JP4558861B2 - インバータシステムの力率補正回路及びその方法 - Google Patents
インバータシステムの力率補正回路及びその方法 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータシステムの力率補正装置及びその方法に係るもので、詳しくは、ディジタル制御を行ってインバータシステムの力率及びPAM(Pulse Amplitude Modulation) 機能を調節するため周辺回路を省いて回路の構成を簡略化し、マイクロコンピュータと一体化(ASIC)するため製造費用を低減し得るインバータシステムの力率補正装置及びその方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
最近、省エネルギー及び出力制御の容易性の面から家電製品の多くの部分でインバータ(Inverter)化が進行され、例えば、インバータにより駆動されるモータを適用した洗濯機及び冷蔵庫なども開発されて発売されつつある。
従来のインバータシステムにおいては、図4に示したように、入力される商用交流電源をブリッジダイオードにより直流電圧に整流する整流部11と、該整流部11の出力を平滑させて出力するチョークコイル12及び平滑用コンデンサ13と、平滑された直流電圧をパルス幅変調(Pulse Width Modulation)により再び3相の交流電源に変換させてモータMを駆動させるインバータ14と、を備えて構成されていた。
【0003】
このように構成された従来インバータシステムの動作に対し、図5に基づいて説明すると、先ず、図5(A)に示したような商用交流電源の電圧波形及び図5(B)に示したような商用交流電源の電圧波形を有する交流電源を整流部11に供給すると、該整流部11はブリッジダイオードを利用して直流電圧に整流してチョークコイル12に出力する。
【0004】
次いで、該チョークコイル12及び平滑用コンデンサ13は前記整流部11の出力電圧に包含された交流成分を除去した直流電圧をインバータ14に出力する。このとき、該インバータ14に入力される直流電圧は、入力される交流電源のピーク値よりも大きい電圧になる。
次いで、前記インバータ14は前記平滑用コンデンサ13から入力される直流電圧を内部のスイッチング素子のオン/オフ動作により3相の交流電圧に変換してモータ15に出力し、該モータ15を駆動させる。
【0005】
なお、前記図5(B)において、時間tは前記チョークコイル12及び平滑用コンデンサ13の時定数により決定される時間であり、通常、商用交流電源の1/5以下である。
ここで、力率が1であると仮定すると、インバータに流れる電流波形は入力される商用交流電源と同一位相で、図5(C)に示したように、電流の最大大きさよりも極めて小さいピーク電流を有する理想的な電流波形を形成し、よって、ノイズ及び無効電力を減少し得る効果を有するため、先進国では前記図5(C)に示したような波形を形成するように法制化している傾向である。
【0006】
従って、このような理想的な波形を形成するために力率補正装置が使用され、従来のインバータシステムの力率補正装置においては、図6に示したように、入力される商用交流電源をブリッジダイオードにより直流電圧に整流する整流部31と、該整流部31の出力を平滑させて出力するチョークコイル32及び平滑用コンデンサ33と、平滑された直流電圧をパルス幅変調(Pulse Width Modulation)により再び3相の交流電源に変換させてモータMを駆動させるインバータ36と、前記整流部31の出力電圧及び前記平滑用コンデンサ33の両方端の電圧を比較器、マルチプレクサ、NANDゲート及びNORゲートなどを利用して全体的な入力電流及び電圧の位相が一致されるようにパルス幅デューティを可変させるアナログ力率改善部34、及び該アナログ力率改善部34により可変されたパルス幅デューティによりオン/オフされて前記平滑用コンデンサ33の充/放電動作を制御するスイッチング素子Q1、を有して力率を補正する力率補正部35と、を包含して構成されていた。
【0007】
以下、このように構成された従来のインバータシステムの力率補正装置の動作に対し、図面を用いて説明する。
先ず、力率補正装置に商用交流電源が印加されると、整流部31は直流電圧に整流して出力し、このように出力される直流電圧は力率補正部35の各抵抗R1、R2により分圧された後、アナログ力率改善部34の第3端子VM1に入力される。
【0008】
