JP2011172372A - Pfc converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はPFCコンバータに関し、特にマルチフェーズPFC回路を使用したPFCコンバータに関するものである。 The present invention relates to a PFC converter, and more particularly to a PFC converter using a multiphase PFC circuit.
高調波電流規制をクリアするためにAC−DCコンバータに用いられるPFCコンバータ(力率改善回路)は一般的に1つのスイッチ素子を用いた昇圧チョッパー回路が構成されている。大電力用途などの場合には、特許文献1に示されているように、複数のPFC回路を並列に接続して、電力変換を分担するマルチフェーズ方式のPFCコンバータが構成されている。
In general, a PFC converter (power factor correction circuit) used for an AC-DC converter in order to clear the harmonic current regulation is configured as a boost chopper circuit using one switch element. In the case of high power applications, a multi-phase PFC converter that shares power conversion is configured by connecting a plurality of PFC circuits in parallel as shown in
図1(A)は、前記マルチフェーズPFCコンバータの主要部の構成を示す回路図、図1(B)はそのインダクタに流れる電流波形図である。
商用交流電源の交流入力電圧を全波整流した電圧が端子P31,P32に印加され、端子P31とP32の間にはインダクタL11とスイッチング素子Q11とからなる直列回路、及びインダクタL12とスイッチング素子Q12とからなるもう一つの直列回路が並列に接続されている。スイッチング素子Q11とインダクタL11との接続点と平滑コンデンサCoとの間にダイオードD11が接続され、スイッチング素子Q12とインダクタL12との接続点と平滑コンデンサCoとの間にダイオードD12が接続されている。平滑コンデンサCoの両端は出力端子P21,P22に接続されている。
FIG. 1A is a circuit diagram showing a configuration of a main part of the multiphase PFC converter, and FIG. 1B is a waveform diagram of a current flowing through the inductor.
A voltage obtained by full-wave rectifying an AC input voltage of a commercial AC power supply is applied to terminals P31 and P32. Between the terminals P31 and P32, a series circuit including an inductor L11 and a switching element Q11, and an inductor L12 and a switching element Q12 are provided. Another series circuit consisting of is connected in parallel. A diode D11 is connected between the connection point between the switching element Q11 and the inductor L11 and the smoothing capacitor Co, and a diode D12 is connected between the connection point between the switching element Q12 and the inductor L12 and the smoothing capacitor Co. Both ends of the smoothing capacitor Co are connected to output terminals P21 and P22.
PFC制御IC(不図示)は、インダクタL11,L12に流れる電流の検出信号を受けて、スイッチング素子Q11、Q12に制御信号を送り、スイッチング素子Q11,Q12を位相差180で交互に(インターリーブ方式で)オン/オフする。 The PFC control IC (not shown) receives a detection signal of the current flowing through the inductors L11 and L12, sends a control signal to the switching elements Q11 and Q12, and alternately switches the switching elements Q11 and Q12 with a phase difference 180 (in an interleaved manner). ) Turn on / off.
図1(B)に示すように、PFCコンバータに対する入力電流i(L11+L12)は、インダクタL11に流れる電流i(L11)とインダクタL12に流れる電流i(L12)との加算である。このようにマルチフェーズのPFCコンバータでは商用交流電源からの入力電流のリップルが小さくなり、インダクタ等の部品を小型化でき、PFCコンバータを小型・低背化することができる。 As shown in FIG. 1B, the input current i (L11 + L12) for the PFC converter is the sum of the current i (L11) flowing through the inductor L11 and the current i (L12) flowing through the inductor L12. As described above, in the multi-phase PFC converter, the ripple of the input current from the commercial AC power supply is reduced, and the components such as the inductor can be reduced in size, and the PFC converter can be reduced in size and height.
