(57)【要約】【課題】従来技術による電源装置においては、起動停止信号により起動停止制御を行い交流電源の電圧が低下した場合に停止させるためには、アナログ集積回路とデジタル集積回路を組み合わせて回路を構成する必要がある。【解決手段】電源電圧を検出する電圧検出手段と、電源電圧と所定の電圧との大小を比較する第１のコンパレータ回路と、上記の制御回路の起動停止信号の入力手段と、起動停止信号と所定の電圧との大小を比較する第２のコンパレータ回路と、制御回路に電源を供給する電源を断続するトランジスタとを設け、第１のコンパレータ回路が制御回路に電源を供給する電源を断続するトランジスタの断続を制御し、第２のコンパレータ回路が電源電圧を検出する電圧検出手段から第１のコンパレータ回路に入力する電圧を短絡する。【選択図】  図１
2012244672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気調和機等の圧縮機駆動回路等の負荷を制御する制御回路を有する電源装置であって、
電源電圧を検出する電圧検出手段と、
前記制御回路の起動停止信号の入力手段と、
前記制御回路への電圧供給を断続するトランジスタと、
前記電源電圧と所定の電圧との大小を比較する第１のコンパレータ回路であって、前記トランジスタの断続を制御する第１のコンパレータ回路と、
前記起動停止信号と所定の電圧との大小を比較する第２のコンパレータ回路であって、その出力が前記電圧検出手段から前記第１のコンパレータ回路に入力する電圧を短絡する第２のコンパレータ回路と、
を有する電源装置。
【請求項２】
交流電源を受電してブリッジ接続された整流ダイオードで整流して平滑コンデンサで電圧を平滑して直流電圧を得る電源装置で、電流を断続する半導体スイッチング素子をリアクタに直列に接続して交流電源を短絡することによりリアクタにエネルギーを蓄積させ、半導体スイッチング素子を遮断することにより蓄積したエネルギーをリアクタと半導体スイッチング素子の接続点に接続した逆素子ダイオードを介して平滑コンデンサに開放させる昇圧式のチョッパ回路を具備し、平滑コンデンサの両端の電圧すなわち直流電圧を検出する電圧検出手段と電源電流を検出する電流検出手段を用いて、直流電圧が所定の電圧になるように電源電流の大きさを制御する力率改善用集積回路よりなる制御回路を有する電源装置で、電源電流の形状が正弦波になるように制御回路が上記の半導体スイッチング素子を断続させることにより電源力率の改善，電源高調波抑制，直流電圧制御等を行う電源装置において、
電源電圧を検出する電圧検出手段と、電源電圧と所定の電圧との大小を比較する第１のコンパレータ回路と、上記の制御回路の起動停止信号の入力手段と、起動停止信号と所定の電圧との大小を比較する第２のコンパレータ回路と、制御回路に電源を供給する電源を断続するトランジスタとを設け、第１のコンパレータ回路が制御回路に電源を供給する電源を断続するトランジスタの断続を制御し、第２のコンパレータ回路の出力が電源電圧を検出する電圧検出手段から第１のコンパレータ回路に入力する電圧を短絡することを特徴とする電源装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記第１のコンパレータ回路の基準電圧にヒステリシスを設けた
ことを特徴とする電源装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記第１のコンパレータ回路のヒステリシス回路にダイオードを設けた
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】
本発明は、力率改善機能を有する電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、特許文献１がある。ここには、従来技術として昇圧式のチョッパ回路を具備した電源装置についての記載がある。すなわち、交流入力を整流するとともに、整流出力を半導体スイッチング素子によりスイッチング駆動されるリアクタによりスイッチングして前記交流入力に含まれる高調波を抑制しつつ逆阻止ダイオードの出力端に所望の直流電圧を得る電源装置である。この電源装置は、電源高調波を抑制して力率改善を行う力率改善用集積回路からなる力率改善回路を有している。力率改善用集積回路は所定の基準電圧を発生する基準電圧部を有している。直流電圧が所望の電圧になるように分圧比を設定された抵抗で直流電圧を分圧して、この電圧と基準電圧を比較して電圧誤差を算出する電圧誤差増幅器を有する。電圧誤差増幅器の出力に従い力率改善用集積回路の作用により入力電流の大きさを制御するとともに、電流を正弦波状に制御して直流電圧を所望の直流電圧にする。
