JP5530596B2 - 力率補正回路 - Google Patents

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Description

本発明は、電力ライン給電電源装置で生成される歪みおよび高調波を低減するための力率補正回路に関する。
力率補正(PFC)回路は、電力ラインの高調波を低減するために利用され、特に付随する負荷を含む回路を、実質的に純粋な抵抗負荷であるように見せるために利用される。力率補正回路の目的は、AC電圧および電流が実質的に同相となることを確実にすることである。これにより、効率が改善されると共に、有害な高調波が生成されなくなる。例えば、IEC61000−3−2クラスAは、1位相あたり最高16Aの入力電流に適用される。10A〜16Aの間の入力電流の力率補正は、実行するのに費用がかかる。日本国特許第3535902号の従来技術は、制御スイッチの出力電圧および電流を比較するというものであるが、それには、制御回路の乗算器でスイッチング信号を生成することが必要となる。乗算器を有する回路は、より複雑であり、ノイズによる影響を受けやすい。
別の従来技術である日本国特許第2675509号は、コイルから放電される電流を検知するために、変流器を用いる電流センサを実装する。この従来技術の電流感知回路は、変流器を使用しており、電流感知抵抗器を使用する電流検出よりも複雑である。
国際公開第2006/004641号明細書 特許第3535902号明細書 特許第2675509号明細書
本発明の目的は、電力補正回路を改良することである。
入力電流を有し、電力ライン給電電源装置で生成される歪みおよび高調波を低減する力率補正回路であって、
制御スイッチ電流および仮想短絡を発生させる制御スイッチ(IGBT)と、
負荷からの電力需要として作用し、負荷電流を発生させる負荷と、
前記回路内の電流を測定する1つまたは複数の抵抗器とからなる、力率補正回路。
力率補正回路の有する入力電流は、0A〜16Aであることが好ましい。
前述の概要、および以下の本発明の好ましい実施形態の詳細な説明は、添付の図面と併せて読むとよりよく理解されるであろう。本発明を例示する目的で、現在好適である実施形態が図面に示されている。しかし、本発明は、図示の通りの構成および手段には限定されないということを理解されたい。
図1は、本発明の1実施形態の力率補正回路の回路図を示している。本発明の力率補正回路は、制御スイッチ(IGBT)、負荷、および複数の抵抗器を含む。制御スイッチ電流(IGBT)がゼロ交差信号によってオン状態にされると、ブリッジ・ダイオード(D1)の正端子と負端子との間に仮想短絡が生じる。入力電流が交流(AC)入力電圧によって徐々に増加するように、コイルを使用して、ライン電流が急速に上昇しすぎるのを防止する。制御スイッチ電流(IGBT)および負荷電流は、抵抗器を使用して測定される。抵抗器R1は制御スイッチ電流(IGBT)を電圧に関連づけ、抵抗器R2は負荷電流を電圧に関連づける。
制御スイッチ電流(IGBT)が負荷電流値の1.5〜3倍の間にあり、抵抗器R1の両端の電圧とR2の両端の電圧とが等しくなっていることに相当する場合、制御スイッチ電流(IGBT)はオフとなる。そのため、コイルを流れる電流がすぐに変化することはない。したがって、リアクトルを流れる電流は、パワー・ダイオードD1介してリザーバ・コンデンサC1に流れ込む。この作用は、入力ライン電流の連続伝導をもたらし、それにより、力率および電流高調波が改善されて電圧変動範囲に収まる。R2とR1の比が大きすぎる場合、力率は1に近づくことができるものの、電流高調波は電圧変動範囲に収まらないことがある。図2に示すように、ノッチが電流波形に現れることがある。R2とR1の比が小さすぎる場合、力率は90%未満となり、電流高調波は電圧変動範囲に収まらないことがある。
力率を改善する他に、本発明の力率補正回路は、IEC61000−3−2クラスA規制値以下に適合するように電流高調波を改善する。電流が急速に上昇しすぎると、図2に示すように、ノッチが電流波形に現れることがある。このノッチによって、電流高調波がIEC61000−3−2クラスA規制値を越えることがある。より滑らかな電流波形を得るためには、電流の上昇率はより低くあるべきである。この問題を解消する1つの方法は、コイルのインダクタンスを増やすことである。しかし、これはコイルの容量を増加させることになる。この問題を解消するための別の方法は、多重パルス・スイッチングを実施することである。スイッチング・パルスのデューティー・サイクルを調整することによって、電流波形がより滑らかになるように電流の上昇率を制御可能である。図3は、より滑らかな電流波形の例を示している。
本発明は、空調装置に適用することができる。既存の2馬力または2.5馬力(HP)空調装置ユニットは、定格電流が12Aで23mHのインダクタンスを有するコイルを使用している。定格電流が16Aで23mHのインダクタンスを有するコイルは、4HPの屋外用空調装置ユニット内に収めるには大きすぎる。本発明は、18mHのインダクタンスと15Aの定格電流を有する、必要とするインダクタンスを20%削減したコイルを使用する。
さらに、マイクロコントローラによって制御される、前述の空調装置ユニットのうちのあるものは力率補正を有しているが、使用されるスイッチング方法は単一パルスであり、パルス幅が参照テーブルによって決められる。本発明の力率回路は、負荷電流を追跡(track)することができ、負荷電流に応じてスイッチ・オン時間を決定する。本発明のスイッチング・パターンは、従来の空調装置ユニットにおけるような単一パルスではなく多重パルスである。
本発明の力率補正回路は、交流(AC)のコイルへの適用に限定されず、直流(DC)のコイルにも適用される。図4は、直流(DC)ラインにコイルを有する、本発明の1実施形態の力率補正回路の回路図を示している。しかし、ACラインに接続されたコイルと比較して、DCラインにコイルを配置すると、接続されたコイルは飽和しやすくなり得る。
本発明をその特定の実施形態に関して説明してきたが、他の変形形態および修正形態、ならびに他の利用法が、当業者には明らかとなるであろう。したがって、本発明は、本明細書における特定の開示によってではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるべきである。
本発明の1実施形態の力率補正回路の回路図。 本発明の1実施形態の、ノッチのある入力ライン電流高調波波形グラフ。 本発明の1実施形態の、より滑らかな波形の入力ライン電流高調波グラフ。 リアクトルが直流(DC)ラインにある、本発明の1実施形態の力率補正回路の回路図。

