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JP2006136113A - Power supply - Google Patents

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JP2006136113A
JP2006136113A JP2004321673A JP2004321673A JP2006136113A JP 2006136113 A JP2006136113 A JP 2006136113A JP 2004321673 A JP2004321673 A JP 2004321673A JP 2004321673 A JP2004321673 A JP 2004321673A JP 2006136113 A JP2006136113 A JP 2006136113A
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JP
Japan
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power supply
voltage
power factor
capacitor
output
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Pending
Application number
JP2004321673A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Okui
博司 奥井
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

【課題】簡単な制御により入力電流の導通角を広げて、IEC高調波規制に対応し、力率を改善するとともに大きな出力を得る。
【解決手段】交流電源電圧1を整流して脈流電圧を出力する整流回路3a〜3dと、整流回路3a〜3dに接続されたリアクトル2と、半導体スイッチで構成され電流経路を接続、遮断する開閉手段8と、開閉手段8と直列に接続され、整流回路3a〜3dの交流入力端子と直流出力端子間に接続された力率改善用コンデンサ5と、整流回路3a〜3dの交流入力端子間に接続された位相改善用コンデンサ6と、力率改善回路の出力電圧を平滑して略直流電圧を得る平滑コンデンサ4とを備えるものである。
【選択図】図1
The present invention expands the conduction angle of an input current by simple control, supports IEC harmonic regulation, improves the power factor, and obtains a large output.
Rectification circuits 3a to 3d for rectifying an AC power supply voltage 1 to output a pulsating voltage, a reactor 2 connected to the rectification circuits 3a to 3d, and a semiconductor switch are connected to and disconnected from a current path. Between the switching means 8, the power factor improving capacitor 5 connected in series with the switching means 8 and connected between the AC input terminals and DC output terminals of the rectifier circuits 3 a to 3 d, and the AC input terminals of the rectifier circuits 3 a to 3 d And a smoothing capacitor 4 that smoothes the output voltage of the power factor correction circuit and obtains a substantially DC voltage.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、交流を直流に変換し、入力電流の高調波成分を低減して力率を改善することを目的とする電源装置に関するものである。   The present invention relates to a power supply device for converting AC to DC and reducing a harmonic component of an input current to improve a power factor.

従来より交流−直流変換回路として交流電圧をダイオ−ド整流回路に入力して脈流出力を得て、これをコンデンサにより平滑して直流電圧を得るコンデンサインプット型整流回路が様々な分野で用いられている。この回路の入力電流は電流導通角が狭くなり力率が悪く、無効電力が多いため電力の有効利用ができない上に多くの高調波成分を含んでおり同一電源系統に接続された機器への障害が問題となっている。   Capacitor input type rectifier circuits have been used in various fields as an AC-DC converter circuit in which AC voltage is input to a diode rectifier circuit to obtain a pulsating output, and this is smoothed by a capacitor to obtain a DC voltage. ing. The input current of this circuit has a narrow current conduction angle, a poor power factor, and a large amount of reactive power, so that the power cannot be effectively used, and it contains many harmonic components and is an obstacle to equipment connected to the same power supply system. Is a problem.

そこで力率を改善して高調波成分を低減する技術として特許文献1に示す電源装置が検討されている。図8はこの電源装置の回路構成図である。図8の電源装置は、交流電源71、リアクタ72、ダイオード73a〜73dから成る整流回路および平滑コンデンサ74より構成されるコンデンサインプット回路に加えて、整流回路73a〜73dの交流入力端子と直流出力端子間に力率改善用コンデンサ75を挿入したものである。尚、80はモータ駆動インバータなどの負荷である。   Therefore, a power supply device shown in Patent Document 1 has been studied as a technique for improving the power factor and reducing harmonic components. FIG. 8 is a circuit configuration diagram of the power supply device. The power supply device of FIG. 8 includes an AC input terminal and a DC output terminal of the rectifier circuits 73a to 73d, in addition to a capacitor input circuit composed of an AC power supply 71, a reactor 72, diodes 73a to 73d and a smoothing capacitor 74. A power factor improving capacitor 75 is inserted between them. Reference numeral 80 denotes a load such as a motor drive inverter.

図9は図8の電源装置の電圧・電流波形の一例を示すものである。以下、図9を用いて交流電源71の1周期を4つの期間に分けて動作を詳細に説明する。   FIG. 9 shows an example of voltage / current waveforms of the power supply device of FIG. Hereinafter, the operation will be described in detail by dividing one cycle of the AC power supply 71 into four periods with reference to FIG.

期間1:力率改善用コンデンサ75に充電電圧は無く、交流電源71がゼロから正電圧を出力し始めるとともに図10(a)に示すように交流電源71、リアクタ72、力率改善用コンデンサ75、ダイオード73d、交流電源71の順に力率改善用コンデンサ75の電圧Vcを充電する電流Iinが流れる。   Period 1: There is no charging voltage in the power factor improving capacitor 75, and the AC power source 71 starts to output a positive voltage from zero and, as shown in FIG. 10A, the AC power source 71, the reactor 72, and the power factor improving capacitor 75. The current Iin for charging the voltage Vc of the power factor improving capacitor 75 flows in the order of the diode 73d and the AC power supply 71.

この動作は力率改善用コンデンサ75が充電され、力率改善用コンデンサの両端電圧Vcが平滑コンデンサの両端電圧Vdcに等しくなるまで継続する。   This operation continues until the power factor improving capacitor 75 is charged and the voltage Vc across the power factor improving capacitor becomes equal to the voltage Vdc across the smoothing capacitor.

