電源装置
【課題】電源回路の力率改善制御において損失の低減及び力率の向上を図る。
【解決手段】整流器２とスイッチング素子５とリアクタ３とダイオード４とを有し、スイッチング素子により交流電源から所定の直流電圧を得る変換回路と、交流電圧の検出手段２６と、変換回路の直流電圧の検出手段２２，２３と、交流電圧及び直流電圧により、各検出手段により検出される交流電圧及び直流電圧により、直流電圧が所定の制御電圧になるようにスイッチング素子の動作を制御するスイッチング動作制御手段５０とを備え、スイッチング動作制御手段が、検出される直流電圧が回路又は負荷の保護のための第１のレベルを超えた場合にはスイッチング制御を即座に停止し、検出される直流電圧が、第１のレベルより小さい第２のレベルを超えた場合には、交流電圧のゼロクロスタイミングでスイッチング制御を停止させることを特徴とする。
【解決手段】整流器２とスイッチング素子５とリアクタ３とダイオード４とを有し、スイッチング素子により交流電源から所定の直流電圧を得る変換回路と、交流電圧の検出手段２６と、変換回路の直流電圧の検出手段２２，２３と、交流電圧及び直流電圧により、各検出手段により検出される交流電圧及び直流電圧により、直流電圧が所定の制御電圧になるようにスイッチング素子の動作を制御するスイッチング動作制御手段５０とを備え、スイッチング動作制御手段が、検出される直流電圧が回路又は負荷の保護のための第１のレベルを超えた場合にはスイッチング制御を即座に停止し、検出される直流電圧が、第１のレベルより小さい第２のレベルを超えた場合には、交流電圧のゼロクロスタイミングでスイッチング制御を停止させることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源を直流電源へ変換し、力率改善を図る電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６に従来の力率改善と過電圧保護を図る電源装置１００のブロック図を示す。この従来の電源装置は、単相交流電源１、整流器２、リアクタ３、ダイオード４、スイッチング素子５、電流検出抵抗６、平滑コンデンサ７、負荷８、コンパレータ２０、過電圧検出基準電圧源２１、過電圧検出用分圧抵抗２２、２３、出力電圧検出用分圧抵抗２４、２５、入力電圧検出抵抗２６、制御回路２７を備えている（例えば、特許文献１及び２参照）。
上記電源装置では、単相交流電源１の出力を整流器２で直流の入力電圧Vinに変換する。さらに、制御回路２７は、入力電圧Vinの電圧値に合わせスイッチング素子５をスイッチングさせて、リアクタ３に蓄えたエネルギーをダイオード４を介してコンデンサ７へ充電する。そして、出力電圧Voは入力電圧を昇圧し制御規定値に保つように制御される。このとき交流電流Iinは入力電圧Vinに同期し正弦波になるように制御される。
制御回路２７には、入力電圧Vinと、出力電圧Voの制御検出電圧Vsと、交流電流Iinのモニタとなる電流検出抵抗６の電流信号と、出力電圧Voの過電圧を検出するコンパレータ２０の出力信号OVLとが入力される。
コンパレータ２０は出力電圧Voの過電圧検出電圧Vovを過電圧検出基準電圧Vref（停止電圧）と比較し、過電圧検出基準電圧Vrefより過電圧検出電圧Vovが高い場合、出力電圧が停止電圧値と判断しOVL信号「Ｈ」を出力する。また、コンパレータ２０はヒステリシスを持ち、過電圧検出からの解除は、図７に示すように、過電圧検出基準電圧Vrefより低く、制御規定値より高い電圧である開始電圧以下にて行なう。
一方、制御回路２７はコンパレータ２０からのOVL「Ｈ」信号により力率改善制御を中止するためスイッチング素子５のスイッチング信号SWPを停止する。これにより出力電圧Voが下がり、コンパレータ２０からのOVL信号が「Ｌ」となると、力率改善制御を再開する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３２４２６７２号公報
【特許文献２】特許第３７４０９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の電源装置における力率改善制御では、過電圧検出は回路保護のためのみに使用されているため、出力電圧Voが制御に必要な電圧以上に上昇したとしても過電圧検出基準電圧Vref（停止電圧）以下であれば制御を続け、負荷駆動装置に制御損失を与えるという問題があった。即ち、制御電圧が高い場合、スイッチング駆動素子のスイッチング損失は、制御電圧が低い場合に比べ大きくなる。制御に必要とする以上の制御電圧は、損失を増大させるため、無駄な損失となる。なお、スイッチング制御以外でも負荷電流が増え損失が増大する。
【０００５】
また、上記従来の電源回路では、停止電圧を超えた状態が検出されると、交流電源の位相に関係なく制御を停止するため、力率を悪化させる原因となっていた。特に、負荷がＡＣサーボモータなどの回生電力を電源へ戻すものである場合、回生時に停止電圧を超える場合が多く、交流電流の停止頻度が多くなり、特に力率を顕著に悪化させる原因となっていた。
また、前述したように、損失の低減を図るために、過電圧検出基準電圧Vref（停止電圧）を低く設定することも考えられるが、負荷がＡＣサーボモータなどの回生電力を電源へ戻すものである場合、交流電流の停止頻度がさらに多くなり、力率をさらに悪化させてしまうため、停止電圧を低く設定することは困難であった。
【０００６】
本発明は、電源回路の力率改善制御において損失の低減を図ること、また、力率の向上を図ることをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、少なくとも整流器とスイッチング素子とリアクタとダイオードとを有し、前記スイッチング素子のスイッチング動作により交流電源から所定の直流電圧を得る変換回路と、前記交流電源の交流電圧を検出する入力電圧検出手段と、前記変換回路が出力する直流電圧を検出するための直流電圧検出手段と、前記各検出手段により検出される交流電圧及び直流電圧により、直流電圧が所定の制御電圧になるように前記スイッチング素子の動作を制御するスイッチング動作制御手段とを備える電源装置において、前記スイッチング動作制御手段が、前記検出される直流電圧が、前記制御電圧より大きい値であって、前記変換回路又は前記直流電圧を印加する負荷の保護のための第１のレベルを超えた場合には前記スイッチング素子による通電を即座に停止し、前記検出される直流電圧が、前記制御電圧より大きく且つ前記第１のレベルより小さい値である第２のレベルを超えた場合には、前記交流電圧のゼロクロスタイミングで前記スイッチング素子による通電を停止させる制御を行うことを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記スイッチング動作制御手段は、前記検出される直流電圧が前記第１のレベル又は第２のレベルを超えて前記スイッチング素子による通電を停止させた状態において、前記検出される直流電圧が前記第２のレベル未満の所定電圧となった場合には、前記交流電圧のゼロクロスタイミングで前記スイッチング素子による通電を再開させる制御を行うことを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記スイッチング素子による通電を再開させる前記第２のレベル未満の所定電圧を前記制御電圧としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の発明は、回路の出力する直流電圧に対して二つのレベルを設定し、回路等の保護を図るより大きな第１のレベルを超えた場合にはスイッチング制御を即座に停止することで従来と変わらぬ保護を図ると共に、第１のレベルより小さな値に設定された第２のレベルを超える場合には、緊急性が低いことから、交流電圧のゼロクロスタイミングを待ってからスイッチング制御を停止させる制御を行っている。
