JP6971869B2 - Power factor improvement circuit and control method of power factor improvement circuit - Google Patents
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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.
特許文献1には、チョッパ制御方式のスイッチングレギュレータが記載されている。特許文献1記載のスイッチングレギュレータは、電源投入時に、所定の変化率で徐々にゼロに戻るランプ電圧を発生させ、このランプ電圧によって、スイッチング動作のパルス幅のゲインを抑制する。これにより、特許文献1記載のスイッチングレギュレータは、電源投入直後のオーバーシュートによる過電流を抑制する。 Patent Document 1 describes a chopper-controlled switching regulator. The switching regulator described in Patent Document 1 generates a lamp voltage that gradually returns to zero at a predetermined rate of change when the power is turned on, and this lamp voltage suppresses the gain of the pulse width of the switching operation. As a result, the switching regulator described in Patent Document 1 suppresses overcurrent due to overshoot immediately after the power is turned on.
しかし、特許文献1記載のスイッチングレギュレータは、電源投入直後のオーバーシュートによる過電流を抑制するものではあるが、インダクタに流れる電流が累積的に増加する場合については考慮されていない。従って、特許文献1記載のスイッチングレギュレータでは、インダクタに流れる電流が累積的に増加することによる、インダクタの磁気飽和や、スイッチ素子の破壊を招く可能性がある。 However, although the switching regulator described in Patent Document 1 suppresses an overcurrent due to overshoot immediately after the power is turned on, the case where the current flowing through the inductor is cumulatively increased is not considered. Therefore, in the switching regulator described in Patent Document 1, the current flowing through the inductor may be cumulatively increased, which may lead to magnetic saturation of the inductor and destruction of the switch element.
本発明は、インダクタに流れる電流が累積的に増加することを抑制できる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 and a method for controlling a power factor improving circuit, which can suppress a cumulative increase in the current flowing through the inductor.
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回路と、
前記第1から第4のスイッチ素子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、
前記直流電圧と、前記交流電圧の絶対値と、の差が閾値よりも小さくなった場合には、前記第1から第4のスイッチ素子のスイッチング動作を停止させるスイッチング動作停止制御を行い、前記差が前記閾値以上になった場合には、前記第1から第4のスイッチ素子のスイッチング動作を再開させるスイッチング動作再開制御を行う、
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 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 circuit with at least the switch element of
A control unit that controls the switching operation of the first to fourth switch elements, and
Equipped with
The control unit
When the difference between the DC voltage and the absolute value of the AC voltage becomes smaller than the threshold value, switching operation stop control for stopping the switching operation of the first to fourth switch elements is performed, and the difference. When is equal to or greater than the threshold value, switching operation restart control for restarting the switching operation of the first to fourth switch elements is performed.
It is characterized by that.
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、
一端が第1のノードに接続された第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整流素子、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スイッチ素子を少なくとも有する1以上のアーム回路と、
前記交流電圧を全波整流した電圧を、前記第1のインダクタの他端と前記第2の出力端子との間に出力する全波整流回路と、
前記スイッチ素子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、
前記直流電圧と、前記全波整流回路で全波整流された電圧の絶対値と、の差が閾値よりも小さくなった場合には、前記スイッチ素子のスイッチング動作を停止させるスイッチング動作停止制御を行い、前記差が前記閾値以上になった場合には、前記スイッチ素子のスイッチング動作を再開させるスイッチング動作再開制御を行う、
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 whose one end is connected to a first node, a rectifying element connected between the first node and the first output terminal, and the first node and the second output. One or more arm circuits having at least a switch element connected between the terminals and
A full-wave rectifier circuit that outputs a voltage obtained by full-wave rectifying the AC voltage between the other end of the first inductor and the second output terminal.
A control unit that controls the switching operation of the switch element,
Equipped with
The control unit
When the difference between the DC voltage and the absolute value of the voltage full-wave rectified by the full-wave rectifier circuit becomes smaller than the threshold value, switching operation stop control for stopping the switching operation of the switch element is performed. When the difference becomes equal to or greater than the threshold value, the switching operation restart control for restarting the switching operation of the switch element is performed.
It is characterized by that.
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、
前記第1から第6のスイッチ素子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、
前記直流電圧と、前記交流電圧の絶対値と、の差が閾値よりも小さくなった場合には、前記第1から第6のスイッチ素子のスイッチング動作を停止させるスイッチング動作停止制御を行い、前記差が前記閾値以上になった場合には、前記第1から第6のスイッチ素子のスイッチング動作を再開させるスイッチング動作再開制御を行う、
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 a fifth switch element. 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 of the first to sixth switch elements, and
Equipped with
The control unit
When the difference between the DC voltage and the absolute value of the AC voltage becomes smaller than the threshold value, switching operation stop control for stopping the switching operation of the first to sixth switch elements is performed, and the difference. When is equal to or greater than the threshold value, switching operation restart control for restarting the switching operation of the first to sixth switch elements 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、
前記差が第1の閾値よりも小さくなった場合には、前記スイッチング動作停止制御を行い、前記差が第2の閾値以上になった場合には、前記スイッチング動作再開制御を行う、
ことを特徴とする。
In the power factor improvement circuit
The control unit
When the difference becomes smaller than the first threshold value, the switching operation stop control is performed, and when the difference becomes greater than or equal to the second threshold value, the switching operation restart control is performed.
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のスイッチ素子を少なくとも有する1以上のアーム回路と、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回路と、前記第1から第4のスイッチ素子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、前記直流電圧と、前記交流電圧の絶対値と、の差が閾値よりも小さくなった場合には、前記第1から第4のスイッチ素子のスイッチング動作を停止させるスイッチング動作停止制御を行い、前記差が前記閾値以上になった場合には、前記第1から第4のスイッチ素子のスイッチング動作を再開させるスイッチング動作再開制御を行う、
ことを特徴とする。
The control method of the power factor improving circuit according to one aspect of the present invention is as follows.
A pair of first input terminals and a second input terminal to which an AC voltage is input, a pair of first output terminals and a second output terminal to output a DC voltage, the 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 switch element connected to and one or more arm circuits having at least a second switch element connected between the first node and the second output terminal, and the above. A third switch element connected between the second input terminal and the first output terminal, and a fourth switch element connected between the second input terminal and the second output terminal. It is a control method of a power factor improvement circuit including a polarity switching arm circuit having at least a switch element and a control unit for controlling the switching operation of the first to fourth switch elements.
When the difference between the DC voltage and the absolute value of the AC voltage becomes smaller than the threshold value by the control unit, the switching operation stop control for stopping the switching operation of the first to fourth switch elements. When the difference becomes equal to or greater than the threshold value, the switching operation restart control for restarting the switching operation of the first to fourth switch elements is performed.
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、一端が第1のノードに接続された第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整流素子、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スイッチ素子を少なくとも有する1以上のアーム回路と、前記交流電圧を全波整流した電圧を、前記第1のインダクタの他端と前記第2の出力端子との間に出力する全波整流回路と、前記スイッチ素子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、前記直流電圧と、前記全波整流回路で全波整流された電圧の絶対値と、の差が閾値よりも小さくなった場合には、前記スイッチ素子のスイッチング動作を停止させるスイッチング動作停止制御を行い、前記差が前記閾値以上になった場合には、前記スイッチ素子のスイッチング動作を再開させるスイッチング動作再開制御を行う、
ことを特徴とする。
The control method of the power factor improving circuit according to one aspect of the present invention is as follows.
A pair of first input terminals and a second input terminal to which an AC voltage is input, a pair of first output terminals and a second output terminal to output a DC voltage, the first output terminal and the first output terminal. An output capacitor connected between the two output terminals, a first inductor with one end connected to the first node, and a rectifier connected between the first node and the first output terminal. The first one includes an element, one or more arm circuits having at least a switch element connected between the first node and the second output terminal, and a voltage obtained by full-wave rectifying the AC voltage. A control method for a power factor improving circuit including a full-wave rectifier circuit that outputs between the other end of the inductor and the second output terminal, and a control unit that controls the switching operation of the switch element.
When the difference between the DC voltage and the absolute value of the voltage rectified by the full-wave rectifier circuit by the control unit becomes smaller than the threshold value, switching to stop the switching operation of the switch element. The operation stop control is performed, and when the difference becomes equal to or larger than the threshold value, the switching operation restart control for restarting the switching operation of the switch element is performed.
