JP5874019B2 - DC power supply - Google Patents
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Description
本発明は、交流電源からの交流電圧を整流する整流回路と、リアクタを介して交流電源からの交流電圧を短絡・開放(オン・オフ)するスイッチング手段と、を備え、直流出力電圧を所望の電圧に制御し、かつ、交流電源からの入力電流を予め定められた波形状(正弦波等)に制御する直流電源装置に関するものであり、特に、その直流電源装置における入力電流検出方法に関する。 The present invention comprises a rectifier circuit that rectifies an AC voltage from an AC power supply, and switching means that short-circuits / opens (ON / OFF) the AC voltage from the AC power supply via a reactor, and provides a desired DC output voltage. The present invention relates to a DC power supply apparatus that controls voltage and controls an input current from an AC power supply to a predetermined waveform (such as a sine wave), and more particularly to an input current detection method in the DC power supply apparatus.
直流電源装置は、スイッチング手段を用いて、リアクタを介して交流電源からの交流電圧をオン・オフすることによって、交流電源からの入力電流を正弦波状に制御しつつ、交流電源からの交流電圧を所望の直流電圧に変換する構成を有する。このように構成された直流電源装置において、交流電源からの入力電流を直接検出してフィードバック制御を行う場合、入力電流に直流成分が重畳され、正と負の振幅の大きさがアンバランスになった状態においても入力電流を正しく検出することができるように、通常DC−CTと呼ばれる電流センサが用いられる。 The DC power supply device uses the switching means to turn on / off the AC voltage from the AC power supply via the reactor, thereby controlling the input current from the AC power supply in a sine wave form, and the AC voltage from the AC power supply. It has a configuration for converting to a desired DC voltage. In the DC power supply device configured as described above, when feedback control is performed by directly detecting the input current from the AC power supply, the DC component is superimposed on the input current, and the magnitudes of the positive and negative amplitudes become unbalanced. A current sensor called DC-CT is usually used so that the input current can be correctly detected even in the state where the current is detected.
DC−CTは、主にホール素子とオペアンプによって構成され、原理上、電流の交流成分だけでなく、直流成分まで含めて検出することができる。しかし、DC−CTは、一般に高価であるため、DC−CTを用いた場合には安価な直流電源装置を構成することが難しくなる。 DC-CT is mainly composed of a Hall element and an operational amplifier, and can detect not only the AC component of the current but also the DC component in principle. However, since DC-CT is generally expensive, when DC-CT is used, it is difficult to configure an inexpensive DC power supply device.
また、DC−CTを用いた場合、DC−CTに内蔵されるオペアンプのオフセット電圧によって電流のオフセット誤差が生じるため、このオフセット誤差を考慮して設計を行う必要がある。オフセット誤差の影響が許容できない範囲の場合には、オフセット量を適宜補正するなどの工夫が必要であった。 Further, when DC-CT is used, a current offset error occurs due to an offset voltage of an operational amplifier built in the DC-CT, and therefore it is necessary to design in consideration of this offset error. In the case where the influence of the offset error is unacceptable, it has been necessary to devise such as appropriately correcting the offset amount.
また、従来の直流電源装置においては、高価なDC−CTを用いることなく、安価なAC−CT(カレントトランスまたは交流変流器)を用いることにより、入力電流をフィードバック制御する直流電源装置が提供されている。図11は、AC−CTを用いた従来の直流電源装置の構成を示す図である。図11に示すように、直流電源装置は、複数の半導体スイッチング素子を含んで構成された制御整流回路21と、交流電源(AC)からの入力電流を正弦波に生成し、負荷に供給する直流出力電圧を設定された直流電圧指令値と等しくなるように、制御整流回路21を制御する制御信号を発生させる制御信号発生回路24と、を具備している。制御信号発生回路24の電流制御回路23は、複数の半導体スイッチング素子へのドライブ信号、若しくはドライブ信号を生成する過程における信号に含まれる直流成分を除去する直流成分除去回路22を備えている。このように、入力電流に直流成分が重畳されることを実質的に回避することにより、原理的に直流成分の検出ができないAC−CT(交流変流器3)による入力電流検知を可能とする構成の直流電源装置が知られている(例えば、特許文献1を参照)。
In addition, in the conventional DC power supply device, a DC power supply device that feedback-controls an input current by using an inexpensive AC-CT (current transformer or AC current transformer) is provided without using an expensive DC-CT. Has been. FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of a conventional DC power supply device using AC-CT. As shown in FIG. 11, the DC power supply device generates a sine wave of an input current from a
しかしながら、上記のように構成された従来の直流電源装置においては、交流電源からの交流電圧の正負のバランスや、複数のスイッチング素子におけるスイッチング特性(遅延時間など)や、スイッチング素子のオン期間における電圧降下が等しいという回路の対称性を前提に動作するよう構成されている。このため、上記の従来の直流電源装置においては、交流電源の電圧波形の歪みや、スイッチング素子のスイッチング特性などに関して、回路の対称性が不十分なときには、適用できない場合があった。 However, in the conventional DC power supply device configured as described above, the positive / negative balance of the AC voltage from the AC power supply, the switching characteristics (delay time, etc.) of the plurality of switching elements, and the voltage during the ON period of the switching elements It is configured to operate on the premise of circuit symmetry that the drops are equal. For this reason, the above-described conventional DC power supply apparatus may not be applicable when the symmetry of the circuit is insufficient with respect to distortion of the voltage waveform of the AC power supply, switching characteristics of the switching element, and the like.
また、(モータの)一回転中において負荷トルクが変動するモータのインバータ負荷など、負荷電力が一定でなく、周期的な脈動を有する場合や、交流電源電圧や負荷の大きさが急変したときなどの過渡時の場合においても、回路の対称性は崩れている。このように回路の対称性が崩れている場合においても、入力電流がアンバランス状態になる恐れがあり、このような入力電流をAC−CTで正しく検知することは困難である。このため、上記の従来の直流電源装置においては、入力電流がアンバランスになっても、アンバランス状態であることを検知できないという課題があった。 Also, when the load power is not constant and there are periodic pulsations, such as a motor inverter load whose load torque fluctuates during one rotation, or when the AC power supply voltage or the load suddenly changes Even in the case of a transient, the symmetry of the circuit is broken. Even when the symmetry of the circuit is broken in this way, the input current may be in an unbalanced state, and it is difficult to correctly detect such an input current with AC-CT. For this reason, the above-described conventional DC power supply device has a problem that even if the input current becomes unbalanced, it cannot be detected that the state is unbalanced.
本発明は、上記の従来の直流電源装置における課題を解決するものであり、交流電源電圧における正負のバランスおよび回路の対称性、さらには負荷に周期的な脈動がないことなどの前提を一切必要とせず、しかも、交流電源電圧や負荷の急変時であっても、交流電源からの入力電流にアンバランスが生じた場合には、そのアンバランス状態を確実に検知することができる直流電源装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned problems in the conventional DC power supply apparatus, and requires absolutely no premise such as positive / negative balance in AC power supply voltage, circuit symmetry, and no periodic pulsation in the load. In addition, if an imbalance occurs in the input current from the AC power supply even when the AC power supply voltage or load changes suddenly, a DC power supply device that can reliably detect the unbalanced state is provided. The purpose is to provide.
