CN101174794A - 电源电路及其中使用的控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电源电路，包括：整流电路(2)，其将交流电压变换为直流；升压斩波器电路(3)，其基于导通比信号(5a)使所述整流电路的输出电压升压；平滑电路(4)，其使所述升压斩波器电路的输出电压平滑；和控制单元(5)，其生成所述导通比信号；所述控制单元具备下述功能：生成所述平滑电路的直流电压脉动信息，并且基于所述直流电压脉动信息对所述导通比信号进行修正或变更。

Description

电源电路及其中使用的控制电路
技术领域
本发明涉及将交流电压变换为升压后的直流电压的电源电路及控制电路。
背景技术
进行单相交流电源的功率因数改善或高次谐波电流抑制的电源电路被广泛使用。其中，使用了具备电抗器(reactor)、开关元件和二极管的升压斩波器(chopper)电路的电源电路，其电路构成以及控制构成简单，被用作不需要向电源再生的逆变器控制装置(变频空调器等)等的电源。
提出了很多利用升压斩波器电路的功率因数改善方法或高次谐波电流抑制方法。其中，在专利文献1中公开了如下方式：不检测成为基准的正弦波电流指令波形和电源相位，而仅利用电源电流瞬时值和比例增益，将输入电流波形控制为与电源电压同步的正弦波波形的方式(以下称为“基本方式”)。
另外，在专利文献2和专利文献3中，公开了应用专利文献1所记载技术的技术。专利文献2中，为了解决当减小平滑电容器的电容时直流电压的脉动成分变大的问题，公开了以直流电压的脉动成分对升压斩波器电路的开关元件的导通比信号进行修正，由此降低直流电压的脉动成分的方式。具体而言，进行对导通比信号加上直流电压的脉动成分的修正。通过利用该方式，可降低平滑电容器的电容，实现电源电路的低成本化。
在专利文献3中，以升压斩波器电路的高效化为目的，公开了使输入电流的最大值附近的开关动作停止的升压比一定控制方式。
专利文献1和专利文献2的记载以在电源周期的整个范围内进行开关动作为前提，但在该整个范围开关方式中，存在开关损耗增加、电路效率降低的问题。因此，升压比一定控制方式是在继承了上述基本方式的想法(不检测成为基准的正弦波电流指令波形和电源相位)的同时，使电源电流的最大值附近的开关动作停止来降低损耗的方式。
这样，基本方式及其应用技术能以简单的控制构成使升压斩波器电路动作，是优异的控制方法。
专利文献1：特开平1-114372号公报
专利文献2：专利第2809463号公报
专利文献3：专利第2796340号公报
专利文献3所记载的技术是不检测成为基准的正弦波电流指令波形和电源相位，而使电源电流的最大值附近的开关动作停止的方式，是优异的控制方法，但当电源电路的输出(直流电压)侧连接的负载的耗电量增加时，存在输入电流波形的零值附近产生畸变的问题。
另外，如上所述，该方式能使输入电流的最大值附近的开关动作停止，可降低开关损耗，但无法实现更进一步降低损耗(提高效率)。
如上所述，专利文献所记载的技术存在当输入电流增大时输入电流波形畸变的问题，并且针对进一步降低损耗的要求无法满足。
发明内容
本发明的课题在于，提供一种能够降低输入电流的畸变来降低损耗的电源电路及其中使用的控制电路。
为了解决所述课题，本发明的电源电路包括：整流电路，其将交流电压变换为直流；升压斩波器电路，其基于导通比信号使所述整流电路的输出电压升压；平滑电路，其使所述升压斩波器电路的输出电压平滑；和控制单元，其生成所述导通比信号；所述控制单元具备下述功能：生成所述平滑电路的直流电压脉动信息，并且基于所述直流电压脉动信息对所述导通比信号进行修正或变更。具体而言，从以所述升压比一定控制方式算出的升压斩波器电路的开关元件的导通比中减去直流电压的脉动成分，从而来改善输入电流波形畸变。另外，利用直流电压的脉动成分，在电源周期的半周期的各自的后半部分，使开关动作停止或以一定导通比进行动作，由此降低开关损耗。
(发明效果)
根据本发明，可降低输入电流的畸变，降低损耗。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的电源电路的构成图；
图2是本发明的第一实施方式的运算单元的构成框图；
图3是利用了专利文献2的技术的动作波形图；
图4是本发明的第一实施方式的电源电路的动作波形图；
图5是表示本发明的第一实施方式的电源电路的控制电路的一例的外观图；
图6是本发明的第二实施方式的电源电路的构成图；
图7是表示马达转速与升压比、直流电压的关系的图；
图8是表示本发明的第二实施方式的电源电路的一例的外观图；
图9是本发明的第三实施方式的运算单元的构成框图；
图10是本发明的第三实施方式的动作波形图；
图11是本发明的第四实施方式的运算单元的一构成框图；
图12是本发明的第四实施方式的运算单元的另一构成框图；
图13是本发明的第四实施方式的运算单元的另一构成框图；
图14是本发明的第五实施方式的动作说明图；
图15是表示本发明的第六实施方式的动作原理的图。