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、前記第1から第6のスイッチ素子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、前記直流電圧と、前記交流電圧の絶対値と、の差が閾値よりも小さくなった場合には、前記第1から第6のスイッチ素子のスイッチング動作を停止させるスイッチング動作停止制御を行い、前記差が前記閾値以上になった場合には、前記第1から第6のスイッチ素子のスイッチング動作を再開させるスイッチング動作再開制御を行う、
ことを特徴とする。
The control method of the power factor improving circuit according to one aspect of the present invention is as follows.
A pair of first input terminals and a second input terminal to which an AC voltage is input, a pair of first output terminals and a second output terminal to output a DC voltage, the 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 in between, 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 for controlling the switching operation of the first to sixth switch elements.
When the difference between the DC voltage and the absolute value of the AC voltage becomes smaller than the threshold value by the control unit, the switching operation stop control for stopping the switching operation of the first to sixth switch elements. When the difference becomes equal to or greater than the threshold value, the switching operation restart control for restarting the switching operation of the first to sixth switch elements 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、インダクタに流れる電流が累積的に増加することを抑制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 cumulative increase of the current flowing through the inductor can be suppressed.
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、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. Power factor correction circuit 1, AC (e.g., 50 Hz or 60Hz) supplied with the input voltage V in from the
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
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-
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 in 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
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
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C1を含む。出力コンデンサC1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
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
力率改善回路1は、第1のインダクタL1を含む。第1のインダクタL1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L1の他端は、第1のノードN1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
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))Q1及びQ2を含む。第1のノードN1は、第1のスイッチ素子Q1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N1は、第2のスイッチ素子Q2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
第1のインダクタL1、並びに、第1及び第2のスイッチ素子Q1及びQ2が、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 form the
本実施の形態では、力率改善回路1が1個のアーム回路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P1及びP2で制御される、2個以上のアーム回路17を含んでいても良い。
In the present embodiment, the power factor improving circuit 1 includes one
また、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Q1を含んでいるが、これに限定されない。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P1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、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Q2を含んでいるが、これに限定されない。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P2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
力率改善回路1は、第3及び第4のスイッチ素子Q3及びQ4を含む。第2の入力端子12は、第3のスイッチ素子Q3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Q4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
第3及び第4のスイッチ素子Q3及びQ4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
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Q3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P3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Q4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P4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
なお、本実施の形態では、第1のスイッチ素子Q1から第4のスイッチ素子Q4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Q1から第4のスイッチ素子Q4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 to the fourth switching element Q 4 is as it is N-channel type MOSFET, but is not limited thereto. From the first switching element Q 1 to the fourth switching element Q 4, 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Q1から第4のスイッチ素子Q4までは、第1の寄生ダイオード(ボディダイオード)D1から第4の寄生ダイオードD4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D1から第4の寄生ダイオードD4までは、第1のスイッチ素子Q1から第4のスイッチ素子Q4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。 The first switch element Q 1 to the fourth switch element Q 4 each have a first parasitic diode (body diode) D 1 to a fourth parasitic diode D 4 . 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 fourth parasitic diode D 4 are freewheels for releasing the transient counter electromotive force when the first switch element Q 1 to the fourth switch element Q 4 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
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Q1から第4のスイッチ素子Q4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Q1から第4のスイッチ素子Q4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P1から第4のゲートパルス信号P4までを、第1のスイッチ素子Q1から第4のスイッチ素子Q4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P1から第4のゲートパルス信号P4までには、デッドタイムtd(図2参照)が設定されている。デッドタイムtdは、1nsから10ns程度が例示されるが、これに限定されない。
制御部50は、出力電圧Voutと入力電圧Vinの絶対値|Vin|との差が第1の閾値Vdeff1よりも小さくなった場合には、第1のスイッチ素子Q1から第4のスイッチ素子Q4までのスイッチング動作を停止させるスイッチング動作停止制御を行う。また、制御部50は、出力電圧Voutと入力電圧Vinの絶対値|Vin|との差が第2の閾値Vdeff2以上になった場合には、第1のスイッチ素子Q1から第4のスイッチ素子Q4までのスイッチング動作を再開させるスイッチング動作再開制御を行う。
制御部50は、第1閾値記憶部51と、第2閾値記憶部52と、判定部53と、駆動部54と、を含む。
The
第1閾値記憶部51は、第1の閾値Vdeff1を記憶する。第1の閾値Vdeff1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。第1の閾値Vdeff1は、50Vが例示されるが、これに限定されない。
The first threshold
第2閾値記憶部52は、第2の閾値Vdeff2を記憶する。第2の閾値Vdeff2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。第2の閾値Vdeff2は、第1の閾値Vdeff1より大きい値であることが好ましい。第2の閾値Vdeff2は、60Vが例示されるが、これに限定されない。
The second threshold
判定部53は、力率改善回路1の起動時に、第1のスイッチ素子Q1から第4のスイッチ素子Q4までのスイッチング動作を行わせるための、ハイレベルの判定信号S1を駆動部54に出力する。
Determining
判定部53は、出力電圧Voutと、入力電圧Vinの絶対値|Vin|と、の差を計算する。そして、判定部53は、出力電圧Voutと入力電圧Vinの絶対値|Vin|との差と、第1の閾値Vdeff1と、を比較する。判定部53は、出力電圧Voutと入力電圧Vinの絶対値|Vin|との差が第1の閾値Vdeff1よりも小さくなった場合には、第1のスイッチ素子Q1から第4のスイッチ素子Q4までのスイッチング動作を停止させるための、ローレベルの判定信号S1を駆動部54に出力する。
Determining
また、判定部53は、出力電圧Voutと入力電圧Vinの絶対値|Vin|との差と、第2の閾値Vdeff2と、を比較する。判定部53は、出力電圧Voutと入力電圧Vinの絶対値|Vin|との差が第2の閾値Vdeff2以上になった場合には、第1のスイッチ素子Q1から第4のスイッチ素子Q4までのスイッチング動作を再開させるための、ハイレベルの判定信号S1を駆動部54に出力する。
The
駆動部54は、判定部53から供給される判定信号S1がハイレベルの場合には、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Q1から第4のスイッチ素子Q4までを制御する。具体的には、駆動部54は、第1のゲートパルス信号P1から第4のゲートパルス信号P4までを、第1のスイッチ素子Q1から第4のスイッチ素子Q4までのゲートに、夫々出力する。
Driving
詳しくは、駆動部54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P1及びP2の周波数(スイッチング周波数)と、オン時間と、を計算する。駆動部54は、計算した周波数と、オン時間と、に基づいて、第1及び第2のゲートパルス信号P1及びP2を、第1及び第2のスイッチ素子Q1及びQ2のゲートに、夫々出力する。
Specifically, the
駆動部54は、判定部53から供給される判定信号S1がローレベルの場合には、ローレベルの第1のゲートパルス信号P1から第4のゲートパルス信号P4までを、第1のスイッチ素子Q1から第4のスイッチ素子Q4までのゲートに、夫々出力する。これにより、第1のスイッチ素子Q1から第4のスイッチ素子Q4までは、オフ状態になる。
Driving
制御部50のスイッチング動作時の制御について、説明する。
The control during the switching operation of the
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、昇圧チョッパ回路と同様の動作を行う。
The
具体的には、制御部50は、入力電圧Vinの極性が正相(Vin≧0)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Q3をオフし且つ第4のスイッチ素子Q4をオンする。
More specifically, the
そして、制御部50は、第3のスイッチ素子Q3をオフし且つ第4のスイッチ素子Q4をオンした状態で、第1及び第2のスイッチ素子Q1及びQ2を相補的にオン/オフを切り替えるように制御する。
Then, the
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Q2及びQ4をオンし且つ第1及び第3のスイッチ素子Q1及びQ3をオフした第1の状態から、第2のスイッチ素子Q2をオフした第2の状態に制御する。
For example, the
次に、制御部50は、第2の状態から、第1のスイッチ素子Q1をオンした第3の状態に制御する。
Next, the
次に、制御部50は、第3の状態から、第1のスイッチ素子Q1をオフした第4の状態に制御する。
Next, the
次に、制御部50は、第4の状態から、第2のスイッチ素子Q2をオンした第5の状態に制御する。
Next, the
一方、制御部50は、入力電圧Vinの極性が逆相(Vin<0)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Q3をオンし且つ第4のスイッチ素子Q4をオフする。
On the other hand, the
そして、制御部50は、第3のスイッチ素子Q3をオンし且つ第4のスイッチ素子Q4をオフした状態で、第1及び第2のスイッチ素子Q1及びQ2を相補的にオン/オフを切り替えるように制御する。
Then, the
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Q1及びQ2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2は、第1の実施の形態の力率改善回路の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のスイッチング動作制御時の、第2のスイッチ素子Q2のゲートに供給される第2のゲートパルス信号P2及び第1のスイッチ素子Q1のゲートに供給される第1のゲートパルス信号P1の波形の一例を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing an example of a waveform of the power factor improving circuit according to the first embodiment. 2, when the polarity of the input voltage V in is positive phase, the power factor correction circuit 1 during switching operation control, the second gate pulse signal P is supplied to the second gate of the switching element Q 2 it is a diagram illustrating an example of 2 and the first of the first gate pulse signal P 1 of the waveform supplied to the gate of the switching element Q 1.
