JPH0614534A - 2つの作動スイッチと単位電源ファクタ可能出力とを備えた順方向コンバータ - Google Patents

2つの作動スイッチと単位電源ファクタ可能出力とを備えた順方向コンバータ

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JPH0614534A
JPH0614534A JP5057639A JP5763993A JPH0614534A JP H0614534 A JPH0614534 A JP H0614534A JP 5057639 A JP5057639 A JP 5057639A JP 5763993 A JP5763993 A JP 5763993A JP H0614534 A JPH0614534 A JP H0614534A
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Deepakraj M Divan
エム ディヴァン ディーパクライ
Giri Venkataramanan
ヴェンカタラマナン ギリ
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Wisconsin Alumni Research Foundation
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    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
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    • H02M1/4258Arrangements for improving power factor of AC input using a single converter stage both for correction of AC input power factor and generation of a regulated and galvanically isolated DC output voltage
    • HELECTRICITY
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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 同時にオン状態やオフ状態とされる必要なし
に、たった2つのスイッチの状態制御によって、負荷に
供給される入力ライン電流若しくは出力電圧の制御を可
能とする。 【構成】 スイッチングデバイスを制御することによ
り、入力電圧の後に続いて単位電力ファクタをつくり出
すような正弦波入力電流に対して、出力電圧のゆるいレ
ギュレーションを与え、また、非常に高い電力ファクタ
を入力電源に達成している間は、出力電圧の厳しいレギ
ュレーションを与える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は一般には電力変換装置、
更に言えば、交流から直流への順方向コンバータに関す
る。
【0002】
【従来の技術】スイッチ型モード電源の使用が拡大した
こと、及びその他の要因により、このような負荷が接続
される電力装置に不所望な調波が生じる。スイッチ型モ
ード電源に対するIEC555−2のような調波ライン
電流標準の結果、単位電力ファクタを達成するような電
源を幾つか製造することで、設計を適合させることとな
った。電力の入力ステージでは、作動スイッチコンバー
タの使用、及び/又は、受動フィルタ素子の使用を含
め、様々な設計が、電力コンバータの入力波の質の改善
に役立つ。例えば、K. Kit Sumによる「 Power Factor
Correction for Single Phase Input Supplies」、PCIM
社、1989年12月号、第18頁〜23頁、J.J Span
glerによる「A Power Factort Corrected MOSFET Multi
ple Output Flyback Switching Power Supply 」、電力
変換国際PCI会議会報を参照のこと。
【0003】利用されている回路構造の多くは、ユーテ
ィリティ端末における高圧整流器と直流−直流コンバー
タの直流バスとの間に、ブーストコンバータを含む。こ
のようなシステム例が、Carpenter に付与された米国特
許第4,437,146 号、「BoostPower Supply Having Power
Factor Correction Circuit 」に開示されている。こ
のようなシステムでは、直流バスコンデンサが、中間エ
ネルギー蓄積装置を提供し、入力電力の揺らぎを滑らか
なものにする。直流−直流コンバータはまた、高周波ア
イソレーション、電圧の階段状降下、出力電圧の線路電
流変動率及び負荷変動分を与える。中間レベルから高電
力レベルに至るまでにおいて、2つのトランジスタ順方
向電圧コンバータが直流−直流コンバータに共通に使用
されてきた。独立した2つの電力ステージの使用は、入
力電流の形成の問題と出力レギュレーションの問題を分
離してくれるものであり、この結果、これらを別々に取
り扱って、異なる電力ステージによって解決することが
可能となる。このようなアプローチは、効果的ではある
が、付加的なスイッチ素子によって、全システムが必要
とするコストは更に増大する。
【0004】
【発明の概要】本発明の電力コンバータは、入力ブース
トコンバータと出力順方向コンバータとを、単一の電力
ステージに組み込み、たった2つの作動スイッチしか持
たない簡易な回路形態を提供する。にもかかわらず、入
力ライン電流制御に理想的な出力レギュレーションを与
えるようにして作動されている場合に、この回路は、単
位電力ファクタを得ることができ、また、完全な出力レ
ギュレーションを与えて入力ライン上の単位電力ファク
タを閉じることができる。本発明のコンバータは、主ノ
ードに電流を供給する入力インダクタに、整流された電
圧を与える入力整流器を含む。主ノードからダイオード
を通じて、直流バス供給ラインに電流を与え、直流バス
戻りラインは、整流器に電流を戻す。エネルギー蓄積用
