(57)【要約】【課題】  電流リップルが小さい力率改善装置を実現する。【解決手段】  力率改善装置は、商用電源の交流を整流する整流回路（１０）と、互いに並列に接続され整流回路の出力をそれぞれ昇圧チョッピングする複数の昇圧チョッパ回路（１０１，１０２）と、複数の昇圧チョッパ回路の出力を平滑して負荷に供給するキャパシタ（Ｃ１）と、複数の昇圧チョッパ回路の入力電圧と入力電流およびキャパシタの出力電圧に基づいて複数の昇圧チョッパ回路を互いに異なる位相で動作するように制御する制御部（２０）とを具備する。【選択図】      図１
2006136046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源の交流を整流する整流回路と、
互いに並列に接続され前記整流回路の出力をそれぞれ昇圧チョッピングする複数の昇圧チョッパ回路と、
前記複数の昇圧チョッパ回路の出力を平滑して負荷に供給するキャパシタと、
前記複数の昇圧チョッパ回路の入力電圧と入力電流および前記キャパシタの出力電圧に基づいて前記複数の昇圧チョッパ回路を互いに異なる位相で動作するように制御する制御部と、
を具備することを特徴とする力率改善装置。
【請求項２】
前記複数の昇圧チョッパ回路の入力電流が個々の昇圧チョッパ回路ごとの入力電流である、
ことを特徴とする請求項１に記載の力率改善装置。
【請求項３】
前記複数の昇圧チョッパ回路の個数が２である、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の力率改善装置。
【請求項４】
前記制御部が前記２つの昇圧チョッパ回路を１／２周期の位相差で動作するように制御する、
ことを特徴とする請求項３に記載の力率改善装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、昇圧チョッパ回路を用いる力率改善装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の力率改善装置として、図９に示すようなものが知られている。同図に示すように、力率改善装置は、インダクタＬ１とスイッチング素子Ｑ１とダイオードＤ１をＴ型接続してなる昇圧チョッパ回路を有し、整流回路１で商用電源の交流を整流して得られる脈流を昇圧チョッパ回路で昇圧チョッピングし、その出力をキャパシタＣ１で平滑して負荷に供給するようになっている。昇圧チョッパ回路のスイッチング素子Ｑ１は制御部２によって制御される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
制御部２は、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２によって得られる昇圧チョッパ回路の入力電圧の検出値ｅａ、電流検出抵抗Ｒｏによって得られる昇圧チョッパ回路の入力電流の検出値ｅｃおよび分圧抵抗Ｒ３，Ｒ４によって得られるキャパシタＣ１の出力電圧の検出値ｅｂに基づく制御信号Ｇ１で、スイッチング素子Ｑ１を制御する。
【０００４】
制御部２は、誤差増幅器２０１で基準値Ｖｒｅｆと出力電圧検出値ｅｂとの差を増幅し、乗算器２０２で入力電圧検出値ｅａと誤差増幅出力Ｖｃとを乗算し、増幅器２０３で乗算器２０２の出力信号Ｖｍと入力電流検出値ｅｃとの差を増幅し、この増幅出力を比較器２０４で鋸歯状波発生器２０５の出力と比較することにより、パルス幅変調された制御信号Ｇ１を得ている。
【０００５】
この力率改善回路の各部の電圧・電流波形は図１０に示すようになる。すなわち、商用電源の電圧ｅ１は正弦波の交流であり、昇圧チョッパ回路の入力電圧│ｅ１│は正弦波を全波整流した脈流波形となる。
【０００６】
昇圧チョッパ回路の入力電流ｉｏは、正弦波を全波整流した脈流波形にリップルが重畳したものとなる。リップルが重畳しているものの、入力電流ｉｏは入力電圧│ｅ１│と位相が一致したものとなるので力率が改善される。
【０００７】
リップルはスイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数に対応した高周波成分であり、商用電源につながる他の機器に対してノイズとなるので、それを許容範囲まで低減するために商用電源側にラインフィルタ３が設けられる。
【０００８】
リップルを含む入力電流ｉｏを微視的に見れば、図１１に示すようになる。同図においてΔＩがリップルの振幅である。このリップルは、パルス幅変調信号Ｇ１によるスイッチング素子Ｑ１のオン・オフに伴い、オン時にスイッチング素子Ｑ１に流れる上昇電流ｉQ1と、オフ時にダイオードＤ１に流れる下降電流ｉD1によって生じる。
【特許文献１】特開２０００−３４１９５７号公報（第２−３頁、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
