JP2019062664A - Electric power supply - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電源装置に関し、より特定的には、力率改善(PFC:Power Factor Correction)回路を備える電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply device, and more particularly to a power supply device provided with a power factor correction (PFC) circuit.
系統電源等からの交流電圧を全波整流する整流回路と、整流回路の出力側に設けられた力率改善回路とを備える電源装置が知られている。制御装置は、力率改善回路の入力電流の位相を力率改善回路の入力電圧(交流電圧を全波整流した後の脈流電圧)の位相に同期させる制御を行なうことによって、力率改善回路の出力電力の力率を改善する。 A power supply apparatus is known that includes a rectifier circuit that full-wave rectifies an AC voltage from a system power source or the like, and a power factor improvement circuit provided on the output side of the rectifier circuit. The control device performs control to synchronize the phase of the input current of the power factor correction circuit with the phase of the input voltage of the power factor correction circuit (the pulsating current voltage after full-wave rectification of the AC voltage). Improve the power factor of the output power of the
このような電源装置について、例えば、特許第5939848号公報(特許文献1)には、PFC回路の半導体スイッチング素子のオンオフを制御するPWM(Pulse Width Modulation)信号を、PFC回路の出力電圧の大きさに応じてフィードバック制御する構成が開示されている。 With respect to such a power supply device, for example, Japanese Patent No. 593 9 848 (PTL 1) discloses a PWM (Pulse Width Modulation) signal for controlling on / off of a semiconductor switching element of a PFC circuit, a magnitude of an output voltage of the PFC circuit. According to the above, a configuration for feedback control is disclosed.
PFC回路の出力電圧には、入力される交流電圧の整流電圧の周波数(通常、交流電圧の2倍の周波数)に従うリップル電圧が発生する。また、一般的に、PFC回路の出力電圧はキャパシタによって平滑化される。したがって、リップル電圧の位相は、上記整流電圧の位相とは一致しなくなる。 At the output voltage of the PFC circuit, a ripple voltage is generated in accordance with the frequency of the rectified voltage of the AC voltage (generally, the frequency twice the AC voltage). Also, in general, the output voltage of the PFC circuit is smoothed by a capacitor. Therefore, the phase of the ripple voltage does not coincide with the phase of the rectified voltage.
したがって、特許文献1に記載されるような出力電圧のフィードバック制御において、リップル電圧を抑制するために制御ゲインを高めると、制御のハンチング等によって却って電圧変動が拡大することが懸念される。この結果、リプル電圧を低減するためにキャパシタ容量を大きくすると、装置の大型化や高コスト化が懸念される。 Therefore, in the feedback control of the output voltage as described in Patent Document 1, if the control gain is increased in order to suppress the ripple voltage, there is a concern that voltage fluctuation may be expanded due to hunting or the like of control. As a result, if the capacitance of the capacitor is increased to reduce the ripple voltage, there is a concern that the size and cost of the device may be increased.
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、PFC回路の出力電圧を安定的に制御することである。 The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to stably control the output voltage of a PFC circuit.
この発明のある局面によれば、電源装置は、整流回路と、力率改善回路と、力率改善回路を制御する制御装置とを備える。整流回路は、交流電圧を全波整流した整流電圧を出力するように構成される。力率改善回路は、平滑キャパシタが接続された直流電源配線と整流回路との間に接続される。力率改善回路は、整流回路及び直流電源配線の間に電気的に接続されたインダクタと、インダクタの電流をスイッチング制御するための半導体スイッチング素子とを含む。制御装置は、整流電圧の周期に従って算出される平均値を用いて半導体スイッチング素子のオンオフを制御することで力率改善回路の出力電圧を制御する。 According to an aspect of the present invention, a power supply device includes a rectifier circuit, a power factor correction circuit, and a control unit that controls the power factor correction circuit. The rectifier circuit is configured to output a rectified voltage obtained by full-wave rectifying an AC voltage. The power factor correction circuit is connected between the DC power supply wiring to which the smoothing capacitor is connected and the rectifier circuit. The power factor correction circuit includes an inductor electrically connected between the rectifier circuit and the DC power supply wiring, and a semiconductor switching element for switching control of the current of the inductor. The control device controls the output voltage of the power factor correction circuit by controlling the on / off of the semiconductor switching element using an average value calculated according to the period of the rectified voltage.
上記電源装置によれば、力率改善回路での制御が、整流回路に入力される交流電圧の周波数に依存して生じるリップル電圧の影響によって不安定化することを防止できる。特に、制御の影響に起因する出力電圧の変動を抑制することができるので、平滑キャパシタの容量増大による大型化を抑制して、電力変換装置の小型化および低コスト化を図ることができる。 According to the above power supply device, it is possible to prevent the control in the power factor correction circuit from being destabilized by the influence of the ripple voltage generated depending on the frequency of the AC voltage input to the rectification circuit. In particular, since the fluctuation of the output voltage due to the influence of control can be suppressed, the enlargement of the capacity of the smoothing capacitor can be suppressed, and the miniaturization and cost reduction of the power conversion device can be achieved.
好ましくは、制御装置は、整流電圧の相似波形として生成された電流目標波形に従ってインダクタの電流を制御するように半導体スイッチング素子をオンオフする。電流目標波形および整流電圧の波形の相似比は、出力電圧の目標電圧値に対する平均値の偏差に従って調整される。 Preferably, the control device turns on and off the semiconductor switching element to control the current of the inductor in accordance with the current target waveform generated as the similar waveform of the rectified voltage. The similarity between the current target waveform and the rectified voltage waveform is adjusted according to the deviation of the average value of the output voltage from the target voltage value.
このように構成することによって、半導体スイッチング素子のオンオフによって、インダクタ電流を電流目標波形に従って制御することによって、力率改善制御とともに、出力電圧を目標電圧値に制御することができる。 With this configuration, by controlling the inductor current according to the current target waveform by turning on and off the semiconductor switching element, it is possible to control the output voltage to the target voltage value together with the power factor improvement control.
さらに好ましくは、偏差の絶対値が予め定められた閾値よりも小さい場合には、偏差が0であるものとして相似比の現在値を維持する。 More preferably, if the absolute value of the deviation is smaller than a predetermined threshold value, the current value of the similarity ratio is maintained on the assumption that the deviation is zero.
このように構成すると、簡易な制御演算によって、負荷の消費電流が小さい場合に力率改善回路での過度な制御により出力電圧が変動することを防止できる。 With this configuration, it is possible to prevent fluctuation of the output voltage due to excessive control in the power factor correction circuit when the current consumption of the load is small by simple control calculation.
また好ましくは、制御装置は、出力電圧の目標電圧値と平均値との偏差に基づいて、半導体スイッチング素子のオンオフを制御する。目標電圧値は、直流電源配線に接続された負荷への供給電流の増加に応じて上昇する負荷パラメータ値に応じて、上昇又は低下される。例えば、制御装置は、負荷パラメータ値が第1の基準値よりも低い状態であると目標電圧値を現在の値よりも低下させる。あるいは、制御装置は、負荷パラメータ値が、第1の基準値以上に設定された第2の基準値よりも高い状態であると、目標電圧値を現在の値よりも上昇させる。 Further preferably, the control device controls the on / off of the semiconductor switching element based on the deviation between the target voltage value and the average value of the output voltage. The target voltage value is increased or decreased according to the load parameter value which increases in response to the increase of the supply current to the load connected to the DC power supply wiring. For example, the controller lowers the target voltage value below the current value if the load parameter value is lower than the first reference value. Alternatively, the control device raises the target voltage value higher than the current value when the load parameter value is higher than the second reference value set above the first reference value.