このため、回路等の保護を図るための第１のレベルの値に到達するまで待つことなく、通電が停止され、スイッチング損失を低減することが可能となる。
また、第２のレベルによる停止は、交流電圧のゼロクロスタイミングで行うので、力率の低減を効果的に回避することが可能となる。特に、負荷側で回生を行うことで直流電圧の増加を頻繁に生じるような場合でも、毎回のスイッチングの停止による力率の低下を回避し、力率の高い電源装置を提供することが可能となる。
さらに、二段階のレベルでスイッチングの停止を行うので、制御電圧より少し大きい第２のレベルより制御停止を行うことで、回生過電圧などの帰還電力を有効に使用し消費電力を下げることが可能となる。
【００１１】
請求項２及び３記載の発明は、スイッチング素子による通電を停止状態からの復帰も、交流電圧のゼロクロスタイミングで行うので、さらに、力率の高い電源装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例を示す電源装置の回路構成図である。
【図２】回路の出力電圧が軽負荷或いは回生により一時的に緩やかな上昇を生じた場合の過電圧保護制御のタイミングチャートである。
【図３】回路の出力電圧がより重負荷或いは回生により一時的に急激な上昇を生じた場合の過電圧保護制御のタイミングチャートである。
【図４】回路の出力電圧が軽負荷或いは回生により一時的に緩やかな上昇を生じた場合であって、ゼロクロスの検出を待つことなく出力電圧が低下した場合の過電圧保護制御のタイミングチャートである。
【図５】制御回路が負荷に対して電源供給時に行う過電圧保護制御の処理を示すフローチャートである。
【図６】従来の電源装置のブロック図である。
【図７】従来の電源装置における変換回路の出力電圧が軽負荷或いは回生により上昇を生じた場合の過電圧保護制御のタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は本発明の一実施例を示す電源装置１０の回路構成図である。以下の電源装置１０の説明において、前述した図６に示す電源装置１００と同一の構成については同一の符号を付するものとする。
電源装置１０は、例えばモータなどの負荷８に電源供給を行う電源装置であると共に、単相の交流商用電源１と、単相全波整流により交流を直流に変換する整流器２と、リアクタ３とダイオード４とスイッチング素子５と平滑コンデンサ７とからなる昇圧チョッパ回路と、交流電流Iinのモニタとなる電流検出信号Vaciを得るための電流検出手段としての電流検出抵抗６と、電流検出信号VLを得るための負荷電流検出抵抗９と、回路及び負荷８の保護のための過電圧の監視を行うために回路が出力する直流電圧である過電圧検出電圧Vovを得るための直流電圧検出手段としての過電圧検出用分圧抵抗２２及び２３と回路の出力電圧Voを得るための出力電圧検出用分圧抵抗２４及び２５と、回路の入力電圧Vinを得るための入力電圧検出抵抗２６と、回路保護のために過電圧の発生を監視する第一のコンパレータ２０と、過電圧の発生の判断の基準となる回生過電圧基準電圧Vref1（第一の過電圧基準電圧）をコンパレータ２０に入力する過電圧検出基準電圧２１と、回路の損失低減のために軽負荷過電圧の発生を監視する第二のコンパレータ３０と、軽負荷過電圧の発生の判断の基準となる軽負荷過電圧基準電圧Vref2（第二の過電圧基準電圧）をコンパレータ３０に入力する第２の過電圧検出基準３１と、交流電源を直流電源へ変換における力率改善制御と回路における過電圧保護制御とを行う制御回路５０とを備えている。
【００１４】
コンパレータ２０は、過電圧により回路保護するための第一の過電圧検出基準電圧電源２１が接続されている。そして、第一の過電圧検出基準電圧電源２１から印加される回生過電圧基準電圧Vref1と過電圧検出用分圧抵抗２２及び２３から得られる過電圧検出電圧Vovとの比較を行い、回生過電圧基準電圧Vref1より過電圧検出電圧Vovが高い場合に、OVL信号を「Ｈ」で出力する。
上記回生過電圧検出基準電圧Vref1の値は、回路及び負荷の破壊等を生じないと判断される回路の出力電圧Voの上限値に対応する電圧値が設定されている。つまり、過電圧検出電圧Vovの値が回生過電圧検出基準電圧Vref1を超えない限り、回路及び負荷は安定して作動することができるようになっている。
【００１５】
コンパレータ３０は、回生過電圧検出基準電圧Vref1より低く、制御規定値電圧Vssより高い軽負荷過電圧検出基準電圧Vref2（第二の過電圧基準電圧）を印加する第二の過電圧基準電圧電源３１が接続される。そして、第二の過電圧検出基準電圧電源３１から印加される軽負荷過電圧基準電圧Vref2（第二の過電圧基準電圧）と前述した過電圧検出電圧Vovとの比較を行い、軽負荷回生過電圧基準電圧Vref2より過電圧検出電圧Vovが高い場合に、OVC信号を「Ｈ」で出力する。
上記軽負荷過電圧検出基準電圧Vref2の値は、回生過電圧検出基準電圧Vref1より低く制御規定電圧Vssより高いことを必須の要件とし、制御規定値電圧Vssに近い値であることが望ましい。但し、制御規定値電圧Vssは非回生時の通常時でも上下に変動を行う場合に、当該通常の変動幅よりも高い値にすることが望ましい。
【００１６】
上記電源装置１０は、リアクタ３とダイオード４とスイッチング素子５と平滑コンデンサ７とからなる昇圧チョッパ回路と整流器２とにより交流−直流の変換回路を構成している。さらに、交流−直流の変換回路に、スイッチング素子５のスイッチ動作を制御する制御回路５０を加えることにより、いわゆる昇圧チョッパ型高力率コンバータを構成している。
上記整流器２は、交流商用電源１からの交流を直流に整流し、平滑コンデンサ７は整流後の直流の平滑化を行っている。
また、制御回路５０は、昇圧チョッパ回路におけるスイッチング素子５のデューティ比を制御することにより、その出力電圧Voを任意に制御することができる。
さらに、制御回路５０は、昇圧チョッパ回路におけるスイッチング素子５のデューティ比の制御により、リアクトル電流の増減を任意に制御することで、交流電流Iinを任意に制御することが可能となっている。具体的には、交流の入力電圧と同相の正弦波形となるようにスイッチング素子５の制御を行うことで、力率改善制御を行っている。
【００１７】
制御回路５０は、入力電圧検出抵抗２６を介して得られる入力電圧Vinと、回路の出力電圧Voの制御検出電圧Vs１４と、交流電流Iinと、当該交流電流Iinのモニタとなる電流検出抵抗６の電流検出信号Vaciと、負荷電流検出抵抗９の電流検出信号VLと、コンパレータ２０の出力信号OVLと、コンパレータ３０の出力信号OVCとが入力される。
【００１８】
次に、回路の出力電圧Voが各種の状態変化を生じる場合における上記過電圧保護制御について、図２〜４に示す各タイミングチャートに照らして説明する。
