JP2009038875A - 電源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】サイズ及びコストの増大を抑えつつ、昇圧比が小さい場合において、整流電圧の波形の落ち込み部分に対応する期間で生じる相電流の歪みを改善可能とする。
【解決手段】本発明に係る電源装置1Aは、主回路2A及び制御回路15Aを備える。主回路2Aは、三相交流電源21から供給される相電圧V1〜V3を整流することによって整流電圧VPQを出力するダイオード整流回路14と、スイッチング素子Tr1を有し、整流電圧VPQを昇圧することによって直流電圧VOを出力する昇圧回路13とを備える。三相交流電源21と主回路2Aとの間に流れる相電流Iu1〜Iu3は、スイッチング素子Tr1がオンとなる期間において増加する。制御回路15Aは、整流電圧VPQの波形の落ち込み部分P1〜P5に対応する期間において、スイッチング素子Tr1のスイッチング周期に対するオン期間の比率(オンデューティ)を増加させる。
【選択図】図2
【解決手段】本発明に係る電源装置1Aは、主回路2A及び制御回路15Aを備える。主回路2Aは、三相交流電源21から供給される相電圧V1〜V3を整流することによって整流電圧VPQを出力するダイオード整流回路14と、スイッチング素子Tr1を有し、整流電圧VPQを昇圧することによって直流電圧VOを出力する昇圧回路13とを備える。三相交流電源21と主回路2Aとの間に流れる相電流Iu1〜Iu3は、スイッチング素子Tr1がオンとなる期間において増加する。制御回路15Aは、整流電圧VPQの波形の落ち込み部分P1〜P5に対応する期間において、スイッチング素子Tr1のスイッチング周期に対するオン期間の比率(オンデューティ)を増加させる。
【選択図】図2
Description
本発明は、三相交流電源を入力として負荷に直流電圧を供給する主回路と、直流電圧を検出するとともに、検出した直流電圧に応じて主回路を制御する制御回路とを備える電源装置に関する。
従来、上記のような電源装置に用いられる主回路として、整流回路及び昇圧回路を有する構成が知られている。整流回路は、三相交流電源によって供給される相電圧を整流することによって整流電圧を出力する。昇圧回路は、ダイオード整流回路の出力に接続されたスイッチング素子を有し、整流電圧を昇圧することによって直流電圧を出力する。
このような電源装置において、昇圧比(主回路の入力電圧に対する出力電圧の比率)が小さい場合、次のような問題が生じる。具体的には、図1に示すように、相電圧Vの正及び負のピーク値付近(すなわち、整流電圧VPQの波形の落ち込み部分に対応する期間)において相電流Iuが大きく歪む。
なお、図1では、1つの相電圧V及び1つの相電流Iuを図示しているが、実際には位相が120°異なる3つの相電圧及び3つの相電流が存在する。
図1に示すような相電流Iuの歪みは、主に、三相交流電源における線間電圧の位相差の影響によって生じる。このような歪みにより、相電流に大きな高調波成分が含まれることとなり、系統電源に悪影響を与える恐れがある。
昇圧比が小さい場合における相電流の歪みを改善する技術として、次のような電源装置が提案されている(特許文献1参照)。具体的には、特許文献1の電源装置は、スイッチング素子に並列に接続された共振用コンデンサと、逆流阻止用ダイオードと負荷との間に接続された共振用リアクトルとを備える。
特開平11−98847号公報(第5頁、第2図)
上述した特許文献1の電源装置においては、主回路に共振コンデンサ及び共振リアクトルを設けることによって相電流の歪みを防止している。しかしながら、このような共振コンデンサ及び共振リアクトルとしては、大電力に対応可能なコンデンサ及びリアクトルがそれぞれ必要となる。
したがって、特許文献1の電源装置においては、電源装置のサイズ及びコストが増大する問題があった。
そこで、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、サイズ及びコストの増大を抑えつつ、昇圧比が小さい場合において、整流電圧の波形の落ち込み部分に対応する期間で生じる相電流の歪みを改善可能な電源装置を提供することを目的とする。