期間2:交流電源71の電圧値Vacが平滑コンデンサの両端電圧Vdcより大きくなるので、図10(b)に示すように交流電源71、リアクタ72、ダイオード73a、平滑コンデンサ74、ダイオード73d、交流電源71の順に平滑コンデンサ74の電圧Vdcを充電する電流Iinが流れる。   Period 2: Since the voltage value Vac of the AC power supply 71 becomes larger than the voltage Vdc across the smoothing capacitor, as shown in FIG. 10B, the AC power supply 71, the reactor 72, the diode 73a, the smoothing capacitor 74, the diode 73d, and the AC power supply A current Iin for charging the voltage Vdc of the smoothing capacitor 74 flows in the order of 71.

これに加えて期間1および2でリアクタ72に蓄えられたエネルギーが放出されるまで図10(b)の経路で電流が流れつづける。   In addition, current continues to flow through the path of FIG. 10B until the energy stored in the reactor 72 is released in the periods 1 and 2.

期間3:力率改善用コンデンサ75には平滑コンデンサの両端電圧Vdcと同じ電圧Vcが充電されており、交流電源71がゼロから負電圧を出力し始めるとともに図10(c)に示すように交流電源71、ダイオード73c、平滑コンデンサ74、力率改善用コンデンサ75、リアクタ72、交流電源71の順に力率改善用コンデンサ75の電圧Vcを放電する電流Iinが流れる。   Period 3: The power factor improving capacitor 75 is charged with the same voltage Vc as the voltage Vdc across the smoothing capacitor, and the AC power supply 71 starts to output a negative voltage from zero, and as shown in FIG. A current Iin for discharging the voltage Vc of the power factor improving capacitor 75 flows in the order of the power source 71, the diode 73c, the smoothing capacitor 74, the power factor improving capacitor 75, the reactor 72, and the AC power source 71.

この動作は力率改善用コンデンサ75に充電された電圧Vcが放電されゼロになるまで継続する。   This operation continues until the voltage Vc charged in the power factor correction capacitor 75 is discharged to zero.

期間4:交流電源71の電圧値Vacが平滑コンデンサの両端電圧Vdcより大きくな
るので、図10(d)に示すように交流電源71、ダイオード73c、平滑コンデンサ74、ダイオード73b、リアクタ72、交流電源71の順に平滑コンデンサ74の電圧Vdcを充電する電流Iinが流れる。
Period 4: Since the voltage value Vac of the AC power supply 71 is larger than the voltage Vdc across the smoothing capacitor, as shown in FIG. 10D, the AC power supply 71, the diode 73c, the smoothing capacitor 74, the diode 73b, the reactor 72, the AC power supply A current Iin for charging the voltage Vdc of the smoothing capacitor 74 flows in the order of 71.

これに加えて期間3および4でリアクタ72に蓄えられたエネルギーが放出されるまで図10(d)の経路で電流が流れつづける。   In addition, current continues to flow through the path of FIG. 10D until the energy stored in the reactor 72 is released in the periods 3 and 4.

以上のように交流電源71の周期毎に期間1から4の動作を繰り返すことにより電流導通角が広がるので力率を改善することができ、入力電流Iinに含まれる高調波成分を減少させることができる。   As described above, the current conduction angle is widened by repeating the operations of the periods 1 to 4 for each period of the AC power supply 71, so that the power factor can be improved and the harmonic component contained in the input current Iin can be reduced. it can.

また、特に期間1および3においてリアクタ72に蓄えられたエネルギーをそれぞれ期間2および4において放出するので電源装置の出力電圧、即ち平滑コンデンサ74の電圧Vdcを増加させることができる。
特許第3377959号公報
In addition, since the energy stored in the reactor 72 in periods 1 and 3 is released in periods 2 and 4, respectively, the output voltage of the power supply device, that is, the voltage Vdc of the smoothing capacitor 74 can be increased.
Japanese Patent No. 3377959

しかしながら、上記図8に示す従来の電源装置では、簡単な構成で力率を改善することができるもののIEC高調波規制に対応させるためにはリアクタ72の値を大きく設定する必要があり、この結果負荷が増加するにともない交流電源71の電圧値Vacに対する電流Iinの位相が遅れ、力率が低下するので負荷80に供給できる電力が低下するという課題を有していた。   However, although the conventional power supply apparatus shown in FIG. 8 can improve the power factor with a simple configuration, it is necessary to set a large value for the reactor 72 in order to comply with the IEC harmonic regulation. As the load increases, the phase of the current Iin with respect to the voltage value Vac of the AC power supply 71 is delayed, and the power factor decreases, so that there is a problem that the power that can be supplied to the load 80 decreases.

またリアクタ72による電圧降下が大きく、出力電圧すなわち平滑コンデンサ74の両端電圧が低下するので、負荷80が増加するほど必要な電圧を得ることができないという課題を有していた。   Further, since the voltage drop due to the reactor 72 is large and the output voltage, that is, the voltage across the smoothing capacitor 74 is lowered, there is a problem that a necessary voltage cannot be obtained as the load 80 increases.

本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、IEC高周波規制に対応するとともに高力率および高出力を実現することができる電源装置を提供することを目的とする。   The present invention solves such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide a power supply apparatus that can comply with IEC high frequency regulations and can realize a high power factor and a high output.

上記課題を解決するために本発明は、交流電源電圧を整流して脈流電圧を出力する整流回路と、整流回路に接続されたリアクトルと、整流回路の交流入力端子と直流出力端子間に接続された力率改善用コンデンサと、整流回路の交流入力端子間に接続された位相改善用コンデンサと、力率改善回路の出力電圧を平滑して略直流電圧を得る平滑コンデンサとを備えるものである。   In order to solve the above problems, the present invention provides a rectifier circuit that rectifies an AC power supply voltage and outputs a pulsating voltage, a reactor connected to the rectifier circuit, and a connection between the AC input terminal and the DC output terminal of the rectifier circuit. A power factor improving capacitor, a phase improving capacitor connected between the AC input terminals of the rectifier circuit, and a smoothing capacitor for smoothing the output voltage of the power factor improving circuit to obtain a substantially DC voltage. .

