JP6920124B2 - Power factor improvement circuit and control method of power factor improvement circuit - Google Patents

Power factor improvement circuit and control method of power factor improvement circuit Download PDF

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本発明は、力率改善回路及び力率改善回路の制御方法に関する。 The present invention relates to a power factor improving circuit and a method for controlling the power factor improving circuit.

従来、インターリーブ方式の力率改善(Power Factor Correction)回路がある(例えば、特許文献1参照)。この従来の力率改善回路は、マスターアーム回路(第1のアーム回路と称されても良い)と、スレーブアーム回路(第2のアーム回路と称されても良い)と、極性切換アーム回路と、を備える。この従来の力率改善回路では、2つのインダクタの電流の位相がずれているので、一方のインダクタの電流が、他方のインダクタの電流を打ち消す方向に流れる。従って、入力コンデンサ及び出力コンデンサのリップル電流を低減できる。 Conventionally, there is an interleave type power factor correction circuit (see, for example, Patent Document 1). This conventional power factor improving circuit includes a master arm circuit (which may be referred to as a first arm circuit), a slave arm circuit (which may be referred to as a second arm circuit), and a polarity switching arm circuit. , Equipped with. In this conventional power factor improving circuit, since the currents of the two inductors are out of phase, the current of one inductor flows in the direction of canceling the current of the other inductor. Therefore, the ripple current of the input capacitor and the output capacitor can be reduced.

しかし、入力電圧のゼロクロス付近では、以下のような事情がある。各インダクタの電流が小さいので、2つのインダクタの電流が互いに打ち消し合うメリットが小さい。従って、入力コンデンサ及び出力コンデンサのリップル電流を低減するメリットが小さい。 However, there are the following circumstances near the zero cross of the input voltage. Since the current of each inductor is small, the merit that the currents of the two inductors cancel each other out is small. Therefore, the merit of reducing the ripple current of the input capacitor and the output capacitor is small.

一方、電圧昇圧量が大きく、スイッチ素子を短い周期でスイッチングさせる必要がある。従って、制御負担が大きいというデメリットがある。 On the other hand, the amount of voltage boost is large, and it is necessary to switch the switch element in a short cycle. Therefore, there is a demerit that the control load is large.

また、スイッチ素子を短い周期でスイッチングさせるので、スイッチ素子のスイッチング損失及びゲート駆動損失の絶対量が多い。加えて、入力電圧のゼロクロス付近は、変換電力が小さい領域である。従って、変換電力に対する、スイッチ素子のスイッチング損失及びゲート駆動損失の割合が高い。よって、電力効率が低下するというデメリットがある。 Further, since the switch element is switched in a short cycle, the absolute amount of the switching loss and the gate drive loss of the switch element is large. In addition, the vicinity of the zero cross of the input voltage is a region where the conversion power is small. Therefore, the ratio of the switching loss of the switch element and the gate drive loss to the converted power is high. Therefore, there is a demerit that the power efficiency is lowered.

特開2015−23606号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-23606

本発明は、電力効率改善を図ることが可能な力率改善回路及び力率改善回路の制御方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a power factor improving circuit capable of improving power efficiency and a control method for the power factor improving circuit.

本発明の一態様の力率改善回路は、
交流電圧が入力される一対の第1の入力端子及び第2の入力端子と、
直流電圧を出力する一対の第1の出力端子及び第2の出力端子と、
前記第1の出力端子と前記第2の出力端子との間に接続された出力コンデンサと、
前記第1の入力端子と第1のノードとの間に接続された第1のインダクタ、前記第1のノードと前記第1の出力端子との間に接続された第1のスイッチ素子、及び、前記第1のノードと前記第2の出力端子との間に接続された第2のスイッチ素子を少なくとも有する1以上の第1のアーム回路と、
前記第2の入力端子と前記第1の出力端子との間に接続された第3のスイッチ素子、及び、前記第2の入力端子と前記第2の出力端子との間に接続された第4のスイッチ素子を少なくとも有する極性切り替えアームと、
前記第1の入力端子と第2のノードとの間に接続された第2のインダクタ、前記第2のノードと前記第1の出力端子との間に接続された第5のスイッチ素子、及び、前記第2のノードと前記第2の出力端子との間に接続された第6のスイッチ素子を少なくとも有する1以上の第2のアーム回路と、
前記交流電圧の極性に応じて、前記第1のスイッチ素子から第6のスイッチ素子までのスイッチング動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記第1の入力端子に入力される入力電流と閾値とを比較し、前記入力電流が前記閾値よりも大きい場合には、前記第1のアーム回路及び前記第2のアーム回路の両方を動作させるダブルアーム制御を行い、前記入力電流が前記閾値以下の場合には、前記第1のアーム回路だけを動作させるシングルアーム制御を行う、
ことを特徴とする。
The power factor improving circuit of one aspect of the present invention is
A pair of first input terminals and second input terminals to which AC voltage is input,
A pair of first output terminals and second output terminals that output DC voltage,
An output capacitor connected between the first output terminal and the second output terminal,
A first inductor connected between the first input terminal and the first node, a first switch element connected between the first node and the first output terminal, and One or more first arm circuits having at least a second switch element connected between the first node and the second output terminal.
A third switch element connected between the second input terminal and the first output terminal, and a fourth connected between the second input terminal and the second output terminal. Polarity switching arm with at least the switch element of
A second inductor connected between the first input terminal and the second node, a fifth switch element connected between the second node and the first output terminal, and One or more second arm circuits having at least a sixth switch element connected between the second node and the second output terminal.
A control unit that controls the switching operation from the first switch element to the sixth switch element according to the polarity of the AC voltage.
With
The control unit
The input current input to the first input terminal is compared with the threshold value, and when the input current is larger than the threshold value, both the first arm circuit and the second arm circuit are operated. Double arm control is performed, and when the input current is equal to or less than the threshold value, single arm control for operating only the first arm circuit is performed.
It is characterized by that.

前記力率改善回路において、
前記制御部は、
前記シングルアーム制御を行うシングルアーム制御期間における、前記第1のスイッチ素子及び前記第2のスイッチ素子のオン時間を、前記シングルアーム制御期間において前記ダブルアーム制御を行うと仮定した場合の、前記第1のスイッチ素子及び前記第2のスイッチ素子のオン時間の2倍にする、
ことを特徴とする。
In the power factor improvement circuit
The control unit
The first switch element and the second switch element on time in the single arm control period in which the single arm control is performed are assumed to perform the double arm control in the single arm control period. Twice the on-time of the switch element 1 and the second switch element.
It is characterized by that.

前記力率改善回路において、
前記制御部は、
前記交流電圧の瞬時電圧と、前記ダブルアーム制御を行う場合の前記第1のスイッチ素子及び前記第2のスイッチ素子のオン時間と、に基づいて、前記入力電流のピーク値を計算し、
前記入力電流のピーク値と、予め定められた係数と、の積により、前記閾値を計算する、
ことを特徴とする。
In the power factor improvement circuit
The control unit
The peak value of the input current is calculated based on the instantaneous voltage of the AC voltage and the on-time of the first switch element and the second switch element when the double arm control is performed.
The threshold value is calculated by multiplying the peak value of the input current and a predetermined coefficient.
It is characterized by that.

前記力率改善回路において、
前記係数は、0.5である、
ことを特徴とする。
In the power factor improvement circuit
The coefficient is 0.5.
It is characterized by that.

前記力率改善回路において、
前記制御部は、
前記入力電流のピーク値と、予め定められた複数の係数の各々と、の積により、複数の前記閾値を計算し、
前記直流電圧の値に応じて、複数の前記閾値の内の1つを選択する、
ことを特徴とする。
In the power factor improvement circuit
The control unit
A plurality of the threshold values are calculated by multiplying the peak value of the input current and each of the plurality of predetermined coefficients.
One of the plurality of threshold values is selected according to the value of the DC voltage.
It is characterized by that.

前記力率改善回路において、
前記制御部は、
前記直流電圧が予め定められた電圧閾値よりも大きい場合には、複数の前記閾値の内の第1の閾値を選択し、前記直流電圧が予め定められた電圧閾値以下の場合には、複数の前記閾値の内の、前記第1の閾値よりも小さい第2の閾値を選択する、
ことを特徴とする。
In the power factor improvement circuit
The control unit
When the DC voltage is larger than a predetermined voltage threshold value, the first threshold value among the plurality of the threshold values is selected, and when the DC voltage is equal to or less than the predetermined voltage threshold value, a plurality of the DC voltage values are selected. A second threshold value smaller than the first threshold value is selected from the threshold values.
It is characterized by that.

前記力率改善回路において、
前記制御部は、
前記交流電圧の極性が正極性であり且つ前記シングルアーム制御を行う場合には、前記第1のアーム回路だけを動作させ、前記交流電圧の極性が逆極性であり且つ前記シングルアーム制御を行う場合には、前記第2のアーム回路だけを動作させる、
ことを特徴とする。
In the power factor improvement circuit
The control unit
When the polarity of the AC voltage is positive and the single arm control is performed, only the first arm circuit is operated, and the polarity of the AC voltage is opposite and the single arm control is performed. To operate only the second arm circuit,
It is characterized by that.

本発明の一態様の力率改善回路の制御方法は、
交流電圧が入力される一対の第1の入力端子及び第2の入力端子と、直流電圧を出力する一対の第1の出力端子及び第2の出力端子と、前記第1の出力端子と前記第2の出力端子との間に接続された出力コンデンサと、前記第1の入力端子と第1のノードとの間に接続された第1のインダクタ、前記第1のノードと前記第1の出力端子との間に接続された第1のスイッチ素子、及び、前記第1のノードと前記第2の出力端子との間に接続された第2のスイッチ素子を有する第1のアーム回路と、前記第2の入力端子と前記第1の出力端子との間に接続された第3のスイッチ素子、及び、前記第2の入力端子と前記第2の出力端子との間に接続された第4のスイッチ素子を有する極性切り替えアームと、前記第1の入力端子と第2のノードとの間に接続された第2のインダクタ、前記第2のノードと前記第1の出力端子との間に接続された第5のスイッチ素子、及び、前記第2のノードと前記第2の出力端子との間に接続された第6のスイッチ素子を有する第2のアーム回路と、前記交流電圧の極性に応じて、前記第1のスイッチ素子から第6のスイッチ素子までのスイッチング動作を制御する制御部と、を備える力率改善回路の制御方法であって、
前記制御部により、前記第1入力端子に入力される入力電流と閾値とを比較し、前記入力電流が前記閾値よりも大きい場合には、前記第1アーム回路及び第2アーム回路の両方を動作させるダブルアーム制御を行い、前記入力電流が前記閾値以下の場合には、前記第1アーム回路だけを動作させるシングルアーム制御を行う、
ことを特徴とする。
The method for controlling the power factor improving circuit according to one aspect of the present invention is as follows.
A pair of first and second input terminals to which an AC voltage is input, a pair of first and second output terminals to output a DC voltage, a first output terminal, and the first output terminal. An output capacitor connected between the two output terminals, a first inductor connected between the first input terminal and the first node, the first node and the first output terminal. A first arm circuit having a first switch element connected to and a second switch element connected between the first node and the second output terminal, and the first arm circuit. A third switch element connected between the second input terminal and the first output terminal, and a fourth switch connected between the second input terminal and the second output terminal. A polarity switching arm having an element, a second inductor connected between the first input terminal and the second node, and a second inductor connected between the second node and the first output terminal. A fifth switch element, a second arm circuit having a sixth switch element connected between the second node and the second output terminal, and depending on the polarity of the AC voltage, A control method for a power factor improving circuit including a control unit for controlling a switching operation from the first switch element to the sixth switch element.
The control unit compares the input current input to the first input terminal with the threshold value, and when the input current is larger than the threshold value, both the first arm circuit and the second arm circuit are operated. When the input current is equal to or less than the threshold value, the double arm control for operating only the first arm circuit is performed.
It is characterized by that.

本発明の一態様の力率改善回路及び力率改善回路の制御方法は、電力効率改善を図ることができるという効果を奏する。 The power factor improving circuit and the control method of the power factor improving circuit according to one aspect of the present invention have an effect that the power efficiency can be improved.