本発明に係る電源装置は、三相交流電源(三相交流電源21)を入力し、前記交流電圧を直流電圧(直流電圧VO)に変換して負荷(負荷22)に印加する主回路(主回路2A,2B)と、前記直流電圧を検出するとともに、検出した前記直流電圧に応じて前記主回路を制御する制御回路(制御回路15A〜15E)とを備える電源装置(電源装置1A〜1E)であって、前記主回路は、前記交流電圧(相電圧V1〜V3)を整流することによって、整流電圧(整流電圧VPQ)を出力するダイオード整流回路(ダイオード整流回路14)と、前記ダイオード整流回路の出力に接続されたスイッチング素子(スイッチング素子Tr1)を有し、該スイッチング素子を所定のスイッチング周期でオン/オフ動作させることで前記整流電圧を昇圧し、前記直流電圧として出力する昇圧回路(昇圧回路13)とを備え、前記制御回路は、前記整流電圧の波形の落ち込み部分(落ち込み部分P1〜P5)に対応する期間において、前記スイッチング素子のスイッチング周期に対するオン期間(例えばオン期間T1〜T3)の比率を増加させることを要旨とする。
このような電源装置によれば、制御回路は、整流電圧の波形の落ち込み部分に対応する期間において、スイッチング素子のスイッチング周期に対するオン期間の比率を増加させることによって相電流を増加させる。すなわち、主回路の外部から、相電流の歪みを改善する制御を実現可能となり、電源装置のサイズ及びコストの増大を抑えることができる。
したがって、サイズ及びコストの増大を抑えつつ、昇圧比が小さい場合に、整流電圧の波形の落ち込み部分に対応する期間において生じる相電流の歪みを改善可能な電源装置を提供することができる。なお、制御回路の構成のみを変更し、主回路は既存の構成を使用できるので、非常に汎用性が高い。
上記の電源装置において、前記制御回路は、前記整流電圧のリプル成分を抽出するとともに、抽出した前記リプル成分を用いて前記比率を増加させてもよい。
このような電源装置によれば、制御回路は、相電流が歪む期間を正確に検出でき、上記比率を適切なタイミングで増加させることができる。
上記の電源装置において、前記制御回路は、前記直流電圧と、前記直流電圧の目標値との差に応じた誤差信号(誤差信号ES)を出力するエラーアンプ(エラーアンプ155)と、前記リプル成分を抽出するフィルタ回路(フィルタ回路151)と、前記リプル成分の位相を反転する位相反転回路(位相反転回路152)と、前記エラーアンプによって出力される前記誤差信号に対し、前記位相反転回路の出力信号(補正信号CS1,CS2)を重畳する重畳回路(加算器156A,乗算器156B)と、前記重畳回路の出力信号(出力信号S2)に応じて、前記スイッチング素子のオン/オフ動作を制御するスイッチング制御回路(スイッチング制御回路150A,150B)とを備えてもよい。
このような電源装置によれば、直流電圧を一定に保つためのフィードバック構成を利用して、相電流の歪みを改善する制御を実現可能となる。すなわち、制御回路の構成を大幅に変更することを要しないので、相電流の歪みを容易に改善することができる。
上記の電源装置において、前記制御回路は、前記直流電圧と、前記直流電圧の目標値との差に応じた誤差信号(誤差信号ES)を出力するエラーアンプ(エラーアンプ155)と、前記リプル成分を抽出するフィルタ回路(フィルタ回路151)と、前記エラーアンプによって出力される前記誤差信号から、前記フィルタ回路の出力信号(補正信号CS5)を減算する減算器(減算器156C)と、前記減算器の出力信号(出力信号S2)に応じて、前記スイッチング素子のオン/オフ動作を制御するスイッチング制御回路(スイッチング制御回路150A)とを備えてもよい。
このような電源装置によれば、直流電圧を一定に保つためのフィードバック構成を利用して、相電流の歪みを改善する制御を実現可能となる。すなわち、制御回路の構成を大幅に変更することを要しないので、相電流の歪みを容易に改善することができる。
上記の電源装置において、前記制御回路は、前記交流電圧に同期して、前記交流電圧の6倍の周波数成分を有する補正信号(補正信号CS3)を生成するとともに、生成した前記補正信号を用いて前記比率を増加させてもよい。
このような電源装置によれば、制御回路は、相電流が歪む期間を正確に検出でき、上記比率を適切なタイミングで増加させることができる。
上記の電源装置において、前記制御回路は、前記直流電圧と、前記直流電圧の目標値との差に応じた誤差信号(誤差信号ES)を出力するエラーアンプ(エラーアンプ155)と、前記交流電圧がゼロとなるタイミング(ゼロクロス)を検出して、検出したタイミングに同期した同期信号(同期信号SYN)を生成する同期信号生成回路(同期信号生成回路201)と、前記同期信号を基準として、前記補正信号を生成する補正信号生成回路(補正信号生成回路202A,202B)と、前記エラーアンプによって出力される前記誤差信号に対して、前記補正信号を重畳する重畳回路(加算器156A,乗算器156B)と、前記重畳回路の出力信号(出力信号S2)に応じて、前記スイッチング素子のオン/オフ動作を制御するスイッチング制御回路(スイッチング制御回路150A,150B)とを備えてもよい。