上記構成によって、力率および出力電圧を大幅に向上させることが可能となり、簡単で安価な構成でIEC高調波規制に対応するとともに高出力を実現できる電源装置を提供することができる。   With the above-described configuration, the power factor and the output voltage can be significantly improved, and a power supply device that can meet the IEC harmonic regulations with a simple and inexpensive configuration and can realize a high output can be provided.

本発明の電源装置は、IEC高調波規制をクリアしつつ高力率・高出力を実現することができる。   The power supply device of the present invention can achieve high power factor and high output while clearing IEC harmonic regulations.

第1の発明は、交流電源電圧を整流して脈流電圧を出力する整流回路と、リアクトルと、電流経路を接続、遮断する開閉手段と、半導体スイッチにより構成され開閉手段と直列
に接続され整流回路の交流入力端子と直流出力端子間に接続された力率改善用コンデンサと、整流回路の交流入力端子間に接続された位相改善用コンデンサと、力率改善回路の出力電圧を平滑して略直流電圧を得る平滑コンデンサとを備えるものである。
The first invention comprises a rectifier circuit that rectifies an AC power supply voltage and outputs a pulsating voltage, a reactor, an open / close unit that connects and disconnects a current path, and a semiconductor switch that is connected in series with the open / close unit and rectified. The power factor improving capacitor connected between the AC input terminal and DC output terminal of the circuit, the phase improving capacitor connected between the AC input terminal of the rectifier circuit, and the output voltage of the power factor improving circuit are smoothed and substantially And a smoothing capacitor for obtaining a DC voltage.

これにより、力率および出力電圧を大幅に向上させることができるので、IEC高調波規制に対応するとともに大きな負荷の駆動が可能な電源装置を提供することができるという効果を奏する。   Thereby, since a power factor and an output voltage can be improved significantly, there exists an effect that the power supply device which can drive a big load while responding to IEC harmonic regulation is produced.

さらに簡単な構成と制御により力率および出力電圧を改善させることができるのでノイズの発生が少なく信頼性が非常に高い電源装置を提供することができるという効果を奏する。   Further, since the power factor and the output voltage can be improved by a simple configuration and control, there is an effect that it is possible to provide a power supply device that generates less noise and has extremely high reliability.

第2の発明は、電源電圧のゼロクロスを検出してゼロクロス検出信号を出力するゼロクロス検出手段と開閉手段を制御するスイッチ制御手段をさらに備えて、スイッチ制御手段はゼロクロス検出手段が検出するゼロクロス信号を受けて開閉手段をオンさせるパルス信号を出力するものである。   The second invention further comprises a zero cross detection means for detecting a zero cross of the power supply voltage and outputting a zero cross detection signal, and a switch control means for controlling the opening / closing means, wherein the switch control means receives the zero cross signal detected by the zero cross detection means. In response to this, a pulse signal for turning on the opening / closing means is output.

これにより、簡単な構成により確実に高い力率と出力電圧を得ることができるので高力率で信頼性を高めることができるという効果を奏する。   Thereby, since a high power factor and an output voltage can be reliably obtained with a simple configuration, there is an effect that reliability can be improved with a high power factor.

第3の発明は、負荷の大きさを検出する負荷状態検出手段をさらに備えて、スイッチ制御手段は負荷状態検出手段が検出する負荷の大きさに応じて開閉手段をオンさせる期間が変化するようパルス信号を出力するのである。   The third aspect of the present invention further includes load state detection means for detecting the magnitude of the load, and the switch control means is configured such that the period during which the switching means is turned on changes according to the magnitude of the load detected by the load state detection means. A pulse signal is output.

これにより、簡単な構成により非常に高い力率と出力電圧を得ることができるので、電流利用率が高く変動範囲の大きい負荷に対応することができるという効果を奏する。   Thereby, since a very high power factor and output voltage can be obtained with a simple configuration, there is an effect that it is possible to cope with a load having a high current utilization factor and a large fluctuation range.

第4の発明は、第1から第3のいずれかの発明の電源装置を用いた空気調和機であり、本発明の空気調和機によれば、電流利用率が高く、高い能力を発揮することができるという効果を奏する。   A fourth invention is an air conditioner using the power supply device of any one of the first to third inventions. According to the air conditioner of the present invention, the current utilization rate is high and high performance is exhibited. There is an effect that can be.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1における電源装置の回路構成図である。図1において、1は交流電源、2は力率改善を行うリアクタ、3a〜3dは整流素子であり交流電圧を整流して脈流電圧を出力する。4は整流素子3a〜3dにより整流された脈流電圧を平滑して略直流電圧を得るための平滑コンデンサ、5はリアクタ2とともに力率改善を行う力率改善用コンデンサ、6は電流位相を改善する位相改善用コンデンサである。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a power supply device according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, 1 is an AC power source, 2 is a reactor for improving the power factor, and 3a to 3d are rectifying elements, which rectify the AC voltage and output a pulsating voltage. 4 is a smoothing capacitor for smoothing the pulsating voltage rectified by the rectifying elements 3a to 3d to obtain a substantially DC voltage, 5 is a power factor improving capacitor for improving the power factor together with the reactor 2, and 6 is for improving the current phase. This is a phase improving capacitor.

