直流電源装置
【課題】リアクトルの出力を短絡するスイッチ素子の導通・遮断タイミングを適正に設定して高調波の発生を抑制することのできる直流電源装置を提供する。
【解決手段】スイッチ素子の導通タイミングから制御周期の初期において前記リアクトルからの出力電流が零である第１のオフ期間を求めると共に、前記スイッチ素子を遮断した後に前記リアクトルから出力される電流が零となるタイミングから前記周期の終期において前記リアクトルからの出力電流が零である第２のオフ期間を求め（第１の手段）、第２のオフ期間に基づいて設定される目標オフ期間に前記第１のオフ期間が近付くように前記スイッチ素子の導通タイミングを修正して前記第１の手段を再起動して、前記第１のオフ期間と前記目標オフ期間とが一致するように前記スイッチ素子の導通タイミングを決定する（第２の手段）。
【解決手段】スイッチ素子の導通タイミングから制御周期の初期において前記リアクトルからの出力電流が零である第１のオフ期間を求めると共に、前記スイッチ素子を遮断した後に前記リアクトルから出力される電流が零となるタイミングから前記周期の終期において前記リアクトルからの出力電流が零である第２のオフ期間を求め（第１の手段）、第２のオフ期間に基づいて設定される目標オフ期間に前記第１のオフ期間が近付くように前記スイッチ素子の導通タイミングを修正して前記第１の手段を再起動して、前記第１のオフ期間と前記目標オフ期間とが一致するように前記スイッチ素子の導通タイミングを決定する（第２の手段）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リアクトル入力型の直流電源装置に係り、特にリアクトルの出力を短絡制御するスイッチ素子の動作タイミングを、交流電力の仕様の違い等に拘わりなく適正に設定することのできる直流電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リアクトル入力型の直流電源装置は、基本的には図１に示すように交流電力を全波整流する整流器１と、この整流器１の一方の出力端に接続された誘導性素子であるリアクトル２と、このリアクトル２からの出力を平滑化して負荷ＲＬに供給するコンデンサ３を主体として構成される。またこの種の直流電源装置における高調波の発生を抑制するべく、前記リアクトル２と前記コンデンサ３との間に逆流防止用のダイオード４を直列に介装すると共に、前記リアクトル２と前記整流器１の他方の出力端との間にＩＧＢＴやＭＯＳトランジスタ等のスイッチ素子５を設け、その動作周期に同期させて上記スイッチ素子５を導通（オン）させて前記リアクトル２の出力を短絡することも提唱されている［例えば特許文献１等を参照］。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２７６３４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで前述したスイッチ素子５は、前記リアクトル２の出力の短絡制御によって前記リアクトル２からダイオード４を介してコンデンサ３に出力される電流波形を正弦波に近付け、これによって高調波の発生を抑制する役割を担う。しかしながら前記電流波形を正弦波に近付け得るか否かは前記スイッチ素子５の導通・遮断タイミングに大きく左右される。しかも前記スイッチ素子５の最適な導通・遮断タイミングは、交流電源の仕様（電圧・周波数）や負荷の状況等によって変化する。これ故、予めこの種の直流電源装置の使用条件を想定して前記スイッチ素子５の幾つかの導通・遮断タイミングを求めておき、これを選択的に用いて前記スイッチ素子５を導通・遮断制御しても、種々の使用条件に応じて動作条件の最適化を図ることが困難であった。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、交流電力の仕様の違いや負荷の状態等に拘わりなく、リアクトルの出力を短絡するスイッチ素子の導通・遮断タイミングを適正に設定して高調波の発生を抑制することのできる直流電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した目的を達成するべく本発明に係る直流電源装置は、リアクトルから出力されてダイオードを介して負荷に供給される電流、およびスイッチ素子にて短絡される電流に着目し、電流が流れない期間に基づく演算処理によって前記スイッチ素子を導通・遮断する適正なタイミングを決定することで、交流電力の仕様の違いや負荷の状態等に拘わりなく高調波の発生を効果的に抑制するようにしたものである。
【０００７】
即ち、本発明に係る直流電源装置は、整流器にて全波整流された電力をリアクトルに入力し、このリアクトルからの出力電流を逆流防止用ダイオードを介してコンデンサに導いて平滑化した後に負荷に供給する手段、および前記全波整流された電力の周期に同期して前記リアクトルの出力を短絡して高調波の発生を抑制するスイッチ素子を備えたものであって、特に
前記リアクトルから出力される電流を逐次検出する電流検出手段を備え、
前記スイッチ素子を導通・遮断制御するスイッチ制御手段は、
前記スイッチ素子の導通タイミングから前記周期の初期において前記リアクトルからの出力電流が零である第１のオフ期間を求めると共に、前記スイッチ素子を遮断した後に前記リアクトルから出力される電流が零となるタイミングから前記周期の終期において前記リアクトルからの出力電流が零である第２のオフ期間を求める第１の手段と、
前記第２のオフ期間に基づいて設定される目標オフ期間に前記第１のオフ期間が近付くように前記スイッチ素子の導通タイミングを修正して前記第１の手段を再起動して、前記第１のオフ期間と前記目標オフ期間とが一致するように前記スイッチ素子の導通タイミングを決定する第２の手段とを具備したことを特徴としている。
【０００８】
ちなみに前記目標オフ期間は、例えば前記第２のオフ期間に所定の係数を乗じて設定される。また前記スイッチ制御手段は、前記整流器に入力される交流テ電源における交流電圧の零クロス点の検出タイミングを開始点として前記スイッチ素子の導通・遮断タイミングを制御するように構成される。
尚、前記スイッチ素子の遮断タイミングについては、例えば前記リアクトルから出力される電流が、予め設定された電流閾値を越えるタイミングとして設定するようにし、好ましくは前記電流閾値を、例えば前記リアクトルから１動作周期に亘って負荷に出力される電流量に基づいて等価的に求めた前記１動作周期分の目標電流波形（正弦波）に、所定の係数を乗じた電流波形（正弦波）として求めておくようにすれば良い。或いは前記スイッチ素子の遮断タイミングを、前記負荷に供給される直流電圧が、予め設定された目標直流電圧となるように調整して決定するようにしても良い。
【発明の効果】
【０００９】
このような構成の直流電源装置によれば、リアクトルから出力される電流、特にダイオードを介してコンデンサに供給される電流が零となる期間に基づいて、所定の演算処理によって前記スイッチ素子を導通タイミングを適正に設定し、また前記スイッチ素子の遮断タイミングについても前記スイッチ素子にて短絡される電流に基づいて適正に設定することができる。即ち、スイッチ素子の導通・遮断タイミングを、交流電源の仕様や直流電源装置の使用状況等に応じて適切に、しかも簡易に設定することができる。従って交流電源の仕様の違いや負荷の状態等に拘わりなく高調波の発生を効果的に抑制することが可能となる。