このような電源装置によれば、直流電圧を一定に保つためのフィードバック構成を利用して、相電流の歪みを改善する制御を実現可能となる。すなわち、制御回路の構成を大幅に変更することを要しないので、相電流の歪みを容易に改善することができる。
本発明によれば、サイズ及びコストの増大を抑えつつ、昇圧比が小さい場合において、整流電圧の波形の落ち込み部分に対応する期間で生じる相電流の歪みを改善可能な電源装置を提供できる。
[第1実施形態]
次に、図面を参照して、本実施形態に係る電源装置について説明する。具体的には、(1)電源装置の構成、(2)電源装置の動作、(3)比較例、(4)作用・効果、(5)変更例について説明する。
次に、図面を参照して、本実施形態に係る電源装置について説明する。具体的には、(1)電源装置の構成、(2)電源装置の動作、(3)比較例、(4)作用・効果、(5)変更例について説明する。
なお、以下の各実施形態における図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
(1)電源装置の構成
まず、全体概略構成、主回路の構成、制御回路の構成の順で、本実施形態に係る電源装置の構成について説明する。
まず、全体概略構成、主回路の構成、制御回路の構成の順で、本実施形態に係る電源装置の構成について説明する。
(1.1)全体概略構成
図2は、本実施形態に係る電源装置1Aの回路ブロック図である。図2に示すように、電源装置1Aは、主回路2A及び制御回路15Aを含む。主回路2Aは、三相交流電源21及び負荷22に接続される。制御回路15Aは、主回路2Aに接続される。
図2は、本実施形態に係る電源装置1Aの回路ブロック図である。図2に示すように、電源装置1Aは、主回路2A及び制御回路15Aを含む。主回路2Aは、三相交流電源21及び負荷22に接続される。制御回路15Aは、主回路2Aに接続される。
三相交流電源21は、位相がそれぞれ120度異なる相電圧V1〜V3を三相交流電源端子U,V,Wにそれぞれ印加する。本実施形態では、主回路2Aへの入力電圧(線間電圧)は400Vである。
主回路2Aは、三相交流電源21を入力として、負荷22に直流電圧VOを供給する。本実施形態では、主回路2Aが出力する直流電圧VOは650Vである。すなわち、主回路2においては、入力電圧(線間電圧)が400Vに対して、出力電圧(直流電圧VO)が650Vであり、昇圧比が小さい。
制御回路15Aは、直流電圧VOを検出するとともに、検出した直流電圧VOに応じて主回路2Aを制御する。具体的には、制御回路15Aは、直流電圧VOが予め設定された目標値となるように主回路2Aを制御する。
(1.2)主回路の構成
次に、主回路2Aの構成について説明する。主回路2Aは、ローパスフィルタ12、昇圧回路13及びダイオード整流回路14を含む。
次に、主回路2Aの構成について説明する。主回路2Aは、ローパスフィルタ12、昇圧回路13及びダイオード整流回路14を含む。
ローパスフィルタ12は、リアクトルL1〜L3及びコンデンサC1〜C3を含む。リアクトルL1〜L3のそれぞれの一端は、三相交流電源端子U,V,Wに接続される。コンデンサC1〜C3は、リアクトルL1〜L3の他端に接続される。
昇圧回路13は、交流リアクトルL4〜L6、スイッチング素子Tr1、逆流素子ダイオードD7、及び平滑コンデンサC4を含む。交流リアクトルL4〜L6の一端は、リアクトルL1〜L3の他端にそれぞれ接続される。
スイッチング素子Tr1は、電源ラインL1,L2間に接続される。本実施形態では、スイッチング素子Tr1として、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)が使用されている。平滑コンデンサC4は、負荷22に並列に接続される。なお、スイッチング素子Tr1は、オンすると導通し、オフすると遮断される。
昇圧回路13は、スイッチング素子Tr1を所定のスイッチング周期でオン/オフ動作させる。ここで、オン/オフ動作とは、スイッチング素子Tr1がオンとオフとを交互に繰り返す動作である。なお、スイッチング素子Tr1のオン/オフ動作は、制御回路15Aによって制御される。
逆流素子ダイオードD7は、電源ラインL1上において、スイッチング素子Tr1と平滑コンデンサC4との間に接続される。
ダイオード整流回路14は、ダイオードD1〜D6を含む。ダイオードD1及びD2は、電源ラインL1,L2間に接続される。D1及びD2の間には、交流リアクトルL4の他端が接続される。
同様に、ダイオードD3及びD4は、電源ラインL1,L2間に接続される。ダイオードD1及びD2の間には、交流リアクトルL5の他端が接続される。
また、ダイオードD5及びD6は、電源ラインL1,L2間に接続される。ダイオードD5及びD6の間には、交流リアクトルL6の他端が接続される。
