JP4931129B2 - Power converter - Google Patents

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Description

本発明は電力変換装置に係り、特に負荷に所望の電流を精度良く供給するための電力変換装置に関する。   The present invention relates to a power conversion device, and more particularly to a power conversion device for accurately supplying a desired current to a load.

例えば電磁石コイル用の電力変換装置においては、時間的に変化する電流基準に追従して負荷に電流を供給する必要がある。このような電力変換装置では、定電流制御回路のメインループと応答速度の速い定電圧制御回路のマイナーループとから制御回路が構成されることが一般的であった(例えば特許文献1参照。)。   For example, in a power converter for an electromagnetic coil, it is necessary to supply current to a load following a current reference that changes with time. In such a power converter, a control circuit is generally composed of a main loop of a constant current control circuit and a minor loop of a constant voltage control circuit having a fast response speed (see, for example, Patent Document 1). .

また、電圧型電力変換器を用いた電力変換装置においては、自励式電圧型整流器+電圧型電力変換器という主回路構成が多く用いられている。この場合には、自励式電圧型整流器の出力側には、直流電圧の変動を抑制するために平滑コンデンサが接続され、この平滑コンデンサに印加される電圧を自励式電圧型整流器によって制御する構成となる(例えば特許文献2参照。)。
特公平8−33778号公報(第3−5頁、図1) 特開2006−74849号公報(第3−5頁、図1)
Moreover, in a power converter using a voltage type power converter, a main circuit configuration of self-excited voltage type rectifier + voltage type power converter is often used. In this case, a smoothing capacitor is connected to the output side of the self-excited voltage type rectifier to suppress fluctuations in the DC voltage, and the voltage applied to the smoothing capacitor is controlled by the self-excited voltage type rectifier. (For example, refer to Patent Document 2).
Japanese Patent Publication No. 8-33778 (page 3-5, FIG. 1) JP 2006-74849 A (page 3-5, FIG. 1)

上述したように、交直変換器として自励式電圧型整流器を用いて交流電圧から直流電圧に変換する回路構成は、自励式電圧型整流器によって直流電圧を一定に制御することができるという利点があるが、部品点数が増加し、また制御回路が複雑化するという問題がある。これに対して、自励式電圧型整流器に代えてダイオード整流器を用いて交流電圧から直流電圧に変換すれば、部品点数が少なく、構成も簡素であり、また制御が不要なため、装置の信頼性が向上する。   As described above, the circuit configuration for converting an AC voltage to a DC voltage using a self-excited voltage type rectifier as an AC / DC converter has an advantage that the DC voltage can be controlled to be constant by the self-excited voltage type rectifier. There are problems that the number of parts increases and the control circuit becomes complicated. On the other hand, if a diode rectifier is used instead of a self-excited voltage rectifier to convert AC voltage to DC voltage, the number of parts is small, the configuration is simple, and control is not required. Will improve.

しかしながら、ダイオード整流器を用いて交流電源から直流電圧に変換すると、出力電流の時間的変化に伴い電力変換装置の入力直流電圧が変動するという問題が生じる。入力直流電圧が変動すると、電力変換装置の出力電流の制御特性に悪影響を与え、制御精度の低下を招く。   However, when converting from an AC power source to a DC voltage using a diode rectifier, there arises a problem that the input DC voltage of the power conversion device fluctuates with the temporal change of the output current. When the input DC voltage fluctuates, the control characteristics of the output current of the power converter are adversely affected, and the control accuracy is reduced.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、入力の交直変換回路としてダイオード整流器を用いた場合であっても、時間的に変化する電流基準値に対して高精度な追従特性を持つ電力変換装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and has high-accuracy follow-up characteristics with respect to a current reference value that changes with time even when a diode rectifier is used as an input AC / DC converter circuit. An object is to provide a power converter.

上記目的を達成するため、本発明の電力変換装置は、交流電源の交流電圧を直流電圧に変換するダイオード整流器と、このダイオード整流器の出力を平滑する平滑コンデンサと、
この平滑コンデンサに印加される直流電圧を入力とし、所望の電流を負荷に給電する電力変換器と、この電力変換器を制御する制御部とを具備し、前記制御部は、電流基準値と前記電力変換器の出力電流の偏差が最小となるようにその出力である電流制御操作量を調整する定電流制御回路と、前記電流基準値に応じてフィードフォワード操作量を出力するフィードフォワード制御回路と、前記電力変換器の入力電圧変動に伴う制御特性変動を補正するため、前記フィードフォワード操作量を補正する第1の補正手段と、前記電力変換器の出力電圧が前記補正されたフィードフォワード操作量と前記電流制御操作量とを加算した操作量に従うように制御する電圧制御手段とを有することを特徴としている。
In order to achieve the above object, a power converter of the present invention includes a diode rectifier that converts an AC voltage of an AC power source into a DC voltage, a smoothing capacitor that smoothes the output of the diode rectifier,
A DC converter applied to the smoothing capacitor is provided as an input, and includes a power converter that supplies a desired current to the load, and a control unit that controls the power converter. The control unit includes a current reference value and the current converter. A constant current control circuit that adjusts a current control manipulated variable that is an output so that a deviation of an output current of the power converter is minimized; a feedforward control circuit that outputs a feedforward manipulated variable according to the current reference value; First correction means for correcting the feedforward manipulated variable in order to correct a control characteristic fluctuation accompanying input voltage fluctuation of the power converter, and a feedforward manipulated variable in which the output voltage of the power converter is corrected. And a voltage control means for controlling to follow an operation amount obtained by adding the current control operation amount.

