JP6288458B2 - 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直流電圧に変換して負荷電圧とする直流電源装置に関するものである。   The present invention relates to a DC power supply device that converts an AC voltage from an AC power source into a DC voltage to obtain a load voltage.

従来、この種類の直流電源装置を有する電源装置としては、図５に示すように、整流ダイオードブリッジ２、平滑コンデンサ３、アクティブフィルタ５、およびスイッチング制御部７からなる直流電源装置部と、インバータ回路４と、インバータ制御部８とを備えており、電動機６に所望の周波数の電源を供給するよう構成されている（例えば、特許文献１参照）。このように構成された従来の電源装置において、交流電源１を整流ダイオードブリッジ２で整流した後、リアクタ３１を介して半導体スイッチ３３で短絡し、リアクタ３１に電流を充電し、半導体スイッチ３３がオフになった状態で、ダイオード３２を介して平滑用コンデンサ３に電力を供給して直流電圧を形成している。 Conventionally, as a power source apparatus having this type of DC power supply device, as shown in FIG. 5, a rectifying diode bridge 2, a smoothing capacitor 3, consists of active filter 5, and the switching controller 7 DC power supply unit, an inverter and circuit 4, and an inverter control section 8, and is configured to supply power of a desired frequency to the motor 6 (for example, see Patent Document 1). In the conventional power supply device configured as described above, after the AC power source 1 is rectified by the rectifier diode bridge 2, it is short-circuited by the semiconductor switch 33 via the reactor 31, and the reactor 31 is charged with current, and the semiconductor switch 33 is turned off. In this state, power is supplied to the smoothing capacitor 3 through the diode 32 to form a DC voltage.

このような直流電源装置において電源高調波を低減するには、電源入力電流を検出し、入力電流波形が電源電圧波形と同じ様な形状となるように、半導体スイッチ３３を短絡および開放させる。これにより、電源高調波成分が低減され、力率を改善することができる。   In order to reduce power supply harmonics in such a DC power supply device, the power supply input current is detected, and the semiconductor switch 33 is short-circuited and opened so that the input current waveform has the same shape as the power supply voltage waveform. Thereby, a power supply harmonic component is reduced and a power factor can be improved.

入力電流の検出は、図５に示す様に、整流ダイオードブリッジ２のマイナス側とスイッチング素子３３の間に接続される、シャント抵抗３４の両端の電位差を用いて行なわれる。   As shown in FIG. 5, the input current is detected by using a potential difference between both ends of the shunt resistor 34 connected between the negative side of the rectifier diode bridge 2 and the switching element 33.

図６は、上記のような入力電流の検出に一般的に使用される、入力電流検出方法を示す回路図である。   FIG. 6 is a circuit diagram showing an input current detection method that is generally used for detection of the input current as described above.

図６に示す直流電源装置を有する電源装置は、交流電源１０１と、モータ１０２と、整流ダイオードブリッジ１０３と、リアクタ１０４と、シャント抵抗１０５と、半導体スイッチ１０６と、ダイオード１０７と、平滑コンデンサ１０８と、インバータ部１０９と、演算増幅器２０１と、抵抗２０２、２０３および制御部１１０から構成される。 Power supply having a DC power supply device shown in FIG. 6, an AC power supply 101, a motor 102, a rectifier diode bridge 103, a reactor 104, a shunt resistor 105, and the semiconductor switch 106, a diode 107, a smoothing capacitor 108 The inverter unit 109, the operational amplifier 201, the resistors 202 and 203, and the control unit 110 are included.

シャント抵抗１０５の整流ダイオードブリッジ１０３側の端子は、抵抗２０２を介して演算増幅器２０１の反転入力側に接続される。演算増幅器２０１の非反転入力側は、シャント抵抗１０５の整流ダイオードブリッジ１０３の反対側と同じ電位である。演算増幅器２０１の反転入力側に入力されるシャント抵抗１０５の電位は、整流ダイオードブリッジ１０３と反対側の電位（基準電位）よりも低くなるが、演算増幅器２０１により反転増幅されるため、演算増幅器２０１の出力は必ず基準電位より高くなる。つまり、演算増幅器２０１の入力の一部は、基準電位より低くても、出力は基準電位より高くなるので、単電源回路で動作することができる。   A terminal on the rectifier diode bridge 103 side of the shunt resistor 105 is connected to the inverting input side of the operational amplifier 201 via the resistor 202. The non-inverting input side of the operational amplifier 201 is at the same potential as the opposite side of the rectifier diode bridge 103 of the shunt resistor 105. The potential of the shunt resistor 105 input to the inverting input side of the operational amplifier 201 is lower than the potential (reference potential) on the side opposite to the rectifier diode bridge 103, but is inverted and amplified by the operational amplifier 201. Output is always higher than the reference potential. That is, even if a part of the input of the operational amplifier 201 is lower than the reference potential, the output becomes higher than the reference potential, so that it can operate with a single power supply circuit.

そして、制御部１１０では、交流電源１０１から流入する電源が略正弦波状になるように、半導体スイッチ１０６の短絡および開放させる。   In the control unit 110, the semiconductor switch 106 is short-circuited and opened so that the power source flowing from the AC power source 101 has a substantially sine wave shape.