ダイオード整流回路14は、三相交流電源21から供給される相電圧V1〜V3を整流することによって整流電圧VPQを出力する。昇圧回路13は、整流電圧VPQを昇圧することによって直流電圧VOを出力する。
(1.3)制御回路の構成
次に、制御回路15Aの構成について説明する。制御回路15Aは、フィルタ回路151、位相反転回路152、電圧検出回路153、目標電圧生成回路154、エラーアンプ155、加算器156A及びスイッチング制御回路150Aを含む。
次に、制御回路15Aの構成について説明する。制御回路15Aは、フィルタ回路151、位相反転回路152、電圧検出回路153、目標電圧生成回路154、エラーアンプ155、加算器156A及びスイッチング制御回路150Aを含む。
フィルタ回路151は、ダイオード整流回路14の出力に接続される。フィルタ回路151は、バンドパスフィルタであり、ダイオード整流回路14からの整流電圧VPQに含まれるノイズを除去して、リプル成分を抽出する。
位相反転回路152は、フィルタ回路151の出力に接続される。位相反転回路152は、フィルタ回路151によって抽出されたリプル成分の位相を反転する。
電圧検出回路153は、電源ラインL1に接続される。電圧検出回路153は、直流電圧VOを検出して、検出信号DSをエラーアンプ155に入力する。具体的には、電圧検出回路153は、直流電圧VOを抵抗分圧することによって検出信号DSを生成する。
目標電圧生成回路154は、検出信号DSの目標値となる目標電圧TVOを生成する。
エラーアンプ155は、電圧検出回路153及び目標電圧生成回路154に接続される。エラーアンプ155は、検出信号DSと目標電圧TVOとの差に応じた誤差信号ESを出力する。
加算器156Aは、位相反転回路152及びエラーアンプ155に接続される。加算器156Aは、位相反転回路152の出力信号CS1と、誤差信号ESとを加算する。
スイッチング制御回路150Aは、加算器156Aの出力信号S2に応じて、スイッチング素子Tr1のオン/オフ動作を制御する。具体的には、スイッチング制御回路150Aは、のこぎり波生成回路157及びコンパレータ158を含む。
のこぎり波生成回路157は、相電圧V1〜V3の各周波数と比較して、周波数が高いのこぎり波(又は三角波)S1を生成する。また、のこぎり波生成回路157によって生成されるのこぎり波S1は、スイッチング素子Tr1のスイッチング周波数を決定する。
コンパレータ158は、のこぎり波S1と、加算器156Aの出力信号S2との比較結果に応じて、スイッチング制御信号(PWM信号)G1を出力する。スイッチング制御信号G1は、スイッチング素子Tr1のゲートに入力される。
具体的には、出力信号S2がのこぎり波S1よりも大きい期間では、Hレベルのスイッチング制御信号G1が出力され、スイッチング素子Tr1がオンする。一方、出力信号S2がのこぎり波S1よりも小さい期間では、Hレベルのスイッチング制御信号G1が出力され、スイッチング素子Tr1がオフする。
このようなフィードバック構成により、スイッチング素子Tr1のオンデューティが変化し、直流電圧VOが一定値となるように制御される。
(2)電源装置の動作
次に、主回路2Aの動作、制御回路15Aの動作の順で、電源装置1Aの動作について説明する。
次に、主回路2Aの動作、制御回路15Aの動作の順で、電源装置1Aの動作について説明する。
(2.1)主回路の動作
スイッチング素子Tr1は、スイッチング制御信号G1がHレベルである期間においてオンする。スイッチング素子Tr1がオンすると、三相交流電源21が交流リアクトルL4〜L6を介して短絡される。
スイッチング素子Tr1は、スイッチング制御信号G1がHレベルである期間においてオンする。スイッチング素子Tr1がオンすると、三相交流電源21が交流リアクトルL4〜L6を介して短絡される。
これにより、交流リアクトルL4〜L6に流れる電流、すなわち相電流Iu1〜Iu3が急激に増加する。また、スイッチング素子Tr1がオンすると、交流リアクトルL4〜L6には、相電圧V1〜V3に比例したエネルギーが蓄えられる。
スイッチング素子Tr1は、スイッチング制御信号G1がLレベルである期間においてオフする。スイッチング素子Tr1がオフすると、交流リアクトルL4〜L6に蓄えられたエネルギーは、ダイオード整流回路14及び逆流素子ダイオードD7を介して平滑コンデンサC4に移動する。これにより、平滑コンデンサC4が充電される。
平滑コンデンサC4が充電される期間がスイッチング素子Tr1のオン/オフ動作によって制御されるので、平滑コンデンサC4の電圧、すなわち、直流電圧VOもスイッチング素子Tr1で制御されることになる。