制御回路５０は、出力電圧Voに対応する変化を示す過電圧検出電圧Vovに対して、回路及び負荷の保護のための回生過電圧基準電圧Vref1とこれより低い値である軽負荷過電圧基準電圧Vref2との二段階の閾値を設定し、過電圧検出電圧Vovが回生過電圧基準電圧Vref1を超える場合には即座に交流電流Iinを切断し、過電圧検出電圧Vovが回生過電圧基準電圧Vref1を超ずに軽負荷過電圧基準電圧Vref2のみを超える場合には入力電圧Vinのゼロクロス点ZCを待ってから交流電流Iinを切断する制御を行っている。
【００１９】
図２は回路の出力電圧Voが、軽負荷或いは回生により一時的に緩やかな上昇を生じた場合の過電圧保護制御のタイミングチャートである。
この場合、図２のＡの時点において、過電圧検出電圧Vovが軽負荷過電圧基準電圧Vref2の値を超えて、軽負荷過電圧検出信号OVCの「Ｌ」から「Ｈ」への切り替わりが検出されると、制御回路５０は、入力電圧Vinのゼロクロス点ZCの検出を待ち、Ｂの時点でゼロクロス点ZCが検出されるとスイッチング素子５をOFFにして交流電流Iinを切断する。
その結果、過電圧検出電圧Vovが低下し、軽負荷過電圧基準電圧Vref2以下となって（Ｃ点）、さらに、過電圧検出電圧Vovが制御規定電圧Vssまで低下すると（Ｄ点）、制御回路５０は、入力電圧Vinのゼロクロス点ZCの検出を待ち、Ｅの時点でゼロクロス点ZCが検出されるとスイッチング素子５をONにして交流電流Iinの通電を再開する。
【００２０】
図３は回路の出力電圧Voが、より重負荷或いは回生により一時的に急激な上昇を生じた場合の過電圧保護制御のタイミングチャートである。
この場合、図３のａの時点において、過電圧検出電圧Vovが軽負荷過電圧基準電圧Vref2の値を超えて、軽負荷過電圧検出信号OVCの「Ｌ」から「Ｈ」への切り替わりが検出される。さらに、ゼロクロス点ZCが検出されるより前に、ｂの時点において、過電圧検出電圧Vovが回生過電圧基準電圧Vref1の値を超えて、回生過電圧検出信号OVLの「Ｌ」から「Ｈ」への切り替わりが検出されると、制御回路５０は、入力電圧Vinのゼロクロス点ZCの検出を待つことなく、即座にスイッチング素子５をOFFにして交流電流Iinを再開を切断する。
その結果、過電圧検出電圧Vovが低下し、回生過電圧基準電圧Vref1以下となり（ｃ点）、軽負荷過電圧基準電圧Vref2以下となり（ｄ点）、さらに、制御規定電圧Vssまで低下すると（ｅ点）、制御回路５０は、入力電圧Vinのゼロクロス点ZCの検出を待ち、ｆの時点でゼロクロス点ZCが検出されると交流電流Iinの通電を再開する。
【００２１】
図４は回路の出力電圧Voが、軽負荷或いは回生により一時的に緩やかな上昇を生じた場合であって、ゼロクロスの検出を待つことなく出力電圧Voが低下した場合の過電圧保護制御のタイミングチャートである。
この場合、図４のＩの時点において、過電圧検出電圧Vovが軽負荷過電圧基準電圧Vref2の値を超えて、軽負荷過電圧検出信号OVCの「Ｌ」から「Ｈ」への切り替わりが検出されると、制御回路５０は、前述したように、入力電圧Vinのゼロクロス点ZCの検出待ちとなるが、通電を断つまでもなく過電圧検出電圧Vovがピークを経て下降に転じ（IIの時点）、さらに、軽負荷過電圧基準電圧Vref2以下となり、軽負荷過電圧検出信号OVCの「Ｈ」から「Ｌ」への切り替わることとなると（IIIの時点）、制御回路５０はスイッチング素子５の切断を行わない。
【００２２】
このようにして、制御回路５０は、各種の状態に対応して過電圧保護制御を実行するが、当該過電圧保護制御における交流電流の切断時以外については、前述したスイッチング素子５による出力電圧Voを任意の目標値に維持する制御及び力率改善制御を常に実行しているものとする。
【００２３】
次に、制御回路５０が負荷８に対して電源供給時に行う過電圧保護制御の処理内容について図５のフローチャートに基づいて説明する。
まず、制御回路５０は、コンパレータ３０による過電圧検出電圧Vovと軽負荷回生過電圧基準電圧Vref2との比較結果を示すOVC信号が「Ｈ」か否かを判定する（ステップＳ１）。
このとき、過電圧検出電圧Vovが第２過電圧検出基準電圧Vref2を超えていない場合にはステップＳ５に処理が進められる。
一方、負荷からの回生電力や軽負荷が発生した場合、出力電圧Vinは制御電圧Vssから上昇する。これにより、過電圧検出電圧Vovが第２過電圧検出基準電圧Vref2を超えた場合には（Vov>Vref2）、制御回路５０では、軽負荷過電圧検知フラグFG2が1か0か判断し（ステップＳ２）、軽負荷過電圧検知フラグFG2=0の場合にはFG2=1に切り替えられる（ステップＳ３）。
一方、ステップＳ２の判定において既にFG2=1の場合、又はステップＳ３において軽負荷過電圧検知フラグFG2が1に切り替えられた場合には、制御回路５０は、入力電圧検出抵抗２６を介して得られる入力電圧Vinの電圧波形からゼロクロス点ZCが検出されているか判定する（ステップＳ４）。
【００２４】
その結果、ゼロクロス点ZCが検出されない場合には、制御回路５０は、コンパレータ２０による過電圧検出電圧Vovと回生過電圧基準電圧Vref1との比較結果を示すOVL信号が「Ｈ」か否かを判定する（ステップＳ５）。
そして、OVL信号が「Ｈ」である場合（Vov＞Vref1）には、ステップＳ６に処理が進められ、OVL信号が「Ｈ」ではない場合（Vov＜Vref1又はVov＝Vref1）には、ステップＳ７に処理が進められる。
【００２５】
また、ステップＳ４において入力電圧Vinのゼロクロス点ZCが検出された場合にもステップＳ６に処理が進められる。
このステップＳ６では、制御回路５０はスイッチ信号SWPを「Ｌ」（OFF）としてスイッチング素子５に出力し、交流電流Iinの通電を停止させて力率改善制御を停止し、制御停止フラグFG1=1とする。
【００２６】
次いで、ステップＳ７では、制御回路５０は、軽負荷過電圧検知フラグFG2が1か0か判断し、軽負荷過電圧検知フラグFG2=0の場合には過電圧検出電圧Vovの上昇は生じなかったものとして処理を終了する。
また、軽負荷過電圧検知フラグFG2=1の場合には、制御回路５０は制御停止フラグFG1が1か0か判定する（ステップＳ８）。
【００２７】
ステップＳ８において、制御停止フラグFG1＝1と判定された場合には、交流電流Iinの通電停止による力率改善制御停止状態にあるため、過電圧検出電圧Vovの値が制御電圧Vss未満となったか否かの判定を行い（ステップＳ１０）、過電圧検出電圧Vovが制御電圧Vssまで下がっていない場合には、ステップＳ１に処理を戻す。
また、過電圧検出電圧Vovが制御電圧Vss未満まで下がった場合には、制御回路５０は、入力電圧Vinの電圧波形からゼロクロス点ZCが検出されているか判定する（ステップＳ１１）。そして、ゼロクロス点ZCが検出されない場合には、ステップＳ１に処理を戻す。
また、ゼロクロス点ZCが検出されている場合には、制御回路５０はスイッチ信号SWPを「Ｈ」（ON）としてスイッチング素子５に出力し、交流電流Iinの通電を再開させて力率改善制御を再開し、制御停止フラグFG1=0とする（ステップＳ１２）。さらに、軽負荷過電圧検知フラグFG2=0として（ステップＳ１３）、処理を終了する。
【００２８】
