JPS63220767A - Power factor improving circuit - Google Patents

Power factor improving circuit

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JPS63220767A
JPS63220767A JP5264787A JP5264787A JPS63220767A JP S63220767 A JPS63220767 A JP S63220767A JP 5264787 A JP5264787 A JP 5264787A JP 5264787 A JP5264787 A JP 5264787A JP S63220767 A JPS63220767 A JP S63220767A
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power supply
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通廣 吉田
Yutaka Yamada
豊 山田
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Abstract

PURPOSE:To stabilize the ON-time of a switching element, by controlling the phase of reference sine wave so that the phase difference of input current against AC power voltage may be made approximate to zero. CONSTITUTION:To an AC power source 1, a full-wave rectification circuit 4 consisting of a diode bridge is connected via a reactor 3, and to a space between the output terminals, a load 8 is connected via a smoothing capacitor 6 and the like. This power factor improving circuit is provided with an input current detecting circuit 11, the voltage waveform detecting circuit 12 of the AC power source 1, and a CPU 17, and the CPU 17 is composed of a zero-cross detecting means 13, a phase difference arithmetic means 14, a reference sine wave producing means 15, and a sine wave approximating PWM waveform producing means 16. Then, from an input current value I0, a phase difference phibetween both end voltage v1 and AC power voltage v0 of a switching element 9 is computed, and reference sine wave vk is delayed by the phase difference phi. from the reference sine wave vk, control signal S1 is produced, and the output is directed to the switching element 9, and both end voltage for the smoothing capacitor 6 is kept constant.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、交流電源端子間に接続された全波整流回路と
、この全波整流回路の出力端子間に逆流防止用ダイオー
ドを介して接続された平滑コンデンサと(以上でコンデ
ンサインプット型整流回路が傳成される)、前記全波整
流回路の入力側または出力側に直列接続されたリアクト
ルと、前記全波整流回路の出力端子間に並列接続された
スイソチング素子とを備え、正弦波近似制御信号によっ
てスイッチング素子をスイッチングすることにより、リ
アクトルのエネルギー蓄積効果を利用して高力率を保持
するように構成された力率改善回路に関する。
[Detailed Description of the Invention] <Industrial Application Field> The present invention provides a full-wave rectifier circuit connected between AC power supply terminals and a backflow prevention diode connected between the output terminals of this full-wave rectifier circuit. (a capacitor input type rectifier circuit is constructed with the above), a reactor connected in series to the input side or output side of the full-wave rectifier circuit, and the output terminal of the full-wave rectifier circuit in parallel. The present invention relates to a power factor correction circuit that is configured to maintain a high power factor by utilizing the energy storage effect of a reactor by switching the switching element using a sinusoidal approximation control signal and having a switching element connected thereto.

〈従来の技術〉 近年、大容量半導体素子の開発に伴い交流電動機の可変
速運転を行うインバータが急速に普及しつつあるが、イ
ンバータに対する直流電源としては一般的にコンデンサ
インプット型整流回路が用いられている。
<Conventional technology> In recent years, with the development of large-capacity semiconductor devices, inverters that operate AC motors at variable speeds are rapidly becoming popular, but capacitor input rectifier circuits are generally used as DC power supplies for inverters. ing.

コンデンサインプット型整流回路は、基本波力率が高い
が、入力電流が高調波含有率の高い突入電流であるため
に波形歪が大きく、総合力率は低い、また、高調波によ
る周辺への障害電力を発生するために、電力系統に重大
な障害を及ぼすという不都合も有している。
Capacitor input rectifier circuits have a high fundamental wave power factor, but because the input current is an inrush current with a high harmonic content, the waveform distortion is large, the overall power factor is low, and harmonics can cause damage to the surrounding area. In order to generate electric power, it also has the disadvantage of causing serious disturbances to the electric power system.

このため、コンデンサインプット型整流回路にリアクト
ルとスイッチング素子を付加することにより、入力電流
波形を歪率の小さい正弦波状に改善するとともに、1総
合力率の向上を図るようにした技術が提案されている(
例えばr電気学会論文誌B t041に2号) (昭和
59年2月)33〜40頁「双方向性スイッチによる整
流電源入力電流波形の改善法」著者;佐々木一部、雨宮
好文□参照)。
For this reason, a technology has been proposed that improves the input current waveform to a sine wave with low distortion and improves the overall power factor by adding a reactor and a switching element to a capacitor input rectifier circuit. There is (
For example, see IEEJ Transactions B t041, No. 2) (February 1980), pp. 33-40, "Method for Improving Rectified Power Supply Input Current Waveforms Using Bidirectional Switches" (authors: Kazuki Sasaki, Yoshifumi Amemiya □).

この文献は電源が三相交流の場合のものであるが、この
文献に開示されている内容を単層交流電源に当てはめて
考察すると次のようになる。
This document is for a three-phase AC power source, but if the contents disclosed in this document are applied to a single-layer AC power source, the following results will be obtained.

第5図に示すように、交流電源31の電圧をダイオード
ブリッジからなる全波整流回路32で全波整流し、その
整流電圧を平滑コンデンサ33で平滑して直流電圧を得
て負荷34に供給する。一方、全波整流回路32の前段
に直列にリアクトル35を挿入するとともに、全波整流
回路32の次段に並列にスイッチング素子36を挿入し
、正弦波近似PWM信号S、によってスイッチング素子
36のオン・オフ時間を適当に制御することにより、リ
アクトル35を流れる入力電流1.の波形を正弦波状に
改善して力率を向上する。なお、37は逆流防止用のダ
イオードである。
As shown in FIG. 5, the voltage of an AC power supply 31 is full-wave rectified by a full-wave rectifier circuit 32 consisting of a diode bridge, and the rectified voltage is smoothed by a smoothing capacitor 33 to obtain a DC voltage, which is supplied to a load 34. . On the other hand, a reactor 35 is inserted in series at the front stage of the full-wave rectifier circuit 32, and a switching element 36 is inserted in parallel at the next stage of the full-wave rectifier circuit 32, and the switching element 36 is turned on by a sine wave approximation PWM signal S. - By appropriately controlling the off time, the input current flowing through the reactor 35 can be reduced to 1. The power factor is improved by improving the waveform to a sine wave. Note that 37 is a diode for preventing backflow.

