JPH06225517A - Ac−dcコンバータ - Google Patents

Ac−dcコンバータ

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JPH06225517A
JPH06225517A JP5027476A JP2747693A JPH06225517A JP H06225517 A JPH06225517 A JP H06225517A JP 5027476 A JP5027476 A JP 5027476A JP 2747693 A JP2747693 A JP 2747693A JP H06225517 A JPH06225517 A JP H06225517A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 力率改善型のAC−DCコンバータにおい
て、高調波対策のために装置形状及びコストが大幅に増
大しないAC−DCコンバータを提供する。 【構成】 アクティブフィルタのスイッチングトランジ
スタの制御入力端子にフリップフロップ回路の出力端子
を接続する。フリップフロップ回路のセット入力端子は
DC−DCコンバータ回路と接続してDC−DCコンバ
ータ回路から同期パルス信号を受け取り、フリップフロ
ップ回路のリセット入力端子は比較器の出力端子に接続
して比較器からのオフタイミングの信号を受け取る。比
較器はレベル電圧と三角波発生回路からの出力電圧を比
較することによりオフタイミングを計る。 【効果】 アクティブフィルタに乗算回路及び発振回路
を必要としないので、低ノイズで、小型、低コストのA
C−DCコンバータが実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、力率を改善し、商用電
源ラインの電圧歪みと高調波の発生を少なくしたAC−
DCコンバータに関する。
【0002】
【従来の技術】コンデンサ入力型の整流平滑回路は、そ
の簡易な構造から様々な電子機器のAC−DCコンバー
タの交流入力整流用として用いられてきた。しかし今日
に至っては、コンデンサ入力型の整流平滑回路を内蔵し
た電子機器によって商用電源ラインに発生する高調波
が、他の電子機器の動作を狂わすといった問題が発生し
ている。そのため、高調波発生の少ない力率改善型のA
C−DCコンバータの要求が高くなり、様々な力率改善
の方法を導入したAC−DCコンバータが発表されてい
る。
【0003】図7に示す回路は従来の力率改善型AC−
DCコンバータの一例である。図7に示したAC−DC
コンバータは、整流器1の交流入力端がコンバータの入
力端子20a、20bを介して商用電源ラインに接続さ
れ、整流器1の出力端がアクティブフィルタ3の入力端
と接続され、アクティブフィルタ3の出力端がDC−D
Cコンバータ回路2の入力端と接続された構成をしてい
る。なお、DC−DCコンバータ回路2の詳細な回路構
成及び、その出力端に接続される負荷については図示を
省略した。以下、他の図に対しても同様とする。
【0004】図7に示すAC−DCコンバータのアクテ
ィブフィルタ3の回路構成は以下のようになっている。
整流器1の高電位側出力端とDC−DCコンバータ回路
2の高電位側入力端の間にチョークコイルL1、ダイオ
ードD1の直列回路を接続する。この時ダイオードD1
は、チョークコイルL1からDC−DCコンバータ回路
2の方向を順方向とする。整流器1の低電位側出力端を
DC−DCコンバータ回路2の低電位側入力端及びアー
スと接続する。
【0005】ダイオードD1のアノードと整流器1の低
電位側出力端間に、スイッチングトランジスタQ1の主
電流路と抵抗R4との直列回路を接続する。ダイオード
D1のカソードと整流器1の低電位側出力端間にコンデ
ンサC1を接続し、出力コンデンサC1に対して、分圧
用の抵抗R1、抵抗R2の直列回路を並列に接続する。
抵抗R1と抵抗R2の接続点に電圧エラーアンプ5の
