JP2018137839A - Power factor improvement circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、力率改善回路に関する。 The present invention relates to a power factor correction circuit.
従来から、大容量の電源を必要とする電子機器において、高調波電流を抑制するために、PFC(Power Factor Correction)回路が使用されている。PFC回路は、力率改善回路とも称される。 Conventionally, PFC (Power Factor Correction) circuits have been used in electronic devices that require a large-capacity power supply in order to suppress harmonic current. The PFC circuit is also called a power factor correction circuit.
特許文献1には、入力された電圧よりも高い電圧に変換する昇圧型コンバータにおいて、出力ピーク電圧を低く抑え、入力電圧範囲を広く確保し、出力電圧範囲が広くなることを抑制する昇圧変換回路が記載されている。具体的には、PFC回路は、PFC回路に入力される電圧を検出する入力電圧検出部と、PFC回路の出力電圧を設定する出力電圧設定部を備え、PFC回路に入力される最大入力電圧値に、最大入力電圧時の最大負荷変動幅を加算した値から、入力電圧検出部により検出した入力電圧に対応する最大オーバシュート幅を減算した値を、PFC回路の出力電圧値に設定する構成が記載されている。 Patent Document 1 discloses a step-up converter circuit that suppresses an output peak voltage to be low, a wide input voltage range, and a wide output voltage range in a step-up converter that converts a voltage higher than an input voltage. Is described. Specifically, the PFC circuit includes an input voltage detection unit that detects a voltage input to the PFC circuit and an output voltage setting unit that sets an output voltage of the PFC circuit, and the maximum input voltage value input to the PFC circuit. Further, a configuration in which a value obtained by subtracting the maximum overshoot width corresponding to the input voltage detected by the input voltage detection unit from the value obtained by adding the maximum load fluctuation range at the maximum input voltage is set as the output voltage value of the PFC circuit. Have been described.
PFC回路の出力電圧及び出力ピーク電圧は、以下の理由により、低くすることが好ましいとされる。すなわち、 第1に、PFC回路の出力段に使用する出力コンデンサの定格電圧を低く抑えられるので、小型の出力コンデンサを使用することができ、電子機器用電源を小型化することができる。 第2に、2次側回路との電位差を低く抑えられるので、必要な絶縁距離を短くすることができ、電子機器用電源を小型化することができる。 The output voltage and output peak voltage of the PFC circuit are preferably lowered for the following reasons. That is, first, since the rated voltage of the output capacitor used in the output stage of the PFC circuit can be kept low, a small output capacitor can be used, and the power supply for electronic equipment can be miniaturized. Second, since the potential difference from the secondary circuit can be kept low, the required insulation distance can be shortened, and the power supply for electronic equipment can be reduced in size.
しかしながら、上記従来技術では、出力コンデンサの容量を小さくすると、出力電圧の定常リプルが大きくなるため、オーバシュートやアンダーシュートも大きくなり、出力電圧の設定可能な範囲が狭くなる。このため、出力コンデンサの容量を十分小さくすることが困難であり、装置の小型化も困難となる。 However, in the above prior art, when the capacitance of the output capacitor is reduced, the steady ripple of the output voltage is increased, so that overshoot and undershoot are also increased, and the settable range of the output voltage is narrowed. For this reason, it is difficult to sufficiently reduce the capacity of the output capacitor, and it is difficult to reduce the size of the apparatus.
本発明の目的は、入力電圧が変動しても、出力コンデンサ電圧の上昇を抑えることができ、コンデンサ容量を小さくして装置の小型化が可能な技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique that can suppress an increase in output capacitor voltage even when an input voltage fluctuates, and that can reduce the capacitor capacity and reduce the size of the device.
本発明は、入力された交流電圧を直流電圧に昇圧変換する力率改善回路であって、入力電圧の振幅変動を検出する振幅変動検出手段と、入力電圧、及び出力電圧と指令値との誤差に基づいて入力電流指令値を生成する入力電流指令値生成手段と、検出された前記振幅変動を用いて、入力電力が維持されるように前記入力電流指令値を調整する電流指令値調整手段とを備える力率改善回路である。 The present invention relates to a power factor correction circuit that boosts and converts an input AC voltage into a DC voltage, an amplitude fluctuation detecting means for detecting amplitude fluctuation of the input voltage, an error between the input voltage, the output voltage, and the command value. An input current command value generating means for generating an input current command value based on the current, and a current command value adjusting means for adjusting the input current command value so that the input power is maintained using the detected amplitude fluctuation; Is a power factor correction circuit.
本発明では、入力電圧の振幅変動を検出すると、これに応じて入力電力が維持されるように入力電流指令値を調整するので、入出力間の電力バランスが維持され、出力コンデンサの充放電電流が変化しないので出力コンデンサ電圧の上昇や低下を抑制できる。従って、出力コンデンサ容量を小さくすることができ、回路を小型化し得る。 In the present invention, when the amplitude fluctuation of the input voltage is detected, the input current command value is adjusted so that the input power is maintained accordingly, so that the power balance between the input and output is maintained, and the charge / discharge current of the output capacitor is maintained. Does not change, the rise and fall of the output capacitor voltage can be suppressed. Accordingly, the output capacitor capacity can be reduced and the circuit can be miniaturized.
