JP2005102489A - 電源装置およびそれを用いた空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】 交流電源電圧の変動を受けずに安定した動作を可能とする電源装置及び空気調和機を提供する。
【解決手段】 電源装置は、交流電源（１）の電圧を検出する交流電源電圧検出部（４１）、検出された交流電源の電圧に基づいて交流電源電圧のゼロクロス点を検出しゼロクロス検出信号を出力するゼロクロス検出部（２１）と、ゼロクロス検出信号に基づいて力率改善回路（７）のスイッチング素子（４ａ、４ｂ）をオンオフさせるパルス信号を生成して出力するパルス信号制御部（２２）、及びパルス信号を受けて力率改善回路（７）の各スイッチング素子を駆動させるスイッチ駆動部（２３）を備える。ゼロクロス検出部は、交流電源電圧が所定電圧に達した時点から遅延時間（ｔｄ）経過後にゼロクロス検出信号を出力するタイマ（２１ａ）と、交流電源電圧に基づき遅延時間（ｔｄ）を補正する補正部（２１ｂ）とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は電源装置に関し、特に、力率改善回路の直流電圧可変機能を用いた電源装置に関する。さらに、本発明はその電源装置を用いた空気調和機に関する。

従来より、交流−直流変換回路として、交流電圧をダイオ−ド整流回路に入力して脈流出力を得て、これをコンデンサにより平滑して直流電圧を得るコンデンサ・インプット型整流回路が様々な分野で用いられている。

コンデンサ・インプット型整流回路を電源装置に用いた場合、入力電流は、電流導通角が狭くなり力率が悪く、無効電力が多いため、電力の有効利用ができないという問題がある。また、入力電流が多くの高調波成分を含んでおり、同一電源系統に接続された機器への障害が問題となっている。そこで力率を改善して高調波成分を低減する電源装置がある（例えば、特許文献１参照）。

この電源装置は図８に示すような回路構成を持つ。図８に示す電源装置は、交流電源１０１から入力した交流電圧Ｖｉｎを整流回路１０３により脈流出力電圧に変換する回路構成を有し、さらにこの回路構成にリアクトル１０２を挿入している。このリアクトル１０２により、入力電流Ｉｉｎの突入を緩和させ、結果として電流導通角が広がり、力率を改善することができ、入力電流Ｉｉｎに含まれる高調波成分を減少させることができる。

例えばこの電源装置を空気調和機（air-conditioner）に用いる場合、負荷１０５は圧縮機用モ−タ及びこのモ−タを駆動するインバ−タである。本電源装置は、交流電源１０１が１００Ｖであるとき、通常はリレ−回路１３０を導通状態にして倍電圧整流回路として動作するとともに、低負荷領域において、リレ−回路１３０を遮断状態にすることにより、全波整流回路として動作して出力直流電圧を低く抑えることができる。この時インバ−タ及びモ−タでの損失を低減させることができる。

以上のように図８に示す従来の電源装置は簡単な構成の受動素子（リアクトル）のみの挿入により力率を改善することができるとともに、リレ−回路１３０の通電状態を切換ることにより負荷１０５の損失を抑えることができる。

また、他の例として図９に示す回路構成を持つ電源装置がある（特許文献２参照）。以下この電源装置の詳細な動作について説明する。

図９において、整流回路１３３及びスイッチング素子１３１は力率改善回路を構成する。制御部１３２は交流電源１０１のゼロクロス点に同期してスイッチング素子１３１を所定時間オンさせるパルス信号を出力する。これによりリアクトル１０２を介して整流回路１３３及びスイッチング素子１３１を通り、交流電源１０１を短絡させる電流が流れるため、入力電流は交流電源１０１のゼロクロス点から流れ始める。そしてスイッチング素子１３１がオフになると電流は、リアクトル１０２、整流回路１０３、及びコンデンサ１２０ａ、１２０ｂ或いは平滑コンデンサ１０４を流れる。この結果、電流導通角を大きく拡大させることができ力率を大幅に改善することができる。

本電源装置も空気調和機に用いる場合、負荷１０５は圧縮機用モ−タ及びこのモ−タを駆動するインバ−タとなる。よって、同様に低負荷領域においてリレ−回路１３０を遮断状態にすることによって全波整流回路となり、インバ−タ及びモ−タでの損失を抑えることができる。

以上のように図９に示す従来の電源装置は簡単な構成と制御により力率を大きく改善することができるとともに、リレ−回路１３０の通電状態を切換えることにより負荷１０５の損失を抑えることができる。