Claims (6)

  1. 源装置で生成される交流電流に含まれる歪みおよび高調波を低減する力率補正回路であって、
    ブリッジ・ダイオードと、
    前記ブリッジ・ダイオードの正端子と負端子との間に直列に接続された第1の抵抗器および制御スイッチであって、交流電流がゼロ交差にあるときに、前記制御スイッチがオンされて、制御スイッチ電流および仮想短絡を発生させ、前記第1の抵抗器は、前記制御スイッチ電流を測定する、前記第1の抵抗器および前記制御スイッチと、
    前記ブリッジ・ダイオードの正端子と負端子との間に接続されたリザーバ・コンデンサと、
    前記制御スイッチと前記リザーバ・コンデンサとの間に接続されたパワー・ダイオードと、
    負荷を介して前記ブリッジ・ダイオードの正端子と負端子との間に接続され、出力電流を測定する第2の抵抗器と
    を備え、
    前記力率補正回路は、前記電源装置からの交流電流を受け入れ、前記第1の抵抗器の前記制御スイッチ電流と前記第2の抵抗器の前記出力電流の比が1.5〜3である場合に、前記制御スイッチがオフされて、前記交流電流の連続伝導による連続波形が得られるとともに、所定の許容範囲内の電流高調波が生じて、低減された歪みおよび高調波を有する出力電流が生成される、力率補正回路。
  2. 前記交流電流が0A〜16Aである、請求項1に記載の力率補正回路。
  3. 前記制御スイッチのオン・オフを制御するためのスイッチング信号による前記制御スイッチのオン時間が、前記制御スイッチ電流と前記出力電流との間で決定される、請求項1に記載の力率補正回路。
  4. 前記制御スイッチのオン・オフを制御するためのスイッチング信号が多重パルスとなっている、請求項1に記載の力率補正回路。
  5. 交流ラインに設けられるか、または前記ブリッジ・ダイオードと前記パワー・ダイオードとの間に設けられ、入力電圧を徐々に上昇させるためのコイルをさらに含む、請求項1に記載の力率補正回路。
  6. 前記出力電流が直流である、請求項1に記載の力率補正回路。
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