本発明の1つの実施形態では、前記振幅変動は振幅変動率であり、前記電流指令値調整手段は、前記振幅変動率の逆数を制御倍率として用いて前記入力電流指令値を調整する。 In one embodiment of the present invention, the amplitude variation is an amplitude variation rate, and the current command value adjustment unit adjusts the input current command value using a reciprocal of the amplitude variation rate as a control magnification.
本発明の他の実施形態では、前記振幅変動検出手段は、前記入力電圧の実効値から現在の入力電圧を予測し、現在の入力電圧と予測した入力電圧の比から前記振幅変動率を検出する。 In another embodiment of the present invention, the amplitude fluctuation detecting means predicts a current input voltage from an effective value of the input voltage, and detects the amplitude fluctuation ratio from a ratio of the current input voltage to the predicted input voltage. .
本発明のさらに他の実施形態では、前記振幅変動検出手段は、前記入力電圧の実効値と、前記入力電圧の波形が正弦波であることに基づいて現在の入力電圧を予測する。 In still another embodiment of the present invention, the amplitude fluctuation detecting means predicts a current input voltage based on an effective value of the input voltage and a waveform of the input voltage being a sine wave.
本発明のさらに他の実施形態では、前記振幅変動検出手段は、前記入力電圧の少なくとも半周期分の波形を記憶するメモリを備え、現在の入力電圧と半周期前の入力電圧の比から前記振幅変動率を検出する。 In still another embodiment of the present invention, the amplitude fluctuation detecting means includes a memory for storing a waveform of at least a half cycle of the input voltage, and the amplitude is calculated from a ratio of the current input voltage and the input voltage before the half cycle. Detect the rate of change.
本発明のさらに他の実施形態では、前記電流指令値調整手段は、前記振幅変動率が閾値を超える場合に前記入力電流指令値を調整する。 In still another embodiment of the present invention, the current command value adjusting means adjusts the input current command value when the amplitude variation rate exceeds a threshold value.
本発明のさらに他の実施形態では、入力された前記交流電圧に重畳された高調波成分により生じる前記振幅変動率を除去する除去手段を備える。 In still another embodiment of the present invention, there is provided a removing unit that removes the amplitude variation rate generated by the harmonic component superimposed on the input AC voltage.
本発明によれば、周辺装置の稼働状態の変化等により入力電圧が変動した場合においても、出力コンデンサの電圧の上昇を抑制でき、出力コンデンサの容量削減、及び回路の小型化が可能となる。 According to the present invention, even when the input voltage fluctuates due to a change in the operating state of the peripheral device or the like, an increase in the voltage of the output capacitor can be suppressed, and the capacity of the output capacitor can be reduced and the circuit can be downsized.
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<実施形態1>
図1は、本実施形態における力率改善回路の構成ブロック図を示す。力率改善回路は、昇圧変換手段10、入力電圧検出手段12、入力電流検出手段14、振幅変動検出手段16a、電流指令値調整手段16b、入力電流指令値生成手段18、電流誤差検出手段20、スイッチ制御手段22、出力電圧検出手段24、電圧誤差検出手段26、及び電圧補償器28を備える。
<Embodiment 1>
FIG. 1 shows a configuration block diagram of a power factor correction circuit in the present embodiment. The power factor improving circuit includes a boost converter 10, an input voltage detector 12, an input current detector 14, an amplitude variation detector 16a, a current command value adjuster 16b, an input current command value generator 18, a current error detector 20, A switch control unit 22, an output voltage detection unit 24, a voltage error detection unit 26, and a voltage compensator 28 are provided.
昇圧変換手段10は、入力交流電圧を直流電圧に昇圧して出力する。昇圧変換手段10はスイッチング素子を備え、スイッチング素子のオン/オフはスイッチ制御手段22により制御される。 The step-up converter 10 steps up the input AC voltage to a DC voltage and outputs it. The step-up converter 10 includes a switching element, and on / off of the switching element is controlled by the switch controller 22.
入力電圧検出手段12は、昇圧変換手段10の入力電圧を検出する。入力電圧検出手段12は、検出した入力電圧を振幅変動検出手段16a及び入力電流指令値生成手段18に供給する。 The input voltage detector 12 detects the input voltage of the boost converter 10. The input voltage detection unit 12 supplies the detected input voltage to the amplitude fluctuation detection unit 16 a and the input current command value generation unit 18.
入力電流検出手段14は、昇圧変換手段10の入力電流を検出する。入力電流検出手段14は、検出した入力電流を電流誤差検出手段20に供給する。 The input current detection unit 14 detects the input current of the boost conversion unit 10. The input current detection unit 14 supplies the detected input current to the current error detection unit 20.
振幅変動検出手段16aは、入力電圧検出手段12で検出された入力電圧の振幅変動を検出して電流指令値調整手段16bに供給する。 The amplitude fluctuation detecting means 16a detects the amplitude fluctuation of the input voltage detected by the input voltage detecting means 12 and supplies it to the current command value adjusting means 16b.
