JP2008104250A - Dc power supply device - Google Patents
Dc power supply device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008104250A JP2008104250A JP2006282420A JP2006282420A JP2008104250A JP 2008104250 A JP2008104250 A JP 2008104250A JP 2006282420 A JP2006282420 A JP 2006282420A JP 2006282420 A JP2006282420 A JP 2006282420A JP 2008104250 A JP2008104250 A JP 2008104250A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- switch
- power supply
- voltage
- supply device
- bidirectional switch
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、交流を直流に変換するとともに交流電源に流れる高調波電流を低減し、力率の改善を図る直流電源装置に関するものである。 The present invention relates to a DC power supply device that converts AC to DC and reduces harmonic current flowing in the AC power supply to improve the power factor.
従来、数kW出力程度までの直流電源装置においては、1個ないしは2個のスイッチを用いて、そのスイッチを交流電源の半周期に1度ないしは数度オンオフ動作させることで交流電源の高調波電流を低減するとともに力率を改善し、交流を目標の直流電圧に変換する方式が取られてきた。 Conventionally, in a DC power supply device of up to about several kW output, one or two switches are used, and the switch is turned on / off once or several times in a half cycle of the AC power supply, thereby generating a harmonic current of the AC power supply. A method of reducing AC and improving the power factor and converting AC to a target DC voltage has been adopted.
例えば従来の直流電源装置としては、ブリッジ整流回路と、リアクトルと、スイッチと、逆流防止ダイオードの組み合わせから構成されたものがある(例えば、特許文献1参照)。 For example, a conventional DC power supply device includes a combination of a bridge rectifier circuit, a reactor, a switch, and a backflow prevention diode (see, for example, Patent Document 1).
以下、図面を参照しながら従来の直流電源装置について図10と図11を用いて説明する。図10は特許文献1の代表図として記載されている従来の直流電源装置の回路ブロック図を示している。交流電源1は単相の商用交流電源であり、ブリッジ整流回路3は4個のダイオードで構成されている。リアクトル2はブリッジ整流回路3の正極出力とスイッチ18および逆流防止用ダイオード19のアノード端子に接続され、平滑コンデンサ7は逆流防止用ダイオード19のカソード端子に接続されて直流電圧を平滑し、負荷8に脈動の小さな直流電圧を供給する。そして、スイッチ制御回路20はスイッチ18のオンタイミング発生回路21と、オフタイミング発生回路22と、スイッチ駆動回路23とから構成されている。
A conventional DC power supply device will be described below with reference to FIGS. 10 and 11 with reference to the drawings. FIG. 10 shows a circuit block diagram of a conventional DC power supply device described as a representative diagram of
次に、このように構成された直流電源装置についてその動作を説明する。オンタイミング発生回路21は交流電源1の電源電圧と同期し、かつ、交流電源1のゼロ電圧点から所定の駆動遅延時間を持たせてスイッチ18を駆動するための信号をスイッチ駆動回路23を介して送出する。そして、スイッチ18が閉じると交流電源1にはリアクトル2と、ブリッジ整流回路3を介して短絡電流が流れ始め、次第に増加する。
Next, the operation of the DC power supply device configured as described above will be described. The on-
次いで、電源電圧に同期してオフタイミング発生回路22からスイッチ18を停止するための信号がスイッチ駆動回路23を介して送出されるとスイッチ18は開放され、それまでリアクトル2を流れていた短絡電流は逆流防止用ダイオード19を介して平滑コンデンサ7の充電電流となって減少し始める。その後、交流電源1の電源電圧がピーク電圧付近になると交流電源1からブリッジ整流回路3、リアクトル2、逆流防止ダイオード19を通して平滑コンデンサ7に充電電流が流れることとなる。このときの交流電源1の電源電圧Viと、交流電源1の低負荷時入力電流I1および高負荷時入力電流I2を図11に示す。同図においてわかるように、低負荷時は高負荷時に比べてオンタイミング発生回路21からのオンタイミングの信号が遅れるように制御している。そして、このように制御することによって交流電源1からの入力電流は通流角度が広がり、高調波電流低減と力率改善が実現されている。
Next, when a signal for stopping the
しかし、この回路構成では逆流防止ダイオードの損失が大きいため効率が悪いという欠点があった。そこで、スイッチを双方向性スイッチとしてブリッジ整流回路の交流側でリアクトルを短絡し、逆流防止ダイオードを省いて高効率とした回路方式の直流電源装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。 However, this circuit configuration has a drawback that the efficiency is poor because the loss of the backflow prevention diode is large. Therefore, a circuit-type DC power supply device has been proposed in which the switch is a bidirectional switch, the reactor is short-circuited on the AC side of the bridge rectifier circuit, and the backflow prevention diode is omitted to achieve high efficiency (see, for example, Patent Document 2). .
