(57)【要約】【課題】トランスなどの直流遮断素子を使用せず交流電圧の極性判定と電圧検出とができる、ＰＦＣスイッチング電源を実現する。【解決手段】入力部に入力された交流電圧を整流し、負荷に直流出力を出力するとともに力率の改善を行う力率改善部と、入力部の正極電圧および負極電圧に対応して正極検出電圧および負極電圧を出力する入力電圧検出部と、正極および負極検出電圧に基づいて力率改善部の動作を制御するスイッチング制御部とを備え、スイッチング制御部のＡＣ波形生成部は、正極および負極検出電圧極に基づいてＡＣ波形を生成し、スイッチング制御部は、ＡＣ波形情報に応じて周期およびデューティ比が変化する駆動パルスを生成し、力率改善部が有する１または複数のスイッチ素子を駆動して、力率改善部の直流出力を所定の直流出力に維持するとともに、力率の改善を行うこととした。【選択図】図１
2013074667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源に接続される入力部と、
該入力部に入力された交流電圧を整流し、負荷に直流出力を出力するとともに、力率の改善を行う力率改善部と、
前記入力部の正極電圧に対応した正極検出電圧、および前記入力部の負極電圧に対応した負極検出電圧を出力する入力電圧検出部と、
前記正極検出電圧および前記負極検出電圧に基づいて前記力率改善部の動作を制御するスイッチング制御部とを備え、
該スイッチング制御部が有するＡＣ波形生成部は、前記正極検出電圧および負極検出電圧極に基づいてＡＣ波形を生成し、ＡＣ波形情報として出力し、
前記スイッチング制御部は、前記ＡＣ波形情報に応じて周期およびデューティ比が変化する駆動パルスを生成し、前記力率改善部が有する１または複数のスイッチ素子を駆動することによって、前記力率改善部の直流出力を所定の直流出力に維持するとともに、前記力率の改善を行うことを特徴とするスイッチング電源。
【請求項２】
前記ＡＣ波形生成部は、
前記正極検出電圧と前記負極検出電圧との大小を比較し、
前記比較した結果に基づいて前記交流電圧の正の半周期と負の半周期を確定し、
前記確定に基づいて、前記正極検出電圧と前記負極検出電圧とから電圧波形を生成し、
前記電圧波形に基づいて生成したＡＣ波形を前記ＡＣ波形情報として出力することを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源。
【請求項３】
前記正極検出電圧と前記負極検出電圧との大小を比較した結果、
前記正極検出電圧が前記負極検出電圧より大きい場合には、
前記交流電圧の周期が正または負の半周期の一方の半周期と確定され、
前記一方の半周期における前記正極検出電圧に所定の第１の係数を乗じた電圧から、前記負極検出電圧に所定の第２の係数を乗じた電圧を減じた波形に対応する第１電圧波形が生成され、
前記負極検出電圧が前記正極検出電圧より大きい場合には、
前記交流電圧の周期が正または負の半周期の他方の半周期と確定され、
前記他方の半周期における前記正極検出電圧に所定の第１の係数を乗じた電圧から、前記負極検出電圧に所定の第２の係数を乗じた電圧を減じた波形に対応する第２電圧波形が生成され、
これら第１電圧波形および第２電圧波形に基づいて前記電圧波形が生成されることを特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源。
【請求項４】
前記正極検出電圧と前記負極検出電圧との大小を比較した結果、
前記正極検出電圧が前記負極検出電圧より大きい場合には、前記交流電圧の周期が正または負の半周期の一方の半周期と確定され、前記一方の半周期における前記正極検出電圧に所定の第１の係数を乗じた電圧から、前記負極検出電圧に所定の第２の係数を乗じた電圧を減じた波形に対応する第１電圧波形が生成され、または、前記一方の半周期における前記負極検出電圧に所定の第２の係数を乗じた電圧から、前記正極検出電圧に所定の第１の係数を乗じた電圧を減じた波形に対応する極性反転第１電圧波形が生成され、
前記負極検出電圧が前記正極検出電圧より大きい場合には、前記交流電圧の周期が正または負の半周期の他方の半周期と確定され、前記他方の半周期における前記負極検出電圧に所定の第２の係数を乗じた電圧から、前記正極検出電圧に所定の第１の係数を乗じた電圧を減じた波形に対応する極性反転第２電圧波形が生成され、または、前記他方の半周期における前記正極検出電圧に所定の第１の係数を乗じた電圧から、前記負極検出電圧に所定の第２の係数を乗じた電圧を減じた波形に対応する第２電圧波形が生成され、
極性反転第１電圧波形および第２電圧波形に基づいて、または第１電圧波形および極性反転第２電圧波形に基づいて前記電圧波形が生成されることを特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源。
【請求項５】
交流電源に接続される入力部と、
前記入力部に入力された交流電圧を整流し、負荷に直流出力を出力するとともに、力率の改善を行う力率改善部と、
前記入力部の正極電圧に対応した正極検出電圧、および前記入力部の負極電圧に対応した負極検出電圧を出力する入力電圧検出部と、
前記正極検出電圧および前記負極検出電圧に基づいて前記力率改善部の動作を制御するスイッチング制御部とを備えたスイッチング電源のＡＣ波形生成方法であって、
該ＡＣ波形生成方法は、
前記正極検出電圧と前記負極検出電圧とを取得する入力部電圧取得ステップと、
前記正極検出電圧と前記負極検出電圧との大きさを比較して前記交流電圧の周期を、正の半周期または負の半周期のいずれかに確定する周期確定ステップと、
前記正の半周期および前記負の半周期のそれぞれに応じて予め設定された演算式を用いて、前記正極検出電圧と前記負極検出電圧とから、前記正の半周期および前記負のそれぞれの電圧波形を導出する電圧波形演算ステップと、
前記正負半周期毎に導出された前記それぞれの電圧波形を合成してＡＣ波形として確定する、ＡＣ波形確定ステップと、
を有することを特徴とするスイッチング電源におけるＡＣ波形生成方法。
【請求項６】
前記周期確定ステップにおいて、
前記正極検出電圧が前記負極検出電圧より大きいと判定された場合には、前記交流電圧の周期を、前記正の半周期および前記負の半周期の一方の半周期と確定し、
一方、前記負極検出電圧が前記正極検出電圧より大きいと判定された場合には、前記交流電圧の周期を、前記正の半周期および前記負の半周期の他方の半周期と確定し、
前記一方の半周期と確定された場合には、前記一方の半周期における前記正極検出電圧に所定の第１の係数を乗じた電圧から、前記負極検出電圧に所定の第２の係数を乗じた電圧を減じた値に対応する第１電圧波形を生成し、
前記他方の半周期と確定された場合には、前記他方の半周期における前記正極検出電圧に所定の第１の係数を乗じた電圧から、前記負極検出電圧に所定の第２の係数を乗じた電圧を減じた値に対応する第２電圧波形を生成し、
前記ＡＣ波形確定ステップにおいて、これら第１電圧波形および第２電圧波形に基づいて前記ＡＣ波形を確定することを特徴とする請求項５に記載のスイッチング電源におけるＡＣ波形生成方法。
【請求項７】
前記周期確定ステップにおいて、
前記正極検出電圧が前記負極検出電圧より大きいと判定された場合には、前記交流電圧の周期を、前記正の半周期および前記負の半周期の一方の半周期と確定し、
一方、前記負極検出電圧が前記正極検出電圧より大きいと判定された場合には、前記交流電圧の周期を、前記正の半周期および前記負の半周期の他方の半周期と確定し、