第6図は、第5図の回路の等価回路を示す、交流型fi
31による電源電圧をV61、スイッチング素子36の
両端電圧をVI 、リアクトル35のインダクタンスを
し、入力電流を10とする。
FIG. 6 shows an equivalent circuit of the circuit in FIG.
It is assumed that the power supply voltage by 31 is V61, the voltage across the switching element 36 is VI, the inductance of the reactor 35 is 10, and the input current is 10.

電源電圧v、=V@  sinω【に対するスイッチン
グ素子36の両端電圧V、の位相差をφ、入力電流i、
の位相差をδとすると、 v、=V1sin(ωを一φ) io = Is  Sin (6) t−δ)この関係
をベクトル表示すると、第7図(A)のようになる、第
7図(B)は電源電圧9゜とスイッチング素子36の両
端電圧!1との位相差φを一定として、<Ilの大きさ
を第7図(A)の場合よりも増加した場合のベクトル図
である。リアクトル35の両端電圧jωL1゜は入力電
流10に対して常に直交するという関係から、!、の大
きさを増加することにより(φは一定)、電源電圧t。
The phase difference between the voltage V across the switching element 36 and the power supply voltage v, = V@sinω[ is φ, the input current i,
Letting the phase difference of (B) is the power supply voltage of 9° and the voltage across the switching element 36! FIG. 7 is a vector diagram when the magnitude of <Il is increased compared to the case of FIG. From the relationship that the voltage jωL1° across the reactor 35 is always orthogonal to the input current 10,! By increasing the magnitude of (φ is constant), the power supply voltage t.

に対する入力電流toの位相差δを減少させることがで
きる。
It is possible to reduce the phase difference δ of the input current to with respect to the input current to.

スイッチング素子36の両端電圧!、の大きさを増加す
るためには、正弦波近似PWM信号S1に基づいたスイ
ッチング素子36のオン時間を短くすればよく、これに
よって、入力電流10の位相を電源電圧!。の位相に近
づけて(δ→0)、基本波力率を改善することができる
Voltage across switching element 36! In order to increase the magnitude of , it is sufficient to shorten the on time of the switching element 36 based on the sine wave approximation PWM signal S1, thereby changing the phase of the input current 10 to the power supply voltage ! . (δ→0), the fundamental wave power factor can be improved.

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、このような構成を有する従来例の場合に
は、次のような問題点がある。
<Problems to be Solved by the Invention> However, the conventional example having such a configuration has the following problems.

スイッチング素子36の両端電圧9.の大きさを増加す
るためにスイッチング素子36のオン時間を短(すると
、リアクトル35の蓄積エネルギーが少なくなり、平滑
コンデンサ33の両端の直流電圧VOCが低くなってし
まう、ところが、スイッチング素子36の両端電圧V+
の大きさは直流電圧VDCに依存するから、結局、スイ
ッチング素子36の両端電圧V+ の大きさを増加させ
ることができない。
Voltage across the switching element 369. In order to increase the size of the switching element 36, the ON time of the switching element 36 is shortened. Voltage V+
Since the magnitude of V+ depends on the DC voltage VDC, the magnitude of the voltage V+ across the switching element 36 cannot be increased.

第4図(B)の破線で示すように、スイッチング素子3
6の両端電圧V、と交流電源31の電源電圧v0との位
相差φを一定に保持した状態で、スイッチング素子9の
両端電圧v1の大きさ■、のみを制御した場合、入力電
流値1.の変化に対する力率の特性は第4図(A)の破
線で示すように、あまり良い特性とはなっていない。
As shown by the broken line in FIG. 4(B), the switching element 3
When only the magnitude (■) of the voltage v1 across the switching element 9 is controlled while the phase difference φ between the voltage V across the switching element 9 and the power supply voltage v0 of the AC power source 31 is held constant, the input current value 1. As shown by the broken line in FIG. 4(A), the characteristics of the power factor with respect to changes in are not very good.

また、本来一定であるべき直流電圧Vileが低下する
ことは決して好ましいことではなく、この点からも制御
性が悪いものとなる。
Furthermore, it is not at all preferable that the DC voltage Vile, which should originally be constant, decreases, and from this point of view as well, controllability becomes poor.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであっ
て、リアクトルによるエネルギー蓄積効果を有効利用し
て力率の改善度および制御性を向上することを目的とす
る。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to improve the power factor improvement degree and controllability by effectively utilizing the energy storage effect of the reactor.

〈問題点を解決するための手段〉 本発明は、このような目的を達成するために、次のよう
な構成をとる。
<Means for Solving the Problems> In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.

