力率改善回路およびその起動動作制御方法
【課題】入力投入時の出力電圧のオーバーシュート及びアンダーシュートを所定の電圧範囲内に抑えることができ、定数の設計も容易な力率改善回路を提供する。
【解決手段】入力電圧信号Ｖｓ１の瞬時値が、第２基準電圧Ｖｉａ未満であることを示す脈流監視信号を出力する脈流監視手段４０を備える。出力電圧信号Ｖｏ１が、入力電圧信号Ｖｓ１の波高値よりも第３基準電圧Ｖｏｂだけ低い電圧に達したことを示す差電圧監視信号を出力する差電圧監視手段４２を備える。出力電圧信号Ｖｏ１が、第４基準電圧Ｖｏｃに達したことを示す第１出力監視信号を出力する第１出力監視手段４４を備える。出力電圧信号Ｖｏ１が、第５基準電圧Ｖｏｄに達したことを示す第２出力監視信号を出力する第２出力監視手段４６を備える。各監視信号に基づき、駆動パルスＶｇを出力可能な状態にするか否かの判断結果を、駆動パルス生成回路３８に出力する開始・停止判断手段４８を備える。
【解決手段】入力電圧信号Ｖｓ１の瞬時値が、第２基準電圧Ｖｉａ未満であることを示す脈流監視信号を出力する脈流監視手段４０を備える。出力電圧信号Ｖｏ１が、入力電圧信号Ｖｓ１の波高値よりも第３基準電圧Ｖｏｂだけ低い電圧に達したことを示す差電圧監視信号を出力する差電圧監視手段４２を備える。出力電圧信号Ｖｏ１が、第４基準電圧Ｖｏｃに達したことを示す第１出力監視信号を出力する第１出力監視手段４４を備える。出力電圧信号Ｖｏ１が、第５基準電圧Ｖｏｄに達したことを示す第２出力監視信号を出力する第２出力監視手段４６を備える。各監視信号に基づき、駆動パルスＶｇを出力可能な状態にするか否かの判断結果を、駆動パルス生成回路３８に出力する開始・停止判断手段４８を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、商用電源から入力された交流電圧を所定の直流電圧に変換し、入力電流の波形を整形して力率を改善する昇圧チョッパ型の力率改善回路およびその起動動作制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
力率改善回路では、出力電圧が目標電圧になるように安定化する制御と、入力電流を整形することによって力率を改善する制御が同時に行われ、２つの制御条件を満たすように昇圧チョッパ回路の主スイッチング素子がオン・オフする。
【０００３】
出力電圧の動的な変動を小さくするためには、出力電圧制御を高速応答化することが望ましい。しかし、出力電圧制御を高速応答化すると、出力電圧に重畳する商用周波数帯域のリップル成分にも応答しやすくなるため、当該リップル成分に対する応答が入力電流制御にも影響し、入力電流波形に歪みが生じて力率の改善が不十分になる。そこで、出力電圧制御の応答速度は、一般的には、上記リップル成分に応答しない程度に遅く設定される。その結果、動的な出力電圧の変動に応答しきれず、例えば、入力投入後、出力電圧が目標電圧に安定化されるまでの間にオーバーシュートやアンダーシュートが発生し、後段の負荷等に悪影響を与えてしまうという問題が生じていた。
【０００４】
従来、この問題を解決する技術として、特許文献１に開示されているように、出力電圧制御の応答速度を決定する主要な回路部分であって、所定の時定数が設定されている積分回路を有する誤差増幅器と、入力投入時に出力電圧に生じるオーバーシュート及びアンダーシュートが一定値を超えると、上記積分回路の時定数を小さくする応答改善回路とを備えた力率改善回路がある。この力率改善回路は、出力電圧が動的に変動するとき一時的に出力電圧制御を高速応答化することによって、オーバーシュート及びアンダーシュートを小さく抑える動作を行うものである。特許文献１には、時定数を決定する帰還コンデンサ、入力抵抗及びオペアンプで構成された積分回路と、当該入力抵抗と並列にダイオードを接続して成る応答改善回路が記載され、ダイオードが導通したとき入力抵抗の抵抗値が等価的に小さな値に切り替わり、積分回路の時定数が低下する旨が説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−６９７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の力率改善回路は、動的な出力電圧制御、静的な出力電圧制御、及び入力電流制御を行うが、例えば、積分回路の帰還コンデンサのように、３つの制御系の全てに関係する回路素子が複数存在するため、定数の設計や設計変更を行うとき、３つの制御系全てが良好に動作する定数を見つけなければならず、定数設定の自由度が制限され十分な力率改善効果が得られないものであった。
【０００７】
また、この種の力率改善回路は、出力電力に応じて昇圧チョッパ回路の平滑コンデンサの容量が変更されたり、また、力率改善回路の出力端に出力電圧保持時間を調節するために平滑コンデンサが外付けされる場合もある。一般に、出力電圧が動的に変動するとき、平滑コンデンサの容量の大小や負荷電流の多少によって、出力電圧変動の速度が変化するので、積分回路と応答改善回路による効果の度合いも変化し、使用条件によっては、オーバーシュート及びアンダーシュートを抑えることができないという問題があった。
【０００８】
この発明は、上記背景技術に鑑みて成されたもので、入力投入時の出力電圧のオーバーシュート及びアンダーシュートを所定の電圧範囲内に抑えることができ、定数の設定も容易で効果的な力率改善回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、交流の入力電圧を整流して脈流の整流電圧を出力する整流回路と、一端が前記整流回路の出力に接続されたチョークコイル、前記チョークコイルの他の一端とグランドとの間に接続された主スイッチング素子、前記チョークコイルと前記主スイッチング素子との接続点にアノードが接続された整流ダイオード、及び前記整流ダイオードのカソードとグランドとの間に接続された平滑コンデンサで構成され、前記平滑コンデンサの両端に発生する出力電圧を負荷に電力供給する昇圧チョッパ回路と、前記整流電圧を検出して入力電圧信号を出力する入力電圧検出回路と、前記出力電圧を検出して出力電圧信号を出力する昇圧電圧検出回路と、前記出力電圧信号を受け、当該出力電圧信号と出力電圧目標値を決定する第１基準電圧との差分を増幅するエラーアンプ部を有すると共に、前記エラーアンプ部の出力と前記入力電圧信号とに基づき、前記出力電圧が前記出力電圧目標値になるように前記主スイッチング素子をオン・オフさせる駆動パルス生成部を有したスイッチング制御回路とを備えた力率改善回路にであって、
前記入力電圧信号の瞬時値がゼロ電圧に近い第２基準電圧未満であることを示す脈流監視信号を出力する脈流監視手段と、入力投入時、前記出力電圧信号が上昇し、前記入力電圧信号の波高値よりも第３基準電圧だけ低い電圧に達したことを示す差電圧監視信号を出力する差電圧監視手段と、入力投入時、前記出力電圧信号が上昇し、前記入力電圧信号の波高値よりも高く前記第１基準電圧よりも低い第４基準電圧に達したことを示す第１出力監視信号を出力する第１出力監視手段と、前記第１出力監視信号が出力された後、前記出力電圧信号が前記入力電圧信号の波高値よりも高く前記第４基準電圧よりも低い第５基準電圧に達したこと、又は、前記出力電圧信号が前記第５基準電圧まで低下しないときは、前記第１出力監視信号が出力されてから第１基準時間を経過したこと、のいずれかを示す第２出力監視信号を出力する第２出力監視手段と、前記脈流監視信号、前記差電圧監視信号、前記第１及び第２出力監視信号を受け、前記スイッチング制御回路の前記駆動パルス生成部に向けて、前記駆動パルスを出力可能な状態にする開始信号、又は前記駆動パルスを出力できない状態にする停止信号を出力する開始・停止判断手段と、が設けられた起動動作制御回路を備え、
前記開始・停止判断手段の出力は、入力投入時は停止信号を出力し、前記差電圧監視信号が出力され前記脈流監視信号も合わせて出力されたときから前記開始信号に切り替わり、第１出力監視信号が出力されると前記停止信号に切り替わり、第２出力監視信号が出力されると前記開始信号に切り替わり、その後、第１出力監視信号が出力されても、前記開始信号を継続して出力する力率改善回路である。
【００１０】
さらに、前記スイッチング制御回路には、入力投入時、前記出力電圧信号が上昇し、前記第１基準電圧よりも高い第６基準電圧に達したことを示す第３出力監視信号を出力する第３出力監視手段と、前記第３出力監視信号が出力された後、前記出力電圧信号が前記第５基準電圧よりも高く前記第６基準電圧よりも低い第７基準電圧に低下したことを示す第４出力監視信号を出力する第４出力監視手段とが設けられ、前記駆動パルス生成部は、前記開始・停止判断手段から前記開始信号が出力されているときでも、前記第３出力監視信号が出力されその後第４出力監視信号が出力されるまでの間は、前記駆動パルスを出力することができないように構成されている。
【００１１】
また、前記起動動作制御回路は、マイクロコンピュータ内に一体に設けられ、プログラムの書き換えによって、各手段が有する各基準電圧及び基準時間の設定を変更できるよう構成されている。
【００１２】
また、前記出力電圧信号が第１基準電圧に安定化されている定常状態になると、前記第３出力監視手段の前記第６基準電圧が、それよりも高い第８基準電圧に切り替わる。
【００１３】
また、アノードが前記整流回路の出力に接続され、カソードが前記整流ダイオードのカソードに接続されたバイパスダイオードと、前記整流ダイオードのカソードと前記平滑コンデンサとの接続点に挿入された突入電流制限抵抗と、前記突入電流制限抵抗に並列接続された短絡スイッチ素子とを備え、入力投入時、前記短絡スイッチは、前記差電圧監視信号が出力され、合わせて前記脈流監視信号と出力され、その結果、前記開始・停止判断手段が開始信号を出力したときにオンに切り替わる力率改善回路である。
【００１４】
また、この発明は、交流の入力電圧を整流して脈流の整流電圧を出力する整流回路と、一端が整流回路１４の出力に接続されたチョークコイル、前記チョークコイルの他の一端とグランドとの間に接続された主スイッチング素子、前記チョークコイルと前記主スイッチング素子との接続点にアノードが接続された整流ダイオード、及び、前記整流ダイオードのカソードとグランドとの間に接続された平滑コンデンサで構成され、前記平滑コンデンサの両端に発生する出力電圧を負荷に電力供給する昇圧チョッパ回路と、前記整流電圧を検出して入力電圧信号を出力する入力電圧検出回路と、前記出力電圧を検出して出力電圧信号を出力する昇圧電圧検出回路と、前記出力電圧信号を受け、当該出力電圧信号と出力電圧目標値を決定する第１基準電圧との差分を増幅するエラーアンプ部を有すると共に、前記エラーアンプ部の出力と前記入力電圧信号とに基づき、前記出力電圧が前記出力電圧目標値になるように前記主スイッチング素子をオン・オフさせる駆動パルス生成部を有したスイッチング制御回路と、を備えた力率改善回路の起動動作制御方法であって、
入力投入後、前記出力電圧信号が上昇し前記入力電圧信号の波高値よりも第３基準電圧だけ低い電圧に達し、合わせて前記入力電圧信号の瞬時値がゼロ電圧に近い第２基準電圧未満になったときに、前記駆動パルス生成部が前記駆動パルスを出力可能な状態にする第１ステップと、さらに前記出力電圧信号が上昇し、前記入力電圧信号の波高値よりも高く前記第１基準電圧よりも低い第４基準電圧に達すると、前記駆動パルス生成部が前記駆動パルスを出力できない状態にする第２ステップと、その後、前記出力電圧信号が前記入力電圧信号の波高値よりも高く前記第４基準電圧よりも低い第５基準電圧に達したとき、又は、前記出力電圧信号が前記第５基準電圧まで低下しない場合は、前記第１出力監視信号が出力されてから第１基準時間を経過したとき、前記駆動パルス生成部が前記駆動パルスを出力可能な状態にし、次に前記出力電圧信号が上昇して第４基準電圧に達しても前記駆動パルス生成部が前記駆動パルスを出力可能な状態を継続させる第３ステップと、を備えた力率改善回路の起動動作制御方法である。
【００１５】
さらに、前記第３ステップの後、前記出力電圧信号が上昇し、前記第１基準電圧よりも高い第６基準電圧に達したとき、前記駆動パルス生成部が前記駆動パルスを出力できない状態にする第４ステップと、その後、前記出力電圧信号が前記第５基準電圧よりも高く前記第６基準電圧よりも低い第７基準電圧に低下したとき、前記駆動パルス生成部が前記駆動パルスを出力可能な状態にする第５ステップとが設けられ、上記エラーアンプ部の動作によって出力電圧信号が前記第１基準電圧に安定化されるまでの間、上記の第４及び第５ステップを繰り返すものである。
【００１６】
さらに、前記出力電圧信号が第１基準電圧に安定化されている定常状態になると、前記第６基準電圧を、それよりも高い第８基準電圧に切り替える第６ステップを備えている。
【００１７】
また、前記第１ステップにおいて、前記駆動パルス生成部が前記駆動パルスを出力可能な状態にすると共に、アノードが前記整流回路の出力に接続され、カソードが前記整流ダイオードのカソードに接続されたバイパスダイオードと、前記整流ダイオードのカソードと前記平滑コンデンサとの接続点に挿入された突入電流制限抵抗と、前記突入電流制限抵抗に並列接続された短絡スイッチ素子で構成された突入電流防止回路の、前記短絡スイッチ素子をオンさせるものである。
【発明の効果】
【００１８】
この発明の力率改善回路及びその起動動作制御方法は、静的な出力電圧制御と入力電圧制御に設定されている応答速度との間に相互作用がほとんどない形で動的な出力電圧変動を抑える制御を行うので、入力投入時の出力電圧のオーバーシュート及びアンダーシュートを所定の電圧範囲内に確実に抑えることができ、効果的で確実な力率改善機能を発揮する。また、回路定数の設定や設計変更も容易である。
【００１９】
