JP3339558B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流電源から発生
する交流電圧を所望の電圧に変換するための電力変換装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電力変換装置は、交流電源から発生する
交流電圧を、整流回路および平滑回路によって直流電圧
に変換し、この直流電圧を電力変換回路によって所望の
交流電圧あるいは直流電圧に変換し、得られた交流電圧
あるいは直流電圧を負荷に印加するものである。

【０００３】このうち整流回路および平滑回路によって
変換された直流電圧を所望の直流電圧に変換する電力変
換回路は、スイッチングレギュレータとして知られてい
る。スイッチングレギュレータを用いた従来の電力変換
装置が図４に示されている。図４に示されるように、ス
イッチングレギュレータを用いた従来の電力変換装置に
は、スイッチングレギュレータ１３０の前段に、整流回
路１１０と、平滑用コンデンサＣ１１とが設けられてい
る。

【０００４】このうち整流回路１１０は、これを構成す
る４つのダイオードＤ１１〜Ｄ１４がブリッジ接続され
て、交流電源１４０から交流入力端子１１ａ，１１ｂを
介して印加された交流電圧を整流する作用を果たしてい
る。この整流回路１１０には、平滑用コンデンサＣ１１
が接続され、この平滑用コンデンサＣ１１では、整流回
路１１０によって整流された電圧の平滑化が行われる。

【０００５】また、平滑用コンデンサＣ１１の両端に
は、スイッチングレギュレータ１３０が接続され、この
スイッチングレギュレータ１３０では、平滑用コンデン
サＣ１１によって平滑化された電圧が所望の直流電圧に
変換される。さらに、スイッチングレギュレータ１３０
には、直流出力端子１３ｃ，１３ｄを介して負荷が接続
され、スイッチングレギュレータ１３０によって所望の
直流電圧が負荷に印加される。

【０００６】なお、整流回路１１０，平滑用コンデンサ
Ｃ１１，スイッチングレギュレータ１３０は、すべて一
端が接地されている。このように構成された従来の電力
変換装置は、交流電源１４０が出力する正弦波の交流電
圧（例えば、商用の６０Ｈｚ，１００Ｖ）は、整流回路
１１０の交流入力端子１１ａ，１１ｂ間に印加される。
整流回路１１０は、印加された正弦波の交流電圧を整流
して、図５に示されるように全波整流波形の整流電圧Ｖ
inを平滑用コンデンサＣ１１の両端に印加する。したが
って、平滑用コンデンサＣ１１は、整流電圧Ｖinに応じ
て充電される。

【０００７】この平滑用コンデンサＣ１１に充電された
電荷は、スイッチングレギュレータ１３０の電圧変換動
作に応じて消費される。したがって、平滑用コンデンサ
Ｃ１１の両端の電圧は変動することになるが、当該平滑
用コンデンサＣ１１の両端の電圧と整流電圧Ｖinとの大
小関係によって電荷が新たに供給されるので、その変動
は小さく抑えられる。

【０００８】具体的には、この平滑用コンデンサＣ１１
の両端の電圧が整流電圧Ｖinよりも小さくなるときに、
整流回路１１０から平滑用コンデンサＣ１１に電流（充
電電流）が流れて、平滑用コンデンサＣ１１が充電され
る。このとき、平滑用コンデンサＣ１１の両端の電圧
は、充電電流に応じて増加する。反対に、平滑用コンデ
ンサＣ１１の両端の電圧の方が整流電圧Ｖinよりも大き
いときには、充電は行われない。このとき、平滑用コン
デンサＣ１１の両端の電圧は、スイッチングレギュレー
タ１３０の電圧変換動作に応じて減少する。その結果、
平滑用コンデンサＣ１１は、定常的にほぼ一定の電荷を
蓄積する状態に維持され、その両端には、ほぼ一定の電
圧（平滑電圧Ｖｓ）が生じることになる。