図1は、第1の実施の形態の力率改善回路の回路構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of a power factor improving circuit according to the first embodiment. 図2は、第1の実施の形態の力率改善回路の動作波形の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of an operation waveform of the power factor improving circuit according to the first embodiment. 図3は、比較例の力率改善回路の動作波形の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of the operation waveform of the power factor improving circuit of the comparative example. 図4は、第1の実施の形態の力率改善回路の動作波形の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of an operation waveform of the power factor improving circuit according to the first embodiment. 図5は、第2の実施の形態の力率改善回路の回路構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a circuit configuration of the power factor improving circuit of the second embodiment.

以下に、本発明の力率改善回路の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the power factor improving circuit of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to this embodiment.

(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態の力率改善回路の回路構成を示す図である。力率改善回路1は、インターリーブ方式により、力率を改善する。力率改善回路1は、交流(例えば、50Hz又は60Hz)の入力電圧Vinの供給を電源2から受けて、入力電圧Vinより高い直流の出力電圧Voutを負荷4に出力する、昇圧回路である。本実施の形態では、入力電圧Vinの実効値が200Vであるとし、出力電圧Voutの目標電圧が400Vであるとする。つまり、力率改善回路1は、実効値200Vの入力電圧Vinの供給を受けて、400Vの出力電圧Voutを出力するものとする。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of a power factor improving circuit according to the first embodiment. The power factor improving circuit 1 improves the power factor by an interleave method. Power factor correction circuit 1, AC (e.g., 50 Hz or 60Hz) supplied with the input voltage V in from the power supply 2 and outputs an output voltage V out is higher than the input voltage V in direct current to the load 4, the booster circuit Is. In this embodiment, the effective value of the input voltage V in is assumed to be 200V, the target voltage of the output voltage V out is assumed to be 400V. In other words, the power factor correction circuit 1 is supplied with the input voltage V in effective value 200V, and outputs an output voltage V out of 400V.

電源2と力率改善回路1との間には、ノイズフィルタ3が設けられている。ノイズフィルタ3は、主にコモンモードノイズを抑制するフィルタである。ノイズフィルタ3は、第1のアクロスザラインコンデンサ31と、コモンモードフィルタ32と、第2のアクロスザラインコンデンサ33と、を含む。コモンモードフィルタ32は、第1の巻線32a及び第2の巻線32bを、コア32c(例えば、フェライトコア又はアモルファスコア)に、同じ方向に巻いたものである。 A noise filter 3 is provided between the power supply 2 and the power factor improving circuit 1. The noise filter 3 is a filter that mainly suppresses common mode noise. The noise filter 3 includes a first cross-the-line capacitor 31, a common mode filter 32, and a second cross-the-line capacitor 33. The common mode filter 32 is obtained by winding the first winding 32a and the second winding 32b around a core 32c (for example, a ferrite core or an amorphous core) in the same direction.

第1のアクロスザラインコンデンサ31の両端は、電源2の両端に夫々接続されている。コモンモードフィルタ32の第1の巻線32aの一端は、第1のアクロスザラインコンデンサ31の一端に接続されている。コモンモードフィルタ32の第2の巻線32bの一端は、第1のアクロスザラインコンデンサ31の他端に接続されている。第2のアクロスザラインコンデンサ33の一端は、コモンモードフィルタ32の第1の巻線32aの他端に接続されている。第2のアクロスザラインコンデンサ33の他端は、コモンモードフィルタ32の第2の巻線32bの他端に接続されている。 Both ends of the first cross-the-line capacitor 31 are connected to both ends of the power supply 2, respectively. One end of the first winding 32a of the common mode filter 32 is connected to one end of the first cross-the-line capacitor 31. One end of the second winding 32b of the common mode filter 32 is connected to the other end of the first cross-the-line capacitor 31. One end of the second cross-the-line capacitor 33 is connected to the other end of the first winding 32a of the common mode filter 32. The other end of the second cross-the-line capacitor 33 is connected to the other end of the second winding 32b of the common mode filter 32.

コモンモードノイズは、第1の巻線32a及び第2の巻線32bを、同方向に流れる。従って、コア32c内部に発生する磁束も、同方向になり、互いに強め合う。その結果、コモンモードフィルタ32のインピーダンスが、大きくなる。これにより、ノイズフィルタ3は、コモンモードノイズを抑制できる。 The common mode noise flows in the same direction through the first winding 32a and the second winding 32b. Therefore, the magnetic fluxes generated inside the core 32c also have the same direction and strengthen each other. As a result, the impedance of the common mode filter 32 becomes large. As a result, the noise filter 3 can suppress common mode noise.

力率改善回路1は、入力電圧Vinが供給される第1の入力端子11及び第2の入力端子12を含む。力率改善回路1は、入力電圧Vinを検出する第1の電圧検出器13を含む。第1の電圧検出器13は、第1の入力端子11と第2の入力端子12との間に接続されている。 Power factor correction circuit 1 includes a first input terminal 11 and the second input terminal 12 of the input voltage V in is supplied. Power factor correction circuit 1 includes a first voltage detector 13 for detecting an input voltage V in. The first voltage detector 13 is connected between the first input terminal 11 and the second input terminal 12.

力率改善回路1は、出力電圧Voutを出力する第1の出力端子14及び第2の出力端子15を含む。力率改善回路1は、出力電圧Voutを平滑するための出力コンデンサCを含む。出力コンデンサCは、第1の出力端子14と第2の出力端子15との間に接続されている。また、力率改善回路1は、出力電圧Voutを検出する第2の電圧検出器16を含む。第2の電圧検出器16は、第1の出力端子14と第2の出力端子15との間に接続されている。 The power factor improving circuit 1 includes a first output terminal 14 and a second output terminal 15 that output an output voltage V out. The power factor improving circuit 1 includes an output capacitor C 1 for smoothing the output voltage V out . The output capacitor C 1 is connected between the first output terminal 14 and the second output terminal 15. Further, the power factor improving circuit 1 includes a second voltage detector 16 that detects an output voltage V out. The second voltage detector 16 is connected between the first output terminal 14 and the second output terminal 15.

第1の出力端子14と第2の出力端子15との間には、負荷4が、接続されている。負荷4は、出力電圧Voutを異なる直流電圧に変換するDC−DCコンバータが例示されるが、これに限定されない。 A load 4 is connected between the first output terminal 14 and the second output terminal 15. The load 4 is exemplified by, but is not limited to, a DC-DC converter that converts an output voltage V out to a different DC voltage.

力率改善回路1は、第1のインダクタLを含む。第1のインダクタLの一端は、第1の入力端子11に接続されている。第1のインダクタLの他端は、第1のノードNに接続されている。また、力率改善回路1は、第2のインダクタLを含む。第2のインダクタLの一端は、第1の入力端子11に接続されている。第2のインダクタLの他端は、第2のノードNに接続されている。 Power factor correction circuit 1 includes a first inductor L 1. The first end of the inductor L 1 is connected to a first input terminal 11. The first end of the inductor L 1 is connected to the first node N 1. Further, the power factor improving circuit 1 includes a second inductor L 2 . One end of the second inductor L 2 is connected to the first input terminal 11. The other end of the second inductor L 2 is connected to the second node N 2.

力率改善回路1は、第1及び第2のスイッチ素子(例えば、Nチャネル型電界効果トランジスタ(MOSFET))Q及びQを含む。第1のノードNは、第1のスイッチ素子Qのソース−ドレイン経路を介して、第1の出力端子14に接続されている。また、第1のノードNは、第2のスイッチ素子Qのドレイン−ソース経路を介して、第2の出力端子15に接続されている。 Power factor correction circuit 1 includes first and second switching elements (for example, N-channel field effect transistor (MOSFET)) the Q 1 and Q 2. The first node N 1, the first source of the switch element Q 1 - through the drain path, and is connected to the first output terminal 14. Further, the first node N 1 is connected to the second output terminal 15 via the drain-source path of the second switch element Q 2.

第1のインダクタL、並びに、第1及び第2のスイッチ素子Q及びQが、第1のアーム回路17を構成する。 The first inductor L 1 and the first and second switch elements Q 1 and Q 2 constitute the first arm circuit 17.

第1のアーム回路17は、マスターアームと称されても良いし、スレーブアームと称されても良い。また、本実施の形態では、力率改善回路1が1個の第1のアーム回路17を含むこととしたが、これに限定されない。力率改善回路1は、並列接続され、第1及び第2のゲートパルス信号P及びPで制御される、2個以上の第1のアーム回路17を含んでいても良い。 The first arm circuit 17 may be referred to as a master arm or a slave arm. Further, in the present embodiment, the power factor improving circuit 1 includes one first arm circuit 17, but the present invention is not limited to this. Power factor correction circuit 1 is connected in parallel, is controlled by the first and second gate pulse signals P 1 and P 2, it may include two or more of the first arm circuit 17.

また、第1のアーム回路17は、ハイサイドの1個の第1のスイッチ素子Qを含んでいるが、これに限定されない。第1のアーム回路17は、ソース−ドレイン経路が並列接続され、第1のゲートパルス信号Pで制御される、ハイサイドの2個以上のスイッチ素子を含んでいても良い。また、第1のアーム回路17は、ローサイドの1個の第2のスイッチ素子Qを含んでいるが、これに限定されない。第1のアーム回路17は、ソース−ドレイン経路が並列接続され、第2のゲートパルス信号Pで制御される、ローサイドの2個以上のスイッチ素子を含んでいても良い。ハイサイドのスイッチ素子の個数と、ローサイドのスイッチ素子の個数は、同数が好適である。 Further, the first arm circuit 17 has included a first switching element to Q 1 high side one is not limited to this. The first arm circuit 17, the source - drain paths connected in parallel, is controlled by the first gate pulse signals P 1, may contain two or more switching elements of the high side. Further, the first arm circuit 17 is includes a second switching element Q 2 of one of the low side, but is not limited thereto. The first arm circuit 17, the source - drain paths connected in parallel and controlled by a second gate pulse signals P 2, may include two or more switching elements of the low-side. The number of high-side switch elements and the number of low-side switch elements are preferably the same.

力率改善回路1は、第3及び第4のスイッチ素子Q及びQを含む。第2の入力端子12は、第3のスイッチ素子Qのソース−ドレイン経路を介して、第1の出力端子14に接続されている。また、第2の入力端子12は、第4のスイッチ素子Qのドレイン−ソース経路を介して、第2の出力端子15に接続されている。 Power factor correction circuit 1 includes a third and fourth switching elements Q 3 and Q 4. The second input terminal 12, the source of the third switching element Q 3 - via the drain path is connected to the first output terminal 14. The second input terminal 12, the drain of the fourth switching element Q 4 - via the source path is connected to the second output terminal 15.

第3及び第4のスイッチ素子Q及びQが、極性切り替えアーム回路18を構成する。 Third and fourth switching elements Q 3 and Q 4 constitute a polarity switching arm circuit 18.

極性切り替えアーム回路18は、ハイサイドの1個の第3のスイッチ素子Qを含んでいるが、これに限定されない。極性切り替えアーム回路18は、ソース−ドレイン経路が並列接続され、第3のゲートパルス信号Pで制御される、ハイサイドの2個以上のスイッチ素子を含んでいても良い。また、極性切り替えアーム回路18は、ローサイドの1個の第4のスイッチ素子Qを含んでいるが、これに限定されない。極性切り替えアーム回路18は、ソース−ドレイン経路が並列接続され、第4のゲートパルス信号Pで制御される、ローサイドの2個以上のスイッチ素子を含んでいても良い。ハイサイドのスイッチ素子の個数と、ローサイドのスイッチ素子の個数は、同数が好適である。 Polarity switching arm circuit 18 has included one third switching element Q 3 of the high side, but is not limited thereto. Polarity switching arm circuit 18, the source - drain paths connected in parallel, is controlled by the third gate pulse signals P 3, may contain two or more switching elements of the high side. The polarity switching arm circuit 18 has included a fourth switching element Q 4 of one of the low side, but is not limited thereto. Polarity switching arm circuit 18, the source - drain paths connected in parallel and controlled by a fourth gate pulse signal P 4, may contain two or more switching elements of the low-side. The number of high-side switch elements and the number of low-side switch elements are preferably the same.

