JP2020092556A - Power conversion device - Google Patents

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Abstract

To suppress a current flowing through an electrolytic capacitor to suppress an increase in the number of parallel electrolytic capacitors when a low-capacitance capacitor is used together with the electrolytic capacitor.SOLUTION: A power conversion device 100 includes a rectifier circuit 2 that converts an AC voltage to a DC voltage, and a converter 4 that converts the output voltage of the rectifier circuit to another output voltage. The converter includes a first capacitor 15 as an electrolytic capacitor, a second capacitor 17 connected in parallel with the first capacitor, having a capacitance smaller than that of the first capacitor, and having an equivalent series resistance smaller than that of the first capacitor, and a resistance element 16 connected in series with the first capacitor.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device.

AC−DCコンバータは、例えば、交流電力を直流電力に変換する整流回路と、整流回路が出力する脈流を平滑化するための平滑回路と、平滑化された直流電圧を更に別の電圧に変換するコンバータとを備えて構成される。コンバータにはスイッチングサージを吸収するためのコンデンサが設けられる。このコンデンサには、入力される交流電力、例えば商用交流電源の周波数(50Hz又は60Hz)に基づくリプル(以下、「交流電源リプル」という)と、整流回路のスイッチングのためのスイッチング信号(数百kHz)に含まれるリプル(以下「スイッチングリプル」という)が混在した電流が流れる。 The AC-DC converter is, for example, a rectifier circuit that converts AC power into DC power, a smoothing circuit that smoothes a pulsating current output from the rectifier circuit, and a smoothed DC voltage that is further converted into another voltage. And a converter that operates. The converter is provided with a capacitor for absorbing a switching surge. Ripple (hereinafter referred to as “AC power supply ripple”) based on the input AC power, for example, the frequency (50 Hz or 60 Hz) of the commercial AC power supply, and a switching signal (several hundred kHz) for switching the rectifier circuit are included in the capacitor. )) and a ripple (hereinafter, referred to as “switching ripple”) mixed therein flows.

コンバータに含まれるコンデンサとしては、スイッチングリプルやスイッチングサージの吸収のため、大容量の電解コンデンサを使用する場合が多い。また、電解コンデンサの許容リプル電流が十分でない場合、電解コンデンサと共に、セラミックコンデンサやフィルムコンデンサ等の低容量のコンデンサが併用される場合がある(例えば、特許文献1参照)。 As a capacitor included in the converter, a large-capacity electrolytic capacitor is often used in order to absorb switching ripple and switching surge. Further, when the allowable ripple current of the electrolytic capacitor is not sufficient, a low-capacity capacitor such as a ceramic capacitor or a film capacitor may be used together with the electrolytic capacitor (for example, refer to Patent Document 1).

一般に電解コンデンサは、単位体積当たりの容量が大きく、スイッチング周波数として利用される数百kHz程度の周波数領域においてはインピーダンスが低いが、ESR(等価直列抵抗)が比較的大きい。このため、電解コンデンサは、許容リプル電流が数A程度のものが多い。一方、セラミックコンデンサやフィルムコンデンサは、単位体積当たり容量は電解コンデンサに劣るものの、ESRが小さいため、許容リプル電流は比較的大きい。 Generally, an electrolytic capacitor has a large capacity per unit volume, and has a low impedance in a frequency region of about several hundred kHz used as a switching frequency, but has a relatively large ESR (equivalent series resistance). Therefore, many electrolytic capacitors have an allowable ripple current of about several amperes. On the other hand, a ceramic capacitor or a film capacitor has a capacity per unit volume inferior to that of an electrolytic capacitor, but since the ESR is small, the allowable ripple current is relatively large.

電力変換回路では、設計仕様の商用周波数のリプルに基づいて電解コンデンサの容量を設計するが、許容リプル電流が十分でない場合には、電解コンデンサの個数を増やしたり、より大容量の電解コンデンサを使用したりする必要がある。しかし、電解コンデンサの個数を増やしたり、大容量の電解コンデンサを使用したりすることは、電力変換効率の低下の原因となり、電気機器の小型・軽量化の要請にも沿わない。 In the power conversion circuit, the capacity of the electrolytic capacitor is designed based on the ripple of the commercial frequency specified in the design specifications, but if the allowable ripple current is not sufficient, increase the number of electrolytic capacitors or use a larger capacity electrolytic capacitor. I need to do it. However, increasing the number of electrolytic capacitors or using a large-capacity electrolytic capacitor causes a decrease in power conversion efficiency, and does not meet the demand for downsizing and weight reduction of electric devices.

