JP2006033984A - Power supply device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a small-sized power stabilization device that can arbitrarily change a supply voltage to a load and can easily control characteristics of voltage adjustment. <P>SOLUTION: An inverter circuit 3a and a capacitor 4 are connected to a system between an AC power supply 1 and the load 2 in series to the AC power supply 1 and the load 2, when a voltage of the AC power supply 1 deviates from a prescribed value, the inverter circuit 3 is controlled so that a voltage of the capacitor 4 is applied to the system in the forward/backward reverse direction or in the same direction, to hold the voltage applied to the load 2 kept at the prescribed value, a power conversion circuit 5a is arranged between the capacitor 4 and the system, the power conversion circuit 5a is controlled so that power flowing to and from the system is regenerated to the system or charged to the capacitor 4 by the aforementioned operation, and the voltage of the capacitor 4 is held at the prescribed value. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、交流電源から系統に供給される電力の電圧を増減して、所定の電圧により負荷に電力を供給するための電源装置に関するものである。   The present invention relates to a power supply apparatus for increasing or decreasing the voltage of power supplied from an AC power supply to a system and supplying power to a load with a predetermined voltage.

従来の電源装置は、例えば、常時はトランスの主巻き線を短絡して、部分巻き線を通して系統から負荷に電力を供給することで、電圧を低下させずに系統電圧をほぼそのまま負荷に供給するが、節電を行いたい場合は、トランスを本来の単巻きトランスとして利用して、系統電圧を降圧させた上で負荷に供給することで、系統電圧より低い電圧を負荷に供給するので、負荷での消費電力が低下する節電の効果を得るように構成されていた。(例えば特許文献1参照)   In a conventional power supply device, for example, the main winding of the transformer is always short-circuited, and power is supplied from the system to the load through the partial winding, so that the system voltage is supplied to the load almost as it is without reducing the voltage. However, if you want to save power, use a transformer as the original single-winding transformer, step down the system voltage and then supply it to the load, so that a voltage lower than the system voltage is supplied to the load. It has been configured to obtain the power saving effect of reducing the power consumption. (For example, see Patent Document 1)

また、例えば、スイッチからなる3相ブリッジ回路及びコンデンサを交流電源と負荷に対して並列に接続し、また、それら3相ブリッジ回路及びコンデンサと交流電源と負荷の間にそれぞれリアクトルを直列に挿入して、3相ブリッジ回路をPWM制御することで、変圧器を用いることなく負荷に0Vから入力より高い電圧まで連続的に無瞬断で供給することができるように構成されていた。(例えば特許文献2参照)   Also, for example, a three-phase bridge circuit consisting of switches and a capacitor are connected in parallel to the AC power supply and the load, and a reactor is inserted in series between the three-phase bridge circuit and the capacitor, the AC power supply and the load. In addition, the PWM control of the three-phase bridge circuit allows the load to be continuously supplied from 0 V to a voltage higher than the input without using a transformer without instantaneous interruption. (For example, see Patent Document 2)

特開平7‐67254号公報(第2頁、図1)Japanese Patent Laid-Open No. 7-67254 (second page, FIG. 1) 特開平10‐42559号公報(第3及び5頁、図1)JP-A-10-42559 (pages 3 and 5 and FIG. 1)

従来の電源装置は、特許文献1のような構成ではトランスを用いるために装置が大型となってしまう他、負荷への供給電圧を任意に変えられないため、電圧調整の特性をコントロールしにくいという課題があり、特許文献2の構成にではトランスは不要となり、また、電圧調整も連続的に可能となるが、この構成においても、交流電源と負荷に対して並列にブリッジ回路及びコンデンサを接続するので、ブリッジ回路を構成するスイッチ等が交流電源の電圧に相当する高い電圧に対応することが必要であるという課題が有った。
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、低い電圧で動作して、負荷への供給電圧を任意に変更して所定の電圧に調整可能な小型の電源装置を得ることである。
In the conventional power supply device, the configuration as in Patent Document 1 uses a transformer, so that the size of the device becomes large, and the supply voltage to the load cannot be changed arbitrarily, so that it is difficult to control the voltage adjustment characteristics. There is a problem, and in the configuration of Patent Document 2, a transformer is unnecessary, and voltage adjustment can be continuously performed. In this configuration, a bridge circuit and a capacitor are connected in parallel to the AC power source and the load. Therefore, there has been a problem that it is necessary for the switches constituting the bridge circuit to cope with a high voltage corresponding to the voltage of the AC power supply.
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a compact power supply that operates at a low voltage and can arbitrarily adjust a supply voltage to a load to be adjusted to a predetermined voltage. Is to get the equipment.

この発明の電源装置は、交流電源と負荷のあいだの系統に、交流電源と負荷に対して直列にインバータ回路及びコンデンサを接続し、交流電源の電圧が所定の値より大きいときは交流電源と正負逆方向に、また交流電源の電圧が所定の値より小さいときは交流電源と正負同方向に、コンデンサの電圧が系統に印加されるようにインバータ回路を制御する第1の制御部を設けて、負荷に印加される電圧を所定の値に保持するようにしたものである。またこのとき、コンデンサには系統から電力が流入し、またはコンデンサから系統に電力が流出するが、コンデンサと系統の間に電力変換回路を接続し、コンデンサに電力が流入するときはその電力を系統に回生し、またコンデンサから電力が流出するときはその電力を系統から充電するように電力変換回路を制御する第2の制御部を設けて、コンデンサの電圧を所定の値に保持するようしたものである。   In the power supply device of the present invention, an inverter circuit and a capacitor are connected in series with the AC power supply and the load in the system between the AC power supply and the load, and when the voltage of the AC power supply is higher than a predetermined value, In the reverse direction, and when the voltage of the AC power supply is smaller than a predetermined value, a first control unit that controls the inverter circuit so that the voltage of the capacitor is applied to the system in the same direction as the AC power supply, The voltage applied to the load is held at a predetermined value. At this time, power flows into the capacitor from the system, or power flows out from the capacitor into the system. When a power conversion circuit is connected between the capacitor and the system and power flows into the capacitor, the power is A second control unit is provided to control the power conversion circuit so as to charge the power from the system when power flows out from the capacitor, so that the voltage of the capacitor is held at a predetermined value. It is.

あるいは、交流電源と負荷のあいだの系統に、交流電源と負荷に対して直列にインバータ回路及びコンデンサを接続し、交流電源の電圧が所定の値より大きいときは、交流電源と正負逆方向にコンデンサの電圧が系統に印加されるようにインバータ回路を制御する第1の制御部を設けて、負荷に印加される電圧を所定の値に保持するようにし、このとき、コンデンサに系統から流入する電力について、コンデンサと系統の間に電力変換回路を接続し、上記電力を系統に回生するように電力変換回路を制御する第2の制御部を設けて、コンデンサの電圧を所定の値に保持するようしたものである。   Alternatively, when an inverter circuit and a capacitor are connected in series with the AC power supply and the load in the system between the AC power supply and the load, and the voltage of the AC power supply is larger than a predetermined value, the capacitor is connected in the positive and negative direction with the AC power supply. A first control unit is provided to control the inverter circuit so that the voltage of the voltage is applied to the system so that the voltage applied to the load is maintained at a predetermined value. At this time, the power flowing into the capacitor from the system A power control circuit is connected between the capacitor and the system, and a second control unit is provided for controlling the power conversion circuit so as to regenerate the power in the system so that the voltage of the capacitor is maintained at a predetermined value. It is a thing.

あるいは、交流電源と負荷のあいだの系統に、交流電源と負荷に対して直列にインバータ回路及びコンデンサを接続し、交流電源の電圧が所定の値より小さいときは、交流電源と正負同方向にコンデンサの電圧が系統に印加されるようにインバータ回路を制御する第1の制御部を設けて、負荷に印加される電圧を所定の値に保持するようにし、このとき、コンデンサから系統に流出する電力について、コンデンサと系統の間に電力変換回路を接続し、上記電力を系統から充電するように電力変換回路を制御する第2の制御部を設けて、コンデンサの電圧を所定の値に保持するようしたものである。   Alternatively, when an inverter circuit and a capacitor are connected in series with the AC power source and the load in the system between the AC power source and the load, and the voltage of the AC power source is smaller than a predetermined value, the capacitor is connected in the same direction as the AC power source. A first control unit is provided to control the inverter circuit so that the voltage is applied to the system so that the voltage applied to the load is maintained at a predetermined value. At this time, the power flowing out from the capacitor to the system A power converter circuit is connected between the capacitor and the system, and a second control unit is provided for controlling the power converter circuit so as to charge the power from the system so as to hold the voltage of the capacitor at a predetermined value. It is a thing.

