(57)【要約】【課題】  負荷への供給電圧を任意に変更可能であり、電圧調整の特性を容易にコントロールできる小型の電力安定化装置を得る。【解決手段】  交流電源１と負荷２の間の系統に、交流電源１及び負荷２と直列にインバータ回路３ａ及びコンデンサ４を接続し、交流電源１の電圧が所定の値から逸脱するときは、コンデンサ４の電圧が正負逆方向又は同方向に系統に印加されるようにインバータ回路３を制御して、負荷２にかかる電圧を所定の値に保持するようにし、また、コンデンサ４と系統との間に電力変換回路５ａを設けて、上記動作によりコンデンサ４に系統から電力が流出入する電力を、系統に回生又は系統から充電する様に電力変換回路５ａを制御して、コンデンサ４の電圧を所定の値に保持するようした。【選択図】          図１
2006033984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と負荷のあいだの系統に上記交流電源及び上記負荷に対して直列に接続されるインバータ回路、該インバータ回路に並列に接続される第１のコンデンサ、該第１のコンデンサと上記系統とを接続する電力変換回路、上記交流電源の電圧が所定の値より大きいときは上記交流電源と正負逆方向に、また上記交流電源の電圧が所定の値より小さいときは上記交流電源と正負同方向に、上記第１のコンデンサの電圧が上記系統に印加されるように上記インバータ回路を制御する第１の制御部、及び上記第１のコンデンサに上記系統から流入する電力を上記系統に回生し、また上記第１のコンデンサから上記系統に流出する電力を上記系統から充電するように、上記電力変換回路を制御する第２の制御部を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
電力変換回路は、第１のコンデンサに接続される第１のスイッチ、該第１のスイッチと上記第１のコンデンサとを接続するインダクタ、上記第１のスイッチと上記インダクタの中間点に接続される第２のスイッチ、及び該第２のスイッチと系統とを接続する第３のスイッチからなることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
電力変換回路は、第１のコンデンサに接続される第１のスイッチ、該第１のスイッチと上記第１のコンデンサとを接続するインダクタ、該インダクタと上記第１のスイッチの中間点に接続される第４のスイッチ、該第４のスイッチと上記インダクタを接続する第２のコンデンサ、該第２のコンデンサと上記第４のスイッチの中間点に接続される第２のスイッチ、及び該第２のスイッチと系統とを接続する第３のスイッチからなることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項４】
交流電源と負荷のあいだの系統に上記交流電源及び上記負荷に対して直列に接続されるインバータ回路、該インバータ回路に並列に接続される第１のコンデンサ、該第１のコンデンサと上記系統とを接続する電力変換回路、上記交流電源の電圧が所定の値より大きいときは上記交流電源と正負逆方向に、上記第１のコンデンサの電圧が上記系統に印加されるように、上記インバータ回路を制御する第１の制御部、及び上記第１のコンデンサに上記系統から流入する電力を上記系統に回生するように、上記電力変換回路を制御する第２の制御部を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項５】
交流電源と負荷のあいだの系統に上記交流電源及び上記負荷に対して直列に接続されるインバータ回路、該インバータ回路に並列に接続される第１のコンデンサ、該第１のコンデンサと上記系統とを接続する電力変換回路、上記交流電源の電圧が所定の値より小さいときは上記交流電源と正負同方向に、上記第１のコンデンサの電圧が上記系統に印加されるように、上記インバータ回路を制御する第１の制御部、及び上記第１のコンデンサから上記系統に流出する電力を上記系統から充電するように、上記電力変換回路を制御する第２の制御部を備えたことを特徴とする電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、交流電源から系統に供給される電力の電圧を増減して、所定の電圧により負荷に電力を供給するための電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電源装置は、例えば、常時はトランスの主巻き線を短絡して、部分巻き線を通して系統から負荷に電力を供給することで、電圧を低下させずに系統電圧をほぼそのまま負荷に供給するが、節電を行いたい場合は、トランスを本来の単巻きトランスとして利用して、系統電圧を降圧させた上で負荷に供給することで、系統電圧より低い電圧を負荷に供給するので、負荷での消費電力が低下する節電の効果を得るように構成されていた。（例えば特許文献１参照）