前記従来の課題を解決するために、本発明の直流電源装置においては、交流電源からの交流電圧を整流する整流回路と、
リアクタを介して前記交流電源からの交流電圧をオン・オフするスイッチング部と、
前記整流回路の出力側に設けられた平滑コンデンサと、
前記交流電源からの入力電流を検出する第1の電流検出部と、
前記第1の電流検出部の検出電流値を用いることにより、前記入力電流を所定の電流波形パターンに比例した振幅を有する電流波形となるように制御する制御部と、を備えた直流電源装置において、
前記整流回路の出力側に設けられ、前記スイッチング部のオフ時に前記平滑コンデンサを充電する向きに流れる電流を検出する第2の電流検出部をさらに備え、
前記スイッチング部のオフ時における前記第1の電流検出部および前記第2の電流検出部による検出電流値の差情報を用いている。
In order to solve the conventional problem, in the DC power supply device of the present invention, a rectifier circuit that rectifies an AC voltage from an AC power supply,
A switching unit for turning on and off the AC voltage from the AC power source via a reactor;
A smoothing capacitor provided on the output side of the rectifier circuit;
A first current detector for detecting an input current from the AC power supply ;
A control unit that controls the input current to have a current waveform having an amplitude proportional to a predetermined current waveform pattern by using a detection current value of the first current detection unit; ,
A second current detection unit that is provided on the output side of the rectifier circuit and detects a current flowing in a direction in which the smoothing capacitor is charged when the switching unit is off;
The difference information of the detected current values by the first current detection unit and the second current detection unit when the switching unit is off is used.
スイッチング部のオフ期間に第2の電流検出部を流れる電流は、第1の電流検出部を流れる入力電流の絶対値に等しく、第1の電流検出部と第2の電流検出部による電流の読み値である検出電流値の差がオフセット電圧に等しくなる。このため、スイッチング部のオフ時における第1の電流検出部および第2の電流検出部による電流の読み値である検出電流値の絶対値の差情報を用いることにより、入力電流のアンバランス状態を検知することができる。 The current flowing through the second current detection unit during the OFF period of the switching unit is equal to the absolute value of the input current flowing through the first current detection unit, and the current reading by the first current detection unit and the second current detection unit is performed. The difference between the detected current values is equal to the offset voltage. For this reason, by using the difference information of the absolute value of the detected current value which is the current reading value by the first current detecting unit and the second current detecting unit when the switching unit is off, the unbalanced state of the input current is changed. Can be detected.
また、本発明の直流電源装置においては、同様の回路構成に加えて、交流電源からの交流電圧の位相を検出する交流電圧位相検出回路を備え、予め決められた複数の交流電圧位相において第2の電流検出部の検出電流値を検出し、前記交流電源の周期の略1/2周期離れた2つの交流電圧位相における前記第2の電流検出部の検出電流値の差情報を用いている。 In addition to the same circuit configuration, the DC power supply device of the present invention includes an AC voltage phase detection circuit that detects the phase of the AC voltage from the AC power supply, and the second AC voltage phase is determined at a plurality of predetermined AC voltage phases. The detection current value of the current detection unit is detected, and the difference information of the detection current value of the second current detection unit in two AC voltage phases separated by approximately ½ cycle of the cycle of the AC power supply is used.
スイッチング部のオフ期間に第2の電流検出部を流れる電流は、第1の電流検出部を流れる入力電流の絶対値に等しくなることと、さらに、第2の電流検出部は、双方向に電流が流れる交流電源の入力ラインとは異なり、常に同一方向に流れる電流を検出すればよい。このため、第2の電流検出部にオフセット誤差が存在しても、互いに交流電源の略1/2周期に相当する位相だけ離れた交流電圧位相における第2の電流検出部の電流の読み値である検出電流値の差においては、オフセット成分が相殺され、入力電流のアンバランス量が示されるので、入力電流のアンバランス状態を精度よく検知することができる。 The current flowing through the second current detection unit during the OFF period of the switching unit is equal to the absolute value of the input current flowing through the first current detection unit, and the second current detection unit Unlike the input line of the AC power source through which current flows, it is only necessary to detect current flowing in the same direction at all times. For this reason, even if there is an offset error in the second current detection unit, the current reading value of the second current detection unit at an AC voltage phase separated from each other by a phase corresponding to approximately a half cycle of the AC power supply. In the difference between the detected current values, the offset component is canceled and the unbalanced amount of the input current is shown, so that the unbalanced state of the input current can be detected with high accuracy.
本発明の直流電源装置は、スイッチング部のオフ期間において、整流回路の出力側に配置された第2の電流検出部によって、入力電流の絶対値を検出することができ、入力電流のアンバランス量を検知することができるため、入力電流を検出する第1の電流検出部に、安価なAC−CT(カレントトランス)を用いることが可能となり、信頼性の高い直流電源装置を低価格で提供することができる。 In the DC power supply device of the present invention, the absolute value of the input current can be detected by the second current detection unit disposed on the output side of the rectifier circuit during the off period of the switching unit, and the unbalanced amount of the input current Therefore, an inexpensive AC-CT (current transformer) can be used for the first current detection unit that detects the input current, and a highly reliable DC power supply device is provided at a low price. be able to.
第1の発明は、交流電源からの交流電圧を整流する整流回路と、
リアクタを介して前記交流電源からの交流電圧をオン・オフするスイッチング部と、
前記整流回路の出力側に設けられた平滑コンデンサと、
前記交流電源からの入力電流を検出する第1の電流検出部と、
前記第1の電流検出部の検出電流値を用いることにより、前記入力電流を所定の電流波形パターンに比例した振幅を有する電流波形となるように制御する制御と、を備えた直流電源装置において、
前記整流回路の出力側に設けられ、前記スイッチング部のオフ時に前記平滑コンデンサを充電する向きに流れる電流を検出する第2の電流検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記スイッチング部のオフ時における前記第1の電流検出部および前記第2の電流検出部による検出電流値の差情報を用いて、前記入力電流のアンバランス状態を検知するよう構成されている。
A first invention includes a rectifier circuit that rectifies an AC voltage from an AC power source;
A switching unit for turning on and off the AC voltage from the AC power source via a reactor;
A smoothing capacitor provided on the output side of the rectifier circuit;
A first current detector for detecting an input current from the AC power supply ;
A DC power supply comprising: a control for controlling the input current to have a current waveform having an amplitude proportional to a predetermined current waveform pattern by using a detected current value of the first current detection unit;
A second current detection unit that is provided on the output side of the rectifier circuit and detects a current flowing in a direction in which the smoothing capacitor is charged when the switching unit is off;
The control unit is configured to detect an unbalanced state of the input current using difference information between detected current values of the first current detection unit and the second current detection unit when the switching unit is turned off. Has been.
