JPH03230759A - 電源装置および力率改善方法 - 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、交流電源を整流し、直流に変換する電源装置
に係り、特に、力率の改善に好適な電源装置に関する。

［従来の技術］ 整流器を用いて交流電力を直流電力に変換する電源装置
においては、リアクトルを用いることによって、力率は
ある程度改善されるが、電源電流に大きな高調波を含ん
でいる。そのため、電圧歪を生じ、電源系統に悪影響を
与えるという問題がある。そのため、この種の電源回路
では、電源電流の高調波を抑圧することが必要とされて
いる。

これに対し、従来、交流電力を整流して直流電力に変換
する整流回路であって、電源電流の高調波を抑制する回
路を備えたものとして、特開昭５９−１９８８７３号公
報に記載されるものがある。

これは、整流回路の出力端にスイッチング素子を接続し
、直流出力電圧と設定電圧との差に交流電源の電圧信号
を乗算した同期誤差信号と、電流波形と比較し、その差
の極性に応じて上記のスイッチング素子をオンオフさせ
るようになっている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上述した従来の技術には、次のような問題があ
り、力率を改善した電源装置を得るための解決すべき課
題となっている。

上記従来の技術は、力率改善のための交流電流指令波形
を交流電圧波形より作成している。そのため、交流電圧
波形を検出するための装置が必要となり、回路が複雑化
し、また、大形化するという問題がある。

また、上記従来の技術は、交流電圧に電圧変動やノイズ
が生じた場合、上記電流指令波形にその影響が直接現れ
るため、信頼性の点で問題がある。

本発明の目的は、交流電流指令波形を使用せずに、簡単
な回路構成で力率改善を行なうことができ、また、交流
電圧の電圧変動やノイズの影響を受けにくく、信頼性の
高い電源装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明は、交流を直流に変換
する整流回路と、スイッチング素子によるスイッチング
動作およびインダクタンスによるエネルギ蓄積効果を利
用して力率を改善する力率改善回路とを備える電源装置
において、電源に流れる電流を示す電源電流情報を生成
する電源電流情報作成手段と、負荷の運転状態を示す負
荷状態情報に合せて係数を設定すると共に、この係数と
上記電源電流情報との積を求め、この積に基づいて、上
記スイッチング素子の動作を規定する通流比を作成する
通流比作成手段とを備え、この通流比によって、上記ス
イン、チング素子を動作さすることを特徴とする。

上記電源電流情報生成手段としては、例えば、電源電流
検出回路が挙げられる。これによって、電源に流れる電
流の絶対値を検出して、その検出値を利用する。また、
他の例としては、電源電流を正弦波と仮定して、推定す
る手段が挙げられる。

上記係数を設定するために用いられる。負荷の状態を示
す情報としては、例えば、電源電流の大きさ、入力電圧
、電源からの入力電力、直流出力電圧、負荷の所要電力
等に関するものが挙げられる。

本発明において、昇圧比を一定に制御するためには、上
記係数を、昇圧比と電源電流の積の逆数に係る値に決定
すればよい。

また、本発明において、好ましくは、電源電流の大きさ
を算出する電源電流演算回路を備え、係数を前記電源電
流演算回路の出力である電源電流の大きさに係る値に決
定する構成とする。

さらに、本発明において、電源電圧検出回路を備え、係
数を上記電源電圧検出回路出力に係る値に決定する構成
とすることもできる。

また、本発明は、係数を電源電流のスイッチング制限値
に係る値に決定することにより、電源電流の半周期の中
心部分でスイッチング動作を行なわない波形に制御する
ことができる。

また、本発明において、通流比は、例えば、上述したよ
うにして得られる係数を、電源電流の瞬時の値を示す情
報に乗じて、得られる積を周期波形（例えば、三角波）
と比較することによって、作成することができる。ここ
で、三角波波形を歪ませ、任意に通流比の大きさを変更
する構成としてもよい。

（以下余白） ［作用］ 本発明の作用について、電源電流ｉｓ、係数Ｋを用いて
、以下説明する。

まず、スイッチング素子のＯＦＦの通流比ｘ　ｏｐｐを
次式で作成する。

Ｘａｐｒ”：Ｋ　Ｈｉ５　　　　　　　　　　　−・・
（１）また、ｉｓは、直流電圧をＥ４、電源電圧をＶｓ
として、 ｉｓ”　　　　／　（Ｖｌｌ　　Ｘ０ＦＦ”　ＥＪｄ　
ｔ　　　・・・（２）で表わせる。（１）式を（２）式
に代入し、■５＝Ｖ　、ｓｉｎωｔとして整理すると１ 、　　　ω　・　Ｖ、　　　　　１　　　　　−ａｔ１
Ｂ＝Ｌ１１０２＋α２（ｅ−ＣＯ５ωｔ＋見ｓｉｎωｔ
）＋１゜・ｅ−１ ω ・・（３） となる。