特開2012−055084号公報JP 2012-055084A

本発明は、電解コンデンサとともに低容量のコンデンサが併用される場合において、電解コンデンサに流す電流を抑制し、これにより電解コンデンサの並列数が増加することを抑制することができる電力変換装置を提供することを目的とする。 The present invention provides a power conversion device capable of suppressing the current flowing through the electrolytic capacitor when the low-capacity capacitor is also used together with the electrolytic capacitor, thereby suppressing an increase in the number of parallel electrolytic capacitors. The purpose is to

本発明に係る電力変換装置は、交流電圧を直流に変換する整流回路と、前記整流回路の出力電圧を更に他の出力電圧に変換するコンバータとを備え、前記コンバータは、電解コンデンサとしての第1コンデンサと、前記第1コンデンサと平行に接続され、前記第1コンデンサよりも小さい容量を有し、前記第1コンデンサよりも小さい等価直列抵抗を有する第2コンデンサと、前記第1コンデンサと直列に接続される抵抗素子とを備える。
前記抵抗素子の抵抗値をR、前記第1コンデンサの容量値をC、前記第2コンデンサの容量値をC、前記コンバータにおけるスイッチング周波数をfswとしたとき、前記抵抗値Rは、

Figure 2020092556
を満たすことを特徴とする。 A power converter according to the present invention includes a rectifier circuit that converts an alternating voltage into a direct current, and a converter that converts an output voltage of the rectifier circuit into another output voltage, and the converter is a first electrolytic capacitor. A capacitor, a second capacitor connected in parallel with the first capacitor, having a capacitance smaller than the first capacitor, and having an equivalent series resistance smaller than the first capacitor, and connected in series with the first capacitor And a resistance element that is formed.
When the resistance value of the resistance element is R s , the capacitance value of the first capacitor is C c , the capacitance value of the second capacitor is C f , and the switching frequency in the converter is f sw , the resistance value R s is ,
Figure 2020092556
It is characterized by satisfying.

また、上記の[数1]に加え、前記交流電圧のリプル周波数をfacとしたとき、
抵抗値Rは、

Figure 2020092556
を満たすのが好適である。 In addition to the above [Equation 1], when the ripple frequency of the AC voltage is f ac ,
The resistance value R s is
Figure 2020092556
It is preferable to satisfy.

本発明によれば、電解コンデンサとともに電解コンデンサよりも低容量のコンデンサが併用される場合において、電解コンデンサに流す電流を抑制し、これにより電解コンデンサの並列数が増加することを抑制することができる電力変換装置を提供することができる。 According to the present invention, when a capacitor having a lower capacity than that of an electrolytic capacitor is used together with the electrolytic capacitor, it is possible to suppress a current flowing through the electrolytic capacitor and thereby suppress an increase in the number of parallel electrolytic capacitors. A power converter can be provided.

本発明の実施の形態に係る電力変換装置100を説明する回路図である。It is a circuit diagram explaining power converter 100 concerning an embodiment of the invention. 比較例に係る電力変換装置を説明する回路図である。It is a circuit diagram explaining the power converter device which concerns on a comparative example. 実施の形態の効果を説明するためのグラフである。7 is a graph for explaining the effect of the embodiment.

以下、添付図面を参照して本実施形態について説明する。添付図面では、機能的に同じ要素は同じ番号で表示される場合もある。なお、添付図面は本開示の原理に則った実施形態と実装例を示しているが、これらは本開示の理解のためのものであり、決して本開示を限定的に解釈するために用いられるものではない。本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味においても限定するものではない。 The present embodiment will be described below with reference to the accompanying drawings. In the accompanying drawings, functionally the same elements may be represented by the same numbers. It should be noted that although the accompanying drawings show embodiments and implementation examples according to the principles of the present disclosure, these are for understanding of the present disclosure, and are used for limiting interpretation of the present disclosure. is not. The description herein is merely exemplary in nature and is not intended to limit the scope or claims of the disclosure in any way.

