JP2018042427A - Power leveling device - Google Patents

Power leveling device Download PDF

Info

Publication number
JP2018042427A
JP2018042427A JP2016176576A JP2016176576A JP2018042427A JP 2018042427 A JP2018042427 A JP 2018042427A JP 2016176576 A JP2016176576 A JP 2016176576A JP 2016176576 A JP2016176576 A JP 2016176576A JP 2018042427 A JP2018042427 A JP 2018042427A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power
unit
voltage
converter
output
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.)
Granted
Application number
JP2016176576A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6156562B1 (en
Inventor
信幸 多和田
Nobuyuki Tawada
信幸 多和田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP2016176576A priority Critical patent/JP6156562B1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6156562B1 publication Critical patent/JP6156562B1/en
Priority to PCT/JP2017/028881 priority patent/WO2018047571A1/en
Publication of JP2018042427A publication Critical patent/JP2018042427A/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/001Hot plugging or unplugging of load or power modules to or from power distribution networks
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power leveling device capable of improving power conversion efficiency by narrowing an input voltage range of a DC/DC converter for supplying power to a load.SOLUTION: A power leveling device comprises: a power factor improvement unit 12 that receives input of AC power of an AC power supply 11 to output DC power; a power storage element 13 connected to the power factor improvement unit's output side; a step-up type power conversion unit 14 that receives input of DC power from the power factor improvement unit and power storage element; a bypass circuit 15 that bypasses the step-up type power conversion unit when the DC power from the power factor improvement unit and power storage element is sufficient for load power consumption; and a DC/DC converter that receives output power of the bypass circuit and step-up type power conversion unit to output DC power to be supplied to a load. The step-up type power conversion unit comprises a power conversion drive unit 14f for driving a step-up unit so that the output power suppresses an input voltage variation of the DC/DC converter.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、負荷電力変動を抑制して電力平準化を行なう電力平準化装置に関する。   The present invention relates to a power leveling device that performs power leveling while suppressing fluctuations in load power.

近年、クラウドコンピューティングやビッグデータ解析需要の拡大に伴い、データセンター内において、複数のコンピュータが同期して動作するシステムが増加している。コンピュータは、CPUの動作状態等により瞬間的に消費電力が変動するため、複数台のコンピュータが同調して動作すると瞬間的に大きな消費電力が発生しその電力を供給する入力系統に負担が掛かっている(例えば、トランス、発電機等のうなり、ケーブルやブレーカなどの配電設備への過大なストレス)。   In recent years, with an increase in demand for cloud computing and big data analysis, systems in which a plurality of computers operate synchronously in a data center are increasing. Since the power consumption of a computer fluctuates instantaneously depending on the operating state of the CPU, etc., when a plurality of computers operate in synchronism, a large amount of power is instantaneously generated, placing a burden on the input system that supplies the power. (For example, excessive stress on power distribution equipment such as a beat of a transformer, a generator, or a cable or a breaker).

一方、高速化・大容量かにより電算機システム全体の消費電力が肥大化しており、電力供給ユニット(PSU)等の電力変換部の損失低減要求が強くなっている。   On the other hand, the power consumption of the entire computer system has increased due to speeding up and large capacity, and there is a strong demand for reducing the loss of power conversion units such as power supply units (PSUs).

負荷電力変動を入力側に伝えないように電力平準化を行なうために、図2に示すように、ダイオードブリッジ回路100で交流電力を直流電力に変換し、アクティブ型の力率改善回路(PFC)101で昇圧して入力コンデンサ102に蓄積し、このコンデンサ102の出力をDC−DCコンバータ103で負荷104に応じた直流電力を出力するようにしている(例えば、特許文献1参照)。   In order to perform power leveling so as not to transmit the load power fluctuation to the input side, as shown in FIG. 2, the diode bridge circuit 100 converts AC power into DC power, and an active power factor correction circuit (PFC). The voltage is boosted by 101 and accumulated in the input capacitor 102, and the output of the capacitor 102 is output by the DC-DC converter 103 according to the load 104 (for example, see Patent Document 1).

米国特許第5960207号US Pat. No. 5,960,207

ところで、一般的に、DC−DCコンバータ103の入力電圧範囲が狭いほど高効率化が可能である(トランス巻数比を上げることで、2次側部品の低耐圧化、1次回路の電流抑制による効果等)。例えば、DC−DCコンバータの入力電圧範囲が360〜400Vである場合と、入力電圧範囲が250〜400Vである場合とを比較すると、入力電圧範囲が360〜400Vの方が、入力電圧範囲が250〜400Vである場合に比較して2%程度効率が良くなる。   By the way, generally, the narrower the input voltage range of the DC-DC converter 103, the higher the efficiency is possible (by increasing the transformer turns ratio, lowering the breakdown voltage of the secondary side parts, and suppressing the current of the primary circuit Effect). For example, comparing the case where the input voltage range of the DC-DC converter is 360 to 400V and the case where the input voltage range is 250 to 400V, the input voltage range is 250 to 400V. The efficiency is improved by about 2% compared to the case of ~ 400V.

