JPH073295U - 力率改善回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 起動時間を短縮でき、また、軽負荷状態とな
っても間欠動作を起こさないよう、制御回路に安定した
駆動電力を供給できるようにした力率改善回路を提供す
る。 【構成】 チョークコイルＬ１、ダイオードＤ１、スイ
ッチングトランジスタＱ１、平滑コンデンサＣ１、制御
回路４より構成される力率改善回路の出力側に駆動電力
供給専用のＤＣ−ＤＣコンバータ５を設け、出力端子２
ａから整流出力電圧を受けたＤＣ−ＤＣコンバータ５
は、安定化した出力電圧で制御回路４に駆動電力を供給
する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、アクティブフィルタ方式の力率改善回路に係り、特にその制御回路 を動作させるのに必要な駆動電力を供給する回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

現在のほとんどの交流─直流変換の電源回路では、交流電源ラインにノイズや 電圧歪みの発生を防止するために、整流回路の出力側に力率改善回路が設けられ 、中でもアクティブフィルタ方式の力率改善回路では、交流の入力電圧と入力電 流の波形をほぼ同じにでき、９０％以上の力率が得られることでよく使用されて いる。 従来のアクティブフィルタ方式の力率改善回路は図３に示すような回路構成と なっている。 図３において、１ａ、１ｂは交流電圧の入力端子、２ａ、２ｂは整流出力端子 、３は整流回路を示している。 整流回路３の（＋）側整流出力端をチョークコイルＣＬの主巻線Ｎ１を介して ダイオードＤ１のアノードに接続し、ダイオードＤ１のカソードを高電位側出力 端子２ａに接続する。 整流回路３の（−）側整流出力端を低電位側の出力端子２ｂと接続する。

【０００３】 ダイオードＤ１のアノードと出力端子２ｂ間にＮチャネル型ＭＯＳ ＦＥＴ よりなるスイッチングトランジスタＱ１の主電流路を接続し、ダイオードＤ１の カソードと出力端子２ｂ間に平滑コンデンサＣ１を接続する。この時、スイッチ ングトランジスタＱ１のソースを出力端子２ｂ側とする。 スイッチングトランジスタＱ１のゲートには制御回路４の出力端が接続され、 この制御回路４によりチョークコイルＣＬの主巻線Ｎ１、ダイオードＤ１、スイ ッチングトランジスタＱ１、平滑コンデンサＣ１より構成される力率改善回路が 駆動される。 チョークコイルＣＬには補助巻線Ｎ２が設けられており、その一端は出力端子 ２ｂと接続し、他端はダイオードＤ２とコンデンサＣ２の直列回路を介して出力 端子２ｂと接続する。この時、ダイオードＤ２のアノードが補助巻線Ｎ２側とす る。 ダイオードＤ２とコンデンサＣ２の接続点を抵抗Ｒ１を介して出力端子２ａと 接続し、またこの接続点から制御回路４の電源入力端（Ｖ_CC）へ駆動電力を供給 する。

【０００４】 以上のような回路構成とした場合の制御回路４への駆動電力の供給動作につい て以下に説明する。なお、力率改善動作についてはアクティブフィルタ等の文献 に詳細に説明されているので、ここでは省略する。 入力端子１ａ、１ｂ間に交流電圧が印加されると整流回路３は整流を行い、脈 流状の直流電圧を出力する。 整流回路３からの出力電圧はチョークコイルＣＬの主巻線Ｎ１とダイオードＤ １を介して平滑コンデンサＣ１を充電し、出力端子２ａ、２ｂ間の電圧を上昇さ せる。 出力端子２ａ、２ｂ間の電圧により、抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ２が充電 されて制御回路４の電源入力端子（Ｖ_CC）に印加される電圧が徐々に上昇し、こ の電圧が制御回路４の駆動開始電圧に達すると制御回路４は動作を開始する。 制御回路４の動作開始によりスイッチングトランジスタＱ１はスイッチング動 作を始め、チョークコイルＣＬの主巻線Ｎ１及び補助巻線Ｎ２にはスイッチング 動作に応じて電圧が発生する。 以後、補助巻線Ｎ２に発生する電圧によりコンデンサＣ２は充電され、制御回 路４に駆動電力が供給される。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

