JP6277087B2 - Power converter - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a power conversion apparatus.

近年、デジタル家電やOA(office automation)機器等のように、直流電力を用いる機器が普及している。一般的に、これらの機器には、商用交流電源から直流電力を得るための電力変換装置が搭載されている。電子機器の省電力化の要求が高まる中、各機器に搭載される電力変換装置は低損失化が必須の条件となっている。   In recent years, devices using DC power, such as digital home appliances and OA (office automation) devices, have become widespread. Generally, these devices are equipped with a power converter for obtaining DC power from a commercial AC power supply. While the demand for power saving of electronic devices is increasing, power converters mounted on each device are indispensable for reducing loss.

交流から直流を得る電力変換装置へ適用する回路としては、ダイオード整流回路、力率改善回路(power factor correction:PFC)、絶縁型DC/DC変換器の3つの回路要素からなる方式が一般的に知られている。   As a circuit to be applied to a power converter that obtains direct current from alternating current, a system composed of three circuit elements such as a diode rectifier circuit, a power factor correction circuit (PFC), and an insulated DC / DC converter is generally used. Are known.

この方式において、ダイオード整流回路は、交流電圧を整流して直流電圧へ変換する。ダイオード整流回路で整流された電圧については、交流電圧同様に振幅が大きく変動するため、平滑コンデンサを接続して電圧を平滑する必要がある。   In this method, the diode rectifier circuit rectifies an alternating voltage and converts it into a direct voltage. Since the amplitude of the voltage rectified by the diode rectifier circuit varies greatly as in the case of the AC voltage, it is necessary to connect a smoothing capacitor to smooth the voltage.

しかしながら、平滑コンデンサを接続すると、ダイオード整流回路は、平滑コンデンサよりも交流電圧が大きい場合にのみダイオードが導通する動作となる。このため、交流電源からダイオード整流回路に流れ込む電流は、交流電圧のピーク付近のみ振幅を有する、力率の悪い波形となる。そこで、PFC回路をダイオード整流回路と平滑コンデンサとの間に接続し、力率を改善する。   However, when a smoothing capacitor is connected, the diode rectifier circuit operates such that the diode conducts only when the AC voltage is higher than that of the smoothing capacitor. For this reason, the current flowing into the diode rectifier circuit from the AC power supply has a waveform with a poor power factor having an amplitude only near the peak of the AC voltage. Therefore, a PFC circuit is connected between the diode rectifier circuit and the smoothing capacitor to improve the power factor.

ダイオード整流回路とPFC回路のみでも交流電源から直流電源が得られるが、負荷で必要な電圧は、特に電子機器の場合、5Vや12V等のように、交流電源電圧よりも低い場合が多い。このため、降圧用のDC/DC変換器を接続し、所望の電圧まで降圧する。   A DC power supply can be obtained from an AC power supply using only a diode rectifier circuit and a PFC circuit, but the voltage required at the load is often lower than the AC power supply voltage, such as 5 V or 12 V, particularly in the case of electronic equipment. For this reason, a step-down DC / DC converter is connected to step down to a desired voltage.

このように、ダイオード整流回路、PFC回路、DC/DC変換器と3つの回路を用いることで、入力力率がよく、安定した出力電圧が得られる電力変換装置を構成できる。   As described above, by using the diode rectifier circuit, the PFC circuit, and the DC / DC converter, it is possible to configure a power converter that has a good input power factor and that can obtain a stable output voltage.

Jun-Ho Kim et al, “Analysis and Design of Boost-LLC Converter for High Power Density AC-DC Adapter”, ECCE Asia 2013, pp.6-11Jun-Ho Kim et al, “Analysis and Design of Boost-LLC Converter for High Power Density AC-DC Adapter”, ECCE Asia 2013, pp. 6-11

しかしながら、従来の電力変換装置は、3つの回路を用いる多段構成であることから、装置全体の損失が各回路で生じる損失の和となる。このため、従来の電力変換装置では、各回路の変換効率が良くても、装置全体の変換効率が低下してしまう。   However, since the conventional power conversion device has a multistage configuration using three circuits, the loss of the entire device is the sum of the losses generated in each circuit. For this reason, in the conventional power converter, even if the conversion efficiency of each circuit is good, the conversion efficiency of the whole apparatus will fall.

本発明が解決しようとする課題は、整流回路、PFC回路及びDC/DC変換回路の各機能を持ちつつ、装置全体の変換効率を向上し得る電力変換装置を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide a power conversion device that can improve the conversion efficiency of the entire device while having the functions of a rectifier circuit, a PFC circuit, and a DC / DC conversion circuit.

実施形態の電力変換装置は、ローパスフィルタ、第1インダクタ、トランス、Hブリッジ、第1整流手段、電源電圧検出手段、第1電流検出手段、キャパシタ電圧検出手段、出力電圧検出手段及び制御手段を具備する。 The power converter of the embodiment includes a low-pass filter, a first inductor, a transformer, an H bridge, a first rectifier, a power supply voltage detector, a first current detector, a capacitor voltage detector, an output voltage detector, and a controller. To do.

前記ローパスフィルタは、交流電源に直列に接続されて閉ループを形成するフィルタ用インダクタ及びフィルタ用キャパシタを有する。   The low-pass filter includes a filter inductor and a filter capacitor that are connected in series to an AC power source to form a closed loop.

前記第1インダクタは、前記フィルタ用インダクタと前記フィルタ用キャパシタとの接続点に一端が接続されている。   One end of the first inductor is connected to a connection point between the filter inductor and the filter capacitor.

前記トランスは、前記交流電源と前記フィルタ用キャパシタとの接続点に一端が接続されたトランス1次巻線と、前記トランス1次巻線に電磁的に結合したトランス2次巻線とを有する。   The transformer includes a transformer primary winding having one end connected to a connection point between the AC power supply and the filter capacitor, and a transformer secondary winding electromagnetically coupled to the transformer primary winding.

前記Hブリッジは、前記第1インダクタの他端を介して第1スイッチと第2スイッチとを直列に接続するとともに、前記トランス1次巻線の他端を介して第3スイッチと第4スイッチとを直列に接続し、前記第1スイッチと前記第3スイッチ及び前記第2スイッチと前記第4スイッチをそれぞれ接続して閉ループを形成し、前記第3スイッチと第4スイッチの両端に平滑用キャパシタを接続してなる。   The H bridge connects a first switch and a second switch in series via the other end of the first inductor, and a third switch and a fourth switch via the other end of the transformer primary winding. Are connected in series, and the first switch, the third switch, the second switch, and the fourth switch are connected to form a closed loop, and smoothing capacitors are connected to both ends of the third switch and the fourth switch. Connected.

前記第1整流手段は、前記トランス2次巻線に接続されている。   The first rectifier is connected to the transformer secondary winding.

前記第1電流検出手段は、前記第1インダクタに流れる第1インダクタ電流を検出する。 The first current detection means detects a first inductor current flowing through the first inductor .

前記電源電流検出手段は、前記交流電源に流す交流電源電流を検出する。   The power source current detecting means detects an AC power source current that flows to the AC power source.

前記キャパシタ電圧検出手段は、前記平滑用キャパシタのキャパシタ電圧を検出する。   The capacitor voltage detection means detects a capacitor voltage of the smoothing capacitor.

前記出力電圧検出手段は、前記第1整流手段から負荷に出力される出力電圧を検出する。   The output voltage detection means detects an output voltage output from the first rectification means to a load.

前記制御手段は、前記交流電源電圧の検出値、前記第1インダクタ電流の検出値、及び前記キャパシタ電圧の検出値に基づいて、前記交流電源電圧に同期した第1インダクタ電流を流すように、且つ前記出力電圧の検出値に基づいて、前記出力電圧に対する出力電圧指令値との偏差を解消するように、前記第1スイッチと第4スイッチの組と、前記第2スイッチと第3スイッチの組とを交互に開閉するためのスイッチング信号を、前記第1スイッチ第4スイッチの組と、前記第2スイッチと第3スイッチの組とに供給する。 It said control means, a detected value of the AC power supply voltage, the detection value of the first inductor current, and on the basis of the detected value of the capacitor voltage, to flow a first inductor current synchronized with the AC power supply voltage, and Based on the detected value of the output voltage, a set of the first switch and the fourth switch, a set of the second switch and the third switch so as to eliminate a deviation from the output voltage command value with respect to the output voltage. A switching signal for alternately opening and closing is supplied to the set of the first switch and the fourth switch and the set of the second switch and the third switch .

前記制御手段は、振幅指令値計算手段と、正弦波生成手段と、電流指令値計算手段と、幅送出手段と、指令値生成手段と、判定手段と、信号生成手段を備えている。 Wherein the control means comprises an amplitude command value calculating means, and sine wave generating means, and the current command value calculating means, the width sending means, the command value generation means, and determination means, and a signal generating means.

前記振幅指令値計算手段は、前記キャパシタ電圧の検出値に基づいて、交流電源に流す交流電源電流の振幅指令値を計算する。前記正弦波生成手段は、前記交流電源電圧の検出値に基づいて、前記交流電源電圧と同位相の正弦波を生成する。前記電流指令値計算手段は、前記振幅指令値及び前記正弦波に基づいて、前記交流電源電流の電流指令値を計算する。前記幅送出手段は、前記出力電圧の検出値と前記出力電圧指令値との偏差を検出し、前記偏差に応じた値を幅として送出する。前記指令値生成手段は、前記電流指令値に前記幅を持たせて消弧指令値及び点弧指令値を生成する。前記判定手段は、前記第1インダクタ電流の検出値が前記消弧指令値と前記点弧指令値との範囲内に収まるか否かを判定する。前記信号生成手段は、前記判定の結果に応じて、前記第1インダクタ電流の検出値が前記範囲内から外れるタイミングで前記開閉を切り替えるように前記スイッチング信号を生成する。 The amplitude command value calculation means calculates an amplitude command value of an AC power supply current to be supplied to the AC power supply based on the detected value of the capacitor voltage. The sine wave generating means generates a sine wave having the same phase as the AC power supply voltage based on the detected value of the AC power supply voltage. The current command value calculation means calculates a current command value of the AC power supply current based on the amplitude command value and the sine wave. The width sending means detects a deviation between the detected value of the output voltage and the output voltage command value, and sends a value corresponding to the deviation as a width. The command value generating means generates an arc extinguishing command value and an ignition command value by giving the current command value the width. The determination means determines whether or not the detected value of the first inductor current falls within a range between the extinction command value and the ignition command value. The signal generation means generates the switching signal so as to switch the opening and closing at a timing when the detected value of the first inductor current is out of the range according to the determination result .

第1の実施形態に係る電力変換装置及びその周辺構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the power converter device which concerns on 1st Embodiment, and its periphery structure. 同実施形態における制御部の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the control part in the embodiment. 同実施形態における交流指令値計算部の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the alternating current command value calculation part in the embodiment. 同実施形態における交流指令値計算部の変形例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the modification of the alternating current command value calculation part in the embodiment. 同実施形態における動作を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the operation | movement in the embodiment. 同実施形態における動作を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the operation | movement in the embodiment. 第3の実施形態におけるゲート信号生成部の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the gate signal generation part in 3rd Embodiment. 第3の実施形態におけるゲート信号生成部の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the gate signal generation part in 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係る電力変換装置及びその周辺構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the power converter device which concerns on 4th Embodiment, and its periphery structure. 同実施形態における制御部の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the control part in the embodiment. 同実施形態における動作を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the operation | movement in the embodiment. 各実施形態に関連する電力変換装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the power converter device relevant to each embodiment. 同装置における電圧・電流波形を表す波形図である。It is a wave form diagram showing the voltage and current waveform in the device. 同装置の各周波数における等価回路を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the equivalent circuit in each frequency of the same apparatus. 同装置の交流電源電圧のゼロクロス点における電圧・電流波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the voltage and electric current waveform in the zero crossing point of the alternating current power supply voltage of the apparatus. 同装置の交流電源電圧のボトム点における電圧・電流波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the voltage and electric current waveform in the bottom point of the alternating current power supply voltage of the apparatus. 同装置の制御構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the control structure of the apparatus. 同装置の周波数−ゲイン特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency-gain characteristic of the apparatus. 同装置の実験条件を示す図である。It is a figure which shows the experimental conditions of the same apparatus. 同装置の各実験例に用いた定数を示す図である。It is a figure which shows the constant used for each experiment example of the same apparatus. 同装置の第1実験例における定常時の電圧・電流波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the voltage and electric current waveform at the time of steady state in the 1st experiment example of the same apparatus. 同第1実験例の交流電源電圧のゼロクロス点における電圧・電流波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the voltage and electric current waveform in the zero crossing point of the alternating current power supply voltage of the said 1st experiment example. 同第1実験例の交流電源電圧のボトム点における電圧・電流波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the voltage and current waveform in the bottom point of the alternating current power supply voltage of the said 1st experiment example. 各実験例の出力電圧に対する効率及び周波数の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the efficiency with respect to the output voltage of each experimental example, and a frequency. 各実験例の出力100W時における損失の内訳を示す図である。It is a figure which shows the breakdown of the loss at the time of the output of 100 W of each experiment example.

以下、各実施形態について図面を用いて説明するが、その前に、各実施形態に関連する構成や動作などの概要を述べる。   Hereinafter, each embodiment will be described with reference to the drawings, but before that, an outline of the configuration and operation related to each embodiment will be described.

図12は各実施形態に関連する電力変換装置の構成を示す模式図である。図示するように、単相の交流電源に直列にHブリッジのインバータ、トランス、インダクタ及びLC高調波フィルタが接続される。トランスの2次側は2巻線が出ており、整流回路を介して平滑コンデンサCoutと負荷に接続されている。Hブリッジの平滑コンデンサCDCには交流電源電圧VACを昇圧した電圧が充電される。Hブリッジはスイッチングにより交流の出力電圧Vabを出力する。LC高調波フィルタ(Lf,Cf)は、Hブリッジで発生する高周波の第1インダクタ電流IL1が交流電源へ流れないように設置されたフィルタ回路である。第1インダクタL1は、LC高調波フィルタのキャパシタCfとの共振によりHブリッジのソフトスイッチングを行うために設けられている。 FIG. 12 is a schematic diagram showing a configuration of a power conversion device related to each embodiment. As shown, an H-bridge inverter, transformer, inductor, and LC harmonic filter are connected in series to a single-phase AC power source. The secondary side of the transformer has two windings, and is connected to a smoothing capacitor Cout and a load via a rectifier circuit. The smoothing capacitor C DC of the H-bridge is charged with a voltage obtained by boosting the AC power supply voltage V AC. The H bridge outputs an AC output voltage V ab by switching. The LC harmonic filter (L f , C f ) is a filter circuit installed so that the high frequency first inductor current I L1 generated in the H bridge does not flow to the AC power supply. The first inductor L 1 is provided for soft switching of the H bridge by resonance with the capacitor C f of the LC harmonic filter.

次に、このような電力変換装置のAC−DC変換原理について述べる。図12に示す電力変換装置は、1つのHブリッジインバータで交流電源電流を制御するPFC動作とトランスの2次側への電力伝送の制御を実現する。図13(a)乃至図13(f)は、交流電源電圧、交流電源電流とインバータが出力する電圧・電流波形を示している。インバータは交流電源に同期した出力電圧Vabを出力し、1次側回路には、トランス1次側の電流IL1が流れる。電流IL1は、交流電源電流IACにインバータのキャリア周波数成分が重畳している。2次側の電流IT2は、励磁電流Imと巻き数n2,n1を用いて(1)〜(3)式で表せる。巻数n2のトランス2次巻線は2つが直列に接続され、電流IT2が整流されるため、IT2は常に正側のみに流れる。キャリア周波数成分のリプルを含んだ電流IT2はコンデンサCoutで平滑される。コンデンサCoutは、一定の出力電圧Voutを出力する。 Next, the principle of AC-DC conversion of such a power converter is described. The power converter shown in FIG. 12 realizes the PFC operation for controlling the AC power supply current with one H-bridge inverter and the control of the power transmission to the secondary side of the transformer. FIGS. 13A to 13F show AC power supply voltage, AC power supply current, and voltage / current waveforms output from the inverter. The inverter outputs an output voltage V ab synchronized with the AC power source, and a transformer primary-side current I L1 flows through the primary-side circuit. In the current IL1 , the carrier frequency component of the inverter is superimposed on the AC power supply current IAC. The secondary current I T2 can be expressed by the equations (1) to (3) using the exciting current Im and the number of turns n 2 and n 1 . Two transformer secondary windings having a winding number n 2 are connected in series and the current I T2 is rectified, so that I T2 always flows only on the positive side. The current I T2 including the ripple of the carrier frequency component is smoothed by the capacitor Cout . The capacitor Cout outputs a constant output voltage Vout .

図14(a)に上記電力変換装置の交流電源周波数(50Hz)における等価回路を示し、図14(b)に上記電力変換装置のキャリア周波数(数10kHz〜数100kHz)における等価回路を示す。   FIG. 14A shows an equivalent circuit of the power conversion device at an AC power supply frequency (50 Hz), and FIG. 14B shows an equivalent circuit of the power conversion device at a carrier frequency (several tens of kHz to several hundreds of kHz).

図14(a)において、トランス2次側の負荷は可変インピーダンスZとして置き換えている。Hブリッジインバータは、50Hzの正弦波状に変調制御され、インバータ出力電圧Vabと交流電源電圧VACとの差分電圧と負荷インピーダンスZによって交流電源電流IACが流れる。この交流電源電流IACが交流電源電圧VACと同位相になるように制御することでPFC動作が実現される。PFC、すなわち、有効電流のみを流すように制御することで交流電源電圧VACからHブリッジキャパシタCDCへの充電も実現される。 In FIG. 14A, the load on the secondary side of the transformer is replaced with a variable impedance Z. The H-bridge inverter is modulated and controlled in a sine wave shape of 50 Hz, and an AC power supply current I AC flows depending on the differential voltage between the inverter output voltage V ab and the AC power supply voltage V AC and the load impedance Z. The PFC operation is realized by controlling the AC power supply current I AC to be in phase with the AC power supply voltage V AC . PFC, i.e., the charge is also realized from the AC power source voltage V AC by controlling to flow only active current to H-bridge capacitor C DC.