なお、ローパスフィルタ12は、スイッチング素子Tr1のオン/オフ動作に伴う高周波成分を除去する。
(2.2)制御回路の動作
図3は、制御回路15Aの動作を説明するための波形図である。
図3は、制御回路15Aの動作を説明するための波形図である。
フィルタ回路151には、図3(a)に示す整流電圧VPQが入力される。なお、図3(a)に示す整流電圧VPQには、実際にはノイズが含まれている。また、整流電圧VPQの落ち込み部分P1〜P5に対応する期間においては、相電流Iu1〜Iu3に歪みが生じる(図1参照)。
フィルタ回路151は、整流電圧VPQからリプル成分(AC成分)を抽出する。位相反転回路152は、図3(b)に示すように、整流電圧VPQのリプル成分を反転する。位相反転回路152の出力信号は、補正信号CS1として加算器156Aに入力される。
この結果、加算器156Aの出力信号S2は、図3(c)に示すように、エラーアンプ155からの誤差信号ESに、補正信号CS1が重畳された波形となる。言い換えると、エラーアンプ155からの誤差信号ESが、補正信号CS1によって変調される。
加算器156Aの出力信号S2は、コンパレータ158において、のこぎり波S1と比較される。加算器156Aは、加算器156Aの出力信号S2がのこぎり波S1よりも大きい場合にHレベルのスイッチング制御信号G1を出力する。
このため、図3(c)の期間T1,T3よりも、期間T2の方がスイッチング素子Tr1のオンデューティが大きくなる。つまり、整流電圧VPQの落ち込み部分P1〜P5に対応する期間において、スイッチング素子Tr1のオンデューティが大きくなる。
スイッチング素子Tr1のオンデューティが大きいほど、交流リアクトルL4〜L6に流れる電流、すなわち相電流Iu1〜Iu3が増加するので、整流電圧VPQの落ち込み部分P1〜P5に対応する期間において、他の期間よりも、相電流Iu1〜Iu3を増加させることができる。
(3)比較例
次に、本実施形態によって得られる効果を明らかにするため、比較例を挙げて説明する。図4は、本実施形態の比較例を示す波形図である。
次に、本実施形態によって得られる効果を明らかにするため、比較例を挙げて説明する。図4は、本実施形態の比較例を示す波形図である。
図4では、図2に示したフィルタ回路151、位相反転回路152及び加算器156Aを備えない場合の相電流Iuの波形を示している。
図4に示すように、比較例では、相電圧の正及び負のピーク値付近において相電流Iuが大きく歪んでいる。このような歪みが生じると、相電流Iuに大きな高調波成分が含まれることとなり、系統電源に悪影響を与える恐れがある。
一方、図5は、図2に示したフィルタ回路151、位相反転回路152及び加算器156Aを備える場合(すなわち、本実施形態の電源装置1A)における相電流Iuの波形図である。
図5に示すように、本実施形態では、相電圧の正及び負のピーク値付近においても、相電流Iuが大きく歪まない。つまり、相電流Iuに含まれる高調波成分が拡散されており、系統電源に悪影響を与える可能性が低い。
(4)作用・効果
以上説明したように、三相交流電源21と主回路2Aとの間に流れる相電流Iu1〜Iu3は、スイッチング素子Tr1がオンとなる期間において増加する。制御回路15Aは、整流電圧VPQの波形の落ち込み部分P1〜P5に対応する期間において、他の期間よりも、スイッチング素子Tr1のスイッチング周期に対するオン期間の比率(オンデューティ)を増加させる。
以上説明したように、三相交流電源21と主回路2Aとの間に流れる相電流Iu1〜Iu3は、スイッチング素子Tr1がオンとなる期間において増加する。制御回路15Aは、整流電圧VPQの波形の落ち込み部分P1〜P5に対応する期間において、他の期間よりも、スイッチング素子Tr1のスイッチング周期に対するオン期間の比率(オンデューティ)を増加させる。
したがって、制御回路15Aは、主回路2Aの外部から、相電流Iu1〜Iu3の歪みを改善する制御を実現可能となり、電源装置1Aのサイズ及びコストの増大を抑えることができる。なお、制御回路15Aの構成のみを変更しており、主回路2Aは既存の構成を使用できるので、非常に汎用性が高い。
また、本実施形態によれば、制御回路15Aは、整流電圧VPQのリプル成分を抽出するとともに、抽出したリプル成分を用いてスイッチング素子Tr1のオンデューティを増加させる。
したがって、制御回路15Aは、相電流Iu1〜Iu3が歪む期間を正確に検出でき、スイッチング素子Tr1のオンデューティを適切なタイミングで増加させることができる。