このように構成すると、力率改善回路の出力電圧の目標電圧値を、負荷への供給電流に応じて低下させることによって、負荷の動作を不安定化させることなく、力率改善回路の電力損失を低減することができる。 With such a configuration, the power loss of the power factor correction circuit can be reduced without destabilizing the load operation by reducing the target voltage value of the output voltage of the power factor correction circuit according to the current supplied to the load. Can be reduced.
さらに好ましくは、負荷は、直流電源配線に対して電気的に接続された複数の負荷機器を有し、目標電圧値は、第1の所定電圧以上かつ第2の所定電圧以下の範囲内で調整される。制御装置は、複数の負荷機器の動作状況が消費電流を増加させる方向に変化すると、目標電圧値を第2の所定電圧に設定する。 More preferably, the load has a plurality of load devices electrically connected to the DC power supply wiring, and the target voltage value is adjusted within a range of a first predetermined voltage or more and a second predetermined voltage or less Be done. The control device sets the target voltage value to the second predetermined voltage when the operating conditions of the plurality of load devices change in the direction to increase the current consumption.
このように構成すると、消費電力が増加する方向に負荷機器の作動状況が変化した場合には、目標電圧値を一旦上昇させて負荷機器の安定動作を優先するので、負荷の動作に影響を与えることなく、負荷パラメータ値に応じて力率改善回路の目標電圧値を低下させる制御を実行することができる。 With this configuration, when the operating condition of the load device changes in the direction of increasing power consumption, the target voltage value is once increased to prioritize the stable operation of the load device, which affects the operation of the load. Instead, control can be performed to reduce the target voltage value of the power factor correction circuit according to the load parameter value.
さらに好ましくは、電源装置の起動時において、目標電圧値を第2の所定電圧に設定する。 More preferably, the target voltage value is set to a second predetermined voltage when the power supply apparatus is started.
これにより、起動時には負荷の安定動作を優先した上で、負荷パラメータ値に応じて力率改善回路の目標電圧値を低下させる制御を実行することができる。 Thus, it is possible to execute control to lower the target voltage value of the power factor correction circuit according to the load parameter value, prioritizing the stable operation of the load at startup.
本発明によれば、PFC回路の出力電圧を安定的に制御することができる。 According to the present invention, the output voltage of the PFC circuit can be stably controlled.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding portions in the drawings are denoted by the same reference characters and description thereof will not be repeated.
図1は、本実施の形態1に従う電源装置1の全体構成の一例を示す概略図である。
図1を参照して、電源装置1は、交流線A1,A2を介して交流電源(商用の系統電源等)10に接続されるとともに、正極線PL3を介して負荷60に接続される。電源装置1は、交流電源10から入力される交流電力を直流電力に変換して、負荷60が接続された正極線PL3に出力する。正極線PL3は「直流電源配線」に対応する。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the entire configuration of power supply device 1 according to the first embodiment.
Referring to FIG. 1, power supply device 1 is connected to an alternating current power supply (commercial power system grid or the like) 10 via alternating current lines A1 and A2, and is connected to a
以下では、交流電源10から電源装置1に入力される交流電圧を「入力電圧Vac」とも表記し、電源装置1から負荷60(正極線PL3)に出力される直流電圧を「出力電圧Vdc」とも表記する。
Hereinafter, the AC voltage input from
電源装置1は、整流回路20と、PFC回路30と、電圧変換回路40と、電源マイコン(制御装置)50とを備える。整流回路20の入力側は、交流線A1,A2を介して交流電源10に接続され、整流回路20の出力側は、正極線PL1及び負極線NLを介してPFC回路30に接続される。
The power supply device 1 includes a
整流回路20は、ダイオードブリッジを形成する複数のダイオードを含む。整流回路20は、交流電源10からの交流電圧を全波整流した整流電圧を出力する。この整流電圧は、正弦波状の交流波形がゼロクロス点で折り返されて生成される、片極性の脈流電圧波形となる。整流回路20から出力される整流電圧は、PFC回路30へ入力される。
The
PFC回路30は、整流回路20を通過した後の電力の力率を改善するための回路である。PFC回路30は、インダクタLと、スイッチング素子SWと、ダイオードDと、平滑キャパシタCと、駆動回路32と、電流センサ34と、電圧センサ36とを含む。
The PFC circuit 30 is a circuit for improving the power factor of the power after passing through the
インダクタLは、正極線PL1及びPL2の間に接続される、昇圧用のコイルである。スイッチング素子SWは、正極線PL2と負極線NLとの間に接続される、電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)等である。インダクタL及びスイッチング素子SWは、昇圧チョッパ回路として機能する。 The inductor L is a boosting coil connected between the positive electrode lines PL1 and PL2. The switching element SW is a field effect transistor (FET) or the like connected between the positive electrode line PL2 and the negative electrode line NL. The inductor L and the switching element SW function as a step-up chopper circuit.
ダイオードDは、正極線PL2から正極線PL3に向かう方向を順方向として、正極線PL2と正極線PL3との間に配置される。これにより、インダクタLは、正極線PL2及びダイオードDを介して、整流回路20及び正極線PL3の間に電気的に接続されている。平滑キャパシタCは、正極線PL3と負極線NLとの間に配置され、PFC回路30の出力電圧を平滑化する。
Diode D is arranged between positive electrode line PL2 and positive electrode line PL3 with the direction from positive electrode line PL2 toward positive electrode line PL3 as the forward direction. Thus, the inductor L is electrically connected between the
電流センサ34は、正極線PL2及び負極線NLの間に、スイッチング素子SWと直列に接続される。例えば、電流センサ34は、スイッチング素子SWと負極線NLとを接続する接続線N1を流れる電流を検出するように配置することができる。
スイッチング素子SWがオン状態であるとき、インダクタLを流れる電流(整流回路20からPFC回路30に入力される入力電流)は、スイッチング素子SWを通過して負極線NLに流れる。このため、電流センサ34の検出値は、インダクタLを流れる電流を示す値となる。以下では、電流センサ34の検出値を「インダクタ電流IL」とも表記する。電圧センサ36は、正極線PL3と負極線NLと間の出力電圧Vdcを検出する。
When the switching element SW is in the on state, a current flowing through the inductor L (input current input from the
電圧変換回路40は、交流線A1,A2に接続されるとともに、電源マイコン50に接続される。電圧変換回路40は、複数のダイオードD1,D2と、複数の抵抗R1〜R4とを含む。電圧変換回路40は、交流電源10から交流線A1,A2に印加される入力電圧Vacを全波整流し、電源マイコン50に出力する。
The
電圧変換回路40から電源マイコン50に出力される電圧の波形は、正弦波状の入力電圧Vacの波形がゼロクロス点で折り返されて生成される、片極性の脈流電圧波形となる。以下では、電圧変換回路40から電源マイコン50に出力される電圧(入力電圧Vacが電圧変換回路40によって全波整流された後の電圧)を「脈流電圧Vpu」とも記載する。脈流電圧Vpuは、整流回路20からPFC回路30へ入力される整流電圧と同一の周波数及び位相を有している。
The waveform of the voltage output from the
電源マイコン50は、CPU(Central Processing Unit)、メモリ、及び入出力バッファ等を含んで構成される。図1においては電源マイコン50がPFC回路30の内部に設けられる例が示されるが、電源マイコン50は、PFC回路30の外部に設けられてもよい。
The
電源マイコン50は、電圧変換回路40、電流センサ34及び電圧センサ36に接続される。電源マイコン50には、電圧変換回路40からの脈流電圧Vpu、電流センサ34からのインダクタ電流IL、電圧センサ36からの出力電圧Vdcが入力される。電源マイコン50は、これらの電圧を用いてスイッチング素子SWを駆動(オンオフ)するための制御信号を生成し、生成した制御信号を駆動回路32に出力する。駆動回路32は、電源マイコン50からの制御信号に従ってスイッチング素子SWを駆動(オンオフ)する。
The
負荷60は、電源装置1(PFC回路30)から電力の供給を受けて作動する。例えば、負荷60は、図示されない給湯器において浴槽水を循環させるために用いられるDCポンプ、及び、燃焼用空気を供給するためのファンを回転駆動するDCモータ等を含む。
The
給湯器マイコン65は、CPU、メモリ、入出力バッファ等を含んで構成され、給湯器の動作を制御する。給湯器マイコン65は、電源装置1(PFC回路30)から電力の供給を受ける負荷60が作動中であるか否かを示す信号を電源マイコン50へ出力することができる。
The
次に、PFC回路30による制御を説明する。
PFC回路30は、出力電圧Vdcを目標電圧Vdc*に制御する定電圧制御と、インダクタLを流れる電流(PFC回路30の入力電流)の位相を脈流電圧Vpuの位相に同期させる力率改善制御とを実行するように、DC/DC変換を実行する。当該DC/DC変換は、電源マイコン50がスイッチング素子SWのオンオフを制御することによって実現される。
Next, control by the PFC circuit 30 will be described.