一方、図14(b)は、キャリア周波数成分の等価回路であり、高周波の第1インダクタ電流IL1は高調波フィルタのキャパシタCfを通り、トランスで2次側へ伝達される。インバータが出力する電圧Vabは、従来のLLCコンバータと異なり、正弦波変調されているため、交流電源電圧のゼロクロス付近とボトム(ピーク)でオン比率が異なる。ゼロクロス付近では50%パルスとなり、ボトム(ピーク)では太く(細く)なる。トランスで伝達される電力は印加電圧の高調波実効値と考えられるため、同じキャリア周波数、同じ直流電圧VDCの場合、ゼロクロス付近では高調波最大(電力伝送最大)、ボトム(ピーク)では高調波最小(電力伝送最小)となる。 On the other hand, FIG. 14B is an equivalent circuit of the carrier frequency component, and the high frequency first inductor current I L1 passes through the capacitor C f of the harmonic filter and is transmitted to the secondary side by the transformer. Since the voltage V ab output from the inverter is sinusoidally modulated unlike the conventional LLC converter, the ON ratio differs between the vicinity of the zero cross and the bottom (peak) of the AC power supply voltage. Near the zero cross, the pulse is 50%, and the bottom (peak) is thick (thin). Since the power transmitted by the transformer is considered to be the effective value of the harmonics of the applied voltage, when the same carrier frequency and the same DC voltage VDC are used, the harmonics are maximum near the zero cross (maximum power transmission), and the harmonics are at the bottom (peak). Minimum (minimum power transmission).

次に、上記電力変換装置のゼロ・ボルト・スイッチング(ZVS)動作原理について説明する。図15及び図16にインバータのキャリア周期における各部の電圧・電流波形を示す。図15(a)乃至図15(f)は交流電源電圧VACのゼロクロス点における波形を示し、図16(a)乃至図16(f)は交流電源電圧VACのボトム点における波形を示す。図中の任意の時間tにおける第1インダクタ電流IL1は(4)式により表される。 Next, the zero volt switching (ZVS) operation principle of the power converter will be described. FIG. 15 and FIG. 16 show voltage / current waveforms at various parts in the carrier cycle of the inverter. 15A to 15F show waveforms at the zero cross point of the AC power supply voltage V AC , and FIGS. 16A to 16F show waveforms at the bottom point of the AC power supply voltage V AC . The first inductor current I L1 at an arbitrary time t in the figure is expressed by equation (4).

Lfは(5)式で表される。LC高調波フィルタが交流電源への高調波の流出を十分防止できるようにLf,Cfのカットオフ周波数を設計した場合、dIAC がdIL1に比べ非常に小さくなるため、VLf ≒0として簡略化できる。図15(e)及び図16(e)に示すVL1 は、簡略化して示している。 V Lf is expressed by equation (5). When the cutoff frequency of L f and C f is designed so that the LC harmonic filter can sufficiently prevent the outflow of harmonics to the AC power source, dI AC is much smaller than dI L1 , so that V Lf ≈0 Can be simplified. V L1 shown in FIGS. 15E and 16E is simplified.

ここで、HブリッジインバータのZVS動作を述べる。いま、Vab >0、すなわち、b相ハイ側スイッチS3 がオンしている状況では、Hブリッジ出力電流である第1インダクタ電流IL1<0 の場合、S3 がオフすると、IL1はデッドタイム期間中にS3の寄生ダイオードを流れる。この後、ロウ側スイッチS4 がオンすると、ZVSを達成できずにS3 寄生ダイオードの逆回復時間中に大きなリカバリ損失が発生してしまう。これに対し、Vab >0 印加中にIL1 が正まで増加すればS3 オフ後のデッドタイム期間中にS4 を流れるため、その後のS4 オン時にZVSが達成できる。図15及び図16に照らし合わせるとVab >0 は時間t0 からt2 であり、この期間にIL1 が負にならなければ良い。すなわち(4)式の2段目においてt=t2 時のIL1(t2)が正となる(6)式が条件の1つとなる。同様にVab <0 印加中を考えると(7)式が条件となり、(6),(7)式が同時に成立するとき、ZVSが常に成立する。 Here, the ZVS operation of the H-bridge inverter will be described. Now, in a situation where V ab > 0, that is, the b-phase high-side switch S 3 is on, and when the first inductor current I L1 <0, which is the H-bridge output current, when S 3 is off, I L1 is through the parasitic diode of S 3 during the dead time period. Thereafter, when the low-side switch S 4 is turned on, ZVS cannot be achieved, and a large recovery loss occurs during the reverse recovery time of the S 3 parasitic diode. In contrast, V ab> 0 for I L1 during the application flows S 4 during the dead time period after S 3 off if increased to positive, ZVS can be achieved during subsequent S 4 on. In view of FIGS. 15 and 16, V ab > 0 is from time t 0 to t 2 , and it is sufficient that I L1 does not become negative during this period. That is, in the second stage of the equation (4), the equation (6) in which I L1 (t 2 ) at t = t 2 becomes positive is one of the conditions. Similarly, considering that V ab <0 is being applied, equation (7) is a condition, and when equations (6) and (7) are established simultaneously, ZVS is always established.

(6),(7)式は従来のLLCコンバータと比較すると、交流電源電圧VAC と時間t0 〜t4 を規定するHブリッジインバータの変調率が常に0(=パルス幅50%)ではない点が異なる。 Compared with the conventional LLC converter, the expressions (6) and (7) are not always 0 (= 50% pulse width) in the modulation rate of the H-bridge inverter that defines the AC power supply voltage V AC and the times t 0 to t 4. The point is different.

次に、上記電力変換装置の制御構成について図17を用いて述べる。具体的には、交流電源電流の制御部と直流の出力電圧を制御する部分について説明する。   Next, the control configuration of the power converter will be described with reference to FIG. Specifically, an AC power supply current control unit and a part that controls a DC output voltage will be described.

図17中、破線Control for PFC で囲った部分が交流電源電流IACの位相を交流電源電圧VACに一致させるPFC動作を実現する制御部である。VDC_refは、Hブリッジのキャパシタ電圧の指令値であり、検出したキャパシタ電圧VDC と比較し、PI演算により交流電源電流の振幅指令値IAC_amp_ref を生成する。また、交流電源電圧VACからPLL(phase-locked loop)により交流電源電圧位相ωtを検出し、IAC_amp_ref とsin ωtを乗じ、交流電源電流指令値IAC_ref を演算する。IAC_ref は検出した交流電源電流IAC と比較され、PI演算によりHブリッジ出力電圧指令値Vab_refを生成する。Hブリッジ出力電圧指令値Vab_refは、Hブリッジキャパシタ電圧VDC で割ることで変調指令値Dとなる。変調指令値Dは、三角波キャリアと比較され、PWMのパルスを生成する。A相とB相のパルスはハイとロウが逆の同じ信号である。 In FIG. 17, a portion surrounded by a broken line Control for PFC is a control unit that realizes a PFC operation for matching the phase of the AC power supply current I AC with the AC power supply voltage V AC . V DC_ref is an H bridge capacitor voltage command value and is compared with the detected capacitor voltage V DC to generate an AC power source current amplitude command value I AC_amp_ref by PI calculation. Further, an AC power supply voltage phase ωt is detected from the AC power supply voltage V AC by a PLL (phase-locked loop), and I AC_amp_ref and sin ωt are multiplied to calculate an AC power supply current command value I AC_ref . I AC_ref is compared with the detected AC power supply current I AC to generate an H-bridge output voltage command value V ab_ref by PI calculation. The H bridge output voltage command value V ab_ref is divided by the H bridge capacitor voltage V DC to become a modulation command value D. The modulation command value D is compared with a triangular wave carrier to generate a PWM pulse. The A-phase and B-phase pulses are the same signal with high and low reversed.

キャパシタ電圧VDC を一定指令値となるように交流電源電圧VACと同位相の交流電源電流指令値IAC_refを生成することで有効電流を制御し、PFC動作が実現される。 The effective current is controlled by generating the AC power supply current command value I AC_ref in the same phase as the AC power supply voltage V AC so that the capacitor voltage V DC becomes a constant command value, and the PFC operation is realized.

一方、図17中、破線Control for DC-DC で囲った部分が直流の出力電圧Voutを一定指令値に制御する制御部となる。トランス2次側の出力電圧Vout を検出し、出力電圧指令値Vout_ref と比較しPI演算する。PI演算の結果はキャリア周波数fcとなる。 On the other hand, in FIG. 17, a portion surrounded by a broken line Control for DC-DC is a control unit that controls the DC output voltage Vout to a constant command value. The output voltage Vout on the transformer secondary side is detected and compared with the output voltage command value Vout_ref to perform PI calculation. Result of the PI calculation is the carrier frequency f c.

(8)式は、図14(b)に示した高周波成分等価回路におけるインバータ出力電圧Vab に対するVout の伝達関数G(s)である。 Expression (8) is a transfer function G (s) of V out with respect to the inverter output voltage V ab in the high-frequency component equivalent circuit shown in FIG.

出力負荷の抵抗は巻数n1,n2 を乗じて1次側換算値としている。 The resistance of the output load is multiplied by the number of turns n 1 and n 2 to obtain a converted value on the primary side.

式(8)の周波数−ゲイン特性を図18に示す。各定数は、Lf =1.5mH,Cf =0.45mF,L1 =200uH,Lm =200uH,n1/n2 =5.5,R=5.76Wとしている。(8)式および図18では50Hzの交流電源電圧VACの変動が考慮されないため、交流電源電圧VACのゼロクロス時の特性となっている点には注意が必要である。図18に示すLC共振特性において、上記電力変換装置では共振点より右側(高周波側)のみを用いる。このため、想定する最大出力Pmaxで最小周波数fc_min となるように各部の定数を選定する必要がある。そして、負荷電流の大小によってキャリア周波数fc を調整し、出力電圧Voutを一定に保つ。なお、トランス2次側へ現れる電力量は、Hブリッジインバータの出力する高調波の大きさVDC、キャリア周波数fc に基づく(8)式のゲイン特性、そして高調波実効割合α で決まる。高調波実効割合α は、インバータの変調率に関係し、パルス幅が50%となる変調率0の点で最大となり、変調率が1あるいは−1に近づくほど減少する。交流電源電流IACの制御により変調率は ω=50Hzで変動するため、前述の高調波実効割合α は2倍周波数の2ω=100Hzで変動する。さらに、キャパシタ電圧VDC は交流電源電流に実効値IACrmsの正弦波有効電流を流すとき、平均値VDC_avg を中心に2ωのリプルを持つ。 FIG. 18 shows the frequency-gain characteristic of the equation (8). The constants are L f = 1.5 mH, C f = 0.45 mF, L 1 = 200 uH, L m = 200 uH, n 1 / n 2 = 5.5, and R = 5.76 W. In the equation (8) and FIG. 18, since the fluctuation of the AC power supply voltage V AC of 50 Hz is not taken into consideration, attention should be paid to the fact that the AC power supply voltage V AC has a characteristic at zero crossing. In the LC resonance characteristics shown in FIG. 18, the power converter uses only the right side (high frequency side) from the resonance point. For this reason, it is necessary to select the constant of each part so that it may become the minimum frequency fc_min with the assumed maximum output Pmax . Then, to adjust the carrier frequency f c by the magnitude of the load current, keep the output voltage V out constant. Incidentally, the amount of power appearing to transformer secondary, the size V DC of the harmonic output of the H-bridge inverter, the gain characteristics of the based on the carrier frequency f c (8) formula, and determined by the harmonic effective ratio alpha. The harmonic effective ratio α is related to the modulation rate of the inverter, becomes maximum at a modulation rate of 0 where the pulse width is 50%, and decreases as the modulation rate approaches 1 or −1. Since the modulation factor fluctuates at ω = 50 Hz by the control of the AC power supply current I AC , the above-described harmonic effective ratio α fluctuates at the double frequency 2ω = 100 Hz. Further, the capacitor voltage V DC has a 2ω ripple centered on the average value V DC — avg when a sine wave effective current having an effective value I ACrms is passed to the AC power supply current.

すなわち、キャリア周波数fc を一定とした場合、出力電圧Vout は、キャパシタ電圧VDCおよび高調波実効割合α の2つの影響を受け、2ωのリプルが発生する。出力電圧制御部は、これら2ωのリプルを抑制するように周波数変調することで一定の出力電圧Vout を出力する。 That is, when the carrier frequency f c is constant, the output voltage V out is subjected to two influences of the capacitor voltage V DC and harmonic effective ratio alpha, ripples 2ω are generated. The output voltage controller outputs a constant output voltage Vout by frequency modulation so as to suppress these 2ω ripples.

次に、上記電力変換装置の実験例の構成について述べる。   Next, the configuration of an experimental example of the power conversion device will be described.

図19に実験条件を示し、図20にキャパシタ、インダクタとトランスの定数を示す。定数は、第1実験例と第2実験例との2種類について示す。入力は単相100Vrms とし、出力は最大100Wとした。動作スイッチング周波数は最小25kHz、最大100kHzとしている。Hブリッジの各スイッチは、RON =50mWのSiC−MOSFETを用い、2次側の整流素子は、Vf =0.4V程度のSBD(Schottky Barrier Diode)ダイオードNTSJ30U100CTGを用いた。実験例はZVS条件を確立する前であったため、SiCを用いたが、実際には、大きなQrr を持つ耐圧600V程度のSuper Junction−MOSFETを用いることが可能である。同様にインダクタ・トランスについても50mmの大きなコアを用いている。 FIG. 19 shows experimental conditions, and FIG. 20 shows constants of capacitors, inductors, and transformers. The constants are shown for two types, the first experimental example and the second experimental example. The input was a single phase 100V rms and the output was a maximum of 100W. The operating switching frequency is a minimum of 25 kHz and a maximum of 100 kHz. Each switch of the H bridge uses a SiC-MOSFET with R ON = 50 mW, and the secondary rectifier element uses an SBD (Schottky Barrier Diode) diode NTSJ30U100CTG with V f = 0.4V. Since the experiment example was before establishing the ZVS condition, SiC was used. However, in reality, it is possible to use a Super Junction-MOSFET having a large Q rr and a withstand voltage of about 600V. Similarly, a large core of 50 mm is used for the inductor and transformer.

次に、PFC動作及び出力電圧制御の特性について述べる。図21に第1実験例の定数を用いた定常時の上記電力変換装置の各部の電圧・電流波形を示す。交流電源電圧VAC に対し、交流電源電流IAC の位相が一致しており歪みも少ないことがわかる。また出力電圧Vout は指令値24Vに制御されているが、1Vp-p 程度2ωのリプルが残っていることも確認できる。これは出力電圧のキャリア周波数制御のゲインが低いためと考えられる。 Next, characteristics of PFC operation and output voltage control will be described. FIG. 21 shows voltage / current waveforms of each part of the power conversion device in a steady state using the constants of the first experimental example. It can be seen that the AC power supply current I AC is in phase with the AC power supply voltage V AC , and the distortion is small. The output voltage V out is being controlled to the command value 24V, can also be confirmed that the remaining ripple 1V pp about 2 [omega. This is presumably because the gain of the carrier frequency control of the output voltage is low.

次に、ZVS特性について述べる。図22及び図23に、第1実験例の定数を用いたキャリア周期におけるHブリッジ出力電圧Vab,トランス励磁電圧Vm ,交流電源電流VAC,第1インダクタ電流IL1 の波形を示す。 Next, the ZVS characteristic will be described. 22 and 23 show waveforms of the H-bridge output voltage V ab , the transformer excitation voltage V m , the AC power supply current V AC , and the first inductor current I L1 in the carrier cycle using the constants of the first experimental example.

図22は図15で説明した交流電源電圧・電流のゼロクロス時を示し、図23は図16で説明したボトム付近を示している。ゼロクロス時は、第1インダクタ電流IL1 が正負均等に流れ、一般的なLLCコンバータと同じZVS動作になっていることがわかる。 FIG. 22 shows the zero crossing of the AC power supply voltage / current described in FIG. 15, and FIG. 23 shows the vicinity of the bottom described in FIG. At the time of zero crossing, the first inductor current I L1 flows evenly and positively, and it can be seen that the ZVS operation is the same as that of a general LLC converter.

一方、交流電源電圧ボトム付近では、負側への電流リプルが大きくなり、正側は減少している。しかし、Hブリッジ出力電圧Vab が正電圧を出力している間にIL1 >0 となっており、(6)式で述べたZVS条件を満たしている。すなわち、Hブリッジ出力電圧Vab の正電圧印加中にIL1 が負から正に変化し、負電圧印加中に正から負に変化できており、いずれのスイッチングでもブリッジを構成する4素子がZVS動作している。 On the other hand, near the bottom of the AC power supply voltage, the current ripple toward the negative side increases and the positive side decreases. However, while the H bridge output voltage V ab outputs a positive voltage, I L1 > 0, which satisfies the ZVS condition described in the equation (6). That is, I L1 changes from negative to positive during application of the positive voltage of the H-bridge output voltage V ab , and can change from positive to negative during application of the negative voltage. In any switching, the four elements constituting the bridge are ZVS. It is working.

次に、効率と損失分析について述べる。   Next, efficiency and loss analysis will be described.

図24は、図19及び図20の実験パラメータ時の上記電力変換装置の出力電力に対する効率及び周波数の特性を示している。第1及び第2実験例の結果を比較すると、効率は、第2実験例の方が最高92%と高い。   FIG. 24 shows the efficiency and frequency characteristics with respect to the output power of the power converter at the experimental parameters shown in FIGS. When comparing the results of the first and second experimental examples, the efficiency of the second experimental example is as high as 92% at the maximum.

また動作キャリア周波数も上がっている。パワーデバイスはZVS動作であるため、キャリア周波数の違いは主に磁性部品の損失に影響していると推測される。   The operating carrier frequency has also increased. Since the power device has a ZVS operation, it is presumed that the difference in carrier frequency mainly affects the loss of the magnetic component.

