JPH09261963A - Converter circuit - Google Patents

Converter circuit

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JPH09261963A
JPH09261963A JP7021796A JP7021796A JPH09261963A JP H09261963 A JPH09261963 A JP H09261963A JP 7021796 A JP7021796 A JP 7021796A JP 7021796 A JP7021796 A JP 7021796A JP H09261963 A JPH09261963 A JP H09261963A
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JP
Japan
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voltage
output
vrip
vref
rectifier circuit
Prior art date
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Pending
Application number
JP7021796A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshiro Tsuchiyama
吉朗 土山
Kaneharu Yoshioka
包晴 吉岡
Keizo Matsui
敬三 松井
Yoshiteru Ito
義照 伊藤
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To facilitate the step-up/step-down of a voltage with a small loss by a switching device having a low withstand voltage. SOLUTION: A switching device 1, a reactor 4, a switching device 5, a diode 2 and the anode of a diode 3 are connected to a rectification circuit 6. A load 50 is connected between the cathode of the diode 3 and the minus side of the rectification circuit 6. A rectification circuit voltage waveform Vrip, a rectification circuit current waveform Irip and a voltage between both the ends of the load 50 are inputted to a control circuit 40 which controls so as to have the voltage between both the ends of the load 50 equal to an output voltage Vref and to have the current waveform Irip similar to the voltage waveform Vrip. If a voltage drop when the switching device is in a ON-state is denoted by Vce1 and a voltage drop when the diode 3 is in an ON-state is denoted by VF2, when the relation between the voltage value Vrip and the voltage value Vref is: Vrip>Vref+Vce1+VF2, the device 5 is turned off and the device 1 is subjected to the pulse width modulation control to perform a step-down type operation and, when the relation between the voltage value Vrip and the voltage value Vref is: Vrip<Vref+Vce1, the device 1 is turned on and the device 1 is subjected to the pulse width modulation control to perform a step-up type operation. When the relation between the voltage value Vrip and the voltage value Vref is:Vref+Vce1<Vrip<Vref+Vce1+VF2, both devices 1 and 5 are subjected to the pulse width modulation control to perform a step-up/ step-down type operation.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、単相交流電源から
の電流波形を電圧波形と同じ波形にして電源力率を1と
するコンバータ回路に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a converter circuit in which a current waveform from a single-phase AC power supply has the same waveform as a voltage waveform and a power supply power factor is 1.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、交流電源の機器において、電源高
調波電流が生じない対策が要望されており、その方法と
して昇圧型コンバータによる回路が提案されている。昇
圧型コンバータによる方式は整流した脈流の電圧波形に
電流波形が一致するように制御しながら、出力電圧が一
定なる制御を同時に行うものである。この条件が成立す
るためには脈流電圧よりも出力電圧が高くなる、例えば
交流電源をもとにモータを駆動する機器においては、こ
の昇圧型コンバータによる直流変換回路と得られた直流
からモータ駆動用の交流を作成するいわゆるインバータ
回路によりモータを可変速で駆動するものである。
2. Description of the Related Art In recent years, there has been a demand for a countermeasure against generation of a power supply harmonic current in an AC power supply device, and as a method therefor, a circuit using a boost converter has been proposed. The method using the boost converter simultaneously controls the output voltage to be constant while controlling the current waveform to match the rectified pulsating voltage waveform. In order to satisfy this condition, the output voltage becomes higher than the pulsating current voltage.For example, in a device that drives a motor based on an AC power source, the DC conversion circuit by this boost converter and the obtained DC drive the motor The motor is driven at a variable speed by a so-called inverter circuit that creates an alternating current for use.

【0003】図4にその回路例を示す。図4において、
交流電源7から整流ダイオードブリッジ6を経ることに
より脈流波形となった電圧Vripは電圧検出手段9によ
り電源高調波制御手段63に入力される。脈流電圧のプ
ラス側はリアクトル4に接続され、リアクトル4のもう
一端はダイオード3のアノード端子およびスイッチング
素子5に接続されている。スイッチング素子5のもう一
端は整流ダイオードブリッジ6のマイナス側に接続され
ている。また、ダイオード3のカソードはコンデンサ1
2のプラス側および三相スイッチング素子群100のプ
ラス側に接続され、コンデンサ12および三相スイッチ
ング素子群100のマイナス側は整流ダイオードブリッ
ジ6のマイナス側に接続されている。電流センサ10
は、スイッチング素子5と整流ダイオードブリッジ6の
間の電流Iripを検出し、電源高調波制御手段63に入
力する。同様に、電圧検出手段58によりコンデンサ1
2の電圧を検出し、電源高調波制御手段63に入力す
る。
FIG. 4 shows an example of the circuit. In FIG.
The voltage Vrip, which has a pulsating waveform due to passing through the rectifying diode bridge 6 from the AC power supply 7, is input to the power supply harmonic control means 63 by the voltage detection means 9. The positive side of the pulsating current voltage is connected to the reactor 4, and the other end of the reactor 4 is connected to the anode terminal of the diode 3 and the switching element 5. The other end of the switching element 5 is connected to the negative side of the rectifying diode bridge 6. The cathode of the diode 3 is the capacitor 1
2 is connected to the positive side of the three-phase switching element group 100 and the negative side of the capacitor 12 and the three-phase switching element group 100 is connected to the negative side of the rectifying diode bridge 6. Current sensor 10
Detects the current Irip between the switching element 5 and the rectifying diode bridge 6 and inputs it to the power supply harmonic control means 63. Similarly, the voltage detecting means 58 causes the capacitor 1
The voltage of 2 is detected and input to the power supply harmonic control means 63.