入力電流指令値生成手段18は、入力電圧検出手段12で検出された入力電圧と、出力電圧とに基づいて入力電流指令値を生成して電流指令値調整手段16bに出力する。 The input current command value generation means 18 generates an input current command value based on the input voltage detected by the input voltage detection means 12 and the output voltage, and outputs it to the current command value adjustment means 16b.
電流指令値調整手段16bは、入力電流指令値生成手段18からの入力電流指令値と、振幅変動検出手段16aからの振幅変動に基づいて入力電流指令値を調整し、調整後の入力電流指令値を電流誤差検出手段20に供給する。 The current command value adjusting means 16b adjusts the input current command value based on the input current command value from the input current command value generating means 18 and the amplitude fluctuation from the amplitude fluctuation detecting means 16a, and the adjusted input current command value Is supplied to the current error detecting means 20.
電流誤差検出手段20は、調整された入力電流指令値と、入力電流検出手段14で検出された入力電流に基づいて駆動信号を生成してスイッチ制御手段22に供給する。 The current error detection unit 20 generates a drive signal based on the adjusted input current command value and the input current detected by the input current detection unit 14 and supplies the drive signal to the switch control unit 22.
出力電圧検出手段24は、昇圧変換手段10の出力電圧を検出する。出力電圧検出手段24は、検出した出力電圧を電圧誤差検出手段26に供給する。 The output voltage detector 24 detects the output voltage of the boost converter 10. The output voltage detection unit 24 supplies the detected output voltage to the voltage error detection unit 26.
電圧誤差検出手段26は、検出された出力電圧と所定の指令値の誤差を検出し、電圧補償器28に供給する。 The voltage error detecting means 26 detects an error between the detected output voltage and a predetermined command value, and supplies it to the voltage compensator 28.
電圧補償器28は、検出された誤差に基づいて補償するための電圧を生成して入力電流指令値生成手段18に供給する。入力電流指令値生成手段18は、既述したように入力電圧検出手段12で検出された入力電圧と、出力電圧とに基づいて入力電流指令値を生成して電流指令値調整手段16bに出力するが、より詳しくは、入力電圧検出手段12で検出された入力電圧と、電圧補償器28で生成された補償電圧とに基づいて入力電流指令値を生成して電流指令値調整手段16bに出力する。 The voltage compensator 28 generates a voltage for compensation based on the detected error and supplies it to the input current command value generation means 18. As described above, the input current command value generation unit 18 generates an input current command value based on the input voltage detected by the input voltage detection unit 12 and the output voltage, and outputs the input current command value to the current command value adjustment unit 16b. More specifically, however, an input current command value is generated based on the input voltage detected by the input voltage detection means 12 and the compensation voltage generated by the voltage compensator 28, and is output to the current command value adjustment means 16b. .
本実施形態において特徴的なブロックは、振幅変動検出手段16a及び電流指令値調整手段16bを含むブロック16であり、これにより振幅変動を考慮して入力電流指令値を調整するものである。 A characteristic block in the present embodiment is a block 16 including an amplitude fluctuation detecting means 16a and a current command value adjusting means 16b, and thereby adjusting an input current command value in consideration of amplitude fluctuation.
なお、図1において、昇圧変換手段10を力率改善回路本体とし、それ以外のブロックを力率改善回路本体を駆動制御する制御回路として把握することもでき、この場合、力率改善回路本体と制御回路とを併せて力率改善回路と称するものとする。 In FIG. 1, it is also possible to grasp the boost conversion means 10 as a power factor correction circuit main body and the other blocks as a control circuit for driving and controlling the power factor improvement circuit main body. The control circuit is also referred to as a power factor correction circuit.
図2は、図1に示す構成ブロックの具体的な回路構成を示す。 FIG. 2 shows a specific circuit configuration of the configuration block shown in FIG.
昇圧変換手段10は、ブリッジレスPFC回路であり、電源からの交流電圧を昇圧して直流電圧として出力する。ブリッジレスPFC回路は、昇圧チョッパ回路を備え、具体的には交流電源に接続されたリアクトル、スイッチング素子(スイッチングトランジスタ)、スイッチング素子に逆並列接続されたボディダイオード、スイッチング素子に直列接続されたダイオード、及び出力コンデンサCVHを備える。容量削減の対象となる出力コンデンサは、この出力コンデンサCVHである。出力コンデンサCVHに負荷30が接続される。 The step-up conversion means 10 is a bridgeless PFC circuit, which steps up an AC voltage from a power source and outputs it as a DC voltage. The bridgeless PFC circuit includes a step-up chopper circuit, specifically a reactor connected to an AC power supply, a switching element (switching transistor), a body diode connected in reverse parallel to the switching element, and a diode connected in series to the switching element And an output capacitor CVH . This output capacitor C VH is an output capacitor whose capacity is to be reduced. A load 30 is connected to the output capacitor CVH .
