JP2012147663A - 力率改善デバイス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】PFCデバイスは、AC(交流)入力電圧VACから導出された整流入力電圧Vrecを受信する受信手段と、パワーコンバーターに接続された負荷による消費電力を表す負荷値Lを決定する負荷決定手段と、参照波形Irefにしたがって、パワーコンバーターの入力電流を成形する電流成形手段(モジュール)11と、AC入力電圧VACの正側半サイクルと負側半サイクルの双方において、導通期間αの間、電流成形手段が駆動するように電流成形手段を制御する制御手段とを備える。導通期間αの長さは、負荷値Lに応じて制御される。さらに、電流成形手段は、導通期間αの開始点と終了点に略対応する位相角において、ゼロクロスする参照波形Irefにしたがって、パワーコンバーターの入力電流を成形する。
【選択図】図1
Description
パワーコンバーターの入力電流を成形するためのPFC(力率改善)デバイスであって、
AC(交流)入力電圧VACから導出された整流入力電圧Vrecを受信する受信手段と、
前記パワーコンバーターに接続(supplied)された負荷による消費電力を表す負荷値Lを決定する負荷決定手段と、
参照波形Irefにしたがって、前記パワーコンバーターの前記入力電流を成形する電流成形手段と、
前記AC入力電圧VACの正側半サイクルと負側半サイクルの双方において、導通期間αの間、前記電流成形手段が駆動するように前記電流成形手段を制御する制御手段とを備え、
前記導通期間αの長さは、前記負荷値Lに応じて制御されることを特徴とする。
AC(交流)入力電圧VACを受信する入力端子と、
負荷に電力を供給する出力端子と、
前記負荷による消費電力を表す負荷値Lを決定する負荷決定手段と、
整流入力電圧Vrecを提供するために前記AC入力電圧VACを整流する整流回路と、
誘導デバイスと、
前記誘導デバイスを介して、前記整流入力電圧Vrecを供給するように、前記誘導デバイスと前記整流回路とを制御可能に接続するスイッチング手段と、
前記AC入力電圧VACの正側半サイクルと負側半サイクルの双方において、導通期間αの間、前記誘導デバイスと前記整流回路との前記接続を可能にする導通期間制御手段と、
前記導通期間αの間、前記スイッチング手段を制御し、繰り返し前記誘導デバイスと前記整流回路との接続を行うことによって、前記誘導デバイスに流れる電流の波形を、参照波形Irefにしたがって成形する電流成形制御手段とを備え、
前記導通期間αの長さは、前記負荷値Lに応じて制御されることを特徴とする。
a)高調波電流の規格に対応するための最小導通期間
b)効率を略最大化するために演算された導通期間
前記負荷値Lが負荷下限値より小さい場合、前記導通期間αは最小導通期間αminと略等しい値であり、
前記負荷値Lが前記負荷下限値以上かつ負荷上限値以下の場合、前記導通期間αは前記最小導通期間αmin以上、かつ前記負荷値Lに応じて増加し、
前記負荷値Lが前記負荷上限値よりも大きい場合、前記導通期間αは最大導通期間αmaxに固定されるのが好ましい。
Voff=K.Vpeak …(1)
ここで、Vpeakは、前記整流入力電圧Vrecの最大値であり、Kは、少なくとも、前記負荷値Lに依存する係数である。
Iref=D.G.(Vrec−Voff) …(2)
ここで前記Dとは、1以上の乗数である。
AC(交流)入力電圧VACから導出された整流入力電圧Vrecを受信する受信手段と、
前記パワーコンバーターに接続された負荷による消費電力を表す負荷値Lを決定する負荷決定手段と、
前記負荷値Lに応じて参照オフセット電圧を決定する参照オフセット決定手段と、
参照波形にしたがって前記パワーコンバーターの前記入力電流を成形する電流成形手段と、
前記整流入力電圧が前記参照オフセット電圧以上である間、前記電流成形手段を駆動するよう制御する制御手段とを備える。
