JPH0974763A

JPH0974763A - 電源装置

Info

Publication number: JPH0974763A
Application number: JP23012495A
Authority: JP
Inventors: Chihiro Okatsuchi; 千尋岡土
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba FA Systems Engineering Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba FA Systems Engineering Corp
Priority date: 1995-09-07
Filing date: 1995-09-07
Publication date: 1997-03-18

Abstract

(57)【要約】【課題】交流電源から直流電源に電力を変換する場合の
交流側電流の高調波低減を、コストの高い掛算器を使用
することなく簡単な回路で実現すること。【解決手段】交流電源１をチョッパ回路により直流電源
に変換して負荷８に電力を供給する電力変換手段と、電
力変換手段により変換される直流電源電圧を制御する増
幅手段１１と、増幅手段１１からの出力を交流電源電圧
波形によりリミットする制限手段１５と、制限手段１５
によりリミットされた出力を電流基準として交流電源電
流をパルス幅変調制御する制御手段１４とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流電源をチョッ
パ回路により直流電源に変換して負荷に電力を供給する
電源装置に係り、特に交流電源から直流電源に電力を変
換する場合の交流側電流の高調波低減を低コストで実現
できるようにした電源装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、電力の分野においては、交流電源
の波形歪が電力機器に悪影響を及ぼすことから、交流電
源に接続される装置の高調波規制が、１９９６年より行
なわれることに決まっている。

【０００３】特に、ＡＣ１００ＶやＡＣ２００Ｖの配電
線に接続して使用する電力機器は、単体で高調波規制を
クリアーする必要があり、種々の対策が考えられてきて
いるが、そのうちの代表的なものについて、図７を用い
て説明する。

【０００４】図７は、この種の電源装置の構成例を示す
回路図である。図７において、交流電源１をダイオード
ブリッジ３で直流に変換し、ダイオードブリッジ３の直
流端子よりリアクトル４とＩＧＢＴ５、ダイオード６、
コンデンサ７から成る昇圧チョッパ回路を構成して、負
荷８に電力を供給するように電力変換回路を構成してい
る。

【０００５】また、ダイオードブリッジ３の直流側電流
を検出するために、図示部所に電流検出器９を挿入し、
またチョッパ回路によるチョッパ制御リプルを吸収する
ために、ダイオードブリッジ３の交流側にコンデンサ２
を接続している。

【０００６】一方、負荷８に供給される電圧を一定に制
御するために、電圧基準１０とコンデンサ７の電圧とを
比較し、両者の偏差を増幅器１１で増幅した値Ｖ₁₁と、
ダイオードブリッジ３の出力直流電圧（両波整流波形）
とを掛算器１２で掛算して値Ｖ₁₂とする。

【０００７】この値Ｖ₁₂は、ダイオードブリッジ３の出
力電流基準となり、電流検出器９からの出力と比較して
増幅器１３で増幅し、ＰＷＭ回路１４によりＩＧＢＴ５
を駆動して、電流基準Ｖ₁₂と電流検出器９からの出力
（Ｉ₂ ）とが一致するよう制御する。

【０００８】以上の様子を、図８のＶ_AC、Ｖ₁₂、Ｉ₁ に
それぞれ示す。すなわち、図８に示すように、電流基準
Ｖ₁₂は、交流電圧Ｖ_ACを両波整流した波形と相似とな
り、ダイオードブリッジ３の直流側電流Ｉ₂ は、電流基
準Ｖ₁₂と一致するように制御される。従って、交流電源
側電流Ｉ₁ は正弦波形となり、高調波の少ないしかも基
本波力率１の電流となる。

【０００９】しかしながら、このような電源装置では、
コストが課題となっている。すなわち、特に小容量の電
源装置では、図７における掛算器１２のコスト比率が高
くなることから、低コストで交流入力の高調波を低減で
きる装置の出現が、強く望まれてきている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
電源装置においては、コストが高いという問題があっ
た。本発明の目的は、交流電源から直流電源に電力を変
換する場合の交流側電流の高調波低減を、コストの高い
掛算器を使用することなく簡単な回路で実現することが
可能な電源装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、まず、請求項１に対応する発明の電源装置は、交
流電源をチョッパ回路により直流電源に変換して負荷に
電力を供給する電力変換手段と、電力変換手段により変
換される直流電源電圧を制御する増幅手段と、増幅手段
からの出力を交流電源電圧波形によりリミットする制限
手段と、制限手段によりリミットされた出力を電流基準
として交流電源電流をパルス幅変調制御する制御手段と
を備えて成る。

