JP2006295998A

JP2006295998A - 電力変換回路

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Publication number: JP2006295998A
Application number: JP2005109296A
Authority: JP
Inventors: Tatsu Shudo; 龍周藤; Takeshi Matsumura; 毅松村
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2005-04-06
Filing date: 2005-04-06
Publication date: 2006-10-26
Anticipated expiration: 2025-04-06
Also published as: JP4640789B2

Abstract

【課題】本発明は、高効率で、インバータの小型化、並びに、軽量化を図ることができる電流変換回路を提供する。
【解決手段】入力部にコンバータ１を設け、このコンバータの出力にインバータ２を接続し、前記コンバータとインバータとの間にリンクコンデンサ３を設けてある電力変換回路において、前記コンバータの入出力間に制御回路１０を設けてあり、この制御回路は前記リンクコンデンサより検出される前記コンバータの出力電圧のインバータ出力周波数成分を応答させない第一制御手段と、前記コンバータの入力電流、出力電流、及び入力電圧のうち少なくとも一つを検出して前記入力電流、出力電流、又は入力電圧に現れるインバータ出力周波数成分をフィードフォワードする第二制御手段とを設けてあることを特徴とする電力変換回路。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力部にコンバータを設け、このコンバータの出力にインバータを接続し、前記コンバータとインバータとの間にリンクコンデンサを設けてある電力変換回路に関するものである。

従来の入力部にコンバータ１を設け、このコンバータ１の出力にインバータ２を接続し、コンバータ１とインバータ２との間にリンクコンデンサ３を設けてある電力変換回路は、図１に示すように、直流電源４を入力源とし、これと並列に入力コンデンサ５を接続している。

また、コンバータ１の入出力間に制御回路１００を設けてあり、図４に示すように、この制御回路１００はリンクコンデンサ３より検出されるコンバータ１の出力電圧を誤差増幅器１１で誤差増幅し、これをＶ／Ｉ変換器１２でＶ／Ｉ変換し、フォトカプラ１３を介して、コンパレータ１５で三角波と比較して、コンバータゲート信号として、コンバータ１の主スイッチに出力するように構成してある（その他として、コンバータの短絡電流を検出してコンバータゲート信号をコンバータ１に出力する例が、特許文献１に記載）。
特開平７−１８４３７４号公報

しかし、従来の電力変換回路は、以上のような構成より、インバータ２の出力周波数に応じてコンバータ１の負荷が増減することになり、その脈動電流がコンバータ１の入力に現れる。この脈動電流はコンバータ１の入力インピーダンスにより、低周波のリプル電圧に変換されるが、通信機器用の負電圧のラインに図６に示すような入力電圧Vinにリプル電圧が発生すると、通話品質を低下させるため問題視される。従って、通信用設備に使用されるインバータは、この問題に対する何らかの対策が必要であった。

そこで、図６に示すように、コンバータ１の入力に入力チョーク６を接続することで、評価雑音を改善していた。これにより、図７に示すように、入力チョーク６によってコンバータの入力電流Iinの脈流は平滑される。

しかし、インバータ２の出力周波数は50/60Hzといった低周波であるため、この入力チョーク６は大型、かつ重い部品となっていた。また、この入力チョーク６には大電流が流れるため損失も大きく、この事が交流電源の小型化、並びに、軽量化を妨げていた。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、高効率で、インバータの小型化、並びに、軽量化を図ることができる電流変換回路を提供する。

上記課題を解決するために、本発明に係る電力変換回路は、入力部にコンバータを設け、このコンバータの出力にインバータを接続し、前記コンバータとインバータとの間にリンクコンデンサを設けてある電力変換回路において、前記コンバータの入出力間に制御回路を設けてあり、この制御回路は前記リンクコンデンサより検出される前記コンバータの出力電圧の周波数成分を応答させない第一制御手段と、前記コンバータの入力電流、出力電流、及び入力電圧のうち少なくとも一つを検出して前記入力電流、出力電流、又は入力電圧に現れるインバータ出力周波数成分をフィードフォワードする第二制御手段とを設けてあることを特徴とする。

前記第一制御手段として帯域阻止フィルタを備えてあることを特徴とする。
また、前記第二制御手段として帯域通過フィルタを備えてあることを特徴とする。
さらに、前記帯域通過フィルタの出力端子にリミッタを接続してあることを特徴とする。

