JP2008086155A - Power supply - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power supply for ensuring a voltage boost and a harmonic frequency suppression, and efficiently supplying power when AC power is converted into DC power, and supplied to a load. <P>SOLUTION: The power supply 1 for converting the AC power into the DC power and supplying it to the load has a first filter function for improving a waveform by implementing a high-frequency switching operation of a switching element over the total range of the input voltage waveform and a second filter function for improving the waveform by implementing a switching operation of the switching element in a portion of the input voltage waveform, and selectively operates the first and second filter functions based on an input current value. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、交流電力を直流電力に変換して負荷に供給するための電源装置に関するものである。   The present invention relates to a power supply apparatus for converting alternating current power into direct current power and supplying it to a load.

近年空気調和機等においては、インバータを用いて圧縮機駆動用の電動機の回転数を可変制御する方式が一般的になっている。このようなインバータは所謂ＰＷＭ制御によって電動機に印加される電力の周波数を制御するものであるが、インバータに入力される電力は直流電力である必要があるため、商用電源を使用する場合には、交流電力を直流電力に変換する電源装置が必要となる。   In recent years, in air conditioners and the like, a method of variably controlling the rotation speed of an electric motor for driving a compressor using an inverter has become common. Such an inverter controls the frequency of power applied to the motor by so-called PWM control, but the power input to the inverter needs to be DC power, so when using a commercial power supply, A power supply device that converts AC power into DC power is required.

ここで、交流電力を直流電力に変換するためには、コンデンサインプット型の整流回路を使用するため、電力系統のインピーダンスに左右されて入力電流が大きく歪む。この歪みが発生すると高調波電流が増大してコンデンサや他の回路素子を発熱させ、劣化や誤動作を生じさせる問題がある。   Here, since a capacitor input type rectifier circuit is used to convert AC power into DC power, the input current is greatly distorted depending on the impedance of the power system. When this distortion occurs, there is a problem that the harmonic current increases to cause heat generation of the capacitor and other circuit elements, resulting in deterioration and malfunction.

そこで、このような電源装置においては係る高調波電流を抑制するためのフィルタが設けられる。このフィルタには受動素子で構成されるパッシブフィルタと、スイッチング素子のスイッチング動作によって波形改善を行うアクティブフィルタとがあるが、前者のパッシブフィルタでは主回路構成が変わるとそれに対応した受動素子に変更する必要が生じ、設計に要する時間と費用面で有利ではない。   Therefore, such a power supply device is provided with a filter for suppressing such harmonic current. This filter includes a passive filter composed of passive elements and an active filter that improves the waveform by the switching operation of the switching elements, but the former passive filter changes to a corresponding passive element when the main circuit configuration changes. The need arises and it is not advantageous in terms of time and cost for the design.

一方、後者のアクティブフィルタは入力に合わせた素子を選定するだけの略同一構成で済むため手軽であると共に、アナログ制御による高周波スイッチングで入力電流の波形改善を行うため、略完全な高調波の除去が可能となる。特に、近年ではＤＣモータの普及から、電動機の小型化／高出力化が求められ、その実現のためにはインバータに入力の高電圧化が必要となる。アクティブフィルタは高調波の抑制と同時に昇圧もできるため、インバータを使用した電動機制御機器には非常に好適である（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
特開平６−１０５５６３号公報 特開２０００−２２４８５８号公報 On the other hand, the latter active filter is easy because it requires only the same configuration to select an element that matches the input. In addition, it improves the waveform of the input current by high-frequency switching using analog control, so it eliminates almost complete harmonics. Is possible. In particular, in recent years, with the widespread use of DC motors, miniaturization / high output of electric motors has been demanded, and in order to achieve this, it is necessary to increase the input voltage of the inverter. Since the active filter can boost the voltage simultaneously with suppressing harmonics, it is very suitable for an electric motor control device using an inverter (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
JP-A-6-105563 JP 2000-224858 A

ここで、電動機の小型化や高出力化が必要でなく、昇圧の要求が無い場合には、アクティブフィルタは波形改善による高調波の抑制（力率改善）に特化して使用されることになる。一方で、整流回路から出力される入力電圧波形の全範囲でスイッチング素子を高周波でスイッチングすると（前記特許文献１）、スイッチング損失（スイッチングすること自体の損失及びスイッチング素子の電力消費が大きくなる。   Here, when it is not necessary to reduce the size or increase the output of the motor and there is no request for boosting, the active filter is used specifically for suppressing harmonics (power factor improvement) by improving the waveform. . On the other hand, when the switching element is switched at a high frequency in the entire range of the input voltage waveform output from the rectifier circuit (Patent Document 1), switching loss (loss of switching itself and power consumption of the switching element increases).

そこで、入力電圧波形のゼロクロス付近のみスイッチング素子を部分的にスイッチングする方法が開発されている（前記特許文献２）。係る部分スイッチングによれば、高調波電流の規制値内に収まる波形改善を行いながら、上述した如き全範囲での高周波スイッチングに比べてスイッチング回数を削減し、スイッチング損失を低減することができる。また、昇圧を行わないため、リアクトルやスイッチング素子の低容量化が図れる。特に、特許文献２では或る程度の昇圧もできるようにしているが、どうしても少ないスイッチングでは電動機を高出力で運転する場合に波形改善が困難となる問題があった。   Thus, a method of partially switching the switching element only near the zero cross of the input voltage waveform has been developed (Patent Document 2). According to such partial switching, the number of switching operations can be reduced and the switching loss can be reduced as compared with the high-frequency switching in the entire range as described above while improving the waveform falling within the regulation value of the harmonic current. Further, since boosting is not performed, the capacity of the reactor and the switching element can be reduced. In particular, Patent Document 2 makes it possible to boost a certain amount of voltage, but there is a problem that it is difficult to improve the waveform when the motor is operated at a high output with a small amount of switching.

