JP2002153067A - 高力率コンバータ及びその制御方法 - Google Patents
高力率コンバータ及びその制御方法Info
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Abstract
のノイズによるひずみを起こさせず、ほぼ力率1とする
制御を行う高力率コンバータを提供する提供する。 【解決手段】 本願発明によるコンバータは、交流が電
流制御インダクタ2を介して供給されるダイオードブリ
ッジのダイオードDx,Dyと並列に接続されたスイッチ素
子X,Yと、平滑コンデンサCdとから成る昇圧整流回路1
と、昇圧整流回路に入る実交流電流値を測定するインダ
クタ電流検出器11と、昇圧整流回路1からの直流電流を
測定する出力電圧検出回路7と、昇圧整流回路1からの直
流電圧を測定する出力電圧検出回路8と、直流電流,直
流電圧,基準正弦波波形に基づき、交流の目標電流値を
求める入力電流指令値決定回路10と、目標電流値,実交
流電流値の誤差を求め、誤差を積分時間Tsで積分し、こ
の積分値を出力する積分回路13と、積分値によりスイッ
チ素子X,Yをオン/オフ制御する制御回路Cとから構成さ
れている。
Description
正弦波入力単相整流回路等に使用されるスイッチング型
の高力率コンバータに関する。
直流電源が使用される場合が多く、商用交流から直流を
得るために、近年では半導体による整流回路、なかんず
く、ダイオードブリッジとトランジスタとにより構成さ
れた混合型ブリッジが用いられている。ここで、家電製
品や産業用電源機器は高調波発生源であるため、力率及
び波形を向上させるため、上記混合型ブリッジに対して
入力する入力電流の正弦波化が必要となっている。した
がって、上記混合型ブリッジへの入力電流を正弦波化す
るために、この混合型ブリッジの、例えばトランジスタ
X,Yをオン/オフする手法として、PWM法が用いら
れている。例えば、この種の方式としては、図12(a)
に示す三角波比較方式と、図12(b)に示すヒステリシ
スコンパレータ方式のトランジスタX,Yの制御回路が
提案されている。
E PROCEEDINGS-B, Vol.138, No.5,SEPTEMBER 1991),"No
velfull bridge semicontrolled switch mode rectifie
r"by S.Maniasに掲載されたものである。ここで、図1
2(a)の制御回路は、電流誤差Δ(t)(=iLp(t)−j
(t))と三角キャリア波とを比較し、交流系統と交直変換
器との連結点電圧vi(t)が下記条件の場合、対応するト
ランジスタX及びトランジスタYを制御する。例えば、
上記制御回路は、vi(t)≧0のとき、トランジスタXを
ONとし、トランジスタYをOFFとし、vi(t)<0の
とき、トランジスタXをOFFとし、トランジスタYを
ONとするよう制御信号を出力する。一方、図12
(b)の制御回路は、電気学会誌(T.IEE Japan, Vol.115
-D, No.2, 1995),”ハーフブリッジ型PWMコンバータ
のキャパシタ容量の低減”に掲載されたもので、図12
(a)のキャリア波比較部分で示すヒステリシスコンパレ
ータに置き換わったもので、その他は同じ動作により、
トランジスタX及びトランジスタYを制御し、複合ブリ
ッジへの入力電流の正弦波化を行っている。
た図12(a)及び図12(b)の制御回路による昇圧整流回
路の制御方式は、いずれも波形ひずみを起こすことが指
摘されており、完全に入力電流に対して正弦波化する制
御を保証するものではない。さらに、平成6年に資源エ
ネルギー庁による高調波ガイドラインの導入に伴い、高
調波が少なく、シンプルで扱いやすいスイッチング型の
整流回路(Switch Mode Rectifier)が必要とされてきて
いる。
回路への入力電流をほぼ力率1とするスイッチングアル
ゴリズムが考案されている(特願平9−1511634
号公報)。制御方法としては、まず、パルス発生器2か
ら出力された一定の周期的な検出タイミングにより、連
系点における実交流電流iLp(t)を検出し、この実交流
電流iLp(t)と、正弦波交流電流に対する目標関数とを
比較する。そして、上記実交流電流と上記目標関数との
