JPH099670A - 力率改善コンバータ及びそれを用いたブラシレス直流モータ制御装置 - Google Patents
力率改善コンバータ及びそれを用いたブラシレス直流モータ制御装置Info
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- JPH099670A JPH099670A JP7152962A JP15296295A JPH099670A JP H099670 A JPH099670 A JP H099670A JP 7152962 A JP7152962 A JP 7152962A JP 15296295 A JP15296295 A JP 15296295A JP H099670 A JPH099670 A JP H099670A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】昇降圧チョッパ回路あるいは降圧チョッパ回路
を用いて電源の力率改善を行う力率改善コンバータにお
いて、入力電流を連続波形とし高力率を実現する電源回
路を提供する。 【構成】交流電源1は全波整流回路2に接続され、電源
電圧の全波整流波形となる脈動直流電圧を出力する。チ
ョークコイル7,フライフォイールダイオード6、及び
トランジスタ5より構成された昇降圧チョッパ回路は、
全波整流回路2の出力側に接続され脈動直流電圧をトラ
ンジスタ5のスイッチング動作及びチョークコイル3の
エネルギ蓄積効果により昇降圧する。昇降圧された脈動
直流電圧は平滑用コンデンサ8に供給され安定した直流
電圧を出力する。
を用いて電源の力率改善を行う力率改善コンバータにお
いて、入力電流を連続波形とし高力率を実現する電源回
路を提供する。 【構成】交流電源1は全波整流回路2に接続され、電源
電圧の全波整流波形となる脈動直流電圧を出力する。チ
ョークコイル7,フライフォイールダイオード6、及び
トランジスタ5より構成された昇降圧チョッパ回路は、
全波整流回路2の出力側に接続され脈動直流電圧をトラ
ンジスタ5のスイッチング動作及びチョークコイル3の
エネルギ蓄積効果により昇降圧する。昇降圧された脈動
直流電圧は平滑用コンデンサ8に供給され安定した直流
電圧を出力する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は交流電源を整流し、所望
の直流電圧を出力する電源装置,交流電源の力率を改善
する電源装置、及び前記電源装置を用い電動機を制御す
る電動機制御装置に関する。
の直流電圧を出力する電源装置,交流電源の力率を改善
する電源装置、及び前記電源装置を用い電動機を制御す
る電動機制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、交流電源を整流して直流電源に変
換する交流−直流変換回路で、入力電流を正弦波に制御
する力率改善コンバータは雑誌「電子技術」日刊工業新
聞社,1990年3月特別増刊号Vol.32,No.3,9
0P〜106P に記載されている。その中で直流電圧
を電源電圧値以下に制御できる回路方式は図2及び図3
が例示される。
換する交流−直流変換回路で、入力電流を正弦波に制御
する力率改善コンバータは雑誌「電子技術」日刊工業新
聞社,1990年3月特別増刊号Vol.32,No.3,9
0P〜106P に記載されている。その中で直流電圧
を電源電圧値以下に制御できる回路方式は図2及び図3
が例示される。
【0003】図2及び図3で1は交流電源、2は整流回
路、5はスイッチング素子、6はフライホイールダイオ
ード、7はチョークコイル、8は平滑コンデンサ、9は
負荷である。図2はスイッチング素子1個で直流電圧の
昇圧と降圧を行う昇降圧チョッパ回路、図3は直流電圧
の降圧のみを行う降圧チョッパ回路を用いた力率改善コ
ンバータである。
路、5はスイッチング素子、6はフライホイールダイオ
ード、7はチョークコイル、8は平滑コンデンサ、9は
負荷である。図2はスイッチング素子1個で直流電圧の
昇圧と降圧を行う昇降圧チョッパ回路、図3は直流電圧
の降圧のみを行う降圧チョッパ回路を用いた力率改善コ
ンバータである。
【0004】以上の回路構成で、スイッチング素子5の
オン時間の比率であるデューティ信号を入力電流が電源
電圧に同期した正弦波波形になるように制御することに
より力率を改善している。また、正弦波波形の振幅を直
流電圧値と直流電圧指令値に従って変更することにより
直流電圧の制御を行っている。
オン時間の比率であるデューティ信号を入力電流が電源
電圧に同期した正弦波波形になるように制御することに
より力率を改善している。また、正弦波波形の振幅を直
流電圧値と直流電圧指令値に従って変更することにより
直流電圧の制御を行っている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記従来方式は、電源
側と直流電圧側がスイッチング素子を介してつながって
おり、スイッチング素子をオフすると電源側と直流電圧
側が切り離される。このため、スイッチング素子がオフ
している時、入力電流は零となる。
側と直流電圧側がスイッチング素子を介してつながって
おり、スイッチング素子をオフすると電源側と直流電圧
側が切り離される。このため、スイッチング素子がオフ
している時、入力電流は零となる。
【0006】力率改善制御を行った場合、スイッチング
素子はPWM(Pulse Width Modulation) 信号で駆動さ
れるため入力電流は正弦波状の断続波形となり実効電流
値に比べてピーク値の過大な電流が流れることになる。
また、急峻な電流波形となり高周波電流を多く含んだ波
形となる。
素子はPWM(Pulse Width Modulation) 信号で駆動さ
れるため入力電流は正弦波状の断続波形となり実効電流
値に比べてピーク値の過大な電流が流れることになる。
また、急峻な電流波形となり高周波電流を多く含んだ波
形となる。
