JPH03178563A - 直流電源装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は入力端子を近似的に正弦波化することにより、
入力端子の高調波成分の低減と力率の改善を行いあわせ
て制御された出力電圧を得ることのできる直流電源装置
に関する。

〔従来の技術〕

交流電源より直流出力を得る直流電源装置としては、単
に整流器を用いただけでは、入力電流波形が断続的で力
率と効率が低く好ましくない。そのため入力電流を近似
的に正弦波化することにより、入力電流の高調波成分の
低減と力率の改善を行う直流電源装置が提案されており
１例えば特願昭６３−２３３９７０号がある。

すなわち、入力交流電源に両波整流器を接続し。

その出力にチョークコイルとスイッチング素子を接続す
るとともに、そのチョークコイルにダイオードを介して
負荷に直流電力を供給する主回路構成とする。そして制
御方式として、負荷の電圧の比例値と基準電圧との差電
圧を得る手段と、入力交流電源の電圧の絶対値の比例値
との乗算手段を備えて、主回路のチョークコイルの電流
の絶対値の比例値と前記の乗算信号とを履歴特性を有す
る電圧比較器により主回路のスイッチング素子を駆動す
るものである。

したがって、負荷の電圧の比例値と基準電圧との差電圧
を得る手段により、所望の出力設定値に対応する制御信
号が得られる。ついで入力文ｉ電源の電圧の絶対値の比
例値との乗算手段により。

振幅制御できる基準の正弦波電圧が得られる。そして、
主回路のチョークコイルの電流の大きさに比例した電圧
をその基準正弦波電圧とを比較し。

その基準正弦波電圧にほぼ比例した履旋幅を持つ電圧比
較器でチョークコイルの電流変化幅をその履歴幅の中に
制限するように主回路のスイッチング素子を駆動するも
のである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来の直流電源装置にあって
は入力電流波形を電圧波形とほとんど相似形にできるが
、昇圧チョッパーで構成しているため出力電圧を入力電
圧の予想される最大値のピーク値より高く設計しなけれ
ばならないため、整流回路の次段に接続されるコンバー
タの設計が困難となる。

すなわちコンバータの入力電圧が高いと、耐電圧の高い
スイッチング素子を使用する必要があり。

スイッチングスピードが遅くなり、スイッチング損失が
増加したり導通時の損失が増加するばかりでなく高価と
なりスイッチング時のノイズやプリント配線する時の絶
縁距離を大きくとらなければならない等の問題があった
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では１以上のべた問題点を解決するため。

昇圧チョッパーと降圧チョッパーとを組合せ、出力電圧
を入力電圧のピーク値より下げ入力電圧が出力より低い
期間は昇圧チョッパー、高い期間は降圧チョッパーを動
作させるものである。

〔実施例〕

第１図は本発明に係る直流電源装置の一実施例の接続図
である。同図において、交流電源１０をラインフィルタ
１４と変流器ｌとを介して、ダイオード・ブリッジの整
流回路２の交流入力側へ接続し。

整流回路２の直流出力端子間に第１のスイッチング素子
であるＦＥＴ９．チョークコイル３．第２のスイッチン
グ素子であるＦＥＴ４の直列回路を（妾続し、ＦＥＴ４
の両端にダイオード５と平滑用コンデンサＣ１との直列
回路を接続し、平滑用コンデンサＣｔの両端から直流電
圧を取り出して、出力端子１２．１３に接続された負荷
ＲＬに供給される。ＦＥＴ９とチョークコイル３の接続
点とＦＥＴ４と平滑用コンデンサＣ１の接続点との間に
３ｍ列接続されたダイオード１１と変流５１７を接続し
、ダイオードＨの電流を変流器１７で検出している。

ここで整流回路２の出力である脈流電圧は抵抗器Ｒ１，
Ｒ２により分圧された価基と出力電圧と基型電圧源１６
との誤差を誤差増幅器６により増幅した値０を乗算器７
により基準正弦波電圧Ｖｒとして取り出す。この基準正
弦波電圧Ｖｒは負荷状態によって振幅制御ができ、エネ
ルギーの制・御を可能にしている。次に変流器ｌによっ
て検出される入力文流電流目の比例値を整流回路１５を
介してその絶対値を得ると共にダイオード１１の電流を
変流器１７で検出し、ダイオード２１で整流された値を
重畳して。

抵抗器Ｒ６の両端にこれらの対応する電圧′シヘ、′　
　を発生させる。

この電圧値を抵抗器Ｒ７，Ｒ８とコンパレータ８により
交流入力電圧値　にほぼ比例したヒステリシス幅を作り
、そのヒステリシス幅の中でのしきい値において駆動出
力信号を遷移する。すなわちコンパレータ８により前記
の基準正弦波電圧Ｖ「と比較し１例えば第２図に示すよ
うにｔ＝ｔｌで電流比例値’ｔｚ７　ｆが基準正弦波電
圧Ｖ「の下限値に達するとＦＥＴ４の駆動を行い、　１
＝１２で電流比例値ｖ、゛Ｃが基準正弦波電圧Ｖｒの上
限値に達するとＦＥＴ４の駆動を遮断する。ＦＥＴ４が
オンしている区間ではチョークコイル３にエネルギーが
蓄積され、ＦＥＴ９がオフするとチョークコイル３に蓄
積されたエネルギーはダイオード５を介して負荷ＲＬに
放出供給される。