特許文献1に示されているスイッチング電源装置は、4つのPFC回路を並列接続したものであり、4つのスイッチング素子は同じ周波数で、それぞれ90°毎に異なる位相で(すなわち4相で)動作する。このように相数を増すと、その分リップル電流が低減される。
The switching power supply device disclosed in
しかし、4つのスイッチング素子のスイッチング周波数は同じであるので、そのスイッチング周波数及びその高次のEMIノイズについては、単一のインダクタと単一のスイッチング素子を用いたシングルフェーズPFCと同等の強度で発生してしまう、という課題があった。 However, since the switching frequency of the four switching elements is the same, the switching frequency and the higher-order EMI noise are generated with the same strength as a single-phase PFC using a single inductor and a single switching element. There was a problem that it would.
ここで、シングルフェーズPFCと2フェーズPFCとについて、発生するEMIノイズのスペクトルの例を図2に示す。図2(A)はシングルフェーズPFCのスイッチング素子を100kHzで駆動したときのEMIノイズのスペクトル、図2(B)は2フェーズPFCのスイッチング素子を180度位相差をもって100kHzで駆動したときのEMIノイズのスペクトルである。 Here, FIG. 2 shows an example of the spectrum of the generated EMI noise for the single-phase PFC and the two-phase PFC. 2A shows the spectrum of EMI noise when a single-phase PFC switching element is driven at 100 kHz, and FIG. 2B shows the EMI noise when the two-phase PFC switching element is driven at 100 kHz with a phase difference of 180 degrees. Is the spectrum.
シングルフェーズPFCの場合、図2(A)のように、100kHz以外に100kHzの整数倍の周波数にもEMIノイズが生じる。これらの高次のノイズは高次になる程レベルは漸次低くなる。 In the case of a single phase PFC, as shown in FIG. 2A, EMI noise is also generated at a frequency that is an integral multiple of 100 kHz in addition to 100 kHz. The level of these higher-order noises gradually decreases as the order increases.
2フェーズPFCの場合、図2(B)のように、100kHz以外に100kHzの整数倍の周波数にもEMIノイズが生じる。200kHzや400kHzのような、基本波周波数100kHzの偶数倍の周波数では、二つのPFC回路で生じるノイズ成分が重なって、レベルの高いノイズが依然として生じる。 In the case of the two-phase PFC, as shown in FIG. 2B, EMI noise is also generated at a frequency that is an integral multiple of 100 kHz in addition to 100 kHz. At a frequency that is an even multiple of the fundamental frequency of 100 kHz, such as 200 kHz or 400 kHz, noise components generated by the two PFC circuits overlap, and high-level noise still occurs.
このように、各スイッチング素子のスイッチングで生じるノイズの周波数成分は同一であって、それらが重畳されるので、EMIノイズのピークレベルはシングルフェーズPFCと同等であった。 Thus, since the frequency components of the noise generated by switching of each switching element are the same and are superimposed, the peak level of EMI noise is equivalent to that of the single phase PFC.
この発明の目的は、EMIノイズのピークレベルを低減したPFCコンバータを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a PFC converter in which the peak level of EMI noise is reduced.
この発明のPFCコンバータは、
商用交流電源が接続される交流電圧入力部と、
負荷が接続される直流電圧出力部と、
インダクタと、前記交流電圧入力部から入力される電流をオン期間に前記インダクタに通電するスイッチング素子と、前記スイッチング素子のオフ期間に前記インダクタに流れる電流(生じる電圧)を通電するダイオードと、をそれぞれ含む、並列接続された複数のPFC回路と、
前記PFC回路より後段で、前記PFC回路から出力される電圧を平滑して前記直流電圧出力部へ出力する平滑コンデンサと、
前記スイッチング素子の制御を行うスイッチング制御回路とを備え、
前記スイッチング制御回路は、前記複数のスイッチング素子を互いに周波数の異なる複数のスイッチング周波数でスイッチングすることを特徴とする。
The PFC converter of this invention is
An AC voltage input unit to which a commercial AC power supply is connected;
A DC voltage output unit to which a load is connected;
An inductor, a switching element for energizing the inductor during the on period with a current input from the AC voltage input unit, and a diode for energizing a current (generated voltage) flowing through the inductor during the off period of the switching element, respectively Including a plurality of PFC circuits connected in parallel;
A smoothing capacitor that smoothes the voltage output from the PFC circuit and outputs it to the DC voltage output unit at a stage after the PFC circuit;
A switching control circuit for controlling the switching element,
The switching control circuit switches the plurality of switching elements at a plurality of switching frequencies having different frequencies.