【００１０】
またスイッチ素子の導通・遮断タイミングを予め標準的に設定しておいても、本装置の使用状況に応じて実際にリアクトルから出力される電流に応じて前記スイッチ素子の導通タイミングおよび遮断タイミングが徐々に修正されてその適正化が行われるので、種々の使用環境に応じて高調波の発生を効果的に抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る直流電源装置の概略構成図。
【図２】直流電源装置の基本的な動作を説明するための動作波形図。
【図３】本発明に係る直流電源装置におけるスイッチ素子の導通・遮断に伴う動作を説明するための図。
【図４】本発明の一実施形態に係る直流電源装置における初期設定処理手順の一例を示す図。
【図５】本発明の一実施形態に係る直流電源装置におけるスイッチ素子の導通タイミングおよび遮断タイミングの設定処理手順の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る直流電源装置について説明する。
この直流電源装置は、いわゆるリアクトル入力型のものであって、基本的には図１に示すように交流電力を全波整流する整流器１と、この整流器１の一方の出力端［＋］に一端を接続した誘導性素子であるリアクトル２と、このリアクトル２の他端と前記整流器１の他方の出力端［−］との間に接続されて該リアクトル２からの出力電流を平滑化して負荷ＲＬに供給するコンデンサ３を主体として構成される。また前記リアクトル２の他端と前記コンデンサ３との間には逆流防止用のダイオード４が直列に介装されており、更に前記リアクトル２の他端と前記整流器１の他方の出力端［−］との間には、リアクトル２を短絡して前記負荷側への電流供給を遮断するスイッチ素子５が接続されている。このスイッチ素子５は、スイッチ制御部（スイッチ制御手段）６によって導通・遮断制御（オン・オフ制御）されるＩＧＢＴやＭＯＳトランジスタからなる。
【００１３】
尚、前記スイッチ制御部６は、基本的には零クロス検出器７にて検出される前記交流電源の零クロス点を同期基準タイミングとして前記スイッチ素子５を所定のタイミングで導通・遮断制御する役割を担う。ちなみに従来の直流電源装置におけるスイッチ制御部６においては、一般的には前記スイッチ素子５の導通・遮断（オン・オフ）タイミングを、その電源仕様に合わせて固定的に設定したり、或いは予め準備した複数種の導通・遮断（オン・オフ）タイミングの中の１つを、負荷の仕様や電源装置の使用状況に応じて選択的に設定するものとなっている。
【００１４】
この点、この実施形態に係る直流電源装置においては、前記整流器１の他方の出力端［−］側にシャント抵抗８が直列に介挿されており、前記スイッチ制御部６は上記シャント抵抗８を介して検出される前記リアクトル２の出力電流に応じて、後述するように前記スイッチ素子５の導通タイミングＴonおよび遮断タイミングＴoffをそれぞれ適正に設定するものとなっている。尚、シャント抵抗８を介して検出される電流Ｉは、前記スイッチ素子５の導通時には該スイッチ素子５を介して短絡された前記リアクトル２からの出力電流であり、前記スイッチ素子５の遮断時には前記リアクトル２から前記ダイオード４を介してコンデンサ３に、ひいては負荷ＲＬ側に供給された電流である。
【００１５】
ここで先ず前記直流電源装置の基本的な動作について説明すると、整流器１を介して全波整流されて前記リアクトル２に入力される入力電圧Ｖinは、図２に示すように交流電源の零クロス点を節目（基準点）とする半周期の正弦波（プラス成分）であり、その周期Ｔは交流電圧波形の周期の１／２倍となる。そしてスイッチ素子５が定常的に遮断状態であるとすると、前記リアクトル２を介して流れ込む入力電流Ｉinは、図２に示すように入力電圧Ｖinがコンデンサ３の充電電圧（平滑化された出力電圧Ｖout）を上回る時点から該コンデンサ３を充電するように徐々に増加した後、入力電圧Ｖinの低下に伴って減少して該入力電圧Ｖinが前記コンデンサ３の充電電圧まで低下したときに零となる。
【００１６】
これに対して前記スイッチ素子５を予め設定したタイミングで導通・遮断制御すると、リアクトル２を介して流れ込む入力電流Ｉinは、図３に示すようにスイッチ素子５が導通した時点Ｔonから流れ始めて徐々に増大し、前記スイッチ素子５が遮断した時点Ｔoffから前記ダイオード４を介してコンデンサ３を充電するように流れ込む。尚、スイッチ素子５が導通状態にある場合（オン期間）には、入力電流Ｉinの全てがスイッチ素子５を介して短絡されるので、前記ダイオード４を介してコンデンサ３（負荷ＲＬ側）に供給されることはない。この際、リアクトル２を介して流れ込む入力電流Ｉinが、できる限り正弦波に近くなるようにすれば高調波の発生を抑制することができ、従ってこのような正弦波に近い入力電流Ｉinを得るには前述したスイッチ素子５の導通タイミングＴonと遮断タイミングＴoffとをそれぞれ適正に設定することが重要となる。
【００１７】
そこで本発明においては、前記リアクトル２から出力される電流Ｉの前記周期Ｔに亘る平均的な電流Ｉaveに着目して前記スイッチ素子５の遮断タイミングＴoffを設定すると共に、前記スイッチ素子５を遮断した後に前記電流Ｉが零となるタイミングに基づいて前記スイッチ素子５の導通タイミングＴonを適正設定するようにしている。ちなみに前記リアクトル２から出力される電流Ｉの周期Ｔに亘る平均的な入力電流Ｉaveとは、図２に示すように周期Ｔ内におけるリアクトル２からの出力電流Ｉの積分値である電流量ΣＩが、その入力電圧Ｖinに応じてリアクトル２に平均的に入力する電流（半周期の正弦波）として定義されるもので、その電流量ΣＩaveは前記電流量ΣＩ等しく定められる。
【００１８】
即ち、この実施形態においては，前記スイッチ素子５の導通によってリアクトル２から出力される電流Ｉが、前記平均電流Ｉaveに所定の係数α（＞１）を乗じて設定された図３に示すように閾値電流Ｉthを上回るタイミングを前記スイッチ素子５の遮断タイミングＴoffとして設定するものとなっている。即ち、スイッチ素子５の導通によってリアクトル２からの電流Ｉの出力が開始され、その出力電流Ｉが徐々に増大する。そして或る程度の電流Ｉが大きくなった時点で前記スイッチ素子５を遮断すれば、その後はリアクトル２からダイオード４を介してコンデンサ３に流れ込む電流Ｉが継続して出力されることに着目し、リアクトル２から出力される電流Ｉの大きさに基づいて前記スイッチ素子５に遮断タイミングＴoffを設定するものとなっている。
【００１９】
また前記スイッチ素子５の導通タイミングＴonを適正に設定するべく、先ず仮に設定した前記スイッチ素子５の導通タイミングＴonから前記周期Ｔの初期時に入力電流Ｉinが零のまま維持される第１のオフ期間Ｔ１を求めると共に、前記スイッチ素子５を遮断した後に前記入力電流Ｉin（ダイオード４を介してコンデンサ３に供給される電流）が零となるタイミングＴendから前記周期Ｔの終期時において入力電流Ｉinが零となる第２のオフ期間Ｔ２を求めている［第１の手段］。
【００２０】