【０００３】
また、例えば、スイッチからなる３相ブリッジ回路及びコンデンサを交流電源と負荷に対して並列に接続し、また、それら３相ブリッジ回路及びコンデンサと交流電源と負荷の間にそれぞれリアクトルを直列に挿入して、３相ブリッジ回路をＰＷＭ制御することで、変圧器を用いることなく負荷に０Ｖから入力より高い電圧まで連続的に無瞬断で供給することができるように構成されていた。（例えば特許文献２参照）
【０００４】
【特許文献１】特開平７‐６７２５４号公報（第２頁、図１）
【特許文献２】特開平１０‐４２５５９号公報（第３及び５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の電源装置は、特許文献１のような構成ではトランスを用いるために装置が大型となってしまう他、負荷への供給電圧を任意に変えられないため、電圧調整の特性をコントロールしにくいという課題があり、特許文献２の構成にではトランスは不要となり、また、電圧調整も連続的に可能となるが、この構成においても、交流電源と負荷に対して並列にブリッジ回路及びコンデンサを接続するので、ブリッジ回路を構成するスイッチ等が交流電源の電圧に相当する高い電圧に対応することが必要であるという課題が有った。
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、低い電圧で動作して、負荷への供給電圧を任意に変更して所定の電圧に調整可能な小型の電源装置を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の電源装置は、交流電源と負荷のあいだの系統に、交流電源と負荷に対して直列にインバータ回路及びコンデンサを接続し、交流電源の電圧が所定の値より大きいときは交流電源と正負逆方向に、また交流電源の電圧が所定の値より小さいときは交流電源と正負同方向に、コンデンサの電圧が系統に印加されるようにインバータ回路を制御する第１の制御部を設けて、負荷に印加される電圧を所定の値に保持するようにしたものである。またこのとき、コンデンサには系統から電力が流入し、またはコンデンサから系統に電力が流出するが、コンデンサと系統の間に電力変換回路を接続し、コンデンサに電力が流入するときはその電力を系統に回生し、またコンデンサから電力が流出するときはその電力を系統から充電するように電力変換回路を制御する第２の制御部を設けて、コンデンサの電圧を所定の値に保持するようしたものである。
【０００７】
あるいは、交流電源と負荷のあいだの系統に、交流電源と負荷に対して直列にインバータ回路及びコンデンサを接続し、交流電源の電圧が所定の値より大きいときは、交流電源と正負逆方向にコンデンサの電圧が系統に印加されるようにインバータ回路を制御する第１の制御部を設けて、負荷に印加される電圧を所定の値に保持するようにし、このとき、コンデンサに系統から流入する電力について、コンデンサと系統の間に電力変換回路を接続し、上記電力を系統に回生するように電力変換回路を制御する第２の制御部を設けて、コンデンサの電圧を所定の値に保持するようしたものである。
【０００８】
あるいは、交流電源と負荷のあいだの系統に、交流電源と負荷に対して直列にインバータ回路及びコンデンサを接続し、交流電源の電圧が所定の値より小さいときは、交流電源と正負同方向にコンデンサの電圧が系統に印加されるようにインバータ回路を制御する第１の制御部を設けて、負荷に印加される電圧を所定の値に保持するようにし、このとき、コンデンサから系統に流出する電力について、コンデンサと系統の間に電力変換回路を接続し、上記電力を系統から充電するように電力変換回路を制御する第２の制御部を設けて、コンデンサの電圧を所定の値に保持するようしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
従来必要であったトランス等が不要となって装置の小型化が図れ、かつ負荷への供給電圧が任意に変更可能となった上で、スイッチの切り替えは交流電源の電圧が正負逆転する毎に１度ずつで良く低周波での動作であり、インバータ回路にかかる電圧も交流電源の電圧を所定の負荷電圧に調整するための差分に相当する低い電圧であるため、スイッチングロスが小さく、低電圧の素子を使用できる上、導通時の電圧も小さくできるので、効率よく系統と電力をやりとりすることができる。