8は力率改善用コンデンサ5と直列に接続されるスイッチ装置であり、ここではIGBTやパワーMOSFETなどの半導体スイッチにより構成される。10は電源装置の負荷であり電熱線やインバ−タ及びこのインバ−タに接続され動作する照明機器やモ−タ等がある。30はスイッチ装置8を制御するスイッチ制御装置である。   Reference numeral 8 denotes a switch device connected in series with the power factor improving capacitor 5, which is composed of a semiconductor switch such as an IGBT or a power MOSFET. Reference numeral 10 denotes a load of the power supply device, which includes a heating wire, an inverter, and a lighting device or a motor that is connected to the inverter and operates. A switch control device 30 controls the switch device 8.

図2は本発明の電源装置における主要波形図であり、図中Vacは交流電源1の電圧波形、Iinはリアクタ2に流れる電流波形、Vc1は力率改善用コンデンサ5の両端電圧波形、Vc2は位相改善用コンデンサ6の両端電圧波形、Vdcは平滑コンデンサ4の両端電圧波形、Psw1は第1のスイッチ8を駆動するパルス信号を示す。   FIG. 2 is a main waveform diagram in the power supply device of the present invention, where Vac is a voltage waveform of the AC power source 1, Iin is a current waveform flowing through the reactor 2, Vc1 is a voltage waveform across the power factor improving capacitor 5, and Vc2 is A voltage waveform at both ends of the phase improving capacitor 6, Vdc indicates a voltage waveform at both ends of the smoothing capacitor 4, and Psw 1 indicates a pulse signal for driving the first switch 8.

また図3は図2に示す波形図の各期間において電流の流れる経路を示す電流導通経路図である。以下、図1から図3を用いて各期間の動作について詳細に説明する。   3 is a current conduction path diagram showing paths through which current flows in each period of the waveform diagram shown in FIG. Hereinafter, the operation in each period will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3.

期間1:直前の負の半周期の間に力率改善用コンデンサ5の電圧Vc1はある程度放電された状態であり、また位相改善用コンデンサ6の電圧Vc2はほぼ−Vdcに充電されている。交流電源1がゼロから正電圧を出力し始めるとともに図3(a)に示すように交流電源1、リアクタ2、位相改善用コンデンサ6、交流電源1の順に位相改善用コンデンサ6の電圧Vc2を放電する電流Iinが流れる。   Period 1: The voltage Vc1 of the power factor improving capacitor 5 is discharged to some extent during the immediately preceding negative half cycle, and the voltage Vc2 of the phase improving capacitor 6 is charged to approximately -Vdc. The AC power source 1 starts to output a positive voltage from zero, and the voltage Vc2 of the phase improving capacitor 6 is discharged in the order of the AC power source 1, the reactor 2, the phase improving capacitor 6, and the AC power source 1 as shown in FIG. Current Iin flows.

この動作は位相改善用コンデンサ6に充電された電圧Vc2が放電されゼロになり、その後充電されて力率改善用コンデンサ5の電圧Vc1と同じ値になるまで継続する。   This operation continues until the voltage Vc2 charged in the phase improving capacitor 6 is discharged to zero and then charged until it reaches the same value as the voltage Vc1 of the power factor improving capacitor 5.

期間2:力率改善用コンデンサ5、位相改善用コンデンサ6ともに交流電源1の電圧Vacの上昇とともに図3(b)に示すように交流電源1、リアクタ2、力率改善用コンデンサ5、ダイオード3d、交流電源1の順に力率改善用コンデンサ5の電圧Vc1を充電する電流と、交流電源1、リアクタ2、位相改善用コンデンサ6、交流電源1の順に位相改善用コンデンサ6の電圧Vc2を充電する電流が流れ、Iinはこれら2つの電流の和となる。   Period 2: both the power factor improving capacitor 5 and the phase improving capacitor 6 increase the voltage Vac of the AC power source 1 and the AC power source 1, the reactor 2, the power factor improving capacitor 5, and the diode 3d as shown in FIG. In this order, the voltage Vc1 of the power factor improving capacitor 5 is charged in the order of the AC power source 1, and the voltage Vc2 of the phase improving capacitor 6 is charged in the order of the AC power source 1, the reactor 2, the phase improving capacitor 6, and the AC power source 1. A current flows and Iin is the sum of these two currents.

この動作はスイッチ装置8がon状態になっている間継続され、スイッチ装置8がoff状態になると力率改善用コンデンサ5への充電は無くなり図3(a)の電流経路を通り位相改善用コンデンサ6のみが充電される。   This operation is continued while the switch device 8 is in the on state. When the switch device 8 is in the off state, the power factor improving capacitor 5 is not charged, and the phase improving capacitor passes through the current path of FIG. Only 6 is charged.

期間3:電源電圧Vacが平滑コンデンサ4の電圧Vdcよりも高くなり、図3(c)に示すように交流電源1、リアクタ2、ダイオード3a、平滑コンデンサ4、ダイオード3d、交流電源1の順に平滑コンデンサ4の電圧Vdcを充電する電流Iinが流れる。   Period 3: the power supply voltage Vac becomes higher than the voltage Vdc of the smoothing capacitor 4, and the AC power source 1, the reactor 2, the diode 3a, the smoothing capacitor 4, the diode 3d, and the AC power source 1 are smoothed in this order as shown in FIG. A current Iin for charging the voltage Vdc of the capacitor 4 flows.