例えば、前記PFC回路は3つ以上あり、且つ前記スイッチング周波数は3つ以上あって、これらのスイッチング周波数は、隣接する周波数での周波数差が等しい。すなわち等間隔に定められる。 For example, there are three or more PFC circuits and three or more switching frequencies, and these switching frequencies have the same frequency difference between adjacent frequencies. That is, it is determined at equal intervals.
前記スイッチング制御回路は、時間変化に応じて、互いの周波数差をほぼ等しく保ったまま前記複数のスイッチング周波数を変動させる。すなわち周波数ジッタを含むものとする。
前記複数のスイッチング周波数は周期的に上昇と下降を繰り返すように変動し、前記スイッチング周波数が上昇から下降あるいは下降から上昇に転じる時点を前記交流電圧入力部から入力される電流が略0になる時点とする。
The switching control circuit varies the plurality of switching frequencies in accordance with a change in time while keeping the frequency difference between them substantially equal. That is, frequency jitter is included.
The switching frequency fluctuates so as to periodically increase and decrease, and the time when the switching frequency changes from rising to falling or from falling to rising is a time when the current input from the AC voltage input unit becomes substantially zero. And
この発明によれば、同一周波数でのEMIノイズの重畳が無くなり、EMIノイズのピークレベルが抑えられる。 According to the present invention, the superposition of EMI noise at the same frequency is eliminated, and the peak level of EMI noise is suppressed.
《第1の実施形態》
第1の実施形態に係るPFCコンバータについて、図3,図4,図5を参照して説明する。
図3は第1の実施形態に係るPFCコンバータ101の回路図である。図3において入力端子P11,P12に商用交流電源ACが接続される。また、出力端子P21,P22に負荷20が接続され、所定の直流電圧が負荷20へ出力される。入力端子P11,P12は本発明に係る「交流電圧入力部」に相当する。また、出力端子P21,P22は本発明に係る「直流電圧出力部」に相当する。
<< First Embodiment >>
The PFC converter according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 is a circuit diagram of the
負荷20は例えばDC−DCコンバータ及びそのDC−DCコンバータによって電源供給を受ける電子機器の回路である。
The
入力端子P11,P12にはダイオードブリッジB1が接続され、このダイオードブリッジB1の出力に、インダクタL11とスイッチング素子Q11とからなる直列回路、及びインダクタL12とスイッチング素子Q12とからなるもう一つの直列回路が接続されている。スイッチング素子Q11とインダクタL11との接続点と平滑コンデンサCoとの間にダイオードD11が接続され、スイッチング素子Q12とインダクタL12との接続点と平滑コンデンサCoとの間にダイオードD12が接続されている。平滑コンデンサCoの両端には出力端子P21,P22が接続されている。 A diode bridge B1 is connected to the input terminals P11 and P12, and a series circuit composed of an inductor L11 and a switching element Q11 and another series circuit composed of an inductor L12 and a switching element Q12 are connected to the output of the diode bridge B1. It is connected. A diode D11 is connected between the connection point between the switching element Q11 and the inductor L11 and the smoothing capacitor Co, and a diode D12 is connected between the connection point between the switching element Q12 and the inductor L12 and the smoothing capacitor Co. Output terminals P21 and P22 are connected to both ends of the smoothing capacitor Co.
スイッチング素子Q11は、入力端子P11,P12から入力される電流をオン期間にインダクタL11に通電する。ダイオードD11はスイッチング素子Q11のオフ期間にインダクタL11に流れる電流(生じる電圧)を通電する。同様に、スイッチング素子Q12は、入力端子P11,P12から入力される電流をオン期間にインダクタL12に通電する。ダイオードD12はスイッチング素子Q12のオフ期間にインダクタL12に流れる電流を通電する。 The switching element Q11 supplies current that is input from the input terminals P11 and P12 to the inductor L11 during the ON period. The diode D11 energizes a current (generated voltage) flowing through the inductor L11 during the OFF period of the switching element Q11. Similarly, the switching element Q12 supplies the current input from the input terminals P11 and P12 to the inductor L12 during the ON period. The diode D12 energizes the current flowing through the inductor L12 during the OFF period of the switching element Q12.