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Q2及びQ4をオンし且つ第1及び第3のスイッチ素子Q1及びQ3をオフした第1の状態に制御する。
次に、制御部50は、第1の状態から、第2のスイッチ素子Q2をオフした第2の状態に制御する。第1の状態から第2の状態までの時間T0が、第2のスイッチ素子Q2のオン時間である。
Next, the
次に、制御部50は、第2の状態からデッドタイムtd経過後に、第1のスイッチ素子Q1をオンした第3の状態に制御する。
Next, the
次に、制御部50は、第3の状態から、第1のスイッチ素子Q1をオフした第4の状態に制御する。第3の状態から第4の状態までの時間T1が、第1のスイッチ素子Q1のオン時間である。
Next, the
次に、制御部50は、第4の状態からデッドタイムtd経過後に、第2のスイッチ素子Q2をオンした第5の状態に制御する。
Next, the
制御部50は、以降同様の制御を実行する。
The
再び図1を参照すると、入力電圧Vinが正相である場合には、第1のスイッチ素子Q1は、第1のノードN1から第1の出力端子14に向かう方向の電流IQ1を流し、第1の出力端子14から第1のノードN1に向かう方向の電流を遮断する、整流素子と等価である。
Referring again to FIG. 1, when the input voltage V in is positive phase, the first switching element Q 1 is, the direction of the current I Q1 flowing from the first node N 1 to the
図3は、第1の実施の形態の力率改善回路の波形の一例を示す図である。図3は、第2のスイッチ素子Q2のゲートに供給される第2のゲートパルス信号P2と、第2のスイッチ素子Q2のドレイン−ソース間電圧VQ2と、第1のインダクタL1を流れる電流IL1と、第2のスイッチ素子Q2のドレイン電流IQ2と、第1のスイッチ素子Q1を流れる電流IQ1と、の波形を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing an example of a waveform of the power factor improving circuit according to the first embodiment. 3, the second gate pulse signal P 2 to be supplied to the second gate of the switching element Q 2, the drain of the second switching element Q 2 - source voltage V Q2, the first inductor L 1 It is a figure which shows the waveform of the current I L1 flowing through, the drain current I Q2 of a second switch element Q2, and the current I Q1 flowing through a first switch element Q1.
なお、図3では、デッドタイムtdの図示を省略している。 Note that FIG. 3 omits the illustration of the dead time t d.
第2のスイッチ素子Q2がオン状態の場合は、電源2→第1のインダクタL1→第2のスイッチ素子Q2→電源2という経路に電流が流れる。従って、IL1=IQ2である。
When the second switch element Q 2 is in the ON state, a current flows in the path of
第2のスイッチ素子Q2がオフ状態の場合は、電源2→第1のインダクタL1→第1のスイッチ素子Q1→第1の出力端子14という経路に電流が流れる。従って、IL1=IQ1である。
When the second switch element Q 2 is in the off state, a current flows through the path of the
図4は、第1の実施の形態の力率改善回路の等価回路を示す図である。図4は、入力電圧Vinが正相であり且つ第2のスイッチ素子Q2がオン状態の場合の、力率改善回路1の等価回路を示す図である。 FIG. 4 is a diagram showing an equivalent circuit of the power factor improving circuit of the first embodiment. 4, the input voltage V in is positive phase and the second switching element Q 2 is a diagram illustrating a case of ON state, the equivalent circuit of the power factor correction circuit 1.
第1のインダクタL1の電圧VL1と電流IL1との関係は、次の式(1)で表される。式(1)において、tは時間である。 Relationship between the first voltage V L1 and the current I L1 of inductor L 1 is expressed by the following equation (1). In equation (1), t is time.
図4に示す場合では、VL1=Vinである。そして、電圧VL1と電流IL1との向きを考慮すると、電流IL1は、次の式(2)で表される。 In the case shown in FIG. 4, a V L1 = V in. Considering the directions of the voltage VL1 and the current IL1 , the current IL1 is expressed by the following equation (2).
従って、電流IL1の波形は、傾きがVin/L1の直線状になる。つまり、電流IL1の波形は、入力電圧Vinに依存し、出力電圧Voutに依存しない。 Accordingly, the waveform of the current I L1 is the gradient becomes a linear V in / L 1. In other words, the waveform of the current I L1 is dependent on the input voltage V in, it does not depend on the output voltage V out.
図5は、第1の実施の形態の力率改善回路の等価回路の波形の一例を示す図である。図5は、入力電圧Vinが正相であり且つ第2のスイッチ素子Q2がオン状態の場合の、第1のインダクタL1の電流IL1の波形を示す図である。電流IL1の波形は、傾きがVin/L1の直線状になる。 FIG. 5 is a diagram showing an example of the waveform of the equivalent circuit of the power factor improving circuit of the first embodiment. 5, the input voltage V in is positive phase and the second switching element Q 2 is a diagram illustrating a case of ON state, the first waveform of the current I L1 of inductor L 1. The waveform of the current I L1 is the gradient becomes a linear V in / L 1.
図6は、第1の実施の形態の力率改善回路の等価回路を示す図である。図6は、入力電圧Vinが正相であり且つ第2のスイッチ素子Q2がオフ状態の場合の、力率改善回路1の等価回路を示す図である。 FIG. 6 is a diagram showing an equivalent circuit of the power factor improving circuit of the first embodiment. 6, the input voltage V in is positive phase and the second switching element Q 2 is a diagram showing the case in the OFF state, an equivalent circuit of the power factor correction circuit 1.
図6に示す場合では、VL1=Vout−Vinである。そして、電圧VL1と電流IL1との向きを考慮すると、電流IL1は、次の式(3)で表される。式(3)において、Ipは、第2のスイッチ素子Q2がオフ状態になったときの、電流IL1の初期値である。
In the case shown in FIG. 6, a V L1 = V out -V in. Considering the directions of the voltage VL1 and the current IL1 , the current IL1 is expressed by the following equation (3). In the equation (3), I p is an initial value of the current IL 1 when the second
従って、電流IL1の波形は、傾きが−(Vout−Vin)/L1の直線状になる。つまり、電流IL1の波形は、入力電圧Vin及び出力電圧Voutに依存する。 Accordingly, the waveform of the current I L1, slope - becomes (V out -V in) / L 1 of the straight line. That is, the waveform of the current IL1 depends on the input voltage V in and the output voltage V out.
図7は、第1の実施の形態の力率改善回路の等価回路の波形の一例を示す図である。図7は、入力電圧Vinが正相であり且つ第2のスイッチ素子Q2がオフ状態の場合の、第1のインダクタL1の電流IL1の波形を示す図である。電流IL1の波形は、傾きが−(Vout−Vin)/L1の直線状になる。 FIG. 7 is a diagram showing an example of the waveform of the equivalent circuit of the power factor improving circuit of the first embodiment. 7, the input voltage V in is positive phase and the second switching element Q 2 is a diagram showing the case in the OFF state, the first waveform of the current I L1 of inductor L 1. The waveform of the current I L1 is slope - becomes (V out -V in) / L 1 of the straight line.
再び図3を参照すると、第2のスイッチ素子Q2がオン状態の場合は、電流IL1(=IQ2)は、傾きがVin/L1の直線状に増加する。一方、第2のスイッチ素子Q2がオフ状態の場合は、電流IL1(=IQ1)は、傾きが−(Vout−Vin)/L1の直線状に減少する。 Referring again to FIG. 3, when the second switching element Q 2 is on, current I L1 (= I Q2) is the slope increases linearly in V in / L 1. On the other hand, when the second switching element Q 2 is off, current I L1 (= I Q1) is slope - reduced to (V out -V in) / L 1 of the straight line.
