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JP7571631B2 - Power conversion device, control device, and control method - Google Patents

Power conversion device, control device, and control method Download PDF

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JP7571631B2 JP2021039559A JP2021039559A JP7571631B2 JP 7571631 B2 JP7571631 B2 JP 7571631B2 JP 2021039559 A JP2021039559 A JP 2021039559A JP 2021039559 A JP2021039559 A JP 2021039559A JP 7571631 B2 JP7571631 B2 JP 7571631B2
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Description

本発明は、電力変換装置、制御装置および制御方法に関するものである。 The present invention relates to a power conversion device, a control device, and a control method.

従来、AC/DCコンバータ部を有する電力変換装置では、AC/DCコンバータ部の直流電圧の目標値を調整する際の下限値は、入力側の交流電圧によって決定されている。この場合、従来の電力変換装置は、変換後の直流電圧を交流電圧の振幅以上にし、入力電流の過電流が発生しないように、直流電圧目標値を設定する。 Conventionally, in a power conversion device having an AC/DC converter section, the lower limit when adjusting the target value of the DC voltage of the AC/DC converter section is determined by the AC voltage on the input side. In this case, the conventional power conversion device sets the DC voltage target value so that the converted DC voltage is equal to or greater than the amplitude of the AC voltage, and so that an overcurrent of the input current does not occur.

特許第6656341号公報Patent No. 6656341

しかしながら、電力変換装置が利用される場合、入力側の交流電圧は様々である。そのため、入力側の交流電圧に対して変換後の直流電圧の目標値が高すぎると電力損失が増加し、電力変換効率が低下する。 However, when a power conversion device is used, the input AC voltage varies. Therefore, if the target value of the converted DC voltage is too high compared to the input AC voltage, power loss increases and power conversion efficiency decreases.

そこで、1つの側面では、本発明の目的は、入力電圧に応じた望ましい直流電圧の目標値で電力変換を実行可能な電力変換装置、制御装置および制御方法を提供することにある。 Therefore, in one aspect, the object of the present invention is to provide a power conversion device, a control device, and a control method that can perform power conversion at a desired target value of DC voltage according to the input voltage.

本発明による実施形態は以下の電力変換装置によって例示される。第1の側面では、この電力変換装置は、
交流源から直流に変換した後に、負荷に供給される電力を調整する電力変換装置であって、
前記交流源と前記負荷との間の経路に直列に接続されるリアクタンス素子と、
前記負荷と並列に設けられるコンデンサと、
前記リアクタンス素子を介し、前記交流源から交流電圧を短絡および開放できるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記交流源からの交流電圧の位相を検出するゼロクロス検出部と、
前記交流電圧において位相が正または負の半周期に前記スイッチング素子に対するPWM制御を実行することによって前記交流電圧と同位相となるように略正弦波の交流電流を誘起し、前記コンデンサの端子電圧を充電目標電圧に近づくように充電する手段と、
前記交流電圧が正または負のピーク近傍となる位相において、前記PWM制御におけるデューティ比を取得する手段と、
前記デューティ比が第1の基準値より大きい場合に前記コンデンサの充電目標電圧を現在値から低下させ、前記デューティ比が第1の基準値より小さい第2の基準値より小さい場合に前記コンデンサの充電目標電圧を現在値から増加させる手段と、を備える。
An embodiment according to the present invention is exemplified by the following power conversion device. In a first aspect, the power conversion device includes:
A power conversion device that adjusts power supplied to a load after converting an AC source to DC, comprising:
A reactance element connected in series to a path between the AC source and the load;
A capacitor provided in parallel with the load;
a switching element capable of short-circuiting and opening an AC voltage from the AC source via the reactance element;
A control unit that controls the switching element;
Equipped with
The control unit is
a zero-cross detection unit that detects the phase of the AC voltage from the AC source;
a means for inducing a substantially sinusoidal AC current in phase with the AC voltage by executing PWM control on the switching element in a half cycle in which the phase is positive or negative in the AC voltage, and charging the capacitor so that the terminal voltage of the capacitor approaches a charging target voltage;
a means for acquiring a duty ratio in the PWM control in a phase in which the AC voltage is in the vicinity of a positive or negative peak;
and means for decreasing a charging target voltage of the capacitor from a current value when the duty ratio is greater than a first reference value, and for increasing a charging target voltage of the capacitor from a current value when the duty ratio is smaller than a second reference value that is smaller than the first reference value.