图中：1-交流电源；2-整流电路；3-升压斩波器电路；4-平滑电容器；5-控制电路；5a、d、d1、d2、d3、d4-导通比信号；5b-直流电流值；5c-直流电压值；6-负载；7-控制电路；7a-PWM信号；7b-直流电流检测值；8-逆变器电路；9-马达；31-开关元件；32-电抗器(reactor)；21、33-二极管；50、70-运算单元；51、71-驱动电路；52-放大电路；53-分流电阻；54-直流电压检测电路；50A-升压比一定控制部；50B、50C、50D、50E-直流电压脉动修正部；71a-驱动信号；73-分流电阻；80-转速推断单元；100-电源电路；500、501、502-滤波单元；503、508-导通比变更单元；504、506、507-判定单元；505-选择电路。
具体实施方式
(第一实施方式)
利用图1～图5，对本发明的第一实施方式进行说明。图1是本实施方式的电源电路的构成图，图2是表示控制内容的构成框图，图3、4是动作波形，图5是表示电源电路中使用的控制电路的利用方式的一例的外观图。
首先，利用图1，对电源电路的构成和动作进行说明。电源电路100与交流电源1连接，具备被输入交流电压es的整流电路2、升压斩波器电路3、平滑电容器4、控制电路5，向与平滑电容器4的输出端子连接的负载6供给直流电。
在此，升压斩波器电路3具备：一端与整流电路连接的电抗器32、阳极与电抗器32的另一端连接的二极管33、将电抗器32的另一端短接的开关元件31，该升压斩波器电路3是利用开关元件31的开关动作和电抗器32的能量蓄积效应来使输入电压升压，并将该电压施加到平滑电容器4上的电路。这里，开关元件31使用IGBT或晶体管等自毁型元件，根据来自控制电路5的驱动信号51a而被驱动。
控制电路5包括：电源电流检测电路、直流电压检测电路54、运算单元50、驱动电路51。作为输入电流信息生成单元的电源电流检测电路利用分流电阻53和放大电路52，检测流入到升压斩波器电路3的电抗器电流iL，将输入电流值5b输出。此外，电抗器电流iL是对整流电路2的输入电流进行全波整流后的值，因此，输入电流值5b成为对流入到整流电路2的电流值进行实质测定得到的值。直流电压检测电路54检测作为平滑电容器4的端子电压的直流电压ed，并输出直流电压值5c，例如，通过由电阻器分压来实现。运算单元50根据输入电流值5b和直流电压值5c对导通比信号5a进行运算，该导通比信号5a对开关元件31进行控制。驱动电路51对导通比信号5a进行放大，输出对开关元件31进行驱动的驱动信号51a。
运算单元50使用了以单片微型电子计算机为代表的半导体运算元件(以下称为“微机”)，输入电流值5b和直流电压值5c利用微机内置的A/D变换器变换为数字值，以进行运算。导通比信号5a利用微机内置的PWM定时器以PWM脉冲信号形式输出。此外，在本实施方式中，对利用了微机的数字运算进行说明，但也可使用利用了晶体管、运算放大器和比较器等的模拟运算电路等的运算单元。
下面，利用图2，对运算单元50内执行的运算的内容进行说明。这里，描述利用输入电流值5b和直流电压值5c来算出导通比信号5a的部分，根据算出的导通比信号5a利用PWM定时器来生成PWM脉冲信号的部分由于是微机的功能因而省略。
图2的控制框图包括：升压比一定控制部50A、作为本实施方式的特征构成的直流电压脉动修正部50B。
升压比一定控制部50A具备“基本方式”和“升压比一定控制方式”，“基本方式”是指，不检测成为基准的正弦波电流指令和电源相位，而利用输入电流瞬时值(绝对值)|is|与比例增益Kp之积，将输入电流波形控制为与电源电压同步的正弦波波形的方式，“升压比一定控制方式”是指，为了降低开关损耗，使输入电流的最大值附近的开关动作停止的方式。
这里，对基本方式和升压比一定控制方式进行简单说明。
返回图1，设电抗器32的电感为L，设交流电源1的交流电压(瞬时值)为vs，设平滑电容器4两端的直流电压(瞬时值)为ed。此时，设开关元件31导通时流动的输入电流(瞬时值)为iON，设截止时流动的输入电流(瞬时值)为iOFF，则公式1如下。
【公式1】
i ON = ∫ v S L dt i OFF = ∫ ( v S - e D L ) dt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 1 )
每次开关转换的电流变化如公式2所示。
【公式2】
dis / dt = 1 / L ( vs - e D t OFF t ON + t OFF ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 2 )
由此，输入电流(瞬时值)is可由公式3表示。
【公式3】
is=1/L∫{vs-(1-d)eD}dt………………………(3)
这里，d是开关元件31的导通比(导通时间的比率)。这里，设
d＝1-Kp·|is|……………(4)，
1：100％导通比，Kp：电流控制增益，设vs＝Vmsinωt，则如公式4所示。
【公式4】