図25は、実験例における出力100W時の上記電力変換装置の損失の内訳を示している。各損失は各部の電圧・電流を測定し、パワーデバイスのオン抵抗仕様値、コアの磁束密度に対する鉄損仕様、表皮・近接効果を含む高周波抵抗の測定値から算出している。1段での変換であるため、1次側のHブリッジ(パワーデバイス)の損失割合は非常に小さい。磁性部品ではインダクタの損失が大きく異なる。主要要因は鉄損の違いである。インダクタの磁束密度は式(10)で表されるが、第1実験例は第2実験例よりもインダクタンスL1 が高い。また第1インダクタ電流IL1 の実効値は(11)式で示されるように励磁電流Im が同じ場合、出力Pout,出力電圧Vout,とトランス巻数比n1 /n2 で決まるため、同程度となる。さらに第1及び第2実験例では、コア断面積Sは、ほぼ同等であるが、L1 のターン数nL1 は第1実験例のコアの方が大きい。 FIG. 25 shows a breakdown of the loss of the power converter when the output is 100 W in the experimental example. Each loss is measured from the voltage and current of each part, and calculated from the on-resistance specification value of the power device, the iron loss specification with respect to the magnetic flux density of the core, and the measurement value of the high-frequency resistance including skin and proximity effects. Since the conversion is performed in one stage, the loss ratio of the primary side H-bridge (power device) is very small. Inductive losses differ greatly for magnetic components. The main factor is the difference in iron loss. Although the magnetic flux density of the inductor is expressed by Equation (10), the inductance L 1 is higher in the first experimental example than in the second experimental example. Further, the effective value of the first inductor current I L1 is determined by the output P out , the output voltage V out , and the transformer turns ratio n 1 / n 2 when the exciting current Im is the same as shown in the equation (11). The same level. Further, in the first and second experimental examples, the core cross-sectional areas S are substantially equal, but the number of turns n L1 of L 1 is larger in the core of the first experimental example.

この結果、第1実験例の磁束密度Bが第2実験例の磁束密度Bよりも高くなり、両実験例のコア体積が同等程度であるため、第1実験例の鉄損が増加したと考えられる。   As a result, the magnetic flux density B of the first experimental example is higher than the magnetic flux density B of the second experimental example, and the core volume of both experimental examples is approximately the same, so the iron loss of the first experimental example is considered to have increased. It is done.

一方、2次側の整流素子であるSBDの損失は4%超と大きな割合を占めており、整流器を低圧MOSFETに置き換え、同期整流化し、磁性部品を最適設計することで96%程度まで効率を上げられると考えられる。   On the other hand, the loss of SBD, which is the rectifier on the secondary side, accounts for a large proportion of over 4%. By replacing the rectifier with a low-voltage MOSFET, synchronous rectification, and optimal design of magnetic components, the efficiency can be increased to about 96% It is thought that it is raised.

まとめると、上記電力変換装置によれば、従来多段構成で変換していたAC−DC変換を1段で行うと共に、全てのスイッチをZVS(Zero Volt Switching)動作することができる。ここで、上記電力変換装置は、PFC制御とDC−DC変換を1段で行うが、各々の制御の分離方式については上述した通りである。そして、実験例により1段でのPFCを備えた電力変換装置によるAC−DC変換動作におけるZVS動作を実証した。変換効率は最大92%が得られることを確認し、損失分析の結果、2次側整流素子の損失が大半を占めていることがわかった。   In summary, according to the above power converter, AC-DC conversion, which has been conventionally converted in a multi-stage configuration, can be performed in one stage, and all switches can be operated in ZVS (Zero Volt Switching). Here, although the said power converter device performs PFC control and DC-DC conversion by 1 step | paragraph, the isolation | separation system of each control is as having mentioned above. And the ZVS operation | movement in the AC-DC conversion operation | movement by the power converter device provided with PFC in one step was demonstrated by the experiment example. It was confirmed that a maximum conversion efficiency of 92% was obtained, and as a result of loss analysis, it was found that the loss of the secondary side rectifier element accounted for the majority.

これについては、2次側を同期整流化することに加え、磁性部品と動作キャリア周波数の最適化を図ることにより、変換効率の向上を期待することができる。   Regarding this, in addition to synchronous rectification on the secondary side, optimization of magnetic components and operating carrier frequency can be expected to improve conversion efficiency.

以上が各実施形態に関連する電力変換装置の構成や動作などの概要である。続いて、各実施形態に係る電力変換装置について具体的に説明する。   The above is the outline of the configuration and operation of the power conversion device related to each embodiment. Then, the power converter device which concerns on each embodiment is demonstrated concretely.

<第1の実施形態>
図1は第1の実施形態に係る電力変換装置及びその周辺構成を示す模式図である。電力変換装置100は、交流電源V1から得られる交流電源電圧VACを直流電圧Voutに変換して負荷5に電力を供給する主回路部と、主回路部に接続された制御部200とを備えている。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic diagram showing a power conversion device according to the first embodiment and its peripheral configuration. The power conversion apparatus 100 includes a main circuit unit that converts an AC power supply voltage VAC obtained from the AC power supply V1 into a DC voltage Vout and supplies power to the load 5, and a control unit 200 connected to the main circuit unit. I have.

主回路部は、ローパスフィルタ(Lf,Cf)、第1インダクタL1、Hブリッジ(S1〜S4、D1〜D4、CDC)、トランス(Tn1,Tn2)、ダイオードD5,D6、キャパシタCout、入力電圧検出部1、電源電流検出部2、キャパシタ電圧検出部3及び出力電圧検出部4を備えている。 The main circuit section includes a low-pass filter (L f , C f ), a first inductor L 1 , an H bridge (S 1 to S 4 , D 1 to D 4 , C DC ), a transformer (Tn 1 , Tn 2 ), and a diode. D 5 , D 6 , capacitor C out , input voltage detector 1, power supply current detector 2, capacitor voltage detector 3, and output voltage detector 4.

ローパスフィルタは、交流電源V1に直列に接続された(フィルタ用)インダクタLfと、当該インダクタLfと交流電源V1との間に直列に接続された(フィルタ用)キャパシタCfとを備えている。すなわち、インダクタLf及びキャパシタCfは、交流電源V1に直列に接続されて閉ループを形成する。なお、「フィルタ用」の語は、請求項内でトランス1次側の第1インダクタL1やHブリッジ内のキャパシタCDCと区別するための便宜的な修飾語であり、省略又は他の修飾語(例、「第0」又は「第1」など)に変更してもよい。 The low-pass filter includes an inductor L f (for filter) connected in series to the AC power source V1, and a capacitor C f (for filter) connected in series between the inductor L f and the AC power source V1. Yes. That is, the inductor L f and the capacitor C f are connected in series to the AC power supply V1 to form a closed loop. Incidentally, the term "filter" is a convenient modifier for distinguishing a capacitor C DC of the first inductor L 1 and H-bridge of the primary side of the transformer in the claims, omitted or other modifications It may be changed to a word (eg, “0th” or “first”).

第1インダクタL1は、一端がインダクタLf及びキャパシタCfの接続点に接続され、他端がHブリッジの接続点M1に接続されている。 The first inductor L 1 has one end connected to a connection point between the inductor L f and the capacitor C f , and the other end connected to a connection point M 1 of the H bridge.

トランスは、交流電源V1とキャパシタCfとの接続点に一端が接続されたトランス1次巻線Tn1と、トランス1次巻線Tn1に電磁的に結合したトランス2次巻線Tn2とを有する。 The transformer includes a transformer primary winding T n1 having one end connected to a connection point between the AC power supply V1 and the capacitor C f, and a transformer secondary winding T n2 electromagnetically coupled to the transformer primary winding T n1. Have

Hブリッジは、第1インダクタL1の他端を介して第1スイッチS1と第2スイッチS2とを直列に接続するとともに、トランス1次巻線Tn1の他端を介して第3スイッチS3と第4スイッチS4とを直列に接続し、第1スイッチS1と第3スイッチS3及び第2スイッチS2と第4スイッチS4をそれぞれ接続して閉ループを形成し、第3スイッチS3と第4スイッチS4の両端に(平滑用)キャパシタCDCを接続してなる。なお、「平滑用」の語は、請求項内でローパスフィルタのキャパシタCfと区別するための便宜的な修飾語であり、省略又は他の修飾語(例、「第2」など)に変更してもよい。 The H bridge connects the first switch S 1 and the second switch S 2 in series via the other end of the first inductor L 1 , and the third switch via the other end of the transformer primary winding T n1. S 3 and the fourth switch S 4 are connected in series, and the first switch S 1 and the third switch S 3 and the second switch S 2 and the fourth switch S 4 are connected to form a closed loop, and the third switch a switch S 3 to both ends of the fourth switch S 4 formed by connecting the (smoothing) capacitor C DC. The term “smoothing” is a convenient modifier for distinguishing from the capacitor C f of the low-pass filter in the claims, and is omitted or changed to another modifier (eg, “second”, etc.). May be.

詳しくは、Hブリッジは、互いに直列に接続された第1及び第2スイッチS1,S2と、キャパシタCDCと、互いに直接に接続された第3及び第4スイッチS3,S4とが互いに並列に接続されている。 Specifically, the H bridge includes first and second switches S 1 and S 2 connected in series with each other, a capacitor CDC, and third and fourth switches S 3 and S 4 directly connected to each other. They are connected to each other in parallel.

各スイッチS1〜S4は、自己消弧型のスイッチング素子であり、ここではN型電界効果トランジスタ(MOSFET)を用いている。また、各スイッチS1〜S4と逆並列に接続されるダイオードD1〜D4は、MOSFET等のボディーダイオードで代用してもよい。各スイッチS1〜S4のゲート端子は、制御部200に接続されている。 Each of the switches S 1 to S 4 is a self-extinguishing type switching element, and here, an N-type field effect transistor (MOSFET) is used. The diodes D 1 to D 4 connected in antiparallel with the switches S 1 to S 4 may be replaced with body diodes such as MOSFETs. The gate terminals of the switches S 1 to S 4 are connected to the control unit 200.

第1スイッチS1のソース端子は接続点M1を介して第2スイッチS2のドレイン端子に接続される。 The source terminal of the first switch S 1 is connected to the drain terminal of the second switch S 2 via the connection point M 1 .

第3スイッチS3のソース端子は接続点M2を介して第4スイッチS4のドレイン端子に接続される。 The source terminal of the third switch S 3 is connected to the drain terminal of the fourth switch S 4 via the connection point M 2 .

第1スイッチS1のドレイン端子は、キャパシタCDCの一端と、第3スイッチS3のドレイン端子とに接続される。 The first drain terminal of the switch S 1 has one end of the capacitor C DC, is connected to the drain terminal of the third switch S 3.

第2スイッチS2のソース端子は、キャパシタCDCの他端と、第4スイッチS4のソース端子とに接続される。 The source terminal of the second switch S 2 has the other end of the capacitor C DC, is connected to the source terminal of the fourth switch S 4.

このようなHブリッジは、キャパシタCDCに充電されている電圧VDCを元に各スイッチS1〜S4をスイッチングすることで、キャパシタ電圧VDCを上限とする任意の電圧(Vab)を出力できる。スイッチングにより電圧を出力する方法としては、公知であるPWM(Pulse Width Modulation)やPDM(Pulse Density Modulation)等が適宜、使用可能となっている。また、PWM、PDMの生成法は、キャリア比較やヒステリシスコンパレータ等、種々の公知の手法が適用可能である。なお、HブリッジのキャパシタCDCへの充電方法及びその電圧制御方法については後述するが、交流電源電圧VACを利用してキャパシタCDCへの充電および制御が可能である。 Such an H-bridge switches the switches S 1 to S 4 based on the voltage V DC charged in the capacitor C DC , thereby generating an arbitrary voltage (V ab ) with the capacitor voltage V DC as the upper limit. Can output. As a method for outputting a voltage by switching, a known PWM (Pulse Width Modulation), PDM (Pulse Density Modulation), or the like can be used as appropriate. Various known methods such as carrier comparison and hysteresis comparator can be applied to the PWM and PDM generation methods. Although will be described later charging method and the voltage control method thereof to the capacitor C DC of the H-bridge, it is possible to charge and control of the capacitor C DC using an AC power source voltage V AC.

このようなHブリッジの出力は、直列接続された第1及び第2スイッチS1, S2の接続点M1と、直列接続された第3及び第4スイッチS3, S4の接続点M2との間の電圧Vabとして得られる。以下、この電圧VabをHブリッジ出力電圧Vabともいう。 The output of such an H-bridge has a connection point M 1 between the first and second switches S 1 and S 2 connected in series, and a connection point M between the third and fourth switches S 3 and S 4 connected in series. Obtained as a voltage V ab between 2 . Hereinafter also referred to this voltage V ab and H-bridge output voltage V ab.

Hブリッジの接続点M2と、キャパシタCf及び交流電源V1の接続点との間には、トランスの1次巻線Tn1が直列に接続される。 The primary winding T n1 of the transformer is connected in series between the connection point M 2 of the H bridge and the connection point of the capacitor C f and the AC power supply V 1.

トランスの2次巻線Tn2の両端には、それぞれ第5ダイオードD5及び第6ダイオードD6の各アノード端子が接続される。第5ダイオードD5及び第6ダイオードD6の各カソード端子は互いに接続される。各カソード端子の接続点と、トランスの2次巻線Tn2の中点との間には、キャパシタCoutが接続される。これら各ダイオードD5,D6及びキャパシタCoutは整流平滑回路(第1整流手段)を構成する。キャパシタCoutの両端には、負荷5が並列に接続される。 The anode terminals of the fifth diode D 5 and the sixth diode D 6 are connected to both ends of the secondary winding T n2 of the transformer, respectively. The cathode terminals of the fifth diode D 5 and the sixth diode D 6 are connected to each other. A capacitor Cout is connected between the connection point of each cathode terminal and the midpoint of the secondary winding Tn2 of the transformer. These diodes D 5 and D 6 and capacitor C out constitute a rectifying / smoothing circuit (first rectifying means). A load 5 is connected in parallel across the capacitor Cout .

入力電圧検出部1は、交流電源V1の両端に並列接続され、交流電源V1から主回路部に入力される交流電源電圧VACを検出し、VACの瞬時値を示すVAC検出値を制御部200に出力する。入力電圧検出部1は、交流電源V1の交流電源電圧VACを検出する電源電圧検出手段を構成している。 Input voltage detection unit 1 is connected in parallel to both ends of the AC power supply V1, and detects the AC power supply voltage V AC input from the AC power supply V1 to the main circuit, control V AC detection value indicating the instantaneous value of V AC Output to the unit 200. The input voltage detection unit 1 constitutes a power supply voltage detection unit that detects the AC power supply voltage V AC of the AC power supply V1.

電源電流検出部2は、交流電源V1とローパスフィルタのインダクタLfとの間に直列接続され、交流電源V1に流す交流電源電流IACを検出し、IACの瞬時値を示すIAC検出値を制御部200に出力する。電源電流検出部2は、交流電源V1に流す交流電源電流IACを検出する電源電流検出手段を構成している。 Power supply current detection unit 2 is connected in series between the AC power supply V1 and the low-pass filter inductor L f, the AC power supply to detect the AC power source current I AC flowing through the V1, I AC detection value indicating the instantaneous value of I AC Is output to the control unit 200. The power supply current detection unit 2 constitutes a power supply current detection unit that detects an AC power supply current I AC that flows to the AC power supply V1.

キャパシタ電圧検出部3は、HブリッジのキャパシタCDCの両端に並列接続され、キャパシタCDCの電圧VDCを検出し、VDCの瞬時値を示すVDC検出値を制御部200に出力する。キャパシタ電圧検出部3は、(平滑用)キャパシタCDCのキャパシタ電圧VDCを検出するキャパシタ電圧検出手段を構成している。 Capacitor voltage detecting unit 3 is connected in parallel across the capacitor C DC of the H-bridge, it detects the voltage V DC of the capacitor C DC, and outputs a V DC detection value indicating the instantaneous value of V DC to the control unit 200. Capacitor voltage detecting unit 3 constitute a capacitor voltage detecting means for detecting the capacitor voltage V DC (for smoothing) capacitor C DC.

出力電圧検出部4は、負荷5側のキャパシタCoutの両端に並列接続され、キャパシタCoutの出力電圧Voutを検出し、Voutの瞬時値を示すVout検出値を制御部200に出力する。出力電圧検出部4は、第1整流手段(D5,D6,Coutからなる整流平滑回路))から負荷5に出力される出力電圧Voutを検出する出力電圧検出手段を構成している。 Output voltage detection unit 4 is connected in parallel across the load 5 side of the capacitor C out, detects the output voltage V out of the capacitor C out, output V out detection value indicating the instantaneous value of V out to the controller 200 To do. Output voltage detection unit 4 constitute an output voltage detecting means for detecting a first rectifying means (D 5, D 6, C out consists rectifying smoothing circuit) the output voltage V out from) is output to the load 5 .

制御部200は、交流電源電圧VACの検出値、交流電源電流IACの検出値、及びキャパシタ電圧VDCの検出値に基づいて、交流電源電圧VACに同期した交流電源電流IACを流すように、且つ出力電圧Voutの検出値に基づいて、出力電圧Voutに対する出力電圧指令値Vout_refとの偏差Vout_difを解消するように、第1スイッチS1と第4スイッチS4の組と、第2スイッチS2と第3スイッチS3の組とを交互に開閉するためのスイッチング信号S1_PWM〜S4_PWMを、第1スイッチS1乃至第4スイッチS4に供給する制御手段を構成している。 Based on the detected value of AC power supply voltage V AC , the detected value of AC power supply current I AC , and the detected value of capacitor voltage V DC , control unit 200 causes AC power supply current I AC synchronized with AC power supply voltage V AC to flow. as such, and based on the detected value of the output voltage V out, so as to eliminate the deviation V Out_dif between the output voltage command value V Out_ref for the output voltage V out, the first switch S 1 and the fourth switch S 4 pairs And control means for supplying switching signals S 1_PWM to S 4_PWM for alternately opening and closing the pair of the second switch S 2 and the third switch S 3 to the first switch S 1 to the fourth switch S 4 doing.

具体的には、制御部200は、各検出部1〜4から受けた検出値に基づいて、例えば図17の各破線(Control for PFC, Control for DC-DC)に囲まれた部分に示す機能により、主回路部を制御するためのスイッチング信号S1_PWM〜S4_PWMを生成する。スイッチング信号S1_PWM〜S4_PWMは、制御部200から各スイッチS1〜S4のゲート端子に個別に出力される。第1及び第4スイッチS1,S4は、ゲート端子にスイッチング信号S1_PWM,S4_PWMが供給されている間、導通する。第2及び第3スイッチS2,S3は、ゲート端子にスイッチング信号S2_PWM,S3_PWMが供給されている間、導通する。 Specifically, the control unit 200 is based on the detection values received from the detection units 1 to 4, for example, functions shown in a portion surrounded by broken lines (Control for PFC, Control for DC-DC) in FIG. 17. Thus, the switching signals S 1_PWM to S 4_PWM for controlling the main circuit section are generated. The switching signals S 1_PWM to S 4_PWM are individually output from the control unit 200 to the gate terminals of the switches S 1 to S 4 . The first and fourth switches S 1 and S 4 are conductive while the switching signals S 1_PWM and S 4_PWM are supplied to the gate terminals. The second and third switches S 2 and S 3 are conductive while the switching signals S 2_PWM and S 3_PWM are supplied to the gate terminals.