【0004】電源高調波制御手段63の動作原理につい
て説明する。電源高調波制御手段63では、電流Irip
の波形が脈流電圧Vripと同じ形になるように制御し、
かつ直流部の電圧Vdcが所定の値となるように、電流I
ripの大きさを調節制御する。すなわち、所定の直流電
圧と現在の直流電圧Vdcとの誤差を得て、誤差に基づい
て、脈流電圧Vripの波形の振幅を調整する。調整され
た脈流電圧と電流波形Iripとの誤差を得て、その誤差
をパルス幅変調して、スイッチング素子5をON/OF
F制御する。スイッチング素子5がONのとき、リアク
トル4に電流が蓄積され、スイッチング素子5がOFF
になると、リアクトル4に蓄積された電流はダイオード
3を経由してコンデンサ12を充電する。
The operating principle of the power supply harmonic control means 63 will be described. In the power supply harmonic control means 63, the current Irip
The waveform of is controlled to have the same shape as the ripple voltage Vrip,
In addition, the current I is adjusted so that the voltage Vdc of the DC part becomes a predetermined value.
Adjust and control the size of rip. That is, an error between the predetermined DC voltage and the current DC voltage Vdc is obtained, and the amplitude of the waveform of the pulsating current voltage Vrip is adjusted based on the error. An error between the adjusted pulsating current voltage and the current waveform Irip is obtained, the error is pulse-width modulated, and the switching element 5 is turned ON / OF.
Perform F control. When the switching element 5 is ON, current is accumulated in the reactor 4 and the switching element 5 is OFF.
Then, the current accumulated in the reactor 4 charges the capacitor 12 via the diode 3.

【0005】次に後段のモータ駆動回路部分を簡単に説
明する。永久磁石を回転子に用いたいわゆるDCブラシ
レスモータ14などを三相スイッチング素子100の出
力に接続し、直流電圧を回転子の回転位相に応じて三相
分配して、モータ14を可変速駆動する。DCブラシレ
スモータ14のより具体的な駆動方法については、山
村、大野著「パワーエレクトロニクス入門」の241ペ
ージから242ページに記載されている。
Next, the motor drive circuit portion in the subsequent stage will be briefly described. A so-called DC brushless motor 14 using a permanent magnet as a rotor is connected to the output of the three-phase switching element 100, and a DC voltage is distributed in three phases according to the rotation phase of the rotor to drive the motor 14 at a variable speed. . More specific driving method of the DC brushless motor 14 is described in pages 241 to 242 of "Introduction to Power Electronics" by Yamamura and Ohno.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、モータ
14の回転数が低いときには、モータ14に対しては低
い電圧を印加するのが適正であるが、図4で説明した構
成によると、直流電圧Vdcを低い電圧にすることは困難
である。すなわち、電源高調波の制御動作は、入力電圧
Vripよりも直流電圧Vdcが高い電圧である必要があ
る。もし直流電圧Vdcのほうが低いと、スイッチング素
子5のON/OFFにかかわらず、リアクトル4とダイ
オード3を介して電流が流れてしまい、Vripよりも低
い電圧にすることは不可能であり、電流の制御もできな
くなるからである。
However, when the rotation speed of the motor 14 is low, it is appropriate to apply a low voltage to the motor 14, but according to the configuration described in FIG. 4, the DC voltage Vdc It is difficult to make the voltage low. That is, the power supply harmonic control operation needs to be a voltage in which the DC voltage Vdc is higher than the input voltage Vrip. If the DC voltage Vdc is lower, a current will flow through the reactor 4 and the diode 3 regardless of whether the switching element 5 is ON or OFF, and it is impossible to make the voltage lower than Vrip. The reason is that it cannot be controlled.

【0007】このため、低い印加電圧でモータ14を駆
動するには、三相分配制御手段62において、三相ブリ
ッジ型スイッチング素子群100をパルス幅変調にてO
Nして、モータ印加電圧の平均値が直流電圧Vdcよりも
小さい電圧となるように制御する必要がある。
Therefore, in order to drive the motor 14 with a low applied voltage, the three-phase distribution control means 62 causes the three-phase bridge type switching element group 100 to undergo pulse width modulation.
Therefore, it is necessary to control so that the average value of the motor applied voltage becomes a voltage smaller than the DC voltage Vdc.