この回路構成の動きについては詳細な説明は省くが、交流電源周波数の半周期に1回ないし数回、双方向性スイッチをオンしてリアクトルに蓄えたエネルギーを双方向性スイッチのオフ時に平滑コンデンサ側に放出することで前述の直流側にスイッチを用いた従来の直流電源装置と同様の効果を得るものである。基本的な回路構成を図12に示す。
しかしながら、前記従来の直流電源装置では、直流側のスイッチあるいは交流側の双方向性スイッチをオフした際にリアクトルに流れている電流の連続性を保つため、リアクトルに急峻な電圧変動が発生し、これが原因でリアクトルから騒音が発生するという課題があった。また、この課題を解決するためにリアクトルのギャップに騒音低減のための樹脂材を挟み込んだ上、リアクトルを騒音遮蔽するといったようなことを行う必要があり、コストアップにつながっていた。 However, in the conventional DC power supply device, in order to maintain the continuity of the current flowing through the reactor when the DC side switch or the AC side bidirectional switch is turned off, a steep voltage fluctuation occurs in the reactor, Due to this, there was a problem that noise was generated from the reactor. In addition, in order to solve this problem, it is necessary to insert a resin material for noise reduction in the gap of the reactor and to shield the noise from the reactor, leading to an increase in cost.
また、リアクトルからの騒音を低減するために従来の直流電源装置でも、前述の特許文献2などでは、双方向性スイッチ停止後に短時間だけ再度双方向性スイッチを駆動することによって騒音の低減を図る手法などを用いているが、この場合は双方向性スイッチのオンオフや逆流防止ダイオードあるいはブリッジダイオードにリカバリー電流が流れることによるノイズ発生、損失増大などの課題が新たに生じていた。
Further, even in the conventional DC power supply device for reducing the noise from the reactor, in
また、従来の直流電源装置では直流側のスイッチあるいは交流側の双方向性スイッチのオン時にはゼロ電流スイッチングが図られていたが、オフ時にはリアクトル電流を遮断するためのスイッチング損失とスイッチングノイズが発生するという課題も有していた。 Also, in the conventional DC power supply device, zero current switching is achieved when the DC side switch or AC side bidirectional switch is on, but when it is off, switching loss and switching noise are generated to cut off the reactor current. There was also a problem.
このノイズ低減にはサージ電圧を吸収するスナバ回路を追加する。あるいは交流入力側に設けられるノイズフィルタを強化するなどの手法がとられていたが、スイッチング損失やスナバ回路損失低減はできず、コストもアップするという課題も有していた。 To reduce this noise, a snubber circuit that absorbs surge voltage is added. Alternatively, a technique such as strengthening a noise filter provided on the AC input side has been taken, but switching loss and snubber circuit loss cannot be reduced, and there is a problem that costs are increased.
さらに、従来の直流電源装置では直流側のスイッチあるいは交流側の双方向性スイッチをオフした際にリアクトルに流れている電流変化が急峻であり高調波低減効果と入力力率改善効果を高めるためにはリアクトルのインダクタンスを大きくする必要があった。 Furthermore, in the conventional DC power supply device, when the DC side switch or the AC side bidirectional switch is turned off, the current change flowing through the reactor is steep, so that the harmonic reduction effect and the input power factor improvement effect are enhanced. Needed to increase the inductance of the reactor.
前記従来の課題を解決するために、本発明の直流電源装置は双方向性スイッチがオフする前に補助スイッチをオンすることによって、コンデンサの充放電を利用してリアクトル電流の連続性を保つことでリアクトルの電圧変動を緩やかにし、騒音を低減するとともに双方向性スイッチのオフ時のスイッチング損失とスイッチングノイズの低減を行うことができるものである。 In order to solve the above-described conventional problems, the DC power supply device of the present invention maintains the continuity of the reactor current by using the charging / discharging of the capacitor by turning on the auxiliary switch before the bidirectional switch is turned off. Thus, it is possible to moderate the voltage fluctuation of the reactor, reduce noise, and reduce switching loss and switching noise when the bidirectional switch is off.
本発明の直流電源装置は、双方向性スイッチのオフに伴うリアクトルの急峻な電圧変動を緩やかにすることにより騒音を低減し、騒音防止のための樹脂材や騒音遮蔽のコストを削減できる。また、コンデンサの容量を補助スイッチのオンオフによりゼロボルトから直流出力電圧まで変動する範囲内の値に選定することによって、双方向性スイッチのオフの際にもゼロ電圧スイッチングが可能となり、スイッチング損失、スイッチングノイズを原理的には発生させないようにすることができ、スナバ回路やノイズフィルタの削減あるいは負担軽減ができる。 The direct-current power supply device of the present invention can reduce noise by easing the steep voltage fluctuation of the reactor caused by turning off the bidirectional switch, and can reduce the cost of resin material and noise shielding for noise prevention. In addition, by selecting a value within the range that varies from zero volts to DC output voltage by turning on and off the auxiliary switch, zero voltage switching is possible even when the bidirectional switch is turned off. In principle, noise can be prevented from being generated, and the snubber circuit and noise filter can be reduced or the burden can be reduced.