差である誤差関数を導出し、上記検出タイミングにおい
て得られた目標関数の値,及び誤差関数の値に基づき、
所定制御時間後にパルス幅変換器1により、ゲート信号
を各トランジスタに供給してON/OFF制御を行う。
すなわち、上記制御方法は、上記誤差関数の符号に応じ
て、連系点における実交流電流が目標関数に追従するよ
うに制御を行い、入力電流をほぼ力率1とする制御が行
える。しかしながら、上記制御方法は、上記検出タイミ
ングにおいて、実交流電流を検出するときに、実際に
は、検出される実交流電流値に家電製品や通信機器等の
内部回路からのノイズが重畳され、ノイズフィルタを通
したとしても正確な値が得られずに、却って入力電流に
ひずみを起こさせてしまう欠点がある。
ので、家電製品や通信機器等の内部回路からのノイズに
よるひずみを入力電流に起こさせず、昇圧整流回路への
入力電流をほぼ力率1とする制御を行うことが可能な高
力率コンバータを提供する事にある。
め、請求項1記載の高力率コンバータは、交流がインダ
クタ(例えば、電流制御インダクタ2)を介して供給さ
れるダイオードブリッジ(第1及び第2の実施形態では
ダイオードD1,D2,Dx,Dy、第3の実施形態ではダ
イオードDU,DV)と、該ダイオードブリッジにおける
所定のダイオード(第1及び第2の実施形態ではダイオ
ードDx,Dy、第3の実施形態ではダイオードDU,D
V)と並列に接続されたスイッチ素子(第1及び第2の
実施形態ではスイッチ素子X,Y、第3の実施形態では
スイッチ素子U,V)と、平滑コンデンサ(第1及び第
2の実施形態ではコンデンサCd、第3の実施形態では
CU,CV)とから構成された昇圧整流回路(第1の実施
形態では昇圧整流回路1、第2の実施形態では昇圧整流
回路1B、第3の実施形態では昇圧整流回路1C)と、
前記ダイオードブリッジに入力される前記交流の実交流
電流値を測定する第1の測定回路(インダクタ電流検出
器11)と、前記昇圧整流回路から出力される直流電流
を測定する第2の測定回路(出力電流検出回路8)と、
前記昇圧整流回路から出力される直流電圧を測定する第
3の測定回路(出力電圧検出回路7)と、前記直流電
流,前記直流電圧,及び前記交流の正弦波に同期した基
準正弦波波形に基づいて、該交流の目標電流値を算出す
る目標値演算回路(入力電流指令値決定回路10)と、
前記目標電流値と前記実交流電流値との差の誤差を求
め、この誤差を所定の積分時間において積分し、この積
分結果として積分値を出力する誤差積分回路(積分回路
13)と、この積分値に基づいて前記スイッチ素子をオ
ン/オフ制御するスイッチ素子制御回路(制御回路C)
とを具備することを特徴とする。
スイッチ素子制御回路が、前記積分時間を経過した時点
において、前記積分値を予め設定されたしきい値と比較
して、前記スイッチ素子をオン/オフ制御し、前記イン
ダクタに電気エネルギーを蓄積または放出して、前記実
交流電流値を前記目標電流値となるよう制御することを
特徴とする。請求項3記載の高力率コンバータは、前記
スイッチ素子制御回路が、前記スイッチ素子のオン/オ
フ制御を行うデータを、前記積分時間の間ラッチするフ
リップフロップを具備することを特徴とする。
誤差積分回路が、誤差を所定の係数で除算した値を積分
して、この積分結果を積分値として出力することを特徴
とする。請求項5記載の高力率コンバータは、前記スイ
ッチング制御回路が、前記実交流電流値を前記目標電流
値となる制御において、正弦波における制御の位置が、
正弦波の正の半サイクルであるのか負の半サイクルであ
るのかを判定する極性判定回路を具備することを特徴と
する。
法は、ダイオードブリッジと、該ダイオードブリッジに
おける所定のダイオードと並列に接続されたスイッチ素
子と、平滑コンデンサとから構成された昇圧整流回路
に、交流がインダクタを介して供給される第1の過程
と、前記ダイオードブリッジに入力される前記交流の実
交流電流値を測定する第2の過程と、前記昇圧整流回路
から出力される直流電流を測定する第3の過程と、前記
昇圧整流回路から出力される直流電圧を測定する第4の
過程と、前記直流電流,前記直流電圧,及び前記交流の
正弦波に同期した基準正弦波波形に基づいて、該交流の