本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、交流電力を直流電力に変換して負荷に供給する場合に、昇圧と高調波抑制を担保しながら、効率的な電源供給を実現できる電源装置を提供するものである。   The present invention has been made to solve the conventional technical problems, and in the case of converting AC power to DC power and supplying it to a load, it is efficient while ensuring boosting and suppressing harmonics. The present invention provides a power supply device that can realize a simple power supply.

本発明の電源装置は、交流電力を直流電力に変換して負荷に供給するものであって、入力電圧波形の全範囲においてスイッチング素子を高周波スイッチングすることにより波形改善を行う第１のフィルタ機能、及び、入力電圧波形の一部においてスイッチング素子をスイッチングすることにより波形改善を行う第２のフィルタ機能の双方を併せ持ち、入力電流値に基づいて第１のフィルタ機能と第２のフィルタ機能を選択的に動作させることを特徴とする。   The power supply device of the present invention converts alternating current power into direct current power and supplies it to a load. The first filter function performs waveform improvement by switching the switching element at high frequency in the entire range of the input voltage waveform, And it has both the 2nd filter function which improves a waveform by switching a switching element in a part of input voltage waveform, and selectively selects the 1st filter function and the 2nd filter function based on an input current value. It is characterized by operating.

請求項２の発明の電源装置は、上記において入力電流値が所定の値より高い場合は第１のフィルタ機能を動作させ、低い場合には第２のフィルタ機能を動作させることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, there is provided the power supply device according to the second aspect, wherein the first filter function is operated when the input current value is higher than a predetermined value, and the second filter function is operated when the input current value is low.

本発明によれば、交流電力を直流電力に変換して負荷に供給する電源装置において、入力電圧波形の全範囲においてスイッチング素子を高周波スイッチングすることにより波形改善を行う第１のフィルタ機能、及び、入力電圧波形の一部においてスイッチング素子をスイッチングすることにより波形改善を行う第２のフィルタ機能の双方を併せ持ち、入力電流値に基づいて第１のフィルタ機能と第２のフィルタ機能を選択的に動作させるようにしたので、例えば請求項２の発明の如く入力電流値が所定の値より高い場合は第１のフィルタ機能を動作させ、低い場合には第２のフィルタ機能を動作させることにより、第２のフィルタ機能で賄える範囲では第２のフィルタ機能を動作させ、効率的なスイッチングで高調波の抑制と或る程度の昇圧を行い、第２のフィルタでは対応できない出力範囲となった場合は、第１のフィルタ機能を動作させて必要な昇圧と確実な高調波抑制を行うことができる。   According to the present invention, in the power supply device that converts alternating current power into direct current power and supplies the load to the load, the first filter function that improves the waveform by switching the switching element at high frequency in the entire range of the input voltage waveform, and It has both of the second filter function that improves the waveform by switching the switching element in a part of the input voltage waveform, and selectively operates the first filter function and the second filter function based on the input current value. For example, when the input current value is higher than a predetermined value as in the second aspect of the invention, the first filter function is operated, and when the input current value is low, the second filter function is operated. In the range that can be covered by the second filter function, operate the second filter function to suppress harmonics and increase the voltage to some extent by efficient switching. Performed, if the second filter as an output range that can not be handled, it is possible to perform boosting and reliable harmonic suppression required by operating the first filter function.

これにより、昇圧と高調波抑制機能を担保しながら、効率的な電源供給を実現することができるようになるものである。   As a result, efficient power supply can be realized while ensuring the boosting and harmonic suppression functions.

以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１は本発明の一実施例の電源装置１を適用した電動機駆動装置２の電気回路図を示している。実施例の電動機駆動装置２は、図示しない空気調和機の冷媒回路を構成する圧縮機に内蔵された圧縮機駆動用電動機３を駆動する。実施例の電動機３はＤＣブラシレスモータから構成されている。そして、電動機駆動装置２は、本発明の電源装置１とインバータ回路４から構成される。   FIG. 1 shows an electric circuit diagram of an electric motor drive device 2 to which a power supply device 1 according to an embodiment of the present invention is applied. The electric motor drive device 2 of an Example drives the electric motor 3 for a compressor drive incorporated in the compressor which comprises the refrigerant circuit of the air conditioner which is not shown in figure. The electric motor 3 of the embodiment is composed of a DC brushless motor. And the electric motor drive device 2 is comprised from the power supply device 1 and the inverter circuit 4 of this invention.

