JPS61224857A

JPS61224857A - 整流回路の制御装置

Info

Publication number: JPS61224857A
Application number: JP60063658A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Muto; 信義武藤; Keijiro Sakai; 慶次郎酒井; Toshio Suzuki; 利夫鈴木; Akiteru Ueda; 明照植田; Kenji Nanto; 謙二南藤; Ikuo Okajima; 岡島　郁夫
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-03-29
Filing date: 1985-03-29
Publication date: 1986-10-06
Also published as: EP0199903A3; US4688162A; JPH049035B2; DE3675804D1; EP0199903B1; EP0199903A2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明はダイオードで構成されたダイオードブリッジ回
路の交流入力電流の波形を改善するための整流回路の制
御装置に関する。

〔発明の背景〕

交流電源から直流電源を簡易に得るには一般に変流電源
をダイオードブリッジ回路で整流した後にコンデンサで
平滑して直流を得る整流回路が使用されている。このよ
うな整流回路における交流入力電流は交流入力電圧と平
滑コンデンサの充電〉！圧（直流電圧）との差で流れる
。平滑コンデンｒ、、＞’すはダイオードブリッジ回路
の交流入力電圧の平均値に相当する電圧に充電されてい
る。このため、交流入力電流は交流入力電圧がピーク値
付近まで大きくなって始めて流れ出すことになる。交流
入力電流はパルス状とな９３倍、５倍等の低次高調波が
含まれた歪みが大きな波形になる。このような交流入力
電流の波形を改善するには整流回路の直流出力側に昇圧
チョッパ回路を設けて正弦波状の交流入力電流を正弦波
状とすることが行われている。このような整流回路を用
いてダイオードブリッジ回路の交流入力電流の力率を改
善するには例えば特開昭５０−６５８２２号公報に記載
されている方法が知られている。この方法は基準電圧と
平滑コンデンサ電圧の偏差を交流入力電圧に乗じて電流
指令信号を得、この電流指令信号に交流入力電流が一致
するようにチョッパ回路を動作させることによって力率
を良くするものである。しかし、平滑コンデンサは通常
大きな容量ものを使用しているため、負荷の変動が相当
大きく変化しないとこのコンデンサの電流電圧は変化し
ない。そのため軽負荷領域では負荷に比例し九電流指令
信゛号が得られない。この結果、軽負荷領域では交流入
力電流の力率が悪くなって、効率が低下する。

また、基準電圧及びコンデンサ電圧はトランスで絶縁し
て制御回路に取込む必要があるため、装置が高価になる
という実用上の問題点もある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は軽負荷領域でも効率よく交流入力電流の
力率を向上させることのできる整流回路の制御装置を提
供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴とするところは交流電源電圧に同期した正
弦波信号の振幅を負荷電流の大きさに比例して変化させ
て正弦波電流指令信号を得て、この電流指令信号とダイ
オードブリッジ回路の交流入力電流の電流検出信号との
電流偏差に応じた電流制御信号と搬送波を比較して昇圧
チョッパ回路を構成するスイッチング素子をオンオフ制
御するようにしたことにある。

〔発明の実施例〕

第１図に本発明の一実施例を示す。

単相交流電源１０の交流電圧はダイオードをブリッジ結
線したダイオードブリッジ回路２０に入力される。ダイ
オードブリッジ回路２０は単相交流電源１０を全波整流
しｔ直流電圧を出力する。

この直流電圧はダイオードブリッジ回路２０の直流側に
接続された昇圧チョッパ回路３０に入力される。昇圧チ
ョッパ回路３０はブリッジ回路２０の直流出力母線の一
方に直列接続された平滑リアクトル３１、ダイオード３
３と、゛ブリッジ回路２０の直流出力母線を平滑リアク
トル３１を介して短絡するスイッチング素子３４とで構
成される。

スイッチング素子３４としては例えば電界効果トランジ
スタが用いられる。昇圧チョッパ回路３０には平滑コン
デンサ４０が接続され、チョッパ回路３０で得られたエ
ネルギーが平滑コンデンサ４０に貯えられる。平滑コン
デンサ４０で平滑された直流電圧が負荷５０に加えられ
る。スイッチング素子３４はオンオフ制御回路１００の
出力するオンオフ信号によってオンオフ制御される。ス
イッチング素子３４のオンオフによるチョッパ回路３０
の通流率は電流指令発生回路８０の電流指令信号と電流
検出回路９０の電流検出信号との電流偏差に比例して変
化する。電流偏差は減算器７０によって求められる。電
流指令発生回路８０はフィルタ回路８１、零位相検出回
路８２及び電流指令形成回路８３とで構成される。電流
検出器６０Ａによって負荷５０に流れている負荷電流が
検出され、フィルタ回路８１に入力される。負荷電流は
フィルタ回路８１によって平滑されて、負荷に比例した
負荷レベル信号ｆになる。零位相検出回路８２は交流電
源１０の交流電圧ａの零位相を検出する。零位相検出回
路８２で検出され九零位相信号すは電流指令形成回路８
３に入力される。