さらに、起動動作制御回路をマイクロコンピュータ内に一体に設け、各手段が有する各基準電圧及び基準時間の設定をプログラムの書き換えによって変更できるように構成すれば、力率改善回路の部品点数を大幅に削減することができ、また、設計変更に際してもハード的な変更が必要ないので煩雑な作業が生じない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の第一の実施形態の力率改善回路を示すブロック図である。
【図２】第一の実施形態の力率改善回路が有する制御系の詳細な構成を示すブロック図回路図である。
【図３】第一の実施形態の力率改善回路の入力投入時の動作例を説明するタイムチャートである。
【図４】第一の実施形態の力率改善回路の入力投入時の他の動作例を説明するタイムチャートである。
【図５】この発明の第二の実施形態の力率改善回路を示すブロック図である。
【図６】第二の実施形態の力率改善回路が有する制御系の詳細な構成を示すブロック図回路図である。
【図７】第二の実施形態の力率改善回路の入力投入時の動作例を説明するタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の力率改善回路の第一の実施形態と、この力率改善回路で行われる本発明の起動動作制御方法の第一の実施形態について、図１〜図４に基づいて説明する。第一の実施形態の力率改善回路１０は、図１に示すように、入力端１４ａに商用電源１２が接続され、交流の入力電圧Ｖｉを全波整流した整流電圧Ｖｓを出力する整流回路１４を備えている。整流回路１４の出力には、整流電圧Ｖｓを断続して整流平滑することによって昇圧された出力電圧Ｖｏを出力する昇圧チョッパ回路１６が接続されている。そして、昇圧チョッパ回路１６の出力端１６ａに、一般の電子機器やＤＣ−ＤＣコンバータ等である負荷１８が接続され、出力電圧Ｖｏの供給を受ける。
【００２２】
昇圧チョッパ回路１６は、一端が整流回路１４の出力に接続されたチョークコイル２０と、チョークコイル２０の他の一端とグランドとの間に接続された主スイッチング素子２２と、主スイッチング素子２２の両端に発生する断続電圧を整流する整流ダイオード２４と、整流ダイオード２４の出力を平滑し直流の出力電圧Ｖｏを発生させる平滑コンデンサ２６とで構成されている。
【００２３】
主スイッチング素子２２のオン・オフは、スイッチング制御回路２８から出力される駆動パルスＶｇによって制御される。スイッチング制御回路２８は、後述する出力電圧検出回路３０及び入力電圧検出回路３２の出力信号を受け、主スイッチング素子２２のオン時間とオフ時間を決定する。
【００２４】
出力電圧検出回路３０は、出力電圧Ｖｏを検出し、スイッチング制御回路２８と後述する起動動作制御回路３４に向けて、出力電圧Ｖｏに相当する出力電圧信号Ｖｏ１を出力する。入力電圧検出回路３２は、入力電圧Ｖｉの高低が等しく現れる整流電圧Ｖｓを検出し、スイッチング制御回路２８と後述する起動動作制御回路３４に向けて、整流電圧Ｖｓに相当する入力電圧信号Ｖｓ１を出力する。
【００２５】
起動動作制御回路３４は、出力電圧信号Ｖｏ１と入力電圧信号Ｖｓ１を受け、スイッチング制御回路２８に向けて、駆動パルスＶｇを出力可能な状態、又は出力できない状態にする開始信号及び停止信号である信号Ｖｋ１を出力する。
【００２６】
次に、スイッチング制御回路２８と起動動作制御回路３０の詳細な構成を、図２を用いて説明する。スイッチング制御回路２８は、エラーアンプ部３６と駆動パルス生成部３８を備えている。エラーアンプ部３６は、出力電圧信号Ｖｏ１を受け、出力電圧信号Ｖｏ１と出力電圧の目標値を決定する第１基準電圧Ｖｏａとの差分を増幅する。駆動パルス生成部３８は、入力電圧信号Ｖｓ１とエラーアンプ部３６の出力とを受け、商用電源から供給される入力電流の波形を整形して力率を改善すると共に、出力電圧Ｖｏが目標値になるように、駆動パルスＶｇを生成して主スイッチング素子２２をオン・オフさせる。従って、静的な出力電圧制御は、出力電圧検出回路３０、エラーアンプ部３６及び駆動パルス生成部３８で行い、入力電流制御は、入力電圧検出回路３０、駆動パルス生成部３８で行うことになる。
【００２７】
起動動作制御回路３４は、脈流監視手段４０、差電圧監視手段４２、第１出力監視手段４４、第２出力監視手段４６及び開始・停止判断手段４８を備えている。脈流監視手段４０は、入力電圧信号Ｖｓ１の瞬時値を認識し、ゼロ電圧に近い第２基準電圧Ｖｉａ未満になっているときに、ローレベルの脈流監視信号を出力する
差電圧監視手段４２は、入力電圧信号Ｖｓ１の波高値と出力電圧信号Ｖｏ１を認識し、入力投入で出力電圧信号Ｖｏ１が上昇し、入力電圧信号Ｖｓ１の波高値よりも第３基準電圧Ｖｏｂだけ出力電圧信号Ｖｏ１が低い電圧に達すると、ローレベルの差電圧監視信号を出力する。
【００２８】
第１出力監視手段４４は、出力電圧信号Ｖｏ１を認識し、入力投入で出力電圧信号Ｖｏ１が上昇し、入力電圧信号Ｖｓ１の波高値よりも高く第１基準電圧Ｖｏａよりも低い第４基準電圧Ｖｏｃに達すると、ハイレベルの第１出力監視信号を発生させ、開始・停止判断手段４８のＲＳフリップフロップ４８ａにセット信号として出力する。このハイレベルの第１出力監視信号は、ハイレベルが発生してからごく短時間の内にスイッチ４４ａがオフして遮断される。スイッチ４４ａのオン・オフは、ＳＷ制御部４４ｂによって制御される。
【００２９】
第２出力監視手段４６は、第１出力監視信号が出力された後、出力電圧信号Ｖｏ１が、入力電圧信号Ｖｓ１の波高値よりも高く第４基準電圧Ｖｏｃよりも低い第５基準電圧Ｖｏｄに達すると、ハイレベルの第２出力監視信号を発生させ、開始・停止判断手段４８のＲＳフリップフロップ４８ａにリセット信号として出力する。また、出力電圧信号Ｖｏ１が第５基準電圧Ｖｏｄまで低下しないときでも、ハイレベルの第１出力監視信号が発生してから第１基準時間ｔｄ１が経過した時点でスイッチ４６ａがオンし、強制的にハイレベルの第２出力監視信号が出力される。スイッチ４６ａのオン・オフは、上記のＳＷ制御部４４ｂによって制御される。
【００３０】
開始・停止判断手段４８は、ＲＳフリップフロップ４８ａと比較器４８ｂで構成され、上記の脈流監視信号、差電圧監視信号、第１及び第２出力監視信号を受けて所定の判断を行い、スイッチング制御回路２８の駆動パルス生成部３８に向けて、駆動パルスＶｇを出力可能な状態にする開始信号Ｖｋ１、又は、駆動パルスＶｇを出力できない状態にする停止信号Ｖｋ１を出力する。ここでは、ハイレベルの信号Ｖｋ１が開始信号であり、ローレベルの信号Ｖｋ１が停止信号である。
【００３１】
ＲＳフリップフロップ４８ａは、図２に示すように、第１出力監視信号がセット端子Ｓに入力され、第２出力監視信号がリセット端子Ｒに入力され、出力端子から比較器４８ｂに向けて信号を出力する。比較器４８ｂは、ＲＳフリップフロップ４８ａの出力端子Ｑの出力信号と、脈流監視信号と、差電圧監視信号とが入力され、その３つの信号が全てローレベルのときにハイレベルを出力する。すなわち、開始・停止判断手段４８は、比較器４８ｂの出力から、入力投入のときは停止信号（ローレベルの信号Ｖｋ１）を出力する。ローレベルの差電圧監視信号が出力され、ローレベルの脈流監視信号も合わせて出力されると、開始信号（ハイレベルの信号Ｖｋ１）に切り替わる。ハイレベルの第１出力監視信号が出力されると停止信号（ローレベルの信号Ｖｋ１）に切り替わる。そして、ハイレベルの第２出力監視信号が出力されると開始信号（ハイレベルの信号Ｖｋ１）に切り替わり、その後は、ハイレベルの第１出力監視信号が出力されても、開始信号（ハイレベルの信号Ｖｋ１）を継続して出力する。
【００３２】
次に、第一の実施形態の起動動作制御方法を説明すると共に、図３のタイムチャートに基づいて力率改善回路１０の動作を説明する。ここで、図３のタイムチャートは、比較的大きな負荷電流を流す負荷１８が接続されている場合の動作を示している。第一の実施形態の起動動作制御方法は、以下に述べる第１、第２、第３ステップの制御を行う。
【００３３】
（第１ステップ）
入力投入後、出力電圧信号Ｖｏ１が上昇し、やがて入力電圧信号Ｖｓ１の波高値よりも第３基準電圧Ｖｏｂだけ低い電圧に達し、合わせて入力電圧信号Ｖｓ１の瞬時値がゼロ電圧に近い第２基準電圧Ｖｉａ未満になったときに、駆動パルス生成部３８が駆動パルスＶｇを出力可能な状態にする。これが、第１ステップの制御である。
【００３４】
図３のタイムチャートにおける入力投入直後の期間Ｔ１は、商用電源１２から、整流回路１４、チョークコイル２０、整流ダイオード２４を介して平滑コンデンサ２６が充電され、出力電圧信号Ｖｏ１が入力電圧信号Ｖｓ１の波高値に近づくように上昇する。しかし、入力電圧信号Ｖｓ１が入力電圧信号Ｖｓ１の波高値よりも第３基準電圧Ｖｏｂだけ低い電圧に達していないので、差電圧監視手段４２がハイレベルの差電圧監視信号を出力している。従って、開始・停止判断手段４８が停止信号（ローレベルの信号Ｖｋ１）を出力するので、主スイッチング素子２２はオフを継続し、スイッチング動作が行われない。
【００３５】
その後、入力電圧信号Ｖｓ１が、入力電圧信号Ｖｓ１の波高値よりも第３基準電圧Ｖｏｂだけ低い電圧に達すると、差電圧監視手段４２がローレベルの差電圧監視信号を出力する。合わせて入力電圧信号Ｖｓ１の瞬時値が第２基準電圧Ｖｉａ未満になったとき脈流監視手段４０がローレベルの脈流監視信号を出力する。このとき、ＲＳフリップフロップ４８ａの出力はローレベルであり、開始・停止判断手段４８の出力が開始信号（ハイ・レベルの信号Ｖｋ１）に切り替わる。すなわち、駆動パルス生成部３８が駆動パルスＶｇを出力可能な状態にする第１ステップの制御が行われ、期間Ｔ１が終了する。
【００３６】
（第２ステップ）
出力電圧信号Ｖｏ１がさらに上昇し、入力電圧信号Ｖｓ１の波高値よりも高く第１基準電圧Ｖｏａよりも低い第４基準電圧Ｖｏｃに達すると、駆動パルス生成部３８が駆動パルスＶｇを出力できない状態にする。これが、第２ステップの制御である。
【００３７】
図３のタイムチャートにおける期間Ｔ２は、出力電圧信号Ｖｏ１が第１基準電圧Ｖｏａよりも低いので、スイッチング制御回路２８は、出力電圧Ｖｏが目標値よりも低いと判断し、主スイッチング素子２２のオンの時比率の大きくして出力電圧Ｖｏを高くする駆動パルスＶｇを出力する。この昇圧チョッパ回路１６の昇圧動作により出力電圧信号Ｖｏ１が上昇して第４の基準電圧Ｖｏｃ電圧に達すると、第１出力監視手段４４が、ハイレベルの第１出力監視信号を短時間出力する。第２出力監視手段４６の出力はローレベルであるため、ＲＳフリップフロップ４８ａの出力がハイレベルになり、開始・停止判断手段４８の出力が停止信号（ローレベルの信号Ｖｋ１）に切り替わる。すなわち、駆動パルス生成部３８が駆動パルスＶｇを出力できない状態にする第２ステップの制御が行われ、期間Ｔ２が終了する。
【００３８】
（第３ステップ）
その後、出力電圧信号Ｖｏ１が低下し、入力電圧信号Ｖｓ１の波高値よりも高く第４基準電圧Ｖｏｃよりも低い第５基準電圧Ｖｏｄに達すると、駆動パルス生成部３８が駆動パルスＶｇを出力可能な状態にする。また、出力電圧信号Ｖｏ１が第５基準電圧Ｖｏｄまで低下しない場合は、ハイレベルの第１出力監視信号が出力されてから第１基準時間ｔｄ１を経過したとき、駆動パルス生成部３８が駆動パルスＶｇを出力可能な状態にする。そして、次に出力電圧信号Ｖｏ１が上昇して第４基準電圧Ｖｏｃに達しても、駆動パルス生成部３８が駆動パルスＶｇを出力可能な状態に維持させる。これが、第３ステップの制御である。
【００３９】
図３のタイムチャートにおける期間Ｔ３は、出力電圧信号Ｖｏ１が第１基準電圧Ｖｏａよりも低いので、スイッチング制御回路２８のエラーアンプ部３６は、主スイッチング素子２２のオンの時比率の大きくして出力電圧Ｖｏを上昇させる方向の制御信号を出力する。しかし、第２ステップの制御により、駆動パルス生成部３８は駆動パルスＶｇを出力できない状態なので、昇圧チョッパ回路１６の昇圧動作は停止している。従って、平滑コンデンサ２６から負荷１８に電荷が放電されて出力電圧信号Ｖｏ１が低下する。
【００４０】
出力電圧信号Ｖｏ１が低下して第５基準電圧Ｖｏｄに達すると、第２出力監視手段４６はハイレベルの第２出力監視信号を出力する。第１出力監視手段４４の出力はローレベルで、ＲＳフリップフロップ４８ａの出力がローレベルになり、開始・停止判断手段４８の出力が開始信号（ハイレベルの信号Ｖｋ１）に切り替わる。すなわち、駆動パルス生成部３８が駆動パルスＶｇを出力可能な状態にする第３ステップの制御が行われ、期間Ｔ３が終了する。
【００４１】
一方、力率改善回路１０の出力に小さな負荷電流しか流さない負荷１８が接続されている場合、図４のタイムチャートにおける期間Ｔ３に示すように、出力電圧信号Ｖｏ１が非常にゆっくりと低下する。しかし、出力電圧信号Ｖｏ１が第５基準電圧Ｖｏｄに達していなくても、ハイレベルの第１出力監視信号が出力されてから第１基準時間ｔｄ１を経経過するとスイッチ４６ａがオンし、強制的にハイレベルの第２出力監視信号を出力する。上記と同様に、第１出力監視手段４４の出力はローレベルで、ＲＳフリップフロップ４８ａの出力がローレベルになり、開始・停止判断手段４８の出力が開始信号（ハイ・レベルの信号Ｖｋ１）に切り替わる。すなわち、駆動パルス生成部３８が駆動パルスＶｇを出力可能な状態にする第３ステップの制御が行われ、期間Ｔ３が終了する。
【００４２】
期間Ｔ３は、主スイッチング素子２２のスイッチング動作の停止が継続しているので、期間Ｔ３が長すぎると、入力電圧制御や出力電圧制御とは別の新たな弊害が生じる可能性がある。そこで、新たな弊害の発生を回避すべく、期間Ｔ３があまり長くならないように第１基準時間ｔｄ１が設定されている。
【００４３】
図３のタイムチャートにおける期間Ｔ４では、出力電圧信号Ｖｏ１が第１基準電圧Ｖｏａよりも低いので、スイッチング制御回路２８は、主スイッチング素子２２のオンの時比率の大きくして出力電圧Ｖｏを高くする駆動パルスＶｇを出力し、昇圧チョッパ回路１６の昇圧動作によって出力電圧信号Ｖｏ１が上昇する。
【００４４】
このとき、第１及び第２出力監視手段４４，４６は、一度、第３ステップの制御が行われると同様の動作を繰り返さないように設定されているので、期間Ｔ４で出力電圧信号Ｖｏ１が上昇して第４基準電圧Ｖｏｃに達しても、駆動パルス生成部３８が駆動パルスＶｇを出力可能な状態が継続される。