図3に示すように、制御部50は、電流臨界モードの制御を行う。電流臨界モードは、電流IL1が途切れずに連続する電流連続モードと、電流IL1が途切れる電流断続モードと、の境界のモードである。但し、制御部50は、電流IL1が0Aに至らなくても、第2のスイッチ素子Q2のオフから所定時間経過したら、第2のスイッチ素子Q2を強制的にオンにする。電流IL1が0Aに至るのを待ち続けていると、待ち続けている期間は昇圧動作が停止してしまうことになるからである。
As shown in FIG. 3, the
[比較例]
式(3)に示すように、(Vout−Vin)が小さい場合、即ちVout≒Vinの場合には、電流IL1が減少する傾きが小さい。つまり、電流IL1が減少するのに長い時間がかかる。(Vout−Vin)が小さい場合は、力率改善回路1の起動時が例示されるが、これに限定されない。
[Comparison example]
As shown in equation (3), if (V out -V in) is small, that is, when the V out ≒ V in has a smaller slope current I L1 is decreased. That is, it takes a long time for the current IL1 to decrease. When (V out −V in ) is small, the time when the power factor improving circuit 1 is started is exemplified, but the present invention is not limited to this.
図8は、比較例の波形を示す図である。図8は、Vout≒Vinである場合の、第2のスイッチ素子Q2のゲートに供給される第2のゲートパルス信号P2と、第2のスイッチ素子Q2のドレイン−ソース間電圧VQ2と、第1のインダクタL1を流れる電流IL1と、第2のスイッチ素子Q2のドレイン電流IQ2と、第1のスイッチ素子Q1を流れる電流IQ1と、の波形を示す図である。 FIG. 8 is a diagram showing a waveform of a comparative example. 8, V where out is a ≒ V in, the second gate pulse signal P 2 to be supplied to the second gate of the switching element Q 2, the drain of the second switching element Q 2 - source voltage shows a V Q2, the first current I L1 flowing through the inductor L 1, a second drain current I Q2 of the switching element Q 2, the first current I Q1 flowing through the switching element Q 1, the waveform Is.
なお、図8では、デッドタイムtdの図示を省略している。 Note that FIG. 8 omits the illustration of the dead time t d.
第2のスイッチ素子Q2がオン状態である第1の状態では、IL1=IQ2である。また、電流IL1(=IQ2)の波形の傾きは、Vin/L1である。 In the first state in which the second switch element Q2 is in the ON state, IL1 = IQ2 . The slope of the waveform of the current I L1 (= I Q2) is a V in / L 1.
第1の状態になってから時間T2経過後の、第2のスイッチ素子Q2がオフ状態である第3の状態では、IL1=IQ1である。また、電流IL1(=IQ1)の波形の傾きは、−(Vout−Vin)/L1である。 In the third state in which the second switch element Q 2 is in the off state after the lapse of time T 2 from the first state, IL1 = IQ1 . The slope of the waveform of the current I L1 (= I Q1) is - (V out -V in) / L 1.
(Vout−Vin)が小さい場合、即ちVout≒Vinの場合には、電流IL1が殆ど減少しない。しかしながら、前述した通り、制御部50は、電流IL1が0Aに至らなくても、第2のスイッチ素子Q2のオフから所定の時間T3が経過したら、第2のスイッチ素子Q2を強制的にオンにする。
If (V out -V in) is small, ie, in the case of V out ≒ V in it does not decrease the current I L1 almost. However, as described above, the
なお、時間T3は、第2のスイッチ素子Q2がオンになってから次に第2のスイッチ素子Q2がオンになるまでのスイッチング周期の時間T4から計算しても良い。つまり、時間T4を予め定めておいて、T3=T4−T2で時間T3を計算しても良い。時間T4は、数十ms(ミリ秒)から数百ms程度が例示されるが、これに限定されない。一例として、時間T4は、40msから100ms程度が例示される。 The time T 3 may be calculated from the time T 4 of the switching period until the next second switching element Q 2 is turned on after the second switching element Q 2 is turned on. That is, the time T 4 may be predetermined and the time T 3 may be calculated by T 3 = T 4 − T 2. The time T 4 is exemplified, but is not limited to several tens of ms (milliseconds) to several hundred ms. As an example, the time T 4 is exemplified by about 40 ms to 100 ms.
第3の状態になってから時間T3経過後の、第2のスイッチ素子Q2がオン状態である第1の状態では、IL1=IQ2である。また、電流IL1(=IQ2)の波形の傾きは、Vin/L1である。このように、時間T3内において電流IL1が充分に減少する前に、第2のスイッチ素子Q2が時間T5の間オン状態にされると、電流IL1が更に増加する。以降同様に、第2のスイッチ素子Q2のオンオフが繰り返されることにより、電流IL1が累積的に増加し、第1のインダクタL1の磁気飽和や、第2のスイッチ素子Q2の破壊を招く可能性がある。 The third state since by the time T 3 after, in a first state the second switching element Q 2 is turned on, it is I L1 = I Q2. The slope of the waveform of the current I L1 (= I Q2) is a V in / L 1. Thus, before the current I L1 is decreased sufficiently in a time T 3, the second switching element Q 2 is in the on-state during the time T 5, current I L1 increases further. Similarly thereafter, by the second on-off switching element Q 2 is repeated, the current I L1 is increased cumulatively, a first magnetic saturation and inductor L 1, the second breakdown of the switching element Q 2 May invite.
[第1の実施の形態の動作]
本発明者は、入力電圧Vinの実効値が200Vであり且つ第1及び第2のスイッチ素子Q1及びQ2のスイッチング周期が40msである場合に、出力電圧Voutと入力電圧Vinの絶対値|Vin|との差が50V程度以上であれば、電流IL1を好適に減少させることができることを見出した。換言すると、入力電圧Vinの実効値が200Vであり且つ第1及び第2のスイッチ素子Q1及びQ2のスイッチング周期が40msである場合に、出力電圧Voutと入力電圧Vinの絶対値|Vin|との差が50V程度より小さければ、電流IL1を好適に減少させることができないことを見出した。
[Operation of the first embodiment]
The present inventor has an output voltage V out and an input voltage V in when the effective value of the input voltage V in is 200 V and the switching period of the first and second switch elements Q 1 and Q 2 is 40 ms. the absolute value | V in | if the difference between at least about 50 V, found that it is possible to reduce the current I L1 suitably. In other words, if the effective value is 200V and the first and second switching cycle of the switching elements Q 1 and Q 2 of the input voltage V in is 40 ms, the absolute value of the output voltage V out and the input voltage V in It has been found that if the difference from | V in | is smaller than about 50 V, the current IL1 cannot be suitably reduced.
そこで、制御部50は、出力電圧Voutと入力電圧Vinの絶対値|Vin|との差が第1の閾値Vdeff1(=50V)よりも小さくなった場合には、第1のスイッチ素子Q1から第4のスイッチ素子Q4までのスイッチング動作を停止させるスイッチング動作停止制御を行う。また、制御部50は、出力電圧Voutと入力電圧Vinの絶対値|Vin|との差が第2の閾値Vdeff2(=60V)以上になった場合には、第1のスイッチ素子Q1から第4のスイッチ素子Q4までのスイッチング動作を再開させるスイッチング動作再開制御を行う。
Therefore, when the difference between the output voltage V out and the absolute value | V in | of the input voltage V in becomes smaller than the first threshold value V def1 (= 50V), the
なお、制御部50は、出力電圧Voutと入力電圧Vinの絶対値|Vin|との差が第1の閾値Vdeff1(=50V)以上になった場合に、スイッチング動作再開制御を行うこととしても良い。この場合、第2閾値記憶部52は、不要になる。但し、この場合、入力電圧Vin及び出力電圧Voutのリップルや、第1の電圧検出器13及び第2の電圧検出器16の検出精度などに起因して、スイッチング動作の停止と再開とが、小刻みに繰り返されてしまう可能性がある。そのため、制御部50は、出力電圧Voutと入力電圧Vinの絶対値|Vin|との差が第2の閾値Vdeff2(=60V)以上になった場合に、スイッチング動作再開制御を行うことが、好適である。
The
図9は、第1の実施の形態の力率改善回路の波形の一例を示す図である。図9は、出力電圧Voutと入力電圧Vinの絶対値|Vin|との差が第1の閾値Vdeff1(=50V)以上である場合の、第2のスイッチ素子Q2のゲートに供給される第2のゲートパルス信号P2と、第2のスイッチ素子Q2のドレイン−ソース間電圧VQ2と、第1のインダクタL1を流れる電流IL1と、第2のスイッチ素子Q2のドレイン電流IQ2と、第1のスイッチ素子Q1を流れる電流IQ1と、の波形を示す図である。 FIG. 9 is a diagram showing an example of the waveform of the power factor improving circuit according to the first embodiment. FIG. 9 shows the gate of the second switch element Q2 when the difference between the output voltage V out and the absolute value | V in | of the input voltage V in | is equal to or greater than the first threshold value V def1 (= 50V). the second gate pulse signal P 2 to be supplied, the drain of the second switching element Q 2 - source voltage V Q2, the current I L1 flowing in the first inductor L 1, the second switching element Q 2 and the drain current I Q2 of the first current I Q1 flowing through the switching elements Q 1, is a diagram showing the waveform.