【0007】本発明の目的は、連続な入力電流波形を生
成する力率改善コンバータを提供することにある。
成する力率改善コンバータを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は交流電源を直流に変換する整流回路と、整
流後の直流電圧をスイッチング動作とインダクタンスに
よるエネルギ蓄積効果を利用して所望の大きさの直流電
圧に変換する昇降圧チョッパ回路もしくは降圧チョッパ
回路と、直流電圧を平滑する平滑回路から成る交流−直
流変換回路で、前記昇降圧チョッパ回路もしくは降圧チ
ョッパ回路の入力側にリアクトルを直列に、コンデンサ
を並列に挿入し、前記昇降圧チョッパ回路もしくは降圧
チョッパ回路のスイッチング素子の動作を制御して力率
改善及び直流電圧の制御を行う力率改善手段を設け、前
記力率改善手段として直流電圧検出回路と、電源電圧波
形検出回路と、前記直流電圧検出回路の出力が直流電圧
指令と一致するように入力電流の大きさの値を算出する
直流電圧制御回路と、前記電源電圧波形検出回路の出力
と前記直流電圧制御回路出力を乗算し入力電流の指令値
を作成する乗算器と、入力電流検出回路と、前記電流指
令値に前記入力電流検出値が一致するように前記スイッ
チング素子のオン時間の比率であるデューティ信号を算
出する電流制御回路と、前記デューティ信号から前記ス
イッチング素子に与えるPWMパルス信号を作成するP
WM信号発生回路と、前記PWM信号に基づいて前記ス
イッチング素子を駆動するドライバを備える。
め、本発明は交流電源を直流に変換する整流回路と、整
流後の直流電圧をスイッチング動作とインダクタンスに
よるエネルギ蓄積効果を利用して所望の大きさの直流電
圧に変換する昇降圧チョッパ回路もしくは降圧チョッパ
回路と、直流電圧を平滑する平滑回路から成る交流−直
流変換回路で、前記昇降圧チョッパ回路もしくは降圧チ
ョッパ回路の入力側にリアクトルを直列に、コンデンサ
を並列に挿入し、前記昇降圧チョッパ回路もしくは降圧
チョッパ回路のスイッチング素子の動作を制御して力率
改善及び直流電圧の制御を行う力率改善手段を設け、前
記力率改善手段として直流電圧検出回路と、電源電圧波
形検出回路と、前記直流電圧検出回路の出力が直流電圧
指令と一致するように入力電流の大きさの値を算出する
直流電圧制御回路と、前記電源電圧波形検出回路の出力
と前記直流電圧制御回路出力を乗算し入力電流の指令値
を作成する乗算器と、入力電流検出回路と、前記電流指
令値に前記入力電流検出値が一致するように前記スイッ
チング素子のオン時間の比率であるデューティ信号を算
出する電流制御回路と、前記デューティ信号から前記ス
イッチング素子に与えるPWMパルス信号を作成するP
WM信号発生回路と、前記PWM信号に基づいて前記ス
イッチング素子を駆動するドライバを備える。
【0009】
【作用】上記構成で、直流電圧制御回路は直流電圧検出
回路により検出された検出値と直流電圧指令値とを比較
し、直流電圧検出値が指令値に一致するように電流の大
きさに係わる値を算出する。また、乗算器は電源電圧波
形検出回路より検出された電源電圧波形と電流の大きさ
に係わる値と乗算し、力率改善コンバータに流入する電
流の指令値を作成する。電流制御回路は作成された電流
指令値と入力電流検出回路より検出された電流値とを比
較し、指令値に電流が一致するようにスイッチング素子
のオン時間の比率であるデューティ信号を算出する。算
出されたデューティ信号はPWM信号発生回路で三角波
波形と比較されデューティ信号に比例したパルス幅のP
WM信号を出力する。PWM信号はドライバを通してス
イッチング素子に与えられ、スイッチング素子が駆動さ
れる。
回路により検出された検出値と直流電圧指令値とを比較
し、直流電圧検出値が指令値に一致するように電流の大
きさに係わる値を算出する。また、乗算器は電源電圧波
形検出回路より検出された電源電圧波形と電流の大きさ
に係わる値と乗算し、力率改善コンバータに流入する電
流の指令値を作成する。電流制御回路は作成された電流
指令値と入力電流検出回路より検出された電流値とを比
較し、指令値に電流が一致するようにスイッチング素子
のオン時間の比率であるデューティ信号を算出する。算
出されたデューティ信号はPWM信号発生回路で三角波
波形と比較されデューティ信号に比例したパルス幅のP
WM信号を出力する。PWM信号はドライバを通してス
イッチング素子に与えられ、スイッチング素子が駆動さ
れる。
【0010】入力電流波形は電源電圧に同期した正弦波
波形となり力率を1に制御できる。また、スイッチング
素子の入力側にリアクトルを直列に、コンデンサを並列
に挿入し挿入したコンデンサの入力側の電流を検出し、
この電流を正弦波に制御することから本回路への入力電
流は連続した電流となる。
波形となり力率を1に制御できる。また、スイッチング
素子の入力側にリアクトルを直列に、コンデンサを並列
に挿入し挿入したコンデンサの入力側の電流を検出し、
この電流を正弦波に制御することから本回路への入力電
流は連続した電流となる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の第1の実施例を図1及び図6
を用いて説明する。図1は、整流回路及び昇降圧チョッ
パ回路を用いた力率改善コンバータの回路図である。
を用いて説明する。図1は、整流回路及び昇降圧チョッ
パ回路を用いた力率改善コンバータの回路図である。
【0012】交流電源1は全波整流回路2に接続され、
電源電圧の全波整流波形となる脈動直流電圧を出力す
る。チョークコイル7,フライフォイールダイオード
6、及びトランジスタ5より構成された昇降圧チョッパ
回路は、全波整流回路2の出力側に接続され脈動直流電
圧をトランジスタ5のスイッチング動作及びチョークコ
イル3のエネルギ蓄積効果により昇降圧する。昇降圧さ
れた脈動直流電圧は平滑用コンデンサ8に供給され安定
した直流電圧を出力する。
電源電圧の全波整流波形となる脈動直流電圧を出力す