期間4:力率改善用コンデンサ5はスイッチ装置8がoff状態であるので電流は流れない。また位相改善用コンデンサ6の電圧はともにほぼVdcに充電されているので電流は流れない。この期間では期間1、2および3においてリアクタ2に蓄えられたエネルギ−が放出され、図3(c)に示すように交流電源1、リアクタ2、ダイオード3a、平滑コンデンサ4、ダイオード3d、交流電源1の順に平滑コンデンサ4の電圧Vdcを充電する電流Iinが流れる。   Period 4: The power factor improving capacitor 5 does not flow because the switch device 8 is in the off state. In addition, since the voltage of the phase improving capacitor 6 is both charged to approximately Vdc, no current flows. During this period, the energy stored in the reactor 2 in the periods 1, 2, and 3 is released, and as shown in FIG. 3C, the AC power source 1, the reactor 2, the diode 3a, the smoothing capacitor 4, the diode 3d, and the AC power source A current Iin for charging the voltage Vdc of the smoothing capacitor 4 flows in the order of 1.

期間5:力率改善用コンデンサ5および位相改善用コンデンサ6の電圧はともにほぼVdcに充電されており、この期間ではまず図3(d)に示すように交流電源1、位相改善用コンデンサ6、リアクタ2、交流電源1の順に位相改善用コンデンサ6の電荷を放電する電流Iinが流れる。   Period 5: The voltages of the power factor improving capacitor 5 and the phase improving capacitor 6 are both charged to approximately Vdc. In this period, first, as shown in FIG. 3 (d), the AC power source 1, the phase improving capacitor 6, A current Iin for discharging the electric charge of the phase improving capacitor 6 flows in the order of the reactor 2 and the AC power supply 1.

この動作は位相改善用コンデンサ6に充電された電圧Vc2が放電されゼロになるまで継続する。   This operation continues until the voltage Vc2 charged in the phase improving capacitor 6 is discharged to zero.

期間6:位相改善用コンデンサ6の電圧Vc2はゼロに放電されているが、力率改善用コンデンサ5の電圧Vc1は正の半周期で充電された値のままであり、図3(e)に示すように交流電源1、位相改善用コンデンサ6、リアクタ2、交流電源1の順に位相改善用コンデンサを充電する電流と、交流電源1、ダイオード3c、平滑コンデンサ4、力率改善用コンデンサ5、リアクタ2、交流電源1の順に力率改善用コンデンサ5を放電する電流が流れ、Iinはこれら2つの電流の和となる。   Period 6: The voltage Vc2 of the phase improving capacitor 6 is discharged to zero, but the voltage Vc1 of the power factor improving capacitor 5 remains charged in a positive half cycle, as shown in FIG. As shown, the AC power source 1, the phase improving capacitor 6, the reactor 2, the current for charging the phase improving capacitor in this order, the AC power source 1, the diode 3c, the smoothing capacitor 4, the power factor improving capacitor 5, and the reactor 2. A current for discharging the power factor correction capacitor 5 flows in the order of the AC power source 1, and Iin is the sum of these two currents.

この動作はスイッチ装置8がon状態になっている間継続され、スイッチ装置8がoff状態になると力率改善用コンデンサ5からの放電は無くなり図3(d)の電流経路を通り位相改善用コンデンサ6のみが充電される。   This operation is continued while the switch device 8 is in the on state. When the switch device 8 is in the off state, there is no discharge from the power factor improving capacitor 5, and the phase improving capacitor passes through the current path of FIG. Only 6 is charged.

期間7:電源電圧Vacが平滑コンデンサ4の電圧Vdcよりも高くなり、図3(f)に示すように交流電源1、リアクタ2、ダイオード3a、平滑コンデンサ4、ダイオード3d、交流電源1の順に平滑コンデンサ4の電圧Vdcを充電する電流Iinが流れる。   Period 7: The power supply voltage Vac becomes higher than the voltage Vdc of the smoothing capacitor 4, and the AC power supply 1, reactor 2, diode 3a, smoothing capacitor 4, diode 3d, and AC power supply 1 are smoothed in this order as shown in FIG. A current Iin for charging the voltage Vdc of the capacitor 4 flows.

期間8:力率改善用コンデンサ5はスイッチ装置8がoff状態であるので電流は流れない。また位相改善用コンデンサ6の電圧はともにほぼ−Vdcに充電されているので電流は流れない。この期間では期間5、6および7においてリアクタ2に蓄えられたエネルギ−が放出され、図3(f)に示すように交流電源1、ダイオード3c、平滑コンデンサ4、ダイオード3b、リアクタ2、交流電源1の順に平滑コンデンサ4の電圧Vdcを充電する電流Iinが流れる。   Period 8: No power flows through the power factor improving capacitor 5 because the switch device 8 is in the off state. Further, since the voltages of the phase improving capacitor 6 are both charged to approximately -Vdc, no current flows. In this period, the energy stored in the reactor 2 in the periods 5, 6 and 7 is released, and as shown in FIG. 3 (f), the AC power source 1, the diode 3c, the smoothing capacitor 4, the diode 3b, the reactor 2, the AC power source A current Iin for charging the voltage Vdc of the smoothing capacitor 4 flows in the order of 1.

以上のように交流電源1の周期毎に期間1から8の動作を繰り返すことにより入力電流の立上がりを早めることができて導通角の広い電流波形を得ることができる。よって力率を改善することができ、入力電流Iinに含まれる高調波成分を減少させることができる。   As described above, by repeating the operations in the periods 1 to 8 for each cycle of the AC power supply 1, the rising of the input current can be accelerated and a current waveform having a wide conduction angle can be obtained. Therefore, the power factor can be improved and the harmonic component contained in the input current Iin can be reduced.