特開平９−１８２４５７号公報 特開平１１−２０６１３０号公報

図９に示す構成の電源回路では、交流電源Ｖｉｎの入力電圧値が所定電圧以下となった状態を検出した時点でゼロクロス点に達したと判定し、ゼロクロス点より所定時間経過後に力率改善回路のスイッチング素子１３１を所定時間オンさせるパルス信号を出力していた。

しかし、この方法では、交流電源からの入力電圧Ｖｉｎが変動するとゼロクロスの検出点にもずれが生じ、スイッチング素子１３１を正しいタイミングでオンさせることができなくなり、力率改善回路の効率の低下を招いていた。

また、力率改善回路の出力電圧値は入力する電源電圧Ｖｉｎの変動または負荷の増大により低下する。したがって、力率改善回路の出力電圧の設定値は、電源電圧変動や負荷変動による出力電圧の低下があってもその影響を受けないように、最大限可能な大きな値に設定している。力率改善回路のスイッチング素子をオンする期間であるパルス信号出力時間が、その最大値に設定されている。しかしながら、力率改善回路のスイッチング素子をオンする期間であるパルス信号出力時間の最大値を大きく設定すると力率改善回路に過電流が流れるという問題がある。一方、過電流回避のためにパルス信号出力時間（オン時間）の最大値を小さく設定すると、交流電源の入力電圧が低下したときに、力率改善回路の直流出力電圧が十分に昇圧されず、電源装置の効率の低下を招いていた。

本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、交流電源電圧の変動を受けずに安定した出力を可能とする電源装置、およびそれを用いた空気調和機を提供することを目的とする。

本発明に係る第１の電源装置は、交流電源から入力した電圧を整流する整流回路と、整流回路に接続されたリアクトルと、整流回路により整流された直流電圧を昇圧し、交流電源の入力電圧波形と入力電流波形を一致させる力率改善回路とを備える。力率改善回路は、直列に接続された複数のスイッチング素子からなり前記交流電源から流れる入力電流の電流径路をオン、オフさせるスイッチング手段と、直列に接続された複数のコンデンサからなるコンデンサ回路と、スイッチング手段がオン状態のときに前記コンデンサに充電された電荷がスイッチング手段に逆流するのを防止する逆流防止整流素子と、電流径路の通電状態を導通または遮断状態に切替える切替スイッチ手段とを含む。スイッチング手段及びコンデンサ回路は並列に配置され、スイッチング素子間の接続点とコンデンサ間の接続点とが接続され、スイッチング手段の端点とコンデンサ回路の端点とが逆流防止整流素子を介して接続される。切替スイッチ手段は、その一端が整流回路の交流接続点の１点に接続され、また他端が力率改善回路のスイッチング素子間の接続点に接続される。

さらに、第１の電源装置は、交流電源の電圧を検出する交流電源電圧検出手段と、検出された交流電源の電圧に基づいて、交流電源電圧のゼロクロス点を検出してゼロクロス検出信号を出力するゼロクロス検出手段と、ゼロクロス検出信号に基づいて、力率改善回路の各スイッチング素子をオンオフさせるパルス信号を生成して出力するパルス信号制御手段と、パルス信号を受けて力率改善回路の各スイッチング素子を駆動させるスイッチ駆動手段とを備える。ゼロクロス検出手段は、交流電源電圧が所定電圧に達した時点から、所定の遅延時間（ｔｄ）経過後にゼロクロス検出信号を出力するタイマ手段と、交流電源電圧検出手段により検出された交流電源の電圧値に基づき遅延時間（ｔｄ）を補正する補正手段とを含む。

第１の電源装置はさらに、電源装置の出力電圧を検出するＤＣ検出手段を備えてもよい。このとき、パルス信号制御手段は、ＤＣ電圧検出手段によって検出された電圧値の変化に応じて力率改善手段のスイッチング素子のオン時間（ｔｗ）を変化させてもよい。さらに、パルス信号制御手段は、交流電源電圧の値に基づいてスイッチング素子のオン時間（ｔｗ）の最大値を変更してもよい。