しかし、上述した複数のコンピュータが同期して動作するシステムのように負荷変動が大きい場合には、DC−DCコンバータ103は広い入力電圧範囲で動作する必要があるため変換効率が低下するという課題がある。   However, when the load fluctuation is large as in the above-described system in which a plurality of computers operate in synchronization, the DC-DC converter 103 needs to operate in a wide input voltage range, so that there is a problem that the conversion efficiency decreases. is there.

すなわち、図3(a)で実線図示のように、負荷電力が周期的に変化する場合には、力率改善回路101で賄えない電力を入力コンデンサ102で賄って負荷電力の変動を吸収し、入力側に電力変動を伝達させないようにする。このため、入力コンデンサ102の電圧は、破線図示のように周期的に減少および増加を繰り返し、この入力コンデンサ102の電圧を後段のDC−DCコンバータにより、電圧を一定化させて負荷に供給する。この場合には、DC−DCコンバータ103を広い入力範囲とせざるを得ない。   That is, as shown by the solid line in FIG. 3A, when the load power changes periodically, the power that cannot be supplied by the power factor correction circuit 101 is supplied by the input capacitor 102 to absorb the fluctuation of the load power. The power fluctuation is not transmitted to the input side. For this reason, the voltage of the input capacitor 102 repeatedly decreases and increases periodically as shown by the broken line, and the voltage of the input capacitor 102 is supplied to the load after being stabilized by the DC-DC converter at the subsequent stage. In this case, the DC-DC converter 103 must be in a wide input range.

しかしながら、上述した複数のコンピュータが同期して動作するシステムでは、図3(b)で実線図示のように、負荷電力の変動が周期的ではなく、例えば短時間の電力変動が2回生じた後に、しばらく負荷変動がない状態が継続する場合が多い。このような負荷変動の場合、入力コンデンサ102の電圧は、破線図示のように負荷変動が生じたときに、負荷変動に応じた減少および増加を繰り返すが、負荷変動を生じていない場合には、力率改善回路101の出力電圧を保持することになる。このため、負荷変動を生じていない期間でDC−DCコンバータ103の電力変換効率が無駄に悪くなってしまう。   However, in the above-described system in which a plurality of computers operate in synchronization, as shown by the solid line in FIG. 3B, the load power fluctuation is not periodic, for example, after a short-time power fluctuation occurs twice. In many cases, there is no load fluctuation for a while. In the case of such a load fluctuation, the voltage of the input capacitor 102 repeatedly decreases and increases according to the load fluctuation when the load fluctuation occurs as shown by a broken line, but when the load fluctuation does not occur, The output voltage of the power factor correction circuit 101 is held. For this reason, the power conversion efficiency of the DC-DC converter 103 is unnecessarily deteriorated during a period in which no load fluctuation occurs.

そこで、本発明は、上述した従来例の課題に着目してなされたものであり、入力電圧範囲を狭くして電力変換効率を向上させることができる電力平準化装置を提供することを目的としている。   Therefore, the present invention has been made paying attention to the problems of the above-described conventional example, and an object thereof is to provide a power leveling apparatus capable of improving the power conversion efficiency by narrowing the input voltage range. .

上記目的を達成するために、本発明に係る電力平準化装置の一態様は、交流電源の交流電力が入力されて直流電力を出力する力率改善部と、この力率改善部の出力側に接続された蓄電素子と、力率改善部および蓄電素子の直流電力が入力される昇圧形電力変換部と、力率改善部および蓄電素子の直流電力で負荷消費電力を賄えるときに昇圧形電力変換部をバイパスするバイパス回路と、このバイパス回路および昇圧形電力変換部の出力電力が入力されて負荷に供給する直流電力を出力するDC/DCコンバータとを備え、昇圧形電力変換部は、前記出力電力がDC/DCコンバータの入力電圧変動を抑制するように昇圧部を駆動する電力変換駆動部を備えている。   In order to achieve the above object, an aspect of the power leveling apparatus according to the present invention includes a power factor improvement unit that receives AC power of an AC power supply and outputs DC power, and an output side of the power factor improvement unit. The connected power storage device, the power factor improvement unit and the boost power conversion unit to which the DC power of the power storage device is inputted, and the boost power conversion when the DC power of the power factor improvement unit and the power storage device can cover the load power consumption A bypass circuit that bypasses the output section, and a DC / DC converter that outputs DC power supplied to the load when the output power of the bypass circuit and the boost power converter is input. The boost power converter includes the output A power conversion drive unit that drives the boosting unit so that the power suppresses the input voltage fluctuation of the DC / DC converter is provided.

