JPH11178327A - スイッチング型直流電源装置 - Google Patents
スイッチング型直流電源装置Info
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- JPH11178327A JPH11178327A JP9350205A JP35020597A JPH11178327A JP H11178327 A JPH11178327 A JP H11178327A JP 9350205 A JP9350205 A JP 9350205A JP 35020597 A JP35020597 A JP 35020597A JP H11178327 A JPH11178327 A JP H11178327A
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- H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
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- Power Engineering (AREA)
- Rectifiers (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
- Power Conversion In General (AREA)
Abstract
タ回路を用いたスイッチング型直流電源装置において、
多くの高調波成分を含んだ棘状の入力電流が流れること
を防止するようにしたスイッチング型直流電源装置を提
供する。 【解決手段】 交流電源電圧を全波整流する整流回路D
B1と、整流した脈流電圧を入力して直流電圧を出力す
る昇圧型チョッパ回路と、回路を流れる脈流電流を検出
する電流検出手段R2と、検出した脈流電流が交流入力
電圧波形と相似形となるように昇圧型チョッパ回路を制
御する制御回路5とから成るアクティブフィルタ回路1
0を備えたスイッチング型直流電源装置において、電流
検出手段R2に見掛け上電流が流れているようにせしめ
る電流供給手段Rvを備えた構成としたものである。
Description
安定化直流電圧を作り出すスイッチング型直流電源装置
に関し、特に複写機やプリンタ等のように同一機器内に
ヒータやランプ等を有し、その機器全体で多くの高調波
成分を発生させてしまう機器において機器全体で発する
入力電流の高調波成分を低減させるために、機器の定電
圧電源装置の整流平滑回路に昇圧チョッパで構成された
アクティブフィルタを採用したスイッチング型直流電源
装置に関する。
流平滑回路として広く採用されているコンデンサインプ
ット方式の整流回路は、平滑コンデンサの充電期間、い
わゆる導通角の期間のみしか入力電流が流れず、どうし
ても入力電流の実効値に対して数倍のピーク値を持った
パルス状の入力電流が流れてしまい、力率も0.6程度に
止まってしまっているというのが現状であり、この力率
の低下の際に生じる高調波ノイズが最近問題になってい
る。
の高調波成分を含むためにコンデンサインプット方式の
整流回路を採用した電源装置を持つ機器が同じ商用交流
電源ラインに接続されると、その数が多くなればなる
程、商用交流ライン波形を歪ませることになり、その結
果、他の機器の誤動作を引き起こしたり、また、ピーク
電流とラインインピーダンスにより、商用交流電圧波形
の頂上がつぶれた台形になり、それでも定電力を供給す
るために更に商用交流電流が増加し、益々シャープなパ
ルス波形となってしまう。そして、このことが更に電圧
降下を増大させて悪循環をもたらす、といったような問
題が発生することによるものである。
解決するために様々な方式が提案されているが、その中
で、トランジスタ、FET等のアクティブ素子を高速で
スイッチングしてフィルタ効果を向上させ、同時に、小
型化を実現することができるアクティブフィルタが注目
を集めている。
ッチング電源装置は、入力電圧が変動しても出力電圧を
常に一定に維持するというスイッチング電源の機能に加
えて、商用交流入力電流、商用交流入力電圧波形を検出
し、商用交流入力電流波形が商用交流入力電圧波形の相
似形となるようにパルス幅制御(PWM制御)している
ため、入力電流は、常に正弦波となり、力率の向上、高