前記インダクタL11、ダイオードD11、及びスイッチング素子Q11によって第1のPFC回路PFC1が構成されている。同様に、前記インダクタL12、ダイオードD12、及びスイッチング素子Q12によって第2のPFC回路PFC1が構成されている。 The inductor L11, the diode D11, and the switching element Q11 constitute a first PFC circuit PFC1. Similarly, a second PFC circuit PFC1 is configured by the inductor L12, the diode D12, and the switching element Q12.
入力端子P11,P12間には入力電圧検出回路11が設けられている。また、出力端子P21,P22間には出力電圧検出回路12が設けられている。
スイッチング制御回路30は、入力電圧検出回路11が検出した入力電圧検出信号、出力電圧検出回路12が検出した出力電圧検出信号、インダクタL11,L12に流れる電流の検出信号をそれぞれ入力し、スイッチング素子Q11,Q12のゲート制御電圧を出力する。
An input
The switching
スイッチング制御回路30は、具体的にはインダクタL11,L12に流れる電流が入力電圧波形(全波整流波形)と相似形となるように、且つ出力電圧が一定となるようにスイッチング素子Q11,Q12に対するゲート制御電圧信号をPWM変調する。すなわち、ゲート制御電圧信号のオンデューティ(オン期間)を制御する。
Specifically, the switching
図5は、前記スイッチング制御回路30の構成をブロック化して表した図である。図5おいて、加算要素31は、出力電圧目標値Vrefに対する出力電圧検出値Voの誤差evを求める。出力電圧誤差増幅器32は、誤差evに対して所定の比例係数を乗じて電流基準振幅値Vmを求める。乗算器33は、電流基準振幅値Vmに対して入力電圧検出値Viを乗じて正弦波状の電流基準値irefを求める。
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the switching
インダクタ電流平均値検出器37Aは、電流検出信号の電圧Vrs1からインダクタ電流の平均値に対応する電圧を生成する。同様に、インダクタ電流平均値検出器37Bは、電流検出信号の電圧Vrs2からインダクタ電流の平均値に対応する電圧を生成する。
The inductor current
加算要素34Aは、電流基準値irefに対するインダクタ電流平均値V(iL)1の差分である入力電流誤差値ei1を求める。入力電流誤差増幅器35Aは入力電流誤差値ei1を増幅してパルス生成器に対する変調信号D1を発生する。同様に、加算要素34Bは、電流基準値irefに対するインダクタ電流の平均値V(iL)2の差分である入力電流誤差値ei2を求める。入力電流誤差増幅器35Bは入力電流誤差値ei2を増幅してパルス生成器に対する変調信号D2を発生する。
The adding
発振器38Aは、スイッチング制御回路30内部に備えた制御回路から与えられる発振周波数制御電圧Fc1に応じた周波数の三角波信号を発生する。同様に、電圧制御発振器38Bは、スイッチング制御回路30内部に備えた制御回路から与えられる発振周波数制御電圧Fc2に応じた周波数の三角波信号を発生する。
The
パルス生成器36Aは前記変調信号D1と前記三角波信号との比較を行って、PWM変調されたゲート制御電圧Qg1を出力する。同様に、パルス生成器36Bは前記変調信号D2と前記三角波信号との比較を行って、PWM変調されたゲート制御電圧Qg2を出力する。
The
パルス生成器36Bは前記変調信号D2に基づいて、スイッチング素子Q2のゲート制御電圧Qg2を出力する。
The
図5に示したスイッチング制御回路30は、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング周波数が互いに異なるように、発振周波数制御電圧Fc1,Fc2を出力する。
The switching
例えば、スイッチング素子Q11のゲート制御電圧信号の周波数をf1、スイッチング素子Q12のゲート制御電圧信号の周波数をf2とすれば、f1=95kHz、f2=105kHzとする。 For example, if the frequency of the gate control voltage signal of the switching element Q11 is f1, and the frequency of the gate control voltage signal of the switching element Q12 is f2, then f1 = 95 kHz and f2 = 105 kHz.