第２図に電流指令形成回路８３の一例を示す。

第２図において、発振器８３Ａは高周波数のクロック信
号Ｃを発生しカウンタ８３Ｂのクロック電流ｃｋに加え
る。カウンタ８３Ｂのリセット電流Ｒｅには零位相信号
が入力される。カウンタ８３Ｂの出力信号ｄはメモリ８
３Ｃのアドレス電流に入力される。メモリ８３Ｃにはア
ドレスに対応した正弦波が格納されておシ、カウンタ８
３Ｂの出力信号ｄの変化に対応した正弦波のデータｅを
Ｄ／Ａ変換器８３Ｄのデータ入力電流ＤＯに加える。Ｄ
／Ａ変換器８３Ｄのレファレンス電流１％Ｈには負荷レ
ベル信号ｆが入力されている。

Ｄ／Ａ変換器８３Ｄは負荷レベル信号ｆの大きさに比例
した正弦波信号ｇを出力する。正弦波信号ｇは絶対値回
路８３Ｅに入力される。絶対値回路８３Ｅは正弦波信号
ｇの絶対値をとシミ流指令信号りを出力する。

第１図に戻シ、電流検出回路９０はフィルタ回路９１と
絶対値回路９２で構成される。フィルタ回路９１は交流
入力電流の基本波成分を取シ出す。

フィルタ回路９１から得られる交流入力電流゛の基本波
成分は絶対値回路９２に入力され、絶対値を取られる。

絶対値回路９２の出力信号は電流検出信号ｉとして減算
器７０に図示の極性で入力される。なお、ダイオードブ
リッジ回路２０の出力電流をフィルタ回路９１に取込む
場合は絶対値回路との偏差を求める。このよう罠して得
られた電流偏差信号はオンオフ制御回路１００に入力さ
れる。

オンオフ制御回路１００は補償回路１０１、減算器１０
２及び比較器１０３で構成される。補償回路１０１はＰ
Ｉ（比例＋積分）補償回路１０１人とリミッタ回路１０
１Ｂとから成る。補償回路１０１では負荷５０が変動し
ても安定して力率１に近い交流入力電流が得られるよう
に補償演算を行う。補償回路１０１から得られ九電流制
御信号ｊは減算器１０２の一方の電流に入力される。減
算器１０２の他方の電流には高周波の搬送波（三角波）
ｋが入力される。減算器１０２は電流制御信号ｊと三角
波にとの偏差をとる。減算器１０２の出力信号は比較器
１０３に入力される。比較器１０３では減算器１０２か
ら得られる信号が正の時に［（ｉｇｈレベルになシ、負
の時にＬＯＷ　　レベル２−１となるオンオフ信号ｔを
スイッチング素子３４に結果ダイオードブリッジ回路２
０、リアクトル３１、スイッチング素子３４とで閉回路
が形成され、この閉回路に短絡電流が流れる。スイッチ
ング素子３４にＬＯＷ　　レベルのオフ信号が入力され
るとオフ（非導通）状態となる。ＬＯＷ　　レベルのオ
フ信号が入力される直前に流れていた短絡電流の大きさ
で決まるエネルギーがリアクトル３１、ダイオード３３
を経由し平滑コンデンサ４０に貯えられる。従って平滑
コンデンサ４０に貯えられるエネルギーはスイッチング
素子３４の導通時間に応じて変化する。

次に、スイッチング素子３４に加えられるオンオフ信号
が得られるまでの一連の動作について説明する。

第３図は電流指令信号りが得られるまでの過程を示すタ
イムチャートである。

零位相検出回路８２は交流電圧ａの零点で零位。

相信号すを発生する。零位相信号すは交流電圧ａを半波
整流して零レベルと比較して方形波を得、この方形波の
微分信号から簡単に得られる。電流指令形成回路８３は
零位相信号すを入力すると、信号すに同期し几振幅Ｅｏ
、を持つ正弦波ｅを発生する。

正弦波ｅが得られるまでの動作を説明する。カウンタ８
３Ｂはクロック信号Ｃが入力される毎にカウントアンプ
して行き、零位相信号すが入るとカウンタの値を初期値
に戻される。従ってこの動作は零位相信号すの発生周期
で繰シ返えされる。

この結果、カウンタ８３Ｂの出力には第３図の信号ｄで
示す波形が現われる。

カウンタ８３Ｂの出力信号ｄはメモリ８３Ｃに入力され
る。メモリ８３Ｃは信号ｄをアドレスとするように接続
されている。メモリ８３Ｃにはアドレスに対応した正弦
波の１周期分が格納されている。

