JPH0495108A - 交直変換装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、力率改善用の交直変換装置に関するもので
ある。

［従来の技術］ 第５図〜第７図は昭和６３年電圧学会全国大会論文集Ｎ
０．５０９に示された従来の力率改善用の交直変換装置
の構成図であり、第５図は全体の回路図、第６図は動作
原理説明図、第７図は制御回路のブロック図である。第
５図において、（１）は交流電源、（２）はインダクタ
、（３）は力率改善型整流回路で、ダイオードスタック
（３ａ）と、スイッチング用Ｆ　Ｅ　Ｔ　（３ｂ）と、
逆阻止のダイオード（３ｃ）とで構成されている。（４
）は平滑コンデンサ、（５）は負荷、（６）は入力力率
を制御するための制御回路、（７）は入力電圧の位相を
検出するための検出器で、抵抗（７ａ）　（７ｂ）とこ
れら抵抗（７ａ）　（７ｂ）の分圧点で得られた検出信
号に含まれているスイッチングノイズを除去するフィル
タ（７ｃ）とにより構成されている。

（８）は電流検出器、（９）は出力電圧検品器で、抵抗
（９ａ）　（９ｂ）とこれら抵抗（９ａ）（９ｂ）の分
圧点で得られた検出信号に含まれているノイズ除去のた
めのフィルタ（９ｃ）とで構成されている。第７図は第
５図で示す制御回路（６）の内部構成を示すブロック線
図で、（６ａ）は平均電流指令を計算する演算回路、（
６ｂ）は瞬時電簿轡令を計算する演算回路、（６Ｃ）は
ＦＥＴ（３ｂ）１７）ＯＮｌｏＦＦを決ａりるＰＷＭ生
成回路である。

次に動作について説明する。

第５図において、交流電源（１）の出力をインダクタ（
２）を介゛して整流回路（３）で整流し、得られた脈流
を、平滑用コンデンサ（４）で平滑することにより直流
電源を得て、負荷（５）に供給する。

整流回路（３）においては、Ｆ　Ｅ　Ｔ　（３ｂ）が制
御回路（６）で制御されることにより、入力電源の高力
率化と負荷（５）に必要な電圧まで高める昇圧動作を行
う。

第６図は第５図の動作についての説明図であり、その動
作は、２つのモードに分けられる。

これら２つのモードのうちの−、つまりモード１、は第
６図（ａ）に示すように、Ｆ　Ｅ　Ｔ　（３ｂ）がＯＦ
Ｆのとき、交流電源（１）→ダイオードスタック（３ａ
）→インダクタ（２）→ダイオード（３Ｃ）→平滑コン
デンサ（４）→ダイオードスタック（３ａ）→交流電源
（１）の経路で平滑コンデンサ（４）に電荷を蓄えなが
ら、負荷（５）に電力を供給するものである。

他の−のモード、つまりモード２、は第４図（ｂ）に示
すように、ＦＥＴ（３ｂ）がＯＮのとき、交流電源（１
）→ダイオードスタック（３ａ）→インダクタ（２）→
Ｆ　Ｅ　Ｔ　（３ｂ）→ダイオードスタック（３ａ）→
交流電源（１）の経路でインダクタ（２）にエネルギが
蓄えられ、この間、平滑用コンデンサ（４）が負荷（５
）に電力を供給するものである。

インダクタ（２）に″充電されたエネルギは、インダク
タ（２）の放電時に電圧に変わる。この電圧は交流電源
（１）の電圧に加算されて、平滑用コンデンサ（４）に
印加されるため交流電源（１）の電圧より高い電圧がコ
ンデンサ（４）に印加されることになる。整流回路（３
）は、Ｆ　Ｅ　Ｔ　（３ｂ）のＯＮ１０　Ｆ　Ｆよりモ
ードが変わる間、この電圧を平滑用コンデンサ（４）が
保持することにより昇圧する。

