JP6937936B2 - DC power supply, motor drive, blower, compressor and air conditioner - Google Patents

DC power supply, motor drive, blower, compressor and air conditioner Download PDF

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Description

本発明は、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して負荷に供給する直流電源装置、当該直流電源装置を備えたモータ駆動装置、当該モータ駆動装置を備えた送風機及び圧縮機、並びに、当該送風機又は当該圧縮機を備えた空気調和機に関する。 The present invention relates to a DC power supply device that converts AC power supplied from an AC power supply into DC power and supplies it to a load, a motor drive device provided with the DC power supply device, a blower and a compressor provided with the motor drive device, and the like. In addition, the present invention relates to the blower or an air conditioner equipped with the compressor.

直流電源装置においては、電流が流れる回路上の損失を抑制して高効率化を図ることが課題の1つとされる。高効率化を目的とした直流電源装置として、下記の特許文献1に記載された直流電源装置においては、4つのダイオードのうちの2つをMOSFET(Metal−Oxide−Semiconductor Field−Effect Transistor)に置き換えた構成の整流器が開示されている。整流器は、2つのダイオードと、2つのMOSFETとがブリッジ接続されてブリッジ回路を構成している。 In the DC power supply device, one of the problems is to suppress the loss on the circuit through which the current flows to improve the efficiency. As a DC power supply device for the purpose of improving efficiency, in the DC power supply device described in Patent Document 1 below, two of the four diodes are replaced with MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effective Transistor). A rectifier having a different configuration is disclosed. In the rectifier, two diodes and two MOSFETs are bridge-connected to form a bridge circuit.

特許文献1の直流電源装置では、ブリッジ回路に電流が流れ始めるタイミング及びブリッジ回路に流れる電流がゼロに変化するタイミングに同期させてMOSFETを制御することにより、導通損失の低減を図っている。この技術は、同期整流と呼ばれている。 In the DC power supply device of Patent Document 1, the conduction loss is reduced by controlling the MOSFET in synchronization with the timing when the current starts to flow in the bridge circuit and the timing when the current flowing in the bridge circuit changes to zero. This technique is called synchronous rectification.

特開2012−143154号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-143154

同期整流を効果的に行うには、ブリッジ回路に電流が流れ始めるタイミングを正確に把握する必要がある。一方、ブリッジ回路に流れる電流は、電流検出器によって検出するが、電流検出器の検出値には、検出誤差が存在する。検出誤差の一例は、検出値に重畳するオフセット成分である。オフセット成分が重畳した検出値を用いて同期整流を実施した場合、実際に電流が流れ始めるタイミングとは異なるポイントで同期整流が行われるので、損失が発生する。このため、効率の向上には改善の余地がある。 In order to effectively perform synchronous rectification, it is necessary to accurately grasp the timing when the current starts to flow in the bridge circuit. On the other hand, the current flowing through the bridge circuit is detected by the current detector, but there is a detection error in the detected value of the current detector. An example of the detection error is an offset component superimposed on the detected value. When synchronous rectification is performed using the detected value in which the offset component is superimposed, the synchronous rectification is performed at a point different from the timing when the current actually starts to flow, so that a loss occurs. Therefore, there is room for improvement in improving efficiency.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電流検出器の検出誤差に起因する損失を低減して、効率の更なる改善を図ることができる直流電源装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a DC power supply device capable of reducing a loss due to a detection error of a current detector and further improving efficiency. ..

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る直流電源装置は、一端が交流電源に接続されるリアクトル、リアクトルの他端に接続され、少なくとも1つのスイッチング素子を備え、交流電源から出力される交流の第1電圧を直流電圧に変換するブリッジ回路、及びブリッジ回路の直流側の電圧である第2電圧を平滑するコンデンサを備える。また、直流電源装置は、第1電圧を検出する第1の電圧検出器、及び交流電源とブリッジ回路との間に流れる交流の第1電流を検出する第1の電流検出器を備える。更に、直流電源装置は、第1電流の検出値に含まれる検出誤差を算出し、検出誤差に基づいて第1電流の検出値の補正値を生成し、第1電圧の検出値及び第1電流の検出値の補正値に基づいてブリッジ回路のスイッチング素子を制御する制御部を備える。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the DC power supply device according to the present invention includes a reactor whose one end is connected to an AC power supply and a reactor which is connected to the other end of the reactor and includes at least one switching element. It includes a bridge circuit that converts the first AC voltage output from the AC voltage into a DC voltage, and a capacitor that smoothes the second voltage, which is the voltage on the DC side of the bridge circuit. Further, the DC power supply device includes a first voltage detector for detecting the first voltage and a first current detector for detecting the first current of the alternating current flowing between the alternating current power supply and the bridge circuit. Further, the DC power supply device calculates the detection error included in the detection value of the first current, generates a correction value of the detection value of the first current based on the detection error, and detects the detection value of the first voltage and the first current. It is provided with a control unit that controls the switching element of the bridge circuit based on the correction value of the detected value of.

本発明に係るモータ駆動装置によれば、電流検出器の検出誤差に起因する損失を低減して、効率の更なる改善を図ることができるという効果を奏する。 According to the motor drive device according to the present invention, it is possible to reduce the loss caused by the detection error of the current detector and further improve the efficiency.

実施の形態1に係る直流電源装置の構成を示す回路図A circuit diagram showing the configuration of the DC power supply device according to the first embodiment. 実施の形態1に係る直流電源装置の動作モードの説明に供する図The figure which provides the description of the operation mode of the DC power supply device which concerns on Embodiment 1. 実施の形態1のブリッジ回路におけるパッシブ同期整流モード時の電流経路の1つを示す図The figure which shows one of the current paths in the passive synchronous rectification mode in the bridge circuit of Embodiment 1. 一般的なスイッチング素子における電流−損失特性を模式的に示す図The figure which shows typically the current-loss characteristic in a general switching element. 実施の形態1のブリッジ回路における簡易スイッチングモード時の電流経路の1つを示す図The figure which shows one of the current paths in the simple switching mode in the bridge circuit of Embodiment 1. 実施の形態1のブリッジ回路におけるパッシブ同期整流モード時の各スイッチング素子のスイッチ状態を示す図The figure which shows the switch state of each switching element in the passive synchronous rectification mode in the bridge circuit of Embodiment 1. 実施の形態1のブリッジ回路に生じ得る逆電流の説明に供する図The figure provided for the description of the reverse current which may occur in the bridge circuit of Embodiment 1. 実施の形態1における制御部の要部の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the main part of the control part in Embodiment 1. 図8に示す検出値補正部の動作の説明に供する図The figure provided for the explanation of the operation of the detection value correction part shown in FIG. 図8に示す検出値補正部の変形例の構成を示すブロック図A block diagram showing a configuration of a modified example of the detection value correction unit shown in FIG. 実施の形態1における制御部の機能を具現するハードウェア構成の一例を示すブロック図A block diagram showing an example of a hardware configuration that embodies the function of the control unit according to the first embodiment. 実施の形態1における制御部の機能を具現するハードウェア構成の他の例を示すブロック図A block diagram showing another example of a hardware configuration that embodies the function of the control unit according to the first embodiment. 実施の形態2に係るモータ駆動装置への適用例を示す図The figure which shows the application example to the motor drive device which concerns on Embodiment 2. 図13に示したモータ駆動装置を空気調和機に適用した例を示す図The figure which shows the example which applied the motor drive device shown in FIG. 13 to an air conditioner.

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係る直流電源装置、モータ駆動装置、送風機、圧縮機及び空気調和機について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下では、電気的な接続を単に「接続」と称して説明する。 The DC power supply device, the motor drive device, the blower, the compressor, and the air conditioner according to the embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to the embodiments shown below. Further, in the following, the electrical connection will be described simply as "connection".