さらに、本実施形態によれば、直流電圧VOを一定に保つためのフィードバック構成を利用して、相電流Iu1〜Iu3の歪みを改善する制御を実現する。すなわち、制御回路15Aの構成を大幅に変更することを要しないので、相電流Iu1〜Iu3の歪みを容易に改善することができる。
(5)変更例
上述した電源装置1Aの変更例として、電源装置1Aに電流臨界モード機能を付加した構成について説明する。電流臨界モードとは、電流不連続モードの一形態であり、交流リアクトルL4〜L6に流れる電流がゼロ(又はゼロ近傍)になってから、スイッチング素子Tr1のオン/オフ動作を許可する機能である。なお、電流不連続モードは、スイッチング素子Tr1の1スイッチング周期内で、リアクトル電流(スイッチング電流)が0Aまで低下する状態(モード)である。
上述した電源装置1Aの変更例として、電源装置1Aに電流臨界モード機能を付加した構成について説明する。電流臨界モードとは、電流不連続モードの一形態であり、交流リアクトルL4〜L6に流れる電流がゼロ(又はゼロ近傍)になってから、スイッチング素子Tr1のオン/オフ動作を許可する機能である。なお、電流不連続モードは、スイッチング素子Tr1の1スイッチング周期内で、リアクトル電流(スイッチング電流)が0Aまで低下する状態(モード)である。
スイッチング素子Tr1をオフした時の交流リアクトルL4〜L6における電流の立ち下がりの傾斜は、相電圧V1〜V3の瞬時値に対する直流電圧VOの大きさによって決まる。このため、直流電圧VOが低い場合には、当該傾斜が緩やかになる。したがって、交流リアクトルL4〜L6における電流が、スイッチング周期内にゼロに達しなくなる。
ゼロまで下がり切れなかった電流によるエネルギーは、スイッチング素子Tr1によるオン/オフ動作の度に交流リアクトルL4〜L6に蓄積される。このため、交流リアクトルL4〜L6に流れる電流の平均値は、相電圧V1〜V3の瞬時値に比例しなくなり、相電流Iu1〜Iu3の波形が歪む。
(5.1)電源装置の構成及び動作
図6は、本変更例に係る電源装置1Bの構成を示す回路ブロック図である。電源装置1Bは、主回路2Bにおいて、電源ラインL1上に設けられた電流検出回路45を備える点で、図2とは異なっている。
図6は、本変更例に係る電源装置1Bの構成を示す回路ブロック図である。電源装置1Bは、主回路2Bにおいて、電源ラインL1上に設けられた電流検出回路45を備える点で、図2とは異なっている。
電流検出回路45は、電源ラインL1上において、ダイオード整流回路14と逆流素子ダイオードD7との間に接続される。電流検出回路45は、ダイオード整流回路14の出力に流れる電流Iを検出する。
電源装置1Bは、制御回路15Dにおいて、加算器156Aに代えて乗算器156Bを備える。乗算器156Bは、エラーアンプ155の出力信号ESと、位相反転回路152の出力信号(補正信号CS2)とを乗算する。
スイッチング制御回路150Bは、ダイオード整流回路14の出力に流れる電流Iがゼロになってから、スイッチング素子Tr1をオン/オフ動作させるよう制御する。具体的には、スイッチング制御回路150Bは、コンパレータ301,302、及びRSフリップフロップ(RS−FF)303を含む。
コンパレータ301には、乗算器156Bの出力信号と、電流検出回路45の電流検出信号とが入力される。コンパレータ302の一方の入力には、電流検出回路45の電流検出信号が入力される。コンパレータ302の他方の入力は接地される。RS−FF303は、コンパレータ301,302の出力信号に応じて、スイッチング制御信号G1を出力する。
(5.2)作用・効果
本変更例によれば、ダイオード整流回路14の出力に流れる電流(すなわち、交流リアクトルL4〜L6の電流)がゼロになってからスイッチング素子Tr1をオン/オフ動作させることによって、相電流Iu1〜Iu3の波形をさらに改善することができる。
本変更例によれば、ダイオード整流回路14の出力に流れる電流(すなわち、交流リアクトルL4〜L6の電流)がゼロになってからスイッチング素子Tr1をオン/オフ動作させることによって、相電流Iu1〜Iu3の波形をさらに改善することができる。
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について、(1)電源装置の構成、(2)電源装置の動作、(3)作用・効果、(4)変更例の順で説明する。なお、本実施形態では、上述した第1実施形態と異なる点を主に説明する。
次に、本発明の第2実施形態について、(1)電源装置の構成、(2)電源装置の動作、(3)作用・効果、(4)変更例の順で説明する。なお、本実施形態では、上述した第1実施形態と異なる点を主に説明する。
(1)電源装置の構成
図7は、本実施形態に係る電源装置1Cの構成を示す回路ブロック図である。