一方、チョークコイル32により誘起された電圧は抵抗R5を介して前記アナログ力率改善部34の第5端子Idetに入力され、また、前記チョークコイル32により誘起された電圧が抵抗R4、ダイオードD1及びコンデンサC1により調整された電圧と抵抗R3により調整された電圧とが加算されて前記アナログ力率改善部34の第8端子VCCに入力される。このとき、前記第8端子VCCを介して継続して入力電圧を受ける理由は、力率制御の際、入力電圧の波形と同一波形を形成するためである。
【0009】
且つ、前記整流部31の出力電圧は前記チョークコイル32及びダイオードD2を経由してインバータ36に入力された後、各抵抗R11〜R13により分圧されて前記アナログ力率改善部34の第1端子INVに入力され、更に、前記分圧された電圧はコンデンサC2及び各抵抗R7、R8の時定数により調節されて前記アナログ力率改善部34の第2端子COMPに入力され、一方、前記インバータ36に供給される電流に該当する電圧、即ち、コンデンサC3により決定される電圧は前記アナログ力率改善部34の第4端子CSに入力される。
【0010】
次いで、前記アナログ力率改善部34は、図7に示したように、各比較器341、346、349、マルチプレクサ347、各NANDゲート343、344、セルフスタータ342及びNORゲート345などにより入力電圧と前記インバータ36の出力電圧とを比較して、それら電圧が一致するように調合したパルスを出力し、図8(A)(B)に示したように、サイン波の低い部分ではデューティを大きくし、サイン波の高い部分ではデューティを小さくさせるパルスを第7端子Voutを介して出力する。
【0011】
次いで、前記アナログ力率改善部34の第7端子Voutを介して出力されたパルスはスイッチング素子Q1のゲートに入力され、該スイッチング素子Q1がパルスに対応してオン/オフされて入力電流及び入力電圧の位相を一致させるため、力率が補正されるようになっていた。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、このような従来のインバータシステムの力率補正装置においては、アナログ力率改善部が入力電圧の波形を記憶することができないため継続して入力電圧を受けるべきであって、アナログチップを使用するため周辺回路が複雑で、アナログタイプの専用ICをマイクロコンピュータに内装するため単一チップ化が不可能で、更に、チョークコイルは補助巻線を付加させるべきであるため、製造費用が上昇するという不都合な点があった。
【0013】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、ディジタル回路を利用して半導体製造工程を簡略化し、製造費用を低減し得るインバータシステムの力率補正装置を提供することを目的とする。
そして、本発明の他の目的は、入力電源に対するサイン波データを記憶素子に予め記憶しておくため、周辺回路を省いて回路を簡単に構成し得るインバータシステムの力率補正装置を提供しようとする。
【0014】
且つ、本発明のその他の目的は、印加電圧の周波数を確認するためにゼロ電圧と電流の大きさの変化とを瞬時比較してパルス幅変調を制御し、よって、負荷の変化及び平滑用コンデンサの容量変化に対して能動的に対処し得るインバータシステムの力率補正装置を提供しようとする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明に係るインバータシステムの力率補正装置においては、商用交流電源を整流及び平滑して形成された直流電圧をインバータ部のスイッチング素子のオン/オフに従って3相の交流電圧に可変し、モータを駆動しながらPAM制御用スイッチング素子のオン/オフに従ってデューティを可変させることにより、全体的な入力電流及び電圧の波形を一致させるインバータシステムにおいて、入力される電源に対するサイン波が記憶素子に既貯蔵され、ディジタル化のためのアナログタイプの専用ICがマイクロコンピュータに内蔵され、力率制御及びPAM機能を制御するための回路が前記マイクロコンピュータと一体化(ASIC)されるように構成されたことを特徴とする。
【0016】
そして、本発明に係るインバータシステムの力率補正装置においては、商用交流電源を整流及び平滑して形成された直流電圧をインバータ部のスイッチング素子のオン/オフに従って3相の交流電圧に可変し、モータを駆動しながらPAM制御用スイッチング素子のオン/オフに従ってデューティを可変させることにより、全体的な入力電流及び電圧の波形を一致させるインバータシステムにおいて、入力される商用交流電源のゼロ電圧を検出するゼロ電圧検出部と、平滑用コンデンサの両方端の電圧を検出する電圧レベル検出部と、商用交流電源に該当するサイン波データが予め貯蔵されているROMと、前記ゼロ電圧検出部により検出されたゼロ電圧信号が出力されると前記ROMの該当のアドレスからサイン波データを読み出し、該サイン波データと前記電圧レベル検出部により検出されたレベルによって決定されるパルス幅決定係数とを乗算してパルス幅の調整されたパルスを出力する制御部と、該制御部から出力されるパルスによって前記スイッチング素子のオン/オフ時間を制御する駆動部と、を備えて構成されている。
