JP4576483B2 - コンバータ回路 - Google Patents
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Description
(第1の実施の形態)
図1(a)は、本発明にかかる第1の実施の形態のコンバータ回路を示す構成図である。図1(a)において、交流電源1の出力端からチョーク6を経由して下アームが整流ダイオード2a、2b、スイッチング素子3a、3bで構成され、上アームが高速ダイオード4a、4bより構成されるブリッジ回路に入力される。ブリッジ回路の出力には平滑コンデンサ7、負荷8、及び抵抗9a、9bからなる出力電圧検出回路が接続されている。また、交流電源1には、電流トランス13と、抵抗12およびフォトカプラ11からなる電圧極性検出回路が接続されている。フォトカプラ11の一次側に並列接続されたダイオード15はフォトカプラ11の保護用である。電流トランス13はレベルシフト手段14を経て、また、電圧極性検出回路はフォトカプラ11の二次側からそれぞれ制御回路10に検出情報を入力する。制御回路10は、入力電流情報[Iac]'と、電圧極性情報PCout 、直流電圧Vdcに基づき、スイッチング素子3a、3bの適切なパルス幅変調出力PWMout を算出し、それぞれのスイッチング素子の駆動制御回路5a、5bに出力する。
(第2の実施の形態)
図11は、本発明にかかる第2の実施の形態における制御回路構成を示すブロック回路図である。本発明の第2の実施の形態の主回路構成は図1と同じ構成でも可能であり、あるいは、図19や図20の構成でも適用可能である。図11において、直流出力電圧値Vdcは出力直流電圧設定値Vdc* と加減算回路37にて比較され、直流電圧誤差情報Verrを得る。直流電圧誤差情報Verrは補償フィルタ1132および判定手段1141に送られる。補償フィルタ1132は直流電圧制御系が安定に動作するためのものであり、判定手段1141は直流電圧誤差情報Verr により補償フィルタ1132の動作を制御するものであり、この動作については後述する。補償フィルタ1132の出力は折り返し正弦波波形とともに乗算器31に送られて乗算結果を得、制限手段1145に送られ、制限が加えられた後、入力電流指令|Iac|* となる。制限を加える理由は後述する。折り返し正弦波波形は、図1、図2の場合には正弦波発生手段36の出力に相当し、図19の場合には抵抗111a、111bによる分圧結果に相当し、図20の場合にはトランス211の出力をブリッジ回路212a、212b、212c、212dで整流した結果に相当する。
dff=(Vdc*−|Vac|)/Vdc*+L・(|Iac|*−|Iac|*old)/Vdc*
ここで、「|Iac|*old」は1刻み前の電流指令値である。この式の第一項は昇圧コンバータのデュティ計算式であり、第二項は電流変化に必要なデュティの計算式である。したがって、この演算を行うことにより、入力電流波形制御のための必要なデュティが予測でき、フィードバックによる特性改善の負担を軽減できる。
dff'=(Vdc*−|Vac|)/Vdc*
また、同様の効果を有する方法として、上記の直流電圧設定値Vdc* のかわりに実際の直流電圧Vdcや、入力電流指令|Iac|*のかわりに実際の入力電流値|Iac|を用いることも可能である。
(1)入力電圧情報の検出部構成が小型で電源周波数を容易に同定できる。
(2)入力電圧情報を低損失で検出できる
(3)入力電源の変動に対しても安定動作できる
(4)パルス幅変調出力の基準時刻と制御処理の刻みが同一にできて、制御回路の構成が簡単になる。
(5)入力電圧情報検出回路へのノイズの影響をキャンセルできる
(6)主回路損失が最も少なくなるような、直流出力電圧を実現できる。
(7)スイッチングによるノイズを低減できる。
(8)回路電源を必要としない電流トランスが使用でき、検出回路損失が低減できる。
(9)積分演算が実現でき、出力電圧の定常偏差を解消できる。
(10)入力電源電圧の低下時に、過電流状態を回避でき、信頼性が向上する。
(11)入力電源電圧の上昇時に、過電圧状態を回避でき、信頼性が向上する。
(12)演算時間遅れなどの影響を回避でき、力率が改善できる。
(13)入力電圧と設定値から予測デュティを求めることができ、フィードバック制御の負担を低減でき、力率が改善できる。
2a、2b 整流ダイオード
3a、3b スイッチング素子
4a、4b 高速ダイオード
6 リアクトル
10 制御回路
11 フォトカプラ
13 電流トランス
36 正弦波発生手段
40 波形等化手段
41 判定手段
1140 フィードフォワード演算部
1141 判定部
1145 制限手段
1301 積分器
1302 移動平均手段
Claims (5)
- 交流電源もしくは、交流電源を整流した回路に接続されたリアクトルと、コンバータ出力の一方をスイッチング素子にて短絡することにより前記リアクトルに電流を充電せしめ、前記スイッチング素子をオフすることにより前記リアクトルに充電された電流をダイオードを介して出力させる制御手段とを備えた昇圧型のコンバータ回路であって、
前記制御手段は、出力直流電圧とその設定値との誤差に対して、誤差の積分演算機能と誤差の比例演算機能とを並列に設け、前記2つの演算機能の出力の和と前記交流電源の電圧波形の絶対値との乗算結果を利用して入力電流設定値を決定し、入力電流の絶対値を検出し、その絶対値と入力電流設定値との誤差を得て、その誤差に対して、低周波域で積分特性を有する比例積分型特性の演算、もしくは低周波域で積分特性を有する比例積分型で且つ高周波域で移動平均特性を有する特性の演算を行って、その演算結果に基づいて、前記スイッチング素子のオン・オフデュティを求めることを特徴とするコンバータ回路。 - 前記制御手段は、前記誤差に対して行った演算結果に対して、入力電圧の絶対値を|Vac|、入力電流絶対値指令を|Iac|*、出力直流電圧設定値をVdc*、前記リアクトルのインダクタンスをL、前回演算時の入力電流絶対値指令を|Iac|*oldとして、下記の式
dff=(Vdc*−|Vac|)/Vdc*
+L・(|Iac|*−|Iac|*old)/Vdc*
で算出した値dffを加算して、前記スイッチング素子のオン・オフデュティを求めることを特徴とする請求項1に記載のコンバータ回路。 - 前記制御手段は、前記誤差に対して行った演算結果に対して、入力電圧の絶対値を|Vac|、入力電流絶対値指令を|Iac|*、出力直流電圧設定値をVdc*、前記リアクトルのインダクタンスをL、前回演算時の入力電流絶対値指令を|Iac|*oldとして、下記の式
dff=(Vdc*−|Vac|)/Vdc*
+L・(|Iac|*−|Iac|*old)/Vdc*
で算出した値dffに対し、1より小さい値を乗じた値を加算して、前記スイッチング素子のオン・オフデュティを求めることを特徴とする請求項1に記載のコンバータ回路。 - 前記制御手段は、前記誤差に対して行った演算結果に対して、入力電圧の絶対値を|Vac|、出力直流電圧設定値をVdc*として、下記の式
dff=(Vdc*−|Vac|)/Vdc*
で算出した値dffに対し、1もしくは1より小さい値を乗じた値を加算して、前記スイッチング素子のオン・オフデュティを求めることを特徴とする請求項1に記載のコンバータ回路。 - 前記制御手段は、前記出力直流電圧設定値Vdc*のかわりに出力電圧値Vdcを、及び/又は、入力電流絶対値指令|Iac|*、|Iac|*oldのかわりに実際の入力電流値|Iac|、|Iac|oldを用いることを特徴とする請求項2から4のいずれかに記載のコンバータ回路。
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