(57)【要約】【課題】  簡単な構成で、ＡＣ−ＤＣ変換器等の変圧器を用いる回路の力率を改善し得る力率改善回路を提供する。【解決手段】  本発明の力率改善回路は、変圧器を用いる回路に適用する力率改善回路であって、上記変圧器の１次側のコイルに印加される第１交流電圧を増加させる補助コイルを備え、上記補助コイルは、上記変圧器の１次側のコイルの上流側に直列に、かつ、上記第１交流電流による磁束と鎖交するように接続されていることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変圧器を用いる回路に適用する力率改善回路であって、
上記変圧器の１次側のコイルに印加される第１交流電圧を増加させる補助コイルを備え、
上記補助コイルは、上記変圧器の１次側のコイルの上流側に直列に、かつ、上記第１交流電流による磁束と鎖交するように接続されていることを特徴とする力率改善回路。
【請求項２】
更に整流手段を備え、
上記整流手段は、上記補助コイルに誘起する補助交流電圧が上記第１交流電圧に対する逆起電力として作用するのを防ぐように、上記補助コイルの上流側に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の力率改善回路。
【請求項３】
上記補助コイルに力率調整用のリアクタンス素子が接続されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の力率改善回路。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の力率改善回路を適用した直流間接変換回路であって、
上記力率改善回路を、上記直流間接変換回路に印加されて、上記第１交流電圧に変換される上記第１直流電圧の、供給線に、直列に接続したことを特徴とする直流間接変換回路。
【請求項５】
請求項４に記載の直流間接変換回路の出力する第２直流電圧が一定になる様に上記第１交流電圧又は上記１次側のコイルに流れる第１交流電流を制御する制御回路を備えることを特徴とする定電圧回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＡＣ−ＤＣ変換器や直流間接変換回路等の変圧器を用いる回路の力率改善を行う力率改善回路に関する。ここで、力率とは、入力有効電力÷皮相電力で計算した有効利用率のことを言う。
【背景技術】
【０００２】
力率を良くするには、回路に印加される交流電圧Ｖｉｎ及び交流電流Ｉｉｎの、歪みやノイズを低減すると共に、位相差を少なくし、波形を正弦波形に近づけることが求められる。
【０００３】
図４に示す回路は、変圧器７を利用する周知の直流間接変換回路であるＤＣ−ＤＣ変換回路５０の前段に、力率を改善するため、回路に入力される電流の歪みを抑制するアクティブフィルタ回路７０を設けて成る回路であって、更に、当該アクティブフィルタ回路７０の前段に、交流電源１００と、フルブリッジ回路１０１とを設けて成るＡＣ−ＤＣ変換器８０である。交流電源１００より出力される交流電圧Ｖｉｎは、フルブリッジ回路１０１により全波整流された後にアクティブフィルタ回路７０の端子７１に印加される。アクティブフィルタ回路７０を取り付ける前の状態のＡＣ−ＤＣ変換器８０の力率は、０．５〜０．６程度である。
【０００４】
アクティブフィルタ回路７０は、コイル７３、ダイオード７４、トランジスタ・スイッチ７５、及び、端子７１と端子７２との間の電位差に基づいて上記トランジスタ・スイッチ７５をオン／オフする第２制御回路７６で構成され、入力端子７１に印加される電流の高調波成分を抑制し、これにより力率を改善するように働く。
【０００５】
なお、上記高調波成分に対する対策及びアクティブフィルタ回路７０の構成及び動作については、以下の非特許文献１に詳しく説明されている。
【非特許文献１】原田耕介監修、スイッチング電源ハンドブック、日刊工業新聞社、第7章、２８９ページ、２０００年１月２５日発行第２版
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、アクティブフィルタ回路７０を用いる場合、特に第２制御回路７６の構成が複雑で、回路規模も大きくなってしまうといった問題があった。また、第２制御部７６を駆動する電源が必要であり、消費電力が多くなるといった問題もあった。
【０００７】
本発明は、より簡単な構成で、ＡＣ−ＤＣ変換器や直流間接変換回路等の変圧器を用いる回路の当該変圧器に係る部分の力率を改善し得る力率改善回路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】
【０００８】