前記一方の半周期と確定された場合には、前記一方の半周期における前記正極検出電圧に所定の第１の係数を乗じた電圧から、前記負極検出電圧を加えた電圧に所定の第２の係数を乗じた値に対応する第１電圧波形を生成し、または、前記一方の半周期における前記負極検出電圧に所定の第２の係数を乗じた電圧から、前記正極検出電圧に所定の第１の係数を乗じた電圧を減じた値に対応する極性反転第１電圧波形を生成し、
前記他方の半周期と確定された場合には、前記他方の半周期における前記正極検出電圧に所定の第１の係数を乗じた電圧から、前記負極検出電圧に所定の第２の係数を乗じた電圧を減じた値に対応する第２電圧波形を生成し、または、前記他方の半周期における前記負極検出電圧に所定の第２の係数を乗じた電圧から、前記正極検出電圧に所定の第１の係数を乗じた電圧を減じた値に対応する極性反転第２電圧波形を生成し、
前記ＡＣ波形確定ステップにおいて、極性反転第１電圧波形および第２電圧波形に基づいて、または第１電圧波形および極性反転第２電圧波形に基づいて、前記ＡＣ波形を確定することを特徴とする請求項５に記載のスイッチング電源におけるＡＣ波形生成方法。
【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スイッチング電源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源において、力率を改善するためには、交流入力電流の高調波の発生を抑制し、また交流入力電流と交流入力電圧との位相差を少なくする必要がある。こうしたスイッチング電源として、ＰＷＭ（パルス幅変調）された駆動信号で交流電圧をスイッチングするスイッチング電源が開発された（特許文献１、２および非特許文献１）。
【０００３】
力率改善機能（ｐｏｗｅｒ  ｆａｃｔｏｒ  ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）を有するスイッチング電源（ＰＦＣスイッチング電源）は、例えば交流電圧の正の半周期（正の半サイクル）および負の半周期（負の半サイクル）を、それぞれ交流周波数よりも充分高い周波数のＰＷＭ駆動信号で駆動されたスイッチ素子で適切にスイッチングすることで、所望の直流電圧を得るとともに、交流入力に生じる高調波の発生を抑制し、また交流入力電流と交流入力電圧との位相差を少なくすることで力率を改善している。なお、交流電圧の正の半周期とは、交流電圧のＮ極（ニュートラル極）を基準としてＬ極（ライブ極）側が正電圧となる半周期であり、交流電圧の負の半周期とは、Ｌ極側が負電圧となる半周期である。
【０００４】
ブリッジレス力率改善回路の構成として、例えば、図１５（ａ）〜（ｆ）に示す６タイプなどが知られている（なお図１５の各回路におけるコンデンサは、平滑コンデンサであり、力率改善に寄与する回路部分はコイル、スイッチ素子、および整流素子などである。）。
【０００５】
こうしたＰＦＣスイッチング電源は、交流電圧の正の半周期および負の半周期を判定して、その判定結果に基づいて、力率改善部のスイッチ素子を駆動する機能を有している（なお図１５に例示した各回路は、ブーストコンバータ部分であり、正負の半周期判定機能部分は記載されていない。）。
【０００６】
しかし交流電圧のＮ極およびＬ極と、力率改善部の基準電位（典型的には力率改善部の接地電位であり、直流出力側の基準電位である）との間には、回路素子が介在するため、電圧差が生じる。この電圧差が交流電圧の極性を判定するときの阻害要因となる。そこで、この電圧差の影響を除去するため、交流電圧のＮ極およびＬ極と、力率改善部の基準電位点との間を直流的に絶縁する回路素子、例えばトランスやフォトカプラが用いられる（特許文献１および２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２３８４５２号公報
【特許文献２】特開２００１−０４５７６３号公報
【０００８】
【非特許文献１】Ｌｉｕ  ＸｕｅＣｈａｏ、Ｗａｎｇ  ＺｈｉＨａｏ  「ＵＣＣ２８０７０によるブリッジレス電力係数補正（ＰＦＣ）プリレギュレータ設計の実装」  Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｒｅｐｏｒｔ  ＪＡＪＡ２１４  ｈｔｔｐ：／／ｆｏｃｕｓ．ｔｉｊ．ｃｏ．ｊｐ／ｊｐ／ｌｉｔ／ａｎ／ｊａｊａ２１４／ｊａｊａ２１４．ｐｄｆ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、交流入力側と直流出力側とを直流的に絶縁する素子を使用すると、交流電圧の極性判定を行う回路の規模が大きくなってしまう。またトランスを使用する場合には、商用交流電源周波数が低いので（例えば５０ヘルツまたは６０ヘルツ）、トランスの小型化が難しく、ＰＦＣスイッチング電源の大型化、重量増加、さらにはコスト上昇を招来するという問題が生じる。さらに異なる交流電圧や交流電源周波数に対応するときには、設計仕様が異なる複数の種類のトランスが必要となるなどの問題も生じ得る。
【００１０】
また種々の回路構成を有する力率改善部に対応するためには、回路構成毎に、異なるハードウェアが必要になり、その開発設計コスト、製造コストさらにはメンテナンス部品などの増加を招来するという問題が生じる。
【００１１】
そこで、上記問題を解決するため、本発明は、トランスやフォトカプラのような直流遮断素子を使用することなく、交流電圧の極性判定と電圧の検出とを行うことができ、好ましくは交流電圧の極性判定に係るハードウェアの共通化をはかることができる、ＰＦＣスイッチング電源の実現を課題とした。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明にかかるスイッチング電源（以下、ＰＦＣスイッチング電源を、単にスイッチング電源と表記することがある）は、交流電源に接続される入力部と、入力部に入力された交流電圧を、その周期（例えば正の半周期または負の半周期）に応じたスイッチングによって整流して、負荷に直流を出力するとともに力率の改善を行う力率改善部と、入力部の正極電圧（Ｌ極）に対応した正極検出電圧、および入力部の負極（Ｎ極）電圧に対応した負極検出電圧を出力する入力電圧検出部と、正極検出電圧および負極検出電圧に基づいて力率改善部の動作を制御するスイッチング制御部とを備えている。
【００１３】
ここで入力部の正極および負極の入力端は、力率改善部における基準点（典型的には力率改善部の接地）に対し電気的フローティング状態となっている。そのため、入力部の正極と力率改善部における基準点との間の電圧波形に対応する正極検出電圧、および入力部の負極と力率改善部における基準点との間の電圧波形に対応する負極検出電圧は、いずれも直流オフセット成分を含んでいる（力率改善部の回路構成によっては、交流電圧成分も含まれる）。
【００１４】
そこでスイッチング制御部が有するＡＣ波形生成部は、正極検出電圧および負極検出電圧に基づいて、ＡＣ波形情報を出力する。
【００１５】
このＡＣ波形情報に応じて、スイッチング制御部は、交流電圧の周波数よりも充分高い周波数（可聴周波数帯域より高い、例えば２０ｋＨｚ〜数百ｋＨｚ程度の周波数）でかつＡＣ波形情報に応じてデューティ比が変化する駆動パルスを生成して、力率改善部が有する１または複数のスイッチ素子を駆動する。
【００１６】
こうして、該スイッチング電源は、力率改善部の直流出力を所定の直流出力に維持するとともに、力率の改善を行うことができる（請求項１および６）。
【００１７】
ＡＣ波形生成部は、例えば、正極検出電圧と負極検出電圧との大小を比較判定し、比較結果に基づいて交流電圧の正の半周期と負の半周期を確定し、確定した半周期に応じて、正極検出電圧と負極検出電圧とから電圧波形を生成し、この電圧波形に基づいて生成したＡＣ波形をＡＣ波形情報として出力する（請求項２および６）。