ここで、 ■。＝１５の初期値、 α＝に−Ｅ４／Ｌで ある。

そこで、αが充分大きいという条件を入れて、α）ωお
よびｅ′″１１＝０として整理すると１、ｖ′　・ｓｉ
ｎωｔ １ｓ　Ｋ−Ｅｄ ・・・（４） となる。

一方１通流比をＯＮの通流比Ｘ。Ｎとして考えると、上
記（１）、　（２）式は、次のように表わせる。

ｘ　ｏＮ＝　Ｉ　　Ｋ−ｘ　ｓ　　　　　　　　　　−
（５）、　　　　１ ｘ　ｓ＝　　　／　（ｖｓ　　（１ｘｏＮ）・Ｅｉ）　
ｄ　ｔ　　−（６）（５）式を（６）式に代入し、ｖ５
＝Ｖｖｓｉｎωｔとして、整理すると、（３）式となり
、上記と同様の条件を入れて整理すると、（４）式とな
る。

以上のことから、Ｋ　、　Ｅ　４を一定と考えると、電
源電流は１通流比を（１）式または（５）式に従って与
えることにより、電源電圧と同期した正弦波波形を得る
ことができ、力率を１に制御することができる。

また、（４）式に示すとおり、電源電流は、Ｋの値によ
り変化する。すなわち、Ｋの値により、入力電力が変わ
る。それに応じて出力電力（直流電圧Ｘ直流電流）も変
わる。この関係を利用してＫを変更することにより、入
力電力の制御さらには出力電力の制御が可能となる。

さらに、（４）式を変形すると、 ｖｆ、。

Ｋ　０ｘ　ｓ　＝−ｓｘｎωｔ　　　　　　　　　−（
７）４ となる。（７）式の左辺は（１）式に示すＯＦＦの通流
比であり、右辺は瞬時の昇圧比の逆数を示している。

ここで、電源電流の実効値をＩｓとして実効値ベースで
昇圧比ａを考えると、 Ｋ　・Ｉｓ＝　１／　ａ　　　　　　　　　　　−（８
）となり、Ｋ−Ｉｓを一定に制御すれば、直流電圧Ｅ、
は、電源電圧のａ倍に制御できる。

以上のことから、係数Ｋを変更することにより、昇圧比
ａを制御することが可能になる。

また、比例係数Ｋを、 に＝に８．□８　　　　Ｋ・は定数　　　・・・（９）
のように選ぶと、ＯＦＦの通流比は、 ｘｏＦｒ＝に８．工ｓ＋ｉｓ…（１０）となる、ここで
、０≦Ｘ　ＯＦＦ≦１であり、そして、１８≧Ｋａ・Ｉ
ｓを満足する期間では、Ｘ０ＦＦ＝１となり、スイッチ
ング動作が停止する。

以上のことから、電源電流の大きな領域では、スイッチ
ングを停止して、スイッチング素子に生じるスイッチン
グ損失を減少し、効率を向上することができる。

以上に述へた作用は、電源電流の大きさ１ｓに基づいて
係数Ｋを設定する場合についてであるが、入力電圧、直
流高力電力、負荷所要電力等に基づく場合も同様に考え
ることができる。

上述した作用の説明から明らかなように、本発明では、
正弦波電流（交流電流）指令波形を必要とせずに力率改
善が行なえるため、回路構成が簡単になり、電圧変動や
ノイズ等の外乱の影響を受けにくい。従って、信頼性の
高い電源装置が得られる。

また、本発明は、これに止まらず、次に述べるような種
々の問題点についても、併せて解決することが可能とな
る。

第１に、従来の技術は、直流電圧を検出し、直流電圧制
御を行なう装置であり、直流電圧制御を行なうことで、
間接的に負荷電力を制御している。

このため、従来の技術では、負荷が必要とする電力を制
御しようとすると、直流電圧指令値を作成し、この指令
値に基づいた電流指令値により、電流制御を行なわなけ
ればならないため、回路構成や制御が複雑になる。また
、電源電圧の変動が力率に影響を与えるという問題もあ
る。

これに対して、本発明は、負荷が必要とする電力を、そ
の情報に基づいて係数Ｋを設定することにより、通流比
を変化させ、入力端子の大きさを変えて供給することが
で、きる。従って１回路構成や制御を複雑にすることな
く、負荷電力制御を実現できる。また、電源電圧の変動
に応じて、直流電圧の大きさが変わるため、力率に影響
なく、安定に負荷電力制御を行なうことができる。

第２に、従来の技術は、力率改善のみを考え、高力率を
確保する方式であるが、効率が低いという問題がある。

ところが、実際の電源回路を考えた場合、効率の向上も
重要な課題である。

これに対して、直流電圧指令値を、整流電圧値以下に設
定して制御する方式がある。この方式では、回路構成の
付加をする必要がなく、制御することができる。しかし
、電源電圧が変動すると。

電流波形が変化して、力率が低下したり、効率が低下し
たりするという問題がある。

例えば、電源電圧１００ｖの場合、整流電圧１４０Ｖと
なるため、指令値１３０ｖに設定する。

この状態で、電源電圧が１００Ｖから１１５ｖに変化す
ると、整流電圧が１６０Ｖ程度となり、効率は高くなる
ものの、第１０図に示すように、（ａ）から（ｂ）のよ
うに変化して、電流波形が悪化して、力率が低下すると
いう問題が起きる。

一方、電源電圧が８５Ｖに変化すると、整流電圧が１２
０Ｖとなり、指令電圧より低くなるため、電流波形全体
にスイッチングが行なわれ、第１１図（ａ）の波形から
（ｂ）の波形に変化して、力率は高くなるが、効率は低
くなる。