本発明によれば、入力の交直変換回路としてダイオード整流器を用いた場合であっても、時間的に変化する電流基準値に対して高精度な追従特性を持つ電力変換装置を提供することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if it is a case where a diode rectifier is used as an input AC / DC conversion circuit, it is possible to provide a power converter having a high-accuracy tracking characteristic with respect to a current reference value that changes with time It becomes.

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は本発明実施例1に係る電力変換装置のブロック構成図である。   FIG. 1 is a block diagram of a power conversion apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.

交流電源1から供給される交流電圧はダイオード整流器2によって直流に変換される。この直流電圧は平滑コンデンサ3によって平滑され、電力変換器4に供給される。電力変換器4は制御部6からの制御指令に従って負荷5に時間的に変化する電流パターンを供給する。電力変換器4として代表的な構成は自己消弧型素子を用いたチョッパであり、この場合、制御部6からのゲートパルスによって自己消弧型素子がオンオフ制御されて負荷5に所望の電流パターンを与える。   The AC voltage supplied from the AC power source 1 is converted to DC by the diode rectifier 2. This DC voltage is smoothed by the smoothing capacitor 3 and supplied to the power converter 4. The power converter 4 supplies a current pattern that changes with time to the load 5 in accordance with a control command from the control unit 6. A typical configuration of the power converter 4 is a chopper using a self-extinguishing type element. In this case, the self-extinguishing type element is on / off controlled by a gate pulse from the control unit 6 and a desired current pattern is applied to the load 5. give.

電力変換器4の入力電圧は電圧検出器7によって検出され、制御部6に与えられる。また、電力変換器4の出力電流は電流検出器8によって検出され、制御部6に与えられる。以下に制御部6の内部構成を説明する。   The input voltage of the power converter 4 is detected by the voltage detector 7 and given to the control unit 6. Further, the output current of the power converter 4 is detected by the current detector 8 and given to the control unit 6. The internal configuration of the control unit 6 will be described below.

電流検出器8によって検出された負荷電流Ioutは電流基準値Irefと比較器61で比較され、その偏差は定電流制御回路62の入力となる。定電流制御回路62はこの入力偏差がゼロとなるようにその出力である電流制御操作量EcACRを調節する。そしてこの電流制御操作量EcACRは加算器63の一方の入力となる。 The load current Iout detected by the current detector 8 is compared with the current reference value Iref by the comparator 61, and the deviation is input to the constant current control circuit 62. The constant current control circuit 62 adjusts the output current control manipulated variable Ec ACR so that the input deviation becomes zero. The current control manipulated variable Ec ACR becomes one input of the adder 63.

また、電流基準値Irefはフィードフォワード制御回路64にも与えられる。このフィードフォワード制御回路64は与えられた電流基準値Irefに従ってフィードフォワード操作量EcFFを出力する。このフィードフォワード操作量EcFFは補正演算器65に与えられ、補正演算器65の出力は加算器63の一方の入力となる。補正演算器65には電圧検出器7によって検出された電力変換器4の入力電圧が与えられ、補正演算器65はこの入力電圧に逆比例するようにフィードフォワード操作量EcFFを補正する。 The current reference value Iref is also given to the feedforward control circuit 64. The feedforward control circuit 64 outputs the feed-forward operation amount Ec FF as the current reference value Iref supplied. This feedforward manipulated variable Ec FF is given to the correction calculator 65, and the output of the correction calculator 65 becomes one input of the adder 63. The correction calculator 65 is supplied with the input voltage of the power converter 4 detected by the voltage detector 7, and the correction calculator 65 corrects the feedforward manipulated variable Ec FF so as to be inversely proportional to the input voltage.