【００１８】
電圧波形生成は、例えば以下のように行われる。正極検出電圧と負極検出電圧との大小を比較した結果、正極検出電圧が負極検出電圧より大きい場合には、交流電圧の周期が正または負の半周期の一方の半周期（例えば正の半周期）と確定され、この一方の半周期における正極検出電圧に所定の第１の係数を乗じた電圧から負極検出電圧に所定の第２の係数を乗じた電圧を減じた波形に対応する第１電圧波形が生成される。第１電圧波形は、交流電圧一方の半周期の電圧波形に対応している。
【００１９】
負極検出電圧が正極検出電圧より大きい場合には、交流電圧の周期が正または負の半周期の他方の半周期（例えば負の半周期）と確定され、この他方の半周期における正極検出電圧に所定の第１の係数を乗じた電圧から負極検出電圧に所定の第２の係数を乗じた電圧を減じた波形に対応する第２電圧波形が生成される。第２電圧波形は、交流電圧他方の半周期の電圧波形に対応している。これら第１電圧波形および第２電圧波形に基づいて電圧波形（交流波形）が生成される（請求項３および７）。
【００２０】
ここで、負極検出電圧が正極検出電圧より大きい場合（他方の半周期の場合）、第２電圧波形の生成を次のようにしてもよい。他方の半周期における負極検出電圧に所定の第２の係数を乗じた電圧から正極検出電圧に所定の第１の係数を乗じた電圧を減じた波形に対応する極性反転第２電圧波形を生成する。極性反転第２電圧波形は、交流電圧波形の他方の半周期を極性反転したものに対応している。従って第１電圧波形と極性反転第２電圧波形とで脈流電圧波形（例えば正極性の脈流波形）を生成することができる。他方の半周期に替えて、一方の半周期において同様の処理を行えば、極性反転第１電圧波形と第２電圧波形とで脈流電圧波形（例えば負極性の脈流波形）を生成することができる（請求項５および９）。
【発明の効果】
【００２１】
本発明にかかるＰＦＣスイッチング電源、およびＰＦＣスイッチング電源におけるＡＣ波形生成方法によれば、トランスやフォトカプラのような直流遮断素子を使用することなく、交流電圧の極性判定と電圧検出とを行うことができ、また交流電圧の極性判定に係るハードウェアの共通化をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明にかかるスイッチング電源の一実施例における要部回路構成を示す図である。
【図２】図１に示すスイッチング電源の動作を説明するための波形図である。
【図３】図１に示すスイッチング電源が有するスイッチング制御部の概略構成を示す図である。
【図４】本発明にかかるスイッチング電源におけるＡＣ波形生成方法の一実施例におけるフローチャートである。
【図５】本発明にかかるスイッチング電源の変形例（変形例１）における要部回路構成を示す図である。
【図６】図５に示すスイッチング電源（変形例１）の動作を説明するための波形図である。
【図７】本発明にかかるスイッチング電源の変形例（変形例２）における要部回路構成を示す図である。
【図８】図７に示すスイッチング電源（変形例２）の動作を説明するための波形図である。
【図９】本発明にかかるスイッチング電源の変形例（変形例３）における要部回路構成を示す図である。
【図１０】図９に示すスイッチング電源（変形例３）の動作を説明するための波形図である。
【図１１】本発明にかかるスイッチング電源の変形例（変形例４）における要部回路構成を示す図である。
【図１２】図１１に示すスイッチング電源（変形例４）の動作を説明するための波形図である。
【図１３】本発明にかかるスイッチング電源の他の実施例（変形例５）における要部回路構成を示す図である。
【図１４】図１３に示すスイッチング電源（変形例５）の動作を説明するための波形図である。
【図１５】ブリッジレス力率改善回路の要部構成の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明にかかる力率改善機能を有するスイッチング電源、および力率改善のためのＡＣ波形生成方法について説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１は、本発明にかかる力率改善機能を有するスイッチング電源の一実施例における要部回路構成図である。
【００２５】
本発明にかかるスイッチング電源は、交流電圧の正の半周期および負の半周期を判定するためのＡＣ波形生成に特徴を有するものであり、この特徴を説明するため、スイッチング電源の構成および力率改善部の動作の概要を説明したのち、ＡＣ波形生成について説明する。
【００２６】
＜スイッチング電源の構成＞
図１に示すスイッチング電源１は、交流電力の供給を受けて負荷回路３に直流電力を供給する。負荷回路３は、例えば各種電子機器、電力機器などであり、これら電子機器などがＤＣ／ＤＣコンバータ回路などを含む場合もある。スイッチング電源１は、入力部１１、力率改善部２、平滑コンデンサＣ１、スイッチング制御部５、入力電流検出部７、出力電圧検出部８、および入力電圧検出部９を有している。
【００２７】
入力部１１の交流正極入力端１１ａ（力率改善部２の正極入力端２１ａに接続されている）は、交流電圧Ｖａｃの例えばＬ極（ライブ電圧側）に接続される。また入力部１１の交流負極入力端１１ｂ（力率改善部２の負極入力端２１ｂに接続されている）は、交流電圧Ｖａｃの例えばＮ極（ニュートラル電圧側）に接続される。
【００２８】
力率改善部２は、第１スイッチ素子Ｑ１、第２スイッチ素子Ｑ２、第３ダイオードＤ３、第４ダイオードＤ４、および昇圧を行うための第１リアクトルＬ１を有している（以下、スイッチ素子については、ＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴで例示し、ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴで例示するときには、その旨表記する。）。ここでは、第１スイッチ素子Ｑ１と第３ダイオードＤ３とが直列接続され、また第２スイッチ素子Ｑ２と第４ダイオードＤ４とが直列接続されている（いずれの直列回路も、ＦＥＴのドレインとダイオードのアノードとが接続されている）。
【００２９】
さらに、第３ダイオードＤ３および第４ダイオードＤ４の各カソードが力率改善部２の正極出力端２２ａに接続され、また第１スイッチ素子Ｑ１および第２スイッチ素子Ｑ２の各ソースが力率改善部２の負極出力端２２ｂに接続されている。正極出力端２２ａと負極出力端２２ｂとの間には、平滑コンデンサＣ１が並列接続されている。
【００３０】
正極入力端２１ａは、第１リアクトルＬ１を介して、第１スイッチ素子Ｑ１と第３ダイオードＤ３との接続点に接続されており、負極入力端２１ｂは、第２スイッチ素子Ｑ２と第４ダイオードＤ４との接続点に直接接続されている。各スイッチ素子、各ダイオードおよび第１リアクトルＬ１は、昇圧コンバータを構成している。入力電流検出部７は、正極入力端２１ａに流入した電流、および負極入力端２１ｂから流出する電流を検出する。
【００３１】
また、入力電圧検出部９の一端９ａは、正極入力端２１ａに接続され、正極検出電圧ＶＳＬを検出する。一方、入力電圧検出部９の他端９ｂは、負極入力端２１ｂに接続され、負極検出電圧ＶＳＮを検出する（正極検出電圧ＶＳＬおよび負極検出電圧ＶＳＮは、いずれもスイッチング電源１の接地ＧＮＤに対する電圧である。）。
【００３２】
なお、第１ダイオードＤ１および第２ダイオードＤ２は、それぞれ第１スイッチ素子Ｑ１および第２スイッチ素子Ｑ２の寄生ダイオードである。これら寄生ダイオードは、スイッチ素子（ＦＥＴ）が遮断しているとき、ダイオードとして機能する（寄生ダイオードに依らず、ＦＥＴのソース・ドレイン間にダイオードを並列接続してもよい。）。