従来必要であったトランス等が不要となって装置の小型化が図れ、かつ負荷への供給電圧が任意に変更可能となった上で、スイッチの切り替えは交流電源の電圧が正負逆転する毎に1度ずつで良く低周波での動作であり、インバータ回路にかかる電圧も交流電源の電圧を所定の負荷電圧に調整するための差分に相当する低い電圧であるため、スイッチングロスが小さく、低電圧の素子を使用できる上、導通時の電圧も小さくできるので、効率よく系統と電力をやりとりすることができる。
さらには、交流電源の電圧が所定の値より高いとき、又は所定の値より低いときそれぞれにおいて有効となる様な、より簡単な構成の電源装置を得ることもでき、更なる小型化、低コスト化も可能となる。
The transformer, which was necessary in the past, is no longer needed, and the device can be downsized, and the supply voltage to the load can be changed arbitrarily. The operation at a low frequency may be performed only once, and the voltage applied to the inverter circuit is also a low voltage corresponding to the difference for adjusting the voltage of the AC power supply to a predetermined load voltage. In addition, since the voltage during conduction can be reduced, power can be efficiently exchanged with the system.
Furthermore, it is possible to obtain a power supply device having a simpler structure that is effective when the voltage of the AC power supply is higher than a predetermined value or lower than a predetermined value, and can be further reduced in size and cost. It becomes possible.

実施の形態1.
図1は、この発明に係る電源装置の実施の形態1の概略回路構成を示す回路図である。交流電源1と負荷2との間に、系統に電圧を印加して負荷にかかる電圧の調整を行うインバータ回路の一例としてフルブリッジ型のインバータ回路3aが直列に接続される。このインバータ回路3aは、例えばMOSFETを用いるスイッチ311から341、及びそれらスイッチの逆並列ダイオード312から342で構成される。
Embodiment 1 FIG.
1 is a circuit diagram showing a schematic circuit configuration of a power supply device according to Embodiment 1 of the present invention. A full bridge type inverter circuit 3 a is connected in series between the AC power source 1 and the load 2 as an example of an inverter circuit that adjusts the voltage applied to the load by applying a voltage to the system. The inverter circuit 3a includes switches 311 to 341 using, for example, MOSFETs, and antiparallel diodes 312 to 342 of these switches.

また、インバータ回路3aに並列に、系統に印加される電圧の電圧源となる第1のコンデンサであるコンデンサ4が接続され、このコンデンサ4は系統との電力のやり取りを制御する電力変換回路5aを介して系統に接続される。
この電力変換回路5aにおいて、第1のスイッチであるスイッチ511及びインダクタ52がコンデンサ4に並列に接続され、このインダクタ52はコンデンサ4に蓄えられる電力の系統への回生、または系統からの取り込みの際の電流が経由するものであり、スイッチ511はそのインダクタ52とコンデンサ4との間の電流を制御するものである。
In parallel with the inverter circuit 3a, a capacitor 4, which is a first capacitor serving as a voltage source of a voltage applied to the system, is connected. The capacitor 4 includes a power conversion circuit 5a that controls the exchange of power with the system. Connected to the grid.
In the power conversion circuit 5a, a switch 511 and an inductor 52, which are first switches, are connected in parallel to the capacitor 4, and the inductor 52 is used when power stored in the capacitor 4 is regenerated into the system or taken in from the system. The switch 511 controls the current between the inductor 52 and the capacitor 4.

それらスイッチ511及びインダクタ52の中間点は、第2のスイッチであるスイッチ531及び第3のスイッチであるスイッチ541を介して系統に接続され、これらスイッチ531及び541は、この電力変換回路5aと系統との電力のやり取りを制御するものである。   An intermediate point between the switch 511 and the inductor 52 is connected to the system via a switch 531 which is a second switch and a switch 541 which is a third switch. The switches 531 and 541 are connected to the power conversion circuit 5a. It controls the exchange of power with the.

なお、スイッチ511、531及び541には、それぞれ逆並列ダイオード512、532及び542が接続される。
また、電力変換回路5aと系統との間の電流を平滑化するコンデンサ6が、交流電源1に並列に系統に接続される。
Note that anti-parallel diodes 512, 532, and 542 are connected to the switches 511, 531, and 541, respectively.
A capacitor 6 that smoothes the current between the power conversion circuit 5 a and the system is connected to the system in parallel with the AC power supply 1.

ここで、系統電圧をV0、負荷電圧をVL、インバータ回路の電圧をVxとすると、それらの間の関係はV0=Vx+VLとなる。この関係に基づき、Vxを調整してV0の大きさを加減して、所定の大きさのVLを得るのであるが、一般にV0の定格値からの変動は±10%程度であるので、V0からVLへの変化の比率は高々20%程度であり、Vx、すなわちインバータ回路の電圧の設定も最大でその程度となる。したがって、交流電源1の電圧に比べて小さな電圧を制御することで、所定の電圧調整ができることになる。
また、コンデンサ4には、あらかじめV0よりも低い所定の電圧VC1が充電されるものとする。
Here, assuming that the system voltage is V 0 , the load voltage is V L , and the voltage of the inverter circuit is V x , the relationship between them is V 0 = V x + V L. Based on this relationship, by adjusting the magnitude of V 0 by adjusting the V x, although to obtain a V L having a predetermined size, variation from the rated value of generally V 0 is the order of ± 10% Therefore, the rate of change from V 0 to V L is at most about 20%, and the setting of V x , that is, the voltage of the inverter circuit, is at the maximum. Therefore, a predetermined voltage adjustment can be performed by controlling a voltage smaller than the voltage of the AC power supply 1.
The capacitor 4 is charged with a predetermined voltage V C1 lower than V 0 in advance.

次に、減電圧を行うモード(以下、減電圧モードと称する)での動作について説明する。図2は、この実施の形態1の減電圧モードでの動作を示す動作チャート図である。(a)から(e)にそれぞれ系統電圧V0、負荷電圧VL、インバータ回路3aの出力電圧VX、インダクタ52の電流iL1及び電力変換回路5aから系統への電流iXの変化を示す。 Next, an operation in a mode for performing a voltage reduction (hereinafter referred to as a voltage reduction mode) will be described. FIG. 2 is an operation chart showing the operation in the reduced voltage mode of the first embodiment. (A) to (e) show changes in the system voltage V 0 , the load voltage V L , the output voltage V X of the inverter circuit 3a, the current i L1 of the inductor 52, and the current i X from the power conversion circuit 5a to the system, respectively. .

スイッチ311及び331が入りでスイッチ321及び341が切りの区間(X)では、VXはゼロとなっているが、この状態から、V0が正の時間の電圧瞬時値が高い領域の区間(Y)でスイッチ331を切りにしてスイッチ341を入りとする、すなわちスイッチ311及び341を入りとすると、VX=VC1となりVL=V0−VC1となる。
同様に、V0が負の時間の電圧瞬時値が低い領域の区間(Z)では、スイッチ311を切りにしてスイッチ321を入りとする、すなわちスイッチ321及び331を入りとすることでVL=V0+VC1となる。
In the section (X) in which the switches 311 and 331 are turned on and the switches 321 and 341 are turned off, V X is zero. From this state, however, the section in the region where the voltage instantaneous value during the positive time of V 0 is high ( Y) When the switch 331 is turned off and the switch 341 is turned on, that is, when the switches 311 and 341 are turned on, V X = V C1 and V L = V 0 -V C1 .
Similarly, in the section (Z) where the voltage instantaneous value is low when V 0 is negative, the switch 311 is turned off and the switch 321 is turned on, that is, the switches 321 and 331 are turned on, so that V L = V 0 + V C1 .

上記動作により、VLの波形はピーク値を含む区間(Y)及び(Z)の部分が、VC1に相当する量だけV0から落ち込んだ波形となるので、正弦波の波高値が低下し、結果的にVLの実効値も低下する。それにより負荷での消費電力も低下するので、減電圧モードでは節電の効果が得られる。 With the above operation, the V L waveform has a waveform in which the sections (Y) and (Z) including the peak value are reduced from V 0 by an amount corresponding to V C1 , so that the peak value of the sine wave decreases. As a result, the effective value of V L also decreases. As a result, power consumption at the load is also reduced, so that a power saving effect can be obtained in the reduced voltage mode.

