(57)【要約】【課題】簡単な構成で高力率を維持しながら高調波を抑制するとともに、電源電圧及び電源周波数が異なるあらゆる地域で使用可能な電源装置を提供する。【解決手段】交流電源１と、交流電源１からの交流を全波整流するブリッジ整流回路６と、交流電源１と前記ブリッジ整流回路の交流入力端との間に接続されたリアクタ８と、交流入力端と直流出力端との間に双方向スイッチ９を介して接続されたコンデンサ１０と、平滑コンデンサ７と、ゼロクロス検出手段１２と、電源周波数検出手段１３と、双方向スイッチ駆動信号生成手段１４と、記憶手段１５と、双方向スイッチ駆動手段１６と、直流電圧検出手段１７と、負荷検出手段１８と、電源電圧演算手段１９を備えた。【選択図】図１
2005192270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と、前記交流電源からの交流を全波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端に接続された平滑コンデンサを有する電源装置であって、前記交流電源と前記ブリッジ整流回路の交流入力端の間に接続されたリアクタと、前記ブリッジ整流回路の交流入力端と直流出力端の間に双方向スイッチを介して接続されたコンデンサと、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、前記ブリッジ整流回路の直流出力電圧を検出する直流電圧検出手段と、前記直流電圧検出手段の出力から交流電源の電圧を推定する電源電圧演算手段と、前記交流電源の周波数を検出する電源周波数検出手段と、前記ゼロクロス検出手段及び前記直流電圧検出手段及び前記電源周波数検出手段の出力に基づき前記双方向スイッチの駆動信号を生成する双方向スイッチ駆動信号生成手段と、前記双方向スイッチ駆動信号生成手段の信号に基づき前記双方向スイッチを駆動する双方向スイッチ駆動手段とを備え、前記双方向スイッチ駆動信号生成手段は、入力電圧ゼロクロスからの所定時間後にオン信号を生成して、前記交流電源から流入する入力電流の高調波と平滑コンデンサの両端電圧である出力電圧の制御を行い、前記交流電源の電流から負荷の大きさを検出する負荷検出手段と、あらかじめ負荷の大小に応じたゼロクロスからの所定時間、前記双方向スイッチのオン時点からの所定時間の組み合わせのテーブルを記憶させた記憶手段を双方向スイッチ駆動信号生成手段内部に有し、前記直流電圧検出手段及び前記電源周波数検出手段の出力に応じて前記テーブルから最適なものを選択して前記双方向スイッチを動作させるものであって、前記直流電圧検出手段での電圧検出を無負荷時に行ない、前記電源電圧演算手段で電源電圧を推定することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
負荷検出手段で所定の負荷検出時に直流電圧検出手段にて電圧検出を行ない、前記直流電圧検出手段の出力から電源電圧演算手段で電源電圧の推定を行なうことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
直流電圧検出手段は、少なくとも２つ以上の抵抗からなる分圧回路であることを特徴とした請求項１または２のいずれか一項に記載の電源装置。
【請求項４】
直流電圧検出手段は、少なくとも２つ以上のコンパレータからなるウインドコンパレータであることを特徴とした請求項１または２のいずれか一項に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブリッジ整流回路を利用した整流方式を用い、装置やシステム等に電力を供給する電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、簡単な構成で高力率を維持しながら高調波の抑制を可能とする出力電圧可変の電源装置として、図８に示すようなものがあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図８において、交流電源１からの交流は全波整流を行う４個のダイオード２〜５で形成されたブリッジ整流回路６と、交流電源１とブリッジ整流回路６の交流入力端との間に接続されたリアクタ８と、ブリッジ整流回路６の直流出力端に接続された平滑コンデンサ７とを通って負荷１１に供給される。またブリッジ整流回路６の交流入力端と直流出力端との間に双方向スイッチ９を介して接続されたコンデンサ１０と、交流電源１の電圧のゼロ点を検出するゼロクロス検出手段１２と、負荷を検出する負荷検出手段１８と、ゼロクロス検出手段１２及び負荷検出手段１８の出力に基づき双方向スイッチ９の駆動信号を生成する双方向スイッチ駆動信号生成手段１４と、双方向スイッチ駆動信号生成手段１４の信号に基づき双方向スイッチを駆動する双方向スイッチ駆動手段１６から構成されている。