【００３３】
＜力率改善部の動作の概要＞
次に図１、図２（ａ）および（ｂ）に基づき力率改善部２の動作の概要について説明する。図２は、力率改善部２および後述するＡＣ波形生成部２４などにおける電圧波形を示す波形図であり、横軸が時間軸で、縦軸が電圧軸である。図２（ａ）は、交流電圧Ｖａｃの波形（サイン波）を示す。交流電圧Ｖａｃの正の半周期は、時刻Ｔ０からＴ１、時刻Ｔ２からＴ３などであり、負の半周期は、時刻Ｔ１からＴ２、時刻Ｔ３からＴ４などである。
【００３４】
図２（ｂ）に示す駆動パルスＧ１は第１スイッチ素子Ｑ１を駆動する駆動パルスであり、駆動パルスＧ２は第２スイッチ素子Ｑ２を駆動する駆動パルスである。これら駆動パルスは、交流電圧Ｖａｃの周波数よりも充分高い周波数（可聴周波数帯域より高い、例えば２０ｋＨｚ〜数百ｋＨｚ程度の周波数）であり、各スイッチ素子は、駆動パルスが正電圧のときに導通し、ゼロボルトのときに遮断する。
【００３５】
正の半周期では、第１スイッチ素子Ｑ１が昇圧コンバータの主スイッチ素子となり、第１リアクトルＬ１が昇圧リアクトルとなる。そして第１スイッチ素子Ｑ１の導通時に、交流電圧ＶａｃのＬ極から第１リアクトルＬ１に流入した電流が磁気エネルギーとして蓄えられる。第１スイッチ素子Ｑ１を通過した電流は第２スイッチ素子Ｑ２を経て交流電圧ＶａｃのＮ極に戻る。
【００３６】
第１スイッチ素子Ｑ１が遮断すると、第１リアクトルＬ１に蓄えられた磁気エネルギーが電流となって第３ダイオードＤ３を経由して負荷回路３へと流れる。負荷回路３から戻った電流は、第２スイッチ素子Ｑ２を経て交流電圧ＶａｃのＮ極へと戻る。平滑コンデンサＣ１は、第１リアクトルＬ１から電流が供給されるときに電荷を蓄え、第１リアクトルＬ１に磁気エネルギーが蓄えられているときに電荷を放出し、出力電圧Ｖｄｏに生じるリップルを低減する。
【００３７】
第１リアクトルＬ１に蓄えられる磁気エネルギーは、第１スイッチ素子Ｑ１のオンデューティに依存するから、オンデューティを制御することで、力率改善部２の出力電圧Ｖｄｏを制御することができる（第１スイッチ素子Ｑ１のオンデューティは、正の半周期における駆動パルスＧ１の周期をＴとし、駆動パルスＧ１の幅をＤとすると、Ｄ／Ｔである。）。具体的には、出力電圧検出部８が検出する出力電圧Ｖｄｏが所定の電圧となるように、スイッチング制御部５において、駆動パルスＧ１がパルス幅変調される（図２（ｂ）は、駆動パルスＧ１の波形を簡便に示しているが、駆動パルスＧ１はパルス幅変調されたものである。後述するすべての駆動パルスも同様である。）。
【００３８】
負の半周期では、第２スイッチ素子Ｑ２が昇圧コンバータの主スイッチ素子となり、第２スイッチ素子Ｑ２の駆動パルスＧ２が、駆動パルスＧ１と同様にパルス幅変調されて、力率改善部２の出力電圧Ｖｄｏが制御される。具体的には、第２スイッチ素子Ｑ２が導通したときには、交流電圧ＶａｃのＮ極（正電圧）から、第２スイッチ素子Ｑ２、第１スイッチ素子Ｑ１、第１リアクトルＬ１、そして交流電圧ＶａｃのＬ極へと電流が流れる（第１リアクトルＬ１に磁気エネルギーを蓄える。）。第２スイッチ素子Ｑ２が遮断すると、第１リアクトルＬ１が磁気エネルギー電流として放出し、交流電圧ＶａｃのＬ極、Ｎ極、第４ダイオードＤ４、負荷回路３、第１スイッチ素子Ｑ１、第１リアクトルＬ１へと電流が流れる。
【００３９】
正の半周期では、第１スイッチ素子Ｑ１はオン・オフを繰り返すスイッチング動作を行うとともに第２スイッチ素子Ｑ２はオンの状態を維持し、負の半周期では、第２スイッチ素子はオン・オフを繰り返すスイッチング動作を行うとともに第１スイッチ素子Ｑ１はオンの状態を維持するように制御される（図２（ｂ））。
【００４０】
スイッチング制御部５（図３）は、交流電圧Ｖａｃの正の半周期および負の半周期を判定して、力率改善部２の出力電圧Ｖｄｏを所定の電圧に維持するために、スイッチ素子制御回路１０、第１ドライブ回路２９および第２ドライブ回路３０を有している。ここでスイッチ素子制御回路１０は、第１ＡＤ変換部２２、第２ＡＤ変換部２３、ＡＣ波形生成部２４、ＡＣ極性判定部２５、デューティ生成部２６、周波数生成部２７およびＰＦＣ用ＰＷＭ制御部２８を有している。ＰＦＣ用ＰＷＭ制御部２８の出力の１つは、第１ドライブ回路２９を経て駆動パルスＧ１となり、他の出力は第２ドライブ回路３０を経て駆動パルスＧ２となる。
【００４１】
周波数生成部２７およびデューティ生成部２６は、入力電流検出部７が検出した電流、および出力電圧検出部８が検出した電圧（力率改善部２の出力電圧Ｖｄｏ）に基づいて、ＰＦＣ用ＰＷＭ出力制御部２８を制御して、駆動パルスＧ１およびＧ２のデューティ比（パルス幅）および周波数を制御する。
【００４２】
入力電圧検出部９で検出した正極検出電圧ＶＳＬは、第１ＡＤ変換部２２に入力されて、正極検出電圧ＶＳＬに対応したデジタル信号に変換される。同様に入力電圧検出部９が検出した負極検出電圧ＶＳＮは、第２ＡＤ変換部２３に入力されて、負極検出電圧ＶＳＮに対応したデジタル信号へと変換される。もちろん第１ＡＤ変換部２２および第２ＡＤ変換部２３は、交流電圧Ｖａｃの周期よりも十分短い周期でアナログ・デジタル変換を行う。なお入力電圧検出部９と第１ＡＤ変換部２２および第２ＡＤ変換部２３との間に電圧分圧回路を介在させてもよい。
【００４３】
＜正極検出電圧ＶＳＬ、負極検出電圧ＶＳＮなどの波形＞
各スイッチ素子の駆動パルスおよび正極検出電圧ＶＳＬなどの波形（図２（ａ）〜（ｅ））について説明する。交流電圧Ｖａｃの正の半周期では、接地ＧＮＤに対する負極検出電圧ＶＳＮは略ゼロボルトである（図２（ｄ））。負の半周期では、負極検出電圧ＶＳＮは出力電圧Ｖｄｏに対応した直流オフセットＶＳＮＯとなる（図２（ｄ））。なお図２（ｄ）に示す矩形波のエンベロープは、昇圧コンバータのスイッチングノイズ成分が重畳し波形に振幅方向の幅を持っている（後述する正極検出電圧ＶＳＬも同様である。）。
【００４４】
接地ＧＮＤに対する正極入力端２１ａの電圧は、負極入力端２１ｂの電圧に交流電圧Ｖａｃを加えた電圧である。従って、正極検出電圧ＶＳＬの波形は、図２（ｃ）に示すように、正の半周期では直流成分を有しない正のサイン波（正電圧）で、負の半周期では直流オフセットＶＳＬＯ（直流オフセットＶＳＮＯに対応している）を有する負のサイン波（負電圧）となる。
【００４５】
ＡＣ波形生成部２４は、こうして得られた正極検出電圧ＶＳＬおよび負極検出電圧ＶＳＮから、次のようにしてＡＣ波形ＶＳａｃ（図２（ｅ））を生成する（ＡＣ波形ＶＳａｃは、交流電圧Ｖａｃの波形と対応関係を有しており、ＡＣ波形情報ということができる。）。
【００４６】
＜ＡＣ波形生成＞
ＡＣ波形生成部２４は、デジタル信号に変換された正極検出電圧ＶＳＬおよび負極検出電圧ＶＳＮに所定の演算処理を施して、交流電圧Ｖａｃと周波数および位相が同期したＡＣ波形ＶＳａｃを生成する。このＡＣ波形ＶＳａｃの生成は、例えば、以下の演算処理によって行われる（演算式では、単に各電圧の符号のみを示す。また各電圧は瞬時値である。）。
【００４７】
ＶＳａｃ＝ａ×ＶＳＬ−ｂ×ＶＳＮ・・・（式１）
ここでａ＝１、ｂ＝１とすれば、
ＶＳａｃ＝ＶＳＬ−ＶＳＮ・・・（式２）となって、交流電圧Ｖａｃに対応したＡＣ波形ＶＳａｃ（図２（ｅ））を生成することができる。ここでＡＣ波形ＶＳａｃが交流電圧Ｖａｃに対応することは、正極入力端２１ａと負極入力端２１ｂとの間に交流電圧Ｖａｃが加えられることから明らかである。
【００４８】
＜ＡＣ極性判定＞