目標電流値を算出する第5の過程と、前記目標電流値と
前記実交流電流値との差の誤差を求め、この誤差を所定
の積分時間のにおいて積分して積分値を出力する第6の
過程と、前記積分値に基づいて、前記スイッチ素子をオ
ン/オフ制御する第7の過程とを有することを特徴とす
る。
法は、前記第7の過程が、前記スイッチ素子制御回路に
より、前記積分時間を経過した時点において、前記積分
値を予め設定されたしきい値と比較する過程と、前記ス
イッチ素子をオン/オフ制御し、前記インダクタに電気
エネルギーを蓄積または放出して、前記実交流電流値を
前記目標電流値となるよう制御する過程を有することを
特徴とする。
施形態について説明する。 <第1の実施形態>図1は本発明の第1の実施形態によ
る高力率コンバータの構成を示すブロック図である。こ
の図において、昇圧整流回路1は、電流制御インダクタ
ンスLpを介して、単相交流電圧源3から単相交流が供
給され、この単相交流を昇圧整流して、出力端子A及び
出力端子Bから直流電圧を出力する。交流フィルタ4
は、昇圧整流回路1側からの不用意なノイズを単相交流
電圧源3の系に与えないように設けられている。
オードD2,ダイオードDx及びダイオードDyのダイオ
ードブリッジと、平滑コンデンサCdから構成されてい
る。ここで、ダイオードDxとダイオードDyとには、各
々並列にスイッチ素子X,スイッチ素子Yが接続されて
いる。すなわち、可制御及び非可制御主アームを持つブ
リッジ接続とされている。これらのスイッチ素子X,Y
は、例えば、トランジスタ等で構成される。また、平滑
コンデンサCdに代えて、2次電池であっても使用可能
であるが、2次電池の場合には装置外に設置されること
はない。出力電圧検出回路7は、出力電圧検出器5から
の電圧データに基づき、出力端子Aと出力端子との間の
電圧値EDを求める(検出する)。出力電流検出回路8
は、出力電流検出器6からの電流データに基づき、出力
端子Aと出力端子との間の電流値IDを求める(検出す
る)。正弦波出力器9は、単相交流電圧源3から供給さ
れる単相交流に同期した基準正弦波を出力する。
正弦波,前記電圧値ED及び電流値IDに基づき、目標関
数j(t)を生成する。この目標関数j(t)は、力率1また
は遅れあるいは進みの正弦波であり、前記電圧値ED及
び電流値ID(すなわち、コンバータの出力する電力)
に対応して入力される単相交流の各時刻の電流値の目標
値を示す。ここで、入力電流指令値決定回路10は、整
流装置の場合、図2に示す構成をしている。この場合、
時刻tでの負荷電流(出力電流)をID(t)[A],昇圧整
流回路1の直流電圧の設定値をVD[V]とする。なお、こ
こで、VD≧2(1/2)・EAの場合のみを考慮し、すなわ
ち、昇圧整流回路1は昇圧型整流装置である。EAは、
単相交流の電圧の実効値である。また、連系点における
実交流電流iLp(t)の目標力率角をθ[rad](π/2≧θ
>0)とする。ここで言う連系点とは、単相交流系統
と、家電製品や産業機器等との昇圧整流回路が連系され
ている点を示している。
hase Locked Loop)などにより、連系点の電圧位相を検
出する。演算器28は、この電圧位相及び目標力率角θ
に基づき、2(1/2)sin(ωt-θ)[V]の電圧値を算出す
る。1次遅れ回路26は、加算器22により、直流電圧
の設定値VDから出力電圧EDを差し引いた値「VD−E
D」に基づき、フィードバック項の(VD−ED)・(K
/(1+T1・S))を生成する。1次遅れ回路27
は、直流電圧の設定値VD及び負荷電流IDが乗算器23
により乗算された結果の値「VD・ID」に基づき、フィ
ードフォワード項のVD・ID/EA・cos(1+T2・
S)を生成する。そして、連系点電圧位相検出回路24
は、上述したフィードバック項及びフィードフォワード
項を加算器25により加算し、この加算結果に演算器2
8において求められた2(1/2)sin(ωt-θ)を、乗算器2
9により乗算することで、この乗算結果として目標関数
j(t)を以下に示す式(1)として求める。
は、電流制御インダクタ2にながれる実交流電流値iLp
(t)を検出して出力する。オペアンプ12は、実交流電
流値iLp(t)と目標関数j(t)とを各々電圧に変換し、こ