そして上述した如く求めた第２のオフ期間Ｔ２に基づいて初期時の目標オフ期間Ｔ３を設定し、この目標オフ期間Ｔ３に近付くように前記第１のオフ期間Ｔ１を、具体的には前記スイッチ素子５の導通タイミングＴonを変更する［第２の手段］。するとスイッチ素子５の導通タイミングＴonの変更に伴って前記リアクトル２から出力される電流Ｉが前述した閾値電流Ｉthを上回るタイミングが変化し、これによってスイッチ素子５の遮断タイミングＴoffも変化する。この結果、前記スイッチ素子５を遮断した後に前記リアクトル２からダイオード４を介してコンデンサ３に供給される電流（出力電流Ｉ）が零となるタイミングＴendも変化し、これに伴って前記第２のオフ期間T２も変化する。
【００２１】
そこでスイッチ素子５の導通タイミングＴonを変更した条件下において前述した第１の手段での処理を再度実行させ［第２の手段］、前記第２のオフ期間Ｔ２を求め直して新たな目標オフ期間Ｔ３を設定する。そして上述した処理を繰り返し実行することで、前記第１のオフ期間Ｔ１を新たに求められる目標オフ期間Ｔ３に徐々に収束させ、これによって前記スイッチ素子５の導通タイミングＴonの適正化を図り、同時に前記スイッチ素子５の遮断タイミングＴoffの適正化を図るものとなっている。
【００２２】
図４はこのようにして前記スイッチ素子５の導通タイミングＴonおよび遮断タイミングＴoffを図るように構成された本発明に係る直流電源装置での初期設定処理手順の一例を示している。この初期設定処理は、交流電圧波形の周期に基づいて前記スイッチ素子５の制御周期Ｔを決定すると共に、リアクトル２からの出力電流Ｉに基づいて該リアクトル２に入力される前述した平均電流Ｉaveを算出し、更にこの平均電流Ｉaveに基づいて前記スイッチ素子５の遮断タイミングＴoffを決定するための閾値電流Ｉthを設定する処理手続からなる。
【００２３】
スイッチ素子５の制御周期Ｔは、基本的には前述した零クロス検出器７によって検出される交流電圧の零クロス点の周期として決定される。ちなみに交流電源の周波数は長期的には略一定に保たれるが、短期化的には多少の揺らぎ（変動）があり、換言すれば交流電圧の周期自体、多少の揺らぎ（変動）がある。また直流電源装置を使用する地域や国によって交流電源の周波数自体が異なることもあり、電源周波数の安定度も一様であるとは言い難い。
【００２４】
そこでこの実施形態においては、先ず交流電源の周期の変動に左右されることなく前記スイッチ素子５の制御周期Ｔを安定的に設定するべく、前記零クロス検出器７によりＮ回（例えば５０回）に亘って検出される零クロス点の周期の平均値として前記スイッチ素子５の制御周期Ｔを決定している。具体的には周期検出のパラメータｎを零［０］に初期設定し〈ステップＳ１〉、この制御パラメータｎを歩進（インクリメント）しながら〈ステップＳ２〉、前記零クロス検出器７にて検出される交流電圧の零クロス点間の期間Ｔn（ｎ＝１〜Ｎ）を検出する〈ステップＳ３〉。そして検出した期間（零クロス周期）Ｔnが予め定めた範囲Ｔmin〜Ｔmaxの範囲内に含まれるか否かを判定し〈ステップＳ４〉、上記範囲を逸脱する場合には取得したデータ（検出した期間Ｔn）を廃棄する〈ステップＳ５〉。この処理をＮ個のデータ（検出した期間Ｔn）が得られるまで繰り返し実行し〈ステップＳ６〉、これらのＮ個のデータの平均値を前記スイッチ素子５の制御周期Ｔとして設定する〈ステップＳ７〉。
【００２５】
尚、前述した零クロス周期Ｔnの判定範囲については、交流電源の周波数が標準的に５０Ｈzまたは６０Ｈzであることを考慮して、例えば電源周波数が６５Ｈzを越えるときの最小周期１５.３８５ｍSec、および電源周波数が４５Ｈzに満たないときの最大周期２２.２２２ｍSecとして設定すれば十分である。また前述したようにして零クロス入力の平均値を求めることに代えて、フィルタリング処理により平均的な零クロス周期Ｔnを求め、これを前記スイッチ素子５の制御周期Ｔとして設定するようにしても良い。
【００２６】
しかる後、前記スイッチ素子５の遮断タイミングＴoffを規定する為の閾値電流Ｉthを設定する。この処理は、前記スイッチ素子５を定常的に遮断状態に設定し（導通・遮断制御なし）、リアクトル２からの出力電流Ｉの全てがダイオード４を介してコンデンサ３（負荷ＲＬ側）に供給されるような理想的条件を設定して行われる〈ステップＳ１１〉。そしてこの状態において前述した如く設定された周期Ｔに亘って出力電流Ｉ（ダイオード４を介して流れる電流Ｉd）を前記シャント抵抗８を介して逐次検出する〈ステップＳ１２〉。この電流検出は、例えば１００〜２００μSecのサンプリング周期で実行される。
【００２７】
次いで、周期Ｔに亘って検出した出力電流Ｉ（ダイオード４を介して流れる電流Ｉd）の積分値ΣＩに基づいて、入力電圧Ｖinに応じて前記周期Ｔに亘って正弦波を描いて前記リアクトル２に平均的に入力される平均電流Ｉaveを求める〈ステップＳ１３〉。尚、出力電流Ｉの積分値ΣＩを求めることに代えて、周期Ｔに亘る出力電流Ｉの平均値を求め、この出力電流Ｉの平均値に基づいて前記周期Ｔに亘って正弦波を描いて前記リアクトル２に平均的に入力される平均電流Ｉaveを求めることも可能である。
【００２８】
そしてこの平均電流Ｉaveに基づいて、前記スイッチ素子５の遮断タイミングＴoffを規定する為の閾値電流Ｉthを、例えば
Ｉth ＝ α・Ｉave
として設定する〈ステップＳ１４〉。但し、上記係数αは、スイッチ素子５の導通・遮断制御に伴って前記ダイオード４を介してコンデンサ３に供給されることなく、該スイッチ素子５を介して短絡される電流Ｉs分を見込んで、例えば［１.１］〜［１.３］程度の値として設定される。
【００２９】
以上のようにして初期設定処理を終了したならば、次に図５に示す処理手順に従って前記スイッチ素子５を導通させるタイミングＴonおよび該スイッチ素子５を遮断するタイミングＴoffを設定する。具体的には先ず前記スイッチ素子５を導通させるタイミングＴonを仮設定し〈ステップＳ２１〉、前述した零クロスの周期Ｔに同期させて上記タイミングＴonにてスイッチ素子５を導通させる〈ステップＳ２２〉。つまり周期Ｔの初期時においてリアクトル２からの出力電流Ｉを零とする第１のオフ期間Ｔ１が経過した後、スイッチ素子５を導通させる。上記仮設定する導通タイミングＴon（第１のオフ期間Ｔ１）については、従来一般的な直流電源装置において固定的（標準的）に設定される導通タイミングとして定めても良いが、交流電圧の零クロス点として設定することも可能である。
【００３０】
そしてこのときに前記リアクトル２から出力される電流Ｉ（スイッチ素子５を介して流れる短絡電流Ｉs）を前記シャント抵抗８を介して検出し〈ステップＳ２３〉、この電流Ｉが前述した閾値電流Ｉthを越えるか否かを判定する〈ステップＳ２４〉。この判定処理は、シャント抵抗８を介して検出される電流Ｉが前記閾値電流Ｉthを越えるまで繰り返し行われる。そして電流Ｉが前記閾値電流Ｉthを越えたときに前記スイッチ素子５の遮断すると共に〈ステップＳ２５〉、その検出タイミングを前記スイッチ素子５の遮断タイミングＴoffとして仮設定する〈ステップＳ２６〉。
【００３１】
尚、上述した判定に用いられる閾値電流Ｉthは、図３に示すように零クロス点に同期した周期Ｔ内において、その時間経過と共に正弦波を描いて変化する。従って前述した零クロス点に同期させて前記周期Ｔに亘って半周期の正弦波を描く閾値電流Ｉthを生成しながら、前記周期Ｔに亘って逐次検出される電流Ｉと比較し、その検出電流Ｉが閾値電流Ｉthを越えるか否かを判定するようにすれば良い。