【０００４】
双方向スイッチ駆動信号生成手段１４はゼロクロス検出手段１２で検出したゼロクロスから所定時間△ｄ後に双方向スイッチ駆動手段１６にオン信号を出力して双方向スイッチ９をオンし、双方向スイッチ９のオンから所定時間△ｔ後に双方向スイッチ駆動手段１６にオフ信号を出力して双方向スイッチ９をオフしている。
【０００５】
また、双方向スイッチ駆動信号生成手段１４は、その内部に負荷検出手段１８で検出した負荷の大小に応じた△ｄ、△ｔの値のテーブルを記憶するための記憶手段１５から構成されている。そして、負荷検出手段１８で検出した負荷の大小に応じて、高力率と電源高調波抑制とを両立できる最適な△ｄ、△ｔの値を記憶手段１５で選択し、双方向スイッチ駆動信号生成手段１４から双方向スイッチ駆動手段１６に信号を出力することにより、双方向スイッチ９のオンオフ制御を行なっている。
【０００６】
これにより、負荷が変動しても高力率と電源高調波抑制を両立することが可能となっている。
【特許文献１】特開２００２−２２３５７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の構成では、高力率と電源高調波抑制を両立するために、電源電圧及び電源周波数に合わせて最適な△ｄ、△ｔの値を設定する必要があった。
【０００８】
そして、電源電圧及び電源周波数が異なるごとに、これらに応じた△ｄ、△ｔの値をデータとして持った電源装置が必要となっていた。
【０００９】
すなわち、電源電圧及び電源周波数が異なる地域にこの電源装置を搭載した機器を出荷するためには、各々の組み合わせに応じた△ｄ、△ｔの異なる電源装置の作り分け等が必要となっていた。
【００１０】
その結果、工場における部品の管理が増加し、管理工数が増大するという課題を有して
いた。
【００１１】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、あらゆる電源電圧及び電源周波数に対して、高力率と電源高調波抑制とが両立できる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】
前記従来の課題を解決するために本発明の電源装置は、交流電源とブリッジ整流回路の交流入力端の間に接続されたリアクタと、ブリッジ整流回路の交流入力端と直流出力端の間に双方向スイッチを介して接続されたコンデンサと、直流電圧検出手段の出力から交流電源の電圧を推定する電源電圧演算手段と、交流電源の周波数を検出する電源周波数検出手段と、交流電源の電流から負荷の大きさを検出する負荷検出手段と、あらかじめ負荷の大小に応じた双方向スイッチのオン時点からの所定時間の組み合わせのテーブルを記憶させた記憶手段を備えたものである。
【００１３】
前記構成により本発明の電源装置は、無負荷時もしくは所定の負荷時に電源電圧及び電源周波数を検出し、その電源電圧及び電源周波数に応じた最適なタイミングで双方向スイッチを制御することにより、電源仕様の異なる様々な地域で使用した場合でも高力率と電源高調波抑制を両立することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の電源装置は、無負荷時もしくは所定の負荷時に電源電圧及び電源周波数を検出し、その電源電圧及び電源周波数に応じて、高力率と電源高調波抑制とを両立できる最適なタイミングで双方向スイッチのオンオフ制御を行うことで、電源仕様の異なる場合にも一つの電源装置で対応できるため、電源装置の設計、評価及び、管理に必要な工数を削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
第１の発明は、交流電源と、前記交流電源からの交流を全波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端に接続された平滑コンデンサを有する電源装置であって、前記交流電源と前記ブリッジ整流回路の交流入力端の間に接続されたリアクタと、前記ブリッジ整流回路の交流入力端と直流出力端の間に双方向スイッチを介して接続されたコンデンサと、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、前記ブリッジ整流回路の直流出力電圧を検出する直流電圧検出手段と、前記直流電圧検出手段の出力から交流電源の電圧を推定する電源電圧演算手段と、前記交流電源の周波数を検出する電源周波数検出手段と、前記ゼロクロス検出手段及び前記直流電圧検出手段及び前記電源周波数検出手段の出力に基づき前記双方向スイッチの駆動信