なお、図9では、デッドタイムtdの図示を省略している。 Note that FIG. 9 omits the illustration of the dead time t d.
第2のスイッチ素子Q2がオン状態である第1の状態では、IL1=IQ2である。また、電流IL1(=IQ2)の波形の傾きは、Vin/L1である。 In the first state in which the second switch element Q2 is in the ON state, IL1 = IQ2 . The slope of the waveform of the current I L1 (= I Q2) is a V in / L 1.
第1の状態になってから時間T6経過後の、第2のスイッチ素子Q2がオフ状態である第3の状態では、IL1=IQ1である。また、電流IL1(=IQ1)の波形の傾きは、−(Vout−Vin)/L1である。 In the first state since by the time T 6 after, in the third state the second switching element Q 2 is in the OFF state, an I L1 = I Q1. The slope of the waveform of the current I L1 (= I Q1) is - (V out -V in) / L 1.
図9に示すように、出力電圧Voutと入力電圧Vinの絶対値|Vin|との差が第1の閾値Vdeff1(=50V)以上である場合、即ち(Vout−Vin)≧50である場合には、電流IL1が好適に減少する。第3の状態になってから時間T7経過後において、電流IL1は、0Aに到達する。これにより、制御部50は、電流臨界モードを行うことができる。時間T6と時間T7との和が、スイッチング周期T8(例えば、40msから100ms程度)である。
As shown in FIG. 9, the absolute value of the output voltage V out and the input voltage V in | V in | when the difference between the is the first threshold value V deff1 (= 50V) or more, that (V out -V in) When ≧ 50, the current IL1 is preferably reduced. In the third state to become in time T 7 elapses after the current I L1 reaches the 0A. As a result, the
図10は、第1の実施の形態の力率改善回路の波形の一例を示す図である。図10は、入力電圧Vinの正相期間において、入力電圧Vinのピーク値(例えば、283V)と出力電圧Voutとが略等しい場合の、入力電圧Vinと、出力電圧Voutと、第1のインダクタL1を流れる電流IL1と、の波形を示す図である。 FIG. 10 is a diagram showing an example of a waveform of the power factor improving circuit according to the first embodiment. 10, in the positive-phase period of the input voltage V in, the peak value of the input voltage V in (e.g., 283V) and when the output voltage V out is substantially equal to an input voltage V in, the output voltage V out, and current I L1 flowing first inductor L 1, is a diagram showing the waveform.
入力電圧Vinの立ち上がり始めの期間71は、第1のスイッチ素子Q1から第4のスイッチ素子Q4までにスイッチング動作を行わせるスイッチング動作期間である。期間71は、出力電圧Voutと入力電圧Vinの絶対値|Vin|との差が第1の閾値Vdeff1以上である期間である。
Rising start of the period of the
期間71の次の期間72は、第1のスイッチ素子Q1から第4のスイッチ素子Q4までにスイッチング動作を行わせないスイッチング非動作期間である。期間72の開始時において、出力電圧Voutと入力電圧Vinの絶対値|Vin|との差V0は、第1の閾値Vdeff1より小さい。期間72の終了時において、出力電圧Voutと入力電圧Vinの絶対値|Vin|との差は、第2の閾値Vdeff2より小さい。
Next period of
期間72の次の第2番目の期間71は、第1のスイッチ素子Q1から第4のスイッチ素子Q4までにスイッチング動作を再開させるスイッチング動作期間である。第2番目の期間71は、出力電圧Voutと入力電圧Vinの絶対値|Vin|との差が第2の閾値Vdeff2以上である期間である。第2番目の期間71の開始時において、出力電圧Voutと入力電圧Vinの絶対値|Vin|との差V1は、第2の閾値Vdeff2以上である。
Following the second period of
図11は、第1の実施の形態の力率改善回路の波形の一例を示す図である。図11は、入力電圧Vinの正相期間において、入力電圧Vinのピーク値と出力電圧Voutとの差が第1の閾値Vdeff1より小さい場合(例えば、Vout=300V)の、入力電圧Vinと、出力電圧Voutと、第1のインダクタL1を流れる電流IL1と、の波形を示す図である。 FIG. 11 is a diagram showing an example of a waveform of the power factor improving circuit according to the first embodiment. Figure 11 is the positive phase period of the input voltage V in, when the difference between the peak value of the input voltage V in and the output voltage V out is the first threshold value V deff1 smaller than (e.g., V out = 300 V), the input the voltage V in, the output voltage V out, the first current I L1 flowing through the inductor L 1, is a diagram showing the waveform.
入力電圧Vinの立ち上がり始めの期間71は、第1のスイッチ素子Q1から第4のスイッチ素子Q4までにスイッチング動作を行わせるスイッチング動作期間である。期間71は、出力電圧Voutと入力電圧Vinの絶対値|Vin|との差が第1の閾値Vdeff1以上である期間である。
Rising start of the period of the
期間71の次の期間72は、第1のスイッチ素子Q1から第4のスイッチ素子Q4までにスイッチング動作を行わせないスイッチング非動作期間である。期間72の開始時において、出力電圧Voutと入力電圧Vinの絶対値|Vin|との差V2は、第1の閾値Vdeff1より小さい。期間72の終了時において、出力電圧Voutと入力電圧Vinの絶対値|Vin|との差は、第2の閾値Vdeff2より小さい。
Next period of
期間72の次の第2番目の期間71は、第1のスイッチ素子Q1から第4のスイッチ素子Q4までにスイッチング動作を再開させるスイッチング動作期間である。第2番目の期間71は、出力電圧Voutと入力電圧Vinの絶対値|Vin|との差が第2の閾値Vdeff2である期間である。第2番目の期間71の開始時において、出力電圧Voutと入力電圧Vinの絶対値|Vin|との差V3は、第2の閾値Vdeff2以上である。
Following the second period of
図11では、図10と比較して、スイッチング非動作期間である期間72が、短くなっている。これは、出力電圧Voutが高くなっているからである。
In FIG. 11, the
図12は、第1の実施の形態の力率改善回路の波形の一例を示す図である。図12は、入力電圧Vinの正相期間において、入力電圧Vinのピーク値と出力電圧Voutとの差が第1の閾値Vdeff1以上である場合(例えば、Vout=400V)の、入力電圧Vinと、出力電圧Voutと、第1のインダクタL1を流れる電流IL1と、の波形を示す図である。 FIG. 12 is a diagram showing an example of a waveform of the power factor improving circuit according to the first embodiment. 12, the positive-phase period of the input voltage V in, when the difference between the peak value of the input voltage V in and the output voltage V out is the first threshold value V deff1 more (e.g., V out = 400V), the input voltage V in, the output voltage V out, the current I L1 flowing in the first inductor L 1, is a diagram showing the waveform.
入力電圧Vinの正相期間の全体である期間71は、第1のスイッチ素子Q1から第4のスイッチ素子Q4までにスイッチング動作を行わせるスイッチング動作期間である。期間71は、出力電圧Voutと入力電圧Vinの絶対値|Vin|との差が第1の閾値Vdeff1以上である期間である。入力電圧Vinのピーク時において、出力電圧Voutと入力電圧Vinの絶対値|Vin|との差V4は、第1の閾値Vdeff1以上である。
Overall a is the period of the positive-phase period of the
図12では、図10及び図11と比較して、スイッチング非動作期間である期間72が、無くなっている。これは、出力電圧Voutが高くなっているので、出力電圧Voutと入力電圧Vinの絶対値|Vin|との差が、第1の閾値Vdeff1より小さくなることがないからである。
In FIG. 12, as compared with FIGS. 10 and 11, the switching
図13は、第1の実施の形態の力率改善回路の波形の一例を示す図である。図13は、力率改善回路1の起動時の、入力電圧Vinと、第2のスイッチ素子Q2のゲートに供給される第2のゲートパルス信号P2と、第2のスイッチ素子Q2のドレイン−ソース間電圧VQ2と、の波形を示す図である。 FIG. 13 is a diagram showing an example of the waveform of the power factor improving circuit according to the first embodiment. 13, the power factor correction circuit 1 of the startup, the input voltage V in and a second gate pulse signal P 2 to be supplied to the second gate of the switching element Q 2, the second switching element Q 2 It is a figure which shows the waveform of the drain-source voltage V Q2 of.