本発明の一態様によれば、力率改善部および蓄電素子から入力される直流電力を昇圧形電力変換部で昇圧して負荷に電力を供給するDC/DCコンバータに入力するので、DC/DCコンバータの入力電圧範囲を狭くして入力電力を平準化することができる。   According to one aspect of the present invention, the DC power input from the power factor improving unit and the storage element is boosted by the boost power converter and input to the DC / DC converter that supplies power to the load. The input voltage range of the converter can be narrowed to equalize the input power.

本発明に係る電力平準化装置の第1の実施形態を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a first embodiment of a power leveling apparatus according to the present invention. 従来例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows a prior art example. 従来例の負荷電圧変動とコンデンサ電圧との関係を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the relationship between the load voltage fluctuation | variation and capacitor voltage of a prior art example.

次に、図面を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。以下の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。ただし、図面は模式的なものである。   Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic.

また、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。   Further, the embodiment described below exemplifies an apparatus and a method for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention describes the structure, arrangement, etc. of components as follows. It is not something specific. The technical idea of the present invention can be variously modified within the technical scope defined by the claims described in the claims.

まず、本発明の一の態様を表す電力平準化装置の第1の実施形態について図1および図2を伴って説明する。   First, a first embodiment of a power leveling device representing one aspect of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

電力平準化装置10は、図1に示すように、例えば230Vの交流電力を出力する交流電源11と、この交流電源11からの交流電力が入力される力率改善部12と、この力率改善部12の出力側に接続された蓄電素子13と、力率改善部(PFC)12および蓄電素子13の直流電力が入力される昇圧形電力変換部14と、この昇圧形電力変換部14をバイパスするバイパススイッチ15と、昇圧形電力変換部14の出力およびバイパススイッチ15の出力が入力されて負荷17に電力を供給するDC/DCコンバータ16とを備えている。   As shown in FIG. 1, the power leveling device 10 includes an AC power source 11 that outputs, for example, 230 V AC power, a power factor improvement unit 12 that receives AC power from the AC power source 11, and this power factor improvement. The power storage device 13 connected to the output side of the unit 12, the power factor correction unit (PFC) 12, the boost power converter 14 to which the DC power of the power storage device 13 is input, and the boost power converter 14 are bypassed And a DC / DC converter 16 that receives the output of the step-up power converter 14 and the output of the bypass switch 15 and supplies power to the load 17.

力率改善部12は、交流電力を直流電圧に変換する整流機能と、力率改善機能と、入力電流が予め設定した出力制限電圧(例えば400V)を超えないように、定電力制御電圧垂下特性を有する定電圧出力制御機能とを備えている。   The power factor improving unit 12 has a rectifying function for converting AC power into a DC voltage, a power factor improving function, and a constant power control voltage drooping characteristic so that the input current does not exceed a preset output limit voltage (for example, 400 V). And a constant voltage output control function.

蓄電素子13は、充放電可能な素子であって、電気2重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、電解コンデンサ、各種バッテリ(鉛、アルカリ、リチウムイオン他)等を適用することができる。   The storage element 13 is a chargeable / dischargeable element, and an electric double layer capacitor, a lithium ion capacitor, an electrolytic capacitor, various batteries (lead, alkali, lithium ion, etc.), and the like can be applied.

昇圧形電力変換部14は、昇圧形チョッパ回路の構成を有する。すなわち、昇圧形電力変換部14は、力率改善部12および蓄電素子13から出力される直流電力が入力されるインダクタ14aおよびダイオード14bの直列回路と、インダクタ14aおよびダイオード14bのアノード間の接続点と接地との間に接続されたスイッチング素子14cと、ダイオード14bのカソードと接地との間に接続された平滑用コンデンサ14dとを備えている。そして、ダイオード14bと平滑用コンデンサ14dの接続点がDC/DCコンバータ16に接続されている。   The step-up power conversion unit 14 has a configuration of a step-up chopper circuit. That is, boost type power conversion unit 14 is a connection point between a series circuit of inductor 14a and diode 14b to which DC power output from power factor improvement unit 12 and power storage element 13 is input, and an anode of inductor 14a and diode 14b. And a switching capacitor 14d connected between the cathode of the diode 14b and the ground. A connection point between the diode 14 b and the smoothing capacitor 14 d is connected to the DC / DC converter 16.