る。チョークコイル7,フライフォイールダイオード
6、及びトランジスタ5より構成された昇降圧チョッパ
回路は、全波整流回路2の出力側に接続され脈動直流電
圧をトランジスタ5のスイッチング動作及びチョークコ
イル3のエネルギ蓄積効果により昇降圧する。昇降圧さ
れた脈動直流電圧は平滑用コンデンサ8に供給され安定
した直流電圧を出力する。
【0013】整流回路2と昇降圧チョッパ回路の間に直
列に接続されたリアクトル3及び、並列に接続されたコ
ンデンサ4はトランジスタ5のオンオフ動作で断続にな
った入力電流を連続化している。入力電流検出回路12
はコンデンサ4より入力側に接続され入力電流値を検出
し電流制御回路15に入力電流値を与える。
列に接続されたリアクトル3及び、並列に接続されたコ
ンデンサ4はトランジスタ5のオンオフ動作で断続にな
った入力電流を連続化している。入力電流検出回路12
はコンデンサ4より入力側に接続され入力電流値を検出
し電流制御回路15に入力電流値を与える。
【0014】直流電圧検出回路10は平滑コンデンサ8
の両端に接続され平滑された直流電圧値を検出し、直流
電圧制御回路11に直流電圧値を与えている。直流電圧
制御回路11は直流電圧検出回路10の検出値が直流電
圧指令値に一致するように入力電流の大きさを示す信号
を乗算器14に出力している。
の両端に接続され平滑された直流電圧値を検出し、直流
電圧制御回路11に直流電圧値を与えている。直流電圧
制御回路11は直流電圧検出回路10の検出値が直流電
圧指令値に一致するように入力電流の大きさを示す信号
を乗算器14に出力している。
【0015】乗算器14は整流回路12の両端の脈動直
流電圧波形を検出する電源電圧波形検出回路13からの
電源電圧に同期した脈動直流電圧波形と直流電圧制御回
路11の出力値を乗算し、電源電圧に同期した正弦波状
の入力電流指令値を作成する。
流電圧波形を検出する電源電圧波形検出回路13からの
電源電圧に同期した脈動直流電圧波形と直流電圧制御回
路11の出力値を乗算し、電源電圧に同期した正弦波状
の入力電流指令値を作成する。
【0016】電流制御回路13は電流指令値に入力電流
検出回路12の出力が一致するようにトランジスタ5の
オン時間の比率を示すデューティ信号を算出する。
検出回路12の出力が一致するようにトランジスタ5の
オン時間の比率を示すデューティ信号を算出する。
【0017】PWM信号発生回路16はデューティ信号
に基づいてPWM信号を発生し、ドライバ17を介して
トランジスタ5を駆動する。
に基づいてPWM信号を発生し、ドライバ17を介して
トランジスタ5を駆動する。
【0018】図6はPWM信号発生回路16の内部の説
明図である。PWM信号発生回路は三角波発振器とコン
パレータから構成され、デューティ信号と三角波を比較
しPWM信号を発生している。
明図である。PWM信号発生回路は三角波発振器とコン
パレータから構成され、デューティ信号と三角波を比較
しPWM信号を発生している。
【0019】この構成及び動作で入力電流は電源電圧波
形に相似の正弦波状の連続した電流波形が得られ力率を
約1にすることができる。また、直流電圧指令値を変更
することで直流電圧を所望の電圧に制御することが可能
である。本実施例に基づいて制御を行ったときの電源電
圧,入力電流波形を図5に示す。
形に相似の正弦波状の連続した電流波形が得られ力率を
約1にすることができる。また、直流電圧指令値を変更
することで直流電圧を所望の電圧に制御することが可能
である。本実施例に基づいて制御を行ったときの電源電
圧,入力電流波形を図5に示す。
【0020】次に本発明の他の実施例に係る力率改善コ
ンバータを図7を用いて説明する。図7は降圧チョッパ
回路を用いた場合の力率改善コンバータであり、昇圧チ
ョッパ回路を用いた力率改善コンバータ制御用に作成さ
れた力率改善IC100を用いた場合例である。
ンバータを図7を用いて説明する。図7は降圧チョッパ
回路を用いた場合の力率改善コンバータであり、昇圧チ
ョッパ回路を用いた力率改善コンバータ制御用に作成さ
れた力率改善IC100を用いた場合例である。
【0021】力率改善IC100は直流電圧制御回路2
0がIC内部に予め構成されており、簡単に直流電圧の
制御ができるように制作されている。このため、IC内
部に直流電圧指令値があり、しかも固定値である。ここ
で、直流電圧制御回路20の動作は直流電圧指令値が内
部にあることを除けば図1の直流電圧制御回路11と同
一である。
0がIC内部に予め構成されており、簡単に直流電圧の
制御ができるように制作されている。このため、IC内
部に直流電圧指令値があり、しかも固定値である。ここ
で、直流電圧制御回路20の動作は直流電圧指令値が内
部にあることを除けば図1の直流電圧制御回路11と同
一である。
【0022】直流電圧補正回路19は外部からの直流電
圧指令値により直流電圧を制御するための回路である。
直流電圧補正回路19は数1に示す補正を行っている。
数1は直流電圧が外部からの直流電圧指令値と一致した
とき内部直流電圧指令値と同じ値が算出される計算式で
ある。
圧指令値により直流電圧を制御するための回路である。
直流電圧補正回路19は数1に示す補正を行っている。
数1は直流電圧が外部からの直流電圧指令値と一致した
とき内部直流電圧指令値と同じ値が算出される計算式で
ある。
【0023】
【数1】
【0024】以上により昇圧チョッパ回路を用いた力率
改善コンバータ制御用ICを用いた降圧形の力率改善コ
ンバータでも力率改善が行え、外部からの直流電圧指令
値に従って直流電圧の制御ができる。
改善コンバータ制御用ICを用いた降圧形の力率改善コ
ンバータでも力率改善が行え、外部からの直流電圧指令
値に従って直流電圧の制御ができる。
【0025】次に本発明の他の実施例に係る力率改善コ
ンバータを図8を用いて説明する。図8は図1と同様、
昇降圧チョッパ回路を用いた力率改善コンバータであ
る。異なるのは電源1と整流回路2の間にノイズフィル