特開２００３−７９０５０号公報JP 2003-79050 A

しかしながら、上記従来の構成の直流電源装置においては、例えば装置を構成する素子の特性などの原因によって電流検出部でマイナスオフセットが発生する場合、電流検出情報の一部が欠落してしまう。その結果、電流検出情報に基づく制御部の電流制御が乱れ、電源高調波の増大し、力率が悪化するといった課題を有していた。   However, in the DC power supply device having the above-described conventional configuration, when a negative offset occurs in the current detection unit due to, for example, characteristics of elements constituting the device, a part of the current detection information is lost. As a result, current control of the control unit based on the current detection information is disturbed, power harmonics increase, and power factor deteriorates.

本発明は前記従来の課題を解決するものであり、電流検出部に意図的なプラスオフセットを設定することで、電流検出情報の欠落を抑制して適切な電流制御を行い、電源高調波の低減および力率の改善を図ることが可能な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-described conventional problems, and by setting a deliberate plus offset in the current detection unit, the current detection information is prevented from being lost and appropriate current control is performed, thereby reducing power supply harmonics. It is another object of the present invention to provide a DC power supply device capable of improving the power factor.

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は、交流電源を整流するダイオードブリッジと、ダイオードブリッジのプラス側出力端に接続されるリアクタと、リアクタを介して交流電源からの交流電圧を短絡および開放する半導体スイッチと、ダイオードブリッジのマイナス側出力端と前記半導体スイッチの間に接続されるシャント抵抗と、シャント抵抗に流れる電流を検出する電流検出部と、電流検出部により入力電流を検出し、入力電流が略正弦波になるように前記半導体スイッチのオンオフを短絡および開放させる制御部と、を備え、電流検出部には、検出される電流値が前記シャント抵抗に流れる電流よりも大きくなるようなプラスオフセット値を設けたものである。   In order to solve the above-described conventional problems, a DC power supply device according to the present invention includes a diode bridge that rectifies an AC power supply, a reactor connected to a positive output terminal of the diode bridge, and an AC current from the AC power supply via the reactor. A semiconductor switch for short-circuiting and releasing the voltage; a shunt resistor connected between the negative output terminal of the diode bridge and the semiconductor switch; a current detector for detecting a current flowing through the shunt resistor; and an input current by the current detector And a control unit that short-circuits and opens the semiconductor switch so that the input current becomes a substantially sine wave, and the current detection unit has a detected current value from a current flowing through the shunt resistor. Is provided with a positive offset value that also increases.

本発明の直流電源装置によれば、電流検出部に意図的なプラスオフセットを設けて電流検出部における電流検出情報の欠落を抑制するので、電流検出情報に基づいた適切な電流制御を行うことができ、電源高調波の低減および力率の改善を図ることができる。   According to the DC power supply device of the present invention, since an intentional plus offset is provided in the current detection unit to suppress loss of current detection information in the current detection unit, appropriate current control based on the current detection information can be performed. It is possible to reduce power supply harmonics and improve the power factor.

本発明に係る実施の形態１の直流電源装置を有する電源装置の回路ブロック図1 is a circuit block diagram of a power supply device having a DC power supply device according to a first embodiment of the present invention. （ａ）電流検出部にプラスオフセットが発生する際の入力電流波形図（ｂ）入力電流波形を基本波と高調波成分に分解した波形図（ｃ）入力電源波形のうち高調波成分を矩形波で近似した波形図(A) Input current waveform diagram when a positive offset occurs in the current detection unit (b) Waveform diagram in which the input current waveform is decomposed into a fundamental wave and a harmonic component (c) A harmonic component of the input power supply waveform is a rectangular wave Waveform diagram approximated by 電源高調波規制に関するＩＥＣ規格の各次数の許容高調波電流を示すグラフGraph showing allowable harmonic current of each order of IEC standard regarding power supply harmonic regulation 振幅を２．５Ａに設定した場合の矩形波の各次数の高調波電流を示すグラフGraph showing harmonic current of each order of rectangular wave when amplitude is set to 2.5A 図３Ｂのグラブの一部を拡大して示したグラフThe graph which expanded and showed a part of grab of FIG. 3B 本発明の実施の形態２における直流電源装置を有する電源装置の回路ブロック図Circuit block diagram of a power supply apparatus having a DC power supply apparatus in Embodiment 2 of the present invention 従来の直流電源装置の電流検出原理を示す直流電源装置を有する電源装置の回路ブロック図Circuit block diagram of a power supply device having a DC power supply device showing a current detection principle of a conventional DC power supply device 従来の直流電源装置の電流検出部の構成を示す直流電源装置を有する電源装置の回路ブロック図Circuit block diagram of a power supply device having a DC power supply device showing a configuration of a current detection unit of a conventional DC power supply device