The PFC circuit 30 performs constant voltage control to control the output voltage Vdc to the target voltage Vdc *, and power factor improvement control to synchronize the phase of the current flowing through the inductor L (input current of the PFC circuit 30) to the phase of the pulsating voltage Vpu. And perform DC / DC conversion. The DC / DC conversion is realized by the
図2には、PFC回路30による力率改善制御及び定電圧制御を説明するための概念的な波形図が示される。図2において、横軸は時間を示し、縦軸の上段は電圧値(脈流電圧Vpu)を示し、縦軸の下段は電流値(目標インダクタ電流ILtag及びインダクタ電流IL)を示す。 A conceptual waveform diagram for illustrating power factor correction control and constant voltage control by the PFC circuit 30 is shown in FIG. In FIG. 2, the horizontal axis indicates time, the upper end of the vertical axis indicates a voltage value (pulse voltage Vpu), and the lower end of the vertical axis indicates a current value (target inductor current ILtag and inductor current IL).
図2を参照して、脈流電圧Vpuは、正弦波状の交流電圧を全波整流した波形を有する。すなわち、脈流電圧Vpuは、ゼロクロス点に相当する時刻t0,t1,t2で折り返された、交流電圧Vacの2倍の周波数を有する脈流波形を示す。電源マイコン50は、高周波ノイズを除去するためのフィルタ処理後の脈流電圧VpuをA/D変換によってサンプリングすることで、全波整流波形を取得する。以下では、脈流電圧Vpuは、フィルタ処理後の電圧を示すものとする。
Referring to FIG. 2, the pulsating current voltage Vpu has a waveform obtained by full-wave rectification of a sinusoidal alternating voltage. That is, the pulsating current voltage Vpu shows a pulsating current waveform having a frequency twice as high as that of the AC voltage Vac, which is turned back at times t0, t1 and t2 corresponding to the zero crossing point. The
さらに、電源マイコン50は、脈流電圧Vpuの電圧値に対して、パラメータKAを乗算することによって、目標インダクタ電流ILtagを生成する。したがって、目標インダクタ電流ILtagの位相は、脈流電圧Vpu、すなわち、整流回路20が出力する整流電圧と同期する。
Furthermore, the
スイッチング素子SWのオン期間において、インダクタ電流IL(電流センサ34の検出値)が上昇する一方で、スイッチング素子SWのオフ期間において、インダクタ電流ILは低下する。したがって、スイッチング素子SWのオンオフによってインダクタ電流ILをスイッチング制御することによって、インダクタ電流ILの波形を、目標インダクタ電流ILtagの波形に近付けることができる。これにより、交流電源10から供給される電圧及び電流の位相を合わせることで力率を1.0とする、力率改善制御を行うことができる。
While the inductor current IL (the detection value of the current sensor 34) rises in the on period of the switching element SW, the inductor current IL decreases in the off period of the switching element SW. Therefore, by controlling the switching of the inductor current IL by turning on and off the switching element SW, the waveform of the inductor current IL can be made close to the waveform of the target inductor current ILtag. Thus, power factor improvement control can be performed in which the power factor is set to 1.0 by matching the phases of the voltage and current supplied from the
図1の構成例では、スイッチング素子SWのオン期間にのみ、電流センサ34によってインダクタ電流ILを検出することができる。したがって、スイッチング素子SWのオンタイミングを高周波数(例えば、50KHz程度)で周期的に設けるとともに、各オンタイミングにおいて、インダクタ電流ILが目標インダクタ電流ILtagに達するのに応じてスイッチング素子SWをオフする制御を繰り返すことによって、目標インダクタ電流ILtagの波形に従ってインダクタ電流ILの波形を制御することができる。
In the configuration example of FIG. 1, the inductor current IL can be detected by the
また、インダクタ電流ILの平均値は、交流電源10からの供給電力に比例する。目標インダクタ電流ILtagは、力率改善制御のために脈流電圧と同期した位相を有するとともに、その平均値は、パラメータKAによって調整することができる。したがって、電源マイコン50は、出力電圧Vdcのフィードバック制御によってパラメータKAを調整することにより、出力電圧Vdcの定電圧制御を実行することができる。
Also, the average value of the inductor current IL is proportional to the power supplied from the
図3は、電源マイコン50による力率改善制御及び定電圧制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。図3に示された制御処理は、電源マイコン50によって、所定の制御周期毎に繰り返し実行される。
FIG. 3 is a flowchart showing an example of processing procedures of power factor improvement control and constant voltage control by the
図3を参照して、まず、電源マイコン50は、A/D変換およびフィルタ処理によって、電圧変換回路40からの脈流電圧Vpuの現周期での電圧値を取得する(ステップS100)。
Referring to FIG. 3, first,
次いで、電源マイコン50は、定電圧制御のためのパラメータKAを算出する(ステップS200)。パラメータKAの演算については、後程詳細に説明する。さらに、電源マイコン50は、目標インダクタ電流ILtagを下記の式(1)に従って算出する(ステップS300)。
Next, the
ILtag=Vpu×KA …(1)
式(1)において、Vpuには、ステップS100で取得された値が用いられ、KAには、ステップS200での算出値が用いられる。なお、目標インダクタ電流ILtagは、基本的には0以上の値に設定されるため、式(1)で算出される目標インダクタ電流ILtagが負の値である場合には、目標インダクタ電流ILtag=0に設定される。
ILtag = Vpu × KA (1)
In Equation (1), the value acquired in step S100 is used as Vpu, and the value calculated in step S200 is used as KA. In addition, since the target inductor current ILtag is basically set to a value of 0 or more, when the target inductor current ILtag calculated by the equation (1) is a negative value, the target inductor current ILtag = 0 Set to
これにより、図2に示したように、目標インダクタ電流ILtagの位相は、脈流電圧Vpuの位相に同期する。さらに、目標インダクタ電流ILtagの大きさ(振幅)は、出力電圧Vdcを目標電圧Vdc*に近付けるように調整される。上述のように、脈流電圧Vpuは、整流回路20が出力する整流電圧と同一の周波数及び位相を有するので、目標インダクタ電流ILtagの波形は、整流電圧の相似波形となる。また、整流電圧波形及び目標インダクタ電流波形の相似比は、パラメータKAによって調整されることが理解される。
Thereby, as shown in FIG. 2, the phase of the target inductor current ILtag is synchronized with the phase of the pulsating current voltage Vpu. Furthermore, the magnitude (amplitude) of the target inductor current ILtag is adjusted to bring the output voltage Vdc closer to the target voltage Vdc *. As described above, since the pulsating current voltage Vpu has the same frequency and phase as the rectified voltage output from the rectifying