即ち、本発明の力率改善回路は、 交流電源端子(2a、  2 b)間に接続された全波
整流回路(4)と、この全波整流回路(4)の出力端子
間に逆流防止用ダイオード(5)を介して接続された平
滑コンデンサ(6)と、前記全波整流回路(4)の入力
側または出力側に直列接続されたリアクトル(3)と、
前記全波整流回路(4)の出力端子間に並列接続された
スイッチング素子(9)とを備えた力率改善回路であつ
て、前記全波整流回路(4)に対する入力電流(1゜)
を検出する入力電流検出回路(II) と、交流電源電
圧(v0)のゼロ電圧位相を検出するゼロクロス検出手
段(13)と、 前記入力電流検出回路(11)が検出した入力電流値(
10)に基づいて前記スイッチング素子(9)の両端電
圧(V、〉の、交流電源電圧(V、)に対する位相差(
φ)を算出する位相差演算手段(14)と、 算出された位相差(φ)に基づいて前記ゼロクロス検出
手段(]3)によるゼロ電圧位相を基準として基準正弦
波(vx ”)を作成する基準正弦波作成手段(15)
と、 前記スイッチング素子(9)の両端電圧(vl)の波形
を正弦波に近似させる正弦波近似制御信号(Sl)を前
記基準正弦波(VK)に基づいて作成し前記スイッチン
グ素子(9)に与える正弦波近(以制御波形作成手段(
16) とを備えたものである。
That is, the power factor correction circuit of the present invention includes a full-wave rectifier circuit (4) connected between the AC power supply terminals (2a, 2b) and a backflow prevention circuit between the output terminal of this full-wave rectifier circuit (4). a smoothing capacitor (6) connected via a diode (5), and a reactor (3) connected in series to the input side or output side of the full-wave rectifier circuit (4);
A power factor correction circuit comprising a switching element (9) connected in parallel between the output terminals of the full-wave rectifier circuit (4), the input current (1°) to the full-wave rectifier circuit (4)
an input current detection circuit (II) that detects the zero voltage phase of the AC power supply voltage (v0), a zero cross detection means (13) that detects the zero voltage phase of the AC power supply voltage (v0), and an input current value (
10), the phase difference (
a phase difference calculation means (14) for calculating the phase difference (φ); and a reference sine wave (vx '') based on the zero voltage phase detected by the zero cross detection means (]3) based on the calculated phase difference (φ). Reference sine wave creation means (15)
A sine wave approximation control signal (Sl) that approximates the waveform of the voltage (vl) across the switching element (9) to a sine wave is created based on the reference sine wave (VK) and applied to the switching element (9). Near the given sine wave (hereinafter referred to as control waveform creation means)
16) It is equipped with the following.

く作用〉 本発明の構成による作用は、次の通りである。Effect〉 The effects of the configuration of the present invention are as follows.

即ち、位相差演算手段(14)が入力電流値(■。)に
基づいてスイッチング素子(9)の両端電圧(vl)の
交流電源電圧(v0)に対する位相差(φ)を算出し、
基準正弦波作成手段(15)が交流電源電圧(v0)の
ゼロクロスのタイミングから位相差(φ)だけ遅らせて
基準正弦波(v6)を作成し、正弦波近似制御波形作成
手段(16)が基準正弦波(vK)に基づいて正弦波近
似制御信号(Sl)を作成してスイッチング素子(9)
に出力する。
That is, the phase difference calculation means (14) calculates the phase difference (φ) of the voltage (vl) across the switching element (9) with respect to the AC power supply voltage (v0) based on the input current value (■.),
The reference sine wave creation means (15) creates a reference sine wave (v6) by delaying the zero cross timing of the AC power supply voltage (v0) by a phase difference (φ), and the sine wave approximation control waveform creation means (16) creates the reference sine wave (v6). A sine wave approximation control signal (Sl) is created based on the sine wave (vK) and the switching element (9)
Output to.

このようにスイッチング素子(9)を制御すると、スイ
ッチング素子(9)の両端電圧(V、)ひいては入力電
流(1,)が正弦波状になるとともに、交流電源電圧(
v0)に対する入力電流(10)の位相差(δ)がゼロ
に近づく。
When the switching element (9) is controlled in this way, the voltage (V,) across the switching element (9) and the input current (1,) become sinusoidal, and the AC power supply voltage (
The phase difference (δ) of the input current (10) with respect to v0) approaches zero.

位相差(δ)をゼロに近づけるのに、基準正弦波(v0
)の位相(φ)を変化させるようにしであるので、正弦
波近似制御信号(S、)のデエーティ比を一定に保って
スイッチング素子(9)のオン時間が安定化し、リアク
トル(3)によるエネルギー蓄積効果は変わらない。そ
の結果、平滑コンデンサ(6)の両端の直流電圧(VD
。)は一定に保持されることになる。
To bring the phase difference (δ) close to zero, the reference sine wave (v0
Since the phase (φ) of ) is changed, the duty ratio of the sine wave approximation control signal (S, ) is kept constant, the on-time of the switching element (9) is stabilized, and the energy generated by the reactor (3) is The cumulative effect remains unchanged. As a result, the DC voltage (VD
. ) will be held constant.

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
<Example> Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail based on the drawings.

第1図は実施例に係る力率改善回路の回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of a power factor correction circuit according to an embodiment.

交流電源1を接続する交流電源端子2a、2b間にチラ
ークコイル等の・リアクトル3を介してダイオードブリ
ッジからなる余波整流回路4が接続されている。全波整
流回路4の出力端子間に逆流防止用のダイオード5を介
して平滑コンデンサ6が接続され、平滑コンデンサ6の
出力端子7a。
An aftereffect rectifier circuit 4 consisting of a diode bridge is connected between AC power supply terminals 2a and 2b to which the AC power supply 1 is connected via a reactor 3 such as a chiller coil. A smoothing capacitor 6 is connected between the output terminals of the full-wave rectifier circuit 4 via a diode 5 for preventing backflow, and an output terminal 7a of the smoothing capacitor 6.