れらの電圧の差、すなわち誤差値Δ(t)に係数「1/
x」を乗算して、乗算結果の値Δ(t)/xを積分回路1
3へ出力する。積分回路13は、所定の積分時間Ts
(=tn+1−tn=tn+2−tn+1=…)の間、入力される
値Δ(t)/xを積分し、値Δ(t)/xを∫Δ(t)/xとし
て、コンパレータ14へ出力する。ここで用いられてい
る係数xは、Δ(t)を積分時間Tsの間で連続して積分す
ると、論理回路の電源電圧値を越えてしまうので、積分
値がどの積分時間においても同様の値(論理回路の電源
電圧値)となるように各誤差値Δ(t)を除算するために
用いられ、追従誤差ECに対して、積分値が適切な電圧
レベルとなるように調整して設定される。
/xと、追従誤差ECと比較し、この比較結果として、
EC>∫Δ(t)/xのとき「H」レベル、EC<∫Δ(t)/
xのとき「L」レベルを出力する。追従誤差ECは、本
発明が昇圧整流回路1へ入力される単相交流の電流値を
目標関数j(t)に対して追従させていくときの基準レベ
ルとして使用するものである。そのため、この追従誤差
ECは、目標関数j(t)に対する追従制御の動作におい
て、目標関数j(t)に対する制御において、越えてはい
けない絶対誤差jeを超えずに制御する値に予め設定さ
れている。すなわち、制御回路Cの各回路による遅延,
スイッチ素子X及びYのスイッチング速度や電流制御イ
ンダクタ2の制御遅れ等により、実際に、積分値∫Δ
(t)/xと追従誤差ECとの比較結果により、コンバータ
1に入力される交流電流の実交流電流の電流値を制御す
るまでに要する時間の分だけ、交流電流の電流値の増減
が行われるため、この増減により絶対誤差jeを越えな
い値に調整して設定する必要がある。これにより、本発
明の制御のタイミングチャートである図3に示すよう
に、目標関数j(t)をj(t)±jeの範囲で制御すること
が可能となる。
データ入力端子Dへ出力されるとともに、インバータ1
7により反転されて、反転されたレベルとしてフリップ
フロップ16のデータ入力端子Dへ供給される。また、
フリップフロップ15及びフリップフロップ16のクロ
ック端子CKに、ラッチクロック発信回路18から、一
定周期Ts毎に出力される、所定の幅のラッチクロック
CLKが入力されており、フリップフロップ15及びフ
リップフロップ16は、ラッチクロックCLKの立ち上
がりエッジにおいて、入力端子Dに入力されているデー
タをラッチする。また、フリップフロップ15のリセッ
ト端子CLRに、コンパレータ19からリセット信号R
ESが入力され、リセット信号RESが「L」レベルの
場合、フリップフロップ15はラッチされているデータ
をリセットし、「L」レベルを出力する。一方、フリッ
プフロップ16のリセット端子CLRに、コンパレータ
19からリセット信号RESが、インバータ20により
反転された後入力され、リセット信号RESが「H」レ
ベルの場合、フリップフロップ15はラッチされている
データをリセットし、「L」レベルを出力する。
ベルと接地電位(0V)とを比較し、基準正弦波が正の
半サイクルの場合、リセット信号RESを「H」レベル
で出力し、基準正弦波が負の半サイクルの場合、リセッ
ト信号RESを「L」レベルで出力する。すなわち、基
準正弦波が正のサイクルの場合、フリップフロップ15
が利用可能状態となり、基準正弦波が負のサイクルの場
合、フリップフロップ16が利用可能状態となる。遅延
回路21は、ラッチクロックCLKを時間Td遅延させ
て、積分回路13へ出力し、積分回路13はこの遅延さ
れたラッチクロックCLKのパルスにより、積分してき
た積分値をリセットする。
第1の実施形態の動作例を説明する。以下の図3のタイ
ミングチャートによる動作例の説明は、例えば、図1の
回路が定常状態において動作していると仮定し、また、
単相交流の正の半サイクルの部分について説明する。こ
のとき、リセット信号RESは、正の半サイクルのた
め、「H」レベルで出力されている。このとき、目標関
数j(t)に対して追従する基準値の関数は、j(t)+EC
である。また、フリップフロップ15の出力する制御信
号Sxが「H」レベルのため、スイッチ素子Xはオン状
態であり、図4に示すの経路において、電流が流れて
おり、電流制御インダクタ2に電気エネルギーが蓄積さ