電源装置１は、整流部６と平滑部７を備えており、交流電源８から供給される交流電力を所定電圧の直流電力に変換し、インバータ回路４に出力して供給する。このインバータ回路４は複数のスイッチング素子から構成されており、マイクロコンピュータ９（制御手段）から出力されるスイッチング信号によってスイッチング素子がＯＮ／ＯＦＦされることにより、スイッチング信号に応じた電力を電動機３に出力し、この電力に応じた回転数で電動機３を運転する。   The power supply device 1 includes a rectifying unit 6 and a smoothing unit 7, converts AC power supplied from the AC power source 8 into DC power having a predetermined voltage, and outputs the DC power to the inverter circuit 4 for supply. The inverter circuit 4 is composed of a plurality of switching elements. When the switching elements are turned ON / OFF by a switching signal output from the microcomputer 9 (control means), electric power corresponding to the switching signal is supplied to the motor 3. The motor 3 is output and the motor 3 is operated at the number of revolutions corresponding to the electric power.

マイクロコンピュータ９はインバータ回路４を用い、ＰＷＭ制御で電動機３の回転数を制御する。電動機３は入力電圧の変化に応じて回転数が変化する。従って、マイクロコンピュータ９からのスイッチング信号のデューティー比に応じた電圧がインバータ回路４から電動機３に出力されることにより、電動機３はこの電圧に応じた回転数で回転する。   The microcomputer 9 uses the inverter circuit 4 to control the rotation speed of the electric motor 3 by PWM control. The rotation speed of the electric motor 3 changes according to the change of the input voltage. Therefore, when a voltage corresponding to the duty ratio of the switching signal from the microcomputer 9 is output from the inverter circuit 4 to the electric motor 3, the electric motor 3 rotates at a rotation speed corresponding to this voltage.

ここで、インバータ回路４でのスイッチング信号のデューティー比を一定としたとき、インバータ回路４から出力される電圧は当該インバータ回路４への入力電圧、即ち、電源装置１の平滑部７の出力電圧Ｖｏに応じて変化する。従って、インバータ回路４への出力電圧Ｖｏによっても電動機３の回転数は変更可能である。マイクロコンピュータ９は電源装置１のＰＡＭ制御によっても電動機３の回転数を制御可能とされている。   Here, when the duty ratio of the switching signal in the inverter circuit 4 is constant, the voltage output from the inverter circuit 4 is the input voltage to the inverter circuit 4, that is, the output voltage Vo of the smoothing unit 7 of the power supply device 1. It changes according to. Therefore, the rotational speed of the electric motor 3 can also be changed by the output voltage Vo to the inverter circuit 4. The microcomputer 9 can also control the rotation speed of the electric motor 3 by PAM control of the power supply device 1.

一方、整流部６にはダイオード１１をブリッジ状に接続した全波整流回路１２が設けられており、この整流回路１２の入力にリレー１３とコンデンサ１４を介して交流電源８（商用交流１００Ｖ電源）が接続される。整流回路１２の出力にはリアクトル１６が接続されており、このリアクトル１６の後段にダイオード１７を介して平滑部７を構成するコンデンサ１８が接続されている。また、リアクトル１６とダイオード１７の接続点とアース間にはスイッチング素子１９が接続されている。更に、リアクトル１６とコンデンサ１８との間には、ダイオード１７と並列にもう一つのダイオード２１が接続され、このダイオード２１とリアクトル１６の接続点とアース間にはもう一つのスイッチング素子２２が接続されている。   On the other hand, the rectifier 6 is provided with a full-wave rectifier circuit 12 in which a diode 11 is connected in a bridge shape, and an AC power supply 8 (commercial AC 100 V power supply) is input to the rectifier circuit 12 via a relay 13 and a capacitor 14. Is connected. A reactor 16 is connected to the output of the rectifier circuit 12, and a capacitor 18 constituting the smoothing unit 7 is connected to the subsequent stage of the reactor 16 via a diode 17. A switching element 19 is connected between the connection point of the reactor 16 and the diode 17 and the ground. Further, another diode 21 is connected between the reactor 16 and the capacitor 18 in parallel with the diode 17, and another switching element 22 is connected between the connection point of the diode 21 and the reactor 16 and the ground. ing.

平滑部７のコンデンサ１８はダイオード１７又は２１を経た電流の脈流を平滑化する。スイッチング素子１９及び２１はＩＧＢＴ等により構成されており、スイッチング信号によってＯＮされることにより、リアクトル８に短絡電流を流す。スイッチング素子１７又は２１がＯＮされると、リアクトル１６の出力側の電路が短絡されてリアクトル１６に直流電流が流れる。これにより、エネルギーがリアクトル１６に蓄えられる。リアクトル１６に蓄えられたエネルギーは、その後当該スイッチング素子１７（又は２１）がＯＦＦされることで入力直流電圧に加算され、コンデンサ１８に充電される。これにより、整流回路１２から出力された直流電圧が昇圧される（ＰＡＭ制御）ことになる。また、スイッチング素子１７又は２１のＯＮとＯＦＦのデューティー比（時間比、通流率）を制御することにより、入力電流を正弦波状に制御することができる。これにより、力率の改善と高調波の抑制が行われる。   The capacitor 18 of the smoothing unit 7 smoothes the pulsating current flowing through the diode 17 or 21. The switching elements 19 and 21 are composed of IGBTs or the like, and cause a short-circuit current to flow through the reactor 8 when turned on by a switching signal. When the switching element 17 or 21 is turned ON, the electric circuit on the output side of the reactor 16 is short-circuited, and a direct current flows through the reactor 16. Thereby, energy is stored in the reactor 16. The energy stored in the reactor 16 is then added to the input DC voltage when the switching element 17 (or 21) is turned off, and the capacitor 18 is charged. As a result, the DC voltage output from the rectifier circuit 12 is boosted (PAM control). Further, by controlling the ON / OFF duty ratio (time ratio, conduction ratio) of the switching element 17 or 21, the input current can be controlled in a sine wave shape. Thereby, the improvement of a power factor and suppression of a harmonic are performed.