本発明に係る第２の電源装置は、交流電源から入力した電圧を整流する整流回路と、整流回路に接続されたリアクトルと、整流回路により整流された直流電圧を昇圧し、上記交流電源の入力電圧波形と入力電流波形を一致させる力率改善回路とを含む。力率改善回路は、直列に接続された複数のスイッチング素子からなり交流電源から流れる入力電流の電流径路をオン、オフさせるスイッチング手段と、直列に接続された複数のコンデンサからなるコンデンサ回路と、スイッチング手段がオン状態のときにコンデンサに充電された電荷がスイッチング手段に逆流するのを防止する逆流防止整流素子と、電流径路の通電状態を導通または遮断状態に切替える切替スイッチ手段とを含む。スイッチング手段及びコンデンサ回路は並列に配置される。スイッチング素子間の接続点とコンデンサ間の接続点とが接続される。スイッチング手段の端点とコンデンサ回路の端点とが逆流防止整流素子を介して接続され、切替スイッチ手段は、その一端が整流回路の交流接続点の１点に接続され、また他端が力率改善回路のスイッチング素子間の接続点に接続される。

さらに、第２の電源装置は、整流回路から出力される直流電源電圧を検出する直流電源電圧検出手段と、検出された直流電源電圧に基づいて、交流電源電圧のゼロクロス点を検出してゼロクロス検出信号を出力するゼロクロス検出手段と、ゼロクロス検出信号に基づいて力率改善回路の各スイッチング素子をオンオフさせるパルス信号を生成して出力するパルス信号制御手段と、パルス信号を受けて力率改善回路の各スイッチング素子を駆動させるスイッチ駆動手段とを備える。ゼロクロス検出手段は、直流電源電圧が所定電圧に達した時点から、所定の遅延時間（ｔｄ）経過後にゼロクロス検出信号を出力するタイマ手段と、直流電源電圧検出手段により検出された直流電源電圧に基づき遅延時間（ｔｄ）を補正する補正手段とを含む。

第２の電源装置は、電源装置の出力電圧を検出するＤＣ検出手段をさらに備えてもよい。パルス信号制御手段は、ＤＣ電圧検出手段によって検出された電圧値の変化に応じて上記力率改善手段のスイッチング素子のオン時間（ｔｗ）を変化させてもよい。さらに、パルス信号制御手段は、直流電源電圧の値に基づいてスイッチング素子のオン時間（ｔｗ）の最大値を変更させてもよい。

本発明に係る空気調和機は上記の電源装置を電源として備える。

本発明によれば、交流電源からの入力電圧（交流電源電圧）または整流回路の出力電圧（直流電源電圧）を検出し、その検出値に基づいてゼロクロス検出遅延時間ｔｄを補正することにより、交流電源の入力電圧が変動しても精度よくゼロクロス点を検出できる。この構成によれば、交流電源の入力電圧が変動しても力率改善回路の出力直流電圧の変動が抑制されるので力率が向上するという効果がある。

また、交流電源電圧または直流電源電圧を検出して、この電圧に基づいて力率改善回路のスイッチング素子のオン時間（ｔｗ）の最大値を補正するようにしてもよい。これにより、交流電源からの入力電圧の変動による出力電圧の変動を抑制できる。よって、交流電源の電圧が変動しても力率改善回路の出力電圧の変動を抑制し、力率を向上できるという効果がある。

また、本発明によれば、交流電源の入力電圧が変動しても高効率な空気調和機を実現できる。

以下、添付の図面を参照し、本発明に係る電源装置の実施の形態について詳細に説明する。なお、全ての図面において同一の参照符号は同一または同等の構成要素または部分を示す。

（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施形態の電源装置の回路構成図である。

電源装置は、整流回路２、リアクトル３、力率回線回路７、平滑コンデンサ８及び切替スイッチ１２を備える。

整流回路２は複数の整流素子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを含み、交流電源１からの交流電圧Ｖｉｎを整流して脈流電圧を出力する。リアクトル３は力率改善を行うために挿入されている。

力率改善回路７は、２つのスイッチング素子４ａ，４ｂ、２つのコンデンサ５ａ，５ｂ、２つの逆流防止整流素子６ａ，６ｂ及び切替スイッチ１２を含む。平滑コンデンサ８は力率改善回路７の出力電圧を平滑する。電源装置には負荷９が接続される。

切替スイッチ１２は、整流回路２の整流素子２ｂ、２ｄの接続点と力率改善回路７のスイッチング素子４ａ、４ｂの接続点との間に接続されている。切替スイッチ１２はオン・オフして、それら接続点間の電流経路の通電状態を導通または遮断に切り換える。切替スイッチ１２は、機械的スイッチであるリレ−回路や電気的スイッチである半導体素子等からなる。電源装置は、切替スイッチ１２が入り状態の時、倍電圧整流回路を基本とした力率改善動作を行い、切替スイッチ１２が切り状態の時、全波整流回路を基本とした力率改善動作を行う。