【００１２】また、請求項２に対応する発明では、上記
請求項１に対応する発明の電源装置において、増幅手段
からの出力を交流電源電圧波形の全波整流波形によりリ
ミットした波形を電流基準として交流電源電流の全波整
流波形をパルス幅変調制御するようにしている。

【００１３】さらに、請求項３に対応する発明では、上
記請求項１に対応する発明の電源装置において、増幅手
段からの出力を交流電源電圧波形の全波整流波形により
リミットした波形と交流電源の極性検出出力とから交流
電流基準波形を造出し、当該交流電流基準波形に従って
交流電源電流をパルス幅変調制御するようにしている。

【００１４】さらにまた、請求項４に対応する発明で
は、上記請求項１に対応する発明の電源装置において、
増幅手段からの出力および当該出力の反転信号を交流電
源電圧波形によりそれぞれリミットした出力と交流電源
の極性検出出力とから交流電流基準波形を造出し、当該
交流電流基準波形に従って交流電源電流をパルス幅変調
制御するようにしている。

【００１５】従って、まず、請求項１に対応する発明の
電源装置においては、チョッパ回路の出力電圧制御用の
増幅手段からの出力を、交流電源電圧波形でリミットし
た結果を電流基準として交流電源電流を制御することに
より、コストの高い掛算器を使うことなく簡単な回路
で、交流入力電流の高調波を低レベルに抑制することが
でき、高調波規制や力率規制を低コストにてクリアーす
ることができる。

【００１６】また、請求項２に対応する発明の電源装置
においては、交流電源電圧を全波整流し、この電流を電
流基準と一致するように制御することにより、コストの
高い掛算器を使うことなく簡単な回路で、交流入力電流
の高調波を低レベルに抑制することができ、高調波規制
や力率規制を低コストにてクリアーすることができる。

【００１７】さらに、請求項３に対応する発明の電源装
置においては、交流電流基準に従って交流電流をパルス
幅制御にて制御することにより、コストの高い掛算器を
使うことなく簡単な回路で、交流入力電流の高調波を低
レベルに抑制することができ、高調波規制や力率規制を
低コストにてクリアーすることができる。

【００１８】さらにまた、請求項４に対応する発明の電
源装置においては、交流電流基準に従って交流電流をパ
ルス幅制御することにより、コストの高い掛算器を使う
ことなく簡単な回路で、交流入力電流の高調波を低レベ
ルに抑制することができ、高調波規制や力率規制を低コ
ストにてクリアーすることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して詳細に説明する。（第１の実施形態）図１は、本実施形態による電源装置
の構成例を示す回路図であり、図７と同一要素には同一
符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分に
ついてのみ述べる。

【００２０】すなわち、本実施形態の電源装置は、図１
に示すように、図７における掛算器１２を省略し、これ
に代えて、制限回路１５を新たに設けた構成としてい
る。ここで、制限回路１５は、前記電圧制御用の増幅器
１１からの出力を、ダイオードブリッジ３の出力電圧
（ａ点電圧）により制限するものであり、この制限回路
１５により制限した出力Ｖ₁₂を電流基準とし、このＶ₁₂
に従って電流検出器９の出力（交流電源電流）をＰＷＭ
制御する構成としている。

【００２１】図２は、上記制限回路１５の具体的な構成
例を示す回路図である。図２において、電圧基準１０か
ら、抵抗１１１を介して基準入力を演算増幅器１１３に
与え、直流出力電圧ｂを抵抗１１２を介してフィードバ
ックする。この演算増幅器１１３は、抵抗１１４、コン
デンサ１１５からなるＰＩ回路であり、積分増幅する。

【００２２】また、負の出力をリミットするために、ダ
イオード１１６を図示部所に挿入している。一方、演算
増幅器１１３の出力Ｖ₁₁から、抵抗１５１、ダイオード
１５２を介して電圧Ｖ₁₃に流入し、Ｖ₁₂の点はＶ₁₃の値
にリミットされる（ダイオードが理想ダイオードの場
合）。Ｖ₁₂は、ダイオードブリッジ３の出力ａを抵抗１
５６と１５３で分圧した値を、演算増幅器１５４により
低インピーダンス電圧に変換する。