実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る直流電源装置100の構成を示す回路図である。実施の形態1に係る直流電源装置100は、単相の交流電源1から供給される交流電力を直流電力に変換して負荷500に供給する電源装置である。実施の形態1に係る直流電源装置100は、図1に示すように、リアクトル2と、ブリッジ回路3と、コンデンサ4と、制御部8と、駆動回路であるゲート駆動回路15とを備える。また、直流電源装置100は、第1の電圧検出器である電圧検出器5と、第1の電流検出器である電流検出器6と、第2の電圧検出器である電圧検出器7と、を備える。
Embodiment 1.
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a DC power supply device 100 according to a first embodiment. The DC power supply device 100 according to the first embodiment is a power supply device that converts the AC power supplied from the single-phase AC power supply 1 into DC power and supplies it to the load 500. As shown in FIG. 1, the DC power supply device 100 according to the first embodiment includes a reactor 2, a bridge circuit 3, a capacitor 4, a control unit 8, and a gate drive circuit 15 which is a drive circuit. Further, the DC power supply device 100 includes a voltage detector 5 which is a first voltage detector, a current detector 6 which is a first current detector, a voltage detector 7 which is a second voltage detector, and the like. To be equipped.

図1において、負荷500の例は、送風機、圧縮機又は空気調和機に内蔵されるモータである。交流電源1と直流電源装置100との間には、直流電源装置100を保護するための配線用遮断器であるブレーカ10が設けられている。 In FIG. 1, an example of a load 500 is a motor built into a blower, compressor or air conditioner. A breaker 10 which is a circuit breaker for wiring for protecting the DC power supply device 100 is provided between the AC power supply 1 and the DC power supply device 100.

リアクトル2の一端は、ブレーカ10を介して交流電源1に接続され、リアクトル2の他端は、ブリッジ回路3に接続される。ブリッジ回路3は、交流電源1から出力される交流電圧を直流電圧に変換する。 One end of the reactor 2 is connected to the AC power supply 1 via the breaker 10, and the other end of the reactor 2 is connected to the bridge circuit 3. The bridge circuit 3 converts the AC voltage output from the AC power supply 1 into a DC voltage.

ブリッジ回路3は、第1のレグ31と、第2のレグ32とを備える。第1のレグ31と第2のレグ32とは、並列に接続されている。第1のレグ31では、第1の上アーム素子311と、第1の下アーム素子312とが直列に接続されている。第2のレグ32では、第2の上アーム素子321と、第2の下アーム素子322とが直列に接続されている。リアクトル2の他端は、第1のレグ31における第1の上アーム素子311と第1の下アーム素子312との接続点3aに接続されている。第2の上アーム素子321と第2の下アーム素子322との接続点3bは、交流電源1の他端に接続されている。ブリッジ回路3において、接続点3a,3bは、交流端子を構成する。 The bridge circuit 3 includes a first leg 31 and a second leg 32. The first leg 31 and the second leg 32 are connected in parallel. In the first leg 31, the first upper arm element 311 and the first lower arm element 312 are connected in series. In the second leg 32, the second upper arm element 321 and the second lower arm element 322 are connected in series. The other end of the reactor 2 is connected to a connection point 3a between the first upper arm element 311 and the first lower arm element 312 in the first leg 31. The connection point 3b between the second upper arm element 321 and the second lower arm element 322 is connected to the other end of the AC power supply 1. In the bridge circuit 3, the connection points 3a and 3b form an AC terminal.

なお、図1において、リアクトル2は、交流電源1の一端と、接続点3aとの間に接続されているが、交流電源1の他端と、接続点3bとの間に接続されていてもよい。 In FIG. 1, the reactor 2 is connected between one end of the AC power supply 1 and the connection point 3a, but even if it is connected between the other end of the AC power supply 1 and the connection point 3b. good.

ブリッジ回路3において、接続点3a,3bがある側を「交流側」と呼ぶ。また、交流電源1から出力される交流電圧を「電源電圧」と呼び、電源電圧の周期を「電源周期」と呼ぶ。なお、電源電圧を「第1電圧」と呼ぶ場合がある。 In the bridge circuit 3, the side where the connection points 3a and 3b are located is called the "AC side". Further, the AC voltage output from the AC power supply 1 is called a "power supply voltage", and the cycle of the power supply voltage is called a "power supply cycle". The power supply voltage may be referred to as a "first voltage".

第1の上アーム素子311は、スイッチング素子Q1と、スイッチング素子Q1に逆並列に接続されるダイオードD1とを含む。第1の下アーム素子312は、スイッチング素子Q2と、スイッチング素子Q2に逆並列に接続されるダイオードD2とを含む。第2の上アーム素子321は、スイッチング素子Q3と、スイッチング素子Q3に逆並列に接続されるダイオードD3とを含む。第2の下アーム素子322は、スイッチング素子Q4と、スイッチング素子Q4に逆並列に接続されるダイオードD4とを含む。 The first upper arm element 311 includes a switching element Q1 and a diode D1 connected in antiparallel to the switching element Q1. The first lower arm element 312 includes a switching element Q2 and a diode D2 connected in antiparallel to the switching element Q2. The second upper arm element 321 includes a switching element Q3 and a diode D3 connected in antiparallel to the switching element Q3. The second lower arm element 322 includes a switching element Q4 and a diode D4 connected in antiparallel to the switching element Q4.

図1では、スイッチング素子Q1,Q2,Q3,Q4のそれぞれに金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:MOSFET)を例示しているが、MOSFETに限定されない。MOSFETは、ドレインとソースとの間で双方向に電流を流すことができるスイッチング素子である。ドレインに相当する第1端子とソースに相当する第2端子との間で双方向に電流を流すことができるスイッチング素子、即ち双方向スイッチング素子であれば、どのようなスイッチング素子でもよい。 In FIG. 1, metal oxide semiconductor field effect transistors (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors: MOSFETs) are illustrated for each of the switching elements Q1, Q2, Q3, and Q4, but are not limited to MOSFETs. A MOSFET is a switching element capable of passing a current in both directions between a drain and a source. Any switching element may be used as long as it is a switching element capable of bidirectionally flowing a current between the first terminal corresponding to the drain and the second terminal corresponding to the source, that is, a bidirectional switching element.

また、逆並列とは、MOSFETのドレインに相当する第1端子とダイオードのカソードとが接続され、MOSFETのソースに相当する第2端子とダイオードのアノードとが接続されることを意味する。なお、ダイオードは、MOSFET自身が内部に有する寄生ダイオードを用いてもよい。寄生ダイオードは、ボディダイオードとも呼ばれる。 Further, antiparallel means that the first terminal corresponding to the drain of the MOSFET and the cathode of the diode are connected, and the second terminal corresponding to the source of the MOSFET and the anode of the diode are connected. As the diode, a parasitic diode that the MOSFET itself has inside may be used. Parasitic diodes are also called body diodes.

また、スイッチング素子Q1,Q2,Q3,Q4のうちの少なくとも1つは、シリコン系材料により形成されたMOSFETに限定されず、炭化珪素、窒化ガリウム、酸化ガリウム又はダイヤモンドといったワイドバンドギャップ半導体により形成されたMOSFETでもよい。 Further, at least one of the switching elements Q1, Q2, Q3, and Q4 is not limited to a MOSFET formed of a silicon-based material, but is formed of a wide bandgap semiconductor such as silicon carbide, gallium nitride, gallium oxide, or diamond. It may be a MOSFET.

一般的にワイドバンドギャップ半導体は、シリコン半導体に比べて耐電圧性及び耐熱性が高い。そのため、スイッチング素子Q1,Q2,Q3,Q4のうちの少なくとも一つにワイドバンドギャップ半導体を用いることにより、スイッチング素子の耐電圧性及び許容電流密度が高くなり、スイッチング素子を組み込んだ半導体モジュールを小型化できる。 In general, wide bandgap semiconductors have higher withstand voltage resistance and heat resistance than silicon semiconductors. Therefore, by using a wide bandgap semiconductor for at least one of the switching elements Q1, Q2, Q3, and Q4, the withstand voltage resistance and the allowable current density of the switching element are increased, and the semiconductor module incorporating the switching element can be miniaturized. Can be converted.