一般には、力率改善回路の定常動作時における電力損失を抑えるために、制御 回路４の駆動電力はチョークコイルＣＬの補助巻線Ｎ２に発生する電圧より得て 、抵抗Ｒ１の抵抗値を高く設定して抵抗Ｒ１に流れる電流を小さくしている。 整流出力電圧により充電されて上昇するコンデンサＣ２の端子間電圧が、駆動 開始電圧に達して制御回路４が動作を開始するまでの時間は、抵抗Ｒ１とコンデ ンサＣ２の抵抗値と容量値に依るため、抵抗Ｒ１の高抵抗値により力率改善回路 の起動時間は長くなってしまう。 また、出力端子２ａ、２ｂに接続される負荷が軽負荷であると、制御回路４は スイッチングトランジスタＱ１のオン期間を短く絞り込むことになる。 スイッチングトランジスタＱ１のオン期間が短くなるとチョークコイルＣＬの 主巻線Ｎ１に流れるスイッチング電流が小さくなり、これによりチョークコイル ＣＬの補助巻線Ｎ２に発生する電圧が低下し、やがて補助巻線Ｎ２に発生する電 圧では力率改善回路４に供給する駆動電力がまかないきれなくなる。

【０００６】 するとコンデンサＣ２の端子間電圧が低下し、その端子間電圧が制御回路４の 駆動停止電圧（ただし、駆動開始電圧＞駆動停止電圧）以下になると制御回路４ は動作を停止してしまう。 以後、この制御回路４は、コンデンサＣ２の端子間電圧が抵抗Ｒ１を介して充 電されることにより、駆動停止電圧から駆動開始電圧に上昇するまでの間を停止 期間、コンデンサＣ２の端子間電圧が制御回路４の動作開始により、駆動開始電 圧から駆動停止電圧に低下するまでの間を駆動期間とする間欠動作となってしま う。 このため、図３に示すような回路では、出力端子２ａ、２ｂ間にダミー抵抗を 設ける、あるいは回路の最低負荷電流を規定して条件にあった使用を求めるとい った手段を講じなければならなかった。 本考案は起動時間を短くでき、また、軽負荷状態となっても間欠動作を起こさ ないよう、制御回路に安定した駆動電力を供給できるようにした力率改善回路を 提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案は、印加された交流電圧を整流する整流回路に接続され、供給される交 流電流の入力力率を改善するアクティブフィルタ方式の力率改善回路において、 該力率改善回路を動作させるための制御回路には、該力率改善回路の出力側に設 けた専用のＤＣ−ＤＣコンバータより駆動電力を供給することを特徴とする。

【０００８】

【実施例】

起動時間が長い、軽負荷時に動作が不安定となるといった問題点を解決した、 本考案による力率改善回路を図１に示す。なお、図３と同一部分については同じ 符号を付してある。 図１において、整流回路３の交流入力端にはそれぞれ入力端子１ａ、１ｂを介 して交流電圧が印加され、整流回路３の（＋）側整流出力端をチョークコイルＬ １とダイオードＤ１の直列回路を介して出力端子２ａと接続し、（−）側整流出 力端を出力端子２ｂと接続する。この時、ダイオードＤ１のカソードは出力端子 ２ａ側とする。