力率改善回路７において、２つのスイッチング素子４ａ、４ｂの直列接続の中点と、２つのコンデンサ５ａ，５ｂの直列接続の中点とは互いに接続されている。スイッチング素子４ａとコンデンサ５ａとは、逆流防止整流素子６ａを介して接続されている。スイッチング素子４ｂとコンデンサ５ｂとは、逆流防止整流素子６ｂを介して接続されている。

スイッチング素子４ａ、４ｂにはパワ−トランジスタ、パワ−ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等の自己消弧可能な半導体が用いられる。また、負荷９の具体例としては、電熱線、インバ−タ、並びに、このインバ−タに接続され動作する照明機器やモ−タ等が含まれる。

さらに、電源装置は制御系の構成要素として、ゼロクロス検出部２１、パルス信号制御部２２、スイッチ駆動部２３、切替スイッチ駆動部２４及び交流電源電圧検出部４１を備える。

交流電源電圧検出部４１は交流電源１の電源電圧Ｖｉｎを検出する。

ゼロクロス検出部２１は、交流電源電圧検出部４１からの信号に基づいて交流電源１のゼロクロス点を検出して、ゼロクロス検出信号を出力する。ゼロクロス検出部２１のゼロクロス点の検出動作の詳細は後述する。

パルス信号制御部２２は、ゼロクロス検出部２１からのゼロクロス検出信号を受け、スイッチング素子４ａ、４ｂを駆動するパルス信号を生成して出力する。パルス信号制御部２２は汎用のロジック回路またはマイコン等で構成される。スイッチ駆動部２３はパルス信号制御部２２からのパルス信号を受けてスイッチング素子４ａ、４ｂをオン／オフする。切替スイッチ駆動部２４は切替スイッチ１２を駆動する。

図２に、本実施形態の電源装置における電源電圧、入力電流、パルス信号の各波形を示す。図中の記号「Ｖｉｎ」は交流電源１の電圧波形、「Ｉｉｎ」は入力電流波形でありそれぞれ矢印の向きを正方向とする。また「Ｐａ」はスイッチング素子４ａを駆動するパルス信号を示し、「Ｐｂ」はスイッチング素子４ｂを駆動するパルス信号を示す。また、「Ｖａ」、「Ｖｂ」はそれぞれコンデンサ５ａ、５ｂの両端電圧を示し、「Ｖｄｃ」は平滑コンデンサ８の両端電圧すなわち電源装置の出力電圧を示す。

パルス信号制御部２２はゼロクロス検出部２１が検出する交流電源１の電圧Ｖｉｎのゼロクロス点に同期してスイッチング素子４ａ、４ｂのうちの少なくとも１つを一定時間（ｔｗ）の間オン状態にするパルス信号を出力する。図２の例では交流電源１の正の半周期においてスイッチング素子４ａを一定時間（ｔｗ）の間オン状態にし、また負の半周期においてスイッチング素子４ｂを一定時間（ｔｗ）の間オン状態にしている。また、図示してはいないが、切替スイッチ１２は、例えばスイッチング素子４ａ及び４ｂのそれぞれのオン期間と同期してオンする。

図２においてスイッチング素子４ａがオン状態であるとき、交流電源１からみた負荷９側の電圧はコンデンサ５ｂの両端電圧Ｖｂに等しくなるので、電圧Ｖｉｎが電圧Ｖｂを越える点から入力電流Ｉｉｎが流れはじめ、パルス信号Ｐａがオフ状態になるまで増加する。

そしてパルス信号Ｐａがオフ状態になると交流電源１からみた負荷９側の電圧は平滑コンデンサ８の両端電圧Ｖｄｃに等しくなり、この時、電圧Ｖｉｎが電圧Ｖｄｃより小さい場合は一旦入力電流Ｉｉｎは減少するが、電圧値Ｖｉｎが平滑コンデンサ８の両端電圧Ｖｄｃを越える点から再びコンデンサ８を充電する電流が流れる。

この結果、入力電流Ｉｉｎの立ち上がりを早めることができ電流導通期間を広げることができる。負の半周期においても同様にスイッチング素子４ｂがオン状態であるとき電圧Ｖｉｎがコンデンサ５ａの両端電圧Ｖａを越えた時点から入力電流Ｉｉｎが流れるので電流導通期間を広げることができる。