i s = V m L 1 ω 2 + α 2 ( α sin ωt - cos ωt ) + I α e - at . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 5 )
这里，Iα是is的初始值，α是KPEd/L。
此时，例如，若设L＝0.3mH，Ed＝150V～300V，Kp＝0.1～0.8，则α＝50000～80000，则可近似为：
is＝(2)V s·sinωt/(Kp·Ed)………(6)
这里，Vs：电源电压(有效值)，Ed：直流电压(平均值)；ω：电角频率。
根据式(6)可知，即使没有电源电压波形等基准波形，输入电流is也会成为与电源电压Vs同步的正弦波。这是基本方式的原理。
在基本方式中，由直流电压偏差来确定上述比例增益Kp，由此，可控制直流电压(平均值)Ed的控制。
这里，若对式(6)进行变形，则
Kp·is＝(2)V s·sinωt/Ed………(7)，
式(7)表示了瞬时的升压比。
这里，若以有效值基础来考虑升压比α，则
Kp·is＝1/a  …………………(8)，
这里，Is：输入电流(有效值)，
若将Kp·Is控制为一定，则直流电压(平均值)Ed可控制为电源电压(有效值)Vs的a倍。
基于以上方法，通过下式得到导通比信号d1。
d1＝1-Kp·|is|、Kp＝1/(a·is)…(9)
即，当输入电流|is|超过a·Is时，导通比信号d1成为0％，开关动作停止。由此，在电源电压的最大值附近(输入电流超过a·Is的区域)，输入电流成为没有斩波的波形，可实现开关损耗的降低。这是升压比一定控制的原理。
通过所述的控制，可不检测成为基准的正弦波电流指令波形和电源相位，而利用输入电流瞬时值和比例增益，将输入电流波形控制为与电源电压同步的正弦波波形，使输入电流的最大值附近的开关动作停止。
若将式(1)～式(9)表示为框图，则如图2的升压比一定控制部50A所示。这里，输入电流(有效值)Is是利用滤波单元500来算出输入电流值5b，但也可算出平均值用平均值来控制。另外，升压比a可使用预先设定的值。当然，也可采用在开关动作中可变更的构成。
另外，在该构成框图中，在导通比信号d的运算中，如式(1)和式(9)所示，从作为最大导通比的1(100％)中，减去输入电流瞬时值(绝对值)|is|与比例增益Kp之积进行运算，但在实际的PWM定时器设定中，若认为输入电流瞬时值(绝对值)|is|与比例增益Kp之积的值为截止时间的比率来设定，则无需从作为最大导通比的1中将其减去。
另外，直流电压脉动修正部50B利用滤波单元501对检测出的直流电压值5c算出直流电压平均值，并从直流电压值5c中减去直流电压的平均值，从而，提取直流电压值5c所包含的直流电压的脉动成分Δed。进而，构成为：将提取出的直流电压的脉动成分Δed与变更其大小的脉动修正比例增益Ke之积从所述升压比一定控制部50A算出的导通比信号d1中减去。
这里，脉动修正比例增益Ke是调节直流电压的脉动成分Δed的反馈量的值。希望根据平滑电容器4的静电电容或负载的耗电量来调整该值。另外，也可以具有根据负载的耗电量而在动作中进行变更的功能。另外，负载的耗电量可直接检测消耗的直流电，也可根据直流电压和直流电流进行计算，还可利用直流电压脉动幅度、输入电流或直流电流来代替或推断。
如上所述，本实施方式通过对升压比一定控制部50A和作为特征构成的直流电压脉动修正部50B进行组合而实现。这里，在式(10)中表示算出最终的导通比信号d的式子。
d＝1-Kp·|is|-Ke·Δed…………(10)
KP＝1/(a·is)Δed＝ed-ed0
这里，ed：直流电压(瞬时值)，ed0：直流电压(平均值)
此时，优选使导通比信号d按照在直流电压的脉动成分Δed为正时减少、为负时增加的方式变化。
利用图3、4的动作波形，对本实施方式的效果进行描述。此外，动作条件是电源电压200V、输入电流(有效值)16A。
图3(a)是仅利用升压比一定控制部50A来使本实施方式的电源电路动作时的各部的动作波形，图3(b)是其输入电流的高次谐波分析结果。图4(a)是利用本实施方式进行动作时的动作波形，图4(b)是其输入电流的高次谐波分析结果。动作波形从上面开始为直流电压ed、电源电压es、输入电流is、电抗器电流iL此外，在输入电流的高次谐波分析结果(图3(b)、图4(b))中还一并表示标准值(IEC61000-3-2)。
如图3所示，若仅利用升压比一定控制部50A使电源电路动作，则在输入电流is的零点附近(A点)会产生畸变(阶差)。由此，输入电流的高次谐波成分也增加，无法满足标准值。认为这是在式(5)中，当增大电感L时，电流相位延迟，输入电流值未下降至零而产生畸变。即，图3(a)所示的电抗器电流iL其最小电流从零电平(0)上升了ΔV导致输入电流is畸变。对此，在本实施方式中，如图4所示，可抑制输入电流波形的零值附近的畸变(阶差)，还可降低输入电流的高次谐波成分，从而达到满足标准值的电平。不过，直流电压脉动的振幅会略微增加。