【００２３】また、抵抗１５１＜＜抵抗１４１に選定
し、Ｖ₁₂の値を電流基準として、抵抗１４１を介して演
算増幅器１４２に入力し、電流検出器９出力Ｃから抵抗
１４３を介してフィードバックし、抵抗１４４、コンデ
ンサ１４５によりＰＩ制御する。

【００２４】次に、以上のように構成した本実施形態の
電源装置の作用について、図３に示す概念図を用いて説
明する。ａ点の電圧Ｖ_a は、交流電圧Ｖ_ACを全波整流し
た波形となるので、インピーダンス変換した出力Ｖ₁₃も
Ｖ_a と相似となる。

【００２５】また、増幅器１１からの出力がＶ₁₁のよう
に変化すると、リミットされた電圧Ｖ₁₂はＶ₁₃により、
Ｖ ₁₁＞Ｖ₁₃の範囲ではＶ₁₃にリミットされ、Ｖ ₁₁＜Ｖ₁₃
の範囲ではＶ₁₁が出力されるので、図３のＶ₁₂に示すよ
うな波形となる。

【００２６】そして、この電圧Ｖ₁₂と一致するように、
電流検出器９の出力、すなわちＩ₂を制御するので、ダ
イオードブリッジ３の直流側電流はＶ₁₂に相似となる。
実際の電流Ｉ₂ は、ＰＷＭのキャリア成分のリプルが重
なっているが、コンデンサ２によりキャリア成分はろ波
され、交流電源電流Ｉ₁ は図３に示すような波形とな
る。

【００２７】すなわち、電流Ｉ₁ が少ない場合には、方
形波状となり、高調波分を含むが電流値が低いので、そ
の高調波の絶対値は少ない。また、電流Ｉ₁ が増加する
に従って、台形波状→正弦波となり、高調波成分が減少
するので、電源への波形歪の悪影響は無視できることに
なる。

【００２８】上述したように、本実施形態の電源装置
は、チョッパ回路の出力電圧制御用の増幅器１１からの
出力を、ダイオードブリッジ３の出力電圧（ａ点電圧）
により制限する制限回路１５を設け、この制限回路１５
により制限した出力Ｖ₁₂を電流基準とし、このＶ₁₂に従
って電流検出器９の出力（交流電源電流）をＰＷＭ制御
するようにしたものである。

【００２９】従って、従来のようにコストの高い掛算器
を使うことなく、極めて低コストで簡単な回路部品（演
算増幅器１個と抵抗、ダイオード等）を使用するのみ
で、電圧制御用の増幅器１１の出力を交流電源電圧やそ
の整流波形状にリミットすることができるため、交流入
力電流の高調波成分の絶対値を低レベルに抑制すること
が可能となる。

【００３０】これにより、高調波規制や力率規制を、経
済的に低コストでクリーアすることができ、もって安価
な製品への応用が可能な高力率の電源装置を得ることが
できる。

【００３１】（第２の実施形態）図４は、本実施形態に
よる電源装置の構成例を示す回路図であり、図１と同一
要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは
異なる部分についてのみ述べる。

【００３２】すなわち、本実施形態の電源装置は、図４
に示すように、ダイオード６Ａ，６Ｂ、ＩＧＢＴ５Ａ，
５Ｂから成るブリッジ回路で昇圧コンバータを構成して
いる。

【００３３】以上のように構成した本実施形態の電源装
置においては、コンデンサ９の電圧を制御する場合に、
交流電流基準と交流側電流を電流検出器９で直接検出し
た値とを比較してＰＷＭ制御することにより、制御をよ
り一層簡単に行なうことが可能となる。

【００３４】（第３の実施形態）図５は、上記第２の実
施形態のような場合のために交流電流基準を出力する構
成例を示す回路図であり、図１と同一要素には同一符号
を付して示している。

【００３５】すなわち、図５において、制限回路１５の
出力は、前述した図３の電圧Ｖ₁₂の波形となり、抵抗２
６を介して演算増幅器１９へ出力する。なお、抵抗２７
は、フィードバック抵抗である。