インダクタ（２）がエネルギを充電する、所謂モード２
の間は、交流電源（１）からはインダクタ（２）だけに
電流が供給されるので入力電流は増加し。

インダクタ（２）がエネルギを放電する、所謂モード１
の間は、インダクタ（２）と平滑コンデンサ（４）・負
荷（５）とに電流が供給されるので入力電流は減少する
。制御回路（６）は、モードが移り変わるときに生じる
入力電流の増減を入力電圧と同位相の正弦波となるよう
に制御する。

制御回路（６）の具体的動作は、第７図により説明する
。

演算回路（６ａ）は出力電圧検出器（９）から検出した
意力電圧値（Ａ）と任意に与えられた出力電圧の指令値
ＣＢ）との偏差を計算し、負荷（５）に供給する電流値
を決め、この電流値を平均入力電流指令（Ｃ）とする、
すなわち、出力電圧値（Ａ）が出力電圧指令値（Ｂ）よ
り小さければ、電流指令値（Ｃ）を大きくして平均入力
電流を増加させ、インダクタ（２）に充電する平均エネ
ルギを大きくして、出力電圧を出力電圧指令値（Ｂ）ま
で上げる。出力電圧値（Ａ）が出力電圧指令値（Ｂ）よ
り大きければ、その逆に電流指令値（Ｃ）を小さくして
、平均入力電流を減少させ、インダクタ（ａ）Ｓ：充電
する平均エネルギを小さくして、出力電圧を出力電圧指
令値まで下げる。演算回路（６ｂ）は位相検出器（７）
の検出出力、即ち刻々と変化する入力電圧瞬時値、つま
り正弦波位相成分を有した信号（Ｄ）と電流指令（Ｃ）
とを乗算して瞬時入力電流の指令（Ｅ）をつくる。これ
により、瞬時入力電流指令（Ｅ）は、平均値が電流指令
（Ｃ）で決められた値で、且つ電源・電圧と同位相の正
弦波状の指令とすることができる。ＰＷＭ生成回路（６
ｃ）は、電流検出器（８）で検゛畠した実際の電流値（
Ｆ）と瞬時入力電流指令（Ｅ）とを比較して。

Ｆ　Ｅ　Ｔ　（３ｂ）を０Ｎ１０ＦＦさせる駆動信号（
Ｇ）をつくる。−すなわち、実際の電流値（Ｆ）が瞬時
入力電流指令（Ｅ）より小さい場合には、回□路に流れ
る瞬時電流を増加させるためにＦ　Ｅ’　Ｔ　（３ｂ）
をＯＮきせる駆動信号を、実際の電流値（Ｆ）が瞬時入
力電流指令（Ｅ）より大きい場合には、回路に流れる瞬
時電流を減少させるためにＦ　Ｅ　Ｔ　（３ｂ）をＯＦ
Ｆさせる駆動信号を生成する。

コノようにして、Ｆ　Ｅ　Ｔ　（３ｂ）を０Ｎ１０ＦＦ
Ｌでいくと、入力電流は瞬時入力電流指令値（Ｅ）に従
い、電源電圧と同位相の正弦波状の電流となり、入力力
率１００％となる。また、瞬時入力端子指令値（Ｅ）の
平均値は出力電圧（Ａ）の増減に応じて補正されるので
、出力の安定な供給ができる。

ここで、抵抗（９ａ）（９ｂ）の分圧点で得られる出力
信号が例えばノイズを含んでおり、このノイズがフィル
タ（９ｃ）で除去できないようなノイズである場合には
、刻々と変化する出力電圧信号（Ａ）がノイズを含んだ
状態で平均電流指令計算演算回路（６ａ）に入力される
ため、該平均電流指令計算演算回路（６ａ）での演算結
果、即ち電流指令値（Ｃ）がノイズに影響された値とな
り、従って、瞬時入力電流指令（Ｅ）、Ｆ　Ｅ　Ｔ　（
３ｂ）の駆動信号（Ｇ）もノイズに影響されたものとな
り、Ｆ　Ｅ　Ｔ　（３ｂ）による適正な電流制御が行わ
れない。また同様に、抵抗（７ａ）（７ｂ）の分圧点で
得られる出力信号が例えばノイズを含んでおり、このノ
イズがフィルタ（７ｃ）で除去できないようなノイズで
ある場合にも、位相成分を含み刻々と変化する正弦波位
相信号（Ｄ）がノイズを含んでいる状態で瞬時電流指令
計算演算回路（６ｂ）に入力されるので、瞬時入力電流
指令値（Ｅ）、Ｆ　Ｅ　Ｔ　（３ｂ）の駆動信号（Ｇ）
がノイズに影響されたものとなり、Ｆ　Ｅ　Ｔ　（３ｂ
）による適正な電流制御は行われない。