本実施形態では、当業者が本開示を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本開示の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。 Although the present embodiment has been described in detail enough for those skilled in the art to carry out the present disclosure, other implementations/forms are also possible without departing from the scope and spirit of the technical idea of the present disclosure. It is necessary to understand that the structure and structure can be changed and various elements can be replaced. Therefore, the following description should not be limited to this.

図1を参照して、本実施の形態に係る電力変換装置100の全体構成を説明する。この電力変換装置100は、三相の交流電源1から供給される交流電力、例えば商用交流電力を直流電力に変換する整流回路2と、直流電力の脈流成分を平滑化させる平滑化回路3と、平滑化回路3が出力する直流電圧を更に別の直流電圧に変換するコンバータ4とを備える。図示は省略するが、交流電源1は、三相の交流電力電源に代えて、単相の交流電源の電源装置としてもよく、整流回路2も、単相の交流電力を直流電力に整流する回路としてもよい。 With reference to FIG. 1, the overall configuration of the power conversion device 100 according to the present embodiment will be described. The power conversion device 100 includes a rectifier circuit 2 that converts AC power supplied from a three-phase AC power supply 1, for example, commercial AC power into DC power, and a smoothing circuit 3 that smoothes a pulsating current component of DC power. , A converter 4 for converting the DC voltage output from the smoothing circuit 3 into another DC voltage. Although illustration is omitted, the AC power supply 1 may be a power supply device of a single-phase AC power supply instead of the three-phase AC power supply, and the rectifying circuit 2 also rectifies the single-phase AC power into DC power. May be

整流回路2は、三相交流が入力とされる場合、6個のダイオードD1〜D6をブリッジ接続して構成され、その出力端子から交流リプル成分を有する直流電圧を出力する。平滑化回路3は、例えば整流回路2の両出力端子の間(第1ラインL1と第2ラインL2との間)に接続されるコンデンサ11から構成される。 When three-phase AC is input, the rectifier circuit 2 is configured by bridge-connecting six diodes D1 to D6, and outputs a DC voltage having an AC ripple component from its output terminal. The smoothing circuit 3 includes, for example, a capacitor 11 connected between both output terminals of the rectifier circuit 2 (between the first line L1 and the second line L2).

また、コンバータ4は、インダクタ12、スイッチング素子としてのトランジスタ13、ダイオード14、第1コンデンサ15、抵抗素子16、及び第2コンデンサ17を備える昇圧型チョッパとして構成される。すなわち、コンバータ4は、平滑化回路3が出力する直流電圧Vsmを、更に異なる直流電圧Voutに変換する装置である。 Further, the converter 4 is configured as a step-up chopper including an inductor 12, a transistor 13 as a switching element, a diode 14, a first capacitor 15, a resistance element 16, and a second capacitor 17. That is, the converter 4 is a device that converts the DC voltage Vsm output by the smoothing circuit 3 into a different DC voltage Vout.

インダクタ12及びダイオード14は、整流回路2の(+)側出力端子に直列に接続されている。ダイオード14は、インダクタ12側がアノード、反対側がカソードとなるように接続される。一方、トランジスタ13は、インダクタ12とダイオード14の接続ノードと(−)側出力端子との間に接続され、所定のスイッチング周波数(デューティ比)でオンオフ動作される。このデューティ比が調整されることにより、コンバータ(昇圧型チョッパ)の昇圧比が調整される。 The inductor 12 and the diode 14 are connected in series to the (+) side output terminal of the rectifier circuit 2. The diode 14 is connected so that the inductor 12 side serves as an anode and the opposite side serves as a cathode. On the other hand, the transistor 13 is connected between the connection node of the inductor 12 and the diode 14 and the (−) side output terminal, and is turned on/off at a predetermined switching frequency (duty ratio). By adjusting this duty ratio, the boost ratio of the converter (boost chopper) is adjusted.