２３はＰＡＭ波形生成／駆動回路、２４は整流回路１２とアース間に接続されたシャント抵抗である。スイッチング素子１９のゲートはＰＡＭ波形生成／駆動回路２３に接続されている。このＰＡＭ波形生成／駆動回路２３には抵抗２４の端子電圧から入力電流が入力され、更に整流回路１２後段の入力電圧とダイオード１７後段の出力電圧も入力される。そして、このＰＡＭ波形生成／駆動回路２３はアナログ制御により入力電圧波形の全範囲において、例えば３０ｋＨｚの高周波で上記スイッチング素子１９をスイッチングするスイッチング信号を生成している。これにより、インバータ回路４に出力する直流電圧を広範囲で昇圧できると共に、高度な力率改善と高調波抑制が行われる。この実施例ではこれらＰＡＭ波形生成／駆動回路２３、抵抗２４、スイッチング素子１９及びダイオード１７がパッケージされた一般的なＰＡＭ制御用のＩＣを使用している。そして、この実施例ではこのＩＣが本発明における第１のフィルタ機能（後述するフルＰＡＭ制御）を奏する。   Reference numeral 23 denotes a PAM waveform generation / drive circuit, and reference numeral 24 denotes a shunt resistor connected between the rectifier circuit 12 and the ground. The gate of the switching element 19 is connected to the PAM waveform generation / drive circuit 23. The PAM waveform generating / driving circuit 23 receives an input current from the terminal voltage of the resistor 24, and further receives an input voltage after the rectifier circuit 12 and an output voltage after the diode 17. The PAM waveform generation / drive circuit 23 generates a switching signal for switching the switching element 19 at a high frequency of, for example, 30 kHz over the entire range of the input voltage waveform by analog control. As a result, the DC voltage output to the inverter circuit 4 can be boosted over a wide range, and advanced power factor improvement and harmonic suppression are performed. In this embodiment, a general PAM control IC packaged with the PAM waveform generation / drive circuit 23, the resistor 24, the switching element 19 and the diode 17 is used. In this embodiment, this IC performs the first filter function (full PAM control described later) in the present invention.

一方、２６は駆動回路であり、スイッチング素子２２のゲートをスイッチングする。この駆動回路２６と前記ＰＡＭ波形生成／駆動回路２３はマイクロコンピュータ９により制御される。また、２７は電流検出回路であり、抵抗２４の端子電圧から入力電流を検出してマイクロコンピュータ９に入力する。また、２８、２９は電圧検出回路であり、電圧検出回路２８は整流回路１２後段の入力電圧をマイクロコンピュータ９に入力し、電圧検出回路２９はダイオード１７後段の出力電圧をマイクロコンピュータ９に入力するものである。   On the other hand, reference numeral 26 denotes a drive circuit that switches the gate of the switching element 22. The drive circuit 26 and the PAM waveform generation / drive circuit 23 are controlled by the microcomputer 9. Reference numeral 27 denotes a current detection circuit which detects an input current from the terminal voltage of the resistor 24 and inputs it to the microcomputer 9. Reference numerals 28 and 29 denote voltage detection circuits. The voltage detection circuit 28 inputs an input voltage after the rectifier circuit 12 to the microcomputer 9, and the voltage detection circuit 29 inputs an output voltage after the diode 17 to the microcomputer 9. Is.

マイクロコンピュータ９は駆動回路２６により、入力電圧波形のゼロクロス付近のみでスイッチング素子２２をスイッチングする。実施例でマイクロコンピュータ９は、少なくとも１５ｋＨｚ以上の可聴領域外の周波数（前記第１のフィルタ機能よりも低い周波数）を周期とした所定のデューティー比でスイッチング素子２２をスイッチングする。また、このスイッチングは入力電圧波形の位相角が例えば０°〜３５°（１８０°〜２１５°）、３５°〜７０°（２１５°〜２５０°）、１５０°〜１８０°（３３０°〜０°）の三つの範囲で行い、それ以外の範囲では停止（ＯＦＦ）する。また、０°〜３５°（１８０°〜２１５°）及び１５０°〜１８０°（３３０°〜０°）の範囲ではスイッチング素子２２をＯＮするデューティー比を例えば３０％とし、３５°〜７０°（２１５°〜２５０°）の範囲では６０％とする。これにより本発明における第２のフィルタ機能（特許文献２同様の後述する簡易ＰＡＭ制御）を奏する。これにより、上述したＰＡＭ波形生成／駆動回路２３のような広範囲では無いものの、或る程度の昇圧を行いながら、ゼロクロス付近の電流波形を滑らかにし、高調波電流規制値内に納められるだけの高調波の低減と力率改善を行う。特に、この場合のスイッチング素子２２における損失は、上述したＰＡＭ波形生成／駆動回路２３により行われるスイッチングに比して著しく低減される。   The microcomputer 9 uses the drive circuit 26 to switch the switching element 22 only near the zero cross of the input voltage waveform. In the embodiment, the microcomputer 9 switches the switching element 22 at a predetermined duty ratio with a frequency outside the audible region of at least 15 kHz (frequency lower than the first filter function) as a cycle. Further, in this switching, the phase angle of the input voltage waveform is, for example, 0 ° to 35 ° (180 ° to 215 °), 35 ° to 70 ° (215 ° to 250 °), 150 ° to 180 ° (330 ° to 0 °). ) In the three ranges, and stops (OFF) in other ranges. Further, in the range of 0 ° to 35 ° (180 ° to 215 °) and 150 ° to 180 ° (330 ° to 0 °), the duty ratio for turning on the switching element 22 is set to 30%, for example, and 35 ° to 70 ° ( In the range of 215 ° to 250 °, it is set to 60%. Thereby, the 2nd filter function (simple PAM control mentioned later like patent document 2) in the present invention is produced. As a result, although not as wide as the PAM waveform generation / drive circuit 23 described above, the current waveform near the zero cross is smoothed while performing a certain level of boosting, and the harmonics can be accommodated within the harmonic current regulation value. Reduce waves and improve power factor. In particular, the loss in the switching element 22 in this case is significantly reduced as compared with the switching performed by the PAM waveform generation / drive circuit 23 described above.