また、従来装置として、特開平１．２９５６７６号公報
に示されているものもあるが、前述の第５図の従来装置
と同じ対ノイズ問題がある。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の力率改善形交直変換装置は以上のように構成され
ているので、抵抗（９ａ）　（９ｂ）とフィルタ（９ｃ
）とで構成される出力電圧検出器（８）による出力電圧
検出信号（Ａ）や、抵抗（７ａ）　（７ｂ）とフィルタ
（７ｃ）とで構成される位相検出器（７）による入力電
圧の正弦波位相信号（Ｄ）がノイズ等により乱れると、
この信号を使ってＦ　Ｅ　Ｔ　（３ｂ）により制御して
いる入力電流も乱れ、力率を１００％に維持できなくな
り、直流出力は安定に維持できなくなる等の課題があっ
た。

この発明は上述のような従来の課題を解決するためにな
されたもので１位相を検出する入力電圧が乱れても、入
力電流を入力電圧に対応した電流に維持し、直流出力を
安定に維持できる交直変換装置を提供することを目的と
する。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る交直変換装置は、入力電流を制御して電
源力率を改善すると共に直流出力電圧を制御する交直変
換装置において、入力交流電圧の位相を検出する位相検
出手段、この位相検出手段の出力により上記入力交流電
圧に対応した正弦波データを生成する正弦波データ生成
手段、直流出力電圧を検出する出力電圧検出手段、及び
上記正弦波データ生成手段の出力と上記出力電圧検出手
段の出力とにより電流制御指令を生成する電流制御指令
生成手段を設け、この電流制御指令生成手段からの電流
制御指令により上記入力電流制御を行うものである。

［作　用］ この発明における交直変換装置においては、入力交流電
圧の位相を検出する位相検出手段と、この位相検出手段
の出力により上記入力交流電圧に対応した正弦波データ
を別途生成する正弦波データ生成手段を設け、この正弦
波データ生成手段の出力と出力電圧検出手段の出力とに
より電流制御指令生成手段が電流制御指令を生成するよ
うにしてあり、ノイズの影響を受けない正弦波データに
より電流制御指令が生成されるので、位相を検出する入
力交流電圧がノイズ等により乱されても、入力電流は、
ノイズを含まない元来の入力交流電圧に対応した電流に
維持され、直流出力は安定に維持される。

［実施例コ 以下この発明の一実施例を図について説明する。

第１図及び第２図はこの発明の一実施例を示す図であり
、第１図は全体の回路図、第２図は制御回路のブロック
線図であって、従来装置と同−又は相当部分は同一符号
で示す。

第１図において、　（１０）は交流電源（１）の電圧の
位相を検出する位相検出手段で、交流電源（１）の電圧
のゼロクロス点を検出するためのホトカプラ（１０ａ）
と電流制御用の抵抗（１０ｂ）とにより構成された回路
であり、その出力（Ｌ）は交流電源（１）の電圧の極性
が変わる時に発生するパルスである。（１１）は出力電
圧を検出する出力電圧検出手段で、出力電圧を検出する
抵抗（ｌｌａ）　（ｌｌｂ）と、これら抵抗（ｌｌａ）
　（ｌｌｂ）の分圧点で得られる出力電圧に含まれてい
る高周波ノイズを除去するためのローパスフィルタ（ｌ
ｌｃ）と、このローパスフィルタ（ｌｉｅ）の出力電圧
値を出力電圧データに変換するＡ／Ｄ変換器（ｌｉｄ）
と、出力電圧データを一定期間保持するラッチ回路（ｌ
ｉｅ）とにより構成された回路である。