入力電圧検出手段12は、交流電源に接続された電圧センサ12a及びA/D12bから構成され、検出した入力電圧Vacをデジタル値に変換して振幅変動検出手段16a及び入力電流指令値生成手段18に供給する。 The input voltage detection means 12 includes a voltage sensor 12a and an A / D 12b connected to an AC power supply, converts the detected input voltage Vac into a digital value, and detects an amplitude fluctuation detection means 16a and an input current command value generation means 18. To supply.
入力電流検出手段14は、交流電源に接続された電流センサ14a及びA/D14bから構成され、検出した入力電流iacをデジタル値に変換して電流誤差検出手段20に供給する。 Input current detecting means 14 is composed of the current sensor 14a and A / D14B connected to the AC power source, for supplying an input current i ac detected current error detection means 20 is converted into a digital value.
振幅変動検出手段16aは、CPU等のプロセッサで構成され、検出された入力電圧の振幅変動率を検出して電流指令値調整手段16bに供給する。 The amplitude fluctuation detecting means 16a is constituted by a processor such as a CPU, detects the amplitude fluctuation rate of the detected input voltage, and supplies it to the current command value adjusting means 16b.
他方、出力電圧検出手段24は、昇圧変換手段10の出力、すなわち出力コンデンサCVHに接続された電圧センサ24a及びA/D24bから構成され、検出した出力電圧Vvhをデジタル値に変換して電圧誤差検出手段26に供給する。 On the other hand, the output voltage detecting means 24, the output of the boost converter 10, i.e., is composed of a voltage sensor 24a and A / D24b connected to the output capacitor C VH, voltage and converts the detected output voltage V vh into a digital value The error detection means 26 is supplied.
電圧誤差検出手段26は、差分器を備え、所定の出力指令値Vvh (REF)と検出値Vvhとの差分を算出して電圧誤差を算出する。 The voltage error detecting means 26 includes a differentiator, and calculates a voltage error by calculating a difference between a predetermined output command value V vh (REF) and a detected value V vh .
電圧補償器28は、CPU等のプロセッサで構成され、算出された誤差を補償するための電圧(補償電圧)Vcを算出して入力電流指令値生成手段18に供給する。 The voltage compensator 28 includes a processor such as a CPU, calculates a voltage (compensation voltage) V c for compensating the calculated error, and supplies the calculated voltage (compensation voltage) V c to the input current command value generation means 18.
入力電流指令値生成手段18は、CPU等のプロセッサで構成され、入力電圧波形と周波数及び位相が同期した正弦波を生成するとともに、電圧補償器28で生成された補償電圧と併せて現時刻における入力電流指令値を算出する。 The input current command value generation means 18 is composed of a processor such as a CPU, generates a sine wave whose frequency and phase are synchronized with the input voltage waveform, and combines the compensation voltage generated by the voltage compensator 28 at the current time. Calculate the input current command value.
電流指令値調整手段16bは、CPU等のプロセッサで構成され、振幅変動検出手段16aで検出された振幅変動率の逆数を算出して制御倍率とし、この制御倍率を用いて入力電流指令値を調整する。 The current command value adjusting means 16b is constituted by a processor such as a CPU, and calculates the reciprocal of the amplitude fluctuation rate detected by the amplitude fluctuation detecting means 16a as a control magnification, and adjusts the input current command value using this control magnification. To do.
電流誤差検出手段20は、差分器で構成され、調整後の入力電流指令値と検出された入力電流との差分を誤差として算出し、スイッチ制御手段22に供給する。 The current error detection means 20 is constituted by a subtractor, calculates the difference between the adjusted input current command value and the detected input current as an error, and supplies it to the switch control means 22.
スイッチ制御手段22は、PWM22aとドライバ(DRV)22bで構成され、電流誤差をPWM変調(パルス幅変調)してドライバ22bに供給し、ドライバ22bはPWM信号を用いてPFC回路のスイッチング素子をオンオフ制御する。 The switch control means 22 is composed of a PWM 22a and a driver (DRV) 22b. The current error is subjected to PWM modulation (pulse width modulation) and supplied to the driver 22b. Control.
以下、振幅変動検出手段16a、電流指令値調整手段16b、及び入力電流指令値生成手段18における処理についてより具体的に説明する。 Hereinafter, the processes in the amplitude fluctuation detecting unit 16a, the current command value adjusting unit 16b, and the input current command value generating unit 18 will be described more specifically.
振幅変動検出手段16aは、次の手順に従って振幅変動率を算出する。
(1)入力電圧実効値の計算
・入力電圧波形が零交差する時刻毎に直前の半周期期間の実効値を計算し、さらにこれらの実効値を1周期毎に区切って(2つ1組にして)1周期期間の平均値を求める。
・上記の実効値を1周期だけ遅らせた波形を生成する。
・入力電圧波形の零交差点での勾配の符号に基づき、
a)勾配が正の時は実効値を1周期遅延した値を実効値として出力し、
b)勾配が負の時は実効値と実効値を1周期遅延した値の相加平均値を実効値として出力する。
The amplitude fluctuation detecting means 16a calculates the amplitude fluctuation rate according to the following procedure.