これらの区間(Y)及び(Z)では、コンデンサ4へ、インバータ回路3aを経由して系統から電流が入り込むので、VC1を一定値に抑えてVLを所定の値に維持するためには、コンデンサ4に蓄えられた電力を系統側に戻す必要がある。コンデンサ4に蓄えられた電力は、以下の動作により電力変換回路5aを介して系統に戻る。 In these sections (Y) and (Z), the current flows into the capacitor 4 from the system via the inverter circuit 3a. Therefore, in order to keep V C1 at a constant value and maintain V L at a predetermined value. The electric power stored in the capacitor 4 needs to be returned to the system side. The electric power stored in the capacitor 4 returns to the system via the power conversion circuit 5a by the following operation.

まず、減電圧モードでは全域でスイッチ541を入り、スイッチ531を切りとしておく。このとき、スイッチ511が切りの区間(A)ではiL1はゼロであるが、区間(B)でスイッチ511を入りとするとiL1が増加する。次に、区間(C)でスイッチ511を切りにすると、iL1は逆並列ダイオード532及びスイッチ541を経由して系統に戻り、さらにコンデンサ6、スイッチ341及びコンデンサ4を通ってインダクタ52の一端に戻る。 First, in the reduced voltage mode, the switch 541 is turned on in the entire region, and the switch 531 is turned off. At this time, i L1 is zero in the section (A) where the switch 511 is turned off, but i L1 increases when the switch 511 is turned on in the section (B). Next, when the switch 511 is turned off in the section (C), i L1 returns to the system via the antiparallel diode 532 and the switch 541, and further passes through the capacitor 6, the switch 341 and the capacitor 4 to one end of the inductor 52. Return.

このループが構成されることでインダクタ52の電流がコンデンサ6に蓄えられ、コンデンサ6の系統に電力が回生される。次に、区間(C)でインダクタ52の電流が全て流れ出す前に、スイッチ511を入りにすると図の区間(D)に示したようにiL1は0にならない状態から増加を始める。以降も同様にこのサイクルを繰り返すことで、コンデンサ4に流入する電力を系統に戻すことができるので、減電圧モードで充電されたコンデンサ4の電力の系統への回生が実現できる。 By configuring this loop, the current of the inductor 52 is stored in the capacitor 6, and power is regenerated in the system of the capacitor 6. Next, when the switch 511 is turned on before all the current of the inductor 52 flows out in the section (C), i L1 starts to increase from the state where it does not become 0 as shown in the section (D) of the figure. Thereafter, by repeating this cycle in the same manner, the power flowing into the capacitor 4 can be returned to the system, so that regeneration of the power of the capacitor 4 charged in the reduced voltage mode to the system can be realized.

なお、この動作のときiXは短冊状の電流となるが、コンデンサ6は、その電流を平滑化して系統に戻す作用を持つ。
なお、電力変換回路5aを介することで、コンデンサ4から昇圧して系統に電力を送ることができるので、V0がVC1より高い領域でも電力の回生が可能となっている。
In this operation, i X becomes a strip-like current, but the capacitor 6 has a function of smoothing the current and returning it to the system.
Since power can be boosted from the capacitor 4 and sent to the system via the power conversion circuit 5a, power can be regenerated even in a region where V 0 is higher than V C1 .

次に、増電圧を行うモード(以下、増電圧モードと称する)での動作について説明する。図3は、この実施の形態1の増電圧モードでの動作を示す動作チャート図である。図2と同様、(a)から(e)にそれぞれ系統電圧V0、負荷電圧VL、インバータ回路3aの出力電圧VX、インダクタ52の電流iL1及びコンデンサ4に流れ込む電流iC1を示す。 Next, an operation in a mode for performing voltage increase (hereinafter referred to as voltage increase mode) will be described. FIG. 3 is an operation chart showing the operation in the voltage increase mode of the first embodiment. As in FIG. 2, (a) to (e) show the system voltage V 0 , the load voltage V L , the output voltage V X of the inverter circuit 3a, the current i L1 of the inductor 52, and the current i C1 flowing into the capacitor 4, respectively.

スイッチ311及び331が入りでスイッチ321及び341が切りの区間(X)では、VXはゼロとなっているが、V0が正の時間で電圧瞬時値が高い領域区間(Y)でスイッチ311を切りにしてスイッチ321を入りにする、すなわちスイッチ321及び331を入りとすると、VX=−VC1となりVL=V0+VC1となる。
同様に、V0が負の時間の電圧瞬時値が低い領域の区間(Z)では、スイッチ331を切りとしてスイッチ341を入りとする、すなわちスイッチ311及び341を入りとすることでVL=V0−VC1となる。
In the section (X) in which the switches 311 and 331 are turned on and the switches 321 and 341 are turned off, V X is zero, but in the area section (Y) where V 0 is positive and the voltage instantaneous value is high, the switch 311 If the switch 321 is turned off and the switch 321 is turned on, that is, the switches 321 and 331 are turned on, V X = −V C1 and V L = V 0 + V C1 .
Similarly, in the section (Z) where the voltage instantaneous value when V 0 is negative is low, the switch 331 is turned off and the switch 341 is turned on, that is, the switches 311 and 341 are turned on, so that V L = V 0 −V C1 .

上記動作により、VLの波形はピーク値を含む区間(Y)及び(Z)の部分が、VC1に相当する量だけV0から増加した波形となるので、正弦波の波高値が増加し、結果的にVLの実効値も増加する。この動作はV0が定格値より低下した場合などに有効である。 As a result of the above operation, the waveform of V L is a waveform in which the sections (Y) and (Z) including the peak value are increased from V 0 by an amount corresponding to V C1 , so that the peak value of the sine wave increases. As a result, the effective value of V L also increases. This operation is effective when V 0 falls below the rated value.

これらの区間(Y)及び(Z)では、コンデンサ4から、インバータ回路3aを通して電流が系統に流れ出すため、VC1を一定値に保ってVLを所定の値に維持するためには、コンデンサ4に系統側から電力を充電してやる必要がある。コンデンサ4には、以下の動作で系統から電力が充電される。 In these sections (Y) and (Z), a current flows from the capacitor 4 through the inverter circuit 3a to the system. Therefore, in order to maintain V C1 at a constant value and V L at a predetermined value, the capacitor 4 It is necessary to charge the power from the grid side. The capacitor 4 is charged with power from the system by the following operation.

まず、増電圧モードでは全域でスイッチ541及び511を切りとしておく。このとき、スイッチ531が切りの区間(A)ではiL1はゼロであるが、区間(B)でスイッチ531を入りとすると、電圧の高い系統から電力変換回路5aに電流が流れ込みiL1が負の方向に増加する。次に、区間(C)でスイッチ531を切りにすると、iL1はコンデンサ4及び逆並列ダイオード512により構成される回路を通って、コンデンサ4に電流iC1が流れ込んでコンデンサ4を充電する。区間(D)以降も同様にこのサイクルを繰り返すことで、コンデンサ4から流出した電力に相当する電力を系統から充電できるため、増電圧モードを継続できる。
なお、この動作のとき、iXは短冊状の電流となるが、コンデンサ6は系統の電流を平滑化する作用を持つ。
First, in the voltage increase mode, the switches 541 and 511 are turned off in the entire area. At this time, i L1 is zero in the section (A) where the switch 531 is turned off, but if the switch 531 is turned on in the section (B), a current flows from the high voltage system to the power conversion circuit 5a and i L1 is negative. Increase in the direction of. Next, when the switch 531 is turned off in the section (C), i L1 passes through a circuit constituted by the capacitor 4 and the antiparallel diode 512, and the current i C1 flows into the capacitor 4 to charge the capacitor 4. By repeating this cycle in the same way after the section (D), the power corresponding to the power flowing out from the capacitor 4 can be charged from the system, so that the voltage increasing mode can be continued.
In this operation, i X becomes a strip-like current, but the capacitor 6 has an effect of smoothing the system current.