れる状態となっており、実交流電流iLp(t)が増加して
いる。このとき、フリップフロップ16の出力する制御
信号Syが「L」レベルのため、スイッチ素子Yはオフ
状態である。
積分時間Ts積分した∫Δ(t)/xと追従誤差ECとを比
較し、∫Δ(t)/xの方が大きいため、「L」レベルを
出力している。このとき、ラッチクロック発信回路18
がラッチクロックCLKを「H」レベルとするため、フ
リップフロップ15は「L」レベルのデータをラッチ
し、出力端子Qから「L」レベルの制御信号Sxを出力
する。これによりスイッチ素子Xは、オン状態からオフ
状態に遷移する。これにより、電流制御インダクタ2
は、の経路を通り、蓄積した電気エネルギーをダイオ
ードD1を介して出力端子A側へ供給する。そして、実
交流電流iLp(t)は、徐々に減少し、目標関数j(t)に対
して近づいていく。次に、時刻tn+Tdにおいて、積分
回路13に遅延されたラッチクロック信号CLKの
「H」レベルのパルスが入力され、積分値としての∫Δ
(t)/xが「0」にリセットされる。
14は、積分時間Ts積分した∫Δ(t)/xと追従誤差E
Cとを比較し、∫Δ(t)/xの方が大きいため、「L」レ
ベルを出力している。このため、制御信号Sxが「L」
レベルから変化しないため、スイッチ素子Xがオフ状態
のままであり、電流制御インダクタ2は、の経路を通
り、蓄積した電気エネルギーをダイオードD1を介して
出力端子A側へ供給しており、実交流電流iLp(t)は、
さらに、目標関数j(t)に近づいていく。そして、時刻
tn+1+Tdにおいて、積分回路13に遅延されたラッチ
クロック信号CLKの「H」レベルのパルスが入力さ
れ、積分値としての∫Δ(t)/xが「0」にリセットさ
れる。
14は、積分時間Ts積分した∫Δ(t)/xと追従誤差E
Cとを比較し、ECの方が大きいため、「H」レベルを出
力している。このとき、ラッチクロック発信回路18が
ラッチクロックCLKを「H」レベルとするため、フリ
ップフロップ15は「H」レベルのデータをラッチし、
出力端子Qから「H」レベルの制御信号Sxを出力す
る。これによりスイッチ素子Xは、オフ状態からオン状
態に遷移する。これにより、電流制御インダクタ2は、
の経路を通り、電流制御インダクタ2へ電気エネルギ
ーを蓄積し始める。そして、電流制御インダクタ2に電
気エネルギーを蓄積させるために、実交流電流iLp(t)
は、徐々に増加し、目標関数j(t)から離れていく。次
に、時刻tn+2+Tdにおいて、積分回路13に遅延され
たラッチクロック信号CLKの「H」レベルのパルスが
入力され、積分値としての∫Δ(t)/xが「0」にリセ
ットされる。以上説明した処理が、ラッチクロックCL
Kの出力タイミングに応じて、順次繰り返される。
と、入力電流指令値決定回路10には、正弦波出力器9
から負の半サイクルの基準正弦波が入力されるため、負
の半サイクルに対応した目標関数j(t)が生成され、オ
ペアンプ12へ出力される。このとき、目標関数j(t)
に対して追従する基準値の関数は、j(t)−ECである。
他の動作は、フリップフロップ15が制御信号Sxをス
イッチ素子Xへ出力する代わりに、フリップフロップ1
6が制御信号Syをスイッチ素子Yへ出力することとな
り、制御の基準値以外全く同様の処理が行われる。ま
た、負の半サイクルの場合、リセット信号RESが
「L」レベルであり、フリップフロップ15の出力する
制御信号Sxが「L」レベルのため、スイッチ素子Xは
オフ状態である。
き、制御信号Syが「H」レベルとなり、スイッチ素子
Yがオン状態とされ、電流制御インダクタ2に電気エネ
ルギーが蓄積されることにより、の経路を電流が流
れ、これにより、徐々に入力される交流電流が増加す
る。一方、ECが∫Δ(t)/xより大いとき、制御信号S
yが「L」レベルとなり、スイッチ素子Yがオフ状態と
され、電流制御インダクタ2から電気エネルギーが放出
されることにより、の経路を電流が流れ、これによ
り、徐々に入力される交流電流が減少する。
ラッチクロック発信回路18からのラッチクロックCL
Kの一定の周期的な出力タイミングにより、連系点にお
ける実交流電流iLp(t)を検出し、この実交流電流iLp
(t)と、正弦波交流電流に対する目標関数j(t)とを比較