調波ノイズの低減が可能で、従来のコンデンサインプッ
ト型の整流回路と比較して平滑コンデンサへの突入電流
も1/10〜1/5程度に抑制できる。また、電流リッ
プルが小さくなるので、平滑コンデンサの容量が小さく
でき小型化が可能である等の多くのメリットがある。
置の構成図である。この電源装置は、昇圧チョッパ型の
アクティブフィルタを用いたスイッチング型直流電源装
置で、入力側が交流電源入力端子1、2に接続され、交
流入力電源電圧を全波整流する整流回路例えば、ダイオ
ードブリッジDB1、ダイオードブリッジDB1から出力
された脈流電圧を平滑して直流電圧を出力する昇圧チョ
ッパ型のアクティブフィルタ回路(以下「アクティブフ
ィルタ」という)10により構成されている。アクティ
ブフィルタ10の出力端子3、4には、図示していない
が、一般的には負荷としてアクティブフィルタ10の直
流出力を入力とするDC−DCコンバータが接続され、
このDC−DCコンバータは、5Vや24V等の直流定
電圧を出力し夫々の負荷に供給している。
リッジDB1のプラス(+)側出力端子に接続されたチ
ョークコイルL1、ダイオードブリッジDB1により全波
整流された脈流電圧をスイッチングするスイッチング素
子例えば、電界効果トランジスタ(以下「FET」とい
う)Q1、チョークコイルL1に蓄えられた電磁エネルギ
を転流し、かつ平滑用コンデンサC1に蓄えられたエネ
ルギーの逆流を防止して脈流電圧を整流する整流ダイオ
ードD1、ダイオードブリッジDB1により整流された入
力電圧(脈流電圧)波形を検出するための正弦波検出抵
抗R1、回路を流れる電流を検出するための電流検出抵
抗R2、出力電圧を検出するための出力電圧検出抵抗R
5、R6、平滑用コンデンサC1、及び出力端子3、4
間の出力電圧が一定で更に交流入力電流波形が正弦波に
なるように、スイッチングFETQ1を駆動するための
駆動パルス(ゲートパルス)をPWM制御(パルス幅変
調制御)するためのアクティブフィルタ制御回路(以下
単に「制御回路」という)5等により構成されている。
圧エラーアンプVEA、商用入力電流波形を正弦波に制
御するための電流エラーアンプIEA、この電流エラー
アンプIEAに所定の閾値を付与するための掛け算器
(MP)6、発振器(OCS)8、駆動パルスの最大O
Nデューティを制限するための最大ONデューティ制限
電圧Vref2、電流エラーアンプIEAの出力と最大
ONデューティ制限電圧Vref2から低い電圧を選択
しコンパレータCOMPに供給する最小値電圧選択回路
7、この最小値電圧選択回路7の出力と発振器8の出力
波形とを比較しスイッチングFETQ1をON−OFF
するための駆動パルスを出力するコンパレータCOMP
等により構成されている。
圧は、ダイオードブリッジDB1において全波整流され
て脈流電圧とされアクティブフィルタ10に供給され
る。アクティブフィルタ10は、スイッチングFETQ
1により供給された脈流電圧を数十kHz以上の周波数
で全周期に亘りスイッチングしており、スイッチングF
ETQ1がONしている期間は、チョークコイルL1を介
してスイッチングFETQ1に電流が流れ、当該チョー
クコイルL1に電磁エネルギが蓄えられる。次に、スイ
ッチングFETQ1がOFFするとチョークコイルL1に
蓄えられていた電磁エネルギが整流ダイオードD1を通
して平滑コンデンサC1を充電すると共に出力端子3を
介して前述したDC−DCコンバータ等の負荷に供給さ
れる。
は、制御回路5により制御されており、出力端子3、4
に直流定電圧を出力すると共に、入力電流波形が正弦波
になるようなPWM制御(パルス幅制御)が行われてい
る。
6により出力電圧を、正弦波検出抵抗R1により全波整
流された脈流電圧波形を、電流検出抵抗R2により回路
を流れる電流等を検出し、出力端子3、4に直流定電圧
を出力すると共に回路に流れる交流入力電流が正弦波形
になるように、スイッチング素子であるFETQ1のゲ
ートに供給する駆動パルス(ゲートパルス)のパルス幅
をコントロールしている。尚、図中電圧Vccは、制御
回路5の電源である。
を負荷変動や入力変動に対して安定化させるために、出
力電圧分圧抵抗R5、R6によって検出される出力電圧
の分圧値が基準電圧Vref1と等しくなるように、掛
け算器6に入力するための或る直流電圧(この電圧が掛
け算器6の出力である閾値の大きさを決める)を出力し