AC(交流)入力電圧VACから導出された整流入力電圧Vrecを受信する受信モジュールと、
前記パワーコンバーターに接続された負荷による消費電力を表す負荷値Lを決定する負荷決定モジュールと、
参照波形にしたがって前記パワーコンバーターの前記入力電流を成形する電流成形モジュールと、
前記AC入力電圧VACの正側半サイクルと負側半サイクルの双方において、導通期間αの間、前記電流成形手段が駆動するように前記電流成形手段を制御する制御モジュールとを備え、
前記導通期間αの長さは、前記負荷値Lに応じて制御されることを特徴とする。
AC(交流)入力電圧VACを受信し、整流入力電圧Vrecを提供する整流手段と、
前記パワーコンバーターに接続された負荷による消費電力を表す負荷値Lを決定する負荷決定手段と、
参照波形Irefにしたがって前記パワーコンバーターの前記入力電流を成形する電流成形手段と、
前記AC入力電圧VACの正側半サイクルと負側半サイクルの双方において、導通期間αの間、前記電流成形手段が動作するように、前記電流成形手段を制御する制御手段とを備え、
前記導通期間αの長さは、前記負荷値Lに応じて制御されることを特徴とする。
AC(交流)入力電圧VACを受信し、整流入力電圧Vrecを提供する整流手段と、
前記パワーコンバーターに接続された負荷による消費電力を表す負荷値Lを決定する負荷決定手段と、
参照波形Irefにしたがって前記パワーコンバーターの前記入力電流を成形する電流成形手段と、
前記負荷値に応じて参照オフセット電圧を決定する参照オフセット決定手段と、
参照波形にしたがって前記パワーコンバーターの前記入力電流を成形する電流成形手段と、
前記整流入力電圧が前記参照オフセット電圧以上である間、前記電流成形手段を駆動するよう制御する制御手段とを備える。
複数の負荷値用に、
高調波成分の規格に対応するための最少導通期間を決定する工程と、
効率を略最大化する導通期間を決定する工程と、
前記導通期間のうちより大きい導通期間を選択する工程と、
前記各負荷値用の選択した前記導通期間を得るために、前記導通期間と前記負荷値を関連付ける関数を決定する工程と、
前記関数に従って、前記導通期間/角を制御するための電力供給装置を構成する工程とを備える。
Voff=K.Vpeak …(1)
ここで、Kは下記(3)式で表される。
K=Fn(L’,A,B,C,Kmin,Kmax) …(3)
ここでL’とは、負荷値Lに対し、ローパスフィルタ施したものである。このL’は、主電源サイクル数で平均した負荷値を表す(represent)。すなわち、主電源サイクル数で平均した負荷値に対応するものである。
a)複数の負荷値を認識する。例えば、最大負荷値の何パーセントであるか、である。
b)関連する高調波規格を用いて、ターンオン位相角の限界値を演算する。すなわち、各認識された負荷値毎の、導通期間(角)αを開始することができる最大の位相角を演算する。この限界値は、高調波規格に対応すると認識された導通期間αの最も小さい値と略対応する。なぜならば、導通期間(角)αは、Vpeakをおおよその中心として、上述した遅延はあるものの、略対称となっているからである。
c)パワーコンバーターの特性分析から、各認識された負荷値毎に、効率を最大化する最適なターンオン位相角限界値を測定/演算する。この場合も、この値は、効率を最大化すると認識された最適導通期間(角)αと略対応する。
d)各認識された負荷値毎に、b)工程とc)工程で演算された2つのターンオン位相角限界値のうち、小さいほうを選択する。
e)要求されたターンオン角のサイン(sin、正弦)によってKの値を計算する。
K=Kmin+(Kmax−Kmin)×(exp(−X/constant)) …(6)
ここで、X=負荷値−Offset1である。Offset1は、第1の負荷レベルである。
If X>0
{
K=Kmin+(Kmax−Kmin)(1−(A*X−B*X2+C*X3))