し、これらの誤差値Δ(t)を導出し、この値を積分時間
Tsの間で積分し、この積分値∫Δ(t)/xと追従誤差E
Cとの比較結果により、各スイッチ素子をオン/オフ制
御し、電流制御インダクタ2に電気エネルギーの充放電
を行うことで、入力される交流電流の制御を行うため、
連系点における実交流電流iLp(t)が目標関数j(t)に対
して、j(t)±jeの範囲内で制御を行うことができ、入
力電流をほぼ力率1とする制御が行える。さらに、上記
コンバータは、積分期間Tsの間に、実交流電流値iLp
(t)に対して、家電製品や通信機器等の内部回路からの
ノイズが配線にのり、測定された実交流電流iLp(t)の
数値にこのノイズ重畳されても、積分期間Tsの間に互
いにノイズ同士がキャンセルして、評価値として正確な
積分値(連系点における実際の測定値としての実交流電
流iLp(t)を積分した値)が得られ、ノイズフィルタを
使用しなくとも、入力される交流電流の波形をひずませ
ずに目標関数j(t)に対して追従させて制御することが
可能である。すなわち、本発明によれば、上述した第1
の実施形態によるコンバータは、抵抗負荷に対する電流
供給と同様に、交流側を所定の正弦波に保ちつつ、直流
出力を一定値に制御することが可能である。
バータの第1のコンバータと異なる部分は、昇圧整流回
路1Bの構成が昇圧整流回路1の構成と異なる点であ
る。図6に示すように、昇圧整流回路1Bは、第1の実
施形態の昇圧整流回路1と同様に、ダイオードD1,ダ
イオードD2,ダイオードDx及びダイオードDyのダイ
オードブリッジと、平滑コンデンサCdから構成されて
いる。ここで、ダイオードDxとダイオードDyとにも、
同様に、各々並列にスイッチ素子X,Yが接続されてい
る。すなわち、可制御及び非可制御主アームを持つブリ
ッジ接続とされている。これらのスイッチ素子X,Y
は、例えば、トランジスタ等で構成される。しかしなが
ら、昇圧整流回路1Bは、昇圧整流回路1に対して、ダ
イオードD1の位置と、ダイオードDyの位置とが入れ替
わった構成となっている。また、平滑コンデンサCdに
代えて、2次電池であっても使用可能であるが、2次電
池の場合には装置外に設置されることはない。
としても、第1の実施形態と全く同様であり、異なる点
は、ダイオードD1の位置と、ダイオードDyの位置とが
入れ替わった構成のため、電流制御インダクタ2の電気
エネルギーの蓄積/放出する電流経路が以下のように変
更されたのみである。まず、図7に示す正の半サイクル
において、ECが∫Δ(t)/xより大いとき、制御信号S
xが「H」レベルとなり、スイッチ素子Xがオン状態と
され、電流制御インダクタ2に電気エネルギーが蓄積さ
れることにより、の経路を電流が流れ、これにより、
徐々に入力される交流電流が増加する。一方、ECが∫
Δ(t)/xより小さいとき、制御信号Sxが「L」レベル
となり、スイッチ素子Xがオフ状態とされ、電流制御イ
ンダクタ2から電気エネルギーが放出されることによ
り、の経路を電流が流れ、これにより、徐々に入力さ
れる交流電流が減少する。
て、ECが∫Δ(t)/xより小さいとき、制御信号Syが
「H」レベルとなり、スイッチ素子Yがオン状態とさ
れ、電流制御インダクタ2に電気エネルギーが蓄積され
ることにより、の経路を電流が流れ、これにより、徐
々に入力される交流電流が増加する。一方、ECが∫Δ
(t)/xより大きいとき、制御信号Syが「L」レベルと
なり、スイッチ素子Yがオフ状態とされ、電流制御イン
ダクタ2から電気エネルギーが放出されることにより、
の経路を電流が流れ、これにより、徐々に入力される
交流電流が減少する。上述した、第2の実施形態による
コンバータの効果も、第1の実施形態のコンバータの効
果と同様である。
バータの第1のコンバータと異なる部分は、第2の実施
形態と同様に、昇圧整流回路1Cの構成が昇圧整流回路
1の構成と異なり、正弦波入出力単相倍電圧交直変換回
路として構成されている点である。図9に示すように、
昇圧整流回路1Cは、直列に接続されたダイオードDU
及びダイオードDVの各々に、並列にスイッチ素子U,
スイッチ素子Vが接続されている。また、昇圧整流回路
1Cにおいて、直列に接続された平滑コンデンサCU及
