JP2002325454A - 交流/直流変換装置 - Google Patents

交流/直流変換装置

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JP2002325454A
JP2002325454A JP2001123697A JP2001123697A JP2002325454A JP 2002325454 A JP2002325454 A JP 2002325454A JP 2001123697 A JP2001123697 A JP 2001123697A JP 2001123697 A JP2001123697 A JP 2001123697A JP 2002325454 A JP2002325454 A JP 2002325454A
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Yuji Ogawa
裕司 尾川
Keiji Ito
恵司 伊藤
Kenji Yokoyama
健司 横山
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MAEKAWA DENKI KK
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MAEKAWA DENKI KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的低い交流電源の電圧を比較的高い直流
定電圧に変換する交流/直流変換装置の損失を低減し、
高効率化を実現する。 【解決手段】 双方向性スイッチ4を高周波数でオンオ
フ制御することにより交流電源1の電圧を昇圧し、この
昇圧した電圧を全波整流回路5が全波整流して出力端子
6A、6B間に直流定電圧を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、交流電源を入力
し、その出力端子間に所定の直流定電圧を出力する交流
/直流変換装置に係り、特にその損失を低減する技術に
関するものである。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】この
種交流/直流変換装置は、例えば、コンピュータ用直流
電源など多くの分野に適用されており、通常、交流電源
を整流する整流回路と、この整流直流電圧を要求される
直流定電圧に変換するスイッチングレギュレータとで構
成される。この場合、例えば、100V程度の比較的低
い交流電源の電圧を、400V程度の比較的高い直流定
電圧に変換するケースが多いが、変換装置としての容量
が大きくなると、上記整流回路における損失のウエイト
が増大し、装置全体の効率を低下させる要因となってい
た。この発明は以上のような問題点を解消するためにな
されたもので、比較的低い交流電源の電圧を比較的高い
直流定電圧に変換する交流/直流変換装置の損失を低減
し、高効率化を図るものである。
【0003】
【課題を解決するための手段】この発明に係る交流/直
流変換装置は、交流電源を入力し、出力端子間に所定の
直流定電圧を出力する交流/直流変換装置であって、上
記交流電源の両端子間に互いに直列に接続された、リア
クトルと双方向のスイッチング動作が可能なスイッチン
グ手段、交流側が上記スイッチング手段の両極間に接続
され直流側が上記出力端子間に接続された全波整流回
路、上記出力端子間に接続されたコンデンサ、および上
記出力端子間の電圧が上記直流定電圧と一致するよう
に、上記交流電源の周波数より十分高い所定の周波数で
上記スイッチング手段をオンオフ制御するスイッチング
制御手段を備えたものである。
【0004】また、この発明に係る交流/直流変換装置
のスイッチング制御手段は、出力端子間の電圧検出値と
直流定電圧との偏差に交流電源の電圧検出値を乗算した
値を目標値信号、リアクトルの電流検出値を制御量信号
とするフィードバック制御回路を備えたものである。
【0005】また、この発明に係る交流/直流変換装置
のスイッチング制御手段は、出力端子間の電圧検出値と
直流定電圧との偏差を求め電圧偏差信号を出力する第1
の比較増幅部、交流電源の電圧検出値を全波整流して整
流電圧信号を出力する第1の全波整流部、リアクトルの
電流検出値を全波整流して整流電流信号を出力する第2
の全波整流部、上記第1の比較増幅部の偏差信号を第1
の絶縁信号伝達手段を介して入力し上記整流電圧信号と
乗算して乗算信号を出力する乗算部、上記乗算信号と上
記整流電流信号との偏差を求め電流偏差信号を出力する
第2の比較増幅部、および上記第2の比較増幅部の電流
偏差信号を第2の絶縁信号伝達手段を介して入力しスイ
ッチング手段のオンオフ駆動信号を出力するドライブ回
路を備えたものである。
【0006】
【発明の実施の形態】この発明は、交流電源の電圧を整
流する前に、高周波スイッチング動作で電圧を昇圧し、
しかる後、この昇圧低電流化した交流電圧を整流して直
流電圧に変換して出力することにより、従来の低圧大電
流整流における整流器損失の大幅な低減を実現するもの
である。以下、本発明の基本的な構成動作を実施の形態
1として説明し、更に具体的な構成を実施の形態2とし
て説明するものとする。
【0007】実施の形態1.図1はこの発明の実施の形
態1における交流/直流変換装置を示す構成図である。
図において、1は入力端子2A、2Bに接続された、例
えば、100Vの商用周波単相交流電源、3はスイッチ
ング手段としての双方向性スイッチ4と直列にして入力
端子2A、2B間に接続されたリアクトル、5はその交
流側が双方向性スイッチ4の両極間に接続され直流側が
出力端子6A、6B間に接続された、ダイオードブリッ
ジからなる全波整流回路、7は出力端子6A、6B間に
接続されたコンデンサである。
【0008】8は出力端子6A、6B間の出力電圧検出
値V1とその制御目標電圧となる直流定電圧Vrefと
の偏差を演算し電圧偏差信号Yを出力する第1の比較増
幅部、9は入力端子2A、2B間の入力電圧検出値Xと
第1の絶縁カップラー10を介して第1の比較増幅部8
から入力した電圧偏差信号Yとを乗算して乗算信号Zを
出力する乗算部、11は乗算部9からの乗算信号Zと電
流検出部12で検出した入力電流検出値I1との偏差を
演算し電流偏差信号ΔIを出力する第2の比較増幅部、
13は第2の絶縁カップラー14を介して第2の比較増
幅部11から入力した電流偏差信号ΔIを基に双方向性
スイッチ4をオンオフ駆動するドライブ回路である。
【0009】次に動作について説明する。図1の制御回
路は、交流電源1の電圧、電流が同位相となる、即ち、
交流電源1から見た力率が1.0となるように、かつ、