7b間に負荷8が接続されている。この負荷8としては
、インバータ駆動式空気調和機におけるインバータ回路
のほか、スイッチングレギュレータでもよい、全波整流
回路4の出力端子間にパワートランジスタやパワーMO
3−FETなどのスイッチング素子9が並列接続されて
いる。
A load 8 is connected between 7b and 7b. This load 8 may be an inverter circuit in an inverter-driven air conditioner, a switching regulator, or a power transistor or a power MO between the output terminals of the full-wave rectifier circuit 4.
Switching elements 9 such as 3-FETs are connected in parallel.

また、交流電源lと全波整流回路4とを接続する電源ラ
インに設けられた変流器CTがt−V変換回路10に接
続されて全波整流回路4に対する入力電流1.を検出す
る入力電流検出回路11を構成している。I−V変換回
路10は、変流器CTがピックアップした交流の入力電
流i、の平均値I。
Further, a current transformer CT provided in the power line connecting the AC power supply l and the full-wave rectifier circuit 4 is connected to the t-V conversion circuit 10, so that the input current to the full-wave rectifier circuit 4 is 1. It constitutes an input current detection circuit 11 that detects. The IV conversion circuit 10 calculates the average value I of the AC input current i picked up by the current transformer CT.

を直流電圧■、に変換するものであり、ダイオードブリ
ッジDB、 、抵抗R,およびコンデンサC3から構成
されている。
It converts the voltage into a direct current voltage (2), and is composed of a diode bridge DB, , a resistor R, and a capacitor C3.

12は交流電源1の電源電圧V、の波形を検出するt源
電圧波形検出回路であり、交流電源端子2a、2b間に
接続された降圧トランス71%ダイオードブリッジDB
、および抵抗Rよから構成されている。
12 is a t-source voltage waveform detection circuit that detects the waveform of the power supply voltage V of the AC power supply 1, and includes a step-down transformer 71% diode bridge DB connected between the AC power supply terminals 2a and 2b.
, and a resistor R.

13は電源電圧波形検出回路12による電源電圧V。13 is a power supply voltage V detected by the power supply voltage waveform detection circuit 12;

のゼロ電圧位相を検出するゼロクロス検出手段である。This is a zero cross detection means for detecting the zero voltage phase of the voltage.

14はi−v変換回路10からの直流電圧■、に基づい
て、スイッチング素子9の両端電圧v、と交流型i1!
X1の電源電圧V、との位相差φを演算する位相差演算
手段である0位相差φは、関数記号をg、hとして、 φ= g (VP ) = h (T o )   ・
・・・・・・・・・・・■で表すことができる。
14 is the voltage v across the switching element 9 and the AC type i1! based on the DC voltage ■ from the i-v conversion circuit 10.
The zero phase difference φ, which is a phase difference calculation means for calculating the phase difference φ between X1 and the power supply voltage V, is expressed as follows, where the function symbols are g and h, φ= g (VP) = h (T o ) ・
It can be expressed as ・・・・・・・・・・・・■.

15は変調度H(定数)と位相差φとに基づいて、ゼロ
クロス検出手段13によるゼロ電圧位相を基準として、
基準正弦波V、Iを、式、 v8千Hsin (θ−φ)    ・・・・・・・・
・・・・■に従って作成する基準正弦波作成手段である
15 is based on the modulation degree H (constant) and the phase difference φ, with the zero voltage phase detected by the zero cross detection means 13 as a reference,
The reference sine waves V and I are expressed as: v8,000Hsin (θ-φ) ・・・・・・・・・
...This is a reference sine wave creation means created according to ■.

式■におけるθは交流電源1の電源電圧v0の位相であ
り、電源周波数をFとすると、θ−2πFtである。
θ in equation (2) is the phase of the power supply voltage v0 of the AC power supply 1, and when the power supply frequency is F, it is θ−2πFt.

式■、■から、 Vw −Hsin (θ−h(1゜))・・・・・・・
・・・・・■である。
From formulas ■ and ■, Vw - Hsin (θ-h (1°))...
...■.

変調度Hは、負荷8に供給すべき必要な直流電圧VBを
一定にするために所定の一定値に決められる。従って、
基準正弦波vgは、結局、検出した入力電流値■。に基
づいて作成されることになる。
The modulation degree H is determined to be a predetermined constant value in order to keep the necessary DC voltage VB to be supplied to the load 8 constant. Therefore,
The reference sine wave vg is, after all, the detected input current value ■. It will be created based on.

16はスイッチング素子9をオン・オフ制御するための
正弦波近4fJ P W M信号S、を基準正弦波vK
に基づいて作成する正弦波近似PWM波形作成手段であ
る。正弦波近似PWM信号S1は、スイッチング素子9
の両端電圧V、が入力電流lゆの波形を正弦波に近づけ
る電圧となるようにスイッチング素子9をスイッチング
するための信号である。
16 is a near sine wave 4fJ PWM signal S for on/off control of the switching element 9, which is a reference sine wave vK.
This is a sine wave approximation PWM waveform creation means that is created based on. The sine wave approximation PWM signal S1 is transmitted through the switching element 9
This is a signal for switching the switching element 9 so that the voltage V across the input current l becomes a voltage that makes the waveform of the input current l approach a sine wave.

前述のゼロクロス検出手段13、位相差演算手段14、
基準正弦波作成手段15および正弦波近イ以pwM波形
作成手段16は、マイクロコンピュータのCPU17に
よるソフト処理によって実現される。
The aforementioned zero cross detection means 13, phase difference calculation means 14,
The reference sine wave creation means 15 and the sine wave near-pwM waveform creation means 16 are realized by software processing by the CPU 17 of the microcomputer.