本発明によれば、コンバータの入力電流が直流であるため、入力電流を平滑するための大型チョークは不要になり、低コスト化、小型化、並びに軽量化を図れる効果がある。又、コンバータの入力電流が直流になるため、電流の実効値は正弦波全波の形にした電流の実効値より小さくなり、電力変換回路の半導体スイッチの損失も小さくなり、インバータの高効率化を図ることが出来る効果もある。また、インバータの脈流電流により、入力端子の評価雑音も低減される効果もある。

発明を実施するための最良の形態の回路図を図１に示す。図１図示の電力変換回路は、直流電源４を入力源とする単相の電力変換回路であり、直流電源４と並列に入力コンデンサ５を接続し、さらに、入力部にＤＣ／ＤＣ変換するコンバータ１を設けてある。このコンバータ１の出力にＤＣ／ＡＣ変換するインバータ２を接続し、コンバータ１とインバータ２との間にリンクコンデンサ３を設けてある。

また、本実施形態において、コンバータ１の入出力間に制御回路１０を設けてある。詳細については図２に示してある。この制御回路１０はリンクコンデンサ３より検出されるコンバータ１の出力電圧Vdcのインバータ出力周波数成分を応答させない第一制御手段２０を設けてある。第一制御手段２０の具体例を図２に示してある。なお、本実施形態において、第一制御手段２０により応答させないインバータ出力周波数成分は、コンバータ１の出力電圧Vdcの２倍のインバータ出力により発生する周波数成分を示すが、以後においても、便宜上インバータ出力周波数成分という。

この第一制御手段２０は、リンクコンデンサ３より検出されるコンバータ１の出力電圧Vdcを誤差増幅器１１で誤差増幅し、この誤差増幅器１１の出力に帯域阻止フィルタ２１を接続し、帯域阻止フィルタ２１によって、リンクコンデンサ３より検出されるコンバータ１の出力電圧Vdcのインバータ出力周波数成分を応答させないようにしてある。この帯域阻止フィルタ２１の出力にＶ／Ｉ変換器１２を接続し、このＶ／Ｉ変換器１２でＶ／Ｉ変換し、フォトカプラ１３を介して、コンパレータ１５で三角波と比較して、コンバータゲート信号として、コンバータ１の主スイッチに出力するように構成してある。

この制御回路１０はコンバータ１の入力電流、出力電流、及び入力電圧のうち少なくとも一つを検出して前記入力電流、出力電流、又は入力電圧に現れるインバータ出力周波数成分をフィードフォワードする第二制御手段３０，４０を設けてある。第一制御手段３０，４０の具体例を図２に示してある。

本実施形態では、第二制御手段３０により、コンバータ１の出力電流に現れるインバータ出力周波数成分をフィードフォワードする。具体的構成は以下の通りである。コンバータ１の出力電流Iconvを検出して、出力電流Iconvに現れるインバータ出力周波数成分をこの帯域通過フィルタ３１に通過させるようにしてある。また、この帯域通過フィルタ３１の出力にリミッタ３２を接続してある。このリミッタ３２は100/120Ｈｚの帯域通過フィルタ３１の応答が遅いため負荷急変や入力急変に弱く、安定動作させるために、帯域通過フィルタ３１の後に動作範囲を制限するため、リミッタ３２を入れる必要がある。さらに、フォトカプラ１３に接続することにより、コンバータ１の出力電流Iconvに現れるインバータ出力周波数成分をフィードフォワードするようにしてある。

また、本実施形態では、第二制御手段４０により、コンバータ１の入力電圧Vinに現れるインバータ出力周波数成分をフィードフォワードする。具体的構成は以下の通りである。コンバータ１の入力側に帯域通過フィルタ４１を接続してあり、コンバータ１の入力電圧Vinを検出して、入力電圧Vinに現れるインバータ出力周波数成分をこの帯域通過フィルタ４１に通過させるようにしてある。また、この帯域通過フィルタ４１の出力にリミッタ４２を接続してある。さらに、フォトカプラ１３に接続することにより、コンバータ１の入力電圧に現れるインバータ出力周波数成分をフィードフォワードするようにしてある。

以上の構成より、リンクコンデンサ３より検出されるコンバータ１の出力電圧Vdcのインバータ出力周波数成分を応答させない信号と、コンバータ１の出力電流Iconv及び入力電圧Vinに現れるインバータ出力周波数成分をフィードフォワードする信号をフォトカプラ１３で受けて、バッファ１４，コンパレータ１５を介して、コンバータゲート信号として、コンバータ１の主スイッチに出力するようにしてある。