第1コンデンサ15及び第2コンデンサ17は、コンバータ4の出力端子(第1電力線L1と第2電力線L2の間)に並列に接続され、コンバータ4の出力に含まれるリプル成分を低減(平滑化)するとともに、スイッチングサージを吸収する役割を有する。コンバータ4の入力電圧(Vsm)には、三相交流電源1からの交流電圧に基づく交流電源リプル(三相交流の場合、300〜360Hz程度)が含まれる。また、トランジスタ13のスイッチング動作により、そのスイッチング周波数に基づくスイッチングリプル(数十〜数百kHz程度)が生じる。第1コンデンサ15及び第2コンデンサ17は、このようなリプル成分を更に減少させる役割を有する。第1コンデンサ15は、第2コンデンサ17よりも大きな容量を有し、出力電圧の平滑化において主たる役割を有する。第2コンデンサ17は、より大きなリプルに対応可能とするため、第1コンデンサ15の補助として設けられるコンデンサである。 The first capacitor 15 and the second capacitor 17 are connected in parallel to the output terminal of the converter 4 (between the first power line L1 and the second power line L2) and reduce (smooth) the ripple component included in the output of the converter 4. It also has the role of absorbing the switching surge. The input voltage (Vsm) of the converter 4 includes AC power supply ripple (about 300 to 360 Hz in the case of three-phase AC) based on the AC voltage from the three-phase AC power supply 1. In addition, the switching operation of the transistor 13 causes switching ripple (several tens to several hundreds of kHz) based on the switching frequency. The first capacitor 15 and the second capacitor 17 have a role of further reducing such ripple components. The first capacitor 15 has a larger capacity than the second capacitor 17, and has a main role in smoothing the output voltage. The second capacitor 17 is a capacitor provided as an auxiliary to the first capacitor 15 in order to cope with larger ripples.

このため、第1コンデンサ15としては電解コンデンサが好適に使用される。その一端はダイオード14のカソード側であって、(+)側出力端子から延びる第1電力線L1に接続される。第1コンデンサ15として使用される電解コンデンサは、一例として数百μF程度の静電容量を有する。電解コンデンサは等価直列抵抗(ESR)が比較的大きく、このため、許容リプル電流は一般的に数A程度に制限される。また、静電容量許容差は±20%程度である。 Therefore, the electrolytic capacitor is preferably used as the first capacitor 15. One end thereof is on the cathode side of the diode 14 and is connected to the first power line L1 extending from the (+) side output terminal. The electrolytic capacitor used as the first capacitor 15 has, for example, a capacitance of about several hundred μF. Electrolytic capacitors have a relatively large equivalent series resistance (ESR), which limits the allowable ripple current to a few amps. The capacitance tolerance is about ±20%.

抵抗素子16は、第1コンデンサ15の他端と、(−)側出力端子に接続された第2電力線L2との間に、第1コンデンサ15と直列に接続される。後述するように、抵抗素子16は、スイッチングリプルに基づく電流が電解コンデンサである第1コンデンサ15に流れることを抑制する役割を有する。第1コンデンサ15にスイッチングリプルに基づく電流が流れることが抑制されることで、電解コンデンサとして大型のものを使用したり、電解コンデンサの並列接続数を少なくしたりすることができる。これは、電力変換効率の向上、及び電気機器の小型・軽量化に寄与する。 The resistance element 16 is connected in series with the first capacitor 15 between the other end of the first capacitor 15 and the second power line L2 connected to the (−) side output terminal. As will be described later, the resistance element 16 has a role of suppressing a current based on the switching ripple from flowing to the first capacitor 15 which is an electrolytic capacitor. By suppressing the current based on the switching ripple from flowing through the first capacitor 15, it is possible to use a large electrolytic capacitor or reduce the number of electrolytic capacitors connected in parallel. This contributes to improvement of power conversion efficiency and reduction in size and weight of electric equipment.