タ40が設けられていることとチョークリアクトル3が
省略されていることである。その他の回路構成及び動作
は図1と同様であり説明は省略する。
ンバータを図8を用いて説明する。図8は図1と同様、
昇降圧チョッパ回路を用いた力率改善コンバータであ
る。異なるのは電源1と整流回路2の間にノイズフィル
タ40が設けられていることとチョークリアクトル3が
省略されていることである。その他の回路構成及び動作
は図1と同様であり説明は省略する。
【0026】本実施例は、ノイズフィルタ40内に含ま
れるフィルタ用リアクトル30を図1に示すリアクトル
3と共用して省略したものである。本回路構成でも図1
と同様の効果が得られる。
れるフィルタ用リアクトル30を図1に示すリアクトル
3と共用して省略したものである。本回路構成でも図1
と同様の効果が得られる。
【0027】以上により特別にリアクトルを設けなくて
もノイズフィルタのリアクトルを併用して使え、回路の
小形化が図れる。
もノイズフィルタのリアクトルを併用して使え、回路の
小形化が図れる。
【0028】次に本発明の他の実施例に係る力率改善コ
ンバータを図9を用いて説明する。図9は図1と同様、
昇降圧チョッパ回路を用いた力率改善コンバータであ
る。異なるのは電源電圧検出回路13及び電流制御回路
15が省略されていることのみである。その他の回路構
成及び動作は図1と同様であり説明は省略する。
ンバータを図9を用いて説明する。図9は図1と同様、
昇降圧チョッパ回路を用いた力率改善コンバータであ
る。異なるのは電源電圧検出回路13及び電流制御回路
15が省略されていることのみである。その他の回路構
成及び動作は図1と同様であり説明は省略する。
【0029】本実施例は電源電流検出回路13を省略し
基準となる正弦波波形信号を省略した力率改善法であ
る。
基準となる正弦波波形信号を省略した力率改善法であ
る。
【0030】本方式は乗算器14で直流電圧制御回路1
1からの電流の大きさに係わる値に従って入力電流検出
値の振幅を変え、その値をトランジスタ5のオン時間の
比率であるデューティ値として使用し、トランジスタ5
を駆動することにより入力電流を正弦波状に制御する。
1からの電流の大きさに係わる値に従って入力電流検出
値の振幅を変え、その値をトランジスタ5のオン時間の
比率であるデューティ値として使用し、トランジスタ5
を駆動することにより入力電流を正弦波状に制御する。
【0031】本方式により電源電圧検出回路などからの
基準となる信号を使うことなく電源電流を正弦波に制御
できる。
基準となる信号を使うことなく電源電流を正弦波に制御
できる。
【0032】次に本発明の他の実施例のブラシレス直流
モータ制御装置を図10から図13を用いて説明する。
図10は図7に示した降圧チョッパ回路を使用した力率
改善コンバータの負荷としてブラシレス直流モータ駆動
装置を接続し、電源の力率改善とモータの制御を同時に
行うブラシレス直流モータ制御装置の回路図である。力
率改善コンバータは速度制御回路54からの直流電圧指
令により図7と同一の動作を行う。
モータ制御装置を図10から図13を用いて説明する。
図10は図7に示した降圧チョッパ回路を使用した力率
改善コンバータの負荷としてブラシレス直流モータ駆動
装置を接続し、電源の力率改善とモータの制御を同時に
行うブラシレス直流モータ制御装置の回路図である。力
率改善コンバータは速度制御回路54からの直流電圧指
令により図7と同一の動作を行う。
【0033】ブラシレス直流モータ駆動装置はインバー
タ50,ブラシレス直流モータ51,磁極位置検出回路
52,速度検出回路53,速度制御回路54,ドライブ
信号出力回路55及び、ドライバ56から構成されてい
る。
タ50,ブラシレス直流モータ51,磁極位置検出回路
52,速度検出回路53,速度制御回路54,ドライブ
信号出力回路55及び、ドライバ56から構成されてい
る。
【0034】インバータ50は6個のスイッチング素子
から構成され、ドライバ56からの駆動信号に基づいて
ブラシレス直流モータ51の巻線に流す電流を切り替え
る。磁極位置検出回路52はブラシレス直流モータ51
の誘起電圧を入力しブラシレス直流モータ51のロータ
の磁極を検出し、磁極位置信号を速度検出回路53及
び、ドライブ信号出力回路55に出力している。
から構成され、ドライバ56からの駆動信号に基づいて
ブラシレス直流モータ51の巻線に流す電流を切り替え
る。磁極位置検出回路52はブラシレス直流モータ51
の誘起電圧を入力しブラシレス直流モータ51のロータ
の磁極を検出し、磁極位置信号を速度検出回路53及
び、ドライブ信号出力回路55に出力している。
【0035】速度検出回路53は磁極位置信号から速度
を演算し速度信号を速度制御回路54に出力している。
ドライブ信号出力回路は磁極位置信号を基に矩形波状の
ドライブ信号を出力している。
を演算し速度信号を速度制御回路54に出力している。
ドライブ信号出力回路は磁極位置信号を基に矩形波状の
ドライブ信号を出力している。
【0036】ドライバ56はドライブ信号に従ってイン
バータ50のスイッチング素子を駆動している。
バータ50のスイッチング素子を駆動している。
【0037】速度制御回路は速度信号が速度指令値に一
致するように直流電圧指令を算出している。
致するように直流電圧指令を算出している。
【0038】図11,図12にブラシレス直流モータ駆
動装置の波形及び動作を示す。図11は磁極位置信号と
モータ誘起電圧及びドライブ信号の関係を示した図、図
12はブラシレス直流モータ駆動装置の動作を示したフ
ローチャートである。
動装置の波形及び動作を示す。図11は磁極位置信号と
モータ誘起電圧及びドライブ信号の関係を示した図、図
12はブラシレス直流モータ駆動装置の動作を示したフ
ローチャートである。
【0039】磁極位置信号とドライブ信号の関係は図1
1に示すとおり磁極位置信号の立ち上がりエッジ及び立
ち下がりエッジのタイミングで6本のドライブ信号の内