次に、動作原理を説明する。説明の都合上、入力電流を
io  (θ)で表す。
Next, the principle of operation will be explained. For convenience of explanation, the input current is expressed as io (θ).

スイッチング素子9の両端電圧v1の基本渡分の位相が
電源電圧v0に対してφだけ遅れているから、 Vow、r丁V、  Sinθ V+−r丁Vlsjn(θ−φ) となる、このときの電圧方程式は、 dθ 5丁(V、  sinθ−V、5in(θ−φ))・・
・・・・・・・・・・■ と表せる0式■の両辺を積分して入力電流10(θ)を
求めると、 T to  (θ)−□× ωL V、  sfnφ V、  sinφ ・・・・・・・・・・・・■ が得られる。ただし、 ωL ・・・・・・・・・・・・■ である、電源電圧v0に対する入力電流io  (θ)
の位相差をδとすると、式■から、 V、  sinφ である、入力電流i、(θ)と電源電圧V・とが同相、
即ち、δ−〇のとき、式■から、v、  v、cosφ
≠0     ・・−・・−・−中棒−・■である。ま
た、このときの入力電流10 (θ)の大きさIoは、
式■を式■に代入して、1 、 = −sinφ   
  ・・・・・・・・・・・・■ωL となるや弐〇から、 cosφ−V6/Vl        ・・・・・・・
・・・・・[株]式■から、 sinφ=ωL−ro /V+    ・・・・・・・
・・・・・■゛ 従って、 tanφ−ωL・■。/v、   ・・・・・・・・・
・・・[相]以上のことから、任意の入力電流10 (
θ)について、入力電流to  (θ)の位相と電源電
圧v0の位相とを同相(δ−〇)にするためのスイッチ
ング素子9の両端電圧v1の位相差φの条件は、弐〇よ
り、 O である。
Since the phase of the basic voltage distribution of the voltage v1 across the switching element 9 is delayed by φ with respect to the power supply voltage v0, Vow, rV, Sinθ V+−rVlsjn(θ−φ) is obtained. The voltage equation is dθ5 (V, sinθ-V, 5in(θ-φ))...
・・・・・・・・・・・・■ If we integrate both sides of the 0 formula ■ to find the input current 10(θ), we get T to (θ)−□×ωL V, sfnφ V, sinφ ・・・・・・・・・・・・■ is obtained. However, the input current io (θ) with respect to the power supply voltage v0, which is ωL...
If the phase difference of is δ, then from equation (■), the input current i, (θ) and the power supply voltage V, which are V, sinφ, are in phase,
That is, when δ−〇, from the formula ■, v, v, cosφ
≠0 ・・−・・−・−Medium bar−・■. Also, the magnitude Io of the input current 10 (θ) at this time is:
Substituting the formula ■ into the formula ■, 1, = −sinφ
・・・・・・・・・・・・■ωL From 2〇, cosφ−V6/Vl ・・・・・・・・・
...From the [stock] formula ■, sinφ=ωL-ro /V+ ...
・・・・・・■゛ Therefore, tanφ−ωL・■. /v, ・・・・・・・・・
...[Phase] From the above, any input current 10 (
Regarding θ), the condition for the phase difference φ between the voltage v1 across the switching element 9 in order to bring the phase of the input current to (θ) and the phase of the power supply voltage v0 into the same phase (δ−〇) is as follows from ゐ〇: O It is.

即ち、式0の条件を満たすようにスイッチング素子9の
両端電圧v、の位相差φを制御すれば、入力電流to 
 (θ)を電源電圧v0と同相にすることが可能である
。ωL、、Voが判っているとすると、入力電流i6 
 (θ)の大きさ1.を検出すれば、電源電圧V、に対
するスイッチング素子9の両端電圧v、の位相差φが判
る。
That is, if the phase difference φ between the voltage v across the switching element 9 is controlled so as to satisfy the condition of Equation 0, the input current to
(θ) can be made in phase with the power supply voltage v0. Assuming that ωL,,Vo are known, the input current i6
(θ) size 1. By detecting , the phase difference φ between the voltage V across the switching element 9 and the power supply voltage V can be determined.

スイッチング素子9の両端電圧V、の位相差φを以上の
ように制御するのが、スイッチング素子9を正弦波近似
PWM信号S、に基づいてオン・オフ制御するCPU1
7である。
The phase difference φ between the voltage V across the switching element 9 is controlled as described above by the CPU 1, which controls the switching element 9 on and off based on the sine wave approximation PWM signal S.
It is 7.

さて、変流器CTによってピックアップされた入力電流
to  (θ)の大きさ1.はI−V変換回路IOによ
って直流電圧v7に変換された後、CPU17に読み込
まれる。また、ゼロクロス検出手段13が交流電源工の
電源電圧V、のゼロ電圧位相を検出してCPU17に出
力する。
Now, the magnitude of the input current to (θ) picked up by the current transformer CT is 1. is converted into a DC voltage v7 by the IV conversion circuit IO, and then read into the CPU 17. Further, the zero cross detection means 13 detects the zero voltage phase of the AC power supply voltage V, and outputs it to the CPU 17.

CPU17は、電源電圧V、の大きさvoと、リアクト
ル3のリアクタンスωLと、読み込んだ入力端子値Is
  (つまりVF)とから、式0に基づいて位相差φを
算出する。
The CPU 17 calculates the magnitude vo of the power supply voltage V, the reactance ωL of the reactor 3, and the read input terminal value Is.
(that is, VF), the phase difference φ is calculated based on equation 0.