コンデンサは、直流バスライン25と29の両端に接続
される。更に、これらの直流バスラインの両端に、第1
の制御可能なスイッチングデバイスと、ダイオードとが
接続される。高周波変成器は、第1のスイッチングデバ
イスとダイオードと主メモリとの間の接合部の間に接続
される。第2の変成器は、インダクタに整流電流を与え
る整流器と、負荷に直流出力電圧を印加するコンデンサ
フィルタに接続される。トランジスタのような第2のゲ
ート制御用スイッチングデバイスは、主ノードと戻り直
流バスラインの間に接続される。他の作動スイッチは、
これ以上必要としない。
【0005】動作中、第2のスイッチングデバイスをオ
ン状態として(AC入力電源の間隔に比べて短い間隔の
間)、電流を入力インダクタに導電し、その後オフ状態
として、インダクタから直流バス供給ラインに電流を駆
動し、エネルギー蓄積用コンデンサを荷電する。第1及
び第2のスイッチングデバイスが共にオン状態とされて
いるとき、コンデンサは、スイッチングデバイスを介し
て、変成器を通じて負荷に電力を供給する。コンデンサ
の再チャージ及び変成器コアのリセットを行うことによ
り、変成器磁化電流を各サイクル毎に0に駆動するのに
十分な時間間隔の間中、各スイッチングデバイスがオフ
状態とされる。一般に、この時間間隔は、少なくとも、
これらスイッチの両方がオン状態とされたときに、コン
デンサからの順方向電力が、変成器を通じてコンデンサ
から変成される時間間隔の間中である。しかしながら、
これらのスイッチは、同時に、オン状態やオフ状態とさ
れる必要はなく、これら2つのスイッチのターンオン及
びターンオフの制御により、負荷に供給される入力ライ
ン電流若しくは出力電圧の制御が可能となる。
【0006】本発明のコンバータに用いるコントローラ
は、スイッチングデバイスを制御することにより、入力
電圧の後に続いて単位電力ファクタをつくり出すような
正弦波入力電流に対して、出力電圧のゆるい(loose) レ
ギュレーションを与え、また、非常に高い電力ファクタ
を入力電源に達成している間は、出力電圧の厳しい(tig
ht) レギュレーションを与えるようにすることができ
る。従来のブーストコンバータを用いたコンバータ回路
では、最低でも3つのスイッチングデバイスが必要であ
ったが、本発明によれば、たった2個のスイッチで、こ
のような制御を達成することができる。
【0007】本発明の他の目的、特徴及び利点は、添付
図面と共に以下の詳細な説明から、明かとなるであろ
う。
【0008】
【実施例】図1に本発明による単位電力ファクタ順方向
コンバータの電力回路を、参照番号10により、回路図
の形態で示す。コンバータ回路10は、入力ライン11
及び12上の単相AC入力電力を受ける。この電力は、
ダイオード13、14、15から成る全ブリッジ(full
bridge) 整流器によって整流され、出力ライン18及び
戻りライン19上に直流電圧を供給する。ライン18上
の電流は入力インダクタ21に供給される。インダクタ
21からの電流は主ノード22に流入する。整流ダイオ
ード24は、主ノード22と供給直流バスライン25の
間に接続される。戻りライン19は、戻り直流バスライ
ンとして機能する。エネルギー蓄積用コンデンサ27
は、直流バスライン25及び19の両端に接続される。
更に、これらの直流バスラインの両端に、制御用スイッ
チングデバイス29とダイオード30が接続されてお
り、それらはノード31で接合されている。スイッチン
グデバイス29は、MOSFETのような、種々のゲー
トターンオフスイッチングデバイスの中のいづれであっ
てもよい。高周波変成器34は、スイッチングデバイス
29とダイオード30を接続するノード31と、主ノー
ド22との間に接続された第1部分35を備える。第2
のスイッチングデバイス32(例えば、電力MOSFE
T)は、主ノード22と直流バス戻りライン19の間に
接続される。変成器34の第2部分36は、直流電圧を
フィルタに供給する整流ダイオード40にその出力を与
え、また、図1で抵抗43として示した負荷にその直流
出力電圧V0 を供給する一連のインダクタ41、並列コ
ンデンサ42を備える。インダクタ41とコンデンサ4
2の両端に、バイパスダイオード44も接続される。本
発明では、制御信号を第1及び第2スイッチングデバイ
ス29、32のそれぞれに与え、AC入力ライン11及
び12から負荷43に供給された直流電力に、AC入力
ライン11、12における実質的な単位電力ファクタを
提供し、そうして入力ライン電流制御と出力電圧制御の
両方を行なう。通常のスイッチング周波数は、20KH
z〜100KHzである。
【0009】本発明は、独立した2つの特質、即ち、入
力ライン電流(ライン11及び12上の電流)と出力電
圧V0 の制御を問題としたものである。本発明を理解す
るためには、所望の制御機能を与えるようにして設計可
能である、設計上の自由度の度合いを認識することが、
その助けとなる。コンバータ回路10で最も重要な条件
は、高周波変成器34と関連付けられていることであ
る。各サイクル毎に、変成器磁化電流を0に駆動して、
変成器コアをリセットしなければならない。このこと
は、2個のスイッチ29、32が一般に、少なくとも順
方向電力変成間隔の間中、オフ状態であることを強要す
る。しかしながら、これらの両方のスイッチを、同時に
オン状態やオフ状態とする必要はない。このような自由
度が、所望とする制御機能を達成するために使用され
る。
【0010】スイッチ29、32の状態機能である4つ
の可能なコンバータ電源回路の動作モードが、図9〜図
12に示されている。図において、入力インダクタ21
を通じる電流はI1 として示されており、変成器の第1
部分35を通じる電流はI2として示されている。図9
のモードでは、スイッチ29、32は共にオフ状態とさ
れており、ダイオード24にバイアスを戻すのに十分荷
電するまで、電流I1、I2 がコンデンサ27に流入さ
れる。これが、回路の第1のコンデンサ荷電用モードで
あり、このモードでは第1の電流I2 である。図10の
モードでは、スイッチ29、32は共にオン状態とされ
ており、そこからエネルギーを変成器に送ることによっ
てコンデンサを荷電し、入力インダクタ21を通ずる電
流I1 をしだいにふやす。図11は、スイッチ29はオ
フ状態、スイッチ32はオン状態とされた中間ノードを