(−)側入力端子を接続する。電圧エラーアンプ5の
(+)側入力端子を基準電圧源6と接続し、出力端子を
乗算回路13の一方の入力端子と接続する。
【0006】乗算回路13のもう一方の入力端子を整流
器1の高電位側出力端子と接続し、出力端子を比較器1
2の(−)側入力端子と接続する。比較器12の(+)
側入力端子はスイッチングトランジスタQ1と抵抗R4
の接続点に接続し、出力端子はフリップフロップ回路1
0のリセット(R)入力端子と接続する。フリップフロ
ップ回路10のセット(S)入力端子を発振回路7の出
力端子と接続し、出力(Q)端子をスイッチングトラン
ジスタQ1のゲートと接続する。
【0007】このような回路構成とした場合の動作は以
下のようになる。発振回路7から出力されるスイッチン
グパルスが立ち上がり、フリップフロップ回路10のセ
ット(S)入力端子に電圧が入力されると、フリップフ
ロップ回路10の出力(Q)端子に電圧が立ち上がり、
スイッチングトランジスタQ1がターンオンする。スイ
ッチングトランジスタQ1がオン状態となることでチョ
ークコイルL1、スイッチングトランジスタQ1、抵抗
R4に電流が流れる。この電流はチョークコイルL1の
インダクタンスに逆比例し、その電流値は電圧印加時間
に比例して徐々に大きくなる。
【0008】この電流の大きさを抵抗R4によって電圧
値として検出し、比較器12の一方の入力端子に入力す
る。この検出された電圧値が乗算回路13からの制御信
号の電圧値以上になると、比較器12の出力端子に電圧
が立ち上がる。乗算回路13の制御信号は、整流器1か
ら出力される電圧値と、電圧エラーアンプ5の出力によ
り決定される。なお、この電圧エラーアンプ5の出力
は、抵抗R1、R2による出力コンデンサC1の両端の
電圧の分圧値と基準電圧6の電圧値の差に比例した電圧
である。この比較器12から立ち上がった電圧がフリッ
プフロップ回路10のリセット(R)入力端子に入力さ
れると、出力(Q)端子から出力されていた電圧が立ち
下がり、スイッチングトランジスタQ1がターンオフす
る。
【0009】以上に説明したような従来のAC−DCコ
ンバータは、高い力率を容易に実現できるものである
が、その構成要素として乗算回路を必要とするため、回
路が複雑になり、装置形状が大型化してしまう。また、
アクティブフィルタ、DC−DCコンバータ回路の双方
に回路を駆動するための発振回路が設けられているた
め、回路の構成要素が多くなり、装置形状が大型化して
しまう。さらに発振回路が複数存在することにより、そ
の発振パルスによるEMIが増大してしまうといった問
題点があった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、高調
波発生の少ない力率改善型のAC−DCコンバータにお
いて、この高調波対策のために、形状・コストが大幅に
上昇しないAC−DCコンバータを提供することにあ
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は商用電源ライン
からの交流入力を整流する整流器、回路の力率を向上さ
せるアクティブフィルタ、負荷に安定した直流出力を供
給するDC−DCコンバータ回路より構成されるAC−
DCコンバータにおいて、前記アクティブフィルタが、
DC−DCコンバータ回路を駆動するスイッチングパル
スに同期した同期パルス信号をトリガとしてスイッチン
グトランジスタをオン状態とし、出力コンデンサの端子
間電圧と基準電圧との電圧差を検出し、該電圧差によっ
てレベル電圧の電圧値を変化させ、該同期パルス信号の
入力によって三角波発生回路から出力される電圧を該レ
ベル電圧と比較することにより、あるいは、三角波発生
回路から出力される三角波電圧波形の傾斜を変化させ、
該三角波発生回路から出力される電圧をレベル電圧と比
較することにより、スイッチングトランジスタのオフタ
イミングを計ることを特徴とする。
【0012】
【実施例】図1には本発明のAC−DCコンバータの一