【００３２】
このようにしてスイッチ素子５を遮断したならば、次に前記リアクトル２から出力されて前記ダイオード４を通してコンデンサ３に供給される電流Ｉ（ダイオード４に流れる電流Ｉd）を、前記シャント抵抗８を介して検出しながら〈ステップＳ２６〉、その電流Ｉが零［０］になるか否かを繰り返し判定し〈ステップＳ２７〉、ダイオード４を通して流れる電流Ｉが零［０］となるタイミングＴendを検出する〈ステップＳ２８〉。そしてこの検出タイミングＴendに基づいて、前記周期Ｔの後期において前記リアクトル２から出力される電流Ｉが零となる第２のオフ期間Ｔ２を求め〈ステップＳ２９〉、この第２のオフ期間Ｔ２に基づいて前記周期Ｔの初期時において前記リアクトル２からの出力電流Ｉを零としておくべき目標オフ期間Ｔ３を設定する〈ステップＳ３０〉。
【００３３】
この目標オフ期間Ｔ３は、周期Ｔ内におけるリアクトル２の出力電流Ｉが、なるべく半周期の正弦波に近くなるような期間として設定されるもので、例えば
Ｔ３ ＝ β・Ｔ２
として設定される。但し、上記係数βは、スイッチ素子５の導通時に該スイッチ素子５を介して流れる前記リアクトル２からの出力電流Ｉsの変化と、スイッチ素子５を遮断したときに前記ダイオード４を介して流れる前記リアクトル２からの出力電流Ｉdの変化との違いを配慮して、例えば［０.５］〜［０.９］程度の値として設定される。
【００３４】
そして前述した第１のオフ期間Ｔ１が上述した如く設定される目標オフ期間Ｔ３と等しいか否かを判定し〈ステップＳ３１〉、これらの期間Ｔ１,Ｔ２が異なる場合には、前記第１のオフ期間Ｔ１を前記目標オフ期間Ｔ３に近付けるべく前記スイッチ素子５の導通タイミングＴonを修正する〈ステップＳ３２〉。そして修正した導通タイミングＴonの下で前記スイッチ素子５を導通制御することで、再度、ステップＳ２３からの処理を繰り返し実行する。上記スイッチ素子５の導通タイミングＴonの修正については、先に設定されている導通タイミングＴonを所定時間Δｔずつシフトするようにすれば良い。
【００３５】
このようにしてスイッチ素子５の導通タイミングＴonを修正すると、これに伴ってリアクトル２からスイッチ素子５を介して電流が出力されるタイミングが変化するので、その出力電流Ｉが前述した閾値電流Ｉthを越えるタイミングも変化する。そしてこれに伴ってスイッチ素子５の遮断タイミングＴoffも変化するので、更にダイオード４を介して流れる電流Iが零［０］となるタイミングＴendも変化する。従ってこれに伴って前述した第２のオフ期間Ｔ２が変化し、更には目標オフ期間Ｔ３も変化する。そして新たに設定された目標オフ期間Ｔ３の下で前述した如く設定したスイッチ素子５の導通タイミングＴonが適正であるか否かの判定が行われ、第１の期間Ｔ１が目標オフ期間Ｔ３に収束するまで前述した処理が繰り返し実行される。
【００３６】
そして第１の期間Ｔ１が目標オフ期間Ｔ３に収束したとき〈ステップＳ３２〉、そのときに仮設定されているスイッチ素子５の導通タイミングＴonと該スイッチ素子５の遮断タイミングＴoffとを、リアクトル２から出力電流Ｉをバランス良く半周期の正弦波に近付けて高調波の発生を効果的に抑制し得る制御タイミングとして決定し、これを定常的に出力する〈ステップＳ３２〉。
【００３７】
このようにしてスイッチ素子５の導通タイミングＴonとその遮断タイミングＴoffとを設定する本直流電源装置によれば、リアクトル２から出力される電流波形をバランス良く半周期の正弦波に近付けることができるので、高調波の発生を効果的に抑制することができる。しかも交流電源の周波数（周期）が不明であっても、またその周波数（周期）の変動が大きい場合でも、或いは負荷ＲＬの違いに起因してその動作条件が大きく変化するような場合であっても、スイッチ素子５の導通・遮断タイミングＴon,Ｔoffを簡易に、しかも効果的に適正設定することができる。従って種々の条件下で使用されるリアクトル入力型の直流電源装置における高調波の発生を抑える上で、その実用的利点が多大である。
【００３８】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。実施形態においては、リアクトル２からの出力電流Ｉから該リアクトル２に入力される平均電流Ｉaveを求め、この平均電流Ｉaveに基づいて設定した閾値電流Ｉthの下でスイッチ素子５の遮断タイミングＴoffを設定するようにしたが、コンデンサ３を介して平滑化された出力電圧Ｖoutに着目してスイッチ素子５の遮断タイミングＴoffを設定することも可能である。具体的にはコンデンサ３にて平滑化されて負荷ＲＬに出力される電圧Ｖoutを検出し、この出力電圧Ｖoutが前記負荷ＲＬの仕様等によって定まる目標出力電圧に近付くように前記スイッチ素子５の遮断タイミングＴoffを修正する。そしてこの修正処理を繰り返し実行することで、該スイッチ素子５の遮断タイミングＴoffを最適なタイミングに収束させるようにすれば良い。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１ 整流器
２ リアクトル
３ コンデンサ
４ ダイオード（逆流防止用）
５ スイッチ素子（ＩＧＢＴやＭＯＳトランジスタ）
６ スイッチ制御部
７ 零クロス検出器
８ シャント抵抗（電流検出手段）
ＲＬ 負荷
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リアクトル入力型の直流電源装置に係り、特にリアクトルの出力を短絡制御するスイッチ素子の動作タイミングを、交流電力の仕様の違い等に拘わりなく適正に設定することのできる直流電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リアクトル入力型の直流電源装置は、基本的には図１に示すように交流電力を全波整流する整流器１と、この整流器１の一方の出力端に接続された誘導性素子であるリアクトル２と、このリアクトル２からの出力を平滑化して負荷ＲＬに供給するコンデンサ３を主体として構成される。またこの種の直流電源装置における高調波の発生を抑制するべく、前記リアクトル２と前記コンデンサ３との間に逆流防止用のダイオード４を直列に介装すると共に、前記リアクトル２と前記整流器１の他方の出力端との間にＩＧＢＴやＭＯＳトランジスタ等のスイッチ素子５を設け、その動作周期に同期させて上記スイッチ素子５を導通（オン）させて前記リアクトル２の出力を短絡することも提唱されている［例えば特許文献１等を参照］。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２７６３４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで前述したスイッチ素子５は、前記リアクトル２の出力の短絡制御によって前記リアクトル２からダイオード４を介してコンデンサ３に出力される電流波形を正弦波に近付け、これによって高調波の発生を抑制する役割を担う。しかしながら前記電流波形を正弦波に近付け得るか否かは前記スイッチ素子５の導通・遮断タイミングに大きく左右される。しかも前記スイッチ素子５の最適な導通・遮断タイミングは、交流電源の仕様（電圧・周波数）や負荷の状況等によって変化する。これ故、予めこの種の直流電源装置の使用条件を想定して前記スイッチ素子５の幾つかの導通・遮断タイミングを求めておき、これを選択的に用いて前記スイッチ素子５を導通・遮断制御しても、種々の使用条件に応じて動作条件の最適化を図ることが困難であった。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、交流電力の仕様の違いや負荷の状態等に拘わりなく、リアクトルの出力を短絡するスイッチ素子の導通・遮断タイミングを適正に設定して高調波の発生を抑制することのできる直流電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した目的を達成するべく本発明に係る直流電源装置は、リアクトルから出力されてダイオードを介して負荷に供給される電流、およびスイッチ素子にて短絡される電流に着目し、電流が流れない期間に基づく演算処理によって前記スイッチ素子を導通・遮断する適正なタイミングを決定することで、交流電力の仕様の違いや負荷の状態等に拘わりなく高調波の発生を効果的に抑制するようにしたものである。