号を生成する双方向スイッチ駆動信号生成手段と、前記双方向スイッチ駆動信号生成手段の信号に基づき前記双方向スイッチを駆動する双方向スイッチ駆動手段とを備え、前記双方向スイッチ駆動信号生成手段は、入力電圧ゼロクロスからの所定時間後にオン信号を生成して、前記交流電源から流入する入力電流の高調波と平滑コンデンサの両端電圧である出力電圧の制御を行い、前記交流電源の電流から負荷の大きさを検出する負荷検出手段と、あらかじめ負荷の大小に応じたゼロクロスからの所定時間、前記双方向スイッチのオン時点からの所定時間の組み合わせのテーブルを記憶させた記憶手段を双方向スイッチ駆動信号生成手段内部に有し、前記直流電圧検出手段及び前記電源周波数検出手段の出力に応じて前記テーブルから最適なものを選択して前記双方向スイッチを動作させるものであって、前記直流電圧検出手段での電圧検出を無負荷時に行ない、前記電源電圧演算手段で電源電圧を推定するものである。
【００１６】
第２の発明は、負荷検出手段で所定の負荷検出時に直流電圧検出手段での電圧検出を行ない、電源電圧演算手段で電源電圧の推定するものである。
【００１７】
第３の発明は、直流電圧検出手段は、少なくとも２つ以上の抵抗からなる分圧回路とするものである。
【００１８】
第４の発明は、直流電圧検出手段は、少なくとも２つ以上のコンパレータからなるウインドコンパレータとするものである。
【００１９】
以上の構成をなすことにより、あらゆる電源電圧および電源周波数に対して、高効率と電源高周波抑制が両立できる。
【００２０】
以下に、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。従来の技術と同じ構成については同じ番号を付与し、詳細な説明を割愛する。
【００２１】
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。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における電源装置の回路図で、４通りの構成の組み合わせを示したものである。なお、図１（ｂ）〜（ｄ）ではゼロクロス検出手段１２、双方向スイッチ駆動信号生成手段１４、記憶手段１５、双方向スイッチ駆動手段１６、直流電圧検出手段１７、負荷検出手段１８及び電源電圧演算手段１９の記載を省略している。
【００２３】
以下、図１（ａ）〜（ｄ）を代表して、図１（ａ）を用いて構成及び動作を説明する。
【００２４】
図１（ａ）において、ゼロクロス検出手段１２の出力に基づき交流電源１の電源周波数を検出する電源周波数検出手段１３と、直流電圧検出手段１７の出力から電源電圧を推定する電源電圧演算手段１９と、交流電源１の電流から負荷の大きさを検出する負荷検出手段１８とを備えている。
【００２５】
双方向スイッチ駆動信号生成手段１４は、ゼロクロス検出手段１２で検出したゼロクロスから所定時間△ｄ後に双方向スイッチ駆動手段１６にオン信号を出力して双方向スイッチ９をオンし、双方向スイッチ９のオンから所定時間△ｔ後に双方向スイッチ駆動手段１６にオフ信号を出力して双方向スイッチ９をオフしている。
【００２６】
図２は、前記の双方向スイッチ９の動作タイミングを示す波形図であり、交流電源１の電圧Ｖｉ及び双方向スイッチ９の駆動信号Ｖｇの各波形を示している。
【００２７】
そして、高力率と電源高調波抑制を両立するための△ｄ、△ｔの最適値は、交流電源１の電圧と周波数及び負荷の大きさによって異なるため、双方向スイッチ駆動信号生成手段１４は、電源周波数検出手段１３及び電源電圧演算手段１９の出力に応じて、最適な△ｄ、△ｔのテーブルを選択して双方向スイッチ駆動手段１６に出力し、双方向スイッチ９を制御している。
【００２８】
次に、電源電圧演算手段１９の詳細な動作を説明する。
【００２９】
電源電圧の検出をブリッジ整流回路６の直流出力電圧から交流電源１の電圧を推定しているが、交流電源１の電圧が一定の場合、図３のように負荷が変動すれば直流電圧も変動するため、電源電圧の推定を精度良く行なうことが出来ない。
【００３０】
そのため、負荷が変動していないタイミングで電圧の検出を行い、交流電源電圧を推定する必要がある。
【００３１】
最も簡単な方法の一つとして、図４のように負荷に流す電流をオンオフできるスイッチ２０を追加することで、直流出力電圧の検出時にはスイッチ２０をオフにしておき、電圧検出後、スイッチ２０をオンにして負荷１１を動作させることで、電圧検出時には負荷１１に通電されない無負荷状態であり、直流出力電圧は交流電源の電源電圧の約１６１倍になるので直流出力電圧から電源電圧を推定することができる。
【００３２】
図１（ｂ）〜（ｄ）の構成の場合にも、動作は同様であるため説明は省略する。
