(57)【要約】【課題】コンバータ回路の入力電流のオフセット調整を行ない、入力力率を改善した直流電源装置を提供する。【解決手段】スイッチング素子５ａ、５ｂとダイオード４ａ、４ｂとの逆並列接続回路の２つを直列接続した直列接続回路と、ダイオード４ｃ、４ｄを直列接続した直列接続回路と、平滑コンデンサ７を並列接続したコンバータ回路であって、スイッチング素子５ａと５ｂの接続点と交流電源との間にリアクトル２をそれぞれ接続し、オフセット調整手段１１と、スイッチング制御駆動回路１２を備えたことにより、入力電流の正負サイクルのそれぞれの電流値の平均値に基づき電流検出器のオフセット調整を行なうことで、入力電流は正負対称に近づけることができるので、入力力率を改善できることとなる。【選択図】図１
2010119159.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
４個のダイオードから構成され、交流電源による入力を整流するブリッジ整流回路と、前記ブリッジ整流回路の直流出力を平滑する平滑用コンデンサと、前記ブリッジ整流回路に直列に接続されたリアクトルと、流れる電流をオンオフすることで入力電流波形を制御するスイッチング素子とを有する直流電源装置であって、前記交流電源の電圧のゼロ点を検出するゼロクロス検出手段と、前記交流電源に直列に接続され入力電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器の出力をディジタル変換して出力するＡ／Ｄ変換器と、ディジタル変換された前記入力電流の正負サイクルのそれぞれの電流値情報の平均値に基づき前記電流検出器のオフセット調整をするオフセット調整手段とを更に備え、前記オフセット調整手段の出力に基づいてスイッチング素子を制御するスイッチ制御駆動手段を備えたことを特徴とする直流電源装置。
【請求項２】
スイッチング素子の数を２個とし、該スイッチング素子は４個のダイオードのうち直列接続される２個のダイオードの各々にそれぞれ並列に接続され、リアクトルはブリッジ整流回路の入力側に直列接続されることを特徴とする請求項１記載の直流電源装置。
【請求項３】
入力電流の正負サイクルのそれぞれのピーク電流値情報に基づき電流検出器のオフセット調整をする請求項１または２に記載の直流電源装置。
【請求項４】
１周期前のオフセット値に基づきオフセット値をさらにフィルタ補正する請求項１〜３のいずれか１項に記載の直流電源装置。
【請求項５】
電流検出器自身、もしくは電流検出器近傍の温度検出手段を備え、前記電流検出器の温度特性を補正する請求項１〜４のずれか１項に記載の直流電源装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の直流電源装置を備えた空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電力を直流電力に変換する回路を用い、装置、システム等に高力率、低ひずみで電力を供給する直流電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、数ｋＷ出力程度までの直流電源装置の回路方式としては、入力力率改善と高調波電流低減のため１石の高周波スイッチング方式が主に採用されてきた（例えば、特許文献１の図４参照）。
【０００３】
図５は、そのような１石の高周波スイッチング方式のうち、最も基本的な従来の直流電源装置の回路ブロックを示している。図５に示すように、従来の直流電源装置には、主回路をブリッジ整流回路１８と、直流リアクトル１５と、スイッチ１９と、逆流防止ダイオード１６と、平滑コンデンサ６の組み合わせから構成し、そして、直流電圧を所望の電圧に制御しつつ電流検出手段１４で検出した電流が正弦波状となるようスイッチを制御する制御回路１７とから構成されるものがある。
【０００４】
以下、図６を用いて従来の１石の高周波スイッチング方式直流電源装置の動作について説明する。
【０００５】
図６は、図５で示された制御回路１７をより詳細な構成要素に分けて示したものである。この直流電源装置では、まず、直流電圧検出回路９により直流電圧を検出し、この電圧と、所望の直流電圧の基準値を出力する目標電圧設定回路１０の基準値との差を電圧誤差増幅器１２で増幅する。
【０００６】
次に、目標となる基準電流波形を生成するためにブリッジ整流回路１８の正極出力から全波整流波形検出手段２１で得られる全波整流波形と電圧誤差増幅器１２の出力を乗算器２２で乗算する。この乗算結果が直流リアクトル１５を流れる電流の目標電流波形となる。
【０００７】
そして、電流検出手段１４で検出されたリアクトル電流と目標電流波形の差を電流誤差増幅器２０で増幅する。次いで、電流誤差増幅器２０の出力と三角波あるいはのこぎり波を発生する搬送波発振器１１と比較器１３で比較し、その結果得られるＰＷＭ波形がスイッチ１９の駆動信号となる。