上記のように構成された第1の発明は、スイッチング部のオフ期間において、第2の電流検出部を流れる電流が、第1の電流検出部を流れる入力電流の絶対値に等しく、さらに、第2の電流検出部は、双方向に電流が流れる交流電源の入力ラインとは異なり、単一方向でかつ、間欠的に電流が流れるラインの電流を検出すればよい。このため、第1の発明においては、シャント抵抗やトランスなどで構成される第2の電流検出部を用いて正しく電流を検出することが可能となり、さらに、第1の電流検出部と第2の電流検出部による電流の読み値である検出電流値の差が第1の電流検出部のオフセットに等しくなることから、スイッチング部のオフ期間における第1の電流検出部および第2の電流検出部による電流の読み値である検出電流値の絶対値の差情報を用いて、入力電流のアンバランス状態を検知することができる。その結果、第1の発明の構成においては、第1の電流検出部に安価なAC−CTを用いることができる。
In the first invention configured as described above, the current flowing through the second current detection unit is equal to the absolute value of the input current flowing through the first current detection unit in the off period of the switching unit, and Unlike the input line of the AC power source in which current flows in both directions, the
第2の発明は、特に、第1の発明において、前記制御部が、前記第1の電流検出部および前記第2の電流検出部の検出電流値の差が所定の電流値以上の場合、前記入力電流のアンバランス状態にあると判断し、前記スイッチング部を停止させるよう構成されている。このため、第2の発明は、回路の異常や想定外の交流電源の変動があった場合にも、より早く異常状況であることを検知し、負荷への直流電圧の供給を停止することができる。 In a second aspect of the invention, in particular, in the first aspect of the invention, when the difference between the detection current values of the first current detection unit and the second current detection unit is equal to or greater than a predetermined current value, It is determined that the input current is in an unbalanced state, and the switching unit is stopped. For this reason, the second aspect of the present invention can detect an abnormal condition earlier and stop the supply of the DC voltage to the load even when there is a circuit abnormality or an unexpected AC power supply fluctuation. it can.
第3の発明は、特に、第1発明において、前記制御部が、前記第1の電流検出部および前記第2の電流検出部の検出電流値の差を用いて、前記第1の電流検出部の検出結果を補正するよう構成されている。このため、第3の発明においては、一時的にオフセットの影響等によって入力電流のアンバランス状態が発生した場合においても、正しく入力電流を検出することができるので、入力電流のアンバランス状態を解消してバランスのとれた電流波形に保つことができる。 In a third aspect of the invention, in particular, in the first aspect of the invention, the control unit uses the difference between detection current values of the first current detection unit and the second current detection unit to determine the first current detection unit. The detection result is corrected. For this reason, in the third aspect of the invention, the input current can be detected correctly even when the input current is unbalanced due to the effect of offset temporarily. Thus, a balanced current waveform can be maintained.
第4の発明は、特に、第1乃至第3のいずれか1つの発明において、前記制御部が、前記交流電源からの交流電圧の位相を検出する交流電圧位相検出回路を備えており、予め決められた複数の交流電圧位相においてのみ、前記第1の電流検出部および前記第2の電流検出部の検出電流値の差を検出するよう構成されている。このため、第4の発明は、制御部の演算負荷を軽減することができる構成となる。 In a fourth aspect of the invention, in particular, in any one of the first to third aspects of the invention, the control unit includes an AC voltage phase detection circuit that detects a phase of the AC voltage from the AC power supply, and is determined in advance. Only in a plurality of AC voltage phases, a difference between detection current values of the first current detection unit and the second current detection unit is detected. For this reason, 4th invention becomes the structure which can reduce the calculation load of a control part.
第5の発明は、特に、第4の発明において、予め決められた複数の交流電圧位相が、前記交流電源からの交流電圧の概略ピーク位相を含むことによって、入力電流のアンバランス量の絶対値が大きくなり、入力電流におけるオフセット量、すなわち、アンバランス量の検出精度を高めることができる。 According to a fifth aspect of the invention, in particular, in the fourth aspect of the invention, the plurality of predetermined AC voltage phases include the approximate peak phase of the AC voltage from the AC power supply, whereby the absolute value of the unbalance amount of the input current is obtained. And the detection accuracy of the offset amount in the input current, that is, the unbalance amount can be increased.
第6の発明は、交流電源からの交流電圧を整流する整流回路と、
リアクタを介して前記交流電源からの交流電圧をオン・オフするスイッチング部と、
前記整流回路の出力側に設けられた平滑コンデンサと、
前記交流電源からの入力電流を検出する第1の電流検出部と、
前記入力電流を所定の電流波形パターンに比例した振幅を有する電流波形となるように制御する制御部と、を備えた直流電源装置において、
前記整流回路の出力側に設けられ、前記スイッチング部のオフ時に前記平滑コンデンサを充電する向きに流れる電流を検出する第2の電流検出部と、
前記交流電源からの交流電圧の位相を検出する交流電圧位相検出回路と、をさらに備え、
前記制御部は、予め決められた複数の交流電圧位相において前記第2の電流検出部の検出電流値を検出し、前記交流電源の周期の略1/2周期離れた2つの交流電圧位相における前記第2の電流検出部の検出電流値の差情報を用いて、前記入力電流のアンバランス状態を検知するよう構成されている。
A sixth invention provides a rectifier circuit for rectifying an AC voltage from an AC power source;
A switching unit for turning on and off the AC voltage from the AC power source via a reactor;
A smoothing capacitor provided on the output side of the rectifier circuit;
A first current detector for detecting an input current from the AC power supply ;
In a DC power supply device comprising: a control unit that controls the input current to have a current waveform having an amplitude proportional to a predetermined current waveform pattern;
A second current detection unit that is provided on the output side of the rectifier circuit and detects a current flowing in a direction in which the smoothing capacitor is charged when the switching unit is off;
An AC voltage phase detection circuit for detecting the phase of the AC voltage from the AC power supply,
The control unit detects a detection current value of the second current detection unit in a plurality of predetermined AC voltage phases, and the AC units in two AC voltage phases separated by approximately 1/2 cycle of the cycle of the AC power source. It is configured to detect the unbalanced state of the input current using the difference information of the detected current value of the second current detector.
上記のように構成された第6の発明は、交流電源周期の略1/2周期離れた交流電圧位相における第2の電流検出部の電流の読み値である検出電流値の差においては、入力電流のアンバランス量を示すようになる。このため、第6の発明においては、交流電源周期の略1/2周期離れた交流電圧位相における第2の電流検出部の電流の読み値である検出電流値の差情報を用いることにより、第1の電流検出部の検出結果によらず、入力電流のアンバランス状態を検知することができ、第1の電流検出部に安価なAC−CTを用いることが可能となる。 In the sixth invention configured as described above, in the difference in the detected current value, which is the current reading value of the second current detection unit, in the AC voltage phase separated by approximately ½ period of the AC power supply period, It shows the amount of current imbalance. For this reason, in the sixth aspect of the invention, by using the difference information of the detected current value, which is the current reading value of the second current detection unit in the AC voltage phase separated by approximately ½ period of the AC power supply period, The imbalance state of the input current can be detected regardless of the detection result of the first current detection unit, and an inexpensive AC-CT can be used for the first current detection unit.