【０００７】
即ち、本発明に係る直流電源装置は、整流器にて全波整流された電力をリアクトルに入力し、このリアクトルからの出力電流を逆流防止用ダイオードを介してコンデンサに導いて平滑化した後に負荷に供給する手段、および前記全波整流された電力の周期に同期して前記リアクトルの出力を短絡して高調波の発生を抑制するスイッチ素子を備えたものであって、特に
前記リアクトルから出力される電流を逐次検出する電流検出手段を備え、
前記スイッチ素子を導通・遮断制御するスイッチ制御手段は、
前記スイッチ素子の導通タイミングから前記周期の初期において前記リアクトルからの出力電流が零である第１のオフ期間を求めると共に、前記スイッチ素子を遮断した後に前記リアクトルから出力される電流が零となるタイミングから前記周期の終期において前記リアクトルからの出力電流が零である第２のオフ期間を求める第１の手段と、
前記第２のオフ期間に基づいて設定される目標オフ期間に前記第１のオフ期間が近付くように前記スイッチ素子の導通タイミングを修正して前記第１の手段を再起動して、前記第１のオフ期間と前記目標オフ期間とが一致するように前記スイッチ素子の導通タイミングを決定する第２の手段とを具備したことを特徴としている。
【０００８】
ちなみに前記目標オフ期間は、例えば前記第２のオフ期間に所定の係数を乗じて設定される。また前記スイッチ制御手段は、前記整流器に入力される交流テ電源における交流電圧の零クロス点の検出タイミングを開始点として前記スイッチ素子の導通・遮断タイミングを制御するように構成される。
尚、前記スイッチ素子の遮断タイミングについては、例えば前記リアクトルから出力される電流が、予め設定された電流閾値を越えるタイミングとして設定するようにし、好ましくは前記電流閾値を、例えば前記リアクトルから１動作周期に亘って負荷に出力される電流量に基づいて等価的に求めた前記１動作周期分の目標電流波形（正弦波）に、所定の係数を乗じた電流波形（正弦波）として求めておくようにすれば良い。或いは前記スイッチ素子の遮断タイミングを、前記負荷に供給される直流電圧が、予め設定された目標直流電圧となるように調整して決定するようにしても良い。
【発明の効果】
【０００９】
このような構成の直流電源装置によれば、リアクトルから出力される電流、特にダイオードを介してコンデンサに供給される電流が零となる期間に基づいて、所定の演算処理によって前記スイッチ素子を導通タイミングを適正に設定し、また前記スイッチ素子の遮断タイミングについても前記スイッチ素子にて短絡される電流に基づいて適正に設定することができる。即ち、スイッチ素子の導通・遮断タイミングを、交流電源の仕様や直流電源装置の使用状況等に応じて適切に、しかも簡易に設定することができる。従って交流電源の仕様の違いや負荷の状態等に拘わりなく高調波の発生を効果的に抑制することが可能となる。
【００１０】
またスイッチ素子の導通・遮断タイミングを予め標準的に設定しておいても、本装置の使用状況に応じて実際にリアクトルから出力される電流に応じて前記スイッチ素子の導通タイミングおよび遮断タイミングが徐々に修正されてその適正化が行われるので、種々の使用環境に応じて高調波の発生を効果的に抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る直流電源装置の概略構成図。
【図２】直流電源装置の基本的な動作を説明するための動作波形図。
【図３】本発明に係る直流電源装置におけるスイッチ素子の導通・遮断に伴う動作を説明するための図。
【図４】本発明の一実施形態に係る直流電源装置における初期設定処理手順の一例を示す図。
【図５】本発明の一実施形態に係る直流電源装置におけるスイッチ素子の導通タイミングおよび遮断タイミングの設定処理手順の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る直流電源装置について説明する。
この直流電源装置は、いわゆるリアクトル入力型のものであって、基本的には図１に示すように交流電力を全波整流する整流器１と、この整流器１の一方の出力端［＋］に一端を接続した誘導性素子であるリアクトル２と、このリアクトル２の他端と前記整流器１の他方の出力端［−］との間に接続されて該リアクトル２からの出力電流を平滑化して負荷ＲＬに供給するコンデンサ３を主体として構成される。また前記リアクトル２の他端と前記コンデンサ３との間には逆流防止用のダイオード４が直列に介装されており、更に前記リアクトル２の他端と前記整流器１の他方の出力端［−］との間には、リアクトル２を短絡して前記負荷側への電流供給を遮断するスイッチ素子５が接続されている。このスイッチ素子５は、スイッチ制御部（スイッチ制御手段）６によって導通・遮断制御（オン・オフ制御）されるＩＧＢＴやＭＯＳトランジスタからなる。
【００１３】
尚、前記スイッチ制御部６は、基本的には零クロス検出器７にて検出される前記交流電源の零クロス点を同期基準タイミングとして前記スイッチ素子５を所定のタイミングで導通・遮断制御する役割を担う。ちなみに従来の直流電源装置におけるスイッチ制御部６においては、一般的には前記スイッチ素子５の導通・遮断（オン・オフ）タイミングを、その電源仕様に合わせて固定的に設定したり、或いは予め準備した複数種の導通・遮断（オン・オフ）タイミングの中の１つを、負荷の仕様や電源装置の使用状況に応じて選択的に設定するものとなっている。
【００１４】
この点、この実施形態に係る直流電源装置においては、前記整流器１の他方の出力端［−］側にシャント抵抗８が直列に介挿されており、前記スイッチ制御部６は上記シャント抵抗８を介して検出される前記リアクトル２の出力電流に応じて、後述するように前記スイッチ素子５の導通タイミングＴonおよび遮断タイミングＴoffをそれぞれ適正に設定するものとなっている。尚、シャント抵抗８を介して検出される電流Ｉは、前記スイッチ素子５の導通時には該スイッチ素子５を介して短絡された前記リアクトル２からの出力電流であり、前記スイッチ素子５の遮断時には前記リアクトル２から前記ダイオード４を介してコンデンサ３に、ひいては負荷ＲＬ側に供給された電流である。
【００１５】