本实施方式的直流电压脉动修正的构成采用了与专利文献2所记载的直流电压脉动修正方式类似的构成，但起到完全相反的作用。即，专利文献2所记载的技术，通过在以基本方式算出的导通比信号上加上直流电压的脉动成分，从而将直流电压的脉动成分反馈，使输入电流畸变，来抑制直流电压脉动。对此，在本实施方式中，从通过升压比一定控制算出的导通比信号中减去直流电压的脉动成分，从而使直流电压的脉动成分增加，来抑制输入电流波形的零值附近的畸变。
如上所述，本实施方式解决专利文献所记载技术即升压比一定控制部50A的课题，可实现抑制输入电流波形畸变来降低高次谐波电流的电源电路。
下面，利用图5，对使本实施方式的电源电路动作的控制电路的利用方式的一例进行说明。
本利用方式是使图1所示的控制电路5混合集成电路化后的物体的外观图。其中，从更换零件和应对噪声方面考虑，希望分流电阻53并非设置在混合集成电路内，而设置在与开关元件31等功率电路零件同样的位置。
图1所示的控制电路5的输入输出端子有输入电流检测端子、直流电压检测端子以及驱动信号输出端子这三个端子，此外，通过设置升压比设定变更端子、脉动修正比例增益变更端子、检测所连接的负载的状态的负载状态信息检测端子以及功能等，可实现进一步增加了通用性的混合集成电路。
通过利用以上的方法，可抑制输入电流波形畸变，进而，控制电路5在电源周期的半周期的各自的后半部分使开关动作停止，或者以一定导通比使其动作，从而可提高电路效率。
另外，通过制作利用了本实施方式的控制基板(混合集成电路或模块IC)，使电源电路的控制简单，可增进高功率因数或能抑制高次谐波电流的电源电路的产品应用。
(第二实施方式)
下面，参照图6～图8，对第二实施方式的构成进行说明。
图6是本实施方式的构成图，图7是在负载状态下改变升压比的动作说明图，图8是表示本实施方式的利用方式的一例的外观图。下面，对与第一实施方式相同的部件标注相同标记并省略说明。
图6的构成是：连接包括马达9以及逆变器电路8的马达驱动电路，作为本实施方式的电源电路的负载，使本实施方式的电源电路的控制电路与逆变器电路的控制电路一体化。换而言之，图6所示的控制电路7使用微机，采用以一个微机对电源电路和逆变器电路进行控制的构成。
仅对与第一实施方式的不同之处进行说明。逆变器电路8是包括IGBT和二极管的逆变器电路，马达9是永磁体同步马达。
另外，升压斩波器电路的构成与第一实施方式不同，但在该电路构成中也能进行与第一实施方式同样的动作。这里，整流电路2内的二极管21、22除电源的整流动作之外，还进行与第一实施方式的升压斩波器电路3的二极管33(图1)同样的动作。换而言之，二极管21、22进行两个动作，通过采用该电路结构，可降低一个二极管量的损耗。
控制电路7控制本实施方式的电源电路和逆变器电路，在微机(运算单元70)中，进行第一实施方式中说明的电源电路的控制运算和逆变器电路的控制运算。
关于电源电路的控制电路5(图1)的构成在第一实施方式中已作说明，因此这里对逆变器电路8的控制电路的构成进行简单说明。
在本实施方式的马达控制中，由于进行无马达电流传感器、无位置传感器的向量控制，因此，从逆变器电路8检测出的只有设置在直流侧的分流电阻73中流动的直流电流。具体而言，以放大电路72对分流电阻73上产生的电压进行放大，并用微机的A/D变换器将其取入并作为直流电流检测值7b。另外，施加到逆变器电路的开关元件的PWM信号7a通过驱动电路71而作为驱动信号71a施加给逆变器电路。
另外，运算单元70内包括推断马达9的马达转速的转速推断单元80，虽未图示，但内置有第一实施方式中说明的电源电路的控制单元、无马达电流传感器以及无位置传感器的向量控制单元，可相互进行内部值的信息交换。此外，转速推断单元80起到负载状态信息生成单元的功能。
下面，利用图7，对根据负载的状态来改变升压比a的方法进行说明。基本上，可与第一实施方式同样地固定升压比a，但考虑进一步提高效率和马达控制的稳定化，根据负载的状态来改变升压比a。
在本实施方式中，作为一例，对根据作为负载状态信息的马达转速来改变升压比a的内容进行说明。图7在横轴上表示马达转速，在纵轴上表示升压比a以及直流电压(平均值)Ed。如图7所示，在马达转速低的区域也就是在负载少的状态下，降低升压比a进行运转。在该情况下，可将直流电压抑制得较低，因此，电源电路的开关损耗等降低，也可以进一步降低逆变器电路以及马达的损失，可实现高效率动作。不过，在该情况下，输入电流波形其高次谐波成分增加，电源功率因数也降低。因此，升压比a的设定要考虑损耗和电源功率因数的关系进行设定。
若马达转速(控制电路的负载)进一步增加，则输入电流的高次谐波成分达不到标准值，功率因数有可能大幅度下降。另外，直流电压Ed也会下降。因此，若随着马达转速(控制电路的负载)的增加，增加升压比a，则可根据马达转速(负载)始终进行高效运转。
在本实施方式中，随着马达转速(负载)来阶梯状改变升压比a，但在实际动作中，如虚线所示设置了滞后。另外，升压比a的变更可线性变更或利用某函数进行变更。进而，还可利用升压比a来进行转速控制。换而言之，也可改变升压比a使直流电压可变，从而来进行马达转速控制。
这里，本实施方式以利用了向量控制的逆变器电路进行了说明，但利用以往广泛使用的120度通电控制型逆变器电路也可得到同样的效果。