これらの動作を交流電源１の交流電圧の半周期ごとに繰り返すことにより、電流導通期間を拡大させることができ十分に高い力率を得ることができる。

次に、ゼロクロス検出部２１の詳細な動作について説明する。

ゼロクロス検出部２１は、交流電源１の電圧Ｖｉｎが所定電圧Ｖｔｈに達した時点から、所定の遅延時間（ｔｄ）経過後にゼロクロス検出信号を出力するタイマ２１ａと、タイマ２１ａの出力である遅延時間ｔｄを補正する遅延時間補正部２１ｂとを含む。

ゼロクロス検出部２１は交流電源電圧検出部４１から交流電源電圧Ｖｉｎの検出値を入力して交流電源電圧Ｖｉｎのゼロクロス点を検出する。具体的には、図３に示すように、ゼロクロス検出部２１のタイマ２１ａは交流電源電圧Ｖｉｎを所定電圧（ゼロクロス判定電圧）Ｖｔｈと比較し、入力電圧Ｖｉｎが所定電圧Ｖｔｈに達したときのタイミングｔ０を検出し、そのタイミングｔ０を遅延時間ｔｄだけ遅延させて得られるタイミングｔｚにおいてゼロクロス検出信号を出力する。

ここで、電圧値Ｖｉｎが電圧Ｖ'ｉｎに降下する変動をした場合を考える。この場合、変動入力電圧Ｖ'ｉｎが所定電圧Ｖｔｈに達するタイミングはｔ０'となるため、遅延時間ｔｄだけ遅延させると、真のゼロクロス点からずれた点がゼロクロス点として検出されてしまう。このため、正しいタイミングでスイッチング素子４ａ、４ｂのオン／オフ動作が行われなくなるため、力率改善回路７が正確に動作せず、力率の悪化を招いてしまう。

そこで、本実施形態では、ゼロクロス検出部２１において遅延時間補正部２１ｂは、交流電源電圧検出部４１により検出された交流電源電圧Ｖｉｎの値に応じて、電源電圧Ｖｉｎの入力値が変動しても真のゼロクロス点が検出されるように、遅延時間ｔdを補正する。すなわち、遅延時間補正部２１ｂは電源電圧Ｖｉｎの振幅を監視し、その振幅値の変動に応じて遅延時間ｔｄを補正する。例えば、振幅値（ピーク値）が基準値より小さくなると、遅延時間ｔdをより大きな値ｔ'dにする。より具体的には、遅延時間補正部２１ｂは、補正後の遅延時間ｔ'dが次式の関係を満たすように補正を行う。

ｔ'd＝ｔｄ＋Δｔｄ
Δｔｄ＝（（交流電源電圧の基準値−交流電源電圧の検出値）
／交流電源電圧の検出値）×Ａ×ｔｄ
ここで、Ａは所定の補正係数である。

このように、本実施形態の電源装置によれば、交流電源１の電圧Ｖｉｎの変動に応じて、ゼロクロス判定に用いる遅延時間ｔｄを補正するため、交流電源電圧Ｖｉｎの変動によらず、正確に交流電源電圧のゼロクロス点が検出でき、力率改善回路７の精度よい動作を実現できる。

（実施の形態２）
図４に、本発明に係る電源装置の第２の実施形態の回路構成図を示す。

本実施形態の電源装置は、実施の形態１の電源装置において、さらに電源装置の出力電圧Ｖｄｃを検出するＤＣ検出部２５を備える。出力電圧Ｖｄｃとして平滑コンデンサ８の出力電圧を検出しているが、力率改善回路７の出力電圧を検出してもよい。また、パルス信号制御部２２は、スイッチング素子４ａ、４ｂのオン時間（ｔｗ）の最大値を交流電源電圧Ｖｉｎに基づいて変更する、最大オン時間補正部２２ａを含む。

パルス信号制御部２２は、出力電圧Ｖｄｃに基づいて、一定の出力電圧値が得られるようにスイッチング素子４ａ、４ｂをオンする時間（ｔｗ）を変更する。

特に、パルス信号制御部２２は、交流電源電圧検出部４１から交流電源電圧Ｖｉｎの検出値を入力している。交流電源電圧Ｖｉｎが低下すると、出力電圧Ｖｄｃも同時に低下する。よって、交流電源１の入力電圧Ｖｉｎが低下したとき、それによる出力電圧Ｖｄｃの変動を抑制するため、パルス信号制御部２２は出力電圧Ｖｄｃが一定の電圧値となるようにスイッチング素子４ａ、４ｂをオンする時間ｔｗを増加させる。

