(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力される交流電圧を整流回路により整流し、この整流電圧を電力変換回路により出力電圧設定値に基づく直流電圧に変換して出力するべく、
前記出力電圧設定値と、前記電力変換回路が出力する直流電圧の検出値に基づく値との偏差を増幅する第１の偏差増幅器と、
前記整流電圧の検出値に基づく値と、前記第１の偏差増幅器の出力値とを乗算演算する乗算演算器と、
前記電力変換回路の入力電流の検出値が非反転端子に入力され、前記乗算演算器の乗算値に基づく値が反転入力端子に入力されて、前記電力変換回路の入力電流の検出値に基づく値と、前記乗算演算器の乗算値に基づく値との偏差を増幅する第２の偏差増幅器と、
該第２の偏差増幅器の出力値をＰＷＭ演算し、このＰＷＭ演算値に基づいて前記電力変換器を形成する自己消弧形素子をオン・オフさせるＰＷＭ演算回路とから構成される制御回路を備えた交流−直流変換装置において、
前記制御回路に、
前記第１の偏差増幅器の出力値が所定の値以下になったときに動作するコンパレータ回路と、
このコンパレータ回路が動作したときに、前記入力電流の検出値に基づく値を所定の値だけ低下させて、前記第２の偏差増幅器の非反転端子に入力される信号の値が反転入力端子に入力される信号の値より小さくなるようにする半導体スイッチ回路とを付加したことを特徴とする交流−直流変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の交流−直流変換装置において、
前記整流回路は単相全波整流回路により形成され、
前記電力変換回路は、
前記単相全波整流回路の出力の両端に、リアクトルと前記自己消弧形素子とシャント抵抗とを直列接続してなる第１の直列回路の両端を接続すると共に、
前記自己消弧形素子の両端に、ダイオードとコンデンサとを直列接続してなる第２の直列回路の両端を接続して形成され、
前記コンデンサの両端をこの電力変換回路の出力としたことを特徴とする交流−直流変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、入力される交流電源から見た基本波力率をほぼ１にしつつ、負荷に給電する交流−直流変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は、この種の交流−直流変換装置の代表的な回路構成図であり、１は交流−直流変換装置、２は交流−直流変換装置１の入力の交流電源、３は交流−直流変換装置１の負荷を示す。
【０００３】
この交流−直流変換装置１は、例えばダイオードをブリッジ接続してなる単相全波整流回路１１と、リアクトル１２と、自己消弧形素子としてのＭＯＳＦＥＴ１３と、シャント抵抗１４と、ダイオード１５と、電解コンデンサ１６と、制御回路２０または制御回路５０のいずれか一方とから構成されている。
【０００４】
なお図２において、リアクトル１２，ＭＯＳＦＥＴ１３，シャント抵抗１４，ダイオード１５，電解コンデンサ１６からなる電力変換回路は、周知の昇圧チョッパ回路と称されるものであり、また、電解コンデンサ１６の陰極端子側を基準電位（接地記号で示す）としている。
図３は、図２に示した交流−直流変換装置１に基づいた、この発明の従来例としての制御回路２０の詳細回路構成図である。
【０００５】