カウンタ８３Ｂの出力信号ｄが第３図に示すように動作
すると、メモリ８３Ｃから一定の振幅Ｅｏを持った正弦
波ｅが出力される。正弦波ｅはデジタル信号となる。正
弦波ｅ　Ｉｄ　Ｄ　／　Ａ変換器、、８’３　Ｄのデー
タ入力電流Ｄｏに人力される。まｔＤ／Ａ変換器８３Ｄ
のレファレンス電流ＲＥには負荷の大きさ２Ｅｏを持っ
た負荷レベル信号ｆが入力されている。２Ｅｏは一例で
ある。Ｄ／Ａ変換器８３Ｄでは正弦波ｅをアナログ量に
変換し、このアナログ信号に負荷レベル信号ｆの大きさ
２Ｅｏが乗じる。これによってＤ／Ａ変換器から負荷レ
ベル信号ｆの大きさに比例した正弦波信号（アナログ信
号）ｇが得られる。例えば第３図の′　　Ａ点で負荷が
２倍の４Ｅｏに変化したとすれば、それに対応して正弦
波ｇの振幅もＡ点でその大きさが変化する。正弦波信号
ｇは絶対値回路８３ｇに人力される。絶対値回路８３Ｅ
では正弦波信号ｇの絶対値がとられる。この結果、第３
図に示す電流指令信号りが得られる。

次に、電流指令信号りと電流検出信号ｉとからオンオフ
信号ｔを得る動作を第４図に示す波形図を用いて説明す
る。

まず、１０点では第４図（ａ）に示すように電流指部＼令信号りの大きさは電流検出信号ｉよシ大きいため、減
算器７０からは正の電流偏差信号が出力される。減算器
７０の電流偏差信号は補償回路１０１Ａに入力される。

１．点で発生した初期の電流偏差信号には比例ゲインに
、が乗せられ、三角波りに比べて大きな値を持つ第４図
（ｂ）に示す電流制御信号ｊが補償回路１０１から出力
される。

以後、補償回路１０１Ａの積分ゲインＫｔで決まる積分
時定数で積分する動作も加わる。そして電流制御信号ｊ
はゲインに１．Ｋｐで決まる時定数でｔ１点から１３点
まで増加して行く。この動作中、電流制御信号ｊは三角
波にとｔ１点、ｔり点で交叉する。このようにして得ら
れた電流制御信号ｊから三角波ｋが減算器１０２で差し
引かれると、その結果は１０点から１１点までの区間及
び１１点から１．点までの区間では正にな’）、ｊｘ点
から１３点までの区間では負になる。減算器１０２の出
力は比較器１０３に入力される。比較器１０３は減算器
１０２の出力が正の時にｌ（ｉｇｈレベルになシ、負の
時にＬＯＷ　　レベルとなる第４図（Ｃ）に示すオンオ
フ信号ｔを出力する。オンオフ信号ｔはスイッチング素
子３４に加えられる。

この結果、１０点からｔｉ点までの区間ではスイッチン
グ素子３４が導通するため、交流入力電流つまシミ流検
出信号ｉは増加し、次に１１点からｔ！までの区間では
スイッチング素子３４が非導通となるので減少する。ｔ
２点から点ｔ３点の区間では電流検出信号ｉは増加する
。電流検出信号ｉの増加は電流制御信号ｊが三角波にと
次に交叉する点まで継続する。１３点以後になると電流
指令信号りが電流検出信号ｉに比べて小さくなるため１
、減算器７０から得られる電流偏差信号は負となシ、電
流制御信号ｊは減少する。電流制御信ｊの減少速度は補
償回路１０１Ａの補償定数の大きさによって決定される
。減少の割合が大きいと三角波にと電流制御信号ｊの偏
差が大きくなる次め、オンオフ信号ｔのＬＯＷ　レベル
幅が増加して電流の減少を速める。電流指令信号りと電
流検出信号ｉとの偏差が大きいと電流制御信号ｊは早い
速度で減少し、ｔ４点以後急速に電流は減少する。

以上述べたような動作が繰シ返えし行うことによって電
流指令信号りに追従し九歪みの小さい交流電流がブリッ
ジ回路２０に流れる。電流指令信号りは交流電圧に同期
し、その大きさは負荷に比例して変化するようにしてい
るため、負荷に見合った交流入力電流が流れることにな
る。その結果負荷に比例しｔ大きさの交流入力電流が流
れることになシ効率の向上が図れる。

次に、交流入力電流の力率は電流指令信号りの零付近で
の電流ｉの追従性を良くすれば更に良くなる。これを達
成するには電流指令信号りの零付近における減算器７０
から得られた電流偏差信号に対する電流制御信号ｊの感
度を上げるようにすれば良い。