また、ステップＳ８において、制御停止フラグFG1＝0と判定された場合には、制御回路５０は、コンパレータ３０による過電圧検出電圧Vovと軽負荷過電圧基準電圧Vref2との比較結果を示すOVL信号が「Ｌ」か否かを判定する（ステップＳ９）。その結果、OVL信号が「Ｌ」ではない場合（Vref2＜Vov又はVref2＝Vov）にはステップＳ１に処理を戻す。
また、OVL信号が「Ｌ」である場合（Vref2＞Vov）には軽負荷過電圧検知フラグFG2=0として（ステップＳ１３）、処理を終了する。
【００２９】
ここで、図５のフローチャートに示す処理と前述した図２のタイミングチャートの処理とを照合して説明する。
まず、過電圧検出電圧Vovが軽負荷過電圧基準電圧Vref2を超えると（Ａ点）、ステップＳ１の判定はＹＥＳとなり、ステップＳ２，３で軽負荷過電圧検知フラグがFG2=１に設定される。
さらに、Ｂ点においてゼロクロス点ZCが検出されると、ステップＳ４の判定はＹＥＳとなり、ステップＳ６により交流電流Iinの通電が停止される。そして、各フラグFG1=1，FG2=1なので、ステップＳ７，８の判定はＹＥＳとなる。
そして、Ｄ点において、過電圧検出電圧Vovが制御器低電圧Vss未満まで下がると、ステップＳ１０の判定がＹＥＳとなり、さらに、Ｅ点でゼロクロス点ZCが検出されるとステップＳ１１の判定がＹＥＳとなる。
そして、ステップＳ１２の処理により、交流電流Iinの通電が再開されると共に制御停止フラグがリセット（FG1=0）され、さらに、ステップＳ１３の処理により、軽負荷過電圧検知フラグもリセット（FG2=0）されて、一連の処理が終了する。
【００３０】
次に、図５のフローチャートに示す処理と前述した図３のタイミングチャートの処理とを照合して説明する。
まず、過電圧検出電圧Vovが軽負荷過電圧基準電圧Vref2を超えると（ａ点）、ステップＳ１の判定はＹＥＳとなり、ステップＳ２，３で軽負荷過電圧検知フラグがFG2=１に設定される。
さらに、ゼロクロス点ZCが検出されることなく過電圧検出電圧Vovが回生過電圧基準電圧Vref1を超えると（ｂ点）、ステップＳ４の判定がＮＯ、ステップＳ５の判定がＹＥＳとなり、ステップＳ６により交流電流Iinの通電が即座に停止される。
そして、各フラグFG1=1，FG2=1なので、ステップＳ７，８の判定はＹＥＳとなる。さらに、ｅ点において、過電圧検出電圧Vovが制御器低電圧Vss未満まで下がると、ステップＳ１０の判定がＹＥＳとなり、さらに、ｆ点でゼロクロス点ZCが検出されるとステップＳ１１の判定がＹＥＳとなる。
そして、ステップＳ１２の処理により、交流電流Iinの通電が再開されると共に制御停止フラグがリセット（FG1=0）され、さらに、ステップＳ１３の処理により、軽負荷過電圧検知フラグもリセット（FG2=0）されて、一連の処理が終了する。
【００３１】
次に、図５のフローチャートに示す処理と前述した図４のタイミングチャートの処理とを照合して説明する。
まず、過電圧検出電圧Vovが軽負荷過電圧基準電圧Vref2を超えると（Ｉ点）、ステップＳ１の判定はＹＥＳとなり、ステップＳ２，３で軽負荷過電圧検知フラグがFG2=１に設定される。
さらに、ゼロクロス点ZCが検出されることなく過電圧検出電圧Vovは軽負荷過電圧基準電圧Vref2未満まで低下するので、ステップＳ４及び５の判定はＮＯとなり、軽負荷過電圧検知フラグがFG2=1なのでステップＳ７の判定はＹＥＳとなる。さらに、停止フラグがFG1=0のままなので、ステップＳ８の判定はＮＯとなり、Vov＜Vref2によりステップＳ９の判定はＹＥＳとなる。その結果、ステップＳ１３において軽負荷過電圧検知フラグはリセットされ（FG2=0）、一連の処理が終了する。
【００３２】
以上のように、上記電源装置１０では、変換回路の出力する直流電圧に基づく過電圧検出電圧Vovに対して回生過電圧基準電圧Vref1と軽負荷過電圧基準電圧Vref2との二つのレベルを設定し、回路等の保護を図るより大きな回生過電圧基準電圧Vref1を超えた場合にはスイッチング制御を即座に停止することで、従前と同様に回路又は負荷の保護を図ることが可能となる。
さらに、回生過電圧基準電圧Vref1より小さな値に設定された軽負荷過電圧基準電圧Vref2を超える場合には、緊急性が低いことから、交流電圧のゼロクロスタイミングを待ってからスイッチング制御を停止させる制御を行うので、力率の低減を効果的に回避することが可能となる。特に、負荷側で回生を行うことで直流電圧の増加を頻繁に生じるような場合でも、毎回のスイッチングの停止による力率の低下を回避し、力率の高い電源装置を提供することが可能となる。また、二段階のレベルでスイッチングの停止を行うので、制御電圧より少し大きい第２のレベルより制御停止を行うことで、回生過電圧などの帰還電力を有効に使用し消費電力を下げることが可能となる。
さらに、スイッチング素子による通電を停止状態からの復帰も、交流電圧のゼロクロスタイミングで行うので、さらなる、力率の向上を図ることが可能となる。
【００３３】
なお、軽負荷過電圧基準電圧Vref2を超えてスイッチング制御を停止する場合と、各過電圧基準電圧Vref1，Vref2を超えてスイッチング制御が停止されてから再開する場合とで、いずれも交流電圧のゼロクロスにタイミングを合わせているが、これらの停止又は再開を交流電流のゼロクロスのタイミングに合わせて実行させても良い。
【符号の説明】
【００３４】
１ 交流商用電源（交流電源）
２ 整流器
３ リアクタ
４ ダイオード
５ スイッチング素子
６ 電流検出抵抗（電流検出手段）
２２，２３ 過電圧検出用分圧抵抗（直流電圧検出手段）
２６ 入力電圧検出抵抗（入力電圧検出手段）
５０ 制御回路（スイッチング動作制御手段）
Iin 交流電流
Vin 入力電圧
Vov 過電圧検出電圧
Vref1 回生過電圧検出基準電圧（第１のレベル）
Vref2 軽負荷過電圧検出基準電圧（第２のレベル）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源を直流電源へ変換し、力率改善を図る電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６に従来の力率改善と過電圧保護を図る電源装置１００のブロック図を示す。この従来の電源装置は、単相交流電源１、整流器２、リアクタ３、ダイオード４、スイッチング素子５、電流検出抵抗６、平滑コンデンサ７、負荷８、コンパレータ２０、過電圧検出基準電圧源２１、過電圧検出用分圧抵抗２２、２３、出力電圧検出用分圧抵抗２４、２５、入力電圧検出抵抗２６、制御回路２７を備えている（例えば、特許文献１及び２参照）。
上記電源装置では、単相交流電源１の出力を整流器２で直流の入力電圧Vinに変換する。さらに、制御回路２７は、入力電圧Vinの電圧値に合わせスイッチング素子５をスイッチングさせて、リアクタ３に蓄えたエネルギーをダイオード４を介してコンデンサ７へ充電する。そして、出力電圧Voは入力電圧を昇圧し制御規定値に保つように制御される。このとき交流電流Iinは入力電圧Vinに同期し正弦波になるように制御される。
制御回路２７には、入力電圧Vinと、出力電圧Voの制御検出電圧Vsと、交流電流Iinのモニタとなる電流検出抵抗６の電流信号と、出力電圧Voの過電圧を検出するコンパレータ２０の出力信号OVLとが入力される。