(1) Calculation of effective value of input voltage ・ Each time when the input voltage waveform crosses zero, the effective value of the immediately preceding half cycle period is calculated. E) Find the average value for one period.
・ Generate a waveform with the above effective value delayed by one period.
Based on the sign of the slope at the zero crossing point of the input voltage waveform
a) When the slope is positive, the effective value delayed by one cycle is output as the effective value,
b) When the slope is negative, the arithmetic mean value of the effective value and the value obtained by delaying the effective value by one cycle is output as the effective value.
(2)現在時刻の入力電圧予測値の計算
・得られた実効値をもとに、次式に従って現在時刻の入力電圧予測値を計算する。
(2) Calculation of predicted input voltage at current time • Based on the obtained effective value, calculate an estimated input voltage at the current time according to the following equation.
ここで、Vac (RMS)は入力電圧実効値であり、Vac (EST)(t)は時刻tにおける入力電圧予測値である。 Here, V ac (RMS) is an input voltage effective value, and V ac (EST) (t) is an input voltage predicted value at time t.
(3)振幅変動率の計算
・現在の入力電圧と上記(2)の入力電圧予測値の比から、振幅変動率を計算する。
(3) Calculation of amplitude fluctuation rate-The amplitude fluctuation rate is calculated from the ratio of the current input voltage and the input voltage predicted value of (2) above.
ここで、Vac(t)は時刻tにおける入力電圧であり、aは振幅変動率である。 Here, V ac (t) is the input voltage at time t, and a is the amplitude variation rate.
・入力電流指令値生成手段18では、入力電圧波形と周波数および位相が同期した正弦波を生成し、振幅変動検出手段16aで生成した入力電圧実効値と電圧補償器28の出力と併せて、現在時刻における入力電流の指令値を次式により計算する。 The input current command value generation means 18 generates a sine wave whose frequency and phase are synchronized with the input voltage waveform, and combines the input voltage effective value generated by the amplitude fluctuation detection means 16a and the output of the voltage compensator 28 together with the current The command value of the input current at the time is calculated by the following formula.
ここで、Vcは補償電圧であり、iac (REF)(t)は時刻tにおける入力電流指令値である。 Here, V c is a compensation voltage, and i ac (REF) (t) is an input current command value at time t.
・電流指令値調整手段16bは、次の手順に従って最終的な入力電流指令値を計算する。
(1)振幅変動検出手段16aで求めた振幅変動率の逆数を計算して制御倍率とする。
(2)入力電流指令値生成手段18で生成した入力電流指令値に制御倍率を乗じて最終的な入力電流指令値とする。すなわち、
(1) The reciprocal of the amplitude fluctuation rate obtained by the amplitude fluctuation detecting means 16a is calculated to obtain the control magnification.
(2) The input current command value generated by the input current command value generating means 18 is multiplied by the control magnification to obtain a final input current command value. That is,
ここで、iac (REF) (adj)(t)は、時刻tにおける調整後の入力電流指令値である。この式から、最終的な入力電流指令値は、振幅変動率と入力電圧実効値と補償電圧とに基づいて決定されることがわかる。 Here, i ac (REF) (adj) (t) is the adjusted input current command value at time t. From this equation, it can be seen that the final input current command value is determined based on the amplitude variation rate, the input voltage effective value, and the compensation voltage.
図3は、本実施形態における各部のタイミングチャートを示す。上から順に、入力電圧、入力電圧(全波整流)、入力電圧実効値(1周期期間平均)、入力電圧実効値(1周期遅延)、入力電圧実効値、入力電圧(予測値)、入力電流指令値、入力電流指令値(調整後)、及び入力電圧の各波形を示す。時刻Aにおいて、入力電圧振幅がa倍に急変動した場合の波形である。入力電圧〜振幅変動率が振幅変動検出手段16aでの動作であり、入力電流指令値〜入力電流指令値(調整後)が電流指令値調整手段16bでの動作である。 FIG. 3 shows a timing chart of each part in the present embodiment. Input voltage, input voltage (full-wave rectification), input voltage effective value (average for one cycle), input voltage effective value (1 cycle delay), input voltage effective value, input voltage (predicted value), input current The waveforms of the command value, the input current command value (after adjustment), and the input voltage are shown. This is a waveform when the input voltage amplitude suddenly fluctuates a times at time A. The input voltage to amplitude variation rate is the operation in the amplitude variation detection means 16a, and the input current command value to the input current command value (after adjustment) is the operation in the current command value adjustment means 16b.
時刻Aより前の期間、回路は定常状態にあるものとすると、入力電圧波形の実効値は一定であり、振幅変動率aおよびその逆数としての制御倍率は1となる。このとき、調整後の入力電流指令値は調整前の入力電流指令値と同一である。 Assuming that the circuit is in a steady state before the time A, the effective value of the input voltage waveform is constant, and the amplitude variation rate a and the control magnification as its reciprocal are 1. At this time, the input current command value after adjustment is the same as the input current command value before adjustment.