コンデンサ4の一端は、高電位側の直流母線16aに接続されている。直流母線16aは、第1のレグ31における第1の上アーム素子311と、第2のレグ32における第2の上アーム素子321との接続点3cから引き出されている。コンデンサ4の他端は、低電位側の直流母線16bに接続されている。直流母線16bは、第1のレグ31における第1の下アーム素子312と、第2のレグ32における第2の下アーム素子322との接続点3dから引き出されている。ブリッジ回路3において、接続点3c,3dは、直流端子を構成する。また、ブリッジ回路3において、接続点3c,3dがある側を「直流側」と呼ぶ。 One end of the capacitor 4 is connected to the DC bus 16a on the high potential side. The DC bus 16a is drawn from the connection point 3c between the first upper arm element 311 in the first leg 31 and the second upper arm element 321 in the second leg 32. The other end of the capacitor 4 is connected to the DC bus 16b on the low potential side. The DC bus 16b is drawn from the connection point 3d between the first lower arm element 312 in the first leg 31 and the second lower arm element 322 in the second leg 32. In the bridge circuit 3, the connection points 3c and 3d form a DC terminal. Further, in the bridge circuit 3, the side where the connection points 3c and 3d are located is referred to as a "DC side".

ブリッジ回路3の出力電圧は、コンデンサ4の両端に印加される。コンデンサ4は、ブリッジ回路3の出力電圧を平滑する。コンデンサ4は、直流母線16a,16bに接続されている。コンデンサ4で平滑された電圧を「母線電圧」と呼ぶ。なお、母線電圧を「第2電圧」と呼ぶ場合がある。母線電圧は、負荷500への印加電圧でもある。 The output voltage of the bridge circuit 3 is applied to both ends of the capacitor 4. The capacitor 4 smoothes the output voltage of the bridge circuit 3. The capacitor 4 is connected to the DC bus lines 16a and 16b. The voltage smoothed by the capacitor 4 is called "bus voltage". The bus voltage may be referred to as a "second voltage". The bus voltage is also the voltage applied to the load 500.

電圧検出器5は、電源電圧を検出し、電源電圧の検出値Vsを制御部8に出力する。電源電圧は、交流電源1の瞬時電圧の絶対値である。なお、瞬時電圧の実効値を、電源電圧としてもよい。 The voltage detector 5 detects the power supply voltage and outputs the detected value Vs of the power supply voltage to the control unit 8. The power supply voltage is an absolute value of the instantaneous voltage of the AC power supply 1. The effective value of the instantaneous voltage may be used as the power supply voltage.

電流検出器6は、交流電源1とブリッジ回路3との間に流れる交流電流を検出し、交流電流の検出値Isを制御部8に出力する。電流検出器6の一例は、変流器(Current Transformer:CT)である。なお、交流電源1とブリッジ回路3との間に流れる交流電流を、適宜「電源電流」と呼ぶ。また、電源電流は「第1電流」と呼ぶ場合がある。 The current detector 6 detects the alternating current flowing between the alternating current power supply 1 and the bridge circuit 3, and outputs the detected value Is of the alternating current to the control unit 8. An example of the current detector 6 is a current transformer (CT). The AC current flowing between the AC power supply 1 and the bridge circuit 3 is appropriately referred to as a "power supply current". Further, the power supply current may be referred to as a "first current".

電圧検出器7は、母線電圧を検出し、母線電圧の検出値Vdcを制御部8に出力する。 The voltage detector 7 detects the bus voltage and outputs the detected value Vdc of the bus voltage to the control unit 8.

制御部8は、電圧検出器5の検出値Vs、電流検出器6の検出値Is、及び電圧検出器7の検出値Vdcに基づいて、ブリッジ回路3を構成する各スイッチング素子を制御するための制御信号S311,S312,S321,S322を生成する。制御信号S311は、スイッチング素子Q1を制御するための制御信号である。以下同様に、制御信号S312は、スイッチング素子Q2を制御するための制御信号であり、制御信号S321は、スイッチング素子Q3を制御するための制御信号であり、制御信号S322は、スイッチング素子Q4を制御するための制御信号である。制御部8によって生成された制御信号S311,S312,S321,S322は、ゲート駆動回路15の入力ポート15aに入力される。 The control unit 8 controls each switching element constituting the bridge circuit 3 based on the detection value Vs of the voltage detector 5, the detection value Is of the current detector 6, and the detection value Vdc of the voltage detector 7. The control signals S311, S3212, S321 and S322 are generated. The control signal S311 is a control signal for controlling the switching element Q1. Similarly, the control signal S312 is a control signal for controlling the switching element Q2, the control signal S321 is a control signal for controlling the switching element Q3, and the control signal S322 controls the switching element Q4. It is a control signal to do. The control signals S311, S3212, S321, and S322 generated by the control unit 8 are input to the input port 15a of the gate drive circuit 15.

ゲート駆動回路15は、制御信号S311,S312,S321,S322に基づいて、ブリッジ回路3を構成する各スイッチング素子を駆動するための駆動パルスG311,G312,G321,G322を生成する。駆動パルスG311は、スイッチング素子Q1を駆動するための駆動パルスである。以下同様に、駆動パルスG312は、スイッチング素子Q2を駆動するための駆動パルスであり、駆動パルスG321は、スイッチング素子Q3を駆動するための駆動パルスであり、駆動パルスG322は、スイッチング素子Q4を駆動するための駆動パルスである。 The gate drive circuit 15 generates drive pulses G311 and G312 and G321 and G322 for driving each switching element constituting the bridge circuit 3 based on the control signals S311 and S312 and S321 and S322. The drive pulse G311 is a drive pulse for driving the switching element Q1. Similarly, the drive pulse G312 is a drive pulse for driving the switching element Q2, the drive pulse G321 is a drive pulse for driving the switching element Q3, and the drive pulse G322 drives the switching element Q4. It is a drive pulse to do.

次に、実施の形態1に係る直流電源装置100における要部の動作について、図1から図6の図面を参照して説明する。 Next, the operation of the main part of the DC power supply device 100 according to the first embodiment will be described with reference to the drawings of FIGS. 1 to 6.

図2は、実施の形態1に係る直流電源装置100の動作モードの説明に供する図である。図2には、パッシブ同期整流モード、簡易スイッチングモード及びパルス幅変調(Pulse Width Modulation:PWM)制御モードという3つの動作モードが示されている。図3は、実施の形態1のブリッジ回路3におけるパッシブ同期整流モード時の電流経路の1つを示す図である。図4は、一般的なスイッチング素子における電流−損失特性を模式的に示す図である。図5は、実施の形態1のブリッジ回路3における簡易スイッチングモード時の電流経路の1つを示す図である。図6は、実施の形態1のブリッジ回路3におけるパッシブ同期整流モード時の各スイッチング素子のスイッチ状態を示す図である。 FIG. 2 is a diagram provided for explaining an operation mode of the DC power supply device 100 according to the first embodiment. FIG. 2 shows three operation modes: a passive synchronous rectification mode, a simple switching mode, and a pulse width modulation (PWM) control mode. FIG. 3 is a diagram showing one of the current paths in the passive synchronous rectification mode in the bridge circuit 3 of the first embodiment. FIG. 4 is a diagram schematically showing a current-loss characteristic in a general switching element. FIG. 5 is a diagram showing one of the current paths in the simple switching mode in the bridge circuit 3 of the first embodiment. FIG. 6 is a diagram showing a switch state of each switching element in the passive synchronous rectification mode in the bridge circuit 3 of the first embodiment.

図2の上段部には、パッシブ同期整流モード時の電源電圧及び電源電流が示されている。この動作モードは、非昇圧で同期整流を行うモードである。非昇圧とは、母線電圧を昇圧しないことを意味し、動作では、電源短絡動作を行わないことを意味する。なお、電源短絡動作については、後述する。また、同期整流とは、電流がダイオードに流れるタイミングに合わせ、ダイオードに逆並列に接続されるスイッチング素子をON動作させる制御手法である。 The upper part of FIG. 2 shows the power supply voltage and the power supply current in the passive synchronous rectification mode. This operation mode is a mode in which synchronous rectification is performed without boosting. Non-boosting means that the bus voltage is not boosted, and that the power supply short-circuit operation is not performed in the operation. The power short-circuit operation will be described later. Further, synchronous rectification is a control method in which a switching element connected in antiparallel to a diode is turned on at the timing when a current flows through the diode.

