(57)【要約】【課題】力率改善回路の安定性を維持できる電力変換装置を提供すること。【解決手段】交流商用電源３１から出力される交流電圧を直流電圧に変換してコンデンサ３５を介して出力する電力変換装置において、入力電流検出手段３６を少なくとも一つの抵抗素子とインピーダンス制御素子Ｑ１の直並列回路で構成し、この入力電流検出手段３６の出力に応じて入力電流検出手段のインピーダンス制御素子のインピーダンスを連続的に制御するインピーダンス制御部４２を有する。【選択図】        図１
2005020811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流商用電源を全波整流する全波整流回路と、この全波整流回路により整流された電圧を検出する入力電圧検出手段と、前記全波整流回路の高電圧側に直列に接続されたインダクタと、前記インダクタに接続されたスイッチング手段と、前記インダクタと前記スイッチング手段の接点にアノードが接続されたダイオードと、前記ダイオードのカソードに接続されたコンデンサと、前記コンデンサの出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、前記スイッチング手段と前記全波整流回路との間に接続される入力電流検出手段と、前記入力電圧検出手段の出力、前記出力電圧検出手段の出力及び前記入力電流検出手段の出力を入力として前記スイッチング手段をオンオフ制御するスイッチング手段に制御信号を出力する力率改善制御手段とを備え、前記交流商用電源から出力される交流電圧を直流電圧に変換して前記コンデンサを介して出力する電力変換装置において、
前記入力電流検出手段を少なくとも一つの抵抗素子とインピーダンス制御素子の直並列回路で構成し、この入力電流検出手段の出力に応じて前記入力電流検出手段のインピーダンス制御素子のインピーダンスを連続的に制御するインピーダンス制御手段を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
交流商用電源を全波整流する全波整流回路と、この全波整流回路により整流された電圧を検出する入力電圧検出手段と、前記全波整流回路の高電圧側に直列に接続されたインダクタと、前記インダクタに接続されたスイッチング手段と、前記インダクタと前記スイッチング手段の接点にアノードが接続されたダイオードと、前記ダイオードのカソードに接続されたコンデンサと、前記コンデンサの出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、前記スイッチング手段と前記全波整流回路との間に接続される入力電流検出手段と、前記入力電圧検出手段の出力、前記出力電圧検出手段の出力及び前記入力電流検出手段の出力を入力として前記スイッチング手段をオンオフ制御するスイッチング手段に制御信号を出力する力率改善制御手段とを備え、前記交流商用電源から出力される交流電圧を直流電圧に変換して前記コンデンサを介して出力する電力変換装置において、
前記入力電流検出手段を少なくとも一つの抵抗素子とインピーダンス制御素子の直並列回路で構成し、
前記コンデンサに接続される負荷に供給される電力を検出する電力検出手段と、
前記入力電流検出手段の出力及び前記電力検出手段の出力を入力として前記電流検出手段のインピーダンス制御素子のインピーダンスを連続的に制御するインピーダンス制御手段を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
交流商用電源を全波整流する全波整流回路と、この全波整流回路により整流された電圧を検出する入力電圧検出手段と、前記全波整流回路の高電圧側に直列に接続されたインダクタと、前記インダクタに接続されたスイッチング手段と、前記インダクタと前記スイッチング手段の接点にアノードが接続されたダイオードと、前記ダイオードのカソードに接続されたコンデンサと、前記コンデンサの出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、前記スイッチング手段と前記全波整流回路との間に接続される入力電流検出手段と、前記入力電圧検出手段の出力、前記出力電圧検出手段の出力及び前記入力電流検出手段の出力を入力として前記スイッチング手段をオンオフ制御するスイッチング手段に制御信号を出力する力率改善制御手段とを具備し、前記交流商用電源から出力される交流電圧を直流電圧に変換して前記コンデンサを介して出力する電力変換装置において、
前記入力電流検出手段を少なくとも一つの抵抗素子とインピーダンス制御素子の直並列回路で構成し、