第7の発明は、特に、第6の発明において、前記制御部が、前記交流電源の周期の略1/2周期離れた2つの交流電圧位相における前記第2の電流検出部の検出電流値の差が所定の電流値以上の場合、入力電流のアンバランス状態にあると判断し、前記スイッチング部を停止させるよう構成されている。このため、第7の発明においては、回路の異常や想定外の交流電源の変動があった場合にも、より早く異常状況であることを検知し、負荷への直流電圧の供給を停止することができる。 According to a seventh aspect of the invention, in the sixth aspect of the invention, in the sixth aspect, the control unit may detect the detected current value of the second current detection unit at two AC voltage phases that are approximately ½ cycle apart from the cycle of the AC power supply. When the difference is equal to or greater than a predetermined current value, it is determined that the input current is in an unbalanced state, and the switching unit is stopped. For this reason, in the seventh aspect of the invention, even when there is a circuit abnormality or an unexpected change in the AC power supply, it is detected that there is an abnormal condition sooner and the supply of the DC voltage to the load is stopped. Can do.
第8の発明は、特に、第6の発明において、前記制御部が、前記交流電源の周期の略1/2周期離れた2つの交流電圧位相における前記第2の電流検出部の検出電流値の差を用いて、前記第1の電流検出部の検出結果を補正することにより、一時的にオフセットの影響等によって入力電流にアンバランス状態が発生した場合においても、正しく入力電流を検出することができる。このため、第8の発明においては、入力電流のアンバランス状態を解消してバランスのとれた電流波形に保つことができる。 According to an eighth aspect of the invention, in the sixth aspect of the invention, in the sixth aspect, the control unit may detect the detected current value of the second current detection unit at two AC voltage phases separated by approximately ½ period of the AC power supply period. By correcting the detection result of the first current detection unit using the difference, the input current can be detected correctly even when an unbalanced state occurs in the input current due to an offset effect or the like temporarily. it can. For this reason, in the eighth invention, the unbalanced state of the input current can be eliminated and the balanced current waveform can be maintained.
第9の発明は、特に、第6乃至第8のいずれか1つの発明において、前記予め決められた複数の交流電圧位相が、前記交流電源からの交流電圧の概略ピーク位相を含むことにより、入力電流のアンバランス量の絶対値が大きくなるため、入力電流におけるオフセット量、すなわち、アンバランス量の検出精度を高めることができる。 According to a ninth invention, in particular, in any one of the sixth to eighth inventions, the plurality of predetermined AC voltage phases include an approximate peak phase of an AC voltage from the AC power supply. Since the absolute value of the current unbalance amount increases, the detection accuracy of the offset amount in the input current, that is, the unbalance amount can be increased.
第10の発明は、特に、第1乃至第3または第6乃至第8のいずれか1つの発明において、前記第2の電流検出部が、前記スイッチング部のオフ時に前記平滑コンデンサを充電する電流が流れるとき、2次側に電流が流れる方向が順方向となるように、2次側を半波整流して抵抗終端されたAC−CTを含んで構成されている。このため、第10の発明においては、電流検出時の回路損失を低減することができる。 In a tenth aspect of the invention, in particular, in any one of the first to third or sixth to eighth aspects of the invention, the second current detection unit has a current for charging the smoothing capacitor when the switching unit is off. When the current flows, it is configured to include AC-CT that is resistance-terminated by half-wave rectification on the secondary side so that the direction of current flow on the secondary side is the forward direction. For this reason, in the tenth aspect, circuit loss at the time of current detection can be reduced.
第11の発明は、特に、第10の発明における前記第2の電流検出部の2次巻線間において、前記スイッチング部がオフ時に平滑コンデンサを充電する電流と反対側の向きに電流が流れるとき、前記2次巻線間に誘起される電圧を短絡する向きに第2のダイオードが接続されるよう構成されている。このため、第11の発明においては、スイッチング部のターンオン時のリカバリ電流が大きい場合に、第2の電流検出部内のAC−CTが磁気飽和するのを防止し、より安定した回路動作を実現することができる。 In the eleventh aspect of the invention, in particular, when a current flows in a direction opposite to the current that charges the smoothing capacitor when the switching unit is off, between the secondary windings of the second current detection unit in the tenth aspect of the invention. The second diode is connected in a direction to short-circuit the voltage induced between the secondary windings. For this reason, in the eleventh aspect of the invention, when the recovery current when the switching unit is turned on is large, the AC-CT in the second current detection unit is prevented from being magnetically saturated, and a more stable circuit operation is realized. be able to.
以下、本発明に係る実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態の直流電源装置においては、具体的な構成ついて説明するが、本発明の直流電源装置は以下の実施の形態の具体的な構成に限定されるものではなく、同様の技術的思想に基づく構成を含むものである。また、本発明は、交流電源からの交流電圧を一旦直流電圧に変換して負荷へ電力供給する各種電気機器、例えば冷蔵庫、洗濯機、ヒートポンプ給湯機などの電化製品など、入力電流の電流制御を行う直流電源装置を備えた各種電気機器に適用できるものである。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the DC power supply device of the following embodiment, a specific configuration will be described, but the DC power supply device of the present invention is not limited to the specific configuration of the following embodiment, and the same It includes a configuration based on technical ideas. In addition, the present invention controls the current of the input current, such as various electrical devices that once convert an AC voltage from an AC power source into a DC voltage and supply power to a load, such as electrical appliances such as refrigerators, washing machines, and heat pump water heaters. The present invention can be applied to various types of electric equipment including a direct current power supply device.
(実施の形態1)
図1は、本発明に係る実施の形態1の直流電源装置の構成を示す図である。図1に示すように、実施の形態1の直流電源装置は、交流電源1の一方の交流ラインに接続されたリアクタ2と、リアクタ2に流れる電流、すなわち入力電流を検出する第1の電流検出部3と、リアクタ2を介して交流電源1を短絡・開放(オン・オフ)する双方向性のスイッチング手段であるスイッチング部4と、スイッチング部4の両端に交流入力端がそれぞれ接続された整流回路5と、整流回路5の直流出力端間に接続された平滑コンデンサ6と、整流回路5の直流出力ライン上にあってスイッチング部4のオフ期間に平滑コンデンサ6を充電する向きに流れる電流を検出する第2の電流検出部7を具備する。(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a DC power supply device according to