ここで先ず前記直流電源装置の基本的な動作について説明すると、整流器１を介して全波整流されて前記リアクトル２に入力される入力電圧Ｖinは、図２に示すように交流電源の零クロス点を節目（基準点）とする半周期の正弦波（プラス成分）であり、その周期Ｔは交流電圧波形の周期の１／２倍となる。そしてスイッチ素子５が定常的に遮断状態であるとすると、前記リアクトル２を介して流れ込む入力電流Ｉinは、図２に示すように入力電圧Ｖinがコンデンサ３の充電電圧（平滑化された出力電圧Ｖout）を上回る時点から該コンデンサ３を充電するように徐々に増加した後、入力電圧Ｖinの低下に伴って減少して該入力電圧Ｖinが前記コンデンサ３の充電電圧まで低下したときに零となる。
【００１６】
これに対して前記スイッチ素子５を予め設定したタイミングで導通・遮断制御すると、リアクトル２を介して流れ込む入力電流Ｉinは、図３に示すようにスイッチ素子５が導通した時点Ｔonから流れ始めて徐々に増大し、前記スイッチ素子５が遮断した時点Ｔoffから前記ダイオード４を介してコンデンサ３を充電するように流れ込む。尚、スイッチ素子５が導通状態にある場合（オン期間）には、入力電流Ｉinの全てがスイッチ素子５を介して短絡されるので、前記ダイオード４を介してコンデンサ３（負荷ＲＬ側）に供給されることはない。この際、リアクトル２を介して流れ込む入力電流Ｉinが、できる限り正弦波に近くなるようにすれば高調波の発生を抑制することができ、従ってこのような正弦波に近い入力電流Ｉinを得るには前述したスイッチ素子５の導通タイミングＴonと遮断タイミングＴoffとをそれぞれ適正に設定することが重要となる。
【００１７】
そこで本発明においては、前記リアクトル２から出力される電流Ｉの前記周期Ｔに亘る平均的な電流Ｉaveに着目して前記スイッチ素子５の遮断タイミングＴoffを設定すると共に、前記スイッチ素子５を遮断した後に前記電流Ｉが零となるタイミングに基づいて前記スイッチ素子５の導通タイミングＴonを適正設定するようにしている。ちなみに前記リアクトル２から出力される電流Ｉの周期Ｔに亘る平均的な入力電流Ｉaveとは、図２に示すように周期Ｔ内におけるリアクトル２からの出力電流Ｉの積分値である電流量ΣＩが、その入力電圧Ｖinに応じてリアクトル２に平均的に入力する電流（半周期の正弦波）として定義されるもので、その電流量ΣＩaveは前記電流量ΣＩ等しく定められる。
【００１８】
即ち、この実施形態においては，前記スイッチ素子５の導通によってリアクトル２から出力される電流Ｉが、前記平均電流Ｉaveに所定の係数α（＞１）を乗じて設定された図３に示すように閾値電流Ｉthを上回るタイミングを前記スイッチ素子５の遮断タイミングＴoffとして設定するものとなっている。即ち、スイッチ素子５の導通によってリアクトル２からの電流Ｉの出力が開始され、その出力電流Ｉが徐々に増大する。そして或る程度の電流Ｉが大きくなった時点で前記スイッチ素子５を遮断すれば、その後はリアクトル２からダイオード４を介してコンデンサ３に流れ込む電流Ｉが継続して出力されることに着目し、リアクトル２から出力される電流Ｉの大きさに基づいて前記スイッチ素子５に遮断タイミングＴoffを設定するものとなっている。
【００１９】
また前記スイッチ素子５の導通タイミングＴonを適正に設定するべく、先ず仮に設定した前記スイッチ素子５の導通タイミングＴonから前記周期Ｔの初期時に入力電流Ｉinが零のまま維持される第１のオフ期間Ｔ１を求めると共に、前記スイッチ素子５を遮断した後に前記入力電流Ｉin（ダイオード４を介してコンデンサ３に供給される電流）が零となるタイミングＴendから前記周期Ｔの終期時において入力電流Ｉinが零となる第２のオフ期間Ｔ２を求めている［第１の手段］。
【００２０】
そして上述した如く求めた第２のオフ期間Ｔ２に基づいて初期時の目標オフ期間Ｔ３を設定し、この目標オフ期間Ｔ３に近付くように前記第１のオフ期間Ｔ１を、具体的には前記スイッチ素子５の導通タイミングＴonを変更する［第２の手段］。するとスイッチ素子５の導通タイミングＴonの変更に伴って前記リアクトル２から出力される電流Ｉが前述した閾値電流Ｉthを上回るタイミングが変化し、これによってスイッチ素子５の遮断タイミングＴoffも変化する。この結果、前記スイッチ素子５を遮断した後に前記リアクトル２からダイオード４を介してコンデンサ３に供給される電流（出力電流Ｉ）が零となるタイミングＴendも変化し、これに伴って前記第２のオフ期間T２も変化する。
【００２１】
そこでスイッチ素子５の導通タイミングＴonを変更した条件下において前述した第１の手段での処理を再度実行させ［第２の手段］、前記第２のオフ期間Ｔ２を求め直して新たな目標オフ期間Ｔ３を設定する。そして上述した処理を繰り返し実行することで、前記第１のオフ期間Ｔ１を新たに求められる目標オフ期間Ｔ３に徐々に収束させ、これによって前記スイッチ素子５の導通タイミングＴonの適正化を図り、同時に前記スイッチ素子５の遮断タイミングＴoffの適正化を図るものとなっている。
【００２２】
図４はこのようにして前記スイッチ素子５の導通タイミングＴonおよび遮断タイミングＴoffを図るように構成された本発明に係る直流電源装置での初期設定処理手順の一例を示している。この初期設定処理は、交流電圧波形の周期に基づいて前記スイッチ素子５の制御周期Ｔを決定すると共に、リアクトル２からの出力電流Ｉに基づいて該リアクトル２に入力される前述した平均電流Ｉaveを算出し、更にこの平均電流Ｉaveに基づいて前記スイッチ素子５の遮断タイミングＴoffを決定するための閾値電流Ｉthを設定する処理手続からなる。
【００２３】
スイッチ素子５の制御周期Ｔは、基本的には前述した零クロス検出器７によって検出される交流電圧の零クロス点の周期として決定される。ちなみに交流電源の周波数は長期的には略一定に保たれるが、短期化的には多少の揺らぎ（変動）があり、換言すれば交流電圧の周期自体、多少の揺らぎ（変動）がある。また直流電源装置を使用する地域や国によって交流電源の周波数自体が異なることもあり、電源周波数の安定度も一様であるとは言い難い。
【００２４】
そこでこの実施形態においては、先ず交流電源の周期の変動に左右されることなく前記スイッチ素子５の制御周期Ｔを安定的に設定するべく、前記零クロス検出器７によりＮ回（例えば５０回）に亘って検出される零クロス点の周期の平均値として前記スイッチ素子５の制御周期Ｔを決定している。具体的には周期検出のパラメータｎを零［０］に初期設定し〈ステップＳ１〉、この制御パラメータｎを歩進（インクリメント）しながら〈ステップＳ２〉、前記零クロス検出器７にて検出される交流電圧の零クロス点間の期間Ｔn（ｎ＝１〜Ｎ）を検出する〈ステップＳ３〉。そして検出した期間（零クロス周期）Ｔnが予め定めた範囲Ｔmin〜Ｔmaxの範囲内に含まれるか否かを判定し〈ステップＳ４〉、上記範囲を逸脱する場合には取得したデータ（検出した期間Ｔn）を廃棄する〈ステップＳ５〉。この処理をＮ個のデータ（検出した期間Ｔn）が得られるまで繰り返し実行し〈ステップＳ６〉、これらのＮ個のデータの平均値を前記スイッチ素子５の制御周期Ｔとして設定する〈ステップＳ７〉。
【００２５】
尚、前述した零クロス周期Ｔnの判定範囲については、交流電源の周波数が標準的に５０Ｈzまたは６０Ｈzであることを考慮して、例えば電源周波数が６５Ｈzを越えるときの最小周期１５.３８５ｍSec、および電源周波数が４５Ｈzに満たないときの最大周期２２.２２２ｍSecとして設定すれば十分である。また前述したようにして零クロス入力の平均値を求めることに代えて、フィルタリング処理により平均的な零クロス周期Ｔnを求め、これを前記スイッチ素子５の制御周期Ｔとして設定するようにしても良い。
