JP6038190B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
上記電源主回路部は、交流電源の交流電圧を全波整流する全波整流回路と、第1及び第2スイッチング素子並びにリアクトルを有して上記全波整流回路によって得られた入力電圧を目標とする出力電圧に変換するHブリッジ型昇降圧コンバータと、上記全波整流回路で全波整流された後の入力電圧、上記Hブリッジ型昇降圧コンバータで電圧変換された後の出力電圧、および上記Hブリッジ型昇降圧コンバータの上記リアクトルに流れるリアクトル電流iLをそれぞれ検出する検出回路とを備え、
上記電源制御部は、上記検出回路で検出された検出信号に基づいて上記Hブリッジ型昇降圧コンバータの上記第1及び第2スイッチング素子をオンオフ制御することにより上記出力電圧を制御すると共に、上記リアクトル電流iLを制御して入力電流波形を入力電圧波形に近づける力率改善制御を行う電力変換装置であって、
上記電源制御部は、上記入力電圧と上記出力電圧の比較に基づいて、上記Hブリッジ型昇降圧コンバータの昇圧制御、降圧制御、又は昇降圧制御の動作を判断し、上記昇圧制御時、上記降圧制御時、又は上記昇降圧制御時に対応してそれぞれ個別に上記PFC制御を行うための目標リアクトル電流iL*の演算を行い、上記リアクトル電流iLが上記目標リアクトル電流iL*に一致するように電流制御を行う。
また、この発明に係る電力変換装置は、電源主回路部と電源制御部とからなり、
上記電源主回路部は、交流電源の交流電圧を全波整流する全波整流回路と、第1及び第2スイッチング素子並びにリアクトルを有して上記全波整流回路によって得られた入力電圧を目標とする出力電圧に変換するHブリッジ型昇降圧コンバータと、上記全波整流回路で全波整流された後の入力電圧、上記Hブリッジ型昇降圧コンバータで電圧変換された後の出力電圧、および上記Hブリッジ型昇降圧コンバータの上記リアクトルに流れるリアクトル電流iLをそれぞれ検出する検出回路とを備え、
上記電源制御部は、上記検出回路で検出された検出信号に基づいて上記Hブリッジ型昇降圧コンバータの上記第1及び第2スイッチング素子をオンオフ制御することにより上記出力電圧を制御すると共に、上記リアクトル電流iLを制御して入力電流波形を入力電圧波形に近づける力率改善制御を行う電力変換装置であって、
上記電源制御部は、上記Hブリッジ型昇降圧コンバータに対して、昇圧制御と降圧制御との組合せ、昇圧制御と昇降圧制御と降圧制御との組み合わせ、昇圧制御と昇降圧制御との組み合わせ、昇降圧制御と降圧制御との組み合わせ、昇圧制御のみ、あるいは昇降圧制御のみ、のうちのいずれか1つの制御を行い、
上記昇圧制御と上記降圧制御との組合せ、上記昇圧制御と上記昇降圧制御と上記降圧制御との組み合わせ、上記昇圧制御と上記昇降圧制御との組み合わせ、あるいは上記昇降圧制御と上記降圧制御との組み合わせ、のいずれか1つの制御を行う場合には、上記入力電圧と上記出力電圧の比較に基づいて、上記Hブリッジ型昇降圧コンバータの上記昇圧制御、上記降圧制御、又は上記昇降圧制御の動作を判断し、上記昇圧制御時、上記降圧制御時、又は上記昇降圧制御時に対応してそれぞれ個別に上記力率改善制御を行うための目標リアクトル電流iL*の演算を行い、上記リアクトル電流iLが上記目標リアクトル電流iL*に一致するように電流制御を行い、
上記昇圧制御のみ、あるいは上記昇降圧制御のみ、のうちのいずれかの制御を行う場合には、上記昇圧制御時、あるいは上記昇降圧制御時に対応して上記力率改善制御を行うための目標リアクトル電流iL*の演算を行い、上記リアクトル電流iLが上記目標リアクトル電流iL*に一致するように電流制御を行う。
図1及び図2はこの発明の実施の形態1による電力変換装置の電源主回路部及び電源制御部を示す回路ブロック図である。
この実施の形態1の電力変換装置は、図1の電源主回路部1と図2の電源制御部2とを備えている。図1の電源主回路部1は、交流電源3から供給された交流入力電圧vacを全波整流するためのダイオードブリッジで構成された全波整流回路4、全波整流後の入力電圧|vac|(以降、脈流電圧という)に含まれているスイッチングノイズを平滑するための小容量の入力コンデンサC1、後で詳述するHブリッジ型昇降圧コンバータ(以降、単にコンバータという)5、およびコンバータ5の出力電圧の脈動を平滑させて直流の出力電圧vdcを得るための出力コンデンサC2、を備えている。そして、この電源主回路部1の直流電力出力側には負荷9が接続されている。