【００３６】一方、電圧Ｖ₁₂は、抵抗２１を介して演算
増幅器１８に入力し、抵抗２２をフィードバック抵抗と
して抵抗２１＝抵抗２２とすると、出力Ｖ₁₈は電圧Ｖ₁₂
の反転波形になろうとする。しかし、交流電源１から、
ゼロクロス検出回路１６により交流電圧の極性を検出
し、レベルシフト回路１７により１８０度毎に変化する
（０）と（−）の極性を持つ信号に変換し、抵抗２０を
介して演算増幅器１８へ入力し、Ｖ₁₂の信号を打ち消す
ように加える。

【００３７】なお、ダイオード２３は正出力をブロック
するダイオード、ダイオード２４は負出力のみをパスさ
せるダイオードである。以上のように構成した本実施形
態の電源装置においては、出力Ｖ₁₈は半サイクル毎に出
力する半波整流波形となり、抵抗２５を介して演算増幅
器１９へ入力する。

【００３８】ここで、例えば抵抗２６＝２×抵抗２５に
選定すると、１８０度毎に電圧Ｖ
_{１２を打ち消し、さらに逆方向に振らせるので、出力Ｖ}
_１９を交流波形の電流基準（前記図３のＩ₁ と相似）と
することができる。

【００３９】そして、この電流基準に従って、交流電源
電流を直接制御することができる。なお、変換器は、図
４以外のフルブリッジ回路や、ハーフブリッジ回路や、
電流型の変換器等にも応用できることは言うまでもな
い。

【００４０】（第４の実施形態）図６は、本実施形態に
よる電源装置の構成例を示す回路図であり、図１と同一
要素には同一符号を付して示している。

【００４１】すなわち、図６において、演算増幅器１１
３の出力Ｖ₁₁と、交流電源１をダイオード１６２Ａで半
波整流した出力を抵抗１５３Ａに出力し、演算増幅器１
５４Ａによりインピーダンス変換した出力とを、抵抗１
５１Ａとダイオード１５２Ａを介してリミットしたＶ
_12A は半波整流波形状となり、このＶ_12A を抵抗１４１
Ａを介して演算増幅器１９へ入力する。

【００４２】一方、演算増幅器１６３と抵抗１６０，１
６１によって、出力Ｖ₁₁を反転した出力と、交流電源１
を抵抗１５３Ｂ、ダイオード１６２Ｂで半波整流し、演
算増幅器１５４Ｂでインピーダンス変換した出力とを、
抵抗１５１Ｂ、ダイオード１５２Ｂによってリミットし
た出力Ｖ_12B は、Ｖ_12A と１８０度位相の異なった反転
信号となり、このＶ_12B を抵抗１４１Ｂを介して演算増
幅器１９に入力する。演算増幅器１９で演算された出力
Ｖ₁₉は、正弦波の交流となり、前記図３のＩ₁と相似な
波形を作ることができる。

【００４３】（その他の実施形態）（ａ）前述した具体的な回路は、他にも種々変形して構
成できることは言うまでもない。（ｂ）上記第１の実施形態における図２の演算増幅器
は、抵抗１５３＜＜抵抗１５１に選定することができれ
ば、省略するようにしてもよい。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に対応す
る発明によれば、交流電源をチョッパ回路により直流電
源に変換して負荷に電力を供給する電力変換手段と、電
力変換手段により変換される直流電源電圧を制御する増
幅手段と、増幅手段からの出力を交流電源電圧波形によ
りリミットする制限手段と、制限手段によりリミットさ
れた出力を電流基準として交流電源電流をパルス幅変調
制御する制御手段とを備えるようにしたので、交流電源
から直流電源に電力を変換する場合の交流側電流の高調
波低減を、コストの高い掛算器を使用することなく簡単
な回路で実現することが可能な電源装置が提供できる。

【００４５】また、請求項２に対応する発明によれば、
上記請求項１に対応する発明の電源装置において、増幅
手段からの出力を交流電源電圧波形の全波整流波形によ
りリミットした波形を電流基準として交流電源電流の全
波整流波形をパルス幅変調制御するようにしたので、交
流電源から直流電源に電力を変換する場合の交流側電流
の高調波低減を、コストの高い掛算器を使用することな
く簡単な回路で実現することが可能な電源装置が提供で
きる。