【0008】しかし、パルス幅変調にてモータ14を駆
動すると、残留するパルス幅変調成分の電流変動がモー
タ14の効率低下や電磁音の発生を招いてしまうという
課題がある。また、パルス幅変調成分の電流変動の一部
がモータ14の空隙での静電容量を介して漏洩してしま
い、大地に雑音電流を流してしまうという課題もある。
However, when the motor 14 is driven by the pulse width modulation, there is a problem that the current fluctuation of the remaining pulse width modulation component causes a decrease in the efficiency of the motor 14 and the generation of electromagnetic noise. Further, there is also a problem that a part of the current fluctuation of the pulse width modulation component leaks through the electrostatic capacitance in the air gap of the motor 14, causing a noise current to flow to the ground.

【0009】また別の方法として、昇圧型のコンバータ
の出力に、降圧型のコンバータを接続して、その出力電
圧で三相ブリッジ型スイッチング素子群を選択的にスイ
ッチングする方法もあるが、コンバータが2つ直列につ
ながることになり、リアクトル等が2つ必要になり、ま
た、コンバータの損失が2倍になってしまうという課題
がある。
Another method is to connect a step-down converter to the output of the step-up converter and selectively switch the three-phase bridge type switching element group with the output voltage. Two of them are connected in series, two reactors or the like are required, and there is a problem that the loss of the converter is doubled.

【0010】さらに別の方法として、負出力型のコンバ
ータを用いて昇降圧を行う方法もあるが、入力電圧と出
力電圧の極性が異なり、スイッチング素子に必要とされ
る耐電圧が高くなってしまうという課題がある。
As another method, there is a method of stepping up and down by using a negative output type converter, but the polarities of the input voltage and the output voltage are different, and the withstand voltage required for the switching element is increased. There is a problem.

【0011】本発明はこのような従来の方法の課題を考
慮し、耐圧の低いスイッチング素子だけで、ダイナミッ
クスイッチングロスの少ないコンバータ回路を実現でき
る。
In consideration of the above problems of the conventional method, the present invention can realize a converter circuit with a small dynamic switching loss only by a switching element having a low breakdown voltage.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、整流回路のプ
ラス、マイナス両出力端子が、プラス側からマイナス側
へ、第1のスイッチング素子とリアクトルと第2のスイ
ッチング素子で接続され、前記第1のスイッチング素子
の出力端子と前記整流回路のマイナス出力端子との間が
前記整流回路の極性とは逆方向の第1のダイオードで接
続され、前記リアクトルと前記第2のスイッチング素子
の間との間に第2のダイオードのアノードが接続され、
その第2のダイオードのカソードと前記整流回路のマイ
ナス出力端子との間に負荷が接続され、前記整流回路の
出力電圧波形Vrip、前記整流回路の出力電流波形Iri
p、および前記負荷の両端電圧を入力して、その負荷の
両端電圧が出力すべき電圧Vrefに等しく、かつ、前記
整流回路の出力電流波形Iripが前記整流回路出力電圧
波形Vripと相似になるように制御する制御回路が設け
られたコンバータ回路であって、前記制御回路は、前記
整流回路出力電圧Vripと出力すべき電圧値Vrefとの関
係が、前記第1のスイッチング素子のオン時の電圧降下
をVce1、前記第2のダイオードのオン時の電圧降下を
VF2として
According to the present invention, both positive and negative output terminals of a rectifier circuit are connected from a positive side to a negative side by a first switching element, a reactor and a second switching element. The output terminal of the first switching element and the negative output terminal of the rectifier circuit are connected by a first diode in the direction opposite to the polarity of the rectifier circuit, and between the reactor and the second switching element. The anode of the second diode is connected between
A load is connected between the cathode of the second diode and the negative output terminal of the rectifier circuit, and the output voltage waveform Vrip of the rectifier circuit and the output current waveform Iri of the rectifier circuit are connected.
By inputting p and the voltage across the load, the voltage across the load is equal to the voltage Vref to be output, and the output current waveform Irip of the rectifier circuit is similar to the output voltage waveform Vrip of the rectifier circuit. A converter circuit provided with a control circuit for controlling the output voltage of the rectifier circuit, wherein the rectifier circuit output voltage Vrip and the voltage value Vref to be output have a voltage drop when the first switching element is turned on. Let Vce1 be the voltage drop when the second diode is on and VF2

【0013】[0013]