実施の形態1におけるスイッチング手段であるスイッチング部4は、双方向性のものであればよく、例えば、ダイオードブリッジの出力端間をIGBTで短絡するように組み合わせた回路(ダイオードブリッジの入力端がスイッチング部4の両端に相当する)や、各々ソース端子を共通として逆向きに直列接続された2個のパワーMOSFET等で構成してもよい。
The
さらに、実施の形態1の直流電源装置は、マイクロコンピュータなどから構成される制御部8と、交流電源1の両ライン間に接続された交流電圧位相検出回路9を備えている。交流電圧位相検出回路9は、例えば、ゼロクロス検出回路などで構成される。制御部8は、交流電圧位相検出回路9から得られる交流電源1のゼロクロス点と電源周期から、交流電源1の交流電圧位相を推定演算する電圧位相演算部8aと、平滑コンデンサ6の直流電圧を直流電圧指令値と比較する電圧比較部8bと、電圧比較部8bの結果を基に比例積分補償演算を行う電圧制御部8cと、電流指令値を生成する電流指令生成部8dと、を備える。電流指令生成部8dは、電圧位相演算部8aによって得られる交流電圧位相に相当する略正弦波状の基準電流波形の電流振幅値と、電圧制御部8cからの出力とを乗算することにより、電流指令値を生成する。
Furthermore, the direct-current power supply device according to the first embodiment includes a control unit 8 composed of a microcomputer or the like, and an alternating-current voltage phase detection circuit 9 connected between both lines of the alternating-
また、制御部8は、第1の電流検出部3による検出電流値(読み値)と、第2の電流検出部7による検出電流値(読み値)の差より入力電流のオフセット値、すなわちアンバランス量を算出するアンバランス検知部8eを備えている。アンバランス検知部8eに関しては後で詳述する。さらに、制御部8は、アンバランス検知部8eにおいて算出されたアンバランス量によって、第1の電流検出部3の検出電流値を補正し、補正した結果得られた入力電流の瞬時値と電流指令値とを比較する電流比較部8fと、電流比較部8fの結果を基に補正された入力電流の瞬時値が電流指令値と等しくなるように、比例積分補償演算を行う電流制御部8gと、三角波状の搬送波を生成する搬送波生成部8hと、電流制御部8gの出力を搬送波と比較してスイッチング部4のPWM駆動信号を生成するPWM信号生成部8iと、を備えている。上記のように構成された実施の形態1の直流電源装置は、スイッチング部4をスイッチング動作させることにより、入力電流が略正弦波状に制御されつつ、直流電圧指令に応じて制御された直流電圧(出力電圧)を負荷10へ供給する。
Further, the control unit 8 determines the offset value of the input current, that is, the uncurrent value based on the difference between the detected current value (reading value) by the first current detecting
なお、実施の形態1においては、制御部8内には、A/D変換回路等で構成される直流電圧および各電流の検出部が設けられており、これらの検出部の表記については、図1では省略している。なお、第1の電流検出部3は、制御部8の内部に設けられた交流電流を直流電流に変換するA/D変換回路等を含むものとする。
In the first embodiment, the control unit 8 is provided with a DC voltage and current detection unit configured by an A / D conversion circuit and the like. 1 is omitted. The first
以下、アンバランス検知部8eにおけるアンバランス検知方法、および第1の電流検出部3のオフセットを補正する方法について説明する。
Hereinafter, an unbalance detection method in the unbalance detection unit 8e and a method for correcting the offset of the first
図2Aは、本発明に係る実施の形態1の直流電源装置における第1の電流検出部3の構成を示す回路図である。図2Bは、第1の電流検出部3における入力電流波形と出力電圧波形(Vo)の一例を示した波形図である。
FIG. 2A is a circuit diagram showing a configuration of first
図2Aに示した第1の電流検出部3の構成は、入力電流の向きと絶対値の両方の情報を検出する回路構成の一例である。図2Aに示した構成は、AC−CTで構成された電流検出回路の一例である。図2Aに示す第1の電流検出部3においては、AC−CTにより検出された2次側電流がオフセット(Vcc/2)されている。図2Bに示すように、第1の電流検出部3は、制御部8内において、第1の電流検出部3の検出電圧を取り込むA/D変換回路の入力範囲に相当する電源電圧Vccの約1/2を中心として、入力電流に比例した出力電圧(Vo)が形成される。
The configuration of the first
図3Aは、本発明に係る実施の形態1の直流電源装置における第1の電流検出部3の別の構成例を示す図である。図3Aに示す第1の電流検出部3においては、AC−CTにより検出された2次側電流が全波整流されて出力される構成である。図3Aのように構成された第1の電流検出部3は、図3Bに示す出力電圧波形(Vo)を形成する。
FIG. 3A is a diagram showing another configuration example of the first
図3Aの構成は、入力電流の絶対値情報のみを得る回路の一例である。図3Bに示すように、GND基準の出力電圧とすることによって、同一GNDを基準とした電源電圧Vccで動作する制御部8内のA/D変換回路を用いて、図2Aに示した構成による検出方式と比べて、約2倍のA/D変換回路の分解能を得ることが可能である。 The configuration in FIG. 3A is an example of a circuit that obtains only the absolute value information of the input current. As shown in FIG. 3B, by using the output voltage based on GND, an A / D conversion circuit in the control unit 8 that operates at the power supply voltage Vcc based on the same GND is used, and the configuration shown in FIG. 2A is used. Compared with the detection method, it is possible to obtain approximately twice the resolution of the A / D conversion circuit.
図4Aは、入力電流において正負のバランスが取れている場合の入力電流波形の一例を示す波形図である。図4Bは、入力電流において正負のバランスが取れていない場合、すなわちアンバランスが生じている状態の入力電流波形の一例を示す波形図である。 FIG. 4A is a waveform diagram showing an example of an input current waveform when the input current is positively and negatively balanced. FIG. 4B is a waveform diagram showing an example of the input current waveform when the positive and negative balance is not achieved in the input current, that is, when an imbalance occurs.
図5は、図4Bに示すように、入力電流においてアンバランスが生じている状態において、前述の図2Aに示した構成の第1の電流検出部3(AC−CT)により検出した場合の出力電圧波形の一例である。図5の出力電圧波形においては、オフセット成分(直流レベル)をわかりやすくするために、第1の電流検出部3(AC−CT)の出力結果においてさらに高周波成分をLPF(ローパスフィルタ)によってカットしたときの出力電圧波形を示している。 FIG. 5 shows an output when detected by the first current detector 3 (AC-CT) having the configuration shown in FIG. 2A in the state where the input current is unbalanced as shown in FIG. 4B. It is an example of a voltage waveform. In the output voltage waveform of FIG. 5, in order to make the offset component (DC level) easy to understand, the high frequency component is further cut by LPF (low pass filter) in the output result of the first current detector 3 (AC-CT). The output voltage waveform is shown.
図2Aに示したようなAC−CTで構成された一般的な電流検出回路の入出力特性は、終端抵抗Roと励磁インダクタンスによって決まるHPF(ハイパスフィルタ)特性を備えるため、入力電流に含まれる直流成分および低周波成分がカットされている。その結果、図5に示すように、出力電圧はほぼ正負のバランスがとれた波形となっている。したがって、図2Aに示したようなAC−CTで構成された電流検出回路の構成においては、入力電流のアンバランス状態を検知することが困難であることが理解できる。全波整流型の図3Aに示した回路構成でも、折り返し前の出力電圧で考えれば同様であり、入力電流のアンバランス状態を検知することが困難である。 The input / output characteristics of a general current detection circuit configured by AC-CT as shown in FIG. 2A have HPF (high-pass filter) characteristics determined by the terminating resistance Ro and the excitation inductance, so that the direct current included in the input current The component and the low frequency component are cut. As a result, as shown in FIG. 5, the output voltage has a waveform with a balance between positive and negative. Therefore, it can be understood that it is difficult to detect the unbalanced state of the input current in the configuration of the current detection circuit configured by AC-CT as illustrated in FIG. 2A. The circuit configuration shown in FIG. 3A of the full-wave rectification type is the same when considering the output voltage before turning back, and it is difficult to detect the unbalanced state of the input current.