このようにして得られた加算器63の出力である操作量Ecは、PWM制御回路66によってオンオフパルスであるゲート信号に変換され、電力変換器4を構成する自己消弧型素子のゲートに与えられる。即ち、PWM制御回路66は、電力変換器4の出力電流が電流基準値Irefとなるような電圧制御動作を行なう。   The operation amount Ec, which is the output of the adder 63 obtained in this way, is converted into a gate signal that is an on / off pulse by the PWM control circuit 66, and is given to the gate of the self-extinguishing element constituting the power converter 4. It is done. That is, the PWM control circuit 66 performs a voltage control operation such that the output current of the power converter 4 becomes the current reference value Iref.

以下、図1に示した本発明の実施例1に係る電力変換装置の動作について図2を参照して説明する。図2は電流基準値IrefをτIREFの周期で略三角波状に変化させたときの各部の波形を示している。図示したように電流基準値Irefは、τ1IREFの区間で増加し、τ2IREFの区間で元の値まで減少し、その後は所定の小電流となる。そして、電力変換器4の出力電流Ioutはこの電流基準値Irefに従って制御されている。このような出力電流Ioutを出力するためには、電力変換器4の出力電圧Voutは図示したような擬似矩形波となる。これは、負荷5に印加される出力電圧Voutが、負荷5のインダクタンス値L、負荷5の抵抗値R及び負荷5を流れる電力変換器4の出力電流Ioutより、
Vout=L(dIout/dt)+R×Iout・・・(1)
の関係式となるからである。また、入力の交直変換器としてダイオード整流器2を用いているため、出力電流Ioutが増加したとき交流電源1からの入力電力が増加し、線路のインピーダンスによる電圧降下及びダイオード素子の電圧降下等の影響により図示したようにτ1IREFの区間で電力変換器4の入力直流電圧Vinは低下する。逆にτ2IREFの区間で出力電流Ioutが減少したときは、入力電力が減少するので入力直流電圧Vinは上昇する。
Hereinafter, the operation of the power conversion apparatus according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows the waveform of each part when the current reference value Iref is changed to a substantially triangular wave shape with a period of τIREF . As shown in the figure, the current reference value Iref increases in the interval of τ1 IREF , decreases to the original value in the interval of τ2 IREF , and thereafter becomes a predetermined small current. The output current Iout of the power converter 4 is controlled according to this current reference value Iref. In order to output such an output current Iout, the output voltage Vout of the power converter 4 becomes a pseudo rectangular wave as illustrated. This is because the output voltage Vout applied to the load 5 is based on the inductance value L of the load 5, the resistance value R of the load 5, and the output current Iout of the power converter 4 flowing through the load 5.
Vout = L (dIout / dt) + R × Iout (1)
This is because Further, since the diode rectifier 2 is used as the input AC / DC converter, the input power from the AC power source 1 increases when the output current Iout increases, and the influence of the voltage drop due to the impedance of the line, the voltage drop of the diode element, and the like. As shown in the figure, the input DC voltage Vin of the power converter 4 decreases in the interval τ1 IREF . Conversely, when the output current Iout decreases in the interval of τ2 IREF, the input DC voltage Vin increases because the input power decreases.

入力直流電圧Vin、出力電圧Vout及びPWM制御回路66に与えられる操作量Ecとの間には、
Vout∝Vin×Ec・・・(2)
の関係があるため、入力直流電圧Vinが低下した場合には電力変換装置全体の一巡伝達関数ゲインが低下し、制御の応答性能が悪化してしまう。
Between the input DC voltage Vin, the output voltage Vout, and the operation amount Ec given to the PWM control circuit 66,
Vout∝Vin × Ec (2)
Therefore, when the input DC voltage Vin decreases, the loop transfer function gain of the entire power converter decreases, and the control response performance deteriorates.

また、(1)式及び(2)式を用いて、電流基準値Iref、電圧基準値Vref、フィードフォワード操作量Ecff及び入力直流電圧Vin間の関係を求めると以下の(3)式のようになる。   Further, when the relationship among the current reference value Iref, the voltage reference value Vref, the feedforward manipulated variable Ecff, and the input DC voltage Vin is obtained using the equations (1) and (2), the following equation (3) is obtained. Become.

Ecff∝Vref/Vin
={L(dIref/dt)+R×Iref}/Vin・・・(3)
従って、フィードフォワード制御回路64においては、(3)式の関係が示すように、電流基準値Irefと負荷5の負荷特性から電圧基準値Vrefを演算し、操作量Ecと変換器出力電圧Voutの関係から必要なフィードフォワード操作量EcFFを演算する。尚、上記における電圧基準値Vrefは予め外部から与えられる場合もある。
Ecff∝Vref / Vin
= {L (dIref / dt) + R × Iref} / Vin (3)
Accordingly, the feedforward control circuit 64 calculates the voltage reference value Vref from the current reference value Iref and the load characteristic of the load 5 as shown by the relationship of the expression (3), and calculates the manipulated variable Ec and the converter output voltage Vout. The necessary feedforward manipulated variable Ec FF is calculated from the relationship. The voltage reference value Vref in the above may be given from the outside in advance.