時刻Aにおいて、入力電圧振幅がa倍に急変動すると、入力電圧は直ちに変化するが、入力電圧実効値はその後1.5周期期間は一定値を維持し、続く0.5周期期間は中間的な値を示し、その後再び一定値に落ち着く。 When the input voltage amplitude suddenly fluctuates by a times at time A, the input voltage immediately changes, but the effective value of the input voltage thereafter remains constant for 1.5 period periods, and the subsequent 0.5 period period is intermediate. Shows a good value and then settles back to a constant value.
これに合わせて、入力電圧予測値の振幅も変化するため、振幅変動率は、入力電圧振幅変動直後の1.5周期期間a、続く0.5周期期間はaと1の中間の値、その後は1に落ち着くように変化する。 In accordance with this, the amplitude of the predicted input voltage also changes. Therefore, the amplitude fluctuation rate is 1.5 period a immediately after the input voltage amplitude fluctuation, the subsequent 0.5 period is an intermediate value between a and 1, and thereafter Changes to settle to 1.
同様に、入力電流指令値も入力電圧振幅変動直後の1.5周期期間は変動前の値を維持し、続く0.5周期期間は中間的な値、その後は新たな値に落ち着くように変化する。 Similarly, the input current command value also maintains a value before the fluctuation for 1.5 period immediately after the fluctuation of the input voltage amplitude, changes so as to settle to an intermediate value for the subsequent 0.5 period period, and then to a new value. To do.
この振幅変動率の逆数を制御倍率として入力電流指令値に乗じることにより、入力電圧振幅がa倍に変化した直後に入力電流が1/a倍に制御されるようになり、入力電力が一定に維持される。 By multiplying the input current command value by using the reciprocal of this amplitude variation rate as the control magnification, the input current is controlled to 1 / a times immediately after the input voltage amplitude changes to a times, and the input power becomes constant. Maintained.
このように、入力電圧の振幅変動に応じて入力電流を調整することで入力電力が一定に維持されるので、昇圧変換手段10としてのブリッジレスPFC回路の出力コンデンサCVHの電圧変動を防ぐことができる。従って、出力コンデンサCVHの容量を従来回路よりも小さくでき、装置の小型化も可能となる。 As described above, since the input power is maintained constant by adjusting the input current according to the amplitude fluctuation of the input voltage, the voltage fluctuation of the output capacitor C VH of the bridgeless PFC circuit as the boost converter 10 is prevented. Can do. Therefore, the capacity of the output capacitor C VH can be made smaller than that of the conventional circuit, and the apparatus can be miniaturized.
なお、従来のように入力電流調整をしない場合は、入力電圧がa倍に増加しているにもかかわらず入力電流指令値が変わらないため、図3において破線で示すように入力電力が変化する期間が発生し、出力コンデンサ電圧が変化してしまうことになる。 If the input current is not adjusted as in the prior art, the input current command value does not change even though the input voltage has increased a times, so the input power changes as shown by the broken line in FIG. A period will occur and the output capacitor voltage will change.
図4及び図5は、コンピュータを用いた回路シミュレーション結果を示す。図4は、図1においてブロック16、すなわち振幅変動検出16a及び電流指令値調整手段16bを有しない従来回路のシミュレーション結果であり、図5は、本実施形態の回路のシミュレーション結果である。両図において、入力電圧、入力電流、及び出力電圧の波形を示す。図4に示す従来回路では、入力電圧が急上昇または急低下した時の入力電流の制御が遅いため出力電圧が大きく変動しているのに対し、図5に示す本実施形態の回路では、入力電圧が急上昇または急低下した時に入力電流が直ちに制御されることで出力電圧の変動が殆どない。 4 and 5 show circuit simulation results using a computer. FIG. 4 is a simulation result of the conventional circuit that does not include the block 16, that is, the amplitude fluctuation detection 16a and the current command value adjustment unit 16b in FIG. 1, and FIG. 5 is a simulation result of the circuit of the present embodiment. In both figures, waveforms of input voltage, input current, and output voltage are shown. In the conventional circuit shown in FIG. 4, the output voltage fluctuates greatly because the control of the input current is slow when the input voltage suddenly rises or falls, whereas in the circuit of this embodiment shown in FIG. Since the input current is immediately controlled when the voltage suddenly rises or falls, there is almost no fluctuation in the output voltage.
<実施形態2>
実施形態1では、振幅変動検出手段16aで入力電圧実効値から入力電圧予測値を算出し、現在の入力電圧と入力電圧予測値の比から振幅変動率aを算出しているが、他の方法によって振幅変動率aを算出してもよい。
<Embodiment 2>
In the first embodiment, the amplitude fluctuation detection means 16a calculates the input voltage predicted value from the input voltage effective value, and calculates the amplitude fluctuation rate a from the ratio between the current input voltage and the input voltage predicted value. May be used to calculate the amplitude fluctuation rate a.
図6は、振幅変動率aの他の算出方法を示す。波形メモリを備え、この波形メモリに少なくとも半周期前の入力電圧波形を記憶しておく。そして、半周期前の電圧Vac^(m)と、現在の入力電圧Vac(m)の比から振幅変動率aを算出してもよい。すなわち、a=Vac(m)/Vac^(m)である。 FIG. 6 shows another calculation method of the amplitude variation rate a. A waveform memory is provided, and at least a half-cycle input voltage waveform is stored in the waveform memory. Then, the amplitude fluctuation rate a may be calculated from the ratio between the voltage V ac ^ (m) before the half cycle and the current input voltage V ac (m). That is, a = V ac (m) / V ac ^ (m).