ＡＣ極性判定部２５は、交流電圧Ｖａｃの正の半周期と負の半周期を判定する（判定方法については、ＡＣ波形生成方法において説明する。）。ＡＣ極性判定部２５は、判定結果を、ＰＦＣ用ＰＷＭ出力制御部２８へと出力する。スイッチング制御部５は、ＡＣ極性判定部２５の判定結果に基づいて、正の半周期における昇圧コンバータ、および負の半周期における昇圧コンバータの動作を制御することで、出力電圧Ｖｄｏを所定の電圧に維持する。
【００４９】
＜ＡＣ波形生成方法＞
次に、本発明にかかるスイッチング電源におけるＡＣ波形生成方法の一実施例（実施例１）について説明する（図４参照）。スイッチング制御部５は、マイクロコンピュータなどの演算装置で構成されるスイッチ素子制御回路１０を有しており、所定のステップを実行することで（プログラム制御によって）、ＡＣ波形ＶＳａｃを生成する。スイッチング制御部５は、交流電圧Ｖａｃの周波数よりも、十分短い周期の制御基準周期（クロック）に基づいて、第１ＡＤ変換部２２などを制御し、また各ステップを実行する。
【００５０】
以下、ＡＣ波形生成方法を図４に基づき説明する。該ＡＣ波形生成方法の制御は、スイッチング電源１が起動されるとスタートする。
【００５１】
＜ステップＳ１０１＞
スイッチング電源１の起動時には、正極検出電圧ＶＳＬおよび負極検出電圧ＶＳＮが取得されておらず、交流電圧Ｖａｃの極性（正の半周期なのか負の半周期なのか）も未だ特定されていない。そこでスイッチング制御部５は、ＰＦＣ用ＰＷＭ出力制御部２８の制御条件を定めるため、ＡＣ極性判定を仮に設定（初期設定）する。以下、正の半周期に初期設定した例で説明する（負の半周期に初期設定してもよい。）。
【００５２】
＜ステップＳ１０２＞
ステップＳ１０１ののち、スイッチング制御部５は、入力部１１における正極検出電圧ＶＳＬと負極検出電圧ＶＳＮとを検出し（入力部電圧取得）、第１ＡＤ変換部２２および第２ＡＤ変換部２３において変換されたデジタルデータの取得が完了しているかを確認する（ステップＳ１０２）。スイッチング制御部５は、デジタルデータの取得が完了していない場合（Ｎｏ）には、デジタルデータ取得を継続し、取得が完了した場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ１０３へと進む。なおステップＳ１０２は入力部電圧取得ステップである。
【００５３】
上記処理が必要な理由は、正極検出電圧ＶＳＬおよび負極検出電圧ＶＳＮは、第１ＡＤ変換部２２および第２ＡＤ変換部２３によってデジタルデータに変換されるものであり、起動直後は、両ＡＤ変換部によるデジタルデータへの変換が完了しておらず、少なくとも１周期分のデジタルデータの取得が完了した後でないと、ＡＣ極性判定のステップに進めないからである。
【００５４】
＜ステップＳ１０３＞
スイッチング制御部５は、デジタルデータとして取得した正極検出電圧ＶＳＬおよび負極検出電圧ＶＳＮを記憶手段（図示せず）に保存したのち、ステップＳ１０４へと進む。なお起動直後のステップＳ１０３で保存される正極検出電圧ＶＳＬおよび負極検出電圧ＶＳＮは、初期設定に基づいて取得したデータである。
【００５５】
＜ステップＳ１０４＞
スイッチング制御部５は、制御基準周期ごとにステップＳ１０３で保存した正極検出電圧ＶＳＬと負極検出電圧ＶＳＮとの大小関係を判定する。ここで正極検出電圧ＶＳＬが負極検出電圧ＶＳＮより大きい場合（Ｙｅｓ）には、スイッチング制御部５は、ステップＳ１０５へと進み、正極検出電圧ＶＳＬが負極検出電圧ＶＳＮより大きくない場合（Ｎｏ）には、ステップＳ１１０へと進む。判定結果がＹｅｓの場合には、交流電圧Ｖａｃが正の半周期であり、Ｎｏの場合には、交流電圧Ｖａｃが負の半周期である（図２（ｃ）および（ｄ）参照）。
【００５６】
＜ステップＳ１０５＞
スイッチング制御部５は、交流電圧Ｖａｃが正の半周期であることを確定し、これを記憶手段（図示せず）へ保存したのち、ステップＳ１０６へと進む。
【００５７】
＜ステップＳ１１０＞
スイッチング制御部５は、交流電圧Ｖａｃが負の半周期であることを確定し、これを記憶手段（図示せず）へ保存したのち、ステップＳ１１１へと進む。
【００５８】
なおステップＳ１０５およびＳ１１０は、正または負の半周期を確定する周期確定ステップである。
【００５９】
＜ステップＳ１０６＞
スイッチング制御部５は、デジタルデータとして記憶手段（図示せず）に保存した正極検出電圧ＶＳＬおよび負極検出電圧ＶＳＮから、制御基準周期ごとに、ＡＣ波形ＶＳａｃの正の半周期電圧ＶＳａｃ１（第１電圧波形）を演算し（式１０６）、これを記憶手段（図示せず）に保存したのち、ステップＳ１０７へと進む。
ＶＳａｃ１＝ａ×ＶＳＬ−ｂ×ＶＳＮ・・・（式１０６）
ここでａ＝１、ｂ＝１であれば（式１０６）は前述（式１）から、
ＶＳａｃ１＝ＶＳＬ−ＶＳＮ・・・（式１０６’）となる。
【００６０】
＜ステップＳ１１１＞
スイッチング制御部５は、ステップＳ１０６と同様に、ＡＣ波形ＶＳａｃの負の半周期電圧ＶＳａｃ２（第２電圧波形）を演算し（式１１１）、これを記憶手段（図示せず）に保存したのち、ステップＳ１０７へと進む。
ＶＳａｃ２＝ａ×ＶＳＬ−ｂ×ＶＳＮ・・・（式１１１）
ここでａ＝１、ｂ＝１であれば（式１１１）は前述（式１）から、
ＶＳａｃ２＝ＶＳＬ−ＶＳＮ・・・（式１１１’）となる。
【００６１】
＜ステップＳ１０７＞
ステップＳ１０６で保存した正の半周期電圧ＶＳａｃ１と、ステップＳ１１１とで保存した負の半周期電圧ＶＳａｃとが、半周期ごとにＡＣ波形生成部２４に入力され、正負の半周期からなる１周期の交流信号が生成される。さらに移動平均処理などによって正の半周期電圧ＶＳａｃ１および負の半周期電圧ＶＳａｃ２に含まれていたノイズ成分が除去される（ＡＣ波形Ｖａｓｃが生成される。）。
【００６２】
なお（式１０６）と（式１１１）とは、同じ演算式であるから、連続する半周期を同一極性の脈流波形信号として生成することもできる。この場合においても、交流電圧Ｖａｃの正負の半周期の判定は、ステップＳ１０４において既に行われており、脈流波形として生成してもスイッチング制御部５の動作にとって影響はない。
【００６３】
なおステップＳ１０６、Ｓ１０７およびＳ１１１は電圧波形演算ステップである。
【００６４】
＜ステップＳ１０８＞
ＡＣ波形生成部２４は、ステップＳ１０７で波形整形されて生成されたＡＣ波形ＶａｓｃをＰＦＣ用ＰＷＭ制御部２８へ入力する波形として確定したのち、ステップＳ１０９へと進む。なおステップＳ１０８はＡＣ波形確定ステップである。
【００６５】
＜ステップＳ１０９＞
ＡＣ波形Ｖａｓｃが確定したのち、スイッチング制御部５は、ＡＣ波形Ｖａｓｃ生成に用いるためにデジタルデータとして保存した正の半周期電圧ＶＳａｃ１と負の半周期電圧ＶＳａｃ２のうち、以降のＡＣ波形Ｖａｓｃに不要となるデジタルデータを消去して、ステップＳ１０２へと戻る（例えば、正の半周期と確定されてステップＳ１０６〜ステップＳ１０８の処理が行われたときには、直後の負の半周期の処理のために、直前の負の半周期のデジタルデータが消去される。）。
【００６６】
なお、記憶手段（図示せず）は、マイクロコンピュータなどの演算装置の記憶領域を用いても良いし、また、これとは別に電源装置１内に設けられていても良い。
【００６７】
次にスイッチング電源１の変形例について説明する。
【００６８】
＜変形例１＞
図５は、スイッチング電源１の変形例（変形例１）における要部回路構成図である。実施例１と同様の機能を有する構成要素については同一の符号を付して、それらの説明を省略する。
【００６９】
＜スイッチング電源の構成＞
図５に示すスイッチング電源１ａの力率改善部２ａは、第１スイッチ素子Ｑ１、第３スイッチ素子Ｑ３、第２ダイオードＤ２、第４ダイオードＤ４および第１リアクトルＬ１を有している。