そして、スイッチング素子9の両端電圧v1が電源電圧
v0に対してそのゼロクロス時点よりも位相差φだけ遅
れた波形となるように、基準正弦波vKに基づいてオン
、オフデエーティが定められた正弦波近(luPWM信
号S1をスイッチング素子9に対して出力する。
Then, a sine wave near the sine wave whose on/off duty is determined based on the reference sine wave vK so that the voltage v1 across the switching element 9 has a waveform delayed by the phase difference φ from the zero-cross point with respect to the power supply voltage v0. (The luPWM signal S1 is output to the switching element 9.

このようにスイッチング素子9をスイッチングすると、
入力電流io  (θ)は、結局、弐〇、■から、 i、  (θ) #I’T1.sinθとなり、入力端
子is  (θ)を正弦波に近似した波形とすることが
できるとともに、入力電流i。
When the switching element 9 is switched in this way,
The input current io (θ) is finally given by 2〇, ■, i, (θ) #I'T1. sin θ, the input terminal is (θ) can have a waveform approximating a sine wave, and the input current i.

と交流電1111の電源電圧V、との位相差δをゼロに
して基本波力率を1とすることができる。
The fundamental wave power factor can be set to 1 by setting the phase difference δ between the power supply voltage V of the AC power source 1111 to zero.

一方、高調波分は無効電力になるので、これをできるだ
け小さくするのが望ましく、そのために、スイッチング
素子9に対するスイッチングの周波数を高くして、高速
スイッチングを行うことにより、高調波分による無効電
力を抑える。
On the other hand, since the harmonic components become reactive power, it is desirable to reduce this as much as possible.For this purpose, the switching frequency of the switching element 9 is increased to perform high-speed switching, thereby reducing the reactive power due to the harmonic components. suppress.

以上の相乗によって、全体として総合力率を改善してい
る。
The synergy of the above factors improves the overall power factor as a whole.

CPU17から出力されてスイッチング素子9をスイッ
チングする正弦波近似PWM信号S1の一例を第2図に
示す。
FIG. 2 shows an example of the sine wave approximation PWM signal S1 that is output from the CPU 17 and switches the switching element 9.

基準正弦波VK −Hsin (θ−φ)は電源電圧V
、よりも位相がφだけ遅れている。この基準正弦波VK
に基づいて作成された正弦波近似PWM信号S、は矩形
波である。この正弦波近似PWM信号SLによってスイ
ッチング素子9がスイッチングされた場合のスイッチン
グ素子90両端電圧V−は、電源電圧V、に対してφだ
け位相の遅れた整流波形となる。
The reference sine wave VK −Hsin (θ−φ) is the power supply voltage V
, the phase is delayed by φ. This reference sine wave VK
The sine wave approximation PWM signal S, created based on , is a rectangular wave. When the switching element 9 is switched by this sine wave approximation PWM signal SL, the voltage V- across the switching element 90 becomes a rectified waveform whose phase is delayed by φ with respect to the power supply voltage V.

ところで、正弦波近似P W M (?r号S、のOF
Fデエーティが長いほど、変調度Hは大きくなり、OF
Fデエーティが短くなるにつれて変調度Hは減少する。
By the way, the OF of the sine wave approximation P W M (?r S,
The longer the F deity, the greater the modulation degree H, and the OF
As the F deity becomes shorter, the modulation degree H decreases.

このように正弦波近似PWM信号S。In this way, the sine wave approximation PWM signal S.

のOFFデユーティと変調度Hとは1対1の関係をもつ
から、OFFデユーティの調整によって変調度H即ちス
イッチング素子9の両端電圧Vlの大きさvlを制御す
ることができる。このように変調度H(つまりは電圧v
、の大きさV1)の制御によって入力電流i、と交流電
源1の電源電圧V、との位相差δをゼロにするようにし
たのが、既に述べた従来例の場合である。
Since the OFF duty and the modulation degree H have a one-to-one relationship, the modulation degree H, that is, the magnitude vl of the voltage Vl across the switching element 9 can be controlled by adjusting the OFF duty. In this way, the modulation degree H (that is, the voltage v
In the conventional example described above, the phase difference δ between the input current i and the power supply voltage V of the AC power supply 1 is made zero by controlling the magnitude V1) of .

しかし、本実施例は、変調度Hを一定に固定し、スイッ
チング素子9の両端電圧V、と交流電源1の電源電圧V
・との位相差φを入力電流値!。に応じて制御すること
により、入力電流10と交流電源1の電源電圧v0との
位相差δをゼロにするようにしたものである。
However, in this embodiment, the modulation degree H is fixed constant, and the voltage V across the switching element 9 and the power supply voltage V of the AC power supply 1 are
・The input current value is the phase difference φ! . The phase difference δ between the input current 10 and the power supply voltage v0 of the AC power supply 1 is made to be zero by controlling according to the following.

CPU17による位相差演算手段14は、読み込んだ入
力電流値I0に基づいてスイッチング素子9の両端電圧
v1と交流電源lの電源電圧V、との位相差φを算出し
、基準正弦波作成手段15は、ゼロクロス検出手段13
が交流電[1の電源電圧Veのゼロクロスの位相を検出
したタイミングから位相差φだけ遅らせて基準正弦波v
K−Hsin (θ−φ)を作成し、正弦波近似PWM
波形作成手段16は、基準正弦波V、とキャリア波(三
角波)とに基づいて正弦波近似PWM信号Slを作成し
、その正弦波近似PWM信号S1に基づいてスイッチン
グ素子9をスイッチング制御する。
The phase difference calculation means 14 by the CPU 17 calculates the phase difference φ between the voltage v1 across the switching element 9 and the power supply voltage V of the AC power supply l based on the read input current value I0, and the reference sine wave creation means 15 , zero cross detection means 13
is delayed by a phase difference φ from the timing at which the zero-crossing phase of the power supply voltage Ve of the AC current [1] is detected, and then the reference sine wave v
Create K-Hsin (θ-φ) and perform sine wave approximation PWM
The waveform creation means 16 creates a sine wave approximation PWM signal Sl based on the reference sine wave V and a carrier wave (triangular wave), and controls the switching of the switching element 9 based on the sine wave approximation PWM signal S1.