さらには、交流電源の電圧が所定の値より高いとき、又は所定の値より低いときそれぞれにおいて有効となる様な、より簡単な構成の電源装置を得ることもでき、更なる小型化、低コスト化も可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明に係る電源装置の実施の形態１の概略回路構成を示す回路図である。交流電源１と負荷２との間に、系統に電圧を印加して負荷にかかる電圧の調整を行うインバータ回路の一例としてフルブリッジ型のインバータ回路３ａが直列に接続される。このインバータ回路３ａは、例えばＭＯＳＦＥＴを用いるスイッチ３１１から３４１、及びそれらスイッチの逆並列ダイオード３１２から３４２で構成される。
【００１１】
また、インバータ回路３ａに並列に、系統に印加される電圧の電圧源となる第１のコンデンサであるコンデンサ４が接続され、このコンデンサ４は系統との電力のやり取りを制御する電力変換回路５ａを介して系統に接続される。
この電力変換回路５ａにおいて、第１のスイッチであるスイッチ５１１及びインダクタ５２がコンデンサ４に並列に接続され、このインダクタ５２はコンデンサ４に蓄えられる電力の系統への回生、または系統からの取り込みの際の電流が経由するものであり、スイッチ５１１はそのインダクタ５２とコンデンサ４との間の電流を制御するものである。
【００１２】
それらスイッチ５１１及びインダクタ５２の中間点は、第２のスイッチであるスイッチ５３１及び第３のスイッチであるスイッチ５４１を介して系統に接続され、これらスイッチ５３１及び５４１は、この電力変換回路５ａと系統との電力のやり取りを制御するものである。
【００１３】
なお、スイッチ５１１、５３１及び５４１には、それぞれ逆並列ダイオード５１２、５３２及び５４２が接続される。
また、電力変換回路５ａと系統との間の電流を平滑化するコンデンサ６が、交流電源１に並列に系統に接続される。
【００１４】
ここで、系統電圧をＶ0、負荷電圧をＶL、インバータ回路の電圧をＶxとすると、それらの間の関係はＶ0＝Ｖx＋ＶLとなる。この関係に基づき、Ｖxを調整してＶ0の大きさを加減して、所定の大きさのＶLを得るのであるが、一般にＶ0の定格値からの変動は±１０％程度であるので、Ｖ0からＶLへの変化の比率は高々２０％程度であり、Ｖx、すなわちインバータ回路の電圧の設定も最大でその程度となる。したがって、交流電源１の電圧に比べて小さな電圧を制御することで、所定の電圧調整ができることになる。
また、コンデンサ４には、あらかじめＶ0よりも低い所定の電圧ＶC1が充電されるものとする。
【００１５】
次に、減電圧を行うモード（以下、減電圧モードと称する）での動作について説明する。図２は、この実施の形態１の減電圧モードでの動作を示す動作チャート図である。（ａ）から（ｅ）にそれぞれ系統電圧Ｖ0、負荷電圧ＶL、インバータ回路３ａの出力電圧ＶX、インダクタ５２の電流ｉL1及び電力変換回路５ａから系統への電流ｉXの変化を示す。
【００１６】
スイッチ３１１及び３３１が入りでスイッチ３２１及び３４１が切りの区間（Ｘ）では、ＶXはゼロとなっているが、この状態から、Ｖ0が正の時間の電圧瞬時値が高い領域の区間（Ｙ）でスイッチ３３１を切りにしてスイッチ３４１を入りとする、すなわちスイッチ３１１及び３４１を入りとすると、ＶX＝ＶC1となりＶL＝Ｖ0−ＶC1となる。
同様に、Ｖ0が負の時間の電圧瞬時値が低い領域の区間（Ｚ）では、スイッチ３１１を切りにしてスイッチ３２１を入りとする、すなわちスイッチ３２１及び３３１を入りとすることでＶL＝Ｖ0＋ＶC1となる。
【００１７】
上記動作により、ＶLの波形はピーク値を含む区間（Ｙ）及び（Ｚ）の部分が、ＶC1に相当する量だけＶ0から落ち込んだ波形となるので、正弦波の波高値が低下し、結果的にＶLの実効値も低下する。それにより負荷での消費電力も低下するので、減電圧モードでは節電の効果が得られる。
【００１８】
これらの区間（Ｙ）及び（Ｚ）では、コンデンサ４へ、インバータ回路３ａを経由して系統から電流が入り込むので、ＶC1を一定値に抑えてＶLを所定の値に維持するためには、コンデンサ４に蓄えられた電力を系統側に戻す必要がある。コンデンサ４に蓄えられた電力は、以下の動作により電力変換回路５ａを介して系統に戻る。
【００１９】
まず、減電圧モードでは全域でスイッチ５４１を入り、スイッチ５３１を切りとしておく。このとき、スイッチ５１１が切りの区間（Ａ）ではｉL1はゼロであるが、区間（Ｂ）でスイッチ５１１を入りとするとｉL1が増加する。次に、区間（Ｃ）でスイッチ５１１を切りにすると、ｉL1は逆並列ダイオード５３２及びスイッチ５４１を経由して系統に戻り、さらにコンデンサ６、スイッチ３４１及びコンデンサ４を通ってインダクタ５２の一端に戻る。
【００２０】