本発明に係る第１の態様の直流電源装置は、交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換して出力する直流電源装置であって、前記交流電源を整流するダイオードブリッジと、前記ダイオードブリッジのプラス側出力端に接続されるリアクタと、前記リアクタを介して前記交流電源からの交流電圧を短絡および開放する半導体スイッチと、前記ダイオードブリッジのマイナス側出力端と前記半導体スイッチの間に接続されるシャント抵抗と、前記シャント抵抗に流れる電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部により入力電流を検出し、前記入力電流が略正弦波になるように前記半導体スイッチを短絡および開放させる制御部と、を備え、前記電流検出部には、検出される電流値が前記シャント抵抗に流れる電流よりも大きくなるようなプラスオフセット値を設けるものである。   A DC power supply device according to a first aspect of the present invention is a DC power supply device that converts an AC voltage from an AC power supply into a DC voltage and outputs the DC voltage, and includes a diode bridge that rectifies the AC power supply, and a diode bridge A reactor connected to the plus side output terminal, a semiconductor switch that short-circuits and opens an AC voltage from the AC power source through the reactor, and a gap between the minus side output terminal of the diode bridge and the semiconductor switch A shunt resistor, a current detection unit that detects a current flowing through the shunt resistor, and a control unit that detects an input current by the current detection unit and shorts and opens the semiconductor switch so that the input current becomes a substantially sine wave. And the current detection unit has a plug whose detected current value is larger than the current flowing through the shunt resistor. It is intended to provide a scan offset value.

これにより、電流検出部を構成する素子の影響などによってマイナスオフセットが発生した場合でも、意図的に設定したプラスオフセットによって電流検出情報の欠落を抑制することができ、電流検出情報に基づいた電源入力電流の制御によって電源高調波の低減および力率の改善を図ることができる。   As a result, even if a negative offset occurs due to the influence of the elements that make up the current detection unit, the loss of current detection information can be suppressed by the intentionally set positive offset, and power input based on the current detection information By controlling the current, it is possible to reduce the power supply harmonics and improve the power factor.

本発明に係る第２の態様の直流電源装置は、前記の第１の態様における前記プラスオフセット値を２．５Ａ以下とするものである。   The DC power supply device according to the second aspect of the present invention is such that the plus offset value in the first aspect is 2.5 A or less.

これにより、電流検出部にマイナスオフセットが生じた場合の電流検出情報の欠落を抑制しつつ、意図的なプラスオフセットの設定によって生じる電源高調波成分を、電源高調波規制の国際規格ＩＥＣ６１０００−３−２Ｃｌａｓｓ−Ａ（以下、「ＩＥＣ規格」と称す。）の限度値内に収め、より実用に即した直流電源装置を提供することができる。   As a result, the power supply harmonic component generated by the intentional setting of the positive offset is suppressed to the international standard IEC61000-3-3 of the power supply harmonic regulation while suppressing the loss of the current detection information when a negative offset occurs in the current detection unit. It is possible to provide a DC power supply apparatus that is within the limit value of 2Class-A (hereinafter referred to as “IEC standard”) and more suitable for practical use.

本発明に係る第３の態様の直流電源装置においては、前記の第１の態様または第２の態様における前記電流検出部が反転増幅回路により構成され、前記シャント抵抗は、電位が低い側が前記反転増幅回路の反転入力側に接続され、前記反転増幅回路の非反転入力側の電位を前記シャント抵抗の高電位側よりも高い電位にするものである。   In the direct current power supply device according to the third aspect of the present invention, the current detection unit in the first aspect or the second aspect is configured by an inverting amplifier circuit, and the shunt resistor has the inversion on the low potential side. Connected to the inverting input side of the amplifier circuit, the non-inverting input side potential of the inverting amplifier circuit is set higher than the high potential side of the shunt resistor.

これにより、電流検出部を単電源で動作させることができるので、安価な構成で適切な電流制御を実現し、電源高調波の低減および力率の改善を図ることができる。   As a result, the current detection unit can be operated with a single power supply, so that appropriate current control can be realized with an inexpensive configuration, and power supply harmonics can be reduced and the power factor can be improved.

以下、本発明の直流電源装置に係る実施の形態として直流電源装置を備える電源装置について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、本発明の直流電源装置は、以下の実施の形態に記載した構成に限定されるものではなく、以下の実施の形態において説明する技術的思想と同等の技術的思想に基づいて構成される直流電源装置を含むものである。   Hereinafter, a power supply device including a DC power supply device as an embodiment of the DC power supply device of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Note that the DC power supply device of the present invention is not limited to the configuration described in the following embodiment, and is configured based on a technical idea equivalent to the technical idea described in the following embodiment. Includes a DC power supply.

（実施の形態１）
図１は、本発明に係る実施の形態１の直流電源装置を備える電源装置全体の回路構成を示すブロック図である。(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a circuit configuration of an entire power supply device including the DC power supply device according to the first embodiment of the present invention.

図１において、交流電源１００１の出力端からの電流はダイオードブリッジ１００３に入力される。ダイオードブリッジ１００３のプラス側出力端には、リアクタ１００４が直列に接続され、また、ダイオード１００７が、アノードがリアクタ１００４側になるように直列に接続されている。さらに、ダイオードブリッジ１００３の出力には、平滑コンデンサ１００８が並列に接続されている。   In FIG. 1, the current from the output terminal of the AC power supply 1001 is input to the diode bridge 1003. The reactor 1004 is connected in series to the plus side output terminal of the diode bridge 1003, and the diode 1007 is connected in series so that the anode is on the reactor 1004 side. Further, a smoothing capacitor 1008 is connected in parallel to the output of the diode bridge 1003.

ダイオードブリッジ１００３のマイナス側出力端には、シャント抵抗１００５が接続されており、ダイオードブリッジ１００３とシャント抵抗１００５の間にはダイオードブリッジの出力電流を検出する電流検出部１０１１が接続されている。   A shunt resistor 1005 is connected to the negative output terminal of the diode bridge 1003, and a current detector 1011 that detects the output current of the diode bridge is connected between the diode bridge 1003 and the shunt resistor 1005.