図4(A)は2フェーズPFCの二つのスイッチング素子を何れも100kHzで駆動したときのEMIノイズのスペクトル、図4(B)は2フェーズPFCの一方のスイッチング素子を95kHzで駆動し、他方のスイッチング素子を105kHzで駆動したときのEMIノイズのスペクトルである。 FIG. 4A shows the spectrum of EMI noise when two switching elements of a two-phase PFC are driven at 100 kHz. FIG. 4B shows the driving of one switching element of the two-phase PFC at 95 kHz, and the other. It is a spectrum of EMI noise when the switching element is driven at 105 kHz.
95kHzの2倍の周波数190kHz、105kHzの2倍の周波数210kHzにノイズのピークがそれぞれ生じている。また、3倍波以上の高次のノイズについても同様に95kHzと105kHzの整数倍の周波数にピークが生じている。 Noise peaks occur at a frequency of 190 kHz, which is twice 95 kHz, and at a frequency of 210 kHz, which is twice that of 105 kHz. Similarly, high-order noise of 3rd harmonic or higher has peaks at frequencies that are integral multiples of 95 kHz and 105 kHz.
このように、第1のPFC回路PFC1と第2のPFC回路PFC2とでそれぞれ発生するノイズの周波数成分はピーク周波数がそれぞれずれるので、200kHz以上の高周波におけるEMIノイズ、特に、2倍波のノイズ低減効果が高いことが分かる。 As described above, since the frequency components of the noises generated in the first PFC circuit PFC1 and the second PFC circuit PFC2 are shifted in peak frequency, respectively, EMI noise at a high frequency of 200 kHz or more, particularly noise reduction of the second harmonic wave. It turns out that an effect is high.
《第2の実施形態》
第2の実施形態に係るPFCコンバータについて、図6、図7を参照して説明する。
第2の実施形態に係るPFCコンバータ102の回路図、及びスイッチング制御回路30は第1の実施形態に係るPFCコンバータ101と同じである。第1の実施形態で図3に示したPFCコンバータ101と異なるのは、スイッチング制御回路30内部にジッタ機能を備えた発振器を有している点である。
<< Second Embodiment >>
A PFC converter according to a second embodiment will be described with reference to FIGS.
The circuit diagram of the PFC converter 102 according to the second embodiment and the switching
第2の実施形態においては、図5に示したスイッチング制御回路30は、互いの周波数差をほぼ等しく保ったままスイッチング素子Q1,Q2のスイッチング周波数が時間変化に応じて変動するように発振周波数制御電圧Fc1,Fc2を出力する。
In the second embodiment, the switching
図6(A),図6(B)は、二つのスイッチング素子Q1,Q2のスイッチング周波数の時間経過にともなう変化を示す図である。
図6(A)の例では、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング周波数F1,F2は互いの周波数差を等しく保ったまま、上昇下降を繰り返す。この例では、スイッチング素子Q1のスイッチング周波数F1は周波数fo1を中心として周波数fLからfcの範囲で変化し、スイッチング素子Q2のスイッチング周波数F2は周波数fo2を中心として周波数fcからfHの範囲で変化する。
6 (A) and 6 (B) are diagrams showing the change of the switching frequency of the two switching elements Q1, Q2 with time.
In the example of FIG. 6A, the switching frequencies F1 and F2 of the switching elements Q1 and Q2 repeat rising and falling while keeping the frequency difference equal to each other. In this example, the switching frequency F1 of the switching element Q1 changes in the range from the frequency fL to fc around the frequency fo1, and the switching frequency F2 of the switching element Q2 changes in the range from the frequency fc to fH around the frequency fo2.