このループが構成されることでインダクタ５２の電流がコンデンサ６に蓄えられ、コンデンサ６の系統に電力が回生される。次に、区間(Ｃ)でインダクタ５２の電流が全て流れ出す前に、スイッチ５１１を入りにすると図の区間(Ｄ)に示したようにｉL1は０にならない状態から増加を始める。以降も同様にこのサイクルを繰り返すことで、コンデンサ４に流入する電力を系統に戻すことができるので、減電圧モードで充電されたコンデンサ４の電力の系統への回生が実現できる。
【００２１】
なお、この動作のときｉXは短冊状の電流となるが、コンデンサ６は、その電流を平滑化して系統に戻す作用を持つ。
なお、電力変換回路５ａを介することで、コンデンサ４から昇圧して系統に電力を送ることができるので、Ｖ0がＶC1より高い領域でも電力の回生が可能となっている。
【００２２】
次に、増電圧を行うモード（以下、増電圧モードと称する）での動作について説明する。図３は、この実施の形態１の増電圧モードでの動作を示す動作チャート図である。図２と同様、（ａ）から（ｅ）にそれぞれ系統電圧Ｖ0、負荷電圧ＶL、インバータ回路３ａの出力電圧ＶX、インダクタ５２の電流ｉL1及びコンデンサ４に流れ込む電流ｉC1を示す。
【００２３】
スイッチ３１１及び３３１が入りでスイッチ３２１及び３４１が切りの区間（Ｘ）では、ＶXはゼロとなっているが、Ｖ0が正の時間で電圧瞬時値が高い領域区間（Ｙ）でスイッチ３１１を切りにしてスイッチ３２１を入りにする、すなわちスイッチ３２１及び３３１を入りとすると、ＶX＝−ＶC1となりＶL＝Ｖ0＋ＶC1となる。
同様に、Ｖ0が負の時間の電圧瞬時値が低い領域の区間（Ｚ）では、スイッチ３３１を切りとしてスイッチ３４１を入りとする、すなわちスイッチ３１１及び３４１を入りとすることでＶL＝Ｖ0−ＶC1となる。
【００２４】
上記動作により、ＶLの波形はピーク値を含む区間（Ｙ）及び（Ｚ）の部分が、ＶC1に相当する量だけＶ0から増加した波形となるので、正弦波の波高値が増加し、結果的にＶLの実効値も増加する。この動作はＶ0が定格値より低下した場合などに有効である。
【００２５】
これらの区間（Ｙ）及び（Ｚ）では、コンデンサ４から、インバータ回路３ａを通して電流が系統に流れ出すため、ＶC1を一定値に保ってＶLを所定の値に維持するためには、コンデンサ４に系統側から電力を充電してやる必要がある。コンデンサ４には、以下の動作で系統から電力が充電される。
【００２６】
まず、増電圧モードでは全域でスイッチ５４１及び５１１を切りとしておく。このとき、スイッチ５３１が切りの区間（Ａ）ではｉL1はゼロであるが、区間（Ｂ）でスイッチ５３１を入りとすると、電圧の高い系統から電力変換回路５ａに電流が流れ込みｉL1が負の方向に増加する。次に、区間（Ｃ）でスイッチ５３１を切りにすると、ｉL1はコンデンサ４及び逆並列ダイオード５１２により構成される回路を通って、コンデンサ４に電流ｉC1が流れ込んでコンデンサ４を充電する。区間(Ｄ)以降も同様にこのサイクルを繰り返すことで、コンデンサ４から流出した電力に相当する電力を系統から充電できるため、増電圧モードを継続できる。
なお、この動作のとき、ｉXは短冊状の電流となるが、コンデンサ６は系統の電流を平滑化する作用を持つ。
【００２７】
次に、この実施の形態１の制御方法について説明する。図４は、この実施の形態１の制御回路の概略構成を示す構成図である。
図４において、第１の制御部である制御部８には、Ｖ0及びＶLの計測値が入力される。制御部８は、ＶC1の目標値とＶ0及びＶLの計測値を、第２の制御部である制御部９ａに出力する。制御部９ａにはこの他に、ＶC1の計測値が入力される。
また、制御部８からは、スイッチ３１１から３４１にそれぞれゲート信号が出力され、制御部９ａからはスイッチ５１１、５３１及び５４１にそれぞれゲート信号が出力される。
【００２８】
まず、減電圧モードの制御方法について説明する。図５は、Ｖ0の変化と制御の概要を示す図である。（ａ）は減電圧モードでのＶ0の波形による動作を説明するものである。また、（ｂ）は減電圧モードでの制御の概要を示し、制御部８の比較演算部１０ａが、ＶLの計測値と負荷目標電圧値を入力としてＶC1の目標値を出力し、制御部９ａの比較演算部１１ａが、ＶC1の目標値及びＶC1の計測値を入力としてスイッチ５１１、５３１及び５４１の制御内容を出力し、変換部１２ａは比較演算部１１ａの出力を入力としてＰＷＭ変換してゲート信号を出力する。
【００２９】
図５（ａ）に示したように、Ｖ0のピーク値が所定の補正しきい値を超えたら減電圧モードに入り、減電圧補正信号のフラグがＨとなる。