另外，将马达转速作为负载状态信息进行了变更，例如是根据输入电流、直流电流、直流电压、直流功率、直流电压脉动幅度、输入功率、转矩、逆变器电路的峰值比率以及逆变器导通比等的负载的状态而变化的值即可。另外，也可并用两个以上的上述值。
图8中作为本实施方式的利用方式的一例表示了将电源电路、逆变器电路8和控制电路7一体化后的模块的外观图。
该模块是将IGBT或二极管等功率类半导体以裸片方式安装在下部，并将控制电路配置在上部的基板上的一体模块。
(第三实施方式)
利用图9、10对本发明的第三实施方式进行说明。本实施方式的电源电路的构成与利用图1说明的构成同样，不同的部分仅在于运算单元50的内部构成。
图9中表示本实施方式的构成框图，图10表示利用了本实施方式时的动作波形。本实施方式在利用了第一实施方式所示的升压比一定控制方式时，利用直流电压的脉动成分，在电源周期的半周期的各自的后半部分使开关动作停止，从而在专利文献2所记载的技术以及第一实施方式的构成基础上可提高电源电路的效率。此外，在本实施方式中，以所述的升压比一定控制方式为基础进行了说明，但应用于基本方式也能动作。
对图9的控制框图进行说明。由于升压比一定控制部50A与第一实施方式相同因此省略说明。本实施方式的特征构成在于直流电压脉动修正部50C，其对由升压比一定控制部50A算出的导通比信号d1(第一导通比信号)，根据直流电压的脉动成分的正或负来变更导通比信号。
直流电压脉动修正部50C构成为包括：与第一实施方式的直流电压脉动修正部50B同样输入直流电压值5c，利用滤波单元502求出直流电压的平均值，同时对该平均值与直流电压值5c的差分进行运算，提取出直流电压的脉动成分Δed的单元；和判定提取出的直流电压的脉动成分Δed的符号来改变导通比信号d的导通比变更单元503。
导通比变更单元503在采用该构成时，在直流电压的脉动成分为正的情况下，将导通比信号d设定为“0”，在直流电压的脉动成分为负的情况下，输出由所述升压比一定控制部50A算出的导通比信号d1。在以这种方式动作时，开关动作在电源周期的半周期的各自的后半期间停止。图10中表示此时的动作波形。
图10与图3、图4同样，表示了动作波形与输入电流波形的高次谐波分析结果。动作波形从上开始表示了直流电压ed、电源电压es、输入电流is、电抗器电流。动作条件为电源电压200V、输入电流有效值7A。
如图10所示，输入电流波形在每个电源周期的后半周期部分成为没有开关动作的波形，高次谐波也增加。但是，在该开关方式下，比较低次成分增加，因此在一定程度的电流范围内满足标准值。因此，可作为仅以轻负载进行动作的电源电路来使用。
另外，若追加在输入电流值(负载状态)低至一定程度的状态下使用该控制，而在高负载时使该控制(导通比变更单元503的动作)停止并切换到通常控制的功能，则可作为更大功率容量的电源电路使用。在第四实施方式中说明该内容。
本实施方式着眼于直流电压的脉动成分与电源相位大致同步，利用直流电压的脉动成分的正/负来设置开关动作的停止期间。换而言之，利用本方式，可不对电源相位进行直接检测而以规定的电源相位停止开关动作。
另外，本实施方式在图1的电源电路100中进行了说明，但采用第二实施方式中说明的图6的电路构成也能进行同样的动作。
进而，在本实施方式中，描述了当直流电压的脉动成分为正时将导通比信号的值变更为“0”，但未必要将导通比信号设定为“0”，也可设定为与最小脉冲宽度接近的任意的规定值。
(第四实施方式)
第一实施方式描述了以直流电压的脉动成分抑制输入电流的零值附近的畸变(阶差)的方法。在第三实施方式中，描述了利用直流电压的脉动成分来改变导通比信号，使电源周期的半周期的各自的后半部分的开关动作停止的方法。
在第四实施方式中，对组合了上述方法的控制方法进行说明。图11、12以及13中表示三个控制框图。
图11所示的构成为：在图9所示的第三实施方式的升压比一定控制部50A上追加第一实施方式中说明的直流电压脉动修正部50B，改变图9所示的直流电压脉动修正部50C的一部分后的构成。不同之处在于，对导通比变更单元503的变更的基准值利用直流电压的脉动成分和输入电流(有效值)Is的大小。因此，所述直流电压脉动修正部50C被变更为追加了判定单元504后的直流电压脉动修正部50D。
这里，对追加的判定单元504的动作进行说明。在第三实施方式中，仅根据直流电压的脉动成分的正/负进行了变更，但在本实施方式中，根据直流电压的脉动成分的正/负和输入电流(有效值)Is的大小的与条件进行动作。在本实施方式中，设输入电流(有效值)Is的大小的设定值为5[A]。
另外，在本实施方式中，也可如第二实施方式中说明的那样根据负载状态来改变升压比。换而言之，例如，当输入电流(有效值)Is在5[A]以下时，将升压比a固定在最低值，与第三实施方式同样，进行使电源周期的半周期的各自的后半部分的开关动作停止的动作，当输入电流(有效值)Is在5[A]以上时，使导通比变更单元503的导通比变更动作停止，切换到升压比一定控制方式的动作，若输入电流(有效值)Is进一步增加，则如在图7的说明中描述的那样，可进行根据输入电流(有效值)Is来改变升压比a的控制。