また、コンデンサの容量を大きくすれば補助スイッチのオンオフに伴うコンデンサの電圧変動がゼロボルトから直流出力電圧まで変動しないこととなり、双方向性スイッチと補助スイッチのゼロ電流スイッチング、ゼロ電圧スイッチングが実現できなくなるが、コンデンサが充放電するエネルギーを増大させることによる直流出力電圧の昇圧能力アップが可能となるとともに、高調波電流の抑制と入力力率改善の効果が増大すること、もしくは高調波電流の抑制と入力力率改善の効果を従来と同等に保ちつつリアクトルのインダクタンスを低く設定することが可能となる。そして、リアクトルの急峻な電圧変動幅は従来の直流電源装置に比較して小さくなるため、ある程度の騒音低減効果を持たせることができる。 In addition, if the capacitance of the capacitor is increased, the voltage fluctuation of the capacitor due to the on / off of the auxiliary switch will not fluctuate from zero volts to the DC output voltage, and zero current switching and zero voltage switching of the bidirectional switch and auxiliary switch cannot be realized. However, it is possible to increase the DC output voltage boosting capability by increasing the energy with which the capacitor is charged and discharged, and to increase the effect of suppressing harmonic current and improving input power factor, or suppressing harmonic current. It is possible to set the inductance of the reactor low while keeping the effect of improving the input power factor equivalent to the conventional one. The steep voltage fluctuation width of the reactor is smaller than that of the conventional DC power supply device, and therefore, a certain noise reduction effect can be provided.
そして、コンデンサの容量を大きくした場合には半周期に複数回、双方向性スイッチと補助スイッチをオンオフして大幅な入力力率改善をはかりつつ直流出力電圧の昇圧能力のさらなるアップと高調波電流の抑制が可能となり、この場合でもリアクトルの急峻な電圧変動幅は従来の直流電源装置に比較して小さくなるため、ある程度の騒音低減効果を持たせることができる。 And when the capacitance of the capacitor is increased, the DC output voltage boosting capability is further increased and the harmonic current is increased while turning on and off the bidirectional switch and auxiliary switch multiple times in a half cycle to greatly improve the input power factor. Even in this case, since the steep voltage fluctuation range of the reactor is smaller than that of the conventional DC power supply device, a certain noise reduction effect can be provided.
さらに、コンデンサの大小に関係なくコンデンサに蓄えられたエネルギーは一般のスナバ回路のように熱として消費することなく直流側に放出することができるため、高効率化にも寄与することができる。 Furthermore, the energy stored in the capacitor regardless of the size of the capacitor can be released to the direct current side without being consumed as heat as in a general snubber circuit, which can contribute to higher efficiency.
第1の発明は、交流電源と、4個のダイオードで形成されたブリッジ整流回路と、ブリッジ整流回路の直流出力を平滑する平滑用コンデンサと、交流電源とブリッジ整流回路との間に接続されたリアクトルと、ブリッジ整流回路の交流入力端子間に接続された双方向性スイッチと、ブリッジ整流回路のいずれか一方の交流入力端子といずれか一方の直流出力端子との間に直列に接続されたコンデンサおよび補助スイッチと、交流電源の電圧のゼロ点を検出するゼロクロス検出手段と、ゼロクロス検出手段の出力に基づき双方向性スイッチと補助スイッチのオンオフを制御するスイッチ駆動制御手段とを備えて構成されており、入力力率の改善と高調波電流の低減が可能となる。 The first invention is connected between an AC power source, a bridge rectifier circuit formed by four diodes, a smoothing capacitor for smoothing the DC output of the bridge rectifier circuit, and the AC power source and the bridge rectifier circuit. A capacitor connected in series between the reactor, a bidirectional switch connected between the AC input terminals of the bridge rectifier circuit, and one of the AC input terminals and one of the DC output terminals of the bridge rectifier circuit And an auxiliary switch, a zero cross detecting means for detecting a zero point of the voltage of the AC power supply, and a switch driving control means for controlling on / off of the auxiliary switch and the auxiliary switch based on the output of the zero cross detecting means. Therefore, the input power factor can be improved and the harmonic current can be reduced.
第2の発明は、第1の発明において、スイッチ駆動制御手段は交流電源の半周期に一回、双方向性スイッチと補助スイッチをオンオフすることにより高調波電流の低減と入力力率の改善を行うとともに、双方向性スイッチがオンした後、オフするまでの間に補助スイッチをオンするように構成されているため、双方向性スイッチがオフした際のスイッチングノイズとスイッチング損失を低減でき、リアクトル電圧の急峻な変動を抑えることによってリアクトルの騒音低減とこれらの効果による部品削減などのコストダウンが可能となる。 According to a second invention, in the first invention, the switch drive control means turns on and off the bidirectional switch and the auxiliary switch once every half cycle of the AC power supply to reduce the harmonic current and improve the input power factor. Since the auxiliary switch is turned on after the bidirectional switch is turned on and before it is turned off, switching noise and switching loss when the bidirectional switch is turned off can be reduced. By suppressing sudden fluctuations in voltage, it is possible to reduce costs such as reducing reactor noise and reducing the effects of these effects.