ここで、ゼロクロス検出部は、この電力変換装置に入力される交流電圧が0となるタイミングを検出する。また、PWMとは、パルス幅変調(Pulse Width Modulation)をいう
。デューティ比とは、PWMにおけるオンとオフの期間の合計期間に対するオンの期間の割合をいう。また、オンの期間とは、PWMにおける高電位の期間をいい、オフの期間とは、PWMにおける低電位の期間をいう。
Here, the zero-crossing detection unit detects the timing when the AC voltage input to the power conversion device becomes zero. Moreover, PWM stands for pulse width modulation. The duty ratio means the ratio of the on period to the total period of the on and off periods in PWM. Moreover, the on period means the period of high potential in PWM, and the off period means the period of low potential in PWM.

本電力変換装置は、前記デューティ比が第1の基準値より大きい場合に前記コンデンサの充電目標電圧を現在値から低下させ、デューティ比が第1の基準値より小さい第2の基準値より小さい場合にコンデンサの充電目標電圧を現在値から増加させる。したがって、本電力変換装置は、電力変換中に動的かつ自動的にPWMのデューティ比を基に、コンデンサの充電目標電圧を設定または調整できる。また、本電力変換装置に入力される交流電圧の振幅(ピーク値)に比べて、コンデンサの端子電圧(および充電目標電圧)が高すぎる場合には、交流電圧が正または負のピーク近傍でデューティ比が大きくなる。この場合には、電力損失が増加し、電力変換の効率が低下する。したがって、この場合には、制御部は、コンデンサの充電目標電圧を下げればよい。 This power conversion device reduces the charging target voltage of the capacitor from the current value when the duty ratio is greater than a first reference value, and increases the charging target voltage of the capacitor from the current value when the duty ratio is smaller than a second reference value that is smaller than the first reference value. Therefore, this power conversion device can dynamically and automatically set or adjust the charging target voltage of the capacitor based on the PWM duty ratio during power conversion. Also, if the terminal voltage of the capacitor (and the charging target voltage) is too high compared to the amplitude (peak value) of the AC voltage input to this power conversion device, the duty ratio becomes large near the positive or negative peak of the AC voltage. In this case, power loss increases and the efficiency of power conversion decreases. Therefore, in this case, the control unit can simply lower the charging target voltage of the capacitor.

一方、コンデンサの端子電圧(および充電目標電圧)が低く、本電力変換装置に入力される交流電圧の振幅(ピーク値)に近い場合には、交流電圧が正または負のピーク近傍でデューティ比が小さくなる。この場合には、交流電圧のピーク値がコンデンサの端子電圧に近づくおそれがある。したがって、この場合には、制御部は、コンデンサの充電目標電圧を上げればよい。以上の処理により、本電力変換装置は、コンデンサの充電目標電圧を適正な値に設定でき、効率よく電力変換を実行できる。 On the other hand, if the terminal voltage of the capacitor (and the charging target voltage) is low and close to the amplitude (peak value) of the AC voltage input to this power conversion device, the duty ratio becomes small when the AC voltage is near the positive or negative peak. In this case, there is a risk that the peak value of the AC voltage will approach the terminal voltage of the capacitor. Therefore, in this case, the control unit can simply increase the charging target voltage of the capacitor. Through the above processing, this power conversion device can set the charging target voltage of the capacitor to an appropriate value and perform power conversion efficiently.

