JPH06165495A - 電源装置 - Google Patents
電源装置Info
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- JPH06165495A JPH06165495A JP31249092A JP31249092A JPH06165495A JP H06165495 A JPH06165495 A JP H06165495A JP 31249092 A JP31249092 A JP 31249092A JP 31249092 A JP31249092 A JP 31249092A JP H06165495 A JPH06165495 A JP H06165495A
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- Japan
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Abstract
(57)【要約】
【目的】チョッパー回路を用いた電源装置において、入
力電流波形が正弦波に顕著に追従できない区間につい
て、入力電流波形の正弦波への追従を改善する。 【構成】交流電源ACを全波整流器DBで整流し、イン
ダクタL1 とスイッチング素子Q1 及びダイオードD1
を備えるチョッパー回路により平滑する電源装置におい
て、スイッチング素子Q1 に正の方向に電流が流れ出し
てから一定時間後にスイッチング素子Q1 をオフさせる
ように制御を行う。 【効果】スイッチング素子Q1 に正の方向に電流が流れ
ている時間は、入力電源電圧の瞬時値にかかわらず一定
であり、これにより、入力電流波形の正弦波への追従を
改善し、入力電流の高調波成分を低減できる。
力電流波形が正弦波に顕著に追従できない区間につい
て、入力電流波形の正弦波への追従を改善する。 【構成】交流電源ACを全波整流器DBで整流し、イン
ダクタL1 とスイッチング素子Q1 及びダイオードD1
を備えるチョッパー回路により平滑する電源装置におい
て、スイッチング素子Q1 に正の方向に電流が流れ出し
てから一定時間後にスイッチング素子Q1 をオフさせる
ように制御を行う。 【効果】スイッチング素子Q1 に正の方向に電流が流れ
ている時間は、入力電源電圧の瞬時値にかかわらず一定
であり、これにより、入力電流波形の正弦波への追従を
改善し、入力電流の高調波成分を低減できる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、チョッパー回路を用い
た電源装置に関するものであり、商用電源からの入力電
流を休止区間の少ない正弦波に近い波形としながら直流
出力を得るような用途に利用されるものである。
た電源装置に関するものであり、商用電源からの入力電
流を休止区間の少ない正弦波に近い波形としながら直流
出力を得るような用途に利用されるものである。
【0002】
【従来の技術】従来、商用電源の交流電圧を整流平滑し
た直流電圧をインバータ等によって高周波に変換して、
負荷(例えば放電灯)に電力を供給する装置が広く用い
られている。この種の装置において、商用交流電圧の整
流出力を平滑しているのは、放電灯負荷のような場合、
供給される高周波電流の包絡線が商用交流周期で変動し
ないようにすることにより、放電灯の再点弧現象を実質
的に無くし、放電灯の発光効率を向上させて装置の消費
電力を少なくし、光のちらつきも無くして性能を向上さ
せるためである。しかしながら、商用交流電圧を整流平
滑すると、商用電源から平滑コンデンサへ流入する電流
が商用交流電圧のピーク値付近のみで流れることにな
り、商用交流電圧の半サイクル毎に休止期間を持つピー
ク値の高い電流となるため、入力力率が悪く、また交流
基本波に対して多くの高次高調波電流成分を含むことに
なり、同じ交流配電系に継がれる他の機器への高調波ノ
イズの混入等の悪影響があった。そのため、入力電流の
力率を高くすると共に、高調波成分を低減し、且つ可能
な限り平坦な直流平滑電圧を供給するために、以下に述
べるような工夫がなされている。
た直流電圧をインバータ等によって高周波に変換して、
負荷(例えば放電灯)に電力を供給する装置が広く用い
られている。この種の装置において、商用交流電圧の整
流出力を平滑しているのは、放電灯負荷のような場合、
供給される高周波電流の包絡線が商用交流周期で変動し
ないようにすることにより、放電灯の再点弧現象を実質
的に無くし、放電灯の発光効率を向上させて装置の消費
電力を少なくし、光のちらつきも無くして性能を向上さ
せるためである。しかしながら、商用交流電圧を整流平
滑すると、商用電源から平滑コンデンサへ流入する電流
が商用交流電圧のピーク値付近のみで流れることにな
り、商用交流電圧の半サイクル毎に休止期間を持つピー
ク値の高い電流となるため、入力力率が悪く、また交流
基本波に対して多くの高次高調波電流成分を含むことに
なり、同じ交流配電系に継がれる他の機器への高調波ノ
イズの混入等の悪影響があった。そのため、入力電流の
力率を高くすると共に、高調波成分を低減し、且つ可能
な限り平坦な直流平滑電圧を供給するために、以下に述
べるような工夫がなされている。
【0003】図6は従来例の回路図である。以下、その
回路構成について説明する。交流電源ACは全波整流器
DBの交流入力端子に接続されている。全波整流器DB
の直流出力端子には、パワーMOSFETよりなるスイ
ッチング素子Q1 を介してインダクタL1 が接続されて
いる。スイッチング素子Q1 の両端には、逆流阻止用の
ダイオードD1 を介して平滑用のコンデンサC1 が接続
されている。平滑用のコンデンサC1 の両端には、負荷
Zが接続されている。インダクタL1 とスイッチング素