【００２６】
しかる後、前記スイッチ素子５の遮断タイミングＴoffを規定する為の閾値電流Ｉthを設定する。この処理は、前記スイッチ素子５を定常的に遮断状態に設定し（導通・遮断制御なし）、リアクトル２からの出力電流Ｉの全てがダイオード４を介してコンデンサ３（負荷ＲＬ側）に供給されるような理想的条件を設定して行われる〈ステップＳ１１〉。そしてこの状態において前述した如く設定された周期Ｔに亘って出力電流Ｉ（ダイオード４を介して流れる電流Ｉd）を前記シャント抵抗８を介して逐次検出する〈ステップＳ１２〉。この電流検出は、例えば１００〜２００μSecのサンプリング周期で実行される。
【００２７】
次いで、周期Ｔに亘って検出した出力電流Ｉ（ダイオード４を介して流れる電流Ｉd）の積分値ΣＩに基づいて、入力電圧Ｖinに応じて前記周期Ｔに亘って正弦波を描いて前記リアクトル２に平均的に入力される平均電流Ｉaveを求める〈ステップＳ１３〉。尚、出力電流Ｉの積分値ΣＩを求めることに代えて、周期Ｔに亘る出力電流Ｉの平均値を求め、この出力電流Ｉの平均値に基づいて前記周期Ｔに亘って正弦波を描いて前記リアクトル２に平均的に入力される平均電流Ｉaveを求めることも可能である。
【００２８】
そしてこの平均電流Ｉaveに基づいて、前記スイッチ素子５の遮断タイミングＴoffを規定する為の閾値電流Ｉthを、例えば
Ｉth ＝ α・Ｉave
として設定する〈ステップＳ１４〉。但し、上記係数αは、スイッチ素子５の導通・遮断制御に伴って前記ダイオード４を介してコンデンサ３に供給されることなく、該スイッチ素子５を介して短絡される電流Ｉs分を見込んで、例えば［１.１］〜［１.３］程度の値として設定される。
【００２９】
以上のようにして初期設定処理を終了したならば、次に図５に示す処理手順に従って前記スイッチ素子５を導通させるタイミングＴonおよび該スイッチ素子５を遮断するタイミングＴoffを設定する。具体的には先ず前記スイッチ素子５を導通させるタイミングＴonを仮設定し〈ステップＳ２１〉、前述した零クロスの周期Ｔに同期させて上記タイミングＴonにてスイッチ素子５を導通させる〈ステップＳ２２〉。つまり周期Ｔの初期時においてリアクトル２からの出力電流Ｉを零とする第１のオフ期間Ｔ１が経過した後、スイッチ素子５を導通させる。上記仮設定する導通タイミングＴon（第１のオフ期間Ｔ１）については、従来一般的な直流電源装置において固定的（標準的）に設定される導通タイミングとして定めても良いが、交流電圧の零クロス点として設定することも可能である。
【００３０】
そしてこのときに前記リアクトル２から出力される電流Ｉ（スイッチ素子５を介して流れる短絡電流Ｉs）を前記シャント抵抗８を介して検出し〈ステップＳ２３〉、この電流Ｉが前述した閾値電流Ｉthを越えるか否かを判定する〈ステップＳ２４〉。この判定処理は、シャント抵抗８を介して検出される電流Ｉが前記閾値電流Ｉthを越えるまで繰り返し行われる。そして電流Ｉが前記閾値電流Ｉthを越えたときに前記スイッチ素子５の遮断すると共に〈ステップＳ２５〉、その検出タイミングを前記スイッチ素子５の遮断タイミングＴoffとして仮設定する〈ステップＳ２６〉。
【００３１】
尚、上述した判定に用いられる閾値電流Ｉthは、図３に示すように零クロス点に同期した周期Ｔ内において、その時間経過と共に正弦波を描いて変化する。従って前述した零クロス点に同期させて前記周期Ｔに亘って半周期の正弦波を描く閾値電流Ｉthを生成しながら、前記周期Ｔに亘って逐次検出される電流Ｉと比較し、その検出電流Ｉが閾値電流Ｉthを越えるか否かを判定するようにすれば良い。
【００３２】
このようにしてスイッチ素子５を遮断したならば、次に前記リアクトル２から出力されて前記ダイオード４を通してコンデンサ３に供給される電流Ｉ（ダイオード４に流れる電流Ｉd）を、前記シャント抵抗８を介して検出しながら〈ステップＳ２６〉、その電流Ｉが零［０］になるか否かを繰り返し判定し〈ステップＳ２７〉、ダイオード４を通して流れる電流Ｉが零［０］となるタイミングＴendを検出する〈ステップＳ２８〉。そしてこの検出タイミングＴendに基づいて、前記周期Ｔの後期において前記リアクトル２から出力される電流Ｉが零となる第２のオフ期間Ｔ２を求め〈ステップＳ２９〉、この第２のオフ期間Ｔ２に基づいて前記周期Ｔの初期時において前記リアクトル２からの出力電流Ｉを零としておくべき目標オフ期間Ｔ３を設定する〈ステップＳ３０〉。
【００３３】
この目標オフ期間Ｔ３は、周期Ｔ内におけるリアクトル２の出力電流Ｉが、なるべく半周期の正弦波に近くなるような期間として設定されるもので、例えば
Ｔ３ ＝ β・Ｔ２
として設定される。但し、上記係数βは、スイッチ素子５の導通時に該スイッチ素子５を介して流れる前記リアクトル２からの出力電流Ｉsの変化と、スイッチ素子５を遮断したときに前記ダイオード４を介して流れる前記リアクトル２からの出力電流Ｉdの変化との違いを配慮して、例えば［０.５］〜［０.９］程度の値として設定される。
【００３４】
そして前述した第１のオフ期間Ｔ１が上述した如く設定される目標オフ期間Ｔ３と等しいか否かを判定し〈ステップＳ３１〉、これらの期間Ｔ１,Ｔ２が異なる場合には、前記第１のオフ期間Ｔ１を前記目標オフ期間Ｔ３に近付けるべく前記スイッチ素子５の導通タイミングＴonを修正する〈ステップＳ３２〉。そして修正した導通タイミングＴonの下で前記スイッチ素子５を導通制御することで、再度、ステップＳ２３からの処理を繰り返し実行する。上記スイッチ素子５の導通タイミングＴonの修正については、先に設定されている導通タイミングＴonを所定時間Δｔずつシフトするようにすれば良い。
【００３５】
このようにしてスイッチ素子５の導通タイミングＴonを修正すると、これに伴ってリアクトル２からスイッチ素子５を介して電流が出力されるタイミングが変化するので、その出力電流Ｉが前述した閾値電流Ｉthを越えるタイミングも変化する。そしてこれに伴ってスイッチ素子５の遮断タイミングＴoffも変化するので、更にダイオード４を介して流れる電流Iが零［０］となるタイミングＴendも変化する。従ってこれに伴って前述した第２のオフ期間Ｔ２が変化し、更には目標オフ期間Ｔ３も変化する。そして新たに設定された目標オフ期間Ｔ３の下で前述した如く設定したスイッチ素子５の導通タイミングＴonが適正であるか否かの判定が行われ、第１の期間Ｔ１が目標オフ期間Ｔ３に収束するまで前述した処理が繰り返し実行される。
【００３６】
そして第１の期間Ｔ１が目標オフ期間Ｔ３に収束したとき〈ステップＳ３２〉、そのときに仮設定されているスイッチ素子５の導通タイミングＴonと該スイッチ素子５の遮断タイミングＴoffとを、リアクトル２から出力電流Ｉをバランス良く半周期の正弦波に近付けて高調波の発生を効果的に抑制し得る制御タイミングとして決定し、これを定常的に出力する〈ステップＳ３２〉。
【００３７】