【０００９】この平滑用コンデンサＣ１１の平滑電圧Ｖ
ｓは、スイッチングレギュレータ１３０の作用によっ
て、このスイッチングレギュレータ１３０内でいったん
高周波交流電圧に変換された後に、再び整流平滑され、
所望の電圧値の直流電圧に変換されて、直流出力端子１
３ａ，１３ｂに出力される。この直流電圧は、出力電圧
として負荷に印加される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の電力変
換装置では、整流回路１１０から平滑用コンデンサＣ１
１への充電電流（入力電流Ｉin）の流入は、上述したよ
うに、平滑用コンデンサＣ１１の両端に生じた平滑電圧
Ｖｓの方が整流電圧Ｖinより小さいときに限られてい
る。

【００１１】すなわち、平滑用コンデンサＣ１１への入
力電流Ｉinは、整流電圧Ｖinが最大値となる付近のみに
短時間だけに生じる。したがって、その入力電流Ｉinの
波形は、図５に示されるように、パルス状の流通角が狭
いものとなる。この入力電流Ｉinの波形に対して、高速
フーリエ変換（ＦＦＴ、fast Fouriertransform）を用
いてスペクトル解析を行った結果（スペクトル特性）を
示す波形が、図６に示されている。

【００１２】図６に示されるように、入力電流Ｉinに
は、整流電圧Ｖinの基本周波数ｆo の成分以外の高周波
歪み成分が多く含まれていることがわかる。このよう
に、従来の電力変換装置では、入力電流Ｉinが整流電圧
Ｖinの波形に対して高周波歪み成分を多く含む波形とな
ってしまう。したがって、従来の電力変換装置では、入
力力率が低下し、皮相電力が増加し、電力伝送効率が落
ちたり、また、電力変換装置に接続された他の機器の誤
動作を招いたりする可能性も生じる。

【００１３】これらの問題に対処するために、従来の電
力変換装置では、例えば、スイッチングレギュレータ１
３０の前段に、昇圧形コンバータを設ける方式によっ
て、高周波歪み成分を抑制し、力率の改善を図ってい
た。この方式では、力率はほぼ１に近く理想的にするこ
とができるが、昇圧形コンバータとスイッチングレギュ
レータとであわせて２つのコンバータが設けられること
となるため、回路構成が複雑で、価格的に不利であり、
また、スイッチングレギュレータ１３０側では、その変
換効率を落としてしまうという新たな問題が生じる。

【００１４】本発明の目的は、力率が良好に改善される
と共に、回路構成が簡単な電力変換装置を提供すること
にある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、電力変換装置に、整流回路から脈流として与えられ
る電力を蓄積する平滑用コンデンサと、平滑用コンデン
サの放電路に配される一次巻線と平滑用コンデンサの充
電路に配される二次巻線とからなる変流器と、放電路に
配される一次巻線とスイッチング素子を含むと共に、該
スイッチング素子を用いたスイッチングにより、平滑用
コンデンサに蓄積された電力を取り込み、所望の電圧の
電力に変換する電圧変換部とを備えたものである。そし
て、上記の変流器は、電圧変換部に取り込まれる電力に
応じて、放電路に電流が流れるタイミングで、変流器の
一次巻線と二次巻線との電磁結合により、充電路に電流
を注入するように構成されている。

【００１６】

【００１７】（作用） 請求項１に記載の発明によれば、電圧変換部が、平滑用
コンデンサに蓄積された電力を取り込んで所望の電圧の
電力に変換することによって、平滑用コンデンサに蓄積
された電力は減少していく。そして、その減少によって
平滑用コンデンサの電位が整流回路からの脈流の電圧の
瞬時値よりも小さくなったときに、平滑用コンデンサの
充電路には整流回路から脈流が流れ、電力が新たに平滑
用コンデンサに蓄積されることになる。すなわち、整流
回路から脈流として与えられる電力が平滑用コンデンサ
に蓄積される動作は、電圧変換部が平滑用コンデンサに
蓄積された電力を取り込んで所望の電圧の電力に変換す
る動作とは非同期に行われる。