しかしながら、図1に示したフィードフォワード制御回路64は、電流基準値Irefのみを変化量として与え、その他のパラメータは一定としてフィードフォワード操作量EcFFを演算するようにしているため、例えば入力直流電圧Vinが変動した場合には、正確なフィードフォワード操作量EcFFを演算することができず、Ecffの演算精度は低下する。 However, the feedforward control circuit 64 shown in FIG. 1, for giving only the current reference value Iref as a variation, the other parameters so that calculates the feedforward manipulated variable Ec FF as constant, for example, the input DC voltage When Vin varies, the accurate feedforward manipulated variable Ec FF cannot be calculated, and the calculation accuracy of Ec ff decreases.

このため、フィードフォワード制御回路64の出力に補正演算器65を設け、フィードフォワード操作量EcFFを補正する。この補正演算器65は、入力直流電圧Vinが低下したとき、Ecffを増加させるよう補正を加え、入力直流電圧Vinが上昇したとき、Ecffを減少させるよう補正を加える。(3)式に示すようフィードフォワード操作量EcFFと入力直流電圧Vinは逆比例の関係となるため、入力直流電圧Vinが低下したときにはフィードフォワード操作量EcFFを増加させ、入力直流電圧Vinが上昇したときにはフィードフォワード操作量EcFFを減少させるような略逆比例の補正を行うことによってEcffの演算精度を向上させることができる。 Therefore, the correction arithmetic unit 65 to the output of the feed forward control circuit 64 is provided to correct the feed-forward operation amount Ec FF. The correction calculator 65 corrects the Ec ff to increase when the input DC voltage Vin decreases, and corrects the Ec ff to decrease when the input DC voltage Vin increases. Since the feedforward manipulated variable Ec FF and the input DC voltage Vin are inversely proportional as shown in the equation (3), when the input DC voltage Vin decreases, the feedforward manipulated variable Ec FF is increased so that the input DC voltage Vin is The calculation accuracy of Ec ff can be improved by performing a substantially inversely proportional correction that decreases the feedforward manipulated variable Ec FF when it rises.

また、フィードフォワード制御回路64及び補正演算器65の制御応答は電流基準値Irefそのものの周波数応答であり、定電流制御回路62の応答に対して非常に遅いため、この補正によって制御系が不安定となることは無い。   Further, the control response of the feedforward control circuit 64 and the correction calculator 65 is the frequency response of the current reference value Iref itself, and is very slow with respect to the response of the constant current control circuit 62. It will never be.

以上説明したように、この実施例1によれば、フィードフォワード操作量EcFFの演算精度が向上したフィードフォワード系を用いているので、時間的に変化する電流基準値に対して高精度な追従特性を持つ電力変換装置を提供することが可能となる。 As described above, according to the first embodiment, since the feedforward system in which the calculation accuracy of the feedforward manipulated variable Ec FF is improved is used, it is possible to follow the current reference value that changes with time with high accuracy. It is possible to provide a power conversion device having characteristics.

図3は本発明の実施例2に係る電力変換装置のブロック構成図である。この実施例2の各部について、図1の本発明の実施例1に係る電力変換装置の回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例2が実施例1と異なる点は、リプル除去回路67を設け、このリプル除去回路67を介して電圧検出回路7による検出電圧を補正演算器65に与える構成とした点である。   FIG. 3 is a block diagram of the power conversion apparatus according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the same parts as those in the circuit configuration diagram of the power conversion apparatus according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. The second embodiment is different from the first embodiment in that a ripple removing circuit 67 is provided and a voltage detected by the voltage detecting circuit 7 is supplied to the correction arithmetic unit 65 via the ripple removing circuit 67.

入力直流電圧Vinは交流電源1の交流電圧をダイオード整流器2で整流することによって得ているため、入力直流電圧Vinの検出値には交流電源1の周波数に応じたリプル成分が含まれる。従って、リプル除去回路67によってこのリプル成分を除去することにより、制御系の安定性を向上させることができる。   Since the input DC voltage Vin is obtained by rectifying the AC voltage of the AC power supply 1 with the diode rectifier 2, the detected value of the input DC voltage Vin includes a ripple component corresponding to the frequency of the AC power supply 1. Therefore, by removing this ripple component by the ripple removing circuit 67, the stability of the control system can be improved.

この実施例3においては、リプル除去回路67は1次遅れ回路によって構成している。この場合、1次遅れ回路の時定数τは、リプル除去回路67の入力信号に含まれるリプル成分の周期の最大値をτIN、電流基準値Irefの周期をτIREFとした時、τIN<τ<τIREFとなるよう選定する。 In the third embodiment, the ripple removing circuit 67 is constituted by a primary delay circuit. In this case, the time constant τ of the first-order lag circuit is τ IN <when the maximum value of the ripple component period included in the input signal of the ripple removal circuit 67 is τ IN and the period of the current reference value Iref is τ IREF. Select so that τ <τ IREF .