If(K<Kmin) then K=Kmin
}
Else K=Kmax
である。
S=1(on) when VAC>Voff+H, and …(4)
S=0(off) when VAC<Voff …(5)
ここで、Hは、ヒステリシスを表す。
Iref=D.G.(VAC−Voff) …(2)
D=Vpeak/(Vpeak−Voff) …(9)
1)主電源の半サイクル(180度)の全て範囲で駆動する場合
2)90度で固定された導通期間(角)の範囲で動作する場合
の効率が記載されている。
Claims (25)
- パワーコンバーターの入力電流を成形するためのPFC(力率改善)デバイスであって、
AC(交流)入力電圧VACから導出された整流入力電圧Vrecを受信する受信手段と、
前記パワーコンバーターに接続された負荷による消費電力を表す負荷値Lを決定する負荷決定手段と、
参照波形Irefにしたがって、前記パワーコンバーターの前記入力電流を成形する電流成形手段と、
前記AC入力電圧VACの正側半サイクルと負側半サイクルの双方において、導通期間αの間、前記電流成形手段が駆動するように前記電流成形手段を制御する制御手段とを備え、
前記導通期間αの長さは、前記負荷値Lに応じて制御されることを特徴とするPFCデバイス。 - AC(交流)入力電圧VACを受信する入力端子と、
負荷に電力を供給する出力端子と、
前記負荷による消費電力を表す負荷値Lを決定する負荷決定手段と、
整流入力電圧Vrecを提供するために前記AC入力電圧VACを整流する整流回路と、
誘導デバイスと、
前記誘導デバイスを介して、前記整流入力電圧Vrecを供給するように、前記誘導デバイスと前記整流回路とを制御可能に接続するスイッチング手段と、
前記AC入力電圧VACの正側半サイクルと負側半サイクルの双方において、導通期間αの間、前記誘導デバイスと前記整流回路との前記接続を可能にする導通期間制御手段と、
前記導通期間αの間、前記スイッチング手段を制御し、繰り返し前記誘導デバイスと前記整流回路との接続を行うことによって、前記誘導デバイスに流れる電流の波形を、参照波形Irefにしたがって成形する電流成形制御手段とを備え、
前記導通期間αの長さは、前記負荷値Lに応じて制御されることを特徴とするパワーコンバーター回路。 - 得られた前記負荷値L用の前記導通期間αは、以下の(a)(b)の導電期間のうち、より大きいものと略等しい請求項1または2に記載のPFCデバイス/パワーコンバーター回路。
a)高調波電流の規格に対応するための最小導通期間
b)効率を略最大化するために演算された導通期間 - 前記導通期間αは、少なくとも上限値を超えるまでは、前記負荷値Lに応じて増加する請求項1または3に記載のPFCデバイス/パワーコンバーター回路。
- 前記導通期間αが前記上限値より大きい場合、前記導通期間αは固定される請求項4に記載のPFCデバイス/パワーコンバーター回路。
- 前記導通期間αが下限値より小さい場合、前記導通期間αは、固定される請求項4または5に記載のPFCデバイス/パワーコンバーター回路。
- 前記導通期間αは、前記負荷値Lに応じて、略指数関数的に増加する請求項1ないし6のいずれかに記載のPFCデバイス/パワーコンバーター回路。
- 前記負荷値Lが負荷下限値より小さい場合、前記導通期間αは最小導通期間αminと略等しい値であり、
前記負荷値Lが前記負荷下限値以上かつ負荷上限値以下の場合、前記導通期間αは前記最小導通期間αmin以上、かつ前記負荷値Lに応じて増加し、
前記負荷値Lが前記負荷上限値よりも大きい場合、前記導通期間αは最大導通期間αmaxに固定される請求項1ないし7のいずれかに記載のPFCデバイス/パワーコンバーター回路。 - 前記最小導通期間αminは、50〜70度である請求項1ないし8のいずれかに記載のPFCデバイス/パワーコンバーター回路。
- 前記負荷下限値は、50〜100Wである請求項8または9に記載のPFCデバイス/パワーコンバーター回路。