第3の発明は、第1の発明において、スイッチ駆動制御手段は交流電源の半周期に複数回、双方向性スイッチと補助スイッチをオンオフすることにより高調波電流の低減と入力力率の改善を行うとともに、双方向性スイッチがオンした後、オフするまでの間に補助スイッチをオンし、次に双方向性スイッチがオンするまでに補助スイッチがオフするように構成されているため、双方向性スイッチがオフした際のスイッチングノイズとスイッチング損失を低減でき、リアクトル電圧の急峻な変動を抑えることによってリアクトルの騒音低減とこれらの効果による部品削減などのコストダウンが可能となる。 According to a third aspect, in the first aspect, the switch drive control means turns on and off the bidirectional switch and the auxiliary switch a plurality of times in a half cycle of the AC power supply to reduce the harmonic current and improve the input power factor. And the auxiliary switch is turned on before the bidirectional switch is turned on after the bidirectional switch is turned on, and then the auxiliary switch is turned off until the bidirectional switch is turned on. The switching noise and switching loss when the power switch is turned off can be reduced, and by suppressing the rapid fluctuation of the reactor voltage, the cost of the reactor can be reduced and the cost can be reduced due to these effects.
第4の発明は、第1から第3のいずれかの発明において平滑用コンデンサの電圧を検出する直流電圧検出手段を設け、スイッチ駆動制御手段は直流電圧検出手段で検出した直流電圧が所望の目標直流電圧に等しくなるよう双方向性スイッチのオン時間を制御するよう構成したことによって、負荷に安定した直流電圧を供給することが可能となる。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided DC voltage detecting means for detecting the voltage of the smoothing capacitor in any one of the first to third aspects, and the switch drive control means has a desired target for the DC voltage detected by the DC voltage detecting means. Since the ON time of the bidirectional switch is controlled so as to be equal to the DC voltage, a stable DC voltage can be supplied to the load.
第5の発明は、第1から第3のいずれかの発明において直流出力電流あるいは直流出力電力によって負荷量を判定する負荷量判定手段を設け、スイッチ駆動制御手段は前記負荷量検出手段で検出した負荷量に応じて双方向性スイッチのオン時間を制御するよう構成したことによって、負荷に安定した直流電圧を供給することが可能となる。 According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, a load amount determination unit for determining a load amount based on a DC output current or a DC output power is provided, and the switch drive control unit is detected by the load amount detection unit. Since the ON time of the bidirectional switch is controlled in accordance with the load amount, a stable DC voltage can be supplied to the load.
第6の発明は、第1から第3のいずれかの発明において負荷として直流出力側に圧縮機駆動装置を設け、スイッチ駆動制御手段は圧縮機駆動装置の回転数指令に応じて双方向性スイッチのオン時間を制御するよう構成したことによって、負荷に安定した直流電圧を供給することが可能となる。 According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, a compressor drive device is provided on the DC output side as a load, and the switch drive control means is a bidirectional switch according to the rotational speed command of the compressor drive device. By controlling the on-time, it is possible to supply a stable DC voltage to the load.
第7の発明は、第1から第5のいずれかの発明において、スイッチ駆動制御手段は、ゼロクロス検出手段によって検出された電圧ゼロ点から双方向性スイッチ駆動までの遅れ時間を双方向性スイッチのオン時間、直流電圧もしくは負荷量、あるいは圧縮機駆動装置の回転数指令によって制御するよう構成したことによって、さらなる高調波電流低減と入力力率の改善を図ることが可能となる。 In a seventh aspect based on any one of the first to fifth aspects, the switch drive control means sets the delay time from the voltage zero point detected by the zero cross detection means to the bidirectional switch drive. Since the control is performed based on the on-time, the DC voltage or the load amount, or the rotational speed command of the compressor driving device, it is possible to further reduce the harmonic current and improve the input power factor.
第8の発明は、第6の発明において、スイッチ駆動制御手段は、ゼロクロス検出手段によって検出された電圧ゼロ点から双方向性スイッチ駆動までの遅れ時間を双方向性スイッチのオン時間、直流電圧もしくは負荷量、あるいは圧縮機駆動装置の回転数指令によって制御するよう構成したことによって、さらなる高調波電流低減と入力力率の改善を図ることが可能となる。 In an eighth aspect based on the sixth aspect, the switch drive control means determines the delay time from the voltage zero point detected by the zero cross detection means to the bidirectional switch drive, the on-time of the bidirectional switch, the DC voltage or Since the control is performed according to the load amount or the rotation speed command of the compressor drive device, it is possible to further reduce the harmonic current and improve the input power factor.
