JPH03230760A - コンバータの制御方法 - 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〕 本発明は交流電圧をＳ！流・平滑し直流電圧に変換する
コンバータにおいて、入力電流波形を入力電圧波形と相
似にするコンバータの！４０１方法に関する。

〔従来の技術〕

第８図及び第９図は従来のコンバータのｉ４御方法を説
明するための図であり、第８図は回路図。

ｇ％９図は動作波形図を示す。

第８図において、交流電圧を高周波用フィルタｌを介し
て全波整流回路２で全波ｉ！流し、チアソバ回路３のス
イッチングｆ子４，５を交ｔＡＴｓ圧の周波数よりも充
分高い周波数でスイッチングさせることによりチマッパ
回路３の出力に直流電圧を得る。

第８図のチ５ツバ回路３の動作を第９図に示す動作波形
図に従って説明する。先ず、スイッチング素子４．５を
同時にオンさせると、チコークコイル６にエネルギが盲
積され、チラークコイル６を流れる電＋５！！Ｌ（第９
図（ｂｌに示す）及びスイフ＋ｙグｉ子４．５を１ｆＥ
ｈる電ｔｌＬ［ｚ　　（ｍ９１１＋ａに示す）はチョー
クコイル６のインダクタンスをり、全波整流回路２によ
り全波整流された電圧をＥ（第９図＋ａ＋に示す）とす
ると、Ｅ／Ｌの鰺きで上昇する０次に、スイッチング素
子４．５を同時にオフさせると、チブークコイル６に笛
積されたエネルギにより、整流用ダイオード７、フライ
ホイル用ダイオード８を介して電流（チオ−クコイル６
を流れる電！＋＋を第９図ｉｂｌに、整流用ダイオード
７を流れる電流■、を第９図（ｄ）に示す）が流れ、大
きな容量の平滑用コンデンサ９を充電し。

このコンデンサ９から直流出力電圧Ｅ０を得る。

千−一クコイル６を流れる電流ＩＩを変ｆＬ器ｌＯで検
出してその低周波成分を取り出した１滝検出値と、出力
電圧Ｅ０と基準電圧Ｅ　ｒ＊ｆ　との偏差を誤差増幅５
１１で検出・増幅し交流電圧の全波整流波形の比例値と
を電圧ＭｒＢ型利得増幅Ｓ（以下ｖＣＡという）１２で
演算して得られた電圧検出値との差を差動ｊけ幅器１３
で増幅し、その出力が最小になるようにパルス輻制御回
路１４でスイッチング素子４．５の駆動を１Ａ御する。

このようにｔＡ御することにより、チョークコイル６の
電流波形（第９図ｆｂｌに示す）を全波ａ流電圧波形（
第９Ｍｆ８＋に示す）と相似形にし、入力電圧の高調波
成分を低減している。

Ｃ発明が解決しようとする課題〕 しかしこのようなｆ１１１１＋１方法では、チョークコ
イルの電流波形を全波整流電圧波形と相似形にするため
、コンデンサインプット形整流回路に比較して高調波を
低減できるが、入力電流波形は入力電圧波形と相似形で
はなくなる。なぜならば、入力電圧波形を入力電圧波形
と相似形にするためには、電圧ｆ、を相に関係なくスイ
ッチング素子のデユーティ比を一定にしなければならな
いが、この例のようにチョークコイルの電流を正弦波と
すると。

スイッチング素子のデユーティ比を電圧位相で制御しな
ければならなくなるからである。その結果、入力の力率
が悪くなるという欠点がある。また、ＶＣＡは高価でオ
フセントＩＩＩ整が必要であるという問題がある。更に
、変流器は直流電流を測定するため特殊なものが必要に
なる。