ている。掛け算器6は、正弦波検出抵抗R1で検出され
た正弦波波形(この検出波形が掛け算器6の出力の波形
を決める)と電圧エラーアンプVEAの出力と掛け合わ
せ電流エラーアンプIEAに入力する閾値を出力してい
る。
電流の電流検出抵抗R2での電圧降下分が掛け算器6の
出力である閾値と等しくなるように作動し、電流エラー
アンプIEAの出力と発振器8の出力をコンパレータC
OMPに入力することでスイッチングFETQ1を駆動
するためのパルスを得ている。このスイッチングFET
Q1を駆動するための駆動パルスは、原理上はONデュ
ーティが0〜100%まで制御可能であるが、このまま
では、入力である商用交流電源の商用サイクルの瞬時値
の0V付近においてONデューティが100%近くで動
作し、スイッチングFETQ1のオフ時間も考慮する
と、実際にはスイッチングFETQ1がきちんとOFF
できずに、或る一定時間の間チョークコイルL1とスイ
ッチングFETQ1に電流が流れ続けてしまう可能性が
あるため、最大ONデューティ制限基準電圧Vref2
(この電圧は、発振器8の振幅と設定する最大ONデュ
ーティによって決定される)と最小値電圧選択回路7を
設け、この最小値電圧選択回路7において、電流エラー
アンプIEAの出力と最大ONデューティ制限基準電圧
Vref2を比較して低い方の電圧をコンパレータCO
MPに入力している。つまり、最大ONデューティ制限
基準電圧Vref2が発振器8の出力と比較した場合に
ONデューティを80%程度になるような電圧に設定さ
れていれば、電流エラーアンプIEAが100%近いデ
ューティを要求したとしてもONデューティ波80%以
上になることはない。
である。図4(a)に電流エラーアンプIEAの出力電
圧VIEAoutの波形、図4(b)に交流入力電流I
inの波形、図4(c)に交流入力電圧Vinの波形を
示す。図4において時刻t1からt2は、通常のPWM
制御(パルス幅制御)が行われている期間である。そし
て、交流入力電圧Vinの瞬時値が徐々に低下して、時
刻t2において最大ONデューティでの動作が開始す
る。すると、電流検出抵抗R2には、掛け算器6の所望
する電流が流れないため、出力電圧VIEAoutが駆
動パルスのON時間幅を広げる方向に動作し出し、この
状態に張り付いてしまう。
なり、瞬時値が徐々に上昇し、時刻t3で最大ONデュ
ーティでの動作が解除される電圧に達すると、今度は出
力電圧VIEAoutは、駆動パルスを狭める方向に動
作しだす。しかし、電流エラーアンプIEAは、交流入
力電源周波数の倍の周波数で応答するため、出力電圧V
IEAoutは、ゆっくり低下し、張り付いた状態から
掛け算器6の所望するON時間幅まで変化するのに時間
が掛かってしまい(時刻t4で出力電圧VIEAout
の変化が追いつく)、その間は最大ONデューティ近傍
で動作することとなり、交流入力電流Iinの波形に示
すように時刻t3からt4にかけて棘状の入力電流が流
れてしまう。尚、図中時刻t4は、時刻t1と同じ状態
である。
型チョッパで構成されたアクティブフィルタを用いたス
イッチング型直流電源装置においては、最大ONデュー
ティが制限されている期間、つまり入力である商用交流
電源の瞬時値が0V付近において、掛け算器出力の所望
の入力電流が流れないため、電流エラーアンプ出力は、
パルス幅を広げる方向に張り付いてしまうことがある。
そして、商用交流電源電圧の瞬時値が徐々に増加し、最
大ONデューティ制限が解除される位まで上昇し、最大
ONデューティ制限が解除されると、電流エラーアンプ
の応答が余り速くないこともあり、その瞬間に交流入力
電流に多くの高調波成分を含んだ棘状の電流が流れてし
まうという問題があった。
で、整流回路に昇圧チョッパ型アクティブフィルタ回路
を用いたスイッチング型直流電源装置において、多くの
高調波成分を含んだ棘状の入力電流が流れることを防止
するようにしたスイッチング型直流電源装置を提供する
ことを目的とする。
に、本発明の請求項1に係るスイッチング型直流電源装
置は、交流電源を入力し、前記交流電源の電圧を全波整
流する整流回路と、前記整流回路の出力電圧を入力して
直流電圧を出力する昇圧型チョッパ回路と、回路を流れ
る前記整流回路により整流された脈流電流を検出する電
流検出手段と、前記電流検出手段により検出した脈流電