示す。中間ノードによって、変成器電流I2 はなんらの
制限なく自由に流れることができ、入力インダクタ21
を通ずる電流I1 をしだいにふやす。スイッチ29はオ
ン状態、スイッチ32はオフ状態とされた代替の中間モ
ードを図12に示す。このモードでは、第1の電流I1
はなんらの制限なく自由に流され、コンデンサは、自身
の電圧がダイオード24を再びバイアスさせるまで電流
1 によって荷電される。各サイクルの間に、図9若し
くは図12(若しくはそれら両方)の荷電モードにかか
る時間は、コンデンサ27を再チャージして、一般に
は、電流I2 を0とするのに十分な時間でなければなら
ないことは明かであろう。しかしながら、各モードにか
かる時間長、及び、図11及び図12の中間モードの働
きにより、入力電流若しくは出力電圧を制御することが
可能とされる。
【0011】制御における重要な制限は、入力AC電圧
がサイクル毎に2回ほど0電圧に減少するという事実か
ら生じる。これらの状態下で、正弦波であるべき入力電
流を制御し、それと同時に、整流された出力電圧に低周
波数成分が存在しないことを確実にすることは不可能で
ある。しかしながら、2つの作業の中の一方を、より良
好に実行することができる。どちらの作業を優先するか
どうかは、適用事由によって独立している。例えば、バ
ルク電力コンバータに適用する場合、試験準備装置にお
けるものとしては、出力リプルの仕様があまりに厳しす
ぎる。これに対して、出力レギュレーションに優先順位
付けを行なうと、それにもかかわらず、非常に高い電力
ファクタを入力ライン上で達成することが可能である。
【0012】dをデューティ比 (duty ratio) 、スイッ
チ29とVi 及びVdcをそれぞれ入力整流AC電圧と直
流バス電圧の瞬時値と定義した場合、インダクタ21両
端の電圧第2バランス(volt-second balance)は、以下
の関係を満たす。 (1−d)Vdc=Vi (1) 同様に、d’をスイッチ32のデューティ比、VO を出
力電圧と定義すると、単位巻数比変成器を用いて、変成
器コアリセット拘束 (constraint) : d’ d’max =0.5−│0.5−d│ (3) の下で、 d’Vdc=VO (2) となる。(1)の関係から、Vdcは、入力整流AC電圧
波形のピークVP よりも大きないづれの所望の値にでも
制御され得ることは明かである。
【0013】入力電流レギュレーションが、制御の優先
順位付けを行った場合、 d=1−│VP sin ωt / Vdc│ (4)である。
これにより、拘束式は以下の形となる。 d’max =0.5−│0.5−│VP sin ωt / Vdc││ (5) また、 Vomax=Vdc(0.5−│0.5−│0.5─VP sin
ωt / Vdc││)(6)である。
【0014】図2及び図3は、VP /Vdc=0.66と
0.5のそれぞれに関して、d’ma x を、時間の関数と
して示したものである。一方、出力レギュレーション
が、入力レギュレーションよりもより優先した順位を持
つよう選択すると、出力電圧VO は、Vdc/2以下のい
ずれかの値となるように制御され得る。この場合、 d’=VO /Vdc (7)である。
【0015】この動作モードに対する拘束は、 d’=d min max =(1−d’)
(8)である。入力AC電圧がViminとVimax' の間に
存在するときのこれらの間隔において、入力電流上の制
御を利用することが可能であり、ここでは、 Vimin=d’Vdc (9) Vimax=(1−d’)Vdc (10) である。
【0016】図4及び図5は、VO /Vdc=0.33及
び0,2のそれぞれに関して、制御が利用可能な範囲を
時間の関数として示しており、ここでは、VP /Vdc
0.66である。入力電流における制御は、サイクルの
非常に多くの部分を保持しており、入力電圧が0ボルト
に近づいたときにのみ喪失されることに、注意すべきで
ある。
【0017】このため、制御が喪失されたときでも、入
力電流は、その間隔の上で、それが問題になる程は変化
しないということが確実なものとされる。図6及び図7
は、それぞれ、全入力電流のシュミレート波形とその高
周波数部分を示しており、これは、出力電圧制御を優先
して動作している間、入力ライン電流は正弦波に近似
し、実質的に単位電力ファクタであるような0.954
〜0,98という高い電力ファクタを有することを証明
している。
【0018】図4及び5から明かなように、出力電圧を
減少させることは、入力側の制御範囲を非常に強化する
結果となる。一方、出力電圧を減少させてライン電流を
改善することは、スイッチングデバイスと変成器の両方
の定格に悪影響を与えることになる。スイッチングデバ
イス29、32は、共に、最大記憶コンデンサ電圧Vdc
を処理するような定格とされている。導電中、スイッチ
32は、IP +IO の最大電流を通流させる。ここで、
P はピーク入力電流であり、IO は負荷に対する出力
電流である(単位巻数比変成器を仮定している)。変成
器磁化電流を無視した場合、スイッチ29はIO のピー
ク電流を流通させる。コンバータ損失がないと仮定する
と、入力電力Pinは出力電力PO に等しい。
【0019】 Pin=VP P /2 (11)及び、 IP =(2PO )/VP (12) スイッチ32のユニット毎の電圧・アンペア(VA)定
格はPd2であり、ここで、 Pd2=Vdc(IP +IO ) (13)である。
【0020】同様に、スイッチ29に対して、Pd1のユ
ニット毎のVA定格は、Pd1=VdcO である。以下の
表1は、
【0021】
【数1】 の数値を示す。 表1 1 Vdc/VP d2d1 総計 2 1 6.99442633 4.99442633 11.9888527 3 1.1 6.35074357 4.15074357 10.5014871 4 1.2 6.08113501 3.68113501 9.76227002 5 1.3 5.99447142 3.39447142 9.38894285 6 1.4 6.01270903 3.21270903 9.22541805 7 1.5 6.0985569 3.0985569 9.1971138 8 1.6 6.23261638 3.03261638 9.26523275 9 1.7 6.40475213 3.00475213 9.40950426 10 1.8 6.61075471 3.01075471 9.62150942 11 1.9 6.85212453 3.05212453 9.90424906 12 2 7.14500891 3.14500891 10.2900178 表のデータは、Vdc=1.5VP に対する総デバイス定