子Q1 及びダイオードD1 は昇圧型のチョッパー回路C
HPを構成している。交流電源ACの一端と全波整流器
DBの接地された出力端子の間には、半波整流用のダイ
オードD2 と限流用の抵抗R2 を介して平滑用のコンデ
ンサC2と電圧規制用のツェナーダイオードZD1 が接
続されている。コンデンサC2 に得られる直流電圧は、
タイマー回路IC1 の電源端子(8番ピン)と接地端子
(1番ピン)の間に印加されている。タイマー回路IC
1 は汎用のタイマーIC(例えば、日本電気株式会社製
造のμPC1555)よりなり、そのトリガ端子(2番
ピン)とスレッショルド端子(6番ピン)及び放電端子
(7番ピン)には、抵抗R4 ,R5 とコンデンサC4 よ
りなる時定数回路が図示されたように接続されて、無安
定マルチバイブレータとして使用されている。コンデン
サC2 の両端には、抵抗R3 とコンデンサC3 の直列回
路よりなる遅延回路が接続されており、コンデンサC3
の電位は周波数制御端子(5番ピン)に入力されてい
る。出力端子(3番ピン)に得られる高周波の矩形波信
号は、バッファ回路IC2 (例えば、日本電気株式会社
製造のμPD4050)を介してスイッチング素子Q1
の制御電極に入力されている。スイッチング素子Q1 が
ONすると、インダクタL 1 にエネルギーが蓄積され、
スイッチング素子Q1 がOFFすると、インダクタL1
に自己誘導起電力が発生し、これが商用電源ACの全波
整流出力電圧に重畳されて平滑用のコンデンサC1 に充
電されるものである。
回路構成について説明する。交流電源ACは全波整流器
DBの交流入力端子に接続されている。全波整流器DB
の直流出力端子には、パワーMOSFETよりなるスイ
ッチング素子Q1 を介してインダクタL1 が接続されて
いる。スイッチング素子Q1 の両端には、逆流阻止用の
ダイオードD1 を介して平滑用のコンデンサC1 が接続
されている。平滑用のコンデンサC1 の両端には、負荷
Zが接続されている。インダクタL1 とスイッチング素
子Q1 及びダイオードD1 は昇圧型のチョッパー回路C
HPを構成している。交流電源ACの一端と全波整流器
DBの接地された出力端子の間には、半波整流用のダイ
オードD2 と限流用の抵抗R2 を介して平滑用のコンデ
ンサC2と電圧規制用のツェナーダイオードZD1 が接
続されている。コンデンサC2 に得られる直流電圧は、
タイマー回路IC1 の電源端子(8番ピン)と接地端子
(1番ピン)の間に印加されている。タイマー回路IC
1 は汎用のタイマーIC(例えば、日本電気株式会社製
造のμPC1555)よりなり、そのトリガ端子(2番
ピン)とスレッショルド端子(6番ピン)及び放電端子
(7番ピン)には、抵抗R4 ,R5 とコンデンサC4 よ
りなる時定数回路が図示されたように接続されて、無安
定マルチバイブレータとして使用されている。コンデン
サC2 の両端には、抵抗R3 とコンデンサC3 の直列回
路よりなる遅延回路が接続されており、コンデンサC3
の電位は周波数制御端子(5番ピン)に入力されてい
る。出力端子(3番ピン)に得られる高周波の矩形波信
号は、バッファ回路IC2 (例えば、日本電気株式会社
製造のμPD4050)を介してスイッチング素子Q1
の制御電極に入力されている。スイッチング素子Q1 が
ONすると、インダクタL 1 にエネルギーが蓄積され、
スイッチング素子Q1 がOFFすると、インダクタL1
に自己誘導起電力が発生し、これが商用電源ACの全波
整流出力電圧に重畳されて平滑用のコンデンサC1 に充
電されるものである。
【0004】図6の従来例において、インダクタL1 に
流れる電流、スイッチング素子Q1に印加される電圧の
波形を図7に示す。時刻t1 でスイッチング素子Q1 が
ONして、インダクタL1 に流れる電流が徐々に増えて
行き、時刻t2 でスイッチング素子Q1 がOFFする
と、以後、インダクタL1 に蓄積されたエネルギーを放
出して行き、電流が徐々に減少して行く。そして、時刻
t3 にインダクタL1 の電流が0になると、図8の破線
で示すように、スイッチング素子Q1 やダイオードD1
の浮遊容量C6 ,C7 に蓄えられた電荷により、インダ
クタL1 に逆方向の電流が流れて、全波整流器DBの浮
遊容量C5 を通じてLC共振が生じる。このため、時刻
t3 〜t4 の間、スイッチング素子Q1 には共振電圧が
印加され、スイッチング素子Q1 や全波整流器DBへの
ストレスが大きくなるという問題があった。また、時刻
t3 〜t4 のような電流休止期間が長いと、高調波成分
の多い入力電流となる。つまり、入力電圧が正弦波の場
合、入力電圧のピーク値付近では時刻t3 〜t4 のよう
な電流休止期間は短くなり、逆に、入力電圧の低い区間
では電流休止期間が長くなるため、図9に示すように、
入力電圧のピーク値付近での入力電流は多く、入力電圧
の低い区間での入力電流は少なくなるという問題があ
り、何らかの波形補正回路が必要であった。
流れる電流、スイッチング素子Q1に印加される電圧の
波形を図7に示す。時刻t1 でスイッチング素子Q1 が
ONして、インダクタL1 に流れる電流が徐々に増えて
行き、時刻t2 でスイッチング素子Q1 がOFFする
と、以後、インダクタL1 に蓄積されたエネルギーを放
出して行き、電流が徐々に減少して行く。そして、時刻
t3 にインダクタL1 の電流が0になると、図8の破線
で示すように、スイッチング素子Q1 やダイオードD1
の浮遊容量C6 ,C7 に蓄えられた電荷により、インダ
クタL1 に逆方向の電流が流れて、全波整流器DBの浮
遊容量C5 を通じてLC共振が生じる。このため、時刻
t3 〜t4 の間、スイッチング素子Q1 には共振電圧が