【００４５】
また、スイッチング制御回路２８のエラーアンプ部３６は、入力電流制御との関係を考慮し、応答速度が比較的遅めに設定されている。従って、上述した期間Ｔ２では、出力電圧信号Ｖｏ１が第１基準電圧Ｖｏａ近くまで上昇しているにもかかわらず、エラーアンプ部３６は出力電圧Ｖｏを高くしようとする信号を強く出力し続けていた。しかし、期間Ｔ３の間に応答の遅れが回復し、この期間Ｔ４では、エラーアンプ部３６が出力する出力電圧Ｖｏを高くしようとする信号が弱まり、出力電圧信号Ｖｏ１が緩やかに上昇して第１基準電圧Ｖｏａに収束する。
【００４６】
以上説明したように、第一の実施形態の力率改善回路１０と第一の実施形態の起動動作制御方法によれば、静的な出力電圧制御と入力電流制御とを良好に行うため、エラーアンプ部３６の応答速度は遅めに設定されているものの、その応答特性との間に相互作用がほとんどない起動動作制御方法（又は起動動作制御回路３４）を用いて動的な出力電圧変動を抑える制御を行う。従って、入力投入時の出力電圧Ｖｏのオーバーシュート及びアンダーシュートを、第４基準電圧Ｖｏｃと第５基準電圧Ｖｏｄで定められる範囲内に確実に抑えることができる。また、回路定数の設定や設計変更も容易である。
【００４７】
また、入力投入後、期間Ｔ１から期間Ｔ２に移行するとき、昇圧チョッパ回路１６のスイッチング動作は、入力電圧信号Ｖｓ１の瞬時値が近い第２基準電圧Ｖｉａ未満になった状態で開始されるので、出力電圧Ｖｏの上昇速度が比較的緩やかになり、オーバーシュートの発生を抑える効果がある。
【００４８】
次に、本発明の力率改善回路の第二の実施形態と、その力率改善回路で行われる本発明の起動動作制御方法の第二の実施形態について、図５〜図７に基づいて説明する。ここで、第一の実施形態の力率改善回路１０と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４９】
第二の実施形態の力率改善回路５０は、静的な出力電圧制御と入力電流制御との関係で、エラーアンプ部３６の応答速度が非常に遅めに設定されているので、図３のタイムチャートの期間Ｔ４の動作のように出力電圧信号Ｖｏ１が滑らかに第１基準電圧Ｖｏａに収束せずに第１基準電圧Ｖｏａを超えて上昇する。そこで、期間Ｔ４以降に発生する出力電圧Ｖｏのオーバーシュート及びアンダーシュートを抑えるため、新たな構成が付加されている。さらに、入力投入時に整流回路１４から平滑コンデンサ２６に流れ込む突入電流を抑制する構成も付加されている。以下、力率改善回路５０について、上記力率改善回路１０に新たに付加された部分を中心に説明する。
【００５０】
力率改善回路５０は、図５に示すように、アノードが整流回路１４の出力に接続されカソードが整流ダイオード２４のカソードに接続されたバイパスダイオード５２と、整流ダイオード２４のカソードと平滑コンデンサ２６との接続点に挿入された突入電流制限抵抗５４と、突入電流制限抵抗５４に並列接続された短絡スイッチ素子５６とが設けられている。また、短絡スイッチ素子５６がオンに切り替わる動作が円滑に行われるようにするため、整流ダイオード２４のカソードとグランドとの間に小さな容量のコンデンサ５８が接続されている。このコンデンサ５８は、必要に応じて削除してもかまわない。
【００５１】
短絡スイッチ素子５６は、駆動端子に信号を受けてラッチ動作するサイリスタ等が好適である。短絡スイッチ素子５６は、入力投入前はオフしており、入力投入の後、差電圧監視信号が出力され、合わせて脈流監視信号が出力され、その結果、開始・停止判断手段４８が出力する開始信号（ハイレベルの信号Ｖｋ１）を受けて、オンする。オンに転じた後は、開始信号（ハイレベルの信号Ｖｋ１）が停止信号（ローレベルの信号Ｖｋ１）に転じても、サイリスタのラッチ動作によりオンを継続する。
【００５２】
昇圧チョッパ回路１６の主スイッチング素子２２のオン・オフは、スイッチング制御回路６０が出力する駆動パルスＶｇによって制御される。すなわち、力率改善回路５０は、上記スイッチング制御回路２８に代えて、スイッチング制御回路６０を備えている。その他、制御系を構成する出力電圧検出回路３０、入力電圧検出回路３２及び起動動作制御回路３４は、力率改善回路１０の構成と同様である。
【００５３】
スイッチング制御回路６０は、図６に示すように、エラーアンプ部３６と駆動パルス生成部３８を備え、さらに、第３出力監視手段６２とＡＮＤゲート３８ａが設けられている。
【００５４】
エラーアンプ部３６は、出力電圧信号Ｖｏ１を受け、出力電圧信号Ｖｏ１と出力電圧の目標値を決定する第１基準電圧Ｖｏａとの差分を増幅する。駆動パルス生成部３８は、入力電圧信号Ｖｓ１とエラーアンプ部３６の出力とを受け、商用電源から供給される入力電流の波形を整形して力率を改善すると共に、出力電圧Ｖｏが目標値になるように、駆動パルスＶｇを生成して主スイッチング素子２２をオン・オフさせる。従って、上記のスイッチング制御回路２８と同様に、静的な出力電圧制御は、出力電圧検出回路３０、エラーアンプ部３６及び駆動パルス生成部３８で行い、入力電流制御は、入力電圧検出回路３０、駆動パルス生成部３８で行うことになる。
【００５５】
新たに設けられた第３出力監視手段６２は、第２出力監視手段４６からハイレベルの第２出力監視信号が出力された後、出力電圧信号Ｖｏ１が上昇し、第１基準電圧Ｖｏａよりも高い第６基準電圧Ｖｏｅに達すると、第３出力監視信号（ローレベルの信号Ｖｋ２）を出力する。さらに、第３出力監視手段６２は、第４出力監視手段としての機能も備えている。すなわち、第３出力監視信号（ローレベルの信号Ｖｋ２）が出力された後、出力電圧信号Ｖｏ１が第５の基準電圧Ｖｏｄよりも高く第６基準電圧Ｖｏｅよりも低い第７基準電圧（Ｖｏｅ−ΔＶｏｅ）に低下すると、第４出力監視信号（ハイレベルの信号Ｖｋ２）を出力する。ここでは、第３出力監視手段６２を構成する比較器にヒステリシス幅ΔＶｏｅを持たせることによって、第４出力監視手段としての役割も果たすことができる。
【００５６】
さらに第３出力監視手段６２は、上記の第６基準電圧Ｖｏｅを、それよりも高い第８基準電圧Ｖｏｆに切り替えるスイッチ６２ａを備えている。スイッチ６２ａは、初期的に設定されている第６基準電圧Ｖｏｅを、入力投入後、出力電圧信号Ｖｏ１が第１基準電圧Ｖｏａに安定化されている定常状態になったとき、第８基準電圧Ｖｏｆに切り替える。
【００５７】
ここで、第６基準電圧Ｖｏｅは、入力投入時に出力電圧Ｖｏに生じるオーバーシュートの上限値を規定するものなので、出力電圧Ｖｏの立ち上がり波形をできるだけ滑らかにする観点で電圧値を定める。一方、第８基準電圧Ｖｏｆは、エラーアンプ部３６等が故障して出力電圧制御が不能になったときに出力電圧Ｖｏが上昇し得る最大値を規定するものであり、一般的には、負荷１８や平滑コンデンサ２６の破損を防止する、又は信頼性を確保という観点で定めるとよい。ただし、あまり低い電圧値に設定すると、例えば、定常状態で動作中に負荷１８が急変などすると、過渡的に出力電圧Ｖｏが上昇し、誤って第３出力監視手段６２が動作してしまうおそれがあるので、そのような誤動作が生じない程度に高い電圧値に設定する必要がある。
【００５８】
また、スイッチ６２ａの切り替えは上記のＳＷ制御部４４ｂによって制御され、出力電圧信号Ｖｏ１が第４基準電圧Ｖｏｃに達したことを示すハイレベルの第１出力監視信号が出力された時を起点とし、そこから第２基準時間ｔｄ２を経過したときに行われるようになっている。第２基準時間ｔｄ２は、静的な出力電圧制御の遅れが回復し、定常状態になってからスイッチ６２ａが切り替わるように設定する。他の方法として、スイッチ６２ａの切り替えは、出力電圧信号Ｖｏ１が第５基準電圧Ｖｏｄに達したこと等を示すハイレベルの第２出力監視信号が出力された時を起点とし、所定時間を経過したときに行われるようにしてもよい。この場合、負荷１８の電流の大小や平滑コンデンサ５８の容量値の大小の影響をさほど考慮する必要がなくなるので、第２基準時間ｔｄ２の設定がしやすくなるという利点がある。
【００５９】
駆動パルス生成回路３８は、起動動作制御回路３４の開始・停止判断手段４８から出力される信号Ｖｋ１（開始信号、停止信号）と、第３出力監視手段６２から出力される信号Ｖｋ２（第３、第４出力監視信号）に基づいて、駆動パルスＶｇを出力するか停止するかを決定する。具体的には、開始・停止判断手段４８から開始信号（ハイレベルの信号Ｖｋ１）が出力されているときでも、第３出力監視信号（ローレベルのＶｋ２）が出力され、その後、第４出力監視信号（ハイレベルの信号Ｖｋ２）が出力される前の期間は、駆動パルスＶｇを出力しない。
【００６０】
このような動作を実現するため、駆動パルス生成回路３８の前段に、信号Ｖｋ１，Ｖｋ２を受けて信号Ｖｋ３を出力するＡＮＤゲート３８ａが設けられ、信号Ｖｋ３がハイレベルのときだけ駆動パルスＶｇを出力可能な状態になるよう構成されている。従って、駆動パルス生成回路３８は、信号Ｖｋ１が開始信号（ハイレベルの信号Ｖｋ１）であっても、一旦、第３出力監視信号（ローレベルの信号Ｖｋ２）が発生すると、信号Ｖｋ３がローレベルになり駆動パルスＶｇを出力できない状態になる。その後、第４出力監視信号（ハイレベルの信号Ｖｋ２）が発生することによって信号Ｖｋ３がハイレベルになり、駆動パルスＶｇを出力可能な状態になる。
【００６１】
次に、第二の実施形態の起動動作制御方法を説明すると共に、図７のタイムチャートに基づき、力率改善回路５０の動的な出力電圧制御の動作を説明する。ここで、図７のタイムチャートは、比較的大きな負荷電流を流す負荷１８が接続されている場合の動作を示している。
【００６２】
第二実施形態の起動動作制御方法では、以下のように、第１〜第６ステップの制御を行う。入力投入後、第１ステップ、第２ステップ、第３ステップの制御が行われ、図７のタイムチャートにおける期間Ｔ１〜Ｔ３のような動作を行う。ここまでは第一の実施形態の起動動作制御方法と同様であり、図３のタイムチャートにおける期間Ｔ１〜Ｔ３の動作と同様であるので、説明を省略する。
【００６３】
（第４ステップ）
前記第３ステップの後、出力電圧信号Ｖｏ１が第１基準電圧Ｖｏａを超えて上昇し、第１基準電圧Ｖｏａよりも高い第６基準電圧Ｖｏｅに達すると、駆動パルス生成部３８が駆動パルスＶｇを出力できない状態にする。これが第４ステップの制御である。
【００６４】
図７のタイムチャートにおける期間Ｔ４は、起動動作制御回路３４の開始・停止判断手段４８が、開始信号（ハイレベルの信号Ｖｋ１）を出力している。また、第３出力監視手段６２の出力Ｖｋ２は、入力投入と同時にハイレベルを示し、その状態が継続している。
【００６５】
期間Ｔ４に入っても、まだエラーアンプ部３６の応答の遅れが回復しておらず、出力電圧信号Ｖｏ１が第１基準電圧Ｖｏａを超えて上昇する。その後、出力電圧信号Ｖｏ１が第６基準電圧Ｖｏｅに達すると、第３出力監視手段６２が第３出力監視信号（ローレベルの信号Ｖｋ２）を出力する。すると、ＡＮＤゲート３８ａに、開始信号（ハイレベルのＶｋ１）と、第３出力監視信号（ローレベルの信号Ｖｋ２）が入力され、信号Ｖｋ３がローレベルに転じる。すなわち、駆動パルス生成部３８が駆動パルスＶｇを出力できない状態にする第４ステップの制御が行われ、期間Ｔ４が終了する。
【００６６】
（第５ステップ）
その後、出力電圧信号Ｖｏ１が低下し、第５の基準電圧Ｖｏｄよりも高く第６基準電圧Ｖｏｅよりも低い第７基準電圧（Ｖｏｅ−ΔＶｏｅ）に達すると、駆動パルス生成部３８が駆動パルスＶｇを出力可能な状態にする。これが、第５ステップの制御である。
【００６７】
図７のタイムチャートにおける期間Ｔ５では、出力電圧信号Ｖｏ１が第１基準電圧Ｖｏａよりも高いが、まだエラーアンプ部３６の応答の遅れが回復しておらず、エラーアンプ部３６は、主スイッチング素子２２のオンの時比率の大きくして出力電圧Ｖｏを上昇させる方向の制御信号を出力する。しかし、第４ステップの制御により、駆動パルス生成部３８が駆動パルスＶｇを出力できない状態なので、昇圧チョッパ回路１６のスイッチング動作は停止する。従って、平滑コンデンサ２６から負荷１８に電荷が放電されて出力電圧信号Ｖｏ１が低下する。
【００６８】
出力電圧信号Ｖｏ１が低下して第７基準電圧（Ｖｏｅ−ΔＶｏｅ）に達すると、第３出力監視手段６２が第４出力監視信号（ハイレベルの信号Ｖｋ２）を出力する。すると、ＡＮＤゲート３８ａには、開始信号（ハイレベルの信号Ｖｋ１）と、第４出力監視信号（ハイレベルの信号Ｖｋ２）が入力され、信号Ｖｋ３がハイレベルに転じる。すなわち、駆動パルス生成部３８を駆動パルスＶｇを出力可能な状態にする第５ステップの制御が行われ、期間Ｔ５が終了する。
【００６９】
（第４ステップ及び第５ステップの繰り返し）
期間Ｔ６，Ｔ７，Ｔ８，Ｔ９に入っても、まだエラーアンプ部３６の応答の遅れが回復せず、第４ステップ及び第５ステップの制御を繰り返し行なう。
【００７０】
図７のタイムチャートに示すように、期間Ｔ６，Ｔ７，Ｔ８，Ｔ９では、上記の期間Ｔ４，Ｔ５と同様の動作が行われる。そして、その間に、エラーアンプ部３６の応答の遅れが徐々に回復する。期間Ｔ１０に入ると、エラーアンプ部３６の応答性の遅れがほぼ回復し、出力電圧信号Ｖｏ１が第１基準電圧Ｖｏａよりも高いことを検知したエラーアンプ部３６は、主スイッチング素子２２のオンの時比率の小さくして出力電圧Ｖｏを低下させる方向の制御信号を出力する。
【００７１】
一方、期間Ｔ１０に入った時点で、第５ステップの制御により信号Ｖｋ３がハイレベルになり、駆動パルス生成部３８は駆動パルスＶｇを出力可能な状態になっている。しかし、エラーアンプ部３６の制御信号によって、主スイッチング素子２２のオンの時比率がゼロに制限され（オン時間がゼロに狭められ）、ここでは、昇圧チョッパ回路１６のスイッチング動作が実質的に停止している。従って、平滑コンデンサ２６から負荷１８に蓄積電荷が放電され、出力電圧信号Ｖｏ１が緩やかに低下する。そして、滑らかに第１基準電圧Ｖｏａに収束しようとするので、第４及び第５ステップの繰り返しが止まる。期間Ｔ１１に入ると出力電圧信号Ｖｏ１が第１基準電圧Ｖｏａにほぼ収束し、駆動パルス生成回路３８から定常的に駆動パルスＶｇが出力され、出力電圧信号Ｖｏ１を第１基準電圧Ｖｏａに安定化する静的な出力電圧制御の状態になる。