2本が変化するものである。ここで図11に示すドライ
ブ信号がドライブ信号出力回路55から出力される。
1に示すとおり磁極位置信号の立ち上がりエッジ及び立
ち下がりエッジのタイミングで6本のドライブ信号の内
2本が変化するものである。ここで図11に示すドライ
ブ信号がドライブ信号出力回路55から出力される。
【0040】ブラシレス直流モータ51の速度制御は図
12に示すフローチャートに従って行われる。(イ)で
は磁極位置検出回路52でブラシレス直流モータ51の
誘起電圧から図11に示したタイミングの磁極位置信号
を出力する。(ロ)では上記でも述べたとおりドライブ
信号出力回路55でドライブ信号を出力する。
12に示すフローチャートに従って行われる。(イ)で
は磁極位置検出回路52でブラシレス直流モータ51の
誘起電圧から図11に示したタイミングの磁極位置信号
を出力する。(ロ)では上記でも述べたとおりドライブ
信号出力回路55でドライブ信号を出力する。
【0041】次の(ハ),(ニ)は速度検出回路53での
内部動作を示しており、(ハ)で磁極位置信号の1サイ
クルにかかる時間Tを求め、(ニ)で速度を演算してい
る。速度制御回路54では(ホ)に示すとおり直流電圧
指令を演算し直流電圧指令を出力する。
内部動作を示しており、(ハ)で磁極位置信号の1サイ
クルにかかる時間Tを求め、(ニ)で速度を演算してい
る。速度制御回路54では(ホ)に示すとおり直流電圧
指令を演算し直流電圧指令を出力する。
【0042】出力された直流電圧指令は(ヘ)に示す演
算式に従って直流電圧補正値を算出し(ト)で直流電圧
補正値を出力する。動作は直流電圧補正回路19で行っ
ている。出力された直流電圧補正値は力率改善IC10
0に入力され図7同様に制御される。この構成及び動作
によりブラシレス直流モータ51は所望の回転数に制御
が可能となる。
算式に従って直流電圧補正値を算出し(ト)で直流電圧
補正値を出力する。動作は直流電圧補正回路19で行っ
ている。出力された直流電圧補正値は力率改善IC10
0に入力され図7同様に制御される。この構成及び動作
によりブラシレス直流モータ51は所望の回転数に制御
が可能となる。
【0043】図13に本実施例を使用したときの回転数
もしくはモータ負荷に対する直流電圧値とインバータ5
0のオン時間の比率つまりデューティを示す。
もしくはモータ負荷に対する直流電圧値とインバータ5
0のオン時間の比率つまりデューティを示す。
【0044】本実施例の場合デューティは常に100%
であり、インバータのスイッチング素子の動作は図11
に示すドライブ信号と同様である。ブラシレス直流モー
タ51の速度制御は直流電圧の大きさを変えることで行
われ、直流電圧値に比例して回転数が変化する。
であり、インバータのスイッチング素子の動作は図11
に示すドライブ信号と同様である。ブラシレス直流モー
タ51の速度制御は直流電圧の大きさを変えることで行
われ、直流電圧値に比例して回転数が変化する。
【0045】以上の動作により力率改善とモータの速度
制御が同時に行え、インバータのスイッチング素子を高
周波で動作させなくて良く、また直流電圧も低い値で制
御できることから高効率なブラシレス直流モータ制御装
置が実現できる。
制御が同時に行え、インバータのスイッチング素子を高
周波で動作させなくて良く、また直流電圧も低い値で制
御できることから高効率なブラシレス直流モータ制御装
置が実現できる。
【0046】なお、ブラシレス直流モータ駆動装置内の
磁極位置検出装置52,速度検出回路53,速度制御回
路54,ドライブ信号出力回路55及び、直流電圧補正
回路19はワンチップマイコンによるソフトウエアで実
現している。また、磁極位置の検出は誘起電圧以外、例
えばホール素子などセンサを用いても可能である。
磁極位置検出装置52,速度検出回路53,速度制御回
路54,ドライブ信号出力回路55及び、直流電圧補正
回路19はワンチップマイコンによるソフトウエアで実
現している。また、磁極位置の検出は誘起電圧以外、例
えばホール素子などセンサを用いても可能である。
【0047】次に本発明の他の実施例に係るブラシレス
直流モータ制御装置を図14を用いて説明する。本実施
例は実施例の図10の力率改善IC100を用いない場
合を示しており、また、直流電圧を検出せずにブラシレ
ス直流モータ51の回転数制御を行う構成にしたもので
ある。
直流モータ制御装置を図14を用いて説明する。本実施
例は実施例の図10の力率改善IC100を用いない場
合を示しており、また、直流電圧を検出せずにブラシレ
ス直流モータ51の回転数制御を行う構成にしたもので
ある。
【0048】図10と異なるところは速度制御回路57
の算出する値のみであるので速度制御回路57の動作の
み説明する。速度制御回路57は速度検出回路53から
の速度検出値が外部からの速度指令値に一致するように
入力電流の大きさに係わる値を算出するものである。算
出された入力電流の値は乗算器14で電源電圧波形と乗
算され電流指令値として降圧チョッパ回路を制御する。
の算出する値のみであるので速度制御回路57の動作の
み説明する。速度制御回路57は速度検出回路53から
の速度検出値が外部からの速度指令値に一致するように
入力電流の大きさに係わる値を算出するものである。算
出された入力電流の値は乗算器14で電源電圧波形と乗
算され電流指令値として降圧チョッパ回路を制御する。
【0049】本実施例のように速度制御回路57で直接
入力電流の値を算出すれば直流電圧検出回路等を省け小
型で安価のブラシレス直流モータ制御装置が可能とな
る。
入力電流の値を算出すれば直流電圧検出回路等を省け小
型で安価のブラシレス直流モータ制御装置が可能とな
る。
【0050】次に本発明の他の実施例のブラシレス直流
モータ制御装置を図15から図18を用いて説明する。
図15は図1に示す昇降圧チョッパ回路を用いた力率改
善コンバータの負荷としてブラシレス直流モータ駆動装
置を接続したブラシレス直流モータ制御装置である。