力率改善回路1は、第5及び第6のスイッチ素子Q及びQを含む。第2のノードNは、第5のスイッチ素子Qのソース−ドレイン経路を介して、第1の出力端子14に接続されている。また、第2のノードNは、第6のスイッチ素子Qのドレイン−ソース経路を介して、第2の出力端子15に接続されている。 Power factor correction circuit 1 includes a switching element Q 5 and Q 6 of the fifth and sixth. The second node N 2 is connected to the first output terminal 14 via the source-drain path of the fifth switch element Q 5. The second node N 2, the drain of the switching element Q 6 of the sixth - through the source path is connected to the second output terminal 15.

第2のインダクタL、並びに、第5及び第6のスイッチ素子Q及びQが、第2のアーム回路19を構成する。 The second inductor L 2, and the switching elements Q 5 and Q 6 of the fifth and sixth constitute the second arm circuit 19.

第2のアーム回路19は、スレーブアームと称されても良いし、マスターアームと称されても良い。また、本実施の形態では、力率改善回路1が1個の第2のアーム回路19を含むこととしたが、これに限定されない。力率改善回路1は、並列接続され、第5及び第6のゲートパルス信号P及びPで制御される、2個以上の第2のアーム回路19を含んでいても良い。第2のアーム回路19の個数と、第1のアーム回路17の個数は、同数が好適である。 The second arm circuit 19 may be referred to as a slave arm or a master arm. Further, in the present embodiment, the power factor improving circuit 1 includes one second arm circuit 19, but the present invention is not limited to this. Power factor correction circuit 1 is connected in parallel, it is controlled by the gate pulse signal P 5 and P 6 of the fifth and sixth, may include two or more of the second arm circuit 19. The number of the second arm circuits 19 and the number of the first arm circuits 17 are preferably the same.

また、第2のアーム回路19は、ハイサイドの1個の第5のスイッチ素子Qを含んでいるが、これに限定されない。第2のアーム回路19は、ソース−ドレイン経路が並列接続され、第5のゲートパルス信号Pで制御される、ハイサイドの2個以上のスイッチ素子を含んでいても良い。また、第2のアーム回路19は、ローサイドの1個の第6のスイッチ素子Qを含んでいるが、これに限定されない。第2のアーム回路19は、ソース−ドレイン経路が並列接続され、第6のゲートパルス信号Pで制御される、ローサイドの2個以上のスイッチ素子を含んでいても良い。ハイサイドのスイッチ素子の個数と、ローサイドのスイッチ素子の個数は、同数が好適である。 The second arm circuit 19 has included switching element Q 5 of one fifth high side, but is not limited thereto. The second arm circuit 19, the source - drain paths connected in parallel, is controlled by the gate pulse signal P 5 of the fifth, it may contain two or more switching elements of the high side. The second arm circuit 19 has included switching element Q 6 of the sixth one of the low side, but is not limited thereto. The second arm circuit 19, the source - drain paths connected in parallel, is controlled by the gate pulse signal P 6 of the sixth, it may contain two or more switching elements of the low-side. The number of high-side switch elements and the number of low-side switch elements are preferably the same.

第1の入力端子11に入力される入力電流Iinは、第1のアーム回路17に流れる電流Iと、第2のアーム回路19に流れる電流Iと、の和である。 Input current I in is input to the first input terminal 11, the current I 1 flowing in the first arm circuit 17, a current I 2 flowing in the second arm circuit 19 is the sum of.

なお、本実施の形態では、第1のスイッチ素子Qから第6のスイッチ素子QまでがNチャネル型MOSFETであることとしたが、これに限定されない。第1のスイッチ素子Qから第6のスイッチ素子Qまでは、シリコンパワーデバイス、GaNパワーデバイス、SiCパワーデバイス、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などでも良い。 In this embodiment, although the first switching element Q 1 until the switch element Q 6 of the sixth was to be a N-channel MOSFET, but it is not limited thereto. From the first switching element Q 1 until the switch element Q 6 of the sixth, silicon power devices, GaN power devices, SiC power devices, IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or the like.

第1のスイッチ素子Qから第6のスイッチ素子Qまでは、第1の寄生ダイオード(ボディダイオード)Dから第6の寄生ダイオードDまでを、夫々有する。寄生ダイオードとは、MOSFETのバックゲートとソース及びドレインとの間のpn接合である。第1の寄生ダイオードDから第6の寄生ダイオードDまでは、第1のスイッチ素子Qから第6のスイッチ素子Qまでのオフ時の過渡的な逆起電力を逃すためのフリーホイールダイオードとして利用可能である。 From the first switching element Q 1 until the switch element Q 6 of the sixth, from the first parasitic diode (body diode) D 1 to the parasitic diode D 6 of the sixth, respectively Yes. The parasitic diode is a pn junction between the back gate of the MOSFET and the source and drain. The first parasitic diode D 1 to the sixth parasitic diode D 6 are freewheels for escaping the transient counter electromotive force when the first switch element Q 1 to the sixth switch element Q 6 are off. It can be used as a diode.

力率改善回路1は、制御部50を含む。制御部50は、CPU(Central Processing Unit)とプログラムを利用して、実現可能である。 The power factor improving circuit 1 includes a control unit 50. The control unit 50 can be realized by using a CPU (Central Processing Unit) and a program.

制御部50は、入力電圧Vinの極性に応じて、第1のスイッチ素子Qから第6のスイッチ素子Qまでのゲート−ソース間の電圧を制御することにより、第1のスイッチ素子Qから第6のスイッチ素子Qまでのスイッチング動作を制御する。制御部50は、PWM(Pulse Width Modulation)信号である、第1のゲートパルス信号Pから第6のゲートパルス信号Pまでを、第1のスイッチ素子Qから第6のスイッチ素子Qまでのゲートに、夫々出力する。なお、第1のゲートパルス信号Pから第6のゲートパルス信号Pまでには、デッドタイムtが設定されている。デッドタイムtは、1nsから10ns程度が例示されるが、これに限定されない。 Control unit 50, depending on the polarity of the input voltage V in, the gate of the first switching element Q 1 until the switch element Q 6 of the sixth - by controlling the voltage between the source, the first switching element Q controlling the switching operation from one to the switch element Q 6 of the sixth. Control unit 50, PWM (Pulse Width Modulation) is a signal, from the first gate pulse signals P 1 to the gate pulse signal P 6 of the sixth switching element Q 6 of the first sixth from the switch element Q 1 Output to each of the gates up to. Note that the first gate pulse signals P 1 to the gate pulse signal P 6 of the sixth, the dead time t d is set. The dead time t d is exemplified, but is not limited to about 1 ns to 10 ns.

制御部50は、入力電流Iinと閾値Thαとを比較し、入力電流Iinが閾値Thαよりも大きい場合には、第1のアーム回路17及び第2のアーム回路19の両方を動作させる制御を行う。一方、制御部50は、入力電流Iinが閾値Thα以下の場合には、第1のアーム回路17だけ(又は第2のアーム回路19だけ)を動作させる制御を行う。本実施形態においては、第1のアーム回路17及び第2のアーム回路19の両方を動作させる制御を、ダブルアーム制御といい、第1のアーム回路17だけ(又は第2のアーム回路19だけ)を動作させる制御を、シングルアーム制御という。 The control unit 50 compares the input current I in with the threshold value Thα, and when the input current I in is larger than the threshold value Thα, controls to operate both the first arm circuit 17 and the second arm circuit 19. I do. On the other hand, when the input current I in is equal to or less than the threshold value Thα, the control unit 50 controls to operate only the first arm circuit 17 (or only the second arm circuit 19). In the present embodiment, the control for operating both the first arm circuit 17 and the second arm circuit 19 is called double arm control, and only the first arm circuit 17 (or only the second arm circuit 19). The control to operate is called single arm control.

制御部50は、係数記憶部51と、ピーク入力電流計算部52と、閾値計算部53と、判定部54と、駆動部55と、を含む。 The control unit 50 includes a coefficient storage unit 51, a peak input current calculation unit 52, a threshold value calculation unit 53, a determination unit 54, and a drive unit 55.

係数記憶部51は、閾値Thαを計算するための係数αを記憶する。係数αは、有線通信又は無線通信経由で書き換え可能であっても良い。係数αは、0.5が例示されるが、これに限定されない。 The coefficient storage unit 51 stores the coefficient α for calculating the threshold value Thα. The coefficient α may be rewritable via wired communication or wireless communication. The coefficient α is exemplified by, but is not limited to 0.5.

入力電圧Vinの瞬時電圧と、ダブルアーム制御を行う場合の第1、第2、第5及び第6のスイッチ素子Q、Q、Q及びQの、1周期の中でのオン時間Ton−dと、の積は、入力電流Iinを表す指標値として使用できる。 The instantaneous voltage of the input voltage V in, the first, the second, switching element to Q 1 fifth and 6, Q 2, Q 5 and Q 6, on the in one period in the case of performing double-arm control The product of time Ton-d can be used as an index value representing the input current I in.

そこで、ピーク入力電流計算部52は、入力電圧Vinの瞬時電圧と、オン時間Ton−dと、に基づいて、入力電流Iinのピーク値Iin−pを計算する。 Therefore, the peak input current calculation unit 52, the instantaneous voltage of the input voltage V in, and the on-time T on-d, based on, to calculate the peak value I in-p of the input current I in.

閾値計算部53は、入力電流Iinのピーク値Iin−pと、係数αと、の積により、閾値Thαを計算する。係数αが0.5に設定されている場合には、閾値Thαは、入力電流Iinのピーク値Iin−pの1/2になる。 The threshold value calculation unit 53 calculates the threshold value Thα by the product of the peak value I in −p of the input current I in and the coefficient α. When the coefficient α is set to 0.5, the threshold value Thα becomes 1/2 of the peak value I in −p of the input current I in.

なお、係数αは、第2のアクロスザラインコンデンサ33の能力に応じて設定されると、好ましい。例えば、第2のアクロスザラインコンデンサ33の静電容量が大きければ大きいほど、第2のアクロスザラインコンデンサ33の電圧リップルは小さくなる。つまり、第2のアクロスザラインコンデンサ33の静電容量が大きければ大きいほど、入力電流Iinの電流リップルが大きくても、第2のアクロスザラインコンデンサ33の電圧リップルが小さく抑制される。従って、第2のアクロスザラインコンデンサ33の静電容量が大きければ大きいほど、係数αを大きく設定することが可能である。 The coefficient α is preferably set according to the capacity of the second cross-the-line capacitor 33. For example, the larger the capacitance of the second cross-the-line capacitor 33, the smaller the voltage ripple of the second cross-the-line capacitor 33. That is, the larger the capacitance of the second cross-the-line capacitor 33, the smaller the voltage ripple of the second cross-the-line capacitor 33 is suppressed even if the current ripple of the input current I in is large. Therefore, the larger the capacitance of the second cross-the-line capacitor 33, the larger the coefficient α can be set.

また、第2のアクロスザラインコンデンサ33の耐圧が大きければ大きいほど、第2のアクロスザラインコンデンサ33は、大きな電圧リップルに耐えられる。つまり、第2のアクロスザラインコンデンサ33の耐圧が大きければ大きいほど、入力電流Iinの電流リップルが大きくても、第2のアクロスザラインコンデンサ33は、電圧リップルに耐えられる。従って、第2のアクロスザラインコンデンサ33の耐圧が大きければ大きいほど、係数αを大きく設定することが可能である。 Further, the larger the withstand voltage of the second cross-the-line capacitor 33, the larger the voltage ripple of the second cross-the-line capacitor 33 can withstand. That is, the larger the withstand voltage of the second cross-the-line capacitor 33, the larger the current ripple of the input current I in , the larger the second cross-the-line capacitor 33 can withstand the voltage ripple. Therefore, the larger the withstand voltage of the second cross-the-line capacitor 33, the larger the coefficient α can be set.