ここで、制御部200は、図2に示すように、VDC_ref設定部201、減算部202、電圧制御器(AVR)203、交流指令値計算部204、減算部205、電流制御器(ACR)206、除算部207及びスイッチング信号生成部208を備えている。 Here, as shown in FIG. 2, the control unit 200 includes a V DC_ref setting unit 201, a subtraction unit 202, a voltage controller (AVR) 203, an AC command value calculation unit 204, a subtraction unit 205, and a current controller (ACR). 206, a division unit 207, and a switching signal generation unit 208.

DC_ref設定部201は、予め設定されたキャパシタCDCの電圧指令値VDC_refを減算部202に出力する。 V dc_ref setting unit 201 outputs the voltage command value V dc_ref preset capacitor C DC to the subtraction unit 202.

減算部202は、キャパシタ電圧検出部3から受けたVDC検出値から、VDC_ref設定部201から受けた電圧指令値VDC_refを減算し、得られた偏差VDC_dif(=VDC−VDC_ref)を電圧制御器(AVR)203に出力する。 The subtraction unit 202 subtracts the voltage command value V DC_ref received from the V DC_ref setting unit 201 from the V DC detection value received from the capacitor voltage detection unit 3, and the obtained deviation V DC_dif (= V DC -V DC_ref ) Is output to the voltage controller (AVR) 203.

電圧制御器(AVR)203は、減算部202から受けた偏差VDC_difに基づいて、図17に示す如きPI演算により、交流電源電流IACの振幅指令値IAC_amp_refを生成し、振幅指令値IAC_amp_refを交流指令値計算部204に出力する。 The voltage controller (AVR) 203 generates an amplitude command value I AC_amp_ref of the AC power supply current I AC based on the deviation V DC_dif received from the subtracting unit 202 by PI calculation as shown in FIG. AC_amp_ref is output to the AC command value calculation unit 204.

交流指令値計算部204は、電圧制御器(AVR)203から受けた振幅指令値IAC_amp_refと、入力電圧検出部1から受けたVAC検出値とに基づいて、インダクタLfに関する電流指令値IAC_refを生成する。 The AC command value calculation unit 204 is based on the amplitude command value I AC_amp_ref received from the voltage controller (AVR) 203 and the V AC detection value received from the input voltage detection unit 1, and the current command value I related to the inductor L f. Generate AC_ref .

例えば図3に示すように、交流指令値計算部204は、VAC検出値からPLL211により、VACの電源電圧位相ωtを検出し、正弦波生成部212により、電源電圧位相ωtと同位相の正弦波sin ωtを生成する。しかる後、交流指令値計算部204は、乗算部213により、振幅指令値IAC_amp_refと正弦波sin ωtを乗じて、、VACと同位相の電流指令値IAC_refを計算する。ここで、例えば図4に示すように、定数乗算部210により、VAC検出値(例、振幅200V)に定数K(例、1/200)を乗じて、得られたK・VAC検出値(例、振幅1V)をPLL211に送出するようにしてもよい。 For example, as shown in FIG. 3, the AC command value calculating section 204, the PLL211 from V AC detection value, to detect the V AC power supply voltage phase .omega.t, the sine wave generator 212, the power supply voltage phase .omega.t the same phase A sine wave sin ωt is generated. Thereafter, the AC command value calculation unit 204 multiplies the amplitude command value I AC_amp_ref and the sine wave sin ωt by the multiplication unit 213 to calculate a current command value I AC_ref having the same phase as V AC . Here, for example, as shown in FIG. 4, the constant multiplication unit 210 multiplies the V AC detection value (eg, amplitude 200 V) by a constant K (eg, 1/200) to obtain the obtained K · VAC detection value. (Eg, amplitude 1V) may be sent to the PLL 211.

いずれにしても、交流指令値計算部204は、図5に示すように、振幅指令値IAC_amp_refに、VACと同位相の正弦波sin ωtを乗じることにより、VACと同位相の電流指令値IAC_refを計算する。しかる後、交流指令値計算部204は、この電流指令値IAC_refを減算部205に出力する。 Anyway, the AC command value calculating section 204, as shown in FIG. 5, the amplitude command value I AC_amp_ref, by multiplying a sine wave sin .omega.t of V AC and the same phase, current command V AC in phase Calculate the value I AC_ref . Thereafter, the AC command value calculation unit 204 outputs the current command value I AC_ref to the subtraction unit 205.

減算部205は、交流指令値計算部204から受けた電流指令値IAC_refから、電源電流検出部2から受けたIAC検出値を減算し、得られた偏差IAC_dif(=IAC_ref−IAC)を電流制御器(ACR)206に出力する。 The subtraction unit 205 subtracts the I AC detection value received from the power supply current detection unit 2 from the current command value I AC_ref received from the AC command value calculation unit 204, and obtains the obtained deviation I AC_dif (= I AC_ref −I AC ) To the current controller (ACR) 206.

電流制御器(ACR)206は、減算部205から受けた偏差IAC_difに基づいて、図17に示す如きPI演算により、Hブリッジ出力電圧指令値Vab_refを生成し、Hブリッジ出力電圧指令値Vab_refを除算部207に出力する。 The current controller (ACR) 206 generates an H bridge output voltage command value V ab_ref by PI calculation as shown in FIG. 17 based on the deviation I AC_dif received from the subtraction unit 205, and generates an H bridge output voltage command value V ab_ref is output to the division unit 207.

除算部207は、電流制御器(ACR)206から受けたHブリッジ出力電圧指令値Vab_refを、キャパシタ電圧検出部3から受けたVDC検出値で除算し、得られた変調指令値D(=Vab_ref/VDC)をスイッチング信号生成部208に出力する。なお、「変調指令値D」は、「電圧比率D」と呼んでもよい。「除算部」は「比率計算部」と呼んでもよい。 The division unit 207 divides the H-bridge output voltage command value V ab_ref received from the current controller (ACR) 206 by the VDC detection value received from the capacitor voltage detection unit 3, and obtains a modulation command value D (= V ab_ref / V DC ) is output to the switching signal generator 208. The “modulation command value D” may be called “voltage ratio D”. The “divider” may be referred to as “ratio calculator”.

スイッチング信号生成部208は、除算部207から受けた変調指令値Dと、出力電圧検出部4から受けたVout検出値とに基づいて、主回路部を制御するためのスイッチング信号S1_PWM〜S4_PWMを生成する。 Switching signal generation unit 208 controls switching signals S 1_PWM to S for controlling the main circuit unit based on modulation command value D received from division unit 207 and V out detection value received from output voltage detection unit 4. 4_PWM is generated.

ここで、スイッチング信号生成部208は、出力電圧Voutの検出値に基づいて出力電圧指令値Vout_refとの偏差Vout_difの大きさに基づいてスイッチング周波数を決定し、そのスイッチング周波数に応じたスイッチング信号S1_PWM〜S4_PWMを生成する信号生成手段を構成している。なお、スイッチング周波数は、偏差Vout_difを解消するように決定される。 Here, the switching signal generation unit 208 determines the switching frequency based on the magnitude of the deviation V out_dif from the output voltage command value V out_ref based on the detected value of the output voltage V out , and performs switching according to the switching frequency. constitute a signal generating means for generating a signal S 1_PWM ~S 4_PWM. The switching frequency is determined so as to eliminate the deviation Vout_dif .

この信号生成手段は、出力電圧Voutの検出値に基づいて、出力電圧指令値Vout_refとの偏差Vout_difの大きさに基づいてキャリア周波数fcを計算する周波数計算手段と、キャリア周波数fcを有するキャリア信号Scarを生成するキャリア生成手段と、キャリア信号Scarに基づいて、スイッチング信号S1_PWM〜S4_PWMを生成する第1生成手段とを備えている。 The signal generating means, based on the detected value of the output voltage V out, and the frequency calculating means for calculating a carrier frequency f c on the basis of the magnitude of the deviation V Out_dif between the output voltage command value V Out_ref, carrier frequency f c Carrier generating means for generating the carrier signal S car having the first and second generating means for generating the switching signals S 1_PWM to S 4_PWM based on the carrier signal S car .

具体的には、スイッチング信号生成部208は、例えば図17の破線(Control for DC-DC)に囲まれた部分に示す機能により、スイッチング信号S1_PWM〜S4_PWMを生成する。例えば、スイッチング信号生成部208は、予め設定された出力電圧指令値Vout_ref をVout検出値から減算し、得られた偏差Vout_dif(=Vout−Vout_ref)に基づいて、図17に示す如きPI演算により、キャリア周波数fcを得る。なお、キャリア周波数fcは、偏差Vout_difを解消するように決定される。また、キャリア周波数fcの値は、スイッチング周波数の値に対応する。そのため、キャリア周波数fcを決定することは、スイッチング周波数を決定することに等しい。 Specifically, the switching signal generation unit 208 generates the switching signals S 1_PWM to S 4_PWM by the function shown in the part surrounded by the broken line (Control for DC-DC) in FIG. 17, for example. For example, the switching signal generation unit 208 subtracts a preset output voltage command value V out_ref from the V out detection value, and based on the obtained deviation V out_dif (= V out −V out_ref ), as shown in FIG. by such PI calculation to obtain the carrier frequency f c. The carrier frequency f c is determined so as to eliminate the deviation V out_dif. The value of the carrier frequency f c corresponds to the value of the switching frequency. Therefore, determining the carrier frequency f c is equivalent to determining the switching frequency.

また、スイッチング信号生成部208は、得られたキャリア周波数fcをもつ三角波キャリアのキャリア信号Scarを生成し、このキャリア信号Scarと変調指令値Dとを比較する。 Further, the switching signal generating unit 208 generates a carrier signal S car of the triangular wave carrier having a carrier frequency f c obtained are compared with the carrier signal S car and modulation instruction value D.

比較結果がScar<Dのとき、スイッチング信号生成部208は、点弧用の「1」のスイッチング信号S1_PWM,S4_PWMと、消弧用の「0」のスイッチング信号S2_PWM,S3_PWMとを生成する。スイッチング信号S2_PWM,S3_PWMは、スイッチング信号S1_PWM又はS4_PWMの反転信号である。 When the comparison result is S car <D, the switching signal generation unit 208 includes “1” switching signals S 1_PWM and S 4_PWM for firing and “0” switching signals S 2_PWM and S 3_PWM for firing . Is generated. The switching signals S 2_PWM and S 3_PWM are inverted signals of the switching signal S 1_PWM or S 4_PWM .

比較結果がScar>Dのとき、スイッチング信号生成部208は、消弧用の「0」のスイッチング信号S1_PWM,S4_PWMと、点弧用の「1」のスイッチング信号S2_PWM,S3_PWMとを生成する。 When the comparison result is S car > D, the switching signal generation unit 208 includes “0” switching signals S 1_PWM and S 4_PWM for extinction and “1” switching signals S 2_PWM and S 3_PWM for firing . Is generated.

スイッチング信号S1_PWM〜S4_PWMは、スイッチング信号生成部208から各スイッチS1〜S4のゲート端子に個別に出力される。 The switching signals S 1_PWM to S 4_PWM are individually output from the switching signal generator 208 to the gate terminals of the switches S 1 to S 4 .

次に、以上のように構成された電力変換装置の動作について説明する。   Next, the operation of the power conversion device configured as described above will be described.

回路構成は、図1に示した通り、交流電源V1、インダクタLf、第1インダクタL1、Hブリッジの接続点M1,M2、トランス1次巻線Tn1を直列接続した構成である。また、キャパシタCfが交流電源V1とインダクタLfに並列に接続される。インダクタLf及びキャパシタCfがローパスフィルタを構成する。 As shown in FIG. 1, the circuit configuration is a configuration in which an AC power source V1, an inductor L f , a first inductor L 1 , H bridge connection points M 1 and M 2 , and a transformer primary winding T n1 are connected in series. . A capacitor C f is connected in parallel to the AC power source V1 and the inductor L f . The inductor L f and the capacitor C f constitute a low pass filter.

従って、図6に示すように、Hブリッジと交流電源V1とに直列接続されるインダクタLf、第1インダクタL1及びトランス1次巻線Tn1には、Hブリッジ出力電圧Vabと交流電源電圧VACとの差分が印加される。 Therefore, as shown in FIG. 6, the H bridge output voltage V ab and the AC power supply are connected to the inductor L f , the first inductor L 1 and the transformer primary winding T n1 connected in series with the H bridge and the AC power supply V1. the difference between the voltage V AC is applied.

このとき、Hブリッジから交流電源電圧VACを打ち消す方向に、交流電源電圧VAC相当の交流の出力電圧Vabを出力した場合について述べる。 At this time, in a direction to cancel the AC power source voltage V AC from the H-bridge will be described when outputting the AC power source voltage V output voltage V ab of AC equivalent exchange.

Hブリッジ出力電圧Vabには、スイッチングによる高調波成分と、出力する電圧の50Hzや60Hzの低周波成分が含まれる。Hブリッジ出力電圧Vabの低周波成分は、交流電源V1と同一な50Hzや60Hzの周波数をもつが、各スイッチS1〜S4のスイッチング周波数はそれよりも十分高い数十〜数百キロHzの周波数を用いる。 The H bridge output voltage V ab includes a harmonic component due to switching and a low frequency component of 50 Hz or 60 Hz of the output voltage. The low frequency component of the H-bridge output voltage V ab has the same frequency of 50 Hz and 60 Hz as the AC power supply V1, but the switching frequency of each of the switches S 1 to S 4 is several tens to several hundreds of kilohertz which is sufficiently higher than that. Is used.

直列接続されるインダクタLf、第1インダクタL1及びトランス1次巻線Tn1には、交流電源電圧VACとHブリッジ出力電圧Vabとの差分が印加される。但し、HブリッジとインダクタLfの間にはキャパシタCfが接続される。 A difference between the AC power supply voltage V AC and the H-bridge output voltage V ab is applied to the inductor L f , the first inductor L 1, and the transformer primary winding T n1 that are connected in series. However, during the H-bridge and an inductor L f capacitor C f it is connected.

インダクタLfに対しては、Hブリッジ出力電圧Vabの高周波成分がキャパシタCfにより減衰するため、Hブリッジ出力電圧Vabに含まれる50Hzや60Hzの低周波成分と交流電源電圧VACとの差分が印加される。なお、インダクタLfは、第1インダクタL1及びトランス1次巻線Tn1にあらわれる励磁インダクタンスよりも十倍以上の十分大きな値のインダクタンスとするため、低周波成分の大部分がインダクタLfに印加される。 For inductor L f, the high frequency component of the H-bridge output voltage V ab is for attenuating by a capacitor C f, H-bridge output voltage of 50Hz or 60Hz contained in V ab between the low frequency component and an AC power source voltage V AC The difference is applied. Since the inductor L f is an inductance having a value sufficiently larger than the exciting inductance appearing in the first inductor L 1 and the transformer primary winding T n1 , most of the low frequency component is in the inductor L f . Applied.

インダクタLfに印加されるHブリッジ出力電圧Vabの低周波成分と交流電源電圧VACとの差分の大きさは、Hブリッジ出力電圧Vabを調整することで任意に操作可能である。そのためインダクタLfに流れる交流電源電流IAC、すなわち交流電源V1から電力変換装置100に流入する電流の大きさを、Hブリッジ出力電圧VAbの低周波成分を操作することで制御可能となる。 The magnitude of the difference between the low-frequency component of the H-bridge output voltage V ab applied to the inductor L f and the AC power supply voltage V AC can be arbitrarily controlled by adjusting the H-bridge output voltage V ab . Therefore, the AC power supply current I AC flowing through the inductor L f , that is, the magnitude of the current flowing from the AC power supply V1 into the power converter 100 can be controlled by manipulating the low frequency component of the H bridge output voltage V Ab .

制御部200は、この特性を利用して主回路部に整流器およびPFC動作をさせるため、交流電源電圧VACに同期した交流電源電流IACを流すように、スイッチング信号S1_PWM〜S4_PWMを各スイッチS1〜S4に供給する。 The control unit 200 uses each of the switching signals S 1_PWM to S 4_PWM so as to flow an AC power supply current I AC synchronized with the AC power supply voltage V AC in order to cause the main circuit unit to perform a rectifier and PFC operation using this characteristic. Supply to switches S 1 to S 4 .

一方、第1インダクタL1とトランス1次巻線Tn1にも同様に、交流電源電圧VACとHブリッジ出力電圧Vabの差分が印加される。但し、Hブリッジは交流電源電圧VACを打ち消す大きさの交流の出力電圧Vabを出力する。 On the other hand, the difference between the AC power supply voltage V AC and the H-bridge output voltage V ab is similarly applied to the first inductor L 1 and the transformer primary winding T n1 . However, the H bridge outputs an AC output voltage V ab having a magnitude that cancels the AC power supply voltage V AC .

このため、第1インダクタL1とトランス1次巻線Tn1には、Hブリッジ出力電圧Vabの高周波成分が印加される。トランス1次巻線Tn1に印加される高周波成分は、トランス2次巻線Tn2に励起電圧を生じさせる。この励起電圧はダイオードD5,D6及びキャパシタCoutによって整流及び平滑され、直流の出力電圧Voutとして負荷5に供給される。このように、電力変換装置100は、交流直流変換の電源装置として動作する。なお、「電力変換装置」は「電源装置」と呼んでもよい。 Therefore, a high frequency component of the H bridge output voltage V ab is applied to the first inductor L 1 and the transformer primary winding T n1 . The high frequency component applied to the transformer primary winding T n1 generates an excitation voltage in the transformer secondary winding T n2 . This excitation voltage is rectified and smoothed by the diodes D 5 and D 6 and the capacitor C out and supplied to the load 5 as a DC output voltage V out . In this way, the power conversion device 100 operates as a power supply device for AC / DC conversion. The “power conversion device” may be called a “power supply device”.