【００７２】
（第６ステップ）
出力電圧信号Ｖｏ１が第１基準電圧Ｖｏａに安定化されている定常状態になると、第６基準電圧Ｖｏｅを、それよりも高い第８基準電圧Ｖｏｆに切り替える。これが、第６ステップの制御である。
【００７３】
上記のように、期間Ｔ１１は、出力電圧Ｖｏが目標電圧に安定化されている定常状態である。そして、出力電圧信号Ｖｏ１が第４基準電圧Ｖｏｃに達したことを示すハイレベルの第１出力監視信号が出力された時から第２基準時間ｔｄ２が経過すると、ＳＷ制御部４４ｂによってスイッチ６２ａが制御され、第６基準電圧Ｖｏｅがそれよりも高い第８基準電圧Ｖｏｆに切り替えられる。これにより、第３出力監視手段がローレベルの信号を出力して駆動パルスＶｇを停止させる条件、すなわち、出力電圧信号Ｖｏ１が上昇し得る上限値を第８基準電圧Ｖｏｆに切り替える動作が行われる。
【００７４】
以上説明したように、第二の実施形態の力率改善回路１０と第二の実施形態の起動動作制御方法によれば、静的な出力電圧制御と入力電流制御との関係で、エラーアンプ部３６の応答速度が非常に遅めに設定された結果、図３のタイムチャートの期間Ｔ４の動作ように出力電圧信号Ｖｏ１が滑らかに第１基準電圧Ｖｏａに収束せずに第１基準電圧Ｖｏａを超えて上昇する場合でも、期間Ｔ４以降に発生する出力電圧Ｖｏのオーバーシュート及びアンダーシュートを、第６基準電圧Ｖｏｅと第７基準電圧（Ｖｏｅ−ΔＶｏｅ）で定められる範囲内に確実に抑えることができる。
【００７５】
また、定常状態に移行した後、第６基準電圧Ｖｏｅを第８基準電圧Ｖｏｆに切り替えることにより、定常状態で負荷が急変して出力電圧Ｖｏが過渡的に上昇したときでも、第３出力監視手段６２が誤動作することがなく、負荷１８や平滑コンデンサ２６を確実に保護することが。
【００７６】
次に、第二の実施形態の力率改善回路５０及び第二の実施形態の起動動作制御方法によって、入力投入時の突入電流が効果的に抑制される動作を、図５〜図７に基づいて説明する。
【００７７】
入力投入の時点で、起動動作制御回路３４の開始・停止判断手段４８が、ローレベルの信号Ｖｋ１を出力しているので、短絡スイッチ素子５６はオフしている。従って、入力が投入された時（期間Ｔ１の開始時）に、入力電流Ｉｉの波形に表われているように、急峻な突入電流が発生する。この突入電流は、整流回路１４、バイパスダイオード５２、突入電流制限抵抗５４の経路で平滑コンデンサ２６を充電する電流であり、そのピーク値が突入電流制限抵抗５４によって制限されている。この動作は、一般的な従来の突入電流制限抵抗を有する力率改善回路を同様である。
【００７８】
その後、短絡スイッチ素子５６は、第２ステップの制御によって信号Ｖｋ１がハイレベルになったとき（期間Ｔ２の開始時）に、短絡スイッチ素子５６がオンに切り替わる。このとき、入力電圧信号Ｖｓ１の瞬時値はゼロ電圧に近い第２基準電圧Ｖｉａ未満であり、かつ、出力電圧信号Ｖｏ１は入力電圧信号Ｖｓ１の波高値よりも第３基準電圧Ｖｏｂだけ低い電圧になっている。従って、出力電圧Ｖｏの方が整流電圧Ｖｓよりも高い状態のときに短絡スイッチ素子５６がオンに切り替わるので、整流回路１４の出力から平滑コンデンサ２６に向けて電流が流れ得ない。従って、従来の力率改善回路において周知の課題となっていた入電流制限抵抗短絡時の二次的突入電流の問題を容易に防止することができる。
【００７９】
なお、この発明の力率改善回路は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、スイッチング制御回路２８，６０と起動動作制御回路３４が有する各手段の構成については、単なる一例を示したに過ぎず、本発明の意図する動作を行うものであれば、周知の回路を組み合わせて成る他の構成に置き換えることができる。
【００８０】
また、起動動作制御回路をマイクロコンピュータ内に一体に設け、プログラムの書き換えによって各基準電圧及び第１基準時間の設定を変更できるように構成してもよい。その場合、起動動作制御回路内でやり取りされる脈流監視信号や差電圧監視信号等の各信号は、マイクロコンピュータが行う演算処理フローにおける分岐点の判断結果等に置き換えて解釈することができる。このような構成にすれば、起動動作制御回路を含む力率改善回路の部品点数を大幅に削減することができ、また、設計変更に際してハード的な変更が必要ないので煩雑な作業が生じない。
【００８１】
また、この発明の力率改善回路の起動動作制御方法は、力率改善回路１０，５０の構成を備えた力率改善回路だけでなく、様々な形態の昇圧チョッパ型の力率改善回路で実施できることは言うまでもない。
【００８２】
また、上記の第二の実施形態の力率改善回路５０に設けられている第６基準電圧Ｖｏｅを第８基準電圧Ｖｏｆに切り替える構成、又は、第二の実施形態の起動動作制御方法に設けられている第６ステップは、必要に応じて省略し簡単化することができる。その場合、第６基準電圧Ｖｏｅを、第８基準電圧Ｖｏｆに設定されていた電圧値に設定することが好ましく、入力投入時に発生する出力電圧Ｖｏのオーバーシュートのピーク値はやや高めになるものの、オーバーシュート及びアンダーシュートを第６基準電圧Ｖｏｅと第７基準電圧（Ｖｏｅ−ΔＶｏｅ）で定められる範囲内に確実に抑えることができる。
【符号の説明】
【００８３】
１０，５０ 力率改善回路
１４ 整流回路
１６ 昇圧チョッパ回路
２０ チョークコイル
２２ 主スイッチング素子
２４ 整流ダイオード
２６ 平滑コンデンサ
２８，６０ スイッチング制御回路
３０ 昇圧電圧検出回路
３２ 入力電圧検出回路
３４ 起動動作制御回路
３６ エラーアンプ部
３８ 駆動パルス生成部
４０ 脈流監視手段
４２ 差電圧監視手段
４４ 第１出力監視手段
４６ 第２出力監視手段
４８ 開始・停止判断手段
５２ バイパスダイオード
５４ 突入電流制限抵抗
５６ 短絡スイッチ素子
６２ 第３出力監視手段
Ｉｉ 入力電流
Ｔｄ１ 第１基準時間
Ｖｇ 駆動パルス
Ｖｓ 整流電圧
Ｖｓ１ 入力電圧信号
Ｖｏ 出力電圧
Ｖｏ１ 出力電圧信号
Ｖｏａ 第１基準電圧
Ｖｉａ 第２基準電圧
Ｖｏｂ 第３基準電圧
Ｖｏｃ 第４基準電圧
Ｖｏｄ 第５基準電圧
Ｖｏｅ 第６基準電圧
ΔＶｏｅ ヒステリシス幅
Ｖｏｆ 第８基準電圧
【技術分野】
【０００１】
この発明は、商用電源から入力された交流電圧を所定の直流電圧に変換し、入力電流の波形を整形して力率を改善する昇圧チョッパ型の力率改善回路およびその起動動作制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
力率改善回路では、出力電圧が目標電圧になるように安定化する制御と、入力電流を整形することによって力率を改善する制御が同時に行われ、２つの制御条件を満たすように昇圧チョッパ回路の主スイッチング素子がオン・オフする。
【０００３】
出力電圧の動的な変動を小さくするためには、出力電圧制御を高速応答化することが望ましい。しかし、出力電圧制御を高速応答化すると、出力電圧に重畳する商用周波数帯域のリップル成分にも応答しやすくなるため、当該リップル成分に対する応答が入力電流制御にも影響し、入力電流波形に歪みが生じて力率の改善が不十分になる。そこで、出力電圧制御の応答速度は、一般的には、上記リップル成分に応答しない程度に遅く設定される。その結果、動的な出力電圧の変動に応答しきれず、例えば、入力投入後、出力電圧が目標電圧に安定化されるまでの間にオーバーシュートやアンダーシュートが発生し、後段の負荷等に悪影響を与えてしまうという問題が生じていた。
【０００４】
従来、この問題を解決する技術として、特許文献１に開示されているように、出力電圧制御の応答速度を決定する主要な回路部分であって、所定の時定数が設定されている積分回路を有する誤差増幅器と、入力投入時に出力電圧に生じるオーバーシュート及びアンダーシュートが一定値を超えると、上記積分回路の時定数を小さくする応答改善回路とを備えた力率改善回路がある。この力率改善回路は、出力電圧が動的に変動するとき一時的に出力電圧制御を高速応答化することによって、オーバーシュート及びアンダーシュートを小さく抑える動作を行うものである。特許文献１には、時定数を決定する帰還コンデンサ、入力抵抗及びオペアンプで構成された積分回路と、当該入力抵抗と並列にダイオードを接続して成る応答改善回路が記載され、ダイオードが導通したとき入力抵抗の抵抗値が等価的に小さな値に切り替わり、積分回路の時定数が低下する旨が説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−６９７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の力率改善回路は、動的な出力電圧制御、静的な出力電圧制御、及び入力電流制御を行うが、例えば、積分回路の帰還コンデンサのように、３つの制御系の全てに関係する回路素子が複数存在するため、定数の設計や設計変更を行うとき、３つの制御系全てが良好に動作する定数を見つけなければならず、定数設定の自由度が制限され十分な力率改善効果が得られないものであった。
【０００７】
また、この種の力率改善回路は、出力電力に応じて昇圧チョッパ回路の平滑コンデンサの容量が変更されたり、また、力率改善回路の出力端に出力電圧保持時間を調節するために平滑コンデンサが外付けされる場合もある。一般に、出力電圧が動的に変動するとき、平滑コンデンサの容量の大小や負荷電流の多少によって、出力電圧変動の速度が変化するので、積分回路と応答改善回路による効果の度合いも変化し、使用条件によっては、オーバーシュート及びアンダーシュートを抑えることができないという問題があった。
【０００８】
この発明は、上記背景技術に鑑みて成されたもので、入力投入時の出力電圧のオーバーシュート及びアンダーシュートを所定の電圧範囲内に抑えることができ、定数の設定も容易で効果的な力率改善回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、交流の入力電圧を整流して脈流の整流電圧を出力する整流回路と、一端が前記整流回路の出力に接続されたチョークコイル、前記チョークコイルの他の一端とグランドとの間に接続された主スイッチング素子、前記チョークコイルと前記主スイッチング素子との接続点にアノードが接続された整流ダイオード、及び前記整流ダイオードのカソードとグランドとの間に接続された平滑コンデンサで構成され、前記平滑コンデンサの両端に発生する出力電圧を負荷に電力供給する昇圧チョッパ回路と、前記整流電圧を検出して入力電圧信号を出力する入力電圧検出回路と、前記出力電圧を検出して出力電圧信号を出力する昇圧電圧検出回路と、前記出力電圧信号を受け、当該出力電圧信号と出力電圧目標値を決定する第１基準電圧との差分を増幅するエラーアンプ部を有すると共に、前記エラーアンプ部の出力と前記入力電圧信号とに基づき、前記出力電圧が前記出力電圧目標値になるように前記主スイッチング素子をオン・オフさせる駆動パルス生成部を有したスイッチング制御回路とを備えた力率改善回路にであって、
前記入力電圧信号の瞬時値がゼロ電圧に近い第２基準電圧未満であることを示す脈流監視信号を出力する脈流監視手段と、入力投入時、前記出力電圧信号が上昇し、前記入力電圧信号の波高値よりも第３基準電圧だけ低い電圧に達したことを示す差電圧監視信号を出力する差電圧監視手段と、入力投入時、前記出力電圧信号が上昇し、前記入力電圧信号の波高値よりも高く前記第１基準電圧よりも低い第４基準電圧に達したことを示す第１出力監視信号を出力する第１出力監視手段と、前記第１出力監視信号が出力された後、前記出力電圧信号が前記入力電圧信号の波高値よりも高く前記第４基準電圧よりも低い第５基準電圧に達したこと、又は、前記出力電圧信号が前記第５基準電圧まで低下しないときは、前記第１出力監視信号が出力されてから第１基準時間を経過したこと、のいずれかを示す第２出力監視信号を出力する第２出力監視手段と、前記脈流監視信号、前記差電圧監視信号、前記第１及び第２出力監視信号を受け、前記スイッチング制御回路の前記駆動パルス生成部に向けて、前記駆動パルスを出力可能な状態にする開始信号、又は前記駆動パルスを出力できない状態にする停止信号を出力する開始・停止判断手段と、が設けられた起動動作制御回路を備え、
前記開始・停止判断手段の出力は、入力投入時は停止信号を出力し、前記差電圧監視信号が出力され前記脈流監視信号も合わせて出力されたときから前記開始信号に切り替わり、第１出力監視信号が出力されると前記停止信号に切り替わり、第２出力監視信号が出力されると前記開始信号に切り替わり、その後、第１出力監視信号が出力されても、前記開始信号を継続して出力する力率改善回路である。
【００１０】
さらに、前記スイッチング制御回路には、入力投入時、前記出力電圧信号が上昇し、前記第１基準電圧よりも高い第６基準電圧に達したことを示す第３出力監視信号を出力する第３出力監視手段と、前記第３出力監視信号が出力された後、前記出力電圧信号が前記第５基準電圧よりも高く前記第６基準電圧よりも低い第７基準電圧に低下したことを示す第４出力監視信号を出力する第４出力監視手段とが設けられ、前記駆動パルス生成部は、前記開始・停止判断手段から前記開始信号が出力されているときでも、前記第３出力監視信号が出力されその後第４出力監視信号が出力されるまでの間は、前記駆動パルスを出力することができないように構成されている。
【００１１】
また、前記起動動作制御回路は、マイクロコンピュータ内に一体に設けられ、プログラムの書き換えによって、各手段が有する各基準電圧及び基準時間の設定を変更できるよう構成されている。
【００１２】
また、前記出力電圧信号が第１基準電圧に安定化されている定常状態になると、前記第３出力監視手段の前記第６基準電圧が、それよりも高い第８基準電圧に切り替わる。
【００１３】