このように、従来の技術には、電源電圧変動により、力
率、効率が変化するという問題がある。

これに対し、上述した従来の技術に、電流値に応じてス
イッチングを停止させる回路を付加する方式が考えられ
る。この方式によれば、電流波形を一定に制御でき、力
率、効率を安定に制御できると考えられる。しかし、ス
イッチングを停止させるための信号発生手段が必要とな
り、回路構成および制御が複雑となるという問題がある
。

これに対して、本発明は、電流波形の中心部のスイッチ
ングを停止することにより、効率の向上を図っている。

これに伴なって、力率が若干低下することがあるものの
、効率は向上する。従って、本発明によれば、力率、効
率とも満足のいく点で制御ができ、電源装置として実用
性が高い。

第３に、従来の技術は、直流電圧偏差から電流指令を作
成し、直流電圧を制御しているため、電源電圧に応じた
直流電圧の制御ができないという問題がある。これに対
して、本発明は、電源電圧が変動すると、直流電圧が変
化し、電源電圧に応じた直流電圧の制御ができる。

また、係数Ｋを、希望する直流電圧になるように、電源
電圧に基づいて決定することによって、直流電圧を所望
の一定値に制御することもできる。

（以下余白） ［実施例コ 以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明す
る。

第１Ａ図は、本発明の一実施例に係る電源装置の構成の
一例を示すブロック図である。

第１Ａ図に示す本実施例の電源装置は、整流回路２．力
率改善回路３および平滑コンデンサ４を備え、かつ、力
率改善および昇圧比を一定に制御する制御回路３０を有
して構成される。

力率改善回路３は、リアクトル３１と、スイッチング素
子として機能するトランジスタ３３と、ダイオード３２
とを有して構成される。

交流電源ｌの出力は、整流回路２、リアクトル３１、ト
ランジスタ３３、ダイオード３２および平滑コンデンサ
４を介し直流電圧Ｅｄに変換され、負荷ＬＤに電力を供
給する。

力率の改善と同時に昇圧比を一定に制御する制御回路３
０は、電源電流を検出する電源電流検出回路５と、スイ
ッチング素子の通流比を作成する通流比作成手段６と、
前記電源電流検出回路５の出力より電源電流の平均値を
出力するローパスフィルタ８と、トライバ７とを備えて
構成される。

前記電源電流検出回路５は、電源電流を検出する検出抵
抗５１と、その出力を一定倍増幅し、絶対値をとる絶対
値回路５２とから構成されている。

前記通流比作成手段６は、前記ローパスフィルタ８の出
力より、係数Ｋを算出するマイクロコンピュータ６２と
、前記電源電流検出回路５の出力と前記係数にとの乗算
を行なう乗算器６１と、三角波を出力する三角波発振器
６４と、前記乗算器６１の出力と三角波を比較して、前
記トランジスタ３３に対する通流比を作成するコンパレ
ータ６３より構成されている。

マイクロコンピュータ６２は、図示していないが、例え
ば、データの処理を実行するＣＰＵと、このＣＰｔＪが
実行するプログラムおよび各種定数等を格納するＲＯＭ
と、データの一時保存等を行なうためのＲＡＭと、外部
に対するデータや信号を授受するためのＡ／Ｄ、Ｄ／Ａ
の各変換等を行なうインタフェースとを有して構成され
る。上記ＲＯＭには例えば、第２Ａ図に示すような、係
数Ｋを算出する処理を実行するためのプログラムが、昇
圧比ａ等の定数と共に格納されている。マイクロコンピ
ュータ６２は、このプログラムに従って、次の１〜３の
処理を実行することになる。

処理１において、マイクロコンピュータ６２に電源電流
の大きさ丁Ｓを取り込む。

処理２において、前記電源電流の大きさ１ｓおよびあら
かじめ与えられている昇圧比ａにより、電源電流の実効
値ベースで、昇圧比が一定になるような係数Ｋを算出す
る。具体的には、　　　Ｉｓ により求める。ここで、ＫａはＩｓより実効値を求める
換算係数である。

処理３において、係数Ｋを乗算器６１に出力する。

マイクロコンピュータ６２は、以上の昇圧比−定制御処
理を、電源周期ごとに繰り返し実行することにより、力
率の改善を行なうと同時に、昇圧比を一定に制御するこ
とができる。

次に、本実施例の作用について、上記第１Ａ図の他、第
１Ｂ図、第２Ａ図および第２Ｂ図を参照して、説明する
。

制御回路３０では１次の演算式に従って、通流比を設定
し、ドライバ７を介して、トランジスタ３３をオンオフ
制御する。

検出抵抗５１の抵抗値をＲ，絶対値回路５２の増幅率を
に工、電源電流をｊ、ｌ、ＯＦＦ通流比指令値１１をＶ
ＸＯＦＦとすると、 ＶＸｏｐｐ＝　Ｋ−に□’　Ｒ’　ｌ　ｓ　　　　　　
−（１１）となる。