実施例を示す。なお、図7と同一部分については、同じ
番号を付与してある。図1において、整流器1の交流入
力端は、AC−DCコンバータ入力端子20a、20b
を介して交流電源ラインと接続される。整流器1の直流
出力端はアクティブフィルタ3の入力端と接続され、さ
らに低電位側出力端はアースと接続される。アクティブ
フィルタ3の出力端はDC−DCコンバータ回路2の入
力端と接続される。
【0013】アクティブフィルタ3の回路構成は以下の
ようになっている。整流器1の高電位側出力端子とDC
−DCコンバータ回路2の高電位側入力端子間に、チョ
ークコイルL1とダイオードD1の直列回路を接続す
る。この時ダイオードD1は、チョークコイルL1から
DC−DCコンバータ回路2の方向を順方向とする。ダ
イオードD1のアノードとアース間にスイッチングトラ
ンジスタQ1の主電流路を接続する。ダイオードD1の
カソードとアース間に出力コンデンサC1を接続する。
出力コンデンサC1と並列に分圧用の抵抗R1、抵抗R
2の直列回路を接続する。
【0014】スイッチングトランジスタQ1のゲートを
フリップフロップ回路10の出力端子と接続する。フリ
ップフロップ回路10のセット入力端子はDC−DCコ
ンバータ回路2と接続され、DC−DCコンバータ回路
2のスイッチングパルスに同期した同期パルス信号が入
力される。フリップフロップ回路10のリセット入力端
子を比較器9の出力端と接続し、反転出力端子をトラン
ジスタQ2のベースと接続する。
【0015】トランジスタQ2のエミッタをアースと接
続し、コレクタを三角波発生回路4aの抵抗R3とコン
デンサC2の接続点と接続する。三角波発生回路4a
は、低電位側電極をアースと接続した定電圧源8の電極
間に、抵抗R3とコンデンサC2の直列回路を接続した
構成を有する。比較器9の(+)側入力端子はトランジ
スタQ2のコレクタと接続し、(−)側入力端子は電圧
エラーアンプ5の出力端子と接続する。電圧エラーアン
プ5の(+)側入力端子は基準電圧源6と接続し、
(−)側入力端子は抵抗R1と抵抗R2の接続点に接続
する。
【0016】以上のような回路構成とした場合の動作
を、図2に示す回路各点における電圧波形を参照しなが
ら説明する。ある時間t1 においてDC−DCコンバー
タ回路2のスイッチングパルスに同期した同期パルス信
号により、フリップフロップ回路10のセット入力端子
に入力される電圧VT1が立ち上がる。フリップフロップ
回路10は、セット入力端子に電圧VT1が入力された時
点で出力端子の出力電圧VQ1を立ち上げ、反転出力端子
の出力電圧VQ2を立ち下げる。電圧VQ1が立ち上がるこ
とで、スイッチングトランジスタQ1がターンオンし、
同時に電圧VQ2が立ち下がることで、トランジスタQ2
がターンオフする。
【0017】トランジスタQ2のターンオフにより、三
角波発生回路4aのコンデンサC2が定電圧源8により
充電され、電圧VO1の電圧値が徐々に上昇する。この電
圧V01は比較器9の(+)側入力端子に入力され、
(−)側入力端子に入力される電圧エラーアンプ5の出
力電圧VL1と比較される。電圧エラーアンプ5の出力電
圧VL1は、抵抗R1、R2により分圧された出力コンデ
ンサC1の充電電圧と基準電圧源6の基準電圧の差分を
示すレベル電圧である。
【0018】ある時間t2 において、電圧VO1の電圧値
がレベル電圧VL1の電圧値よりも大きくなると、比較器
9から出力される電圧VR1が立ち上がり、フリップフロ
ップ回路10のリセット入力端子に入力される。フリッ
プフロップ回路10は、リセット入力端子に電圧VR1が
入力されると出力端子の出力電圧VQ1を立ち下げ、反転
出力端子の出力電圧VQ2を立ち上げる。電圧VQ1が立ち
下がることでスイッチングトランジスタQ1がターンオ
フし、電圧VQ2が立ち上がることでトランジスタQ2が
ターンオンする。トランジスタQ2のターンオンにより
三角波発生回路4aの抵抗R3とコンデンサC2の接続
点がアースされ、電圧V01は立ち下がり、コンデンサC