τ>τINとなるように一次遅れ回路の時定数τを選択することによりリプル成分を除去することが可能である一方、補正演算器65によって入力直流電圧Vinの変動に伴う制御特性の変動を補正するためには、入力直流電圧Vinが変動する時定数τと同等の周波数成分を持つ信号が必要である。また、入力直流電圧Vinの変動は出力電流Ioutが変動することに因るため、入力直流電圧Vinの変動時定数τは電流指令値Irefのリプル成分の周期τIREF程度となる。従って、τ<τIREFとすれば、必要な周波数成分の信号を除去することは無い。 The ripple component can be removed by selecting the time constant τ of the first-order lag circuit so that τ> τ IN. On the other hand, the correction arithmetic unit 65 causes the control characteristic variation due to the variation of the input DC voltage Vin. In order to correct, a signal having a frequency component equivalent to the time constant τ V in which the input DC voltage Vin varies is necessary. Further, since the fluctuation of the input DC voltage Vin is caused by the fluctuation of the output current Iout, the fluctuation time constant τ V of the input DC voltage Vin becomes about the period τ IREF of the ripple component of the current command value Iref. Therefore, if τ <τ IREF , a signal having a necessary frequency component is not removed.

例えば、図2における三角波状の電流基準が、τ1IREF=2.0s、τ2IREF=1.0s、τIREF=4.0sである場合、入力直流電圧Vinはτ2IREFの期間で最も速く変動するため、入力直流電圧Vinの変動に伴う制御特性の変動を補正するためには、τ2IREFの時定数をもつ周波数成分は一次遅れ回路を通過させる必要がある。従って、10倍程度裕度を持って一次遅れ回路の時定数τをτ=0.1sとすればよい。また、例えば交流電源の周波数が50Hz、入力のダイオード整流器2が12相で構成されている場合、入力直流電圧Vinに含まれるリプル成分は600Hz(周期1.67ms)及び600Hzの倍長波となるため、τ=0.1sの一次遅れ回路であれば入力直流電圧Vinの検出値に含まれるリプル成分を除去することが可能となる。 For example, when the triangular wave-like current reference in FIG. 2 is τ1 IREF = 2.0 s, τ2 IREF = 1.0 s, and τ IREF = 4.0 s, the input DC voltage Vin varies fastest during the period of τ2 IREF. Therefore, in order to correct the fluctuation of the control characteristic accompanying the fluctuation of the input DC voltage Vin, the frequency component having the time constant of τ2 IREF needs to pass through the first-order lag circuit. Therefore, the time constant τ of the first-order lag circuit should be τ = 0.1 s with a margin of about 10 times. For example, when the frequency of the AC power supply is 50 Hz and the input diode rectifier 2 is configured with 12 phases, the ripple component included in the input DC voltage Vin is 600 Hz (period 1.67 ms) and 600 Hz double wave. , Τ = 0.1 s primary delay circuit, it is possible to remove the ripple component included in the detected value of the input DC voltage Vin.

この実施例2においては、リプル除去回路67が一次遅れ回路である場合について述べたが、この一次遅れ回路はCRフィルタによるハードウエアによる構成としても良く、また、デジタル制御の場合にはソフトウエアで実現しても良い。またこのリプル除去回路67に二次遅れ回路を適用することも可能となる。二次遅れ回路の場合もLCRフィルタによるハードウエアによる構成としても良く、デジタル制御の場合にはソフトウエアで実現しても良い。   In the second embodiment, the case where the ripple removing circuit 67 is a first-order lag circuit has been described. However, this first-order lag circuit may be configured by hardware using a CR filter, and in the case of digital control, it may be implemented by software. It may be realized. In addition, a secondary delay circuit can be applied to the ripple removing circuit 67. In the case of a second-order lag circuit, it may be configured by hardware using an LCR filter, or may be realized by software in the case of digital control.

図4は本発明の実施例3に係る電力変換装置のブロック構成図である。この実施例3の各部について、図1の本発明の実施例1に係る電力変換装置の回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例3が実施例1と異なる点は、電圧検出回路7を省き、入力直流電圧Vinに代えて電力変換器4の出力電流Ioutを補正演算器65Aに入力するように構成した点である。   FIG. 4 is a block diagram of a power conversion apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. In the third embodiment, the same parts as those in the circuit configuration diagram of the power conversion device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. The third embodiment is different from the first embodiment in that the voltage detection circuit 7 is omitted and the output current Iout of the power converter 4 is input to the correction calculator 65A instead of the input DC voltage Vin. .