【0017】
ここで、本発明に係るインバータシステムの力率補正装置の前記電圧レベル検出部としては、アナログ/ディジタル変換器が使用され、前記電圧レベル検出部としては、比較器が使用される。
更に、前記ROMは、0〜90°のサイン波データを貯蔵していることを特徴とする。
【0018】
且つ、本発明に係るインバータシステムの力率補正装置においては、商用交流電源を整流及び平滑して形成された直流電圧をインバータ部のスイッチング素子のオン/オフに従って3相の交流電圧に可変し、モータを駆動しながらPAM制御用スイッチング素子のオン/オフに従ってデューティを可変させることにより、全体的な入力電流及び電圧の波形を一致させるインバータシステムにおいて、整流された信号の入力を受けてディジタル信号に変換するアナログ/ディジタル変換器と、商用交流電源に該当するサイン波データが予め貯蔵されているROMと、直流リンクの両方端の電圧レベルを検出する電圧レベル検出部と、前記アナログ/ディジタル変換器のディジタル値に該当する前記ROMのサインデータを読み出し、該サインデータと前記電圧レベル検出部から検出された電圧レベル値に該当するパルス幅決定係数とを乗算してパルス幅変調信号を出力するディジタルロジック制御部と、該ディジタルロジック制御部のパルス幅変調信号の入力を受けて前記PAM制御用スイッチング素子のスイッチング制御信号を出力する駆動部と、を包含して構成されている。
【0019】
また、本発明に係るインバータシステムの力率補正方法においては、整流部から出力された電圧波形をアナログ/ディジタル変換器により変換させたディジタル信号の最大値及び最小値を利用してデルタ値(最大値−最小値)及びポイント値(デルタ値/90)を計算する第1段階と、該第1段階の最小ディジタル信号に該当するROMに既貯蔵されたサイン値を読み出し、該サイン値と直流リンクの両方端の電圧レベル値に該当するパルス幅決定係数とを乗算して、所定時間の間、PAM制御用スイッチング素子をターンオンさせる第2段階と、再びディジタル信号の入力を受け、該ディジタル信号を前記ポイント値で除算して、それに該当する前記ROMのサイン値とパルス幅決定係数とを乗算して、所定時間の間、PAM制御用スイッチング素子をターンオンさせる動作を前記ディジタル係数が最小になるまで反復行う第3段階と、前記ディジタル信号が最小になると、直流リンクの両方端の電圧をディジタル信号に変換して入力として受け、該ディジタル信号が既貯蔵された所定ディジタル信号よりも小さいとパルス幅決定係数を増加させるが、大きいとパルス幅決定係数を小さくした後、前記第3段階に復帰するか、または、使用者により前記PAM制御用スイッチング素子の駆動が終了される第4段階と、を順次行うようになっている。
【0020】
更に、本発明に係るインバータシステムの力率補正装置においては、商用交流電源を整流及び平滑して形成された直流電圧をインバータ部のスイッチング素子のオン/オフに従って3相の交流電圧に可変し、モータを駆動しながらPAM制御用スイッチング素子のオン/オフに従ってデューティを可変させることにより、全体的な入力電流及び電圧の波形を一致させるインバータシステムにおいて、入力される商用交流電源のゼロ電圧を検出するゼロ電圧検出部と、抵抗を経由して全波整流された信号の入力を受け、負荷に電流が供給される時点を確認するための電流を検出する電流検出部と、該電流検出部から出力された電流検出信号の入力を受け、該電流検出信号と既設定された基準電流とを比較して比較信号を出力する比較器と、該比較器の比較信号の入力を受け、前記ゼロ電圧検出部のゼロ電圧検出信号を基準に電流波形の遅延を判断して最適のパルス幅変調信号を前記PAM制御用スイッチング素子に出力するパルス幅変調部と、を備えて構成されている。
【0021】
ここで、前記比較器は、前記電流検出部からアナログ信号である検出電流の入力を受けてディジタル信号に変換するアナログ/ディジタル変換器を使用し得ることを特徴とする。