【数1】Vrip > Vref + Vce1 + VF2 である場合には、第2のスイッチング素子をOFFと
し、第1のスイッチング素子をパルス幅変調制御して、
前記負荷の両端電圧が出力すべき電圧Vrefに等しく、
かつ、整流回路の出力電流波形Iripが整流回路出力電
圧波形Vripと相似になるように制御し、前記整流回路
出力電圧Vripと出力すべき電圧値Vrefとの関係が、
[Formula 1] When Vrip> Vref + Vce1 + VF2, the second switching element is turned off and the first switching element is subjected to pulse width modulation control,
The voltage across the load is equal to the voltage Vref to be output,
Moreover, the output current waveform Irip of the rectifier circuit is controlled so as to be similar to the rectifier circuit output voltage waveform Vrip, and the relationship between the rectifier circuit output voltage Vrip and the voltage value Vref to be output is:

【0014】[0014]

【数2】Vrip < Vref + Vce1 である場合には、前記第1のスイッチング素子をON
し、第2のスイッチング素子をパルス幅変調して、負荷
の両端電圧が出力すべき電圧Vrefに等しく、かつ、整
流回路の出力電流波形Iripが整流回路出力電圧波形Vr
ipと相似になるように制御し、前記整流回路出力電圧V
ripが出力すべき電圧値Vrefとの関係が、
## EQU00002 ## When Vrip <Vref + Vce1, the first switching element is turned on.
Then, the pulse width modulation of the second switching element is performed, the voltage across the load is equal to the voltage Vref to be output, and the output current waveform Irip of the rectifier circuit is the output voltage waveform Vr of the rectifier circuit.
The output voltage V of the rectifier circuit is controlled so as to be similar to ip.
The relationship with the voltage value Vref that rip should output is

【0015】[0015]

【数3】Vref + Vce1 < Vrip < Vref +
Vce1 + VF2 であるときには、前記第1のスイッチング素子と第2の
スイッチング素子とを同時にパルス幅変調して、負荷の
両端電圧が出力すべき電圧Vrefに等しく、かつ、整流
回路の出力電流波形Iripが整流回路出力電圧波形Vrip
と相似になるように制御する、ことを特徴とする。これ
により、出力すべき電圧に対して、入力電圧が低いとき
には、昇圧型のコンバータとなり、入力電圧が高い場合
には降圧型のコンバータとなり、同程度である場合には
昇降圧型のコンバータとなり、いずれの場合も入力電流
波形制御と出力電圧制御とが行われる。
[Expression 3] Vref + Vce1 <Vrip <Vref +
When Vce1 + VF2, the first switching element and the second switching element are pulse-width modulated at the same time so that the voltage across the load is equal to the voltage Vref to be output, and the output current waveform Irip of the rectifier circuit. Is the rectifier circuit output voltage waveform Vrip
It is characterized by controlling so as to be similar to. As a result, when the input voltage is lower than the voltage to be output, the converter is a step-up converter, when the input voltage is high, the converter is a step-down converter, and when the input voltage is about the same, the converter is a buck-boost converter. Also in this case, the input current waveform control and the output voltage control are performed.

【0016】さらに、上記の3の制御の切り換えを、前
記パルス幅変調用のパルスに同期して行う手段を設ける
ことにより、切り替わり時のパルス間隔が不揃いになる
ことは避けることができる。
Further, by providing a means for performing the switching of the above-mentioned 3 control in synchronism with the pulse for pulse width modulation, it is possible to prevent the pulse intervals at the time of switching from becoming irregular.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0018】図2は本発明の一実施の形態の構成を示す
回路ブロック図、特に主回路部分を示す回路図である。
以下動作とともに構成を説明する。交流電源7からの出
力はダイオードブリッジによる整流回路6を経て脈流電
圧波形Vripとなる。整流回路6のプラスの出力に第1
のスイッチング素子1を接続し、第1のスイッチング素
子1の先には第1のダイオード2のカソードおよびリア
クトル4を接続し、第1のダイオード2のアノードは整
流回路6のマイナス側に接続している。一方、リアクト
ル4のもう一方には、第2のスイッチング素子5および
第2のダイオード3のアノードを接続し、第2のスイッ
チング素子5のもう一端は整流回路6のマイナス側に接
続している。また、第2のダイオード3のカソード側は
負荷50のプラス側に接続され、負荷50のマイナス側
は整流回路6のマイナス側に接続されている。負荷50
としては、従来例で示したモータ駆動回路などが可能で
ある。
FIG. 2 is a circuit block diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention, and particularly a circuit diagram showing a main circuit portion.
The configuration will be described below together with the operation. The output from the AC power supply 7 becomes a pulsating voltage waveform Vrip through the rectifier circuit 6 by the diode bridge. First on the positive output of the rectifier circuit 6
Of the first diode 2 and the reactor 4 are connected to the tip of the first switching element 1, and the anode of the first diode 2 is connected to the negative side of the rectifier circuit 6. There is. On the other hand, the other side of the reactor 4 is connected to the anodes of the second switching element 5 and the second diode 3, and the other end of the second switching element 5 is connected to the minus side of the rectifier circuit 6. The cathode side of the second diode 3 is connected to the plus side of the load 50, and the minus side of the load 50 is connected to the minus side of the rectifier circuit 6. Load 50
For example, the motor drive circuit shown in the conventional example is possible.