格が9.2p.uであり、Vdcが変更されたときにも、
この総デバイス定格がそう大きく変化することはないこ
とを示す。115ボルトAC入力に対して、MOSFE
Tスイッチングデバイスは、2KWの電力定格まで、例
えば、Vdc=1.5VP に対してVdc=250ボルトを
用いて、使用することができる。
【0022】スイッチングデバイス29及び32のスイ
ッチ動作を制御するためのコントローラの一例を図8に
示す。所望の出力電圧を表示する電圧値VO * を加算用
接合部72の負極の入力に向かうライン70に与え、負
荷43の両端の実際の出力電圧VO を加算用接合部72
に対するライン71上に与える。ライン73上の加算装
置72の出力は、比例積分コントローラ75に与える。
ライン76上のコントローラ75の出力は、電流センサ
からの出力電流IO を表示するライン78上の信号をも
受信するような、加算接合部77の負極の入力に与えら
れる。ライン79上の加算用接合部77の出力はリミッ
タに与える。更に、このリミッタの出力は、そのセット
入力においてライン83上のシステム発振スイッチング
信号Fs(例えば、20KHzにおける)を受信するよ
うな、フリップフロップ82のリセット入力に与えられ
る。ライン85上のフリップフロップ82の出力は、ス
イッチングデバイス29のゲートに与えられる。この信
号は、フリップフロップ87のリセット入力に向かうラ
イン86上にも与えられる。ライン85上の信号は、積
分器89に対するライン88上にも与えられ、その出力
は、リミッタ90に与えられる。ライン91上のリミッ
タの出力は、ANDゲート92の1つの入力に与えら
れ、ライン93上のその出力は、フリップフロップ87
に対するセット入力を与える。コントローラの第2のル
ープは、(例えば、電位差計からの)ライン95上の所
望の直流バス電圧Vdc * と、加算接合部96におけるラ
イン95上の実際の直流バス電圧Vdcを受ける。ライン
97上の加算器96の出力は、比例−積分コントローラ
99に与え、これは、ライン100上の出力信号をマル
チプライヤ101に与える。マルチプライヤ101の他
の入力は、ライン102上に設けられた入力端末両端に
おける入力電圧Vinである。ライン104上のマルチプ
ライヤ101の出力は、入力ライン上の電流センサから
の入力電流信号Inをもライン106上で受けるような
加算接合部105に与えられる。ライン107上の加算
器105の出力は、リミッタ109に与えられ、リミッ
タの他の出力は、ANDゲート92の他の入力に対する
ライン110上に与えられる。フリップフロップ87の
出力は、スイッチングデバイス32のゲートに向かうラ
イン113上に与えられる。
【0023】順方向電力の転送は、一定のシウッチング
周波数(例えば、20KHz〜100KHz)で動作す
る内部の電流制御ループを通じて、出力電圧を調整する
外部のP−Iレギュレータを用いて制御される。この制
御計画は、実際的に、中間直流バス電圧の全てのリプル
を拒絶する。中間直流バス電圧は、入力電流の大きさを
指令する第2P−Iコントローラによって調整される。
これは、マルチプライヤを用いて、入力電圧に追随する
ような形態とされている。これは、ブーストトランジス
タ32に対してスイッチング信号を発生し、変圧器フラ
ックスオブザーバと共に、各スイッチングサイクルにお
ける減磁化を確実なものとする。
【0024】まとめれば、本発明によるコンバータは、
以下の所望の特性、即ち、単一のステージ電力変換、単
位電力ファクタ入力、良好な出力電圧レギュレーショ
ン、理想的なデバイス及び変圧器定格、及び、カスケー
ド型のコンバータステージよりもより高い実効性の能
力、を特徴とする。本発明は、ここに述べた特別な実施
例に限定されるものではなく、その変形をも、特許請求
の範囲内に含む。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のよる単位電力ファクタ順方向コンバー
タ電力回路の回路図を示す図。
【図2】VP /Vdc=0.66というブースト比に対し
て利用可能な入力電圧波形と出力電圧制御の範囲を示す
グラフ。
【図3】VP /Vdc=0.5というブースト比に対して
利用可能な入力電圧波形と出力電圧制御の範囲を示すグ
ラフ。
【図4】VP /Vdc=0.33という電圧転送比に対し
て利用可能な入力電圧波形と制御の範囲を示すグラフ。
【図5】VP /Vdc=0.2という電圧転送比に対して
利用可能な入力電圧波形と制御の範囲を示すグラフ。
【図6】入力電流の全サイクル上にわたって、出力電圧
制御下での入力電流波形を示すグラフ。
【図7】出力曲線波形の一部を示すグラフ。
【図8】本発明のコンバータに用いる電流モードコント
ローラのブロック図。
【図9】制御可能なスイッチの4つのモードの中の1つ
のモードに関して、回路を通じる回路パスを示したコン
バータ電力回路の簡易な回路図。
【図10】制御可能なスイッチの4つのモードの中の1
つのモードに関して、回路を通じる回路パスを示したコ
ンバータ電力回路の簡易な回路図。
【図11】制御可能なスイッチの4つのモードの中の1
つのモードに関して、回路を通じる回路パスを示したコ
ンバータ電力回路の簡易な回路図。
【図12】制御可能なスイッチの4つのモードの中の1
つのモードに関して、回路を通じる回路パスを示したコ
ンバータ電力回路の簡易な回路図。
【符合の説明】
11,12 入力ライン 13,14,15 ダイオード 18 出力ライン 19 戻りライン 21 入力インダクタ 22 主ノード 24 整流ダイオード 25 供給直流バスライン 27 エネルギー蓄積用コンデンサ 29 第1のスイッチングデバイス 30 ダイオード 31 ノード 32 第2のスイッチングデバイス 34 高周波変成器 35 第1の部分 43 負荷