（Ｒ題を解決するための手段〕 本発明は以上の欠点を除去するために、交流電圧を全波
整流して全波整流電圧を得る全波整流回路と、１ｓ全全
波１流回路の出力に接続され上記交流電圧より充分高い
変換周波数で同時にオン・オフＷＪ４ｒＩＩされる２つ
のスイッチング素子と、該スイッチング素子に挟まれた
チョークコイルと、該チョークコイルの両端に接続され
た２つのダイオードと、平滑用コンデンサとを備え、上
記スイッチング素子のオン時に上記チョークコイルにエ
ネルギを占え１オフ時に上記２つのダイオードを介し°
Ｃ上記平滑川コンデンサにエネルギを放出し、該コンデ
ンサのｌ１ｉｉ端からｇ１荷へ電力を供給するコンバー
タのｔ１０１１方法において、上記チョークコイルの電
流をスイッチング毎にリセットすると共に、上記スイッ
チング素子のオン時間を入力電圧の実効値または平均値
にほぼ反比例した所定時間としオフ時間を出力電圧にほ
ぼ比例した所定時間としたことを特徴とするコンバータ
の！４御方法、及び交流電圧を全′ｆ１整流して全波整
流電圧を得る全波整流回路と、該全ｆｒＬ整流回路の出
力に１１ｊＣ巻線が接続されたトランスと、該トランス
の１次巻線と１−２全１ｊＬ整流回路の出力間に接続さ
れ上記交ｆＬ電圧より充分高い変換周波数でオン・オフ
１１１ｍされるスイッチング素子と、上記トランスの２
次巻線に接続されたダイオードと平滑用コンデンサの直
列回路とを備え、上記スイッチング素子のオン時に上記
トランスの！次巻線にエネルギを薔え、オフ時に上記ト
ランスの２次Ｓ１から上記ダイオードを介して上記平滑
用コンデンサにエネルギを放出し、該コンデンサの両端
から負荷へ電力を供給するコンバータの制御方法におい
て、上記トランスの１次巻線の電流をスイッチング毎に
リセットすると共に、上記スイッチング素子のオン時間
を入力電圧の実効値または平均健にほぼ反比例した所定
時間とし、オフ時間を出力電圧にほぼ比例した所定時間
としたことを特徴とするコンバータの１４ｒ１１方法を
提供するもである。

（作用〕 このようなコンバータの１１ｇ１方法によれば、入力電
流波形を入力電圧波形と相似形にでき、あたかも入力電
圧に抵抗が接続されたようになり、入力の力率改善が図
れる。

〔実施例〕

第１図及び第２図は本発明の一実施例を説明するための
図であり、第１図は回路図、ｆｆ１２図は動作波形図を
示す。

第１図において、交流電圧を高周波用フィルタ１を介し
て全波整流回路２の入力電圧に接続し、全波整流回路２
の直流出力電圧間にはスイッチング素子４．チア−クコ
イル６、スイッチング素子５の直列回路を接続する。そ
して、スイッチングＪｉ子５と並列に整流用ダイオード
７と平滑用コンデンサ９の直列回路を接続し、スイッチ
ング素子４とチア−クコイル６との接続点とスイッチン
グ素子５と甲滑用コンデンサ９との接続点間にフライホ
イル用ダイオード８をスイッチングｆ子４゜５がオフの
時に導通する方向に接続し、平滑用コンデンサ９の電圧
間より出力を取り出す。そして出力電圧の安定化Ｍ１ｍ
は、入力電圧の実効値にほぼ反比例した時間をオン時間
発生回路１５で発生させ、誤差増幅回路１６において出
力電圧Ｅ０を抵抗１７．１８で分圧し、基準電圧Ｅ　ｒ
　ｍ　ｆ　との１％差を誤差増幅器１１で増幅した誤差
電圧にほぼ比例した時間をオフ時間発生回１１８１９で
発生させ、これらの時間を駆動回路２０．２１に送りス
イッチング素子４５をオン・オフ駆動することにより行
う。

次に動作を説明する。全波整流電圧の任息の位相におけ
る電圧値をＥとすると、スイッチング素子４．５の同時
オン時に流れる電流１つは、チア−クコイル６のインダ
クタンス値をＬとすると１、＝Ｅｔ／Ｌとなり、オン時
間である【が一定でチア−クコイルの電流がスイッチン
グ毎にリセットされれば、電流１□のピーク値を結んだ
線は第２図１ｂ＋に示すように第２図１８１に示す全波
整流電圧の波形と相似になる。