従って、例えば、係数αは、0.5をベース値とし、第2のアクロスザラインコンデンサ33の静電容量又は耐圧が大きいほど大きく設定され、第2のアクロスザラインコンデンサ33の静電容量又は耐圧が小さいほど小さく設定されることが、可能である。 Therefore, for example, the coefficient α is set based on 0.5 as the capacitance or withstand voltage of the second cross-the-line capacitor 33 increases, and the capacitance or the capacitance of the second cross-the-line capacitor 33 or The smaller the withstand voltage, the smaller it can be set.

判定部54は、入力電圧Vinの瞬時電圧と、オン時間Ton−dと、に基づいて、現在の入力電流Iinを計算する。そして、判定部54は、入力電流Iinと閾値Thαとを比較し、入力電流Iinが閾値Thαよりも大きい場合には、ダブルアーム制御を駆動部55に行わせるための、ローレベルの判定信号Sを駆動部55に出力する。一方、判定部54は、入力電流Iinが閾値Thα以下の場合には、シングルアーム制御を駆動部55に行わせるための、ハイレベルの判定信号Sを駆動部55に出力する。 Determining unit 54, the instantaneous voltage of the input voltage V in, and the on-time T on-d, based on, to calculate the current of the input current I in. Then, the determination unit 54 compares the input current I in with the threshold value Thα, and when the input current I in is larger than the threshold value Thα, a low-level determination for causing the drive unit 55 to perform double arm control. and outputs the signals S 1 to the drive unit 55. On the other hand, when the input current I in is equal to or less than the threshold value Thα, the determination unit 54 outputs a high-level determination signal S 1 to the drive unit 55 for causing the drive unit 55 to perform single arm control.

なお、本実施の形態では、ピーク入力電流計算部52及び判定部54が、第1の電圧検出器13で検出された入力電圧Vinとオン時間Ton−dとに基づいて、入力電流Iinを計算することとしたが、これに限定されない。力率改善回路1は、入力電流Iinを検出する電流検出器を備えても良い。本実施の形態では、ピーク入力電流計算部52及び判定部54が、第1の電圧検出器13で検出された入力電圧Vinとオン時間Ton−dとに基づいて、入力電流Iinを計算することとした理由は、次の通りである。 In this embodiment, the peak input current calculation unit 52 and determination unit 54, based on the first voltage detector 13 input voltage V in is detected by the on-time and T on-d, the input current I it was decided to calculate the in, but is not limited to this. The power factor improving circuit 1 may include a current detector that detects an input current I in. In this embodiment, the peak input current calculation unit 52 and determination unit 54, based on the detected input voltage V in and the on-time and T on-d in the first voltage detector 13, the input current I in The reason for the calculation is as follows.

駆動部55が第1、第2、第5及び第6のゲートパルス信号P、P、P及びPを計算するために、力率改善回路1は、第1の電圧検出器13及び第2の電圧検出器16を備える必要がある。従って、ピーク入力電流計算部52及び判定部54が、第1の電圧検出器13で検出された入力電圧Vinとオン時間Ton−dとに基づいて、入力電流を計算することとすれば、新たなハードウェア(電流検出器)の追加が不要になるからである。 Driver 55 first, second, in order to calculate the gate pulse signals P 1, P 2, P 5 and P 6 of the fifth and sixth, the power factor correction circuit 1, the first voltage detector 13 And a second voltage detector 16 needs to be provided. Therefore, the peak input current calculation unit 52 and determination unit 54, based on the detected input voltage V in and the on-time and T on-d in the first voltage detector 13, if calculating the input current This is because it is not necessary to add new hardware (current detector).

駆動部55は、判定部54から供給される判定信号Sがローレベルの場合には、ダブルアーム制御を行う。駆動部55は、判定信号Sがハイレベルの場合には、シングルアーム制御を行う。 Drive unit 55, when the determination signals S 1 supplied from the determining unit 54 is at the low level, performs a double arm control. Drive unit 55, when the determination signal S 1 is at the high level, performs single arm control.

駆動部55は、ダブルアーム制御及びシングルアーム制御のいずれの場合にも、出力電圧Voutが目標電圧(400V)になるように、第1のスイッチ素子Qから第6のスイッチ素子Qまでを制御する。 Drive unit 55 is in each case a double arm control and single arm control, so that the output voltage V out is equal to the target voltage (400V), from the first switch element Q 1 until the switch element Q 6 of the sixth To control.

駆動部55は、ダブルアーム制御を行う場合は、第1の電圧検出器13で検出された入力電圧Vinと、第2の電圧検出器16で検出された出力電圧Voutと、に基づいて、第1、第2、第5及び第6のゲートパルス信号P、P、P及びPの周波数(スイッチング周波数)と、オン時間Ton−dと、第1のアーム回路17と第2のアーム回路19との位相差時間tdiffと、を計算する。駆動部55は、計算した周波数と、オン時間Ton−dと、位相差時間tdiffと、に基づいて、第1、第2、第5及び第6のゲートパルス信号P、P、P及びPを、第1、第2、第5及び第6のスイッチ素子Q、Q、Q及びQのゲートに、夫々出力する。 Drive unit 55, when performing double-arm control, the input voltage V in detected by the first voltage detector 13, the output voltage V out which is detected by the second voltage detector 16, on the basis , first, second, fifth and sixth gate pulse signal P 1 of, P 2, P 5 and the frequency of the P 6 (switching frequency), the on time T on-d, the first arm circuit 17 The phase difference time t diff with the second arm circuit 19 is calculated. The drive unit 55 has the first, second, fifth, and sixth gate pulse signals P 1 , P 2 , based on the calculated frequency, the on-time Ton-d, and the phase difference time t diff. the P 5 and P 6, first, the second, switching element to Q 1 fifth and 6, Q 2, the gate of Q 5 and Q 6, respectively output.

駆動部55は、シングルアーム制御を行う場合は、第1の電圧検出器13で検出された入力電圧Vinと、第2の電圧検出器16で検出された出力電圧Voutと、に基づいて、第1及び第2のゲートパルス信号P及びPの周波数(スイッチング周波数)と、オン時間Ton−sと、を計算する。 Drive unit 55, when performing single-arm control, the input voltage V in detected by the first voltage detector 13, the output voltage V out which is detected by the second voltage detector 16, on the basis calculates the first and second gate pulse signals P 1 and P 2 of the frequency (switching frequency), the on time T on-s, a.

駆動部55は、シングルアーム制御を行うシングルアーム制御期間における、第1のスイッチ素子Q及び第2のスイッチ素子Qのオン時間Ton−sを、シングルアーム制御期間においてダブルアーム制御を行うと仮定した場合の、第1のスイッチ素子Q1及び第2のスイッチ素子Q2のオン時間Ton−dの2倍にする。つまり、駆動部55は、Ton−s=2・Ton−dとする。これは、ダブルアーム制御を行う場合には、第1のアーム回路17及び第2のアーム回路19の2個のアーム回路が電力変換を担うところ、シングルアーム制御を行う場合には、第1のアーム回路17だけが、電力変換を担わなければならないからである。つまり、シングルアーム制御を行う場合は、第1のアーム回路17は、ダブルアーム制御を行う場合の2倍の電力変換を行わなければならないからである。駆動部55は、計算した周波数と、オン時間Ton−sと、に基づいて、第1及び第2のゲートパルス信号P及びPを、第1及び第2のスイッチ素子Q及びQのゲートに、夫々出力する。 Driving unit 55, in a single arm control period for single arm control, the first switching element Q 1 and the second on-time switching element Q 2 T on-s, performs double arm control in a single-arm control period It is assumed that the on-time of the first switch element Q1 and the second switch element Q2 is twice the on-d. That is, the drive unit 55 has Ton-s = 2 · Ton-d . This is because the two arm circuits of the first arm circuit 17 and the second arm circuit 19 are responsible for power conversion when performing double arm control, and the first when performing single arm control. This is because only the arm circuit 17 has to be responsible for power conversion. That is, when performing single arm control, the first arm circuit 17 must perform twice as much power conversion as when performing double arm control. Driving unit 55, the calculated frequency, and the on-time T on-s, based on, of the first and second gate pulse signals P 1 and P 2, the first and second switching elements Q 1 and Q Output to each of the gates of 2.

制御部50のダブルアーム制御時の動作について、説明する。 The operation of the control unit 50 during double arm control will be described.

制御部50は、入力電圧Vinの極性が正相である場合には、極性切り替えアーム回路18内の第3のスイッチ素子Qをオフし且つ第4のスイッチ素子Qをオンする。 Control unit 50, the polarity of the input voltage V in the case of the positive phase is on the third switching element Q 3 off and and the fourth of the switching element Q 4 of polarity switching arm circuit 18.

そして、制御部50は、第3のスイッチ素子Qをオフし且つ第4のスイッチ素子Qをオンした状態で、第1及び第2のスイッチ素子Q及びQを相補的にオン/オフを切り替えるように制御しつつ、第5及び第6のスイッチ素子Q及びQを相補的にオン/オフを切り替えるように制御する。 Then, the control unit 50, the third switching element Q 3 off to state and turned on the fourth switch element Q 4, complementarily turned on the first and second switching elements Q 1 and Q 2 / while controlling to switch off, and controls so that the switching element Q 5 and Q 6 of the fifth and sixth switches the complementarily turned on / off.

例えば、制御部50は、入力電圧Vinが正相である場合において、第2、第4及び第6のスイッチ素子Q、Q及びQをオンし且つ第1、第3及び第5のスイッチ素子Q、Q及びQをオフした第1の状態から、第2のスイッチ素子Qをオフし且つ第1のスイッチ素子Qをオンした第2の状態に制御する。 For example, the control unit 50, when the input voltage V in is positive-phase, second, fourth and switching element Q 2, Q 4 and Q 6 was turned on while the first sixth, third and fifth from a first state in which turning off the switch element Q 1, Q 3 and Q 5 of, for controlling the second switching element Q 2 in the second state in which turned off and and the first switching element Q 1.

さらに、制御部50は、第2の状態に制御した後、第2の状態から、第6のスイッチ素子Qをオフした第3の状態に制御する。 Further, the control unit 50, after controlling the second state, the second state is controlled to the third state of turning off the switch element Q 6 of the sixth.

そして、制御部50は、第3の状態に制御した後、第3の状態から、第5のスイッチ素子Qをオンした第4の状態に制御する。 Then, the control unit 50, after controlling the third state, the third state is controlled to a fourth state in which turns on the switch element Q 5 of the fifth.

また、制御部50は、第4の状態に制御した後、第4の状態から、第1のスイッチ素子Qをオフした第5の状態に制御する。 The control unit 50, after controlling the fourth state, the fourth state is controlled to a fifth state in which off the first switching element Q 1.

そして、制御部50は、第5の状態に制御した後、第5の状態から、第2のスイッチ素子Qをオンした第6の状態に制御する。 Then, the control unit 50, after controlling the fifth state, the fifth state, and controls the sixth state of that on the second switching element Q 2.

また、制御部50は、第6の状態に制御した後、第6の状態から、第5のスイッチ素子Qをオフした第7の状態に制御する。 Further, after controlling to the sixth state, the control unit 50 controls from the sixth state to the seventh state in which the fifth switch element Q5 is turned off.

そして、制御部50は、第7の状態に制御した後、第7の状態から、第6のスイッチ素子Qをオンした第8の状態に制御する。 Then, after controlling to the seventh state, the control unit 50 controls from the seventh state to the eighth state in which the sixth switch element Q6 is turned on.

また、制御部50は、第8の状態に制御した後、第8の状態から、第2のスイッチ素子Qをオフした第9の状態に制御する。 Further, after controlling to the eighth state, the control unit 50 controls from the eighth state to the ninth state in which the second switch element Q2 is turned off.

そして、制御部50は、第9の状態に制御した後、第9の状態から、第1のスイッチ素子Qをオンした第10の状態に制御する。 Then, after controlling to the ninth state, the control unit 50 controls from the ninth state to the tenth state in which the first switch element Q1 is turned on.

以上の制御により、入力電圧Vinの極性が正相である場合には、電流I及びIが、第4のスイッチ素子Qを介して、第2の入力端子12に流れることとなる。 By the control described above, when the polarity of the input voltage V in is positive phase, the current I 1 and I 2 are applied through the fourth switching element Q 4, will flow to the second input terminal 12 ..