次いで、電源マイコン50は、ステップS400〜S480において、インダクタLを流れる電流が目標インダクタ電流ILtagに近づくように、スイッチング素子SWをオンオフ制御する。
Next, in steps S400 to S480, the
具体的には、電源マイコン50は、スイッチング素子SWがオフ状態であるか否かを判定する(ステップS400)。スイッチング素子SWがオフ状態である場合(ステップS400のYES判定時)、電源マイコン50は、スイッチング素子SWのオンタイミングであるか否かを判定する(ステップS420)。
Specifically, the
本実施の形態においては、スイッチング素子SWのオンタイミングが、一定周期毎に設定される。(例えば、20μs程度毎)にオンする。したがって、電源マイコン50は、スイッチング素子SWを前回オフからオンに切り替えたタイミングから、一定時間が経過している場合に、スイッチング素子SWのオンタイミングであると判定する。
In the present embodiment, the on-timing of the switching element SW is set every fixed period. (For example, about every 20 microseconds) It turns on. Therefore, the
スイッチング素子SWのオンタイミングである場合(ステップS420のYES判定時)、電源マイコン50は、スイッチング素子SWをオフ状態からオン状態に切り替える(ステップS440)。一方で、スイッチング素子SWのオンタイミングでない場合(ステップS420のNO判定時)、電源マイコン50は、ステップS440の処理をスキップしてリターンへと処理を移す。
If it is the on timing of the switching element SW (YES in step S420), the
スイッチング素子SWがオフ状態でない場合(ステップS400のNO判定時)、すなわち、スイッチング素子SWがオン状態である場合、電源マイコン50は、インダクタ電流IL(電流センサ34の検出値)が、ステップS300で算出された目標インダクタ電流ILtag以上であるか否かを判定する(ステップS460)。
If switching element SW is not in the off state (NO in step S400), that is, if switching element SW is in the on state,
インダクタ電流ILが目標インダクタ電流ILtag以上である場合(ステップS460のYES判定時)、電源マイコン50は、スイッチング素子SWをオン状態からオフ状態に切り替える(ステップS480)。
If the inductor current IL is equal to or higher than the target inductor current ILtag (YES in step S460), the
なお、ステップS400〜S480によるスイッチング素子SWのオンオフ制御処理は、目標インダクタ電流ILtagの設定処理(S100〜S300)とは別個に行われることが好ましい。すなわち、上述のように、電源マイコン50がスイッチング素子SWを一定周期でオンするとともに、電源マイコン50のいわゆる「トリップ機能」を活用することによって、ステップS400〜S480の処理を実現することができる。
Preferably, the on / off control process of the switching element SW in steps S400 to S480 is performed separately from the setting process (S100 to S300) of the target inductor current ILtag. That is, as described above, the processing of steps S400 to S480 can be realized by turning on the switching element SW in a constant cycle and utilizing the so-called "trip function" of the
上記トリップ機能によれば、電源マイコン50は、電流センサ34による検出電流(インダクタ電流IL)が上限電流に達すると、スイッチング素子SWをオフする。この際に、トリップ機能の上限電流として、ステップS300によって算出された目標インダクタ電流ILtagを逐次設定することによって、ステップS460,S480の処理を実現することができる。
According to the trip function, the
このように、スイッチング素子SWのオンタイミングを高周波数で設けるとともにトリップ機能を活用することにより、図2に示したように、目標インダクタ電流ILtagの波形に従ってインダクタ電流ILを制御することができる。特に、トリップ機能の活用により、ステップS100〜S300の制御周期を過度に短くしなくても、図2の制御を実現することができる。 As described above, by providing the on-timing of the switching element SW at a high frequency and utilizing the trip function, the inductor current IL can be controlled according to the waveform of the target inductor current ILtag as shown in FIG. In particular, by utilizing the trip function, the control of FIG. 2 can be realized without excessively shortening the control cycle of steps S100 to S300.
次に、定電圧制御によるパラメータKAの設定について詳細に説明する。
図4は、PFC回路30の出力電圧の概念的な波形図である。
Next, setting of the parameter KA by constant voltage control will be described in detail.
FIG. 4 is a conceptual waveform diagram of the output voltage of the PFC circuit 30. As shown in FIG.
図4を参照して、出力電圧Vdcには、脈流電圧Vpuの周波数、すなわち交流電源10の電源周波数の2倍の周波数に応じたリップル電圧が発生する。リップル電圧による電圧変動の位相は、インダクタL及び平滑キャパシタCの影響により、脈流電圧Vpuの位相とは一致しない。すなわち、図2における脈流電圧Vpuのゼロクロス点に相当する時刻t0,t1と、出力電圧Vdcが極小となるタイミングとは一致しない。
Referring to FIG. 4, a ripple voltage is generated in output voltage Vdc according to the frequency of pulsating current voltage Vpu, that is, the frequency twice the power supply frequency of
したがって、特許文献1に記載されるような出力電圧のフィードバック制御によってリップル電圧を抑制するために、制御ゲインを高めると過補償によるハンチングの発生等により、電圧変動が却って拡大することが懸念される。この結果、リップル電圧低減のために平滑キャパシタCを大容量化すると、装置の大型化や高コスト化が懸念される。一方で、フィードバック制御の高周波化、すなわち、制御周期の短縮によって制御精度を高めることは、電源マイコン50の高スペック化によるコスト上昇を招くことが懸念される。
Therefore, if the control gain is increased to suppress the ripple voltage by feedback control of the output voltage as described in Patent Document 1, there is a concern that voltage fluctuation may be expanded due to occurrence of hunting due to overcompensation, etc. . As a result, if the capacity of the smoothing capacitor C is increased to reduce the ripple voltage, there is a concern that the size and cost of the apparatus may be increased. On the other hand, there is a concern that raising the control accuracy by increasing the frequency of feedback control, that is, shortening the control cycle may lead to an increase in cost due to the high specification of the
したがって、本実施の形態1に係る電源装置では、脈流電圧Vpuの1周期分の平均電圧を用いて定電圧制御を実行することによって、制御動作の安定化を図る。 Therefore, in the power supply device according to the first embodiment, the control operation is stabilized by executing constant voltage control using an average voltage of one cycle of the pulsating current voltage Vpu.
図5には、実施の形態1に係る電源装置における定電圧制御の制御処理を説明するためのフローチャートが示される。図5に示される制御処理は、図3のステップS200の詳細を説明するものである。 FIG. 5 shows a flowchart for describing control processing of constant voltage control in the power supply device according to the first embodiment. The control process shown in FIG. 5 explains the details of step S200 of FIG.