印加され、スイッチング素子Q1 や全波整流器DBへの
ストレスが大きくなるという問題があった。また、時刻
t3 〜t4 のような電流休止期間が長いと、高調波成分
の多い入力電流となる。つまり、入力電圧が正弦波の場
合、入力電圧のピーク値付近では時刻t3 〜t4 のよう
な電流休止期間は短くなり、逆に、入力電圧の低い区間
では電流休止期間が長くなるため、図9に示すように、
入力電圧のピーク値付近での入力電流は多く、入力電圧
の低い区間での入力電流は少なくなるという問題があ
り、何らかの波形補正回路が必要であった。
【0005】そこで、図10に示すように、電流休止期
間を完全に無くして、インダクタL 1 のエネルギーが完
全に放出される前に、スイッチング素子Q1 をONさせ
てインダクタL1 に電流を流す方法が考えられるが、こ
の場合、ダイオードD1 に電流が流れている状態でコン
デンサC1 の逆電圧が印加されるため、ダイオードD 1
のリカバリー電流Irが流れ、ダイオードD1 のストレ
スも大きくなる。また、インダクタL1 に電流iが流れ
続けるので、インダクタL1 の蓄積エネルギー(L1 ×
i2 /2)が増えて行き、インダクタL1 が飽和する等
の問題がある。したがって、図11の回路に示すよう
に、インダクタL1 のエネルギーを完全に放出して、か
つ休止期間を無くす制御が必要とされる。
間を完全に無くして、インダクタL 1 のエネルギーが完
全に放出される前に、スイッチング素子Q1 をONさせ
てインダクタL1 に電流を流す方法が考えられるが、こ
の場合、ダイオードD1 に電流が流れている状態でコン
デンサC1 の逆電圧が印加されるため、ダイオードD 1
のリカバリー電流Irが流れ、ダイオードD1 のストレ
スも大きくなる。また、インダクタL1 に電流iが流れ
続けるので、インダクタL1 の蓄積エネルギー(L1 ×
i2 /2)が増えて行き、インダクタL1 が飽和する等
の問題がある。したがって、図11の回路に示すよう
に、インダクタL1 のエネルギーを完全に放出して、か
つ休止期間を無くす制御が必要とされる。
【0006】以下、図11の回路構成について説明す
る。交流電源ACは全波整流器DBの交流入力端子に接
続されている。全波整流器DBの直流出力端子には、小
容量のコンデンサC8 が接続されている。コンデンサC
8 の両端には、パワーMOSFETよりなるスイッチン
グ素子Q1 を介してインダクタL1 が接続されている。
Dsはスイッチング素子Q1 の逆方向寄生ダイオードで
ある。スイッチング素子Q1 の両端には、逆流阻止用の
ダイオードD1 を介して平滑コンデンサC1 が接続され
ている。平滑コンデンサC1 の両端には、負荷Zが接続
されている。負荷Zの両端には、電圧検出用の抵抗R
6 ,R7 の直列回路が接続されている。抵抗R6 ,R7
の接続点の電位は、差動増幅器IC3 に入力されて基準
電位Vrefとの差に相当する電圧が増幅されて電圧比
較器IC4 の負入力端子に接続される。差動増幅器IC
3 には帰還インピーダンスとしてコンデンサC10が接続
されている。電圧比較器IC4 の正入力端子にはコンデ
ンサC9 が接続されている。コンデンサC9 の両端に
は、トランジスタQ2 が並列的に接続されている。トラ
ンジスタQ2 のベースには、フリップフロップFFの反
転出力端子Q’が接続されている。フリップフロップF
Fの出力端子Qは、抵抗R1 を介してスイッチング素子
Q1 の制御電極に接続されている。フリップフロップF
Fのリセット端子Rは電圧比較器IC4 の出力端子に接
続されており、セット端子Sは検出器IC5の出力端子
に接続されている。スイッチング素子Q1 に流れる電流
は、抵抗R8により電圧に変換されて検出器IC5 に入
力されている。トランジスタQ3 には抵抗R9 を介して
一定の電流が流れて、これと同じ電流がトランジスタQ
4 を介してコンデンサC9 に流れる。
る。交流電源ACは全波整流器DBの交流入力端子に接
続されている。全波整流器DBの直流出力端子には、小
容量のコンデンサC8 が接続されている。コンデンサC
8 の両端には、パワーMOSFETよりなるスイッチン
グ素子Q1 を介してインダクタL1 が接続されている。
Dsはスイッチング素子Q1 の逆方向寄生ダイオードで
ある。スイッチング素子Q1 の両端には、逆流阻止用の
ダイオードD1 を介して平滑コンデンサC1 が接続され
ている。平滑コンデンサC1 の両端には、負荷Zが接続
されている。負荷Zの両端には、電圧検出用の抵抗R
6 ,R7 の直列回路が接続されている。抵抗R6 ,R7
の接続点の電位は、差動増幅器IC3 に入力されて基準
電位Vrefとの差に相当する電圧が増幅されて電圧比
較器IC4 の負入力端子に接続される。差動増幅器IC
3 には帰還インピーダンスとしてコンデンサC10が接続
されている。電圧比較器IC4 の正入力端子にはコンデ
ンサC9 が接続されている。コンデンサC9 の両端に
は、トランジスタQ2 が並列的に接続されている。トラ
ンジスタQ2 のベースには、フリップフロップFFの反
転出力端子Q’が接続されている。フリップフロップF
Fの出力端子Qは、抵抗R1 を介してスイッチング素子
Q1 の制御電極に接続されている。フリップフロップF
Fのリセット端子Rは電圧比較器IC4 の出力端子に接
続されており、セット端子Sは検出器IC5の出力端子
に接続されている。スイッチング素子Q1 に流れる電流
は、抵抗R8により電圧に変換されて検出器IC5 に入
力されている。トランジスタQ3 には抵抗R9 を介して
一定の電流が流れて、これと同じ電流がトランジスタQ
4 を介してコンデンサC9 に流れる。
【0007】この回路のタイムチャートを図12に示