【００４６】さらに、請求項３に対応する発明によれ
ば、上記請求項１に対応する発明の電源装置において、
増幅手段からの出力を交流電源電圧波形の全波整流波形
によりリミットした波形と交流電源の極性検出出力とか
ら交流電流基準波形を造出し、当該交流電流基準波形に
従って交流電源電流をパルス幅変調制御するようにした
ので、交流電源から直流電源に電力を変換する場合の交
流側電流の高調波低減を、コストの高い掛算器を使用す
ることなく簡単な回路で実現することが可能な電源装置
が提供できる。

【００４７】さらにまた、請求項４に対応する発明によ
れば、上記請求項１に対応する発明の電源装置におい
て、増幅手段からの出力および当該出力の反転信号を交
流電源電圧波形によりそれぞれリミットした出力と交流
電源の極性検出出力とから交流電流基準波形を造出し、
当該交流電流基準波形に従って交流電源電流をパルス幅
変調制御するようにしたので、交流電源から直流電源に
電力を変換する場合の交流側電流の高調波低減を、コス
トの高い掛算器を使用することなく簡単な回路で実現す
ることが可能な電源装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電源装置の第１の実施形態を示す
回路図。

【図２】同第１の実施形態の電源装置における制限回路
の具体的な構成例を示す回路図。

【図３】同第１の実施形態の電源装置における作用を説
明するための概念図。

【図４】本発明による電源装置の第２の実施形態を示す
回路図。

【図５】本発明による電源装置の第３の実施形態を示す
回路図。

【図６】本発明による電源装置の第４の実施形態を示す
回路図。

【図７】従来の電源装置の構成例を示す回路図。

【図８】同従来の電源装置における作用を説明するため
の概念図。

【符号の説明】

１…交流電源、２…コンデンサ、３…ダイオードブリッジ、４…リアクトル、５…ＩＧＢＴ、５Ａ，５Ｂ…ＩＧＢＴ、６…ダイオード、６Ａ，６Ｂ…ダイオード、７…コンデンサ、８…負荷、９…電流検出器、１０…電圧基準、１１，１３…増幅器、１２…掛算器、１４…パルス幅制御（ＰＷＭ）回路、１５…制限回路、１６…ゼロクロス検出回路、１７…レベルシフト回路、１８，１９…演算増幅器、２０，２１，２２，２５，２６，２７…抵抗、２３，２４，１６２Ａ，１６２Ｂ…ダイオード、１１３，１４２，１５４，１５４Ａ，１５４Ｂ，１６３
…演算増幅器、１１６，１５２，１５２Ａ，１５２Ｂ，１６２Ａ…ダイ
オード、１１１，１１２，１１４，１４１，１４１Ａ，１４１
Ｂ，１５１，１５１Ａ，１５３，１５３Ａ，１５６，１
６０，１６１，１５１Ｂ，１５３Ｂ…抵抗。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流電源をチョッパ回路により直流電源
に変換して負荷に電力を供給する電力変換手段と、前記電力変換手段により変換される直流電源電圧を制御
する増幅手段と、前記増幅手段からの出力を前記交流電源電圧波形により
リミットする制限手段と、前記制限手段によりリミットされた出力を電流基準とし
て前記交流電源電流をパルス幅変調制御する制御手段
と、を備えて成ることを特徴とする電源装置。
【請求項２】前記請求項１に記載の電源装置におい
て、前記増幅手段からの出力を交流電源電圧波形の全波整流
波形によりリミットした波形を電流基準として交流電源
電流の全波整流波形をパルス幅変調制御するようにした
ことを特徴とする電源装置。
【請求項３】前記請求項１に記載の電源装置におい
て、前記増幅手段からの出力を交流電源電圧波形の全波整流
波形によりリミットした波形と前記交流電源の極性検出
出力とから交流電流基準波形を造出し、当該交流電流基
準波形に従って交流電源電流をパルス幅変調制御するよ
うにしたことを特徴とする電源装置。
【請求項４】前記請求項１に記載の電源装置におい
て、前記増幅手段からの出力および当該出力の反転信号を交
流電源電圧波形によりそれぞれリミットした出力と前記
交流電源の極性検出出力とから交流電流基準波形を造出
し、当該交流電流基準波形に従って交流電源電流をパル
ス幅変調制御するようにしたことを特徴とする電源装
置。