交流電圧の周波数に比べ充分高いスイッチング周波数で
スイッチング素子４．５を駆動し、スイッチング毎にチ
ア−クコイル６の電流をリセットさせると、全波整流回
路２の出力電流はスイッチング毎にスイッチング素子４
．５に流れるｆｌ電流、の平均値の連続となる。各スイ
ッチング毎の平均値ｉ、Ｗは、スイッチング周期をＴ、
オン時間をＴｏｎ　とすると。

ＥＴ、、／Ｌは前述したように全波整流電圧波形と相似
であるからＴｏｎ／Ｔを一定に保てば、全波整流回路の
出力電流は全波整流電圧波形と相似形になり、従って、
入力電流波形は入力電圧波形と相似形になる。

一方、スイッチング素子４．５のオン時間を常に一定に
保つと、電流ピーク値が入力電圧の実効値に比例して変
わるため、入力電圧の実効値の最小時に最大負荷を取れ
るようにオン時間を設定すると、入力電圧最大時のｆｌ
電流ピーク値大き（なり過ぎる。そこで、オン時間を入
力電圧にほぼ反比例させることにより、入力電圧に関係
なくほぼ一定の電流ピーク値にできる。そして、出力電
圧の安定化はオフ時間を制御することにより行い、負荷
電力が変わらなければオフ時間も変わらないようにする
ことでＴｏ／Ｔを一定に保つ。

入力に流れた電流はすべて出力に流れるため平滑用コン
デンサ９の電圧は全波整流電圧Ｅの基本周波数で変動す
る。出力電圧の安定化ｉ４御が、全波ｇｌ流電圧Ｅの基
本周波数に対してゲインを持っているとこの周波数成分
の変動を減らそうと、スイッチング素子のオフ時間を制
御することになり、Ｔ、、／Ｔが変化し、入力電流波形
は電圧波形と相似形とならない、そこで、第１図の誤差
増幅器Ｉ！！３１６の交流ゲインをコンデンサ２２と抵
抗２３とで充分落とし、全波整流電圧Ｅの基本周波数に
対しては応答しないようにし、直流に対してのみ安定化
ｗ４ａｌできるようにすることにより、入力電圧波形は
電圧波形と相似形になる。

尚、この実施例においては入力電圧の実効値にほぼ反比
例したオン時間を発生しているが、平均値にほぼ反比例
させても同様な効果が得られる。

第３図は本発明の他の一実施例を説明するための図であ
り、第１図の回路の出力電圧検出部にバンドパスフィル
タ２４を挿入し、全波整流電圧Ｅの基本周波数成分を取
り除いてから、Ｉｌ差増幅器１１に入力するもので、負
荷変動や入力変動に対する応答の改占を図ったものであ
る。

第４図は本発明の他の一実施例を説明するための図であ
り、第１図の回路の出力部に高速応答コンバータ回路２
５を接続したものである。第１図の実施例では応答が遅
く、また第３図の実施例でも全波整流電圧の基本周波数
成分の電圧脈動があり負荷に支障をきたす場合や、入出
力の絶縁が必要な場合、Ｊ’ｉｉ！に安定化制御を行い
、■っ人出力を絶縁し負荷に電圧零ｎ度の良い電力を供
給できるように構成したものである。尚、このコンバー
タ回１１３２６は良く知られているので、動作説明は省
略すル、マた、この実施例ではフォワードコンバータを
示しているが、フライバックコンバータ等どのような回
路構成でも同様な効果が得られる。

第５図は本発明の他の一実施例を説明するための図であ
り、第１図のチジフパ回路の代わりにフライバック形■
路で構成したものであり１人出力を絶縁する必要のある
場合等に用いられる。