昇圧形電力変換部14は、さらに出力電圧監視部14eと電力変換駆動部14fとを備えている。出力電圧監視部14eは、平滑用コンデンサ14dの端子電圧Vcを検出し、この端子電圧Vcが設定電圧Vref1(例えば370V)未満であるときにバイパススイッチ15をオフ状態とし、端子電圧Vcが設定電圧Vref1以上となったときに、バイパススイッチ15をオン状態に制御する。この電圧監視部14eは、コンパレータCP1を有し、このコンパレータCP1の非反転入力端子に平滑用コンデンサ14dの端子電圧Vcが入力され、反転入力端子に設定電圧Vref1が入力されている。   The step-up power converter 14 further includes an output voltage monitor 14e and a power conversion driver 14f. The output voltage monitoring unit 14e detects the terminal voltage Vc of the smoothing capacitor 14d. When the terminal voltage Vc is less than the set voltage Vref1 (eg, 370 V), the output voltage monitoring unit 14e turns off the bypass switch 15, and the terminal voltage Vc is set to the set voltage. When Vref1 or more is reached, the bypass switch 15 is controlled to be on. The voltage monitoring unit 14e has a comparator CP1, the terminal voltage Vc of the smoothing capacitor 14d is input to the non-inverting input terminal of the comparator CP1, and the set voltage Vref1 is input to the inverting input terminal.

したがって、コンパレータCP1は、Vc<Vref1であるときにローレベルのスイッチ駆動信号Sswを、バイパススイッチ15を構成する例えばNチャネルの電界効果トランジスタのゲートに出力する。また、コンパレータCP1は、Vc≧Vref1であるときにハイレベルのスイッチ駆動信号Sswを、バイパススイッチ15を構成する例えばNチャネルの電界効果トランジスタのゲートに出力する。   Therefore, the comparator CP1 outputs a low-level switch drive signal Ssw to, for example, the gate of an N-channel field effect transistor that constitutes the bypass switch 15 when Vc <Vref1. The comparator CP1 outputs a high-level switch drive signal Ssw to, for example, the gate of an N-channel field effect transistor constituting the bypass switch 15 when Vc ≧ Vref1.

電力変換駆動部14fは、オペアンプOP1と、PWM信号生成回路20とを備えている。オペアンプOP1は、反転入力端子に平滑用コンデンサ14dの端子間電圧Vcが入力され、非反転入力端子に例えば380Vに設定された参照電圧Vref2が入力されている。したがって、オペアンプOP1からVc<Vref2であるときに参照電圧Vref2と端子間電圧Vcとの差分の電圧レベルとなり、Vc≧Vref2であるときに“0”となる駆動制御信号SdをPWM信号生成回路20に出力する。   The power conversion drive unit 14f includes an operational amplifier OP1 and a PWM signal generation circuit 20. In the operational amplifier OP1, the voltage Vc between the terminals of the smoothing capacitor 14d is input to the inverting input terminal, and the reference voltage Vref2 set to 380 V, for example, is input to the non-inverting input terminal. Therefore, the PWM control signal generation circuit 20 generates a drive control signal Sd that is a differential voltage level between the reference voltage Vref2 and the inter-terminal voltage Vc when the Vc <Vref2 from the operational amplifier OP1, and becomes “0” when Vc ≧ Vref2. Output to.

PWM信号生成回路20は、オペアンプOP1から入力される駆動制御信号Scと三角波又は鋸歯状波のキャリア信号とを比較して駆動制御信号Scの電圧レベルに応じたPWM信号をスイッチング素子14cのゲートに入力供給する。   The PWM signal generation circuit 20 compares the drive control signal Sc input from the operational amplifier OP1 with a triangular wave or sawtooth wave carrier signal, and outputs a PWM signal corresponding to the voltage level of the drive control signal Sc to the gate of the switching element 14c. Supply input.

DC/DCコンバータ16は、昇圧形電力変換部14から出力される直流電力またはバイパススイッチ15を介して力率改善部12および蓄電素子13から出力される直流電力が供給され、これら直流電力を負荷17が必要とする例えば12Vの直流電圧に降圧して負荷17に出力する。   The DC / DC converter 16 is supplied with DC power output from the step-up power converter 14 or DC power output from the power factor improving unit 12 and the storage element 13 via the bypass switch 15 and loads these DC powers. The voltage is stepped down to a DC voltage of 12 V, for example, required by 17 and output to load 17.

負荷17は、データセンター内において、複数のコンピュータが同期して動作するシステムであり、複数のコンピュータの動作状況に応じて消費電力が変動する。
次に、上記実施形態の動作を説明する。
The load 17 is a system in which a plurality of computers operate synchronously in the data center, and the power consumption fluctuates according to the operation status of the plurality of computers.
Next, the operation of the above embodiment will be described.

今、交流電源11からの交流電力が力率改善部12で定電圧(例えば400V)の直流電力に変換されて出力されており、この直流電力が蓄電素子13に充電されているものとする。この状態で、負荷17での消費電力も少ない場合には、昇圧形電力変換部14の平滑用コンデンサ14dの端子電圧Vcが力率改善部12から出力される直流電力と略等しい400Vとなっている。   Now, it is assumed that the AC power from the AC power source 11 is converted into a DC voltage having a constant voltage (for example, 400 V) by the power factor improving unit 12 and is output, and this DC power is charged in the storage element 13. In this state, when the power consumption in the load 17 is also small, the terminal voltage Vc of the smoothing capacitor 14d of the boost type power converter 14 is 400 V which is substantially equal to the DC power output from the power factor improving unit 12. Yes.