【０００９】 ダイオードＤ１のカソードと出力端子２ｂの間に平滑コンデンサＣ１を接続し 、ダイオードＤ１のアノードと出力端子２ｂの間にＮチャネルＭＯＳ ＦＥＴよ りなるスイッチングトランジスタＱ１の主電流路を、ソースを出力端子２ｂ側と して接続する。 スイッチングトランジスタＱ１のゲートには制御回路４の出力端が接続され、 この制御回路４により、チョークコイルＬ１、ダイオードＤ１、スイッチングト ランジスタＱ１、平滑コンデンサＣ１より構成される力率改善回路が駆動される 。 さらに力率改善回路の出力側にはＤＣ−ＤＣコンバータ５が設けられており、 このＤＣ−ＤＣコンバータ５は出力端子２ａの整流出力電圧を受け、制御回路４ に駆動電力を供給する。

【００１０】 このような回路構成とした、本考案における制御回路４への駆動電力の供給動 作について、以下に説明する。 起動時において、入力端子１ａ、１ｂ間に交流電圧が印加されると整流回路３ は整流を行い、脈流状の直流電圧を出力する。 整流回路３からの出力電圧は、チョークコイルＬ１とダイオードＤ１を介して 平滑コンデンサＣ１を充電し、出力端子２ａ、２ｂ間の電圧を上昇させる。 出力端子２ａ、２ｂ間の電圧が所定の値より大きくなるとＤＣ−ＤＣコンバー タが動作し、制御回路４の駆動開始電圧以上の出力電圧で制御回路４に駆動電力 を供給する。

【００１１】 交流電圧が入力端子１ａ、１ｂ間に印加されてから、ＤＣ−ＤＣコンバータ５ が動作して制御回路４が動作を開始するまでの本考案による力率改善回路の起動 時間は、抵抗Ｒ１を介して充電されるコンデンサＣ１の端子間電圧が駆動電圧に 達して制御回路４が動作を開始するまでの従来の力率改善回路の起動時間よりも 格段に速くすることができる。 また、ＤＣ−ＤＣコンバータ５は整流出力電圧を受けて制御回路４に駆動電力 を供給しているので、出力端子２ａ、２ｂ間に接続される負荷が軽負荷であって も安定した出力電圧で駆動電力が供給でき、間欠動作は起こらず、出力端子２ａ 、２ｂ間にダミー抵抗を設ける、回路の最低負荷電流を規定する、といった間欠 動作対策は不要となる。 さらに、チョークコイルとして単巻のものを使用しているので、回路の設計時 における自由度が高くなる。

【００１２】 図１に示す本考案によれば、駆動開始電圧以上となっているＤＣ−ＤＣコンバ ータ５の出力電圧で制御回路４の各回路素子が動作を行うことになるが、制御回 路４が一度起動してしまえば供給される電圧は電圧値が低い方が消費電力が低く て済む。 そこで、ＤＣ−ＤＣコンバータ５の出力電圧の電圧値を駆動停止電圧より少し だけ高い電圧値とし、制御回路４を駆動するのに必要な駆動開始電圧は他の方法 で得ることも考えられ、その一例として図２に本考案による他の実施例の回路図 を示した。 図２において、入力端子１ａ、１ｂ、出力端子２ａ、２ｂ、整流回路３及び、 力率改善回路を構成するチョークコイルＬ１、ダイオードＤ１、スイッチングト ランジスタＱ１、平滑コンデンサＣ１、制御回路４の接続構成は図１と同一であ る。

【００１３】 力率改善回路の出力側にはＤＣ−ＤＣコンバータ５が設けてあり、このＤＣ− ＤＣコンバータ５は、出力端子２ａより整流出力電圧を受け、ダイオードＤ２を 介して制御回路４に駆動電力を供給する。 ここで、ＤＣ−ＤＣコンバータ５の出力電圧は制御回路４の駆動停止電圧より 高く、駆動開始電圧より低い電圧値である。 出力端子２ａ、２ｂ間には、さらに起動回路となる抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２ の直列回路を、抵抗Ｒ１を出力端子２ａ側として接続し、抵抗Ｒ１とコンデンサ Ｃ２の接続点をダイオードＤ２のカソードに接続する。 以上のような構成とした回路における制御回路４への駆動電力の供給動作につ いて、以下に説明する。