このように制御することによって、入力電流i。By controlling in this way, the input current i.

を正弦波状にでき、かつ、入力電流五〇と交流電源1の
電源電圧v0との位相差δをゼロに近づけて基本波力率
を1に近づけることができる。
can be made into a sinusoidal waveform, and the phase difference δ between the input current 50 and the power supply voltage v0 of the AC power supply 1 can be brought close to zero, and the fundamental wave power factor can be brought close to 1.

以上のように、入力電流10の平均値■。に応じて位相
差φを制御することによって、正弦波近似PWM信号S
lの作成のもとになる基準正弦波v1を作成する一方、
変調度Hの方は一定に保持するから、平滑コンデンサ6
から出力される直流電圧V・Cの変動を抑制することが
できる。この点を、第3図に示すベクトル図に基づいて
説明する。
As mentioned above, the average value of input current 10 is ■. By controlling the phase difference φ according to the sine wave approximation PWM signal S
While creating the reference sine wave v1 that is the basis for creating l,
Since the modulation degree H is kept constant, the smoothing capacitor 6
Fluctuations in the DC voltage V·C output from the converter can be suppressed. This point will be explained based on the vector diagram shown in FIG.

スイッチング素子9の両端電圧V+の大きさV。The magnitude V of the voltage V+ across the switching element 9.

を一定にして、電源電圧!。とスイッチング素子9の両
端電圧9Iとの位相差φを減少させると(図(A)−図
(B)) 、リアクトル3の両端電圧jωL!。が入力
電流10に対して常に直交するという関係から、電源電
圧!。に対する入力電流!、の位相差δを減少させるこ
とができる。そして、この位相差δがゼロになるように
、基準正弦波Vに−Hsin (θ−φ)を作成してス
イッチング素子9の両端電圧!1の位相φを制御するか
ら、入力電流1.を電源電圧tゆに対して同相に近づけ
ることができ、基本波力率を改善することができる。
Keep the power supply voltage constant! . When the phase difference φ between the voltage 9I across the switching element 9 and the voltage 9I across the switching element 9 is decreased (Figures (A) and (B)), the voltage across the reactor 3 jωL! . From the relationship that is always orthogonal to the input current 10, the power supply voltage! . Input current for! , the phase difference δ can be reduced. Then, -Hsin (θ-φ) is created in the reference sine wave V so that this phase difference δ becomes zero, and the voltage across the switching element 9 is reduced! Since the phase φ of 1.1 is controlled, the input current 1. can be brought close to being in phase with the power supply voltage t, and the fundamental wave power factor can be improved.

この場合、基準正弦波vKの位相φを変化させるのみで
、スイッチング素子9の両端電圧Vlの大きさ■1は一
定に保持するから、正弦波近似PWM信号S+における
オフ期間のデユーティ比は一定に保持され、スイッチン
グ素子9のオン時間。
In this case, the magnitude 1 of the voltage Vl across the switching element 9 is kept constant by only changing the phase φ of the reference sine wave vK, so the duty ratio during the off period of the sine wave approximation PWM signal S+ remains constant. The on-time of the switching element 9 is maintained.

は不変となるため、リアクトル3によるエネルギー蓄積
効果には変わりがない、その結果、平滑コンデンサ6の
両端の直流電圧VIICは一定に保持されることになり
、制御性も良い。
remains unchanged, so there is no change in the energy storage effect of the reactor 3. As a result, the DC voltage VIIC across the smoothing capacitor 6 is held constant, resulting in good controllability.

第4図CB)の実線で示すように、スイッチング素子9
の両端電圧V、の大きさ■1を一定に保持した状態で、
スイッチング素子9の両端電圧V。
As shown by the solid line in FIG. 4 CB), the switching element 9
With the voltage across the terminals V, the magnitude ■1 held constant,
Voltage V across switching element 9.

と交流電源1の電源電圧v0との位相差φのみを制御し
た場合、入力電流値■。の変化に対する力率の特性は第
4図(A)の実線で示すように、従来例(破la)の場
合よりも改善されている。
When only the phase difference φ between and the power supply voltage v0 of the AC power supply 1 is controlled, the input current value ■. As shown by the solid line in FIG. 4(A), the characteristics of the power factor with respect to changes in are improved over those of the conventional example (broken la).

なお、上記実施例では、リアクトル3は全波I波回路4
の前段に挿入したが、リアクトル3を全波整流回路4の
出力端子とダイオード5のアノードとの間に挿入しても
よい。
In addition, in the above embodiment, the reactor 3 is a full-wave I-wave circuit 4.
However, the reactor 3 may be inserted between the output terminal of the full-wave rectifier circuit 4 and the anode of the diode 5.

〈発明の効果〉 本発明によれば、次の効果が発揮される。<Effect of the invention> According to the present invention, the following effects are achieved.

交流電源電圧(vo ) 辷対する入力端子(i。)の
位相差(δ)をゼロに近づけるのに、基準正弦波(v0
)の位相(φ)を制御するため、正弦波近似制御信号(
S+ )のデユーティ比を一定に保ってスイッチング素
子、(9)のオン時間を安定化することができる。
The reference sine wave (v0) is used to bring the phase difference (δ) between the input terminal (i.
) to control the phase (φ) of the sine wave approximation control signal (
By keeping the duty ratio of S+) constant, the on-time of the switching element (9) can be stabilized.