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態における直流電源装置のブロック図である。図1において、交流電源1がブリッジ整流回路3で整流されたのち平滑コンデンサ7で直流に平滑され、負荷8に直流電圧を供給する構成は従来と同様である。そして、リアクトル2は交流電源1とブリッジ整流回路3の交流入力端子との間に接続され、双方向性スイッチ4はブリッジ整流回路3の2つの交流入力端子間に接続される。また、コンデンサ5は一方をブリッジ整流回路6の交流入力端子に接続され、他方を補助スイッチ6に接続される。そしてこの補助スイッチ6は他方の端子をブリッジ整流回路3の負極出力端子に接続されている。また、ゼロクロス検出手段9は交流電源1のゼロ電圧点を検出するものであり、スイッチ駆動制御手段10は双方向性スイッチ4と補助スイッチ6を駆動制御するためのものである。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram of a DC power supply device according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, an
以上の構成において、その動作、作用を図2から図6を用いて以下に説明するが、双方向性スイッチをオンオフして高調波電流抑制と入力力率の改善を図るといった基本的動作については従来と同様であり、これらの効果についての詳細な説明は省く。 In the above configuration, the operation and action will be described below with reference to FIGS. 2 to 6. The basic operation of turning on and off the bidirectional switch to suppress the harmonic current and improve the input power factor is described below. Since it is the same as that of the prior art, a detailed description of these effects will be omitted.
図2は交流電源1の一周期の間における入力電圧と入力電流波形に対して、双方向性スイッチ4と補助スイッチ6の駆動タイミングを表した波形図である。そして、図3は交流電源1の電圧が負から正に切り替わる電圧ゼロタイミングにおける回路状態を示した図であり、以下の説明に対する初期状態を示したものである。また、図4は交流電源1の正の半周期における双方向性スイッチ4と補助スイッチ6のオンオフの状態と、回路に流れる電流およびコンデンサ5の電圧変化を示したものであり、図5は交流電源1の電圧が正から負に切り替わる電圧ゼロタイミングにおける回路状態を示した図、そして図6は交流電圧1の負の半周期における双方向性スイッチ4と補助スイッチ6のオンオフの状態と、回路に流れる電流の流れおよびコンデンサ5の電圧変化を示したものである。
FIG. 2 is a waveform diagram showing the driving timing of the
次に、動作の説明にあたり図3の初期状態について明らかにしておく。この初期状態で
は交流電源1の電圧Viが正の半周期に入る電圧ゼロクロス点を基準に、コンデンサ5の充電初期値はゼロボルトとする。また、平滑コンデンサ7の電圧は所定の直流電圧Vdc(以下、単にVdcとする。)に保たれている。そして、この時点では負荷8以外の回路内には電流は流れておらず、以下の説明についても負荷電流は考慮しないものとする。また、双方向性スイッチ4と補助スイッチ6はともにオフしている。そして、このときが交流電源1の電圧ゼロ点であるから、ゼロクロス検出手段9によってスイッチ駆動制御手段10にゼロクロスタイミング信号が送出される時点でもある。
Next, in describing the operation, the initial state of FIG. 3 will be clarified. In this initial state, the initial charging value of the
そして、スイッチ駆動制御手段10ではゼロクロスタイミング信号を受けてから所定の遅延時間経過後、双方向性スイッチ4をオンする。当然、このときまで回路内には電流が流れていないため双方向性スイッチ4はゼロ電流スイッチングを行うことになる。この後、交流電源1は双方向性スイッチ4を介してリアクトル2で短絡された状態となり、リアクトル2を流れる電流は増加を続ける。このときの回路状態とリアクトル電流IL(以下、単にILとする。)の流れを図4(a)に示す。
Then, the switch drive control means 10 turns on the
その後、所定の時間経過して双方向性スイッチ4をオフする直前に補助スイッチ6をオンとしてから双方向性スイッチ4をオフする。このことにより、今まで双方向性スイッチ4を流れていた電流ILはコンデンサ5の充電電流として連続して流れることとなり、コンデンサ5の充電電圧初期値は前述のようにゼロボルトであるため双方向性スイッチ4のゼロボルトスイッチングが実現する。また、補助スイッチ6側としてはゼロ電流スイッチングが実現する。電流ILが双方向性スイッチ4からコンデンサ5と補助スイッチ6に転流した時点での回路状態と電流の流れを図4(b)に示す。
Thereafter, the
やがて、コンデンサ5の充電電圧は直流出力電圧Vdc(以下、単にVdcとする。)を上廻ることになり、正確にはVdcにブリッジ整流回路3の内部ダイオードのオン電圧を加えた電圧を越えた時点でブリッジ整流回路3に電流ILは転流する。次いで、補助スイッチ6をオフすることにより補助スイッチ6のゼロ電流スイッチングが実現できる。一方、コンデンサ5の電圧が上昇してVdcを超えるまでの時間は、充電開始時の電流ILが分かっていれば推定が可能であり、また、電流ILは交流電源1の電圧が一定であるとすると、駆動遅延時間と双方向性スイッチ4のオン時間からあらかじめ推定することが可能である。したがって、交流電源1の電圧変動や駆動遅延時間のバラツキなども見込んでコンデンサ5の電圧がVdcを超えるのに十分な時間経過後に補助スイッチ6をオフするようにすれば良い。そして、このときの回路状態と電流の流れを図4(c)に示す。
Eventually, the charging voltage of the
補助スイッチ6のオフ後は従来の直流電源装置と同様に、リアクトル2に蓄えられたエネルギーの放出と交流電源1からの充電によって電流ILが流れ、やがてゼロとなる。
After the