次に、図２のフローチャートを参照しながら、マイクロコンピュータ９による上記第１のフィルタ機能と第２のフィルタ機能の切替制御について説明する。図２はマイクロコンピュータ９の制御フローチャートを示している。マイクロコンピュータ９はステップＳ１でリレー１３がＯＮされ、圧縮機駆動用電動機３に交流電源８が印加されると、ステップＳ２でインバータ回路４の各スイッチング素子をスイッチングして電動機３のインバータ運転を開始する。   Next, switching control between the first filter function and the second filter function by the microcomputer 9 will be described with reference to the flowchart of FIG. FIG. 2 shows a control flowchart of the microcomputer 9. When the relay 13 is turned on in step S1 and the AC power supply 8 is applied to the compressor driving motor 3, the microcomputer 9 switches the switching elements of the inverter circuit 4 and starts the inverter operation of the motor 3 in step S2. To do.

次に、先ずステップＳ３でマイクロコンピュータ９は簡易ＰＡＭ制御とフルＰＡＭ制御をＯＦＦする。この簡易ＰＡＭ制御はマイクロコンピュータ９により駆動回路２６を介してスイッチング素子２２をスイッチングする上述した第２のフィルタ機能であり、フルＰＡＭ制御はＰＡＭ波形生成／駆動回路２３により生成されたスイッチング信号をスイッチング素子１９に加えてスイッチングする上述した第１のフィルタ機能である。マイクロコンピュータ９はステップＳ３でスイッチング素子２２へのスイッチング信号の印加をＯＦＦすると共に、ＰＡＭ波形生成／駆動回路２３に指令を送ってそのスイッチング信号がスイッチング素子１９に印加されないように制御する。これにより、負荷が軽い始動時には、インバータ回路４に電源装置１において昇圧されていない直流電力が印加され、電動機３はこの昇圧前の電圧で回転し始める。   Next, in step S3, the microcomputer 9 turns off the simple PAM control and the full PAM control. This simple PAM control is the above-described second filter function in which the switching element 22 is switched by the microcomputer 9 via the drive circuit 26, and the full PAM control is to switch the switching signal generated by the PAM waveform generation / drive circuit 23. It is the first filter function described above that switches in addition to the element 19. In step S <b> 3, the microcomputer 9 turns off the application of the switching signal to the switching element 22, and sends a command to the PAM waveform generation / drive circuit 23 to control the switching signal so that it is not applied to the switching element 19. Thereby, at the time of starting with a light load, DC power that has not been boosted in the power supply device 1 is applied to the inverter circuit 4, and the motor 3 starts to rotate at the voltage before boosting.

次に、マイクロコンピュータ９はステップＳ４で電流検出回路２７から入力される入力電流値が所定のＰＡＭ制御開始電流値Ｉｓｔａｒｔ以上か否か判断し、入力電流値がＰＡＭ制御開始電流値Ｉｓｔａｒｔ以上に上昇したら、ステップＳ５に進んで簡易ＰＡＭ制御をＯＮし、フルＰＡＭ制御をＯＦＦする。即ち、マイクロコンピュータ９はステップＳ５で駆動回路２６により、スイッチング素子２２へスイッチング信号を印加して前述したゼロクロス付近でのスイッチングを行い、第２のフィルタ機能を奏する。一方、ＰＡＭ波形生成／駆動回路２３に指令を送ってそのスイッチング信号がスイッチング素子１９に印加されないように制御する。これにより、スイッチング素子１９はＯＦＦしたままとなり、インバータ回路４にはスイッチング素子２２によって部分スイッチングされた電力が印加されることになる。   Next, in step S4, the microcomputer 9 determines whether or not the input current value input from the current detection circuit 27 is greater than or equal to a predetermined PAM control start current value Istart, and the input current value increases to be greater than or equal to the PAM control start current value Istart. Then, the process proceeds to step S5, where the simple PAM control is turned on and the full PAM control is turned off. That is, in step S5, the microcomputer 9 applies a switching signal to the switching element 22 by the drive circuit 26 to perform switching in the vicinity of the above-described zero crossing, thereby exhibiting a second filter function. On the other hand, a command is sent to the PAM waveform generating / driving circuit 23 so that the switching signal is not applied to the switching element 19. As a result, the switching element 19 remains OFF, and the power partially switched by the switching element 22 is applied to the inverter circuit 4.