図6(B)の例では、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング周波数F1,F2は互いの周波数差を等しく保ったまま、上昇方向に変化するとともに、スイッチング周波数F1,F2の周波数の高低関係が断続的に入れ替わる。この例では、スイッチング周波数F1は下限周波数fLから上限周波数fHまで上昇し、その後再び下限周波数fLまで戻る。スイッチング周波数F2についても同様であるが、変化周期の位相がスイッチング周波数F1に比べて180度ずれている。 In the example of FIG. 6 (B), the switching frequencies F1 and F2 of the switching elements Q1 and Q2 change in the upward direction while maintaining the same frequency difference between them, and the frequency relationship between the switching frequencies F1 and F2 is intermittent. Change. In this example, the switching frequency F1 increases from the lower limit frequency fL to the upper limit frequency fH, and then returns to the lower limit frequency fL again. The same applies to the switching frequency F2, but the phase of the change period is shifted by 180 degrees compared to the switching frequency F1.
図6(A)、図6(B)に示したように、スイッチング周波数F1、F2の上昇と下降の動作を切り替える時点や、F1、F2の高低関係を入れ替える時点を、スイッチング制御回路30への入力電圧Viまたは入力電流Iiがゼロになる点、いわゆるゼロクロス点に定めてもよい。換言すれば、スイッチング周波数F1,F2の変動周期は商用電源周波数の半周期又は半周期の整数倍の周期に同期させてもよい。 As shown in FIG. 6A and FIG. 6B, when the switching operation of the switching frequency F1, F2 is increased or decreased, or when the relationship between the heights of F1, F2 is switched, A point at which the input voltage Vi or the input current Ii becomes zero, that is, a so-called zero cross point may be set. In other words, the fluctuation cycle of the switching frequencies F1 and F2 may be synchronized with a half cycle of the commercial power supply frequency or a cycle that is an integral multiple of the half cycle.
ゼロクロス点においては、PFCコンバータへの入力電流が流れないか極めて小さいため、その点でスイッチング周波数F1、F2が急激に変化したとしてもPFCコンバータの動作への影響を抑えることができる。 Since the input current to the PFC converter does not flow or is extremely small at the zero cross point, even if the switching frequencies F1 and F2 change suddenly at that point, the influence on the operation of the PFC converter can be suppressed.
なお、スイッチング周波数の切り替え時点が正確にゼロクロス点でなくても、ゼロクロス付近であってもよい。ゼロクロス付近であればPFCコンバータへの入力電流が小さいため、PFCコンバータの動作への影響を小さくできる。
このようにして、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング周波数にジッタを含ませる。
Note that the switching time of the switching frequency may not be exactly the zero cross point but may be near the zero cross point. Since the input current to the PFC converter is small near the zero cross, the influence on the operation of the PFC converter can be reduced.
In this way, jitter is included in the switching frequency of the switching elements Q1, Q2.
図7(A)は、図5に示した第1のスイッチング素子Q1のスイッチング周波数を95kHzに固定し、第2のスイッチング素子Q2のスイッチング周波数を105kHzに固定したときの(すなわち第1の実施形態で示したPFCコンバータにおける)EMIノイズのスペクトルである。図7(B)は図6(A)または図6(B)に示したようにスイッチング素子Q1,Q2のスイッチング周波数にジッタを含ませたときのEMIノイズのスペクトルである。 FIG. 7A shows a case where the switching frequency of the first switching element Q1 shown in FIG. 5 is fixed to 95 kHz and the switching frequency of the second switching element Q2 is fixed to 105 kHz (that is, the first embodiment). It is a spectrum of EMI noise (in the PFC converter shown by). FIG. 7B shows an EMI noise spectrum when jitter is included in the switching frequency of the switching elements Q1 and Q2 as shown in FIG. 6A or 6B.
図7(B)に現れているように、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング周波数にジッタを含ませたことにより、ノイズの周波数スペクトルがより拡散される。そのため、図中丸印で示す準尖頭値は数dB低下し、図中バツ印で示す平均値は10dB以上低下させることができる。 As shown in FIG. 7B, by including jitter in the switching frequency of the switching elements Q1 and Q2, the frequency spectrum of noise is further spread. Therefore, the quasi-peak value indicated by a circle in the figure can be reduced by several dB, and the average value indicated by a cross in the figure can be reduced by 10 dB or more.