す。まず、時刻t1 では、検出器IC 5 がインダクタL
1 とスイッチング素子Q1 あるいはダイオードD1 と平
滑用コンデンサC1 を通って抵抗R8 に流れる電流が0
になることを検出してHighレベルの信号を出力す
る。これにより、フリップフロップFFのセット端子S
に信号が入り、その出力端子QからはHighレベルの
信号が、また、反転出力端子Q’からはLowレベルの
信号が出てスイッチング素子Q1 をオン、トランジスタ
Q2 をオフする。次に、時刻t1 〜t2 の期間では、ト
ランジスタQ2 がオフされており、トランジスタQ3 ,
Q4 によるカレントミラー回路で制御電源電圧Vccと
抵抗R9 によって決まる電流がコンデンサC9 を充電
し、コンデンサC9 の両端電圧が直線的に増加して行
く。抵抗R6 ,R7 による分圧電位は、基準電位Vre
fと共に差動増幅器IC3 に入力されて、差動増幅器I
C3 の出力は或るレベルで一定となっている。その電圧
レベルにコンデンサC9 の両端電圧が達すると、時刻t
2 で電圧比較器IC4 からHighレベルの信号が出力
され、リセット端子Rに入力される。これにより、フリ
ップフロップFFの出力端子QからLowレベルの信号
が、また、反転出力端子Q’からはHighレベルの信
号が出力されて、スイッチング素子Q1 はオフ、トラン
ジスタQ2 はオンとなる。さらに、時刻t2 〜t3 の期
間では、スイッチング素子Q1 がオンしている間にイン
ダクタL1 、スイッチング素子Q1 、抵抗R8 を通じて
流れていた電流によりインダクタL1 に蓄えられたエネ
ルギーが、スイッチング素子Q1 がオフしたときに放出
され、インダクタL1 からダイオードD1 、コンデンサ
C1 、抵抗R8 へと電流が流れて、コンデンサC1 が充
電される。また、上述のようにコンデンサC1 が充電さ
れている間は、トランジスタQ2 がオンするため、コン
デンサC9 の電位は上昇しない。そして、インダクタL
1 のエネルギーによる電流が流れ終えると、時刻t
3 (又はt1 )で、抵抗R8 を流れる電流がゼロとな
り、以下、同じ動作を繰り返す。このように、時刻t1
〜t2 の区間を一定にして、インダクタL1 に流れる電
流がゼロになることを検出して、スイッチング素子Q1
のオン信号が入るタイミングを制御することにより、イ
ンダクタL1 に流れる電流の休止区間を無くすことがで
きる。このため、高調波成分の比較的少ない入力電流波
形となる。
す。まず、時刻t1 では、検出器IC 5 がインダクタL
1 とスイッチング素子Q1 あるいはダイオードD1 と平
滑用コンデンサC1 を通って抵抗R8 に流れる電流が0
になることを検出してHighレベルの信号を出力す
る。これにより、フリップフロップFFのセット端子S
に信号が入り、その出力端子QからはHighレベルの
信号が、また、反転出力端子Q’からはLowレベルの
信号が出てスイッチング素子Q1 をオン、トランジスタ
Q2 をオフする。次に、時刻t1 〜t2 の期間では、ト
ランジスタQ2 がオフされており、トランジスタQ3 ,
Q4 によるカレントミラー回路で制御電源電圧Vccと
抵抗R9 によって決まる電流がコンデンサC9 を充電
し、コンデンサC9 の両端電圧が直線的に増加して行
く。抵抗R6 ,R7 による分圧電位は、基準電位Vre
fと共に差動増幅器IC3 に入力されて、差動増幅器I
C3 の出力は或るレベルで一定となっている。その電圧
レベルにコンデンサC9 の両端電圧が達すると、時刻t
2 で電圧比較器IC4 からHighレベルの信号が出力
され、リセット端子Rに入力される。これにより、フリ
ップフロップFFの出力端子QからLowレベルの信号
が、また、反転出力端子Q’からはHighレベルの信
号が出力されて、スイッチング素子Q1 はオフ、トラン
ジスタQ2 はオンとなる。さらに、時刻t2 〜t3 の期
間では、スイッチング素子Q1 がオンしている間にイン
ダクタL1 、スイッチング素子Q1 、抵抗R8 を通じて
流れていた電流によりインダクタL1 に蓄えられたエネ
ルギーが、スイッチング素子Q1 がオフしたときに放出
され、インダクタL1 からダイオードD1 、コンデンサ
C1 、抵抗R8 へと電流が流れて、コンデンサC1 が充
電される。また、上述のようにコンデンサC1 が充電さ
れている間は、トランジスタQ2 がオンするため、コン
デンサC9 の電位は上昇しない。そして、インダクタL
1 のエネルギーによる電流が流れ終えると、時刻t
3 (又はt1 )で、抵抗R8 を流れる電流がゼロとな
り、以下、同じ動作を繰り返す。このように、時刻t1
〜t2 の区間を一定にして、インダクタL1 に流れる電
流がゼロになることを検出して、スイッチング素子Q1
のオン信号が入るタイミングを制御することにより、イ
ンダクタL1 に流れる電流の休止区間を無くすことがで
きる。このため、高調波成分の比較的少ない入力電流波
形となる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところが、図11の従
来例においても入力電圧を全波整流した脈流波形の電圧
の低い部分(谷の部分)においては、図13に示すよう
に、入力電流波形が正弦波に顕著に追従できない区間T
x(追従不可区間)を生じる。すなわち、上述の制御動
作のうち、抵抗R8 を流れる電流がゼロになるのを検出
してからスイッチング素子Q1 にON信号を出すまでの
間に、実際には回路動作上、遅延時間tsが生じてしま
う。そのために、図14や図15に示すように、インダ
クタL1 を流れる電流がゼロになった後に、遅延時間t
sの間だけ図8で述べたような浮遊容量とインダクタL
1 の共振電流が流れてしまい、スイッチング素子Q1 が