【０００８】
このように制御することにより、直流電圧を所望の値に保ちつつ入力電流を正弦波状にするとともに入力力率の改善が可能となる。
【０００９】
一方、図７に示すように、スイッチを２石とし、電流が通過する半導体の数を２個とした直流電源装置も提案されている（例えば、特許文献２の図１参照）。この２石の高周波スイッチング方式直流電源装置の動作について詳細な説明は省くが、交流入力電源の極性に応じて、それぞれのスイッチが半周期ずつ交互に昇圧チョッパ動作をすることにより損失低減を図りつつ、入力電流を交流電圧に同期した正弦波状とすると共に入力力率の改善を実現したものである。
【特許文献１】特開平８−３２１４２５号公報
【特許文献２】特開平１−１１７６５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来の直流電源装置は比較的良好な特性を有するが、オフセットバラツキが大きい安価な電流検出器を用いた場合、オフセットがずれることで入力電流は正負非対称となり、力率が悪化するという課題を有していた。
【００１１】
本発明の直流電源装置は、前記のような従来の課題を解決するものであり、入力電流の正負サイクルのそれぞれの電流値の平均値を用いて電流検出器のオフセット補正を行ない、入力電流を正負対称に近づけることで、入力力率を改善できる直流電源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】
【００１２】
上記課題を解決するために本発明の直流電源装置は、４個のダイオードから構成され、交流電源による入力を整流するブリッジ整流回路と、前記ブリッジ整流回路の直流出力を平滑する平滑用コンデンサと、前記ブリッジ整流回路に直列に接続されたリアクトルと、流れる電流をオンオフすることで入力電流波形を制御するスイッチング素子とを有する直流電源装置であって、前記交流電源の電圧のゼロ点を検出するゼロクロス検出手段と、前記交流電源に直列に接続され入力電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器の出力をディジタル変換して出力するＡ／Ｄ変換器と、ディジタル変換された前記入力電流の正負サイクルのそれぞれの電流値情報の平均値に基づき前記電流検出器のオフセット調整をするオフセット調整手段とを更に備え、前記オフセット調整手段の出力に基づいてスイッチング素子を制御するスイッチ制御駆動手段を備えたものである。
【００１３】
これによって、入力電流の正負サイクルのそれぞれの電流値情報の平均値を用いて電流検出器のオフセット補正を行なうことで、入力電流を正負対称に近づけることができるので、入力力率を改善できることとなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の直流電源装置は、入力電流の正負サイクルのそれぞれの電流値情報の平均値を用いて電流検出器のオフセット補正を行なうことで、入力電流を正負対称に近づけることができるので、入力力率を改善ができるとともに電流検出器の低コスト化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
第１の発明は、４個のダイオードから構成され、交流電源による入力を整流するブリッジ整流回路と、前記ブリッジ整流回路の直流出力を平滑する平滑用コンデンサと、前記ブリッジ整流回路に直列に接続されたリアクトルと、流れる電流をオンオフすることで入力電流波形を制御するスイッチング素子とを有する直流電源装置であって、前記交流電源の電圧のゼロ点を検出するゼロクロス検出手段と、前記交流電源に直列に接続され入力電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器の出力をディジタル変換して出力するＡ／Ｄ変換器と、ディジタル変換された前記入力電流の正負サイクルのそれぞれの電流値情報の平均値に基づき前記電流検出器のオフセット調整をするオフセット調整手段とを更に備え、前記オフセット調整手段の出力に基づいてスイッチング素子を制御するスイッチ制御駆動手段を備えるとしたものである。
【００１６】
これによって、電流検出器のオフセット調整が可能になるため、該電流検出器の出力を用いることで精度の高いスイッチング制御が可能になるとともに、電流検出器の低コスト化を図ることができる。
【００１７】
第２の発明は、特に第１の発明においてスイッチング素子の数を２個とし、該スイッチング素子は４個のダイオードのうち直列接続される２個のダイオードの各々にそれぞれ並列に接続され、リアクトルはブリッジ整流回路の入力側に直列接続される構成としたもの
である。これによって、入力電流の正負サイクルのそれぞれの電流値情報の平均値を用いて電流検出器のオフセット補正を行なうことで、入力電流を正負対称に近づけることができるので、入力力率を改善できることとなる。