前記コンデンサに接続される負荷に供給される電流を検出する出力電流検出手段と、
前記入力電流検出手段の出力、前記出力電流検出手段の出力及び前記出力電圧検出手段の出力を入力として前記電流検出手段のインピーダンス制御素子のインピーダンスを連続的に制御するインピーダンス制御手段を有することを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流商用電源から直流電源に変換する電力変換装置において、力率を改善する回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
交流交流商用電源から直流電源に変換する電力変換装置が知られている。このような電力変換装置には電力変換装置に接続される負荷の力率を改善する力率改善回路が備えてられている。
【０００３】
従来、力率改善回路としては、図１０に示すような構成のものが知られている。すなわち、図１１に示す電圧Ｖａｃを出力する交流商用電源１に全波整流回路２を接続し、全波整流回路２の出力端子にインダクタ３を直列に介してスイッチング素子４を接続し、そのスイッチング素子４にダイオード５を順方向に直列に介して平滑コンデンサ６および負荷７を並列に接続し、スイッチング素子４と全波整流回路２に入力電流検出抵抗１１が接続されている構成である。この全波整流回路２の電圧波形は図１１に示しておく。
【０００４】
図１０の回路構成は、昇圧型コンバータを構成している。すなわち、スイッチング素子４がオン動作すると、インダクタ３に増加する電流が流れ、適当なタイミングでスイッチング素子４がオフ動作するとインダクタ４に蓄積された磁気エネルギは放出され、電流がダイオード５を介して平滑コンデンサ６に流れ込み、平滑コンデンサ６により平滑された直流電圧が負荷７に供給される。ここで、スイッチング素子４のスイッチング動作は力率改善制御回路８により制御される。この力率改善制御回路８は直流電圧検出手段９で得られた直流電圧値と入力電圧検出手段１０より得られた入力電圧値と電流検出抵抗１１から得られる入力電流値を入力とし、スイッチング素子４をオン／オフ制御しつつ、インダクタ３の協働のもとに、電流検出抵抗１１に流れる入力電流波形を全波整流波形Ｖｉｎに相似な電流波形Ｉｉｎに改善する（図１１参照）。すなわち力率を“１”に近づくように制御する。
【０００５】
しかしながら、前述した力率改善回路において、通常考えられる最大負荷状態にて力率改善特性を得るために電流検出抵抗１１の値を選択した場合、負荷が適当であれば充分な力率改善効果を得られるのに対し、軽負荷時では入力電流が減少し、電流検出抵抗１１を流れる検出電流が極めて小さくなるため、ノイズに弱いなどの制御回路の力率改善制御が劣悪化して電源特性を一定に維持できなくなるという問題があった。
【０００６】
上述のような問題を解決するために、図１２に示す構成が提案されている（特許文献１参照）。すなわち、図１２において、電流検出抵抗２１の信号を増幅する増幅器２２の出力に応じて電流検出抵抗２１の抵抗値を２値可変できる機構を有するものである。
【０００７】
すなわち、電流検出抵抗２１を流れる検出電流が大きい場合は電流検出抵抗２１の値を定常設定値に、また、電流検出抵抗を流れる検出電流が小さい場合は電流検出抵抗の値を大きくすることにより、軽負荷時の制御回路の力率改善制御の劣悪化を防ぎ、電源特性を一定に維持するものである。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−１７４４２８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１記載の力率改善回路は、電流検出抵抗２１に流れる電流値により電流検出抵抗２１の値を切り替えるものであり、その切り替えは２値しか取れず、制御に幅がなかった。従って、電流検出抵抗２１を急激に切り替ると、力率改善回路の安定性を崩してしまうという問題があつた。