【００３３】
このようにして、交流電源１の電圧または周波数が異なる場合にも、電源周波数検出手段１３及び電源電圧演算手段１９の出力に応じて、最適な△ｄ、△ｔの値のテーブルを選択することで、常に高力率と電源高調波抑制とを両立することができる。
【００３４】
また、双方向スイッチ駆動信号生成手段１４は内部に、電源周波数と電源電圧に応じた最適な△ｄ、△ｔの値のテーブルを記憶するための記憶手段１５を備えており、記憶手段１５は交流電源１の電圧及び周波数に応じて複数のテーブルを記憶している。
【００３５】
その一例として、図５に示すように、交流電源の電圧が２３０Ｖ、周波数が６０Ｈｚの場合、この電源仕様に最適なテーブル６を選択することにより、高い高調波抑制効果が得られる。
【００３６】
そのため、本実施の形態における電源装置は、あらゆる交流電源に対して用いることができ、世界中の様々な地域に対して一つの電源装置で対応することが可能である。
【００３７】
つまり、電源電圧及び電源周波数が異なる地域にごとに△ｄ、△ｔの異なる電源装置の作り分け等をする必要がなく、工場における部品の管理等の管理工数を最小にすることができる。
【００３８】
（実施の形態２）
負荷検出手段１８で所定の負荷検出時に直流電圧検出手段１７で直流出力電圧を検出し、電源電圧演算手段１９で図３に示すような負荷による直流出力電圧の変動分を演算して交流電源１の電源電圧の推定を行なう。
【００３９】
これにより、図４のようなスイッチ２０を設けることなく、負荷に通電中でも交流電源１の電圧を推定することができる。
【００４０】
（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３における電源装置の電源電圧検出手段の回路図である。
【００４１】
直流電圧検出手段１７は二つの抵抗１７ａと１７ｂからなる分圧回路で構成されており、電源電圧演算手段１９のアナログポートに入力可能な電圧に低電圧化している。
【００４２】
そして、電源電圧演算手段１９は低電圧化された直流電圧検出手段１７の出力から電源電圧を推定し、双方向スイッチ信号生成手段１４へ出力する。
【００４３】
（実施の形態４）
図７は、本発明の実施の形態４における電源装置の電源電圧検出手段の回路図である。
【００４４】
直流電圧検出手段１７は二つの抵抗１７ａと１７ｂからなる分圧回路と、二つのコンパレータ１７ｃと１７ｄ及び基準電圧源１７ｅと１７ｆからなるウインドコンパレータで構
成されている。
【００４５】
ここで、分圧回路の出力電圧をＶＳ、コンパレータ１７ｃの基準電圧をＶＨ、コンパレータ１７ｄの基準電圧をＶＬとし、ＶＨ＞ＶＬとすると、ＶＳ＞ＶＨの場合にはコンパレータ１７ｃと１７ｄの出力は共に“Ｌ”になる。
【００４６】
また、ＶＨ＞ＶＳ＞ＶＬの場合にはコンパレータ１７ｃの出力が“Ｈ”、コンパレータ１７ｄの出力が“Ｌ”となり、ＶＬ＞ＶＳの場合にはコンパレータ１７ｃと１７ｄの出力が共に“Ｈ”になる。
【００４７】
そして、直流電圧検出手段１７の二つの出力から電源電圧演算手段１９で３つの電圧を判断することができ、例えば、海外の代表的な電源電圧である２２０Ｖ、２３０Ｖ、２４０Ｖに対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施の形態１の電源装置の回路図
【図２】本発明の実施の形態１の双方向スイッチのタイミングを示す波形図
【図３】負荷−直流出力電圧特性図
【図４】本発明の実施の形態１の無負荷時の電源電圧検出行なう電源装置の回路図
【図５】本発明の実施の形態１の電源仕様のテーブル選択の概念図
【図６】本発明の実施の形態３の電源装置の電源電圧検出手段を示す回路図
【図７】本発明の実施の形態４の電源装置の電源電圧検出手段を示す回路図
【図８】従来例の電源装置の回路図
【符号の説明】
【００４９】
１  交流電源
６  ブリッジ整流回路
７  平滑コンデンサ
８  リアクタ
９  双方向スイッチ
１０  コンデンサ
１１  負荷
１２  ゼロクロス検出手段
１３  電源周波数検出手段
１４  双方向スイッチ駆動信号生成手段
１５  記憶手段
１６  双方向スイッチ駆動手段
１７  直流電圧検出手段
１８  負荷検出手段
１９  電源電圧演算手段
【図１】
2005192270.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005192270.tif 000005
【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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