そして、本発明に係るインバータシステムの力率補正方法においては、入力される商用交流電源のゼロ電圧を検出する第1段階と、負荷に供給される所定レベル以上の電流を検出する第2段階と、前記第1段階で検出されたゼロ電圧と前記第2段階で検出された電流との位相を比較する第3段階と、該比較結果による電圧と同一位相を有するサイン波電流を形成する信号データをROMから読み出して適切なパルス幅変調信号を出力する第4段階と、を順次行うようになっている。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に対し、図面を用いて説明する。
本発明に係るインバータシステムの力率補正装置の第1実施形態においては、図1に示したように、入力される商用交流電源を直流電圧に整流する整流部61と、該整流部61から出力された直流電圧に包含されている交流成分を除去するチョークコイル62及び平滑用コンデンサ63と、該平滑用コンデンサ63から出力される直流電圧をパルス幅変調(Pulse Width Modulation)により再び3相の交流電源に変換させてモータMを駆動させるインバータ64と、前記平滑用コンデンサ63の前段に並列連結され、スイッチング信号に従って該平滑用コンデンサ63の充/放電動作を制御するスイッチング素子Q1と、入力される商用交流電源のゼロ点(Zero Point )を検知するゼロ電圧検出部65と、前記平滑用コンデンサ63の両方端の電圧を検出する電圧レベル検出部67と、入力される電源電圧のサイン波に対するデータが既貯蔵されているROM66と、前記ゼロ電圧検出部65から検出されたゼロ電圧に該当するパルスを前記ROM66から読み出し、前記電圧レベル検出部67から検出されたレベルに従って前記ROM66から読み出したパルスに所定係数(Factor)を乗算して力率を制御し、PAM機能が調節されたパルス幅を出力する制御部68と、該制御部68から出力されるパルスに従って前記スイッチング素子Q1のオン/オフ動作を制御する駆動部69と、を包含して構成されている。
【0023】
以下、このように構成された本発明に係るインバータシステムの力率補正装置の第1実施形態の動作過程について説明する。
先ず、商用交流電源が印加して整流部61に入力されると、該整流部61はブリッジダイオードを利用して直流電圧に整流して出力し、このように出力された直流電圧はチョークコイル62及び平滑用コンデンサ63により平滑された後、直流電圧に包含された交流成分が除去されてインバータ64に供給される。
【0024】
すると、該インバータ64の各スイッチがオン/オフ動作を行って前記直流電圧を再び3相の交流電源に変換させてモータMに供給し、よって、該モータMが駆動を開始する。
このとき、前記インバータ64を利用して前記モータMの速度を可変させるためには前記インバータ64に供給される直流電圧のレベルの大きさを変化させるべきで、そのためPAM(Pulse Amplitude Modulation、PAM )機能の調節を行い、更に、前記インバータ64を利用して前記モータMの速度を効率的に可変させるために力率の制御を行う。
【0025】
より詳しく説明すると以下のようである。
先ず、ゼロ電圧検出部65は、入力される商用交流電源のゼロ電圧を検出して制御部68に出力する。このとき、ROM66には前記ゼロ点に同期化されたサイン波の0〜90°に対応するデータが予め貯蔵されているため、従来のアナログインバータシステムのように入力電圧を継続して受けずに、前記ROM66に既貯蔵されたデータを読み出して使用するようになる。
【0026】
次いで、前記制御部68は、前記ROM66から読み出されたアドレスのデータとパルス幅決定係数である255/2値とを乗算したパルスを内部のレジスタに貯蔵する。
次いで、前記制御部68は前記内部レジスタに貯蔵された値を減算しながらカウントされるパルスを駆動部69に出力する。このとき、該駆動部69は前記制御部68からカウントされるパルスが出力される間、スイッチング素子Q1にハイ信号を出力して該スイッチング素子Q1をオンさせ、このような動作は前記制御部68の内部レジスタ値がゼロになるまで反復して行われる。
【0027】
次いで、所定時間(通常、スイッチング素子の動作周波数である20KHzのときに50μs)が経過した後、前記制御部68は前記ROM66から読み出されたアドレスに1を加算したアドレスのデータを読み出し、該読み出し値と上述したパルス幅決定係数とを乗算して、該乗算値を内部レジスタに貯蔵された後減算しながら該減算されるパルスを前記駆動部69に出力する。このとき、該駆動部69は前記制御部68からカウントされるパルスが出力される間、スイッチング素子Q1にハイ信号を出力して該スイッチング素子Q1をオンさせ、このような動作は前記制御部68の内部レジスタ値がゼロになるまで反復して行われる。