図6Aおよび図6Bは、本発明に係る実施の形態1の直流電源装置における入力電流(第1の電流検出部3の検出対象)と、整流回路5の直流出力ラインを流れる出力電流(平滑コンデンサ6を充電する方向を正とする。第2の電流検出部7の検出対象)との関係を示す図である。図6Aは、スイッチング部4のオン期間(短絡期間)における入力電流の流れを示した図である。図6Bは、スイッチング部4のオフ期間(開放期間)における入力電流の流れを示した図である。
6A and 6B show an input current (detection target of the first current detection unit 3) and an output current (smoothing capacitor) flowing through the DC output line of the
図6Bに示すように、実施の形態1の直流電源装置においては、スイッチング部4のオフ期間中において、第1の電流検出部3と第2の電流検出部7を流れる電流は一致する。
As shown in FIG. 6B, in the DC power supply device of the first embodiment, the currents flowing through the first
また、実施の形態1においては、第2の電流検出部7が、平滑コンデンサ6の負側の端子と整流回路5の負側の出力端子との間に配置されており、直流出力電圧のGNDが共通である電源Vccで駆動される制御部8を用いてA/D変換する構成である。このように構成された場合、第2の電流検出部7としては、電流検出用の抵抗(シャント抵抗)を使用することにより、非常に簡単な構成とすることができる。
In the first embodiment, the second
アンバランス検知部8eにおいては、第2の電流検出部7により、入力電流の絶対値に相当する電流を検知することができる。このため、スイッチング部4がオフとなっているタイミング毎に、第1の電流検出部3の読み値(検出電流値)と第2の電流検出部7の読み値(検出電流値)の絶対値の差を検出することによって、スイッチングの都度、入力電流のオフセット値を検出することができる。
In the unbalance detector 8e, the second
電流比較部8fは、スイッチングの都度得られるオフセット値を入力電流におけるアンバランス量の瞬時値とみなして、このオフセット値を第1の電流検出部3の読み値である検出電流値から減ずる方向で補正する。
The
その際、アンバランス検知部8eおよび電流比較部8fは、ノイズの影響を緩和するために、上記のように検出されたオフセット値をLPF演算(ローパスフィルタ演算)したものをアンバランス量として補正処理を行ってもよい。
At that time, the unbalance detection unit 8e and the
また、電流比較部8fにおいて、第1の電流検出部3の読み値(検出電流値)はそのままとして、電流指令生成部8dからの電流指令値に上記のように検出されたオフセット値を加えることにより、電流制御部8gにて電流制御を行っても同様の結果が得られる。
Further, in the
以上のように、実施の形態1の直流電源装置においては、アンバランス検知部8eによりアンバランス量検知を行い、第1の電流検出部3による検出電流値に対してオフセット補正することにより、第1の電流検出部3として、原理的に直流成分を検出できないAC−CTを用いても、交流電源1からの入力電流を、図4Aに示すようにバランスのとれた正弦波状の電流波形に保つことができる。
As described above, in the DC power supply device of the first embodiment, the unbalance amount is detected by the unbalance detector 8e, and the offset correction is performed on the detected current value by the first
また、実施の形態1の直流電源装置において、第1の電流検出部3にAC−CTに代えてDC−CTを用いた場合には、DC−CTのオフセット誤差を補正することができるため、よりバランスのとれた入力電流波形を得ることが可能となる。
Further, in the DC power supply device according to the first embodiment, when DC-CT is used instead of AC-CT for the first
なお、本発明の直流電源装置の主回路の構成は、図1に示した、整流回路5の交流入力側にてリアクタ2を介して交流電源1をスイッチング部4により短絡する回路構成に限られるものではなく、交流電源1からの入力電流を直接検出する第1の電流検出部3と平滑コンデンサ6への充電電流を検出する第2の電流検出部7とを備えた、例えば図7A、図7Bおよび図7Cに示すような別の回路構成においても同様の効果を奏することは言うまでもない。
The configuration of the main circuit of the DC power supply device of the present invention is limited to the circuit configuration shown in FIG. 1 in which the
また、実施の形態1の直流電源装置においては、第1の電流検出部3と第2の電流検出部7の読み値である検出電流値の絶対値の差が規定値を超えた場合には、入力電流のオフセット値(アンバランス量)が想定以上になっている状況であるため、回路の異常や想定外の交流電源の変動があったと判断して、即座にスイッチング動作を停止させるよう構成することも可能である。
Further, in the DC power supply device of the first embodiment, when the difference between the absolute values of the detected current values, which are the reading values of the first current detecting
(実施の形態2)
図8は、本発明に係る実施の形態2の直流電源装置の構成を示す図である。図8に示すように、実施の形態2の直流電源装置は、前述の実施の形態1と同様に、交流電源1の一方の交流ラインに接続されたリアクタ2と、リアクタ2に流れる電流を検出する第1の電流検出部3と、リアクタ2を介して交流電源1を短絡・開放(オン・オフ)する双方向性のスイッチング手段であるスイッチング部4と、スイッチング部4の両端に交流入力端がそれぞれ接続された整流回路5と、整流回路5の直流出力端間に接続された平滑コンデンサ6と、整流回路5の直流出力ライン上にあってスイッチング部4のオフ期間に平滑コンデンサ6を充電する向きに流れる電流を検出する第2の電流検出部7と、を具備する。(Embodiment 2)
FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the DC power supply device according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, the DC power supply device according to the second embodiment detects the current flowing in the
さらに、実施の形態2の直流電源装置は、前述の実施の形態1と同様に、制御部8と、交流電圧位相検出回路9とを備えている。制御部8は、交流電圧位相検出回路9から得られる交流電源1のゼロクロス点と電源周期から、交流電源1の交流電圧位相を推定演算する電圧位相演算部8aと、平滑コンデンサ6の直流電圧を直流電圧指令値と比較する電圧比較部8bと、電圧比較部8bの結果を基に比例積分補償演算を行う電圧制御部8cと、電流指令値を生成する電流指令生成部8dと、を備える。電流指令生成部8dは、電圧位相演算部8aによって得られる交流電圧位相に相当する略正弦波状の基準電流波形の電流振幅値と電圧制御部8cからの出力とを乗算することにより、電流指令値を生成する。
Further, the DC power supply device according to the second embodiment includes a control unit 8 and an AC voltage phase detection circuit 9 as in the first embodiment. The control unit 8 calculates the DC voltage of the smoothing capacitor 6 and the voltage
また、制御部8は、電圧位相演算部8aによって得られる交流電圧位相が交流電源電圧のピーク位相に相当する90度および270度のそれぞれのタイミングにおいて、第2の電流検出部7で電流検出を行い、それぞれの電流の読み値(検出電流値)の差より入力電流のオフセット値、すなわちアンバランス量を演算するアンバランス検知部8eを備えている。さらに、制御部8は、第1の電流検出部3の読み値(検出電流値)を、アンバランス検知部8eにより算出されたアンバランス量で補正し、補正した結果得られた入力電流の瞬時値と電流指令値とを比較する電流比較部8fと、電流比較部8fの結果を基に補正された入力電流の瞬時値が電流指令値と等しくなるように、比例積分補償演算を行う電流制御部8gと、三角波状の搬送波を生成する搬送波生成部8hと、電流制御部8gの出力を搬送波と比較してスイッチング部4のPWM駆動信号を生成するPWM信号生成部8iと、を備えている。上記のように構成された実施の形態2の直流電源装置は、スイッチング部4をスイッチング動作させることにより、入力電流が略正弦波状に制御されつつ、直流電圧指令に応じて制御された直流電圧を負荷10へ供給する。
In addition, the control unit 8 performs current detection with the second
以下、実施の形態2におけるアンバランス検知部8eのアンバランス検知方法、および第1の電流検出部3のオフセットを補正する方法について説明する。
Hereinafter, an unbalance detection method of the unbalance detection unit 8e and a method of correcting the offset of the first
図9Aは、交流電源電圧の瞬時値が正の期間(およそ位相90度)における、入力電流と直流出力ラインを流れる電流の波形の一例を示す図である。図9Aに示すように、スイッチング部4がオフのときに直流出力ラインを流れる電流I2は、入力電流I1の値に等しく、基本的に正の値である。このため、シャント抵抗を用いて入力電流値を簡単に精度高く検出することができる。
FIG. 9A is a diagram illustrating an example of a waveform of an input current and a current flowing through a DC output line in a period in which the instantaneous value of the AC power supply voltage is positive (approximately 90 degrees in phase). As shown in FIG. 9A, the current I2 flowing through the DC output line when the