この減電圧モードになる前、すなわち定常状態ではスイッチ３１１及び３３１を入りとしスイッチ３２１及び３４１を切りとしておく。この状態ではＶX＝０であり、ＶL＝Ｖ0である。そして、減電圧補正信号のフラグがＨの期間は、制御部８が所定の周期でスイッチ３１１から３４１の各スイッチの入り、切りを切り替えることでＶLの減電圧を実現する。
【００３０】
その切り替えは、Ｖ0が正のときのピーク値を含む所定の期間、すなわち図３の区間(Ｙ)でスイッチ３１１及び３４１を入りとし、負のときのピーク値を含む所定の期間、すなわち図３の区間(Ｚ)でスイッチ３２１及び３３１を入りとするようにする。
なお、この所定の周期及び期間はあらかじめ定めておく以外に、計測したＶ0の変動周期等から決定することもできる。
【００３１】
減電圧モードではＶLを低下させるが、低下しすぎると負荷の動作に影響を与えてしまうので、負荷電圧目標値を定め、ＶLがその値になるようＶC1を制御する。
減電圧モードに入ったとき、図５（ｂ）に示すように、比較演算部１０ａにおいてＶLと負荷電圧目標値を比較し、その結果に応じてＶC1の目標値を変化させる。つまり、ＶLが負荷電圧目標値より小さい場合にはＶC1の目標値が小さくなるように、ＶLが負荷電圧目標値より大きい場合にはＶC1の目標値が大きくなるように設定する。
【００３２】
このＶC1の調整は、減電圧モードではコンデンサ４に蓄えられた電力の系統への回生動作を調整することで行う。コンデンサ４に蓄えられた電力の系統への回生動作は、制御部９ａがスイッチ５１１、５３１及び５４１の制御を行うことにより実施する。このうち、比較演算部１１ａ及び変換部１２ａにおいて、ＶC1が目標値に一致するようにスイッチ５１１のゲートの時比率を調整する。つまり、ＶC1が目標値より小さければＰＷＭ出力の時比率が小さくなるように、ＶC1が目標値より大きければＰＷＭ出力の時比率が大きくなるようにする。その結果、ＶLを負荷電圧目標値どおりに制御できる。
【００３３】
次に、増電圧モードの場合の制御方法について説明する。図５（ｃ）は増電圧モードでのＶ0の波形による動作を説明するものである。また、図５（ｄ）は増電圧モードでの制御の概要を示し、制御部８の比較演算部１０ｂが、ＶLの計測値と負荷目標電圧値を入力としてＶC1の目標値を出力し、制御部９ａの比較演算部１１ｂがＶC1の目標値及びＶC1の計測値からスイッチ５１１、５３１及び５４１の制御内容を出力し、変換部１２ｂが比較演算部１１ｂの出力を入力としてＰＷＭ変換してゲート信号を出力する。
【００３４】
図５（ｃ）に示したように、Ｖ0のピーク値が所定の補正しきい値を下回ったら増電圧モードに入り、増電圧補正信号のフラグがＨとなる。
減電圧モードと同様、この増電圧モードになる前、すなわち定常状態ではスイッチ３１１及び３３１は入りとしておく。そして、増電圧補正信号のフラグがＨの期間は、制御部８が所定の周期でスイッチ３１１から３４１の各スイッチの入り、切りを切り替えることでＶLの増電圧を実現する。
【００３５】
なお、減電圧モードでは、Ｖ0が正のときにスイッチ３１１及び３４１を入りとし、負のときにスイッチ３２１及び３３１を入りとしたが、この増電圧モードでは、Ｖ0が正のとき、すなわち図４の区間(Ｙ)ではスイッチ３２１及び３３１を入りとし、負のとき、すなわち図４の区間(Ｚ)でスイッチ３１１及び３４１を入りとする様に切り替える。
【００３６】
増電圧モードについても、ＶLが増加しすぎると負荷の動作に影響を与えてしまうので、減電圧モードと同様にＶLが負荷電圧目標値になるようＶC1を制御する。
このＶC1の調整は、この増電圧モードでは、コンデンサ４への系統からの電力の取り込み動作を調整することで行う。コンデンサ４への系統からの電力の取り込み動作は、制御部９ａがスイッチ５１１、５３１及び５４１の制御を行うことにより実施する。このうち、比較演算部１１ｂ及び変換部１２ｂにおいて、スイッチ５３１のゲートの時比率すなわちＰＷＭ出力の時比率を調整する。つまり、ＶC1が目標値より小さければＰＷＭ出力の時比率が大きくなるように、ＶC1が目標値より大きければＰＷＭ出力の時比率が小さくなるようにすることで、ＶLを負荷電圧目標値どおりに制御できる。
【００３７】
なお、増電圧モードと減電圧モードのいずれにおいても、スイッチ５１１又はスイッチ５３１の切り替えによって系統との電力のやり取りを行う期間を長くすると、ｉL1を小さくできるのでインダクタ５２を小型にでき、また、スイッチ５１１、５３１又は５４１での損失を小さくできる。
【００３８】
次に、減電圧モード及び増電圧モードでのＶLの波形について説明する。図６は、各モードにおけるＶLの波形の例を示す波形図である。（ａ）から（ｄ）は減電圧モードの場合、（ｅ）から（ｈ）は増電圧モードの場合について、それぞれ半サイクル分を示している。
