(57)【要約】【課題】力率改善のために整流電圧を昇圧するものは平滑コンデンサの耐電圧を超過する恐れがある。【解決手段】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を介してコンデンサ１０を接続し、そのスイッチを、ゼロクロス検出部１２の検出結果に基づき、駆動信号生成部１３にて所定の駆動信号を作成し、双方向スイッチ駆動部１４により、双方向スイッチ９のオン期間を制御することで、直流出力電圧を適切な値に維持する。また、直流出力電圧検出部１５で検出した直流出力電圧（Ｖｏ）が、所定の電圧レベル以下の時、コンパレータ１７により、前記双方向スイッチ９をオフにすることで、前記直流出力電圧検出部が故障した場合に、直流出力電圧が過大に昇圧されるのを防止する。【選択図】  図３
2005020860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源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と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と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と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、前記ゼロクロス検出手段の検出結果に基づき前記双方向スイッチをオンにする駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、前記駆動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、前記平滑コンデンサの両端電圧である直流出力電圧を検出する直流出力電圧検出手段と、所望の目標出力電圧を記憶させた記憶手段とを備え、
前記駆動信号生成手段は、前記直流出力電圧が前記目標出力電圧値に達するまで、前記駆動信号の出力期間を制御することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記直流出力電圧が、所定の電圧レベル以下の時、前記双方向スイッチをオフにする低電圧保護手段を更に備えた請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記駆動信号生成手段は、前記ゼロクロスの検出から所定の時間Δｄ後に双方向スイッチをオンにし、このオンから所定の時間Δｔ後にオフにする駆動信号を生成し、このΔｔの期間を制御することによって、前記直流出力電圧の値を制御する請求項１または２に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブリッジ整流回路を利用した整流方式を用い、例えばインバータ装置等への入力として供給する電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
単相交流入力を、ブリッジ整流回路および平滑コンデンサからなる整流回路で整流して負荷に直流出力を供給する電源装置においては、交流電圧が、平滑コンデンサの充電電圧を上回わる期間にしか電流が流れないため力率が低くなる。
【０００３】
その力率を改善するために、ブリッジ整流回路に、リアクタと双方向スイッチとコンデンサを組み合わせたものがある（例えば特許文献１参照）。図４は前記特許文献１に開示された電源装置を示すものである。
【０００４】
図４において、４つのダイオード２〜５はブリッジ整流回路６を形成している。ブリッジ整流回路６の正の直流出力端６ｃと、負の直流出力端６ｄとの間には、平滑コンデンサ７が接続されており、全波整流回路を構成している。また、交流電源１とブリッジ整流回路６の交流入力端６ａとの間にはリアクタ８が、ブリッジ整流回路６のもう一方の交流入力端６ｂと直流出力端６ｄとの間には、双方向スイッチ９を介してコンデンサ１０が接続されている。負荷１１には例えば、直流を入力電源とするインバータ装置が接続される。
【０００５】