特に従来の図8に示す電源装置に比較して、交流電源1の電圧Vacのゼロからの立上がり時には位相改善用コンデンサ6の放電電流により電流Iinをすばやく流すことができ、さらに続いて力率改善用コンデンサ5と位相改善用コンデンサ6の充放電電流により電流Iinを比較的緩やかに流すことにより、全体的に略正弦波状の電流波形を実現することができる。これにより従来に比較して非常に高い力率を実現することができる。   In particular, as compared with the conventional power supply device shown in FIG. 8, when the voltage Vac of the AC power supply 1 rises from zero, the current Iin can be made to flow quickly by the discharge current of the phase improving capacitor 6, and the power factor is further improved. By flowing the current Iin relatively gently by the charging / discharging current of the capacitor 5 for phase and the capacitor 6 for improving the phase, a substantially sinusoidal current waveform can be realized as a whole. Thereby, a very high power factor is realizable compared with the past.

さらに図8に示す電源装置に比較して図2の期間1および4におけるリアクタ2へのエネルギー蓄積の増加分、さらには期間2および5において力率改善用コンデンサ5に加えて位相改善用コンデンサ6への充放電が増加することによるリアクタ2へのエネルギー蓄積の増加分が期間3および6において平滑コンデンサ4に充電されるので、非常に大きな出力電圧Vdcを得ることができる。   Further, compared with the power supply device shown in FIG. 8, the amount of increase in energy storage in the reactor 2 in the periods 1 and 4 in FIG. 2, and further in the periods 2 and 5, in addition to the power factor improving capacitor 5 and the phase improving capacitor 6 Since the increase in the energy accumulation in the reactor 2 due to the increase in charging / discharging to is charged in the smoothing capacitor 4 in the periods 3 and 6, a very large output voltage Vdc can be obtained.

また、この出力電圧Vdcはスイッチ装置8をonする時間を変化させることにより変化させることが可能となる。   The output voltage Vdc can be changed by changing the time for which the switch device 8 is turned on.

この結果、回路定数を最適に選べばIEC高調波規制をクリアするとともにスイッチ装置8のon時間を制御することにより出力を変化させることができるので、様々な大きさの負荷にも対応することができる。   As a result, if the circuit constant is selected optimally, the IEC harmonic regulation can be cleared and the output can be changed by controlling the on-time of the switch device 8, so that it can cope with loads of various sizes. it can.

以上の説明からもわかるように本発明の電源装置によれば、簡単な構成により非常に高い力率と出力電圧を得ることができるとともに出力電圧を可変することができるので電流利用率が高く負荷対応範囲の広い電源装置を提供することができる。   As can be seen from the above description, according to the power supply device of the present invention, a very high power factor and output voltage can be obtained with a simple configuration, and the output voltage can be varied. It is possible to provide a power supply device with a wide range of correspondence.

(実施の形態2)
図4は本発明の実施の形態2における電源装置の回路構成図である。尚、図1と同一の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。図4において、31は交流電源1のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出装置であり、ホトカプラや絶縁トランスなどにより構成される。以下、図2および図4を用いて本発明の電源装置について詳細に説明する。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a circuit configuration diagram of the power supply device according to the second embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. In FIG. 4, reference numeral 31 denotes a zero-cross detection device that detects a zero-cross point of the AC power supply 1, and is constituted by a photocoupler, an insulation transformer, or the like. Hereinafter, the power supply device of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

ゼロクロス検出装置32は交流電源1のゼロクロス点を検出するとゼロクロス検出信号をスイッチ制御装置30へ出力する。スイッチ制御装置30はゼロクロス検出信号を入力するとスイッチ装置8を所定時間onさせるパルス信号を出力する。   When the zero cross detection device 32 detects the zero cross point of the AC power source 1, it outputs a zero cross detection signal to the switch control device 30. When receiving the zero cross detection signal, the switch control device 30 outputs a pulse signal that turns on the switch device 8 for a predetermined time.

この結果、交流電源1の半周期毎に確実にスイッチ装置8を駆動させて力率の改善と出力電圧の制御を行なうことができる。   As a result, the switch device 8 can be reliably driven every half cycle of the AC power supply 1 to improve the power factor and control the output voltage.

以上の説明からもわかるように本発明の電源装置によれば、簡単な構成により確実に高い力率と出力電圧を得ることができるので、高力率で信頼性の高い電源装置を提供することができる。   As can be seen from the above description, according to the power supply device of the present invention, a high power factor and an output voltage can be reliably obtained with a simple configuration. Can do.

(実施の形態3)
図5は本発明の実施の形態3における電源装置の回路構成図である。尚、図1および図4と同一の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。図5において、20は負荷10に流れる電流値を検出する負荷電流検出装置、21は平滑コンデンサ4の両端電圧Vdcを検出する出力電圧検出装置であり何れも抵抗などにより構成される。また、負荷電流検出装置20、出力電圧検出装置21は何れも検出した値をスイッチ制御装置30に出力する。以下、図2、図5を用いて本発明の電源装置について詳細に説明する。
(Embodiment 3)
FIG. 5 is a circuit configuration diagram of a power supply device according to Embodiment 3 of the present invention. The same components as those in FIGS. 1 and 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. In FIG. 5, 20 is a load current detection device that detects the value of the current flowing through the load 10, and 21 is an output voltage detection device that detects the voltage Vdc across the smoothing capacitor 4. In addition, both the load current detection device 20 and the output voltage detection device 21 output the detected value to the switch control device 30. Hereinafter, the power supply device of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

負荷10がインバータおよびこのインバータにより可変速駆動されるモータである場合には、負荷10の大きさはモータの回転速度などにより変化することになる。従って、電源装置はこの負荷10の変動範囲において高調波を抑制させるために必要な力率と負荷10を駆動するために必要な出力電圧(Vdc)を確保することが望まれる。   When the load 10 is an inverter and a motor driven at a variable speed by the inverter, the size of the load 10 changes depending on the rotational speed of the motor and the like. Therefore, it is desirable that the power supply device secures a power factor necessary for suppressing harmonics and an output voltage (Vdc) necessary for driving the load 10 in the fluctuation range of the load 10.