図7は、本実施形態に係る電源装置1Cの構成を示す回路ブロック図である。
図7に示すように、制御回路15Cは、同期信号生成回路201及び補正信号生成回路202Aを備える点で、上述した第1実施形態とは異なっている。
同期信号生成回路201は、交流電源端子Uに接続される。なお、同期信号生成回路201の入力側は、交流電源端子Uではなく、交流電源端子V又はWに接続されていてもよい。
同期信号生成回路201は、相電圧V1がゼロとなるタイミングを検出して、検出したタイミングに同期した同期信号SYNを生成する。
補正信号生成回路202Aは、同期信号生成回路201の出力に接続される。補正信号生成回路202Aの出力は、加算器156Aの入力側に接続される。なお、補正信号生成回路202Aは、マイクロコンピュータによって構成可能である。
補正信号生成回路202Aは、同期信号SYNを基準として、相電圧V1の6倍の周波数成分を有する補正信号CSを生成する。その他の構成については、上述した第1実施形態と同様である。
(2)電源装置の動作
図8は、電源装置1Cの動作を説明するための波形図である。
図8は、電源装置1Cの動作を説明するための波形図である。
同期信号生成回路201は、図8(a)に示す相電圧V1のゼロクロス点を検出する。すなわち、同期信号生成回路201は、相電圧V1がゼロとなるタイミングにおいて、同期信号SYNを出力する。
補正信号生成回路202Aは、図8(a)に示す補正信号CS3を生成する。本実施形態では、補正信号CS3の波形は正弦半波となる。補正信号CS3がピーク値となるタイミングt1〜t6は、整流電圧VPQが落ち込むタイミングP1〜P5(図3参照)に同期している。
補正信号CS3は、エラーアンプ155によって出力される誤差信号ESに加算される。これにより、図8(a)に示す補正信号CS3の電圧が高いほど、スイッチング制御信号G1のデューティ比が大きくなる。つまり、整流電圧VPQが落ち込むタイミングP1〜P5の付近において、スイッチング素子Tr1のオンデューティが増加することになる。
(3)作用・効果
本実施形態によれば、制御回路15Cは、相電圧V1に同期して、相電圧V1の6倍の周波数成分を有する補正信号CS3を生成する。また、制御回路15Cは、補正信号CS3を用いて、整流電圧VPQが落ち込むタイミングP1〜P5付近において、スイッチング素子Tr1のオンデューティを増加させる。
本実施形態によれば、制御回路15Cは、相電圧V1に同期して、相電圧V1の6倍の周波数成分を有する補正信号CS3を生成する。また、制御回路15Cは、補正信号CS3を用いて、整流電圧VPQが落ち込むタイミングP1〜P5付近において、スイッチング素子Tr1のオンデューティを増加させる。
したがって、主回路2Aの外部から、相電流Iu1〜Iu3のピーク値付近における歪みを改善する制御を実現可能となり、電源装置1Cのサイズ及びコストの増大を抑えることができる。
さらに、本実施形態によれば、複雑な制御を行わないので、安価なマイクロコンピュータによって制御回路15Cを構成可能である。また、制御方法の変更も比較的容易に行うことができる。
(4)変更例
上述した電源装置1Cの変更例として、電流臨界モード機能を有する構成について説明する。図9は、本変更例に係る電源装置1Dの回路ブロック図である。なお、図6と同様の構成については、重複する説明を省略する。
上述した電源装置1Cの変更例として、電流臨界モード機能を有する構成について説明する。図9は、本変更例に係る電源装置1Dの回路ブロック図である。なお、図6と同様の構成については、重複する説明を省略する。
乗算器156Bは、エラーアンプ155の出力信号ESと、補正信号生成回路202Bの出力信号(補正信号CS4)とを乗算する。また、スイッチング制御回路150Bは、ダイオード整流回路14の出力に流れる電流Iがゼロになってから、スイッチング素子Tr1をオン/オフ動作させるよう制御する。
本変更例によれば、ダイオード整流回路14の出力に流れる電流(すなわち、交流リアクトルL4〜L6の電流)がゼロになってからスイッチング素子Tr1をオン/オフ動作させることによって、相電流Iu1〜Iu3の波形をさらに改善することができる。
[その他の実施形態]
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。
また、上述した第1実施形態では、加算器156Aを備える制御回路15Aについて説明した。しかしながら、図10に示すように、加算器に代えて減算器156Cを使用してもよい。この場合、位相反転回路152を省略することができる。減算器156Cは、エラーアンプ155からの誤差信号ESから、フィルタ回路151の出力信号(補正信号CS5)を減算する。