次に、マイクロコンピュータ９はステップＳ６で入力電流値が所定のＰＡＭ制御終了電流値Ｉｓｔｏｐ（Ｉｓｔａｒｔより低い値）に低下したか否か判断し、電動機３の負荷が低下して入力電流値がＰＡＭ制御終了電流値Ｉｓｔｏｐより低くなったらステップＳ３に戻って簡易ＰＡＭ制御とフルＰＡＭ制御の双方をＯＦＦする。   Next, in step S6, the microcomputer 9 determines whether or not the input current value has decreased to a predetermined PAM control end current value Istop (a value lower than Istart), and the load of the motor 3 decreases and the input current value becomes PAM. When it becomes lower than the control end current value Istop, the process returns to step S3 to turn off both the simple PAM control and the full PAM control.

ここではＰＡＭ制御終了電流値Ｉｓｔｏｐまで低下していないものとすると、マイクロコンピュータ９はステップＳ６からステップＳ７に進んで今度は入力電流値が所定のフルＰＡＭ制御開始電流値Ｉｆｓｔａｒｔ（Ｉｓｔａｒｔより高い値）以上に上昇したか否か判断する。このフルＰＡＭ制御開始電流値Ｉｆｓｔａｒｔとは、事前に把握しているインバータ回路４による全運転状態における必要な昇圧・高調波抑制のための波形改善度合いから簡易ＰＡＭ制御とフルＰＡＭ制御を切り換えるポイントとして予め設定された入力電流値である。ステップＳ７で入力電流値がＩｆｓｔａｒｔまで上昇していなければステップＳ５に戻って以後これを繰り返す。   Here, assuming that the current value has not decreased to the PAM control end current value Istop, the microcomputer 9 proceeds from step S6 to step S7, and this time the input current value is a predetermined full PAM control start current value Ifstart (a value higher than Istart). It is determined whether or not it has risen above. The full PAM control start current value Ifstart is a point for switching between simple PAM control and full PAM control based on the degree of waveform improvement required for boosting and suppressing harmonics in all operating states by the inverter circuit 4 ascertained in advance. This is a preset input current value. If the input current value has not increased to Ifstart in step S7, the process returns to step S5 and this is repeated thereafter.

電動機３の負荷が増大して高い出力が必要となり、入力電流値がフルＰＡＭ制御開始電流値Ｉｆｓｔａｒｔ以上となった場合、マイクロコンピュータ９はステップＳ７からステップＳ８に進んでフルＰＡＭ制御をＯＮし、簡易ＰＡＭ制御をＯＦＦする。即ち、マイクロコンピュータ９はステップＳ８で駆動回路２６によるスイッチング素子２２へスイッチング信号の印加を停止し、第２のフィルタ機能を停止する。これにより、スイッチング素子２２はＯＦＦしたままとなる。   When the load of the motor 3 increases and a high output is required, and the input current value becomes equal to or greater than the full PAM control start current value Ifstart, the microcomputer 9 proceeds from step S7 to step S8 and turns on full PAM control. Turn off the simple PAM control. That is, the microcomputer 9 stops the application of the switching signal to the switching element 22 by the drive circuit 26 in step S8, and stops the second filter function. As a result, the switching element 22 remains off.

一方、マイクロコンピュータ９はＰＡＭ波形生成／駆動回路２３に指令を送ってそのスイッチング信号がスイッチング素子１９に印加されるように制御する。これにより、スイッチング素子２２により充分に昇圧され、且つ、高度に波形成形された電力がインバータ回路４に印加されることになる。   On the other hand, the microcomputer 9 sends a command to the PAM waveform generation / drive circuit 23 to control the switching signal to be applied to the switching element 19. As a result, the electric power that is sufficiently boosted by the switching element 22 and is highly waveform-shaped is applied to the inverter circuit 4.

以後これを繰り返し、その後電動機３の負荷が低下して入力電流値が所定のフルＰＡＭ制御終了電流値Ｉｆｓｔｏｐ（Ｉｆｓｔａｒｔより低く、Ｉｓｔａｒｔより高い値）まで低下したら、マイクロコンピュータ９はステップＳ９からステップＳ５に戻り、前述した簡易ＰＡＭ制御（第２のフィルタ機能）に戻る。   Thereafter, this is repeated, and after that, when the load of the motor 3 decreases and the input current value decreases to a predetermined full PAM control end current value Ifstop (a value lower than Ifstart and higher than Istart), the microcomputer 9 performs steps S9 to S5. The process returns to the above-described simple PAM control (second filter function).