【００１８】一方、電圧変換部が、平滑用コンデンサに
蓄積された電力を取り込んで所望の電圧の電力に変換す
る動作を行うときには、平滑用コンデンサから電圧変換
部に放電することによって電流が流れるタイミングで、
変流器の作用によって平滑用コンデンサの充電路に電流
が注入され、この注入された電流が平滑用コンデンサに
補充されることになる。すなわち、変流器の作用によっ
て平滑用コンデンサの充電路に注入された電流の電力が
平滑用コンデンサに補充される動作は、電圧変換部が平
滑用コンデンサに蓄積された電力を取り込んで所望の電
圧の電力に変換する動作に同期して行われる。

【００１９】したがって、平滑用コンデンサには、脈流
として与えられる電力が蓄積される動作とは非同期に、
変流器の作用によって充電路に注入された電流が補充さ
れることになる。さらに、電圧変換部がスイッチングに
より電圧変換を行うので、変流器の一次巻線が配された
平滑用コンデンサの放電路には、平滑用コンデンサから
電圧変換部に向けて電流が断続的に流れる。よって、変
流器の一次巻線と二次巻線とが電磁結合し、変流器の二
次側では、一次巻線が配された放電路を断続的に流れる
電流に応じた電流が、二次巻線が配された充電路に断続
的に注入され、この注入された電流が平滑用コンデンサ
に補充されることになる。

【００２０】さらに、電圧変換部のスイッチングによっ
て変流器の一次巻線が配された放電路に断続的に電流が
流れ、変流器の一次巻線と二次巻線とが電磁結合すると
きには、電圧変換を行う電圧変換部の入力端は、変流器
の二次巻線に等価的に並列に接続される。そして、この
電圧変換部の入力インピーダンスは、スイッチングを行
うスイッチング素子が導通状態となったときに低くな
る。すなわち、脈流として与えられる電力を平滑用コン
デンサに供給する供給源から見た見かけ上のインピーダ
ンスが減少することになる。したがって、二次巻線が配
された充電路に上記の供給源から断続的に注入される電
流の量が増大するので、平滑用コンデンサに補充される
電力も増大する。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。図１は、本実施形態の電力変換装置
の回路構成を示す図である。なお、本実施形態は、請求
項１に記載した発明に対応する。本実施形態の電力変換
装置は、図１に示されるスイッチングレギュレータ３０
（電圧変換部）によって、平滑回路２０で平滑化された
直流電圧を所望の電圧値の直流電圧に変換して直流出力
端子３ｃ，３ｄに出力電圧として出力し、その後段に設
けられる負荷に印加するものである。

【００２２】この電力変換装置は、従来の電力変換装置
に比べて、スイッチングレギュレータ３０の前段に設け
られた平滑回路２０にカレントトランス２０Ａ（変流
器）が備えられている点に特徴がある。このカレントト
ランス２０Ａは、平滑用コンデンサＣ１（蓄電部）への
電荷補充動作を行うものである。すなわち、スイッチン
グレギュレータ３０の前段には、図１に示されるよう
に、商用の交流電源４０と、整流回路１０と、カレント
トランス２０Ａを備えた平滑回路２０とが設けられてい
る。

【００２３】このうち整流回路１０は、これを構成する
４つのダイオードＤ１〜Ｄ４がブリッジ接続されて、交
流電源４０から交流入力端子１ａ，１ｂを介して印加さ
れた交流電圧を整流する作用を果たしている。整流回路
１０による整流作用は図２に示されている。