【００７０】
力率改善部２ａでは、第１スイッチ素子Ｑ１のドレインが第３スイッチ素子Ｑ３のソースに接続されて直列接続され、また第２ダイオードＤ２のカソードが第４ダイオードＤ４のアノードに接続されて直列接続されている。ここで、第４ダイオードＤ４のカソードと第３スイッチ素子のドレインとが接続され、正極出力端２２ａに接続されており、また第１スイッチ素子Ｑ１のソースと第２ダイオードＤ２のアノードとが接続され、負極出力端２２ｂに接続されている。
【００７１】
正極入力端２１ａは、第１リアクトルＬ１を介して、第１スイッチ素子Ｑ１と第３スイッチ素子Ｑ３との接続点に接続されており、負極入力端２１ｂは、第２ダイオードＤ２と第４ダイオードＤ４との接続点に直接接続されている。
【００７２】
＜力率改善部の動作の概要＞
図６（ｂ）のＧ１は第１スイッチ素子Ｑ１を駆動する駆動パルスであり、Ｇ３は、第３スイッチ素子Ｑ３を駆動する駆動パルスである。第１スイッチ素子Ｑ１および第３スイッチ素子Ｑ３は、正負いずれの半周期でも、一方が導通している時は、他方が遮断する。
【００７３】
正の半周期では、第１スイッチ素子Ｑ１が昇圧コンバータの主スイッチ素子となる。そして第３スイッチ素子Ｑ３（寄生ダイオードＤ３を含む）が力率改善部２の第３ダイオードＤ３に代わって機能し、第２ダイオードＤ２が力率改善部２の第２スイッチ素子Ｑ２（寄生ダイオードＤ２を含む）に代わって機能する。
【００７４】
負の半周期では、第３スイッチ素子Ｑ３が昇圧コンバータの主スイッチ素子となる。第３スイッチ素子Ｑ３は、導通時には、第４ダイオードＤ４から流入した電流を第１リアクトルＬ１に磁気エネルギーとして蓄える。第３スイッチ素子Ｑ３が遮断時には、第１リアクトルＬ１の磁気エネルギーが電流となって、交流電源ＶａｃのＬ極、交流電源ＶａｃのＮ極、そして第４ダイオードＤ４を経て負荷回路３へと流れる。負荷回路３から戻った電流は、第１スイッチ素子Ｑ１を経て第１リアクトルＬ１に戻る。
【００７５】
＜正極検出電圧ＶＳＬ、負極検出電圧ＶＳＮなどの波形＞
各スイッチ素子の駆動パルスおよび正極検出電圧ＶＳＬなどの波形を図６（ａ）〜（ｅ）に基づいて説明する。なお図６（ａ）〜（ｅ）は、図２（ａ）〜（ｅ）の各波形と対応した測定点における波形である。
【００７６】
接地ＧＮＤに対する正極入力端２１ａの電圧、すなわち正極検出電圧ＶＳＬは、正負いずれの半周期においても、直流オフセットＶＳＬＯとなる（図６（ｃ））。負極入力端２１ｂの電圧、すなわち負極検出電圧ＶＳＮは、正極入力端２１ａの直流電圧から交流電圧Ｖａｃを減じた電圧である。従って、負極検出電圧ＶＳＮの波形は、直流オフセットＶＳＮＯ（＝ＶＳＬＯ）から交流電圧Ｖａｃに対応する電圧を減じた波形となる（図６（ｄ））。
【００７７】
＜ＡＣ波形生成およびＡＣ波形生成方法＞
ＡＣ波形生成部２４は、正極検出電圧ＶＳＬおよび負極検出電圧ＶＳＮから、スイッチング電源１と同様に、図４に示すＡＣ波形生成方法に基づいてＡＣ波形ＶＳａｃを生成することができる（図６（ｅ））。
【００７８】
＜変形例２＞
図７は、スイッチング電源１の変形例（変形例２）における要部回路構成図である。実施例１と同様の機能を有する構成要素については同一の符号を付して、それらの説明を省略する。
【００７９】
＜スイッチング電源の構成＞
図７に示すスイッチング電源１ｂの力率改善部２ｂは、各スイッチ素子、各ダイオードおよび第１リアクトルＬ１の接続において力率改善部２と共通する。しかし力率改善部２ｂは、負極入力端２１ｂが第２リアクトルＬ２を介して、第２スイッチ素子Ｑ２と第４ダイオードＤ４との接続点に接続されている点において力率改善部２と相違する。
【００８０】
＜力率改善部の動作の概要＞
駆動パルスＧ１および駆動パルスＧ２の波形（図８（ｂ））は、力率改善部２と同様である（図２（ｂ））。正の半周期では、第１スイッチ素子Ｑ１と第１リアクトルＬ１が昇圧コンバータとなり、第１リアクトルＬ１に蓄えられた磁気エネルギーが電流となって第３ダイオードＤ３を経由して負荷回路３に供給される。第２リアクトルＬ２に流れる電流は、第１スイッチ素子Ｑ１が導通時には、第１スイッチ素子Ｑ１から接地ＧＮＤを経て第２スイッチ素子Ｑ２に流れた電流であり、第１スイッチ素子Ｑ１が遮断時には、負荷回路３から接地ＧＮＤを経て第２スイッチ素子Ｑ２に流れた電流である。いずれの場合でも、第２リアクトルＬ２に流れる電流は、力率改善部２ｂから交流電圧ＶａｃのＮ極に向けて流れる電流である。
【００８１】
負の半周期では、第２スイッチ素子Ｑ２と第２リアクトルＬ２が昇圧コンバータとなり、第２スイッチ素子Ｑ２が導通時に第２リアクトルＬ２に蓄えられた磁気エネルギーが、第２スイッチ素子Ｑ２が遮断した時に電流となって第４ダイオードＤ４を経由して負荷回路３に供給される。いずれの場合でも、第２リアクトルＬ２に流れる電流は、交流電圧ＶａｃのＮ極から力率改善部２ｂに向けて流出した電流である。
【００８２】
＜正極検出電圧ＶＳＬ、負極検出電圧ＶＳＮなどの波形＞
負極検出電圧ＶＳＮは、正の半周期では（若干の交流成分が残留しているものの）略直流オフセットＶＳＮＯであり、負の半周期では交流電圧源Ｖａｃに対応した電圧波形となる（図８（ｄ））。正極検出電圧ＶＳＬの電圧波形は負極検出電圧ＶＳＮに交流電圧Ｖａｃを加えた電圧であり、正の半周期では交流電圧Ｖａｃに対応した電圧波形となり、負の半周期では（若干の交流成分が残留しているものの）略直流オフセットＶＳＬＯとなる（図８（ｃ））。
【００８３】
＜ＡＣ波形生成およびＡＣ波形生成方法＞
ＡＣ波形生成部２４は、正極検出電圧ＶＳＬおよび負極検出電圧ＶＳＮから、スイッチング電源１と同様に、図４に示すＡＣ波形生成方法に基づいてＡＣ波形ＶＳａｃを生成することができる（図８（ｅ））。
【００８４】
＜変形例３＞
図９は、スイッチング電源１の変形例（変形例３）における要部回路構成図である。実施例１と同様の機能を有する構成要素については同一の符号を付して、それらの説明を省略する。
【００８５】
＜スイッチング電源の構成＞
図９に示すスイッチング電源１ｃが有する力率改善部２ｃは、第１スイッチ素子Ｑ１、第２ダイオードＤ２、第３ダイオードＤ３、第４スイッチ素子Ｑ４、第５ダイオードＤ５、第６ダイオードＤ６、第１リアクトルＬ１および第３リアクトルＬ３を有しており、第１スイッチ素子Ｑ１、第３ダイオードＤ３および第１リアクトルＬ１の接続において力率改善部２と共通する。
【００８６】
しかし力率改善部２ｃは、第２ダイオードＤ２のアノードが負極出力端２２ｂに接続され、第２ダイオードＤ２のカノードが第４スイッチ素子Ｑ４のソースに接続され、第４スイッチ素子Ｑ４のドレインが正極出力端２２ａに接続されている点において、力率改善部２と相違する。
【００８７】
また力率改善部２ｃは、第３リアクトルＬ３を有する点において力率改善部２と相違する。具体的には、正極入力端子２１ａが、第３リアクトルＬ３を介して、第２ダイオードＤ２と第４スイッチ素子Ｑ４との接続点に接続されている点において、力率改善部２と相違する。
【００８８】
さらに力率改善部２ｃは、直列接続された第５ダイオードと第６ダイオードを有する点において力率改善部２と相違する。具体的には、第５ダイオードＤ５が負極出力端２２ｂから交流負極入力端１１ｂへと電流経路を形成するように接続され、第６ダイオードＤ６が負極入力端２１ｂから正極出力端２２ａへと電流経路を形成するように接続されている点において、力率改善部２と相違する。
【００８９】
＜力率改善部の動作の概要＞
