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電源装置 - 株式会社ユアサコーポレーション
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発明の名称 電源装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−86737(P2001−86737A)
公開日 平成13年3月30日(2001.3.30)
出願番号 特願平11−257216
出願日 平成11年9月10日(1999.9.10)
代理人
発明者 蒲 新太郎
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 交流入力を整流する整流器と、該整流器の出力端子に接続された、第1のスイッチング素子を有する力率制御回路と、該力率制御回路の出力端子に接続された、第2のスイッチング素子を有する電圧制御回路とを備え、前記第1のスイッチング素子のON−OFF比を制御することによって交流入力電流を正弦波状に制御するとともに、前記第2のスイッチング素子のON−OFF比を制御することによって直流出力電圧を定電圧制御する電源装置において、前記力率制御回路には、整流器の出力電圧の対応値を力率制御回路の出力電圧の対応値と比較して第1の誤差電圧を出力する第1の誤差増幅器と、前記第1の誤差電圧と前記整流器の出力電圧の対応値とを乗算して誤差正弦波電圧を出力する乗算器と、前記誤差正弦波電圧を整流器の出力電流の対応値と比較して前記第1のスイッチング素子の制御信号を出力する第1の比較器と、前記第1のスイッチング素子の制御信号と第1の発振器からの制御パルスとから、前記第1のスイッチング素子のPWM信号を作成するPWM信号作成器と、前記第1のスイッチング素子のPWM信号を、第1のスイッチング素子の駆動信号に変換する第1の駆動回路とが接続され、前記電圧制御回路には、直流出力電圧の対応値を基準電圧と比較して第2の誤差電圧を出力する第2の誤差増幅器と、前記第2の誤差電圧と第2の発振器からの制御パルスとを比較して前記第2のスイッチング素子の制御信号を出力する第2の比較器と、前記第2のスイッチング素子の制御信号を、第2のスイッチング素子の駆動信号に変換する第2の駆動回路とが接続されていることを特徴とする電源装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電源装置に関するもので、さらに詳しく言えば、直流出力電圧を定電圧制御する電圧制御回路と交流入力電流を正弦波状に制御する力率制御回路とを備え、その変換効率の低下を抑制した電源装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】交流電力を整流して直流電力を得る電源装置には、その交流電流を正弦波状に制御するための力率制御回路と、その直流電圧を定電圧制御するための電圧制御回路を備えたものが知られている。
【0003】このような電源装置には、図2のようなものが知られていた。
【0004】図2の電源装置は、交流電源1からの交流電力を全波整流する整流器2の直流端子間に、チョークコイル5とスイッチング素子3とを直列に接続するとともに、スイッチング素子3と並列にダイオード4とコンデンサ6とを直列接続し、制御回路100の制御出力によりスイッチング素子3のオン、オフ比を、交流電源1の電圧の変化に対応させて制御することによって交流入力電流を正弦波状にするとともに、整流器2の直流側に接続された高周波フィルタ7によって交流入力電流から高周波成分を除去して正弦波化するものである。なお、8はコンデンサ6の端子間に接続された負荷、9は整流器2の出力電流を検出するための電流検出器である。
【0005】前記制御回路100は、コンデンサ6の端子間に得られる直流出力電圧を、可変抵抗器101、抵抗器102,103で分圧した分圧電圧が、その反転入力端子に入力されるとともに、基準電圧Vr1が、その非反転入力端子に入力される誤差増幅器104と、この誤差増幅器104からの誤差電圧と交流電源1の電圧に対応する整流器2の出力電圧の対応値とを乗算する乗算器105と、この乗算器105からの誤差正弦波電圧が、その反転入力端子に入力されるとともに、電流検出器9からの整流器2の出力電流の対応値が、その非反転入力端子に入力される比較器106と、この比較器106から得られる、前記スイッチング素子3の制御信号と発振器107からの制御パルスとが入力されるフリップフロップおよび前記フリップフロップの出力パルスと前記制御パルスとが入力されるNAND回路からなるPWM信号作成器108と、このPWM信号作成器108から得られる、前記スイッチング素子3のPWM信号が入力され、前記スイッチング素子3の駆動信号を出力する駆動回路109とからなり、スイッチング素子3のON−OFF比が、交流入力電流を正弦波状にするような駆動信号を得ている。