【００３９】
各例において、点線は負荷電圧目標値の電圧波形を示している。実線については、（ａ）ではＶ0が定格の電圧より増加したときの波形を示し、（ｂ）から（ｄ）では、（ａ）の条件において減電圧モードでの動作を行ったときのＶLの波形を示している。また、（ｅ）ではＶ0が定格の電圧より低下したときの波形を示し、（ｆ）から（ｈ）では、（ｅ）の条件において増電圧モードでの動作を行ったときのＶLの波形を示している。
【００４０】
（ｂ）及び（ｆ）では、半サイクルの全域にわたって、ＶC1に相当する量だけＶ0から増減させてＶLの波形を変形させている。これに対して、（ｃ）、（ｄ）、（ｇ）及び（ｈ）では、半サイクルの一部の期間で、ＶC1に相当する量だけＶ0から増減してＶLの波形を変化させている。
【００４１】
これらのうち、（ｂ）、（ｃ）、（ｆ）及び（ｇ）は、負荷電圧目標値の電圧とＶLのピーク値が一致するように電圧を補正したものであり、電圧のピーク値に依存して負荷電力が変わりやすい負荷に適した補正方法である。このうち、全域において補正を行う（ｂ）及び（ｆ）に比べて、一部の期間のみ補正を行う（ｃ）及び（ｇ）の波形では、ゼロ点付近の波形の繋がりが非常にスムースになるため、放電点灯装置などの、ゼロ点で不安定性を引き起こす負荷などに対して適している。一方、（ｂ）及び（ｆ）の波形はゼロ点付近以外ではスムースであり、波形の連続性を求める負荷などに適している。
【００４２】
また、（ｄ）及び（ｈ）は、波形の実効値が負荷電圧目標値のものと一致するように補正したものであるが、実効電圧に依存して電力などが変わる負荷に対して適している。
【００４３】
実施の形態２．
次に、実施の形態１に比べて、系統との電力のやり取りに係る電流ｉXがより滑らかな実施の形態について説明する。図７は、この実施の形態２の概略回路構成を示す回路図である。系統と負荷との間に直列にインバータ回路３ａが接続され、そのインバータ回路３ａに並列に接続されるコンデンサ４が、電力変換回路５ｂを介して系統に接続されることは実施の形態１と同様であり、電力変換回路５ｂの構成が異なる。
【００４４】
電力変換回路５ｂにおいて、スイッチ５１１及びインダクタ５２がコンデンサ４に並列に接続され、このインダクタ５２は、コンデンサ４に蓄えられる電力の系統への回生、または系統からの取り込みの際の電流が経由するものであり、スイッチ５１１は、インダクタ５２とコンデンサ４との間の電流を制御するものである。
【００４５】
また、スイッチ５５１及び第２のコンデンサであるコンデンサ５６がインダクタ５２に並列に接続され、このコンデンサ５６は、インダクタ５２を介してコンデンサ４に流入又は流出する電力を一旦蓄えるものであり、スイッチ５５１はインダクタ５２とコンデンサ５６との間の電流を制御するものである。
【００４６】
これらスイッチ５５１及びコンデンサ５６の中間点は、電力変換回路５ｂと系統との電力のやり取りを制御するスイッチ５３１及び５４１を介して系統に接続される。
なお、スイッチ５１１、５３１、５４１及び５５１には、それぞれ逆並列ダイオード５１２、５３２、５４２及び５５２が接続される。
【００４７】
また、スイッチ５５１及びコンデンサ５６の中間点とスイッチ５３１のあいだには、電力変換回路５ｂと系統との間の電流の大きさを調整するための抵抗７が、直列に接続される。
【００４８】
この実施の形態２の動作は、インバータ回路３ａの動作により、ＶC1に相当する大きさだけＶ0から増減してＶLを得ることは、実施の形態１と同様であるが、ＶC1を一定に保つために電力変換回路５ｂを通して系統との間で電力のやり取りを行う動作が異なる。
【００４９】
まず、減電圧モードでの動作について説明する。図８は、この実施の形態２の減電圧の動作を示す動作チャート図である。（ａ）から（ｅ）にそれぞれ系統電圧Ｖ0、負荷電圧ＶL、インバータ回路３ａの出力電圧ＶX、電力変換回路５ｂから系統への電流ｉX及びインダクタ５２の電流ｉL1を示す。
【００５０】
減電圧を行うとき、コンデンサ４の電力は以下の動作で系統に戻る。
全域でスイッチ５３１及び５５１を切りにしておき、スイッチ５１１の入り、切りを切り替えることにより、（ｅ）に示すようにインダクタ５２に電流ｉL1が流れ、コンデンサ４に蓄えられた電力がコンデンサ５６に移行する。そして、Ｖ0が正の期間の一部の区間（ｙ）にスイッチ５４１を入りとすると、抵抗７及び逆並列ダイオード５３２を経由して、（ｄ）に示すように系統に電流ｉXが流れ込む。なお、このスイッチ５４１が入りの期間、すなわち区間(ｙ)の間にスイッチ３１１及び３４１が入りになると、その期間、すなわち区間（Ｙ）では抵抗７にかかる電圧が増加するから、ｉXはその期間中は増加する。