即ち、リアクトル(3)によるエネルギー蓄積効果を有
効利用しながら、入力電流(10)の波形を正弦波状に
改善できるとともに、交流電源電圧(v0)に対する入
力電流(i、)の位相差(δ)をゼロに近づけて力率を
改善することができる。
That is, while effectively utilizing the energy storage effect of the reactor (3), the waveform of the input current (10) can be improved to a sinusoidal waveform, and the phase difference (δ) of the input current (i, ) with respect to the AC power supply voltage (v0) can be improved. It is possible to improve the power factor by bringing it closer to zero.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図ないし第4図は本発明の実施例に係り、第1図は
力率改善回路の回路図、第2図は動作説明に供する波形
図、第3図はベクトル図、第4図は特性図である。第5
図ないし第7図は従来例に係り、第5図は力率改善回路
の回路図、第6図は第5図の等価回路図、第7図はベク
トル図である。 1・・・交流電源 2a、2b・・・交流電源端子 3・・・リアクトル 4・・・全波整流回路 5・・・逆流防止用ダイオード 6・・・平滑コンデンサ 9・・・スイッチング素子 11・・・入力電流検出回路 13・・・ゼロクロス検出手段 14・・・位相差演算手段 15・・・基準正弦波作成手段 16・・・正弦波近似制御波形作成手段■、・・・交流
電源電圧 i、・・・入力電流 ■、・・・入力電流値 v、・・・スイッチング素子の両端電圧φ・・・V、に
対するvlの位相差 Vよ・・・基準正弦波
Figures 1 to 4 relate to embodiments of the present invention, where Figure 1 is a circuit diagram of a power factor correction circuit, Figure 2 is a waveform diagram for explaining operation, Figure 3 is a vector diagram, and Figure 4 is a diagram of a power factor correction circuit. It is a characteristic diagram. Fifth
7 to 7 relate to a conventional example, FIG. 5 is a circuit diagram of a power factor correction circuit, FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of FIG. 5, and FIG. 7 is a vector diagram. 1... AC power supply 2a, 2b... AC power supply terminal 3... Reactor 4... Full wave rectifier circuit 5... Backflow prevention diode 6... Smoothing capacitor 9... Switching element 11. ... Input current detection circuit 13 ... Zero cross detection means 14 ... Phase difference calculation means 15 ... Reference sine wave creation means 16 ... Sine wave approximation control waveform creation means ■, ... AC power supply voltage i ,...input current ■,...input current value v,...phase difference V of vl with respect to voltage φ...V across the switching element...reference sine wave

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)交流電源端子(2a、2b)間に接続された全波
整流回路(4)と、この全波整流回路(4)の出力端子
間に逆流防止用ダイオード(5)を介して接続された平
滑コンデンサ(6)と、前記全波整流回路(4)の入力
側または出力側に直列接続されたリアクトル(3)と、
前記全波整流回路(4)の出力端子間に並列接続された
スイッチング素子(9)とを備えた力率改善回路であっ
て、前記全波整流回路(4)に対する入力電流 (i_0)を検出する入力電流検出回路(11)と、交
流電源電圧(v_0)のゼロ電圧位相を検出するゼロク
ロス検出手段(13)と、 前記入力電流検出回路(11)が検出した入力電流値(
I_0)に基づいて前記スイッチング素子(9)の両端
電圧(v_1)の、交流電源電圧(v_0)に対する位
相差(φ)を算出する位相差演算手段(14)と、 算出された位相差(φ)に基づいて前記ゼロクロス検出
手段(13)によるゼロ電圧位相を基準として基準正弦
波(v_K)を作成する基準正弦波作成手段(15)と
、 前記スイッチング素子(9)の両端電圧(v_1)の波
形を正弦波に近似させる正弦波近似制御信号(S_1)
を前記基準正弦波(v_K)に基づいて作成し前記スイ
ッチング素子(9)に与える正弦波近似制御波形作成手
段(16) とを備えた力率改善回路。
(1) A full-wave rectifier circuit (4) connected between AC power supply terminals (2a, 2b) and a backflow prevention diode (5) connected between the output terminal of this full-wave rectifier circuit (4). a smoothing capacitor (6), and a reactor (3) connected in series to the input side or output side of the full-wave rectifier circuit (4);
A power factor correction circuit comprising a switching element (9) connected in parallel between the output terminals of the full-wave rectifier circuit (4), which detects an input current (i_0) to the full-wave rectifier circuit (4). an input current detection circuit (11) that detects the zero voltage phase of the AC power supply voltage (v_0); and a zero cross detection means (13) that detects the zero voltage phase of the AC power supply voltage (v_0);
a phase difference calculating means (14) for calculating a phase difference (φ) between the voltage (v_1) across the switching element (9) and the AC power supply voltage (v_0) based on the calculated phase difference (φ); ); and a reference sine wave generating means (15) for generating a reference sine wave (v_K) based on the zero voltage phase detected by the zero-cross detecting means (13); Sine wave approximation control signal (S_1) that approximates the waveform to a sine wave
a sine wave approximation control waveform creation means (16) for creating a sine wave approximate control waveform based on the reference sine wave (v_K) and applying it to the switching element (9).
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0529291U (en) * 1991-09-27 1993-04-16 東光株式会社 Switching power supply
KR100312741B1 (en) * 1999-09-04 2001-11-03 윤종용 Phase detecting circuit of an air - conditioner

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KR100312741B1 (en) * 1999-09-04 2001-11-03 윤종용 Phase detecting circuit of an air - conditioner

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