また、ダイオードブリッジ１００３の出力端には、リアクタ１００４を介して半導体スイッチ１００６が接続されている。この半導体スイッチ１００６によって、交流電源１００１からの交流電圧を短絡・開放することで電源装置の力率を改善する。交流電源１００１からの交流電圧はダイオードブリッジ１００３により整流され、その後、インバータ部１００９によって交流電圧に変換されモータ１００２を駆動する。   A semiconductor switch 1006 is connected to the output terminal of the diode bridge 1003 via a reactor 1004. The semiconductor switch 1006 improves the power factor of the power supply device by short-circuiting / opening the AC voltage from the AC power supply 1001. The AC voltage from the AC power supply 1001 is rectified by the diode bridge 1003, and then converted into an AC voltage by the inverter unit 1009 to drive the motor 1002.

実施の形態１においては、ダイオードブリッジ１００３、リアクタ１００４、半導体スイッチ１００６、シャント抵抗１００５、電流検出部１０１１、および制御部１０１０により直流電源装置が構成されている。   In the first embodiment, the diode bridge 1003, the reactor 1004, the semiconductor switch 1006, the shunt resistor 1005, the current detection unit 1011 and the control unit 1010 constitute a DC power supply device.

次に、本発明に係る実施の形態１における電流検出部１０１１の構成を説明する。   Next, the configuration of the current detection unit 1011 according to the first embodiment of the present invention will be described.

シャント抵抗１００５の電位の低い側は反転増幅回路の反転側に接続される。この反転増幅回路は、抵抗２００２、２００３、基準電圧源２０５０、演算増幅器２００１で構成される。なお、基準電圧源２０５０のマイナス側は、シャント抵抗１００５の電位の高い側（ゼロ電位）と同じである。これにより、電流検出部１０１１を単電源で動作させることができる。   The low potential side of the shunt resistor 1005 is connected to the inverting side of the inverting amplifier circuit. This inverting amplifier circuit includes resistors 2002 and 2003, a reference voltage source 2050, and an operational amplifier 2001. Note that the negative side of the reference voltage source 2050 is the same as the high potential side (zero potential) of the shunt resistor 1005. Thereby, the current detection unit 1011 can be operated with a single power source.

次に、制御部１０１０に電流検出信号を入力する電流検出部１０１１の動作を説明する。交流電源１００１からシャント抵抗１００５に電流が流れることで、シャント抵抗１００５の両端に電位差が生じる。シャント抵抗１００５の電位の低い側をＶｉ、基準電圧源２０５０の電位をＶｒｅｆ、抵抗２００２、２００３の抵抗値をＲ２００２、Ｒ２００３とすると、演算増幅器２００１の出力Ｖｏは数式１で求められる。   Next, the operation of the current detection unit 1011 that inputs a current detection signal to the control unit 1010 will be described. When a current flows from the AC power supply 1001 to the shunt resistor 1005, a potential difference is generated between both ends of the shunt resistor 1005. When the low potential side of the shunt resistor 1005 is Vi, the potential of the reference voltage source 2050 is Vref, and the resistance values of the resistors 2002 and 2003 are R2002 and R2003, the output Vo of the operational amplifier 2001 is obtained by Equation 1.

Figure 0006288458
Figure 0006288458

ここで、電流検出部の素子である演算増幅器２００１が負側にオフセットを有する場合など、電流検出部１０１１においてシャント抵抗１００５に流れる電流よりも少ない電流値が検出される、つまりマイナスオフセットが発生すると、入力電流が流れても、電流検出部１０１１の出力が飽和し、ゼロのままになることがある。このように、何らかの影響によりマイナスオフセットが発生する場合、電流検出情報の一部が欠落してしまう。その結果、電流検出情報に基づく電流制御が乱れ、電源高調波の増大や力率の悪化を招く。   Here, when the operational amplifier 2001, which is an element of the current detection unit, has an offset on the negative side, when the current detection unit 1011 detects a current value smaller than the current flowing through the shunt resistor 1005, that is, when a negative offset occurs. Even if the input current flows, the output of the current detection unit 1011 may be saturated and remain zero. Thus, when a negative offset occurs due to some influence, a part of the current detection information is lost. As a result, current control based on the current detection information is disturbed, resulting in an increase in power supply harmonics and a deterioration in power factor.

一方、電流検出部において、シャント抵抗１００５に流れる電流よりも多めに検出される、いわゆるプラスオフセットが発生した場合、電流検出情報が欠落することなく、検出された電流値に基づく電流制御を行うことができる。   On the other hand, when a so-called plus offset that is detected more than the current flowing through the shunt resistor 1005 occurs in the current detection unit, current control based on the detected current value is performed without missing current detection information. Can do.

従って、あらかじめ電流検出部１０１１に意図的なプラスオフセットを設定することで、電流検出情報の欠落を抑制し、電流検出情報に基づいた適切な入力電流制御を実現することができる。   Therefore, by setting an intentional plus offset in the current detection unit 1011 in advance, it is possible to suppress the lack of current detection information and realize appropriate input current control based on the current detection information.