【００２４】この整流回路１０には、接続点１ｃ，１ｄ
を介して平滑回路２０が接続され、この平滑回路２０を
構成する平滑用コンデンサＣ１によって、整流回路１０
にて整流された後の直流電圧の平滑化が行われるように
なっている。また、整流回路１０と平滑回路２０とを接
続する一方の接続点１ｃと、前記した平滑用コンデンサ
Ｃ１の一端との間には、カレントトランス２０Ａの一方
を構成する二次コイルＬ２２（二次巻線）が設けられて
いる。この場合、二次コイルＬ２２と平滑用コンデンサ
Ｃ１が直列に接続されて充電路が形成される。

【００２５】さらに、平滑用コンデンサＣ１の前記一端
と、平滑回路２０とスイッチングレギュレータ３０とを
接続する一方の接続点３ａとの間には、カレントトラン
ス２０Ａの他方を構成する一次コイルＬ２１（一次巻
線）が設けられている。なお、整流回路１０と平滑回路
２０とを接続する他方の接続点１ｃ，平滑用コンデンサ
Ｃ１の他端，平滑回路２０とスイッチングレギュレータ
３０とを接続する他方の接続点３ｂは、すべて接地され
ている。

【００２６】ここで、電力変換装置において、平滑化さ
れた直流電圧を所望の電圧値の直流電圧に変換する主た
る機能を果たしているスイッチングレギュレータ３０の
具体的な構成について説明する。なお、この実施形態の
スイッチングレギュレータ３０は、周知の一石フォワー
ド形コンバータで構成されている。スイッチングレギュ
レータ３０は、その主要部となるトランス３１と、この
トランス３１の一次側に設けられたスイッチＳＷ，制御
回路３２，アブソーバ３３と、二次側に設けられた整流
回路３４，平滑回路３５とによって構成されている。

【００２７】トランス３１は、一次コイルＬ３１，二次
コイルＬ３２と、リセットコイルＬ３３とで構成されて
いる。このうち一次コイルＬ３１は、その一端が接続点
３ａに接続され、他端がスイッチＳＷを介して接続点３
ｂに接続されている。

【００２８】また、リセットコイルＬ３３は、その一端
が接続点３ａに接続され、他端がダイオードＤ５を介し
て接続点３ｂに接続されている。このとき、ダイオード
Ｄ５は、接続点３ｂから接続点３ａに向って導通する方
向に接続されている。なお、上記したスイッチＳＷに
は、このスイッチＳＷのオン・オフ状態を高速で切り替
える制御回路３２が接続される。

【００２９】さらに、このスイッチＳＷの両端には、ア
ブソーバ３３を構成する抵抗器Ｒ２とコンデンサＣ２と
が直列に接続される。このアブソーバ３３は、スイッチ
ＳＷのオン・オフ状態が切り替わるときに発生するサー
ジを吸収するものである。一方、トランス３１の二次側
に設けられる整流回路３４は、ダイオードＤ６，Ｄ７で
構成される。また、平滑回路３５は、チョークコイルＬ
６，コンデンサＣ３で構成される。

【００３０】トランス３１の二次コイルＬ３２は、その
一端がダイオードＤ６およびチョークコイルＬ６を介し
て直流出力端子３ｃに接続されている。このとき、ダイ
オードＤ６は、トランス３１の二次コイルＬ３２の一端
から直流出力端子３ｃに向って導通する方向に接続され
ている。また、トランス３１の二次コイルＬ３２の他端
は、直流出力端子３ｄに接続されると共に、ダイオード
Ｄ７および上記したチョークコイルＬ６を介して直流出
力端子３ｃに接続され、さらに、コンデンサＣ３を介し
て直流出力端子３ｃに接続されている。このとき、ダイ
オードＤ７は、チョークコイルＬ６に向って導通する方
向に接続されている。

【００３１】さらに、コンデンサＣ３の両端は、上記し
た直流出力端子３ｃ，３ｄに接続される。そして、これ
ら直流出力端子３ｃ，３ｄには、スイッチングレギュレ
ータ３０によって変換された所望の直流電圧が印加され
る負荷が接続される。次に、上記した構成の本実施形態
の電力変換装置による直流出力端子３ｃ，３ｄへの直流
電圧の出力動作について説明する。