さらに、交流電源１の電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出部１２からの信号に基づき、駆動信号生成部１３により駆動信号が生成され、これにより、双方向スイッチ駆動部１４が前記双方向スイッチ９を駆動する。
【０００６】
以下、図５（ａ）〜（ｄ）を用いて、図４に示した電源装置の動作を説明する。図５（ａ）、（ｂ）は、交流入力電圧Ｖｉが正の半周期の時の動作を示し、図５（ｃ）、（ｄ）は、負の半周期の時の動作を示している。
【０００７】
また、図６（ａ）、（ｂ）は図４の電源装置において交流電源１の電圧Ｖｉを２００Ｖ、リアクタ８のＬを１０ｍＨ、コンデンサ１０のＣを３００μＦ、平滑コンデンサ７のＣｏを１８００μＦとした場合の実施例の各波形を示したものである。
【０００８】
図６（ａ）は、交流入力電圧Ｖｉ、リアクタ８を流れる電流（交流入力電流）ＩＬ、直流出力電圧Ｖｏ、および双方向スイッチ９の駆動信号Ｖｇの各波形を、図６（ｂ）は、交流入力電圧Ｖｉ、コンデンサ１０を流れる電流Ｉｃ、およびコンデンサ１０の両端間の電圧Ｖｃ（Ｖｃ１、Ｖｃ２）の各波形を示している。
【０００９】
以上の構成において、交流入力電圧Ｖｉの正の交流半周期のゼロクロス直後では双方向スイッチ９はオフに制御されており、また、直流出力電圧Ｖｏが交流入力電圧Ｖｉより高く、ダイオード２、５が逆バイアスされているため入力電流は流れない。なお、この時コンデンサ１０は前周期で充電された結果、図示の極性で電圧Ｖｃ１を有する。
【００１０】
交流入力電圧Ｖｉの負から正へのゼロクロス点から時間Δｄ後に、双方向スイッチ駆動信号生成部１３は、双方向スイッチ９のオン信号を生成し、双方向スイッチ駆動部１４により双方向スイッチ９がオンされると、図５（ａ）の矢印に示すように電流が流れる。すなわち交流電源１から順に、リアクタ８、ダイオード２、平滑コンデンサ７、コンデンサ１０に電流が流れ、コンデンサ１０は放電してその電圧はＶｃ１より低下する。なお、この双方向スイッチ９のオン時点で交流入力電圧Ｖｉとコンデンサ１０の電圧Ｖｃ１の和が平滑コンデンサ７の電圧Ｖｏより大きくなるようにΔｄを選ぶものとする。
【００１１】
そして、双方向スイッチ９のオン時点から時間Δｔ後に、駆動信号生成部１３は、双方向スイッチ９のオフ信号を生成し、双方向スイッチ駆動部１４により双方向スイッチ９がオフされると、コンデンサ１０はその時点の電圧Ｖｃ２を保持しながら、電流は図５（ｂ）に示すように交流電源１からリアクタ８、ダイオード２、平滑コンデンサ７、ダイオード５の順に流れ、交流入力電圧Ｖｉの低下によりやがてゼロとなる。
【００１２】
交流入力電圧Ｖｉの負の交流半周期のゼロクロス直後では双方向スイッチ９はオフされており、直流出力電圧Ｖｏが交流入力電圧Ｖｉより高く、ダイオード３、４が逆バイアスされているため入力電流は流れない。
【００１３】
交流入力電圧Ｖｉの正から負へのゼロクロス点からΔｄ後に、駆動信号生成部１３は双方向スイッチ９のオン信号を生成し、双方向スイッチ駆動部１４により双方向スイッチ９がオンされると、図５（ｃ）の矢印に示すように電流が流れる。すなわち交流電源１から順に、コンデンサ１０、ダイオード３、リアクタ８と電流が流れ、コンデンサ１０は充電される。
【００１４】
そして、双方向スイッチ９のオン時点からΔｔ後に、駆動信号生成部１３は双方向スイッチ９のオフ信号を生成し、双方向スイッチ駆動部１４により双方向スイッチ９がオフされると、コンデンサ１０は電圧Ｖｃ１まで充電された状態でその電圧を保持し、電流は、図５（ｄ）に示すように交流電源１から、ダイオード４、平滑コンデンサ７、ダイオード３、リアクタ８の順に流れ、交流入力電圧Ｖｉの低下によりやがてゼロとなる。
【００１５】
以上のように、双方向スイッチ９のオン時間Δｔを増加することによりリアクタ８への磁気エネルギー蓄積量およびコンデンサ１０への充電量を増加させ、直流出力電圧Ｖｏを増大することができる、いわゆる昇圧作用を有している。
【００１６】
【特許文献１】
特開２００２−２２３５７１「電源装置」（請求項１、図１）