コンパレータ２０は出力電圧Voの過電圧検出電圧Vovを過電圧検出基準電圧Vref（停止電圧）と比較し、過電圧検出基準電圧Vrefより過電圧検出電圧Vovが高い場合、出力電圧が停止電圧値と判断しOVL信号「Ｈ」を出力する。また、コンパレータ２０はヒステリシスを持ち、過電圧検出からの解除は、図７に示すように、過電圧検出基準電圧Vrefより低く、制御規定値より高い電圧である開始電圧以下にて行なう。
一方、制御回路２７はコンパレータ２０からのOVL「Ｈ」信号により力率改善制御を中止するためスイッチング素子５のスイッチング信号SWPを停止する。これにより出力電圧Voが下がり、コンパレータ２０からのOVL信号が「Ｌ」となると、力率改善制御を再開する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３２４２６７２号公報
【特許文献２】特許第３７４０９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の電源装置における力率改善制御では、過電圧検出は回路保護のためのみに使用されているため、出力電圧Voが制御に必要な電圧以上に上昇したとしても過電圧検出基準電圧Vref（停止電圧）以下であれば制御を続け、負荷駆動装置に制御損失を与えるという問題があった。即ち、制御電圧が高い場合、スイッチング駆動素子のスイッチング損失は、制御電圧が低い場合に比べ大きくなる。制御に必要とする以上の制御電圧は、損失を増大させるため、無駄な損失となる。なお、スイッチング制御以外でも負荷電流が増え損失が増大する。
【０００５】
また、上記従来の電源回路では、停止電圧を超えた状態が検出されると、交流電源の位相に関係なく制御を停止するため、力率を悪化させる原因となっていた。特に、負荷がＡＣサーボモータなどの回生電力を電源へ戻すものである場合、回生時に停止電圧を超える場合が多く、交流電流の停止頻度が多くなり、特に力率を顕著に悪化させる原因となっていた。
また、前述したように、損失の低減を図るために、過電圧検出基準電圧Vref（停止電圧）を低く設定することも考えられるが、負荷がＡＣサーボモータなどの回生電力を電源へ戻すものである場合、交流電流の停止頻度がさらに多くなり、力率をさらに悪化させてしまうため、停止電圧を低く設定することは困難であった。
【０００６】
本発明は、電源回路の力率改善制御において損失の低減を図ること、また、力率の向上を図ることをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、少なくとも整流器とスイッチング素子とリアクタとダイオードとを有し、前記スイッチング素子のスイッチング動作により交流電源から所定の直流電圧を得る変換回路と、前記交流電源の交流電圧を検出する入力電圧検出手段と、前記変換回路が出力する直流電圧を検出するための直流電圧検出手段と、前記各検出手段により検出される交流電圧及び直流電圧により、直流電圧が所定の制御電圧になるように前記スイッチング素子の動作を制御するスイッチング動作制御手段とを備える電源装置において、前記スイッチング動作制御手段が、前記検出される直流電圧が、前記制御電圧より大きい値であって、前記変換回路又は前記直流電圧を印加する負荷の保護のための第１のレベルを超えた場合には前記スイッチング素子による通電を即座に停止し、前記検出される直流電圧が、前記制御電圧より大きく且つ前記第１のレベルより小さい値である第２のレベルを超えた場合には、前記交流電圧のゼロクロスタイミングで前記スイッチング素子による通電を停止させる制御を行うことを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記スイッチング動作制御手段は、前記検出される直流電圧が前記第１のレベル又は第２のレベルを超えて前記スイッチング素子による通電を停止させた状態において、前記検出される直流電圧が前記第２のレベル未満の所定電圧となった場合には、前記交流電圧のゼロクロスタイミングで前記スイッチング素子による通電を再開させる制御を行うことを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記スイッチング素子による通電を再開させる前記第２のレベル未満の所定電圧を前記制御電圧としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の発明は、回路の出力する直流電圧に対して二つのレベルを設定し、回路等の保護を図るより大きな第１のレベルを超えた場合にはスイッチング制御を即座に停止することで従来と変わらぬ保護を図ると共に、第１のレベルより小さな値に設定された第２のレベルを超える場合には、緊急性が低いことから、交流電圧のゼロクロスタイミングを待ってからスイッチング制御を停止させる制御を行っている。
このため、回路等の保護を図るための第１のレベルの値に到達するまで待つことなく、通電が停止され、スイッチング損失を低減することが可能となる。
また、第２のレベルによる停止は、交流電圧のゼロクロスタイミングで行うので、力率の低減を効果的に回避することが可能となる。特に、負荷側で回生を行うことで直流電圧の増加を頻繁に生じるような場合でも、毎回のスイッチングの停止による力率の低下を回避し、力率の高い電源装置を提供することが可能となる。
さらに、二段階のレベルでスイッチングの停止を行うので、制御電圧より少し大きい第２のレベルより制御停止を行うことで、回生過電圧などの帰還電力を有効に使用し消費電力を下げることが可能となる。
【００１１】
請求項２及び３記載の発明は、スイッチング素子による通電を停止状態からの復帰も、交流電圧のゼロクロスタイミングで行うので、さらに、力率の高い電源装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例を示す電源装置の回路構成図である。
【図２】回路の出力電圧が軽負荷或いは回生により一時的に緩やかな上昇を生じた場合の過電圧保護制御のタイミングチャートである。
【図３】回路の出力電圧がより重負荷或いは回生により一時的に急激な上昇を生じた場合の過電圧保護制御のタイミングチャートである。
【図４】回路の出力電圧が軽負荷或いは回生により一時的に緩やかな上昇を生じた場合であって、ゼロクロスの検出を待つことなく出力電圧が低下した場合の過電圧保護制御のタイミングチャートである。
【図５】制御回路が負荷に対して電源供給時に行う過電圧保護制御の処理を示すフローチャートである。
【図６】従来の電源装置のブロック図である。
【図７】従来の電源装置における変換回路の出力電圧が軽負荷或いは回生により上昇を生じた場合の過電圧保護制御のタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は本発明の一実施例を示す電源装置１０の回路構成図である。以下の電源装置１０の説明において、前述した図６に示す電源装置１００と同一の構成については同一の符号を付するものとする。