図2に示した波形から分かるように、入力直流電圧Vinは出力電流Ioutが増加したときに減少し、逆に減少したときに増加する。従って、入力直流電圧Vinが減少したときに操作量のフィードフォワード値Ecffを強めるようにするためには、補正演算器65Aを出力電流Ioutに略比例した補正を行うようにすれば良い。 As can be seen from the waveform shown in FIG. 2, the input DC voltage Vin decreases when the output current Iout increases, and conversely increases when it decreases. Therefore, in order to enhance the operation amount of the feedforward value Ec ff when the input DC voltage Vin is decreased, it is sufficient to perform the correction substantially proportional correction calculator 65A in the output current Iout.

補正演算器65Aにおける演算を更に詳細に行なう為には、ダイオード整流器2の入力回路のインピーダンスによる電圧降下、ダイオード整流器2の電圧降下、更に直流回路の電圧降下を演算によって求め、出力電流Ioutから入力直流電圧Vinを求めるようにすれば良い。ダイオード整流器2の電圧降下には、ダイオードのオン抵抗によるものと、転流重なり角の増大によるものとがある。転流重なり角の増大による電圧降下は、転流リアクタンスから演算によって求めることが可能である。   In order to perform the calculation in the correction calculator 65A in more detail, the voltage drop due to the impedance of the input circuit of the diode rectifier 2, the voltage drop of the diode rectifier 2, and the voltage drop of the DC circuit are obtained by calculation and input from the output current Iout. What is necessary is just to obtain | require DC voltage Vin. The voltage drop of the diode rectifier 2 includes a diode on-resistance and a commutation overlap angle increase. The voltage drop due to the increase of the commutation overlap angle can be obtained by calculation from the commutation reactance.

この実施例3によれば、電圧検出器7を省略できるので、従来の構成に対して新たな検出器の追加が不要となる。   According to the third embodiment, since the voltage detector 7 can be omitted, it is not necessary to add a new detector to the conventional configuration.

尚、図2に示した波形から分かるように、電力変換器4の出力電流Ioutに代えて電流基準値Irefを用いても全く同様の効果を得ることができることは明らかである。   As can be seen from the waveform shown in FIG. 2, it is apparent that the same effect can be obtained even if the current reference value Iref is used instead of the output current Iout of the power converter 4.

図5は本発明の実施例4に係る電力変換装置のブロック構成図である。この実施例4の各部について、図1の本発明の実施例1に係る電力変換装置の回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例4が実施例1と異なる点は、電圧検出回路7に代えてダイオード整流器の入力電流Iac_inを検出する電流検出器9、ダイオード整流器の入力電圧Vac_inを検出する電圧検出器10及び入力電流Iac_inと入力電圧Vac_inから入力電力を演算する入力電力演算器68を設け、この入力電力演算器68の出力Pinを補正演算器65Bに与えるように構成した点である。   FIG. 5 is a block diagram of a power conversion apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. In the fourth embodiment, the same parts as those in the circuit configuration diagram of the power conversion apparatus according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. The fourth embodiment differs from the first embodiment in that a current detector 9 for detecting the input current Iac_in of the diode rectifier instead of the voltage detection circuit 7, a voltage detector 10 for detecting the input voltage Vac_in of the diode rectifier, and the input current An input power calculator 68 that calculates input power from Iac_in and the input voltage Vac_in is provided, and an output Pin of the input power calculator 68 is provided to the correction calculator 65B.

前述したように、入力直流電圧Vinの低下及び上昇は入力電力の増減に起因するため、入力電力演算値Pinから入力直流電圧Vinの変動を導出することが出来る。従って、電力変換装置における入力直流電圧Vinの変動に対して、入力電力演算値Pinを用いてフィードフォワード系の制御特性を改善し、時間的に変化する電流基準値に対して高精度な追従特性を持つ電力変換装置を提供することができる。   As described above, since the decrease and increase of the input DC voltage Vin are caused by the increase and decrease of the input power, the fluctuation of the input DC voltage Vin can be derived from the input power calculation value Pin. Therefore, the control characteristic of the feedforward system is improved by using the input power calculation value Pin for the fluctuation of the input DC voltage Vin in the power converter, and the tracking characteristic with high accuracy with respect to the current reference value changing with time. It is possible to provide a power conversion device having

ここで補正演算器65Bは、入力電力演算値Pinに略比例してフィードフォワード操作量EcFFを補正するが、実施例3で述べた演算と同等の演算を行なうことによって更に詳細な補正を行なうことが可能となる。 Here, the correction calculator 65B corrects the feedforward manipulated variable Ec FF approximately in proportion to the input power calculation value Pin. However, the correction calculator 65B performs more detailed correction by performing a calculation equivalent to the calculation described in the third embodiment. It becomes possible.