【0028】
次いで、前記ROM66に貯蔵されたサイン波データが90°になると、再びアドレスを1ずつ減少させる。
このような動作を行うとき、前記電圧レベル検出部67はインバータ64に供給される平滑用コンデンサ63の両方端の直流電圧を検出して既設定された基準値と比較し、該比較した値を前記制御部68に出力する。
【0029】
次いで、前記制御部68は前記ゼロ電圧検出部65からゼロ電圧検出信号が発生するとき、前記電圧レベル検出部67から出力される比較値を受けて、該比較値が所定値以上であると前記パルス幅決定係数の値を増加させるが、前記比較値が所定値以下であると前記パルス幅決定係数の値を減少させる。例えば、前記比較値が所定値以上であると、パルス幅決定係数の値に1.5を乗算して係数値を増加させるが、前記比較値が所定値以下であると、パルス幅決定係数の値に0.1を乗算して係数値を減少させる。
【0030】
結局、前記制御部68は、前記ROM66に貯蔵されたサイン波データと前記電圧レベル検出部67により検出された電圧レベルに該当するパルス幅決定係数とを乗算してパルス幅の調整されたパルスを駆動部69に出力する。
次いで、該駆動部69は、前記制御部68から出力されるパルス幅に従ってオン/オフ動作を行い、よって、前記インバータ64に供給される電圧が調節される。ここで、前記電圧レベル検出部67としては、アナログ/ディジタル変換器または比較器を利用することができる。
【0031】
このように本発明に係るインバータシステムの力率補正装置の第1実施形態においては、アナログの代わりにディジタルを利用するため、半導体製造工程が簡単で、記憶素子にサイン波に対する情報を予め貯蔵しておくため、入力電圧をフィードバックさせるための別途の周辺回路を必要とせず、よって、回路構成を簡略化し得るという効果がある。
【0032】
そして、本発明に係るインバータシステムの力率補正装置の第2実施形態においては、図2に示したように、入力される商用交流電源を直流電圧に整流する整流部700と、該整流部700から出力される直流電圧に包含された交流成分を除去するチョークコイルL71及び平滑用コンデンサC71と、該平滑用コンデンサC71から出力される直流電圧を再び3相の交流電源に変換させてモータMを駆動させるインバータ710と、コレクタが前記平滑用コンデンサ63の後段に接続され、エミッタが接地され、ベースに印加されるスイッチング制御信号により導通制御されるPAM制御用スイッチング素子N71と、前記整流部700の整流信号の入力を受けてディジタル信号に変換させるアナログ/ディジタル変換器750と、入力される商用交流電源に該当するサイン波データが既貯蔵されるROM760と、直流リンクの両方端の電圧レベルを検出する電圧レベル検出部730と、前記アナログ/ディジタル変換器750のディジタル値に該当する前記ROM760のサインデータを読み出し、該サインデータと前記電圧レベル検出部730から検出された電圧レベルに該当するパルス幅決定係数とを乗算してパルス幅変調信号を出力するディジタルロジック制御部740と、該ディジタルロジック制御部740のパルス幅変調信号の入力を受けて前記PAM制御用スイッチング素子N71のスイッチング制御信号を出力する駆動部770と、を包含して構成されている。
【0033】
以下、このように構成される本発明に係るインバータシステムの力率補正装置の第2実施形態の動作について説明する。
先ず、商用交流電源が印加して整流部700に入力されると、該整流部700はブリッジダイオードを利用して直流電圧に整流して出力し、このように出力された電圧は各抵抗R1、R2により分圧されてアナログ/ディジタル変換器750に入力され、該アナログ/ディジタル変換器750は前記分圧された電圧をディジタル信号に変換してディジタルロジック制御部740に出力し、また、電圧レベル検出部730は直流リンクの両方端の電圧を各抵抗R3、R4を介して検出して前記ディジタルロジック制御部740に出力する。
【0034】
次いで、該ディジタルロジック制御部740は、前記アナログ/ディジタル変換器750の出力信号に該当するサイン値をROM760から読み出し、該サイン値と前記電圧レベル検出部730により検出された電圧レベル値に該当するパルス幅決定係数とを乗算してパルス幅変調信号を出力し、該パルス幅変調信号の入力を受けて駆動部770は該当のスイッチング制御信号をPAM制御用スイッチング素子N71のベースに印加する。
【0035】
このとき、前記ディジタルロジック制御部740の動作に対して詳しく説明すると次のようである。