次に、この実施の形態1の制御方法について説明する。図4は、この実施の形態1の制御回路の概略構成を示す構成図である。
図4において、第1の制御部である制御部8には、V0及びVLの計測値が入力される。制御部8は、VC1の目標値とV0及びVLの計測値を、第2の制御部である制御部9aに出力する。制御部9aにはこの他に、VC1の計測値が入力される。
また、制御部8からは、スイッチ311から341にそれぞれゲート信号が出力され、制御部9aからはスイッチ511、531及び541にそれぞれゲート信号が出力される。
Next, the control method of the first embodiment will be described. FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of the control circuit of the first embodiment.
In FIG. 4, the measured values of V 0 and V L are input to the control unit 8 which is the first control unit. The control unit 8 outputs the target value of V C1 and the measured values of V 0 and V L to the control unit 9a that is the second control unit. In addition, the measurement value of V C1 is input to the control unit 9a.
Further, the control unit 8 outputs a gate signal to each of the switches 311 to 341, and the control unit 9a outputs a gate signal to each of the switches 511, 531, and 541.

まず、減電圧モードの制御方法について説明する。図5は、V0の変化と制御の概要を示す図である。(a)は減電圧モードでのV0の波形による動作を説明するものである。また、(b)は減電圧モードでの制御の概要を示し、制御部8の比較演算部10aが、VLの計測値と負荷目標電圧値を入力としてVC1の目標値を出力し、制御部9aの比較演算部11aが、VC1の目標値及びVC1の計測値を入力としてスイッチ511、531及び541の制御内容を出力し、変換部12aは比較演算部11aの出力を入力としてPWM変換してゲート信号を出力する。 First, a control method in the reduced voltage mode will be described. FIG. 5 is a diagram showing an outline of changes in V 0 and control. (A) explains the operation by the waveform of V 0 in the reduced voltage mode. (B) shows an outline of the control in the reduced voltage mode, and the comparison calculation unit 10a of the control unit 8 inputs the measured value of V L and the load target voltage value, and outputs the target value of V C1 for control. comparison operation unit 11a of the section 9a may output the content of control switches 511 and 531 and 541 the measured value of the target value and the V C1 of V C1 as an input, PWM conversion section 12a as an input the output of the comparison operation unit 11a Convert and output the gate signal.

図5(a)に示したように、V0のピーク値が所定の補正しきい値を超えたら減電圧モードに入り、減電圧補正信号のフラグがHとなる。
この減電圧モードになる前、すなわち定常状態ではスイッチ311及び331を入りとしスイッチ321及び341を切りとしておく。この状態ではVX=0であり、VL=V0である。そして、減電圧補正信号のフラグがHの期間は、制御部8が所定の周期でスイッチ311から341の各スイッチの入り、切りを切り替えることでVLの減電圧を実現する。
As shown in FIG. 5A, when the peak value of V 0 exceeds a predetermined correction threshold value, the voltage reduction mode is entered, and the flag of the voltage reduction correction signal becomes H.
Before entering the reduced voltage mode, that is, in a steady state, the switches 311 and 331 are turned on and the switches 321 and 341 are turned off. In this state, V X = 0 and V L = V 0 . Then, during the period when the flag of the reduced voltage correction signal is H, the control unit 8 realizes a reduced voltage of V L by switching on and off of the switches 311 to 341 in a predetermined cycle.

その切り替えは、V0が正のときのピーク値を含む所定の期間、すなわち図3の区間(Y)でスイッチ311及び341を入りとし、負のときのピーク値を含む所定の期間、すなわち図3の区間(Z)でスイッチ321及び331を入りとするようにする。
なお、この所定の周期及び期間はあらかじめ定めておく以外に、計測したV0の変動周期等から決定することもできる。
The switching is performed for a predetermined period including the peak value when V 0 is positive, that is, when the switches 311 and 341 are turned on in the section (Y) of FIG. In the third section (Z), the switches 321 and 331 are turned on.
Note that the predetermined period and period can be determined from the measured fluctuation period of V 0 or the like, in addition to being determined in advance.

減電圧モードではVLを低下させるが、低下しすぎると負荷の動作に影響を与えてしまうので、負荷電圧目標値を定め、VLがその値になるようVC1を制御する。
減電圧モードに入ったとき、図5(b)に示すように、比較演算部10aにおいてVLと負荷電圧目標値を比較し、その結果に応じてVC1の目標値を変化させる。つまり、VLが負荷電圧目標値より小さい場合にはVC1の目標値が小さくなるように、VLが負荷電圧目標値より大きい場合にはVC1の目標値が大きくなるように設定する。
In the reduced voltage mode, V L is lowered, but if it is lowered too much, the operation of the load is affected. Therefore, a load voltage target value is determined, and V C1 is controlled so that V L becomes that value.
When the reduced voltage mode is entered, as shown in FIG. 5B, the comparison operation unit 10a compares V L with the load voltage target value, and changes the target value of V C1 according to the result. That is, if V L is less than the load voltage target value as the target value of V C1 is reduced, if V L is higher than the load voltage target value set as a target value of V C1 is increased.

このVC1の調整は、減電圧モードではコンデンサ4に蓄えられた電力の系統への回生動作を調整することで行う。コンデンサ4に蓄えられた電力の系統への回生動作は、制御部9aがスイッチ511、531及び541の制御を行うことにより実施する。このうち、比較演算部11a及び変換部12aにおいて、VC1が目標値に一致するようにスイッチ511のゲートの時比率を調整する。つまり、VC1が目標値より小さければPWM出力の時比率が小さくなるように、VC1が目標値より大きければPWM出力の時比率が大きくなるようにする。その結果、VLを負荷電圧目標値どおりに制御できる。 The adjustment of V C1 is performed by adjusting the regenerative operation of the power stored in the capacitor 4 to the system in the reduced voltage mode. The regenerative operation of the electric power stored in the capacitor 4 to the system is performed by the control unit 9a controlling the switches 511, 531 and 541. Among them, the comparison operation unit 11a and the conversion unit 12a adjust the duty ratio of the gate of the switch 511 so that V C1 matches the target value. That is, when V C1 is smaller than the target value, the PWM output time ratio becomes small, and when V C1 is larger than the target value, the PWM output time ratio becomes large. As a result, V L can be controlled according to the load voltage target value.

次に、増電圧モードの場合の制御方法について説明する。図5(c)は増電圧モードでのV0の波形による動作を説明するものである。また、図5(d)は増電圧モードでの制御の概要を示し、制御部8の比較演算部10bが、VLの計測値と負荷目標電圧値を入力としてVC1の目標値を出力し、制御部9aの比較演算部11bがVC1の目標値及びVC1の計測値からスイッチ511、531及び541の制御内容を出力し、変換部12bが比較演算部11bの出力を入力としてPWM変換してゲート信号を出力する。 Next, a control method in the voltage increase mode will be described. FIG. 5C illustrates the operation based on the waveform of V 0 in the voltage increase mode. FIG. 5D shows an outline of the control in the voltage increase mode, and the comparison calculation unit 10b of the control unit 8 outputs the target value of V C1 with the measured value of V L and the load target voltage value as inputs. , comparing unit 11b of the control unit 9a outputs a control content of the switches 511 and 531 and 541 from the measured value of the target value and the V C1 of V C1, PWM converter as an input the output of the conversion unit 12b is comparing unit 11b And outputs a gate signal.

図5(c)に示したように、V0のピーク値が所定の補正しきい値を下回ったら増電圧モードに入り、増電圧補正信号のフラグがHとなる。
減電圧モードと同様、この増電圧モードになる前、すなわち定常状態ではスイッチ311及び331は入りとしておく。そして、増電圧補正信号のフラグがHの期間は、制御部8が所定の周期でスイッチ311から341の各スイッチの入り、切りを切り替えることでVLの増電圧を実現する。
As shown in FIG. 5C, when the peak value of V 0 falls below a predetermined correction threshold value, the voltage increase mode is entered and the flag of the voltage increase correction signal becomes H.
Similar to the reduced voltage mode, the switches 311 and 331 are turned on before the increased voltage mode is entered, that is, in a steady state. Then, during the period when the flag of the voltage increase correction signal is H, the control unit 8 realizes the voltage increase of V L by switching on and off of the switches 311 to 341 in a predetermined cycle.