一方、制御部50は、入力電圧Vinの極性が逆相である場合には、極性切り替えアーム回路18内の第3のスイッチ素子Qをオンし且つ第4のスイッチ素子Qをオフする。 On the other hand, the control unit 50, when the polarity of the input voltage V in is reversed phase, turns off the third switching element Q 3 ON and and fourth switching elements Q 4 of polarity switching arm circuit 18 ..

そして、制御部50は、第3のスイッチ素子Qをオンし且つ第4のスイッチ素子Qをオフした状態で、第1及び第2のスイッチ素子Q及びQを相補的にオン/オフを切り替えるように制御しつつ、第5及び第6のスイッチ素子Q及びQを相補的にオン/オフを切り替えるように制御する。 Then, the control unit 50, the third switching element Q 3 at ON and state and turning off the fourth switching element Q 4, complementarily turned on the first and second switching elements Q 1 and Q 2 / while controlling to switch off, and controls so that the switching element Q 5 and Q 6 of the fifth and sixth switches the complementarily turned on / off.

この制御により、入力電圧Vinの極性が逆相である場合には、電流I及びIが、第3のスイッチ素子Qを介して第1の入力端子11に流れることとなる。 This control, when the polarity of the input voltage V in is reversed phase, currents I 1 and I 2 is allowed to flow to the first input terminal 11 via a third switching element Q 3.

なお、入力電圧Vinの極性が逆相である場合の、第1及び第2のスイッチ素子Q及びQを相補的にオン/オフを切り替えるように制御しつつ、第5及び第6のスイッチ素子Q及びQを相補的にオン/オフを切り替えるように制御する具体的な動作は、上述の入力電圧Vinが正相である場合の第1の状態から第10の状態までの制御と同様である。 The polarity of the input voltage V in when it is reversed phase, while controlling to switch complementarily turned on / off first and second switching elements Q 1 and Q 2, the fifth and sixth specific operations for controlling to switch complementarily turned on / off the switch element Q 5 and Q 6 from a first state when the input voltage V in the above are positive-phase up to the 10 state Similar to control.

図2は、第1の実施の形態の力率改善回路の動作波形の一例を示す図である。図2は、入力電圧Vinの極性が正相である場合の、力率改善回路1のダブルアーム制御時の動作波形の一例を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing an example of an operation waveform of the power factor improving circuit according to the first embodiment. FIG. 2 is a diagram showing an example of an operation waveform of the power factor improving circuit 1 during double arm control when the polarity of the input voltage Vin is in the positive phase.

制御部50は、入力電圧Vinが正相である場合において、第2、第4及び第6のスイッチ素子Q、Q及びQをオンし且つ第1、第3及び第5のスイッチ素子Q、Q及びQをオフした第1の状態に制御する。次に、制御部50は、タイミングtにおいて、第2のスイッチ素子Qをオフする。次に、制御部50は、タイミングtからデッドタイムt経過後のタイミングtにおいて、第1のスイッチ素子Qをオンした第2の状態に制御する。 Control unit 50, when the input voltage V in is positive-phase, second, fourth and sixth switching element Q 2, Q 4 and Q 6 turned on and the first to the third and fifth switch controlling the elements Q 1, Q 3 and Q 5 in a first state in which off. Next, the control unit 50, at the timing t 1, turns off the second switching element Q 2. Next, the control unit 50 at a timing t 2 after elapse of the dead time t d from the timing t 1, and controls the second state in which the on-first switching element Q 1.

次に、制御部50は、タイミングtにおいて、第2の状態から、第6のスイッチ素子Qをオフした第3の状態に制御する。次に、制御部50は、タイミングtからデッドタイムt経過後のタイミングtにおいて、第5のスイッチ素子Qをオンした第4の状態に制御する。タイミングtからタイミングtまでの期間が、第1のアーム回路17と第2のアーム回路19との間の位相差時間tdiffである。 Next, the control unit 50 at a timing t 3, from the second state to control the third state of turning off the switch element Q 6 of the sixth. Next, the control unit 50 at a timing t 4 after the dead time t d has elapsed from the timing t 3, and controls the fourth state in which turns on the switch element Q 5 of the fifth. The period from timing t 2 to timing t 4 is the phase difference time t diff between the first arm circuit 17 and the second arm circuit 19.

次に、制御部50は、タイミングtにおいて、第4の状態から、第1のスイッチ素子Qをオフした第5の状態に制御する。タイミングtからタイミングtまでの期間が、オン時間Ton−dである。次に、制御部50は、タイミングtからデッドタイムt経過後のタイミングtにおいて、第2のスイッチ素子Qをオンした第6の状態に制御する。次に、制御部50は、タイミングtにおいて、第6の状態から、第5のスイッチ素子Qをオフした第7の状態に制御する。タイミングtからタイミングtまでの期間が、オン時間Ton−dである。 Next, the control unit 50, at the timing t 5, the fourth state is controlled to a fifth state in which off the first switching element Q 1. The period from timing t 2 to timing t 5 is the on-time Ton-d . Next, the control unit 50, at the timing t 6 after the dead time t d has elapsed from the timing t 5, and controls the sixth state of that on the second switching element Q 2. Next, the control unit 50, at the timing t 7, the sixth state of controls to the seventh state of turning off the switching element Q 5 of the fifth. The period from timing t 4 to timing t 7 is the on-time Ton-d .

次に、制御部50は、タイミングtからデッドタイムt経過後のタイミングtにおいて、第7の状態から、第6のスイッチ素子Qをオンした第8の状態に制御する。次に、制御部50は、タイミングtにおいて、第8の状態から、第2のスイッチ素子Qをオフした第9の状態に制御する。タイミングtからタイミングtまでの期間が、オン時間Ton−dである。次に、制御部50は、タイミングtからデッドタイムt経過後のタイミングt10において、第9の状態から、第1のスイッチ素子Qをオンした第10の状態に制御する。 Next, the control unit 50 at a timing t 8 of the dead time t d after the timing t 7, the seventh state, to control the state of the 8 turns on the switch element Q 6 of the sixth. Next, the control unit 50 at a timing t 9, the state of the 8 controls the ninth state of turning off the second switching element Q 2. The period from timing t 6 to timing t 9 is the on-time Ton-d . Next, the control unit 50, the dead time t d has elapsed timing t 10 after the timing t 9, the ninth state is controlled to a tenth state of the turn on the first switching element Q 1.

制御部50は、以降同様の制御を実行する。 The control unit 50 subsequently executes the same control.

なお、第2のスイッチ素子Qを制御するための第2のゲートパルス信号Pの位相と、第6のスイッチ素子Qを制御するための第6のゲートパルス信号Pの位相とは、位相差時間tdiffだけずれている。同様に、第1のスイッチ素子Qを制御するための第1のゲートパルス信号Pの位相と、第5のスイッチ素子Qを制御するための第5のゲートパルス信号Pの位相とは、位相差時間tdiffだけずれている。 Note that the second gate pulse signals P 2 phases for controlling the second switching element Q 2, the phase and the sixth switch element Q 6 gate pulse signal P 6 of the sixth to control the , The phase difference time is shifted by t diff. As well as, the first gate pulse signal P 1 of the phase to control the first switching element Q 1, the fifth gate pulse signal P 5 for controlling the switching element Q 5 of the fifth phase Is deviated by the phase difference time t diff.

制御部50のシングルアーム制御時の動作について、説明する。 The operation of the control unit 50 during single arm control will be described.

第1のアーム回路17は、昇圧チョッパ回路と同様の回路構成を有する。従って、力率改善回路1は、シングルアーム制御の場合には、昇圧チョッパ回路と同様の動作を行う。 The first arm circuit 17 has a circuit configuration similar to that of the boost chopper circuit. Therefore, the power factor improving circuit 1 operates in the same manner as the boost chopper circuit in the case of single arm control.

具体的には、制御部50は、入力電圧Vinの極性が正相である場合には、極性切り替えアーム回路18内の第3のスイッチ素子Qをオフし且つ第4のスイッチ素子Qをオンする。 More specifically, the control unit 50, when the polarity of the input voltage V in is positive phase, the third switching element Q 3 is turned off and the fourth switching element Q 4 of polarity switching arm circuit 18 Turn on.

そして、制御部50は、第3のスイッチ素子Qをオフし且つ第4のスイッチ素子Qをオンした状態で、第1及び第2のスイッチ素子Q及びQを相補的にオン/オフを切り替えるように制御する。 Then, the control unit 50, the third switching element Q 3 off to state and turned on the fourth switch element Q 4, complementarily turned on the first and second switching elements Q 1 and Q 2 / Control to switch off.

例えば、制御部50は、入力電圧Vinが正相である場合において、第2及び第4のスイッチ素子Q及びQをオンし且つ第1、第3、第5及び第6のスイッチ素子Q、Q、Q及びQをオフした第1の状態から、第2のスイッチ素子Qをオフし且つ第1のスイッチ素子Qをオンした第2の状態に制御する。 For example, the control unit 50, when the input voltage V in is positive phase, turned on and the first and the second and fourth switching elements Q 2 and Q 4, the third, fifth and sixth switching elements The control is performed from the first state in which Q 1 , Q 3 , Q 5 and Q 6 are turned off to the second state in which the second switch element Q 2 is turned off and the first switch element Q 1 is turned on.

さらに、制御部50は、第2の状態に制御した後、第2の状態から、第1のスイッチ素子Qをオフした第3の状態に制御する。そして、制御部50は、第3の状態に制御した後、第3の状態から、第2のスイッチ素子Qをオンした第4の状態に制御する。また、制御部50は、第4の状態に制御した後、第4の状態から、第2のスイッチ素子Qをオフした第5の状態に制御する。 Further, the control unit 50, after controlling the second state, the second state is controlled to the third state in which off the first switching element Q 1. Then, the control unit 50, after controlling the third state, the third state is controlled to a fourth state in which the on-second switching element Q 2. The control unit 50, after controlling the fourth state, the fourth state is controlled to a fifth state in which turning off the second switching element Q 2.

以上の制御により、入力電圧Vinの極性が正相である場合には、電流Iが、第4のスイッチ素子Qを介して、第2の入力端子12に流れることとなる。 By the above control, when the polarity of the input voltage Vin is in the positive phase, the current I 1 flows to the second input terminal 12 via the fourth switch element Q 4.

一方、制御部50は、入力電圧Vinの極性が逆相である場合には、極性切り替えアーム回路18内の第3のスイッチ素子Qをオンし且つ第4のスイッチ素子Qをオフする。 On the other hand, the control unit 50, when the polarity of the input voltage V in is reversed phase, turns off the third switching element Q 3 ON and and fourth switching elements Q 4 of polarity switching arm circuit 18 ..

そして、制御部50は、第3のスイッチ素子Qをオンし且つ第4のスイッチ素子Qをオフした状態で、第1及び第2のスイッチ素子Q及びQを相補的にオン/オフを切り替えるように制御する。 Then, the control unit 50, the third switching element Q 3 at ON and state and turning off the fourth switching element Q 4, complementarily turned on the first and second switching elements Q 1 and Q 2 / Control to switch off.

この制御により、入力電圧Vinの極性が逆相である場合には、電流Iが、第3のスイッチ素子Qを介して第1の入力端子11に流れることとなる。 This control, when the polarity of the input voltage V in the reverse phase, the current I 1 is allowed to flow to the first input terminal 11 via a third switching element Q 3.

なお、入力電圧Vinの極性が逆相である場合の、第1及び第2のスイッチ素子Q及びQを相補的にオン/オフを切り替えるように制御する具体的な動作は、上述の入力電圧Vinが正相である場合の第1の状態から第5の状態までの制御と同様である。 The polarity of the input voltage V in when it is reversed phase, specific operation of controlling so that the first and second switching elements Q 1 and Q 2 switches the complementarily turned on / off, the above input voltage V in is the same as the control from the first state when a positive phase to a fifth state.

