JPS63294258A - 高力率電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、力率改善のために入力電圧波形に基づき出力
電流を制御する回路を備えた高力率電源装置に関する。

（従来の技術） 従来、インバータ装置などの直流電源として用いられる
交直変換装置には、例えば昭和５８年度電気四学会北陸
支部連合大会での論文集に載せられた「チョッパによる
単相整流回路の力率改善」（池下亘、高橋勲）に見られ
るように、トランスを介して入力交流電圧と相似の正弦
波を取り出し、その正弦波を全波整流した脈流波形に出
力電流を追従制御することにより、高い力率が得られる
ようにしたものかある。

第２図は、この種の従来の交直変換装置（高力率電源装
置）の構成を示す。交流電源１に接続された主回路は、
ブリッジ全波整流器２、高調波除去用フィルタ３、直流
リアクトル４、スイツチング素子５、ダイオード６及び
平滑コンデンサ７を備えている。全波整流器２からの出
力電流■４は、スイッチング素子５をオン・オフするこ
とにより加減制御される。この出力電流Ｉｄを交流電源
１からの入力電圧Ｖ、の全波整流波形を有する基準値に
追従制御するようにすれば、入力電流■の波形を正弦波
として交直変換装置の力率をほぼ１とすることができる
。

この電流追従制御を行なうために、定電圧制御回路８お
よび電流追従回路９が設けられている。

その定電圧制御回路８の前段には波形検出回路１１が設
けられている。その波形検出回路１１は入力電圧■、の
波形を検出するためのトランス１２を有し、そのトラン
ス１２の１次側が交流電源１に接続され、２次側は中点
が設地されると共に余波整流器１３に接続されている。

その全波整流器１３の次段に設けた接地抵抗１４によっ
て全波整流信号Ｖ、をとり出し、その全波整流信号Ｖ、
を定電圧制御回路８の乗算器（可変増幅器）１６に加え
ている。一方、抵抗１７の両端に得られる出力電圧■、
と、予め定めた出力電圧基準■　１とから減算器１８で
偏差信号を生成する。

その偏差信号を利得調節器１９を通すことにより偏差信
号■　を生成する。この偏差信号Ｖ　と前ｅ　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｅ記
整流信号ＶＤとを乗算器１６で乗算して、入力電圧Ｖ、
の全波整流波形と相似な脈流波形を持つ出力電流基準Ｉ
　＊を形成する。さらに、電流追従回路９においては、
前記出力電流基準Ｉ　＊と、電流検出器２１で検出した
出力電流Ｉｄとが減算器２２によって偏差信号を生成す
る。その偏差信号を、ヒステリシスを有するコンパレー
タ２３に入力する。このコンパレータ２３の出力信号に
よりスイッチング素子５をオン・オフする。これにより
、出力電圧Ｖ、は一定に制御されると共に、出力電流Ｉ
、は前記脈流波形に制御され、装置の力率はほぼ１に保
たれる。

なお、この交直変換装置で出力電圧を変化させるには、
出力電圧基準Ｖ　＊を変化させればよく、この出力電圧
基準ＶＬ＊の変化により偏差信号■　は変化し、最終的
な直流出力電圧は所望の値か得られる。

そして従来装置においては、全波整流した信号■、と偏
差信号Ｖ。との乗算を行なう乗算器（可変増幅器）１６
として、第３図に示すようにフォトＣｄＳカプラ３０が
用いられている。

すなわち、定電圧制御回路８を示す第３図に基づいて説
明すると、出力電圧ｖＬを抵抗Ｒ１゜Ｒ２で分圧した電
圧と、ツェ≠−ダ付−ド３１で定まる出力基準■　＊と
の偏差をコンパレータ３２により求め、このコンパレー
タ３２の出力である偏差信号Ｖ　をフォトＣｄＳカプラ
３０のフォトダイオード３０ａに供給する。

フォトダイオード３０ａは、Ｃｄ５３０ｂとでフォトＣ
ｄＳカプラ３０を構成するものである。

そのため、偏差信号Ｖ　が増加すればＣｄＳ３０ｂの抵
抗値は減少し、逆に偏差信号Ｖ　が減少すれば、Ｃｄ５
３０ｂの抵抗値は増加する。

このＣｄ５３０ｂの入力端には、交流電圧を全波整流し
た電圧信号Ｖ、が入力され、Ｃｄ５３０ｂの出力端は、
コンパレータ３３の負側入力端に接続されている。従っ
て、偏差信号Ｖ　が増加すれば、Ｃｄ５３０ｂの抵抗値
は減少し、それによりコンパレータ３３の増巾率が大と
なり、コンパレータ３３の出力である出力電流基準Ｉ　
＊は増加する。逆に、偏差信号Ｖ　が減少すれば、コン
パレータ３３の増ｌＪ率は小となり、出力電流基準Ｉ　
＊は減少する。