なお、減電圧モードでは、V0が正のときにスイッチ311及び341を入りとし、負のときにスイッチ321及び331を入りとしたが、この増電圧モードでは、V0が正のとき、すなわち図4の区間(Y)ではスイッチ321及び331を入りとし、負のとき、すなわち図4の区間(Z)でスイッチ311及び341を入りとする様に切り替える。 In the reduced voltage mode, the switches 311 and 341 are turned on when V 0 is positive, and the switches 321 and 331 are turned on when negative, but in this increased voltage mode, when V 0 is positive, that is, In the section (Y) of FIG. 4, the switches 321 and 331 are turned on, and when negative, that is, the switches 311 and 341 are turned on in the section (Z) of FIG.

増電圧モードについても、VLが増加しすぎると負荷の動作に影響を与えてしまうので、減電圧モードと同様にVLが負荷電圧目標値になるようVC1を制御する。
このVC1の調整は、この増電圧モードでは、コンデンサ4への系統からの電力の取り込み動作を調整することで行う。コンデンサ4への系統からの電力の取り込み動作は、制御部9aがスイッチ511、531及び541の制御を行うことにより実施する。このうち、比較演算部11b及び変換部12bにおいて、スイッチ531のゲートの時比率すなわちPWM出力の時比率を調整する。つまり、VC1が目標値より小さければPWM出力の時比率が大きくなるように、VC1が目標値より大きければPWM出力の時比率が小さくなるようにすることで、VLを負荷電圧目標値どおりに制御できる。
Also in the voltage increase mode, if V L increases too much, the operation of the load is affected. Therefore, V C1 is controlled so that V L becomes the load voltage target value as in the voltage reduction mode.
The adjustment of V C1 is performed by adjusting the operation of taking power from the system into the capacitor 4 in this voltage increase mode. The operation of taking power from the system into the capacitor 4 is performed by the control unit 9a controlling the switches 511, 531 and 541. Among them, the comparison operation unit 11b and the conversion unit 12b adjust the time ratio of the gate of the switch 531, that is, the PWM output time ratio. In other words, V C1 is smaller than the target value such that the ratio when the PWM output is increased, that V C1 is so larger than the target value is the ratio when the PWM output is reduced, the V L load voltage target value Can be controlled as expected.

なお、増電圧モードと減電圧モードのいずれにおいても、スイッチ511又はスイッチ531の切り替えによって系統との電力のやり取りを行う期間を長くすると、iL1を小さくできるのでインダクタ52を小型にでき、また、スイッチ511、531又は541での損失を小さくできる。 In both the voltage increase mode and the voltage decrease mode, if the period for exchanging power with the system is increased by switching the switch 511 or the switch 531, i L1 can be reduced, so that the inductor 52 can be reduced in size. Loss in the switch 511, 531 or 541 can be reduced.

次に、減電圧モード及び増電圧モードでのVLの波形について説明する。図6は、各モードにおけるVLの波形の例を示す波形図である。(a)から(d)は減電圧モードの場合、(e)から(h)は増電圧モードの場合について、それぞれ半サイクル分を示している。 Next, the waveform of VL in the reduced voltage mode and the increased voltage mode will be described. FIG. 6 is a waveform diagram showing an example of the waveform of V L in each mode. (A) to (d) show half-cycles in the reduced voltage mode, and (e) to (h) show half cycles in the increased voltage mode, respectively.

各例において、点線は負荷電圧目標値の電圧波形を示している。実線については、(a)ではV0が定格の電圧より増加したときの波形を示し、(b)から(d)では、(a)の条件において減電圧モードでの動作を行ったときのVLの波形を示している。また、(e)ではV0が定格の電圧より低下したときの波形を示し、(f)から(h)では、(e)の条件において増電圧モードでの動作を行ったときのVLの波形を示している。 In each example, the dotted line indicates the voltage waveform of the load voltage target value. As for the solid line, (a) shows the waveform when V 0 increases from the rated voltage, and (b) to (d) show the V when operating in the reduced voltage mode under the conditions of (a). The waveform of L is shown. Further, (e) shows a waveform when V 0 drops below the rated voltage, and (f) to (h) show V L when operating in the voltage increasing mode under the condition (e). The waveform is shown.

(b)及び(f)では、半サイクルの全域にわたって、VC1に相当する量だけV0から増減させてVLの波形を変形させている。これに対して、(c)、(d)、(g)及び(h)では、半サイクルの一部の期間で、VC1に相当する量だけV0から増減してVLの波形を変化させている。 In (b) and (f), the waveform of V L is deformed by increasing or decreasing from V 0 by an amount corresponding to V C1 over the entire half cycle. On the other hand, in (c), (d), (g) and (h), the waveform of VL is changed by increasing / decreasing from V 0 by an amount corresponding to V C1 in a part of a half cycle. I am letting.

これらのうち、(b)、(c)、(f)及び(g)は、負荷電圧目標値の電圧とVLのピーク値が一致するように電圧を補正したものであり、電圧のピーク値に依存して負荷電力が変わりやすい負荷に適した補正方法である。このうち、全域において補正を行う(b)及び(f)に比べて、一部の期間のみ補正を行う(c)及び(g)の波形では、ゼロ点付近の波形の繋がりが非常にスムースになるため、放電点灯装置などの、ゼロ点で不安定性を引き起こす負荷などに対して適している。一方、(b)及び(f)の波形はゼロ点付近以外ではスムースであり、波形の連続性を求める負荷などに適している。 Among these, (b), (c), (f) and (g) are obtained by correcting the voltage so that the voltage of the load voltage target value and the peak value of VL coincide with each other. This is a correction method suitable for a load whose load power tends to change depending on. Among these, compared with (b) and (f) in which correction is performed in the entire region, in the waveforms of (c) and (g) in which correction is performed only in a part of the period, the waveform connection near the zero point is very smooth. Therefore, it is suitable for a load that causes instability at a zero point, such as a discharge lighting device. On the other hand, the waveforms of (b) and (f) are smooth except in the vicinity of the zero point, and are suitable for loads for obtaining the continuity of the waveform.

また、(d)及び(h)は、波形の実効値が負荷電圧目標値のものと一致するように補正したものであるが、実効電圧に依存して電力などが変わる負荷に対して適している。   Also, (d) and (h) are corrected so that the effective value of the waveform matches that of the load voltage target value, but are suitable for loads whose power etc. vary depending on the effective voltage. Yes.

実施の形態2.
次に、実施の形態1に比べて、系統との電力のやり取りに係る電流iXがより滑らかな実施の形態について説明する。図7は、この実施の形態2の概略回路構成を示す回路図である。系統と負荷との間に直列にインバータ回路3aが接続され、そのインバータ回路3aに並列に接続されるコンデンサ4が、電力変換回路5bを介して系統に接続されることは実施の形態1と同様であり、電力変換回路5bの構成が異なる。
Embodiment 2. FIG.
Next, an embodiment in which the current i X related to the exchange of power with the grid is smoother than that in the first embodiment will be described. FIG. 7 is a circuit diagram showing a schematic circuit configuration of the second embodiment. As in the first embodiment, the inverter circuit 3a is connected in series between the system and the load, and the capacitor 4 connected in parallel to the inverter circuit 3a is connected to the system via the power conversion circuit 5b. The configuration of the power conversion circuit 5b is different.

電力変換回路5bにおいて、スイッチ511及びインダクタ52がコンデンサ4に並列に接続され、このインダクタ52は、コンデンサ4に蓄えられる電力の系統への回生、または系統からの取り込みの際の電流が経由するものであり、スイッチ511は、インダクタ52とコンデンサ4との間の電流を制御するものである。   In the power conversion circuit 5b, a switch 511 and an inductor 52 are connected in parallel to the capacitor 4, and this inductor 52 is through which current flows when the power stored in the capacitor 4 is regenerated to the system or taken in from the system. The switch 511 controls the current between the inductor 52 and the capacitor 4.

また、スイッチ551及び第2のコンデンサであるコンデンサ56がインダクタ52に並列に接続され、このコンデンサ56は、インダクタ52を介してコンデンサ4に流入又は流出する電力を一旦蓄えるものであり、スイッチ551はインダクタ52とコンデンサ56との間の電流を制御するものである。   A switch 551 and a capacitor 56, which is a second capacitor, are connected in parallel to the inductor 52. The capacitor 56 temporarily stores power flowing into or out of the capacitor 4 via the inductor 52. The switch 551 The current between the inductor 52 and the capacitor 56 is controlled.