第2の側面では、この電力変換装置は、
前記交流源から給電される全波整流回路を含み、または、全波整流回路を介して交流源から給電され、前記負荷に電力を供給する回路であり、
前記スイッチング素子は、前記リアクタンス素子の負荷側の接点で整流機能を有する素子を介して前記コンデンサと並列に接続され、
前記整流機能を有する素子は、カソード側が前記コンデンサの高電位側の第1の端子に接続され、アノード側が前記スイッチング素子と前記リアクタンス素子の前記負荷側との接点に接続される。
In a second aspect, the power converter includes:
a circuit including a full-wave rectifier circuit powered by the AC source or powered from the AC source via a full-wave rectifier circuit, and supplying power to the load;
the switching element is connected in parallel with the capacitor via an element having a rectifying function at a load-side contact of the reactance element,
The element having a rectifying function has a cathode connected to a first terminal on the high potential side of the capacitor, and an anode connected to a junction between the switching element and the load side of the reactance element.

すなわち、本電力変換装置の制御部は、全波整流回路を含む電力変換装置、または、全波整流回路を介して交流源から給電される電力変換装置に適用できる。また、スイッチング素子がリアクタンス素子の負荷側の接点で整流機能を有する素子を介して負荷と並列に設けられるコンデンサと並列に接続される構成は、ある種のチョッパ回路である。すなわち、本電力変換装置の制御部は、全波整流でき、かつ、チョッパ回路を含む構成に適用できる。 That is, the control unit of this power conversion device can be applied to a power conversion device that includes a full-wave rectifier circuit, or a power conversion device that is powered from an AC source via a full-wave rectifier circuit. Also, a configuration in which a switching element is connected in parallel to a capacitor that is provided in parallel with a load via an element having a rectification function at the load-side contact of a reactance element is a type of chopper circuit. That is, the control unit of this power conversion device can perform full-wave rectification and can be applied to a configuration that includes a chopper circuit.

第3の側面では、この電力変換装置は、第1の回路部分と第2の回路部分とを有し、
第1の回路部分は、
前記交流源の第1の端子に接続される第1のリアクタンス素子と、
前記第1のリアクタンス素子にアノード側が接続され、前記コンデンサの前記第1の端子にカソード側が接続される第1の整流機能を有する素子と、
前記第1の整流機能を有する素子を介して前記コンデンサに並列に接続される第1のスイッチング素子と、を有し、
第2の回路部分は、
前記交流電源の第2の端子に接続される第2のリアクタンス素子と、前記第2のリアクタンス素子にアノード側が接続され、前記コンデンサの前記第1の端子にカソード側が接続される第2の整流機能を有する素子と、
前記第2の整流機能を有する素子を介して前記コンデンサに並列に接続される第2のスイッチング素子と、を有する。
In a third aspect, the power conversion device includes a first circuit portion and a second circuit portion,
The first circuit portion comprises:
a first reactance element connected to a first terminal of the AC source;
a first rectifying element having an anode side connected to the first reactance element and a cathode side connected to the first terminal of the capacitor;
a first switching element connected in parallel to the capacitor via the first rectifying element;
The second circuit portion is
a second reactance element connected to a second terminal of the AC power supply; and a second rectifying element having an anode side connected to the second reactance element and a cathode side connected to the first terminal of the capacitor;
and a second switching element connected in parallel to the capacitor via the second rectifying element.

ここで、第1の回路部分と第2の回路部分の組み合わせは全波整流回路とも言える。また、第1の回路部分と第2の回路部分とは、それぞれチョッパ回路ともいえる。したがって、本電力変換装置の制御部は、全波整流でき、かつ、チョッパ回路を含む構成に適用できる。 Here, the combination of the first circuit part and the second circuit part can be said to be a full-wave rectifier circuit. In addition, the first circuit part and the second circuit part can each be said to be a chopper circuit. Therefore, the control unit of this power conversion device can perform full-wave rectification and can be applied to a configuration that includes a chopper circuit.