また、アノードが前記整流回路の出力に接続され、カソードが前記整流ダイオードのカソードに接続されたバイパスダイオードと、前記整流ダイオードのカソードと前記平滑コンデンサとの接続点に挿入された突入電流制限抵抗と、前記突入電流制限抵抗に並列接続された短絡スイッチ素子とを備え、入力投入時、前記短絡スイッチは、前記差電圧監視信号が出力され、合わせて前記脈流監視信号と出力され、その結果、前記開始・停止判断手段が開始信号を出力したときにオンに切り替わる力率改善回路である。
【００１４】
また、この発明は、交流の入力電圧を整流して脈流の整流電圧を出力する整流回路と、一端が整流回路１４の出力に接続されたチョークコイル、前記チョークコイルの他の一端とグランドとの間に接続された主スイッチング素子、前記チョークコイルと前記主スイッチング素子との接続点にアノードが接続された整流ダイオード、及び、前記整流ダイオードのカソードとグランドとの間に接続された平滑コンデンサで構成され、前記平滑コンデンサの両端に発生する出力電圧を負荷に電力供給する昇圧チョッパ回路と、前記整流電圧を検出して入力電圧信号を出力する入力電圧検出回路と、前記出力電圧を検出して出力電圧信号を出力する昇圧電圧検出回路と、前記出力電圧信号を受け、当該出力電圧信号と出力電圧目標値を決定する第１基準電圧との差分を増幅するエラーアンプ部を有すると共に、前記エラーアンプ部の出力と前記入力電圧信号とに基づき、前記出力電圧が前記出力電圧目標値になるように前記主スイッチング素子をオン・オフさせる駆動パルス生成部を有したスイッチング制御回路と、を備えた力率改善回路の起動動作制御方法であって、
入力投入後、前記出力電圧信号が上昇し前記入力電圧信号の波高値よりも第３基準電圧だけ低い電圧に達し、合わせて前記入力電圧信号の瞬時値がゼロ電圧に近い第２基準電圧未満になったときに、前記駆動パルス生成部が前記駆動パルスを出力可能な状態にする第１ステップと、さらに前記出力電圧信号が上昇し、前記入力電圧信号の波高値よりも高く前記第１基準電圧よりも低い第４基準電圧に達すると、前記駆動パルス生成部が前記駆動パルスを出力できない状態にする第２ステップと、その後、前記出力電圧信号が前記入力電圧信号の波高値よりも高く前記第４基準電圧よりも低い第５基準電圧に達したとき、又は、前記出力電圧信号が前記第５基準電圧まで低下しない場合は、前記第１出力監視信号が出力されてから第１基準時間を経過したとき、前記駆動パルス生成部が前記駆動パルスを出力可能な状態にし、次に前記出力電圧信号が上昇して第４基準電圧に達しても前記駆動パルス生成部が前記駆動パルスを出力可能な状態を継続させる第３ステップと、を備えた力率改善回路の起動動作制御方法である。
【００１５】
さらに、前記第３ステップの後、前記出力電圧信号が上昇し、前記第１基準電圧よりも高い第６基準電圧に達したとき、前記駆動パルス生成部が前記駆動パルスを出力できない状態にする第４ステップと、その後、前記出力電圧信号が前記第５基準電圧よりも高く前記第６基準電圧よりも低い第７基準電圧に低下したとき、前記駆動パルス生成部が前記駆動パルスを出力可能な状態にする第５ステップとが設けられ、上記エラーアンプ部の動作によって出力電圧信号が前記第１基準電圧に安定化されるまでの間、上記の第４及び第５ステップを繰り返すものである。
【００１６】
さらに、前記出力電圧信号が第１基準電圧に安定化されている定常状態になると、前記第６基準電圧を、それよりも高い第８基準電圧に切り替える第６ステップを備えている。
【００１７】
また、前記第１ステップにおいて、前記駆動パルス生成部が前記駆動パルスを出力可能な状態にすると共に、アノードが前記整流回路の出力に接続され、カソードが前記整流ダイオードのカソードに接続されたバイパスダイオードと、前記整流ダイオードのカソードと前記平滑コンデンサとの接続点に挿入された突入電流制限抵抗と、前記突入電流制限抵抗に並列接続された短絡スイッチ素子で構成された突入電流防止回路の、前記短絡スイッチ素子をオンさせるものである。
【発明の効果】
【００１８】
この発明の力率改善回路及びその起動動作制御方法は、静的な出力電圧制御と入力電圧制御に設定されている応答速度との間に相互作用がほとんどない形で動的な出力電圧変動を抑える制御を行うので、入力投入時の出力電圧のオーバーシュート及びアンダーシュートを所定の電圧範囲内に確実に抑えることができ、効果的で確実な力率改善機能を発揮する。また、回路定数の設定や設計変更も容易である。
【００１９】
さらに、起動動作制御回路をマイクロコンピュータ内に一体に設け、各手段が有する各基準電圧及び基準時間の設定をプログラムの書き換えによって変更できるように構成すれば、力率改善回路の部品点数を大幅に削減することができ、また、設計変更に際してもハード的な変更が必要ないので煩雑な作業が生じない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の第一の実施形態の力率改善回路を示すブロック図である。
【図２】第一の実施形態の力率改善回路が有する制御系の詳細な構成を示すブロック図回路図である。
【図３】第一の実施形態の力率改善回路の入力投入時の動作例を説明するタイムチャートである。
【図４】第一の実施形態の力率改善回路の入力投入時の他の動作例を説明するタイムチャートである。
【図５】この発明の第二の実施形態の力率改善回路を示すブロック図である。
【図６】第二の実施形態の力率改善回路が有する制御系の詳細な構成を示すブロック図回路図である。
【図７】第二の実施形態の力率改善回路の入力投入時の動作例を説明するタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の力率改善回路の第一の実施形態と、この力率改善回路で行われる本発明の起動動作制御方法の第一の実施形態について、図１〜図４に基づいて説明する。第一の実施形態の力率改善回路１０は、図１に示すように、入力端１４ａに商用電源１２が接続され、交流の入力電圧Ｖｉを全波整流した整流電圧Ｖｓを出力する整流回路１４を備えている。整流回路１４の出力には、整流電圧Ｖｓを断続して整流平滑することによって昇圧された出力電圧Ｖｏを出力する昇圧チョッパ回路１６が接続されている。そして、昇圧チョッパ回路１６の出力端１６ａに、一般の電子機器やＤＣ−ＤＣコンバータ等である負荷１８が接続され、出力電圧Ｖｏの供給を受ける。
【００２２】
昇圧チョッパ回路１６は、一端が整流回路１４の出力に接続されたチョークコイル２０と、チョークコイル２０の他の一端とグランドとの間に接続された主スイッチング素子２２と、主スイッチング素子２２の両端に発生する断続電圧を整流する整流ダイオード２４と、整流ダイオード２４の出力を平滑し直流の出力電圧Ｖｏを発生させる平滑コンデンサ２６とで構成されている。
【００２３】
主スイッチング素子２２のオン・オフは、スイッチング制御回路２８から出力される駆動パルスＶｇによって制御される。スイッチング制御回路２８は、後述する出力電圧検出回路３０及び入力電圧検出回路３２の出力信号を受け、主スイッチング素子２２のオン時間とオフ時間を決定する。
【００２４】
出力電圧検出回路３０は、出力電圧Ｖｏを検出し、スイッチング制御回路２８と後述する起動動作制御回路３４に向けて、出力電圧Ｖｏに相当する出力電圧信号Ｖｏ１を出力する。入力電圧検出回路３２は、入力電圧Ｖｉの高低が等しく現れる整流電圧Ｖｓを検出し、スイッチング制御回路２８と後述する起動動作制御回路３４に向けて、整流電圧Ｖｓに相当する入力電圧信号Ｖｓ１を出力する。
【００２５】
起動動作制御回路３４は、出力電圧信号Ｖｏ１と入力電圧信号Ｖｓ１を受け、スイッチング制御回路２８に向けて、駆動パルスＶｇを出力可能な状態、又は出力できない状態にする開始信号及び停止信号である信号Ｖｋ１を出力する。
【００２６】
次に、スイッチング制御回路２８と起動動作制御回路３０の詳細な構成を、図２を用いて説明する。スイッチング制御回路２８は、エラーアンプ部３６と駆動パルス生成部３８を備えている。エラーアンプ部３６は、出力電圧信号Ｖｏ１を受け、出力電圧信号Ｖｏ１と出力電圧の目標値を決定する第１基準電圧Ｖｏａとの差分を増幅する。駆動パルス生成部３８は、入力電圧信号Ｖｓ１とエラーアンプ部３６の出力とを受け、商用電源から供給される入力電流の波形を整形して力率を改善すると共に、出力電圧Ｖｏが目標値になるように、駆動パルスＶｇを生成して主スイッチング素子２２をオン・オフさせる。従って、静的な出力電圧制御は、出力電圧検出回路３０、エラーアンプ部３６及び駆動パルス生成部３８で行い、入力電流制御は、入力電圧検出回路３０、駆動パルス生成部３８で行うことになる。
【００２７】
起動動作制御回路３４は、脈流監視手段４０、差電圧監視手段４２、第１出力監視手段４４、第２出力監視手段４６及び開始・停止判断手段４８を備えている。脈流監視手段４０は、入力電圧信号Ｖｓ１の瞬時値を認識し、ゼロ電圧に近い第２基準電圧Ｖｉａ未満になっているときに、ローレベルの脈流監視信号を出力する
差電圧監視手段４２は、入力電圧信号Ｖｓ１の波高値と出力電圧信号Ｖｏ１を認識し、入力投入で出力電圧信号Ｖｏ１が上昇し、入力電圧信号Ｖｓ１の波高値よりも第３基準電圧Ｖｏｂだけ出力電圧信号Ｖｏ１が低い電圧に達すると、ローレベルの差電圧監視信号を出力する。
【００２８】
第１出力監視手段４４は、出力電圧信号Ｖｏ１を認識し、入力投入で出力電圧信号Ｖｏ１が上昇し、入力電圧信号Ｖｓ１の波高値よりも高く第１基準電圧Ｖｏａよりも低い第４基準電圧Ｖｏｃに達すると、ハイレベルの第１出力監視信号を発生させ、開始・停止判断手段４８のＲＳフリップフロップ４８ａにセット信号として出力する。このハイレベルの第１出力監視信号は、ハイレベルが発生してからごく短時間の内にスイッチ４４ａがオフして遮断される。スイッチ４４ａのオン・オフは、ＳＷ制御部４４ｂによって制御される。
【００２９】
第２出力監視手段４６は、第１出力監視信号が出力された後、出力電圧信号Ｖｏ１が、入力電圧信号Ｖｓ１の波高値よりも高く第４基準電圧Ｖｏｃよりも低い第５基準電圧Ｖｏｄに達すると、ハイレベルの第２出力監視信号を発生させ、開始・停止判断手段４８のＲＳフリップフロップ４８ａにリセット信号として出力する。また、出力電圧信号Ｖｏ１が第５基準電圧Ｖｏｄまで低下しないときでも、ハイレベルの第１出力監視信号が発生してから第１基準時間ｔｄ１が経過した時点でスイッチ４６ａがオンし、強制的にハイレベルの第２出力監視信号が出力される。スイッチ４６ａのオン・オフは、上記のＳＷ制御部４４ｂによって制御される。
【００３０】
開始・停止判断手段４８は、ＲＳフリップフロップ４８ａと比較器４８ｂで構成され、上記の脈流監視信号、差電圧監視信号、第１及び第２出力監視信号を受けて所定の判断を行い、スイッチング制御回路２８の駆動パルス生成部３８に向けて、駆動パルスＶｇを出力可能な状態にする開始信号Ｖｋ１、又は、駆動パルスＶｇを出力できない状態にする停止信号Ｖｋ１を出力する。ここでは、ハイレベルの信号Ｖｋ１が開始信号であり、ローレベルの信号Ｖｋ１が停止信号である。
【００３１】
ＲＳフリップフロップ４８ａは、図２に示すように、第１出力監視信号がセット端子Ｓに入力され、第２出力監視信号がリセット端子Ｒに入力され、出力端子から比較器４８ｂに向けて信号を出力する。比較器４８ｂは、ＲＳフリップフロップ４８ａの出力端子Ｑの出力信号と、脈流監視信号と、差電圧監視信号とが入力され、その３つの信号が全てローレベルのときにハイレベルを出力する。すなわち、開始・停止判断手段４８は、比較器４８ｂの出力から、入力投入のときは停止信号（ローレベルの信号Ｖｋ１）を出力する。ローレベルの差電圧監視信号が出力され、ローレベルの脈流監視信号も合わせて出力されると、開始信号（ハイレベルの信号Ｖｋ１）に切り替わる。ハイレベルの第１出力監視信号が出力されると停止信号（ローレベルの信号Ｖｋ１）に切り替わる。そして、ハイレベルの第２出力監視信号が出力されると開始信号（ハイレベルの信号Ｖｋ１）に切り替わり、その後は、ハイレベルの第１出力監視信号が出力されても、開始信号（ハイレベルの信号Ｖｋ１）を継続して出力する。
【００３２】
次に、第一の実施形態の起動動作制御方法を説明すると共に、図３のタイムチャートに基づいて力率改善回路１０の動作を説明する。ここで、図３のタイムチャートは、比較的大きな負荷電流を流す負荷１８が接続されている場合の動作を示している。第一の実施形態の起動動作制御方法は、以下に述べる第１、第２、第３ステップの制御を行う。
【００３３】
（第１ステップ）
入力投入後、出力電圧信号Ｖｏ１が上昇し、やがて入力電圧信号Ｖｓ１の波高値よりも第３基準電圧Ｖｏｂだけ低い電圧に達し、合わせて入力電圧信号Ｖｓ１の瞬時値がゼロ電圧に近い第２基準電圧Ｖｉａ未満になったときに、駆動パルス生成部３８が駆動パルスＶｇを出力可能な状態にする。これが、第１ステップの制御である。
【００３４】
図３のタイムチャートにおける入力投入直後の期間Ｔ１は、商用電源１２から、整流回路１４、チョークコイル２０、整流ダイオード２４を介して平滑コンデンサ２６が充電され、出力電圧信号Ｖｏ１が入力電圧信号Ｖｓ１の波高値に近づくように上昇する。しかし、入力電圧信号Ｖｓ１が入力電圧信号Ｖｓ１の波高値よりも第３基準電圧Ｖｏｂだけ低い電圧に達していないので、差電圧監視手段４２がハイレベルの差電圧監視信号を出力している。従って、開始・停止判断手段４８が停止信号（ローレベルの信号Ｖｋ１）を出力するので、主スイッチング素子２２はオフを継続し、スイッチング動作が行われない。
【００３５】
その後、入力電圧信号Ｖｓ１が、入力電圧信号Ｖｓ１の波高値よりも第３基準電圧Ｖｏｂだけ低い電圧に達すると、差電圧監視手段４２がローレベルの差電圧監視信号を出力する。合わせて入力電圧信号Ｖｓ１の瞬時値が第２基準電圧Ｖｉａ未満になったとき脈流監視手段４０がローレベルの脈流監視信号を出力する。このとき、ＲＳフリップフロップ４８ａの出力はローレベルであり、開始・停止判断手段４８の出力が開始信号（ハイ・レベルの信号Ｖｋ１）に切り替わる。すなわち、駆動パルス生成部３８が駆動パルスＶｇを出力可能な状態にする第１ステップの制御が行われ、期間Ｔ１が終了する。
