JP5273158B2 - Pfcコンバータ - Google Patents
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Description
(1)交流入力電源から入力される交流電圧を整流する整流回路と、前記整流回路の次段に接続された、インダクタ及びスイッチング素子を含む直列回路と、前記スイッチング素子に並列接続された整流平滑回路と、前記交流入力電源から入力される入力電流が前記交流電圧に対して相似形となるように前記スイッチング素子をオン/オフ制御するスイッチング制御手段と、を備えたPFCコンバータであって、
前記交流入力電源から入力される入力電圧を検出する入力電圧検出手段と、
前記インダクタに流れる電流を検出するインダクタ電流検出手段と、
前記整流平滑手段の出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、を備え、
前記スイッチング制御手段は、出力電圧目標値に対する前記出力電圧の検出値の誤差である出力電圧誤差に所定の比例係数を乗じて得た電流基準振幅値と、前記入力電圧の検出値との積を電流基準値とし、この電流基準値と前記インダクタに流れる電流との差に応じて前記スイッチング素子のオン時間を制御する手段であり、
前記出力電圧目標値または前記出力電圧誤差を前記電流基準振幅値の比例値で補正する出力電圧制御値補正手段を設けたことを特徴とする。
第1の実施形態に係るPFCコンバータについて図2〜図6を参照して説明する。
図2は第1の実施形態に係るPFCコンバータの回路図である。図2において符号P11,P12はPFCコンバータ101の入力ポート、符号P21,P22はPFCコンバータ101の出力ポートである。入力ポートP11−P12には商用交流電源である交流入力電源Vacが入力され、出力ポートP21−P22には負荷回路100が接続される。
電流検出用抵抗Rcd及びその信号を入力するディジタル信号処理回路13の入力部は、この発明の「インダクタ電流検出手段」に相当する。
ディジタル信号処理回路13は、PFCコンバータ101に対する入力電流、すなわちインダクタL1に流れる電流の平均値、が全波整流波形に相似形となるようにスイッチング制御を行う。このようにして入力電圧と相似形の入力電流が流れることにより、高調波が抑制され、力率が改善される。
図4において、加算要素31は、後述する出力電圧目標値Vrefに対する出力電圧検出値voの誤差evを求める。出力電圧誤差増幅器32は、誤差evに対して所定の比例係数を乗じて電流基準振幅値vmを求める(通常、PFCにおける誤差増幅器は、出力電圧が入力電圧のリップルに応答しないようにする必要があるため、高域遮断特性を持つ)。乗算器33は、電流基準振幅値vmに対して入力電圧検出値viを乗じて電流基準値irを求める。加算要素34は、電流基準値irに対するインダクタ電流検出値iLの差分である入力電流誤差値eiを求める。入力電流誤差増幅器35は入力電流誤差値eiに対して所定の比例係数を乗じて、パルス生成器に対する変調信号Dを発生する。パルス生成器36は前記変調信号Dに基づいて、二値論理信号であるパルス信号を出力する。このパルス信号はスイッチング素子Q1に対するスイッチング制御信号である。すなわちスイッチング制御信号を前記電流誤差値eiに比例した値でPWM変調する。これによりスイッチング素子Q1のオン時間が制御される。
第1の実施形態では、図2及び図4に示したように、DSPによるディジタル信号処理回路13を用いてスイッチング制御を行うようにしたが、第2の実施形態は、図4に示した出力電圧誤差増幅器32をアナログ素子で構成する例である。
但し、抵抗Rr2に対してコンデンサCrefが並列接続されているので、このコンデンサCrefの容量が大きくなるほど、時間経過あたりの出力電圧目標値Vrefの変化は小さくなる。すなわちローパスフィルタの作用を備えることになる。
11…入力電圧検出回路
12…出力電圧検出回路
13…ディジタル信号処理回路
31…加算要素
32…出力電圧誤差増幅器
33…乗算器
34…加算要素
35…入力電流誤差増幅器
36…パルス生成器
38…係数要素
39…加算要素
B1…ダイオードブリッジ
C1…平滑コンデンサ
Cref…コンデンサ
D…変調信号
D1…ダイオード
ei…入力電流誤差値
ev…誤差
iL…インダクタ電流検出値
ir…電流基準値
L1…インダクタ
OP…オペアンプ
Q1…スイッチング素子
Rcd…電流検出用抵抗
Toff…オフ期間
Ton…オン期間
Vac…交流入力電源
Vds…ソース間電圧
vi…入力電圧検出値
vm…電流基準振幅値
vo…出力電圧検出値
vr0…基準値
Vref…出力電圧目標値
Claims (2)
- 交流入力電源から入力される交流電圧を整流する整流回路と、前記整流回路の次段に接続された、インダクタ及びスイッチング素子を含む直列回路と、前記スイッチング素子に並列接続された整流平滑回路と、前記交流入力電源から入力される入力電流が前記交流電圧に対して相似形となるように前記スイッチング素子をオン/オフ制御するスイッチング制御手段と、を備えたPFCコンバータであって、
前記交流入力電源から入力される入力電圧を検出する入力電圧検出手段と、
前記インダクタに流れる電流を検出するインダクタ電流検出手段と、
前記整流平滑回路の出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、を備え、
前記スイッチング制御手段は、出力電圧目標値に対する前記出力電圧の検出値の誤差である出力電圧誤差に所定の比例係数を乗じて得た電流基準振幅値と、前記入力電圧の検出値との積を電流基準値とし、この電流基準値と前記インダクタに流れる電流との差に応じて前記スイッチング素子のオン時間を制御する手段であり、
前記出力電圧目標値または前記出力電圧誤差を前記電流基準振幅値の比例値で補正する出力電圧制御値補正手段を設けたPFCコンバータ。 - 前記スイッチング制御手段及び前記出力電圧制御値補正手段は、前記出力電圧目標値に相当するディジタル値を保持するDSP(Digital Signal Processor)で構成され、前記出力電圧制御値補正手段は、前記ディジタル値を前記電流基準振幅値の比例値で補正するようにした、請求項1に記載のPFCコンバータ。
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