先ず、整流部700からの出力電圧の波形をアナログ/ディジタル変換器750によりディジタル信号として入力され、該ディジタル信号の最大値及び最小値を利用してデルタ値(最大値−最小値)及びポイント値(デルタ値/90)を計算する。
【0036】
次いで、前記ディジタル信号が再び最小値に入力されると、既貯蔵された前記ROM760のゼロアドレスのデータを読み出し、該読み出されたデータとパルス幅決定係数値(通常、255/2)とを乗算して、既設定されたクロックだけPAM制御用スイッチング素子N71をターンオンさせる。
次いで、所定時間(通常、20KHzスイッチング時に50μs)が経過すると、再びディジタル信号の入力を受け、該ディジタル信号を前記ポイント値で除算して整数値を取る。
【0037】
次いで、前記整数値を利用して前記ROM760の該当アドレスのデータを読み出し、該読み出されたデータ値と前記パルス幅決定係数値とを乗算して前記PAM制御用スイッチング素子N71をターンオンさせ、このような動作を前記ディジタル信号が最小になるまで行い、前記ディジタル信号が最小になると前記直流リンクの両方端の電圧を検出し、該検出値と所定ディジタル信号とを比較するが、該所定ディジタル信号よりも検出電圧が小さいとパルス幅決定係数値を増加させるが、所定ディジタル信号よりも検出電圧が大きいと前記パルス幅決定係数の値を減少させる。
【0038】
このとき、このような前記PAM制御用スイッチング素子の駆動制御動作は、使用者の判断により停止されるか、または、所定アルゴリズムによって中断される。上述したように、前記PAM制御用スイッチング素子N71は、前記駆動部770のパルス幅変調信号によりオン/オフされてインバータシステムの力率を改善させるようになるが、前記PAM制御用スイッチング素子N71がオンされるとチョークコイルL71に磁気エネルギーが蓄積されて、前記PAM制御用スイッチング素子N71がオフされると前記磁気エネルギーがダイオードD71を経由して平滑用コンデンサC71に充填された後放電される。
【0039】
即ち、本発明に係るインバータシステムの力率補正装置の第2実施形態においては、入力される商用交流電源が整流部700により整流された整流信号をアナログ/ディジタル変換器750によりディジタル信号に変換させ、該ディジタル値をアドレスとしてROM760に既貯蔵されたサイン波値を読み出し、該サイン波値と直流リンクの両方端の直流電圧のレベルに該当するパルス幅決定係数と乗算してパルス幅変調信号を出力する。このとき、前記PAM制御用スイッチング素子N71が前記パルス幅変調信号によりオン/オフされてデューティが可変され、よって、全体的な入力電流及び電圧の波形が一致されるように力率が能動的に補正される。
且つ、本発明に係るインバータシステムの力率補正装置の第3実施形態においては、図3に示したように、入力される商用交流電源を直流電圧に整流する整流部800と、該整流部800から出力された直流電圧に包含されている交流成分を除去するチョークコイルL81と、該チョークコイルL81の出力電圧を整流用ダイオードD81を介して入力されて平滑する平滑用コンデンサC81と、該平滑用コンデンサC81から出力される直流電圧をパルス幅変調(PWM)により可変周波数及び可変電圧に変換するインバータ810と、該インバータ810の制御により駆動されるモータMと、ドレインが前記チョークコイルL81の後段に接続され、ソースが接地され、ゲートに印加されるパルス幅変調信号により導通制御されるPWM制御用スイッチング素子N81と、抵抗R81を介して前記整流部800の整流信号を入力され、負荷に電流が供給される時点を確認するための電流を検出する電流検出部830と、負の波形のみが整流された信号の入力を受け、該信号のゼロ電圧を検出してゼロ電圧検出信号を出力するゼロ電圧検出部850と、前記電流検出部830から出力された電流検出信号の入力を受け、該電流検出信号と既設定された基準電流とを比較して比較信号を出力する比較器840と、入力商用交流電源に対するサイン値が所定周波数単位で既貯蔵されているROM870と、前記比較器840の比較信号の入力を受け、前記ゼロ電圧検出部850のゼロ電圧検出信号を基準にして電流波形の遅延を判断し、それに該当する前記ROM870のサイン値を最適のパルス幅変調信号として前記PAM制御用スイッチング素子N81のゲートに印加するパルス幅変調制御部860と、を包含して構成されている。
【0040】
以下、このように構成される本発明に係るインバータシステムの力率補正装置の第3実施形態の動作について説明する。