【0019】次に制御系の信号の流れであるが、整流回
路6の出力電圧Vripは抵抗141、142で分圧され
て制御回路40に入力されている。また、整流回路6で
の電流Iripは電流センサ10により制御回路40に入
力され、さらに負荷50側の出力電圧VDCは抵抗14
3、144で分圧されて制御回路40に入力されてい
る。 制御回路40では以上の入力情報と出力すべき電
圧Vrefをもとに、スイッチング素子1、5の制御を行
う。電圧検出部分を分圧させたのは、制御回路40で扱
う電圧レベルと主回路部分の電圧レベルとを調整するも
のであり、制御回路40の内部を耐圧の高い回路を採用
すれば分圧せずに入力することができることはいうまで
もない。
Next, regarding the signal flow of the control system, the output voltage Vrip of the rectifier circuit 6 is divided by the resistors 141 and 142 and input to the control circuit 40. The current Irip in the rectifier circuit 6 is input to the control circuit 40 by the current sensor 10, and the output voltage VDC on the load 50 side is the resistance 14
The voltage is divided by 3, 144 and input to the control circuit 40. The control circuit 40 controls the switching elements 1 and 5 based on the above input information and the voltage Vref to be output. The reason why the voltage detection part is divided is that the voltage level handled by the control circuit 40 and the voltage level of the main circuit part are adjusted, and if the circuit with high withstand voltage is adopted inside the control circuit 40, it will be divided. It goes without saying that you can enter without entering.

【0020】図3は制御回路40の内部の具体的回路図
である。出力すべき電圧Vrefと出力電圧Vdcとを比較手
段31により比較し、その結果を補償手段32に送る。
補償手段32では比較誤差を比例積分演算などによる制
御補償演算を行いその結果を乗算器33へ送る。乗算器
33では脈流電圧Vripと比較誤差に基づく情報とを乗
算し、その結果を比較手段34へ送る。比較手段34で
は脈流部の電流Iripと比較しその結果を補償手段3
5、36、37へ送る。補償手段35、36、37では
比較誤差を比例積分演算などによる制御補償演算を行い
その結果を比較手段38、39、40へ送る。比較手段
38、39、40では発振手段41の出力と比較し、そ
の結果を、選択回路42、43を経由して、スイッチン
グ指令としてスイッチング素子1、5へ送り、スイッチ
ング動作を行う。選択回路42は、ON固定指令44
と、比較手段40の出力と、比較手段38の出力のいず
れかを選択し、選択回路43は、比較手段39の出力
と、比較手段40の出力と、OFF固定指令45のいず
れかを選択する。それらの指令は、Dフィリップフロッ
プ群53a、53b、53cにより与えられる。Dフィ
リップフロップ群53a、53b、53cはデジタル比
較器47、NOR回路46、デジタル比較器48の出力
を発振手段41の出力で同期させるものである。デジタ
ル比較器47は出力すべき電圧Vrefに第1のスイッチ
ング素子1のON時の電圧降下分Vce1を加えた値と、
脈流電圧値Vripとの大小を比較するものであり、デジ
タル比較器48は出力すべき電圧Vrefに第1のスイッ
チング素子1のON時の電圧降下分Vce1と第2のダイ
オード3のON時の電圧降下分VF2を加えた値と、脈流
電圧値Vripとの大小を比較するものであり、第1のデ
ジタル比較器47とは比較極性が逆になっている。
FIG. 3 is a concrete circuit diagram of the inside of the control circuit 40. The comparison means 31 compares the voltage Vref to be output with the output voltage Vdc, and sends the result to the compensation means 32.
In the compensating means 32, the comparison error is subjected to control compensation calculation such as proportional integration calculation and the result is sent to the multiplier 33. The multiplier 33 multiplies the pulsating current voltage Vrip by the information based on the comparison error, and sends the result to the comparison means 34. The comparison means 34 compares it with the pulsating current Irip and compares the result with the compensation means 3
Send to 5, 36, 37. The compensating means 35, 36, 37 perform control compensation calculation on the comparison error by proportional-plus-integral calculation or the like, and send the result to the comparing means 38, 39, 40. The comparing means 38, 39, 40 compare the output of the oscillating means 41, and send the result via the selecting circuits 42, 43 to the switching elements 1, 5 as a switching command to perform the switching operation. The selection circuit 42 has an ON fixed command 44
And the output of the comparing means 40 or the output of the comparing means 38, and the selecting circuit 43 selects any of the output of the comparing means 39, the output of the comparing means 40, and the OFF fixed command 45. . These commands are given by the D flip-flop groups 53a, 53b, 53c. The D flip-flop groups 53a, 53b, and 53c synchronize the outputs of the digital comparator 47, the NOR circuit 46, and the digital comparator 48 with the output of the oscillating means 41. The digital comparator 47 has a value obtained by adding the voltage drop Vce1 when the first switching element 1 is ON to the voltage Vref to be output,
The magnitude of the pulsating current voltage Vrip is compared, and the digital comparator 48 compares the voltage Vref to be output with the voltage drop Vce1 when the first switching element 1 is ON and the voltage drop Vce1 when the second diode 3 is ON. The magnitude of the pulsating current voltage value Vrip is compared with the value obtained by adding the voltage drop amount VF2, and the comparison polarity is opposite to that of the first digital comparator 47.