第2コンデンサ17は、前述のように第1コンデンサ15よりも小容量のコンデンサである。第2コンデンサ17としては、一例としてフィルムコンデンサ又は積層セラミックコンデンサが好適に使用される。第2コンデンサ17は、第1コンデンサ15と並列に、第1電力線L1と第2電力線L2の間に接続されている。一例として、第2コンデンサ17の静電容量は、第1コンデンサ15(電解コンデンサ)の静電容量の1/100〜1/10程度に設定される。例えば、第1コンデンサ15の静電容量が数百μFである場合、第2コンデンサ17の静電容量は、例えば数μF〜数十μF程度に設定され得る。第2コンデンサ17がフィルムコンデンサや積層セラミックコンデンサである場合、その等価直列抵抗(ESR)は、第1コンデンサ15の等価直列抵抗(ESR)よりも小さくなる。このため、第2コンデンサ17の定格許容電流又は許容リプル電流も、第1コンデンサ15に比べ大きい。 The second capacitor 17 is a capacitor having a smaller capacity than the first capacitor 15, as described above. As the second capacitor 17, for example, a film capacitor or a laminated ceramic capacitor is preferably used. The second capacitor 17 is connected in parallel with the first capacitor 15 between the first power line L1 and the second power line L2. As an example, the capacitance of the second capacitor 17 is set to about 1/100 to 1/10 of the capacitance of the first capacitor 15 (electrolytic capacitor). For example, when the capacitance of the first capacitor 15 is several hundred μF, the capacitance of the second capacitor 17 can be set to, for example, several μF to several tens μF. When the second capacitor 17 is a film capacitor or a laminated ceramic capacitor, its equivalent series resistance (ESR) is smaller than the equivalent series resistance (ESR) of the first capacitor 15. Therefore, the rated allowable current or allowable ripple current of the second capacitor 17 is also larger than that of the first capacitor 15.

上述のように、第1コンデンサ15として電解コンデンサが使用され、第2コンデンサ17としてフィルムコンデンサや積層セラミックコンデンサが使用される場合、容量が小さい第2コンデンサ17は第1コンデンサ15よりもインピーダンスが大きくなる。このため、単に第1コンデンサ15と第2コンデンサ17が並列接続された場合、十kHz〜数百kHzのスイッチングリプルに基づく電流の多くは第1コンデンサ15を流れ、第2コンデンサ17には殆ど流れない。この場合、第1コンデンサ15の電流が許容リプル電流を超えてしまい、第1コンデンサ15の加熱等が問題となる。しかし、本実施の形態では、第1コンデンサ15と直列に抵抗素子16を接続し、その抵抗値を適切に設定することで、この問題を解消している。 As described above, when an electrolytic capacitor is used as the first capacitor 15 and a film capacitor or a laminated ceramic capacitor is used as the second capacitor 17, the second capacitor 17 having a smaller capacity has a larger impedance than the first capacitor 15. Become. Therefore, when the first capacitor 15 and the second capacitor 17 are simply connected in parallel, most of the current based on the switching ripple of 10 kHz to several hundred kHz flows in the first capacitor 15 and almost flows in the second capacitor 17. Absent. In this case, the current of the first capacitor 15 exceeds the allowable ripple current, and heating of the first capacitor 15 or the like becomes a problem. However, in the present embodiment, this problem is solved by connecting the resistance element 16 in series with the first capacitor 15 and setting the resistance value appropriately.

ここで、比較例として、図1の電力変換装置100から、抵抗素子16を除外した装置を図2に示す。また、図3には、この比較例に比べた本実施の形態の効果を説明するグラフを示す。図3のグラフは、周波数fと、インピーダンスとの関係を示すグラフである。図3中、矩形のドットの曲線は、第1コンデンサ15(470μFの電解コンデンサ)のインピーダンスの周波数fに対する変化を示しており、菱形のドットの曲線は第2コンデンサ17(20μFのフィルムコンデンサ)のインピーダンスの周波数fに対する変化を示しており、三角形のドットの曲線は第1コンデンサ15(470μFの電解コンデンサ)と抵抗素子16(0.1Ω)の直列回路のインピーダンスの周波数fに対する変化を示している。 Here, as a comparative example, FIG. 2 shows a device in which the resistance element 16 is excluded from the power conversion device 100 of FIG. Further, FIG. 3 shows a graph for explaining the effect of the present embodiment as compared with this comparative example. The graph of FIG. 3 is a graph showing the relationship between the frequency f and the impedance. In FIG. 3, the rectangular dot curve shows the change of the impedance of the first capacitor 15 (470 μF electrolytic capacitor) with respect to the frequency f, and the diamond dot curve shows the change of the second capacitor 17 (20 μF film capacitor). The change of the impedance with respect to the frequency f is shown, and the curve of the triangular dot shows the change of the impedance of the series circuit of the first capacitor 15 (470 μF electrolytic capacitor) and the resistance element 16 (0.1Ω) with respect to the frequency f. ..