先ず、商用交流電源が印加して整流部800に入力されると、該整流部800はブリッジダイオードを利用して直流電圧に整流して出力し、このように出力された電圧は電流検出部830に入力され、該電流検出部830は負荷(モータM)に電流が供給される時点を確認するための電流を検出して該検出電流を比較器840に印加する。
【0041】
次いで、前記比較器840は、使用者により既設定された基準電流Refと前記検出電流とを比較して所定レベル(基準電流)以上であると、前記検出電流をパルス幅変調制御部860に印加する。ここで、前記比較器840は、アナログ/ディジタル変換器に代替することが可能で、即ち、前記アナログ/ディジタル変換器は、前記電流検出部830からアナログ信号である検出電流の入力を受けてディジタル信号に変換した後、パルス幅変調制御部860に印加する(本実施例では、比較器を使用する場合に限って説明する)。
【0042】
また、ゼロ電圧検出部850は、前記整流部800から負の波形だけが整流された信号の入力を受け、該整流信号のゼロ電圧を検出してゼロ電圧検出信号を前記パルス幅変調制御部860に出力する。
次いで、該パルス幅変調制御部860は、前記ゼロ電圧検出信号を基準にして前記比較器840を介して入力された検出電流の波形にどの程度の遅延が発生したかを判断し、該当する前記ROM870のアドレスに既貯蔵されたパルス幅変調信号をPAM制御用スイッチング素子N81のゲートに印加し、よって、該PAM制御用スイッチング素子N81はオン/オフ制御されてデューティが変化され、よって、力率が改善される。
【0043】
このように本発明に係るインバータシステムの力率補正装置の第3実施形態においては、電流検出部830の電流検出信号と基準電流Refとを比較器840により比較して、基準電流Refよりも大きいとパルス幅変調制御部850に印加し、該パルス幅変調制御部850は前記比較器840の比較信号が入力されてゼロ電圧検出部850のゼロ電圧検出信号を基準に電流波形がどの程度遅延されたかを判断し、該当のROM870のアドレスに既貯蔵された最適のパルス変調信号を出力する。即ち、平滑用コンデンサC81の容量に従って電流の充/放電時間が変化されるため、負荷に供給される電流の波形が変化され、電流検出部830は前記負荷に供給される電流を検出し、前記比較器840は前記電流検出部830の検出電流と使用者により既設定された基準電流とを比較して、所定レベル以上の検出電流をパルス幅変調制御部860に印加する。
【0044】
このとき、前記パルス幅変調制御部860は、ゼロ電圧検出部850のゼロ電圧検出信号を基準に現在供給される電流の位相をチェックし、その結果に従って前記ROM870の所定アドレスのサイン値を読み出し、該サイン値に該当するパルス幅変調信号をPAM制御用スイッチング素子N81に印加し、よって、該PAM制御用スイッチング素子N81がオン/オフされてデューティが可変されて、全体的な入力電流及び電圧の波形が一致され、力率が能動的に補正されるようになっている。
【0045】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るインバータシステムの力率補正装置及びその方法においては、ディジタル回路を利用して半導体製造工程を簡略化するため、製造費用が低減され、入力電源に対するサイン波データを記憶素子に予め記憶しておくため、周辺回路を省いて回路構成が簡単で、印加電圧の周波数を確認するためにゼロ電圧と電流の大きさの変化とを瞬時比較してパルス幅変調を制御し、よって、負荷の変化及び平滑用コンデンサの容量変化に対して能動的に対処し得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るインバータシステムの力率補正装置の第1実施形態を示したブロック図である。
【図2】本発明に係るインバータシステムの力率補正装置の第2実施形態を示したブロック図である。
【図3】本発明に係るインバータシステムの力率補正装置の第3実施形態を示したブロック図である。
【図4】従来インバータシステムを示した回路図である。
【図5】図4の入/出力時の波形を示した波形図である。
【図6】従来インバータシステムの力率補正装置を示した回路図である。
【図7】図6のインバータ力率改善部を示した回路図である。
【図8】図7の入/出力時の波形を示した波形図である。
【符号の説明】
61…整流部
62…チョークコイル
63…平滑用コンデンサ
64…インバータ
65…ゼロ電圧検出部
66…ROM
67…電圧レベル検出部
69…駆動部
78…制御部
Q1…スイッチング素子
Claims (7)