次に、電流検出部に設定するプラスオフセット値の決定方法を、図２、および図３Ａから図３Ｂを用いて説明する。   Next, a method for determining the plus offset value set in the current detection unit will be described with reference to FIGS. 2 and 3A to 3B.

図２において、（ａ）は電流検出部１０１１においてプラスオフセットが発生する際の入力電流波形の一例を示す波形図であり、（ｂ）は入力電流波形を基本波と高調波成分に分解した波形を示す波形図であり、（ｃ）は入力電源波形のうち高調波成分を矩形波で近似した波形を示す波形図である。   2A is a waveform diagram illustrating an example of an input current waveform when a plus offset occurs in the current detection unit 1011. FIG. 2B is a waveform obtained by decomposing the input current waveform into a fundamental wave and a harmonic component. (C) is a waveform diagram showing a waveform obtained by approximating the harmonic component of the input power supply waveform with a rectangular wave.

また、図３Ａは電源高調波規制のＩＥＣ規格における各次数の最大許容高調波電流を示すグラフであり、図３Ｂは振幅を２．５Ａに設定した場合の矩形波の各次数の高調波電流を示すグラフであり、図３Ｃは図３Ｂのグラフの一部分を拡大して示したグラフである。   FIG. 3A is a graph showing the maximum allowable harmonic current of each order in the IEC standard for power supply harmonic regulation, and FIG. 3B shows the harmonic current of each order of the rectangular wave when the amplitude is set to 2.5A. FIG. 3C is an enlarged graph of a part of the graph of FIG. 3B.

電流検出部１０１１に意図的なプラスオフセットを設けることで、電流検出情報の欠落を抑制することが可能になる。一方で、過度なプラスオフセットを設定すると、プラスオフセット値を含んだ電流検出情報によって電源入力電流の制御が行なわれるため、図２の（ａ）に示すように、電源入力電流の高調波成分が増加してしまう。この高調波成分を抑制するため、適切なプラスオフセット値を設定する必要がある。   By providing an intentional plus offset in the current detection unit 1011, it is possible to suppress missing current detection information. On the other hand, if an excessive positive offset is set, the power supply input current is controlled by the current detection information including the positive offset value. Therefore, as shown in FIG. It will increase. In order to suppress this harmonic component, it is necessary to set an appropriate plus offset value.

ここで、図２の（ａ）の入力電流波形は、図２の（ｂ）に示すように、基本波と高調波成分により構成される。この高調波成分は、電流検出部１０１１に設定したプラスオフセットによって生じるものである。この高調波成分がＩＥＣ規格の範囲に収まるようなプラスオフセットの決定方法を以下に説明する。   Here, as shown in FIG. 2B, the input current waveform in FIG. 2A is composed of a fundamental wave and a harmonic component. This harmonic component is generated by a plus offset set in the current detection unit 1011. A method for determining a plus offset so that this harmonic component falls within the range of the IEC standard will be described below.

まず、図２の（ｃ）に示すように、高調波成分を矩形波で近似する。矩形波は、プラスとマイナスサイクルが対称であるため、偶数次高調波は含まれず、奇数次調波のみが含まれ、その波形は次に示す数式２のフーリエ級数展開によって表される。ここで、Ｉは矩形波電流の振幅を表す。   First, as shown in FIG. 2C, the harmonic component is approximated by a rectangular wave. Since the positive and negative cycles are symmetrical, the rectangular wave does not include even-order harmonics but includes only odd-order harmonics, and the waveform is represented by the following Fourier series expansion of Equation 2. Here, I represents the amplitude of the rectangular wave current.

Figure 0006288458
Figure 0006288458

また、数式２から、第ｎ次高調波電流の実効値Ｉｎは数式３によって表される。   From Equation 2, the effective value In of the nth harmonic current is expressed by Equation 3.

Figure 0006288458
Figure 0006288458

ここで、プラスオフセットを設けたことによる電源高調波成分を抑制し、ＩＥＣ規格内に収めるためには、矩形波で近似した電源高調波に含まれる各次数成分の振幅が、図３Ａに示すＩＥＣ規格の許容電流の振幅以下に収まればよい。したがって、そのような矩形波の最大許容振幅を求める。   Here, in order to suppress the power supply harmonic component due to the provision of the plus offset and keep it within the IEC standard, the amplitude of each order component included in the power supply harmonic approximated by the rectangular wave is IEC shown in FIG. 3A. It only needs to be within the amplitude of the allowable current of the standard. Therefore, the maximum allowable amplitude of such a rectangular wave is obtained.

ＩＥＣ規格に規定された各次数の許容電流を含む矩形波において、この矩形波の振幅Ｉは、数式３のｎおよびＩｎに、図３Ａに示す次数と各次数における許容電流値を代入することで求められる。得られた振幅Ｉを表１に示す。   In the rectangular wave including the allowable current of each order specified in the IEC standard, the amplitude I of the rectangular wave is obtained by substituting the order shown in FIG. 3A and the allowable current value in each order into n and In of Equation 3. Desired. The obtained amplitude I is shown in Table 1.

Figure 0006288458
Figure 0006288458

表１から、１５次高調波以降の振幅Ｉは２．５Ａに収束していくことがわかる。   From Table 1, it can be seen that the amplitude I after the 15th harmonic converges to 2.5A.