【００１０】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、力率改善回路の安定性を維持することができる電力変換装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、交流商用電源を全波整流する全波整流回路と、この全波整流回路により整流された電圧を検出する入力電圧検出手段と、前記全波整流回路の高電圧側に直列に接続されたインダクタと、前記インダクタに接続されたスイッチング手段と、前記インダクタと前記スイッチング手段の接点にアノードが接続されたダイオードと、前記ダイオードのカソードに接続されたコンデンサと、前記コンデンサの出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、前記スイッチング手段と前記全波整流回路との間に接続される入力電流検出手段と、前記入力電圧検出手段の出力、前記出力電圧検出手段の出力及び前記入力電流検出手段の出力を入力として前記スイッチング手段をオンオフ制御するスイッチング手段に制御信号を出力する力率改善制御手段とを備え、前記交流商用電源から出力される交流電圧を直流電圧に変換して前記コンデンサを介して出力する電力変換装置において、前記入力電流検出手段を少なくとも一つの抵抗素子とインピーダンス制御素子の直並列回路で構成し、この入力電流検出手段の出力に応じて前記入力電流検出手段のインピーダンス制御素子のインピーダンスを連続的に制御するインピーダンス制御手段を有することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下図面を参照して本発明の第１の実施の形態について説明する。図１は第１の実施の形態に係る電力変換装置の回路図である。図において、３１は商用交流電源である。この商用交流電源３１の両端には全波整流回路３２が接続されている。この全波整流回路３２の一端はインダクタ３３、順方向に接続されたダイオード３４を介して平滑コンデンサ３５の一端に接続される。一方、商用交流電源３１の他端は入力電流検出手段３６を介して平滑コンデンサ３５の他端に接続される。平滑コンデンサ３５の両端には負荷３７が接続されている。入力電流検出手段は３６は抵抗ｒ１に抵抗ｒ２とＦＥＴＱ１との直列接続回路を並列接続した構成を有する。
【００１３】
ところで、インダクタ３３とダイオード３４との接続点はスイッチング素子３８、入力電流検出手段３６を介して全波整流回路３２の他端に接続されている。このスイッチング素子３８の開閉制御は力率改善制御回路３９からの制御信号により行われる。
【００１４】
ところで、全波整流回路３２とインダクタ３３との接続点ａの電圧は入力電圧検出手段４０により検出される。つまり、この入力電圧検出手段４０により全波整流回路３２の出力電圧が検出される。その検出された電圧は力率改善制御回路３９に出力される。
【００１５】
また、平滑コンデンサ３５の一端の電圧は出力電圧検出手段４１により検出される。その検出された電圧は力率改善制御回路３９に出力される。
【００１６】
入力電流検出手段３６により検出された入力電流は力率改善制御回路３９に入力されると共に、インピーダンス制御部４２に入力される。このインピーダンス制御部４２は入力電流検出手段３６により検出された入力電流に応じてＦＥＴＱ１のゲートに出力する制御信号を変化させる制御を行う。ＦＥＴＱ１はゲートに入力される制御信号に応じてインピーダンスが可変されるインピーダンス制御素子として機能する。
【００１７】
また、力率改善制御回路３９は、入力電圧検出手段４０により検出された入力電圧、出力電圧検出手段４１により検出された出力電圧及び入力電流検出手段３６により検出された入力電流が入力される。この力率改善制御回路３９はスイッチング素子３８をオン／オフ制御しつつ、インダクタ３３の協働のもとに、電流検出手３６に流れる入力電流波形を入力電圧検出手段４０で検出される全波整流波形に相似な電流波形に改善する。すなわち力率を“１”に近づくように制御する。
【００１８】
次に、インピーダンス制御部４２について説明する。図２において、横軸は入力電流検出手段３６で検出された入力電流、縦軸は入力電流検出手段３６のインピーダンス（抵抗値）である。インピーダンス制御部４２は線Ｌで示される様に入力電流検出手段３６のインピーダンスを制御する。
【００１９】
つまり、負荷変動により入力電流が変化した際、入力電流が図中の点Ａ以上（定常負荷以上）であった場合、入力電流検出手段３６のインピーダンス（抵抗値）はＺ１、すなわち抵抗ｒ１とｒ２の合成抵抗値となる。入力電流が図中の点Ａと点Ｂの間であった場合（軽負荷以下）の場合には、入力電流検出手段３６のインピーダンス（抵抗値）は抵抗ｒ１と抵抗ｒ２とＦＥＴＱ１の抵抗値の合成抵抗値となる。
【００２０】
さらに、入力電流が図中の点Ｂ以下の場合には、入力電流検出手段３６のインピーダンス（抵抗値）はＺ２すなわち抵抗ｒ２の抵抗値となる。
【００２１】
このようにインピーダンス制御部４２は、入力電流検出手段３６を構成するＦＥＴＱ１の制御を行なっている。
【００２２】
ここで、図２の破線Ｍは従来例における２値可変制御方式によるインピーダンス変化を示しており、入力電流が点Ａ以下になった場合、急激にインピーダンスの変化が起こる。このため、従来においては、力率改善回路の安定性を崩す可能性があった。
