JPH07203685A - 力率補正回路 - Google Patents
力率補正回路Info
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- JPH07203685A JPH07203685A JP6260348A JP26034894A JPH07203685A JP H07203685 A JPH07203685 A JP H07203685A JP 6260348 A JP6260348 A JP 6260348A JP 26034894 A JP26034894 A JP 26034894A JP H07203685 A JPH07203685 A JP H07203685A
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- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
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Abstract
に対応する電流と整流回路10の出力端に印加される入力
電圧に対応する電流を含む電圧信号と制御スイッチ22を
通じて流れる電流信号に対応する電圧信号とを比較して
制御スイッチ22のオフ信号を発生するオフ時間制御部80
と、オフ時間制御部80のオフ信号発生時点からキャパシ
ター32の充電時間により制御スイッチ22のオン信号を発
生するオン時間制御部60と、オフ信号およびオン信号を
それぞれ入力しラッチして制御スイッチ22を駆動する駆
動信号を発生する駆動信号発生部90とを具備する。 【効果】 これにより、オン時間をキャパシターの充電
時間で設定でき、且つ連続電流型に力率を補正すること
によりリップル減少および大容量に適する。
Description
に連続電流制御型力率補正回路に関する。
国特許出願08−083233号(1993年6月29
日出願)として出願したことがある。
うちの有効電力の比率を表す値である。すなわち、交流
電圧Eと交流電流Iが位相角xの差を有す際に、皮相電
流はEI、有効電流はEIcosxである。従って、力
率EIcosx/EI=cosxとして表現される。
に受動素子、すなわち回路部品のうち抵抗器やキャパシ
ターのような素子を構成させることにより力率を改善す
る装置があったが、このような受動素子を利用した力率
改善装置は、負荷の変動に応じて入力電流の変動が発生
することによって、一旦、固定したシステムでは力率改
善を達成するとしても負荷変動や入力電圧変動により能
動的に入力電流を定めることはできなかった。また、他
の力率改善装置は零電流スイッチング(zero current s
witching:ZCS)方式の制御回路を利用して昇圧コン
バーターの電流を不連続的に制御することにより力率を
改善した。従来の零電流スイッチング方式を使用した不
連続電流制御型力率補正回路は、入力電流が電波整流さ
れた入力ライン電圧を従いながら不連続的に制御される
ために、入力電流が零からピーク値までスイングしてス
イング幅が大きいので、ハムのようなノイズが発生し入
力電流の平均値を大きくしにくい。すなわち、従来の装
置は大電力用のシステムに使用するに困難があった。
回路の回路図である。
正回路は、ライン11上に接続されたトランスフォーマ
18の1次側電流の変化状態をトランスフォーマ18の
2次側と抵抗24により検出してこれを制御するように
構成されている。図2Aに示したように制御スイッチ2
2のオン動作により前記トランスフォーマ18の1次側
電流iL が、図2Bに示したように所定の値を有する勾
配に増加する場合に、2次側電圧V2 は図2Cに示した
ような波形を有する。そうすると、入力ライン電圧Vin
の分配値と、負荷34側の電圧VL の分配値とが結合さ
れた、図3に示したような適正水準の電圧Vmoと、トラ
ンスフォーマ18の1次側電流が抵抗24により検出さ
れた電圧Vcsとを比較器44により電圧比較することに
よって、前記制御スイッチ22をオン又はオフさせる。
VcsがVmoより大きい場合に、前記制御スイッチ22が
オフされるが、図2Cに示したように、トランスフォー
マ18の2次側電圧V2 がハイレベルとなりトランスフ
ォーマ18の1次側電流が図2Bに示したような勾配に
減少する。前記勾配が零に減少する間、前記トランスフ
ォーマ18の2次側電圧V2 は図2Cに示したように1
次側電流の勾配の零地点の直前まではハイレベル状態を
維持し、零地点に達すれば直ちにローレベルに変換され
る。
イッチ22をオンさせれば、入力電流は前述した制御ス
イッチ22の速やかなスイッチング動作により図3に示
したように増加し、制御スイッチ22がオフされれば減
少する。すなわち、図3に示したように制御される電流
のピーク値がライン電圧の比例値に従う三角波の形とな
る。これにより、前記三角波の平均値は電圧と同相であ