【００３２】スイッチングレギュレータ３０の前段で
は、前述したように交流電源４０で発生する正弦波の交
流電圧（商用の６０Ｈｚ，１００Ｖ）が、整流回路１０
の交流入力端子１ａ，１ｂ間に印加される。整流回路１
０は、印加された正弦波の交流電圧を整流して、図２に
示されるように全波整流波形の整流電圧Ｖinを、上記し
た充電路（カレントトランス２０Ａの二次コイルＬ２
２，平滑用コンデンサＣ１）の両端に印加する。

【００３３】この充電路では、整流電圧Ｖinに応じて電
流が流れ、平滑用コンデンサＣ１が充電される。また、
この平滑用コンデンサＣ１に充電された電荷は、後述す
るスイッチングレギュレータ３０の電圧変換動作に応じ
て消費される。したがって、平滑用コンデンサＣ１の両
端の電圧は変動することになるが、当該平滑用コンデン
サＣ１の両端の電圧と整流電圧Ｖinとの大小関係によっ
て新たに充電されるので、その変動は小さく抑えられ
る。

【００３４】具体的には、この平滑用コンデンサＣ１の
両端の電圧が整流電圧Ｖinよりも小さくなるときに、充
電路に電流（充電電流）が流れ、平滑用コンデンサＣ１
充電される。このとき、平滑用コンデンサＣ１の両端の
電圧は、充電電流に応じて増加する。反対に、平滑用コ
ンデンサＣ１の両端の電圧の方が整流電圧Ｖinよりも大
きいときには、充電路に充電電流が流れない。このと
き、平滑用コンデンサＣ１の両端の電圧は、スイッチン
グレギュレータ３０の電圧変換動作に応じて減少する。
その結果、平滑用コンデンサＣ１は、定常的にほぼ一定
の電力が蓄積された状態に維持され、その両端には、ほ
ぼ一定の電圧（平滑電圧Ｖｓ）が生じることになる。

【００３５】この平滑用コンデンサＣ１の両端に生じた
平滑電圧Ｖｓは、スイッチングレギュレータ３０のスイ
ッチＳＷ，トランス３１，整流回路３４，平滑回路３５
などの作用によって、いったん高周波交流電圧に変換さ
れた後に、再び整流平滑され、所望の電圧の直流電圧に
変換される。

【００３６】以下、スイッチングレギュレータ３０の電
圧変換動作について説明する。上記したように、スイッ
チングレギュレータ３０と平滑回路２０とを接続する接
続点３ａ，３ｂ間には、トランス３１の一次コイルＬ３
１とスイッチＳＷとが直列に接続されている。そして、
スイッチＳＷは、制御回路３２の制御によって、オン・
オフ状態が高速（数１０ｋHz程度）で切り替えられるよ
うになっている（高周波スイッチング動作）。

【００３７】したがって、トランス３１の一次コイルＬ
３１の両端には、平滑用コンデンサＣ１の平滑電圧Ｖｓ
が、上記した高周波スイッチング動作に応じて断続（オ
ン・オフ）されて印加される。その結果、トランス３１
の二次側では、二次コイルＬ３２の両端に、一次側のス
イッチＳＷの高周波スイッチング動作に応じて方向が切
り替わる起電力（高周波交流電圧）が生じる。

【００３８】この二次コイルＬ３２の両端に生じる起電
力が、ダイオードＤ６が導通となる方向となったとき
に、この二次コイルＬ３２に誘導された電流は、チョー
クコイルＬ６を介して、コンデンサＣ３に流れ込む。よ
って、コンデンサＣ３が充電される。また、二次コイル
Ｌ３２の両端に生じた起電力が、ダイオードＤ６が非導
通となるような方向となったときには、チョークコイル
Ｌ６に蓄積されたエネルギーに基づいて、チョークコイ
ルＬ６，ダイオードＤ７，コンデンサＣ３が直列に接続
された閉回路に電流が流れ、コンデンサＣ３に電荷が充
電される。