つづいて、交流電源1の負の半周期の動作について説明を行う。図5は前述の正の半周期終了時のリアクトル2の電流ILがゼロとなった負の半周期の初期状態を示す図であり、正の半周期の初期状態に対してコンデンサ5の電圧がVdcに充電されている点が異なる。そして、このタイミングでゼロクロス検出手段9によってスイッチ駆動制御手段10にゼロクロスタイミング信号が送出される点についても同様である。
Subsequently, the negative half-cycle operation of the
そして、スイッチ駆動制御手段10ではゼロクロスタイミング信号を受けてから所定の遅延時間経過後、双方向性スイッチ4をオンする。当然、このときも前述のようにゼロ電流スイッチングを行うことになる。この後、交流電源1は双方向性スイッチ4を介してリアクトル2で短絡された状態となり、リアクトル2を流れる電流ILは増加を続ける。このときの回路状態と電流の流れを図6(a)に示す。
Then, the switch drive control means 10 turns on the
その後、所定の時間経過して双方向性スイッチ4をオフする直前に補助スイッチ6をオ
ンとしてから双方向性スイッチ4をオフする。このことにより、今まで双方向性スイッチ4を流れていた電流ILはコンデンサ5の放電電流として連続して流れることとなり、コンデンサ5の充電電圧初期値は前述のようにVdcであるため双方向性スイッチ4がオフする際には双方向性スイッチ4の両端電圧が同電位となることになり、ゼロボルトスイッチングが実現する。また、補助スイッチ6ではゼロ電流スイッチングが実現する。電流ILがコンデンサ5に転流して双方向性スイッチ4がオフした時点での回路状態と電流の流れを図6(b)に示す。
Thereafter, the
そして、コンデンサ5の放電による電圧変動にしたがってリアクトル2の両端電圧は上昇し、コンデンサ5が完全に放電した時点で電流ILはブリッジ整流回路3に転流し、コンデンサ5と補助スイッチ6には電流が流れなくなる。その後、補助スイッチ6をオフすると補助スイッチ6はゼロ電流スイッチングを行うことになる。この補助スイッチ6をオフするまでの時間は電圧変動や駆動遅延時間のバラツキなども見込んでコンデンサ5の電圧が放電を完了するのに十分な時間経過後に設定するようにすれば良い。このときの回路状態と電流の流れを図6(c)に示す。
The voltage across the
補助スイッチ6のオフ後は従来の直流電源装置と同様に、リアクトル2に蓄えられたエネルギーの放出と交流電源1からの充電によって電流ILはながれ、やがてゼロとなる。そして、図3に示す初期状態に戻ることになる。
After the
以上、商用周波の1周期について説明を行ったが、これらの波形とタイミングを示した図2を全体としてみた場合には、電流波形などは補助スイッチ12の動作によってほとんど変わらないように見える。しかし、実際にはリアクトル2の電流ILがブリッジ整流回路3に転流するまでの時間は、補助スイッチ6がオンするときの電流ILが20A、コンデンサ5の容量を2uFとしてVdcが280Vであったとすれば、30us近くまで大きくすることができ、単に双方向性スイッチ4のオフのみを利用した場合の転流時間であるところの数百nsに比べて十分大きくなり、電流、電圧の変動をゆるやかにできるため、大幅な騒音低減が実現できることとなる。
Although one period of the commercial frequency has been described above, when FIG. 2 showing these waveforms and timings as a whole is viewed, the current waveform and the like seem to hardly change depending on the operation of the
また、図1では補助スイッチ6がブリッジ整流回路3の負極に接続されているが、正極に接続されるように変更しても同じ効果が得られ、コンデンサ5についてもブリッジ整流回路3の交流入力端子のどちらに接続しても同じ効果を得ることができる。そして、当然、コンデンサ5と補助スイッチ6の接続順を入れ替えても良い。ただし、図1のように補助スイッチ6をブリッジ整流回路3の負極に接続するよう構成すれば、補助スイッチ6を駆動するための回路が制御回路と非絶縁で構成でき、簡素化できるといった利点がある。
In FIG. 1, the
また、本実施例では補助スイッチとして自己消弧性の半導体スイッチなどを組み合わせた双方向に電流を流すことができるスイッチを想定して説明したが、補助スイッチ6としてトライアックを用いてもよい、トライアックは自己消弧性ではないが電流がゼロとなった時点でオフ状態に移行するため使用が可能であり、補助スイッチ6の制御を駆動タイミングのみに注意して短い駆動パルスを与えるのみでよいため、補助スイッチ6の駆動時間とコンデンサ5の容量との関係を厳密に考えなくてよい、駆動回路が簡素できるなどの利点がある。
Further, in the present embodiment, the description has been made on the assumption that a switch capable of flowing a current in both directions is combined with a self-extinguishing semiconductor switch or the like as an auxiliary switch, but a triac may be used as the
また、ゼロクロス点からの双方向性スイッチ4を駆動するまでの遅延時間については常に一定、もしくは設けなくともかまわないが、双方向性スイッチ4のオン時間に応じて変化せせるようにしてもよい。双方向性スイッチ4のオン時間が短い場合に駆動遅延時間を長く、逆にオン時間が長い場合には遅延時間を短くすることによって高調波電流低減や入力力率改善に効果があるからである。
Further, the delay time from the zero cross point until the
これは、双方向性スイッチ4のオン時間が短いときに遅延時間を短くするとILの連続性が保てなくなるのは明らかであり、そうすれば高調波電流が増加し、ひいては入力力率も悪化することは容易に想定できるため有効であることが説明できる。
It is clear that when the delay time is shortened when the on-time of the
一方、本実施例ではコンデンサ5の充放電電圧がゼロボルトからVdcまで変化することを前提として騒音低減とスイッチング損失やスイッチングノイズの低減が可能であることを説明してきたが、コンデンサ5の容量を大きく設定し、充放電してもゼロボルトやVdcまでいたらないようにしても騒音低減とスイッチング損失やスイッチングノイズの低減効果を多少なりとも持たせつつ、他の効果が得られることを説明する。