図3には、電源電圧が正極性であり、且つ、同期整流を行うときのコンデンサ4に対する充電経路が示されている。図3に示すように、交流電源1における上側の端子がプラス電位のときを電源電圧の極性が正であるとする。また、交流電源1における上側の端子がマイナス電位のときを電源電圧の極性が負であるとする。 FIG. 3 shows a charging path for the capacitor 4 when the power supply voltage is positive and synchronous rectification is performed. As shown in FIG. 3, it is assumed that the polarity of the power supply voltage is positive when the upper terminal of the AC power supply 1 has a positive potential. Further, it is assumed that the polarity of the power supply voltage is negative when the upper terminal of the AC power supply 1 has a negative potential.

図3において、交流電源1から供給される電流によってコンデンサ4が充電される場合、スイッチング素子Q1,Q4をON動作させない場合、交流電源1、リアクトル2、ダイオードD1、コンデンサ4、ダイオードD4、交流電源1の順で電流が流れる。ダイオードは、電流が流れる方向、即ち順方向に電圧降下分の電圧が印加されないと導通しない。このため、図2の上段部に示すように、電源電圧が正の半周期T1の期間において、半周期T1よりも短い期間T2で電流が流れる。パッシブ同期整流モードでは、期間T2において、ダイオードD1,D4の導通タイミングに合わせてスイッチング素子Q1,Q4がONに制御される。従って、期間T2では、交流電源1、リアクトル2、スイッチング素子Q1、コンデンサ4、スイッチング素子Q4、交流電源1の順で電流が流れる。 In FIG. 3, when the capacitor 4 is charged by the current supplied from the AC power supply 1, when the switching elements Q1 and Q4 are not turned on, the AC power supply 1, the reactor 2, the diode D1, the capacitor 4, the diode D4, and the AC power supply are used. Current flows in the order of 1. The diode does not conduct unless a voltage corresponding to the voltage drop is applied in the direction in which the current flows, that is, in the forward direction. Therefore, as shown in the upper part of FIG. 2, in the period of the half cycle T1 in which the power supply voltage is positive, the current flows in the period T2 shorter than the half cycle T1. In the passive synchronous rectification mode, the switching elements Q1 and Q4 are controlled to be ON in the period T2 according to the conduction timing of the diodes D1 and D4. Therefore, in the period T2, the current flows in the order of the AC power supply 1, the reactor 2, the switching element Q1, the capacitor 4, the switching element Q4, and the AC power supply 1.

電源電圧が負の半周期も同様な動作が行われる。但し、電源電圧が負の半周期における期間T3では、ダイオードD2,D3の導通タイミングに合わせてスイッチング素子Q2,Q3がONに制御される。 The same operation is performed in the half cycle when the power supply voltage is negative. However, in the period T3 in the half cycle in which the power supply voltage is negative, the switching elements Q2 and Q3 are controlled to be ON according to the conduction timing of the diodes D2 and D3.

図4には、ダイオードの損失特性と、スイッチング素子のオン時の損失特性とが示されている。図4に示すように、電流値I0よりも電流が小さい領域Aでは、スイッチング素子の損失よりも、ダイオードの損失の方が大きい。この特性を利用し、電流がダイオードに流れるタイミングに合わせ、ダイオードに逆並列に接続されるスイッチング素子をON動作させる同期整流を利用すれば、装置を高効率に動作させることができる。 FIG. 4 shows the loss characteristic of the diode and the loss characteristic when the switching element is turned on. As shown in FIG. 4, in the region A where the current is smaller than the current value I0, the loss of the diode is larger than the loss of the switching element. By utilizing this characteristic and using synchronous rectification that turns on the switching element connected to the diode in antiparallel to the timing when the current flows through the diode, the device can be operated with high efficiency.

また、図2の中段部には、簡易スイッチングモード時の電源電圧及び電源電流が示されている。この動作モードは、電源電圧の半周期の期間において、1又は数回の電源短絡動作を行う動作モードである。なお、図2の中段部の例では、電源電圧の半周期の期間に1回の電源短絡動作が行われている。 Further, in the middle part of FIG. 2, the power supply voltage and the power supply current in the simple switching mode are shown. This operation mode is an operation mode in which the power supply short-circuit operation is performed one or several times in a half-cycle period of the power supply voltage. In the example of the middle part of FIG. 2, the power supply short-circuit operation is performed once in the half-cycle period of the power supply voltage.

図5には、電源電圧が正極性であり、且つ、同期整流を行うときのリアクトル2を介した交流電源1の短絡経路が示されている。図5に示すように、スイッチング素子Q1,Q3を期間T4でON動作させる。このようにすれば、交流電源1、リアクトル2、スイッチング素子Q1、スイッチング素子Q3、交流電源1の順で電流が流れ、リアクトル2に電気エネルギーが蓄積される。 FIG. 5 shows a short-circuit path of the AC power supply 1 via the reactor 2 when the power supply voltage is positive and synchronous rectification is performed. As shown in FIG. 5, the switching elements Q1 and Q3 are turned on during the period T4. In this way, the current flows in the order of the AC power supply 1, the reactor 2, the switching element Q1, the switching element Q3, and the AC power supply 1, and the electric energy is stored in the reactor 2.

期間T4の後、図2の上段部で示したパッシブ同期整流モード時の動作となる。期間T4の直後では、交流電源1の電圧とリアクトル2に生じる電圧との和が、ブリッジ回路3に印加される。このため、ブリッジ回路3のダイオードD1,D4は導通する。そして、ダイオードD1,D4の導通タイミングに合わせてスイッチング素子Q1,Q4がON動作し、電源電流が流れる。 After the period T4, the operation is performed in the passive synchronous rectification mode shown in the upper part of FIG. Immediately after the period T4, the sum of the voltage of the AC power supply 1 and the voltage generated in the reactor 2 is applied to the bridge circuit 3. Therefore, the diodes D1 and D4 of the bridge circuit 3 are conductive. Then, the switching elements Q1 and Q4 are turned on in accordance with the conduction timing of the diodes D1 and D4, and the power supply current flows.

なお、図5では、スイッチング素子Q1,Q3をON動作させているが、これに代えて、スイッチング素子Q2,Q4をON動作させてもよい。この場合、交流電源1、リアクトル2、スイッチング素子Q2、スイッチング素子Q4、交流電源1の順で電流が流れる。 In FIG. 5, the switching elements Q1 and Q3 are turned on, but instead of this, the switching elements Q2 and Q4 may be turned on. In this case, the current flows in the order of the AC power supply 1, the reactor 2, the switching element Q2, the switching element Q4, and the AC power supply 1.

負の半周期においても同様であり、1又は数回の電源短絡動作の後に、パッシブ同期整流動作となる。電源短絡動作では、スイッチング素子Q1,Q3をON動作させてもよいし、スイッチング素子Q2,Q4をON動作させてもよい。 The same applies to the negative half cycle, and after one or several power supply short-circuit operations, a passive synchronous rectification operation is performed. In the power supply short-circuit operation, the switching elements Q1 and Q3 may be turned on, or the switching elements Q2 and Q4 may be turned on.

また、図2の下段部には、PWM制御モード時の電源電圧及び電源電流が示されている。この動作モードでは、リアクトル2に電気エネルギーを蓄積する電源短絡動作と、リアクトル2に蓄積した電気エネルギーを使用してコンデンサ4を充電する充電動作とが交互に繰り返される。電源短絡動作と充電動作との切り替えは、数kHzから数十kHzの高周波で行われる。これにより、図2の下段部に示されるように、電源電流は、正弦波状の電流に制御される。 Further, the lower part of FIG. 2 shows the power supply voltage and the power supply current in the PWM control mode. In this operation mode, the power supply short-circuit operation in which the electric energy is stored in the reactor 2 and the charging operation in which the capacitor 4 is charged by using the electric energy stored in the reactor 2 are alternately repeated. Switching between the power short-circuit operation and the charging operation is performed at a high frequency of several kHz to several tens of kHz. As a result, as shown in the lower part of FIG. 2, the power supply current is controlled to a sinusoidal current.