この制御回路２０には単相全波整流回路１１の整流電圧（端子Ａ）から制御回路２０の回路電圧Ｖｃｃを生成するレギュレータ回路２１と、前記整流電圧の検出値に基づく値を生成し、この値を後述の乗算演算器３１の一方の入力とする抵抗２２，２３と、出力電圧設定値としての基準電源２４と、電解コンデンサ１６の陽極端子側電圧、すなわち交流−直流変換装置１の出力電圧（端子Ｄ）の検出値に基づく値を生成する抵抗２５，２６と、基準電源２４からの出力電圧設定値と抵抗２７を介した交流−直流変換装置１の出力電圧の検出値に基づく値との偏差を増幅する演算増幅器２８と、演算増幅器２８の周波数−増幅度を設定する抵抗２９，コンデンサ３０と、演算増幅器２８の出力値と、抵抗２２，２３を介した前記整流電圧の検出値に基づく値とを乗算演算する乗算演算器３１と、乗算演算器３１の出力電流値を後述の演算増幅器４３への入力電圧値に変換するトランジスタ３２，抵抗３３，トランジスタ３４としてそれぞれのベース端子およびコレクタ端子を並列接続したｎ個（図示の場合ｎ＝３）のトランジスタ３４ａ〜３４ｃ，抵抗３５〜４０からなる変換回路と、前記基準電位（端子Ｅ）から見たシャント抵抗１４の単相全波整流回路１１側（端子Ｂ）の電圧、すなわち、前記昇圧チョッパ回路の入力電流の検出値に基づく値を生成する抵抗４１，４２と、前記変換回路を介した乗算演算器３１に基づく値と、抵抗４１，４２を介して前記入力電流の検出値をレベルシフトした値との偏差を増幅する演算増幅器４３と、演算増幅器４３の出力値をＰＷＭ演算し、このＰＷＭ演算値に基づいてＭＯＳＦＥＴ１３をオン・オフさせる駆動信号（端子Ｇ）を発生するべく、キャリア発生器４４，ＰＷＭコンパレータ４５から形成されるＰＷＭ演算回路とを備えている。
【０００６】
上述の制御回路２０を備えた交流−直流変換装置１において、一般に交流電源２の電圧波形は正弦波であり、その結果、単相全波整流回路１１の整流電圧は正弦波を全波整流した波形となる。
【０００７】
また、負荷３が定常状態（一定値）では、端子Ｄの値を抵抗２５，２６で分圧した交流−直流変換装置１の出力電圧に基づく値と、基準電源２４からの出力電圧設定値との偏差を増幅する演算増幅器２８の出力の波形はほぼ直線状である。従って、抵抗２２，２３を介した前記整流電圧の検出値に基づく値である正弦波を全波整流した波形と、演算増幅器２８の前記出力波形との乗算値である乗算演算器３１の出力も正弦波を全波整流した波形となる。
【０００８】
同様に、負荷３が定常状態（一定値）では、シャント抵抗１４に流れる電流も正弦波を全波整流した波形となる。演算増幅器４３への双方の前記入力の偏差を増幅する演算増幅器４３の出力の波形も正弦波を全波整流した波形となる。
【０００９】
その結果、交流電源２の周波数より十分高い繰り返し周波数でキャリア発生器４４が出力する鋸歯状波形のキャリア信号と、演算増幅器４３の出力値とをＰＷＭコンパレータ４５で比較演算したＭＯＳＦＥＴ１３への駆動信号によるＭＯＳＦＥＴ１３のオン・オフ比は、前記電力変換回路の出力電圧が一定となるよう、且つ、前記入力電流が全波整流電圧と同相で相似となるように交流電源２の１周期に変化し、従って、交流電源２の電圧の位相と基本波電流の位相とはほぼ同相になる。
すなわち、制御回路２０により交流−直流変換装置１の出力電圧を一定にして負荷３に供給しつつ、交流電源２から見た基本波力率をほぼ１にしている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述の制御回路２０を備えた従来の交流−直流変換装置１において、交流電源２から見た基本波力率をほぼ１にするためには、演算増幅器４３の非反転入力値と反転入力値とは、非反転入力値≒反転入力値の関係が必要である。さらに、前記入力電流の瞬時値が零レベルのときでも確実に上述の力率１の状態にするためには、非反転入力値＜反転入力値の関係も必要である。
【００１１】
例えば、負荷３が開放された直後には、交流−直流変換装置１の出力電圧が急上昇し、従って、抵抗２５，２６による前記出力電圧に基づく値と基準電源２４からの出力電圧設定値との偏差を増幅する演算増幅器２８の出力は急減してＬｏｗレベルとなり、その結果、乗算演算器３１の出力に接続されたトランジスタ３２がカットオフし、演算増幅器４３への反転入力であるトランジスタ３４のコレクタ電圧は前記電圧Ｖｃｃを抵抗３８と抵抗３９とで分圧した値となる。
【００１２】