力率改善回路では、リップルまたはそれに起因するノイズをできるだけ小さくすることが求められる。リップル低減にはインダクタＬ１のインダクタンスを高めるのが効果的であり、ノイズ低減にはラインフィルタ３を強化すればよいが、いずれも部品寸法が大きくなるという問題がある。スイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数を高めてリップルの周波数を高めればラインフィルタ３の効きがよくなるが、反面でスイッチング素子Ｑ１のスイッチング損失が増加する。
【００１０】
また、電流のリップルは出力を平滑するキャパシタ素子の寿命に影響するので、複数のキャパシタ素子を並列に接続し、１個当たりの電流リップルが許容範囲に納まるようにしているが、大電力になるほど電流が増加するので対策の困難性が増す。
【００１１】
そこで、本発明の課題は、電流リップルが小さい力率改善装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するための請求項１に係る発明は、商用電源の交流を整流する整流回路と、互いに並列に接続され前記整流回路の出力をそれぞれ昇圧チョッピングする複数の昇圧チョッパ回路と、前記複数の昇圧チョッパ回路の出力を平滑して負荷に供給するキャパシタと、前記複数の昇圧チョッパ回路の入力電圧と入力電流および前記キャパシタの出力電圧に基づいて前記複数の昇圧チョッパ回路を互いに異なる位相で動作するように制御する制御部と、を具備することを特徴とする力率改善装置である。
【００１３】
上記の課題を解決するための請求項２に係る発明は、前記複数の昇圧チョッパ回路の入力電流が個々の昇圧チョッパ回路ごとの入力電流である、ことを特徴とする請求項１に記載の力率改善装置である。
【００１４】
上記の課題を解決するための請求項３に係る発明は、前記複数の昇圧チョッパ回路の個数が２である、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の力率改善装置である。
上記の課題を解決するための請求項４に係る発明は、前記制御部が前記２つの昇圧チョッパ回路を１／２周期の位相差で動作するように制御する、ことを特徴とする請求項３に記載の力率改善装置である。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る発明によれば、力率改善装置が、商用電源の交流を整流する整流回路と、互いに並列に接続され前記整流回路の出力をそれぞれ昇圧チョッピングする複数の昇圧チョッパ回路と、前記複数の昇圧チョッパ回路の出力を平滑して負荷に供給するキャパシタと、前記複数の昇圧チョッパ回路の入力電圧と入力電流および前記キャパシタの出力電圧に基づいて前記複数の昇圧チョッパ回路を互いに異なる位相で動作するように制御する制御部とを具備するので、電流リップルが小さい力率改善装置を実現することができる。
【００１６】
また、リップル周波数の上昇によりラインフィルタによる抑制が容易になる。また、キャパシタについてのリップル条件が緩和され、大電力化あるいは超寿命化への対応が容易になる。また、昇圧チョッパ回路の並列化も、回路素子の発熱の分散により大電力化および高信頼化に効果がある。
【００１７】
請求項２に係る発明によれば、前記複数の昇圧チョッパ回路の入力電流が個々の昇圧チョッパ回路ごとの入力電流であるので、個々の昇圧チョッパ回路単位で力率改善を行うことができる。
【００１８】
請求項３に係る発明によれば、前記複数の昇圧チョッパ回路の個数が２であるので、最小の並列数で電流リップルを小さくすることができる。
請求項４に係る発明によれば、前記制御部が前記２つの昇圧チョッパ回路を１／２周期の位相差で動作するように制御するので、２つの昇圧チョッパ回路における電流リップルの位相差が１／２周期となって合成の電流リップルが最小化される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、本発明は発明を実施するための最良の形態に限定されるものではない。図１に力率改善装置の一例の電気的構成を示す。本装置は発明を実施するための最良の形態の一例である。本装置の構成によって、力率改善装置に関する発明を実施するための最良の形態の一例が示される。
【００２０】
同図に示すように、本装置は、並列接続された２つの昇圧チョッパ回路１０１および１０２を有する。昇圧チョッパ回路１０１は、インダクタＬ１とスイッチング素子Ｑ１とダイオードＤ１をＴ型接続してなる。昇圧チョッパ回路１０２は、インダクタＬ２とスイッチング素子Ｑ２とダイオードＤ２をＴ型接続してなる。
【００２１】
本装置は、商用電源の交流を整流回路１０で整流して得られる脈流を、制御部２０による制御の下で、昇圧チョッパ回路１０１，１０２によりそれぞれ昇圧チョッピングし、それらの出力をキャパシタＣ１で平滑して負荷に供給するようになっている。商用電源の交流はラインフィルタ３０を通じて供給される。