ここで、トランス2次巻線Tn2に生じる励起電圧は、トランス1次巻線Tn1に印加される高周波成分の大きさによって決まる。Hブリッジ出力電圧Vabの高周波成分は、トランス1次巻線Tn1と第1インダクタL1それぞれに印加される。このため、トランス1次巻線Tn1に印加される高調波成分は第1インダクタL1により分圧された電圧となる。 Here, the excitation voltage generated in the transformer secondary winding T n2 is determined by the magnitude of the high frequency component applied to the transformer primary winding T n1 . The high frequency component of the H-bridge output voltage V ab is applied to the transformer primary winding T n1 and the first inductor L 1 . For this reason, the harmonic component applied to the transformer primary winding T n1 is a voltage divided by the first inductor L 1 .

第1インダクタL1及びトランス1次巻線Tn1に印加される高周波成分は、Hブリッジのスイッチングにより生じる高周波電圧であるため、この高周波電圧の周波数は、各スイッチS1〜S4のスイッチング周波数によって変化する。 Since the high frequency component applied to the first inductor L 1 and the transformer primary winding T n1 is a high frequency voltage generated by switching of the H bridge, the frequency of this high frequency voltage is the switching frequency of each of the switches S 1 to S 4 . It depends on.

第1インダクタL1は、一定のインダクタンスを有しているため、印加される電圧の周波数によってインピーダンスが変化する特性をもつ。 Since the first inductor L 1 has a constant inductance, the first inductor L 1 has a characteristic that the impedance changes depending on the frequency of the applied voltage.

制御部200は、この特性を利用し、スイッチング周波数の制御により、第1インダクタL1に印加される電圧VL1を加減してトランス1次巻線Tn1に印加される電圧を調整し、出力電圧指令値Vout_refとの偏差を解消するように出力電圧Voutを制御する。 Using this characteristic, the control unit 200 adjusts the voltage applied to the transformer primary winding T n1 by adjusting the voltage V L1 applied to the first inductor L 1 by controlling the switching frequency, and outputs it. The output voltage Vout is controlled so as to eliminate the deviation from the voltage command value Vout_ref .

まとめると、制御部200は、交流電源電圧VACの検出値、交流電源電流IACの検出値、及びキャパシタ電圧VDCの検出値に基づいて、交流電源電圧VACに同期した交流電源電流IACを流すように、且つ出力電圧Voutの検出値に基づいて、出力電圧Voutに対する出力電圧指令値Vout_refとの偏差Vout_difを解消するように、第1スイッチS1と第4スイッチS4の組と、第2スイッチS2と第3スイッチS3の組とを交互に開閉するためのスイッチング信号S1_PWM〜S4_PWMを、第1スイッチS1乃至第4スイッチS4に供給する。 In summary, the control unit 200 determines the AC power supply current I synchronized with the AC power supply voltage V AC based on the detected value of the AC power supply voltage V AC , the detected value of the AC power supply current I AC , and the detected value of the capacitor voltage V DC. as flow AC, and based on the detected value of the output voltage V out, so as to eliminate the deviation V Out_dif between the output voltage command value V Out_ref for the output voltage V out, the first switch S 1 and the fourth switch S Switching signals S 1_PWM to S 4_PWM for alternately opening and closing the set of 4 and the set of the second switch S 2 and the third switch S 3 are supplied to the first switch S 1 to the fourth switch S 4 .

これにより、制御部200は、交流電源電圧VACに同期した交流電源電流IACを流すように、整流器およびPFC動作を行うと共に、出力電圧指令値Vout_refとの偏差Vout_difを解消するように、出力電圧Voutを制御する。 Thereby, the control unit 200 performs the rectifier and the PFC operation so as to flow the AC power supply current I AC synchronized with the AC power supply voltage V AC and eliminates the deviation V out_dif from the output voltage command value V out_ref. The output voltage Vout is controlled.

ここで、HブリッジのキャパシタCDCへの充電及びその電圧制御方法について補足的に説明する。 Here, the charging and voltage control method thereof to the capacitor C DC of the H-bridge supplementary explained.

起動時には、キャパシタCDCは全く充電されていない状態である。 At start-up, the capacitor CDC is not charged at all.

この状態で電力変換装置100へ交流電源V1を接続すると、インダクタLf,L1等を介してHブリッジ出力に交流電源電圧VACが印加される。キャパシタ電圧VDCが全くない状態なので、印加される交流電源電圧VACにより各スイッチS1〜S4に並列に接続されるダイオードD1〜D4が点弧し、キャパシタCDCに対して各ダイオードD1〜D4が全波整流回路として動作する。 When the AC power supply V1 is connected to the power conversion apparatus 100 in this state, the AC power supply voltage V AC is applied to the H bridge output via the inductors L f and L 1 . Since state capacitor voltage V DC is no, the diode D 1 to D 4 connected in parallel to each switch S 1 to S 4 by the AC power source voltage V AC to be applied is fired, the relative capacitor C DC Diodes D 1 to D 4 operate as a full-wave rectifier circuit.

これにより、キャパシタCDCは、交流電源電圧VACのピーク値程度まで充電される。キャパシタCDCが交流電源電圧VACまで充電されると、Hブリッジは、交流電源電圧VAC相当の出力電圧Vabを出力可能となる。前述した通り、Hブリッジ出力電圧Vabを操作してインダクタLfに流れる交流電源電流IACを制御可能であるため、交流電源電圧VACと同位相になるように交流電源電流IACを制御することで、電力変換装置100に対して有効電力を供給できる。 Thereby, the capacitor CDC is charged to about the peak value of the AC power supply voltage V AC . When the capacitor CD is charged to the AC power supply voltage V AC , the H bridge can output the output voltage V ab corresponding to the AC power supply voltage V AC . As described above, H for operating the bridge output voltage V ab is controllable AC power source current I AC flowing through the inductor L f, the AC power source voltage V AC and controlling the AC power source current I AC so that the same phase By doing so, the active power can be supplied to the power conversion apparatus 100.

ここで、インダクタLfは、電力変換装置100の定格容量に対して、数%のインピーダンスしか持たない。このため、交流電源電流IACを制御するためにインダクタLfに印加する電圧は、交流電源電圧VACの数%程度である。 Here, the inductor L f has an impedance of only several percent with respect to the rated capacity of the power conversion device 100. For this reason, the voltage applied to the inductor L f for controlling the AC power supply current I AC is about several percent of the AC power supply voltage V AC .

Hブリッジ出力電圧Vabは、交流電源電圧VACを打ち消す成分と、インダクタLfに印加する電圧とを含む。インダクタLfに印加する電圧が交流電源電圧VACの数%程度のため、Hブリッジ出力電圧Vabの大部分は、交流電源電圧VACを打ち消す成分となり、交流電源電圧VACに近似した正弦波電圧となる。 H-bridge output voltage V ab includes a component that cancels AC power supply voltage V AC and a voltage that is applied to inductor L f . Sine for the voltage applied to the inductor L f is about several% of the AC supply voltage V AC, the majority of the H-bridge output voltage V ab is the serve as component for canceling an AC supply voltage V AC, approximating to the AC power source voltage V AC Wave voltage.

そのため、交流電源電圧VACと同位相の交流電源電流IACを電力変換装置100に流入するように制御して得られる有効電力の大部分は、Hブリッジへ供給される。よって、交流電源V1からHブリッジへ電力を与える方向に交流電源電流IACを流した場合、Hブリッジのキャパシタ電圧VDCは上昇する。 Therefore, most of the active power obtained by controlling the AC power supply current I AC having the same phase as the AC power supply voltage V AC to flow into the power conversion device 100 is supplied to the H bridge. Therefore, when the AC power supply current I AC is supplied in the direction in which power is supplied from the AC power supply V1 to the H bridge, the capacitor voltage V DC of the H bridge increases.

一方、Hブリッジから交流電源V1へ電力を与える方向に交流電源電流IACを流した場合、Hブリッジのキャパシタ電圧VDCは下降する。 On the other hand, when the AC power supply current I AC is supplied in a direction in which power is supplied from the H bridge to the AC power supply V1, the capacitor voltage V DC of the H bridge decreases.

このように、交流電源電圧VACと同位相の交流電源電流IACを制御することにより、HブリッジのキャパシタCDCへの充電及びキャパシタ電圧VDCを制御する。 In this way, the charging of the H bridge capacitor C DC and the capacitor voltage V DC are controlled by controlling the AC power source current I AC in phase with the AC power source voltage V AC .

上述したように本実施形態によれば、交流電源電圧VACの検出値、交流電源電流IACの検出値、及びキャパシタ電圧VDCの検出値に基づいて、交流電源電圧VACに同期した交流電源電流IACを流すように、且つ出力電圧Voutの検出値に基づいて、出力電圧指令値Vout_refとの偏差を解消するように、スイッチング信号S1_PWM〜S4_PWMを、各スイッチS1〜S4に供給する。このとき、出力電圧Voutの検出値に基づいて出力電圧指令値Vout_refとの偏差の大きさに基づいてスイッチング周波数を決定し、そのスイッチング周波数に応じたスイッチング信号S1_PWM〜S4_PWMを生成する。 As described above, according to the present embodiment, the AC synchronized with the AC power supply voltage V AC based on the detected value of the AC power supply voltage V AC , the detected value of the AC power supply current I AC , and the detected value of the capacitor voltage V DC. The switching signals S 1_PWM to S 4_PWM are switched to the switches S 1 to S so that the power supply current I AC flows and the deviation from the output voltage command value V out_ref is eliminated based on the detected value of the output voltage V out. supplied to the S 4. In this case, to determine the switching frequency based on the basis of the detected value of the output voltage V out to the size of the deviation between the output voltage command value V Out_ref, generates switching signal S 1_PWM ~S 4_PWM in accordance with the switching frequency .

これにより、整流回路、PFC回路及びDC/DC変換回路の各機能を持ちつつ、装置全体の変換効率を向上することができる。   Thereby, the conversion efficiency of the entire apparatus can be improved while having the functions of the rectifier circuit, the PFC circuit, and the DC / DC conversion circuit.

補足すると、交流電源V1とインダクタLf,L1、Hブリッジ、トランスを直列接続する構成とすることで、Hブリッジ出力電圧Vabの低周波成分を操作することで交流電源電流IACを制御してPFC回路の機能を実現でき、また、交流電源電流IACを利用してHブリッジのキャパシタ電圧VDCを制御でき、整流回路の機能を実現できる。 Supplementally, the AC power supply current I AC is controlled by manipulating the low frequency component of the H bridge output voltage V ab by connecting the AC power supply V1 and the inductors L f , L 1 , H bridge, and transformer in series. Thus, the function of the PFC circuit can be realized, and the capacitor voltage V DC of the H bridge can be controlled using the AC power supply current I AC , thereby realizing the function of the rectifier circuit.

またHブリッジのスイッチング周波数を可変することで、負荷5に供給する出力電圧Voutを制御でき、DC/DC変換回路の機能を実現できる。 Further, by changing the switching frequency of the H bridge, the output voltage V out supplied to the load 5 can be controlled, and the function of the DC / DC conversion circuit can be realized.

このように本実施形態は、従来の整流回路、PFC回路、DC/DC変換回路といった3つの回路機能を1つの回路段数(Hブリッジ)で実現でき、低損失、変換効率の向上、部品点数の低減を実現することができる。   As described above, this embodiment can realize three circuit functions such as a conventional rectifier circuit, a PFC circuit, and a DC / DC converter circuit with one circuit stage number (H bridge), and achieves low loss, improved conversion efficiency, and reduced component count. Reduction can be realized.

<第2の実施形態>
次に、第2の実施形態に係る電力変換装置について図1及び図6を参照しながら説明する。
<Second Embodiment>
Next, a power converter according to a second embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 6.

第2の実施形態は、第1の実施形態のうち、スイッチング周波数の制御により、負荷5に供給する出力電圧Voutを制御する部分を詳細に述べるものである。以下、第1の実施形態と異なる部分について主に述べる。 The second embodiment describes in detail the portion of the first embodiment that controls the output voltage Vout supplied to the load 5 by controlling the switching frequency. In the following, parts different from the first embodiment will be mainly described.

前述した通り、第1インダクタL1及びトランス1次巻線Tn1に印加される電圧は、Hブリッジのスイッチングにより生じる高周波電圧であり、この高周波電圧の周波数は、各スイッチS1〜S4のスイッチング周波数によって変化する。 As described above, the voltage applied to the first inductor L 1 and the transformer primary winding T n1 is a high-frequency voltage generated by the switching of the H bridge, and the frequency of this high-frequency voltage is determined by each of the switches S 1 to S 4 . Varies with switching frequency.

第1インダクタL1は、一定のインダクタンスを有しているため、印加される電圧の周波数によってインピーダンスが変化する。そのため、Hブリッジのスイッチング周波数が変化すると、第1インダクタL1のインピーダンスも変化する。 Since the first inductor L 1 has a constant inductance, the impedance changes depending on the frequency of the applied voltage. Therefore, when the switching frequency of the H bridge changes, the impedance of the first inductor L 1 also changes.

一方、トランス1次巻線Tn1には励磁インダクタンスLmが現れるために、第1インダクタL1同様に周波数特性がある。しかしながら、トランス2次巻線Tn2に抵抗負荷が接続されるため、トランス1次巻線Tn1から見たときのトランスのインピーダンスは、トランス1次巻線Tn1に印加される電圧の周波数によってそれほど変化しない。これは、スイッチング周波数における励磁インダクタンスLmのインピーダンスに比べ、負荷抵抗が十分小さいからである。 On the other hand, since the exciting inductance L m appears in the transformer primary winding T n1, it has frequency characteristics like the first inductor L 1 . However, since a resistive load is connected to the transformer secondary winding T n2 , the impedance of the transformer when viewed from the transformer primary winding T n1 depends on the frequency of the voltage applied to the transformer primary winding T n1 . It does n’t change that much. This is compared to the impedance of the excitation inductance L m at the switching frequency, the load resistance is because sufficiently small.

このため、スイッチング周波数を上げると、第1インダクタL1のインピーダンスがトランスのインピーダンスよりも相対的に大きくなり、トランス1次巻線Tn1に印加される高周波電圧が低下する。 Therefore, increasing the switching frequency, a first impedance of the inductor L 1 becomes relatively larger than the transformer of the impedance, the high-frequency voltage applied to the transformer primary winding T n1 decreases.

逆に、スイッチング周波数を下げると、第1インダクタL1のインピーダンスが相対的に小さくなり、トランス1次巻線Tn1に印加される高周波電圧が上昇する。 Conversely, lowering the switching frequency, a first impedance of the inductor L 1 becomes relatively small, high frequency voltage applied to the transformer primary winding T n1 rises.

従って、Hブリッジのスイッチング周波数を可変して、トランス1次巻線Tn1に印加される高周波電圧を調整することにより、負荷5に供給する出力電圧Voutを制御することができる。 Therefore, the output voltage Vout supplied to the load 5 can be controlled by changing the switching frequency of the H bridge and adjusting the high frequency voltage applied to the transformer primary winding T n1 .

上述したように本実施形態によれば、第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to obtain the same functions and effects as those of the first embodiment.

<第3の実施形態>
図7は、第3の実施形態に係る電力変換装置に適用されたスイッチング信号生成部の構成を示す模式図である。
<Third Embodiment>
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a configuration of a switching signal generation unit applied to the power conversion device according to the third embodiment.

第3の実施形態は、第1又は第2の実施形態の具体例又は変形例であり、スイッチング信号生成部208に関する部分を詳細に述べるものである。以下、第1又は第2の実施形態と異なる部分について主に述べる。   The third embodiment is a specific example or a modification of the first or second embodiment, and describes a part related to the switching signal generation unit 208 in detail. Hereinafter, parts different from the first or second embodiment will be mainly described.

ここで、スイッチング信号生成部208は、Vout_ref設定部221、減算部222、電圧制御器(AVR)223、キャリア生成部224、コンパレータ225、NOT回路226、定数乗算部227、コンパレータ228及びNOT回路229を備えている。 Here, the switching signal generation unit 208 includes a V out_ref setting unit 221, a subtraction unit 222, a voltage controller (AVR) 223, a carrier generation unit 224, a comparator 225, a NOT circuit 226, a constant multiplication unit 227, a comparator 228, and a NOT circuit. 229.

ここで、Vout_ref設定部221は、予め設定されたキャパシタCoutの電圧指令値Vout_refを減算部222に出力する。 Here, the V out_ref setting unit 221 outputs a preset voltage command value V out_ref of the capacitor C out to the subtraction unit 222.

減算部222は、出力電圧検出部4から受けたVout検出値から、Vout_ref設定部221から受けた電圧指令値Vout_refを減算し、得られた偏差Vout_dif(=Vout−Vout_ref)を電圧制御器(AVR)223に出力する。 The subtraction unit 222 subtracts the voltage command value V out_ref received from the V out_ref setting unit 221 from the V out detection value received from the output voltage detection unit 4 and obtains the obtained deviation V out_dif (= V out −V out_ref ). Is output to the voltage controller (AVR) 223.

電圧制御器(AVR)223は、減算部222から受けた偏差Vout_difに基づいて、図17に示す如きPI演算により、キャリア周波数fcを生成し、キャリア周波数fcをキャリア生成部224に出力する。 Voltage controller (AVR) 223, based on the deviation V Out_dif received from the subtraction unit 222, a PI calculation as shown in FIG. 17, to generate a carrier frequency f c, the output carrier frequency f c to the carrier generator 224 To do.

キャリア生成部224は、電圧制御器(AVR)223から受けたキャリア周波数fcをもつ三角波キャリアのキャリア信号Scarを生成し、このキャリア信号Scarを各コンパレータ225,228の反転入力端子に出力する。 Carrier generator 224 generates a carrier signal S car of the triangular wave carrier having a carrier frequency f c received from voltage controller (AVR) 223, and outputs the carrier signal S car to the inverting input terminal of the comparators 225,228 To do.

コンパレータ225は、除算部207から非反転入力端子に受けた変調指令値Dと、キャリア生成部から反転入力端子に受けたキャリア信号Scarとを比較し、比較結果に応じて「1」又は「0」の値をもつスイッチング信号S1_PWMを第1スイッチS1及びNOT回路226に出力する。 The comparator 225 compares the modulation command value D received at the non-inverting input terminal from the division unit 207 with the carrier signal S car received at the inverting input terminal from the carrier generation unit, and “1” or “ The switching signal S 1_PWM having a value of “0” is output to the first switch S 1 and the NOT circuit 226.