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の回路構成において、直流出力電圧Ｖｏが平滑コンデンサ７の耐電圧を超えると、平滑コンデンサ７が破壊（パンク）するため、直流出力電圧Ｖｏを十分に上回る耐電圧の平滑コンデンサ７を用いる必要があり、そのため、平滑コンデンサが大型となり、高価になった。
【００１８】
本発明の電源装置は、適した耐電圧の平滑コンデンサの使用を可能とする電源装置を提供することを目的する。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様による電源装置は、交流電源（１）を全波整流するブリッジ整流回路（６）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（７）と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との間に接続されたリアクタ（８）と、前記ブリッジ整流回路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、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（１２）と、前記ゼロクロス検出手段の検出結果に基づき前記双方向スイッチをオンにする駆動信号を生成する駆動信号生成手段（１３）と、前記駆動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（１４）と、前記平滑コンデンサの両端電圧である直流出力電圧（Ｖｏ）を検出する直流出力電圧検出手段（１５）と、所望の目標出力電圧を記憶させた記憶手段（１３ａ）とを備え、
前記駆動信号生成手段（１３）は、前記直流出力電圧が前記目標出力電圧値に達するまで、前記駆動信号の出力期間を制御する。
【００２０】
本発明の第２の態様による電源装置は、上記第１の態様による電源装置に、前記直流出力電圧（Ｖｏ）が、所定の電圧レベル以下の時、前記双方向スイッチ（９）をオフにする低電圧保護手段（１７）を更に備える。
【００２１】
【発明の実施の形態】
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。
（実施の形態１）
図１に実施の形態１になる電源装置の回路図を示す。この図１において図３と同一の要素については共通の符合を付し、説明を省略する。平滑コンデンサ７の両端電圧を検出する直流出力電圧検出部１５を備えると共に、平滑コンデンサ７の耐圧値に応じて設定した目標出力電圧を記憶した目標電圧記憶部１３ａを、双方向スイッチ駆動信号生成部１３内に備える。
【００２２】
図４での双方向スイッチ駆動信号生成部１３は、交流入力電圧Ｖｉの負から正へのゼロクロス点から時間Δｄ後に、双方向スイッチ９のオン信号を生成し、そして、この双方向スイッチ９のオンから時間Δｔ後に、双方向スイッチ９のオフ信号を生成するものであったが、図１の双方向スイッチ駆動信号生成部１３は、直流出力電圧検出部１５で検出された直流出力電圧Ｖｏが、前記目標出力電圧値になるようにΔｔの期間を制御する。
【００２３】
図２に示すように、双方向スイッチ９のオン時間Δｔの増加により直流出力電圧Ｖｏも増加するが、その傾きは負荷１１の大小によって異なるため、双方向スイッチ駆動信号生成部１３は、直流出力電圧検出部１５により検出された直流出力電圧Ｖｏが前記目標電圧Ｖｘとなるように、双方向スイッチ９のオン時間ΔｔをΔｔ１やΔｔ２のごとく加減させる。
【００２４】
前記Δｄの値は固定であってもよいが、Δｔの決定方法としては、予め、図２に示したように、負荷の大きさ毎に動作特性を作成し、その動作特性をテーブルＲＯＭにデータとして格納しておき、運転時に、その時の負荷の大きさと、希望する目標出力電圧の大きさから適切なオン時間Δｔを読み出す。負荷の大きさを検出するには、交流入力側に変流器（ＣＴ）を挿入するか、直流出力側にシャント抵抗を挿入する。
【００２５】
目標出力電圧の値としては、平滑コンデン７の耐電圧の近傍値として、９０％、８０％、…のごとく随意に設定できる。経済設計を目的とする場合は、目標出力電圧を、９０％のように高く設定し、一方、寿命を考慮した設計では、７０％のように低く設定する。
【００２６】