このようにしてスイッチ素子５の導通タイミングＴonとその遮断タイミングＴoffとを設定する本直流電源装置によれば、リアクトル２から出力される電流波形をバランス良く半周期の正弦波に近付けることができるので、高調波の発生を効果的に抑制することができる。しかも交流電源の周波数（周期）が不明であっても、またその周波数（周期）の変動が大きい場合でも、或いは負荷ＲＬの違いに起因してその動作条件が大きく変化するような場合であっても、スイッチ素子５の導通・遮断タイミングＴon,Ｔoffを簡易に、しかも効果的に適正設定することができる。従って種々の条件下で使用されるリアクトル入力型の直流電源装置における高調波の発生を抑える上で、その実用的利点が多大である。
【００３８】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。実施形態においては、リアクトル２からの出力電流Ｉから該リアクトル２に入力される平均電流Ｉaveを求め、この平均電流Ｉaveに基づいて設定した閾値電流Ｉthの下でスイッチ素子５の遮断タイミングＴoffを設定するようにしたが、コンデンサ３を介して平滑化された出力電圧Ｖoutに着目してスイッチ素子５の遮断タイミングＴoffを設定することも可能である。具体的にはコンデンサ３にて平滑化されて負荷ＲＬに出力される電圧Ｖoutを検出し、この出力電圧Ｖoutが前記負荷ＲＬの仕様等によって定まる目標出力電圧に近付くように前記スイッチ素子５の遮断タイミングＴoffを修正する。そしてこの修正処理を繰り返し実行することで、該スイッチ素子５の遮断タイミングＴoffを最適なタイミングに収束させるようにすれば良い。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１ 整流器
２ リアクトル
３ コンデンサ
４ ダイオード（逆流防止用）
５ スイッチ素子（ＩＧＢＴやＭＯＳトランジスタ）
６ スイッチ制御部
７ 零クロス検出器
８ シャント抵抗（電流検出手段）
ＲＬ 負荷
【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流器にて全波整流された電力をリアクトルに入力し、このリアクトルからの出力電流を逆流防止用ダイオードを介してコンデンサに導いて平滑化した後に負荷に供給する手段、および前記全波整流された電源の周期に同期して前記リアクトルの出力を短絡して高調波の発生を抑制するスイッチ素子を備えた直流電源装置において、
前記リアクトルから出力される電流を逐次検出する電流検出手段を備え、
前記スイッチ素子を導通・遮断制御するスイッチ制御手段は、
前記スイッチ素子の導通タイミングから前記周期の初期において前記リアクトルからの出力電流が零である第１のオフ期間を求めると共に、前記スイッチ素子を遮断した後に前記リアクトルから出力される電流が零となるタイミングから前記周期の終期において前記リアクトルからの出力電流が零である第２のオフ期間を求める第１の手段と、
前記第２のオフ期間に基づいて設定される目標オフ期間に前記第１のオフ期間が近付くように前記スイッチ素子の導通タイミングを修正して前記第１の手段を再起動して、前記第１のオフ期間と前記目標オフ期間とが一致するように前記スイッチ素子の導通タイミングを決定する第２の手段と
を具備したことを特徴とする直流電源装置。
【請求項２】
前記目標オフ期間は、前記第２のオフ期間に所定の係数を乗じて設定されるものである請求項１に記載の直流電源装置。
【請求項３】
前記スイッチ制御手段は、前記整流器に入力される交流電源における交流電圧の零クロス点の検出タイミングから前記全波整流電源の周期を検出し、前記零クロス点の検出タイミングを動作周期の開始点として前記スイッチ素子の導通・遮断タイミングを制御するものである請求項１に記載の直流電源装置。
【請求項４】
前記スイッチ素子の遮断タイミングは、前記リアクトルから出力される電流が、予め設定された電流閾値を越えるタイミングとして設定されるものであって、
前記電流閾値は、前記リアクトルから１動作周期に亘って負荷に出力される電流量に基づいて等価的に求めた前記１動作周期分の目標電流波形に、所定の係数を乗じた電流波形として求められるものである請求項１に記載の直流電源装置。
【請求項５】
前記スイッチ素子の遮断タイミングは、前記負荷に供給される直流電圧が、予め設定された目標直流電圧となるように調整されるものである請求項１に記載の直流電源装置。
【請求項１】
整流器にて全波整流された電力をリアクトルに入力し、このリアクトルからの出力電流を逆流防止用ダイオードを介してコンデンサに導いて平滑化した後に負荷に供給する手段、および前記全波整流された電源の周期に同期して前記リアクトルの出力を短絡して高調波の発生を抑制するスイッチ素子を備えた直流電源装置において、
前記リアクトルから出力される電流を逐次検出する電流検出手段を備え、
前記スイッチ素子を導通・遮断制御するスイッチ制御手段は、
前記スイッチ素子の導通タイミングから前記周期の初期において前記リアクトルからの出力電流が零である第１のオフ期間を求めると共に、前記スイッチ素子を遮断した後に前記リアクトルから出力される電流が零となるタイミングから前記周期の終期において前記リアクトルからの出力電流が零である第２のオフ期間を求める第１の手段と、
前記第２のオフ期間に基づいて設定される目標オフ期間に前記第１のオフ期間が近付くように前記スイッチ素子の導通タイミングを修正して前記第１の手段を再起動して、前記第１のオフ期間と前記目標オフ期間とが一致するように前記スイッチ素子の導通タイミングを決定する第２の手段と
を具備したことを特徴とする直流電源装置。
【請求項２】
前記目標オフ期間は、前記第２のオフ期間に所定の係数を乗じて設定されるものである請求項１に記載の直流電源装置。
【請求項３】
前記スイッチ制御手段は、前記整流器に入力される交流電源における交流電圧の零クロス点の検出タイミングから前記全波整流電源の周期を検出し、前記零クロス点の検出タイミングを動作周期の開始点として前記スイッチ素子の導通・遮断タイミングを制御するものである請求項１に記載の直流電源装置。
【請求項４】
前記スイッチ素子の遮断タイミングは、前記リアクトルから出力される電流が、予め設定された電流閾値を越えるタイミングとして設定されるものであって、
前記電流閾値は、前記リアクトルから１動作周期に亘って負荷に出力される電流量に基づいて等価的に求めた前記１動作周期分の目標電流波形に、所定の係数を乗じた電流波形として求められるものである請求項１に記載の直流電源装置。
【請求項５】
前記スイッチ素子の遮断タイミングは、前記負荷に供給される直流電圧が、予め設定された目標直流電圧となるように調整されるものである請求項１に記載の直流電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２３３２９６（Ｐ２０１０−２３３２９６Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７６１７１（Ｐ２００９−７６１７１）
【出願日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【出願人】（０００００１８４５）サンデン株式会社 (1,791)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【出願人】（０００００１８４５）サンデン株式会社 (1,791)
【Ｆターム（参考）】
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