制御装置30は平滑コンデンサ4の両端電圧Vdcを出力電圧検出装置21より、また負荷10に流れる電流を負荷電流検出装置20より検出することにより負荷10の大きさを算出することができる。   The control device 30 can calculate the size of the load 10 by detecting the voltage Vdc across the smoothing capacitor 4 from the output voltage detection device 21 and the current flowing through the load 10 from the load current detection device 20.

スイッチ制御装置30は負荷10の大きさに応じてスイッチ装置8をonさせる時間を長くなるように制御する。これは予め負荷10の大きさに応じて必要なパルス信号の長さを記憶させておいても良いし、平滑コンデンサ4の電圧Vdcが所定の値になるようにフィードバックを行なうようにしても良い。図6に負荷の大きさに対してスイッチ制御装置30がスイッチ装置8に出力するパルス幅の一例を示す。   The switch control device 30 controls the switch device 8 so as to increase the time for turning on the switch device 8 according to the size of the load 10. In this case, the length of a necessary pulse signal may be stored in advance according to the size of the load 10, or feedback may be performed so that the voltage Vdc of the smoothing capacitor 4 becomes a predetermined value. . FIG. 6 shows an example of a pulse width output from the switch control device 30 to the switch device 8 with respect to the magnitude of the load.

この結果、回路定数およびスイッチ装置8のon時間を最適に設定すれば負荷10の全領域において高い力率を得ることができるとともに大きさが変動する負荷にも対応することができる。   As a result, if the circuit constant and the ON time of the switch device 8 are set optimally, a high power factor can be obtained in the entire region of the load 10, and a load whose size varies can be dealt with.

以上の説明からもわかるように本発明の電源装置によれば、簡単な構成により非常に高い力率と出力電圧を得ることができるので、電流利用率が高く変動範囲の大きい負荷に対応した電源装置を提供することができる。
尚、本実施の形態で説明したスイッチ装置8のon動作は一例であり本発明の電源装置の動作はこれに限られるものではない。
As can be seen from the above description, according to the power supply device of the present invention, a very high power factor and output voltage can be obtained with a simple configuration. Therefore, a power supply corresponding to a load having a high current utilization factor and a large fluctuation range. An apparatus can be provided.
The on operation of the switch device 8 described in the present embodiment is an example, and the operation of the power supply device of the present invention is not limited to this.

(実施の形態4)
図7は本発明の実施の形態1の電源装置を適用した空気調和機の一構成例を示す。図7において図1と同一の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。以下図7を用いて本発明の空気調和機について説明する。
(Embodiment 4)
FIG. 7 shows a configuration example of an air conditioner to which the power supply device according to Embodiment 1 of the present invention is applied. 7, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Hereinafter, the air conditioner of the present invention will be described with reference to FIG.

図7に示すように空気調和機は圧縮機の駆動装置として実施の形態1に示す発明の電源
装置を用い、負荷10としてインバ−タ装置81、電動圧縮機82に加えて、室内ユニット92、室外ユニット95及び四方弁91からなる冷凍サイクルを備えている。
As shown in FIG. 7, the air conditioner uses the power supply device of the invention shown in the first embodiment as a compressor driving device. In addition to the inverter device 81 and the electric compressor 82 as the load 10, the indoor unit 92, A refrigeration cycle comprising an outdoor unit 95 and a four-way valve 91 is provided.

室内ユニット92は室内熱交換器93と室内送風機94から構成され、また室外ユニット95は室外熱交換器96、室外送風機97及び膨張弁98より構成される。   The indoor unit 92 includes an indoor heat exchanger 93 and an indoor fan 94, and the outdoor unit 95 includes an outdoor heat exchanger 96, an outdoor fan 97, and an expansion valve 98.

冷凍サイクル中は熱媒体である冷媒が循環する。冷媒は電動圧縮機82により圧縮され、室外熱交換器96にて室外送風機97からの送風により室外の空気と熱交換され、また室内熱交換器93にて室内送風機94からの送風により室内の空気と熱交換される。室内熱交換器93での熱交換後の空気により室内の冷暖房が行われる。冷房または暖房の切換は四方弁91により冷媒の循環方向を反転させることにより行われる。   During the refrigeration cycle, a refrigerant that is a heat medium circulates. The refrigerant is compressed by the electric compressor 82, and heat is exchanged with the outdoor air by blowing from the outdoor blower 97 in the outdoor heat exchanger 96, and indoor air is blown from the indoor blower 94 in the indoor heat exchanger 93. And heat exchange. Indoor air conditioning is performed by the air after heat exchange in the indoor heat exchanger 93. Switching between cooling and heating is performed by reversing the direction of refrigerant circulation by a four-way valve 91.

以上のような冷凍サイクルにおける冷媒の循環はインバ−タ装置81により電動圧縮機82を駆動させることにより行われ、これらインバ−タ装置81及び電動圧縮機82の制御方法は実施の形態1の電源装置を用いて行われる。電源装置の構成及び動作については前述したとおりであるので説明は省略する。   The circulation of the refrigerant in the refrigeration cycle as described above is performed by driving the electric compressor 82 by the inverter device 81, and the control method of the inverter device 81 and the electric compressor 82 is the power source of the first embodiment. This is done using a device. Since the configuration and operation of the power supply device are as described above, description thereof will be omitted.

以上のような構成により空気調和機における効率の低下等、制御性能の劣化を抑えることができる。   With the configuration as described above, it is possible to suppress deterioration in control performance such as a decrease in efficiency in the air conditioner.