入力電圧Vinの周期数が進むに従って出力電圧Voutが上昇するので、図13に示すように、スイッチング非動作期間である期間72が減少し、スイッチング動作期間である期間71が増大する。そして、入力電圧Vinの第3周期目の後半(第3周期目の逆相期間)からは、スイッチング非動作期間である期間72が無くなっている。
Since the output voltage V out according periodicity progresses the input voltage V in increases, as shown in FIG. 13, and decrease
上記の通り、力率改善回路1は、出力電圧Voutと入力電圧Vinの絶対値|Vin|との差が第1の閾値Vdeff1よりも小さくなった場合には、第1のスイッチ素子Q1から第4のスイッチ素子Q4までのスイッチング動作を停止させるスイッチング動作停止制御を行う。 As described above, the power factor correction circuit 1, the absolute value of the output voltage V out and the input voltage V in | V in | if the difference between is smaller than the first threshold value V deff1 the first switch The switching operation stop control for stopping the switching operation from the element Q 1 to the fourth switch element Q 4 is performed.
これにより、力率改善回路1は、第1のインダクタL1の電流IL1が累積的に増加し、第1のインダクタL1の磁気飽和や、第2のスイッチ素子Q2の破壊を招く可能性を抑制できる。 Thus, the power factor correction circuit 1, possible for the first inductor L 1 of the current I L1 is cumulatively increased, causing the magnetic saturation and the first inductor L 1, the second breakdown of the switching element Q 2 Sex can be suppressed.
また、力率改善回路1は、出力電圧Voutと入力電圧Vinの絶対値|Vin|との差が第2の閾値Vdeff2以上になった場合には、第1のスイッチ素子Q1から第4のスイッチ素子Q4までのスイッチング動作を再開させるスイッチング動作再開制御を行う。 Further, power factor improvement circuit 1, the absolute value of the output voltage V out and the input voltage V in | V in | if the difference reaches the second threshold value V Deff2 above and includes a first switching element Q 1 a fourth switching operation restart control to restart the switching operation to switching element Q 4 from performing.
これにより、力率改善回路1は、入力電圧Vin及び出力電圧Voutのリップルや、第1の電圧検出器13及び第2の電圧検出器16の検出精度などに起因して、スイッチング動作の停止と再開とが小刻みに繰り返されてしまう可能性を抑制できる。
Thus, the power factor correction circuit 1, the ripple and the input voltage V in and the output voltage V out, due like the detection accuracy of the
(第2の実施の形態)
図14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の実施の形態と同一の構成要素については、同一の参照番号を付して、説明を省略する。
(Second embodiment)
FIG. 14 is a diagram showing a circuit configuration of the power factor improving circuit according to the second embodiment. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numbers, and the description thereof will be omitted.
力率改善回路1Aは、入力電圧Vinを全波整流する全波整流回路61を含む。全波整流回路61は、ダイオードブリッジが例示されるが、これに限定されない。全波整流回路61は、入力電圧Vinを全波整流した電圧を、第1のインダクタL1の一端と、第2の出力端子15と、の間に出力する。第1のインダクタL1の他端は、第1のノードN1に接続されている。
Power
第1の電圧検出器13は、全波整流回路61で全波整流された電圧を検出する。
The
力率改善回路1Aは、整流素子D7を含む。整流素子D7は、第1のノードN1から第1の出力端子14に向かう電流を通過させ、第1の出力端子14から第1のノードN1に向かう電流を遮断する。整流素子D7は、ダイオードが例示されるが、これに限定されない。
The power
力率改善回路1Aは、第2のスイッチ素子Q2を含む。第1のノードN1は、第2のスイッチ素子Q2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
第1のインダクタL1、整流素子D7及び第2のスイッチ素子Q2が、アーム回路17Aを構成する。
The first inductor L 1 , the rectifying element D 7, and the second switch element Q 2 constitute the
アーム回路17Aは、昇圧チョッパ回路と同様の回路構成を有する。
The
本実施の形態では、力率改善回路1Aが1個のアーム回路17Aを含むこととしたが、これに限定されない。力率改善回路1Aは、並列接続され、第2のゲートパルス信号P2で制御される、2個以上のアーム回路17Aを含んでいても良い。
In the present embodiment, the power
また、アーム回路17Aは、ハイサイドの1個の整流素子D7を含んでいるが、これに限定されない。アーム回路17Aは、並列接続された2個以上の整流素子を含んでいても良い。また、アーム回路17Aは、ローサイドの1個の第2のスイッチ素子Q2を含んでいるが、これに限定されない。アーム回路17A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P2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。ハイサイドの整流素子の個数と、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
力率改善回路1Aは、制御部50を含む。制御部50は、CPUとプログラムを利用して、実現可能である。
The power
制御部50は、第2のスイッチ素子Q2のゲート−ソース間の電圧を制御することにより、第2のスイッチ素子Q2のスイッチング動作を制御する。制御部50は、PWM信号である、第2のゲートパルス信号P2を、第2のスイッチ素子Q2のゲートに、夫々出力する。
力率改善回路1Aは、出力電圧Voutと全波整流された電圧の絶対値との差が第1の閾値Vdeff1よりも小さくなった場合には、第2のスイッチ素子Q2のスイッチング動作を停止させるスイッチング動作停止制御を行う。
The power
これにより、力率改善回路1Aは、第1の実施の形態の力率改善回路1と同様に、第1のインダクタL1の電流IL1が累積的に増加し、第1のインダクタL1の磁気飽和や、第2のスイッチ素子Q2の破壊を招く可能性を抑制できる。
Thus, the power
また、力率改善回路1Aは、出力電圧Voutと全波整流された電圧の絶対値との差が第2の閾値Vdeff2以上になった場合には、第2のスイッチ素子Q2のスイッチング動作を再開させるスイッチング動作再開制御を行う。
Further, power
これにより、力率改善回路1Aは、第1の実施の形態の力率改善回路1と同様に、入力電圧Vin及び出力電圧Voutのリップルや、第1の電圧検出器13及び第2の電圧検出器16の検出精度などに起因して、スイッチング動作の停止と再開とが小刻みに繰り返されてしまう可能性を抑制できる。
Thus, the power
(第3の実施の形態)
図15は、第3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の実施の形態と同一の構成要素については、同一の参照番号を付して、説明を省略する。
(Third embodiment)
FIG. 15 is a diagram showing a circuit configuration of the power factor improving circuit according to the third embodiment. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numbers, and the description thereof will be omitted.
力率改善回路1Bは、第1の実施の形態の力率改善回路1と比較して、第2のインダクタL2と、第5及び第6のスイッチ素子Q5及びQ6と、を更に含む。 Power factor correction circuit 1B further includes compared to power factor correction circuit 1 of the first embodiment, the second inductor L 2, a switching element Q 5 and Q 6 of the fifth and sixth, the ..
第2のインダクタL2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L2の他端は、第2のノードN2に接続されている。第2のノードN2は、第5のスイッチ素子Q5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N2は、第6のスイッチ素子Q6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。
One end of the second inductor L 2 is connected to the
第2のインダクタL2、並びに、第5及び第6のスイッチ素子Q5及びQ6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
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。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。
The
本実施の形態では、力率改善回路1B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1Bは、並列接続され、第5及び第6のゲートパルス信号P5及びP6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。
In the present embodiment, the power factor improving circuit 1B includes one
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Q5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P5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Q6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P6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
第5のスイッチ素子Q5及び第6のスイッチ素子Q6は、第5の寄生ダイオードD5及び第6の寄生ダイオードD6を、夫々有する。第5の寄生ダイオードD5及び第6の寄生ダイオードD6は、第5のスイッチ素子Q5及び第6のスイッチ素子Q6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。 The fifth switch element Q 5 and the sixth switch element Q 6 each have a fifth parasitic diode D 5 and a sixth parasitic diode D 6 . The fifth parasitic diode D 5 and the sixth parasitic diode D 6 are used as freewheel diodes for escaping the transient back electromotive force when the fifth switch element Q 5 and the sixth switch element Q 6 are off. It is available.