NOT回路226は、コンパレータ225から受けたスイッチング信号S1_PWMを反転させてスイッチング信号S2を生成し、このスイッチング信号S2_PWMを第2スイッチS2に出力する。 The NOT circuit 226 inverts the switching signal S 1_PWM received from the comparator 225 to generate the switching signal S 2, and outputs the switching signal S 2_PWM to the second switch S 2 .

定数乗算部227は、除算部207から受けた変調指令値Dに定数「−1」を乗じて、得られた変調指令値「−D」をコンパレータ228の非反転入力端子に出力する。   The constant multiplication unit 227 multiplies the modulation command value D received from the division unit 207 by a constant “−1”, and outputs the obtained modulation command value “−D” to the non-inverting input terminal of the comparator 228.

コンパレータ228は、定数乗算部227から非反転入力端子に受けた変調指令値「−D」と、キャリア生成部から反転入力端子に受けたキャリア信号Scarとを比較し、比較結果に応じて「0」又は「1」の値をもつスイッチング信号S3_PWMを第3スイッチS3及びNOT回路229に出力する。 The comparator 228 compares the modulation command value “−D” received at the non-inverting input terminal from the constant multiplication unit 227 and the carrier signal S car received from the carrier generation unit at the inverting input terminal. The switching signal S 3_PWM having a value of “0” or “1” is output to the third switch S 3 and the NOT circuit 229.

NOT回路229は、コンパレータ228から受けたスイッチング信号S3_PWMを反転させてスイッチング信号S4を生成し、このスイッチング信号S4_PWMを第4スイッチS4に出力する。 The NOT circuit 229 inverts the switching signal S 3_PWM received from the comparator 228 to generate the switching signal S 4, and outputs this switching signal S 4_PWM to the fourth switch S 4 .

次に、以上のように構成されたスイッチング信号生成部208により、Hブリッジの出力に所望の電圧を得るための方法について述べる。   Next, a method for obtaining a desired voltage at the output of the H-bridge by the switching signal generator 208 configured as described above will be described.

前述した通り、Hブリッジ出力電圧Vabは、キャパシタ電圧VDCを電源として得られる。そこで、制御部200においては、Hブリッジ出力電圧指令値Vab_refを、キャパシタ電圧検出部3から受けたVDC検出値で除算し、得られた変調指令値D(=Vab_ref/VDC)をスイッチング信号生成部208に出力している。 As described above, the H-bridge output voltage V ab is obtained using the capacitor voltage V DC as a power source. Therefore, in the control unit 200, the H bridge output voltage command value V ab_ref is divided by the V DC detection value received from the capacitor voltage detection unit 3, and the obtained modulation command value D (= V ab_ref / V DC ) is obtained. This is output to the switching signal generator 208.

スイッチング信号生成部208では、変調指令値Dからパルス波のスイッチング信号を得る方法として、キャリア比較方式を用いている。例えば図7に示した構成により、−1〜+1の範囲で周期的に変化する三角波キャリアからなるキャリア信号Scarを生成し、キャリア信号Scarと変調指令値Dとをコンパレータ225,228で比較する。 The switching signal generation unit 208 uses a carrier comparison method as a method of obtaining a pulse wave switching signal from the modulation command value D. For example, with the configuration shown in FIG. 7, a carrier signal S car composed of a triangular wave carrier that periodically changes in the range of −1 to +1 is generated, and the carrier signal S car and the modulation command value D are compared by the comparators 225 and 228. To do.

キャリア信号Scarよりも変調指令値Dが大きければ、「1」の値をもつスイッチング信号S1_PWM,S4_PWMを出力すると共に、「0」の値をもつスイッチング信号S2_PWM,S3_PWMを出力する。 The larger the modulation command value D than the carrier signal S car, the switching signal S 1_PWM having a value of "1", outputs an S 4_PWM, the switching signal S 2_PWM having a value of "0", and outputs the S 3_PWM .

キャリア信号Scarよりも変調指令値Dが小さければ、「0」の値をもつスイッチング信号S1_PWM,S4_PWMを出力すると共に、「1」の値をもつスイッチング信号S2_PWM,S3_PWMを出力する。 The smaller the modulation command value D than the carrier signal S car, the switching signal S 1_PWM having a value of "0", and outputs the S 4_PWM, the switching signal S 2_PWM having a value of "1", and outputs the S 3_PWM .

電力変換装置100では、このスイッチング信号S1_PWM〜S4_PWMに応じて、Hブリッジの各スイッチS1〜S4を「1」で点弧し、「0」で消弧することで、所望のHブリッジ出力電圧Vabを得ている。 In the power conversion apparatus 100, in response to the switching signal S 1_PWM ~S 4_PWM, by igniting the switches S 1 to S 4 of the H-bridge at "1", extinguished by "0", the desired H The bridge output voltage V ab is obtained.

また、このキャリア信号Scarの周期(=1/fc)を変化させることで、各スイッチS1〜S4のスイッチング周波数を可変することができる。 Further, by changing the period of the carrier signal S car (= 1 / f c ), it is possible to vary the switching frequency of the switches S 1 to S 4.

キャリア周波数fcだけを変化させる場合、Hブリッジ出力電圧Vabには影響がない。そのため、キャリア周波数fcを可変することで、Hブリッジ出力電圧Vabの低周波成分(すなわち、交流電源電流IACに対応する成分)に影響を与えることなく、スイッチング周波数を可変でき、負荷側の出力電圧Voutを制御することができる。 Case of only changing the carrier frequency f c, has no effect on the H-bridge output voltage V ab. Therefore, by changing the carrier frequency f c , the switching frequency can be changed without affecting the low frequency component of the H-bridge output voltage V ab (that is, the component corresponding to the AC power supply current I AC ). it is possible to control the output voltage V out.

上述したように本実施形態によれば、第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to obtain the same functions and effects as those of the first embodiment.

<第4の実施形態>
図8は、第4の実施形態に係る電力変換装置及びその周辺構成を示す模式図である。
<Fourth Embodiment>
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a power conversion apparatus according to the fourth embodiment and its peripheral configuration.

第4の実施形態は、第1〜第3の各実施形態の変形例であり、第1インダクタL1に流れる第1インダクタ電流IL1に基づいて、各スイッチS1〜S4をスイッチングする形態である。 The fourth embodiment is a modification of the first to third embodiments, and switches each of the switches S 1 to S 4 based on a first inductor current I L1 flowing through the first inductor L 1. It is.

ここで、電力変換装置200aは、図1に示した構成のうち、交流電源電流IACを検出する電源電流検出部2(電源電流検出手段)に代えて、第1インダクタL1に流れる第1インダクタ電流IL1を検出する回路電流検出部2a(第1電流検出手段)を備えている。なお、回路電流検出部2aは、第1インダクタL1と接続点M1との間に直列に接続され、第1インダクタL1に流れる第1インダクタ電流IL1を検出し、IL1検出値を制御部200aに出力する。 Here, in the power converter 200a, in the configuration shown in FIG. 1, instead of the power source current detecting unit 2 (power source current detecting means) that detects the AC power source current I AC , the first current flowing through the first inductor L 1 is used. A circuit current detection unit 2a (first current detection means) for detecting the inductor current I L1 is provided. Incidentally, the circuit current detector 2a, is connected in series between the first inductor L 1 and the connection point M 1, detects the first inductor current I L1 flowing in the first inductor L 1, the I L1 detection value It outputs to the control part 200a.

これに伴い、制御部200aは、IAC検出値に代えて、IL1検出値に基づく制御を実行する。 Accordingly, the control unit 200a performs control based on the I L1 detection value instead of the I AC detection value.

このような制御部200aは、例えば図9に示すように、VDC_ref設定部201、減算部202、電圧制御器(AVR)203、交流指令値計算部204、VDC_ref設定部231、差動増幅部232、幅調整部233、コンパレータ234,235、SR-F/F236及びNOT回路237を備えている。 For example, as shown in FIG. 9, such a control unit 200a includes a V DC_ref setting unit 201, a subtraction unit 202, a voltage controller (AVR) 203, an AC command value calculation unit 204, a V DC_ref setting unit 231, a differential amplification. Part 232, width adjusting part 233, comparators 234 and 235, SR-F / F 236, and NOT circuit 237.

ここで、VDC_ref設定部201、減算部202、電圧制御器(AVR)203及び交流指令値計算部204は、前述同様の機能をもっている。但し、交流指令値計算部204により得られた電流指令値IAC_refの出力先は、幅調整部233である。なお、VDC_ref設定部201、減算部202及び電圧制御器(AVR)203は、キャパシタ電圧VDCの検出値に基づいて、交流電源電流IACの振幅指令値IAC_amp_refを計算する振幅指令値計算手段を構成している。交流指令値計算部204のうち、例えば図3に示したPLL211及び正弦波生成部212は、交流電源電圧VACの検出値に基づいて、交流電源電圧VACと同位相の正弦波sin ωtを生成する正弦波生成手段を構成している。また、交流指令値計算部204のうち、例えば図3に示した乗算部213は、振幅指令値IAC_amp_ref及び正弦波sin ωtに基づいて、交流電源電流の電流指令値IAC_refを計算する電流指令値計算手段を構成している。 Here, the V DC_ref setting unit 201, the subtraction unit 202, the voltage controller (AVR) 203, and the AC command value calculation unit 204 have the same functions as described above. However, the output destination of the current command value I AC_ref obtained by the AC command value calculation unit 204 is the width adjustment unit 233. The V DC_ref setting unit 201, the subtracting unit 202, and the voltage controller (AVR) 203 calculate an amplitude command value for calculating the amplitude command value I AC_amp_ref of the AC power supply current I AC based on the detected value of the capacitor voltage V DC. Means. Of the AC command value calculating section 204, for example PLL211 and sine wave generating unit 212 shown in FIG. 3, based on the detected value of the AC power supply voltage V AC, a sine wave sin .omega.t of the AC power source voltage V AC in phase The sine wave generation means to generate is comprised. Further, for example, the multiplication unit 213 illustrated in FIG. 3 in the AC command value calculation unit 204 calculates a current command value I AC_ref of the AC power supply current based on the amplitude command value I AC_amp_ref and the sine wave sin ωt. It constitutes a value calculation means.

out_ref設定部231は、予め設定されたキャパシタCoutの電圧指令値Vout_refを差動増幅部232に出力する。 The V out_ref setting unit 231 outputs a preset voltage command value V out_ref of the capacitor C out to the differential amplification unit 232.

差動増幅部(幅送出手段)232は、Vout_ref設定部231から受けた電圧指令値Vout_refと、出力電圧検出部4から受けたVout検出値との偏差を検出し、偏差に応じた値を幅dif1として幅調整部233に出力する。 The differential amplifying unit (width sending means) 232 detects a deviation between the voltage command value V out_ref received from the V out_ref setting unit 231 and the V out detection value received from the output voltage detecting unit 4, and responds to the deviation. The value is output to the width adjustment unit 233 as the width dif1.

幅調整部233は、電流指令値IAC_refに幅dif1を持たせて消弧指令値envUP及び点弧指令値envDNを生成する指令値生成手段を構成している。 The width adjusting unit 233 constitutes command value generating means for generating the arc extinguishing command value envUP and the ignition command value envDN by giving the current command value I AC_ref a width dif1.

具体的には、幅調整部233は、図10に示すように、交流指令値計算部204から受けた電流指令値IAC_refに、差動増幅部232から受けた幅dif1を加算及び減算して、消弧指令値及び点弧指令値を生成する。消弧指令値は、電流指令値IAC_refに幅dif1を加算した値envUPとし、点弧指令値は、電流指令値IAC_refに幅dif1を減算した値envDNとする。 Specifically, as shown in FIG. 10, the width adjusting unit 233 adds and subtracts the width dif1 received from the differential amplifier 232 to the current command value I AC_ref received from the AC command value calculating unit 204. The arc extinguishing command value and the firing command value are generated. The extinguishing command value is a value envUP obtained by adding the width dif1 to the current command value I AC_ref , and the firing command value is a value envDN obtained by subtracting the width dif1 from the current command value I AC_ref .

envUP=IAC_ref+dif1
envDN=IAC_ref−dif1
幅調整部233は、点弧指令値envDNをコンパレータ234の非反転入力端子に出力し、消弧指令値envUPをコンパレータ235の反転入力端子に出力する。
envUP = I AC_ref + dif1
envDN = I AC_ref −dif1
The width adjusting unit 233 outputs the firing command value envDN to the non-inverting input terminal of the comparator 234 and outputs the extinguishing command value envUP to the inverting input terminal of the comparator 235.

コンパレータ234,235は、交流電源電流IACの検出値に代えて第1インダクタ電流IL1の検出値を用い、第1インダクタ電流IL1の検出値が消弧指令値envUPと点弧指令値envDNとの範囲内に収まるか否かを判定する判定手段を構成している。 Comparator 234 and 235, the AC power source current using the detection value of the first inductor current I L1 instead of the detection value of the I AC, the detection value extinguishing command value envUP and firing command value of the first inductor current I L1 EnvDN The determination means which determines whether it is settled in the range is established.

具体的には、コンパレータ234は、幅調整部233から非反転入力端子に受けた点弧指令値envDNと、回路電流検出部2aから反転入力端子に受けたIL1検出値とを比較し、IL1検出値が点弧指令値envDNより低いとき、「1」の値をもつセット信号S_setをSR-F/F236に出力する。具体的には、IL1<envDNのとき、「1」のセット信号S_setが出力され、IL1>envDNのとき、「0」のセット信号S_setが出力される。 Specifically, the comparator 234 compares the ignition command value envDN received at the non-inverting input terminal from the width adjustment unit 233 with the I L1 detection value received at the inverting input terminal from the circuit current detection unit 2a. When the L1 detection value is lower than the firing command value envDN, a set signal S_set having a value of “1” is output to the SR-F / F 236. Specifically, I L1 <When EnvDN, the set signal S _set of "1" is output, I L1> when EnvDN, the set signal S _set "0" is output.

コンパレータ235は、幅調整部233から反転入力端子に受けた消弧指令値envUPと、回路電流検出部2aから非反転入力端子に受けたIL1検出値とを比較し、IL1検出値が消弧指令値envUPより高いとき、「1」の値をもつリセット信号R_resetをSR-F/F236に出力する。具体的には、IL1>envUPのとき、「1」のリセット信号R_resetが出力され、IL1<envUPのとき、「0」のリセット信号R_resetが出力される。 The comparator 235 compares the arc extinguishing command value envUP received at the inverting input terminal from the width adjustment unit 233 with the I L1 detection value received at the non-inverting input terminal from the circuit current detection unit 2a, and the I L1 detection value is erased. When it is higher than the arc command value envUP, a reset signal R_reset having a value of “1” is output to the SR-F / F 236. Specifically, when I L1 > envUP, a reset signal R_reset of “1” is output, and when I L1 <envUP, a reset signal R_reset of “0” is output.

SR-F/F236及びNOT回路237は、判定手段(234,235)による判定の結果に応じて、第1インダクタ電流IL1の検出値が範囲内(envUP≦IL1≦envDN)から外れるタイミングで開閉を切り替えるようにスイッチング信号S1_PWM〜S4_PWMを生成する第2生成手段を構成している。 The SR-F / F 236 and the NOT circuit 237 have a timing at which the detected value of the first inductor current I L1 is out of the range (envUP ≦ I L1 ≦ envDN) according to the determination result by the determination means (234, 235). The second generation means for generating the switching signals S 1_PWM to S 4_PWM so as to switch between opening and closing is configured.

具体的には、SR-F/F236は、各コンパレータ234,235から受けた信号S_set,R_resetに応じてスイッチング信号S2_PWM,S3_PWMをNOT回路237並びに第2及び第3スイッチS2,S3に出力する。 Specifically, the SR-F / F 236 sends the switching signals S 2_PWM , S 3_PWM to the NOT circuit 237 and the second and third switches S 2 , S 2 , responsive to the signals S_set , R_reset received from the comparators 234, 235. and outputs it to the S 3.

具体的には、S_set=0、R_reset=0のとき、スイッチング信号S2_PWM,S3_PWMの状態を変化させない。 Specifically, when S _set = 0, R _reset = 0, do not alter the switching signal S 2_PWM, the status of the S 3_PWM.

_set=1、R_reset=0のとき、「1」のスイッチング信号S2_PWM,S3_PWMを出力する。 When S_set = 1 and R_reset = 0, “1” switching signals S 2_PWM and S 3_PWM are output.

_set=0、R_reset=1のとき、「0」のスイッチング信号S2_PWM,S3_PWMを出力する。 When S_set = 0 and R_reset = 1, switching signals S2_PWM and S3_PWM of “0” are output.

NOT回路237は、SR-F/F236から受けたスイッチング信号S2_PWM,S3_PWMを反転させてスイッチング信号S1_PWM,S4_PWMを生成し、このスイッチング信号S1_PWM,S4_PWMを第1及び第4スイッチS1,S4に出力する。 The NOT circuit 237 generates the switching signals S 1_PWM and S 4_PWM by inverting the switching signals S 2_PWM and S 3_PWM received from the SR-F / F 236 , and uses the switching signals S 1_PWM and S 4_PWM as the first and fourth switches. Output to S 1 and S 4 .

次に、以上のように構成された電力変換装置の動作について説明する。   Next, the operation of the power conversion device configured as described above will be described.

前述した通り、交流電源電圧VACとHブリッジ出力電圧Vabの差分が第1インダクタL1やトランス1次巻線Tn1に印加される。すなわち、Hブリッジ出力電圧Vabに応じて第1インダクタL1に印加される電圧VL1が変化し、その結果第1インダクタL1に流れる第1インダクタ電流IL1が変化する。ここでは、その第1インダクタ電流IL1の変化に応じてHブリッジの各スイッチS1〜S4をスイッチングさせる方法について述べる。 As described above, the difference between the AC power supply voltage V AC and the H-bridge output voltage V ab is applied to the first inductor L 1 and the transformer primary winding T n1 . That is, the voltage V L1 applied to the first inductor L 1 changes according to the H-bridge output voltage V ab, and as a result, the first inductor current I L1 flowing through the first inductor L 1 changes. Here, a method of switching each of the switches S 1 to S 4 of the H bridge according to the change of the first inductor current I L1 will be described.