本発明の第１の力率改善回路は、変圧器を用いる回路、特に、直流間接変換回路や、当該直流間接変換回路を利用する定電圧回路に適用するものであり、上記変圧器の１次側のコイルに印加される第１交流電圧を増加させる補助コイルを備え、上記補助コイルは、上記変圧器の１次側のコイルの上流側に直列に、かつ、上記第１交流電流による磁束と鎖交するように接続されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の第２の力率改善回路は、上記第１の力率改善回路において、更に整流手段を備え、上記整流手段は、上記補助コイルに誘起する補助交流電圧が上記第１交流電圧に対する逆起電力として作用するのを防ぐように、上記補助コイルの上流側に接続されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の第３の力率改善回路は、上記第１又は第２の力率改善回路において、上記補助コイルに力率調整用のリアクタンス素子が接続されていることを特徴とする。上記リアクタンス素子には、通常のリアクタンス素子及び可変のリアクタンス素子の両方を含む。
【００１１】
また、本発明の直流間接変換回路は、上記第１乃至第３の内の何れかの力率改善回路を適用した直流間接変換回路であって、上記力率改善回路を、上記直流間接変換回路に印加されて上記第１交流電圧に変換される上記第１直流電圧の、供給線に、直列に接続したことを特徴とする。
【００１２】
更に、本発明の定電圧回路は、上記直流間接変換回路の出力する第２直流電圧が一定となる様に上記第１交流電圧又は上記第１のコイルに流れる第１交流電流を制御する制御回路を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の第１の力率改善回路は、変圧器を用いる回路、特に、直流間接変換回路や当該直流間接変換回路を用いる定電圧回路に適用することにより、上記補助コイルに誘起する補助交流電圧を１次側のコイルに印加する第１交流電圧に加えることができる。これにより、上記補助コイルよりも下流に位置する回路により多くの電流が流れ込んで入力電流の導通角が広がり、結果として力率が改善される。なお、上記導通角とは、交流電流が１サイクルする期間内において電流が流れている範囲（位相角θで表す。図３を参照）をいう。
【００１４】
本発明の第２の力率改善回路では、整流手段を設けたことにより、上記補助コイルに誘起する補助交流電圧がより効果的に上記第１交流電圧に追加されるため、入力電流の導通角が更に広がり、力率を一層改善することができる。
【００１５】
本発明の第３の力率改善回路では、リアクタンス素子を設けたことにより、補助コイルに流れる電流の位相を調整して、更に力率を改善することができる。
【００１６】
また、上記直流間接変換回を定電圧回路に適用した場合、上記力率改善回路の働きにより力率が改善される結果、変圧器の１次側のコイルに印加すべき第１交流電流を減少することができるため、変圧器の１次側のコイルよりも前段に位置する回路における損失を少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、実施の形態に係る力率改善回路Ｃ１を実装したＡＣ−ＤＣ変換器１００の構成を示す図である。ＡＣ−ＤＣ変換器１００は、電流共振形の直流間接変換回路であって、ＤＣ−ＤＣ変換回路Ｃ２に、点線で囲んで示す力率改善回路Ｃ１を取り付けたものである。ＤＣ−ＤＣ変換回路Ｃ２の入力端子１には、交流電源１００により端子２に出力される交流電圧Ｖｉｎがフルブリッジ回路１０１により全波整流された電圧が印加される。
【００１８】
制御回路４は、交流電圧Ｖｉｎの供給が開始し、平滑コンデンサ３の充電が完了すると、その充電完了に伴い始動して、トランジスタスイッチ５，６を一定の周期Ｔで交互にオンに切り換える。トランジスタスイッチ５がオンで、トランジスタスイッチ６がオフの時、変圧器７の１次側のコイル７ａを通ってコンデンサ８に電荷が蓄積される。この状態から、トランジスタスイッチ５がオフに切り換わり、トランジスタスイッチ６がオンに切り換わると、コンデンサ８に蓄積された電荷が１次側のコイル７ａ及びトランジスタスイッチ６を介して放電される。上記制御回路４の働きにより変圧器７の１次側のコイル７ａに第１交流電圧Ｖ１、第１交流電流Ｉ１が印加されることになる。
【００１９】
変圧器７は、２次側のコイル７ｂに、１次側のコイル７ａに対する巻線比に比例した第２交流電圧Ｖ２及び第２交流電流Ｉ２を誘起する。第２交流電圧Ｖ２は、整流平滑回路９により第２直流電圧Ｖｏｕｔに変換された後、出力される。
【００２０】
力率改善回路Ｃ１は、上記第１交流電圧を増加させる補助コイル７ｃを備えている。補助コイル７ｃは、変圧器７の１次側のコイル７ａの上流側に、上記１次側のコイル７ａに流れる第１交流電流による磁束と鎖交するように、直列に接続されている。
【００２１】