このため、昇圧形電力変換部14の出力電圧監視部14eのコンパレータCP1でVref≦Vcとなり、コンパレータCP1からハイレベルのスイッチ駆動信号Sswがバイパススイッチ15に出力され、このバイパススイッチ15がオン状態に制御される。   Therefore, Vref ≦ Vc is satisfied by the comparator CP1 of the output voltage monitoring unit 14e of the boost type power conversion unit 14, and the high level switch drive signal Ssw is output from the comparator CP1 to the bypass switch 15, and the bypass switch 15 is turned on. Be controlled.

したがって、昇圧形電力変換部14がバイパススイッチ15によってバイパスされ、力率改善部12および蓄電素子13から出力される直流電力が直接DC/DCコンバータ16に供給される。このDC/DCコンバータ16で負荷17が必要とする例えば12Vの直流電圧に降圧されて負荷17に供給される。   Therefore, boost type power conversion unit 14 is bypassed by bypass switch 15, and direct-current power output from power factor improvement unit 12 and power storage element 13 is directly supplied to DC / DC converter 16. The DC / DC converter 16 steps down the voltage to, for example, a 12V DC voltage required by the load 17 and supplies the voltage to the load 17.

このとき、昇圧形電力変換部14の電力変換駆動部14fでは、平滑用コンデンサ14dの端子間電圧Vcが400Vと高い電圧となっており、参照電圧Vref2よりも高いので、オペアンプOP1から出力される駆動制御信号Sdがローレベルとなる。このため、PWM信号生成回路20からはPWM信号が出力されず、スイッチング素子14cはオフ状態を維持する。このため、昇圧形電力変換部14は昇圧動作を停止している。   At this time, in the power conversion drive unit 14f of the boost type power conversion unit 14, the voltage Vc between the terminals of the smoothing capacitor 14d is as high as 400V, which is higher than the reference voltage Vref2, and is output from the operational amplifier OP1. The drive control signal Sd becomes a low level. For this reason, no PWM signal is output from the PWM signal generation circuit 20, and the switching element 14c maintains the OFF state. For this reason, the step-up power converter 14 stops the step-up operation.

この負荷17の消費電力が少ない状態から、負荷17の消費電力が増加し、この負荷17の消費電力を力率改善部12の直流電力で賄えない場合には、不足分を蓄電素子13の直流電力で賄なうことになる。この状態となると、蓄電素子13の蓄電電圧が放電されることにより力率改善部12および蓄電素子13の合計電圧が低下する。この合計電圧の低下の影響が、バイパススイッチ15を介して昇圧形電力変換部14の平滑用コンデンサ14dの端子間電圧Vcにも伝達され、端子間電圧Vcも減少する。   When the power consumption of the load 17 increases from the state where the power consumption of the load 17 is low and the power consumption of the load 17 cannot be covered by the DC power of the power factor improvement unit 12, It will be covered by DC power. If it will be in this state, the total voltage of the power factor improvement part 12 and the electrical storage element 13 will fall by discharging the electrical storage voltage of the electrical storage element 13. FIG. The influence of the decrease in the total voltage is also transmitted to the inter-terminal voltage Vc of the smoothing capacitor 14d of the boost type power converter 14 via the bypass switch 15, and the inter-terminal voltage Vc is also decreased.

このように端子間電圧Vcが減少し、参照電圧Vref2未満となると、電力変換駆動部14fのオペアンプOP1から参照電圧Vref2と端子間電圧Vcとの差分の電圧レベルの駆動制御信号Sdが出力される。この駆動制御信号SdがPWM信号生成回路20に入力されるので、このPWM信号生成回路20から駆動制御信号Sdの電圧レベルに応じたパルス幅のPWM信号がスイッチング素子14cに出力される。このため、スイッチング素子14cがスイッチング制御されて昇圧動作が開始される。   Thus, when the inter-terminal voltage Vc decreases and becomes less than the reference voltage Vref2, the operational control OP1 of the power conversion drive unit 14f outputs the drive control signal Sd having a voltage level that is the difference between the reference voltage Vref2 and the inter-terminal voltage Vc. . Since the drive control signal Sd is input to the PWM signal generation circuit 20, a PWM signal having a pulse width corresponding to the voltage level of the drive control signal Sd is output from the PWM signal generation circuit 20 to the switching element 14c. For this reason, the switching element 14c is subjected to switching control, and the boosting operation is started.