電源装置１０は、例えばモータなどの負荷８に電源供給を行う電源装置であると共に、単相の交流商用電源１と、単相全波整流により交流を直流に変換する整流器２と、リアクタ３とダイオード４とスイッチング素子５と平滑コンデンサ７とからなる昇圧チョッパ回路と、交流電流Iinのモニタとなる電流検出信号Vaciを得るための電流検出手段としての電流検出抵抗６と、電流検出信号VLを得るための負荷電流検出抵抗９と、回路及び負荷８の保護のための過電圧の監視を行うために回路が出力する直流電圧である過電圧検出電圧Vovを得るための直流電圧検出手段としての過電圧検出用分圧抵抗２２及び２３と回路の出力電圧Voを得るための出力電圧検出用分圧抵抗２４及び２５と、回路の入力電圧Vinを得るための入力電圧検出抵抗２６と、回路保護のために過電圧の発生を監視する第一のコンパレータ２０と、過電圧の発生の判断の基準となる回生過電圧基準電圧Vref1（第一の過電圧基準電圧）をコンパレータ２０に入力する過電圧検出基準電圧２１と、回路の損失低減のために軽負荷過電圧の発生を監視する第二のコンパレータ３０と、軽負荷過電圧の発生の判断の基準となる軽負荷過電圧基準電圧Vref2（第二の過電圧基準電圧）をコンパレータ３０に入力する第２の過電圧検出基準３１と、交流電源を直流電源へ変換における力率改善制御と回路における過電圧保護制御とを行う制御回路５０とを備えている。
【００１４】
コンパレータ２０は、過電圧により回路保護するための第一の過電圧検出基準電圧電源２１が接続されている。そして、第一の過電圧検出基準電圧電源２１から印加される回生過電圧基準電圧Vref1と過電圧検出用分圧抵抗２２及び２３から得られる過電圧検出電圧Vovとの比較を行い、回生過電圧基準電圧Vref1より過電圧検出電圧Vovが高い場合に、OVL信号を「Ｈ」で出力する。
上記回生過電圧検出基準電圧Vref1の値は、回路及び負荷の破壊等を生じないと判断される回路の出力電圧Voの上限値に対応する電圧値が設定されている。つまり、過電圧検出電圧Vovの値が回生過電圧検出基準電圧Vref1を超えない限り、回路及び負荷は安定して作動することができるようになっている。
【００１５】
コンパレータ３０は、回生過電圧検出基準電圧Vref1より低く、制御規定値電圧Vssより高い軽負荷過電圧検出基準電圧Vref2（第二の過電圧基準電圧）を印加する第二の過電圧基準電圧電源３１が接続される。そして、第二の過電圧検出基準電圧電源３１から印加される軽負荷過電圧基準電圧Vref2（第二の過電圧基準電圧）と前述した過電圧検出電圧Vovとの比較を行い、軽負荷回生過電圧基準電圧Vref2より過電圧検出電圧Vovが高い場合に、OVC信号を「Ｈ」で出力する。
上記軽負荷過電圧検出基準電圧Vref2の値は、回生過電圧検出基準電圧Vref1より低く制御規定電圧Vssより高いことを必須の要件とし、制御規定値電圧Vssに近い値であることが望ましい。但し、制御規定値電圧Vssは非回生時の通常時でも上下に変動を行う場合に、当該通常の変動幅よりも高い値にすることが望ましい。
【００１６】
上記電源装置１０は、リアクタ３とダイオード４とスイッチング素子５と平滑コンデンサ７とからなる昇圧チョッパ回路と整流器２とにより交流−直流の変換回路を構成している。さらに、交流−直流の変換回路に、スイッチング素子５のスイッチ動作を制御する制御回路５０を加えることにより、いわゆる昇圧チョッパ型高力率コンバータを構成している。
上記整流器２は、交流商用電源１からの交流を直流に整流し、平滑コンデンサ７は整流後の直流の平滑化を行っている。
また、制御回路５０は、昇圧チョッパ回路におけるスイッチング素子５のデューティ比を制御することにより、その出力電圧Voを任意に制御することができる。
さらに、制御回路５０は、昇圧チョッパ回路におけるスイッチング素子５のデューティ比の制御により、リアクトル電流の増減を任意に制御することで、交流電流Iinを任意に制御することが可能となっている。具体的には、交流の入力電圧と同相の正弦波形となるようにスイッチング素子５の制御を行うことで、力率改善制御を行っている。
【００１７】
制御回路５０は、入力電圧検出抵抗２６を介して得られる入力電圧Vinと、回路の出力電圧Voの制御検出電圧Vs１４と、交流電流Iinと、当該交流電流Iinのモニタとなる電流検出抵抗６の電流検出信号Vaciと、負荷電流検出抵抗９の電流検出信号VLと、コンパレータ２０の出力信号OVLと、コンパレータ３０の出力信号OVCとが入力される。
【００１８】
次に、回路の出力電圧Voが各種の状態変化を生じる場合における上記過電圧保護制御について、図２〜４に示す各タイミングチャートに照らして説明する。
制御回路５０は、出力電圧Voに対応する変化を示す過電圧検出電圧Vovに対して、回路及び負荷の保護のための回生過電圧基準電圧Vref1とこれより低い値である軽負荷過電圧基準電圧Vref2との二段階の閾値を設定し、過電圧検出電圧Vovが回生過電圧基準電圧Vref1を超える場合には即座に交流電流Iinを切断し、過電圧検出電圧Vovが回生過電圧基準電圧Vref1を超ずに軽負荷過電圧基準電圧Vref2のみを超える場合には入力電圧Vinのゼロクロス点ZCを待ってから交流電流Iinを切断する制御を行っている。
【００１９】
図２は回路の出力電圧Voが、軽負荷或いは回生により一時的に緩やかな上昇を生じた場合の過電圧保護制御のタイミングチャートである。
この場合、図２のＡの時点において、過電圧検出電圧Vovが軽負荷過電圧基準電圧Vref2の値を超えて、軽負荷過電圧検出信号OVCの「Ｌ」から「Ｈ」への切り替わりが検出されると、制御回路５０は、入力電圧Vinのゼロクロス点ZCの検出を待ち、Ｂの時点でゼロクロス点ZCが検出されるとスイッチング素子５をOFFにして交流電流Iinを切断する。
その結果、過電圧検出電圧Vovが低下し、軽負荷過電圧基準電圧Vref2以下となって（Ｃ点）、さらに、過電圧検出電圧Vovが制御規定電圧Vssまで低下すると（Ｄ点）、制御回路５０は、入力電圧Vinのゼロクロス点ZCの検出を待ち、Ｅの時点でゼロクロス点ZCが検出されるとスイッチング素子５をONにして交流電流Iinの通電を再開する。
【００２０】
図３は回路の出力電圧Voが、より重負荷或いは回生により一時的に急激な上昇を生じた場合の過電圧保護制御のタイミングチャートである。
この場合、図３のａの時点において、過電圧検出電圧Vovが軽負荷過電圧基準電圧Vref2の値を超えて、軽負荷過電圧検出信号OVCの「Ｌ」から「Ｈ」への切り替わりが検出される。さらに、ゼロクロス点ZCが検出されるより前に、ｂの時点において、過電圧検出電圧Vovが回生過電圧基準電圧Vref1の値を超えて、回生過電圧検出信号OVLの「Ｌ」から「Ｈ」への切り替わりが検出されると、制御回路５０は、入力電圧Vinのゼロクロス点ZCの検出を待つことなく、即座にスイッチング素子５をOFFにして交流電流Iinを再開を切断する。
その結果、過電圧検出電圧Vovが低下し、回生過電圧基準電圧Vref1以下となり（ｃ点）、軽負荷過電圧基準電圧Vref2以下となり（ｄ点）、さらに、制御規定電圧Vssまで低下すると（ｅ点）、制御回路５０は、入力電圧Vinのゼロクロス点ZCの検出を待ち、ｆの時点でゼロクロス点ZCが検出されると交流電流Iinの通電を再開する。
【００２１】
図４は回路の出力電圧Voが、軽負荷或いは回生により一時的に緩やかな上昇を生じた場合であって、ゼロクロスの検出を待つことなく出力電圧Voが低下した場合の過電圧保護制御のタイミングチャートである。