【００３６】
（第２ステップ）
出力電圧信号Ｖｏ１がさらに上昇し、入力電圧信号Ｖｓ１の波高値よりも高く第１基準電圧Ｖｏａよりも低い第４基準電圧Ｖｏｃに達すると、駆動パルス生成部３８が駆動パルスＶｇを出力できない状態にする。これが、第２ステップの制御である。
【００３７】
図３のタイムチャートにおける期間Ｔ２は、出力電圧信号Ｖｏ１が第１基準電圧Ｖｏａよりも低いので、スイッチング制御回路２８は、出力電圧Ｖｏが目標値よりも低いと判断し、主スイッチング素子２２のオンの時比率の大きくして出力電圧Ｖｏを高くする駆動パルスＶｇを出力する。この昇圧チョッパ回路１６の昇圧動作により出力電圧信号Ｖｏ１が上昇して第４の基準電圧Ｖｏｃ電圧に達すると、第１出力監視手段４４が、ハイレベルの第１出力監視信号を短時間出力する。第２出力監視手段４６の出力はローレベルであるため、ＲＳフリップフロップ４８ａの出力がハイレベルになり、開始・停止判断手段４８の出力が停止信号（ローレベルの信号Ｖｋ１）に切り替わる。すなわち、駆動パルス生成部３８が駆動パルスＶｇを出力できない状態にする第２ステップの制御が行われ、期間Ｔ２が終了する。
【００３８】
（第３ステップ）
その後、出力電圧信号Ｖｏ１が低下し、入力電圧信号Ｖｓ１の波高値よりも高く第４基準電圧Ｖｏｃよりも低い第５基準電圧Ｖｏｄに達すると、駆動パルス生成部３８が駆動パルスＶｇを出力可能な状態にする。また、出力電圧信号Ｖｏ１が第５基準電圧Ｖｏｄまで低下しない場合は、ハイレベルの第１出力監視信号が出力されてから第１基準時間ｔｄ１を経過したとき、駆動パルス生成部３８が駆動パルスＶｇを出力可能な状態にする。そして、次に出力電圧信号Ｖｏ１が上昇して第４基準電圧Ｖｏｃに達しても、駆動パルス生成部３８が駆動パルスＶｇを出力可能な状態に維持させる。これが、第３ステップの制御である。
【００３９】
図３のタイムチャートにおける期間Ｔ３は、出力電圧信号Ｖｏ１が第１基準電圧Ｖｏａよりも低いので、スイッチング制御回路２８のエラーアンプ部３６は、主スイッチング素子２２のオンの時比率の大きくして出力電圧Ｖｏを上昇させる方向の制御信号を出力する。しかし、第２ステップの制御により、駆動パルス生成部３８は駆動パルスＶｇを出力できない状態なので、昇圧チョッパ回路１６の昇圧動作は停止している。従って、平滑コンデンサ２６から負荷１８に電荷が放電されて出力電圧信号Ｖｏ１が低下する。
【００４０】
出力電圧信号Ｖｏ１が低下して第５基準電圧Ｖｏｄに達すると、第２出力監視手段４６はハイレベルの第２出力監視信号を出力する。第１出力監視手段４４の出力はローレベルで、ＲＳフリップフロップ４８ａの出力がローレベルになり、開始・停止判断手段４８の出力が開始信号（ハイレベルの信号Ｖｋ１）に切り替わる。すなわち、駆動パルス生成部３８が駆動パルスＶｇを出力可能な状態にする第３ステップの制御が行われ、期間Ｔ３が終了する。
【００４１】
一方、力率改善回路１０の出力に小さな負荷電流しか流さない負荷１８が接続されている場合、図４のタイムチャートにおける期間Ｔ３に示すように、出力電圧信号Ｖｏ１が非常にゆっくりと低下する。しかし、出力電圧信号Ｖｏ１が第５基準電圧Ｖｏｄに達していなくても、ハイレベルの第１出力監視信号が出力されてから第１基準時間ｔｄ１を経経過するとスイッチ４６ａがオンし、強制的にハイレベルの第２出力監視信号を出力する。上記と同様に、第１出力監視手段４４の出力はローレベルで、ＲＳフリップフロップ４８ａの出力がローレベルになり、開始・停止判断手段４８の出力が開始信号（ハイ・レベルの信号Ｖｋ１）に切り替わる。すなわち、駆動パルス生成部３８が駆動パルスＶｇを出力可能な状態にする第３ステップの制御が行われ、期間Ｔ３が終了する。
【００４２】
期間Ｔ３は、主スイッチング素子２２のスイッチング動作の停止が継続しているので、期間Ｔ３が長すぎると、入力電圧制御や出力電圧制御とは別の新たな弊害が生じる可能性がある。そこで、新たな弊害の発生を回避すべく、期間Ｔ３があまり長くならないように第１基準時間ｔｄ１が設定されている。
【００４３】
図３のタイムチャートにおける期間Ｔ４では、出力電圧信号Ｖｏ１が第１基準電圧Ｖｏａよりも低いので、スイッチング制御回路２８は、主スイッチング素子２２のオンの時比率の大きくして出力電圧Ｖｏを高くする駆動パルスＶｇを出力し、昇圧チョッパ回路１６の昇圧動作によって出力電圧信号Ｖｏ１が上昇する。
【００４４】
このとき、第１及び第２出力監視手段４４，４６は、一度、第３ステップの制御が行われると同様の動作を繰り返さないように設定されているので、期間Ｔ４で出力電圧信号Ｖｏ１が上昇して第４基準電圧Ｖｏｃに達しても、駆動パルス生成部３８が駆動パルスＶｇを出力可能な状態が継続される。
【００４５】
また、スイッチング制御回路２８のエラーアンプ部３６は、入力電流制御との関係を考慮し、応答速度が比較的遅めに設定されている。従って、上述した期間Ｔ２では、出力電圧信号Ｖｏ１が第１基準電圧Ｖｏａ近くまで上昇しているにもかかわらず、エラーアンプ部３６は出力電圧Ｖｏを高くしようとする信号を強く出力し続けていた。しかし、期間Ｔ３の間に応答の遅れが回復し、この期間Ｔ４では、エラーアンプ部３６が出力する出力電圧Ｖｏを高くしようとする信号が弱まり、出力電圧信号Ｖｏ１が緩やかに上昇して第１基準電圧Ｖｏａに収束する。
【００４６】
以上説明したように、第一の実施形態の力率改善回路１０と第一の実施形態の起動動作制御方法によれば、静的な出力電圧制御と入力電流制御とを良好に行うため、エラーアンプ部３６の応答速度は遅めに設定されているものの、その応答特性との間に相互作用がほとんどない起動動作制御方法（又は起動動作制御回路３４）を用いて動的な出力電圧変動を抑える制御を行う。従って、入力投入時の出力電圧Ｖｏのオーバーシュート及びアンダーシュートを、第４基準電圧Ｖｏｃと第５基準電圧Ｖｏｄで定められる範囲内に確実に抑えることができる。また、回路定数の設定や設計変更も容易である。
【００４７】
また、入力投入後、期間Ｔ１から期間Ｔ２に移行するとき、昇圧チョッパ回路１６のスイッチング動作は、入力電圧信号Ｖｓ１の瞬時値が近い第２基準電圧Ｖｉａ未満になった状態で開始されるので、出力電圧Ｖｏの上昇速度が比較的緩やかになり、オーバーシュートの発生を抑える効果がある。
【００４８】
次に、本発明の力率改善回路の第二の実施形態と、その力率改善回路で行われる本発明の起動動作制御方法の第二の実施形態について、図５〜図７に基づいて説明する。ここで、第一の実施形態の力率改善回路１０と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４９】
第二の実施形態の力率改善回路５０は、静的な出力電圧制御と入力電流制御との関係で、エラーアンプ部３６の応答速度が非常に遅めに設定されているので、図３のタイムチャートの期間Ｔ４の動作のように出力電圧信号Ｖｏ１が滑らかに第１基準電圧Ｖｏａに収束せずに第１基準電圧Ｖｏａを超えて上昇する。そこで、期間Ｔ４以降に発生する出力電圧Ｖｏのオーバーシュート及びアンダーシュートを抑えるため、新たな構成が付加されている。さらに、入力投入時に整流回路１４から平滑コンデンサ２６に流れ込む突入電流を抑制する構成も付加されている。以下、力率改善回路５０について、上記力率改善回路１０に新たに付加された部分を中心に説明する。
【００５０】
力率改善回路５０は、図５に示すように、アノードが整流回路１４の出力に接続されカソードが整流ダイオード２４のカソードに接続されたバイパスダイオード５２と、整流ダイオード２４のカソードと平滑コンデンサ２６との接続点に挿入された突入電流制限抵抗５４と、突入電流制限抵抗５４に並列接続された短絡スイッチ素子５６とが設けられている。また、短絡スイッチ素子５６がオンに切り替わる動作が円滑に行われるようにするため、整流ダイオード２４のカソードとグランドとの間に小さな容量のコンデンサ５８が接続されている。このコンデンサ５８は、必要に応じて削除してもかまわない。
【００５１】
短絡スイッチ素子５６は、駆動端子に信号を受けてラッチ動作するサイリスタ等が好適である。短絡スイッチ素子５６は、入力投入前はオフしており、入力投入の後、差電圧監視信号が出力され、合わせて脈流監視信号が出力され、その結果、開始・停止判断手段４８が出力する開始信号（ハイレベルの信号Ｖｋ１）を受けて、オンする。オンに転じた後は、開始信号（ハイレベルの信号Ｖｋ１）が停止信号（ローレベルの信号Ｖｋ１）に転じても、サイリスタのラッチ動作によりオンを継続する。
【００５２】
昇圧チョッパ回路１６の主スイッチング素子２２のオン・オフは、スイッチング制御回路６０が出力する駆動パルスＶｇによって制御される。すなわち、力率改善回路５０は、上記スイッチング制御回路２８に代えて、スイッチング制御回路６０を備えている。その他、制御系を構成する出力電圧検出回路３０、入力電圧検出回路３２及び起動動作制御回路３４は、力率改善回路１０の構成と同様である。
【００５３】
スイッチング制御回路６０は、図６に示すように、エラーアンプ部３６と駆動パルス生成部３８を備え、さらに、第３出力監視手段６２とＡＮＤゲート３８ａが設けられている。
【００５４】
エラーアンプ部３６は、出力電圧信号Ｖｏ１を受け、出力電圧信号Ｖｏ１と出力電圧の目標値を決定する第１基準電圧Ｖｏａとの差分を増幅する。駆動パルス生成部３８は、入力電圧信号Ｖｓ１とエラーアンプ部３６の出力とを受け、商用電源から供給される入力電流の波形を整形して力率を改善すると共に、出力電圧Ｖｏが目標値になるように、駆動パルスＶｇを生成して主スイッチング素子２２をオン・オフさせる。従って、上記のスイッチング制御回路２８と同様に、静的な出力電圧制御は、出力電圧検出回路３０、エラーアンプ部３６及び駆動パルス生成部３８で行い、入力電流制御は、入力電圧検出回路３０、駆動パルス生成部３８で行うことになる。
【００５５】
新たに設けられた第３出力監視手段６２は、第２出力監視手段４６からハイレベルの第２出力監視信号が出力された後、出力電圧信号Ｖｏ１が上昇し、第１基準電圧Ｖｏａよりも高い第６基準電圧Ｖｏｅに達すると、第３出力監視信号（ローレベルの信号Ｖｋ２）を出力する。さらに、第３出力監視手段６２は、第４出力監視手段としての機能も備えている。すなわち、第３出力監視信号（ローレベルの信号Ｖｋ２）が出力された後、出力電圧信号Ｖｏ１が第５の基準電圧Ｖｏｄよりも高く第６基準電圧Ｖｏｅよりも低い第７基準電圧（Ｖｏｅ−ΔＶｏｅ）に低下すると、第４出力監視信号（ハイレベルの信号Ｖｋ２）を出力する。ここでは、第３出力監視手段６２を構成する比較器にヒステリシス幅ΔＶｏｅを持たせることによって、第４出力監視手段としての役割も果たすことができる。
【００５６】
さらに第３出力監視手段６２は、上記の第６基準電圧Ｖｏｅを、それよりも高い第８基準電圧Ｖｏｆに切り替えるスイッチ６２ａを備えている。スイッチ６２ａは、初期的に設定されている第６基準電圧Ｖｏｅを、入力投入後、出力電圧信号Ｖｏ１が第１基準電圧Ｖｏａに安定化されている定常状態になったとき、第８基準電圧Ｖｏｆに切り替える。
【００５７】
ここで、第６基準電圧Ｖｏｅは、入力投入時に出力電圧Ｖｏに生じるオーバーシュートの上限値を規定するものなので、出力電圧Ｖｏの立ち上がり波形をできるだけ滑らかにする観点で電圧値を定める。一方、第８基準電圧Ｖｏｆは、エラーアンプ部３６等が故障して出力電圧制御が不能になったときに出力電圧Ｖｏが上昇し得る最大値を規定するものであり、一般的には、負荷１８や平滑コンデンサ２６の破損を防止する、又は信頼性を確保という観点で定めるとよい。ただし、あまり低い電圧値に設定すると、例えば、定常状態で動作中に負荷１８が急変などすると、過渡的に出力電圧Ｖｏが上昇し、誤って第３出力監視手段６２が動作してしまうおそれがあるので、そのような誤動作が生じない程度に高い電圧値に設定する必要がある。
【００５８】
また、スイッチ６２ａの切り替えは上記のＳＷ制御部４４ｂによって制御され、出力電圧信号Ｖｏ１が第４基準電圧Ｖｏｃに達したことを示すハイレベルの第１出力監視信号が出力された時を起点とし、そこから第２基準時間ｔｄ２を経過したときに行われるようになっている。第２基準時間ｔｄ２は、静的な出力電圧制御の遅れが回復し、定常状態になってからスイッチ６２ａが切り替わるように設定する。他の方法として、スイッチ６２ａの切り替えは、出力電圧信号Ｖｏ１が第５基準電圧Ｖｏｄに達したこと等を示すハイレベルの第２出力監視信号が出力された時を起点とし、所定時間を経過したときに行われるようにしてもよい。この場合、負荷１８の電流の大小や平滑コンデンサ５８の容量値の大小の影響をさほど考慮する必要がなくなるので、第２基準時間ｔｄ２の設定がしやすくなるという利点がある。
【００５９】
駆動パルス生成回路３８は、起動動作制御回路３４の開始・停止判断手段４８から出力される信号Ｖｋ１（開始信号、停止信号）と、第３出力監視手段６２から出力される信号Ｖｋ２（第３、第４出力監視信号）に基づいて、駆動パルスＶｇを出力するか停止するかを決定する。具体的には、開始・停止判断手段４８から開始信号（ハイレベルの信号Ｖｋ１）が出力されているときでも、第３出力監視信号（ローレベルのＶｋ２）が出力され、その後、第４出力監視信号（ハイレベルの信号Ｖｋ２）が出力される前の期間は、駆動パルスＶｇを出力しない。
【００６０】
このような動作を実現するため、駆動パルス生成回路３８の前段に、信号Ｖｋ１，Ｖｋ２を受けて信号Ｖｋ３を出力するＡＮＤゲート３８ａが設けられ、信号Ｖｋ３がハイレベルのときだけ駆動パルスＶｇを出力可能な状態になるよう構成されている。従って、駆動パルス生成回路３８は、信号Ｖｋ１が開始信号（ハイレベルの信号Ｖｋ１）であっても、一旦、第３出力監視信号（ローレベルの信号Ｖｋ２）が発生すると、信号Ｖｋ３がローレベルになり駆動パルスＶｇを出力できない状態になる。その後、第４出力監視信号（ハイレベルの信号Ｖｋ２）が発生することによって信号Ｖｋ３がハイレベルになり、駆動パルスＶｇを出力可能な状態になる。
【００６１】