流波形が交流入力電圧波形と相似形となるように前記昇
圧型チョッパ回路を制御する制御回路とから成るアクテ
ィブフィルタ回路を備えたスイッチング型直流電源装置
において、前記電流検出手段に見掛け上電流が流れてい
るようにせしめる電流供給手段を備えたことを特徴とす
る。
装置は、請求項1に係わるスイッチング型直流電源装置
において、前記電流供給手段は、一端が所定の電源に接
続され、他端が前記電流検出手段に接続される抵抗素子
であることを特徴とする。
参照して説明する。
電源装置の構成図である。図1において図3と同一の符
号で示されたものは、同一なものであり同一の機能を持
つものとしここでは説明を省略する。
直流電源装置と異なる点は、制御回路5の電源Vccと
電流エラーアンプIEAの反転入力端子間に抵抗Rvが
接続されている点と、最小値電圧選択回路7、最大ON
デューティ設定電圧Vref2が削除されている点であ
る。
スイッチング型直流電源装置の場合と同様である。
圧は、ダイオードブリッジDB1において全波整流され
て脈流電圧とされアクティブフィルタ10に供給され
る。アクティブフィルタ10は、スイッチングFETQ
1により供給された脈流電圧を数十kHz以上の周波数
で全周期にわたりスイッチングしており、スイッチング
FETQ1がONしている期間は、チョークコイルL1を
介してスイッチングFETQ1に電流が流れ、当該チョ
ークコイルL1に電磁エネルギが蓄えられる。次に、ス
イッチングFETQ1がOFFするとチョークコイルL1
に蓄えられていた電磁エネルギが整流ダイオードD1を
通して平滑コンデンサC1を充電すると共に出力端子3
を介して前述したDC−DCコンバータ等の負荷に供給
される。
は、制御回路5により制御されており、出力端子3、4
に直流定電圧を出力すると共に、入力電流波形が正弦波
になるようなPWM制御(パルス幅制御)が行われてい
る。
6により出力電圧を、正弦波検出抵抗R1により全波整
流された脈流電圧波形を、電流検出抵抗R2により回路
を流れる電流等を検出し、出力端子3、4に直流定電圧
を出力すると共に回路に流れる交流入力電流が正弦波形
になるように、スイッチング素子であるFETQ1のゲ
ートに供給する駆動パルス(ゲートパルス)のパルス幅
をコントロールしている。
る。
を負荷変動や入力変動に対して安定化させるために、出
力電圧分圧抵抗R5、R6によって検出される出力電圧
の分圧値が基準電圧Vref1と等しくなるように、掛
け算器6に入力するための或る直流電圧(この電圧が掛
け算器6の出力である閾値の大きさを決める)を出力し
ている。掛け算器6は、正弦波検出抵抗R1で検出され
た正弦波波形(この検出波形が掛け算器6の出力の波形
を決める)と電圧エラーアンプVEAの出力と掛け合わ
せ電流エラーアンプIEAに入力する閾値を出力してい
る。
電流の電流検出抵抗R2での電圧降下分が掛け算器6の
出力である閾値と等しくなるように作動し、電流エラー
アンプIEAの出力と発振器8の出力をコンパレータC
OMPに入力することでスイッチングFETQ1を駆動
するためのパルスを得ている。
めの駆動パルスは、原理上はONデューティが0〜10
0%まで制御可能であるが、このままでは、入力である
商用交流電源の商用サイクルの瞬時値の0V付近におい
てONデューティが100%近くで動作し、スイッチン
グFETQ1のオフ時間も考慮すると、実際にはスイッ
チングFETQ1がきちんとOFFできずに、或る一定
時間の間チョークコイルL1とスイッチングFETQ1
に電流が流れ続けてしまう可能性がある。
追加することにより、電流エラーアンプIEAから見れ
ば、見かけ上電流検出抵抗R2に電流が流れているよう
に見えるため、商用交流入力電圧の瞬時値が徐々に低下
してくると、或る瞬時値を境に電流エラーアンプIEA
の出力はパルス幅を絞る方向に動作する。そして、一旦
商用交流入力電圧が0Vとなり、瞬時値が上昇してくる
と或る瞬時値を境にして電流エラーアンプIEAは、徐
々にパルス幅を広げる方向に動作するため、商用交流周
波数の各サイクルにおいてソフトスタートが掛かってい
るように動作し、棘状の電流が流れることが防止され
る。
である。図2(a)に電流エラーアンプIEAの出力電
圧VIEAoutの波形、図2(b)に交流入力電流I
inの波形、図2(c)に交流入力電圧Vinの波形を
示す。