図9Bは、交流電源電圧の瞬時値が負の期間(およそ位相270度)における、入力電流と直流出力ラインを流れる電流の波形の一例を示す図である。図9Bに示すように、スイッチング部4がオフのときに直流出力ラインを流れる電流I2は、入力電流I1の絶対値に等しく、基本的に正の値である。このため、図9Aに示した交流電源電圧が正の期間と同様に、シャント抵抗を用いて入力電流値の絶対値を精度高く検出することができる。
FIG. 9B is a diagram illustrating an example of a waveform of an input current and a current flowing through a DC output line in a period in which the instantaneous value of the AC power supply voltage is negative (approximately 270 degrees in phase). As shown in FIG. 9B, the current I2 flowing through the DC output line when the
実際に、入力電流に直流成分Idcが重畳している場合、交流電圧位相90度における入力電流の大きさと、交流電圧位相270度における入力電流の大きさの差は、およそ直流成分Idcの2倍に等しくなる。 Actually, when the DC component Idc is superimposed on the input current, the difference between the magnitude of the input current at the AC voltage phase of 90 degrees and the magnitude of the input current at the AC voltage phase of 270 degrees is approximately twice the DC component Idc. Is equal to
第2の電流検出部7の検出結果である検出電流値に含まれる電流のオフセット成分をIoffとし、交流電流位相90度における検出電流値(I2(90))と交流電流位相270度における検出電流値(I2(270))は、いずれも正の値の電流であるため、第2の電流検出部7による検出電流値はオフセット成分Ioffが双方に加算された読み値となる。このため、アンバランス検知部8eで算出される、交流電圧位相90度と270度における第2の電流検出部7の検出電流値の差は、オフセット成分Ioffが相殺されてその影響を受けることがなく、入力電流に含まれている直流成分Idcの2倍に等しくなる。
The offset component of the current included in the detected current value, which is the detection result of the second
以上のように、実施の形態2の直流電源装置の構成において、第2の電流検出部7としては、オフセット誤差が大きなものであっても、そのオフセット成分が相殺されるため、使用することができるという利点を有する。
As described above, in the configuration of the DC power supply device of the second embodiment, the second
なお、実施の形態2の直流電源装置の構成においては、電圧位相が90度と270度の場合の構成について説明したが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、交流電圧位相が互いに180度離れたタイミングにおいて入力電流の絶対値の差を検出する構成においても同様の結果となる。 In the configuration of the DC power supply device of the second embodiment, the configuration in the case where the voltage phase is 90 degrees and 270 degrees has been described. However, the present invention is not limited to such a configuration, and the AC voltage phase The same result is obtained in the configuration in which the difference between the absolute values of the input currents is detected at timings that are 180 degrees apart from each other.
本発明に係る実施の形態2の直流電源装置においては、交流電源1の電源周期毎に、電圧位相がおよそ180度(略1/2の電源周期に相当)だけ離れた入力電流の絶対値の差を、第2の電流検知部7により検出することによって、入力電流がアンバランス状態であることを簡単な構成で確実に検知することができる。
In the direct-current power supply device according to the second embodiment of the present invention, the absolute value of the input current separated by approximately 180 degrees (corresponding to approximately one-half power cycle) for each power cycle of the
実施の形態2の直流電源装置においては、前述の実施の形態1と同様に、制御部8が入力電流のアンバランス量を用いて第1の電流検出部3の検出電流値を補正する構成を有しているため、第1の電流検出部3にAC−CTを使用することが可能となる。
In the DC power supply device according to the second embodiment, a configuration in which the control unit 8 corrects the detection current value of the first
なお、実施の形態2の直流電源装置は、入力電流のオフセット値(アンバランス量)が規定値を超えた場合、回路の異常や想定外の交流電源の変動があったと判断して、即座にスイッチング動作を停止させる構成としてもよい。 Note that the DC power supply device according to the second embodiment immediately determines that there is a circuit abnormality or an unexpected AC power supply fluctuation when the offset value (unbalance amount) of the input current exceeds a specified value. The switching operation may be stopped.
また、実施の形態2の直流電源装置においては、検出する交流電圧位相タイミングを、前述のように交流電源1の一周期間に1組(90度と270度)だけとせず、必要な検出精度に応じて、検出精度の向上を図るため、交流電源1の一周期の間に、複数位相の組み合わせ(例えば、45度と135度、120度と300度などの組み合わせ)で行ってもよいし、それらの結果を平均して採用してもよい。ただし、交流電源1の交流電圧のピーク位相である90度および270度を検知タイミングの1つとすることによって、入力電流のアンバランス量の絶対値が大きくなり、検出が容易になるという効果を奏する。
Further, in the DC power supply device according to the second embodiment, the AC voltage phase timing to be detected is not limited to one set (90 degrees and 270 degrees) in one cycle of the
一般に、交流電圧を直流電圧に変換する場合において、電圧位相の90度、270度の付近がもっともPWMのデューティ比が低く、オフ期間が長くなる。 In general, in the case of converting an AC voltage to a DC voltage, the PWM duty ratio is the lowest in the vicinity of the voltage phase of 90 degrees and 270 degrees, and the off period becomes longer.
実施の形態2の直流電源装置における補正方式では、スイッチング部4のオフ期間に流れる電流を用いて入力電流の読み値(検出電流値)の補正を行っているため、オフ期間が長くなる電圧位相90度および270度での検出は、タイミングがずれて誤ってオン期間中の電流を検出するというリスクが低くなり、検出タイミングずれによる影響が出にくいという効果を奏する。
In the correction method in the DC power supply device of the second embodiment, since the input current read value (detected current value) is corrected using the current flowing during the OFF period of the
なお、実施の形態2の直流電源装置において示した、予め定められた電源周期の互いに1/2周期離れた複数の交流電圧位相タイミングでのみ電流検出動作、およびオフセット値の補正を行う制御動作を、前述の実施の形態1の構成の直流電源装置に適用してもよい。 It should be noted that the current detection operation and the control operation for correcting the offset value are performed only at a plurality of AC voltage phase timings separated from each other by a half cycle of a predetermined power cycle shown in the DC power supply device of the second embodiment. The present invention may be applied to the DC power supply device having the configuration of the first embodiment.