このとき、ＯＦＦ通流比指令値の最大値を三角波発振器
６４の出力最大値Ｖ８と等しい値に選ぶと、通流比Ｘ。

Ｆ、は、 となり、前述した理由により、電源電流は、正弦波波形
となり、力率をほぼ１に制御することができる。

さらに、係数Ｋを変えることにより昇圧比を制御するこ
とができる。

この制御回路３０において、マイクロコンピュータ６２
は、次のように動作する。

まず、交流電源１から供給される交流電流１８は、抵抗
５１を介して検出され、絶対値回路５２で絶対値に変換
されて、さらに、ローパスフィルタ８を介して平均値Ｉ
ｓとしてマイクロコンピュータ６２に送られる。マイク
ロコンピュータ６２は、Ｉｓの大きさＩｓをディジタル
データとして取り込む（ステップ２０１）。

次に、マイクロコンピュータ６２は、力率改善を行なう
か否かの判定を、外部からの指示を見て行なう（ステッ
プ２０２）。この外部からの指示は、例えば、図示しな
いスイッチを用いて行なわれ、オペレータが予め、また
は、必要に応じてスイッチをオン状態としておく。

そして、力率改善を行なう場合、マイクロコンピュータ
６２は、Ｉｓが予め設定した値、例えば。

ＩＡ以上であるか否か判定する（ステップ２０３）。

設定値を超える場合、予め与えられる昇圧比ａおよび換
算係数Ｋａを用いて、 ａ　　　　Ｉａ の演算を行なう（ステップ２０３）。そして、演算結果
ＫをＤ／Ａ変換して、乗算器６１に出力する（ステップ
２０５）。

また、ドライバ７に対して、トランジスタ３３のスイッ
チング禁止解除する（ステップ２０６）。

一方、上記ステップ２０２および２０３の判断が否定で
あるとき、ドライバ７に対してトランジスタ３３のスイ
ッチング禁止（スイッチング０ＦＦ）を指示する（ステ
ップ２０７）。そして、係数Ｋを最大ｒＦＦＪにして出
力する（ステップ２０８）。この後、ステップ２０１に
戻る。

なお、ステップ２０７および２０８の処理は、過電流が
検出された場合にも実行される。この過電流は、図示し
ない検出回路によって行なわれ、この回路から検出信号
がマイクロコンピュータ６２に送られる。この検出信号
が送られると、マイクロコンピュータ６２は、割り込み
が発生し、上記ステップ２０７および２０８を実行する
。割り込み処理の場合は、ステップ２０１には戻らず。

この処理を終了する。

なお、ステップ２０８（後述する第４Ｂ図のステップ４
０７も同様）において、Ｋを最大とするのは、何らかの
理由でスイッチング禁止がなされなかった場合の安全を
考えたためである。従って、このステップは省略するこ
ともできる。

上記算出されたＫは、乗算器６１において、電源電流検
出値１１５１と乗算され、その積が、ＯＦＦ通流比指令
値として、コンパレータ６３に送られる。コンパレータ
６３では、この積を三角波発振器６４の出力と比較して
、通流比（ｄｕｔｙ）を作成する。

第１Ｂ図に、上記制御回路３０の各部の波形を示す。

同図（ａ）と（ｂ）とを比較すると明らかなように、係
ＷＩＫの大きさによって、ＯＦＦ通流比（ａｕｔｙ）信
号が異なり、その結果、電源電流ｉｓの波形も変わって
いることが分かる。

このように、本実施例によれば、力率改善のための交流
電流指令波形を必要としないため、電流指令波形作成手
段が不要となり回路の簡単化ができる。

また、昇圧比を一定に制御できるため、直流電圧等を検
出しなくても直流電圧を入力電圧に対応した電圧値に制
御できる。

次に１本発明の第２の実施例について、第３Ａ図および
第３Ｂ図を参照して説明する。

第３Ａ図に示す実施例は、上記第１Ａ図に示す実施例に
おける通流比作成手段６が、マイクロコンピュータを用
いずに、ハードウェアにより構成される点に差異がある
他は、第１Ａ図に示す実施例と同様に構成される。従っ
て、ここでは相違点のみ説明する。

本実施例において用いられる通流比作成手段６は、ＯＦ
Ｆ通流比指令値１１を作成する乗除算回路６５と、三角
波発振器６４と、ＯＦＦ通流比指令値１１と三角波とを
比較するコンパレータ６３とを備えて構成される。

通流比作成手段６は、電源電流検出値ｌｉｓを対数変換
する対数変換回路６５１と、電源電流の平均値の大きさ
丁Ｓを対数変換する対数変換回路６５２と、電源電流の
大きさを実効値に換算する換算係数Ｋａを対数変換する
対数変換回路６５３と、換算係数Ｋａを設定する換算係
数設定器６５４と、上記対数変換された各信号について
、ｌｏｇ　Ｉ　ｉ　ｓ　Ｉ　＋ｌｏｇＫａ−１ｏｇ　Ｉ
　ｓｓ なる演算を実行する加減算器６５５と、上記加減算器６
５５の演算結果を逆対数変換する逆対数変換回路６５６
とを備えて構成される。

なお、通流比作成手段６は、具体的には、例えば、第３
Ｂ図に示すような回路構成の乗除算回路６５を用いて構
成することができる。

本実施例の動作は、乗除算回路６５のアナログ演算によ
ってＯＦＦ通流比指令値１１が算出されることを除き、
上記第１Ａ図に示す実施例と同様である。従って、ここ
では説明を繰り返さない。