PWM制御(パルス幅制御)が行われている期間であ
る。そして、交流入力電圧Vinの瞬時値が徐々に低下
して、時刻t2において電圧Vccと抵抗Rvによる見
かけ上の電流と逆転し、出力電圧VIEAoutが駆動
パルスのON時間幅を狭める方向に動作し出す。
時値が徐々に上昇してくると今度は時刻t3で出力電圧
VIEAoutは再度、駆動パルスを広げる方向に動作
し出し、時刻t4まで徐々に駆動パルスを広げていく。
そして、掛け算器6の要求するパルス幅と一致するのが
時刻t4である。この期間、即ち、時刻t3からt4の
期間がソフトスタートの掛かっている期間である。尚、
図中時刻t4は、時刻t1と同じ状態である。
の状態では、駆動パルスのON時間幅が狭められるよう
に電流エラーアンプIEAの出力が動作するため、最大
ONデューティを制限する回路は不用であり、最小値電
圧を選択する回路も不用となる。
検出抵抗R2に流れているように見せかけられるため、
アクティブフィルタ起動時の出力電圧のオーバシュート
も低減させることができる。
時値が0V付近において、掛け算器出力に所望の入力電
流が入力電流検出抵抗に流れているように見せかけるこ
とによりパルス幅を絞る方向に張り付かせることで、多
くの高調波成分を含んだ棘状の入力電流が流れてしまう
ことを防止すると共に、軽負荷時におけるアクティブフ
ィルタ起動時の出力オーバシュートも低減することがで
きる。
の端子を制御回路5の電源Vccと接続して当該電源V
ccから電流を供給するようにしたが、これに限るもの
ではなく、基準電圧であるVref1と接続して、当該
基準電圧Vref1より電流を供給するようにしても、
抵抗Rvの抵抗値を適切に選択することで同様の効果を
得ることができる。
ング型直流電源装置によれば、交流電源を入力し、前記
交流電源の電圧を全波整流する整流回路と、前記整流回
路の出力電圧を入力して直流電圧を出力する昇圧型チョ
ッパ回路と、回路を流れる前記整流回路により整流され
た脈流電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手
段により検出した脈流電流波形が交流入力電圧波形と相
似形となるように前記昇圧型チョッパ回路を制御する制
御回路とから成るアクティブフィルタ回路を備えたスイ
ッチング型直流電源装置において、前記電流検出手段に
見掛け上電流が流れているようにせしめる電流供給手段
を備えたことにより、交流入力電流に高調波成分を多く
含んだ棘状の電流が流れることを防止すると共に、最大
ONデューティが100%近くまで広がりすぎることを
防止することができる。そのため、従来最大ONデュー
ティを制限するために設けていた基準電圧と最小値電圧
選択回路が不用となり、安価な方法で、棘状の入力電流
を防止し、且つ部品点数の削減、コストダウンが可能と
なる。
よれば、電流供給手段は、一端が所定の電源に接続さ
れ、他端が電流検出手段に接続される抵抗素子とするこ
とで、極めて簡単に構成することができる。
成図である。
ある。
Claims (2)
- 【請求項1】 交流電源を入力し、前記交流電源の電圧
を全波整流する整流回路と、 前記整流回路の出力電圧を入力して直流電圧を出力する
昇圧型チョッパ回路と、 回路を流れる前記整流回路により整流された脈流電流を
検出する電流検出手段と、 前記電流検出手段により検出した脈流電流波形が交流入
力電圧波形と相似形となるように前記昇圧型チョッパ回
路を制御する制御回路とから成るアクティブフィルタ回
路を備えたスイッチング型直流電源装置において、 前記電流検出手段に見掛け上電流が流れているようにせ
しめる電流供給手段を備えたことを特徴とするスイッチ
ング型直流電源装置。 - 【請求項2】 前記電流供給手段は、一端が所定の電源
に接続され、他端が前記電流検出手段に接続される抵抗
素子であることを特徴とする請求項1に記載のスイッチ
ング型直流電源装置。
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JP35020597A Expired - Fee Related JP3962466B2 (ja) | 1997-12-05 | 1997-12-05 | スイッチング型直流電源装置 |
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