したがって、力率改善部12の直流電圧と蓄電素子13の直流電圧の合計電圧が昇圧形電力変換部14の380Vまで昇圧する昇圧チョッパ動作が開始される。この状態でも、平滑用コンデンサ14dの端子間電圧Vcがさらに減少して370V未満まで低下すると、電圧監視部14eのコンパレータCP1からローレベルのスイッチ駆動信号Sswが出力される。このローレベルのスイッチ駆動信号Sswによってバイパススイッチ15がオフ状態に制御される。   Therefore, a boost chopper operation is started in which the total voltage of the DC voltage of power factor improving unit 12 and the DC voltage of power storage element 13 is boosted to 380 V of boost power conversion unit 14. Even in this state, when the inter-terminal voltage Vc of the smoothing capacitor 14d is further reduced to less than 370 V, the low-level switch drive signal Ssw is output from the comparator CP1 of the voltage monitoring unit 14e. By this low level switch drive signal Ssw, the bypass switch 15 is controlled to be turned off.

このため、力率改善部12および蓄電素子13の直流電力が昇圧形電力変換部14によって380Vまで昇圧される。しかしながら、負荷17での消費電力が多い場合には、平滑用コンデンサ14dの端子間電圧Vcが参照電圧Vref2を下回る状態が継続し、端子間電圧Vcの低下に応じてオペアンプOP1から出力される駆動制御信号Sdの電圧レベルが高くなる。このため、PWM信号生成回路20から出力されるPWM信号のパルス幅が広くなり、スイッチング素子14cのオン状態の区間も広くなることから力率改善部12および蓄電素子13の電圧低下分を補う昇圧が行なわれる。このため、DC/DCコンバータ16に入力される入力電圧の大幅な低下を抑制することができ、入力電力を平準化することができる。   For this reason, the DC power of the power factor correction unit 12 and the storage element 13 is boosted to 380 V by the boost type power conversion unit 14. However, when the power consumption at the load 17 is large, the voltage Vc between the terminals of the smoothing capacitor 14d continues to be lower than the reference voltage Vref2, and the drive output from the operational amplifier OP1 according to the decrease in the voltage Vc between the terminals. The voltage level of the control signal Sd increases. For this reason, the pulse width of the PWM signal output from the PWM signal generation circuit 20 is widened, and the on-state interval of the switching element 14c is also widened, so that the boosting to compensate for the voltage drop of the power factor improving unit 12 and the storage element 13 Is done. For this reason, a significant decrease in the input voltage input to the DC / DC converter 16 can be suppressed, and the input power can be leveled.

このため、DC/DCコンバータ16の入力電圧範囲を狭めることができ、電力変換効率を向上させることができる。しかも、負荷17の消費電力が少ない場合には、バイパススイッチ15によって、昇圧形電力変換部14がバイパスされるとともに、昇圧形電力変換部14の動作自体も停止されるので、より電力変換効率を向上させることができる。   For this reason, the input voltage range of the DC / DC converter 16 can be narrowed, and the power conversion efficiency can be improved. In addition, when the power consumption of the load 17 is small, the boost switch power converter 14 is bypassed by the bypass switch 15 and the operation of the boost power converter 14 is also stopped. Can be improved.

さらに、バイパススイッチ15としてオン抵抗の少ない電界効果トランジスタとの半導体スイッチング素子を適用することにより、オン抵抗による損失低減することができる。   Furthermore, by applying a semiconductor switching element with a field effect transistor having a low on-resistance as the bypass switch 15, it is possible to reduce the loss due to the on-resistance.

なお、上記実施形態では、バイパススイッチ15で、昇圧形電力変換部14をバイパスするようにした場合について説明したが、これに限定されるものではなく、バイパス回路としてアノードを力率改善部12および蓄電素子13側とし、カソードをDC/DCコンバータ側とするダイオードを適用することもできる。この場合に、バイパススイッチ15のようにスイッチ駆動信号Sswを必要としないので、電圧監視部14eを省略することができる。   In the above-described embodiment, the case where the boost power converter 14 is bypassed by the bypass switch 15 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the anode is used as a bypass circuit. A diode having the power storage element 13 side and the cathode being the DC / DC converter side can also be applied. In this case, since the switch drive signal Ssw is not required unlike the bypass switch 15, the voltage monitoring unit 14e can be omitted.

10…電力平準化装置、11…交流電源、12…力率改善部、13…蓄電素子、14…昇圧形電力変換部、14a…インダクタ、14b…ダイオード、14c…スイッチング素子、14d…平滑用コンデンサ、14e…電圧監視部、14f…電力変換駆動部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Power leveling apparatus, 11 ... AC power supply, 12 ... Power factor improvement part, 13 ... Power storage element, 14 ... Boost type power conversion part, 14a ... Inductor, 14b ... Diode, 14c ... Switching element, 14d ... Smoothing capacitor , 14e ... voltage monitoring unit, 14f ... power conversion drive unit