また、上述の負荷３が開放されているときには、シャント抵抗１４に流れる前記入力電流の瞬時値もほぼ零となり、抵抗４１，４２を介して該入力電流の検出値をレベルシフトした値、すなわち、演算増幅器４３の非反転入力値と、前記反転入力値（電圧Ｖｃｃを抵抗３８と抵抗３９とで分圧した値）とは非反転入力値＞反転入力値の関係になる恐れがあり、その結果、この期間ではＭＯＳＦＥＴ１３のスイッチング時のオン時間または「オン・オフ比」が過大になり、この交流−変換装置１を安定に制御できないことがあった。
【００１３】
この主要因として、抵抗４１，４２それぞれの抵抗値のバラツキが挙げられ、従来は抵抗４１，４２それぞれの値を微調整することにより対応していた。
この発明の目的は、従来の制御回路に簡単な回路を付加して、上記問題点を解決する交流−直流変換装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この第１の発明は、入力される交流電圧を整流回路により整流し、この整流電圧を電力変換回路により出力電圧設定値に基づく直流電圧に変換して出力するべく、前記出力電圧設定値と、前記電力変換回路が出力する直流電圧の検出値に基づく値との偏差を増幅する第１の偏差増幅器と、前記整流電圧の検出値に基づく値と、前記第１の偏差増幅器の出力値とを乗算演算する乗算演算器と、前記電力変換回路の入力電流の検出値が非反転端子に入力され、前記乗算演算器の乗算値に基づく値が反転入力端子に入力されて、前記電力変換回路の入力電流の検出値に基づく値と、前記乗算演算器の乗算値に基づく値との偏差を増幅する第２の偏差増幅器と、該第２の偏差増幅器の出力値をＰＷＭ演算し、このＰＷＭ演算値に基づいて前記電力変換器を形成する自己消弧形素子をオン・オフさせるＰＷＭ演算回路とから構成される制御回路を備えた交流−直流変換装置において、
前記制御回路に、前記第１の偏差増幅器の出力値が所定の値以下になったときに動作するコンパレータ回路と、このコンパレータ回路が動作したときに、前記入力電流の検出値に基づく値を所定の値だけ低下させさせて、前記第２の偏差増幅器の非反転端子に入力される信号の値が反転入力端子に入力される信号の値より小さくなるようにする半導体スイッチ回路とを付加したことを特徴とする。
【００１５】
また第２の発明は前記第１の発明の交流−直流変換装置において、
前記整流回路は単相全波整流回路により形成され、前記電力変換回路は、前記単相全波整流回路の出力の両端に、リアクトルと前記自己消弧形素子とシャント抵抗とを直列接続してなる第１の直列回路の両端を接続すると共に、前記自己消弧形素子の両端に、ダイオードとコンデンサとを直列接続してなる第２の直列回路の両端を接続して形成され、前記コンデンサの両端をこの電力変換回路の出力としたことを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、前記制御回路にコンパレータ回路と半導体スイッチ回路とを付加することにより、無負荷状態でも、後述の如く、出力電圧を安定に制御でき、且つ、交流電源からみた基本波力率をほぼ１にすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、図２に示した交流−直流変換装置１に基づいた、この発明の実施例としての制御回路５０の詳細回路構成図であり、図３に示した従来例回路と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。
【００１８】
すなわち図１に示した制御回路５０にはレギュレータ回路２１，抵抗２２〜２３，基準電源２４，抵抗２５〜２７，演算増幅器２８，抵抗２９，コンデンサ３０，乗算演算器３１，トランジスタ３２，抵抗３３，トランジスタ３４，抵抗３５〜４１，演算増幅器４３，キャリア発生器４４，ＰＷＭコンパレータ４５の他に、抵抗４２を分割した抵抗４２ａ，４２ｂと、定電流源５１とトランジスタ５２，５３と基準電源５４とからなるコンパレータ回路と、抵抗５５，５６とトランジスタ５７とからなる半導体スイッチ回路とを備えている。
