JP2007151208A - Ｐｆｃコンバータの制御回路 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング素子に入力する出力直流電圧指令の算出部を持たないＰＦＣコンバータにおいて、負荷回路の状態に合わせてＰＦＣの出力電圧を可変できる制御回路を提供すること。
【解決手段】ＰＦＣの出力電圧のフィードバック信号２１とマイコン２２からの指令２４を差分演算回路２３に取り込み、差分を制御部１５にフィードバックすることにより、マイコンからの指令２４を負荷回路の状態に合わせて変化させることで制御部１５に取り込まれる値をコントロールすることができ、ＰＦＣの出力電圧を可変制御することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、力率改善（ＰＦＣ）コンバータの制御回路に関するものである。

図３は、従来のＰＦＣコンバータの制御回路図例である。図３（ａ）において、１１は交流電源、１２はダイオードブリッジ、１３はリアクタ、１４はスイッチング素子、１５はスイッチング素子１４の制御部、１６はダイオード、１７は平滑コンデンサ、１８は負荷回路、１９はスイッチング素子１５に入力する出力直流電圧指令２０の算出部、２０はスイッチング素子制御部１５に入力する出力直流電圧指令、２１はＰＦＣの出力電圧のフィードバック信号である。（特許文献１参照）。
図４（ａ）に、力率改善動作をしない場合（図３のスイッチング素子１４がスイッチング動作を行わない場合）の交流電源１１の電圧、ダイオードブリッジ１２の出力電圧、平滑コンデンサ１７の両端の電圧および交流電源１１の電流波形例を示す。入力電源電圧が平滑コンデンサ１７の両端の電圧より高い場合には平滑コンデンサ１７を充電する充電電流が流れ、入力電源電圧が平滑コンデンサ１７の両端の電圧より低い場合には充電電流が流れないため、交流電源１１の電流は、同図（ａ）に示したような電流となる。

一方、力率改善動作をする場合、スイッチング素子１４がスイッチング動作をすることにより、ダイオードブリッジ１２の入力電流は同図（ｂ）に示すように正弦波に近い電流となる。ここでＰＦＣコンバータの力率改善動作の詳細について述べる。

ＰＦＣコンバータは、入力電源電圧が平滑コンデンサ１７両端の電圧（以下ＰＦＣの出力電圧と呼ぶ）より低い場合は、スイッチング素子１４のオン時間を長くしてリアクタ１３に電流を流し、入力電源電圧がＰＦＣの出力電圧より高い場合は、スイッチング素子１４のオン時間を短くしてリアクタ１３に電流が流れないようにして、入力電流の波形を正弦波に近づける動作を行う。

ＰＦＣコンバータは、このようにリアクタ１３に電流を積極的に流すことによって力率改善動作を行うが、同時にリアクタ１３に蓄えたエネルギーをダイオード１６を介して放出することにより、昇圧動作も行う。この昇圧量、すなわちＰＦＣの出力電圧はスイッチング素子１４のデューティを制御するスイッチング素子制御部１５への指令２０によって決定される。しかし、ＰＦＣコンバータの中には図３（ｂ）に示すように算出部１９を持たない種類がある。その場合、あらかじめ設定した一定の直流電圧しか出力することができない。

ここで、算出部１９を持たないＰＦＣコンバータを用いたインバータエアコン用圧縮機等のモータの制御例ついて紹介する。モータの回転数はモータの負荷と印加電圧によって決まる。従って、ある回転数で運転しようとした場合、ＰＦＣは一定の直流電圧しか出力できないため、インバータ部でＰＷＭ（パルス幅変調）制御を行ってモータの平均印加電圧を制御している。この場合、ＰＦＣの出力電圧はエアコンの最大暖房能力運転に必要なモータの回転数に合わせて高い値に設定する必要がある。
特開昭５３−５７５５号公報