【0006】上述した電源装置では、スイッチング素子3のスイッチング周波数とは無関係に、負荷8に印加される直流出力電圧には、整流器2の整流方式によって定まるリップル、例えば、単相ブリッジ整流方式の場合は交流電源1の周波数の2倍の周波数のリップルが重畳し、さらに交流電源1の電圧の変動による直流出力電圧の変動が加わるため、負荷8の前段にDC−DCコンバータのような電圧制御回路を介挿し、前記直流出力電圧が高精度な定電圧になるように制御される。
【0007】
【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、DC−DCコンバータのような電圧制御回路を介挿する関係から、整流器2の交流電流を正弦波状にする、前述した力率制御回路の出力電圧は交流電源1の電圧が100/200V系、すなわち電圧変動範囲が85〜264Vであれば約390Vに設定されるため、交流電源1のが100V系で、電圧変動範囲が−15%時の85Vであれば力率制御回路の昇圧比が大きくなってチョークコイル5とスイッチング素子3による損失が増大し、変換効率が低下するという問題があった。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため、請求項1記載の発明は、交流入力を整流する整流器と、該整流器の出力端子に接続された、第1のスイッチング素子を有する力率制御回路と、該力率制御回路の出力端子に接続された、第2のスイッチング素子を有する電圧制御回路とを備え、前記第1のスイッチング素子のON−OFF比を制御することによって交流入力電流を正弦波状に制御するとともに、前記第2のスイッチング素子のON−OFF比を制御することによって直流出力電圧を定電圧制御する電源装置において、前記力率制御回路には、整流器の出力電圧の対応値を力率制御回路の出力電圧の対応値と比較して第1の誤差電圧を出力する第1の誤差増幅器と、前記第1の誤差電圧と前記整流器の出力電圧の対応値とを乗算して誤差正弦波電圧を出力する乗算器と、前記誤差正弦波電圧を整流器の出力電流の対応値と比較して前記第1のスイッチング素子の制御信号を出力する第1の比較器と、前記第1のスイッチング素子の制御信号と第1の発振器からの制御パルスとから、前記第1のスイッチング素子のPWM信号を作成するPWM信号作成器と、前記第1のスイッチング素子のPWM信号を、第1のスイッチング素子の駆動信号に変換する第1の駆動回路とが接続され、前記電圧制御回路には、直流出力電圧の対応値を基準電圧と比較して第2の誤差電圧を出力する第2の誤差増幅器と、前記第2の誤差電圧と第2の発振器からの制御パルスとを比較して前記第2のスイッチング素子の制御信号を出力する第2の比較器と、前記第2のスイッチング素子の制御信号を、第2のスイッチング素子の駆動信号に変換する第2の駆動回路とが接続されていることを特徴とするものであり、これにより、交流電源の電圧、すなわち整流器の出力電圧に対応させて力率制御回路の出力電圧を変化させることができるので、力率制御回路の変換効率の低下を抑制することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態に基づいて説明する。
【0010】図1は、本発明の実施の形態に係る電源装置の回路図である。
【0011】本発明の実施の形態に係る電源装置は、交流入力電流を正弦波状にするための力率制御回路10が、整流器2の直流端子間に直列に接続されたチョークコイル15と第1のスイッチング素子13および前記第1のスイッチング素子13と並列に接続されたダイオード14とコンデンサ16との直列回路を有し、制御回路60の制御出力により第1のスイッチング素子13のON−OFF比を、交流電源1の電圧の変化に対応させて制御して力率制御回路10の出力電圧を変化させるとともに、整流器2の直流側に接続された高周波フィルタ17によって交流入力電流から高周波成分を除去して正弦波化することを特徴とし、前記力率制御回路10の出力端子に接続され、負荷8に印加される直流出力電圧を定電圧制御するための電圧制御回路20が、前記コンデンサ16の端子間に直列に接続された第2のスイッチング素子23とダイオード14および前記ダイオード14と並列に接続されたチョークコイル25とコンデンサ26との直列回路を有し、制御回路70の制御出力により第2のスイッチング素子23のON−OFF比を、コンデンサ26の端子間に得られる直流出力電圧、すなわち負荷8に印加される直流出力電圧を定電圧制御することを特徴とする。