これらスイッチ551及びコンデンサ56の中間点は、電力変換回路5bと系統との電力のやり取りを制御するスイッチ531及び541を介して系統に接続される。
なお、スイッチ511、531、541及び551には、それぞれ逆並列ダイオード512、532、542及び552が接続される。
An intermediate point between the switch 551 and the capacitor 56 is connected to the system via switches 531 and 541 that control power exchange between the power conversion circuit 5b and the system.
Note that anti-parallel diodes 512, 532, 542, and 552 are connected to the switches 511, 531, 541, and 551, respectively.

また、スイッチ551及びコンデンサ56の中間点とスイッチ531のあいだには、電力変換回路5bと系統との間の電流の大きさを調整するための抵抗7が、直列に接続される。   Further, a resistor 7 for adjusting the magnitude of the current between the power conversion circuit 5b and the system is connected in series between the switch 551 and the intermediate point of the capacitor 56 and the switch 531.

この実施の形態2の動作は、インバータ回路3aの動作により、VC1に相当する大きさだけV0から増減してVLを得ることは、実施の形態1と同様であるが、VC1を一定に保つために電力変換回路5bを通して系統との間で電力のやり取りを行う動作が異なる。 The operation the second embodiment, the operation of the inverter circuit 3a, to obtain a V L by increasing or decreasing only from magnitude V 0 corresponding to the V C1 is the same as in the first embodiment, the V C1 In order to keep constant, the operation | movement which exchanges electric power between systems via the power converter circuit 5b differs.

まず、減電圧モードでの動作について説明する。図8は、この実施の形態2の減電圧の動作を示す動作チャート図である。(a)から(e)にそれぞれ系統電圧V0、負荷電圧VL、インバータ回路3aの出力電圧VX、電力変換回路5bから系統への電流iX及びインダクタ52の電流iL1を示す。 First, the operation in the reduced voltage mode will be described. FIG. 8 is an operation chart showing the operation of decreasing voltage in the second embodiment. (A) to (e) show the system voltage V 0 , the load voltage V L , the output voltage V X of the inverter circuit 3a, the current i X from the power conversion circuit 5b to the system, and the current i L1 of the inductor 52, respectively.

減電圧を行うとき、コンデンサ4の電力は以下の動作で系統に戻る。
全域でスイッチ531及び551を切りにしておき、スイッチ511の入り、切りを切り替えることにより、(e)に示すようにインダクタ52に電流iL1が流れ、コンデンサ4に蓄えられた電力がコンデンサ56に移行する。そして、V0が正の期間の一部の区間(y)にスイッチ541を入りとすると、抵抗7及び逆並列ダイオード532を経由して、(d)に示すように系統に電流iXが流れ込む。なお、このスイッチ541が入りの期間、すなわち区間(y)の間にスイッチ311及び341が入りになると、その期間、すなわち区間(Y)では抵抗7にかかる電圧が増加するから、iXはその期間中は増加する。
以上のとおり、iXが系統に流入することで、インダクタ52及びコンデンサ56を経由して、コンデンサ4に蓄えられた電力を系統に回生することができる。
When the voltage is reduced, the power of the capacitor 4 returns to the system by the following operation.
When the switches 531 and 551 are turned off in the entire area and the switch 511 is turned on and off, the current i L1 flows through the inductor 52 as shown in (e), and the electric power stored in the capacitor 4 flows into the capacitor 56. Transition. Then, if the switch 541 is turned on during a part of the period (y) in which V 0 is positive, the current i X flows into the system via the resistor 7 and the antiparallel diode 532 as shown in (d). . The period of contains the switch 541, i.e. becomes enters switches 311 and 341 are on during a period (y), since the period, that is, the voltage applied to the segment (Y) in the resistor 7 increases, i X is the It increases during the period.
As described above, when i X flows into the system, the power stored in the capacitor 4 can be regenerated into the system via the inductor 52 and the capacitor 56.

次に、増電圧の動作について説明する。図9はこの実施の形態1の増電圧の動作を示す動作チャート図である。図8と同様、(a)から(e)にそれぞれ系統電圧V0、負荷電圧VL、インバータ回路3aの出力電圧VX、電力変換回路5bから系統への電流iX及びインダクタ52の電流iL1を示す。 Next, the operation of increasing voltage will be described. FIG. 9 is an operation chart showing the operation of increasing voltage in the first embodiment. As in FIG. 8, from (a) to (e), the system voltage V 0 , the load voltage V L , the output voltage V X of the inverter circuit 3a, the current i X from the power conversion circuit 5b to the system, and the current i of the inductor 52, respectively. L1 is shown.

増電圧を行うとき、コンデンサ4には以下の動作で系統から電力が充電される。
全域でスイッチ511及び541を切りにしておき、スイッチ551の入り、切りを切り替えることにより、インダクタ52に電流iL1が流れ、コンデンサ56に蓄えられた電力がコンデンサ4に移行する。そして、V0が正の期間の一部の区間(y)にスイッチ531を入りとすると、抵抗7及び逆並列ダイオード542を経由して、系統からコンデンサ56に電流が流入するので、結局、増電圧モードでコンデンサ4に必要な電力を系統から充電することができる。
When increasing the voltage, the capacitor 4 is charged with electric power from the system by the following operation.
When the switches 511 and 541 are turned off in the entire region and the switch 551 is turned on and off, the current i L1 flows through the inductor 52, and the electric power stored in the capacitor 56 is transferred to the capacitor 4. Then, if the switch 531 is turned on during a part (y) of the positive period of V 0 , current flows from the system to the capacitor 56 via the resistor 7 and the antiparallel diode 542. Electric power necessary for the capacitor 4 can be charged from the system in the voltage mode.

上記のとおり、この実施の形態2では、減電圧モード及び増電圧モードでの系統との電力のやり取りにおいてコンデンサ56を経由することで、平滑化された電流によりそのやり取りが行われる利点がある。
また、その電流が抵抗7を経由することで、スイッチ531又は541が入りになったときに過大な電流が流れることを防止して、各スイッチでの損失が増加したり、定格の大きなスイッチが必要になったりする等の制約が発生しない利点がある。
As described above, the second embodiment has an advantage that the exchange is performed by the smoothed current through the capacitor 56 in the exchange of power with the system in the reduced voltage mode and the increased voltage mode.
In addition, since the current passes through the resistor 7, an excessive current is prevented from flowing when the switch 531 or 541 is turned on, and the loss in each switch increases or a switch with a large rating is There is an advantage that there is no restriction such as necessity.

抵抗7にiXが流れると抵抗7で損失が発生する。この損失が大きいと、コンデンサ4と系統との間で効率よく電力のやり取りができなくなってしまう。この点を考慮して、コンデンサ56の電圧VC2の値をどう決めるかという点について述べる。
抵抗7に電流が流れる期間が一定の場合、この抵抗7での損失、すなわち発熱による消費電力は、抵抗7にかかる電圧の大きさで決まる。つまり、抵抗7の両端の電圧をVrとすれば抵抗7での損失は∫Vr 2/R・dtとなるから、Vrを減らせばよいことになる。
When i X flows through the resistor 7, a loss occurs in the resistor 7. If this loss is large, it becomes impossible to exchange power efficiently between the capacitor 4 and the system. Considering this point, how to determine the value of the voltage V C2 of the capacitor 56 will be described.
When the period during which a current flows through the resistor 7 is constant, the loss in the resistor 7, that is, the power consumption due to heat generation, is determined by the magnitude of the voltage applied to the resistor 7. That is, if the voltage at both ends of the resistor 7 is V r , the loss at the resistor 7 becomes ∫V r 2 / R · dt. Therefore, V r may be reduced.

図10は、この実施の形態2において、増電圧モードでのiXとそれに対応するVrの関係を示す比較図であり、VC2の値を変化させて比較したものである。(a)はV0に対して(X)から(Z)の3種類のVC2の値の例を示したもの、(b)はそれら(X)から(Z)それぞれのVC2でのiXとVrを示したものである。
(X)はVC2が最も低い場合であるが、この場合に、Vrが最も大きくなるので、抵抗7での損失が最も大きくなる。逆に(Z)は、VC2がほぼV0のピーク値に近い値であり、Vrは最も小さくなるので、抵抗7での損失が小さくなる。
FIG. 10 is a comparison diagram showing the relationship between i X and the corresponding V r in the voltage increase mode in the second embodiment, and is a comparison by changing the value of V C2 . (A) shows three examples of values of V C2 from (X) to (Z) with respect to V 0 , and (b) shows i at each V C2 of (X) to (Z). X and V r are shown.
(X) is the case where V C2 is the lowest. In this case, since V r is the largest, the loss at the resistor 7 is the largest. Conversely, (Z) is a value where V C2 is close to the peak value of V 0 , and V r is the smallest, so that the loss at the resistor 7 is small.