尚、この実施例4によれば、系統周波数によって脈動しない交流電力を検出して補正を行なうようにしているため、実施例2で述べたリプル除去手段を用いる必要性は低くなる。   According to the fourth embodiment, since the AC power that does not pulsate according to the system frequency is detected and corrected, the necessity of using the ripple removing means described in the second embodiment is reduced.

図6は本発明の実施例5に係る電力変換装置のブロック構成図である。この実施例5の各部について、図1の本発明の実施例1に係る電力変換装置の回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例5が実施例1と異なる点は、定電流制御回路62の出力を補正演算器69を介して加算器63に与えるように構成した点である。   FIG. 6 is a block diagram of a power conversion apparatus according to Embodiment 5 of the present invention. In each part of the fifth embodiment, the same parts as those in the circuit configuration diagram of the power conversion apparatus according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. The fifth embodiment is different from the first embodiment in that the output of the constant current control circuit 62 is supplied to the adder 63 via the correction calculator 69.

補正演算器69には、入力直流電圧Vinを入力し、補正演算器65と同様入力直流電圧Vinが増大したとき出力を減少させるような逆比例特性を持たせる。   The correction calculator 69 is input with the input DC voltage Vin, and has an inverse proportional characteristic that decreases the output when the input DC voltage Vin increases as in the correction calculator 65.

この実施例5に示したように、フィードフォワード制御回路64による制御ループに加え、定電流制御回路62によるフィードバック制御ループにおいても入力電圧変動による制御補正を加えることによって、更に制御特性を改善することが可能となる。   As shown in the fifth embodiment, in addition to the control loop by the feedforward control circuit 64, the control characteristic is further improved by adding the control correction by the input voltage fluctuation in the feedback control loop by the constant current control circuit 62. Is possible.

尚、実施例2に示したようなリプル除去回路を設け、リプル除去回路を介して電圧検出回路7による検出電圧を補正演算器69に与える構成としても良く、更に、実施例3に示したように補正演算器69に電力変換器4の出力電流Ioutまたは電流基準値Irefを入力し、この値に略比例する補正を補正演算器69で行っても良い。また、実施例4に示したように交流入力電力を補正演算器69に与える構成としても良い。   Note that a ripple removal circuit as shown in the second embodiment may be provided so that the voltage detected by the voltage detection circuit 7 is supplied to the correction computing unit 69 via the ripple removal circuit. Further, as shown in the third embodiment. Alternatively, the output current Iout or the current reference value Iref of the power converter 4 may be input to the correction calculator 69 and the correction calculator 69 may perform a correction substantially proportional to this value. Further, as shown in the fourth embodiment, a configuration in which AC input power is supplied to the correction computing unit 69 may be adopted.

本発明の実施例1に係る電力変換装置のブロック構成図。The block block diagram of the power converter device which concerns on Example 1 of this invention. 実施例1の動作を説明するための、各部の動作波形。Operation waveforms of each part for explaining the operation of the first embodiment. 本発明の実施例2に係る電力変換装置のブロック構成図。The block block diagram of the power converter device which concerns on Example 2 of this invention. 本発明の実施例3に係る電力変換装置のブロック構成図。The block block diagram of the power converter device which concerns on Example 3 of this invention. 本発明の実施例4に係る電力変換装置のブロック構成図。The block block diagram of the power converter device which concerns on Example 4 of this invention. 本発明の実施例5に係る電力変換装置のブロック構成図。The block block diagram of the power converter device which concerns on Example 5 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 交流電源
2 ダイオード整流器
3 平滑コンデンサ
4 電力変換器
5 負荷
6 制御部
7 電圧検出器
8 電流検出器
9 電流検出器
10 電圧検出器

61 比較器
62 定電流制御回路
63 加算器
64 フィードフォワード制御回路
65、65A、65B 補正演算器
66 PWM制御回路
67 リプル除去回路
68 入力電力演算器
69 補正演算器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC power supply 2 Diode rectifier 3 Smoothing capacitor 4 Power converter 5 Load 6 Control part 7 Voltage detector 8 Current detector 9 Current detector 10 Voltage detector

61 Comparator 62 Constant Current Control Circuit 63 Adder 64 Feedforward Control Circuit 65, 65A, 65B Correction Calculator 66 PWM Control Circuit 67 Ripple Removal Circuit 68 Input Power Calculator 69 Correction Calculator

Claims (9)