よって、矩形波電流の振幅が２．５Ａ以下であれば、この矩形波に含まれる各次数成分の電流の振幅が、図３Ａに示す許容電流以下になる。よって、電源高調波成分をＩＥＣ規格に収めるための矩形波電流の最大許容振幅は２．５Ａとなる。このように電流検出部に設定するプラスオフセットを２．５Ａ以下に設定することで、マイナスオフセットが生じることによる制御部の動作の不安定化を抑制するとともに、プラスオフセットによって生じる高調波成分をＩＥＣ規格内に収めることができる。   Therefore, if the amplitude of the rectangular wave current is 2.5 A or less, the amplitude of the current of each order component included in the rectangular wave is less than the allowable current shown in FIG. 3A. Therefore, the maximum allowable amplitude of the rectangular wave current for keeping the power supply harmonic component in the IEC standard is 2.5A. In this way, by setting the positive offset set in the current detection unit to 2.5 A or less, it is possible to suppress instability of the operation of the control unit due to the occurrence of the negative offset, and to reduce the harmonic component generated by the positive offset to IEC. It can be kept within the standard.

確認のため、図３Ｂおよび図３Ｃに、振幅を２．５Ａに設定した矩形波の各次数の高調波電流の値を示す。   For confirmation, FIG. 3B and FIG. 3C show the harmonic current values of the respective orders of the rectangular wave with the amplitude set to 2.5A.

図３Ｂおよび、図３Ｂの一部分を拡大した図３Ｃから、振幅が２．５Ａの矩形波電流は、グラフ内の実線で示すＩＥＣ規格で規定される各次数の高調波電流の許容電流値を超えていないことがわかる。   From FIG. 3B and FIG. 3C in which a part of FIG. 3B is enlarged, the square wave current with an amplitude of 2.5 A exceeds the allowable current value of the harmonic current of each order specified by the IEC standard indicated by the solid line in the graph. You can see that it is not.

以上により、電流検出部１０１１のプラスオフセットが２．５Ａ以下になる様に、演算増幅器２００１の基準電圧源２０５０を設定することで、電流検出部で生じる電流検出情報の欠落を抑制することができるので、電流検出情報に基づく適切な電流制御を行うことができる。また、意図的に設定したプラスオフセットによって生じる電源高調波成分をＩＥＣ規格の限度値以内に収めることができる。   As described above, by setting the reference voltage source 2050 of the operational amplifier 2001 so that the plus offset of the current detection unit 1011 is 2.5 A or less, it is possible to suppress the lack of current detection information generated in the current detection unit. Therefore, appropriate current control based on current detection information can be performed. Further, the power harmonic component generated by the intentionally set plus offset can be kept within the limit value of the IEC standard.

（実施の形態２）
図４は、本発明に係る実施の形態２の直流電源装置を備える電源装置全体の回路構成を示すブロック図である。(Embodiment 2)
FIG. 4 is a block diagram showing a circuit configuration of the entire power supply apparatus including the DC power supply apparatus according to the second embodiment of the present invention.

以下、実施の形態２の直流電源装置を備える電源装置について、実施の形態１との相違点を中心に説明する。なお、実施の形態２の説明において、前述の実施の形態１と同じ機能を有する構成要素には同じ参照符号を付し、説明を省略する。また、前述の実施の形態１と同じ作用を有する内容についても、説明を省略する。実施の形態２における電流検出部１０１１の回路構成は、実施の形態１と異なるが、実施の形態１と同様に、シャント抵抗１００５の電位差で交流電源１００１からの電流を検出する構成であるため、同じ符号を用いて説明する。   Hereinafter, a power supply device including the DC power supply device according to the second embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment. In the description of the second embodiment, components having the same functions as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Also, the description of the content having the same action as in the first embodiment is omitted. Although the circuit configuration of the current detection unit 1011 in the second embodiment is different from that in the first embodiment, the current detection unit 1011 detects the current from the AC power supply 1001 by the potential difference of the shunt resistor 1005 as in the first embodiment. Explanation will be made using the same reference numerals.

次に、電流検出部１０１１の構成を説明する。シャント抵抗１００５の両端の電圧を、基準電圧源１１５０と、抵抗１１０２、１１０３、１１０４、演算増幅器１１０１で構成され、反転およびレベルシフトを行う第一の反転・レベルシフト回路と、基準電圧源１１５０と、抵抗１２０２、１２０３、１２０４、演算増幅器１２０１で構成される第二の反転・レベルシフト回路に入力する。   Next, the configuration of the current detection unit 1011 will be described. A voltage across the shunt resistor 1005 includes a reference voltage source 1150, resistors 1102, 1103, 1104, and an operational amplifier 1101, a first inversion / level shift circuit that performs inversion and level shift, and a reference voltage source 1150 , Resistors 1202, 1203, 1204, and an operational amplifier 1201.

演算増幅器１１０１、１２０１の出力をそれぞれ抵抗１３０２、１３０４に入力し、抵抗１３０２、１３０３、１３０４、１３０５と演算増幅器１３０１で構成される差動増幅回路を動作させる。そして演算増幅器１１０１、１２０１の出力の差を抽出し、演算増幅器１３０１の出力をもって、電流検出情報とする。   The outputs of the operational amplifiers 1101 and 1201 are input to the resistors 1302 and 1304, respectively, and a differential amplifier circuit including the resistors 1302, 1303, 1304, and 1305 and the operational amplifier 1301 is operated. Then, the difference between the outputs of the operational amplifiers 1101 and 1201 is extracted, and the output of the operational amplifier 1301 is used as current detection information.