On the other hand, in this embodiment, it has been explained that noise reduction and switching loss and switching noise can be reduced on the assumption that the charge / discharge voltage of the
この場合は、双方向性スイッチ4がオフしたときにリアクトル2の電圧はそのときのコンデンサ5の瞬時電圧値まで急変するが、コンデンサ5がないときに比べればその電圧変動幅は小さく抑えることができる。また、コンデンサ5に蓄えられる電荷を多くすることができるので負の半周期に直流出力側に放出可能なエネルギーが大きくなり、直流電圧の昇圧能力向上に貢献できるという利点がある。そして、さらにリアクトル2とコンデンサ5の共振周波数が下がることによって電流変化が緩やかになり、高調波電流低減と入力力率の向上も可能となる。また、このように半周期に1回の補助スイッチ6のオンオフではコンデンサ電圧がVdcまで至らない事を利用して、双方向性スイッチ4と補助スイッチ6を複数回オンオフしてもスイッチング損失低減と騒音低減の効果を得ることができるようになり、この場合は大幅な入力力率の改善も可能となる。
In this case, when the
(実施の形態2)
図7は、本発明の第2の実施の形態における直流電源装置のブロック図である。本実施例においては実施の形態1で説明した双方向性スイッチ4と補助スイッチ6の動作や、騒音低減とスイッチングノイズやスイッチング損失の低減を図るとともに高調波電流も低減し、入力力率を改善するといった基本的な動作や効果については同様である。
(Embodiment 2)
FIG. 7 is a block diagram of a DC power supply device according to the second embodiment of the present invention. In this example, the operation of the
ただし、図7においては、実施の形態1で説明した直流電源装置と比較して直流電圧検出手段11が追加されている。スイッチ駆動制御手段10は直流電圧検出手段11で検出した直流電圧が所望の目標直流電圧よりも低い場合には双方向性スイッチ4のオン時間を長くし、逆の場合には双方向性スイッチ4のオン時間を短く制御することによって直流電圧の安定化を図るものである。したがって本実施の形態における直流電源装置では、実施の形態1で説明した各種の効果に加えて負荷8に安定した直流電圧を供給することが可能という利点がある。
However, in FIG. 7, a DC voltage detecting means 11 is added as compared with the DC power supply device described in the first embodiment. The switch drive control means 10 lengthens the ON time of the
また、本実施の形態における直流電源装置では直流出力電圧の安定化のために直流電圧検出手段11を用いたが、図8に示すように直流電流などを検出して負荷量を判断する負荷量検出手段12を設けて、双方向性スイッチ4のオン時間を制御するようにしてもよい。そして、図9のように負荷として直流出力側に圧縮機駆動装置14を設けた場合においては、スイッチ駆動制御手段10は圧縮機駆動装置14の回転数指令に応じて双方向性スイッチ4のオン時間を制御するよう構成して直流電圧の安定化を図るようにしてもよい。
Further, in the DC power supply device according to the present embodiment, the DC voltage detecting means 11 is used for stabilizing the DC output voltage. However, as shown in FIG. 8, the load amount for determining the load amount by detecting the DC current or the like. A
さらに、本実施の形態における直流電源装置では、スイッチ駆動制御手段10が直流出力電圧と目標電圧との差異によって双方向性スイッチ4を駆動する駆動遅延時間を制御するよう構成することによって、さらなる高調波電流の低減を可能とすることもできる。
Furthermore, in the DC power supply device according to the present embodiment, the switch drive control means 10 is configured to control the drive delay time for driving the
これは、直流出力電圧と目標電圧との差異の小さい軽負荷時には駆動遅延時間を短くし、大きい高負荷時には駆動遅延時間を短くすることで電流ILの連続性を保ちつつより正弦波に近づけることが可能となるためである。そして、このことはまた図8と図9に示したように他の検出手段などを用いた場合にも結局は負荷量の判断手段が違うだけであるた
め、スイッチ駆動制御手段10を同様に動作させることによって同じ効果を得ることができる。
This shortens the drive delay time at light loads where the difference between the DC output voltage and the target voltage is small, and shortens the drive delay time at large loads, thereby making the current IL closer to a sine wave while maintaining continuity. This is because it becomes possible. This also means that the switch drive control means 10 operates in the same way because the load amount judgment means is different even when other detection means are used as shown in FIGS. To achieve the same effect.