このように、マイクロコンピュータ９は第１のフィルタ機能と第２のフィルタ機能を選択的に切り換える。この場合、入力電流値が高い場合は第１のフィルタ機能を動作させ、低い場合には第２のフィルタ機能を動作させるので、第２のフィルタ機能で賄える範囲では第２のフィルタ機能を動作させ、効率的なスイッチングで高調波の抑制と或る程度の昇圧を行い、第２のフィルタでは対応できない出力範囲となった場合は、第１のフィルタ機能を動作させて必要な昇圧と確実な高調波抑制を行うことができる。これにより、昇圧と高調波抑制機能を担保しながら、スイッチング素子１９、２２におけるスイッチング損失を抑え、効率的な電源供給を実現することができるようになる。   Thus, the microcomputer 9 selectively switches between the first filter function and the second filter function. In this case, when the input current value is high, the first filter function is operated, and when the input current value is low, the second filter function is operated. Therefore, the second filter function is operated within a range that can be covered by the second filter function. If the output range that cannot be handled by the second filter is suppressed by efficient switching and suppressing harmonics, the first filter function is activated and the required boost and reliable harmonics are achieved. Wave suppression can be performed. As a result, it is possible to suppress the switching loss in the switching elements 19 and 22 and to realize efficient power supply while ensuring the boosting and harmonic suppression functions.

特に、この実施例の場合には一般的なＰＡＭ制御用のＩＣを利用して実現できるメリットがある。   In particular, this embodiment has an advantage that it can be realized by using a general PAM control IC.

次に、図３は本発明の他の実施例を示している。尚、この図において図１と同一符号で示すものは同一若しくは同様の機能を奏するものとする。この場合のＰＡＭ波形生成回路２３Ａは前記実施例のＰＡＭ波形生成／駆動回路２３の波形生成機能のみを備え、入力電圧波形の全範囲における高周波スイッチング信号を常時生成している。また、３１は切替／駆動回路であり、ＰＡＭ波形生成回路２３Ａの出力とマイクロコンピュータ９の制御出力が接続される。また、スイッチング素子２２及びダイオード２１は削除されている。   Next, FIG. 3 shows another embodiment of the present invention. In this figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same or similar functions. The PAM waveform generation circuit 23A in this case has only the waveform generation function of the PAM waveform generation / drive circuit 23 of the above-described embodiment, and always generates a high-frequency switching signal in the entire range of the input voltage waveform. Reference numeral 31 denotes a switching / driving circuit, to which the output of the PAM waveform generation circuit 23A and the control output of the microcomputer 9 are connected. Further, the switching element 22 and the diode 21 are omitted.

この場合、マイクロコンピュータ９は前記実施例同様に切替／駆動回路３１を制御してスイッチング素子１９をスイッチングし、前述した簡易ＰＡＭ制御を実行して第２のフィルタ機能を奏する。また、マイクロコンピュータ９は係る簡易ＰＡＭ制御を自ら停止し、切替／駆動回路３１を切り換えてＰＡＭ波形生成回路２３Ａからのスイッチング信号がスイッチング素子１９に印加されるようにする。これによって、前述したフルＰＡＭ制御を実行し、第１のフィルタ機能を奏する。   In this case, the microcomputer 9 controls the switching / driving circuit 31 to switch the switching element 19 in the same manner as in the above embodiment, and performs the above-described simple PAM control to perform the second filter function. The microcomputer 9 stops the simple PAM control by itself and switches the switching / driving circuit 31 so that the switching signal from the PAM waveform generation circuit 23A is applied to the switching element 19. As a result, the above-described full PAM control is executed and the first filter function is achieved.

この実施例においても前述同様に第２のフィルタ機能と第１のフィルタ機能を切り替えて昇圧と高調波抑制機能を担保しながら、スイッチング素子１９におけるスイッチング損失を抑え、効率的な電源供給を実現することができるようになる。特に、この場合にはスイッチング素子１９とダイオード１７を簡易ＰＡＭ制御とフルＰＡＭ制御とで兼用することができるメリットがある。   Also in this embodiment, as described above, the second filter function and the first filter function are switched to secure the boosting and harmonic suppression functions, while suppressing the switching loss in the switching element 19 and realizing the efficient power supply. Will be able to. In particular, in this case, there is an advantage that the switching element 19 and the diode 17 can be used for both simple PAM control and full PAM control.

また、図４は図３の更に他の実施例を示している。この図において図１、図３と同一符号で示すものは同一若しくは同様の機能を奏するものとする。この場合は、入力電流と入力電圧の検出を整流回路１２の交流側に移行している。それに伴い、電流検出回路２７は抵抗２４の代わりにカレントトランス３２によって入力電流を取り込んでいる。これによっても図３と同様の効果を奏する。   FIG. 4 shows still another embodiment of FIG. In this figure, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 3 indicate the same or similar functions. In this case, the detection of the input current and the input voltage is shifted to the AC side of the rectifier circuit 12. Accordingly, the current detection circuit 27 takes in the input current by the current transformer 32 instead of the resistor 24. This also produces the same effect as in FIG.