図6には、ブリッジ回路3をパッシブ同期整流モードで動作させたときのスイッチング素子Q1〜Q4の状態が電源電圧及び電源電流の波形と共に示されている。図6の例では、パッシブ同期整流モードにおいて、スイッチング素子Q3,Q4を電源電圧の周期で交互にON制御及びOFF制御し、スイッチング素子Q1,Q2を同期整流のためにON制御した場合の動作状態が示されている。図示のように、スイッチング素子Q1,Q2は、電源電流に同期して動作するスイッチング素子であるのに対し、スイッチング素子Q3,Q4は、電源電圧に同期して動作するスイッチング素子である。図6において、ONと記載されている以外の期間は、OFFの状態である。なお、図6の例では、スイッチング素子Q1,Q2を電源電流に同期するスイッチング素子とし、スイッチング素子Q3,Q4を電源電圧に同期するスイッチング素子として示しているが、これらの関係を逆にしてもよい。即ち、スイッチング素子Q1,Q2を電源電圧に同期するスイッチング素子とし、スイッチング素子Q3,Q4を電源電流に同期するスイッチング素子としてもよい。 FIG. 6 shows the states of the switching elements Q1 to Q4 when the bridge circuit 3 is operated in the passive synchronous rectification mode, together with the waveforms of the power supply voltage and the power supply current. In the example of FIG. 6, in the passive synchronous rectification mode, the operating state when the switching elements Q3 and Q4 are alternately ON-controlled and OFF-controlled in the cycle of the power supply voltage, and the switching elements Q1 and Q2 are ON-controlled for synchronous rectification. It is shown. As shown in the figure, the switching elements Q1 and Q2 are switching elements that operate in synchronization with the power supply current, whereas the switching elements Q3 and Q4 are switching elements that operate in synchronization with the power supply voltage. In FIG. 6, the period other than that described as ON is the OFF state. In the example of FIG. 6, the switching elements Q1 and Q2 are shown as switching elements synchronized with the power supply current, and the switching elements Q3 and Q4 are shown as switching elements synchronized with the power supply voltage. good. That is, the switching elements Q1 and Q2 may be used as switching elements synchronized with the power supply voltage, and the switching elements Q3 and Q4 may be used as switching elements synchronized with the power supply current.

上述した3つのモードは、負荷条件に応じて切り替えられる。これにより、直流電源装置100を、高効率に運転することが可能となる。 The above-mentioned three modes can be switched according to the load conditions. This makes it possible to operate the DC power supply device 100 with high efficiency.

なお、図1では、MOSFETである4つの双方向スイッチング素子がブリッジ接続された構成を示したが、これに限定されない。例えば、双方向スイッチング素子を1つとし、これと3つのダイオードでブリッジ回路を構成してもよい。即ち、ブリッジ回路を構成する4つの素子は、少なくとも1つが双方向スイッチング素子であればよい。少なくとも1つが双方向スイッチング素子であれば、簡易スイッチングモードによって、母線電圧の昇圧が可能である。 Note that FIG. 1 shows a configuration in which four bidirectional switching elements, which are MOSFETs, are bridge-connected, but the present invention is not limited to this. For example, a bridge circuit may be formed by using one bidirectional switching element and three diodes. That is, at least one of the four elements constituting the bridge circuit may be a bidirectional switching element. If at least one is a bidirectional switching element, the bus voltage can be boosted by the simple switching mode.

次に、実施の形態1のブリッジ回路3で問題となる逆電流の現象について図7を参照して説明する。図7は、実施の形態1のブリッジ回路3に生じ得る逆電流の説明に供する図である。図7には、図6に破線の矩形枠で示したK1部の波形が、時間軸方向に拡大されて示されている。なお、以下では、電流検出器6の検出値Isにオフセット成分が重畳している場合を一例として説明する。 Next, the phenomenon of reverse current, which is a problem in the bridge circuit 3 of the first embodiment, will be described with reference to FIG. 7. FIG. 7 is a diagram for explaining the reverse current that can occur in the bridge circuit 3 of the first embodiment. In FIG. 7, the waveform of the K1 portion shown by the rectangular frame of the broken line in FIG. 6 is shown enlarged in the time axis direction. In the following, a case where the offset component is superimposed on the detected value Is of the current detector 6 will be described as an example.

図7において、上段部には電源電圧の波形が示され、中上段部には電源電流の波形が示されている。また、中下段部には、スイッチング素子Q1,Q2を制御する制御信号S311,S312が示され、下段部には、スイッチング素子Q3,Q4を制御する制御信号S321,S322が示されている。 In FIG. 7, the waveform of the power supply voltage is shown in the upper part, and the waveform of the power supply current is shown in the middle upper part. Further, the control signals S311 and S312 for controlling the switching elements Q1 and Q2 are shown in the middle and lower stages, and the control signals S321 and S322 for controlling the switching elements Q3 and Q4 are shown in the lower middle stage.

図6に示されるように、スイッチング素子Q1は、正の電源電流が流れるときにONするのが通常の動作である。本来であれば、図7の中下段部において、破線で示されるタイミングでOFFする筈である。ところが、電流検出器6の検出値Isにオフセット成分が含まれているため、正の電源電流が負の電源電流に変わる電源電流のゼロクロス点t1では、制御信号S311がOFFにならず、遅れてOFFになっている。従って、図7の中上段部に示されるように、負に転じた電流が電源電流のゼロ点に戻るような現象となる。この現象が逆電流である。 As shown in FIG. 6, the switching element Q1 is normally turned on when a positive power supply current flows. Originally, it should be turned off at the timing indicated by the broken line in the lower middle part of FIG. However, since the detected value Is of the current detector 6 contains an offset component, the control signal S311 is not turned off at the zero crossing point t1 of the power supply current in which the positive power supply current changes to the negative power supply current, and the control signal S311 is delayed. It is OFF. Therefore, as shown in the middle upper part of FIG. 7, a phenomenon occurs in which the negative current returns to the zero point of the power supply current. This phenomenon is reverse current.

図8は、実施の形態1における制御部8の要部の構成を示すブロック図である。制御部8には、図8に示される検出値補正部80が構成される。上述した逆電流は、導通損失を引き起こすので、直流電源装置100の効率を低下させる。このため、実施の形態1では、図8に示される検出値補正部80を制御部8内に構成する。 FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a main part of the control unit 8 according to the first embodiment. The control unit 8 includes a detection value correction unit 80 shown in FIG. The reverse current described above causes a conduction loss, which reduces the efficiency of the DC power supply device 100. Therefore, in the first embodiment, the detection value correction unit 80 shown in FIG. 8 is configured in the control unit 8.

検出値補正部80は、電源電流の検出値Isに含まれる検出誤差を算出し、検出誤差に基づいて電源電流の検出値Isを補正し、補正された検出値Isの補正値Is1を生成する。制御部8は、検出値Isの補正値Is1を使用してブリッジ回路3の各スイッチング素子を制御することで、ブリッジ回路3に生じ得る逆電流を抑制する。 The detection value correction unit 80 calculates the detection error included in the detection value Is of the power supply current, corrects the detection value Is of the power supply current based on the detection error, and generates the correction value Is1 of the corrected detection value Is. .. The control unit 8 controls each switching element of the bridge circuit 3 by using the correction value Is1 of the detected value Is to suppress a reverse current that may occur in the bridge circuit 3.

次に、実施の形態1における検出値補正部80の内部の動作について、図8及び図9の図面を参照して説明する。図9は、図8に示す検出値補正部80の動作の説明に供する図である。 Next, the internal operation of the detection value correction unit 80 in the first embodiment will be described with reference to the drawings of FIGS. 8 and 9. FIG. 9 is a diagram for explaining the operation of the detection value correction unit 80 shown in FIG.