なお、本実施例によれば、通流比作成手段６を安価に構
成することができる。

次に、本発明の第３の実施例について、第４Ａ図および
第４Ｂ図を参照して説明する。

本実施例は、制御回路の構成が上記した他の実施例と異
なり、係数にの計算を、負荷からの電力指令値に基づい
て行なう構成となっている。なお。

他の構成は、上記した第１の実施例と同様であるので、
ここでは、相違点のみ説明する。

本実施例の制御回路３０は、電源電流検出回路５と、通
流比作成手段６と、ドライバ７、とを備えて構成される
。

通流比作成手段６は、電源電流検出値１ｉ、１と係数に
とを乗じてＯＦＦ通流比指令値１１を出力する乗算器６
１と、負荷からの電力指令値１３に基づいて係数Ｋを算
出するマイクロコンピュータ６２と、三角波発振器６４
と、ＯＦＦ通流比指令値と三角波とを比較して、通流比
を出力するコンパレータ６３とを備えて構成される。

マイクロコンピュータ６２は、ハードウェアとしては、
図示しないが、上記した第１Ａ図に示すものとほぼ同様
に構成される。すなわち、ｃｐｕ。

ＲＯＭ、ＲＡＭ、インタフェース等を有する。

このマイクロコンピュータ６２は、ＲＯＭに格納されて
いるプログラムに従って、例えば、第４Ｂ図に示すよう
に動作する。

まず、負荷ＬＤからの電力指令値Ｐ！をインタフェース
を介してディジタル値として取り込む（ステップ４０１
）。そして、Ｐｄ　が予め設定しである最低値以上か否
かを判定する（ステップ４０２）。

最低値以上であれば、 の演算を行ない（ステップ４０３）、演算結果Ｋをアナ
ログ値に変換して、乗算器６１に出力する（ステップ４
０４）。

そして、ドライバ７がトランジスタ３３についてスイッ
チングを禁止している場合、これを解除する（ステップ
４０５）。

一方、上記ステップ４０２において、Ｐｄが最低値以上
でない場合、ドライバ７に対して、トランジスタ３３の
スイッチングを禁止する信号を出力する（ステップ４０
６）。そして、係数Ｋを最大にして出力する（ステップ
４０７）。

このように、本実施例は、負荷が必要としている電力に
基づいて、入力電流の大きさを変えるように、スイッチ
ング素子を制御する。従って、本実施例によれば、直流
電圧検出回路を必要とせずに、簡単な回路構成で、負荷
に必要な電力を安定に供給できる負荷電力制御が可能と
なると共に、上記した他の実施例と同様に、力率の改善
が行なえる。

次に、第４の実施例として、本発明を、圧縮機を負荷と
する同期モータの速度制御に適用した実施例について、
第５図、第６図および第７図を参照して説明する。

本実施例は、交流電源１からの交流電流を整流する整流
回路２と、力率改善回路３と、平滑コンデンサ４と、圧
縮機２２を駆動する同期モータ２１に駆動電力を供給す
るインバータ１５と、制御回路３００とを備えて構成さ
れる。

交流電源１は、整流回路２、リアクトル３１、トランジ
スタ３３．コンデンサ４を介して、直流電圧Ｅｄに変換
され、インバータ１５に直流電力を供給し、同期モータ
２１を駆動する。

同期モータ２１の速度を制御するための制御回路３００
は、マイクロコンピュータ１７と、同期モータ２１の磁
極位置をモータ端子電圧２３がら検出するための位置検
出回路１８と、インバータ１５を駆動するインバータ用
ドライバ１６と、電源電流を検出し増幅する電源電流検
出回路５と、スイッチング素子であるトランジスタ３３
の通流比を作成する通流比作成手段２４とから構成され
ている。

なお、電源電流検出回路５の構成および動作は、第１図
に示す本発明の第１の実施例と同様である。

通流比作成手段２４は、乗算機能付のＤ／Ａコンバータ
２４１と、三角波発振器２４３と、コンパレータ２４２
とを有して構成される。

マイクロコンピュータ１７は、図示しないが、前述した
他の実施例のものと同様に、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、
インタフェース等を備えて構成される。なお、本実施例
は、Ｄ／Ａコンバータ２４１があるので、マイクロコン
ピュータ１７のインタフェースには、Ｄ／Ａコンバータ
機能を有していなくともよい。

前記マイクロコンピュータ１７のＲＯＭには、同期モー
タ２１を駆動するのに必要な各種プログラム、例えば、
前記位置検出回路１８からの位置検出信号１９および速
度指令２０の取り込み、インバータ用ドライバ１６への
インバータドライブ信号の出力、係数にの計算、係数に
の乗算機能付Ｄ／Ａコンバータ２４１への出力などの処
理に係るプログラムが格納される。ＣＰＵは、これらの
処理を実行する。

位置検出回路１８は、モータ２１の端子電圧から磁極の
位置を検出して、第６図に示す位置検出信号を出力する
。この位置検出信号は、６０°毎に、３相の信号の状態
が変化する。

マイクロコンピュータ１７は、この位置検出信号１９に
ついて、６０°毎の時間ｔ１〜ｔ、を測定し、１サイク
ルの時間Ｔを求めることにより同期モータ２１の速度を
検出する。