【００２２】
整流回路１０は、本発明における整流回路の一例である。昇圧チョッパ回路１０１および１０２は、本発明における昇圧チョッパ回路の一例である。キャパシタＣ１は、本発明におけるキャパシタの一例である。制御部２０は、本発明における制御部の一例である。
【００２３】
制御部２０は、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２によって得られる昇圧チョッパ回路１０１，１０２の入力電圧の検出値ｅａ、電流検出抵抗Ｒｏによって得られる昇圧チョッパ回路１０１，１０２の入力電流の検出値ｅｃおよび分圧抵抗Ｒ３，Ｒ４によって得られるキャパシタＣ１の出力電圧の検出値ｅｂに基づく制御信号Ｇ１，Ｇ２で、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をそれぞれ制御する。
【００２４】
制御部２０は、図２に示すように、誤差増幅器２０１で基準値Ｖｒｅｆと出力電圧検出値ｅｂとの差を増幅し、乗算器２０２で入力電圧検出値ｅａと誤差増幅出力Ｖｃとを乗算し、増幅器２０３で乗算器２０２の出力信号Ｖｍと入力電流検出値ｅｃとの差を増幅し、この増幅出力を、比較器２１４，２２４で鋸歯状波発生器２１５，２２５の出力とそれぞれ比較することにより、パルス幅変調された制御信号Ｇ１，Ｇ２をそれぞれ得るようになっている。鋸歯状波発生器２１５，２２５の間には遅延回路２３０が設けられ、鋸歯状波発生器２１５，２２５の出力に位相差を生じさせるようになっている。
【００２５】
遅延回路２３０は、例えば図３に示すように、比較器２３２で、鋸歯状波発生器２１５の鋸歯状波を基準電圧Ｖｒの分圧抵抗Ｒ５，Ｒ６による分圧値Ｖｓと比較し、比較出力信号をキャパシタＣ２と抵抗Ｒ７にからなる微分回路で微分し、この微分出力信号で、鋸歯状波発生器２２５出力端に接続されたトランジスタＱ３を駆動するようになっている。
【００２６】
この遅延回路２３０の働きにより、図４に示すように、鋸歯状波発生器２１５の出力電圧（鋸歯状波１）が電圧Ｖｓを超えるタイミングＳごとに、鋸歯状波発生器２２５の出力電圧（鋸歯状波２）がリセットされる。これによって、鋸歯状波２の周期が鋸歯状波１と同一化されるとともに、位相が鋸歯状波１に対して遅延される。遅延量は電圧Ｖｓに対応する。電圧Ｖｓは遅延量が１／２周期となるように設定される。鋸歯状波１，２が１／２周期の位相差を持つことにより、制御部２０の制御信号Ｇ１，Ｇ２は、図５に示すように、１／２周期の位相差を持つパルス幅変調信号となる。
【００２７】
このような制御信号Ｇ１，Ｇ２によってそれぞれ制御される昇圧チョッパ回路１０１，１０２では、それらの入力電流ｉL1，ｉL2が、図６に示すように、１／２周期の位相差のリップルを持つものとなる。
【００２８】
これらリップルは、制御信号Ｇ１，Ｇ２によるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン・オフに伴い、オン時にスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に流れる上昇電流と、オフ時にダイオードＤ１，Ｄ２に流れる下降電流によって生じる。
【００２９】
入力電流ｉL1，ｉL2の和ｉｏが、昇圧チョッパ回路１０１，１０２全体としての入力電流となる。全入力電流ｉｏは、同図に示すように、個々の入力電流ｉL1，ｉL2に比べてリップルに振幅が小さくなり、かつ、周波数が２倍になる。これは、入力電流ｉL1，ｉL2のリップルが１／２周期の位相差を持つことにより、一方のリップルがリップル振幅の１／２より大きくなるとき、他方は必ずリップル振幅の１／２より小さくなるからである。
【００３０】
この力率改善回路の各部の電圧・電流波形は図１０に示したものと同じになる。すなわち、商用電源の電圧ｅ１は正弦波の交流であり、昇圧チョッパ回路の入力電圧│ｅ１│は正弦波を全波整流した脈流波形となる。昇圧チョッパ回路の入力電流ｉｏは、正弦波を全波整流した脈流波形にリップルが重畳したものとなる。リップルが重畳しているものの、入力電流ｉｏは入力電圧│ｅ１│と位相が一致したものとなるので力率が改善される。
【００３１】
本装置は、図９の従来例に比べてリップルが約１／２に減少した力率改善装置となる。したがって、昇圧チョッパ回路１０１，１０２のインダクタＬ１，Ｌ２のインダクタンスをそれほど大きくしなくても十分なノイズ低減が可能である。また、リップルの振幅が低減しかつ周波数が２倍になるので、ラインフィルタ３０をそれほど強力なものにしなくても、十分なノイズ低減が可能である。なお、スイッチング周波数は変えないので、リップル周波数が２倍になるといってもスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング損失が増加することはない。
【００３２】