電源制御部2は、入力電圧検出部7により脈流電圧|vac|を検出して得られる入力電圧検出値vinと、出力電圧検出部8により出力電圧vdcを検出して得られる出力電圧検出値voとの比較に基づいて、コンバータ5の昇圧制御と降圧制御とを切り替える。この場合、昇圧制御ではコンバータ5は昇圧コンバータとして機能し、降圧制御ではコンバータ5は降圧コンバータとして機能することになる。
例えば、図6に示すように、目標リアクトル電流iL*に対して一定幅±ΔTの上下2つの第1及び第2目標ピーク電流iref1*、iref2*を定め、第1目標ピーク電流iref1*と第2目標ピーク電流iref2*の間でリアクトル電流iLを増減させるヒステリシスコンパレータ制御方式を適用することができる。
また、図7に示すように、上限の目標ピーク電流iref1*とその分圧値の下限の目標ピーク電流iref2*との中心位置に目標リアクトル電流iL*が位置するように目標ピーク電流iref1*を定め、両目標ピーク電流iref1*とiref2*の間でリアクトル電流iLを増減させるウインドウコンパレータ制御方式などを適用することも可能である。
図8はこの発明の実施の形態2における電力変換装置の電源制御部の構成を示す回路ブロック図であり、実施の形態1(図2)と同一もしくは対応する構成部分には同一の符号を付す。なお、この実施の形態2における電力変換装置の電源主回路部1の構成は実施の形態1(図1)と同一である。
その他の構成、および作用効果は、実施の形態1の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
図11はこの発明の実施の形態3における電力変換装置の電源制御部の構成を示す回路ブロック図であり、実施の形態1(図2)と同一もしくは対応する構成部分には同一の符号を付す。なお、この実施の形態3における電力変換装置の電源主回路部1の構成は実施の形態1(図1)と同一である。
なお、各スイッチング周波数fsig1、fsig2を具体的に設定する場合には、アプリケーションで必要な力率から決定される。各スイッチング周波数fsig1、fsig2は全般に低く設定した方がスイッチング損失の改善が見込まれ、回路の高効率化につながる。
その他の構成、および作用効果は、実施の形態1の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
図17及び図18はこの発明の実施の形態4による電力変換装置の電源主回路部及び電源制御部を示す回路ブロック図であり、実施の形態1(図1及び図2)と同一もしくは対応する構成部分には同一の符号を付す。
図19及び図20はこの発明の実施の形態5による電力変換装置の電源主回路部及び電源制御部を示す回路ブロック図であり、実施の形態1(図1及び図2)と同一もしくは対応する構成部分には同一の符号を付す。
iL2=(1/L)×(vin−vo)×toff ・・・(11)
iL4=(1/L)×(−vo)×toff ・・・(13)
比較部22において、
vac<0.8vdc(80V)のとき「昇圧制御」、
0.8vdc(80V)≦vac≦1.2vdc(120V)のとき「昇降圧制御」、
vac>1.2vdc(120V)のとき「降圧制御」と判定する。
比較部22において、
vac<0.8vdc(80V)のとき「昇圧制御」、
vac≧0.8vdc(80V)のとき「昇降圧制御」と判定する。
比較部22において、
vac≦1.2vdc(120V)のとき「昇降圧制御」
vac>1.2vdc(120V)のとき「降圧制御」と判定する。
図24はこの発明の実施の形態6における電力変換装置の電源制御部の構成を示す回路ブロック図であり、実施の形態5(図20)と同一もしくは対応する構成部分には同一の符号を付す。この実施の形態6における電力変換装置の電源主回路部1の構成は実施の形態5(図19)と同様である。
Δi−=(vo/L)×(1−d) ・・・(19)
比較部22は、
vac<0.8vdc(80V)のとき「昇圧制御」、
0.8vdc(80V)≦vac≦1.2vdc(120V)のとき「昇降圧制御」、
vac>1.2vdc(120V)のとき「降圧制御」と判定する。
比較部22は、
vac<0.8vdc(80V)のとき「昇圧制御」、
vac≧0.8vdc(80V)のとき「昇降圧制御」と判定する。
vac≦1.2vdc(120V)のとき「昇降圧制御」、
vac>1.2vdc(120V)のとき「降圧制御」と判定する。
Claims (18)
- 電源主回路部と電源制御部とからなり、
上記電源主回路部は、交流電源の交流電圧を全波整流する全波整流回路と、第1及び第2スイッチング素子並びにリアクトルを有して上記全波整流回路によって得られた入力電圧を目標とする出力電圧に変換するHブリッジ型昇降圧コンバータと、上記全波整流回路で全波整流された後の入力電圧、上記Hブリッジ型昇降圧コンバータで電圧変換された後の出力電圧、および上記Hブリッジ型昇降圧コンバータの上記リアクトルに流れるリアクトル電流iLをそれぞれ検出する検出回路とを備え、