スイッチング信号S1_PWM〜S4_PWMを生成するために、Hブリッジに直列接続した第1インダクタL1に流れる第1インダクタ電流IL1の瞬時値を示すIL1検出値を用いる。第1インダクタ電流IL1の検出値は、交流電源V1からHブリッジに向かって流れる方向を正とする。その第1インダクタ電流検出値と、第1インダクタL1に流したい電流、すなわち電力変換装置100へ流れ込む交流電源電流IACの電流指令値IAC_refとを比較する。そして、電流指令値IAC_refに対して第1インダクタL1の第1インダクタ電流IL1が小さければ、第1インダクタ電流IL1が増える方向にHブリッジをスイッチングする。 In order to generate the switching signals S 1 — PWM to S 4 — PWM , an I L1 detection value indicating an instantaneous value of the first inductor current I L1 flowing in the first inductor L 1 connected in series to the H bridge is used. The detected value of the first inductor current I L1 is positive in the direction flowing from the AC power supply V1 toward the H bridge. The first inductor current detection value is compared with the current desired to flow through the first inductor L 1 , that is, the current command value I AC_ref of the AC power supply current I AC flowing into the power converter 100. If the first inductor current I L1 of the first inductor L 1 is smaller than the current command value I AC_ref , the H bridge is switched in the direction in which the first inductor current I L1 increases.

図8を例にすると、第2及び第3スイッチS2,S3を点弧し、第1及び第4スイッチS1,S4を消弧する。そして、第1インダクタ電流値IL1が電流指令値IAC_refに達したら第2及び第3スイッチS2,S3を消弧し、第1及び第4スイッチS1,S4を点弧し、第1インダクタ電流IL1を減らす方向にスイッチングする。 Taking FIG. 8 as an example, the second and third switches S 2 and S 3 are fired, and the first and fourth switches S 1 and S 4 are extinguished. When the first inductor current value I L1 reaches the current command value I AC_ref , the second and third switches S 2 and S 3 are extinguished, the first and fourth switches S 1 and S 4 are fired, Switching is performed in a direction that reduces the first inductor current I L1 .

しかしながら、一つの電流指令値IAC_refと、第1インダクタ電流IL1の検出値IL1とを比較してスイッチング動作を判定すると、連続的なスイッチング動作が生じ、発振してしまう。 However, if the switching operation is determined by comparing one current command value I AC_ref with the detected value I L1 of the first inductor current I L1 , a continuous switching operation occurs and oscillation occurs.

そこで、制御部200aでは、第2及び第3スイッチS2,S3を点弧するための点弧指令値envDNと、消弧するための消弧指令値envUPとを用意し、第1インダクタ電流IL1の検出値とそれぞれ比較することでスイッチの点弧と消弧のタイミングに幅を持たせている。 Therefore, the control unit 200a prepares an ignition command value envDN for igniting the second and third switches S 2 and S 3 and an arc extinguishing command value envUP for extinguishing the first inductor current. By comparing with the detected value of I L1 , the timing for starting and extinguishing the switch is widened.

ここで、点弧指令値envDNと消弧指令値envUPは、入力電流指令値IAC_refに対して偏差dif1を持たせた値とする。これは、いわゆるヒステリシスコンパレータの構成である。 Here, the firing command value envDN and the extinguishing command value envUP are values having a deviation dif1 with respect to the input current command value I AC_ref . This is a so-called hysteresis comparator configuration.

ヒステリシスコンパレータの構成を用いることで、図10に示す第1インダクタ電流IL1は、電流指令値IAC_refに追従しながら2つの指令値envUP、envDNの間を折り返すようにスイッチング制御される。このような第1インダクタ電流IL1は、電流指令値IAC_refの低周波成分と、折り返しによる高周波成分とを含む。 By using the configuration of the hysteresis comparator, the first inductor current I L1 shown in FIG. 10 is switching-controlled so as to return between the two command values envUP and envDN while following the current command value I AC_ref . Such a first inductor current I L1 includes a low frequency component of the current command value I AC_ref and a high frequency component due to aliasing.

制御部200aは、各指令値envUP、envDNとIL1検出値とを常に比較し、例えば、IL1検出値が消弧指令値envUPより外側に出たことを検出したら4つのスイッチS1〜S4の状態を反転させ、第1インダクタ電流IL1の傾きを反転させる。 The control unit 200a constantly compares the command values envUP, envDN and the I L1 detection value. For example, if the control unit 200a detects that the I L1 detection value is outside the extinguishing command value envUP, the four switches S 1 to S The state of 4 is inverted, and the slope of the first inductor current I L1 is inverted.

また、制御部200aは、IL1検出値が点弧指令値envDNより外に出たことを検出したら再び4つのスイッチS1〜S4の状態を反転させ、第1インダクタ電流IL1の傾きを再び反転させる。 In addition, when the control unit 200a detects that the detected value of I L1 is out of the ignition command value envDN, the control unit 200a reverses the states of the four switches S 1 to S 4 again, and sets the slope of the first inductor current I L1 . Invert again.

従って、制御部200aは、電流指令値IAC_refに追従するようにHブリッジのスイッチング信号S1_PWM〜S4_PWMを生成してHブリッジ出力電圧Vabを制御できる。このとき、点弧指令値envDNと、消弧指令値envUPのそれぞれ偏差dif1を調整することでスイッチング周波数を加減でき、出力電圧Voutを制御できる。 Accordingly, the control unit 200a can control the H-bridge output voltage V ab by generating the H-bridge switching signals S 1 — PWM to S 4 — PWM so as to follow the current command value I AC — ref . At this time, the switching frequency can be adjusted by adjusting the deviations dif1 between the ignition command value envDN and the extinguishing command value envUP, and the output voltage Vout can be controlled.

上述したように本実施形態によれば、第1インダクタL1に流れる第1インダクタ電流IL1に基づいて、各スイッチS1〜S4をスイッチングする構成としても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。 As described above, according to the present embodiment, the configuration in which the switches S 1 to S 4 are switched based on the first inductor current I L1 flowing through the first inductor L 1 is the same as that of the first embodiment. An effect can be obtained.

<第5の実施形態>
図11は第5の実施形態に係る電力変換装置及びその周辺構成を示す模式図である。
<Fifth Embodiment>
FIG. 11 is a schematic diagram showing a power conversion device according to the fifth embodiment and its peripheral configuration.

第5の実施形態は、第1〜第3の実施形態の変形例であり、キャパシタCDCの出力電圧VDCを検出する出力電圧検出部4に代えて、トランスに設けられた電圧検出用の回路(第2電圧検出手段)を備えている。なお、第5の実施形態は、第4の実施形態の変形例としてもよいが、ここでは第1〜第3の実施形態の変形例の場合を例に挙げて述べる。 The fifth embodiment is a modification of the first to third embodiments, instead of the output voltage detecting unit 4 for detecting the output voltage V DC of the capacitor C DC, a voltage detection provided in trans A circuit (second voltage detection means) is provided. The fifth embodiment may be a modification of the fourth embodiment, but here, a case of a modification of the first to third embodiments will be described as an example.

ここで、電圧検出用の回路は、トランス1次巻線Tn1に電磁的に結合したトランス3次巻線Tn3と、トランス3次巻線Tn3に接続された第2整流手段(D7,D8,Cdet)と、、第2整流手段の出力電圧(Vout’)を第1整流手段(D5,D6,Cout)の出力電圧Voutとして検出する出力電圧検出部4a(第2電圧検出部)とを備えている。 Here, the voltage detection circuit includes a transformer tertiary winding T n3 electromagnetically coupled to the transformer primary winding T n1 and a second rectifier (D 7) connected to the transformer tertiary winding T n3. , D 8, C det) and ,, second output voltage detection unit 4a that detects an output voltage V out of the rectifying means of the output voltage (V out ') the first rectifying means (D 5, D 6, C out) (Second voltage detector).

具体的には、トランス3次巻線Tn3の両端には、それぞれ第7ダイオードD7及び第8ダイオードD8の各アノード端子が接続される。第7ダイオードD7及び第8ダイオードD8の各カソード端子は互いに接続される。各カソード端子の接続点と、第8ダイオードD8のアノード端子との間には、キャパシタCoutが接続される。キャパシタCdetの両端には、キャパシタCdetの電圧Vout’を検出する出力電圧検出部4aが並列に接続される。 Specifically, the anode terminals of the seventh diode D 7 and the eighth diode D 8 are connected to both ends of the transformer tertiary winding T n3 , respectively. The cathode terminals of the seventh diode D 7 and the eighth diode D 8 are connected to each other. A connecting point of each cathode terminal, between the anode terminal of the eighth diode D 8, capacitor C out is connected. At both ends of the capacitor C det, the output voltage detection unit 4a that detects a voltage V out 'of the capacitor C det are connected in parallel.

出力電圧検出部4aは、キャパシタCdetの電圧Vout’を検出し、Vout’検出値を制御部200に出力する。制御部200は、Vout’検出値を定数乗算部(図示せず)などによりVout検出値に換算し、得られたVout検出値に基づいて、前述同様に動作する。なお、制御部200は、トランスに設けられた電圧検出用の回路の設計値によっては、Vout’検出値をVout検出値として入力し、このVout検出値に基づいて、前述同様に動作することも可能である。 The output voltage detector 4 a detects the voltage V out ′ of the capacitor C det and outputs the detected value V out ′ to the controller 200. Control unit 200, converted to V out detection value due constant multiplier section V out 'detection value (not shown), based on the V out detection values obtained, operates as before. Depending on the design value of the voltage detection circuit provided in the transformer, the control unit 200 inputs the V out ′ detection value as the V out detection value, and operates in the same manner as described above based on the V out detection value. It is also possible to do.

以上のような構成によれば、トランス3次巻線Tn3の電圧を整流して得られる電圧Vout’を制御部200にフィードバックしてスイッチング周波数を可変し、負荷5に供給される出力電圧Voutを制御する。トランスの2次側及び3次側に現れる電圧は、トランス1次側に印加される電圧によって決まる。そのため、トランスの2次側及び3次側に現れる各々の電圧は同様の挙動を示す。 According to the above configuration, the voltage V out ′ obtained by rectifying the voltage of the transformer tertiary winding T n3 is fed back to the control unit 200 to change the switching frequency, and the output voltage supplied to the load 5 V out is controlled. The voltage appearing on the secondary and tertiary sides of the transformer is determined by the voltage applied to the transformer primary side. Therefore, each voltage appearing on the secondary side and the tertiary side of the transformer exhibits the same behavior.

よって、トランス3次巻線Tn3の電圧を整流及び平滑して得られた電圧Vout’を検出することにより、2次側の負荷5に供給する出力電圧Voutを間接的に検出することが可能となる。 Therefore, the output voltage V out supplied to the secondary load 5 is indirectly detected by detecting the voltage V out ′ obtained by rectifying and smoothing the voltage of the transformer tertiary winding T n3. Is possible.

上述したように本実施形態によれば、キャパシタCDCの出力電圧VDCを検出する出力電圧検出部4に代えて、トランスに設けられた電圧検出用の回路を備えたとしても、第1〜第4の各実施形態と同様の効果を得ることができる。 According to the present embodiment as described above, instead of the output voltage detecting unit 4 for detecting the output voltage V DC of the capacitor C DC, even with a circuit for voltage detection is provided in the transformer, the first to The same effects as those of the fourth embodiment can be obtained.

これに加え、一般に、制御部は、1次側の電位を基準として構成されることが多いため、2次側の電圧Voutを検出するには絶縁アンプ等の部品が必要となる。これに対し、本実施形態では、トランス3次巻線Tn3を追加して電圧Vout’を検出し、Vout’検出値を制御部200に入力する。 In addition to this, in general, since the control unit is often configured with the primary side potential as a reference, components such as an insulation amplifier are required to detect the secondary side voltage Vout . In contrast, in the present embodiment, the transformer tertiary winding T n3 is added to detect the voltage V out ′, and the detected value V out ′ is input to the control unit 200.

従って、本実施形態によれば、絶縁アンプ等の追加部品なしで、第1〜第3の各実施形態と同様の制御を実現することができる。   Therefore, according to the present embodiment, the same control as in the first to third embodiments can be realized without additional components such as an insulation amplifier.

なお、本実施形態は、第1〜第3の実施形態に限らず、第4の実施形態に適用する場合も同様に実施でき、この場合も同様の作用効果を得ることができる。   The present embodiment is not limited to the first to third embodiments, and can be similarly applied when applied to the fourth embodiment. In this case, the same function and effect can be obtained.

<他の実施形態>
各実施形態では、単相の交流電源V1を用いたが、交流電源V1は単相に限定するものではない。三相あるいはそれ以上の多相の交流電源を用いることも可能である。
<Other embodiments>
In each embodiment, the single-phase AC power supply V1 is used, but the AC power supply V1 is not limited to a single phase. It is also possible to use a three-phase or higher-phase AC power source.

また、各実施形態ではスイッチとしてFET(電界効果トランジスタ)S1〜S4を用いたが、これに限定されるものではない。例えば、バイポーラトランジスタ、IGBT、GaN、SiC等の半導体素子を用いても良い。あるいはリレーのような機械式スイッチとダイオードの組み合わせで、HブリッジのスイッチS1〜S4を構成してもよい。 In each embodiment, FETs (field effect transistors) S1 to S4 are used as switches. However, the present invention is not limited to this. For example, a semiconductor element such as a bipolar transistor, IGBT, GaN, or SiC may be used. Alternatively, the H-bridge switches S 1 to S 4 may be configured by a combination of a mechanical switch such as a relay and a diode.

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1]交流電源に直列に接続されて閉ループを形成するフィルタ用インダクタ及びフィルタ用キャパシタを有するローパスフィルタと、前記フィルタ用インダクタと前記フィルタ用キャパシタとの接続点に一端が接続された第1インダクタと、前記交流電源と前記フィルタ用キャパシタとの接続点に一端が接続されたトランス1次巻線と、前記トランス1次巻線に電磁的に結合したトランス2次巻線とを有するトランスと、前記第1インダクタの他端を介して第1スイッチと第2スイッチとを直列に接続するとともに、前記トランス1次巻線の他端を介して第3スイッチと第4スイッチとを直列に接続し、前記第1スイッチと前記第3スイッチ及び前記第2スイッチと前記第4スイッチをそれぞれ接続して閉ループを形成し、前記第3スイッチと第4スイッチの両端に平滑用キャパシタを接続してなるHブリッジと、前記トランス2次巻線に接続された第1整流手段と、前記交流電源の交流電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、前記交流電源に流す交流電源電流を検出する電源電流検出手段と、前記平滑用キャパシタのキャパシタ電圧を検出するキャパシタ電圧検出手段と、前記第1整流手段から負荷に出力される出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、前記交流電源電圧の検出値、前記交流電源電流の検出値、及び前記キャパシタ電圧の検出値に基づいて、前記交流電源電圧に同期した交流電源電流を流すように、且つ前記出力電圧の検出値に基づいて、前記出力電圧に対する出力電圧指令値との偏差を解消するように、前記第1スイッチと第4スイッチの組と、前記第2スイッチと第3スイッチの組とを交互に開閉するためのスイッチング信号を、前記第1スイッチと第4スイッチの組と、前記第2スイッチと第3スイッチの組とに供給する制御手段と、を具備し、前記制御手段は、前記出力電圧の検出値に基づいて前記出力電圧指令値との偏差の大きさに基づいてスイッチング周波数を決定し、そのスイッチング周波数に応じたスイッチング信号を生成する信号生成手段を備えたことを特徴とする電力変換装置。
[2]付記1に記載の電力変換装置において、前記信号生成手段は、前記出力電圧の検出値に基づいて、前記出力電圧指令値との偏差の大きさに基づいてキャリア周波数を計算する周波数計算手段と、前記キャリア周波数を有するキャリア信号を生成するキャリア生成手段と、前記キャリア信号に基づいて、前記スイッチング信号を生成する第1生成手段とを備えたことを特徴とする電力変換装置。
[3]付記1に記載の電力変換装置において、前記電源電流検出手段に代えて、前記第1インダクタに流れる第1インダクタ電流を検出する第1電流検出手段を備え、前記制御手段は、前記キャパシタ電圧の検出値に基づいて、前記交流電源電流の振幅指令値を計算する振幅指令値計算手段と、前記交流電源電圧の検出値に基づいて、前記交流電源電圧と同位相の正弦波を生成する正弦波生成手段と、前記振幅指令値及び前記正弦波に基づいて、前記交流電源電流の電流指令値を計算する電流指令値計算手段と、前記出力電圧の検出値と前記出力電圧指令値との偏差を検出し、前記偏差に応じた値を幅として送出する幅送出手段と、前記電流指令値に前記幅を持たせて消弧指令値及び点弧指令値を生成する指令値生成手段と、前記交流電源電流の検出値に代えて前記第1インダクタ電流の検出値を用い、前記第1インダクタ電流の検出値が前記消弧指令値と前記点弧指令値との範囲内に収まるか否かを判定する判定手段と、前記判定の結果に応じて、前記第1インダクタ電流の検出値が前記範囲内から外れるタイミングで前記開閉を切り替えるように前記スイッチング信号を生成する第2生成手段と、を備えたことを特徴とする電力変換装置。
[4]付記1乃至付記3のいずれか1項に記載の電力変換装置において、前記出力電圧検出手段に代えて、第2電圧検出手段を備え、前記第2電圧検出手段は、前記トランス1次巻線に電磁的に結合したトランス3次巻線と、前記トランス3次巻線に接続された第2整流手段と、前記第2整流手段の出力電圧を前記第1整流手段の出力電圧として検出する第2電圧検出部と、を備えたことを特徴とする電力変換装置。
In addition, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
Hereinafter, the invention described in the scope of claims of the present application will be appended.
[1] A low-pass filter having a filter inductor and a filter capacitor connected in series to an AC power source to form a closed loop, and a first inductor having one end connected to a connection point between the filter inductor and the filter capacitor A transformer having a transformer primary winding having one end connected to a connection point between the AC power supply and the filter capacitor; and a transformer secondary winding electromagnetically coupled to the transformer primary winding; A first switch and a second switch are connected in series via the other end of the first inductor, and a third switch and a fourth switch are connected in series via the other end of the transformer primary winding. The first switch, the third switch, the second switch, and the fourth switch are connected to form a closed loop, and the third switch And an H bridge formed by connecting a smoothing capacitor to both ends of the fourth switch, a first rectifying means connected to the transformer secondary winding, and a power supply voltage detecting means for detecting an AC power supply voltage of the AC power supply. A power supply current detecting means for detecting an AC power supply current flowing to the AC power supply, a capacitor voltage detecting means for detecting a capacitor voltage of the smoothing capacitor, and an output voltage output from the first rectifying means to the load. Based on an output voltage detection means, a detection value of the AC power supply voltage, a detection value of the AC power supply current, and a detection value of the capacitor voltage, an AC power supply current synchronized with the AC power supply voltage is caused to flow, and Based on the detected value of the output voltage, the set of the first switch and the fourth switch and the second switch so as to eliminate the deviation from the output voltage command value with respect to the output voltage. A control means for supplying a switching signal for alternately opening and closing the switch and the third switch set to the first switch and the fourth switch set and the second switch and the third switch set; And the control means determines a switching frequency based on a deviation from the output voltage command value based on the detected value of the output voltage, and generates a switching signal corresponding to the switching frequency. A power conversion device comprising means.
[2] In the power conversion device according to attachment 1, the signal generation unit calculates a carrier frequency based on a magnitude of deviation from the output voltage command value based on the detected value of the output voltage. A power conversion device comprising: means; carrier generation means for generating a carrier signal having the carrier frequency; and first generation means for generating the switching signal based on the carrier signal.
[3] In the power conversion device according to attachment 1, in place of the power supply current detection unit, the power conversion device includes first current detection unit that detects a first inductor current flowing in the first inductor, and the control unit includes the capacitor Amplitude command value calculation means for calculating an amplitude command value of the AC power supply current based on the detected voltage value, and a sine wave in phase with the AC power supply voltage based on the detected value of the AC power supply voltage A sine wave generating means; a current command value calculating means for calculating a current command value of the AC power supply current based on the amplitude command value and the sine wave; and a detection value of the output voltage and the output voltage command value. Width sending means for detecting a deviation and sending a value corresponding to the deviation as a width; command value generating means for generating the extinguishing command value and the firing command value by giving the current command value the width; AC power supply The determination value for determining whether or not the detected value of the first inductor current falls within the range between the extinction command value and the ignition command value is used instead of the detected value of the first inductor current. And second generation means for generating the switching signal so as to switch the opening and closing at a timing when the detected value of the first inductor current deviates from the range according to the result of the determination. A power conversion device.
[4] In the power conversion device according to any one of appendix 1 to appendix 3, a second voltage detection unit is provided instead of the output voltage detection unit, and the second voltage detection unit includes the transformer primary. A transformer tertiary winding electromagnetically coupled to the winding, a second rectifier connected to the transformer tertiary winding, and an output voltage of the second rectifier detected as an output voltage of the first rectifier And a second voltage detector.