図5を参照して、図3に示されたステップS200は、ステップS210〜S250を有する。電源マイコン50は、ステップS100により脈流電圧Vpuの今回の制御周期の値が取得されると、ステップS210により、電圧センサ36を用いて出力電圧Vdcをサンプリングする。
Referring to FIG. 5, step S200 shown in FIG. 3 has steps S210 to S250. When the value of the current control period of the pulsating current voltage Vpu is acquired in step S100, the
さらに、電源マイコン50は、ステップS220により、脈流電圧Vpuのゼロクロス点であるかどうかを判定する。例えば、ステップS220では、予め設定されたゼロクロス点検出用の基準電圧Vr(Vr≒0)と、ステップS100で取得された脈流電圧Vpuとの比較結果に従って、フラグFLGZの値が設定される。Vpu>VrのときにフラグFLGZ=1に設定される一方で、Vpu≦VrのときにFLGZ=0に設定される場合には、前回の制御周期でFLGZ=1であり、かつ、今回の制御周期でFLGZ=0になったときに、ステップS220をYES判定とし、そうでないときにはNO判定とすることができる。
Further, in step S220, the
電源マイコン50は、Vpuのゼロクロス点が検出されないとき(S220のNO判定時)には、ステップS225により、出力電圧Vdcのサンプリング値を記憶するとともに、パラメータKAを現在の値に維持した後、処理をステップS300に進める。これにより、維持されたパラメータKAに基づく目標インダクタ電流ILtagに従って、PFC回路30は制御される。
When the zero crossing point of Vpu is not detected (NO at S220),
電源マイコン50は、Vpuのゼロクロス点が検出されたとき(S220のYES判定時)には、ステップS230により、ステップS225により記憶された出力電圧Vdcの平均電圧Vdcmを算出する。さらに、記憶されていた出力電圧Vdcをクリアする。これにより、平均電圧Vdcmは、脈流電圧Vpuの1周期に相当する期間における、出力電圧Vdcの平均値として算出される。
When the zero crossing point of Vpu is detected (YES in S220), the
電源マイコン50は、さらに、ステップS240により、ステップS230で算出した平均電圧Vdcmを用いて電圧偏差ΔVを算出する(ΔV=Vdc*−Vdcm)。電源マイコン50は、ステップS250により、電圧偏差ΔVを補償するための制御演算によってパラメータKAを算出する。例えば、PI制御により、下記の式(2)によって、パラメータKAを算出することができる。式(2)中において、Kpは比例制御ゲイン、Kiは積分制御ゲインを示す。
In step S240, the
KA=(ΔV×Kp)+[Σ(ΔV×Ki)] …(2)
この結果、パラメータKAは、脈流電圧Vpuのゼロクロス点検出毎に更新される。電源マイコン50は、処理をステップS300(図2)に進めて、更新されたパラメータKAに従って目標電流ILtagを算出する。
KA = (ΔV × Kp) + [Σ (ΔV × Ki)] (2)
As a result, the parameter KA is updated for each zero-crossing point detection of the pulsating current voltage Vpu. The
再び図4を参照して、脈流電圧Vpuのゼロクロスタイミングに相当する時刻t0およびt1で、ステップS220がYES判定とされて、1周期分蓄積された出力電圧Vdcから平均電圧Vdcmが算出される。例えば、時刻t1で算出される平均電圧Vdcmは、時刻t0〜t1の期間にサンプリングされた出力電圧Vdcの平均値に相当する。そして、時刻t1で算出された平均電圧Vdcmに基づくパラメータKAは、次のゼロクロスタイミング(図2での時刻t2)まで維持される。 Referring again to FIG. 4, at time t0 and t1 corresponding to the zero cross timing of the pulsating current voltage Vpu, step S220 is determined as YES, and the average voltage Vdcm is calculated from the output voltage Vdc accumulated for one cycle. . For example, the average voltage Vdcm calculated at time t1 corresponds to the average value of the output voltage Vdc sampled in the period from time t0 to t1. Then, the parameter KA based on the average voltage Vdcm calculated at time t1 is maintained until the next zero cross timing (time t2 in FIG. 2).
この結果、PFC回路30での目標インダクタ電流ILtagの大きさ(振幅)がリップル電圧の影響で変動することを防止できる。これにより、定電圧制御のためのフィードバック制御の不安定化による出力電圧Vdcの変動を抑制できるので、平滑キャパシタCの容量増大による大型化を抑制して、電力変換装置の小型化および低コスト化を図ることができる。 As a result, it is possible to prevent the magnitude (amplitude) of the target inductor current ILtag in the PFC circuit 30 from fluctuating due to the influence of the ripple voltage. As a result, it is possible to suppress the fluctuation of the output voltage Vdc due to the instability of feedback control for constant voltage control, thereby suppressing the size increase due to the increase of the capacity of the smoothing capacitor C, and downsizing and cost reduction of the power converter. Can be
[実施の形態1の変形例]
再び図1を参照して、電源装置1の定電圧制御では、負荷60での電力消費に応じて出力電圧Vdcが低下すると、パラメータKAが増加されて、インダクタ電流IL、すなわち、PFC回路30から負荷60への出力電流が増加する。このため、負荷60による消費電力が小さい、いわゆる軽負荷時には、電圧偏差ΔVの発生(ΔV>0)に応じてパラメータKAを過度に増加すると、出力電圧Vdcの過上昇を招くことが懸念される。
[Modification of Embodiment 1]
Referring back to FIG. 1, in constant voltage control of power supply device 1, when output voltage Vdc decreases according to power consumption at
一方で、このような負荷60の消費電力の違いに対応させて制御ゲインKp,Kiを異なる値に設定する制御とすると、制御ゲインの調整負荷の増大が懸念される。
On the other hand, if the control gains Kp and Ki are set to different values in accordance with the difference in the power consumption of the
したがって、実施の形態1の変形例では、図6に示される制御処理が追加される。具体的には、図6に示されるステップS245が、図5のステップS240及びS250の間で実行される。 Therefore, in the modification of the first embodiment, the control process shown in FIG. 6 is added. Specifically, step S245 shown in FIG. 6 is performed between steps S240 and S250 of FIG.
図6を参照して、ステップS245は、ステップS246〜S248を有する。電源マイコン50は、ステップS240により電圧偏差ΔVが算出されると、ステップS246により、電圧偏差の絶対値|ΔV|が予め定められた基準値Vpよりも小さいかどうかを判定する。
Referring to FIG. 6, step S245 has steps S246 to S248. When the voltage deviation ΔV is calculated in step S240, the
電源マイコン50は、|ΔV|<Vpの場合(S246でYES判定時)には、ステップS247により、電圧偏差ΔV=0にクリアして、ステップS250へ処理を進める。一方で、|ΔV|≧Vpの場合には(S246のNO判定時)には、電源マイコン50は、ステップS248により、|ΔV|の絶対値をVpだけ減少させる。具体的には、ΔV>0のときには、ΔVからVpが減算される一方で、ΔV<0のときには、ΔVにVpが加算される。
If | ΔV | <Vp (YES at S246), the
したがって、電圧偏差ΔVが小さい場合(−Vp<ΔV<Vpの範囲内の場合)には、ステップS250においてパラメータKAは、現在の値から変化しなくなる。また、定電圧制御は、Vdc*±Vpの範囲内に出力電圧Vdcを維持するように、パラメータKAを調整することになる。 Therefore, when voltage deviation ΔV is small (in the range of −Vp <ΔV <Vp), parameter KA does not change from the current value in step S250. Also, constant voltage control will adjust the parameter KA to maintain the output voltage Vdc within the range of Vdc * ± Vp.