【００１４】 起動時において、入力端子１ａ、１ｂ間に交流電圧が印加されると整流回路３ は整流を行い、脈流状の直流電圧を出力する。 整流回路３からの出力電圧は、チョークコイルＬ１とダイオードＤ１を介して 平滑コンデンサＣ１を充電し、出力端子２ａ、２ｂ間の電圧を上昇させる。 出力端子２ａ、２ｂ間の電圧が抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ２を充電し、そ の間に出力端子２ａ、２ｂ間の電圧が所定の値より大きくなるとＤＣ−ＤＣコン バータ５が動作を開始し、駆動停止電圧より高く、駆動開始電圧より低い電圧を 出力する。 コンデンサＣ２の端子間電圧が駆動開始電圧に達すると制御回路４は動作を開 始し、コンデンサＣ２より駆動電力を得てその端子間電圧を下げた後は、ＤＣ− ＤＣコンバータ５よりダイオードＤ２を介して駆動電力の供給を受けて動作を継 続する。

【００１５】 ここで、コンデンサＣ２は制御回路４を起動させるトリガの役割を果たすだけ であるので従来のものに比べて小容量のものであり、また、ＤＣ−ＤＣコンバー タ５が動作を開始すればその出力電圧からも充電されるので、コンデンサＣ２を 充電するのに要する時間は非常に短く、力率改善回路の起動時間としては従来の 回路より短くすることができる。 また負荷が軽負荷であっても、図１と同様にＤＣ−ＤＣコンバータ５から安定 した出力電圧で駆動電力が供給できるため間欠動作は起こらず、間欠動作対策は 不要となる。 図２に示す回路では、図１に示す回路に比べてＤＣ−ＤＣコンバータ５の出力 電圧は低く設定されているため、消費電力は低くなり力率改善回路の効率は高く なる。 なお、回路素子数の節約のために、図２の回路におけるコンデンサＣ２とダイ オードＤ２は、図２においては図示を省略したＤＣ−ＤＣコンバータ５を構成す る平滑用容量素子、整流用素子と共通させることもある。

【００１６】

【考案の効果】

以上に述べたように、本考案は、力率改善回路の制御回路の駆動用電力供給源 として専用のＤＣ−ＤＣコンバータを設けたものである。 このことにより、駆動電力の供給源として補助巻線及び補助巻線に発生する電 圧により充電されるコンデンサを使用した従来の回路に比べて、力率改善回路の 起動時間は短くて済む。 また、制御回路には安定した電圧値で駆動電力が供給されるので、間欠動作は 起こらず、間欠動作対策は不要となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案の力率改善回路の一実施例の回路図。

【図２】 本考案の力率改善回路の他の実施例の回路
図。

【図３】 従来の力率改善回路の回路図。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ 入力端子 ２ａ、２ｂ 出力端子 ３ 整流回路 ４ 力率改善回路の制御回路 ５ ＤＣ−ＤＣコンバータ

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 印加された交流電圧を整流する整流回路
   に接続され、供給される交流電流の入力力率を改善する
   アクティブフィルタ方式の力率改善回路において、該力
   率改善回路を動作させるための制御回路には、該力率改
   善回路の出力側に設けた駆動電力供給専用のＤＣ−ＤＣ
   コンバータより駆動電力を供給することを特徴とする力
   率改善回路。
2. 【請求項２】 印加された交流電圧を整流する整流回路
   に接続され、供給される交流電流の入力力率を改善する
   アクティブフィルタ方式の力率改善回路において、該力
   率改善回路の出力側には起動用回路と駆動電力供給専用
   のＤＣ−ＤＣコンバータを設け、該力率改善回路を動作
   させるための制御回路に対する駆動電力の供給は、起動
   時においては該起動用回路にて行い、起動後においては
   逆流防止素子を介して該ＤＣ−ＤＣコンバータにより行
   われることを特徴とする力率改善回路。