上記目的を達成するために本発明に係る電力平準化装置の一態様は、複数の負荷の動作状況に応じて消費電力が変動するシステムに適用する電力平準化装置であって、交流電源の交流電力が入力されて直流電力を出力する力率改善部と、この力率改善部の出力側に接続された蓄電素子と、力率改善部および蓄電素子の直流電力が入力される昇圧形電力変換部と、力率改善部および蓄電素子の直流電力で負荷消費電力を賄えるときに昇圧形電力変換部をバイパスするバイパス回路と、このバイパス回路および昇圧形電力変換部の出力電力が入力されて負荷に供給する直流電力を出力するDC/DCコンバータとを備え、力率改善部は、交流電力を変換し、出力制限電圧を超えないように、定電力垂下特性を有する定電圧出力機能を有し、昇圧形電力変換部は、出力電力がDC/DCコンバータの入力電圧変動を抑制するように出力制限電圧より低い電圧で昇圧部を駆動する電力変換駆動部を備えている。 In order to achieve the above object, one aspect of a power leveling apparatus according to the present invention is a power leveling apparatus applied to a system in which power consumption fluctuates according to operating conditions of a plurality of loads, Power factor improving unit that receives power and outputs DC power, a storage element connected to the output side of the power factor improving unit, and boost power conversion that receives DC power of the power factor improving unit and the storage element And a bypass circuit that bypasses the boost power converter when the DC power of the power factor improving unit and the storage element can cover the load power consumption, and the output power of the bypass circuit and the boost power converter is input to the load circuit DC / DC converter that outputs DC power to be supplied to the power factor correction unit has a constant voltage output function having constant power drooping characteristics so that the AC power is converted and the output limit voltage is not exceeded. , step-up Power conversion unit, the output power and a power converter driving unit for driving the step-up unit at a voltage lower than the output limit voltage so as to suppress an input voltage change of the DC / DC converter.

Claims (5)

交流電源の交流電力が入力されて直流電力を出力する力率改善部と、
該力率改善部の出力側に接続された蓄電素子と、
前記力率改善部および前記蓄電素子の直流電力が入力される昇圧形電力変換部と、
前記力率改善部および前記蓄電素子の直流電力で負荷消費電力を賄えるときに前記昇圧形電力変換部をバイパスするバイパス回路と、
該バイパス回路および前記昇圧形電力変換部の出力電力が入力されて負荷に供給する直流電力を出力するDC/DCコンバータとを備え、
前記昇圧形電力変換部は、前記出力電力が前記DC/DCコンバータの入力電圧変動を抑制するように昇圧部を駆動する電力変換駆動部を備えている
ことを特徴とする電力平準化装置。
A power factor correction unit that receives AC power from an AC power source and outputs DC power;
A power storage device connected to the output side of the power factor correction unit;
A step-up power conversion unit to which DC power of the power factor improvement unit and the storage element is input;
A bypass circuit that bypasses the step-up power converter when the load power consumption can be covered by DC power of the power factor improving unit and the storage element;
A DC / DC converter that outputs the DC power supplied to the load when the output power of the bypass circuit and the step-up power converter is input;
The step-up power conversion unit includes a power conversion drive unit that drives the step-up unit so that the output power suppresses fluctuations in the input voltage of the DC / DC converter.
前記力率改善部は、交流電力を変換し、電力垂下特性を有する定電圧の直流電力を出力するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の電力平準化装置。   The power leveling device according to claim 1, wherein the power factor improving unit is configured to convert AC power and output DC power having a constant voltage having power drooping characteristics. 前記昇圧形電力変換部は、昇圧形チョッパ回路を備え、該昇圧形チョッパ回路は、前記力率改善部および前記蓄電素子から直流電力が供給されるインダクタとダイオードの直列回路と、前記インダクタおよびダイオードのアノードの接続点と接地との間に接続されたスイッチング素子と、前記ダイオードのカソードと接地との間に接続された平滑用コンデンサとを備えていることを特徴とする請求項1又は2に記載の電力平準化装置。   The step-up power conversion unit includes a step-up chopper circuit, and the step-up chopper circuit includes a series circuit of an inductor and a diode to which DC power is supplied from the power factor improvement unit and the storage element, and the inductor and the diode. 3. A switching element connected between a connection point of the anode and a ground, and a smoothing capacitor connected between the cathode of the diode and the ground. The power leveling device described. 前記電力変換駆動部は、前記平滑用コンデンサの端子電圧を検出し、該端子電圧が第2設定電圧に達していないときに端子電圧と第2設定電圧との差に応じた電圧レベルの電圧制御信号を出力するオペアンプと、該オペアンプから出力される電圧制御信号に基づいてパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調部とを備え、前記パルス幅変調部で生成したパルス幅変調信号を前記スイッチング素子に供給することを特徴とする請求項3に記載の電力平準化装置。   The power conversion drive unit detects a terminal voltage of the smoothing capacitor, and when the terminal voltage does not reach the second set voltage, voltage control of a voltage level according to a difference between the terminal voltage and the second set voltage An operational amplifier that outputs a signal, and a pulse width modulation unit that generates a pulse width modulation signal based on a voltage control signal output from the operational amplifier, the pulse width modulation signal generated by the pulse width modulation unit being the switching element The power leveling device according to claim 3, wherein the power leveling device is supplied to the power leveling device. 前記バイパス回路がバイパススイッチで構成され、前記昇圧形電力変換部は、前記平滑用コンデンサの端子電圧を検出し、該端子電圧が第1設定電圧に達していないときに前記バイパススイッチをオフ状態に制御し、前記端子電圧が設定電圧に達したときに前記バイパススイッチをオン状態に制御する電圧監視部を備えることを特徴とする請求項3に記載の電力平準化装置。   The bypass circuit includes a bypass switch, and the boost power converter detects a terminal voltage of the smoothing capacitor, and turns the bypass switch off when the terminal voltage does not reach the first set voltage. The power leveling device according to claim 3, further comprising a voltage monitoring unit that controls and controls the bypass switch to an ON state when the terminal voltage reaches a set voltage.
JP2016176576A 2016-09-09 2016-09-09 Electric power leveling device Active JP6156562B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016176576A JP6156562B1 (en) 2016-09-09 2016-09-09 Electric power leveling device
PCT/JP2017/028881 WO2018047571A1 (en) 2016-09-09 2017-08-09 Power leveling device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016176576A JP6156562B1 (en) 2016-09-09 2016-09-09 Electric power leveling device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP6156562B1 JP6156562B1 (en) 2017-07-05
JP2018042427A true JP2018042427A (en) 2018-03-15