- 商用交流電源を整流及び平滑して形成された直流電圧をインバータ部のスイッチング素子のオン/オフに従って3相の交流電圧に可変し、モータを駆動しながらPAM制御用スイッチング素子のオン/オフに従ってデューティを可変させることにより、全体的な入力電流及び電圧の波形を一致させるインバータシステムにおいて、
入力される商用交流電源のゼロ電圧を検出するゼロ電圧検出部と、
平滑用コンデンサの両方端の電圧を検出する電圧レベル検出部と、
前記ゼロ電圧に同期化された商用交流電源の電圧値が、所定の角度間隔でディジタルデータとして予め貯蔵されているROMと、
前記ゼロ電圧検出部により検出されたゼロ電圧信号が出力されると前記ROMに予め貯蔵されたディジタルデータを読み出し、該ディジタルデータと前記電圧レベル検出部により検出されたレベルによって決定されるパルス幅決定係数とを乗算してパルス幅の調整されたパルスを出力する制御部と、
該制御部から出力されるパルスによって前記PAM制御用スイッチング素子のオン/オフ時間を制御する駆動部と、
を備えて構成されることを特徴とするインバータシステムの力率補正装置。 - 前記電圧レベル検出部としては、アナログ/ディジタル変換器が使用されることを特徴とする請求項1記載のインバータシステムの力率補正装置。
- 前記電圧レベル検出部としては、比較器が使用されることを特徴とする請求項1記載のインバータシステムの力率補正装置。
- 前記ROMは、0°〜90°の範囲において、所定の角度間隔で電圧値を貯蔵し、該ROMの1つのアドレスには1つの角度に対する電圧値が対応付けられるよう構成され、所定時間経過後に、先に読み出されたアドレスに1を加算したアドレスの電圧値データが読み出され、90°に対応するアドレスの電圧値データが読み出された後は、再び1減算されたアドレスの電圧値データが読み出される、請求項1に記載のインバータシステムの力率補正装置。
- 商用交流電源を整流及び平滑して形成された直流電圧をインバータ部のスイッチング素子のオン/オフに従って3相の交流電圧に可変し、モータを駆動しながらPAM制御用スイッチング素子のオン/オフに従ってデューティを可変させることにより、全体的な入力電流及び電圧の波形を一致させるインバータシステムにおいて、
全波整流された信号の入力を受けてディジタル信号に変換するアナログ/ディジタル変換器と、
商用交流電源の電圧値が、所定の角度間隔でディジタルデータとして予め貯蔵されているROMと、
平滑用コンデンサの両方端の電圧レベルを検出する電圧レベル検出部と、
前記ディジタル信号の最大値と最小値から前記所定の角度間隔に対応する電圧値が計算され、所定時間経過後の前記アナログ/ディジタル変換器のディジタル信号の値から算出される角度に応じて前記ROMに予め貯蔵されたディジタルデータを読み出し、該ディジタルデータと前記電圧レベル検出部から検出された電圧レベル値に該当するパルス幅決定係数とを乗算してパルス幅変調信号を出力するディジタルロジック制御部と、
該ディジタルロジック制御部のパルス幅変調信号の入力を受けて前記PAM制御用スイッチング素子のスイッチング制御信号を出力する駆動部と、
を包含して構成されることを特徴とするインバータシステムの力率補正装置。 - 商用交流電源を整流及び平滑して形成された直流電圧をインバータ部のスイッチング素子のオン/オフに従って3相の交流電圧に可変し、モータを駆動しながらPAM制御用スイッチング素子のオン/オフに従ってデューティを可変させることにより、全体的な入力電流及び電圧の波形を一致させるインバータシステムにおいて、
入力される商用交流電源のゼロ電圧を検出するゼロ電圧検出部と、
前記ゼロ電圧検出信号を基準にした検出電流の波形の遅延に応じて商用交流電源の電圧に関するディジタルデータを予め貯蔵するROMと、
抵抗を経由して全波整流された信号の入力を受け、負荷に電流が供給される時点を確認するための電流を検出する電流検出部と、
該電流検出部から出力された電流検出信号の入力を受け、該電流検出信号と既設定された基準電流とを比較して比較信号を出力する比較器と、
該比較器の比較信号の入力を受け、前記ゼロ電圧検出部のゼロ電圧検出信号を基準に電流波形の遅延を判断して前記ROMに予め貯蔵されたディジタルデータに応じたパルス幅変調信号を前記PAM制御用スイッチング素子に出力するパルス幅変調部と、を備えて構成されることを特徴とするインバータシステムの力率補正装置。 - 前記比較器は、前記電流検出部からアナログ信号である検出電流の入力を受けてディジタル信号に変換するアナログ/ディジタル変換器を使用することを特徴とする請求項6記載のインバータシステムの力率補正装置。
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