【0012】前記力率制御回路10の第1のスイッチング素子13のON−OFF比を制御する制御回路60は、コンデンサ16の端子間に得られる直流出力電圧を、可変抵抗器601、抵抗器602,603で分圧した分圧電圧が、その非反転入力端子に入力されるとともに、整流器2の出力電圧を、抵抗器610、ダイオード611およびコンデンサ612の直列回路によって変換して得た対応値が、その反転入力端子に入力される第1の誤差増幅器604と、この第1の誤差増幅器604からの第1の誤差電圧と交流電源1の電圧に対応する、抵抗器613を介して得られた整流器2の出力電圧の対応値とを乗算する乗算器605と、この乗算器605からの誤差正弦波電圧が、その反転入力端子に入力されるとともに、電流検出器9からの整流器2の出力電流の対応値が、その非反転入力端子に入力される第1の比較器606と、この第1の比較器606から得られる、前記第1のスイッチング素子13の制御信号と第1の発振器607からの制御パルスとが入力されるフリップフロップおよび前記フリップフロップの出力パルスと前記制御パルスとが入力されるNAND回路からなるPWM信号作成器608と、このPWM信号作成器608から得られる、前記第1のスイッチング素子13のPWM信号が入力され、前記第1のスイッチング素子13の駆動信号を出力する第1の駆動回路609とからなり、第1のスイッチング素子13のON−OFF比が、交流入力電流を正弦波状にするとともに、交流電源1の電圧の変化に対応させて力率制御回路10の出力電圧を変化させるような駆動信号を得ている。
【0013】前記電圧制御回路20の第2のスイッチング素子23のON−OFF比を制御する制御回路70は、コンデンサ26の端子間に得られる直流出力電圧を、可変抵抗器701、抵抗器702,703で分圧した分圧電圧が、その反転入力端子に入力されるとともに、基準電圧Vr0が、その非反転入力端子に入力される第2の誤差増幅器704と、この第2の誤差増幅器704からの第2の誤差電圧が、その反転入力端子に入力されるとともに、第2の発振器707からの制御パルスが、その非反転入力端子に入力される第2の比較器706と、この第2の比較器706から得られる、前記第2のスイッチング素子23の制御信号が入力され、前記第2のスイッチング素子23の駆動信号を出力する第2の駆動回路709とからなり、第2のスイッチング素子23のON−OFF比が、コンデンサ26の端子間に得られる直流出力電圧、すなわち負荷8に印加される直流出力電圧を定電圧にするような駆動信号を得ている。
【0014】従って、上記電源装置は、力率制御回路10によって交流入力電流を正弦波状に制御し、交流電源1の電圧の変動に対応させて該力率制御回路10の出力電圧を変化させることができるから、その力率を1に近くすることができるとともに、交流電源1の電圧の変動による力率制御回路10の変換効率の低下を抑制することができる。
【0015】すなわち、交流電源1が100V系(最低電圧が85V)の場合に、力率制御回路10の出力電圧が約300Vになるように制御し、交流電源1が200V系(最高電圧が264V)の場合に、力率制御回路10の出力電圧が約390Vになるように制御し、交流電源1の電圧の85V〜264Vの変動に対応して力率制御回路10の出力電圧を300〜390Vの範囲で制御するといったことが可能になり、力率制御回路10の変換効率の低下が抑制できる。
【0016】上記した電圧制御回路は非絶縁形の降圧チョッパ回路であるが、他の形式のもの、たとえば、絶縁形のDC−DCコンバータであってもよいことは言うまでもない。
【0017】
【発明の効果】上記した如く、本発明によれば、交流入力電流に含まれる高調波の低減と変換効率の低下の抑制とを同時に達成することができるとともに、その直流出力電圧も高い精度で制御することができる。




 

 


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