以上から、抵抗7での損失を少なくするには、増電圧モードのときにはVC2の値をV0のピーク値より少し低い値に設定し、V0のピーク値付近でスイッチ531を入りとするように設定すればよい。また、減電圧モードの時にも同様に、VC2の値をV0のピーク値より少し高い値に設定し、V0のピーク値付近でスイッチ541を入りとするように設定すればよい。 From the above, to reduce the loss in the resistor 7, when the increasing voltage mode to set the value of V C2 to a value slightly lower than the peak value of V 0, and enters the switch 531 in the vicinity of the peak value of V 0 It should be set as follows. Similarly, when the reduced voltage mode, set the value of V C2 to a value slightly higher than the peak value of V 0, near the peak value of V 0 may be set so as to enter the switch 541.

ただし、VC2の設定可能範囲は、例えば使用するスイッチ素子やコンデンサなどの部品の耐圧で決まることになるが、部品の選定等の理由によっては、VC2の値を十分高くすることができず、VC2をV0のピーク値に十分近くできない場合が考えられる。また、V0が変動した過渡期において、V0の変化にVC2がすぐには追従しないことが考えられる。この様にV0のピーク値に対してVC2を十分近くできない場合でも、上記と同様の考え方により、VC2の値とV0の瞬時値が近いときに限りスイッチ531又はスイッチ541を入りとすることで、抵抗7での損失を小さくできる。 However, the settable range of V C2 is determined by, for example, the withstand voltage of components such as switch elements and capacitors to be used, but the value of V C2 cannot be made sufficiently high depending on the reasons such as component selection. V C2 may not be sufficiently close to the peak value of V 0 . Further, it is conceivable that V C2 does not immediately follow the change in V 0 during the transition period when V 0 fluctuates. Even when V C2 cannot be sufficiently close to the peak value of V 0 in this way, the switch 531 or the switch 541 is turned on only when the value of V C2 and the instantaneous value of V 0 are close to each other by the same idea as described above. By doing so, the loss at the resistor 7 can be reduced.

次に、この実施の形態2の制御方法について説明する。図11は、この実施の形態2の制御回路の概略構成を示す構成図である。制御部8の構成は実施の形態1と同一である。制御部9bには、制御部8からVC1の目標値とV0及びVLの計測値が入力されるほか、VC1及びVC2の計測値が入力される。また、制御部9bからスイッチ511、531、541及び551にゲート信号が出力される。 Next, the control method of this Embodiment 2 is demonstrated. FIG. 11 is a block diagram showing a schematic configuration of the control circuit of the second embodiment. The configuration of the control unit 8 is the same as that of the first embodiment. In addition to the target value of V C1 and the measured values of V 0 and V L from the control unit 8, the measured values of V C1 and V C2 are input to the control unit 9 b. In addition, a gate signal is output from the control unit 9b to the switches 511, 531, 541, and 551.

0の変化と制御回路の動作との関係は、図5に示した実施の形態1のものと同様である。この実施の形態2でのVC1の制御について、以下に説明する。
減電圧モードでは、VC1が目標値に一致するようにスイッチ511のゲートの時比率を調整するように、つまり、VC1が目標値より小さければPWM出力の時比率が小さくなるように、大きければPWM出力の時比率が大きくなるように、制御部9bで制御することでVLを目標値どおりに制御できる。
The relationship between the change in V 0 and the operation of the control circuit is the same as that in the first embodiment shown in FIG. The control of V C1 in the second embodiment will be described below.
The reduced voltage mode, as V C1 adjusts the duty ratio of the gate of the switch 511 to match the target value, i.e., if V C1 is smaller than the target value such that the ratio when the PWM output becomes small, large For example, V L can be controlled according to the target value by controlling by the control unit 9b so that the duty ratio of the PWM output is increased.

増電圧モードでは、VC1が目標値に一致するようにスイッチ551のゲートの時比率を調整するように、つまり、VC1が目標値より小さければPWM出力の時比率が大きくなるように、大きければPWM出力の時比率が小さくなるように制御部9bで制御することで、VLを目標値どおりに制御できる。 The increasing voltage mode, as V C1 adjusts the duty ratio of the gate of the switch 551 to match the target value, i.e., if V C1 is smaller than the target value such that the ratio when the PWM output becomes large, larger For example, by controlling the control unit 9b so that the duty ratio of the PWM output becomes small, VL can be controlled according to the target value.

以上のとおり、スイッチ511又はスイッチ551の時比率を調整することで、減電圧モード及び増電圧モードでのVC1の制御を行う。このとき、VC2が変化するので、前述のような抵抗7での損失の最小化を考慮した制御において、VC2を所定の値に保つようにスイッチ531又はスイッチ541を制御する。
なお、減電圧モード及び増電圧モードのいずれも、VLの波形は実施の形態1と同様であり図6の例のようになる。
As described above, by adjusting the time ratio of the switch 511 or the switch 551, V C1 is controlled in the reduced voltage mode and the increased voltage mode. Since V C2 changes at this time, the switch 531 or the switch 541 is controlled so as to keep V C2 at a predetermined value in the control in consideration of the minimization of the loss in the resistor 7 as described above.
Note that, in both the reduced voltage mode and the increased voltage mode, the waveform of V L is the same as that in the first embodiment and is as shown in the example of FIG.

実施の形態3.
図12から15は、MOSFET等の高価なスイッチではなく、安価なダイオードを用いる場合である、この実施の形態3の構成を示す構成図である。
図12は図1に示した実施の形態1の構成から、図13は図2に示した実施の形態2の構成から、それぞれスイッチ321とその逆並列ダイオード322の対、スイッチ341とその逆並列ダイオード342の対及びスイッチ531とその逆並列ダイオード532の対を、それぞれ単独のダイオード13から15で置き換えたものである。また、図13では更に、スイッチ551とその逆並列ダイオード552の対を、単独のダイオード16で置き換えている。
この置き換えを行った図12及び13の構成の場合には、VC1をV0に加えたVLを得ること、すなわち増電圧の動作はできないが、V0からVC1を差し引いたVLを得ることは可能であり、減電圧専用の回路として使用することができる。
Embodiment 3 FIG.
FIGS. 12 to 15 are configuration diagrams showing the configuration of the third embodiment in which an inexpensive diode is used instead of an expensive switch such as a MOSFET.
FIG. 12 shows the configuration of the first embodiment shown in FIG. 1, FIG. 13 shows the configuration of the second embodiment shown in FIG. 2, and the pair of the switch 321 and its antiparallel diode 322 and the switch 341 and the antiparallel thereof. The pair of diodes 342 and the switch 531 and its pair of anti-parallel diodes 532 are replaced with individual diodes 13 to 15, respectively. Further, in FIG. 13, the pair of the switch 551 and its antiparallel diode 552 is replaced with a single diode 16.
12 and 13 with this replacement, V L obtained by adding V C1 to V 0 , that is, the operation of increasing voltage cannot be performed, but V L obtained by subtracting V C1 from V 0 is obtained. It can be obtained and can be used as a circuit dedicated to voltage reduction.

一方、図14は図1に示した実施の形態1の構成から、図15は図2に示した実施の形態2の構成から、それぞれスイッチ511とその逆並列ダイオード512の対及びスイッチ541とその逆並列ダイオード542の対を、それぞれ単独のダイオード17及び18で置き換えたものである。
この置き換えを行った図14及び15の構成の場合では、スイッチ541を通して行っていた、コンデンサ4又はコンデンサ6から系統への電力の流出ができないため、減電圧の動作はできないが、系統からの電力の流入は可能であり、増電圧専用の回路として使用することができる。
これら図12から15のいずれの構成においても、スイッチとその逆並列ダイオードの対を単独のダイオードに置き換えることで、安価に回路を実現できる。
On the other hand, FIG. 14 shows the configuration of the first embodiment shown in FIG. 1, and FIG. 15 shows the configuration of the second embodiment shown in FIG. The pair of anti-parallel diodes 542 is replaced by a single diode 17 and 18 respectively.
In the case of the configuration of FIGS. 14 and 15 in which this replacement has been performed, since the power cannot be discharged from the capacitor 4 or the capacitor 6 to the system, which has been performed through the switch 541, the voltage reduction operation cannot be performed. Can be used, and can be used as a circuit dedicated to voltage increase.
In any of these configurations shown in FIGS. 12 to 15, a circuit can be realized at low cost by replacing the pair of the switch and its antiparallel diode with a single diode.