このように、目標電圧Vdc*に等価的に幅(±Vp)を持たせることによって、負荷60の消費電力が小さいときに、インダクタ電流ILの大きさ(振幅)の過度な修正により、出力電圧Vdcが変動することを、簡易な制御演算によって防止できる。
Thus, when the power consumption of the
[実施の形態2]
実施の形態2では、定電圧制御の目標電圧Vdc*の可変制御について説明する。
Second Embodiment
In the second embodiment, variable control of the target voltage Vdc * of constant voltage control will be described.
図1に示されたPFC回路30は、昇圧された出力電圧Vdcを発生する。一般的に、PFC回路30では、昇圧比が高くなるほど電力損失が増大する。一方で、負荷60の消費電力が一定の下では、出力電圧Vdcが低下すると負荷60の電流は増加する。電流が増加し過ぎると、負荷60での電力損失(電流の2乗に比例)の増大による構成要素(例えば、半導体スイッチング素子)の過熱等により、後述する降圧チョッパ70の半導体素子が故障する等、負荷60の動作に影響が生じることが懸念される。
The PFC circuit 30 shown in FIG. 1 generates a boosted output voltage Vdc. Generally, in the PFC circuit 30, the power loss increases as the boost ratio increases. On the other hand, when the power consumption of the
したがって、実施の形態2では、負荷60の電流消費状態に応じて、出力電圧Vdcの目標電圧Vdc*を変化させる制御(以下、「目標電圧可変制御」とも称する)について説明する、例えば、実施の形態2に係る目標電圧可変制御は、実施の形態1で説明した電源装置1において、定電圧制御に用いられる目標電圧Vdc*の設定に適用することができる。 Therefore, in the second embodiment, control for changing target voltage Vdc * of output voltage Vdc in accordance with the current consumption state of load 60 (hereinafter, also referred to as “target voltage variable control”) will be described. The target voltage variable control according to mode 2 can be applied to setting of the target voltage Vdc * used for constant voltage control in the power supply 1 described in the first embodiment.
図7は、実施の形態2に従う目標電圧可変制御を説明するフローチャートである。図7に示される制御処理は、図3の制御処理とは別個に実行される。図7の制御処理で設定された目標電圧Vdc*が、図5のステップS240で用いられる。 FIG. 7 is a flowchart illustrating target voltage variable control according to the second embodiment. The control process shown in FIG. 7 is performed separately from the control process of FIG. The target voltage Vdc * set in the control process of FIG. 7 is used in step S240 of FIG.
図7を参照して、電源マイコン50は、ステップS510により、負荷60の電流消費状態を示す負荷パラメータ値Pldを取得する。負荷パラメータ値Pldは、電流消費が多い場合に高い値に設定される定量値として定義される。
Referring to FIG. 7,
図8には、負荷パラメータ値の設定例を説明するための負荷のブロック図が示される。
図8を参照して、負荷60は、負荷機器61及び62を含む。負荷機器61及び62は、ポンプ又はファン等の電力消費機器によって構成される。負荷機器61及び62の作動及び停止は、図1に示された給湯器マイコン65によって制御される。また、負荷機器61及び62の作動時における消費電力は、給湯器マイコン65からの動作指令値に従う動作状態(例えば、回転数等)に応じて変化する。
FIG. 8 shows a block diagram of a load for explaining an example of setting of load parameter values.
Referring to FIG. 8, load 60 includes
負荷機器61は、電流センサ76を介して正極線PL3に電気的に接続される。PFC回路30の出力電圧Vdcの供給を受けて動作する負荷機器61への供給電流Il1は、電流センサ76を配置することで検出できる。電流センサ76の検出値は、電源マイコン50へ入力される。負荷機器61については、電流センサ76による検出電流値を、負荷パラメータ値Pldとして用いることができる。
一方で、負荷機器62は、降圧チョッパ70を介して正極線PL3に電気的に接続される。降圧チョッパ70は、正極線PL3上の直流電圧Vdcを降圧して、直流電圧Vsを正極線PLsに出力する。負荷機器62は、降圧チョッパ70の出力電圧Vsの供給を受けて動作する。
On the other hand,
図9は、降圧チョッパ70の構成例を示す回路図である。
図9を参照して、降圧チョッパ70は、インダクタ71、スイッチング素子72、及びダイオード73を有する。スイッチング素子72は、正極線PL3及びノードNcの間に接続される。電源マイコン50からの制御パルス信号SPに従ってオンオフされる。インダクタ71は、負荷機器62が接続される正極線PLsとノードNcとの間に、接続される。
FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration example of the step-down
Referring to FIG. 9, the step-down
ダイオード73は、ノードNc及び負極線NLの間に、負極線NLからノードNcへ向かう方向を順方向として接続される。降圧チョッパ70の出力電圧Vsは、電圧センサ75によって検出される。電圧センサ75の検出値は、電源マイコン50へ入力される。
The
降圧チョッパ70では、スイッチング素子72のオン期間及びオフ期間が交互に設けられる。スイッチング素子72のオン期間には、正極線PL3からインダクタ71を経由して、正極線PLsへ電流が供給されるので、出力電圧Vsが上昇する。一方で、スイッチング素子72のオフ期間には、インダクタ71に蓄積されたエネルギによって正極線PLsへ電流が供給されるので、出力電圧Vsは低下する。
In the step-down
図10には、降圧チョッパの制御波形例が示される。
図10を参照して、電源マイコン50は、スイッチング素子72を一定のスイッチング周期Tswでターンオンする。各スイッチング周期における、スイッチング素子72のオン期間長Tonは、デューティ比DT(DT=Ton/Tsw)に従って設定される。すなわち、電圧センサ75による電圧検出値に基づく出力電圧Vsのフィードバック制御によってデューティ比DTを変化させることで、降圧チョッパ70の出力電圧Vsを一定に制御することができる。
FIG. 10 shows an example of a control waveform of the step-down chopper.
Referring to FIG. 10,
再び図9を参照して、負荷機器62の消費電力が大きく、負荷機器62への供給電流Il2が大きいときには、出力電圧Vsを一定に制御するためのデューティ比DTが高くなる。一方で、負荷機器62への供給電流Il2が小さいときには、出力電圧Vsを一定に制御するためのデューティ比DTは低くなる。
Referring again to FIG. 9, when the power consumption of the
したがって、供給電流Il2を検出するための電流センサを配置しなくても、降圧チョッパ70でのデューティ比DTから、供給電流Il2を間接的に検出することができる。すなわち、負荷機器62については、負荷機器62へ一定電圧を供給するための降圧チョッパ70におけるデューティ比DTを、負荷パラメータ値Pldとして用いることができる。
Therefore, the supply current Il2 can be detected indirectly from the duty ratio DT of the step-down
このように、電流センサによる電流検出値、又は、降圧チョッパでのデューティ比等の制御パラメータ値を用いて、負荷60への供給電流に応じた定量値を有する負荷パラメータ値Pldを設定することができる。
Thus, setting the load parameter value Pld having a quantitative value according to the current supplied to the
再び図7を参照して、電源マイコン50は、ステップS520により、ステップS510で取得された負荷パラメータ値Pldを基準値P1と比較する。Pld<P1であり、負荷60への供給電流が小さいときには(S520のYES判定時)、電源マイコン50は、ステップS530により、定電圧制御の目標電圧Vdc*を現在の値よりも低下させる。一方で、電源マイコン50は、Pld≧P1のときには(S520のNO判定時)、ステップS540により、目標電圧Vdc*は維持又は上昇される。
Referring again to FIG. 7, in step S520, the
図11には、負荷パラメータ値に基づく目標電圧Vdc*の制御例を説明する概念図が示される。 FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating an example of control of the target voltage Vdc * based on the load parameter value.