この場合、図４のＩの時点において、過電圧検出電圧Vovが軽負荷過電圧基準電圧Vref2の値を超えて、軽負荷過電圧検出信号OVCの「Ｌ」から「Ｈ」への切り替わりが検出されると、制御回路５０は、前述したように、入力電圧Vinのゼロクロス点ZCの検出待ちとなるが、通電を断つまでもなく過電圧検出電圧Vovがピークを経て下降に転じ（IIの時点）、さらに、軽負荷過電圧基準電圧Vref2以下となり、軽負荷過電圧検出信号OVCの「Ｈ」から「Ｌ」への切り替わることとなると（IIIの時点）、制御回路５０はスイッチング素子５の切断を行わない。
【００２２】
このようにして、制御回路５０は、各種の状態に対応して過電圧保護制御を実行するが、当該過電圧保護制御における交流電流の切断時以外については、前述したスイッチング素子５による出力電圧Voを任意の目標値に維持する制御及び力率改善制御を常に実行しているものとする。
【００２３】
次に、制御回路５０が負荷８に対して電源供給時に行う過電圧保護制御の処理内容について図５のフローチャートに基づいて説明する。
まず、制御回路５０は、コンパレータ３０による過電圧検出電圧Vovと軽負荷回生過電圧基準電圧Vref2との比較結果を示すOVC信号が「Ｈ」か否かを判定する（ステップＳ１）。
このとき、過電圧検出電圧Vovが第２過電圧検出基準電圧Vref2を超えていない場合にはステップＳ５に処理が進められる。
一方、負荷からの回生電力や軽負荷が発生した場合、出力電圧Vinは制御電圧Vssから上昇する。これにより、過電圧検出電圧Vovが第２過電圧検出基準電圧Vref2を超えた場合には（Vov>Vref2）、制御回路５０では、軽負荷過電圧検知フラグFG2が1か0か判断し（ステップＳ２）、軽負荷過電圧検知フラグFG2=0の場合にはFG2=1に切り替えられる（ステップＳ３）。
一方、ステップＳ２の判定において既にFG2=1の場合、又はステップＳ３において軽負荷過電圧検知フラグFG2が1に切り替えられた場合には、制御回路５０は、入力電圧検出抵抗２６を介して得られる入力電圧Vinの電圧波形からゼロクロス点ZCが検出されているか判定する（ステップＳ４）。
【００２４】
その結果、ゼロクロス点ZCが検出されない場合には、制御回路５０は、コンパレータ２０による過電圧検出電圧Vovと回生過電圧基準電圧Vref1との比較結果を示すOVL信号が「Ｈ」か否かを判定する（ステップＳ５）。
そして、OVL信号が「Ｈ」である場合（Vov＞Vref1）には、ステップＳ６に処理が進められ、OVL信号が「Ｈ」ではない場合（Vov＜Vref1又はVov＝Vref1）には、ステップＳ７に処理が進められる。
【００２５】
また、ステップＳ４において入力電圧Vinのゼロクロス点ZCが検出された場合にもステップＳ６に処理が進められる。
このステップＳ６では、制御回路５０はスイッチ信号SWPを「Ｌ」（OFF）としてスイッチング素子５に出力し、交流電流Iinの通電を停止させて力率改善制御を停止し、制御停止フラグFG1=1とする。
【００２６】
次いで、ステップＳ７では、制御回路５０は、軽負荷過電圧検知フラグFG2が1か0か判断し、軽負荷過電圧検知フラグFG2=0の場合には過電圧検出電圧Vovの上昇は生じなかったものとして処理を終了する。
また、軽負荷過電圧検知フラグFG2=1の場合には、制御回路５０は制御停止フラグFG1が1か0か判定する（ステップＳ８）。
【００２７】
ステップＳ８において、制御停止フラグFG1＝1と判定された場合には、交流電流Iinの通電停止による力率改善制御停止状態にあるため、過電圧検出電圧Vovの値が制御電圧Vss未満となったか否かの判定を行い（ステップＳ１０）、過電圧検出電圧Vovが制御電圧Vssまで下がっていない場合には、ステップＳ１に処理を戻す。
また、過電圧検出電圧Vovが制御電圧Vss未満まで下がった場合には、制御回路５０は、入力電圧Vinの電圧波形からゼロクロス点ZCが検出されているか判定する（ステップＳ１１）。そして、ゼロクロス点ZCが検出されない場合には、ステップＳ１に処理を戻す。
また、ゼロクロス点ZCが検出されている場合には、制御回路５０はスイッチ信号SWPを「Ｈ」（ON）としてスイッチング素子５に出力し、交流電流Iinの通電を再開させて力率改善制御を再開し、制御停止フラグFG1=0とする（ステップＳ１２）。さらに、軽負荷過電圧検知フラグFG2=0として（ステップＳ１３）、処理を終了する。
【００２８】
また、ステップＳ８において、制御停止フラグFG1＝0と判定された場合には、制御回路５０は、コンパレータ３０による過電圧検出電圧Vovと軽負荷過電圧基準電圧Vref2との比較結果を示すOVL信号が「Ｌ」か否かを判定する（ステップＳ９）。その結果、OVL信号が「Ｌ」ではない場合（Vref2＜Vov又はVref2＝Vov）にはステップＳ１に処理を戻す。
また、OVL信号が「Ｌ」である場合（Vref2＞Vov）には軽負荷過電圧検知フラグFG2=0として（ステップＳ１３）、処理を終了する。
【００２９】
ここで、図５のフローチャートに示す処理と前述した図２のタイミングチャートの処理とを照合して説明する。
まず、過電圧検出電圧Vovが軽負荷過電圧基準電圧Vref2を超えると（Ａ点）、ステップＳ１の判定はＹＥＳとなり、ステップＳ２，３で軽負荷過電圧検知フラグがFG2=１に設定される。
さらに、Ｂ点においてゼロクロス点ZCが検出されると、ステップＳ４の判定はＹＥＳとなり、ステップＳ６により交流電流Iinの通電が停止される。そして、各フラグFG1=1，FG2=1なので、ステップＳ７，８の判定はＹＥＳとなる。
そして、Ｄ点において、過電圧検出電圧Vovが制御器低電圧Vss未満まで下がると、ステップＳ１０の判定がＹＥＳとなり、さらに、Ｅ点でゼロクロス点ZCが検出されるとステップＳ１１の判定がＹＥＳとなる。
そして、ステップＳ１２の処理により、交流電流Iinの通電が再開されると共に制御停止フラグがリセット（FG1=0）され、さらに、ステップＳ１３の処理により、軽負荷過電圧検知フラグもリセット（FG2=0）されて、一連の処理が終了する。
【００３０】
次に、図５のフローチャートに示す処理と前述した図３のタイミングチャートの処理とを照合して説明する。
まず、過電圧検出電圧Vovが軽負荷過電圧基準電圧Vref2を超えると（ａ点）、ステップＳ１の判定はＹＥＳとなり、ステップＳ２，３で軽負荷過電圧検知フラグがFG2=１に設定される。
さらに、ゼロクロス点ZCが検出されることなく過電圧検出電圧Vovが回生過電圧基準電圧Vref1を超えると（ｂ点）、ステップＳ４の判定がＮＯ、ステップＳ５の判定がＹＥＳとなり、ステップＳ６により交流電流Iinの通電が即座に停止される。
そして、各フラグFG1=1，FG2=1なので、ステップＳ７，８の判定はＹＥＳとなる。さらに、ｅ点において、過電圧検出電圧Vovが制御器低電圧Vss未満まで下がると、ステップＳ１０の判定がＹＥＳとなり、さらに、ｆ点でゼロクロス点ZCが検出されるとステップＳ１１の判定がＹＥＳとなる。
そして、ステップＳ１２の処理により、交流電流Iinの通電が再開されると共に制御停止フラグがリセット（FG1=0）され、さらに、ステップＳ１３の処理により、軽負荷過電圧検知フラグもリセット（FG2=0）されて、一連の処理が終了する。
【００３１】
次に、図５のフローチャートに示す処理と前述した図４のタイミングチャートの処理とを照合して説明する。
まず、過電圧検出電圧Vovが軽負荷過電圧基準電圧Vref2を超えると（Ｉ点）、ステップＳ１の判定はＹＥＳとなり、ステップＳ２，３で軽負荷過電圧検知フラグがFG2=１に設定される。