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IL1と、第2のアーム回路19に流れる電流IL2と、の和である。
Input current I in is input to the
力率改善回路1Bは、制御部50を含む。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Q1から第6のスイッチ素子Q6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Q1から第6のスイッチ素子Q6までのスイッチング動作を制御する。制御部50は、PWM信号である、第1のゲートパルス信号P1から第6のゲートパルス信号P6までを、第1のスイッチ素子Q1から第6のスイッチ素子Q6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P1から第6のゲートパルス信号P6までには、デッドタイムtdが設定されている。
The power factor improving circuit 1B includes a
制御部50は、出力電圧Voutと入力電圧Vinの絶対値|Vin|との差が第1の閾値Vdeff1(=50V)よりも小さくなった場合には、第1のスイッチ素子Q1から第6のスイッチ素子Q6までのスイッチング動作を停止させるスイッチング動作停止制御を行う。また、制御部50は、出力電圧Voutと入力電圧Vinの絶対値|Vin|との差が第2の閾値Vdeff2(=60V)以上になった場合には、第1のスイッチ素子Q1から第6のスイッチ素子Q6までのスイッチング動作を再開させるスイッチング動作再開制御を行う。
When the difference between the output voltage V out and the absolute value | V in | of the input voltage V in becomes smaller than the first threshold value V def1 (= 50V), the
駆動部54は、スイッチング動作を行う場合は、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P1、P2、P5及びP6の周波数(スイッチング周波数)と、オン時間Ton−d(図16参照)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(図16参照)と、を計算する。駆動部54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P1、P2、P5及びP6を、第1、第2、第5及び第6のスイッチ素子Q1、Q2、Q5及びQ6のゲートに、夫々出力する。
制御部50のスイッチング動作時の制御について、説明する。
The control during the switching operation of the
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Q3をオフし且つ第4のスイッチ素子Q4をオンする。
そして、制御部50は、第3のスイッチ素子Q3をオフし且つ第4のスイッチ素子Q4をオンした状態で、第1及び第2のスイッチ素子Q1及びQ2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Q5及びQ6を相補的にオン/オフを切り替えるように制御する。
Then, the
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Q2、Q4及びQ6をオンし且つ第1、第3及び第5のスイッチ素子Q1、Q3及びQ5をオフした第1の状態から、第2のスイッチ素子Q2をオフし且つ第1のスイッチ素子Q1をオンした第2の状態に制御する。
For example, the
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Q6をオフした第3の状態に制御する。
Further, the
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Q5をオンした第4の状態に制御する。
Then, the
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Q1をオフした第5の状態に制御する。
The
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Q2をオンした第6の状態に制御する。
Then, the
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Q5をオフした第7の状態に制御する。
Further, the
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Q6をオンした第8の状態に制御する。
Then, after controlling to the seventh state, the
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Q2をオフした第9の状態に制御する。
Further, the
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Q1をオンした第10の状態に制御する。
Then, after controlling to the ninth state, the
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IL1及びIL2が、第4のスイッチ素子Q4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 currents I L1 and I L2, via a fourth switch element Q 4, it will flow to the
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Q3をオンし且つ第4のスイッチ素子Q4をオフする。
On the other hand, the
そして、制御部50は、第3のスイッチ素子Q3をオンし且つ第4のスイッチ素子Q4をオフした状態で、第1及び第2のスイッチ素子Q1及びQ2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Q5及びQ6を相補的にオン/オフを切り替えるように制御する。
Then, the
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IL1及びIL2が、第3のスイッチ素子Q3を介して第2の入力端子12に流れることとなる。
This control, when the polarity of the input voltage V in the reverse phase currents I L1 and I L2 is allowed to flow to the
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Q1及びQ2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Q5及びQ6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16は、第3の実施の形態の力率改善回路の波形の一例を示す図である。図16は、入力電圧Vinの極性が正相である場合の、力率改善回路1Bの動作波形の一例を示す図である。 FIG. 16 is a diagram showing an example of the waveform of the power factor improving circuit according to the third embodiment. FIG. 16 is a diagram showing an example of an operating waveform of the power factor improving circuit 1B 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Q2、Q4及びQ6をオンし且つ第1、第3及び第5のスイッチ素子Q1、Q3及びQ5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t1において、第2のスイッチ素子Q2をオフする。次に、制御部50は、タイミングt1からデッドタイムtd経過後のタイミングt2において、第1のスイッチ素子Q1をオンした第2の状態に制御する。
次に、制御部50は、タイミングt3において、第2の状態から、第6のスイッチ素子Q6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t3からデッドタイムtd経過後のタイミングt4において、第5のスイッチ素子Q5をオンした第4の状態に制御する。タイミングt2からタイミングt4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
次に、制御部50は、タイミングt5において、第4の状態から、第1のスイッチ素子Q1をオフした第5の状態に制御する。タイミングt2からタイミングt5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t5からデッドタイムtd経過後のタイミングt6において、第2のスイッチ素子Q2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t7において、第6の状態から、第5のスイッチ素子Q5をオフした第7の状態に制御する。タイミングt4からタイミングt7までの期間が、オン時間Ton−dである。
Next, the
次に、制御部50は、タイミングt7からデッドタイムtd経過後のタイミングt8において、第7の状態から、第6のスイッチ素子Q6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t9において、第8の状態から、第2のスイッチ素子Q2をオフした第9の状態に制御する。タイミングt6からタイミングt9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t9からデッドタイムtd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Q1をオンした第10の状態に制御する。
Next, the
制御部50は、以降同様の制御を実行する。
The
なお、第2のスイッチ素子Q2を制御するための第2のゲートパルス信号P2の位相と、第6のスイッチ素子Q6を制御するための第6のゲートパルス信号P6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Q1を制御するための第1のゲートパルス信号P1の位相と、第5のスイッチ素子Q5を制御するための第5のゲートパルス信号P5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.
上記の通り、力率改善回路1Bは、インターリーブ方式の力率改善回路である。力率改善回路1Bでは、第1のインダクタL1の電流IL1と第2のインダクタL2の電流IL2と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、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C1のリップル電流を低減できる。
As described above, the power factor improving circuit 1B is an interleave type power factor improving circuit. In the power factor improvement circuit 1B, the phase of the first inductor L 1 of the current I L1 and the second inductor L 2 of the current I L2 is shifted, the current of one of the inductors, the current of the other inductor It flows in the direction of canceling. Therefore, it is possible to reduce the second across-the Line ripple current of the
力率改善回路1Bは、出力電圧Voutと入力電圧Vinの絶対値|Vin|との差が第1の閾値Vdeff1よりも小さくなった場合には、第1のスイッチ素子Q1から第6のスイッチ素子Q6までのスイッチング動作を停止させるスイッチング動作停止制御を行う。 Power factor correction circuit 1B, the absolute value of the output voltage V out and the input voltage V in | V in | if the difference between is smaller than the first threshold value V deff1 from the first switching element Q 1 The switching operation stop control for stopping the switching operation up to the sixth switch element Q6 is performed.
これにより、力率改善回路1Bは、第1のインダクタL1の電流IL1及び第2のインダクタL2の電流IL2が累積的に増加し、第1のインダクタL1及び第2のインダクタL2の磁気飽和や、第2のスイッチ素子Q2及び第4のスイッチ素子Q4の破壊を招く可能性を抑制できる。
Thus, the power factor correction circuit 1B includes a first inductor L 1 of the current I L1 and the second inductor L 2 of the current I L2 increases cumulatively, the first inductor L 1 and the second inductor L It is possible to suppress the possibility of causing magnetic saturation of 2 and destruction of the second
また、力率改善回路1Bは、出力電圧Voutと入力電圧Vinの絶対値|Vin|との差が第2の閾値Vdeff2以上になった場合には、第1のスイッチ素子Q1から第6のスイッチ素子Q6までのスイッチング動作を再開させるスイッチング動作再開制御を行う。 Further, power factor improvement circuit 1B, the absolute value of the output voltage V out and the input voltage V in | V in | if the difference reaches the second threshold value V Deff2 above and includes a first switching element Q 1 a sixth switching operation restart control to restart the switching operation to switching element Q 6 from performing.