【００２３】
以上のように構成された電力変換装置は以下のように動作する。力率改善制御回路３９は、入力電圧検出手段４０により検出された入力電圧、出力電圧検出手段４１により検出された出力電圧及び入力電流検出手段３６により検出された入力電流を入し、スイッチング素子３８をオン／オフ制御しつつ、インダクタ３３の協働のもとに、電流検出手３６に流れる入力電流波形を入力電圧検出手段４０で検出される全波整流波形に相似な電流波形に改善する。すなわち力率を“１”に近づくように制御する。つまり入力電流検出手段３６に流れる入力電流波形を入力電圧検出手段４０により検出された全波整流電圧波形Ｖｉｎに相似な電流波形Ｉｉｎに改善する（図１１参照）。すなわち力率を“１”に近づくように制御する。
【００２４】
ところで、スイッチング素子３８がオン動作すると、インダクタ３３に増加する電流が流れ、適当なタイミングでスイッチング素子３８がオフ動作するとインダクタ３３に蓄積された磁気エネルギは放出され、電流がダイオード３４を介して平滑コンデンサ４１に流れ込み、平滑コンデンサ４１により平滑された直流電圧が負荷３７に供給される。
【００２５】
また、インピーダンス制御部４２は入力電流検出手段３６で検出された入力電流に応じて図２に示すように入力電流検出手段３６のインピーダンスを制御している。入力電流が図中の点Ａと点Ｂの間であった場合（軽負荷以下）の場合には、入力電流検出手段３６のインピーダンス（抵抗値）は抵抗ｒ１と抵抗ｒ２とＦＥＴＱ１の抵抗値の合成抵抗値となるように制御されるので、負荷がＡ点以下となっても従来のように急激に入力電流検出手段３６のインピーダンスが変化することはない。従って、力率改善回路の安定性を維持することができる。
【００２６】
なお、図１の入力電流検出手段３６のＦＥＴＱ１としてＰチャンネル型を使用しても良い。さらに、入力電流検出手段３６は抵抗ｒ１と抵抗ｒ２とを直列接続しておき、この抵抗ｒ２の両端にＦＥＴＱ１を接続するようにしても良い。さらに、入力電流検出手段３６は抵抗ｒ１とＦＥＴＱ１とを直列に接続するようにしても良い。
【００２７】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について図６及び図７を参照して説明する。図６は電力変換装置の回路図である。図６において、図１と同一部分には同一番号を付し、その詳細な説明については省略する。
【００２８】
図６において、負荷３７の入力端には負荷３７に供給される負荷電力を検出する出力電力検出手段５１が接続されている。この出力電力検出手段５１で検出された負荷電力はインピーダンス制御部４２に出力される。
【００２９】
出力電力検出手段５１は図７に示す構成を有する。つまり、出力電力検出手段５１は変流器ＣＴを介して負荷電流を取り込み、電流検出部６１において負荷電流Ｉを検出する。また、負荷３７に供給される負荷電圧Ｖを電圧抵抗６２と６３との分圧電圧により検出する。そして、負荷電流Ｉと負荷電圧Ｖとを乗算器６４で乗算することにより負荷電力を得ている。
【００３０】
インピーダンス制御部４２は、入力電流検出手段３６で検出された入力電流及び出力電力検出手段５１で検出された負荷電力に基づいて入力電流検出手段３６のインピーダンスを制御している。負荷電力が図８の点Ｃ以上（定常負荷以上）であった場合には、インピーダンス制御部４２は動作しない。一方、負荷電力が図８のＣ点未満（軽負荷）であった場合に、インピーダンス制御部４２は動作する。すなわち、負荷電力が定常負荷以上であった場合は、インピーダンス制御部４２は動作しないため、入力電流検出手段３６のインピーダンスは変化しない。しかし、負荷電力が軽負荷であった場合に、インピーダンス制御部４２は動作する。その結果、前述した第１の実施の形態のところで説明したように、入力電流検出手段３６で検出された入力電流の大きさに応じて入力電流検出手段３６のインピーダンスが制御される。
【００３１】
力率改善制御回路３９により行われる力率改善処理は前述した第１の実施の形態と同じであるので詳細な説明は省略する。
【００３２】
このように本発明の第２の実施の形態では、負荷電力がＣ未満の軽負荷時のみ、入力電流検出手段３６のインピーダンスを連続的に制御することにより軽負荷時の制御の幅に広がりを持たせることができる。入力電流検出手段３６のインピーダンスは急激に変化しないため、力率改善回路の安定性を維持することができる。
【００３３】