图12所示的方式是包括图2所示的第一实施方式的控制方式和图9所示的第三实施方式的控制方式，并根据负载的状态来选择导通比信号的方式。
利用图12对导通比信号的选择方法进行说明。在图12中，作为选择单元的选择电路505根据判定单元506的选择信号，对来自直流电压脉动修正部50B的导通比信号和来自直流电压脉动修正部50C的导通比信号进行切换，并作为导通比信号5a进行输出。判定单元506例如检测输入电流Is，并根据其大小来输出选择信号。
图13是可获得与图12同样的效果的控制框图。与图12不同的部分是直流电压脉动修正部50E。直流电压脉动修正部50E构成为：在图12所示的直流电压脉动修正部50C上追加判定单元507，将导通比变更单元503变更为3输入1输出的导通比变更单元508。即，导通比变更单元508切换：升压比一定控制部50A所输出的导通比信号d1、直流电压脉动修正部50B所输出的导通比信号d2、固定值“0”的导通比信号d3。
这里，在本实施方式(3例)中，作为表示负载的状态的信号使用了输入电流Is，但若例如是根据直流电流、直流电压、直流电压脉动幅度、直流功率、输入功率、马达转速、转矩、逆变器电路的峰值比率以及逆变器导通比等的负载的状态而变化的值即可。另外，也可并用这些值中的两个以上任意值。
通过使用以上三种方法，可在负载的状态低至某一程度的状态下进行第三实施方式中说明的高效率动作，在中高负载时进行在第一实施方式或第二实施方式中说明的电流波形畸变抑制动作，从而扩展了本实施方式的电源电路的应用范围。
(第五实施方式)
利用图14对第五实施方式进行说明。图14中横轴表示输入电流，纵轴表示图2所示的脉动修正比例增益Ke。本实施方式是能以第一实施方式的图2中说明的控制结构进行第三实施方式中说明的动作的方式。
具体而言，如图14所示，在低输入时将脉动修正比例增益Ke的增益设定为大至某一程度。由此，低输入时直流电压的脉动成分被过大地反馈，在电源周期的半周期的各自的后半部分导通比变为0。
如上所述，仅通过改变脉动修正比例增益Ke的增益，就能在输入电流值(负载状态)低至某一程度的状态下进行第三实施方式中说明的高效率动作，在高负载时进行第一和第二实施方式中说明的电流波形畸变抑制动作。
在本实施方式中，说明了将脉动修正比例增益Ke变更为大至某一程度的内容，但作为其他方法，若与图7所示的升压比a同样根据负载状态进行变更，则可变更直流电压的脉动成分的反馈量，还可调整开关动作停止的期间。
另外，当采用图5或图8所示的混合集成电路或模块时，需要根据所连接的平滑电容器的静电电容或负载电容来改变脉动修正比例增益Ke，因此希望具有可从外部调整的功能。
(第六实施方式)
所述各实施方式基于直流电压的脉动成分的值使导通比变化，但也可对导通比的变化量进行运算。
使导通比d包含电流相位修正量Δd，将
d＝1-Kp·Is+Δd……………(11)
代入式(4)中，若设vs＝Vmsinωt，则
is＝(Vm/L){1/(ω2+α2)}(αsinωt-ωcosωt)+Ed/L·Δd+I0e-at……………(12)
此外，Io是is的初始值，α是(Kp·Ed)/L。
这里，为了使电流相位与电源相位同相，生成电流相位修正量导通比Δd，使cosωt成分为“0”。
is＝(Vm/L){α/(ω2+α2)}sinωt-(Vm/L){ω/(ω2+α2)}cosωt+Ed/L·Δd＝0
即，设Δd＝(Vm/Ed){ω/(ω2+α2)}cosωt＝Kecosωt………………(13)
即可。这里，Ke＝(Vm/Ed){ω/(ω2+α2)}。
接着，利用图15，利用原理式(13)，对实际上利用电流相位修正量导通比Δd来除去输入电流is的畸变的方法进行说明。
图15(a)表示电源电压vs＝2V s·sinωt和使其相位偏移π/2后的cosωt的波形，图15(b)表示整流电路2的输出电压波形|vs|。图15(c)是Δd＝Kecosωt的波形。其中，记载了根据电源电压Vs的极性使本波形的极性反相。即，当电源电压为正值时，是使电源电压的相位偏移π/2后的波形的信号(Kecosωt)，当电源电压为负值时，成为将使电源电压的相位偏移了π/2后的波形反相的信号(-Kecosωt)。
在原理式(考虑交流的情况下)中，以Δd＝Kecosωt的信号进行修正即可，但实际的导通比生成如图15(b)所示的电源电压波形那样考虑整流后的直流，因此，电流相位修正量导通比Δd也需要根据电源电压的极性来使其极性反相而生成。因此，实际的电流相位修正量导通比Δd成为图15(c)所示的波形。
因此，根据式(13)的(Δd＝Kecosωt)，如图15(c)所示的波形那样生成电流相位修正量导通比Δd，若对导通比d进行修正，则即使在电抗器的电感大的情况下也能防止输入电流畸变。