図3に示すように、電解コンデンサ、フィルムコンデンサは、一般に、数百kHz以下の周波数領域においては、周波数fが増加するほどインピーダンスが減少する特性を示す。しかし、電解コンデンサの容量がフィルムコンデンサよりも大幅に大きい場合、フィルムコンデンサのインピーダンスは、スイッチングリプルの周波数付近(300〜360kHz)においても、電解コンデンサのインピーダンスに比べて大幅に大きい。このため、比較例(図2)のように、第1コンデンサ15と第2コンデンサ17が単に並列に接続される構成では、スイッチングリプル周波数(300kHz〜360kHz程度)に基づく電流の殆どが第1コンデンサ15を流れ、第2コンデンサ17には殆ど流れなくなってしまう。この場合、第1コンデンサ15に流れる電流が許容リプル電流を超えてしまい、第1コンデンサ15の加熱、更には破壊を引き起こす可能性がある。 As shown in FIG. 3, the electrolytic capacitor and the film capacitor generally show the characteristic that the impedance decreases as the frequency f increases in the frequency region of several hundreds kHz or less. However, when the capacitance of the electrolytic capacitor is significantly larger than that of the film capacitor, the impedance of the film capacitor is significantly larger than that of the electrolytic capacitor even in the vicinity of the frequency of switching ripple (300 to 360 kHz). Therefore, in the configuration in which the first capacitor 15 and the second capacitor 17 are simply connected in parallel as in the comparative example (FIG. 2), most of the current based on the switching ripple frequency (about 300 kHz to 360 kHz) is generated. The current flows through the first capacitor 15, and the second capacitor 17 hardly flows. In this case, the current flowing through the first capacitor 15 exceeds the allowable ripple current, which may cause the first capacitor 15 to be heated or even destroyed.

本実施の形態のように、第1コンデンサ15(例:470μFの電解コンデンサ)に抵抗素子16(例:0.1Ω)を直列に接続した場合、周波数f−インピーダンス特性は、図3に示す如くとなり、周波数fの増加に伴うインピーダンスの減少(傾き)は、比較例(図2)に比べ緩やかになる。これは、高周波領域では、容量成分に基づくインピーダンスが減少する一方で、抵抗素子16の抵抗成分に基づくインピーダンスは一定のため、高周波領域において抵抗成分に基づくインピーダンスが支配的となるためである。抵抗素子16の抵抗値を適切に設定することにより、スイッチングリプルの周波数(300〜360kHz)付近での第1コンデンサ15と抵抗素子16の直列回路のインピーダンスを、第2コンデンサ17のインピーダンスよりも大きくすることができる。この場合、スイッチングリプルに基づく電流の多くを第2コンデンサ17に流すことができる。このため、第1コンデンサ15を大容量化したり、並列接続数を増加させたりする必要がなくなる。 When the resistance element 16 (example: 0.1Ω) is connected in series to the first capacitor 15 (example: 470 μF electrolytic capacitor) as in the present embodiment, the frequency f-impedance characteristic is as shown in FIG. Therefore, the decrease (slope) of the impedance with the increase of the frequency f becomes gentler than that of the comparative example (FIG. 2). This is because the impedance based on the capacitance component decreases in the high frequency region, while the impedance based on the resistance component of the resistance element 16 is constant, and the impedance based on the resistance component becomes dominant in the high frequency region. By appropriately setting the resistance value of the resistance element 16, the impedance of the series circuit of the first capacitor 15 and the resistance element 16 near the switching ripple frequency (300 to 360 kHz) is made larger than the impedance of the second capacitor 17. can do. In this case, most of the current based on the switching ripple can be passed through the second capacitor 17. Therefore, it is not necessary to increase the capacity of the first capacitor 15 or increase the number of parallel connections.