さらに、上述した各実施形態では、エラーアンプ155の出力側において補正信号CS1〜CS5を加算、乗算又は減算する構成について説明した。しかしながら、エラーアンプ155の出力側ではなく、目標電圧生成回路154とエラーアンプ155との間において、補正信号CS1〜CS5を加算、乗算又は減算する構成も可能である。
なお、上述した実施形態では、スイッチング素子Tr1としてIGBTが使用されていたが、IGBTに限らず、電界効果トランジスタ(FET)などの他のトランジスタも使用可能である。
このように本発明は、ここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。
C1〜C3…コンデンサ、C4…平滑コンデンサ、D1〜D6…ダイオード、D7…逆流素子ダイオード、L1,L2…電源ライン、L1〜L3…リアクトル、L4〜L6…交流リアクトル、U,V,W…三相交流電源端子、Tr1…スイッチング素子Tr1、1A〜1E…電源装置、2A,2B…主回路、12…ローパスフィルタ、13…昇圧回路、14…ダイオード整流回路、15A〜15E…制御回路、21…三相交流電源、22…負荷、45…電流検出回路、150A,150B…スイッチング制御回路、151…フィルタ回路、152…位相反転回路、153…電圧検出回路、154…目標電圧生成回路、155…エラーアンプ、156A…加算器、156B…乗算器、156C…減算器、157…のこぎり波生成回路、158…コンパレータ、201…同期信号生成回路、202A,202B…補正信号生成回路、301,302…コンパレータ、303…RS−FF
Claims (6)
- 三相交流電源からの交流電圧を入力し、前記交流電圧を直流電圧に変換して負荷に印加する主回路と、
前記直流電圧を検出するとともに、検出した前記直流電圧に応じて前記主回路を制御する制御回路と
を備える電源装置であって、
前記主回路は、
前記交流電圧を整流することによって、整流電圧を出力するダイオード整流回路と、
前記ダイオード整流回路の出力に接続されたスイッチング素子を有し、該スイッチング素子を所定のスイッチング周期でオン/オフ動作させることで前記整流電圧を昇圧し、前記直流電圧として出力する昇圧回路と
を備え、
前記制御回路は、前記整流電圧の波形の落ち込み部分に対応する期間において、前記スイッチング素子のスイッチング周期に対するオン期間の比率を増加させる電源装置。 - 前記制御回路は、前記整流電圧のリプル成分を抽出するとともに、抽出した前記リプル成分を用いて前記比率を増加させる請求項1に記載の電源装置。
- 前記制御回路は、
前記直流電圧と、前記直流電圧の目標値との差に応じた誤差信号を出力するエラーアンプと、
前記リプル成分を抽出するフィルタ回路と、
前記リプル成分の位相を反転する位相反転回路と、
前記エラーアンプによって出力される前記誤差信号に対し、前記位相反転回路の出力信号を重畳する重畳回路と、
前記重畳回路の出力信号に応じて、前記スイッチング素子のオン/オフ動作を制御するスイッチング制御回路と
を備える請求項2に記載の電源装置。 - 前記制御回路は、
前記直流電圧と、前記直流電圧の目標値との差に応じた誤差信号を出力するエラーアンプと、
前記リプル成分を抽出するフィルタ回路と、
前記エラーアンプによって出力される前記誤差信号から、前記フィルタ回路の出力信号を減算する減算器と、
前記減算器の出力信号に応じて、前記スイッチング素子のオン/オフ動作を制御するスイッチング制御回路と
を備える請求項2に記載の電源装置。 - 前記制御回路は、前記交流電圧に同期して、前記交流電圧の6倍の周波数成分を有する補正信号を生成するとともに、生成した前記補正信号を用いて前記比率を増加させる請求項1に記載の電源装置。
- 前記制御回路は、
前記直流電圧と、前記直流電圧の目標値との差に応じた誤差信号を出力するエラーアンプと、
前記交流電圧がゼロとなるタイミングを検出して、検出したタイミングに同期した同期信号を生成する同期信号生成回路と、
前記同期信号を基準として、前記補正信号を生成する補正信号生成回路と、
前記エラーアンプによって出力される前記誤差信号に対して、前記補正信号を重畳する重畳回路と、
前記重畳回路の出力信号に応じて、前記スイッチング素子のオン/オフ動作を制御するスイッチング制御回路と
を備える請求項5に記載の電源装置。
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2007
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2008
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