2は放電を行う。
【0019】電圧VO1が立ち下がることによりレベル電
圧VL1の方が大きくなり、比較器9の出力電圧VR1は立
ち下がる。つまり、この電圧VO1とレベル電圧VL1の比
較動作によりスイッチングトランジスタQ1をターンオ
フさせる電圧VR1を発生させ、スイッチングトランジス
タQ1のオフタイミングを計ることになる。図3には、
夫々の電圧VO1、VL1、VR1の電圧波形について示して
あり、図3を参照しながら、図1に示す回路におけるス
イッチング素子のオン期間制御について説明をする。
【0020】いま、出力コンデンサC1が、ある電圧で
充電されており、AC−DCコンバータが安定した動作
を継続していたとすると、レベル電圧VL1は図3のaに
示した状態で安定し、スイッチングトランジスタQ1の
オン期間はΔta となる。ここで、出力コンデンサC1
の充電電圧が低くなると、基準電圧源6の基準電圧との
差が大きくなり、電圧エラーアンプ5から出力されるレ
ベル電圧VL1は高くなる。レベル電圧VL1が高くなると
図3におけるbの場合のごとく、電圧VO1がレベル電圧
VL1を越えるのに時間が掛り、スイッチングトランジス
タQ1のオン期間はΔtb と長くなる。
【0021】逆に、出力コンデンサC1の充電電圧が高
くなると、基準電圧源6の基準電圧との差が小さくな
り、レベル電圧VL1は低くなる。レベル電圧VL1が低い
と図3におけるcの場合のごとく、電圧V01はレベル電
圧VL1をすぐに越えることができ、スイッチングトラン
ジスタQ1のオン期間はΔtC と短くなる。以上のよう
な動作を繰り返し、コンデンサC1の充電電圧を一定に
するようにアクティブフィルタ3が駆動される。この
時、チョークコイルL1のインダクタンスとコンデンサ
C1の電圧を調整し、電流が必ず零からスタートする設
計とすれば、チョークコイルL1を通過する電流の平均
値は整流器1から出力される整流正弦波電圧に比例する
ことになる。
【0022】図4には、本発明のAC−DCコンバータ
の別の実施例を示す。なお、図1、図7と同一部分につ
いては同じ符号を付与してある。図4において、整流器
1、アクティブフィルタ3、DC−DCコンバータ回路
2の接続構成、及びアクティブフィルタ3のチョークコ
イルL1、ダイオードD1、スイッチングトランジスタ
Q1、出力コンデンサC1、分圧用の抵抗R1、R2の
回路構成は、図1と同一である。アクティブフィルタ3
の回路構成は以下のようになっている。
【0023】スイッチングトランジスタQ1のゲートを
フリップフロップ回路10の出力端子と接続する。フリ
ップフロップ回路10のセット入力端子はDC−DCコ
ンバータ回路2と接続され、DC−DCコンバータ回路
2のスイッチングパルスに同期した同期パルス信号が入
力される。フリップフロップ回路10のリセット入力端
子を比較器9の出力端子と接続し、反転出力端子をトラ
ンジスタQ2のベースと接続する。比較器9の(+)側
入力端子はトランジスタQ2のコレクタと接続し、
(−)側入力端子は基準電圧源11と接続する。
【0024】トランジスタQ2のエミッタをアースと接
続し、コレクタを三角波発生回路4bの抵抗R3とコン
デンサC2の接続点と接続する。三角波発生回路4b
は、低電位側電極をアースと接続した定電圧源8の電極
間に抵抗R3とコンデンサC2の直列回路を接続し、さ
らに抵抗R3に対して、抵抗R6とPNP型のトランジ
スタQ3のエミッタ、コレクタ端子を直列に接続した回
路を並列に接続した構成を有する。トランジスタQ3の
ベースと電圧エラーアンプ5の出力端子を接続する。電
圧エラーアンプ5の(−)側入力端子を分圧用の抵抗R
1と抵抗R2の接続点に接続し、(+)側入力端子を基
準電圧源6と接続する。
【0025】以上のような回路構成とした場合の動作
を、図5に示す回路各点における電圧波形を参照しなが
ら説明する。ある時間t1 において、DC−DCコンバ
ータ回路2のスイッチングパルスに同期した同期パルス