なお、出力電流基準Ｉｄ＊の増加、減少はコンパレータ
３３の入力端の極性から明らかなように、負側（マイナ
スレベル）への増加、減少を言う。

この結果、装置の出力電圧Ｖ、は出力電圧基準■Ｌ＊に
応じた値に制御される。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、上記の従来装置に、負荷として、負荷変動の
激しい装置、例えば、モータ駆動用インバータ装置を接
続した場合においては、モータが軽負荷となった時や、
インバータ装置の出力周波数か高周波数から低周波数へ
と変化した時には、出力電圧Ｖ　ｔが上昇する。

この出力電圧Ｖ、の上昇に応答して、偏差信号Ｖ　は減
少するが、偏差信号Ｖ　の減少からｅ　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｅＣｄＳ３０
ｂの抵抗値の増加までには、一般にフォトＣｄＳカプラ
の特性として、数ｍ５ｅｃから数十［１Ｉｓｏｃまでの
時間を必要とする。

また、逆に、負荷が増大した場合には、出力電圧Ｖ１．
が低下する。この場合も、同様にフォトＣｄＳカプラ３
０の応答には、数ｎ＋ｓｃｃから数十Ｉｎ５ｅｃの時間
の遅れを必要とする。

このため、急激に負荷が変化した場合には、Ｃｄ５３０
ｂの応答か遅れ、出力電圧が増加してしまってから出力
電圧を減少させたり、出力電圧か減少してしまってから
出力電圧を増加させるということになり、出力電圧が大
きく変動し、安定性が悪い、という問題点があった。即
ち、フォトＣｄＳカプラの応答が遅く、特に軽負荷又は
重負荷のときに電圧のハンチングや負荷のブレークダウ
ン等が発生するという問題があった。

この発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、
その目的は、応答性を向上させて、出力電圧の安定性を
向上させた高力率電源装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明の高力率電源装置は、増幅率可変用の可変抵抗器
を有する可変増幅器を備え、出力電圧と出力電圧基準と
の偏差に応じて前記可変抵抗器の抵抗値を変えることに
より、異なる増幅率で入力交流電源の電圧波形を増幅し
て出力電流基準を生成し、その出力電流基準と出力電流
との偏差に基づいてその出力電流を前記入力交流電源の
電圧波形に追随制御するようにした高力率電源装置にお
いて、前記可変抵抗器として、ゲートに前記出力電圧と
前記出力電圧基準との前記偏差を入力としたＦＥＴを用
いたことを特徴とする。

（作　用） 出力電圧と出力電圧基準との偏差が可変抵抗器としての
ＦＥＴのゲートに加えられる。このＦＥＴには、波形検
出回路で検出した人力交流電源の電圧波形が加えられる
。それにより、増幅率可変用の可変抵抗器の抵抗値がほ
とんど時間の遅れなしに変化する。これにより、前記偏
差が前記電圧波形に応じて異なる増幅率で増幅される。

これにより、前記偏差と前記電圧波形に応じた出力電流
基準か時間的な遅れのないものとして生成される。

この出力電流基準に基づいて出力電流が前記電圧波形に
応答良く追随制御される。

（実施例） 第１図は、本発明の実施例における定電圧制御回路８を
示す。この定電圧制御回路８においては、ＦＥＴ４０を
可変抵抗器として用いている。即ち、ＦＥＴのソースＳ
−ドレインＤ間の電流電圧特性は、ドレイン電圧の低い
範囲においては、はぼリニアな特性を示す。しかも、そ
の特性の傾斜はゲート電圧によってコントロールされる
。よって、ＦＥＴをゲート電圧によってコントロールさ
れる可変抵抗として用いることができる。本発明は、−
１−記観点に基づいて、ＦＥＴを可変抵抗として定電圧
制御回路８に用いたものである。

この定電圧制御回路８のうち第３図の従来の定電圧制御
回路８と同等の部分には同一の符号を付している。そし
て、この第１図に示す定電圧制御回路８が第３図の定電
圧制御回路８と異なる点は、フォー−Ｃｄ　Ｓカプラ３
０に代えてＦＥＴ４０を用いた点と、そのＦＥＴ４０と
コンパレータ３２との間に増幅器４１を接続した点にあ
る。