これにより、力率改善回路1は、入力電圧Vin及び出力電圧Voutのリップルや、第1の電圧検出器13及び第2の電圧検出器16の検出精度などに起因して、スイッチング動作の停止と再開とが小刻みに繰り返されてしまう可能性を抑制できる。
Thus, the power factor correction circuit 1, the ripple and the input voltage V in and the output voltage V out, due like the detection accuracy of the
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 embodiments, 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 the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
1、1A、1B 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 アーム回路(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 制御部
51 第1閾値記憶部
52 第2閾値記憶部
53 判定部
54 駆動部
61 全波整流回路
D7 整流素子
L1 第1のインダクタ
L2 第2のインダクタ
Q1 第1のスイッチ素子
Q2 第2のスイッチ素子
Q3 第3のスイッチ素子
Q4 第4のスイッチ素子
Q5 第5のスイッチ素子
Q6 第6のスイッチ素子
C1 出力コンデンサ
N1 第1のノード
N2 第2のノード
1, 1A, 1B Power
18 Polarity switching
Claims (7)
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回路と、
前記第1から第4のスイッチ素子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、
前記直流電圧と、前記交流電圧の絶対値と、の差が閾値よりも小さくなった場合には、前記第1から第4のスイッチ素子のスイッチング動作を停止させるスイッチング動作停止制御を行い、前記差が前記閾値以上になった場合には、前記第1から第4のスイッチ素子のスイッチング動作を再開させるスイッチング動作再開制御を行う、
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 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 circuit with at least the switch element of
A control unit that controls the switching operation of the first to fourth switch elements, and
Equipped with
The control unit
When the difference between the DC voltage and the absolute value of the AC voltage becomes smaller than the threshold value, switching operation stop control for stopping the switching operation of the first to fourth switch elements is performed, and the difference. When is equal to or greater than the threshold value, switching operation restart control for restarting the switching operation of the first to fourth switch elements is performed.
A power factor improvement circuit characterized by this.
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、
一端が第1のノードに接続された第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整流素子、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スイッチ素子を少なくとも有する1以上のアーム回路と、
前記交流電圧を全波整流した電圧を、前記第1のインダクタの他端と前記第2の出力端子との間に出力する全波整流回路と、
前記スイッチ素子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、
前記直流電圧と、前記全波整流回路で全波整流された電圧の絶対値と、の差が閾値よりも小さくなった場合には、前記スイッチ素子のスイッチング動作を停止させるスイッチング動作停止制御を行い、前記差が前記閾値以上になった場合には、前記スイッチ素子のスイッチング動作を再開させるスイッチング動作再開制御を行う、
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 whose one end is connected to a first node, a rectifying element connected between the first node and the first output terminal, and the first node and the second output. One or more arm circuits having at least a switch element connected between the terminals and
A full-wave rectifier circuit that outputs a voltage obtained by full-wave rectifying the AC voltage between the other end of the first inductor and the second output terminal.
A control unit that controls the switching operation of the switch element,
Equipped with
The control unit
When the difference between the DC voltage and the absolute value of the voltage full-wave rectified by the full-wave rectifier circuit becomes smaller than the threshold value, switching operation stop control for stopping the switching operation of the switch element is performed. When the difference becomes equal to or greater than the threshold value, the switching operation restart control for restarting the switching operation of the switch element is performed.
A power factor improvement circuit characterized by this.
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、
前記第1から第6のスイッチ素子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、
前記直流電圧と、前記交流電圧の絶対値と、の差が閾値よりも小さくなった場合には、前記第1から第6のスイッチ素子のスイッチング動作を停止させるスイッチング動作停止制御を行い、前記差が前記閾値以上になった場合には、前記第1から第6のスイッチ素子のスイッチング動作を再開させるスイッチング動作再開制御を行う、
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 a fifth switch element. 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 of the first to sixth switch elements, and
Equipped with
The control unit
When the difference between the DC voltage and the absolute value of the AC voltage becomes smaller than the threshold value, switching operation stop control for stopping the switching operation of the first to sixth switch elements is performed, and the difference. When is equal to or greater than the threshold value, switching operation restart control for restarting the switching operation of the first to sixth switch elements is performed.
A power factor improvement circuit characterized by this.
前記差が第1の閾値よりも小さくなった場合には、前記スイッチング動作停止制御を行い、前記直流電圧と、前記差が第2の閾値以上になった場合には、前記スイッチング動作再開制御を行う、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の力率改善回路。 The control unit
When the difference becomes smaller than the first threshold value, the switching operation stop control is performed, and when the difference becomes greater than or equal to the second threshold value, the switching operation restart control is performed. conduct,
The power factor improving circuit according to any one of claims 1 to 3, wherein the power factor is improved.
前記制御部により、前記直流電圧と、前記交流電圧の絶対値と、の差が閾値よりも小さくなった場合には、前記第1から第4のスイッチ素子のスイッチング動作を停止させるスイッチング動作停止制御を行い、前記差が前記閾値以上になった場合には、前記第1から第4のスイッチ素子のスイッチング動作を再開させるスイッチング動作再開制御を行う、
ことを特徴とする、力率改善回路の制御方法。 A pair of first input terminals and a second input terminal to which an AC voltage is input, a pair of first output terminals and a second output terminal to output a DC voltage, the 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 switch element connected to and one or more arm circuits having at least a second switch element connected between the first node and the second output terminal, and the above. A third switch element connected between the second input terminal and the first output terminal, and a fourth switch element connected between the second input terminal and the second output terminal. It is a control method of a power factor improvement circuit including a polarity switching arm circuit having at least a switch element and a control unit for controlling the switching operation of the first to fourth switch elements.
When the difference between the DC voltage and the absolute value of the AC voltage becomes smaller than the threshold value by the control unit, the switching operation stop control for stopping the switching operation of the first to fourth switch elements. When the difference becomes equal to or greater than the threshold value, the switching operation restart control for restarting the switching operation of the first to fourth switch elements is performed.
A control method for a power factor improvement circuit, which is characterized by the fact that.
前記制御部により、前記直流電圧と、前記全波整流回路で全波整流された電圧の絶対値と、の差が閾値よりも小さくなった場合には、前記スイッチ素子のスイッチング動作を停止させるスイッチング動作停止制御を行い、前記差が前記閾値以上になった場合には、前記スイッチ素子のスイッチング動作を再開させるスイッチング動作再開制御を行う、
ことを特徴とする、力率改善回路の制御方法。 A pair of first input terminals and a second input terminal to which an AC voltage is input, a pair of first output terminals and a second output terminal to output a DC voltage, the first output terminal and the first output terminal. An output capacitor connected between the two output terminals, a first inductor with one end connected to the first node, and a rectifier connected between the first node and the first output terminal. The first one includes an element, one or more arm circuits having at least a switch element connected between the first node and the second output terminal, and a voltage obtained by full-wave rectifying the AC voltage. A control method for a power factor improving circuit including a full-wave rectifier circuit that outputs between the other end of the inductor and the second output terminal, and a control unit that controls the switching operation of the switch element.
When the difference between the DC voltage and the absolute value of the voltage rectified by the full-wave rectifier circuit by the control unit becomes smaller than the threshold value, switching to stop the switching operation of the switch element. The operation stop control is performed, and when the difference becomes equal to or larger than the threshold value, the switching operation restart control for restarting the switching operation of the switch element is performed.
A control method for a power factor improvement circuit, which is characterized by the fact that.
前記制御部により、前記直流電圧と、前記交流電圧の絶対値と、の差が閾値よりも小さくなった場合には、前記第1から第6のスイッチ素子のスイッチング動作を停止させるスイッチング動作停止制御を行い、前記差が前記閾値以上になった場合には、前記第1から第6のスイッチ素子のスイッチング動作を再開させるスイッチング動作再開制御を行う、
ことを特徴とする力率改善回路の制御方法。 A pair of first input terminals and a second input terminal to which an AC voltage is input, a pair of first output terminals and a second output terminal to output a DC voltage, the 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 in between, 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 for controlling the switching operation of the first to sixth switch elements.
When the difference between the DC voltage and the absolute value of the AC voltage becomes smaller than the threshold value by the control unit, the switching operation stop control for stopping the switching operation of the first to sixth switch elements. When the difference becomes equal to or greater than the threshold value, the switching operation restart control for restarting the switching operation of the first to sixth switch elements is performed.
A control method for a power factor improvement circuit, which is characterized by the fact that.
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