【０００３】
また、特許文献２には、交流入力の電圧が異常により低下していることを検知して電源装置の昇圧動作を停止させる記載がある。交流入力の電圧が低下した場合、直流電圧も低下するため上述の電圧誤差増幅器の出力が大きくなる。この状態で交流入力の電圧が正常の電圧に復帰すると過大な電流が生じ、半導体スイッチング素子や逆阻止ダイオード等を破壊する虞がある。このため、電源装置は交流入力の電圧が所定の電圧より低下した場合に動作を停止させる機能を有する。一般に、この機能をブラウンアウト検出機能という。
【０００４】
電源装置に用いる力率改善用集積回路は、ブラウンアウト検出機能を具備することを要求される一方で、パッケージの小型化のためにピン数の削減をしている。このため、非特許文献１にあるように、ブラウンアウト検出機能を割り付けるピンは言うに及ばず起動停止を制御するピンまで削減した力率改善用集積回路がある。非特許文献１には力率改善用集積回路に電源を供給する電源を断続するトランジスタを設けることにより、起動停止を制御する回路例についての記載がある。また、非特許文献１にはブラウンアウト検出機能を有する力率改善用集積回路の内部構成例および周辺回路例についての記載もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２１５５６６号公報
【特許文献２】特開２００１−２５８２４９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Application note, Ver 1.0, May 2008  Design Guide for Boost Type CCM PFC with ICE2PCSxx
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題を従来技術による電源装置により説明する。図２は従来技術による電源装置の全体構成図である。１は単相の交流電源、２はブリッジ接続された４つのダイオードによって構成されるブリッジ整流ダイオード、３はリアクタ、４は半導体スイッチング素子、５は逆阻止ダイオード、６は平滑コンデンサ、以上で電源装置の主回路を構成している。
【０００８】
７は負荷である。単相の交流電源１から供給される交流電圧は、ブリッジ接続された４つのダイオードによって構成されるブリッジ整流ダイオード２の作用によって整流され全波整流電圧となる。半導体スイッチング素子４が動作していない場合はこの全波整流電圧は、リアクタ３，逆阻止ダイオード５を通して平滑コンデンサ６で平滑され負荷７に供給される。以上が、交流電圧から直流電圧を供給する電源装置の基本動作である。
【０００９】
つぎに入力電流を正弦波に制御する動作について説明する。８はセメント抵抗等の電流検出手段、９は分圧抵抗で構成される直流電圧検出手段、１０は力率改善用集積回路よりなる制御回路、１１は電流検出手段８で検出した電流信号、１２は直流電圧検出手段９で検出した直流電圧信号、１３は制御回路１０で作成された半導体スイッチング素子４の駆動信号である。分圧抵抗で構成される直流電圧検出手段９で検出された直流電圧信号１２は、力率改善用集積回路よりなる制御回路１０において予め設定された目標とする出力である直流電圧の目標値と比較され、図示していないが偏差に比例した電流指令を作成する。作成された電流指令は力率改善用集積回路よりなる制御回路１０において電流検出手段８で検出された電流信号１１と比較される。電流指令および電流信号１１から制御回路１０に具備された力率改善用集積回路の作用によって、入力電流を正弦波に制御するように半導体スイッチング素子４の駆動信号１３が作成される。
【００１０】
直流電圧の目標値と直流電圧検出手段９で検出された直流電圧信号１２の偏差が大きい場合は負荷が大きいので電流指令を大きくする。逆に、直流電圧の目標値と直流電圧検出手段９で検出された直流電圧信号１２の偏差が小さい場合は負荷が小さいので電流指令を小さくする。半導体スイッチング素子４の駆動信号１３がオン信号を出力している期間は、交流電源１から供給される交流電圧をブリッジ整流ダイオード２で整流してリアクタ３を介して半導体スイッチング素子４で短絡回路を形成して、短絡電流によってリアクタ３に磁気エネルギーを蓄積する。半導体スイッチング素子４の駆動信号１３がオフ信号を出力している期間は、蓄積されている磁気エネルギーに応じた逆起電力が発生して逆阻止ダイオード５を通して平滑コンデンサ６を充電する電流が流れる。この動作を繰り返すことにより出力である直流電圧を目標の直流電圧に昇圧させる。