しかし、スイッチング素子４ａ、４ｂを長時間オンさせておくと力率改善回路７に流れる電流も増大して回路が破壊されてしまう恐れがあることから、オン時間ｔｗの最大値が設定されている。このオン時間ｔｗの最大値は交流電源１の電圧の定格値に基づいて定められている。交流電源１の電圧Ｖｉｎが低下したときは、オン時間ｔｗをその最大値まで増加しても、所望の出力電圧値を得ることができない。

そこで、本実施形態では、パルス信号制御部２２の最大オン時間補正部２２ａは、交流電源電圧Ｖｉｎが基準値（交流電源電圧Ｖｉｎの定格値）より低下したときは、オン時間ｔｗの最大値を、交流電源電圧Ｖｉｎが定格値である場合のときよりも増加させる。

一方、交流電源１の入力電圧Ｖｉｎが上昇すると、出力電圧Ｖｄｃも上昇するため、パルス信号制御部２２は出力電圧Ｖｄｃが一定値となるようにスイッチング素子４ａ、４ｂのオン時間ｔｗを減少させる。その際、最大オン時間補正部２２ａは、オン時間ｔｗの最大値を、交流電源電圧Ｖｉｎが定格値であるときよりも短い時間に設定する。

以上のように、本実施形態の電源装置では、交流電源電圧Ｖｉｎの変動に応じてスイッチング素子４ａ、４ｂのオン時間ｔｗの最大値を変化させるため、交流電源電圧Ｖｉｎの変動によらず、出力電圧Ｖｄｃの値を一定値に保持することができる。

（実施の形態３）
図５に本発明に係る電源装置の第３の実施形態の回路構成図を示す。

本実施形態の電源装置は、図１に示す実施の形態１の電源装置の構成において交流電源電圧検出部４１のかわりに整流回路２の出力電圧を検出する直流電源電圧検出部５１を備えている。ゼロクロス検出部２１は、この直流電源電圧検出部５１によって検出された電圧値に応じて遅延時間ｔｄを補正する。すなわち、タイマ２１ａは整流回路２から出力される直流出力電圧（直流電源電圧）を所定電圧（ゼロクロス判定電圧）Ｖｔｈと比較し、直流出力電圧が所定電圧Ｖｔｈに達したときのタイミングｔ０を検出し、そのタイミングｔ０を遅延時間ｔｄだけ遅延させて得られるタイミングｔｚにおいてゼロクロス検出信号を出力する。その他の機能については、実施の形態１のものと同様である。

整流回路２から出力される直流出力電圧（直流電源電圧）は交流電源１の電源電圧Ｖｉｎの変動に応じて変動するため、本実施形態の電源装置によっても、実施の形態１と同様に、電源電圧Ｖｉｎの電圧値が変動しても検出されたゼロクロス点を真のゼロクロス点と一致させることができる。よって、正確に交流電源電圧Ｖｉｎのゼロクロス点が検出でき、力率改善回路７の精度よい動作を実現できる。

（実施の形態４）
図６に本発明に係る電源装置の第４の実施形態の回路構成図を示す。

本実施形態の電源装置は、実施の形態３の電源装置において、さらに電源装置の出力電圧Ｖｄｃを検出するＤＣ検出部２５を備える。また、パルス信号制御部２２は、スイッチング素子４ａ、４ｂのオン時間の最大値を交流電源電圧Ｖｉｎに基づいて変更する、最大オン時間補正部２２ａを含む。

パルス信号制御部２２は、出力電圧Ｖｄｃに基づいて、一定の出力電圧値が得られるようにスイッチング素子４ａ、４ｂをオンする時間（ｔｗ）を変更する。

パルス信号制御部２２は、直流電源電圧検出部５１から整流回路２の出力である直流電源電圧の検出値を入力する。パルス信号制御部２２は、直流電源電圧が低下したとき、それによる出力電圧Ｖｄｃの変動（低下）を抑制するため、出力電圧Ｖｄｃが一定の電圧値となるようにスイッチング素子４ａ、４ｂをオンする時間ｔｗを増加させる。

パルス信号制御部２２の最大オン時間補正部２２ａは、直流電源電圧が基準値より低下したときは、オン時間ｔｗの最大値を、直流電源電圧が基準値である場合のときよりも増加させる。