第７図は、マイクロコンピュータ１７において実行され
る速度制御処理の内容を示したもので、乗算機能付Ｄ／
Ａコンバータ２４１への出力である係数にの作成手順を
表わしている。

マイクロコンピュータは、処理１において、外部から与
えられた速度指令２０により、指令速度Ｎ　を算出し、
処理２において、前記位置検出信号１９の１サイクルの
時間Ｔを求め、処理３において、１サイクルの時間Ｔと
比例定数Ｋｙより速度Ｎを算出する。

マイクロコンピュータ１７は、処理４において、上記速
度指令Ｎ　と上記検出速度Ｎとの偏差速度ΔＮ＝Ｎ＊−
Ｎより、比例項Ｐと積分項Ｉを作成し、その和より直流
電力指令Ｐｄ１得る。ここで、比例項Ｐは、比例ゲイン
Ｋｐと偏差速度ΔＮの積とし、また、積分項Ｉは、積分
ゲインＫｉと偏差速度ΔＮの積とを、その時点における
積分項に加えて作成する。

処理５において、前記直流電力指令Ｐｄと比例定数Ｋｄ
により、係数Ｋを より求める。処理６において、前記係数Ｋを乗算機能付
Ｄ／Ａコンバータ２４１へ出力する。

以上の速度制御処理を繰り返し実行することにより、係
数には、速度指令Ｎ　と検出速度Ｎが等しくなるまで修
正が加えられ、同期モータ２１の速度制御が行なえる。

（以下余白） 次に１本発明の第５の実施例について、第８図および第
９図を参照して説明する。

第８図に示す実施例は、交流電源１からの交流電流を整
流する整流回路２と、力率改善回路３と、平滑コンデン
サ４と、制御回路３０とを備えて構成される。本実施例
は、制御回路３０の構成を除いては、上記第１の実施例
と同様に構成される。

従って、以下では相違点を中心として説明する。

本実施例の制御回路３０は、電流検出回路９と、電源の
周期に同期する同期信号として零点を検出する零点検出
回路１０と、通流比作成手段１４と、ドライバ７とを備
えて構成される。

電源電流検出回路９は、電源電流を検出する検出抵抗９
１と、その出力より電源電流の大きさを出力するフィル
タ回路９２とを有して構成されている。　零点検出回路
１０は、電源電圧より電源の極性の切替り点を検出し、
その点でパルスを出力する回路である。

通流比作成手段１４は、マイクロコンピュータにより構
成され、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、インタフェース等を
有している。ＲＯＭには、例えば、電源電流の大きさお
よび零点に基づいて、通流比を作成するプログラムが入
力されている。

第９図に、通流比作成手段（以下、本実施例においては
マイクロコンピュータともいう）１４により実行され、
力率の改善と、同時に、昇圧比を一定に制御する処理の
内容、すなわち、通流比の作成手順を示す。

処理１において、マイクロコンピュータ１４に電源電流
の大きさ了Ｓを取り込む。

処理２において、前記電源電流の大きさＩｓおよび予め
与えられている昇圧比ａにより、係数Ｋを、 ａ　　　　Ｉｓ より算出する。ここで、Ｋａは、了Ｓより実効値を求め
る換算係数である。

処理３において、前記電源電流の大きさＩｓより、電源
電流を正弦波と考え、電源電流推定値Ｉｓ’　を算出す
る。

処理４において、電源周期分の通流比列を、前記電源電
流推定値Ｉｓ’　と前記係数にとより計算する。

処理５において、電源の零点を、零点検出回路１０から
の検出パルスによりマイクロコンピュータ１４に取り込
む。

処理６において、前記零点のパルス信号を基準に、処理
４において計算した通流比列を出力する。

以上の処理を、電源周期ごとに繰り返し実行することに
より、力率の改善と同時に、昇圧比を一定に制御するこ
とができる。

なお、零点検出回路は、電源電流より電源の極性の切替
り点を検出し、その点でパルスを出力する回路としても
よい。この場合、電源電流が小さいとき、零点を正確に
決定することは容易でないので、電流がある程度の値と
なるまでは、適当な位置を零点として出力する機能を、
零点検出回路に設けておくとよい。

また、上記通流比作成手段１４は、零点検出回路が電源
の零点を検出できるまで、ある一定値の通流比を出力し
、スイッチング素子を動作させる構成としてもよい。

本発明は、上述した各実施例に限定されるものではなく
、さらに種々の態様で実施できる。そのうちのいくつか
の例を以下に示す。

上記各実施例のうち、電源電流の大きさＩｓを用いて係
数Ｋを設定しているものについては、電流に代えて、直
流出力電力を用いることもできる。

この場合は、例えば、平滑コンデンサの後段に、電力検
出器を設け、この検出値を、負荷の状態を示す情報とし
て、通流比作成手段に入力する。

通流比作成手段は、出力電力値を用いて、上記した電流
の大きさを用いる場合のアルゴリズムと同様のアルゴリ
ズムにより、係数Ｋを算出する構成とする。

また、同様に、電源電流の大きさに代えて、または、こ
れと共に、電源電圧を負荷の状態を示す情報として用い
て、係数Ｋを設定する構成とすることもできる。この場
合は、例えば、電源電圧検出回路を設けて、この検出値
を通流比作成手段に入力させ、該通流比作成手段におい
て、電圧、または、電流および電圧を用いて係数Ｋを算
呂する構成とする。これによって、電源電圧に応じた一
定の比率の直流電圧を出方するよう制御する電源装置が
得られる。