（１２）は制御回路である。

第２図は、第１図で示す制御回路（１２）の内部構成を
示す図であり、この第２図において、　（１２ａ）はＡ
／Ｄ変換器（ｌｉｄ）が検出した出力電圧データ（Ｎ）
を入力電流の指令データ（Ｐ）に変換する演算器、（１
２ｂ）はカウンタ、（１２ｃ）はアドレスデコーダ、（
１２ｄ）は正弦波データ生成手段で、所定の正弦波デー
タを予めストアしたＲＯＭが使用されている。

（１２ｅ）は入力電流の指令データ（Ｐ）と正弦波デー
タ生成手段（１２ｄ）が生成した正弦波データとを乗算
し、瞬時電流データ（Ｑ）を計算する電流制御指令生成
手段で、演算器が使用されている。（１２ｆ）は瞬時電
流データ（Ｑ）を瞬時電流指令（Ｅ）に変換するＤ／Ａ
変換器、（１２ｑ）はＦ　Ｅ　Ｔ　（３ｂ）の０Ｎ１０
　ＦＦを決めるＰＷＭ生成回路である。

次に動作について説明する。

整流回路（３）の動作原理は前述の従来のものと同じで
あり、Ｆ　Ｅ　Ｔ　（３ｂ）がＯＮのとき、インダクタ
（２）に電力を充電し、Ｆ　Ｅ　Ｔ　（３ｂ）がＯＦＦ
のとき、インダクタ（２）に充電された電力を出力側に
放出する。制御回路（１２）は、インダクタ（２）に充
電・放電するときの入力電流の増減を制御する。

電源電圧の位相検出手段（１０）においては、電源電圧
のゼロクロス点ではホトカプラ（１０ａ）の出力が無く
なることからホトカプラ（１０ａ）は電源電圧の極性を
検出でき、その出力が極性信号（Ｌ）となる。出力電圧
検出手段（１１）においては、抵抗（ｌｌａ）（Ｉｌｂ
）の分圧点で出力電圧が検出され、この検出された出力
電圧は、高周波ノイズをローパスフィルタ（ｌｉｅ）で
除去した後に、Ａ／Ｄ変換器（ｌｉｄ）で出力電圧デー
タ（Ｎ）に変換され、この変換後のデータ（Ｎ）はラッ
チ回路（ｌｉｅ）で一定期間保持（ラッチ）され、この
ラッチされた出力電圧データ（Ｎ）が演算器（１２ａ）
に供給される。

制御回路（１２）の内部構成を第５図と同様にブロック
線図で示す第２図において、正弦波データ生成手段（Ｒ
ＯＭ）（１２ｄ）の中には角度θ毎の正弦波データが書
き込まれており、書き込まれているデータのアドレスデ
ータと角度θのデータは一致している。カウンタ（１２
ｂ）には任意の周波数のクロック（Ｋ）が与えられてお
り、カウンタ（１２ｂ）はこのパルスを計数して、一定
周期で増加する角度θのデータを生成する。角度θのデ
ータはアドレスデコーダ（１２ｃ）で正弦波データ生成
手段（ＲＯＭ）　（１２ｄ）のアドレスに変換され、正
弦波データ生成手段（ＲＯＭ）（１２ｄ）に書き込まれ
た正弦波データを読み出す。

一方、カウンタ（１２ｂ）とアドレスデコーダ（１２ｃ
）は。

位相検出手段（１０）で検出された極性信号（位相信号
）（Ｌ）の立ち上がりエツジで、０に戻るようにされて
いる。これにより、極性信号（位相信号）（Ｌ）が検出
される度に角度θが０°から３６０＠変化して、これに
対応した正弦波データ（Ｍ）が正弦波データ生成手段（
ＲＯＭ）　（１２ｄ−λから送り出される。