第５図において、交流電圧を高周波用フィルタｌを介し
て全波整流回路２の入力電圧に接続し、全波整流回路２
の直流出力電圧間にはトランス２６の１次Ｓ線Ｎｌとス
イッチング素子４の直列回路を接続する。そして、トラ
ンス２６０２次巻線Ｎ２に整流用ダイオード７と平滑用
コンデンサ９の直列回路を接続し、平滑用コンデンサ９
の電圧間より出力を取り出す。そして、出力電圧の安定
化ｍ１１ｍは入力電圧の実効値にほぼ反比例した時間を
オン時間発生回路Ｉ５で発生させ、１％差増幅回路Ｉ６
において出力１４ＩＥＥ、を抵抗１７．１８で分圧し、
基準電圧Ｅ　ｒｐｆ　とのＷＡ差を誤差増幅器１１で増
幅し、フォトカプラ２７で絶縁して、誤差電圧にほぼ比
例した時間をオフ時間発生回１１８１９で発生させ、こ
れらの時間を駆動回路２０に送りスイッチング素子４を
オン・オフ駆動することにより行う、この実ＭＮにおい
ても、第１図の実施例で説明したのとほぼ同様の動作で
あり、同様の効果が得られる。

尚、この実施例においては入力電圧の実効値にほぼ反比
例したオン時間を発生しているが、平均値にほぼ反比例
させても同様な効果が得られる。

第６図は本発明の他の一実施例を説明するための図であ
り、第５図の回路の出力電圧検出部にバンドパスフィル
タ２４を挿入し、全波ｆｌｌ流電流圧Ｅｔｖ基本周波数
成分を取り除いてから、誤差増幅器１１に人力するもの
で、負荷変動や入力変動に対する応答の改善を図ったも
のである。

第７図は本発明の他の一実施例を説明するための図であ
り、第５図の回路の出力部に高速応答チ１７パ回２３２
８を接続したものである。第５図の実Ｓ例では応答が遅
く、また第５図の実施例でも全ｉ１１整流電圧の基本周
波数成分の電圧脈動がありＵ荷に支障をきたす場合、高
速に安定化！４御を行い、ｆ１荷に電圧開度の良い電力
を供給できるように構成したものである。尚、このチＭ
７パ回路２８は良く知られているので、動作説明は省略
する。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明は、電流波形制御の電流検
出用変流器やＶＣＡが不必要になる等回路に特別なもの
を使用せず、ｉ甲な構成で、入力電圧波形を入力電圧波
形と相似形にでき、あたかも入力電圧に抵抗が接続され
たようになり、入力の力率改善が図れる。