この発明に係る電源装置の実施の形態1の回路図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a circuit diagram of Embodiment 1 of the power supply device which concerns on this invention. この発明に係る電源装置の実施の形態1の動作チャート図である。It is an operation | movement chart figure of Embodiment 1 of the power supply device which concerns on this invention. この発明に係る電源装置の実施の形態1の動作チャート図である。It is an operation | movement chart figure of Embodiment 1 of the power supply device which concerns on this invention. この発明に係る電源装置の実施の形態1の制御回路の構成図である。It is a block diagram of the control circuit of Embodiment 1 of the power supply device which concerns on this invention. この発明に係る電源装置の制御の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of control of the power supply device which concerns on this invention. この発明に係る電源装置の波形の例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the example of the waveform of the power supply device which concerns on this invention. この発明に係る電源装置の実施の形態2の回路図である。It is a circuit diagram of Embodiment 2 of the power supply device according to the present invention. この発明に係る電源装置の実施の形態2の動作チャート図である。It is an operation | movement chart figure of Embodiment 2 of the power supply device which concerns on this invention. この発明に係る電源装置の実施の形態2の動作チャート図である。It is an operation | movement chart figure of Embodiment 2 of the power supply device which concerns on this invention. この発明に係る電源装置の実施の形態2の消費電力の比較図である。It is a comparison figure of the power consumption of Embodiment 2 of the power supply device which concerns on this invention. この発明に係る電源装置の実施の形態2の制御回路の構成図である。It is a block diagram of the control circuit of Embodiment 2 of the power supply device which concerns on this invention. この発明に係る電源装置の実施の形態3の回路図である。It is a circuit diagram of Embodiment 3 of the power supply device according to the present invention. この発明に係る電源装置の実施の形態3の回路図である。It is a circuit diagram of Embodiment 3 of the power supply device according to the present invention. この発明に係る電源装置の実施の形態3の回路図である。It is a circuit diagram of Embodiment 3 of the power supply device according to the present invention. この発明に係る電源装置の実施の形態3の回路図である。It is a circuit diagram of Embodiment 3 of the power supply device according to the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 交流電源
2 負荷
3a、3b インバータ回路
4 第1のコンデンサ
5a、5b、5c、5d、5e、5f 電力変換回路
511 第1のスイッチ
52 インダクタ
531 第2のスイッチ
541 第3のスイッチ
551 第4のスイッチ
56 第2のコンデンサ
8 第1の制御部
9a、9b 第2の制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC power supply 2 Load 3a, 3b Inverter circuit 4 1st capacitor | condenser 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f Power conversion circuit 511 1st switch 52 Inductor 531 2nd switch 541 3rd switch 551 4th switch Switch 56 Second capacitor 8 First controller 9a, 9b Second controller

Claims (5)

交流電源と負荷のあいだの系統に上記交流電源及び上記負荷に対して直列に接続されるインバータ回路、該インバータ回路に並列に接続される第1のコンデンサ、該第1のコンデンサと上記系統とを接続する電力変換回路、上記交流電源の電圧が所定の値より大きいときは上記交流電源と正負逆方向に、また上記交流電源の電圧が所定の値より小さいときは上記交流電源と正負同方向に、上記第1のコンデンサの電圧が上記系統に印加されるように上記インバータ回路を制御する第1の制御部、及び上記第1のコンデンサに上記系統から流入する電力を上記系統に回生し、また上記第1のコンデンサから上記系統に流出する電力を上記系統から充電するように、上記電力変換回路を制御する第2の制御部を備えたことを特徴とする電源装置。   An inverter circuit connected in series to the AC power source and the load in a system between the AC power source and the load, a first capacitor connected in parallel to the inverter circuit, the first capacitor and the system Power converter circuit to be connected, when the voltage of the AC power source is greater than a predetermined value, in the positive and negative direction, and when the voltage of the AC power source is smaller than a predetermined value, in the same direction as the AC power source. A first control unit that controls the inverter circuit so that the voltage of the first capacitor is applied to the system; and power that flows from the system to the first capacitor is regenerated to the system, and A power supply apparatus comprising: a second control unit that controls the power conversion circuit so that power flowing out from the first capacitor to the system is charged from the system. 電力変換回路は、第1のコンデンサに接続される第1のスイッチ、該第1のスイッチと上記第1のコンデンサとを接続するインダクタ、上記第1のスイッチと上記インダクタの中間点に接続される第2のスイッチ、及び該第2のスイッチと系統とを接続する第3のスイッチからなることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。   The power conversion circuit is connected to a first switch connected to the first capacitor, an inductor connecting the first switch and the first capacitor, and an intermediate point between the first switch and the inductor. The power supply apparatus according to claim 1, comprising a second switch and a third switch connecting the second switch and the system. 電力変換回路は、第1のコンデンサに接続される第1のスイッチ、該第1のスイッチと上記第1のコンデンサとを接続するインダクタ、該インダクタと上記第1のスイッチの中間点に接続される第4のスイッチ、該第4のスイッチと上記インダクタを接続する第2のコンデンサ、該第2のコンデンサと上記第4のスイッチの中間点に接続される第2のスイッチ、及び該第2のスイッチと系統とを接続する第3のスイッチからなることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。   The power conversion circuit is connected to a first switch connected to a first capacitor, an inductor connecting the first switch and the first capacitor, and an intermediate point between the inductor and the first switch. A fourth switch, a second capacitor connecting the fourth switch and the inductor, a second switch connected to an intermediate point between the second capacitor and the fourth switch, and the second switch The power supply device according to claim 1, further comprising a third switch that connects the power source and the system. 交流電源と負荷のあいだの系統に上記交流電源及び上記負荷に対して直列に接続されるインバータ回路、該インバータ回路に並列に接続される第1のコンデンサ、該第1のコンデンサと上記系統とを接続する電力変換回路、上記交流電源の電圧が所定の値より大きいときは上記交流電源と正負逆方向に、上記第1のコンデンサの電圧が上記系統に印加されるように、上記インバータ回路を制御する第1の制御部、及び上記第1のコンデンサに上記系統から流入する電力を上記系統に回生するように、上記電力変換回路を制御する第2の制御部を備えたことを特徴とする電源装置。   An inverter circuit connected in series to the AC power source and the load in a system between the AC power source and the load, a first capacitor connected in parallel to the inverter circuit, the first capacitor and the system The inverter circuit is controlled so that the voltage of the first capacitor is applied to the system in the positive and negative direction with respect to the AC power supply when the voltage of the AC power supply circuit to be connected is greater than a predetermined value. And a second control unit for controlling the power conversion circuit so as to regenerate the power flowing into the first capacitor from the system into the system. apparatus. 交流電源と負荷のあいだの系統に上記交流電源及び上記負荷に対して直列に接続されるインバータ回路、該インバータ回路に並列に接続される第1のコンデンサ、該第1のコンデンサと上記系統とを接続する電力変換回路、上記交流電源の電圧が所定の値より小さいときは上記交流電源と正負同方向に、上記第1のコンデンサの電圧が上記系統に印加されるように、上記インバータ回路を制御する第1の制御部、及び上記第1のコンデンサから上記系統に流出する電力を上記系統から充電するように、上記電力変換回路を制御する第2の制御部を備えたことを特徴とする電源装置。   An inverter circuit connected in series to the AC power source and the load in a system between the AC power source and the load, a first capacitor connected in parallel to the inverter circuit, the first capacitor and the system The inverter circuit is controlled so that the voltage of the first capacitor is applied to the system in the same direction as the AC power supply when the voltage of the AC power supply circuit to be connected is smaller than a predetermined value. And a second control unit that controls the power conversion circuit so as to charge the power flowing out from the first capacitor to the system from the system. apparatus.
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