モータ制御装置を図15から図18を用いて説明する。
図15は図1に示す昇降圧チョッパ回路を用いた力率改
善コンバータの負荷としてブラシレス直流モータ駆動装
置を接続したブラシレス直流モータ制御装置である。
【0051】図16は図13同様に本実施例を動作させ
たときの回転数もしくはモータ負荷に対するインバータ
のデューティ値及び直流電圧値を示している。図17は
図15に示すPWM/PAM制御切替回路62の内部構
成図、図18は図17に示す制御切替回路623の切替
アルゴリズムである。
たときの回転数もしくはモータ負荷に対するインバータ
のデューティ値及び直流電圧値を示している。図17は
図15に示すPWM/PAM制御切替回路62の内部構
成図、図18は図17に示す制御切替回路623の切替
アルゴリズムである。
【0052】本実施例も図10,図14に示す実施例と
同様の動作を行う。
同様の動作を行う。
【0053】本実施例の特徴はブラシレス直流モータ5
1の回転数制御を、図10や図14に示す直流電圧を変
更して行うPAM(Pulse Amplitude Modulation)制御
とインバータ50のスイッチング素子のオン時間の比率
を変更して行うPWM制御とを切り替えて行うところに
ある。そこで、図15に示すPWM/PAM制御切替回
路62の内部構成と動作のみ説明する。
1の回転数制御を、図10や図14に示す直流電圧を変
更して行うPAM(Pulse Amplitude Modulation)制御
とインバータ50のスイッチング素子のオン時間の比率
を変更して行うPWM制御とを切り替えて行うところに
ある。そこで、図15に示すPWM/PAM制御切替回
路62の内部構成と動作のみ説明する。
【0054】PWM/PAM制御切替回路62は図17
に示すとおりインバータ用速度制御回路621,コンバ
ータ用速度制御回路622,制御切替回路623及び、
スイッチ624で構成されている。
に示すとおりインバータ用速度制御回路621,コンバ
ータ用速度制御回路622,制御切替回路623及び、
スイッチ624で構成されている。
【0055】インバータ用速度制御回路621及び、コ
ンバータ用速度制御回路622は、それぞれ速度指令値
に速度検出値が一致するようにインバータデューティ信
号及び直流電圧指令値を算出するようにプログラムされ
ている。
ンバータ用速度制御回路622は、それぞれ速度指令値
に速度検出値が一致するようにインバータデューティ信
号及び直流電圧指令値を算出するようにプログラムされ
ている。
【0056】制御切替回路623は図18に示す切替ア
ルゴリズムに従って制御に切り替えを行っており、具体
的には図17に示すスイッチ624の様に速度指令値及
び速度検出値の入力先を変更している。
ルゴリズムに従って制御に切り替えを行っており、具体
的には図17に示すスイッチ624の様に速度指令値及
び速度検出値の入力先を変更している。
【0057】制御方式の切り替えは図18に示すとお
り、モータが加速中か減速中か、インバータのデューテ
ィ値が100%か、直流電圧指令値があらかじめ設定さ
れた最低直流電圧値かによって決定される。
り、モータが加速中か減速中か、インバータのデューテ
ィ値が100%か、直流電圧指令値があらかじめ設定さ
れた最低直流電圧値かによって決定される。
【0058】以上の構成により、力率改善コンバータで
の直流電圧制御が低電圧までできないときに、ブラシレ
ス直流モータの低回転領域での回転数制御が可能にな
る。
の直流電圧制御が低電圧までできないときに、ブラシレ
ス直流モータの低回転領域での回転数制御が可能にな
る。
【0059】
【発明の効果】本発明によれば、昇降圧チョッパ回路あ
るいは降圧チョッパ回路を使用した力率改善コンバータ
でも連続した入力電流波形制御が可能となり高力率が得
られる。また、直流電圧補正回路を設けることにより内
部に直流電圧指令値を持った昇圧チョッパ回路を用いた
力率改善制御用ICを利用できる。
るいは降圧チョッパ回路を使用した力率改善コンバータ
でも連続した入力電流波形制御が可能となり高力率が得
られる。また、直流電圧補正回路を設けることにより内
部に直流電圧指令値を持った昇圧チョッパ回路を用いた
力率改善制御用ICを利用できる。
【0060】さらに、入力電流値をスイッチング素子の
オン時間の比率に使用する力率改善法は電源電圧波形等
正弦波基準波形を使用しなくても入力電流を正弦波に制
御できる。
オン時間の比率に使用する力率改善法は電源電圧波形等
正弦波基準波形を使用しなくても入力電流を正弦波に制
御できる。
【0061】また、昇降圧チョッパ回路あるいは降圧チ
ョッパ回路を使用した力率改善コンバータの負荷にブラ
シレス直流モータ駆動装置を接続することにより、高効
率で高力率なブラシレス直流モータ制御装置を実現でき
る。
ョッパ回路を使用した力率改善コンバータの負荷にブラ
シレス直流モータ駆動装置を接続することにより、高効
率で高力率なブラシレス直流モータ制御装置を実現でき
る。
【図1】本発明の第1の実施例の力率改善コンバータの
ブロック図。
ブロック図。
【図2】従来例の昇降圧チョッパ回路の説明図。
【図3】従来例の降圧チョッパ回路の説明図。
【図4】従来例の力率改善コンバータの動作波形の説明
図。
図。
【図5】本発明の力率改善コンバータの動作波形の説明
図。
図。
【図6】本発明の第1の実施例のPWM信号発生回路
図。
図。
【図7】本発明の他の実施例の降圧チョッパ回路を用い
た力率改善コンバータの回路図。
た力率改善コンバータの回路図。
【図8】本発明の他の実施例の昇降圧チョッパ回路を用
いた力率改善コンバータの回路図。
いた力率改善コンバータの回路図。
【図9】本発明の他の実施例の正弦波基準波形を使用し
ない力率改善コンバータの回路図。
ない力率改善コンバータの回路図。
【図10】本発明の他の実施例のブラシレス直流モータ
制御装置の回路図。
制御装置の回路図。
【図11】ブラシレス直流モータ制御の磁極位置信号と