【0021】図3の回路構成は大きくみて、比較手段3
8、39、40、発振手段41によりパルス幅変調手段
と制御回路を構成しているといえる。脈流電圧Vripを
経由した乗算器出力と電流Iripを比較してスイッチン
グ素子1、5をパルス幅変調制御することにより、電流
波形と電圧波形が同じ形になる制御系が構成され、負荷
に対応して電源電流量調整する制御系は、直流電圧Vdc
と比較手段31、補償手段32を経てスイッチング素子
1、5をパルス幅変調制御することにより構成されてい
る。とくに、次に出力すべき電圧Vrefに対して、入力
電圧Vripが低いときには、第1のスイッチング素子1
がONとなり、第2のスイッチング素子5でパルス幅変
調を行うことにより昇圧型コンバータとなり、入力電圧
が高い場合には、第2のスイッチング素子5がOFFと
なり、第1のスイッチング素子1でパルス幅変調を行う
ことにより降圧型コンバータとなり、同程度である場合
には、2つのスイッチング素子が同時にON/OFFす
る昇降圧型コンバータとなる。
Considering the circuit configuration of FIG. 3 largely, the comparison means 3
It can be said that the pulse width modulation means and the control circuit are constituted by 8, 39, 40 and the oscillation means 41. By controlling the pulse width modulation of the switching elements 1 and 5 by comparing the output of the multiplier via the pulsating current voltage Vrip with the current Irip, a control system with the same current waveform and voltage waveform is configured, and it corresponds to the load. The control system that adjusts the amount of power supply current by DC voltage Vdc
The pulse width modulation control is performed on the switching elements 1 and 5 via the comparison means 31 and the compensation means 32. In particular, when the input voltage Vrip is lower than the voltage Vref to be output next, the first switching element 1
Is turned on and a pulse width modulation is performed by the second switching element 5 to form a boost converter. When the input voltage is high, the second switching element 5 is turned off and the pulse width is changed by the first switching element 1. By performing the modulation, it becomes a step-down converter, and when it is about the same, it becomes a step-up / down converter in which two switching elements are simultaneously turned on / off.

【0022】補償手段35、36、37をそれぞれ専用
に設けているのは、以下の理由による。降圧型のコンバ
ータの場合は、出力電流あるいは出力電圧を上げるに
は、ON期間を長くする必要があり、昇圧型もしくは昇
降圧型のコンバータの場合は、出力を上げる場合には、
OFF期間を長くする必要がある。このようにスイッチ
ング素子の制御すべき極性が逆になっており、それぞれ
動作点も異なるからである。
The compensating means 35, 36 and 37 are provided exclusively for the following reasons. In the case of a step-down converter, it is necessary to lengthen the ON period in order to increase the output current or output voltage, and in the case of a step-up or step-up / down converter, when increasing the output,
It is necessary to lengthen the OFF period. This is because the polarities of the switching elements to be controlled are opposite and the operating points are different.

【0023】なお、従来例で説明したように、負荷とし
てブラシレスモータを駆動するときには、出力すべき電
圧Vrefが出力すべき回転数との差によって変化する。
すなわち、Vrefを入力する手前に出力すべき回転数
と、実際の回転数とを比較する手段等が追加される。
As described in the conventional example, when the brushless motor is driven as a load, the voltage Vref to be output changes depending on the difference from the rotation speed to be output.
That is, a means for comparing the number of revolutions to be output before inputting Vref with the actual number of revolutions is added.

【0024】次に図1を用いて、本発明の動作原理を時
間軸で説明する。回路ロスを含めて、「Vref+Vce1」
より、「Vrip」が低い場合には、すなわち、時刻t1
より手前では、第1のスイッチング素子1は常にON状
態となり、第2のスイッチング素子5、リアクトル4、
第2のダイオード3により昇圧型のコンバータとなる。
これは、ONになっている第1のスイッチング素子1の
電圧降下を差し引いた電圧で昇圧動作を行うためであ
る。
Next, the operating principle of the present invention will be described on the time axis with reference to FIG. "Vref + Vce1" including circuit loss
Therefore, when “Vrip” is low, that is, at time t1
Before this, the first switching element 1 is always in the ON state, and the second switching element 5, the reactor 4,
The second diode 3 serves as a boost converter.
This is because the boosting operation is performed by the voltage obtained by subtracting the voltage drop of the first switching element 1 which is turned on.