【００１８】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明の入力電流の正負サイクルのそれぞれの電流値情報のピーク付近の値を用いて電流検出器のオフセット調整するものであり、ピーク値付近のみ用いることで演算に使用するメモリ容量を少なくすることができる。
【００１９】
第４の発明は、特に、第１〜第３の発明のオフセット値を１周期前のオフセット値に基づきさらにフィルタ補正するものであり、１周期前のオフセット値を用いてさらに補正することで、動作中に電源電圧や周期が変化した場合でもオフセット値が大きくずれることなく調整することができる。
【００２０】
第５の発明は、特に、第１〜第４の発明の電流検出器自身、もしくは電流検出器近傍の温度検出手段を備え、電流検出器の温度特性に応じて補正をすることで、より精度よくオフセット値を調整することができる。
【００２１】
第６の発明は、特に、第１〜第５の発明の直流電源装置を空気調和機に用いることで、空気調和機の大出力での高効率化の要求に応えることができる。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明にかかる第１の実施の形態の直流電源装置を示す構成図である。図１において、交流電源１の出力端からリアクトル２を経由してスイッチング素子５ａ、５ｂとダイオード４ａ、４ｂとの逆並列接続回路からなる直列接続回路と、交流電源１の出力端から電流検出器６を経由してダイオード４ｃ、４ｄからなる直列接続回路より構成されるブリッジ回路に入力される。ブリッジ整流回路の出力には平滑コンデンサ７、負荷８が接続されている。
【００２４】
入力電流の検出の方法は、電流検出器６によって電流信号を検出して行い、更に電圧値に変換した後、Ａ／Ｄ変換器９においてディジタル信号に変換する。次に、ディジタル化された電圧値の信号をオフセット調整手段１１に入力する。また、ゼロクロス検出手段１０で電源電圧のゼロ点を検出し、オフセット調整手段１１はこのゼロ点とＡ／Ｄ変換器９の出力を利用してオフセット調整を行う。更に、オフセット調整手段１１にてオフセット調整された電流検出器６の出力に基づいて、スイッチ制御駆動回路１２はスイッチング素子５ａ、５ｂに対して適切なパルス信号を出力し、スイッチング素子５ａ、５ｂに流れる電流をオンオフすることで入力電流波形を制御する。
【００２５】
図２は、本発明の第１の実施の形態におけるオフセット調整手段１０の説明図を示すものである。電源電圧の正のサイクルにおいて、ゼロクロス検出手段１０の出力を基準として位相φ毎に入力電流値情報として入力電流値を電圧値に変換し、さらにディジタル化した入力電圧値を格納していき、格納された電圧値Ｖ１、Ｖ２、・・・、Ｖｋの中でもっとも大きいものをＶｍａｘとする。同様に、電源電圧の負のサイクルにおいても位相φ毎に入力電圧値を格納していき、もっとも小さい値となるＶｍｉｎを設定する。そして、正のサイクルと負のサイクルでそれぞれ求めたＶｍａｘおよびＶｍｉｎの値の平均値を算出し、該平均値を電流検出器６のオフセット値であるオフセット電圧としてスイッチ制御駆動回路１２に入力する。本オフセット調整は１周期毎に毎回行なうものであり、動作中も常にオフセット電圧を更新していくことでオフセット調整の精度をよくすることができる。
【００２６】
以上のように、本実施の形態における直流電源装置では、電流検出器６の出力のオフセット調整を行なうことで入力電流を正負対称にすることができるので、より正弦波に近づくこととなり入力力率を改善することができる。また、入力電流の正負サイクルのそれぞれの電流値情報の平均値を用いて電流検出器のオフセット補正を行なうことで、バラツキの大きい安価な電流検出器６を用いても入力力率が悪化しないので、電流検出器６の低コスト化が可能となる。このように、本発明の直流電源装置では、出力電圧を一定に保ち、かつ、入力力率の向上を図ることが可能できる。
【００２７】
なお、本実施の形態では電流検出器のオフセット調整を行なうにあたり、Ｖ１〜Ｖｋまでの値を検出してピーク値を求め、それらの平均値を取るものとしたが、電源電圧の正負それぞれのサイクルのピーク付近の値のみを用いることでもオフセット調整を行なうことが可能である。
【００２８】
この場合、上記のように位相φを電源電圧の０から１８０度まで細かく設定して電流値情報を格納してもよいが、電源電圧の９０度付近が入力電流値のピーク値となると考えて位相９０度付近における数点の電流値情報を格納してオフセット値を算出することもできる。そうすることで、０から１８０度までの電流値情報を格納しておかなければならないのに対して９０度付近を何点か格納しておけばよいので、メモリ容量を少なくすることができる。