这里，若关注图15(c)的波形，则可知在电源半周期的前半部分使电流相位修正量导通比Δd增加(上升)在半周期的后半部分使其减少(下降)即可。若在图15(d)中表示直流电压脉动成分Δed，则电流相位修正量导通比Δd与直流电压脉动成分成为大致同步的波形，对电流相位修正量导通比Δd利用与直流电压脉动成分Δed对应的信号，也可期待抑制输入电流畸变的效果。如上所述，利用了直流电压脉动成分的方式是上述各实施方式。
(变形例)
本发明并不限定于所述各实施方式，例如可进行如下的变形。
(1)在所述各实施方式中，将负载状态信息设为马达转速，但也可将输入功率、输入电流、直流电压、直流电压脉动幅度、直流电流、直流功率、旋转转矩、逆变器电路输入、逆变器电路输出、逆变器导通比、以及逆变器电路的峰值比率的至少一个作为负载状态信息。

Claims (23)

1.一种电源电路，包括：整流电路，其将交流电压变换为直流；升压斩波器电路，其基于导通比信号使所述整流电路的输出电压升压；平滑电路，其使所述升压斩波器电路的输出电压平滑；和控制单元，其生成所述导通比信号；
所述控制单元具备下述功能：生成所述平滑电路的直流电压脉动信息，并且基于所述直流电压脉动信息对所述导通比信号进行修正或变更。
2.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，
对所述导通比信号进行修正的功能，是从所述导通比信号中减去所述直流电压脉动信息的值的功能，
对所述导通比信号进行变更的功能，是当所述直流电压脉动信息为正值时输出所述导通比信号，当所述直流电压脉动信息为负值时将所述导通比信号变更为任意设定值的功能。
3.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，
还包括：输入电流信息生成单元，其对流入到所述整流电路的输入电流进行检测；和负载状态信息生成单元，其生成表示与所述平滑电路连接的负载的状态的负载状态信息；
所述控制单元设定与所述负载状态信息对应的系数，并且基于该系数与所述输入电流之积来生成所述导通比信号。
4.根据权利要求3所述的电源电路，其特征在于，
所述负载状态信息是输入功率、输入电流、直流电压、直流电压脉动幅度、直流电流以及直流功率中的至少任一信息。
5.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，
所述控制单元还包括：输入电流信息生成单元，其对流入到所述整流电路的输入电流进行检测；负载状态信息生成单元，其生成表示与所述平滑电路连接的负载的状态的负载状态信息；和直流电压脉动信息生成单元，其生成所述平滑电路的直流电压脉动信息；
所述控制单元求出与所述负载状态信息对应的系数与所述输入电流之积，并基于该乘积与所述直流电压脉动信息，生成对所述升压斩波器电路的动作进行规定的所述导通比信号。
6.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，
所述控制单元包括：输入电流信息生成单元，其对流入到所述整流电路的输入电流进行检测；负载状态信息生成单元，其生成表示与所述平滑电路连接的负载的状态的负载状态信息；第一导通比信号生成单元，其将基于与所述负载状态信息对应的系数与所述输入电流之积的值作为第一导通比信号；和第二导通比生成单元，其将任意的设定值作为第二导通比信号并输出；
所述控制单元利用所述直流电压脉动信息或所述负载状态信息中的至少一个信息，将所述第一导通比信号和所述第二导通比信号的任一方作为所述导通比信号。
7.根据权利要求6所述的电源电路，其特征在于，
基于所述乘积与所述直流电压脉动信息来生成所述第一导通比信号。
8.根据权利要求6所述的电源电路，其特征在于，
具备：当所述负载状态信息在规定值以下时输出所述第二导通比信号，当所述负载状态信息比规定值大时输出所述第一导通比信号的功能。
9.一种电源装置，包括：整流电路，其将交流电压变换为直流；升压斩波器电路，其基于导通比信号使所述整流电路的输出电压升压；平滑电路，其使所述升压斩波器电路的输出电压平滑；输入电流信息生成单元，其生成流入到所述整流电路的输入电流；负载状态信息生成单元，其生成表示与所述平滑电路连接的负载的状态的负载状态信息；和控制单元，其求出所述负载状态信息所对应的系数与所述输入电流之积，并基于该乘积生成对所述升压斩波器电路的动作进行规定的所述导通比信号；
所述控制单元包括：导通比修正单元，其检测所述平滑电路的直流电压的脉动成分信息，并且基于所述直流电压脉动信息对所述导通比信号进行修正；导通比变更单元，其基于所述直流电压脉动信息，对所述导通比信号进行变更；和选择单元，其选择所述导通比修正单元的输出值与所述导通比变更单元的输出值的任一个作为施加到所述开关元件的导通比信号。
10.根据权利要求9所述的电源装置，其特征在于，
所述导通比修正单元具备通过从所述导通比信号中减去所述直流电压脉动信息来进行修正的功能，所述导通比变更单元具备：当所述直流电压脉动信息为正值时输出所述导通比信号，当所述直流电压脉动信息为负值时将所述导通比信号变更为任意的设定值的功能。
11.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，