上記電源制御部は、上記検出回路で検出された検出信号に基づいて上記Hブリッジ型昇降圧コンバータの上記第1及び第2スイッチング素子をオンオフ制御することにより上記出力電圧を制御すると共に、上記リアクトル電流iLを制御して入力電流波形を入力電圧波形に近づける力率改善制御を行う電力変換装置であって、
上記電源制御部は、上記入力電圧と上記出力電圧の比較に基づいて、上記Hブリッジ型昇降圧コンバータの昇圧制御、降圧制御、又は昇降圧制御の動作を判断し、上記昇圧制御時、上記降圧制御時、又は上記昇降圧制御時に対応してそれぞれ個別に上記力率改善制御を行うための目標リアクトル電流iL*の演算を行い、上記リアクトル電流iLが上記目標リアクトル電流iL*に一致するように電流制御を行う電力変換装置。 - 電源主回路部と電源制御部とからなり、
上記電源主回路部は、交流電源の交流電圧を全波整流する全波整流回路と、第1及び第2スイッチング素子並びにリアクトルを有して上記全波整流回路によって得られた入力電圧を目標とする出力電圧に変換するHブリッジ型昇降圧コンバータと、上記全波整流回路で全波整流された後の入力電圧、上記Hブリッジ型昇降圧コンバータで電圧変換された後の出力電圧、および上記Hブリッジ型昇降圧コンバータの上記リアクトルに流れるリアクトル電流iLをそれぞれ検出する検出回路とを備え、
上記電源制御部は、上記検出回路で検出された検出信号に基づいて上記Hブリッジ型昇降圧コンバータの上記第1及び第2スイッチング素子をオンオフ制御することにより上記出力電圧を制御すると共に、上記リアクトル電流iLを制御して入力電流波形を入力電圧波形に近づける力率改善制御を行う電力変換装置であって、
上記電源制御部は、上記Hブリッジ型昇降圧コンバータに対して、昇圧制御と降圧制御との組合せ、昇圧制御と昇降圧制御と降圧制御との組み合わせ、昇圧制御と昇降圧制御との組み合わせ、昇降圧制御と降圧制御との組み合わせ、昇圧制御のみ、あるいは昇降圧制御のみ、のうちのいずれか1つの制御を行い、
上記昇圧制御と上記降圧制御との組合せ、上記昇圧制御と上記昇降圧制御と上記降圧制御との組み合わせ、上記昇圧制御と上記昇降圧制御との組み合わせ、あるいは上記昇降圧制御と上記降圧制御との組み合わせ、のいずれか1つの制御を行う場合には、上記入力電圧と上記出力電圧の比較に基づいて、上記Hブリッジ型昇降圧コンバータの上記昇圧制御、上記降圧制御、又は上記昇降圧制御の動作を判断し、上記昇圧制御時、上記降圧制御時、又は上記昇降圧制御時に対応してそれぞれ個別に上記力率改善制御を行うための目標リアクトル電流iL*の演算を行い、上記リアクトル電流iLが上記目標リアクトル電流iL*に一致するように電流制御を行い、
上記昇圧制御のみ、あるいは上記昇降圧制御のみ、のうちのいずれかの制御を行う場合には、上記昇圧制御時、あるいは上記昇降圧制御時に対応して上記力率改善制御を行うための目標リアクトル電流iL*の演算を行い、上記リアクトル電流iLが上記目標リアクトル電流iL*に一致するように電流制御を行う電力変換装置。 - 上記電源制御部は、上記Hブリッジ型昇降圧コンバータの昇圧制御時には、上記第1スイッチング素子を常時オンにし上記第2スイッチング素子をオンオフ制御すると共に、上記目標リアクトル電流iL*を求める際、上記Hブリッジ型昇降圧コンバータの入力電流の制御目標となる目標入力電流iin*に比例した値を設定する請求項1又は請求項2に記載の電力変換装置。
- 上記電源制御部は、上記Hブリッジ型昇降圧コンバータの降圧制御時には、上記第2スイッチング素子を常時オフにし上記第1スイッチング素子をオンオフ制御すると共に、上記目標リアクトル電流iL*を求める際、上記Hブリッジ型昇降圧コンバータの入力電流の制御目標となる目標入力電流iin*を上記Hブリッジ型昇降圧コンバータの出力電流に換算したものに比例した値を設定する請求項1又は請求項2に記載の電力変換装置。
- 上記電源制御部は、上記Hブリッジ型昇降圧コンバータの昇降圧制御時には、上記第1及び第2スイッチング素子を同時にオンオフ制御すると共に、上記目標リアクトル電流iL*を求める際、上記Hブリッジ型昇降圧コンバータの入力電流の制御目標となる目標入力電流iin*に比例した値の2倍の値、または上記Hブリッジ型昇降圧コンバータの入力電流の制御目標となる目標入力電流iin*を上記Hブリッジ型昇降圧コンバータの出力電流に換算したものに比例した値の2倍の値を設定する請求項1又は請求項2に記載の電力変換装置。