オンしてもスイッチング素子Q1 の電流が負の向きから
流れ出すことになる。ところで、インダクタL1 の充放
電電流の増加の度合い(傾き)は、充電時にはVin/
L1 となり、放電時には(Vout−Vin)/L1 と
なる。ここで、Vinはチョッパーの入力電圧、Vou
tはチョッパーの出力電圧である。出力電圧Voutは
略一定であるので、スイッチング素子Q1 のスイッチン
グ時の入力電圧Vinの値により充電時と放電時にイン
ダクタL1 を流れる電流の傾きは異なり、入力電圧Vi
nが大きいとき(脈流の山の部分)においては、充電時
の傾きは大きく、放電時の傾きは小さい。また、入力電
圧Vinが小さいとき(脈流の谷の部分)においては、
充電時の傾きは小さく、放電時の傾きは大きい。したが
って、前述のように制御回路の遅延時間tsが生じたと
きに、同じ遅延時間tsであっても、図14、図15に
示すように、スイッチング素子Q1 を流れる電流の負方
向の電流量J1 が異なってしまう。図14は入力電圧V
inが小さいときにインダクタL1 を流れる電流波形、
図15は入力電圧Vinが大きいときにインダクタL1
を流れる電流波形である。したがって、スイッチング素
子Q1 のオン区間T1 (=t2 −t1 )を一定にするよ
うに制御しても、実際のオン区間T2は入力電圧Vin
が小さいときと大きいときで異なってしまう。ここで、
図14に示すようにスイッチング素子Q1 のオン時に流
れる負方向の電流量(斜線部J 1 )と正方向の電流量
(横線部J2 )がJ1 >J2 となるとき、図13に示し
たような入力電流波形が正弦波に追従できない追従不可
区間Txが顕著に生じてしまう。このために入力波形に
高調波成分が生ずることになる。以上のように、チョッ
パー回路のスイッチング素子のオン区間を一定に制御す
る方式では、入力電流波形が正弦波に顕著に追従できな
い部分が生じる。これにより、入力電流波形に高調波成
分が生じてしまう。
来例においても入力電圧を全波整流した脈流波形の電圧
の低い部分(谷の部分)においては、図13に示すよう
に、入力電流波形が正弦波に顕著に追従できない区間T
x(追従不可区間)を生じる。すなわち、上述の制御動
作のうち、抵抗R8 を流れる電流がゼロになるのを検出
してからスイッチング素子Q1 にON信号を出すまでの
間に、実際には回路動作上、遅延時間tsが生じてしま
う。そのために、図14や図15に示すように、インダ
クタL1 を流れる電流がゼロになった後に、遅延時間t
sの間だけ図8で述べたような浮遊容量とインダクタL
1 の共振電流が流れてしまい、スイッチング素子Q1 が
オンしてもスイッチング素子Q1 の電流が負の向きから
流れ出すことになる。ところで、インダクタL1 の充放
電電流の増加の度合い(傾き)は、充電時にはVin/
L1 となり、放電時には(Vout−Vin)/L1 と
なる。ここで、Vinはチョッパーの入力電圧、Vou
tはチョッパーの出力電圧である。出力電圧Voutは
略一定であるので、スイッチング素子Q1 のスイッチン
グ時の入力電圧Vinの値により充電時と放電時にイン
ダクタL1 を流れる電流の傾きは異なり、入力電圧Vi
nが大きいとき(脈流の山の部分)においては、充電時
の傾きは大きく、放電時の傾きは小さい。また、入力電
圧Vinが小さいとき(脈流の谷の部分)においては、
充電時の傾きは小さく、放電時の傾きは大きい。したが
って、前述のように制御回路の遅延時間tsが生じたと
きに、同じ遅延時間tsであっても、図14、図15に
示すように、スイッチング素子Q1 を流れる電流の負方
向の電流量J1 が異なってしまう。図14は入力電圧V
inが小さいときにインダクタL1 を流れる電流波形、
図15は入力電圧Vinが大きいときにインダクタL1
を流れる電流波形である。したがって、スイッチング素
子Q1 のオン区間T1 (=t2 −t1 )を一定にするよ
うに制御しても、実際のオン区間T2は入力電圧Vin
が小さいときと大きいときで異なってしまう。ここで、
図14に示すようにスイッチング素子Q1 のオン時に流
れる負方向の電流量(斜線部J 1 )と正方向の電流量
(横線部J2 )がJ1 >J2 となるとき、図13に示し
たような入力電流波形が正弦波に追従できない追従不可
区間Txが顕著に生じてしまう。このために入力波形に
高調波成分が生ずることになる。以上のように、チョッ
パー回路のスイッチング素子のオン区間を一定に制御す
る方式では、入力電流波形が正弦波に顕著に追従できな
い部分が生じる。これにより、入力電流波形に高調波成
分が生じてしまう。
【0009】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、チョッパー回路を用いた電源装置において、
少なくとも入力電流波形が正弦波に顕著に追従できない
区間において、入力電流波形の正弦波への追従を改善す
ることを目的とするものである。
のであり、チョッパー回路を用いた電源装置において、
少なくとも入力電流波形が正弦波に顕著に追従できない
区間において、入力電流波形の正弦波への追従を改善す
ることを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の電源装置にあっ
ては、上記の課題を解決するために、交流電源ACと、
交流電源ACの交流電圧を全波整流する全波整流器DB
と、全波整流器DBの整流出力をスイッチング素子Q1
により断続させることによりインダクタL1 に断続的に
エネルギーを蓄積し、このインダクタL1 の蓄積エネル
ギーを逆流阻止用のダイオードD1 を介して放出するよ
うに構成されたチョッパー回路と、前記インダクタL1
に流れる電流が無くなるのを検出してから一定期間にわ
たり前記スイッチング素子Q1 をオンするように制御す