このように、本実施の形態の電力変換装置では、スイッチングリプルの周波数(300〜360kHz)付近での第1コンデンサ15と抵抗素子16の直列回路のインピーダンスを、第2コンデンサ17のインピーダンスよりも大きくするよう(以下、これを「第1の条件」という)、抵抗素子16の抵抗値Rsが設定される。そのためには、次の数式が満たされる必要がある。ここで、抵抗素子16の抵抗値をR、第1コンデンサ15の静電容量をC、第2コンデンサ17の静電容量をCf、第2コンデンサ17の容量整流回路2におけるスイッチ周波数をfswとする。 As described above, in the power conversion device according to the present embodiment, the impedance of the series circuit of the first capacitor 15 and the resistance element 16 near the switching ripple frequency (300 to 360 kHz) is larger than the impedance of the second capacitor 17. The resistance value Rs of the resistance element 16 is set so as to do so (hereinafter, referred to as “first condition”). For that purpose, the following formula must be satisfied. Here, the resistance value of the resistance element 16 is R s , the capacitance of the first capacitor 15 is C c , the capacitance of the second capacitor 17 is C f , and the switch frequency of the second capacitor 17 in the capacitance rectifying circuit 2 is f sw .

Figure 2020092556
Figure 2020092556

この[数3]から、抵抗素子16の抵抗値Rは次の式[数4]を満たすように設定される。 From this [Formula 3], the resistance value R s of the resistance element 16 is set so as to satisfy the following Formula [Formula 4].

Figure 2020092556
Figure 2020092556

一例として、fac=360Hz、fsw=150kHz、C=470μF、C=20μFである場合、Rs≧0.0508〔Ω〕となるよう、抵抗素子16を選択する必要がある。 As an example, when f ac =360 Hz, f sw =150 kHz, C c =470 μF, and C f =20 μF, the resistance element 16 needs to be selected so that Rs≧0.0508 [Ω].

この[数4]に加え、抵抗値Rsは、交流電源の周波数に基づくリプル周波数(交流電源リプル)facでの第1コンデンサ15のインピーダンスの20%以下に設定されることが好ましい(以下、これを「第2の条件」という)。この第2の条件は、電解コンデンサの静電容量許容差が±20%程度であることに基づく。第2の条件が満たされることにより、第1コンデンサ15と抵抗素子16の直列回路のインピーダンスの周波数fへの依存が小さくなり、これにより図2に示すような傾きの小さい周波数−インピーダンス特性を得ることができる。そのためには、次の数式[数5]が満たされる必要がある。 In addition to this [Equation 4], the resistance value Rs is preferably set to 20% or less of the impedance of the first capacitor 15 at the ripple frequency (AC power supply ripple) f ac based on the frequency of the AC power supply (hereinafter, This is called "second condition"). The second condition is based on the capacitance tolerance of the electrolytic capacitor being about ±20%. By satisfying the second condition, the dependence of the impedance of the series circuit of the first capacitor 15 and the resistance element 16 on the frequency f is reduced, and as a result, the frequency-impedance characteristic with a small inclination as shown in FIG. 2 is obtained. be able to. For that purpose, the following formula [Equation 5] needs to be satisfied.

Figure 2020092556
Figure 2020092556

一例として、fac=360Hz、fsw=150kHz、C=470μF、C=20μFである場合、Rs≦0.188〔Ω〕となるよう、抵抗素子16を選択する必要がある。 第1の条件及び第2の条件の両方を満たすことが求められる場合には、[数4]と[数5]が同時に満たされることが求められる。 As an example, when f ac =360 Hz, f sw =150 kHz, C c =470 μF, and C f =20 μF, the resistance element 16 needs to be selected so that Rs≦0.188 [Ω]. When it is required to satisfy both the first condition and the second condition, it is required that [Equation 4] and [Equation 5] be satisfied at the same time.