検出値補正部80は、図8に示されるように、算出部である補正値算出部81と、判定部である出力判定部82と、出力部である補正値出力部83とを備える。検出値補正部80には、電源電圧の検出値Vs及び電源電流の検出値Isが入力される。 As shown in FIG. 8, the detection value correction unit 80 includes a correction value calculation unit 81 which is a calculation unit, an output determination unit 82 which is a determination unit, and a correction value output unit 83 which is an output unit. The detection value Vs of the power supply voltage and the detection value Is of the power supply current are input to the detection value correction unit 80.

図9において、上段部には電源電流の検出値Isの波形が示されている。中上段部には出力判定部82による判定値が示されている。中下段部には、補正値算出部81によって算出されるオフセット量Iofsの波形が示されている。下段部には、補正値出力部83から出力される電源電流の検出値Isの補正値Is1の波形が示されている。 In FIG. 9, the waveform of the detected value Is of the power supply current is shown in the upper part. The determination value by the output determination unit 82 is shown in the middle upper portion. The waveform of the offset amount Ifs calculated by the correction value calculation unit 81 is shown in the middle and lower stages. In the lower part, the waveform of the correction value Is1 of the detection value Is of the power supply current output from the correction value output unit 83 is shown.

補正値算出部81は、電源電圧の検出値Vs及び電源電流の検出値Isに基づいて、電源電流の検出値Isに含まれるオフセット成分であるオフセット量Iofsを検出誤差として算出する。 The correction value calculation unit 81 calculates an offset amount Ifs, which is an offset component included in the detected value Is of the power supply current, as a detection error based on the detected value Vs of the power supply voltage and the detected value Is of the power supply current.

オフセット量Iofsは、図9に示されるように、電源電圧のゼロクロスのタイミングを捉え、当該ゼロクロスから1周期分の電流をサンプリングし、サンプリング値を積分処理又は平均化処理することで算出することができる。なお、図9では、1周期分の電流をサンプリングする例を示しているが、複数周期分のサンプリングを行ってもよい。複数周期分の電流をサンプリングすれば、オフセット量Iofsの算出精度を高めることができる。 As shown in FIG. 9, the offset amount Ifs can be calculated by capturing the timing of the zero cross of the power supply voltage, sampling the current for one cycle from the zero cross, and integrating or averaging the sampling values. can. Although FIG. 9 shows an example of sampling the current for one cycle, sampling for a plurality of cycles may be performed. By sampling the currents for a plurality of cycles, the calculation accuracy of the offset amount Ifs can be improved.

出力判定部82は、補正値算出部81による算出処理が実施中であるか否か、即ちオフセット量Iofsの算出処理中であるか否かを判定する。 The output determination unit 82 determines whether or not the calculation process by the correction value calculation unit 81 is being carried out, that is, whether or not the offset amount Ifs is being calculated.

図8及び図9には、具体例が示されている。図9の、中上段部に示されるように、出力判定部82は、出力判定部82の内部で判定値を生成する。具体的に、出力判定部82は、補正値算出部81がオフセット量Iofsの算出処理中であれば判定値“0”を生成し、オフセット量Iofsの算出処理中でなければ判定値“1”を生成する。判定値“0”である期間は、オフセット量Iofsの出力が禁止される区間である。また、判定値“1”である期間は、オフセット量Iofsの出力が許可される区間である。出力判定部82の出力Iaは、図8に示されるように、Ia=判定値×Iofsの式で生成することができる。即ち、判定値が“0”であれば、Ia=0であり、判定値が“1”であれば、Ia=Iofsである。 8 and 9 show specific examples. As shown in the middle upper section of FIG. 9, the output determination unit 82 generates a determination value inside the output determination unit 82. Specifically, the output determination unit 82 generates a determination value “0” if the correction value calculation unit 81 is in the process of calculating the offset amount Ifs, and the determination value “1” if the correction value calculation unit 81 is not in the process of calculating the offset amount Ifs. To generate. The period in which the determination value is “0” is a section in which the output of the offset amount Ifs is prohibited. Further, the period in which the determination value is "1" is a section in which the output of the offset amount Ifs is permitted. As shown in FIG. 8, the output Ia of the output determination unit 82 can be generated by the formula Ia = determination value × Ifs. That is, if the determination value is "0", Ia = 0, and if the determination value is "1", Ia = Ifs.

従って、出力判定部82は、補正値算出部81による算出処理が実施中であれば、補正値出力部83にゼロレベルの信号を出力し、補正値算出部81による算出処理が実施中でなければ、補正値出力部83にオフセット量Iofsを出力する。 Therefore, if the calculation process by the correction value calculation unit 81 is being executed, the output determination unit 82 outputs a zero-level signal to the correction value output unit 83, and the calculation process by the correction value calculation unit 81 is not being executed. For example, the offset amount Ifs is output to the correction value output unit 83.

補正値出力部83は、補正値算出部81による算出処理が実施中ではない場合に、電源電流の検出値Isの補正値Is1を出力する。 The correction value output unit 83 outputs the correction value Is1 of the detection value Is of the power supply current when the calculation process by the correction value calculation unit 81 is not being executed.

図8及び図9には、具体例が示されている。図8では、補正値出力部83の機能を減算器83aで実現している。減算器83aは、電源電流の検出値Isから出力判定部82の出力Iaが引き算される。補正値出力部83の出力波形は、図9の下段部に示されている。図9の下段部には、補正値出力部83による出力許可期間において、オフセット量Iofsが補正されて、検出誤差が抑制された検出値Isの補正値Is1が示されている。 8 and 9 show specific examples. In FIG. 8, the function of the correction value output unit 83 is realized by the subtractor 83a. In the subtractor 83a, the output Ia of the output determination unit 82 is subtracted from the detected value Is of the power supply current. The output waveform of the correction value output unit 83 is shown in the lower part of FIG. In the lower part of FIG. 9, the correction value Is1 of the detection value Is in which the offset amount Ifs is corrected and the detection error is suppressed during the output permission period by the correction value output unit 83 is shown.

なお、図8に示す減算器83aは、加算器で構成してもよい。図8の出力判定部82が出力するオフセット量が、図9の中下段部に示したものではなく、符号を反転させたオフセットによる補正量を出力するものであれば、電源電流の検出値Isと出力判定部82の出力Iaとを加算することで、意図する値を出力することができる。 The subtractor 83a shown in FIG. 8 may be composed of an adder. If the offset amount output by the output determination unit 82 in FIG. 8 is not the one shown in the middle and lower parts of FIG. 9 but the correction amount due to the offset with the inverted sign is output, the power supply current detection value Is. By adding the output Ia of the output determination unit 82 and the output Ia of the output determination unit 82, the intended value can be output.

なお、図8に示す検出値補正部80は、図10に示す検出値補正部80aによって代替することができる。図10は、図8に示す検出値補正部80の変形例の構成を示すブロック図である。 The detection value correction unit 80 shown in FIG. 8 can be replaced by the detection value correction unit 80a shown in FIG. FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a modified example of the detection value correction unit 80 shown in FIG.

図10において、検出値補正部80aは、ハイパスフィルタで構成される。即ち、検出値補正部80aは、電源電流の検出値Isを入力信号とし、ハイパスフィルタでフィルタリングした信号を、電源電流の検出値Isの補正値Is1として出力する処理部である。 In FIG. 10, the detection value correction unit 80a is composed of a high-pass filter. That is, the detection value correction unit 80a is a processing unit that uses the detection value Is of the power supply current as an input signal and outputs the signal filtered by the high-pass filter as the correction value Is1 of the detection value Is of the power supply current.