- 前記最大導通期間αmaxは、150〜170度である請求項8ないし10のいずれかに記載のPFCデバイス/パワーコンバーター回路。
- 前記導通期間αは、前記整流入力電圧Vrecの最大値Vpeakをおおよその中心として、略対称である請求項1ないし11のいずれかに記載のPFCデバイス/パワーコンバーター回路。
- 前記導通期間αの中心は、0〜10度の範囲で前記最大値Vpeakから遅延している請求項12に記載のPFCデバイス/パワーコンバーター回路。
- さらに、前記負荷値Lに応じて参照オフセット電圧Voffを決定する参照オフセット電圧決定手段を備え、
前記制御手段は、前記整流入力電圧Vrecが前記参照オフセット電圧Voff以上の間、前記電流成形手段を駆動するよう電流成形手段を制御する請求項1に従属する請求項3ないし13のいずれかに記載のPFCデバイス。 - 前記導通期間制御手段は、前記整流入力電圧Vrecが前記参照オフセット電圧Voff以上の間、前記誘導デバイスと前記整流回路との接続を可能とするよう構成され、
前記電流成形制御手段は、前記整流入力電圧Vrecが前記参照オフセット電圧Voff以上の間、前記誘導デバイスに流れる電流を成形するよう構成されている請求項2に従属する請求項3ないし13のいずれかに記載のパワーコンバーター回路。 - 前記参照オフセット電圧Voffは、下記(1)式で定められ、
Voff=K.Vpeak …(1)
Vpeakは、前記整流入力電圧Vrecの最大値であり、Kは、少なくとも、前記負荷値Lに依存する係数である請求項14または15に記載のPFCデバイス/パワーコンバーター回路。 - 前記(1)式における前記Kの値は、Kmin<K<Kmaxの範囲であり、Kmin>0、Kmax<1である請求項16に記載のPFCデバイス/パワーコンバーター回路。
- さらに、参照波形Irefを生成する波形生成手段を備えている請求項1ないし17のいずれかに記載のPFCデバイス/パワーコンバーター回路。
- 前記電流成形手段は、前記導通期間αの開始点と終了点に略対応する位相角においてゼロクロスする参照波形Irefにしたがって、前記パワーコンバーターの前記入力電流を成形するよう構成されている請求項1ないし18のいずれかに記載のPFCデバイス/パワーコンバーター回路。
- 前記電流成形手段は、前記導通期間αの間、略正弦波状の参照波形Irefにしたがって、前記パワーコンバーターの前記入力波形を成形するよう構成されている請求項1ないし19のいずれかに記載のPFCデバイス/パワーコンバーター回路。
- 前記参照波形Irefは、前記整流入力電圧Vrecと前記参照オフセット電圧Voffの差に比例する請求項1ないし20のいずれかに記載のPFCデバイス/パワーコンバーター回路。
- 前記参照オフセット電圧Voffは、前記導通期間αの開始点および/または終了点において、前記整流入力電圧Vrecと、略等しい請求項21に記載のPFCデバイス/パワーコンバーター回路。
- 前記参照波形Irefは、下記(2)式によって定められ、
Iref=D.G.(Vrec−Voff) …(2)
前記Dは、1以上の乗数である請求項20ないし22のいずれかに記載のPFCデバイス/パワーコンバーター回路。 - 電力供給装置の構成方法であって、
複数の負荷値L用に、
高調波成分の規格に対応するための最少導通期間を決定する工程と、
効率を略最大化する導通期間を決定する工程と、
前記導通期間のうちより大きい導通期間を選択する工程と、
前記各負荷値用の選択した前記導通期間を得るために、前記導通期間と前記負荷値を関連付ける関数を決定する工程と、
前記関数に従って、前記導通期間/角を制御する電力供給装置を構成する工程とを備えることを特徴とする電力供給装置の構成方法。 - 前記関数は、指数関数である請求項24に記載の電力供給装置の構成方法。
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