- 上記電源制御部は、上記Hブリッジ型昇降圧コンバータの昇降圧制御時には、上記第1及び第2スイッチング素子を同時にオンオフ制御すると共に、上記目標リアクトル電流iL*を求める際、上記Hブリッジ型昇降圧コンバータの入力電流の制御目標となる目標入力電流iin*を上記第1及び第2スイッチング素子のオンデューティで除算したものに比例した値、または、上記Hブリッジ型昇降圧コンバータの入力電流の制御目標となる目標入力電流iin*を上記Hブリッジ型昇降圧コンバータの出力電流に換算したものを第1及び第2スイッチング素子のオフデューティで除算したものに比例した値を設定する請求項1又は請求項2に記載の電力変換装置。
- 上記電源制御部は、上記目標リアクトル電流iL*を求める際、上記入力電流を上記入力電圧で補正演算する請求項3から請求項6のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 上記電源制御部の上記リアクトル電流iLを上記目標リアクトル電流iL*に一致させる制御方式として、ピーク電流制御を用いる請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 上記電源制御部の上記リアクトル電流iLを上記目標リアクトル電流iL*に一致させる制御方式として、ヒステリシス制御を用いる請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 上記電源制御部の上記リアクトル電流iLを上記目標リアクトル電流iL*に一致させる制御方式として、ウインドコンパレータ制御を用いる請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 上記電源制御部が上記ピーク電流制御を行う場合、上記第1及び第2スイッチング素子をオンオフ制御するスイッチング周波数に対して上限を設定する請求項8に記載の電力変換装置。
- 上記電源制御部が上記ピーク電流制御を行う場合、昇圧制御時と降圧制御時と昇降圧制御時とで、上記第1及び第2スイッチング素子をオンオフ制御するスイッチング周波数を切り替える請求項8に記載の電力変換装置。
- 上記第1及び第2スイッチング素子をオンオフ制御するスイッチング周波数の切り替えは複数段階で行われる請求項12に記載の電力変換装置。
- 上記電源主回路部には、負荷としてLEDが接続されると共に、上記LEDに流れるLED電流を検出するLED電流検出回路を設け、上記電源制御部は、上記LED電流検出回路で検出された上記LED電流に基づいて上記LEDの電流制御を行う請求項1から請求項13のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 上記電源主回路部に入力フィルタを設けた場合、上記電源制御部は、上記昇圧制御と上記昇降圧制御を切り替える場合または上記降圧制御と上記昇降圧制御を切り替える場合、その切替電圧しきい値を、上記入力フィルタで決まる共振周波数と上記リアクトルに流れる電流のスイッチング周波数との比較に基づいて決定する請求項2に記載の電力変換装置。
- 上記電源制御部は、上記昇圧制御と上記昇降圧制御を切り替える場合、その切り替えを上記入力電圧が上記出力電圧または目標出力電圧よりあらかじめ決められた電圧だけ小さい値で行い、上記降圧制御と上記昇降圧制御を切り替える場合、その切り替えを上記入力電圧が上記出力電圧または目標出力電圧よりあらかじめ決められた電圧だけ大きい値で行う請求項2に記載の電力変換装置。
- 上記Hブリッジ型昇降圧コンバータは、上記交流電源に対して上記第1スイッチング素子と第1ダイオードが直列に接続され、負荷に対して第2ダイオードと上記第2スイッチング素子が直列に接続され、上記第1スイッチング素子と上記第1ダイオードの接続点と上記第2ダイオードと上記第2スイッチング素子の接続点の間に上記リアクトルを備えている請求項1から請求項16のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 上記Hブリッジ型昇降圧コンバータは、上記交流電源に対して上記第1スイッチング素子と第3スイッチング素子が直列に接続され、負荷に対して第4スイッチング素子と上記第2スイッチング素子が直列に接続され、上記第1スイッチング素子と上記第3スイッチング素子の接続点と上記第4スイッチング素子と上記第2スイッチング素子の接続点の間に上記リアクトルを備えている請求項1から請求項16のいずれか1項に記載の電力変換装置。
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