により、フリップフロップ回路10のセット入力端子に
入力される電圧VT2が立ち上がる。フリップフロップ回
路10はセット入力端子に電圧VT2が入力された時点で
出力端子の出力電圧VQ3を立ち上げ、反転出力端子の出
力電圧VQ4を立ち下げる。電圧VQ3が立ち上がることで
スイッチングトランジスタQ1がターンオンし、逆に電
圧VQ4が立ち下がることでトランジスタQ2がターンオ
フする。
【0026】トランジスタQ2のターンオフにより、三
角波発生回路4bのコンデンサC2が定電圧源8により
充電され、電圧VO2の電圧値が徐々に上昇する。ここ
で、出力コンデンサC1の充電電圧の分圧値と基準電圧
源6の基準電圧値の差分を示すレベル電圧を、電圧エラ
ーアンプ5からトランジスタQ3のベースに入力するこ
とで電圧VO2の電圧の上昇速度を制御することができ
る。電圧VO2は比較器9の(+)側入力端子に入力さ
れ、(−)側入力端子に入力される基準電圧源11のレ
ベル電圧VL2と比較される。
【0027】ある時間t2 において電圧VO2の電圧値が
電圧VL2の電圧値よりも大きくなると、比較器9から出
力される電圧VR2が立ち上がり、フリップフロップ回路
10のリセット入力端子に入力される。フリップフロッ
プ回路10は、リセット入力端子に電圧VR2が入力され
ると、出力端子の出力電圧VQ3を立ち下げ、反転出力端
子の出力電圧VQ4を立ち上げる。
【0028】電圧VQ3が立ち下がることでスイッチング
トランジスタQ1がターンオフし、電圧VQ4が立ち上が
ることでトランジスタQ2がターンオンする。トランジ
スタQ2のターンオンにより、三角波発生回路4bの抵
抗R3とコンデンサC2の接続点がアースされて電圧V
O2は立ち下がり、コンデンサC2は放電を行う。電圧V
O2が立ち下がることにより、電圧VL2の方が大きくなる
ので、比較器9から出力される電圧VR2は立ち下がる。
この電圧VO2とレベル電圧VL2の比較動作によりスイッ
チングトランジスタQ1をターンオフする電圧VR2を発
生させ、スイッチングトランジスタQ1のオフタイミン
グを計ることになる。
【0029】図1に示す回路と図3に示す回路は、その
電圧波形が三角波状になる電圧VOとレベル電圧VL を
比較することでスイッチングトランジスタQ1のオフタ
イミングを計る点では同じものである。しかし、図1に
示す回路では、スイッチングトランジスタQ1のオン期
間制御を、出力コンデンサC1の充電電圧によってレベ
ル電圧VL の電圧値を変化させることで行うのに対し、
図3の回路では、出力コンデンサC1の充電電圧によっ
て三角波状の電圧VO の電圧の傾斜を変化させることで
行うものである。図6には、夫々の電圧VO2、VL2、V
R2の電圧波形について示してあり、図6を参照しなが
ら、図3に示す回路におけるスイッチング素子のオン期
間制御について説明をする。
【0030】いま、出力コンデンサC1が、ある電圧で
充電されており、AC−DCコンバータが安定した動作
を継続していたとすると、電圧VO2は図6のaに示した
状態で安定し、スイッチングトランジスタQ1のオン期
間はΔta となる。ここで、出力コンデンサC1の充電
電圧が低くなると、基準電圧源6の基準電圧との差が大
きくなり、電圧エラーアンプ5からトランジスタQ3の
ベースに入力される電圧は高くなる。そのため、抵抗R
3、R6、トランジスタQ3の合成抵抗値が高く、コン
デンサC2の充電速度が遅くなり、電圧VO2の電圧波形
は図6におけるbのように電圧の傾斜が鈍く、電圧VO2
が電圧VL2を越えるのに時間が掛り、スイッチングトラ
ンジスタQ1のオン時間はΔtb と長くなる。
【0031】逆に、出力コンデンサC1の充電電圧が高
くなると、基準電圧源6の基準電圧との差が小さくな
り、電圧エラーアンプ5からトランジスタQ3のベース
に入力される電圧は低くなる。そのため、抵抗R3、R
6、トランジスタQ3の合成抵抗値が低く、コンデンサ
C2の充電速度が速くなり、電圧VO2の電圧波形は図6