【００１１】
つぎに力率改善用集積回路よりなる制御回路１０の起動停止の制御について説明する。近年の力率改善用集積回路はパッケージの小型化のためにピン数の削減をしているため、起動停止の制御用のピンが無い。この場合、制御回路１０の電源を断続して起動停止を制御する。１４は制御回路１０の電源である制御回路用電源２４を断続して起動停止を制御するトランジスタである。
【００１２】
トランジスタ１４はトランジスタ１５を介してＡＮＤ回路１７により駆動される。ＡＮＤ回路１７の出力が真であればトランジスタ１５がオンしてトランジスタ１４もオンして制御回路１０に制御回路用電源２４が供給される。従って、ＡＮＤ回路１７の２つの入力がともに真であれば制御回路１０に制御回路用電源２４が供給される。ＡＮＤ回路１７の入力はつぎの２つの回路に接続されている。１つは交流電源１の電圧低下を検出する回路（２２ａ側）であり、１つは制御回路１０の起動停止の信号を入力する回路（２２ｂ側）である。
【００１３】
１８は交流電源１の電圧低下を検出するコンパレータ回路である。コンパレータ回路１８は予め設定された判定電圧と交流電源１から得られる電圧２５を比較して交流電源１の電圧が低下したことを検出する。コンパレータ回路１８の判定電圧は抵抗２０の作用によってヒステリシスを有する。ヒステリシスにより交流電源１の電圧が閾値電圧近傍においてもコンパレータ回路１８の出力を確定することができる。交流電源１の電圧が低下している場合、コンパレータ回路１８の出力は真である。交流電源１の電圧が正常の場合、コンパレータ回路１８の出力は偽である。ＡＮＤ回路１７の入力は交流電源１の電圧が正常の場合に真であるので、論理を合わせるためにＮＯＴ回路２２ａを接続する。
【００１４】
トランジスタ１６は制御回路１０の起動停止の信号を接続するトランジスタである。制御回路１０を起動するためにトランジスタ１６の入力に起動停止信号２３が印加された場合、トランジスタ１６の出力は偽になる。ＡＮＤ回路１７の入力は制御回路１０が起動の場合に真であるので、論理を合わせるためにＮＯＴ回路２２ｂを接続する。以上の構成により、制御回路１０の起動停止の制御を行っている。
【００１５】
つぎに各部の電圧波形により動作を説明する。図５は従来技術による電源装置の起動停止制御において、交流電源１の電圧が正常な電圧から停電した場合についての動作説明図である。交流電源１の電圧が正常な電圧から停電してなくなると検出電圧２５は図示のように低下する。検出電圧２５がコンパレータ回路１８の閾値電圧より低くなるとコンパレータ回路１８の出力は偽から真に変化する。このとき、抵抗２０の作用により閾値電圧が変化する。交流電源１の電圧が正常な電圧のときに起動停止信号２３が停止から起動になると、トランジスタ１６の出力は真から偽に変化する。コンパレータ回路１８の出力とトランジスタ１６の出力を、ＮＯＴ回路２２ａ，２２ｂを通してＡＮＤ回路１７に入力すると、ＡＮＤ回路１７の出力は交流電源１の電圧が正常な電圧の期間に起動停止信号２３が起動になると真になり、交流電源１の電圧が正常な電圧から停電になると偽になる。ＡＮＤ回路１７の出力でトランジスタ１５およびトランジスタ１４を駆動することにより制御回路１０に制御回路用電源２４を供給して、停電が発生した場合には制御回路１０の電源供給を停止することができる。
【００１６】
図６は従来技術による電源装置の起動停止制御において、交流電源１の電圧が正常な電圧から低下した場合についての動作説明図である。検出電圧２５がコンパレータ回路１８の閾値電圧より低くなると抵抗２０の作用により閾値電圧が変化することにより、動作が安定する。以下の動作については図５の動作と同様である。
【００１７】
以上のように従来技術による電源装置においては、起動停止信号により起動停止制御を行い交流電源の電圧が低下した場合に停止させるためには、アナログ集積回路とデジタル集積回路を組み合わせて回路を構成する必要がある。
【００１８】
本発明の目的は、少ない部品点数で力率改善回路の起動停止制御とブラウンアウト制御との両方の機能を具備した制御回路を構成することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するために本発明は、