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流から直流への順方向コンバータにお
    いて、 a)交流入力ライン上の交流電圧を受け取って、この交
    流電圧を自身からの出力ライン上の直流時間可変電圧に
    整流するような入力整流手段と、 b)入力整流手段からの出力ラインの1つにおいて、入
    力整流手段から前記直流電圧を受け取って、そこから主
    ノードに電流を与える入力インダクタと、 c)直流バス供給ラインと、入力整流手段からの出力ラ
    インの1つに接続されて整流手段に電流を戻す直流バス
    戻りラインと、 d)主ノードと直流バス供給ラインの間に接続されてい
    て、入力インダクタからダイオードを通じて直流バス供
    給ラインに電流を与えるダイオードと、 e)直流バスラインの両端に接続されたエネルギー蓄積
    用コンデンサと、 f)ノードにおいて互いに接続され、直流バスラインの
    両端に接続されている、第1の制御可能なスイッチング
    デバイス及びダイオードと、 g)主ノードから直流バス戻りラインに接続された第2
    の制御可能なスイッチングデバイスと、 h)第1のスイッチングデバイスとダイオードを接続す
    るノードと、主ノードの間に接続された第1の部分と、
    第2の部分とを有する高周波変成器と、 i)変成器の第2の部分に接続されていて、第2の部分
    の出力電圧を整流して直流電圧を負荷に与えるような出
    力整流手段と、 j)第1及び第2のスイッチングデバイスを制御して、
    これらのスイッチングデバイスが共にオン状態とされて
    いるときに、エネルギー蓄積用コンデンサの荷電とスイ
    ッチングデバイスを介しての変成器の第1の部分を通じ
    たコンデンサの所定の放電との、代替的なサイクリック
    間隔を与えるような制御手段とを備え、前記第1及び第
    2のスイッチングデバイスは、変成器の磁化電流を0に
    駆動するのに少なくとも十分な長さで、各サイクルの間
    にオフ状態とされることを特徴とする順方向コンバー
    タ。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のコンバータにおいて、前
    記第1及び第2のスイッチングデバイスは、交流入力ラ
    インから前記入力整流手段を通じて実質的に正弦波であ
    る入力電流を与えるように制御されているコンバータ。
  3. 【請求項3】 請求項1記載のコンバータにおいて、前
    記第1及び第2のスイッチングデバイスは、前記制御手
    段によって制御されて、交流入力ラインにおける実質的
    に単位電力ファクタを入力整流手段へ与えるようにスイ
    ッチングされるコンバータ。
  4. 【請求項4】 請求項1記載のコンバータにおいて、前
    記制御手段は、前記第1及び第2のスイッチングデバイ
    スのスイッチングを制御して出力整流手段から出力電圧
    の制御を与え、負荷に対する所望の出力電圧を保持する
    コンバータ。
  5. 【請求項5】 請求項1記載のコンバータにおいて、制
    御されたスイッチングデバイスはMOSFETであるコ
    ンバータ。
  6. 【請求項6】 請求項1記載のコンバータにおいて、前
    記入力整流手段は、全ブリッジ形態で接続された4つの
    ダイオードを備えるコンバータ。
  7. 【請求項7】 請求項1記載のコンバータにおいて、前
    記出力整流手段は、変成器の第2の部分に接続されてそ
    こからの出力を整流するようなダイオードを備え、更
    に、ダイオードと、負荷及びこの負荷に並列に接続され
    たコンデンサとに直列に接続されているような出力イン
    ダクタを含むコンバータ。
  8. 【請求項8】 請求項1記載のコンバータにおいて、前
    記制御手段が、2個のスイッチングデバイスが同時にオ
    ン状態やオフ状態とならないよう制御するコンバータ。
JP5057639A 1992-04-21 1993-03-18 2つの作動スイッチと単位電源ファクタ可能出力とを備えた順方向コンバータ Pending JPH0614534A (ja)

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Families Citing this family (58)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0507393A3 (en) * 1991-04-04 1992-11-19 Koninklijke Philips Electronics N.V. Circuit arrangement
US5280421A (en) * 1992-06-17 1994-01-18 General Electric Company Current regulator for a four-legged three-phase inverter
US5355294A (en) * 1992-11-25 1994-10-11 General Electric Company Unity power factor control for dual active bridge converter
DE4329821A1 (de) * 1993-09-03 1995-03-09 Tridonic Bauelemente Ges Mbh Elektronisches Vorschaltgerät zum Versorgen einer Last, beispielsweise einer Lampe
US5446366A (en) * 1994-02-08 1995-08-29 Computer Products, Inc. Boost converter power supply with reduced losses, control circuit and method therefor
US5502630A (en) * 1994-07-19 1996-03-26 Transistor Devices, Inc. Power factor corrected rectification