【0025】次に、時刻t2からt2の間のように「V
ref+VF2+Vce1」より、「Vrip」が高い場合には、
第2のスイッチング素子5はOFF状態であり、第1の
スイッチング素子1、第1のダイオード2、リアクトル
4により降圧型のコンバータとなる。これは、第2のダ
イオード2を通って負荷側に電流が流れ込み、また、第
1のスイッチング素子1のロスも考慮した場合の降圧コ
ンバータで出力できる電圧の最大値によるものである。
Next, as in the period from time t2 to t2, "V
If "Vrip" is higher than "ref + VF2 + Vce1",
The second switching element 5 is in the OFF state, and the first switching element 1, the first diode 2, and the reactor 4 serve as a step-down converter. This is due to the maximum value of the voltage that can be output by the step-down converter when the current flows through the second diode 2 to the load side and the loss of the first switching element 1 is also taken into consideration.

【0026】最後に時刻t1とt2の間や、t3とt4
の間、t5とt6の間など、その中間の電圧である場合
には、第1のスイッチング素子1および第2のスイッチ
ング素子5を同時にON/OFFさせることによる昇降
圧型のコンバータとなる。この期間の場合、前述の昇圧
動作も降圧動作も動作できない電圧範囲なので、昇降圧
型のコンバータでないと動作できない。いずれの場合も
入力電流波形制御と出力電圧制御とが行われる。
Finally, between times t1 and t2, or t3 and t4.
In the meantime, when the voltage is an intermediate voltage such as between t5 and t6, the step-up / down converter is achieved by simultaneously turning ON / OFF the first switching element 1 and the second switching element 5. In this period, since the voltage range in which neither the step-up operation nor the step-down operation described above can be operated is performed, the step-up / step-down converter cannot be used for operation. In either case, the input current waveform control and the output voltage control are performed.

【0027】一般に出力する電圧VDCに比べてダイオー
ドの損失電圧は小さいので、図1より、スイッチング素
子などの電圧降下分をも加味した全ての期間で、昇圧
型、降圧型、昇降圧型のいずれかのコンバータを時分割
で実現することが可能である。また、ダイナミックにス
イッチングする素子が殆ど1つであり、ダイナミックな
スイッチングロスが少ないこともわかる。また、それぞ
れの期間においては、昇圧型、降圧型、昇降圧型のコン
バータであり、スイッチング素子の耐圧も個別の性能の
ものでよく、リアクトルも1つですみ、構成も簡単であ
る。
Since the loss voltage of the diode is generally smaller than the output voltage VDC, from FIG. 1, any one of the step-up type, step-down type, and step-up / down type is selected in all periods including the voltage drop of the switching element. It is possible to realize the converter in time division. Also, it can be seen that there is almost one element that dynamically switches, and the dynamic switching loss is small. Further, in each period, the converter is a step-up type, step-down type, or step-up / down type converter, and the withstand voltage of the switching element may have individual performance, and only one reactor is required, and the configuration is simple.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明は、昇圧動作・降圧動作・昇降圧動作を時分割で
行うことにより、耐圧の低いスイッチング素子だけで、
ダイナミックスイッチングロスの少ないコンバータ回路
を実現できる。
As is apparent from the above description,
The present invention performs the step-up operation, the step-down operation, and the step-up / step-down operation in a time-sharing manner, so that only the switching element with low withstand voltage
A converter circuit with less dynamic switching loss can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施の形態の動作原理を示すタイミ
ング波形図
FIG. 1 is a timing waveform chart showing the operating principle of an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の上記実施の形態の主回路のブロック図FIG. 2 is a block diagram of a main circuit according to the above embodiment of the present invention.

【図3】上記実施の形態における電源高調波制御手段の
構成を示すブロック図
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a power source harmonic control unit in the above embodiment.