る制御回路とを有する電源装置において、前記スイッチ
ング素子Q1 に正の方向に電流が流れ出してから一定時
間後に前記スイッチング素子Q1 をオフさせるように制
御する手段を設けたことを特徴とするものである。
ては、上記の課題を解決するために、交流電源ACと、
交流電源ACの交流電圧を全波整流する全波整流器DB
と、全波整流器DBの整流出力をスイッチング素子Q1
により断続させることによりインダクタL1 に断続的に
エネルギーを蓄積し、このインダクタL1 の蓄積エネル
ギーを逆流阻止用のダイオードD1 を介して放出するよ
うに構成されたチョッパー回路と、前記インダクタL1
に流れる電流が無くなるのを検出してから一定期間にわ
たり前記スイッチング素子Q1 をオンするように制御す
る制御回路とを有する電源装置において、前記スイッチ
ング素子Q1 に正の方向に電流が流れ出してから一定時
間後に前記スイッチング素子Q1 をオフさせるように制
御する手段を設けたことを特徴とするものである。
【0011】
【作用】本発明の作用を図3を用いて説明する。従来
は、チョッパー回路のスイッチング素子Q1 のオン期間
TbがT12+T23であったものを、本発明では、負方向
の電流が流れるという点に鑑みて、スイッチング素子Q
1 のオン期間TaをT34=T12分だけ長くするものであ
る。ここで、T12の長さは、入力電源電圧の瞬時値によ
ってインダクタL1 の電流の増加の傾きが変化するの
で、それに応じて変化する。したがって、入力電源電圧
の瞬時値に応じて、T34の長さを変化させなければなら
ない。そこで、スイッチング素子Q1 がオンしてインダ
クタL1 の電流(スイッチング素子Q1 の電流)が負の
向きから正の向きに変わるゼロクロス点t2 から、一定
時間後にオフされるように制御を行う。図3では、従
来、チョッパー回路のスイッチング素子Q1 のオン期間
をt1 〜t3 で一定としていたものを、t2 〜t4 の長
さは一定とし、スイッチング素子Q1 のオン期間をt1
〜t 4 の可変幅とするものである。これにより、インダ
クタL1 に流れる電流のピーク値が脈流波形に沿うよう
にしている。
は、チョッパー回路のスイッチング素子Q1 のオン期間
TbがT12+T23であったものを、本発明では、負方向
の電流が流れるという点に鑑みて、スイッチング素子Q
1 のオン期間TaをT34=T12分だけ長くするものであ
る。ここで、T12の長さは、入力電源電圧の瞬時値によ
ってインダクタL1 の電流の増加の傾きが変化するの
で、それに応じて変化する。したがって、入力電源電圧
の瞬時値に応じて、T34の長さを変化させなければなら
ない。そこで、スイッチング素子Q1 がオンしてインダ
クタL1 の電流(スイッチング素子Q1 の電流)が負の
向きから正の向きに変わるゼロクロス点t2 から、一定
時間後にオフされるように制御を行う。図3では、従
来、チョッパー回路のスイッチング素子Q1 のオン期間
をt1 〜t3 で一定としていたものを、t2 〜t4 の長
さは一定とし、スイッチング素子Q1 のオン期間をt1
〜t 4 の可変幅とするものである。これにより、インダ
クタL1 に流れる電流のピーク値が脈流波形に沿うよう
にしている。
【0012】
【実施例】図1は本発明の第1実施例の回路図である。
本実施例では、図11の従来例において、スイッチング
素子Q1 のソースに電流検出用の抵抗R11を直列的に挿
入し、抵抗R11の両端電圧の極性を検出器IC6 により
検出している。抵抗R11の両端電圧の極性が負方向であ
るときには、検出器IC6 の出力がHighレベルとな
り、トランジスタQ5 がオンされる。トランジスタQ5
がオンされると、コンデンサC9 の両端は短絡され、コ
ンデンサC9 の電位はゼロとなる。その他の構成は図1
1の従来例と同様である。
本実施例では、図11の従来例において、スイッチング
素子Q1 のソースに電流検出用の抵抗R11を直列的に挿
入し、抵抗R11の両端電圧の極性を検出器IC6 により
検出している。抵抗R11の両端電圧の極性が負方向であ
るときには、検出器IC6 の出力がHighレベルとな
り、トランジスタQ5 がオンされる。トランジスタQ5
がオンされると、コンデンサC9 の両端は短絡され、コ
ンデンサC9 の電位はゼロとなる。その他の構成は図1
1の従来例と同様である。
【0013】図2は本実施例の動作波形図である。以
下、図2を参照しながら、本実施例の動作について説明
する。まず、t0 の時点でインダクタL1 を流れる電流
がゼロになり、負方向に流れ始める。このときにはトラ
ンジスタQ2 がオンしているので、コンデンサC9 の電
荷は既に引き抜かれた状態となっている。制御回路の遅
延時間tsの間、スイッチング素子Q1 へのゲート信号
は出力されず、インダクタL1 の電流は負方向に流れ続
ける。次に、遅延時間tsの経過後、t1 の時点でスイ
ッチング素子Q1 へのゲート信号が出力され、それによ
りフリップフロップFFの反転出力端子Q’からトラン
ジスタQ2 に与えられるベース信号がLowレベルに変
化する。従来例では、この時点からコンデンサC2 への
充電が始まり、スイッチング素子Q1 のオン期間を決め
ていた。本実施例では、t1 〜t2の間にインダクタL
1 の電流がスイッチング素子Q1 の寄生ダイオードを通
じて負方向に流れているので、検出器IC6 はHigh
レベルの信号を出力したままである。よって、トランジ
スタQ5 がオンした状態となっており、コンデンサC 9
の充電は始まらない。このt1 〜t2 の長さは、チョッ
パーの出力電圧Voutと脈流電圧の瞬時値Vinと遅
れ時間tsから次式で与えられる。
下、図2を参照しながら、本実施例の動作について説明
