| 直流電源装置の力率とは？ |
 この装置は交流を直流に変換する装置ですが、交流を直流に変換する簡単な装置では、一般的には全波整流器を使用し、コンデンサやコイルの受動部品で平滑して作る直流電源回路を思い浮かべると思う。
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 しかしこの直流回路に負荷を接続する場合の交流側の電流波形は左下図に示す青線の様に非常に歪んだものになっている。この様な負荷を非線形負荷と言う
黄線は交流電圧を示している。 |
 本来交流電源に接続した負荷の電流は右下図に示す青線で連続した変化をしている。
この様な負荷を線形負荷と言う。
電圧の検出はオシロ付属のプローブで1/10になっており、電流検出はHIOKI9694で10mV/A出力を使用している。 |
ではどれだけ違っているのか数値化してみる。
整流器＋コンデンサの直流電源を使用しているもの（非線形負荷）を数値化すると
電圧測定値 4.12(Vrms)から電源電圧は41.2(Vrms)、電流測定値 56(mVmax)から電流値は5.6(Amax) 流れていることになる。
対して直流電源を使用しないヒータ等（線形負荷）を数値化すると
電圧測定値 4.12(Vrms)から電源電圧は41.2(Vrms)、電流測定値は15(mVmax)から電流値は1.5(Amax) 平均に直すと1.06(Arms)になる。
以上から、数値比較すると、直流電源の最大電流が3.7倍、差電流が4.1(A)から発電機のインピーダンスを見ると間違いなく発電機電圧や出力に悪影響を与えることがわかる。 |
---上記から直流電源回路の力率としては---
 左図が直流電源の直流電圧を示します。
なお直流電流はここでは写ってませんが、直流クランプメータMS2108Aで測定しており、この時の電流は1.3(A)、ここから有効電力は
４6.7×1.3≒60.7(W)
皮相電力は41.2×(5.6/√2)*3.7/8.3≒72.5(VA)
以上から力率は 60.7/72.5≒0.84 となる。
今回の直流電源は、平均電圧46.7(V)に対しリップルが22(V)で相当大きくこのリップルを小さくした場合、交流側の電流波高値はさらに大きくなることが考察される。
さらに確認して行く。 |
 上段図の黄線が直流側の電圧を示しているが、直流側の電圧が低下し、交流側電圧(下段黄線)より下がることにより、交流側から電流が流れ、直流側の電圧が交流側の電圧より高くなる事により交流側の電流が流れなくなる。
この供給する電流は、負荷およびコンデンサに蓄えられ、交流側から電流が供給されない期間はコンデンサから負荷へ電流を供給することになる。
この様に交流側の電流について連続した交流波形で無いため、交流側インピーダンスにより交流電圧波形も歪む事が判る。
直流電源装置には、パッシブタイプとアクティブタイプの２種類があり、パッシブタイプはすでに説明している整流器の後リアクトル＋コンデンサだけを使用しリップルを小さくする物だが、電流ひずみによる力率低下を引き起こす。
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| この歪みを防止する方法としてアクティブタイプがあり以下３種類の制御モードがある。 |
| モード |
制御方法 |
出力容量・用途 |
特 徴 |
ﾘｱｸﾄﾙ電流 |
連続通電
CCM |
PWM制御 |
300W以上
産業用電源 |
・通電電流のリップルが小さい
・電流ピーク値が小さい
・PFC用ﾀﾞｲｵｰﾄﾞの逆回復時価が長いと回路全体の効率低下、ノイズが発生 |
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臨界通電
CRM |
PFM制御 |
75W～300W
民生用電源 |
・通電電流のﾘｯﾌﾟﾙが大きい
・電流ピークが大きくなる
・ゼロ電流ｽｲｯﾁﾝｸﾞとなり損失が小さい |
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不連続通電
DCM |
PWM制御 |
25W～100W
LED照明用
他少容量電源 |
・CRM同様電流ﾘｯﾌﾟﾙが大きい
・電流ピークが大きくなる
・ゼロ電流ｽｲｯﾁﾝｸﾞとなり損失が小さい
・電流が流れない期間は発振減少あり |
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