図11を参照して、負荷パラメータ値Pld<P1のときには、上述のステップS530により、目標電圧Vdc*は、現在値よりもVu1低下される。さらに、Pld≧P1のときには(ステップS540)、基準値P1よりも高い基準値P2と負荷パラメータ値Pldとの比較により、目標電圧Vdc*を維持及び上昇のいずれとするかを選択することができる。基準値P1は「第1の基準値」に対応し、基準値P2は「第2の基準値」に対応する。 Referring to FIG. 11, when load parameter value Pld <P1, target voltage Vdc * is lowered by Vu1 from the current value by the above-described step S530. Furthermore, when Pld ≧ P1 (step S540), it is possible to select whether to maintain or increase the target voltage Vdc * by comparing the load parameter value Pld with the reference value P2 higher than the reference value P1. . The reference value P1 corresponds to the "first reference value", and the reference value P2 corresponds to the "second reference value".
すなわち、電源マイコン50は、ステップS540において、Pld>P2のときには、目標電圧Vdc*を現在値よりもVu2上昇する一方で、PL1≦Pld≦PL2のときには、目標電圧Vdc*を現在値に維持することができる。なお、目標電圧Vdc*の低下幅Vu1及び上昇幅Vu2は、同一値であっても異なる値であってもよい。
That is, at step S540, the
図12には、実施の形態2に係る目標電圧可変制御の動作例が示される。
図12を参照して、電源装置1が起動される時刻taには、目標電圧Vdc*は、所定の初期電圧Viniに設定される。初期電圧Viniは、負荷60の動作が十分に保証された定格電圧に相当する。実施の形態2に係る目標電圧可変制御は、負荷60の電流が過大とならない範囲内で、目標電圧Vdc*を低下させることによって、PFC回路30での電力損失の低減を図るものである。
FIG. 12 shows an operation example of the target voltage variable control according to the second embodiment.
Referring to FIG. 12, at time ta when power supply device 1 is activated, target voltage Vdc * is set to a predetermined initial voltage Vini. The initial voltage Vini corresponds to a rated voltage at which the operation of the
時刻tbから、負荷パラメータ値Pldに基づいて、目標電圧Vdc*が徐々に低下される。一方で、時刻tcでは、目標電圧Vdc*に従って出力電圧Vdcが低下した結果、負荷パラメータ値Pldが基準値P2よりも高くなることによって、目標電圧Vdc*は上昇される。 From time tb, target voltage Vdc * is gradually decreased based on load parameter value Pld. On the other hand, at time tc, as a result of output voltage Vdc decreasing according to target voltage Vdc *, load parameter value Pld becomes higher than reference value P2, and target voltage Vdc * is increased.
以降では、目標電圧Vdc*の上昇又は低下に応じて、負荷パラメータ値Pldが変化することにより、負荷パラメータ値Pldが過大とならない範囲(Pld≦P2の範囲)にて、目標電圧Vdc*をできるだけ低く設定することができる。 Thereafter, load parameter value Pld changes according to the increase or decrease of target voltage Vdc *, so that target voltage Vdc * can be as small as possible within the range where load parameter value Pld does not become excessive (the range of Pld ≦ P2). It can be set low.
なお、目標電圧Vdc*の設定範囲は、上限値Vmax及び下限値Vminが設定されており、目標電圧Vdc*の上昇及び低下は、Vmin≦Vdc*≦Vmaxの範囲内で行われる。図12の例では、Vmax=Viniである。下限値Vminは「第1の所定電圧」に対応し、上限値Vmax(初期電圧Vini)は「第2の所定電圧」に対応する。 Upper limit value Vmax and lower limit value Vmin are set as the setting range of target voltage Vdc *, and increase and decrease of target voltage Vdc * are performed within the range of Vmin ≦ Vdc * ≦ Vmax. In the example of FIG. 12, Vmax = Vini. The lower limit value Vmin corresponds to the “first predetermined voltage”, and the upper limit value Vmax (initial voltage Vini) corresponds to the “second predetermined voltage”.
図7に示す制御処理を図3の制御処理よりも長い周期で実行することで、両方の制御の干渉を防止できる。また、ステップS510で取得される負荷パラメータ値Pldは、図7の実行周期毎(すなわち、目標電圧可変制御の周期毎)のサンプリング値ではなく、当該周期内での平均値を用いることが好ましい。 By executing the control process shown in FIG. 7 in a longer cycle than the control process of FIG. 3, interference between the two controls can be prevented. Further, it is preferable that the load parameter value Pld acquired in step S510 is not a sampling value for each execution cycle of FIG. 7 (that is, for each cycle of the target voltage variable control), but an average value within the cycle.
このように、PFC回路30の定電圧制御での目標電圧Vdc*を、負荷60への供給電流に応じて低下させることにより、負荷60の動作を不安定化させることなく、PFC回路30による電力損失を低減することができる。
As described above, by reducing the target voltage Vdc * in the constant voltage control of the PFC circuit 30 according to the current supplied to the
[実施の形態2の変形例]
負荷60での消費電力が一定の下で上述の目標電圧可変制御を実行すると、目標電圧Vdc*の挙動は、図12に示したように適正値に収束する。
[Modification of Embodiment 2]
When the above-described target voltage variable control is performed under constant power consumption at the
一方で、図8の例のように、負荷60が複数の負荷機器で構成されている場合には、負荷機器の作動又は停止により、負荷60全体での消費電力が変化する。給湯器では、給湯器マイコン65(図1)からの指令に従って、ファン及びポンプの動作及び停止、又は、動作時の回転数指令値が変わることによって、負荷60の消費電力が変化する。
On the other hand, when the
したがって、負荷60における動作パターン、例えば動作している負荷機器の個数ないし種類が変化する度に、目標電圧Vdc*を初期電圧Viniに復帰させる制御をさらに組合せることが好ましい。
Therefore, it is preferable to further combine control for returning the target voltage Vdc * to the initial voltage Vini every time the operation pattern of the
図13は、実施の形態2の変形例に係る目標電圧可変制御を説明するフローチャートである。 FIG. 13 is a flowchart for describing target voltage variable control according to a modification of the second embodiment.