一方、直流電源電圧が基準値よりも上昇したときは、出力電圧Ｖｄｃも上昇する。このため、直流電源電圧が上昇したときは、パルス信号制御部２２は出力電圧Ｖｄｃが一定値となるようにスイッチング素子４ａ、４ｂのオン時間ｔｗを減少させる。その際、最大オン時間補正部２２ａは、オン時間ｔｗの最大値を、直流電源電圧が基準値であるときよりも短い時間に設定する。

以上のように、本実施形態の電源装置では、直流電源電圧の変動に応じてスイッチング素子４ａ、４ｂのオン時間ｔｗの最大値を変化させるため、交流電源電圧Ｖｉｎの変動によらず、出力電圧Ｖｄｃの値を一定値に保持することができる。

（実施の形態５）
上記実施形態の電源装置を利用した空気調和機の構成例を説明する。

図７に、上記の電源装置を利用した空気調和機の構成例を示す。同図に示すように、空気調和機は、交流電源１の交流電圧Ｖｉｎを所定の直流電圧Ｖｄｃに変換する電源装置１００と、電源装置１００の出力を直流電源として用いてモータ２１０の駆動電圧を生成するインバータ２００と、室内外の空気と冷媒の間で熱交換を行うことにより室内の空調を行う冷凍サイクル３００とを含む。

電源装置１００は上記の実施形態において説明した電源装置のいずれかである。

冷凍サイクル３００は、冷凍サイクル中を循環する冷媒を圧縮する電動圧縮機３１０と、室内熱交換ユニット３２０、室外熱交換ユニット３２０を含む。

電動圧縮機３１０はモータ２１０に連結され、モータ２１０により駆動される。

上記実施形態の電源装置によれば簡単な構成と制御により十分に高い力率を得ることができ、交流電源の電圧値が変動しても力率改善回路の出力電圧Ｖｄｃを一定に保つことができる。よって、そのような電源装置の出力を電源として用いることにより、交流電源の入力電圧の変動に影響を受けない、高効率で安定した動作を実現する空気調和機を実現できる。

本発明による電源装置は、入力交流電源電圧の変動を受けずに安定した出力を可能とするため、例えば、空気調和機等の家庭用の電気機器に有用である。

本発明の実施の形態１の電源装置の回路構成図である。 実施の形態１の電源装置におけるパルス信号及び主要部の波形を示した図である。 ゼロクロス点の検出のタイミングを説明するための図である。 本発明の実施の形態２の電源装置の回路構成図である。 本発明の実施の形態３の電源装置の回路構成図である。 本発明の実施の形態４の電源装置の回路構成図である。 本発明の電源装置を利用した空気調和機（air-conditioner）の構成図である。 従来の電源装置の一例を示す回路構成図である。 従来の電源装置の他の例を示す回路構成図である。

符号の説明

１ 交流電源
２ 整流回路
３ リアクトル
４ａ、４ｂ スイッチング素子
５ａ、５ｂ コンデンサ
６ａ、６ｂ ダイオード（逆流防止整流素子）
７ 力率改善回路
８ 平滑コンデンサ
９ 負荷
１２ 切替スイッチ
２１ ゼロクロス検出部
２１ａ タイマ
２１ｂ 遅延時間補正部
２２ パルス信号制御部
２２ａ 最大オン時間補正部
２３ スイッチ駆動部
２４ 切替スイッチ駆動部
２５ ＤＣ検出部
４１ 交流電源電圧検出部

Claims (5)