電源電圧を検出する電圧検出手段と、電源電圧と所定の電圧との大小を比較する第１のコンパレータ回路と、上記の制御回路の起動停止信号の入力手段と、起動停止信号と所定の電圧との大小を比較する第２のコンパレータ回路と、制御回路に電源を供給する電源を断続するトランジスタとを設け、第１のコンパレータ回路が制御回路に電源を供給する電源を断続するトランジスタの断続を制御し、第２のコンパレータ回路の出力が電源電圧を検出する電圧検出手段から第１のコンパレータ回路に入力する電圧を短絡することとした。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、少ない部品点数で力率改善回路の起動停止制御とブラウンアウト制御との両方の機能を具備した制御回路を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施例による電源装置の全体構成図。
【図２】従来技術による電源装置の全体構成図。
【図３】本実施例による電源装置の停電時の動作説明図。
【図４】本実施例による電源装置の電圧低下時の動作説明図。
【図５】従来技術による電源装置の停電時の動作説明図。
【図６】従来技術による電源装置の電圧低下時の動作説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は本実施例による電源装置の全体構成図である。符号は従来技術による電源装置と同様に、１は単相の交流電源、２はブリッジ整流ダイオード、３はリアクタ、４は半導体スイッチング素子、５は逆阻止ダイオード、６は平滑コンデンサ、以上で電源装置の主回路を構成している。７は空気調和機等の圧縮機駆動回路等の負荷である。単相の交流電源１から供給される交流電圧を、ブリッジ接続された４つのダイオードによって構成されるブリッジ整流ダイオード２の作用によって整流し、リアクタ３，逆阻止ダイオード５を通して平滑コンデンサ６で平滑され負荷７に供給される。
【００２４】
８はセメント抵抗等の電流検出手段、９は分圧抵抗で構成される直流電圧検出手段、１０は力率改善用集積回路よりなる制御回路、１１は電流検出手段８で検出した電流信号、１２は直流電圧検出手段９で検出した直流電圧信号、１３は制御回路１０で作成された半導体スイッチング素子４の駆動信号である。直流電圧検出手段９で検出された直流電圧信号１２は、力率改善用集積回路よりなる制御回路１０において予め設定された目標とする出力である直流電圧の目標値と比較され、図示していないが偏差に比例した電流指令を作成する。
【００２５】
直流電圧信号１２に基づいて作成された電流指令は力率改善用集積回路よりなる制御回路１０において電流検出手段８で検出された電流信号１１と比較される。電流指令および電流信号１１から制御回路１０に具備された力率改善用集積回路の作用によって、入力電流を正弦波に制御するように半導体スイッチング素子４の駆動信号１３が作成される。半導体スイッチング素子４の駆動信号１３がオン信号を出力している期間は、交流電源１から供給される交流電圧をブリッジ整流ダイオード２で整流してリアクタ３を介して半導体スイッチング素子４で短絡回路を形成して、短絡電流によってリアクタ３に磁気エネルギーを蓄積する。半導体スイッチング素子４の駆動信号１３がオフ信号を出力している期間は、蓄積されている磁気エネルギーに応じた逆起電力が発生して逆阻止ダイオード５を通して平滑コンデンサ６を充電する電流が流れる。この動作を繰り返すことにより出力である直流電圧を目標の直流電圧に昇圧させる。
【００２６】
つぎに本実施例による制御回路１０の起動停止の制御について説明する。制御回路１０が具備する力率改善用集積回路は起動停止の制御用のピンおよびブラウンアウト検出用のピンを有していない。制御回路用電源２４をトランジスタ１４で断続して、制御回路１０の起動停止を制御する。コンパレータ回路１８の出力が偽のときトランジスタ１４のベース電流が流れて導通して制御回路１０が起動し、コンパレータ回路１８の出力が真のときトランジスタ１４が遮断して制御回路１０が停止する。コンパレータ回路１９は所定の電圧を閾値電圧としたコンパレータ回路であり、制御回路１０の起動停止信号２３を接続する。起動停止信号２３の電圧が閾値電圧より大きい場合、制御回路１０が起動するよう制御する。コンパレータ回路１９の閾値電圧を変えることにより、制御回路１０の起動停止信号２３の閾値電圧を任意に設定することが可能である。