び平滑コンデンサCVが、上記直列に接続されたダイオ
ードDU及びダイオードDVと、並列に接続されている。
また、平滑コンデンサCU,平滑コンデンサCd各々に代
えて、2次電池であっても使用可能であるが、2次電池
の場合には装置外に設置されることはない。
動作としても、第1及び第2の実施形態と全く同様であ
り、異なる点は、単相交流を入力して倍電圧として出力
するため、平滑コンデンサCU及び平滑コンデンサCVが
直列に接続された構成のため、電流制御インダクタ2の
電気エネルギーの蓄積/放出する電流経路が以下のよう
に変更されたのみである。まず、図10に示す正の半サ
イクルにおいて、ECが∫Δ(t)/xより大いとき、制御
信号Sxが「H」レベルとなり、スイッチ素子Vがオン
状態とされ、電流制御インダクタ2に電気エネルギーが
蓄積されることにより、Oの経路を電流が流れ、これに
より、徐々に入力される交流電流が増加する。一方、E
Cが∫Δ(t)/xより小さいとき、制御信号Sxが「L」
レベルとなり、スイッチ素子Vがオフ状態とされ、電流
制御インダクタ2から電気エネルギーが放出されること
により、Pの経路を電流が流れ、これにより、徐々に入
力される交流電流が減少する。
て、ECが∫Δ(t)/xより小さいとき、制御信号Syが
「H」レベルとなり、スイッチ素子Uがオン状態とさ
れ、電流制御インダクタ2に電気エネルギーが蓄積され
ることにより、Qの経路を電流が流れ、これにより、徐
々に入力される交流電流が増加する。一方、ECが∫Δ
(t)/xより大きいとき、制御信号Syが「L」レベルと
なり、スイッチ素子Uがオフ状態とされ、電流制御イン
ダクタ2から電気エネルギーが放出されることにより、
Rの経路を電流が流れ、これにより、徐々に入力される
交流電流が減少する。上述した、第3の実施形態による
コンバータの効果も、第1及び第2の実施形態のコンバ
ータの効果と同様である。なお、上述してきた説明にお
ける電流制御インダクタとしては、トランスの漏れイン
ダクタンスや配線のインダクタンスなどの寄生インダク
タンスを利用することもできる。
周期における交流電流値と目標電流値との差である誤差
を積分器により積分して、この積分値が予め設定された
しきい値を越えるか否かにより、昇圧整流回路のスイッ
チ素子をオン/オフ制御して、インダクタに電気エネル
ギーを蓄積・放出することにより、連系点から入力され
る交流電流を上記目標電流値とする制御を行うため、ノ
イズフィルタを使用しなくとも、入力される交流電流の
波形をひずませずに目標電流値(目標関数j(t))に対
して追従させて制御することが可能である。すなわち、
本発明によれば、上述した第1〜第3の実施形態による
コンバータは、抵抗負荷に対する電流供給と同様に、交
流側を所定の正弦波に保ちつつ、直流出力を一定値に制
御することが可能である。
構成を示すブロック図である。
構成を示すブロック図である。
の動作例を示すタイミングチャートである。
半サイクルにおける、電流制御インダクタ2の電気エネ
ルギーの蓄積/放出する電流経路を示す概念図である。
半サイクルにおける、電流制御インダクタ2の電気エネ
ルギーの蓄積/放出する電流経路を示す概念図である。
構成を示すブロック図である。
半サイクルにおける、電流制御インダクタ2の電気エネ
ルギーの蓄積/放出する電流経路を示す概念図である。
半サイクルにおける、電流制御インダクタ2の電気エネ
ルギーの蓄積/放出する電流経路を示す概念図である。
構成を示すブロック図である。
の半サイクルにおける、電流制御インダクタ2の電気エ
ネルギーの蓄積/放出する電流経路を示す概念図であ
る。
の半サイクルにおける、電流制御インダクタ2の電気エ
ネルギーの蓄積/放出する電流経路を示す概念図であ
る。
素子の制御回路を示すブロック図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 交流がインダクタを介して供給されるダ
イオードブリッジと、該ダイオードブリッジにおける所
定のダイオードと並列に接続されたスイッチ素子と、平
滑コンデンサとから構成された昇圧整流回路と、 前記ダイオードブリッジに入力される前記交流の実交流
電流値を測定する第1の測定回路と、 前記昇圧整流回路から出力される直流電流を測定する第