する。まず、t0 の時点でインダクタL1 を流れる電流
がゼロになり、負方向に流れ始める。このときにはトラ
ンジスタQ2 がオンしているので、コンデンサC9 の電
荷は既に引き抜かれた状態となっている。制御回路の遅
延時間tsの間、スイッチング素子Q1 へのゲート信号
は出力されず、インダクタL1 の電流は負方向に流れ続
ける。次に、遅延時間tsの経過後、t1 の時点でスイ
ッチング素子Q1 へのゲート信号が出力され、それによ
りフリップフロップFFの反転出力端子Q’からトラン
ジスタQ2 に与えられるベース信号がLowレベルに変
化する。従来例では、この時点からコンデンサC2 への
充電が始まり、スイッチング素子Q1 のオン期間を決め
ていた。本実施例では、t1 〜t2の間にインダクタL
1 の電流がスイッチング素子Q1 の寄生ダイオードを通
じて負方向に流れているので、検出器IC6 はHigh
レベルの信号を出力したままである。よって、トランジ
スタQ5 がオンした状態となっており、コンデンサC 9
の充電は始まらない。このt1 〜t2 の長さは、チョッ
パーの出力電圧Voutと脈流電圧の瞬時値Vinと遅
れ時間tsから次式で与えられる。
【0014】
【数1】
【0015】したがって、t1 〜t2 の長さは、入力電
源電圧Vinの瞬時値に応じて変化する。このt1 〜t
2 の間では、インダクタL1 の電流、つまり、スイッチ
ング素子Q1 のドレイン電流が負の向きに流れているた
めに、トランジスタQ5 はオンしたままであり、コンデ
ンサC2 の充電は始まらない。次に、t2 の時点からイ
ンダクタL1 の電流、つまり、スイッチング素子Q1 の
ドレイン電流は正の向きに変わり、これによって、検出
器IC6 の出力はLowレベルに変化する。このため、
トランジスタQ5 はオフされる。トランジスタQ5 がオ
フであり、トランジスタQ2 もオフであるので、t2 の
時点よりコンデンサC9 への充電が始まる。コンデンサ
C9 が充電されて、その両端電位が差動増幅器IC3 の
出力電位Vkに達するまでトランジスタQ2 ,Q5 はオ
フされたままであり、また、スイッチング素子Q1 のゲ
ート信号もHighレベルのままであるので、スイッチ
ング素子Q1 はオフされない。
源電圧Vinの瞬時値に応じて変化する。このt1 〜t
2 の間では、インダクタL1 の電流、つまり、スイッチ
ング素子Q1 のドレイン電流が負の向きに流れているた
めに、トランジスタQ5 はオンしたままであり、コンデ
ンサC2 の充電は始まらない。次に、t2 の時点からイ
ンダクタL1 の電流、つまり、スイッチング素子Q1 の
ドレイン電流は正の向きに変わり、これによって、検出
器IC6 の出力はLowレベルに変化する。このため、
トランジスタQ5 はオフされる。トランジスタQ5 がオ
フであり、トランジスタQ2 もオフであるので、t2 の
時点よりコンデンサC9 への充電が始まる。コンデンサ
C9 が充電されて、その両端電位が差動増幅器IC3 の
出力電位Vkに達するまでトランジスタQ2 ,Q5 はオ
フされたままであり、また、スイッチング素子Q1 のゲ
ート信号もHighレベルのままであるので、スイッチ
ング素子Q1 はオフされない。
【0016】次に、t3 の時点で充電されていたコンデ
ンサC9 の両端電位が差動増幅器IC3 の出力電位Vk
に達すると、電圧比較器IC4 の出力はHighレベル
となり、従来例と同様に、スイッチング素子Q1 がオフ
されて、トランジスタQ2 がオンとなり、コンデンサC
9 の電荷が引き抜かれる。このt2 〜t3 の時間の長さ
は、抵抗R9 によって決まる電流とコンデンサC9 の容
量により一定時間となる。なお、スイッチング素子Q1
がオフした後、抵抗R11の両端電位はゼロになり、検出
器IC6 の出力は不安定になるが、このとき、トランジ
スタQ2 がオンしてコンデンサC9 の電荷を引き抜いて
いるので、トランジスタQ5 はオフでもオンでもどちら
でも良く、回路動作上、何ら問題はない。
ンサC9 の両端電位が差動増幅器IC3 の出力電位Vk
に達すると、電圧比較器IC4 の出力はHighレベル
となり、従来例と同様に、スイッチング素子Q1 がオフ
されて、トランジスタQ2 がオンとなり、コンデンサC
9 の電荷が引き抜かれる。このt2 〜t3 の時間の長さ
は、抵抗R9 によって決まる電流とコンデンサC9 の容
量により一定時間となる。なお、スイッチング素子Q1
がオフした後、抵抗R11の両端電位はゼロになり、検出
器IC6 の出力は不安定になるが、このとき、トランジ
スタQ2 がオンしてコンデンサC9 の電荷を引き抜いて
いるので、トランジスタQ5 はオフでもオンでもどちら
でも良く、回路動作上、何ら問題はない。
【0017】以上のように動作することにより、従来、
t1 〜t3 の期間にわたりスイッチング素子Q1 のオン
期間を一定としていた制御に代えて、t2 〜t3 の長さ
を一定とし、スイッチング素子Q1 のオン区間をt1 〜
t2 の長さ分だけ可変とすることになる。これにより、
インダクタL1 の電流のピーク値は脈流波形に沿ったも
のとなる。したがって、入力電流波形の高調波成分をよ
り改善できる。
t1 〜t3 の期間にわたりスイッチング素子Q1 のオン
期間を一定としていた制御に代えて、t2 〜t3 の長さ
を一定とし、スイッチング素子Q1 のオン区間をt1 〜
t2 の長さ分だけ可変とすることになる。これにより、
インダクタL1 の電流のピーク値は脈流波形に沿ったも
のとなる。したがって、入力電流波形の高調波成分をよ
り改善できる。
【0018】また、図4の実施例のように、検出器IC
6 をオープンコレクタ状態で用いれば、トランジスタQ