図3は、比較例の力率改善回路の動作波形の一例を示す図である。図3は、入力電圧Vinの極性が正相の期間81の全部でダブルアーム制御を行う場合の、力率改善回路1の動作波形の一例を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing an example of the operation waveform of the power factor improving circuit of the comparative example. FIG. 3 is a diagram showing an example of the operating waveform of the power factor improving circuit 1 when the double arm control is performed during the entire period 81 in which the polarity of the input voltage Vin is in the positive phase.

入力電圧Vinの極性が正相の期間81でダブルアーム制御を行う場合には、第1のアーム回路17を流れる電流Iの包絡線及び第2のアーム回路19を流れる電流Iの包絡線は、正弦波状になる。 When the polarity of the input voltage V in to perform double arm control during the period 81 of the positive phase, the envelope of the current I 2 flowing through the envelope and a second arm circuit 19 of the current I 1 flowing through the first arm circuit 17 The line becomes sinusoidal.

図4は、第1の実施の形態の力率改善回路の動作波形の一例を示す図である。図4は、入力電圧Vinの極性が正相である場合の、力率改善回路1の動作波形の一例を示す図である。 FIG. 4 is a diagram showing an example of an operation waveform of the power factor improving circuit according to the first embodiment. FIG. 4 is a diagram showing an example of the operation waveform of the power factor improving circuit 1 when the polarity of the input voltage Vin is in the positive phase.

係数αが0.5に設定されている場合には、入力電流Iinが、入力電流Iinのピーク値Iin−pの1/2より大きい期間72が、ダブルアーム制御を行う期間である。そして、入力電流Iinが、入力電流Iinのピーク値Iin−pの1/2以下の期間71及び73が、シングルアーム制御を行う期間である。 When the coefficient α is set to 0.5, the period 72 in which the input current I in is larger than 1/2 of the peak value I in −p of the input current I in is the period in which the double arm control is performed. .. The periods 71 and 73 in which the input current I in is ½ or less of the peak value I in −p of the input current I in are the periods in which the single arm control is performed.

期間72では、制御部50は、ダブルアーム制御を行う。従って、期間72では、電流I及びIの波形は、比較例(図3参照)と同様である。 In the period 72, the control unit 50 performs double arm control. Therefore, in the period 72, the waveforms of the currents I 1 and I 2 are the same as those of the comparative example (see FIG. 3).

期間71及び73では、制御部50は、第1のアーム回路17だけを動作させ、第2のアーム回路19を動作させない。従って、期間71及び73では、第2のアーム回路19を流れる電流Iは、0である。一方、期間71及び73では、第1のアーム回路17は、第2のアーム回路19の分まで電力変換を担わなければならない。また、期間71及び73では、Ton−s=2・Ton−dである。従って、期間71及び73では、第1のアーム回路17を流れる電流Iは、比較例(図3参照)の同じ期間の電流Iの概ね2倍になる。 During periods 71 and 73, the control unit 50 operates only the first arm circuit 17 and does not operate the second arm circuit 19. Therefore, in the periods 71 and 73, the current I 2 flowing through the second arm circuit 19 is 0. On the other hand, in the periods 71 and 73, the first arm circuit 17 must be responsible for power conversion up to the amount of the second arm circuit 19. Further, in the periods 71 and 73, Ton-s = 2 · Ton-d . Therefore, in the periods 71 and 73, the current I 1 flowing through the first arm circuit 17 is approximately twice as large as the current I 1 in the same period in the comparative example (see FIG. 3).

上記の通り、力率改善回路1は、入力電流Iinが閾値Thより大きい領域では、ダブルアーム制御を行う。 As described above, the power factor improving circuit 1 performs double arm control in the region where the input current I in is larger than the threshold value Th.

入力電流Iinが閾値Thより大きい領域では、電流I及びIが大きいので、電流I及びIが互いに打ち消し合うメリットが大きい。 In the region where the input current I in is larger than the threshold value Th, the currents I 1 and I 2 are large, so that there is a great merit that the currents I 1 and I 2 cancel each other out.

また、入力電圧Vinが大きい領域では、入力電圧Vinを出力電圧Voutに昇圧する昇圧量が小さいので、第1、第2、第5及び第6のスイッチ素子Q、Q、Q及びQを長い周期、つまり低いスイッチング周波数でスイッチングさせれば足りる。第1、第2、第5及び第6のスイッチ素子Q、Q、Q及びQのスイッチング周期が長いと、制御部50の制御負担のデメリットが小さい。 Further, in a region input voltage V in is large, the increased amount of pressure for boosting the input voltage V in to an output voltage V out is small, the first, second, switching element to Q 1 fifth and 6, Q 2, Q 5 and a long period of Q 6, it is sufficient to ask switched That at low switching frequencies. First, second, if the switching period of the fifth and sixth switch elements to Q 1, Q 2, Q 5 and Q 6 is long, a small disadvantage of control load of the control unit 50.

また、第1、第2、第5及び第6のスイッチ素子Q、Q、Q及びQのスイッチング周期が長いと、第1、第2、第5及び第6のスイッチ素子Q、Q、Q及びQのスイッチング損失及びゲート駆動損失の絶対量が少ない。加えて、入力電圧Vinが大きい領域は、変換電力が大きい領域である。そのため、変換電力に対する、第1、第2、第5及び第6のスイッチ素子Q、Q、Q及びQのスイッチング損失及びゲート駆動損失の割合が低い。即ち、電力効率低下のデメリットが小さい。 The first, the second, the switching period of the fifth and sixth switch elements to Q 1, Q 2, Q 5 and Q 6 is long, the first, second, switching element to Q 1 the fifth and sixth , the absolute amount of switching losses and gate drive losses Q 2, Q 5 and Q 6 is small. In addition, the area input voltage V in is high, the conversion power is large area. Therefore, for the conversion power, first, second, ratio of the switching losses and gate drive losses of the fifth and sixth switch elements to Q 1, Q 2, Q 5 and Q 6 is low. That is, the demerit of lowering power efficiency is small.

従って、力率改善回路1は、入力電流Iinが閾値Thより大きい領域では、ダブルアーム制御を行うことにより、第2のアクロスザラインコンデンサ33及び出力コンデンサCのリップル電流を低減でき、電力効率改善を図ることが可能である。 Therefore, the power factor correction circuit 1, the input current I in is the threshold Th larger area, by performing the double-arm control can reduce the second across-the Line ripple current of the capacitor 33 and the output capacitor C 1, the power It is possible to improve efficiency.

力率改善回路1は、入力電流Iinが閾値Th以下の領域では、シングルアーム制御を行う。 The power factor improving circuit 1 performs single arm control in a region where the input current I in is equal to or less than the threshold value Th.

入力電流Iinが閾値Th以下の領域、つまり、入力電圧Vinのゼロクロス付近では、電流I及びIが小さいので、電流I及びIが互いに打ち消し合うメリットが小さい。 In the region where the input current I in is equal to or less than the threshold value Th, that is, in the vicinity of the zero cross of the input voltage Vin, the currents I 1 and I 2 are small, so that the merits of the currents I 1 and I 2 canceling each other are small.

また、入力電圧Vinのゼロクロス付近では、入力電圧Vinを出力電圧Voutに昇圧する昇圧量が大きいので、第1、第2、第5及び第6のスイッチ素子Q、Q、Q及びQを短い周期でスイッチングさせる必要がある。第1、第2、第5及び第6のスイッチ素子Q、Q、Q及びQのスイッチング周期が短いと、制御部50の制御負担が大きいというデメリットがある。 Further, in the vicinity of the zero crossing of the input voltage V in, since a large step-up amount for boosting the input voltage V in to an output voltage V out, first, second, switching element to Q 1 fifth and 6, Q 2, Q it is necessary to switch the 5 and Q 6 in a short cycle. First, the second, the switching period of the fifth and sixth switch elements to Q 1, Q 2, Q 5 and Q 6 is short, there is a disadvantage that control load of the control unit 50 is large.

また、第1、第2、第5及び第6のスイッチ素子Q、Q、Q及びQのスイッチング周期が短いと、第1、第2、第5及び第6のスイッチ素子Q、Q、Q及びQのスイッチング損失及びゲート駆動損失の絶対量が多い。加えて、入力電圧Vinのゼロクロス付近は、変換電力が小さい領域である。そのため、変換電力に対する、第1、第2、第5及び第6のスイッチ素子Q、Q、Q及びQのスイッチング損失及びゲート駆動損失の割合が高い。即ち、電力効率低下のデメリットが大きい。 The first, the second, the switching period of the fifth and sixth switch elements to Q 1, Q 2, Q 5 and Q 6 is short, first, second, switching element to Q 1 the fifth and sixth , Q 2, the absolute amount of switching losses and gate drive losses Q 5 and Q 6 is large. In addition, near the zero crossing of the input voltage V in is an area conversion power is small. Therefore, for the conversion power, first, second, ratio of the switching losses and gate drive losses of the fifth and sixth switch elements to Q 1, Q 2, Q 5 and Q 6 is high. That is, the demerit of lowering power efficiency is large.

従って、力率改善回路1は、入力電流Iinが閾値Th以下の領域では、シングルアーム制御を行うことにより、第5及び第6のスイッチ素子Q及びQのスイッチング動作を抑制して、第5及び第6のスイッチ素子Q及びQのスイッチング損失及びゲート駆動損失を抑制することにより、電力効率改善を図ることが可能である。 Therefore, the power factor correction circuit 1, the input current I in is the threshold Th or less of the area, by performing a single-arm control, to suppress the switching operation of the switching element Q 5 and Q 6 of the fifth and sixth, by suppressing the switching loss and the gate drive loss of the fifth and the switch element Q 5 and Q 6 of the sixth, it is possible to achieve power efficiency.

また、係数αが0.5に設定されている場合には、シングルアーム制御を行う期間(期間71と期間73との和)と、ダブルアーム制御を行う期間(期間72)と、の比率が、概ね1:1になる。これにより、シングルアーム制御のメリット及びデメリットと、ダブルアーム制御のメリット及びデメリットと、のバランスが好適になる。 When the coefficient α is set to 0.5, the ratio between the period for performing single arm control (sum of period 71 and period 73) and the period for performing double arm control (period 72) is , Approximately 1: 1. As a result, the balance between the merits and demerits of single arm control and the merits and demerits of double arm control becomes suitable.

なお、制御部50は、入力電圧Vinの極性が正極性であり且つシングルアーム制御を行う場合には、第1のアーム回路17だけを動作させ、入力電圧Vinの極性が逆極性であり且つシングルアーム制御を行う場合には、第2のアーム回路19だけを動作させても良い。これにより、力率改善回路1は、第1のアーム回路17の発熱と、第2のアーム回路19の発熱と、の偏りを抑制できる。 The control unit 50, when the polarity is positive polarity and a single arm control input voltage V in is allowed to operate only the first arm circuit 17, the polarity of the input voltage V in is located at the opposite polarity Moreover, when performing single arm control, only the second arm circuit 19 may be operated. As a result, the power factor improving circuit 1 can suppress the bias between the heat generated by the first arm circuit 17 and the heat generated by the second arm circuit 19.

(第2の実施の形態)
第1の実施の形態では、出力電圧Voutの目標電圧を400Vとした。しかしながら、出力電圧Voutの目標電圧が変わる場合が考えられる。例えば、負荷4が、通常動作時には400Vを要求するが、低電圧(低消費電力)動作時(例えば、スリープモード時)には390Vを要求する場合がある。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the target voltage of the output voltage V out is set to 400 V. However, it is conceivable that the target voltage of the output voltage V out may change. For example, the load 4 may request 400V during normal operation, but may request 390V during low voltage (low power consumption) operation (for example, in sleep mode).

第2の実施の形態では、出力電圧Voutの目標電圧が、第1の目標電圧(例えば、400V)と、第2の目標電圧(例えば、390V)と、に変わるものとする。 In the second embodiment, the target voltage of the output voltage V out is changed to a first target voltage (for example, 400V) and a second target voltage (for example, 390V).