演算器（１２ａ）は、出力電圧検出手段（１１）で検出
された出力電圧データ（Ｎ）と出力電圧の指令値（０）
との偏差により負荷（５）に供給する電流値４決め。

電流指令データ（Ｐ）をつくる、電流制御指令生成手段
（演算回路）（１２ｅ）は上記正弦波データ（阿）と上
記電流指令データ（Ｐ）とを乗算して、瞬時入力電流指
令のデータ（Ｑ）をつくる、この瞬時入力電流指令のデ
ータ（Ｑ）はＤ／Ａ変換器（１２ｆ）で瞬時電流指令（
Ｅ）に変換される。ＰＷＭ生成回路（１２ｇ）は、電流
検出器（８）により検出された実際の電流値（Ｆ）と上
記瞬時電流指令（Ｅ）とによりＦ　Ｅ　Ｔ　（３ｂ）を
０Ｎ１０ＦＦさせる駆動信号ＣＧ）をつくる。

前述のように、従来の整流回路においては、第７図に示
すように刻々と変化する位相成分を有した正弦波入力電
圧そのものを演算回路（６ｂ）に入力して該位相成分を
有した刻々と変化する正弦波入力電圧の瞬時値（Ｄ）と
電流指令値（Ｃ）とを乗算して、位相成分と電流値成分
とを有した瞬時電流指令（Ｅ）を生成していたため、入
力電圧の位相を検出するための検出器（７）にノイズ除
去フィルタ（７ｃ）を設けなければならず、またフィル
タ（７ｃ）で除去できないようなノイズが入った場合に
は上記瞬時値（Ｄ）がノイズを含んだものとなるために
演算回路（６ｂ）の出力はノイズの影響を受けた誤った
位相、電流値をＦ　Ｅ　Ｔ　（３ｂ）に指示する訊信号
となってしまっていたが、前述の実施例では、電源電圧
のゼロクロス点をフォトカプラ（１０ａ）で検出（第１
図）し、この検出されたゼロクロス点の信号を利用して
電源電圧と同位相の正弦波データ（Ｍ）を制御回路（１
２）の内部で生成（第２図）し、この内部で生成された
正弦波データ（Ｍ）と電流指令データ（Ｐ）とを乗算し
て瞬時電流指令（Ｅ）を生成するように構成しであるの
で、電源電圧にノイズが入っても、該ノイズが万一ゼロ
クロス点に入らない限りはノイズの影響を全く受けない
し、従来のようにフィルタ（７ｃ）（第５図）を設けな
くてもよい。また出力電圧検出器（１１）において、ロ
ーパスフィルタ（ｌｌｃ）で除去できないノイズがＡ／
Ｄ変換器（ｌｉｄ）に入ったとしても、ラッチ回路（ｌ
ｉｅ）の機能により、該ノイズはランチ回路（ｌｉｅ）
の出力（Ｎ）には出ないので。

電流指令データ（Ｐ）はノイズの影響を受けない。

なお、位相検出手段（１０）の入力は必ずしも交流電源
（１）から取らなければならないことはなく、交流電圧
のゼロ点、極性変換点、電圧変化率変更点等の検出によ
り交流電源の位相を検出できれば他からとってもよい。

また、上述の第２図に示す実施例では、Ａ／Ｄ変換器（
ｌｉｄ）、Ｄ／Ａ変換器（１２ｆ）、ＲＯＭ　（１２ｄ
）等で構成したものを示したが、ワンチップのマイコン
によって構成してもよく、その構成を第３図に示す。こ
の第３図の場合は、第２図のＡ／Ｄ変換器（ｌｌｄ）、
ラッチ回路（１２ｅ）、演算器（１２ａ）（１２ｅ）。