このようなＦＥＴ４のスイッチングにより入力電圧波形
を高周波三角波形の連続とし、電流降下値の包絡線と電
流ピーク値の包絡線はそれぞれ正弦波となる。したがっ
て、交流入力電圧波形の谷点に対応するｔ＝０．１＝Ｔ
／２の付近のスイッチング周波数はその波形の頂点ｔ＝
ｔ２付近のスイッチング周波数と比較して高くなる。

入力交流？！！　’ｔＭ　ｌ　ｉの平均値は各サイクル
の電流波形は正弦波の下限値に三角波を重畳したもので
あるから三角波形のＰ−Ｐ値の中央となり、正弦波形と
なり。さらに人力のフィルタにより変調周波数成分を減
衰することにより高周波成分を減少させて力率の改善も
図っている。

交広電ＦＩＩＯの瞬時絶対値１ｅ、ｆが出力電圧Ｅｏよ
り低い期間、すなわち第２図に示すへ区間では、抵抗器
Ｒ４°　と抵抗器Ｒ５°　とにより検出した出力電圧Ｅ
ｏの比例値と抵抗器Ｒ１“　と抵抗１ＷＲ２°とにより
検出した入力電圧ｅｉ　　の比例値をコンパレータＩ８
で比較して、論理回路２２は０信号を発生し、論理回路
２３はコンパレータ８の信号に従った信号を発生する。

これにより駆動回路２０は１信号を発生し。

駆動回路１９は前述のコンパレータ８のオンオフ信号に
したがった信号を発生する。従って、ＦＥＴ９の導通を
保ったままＦＥＴ４をスイッチング・オンオフさせ、入
力端子を交流人力重圧の比例値である基準値に設けた上
限値と下限値の範囲内におさまるようにする。

交流電源ｌＯの瞬時絶対値１ｅ、Ｉが出力電圧Ｅｏより
高い期間、Ｂ区間では、逆に第２のスイッチング素子で
あるＦＥＴ４をオフしたままとし、第１のスイッチング
素子であるＦＥＴ９をスイッチングさせ、入力電流と第
２のダイオード１１の電流の和が前に述べた基準値に設
けた上限値と下限値の範囲内におさまるよう制御する。

第２図に動作波形を示し１図を参照し、さらに詳細に説
明する。Ｉｅ、ｌがＥｏより小さい期間Ａでは昇圧チョ
ッパ動作で第２のスイッチング素子であるＦＥＴ４が導
通すると交流電源１０ｃ＋整流器２→ＦＥＴ９＝＝＞チ
ョークコイル３１８０ＦＥＴ４ｅＯ整流器２→交流電源
ｌＯの閉ループに電流が流れ、その時の電流ｉはチョー
クコイル３のインダクタンス値をＬとし平滑用コンデン
サＣ１の容量が充分大きいと となり　ｌ　ｅ＋”Ｋ　の傾きで上昇する。ｌｏｔはオ
ン直前のチョークコイル３の電流で下限値である。

入力電流が上昇し上限値に達すると、ＦＥＴ４をオフさ
せ、交流電源ｌＯユ整流器２＝＞ＦＥＴ９ゆチョークコ
イル３ゆダイオード５ゆ平滑用コンデンサＣ１＝！＞整
流器２＝＋交流電源ｌＯの閉ループに電流が流れ、その
時の電流は となり。

する。

１ｏ２はオフ直前のチョークコイルの電流で上限値であ
る。入力電流が減少し下限値に達するとスイッチング素
子６を導通させ、この動作を繰り返すことにより入力電
流波形を入力電圧波形と相似形にさせる。なお、コンデ
ンサＣ２は高周波フィルター用の小容量のもので、交流
電源ｌＯの基本波成分には影響はない。入力電圧が上昇
し、出力電圧より大きくなる期間Ｂでは降圧チョッパ動
作で第２のスイッチング素子であるＦＥＴ４はオフさせ
たままとし、第１のスイッチング素子であるＦＥＴ９を
導通させると、交流電源１０−０整流器２＜Ｆ　ＥＴ９
＜チョークコイル３ゆダイオード５ゆ平滑用コンデンサ
Ｃ１→整流器２＝０交流電源ｌＯの閉ループで電流が流
れ、電流ｉは 前のチョークコイル５の電流値である。入力電流が上昇
し、上限値に達すると第１のスイッチング素子をオフさ
せる。すると入力電流は遮断され。