《他の実施形態》
以上の各実施形態で示した例では、2フェーズのPFCコンバータを構成したが、3フェーズ以上のマルチフェーズPFCについても同様に適用できる。すなわち、3つ以上のPFC回路を設けて、各スイッチング素子を互いに周波数の異なる3つ以上の周波数でスイッチングする。
<< Other embodiments >>
In the examples shown in the above embodiments, a two-phase PFC converter is configured, but the present invention can be similarly applied to a multi-phase PFC having three or more phases. That is, three or more PFC circuits are provided, and each switching element is switched at three or more frequencies having different frequencies.
これらのスイッチング周波数は、隣接する周波数での周波数差が等しい、すなわち等間隔にしてもよい。そのことにより、極端に離れたスイッチング周波数でスイッチング素子を駆動することによる、電力変換特性や効率の低下を抑制できる。 These switching frequencies may be equal in frequency difference between adjacent frequencies, that is, at equal intervals. As a result, it is possible to suppress a decrease in power conversion characteristics and efficiency due to driving the switching element at an extremely distant switching frequency.
AC…商用交流電源
B1…ダイオードブリッジ
Co…平滑コンデンサ
P11,P12…入力端子
P21,P22…出力端子
PFC1,PFC2…スイッチング回路
PFC11,PFC12…PFC回路
PFC21,PFC22…PFC回路
PFC31,PFC32…PFC回路
Q1,Q2…スイッチング素子
Q11,Q12…スイッチング素子
Q21,Q22…スイッチング素子
11…入力電圧検出回路
12…出力電圧検出回路
20…負荷
30…スイッチング制御回路
101〜105…PFCコンバータ
AC ... commercial AC power supply B1 ... diode bridge Co ... smoothing capacitors P11, P12 ... input terminals P21, P22 ... output terminals PFC1, PFC2 ... switching circuit PFC11, PFC12 ... PFC circuit PFC21, PFC22 ... PFC circuit PFC31, PFC32 ... PFC circuit Q1 , Q2 ... switching elements Q11, Q12 ... switching elements Q21, Q22 ... switching
Claims (4)
負荷が接続される直流電圧出力部と、
インダクタと、前記交流電圧入力部から入力される電流をオン期間に前記インダクタに通電するスイッチング素子と、前記スイッチング素子のオフ期間に前記インダクタに流れる電流を通電するダイオードと、をそれぞれ含む、複数のPFC回路と、
前記PFC回路より後段で、前記PFC回路から出力される電圧を平滑して前記直流電圧出力部へ出力する平滑コンデンサと、
前記スイッチング素子の制御を行うスイッチング制御回路とを備えたPFCコンバータにおいて、
前記スイッチング制御回路は、前記複数のスイッチング素子を互いに周波数の異なる複数のスイッチング周波数でスイッチングすることを特徴とするPFCコンバータ。 An AC voltage input unit to which a commercial AC power supply is connected;
A DC voltage output unit to which a load is connected;
A plurality of inductors, a switching element that supplies current that is input from the AC voltage input unit to the inductor during an ON period, and a diode that supplies current that flows through the inductor during an OFF period of the switching element. A PFC circuit;
A smoothing capacitor that smoothes the voltage output from the PFC circuit and outputs it to the DC voltage output unit at a stage after the PFC circuit;
In a PFC converter comprising a switching control circuit for controlling the switching element,
The PFC converter, wherein the switching control circuit switches the plurality of switching elements at a plurality of switching frequencies having different frequencies.