正の半周期では、第１スイッチ素子Ｑ１が昇圧コンバータの主スイッチ素子となり、第１リアクトルＬ１が昇圧リアクトルとなる。また第１スイッチ素子Ｑ１および第１リアクトルＬ１は、力率改善部２と同様に機能する。ただし第１スイッチ素子Ｑ１を流れた電流、および負荷回路３から戻った電流は、第５ダイオードＤ５を経由して交流電圧ＶａｃのＮ極に戻る。
【００９０】
負の半周期では、第４スイッチ素子Ｑ４が昇圧コンバータの主スイッチ素子となり、第３リアクトルＬ３が昇圧リアクトルとなる。第４スイッチ素子Ｑ４が導通時には、交流電圧ＶａｃのＮ極から、第６ダイオードＤ６、第４スイッチ素子Ｑ４、第３リアクトルＬ３へと流れた電流が交流電圧ＶａｃのＬ極へと戻る。第４スイッチ素子Ｑ４が遮断時には、第３リアクトルＬ３から交流電圧Ｖａｃを経て第６ダイオードＤ６、負荷回路３、第２ダイオードＤ２へと流れた電流が第３リアクトルＬ３へと戻る。
【００９１】
＜正極検出電圧ＶＳＬ、負極検出電圧ＶＳＮなどの波形＞
各スイッチ素子の駆動パルスおよび負極検出電圧ＶＳＮなどの波形を図１０（ａ）〜（ｅ）に基づいて説明する。なお図１０（ａ）〜（ｅ）は、図２（ａ）〜（ｅ）の各波形と対応した測定点における波形であり、説明を省略するものがある。
【００９２】
正負いずれの半周期においても、正極検出電圧ＶＳＬは、図１０（ｃ）に示す直流オフセットＶＳＬＯの直流電圧となる。なお直流オフセットＶＳＬＯには、スイッチングノイズの波形が重畳されている。力率改善部２ｃの負極入力端２１ｂの電圧は、正極入力端２１ａの電圧から交流電圧Ｖａｃを減じた電圧だから、負極検出電圧ＶＳＮの波形は、図１０（ｄ）に示すように、直流オフセットＶＳＬＮ（＝ＶＳＬＯ）を有した、交流電圧Ｖａｃと逆極性の交流電圧波形となる。
【００９３】
＜ＡＣ波形生成およびＡＣ波形生成方法＞
ＡＣ波形生成部２４は、正極検出電圧ＶＳＬおよび負極検出電圧ＶＳＮから、スイッチング電源１と同様に、図４に示すＡＣ波形生成方法に基づいてＡＣ波形ＶＳａｃを生成することができる（図１０（ｅ））。
【００９４】
＜変形例４＞
図１１は、スイッチング電源１の変形例（変形例４）における要部回路構成図である。実施例１と同様の機能を有する構成要素については同一の符号を付して、それらの説明を省略する。
【００９５】
＜スイッチング電源の構成＞
図１１に示すスイッチング電源１ｄの力率改善部２ｄは、昇圧コンバータの構成がスイッチング電源１ｂと共通するが、第７ダイオードＤ７および第８ダイオードＤ８を有する点においてスイッチング電源１ｂと相違する。ここで、第７ダイオードＤ７は、負極出力端２２ｂから負極入力端２１ｂへと電流経路を形成するように接続され、第８ダイオードＤ８は、負極出力端２２ｂから正極入力端２１ａへと電流経路を形成するように接続されている。
【００９６】
＜力率改善部の動作の概要＞
力率改善部２ｄの第１スイッチ素子Ｑ１を駆動する駆動パルスＧ１、および第２スイッチ素子Ｑ２を駆動する駆動パルスＧ２の波形（図１２（ｂ））は、力率改善部２ｃと同様である（図１０（ｂ）参照）。正の半周期においては、第１スイッチ素子Ｑ１が昇圧コンバータの主スイッチ素子となり、また第１リアクトルＬ１が昇圧リアクトルとなる。ただし導通時の第１スイッチ素子Ｑ１を流れた電流、および負荷回路３から戻った電流は、第７ダイオードＤ７を経て力率改善部２ｄの負極入力端２１ｂに戻る。
【００９７】
負の半周期においては、第２スイッチ素子Ｑ２が昇圧コンバータの主スイッチ素子となり、また第２リアクトルＬ２が昇圧リアクトルとなる。ただし導通時の第２スイッチ素子Ｑ２を流れた電流、および負荷回路３から戻った電流は、第８ダイオードＤ８を経て正極入力端２１ａに戻る。
【００９８】
＜正極検出電圧ＶＳＬ、負極検出電圧ＶＳＮなどの波形＞
スイッチング電源１ｂと同様に、負極検出電圧ＶＳＮは、正の半周期では（若干の交流成分が残留しているものの）略直流オフセットＶＳＮＯであり、負の半周期では交流電圧Ｖａｃに対応した電圧波形となる（図１２（ｄ）。正極検出電圧ＶＳＬの電圧波形は負極検出電圧ＶＳＮに交流電圧Ｖａｃを加えた電圧であり、正の半周期では交流電圧Ｖａｃに対応した電圧波形となり、負の半周期では（若干の交流成分が残留しているものの）略直流オフセットＶＳＬＯとなる（図１２（ｃ））。
【００９９】
＜ＡＣ波形生成およびＡＣ波形生成方法＞
ＡＣ波形生成部２４は、正極検出電圧ＶＳＬおよび負極検出電圧ＶＳＮから、スイッチング電源１と同様に、図４に示すＡＣ波形生成方法に基づいてＡＣ波形ＶＳａｃを生成することができる（図２（ｅ））。
＜変形例５＞
【０１００】
図１３は、スイッチング電源１の変形例（変形例５）における要部回路構成図である。実施例１と同様の機能を有する構成要素については同一の符号を付して、それらの説明を省略する。
【０１０１】
＜スイッチング電源の構成＞
図１３に示すスイッチング電源１ｅは、力率改善部２ｅにおける昇圧コンバータの構成が他のスイッチング電源と相違しており、第１ダイオードＤ１、第２ダイオードＤ２、第３ダイオードＤ３、および第４ダイオードＤ４がブリッジ接続されている。詳細には第３ダイオードＤ３および第４ダイオードＤ４のカソードが正極出力端２２ａに接続され、第１ダイオードＤ１および第２ダイオードＤ２のアソードが負極出力端２２ｂに接続されている。また正極入力端２１ａは、第１リアクトルＬ１を介して第１ダイオードＤ１と第３ダイオードＤ３の接続点に接続され、負極入力端２１ｂは、第２ダイオードＤ２と第４ダイオードＤ４の接続点に直接接続されている。
【０１０２】
また第２ダイオードＤ２および第４ダイオードＤ４の接続点と、第１ダイオードＤ１および第３ダイオードＤ３の接続点との間には、第９スイッチ素子Ｑ９（ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ）と第１０スイッチ素子Ｑ１０とが直列接続されている（ここで両スイッチ素子は、それぞれのソースが接続されている。）。
【０１０３】
＜力率改善部の動作の概要＞
次に力率改善部２ｅの動作の概要について説明する。
【０１０４】
第９スイッチ素子Ｑ９を駆動する駆動パルスＧ９、および第１０スイッチ素子Ｑ１０を駆動する駆動パルスＧ１０の波形は、同位相であり、第９スイッチ素子Ｑ９および第１０スイッチ素子Ｑ１０は、正負いずれの半周期においても、同時に導通し、また同時に遮断するように制御される（図１４（ｂ）参照）。
【０１０５】
正の半周期において、駆動パルスＧ９が正電圧のとき駆動パルスＧ１０も正電圧となるため、第９スイッチ素子Ｑ９と第１０スイッチ素子Ｑ１０とは同時に導通し、このとき第１リアクトルＬ１に磁気エネルギーが蓄えられる。駆動パルスＧ９がゼロボルトのとき駆動パルスＧ１０もゼロボルトとなるため、第９スイッチ素子Ｑ９と第１０スイッチ素子Ｑ１０とは同時に遮断する。このとき、第１リアクトルＬ１が昇圧リアクトルとして機能する（第１リアクトルＬ１に蓄えられた磁気エネルギーが電流となって第３ダイオードＤ３を経由して負荷回路３に供給される。）。
【０１０６】
負の半周期において、駆動パルスＧ９が正電圧のとき駆動パルスＧ１０も正電圧となるため、第９スイッチ素子Ｑ９と第１０スイッチ素子Ｑ１０とは同時に導通し、このとき第１リアクトルＬ１に磁気エネルギーが蓄えられる。駆動パルスＧ９がゼロボルトのとき駆動パルスＧ１０もゼロボルトとなるため、第９スイッチ素子Ｑ９と第１０スイッチ素子Ｑ１０とは同時に遮断する。このとき、第１リアクトルＬ１が昇圧リアクトルとして機能する。（第１リアクトルＬ１に蓄えられた磁気エネルギーが電流となって第４ダイオードＤ４を経由して負荷回路３に供給される。）。
【０１０７】
＜正極検出電圧ＶＳＬ、負極検出電圧ＶＳＮなどの波形＞
各スイッチ素子の駆動パルスおよび正極検出電圧ＶＳＬなどの波形を図１４（ａ）〜（ｅ）に基づいて説明する。なお図１４（ａ）〜（ｅ）は、図２（ａ）〜（ｅ）の各波形と対応した測定点における波形であり、説明を省略するものがある。