チョークコイル３に蓄えられたエネルギーは。

チョークコイル３＝０ダイオード５時平滑用コンデンサ
Ｃ１＝＝５ダイオード目→チョークコイル３の閉ループ
に電流を流す。この電流ｉは。

１０４はオフ直前のチョークコイル３の電流値である。

チョークコイルが減少し下限値に達すると再び第１のス
イッチング素子であるＦＥＴ９を導通させる。ＦＥＴ９
がオフの期間は入力電流が遮断されるため、それまで入
力電流が基準値の上限値と下限値の範囲内に入っていた
のを逸脱することになり、第２図のチョークコイル３の
電流からダイオード１１に流れる電流を差し引いた波形
となる。

しかしながら（３）式（４）式から期間Ｂのデユーティ
比は　巨□／ｒｆｉＨで表され期間Ｂの平均デユーティ
比はかなり大きな値となり、入力電流から高周波成分を
取り除いた基本波成分はピーク付近が若干つぶれた波形
となる。

電流検出手段としては変流器ｌに限らず、チョークコイ
ル３の電流を検出できれば他の方法でもよい。例えばチ
ョークコイル３に直列に低抵抗を挿入する方法でもよい
。また、チョークコイル３の電ｉ％ｔ１３はスイッチ索
子４の電流１４とフライホイールダイオード５の電流１
５の和であるので、チョークコイル３とスイッチ素子４
とのそれぞれに直流変ｍＷあるいは低抵抗を挿入してそ
れらの信号を加算する方法でもよい。

また電圧検出手段としては、交流電源ｌＯから直接整流
回路を介して得ることもできる。その場合は絶縁手段と
して小型変圧器あるいは光結合素子を間に挿入する必要
がある。

整流回路２とＦＥＴ４．９とダイオード５，１１とのそ
れぞれの極性を入れ換えることにより同様の作用をする
。そしてダイオード５は一方向性スイッチング素子であ
れば３通常のダイオードに限らず、ショットキーダイオ
ードでもよ＜、ＦＥＴ４．９は電界効果トランジスタ以
外に、バイポーラトランジスタ、　ＩＧＢＴ等のスイッ
チング素子が使える。

〔発明の効果〕

本発明は以上述べたように、昇圧チョッパーと降圧チョ
ッパーの絹合せにより、入力電圧が出力電圧より低い期
間は昇圧チａツバ−動作、入力端子が出力電圧より高い
期間は降圧チョッパー動作としたため、出力電圧を最大
入力端子のピーク値より低くでき２次段に接続されるコ
ンバータのスイッチング素子の耐電圧を下げられ、電圧
が高いことによる障害がさけられる。

さらに本発明では入力電圧と出力電圧の瞬時値を常に監
視すると同時に入力電流とダイオード９の瞬時電流をも
監視しているため、突入防止回路やソフトスタート回路
等の特別な起動回路が必要なくしかも入力交流電源の瞬
断や出力短絡に対しでも充分保護できる効果も有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る直流電源装置の実施例を示し、第
２図はその動作を説明するための各部の波形図を示す。 ■・−・変流器、２・・・整流回路、３・・・チョーク
コイル４・・・ＦＥＴ、５・・・ダイオード、６・・・
誤差増幅器。 ７・・・乗算器、８・・・コンパレータ、９・・・ＦＥ
Ｔ１Ｏ・・・交流電源、　＋１・・・ダイオード。 １２、１３・・・出力端子、　１４・・・ラインフィル
タ。 １５・・・整流回路、　＋６・・・基準電圧源、　１７
・・・変流器。 １８・・・コンパレータ、　１９．２０・・・駆動回路
。 ２１・・・ダイオード、　２２．２３・・−論理回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 交流電圧を全波整流するダイオード・ブリッジの出力端
   子間に第１のスイッチング素子とチョークコイルと第２
   のスイッチング素子の直列回路を接続し、前記第２のス
   イッチング素子の両端に第１の整流ダイオードと平滑用
   コンデンサの直列体を接続し、前記第１のスイッチング
   素子とチョークコイルとの接続点と前記第２のスイッチ
   ング素子と前記平滑コンデンサとの接続点との間に第２
   のダイオードを接続し、前記平滑コンデンサの両端から
   直流電圧を取り出す直流電源装置において、前記ダイオ
   ードブリッジの出力電圧が、前記平滑用コンデンサの電
   圧より低い期間は前記第１のスイッチング素子を導通さ
   せかつ前記第２のスイッチング素子をスイッチングさせ
   て、入力電流を入力電圧波形に比例した基準値に上限値
   と下限値を設けた範囲におさまるよう制御し、 前記ダイオードブリッジの出力電圧が前記平滑用コンデ
   ンサの電圧より高い期間は前記第２のスイッチング素子
   をオフさせ、前記第２のダイオードの電流と入力電流の
   絶対値の和が入力電圧波形に比例した基準値に上限値と
   下限値を設けた範囲内におさまるよう第１のスイッチン
   グ素子をスイッチング制御することを特徴とする直流電
   源装置。