2の測定回路と、 前記昇圧整流回路から出力される直流電圧を測定する第
3の測定回路と、 前記直流電流,前記直流電圧,及び前記交流の正弦波に
同期した基準正弦波波形に基づいて、該交流の目標電流
値を算出する目標値演算回路と、 前記目標電流値と前記実交流電流値との誤差を求め、こ
の誤差を所定の積分時間において積分し、この積分結果
として積分値を出力する誤差積分回路と、 この積分値に基づいて前記スイッチ素子をオン/オフ制
御するスイッチ素子制御回路とを具備することを特徴と
する高力率コンバータ。 - 【請求項2】 前記スイッチング制御回路が、前記積分
時間を経過した時点において、前記積分値を予め設定さ
れたしきい値と比較して、前記スイッチ素子をオン/オ
フ制御し、前記インダクタに電気エネルギーを蓄積また
は放出して、前記実交流電流値を前記目標電流値となる
よう制御することを特徴とする請求項1に記載の高力率
コンバータ。 - 【請求項3】 前記スイッチング制御回路が、前記スイ
ッチ素子のオン/オフ制御を行うデータを、前記積分時
間の間ラッチするフリップフロップを具備することを特
徴とする請求項1または請求項2に記載の高力率コンバ
ータ。 - 【請求項4】 前記誤差積分回路が、誤差を所定の係数
で除算した値を積分して、この積分結果を積分値として
出力することを特徴とする請求項1から請求項3のいず
れかに記載の高力率コンバータ。 - 【請求項5】 前記スイッチング制御回路が、前記実交
流電流値を前記目標電流値となる制御において、正弦波
における制御の位置が、正弦波の正の半サイクルである
のか負の半サイクルであるのかを判定する極性判定回路
を具備することを特徴とする請求項1から請求項4のい
ずれかに記載の高力率コンバータ。 - 【請求項6】 ダイオードブリッジと、該ダイオードブ
リッジにおける所定のダイオードと並列に接続されたス
イッチ素子と、平滑コンデンサとから構成された昇圧整
流回路に、交流がインダクタを介して供給される第1の
過程と、 前記ダイオードブリッジに入力される前記交流の実交流
電流値を測定する第2の過程と、 前記昇圧整流回路から出力される直流電流を測定する第
3の過程と、 前記昇圧整流回路から出力される直流電圧を測定する第
4の過程と、 前記直流電流,前記直流電圧,及び前記交流の正弦波に
同期した基準正弦波波形に基づいて、該交流の目標電流
値を算出する第5の過程と、 前記目標電流値と前記実交流電流値との誤差を求め、こ
の誤差を所定の積分時間において積分して積分値を出力
する第6の過程と、 前記積分値に基づいて、前記スイッチ素子をオン/オフ
制御する第7の過程とを有することを特徴とする高力率
コンバータの制御方法。 - 【請求項7】 前記第7の過程が、前記スイッチ素子制
御回路により、前記積分時間を経過した時点において、
前記積分値を予め設定されたしきい値と比較する過程
と、前記スイッチ素子をオン/オフ制御し、前記インダ
クタに電気エネルギーを蓄積または放出して、前記実交
流電流値を前記目標電流値となるよう制御する過程を有
することを特徴とする請求項6に記載の高力率コンバー
タの制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000341074A JP3676220B2 (ja) | 2000-11-08 | 2000-11-08 | 高力率コンバータ及びその制御方法 |
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WO2020157922A1 (ja) * | 2019-01-31 | 2020-08-06 | 国立大学法人東北大学 | 直流電源及び電力システム |
CN111684701A (zh) * | 2018-02-07 | 2020-09-18 | 沃思电子埃索斯有限责任两合公司 | 获取电能的装置以及具有这种装置的能量发生器 |
KR20210032794A (ko) * | 2019-09-17 | 2021-03-25 | 인천대학교 산학협력단 | 정전압 출력이 가능한 무선 전력 수신용 정류기 |
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