ドライブ信号タイミングチャート。
ドライブ信号タイミングチャート。
【図12】本発明の他の実施例のブラシレス直流モータ
制御装置のモータ制御フローチャート。
制御装置のモータ制御フローチャート。
【図13】本発明の他の実施例のブラシレス直流モータ
制御装置の回転数もしくは負荷に対するディーティ値及
び直流電圧値の説明図。
制御装置の回転数もしくは負荷に対するディーティ値及
び直流電圧値の説明図。
【図14】本発明の他の実施例のブラシレス直流モータ
制御装置の回路図。
制御装置の回路図。
【図15】本発明の他の実施例のブラシレス直流モータ
制御装置の回路図。
制御装置の回路図。
【図16】本発明の他の実施例のブラシレス直流モータ
制御装置の回転数もしくは負荷に対するディーティ値及
び直流電圧値の説明図。
制御装置の回転数もしくは負荷に対するディーティ値及
び直流電圧値の説明図。
【図17】PWM/PAM制御切替回路内部のブロック
図。
図。
【図18】PWM/PAM制御切替アルゴリズムの説明
図。
図。
1…交流電源、2…全波整流回路、3…リアクトル、4
…コンデンサ、5…トランジスタ、6…フライフォイー
ルダイオード、7…チョークコイル、8…平滑コンデン
サ、9…負荷、10…直流電圧検出回路、11,20…
直流電圧制御回路、12…入力電流検出回路、13…電
源電圧検出回路、14…乗算器、15…電流制御回路、
16…PWM信号発生回路、17…ドライバ。
…コンデンサ、5…トランジスタ、6…フライフォイー
ルダイオード、7…チョークコイル、8…平滑コンデン
サ、9…負荷、10…直流電圧検出回路、11,20…
直流電圧制御回路、12…入力電流検出回路、13…電
源電圧検出回路、14…乗算器、15…電流制御回路、
16…PWM信号発生回路、17…ドライバ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田原 和雄 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内
Claims (11)
- 【請求項1】交流電源を直流に変換する整流回路と、整
流後の直流電圧をスイッチング動作とインダクタンスに
よるエネルギ蓄積効果を利用して所望の大きさの直流電
圧に変換する昇降圧チョッパ回路と、直流電圧を平滑す
る平滑回路から成る交流−直流変換回路において、前記
昇降圧チョッパ回路の入力側にリアクトルを直列に、コ
ンデンサを並列に挿入し、前記昇降圧チョッパ回路のス
イッチング素子の動作を制御して力率改善及び直流電圧
の制御を行う力率改善手段を設けたことを特徴とする力
率改善コンバータ。 - 【請求項2】交流電源を直流に変換する整流回路と、整
流後の直流電圧をスイッチング動作とインダクタンスに
よるエネルギ蓄積効果を利用して所望の大きさの直流電
圧に変換する降圧チョッパ回路と、直流電圧を平滑する
平滑回路から成る交流−直流変換回路において、前記降
圧チョッパ回路の入力側にリアクトルを直列に、コンデ
ンサを並列に挿入し、前記降圧チョッパ回路のスイッチ
ング素子の動作を制御して力率改善及び直流電圧の制御
を行う力率改善手段を設けたことを特徴とする力率改善
コンバータ。 - 【請求項3】請求項1または2において、直流電圧検出
回路と、電源電圧波形検出回路と、前記直流電圧検出回
路の出力が直流電圧指令と一致するように入力電流の大
きさに係わる値を算出する直流電圧制御回路と、前記電
源電圧波形検出回路の出力と前記直流電圧制御回路出力
を乗算し入力電流の指令値を作成する乗算器と、入力電
流検出回路と、前記電流指令値に前記入力電流検出値が
一致するように前記スイッチング素子のオン時間の比率
であるデューティ信号を算出する電流制御回路と、前記
デューティ信号から前記スイッチング素子に与えるPW
Mパルス信号を作成するPWM信号発生回路と、前記P
WM信号に基づいて前記スイッチング素子を駆動するド
ライバから成る力率改善手段を備えた力率改善コンバー
タ。 - 【請求項4】請求項1または2において、直流電圧検出
回路と、前記直流電圧検出回路の出力が直流電圧指令と
一致するように入力電流の大きさに係わる値を算出する
直流電圧制御回路と、入力電流検出回路と、前記入力電
流検出回路出力と前記直流電圧制御回路出力を乗算し前
記スイッチング素子のオン時間の比率であるデューティ
信号を作成する乗算器と、前記デューティ信号より前記
スイッチング素子に与えるPWMパルス信号を作成する
PWM信号発生回路と、前記PWM信号に基づいて前記
スイッチング素子を駆動するドライバから成る力率改善
手段を備えた力率改善コンバータ。 - 【請求項5】請求項3または4において、直流電圧指令
値を内部に含んだ直流電圧制御回路と前記直流電圧検出
値が直流電圧指令値に一致したとき前記直流電圧制御回
路に含まれる直流電圧指令値と同じ値を出力する直流電
圧補正回路を備えた力率改善手段。 - 【請求項6】交流電源を直流に変換する整流回路と、整
流後の直流電圧をスイッチング動作とインダクタンスに
よるエネルギ蓄積効果を利用して所望の大きさの直流電
圧に変換する昇降圧チョッパ回路あるいは降圧チョッパ
回路と、直流電圧を平滑する平滑回路から成る交流−直
流変換回路において、前記昇降圧チョッパ回路あるいは
降圧チョッパ回路の入力側にリアクトルを直列に、コン
デンサを並列に挿入し、入力電流波形を連続波形にした
ことを特徴とする交流−直流変換回路。 - 【請求項7】請求項3または4に記載の前記入力電流検
出回路は、少なくとも挿入した前記コンデンサより入力
側で入力電流の検出を行う入力電流検出回路。 - 【請求項8】交流電源を直流に変換する整流回路と、整
流後の直流電圧をスイッチング動作とインダクタンスに
よるエネルギ蓄積効果を利用して所望の大きさの直流電
圧に変換する昇降圧チョッパ回路あるいは降圧チョッパ
回路と、直流電圧を平滑する平滑回路から成る交流−直
流変換回路において、前記昇降圧チョッパ回路あるいは