このように実施の形態1の直流電源装置に実施の形態2の電流検出動作および補正を行う制御動作を行うことにより、制御部8の演算負荷が軽減され、さらに、このように構成された実施の形態1の直流電源装置において、特に90度および270度の位相で電流検出を実行することにより、検出タイミングのずれによる影響が出にくくなり、実施の形態2と同様の効果を奏する。 Thus, by performing the control operation for performing the current detection operation and the correction of the second embodiment on the DC power supply device of the first embodiment, the calculation load of the control unit 8 is reduced, and further, the embodiment configured as described above. In the direct-current power supply device of the first embodiment, by performing current detection particularly at the phases of 90 degrees and 270 degrees, the influence due to the shift of the detection timing is less likely to occur, and the same effect as in the second embodiment can be obtained.
図10は、実施の形態2の直流電源装置における第2の電流検出部7の別の構成例を示した回路図である。
FIG. 10 is a circuit diagram showing another configuration example of the second
図10に示すように、第2の電流検出部7においては、AC−CTの2次巻線がダイオードD1と抵抗Roで構成された半波整流回路に接続されており、半波整流回路の終端がGNDに接続されている。したがって、第2の電流検出部7は、スイッチング部4がオフ時に平滑コンデンサ6を充電する電流が流れるとき、2次側に電流が流れる方向が順方向となるように、2次側を半波整流して抵抗終端されたAC−CTで構成されている。第2の電流検出部7においては、GND基準として抵抗Roの両端電圧を検出する構成としている。このように構成された第2の電流検出部7の場合には、シャント抵抗で構成した場合に比べて電圧降下の値が小さくなるため、電流検出時の回路損失を低減することができる。
As shown in FIG. 10, in the second
また、第2の電流検出部7として、AC−CTを使用することで、電流検出ラインと制御部8の電位が異なる場合においても、問題なく信号を伝達することができる。このように構成された第2の電流検出部7は、整流回路5の正側の出力端子と平滑コンデンサ6の正側の端子との間に配置することができ、第2の電流検出部7により電流検出するラインの電位が異なるGND電位を基準として動作する制御部8を用いて電流検出を行うことが容易になる。
In addition, by using AC-CT as the second
また、スイッチング部4のオン直後に短時間に流れるリカバリ電流が1次巻線を流れる際に、2次巻線側で短絡電流を流す向きにダイオードD2を接続することによって、整流回路5を構成するダイオードのリカバリ電流を考慮する必要がある場合においても、第2の電流検出部7内のAC−CTが磁気飽和することなく、安定して動作を継続することができる。
なお、図10に示した第2の電流検出部7は、前述の実施の形態1における第2の電流検出部7として用いることができ、同様の効果を奏する。Further, when the recovery current that flows in a short time immediately after the
The second
以上のように、本発明に係る直流電源装置は、安価なAC−CTを用いて入力電流を検出して電流制御を行う場合においても、交流電源や負荷の状態に関係なく、交流電源からの入力電流がアンバランス状態になったときを確実に検知することができる。このため、本発明は、交流電源からの交流電圧をいったん直流電圧に変換して負荷へ電力供給する、例えば冷蔵庫、洗濯機、ヒートポンプ給湯機などの電化製品などの入力電流の電流制御を行う直流電源装置を備えた各種電気機器への用途として適用することができる。 As described above, the DC power supply device according to the present invention can be controlled from the AC power supply regardless of the state of the AC power supply or the load even when the input current is detected and the current control is performed using the inexpensive AC-CT. It is possible to reliably detect when the input current is in an unbalanced state. Therefore, the present invention converts the alternating voltage from the alternating current power source into a direct current voltage and supplies the load with power, for example, direct current control for input current of electric appliances such as refrigerators, washing machines, heat pump water heaters, etc. It can be applied as an application to various electric devices equipped with a power supply device.
1 交流電源
2 リアクタ
3 第1の電流検出部
4 スイッチング部
5 整流回路
6 平滑コンデンサ
7 第2の電流検出部
8 制御部
8a 電圧位相演算部
8e アンバランス検知部
9 交流電圧位相検出回路DESCRIPTION OF
Claims (11)
リアクタを介して前記交流電源からの交流電圧をオン・オフするスイッチング部と、
前記整流回路の出力側に設けられた平滑コンデンサと、
前記交流電源からの入力電流を検出する第1の電流検出部と、
前記第1の電流検出部の検出電流値を用いることにより、前記入力電流を所定の電流波形パターンに比例した振幅を有する電流波形となるように制御する制御部と、を備えた直流電源装置において、
前記整流回路の出力側に設けられ、前記スイッチング部のオフ時に前記平滑コンデンサを充電する向きに流れる電流を検出する第2の電流検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記スイッチング部のオフ時における前記第1の電流検出部および前記第2の電流検出部による検出電流値の差情報を用いて、前記入力電流のアンバランス状態を検知するよう構成された直流電源装置。 A rectifier circuit for rectifying an AC voltage from an AC power source;
A switching unit for turning on and off the AC voltage from the AC power source via a reactor;
A smoothing capacitor provided on the output side of the rectifier circuit;
A first current detector for detecting an input current from the AC power supply ;
A control unit that controls the input current to have a current waveform having an amplitude proportional to a predetermined current waveform pattern by using a detection current value of the first current detection unit; ,
A second current detection unit that is provided on the output side of the rectifier circuit and detects a current flowing in a direction in which the smoothing capacitor is charged when the switching unit is off;
The control unit is configured to detect an unbalanced state of the input current using difference information between detected current values of the first current detection unit and the second current detection unit when the switching unit is turned off. DC power supply.
リアクタを介して前記交流電源からの交流電圧をオン・オフするスイッチング部と、
前記整流回路の出力側に設けられた平滑コンデンサと、
前記交流電源からの入力電流を検出する第1の電流検出部と、
前記入力電流を所定の電流波形パターンに比例した振幅を有する電流波形となるように制御する制御部と、を備えた直流電源装置において、
前記整流回路の出力側に設けられ、前記スイッチング部のオフ時に前記平滑コンデンサを充電する向きに流れる電流を検出する第2の電流検出部と、
前記交流電源からの交流電圧の位相を検出する交流電圧位相検出回路と、をさらに備え、
前記制御部は、予め決められた複数の交流電圧位相において前記第2の電流検出部の検出電流値を検出し、前記交流電源の周期の略1/2周期離れた2つの交流電圧位相における前記第2の電流検出部の検出電流値の差情報を用いて、前記入力電流のアンバランス状態を検知するよう構成された直流電源装置。 A rectifier circuit for rectifying an AC voltage from an AC power source;
A switching unit for turning on and off the AC voltage from the AC power source via a reactor;
A smoothing capacitor provided on the output side of the rectifier circuit;
A first current detector for detecting an input current from the AC power supply ;
In a DC power supply device comprising: a control unit that controls the input current to have a current waveform having an amplitude proportional to a predetermined current waveform pattern;
A second current detection unit that is provided on the output side of the rectifier circuit and detects a current flowing in a direction in which the smoothing capacitor is charged when the switching unit is off;
An AC voltage phase detection circuit for detecting the phase of the AC voltage from the AC power supply,
The control unit detects a detection current value of the second current detection unit in a plurality of predetermined AC voltage phases, and the AC units in two AC voltage phases separated by approximately 1/2 cycle of the cycle of the AC power source. A DC power supply device configured to detect an unbalanced state of the input current using difference information of detection current values of a second current detection unit.
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