即ち、可変増幅器１６においては、余波整流信号Ｖ、の
増幅率を変化するための可変抵抗としてＦＥＴ４０を用
い、そのドレインＤ及びソースＳをそれぞれ全波整流信
号ＶＤの入力端及びコンパレータ３３の反転入力端に接
続している。そして、ソースＳ及び１１４２０間の抵抗
値を変化させるタメ、ゲートＧに増幅器４１を介して上
記コンパレータ３２の出力端を接続している。

このように接続することにより、ＦＥＴ４０は、出力電
圧■、と出力基準ｖＬ＊の偏差Ｖ。

（Ｖ　　　）に応じて抵抗値の変化する可変抵抗として
機能する。即ち、ＦＥＴ４０のソースＳはコンパレータ
３３の反転入力端に接続されていることから、はぼ接地
電圧に固定されていると考えられる。よって、増幅器４
］の出力をＦＥＴ４０のゲートＧに人力すれば、ＦＥＴ
４０を可変抵抗として機能させ、それにより、コンパレ
ータ３３を可変増幅器として動作させることができる。

」二記構成の第１図の定電圧制御回路８は、第３図の定
電圧制御回路８とほぼ同様に動作する。即ち、第２図の
交直変換装置の出力電圧Ｖ、は抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧さ
れて、コンパレータ３２の反転入力端に加えられる。コ
ンパレータ３２の非反転入力端にはツェナーダイオード
３１で得られる出力電圧基準Ｖ　＊が加えられる。これ
により、コンパレータ３２からは、出力電圧ｖＬと出力
電圧基準Ｖ　＊の偏差に基づいて、増幅された偏差り 信号Ｖ　が出力される。この偏差信号Ｖ　は次段Ｑ　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　（３の増幅器４１で増幅されて偏差信号Ｖ　′と
なる。

この偏差信号Ｖ　′はＦＥＴ４０のゲートに加えられる
。そのＦＥＴ４０のソースＳとドレインＤ間の抵抗が、
偏差信号Ｖ　′に応じて変化する。

これにより、コンパレータ３３は可変増幅器として作用
し、全波整流信号■、を偏差信号■。′に応じて増幅し
、即ち、全波整流信号Ｖ、と偏差信号Ｖ　′とを重畳し
て出力電流基準■　＊が生成ｅ　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　ｄされる。

而して、」−記の作用において、ＦＥＴ４０のソースＳ
とドレイン９間の抵抗の変化には、ゲートＧに加えられ
る偏差信号Ｖ　′に対して時間的な遅れはほとんどない
。そのため、電圧安定化の時定数を外部で自由に設定可
能である。

−１−記実施例においては、フォトＣｄＳカプラに代え
てＦＥＴを用いるようにしたので、コストダウンが可能
である。さらに、フォトＣｄＳカプラにおいては入出力
間が絶縁される必要があるが、ＦＥＴを用いた上記実施
例においてはその必要はない。

なお、コンパレータ３３の非反転入力端が仮想グラウン
ドされていることを利用していれば、他の構成を採用す
ることができる。即ち、第１図の可変抵抗器１６におい
て、ＦＥＴ４０に代えて固　１２一 定抵抗を用いると共に帰還抵抗３３ａに代えてＦＥＴを
用いることができる。この際、ＦＥＴのゲートに増幅器
４１の出力を加えるに当り、その出力の正負を必要に応
じて反転することが要求されるのは当然である。その場
合においても、ソース・ドレイン電圧ｖＤｓの小さい部
分で使用した方が有利である。

〔発明の効果〕

本発明の高力率電源装置によれば、可変増幅器における
増幅率可変用の可変抵抗器としてＦＥＴを用いたので、
応答性良く増幅率を変えることができ、これにより最終
的に応答性良く出力電流を人力交流電源の電圧波形に追
随制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の定電圧制御回路の回路図、
第２図は従来の高力率電源装置の全体的回路図、第３図
はその従来の定電圧制御回路の回路図である。 １・・・交流電源、１６・・・可変増幅器（乗算器）、
４０・・・ＦＥＴ、Ｖ　　・・・出力電圧、Ｖ　＊・・
・出力型Ｌ　　　　　　　　Ｌ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 増幅率可変用の可変抵抗器を有する可変増幅器を備え、
   出力電圧と出力電圧基準との偏差に応じて前記可変抵抗
   器の抵抗値を変えることにより、異なる増幅率で入力交
   流電源の電圧波形を増幅して出力電流基準を生成し、そ
   の出力電流基準と出力電流との偏差に基づいてその出力
   電流を前記入力交流電源の電圧波形に追随制御するよう
   にした高力率電源装置において、前記可変抵抗器として
   、ゲートに前記出力電圧と前記出力電圧基準との前記偏
   差を入力としたＦＥＴを用いたことを特徴とする高力率
   電源装置。