<実施形態3>
実施形態1では、回路に入力される交流電源の波形を単一の正弦波としているが、必ずしもこれに限定されず、高調波を含んだ波形である場合もあり得る。
<Embodiment 3>
In the first embodiment, the waveform of the AC power supply input to the circuit is a single sine wave. However, the waveform is not necessarily limited to this, and may be a waveform including harmonics.
図7は、例として、基本波に3次高調波が重畳された場合、及び基本波に5次高調波が重畳された場合の入力電圧波形並びに振幅変動率を示す。図7(a)は入力電圧であり、図7(b)は振幅変動率である。 FIG. 7 shows, as an example, the input voltage waveform and the amplitude variation rate when the third harmonic is superimposed on the fundamental wave and when the fifth harmonic is superimposed on the fundamental wave. FIG. 7A shows the input voltage, and FIG. 7B shows the amplitude variation rate.
振幅変動率は、重畳された高調波の種類によって異なるだけでなく、時刻に依存して変動する。その結果、たとえ入力電圧(実効値)の変動がないにもかかわらず、入力電圧の変動ありと判定し、本来必要でないにもかかわらず誤って入力電流を制御してしまうことにより、出力電圧変動を招く恐れがある。 The amplitude variation rate varies not only depending on the type of the superimposed harmonic wave but also varies depending on time. As a result, even if there is no change in the input voltage (effective value), it is determined that there is a change in the input voltage, and the input current is erroneously controlled even though it is not necessary. There is a risk of inviting.
そこで、想定される高調波により発生し得る振幅変動率の時間変動を予め把握しておき、観測された振幅変動率が高調波の影響により発生し得る値であった場合には、制御を行わないように振幅変動検出不感帯を設けることで、上記の誤判定を回避することができる。 Therefore, the time fluctuation of the amplitude fluctuation rate that can be generated by the assumed harmonic is grasped in advance, and if the observed amplitude fluctuation rate is a value that can be generated by the influence of the harmonic, control is performed. By providing an amplitude fluctuation detection dead zone so as not to occur, the above erroneous determination can be avoided.
図8は、振幅変動検出不感帯の一例を示す。予め最悪のパターンを検出してメモリに記憶しておき、このパターンに検出不感帯を設定しておく。実際に検出された振幅変動率がこの検出不感帯に該当する場合には、振幅変動率を1に固定して入力電流制御を抑制する。 FIG. 8 shows an example of an amplitude fluctuation detection dead zone. The worst pattern is detected in advance and stored in the memory, and a detection dead zone is set for this pattern. When the actually detected amplitude fluctuation rate corresponds to this detection dead zone, the amplitude fluctuation rate is fixed to 1 and the input current control is suppressed.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。以下に、変形例について説明する。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation is possible. Hereinafter, modified examples will be described.
<変形例1>
実施形態では、振幅変動率aを算出し、さらに振幅変動率aの逆数を算出して制御倍率としているが、これに限定されず、振幅変動率が増大した場合にこれに対して負の相関を有するように制御倍率を設定すればよく、任意の数式あるいは関数、さらには変換マップを用いることが可能である。要するに、入力電圧の振幅変動に応じて、入力電力を一定に維持するように入力電流を制御すればよい。
<Modification 1>
In the embodiment, the amplitude fluctuation rate a is calculated, and the reciprocal of the amplitude fluctuation rate a is further calculated as the control magnification. However, the present invention is not limited to this, and when the amplitude fluctuation rate increases, a negative correlation is generated. It is only necessary to set the control magnification so as to have any of the following, and any mathematical expression or function, and further a conversion map can be used. In short, the input current may be controlled so as to keep the input power constant according to the amplitude fluctuation of the input voltage.
<変形例2>
実施形態3では、振幅変動検出不感帯を設定しているが、閾値を設け、振幅変動率がこの閾値を超えた場合のみに入力電流指令値を調整してもよい。具体的には、振幅変動検出手段16aに比較器を設け、比較器で算出された振幅変動率aと閾値とを大小比較し、閾値を超える場合のみ電流指令値調整手段16bに振幅変動率を供給する構成としてもよい。換言すれば、電流指令値調整手段16bは、振幅変動率aが閾値を超える場合のみ入力電流指令値を調整してもよい。要するに、電源からの交流電圧に3次高調波や5次高調波等の高調波成分が含まれることに起因した振幅変動率が生じる場合に、当該振幅変動率を除去する手段を設ければよい。
<Modification 2>
In the third embodiment, the amplitude fluctuation detection dead zone is set. However, a threshold value may be provided, and the input current command value may be adjusted only when the amplitude fluctuation rate exceeds this threshold value. Specifically, a comparator is provided in the amplitude fluctuation detecting means 16a, the amplitude fluctuation rate a calculated by the comparator is compared with the threshold value, and the amplitude fluctuation rate is set in the current command value adjusting means 16b only when the threshold value is exceeded. It is good also as a structure to supply. In other words, the current command value adjusting means 16b may adjust the input current command value only when the amplitude variation rate a exceeds the threshold value. In short, when an amplitude fluctuation rate is generated due to the fact that the AC voltage from the power source includes harmonic components such as the third harmonic and the fifth harmonic, a means for removing the amplitude fluctuation rate may be provided. .