第５図は補償回路１０１Ａの補償定数Ｋｐを可変にして
力率をよシ良くする実施例である。

第５図において、ゲイン切換回路１０１ｄは電流指令信
号りと設定値ｍとを比較しゲイン切替信号ｎを出力する
。ゲイン切換信号ｎは電流指令信号りは零付近にあると
き）ｌｉｇｈレベルになる。ゲ・イン切換信号ｎがＨｉ
　ｇｈレベルになると、スイッチ１０１６はａ側に閉路
し比例補償回路１０１Ｃを選択する。比例ゲインはＫｐ
’になる。が選択される。ゲイン切替信号ｎがＬＯＷ　
　レベルになると比例補償回路１０１ａが選択されたゲ
インＫｐ’よシ小さい比例ゲインＫｐになる。これＫよ
って、電流指令信号りが零付近では高感度の補正信号が
得られるように補償されるため、電流検出信号ｉの追従
性が良くなシ、さらに力率の改善がなされる。なお、１
０１ｂは積分補償回路である。

ここで以上の説明では正弦波の絶対値波形を電流指令信
号りとしている。しかし、電流指令形成回路８３内の絶
対値回路８３ｇや電流検出回路９０内の絶対値回路９２
を省略し、電流指令信号りに交流の正弦波を使用し、電
流検出信号ｉに交流入力電流を使用してオンオフ信号を
得ても同様な制御を行える。この場合は電流指令信号り
の負の区間で得られるオンオフ信号ｌの論理レベルを反
転して得た信号と電流指令信号りの正の区間で得九オン
オフ信号ｔとの論理和をとって得た信号をオンオフ信号
として用いればよい。

また、正弦波は台形波、階段波など波形を用いても良く
、かつ搬送波として三角波を用いて説明−し友が鋸歯状
波であっても良いのは勿論である。

本発明は以上のようにして制御するのであるが、負荷の
大きさに比例し、交流入力電圧に同期した正弦波の電流
指令信号を得ている。このｔめ、軽負荷状態でも負荷の
大きさに対応し友交流入力電流を得ることができるため
、効率が向上する。また、交流入力電圧に同期し九信号
は交流入力電圧−の零位相信号から作るようにしている
。このためフォトカプラなどを利用して零位相は容易に
検出でき、制御回路が安価になる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば賀状に比例した交
流入力電流が得られるので軽負荷状態でも効率の良い運
転を行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は電流
指令形成回路の詳細構成図、第３図、第４図は本発明の
詳細な説明するためのタイムチャート、第５図は補償回
路の他の構成図、第６図は第５図の動作説明用の波形図
である。１０・・・交流電源、６０Ａ、６０Ｂ・・・電流検出器
、３１・・・リアクトル、３３・・・ダイオード、３４
・・・スイッチング素子、４０・・・平滑コンデンサ、
５０・・・負荷、２０・・・ダイオードブリッジ回路、
８１゜９１・・・フィルタ回路、８２・・・零位相検出
回路、８３・・・電流指令形成回路。

Claims

【特許請求の範囲】１、交流電圧を全波整流して直流電圧に変換するダイオ
ードブリッジ回路と、該ダイオードブリッジ回路の一方
の直流出力母線に接続される平滑リアクトルおよび前記
ダイオードブリッジ回路の直流出力母線を前記平滑リア
クトルを介して短絡するスイッチング素子を含む昇圧チ
ョッパ回路と、該昇圧チョッパ回路の出力電圧を平滑し
て負荷に印加する平滑コンデンサとを有する整流回路に
おいて、前記交流電圧に同期した位相で、振幅が前記負
荷に流れる負荷電流の大きさに比例した正弦波電流指令
信号を発生する電流指令発生手段と、前記ダイオードブ
リッジ回路の入力電流を検出し、正弦波の電流検出信号
を出力する電流検出手段と、を備え、前記電流指令信号
と前記電流検出信号の電流偏差に応じた電流制御信号と
搬送波を比較して前記スイッチング素子のオンオフ信号
を出力するオンオフ制御手段とを具備した整流回路の制
御装置。２、特許請求の範囲第１項において、前記電流指令発生
手段は交流電圧の零位相検出信号に同期した一定振幅の
正弦波信号発生手段を持ち、該正弦波信号発生手段の発
生する正弦波信号の振幅を前記負荷電流の大きさに比例
して変化させ正弦波電流指令信号を発生することを特徴
とする整流回路の制御装置。３、特許請求の範囲第１項において、前記オンオフ制御
手段は電流偏差を少なくとも比例補償して電流制御信号
を出力するものであつて、前記正弦波電流指令信号の大
きさによつて比例補償のゲインを切換えるものであるこ
とを特徴とする整流回路の制御装置。