以上のとおり、ｉXが系統に流入することで、インダクタ５２及びコンデンサ５６を経由して、コンデンサ４に蓄えられた電力を系統に回生することができる。
【００５１】
次に、増電圧の動作について説明する。図９はこの実施の形態１の増電圧の動作を示す動作チャート図である。図８と同様、（ａ）から（ｅ）にそれぞれ系統電圧Ｖ0、負荷電圧ＶL、インバータ回路３ａの出力電圧ＶX、電力変換回路５ｂから系統への電流ｉX及びインダクタ５２の電流ｉL1を示す。
【００５２】
増電圧を行うとき、コンデンサ４には以下の動作で系統から電力が充電される。
全域でスイッチ５１１及び５４１を切りにしておき、スイッチ５５１の入り、切りを切り替えることにより、インダクタ５２に電流ｉL1が流れ、コンデンサ５６に蓄えられた電力がコンデンサ４に移行する。そして、Ｖ0が正の期間の一部の区間（ｙ）にスイッチ５３１を入りとすると、抵抗７及び逆並列ダイオード５４２を経由して、系統からコンデンサ５６に電流が流入するので、結局、増電圧モードでコンデンサ４に必要な電力を系統から充電することができる。
【００５３】
上記のとおり、この実施の形態２では、減電圧モード及び増電圧モードでの系統との電力のやり取りにおいてコンデンサ５６を経由することで、平滑化された電流によりそのやり取りが行われる利点がある。
また、その電流が抵抗７を経由することで、スイッチ５３１又は５４１が入りになったときに過大な電流が流れることを防止して、各スイッチでの損失が増加したり、定格の大きなスイッチが必要になったりする等の制約が発生しない利点がある。
【００５４】
抵抗７にｉXが流れると抵抗７で損失が発生する。この損失が大きいと、コンデンサ４と系統との間で効率よく電力のやり取りができなくなってしまう。この点を考慮して、コンデンサ５６の電圧ＶC2の値をどう決めるかという点について述べる。
抵抗７に電流が流れる期間が一定の場合、この抵抗７での損失、すなわち発熱による消費電力は、抵抗７にかかる電圧の大きさで決まる。つまり、抵抗７の両端の電圧をＶrとすれば抵抗７での損失は∫Ｖr2／Ｒ・ｄｔとなるから、Ｖrを減らせばよいことになる。
【００５５】
図１０は、この実施の形態２において、増電圧モードでのｉXとそれに対応するＶrの関係を示す比較図であり、ＶC2の値を変化させて比較したものである。（ａ）はＶ0に対して（Ｘ）から（Ｚ）の３種類のＶC2の値の例を示したもの、（ｂ）はそれら（Ｘ）から（Ｚ）それぞれのＶC2でのｉXとＶrを示したものである。
（Ｘ）はＶC2が最も低い場合であるが、この場合に、Ｖrが最も大きくなるので、抵抗７での損失が最も大きくなる。逆に（Ｚ）は、ＶC2がほぼＶ0のピーク値に近い値であり、Ｖrは最も小さくなるので、抵抗７での損失が小さくなる。
【００５６】
以上から、抵抗７での損失を少なくするには、増電圧モードのときにはＶC2の値をＶ0のピーク値より少し低い値に設定し、Ｖ0のピーク値付近でスイッチ５３１を入りとするように設定すればよい。また、減電圧モードの時にも同様に、ＶC2の値をＶ0のピーク値より少し高い値に設定し、Ｖ0のピーク値付近でスイッチ５４１を入りとするように設定すればよい。
【００５７】
ただし、ＶC2の設定可能範囲は、例えば使用するスイッチ素子やコンデンサなどの部品の耐圧で決まることになるが、部品の選定等の理由によっては、ＶC2の値を十分高くすることができず、ＶC2をＶ0のピーク値に十分近くできない場合が考えられる。また、Ｖ0が変動した過渡期において、Ｖ0の変化にＶC2がすぐには追従しないことが考えられる。この様にＶ0のピーク値に対してＶC2を十分近くできない場合でも、上記と同様の考え方により、ＶC2の値とＶ0の瞬時値が近いときに限りスイッチ５３１又はスイッチ５４１を入りとすることで、抵抗７での損失を小さくできる。
【００５８】
次に、この実施の形態２の制御方法について説明する。図１１は、この実施の形態２の制御回路の概略構成を示す構成図である。制御部８の構成は実施の形態１と同一である。制御部９ｂには、制御部８からＶC1の目標値とＶ0及びＶLの計測値が入力されるほか、ＶC1及びＶC2の計測値が入力される。また、制御部９ｂからスイッチ５１１、５３１、５４１及び５５１にゲート信号が出力される。
【００５９】
Ｖ0の変化と制御回路の動作との関係は、図５に示した実施の形態１のものと同様である。この実施の形態２でのＶC1の制御について、以下に説明する。
減電圧モードでは、ＶC1が目標値に一致するようにスイッチ５１１のゲートの時比率を調整するように、つまり、ＶC1が目標値より小さければＰＷＭ出力の時比率が小さくなるように、大きければＰＷＭ出力の時比率が大きくなるように、制御部９ｂで制御することでＶLを目標値どおりに制御できる。