<変形例3>
実施形態では、振幅変動検出手段16a、電流指令値調整手段16b、入力電流指令値生成手段18,及び電圧補償器28をCPU等のプロセッサで構成し、ROM等に記憶された処理プログラムにより各演算を実行する構成としたが、単一のプロセッサで処理する他に複数のプロセッサで分散処理してもよい。また、プロセッサによる処理プログラムの実行というソフトウェア処理ではなく、これらのブロックの少なくともいずれかをASICやFPGA(フィールドプログラマブルゲートアレイ)等の専用回路を用いたハードウェア処理でもよい。
<Modification 3>
In the embodiment, the amplitude fluctuation detecting means 16a, the current command value adjusting means 16b, the input current command value generating means 18, and the voltage compensator 28 are constituted by a processor such as a CPU, and each calculation is performed by a processing program stored in a ROM or the like. However, in addition to processing with a single processor, distributed processing may be performed with a plurality of processors. Further, instead of software processing such as execution of a processing program by the processor, at least one of these blocks may be hardware processing using a dedicated circuit such as an ASIC or FPGA (Field Programmable Gate Array).
<変形例4>
実施形態の力率改善回路の出力に絶縁型DCDCコンバータを接続し、例えば車両等に搭載された電池の充電装置として機能させてもよく、出力コンデンサ容量を小さくすることで充電装置の小型化を図ることが可能となる。
<Modification 4>
An isolated DCDC converter may be connected to the output of the power factor correction circuit of the embodiment to function as a charging device for a battery mounted on a vehicle, for example, and the charging device can be reduced in size by reducing the output capacitor capacity. It becomes possible to plan.
10 昇圧変換手段、12 入力電圧検出手段、14 入力電流検出手段、16a 振幅変動検出手段、16b 電流指令値調整手段、18 入力電流指令値生成手段、20 電流誤差検出手段、22 スイッチ制御手段、24 出力電流検出手段、26 電圧誤差検出手段、28 電圧補償器。 10 boost conversion means, 12 input voltage detection means, 14 input current detection means, 16a amplitude fluctuation detection means, 16b current command value adjustment means, 18 input current command value generation means, 20 current error detection means, 22 switch control means, 24 Output current detection means, 26 Voltage error detection means, 28 Voltage compensator.
Claims (7)
入力電圧の振幅変動を検出する振幅変動検出手段と、
入力電圧、及び出力電圧と指令値との誤差に基づいて入力電流指令値を生成する入力電流指令値生成手段と、
検出された前記振幅変動を用いて、入力電力が維持されるように前記入力電流指令値を調整する電流指令値調整手段と、
を備える力率改善回路。 A power factor correction circuit that boosts and converts an input AC voltage into a DC voltage,
Amplitude fluctuation detecting means for detecting amplitude fluctuation of the input voltage;
An input current command value generating means for generating an input current command value based on an error between the input voltage and the output voltage and the command value;
Current command value adjusting means for adjusting the input current command value so that the input power is maintained using the detected amplitude fluctuation;
Power factor correction circuit with
前記電流指令値調整手段は、前記振幅変動率の逆数を制御倍率として用いて前記入力電流指令値を調整する
請求項1に記載の力率改善回路。 The amplitude variation is an amplitude variation rate,
The power factor correction circuit according to claim 1, wherein the current command value adjustment unit adjusts the input current command value using a reciprocal of the amplitude variation rate as a control magnification.
請求項2に記載の力率改善回路。 The power factor improvement according to claim 2, wherein the amplitude fluctuation detection means predicts a current input voltage from an effective value of the input voltage, and detects the amplitude fluctuation rate from a ratio of the current input voltage to the predicted input voltage. circuit.
請求項3に記載の力率改善回路。 The power factor correction circuit according to claim 3, wherein the amplitude variation detection unit predicts a current input voltage based on an effective value of the input voltage and a waveform of the input voltage being a sine wave.
請求項2に記載の力率改善回路。 The amplitude variation detecting unit includes a memory that stores a waveform of at least a half cycle of the input voltage, and detects the amplitude variation rate from a ratio between a current input voltage and an input voltage before a half cycle. Power factor correction circuit.
請求項2〜5のいずれかに記載の力率改善回路。 The power factor correction circuit according to any one of claims 2 to 5, wherein the current command value adjusting means adjusts the input current command value when the amplitude variation rate exceeds a threshold value.
を備える請求項2〜5のいずれかに記載の力率改善回路。
The power factor correction circuit according to any one of claims 2 to 5, further comprising a removing unit that removes the amplitude variation rate caused by a harmonic component superimposed on the input AC voltage.
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