出力電圧検出値V1が直流定電圧Vrefに一致するよ
うにフィードバック制御動作がなされる。即ち、交流電
源1からの電圧Va−bは、図2(a)に示すように正
弦波状であるが、双方向性スイッチ4を例えば数十kH
zの高周波数でオンオフ駆動することで、リアクトル3
へのエネルギー蓄勢、およびリアクトル3からコンデン
サ7へのエネルギー放勢を繰り返し、交流電源1の電圧
を昇圧した波高値一定の電圧Vc−dが双方向性スイッ
チ4の両極間に発生する。この電圧Vc−dは、図2
(b)に示すように、正弦波電圧Va−bの極性に応じ
て正負に反転する電圧である。全波整流回路5がこの電
圧Vc−dを全波整流し、コンデンサ7が更にこの整流
電圧を平滑化して出力端子6A、6B間に図2(c)に
示す直流定電圧Ve−fを出力する。
【0010】以上のように、この発明では、交流から直
流への整流動作が、昇圧後の段階で行われるので、同一
容量で比較した場合、低圧大電流で整流を行う従来に比
し、この発明では、高圧小電流での整流となり、全波整
流回路5を構成するダイオードのいわゆるフォアドロッ
プが低減してその損失が大幅に減少する。
【0011】実施の形態2.図3はこの発明の実施の形
態2における交流/直流変換装置を示す構成図である。
この図3は、先の図1で示す基本構成を更に具体化した
もので、主回路構成としては、図1の回路とほとんど変
わるところがなく、特に制御系に必要な絶縁対策を施し
た点が特徴で、以下、この部分を中心に説明する。
【0012】先ず、図3右上に示す第1の比較増幅部8
は、出力電圧検出値V1を抵抗Rf、Rbで分圧した値
をベース電圧、制御目標電圧に相当するツェナーダイオ
ードZDの電圧をエミッタ電圧とするトランジスタQ3
を備え、そのコレクタから電圧偏差信号Yを出力する。
図3左下はフィードバック制御の入力段の部分で、交流
電源1の電圧検出値を全波整流して整流電圧信号Xを出
力する第1の全波整流部15(DT1)、リアクトル3
の電流検出値を全波整流して整流電流信号I1を出力す
る第2の全波整流部16(DT2)、第1の全波整流部
15からの整流電圧信号Xと第1の絶縁カップラー(ホ
トカプラー)10を介した第1の比較増幅部8からの電
圧偏差信号Yとを乗算して乗算信号Zを出力する乗算部
9(A1)、および乗算部9からの乗算信号Zと第2の
全波整流部16からの整流電流信号I1との偏差を演算
し電流偏差信号ΔIを出力する第2の比較増幅部11
(A2)から構成されている。そして、この制御部分へ
は、補助電源回路17により、交流電源1と絶縁された
制御電源(VC1)が供給される。
【0013】図3右下に示すドライブ回路13は、第2
の絶縁カップラー(ホトカプラー)14を介して第2の
比較増幅部11から入力する電流偏差信号ΔIと三角波
発生器PGからのキャリア信号とを入力してPWM制御
により、一対のMOSFETQ1、Q2からなる双方向
性スイッチ4にゲート信号を供給するPWM回路18
(A3)を備えている。そして、この制御部分へは、補
助電源回路17により、交流電源1は勿論、制御電源V
C1とも絶縁された制御電源VC2が供給される。
【0014】以上のように、この実施の形態2において
は、その制御系が主回路構成に応じて必要な絶縁処理が
なされているので、高効率が得られるとともに、簡便な
部品構成で実用性が高く、円滑な信頼性の高い制御動作
が実現する。なお、図3に示した各部品構成は一実施例
にすぎず、装置としての容量や要求性能に応じて種々の
変形構成を採用し得ることは当然である。
【0015】
【発明の効果】以上のように、この発明に係る交流/直
流変換装置は、交流電源を入力し、出力端子間に所定の
直流定電圧を出力する交流/直流変換装置であって、上
記交流電源の両端子間に互いに直列に接続された、リア
クトルと双方向のスイッチング動作が可能なスイッチン
グ手段、交流側が上記スイッチング手段の両極間に接続
され直流側が上記出力端子間に接続された全波整流回
路、上記出力端子間に接続されたコンデンサ、および上
記出力端子間の電圧が上記直流定電圧と一致するよう
に、上記交流電源の周波数より十分高い所定の周波数で
上記スイッチング手段をオンオフ制御するスイッチング
制御手段を備えたので、特に整流動作に伴う損失が低減
し、装置としての効率が改善される。
【0016】また、この発明に係る交流/直流変換装置
のスイッチング制御手段は、出力端子間の電圧検出値と
直流定電圧との偏差に交流電源の電圧検出値を乗算した
値を目標値信号、リアクトルの電流検出値を制御量信号
とするフィードバック制御回路を備えたので、交流電源
から見た装置の力率が大幅に向上する。
【0017】また、この発明に係る交流/直流変換装置
のスイッチング制御手段は、出力端子間の電圧検出値と
直流定電圧との偏差を求め電圧偏差信号を出力する第1
の比較増幅部、交流電源の電圧検出値を全波整流して整
流電圧信号を出力する第1の全波整流部、リアクトルの
電流検出値を全波整流して整流電流信号を出力する第2
の全波整流部、上記第1の比較増幅部の偏差信号を第1
の絶縁信号伝達手段を介して入力し上記整流電圧信号と
乗算して乗算信号を出力する乗算部、上記乗算信号と上
記整流電流信号との偏差を求め電流偏差信号を出力する
第2の比較増幅部、および上記第2の比較増幅部の電流
偏差信号を第2の絶縁信号伝達手段を介して入力しスイ
ッチング手段のオンオフ駆動信号を出力するドライブ回
路を備えたので、簡便な部品構成で実用性が高く、円滑
な信頼性の高い制御動作が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1における交流/直流
変換装置を示す構成図である。
【図2】 交流/直流変換装置の各部の電圧波形を示す
図である。
【図3】 この発明の実施の形態2における交流/直流
変換装置を示す構成図である。
【符号の説明】
1 交流電源、3 リアクトル、4 双方向性スイッ
チ、5 全波整流回路、6A,6B 出力端子、7 コ
ンデンサ、8 第1の比較増幅部、9 乗算部、10
第1の絶縁カップラー、11 第2の比較増幅部、12
電流検出部、13 ドライブ回路、14 第2の絶縁
カップラー、15 第1の全波整流部、16 第2の全
波整流部、I1 入力電流検出値、V1 出力電圧検出
値、Vref 直流定電圧、X 入力電圧検出値、Y
電圧偏差信号、Z 乗算信号、ΔI 電流偏差信号。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H006 AA02 CA02 CA06 CA07 CB01 CB08 CC01 CC08 DA02 DA04 DB01 DC02 DC05