シャント抵抗１００５の電位の高い側（ゼロ電位）をＶ１、基準電圧源１１５０の電位をＶｒｅｆとし、抵抗１１０２、１１０３、１１０４の各抵抗の値をＲ１１０２、Ｒ１１０３、Ｒ１１０４すると、演算増幅器１１０１の出力電圧Ｖｏ＿１は数式４で表される。   When the higher potential (zero potential) of the shunt resistor 1005 is V1, the potential of the reference voltage source 1150 is Vref, and the values of the resistors 1102, 1103, and 1104 are R1102, R1103, and R1104, the output voltage of the operational amplifier 1101 Vo_1 is expressed by Equation 4.

Figure 0006288458
Figure 0006288458

同様に、シャント抵抗１００５の電位の低い側をＶ２、基準電圧源１１５０の電位をＶｒｅｆとし、抵抗１２０２、１２０３、１２０４の各抵抗の値をＲ１２０２、Ｒ１２０３、Ｒ１２０４すると、演算増幅器１２０１の出力電圧Ｖｏ＿２は数式５で表される。   Similarly, if the lower potential side of the shunt resistor 1005 is V2, the potential of the reference voltage source 1150 is Vref, and the values of the resistors 1202, 1203, 1204 are R1202, R1203, R1204, the output voltage Vo_2 of the operational amplifier 1201. Is expressed by Equation 5.

Figure 0006288458
Figure 0006288458

さらに、演算増幅器１１０１の出力Ｖｏ＿１を演算増幅器１３０１の反転入力側に入力し、演算増幅器１２０１の出力Ｖｏ＿２を演算増幅器１３０１の非反転入力側に入力した場合に、抵抗１３０２、１３０３、１３０４、１３０５の抵抗値をそれぞれ、Ｒ１３０２、Ｒ１３０３、Ｒ１３０４、Ｒ１３０５とすると、演算増幅器１３０１の出力Ｖｏ＿３は数式６で表される。   Further, when the output Vo_1 of the operational amplifier 1101 is input to the inverting input side of the operational amplifier 1301 and the output Vo_2 of the operational amplifier 1201 is input to the non-inverting input side of the operational amplifier 1301, the resistors 1302, 1303, 1304, and 1305 When resistance values are R1302, R1303, R1304, and R1305, respectively, the output Vo_3 of the operational amplifier 1301 is expressed by Equation 6.

Figure 0006288458
Figure 0006288458

ここで、入力電流がゼロの場合、演算増幅器１３０１の出力Ｖｏ＿３が、電流検出部１０１１のオフセット値となる。   Here, when the input current is zero, the output Vo_3 of the operational amplifier 1301 becomes the offset value of the current detection unit 1011.

また、演算増幅器１３０１周囲の抵抗を、Ｒ１３０５／Ｒ１３０４＞Ｒ１３０３／Ｒ１３０２の様に設定すれば、電流検出部１０１１にプラスオフセットを与えることができる。   Further, if the resistance around the operational amplifier 1301 is set as R1305 / R1304> R1303 / R1302, a positive offset can be given to the current detection unit 1011.

以上の回路構成において、プラスオフセットが２．５Ａ以下になる様に、演算増幅器１１０１、１２０１、１３０１の回路定数を設定することで、電流検出部１０１１における電流検出情報の欠落を抑制することができるので、電流検出情報に基づく適切な電流制御を行うことができる。また、意図的に設定したプラスオフセットによって生じる電源高調波成分を、ＩＥＣ規格の限度値以内に収めることができる。   In the above circuit configuration, by setting the circuit constants of the operational amplifiers 1101, 1201, and 1301 so that the plus offset is 2.5A or less, it is possible to suppress the lack of current detection information in the current detection unit 1011. Therefore, appropriate current control based on current detection information can be performed. Further, the power harmonic component generated by the intentionally set plus offset can be kept within the limit value of the IEC standard.

実施の形態２の構成においては、実施の形態１と同様に、ダイオードブリッジ１００３、リアクタ１００４、半導体スイッチ１００６、シャント抵抗１００５、電流検出部１０１１、および制御部１０１０により直流電源装置が構成されている。   In the configuration of the second embodiment, as in the first embodiment, the diode bridge 1003, the reactor 1004, the semiconductor switch 1006, the shunt resistor 1005, the current detection unit 1011, and the control unit 1010 constitute a DC power supply device. .

なお、前述の実施の形態１，２においては、ＩＥＣ規格で、電源電圧実効値が２３０Ｖの場合を想定して説明したが、この規格と同等あるいは類似の規格が各国で適用されており、当該国の電源電圧が異なるものの、規定電流値が同じ場合には、実施の形態と同じ電流値以下となるオフセット値を与えればよく、当該国の電源電圧が異なり規定電流値が変化する場合には、電源電圧比率に反比例した値以下となるオフセット値を与えればよいことは、容易に類推できることである。例えば、当該国の電源電圧実効値が１００Ｖであれば、２．５×２３０÷１００＝５．７５Ａとすることができる。   In the first and second embodiments described above, the IEC standard is described assuming that the effective value of the power supply voltage is 230 V. However, a standard equivalent to or similar to this standard is applied in each country. If the power supply voltage in the country is different but the specified current value is the same, an offset value that is equal to or less than the current value as in the embodiment may be given.If the power supply voltage in the country is different and the specified current value changes It is easy to analogize that an offset value that is equal to or less than a value inversely proportional to the power supply voltage ratio is given. For example, if the power supply voltage effective value in the country is 100 V, 2.5 × 230 ÷ 100 = 5.75 A can be obtained.