Family

ID=59272953

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016176576A Active JP6156562B1 (en) 2016-09-09 2016-09-09 Electric power leveling device

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6156562B1 (en)
WO (1) WO2018047571A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020092489A (en) * 2018-12-03 2020-06-11 三菱電機株式会社 Lighting device, illumination equipment, and power supply device

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021158712A (en) * 2020-03-25 2021-10-07 Tdk株式会社 Switching power source device and switching power source system

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012090476A (en) * 2010-10-21 2012-05-10 Fujitsu Telecom Networks Ltd Power supply unit
WO2014132452A1 (en) * 2013-03-01 2014-09-04 富士電機株式会社 Power supply system
JP2014176264A (en) * 2013-03-12 2014-09-22 Auto Network Gijutsu Kenkyusho:Kk Booster and power unit

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007066724A (en) * 2005-08-31 2007-03-15 Kasuga Electric Works Ltd Fuel cell power generation system
JP5447093B2 (en) * 2009-04-08 2014-03-19 パナソニック株式会社 Power circuit
WO2012014273A1 (en) * 2010-07-26 2012-02-02 富士通株式会社 Information processing system, uninterruptible power-supply system, and process allocation control system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012090476A (en) * 2010-10-21 2012-05-10 Fujitsu Telecom Networks Ltd Power supply unit
WO2014132452A1 (en) * 2013-03-01 2014-09-04 富士電機株式会社 Power supply system
JP2014176264A (en) * 2013-03-12 2014-09-22 Auto Network Gijutsu Kenkyusho:Kk Booster and power unit

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020092489A (en) * 2018-12-03 2020-06-11 三菱電機株式会社 Lighting device, illumination equipment, and power supply device
JP7247558B2 (en) 2018-12-03 2023-03-29 三菱電機株式会社 Lighting devices, luminaires and power supplies

Also Published As

Publication number Publication date
JP6156562B1 (en) 2017-07-05
WO2018047571A1 (en) 2018-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108093661B (en) Adapter and charging control method
CN107836066B (en) Adapter and charging control method
US9735619B2 (en) Power conversion device
US8138731B2 (en) Power regulation for large transient loads
US10211719B2 (en) Power converter
US20120091978A1 (en) Dc-dc converter
US8629670B2 (en) Switching adapter control method for adaptive mobile power systems
JP2008131736A (en) Distributed power system and step-up/step-down chopper device
CN109874364B (en) Power supply circuit, power supply device, and control method
US8630104B2 (en) Switching power supply and display device provided the same
US20140327421A1 (en) Switching regulator and method for controlling the switching regulator
CN111106601B (en) Control of a DC voltage distribution system
JP6156562B1 (en) Electric power leveling device
WO2020256690A1 (en) Voltage balance systems and methods for multilevel converters
JP2012239324A (en) Dc/dc power conversion apparatus
US9960636B2 (en) Power supply system and direct-current converter thereof
JP2011186583A (en) Circuit device and electronic equipment
JP2021027749A (en) Charge/discharge control device, battery including the same, and dc power supply system
JP6229777B1 (en) Electric power leveling device
JP2012257342A (en) Power conversion device
JP2010098778A (en) Dc-dc converter
JP6234242B2 (en) Power supply
JPH0993811A (en) Step-up/step-down converter
CN116131612A (en) Switching power supply and computing device
CN116544902A (en) Power supply circuit and motor device

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170509

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170522

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6156562

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250