図5は、第2の実施の形態の力率改善回路の回路構成を示す図である。なお、第1の実施の形態と同じ構成要素には、同じ参照符号を付して、説明を省略する。 FIG. 5 is a diagram showing a circuit configuration of the power factor improving circuit of the second embodiment. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

力率改善回路1Aは、第1の実施の形態の制御部50に代えて、制御部50Aを含む。制御部50Aは、係数記憶部51Aと、ピーク入力電流計算部52と、閾値計算部53Aと、判定部54Aと、駆動部55Aと、出力電圧閾値記憶部56と、を含む。 The power factor improving circuit 1A includes a control unit 50A instead of the control unit 50 of the first embodiment. The control unit 50A includes a coefficient storage unit 51A, a peak input current calculation unit 52, a threshold value calculation unit 53A, a determination unit 54A, a drive unit 55A, and an output voltage threshold value storage unit 56.

係数記憶部51Aは、閾値Thα及びThβを計算するための係数α及びβを記憶する。係数α及びβは、有線通信又は無線通信経由で書き換え可能であっても良い。係数αは、0.5が例示されるが、これに限定されない。係数βは、0.4が例示されるが、これに限定されない。 The coefficient storage unit 51A stores the coefficients α and β for calculating the threshold values Thα and Thβ. The coefficients α and β may be rewritable via wired communication or wireless communication. The coefficient α is exemplified by, but is not limited to 0.5. The coefficient β is exemplified by, but is not limited to 0.4.

第2の目標電圧(390V)が第1の目標電圧(400V)よりも低い場合には、係数βは、係数αよりも小さいことが好ましい。第2の目標電圧(例えば、410V)が第1の目標電圧(400V)よりも高い場合には、係数βは、係数αよりも大きいことが好ましい。 When the second target voltage (390V) is lower than the first target voltage (400V), the coefficient β is preferably smaller than the coefficient α. When the second target voltage (for example, 410V) is higher than the first target voltage (400V), the coefficient β is preferably larger than the coefficient α.

閾値計算部53Aは、入力電流のピーク値Iin−pと、係数αと、の積により、閾値Thαを計算する。また、閾値計算部53Aは、入力電流のピーク値Iin−pと、係数βと、の積により、閾値Thβを計算する。 The threshold value calculation unit 53A calculates the threshold value Thα by the product of the peak value I in −p of the input current and the coefficient α. Further, the threshold value calculation unit 53A calculates the threshold value Thβ by the product of the peak value I in-p of the input current and the coefficient β.

出力電圧閾値記憶部56は、出力電圧Voutの閾値Vthを記憶する。閾値Vthは、有線通信又は無線通信経由で書き換え可能であっても良い。閾値Vthは、第1の目標電圧(400V)と、第2の目標電圧(390V)と、の間の値である。例えば、閾値Vthは、395Vが例示されるが、これに限定されない。閾値Vthは、394Vや396Vであっても良い。 The output voltage threshold value storage unit 56 stores the threshold value V th of the output voltage V out . The threshold value Vth may be rewritable via wired communication or wireless communication. The threshold Vth is a value between the first target voltage (400V) and the second target voltage (390V). For example, the threshold Vth is exemplified by, but is not limited to, 395V. The threshold value Vth may be 394V or 396V.

判定部54Aは、出力電圧Voutと、閾値Vthと、を比較する。判定部54Aは、出力電圧Voutが閾値Vthより大きい場合は、閾値Thα及びThβの内の閾値Thαを選択する。判定部54Aは、出力電圧Voutが閾値Vth以下である場合は、閾値Thα及びThβの内の閾値Thβを選択する。 The determination unit 54A compares the output voltage V out with the threshold value V th . When the output voltage V out is larger than the threshold value V th , the determination unit 54A selects the threshold value Thα among the threshold value Thα and Thβ. When the output voltage V out is equal to or less than the threshold value V th , the determination unit 54A selects the threshold value Thβ among the threshold value Thα and Thβ.

判定部54Aは、入力電圧Vinの瞬時電圧と、オン時間Ton−dと、に基づいて、現在の入力電流Iinを計算する。そして、判定部54Aは、入力電流Iinと、閾値Thα及びThβの内の選択した閾値と、を比較する。判定部54Aは、入力電流Iinが選択した閾値よりも大きい場合には、ダブルアーム制御を駆動部55Aに行わせるための、ローレベルの判定信号Sを駆動部55Aに出力する。一方、判定部54Aは、入力電流Iinが選択した閾値以下の場合には、シングルアーム制御を駆動部55Aに行わせるための、ハイレベルの判定信号Sを駆動部55Aに出力する。 Determination unit 54A includes a instantaneous voltage of the input voltage V in, and the on-time T on-d, based on, to calculate the current of the input current I in. Then, the determination unit 54A compares the input current I in with the selected threshold value among the threshold values Thα and Thβ. Determination unit 54A, when the input current I in is greater than the selected threshold, the output for causing the double-arm control to the driving unit 55A, a low-level determination signals S 1 to the drive unit 55A. On the other hand, when the input current I in is equal to or less than the selected threshold value, the determination unit 54A outputs a high-level determination signal S 1 to the drive unit 55A for causing the drive unit 55A to perform single arm control.

駆動部55Aには、目標電圧を指定する信号Sが供給される。信号Sがローレベルの場合には、第1の目標電圧(400V)が指定される。信号Sがハイレベルの場合には、第2の目標電圧(390V)が指定される。 The drive unit 55A, the signal S 2 that specifies the target voltage is supplied. If the signal S 2 is low level, a first target voltage (400V) is specified. If the signal S 2 is at a high level, a second target voltage (390V) is specified.

駆動部55Aは、ダブルアーム制御及びシングルアーム制御のいずれの場合にも、出力電圧Voutが第1の目標電圧(400V)又は第2の目標電圧(390V)になるように、第1のスイッチ素子Qから第6のスイッチ素子Qまでを制御する。駆動部55Aの具体的な制御内容は、第1の実施の形態の駆動部55と同様であるので、説明を省略する。 The drive unit 55A is a first switch so that the output voltage V out becomes the first target voltage (400 V) or the second target voltage (390 V) in both the double arm control and the single arm control. controlling the from element Q 1 until the switch element Q 6 of the sixth. Since the specific control content of the drive unit 55A is the same as that of the drive unit 55 of the first embodiment, the description thereof will be omitted.

第2の目標電圧(390V)が指定され、出力電圧Voutが低下した場合に、第1の目標電圧(400V)の場合の閾値Thαが使用されると、シングルアーム制御期間(図4の期間71及び73参照)は変わらないのに対し、ダブルアーム制御期間(図4の期間72参照)が短くなってしまい、ダブルアーム制御のメリットが減少してしまう。 When the second target voltage (390V) is specified and the output voltage V out drops and the threshold Thα for the first target voltage (400V) is used, the single arm control period (period of FIG. 4). (See 71 and 73) does not change, but the double arm control period (see period 72 in FIG. 4) becomes shorter, and the merit of double arm control decreases.

そこで、力率改善回路1Aは、2個の係数α及びβを記憶し、出力電圧Voutに応じて、係数α及びβの内の一方を選択する。これにより、力率改善回路1Aは、シングルアーム制御期間(図4の期間71及び73参照)と、ダブルアーム制御期間(図4の期間72参照)と、のバランスを調整することができる。これにより、力率改善回路1Aは、ダブルアーム制御のメリットが減少してしまうことを抑制できる。 Therefore, the power factor improving circuit 1A stores two coefficients α and β, and selects one of the coefficients α and β according to the output voltage V out. Thereby, the power factor improving circuit 1A can adjust the balance between the single arm control period (see periods 71 and 73 in FIG. 4) and the double arm control period (see period 72 in FIG. 4). As a result, the power factor improving circuit 1A can suppress that the merit of the double arm control is reduced.

本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、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。これら実施の形態は、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。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, as well as in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

1、1A 力率改善回路
2 電源
3 ノイズフィルタ
4 負荷
11 第1の入力端子
12 第2の入力端子
13 第1の電圧検出器
14 第1の出力端子
15 第2の出力端子
16 第2の電圧検出器
17 第1のアーム回路
18 極性切り替えアーム回路
19 第2のアーム回路
50、50A 制御部
51、51A 係数記憶部
52 ピーク入力電流計算部
53、53A 閾値計算部
54、54A 判定部
55、55A 駆動部
56 出力電圧閾値記憶部
第1のインダクタ
第2のインダクタ
第1のスイッチ素子
第2のスイッチ素子
第3のスイッチ素子
第4のスイッチ素子
第5のスイッチ素子
第6のスイッチ素子
出力コンデンサ
第1のノード
第2のノード
1, 1A Power factor improvement circuit 2 Power supply 3 Noise filter 4 Load 11 1st input terminal 12 2nd input terminal 13 1st voltage detector 14 1st output terminal 15 2nd output terminal 16 2nd voltage Detector 17 1st arm circuit 18 Polarity switching arm circuit 19 2nd arm circuit 50, 50A Control unit 51, 51A Coefficient storage unit 52 Peak input current calculation unit 53, 53A Threshold calculation unit 54, 54A Judgment unit 55, 55A Drive unit 56 Output voltage threshold storage unit L 1 First inductor L 2 Second inductor Q 1 First switch element Q 2 Second switch element Q 3 Third switch element Q 4 Fourth switch element Q 5 Fifth switch element Q 6 Sixth switch element C 1 Output voltage N 1 First node N 2 Second node

Claims (8)