【００１９】
図１において、例えば、負荷３が開放された直後には、交流−直流変換装置１の出力電圧が急上昇し、従って、抵抗２５，２６による前記出力電圧に基づく値と基準電源２４からの出力電圧設定値との偏差を増幅する演算増幅器２８の出力は急減するが、このとき電力変換回路出力が無負荷時の演算増幅器２８の出力電圧より僅かに高く設定された基準電源５４の電圧以下に演算増幅器２８の出力値が下がると、トランジスタ５２のコレクタ電圧がＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化し、このＨｉｇｈレベルによって、抵抗５５，５６を介したトランジスタ５７が導通状態となり、抵抗４２ｂの両端を短絡する。その結果、シャント抵抗１４に流れる入力電流（≒０）を抵抗４１，４２ａ，４２ｂを介して該入力電流の検出値をレベルシフトした値を抵抗４２ｂの短絡分だけ低下させる。
【００２０】
ここで、抵抗４２ａと抵抗４２ｂとの分割比を設定することにより、演算増幅器４３の非反転入力値（電圧Ｖｃｃを抵抗４１と抵抗４２ａとで分圧した値）と、反転入力値（電圧Ｖｃｃを抵抗３８と抵抗３９とで分圧した値）とは非反転入力値＜反転入力値の関係にすることができる。
【００２１】
すなわち、制御回路５０により交流−直流変換装置１の出力電圧を一定にして負荷３に供給しつつ、負荷３が無負荷状態のときにも、交流電源２から見た基本波力率をほぼ１にすることができる。
【００２２】
また、制御回路５０により、図２に示した電力変換回路を構成するＭＯＳＦＥＴ１３のオン・オフ比は交流電源２の１周期に渡って前記周期に同期して前記全波整流電圧と一次式の関係で変化し、電力変換回路出力が無負荷時の出力過電圧状態を防止できることから、リアクトル１２のスイッチング電圧に基づくＭＯＳＦＥＴ１３，ダイドード１５，電解コンデンサ１６それぞれの耐圧をより低くしたものが使用でき、さらにリアクトル１２からの電磁異音も軽減される。
【００２３】
なお、図２に示した交流−直流変換装置では、電力変換回路として昇圧チョッパ回路の例で示したが、降圧チョッパ回路やフライバック形変換回路などにおいても、この発明の制御回路は有効である。
【００２４】
【発明の効果】
この発明によれば、従来の制御回路にコンパレータ回路と半導体スイッチ回路とを付加することにより、無負荷状態でも出力電圧を安定に制御でき、且つ、交流電源からみた基本波力率をほぼ１にすることができる。
さらに、電力変換回路を構成する半導体素子，電解コンデンサの耐圧をより低くできることから、この種の交流−直流変換装置の小型化，低価格化を計れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の交流−直流変換装置の実施例を示す部分詳細回路構成図
【図２】代表的な交流−直流変換装置の回路構成図
【図３】交流−直流変換装置の従来例を示す部分詳細回路構成図
【符号の説明】
１…交流−直流変換装置、２…交流電源、３…負荷、１１…単相全波整流回路、１２…リアクトル、１３…ＭＯＳＦＥＴ、１４…シャント抵抗、１５…ダイオード、１６…電解コンデンサ、２０…制御回路、２１…レギュレータ回路、２２〜２３…抵抗、２４…基準電源、２５〜２７…抵抗、２８…演算増幅器、２９…抵抗、３０…コンデンサ、３１…乗算演算器、３２…トランジスタ、３３…抵抗、３４…トランジスタ、３５〜４２，４２ａ，４２ｂ…抵抗、４３…演算増幅器、４４…キャリア発生器、４５…ＰＷＭコンパレータ、５０…制御回路、５１…定電流源、５２，５３…トランジスタ、５４…基準電源、５５，５６…抵抗、５７…トランジスタ。
【図１】
0003738594.tif 000002
【図２】
0003738594.tif 000003
【図３】
0003738594.tif 000004