FI96734C (fi) * 1994-11-22 1996-08-12 Helvar Oy Purkauslampun elektronisen liitäntälaitteen häiriösuodatin
CN1040272C (zh) * 1995-03-15 1998-10-14 松下电工株式会社 逆变装置
JP2806320B2 (ja) * 1995-09-13 1998-09-30 日本電気株式会社 同期整流回路
US5600546A (en) * 1995-10-16 1997-02-04 Computer Products, Inc. Input harmonic current corrected AC-to-DC converter with multiple coupled primary windings
US5652700A (en) * 1995-10-16 1997-07-29 Computer Products, Inc. Low cost AC-to-DC converter having input current with reduced harmonics
KR970031200A (ko) * 1995-11-13 1997-06-26 이준 단일 전력단 고역률 컨버터
US5636114A (en) * 1995-11-30 1997-06-03 Electronic Measurements, Inc. Lossless snubber circuit for use in power converters
US5684683A (en) * 1996-02-09 1997-11-04 Wisconsin Alumni Research Foundation DC-to-DC power conversion with high current output
KR0164098B1 (ko) * 1996-04-02 1999-04-15 이준 스위치 결합형 능동 포워드 컨버터
US5781419A (en) * 1996-04-12 1998-07-14 Soft Switching Technologies, Inc. Soft switching DC-to-DC converter with coupled inductors
US5731969A (en) * 1996-07-29 1998-03-24 Small; Kenneth T. Three-phase AC power converter with power factor correction
US5786990A (en) * 1996-09-27 1998-07-28 National Semiconductor Corporation Implementation of ripple steering to converter topologies
US7269034B2 (en) 1997-01-24 2007-09-11 Synqor, Inc. High efficiency power converter
US5790395A (en) * 1997-02-27 1998-08-04 Hagen; Thomas E. Low in-rush current power factor control circuit
DE19709264A1 (de) * 1997-03-06 1998-09-10 Hilti Ag Verfahren zur Reduzierung von Rückwirkungen auf den Verlauf des einem Netz entnommenen Stroms bei induktiven Lasten und Vorrichtung zum Antreiben von Motoren nach diesem Verfahren
US6101108A (en) * 1997-06-06 2000-08-08 Technical Witts, Inc. Regulated input current, regulated output voltage power converter
US6038146A (en) * 1997-06-13 2000-03-14 Computer Products, Incorporated High power factors, single stage harmonics correction converter
US6594158B2 (en) 1997-06-23 2003-07-15 University Of Central Florida AC/DC converter with power factor correction (PFC)
US5959849A (en) * 1997-06-23 1999-09-28 University Of Central Florida Single-switch AC/DC converter with power factor correction (PFC)
JP3657445B2 (ja) * 1998-01-28 2005-06-08 セイコーインスツル株式会社 電子機器
US6008999A (en) * 1998-08-07 1999-12-28 National Semiconductor Corporation Non-isolated buck converter with input current steering
US5999419A (en) * 1998-08-07 1999-12-07 National Semiconductor Corporation Non-isolated boost converter with current steering
US6084786A (en) * 1999-01-29 2000-07-04 Hamilton Sundstrand Corporation Converter system with power factor and DC ripple control
US8476873B2 (en) * 2009-08-10 2013-07-02 Emerson Climate Technologies, Inc. System and method for current balancing