【００２９】
（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態におけるオフセット調整手段１０の説明図を示すものである。図３は区間２が区間１と比べて入力電流の振幅が異なる例を示したものである。
【００３０】
区間２のように何らかの要因で正負の入力電流のピーク値が異なる場合には、当然算出した平均値は区間１と異なり、適切なオフセット値でなくなる。このため、入力電流が非対称になり、これらをスイッチング制御駆動回路へ入力して制御を行なった場合には、正確なスイッチング動作が行なわれないこととなる。
【００３１】
従って、本実施の形態では、１周期毎に更新したオフセット値であるオフセット電圧をそのまま使うのではなく、１周期前のオフセット電圧に基づき、新たに算出するオフセット電圧をフィルタ処理するものである。フィルタ処理は、１周期ごとに算出したオフセット電圧値を次周期まで保持し、次周期で得られたオフセット電圧値と比較をすることより行なう。このとき、該オフセット電圧値の差が設定値以上であれば、算出されたオフセット電圧は更新せず前周期におけるオフセット電圧値をスイッチング制御駆動回路１２に入力し、設定値よりも小さい場合にはオフセット電圧値を更新し、スイッチング制御駆動回路１２に入力する。
【００３２】
図３では、区間２と区間１においてそれぞれ算出されたオフセット電圧を比較した結果、その差が所定値よりも大きいと判断された場合を示している。区間３では、上述のフィルタ処理により、区間２で算出したオフセット電圧ではなく区間１で保持したオフセット電圧を利用することで、オフセット電圧のずれが補正されている。これにより、スイッチング制御の精度が上がり、入力電流が非対称になることを防ぐことができるので、入力力率の低減を最小限に抑えることができる。
【００３３】
以上のように、例えば電源電圧が変動等により入力電流に影響が出た場合、更新した値をそのまま使用したらオフセット電圧が大きくずれて入力電流が非対称になってしまうが、前回の値に基づきフィルタ補正をすることでオフセット電圧が大きくずれることは無く
なるので、入力力率が大幅に低減することは回避できる。
【００３４】
（実施の形態３）
実施の形態３では、図４に示すように、電流検出器６、もしくは電流検出器６近傍の温度検出手段１３を備え、電流検出器６のオフセット温度特性の補正を行なう。温度検出手段１３で検出した値に応じてさらにオフセット電圧の補正を行なうものであり、温度補正を行なうことでより精度よくオフセット調整を行なうことができる。なお、温度特性による補正値は温度検出手段１３で検出した値に応じてデータベースから補正値を読み出してもよく、またＯＰアンプ等を組み合わせてもよい。
【００３５】
さらに、入力電流のばらつき精度を良くすることで力率が改善するため、最大定格電流値を上げることが可能となる。したがって、全体の効率が向上するので現状よりさらに能力を上げることができ、大出力での高効率化が求められる空気調和機に利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上のように、本発明にかかる直流電源装置は、入力電流の正負サイクルのそれぞれの電流値の平均値に基づき電流検出器のオフセット調整を行なうことで、簡単な構成で入力力率の改善及び電流検出器の低コスト化が可能となるので、空気調和機や冷蔵庫をはじめ、洗濯機などの電化製品の直流電源装置として適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態１における直流電源装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１におけるオフセット調整手段の説明図
【図３】本発明の実施の形態２におけるオフセット調整手段の説明図
【図４】本発明の実施の形態３における直流電源装置の構成図
【図５】従来の直流電源装置（１石式）のブロック図
【図６】従来の直流電源装置における制御回路のブロック図
【図７】従来の直流電源装置（２石式）のブロック図
【符号の説明】
【００３８】
１  交流電源
２  リアクトル
３  フィルタコンデンサ
４  ブリッジ整流回路
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ  ダイオード
５ａ、５ｂ  スイッチング素子
６  電流検出器
７  平滑コンデンサ
８  負荷
９  Ａ／Ｄ変換器
１０  ゼロクロス検出手段
１１  オフセット調整手段
１２  スイッチング制御駆動回路
１３  温度検出及び温度補正手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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