1…入力電圧検出部、2…電源電流検出部、2a…回路電流検出部、3…キャパシタ電圧検出部、4,4a…出力電圧検出部、5…負荷、100,100a…電力変換装置、200,200a…制御部、201,231…VDC_ref設定部、202,205,222…減算部、203,223…電圧制御器(AVR)、204…交流指令値計算部、206…電流制御器(ACR)、207…除算部、208…スイッチング信号生成部、210,227…定数乗算部、211…PLL、212…正弦波生成部、213…乗算部、221…Vout_ref設定部、224…キャリア生成部、225,228,234,235…コンパレータ、226,229,237…NOT回路、232…差動増幅部、233…幅調整部、236…SR-F/F。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Input voltage detection part, 2 ... Power supply current detection part, 2a ... Circuit current detection part, 3 ... Capacitor voltage detection part, 4, 4a ... Output voltage detection part, 5 ... Load, 100, 100a ... Power converter, 200 , 200a ... control unit, 201, 231 ... V DC_ref setting unit, 202, 205, 222 ... subtraction unit, 203, 223 ... voltage controller (AVR), 204 ... AC command value calculation unit, 206 ... current controller (ACR) 207, a division unit, 208, a switching signal generation unit, 210, 227, a constant multiplication unit, 211, a PLL, 212, a sine wave generation unit, 213, a multiplication unit, 221, a V out_ref setting unit, 224, a carrier generation unit. 225, 228, 234, 235, comparators, 226, 229, 237, NOT circuits, 232, differential amplifiers, 233, width adjusting units, 236, SR-F / F.

Claims (3)

交流電源に直列に接続されて閉ループを形成するフィルタ用インダクタ及びフィルタ用キャパシタを有するローパスフィルタと、
前記フィルタ用インダクタと前記フィルタ用キャパシタとの接続点に一端が接続された第1インダクタと、
前記交流電源と前記フィルタ用キャパシタとの接続点に一端が接続されたトランス1次巻線と、前記トランス1次巻線に電磁的に結合したトランス2次巻線とを有するトランスと、
前記第1インダクタの他端を介して第1スイッチと第2スイッチとを直列に接続するとともに、前記トランス1次巻線の他端を介して第3スイッチと第4スイッチとを直列に接続し、前記第1スイッチと前記第3スイッチ及び前記第2スイッチと前記第4スイッチをそれぞれ接続して閉ループを形成し、前記第3スイッチと第4スイッチの両端に平滑用キャパシタを接続してなるHブリッジと、
前記トランス2次巻線に接続された第1整流手段と、
前記交流電源の交流電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、
前記第1インダクタに流れる第1インダクタ電流を検出する第1電流検出手段と、
前記平滑用キャパシタのキャパシタ電圧を検出するキャパシタ電圧検出手段と、
前記第1整流手段から負荷に出力される出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、
前記交流電源電圧の検出値、前記第1インダクタ電流の検出値、及び前記キャパシタ電圧の検出値に基づいて、前記交流電源電圧に同期した第1インダクタ電流を流すように、且つ前記出力電圧の検出値に基づいて、前記出力電圧に対する出力電圧指令値との偏差を解消するように、前記第1スイッチと第4スイッチの組と、前記第2スイッチと第3スイッチの組とを交互に開閉するためのスイッチング信号を、前記第1スイッチと第4スイッチの組と、前記第2スイッチと第3スイッチの組とに供給する制御手段と、
を具備し、
前記制御手段は、
前記キャパシタ電圧の検出値に基づいて、交流電源に流す交流電源電流の振幅指令値を計算する振幅指令値計算手段と、
前記交流電源電圧の検出値に基づいて、前記交流電源電圧と同位相の正弦波を生成する正弦波生成手段と、
前記振幅指令値及び前記正弦波に基づいて、前記交流電源電流の電流指令値を計算する電流指令値計算手段と、
前記出力電圧の検出値と前記出力電圧指令値との偏差を検出し、前記偏差に応じた値を幅として送出する幅送出手段と、
前記電流指令値に前記幅を持たせて消弧指令値及び点弧指令値を生成する指令値生成手段と、
前記第1インダクタ電流の検出値が前記消弧指令値と前記点弧指令値との範囲内に収まるか否かを判定する判定手段と、
前記判定の結果に応じて、前記第1インダクタ電流の検出値が前記範囲内から外れるタイミングで前記開閉を切り替えるように前記スイッチング信号を生成する信号生成手段と、
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
A low-pass filter having a filter inductor and a filter capacitor connected in series to an AC power source to form a closed loop;
A first inductor having one end connected to a connection point between the filter inductor and the filter capacitor;
A transformer having a transformer primary winding having one end connected to a connection point between the AC power supply and the filter capacitor; and a transformer secondary winding electromagnetically coupled to the transformer primary winding;
A first switch and a second switch are connected in series via the other end of the first inductor, and a third switch and a fourth switch are connected in series via the other end of the transformer primary winding. The first switch, the third switch, the second switch, and the fourth switch are connected to form a closed loop, and a smoothing capacitor is connected to both ends of the third switch and the fourth switch. The bridge,
First rectifying means connected to the transformer secondary winding;
Power supply voltage detecting means for detecting an AC power supply voltage of the AC power supply;
First current detecting means for detecting a first inductor current flowing in the first inductor;
Capacitor voltage detecting means for detecting a capacitor voltage of the smoothing capacitor;
Output voltage detection means for detecting an output voltage output from the first rectification means to the load;
Based on the detected value of the AC power supply voltage, the detected value of the first inductor current , and the detected value of the capacitor voltage, the first inductor current synchronized with the AC power supply voltage is allowed to flow and the output voltage is detected. Based on the value, the set of the first switch and the fourth switch and the set of the second switch and the third switch are alternately opened and closed so as to eliminate the deviation from the output voltage command value with respect to the output voltage. Control means for supplying a switching signal for the first switch and the fourth switch, and the second switch and the third switch;
Comprising
The control means includes
Based on the detected value of the capacitor voltage, an amplitude command value calculating means for calculating an amplitude command value of the AC power supply current flowing to the AC power supply,
A sine wave generating means for generating a sine wave in phase with the AC power supply voltage based on the detected value of the AC power supply voltage;
Based on the amplitude command value and the sine wave, current command value calculation means for calculating a current command value of the AC power supply current;
A width sending means for detecting a deviation between the detected value of the output voltage and the output voltage command value, and sending a value corresponding to the deviation as a width;
Command value generating means for generating an arc extinguishing command value and an ignition command value by giving the current command value the width;
Determining means for determining whether or not the detected value of the first inductor current falls within a range between the extinction command value and the ignition command value;
Signal generating means for generating the switching signal so as to switch the opening and closing at a timing when the detection value of the first inductor current deviates from the range according to a result of the determination ;
A power conversion device comprising:
交流電源に直列に接続されて閉ループを形成するフィルタ用インダクタ及びフィルタ用キャパシタを有するローパスフィルタと、
前記フィルタ用インダクタと前記フィルタ用キャパシタとの接続点に一端が接続された第1インダクタと、
前記交流電源と前記フィルタ用キャパシタとの接続点に一端が接続されたトランス1次巻線と、前記トランス1次巻線に電磁的に結合したトランス2次巻線とを有するトランスと、
前記第1インダクタの他端を介して第1スイッチと第2スイッチとを直列に接続するとともに、前記トランス1次巻線の他端を介して第3スイッチと第4スイッチとを直列に接続し、前記第1スイッチと前記第3スイッチ及び前記第2スイッチと前記第4スイッチをそれぞれ接続して閉ループを形成し、前記第3スイッチと第4スイッチの両端に平滑用キャパシタを接続してなるHブリッジと、
前記トランス2次巻線に接続された第1整流手段と、
前記交流電源の交流電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、
前記交流電源に流す交流電源電流を検出する電源電流検出手段と、
前記平滑用キャパシタのキャパシタ電圧を検出するキャパシタ電圧検出手段と、
前記トランス1次巻線に電磁的に結合したトランス3次巻線と、
前記トランス3次巻線に接続された第2整流手段と、
前記第2整流手段の出力電圧を検出する第2電圧検出手段と
前記交流電源電圧の検出値、前記交流電源電流の検出値、及び前記キャパシタ電圧の検出値に基づいて、前記交流電源電圧に同期した交流電源電流を流すように、且つ前記出力電圧の検出値に基づいて、前記出力電圧に対する出力電圧指令値との偏差を解消するように、前記第1スイッチと第4スイッチの組と、前記第2スイッチと第3スイッチの組とを交互に開閉するためのスイッチング信号を、前記第1スイッチと第4スイッチの組と、前記第2スイッチと第3スイッチの組とに供給する制御手段と、
を具備し、
前記制御手段は、前記出力電圧の検出値前記出力電圧指令値との偏差の大きさに基づいてスイッチング周波数を決定し、そのスイッチング周波数に応じたスイッチング信号を生成する信号生成手段を備えたことを特徴とする電力変換装置。
A low-pass filter having a filter inductor and a filter capacitor connected in series to an AC power source to form a closed loop;
A first inductor having one end connected to a connection point between the filter inductor and the filter capacitor;
A transformer having a transformer primary winding having one end connected to a connection point between the AC power supply and the filter capacitor; and a transformer secondary winding electromagnetically coupled to the transformer primary winding;
A first switch and a second switch are connected in series via the other end of the first inductor, and a third switch and a fourth switch are connected in series via the other end of the transformer primary winding. The first switch, the third switch, the second switch, and the fourth switch are connected to form a closed loop, and a smoothing capacitor is connected to both ends of the third switch and the fourth switch. The bridge,
First rectifying means connected to the transformer secondary winding;
Power supply voltage detecting means for detecting an AC power supply voltage of the AC power supply;
A power source current detecting means for detecting an AC power source current flowing to the AC power source;
Capacitor voltage detecting means for detecting a capacitor voltage of the smoothing capacitor;
A transformer tertiary winding electromagnetically coupled to the transformer primary winding;
A second rectifying means connected to the transformer tertiary winding;
Second voltage detecting means for detecting an output voltage of the second rectifying means ;
Based on the detected value of the AC power supply voltage, the detected value of the AC power supply current, and the detected value of the capacitor voltage, the AC power supply current synchronized with the AC power supply voltage is caused to flow, and the detected value of the output voltage is set. Based on the above, the set of the first switch and the fourth switch and the set of the second switch and the third switch are alternately opened and closed so as to eliminate the deviation from the output voltage command value with respect to the output voltage. Control means for supplying a switching signal to the set of the first switch and the fourth switch and the set of the second switch and the third switch;
Comprising
The control unit includes a signal generation unit that determines a switching frequency based on a magnitude of deviation between the detected value of the output voltage and the output voltage command value and generates a switching signal according to the switching frequency. The power converter characterized by this.
交流電源に直列に接続されて閉ループを形成するフィルタ用インダクタ及びフィルタ用キャパシタを有するローパスフィルタと、
前記フィルタ用インダクタと前記フィルタ用キャパシタとの接続点に一端が接続された第1インダクタと、
前記交流電源と前記フィルタ用キャパシタとの接続点に一端が接続されたトランス1次巻線と、前記トランス1次巻線に電磁的に結合したトランス2次巻線とを有するトランスと、
前記第1インダクタの他端を介して第1スイッチと第2スイッチとを直列に接続するとともに、前記トランス1次巻線の他端を介して第3スイッチと第4スイッチとを直列に接続し、前記第1スイッチと前記第3スイッチ及び前記第2スイッチと前記第4スイッチをそれぞれ接続して閉ループを形成し、前記第3スイッチと第4スイッチの両端に平滑用キャパシタを接続してなるHブリッジと、
前記トランス2次巻線に接続された第1整流手段と、
前記交流電源の交流電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、
前記第1インダクタに流れる第1インダクタ電流を検出する第1電流検出手段と、
前記平滑用キャパシタのキャパシタ電圧を検出するキャパシタ電圧検出手段と、
前記トランス1次巻線に電磁的に結合したトランス3次巻線と、
前記トランス3次巻線に接続された第2整流手段と、
前記第2整流手段の出力電圧を検出する第2電圧検出手段と
前記交流電源電圧の検出値、前記第1インダクタ電流の検出値、及び前記キャパシタ電圧の検出値に基づいて、前記交流電源電圧に同期した第1インダクタ電流を流すように、且つ前記出力電圧の検出値に基づいて、前記出力電圧に対する出力電圧指令値との偏差を解消するように、前記第1スイッチと第4スイッチの組と、前記第2スイッチと第3スイッチの組とを交互に開閉するためのスイッチング信号を、前記第1スイッチと第4スイッチの組と、前記第2スイッチと第3スイッチの組とに供給する制御手段と、
を具備し、
前記制御手段は、
前記キャパシタ電圧の検出値に基づいて、交流電源に流す交流電源電流の振幅指令値を計算する振幅指令値計算手段と、
前記交流電源電圧の検出値に基づいて、前記交流電源電圧と同位相の正弦波を生成する正弦波生成手段と、
前記振幅指令値及び前記正弦波に基づいて、前記交流電源電流の電流指令値を計算する電流指令値計算手段と、
前記出力電圧の検出値と前記出力電圧指令値との偏差を検出し、前記偏差に応じた値を幅として送出する幅送出手段と、
前記電流指令値に前記幅を持たせて消弧指令値及び点弧指令値を生成する指令値生成手段と、
前記第1インダクタ電流の検出値が前記消弧指令値と前記点弧指令値との範囲内に収まるか否かを判定する判定手段と、
前記判定の結果に応じて、前記第1インダクタ電流の検出値が前記範囲内から外れるタイミングで前記開閉を切り替えるように前記スイッチング信号を生成する信号生成手段と、
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
A low-pass filter having a filter inductor and a filter capacitor connected in series to an AC power source to form a closed loop;
A first inductor having one end connected to a connection point between the filter inductor and the filter capacitor;
A transformer having a transformer primary winding having one end connected to a connection point between the AC power supply and the filter capacitor; and a transformer secondary winding electromagnetically coupled to the transformer primary winding;
A first switch and a second switch are connected in series via the other end of the first inductor, and a third switch and a fourth switch are connected in series via the other end of the transformer primary winding. The first switch, the third switch, the second switch, and the fourth switch are connected to form a closed loop, and a smoothing capacitor is connected to both ends of the third switch and the fourth switch. The bridge,
First rectifying means connected to the transformer secondary winding;
Power supply voltage detecting means for detecting an AC power supply voltage of the AC power supply;
First current detecting means for detecting a first inductor current flowing in the first inductor;
Capacitor voltage detecting means for detecting a capacitor voltage of the smoothing capacitor;
A transformer tertiary winding electromagnetically coupled to the transformer primary winding;
A second rectifying means connected to the transformer tertiary winding;
Second voltage detecting means for detecting an output voltage of the second rectifying means ;
Based on the detected value of the AC power supply voltage, the detected value of the first inductor current , and the detected value of the capacitor voltage, the first inductor current synchronized with the AC power supply voltage is allowed to flow and the output voltage is detected. Based on the value, the set of the first switch and the fourth switch and the set of the second switch and the third switch are alternately opened and closed so as to eliminate the deviation from the output voltage command value with respect to the output voltage. Control means for supplying a switching signal for the first switch and the fourth switch, and the second switch and the third switch;
Comprising
The control means includes
Based on the detected value of the capacitor voltage, an amplitude command value calculating means for calculating an amplitude command value of the AC power supply current flowing to the AC power supply,
A sine wave generating means for generating a sine wave in phase with the AC power supply voltage based on the detected value of the AC power supply voltage;
Based on the amplitude command value and the sine wave, current command value calculation means for calculating a current command value of the AC power supply current;
A width sending means for detecting a deviation between the detected value of the output voltage and the output voltage command value, and sending a value corresponding to the deviation as a width;
Command value generating means for generating an arc extinguishing command value and an ignition command value by giving the current command value the width;
Determining means for determining whether or not the detected value of the first inductor current falls within a range between the extinction command value and the ignition command value;
Signal generating means for generating the switching signal so as to switch the opening and closing at a timing when the detection value of the first inductor current deviates from the range according to a result of the determination ;
A power conversion device comprising:
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