【図4】従来例の回路ブロック図FIG. 4 is a circuit block diagram of a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1スイッチング素子 2 第1ダイオード 3 第2ダイオード 4 リアクトル 5 第2スイッチング素子 6 整流回路 40 制御回路 1 1st switching element 2 1st diode 3 2nd diode 4 reactor 5 2nd switching element 6 Rectifier circuit 40 Control circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 義照 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Yoshiteru Ito 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 整流回路のプラス、マイナス両出力端子
が、プラス側からマイナス側へ、第1のスイッチング素
子とリアクトルと第2のスイッチング素子で接続され、
前記第1のスイッチング素子の出力端子と前記整流回路
のマイナス出力端子との間が前記整流回路の極性とは逆
方向の第1のダイオードで接続され、前記リアクトルと
前記第2のスイッチング素子の間との間に第2のダイオ
ードのアノードが接続され、その第2のダイオードのカ
ソードと前記整流回路のマイナス出力端子との間に負荷
が接続され、前記整流回路の出力電圧波形Vrip、前記
整流回路の出力電流波形Irip、および前記負荷の両端
電圧を入力して、その負荷の両端電圧が出力すべき電圧
Vrefに等しく、かつ、前記整流回路の出力電流波形Ir
ipが前記整流回路出力電圧波形Vripと相似になるよう
に制御する制御回路が設けられたコンバータ回路であっ
て、前記制御回路は、 前記整流回路出力電圧Vripと出力すべき電圧値Vrefと
の関係が、前記第1のスイッチング素子のオン時の電圧
降下をVce1、前記第2のダイオードのオン時の電圧降
下をVF2として 【数1】Vrip > Vref + Vce1 + VF2 である場合には、第2のスイッチング素子をOFFと
し、第1のスイッチング素子をパルス幅変調制御して、
前記負荷の両端電圧が出力すべき電圧Vrefに等しく、
かつ、整流回路の出力電流波形Iripが整流回路出力電
圧波形Vripと相似になるように制御し、 前記整流回路出力電圧Vripと出力すべき電圧値Vrefと
の関係が、 【数2】Vrip < Vref + Vce1 である場合には、前記第1のスイッチング素子をON
し、第2のスイッチング素子をパルス幅変調して、負荷
の両端電圧が出力すべき電圧Vrefに等しく、かつ、整
流回路の出力電流波形Iripが整流回路出力電圧波形Vr
ipと相似になるように制御し、 前記整流回路出力電圧Vripが出力すべき電圧値Vrefと
の関係が、 【数3】Vref + Vce1 < Vrip < Vref +
Vce1 + VF2 であるときには、前記第1のスイッチング素子と第2の
スイッチング素子とを同時にパルス幅変調して、負荷の
両端電圧が出力すべき電圧Vrefに等しく、かつ、整流
回路の出力電流波形Iripが整流回路出力電圧波形Vrip
と相似になるように制御する、 ことを特徴とするコンバータ回路。
1. The positive and negative output terminals of the rectifier circuit are connected from the positive side to the negative side by a first switching element, a reactor and a second switching element,
An output terminal of the first switching element and a negative output terminal of the rectifier circuit are connected by a first diode in a direction opposite to the polarity of the rectifier circuit, and between the reactor and the second switching element. Is connected to the anode of the second diode, a load is connected between the cathode of the second diode and the negative output terminal of the rectifier circuit, the output voltage waveform Vrip of the rectifier circuit, and the rectifier circuit. Input current waveform Irip of the load and the voltage across the load, the voltage across the load is equal to the voltage Vref to be output, and the output current waveform Ir of the rectifier circuit
A converter circuit provided with a control circuit for controlling ip to be similar to the rectifier circuit output voltage waveform Vrip, wherein the control circuit has a relationship between the rectifier circuit output voltage Vrip and a voltage value Vref to be output. Where Vce1 is the voltage drop when the first switching element is on and VF2 is the voltage drop when the second diode is on, and when Vrip> Vref + Vce1 + VF2 The switching element of is turned off, the first switching element is subjected to pulse width modulation control,
The voltage across the load is equal to the voltage Vref to be output,
In addition, the output current waveform Irip of the rectifier circuit is controlled so as to be similar to the rectifier circuit output voltage waveform Vrip, and the relationship between the rectifier circuit output voltage Vrip and the voltage value Vref to be output is as follows: Vrip <Vref If + Vce1, turn on the first switching element
Then, the pulse width modulation of the second switching element is performed, the voltage across the load is equal to the voltage Vref to be output, and the output current waveform Irip of the rectifier circuit is the output voltage waveform Vr of the rectifier circuit.
It is controlled to be similar to ip, and the relationship between the rectifier circuit output voltage Vrip and the voltage value Vref to be output is as follows: Vref + Vce1 <Vrip <Vref +
When Vce1 + VF2, the first switching element and the second switching element are pulse-width modulated at the same time so that the voltage across the load is equal to the voltage Vref to be output, and the output current waveform Irip of the rectifier circuit. Is the rectifier circuit output voltage waveform Vrip
A converter circuit characterized by controlling so as to be similar to.
【請求項2】 前記3つの場合の制御系の切り換えを、
前記パルス幅変調のための発振手段の出力に同期して行
うことを特徴とする請求項1記載のコンバータ回路。
2. The switching of the control system in the three cases,
The converter circuit according to claim 1, wherein the pulse width modulation is performed in synchronization with the output of the oscillating means.
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