検出値補正部80aにおけるハイパスフィルタの特性は、図中の式で表される。入力x(t)は、電源電流の検出値Isの変化を時系列の関数で表したものである。また、出力y(t)は、検出値Isの補正値Is1の変化を時系列の関数で表したものである。また、x(t−1)は前回の処理時刻における入力値であり、y(t−1)は前回の処理時刻における出力値である。また、fcはフィルタのカットオフ周波数であり、Tsはフィルタの立ち上がり特性及び立ち下がり特性を決める時定数である。このような特性のハイパスフィルタを用いても、電源電流の検出値Isに含まれるオフセット成分を低減することが可能である。 The characteristics of the high-pass filter in the detection value correction unit 80a are represented by the equations in the figure. The input x (t) represents the change in the detected value Is of the power supply current as a time-series function. Further, the output y (t) represents the change of the correction value Is1 of the detected value Is as a time-series function. Further, x (t-1) is an input value at the previous processing time, and y (t-1) is an output value at the previous processing time. Further, fc is the cutoff frequency of the filter, and Ts is a time constant that determines the rising and falling characteristics of the filter. Even if a high-pass filter having such characteristics is used, it is possible to reduce the offset component included in the detected value Is of the power supply current.

以上説明したように、実施の形態1に係る直流電源装置によれば、制御部に具備される検出値補正部は、電源電流の検出値に含まれる検出誤差を算出し、算出した検出誤差に基づいて電源電流の検出値を補正し、電源電流の検出値の補正値を生成する。そして、制御部は、電源電圧の検出値及び電源電流の検出値の補正値に基づいて、ブリッジ回路のスイッチング素子を制御する。これらの制御により、ブリッジ回路に生じ得る逆電流が抑制される。これにより、電流検出器の検出誤差に起因する損失が低減され、効率の更なる改善を図ることができる。 As described above, according to the DC power supply device according to the first embodiment, the detection value correction unit provided in the control unit calculates the detection error included in the detection value of the power supply current, and uses the calculated detection error as the calculated detection error. Based on this, the detected value of the power supply current is corrected, and the corrected value of the detected value of the power supply current is generated. Then, the control unit controls the switching element of the bridge circuit based on the corrected value of the detected value of the power supply voltage and the detected value of the power supply current. These controls suppress the reverse current that can occur in the bridge circuit. As a result, the loss caused by the detection error of the current detector can be reduced, and the efficiency can be further improved.

次に、実施の形態1における検出値補正部80の機能を実現するためのハードウェア構成について、図11及び図12の図面を参照して説明する。図11は、実施の形態1における検出値補正部80の機能を具現するハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図12は、実施の形態1における検出値補正部80の機能を具現するハードウェア構成の他の例を示すブロック図である。 Next, the hardware configuration for realizing the function of the detection value correction unit 80 in the first embodiment will be described with reference to the drawings of FIGS. 11 and 12. FIG. 11 is a block diagram showing an example of a hardware configuration that embodies the function of the detection value correction unit 80 according to the first embodiment. FIG. 12 is a block diagram showing another example of the hardware configuration that embodies the function of the detection value correction unit 80 in the first embodiment.

実施の形態1における検出値補正部80の機能を実現する場合には、図11に示すように、演算を行うプロセッサ300、プロセッサ300によって読みとられるプログラムが保存されるメモリ302、及び信号の入出力を行うインタフェース304を含む構成とすることができる。 When the function of the detection value correction unit 80 according to the first embodiment is realized, as shown in FIG. 11, the processor 300 that performs the calculation, the memory 302 that stores the program read by the processor 300, and the input / output of the signal. It can be configured to include an interface 304 that outputs.

プロセッサ300は、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、CPU(Central Processing Unit)、又はDSP(Digital Signal Processor)といった演算手段であってもよい。また、メモリ302には、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable ROM)、EEPROM(登録商標)(Electrically EPROM)といった不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、DVD(Digital Versatile Disc)を例示することができる。 The processor 300 may be a computing means such as an arithmetic unit, a microprocessor, a microcomputer, a CPU (Central Processing Unit), or a DSP (Digital Signal Processor). Further, the memory 302 includes a non-volatile or volatile semiconductor memory such as a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a flash memory, an EPROM (Erasable Program ROM), or an EEPROM (registered trademark) (Electrically EPROM). Examples thereof include magnetic disks, flexible disks, optical disks, compact disks, mini disks, and DVDs (Digital Versaille Discs).

メモリ302には、実施の形態1における検出値補正部80の機能を実行するプログラムが格納されている。プロセッサ300は、インタフェース304を介して必要な情報を授受し、メモリ302に格納されたプログラムをプロセッサ300が実行し、メモリ302に格納されたテーブルをプロセッサ300が参照することにより、上述した処理を行うことができる。プロセッサ300による演算結果は、メモリ302に記憶することができる。 The memory 302 stores a program that executes the function of the detection value correction unit 80 according to the first embodiment. The processor 300 sends and receives necessary information via the interface 304, the processor 300 executes a program stored in the memory 302, and the processor 300 refers to a table stored in the memory 302 to perform the above-described processing. It can be carried out. The calculation result by the processor 300 can be stored in the memory 302.

また、図11に示すプロセッサ300及びメモリ302は、図12のように処理回路305に置き換えてもよい。処理回路305は、単一回路、複合回路、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field−Programmable Gate Array)、又は、これらを組み合わせたものが該当する。処理回路305に入力する情報、及び処理回路305から出力する情報は、インタフェース304を介して行うことができる。 Further, the processor 300 and the memory 302 shown in FIG. 11 may be replaced with the processing circuit 305 as shown in FIG. The processing circuit 305 corresponds to a single circuit, a composite circuit, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field-Programmable Gate Array), or a combination thereof. The information input to the processing circuit 305 and the information output from the processing circuit 305 can be performed via the interface 304.

実施の形態2.
図13は、実施の形態2に係るモータ駆動装置101への適用例を示す図である。実施の形態1で説明した直流電源装置100は、インバータに直流電力を供給するモータ駆動装置に適用することができる。以下、実施の形態1で説明した直流電源装置100のモータ駆動装置への適用例を説明する。
Embodiment 2.
FIG. 13 is a diagram showing an example of application to the motor drive device 101 according to the second embodiment. The DC power supply device 100 described in the first embodiment can be applied to a motor drive device that supplies DC power to an inverter. Hereinafter, an example of application of the DC power supply device 100 described in the first embodiment to the motor drive device will be described.

図13に示す実施の形態2に係るモータ駆動装置101は、実施の形態1に係る直流電源装置100と、インバータ500aとを有する。前述の通り、直流電源装置100は、交流電力を直流電力に変換する装置である。インバータ500aは、直流電源装置100から出力される直流電力を交流電力に変換する装置である。 The motor drive device 101 according to the second embodiment shown in FIG. 13 has a DC power supply device 100 according to the first embodiment and an inverter 500a. As described above, the DC power supply device 100 is a device that converts AC power into DC power. The inverter 500a is a device that converts DC power output from the DC power supply device 100 into AC power.

インバータ500aの出力側には、モータ500bが接続されている。インバータ500aは、変換した交流電力をモータ500bに供給することでモータ500bを駆動する。 A motor 500b is connected to the output side of the inverter 500a. The inverter 500a drives the motor 500b by supplying the converted AC power to the motor 500b.

図13に示すモータ駆動装置101は、送風機、圧縮機及び空気調和機といった製品に適用することが可能である。 The motor drive device 101 shown in FIG. 13 can be applied to products such as a blower, a compressor, and an air conditioner.

図14は、図13に示したモータ駆動装置101を空気調和機に適用した例を示す図である。モータ駆動装置101の出力側にはモータ500bが接続されており、モータ500bは、圧縮要素504に連結されている。圧縮機505は、モータ500bと圧縮要素504とを備える。冷凍サイクル部506は、四方弁506a、室内熱交換器506b、膨張弁506c及び室外熱交換器506dを含む態様で構成されている。 FIG. 14 is a diagram showing an example in which the motor drive device 101 shown in FIG. 13 is applied to an air conditioner. A motor 500b is connected to the output side of the motor drive device 101, and the motor 500b is connected to the compression element 504. The compressor 505 includes a motor 500b and a compression element 504. The refrigeration cycle unit 506 is configured to include a four-way valve 506a, an indoor heat exchanger 506b, an expansion valve 506c, and an outdoor heat exchanger 506d.