次に、第二の実施形態の起動動作制御方法を説明すると共に、図７のタイムチャートに基づき、力率改善回路５０の動的な出力電圧制御の動作を説明する。ここで、図７のタイムチャートは、比較的大きな負荷電流を流す負荷１８が接続されている場合の動作を示している。
【００６２】
第二実施形態の起動動作制御方法では、以下のように、第１〜第６ステップの制御を行う。入力投入後、第１ステップ、第２ステップ、第３ステップの制御が行われ、図７のタイムチャートにおける期間Ｔ１〜Ｔ３のような動作を行う。ここまでは第一の実施形態の起動動作制御方法と同様であり、図３のタイムチャートにおける期間Ｔ１〜Ｔ３の動作と同様であるので、説明を省略する。
【００６３】
（第４ステップ）
前記第３ステップの後、出力電圧信号Ｖｏ１が第１基準電圧Ｖｏａを超えて上昇し、第１基準電圧Ｖｏａよりも高い第６基準電圧Ｖｏｅに達すると、駆動パルス生成部３８が駆動パルスＶｇを出力できない状態にする。これが第４ステップの制御である。
【００６４】
図７のタイムチャートにおける期間Ｔ４は、起動動作制御回路３４の開始・停止判断手段４８が、開始信号（ハイレベルの信号Ｖｋ１）を出力している。また、第３出力監視手段６２の出力Ｖｋ２は、入力投入と同時にハイレベルを示し、その状態が継続している。
【００６５】
期間Ｔ４に入っても、まだエラーアンプ部３６の応答の遅れが回復しておらず、出力電圧信号Ｖｏ１が第１基準電圧Ｖｏａを超えて上昇する。その後、出力電圧信号Ｖｏ１が第６基準電圧Ｖｏｅに達すると、第３出力監視手段６２が第３出力監視信号（ローレベルの信号Ｖｋ２）を出力する。すると、ＡＮＤゲート３８ａに、開始信号（ハイレベルのＶｋ１）と、第３出力監視信号（ローレベルの信号Ｖｋ２）が入力され、信号Ｖｋ３がローレベルに転じる。すなわち、駆動パルス生成部３８が駆動パルスＶｇを出力できない状態にする第４ステップの制御が行われ、期間Ｔ４が終了する。
【００６６】
（第５ステップ）
その後、出力電圧信号Ｖｏ１が低下し、第５の基準電圧Ｖｏｄよりも高く第６基準電圧Ｖｏｅよりも低い第７基準電圧（Ｖｏｅ−ΔＶｏｅ）に達すると、駆動パルス生成部３８が駆動パルスＶｇを出力可能な状態にする。これが、第５ステップの制御である。
【００６７】
図７のタイムチャートにおける期間Ｔ５では、出力電圧信号Ｖｏ１が第１基準電圧Ｖｏａよりも高いが、まだエラーアンプ部３６の応答の遅れが回復しておらず、エラーアンプ部３６は、主スイッチング素子２２のオンの時比率の大きくして出力電圧Ｖｏを上昇させる方向の制御信号を出力する。しかし、第４ステップの制御により、駆動パルス生成部３８が駆動パルスＶｇを出力できない状態なので、昇圧チョッパ回路１６のスイッチング動作は停止する。従って、平滑コンデンサ２６から負荷１８に電荷が放電されて出力電圧信号Ｖｏ１が低下する。
【００６８】
出力電圧信号Ｖｏ１が低下して第７基準電圧（Ｖｏｅ−ΔＶｏｅ）に達すると、第３出力監視手段６２が第４出力監視信号（ハイレベルの信号Ｖｋ２）を出力する。すると、ＡＮＤゲート３８ａには、開始信号（ハイレベルの信号Ｖｋ１）と、第４出力監視信号（ハイレベルの信号Ｖｋ２）が入力され、信号Ｖｋ３がハイレベルに転じる。すなわち、駆動パルス生成部３８を駆動パルスＶｇを出力可能な状態にする第５ステップの制御が行われ、期間Ｔ５が終了する。
【００６９】
（第４ステップ及び第５ステップの繰り返し）
期間Ｔ６，Ｔ７，Ｔ８，Ｔ９に入っても、まだエラーアンプ部３６の応答の遅れが回復せず、第４ステップ及び第５ステップの制御を繰り返し行なう。
【００７０】
図７のタイムチャートに示すように、期間Ｔ６，Ｔ７，Ｔ８，Ｔ９では、上記の期間Ｔ４，Ｔ５と同様の動作が行われる。そして、その間に、エラーアンプ部３６の応答の遅れが徐々に回復する。期間Ｔ１０に入ると、エラーアンプ部３６の応答性の遅れがほぼ回復し、出力電圧信号Ｖｏ１が第１基準電圧Ｖｏａよりも高いことを検知したエラーアンプ部３６は、主スイッチング素子２２のオンの時比率の小さくして出力電圧Ｖｏを低下させる方向の制御信号を出力する。
【００７１】
一方、期間Ｔ１０に入った時点で、第５ステップの制御により信号Ｖｋ３がハイレベルになり、駆動パルス生成部３８は駆動パルスＶｇを出力可能な状態になっている。しかし、エラーアンプ部３６の制御信号によって、主スイッチング素子２２のオンの時比率がゼロに制限され（オン時間がゼロに狭められ）、ここでは、昇圧チョッパ回路１６のスイッチング動作が実質的に停止している。従って、平滑コンデンサ２６から負荷１８に蓄積電荷が放電され、出力電圧信号Ｖｏ１が緩やかに低下する。そして、滑らかに第１基準電圧Ｖｏａに収束しようとするので、第４及び第５ステップの繰り返しが止まる。期間Ｔ１１に入ると出力電圧信号Ｖｏ１が第１基準電圧Ｖｏａにほぼ収束し、駆動パルス生成回路３８から定常的に駆動パルスＶｇが出力され、出力電圧信号Ｖｏ１を第１基準電圧Ｖｏａに安定化する静的な出力電圧制御の状態になる。
【００７２】
（第６ステップ）
出力電圧信号Ｖｏ１が第１基準電圧Ｖｏａに安定化されている定常状態になると、第６基準電圧Ｖｏｅを、それよりも高い第８基準電圧Ｖｏｆに切り替える。これが、第６ステップの制御である。
【００７３】
上記のように、期間Ｔ１１は、出力電圧Ｖｏが目標電圧に安定化されている定常状態である。そして、出力電圧信号Ｖｏ１が第４基準電圧Ｖｏｃに達したことを示すハイレベルの第１出力監視信号が出力された時から第２基準時間ｔｄ２が経過すると、ＳＷ制御部４４ｂによってスイッチ６２ａが制御され、第６基準電圧Ｖｏｅがそれよりも高い第８基準電圧Ｖｏｆに切り替えられる。これにより、第３出力監視手段がローレベルの信号を出力して駆動パルスＶｇを停止させる条件、すなわち、出力電圧信号Ｖｏ１が上昇し得る上限値を第８基準電圧Ｖｏｆに切り替える動作が行われる。
【００７４】
以上説明したように、第二の実施形態の力率改善回路１０と第二の実施形態の起動動作制御方法によれば、静的な出力電圧制御と入力電流制御との関係で、エラーアンプ部３６の応答速度が非常に遅めに設定された結果、図３のタイムチャートの期間Ｔ４の動作ように出力電圧信号Ｖｏ１が滑らかに第１基準電圧Ｖｏａに収束せずに第１基準電圧Ｖｏａを超えて上昇する場合でも、期間Ｔ４以降に発生する出力電圧Ｖｏのオーバーシュート及びアンダーシュートを、第６基準電圧Ｖｏｅと第７基準電圧（Ｖｏｅ−ΔＶｏｅ）で定められる範囲内に確実に抑えることができる。
【００７５】
また、定常状態に移行した後、第６基準電圧Ｖｏｅを第８基準電圧Ｖｏｆに切り替えることにより、定常状態で負荷が急変して出力電圧Ｖｏが過渡的に上昇したときでも、第３出力監視手段６２が誤動作することがなく、負荷１８や平滑コンデンサ２６を確実に保護することが。
【００７６】
次に、第二の実施形態の力率改善回路５０及び第二の実施形態の起動動作制御方法によって、入力投入時の突入電流が効果的に抑制される動作を、図５〜図７に基づいて説明する。
【００７７】
入力投入の時点で、起動動作制御回路３４の開始・停止判断手段４８が、ローレベルの信号Ｖｋ１を出力しているので、短絡スイッチ素子５６はオフしている。従って、入力が投入された時（期間Ｔ１の開始時）に、入力電流Ｉｉの波形に表われているように、急峻な突入電流が発生する。この突入電流は、整流回路１４、バイパスダイオード５２、突入電流制限抵抗５４の経路で平滑コンデンサ２６を充電する電流であり、そのピーク値が突入電流制限抵抗５４によって制限されている。この動作は、一般的な従来の突入電流制限抵抗を有する力率改善回路を同様である。
【００７８】
その後、短絡スイッチ素子５６は、第２ステップの制御によって信号Ｖｋ１がハイレベルになったとき（期間Ｔ２の開始時）に、短絡スイッチ素子５６がオンに切り替わる。このとき、入力電圧信号Ｖｓ１の瞬時値はゼロ電圧に近い第２基準電圧Ｖｉａ未満であり、かつ、出力電圧信号Ｖｏ１は入力電圧信号Ｖｓ１の波高値よりも第３基準電圧Ｖｏｂだけ低い電圧になっている。従って、出力電圧Ｖｏの方が整流電圧Ｖｓよりも高い状態のときに短絡スイッチ素子５６がオンに切り替わるので、整流回路１４の出力から平滑コンデンサ２６に向けて電流が流れ得ない。従って、従来の力率改善回路において周知の課題となっていた入電流制限抵抗短絡時の二次的突入電流の問題を容易に防止することができる。
【００７９】
なお、この発明の力率改善回路は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、スイッチング制御回路２８，６０と起動動作制御回路３４が有する各手段の構成については、単なる一例を示したに過ぎず、本発明の意図する動作を行うものであれば、周知の回路を組み合わせて成る他の構成に置き換えることができる。
【００８０】
また、起動動作制御回路をマイクロコンピュータ内に一体に設け、プログラムの書き換えによって各基準電圧及び第１基準時間の設定を変更できるように構成してもよい。その場合、起動動作制御回路内でやり取りされる脈流監視信号や差電圧監視信号等の各信号は、マイクロコンピュータが行う演算処理フローにおける分岐点の判断結果等に置き換えて解釈することができる。このような構成にすれば、起動動作制御回路を含む力率改善回路の部品点数を大幅に削減することができ、また、設計変更に際してハード的な変更が必要ないので煩雑な作業が生じない。
【００８１】
また、この発明の力率改善回路の起動動作制御方法は、力率改善回路１０，５０の構成を備えた力率改善回路だけでなく、様々な形態の昇圧チョッパ型の力率改善回路で実施できることは言うまでもない。
【００８２】
また、上記の第二の実施形態の力率改善回路５０に設けられている第６基準電圧Ｖｏｅを第８基準電圧Ｖｏｆに切り替える構成、又は、第二の実施形態の起動動作制御方法に設けられている第６ステップは、必要に応じて省略し簡単化することができる。その場合、第６基準電圧Ｖｏｅを、第８基準電圧Ｖｏｆに設定されていた電圧値に設定することが好ましく、入力投入時に発生する出力電圧Ｖｏのオーバーシュートのピーク値はやや高めになるものの、オーバーシュート及びアンダーシュートを第６基準電圧Ｖｏｅと第７基準電圧（Ｖｏｅ−ΔＶｏｅ）で定められる範囲内に確実に抑えることができる。
【符号の説明】
【００８３】
１０，５０ 力率改善回路
１４ 整流回路
１６ 昇圧チョッパ回路
２０ チョークコイル
２２ 主スイッチング素子
２４ 整流ダイオード
２６ 平滑コンデンサ
２８，６０ スイッチング制御回路
３０ 昇圧電圧検出回路
３２ 入力電圧検出回路
３４ 起動動作制御回路
３６ エラーアンプ部
３８ 駆動パルス生成部
４０ 脈流監視手段
４２ 差電圧監視手段
４４ 第１出力監視手段
４６ 第２出力監視手段
４８ 開始・停止判断手段
５２ バイパスダイオード
５４ 突入電流制限抵抗
５６ 短絡スイッチ素子
６２ 第３出力監視手段
Ｉｉ 入力電流
Ｔｄ１ 第１基準時間
Ｖｇ 駆動パルス
Ｖｓ 整流電圧
Ｖｓ１ 入力電圧信号
Ｖｏ 出力電圧
Ｖｏ１ 出力電圧信号
Ｖｏａ 第１基準電圧
Ｖｉａ 第２基準電圧
Ｖｏｂ 第３基準電圧
Ｖｏｃ 第４基準電圧
Ｖｏｄ 第５基準電圧
Ｖｏｅ 第６基準電圧
ΔＶｏｅ ヒステリシス幅
Ｖｏｆ 第８基準電圧
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流の入力電圧を整流して脈流の整流電圧を出力する整流回路と、
一端が前記整流回路の出力に接続されたチョークコイル、前記チョークコイルの他の一端とグランドとの間に接続された主スイッチング素子、前記チョークコイルと前記主スイッチング素子との接続点にアノードが接続された整流ダイオード、及び前記整流ダイオードのカソードとグランドとの間に接続された平滑コンデンサで構成され、前記平滑コンデンサの両端に発生する出力電圧を負荷に電力供給する昇圧チョッパ回路と、
前記整流電圧を検出して入力電圧信号を出力する入力電圧検出回路と、
前記出力電圧を検出して出力電圧信号を出力する昇圧電圧検出回路と、
前記出力電圧信号を受け、当該出力電圧信号と出力電圧目標値を決定する第１基準電圧との差分を増幅するエラーアンプ部を有すると共に、前記エラーアンプ部の出力と前記入力電圧信号に基づき、前記出力電圧が前記出力電圧目標値になるように前記主スイッチング素子をオン・オフさせる駆動パルス生成部を有したスイッチング制御回路と、を備えた力率改善回路において、
前記入力電圧信号の瞬時値がゼロ電圧に近い第２基準電圧未満であることを示す脈流監視信号を出力する脈流監視手段と、
入力投入時、前記出力電圧信号が上昇し、前記入力電圧信号の波高値よりも第３基準電圧だけ低い電圧に達したことを示す差電圧監視信号を出力する差電圧監視手段と、
入力投入時、前記出力電圧信号が上昇し、前記入力電圧信号の波高値よりも高く前記第１基準電圧よりも低い第４基準電圧に達したことを示す第１出力監視信号を出力する第１出力監視手段と、
前記第１出力監視信号が出力された後、前記出力電圧信号が前記入力電圧信号の波高値よりも高く前記第４基準電圧よりも低い第５基準電圧に達したこと、又は前記出力電圧信号が前記第５基準電圧まで低下しないときは、前記第１出力監視信号が出力されてから第１基準時間を経過したこと、のいずれかを示す第２出力監視信号を出力する第２出力監視手段と、
前記脈流監視信号、前記差電圧監視信号、前記第１及び第２出力監視信号を受け、前記スイッチング制御回路の前記駆動パルス生成部に向けて、前記駆動パルスを出力可能な状態にする開始信号、又は前記駆動パルスを出力できない状態にする停止信号を出力する開始・停止判断手段と、が設けられた起動動作制御回路を備え、
前記開始・停止判断手段の出力は、入力投入時は停止信号を出力し、前記差電圧監視信号が出力され前記脈流監視信号も合わせて出力されたときから前記開始信号に切り替わり、第１出力監視信号が出力されると前記停止信号に切り替わり、第２出力監視信号が出力されると前記開始信号に切り替わり、その後、第１出力監視信号が出力されても、前記開始信号を継続して出力することを特徴とする力率改善回路。
【請求項２】
前記スイッチング制御回路には、
入力投入時、前記出力電圧信号が上昇し、前記第１基準電圧よりも高い第６基準電圧に達したことを示す第３出力監視信号を出力する第３出力監視手段と、