5 を省略しても同様の効果を得ることができる。さら
に、図5の実施例のように、スイッチング素子Q1 のソ
ース側にカレントトランスT1を挿入して、インダクタ
L1 の電流、つまり、スイッチング素子Q1 のドレイン
電流が負方向に流れている間だけ、トランジスタQ5 の
ベース電流を供給できるようにしても同様の効果を得る
ことができる。
6 をオープンコレクタ状態で用いれば、トランジスタQ
5 を省略しても同様の効果を得ることができる。さら
に、図5の実施例のように、スイッチング素子Q1 のソ
ース側にカレントトランスT1を挿入して、インダクタ
L1 の電流、つまり、スイッチング素子Q1 のドレイン
電流が負方向に流れている間だけ、トランジスタQ5 の
ベース電流を供給できるようにしても同様の効果を得る
ことができる。
【0019】
【発明の効果】本発明によれば、インダクタに流れる電
流が無くなるのを検出してから一定期間にわたりスイッ
チング素子をオンするチョッパー回路において、スイッ
チング素子に正の方向に電流が流れ出してから一定時間
後に前記スイッチング素子をオフさせるように制御して
いるので、スイッチング素子に正の方向に電流が流れて
いる時間は、入力電源電圧の瞬時値にかかわらず一定で
あり、これにより、入力電流歪みを改善し、入力電流の
高調波成分を減らすことができるという効果がある。
流が無くなるのを検出してから一定期間にわたりスイッ
チング素子をオンするチョッパー回路において、スイッ
チング素子に正の方向に電流が流れ出してから一定時間
後に前記スイッチング素子をオフさせるように制御して
いるので、スイッチング素子に正の方向に電流が流れて
いる時間は、入力電源電圧の瞬時値にかかわらず一定で
あり、これにより、入力電流歪みを改善し、入力電流の
高調波成分を減らすことができるという効果がある。
【図1】本発明の第1実施例の回路図である。
【図2】本発明の第1実施例の動作波形図である。
【図3】本発明と従来例の作用を説明するための説明図
である。
である。
【図4】本発明の第2実施例の回路図である。
【図5】本発明の第3実施例の回路図である。
【図6】第1の従来例の回路図である。
【図7】第1の従来例の高周波的な動作波形図である。
【図8】第1の従来例の動作説明のための回路図であ
る。
る。
【図9】第1の従来例の低周波的な動作波形図である。
【図10】第2の従来例の高周波的な動作波形図であ
る。
る。
【図11】第3の従来例の回路図である。
【図12】第3の従来例の高周波的な動作波形図であ
る。
る。
【図13】第3の従来例の低周波的な動作波形図であ
る。
る。
【図14】第3の従来例の脈流波形の谷の部分での高周
波的な動作波形図である。
波的な動作波形図である。
【図15】第3の従来例の脈流波形の山の部分での高周
波的な動作波形図である。
波的な動作波形図である。
AC 交流電源 DB 全波整流器 D1 ダイオード L1 インダクタ Q1 スイッチング素子
Claims (1)
- 【請求項1】 交流電源と、交流電源の交流電圧を全
波整流する全波整流器と、全波整流器の整流出力をスイ
ッチング素子により断続させることによりインダクタに
断続的にエネルギーを蓄積し、このインダクタの蓄積エ
ネルギーを逆流阻止用のダイオードを介して放出するよ
うに構成されたチョッパー回路と、前記インダクタに流
れる電流が無くなるのを検出してから一定期間にわたり
前記スイッチング素子をオンするように制御する制御回
路とを有する電源装置において、前記スイッチング素子
に正の方向に電流が流れ出してから一定時間後に前記ス
イッチング素子をオフさせるように制御する手段を設け
たことを特徴とする電源装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31249092A JPH06165495A (ja) | 1992-11-20 | 1992-11-20 | 電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31249092A JPH06165495A (ja) | 1992-11-20 | 1992-11-20 | 電源装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06165495A true JPH06165495A (ja) | 1994-06-10 |
Family
ID=18029844
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31249092A Pending JPH06165495A (ja) | 1992-11-20 | 1992-11-20 | 電源装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06165495A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009183081A (ja) * | 2008-01-31 | 2009-08-13 | Nissan Motor Co Ltd | チョッパ型コンバータのリアクトル状態検出装置 |
-
1992
- 1992-11-20 JP JP31249092A patent/JPH06165495A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009183081A (ja) * | 2008-01-31 | 2009-08-13 | Nissan Motor Co Ltd | チョッパ型コンバータのリアクトル状態検出装置 |
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