におけるcのように電圧の傾斜が急峻になり、電圧VO2
が電圧VL2をすぐに越えることができ、スイッチングト
ランジスタQ1のオン期間はΔtc と短くなる。以上の
ような動作を繰り返すことで、コンデンサC1の充電電
圧を一定とするようアクティブフィルタ3が駆動される
ことになる。
【0032】
【発明の効果】本発明は、前述したように、アクティブ
フィルタのスイッチングトランジスタがDC−DCコン
バータ回路を駆動するスイッチングパルスに同期した同
期パルス信号をトリガとしてターンオンし、三角波発生
回路から出力される電圧とレベル電圧を比較することに
よりスイッチングトランジスタのオフタイミングを計る
ことを特徴としている。このことにより、アクティブフ
ィルタに乗算回路及び発振回路を必要としないので、回
路構成が簡単になり、小型で低コストのAC−DCコン
バータが実現できる。また、発振回路はDC−DCコン
バータ回路に設けてあるだけでアクティブフィルタには
存在しない。そのため、発振回路からの出力パルスによ
るEMI等のノイズを減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のAC−DCコンバータの一実施例を
示す回路図。
【図2】 図1に示す回路の各点における電圧の波形
図。
【図3】 図1に示す回路のスイッチングトランジスタ
のオン期間制御の説明図。
【図4】 本発明のAC−DCコンバータの他の実施例
を示す回路図。
【図5】 図4に示す回路の各点における電圧の波形
図。
【図6】 図4に示す回路のスイッチングトランジスタ
のオン期間制御の説明図。
【図7】 従来の力率改善型のAC−DCコンバータを
示す回路図。
【符号の説明】
1 整流器 2 DC−DCコンバータ回路 3 アクティブフィルタ 4a、4b 三角波発生回路 5 電圧エラーアンプ 6 基準電圧回路 8 定電圧回路 9 比較器 10 フリップフロップ回路 11 基準電圧回路 20a、20b コンバータ入力端子

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 商用電源ラインからの交流入力を整流す
    る整流器、回路の力率を向上させるアクティブフィル
    タ、負荷に安定した直流出力を供給するDC−DCコン
    バータ回路より構成されるAC−DCコンバータにおい
    て、前記アクティブフィルタが、DC−DCコンバータ
    回路を駆動するスイッチングパルスに同期した同期パル
    ス信号をトリガとしてスイッチングトランジスタをオン
    状態とし、出力コンデンサの端子間電圧と基準電圧との
    電圧差を検出し、該電圧差によってレベル電圧の電圧値
    を変化させ、該同期パルス信号の入力によって三角波発
    生回路から出力される電圧を該レベル電圧と比較するこ
    とにより、スイッチングトランジスタのオフタイミング
    を計ることを特徴としたAC−DCコンバータ。
  2. 【請求項2】 商用電源ラインからの交流入力を整流す
    る整流器、回路の力率を向上させるアクティブフィル
    タ、負荷に安定した直流出力を供給するDC−DCコン
    バータ回路より構成されるAC−DCコンバータにおい
    て、前記アクティブフィルタが、DC−DCコンバータ
    回路を駆動するスイッチングパルスに同期した同期パル
    ス信号をトリガとしてスイッチングトランジスタをオン
    状態とし、出力コンデンサの端子間電圧と基準電圧との
    電圧差を検出し、該電圧差により三角波発生回路から出
    力される三角波電圧波形の傾斜を変化させ、該三角波発
    生回路から出力される電圧とレベル電圧を比較すること
    により、スイッチングトランジスタのオフタイミングを
    計ることを特徴としたAC−DCコンバータ。
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