交流電圧が入力される一対の第1の入力端子及び第2の入力端子と、
直流電圧を出力する一対の第1の出力端子及び第2の出力端子と、
前記第1の出力端子と前記第2の出力端子との間に接続された出力コンデンサと、
前記第1の入力端子と第1のノードとの間に接続された第1のインダクタ、前記第1のノードと前記第1の出力端子との間に接続された第1のスイッチ素子、及び、前記第1のノードと前記第2の出力端子との間に接続された第2のスイッチ素子を少なくとも有する1以上の第1のアーム回路と、
前記第2の入力端子と前記第1の出力端子との間に接続された第3のスイッチ素子、及び、前記第2の入力端子と前記第2の出力端子との間に接続された第4のスイッチ素子を少なくとも有する極性切り替えアームと、
前記第1の入力端子と第2のノードとの間に接続された第2のインダクタ、前記第2のノードと前記第1の出力端子との間に接続された第5のスイッチ素子、及び、前記第2のノードと前記第2の出力端子との間に接続された第6のスイッチ素子を少なくとも有する1以上の第2のアーム回路と、
前記交流電圧の極性に応じて、前記第1のスイッチ素子から第6のスイッチ素子までのスイッチング動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記第1の入力端子に入力される入力電流と閾値とを比較し、前記入力電流が前記閾値よりも大きい場合には、前記第1のアーム回路及び前記第2のアーム回路の両方を動作させるダブルアーム制御を行い、前記入力電流が前記閾値以下の場合には、前記第1のアーム回路だけを動作させるシングルアーム制御を行
前記シングルアーム制御を行うシングルアーム制御期間における、前記第1のスイッチ素子及び前記第2のスイッチ素子のオン時間を、前記シングルアーム制御期間において前記ダブルアーム制御を行うと仮定した場合の、前記第1のスイッチ素子及び前記第2のスイッチ素子のオン時間の2倍にする、
ことを特徴とする、力率改善回路。
A pair of first input terminals and second input terminals to which AC voltage is input,
A pair of first output terminals and second output terminals that output DC voltage,
An output capacitor connected between the first output terminal and the second output terminal,
A first inductor connected between the first input terminal and the first node, a first switch element connected between the first node and the first output terminal, and One or more first arm circuits having at least a second switch element connected between the first node and the second output terminal.
A third switch element connected between the second input terminal and the first output terminal, and a fourth connected between the second input terminal and the second output terminal. Polarity switching arm with at least the switch element of
A second inductor connected between the first input terminal and the second node, a fifth switch element connected between the second node and the first output terminal, and One or more second arm circuits having at least a sixth switch element connected between the second node and the second output terminal.
A control unit that controls the switching operation from the first switch element to the sixth switch element according to the polarity of the AC voltage.
With
The control unit
The input current input to the first input terminal is compared with the threshold value, and when the input current is larger than the threshold value, both the first arm circuit and the second arm circuit are operated. performs double arm control, when the input current is less than the threshold value, have rows single arm control to operate only the first arm circuit,
The first switch element and the second switch element on time in the single arm control period in which the single arm control is performed are assumed to perform the double arm control in the single arm control period. Twice the on-time of the switch element 1 and the second switch element.
A power factor improvement circuit characterized by this.
交流電圧が入力される一対の第1の入力端子及び第2の入力端子と、
直流電圧を出力する一対の第1の出力端子及び第2の出力端子と、
前記第1の出力端子と前記第2の出力端子との間に接続された出力コンデンサと、
前記第1の入力端子と第1のノードとの間に接続された第1のインダクタ、前記第1のノードと前記第1の出力端子との間に接続された第1のスイッチ素子、及び、前記第1のノードと前記第2の出力端子との間に接続された第2のスイッチ素子を少なくとも有する1以上の第1のアーム回路と、
前記第2の入力端子と前記第1の出力端子との間に接続された第3のスイッチ素子、及び、前記第2の入力端子と前記第2の出力端子との間に接続された第4のスイッチ素子を少なくとも有する極性切り替えアームと、
前記第1の入力端子と第2のノードとの間に接続された第2のインダクタ、前記第2のノードと前記第1の出力端子との間に接続された第5のスイッチ素子、及び、前記第2のノードと前記第2の出力端子との間に接続された第6のスイッチ素子を少なくとも有する1以上の第2のアーム回路と、
前記交流電圧の極性に応じて、前記第1のスイッチ素子から第6のスイッチ素子までのスイッチング動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記第1の入力端子に入力される入力電流と閾値とを比較し、前記入力電流が前記閾値よりも大きい場合には、前記第1のアーム回路及び前記第2のアーム回路の両方を動作させるダブルアーム制御を行い、前記入力電流が前記閾値以下の場合には、前記第1のアーム回路だけを動作させるシングルアーム制御を行い、
前記交流電圧の瞬時電圧と、前記ダブルアーム制御を行う場合の前記第1のスイッチ素子及び前記第2のスイッチ素子のオン時間と、に基づいて、前記入力電流のピーク値を計算し、
前記入力電流のピーク値と、予め定められた係数と、の積により、前記閾値を計算する、
ことを特徴とする、力率改善回路。
A pair of first input terminals and second input terminals to which AC voltage is input,
A pair of first output terminals and second output terminals that output DC voltage,
An output capacitor connected between the first output terminal and the second output terminal,
A first inductor connected between the first input terminal and the first node, a first switch element connected between the first node and the first output terminal, and One or more first arm circuits having at least a second switch element connected between the first node and the second output terminal.
A third switch element connected between the second input terminal and the first output terminal, and a fourth connected between the second input terminal and the second output terminal. Polarity switching arm with at least the switch element of
A second inductor connected between the first input terminal and the second node, a fifth switch element connected between the second node and the first output terminal, and One or more second arm circuits having at least a sixth switch element connected between the second node and the second output terminal.
A control unit that controls the switching operation from the first switch element to the sixth switch element according to the polarity of the AC voltage.
With
The control unit
The input current input to the first input terminal is compared with the threshold value, and when the input current is larger than the threshold value, both the first arm circuit and the second arm circuit are operated. Double arm control is performed, and when the input current is equal to or less than the threshold value, single arm control for operating only the first arm circuit is performed.
The peak value of the input current is calculated based on the instantaneous voltage of the AC voltage and the on-time of the first switch element and the second switch element when the double arm control is performed.
The threshold value is calculated by multiplying the peak value of the input current and a predetermined coefficient.
A power factor improvement circuit characterized by this.
前記係数は、0.5である、
ことを特徴とする、請求項に記載の力率改善回路。
The coefficient is 0.5.
The power factor improving circuit according to claim 2 , wherein the power factor is improved.
前記制御部は、
前記入力電流のピーク値と、予め定められた複数の係数の各々と、の積により、複数の前記閾値を計算し、
前記直流電圧の値に応じて、複数の前記閾値の内の1つを選択する、
ことを特徴とする、請求項に記載の力率改善回路。
The control unit
A plurality of the threshold values are calculated by multiplying the peak value of the input current and each of the plurality of predetermined coefficients.
One of the plurality of threshold values is selected according to the value of the DC voltage.
The power factor improving circuit according to claim 2 , wherein the power factor is improved.
前記制御部は、
前記直流電圧が予め定められた電圧閾値よりも大きい場合には、複数の前記閾値の内の第1の閾値を選択し、前記直流電圧が予め定められた電圧閾値以下の場合には、複数の前記閾値の内の、前記第1の閾値よりも小さい第2の閾値を選択する、
ことを特徴とする、請求項に記載の力率改善回路。
The control unit
When the DC voltage is larger than a predetermined voltage threshold value, the first threshold value among the plurality of the threshold values is selected, and when the DC voltage is equal to or less than the predetermined voltage threshold value, a plurality of the DC voltage values are selected. A second threshold value smaller than the first threshold value is selected from the threshold values.
The power factor improving circuit according to claim 4 , wherein the power factor is improved.
前記制御部は、
前記交流電圧の極性が正極性であり且つ前記シングルアーム制御を行う場合には、前記第1のアーム回路だけを動作させ、前記交流電圧の極性が逆極性であり且つ前記シングルアーム制御を行う場合には、前記第2のアーム回路だけを動作させる、
ことを特徴とする、請求項1からのいずれか1項に記載の力率改善回路。
The control unit
When the polarity of the AC voltage is positive and the single arm control is performed, only the first arm circuit is operated, and the polarity of the AC voltage is opposite and the single arm control is performed. To operate only the second arm circuit,
The power factor improving circuit according to any one of claims 1 to 5 , wherein the power factor improving circuit is characterized in that.
交流電圧が入力される一対の第1の入力端子及び第2の入力端子と、直流電圧を出力する一対の第1の出力端子及び第2の出力端子と、前記第1の出力端子と前記第2の出力端子との間に接続された出力コンデンサと、前記第1の入力端子と第1のノードとの間に接続された第1のインダクタ、前記第1のノードと前記第1の出力端子との間に接続された第1のスイッチ素子、及び、前記第1のノードと前記第2の出力端子との間に接続された第2のスイッチ素子を少なくとも有する1以上の第1のアーム回路と、前記第2の入力端子と前記第1の出力端子との間に接続された第3のスイッチ素子、及び、前記第2の入力端子と前記第2の出力端子との間に接続された第4のスイッチ素子を少なくとも有する極性切り替えアームと、前記第1の入力端子と第2のノードとの間に接続された第2のインダクタ、前記第2のノードと前記第1の出力端子との間に接続された第5のスイッチ素子、及び、前記第2のノードと前記第2の出力端子との間に接続された第6のスイッチ素子を少なくとも有する1以上の第2のアーム回路と、前記交流電圧の極性に応じて、前記第1のスイッチ素子から第6のスイッチ素子までのスイッチング動作を制御する制御部と、を備える力率改善回路の制御方法であって、
前記制御部により、前記第1の入力端子に入力される入力電流と閾値とを比較し、前記入力電流が前記閾値よりも大きい場合には、前記第1のアーム回路及び前記第2のアーム回路の両方を動作させるダブルアーム制御を行い、前記入力電流が前記閾値以下の場合には、前記第1のアーム回路だけを動作させるシングルアーム制御を行
前記シングルアーム制御を行うシングルアーム制御期間における、前記第1のスイッチ素子及び前記第2のスイッチ素子のオン時間を、前記シングルアーム制御期間において前記ダブルアーム制御を行うと仮定した場合の、前記第1のスイッチ素子及び前記第2のスイッチ素子のオン時間の2倍にする、
ことを特徴とする、力率改善回路の制御方法。
A pair of first and second input terminals to which an AC voltage is input, a pair of first and second output terminals to output a DC voltage, a first output terminal, and the first output terminal. An output capacitor connected between the two output terminals, a first inductor connected between the first input terminal and the first node, the first node and the first output terminal. One or more first arm circuits having at least a first switch element connected to and a second switch element connected between the first node and the second output terminal. And a third switch element connected between the second input terminal and the first output terminal, and connected between the second input terminal and the second output terminal. A polarity switching arm having at least a fourth switch element, a second inductor connected between the first input terminal and the second node, the second node and the first output terminal. A fifth switch element connected between them, and one or more second arm circuits having at least a sixth switch element connected between the second node and the second output terminal. A control method for a power factor improving circuit including a control unit that controls a switching operation from the first switch element to the sixth switch element according to the polarity of the AC voltage.
The control unit compares the input current input to the first input terminal with the threshold value, and when the input current is larger than the threshold value, the first arm circuit and the second arm circuit both the make double arm control to operate, when the input current is less than the threshold value, it has rows single arm control to operate only the first arm circuit,
The first switch element and the second switch element on time in the single arm control period in which the single arm control is performed are assumed to perform the double arm control in the single arm control period. Twice the on-time of the switch element 1 and the second switch element.
A method of controlling a power factor improving circuit, which is characterized by the fact that.
交流電圧が入力される一対の第1の入力端子及び第2の入力端子と、直流電圧を出力する一対の第1の出力端子及び第2の出力端子と、前記第1の出力端子と前記第2の出力端子との間に接続された出力コンデンサと、前記第1の入力端子と第1のノードとの間に接続された第1のインダクタ、前記第1のノードと前記第1の出力端子との間に接続された第1のスイッチ素子、及び、前記第1のノードと前記第2の出力端子との間に接続された第2のスイッチ素子を少なくとも有する1以上の第1のアーム回路と、前記第2の入力端子と前記第1の出力端子との間に接続された第3のスイッチ素子、及び、前記第2の入力端子と前記第2の出力端子との間に接続された第4のスイッチ素子を少なくとも有する極性切り替えアームと、前記第1の入力端子と第2のノードとの間に接続された第2のインダクタ、前記第2のノードと前記第1の出力端子との間に接続された第5のスイッチ素子、及び、前記第2のノードと前記第2の出力端子との間に接続された第6のスイッチ素子を少なくとも有する1以上の第2のアーム回路と、前記交流電圧の極性に応じて、前記第1のスイッチ素子から第6のスイッチ素子までのスイッチング動作を制御する制御部と、を備える力率改善回路の制御方法であって、
前記制御部により、前記第1の入力端子に入力される入力電流と閾値とを比較し、前記入力電流が前記閾値よりも大きい場合には、前記第1のアーム回路及び前記第2のアーム回路の両方を動作させるダブルアーム制御を行い、前記入力電流が前記閾値以下の場合には、前記第1のアーム回路だけを動作させるシングルアーム制御を行い
前記交流電圧の瞬時電圧と、前記ダブルアーム制御を行う場合の前記第1のスイッチ素子及び前記第2のスイッチ素子のオン時間と、に基づいて、前記入力電流のピーク値を計算し、
前記入力電流のピーク値と、予め定められた係数と、の積により、前記閾値を計算する、
ことを特徴とする、力率改善回路の制御方法。
A pair of first and second input terminals to which an AC voltage is input, a pair of first and second output terminals to output a DC voltage, a first output terminal, and the first output terminal. An output capacitor connected between the two output terminals, a first inductor connected between the first input terminal and the first node, the first node and the first output terminal. One or more first arm circuits having at least a first switch element connected to and a second switch element connected between the first node and the second output terminal. And a third switch element connected between the second input terminal and the first output terminal, and connected between the second input terminal and the second output terminal. A polarity switching arm having at least a fourth switch element, a second inductor connected between the first input terminal and the second node, the second node and the first output terminal. A fifth switch element connected between them, and one or more second arm circuits having at least a sixth switch element connected between the second node and the second output terminal. A control method for a power factor improving circuit including a control unit that controls a switching operation from the first switch element to the sixth switch element according to the polarity of the AC voltage.
The control unit compares the input current input to the first input terminal with the threshold value, and when the input current is larger than the threshold value, the first arm circuit and the second arm circuit When the input current is equal to or less than the threshold value, the double arm control for operating both of the above is performed, and the single arm control for operating only the first arm circuit is performed .
The peak value of the input current is calculated based on the instantaneous voltage of the AC voltage and the on-time of the first switch element and the second switch element when the double arm control is performed.
The threshold value is calculated by multiplying the peak value of the input current and a predetermined coefficient.
A method of controlling a power factor improving circuit, which is characterized by the fact that.
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