US8344706B2 (en) * 2009-08-10 2013-01-01 Emerson Climate Technologies, Inc. System and method for rejecting DC current in power factor correction systems
US8406021B2 (en) * 2009-08-10 2013-03-26 Emerson Climate Technologies, Inc. System and method for reducing line current distortion
US8698433B2 (en) 2009-08-10 2014-04-15 Emerson Climate Technologies, Inc. Controller and method for minimizing phase advance current
US8264860B2 (en) * 2009-08-10 2012-09-11 Emerson Climate Technologies, Inc. System and method for power factor correction frequency tracking and reference generation
US8358098B2 (en) * 2009-08-10 2013-01-22 Emerson Climate Technologies, Inc. System and method for power factor correction
US8493014B2 (en) * 2009-08-10 2013-07-23 Emerson Climate Technologies, Inc. Controller and method for estimating, managing, and diagnosing motor parameters
US8264192B2 (en) 2009-08-10 2012-09-11 Emerson Climate Technologies, Inc. Controller and method for transitioning between control angles
US8508166B2 (en) 2009-08-10 2013-08-13 Emerson Climate Technologies, Inc. Power factor correction with variable bus voltage
AT508912B1 (de) * 2009-12-02 2011-05-15 Siemens Ag Flusswandler mit leistungsfaktorkorrektur
AT508911B1 (de) * 2009-12-02 2011-05-15 Siemens Ag Wandler mit leistungsfaktorkorrektur
US8575779B2 (en) 2010-02-18 2013-11-05 Alpha Technologies Inc. Ferroresonant transformer for use in uninterruptible power supplies
TWI407677B (zh) * 2010-06-29 2013-09-01 Univ Ishou Power conversion device
US20120114009A1 (en) * 2010-11-04 2012-05-10 Jeffrey Melvin Forward-flyback power supply using an inductor in the transformer primary and method of using same
CA2825483C (en) 2011-01-23 2019-11-12 Alpha Technologies Inc. Switching systems and methods for use in uninterruptible power supplies
US9634593B2 (en) 2012-04-26 2017-04-25 Emerson Climate Technologies, Inc. System and method for permanent magnet motor control
US9234916B2 (en) 2012-05-11 2016-01-12 Alpha Technologies Inc. Status monitoring cables for generators
EP2883302B1 (en) 2012-08-10 2020-09-30 Emerson Climate Technologies, Inc. Motor drive control using pulse-width modulation pulse skipping
US10199950B1 (en) 2013-07-02 2019-02-05 Vlt, Inc. Power distribution architecture with series-connected bus converter
US9036386B2 (en) 2013-07-22 2015-05-19 Regal Beloit America, Inc. Interleaved two-stage power factor correction system
CN103414334B (zh) * 2013-08-19 2015-12-23 南京理工大学 PF为1的长寿命DCM Boost PFC变换器
CN103441655B (zh) * 2013-09-13 2016-02-03 深圳市英威腾电气股份有限公司 一种筒形变频器
US10029573B2 (en) 2014-08-27 2018-07-24 Ford Global Technologies, Llc Vehicle battery charging system notification
CN104868758A (zh) * 2015-05-18 2015-08-26 常州市特迅电子科技有限公司 一种具有apfc功能的准对称开关电源电路
CN104967353B (zh) * 2015-07-08 2017-06-16 国网青海省电力公司 一种离网型风力发电逆变器