しかしながら、前記従来の構成では、ＰＦＣの出力電圧が高いほど、コンバータ回路での昇圧による損失や、インバータ部の損失が大きくなるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、スイッチング素子に入力する出力直流電圧指令の算出部を持たないＰＦＣコンバータにおいて負荷回路の状態に合わせてＰＦＣの出力電圧を可変できる制御回路を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のＰＦＣコンバータの制御回路は、ＰＦＣの出力電圧のフィードバック信号の変わりにＰＦＣの出力電圧のフィードバック信号とマイコンからの指令の差分をスイッチング素子制御部にフィードバックしたものである。

これによって、負荷回路の状態に合わせてＰＦＣの出力電圧を可変することができ、損失の少ないＰＦＣの制御が可能となる。

第１の発明は、スイッチング素子に入力する出力直流電圧指令の算出部を持たないＰＦＣコンバータにおいて、ＰＦＣの出力電圧のフィードバック信号の変わりにＰＦＣの出力電圧のフィードバック信号とマイコンからの指令の差分をスイッチング素子制御部にフィードバックし、負荷回路の状態に合わせてＰＦＣの出力電圧を可変制御するものである。このように制御することにより、ＰＦＣの出力電圧を不必要に高くする必要がなく、損失の少ないＰＦＣの制御が可能となる。

第２の発明は、特に第１の発明のＰＦＣの出力電圧のフィードバック信号とマイコンの指令の差分をスイッチング素子制御部にフィードバックする手段として、差動増幅器を利用したものである。この方法を用いることにより、ＰＦＣの出力電圧とマイコンの指令の回路が互いに干渉しない安定したフィードバック制御が可能となる。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるＰＦＣコンバータの制御回路を示す図である。図１において、ＰＦＣの出力電圧のフィードバック信号２１とマイコン２２からの指令２４を差分演算回路２３に取り込み、差分を制御部１５にフィードバックしたものである。

以上のようなＰＦＣコンバータの制御回路にすることにより、マイコンからの指令２４を負荷回路の状態に合わせて変化させることで制御部１５に取り込まれる値をコントロールすることができ、ＰＦＣの出力電圧を可変制御することが可能となる。
（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施の形態におけるＰＦＣコンバータの制御回路を示す図である。図２において、差分演算回路として、差動増幅器２５を利用している。これによって、互いの回路が干渉しない安定したフィードバック制御が可能となる。

以上のように、本発明は、一定出力のフィードバック制御を可変出力に変更することが可能となるので、フィードバック制御を行うものであれば制御対象に関わらず全てに適用できる。

本発明の実施の形態１におけるＰＦＣコンバータの制御回路図 本発明の実施の形態２におけるＰＦＣコンバータの制御回路図 （ａ）従来のＰＦＣコンバータの制御回路図（ｂ）従来のＰＦＣコンバータの制御回路図（出力電圧指令算出部なし） （ａ）従来例のコンバータ部の電圧電流波形（力率改善をしない場合）示す図（ｂ）従来例のコンバータ部の電圧電流波形（力率改善をする場合）を示す図

符号の説明

１１ 交流電源
１２ ダイオードブリッジ
１３ リアクタ
１４ スイッチング素子
１５ スイッチング素子の制御部
１６ ダイオード
１７ 平滑コンデンサ
１８ 負荷回路
１９ 出力電圧指令算出部
２０ 出力直流電圧指令
２１ ＰＦＣの出力電圧のフィードバック信号
２２ マイコン
２３ 差分演算回路
２４ マイコンからの指令
２５ 差動増幅器

Claims (2)

1. 交流電源を整流して入力し、一定の直流電圧を出力する力率改善（ＰＦＣ）コンバータにおいて、ＰＦＣコンバータの出力電圧とマイコンからの指令の差分をＰＦＣスイッチング素子の制御部にフィードバックすることを特徴とするＰＦＣコンバータの制御回路。
2. ＰＦＣコンバータの出力電圧とマイコンの指令の差分をＰＦＣスイッチング素子の制御部にフィードバックする手段として、差動増幅器を利用した請求項1記載のＰＦＣコンバータの制御回路。

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