【図面の簡単な説明】 第１図及び第２図は本発明の一実施例を説明するための
図、第３図乃至第７図は夫々本発明の一実施例を説明す
るための図、第８図及び＠９図は従来例を説明するため
の図である。 ｌ・・・高周波用フィルタ　２・・・全波整流回路３・
・・チゴフバ回路 ４．５・・・スイッチング素子 ６・・・チタークコイル　　７・・・整流用ダイオード
８・・・フライホイル用ダイオード ９・・・平滑用コンデンサ　１０・・・ｆＬ流器１１・
−・誤差増幅器　　　　１２・・・ＶＣＡ！３・・・差
動増幅器　　　　１４・・−パルス幅制御回路１５・・
・オン時間発生回路　１６・−・Ｉｇ４差増幅回路ｌ９
・・・オフ時間発生回路 ２２・・・コンデンサ ２４・・・バンドバスフィルタ タ回路 ２７・・・フォトカプラ ツバ回路 １７、１８・・・抵抗 ２０、２１・・・駆動回路 ２３・・・抵抗 ２５・・・高速応答コンパ ２６・・・トランス ２８・・・高速応答チョ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）交流電圧を全波整流して全波整流電圧を得る全波
   整流回路と、該全波整流回路の出力に接続され上記交流
   電圧より充分高い変換周波数で同時にオン・オフ制御さ
   れる２つのスイッチング素子と、該スイッチング素子に
   挟まれたチョークコイルと、該チョークコイルの両端に
   接続された２つのダイオードと、平滑用コンデンサとを
   備え、上記スイッチング素子のオン時に上記チョークコ
   イルにエネルギを蓄え、オフ時に上記２つのダイオード
   を介して上記平滑用コンデンサにエネルギを放出し、該
   コンデンサの両端から負荷へ電力を供給するコンバータ
   の制御方法において、 上記チョークコイルの電流をスイッチング毎にリセット
   すると共に、上記スイッチング素子のオン時間を入力電
   圧の実効値にほぼ反比例した所定時間とし、オフ時間を
   出力電圧にほぼ比例した所定時間としたことを特徴とす
   るコンバータの制御方法。
2. （２）交流電圧を全波整流して全波整流電圧を得る全波
   整流回路と、該全波整流回路の出力に接続され上記交流
   電圧より充分高い変換周波数で同時にオン・オフ制御さ
   れる２つのスイッチング素子と、該スイッチング素子に
   挟まれたチョークコイルと、該チョークコイルの両端に
   接続された２つのダイオードと、平滑用コンデンサとを
   備え、上記スイッチング素子のオン時に上記チョークコ
   イルにエネルギを蓄え、オフ時に上記２つのダイオード
   を介して上記平滑用コンデンサにエネルギを放出し、該
   コンデンサの両端から負荷へ電力を供給するコンバータ
   の制御方法において、 上記チョークコイルの電流をスイッチング毎にリセット
   すると共に、上記スイッチング素子のオン時間を入力電
   圧の平均値にほぼ反比例した所定時間とし、オフ時間を
   出力電圧にほぼ比例した所定時間としたことを特徴とす
   るコンバータの制御方法。
3. （３）交流電圧を全波整流して全波整流電圧を得る全波
   整流回路と、該全波整流回路の出力に１次巻線が接続さ
   れたトランスと、該トランスの１次巻線と上記全波整流
   回路の出力間に接続され上記交流電圧より充分高い変換
   周波数でオン・オフ制御されるスイッチング素子と、上
   記トランスの２次巻線に接続されたダイオードと平滑用
   コンデンサの直列回路とを備え、上記スイッチング素子
   のオン時に上記トランスの１次巻線にエネルギを蓄え、
   オフ時に上記トランスの２次巻線から上記ダイオードを
   介して上記平滑用コンデンサにエネルギを放出し、該コ
   ンデンサの両端から負荷へ電力を供給するコンバータの
   制御方法において、 上記トランスの１次巻線の電流をスイッチング毎にリセ
   ットすると共に、上記スイッチング素子のオン時間を入
   力電圧の実効値にほぼ反比例した所定時間とし、オフ時
   間を出力電圧にほぼ比例した所定時間としたことを特徴
   とするコンバータの制御方法。
4. （４）交流電圧を全波整流して全波整流電圧を得る全波
   整流回路と、該全波整流回路の出力に１次巻線が接続さ
   れたトランスと、該トランスの１次巻線と上記全波整流
   回路の出力間に接続され上記交流電圧より充分高い変換
   周波数でオン・オフ制御されるスイッチング素子と、上
   記トランスの２次巻線に接続されたダイオードと平滑用
   コンデンサの直列回路とを備え、上記スイッチング素子
   のオン時に上記トランスの１次巻線にエネルギを蓄え、
   オフ時に上記トランスの２次巻線から上記ダイオードを
   介して上記平滑用コンデンサにエネルギを放出し、該コ
   ンデンサの両端から負荷へ電力を供給するコンバータの
   制御方法において、 上記トランスの１次巻線の電流をスイッチング毎にリセ
   ットすると共に、上記スイッチング素子のオン時間を入
   力電圧の平均値にほぼ反比例した所定時間とし、オフ時
   間を出力電圧にほぼ比例した所定時間としたことを特徴
   とするコンバータの制御方法。
5. （５）上記スイッチング素子のオフ時間は、上記全波整
   流電圧の基本周波数に対しては応答しないようにしたこ
   とを特徴とする請求項１、２、３または４記載のコンバ
   ータの制御方法。