る正弦波となる。しかしながら、このような零電流スイ
ッチング方式を利用した不連続電流制御型力率補正装置
は、入力ライン電流が入力ライン電圧の波形を従いなが
ら零からピーク値までスイングするので入力電流の平均
値が大きくなるためには入力電流のピーク値が非常に大
きくならなければならないので昇圧コンバーターを構成
する素子に無理が加えられ大電力用に使用しにくい。ま
た、リップルによるハムが発生する問題があった。
端に入力される電流を連続的に制御して入力電圧と同位
相を有する正弦波を生成させることにより、力率を改善
すると同時に高調波ノイズの除去できる連続電流制御型
力率補正回路を提供することである。
時間をキャパシターの充電時間に応じて制御することに
より、入力ライン電流のスイング幅を減らし大電力用の
システムに適した連続電流制御型力率補正回路を提供す
ることである。
めの本発明は、交流を整流して出力する整流手段と、前
記整流手段の出力端にインダクター、ダイオードおよび
キャパシターを直列に連結し前記ダイオードとキャパシ
ターの直列連結に制御スイッチを並列に連結し前記キャ
パシターの両端に負荷を連結して前記制御スイッチのオ
ン/オフスイッチング動作により前記負荷に昇圧された
直流を出力する昇圧コンバーターと、前記制御スイッチ
のオン/オフスイッチングを制御して力率を改善するた
めの力率補正回路を具備した電源装置において、前記力
率補正回路は、前記昇圧コンバーターの出力電圧に対応
する電流と前記整流手段の出力端に印加される入力電圧
に対応する電流を含む電圧信号と前記制御スイッチを通
じて流れる電流信号に対応する電圧信号とを比較して前
記制御スイッチのオフ信号を発生するオフ時間制御部
と、前記オフ時間制御部のオフ信号発生時点からキャパ
シターの充電時間により前記制御スイッチのオン信号を
発生するオン時間制御部と、前記オフ信号およびオン信
号をそれぞれ入力しラッチして前記制御スイッチを駆動
する駆動信号を発生する駆動信号発生部とを具備したこ
とを特徴とする連続電流型力率補正回路である。
おいて、前記オン時間制御部は、定電流源と、前記定電
流源から供給される電流により充電されるキャパシター
と、前記キャパシターの両端に並列に連結され前記オフ
時間制御部の出力に応答してスイッチングされるスイッ
チング手段と、前記キャパシターの出力電圧をレベルシ
フトするレベルシフターと、前記レベルシフターの出力
を反転して前記オン信号を出力するインバーターとを具
備することを特徴とする。
は、以下のように作用する。
流に変換した後に、昇圧コンバーターによって所定の電
圧に昇圧した直流とする。この昇圧した直流は、オン時
間制御部によりキャパシターの充電時間にしたがって駆
動信号発生部で駆動される制御スイッチをオンさせて、
インダクターに電流を流すと共に出力電流を減少させて
調整する。そして、調整した電流が所定の値になった場
合、つまり制御スイッチの出力電圧が所定の値になった
場合には、オフ時間制御部により制御スイッチをオフし
て電流値を調整する。このような動作が繰り返され入力
電流の平均値が全波整流されて入力電圧の波形と類似に
なり力率が1の近くになる。したがって、本回路は、キ
ャパシターの充電時間に応じてオン時間が制御できるこ
とにより電流スイング幅が減らせるので電流リップル発
生が抑制でき大電力用のシステムに適する。
流に変換した後に、昇圧コンバーターによって所定の電
圧に昇圧した直流とする。一方、オン時間制御部では、
定電流源から供給される電流により充電されるキャパシ
ターの出力電圧をレベルシフターによってレベルシフト
して、さらにインバーターによりこのレベルシフトした
電圧を反転し駆動信号発生部に出力することによって制
御スイッチであるスイッチング手段をオンさせる。ゆえ
に、前述の昇圧した直流は、オン時間制御部によりキャ
パシターの充電時間にしたがって駆動信号発生部で駆動
される制御スイッチであるスイッチング手段をオンさせ
て、インダクターに電流を流すと共に出力電流を減少さ
せて調整する。そして、調整した電流が所定の値になっ
た場合、つまり制御スイッチの出力電圧が所定の値にな
った場合には、オフ時間制御部により制御スイッチをオ
フして電流値を調整する。このような動作が繰り返され
入力電流の平均値が全波整流されて入力電圧の波形と類
似になり力率が1の近くになる。したがって、本回路
は、キャパシターの充電時間に応じてオン時間が制御で
きることにより電流スイング幅が減らせるので電流リッ
プル発生が抑制でき大電力用のシステムに適する。
流制御型の力率補正回路を説明する。
回路の望ましい一実施例の回路図である。図1と同一の
部分には同一符号を付する。
ンバーターの出力電圧に対応する電流と整流回路の出力
端子に印加される入力電圧に対応する電流を含む電圧信
号と制御スイッチを通過した電流信号に対応する電圧信
号とを比較して制御スイッチのオフ信号を発生するオフ
時間制御部80と、オフ時間制御部のオフ信号発生時点