降圧チョッパ回路の入力側にリアクトルを直列に、コン
デンサを並列に挿入し、前記昇降圧チョッパ回路あるい
は降圧チョッパ回路の出力にインバータとモータからな
るモータ駆動回路を接続し、前記昇降圧チョッパ回路あ
るいは降圧チョッパ回路のスイッチング素子の動作を制
御して力率改善及び直流電圧の制御を行う力率改善手段
と、前記力率改善手段を用いて直流電圧を制御し前記イ
ンバータでモータの通流相を切り替え前記モータの速度
制御を行う速度制御手段を備えたことを特徴とするブラ
シレス直流モータ制御装置。 - 【請求項9】交流電源を直流に変換する整流回路と、整
流後の直流電圧をスイッチング動作とインダクタンスに
よるエネルギ蓄積効果を利用して所望の大きさの直流電
圧に変換する昇降圧チョッパ回路あるいは降圧チョッパ
回路と、直流電圧を平滑する平滑回路から成る交流−直
流変換回路において、前記昇降圧チョッパ回路あるいは
降圧チョッパ回路の入力側にリアクトルを直列に、コン
デンサを並列に挿入し、前記昇降圧チョッパ回路あるい
は降圧チョッパ回路の出力にインバータとモータからな
るモータ駆動回路を接続し、前記昇降圧チョッパ回路あ
るいは降圧チョッパ回路のスイッチング素子の動作を制
御して力率改善の制御を行う力率改善手段と、前記力率
改善手段を用いて直流電圧を制御し前記インバータでモ
ータの通流相を切り替え前記モータの速度制御を行う速
度制御手段を備えたことを特徴とするブラシレス直流モ
ータ制御装置。 - 【請求項10】請求項8または9において、予め設定さ
れた直流電圧値以下の直流電圧指令値が算出されたら、
予め設定された直流電圧指令値を出力し、前記インバー
タのスイッチング素子のオン時間比率を変えて前記モー
タの速度制御を行うPWM/PAM制御切替回路を備え
たブラシレス直流モータ制御装置。 - 【請求項11】請求項8または9に記載の前記速度制御
手段は前記モータの磁極位置を検出する磁極位置検出回
路と、前記磁極位置信号から速度を算出する速度検出回
路と、前記磁極位置信号に基づいて前記モータの通流相
を切り替えるドライブ信号を作成するドライブ信号出力
回路と、前記ドライブ信号に基づいてインバータのスイ
ッチング素子を駆動するドライバと、前記速度検出回路
の出力と速度指令値から直流電圧指令値あるいは入力電
流の大きさに関した値を出力する速度制御回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7152962A JPH099670A (ja) | 1995-06-20 | 1995-06-20 | 力率改善コンバータ及びそれを用いたブラシレス直流モータ制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7152962A JPH099670A (ja) | 1995-06-20 | 1995-06-20 | 力率改善コンバータ及びそれを用いたブラシレス直流モータ制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH099670A true JPH099670A (ja) | 1997-01-10 |
Family
ID=15551970
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7152962A Pending JPH099670A (ja) | 1995-06-20 | 1995-06-20 | 力率改善コンバータ及びそれを用いたブラシレス直流モータ制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH099670A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000061360A (ja) * | 1998-08-18 | 2000-02-29 | Hitachi Koki Co Ltd | 遠心機用モータの制御装置 |
JP2002010672A (ja) * | 2000-06-16 | 2002-01-11 | Nec Corp | スピンドルモータ駆動回路 |
KR100440388B1 (ko) * | 2001-03-07 | 2004-07-14 | 한국전기연구원 | 가변 이득을 가지는 역률 개선 디지털 제어기 |
JP2016220539A (ja) * | 2016-09-26 | 2016-12-22 | 株式会社ナカニシ | Dcブラシレスモータの駆動装置 |
CN110601530A (zh) * | 2019-09-06 | 2019-12-20 | 佛山市至和智能科技有限公司 | 一种升压电路电机系统及其控制方法 |
-
1995
- 1995-06-20 JP JP7152962A patent/JPH099670A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000061360A (ja) * | 1998-08-18 | 2000-02-29 | Hitachi Koki Co Ltd | 遠心機用モータの制御装置 |
JP2002010672A (ja) * | 2000-06-16 | 2002-01-11 | Nec Corp | スピンドルモータ駆動回路 |
KR100440388B1 (ko) * | 2001-03-07 | 2004-07-14 | 한국전기연구원 | 가변 이득을 가지는 역률 개선 디지털 제어기 |
JP2016220539A (ja) * | 2016-09-26 | 2016-12-22 | 株式会社ナカニシ | Dcブラシレスモータの駆動装置 |
CN110601530A (zh) * | 2019-09-06 | 2019-12-20 | 佛山市至和智能科技有限公司 | 一种升压电路电机系统及其控制方法 |
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