また、力率改善回路Ｃ１は、補助コイル７ｃに誘起する補助交流電圧Ｖ３が、第１交流電圧Ｖ１の逆起電力として作用するのを防止する整流手段として、１次側のコイル７ａの上流側の線に順方向に接続した２つの高速ダイオード２０，２１を備える。
【００２２】
上記２つのダイオード２０，２１の働きにより、補助交流電圧Ｖ３は、点Ｐにおける電位Ｖｐに追加される。これにより、電流が上記２つのダイオード２０，２１を通って平滑コンデンサ３に流れ込む。この結果、入力電流Ｉｉｎの導通角が広がり力率が改善される。なお、上記導通角とは、交流電流が１サイクルする期間内において電流が流れている範囲（位相角θで表す。図３を参照）をいう。
【００２３】
更に、力率改善回路Ｃ１では、補助コイル７ｃに、可変リアクタンス素子の一例として可変インダクタンスのコイル２２が直列に接続されている。
【００２４】
当該コイル２２のインダクタンスＬ（単位はヘンリー）を変化させることにより、補助コイル７ｃに流れる電流を調節して、一層の力率改善を図ることができる。これにより、力率を０．７５〜０．９にまで改善して、ＥＭＩ（electric-magnetic interference）規制を満たすことができる。
【００２５】
上述したように、力率改善回路Ｃ１は、大きく複雑な制御回路を必要としないため、適用に伴う回路規模の増加は少なくて済む。また、補助コイル７ｃに誘起する誘導電圧を利用するだけで、別の駆動電源を必要とせず、消費電力が少ないといった利点も有する。
【００２６】
図２は、上記ＤＣ−ＤＣ変換器Ｃ２を利用した定電圧回路を示す。定電圧回路は、図１に示した制御回路４の代わりに、第２直流電圧Ｖｏｕｔの値が一定になる様に上記トランジスタスイッチ５及び６を交互にオンさせる周期Ｔを調節する機能を有する制御回路３０を備える。
【００２７】
より詳しくは、制御回路３０は、端子１０から制御回路３０に帰還するフィードバック線Ｌと、比較器３１、発振器３２及びインバータ３３で構成される。上記比較器３１は、フィードバック線Ｌにより端子１０から帰還されてくる第２直流電圧Ｖｏｕｔの値と基準値Ｖｒｅｆとを比較する。比較器３１は、第２直流電圧Ｖｏｕｔの値が基準値Ｖｒｅｆよりも多い場合にＨｉｇｈレベルの比較結果信号を出力し、第２直流電圧Ｖｏｕｔの値が基準値Ｖｒｅｆよりも少ない場合にＬｏｗレベルの比較結果信号を出力する。発振器３２は、比較器３１からのＨｉｇｈレベルの比較結果信号入力に応じて、出力する信号をＨｉｇｈ及びＬｏｗレベルに切り換える周期Ｔを遅くする。他方、発振器３２は、比較器３１からのＬｏｗレベルの比較結果信号入力に応じて、出力する信号をＨｉｇｈ及びＬｏｗレベルに切り換える周期Ｔを早くする。インバータ３３は、発振器３２の出力する信号を反転してからトランジスタスイッチ５のゲートに印加する。
【００２８】
上記構成の制御回路３０の働きにより、力率改善回路Ｃ１によって平滑コンデンサ３に印加される電圧が増加する分だけ、変圧器７の１次側のコイル７ａよりも前段に位置する回路、例えば、トランジスタスイッチ５及び６のオン抵抗により生じる損失等が低減される。このように、力率改善回路Ｃ１を用いることにより、低損失型の効率の良い定電圧回路を構成することができる。
【００２９】
図３は、上記ＤＣ−ＤＣ変換器Ｃ２を利用した定電圧回路における、入力交流電圧Ｖｉｎと入力交流電流Ｉｉｎの波形を実線で示すと共に、入力交流電流Ｉｉｎの導通角θを示す図である。比較のため、力率改善回路Ｃ１を付加する前の入力交流電流Ｉｉｎ’の波形を点線で示すと共に、当該入力交流電流Ｉｉｎ’の導通角θ’を示す。図示するように、力率改善回路Ｃ１を付加しているほうが、入力電流の導通角が広がり、力率が改善されている。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施の形態に係る力率改善回路を実装したＡＣ−ＤＣ変換器の構成を示す図である。
【図２】図１に示したＡＣ−ＤＣ変換器を用いた定電圧回路の構成を示す図である。
【図３】力率改善回路装着前後において入力交流電圧と電流の関係を示す図である。
【図４】前段に従来のアクティブフィルタ回路を用いるＡＣ−ＤＣ変換器の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１，１０  端子、３  平滑コンデンサ、４，３０  制御回路、５，６  トランジスタスイッチ（ＦＥＴスイッチ）、７  変圧器、７ａ  １次側のコイル、７ｂ  ２次側のコイル、７ｃ  補助コイル、２０，２１  ダイオード、２２  コイル、９  整流平滑回路、４０  定電圧回路、１００  ＡＣ−ＤＣ変換器、Ｌ  フィードバック線、Ｃ１  力率改善回路、Ｃ２  ＤＣ−ＤＣ変換回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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