所述控制单元包括：输入电流信息生成单元，其对流入到所述整流电路的输入电流进行检测；负载状态信息生成单元，其生成表示与所述平滑电路连接的负载的状态的负载状态信息；直流电压脉动信息生成单元，其生成所述平滑电路的直流电压脉动信息；第二导通比信号生成单元，其求出所述负载状态信息所对应的系数与所述输入电流之积，将该乘积作为第一导通比信号，进一步基于所述乘积与所述直流电压脉动信息来生成第二导通比信号；第三导通比生成单元，其将任意的设定值作为第三导通比信号并输出；和
导通比变更单元，其利用所述直流电压脉动信息或所述负载状态信息的至少一个信息，将所述第一导通比信号、所述第二导通比信号、或所述第三导通比信号作为对所述升压斩波器电路的动作进行规定的所述导通比信号并输出。
12.根据权利要求6所述的电源电路，其特征在于，
具备：当所述直流电压脉动信息为正值时输出所述第二导通比信号，当所述直流电压脉动信息为负值时输出所述第一导通比信号的功能。
13.根据权利要求3所述的电源电路，其特征在于，
与所述平滑电路连接的负载是马达以及对该马达进行驱动的逆变器电路，
所述负载状态信息是马达转速，
所述系数基于所述负载状态信息与升压比之积进行设定。
14.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，
所述直流电压脉动信息由直流电压的脉动成分与脉动修正比例增益之积构成。
15.根据权利要求14所述的电源电路，其特征在于，
具备根据所述负载状态信息来变更所述脉动修正比例增益的功能。
16.一种控制电路，包括：整流电路，其将交流电压变换为直流；升压斩波器电路，其基于导通比信号使所述整流电路的输出电压升压；和平滑电路，其使所述升压斩波器电路的输出电压平滑；
还具有：输入电流信息生成单元，其对流入到所述整流电路的输入电流进行检测；直流电压检测电路，其对所述平滑电路的直流电压进行检测；和控制单元，其利用所述输入电流、所述直流电压以及设定值，输出所述导通比信号；
将所述输入电流控制为与所述交流电压同步的正弦波状波形。
17.根据权利要求16所述的控制电路，其特征在于，
利用外部端子来设定或变更所述设定值。
18.一种电源电路，包括：整流电路，其将交流电压变换为直流；升压斩波器电路，其基于导通比信号使所述整流电路的输出电压升压；和平滑电路，其使所述升压斩波器电路的输出电压平滑；该电源电路向与所述平滑电路连接的负载供给直流功率，
还具有：输入电流信息生成单元，其对流入到所述整流电路的输入电流进行检测；直流电压检测电路，其对所述平滑电路的直流电压进行检测；和控制单元，其利用所述输入电流和所述直流电压，输出所述导通比信号；
至少在所述交流电压的周期的半周期的各自的后半期间内，使所述升压斩波器电路的开关动作停止，或将所述导通比信号固定在规定值。
19.一种电源电路，包括：整流电路，其将交流电压变换为直流；升压斩波器电路，其基于导通比信号使所述整流电路的输出电压升压；和平滑电路，其使所述升压斩波器电路的输出电压平滑；该电源电路向与所述平滑电路连接的负载供给直流功率，
还具有控制单元，其基于流入到所述整流电路的输入电流和所述平滑电路的直流电压，输出所述导通比信号，将所述输入电流的波形控制为与所述交流电压同步的正弦波状，
所述导通比信号根据所述直流电压的脉动成分而变化。
20.根据权利要求19所述的电源电路，其特征在于，
所述导通比信号按照在所述直流电压的脉动成分为正时减少，为负时增加的方式变化。
21.一种电源电路，包括：整流电路，其将交流电压变换为直流；升压斩波器电路，其基于导通比信号使所述整流电路的输出电压升压；和平滑电路，其使所述升压斩波器电路的输出电压平滑；该电源电路向与所述平滑电路连接的负载供给直流功率，
还具有控制单元，其基于流入所述整流电路的输入电流和所述平滑电路的直流电压，输出所述导通比信号，将所述输入电流的波形控制为与所述交流电压同步的正弦波状，
以比所述交流电压波形的相位超前了π/2的波形信号对所述导通比信号进行修正。
22.根据权利要求21所述的电源电路，其特征在于，
所述导通比修正信号当所述交流电压为正值时是将所述交流电压的相位偏移了π/2后的波形的信号，当所述交流电压为负值时是使将所述交流电压的相位偏移了π/2后的波形反相后的信号。
23.一种电源电路，包括：整流电路，其将交流电压变换为直流；升压斩波器电路，其基于导通比信号使所述整流电路的输出电压升压；和平滑电路，其使所述升压斩波器电路的输出电压平滑；该电源电路向与所述平滑电路连接的负载供给直流功率，
还具有控制单元，其基于流入到所述整流电路的输入电流和所述平滑电路的直流电压，输出所述导通比信号，将所述输入电流的波形控制为与所述交流电压同步的正弦波状，
所述导通比修正信号当所述交流电压为正值时根据将所述交流电压的相位偏移了π/2后的波形的信号，当所述交流电压为负值时根据使将所述交流电压的相位偏移了π/2后的波形反相后的信号而变化。
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