本実施の形態では圧縮機駆動装置として実施の形態1に示す発明の電源装置を用いた空気調和機について説明したが、実施の形態2もしくは実施の形態3に示すような他の発明の電源装置を用いても同様に各発明の電源装置が持つ効果を有した空気調和機を提供することができる。   In the present embodiment, the air conditioner using the power supply device of the invention shown in the first embodiment as the compressor driving device has been described, but the power supply device of another invention as shown in the second or third embodiment. Even if it uses, the air conditioner which had the effect which the power supply device of each invention has similarly can be provided.

従って本発明の電源装置は、特に負荷変更の大きい空気調和機に対しては用いることによりその効果を最大限に利用することができる。   Therefore, the effect of the power supply apparatus according to the present invention can be fully utilized by using it particularly for an air conditioner with a large load change.

以上のように、本発明にかかる電源装置は、高力率・高出力の実現が可能となるので、エアコンの室外機等の用途にも適用できる。   As described above, the power supply device according to the present invention can realize a high power factor and a high output, and therefore can be applied to uses such as an outdoor unit of an air conditioner.

本発明の実施の形態1における電源装置の回路構成図The circuit block diagram of the power supply device in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1における電源装置の主要な電圧・電流波形図Main voltage / current waveform diagram of power supply device according to Embodiment 1 of the present invention (a)〜(f)本発明の実施の形態1における電源装置の電流経路図(A)-(f) Current path figure of power supply device in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態2における電源装置の回路構成図The circuit block diagram of the power supply device in Embodiment 2 of this invention 本発明の実施の形態3における電源装置の回路構成図The circuit block diagram of the power supply device in Embodiment 3 of this invention 本発明の電源装置の負荷の大きさ対スイッチ駆動信号のパルス幅を示す図The figure which shows the magnitude | size of the load of the power supply device of this invention with respect to the pulse width of a switch drive signal 本発明の空気調和機の構成図Configuration of the air conditioner of the present invention 従来の電源装置の回路構成図Circuit diagram of conventional power supply 従来の電源装置の主要な電圧・電流波形図Main voltage / current waveform diagram of conventional power supply (a)〜(d)従来の電源装置の電流経路図(A)-(d) Current path diagram of conventional power supply device

符号の説明Explanation of symbols

1 交流電源
2 リアクタ
3a、3b、3c、3d 整流素子
4 平滑コンデンサ
5 力率改善用コンデンサ
6 位相改善用コンデンサ
8 スイッチ装置
10 負荷
20 負荷電流検出装置
21 出力電圧検出装置
30 制御装置
31 ゼロクロス検出装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC power supply 2 Reactor 3a, 3b, 3c, 3d Rectifier 4 Smoothing capacitor 5 Power factor improvement capacitor 6 Phase improvement capacitor 8 Switch device 10 Load 20 Load current detection device 21 Output voltage detection device 30 Control device 31 Zero cross detection device

Claims (4)

交流電源電圧を整流して脈流電圧を出力する整流回路と、前記整流回路の交流入力の一方のラインに直列に接続されたリアクトルと、力率改善用コンデンサと直列に接続され前記整流回路の交流入力端子と負側直流出力端子間に接続された電流経路を接続/遮断する開閉手段と、、前記整流回路の交流入力端子間に接続された位相改善用コンデンサと、前記力率改善回路の出力電圧を平滑して略直流電圧を得る平滑コンデンサとを具備し、前記開閉手段は半導体スイッチにて構成されることを特徴とする電源装置。 A rectifier circuit that rectifies an AC power supply voltage and outputs a pulsating voltage, a reactor connected in series to one line of the AC input of the rectifier circuit, and a power factor improving capacitor connected in series. Opening / closing means for connecting / cutting off a current path connected between the AC input terminal and the negative DC output terminal, a phase improving capacitor connected between the AC input terminals of the rectifier circuit, and the power factor improving circuit And a smoothing capacitor that obtains a substantially DC voltage by smoothing the output voltage, wherein the switching means is constituted by a semiconductor switch. 電源電圧のゼロクロスを検出してゼロクロス検出信号を出力するゼロクロス検出手段と前記開閉手段を制御するスイッチ制御手段をさらに備え、前記スイッチ制御手段は前記ゼロクロス検出手段が検出するゼロクロス信号を受けて前記開閉手段をオンさせるパルス信号を出力することを特徴とする請求項1に記載の電源装置。 Zero cross detection means for detecting a zero cross of a power supply voltage and outputting a zero cross detection signal, and switch control means for controlling the opening / closing means, the switch control means receiving the zero cross signal detected by the zero cross detection means for the opening / closing. 2. The power supply device according to claim 1, wherein a pulse signal for turning on the means is output. 負荷の大きさを検出する負荷状態検出手段をさらに備え、前記スイッチ制御手段は前期負荷状態検出手段が検出する負荷の大きさに応じて前記開閉手段をオンさせる期間が変化するようパルス信号を出力することを特徴とする請求項2に記載の電源装置。 Load condition detection means for detecting the magnitude of the load is further provided, and the switch control means outputs a pulse signal so that the period during which the opening / closing means is turned on changes according to the load magnitude detected by the load condition detection means in the previous period. The power supply device according to claim 2, wherein: 請求項1〜3の何れか1つに記載の電源装置を備えたことを特徴とする空気調和機。 An air conditioner comprising the power supply device according to any one of claims 1 to 3.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008008649A (en) * 2006-06-27 2008-01-17 Hitachi Ltd Control device for electromagnetic equipment and control device for electromagnetic equipment used in nuclear power plant

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