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電源を入力し、出力端子間に所定の
    直流定電圧を出力する交流/直流変換装置であって、 上記交流電源の両端子間に互いに直列に接続された、リ
    アクトルと双方向のスイッチング動作が可能なスイッチ
    ング手段、交流側が上記スイッチング手段の両極間に接
    続され直流側が上記出力端子間に接続された全波整流回
    路、上記出力端子間に接続されたコンデンサ、および上
    記出力端子間の電圧が上記直流定電圧と一致するよう
    に、上記交流電源の周波数より十分高い所定の周波数で
    上記スイッチング手段をオンオフ制御するスイッチング
    制御手段を備えたことを特徴とする交流/直流変換装
    置。
  2. 【請求項2】 スイッチング制御手段は、出力端子間の
    電圧検出値と直流定電圧との偏差に交流電源の電圧検出
    値を乗算した値を目標値信号、リアクトルの電流検出値
    を制御量信号とするフィードバック制御回路を備えたこ
    とを特徴とする請求項1記載の交流/直流変換装置。
  3. 【請求項3】 スイッチング制御手段は、出力端子間の
    電圧検出値と直流定電圧との偏差を求め電圧偏差信号を
    出力する第1の比較増幅部、交流電源の電圧検出値を全
    波整流して整流電圧信号を出力する第1の全波整流部、
    リアクトルの電流検出値を全波整流して整流電流信号を
    出力する第2の全波整流部、上記第1の比較増幅部の偏
    差信号を第1の絶縁信号伝達手段を介して入力し上記整
    流電圧信号と乗算して乗算信号を出力する乗算部、上記
    乗算信号と上記整流電流信号との偏差を求め電流偏差信
    号を出力する第2の比較増幅部、および上記第2の比較
    増幅部の電流偏差信号を第2の絶縁信号伝達手段を介し
    て入力しスイッチング手段のオンオフ駆動信号を出力す
    るドライブ回路を備えたことを特徴とする請求項2記載
    の交流/直流変換装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3512070B1 (en) * 2018-01-12 2023-09-06 Robertshaw Italy S.r.L. Power supply circuit

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP3512070B1 (en) * 2018-01-12 2023-09-06 Robertshaw Italy S.r.L. Power supply circuit

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