前記第３出力監視信号が出力された後、前記出力電圧信号が前記第５基準電圧よりも高く前記第６基準電圧よりも低い第７基準電圧に低下したことを示す第４出力監視信号を出力する第４出力監視手段とが設けられ、
前記駆動パルス生成部は、前記開始・停止判断手段から前記開始信号が出力されているときでも、前記第３出力監視信号が出力されその後第４出力監視信号が出力されるまでの間は、前記駆動パルスを出力することができないように構成されている請求項１記載の力率改善回路。
【請求項３】
前記起動動作制御回路は、マイクロコンピュータ内に一体に設けられ、プログラムの書き換えによって、各手段が有する各基準電圧及び第１基準時間の設定を変更できる請求項１又は２記載の力率改善回路。
【請求項４】
前記出力電圧信号が第１基準電圧に安定化されている定常状態になると、前記第３出力監視手段の前記第６基準電圧が、それよりも高い第８基準電圧に切り替わる請求項１又は３記載の力率改善回路。
【請求項５】
アノードが前記整流回路の出力に接続され、カソードが前記整流ダイオードのカソードに接続されたバイパスダイオードと、前記整流ダイオードのカソードと前記平滑コンデンサとの接続点に挿入された突入電流制限抵抗と、前記突入電流制限抵抗に並列接続された短絡スイッチ素子とを備え、
入力投入時、前記短絡スイッチは、前記差電圧監視信号が出力され、合わせて前記脈流監視信号と出力され、その結果、前記開始・停止判断手段が開始信号を出力したときにオンに切り替わる請求項１乃至３のいずれか記載の力率改善回路。
【請求項６】
交流の入力電圧を整流して脈流の整流電圧を出力する整流回路と、
一端が整流回路１４の出力に接続されたチョークコイル、前記チョークコイルの他の一端とグランドとの間に接続された主スイッチング素子、前記チョークコイルと前記主スイッチング素子との接続点にアノードが接続された整流ダイオード、及び、前記整流ダイオードのカソードとグランドとの間に接続された平滑コンデンサで構成され、前記平滑コンデンサの両端に発生する出力電圧を負荷に電力供給する昇圧チョッパ回路と、
前記整流電圧を検出して入力電圧信号を出力する入力電圧検出回路と、
前記出力電圧を検出して出力電圧信号を出力する昇圧電圧検出回路と、
前記出力電圧信号を受け、当該出力電圧信号と出力電圧目標値を決定する第１基準電圧との差分を増幅するエラーアンプ部を有すると共に、前記エラーアンプ部の出力と前記入力電圧信号とに基づき、前記出力電圧が前記出力電圧目標値になるように前記主スイッチング素子をオン・オフさせる駆動パルス生成部を有したスイッチング制御回路と、を備えた力率改善回路の起動動作制御方法において、
入力投入後、前記出力電圧信号が上昇し前記入力電圧信号の波高値よりも第３基準電圧だけ低い電圧に達し、合わせて前記入力電圧信号の瞬時値がゼロ電圧に近い第２基準電圧未満になったときに、前記駆動パルス生成部が前記駆動パルスを出力可能な状態にする第１ステップと、
さらに前記出力電圧信号が上昇し、前記入力電圧信号の波高値よりも高く前記第１基準電圧よりも低い第４基準電圧に達すると、前記駆動パルス生成部が前記駆動パルスを出力できない状態にする第２ステップと、
その後、前記出力電圧信号が前記入力電圧信号の波高値よりも高く前記第４基準電圧よりも低い第５基準電圧に達したとき、又は前記出力電圧信号が前記第５基準電圧まで低下しない場合は、前記第１出力監視信号が出力されてから第１基準時間を経過したとき、前記駆動パルス生成部が前記駆動パルスを出力可能な状態にし、次に前記出力電圧信号が上昇して第４基準電圧に達しても前記駆動パルス生成部が前記駆動パルスを出力可能な状態を継続させる第３ステップと、を備えたことを特徴とする力率改善回路の起動動作制御方法。
【請求項７】
前記第３ステップの後、前記出力電圧信号が上昇し、前記第１基準電圧よりも高い第６基準電圧に達したとき、前記駆動パルス生成部が前記駆動パルスを出力できない状態にする第４ステップと、
その後、前記出力電圧信号が前記第５基準電圧よりも高く前記第６基準電圧よりも低い第７基準電圧に低下したとき、前記駆動パルス生成部が前記駆動パルスを出力可能な状態にする第５ステップとを備え、
前記エラーアンプ部の動作によって出力電圧信号が前記第１基準電圧に安定化されるまでの間、上記の第４及び第５ステップを繰り返す請求項６記載の力率改善回路の起動動作制御方法。
【請求項８】
前記出力電圧信号が第１基準電圧に安定化されている定常状態になると、前記第６基準電圧を、それよりも高い第８基準電圧に切り替える第６ステップを備えた請求項７記載の力率改善回路の起動動作制御方法。
【請求項９】
前記第１ステップにおいて、前記駆動パルス生成部が前記駆動パルスを出力可能な状態にすると共に、
アノードが前記整流回路の出力に接続され、カソードが前記整流ダイオードのカソードに接続されたバイパスダイオードと、前記整流ダイオードのカソードと前記平滑コンデンサとの接続点に挿入された突入電流制限抵抗と、前記突入電流制限抵抗に並列接続された短絡スイッチ素子で構成された突入電流防止回路の、前記短絡スイッチ素子をオンさせる請求項６又は７記載の力率改善回路の起動動作制御方法。
【請求項１】
交流の入力電圧を整流して脈流の整流電圧を出力する整流回路と、
一端が前記整流回路の出力に接続されたチョークコイル、前記チョークコイルの他の一端とグランドとの間に接続された主スイッチング素子、前記チョークコイルと前記主スイッチング素子との接続点にアノードが接続された整流ダイオード、及び前記整流ダイオードのカソードとグランドとの間に接続された平滑コンデンサで構成され、前記平滑コンデンサの両端に発生する出力電圧を負荷に電力供給する昇圧チョッパ回路と、
前記整流電圧を検出して入力電圧信号を出力する入力電圧検出回路と、
前記出力電圧を検出して出力電圧信号を出力する昇圧電圧検出回路と、
前記出力電圧信号を受け、当該出力電圧信号と出力電圧目標値を決定する第１基準電圧との差分を増幅するエラーアンプ部を有すると共に、前記エラーアンプ部の出力と前記入力電圧信号に基づき、前記出力電圧が前記出力電圧目標値になるように前記主スイッチング素子をオン・オフさせる駆動パルス生成部を有したスイッチング制御回路と、を備えた力率改善回路において、
前記入力電圧信号の瞬時値がゼロ電圧に近い第２基準電圧未満であることを示す脈流監視信号を出力する脈流監視手段と、
入力投入時、前記出力電圧信号が上昇し、前記入力電圧信号の波高値よりも第３基準電圧だけ低い電圧に達したことを示す差電圧監視信号を出力する差電圧監視手段と、
入力投入時、前記出力電圧信号が上昇し、前記入力電圧信号の波高値よりも高く前記第１基準電圧よりも低い第４基準電圧に達したことを示す第１出力監視信号を出力する第１出力監視手段と、
前記第１出力監視信号が出力された後、前記出力電圧信号が前記入力電圧信号の波高値よりも高く前記第４基準電圧よりも低い第５基準電圧に達したこと、又は前記出力電圧信号が前記第５基準電圧まで低下しないときは、前記第１出力監視信号が出力されてから第１基準時間を経過したこと、のいずれかを示す第２出力監視信号を出力する第２出力監視手段と、
前記脈流監視信号、前記差電圧監視信号、前記第１及び第２出力監視信号を受け、前記スイッチング制御回路の前記駆動パルス生成部に向けて、前記駆動パルスを出力可能な状態にする開始信号、又は前記駆動パルスを出力できない状態にする停止信号を出力する開始・停止判断手段と、が設けられた起動動作制御回路を備え、
前記開始・停止判断手段の出力は、入力投入時は停止信号を出力し、前記差電圧監視信号が出力され前記脈流監視信号も合わせて出力されたときから前記開始信号に切り替わり、第１出力監視信号が出力されると前記停止信号に切り替わり、第２出力監視信号が出力されると前記開始信号に切り替わり、その後、第１出力監視信号が出力されても、前記開始信号を継続して出力することを特徴とする力率改善回路。
【請求項２】
前記スイッチング制御回路には、
入力投入時、前記出力電圧信号が上昇し、前記第１基準電圧よりも高い第６基準電圧に達したことを示す第３出力監視信号を出力する第３出力監視手段と、
前記第３出力監視信号が出力された後、前記出力電圧信号が前記第５基準電圧よりも高く前記第６基準電圧よりも低い第７基準電圧に低下したことを示す第４出力監視信号を出力する第４出力監視手段とが設けられ、
前記駆動パルス生成部は、前記開始・停止判断手段から前記開始信号が出力されているときでも、前記第３出力監視信号が出力されその後第４出力監視信号が出力されるまでの間は、前記駆動パルスを出力することができないように構成されている請求項１記載の力率改善回路。
【請求項３】
前記起動動作制御回路は、マイクロコンピュータ内に一体に設けられ、プログラムの書き換えによって、各手段が有する各基準電圧及び第１基準時間の設定を変更できる請求項１又は２記載の力率改善回路。
【請求項４】
前記出力電圧信号が第１基準電圧に安定化されている定常状態になると、前記第３出力監視手段の前記第６基準電圧が、それよりも高い第８基準電圧に切り替わる請求項１又は３記載の力率改善回路。
【請求項５】
アノードが前記整流回路の出力に接続され、カソードが前記整流ダイオードのカソードに接続されたバイパスダイオードと、前記整流ダイオードのカソードと前記平滑コンデンサとの接続点に挿入された突入電流制限抵抗と、前記突入電流制限抵抗に並列接続された短絡スイッチ素子とを備え、
入力投入時、前記短絡スイッチは、前記差電圧監視信号が出力され、合わせて前記脈流監視信号と出力され、その結果、前記開始・停止判断手段が開始信号を出力したときにオンに切り替わる請求項１乃至３のいずれか記載の力率改善回路。
【請求項６】
交流の入力電圧を整流して脈流の整流電圧を出力する整流回路と、
一端が整流回路１４の出力に接続されたチョークコイル、前記チョークコイルの他の一端とグランドとの間に接続された主スイッチング素子、前記チョークコイルと前記主スイッチング素子との接続点にアノードが接続された整流ダイオード、及び、前記整流ダイオードのカソードとグランドとの間に接続された平滑コンデンサで構成され、前記平滑コンデンサの両端に発生する出力電圧を負荷に電力供給する昇圧チョッパ回路と、
前記整流電圧を検出して入力電圧信号を出力する入力電圧検出回路と、
前記出力電圧を検出して出力電圧信号を出力する昇圧電圧検出回路と、
前記出力電圧信号を受け、当該出力電圧信号と出力電圧目標値を決定する第１基準電圧との差分を増幅するエラーアンプ部を有すると共に、前記エラーアンプ部の出力と前記入力電圧信号とに基づき、前記出力電圧が前記出力電圧目標値になるように前記主スイッチング素子をオン・オフさせる駆動パルス生成部を有したスイッチング制御回路と、を備えた力率改善回路の起動動作制御方法において、
入力投入後、前記出力電圧信号が上昇し前記入力電圧信号の波高値よりも第３基準電圧だけ低い電圧に達し、合わせて前記入力電圧信号の瞬時値がゼロ電圧に近い第２基準電圧未満になったときに、前記駆動パルス生成部が前記駆動パルスを出力可能な状態にする第１ステップと、
さらに前記出力電圧信号が上昇し、前記入力電圧信号の波高値よりも高く前記第１基準電圧よりも低い第４基準電圧に達すると、前記駆動パルス生成部が前記駆動パルスを出力できない状態にする第２ステップと、
その後、前記出力電圧信号が前記入力電圧信号の波高値よりも高く前記第４基準電圧よりも低い第５基準電圧に達したとき、又は前記出力電圧信号が前記第５基準電圧まで低下しない場合は、前記第１出力監視信号が出力されてから第１基準時間を経過したとき、前記駆動パルス生成部が前記駆動パルスを出力可能な状態にし、次に前記出力電圧信号が上昇して第４基準電圧に達しても前記駆動パルス生成部が前記駆動パルスを出力可能な状態を継続させる第３ステップと、を備えたことを特徴とする力率改善回路の起動動作制御方法。
【請求項７】
前記第３ステップの後、前記出力電圧信号が上昇し、前記第１基準電圧よりも高い第６基準電圧に達したとき、前記駆動パルス生成部が前記駆動パルスを出力できない状態にする第４ステップと、
その後、前記出力電圧信号が前記第５基準電圧よりも高く前記第６基準電圧よりも低い第７基準電圧に低下したとき、前記駆動パルス生成部が前記駆動パルスを出力可能な状態にする第５ステップとを備え、
前記エラーアンプ部の動作によって出力電圧信号が前記第１基準電圧に安定化されるまでの間、上記の第４及び第５ステップを繰り返す請求項６記載の力率改善回路の起動動作制御方法。
【請求項８】
前記出力電圧信号が第１基準電圧に安定化されている定常状態になると、前記第６基準電圧を、それよりも高い第８基準電圧に切り替える第６ステップを備えた請求項７記載の力率改善回路の起動動作制御方法。
【請求項９】
前記第１ステップにおいて、前記駆動パルス生成部が前記駆動パルスを出力可能な状態にすると共に、
アノードが前記整流回路の出力に接続され、カソードが前記整流ダイオードのカソードに接続されたバイパスダイオードと、前記整流ダイオードのカソードと前記平滑コンデンサとの接続点に挿入された突入電流制限抵抗と、前記突入電流制限抵抗に並列接続された短絡スイッチ素子で構成された突入電流防止回路の、前記短絡スイッチ素子をオンさせる請求項６又は７記載の力率改善回路の起動動作制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２２９２３３（Ｐ２０１１−２２９２３３Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９５００１（Ｐ２０１０−９５００１）
【出願日】平成２２年４月１６日（２０１０．４．１６）
【出願人】（０００１０３２０８）コーセル株式会社 (80)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１６日（２０１０．４．１６）
【出願人】（０００１０３２０８）コーセル株式会社 (80)
【Ｆターム（参考）】
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