【００２７】
起動停止信号２３が停止の場合、コンパレータ回路１９の出力は偽になる。コンパレータ回路１９の出力が偽の場合、交流電源１の電圧の大きさに係わらず交流電源１から得られる電圧２５はコンパレータ回路１９の出力の作用により偽となる。この結果、コンパレータ回路１８の出力は真となりトランジスタ１４が遮断して制御回路１０が停止する。すなわち、起動停止信号２３を停止にすれば交流電源１の電圧の大きさに係わらず制御回路１０を停止することができる。
【００２８】
コンパレータ回路１８の出力が真の場合にトランジスタ１４が遮断するが、これはコンパレータ回路１８の出力端子の構成がオープンコレクタ方式であることとダイオード２１の作用による。一方、起動停止信号２３が起動の場合、コンパレータ回路１９の出力は真となり、交流電源１から得られる電圧２５はコンパレータ回路１８で予め設定された閾値電圧と比較される。コンパレータ回路１９の出力が真の場合に交流電源１から得られる電圧２５がコンパレータ回路１８に入力されるが、これはコンパレータ回路１９の出力端子の構成がオープンコレクタ方式であることによる。交流電源１の電圧が小さくなると交流電源１から得られる電圧２５が小さくなり、コンパレータ回路１８の出力が真になり、トランジスタ１４が遮断して制御回路１０が停止する。以上の構成により、制御回路１０の起動停止の制御を行っている。
【００２９】
つぎに各部の電圧波形により動作を説明する。
【００３０】
図３は本実施例による電源装置の起動停止制御において、交流電源１の電圧が正常な電圧から停電した場合についての動作説明図である。交流電源１の電圧が正常な電圧の期間においても起動停止信号２３が停止であればコンパレータ回路１９の出力が偽になり、電源１から得られる電圧２５は図示のように短絡されて発生しない。このためコンパレータ回路１８の出力が真になり、トランジスタ１４が遮断して制御回路１０が停止する。
【００３１】
起動停止信号２３が起動になるとコンパレータ回路１９の出力が真になり、電源１から得られる電圧２５は図示のように発生する。すると、コンパレータ回路１８の出力が偽になりトランジスタ１４が導通して制御回路用電源２４が供給されて制御回路１０が起動する。
【００３２】
図４は本実施例による電源装置の起動停止制御において、交流電源１の電圧が正常な電圧から低下した場合についての動作説明図である。検出電圧２５がコンパレータ回路１８の閾値電圧より低くなると抵抗２０の作用により閾値電圧が変化することにより、動作が安定する。以下の動作については図３の動作と同様である。
【００３３】
以上のように、本実施例によればアナログ集積回路とデジタル集積回路を組み合わせて用いることなく、パッケージ内に２つのコンパレータを搭載したアナログ集積回路を１つ用いることにより、力率改善回路の起動停止制御とブラウンアウト制御の両方の機能を具備した制御回路を構成することができる。また、制御回路を構成する部品点数を低減できるので、制御回路を実装する基板の面積を小さくすることが可能である。また、起動停止の判定にコンパレータを使用するので、コンパレータの閾値電圧を変えることにより閾値電圧を任意に設定することが可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１  交流電源
２  ブリッジ整流ダイオード
３  リアクタ
４  半導体スイッチング素子
５  逆阻止ダイオード
６  平滑コンデンサ
７  負荷
８  電流検出手段
９  直流電圧検出手段
１０  制御回路
１１  電流信号
１２  直流電圧信号
１３  駆動信号
１４，１５，１６  トランジスタ
１７  ＡＮＤ回路
１８，１９  コンパレータ回路
２０  抵抗
２１  ダイオード
２２ａ，２２ｂ  ＮＯＴ回路
２３  起動停止信号
２４  制御回路用電源
２５  検出電圧
【図１】
2012244672.tif 000003
【図２】
2012244672.tif 000004
【図３】
2012244672.tif 000005
【図４】
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【図５】
2012244672.tif 000007
【図６】
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