また、この第２の実施の形態では、負荷電力が定常負荷以上であった場合は、インピーダンス制御部４２は動作しないため、入力電流検出手段３６のインピーダンスは変化しない。従って、負荷電力が定常負荷以上であれば、商用交流電源３１が周期的にゼロクロスする図１１のＡ点近傍において、入力電流検出手段３６で検出される入力電流が小さくなってもインピーダンスは変化しないので、力率改善回路の安定性をよりよく維持することができる。
【００３４】
（第３の実施の形態）
以下、本発明の第３の実施の形態について図８及び図９を参照して説明する。図９において、図１と同一部分には同一番号を付し、その詳細な説明についは省略する。
【００３５】
図９において、負荷３７の入力には、出力電流検出抵抗７１が接続されている。そして、この出力電流検出抵抗７１により検出された負荷３７に出力される負荷電流Ｉはインピーダンス制御部４２に入力される。さらに、出力電圧検出手段４１で検出された出力電圧Ｖもインピーダンス制御部４２に入力されている。
【００３６】
インピーダンス制御部４２は負荷電流Ｉと負荷電圧Ｖとを乗算することにより負荷電力を演算し、この負荷電力がた負荷電力に基づいて入力電流検出手段３６のインピーダンスを制御している。負荷電力が図８の点Ｃ以上（定常負荷以上）であった場合には、インピーダンス制御部４２は動作しない。一方、負荷電力が図８のＣ点未満（軽負荷）であった場合に、インピーダンス制御部４２は動作する。すなわち、負荷電力が定常負荷以上であった場合は、インピーダンス制御部４２は動作しないため、入力電流検出手段３６のインピーダンスは変化しない。しかし、負荷電力が軽負荷であった場合に、インピーダンス制御部４２は動作する。その結果、前述した第１の実施の形態のところで説明したように、入力電流検出手段３６で検出された入力電流の大きさに応じて入力電流検出手段３６のインピーダンスが制御される。
【００３７】
力率改善制御回路３９により行われる力率改善処理は前述した第１の実施の形態と同じであるので詳細な説明は省略する。
【００３８】
このように本発明の第２の実施の形態では、負荷電力がＣ未満の軽負荷時のみ、入力電流検出手段３６のインピーダンスを連続的に制御することにより軽負荷時の制御の幅が広がり持たせることができる。入力電流検出手段３６のインピーダンスは急激に変化しないため、力率改善回路の安定性を維持することができる。
【００３９】
また、この第３の実施の形態では、負荷電力が定常負荷以上であった場合は、インピーダンス制御部４２は動作しないため、入力電流検出手段３６のインピーダンスは変化しない。従って、負荷電力が定常負荷以上であれば、商用交流電源３１が周期的にゼロクロスする図１１のＡ点近傍において、入力電流検出手段３６で検出される入力電流が小さくなってもインピーダンスは変化しないので、力率改善回路の安定性をよりよく維持することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、電流検出手段のインピーダンスを電流検出手段により検出された電流に応じて連続的に制御するようにしたので、力率改善回路の安定性を維持することができる電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置の回路図。
【図２】同第１の実施の形態に係るインピーダンス制御手段の制御を説明するための図。
【図３】同第１の実施の形態に係る入力電流検出手段の第１の変形例を示す図。
【図４】同第１の実施の形態に係る入力電流検出手段の第２の変形例を示す図。
【図５】同第１の実施の形態に係る入力電流検出手段の第３の変形例を示す図。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る電力変換装置の回路図。
【図７】同第２の実施の形態に係る出力電力検出手段の詳細な構成を示す回路図。
【図８】同第２の実施の形態に係るインピーダンス制御手段の制御を説明するための図。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る電力変換装置の回路図。
【図１０】従来の電力変換装置の回路図。
【図１１】交流商用電源及び全波整流電圧の波形図。
【図１２】他の従来の電力変換装置の回路図。
【符号の説明】
３６…入力電流検出手段、３７…負荷、３８…スイッチング素子、３９…力率改善制御回路、４２…インピーダンス制御部。
【図１】
2005020811.tif 000003
【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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