次に、上記各実施例では、昇圧比を一定とするように制
御する例を示しているが、昇圧比を変化させてもよい。

この場合、電源電流や電源電圧に応じて、力率が改善さ
れ、しかも、効率が低下しない状態で所望の出力となる
昇圧比を、予め実験またはシミュレーションによって求
めておき、これをＲＯＭ等に格納し、入力電流等の状態
に応じて適切な昇圧比を用いて、係数Ｋを算出する構成
とする。

なお、電源電圧検出回路を設け、検出電圧に応じて昇圧
比を設定し、出力電圧を所望値とするように構成しても
よい。すなわち、係数を、希望する直流電圧になるよう
に前記電源電圧検出回路の出力を用いて決定することに
より、直流電圧を制御する構成とする。

また、上記各実施例において、係数にの値を。

電源電流または出力電力が予め設定した制限値を超える
と、通流比がスイッチング素子の動作をオフ状態にさせ
る値となるように決定することができる。例えば、電源
電流が制限値を超える場合には、オン通流比が０となる
ように、係数にの値を決定するように、プログラムを設
定しておく。

これによって、電源電流が大きな領域では、スイッチン
グ動作を停止し、小さな領域では、スイッチング動作を
行なって、電源電流の半周期の中心部分をスイッチング
動作を行なわない波形に制御し、力率と効率を向上する
ことができる。

さらに、上記各実施例において、前記通流比作成手段の
中にある三角波発振回路の出力を歪ませ、任意に通流比
を大きくしたり、小さくすることにより、力率および効
率を向上するように制御する構成としてもよい。

また、三角波に代えて、他の周期波形を用いてもよい。

この他、本発明は、昇圧比を変更して、直流電圧を電源
電圧より低くするように制御する構成とすることができ
る。

上述した各実施例の電源装置は、その出力に直流負荷を
接続して、また、インバータ等を介して交流負荷を接続
して、各々電気機器を構成することができる。

前者の例としては、コンピュータ、通信機器、計測器、
制御装置等の電子機器、メツキ装置等が挙げられる。

後者の例としては、発変電所、産業機器、インバータ空
調機等の家庭電気機器等が挙げられる。

［発明の効果］ 本発明によれば、交流電流指令波形を使用せずに、簡単
な回路構成で力率改善を行なうことができる。また、交
流電源の電圧変動やノイズの影響を受けにくく、信頼性
の高い電源装置を実現できる。