また、図５は図３の更に他の実施例を示している。この図において図１、図３と同一符号で示すものは同一若しくは同様の機能を奏するものとする。この場合は、マイクロコンピュータ９により前述したＰＡＭ波形生成回路２３Ａの機能を実現する。マイクロコンピュータ９として高速度のものを使用すれば、３０ＫＨｚの高周波スイッチング信号の計算と出力は可能である。従って、この場合にはマイクロコンピュータ９は駆動回路２６に前述した簡易ＰＡＭ制御（第２のフィルタ機能）のスイッチング信号と、フルＰＡＭ制御（第１のフィルタ機能）のスイッチング信号を切り換えて出力し、スイッチング素子１９をスイッチングすることになる。   FIG. 5 shows still another embodiment of FIG. In this figure, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 3 indicate the same or similar functions. In this case, the function of the PAM waveform generation circuit 23A described above is realized by the microcomputer 9. If a microcomputer 9 having a high speed is used, a high frequency switching signal of 30 KHz can be calculated and output. Therefore, in this case, the microcomputer 9 switches and outputs the switching signal for the simple PAM control (second filter function) and the switching signal for the full PAM control (first filter function) described above to the drive circuit 26. The switching element 19 is switched.

係る構成によれば、スイッチング信号の生成をマイクロコンピュータ９に集約でき、回路構成は著しく簡素化されるメリットがある。   According to such a configuration, the generation of the switching signal can be concentrated in the microcomputer 9, and there is an advantage that the circuit configuration is remarkably simplified.

また、図６は図５の他の実施例を示している。この図において図１、図３、図４、図５と同一符号で示すものは同一若しくは同様の機能を奏するものとする。これは図５の入力電流と入力電圧の検出を整流回路１２の交流側に移行したものである。それに伴い、電流検出回路２７は抵抗２４の代わりにカレントトランス３２によって入力電流を取り込んでいる。これによっても図５と同様の効果を奏する。   FIG. 6 shows another embodiment of FIG. In this figure, components denoted by the same reference numerals as those in FIGS. 1, 3, 4, and 5 perform the same or similar functions. This is obtained by shifting the detection of the input current and the input voltage in FIG. 5 to the AC side of the rectifier circuit 12. Accordingly, the current detection circuit 27 takes in the input current by the current transformer 32 instead of the resistor 24. This also produces the same effect as in FIG.

尚、上記各実施例で示した数値等はそれに限られるものでは無く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは云うまでもない。   It should be noted that the numerical values and the like shown in the above embodiments are not limited thereto, and can be variously changed without departing from the spirit of the present invention.

本発明の一実施例の電源装置を適用した電動機駆動装置の電気回路図を示している（実施例１）。1 shows an electric circuit diagram of an electric motor drive device to which a power supply device of an embodiment of the present invention is applied (Embodiment 1). 図１のマイクロコンピュータの動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining operation | movement of the microcomputer of FIG. 本発明の他の実施例の電源装置を適用した電動機駆動装置の電気回路図を示している（実施例２）。(Example 2) which shows the electric circuit diagram of the electric motor drive device to which the power supply device of the other Example of this invention is applied. 本発明の更に他の実施例の電源装置を適用した電動機駆動装置の電気回路図を示している（実施例３）。The electric circuit diagram of the electric motor drive device to which the power supply device of further another Example of this invention is applied is shown (Example 3). 本発明の更に他の実施例の電源装置を適用した電動機駆動装置の電気回路図を示している（実施例４）。The electric circuit diagram of the electric motor drive device to which the power supply device of further another Example of this invention is applied is shown (Example 4). 本発明の更に他の実施例の電源装置を適用した電動機駆動装置の電気回路図を示している（実施例５）。The electric circuit diagram of the electric motor drive device to which the power supply device of further another Example of this invention is applied is shown (Example 5).

符号の説明Explanation of symbols

１ 電源装置
２ 電動機駆動装置
３ 電動機
４ インバータ回路
６ 整流部
７ 平滑部
８ 交流電源
９ マイクロコンピュータ
１２ 整流回路
１６ リアクトル
１７、２１ ダイオード
１９、２２ スイッチング素子
２３ ＰＡＭ波形生成／駆動回路
２６ 駆動回路
２７ 電流検出回路
２８、２９ 電圧検出回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power supply device 2 Electric motor drive device 3 Electric motor 4 Inverter circuit 6 Rectification part 7 Smoothing part 8 AC power supply 9 Microcomputer 12 Rectification circuit 16 Reactor 17, 21 Diode 19, 22 Switching element 23 PAM waveform generation / drive circuit 26 Drive circuit 27 Current Detection circuit 28, 29 Voltage detection circuit

Claims (2)

交流電力を直流電力に変換して負荷に供給するための電源装置において、
入力電圧波形の全範囲においてスイッチング素子を高周波スイッチングすることにより波形改善を行う第１のフィルタ機能、及び、前記入力電圧波形の一部においてスイッチング素子をスイッチングすることにより波形改善を行う第２のフィルタ機能の双方を併せ持ち、入力電流値に基づいて前記第１のフィルタ機能と前記第２のフィルタ機能を選択的に動作させることを特徴とする電源装置。 In a power supply device for converting AC power into DC power and supplying it to a load,
A first filter function for improving the waveform by switching the switching element at high frequency in the entire range of the input voltage waveform, and a second filter for improving the waveform by switching the switching element in a part of the input voltage waveform A power supply apparatus having both functions and selectively operating the first filter function and the second filter function based on an input current value. 前記入力電流値が所定の値より高い場合は前記第１のフィルタ機能を動作させ、低い場合には前記第２のフィルタ機能を動作させることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。   The power supply device according to claim 1, wherein when the input current value is higher than a predetermined value, the first filter function is operated, and when the input current value is low, the second filter function is operated.

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