図13を参照して、電源マイコン50は、電源装置1の起動時に、ステップS610により、目標電圧Vdc*を初期電圧Viniに設定する。そして、ステップS620では、図7のステップS510〜S540による目標電圧可変制御が実行される。なお、ステップS620の実行中において、電源装置1の電源がオフされると、図中に点線で示されるように、図13の制御処理は終了される。
Referring to FIG. 13, when power supply device 1 is activated,
電源マイコン50は、目標電圧可変制御中において、ステップS630により、負荷60の作動状況が変化しているかどうかを判定する。例えば、負荷60が複数の負荷機器で構成されている場合に、いずれかの負荷機器の作動/停止が切替えられた場合に、ステップS630をYES判定とすることができる。
During the target voltage variable control, the
電源マイコン50は、負荷の作動状況が変化しない間は(S630のNO判定時)、ステップS620による目標電圧可変制御を繰り返し実行する。一方で、電源マイコン50は、負荷の作動状況が変化すると(S630のYES判定時)、ステップS640により、作動状況の変化が消費電力を増加させる方向のものであるか否かを判定する。例えば、作動する負荷機器が増加したときにステップS640はYES判定とされる。
The
電源マイコン50は、消費電力が増加するような作動状況の変化があった場合(S640のYES判定時)には、ステップS610に処理を戻して、Vdc*=Viniに復帰させて、目標電圧可変制御(S620)を再開する。一方で、電源マイコン50は、消費電力が増加するような作動状況の変化ではない場合(S640のNO判定時)には、ステップS650により目標電圧Vdc*を現在の値に維持して、目標電圧可変制御(S620)を継続する。
If there is a change in the operating condition such that the power consumption increases (YES at S640), the
このようにすると、消費電力が増加する方向に負荷60の作動状況が変化した場合には、PFC回路30の目標電圧Vdc*を初期電圧Viniに一旦復帰させて負荷機器の安定動作を優先するので、負荷60の動作に影響を与えることなく、PFC回路30の電力損失の削減を図ることができる。
In this way, when the operating condition of
なお、実施の形態2及びその変形例に係るPFC回路の目標電圧可変制御は、上述したように、脈流電圧の周期毎での出力電圧の平均値Vdcmをフィードバックする定電圧制御における目標電圧Vdc*の設定に用いるだけではなく、通常の出力電圧(Vdc)フィードバック制御と組み合わせることも可能である。 As described above, the target voltage variable control of the PFC circuit according to the second embodiment and the modification thereof is the target voltage Vdc in constant voltage control in which the average value Vdcm of the output voltage in each cycle of the pulsating current is fed back. Not only for setting *, it is also possible to combine with normal output voltage (Vdc) feedback control.
具体的には、PFC回路30での定電圧制御において、図3の制御周期毎に出力電圧Vdcをフィードバックして電圧偏差ΔV及びパラメータKAを更新するように変形しても、電圧偏差ΔVを算出するための目標電圧Vdc*について、実施の形態2及び変形例に係る目標電圧制御を用いて設定することが可能である。 Specifically, in the constant voltage control in the PFC circuit 30, even if the voltage deviation ΔV and the parameter KA are modified so as to feed back the output voltage Vdc for each control cycle of FIG. 3, the voltage deviation ΔV is calculated. The target voltage Vdc * to be set can be set using the target voltage control according to the second embodiment and the modification.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is indicated not by the above description but by the claims, and is intended to include all the modifications within the meaning and scope equivalent to the claims.
1 電源装置、10 交流電源、20 整流回路、30 PFC回路、32 駆動回路、34,76 電流センサ、36,75 電圧センサ、40 電圧変換回路、50 電源マイコン、60 負荷、61,62 負荷機器、65 給湯器マイコン、70 降圧チョッパ、71,L インダクタ、72,SW スイッチング素子、73,D,D1,D2 ダイオード、A1,A2 交流線、C 平滑キャパシタ、IL インダクタ電流、KA パラメータ、NL 負極線、N1 接続線、Nc ノード、P1,P2,Vp 基準値、PL1〜PL3,PLs 正極線、Pld 負荷パラメータ値、Vdc 出力電圧(PFC回路)、Vdc* 目標電圧(Vdc)、Vs 出力電圧(降圧チョッパ)、Vini 初期電圧(Vdc*)、Vpu 脈流電圧。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 power supply device, 10 alternating current power supply, 20 rectification circuit, 30 PFC circuit, 32 drive circuit, 34, 76 current sensor, 36, 75 voltage sensor, 40 voltage conversion circuit, 50 power supply microcomputer, 60 load, 61, 62 load apparatus, 65 water heater microcomputer, 70 step-down chopper, 71, L inductor, 72, SW switching element, 73, D, D1, D2 diode, A1, A2 AC wire, C smoothing capacitor, IL inductor current, KA parameter, NL negative electrode wire, N1 connection line, Nc node, P1, P2, Vp reference value, PL1 to PL3, PLs positive electrode line, Pld load parameter value, Vdc output voltage (PFC circuit), Vdc * target voltage (Vdc), Vs output voltage (step-down chopper) ), Vini initial voltage (Vdc *), Vpu pulsating current voltage.
Claims (8)
平滑キャパシタが接続された直流電源配線と前記整流回路との間に接続された力率改善回路と、
前記力率改善回路を制御する制御装置とを備え、
前記力率改善回路は、
前記整流回路及び直流電源配線の間に電気的に接続されたインダクタと、
前記インダクタの電流をスイッチング制御するための半導体スイッチング素子とを含み、
前記制御装置は、
前記整流電圧の周期に従って算出される平均値を用いて前記半導体スイッチング素子のオンオフを制御することで前記力率改善回路の出力電圧を制御する、電源装置。 A rectifier circuit that outputs a rectified voltage obtained by full-wave rectifying an AC voltage;
A power factor correction circuit connected between a DC power supply wire to which a smoothing capacitor is connected and the rectification circuit;
A controller for controlling the power factor correction circuit;
The power factor correction circuit
An inductor electrically connected between the rectifier circuit and the DC power supply wire;
A semiconductor switching element for switching control of the current of the inductor;
The controller is
A power supply device controlling an output voltage of the power factor correction circuit by controlling on / off of the semiconductor switching element using an average value calculated according to a cycle of the rectified voltage.
前記整流電圧の相似波形として生成された電流目標波形に従って前記インダクタの電流を制御するように前記半導体スイッチング素子をオンオフし、
前記電流目標波形および前記整流電圧の波形の相似比は、前記出力電圧の目標電圧値に対する前記平均値の偏差に従って調整される、請求項1記載の電源装置。 The controller is
Turning the semiconductor switching element on and off to control the current of the inductor according to a current target waveform generated as a similar waveform of the rectified voltage;
The power supply device according to claim 1, wherein a similarity ratio of the current target waveform and the waveform of the rectified voltage is adjusted in accordance with a deviation of the average value from a target voltage value of the output voltage.
前記目標電圧値は、前記直流電源配線に接続された負荷への供給電流の増加に応じて上昇する負荷パラメータ値に応じて、上昇又は低下される、請求項2記載の電源装置。 The control device controls on / off of the semiconductor switching element based on a deviation between a target voltage value of the output voltage and the average value.
The power supply device according to claim 2, wherein the target voltage value is increased or decreased according to a load parameter value which increases in response to an increase in supply current to a load connected to the DC power supply wiring.
前記目標電圧値は、第1の所定電圧以上かつ第2の所定電圧以下の範囲内で調整され、
前記制御装置は、前記複数の負荷機器の動作状況が消費電流を増加させる方向に変化すると、前記目標電圧値を前記第2の所定電圧に設定する、請求項4〜6のいずれか1項に記載の電源装置。 The load includes a plurality of load devices electrically connected to the DC power supply wiring,
The target voltage value is adjusted within a range equal to or higher than a first predetermined voltage and equal to or lower than a second predetermined voltage,
The control device sets the target voltage value to the second predetermined voltage when the operating conditions of the plurality of load devices change in a direction to increase current consumption. Power supply as described.
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