からキャパシターの充電時間により制御スイッチのオン
信号を発生するオン時間制御部60と、オフ信号および
オン信号をそれぞれ入力しラッチして制御スイッチを駆
動する駆動信号を発生する駆動信号発生部90とに大別
される。
結されたブリッジ整流回路10の正側端子11がインダ
クター19を介してダイオード26のアノードと接続さ
れ、前記インダクター19とダイオード26のアノード
の間に制御スイッチ22の片側の端子が接続され、該制
御スイッチ22のもう片方の端子は抵抗24を通じてグ
ラウンドに提供される整流回路10の負側端子13に連
結されている。
ソードと整流回路10の負側端子13の間に直列抵抗2
8,30とキャパシター32が並列に接続され、前記整
流回路10の正側端子11と負側端子13の間に直列抵
抗14,16とキャパシター12が並列に接続される。
イオード26のカソードに連結された抵抗28,30の
接続点であるA点がエラー増幅器50の反転端子(−)
に接続され、一定の値を有する基準電圧Vref1が前記エ
ラー増幅器50の非反転端子(+)に入力されるように
構成される。前記エラー増幅器50の出力はマルチプラ
イヤ48に入力されるように接続され、前記抵抗14,
16の並列接続点であるB点での値が前記マルチプライ
ヤ48に入力されるように接続される。前記マルチプラ
イヤ48の出力端に接続された抵抗46はマルチプライ
ヤ48の出力電流Imoをそれに比例する電圧値Vmoに変
えて比較器44の非反転端子(+)に入力されるように
なり、前記比較器44の反転端子(−)には制御スイッ
チ22と抵抗24の接続点Cが接続され、接続点Cに印
加される電圧Vcsが比較器の反転端子に入力されるよう
になっている。比較器44の出力は駆動信号発生部90
のラッチ回路40の一入力端子に印加される。前記比較
器44の出力は、また、オン時間制御部60のインバー
ター72の入力端子に印加される。
72の出力がキャパシター66に充電された電荷を放電
させるに使用するためのスイッチング素子64のベース
に接続され、スイッチング素子64のコレクターはキャ
パシター66の片側の端子、定電流源62の片側の端子
およびレベルシフター68の片側の端子と連結される。
前記キャパシター66のもう一方の端子はグラウンドに
連結され、電流源62のもう一方の端子は基準電圧Vre
f2に連結され、前記スイッチング素子64のエミッター
はグラウンドに連結される。レベルシフター68のもう
一方の端子はインバーター70の入力に印加される。
部60のインバーター70の出力がインバーター42の
入力に印加されると共にNORゲート36の入力に印加
される。インバーター42の出力はラッチ回路40の他
の入力に印加されラッチ回路40の出力はNORゲート
36の一入力端子に印加される。NORゲート36の出
力は制御スイッチ22を駆動する。ラッチ回路40は2
つのNANDゲートで構成される。
クター19の接続点に抵抗R、ダイオードD2が直列に
連結される。キャパシターC3と低電圧ロックアウト回
路21が並列に接続され、前記ダイオードD2と接続さ
れることにより、低電圧ロックアウト回路21が力率補
正回路に電源および基準電圧Vref1,Vref2を供給する
ことができる。
80および駆動信号発生部90は集積化され一チップで
構成される。したがって、本発明の実施例では力率補正
回路の集積回路化時にチップの入出力ピン数が減らせ
る。
である。
電圧に維持するために出力電圧VLを抵抗28,30に
より分配した電圧Vfbをエラー増幅器50の反転入力端
子に入力して電圧Vfbが電圧Vref1より大きくなるとエ
ラー増幅器50の出力値は減少し、電圧Vfbが電圧Vre
f1より小さくなるとエラー増幅器50の出力値は増加す
る。
ン電圧Vinが抵抗14,16により分配された値とエラ
ー増幅器50の出力を乗算して出力電流Imoを出力す
る。電流Imoは抵抗46により出力電圧Vmoに変わる。
したがって、電圧Vmoは昇圧コンバーターの出力電圧V
L を結合しながら整流された入力電圧Vinの波形を維持
する。比較器44は制御スイッチ22がオンされている
際に、インダクター19を通過する電流が抵抗24によ
り検出された電圧Vcsを電圧Vmoと比較する。電圧Vcs
が電圧Vmoより大きくなると比較器44の出力はローレ
ベルとなり、電圧Vcsが電圧Vmoより小さくなると比較
器44の出力はハイレベルとなる。力率補正回路の出力
Vo 、比較器44の反転入力端子に入力される電圧Vc
s、オン時間制御部60の出力電圧VA 、およびキャパ
シター66の両端の電圧Vc の間の関係を表す波形図が
図5A〜5Dに示されている。
19を通じて流れる入力電流iL が増加する時該電流が
抵抗24により検出された電圧Vcsが増加してマルチプ
ライヤ48の出力電圧Vmoに達すれば比較器44の出力
電圧がローレベルとなりラッチ回路40の出力をハイレ
ベルにする。これと同時に比較器44の出力電圧がロー