【００６０】
増電圧モードでは、ＶC1が目標値に一致するようにスイッチ５５１のゲートの時比率を調整するように、つまり、ＶC1が目標値より小さければＰＷＭ出力の時比率が大きくなるように、大きければＰＷＭ出力の時比率が小さくなるように制御部９ｂで制御することで、ＶLを目標値どおりに制御できる。
【００６１】
以上のとおり、スイッチ５１１又はスイッチ５５１の時比率を調整することで、減電圧モード及び増電圧モードでのＶC1の制御を行う。このとき、ＶC2が変化するので、前述のような抵抗７での損失の最小化を考慮した制御において、ＶC2を所定の値に保つようにスイッチ５３１又はスイッチ５４１を制御する。
なお、減電圧モード及び増電圧モードのいずれも、ＶLの波形は実施の形態１と同様であり図６の例のようになる。
【００６２】
実施の形態３．
図１２から１５は、ＭＯＳＦＥＴ等の高価なスイッチではなく、安価なダイオードを用いる場合である、この実施の形態３の構成を示す構成図である。
図１２は図１に示した実施の形態１の構成から、図１３は図２に示した実施の形態２の構成から、それぞれスイッチ３２１とその逆並列ダイオード３２２の対、スイッチ３４１とその逆並列ダイオード３４２の対及びスイッチ５３１とその逆並列ダイオード５３２の対を、それぞれ単独のダイオード１３から１５で置き換えたものである。また、図１３では更に、スイッチ５５１とその逆並列ダイオード５５２の対を、単独のダイオード１６で置き換えている。
この置き換えを行った図１２及び１３の構成の場合には、ＶC1をＶ0に加えたＶLを得ること、すなわち増電圧の動作はできないが、Ｖ0からＶC1を差し引いたＶLを得ることは可能であり、減電圧専用の回路として使用することができる。
【００６３】
一方、図１４は図１に示した実施の形態１の構成から、図１５は図２に示した実施の形態２の構成から、それぞれスイッチ５１１とその逆並列ダイオード５１２の対及びスイッチ５４１とその逆並列ダイオード５４２の対を、それぞれ単独のダイオード１７及び１８で置き換えたものである。
この置き換えを行った図１４及び１５の構成の場合では、スイッチ５４１を通して行っていた、コンデンサ４又はコンデンサ６から系統への電力の流出ができないため、減電圧の動作はできないが、系統からの電力の流入は可能であり、増電圧専用の回路として使用することができる。
これら図１２から１５のいずれの構成においても、スイッチとその逆並列ダイオードの対を単独のダイオードに置き換えることで、安価に回路を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】この発明に係る電源装置の実施の形態１の回路図である。
【図２】この発明に係る電源装置の実施の形態１の動作チャート図である。
【図３】この発明に係る電源装置の実施の形態１の動作チャート図である。
【図４】この発明に係る電源装置の実施の形態１の制御回路の構成図である。
【図５】この発明に係る電源装置の制御の概要を示す図である。
【図６】この発明に係る電源装置の波形の例を示す波形図である。
【図７】この発明に係る電源装置の実施の形態２の回路図である。
【図８】この発明に係る電源装置の実施の形態２の動作チャート図である。
【図９】この発明に係る電源装置の実施の形態２の動作チャート図である。
【図１０】この発明に係る電源装置の実施の形態２の消費電力の比較図である。
【図１１】この発明に係る電源装置の実施の形態２の制御回路の構成図である。
【図１２】この発明に係る電源装置の実施の形態３の回路図である。
【図１３】この発明に係る電源装置の実施の形態３の回路図である。
【図１４】この発明に係る電源装置の実施の形態３の回路図である。
【図１５】この発明に係る電源装置の実施の形態３の回路図である。
【符号の説明】
【００６５】
１        交流電源
２        負荷
３ａ、３ｂ    インバータ回路
４        第１のコンデンサ
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ    電力変換回路
５１１    第１のスイッチ
５２      インダクタ
５３１    第２のスイッチ
５４１    第３のスイッチ
５５１    第４のスイッチ
５６      第２のコンデンサ
８        第１の制御部
９ａ、９ｂ    第２の制御部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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