以上のように構成してある電力変換回路についての作用を以下で具体的に説明する。先ず、リンクコンデンサ３より検出されるコンバータ１の出力電圧Vdcを検出し、誤差増幅器１１で誤差増幅する。誤差増幅器１１で誤差増幅した後に、誤差増幅信号を110Hz中心周波数とした帯域阻止フィルタ２１に出力する。これにより、ＤＣ出力電圧安定制御をすると共に、コンバータ１の出力電圧のインバータ出力周波数100/120Hz成分を応答させないようにする。

続いて、コンバータ１の出力電流Iconvを検出し、出力電流Iconvに現れるインバータ出力周波数成分をこの帯域通過フィルタ３１に通過させる。さらに、このインバータ出力周波数成分をリミッタ３２にかけて、コンバータ１の出力電流に現れるインバータ出力周波数100/120Hz成分をフィードフォワードする。また、入力電圧Vinを検出し、入力電圧Vinに現れるインバータ出力周波数成分をこの帯域通過フィルタ４１に通過させる。さらに、このインバータ出力周波数成分をリミッタ４２にかけて、入力端子に現れるインバータ出力周波数100/120Hz成分をフィードフォワードする。

上記三つの制御手段により、図３に示すように、入力電流Iinに交流成分が抑えられる。これにより、入力端子の交流脈流成分が減り、評価雑音が改善される。一方、コンバータ１とインバータ２との間に設けられたリンクコンデンサ３に100/120Ｈｚのリプル電圧が現れる。しかし、インバータ２は安定化制御されるため、インバータ２の入力電圧のリプルはインバータ２の出力に影響しない。以上より、コンバータ１の入力電流が直流になるため、電流の実効値は正弦波全波の形にした電流の実効値より小さくなり、電力変換回路の半導体スイッチの損失も小さくなり、コンバータ１の高効率化を図ることができる。

なお、本実施形態では、この制御回路１０はコンバータ１の出力電流Iconv及び入力電圧Vinを検出して、前記出力電流Iconv及び入力電圧Vinに現れるインバータ出力周波数成分をフィードフォワードする手段を設けてあるが、本発明においては、コンバータ１の入力電流Iin、出力電流Iconv、及び入力電圧Vinのうち少なくとも一つを検出して、前記入力電流Iin、出力電流Iconv、又は入力電圧Vinに現れるインバータ出力周波数成分をフィードフォワードする手段を設けてあればよい。

また、最良の実施形態として、単相の電力変換回路を用いたが、三相の電力変換回路を用いることも可能である。なお、この場合、第一制御手段により応答させないインバータ出力周波数成分は、コンバータの出力電圧の６倍のインバータ出力により発生する周波数成分となるが、その他については単相と同様の作用をする。

本発明に係る電力変換回路における発明を実施するための最良の形態の回路図である。本発明に係る電力変換回路の要部における一実施例の回路図である。本発明に係る電力変換回路における動作波形を示す図である。従来の電力変換回路における要部の回路図である。従来の電力変換回路における動作波形を示す図である。従来の電力変換回路における回路図である。図６図示従来の電力変換回路における動作波形を示す図である。

符号の説明

１コンバータ
２インバータ
３リンクコンデンサ
４直流電源
５入力コンデンサ
６入力チョーク
１０，１００制御回路
１１誤差増幅器
１２Ｖ／Ｉ変換器
１３フォトカプラ
１４バッファ
１５コンパレータ
２０第一制御手段
２１帯域阻止フィルタ
３０．４０第二制御手段
３１，４１帯域通過フィルタ
３２，４２リミッタ

Claims

入力部にコンバータを設け、このコンバータの出力にインバータを接続し、前記コンバータとインバータとの間にリンクコンデンサを設けてある電力変換回路において、前記コンバータの入出力間に制御回路を設けてあり、この制御回路は前記リンクコンデンサより検出される前記コンバータの出力電圧のインバータ出力周波数成分を応答させない第一制御手段と、前記コンバータの入力電流、出力電流、及び入力電圧のうち少なくとも一つを検出して前記入力電流、出力電流、又は入力電圧に現れるインバータ出力周波数成分をフィードフォワードする第二制御手段とを設けてあることを特徴とする電力変換回路。
前記第一制御手段として帯域阻止フィルタを備えてあることを特徴とする請求項１記載の電力変換回路。
前記第二制御手段として帯域通過フィルタを備えてあることを特徴とする請求項１又は２記載の電力変換回路。
前記帯域通過フィルタの出力端子にリミッタを接続してあることを特徴とする請求項３記載の電力変換回路。