MX2018002967A (es) 2015-09-13 2018-06-11 Alpha Tech Inc Sistemas y metodos de control de potencia.
US10381867B1 (en) 2015-10-16 2019-08-13 Alpha Technologeis Services, Inc. Ferroresonant transformer systems and methods with selectable input and output voltages for use in uninterruptible power supplies
EP3652604A4 (en) 2017-07-14 2021-03-17 Alpha Technologies Services, Inc. VOLTAGE REGULATED AC SUPPLY SYSTEMS AND PROCEDURES
CN112332675B (zh) * 2020-11-06 2021-08-27 吉林大学 一种宽输入电压与高动态响应的双管正激变换器

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4415959A (en) * 1981-03-20 1983-11-15 Vicor Corporation Forward converter switching at zero current
US4441146A (en) * 1982-02-04 1984-04-03 Vicor Corporation Optimal resetting of the transformer's core in single ended forward converters
US4437146A (en) * 1982-08-09 1984-03-13 Pacific Electro Dynamics, Inc. Boost power supply having power factor correction circuit
CH657945A5 (en) * 1982-12-29 1986-09-30 Exnii Metallorezh Stankov Supply source for electro-erosive and electrochemical machines
US4559590A (en) * 1983-03-24 1985-12-17 Varian Associates, Inc. Regulated DC to DC converter
US4675797A (en) * 1985-11-06 1987-06-23 Vicor Corporation Current-fed, forward converter switching at zero current
US4868730A (en) * 1986-07-15 1989-09-19 Combustion Electromagnetics, Inc. DC to DC converter current pump
DE3868803D1 (de) * 1987-09-16 1992-04-09 Hitachi Ltd Leistungsquelleneinrichtung.
US4845605A (en) * 1988-06-27 1989-07-04 General Electric Company High-frequency DC-DC power converter with zero-voltage switching of single primary-side power device
US4956760A (en) * 1989-01-31 1990-09-11 Zdzislaw Gulczynski High power switching power supply having high power factor
US4949234A (en) * 1989-04-17 1990-08-14 Zdzislaw Gulczynski High efficiency power factor correction circuit
US4947308A (en) * 1989-04-17 1990-08-07 Zdzislaw Gulczynski High power switching power supply
US4959764A (en) * 1989-11-14 1990-09-25 Computer Products, Inc. DC/DC converter switching at zero voltage
US5066900A (en) * 1989-11-14 1991-11-19 Computer Products, Inc. Dc/dc converter switching at zero voltage
US5057990A (en) * 1990-05-02 1991-10-15 Zdzislaw Gulczynski Bidirectional switching power apparatus with AC or DC output
US5038267A (en) * 1990-05-03 1991-08-06 General Electric Company Soft-switching power converter for operation in discrete pulse modulation and pulse width modulation modes
US5126931A (en) * 1990-09-07 1992-06-30 Itt Corporation Fixed frequency single ended forward converter switching at zero voltage

Also Published As

Publication number Publication date
EP0571067A1 (en) 1993-11-24
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DE69303231D1 (de) 1996-07-25

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