第4の側面では、この電力変換装置は、
前記交流源の第1の端子に接続されるリアクタンス素子と、
前記リアクタンス素子を介して前記交流源に接続される全波整流回路と、を含み、
前記全波整流回路は、
前記リアクタンス素子にアノード側が接続され、前記コンデンサの第1の端子にカソード側が接続される整流機能を有する第1のスイッチング素子と、
前記第1のリアクタンス素子にカソード側が接続され、前記コンデンサの第2の端子にアノード側が接続される整流機能を有する第2のスイッチング素子と、
前記コンデンサの前記第1の端子にカソードが接続される第1の整流素子と、
前記第1の整流素子のアノード側および前記交流源の第2の端子にカソード側が接続され、前記コンデンサの前記第2の端子にアノード側が接続される第2の整流素子と、を有する。本電力変換装置の制御部は、以上の構成を含む電力変換装置に適用できる。
In a fourth aspect, the power converter includes:
a reactance element connected to a first terminal of the AC source;
a full-wave rectifier circuit connected to the AC source via the reactance element,
The full-wave rectifier circuit includes:
a first switching element having a rectifying function, the anode side of which is connected to the reactance element and the cathode side of which is connected to a first terminal of the capacitor;
a second switching element having a rectifying function, the cathode side of which is connected to the first reactance element and the anode side of which is connected to a second terminal of the capacitor;
a first rectifying element having a cathode connected to the first terminal of the capacitor;
a second rectifying element having a cathode connected to the anode side of the first rectifying element and the second terminal of the AC source, and an anode side connected to the second terminal of the capacitor. The control unit of the power conversion device of the present invention can be applied to a power conversion device having the above configuration.

第5の側面では、本実施形態は、この電力変換装置の制御部によって特定される。また、第6の側面では、本実施形態は、電力変換装置の制御部の制御方法によって特定される。 In a fifth aspect, this embodiment is specified by a control unit of the power conversion device. In a sixth aspect, this embodiment is specified by a control method of the control unit of the power conversion device.

本実施形態の少なくとも1つの側面では、入力電圧に応じた望ましい直流電圧目標値で電力変換を実行可能な電力変換装置、制御装置および制御方法を提供することができる。 At least one aspect of this embodiment provides a power conversion device, a control device, and a control method that can perform power conversion at a desired DC voltage target value according to the input voltage.

図1は、実施形態の制御方法を適用した制御装置を含む三相交流の電力変換装置を例示する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a three-phase AC power conversion device including a control device to which a control method according to an embodiment is applied. 図2は、第1の実施形態の電力変換装置の処理を例示する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a process of the power conversion device according to the first embodiment. 図3は、第1の実施形態の電力変換装置の具体的構成を例示する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a specific configuration of the power conversion device according to the first embodiment. 図4は、三相のうちの2つの相に着目した電力変換装置の回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram of a power conversion device focusing on two of the three phases. 図5は、制御部の処理を例示する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating the process of the control unit. 図6は、第2の実施形態である電力変換装置の構成を例示する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a power conversion device according to the second embodiment. 図7は、第3の実施形態である電力変換装置の構成を例示する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a power conversion device according to the third embodiment. 図8は、第4の実施形態である電力変換装置の構成を例示する図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a power conversion device according to the fourth embodiment. 図9は、第5の実施形態である電力変換装置の構成を例示する図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a power conversion device according to the fifth embodiment.

以下、本発明の一側面に係る実施の形態(第1の実施形態乃至第5の実施形態)を図面に基づいて説明する。ただし、以下で説明する本実施形態は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。つまり、本発明の実施にあたって、本実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。 Hereinafter, embodiments (first to fifth embodiments) according to one aspect of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present embodiments described below are merely examples of the present invention in every respect. It goes without saying that various improvements and modifications can be made without departing from the scope of the present invention. In other words, when implementing the present invention, specific configurations according to the present embodiments may be appropriately adopted.