1. ａ）交流電源から入力した電圧を整流する整流回路と、
   ｂ）前記整流回路に接続されたリアクトルと、
   ｃ）該整流回路により整流された直流電圧を昇圧し、上記交流電源の入力電圧波形と入力電流波形を一致させる力率改善回路と、
   前記力率改善回路は、直列に接続された複数のスイッチング素子からなり前記交流電源から流れる入力電流の電流径路をオン、オフさせるスイッチング手段と、直列に接続された複数のコンデンサからなるコンデンサ回路と、前記スイッチング手段がオン状態のときに前記コンデンサに充電された電荷が前記スイッチング手段に逆流するのを防止する逆流防止整流素子と、電流径路の通電状態を導通または遮断状態に切替える切替スイッチ手段とを含み、前記スイッチング手段及びコンデンサ回路は並列に配置され、前記スイッチング素子間の接続点と前記コンデンサ間の接続点とが接続され、前記スイッチング手段の端点と前記コンデンサ回路の端点とが前記逆流防止整流素子を介して接続され、前記切替スイッチ手段は、その一端が前記整流回路の交流接続点の１点に接続され、また他端が前記力率改善回路のスイッチング素子間の接続点に接続され、
   ｄ）交流電源の電圧を検出する交流電源電圧検出手段と、
   ｅ）前記検出された交流電源の電圧に基づいて、交流電源電圧のゼロクロス点を検出してゼロクロス検出信号を出力するゼロクロス検出手段と、
   前記ゼロクロス検出手段は、
   交流電源電圧が所定電圧に達した時点から、所定の遅延時間（ｔｄ）経過後にゼロクロス検出信号を出力するタイマ手段と、
   前記交流電源電圧検出手段により検出された交流電源の電圧値に基づき前記遅延時間（ｔｄ）を補正する補正手段とを含んでおり、
   ｆ）前記ゼロクロス検出信号に基づいて、前記力率改善回路の各スイッチング素子をオンオフさせるパルス信号を生成して出力するパルス信号制御手段と、
   ｇ）前記パルス信号を受けて前記力率改善回路の各スイッチング素子を駆動させるスイッチ駆動手段と
   を備えたことを特徴とする電源装置。
2. 前記電源装置の出力電圧を検出するＤＣ検出手段をさらに備え、前記パルス信号制御手段は、前記ＤＣ電圧検出手段によって検出された電圧値の変化に応じて上記力率改善手段のスイッチング素子のオン時間（ｔｗ）を変化させ、さらに、前記パルス信号制御手段は、前記交流電源電圧の値に基づいて前記スイッチング素子のオン時間（ｔｗ）の最大値を変更する、ことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
3. ａ）交流電源から入力した電圧を整流する整流回路と、
   ｂ）前記整流回路に接続されたリアクトルと、
   ｃ）該整流回路により整流された直流電圧を昇圧し、上記交流電源の入力電圧波形と入力電流波形を一致させる力率改善回路と、
   前記力率改善回路は、直列に接続された複数のスイッチング素子からなり前記交流電源から流れる入力電流の電流径路をオン、オフさせるスイッチング手段と、直列に接続された複数のコンデンサからなるコンデンサ回路と、前記スイッチング手段がオン状態のときに前記コンデンサに充電された電荷が前記スイッチング手段に逆流するのを防止する逆流防止整流素子と、電流径路の通電状態を導通または遮断状態に切替える切替スイッチ手段とを含み、前記スイッチング手段及びコンデンサ回路は並列に配置され、前記スイッチング素子間の接続点と前記コンデンサ間の接続点とが接続され、前記スイッチング手段の端点と前記コンデンサ回路の端点とが前記逆流防止整流素子を介して接続され、前記切替スイッチ手段は、その一端が前記整流回路の交流接続点の１点に接続され、また他端が前記力率改善回路のスイッチング素子間の接続点に接続され、
   ｄ）前記整流回路から出力される直流電源電圧を検出する直流電源電圧検出手段と、
   ｅ）前記検出された直流電源電圧に基づいて、交流電源電圧のゼロクロス点を検出してゼロクロス検出信号を出力するゼロクロス検出手段と、
   前記ゼロクロス検出手段は、
   前記直流電源電圧が所定電圧に達した時点から、所定の遅延時間（ｔｄ）経過後にゼロクロス検出信号を出力するタイマ手段と、
   前記直流電源電圧検出手段により検出された直流電源電圧に基づき前記遅延時間（ｔｄ）を補正する補正手段とを含んでおり、
   ｆ）前記ゼロクロス検出信号に基づいて、前記力率改善回路の各スイッチング素子をオンオフさせるパルス信号を生成して出力するパルス信号制御手段と、
   ｇ）前記パルス信号を受けて前記力率改善回路の各スイッチング素子を駆動させるスイッチ駆動手段と
   を備えたことを特徴とする電源装置。
4. 前記電源装置の出力電圧を検出するＤＣ検出手段をさらに備え、前記パルス信号制御手段は、前記ＤＣ電圧検出手段によって検出された電圧値の変化に応じて上記力率改善手段のスイッチング素子のオン時間（ｔｗ）を変化させ、さらに、前記パルス信号制御手段は、前記直流電源電圧の値に基づいて前記スイッチング素子のオン時間（ｔｗ）の最大値を変更する、ことを特徴とする請求項３記載の電源装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の電源装置を備えたことを特徴とする空気調和機。
   

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