さらに、付加的な効果として、本発明によれば、次のよ
うな効果も期待できる。

昇圧比を一定に制御できるため、直流電圧等を検出しな
くても直流電圧を入力電圧に対応した電圧値に制御でき
る。

また、昇圧比を制御できるため、スイッチング動作の停
止期間を設定でき、効率の向上をすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図は本発明の第１の実施例に係る電源装置の構成
の一例を示すブロック図、第１Ｂ図は上記実施例の動作
を示す波形図、第２Ａ図は上記実施例における係数にの
算出処理の概要を示すブロック図、第２Ｂ図は上記実施
例における係数にの算出動作を示すフローチャート、第
３Ａ図は本発明の第２の実施例に係る電源装置の構成の
一例を示すブロック図、第３Ｂ図は上記第２の実施例に
好適に用いられる乗除算回路６５の構成の一例を示す回
路図、第４Ａ図は本発明の第３実施例に係る電源装置の
構成の一例を示すブロック図、第４Ｂ図は上記第３実施
例における係数にの算出動作を示すフローチャート、第
５区は本発明の第４の実施例として、本発明を同期モー
タの速度制御に適用した実施例の構成の一例を示すブロ
ック図、第６図は上記第４実施例において用いられる位
置検出回路の位置検出信号を示す波形図、第７図は上記
第４実施例におけるマイクロコンピュータの速度制御の
処理内容を示すブロック図、第８図は本発明の第５の実
施例に係る電源装置の構成の一例を示すブロック図、第
９図は上記第５の実施例において通流比作成手段によっ
て処理される通流比作成手順を示すブロック図、第１０
図および第１１図は従来の電源装置における電源電流波
形を示す波形図である。 １・・・交流電源、２・・・整流回路、３・・力率改善
回路、４・・・平滑コンデンサ、５・・・電源電流検出
回路、６．１４・・・通流比作成手段、８・・・ローパ
スフィルタ、９・・・電源電流検出回路、１０・・・零
点検出回路、１５・・・インバータ、２１・・・同期モ
ータ、３０・・・制御回路、３１・・・リアクトル、３
２・・・ダイオード、３３・・・トランジスタ、６１・
・・乗算器、６２・・・マイクロコンピュータ、６３・
・・コンパレータ、６４・・・三角波発振器、６５・・
・乗除算回路。 第 ３Ｂ図 第４Ｂ図 第 ６ 図 一 １サイクル　７％ 第 図 処理１ 第１０ 図 （ａ） （ａ） （ｂ） （ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、交流を直流に変換する整流回路と、スイッチング素
   子によるスイッチング動作およびインダクタンスによる
   エネルギ蓄積効果を利用して力率を改善する力率改善回
   路とを備える電源装置において、 電源に流れる電流を示す電源電流情報を生成する電源電
   流情報生成手段と、 負荷の運転状態を示す負荷状態情報に合せて係数を設定
   すると共に、この係数と上記電源電流情報との積を求め
   、この積に基づいて、上記スイッチング素子の動作を規
   定する通流比を作成する通流比作成手段とを備え、 この通流比により、上記スイッチング素子を動作させる
   構成としたことを特徴とする電源装置。 ２、交流を直流に変換する整流回路と、スイッチング素
   子によるスイッチング動作およびインダクタンスによる
   エネルギ蓄積効果を利用して力率を改善する力率改善回
   路とを備える電源装置において、 電源電流を検出する電源電流検出回路と、 負荷の運転状態を示す負荷状態情報に合せて係数を設定
   すると共に、この係数と上記電源電流との積を求め、こ
   の積に基づいて、上記スイッチング素子の動作を規定す
   る通流比を作成する通流比作成手段とを備え、 この通流比により、上記スイッチング素子を動作させる
   構成としたことを特徴とする電源装置。 ３、交流を直流に交換する整流回路と、スイッチング素
   子によるスイッチング動作およびインダクタンスによる
   エネルギ蓄積効果を利用して力率を改善する力率改善回
   路とを備える電源装置において、 電源の周期に同期する同期信号を検出する同期信号検出
   手段と、 負荷の運転状態を示す負荷状態情報に合せて係数を設定
   すると共に、電源電流の推定を行ない、この係数と上記
   電源電流推定値との積を求め、この積に基づいて、上記
   スイッチング素子の動作を規定する通流比列を作成し、
   かつ、上記同期信号検出手段により検出される同期信号
   を基準として、上記作成された通流比列を出力する通流
   比作成手段とを備え、この通流比により、上記スイッチ
   ング素子を動作させる構成としたことを特徴とする電源
   装置。 ４、上記係数が、上記負荷状態情報と昇圧比との積に基
   づいて設定されものである請求項１、２または３記載の
   電源装置。 ５、上記電源電流検出回路の出力より電源電流の大きさ
   を求め、この電源電流の大きさを負荷状態情報として係
   数を設定する機能を備えた請求項２、３または４記載の
   電源装置。６、出力電力を検出する手段を設け、この検
   出値を負荷状態情報として、係数を設定する機能を備え
   た請求項２、３または４記載の電源装置。 ７、負荷からの電力指令値を負荷状態情報として、係数
   を設定する機能を備えた請求項２、３または４記載の電
   源装置。 ８、電源電圧を検出する手段を設け、この検出値を負荷
   状態情報として、係数を設定する機能を備えた請求項２
   、３または４記載の電源装置。 ９、上記同期信号検出手段として、電源電流の零点を検
   出する零点検出回路を備えた請求項３、４、５、６、７
   または８記載の電源装置。 １０、係数が、昇圧比を一定とするように設定される請
   求項４、５、６、７、８または９記載の電源装置。 １１、係数を、電源電流または出力電力が予め設定され
   た制限値を超えると、通流比がスイッチング素子の動作
   をオフ状態にさせる値となるように設定する機能を備え
   た請求項１、２、３、４、５、６、７または８記載の電
   源装置。 １２、係数が、希望する直流電圧になるように上記電源
   電圧の検出値を用いて設定される請求項８記載の電源装
   置。 １３、交流を直流に変換した後、スイッチング素子によ
   るスイッチング動作およびインダクタンスによるエネル
   ギ蓄積効果を利用して力率を改善する電源装置の力率改
   善方法において、 負荷の運転状態を示す負荷状態情報と昇圧比との積に基
   づいて係数を算定し、この係数を、電源電流の瞬時の値
   を示す情報に乗じて、得られる積を周期波形と比較して
   通流比を求め、この通流比に応じて上記スイッチング素
   子のスイッチング動作を制御することを特徴とする電源
   装置の力率改善方法。 １４、交流を直流に変換する整流回路および平滑回路と
   、スイッチング素子によるスイッチング動作およびイン
   ダクタンスによるエネルギ蓄積効果を利用して力率を改
   善する力率改善回路とを備える電源装置において、 平滑回路の出力にインバータを接続し、このインバータ
   の出力に電動機を接続すると共に、該電動機の速度情報
   を検出する手段を設け、かつ、 上記速度情報に基づいて係数を設定する手段と、 電源電流を検出する電源電流検出回路と、 上記係数と電源電流との積を求め、この積に基づいて、
   上記スイッチング素子の動作を規定する通流比作成する
   通流比作成手段とを備え、この通流比により、上記スイ
   ッチング素子を動作させる構成としたことを特徴とする
   電源装置。 １５、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１
   ０、１１または１２記載の電源装置と、この電源装置の
   直流出力によって駆動される負荷とを有する電気機器。 １６、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１
   ０、１１または１２記載の電源装置と、この電源装置の
   直流出力を交流に変換するインバータと、該インバータ
   の出力によって駆動される負荷とを有する電気機器。