【０１０８】
力率制御回路２ｅの正極入力端２１ａおよび負極入力端２１ｂにおける平均電圧（直流オフセット成分）は、出力直流電圧Ｖｄｏに対応した直流オフセットＶＳＮＬ、ＶＳＮＯとなる（図１４（ｃ）（ｄ））。また、正極入力端２１ａと負極入力端２１ｂとの間には、交流電圧Ｖａｃが加えられている。
【０１０９】
正極検出電圧ＶＳＬの電圧波形は、直流オフセットＶＳＬＯに交流電圧Ｖａｃに対応した電圧を加えた電圧波形となり（図１４（ｃ））。負極検出電圧ＶＳＮの電圧波形は、直流オフセットＶＳＮＯから交流電圧Ｖａｃに対応する電圧を減じた電圧波形となる（図１４（ｄ））。
【０１１０】
＜ＡＣ波形生成およびＡＣ波形生成方法＞
ＡＣ波形生成部２４は、正極検出電圧ＶＳＬおよび負極検出電圧ＶＳＮから、スイッチング電源１と同様に、図４に示すＡＣ波形生成方法に基づいてＡＣ波形ＶＳａｃを生成することができる（図１２（ｅ））。
【０１１１】
ここで、上述した実施例及び変形例に係るＡＣ波形生成方法において、仮に直流オフセット成分が残留していても、例えばステップＳ１０８のＡＣ波形確定ステップにおいて、プログラム処理によって除去することができるため、ＡＣ波形Ｖｓａｃのみを確実に取り出すことができる。
【０１１２】
また係数ａおよびｂの設定変更は、ＡＣ波形生成方法を実行するプログラム上で、パラメータの選択または変更などとして容易かつ任意に行うことがでる。
【０１１３】
さらにＡＣ波形ＶＳａｃの直流オフセット成分がゼロになるようにａおよびｂをプログラム制御によって自動設定することもできる。こうした自動設定は、スイッチング電源の起動時から、例えばスイッチング電源が定常動作状態になるまでの所定期間のみ行えばよく、また自動設定結果を記憶手段に保存しておけば、次回の起動時の参照することもできる。
【実施例２】
【０１１４】
次に本発明にかかるスイッチング電源におけるＡＣ波形生成方法他の実施例（実施例２）について説明する。
【０１１５】
ＡＣ波形生成方法他の実施例（実施例２）は、ＡＣ波形生成方法他の実施例（実施例１）における、ＡＣ波形ＶＳａｃの負の半周期電圧ＶＳａｃ２（第２電圧波形）を演算する（式１１１）において、右辺の第１項のＶＳＬと第２項のＶＳＮとを入れ換える。すなわち、
ＶＳａｃ２＝ａ×ＶＳＮ−ｂ×ＶＳＬ・・・（式４―１）とする。
【０１１６】
ここでａ＝１、ｂ＝１ならば、ＶＳａｃ２＝ＶＳＮ−ＶＳＬとなって、
ＶＳａｃ２＝−（ＶＳＬ−ＶＳＮ）＝・・・（式４―２）となる。
【０１１７】
（式４―２）の波形は、前述ＶＳａｃ２＝ＶＳＬ−ＶＳＮ（式１１１’）の波形を極性反転したものである。従って、実施例２における負の半周期電圧ＶＳａｃ２（第２電圧波形）は、正電圧の半周期電圧波形となる。
【０１１８】
つまり、実施例２におけるＡＣ波形ＶＳａｃは、正負いずれの半周期においても、正電圧のサイン波形となる脈流波形である（例えば、図２（ｅ）において、時刻Ｔ１〜Ｔ２の負の半周期、および時刻Ｔ３〜Ｔ４の負の半周期におけるＡＣ波形ＶＳａｃが、正電圧のサイン波形となる。）。
【０１１９】
ＡＣ波形ＶＳａｃは、力率改善部の各スイッチ素子の導通・遮断を行う駆動パルスを周波数変調する際に必要となるもので、脈流であることが回路構成上都合のよい場合もある。一方、交流電圧Ｖａｃの正負の半周期は、いずれもステップＳ１０５およびＳ１１０において確定されるから、ＡＣ波形ＶＳａｃが脈流であっても、力率改善回路を適切に制御することができる。
【０１２０】
また、ＡＣ波形ＶＳａｃの正の半周期電圧ＶＳａｃ１（第１電圧波形）を演算する（式１０６）において、右辺の第１項のＶＳＬと第２項のＶＳＮをを入れ換えてもよい。この場合は、正の半周期電圧ＶＳａｃ１（第１電圧波形）が負電圧の半周期電圧波形となって、ＡＣ波形ＶＳａｃは、正の半周期および負の半周期が、いずれも負電圧の脈流波形となる。
【０１２１】
すなわち、本発明においては、波形をフーリェ展開した場合に、直流成分を含んでいても、入力交流波形の電圧などのレベルを時間軸上の電圧などの波形レベルとして識別できる波形（例えば、直流オフセットを有する交流波形、または脈流波形）であれば、ＡＣ波形に含まれる。
【０１２２】
なお、本発明にかかるＰＦＣスイッチング電源、およびＰＦＣスイッチング電源におけるＡＣ波形生成方法は、上述した各実施例の限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することができる。
【０１２３】
例えば、正極検出電圧および負極検出電圧からＡＣ波形Ｖａｃを演算する演算式は、各実施例以外の回路構成を有する力率改善部であっても、共通して、あるいはパラメータの設定によって対応することができる。
【０１２４】
また、各実施例においては、スイッチング制御部によるプログラム制御を例として説明したが、スイッチング制御部の構成要素をアナログ回路とするなどして、ハードウェアによって実現することもできる。例えばＡＣ波形生成部は、アナログ加算回路などで構成でき、ＡＣ極性判定部はコンパレータ回路などで構成できる。こうした構成でも、回路構成を変更することなく、前述パラメータ設定に相当する、一部回路定数の設定によって（例えばＡＣ波形を生成する演算回路の係数を設定することによって）、各種のブリッジレス・ブーストコンバータに対応することができ、トランスやフォトカプラのような直流遮断素子を使用することなく、交流電圧の極性判定を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
本発明にかかる力率改善機能を有するスイッチング電源は、その製造、販売および各種電気機器および電子機器などの電源としての使用することができるから、また本発明にかかるスイッチング電源におけるＡＣ波形生成方法は、各種電気機器および電子機器などにおける力率改善機能を有するスイッチング電源において使用することができるから、いずれも本発明は産業上の利用可能性を有している。
【符号の説明】
【０１２６】
１、１ａ〜１ｅ  スイッチング電源
２、２ａ〜２ｅ  力率改善部
３  負荷回路（負荷）
５  スイッチング制御部
９  入力電圧検出部
１１  入力部
１１ａ  交流正極入力端
１１ｂ  交流負極入力端
Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ９、Ｇ１０  駆動パルス
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３，Ｑ４、Ｑ９、Ｑ１０  スイッチ素子
Ｖａｃ  交流電圧
ＶＳａｃ  ＡＣ波形
ＶＳＬ  正極検出電圧
ＶＳＮ  負極検出電圧
【図１】
2013074667.tif 000003
【図２】
2013074667.tif 000004
【図３】
2013074667.tif 000005
【図４】
2013074667.tif 000006
【図５】
2013074667.tif 000007
【図６】
2013074667.tif 000008
【図７】
2013074667.tif 000009
【図８】
2013074667.tif 000010
【図９】
2013074667.tif 000011
【図１０】
2013074667.tif 000012
【図１１】
2013074667.tif 000013
【図１２】
2013074667.tif 000014
【図１３】
2013074667.tif 000015
【図１４】
2013074667.tif 000016
【図１５】
2013074667.tif 000017