また、制御信号Ｇ１，Ｇ２の位相差が１／２周期であるので、キャパシタＣ１の充電は、図６に示すように、１周期につき２度ずつ行われる。このため、１回当たりの充電電流が図９の従来例の半分になる。したがって、キャパシタＣ１についてのリップル条件が緩和され、大電力化あるいは超寿命化への対応が容易になる。また、昇圧チョッパ回路１０１，１０２の並列化も、回路素子の発熱の分散により大電力化および高信頼化に効果がある。
【００３３】
昇圧チョッパ回路の並列数は２つに限らず、それ以上としてもよい。昇圧チョッパ回路の並列数を一般的にｎ（２以上の整数）とした場合は、複数の昇圧チョッパ回路間の動作の位相差を１／ｎ周期ずつとする。これによって、リップルの周波数は昇圧チョッパ回路が１つのときのｎ倍に高まる。
【００３４】
なお、複数の昇圧チョッパ回路間の動作の位相差は、１／ｎ周期に限らず適宜の位相差としてよい。したがって、ｎ＝２のときでも位相差は１／２周期に限らずそれ以外の位相差としてもよい。ただし、ｎ＝２のときの１／２周期の位相差はリップルを最小化する点で好ましい。また、ｎ＝２とすることにより最小の並列数でリップル低減が可能である。
【００３５】
図７に力率改善装置の他の例の電気的構成を示す。本装置は発明を実施するための最良の形態の一例である。本装置の構成によって、力率改善装置に関する発明を実施するための最良の形態の一例が示される。
【００３６】
図７では、図１に示したものと同様な部分は同一の符号を付して説明を省略する。この例では、２つの昇圧チョッパ回路１０１’，１０２’が電流検出回路４１，４２をそれぞれ有し、これら電流検出回路４１，４２による電流検出値ｅc1，ｅc2が制御部２０’への入力となっている。制御部２０’には、また、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２による入力電圧検出値ｅａおよび分圧抵抗Ｒ３，Ｒ４による出力電圧検出値ｅｂも入力される。
【００３７】
制御部２０’の構成を図８に示す。図８では図２に示したものと同様な部分は同一の符号を付して説明を省略する。制御部２０’では、乗算器２０２の出力信号Ｖｍと電流検出値ｅc1との差が増幅器２１３で増幅され、その出力信号が比較器２１４で鋸歯状波発生器２１５の出力信号と比較されて制御信号Ｇ１が形成される。また、乗算器２０２の出力信号Ｖｍと電流検出値ｅc2との差が増幅器２２３で増幅され、その出力信号が比較器２２４で鋸歯状波発生器２２５の出力信号と比較されて制御信号Ｇ２が形成される。
【００３８】
これによって、昇圧チョッパ回路１０１’，１０２’は、それぞれの回路における入力電流に基づいて個々に制御される。このため、本装置は、昇圧チョッパ回路１０１’，１０２’間での回路素子の特性のバラツキ等に影響されることなく、両回路間のバランスがとれた動作を行うことができる。この例でも昇圧チョッパ回路は２つに限らずそれ以上としてもよいのはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明を実施するための最良の形態の一例の力率改善装置の電気的構成を示す図である。
【図２】制御部の電気的構成を示す図である。
【図３】遅延回路の電気的構成を示す図である。
【図４】鋸歯状波発生器の出力信号を示す図である。
【図５】鋸歯状波と制御信号の関係を示す図である。
【図６】制御信号と電流のリップルの関係を示す図である。
【図７】本発明を実施するための最良の形態の他の例の力率改善装置の電気的構成
【図８】制御部の電気的構成を示す図である。
【図９】力率改善装置の従来例の電気的構成を示す図である。
【図１０】力率改善装置の電圧波形および電流波形を示す図である。
【図１１】制御信号と電流のリップルの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  整流回路
２０  制御部
３０  ラインフィルタ
１０１，１０２  昇圧チョッパ回路
Ｌ１，Ｌ２  インダクタ
Ｑ１，Ｑ２  スイッチング素子
Ｄ１，Ｄ２  ダイオード
Ｃ１  キャパシタ
Ｒ１，Ｒ２  分圧抵抗
Ｒ３，Ｒ４  分圧抵抗
Ｒ０  電流検出抵抗
２０１  誤差増幅器
２０２  乗算器
２０３  増幅器
２１４，２２４  比較器
２１５，２２５  鋸歯状波発生器
２４０  遅延回路
【図１】
2006136046.tif 000003
【図２】
2006136046.tif 000004
【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】
2006136046.tif 000009
【図８】
2006136046.tif 000010
【図９】
2006136046.tif 000011
【図１０】
2006136046.tif 000012
【図１１】
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