レベルではインバーター72の出力がハイレベルとな
り、よってスイッチング素子64のベース電力がハイレ
ベルなのでスイッチング素子64がオンされキャパシタ
ー66の両端電圧をローレベルにし、レベルシフター6
8、インバーター70を通過した次の電圧、すなわち、
オン時間制御部60の出力電圧VA はハイレベルとな
る。この際にラッチ回路40はリセットされその出力が
ローレベルとなる。したがって、NORゲート36の1
つの入力はローレベルであり、他の1入力、すなわち、
電圧VA はハイレベルなのでNORゲート36の出力V
o はローレベルとなり制御スイッチ22がオフされ比較
器44の入力電圧Vcsがマルチプライヤの出力電圧Vmo
より小さくなり比較器44の出力電圧がハイレベルとな
りインバーター72の出力がローレベルとなりスイッチ
ング素子64がオフされキャパシター66の両端に電荷
が蓄積されながら電圧が増加して一定水準に達すればレ
ベルシフター68の出力がインバーター70の出力をロ
ーレベルにし、よってオン時間制御部60の出力VA が
ローレベルとなりNORゲート36の片側の入力電圧が
ローレベルとなり、以前状態でラッチ回路40の出力が
ローレベルだったのでNORゲート36の両入力電圧が
ローレベルであってNORゲート36の出力がハイレベ
ルとなり制御スイッチ22がオンされ入力ライン電流i
L が再び増加するようになる。このような動作が繰り返
され入力電流iL の平均値が電波整流された入力電圧V
inの波形と類似になり力率が1の近くになる。
力ライン電流iL および電流iL の平均値iLavgを示
す。
回路はキャパシター66に電荷が蓄積される時間を適切
に調整することにより、連続電流制御方式で力率を改善
しうることが判る。
は、以下のような効果がある。
制御スイッチのオン時間を決定することにより、従来の
零電流方式に比べ連続電流方式で力率が補正でき、リッ
プルの抑制および大電力用に適合する。
パシターの充電時間で制御スイッチのオン時間を決定し
てスイッチングさせることにより、インダクターを流れ
る電流を連続電流とすることができるので従来の零電流
方式に比べ連続電流方式で力率が補正でき、リップルの
抑制および大電力用に適合する。
る。
ある。
る。
ある。
16,24,28,30,46…抵抗、19…インダク
ター、20…電圧供給部、21…低電圧ロックアウト回
路、22…制御スイッチ、26…ダイオード、32,6
6…キャパシター、34…負荷、36…NORゲート、
40…ラッチ回路、42,70…インバータ、44…比
較器、48…マルチプライヤ、50…エラー増幅器、6
0…オン時間制御部、62…電流源、64…スイッチン
グ素子、68…レベルシフター、80…オフ時間制御
部、90…駆動信号発生部。
Claims (2)
- 【請求項1】 交流を整流して出力する整流手段と、前
記整流手段の出力端にインダクター、ダイオードおよび
キャパシターを直列に連結し前記ダイオードとキャパシ
ターの直列連結に制御スイッチを並列に連結し前記キャ
パシターの両端に負荷を連結して前記制御スイッチのオ
ン/オフスイッチング動作により前記負荷に昇圧された
直流を出力する昇圧コンバーターと、前記制御スイッチ
のオン/オフスイッチングを制御して力率を改善するた
めの力率補正回路を具備した電源装置において、前記力
率補正回路は、 前記昇圧コンバーターの出力電圧に対応する電流と前記
整流手段の出力端に印加される入力電圧に対応する電流
を含む電圧信号と前記制御スイッチを通じて流れる電流
信号に対応する電圧信号とを比較して前記制御スイッチ
のオフ信号を発生するオフ時間制御部と、 前記オフ時間制御部のオフ信号発生時点からキャパシタ
ーの充電時間により前記制御スイッチのオン信号を発生
するオン時間制御部と、 前記オフ信号およびオン信号をそれぞれ入力しラッチし
て前記制御スイッチを駆動する駆動信号を発生する駆動
信号発生部とを具備したことを特徴とする連続電流型力
率補正回路。 - 【請求項2】 前記オン時間制御部は、定電流源と、前
記定電流源から供給される電流により充電されるキャパ
シターと、前記キャパシターの両端に並列に連結され前
記オフ時間制御部の出力に応答してスイッチングされる
スイッチング手段と、前記キャパシターの出力電圧をレ
ベルシフトするレベルシフターと、前記レベルシフター
の出力を反転して前記オン信号を出力するインバーター
とを具備することを特徴とする請求項1項記載の連続電
流型力率補正回路。
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Family
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JP (1) | JP3535902B2 (ja) |
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