【００３９】このようにして、コンデンサＣ３は、定常
的にほぼ一定の電荷が充電された状態に維持され、その
両端には、ほぼ一定の電圧が生じる。この電圧は、出力
電圧として直流出力端子３ｃ，３ｄに出力され、これら
直流出力端子３ｃ，３ｄに接続された負荷に印加され
る。なお、この実施形態のスイッチングレギュレータ３
０では、アブソーバ３３によって、スイッチＳＷのオン
・オフ状態が切り替わるときに発生するサージを吸収す
ることができる。

【００４０】また、この実施形態のスイッチングレギュ
レータ３０では、その一次側に形成されたダイオードＤ
５，トランス３１のリセットコイルＬ３３，カレントト
ランス２２の一次コイルＬ２１，平滑用コンデンサＣ１
からなる閉回路によって、スイッチＳＷのオフ状態への
切替時に生じるトランス３１のリセットコイルＬ３３の
起電力が、平滑用コンデンサＣ１の平滑電圧Ｖｓよりも
大きくなること（過電圧発生）を防止することができ
る。

【００４１】ところで、スイッチングレギュレータ３０
の前段に設けられた平滑回路２０には、上述したカレン
トトランス２０Ａが備えられている。カレントトランス
２０Ａによる平滑用コンデンサＣ１への電荷補充動作
は、一次コイルＬ２１に断続的に電流を流すことによっ
て、二次コイルＬ２２に電流を誘導する機能と、充電路
の見かけ上のインピーダンスを減少させる機能とが相ま
ったものである。そして、これら２つの機能が相まって
伝送効率の向上が図られるようになっている。

【００４２】具体的には、カレントトランス２０Ａによ
る平滑用コンデンサＣ１への電荷補充動作は、上記した
スイッチングレギュレータ３０による電圧変換動作（ス
イッチＳＷの高周波スイッチング動作）に同期して行わ
れる。スイッチングレギュレータ３０による電圧変換動
作において、トランス３１の一次コイルＬ３１に平滑電
圧Ｖｓが断続的に印加されるとき、カレントトランス２
０Ａの一次コイルＬ２１，トランス３１の一次コイルＬ
３１，スイッチＳＷで形成される直列回路（放電路）に
は、平滑用コンデンサＣ１からの放電電流が断続的に流
れる。

【００４３】その結果、カレントトランス２０Ａの一次
コイルＬ２１と二次コイルＬ２２とが電磁結合し、カレ
ントトランス２０Ａの二次側では、整流回路１０を構成
するダイオードＤ１〜Ｄ４が導通となる方向の電流が、
スイッチＳＷの高周波スイッチング動作によって一次コ
イルＬ２１に断続的に放電電流が流れることに応じて、
断続的に二次コイルＬ２２に誘導される（誘導電流）。

【００４４】さらに、カレントトランス２０Ａの一次コ
イルＬ２１と二次コイルＬ２２とが電磁結合するときに
は、スイッチングレギュレータ３０が二次コイルＬ２２
に並列に接続されることになるので、スイッチＳＷがオ
ン状態のとき、スイッチングレギュレータ３０のインピ
ーダンスは減少する。すなわち、交流電源４０側から見
た見かけ上のインピーダンスが減少することになる。し
たがって、カレントトランス２０Ａの一次コイルＬ２１
に断続的に流れる放電電流に応じて、二次コイルＬ２２
に流れる誘導電流が増大される。