空気調和機の内部を循環する冷媒の流路は、圧縮要素504から、四方弁506a、室内熱交換器506b、膨張弁506c、室外熱交換器506dを経由し、再び四方弁506aを経由して、圧縮要素504へ戻る態様で構成されている。モータ駆動装置101は、交流電源1より交流電力の供給を受け、モータ500bを回転させる。圧縮要素504は、モータ500bが回転することによって、冷媒の圧縮動作を実行し、冷媒を冷凍サイクル部506の内部で循環させることができる。 The flow path of the refrigerant circulating inside the air conditioner is from the compression element 504 via the four-way valve 506a, the indoor heat exchanger 506b, the expansion valve 506c, the outdoor heat exchanger 506d, and again via the four-way valve 506a. , It is configured to return to the compression element 504. The motor drive device 101 receives AC power from the AC power supply 1 and rotates the motor 500b. The compression element 504 executes a compression operation of the refrigerant by rotating the motor 500b, and the refrigerant can be circulated inside the refrigeration cycle unit 506.

実施の形態2に係るモータ駆動装置によれば、実施の形態1に係る直流電源装置を備えて構成される。これにより、実施の形態2に係るモータ駆動装置を適用した送風機、圧縮機及び空気調和機といった製品において、実施の形態1で説明した効果を享受することができる。 According to the motor drive device according to the second embodiment, the DC power supply device according to the first embodiment is provided. As a result, the effects described in the first embodiment can be enjoyed in the products such as the blower, the compressor and the air conditioner to which the motor drive device according to the second embodiment is applied.

また、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。 Further, the configuration shown in the above-described embodiment shows an example of the content of the present invention, can be combined with another known technique, and is configured without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change a part of.

1 交流電源、2 リアクトル、3 ブリッジ回路、3a,3b,3c,3d 接続点、4 コンデンサ、5,7 電圧検出器、6 電流検出器、8 制御部、10 ブレーカ、15 ゲート駆動回路、15a 入力ポート、16a,16b 直流母線、31 第1のレグ、32 第2のレグ、80,80a 検出値補正部、81 補正値算出部、82 出力判定部、83 補正値出力部、83a 減算器、100 直流電源装置、101 モータ駆動装置、300 プロセッサ、302 メモリ、304 インタフェース、305 処理回路、311 第1の上アーム素子、312 第1の下アーム素子、321 第2の上アーム素子、322 第2の下アーム素子、500 負荷、500a インバータ、500b モータ、504 圧縮要素、505 圧縮機、506 冷凍サイクル部、506a 四方弁、506b 室内熱交換器、506c 膨張弁、506d 室外熱交換器、D1,D2,D3,D4 ダイオード、Q1,Q2,Q3,Q4 スイッチング素子。 1 AC power supply, 2 reactors, 3 bridge circuits, 3a, 3b, 3c, 3d connection points, 4 capacitors, 5, 7 voltage detectors, 6 current detectors, 8 controls, 10 breakers, 15 gate drive circuits, 15a inputs Port, 16a, 16b DC bus, 31 1st leg, 32 2nd leg, 80, 80a detection value correction unit, 81 correction value calculation unit, 82 output judgment unit, 83 correction value output unit, 83a subtractor, 100 DC power supply, 101 motor drive, 300 processor, 302 memory, 304 interface, 305 processing circuit, 311 first upper arm element, 312 first lower arm element, 321 second upper arm element, 322 second Lower arm element, 500 load, 500a inverter, 500b motor, 504 compression element, 505 compressor, 506 refrigeration cycle section, 506a four-way valve, 506b indoor heat exchanger, 506c expansion valve, 506d outdoor heat exchanger, D1, D2 D3, D4 diode, Q1, Q2, Q3, Q4 switching element.

Claims (9)

一端が交流電源に接続されるリアクトルと、
前記リアクトルの他端に接続され、少なくとも1つのスイッチング素子を備え、前記交流電源から出力される交流の第1電圧を直流電圧に変換するブリッジ回路と、
前記ブリッジ回路の直流側の電圧である第2電圧を平滑するコンデンサと、
前記第1電圧を検出する第1の電圧検出器と、
前記交流電源と前記ブリッジ回路との間に流れる交流の第1電流を検出する第1の電流検出器と、
前記第1電流の検出値に含まれる検出誤差を算出し、前記検出誤差に基づいて前記第1電流の検出値の補正値を生成し、前記第1電圧の検出値及び前記第1電流の検出値の補正値に基づいて前記ブリッジ回路のスイッチング素子を制御する制御部と、を備え
前記制御部は、
前記第1電圧の検出値及び前記第1電流の検出値に基づいて、前記第1電流の検出値に含まれるオフセット成分を前記検出誤差として算出する算出部と、
前記算出部による算出処理が実施中であるか否かを判定する判定部と、
前記判定部により前記算出処理が実施中であると判定された場合には、前記第1電流の検出値を出力し、前記判定部により前記算出処理が実施中ではないと判定された場合には、前記第1電流の検出値の補正値を出力する出力部と、を備える
直流電源装置。
A reactor with one end connected to an AC power supply,
A bridge circuit that is connected to the other end of the reactor, includes at least one switching element, and converts an AC first voltage output from the AC power supply into a DC voltage.
A capacitor that smoothes the second voltage, which is the voltage on the DC side of the bridge circuit,
The first voltage detector that detects the first voltage and
A first current detector that detects the first AC current flowing between the AC power supply and the bridge circuit, and
The detection error included in the detection value of the first current is calculated, the correction value of the detection value of the first current is generated based on the detection error, and the detection value of the first voltage and the detection of the first current are detected. A control unit that controls the switching element of the bridge circuit based on the correction value of the value is provided .
The control unit
A calculation unit that calculates an offset component included in the detection value of the first current as the detection error based on the detection value of the first voltage and the detection value of the first current.
A determination unit that determines whether or not the calculation process by the calculation unit is being executed,
When the determination unit determines that the calculation process is being performed, the detection value of the first current is output, and when the determination unit determines that the calculation process is not being executed, the detection value is output. , A DC power supply device including an output unit that outputs a correction value of a detected value of the first current.
前記判定部は、前記算出部による算出処理が実施中であれば、前記出力部にゼロレベルの信号を出力し、前記算出部による算出処理が実施中でなければ、前記出力部にオフセット成分を出力するThe determination unit outputs a zero-level signal to the output unit if the calculation process by the calculation unit is being executed, and outputs an offset component to the output unit if the calculation process by the calculation unit is not being executed. Output
請求項1に記載の直流電源装置。The DC power supply device according to claim 1.
前記ブリッジ回路は、回路を構成しているダイオードのうちの少なくとも1つを双方向のスイッチング素子に置き替えた構成である
請求項1又は2に記載の直流電源装置。
The DC power supply device according to claim 1 or 2 , wherein the bridge circuit has a configuration in which at least one of the diodes constituting the circuit is replaced with a bidirectional switching element.
前記ブリッジ回路を構成するスイッチング素子のうちの少なくとも1つがワイドバンドギャップ半導体により形成されている
請求項に記載の直流電源装置。
The DC power supply device according to claim 3 , wherein at least one of the switching elements constituting the bridge circuit is formed of a wide bandgap semiconductor.
前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム、酸化ガリウム又はダイヤモンドである
請求項に記載の直流電源装置。
The DC power supply device according to claim 4 , wherein the wide bandgap semiconductor is silicon carbide, gallium nitride, gallium oxide, or diamond.
請求項1からの何れか1項に記載の直流電源装置と、
前記直流電源装置から出力される直流電力を交流電力に変換するインバータと、を備える
モータ駆動装置。
The DC power supply device according to any one of claims 1 to 5.
A motor drive device including an inverter that converts DC power output from the DC power supply device into AC power.
請求項に記載のモータ駆動装置を備える
送風機。
A blower including the motor driving device according to claim 6.
請求項に記載のモータ駆動装置を備える
圧縮機。
A compressor including the motor driving device according to claim 6.
請求項に記載の送風機及び請求項に記載の圧縮機の少なくとも一方を備える
空気調和機。
An air conditioner including at least one of the blower according to claim 7 and the compressor according to claim 8.
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