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Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014027844A (en) * | 2012-07-30 | 2014-02-06 | Fujitsu General Ltd | Dc power supply device |
KR101387717B1 (en) * | 2012-02-06 | 2014-04-24 | 엘지전자 주식회사 | Battery charger and electric vehicle having the same |
JP2015122835A (en) * | 2013-12-20 | 2015-07-02 | 三菱電機株式会社 | Power unit, air conditioner with the same, and heat pump hot-water supply device |
JP2016082702A (en) * | 2014-10-16 | 2016-05-16 | ローム株式会社 | Switching power supply circuit |
JP2016086463A (en) * | 2014-10-23 | 2016-05-19 | 株式会社富士通ゼネラル | Power supply |
KR20190065725A (en) * | 2017-12-04 | 2019-06-12 | 엘지전자 주식회사 | Converter and power converting apparatus including same |
WO2019216138A1 (en) * | 2018-05-10 | 2019-11-14 | 三菱重工サーマルシステムズ株式会社 | Control device, converter device, motor driving device, control method, and program |
CN114257106A (en) * | 2020-09-24 | 2022-03-29 | Ip传输控股公司 | Harmonic distortion reduction system for converters connected to a common bus |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001298952A (en) * | 2000-04-14 | 2001-10-26 | Cosel Co Ltd | Switching power supply unit |
JP2003309968A (en) * | 2002-04-16 | 2003-10-31 | Hitachi Ltd | Switching power supply circuit |
JP2006187140A (en) * | 2004-12-28 | 2006-07-13 | Toshiba Corp | Converter power supply circuit |
JP2007195282A (en) * | 2006-01-17 | 2007-08-02 | Renesas Technology Corp | Power unit |
WO2009008197A1 (en) * | 2007-07-09 | 2009-01-15 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Pfc converter |
JP2009159727A (en) * | 2007-12-26 | 2009-07-16 | Toshiba Corp | Converter power supply circuit and converter power supply driving method |
-
2010
- 2010-02-18 JP JP2010033431A patent/JP5593729B2/en active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001298952A (en) * | 2000-04-14 | 2001-10-26 | Cosel Co Ltd | Switching power supply unit |
JP2003309968A (en) * | 2002-04-16 | 2003-10-31 | Hitachi Ltd | Switching power supply circuit |
JP2006187140A (en) * | 2004-12-28 | 2006-07-13 | Toshiba Corp | Converter power supply circuit |
JP2007195282A (en) * | 2006-01-17 | 2007-08-02 | Renesas Technology Corp | Power unit |
WO2009008197A1 (en) * | 2007-07-09 | 2009-01-15 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Pfc converter |
JP2009159727A (en) * | 2007-12-26 | 2009-07-16 | Toshiba Corp | Converter power supply circuit and converter power supply driving method |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101387717B1 (en) * | 2012-02-06 | 2014-04-24 | 엘지전자 주식회사 | Battery charger and electric vehicle having the same |
US9242567B2 (en) | 2012-02-06 | 2016-01-26 | Lg Electronics Inc. | Charge apparatus and electric vehicle including the same |
JP2014027844A (en) * | 2012-07-30 | 2014-02-06 | Fujitsu General Ltd | Dc power supply device |
JP2015122835A (en) * | 2013-12-20 | 2015-07-02 | 三菱電機株式会社 | Power unit, air conditioner with the same, and heat pump hot-water supply device |
JP2016082702A (en) * | 2014-10-16 | 2016-05-16 | ローム株式会社 | Switching power supply circuit |
JP2016086463A (en) * | 2014-10-23 | 2016-05-19 | 株式会社富士通ゼネラル | Power supply |
KR20190065725A (en) * | 2017-12-04 | 2019-06-12 | 엘지전자 주식회사 | Converter and power converting apparatus including same |
KR101995585B1 (en) | 2017-12-04 | 2019-07-02 | 엘지전자 주식회사 | Converter and power converting apparatus including same |
WO2019216138A1 (en) * | 2018-05-10 | 2019-11-14 | 三菱重工サーマルシステムズ株式会社 | Control device, converter device, motor driving device, control method, and program |
CN114257106A (en) * | 2020-09-24 | 2022-03-29 | Ip传输控股公司 | Harmonic distortion reduction system for converters connected to a common bus |
JP2022053492A (en) * | 2020-09-24 | 2022-04-05 | トランスポーテーション アイピー ホールディングス,エルエルシー | Harmonic distortion reduction system for converters connected to common bus |
JP7260602B2 (en) | 2020-09-24 | 2023-04-18 | トランスポーテーション アイピー ホールディングス,エルエルシー | Harmonic distortion reduction system for converters connected to a common bus |
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