カウンタ（１２ｂ）、アドレスデコーダ（１２ｃ）、Ｒ
ＯＭ（１２ｄ）の機能はマイコン内蔵の機能を利用でき
るので、これらをマイコン（１３）に置き換えである。

ＲＯＭの中に角度θ毎の正弦波データが書き込まれてい
る等の状態は同じである。また、マイコンには極性信号
の立上りエツジで割り込み処理を行うようにする。

第４図にそのフローチャートを示す。

マイコン（１３）では、初めにステップ（１０１）では
内蔵のＡ／Ｄ変換器を初期化し、マイコンの処理とは別
に、常にＡ／Ｄ変換を繰り返し、内蔵のラッチ回路にデ
ータを書き込むように設定する。ステップ（１０２）で
マイコン（１３）内蔵のカウンタを初期化し、一定のク
ロックで常に計数を行うように設定する。次にステップ
（１０３）で上記内蔵のＡ／Ｄ変換器のラッチ回路から
出力電圧データ（Ｎ）を読み出す。読み出した出力電圧
データ（Ｎ）によりステップ（１０４）で負荷に必要な
入力電流値を計算し、電流指令データ（Ｐ）をつくる。

ステップ（１０５）では内蔵のカウンタからその時の値
を読み出し、角度θとする。ステップ（１０６）で角度
θのときの正弦波データ（Ｍ）をマイコン内蔵のＲＯＭ
から読み出す。ステップ（１０７）では電流指令データ
（Ｐ）と正弦波データ（Ｍ）とを乗算して瞬時電流指令
データ（Ｑ）を生成し、マイコン（１３）の出力ポート
よすＤ／Ａ変換器（１２ｆ）に対して出力する。その後
、マイコンの処理は、ステップ（１０３）に戻る。この
ようにステップ（１０３）〜（１０７）を繰り返す。一
方、マイコンに極性信号の立上りエツジが検出された場
合は、割込み処理を行うためにステップ（２０１）に処
理が移る。ステップ（２０１）では内蔵カウンタの値を
Ｏに戻して、処理を割り込みに入る前の状態に戻す。マ
イコン（Ｉ３）から出力さ九た瞬時電流指令（Ｑ）は、
第１図で説明したようにＤ／Ａ変換器（１２ｆ）を経て
、ＰＷＭ生成演算器（１２ｇ）テＰ　ＷＭ倍信号変換さ
れる。

以上のように構成することにより、第１図に示した実施
例と同様の効果が得られる。

［発明の効果］ この発明は前述のように、入力電流を制御して電源力率
を改善すると共に直流出方電圧を制御する交直変換装置
において、入力交流電圧の位相を検出する位相検出手段
と、この位相検出手段の出力により上記入力交流電圧に
対応した正弦波データを生成する正弦波データ生成手段
と、直流出方電圧を検出する出力電圧検出手段と、上記
正弦波データ生成手段の出力と上記出力電圧検出手段の
出力とにより電流制御指令を生成する電流制御指令生成
手段とを設け、この電流制御指令生成手段からの電流制
御指令により上記入力電流制御を行うようにしたので、
位相を検出する入力電圧が乱れても、入力電流を入力電
圧に対応した電流に維持し、直流出力を安定に維持でき
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による交直変換装置を示す
回路図、第２図は第１図における制御回路の内部構成を
示すブロック線図、第３図はこの発明の他の実施例を示
す回路図、第４図は第３図の動作フローチャート、第５
図は従来装置を示す回路図、第６図は従来装置の動作原
理説明図で、（ｊ）は動作モード１を、（ｂ）は動作モ
ード２を夫々示している。第７図は第５図における制御
回路の内部構成を示すブロック線図である。 図において、（１）は交流電源、（３）は整流回路、（
５）は負荷、（１０）は位相検出手段、　（１１）は出
力電圧検出手段、　（１２ｄ）は正弦波データ生成手段
、（１２ｅ）は電流制御指令生成手段である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 第 図 第 図 （ａ）モート°　１ （ｂ）モード２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 入力電流を制御して電源力率を改善すると共に直流出力
   電圧を制御する交直変換装置において、入力交流電圧の
   位相を検出する位相検出手段、この位相検出手段の出力
   により上記入力交流電圧に対応した正弦波データを生成
   する正弦波データ生成手段、直流出力電圧を検出する出
   力電圧検出手段、及び上記正弦波データ生成手段の出力
   と上記出力電圧検出手段の出力とにより電流制御指令を
   生成する電流制御指令生成手段を設け、この電流制御指
   令生成手段からの電流制御指令により上記入力電流制御
   を行うことを特徴とする交直変換装置。