【００４５】この二次コイルＬ２２は、上記したように
平滑用コンデンサＣ１と共に充電路を形成しているの
で、この二次コイルＬ２２に誘導された沢山の誘導電流
は、平滑用コンデンサＣ１に流れ込むことになる。この
ように、平滑回路２０では、スイッチＳＷの高周波スイ
ッチング動作に応じて、平滑用コンデンサＣ１からの放
電電流がカレントトランス２０Ａの一次コイルＬ２１に
流れたときに、これに同期して平滑用コンデンサＣ１に
は二次コイルに誘導された誘導電流に応じた沢山の電荷
が補充されることになる。

【００４６】つまり、平滑用コンデンサＣ１への誘導電
流に応じた電荷の補充は、平滑用コンデンサＣ１の両端
に生じた平滑電圧Ｖｓが整流電圧Ｖinより小さいか否か
には無関係に行われる。その結果、平滑用コンデンサＣ
１の両端に生じた平滑電圧Ｖｓが整流電圧Ｖinより小さ
く、本来の充電電流（従来の入力電流Ｉinに相当する）
が充電路を流れる期間では、この充電路に誘導された沢
山の誘導電流は、その充電電流に重畳して、平滑用コン
デンサＣ１に流れ込むことになる。この場合には、誘導
電流と充電電流との和が入力電流Ｉinとなる。

【００４７】一方、反対に、平滑用コンデンサＣ１の両
端に生じた平滑電圧Ｖｓが整流電圧Ｖinより大きく、本
来の充電電流が充電路を流れない期間では、この充電路
に誘導された沢山の誘導電流が、平滑用コンデンサＣ１
に流れ込むことになる。この場合には、誘導電流が入力
電流Ｉinとなる。このようなカレントトランス２０Ａに
よる電荷補充動作について実際に調べたところ、平滑用
コンデンサＣ１の入力電流Ｉinとして、図２に示される
ような波形が得られた。

【００４８】図２に示されるように、入力電流Ｉinは、
整流電圧Ｖinが最大値となる付近のみに平滑用コンデン
サＣ１に流れ込むのではなく、それ以外のタイミングで
も沢山流れ込んでいることが確認された。すなわち、入
力電流Ｉinは、図５に示される従来の入力電流（図５の
入力電流Ｉinに相当する）ものと比べて、整流電圧Ｖin
に対する流通角が広がった波形となっている。

【００４９】この入力電流Ｉinの波形に対して、高速フ
ーリエ変換（ＦＦＴ、fast Fouriertransform）を用い
てスペクトル解析を行った結果（スペクトル特性）を示
す波形が、図３に示されている。図３に示されるよう
に、入力電流Ｉinには、整流電圧Ｖinの基本周波数ｆo
の成分以外の高周波成分がほとんど含まれないことがわ
かる。すなわち、このスペクトル特性は、高周波成分が
抑制された、力率の高いものである。

【００５０】このように、本実施形態の電力変換装置で
は、スイッチングレギュレータ３０の高周波スイッチン
グ動作に応じて、平滑用コンデンサＣ１から放電しつ
つ、カレントトランス２２の作用で充電を促進すること
によって、入力力率が向上し、皮相電力が減少し、電源
への電力伝送効率が向上する電力変換装置を簡単に構成
することができる。

【００５１】なお、本実施形態の電力変換装置では、カ
レントトランス２０Ａの二次側に誘導される誘導電流の
大きさは、一次コイルＬ２１の巻数Ｎ２１と二次コイル
Ｌ２２の巻数Ｎ２２との比（変流比：Ｎ２１／Ｎ２２）
や、一次コイルＬ２１に流れる放電電流の大きさに比例
する。一次コイルＬ２１に流れる放電電流は、直流出力
端子３ｃ，３ｄに接続される負荷が消費する電力に応じ
たもである。負荷の抵抗値の大きさに応じて、カレント
トランス２２の変流比を決定すればよい。