本明細書においては本発明をある程度の詳細さをもって各実施の形態において説明したが、これらの実施の形態の開示内容は構成の細部において変化してしかるべきものであり、各実施の形態における要素の組合せや順序の変化は請求された本開示の範囲および思想を逸脱することなく実現し得るものである。   In the present specification, the present invention has been described in each embodiment with a certain degree of detail. However, the disclosure content of these embodiments should be changed in details of the configuration, and elements in each embodiment. Combinations and changes in order may be made without departing from the scope and spirit of the claimed disclosure.

本発明に係る直流電源装置は、電源の利用効率を高めることができるため、例えば、電源装置として圧縮機に適用し、冷媒を圧縮することによりヒートポンプを構成することで、冷房、暖房、あるいは食品などの冷凍を行うものに適用できる。   Since the direct-current power supply device according to the present invention can increase the utilization efficiency of the power supply, for example, it is applied to a compressor as a power supply device, and a heat pump is formed by compressing a refrigerant, thereby cooling, heating, or food. It can be applied to those that freeze.

１００１ 交流電源
１００３ ダイオードブリッジ
１００４ リアクタ
１００５ シャント抵抗
１００６ 半導体スイッチ
１００８ 平滑コンデンサ
１０１０ 制御部
１０１１ 電流検出部
１１０２、１１０３、１１０４、１２０２、１２０３、１２０４、１３０２、１３０３、１３０４、１３０５、２００２、２００３ 抵抗
１１０１、１２０１、１３０１、２００１ 演算増幅器
１１５０、２０５０ 基準電圧源1001 AC power supply 1003 Diode bridge 1004 Reactor 1005 Shunt resistor 1006 Semiconductor switch 1008 Smoothing capacitor 1010 Control unit 1011 Current detection unit 1102, 1103, 1104, 1202, 1203, 1202, 1303, 1303, 1305, 2002, 2003, resistance 1101, 1201, 1301, 2001 Operational amplifier 1150, 2050 Reference voltage source

Claims (2)

交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換して出力する直流電源装置であって、
前記交流電源を全波整流するダイオードブリッジと、
前記ダイオードブリッジのプラス側出力端に一端が接続されるリアクタと、
前記ダイオードブリッジのマイナス側出力端に一端が接続されるシャント抵抗と、
前記リアクタの他端と前記シャント抵抗の他端との間を短絡および開放する半導体スイッチと、
前記シャント抵抗の前記半導体スイッチに接続されている他端側の電位を基準として、前記ダイオードブリッジのマイナス側出力端の電位との電位差を反転増幅することにより、前記シャント抵抗に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部により検出した電流が略正弦波の全波整流した波形になるように、前記半導体スイッチを短絡および開放させて前記リアクタに流れる電流を制御する制御部と、を備え、
前記電流検出部は、前記シャント抵抗に流れる電流と同じ極性のプラスオフセット値が加算されて、前記シャント抵抗に流れる電流検出情報として出力するように構成され、
前記プラスオフセット値は、電源高調波規制の限度値以内の高調波成分よりなる交流電源周波数と同じ周波数の矩形波電流の振幅に相当する電流値である、ことを特徴とする直流電源装置。 A DC power supply device that converts an AC voltage from an AC power source into a DC voltage and outputs the DC voltage,
A diode bridge for full-wave rectification of the AC power supply;
A reactor having one end connected to the positive output end of the diode bridge;
A shunt resistor having one end connected to the negative output end of the diode bridge;
A semiconductor switch that short-circuits and opens between the other end of the reactor and the other end of the shunt resistor ;
The current flowing through the shunt resistor is detected by inverting and amplifying the potential difference with the potential at the negative output end of the diode bridge with reference to the potential at the other end connected to the semiconductor switch of the shunt resistor. A current detector;
As a waveform of current detected by the current detection unit has a full-wave rectification of the approximate sine wave, and a control unit for controlling a current flowing through the reactor be short-circuited and open the semiconductor switch,
The current detection unit is configured to add a plus offset value having the same polarity as the current flowing through the shunt resistor, and to output as current detection information flowing through the shunt resistor,
The DC power supply apparatus according to claim 1, wherein the plus offset value is a current value corresponding to an amplitude of a rectangular wave current having the same frequency as an AC power supply frequency composed of harmonic components within a limit value of power supply harmonic regulation . 交流電源電圧の実効値をＶａｃとした場合、前記プラスオフセット値は、
２．５ × ２３０ ／ Ｖａｃ （単位：Ａ）以下とする、ことを特徴とする請求項１に記載の直流電源装置。 When the effective value of the AC power supply voltage is Vac, the plus offset value is
The DC power supply device according to claim 1, wherein the DC power supply device is 2.5 × 230 / Vac (unit: A) or less .
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