以上のように、本発明にかかる直流電源装置は、高調波電流を低減するとともに力率を改善することが可能な直流電源装置において、騒音の低減とスイッチングノイズ、スイッチング損失の低減が可能となるので、汎用インバータの入力段回路やエアコンまたは冷蔵庫などのコンプレッサーを用いた家電機器の入力段回路の用途に適用できる。 As described above, the DC power supply device according to the present invention can reduce noise and switching noise and switching loss in a DC power supply device capable of reducing harmonic current and improving power factor. Therefore, it can be applied to the input stage circuit of home appliances using a compressor such as a general-purpose inverter input stage circuit or an air conditioner or a refrigerator.
1 交流電源
2 リアクトル
3 ブリッジ整流回路
4 双方向性スイッチ
5 コンデンサ
6 補助スイッチ
7 平滑コンデンサ
8 負荷
9 ゼロクロス検出手段
10 スイッチ駆動制御手段
11 直流電圧検出手段
12 負荷量検出手段
13 圧縮機駆動装置
14 圧縮機
15 インバータ回路
16 インバータ制御手段
DESCRIPTION OF
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006282420A JP2008104250A (en) | 2006-10-17 | 2006-10-17 | Dc power supply device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006282420A JP2008104250A (en) | 2006-10-17 | 2006-10-17 | Dc power supply device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008104250A true JP2008104250A (en) | 2008-05-01 |
Family
ID=39438146
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006282420A Pending JP2008104250A (en) | 2006-10-17 | 2006-10-17 | Dc power supply device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008104250A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009048145A1 (en) | 2007-10-10 | 2009-04-16 | Nippon Shokubai Co., Ltd. | Water-absorbing resin composition and process for production of the same |
KR101127373B1 (en) | 2010-08-06 | 2012-03-29 | 리엔 창 일렉트로닉 엔터프라이즈 컴퍼니 리미티드 | Power conversion system with zero-voltage start-up mechanism, and zero-voltage start-up device |
-
2006
- 2006-10-17 JP JP2006282420A patent/JP2008104250A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009048145A1 (en) | 2007-10-10 | 2009-04-16 | Nippon Shokubai Co., Ltd. | Water-absorbing resin composition and process for production of the same |
KR101127373B1 (en) | 2010-08-06 | 2012-03-29 | 리엔 창 일렉트로닉 엔터프라이즈 컴퍼니 리미티드 | Power conversion system with zero-voltage start-up mechanism, and zero-voltage start-up device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101820331B1 (en) | Dc power supply and air conditioner | |
AU2008360120B2 (en) | AC-DC converter, AC-DC converter control method, motor driving device, compressor driving device, air conditioner, and heat pump-type hot-water supply device | |
JP3695382B2 (en) | Power supply device, motor drive device, and control method for power supply device | |
US9225258B2 (en) | Backflow preventing means, power converting device, and refrigerating and air-conditioning apparatus | |
JP6712104B2 (en) | DC power supply and air conditioner | |
JP6798802B2 (en) | DC power supply and air conditioner | |
JP2014239620A (en) | Switching power supply apparatus, switching power supply control method, and electronic apparatus | |
JP6671126B2 (en) | DC power supply and air conditioner | |
CN100413172C (en) | Power factor compensator and compensation method therof | |
JP4509936B2 (en) | Three-phase power converter and power converter | |
JP2008141901A (en) | Dc power supply unit | |
JP2000188867A (en) | Converter circuit and device for controlling dc voltage | |
JP2008104250A (en) | Dc power supply device | |
JP2007295739A (en) | Dc power supply | |
JP6955077B2 (en) | DC power supply and air conditioner | |
Yang et al. | A Cost-Effective Controlled-Type ZVS Technique for GaN-Based Totem-Pole PFC rectifier | |
JP2020096527A (en) | Dc power supply unit and air conditioner | |
JP2007027104A (en) | Induction heating apparatus | |
JP2008099510A (en) | Dc power supply and equipment using same | |
JP2015204642A (en) | Dc power supply and motor drive device | |
JP7359925B2 (en) | DC power supplies and air conditioners | |
JP7152578B2 (en) | DC power supply and air conditioner | |
JP7304471B2 (en) | DC power supply and air conditioner | |
JP5721669B2 (en) | Power converter and refrigeration air conditioning system | |
JP2006149021A (en) | Dc power supply and compressor driving apparatus using the same |