以上説明したように、第1の条件が満たされるように抵抗素子16の抵抗値Rが設定されることにより、スイッチングリプルに基づく電流の多くを第1コンデンサ15ではなく第2コンデンサ17に流すことができ、また、第1コンデンサ15に流れる電流を抑制することができる。これにより第1コンデンサ15の容量を大きくしたり、並列接続数を増加させたりする必要が無くなる。これに加え、第2の条件も満たすように抵抗値Rを設定すれば、第1コンデンサ15と抵抗素子16の直列回路のインピーダンスの周波数依存性が小さくなり、スイッチング周波数付近で第1コンデンサ15の電流を確実に抑制することが可能になる。
なお、第1コンデンサ15、抵抗素子16及び第2コンデンサ17は、必ずしも1つではなく、複数個設けてもよい。そのような複数個の素子の合計の容量値や抵抗値が、上記の条件を満たすように設定されていればよい。
As described above, by setting the resistance value R s of the resistance element 16 so that the first condition is satisfied, most of the current based on the switching ripple is supplied to the second capacitor 17 instead of the first capacitor 15. In addition, the current flowing through the first capacitor 15 can be suppressed. This eliminates the need to increase the capacity of the first capacitor 15 or increase the number of parallel connections. In addition to this, if the resistance value R s is set so as to satisfy the second condition as well, the frequency dependence of the impedance of the series circuit of the first capacitor 15 and the resistance element 16 becomes small, and the first capacitor 15 near the switching frequency. It is possible to reliably suppress the current.
The first capacitor 15, the resistance element 16, and the second capacitor 17 are not necessarily one, but a plurality of them may be provided. The total capacitance value and resistance value of such a plurality of elements may be set so as to satisfy the above conditions.

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are included. For example, the above embodiments have been described in detail for the purpose of explaining the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add/delete/replace other configurations with respect to a part of the configurations of the respective embodiments.

1…三相交流電源、 2…整流回路、 3…平滑化回路、 D1〜D6…ダイオード、 L1…第1ライン、 L2…第2ライン、 11…コンデンサ、 12…インダクタ、 13…トランジスタ、 14…ダイオード、 15…第1コンデンサ、 16…抵抗素子、 17…第2コンデンサ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Three-phase alternating current power supply, 2... Rectifier circuit, 3... Smoothing circuit, D1-D6... Diode, L1... 1st line, L2... 2nd line, 11... Capacitor, 12... Inductor, 13... Transistor, 14... Diode, 15... 1st capacitor, 16... Resistance element, 17... 2nd capacitor.

Claims (2)

交流電圧を直流に変換する整流回路と、
前記整流回路の出力電圧を更に他の出力電圧に変換するコンバータと、
を備え、
前記コンバータは、
電解コンデンサとしての第1コンデンサと、
前記第1コンデンサと平行に接続され、前記第1コンデンサよりも小さい容量を有し、前記第1コンデンサよりも小さい等価直列抵抗を有する第2コンデンサと、
前記第1コンデンサと直列に接続される抵抗素子と
を備え、
前記抵抗素子の抵抗値をR、前記第1コンデンサの容量値をC、前記第2コンデンサの容量値をC、前記コンバータにおけるスイッチング周波数をfswとしたとき、前記抵抗値Rは、
Figure 2020092556
を満たすことを特徴とする電力変換装置。
A rectifier circuit that converts AC voltage to DC,
A converter that converts the output voltage of the rectifier circuit into another output voltage,
Equipped with
The converter is
A first capacitor as an electrolytic capacitor,
A second capacitor connected in parallel with the first capacitor, having a capacitance smaller than that of the first capacitor, and having an equivalent series resistance smaller than that of the first capacitor;
A resistance element connected in series with the first capacitor;
When the resistance value of the resistance element is R s , the capacitance value of the first capacitor is C c , the capacitance value of the second capacitor is C f , and the switching frequency in the converter is f sw , the resistance value R s is ,
Figure 2020092556
A power conversion device, which satisfies:
前記交流電圧のリプル周波数をfacとしたとき、
抵抗値Rは、
Figure 2020092556
を満たす、請求項1に記載の電力変換装置。
When the ripple frequency of the AC voltage is f ac ,
The resistance value R s is
Figure 2020092556
The power conversion device according to claim 1, which satisfies:
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