さらに、ゼロクロス点ZCが検出されることなく過電圧検出電圧Vovは軽負荷過電圧基準電圧Vref2未満まで低下するので、ステップＳ４及び５の判定はＮＯとなり、軽負荷過電圧検知フラグがFG2=1なのでステップＳ７の判定はＹＥＳとなる。さらに、停止フラグがFG1=0のままなので、ステップＳ８の判定はＮＯとなり、Vov＜Vref2によりステップＳ９の判定はＹＥＳとなる。その結果、ステップＳ１３において軽負荷過電圧検知フラグはリセットされ（FG2=0）、一連の処理が終了する。
【００３２】
以上のように、上記電源装置１０では、変換回路の出力する直流電圧に基づく過電圧検出電圧Vovに対して回生過電圧基準電圧Vref1と軽負荷過電圧基準電圧Vref2との二つのレベルを設定し、回路等の保護を図るより大きな回生過電圧基準電圧Vref1を超えた場合にはスイッチング制御を即座に停止することで、従前と同様に回路又は負荷の保護を図ることが可能となる。
さらに、回生過電圧基準電圧Vref1より小さな値に設定された軽負荷過電圧基準電圧Vref2を超える場合には、緊急性が低いことから、交流電圧のゼロクロスタイミングを待ってからスイッチング制御を停止させる制御を行うので、力率の低減を効果的に回避することが可能となる。特に、負荷側で回生を行うことで直流電圧の増加を頻繁に生じるような場合でも、毎回のスイッチングの停止による力率の低下を回避し、力率の高い電源装置を提供することが可能となる。また、二段階のレベルでスイッチングの停止を行うので、制御電圧より少し大きい第２のレベルより制御停止を行うことで、回生過電圧などの帰還電力を有効に使用し消費電力を下げることが可能となる。
さらに、スイッチング素子による通電を停止状態からの復帰も、交流電圧のゼロクロスタイミングで行うので、さらなる、力率の向上を図ることが可能となる。
【００３３】
なお、軽負荷過電圧基準電圧Vref2を超えてスイッチング制御を停止する場合と、各過電圧基準電圧Vref1，Vref2を超えてスイッチング制御が停止されてから再開する場合とで、いずれも交流電圧のゼロクロスにタイミングを合わせているが、これらの停止又は再開を交流電流のゼロクロスのタイミングに合わせて実行させても良い。
【符号の説明】
【００３４】
１ 交流商用電源（交流電源）
２ 整流器
３ リアクタ
４ ダイオード
５ スイッチング素子
６ 電流検出抵抗（電流検出手段）
２２，２３ 過電圧検出用分圧抵抗（直流電圧検出手段）
２６ 入力電圧検出抵抗（入力電圧検出手段）
５０ 制御回路（スイッチング動作制御手段）
Iin 交流電流
Vin 入力電圧
Vov 過電圧検出電圧
Vref1 回生過電圧検出基準電圧（第１のレベル）
Vref2 軽負荷過電圧検出基準電圧（第２のレベル）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも整流器とスイッチング素子とリアクタとダイオードとを有し、前記スイッチング素子のスイッチング動作により交流電源から所定の直流電圧を得る変換回路と、
前記交流電源の交流電圧を検出する入力電圧検出手段と、
前記変換回路が出力する直流電圧を検出するための直流電圧検出手段と、
前記各検出手段により検出される交流電圧及び直流電圧により、直流電圧が所定の制御電圧になるように前記スイッチング素子の動作を制御するスイッチング動作制御手段とを備える電源装置において、
前記スイッチング動作制御手段が、
前記検出される直流電圧が、前記制御電圧より大きい値であって、前記変換回路又は前記直流電圧を印加する負荷の保護のための第１のレベルを超えた場合には前記スイッチング素子による通電を即座に停止し、
前記検出される直流電圧が、前記制御電圧より大きく且つ前記第１のレベルより小さい値である第２のレベルを超えた場合には、前記交流電圧のゼロクロスタイミングで前記スイッチング素子による通電を停止させる制御を行うことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記スイッチング動作制御手段は、
前記検出される直流電圧が前記第１のレベル又は第２のレベルを超えて前記スイッチング素子による通電を停止させた状態において、前記検出される直流電圧が前記第２のレベル未満の所定電圧となった場合には、前記交流電圧のゼロクロスタイミングで前記スイッチング素子による通電を再開させる制御を行うことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記スイッチング素子による通電を再開させる前記第２のレベル未満の所定電圧を前記制御電圧としたことを特徴とする請求項２記載の電源装置。
【請求項１】
少なくとも整流器とスイッチング素子とリアクタとダイオードとを有し、前記スイッチング素子のスイッチング動作により交流電源から所定の直流電圧を得る変換回路と、
前記交流電源の交流電圧を検出する入力電圧検出手段と、
前記変換回路が出力する直流電圧を検出するための直流電圧検出手段と、
前記各検出手段により検出される交流電圧及び直流電圧により、直流電圧が所定の制御電圧になるように前記スイッチング素子の動作を制御するスイッチング動作制御手段とを備える電源装置において、
前記スイッチング動作制御手段が、
前記検出される直流電圧が、前記制御電圧より大きい値であって、前記変換回路又は前記直流電圧を印加する負荷の保護のための第１のレベルを超えた場合には前記スイッチング素子による通電を即座に停止し、
前記検出される直流電圧が、前記制御電圧より大きく且つ前記第１のレベルより小さい値である第２のレベルを超えた場合には、前記交流電圧のゼロクロスタイミングで前記スイッチング素子による通電を停止させる制御を行うことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記スイッチング動作制御手段は、
前記検出される直流電圧が前記第１のレベル又は第２のレベルを超えて前記スイッチング素子による通電を停止させた状態において、前記検出される直流電圧が前記第２のレベル未満の所定電圧となった場合には、前記交流電圧のゼロクロスタイミングで前記スイッチング素子による通電を再開させる制御を行うことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記スイッチング素子による通電を再開させる前記第２のレベル未満の所定電圧を前記制御電圧としたことを特徴とする請求項２記載の電源装置。
【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２０１１−５０２０７（Ｐ２０１１−５０２０７Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９８３２８（Ｐ２００９−１９８３２８）
【出願日】平成２１年８月２８日（２００９．８．２８）
【出願人】（０００００３３９９）ＪＵＫＩ株式会社 (1,557)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２８日（２００９．８．２８）
【出願人】（０００００３３９９）ＪＵＫＩ株式会社 (1,557)
【Ｆターム（参考）】
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