【００５２】また、本実施形態の電力変換装置では、直
流出力端子３ｃ，３ｂ間に出力される直流電圧を安定化
するための回路について、図示および説明を省略した。
このような出力安定化回路は、例えば、コンデンサＣ３
の両端の電圧を常時監視し、その監視の結果によって、
スイッチＳＷのパルス幅（オン期間とオフ期間との比
率）を制御する帰還回路によって実現することができ
る。

【００５３】さらに、本実施形態の電力変換装置では、
カレントトランス２０Ａの一次コイルＬ２１を、平滑用
コンデンサＣ１の一端と、平滑回路２０とスイッチング
レギュレータ３０とを接続する一方の接続点３ａとの間
に設けたが、平滑用コンデンサＣ１，スイッチＳＷ，ト
ランス３１の一次コイルＬ３１で形成される閉回路上で
あれはどの位置に設けてもよい。

【００５４】また、本実施形態の電力変換装置では、平
滑回路２０にカレントトランス２０Ａを設けることによ
って平滑用コンデンサＣ１への電荷補充動作を行わせた
が、ホール素子を用いた変流器によって同様の電荷補充
動作を行わせることもできる。さらに、本実施形態の電
力変換装置では、スイッチングレギュレータ３０を一石
フォワード形コンバータで構成したが、カレントトラン
ス２０Ａによる高周波抑制（力率改善）回路を適用する
ことができれば、どのような構成のスイッチングレギュ
レータにも適用が可能である。

【００５５】また、本発明は、スイッチＳＷの高周波ス
イッチング動作を利用して直流電圧を所望の交流電圧に
変換するインバータに適用することもできる。

【００５６】

【発明の効果】上述したように、請求項１に記載の発明
によれば、整流回路から平滑用コンデンサに脈流の電力
を与えるに当たり、充電路に電流を注入する変流器の作
用によって、前記電圧変換部に取り込まれる電力に応じ
た電流が注入されるので、力率が良好に改善され、皮相
電力が減少し、電力伝送効率の向上が図られた電力変換
装置が提供される。

【００５７】また、変流器が一次巻線と二次巻線とで構
成され、さらに、電圧変換部がスイッチングにより電圧
変換を行うときに一次巻線に流れる電流に応じて、二次
巻線が配された充電路に沢山の電流が注入されるので、
力率の改善を効率よく行うことができる電力変換装置を
簡単に構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電力変換装置の回路構成を示す図である。

【図２】整流電圧Ｖin，入力電流Ｉinの時間波形を示す
図である。

【図３】入力電流Ｉinのスペクトル波形を示す図であ
る。

【図４】従来の電力変換装置の回路構成を示す図であ
る。

【図５】整流電圧Ｖin，入力電流Ｉinの時間波形を示す
図である。

【図６】入力電流Ｉinのスペクトル波形を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０，３４，１１０ 整流回路 ２０，３５ 平滑回路 ３０，１３０ スイッチングレギュレータ（電圧変換
部） ４０，１４０ 交流電源 Ｃ１，Ｃ１１ 平滑用コンデンサ（蓄電部） ＳＷ スイッチ ２０Ａ カレントトランス（変流器） ３１ トランス ３２ 制御回路 ３３ アブソーバ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−292356（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−344731（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−15967（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02M 3/28 H02M 7/21 H02M 7/48

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 整流回路から脈流として与えられる電力
   を蓄積する平滑用コンデンサと、 前記平滑用コンデンサの放電路に配される一次巻線と前
   記平滑用コンデンサの充電路に配される二次巻線とから
   なる変流器と、 前記放電路に配される一次巻線とスイッチング素子を含
   むと共に、該スイッチング素子を用いたスイッチングに
   より、前記平滑用コンデンサ に蓄積された電力を取り込
   み、所望の電圧の電力に変換する電圧変換部とを備え、 前記変流器は、前記電圧変換部に取り込まれる電力に応
   じて、前記放電路に電流が流れるタイミングで、前記変
   流器の一次巻線と二次巻線との電磁結合により、前記充
   電路に電流を注入する ことを特徴とする電力変換装置。