ンサの間にインダクタンスとダイオードを直列に挿入
    し、整流器の出力に力率補正用のコンデンサを接続し、
    さらにこのコンデンサの電荷をインダクタンスの電流で
    放電する回路を附加した力率補正回方法。
  6. 【請求項6】 全波整流回路の整流器出力と平滑コンデ
    ンサの間にインダクタンスとダイオードを直列に挿入
    し、このダイオードに並列に力率補正用のコンデンサを
    接続し、さらに、このコンデンサをインダクタンスの電
    流で充電する回路を附加した力率補正方法。
JP6330891A 1994-12-09 1994-12-09 整流回路の力率補正方法 Pending JPH08168246A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011229391A (ja) * 2010-04-22 2011-11-10 Ise Tech Co Ltd 力率改善用電流制御回路を有する電源供給装置
JP2013110789A (ja) * 2011-11-17 2013-06-06 Brother Ind Ltd 電源システム、それを備えた画像形成装置、および小容量交流処理回路

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011229391A (ja) * 2010-04-22 2011-11-10 Ise Tech Co Ltd 力率改善用電流制御回路を有する電源供給装置
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