交流電源の交流電圧を直流電圧に変換するダイオード整流器と、
このダイオード整流器の出力を平滑する平滑コンデンサと、
この平滑コンデンサに印加される直流電圧を入力とし、所望の電流を負荷に給電する電力変換器と、
この電力変換器を制御する制御部と
を具備し、
前記制御部は、
電流基準値と前記電力変換器の出力電流の偏差が最小となるようにその出力である電流制御操作量を調整する定電流制御回路と、
前記電流基準値に応じてフィードフォワード操作量を出力するフィードフォワード制御回路と、
前記電力変換器の入力電圧変動に伴う制御特性変動を補正するため、前記フィードフォワード操作量を補正する第1の補正手段と、
前記電力変換器の出力電圧が前記補正されたフィードフォワード操作量と前記電流制御操作量とを加算した操作量に従うように制御する電圧制御手段と
を有することを特徴とする電力変換装置。
A diode rectifier that converts the AC voltage of the AC power source into a DC voltage;
A smoothing capacitor for smoothing the output of this diode rectifier,
A power converter that inputs a DC voltage applied to the smoothing capacitor and supplies a desired current to the load;
A control unit for controlling the power converter,
The controller is
A constant current control circuit for adjusting a current control operation amount as an output so that a deviation between a current reference value and an output current of the power converter is minimized;
A feedforward control circuit that outputs a feedforward manipulated variable according to the current reference value;
First correction means for correcting the feedforward manipulated variable in order to correct the control characteristic fluctuation accompanying the input voltage fluctuation of the power converter;
And a voltage control unit configured to control the output voltage of the power converter so as to follow an operation amount obtained by adding the corrected feedforward operation amount and the current control operation amount.
前記フィードフォワード制御回路は、
前記電流基準値と前記負荷のインピーダンスから前記電力変換器が出力すべき電圧を演算によって求めるようにし、この出力すべき電圧に比例して前記フィードフォワード操作量を出力するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
The feedforward control circuit is
The voltage to be output by the power converter is obtained by calculation from the current reference value and the impedance of the load, and the feedforward manipulated variable is output in proportion to the voltage to be output. The power conversion device according to claim 1.
前記電力変換器の入力電圧を検出する電圧検出手段を有し、
前記第1の補正手段は、この検出電圧に略逆比例して前記フィードフォワード操作量を補正するようにしたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電力変換装置。
Voltage detecting means for detecting an input voltage of the power converter;
3. The power converter according to claim 1, wherein the first correction unit corrects the feedforward operation amount substantially in inverse proportion to the detected voltage. 4.
前記電圧検出手段は、
前記入力電圧に含まれる電圧リプルを除去するリプル除去手段を有することを特徴とする請求項3に記載の電力変換装置。
The voltage detection means includes
The power conversion device according to claim 3, further comprising a ripple removing unit that removes a voltage ripple included in the input voltage.
前記リプル除去手段は時定数をτとする一次遅れ回路とし、
前記電流基準値の周期をτIREF、前記一次遅れ回路の入力信号に含まれるリプル成分の周期の最大値をτINとした時、前記一次遅れ回路の時定数τをτIN < τ < τIREFとなるよう選定したことを特徴とする請求項4に記載の電力変換装置。
The ripple removing means is a first-order lag circuit with a time constant τ,
When the period of the current reference value is τ IREF and the maximum value of the ripple component included in the input signal of the primary delay circuit is τ IN , the time constant τ of the primary delay circuit is τ IN <τ <τ IREF The power converter according to claim 4, wherein the power converter is selected to be
前記第1の補正手段は、
前記電力変換器の出力電流及び前記電流基準値のうち少なくとも一つに応じて前記フィードフォワード操作量を補正するようにしたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電力変換装置。
The first correction means includes
The power converter according to claim 1 or 2, wherein the feedforward manipulated variable is corrected according to at least one of an output current of the power converter and the current reference value.
前記電力変換器の入力電力を検出する電力検出手段を有し、
前記第1の補正手段は、この検出電力に略逆比例して前記フィードフォワード操作量を補正するようにしたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電力変換装置。
Power detection means for detecting the input power of the power converter;
3. The power converter according to claim 1, wherein the first correction unit corrects the feedforward operation amount substantially in inverse proportion to the detected power. 4.
前記電力変換器の入力電圧変動に伴う制御特性変動を補正するため、
前記定電流制御回路の出力を補正する第2の補正手段を設けたことを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の電力変換装置。
In order to correct the control characteristic fluctuation accompanying the input voltage fluctuation of the power converter,
The power converter according to any one of claims 1 to 7, further comprising a second correction unit that corrects an output of the constant current control circuit.
前記電力変換器の入力電圧を検出する電圧検出手段を有し、
前記第2の補正手段は、この検出電圧に略逆比例して前記定電流制御回路の出力を補正するようにしたことを特徴とする請求項8に記載の電力変換装置。
Voltage detecting means for detecting an input voltage of the power converter;
9. The power conversion apparatus according to claim 8, wherein the second correction unit corrects the output of the constant current control circuit in substantially inverse proportion to the detected voltage.
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