このような構成とすることにより、直流出力電圧Ｖｏを、平滑コンデンサ７の耐電圧に対応して設定した目標出力電圧に維持されるため、平滑コンデンサ７が絶縁破壊することはなく、また、平滑コンデンサ７の耐電圧に適した運転でき、過大な耐電圧のコンデンサを用いる必要はないので電源装置を安価に提供できる。
【００２７】
（実施の形態２）
図１の構成において、直流出力電圧検出部１５またはその信号経路に不具合が生じて、例えば直流出力電圧検出部１５により検出された直流出力電圧（Ｖｏ’とする）が実際の直流出力電圧Ｖｏより低いレベルで出力されていた場合、前記検出電圧Ｖｏ’が前記目標出力電圧Ｖｘに近づくようΔｔが長くされるため、実際の直流出力電圧Ｖｏが前記目標出力電圧Ｖｘを上回ってしまい、平滑コンデンサ７の耐電圧を超えてしまう。
【００２８】
そこで実施の形態２では、図３に示すように、低電圧設定器１６に低電圧を設定しておき、コンパレータ１７は、低電圧保護手段として、直流出力電圧検出部１５の検出電圧が低電圧設定器１６に設定電圧より低い場合に、双方向スイッチ駆動部１４に対して、双方向スイッチ９をオフにする信号を送出するようにしている。
【００２９】
ここで、Δｔ、負荷１１と直流出力電圧Ｖｏの関係は図２に示した通りであるので、低電圧設定器１６に設定する設定電圧を、図２より求めた最小電圧より低いレベルに設定すれば、通常では検出電圧が設定電圧を下回ることは起こり得ない。よって、検出電圧が設定電圧以下である場合、直流出力電圧検出部１５が故障しているとみなし、双方向スイッチ９をオフにする。これにより、直流出力電圧検出部１５が故障して、検出電圧が実際の直流出力電圧Ｖｏより低くなっているような場合においても、直流出力電圧Ｖｏの過昇圧を防止することができる。
【００３０】
なお、本実施の形態では、低電圧設定部１６に設定する電圧として、負荷１１、双方向スイッチ９のオン時間Δｔと直流出力電圧Ｖｏとの関係から求めた電圧を用いたが、直流出力電圧検出部１５から通常得られるべき検出電圧より下回る電圧を設定しても同様の効果を得ることが出来る。
【００３１】
また、低電圧設定器１６とコンパレータ１７を、駆動信号生成部１３内に低電圧記憶部として設けても同様の効果を得ることができる。
【００３２】
【発明の効果】
第２の態様による電源装置によれば、駆動信号生成手段は、直流出力電圧が前記目標出力電圧値になるように駆動信号の出力期間を制御したので、平滑コンデンサに過大な電圧が印加されなくなり、平滑コンデンサが絶縁破壊することはない。
【００３３】
第２の態様による電源装置によれば、検出した直流出力電圧が、その検出部の故障などによって実際より低く検出されていた場合、前記双方向スイッチをオフにして、コンデンサ（１０）による昇圧作用を停止するため、平滑コンデンサに過大な電圧が印加されることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における電源装置の構成図
【図２】電源装置におけるΔｔと負荷の大小による出力電圧Ｖｏとの関係を示す図
【図３】本発明の実施の形態２における電源装置の構成図
【図４】従来の電源装置の構成図
【図５】従来の電源装置の動作説明図
【図６】電源装置の交流入力電圧Ｖｉ、リアクタ電流ＩＬ、直流出力電圧Ｖｏ、および双方向スイッチ駆動信号Ｖｇの各波形を示す図（ａ）および本発明の実施例１に係る電源装置の交流入力電圧Ｖｉ、コンデンサ電流Ｉｃ、コンデンサ電圧Ｖｃの各波形を示す図（ｂ）
【符号の説明】
１  交流電源
２、３、４、５  ダイオード
６  ブリッジ整流回路
６ａ、６ｂ  ブリッジ整流回路の交流入力端
６ｃ、６ｄ  ブリッジ整流回路の直流入力端
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  ゼロクロス検出部
１３  双方向スイッチ駆動信号生成部
１３ａ  目標電圧記憶部
１４  双方向スイッチ駆動部
１５  直流出力電圧検出部
１６  低電圧設定部
１７  低電圧保護部
【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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