<適用例>
まず、図1を用いて、本発明が適用される場面の一例について説明する。図1は、本実施形態の制御方法を適用した制御回路100を含む三相交流の電力変換装置1を例示する図である。電力変換装置1は、三相交流電源からの経路に挿入されるフィルタ回路Fと、
昇圧用リアトル素子Lと、スイッチング素子TD1乃至TD6と、負荷に並列に接続される平滑用のコンデンサC1を有する。さらに、電力変換装置1は、交流電圧センサV1と、交流電流センサA1と、直流電圧センサV2と、制御回路100を有する。
<Application Examples>
First, an example of a situation in which the present invention is applied will be described with reference to Fig. 1. Fig. 1 is a diagram illustrating a three-phase AC power conversion device 1 including a control circuit 100 to which a control method of the present embodiment is applied. The power conversion device 1 includes a filter circuit F inserted in a path from a three-phase AC power source,
The power conversion device 1 includes a boost reactor element L, switching elements TD1 to TD6, and a smoothing capacitor C1 connected in parallel to the load. The power conversion device 1 further includes an AC voltage sensor V1, an AC current sensor A1, a DC voltage sensor V2, and a control circuit 100.

図1の例では、交流電圧センサV1は、三相交流電源に近い側の電力経路に接続されている。交流電圧センサV1は、三相交流電源からの各相の入力電圧を測定し、制御回路100に伝達する。 In the example of FIG. 1, the AC voltage sensor V1 is connected to the power path closer to the three-phase AC power source. The AC voltage sensor V1 measures the input voltage of each phase from the three-phase AC power source and transmits the measured voltage to the control circuit 100.

フィルタ回路Fは、例えば、リアクタンス素子を各相の電力経路に直列に、コンデンサを電力経路に並列に接続した構成を有する。昇圧用リアトル素子Lは、例えば、リアクタンス素子を各相の電力経路に直列に接続した構成を有する。 The filter circuit F has, for example, a configuration in which a reactance element is connected in series to the power path of each phase, and a capacitor is connected in parallel to the power path. The boost reactor element L has, for example, a configuration in which a reactance element is connected in series to the power path of each phase.

スイッチング素子TD1乃至TD6は、バイポーラトランジスタとダイオードを組み合わせた構成で例示されている。図1では、バイポーラトランジスタのコレクタからエミッタに向う方向と逆方向にダイオードが組み合わせられている。すなわち、ダイオードのカソードがバイポーラトランジスタのコレクタに、アノードがエミッタに接続されている。ただし、スイッチング素子TD1乃至TD6は、MOSFET等のユニポーラトランジスタであってもよい。スイッチング素子TD1乃至TD6がMOSFET等の場合には、素子内の寄生ダイオードを利用して、図1のスイッチング素子TD1等と同様の構成が実現できる。スイッチング素子TD1乃至TD6の制御端子(ベース)には、制御回路からPulse Width Modulation(PWM)の制御信号(PWMスイッチング信号ともいう)が入力される。 The switching elements TD1 to TD6 are illustrated as being configured by combining a bipolar transistor and a diode. In FIG. 1, a diode is combined in the opposite direction to the direction from the collector to the emitter of the bipolar transistor. That is, the cathode of the diode is connected to the collector of the bipolar transistor, and the anode is connected to the emitter. However, the switching elements TD1 to TD6 may be unipolar transistors such as MOSFETs. When the switching elements TD1 to TD6 are MOSFETs or the like, a configuration similar to that of the switching element TD1 in FIG. 1 can be realized by utilizing a parasitic diode in the element. A Pulse Width Modulation (PWM) control signal (also called a PWM switching signal) is input from a control circuit to the control terminals (bases) of the switching elements TD1 to TD6.

スイッチング素子TD1乃至TD6は、120度ずつ位相がずれた交流電力を全波整流して、コンデンサC1を充電する。コンデンサC1は、スイッチング素子TD1乃至TD6によって整流された電流から電力を蓄積し、平滑化して、直流電力を負荷に供給する。スイッチング素子TD1乃至TD6は、三相回路の全波整流回路の一例である。なお、昇圧用リアクトル素子Lとスイッチング素子TD1乃至TD6は、全波整流回路(ブリッジ)と力率改善回路を統合した回路とも言えるので、ブリッジレス力率改善回路とも言える。 The switching elements TD1 to TD6 full-wave rectify AC power that is shifted in phase by 120 degrees each to charge the capacitor C1. The capacitor C1 stores power from the current rectified by the switching elements TD1 to TD6, smooths it, and supplies DC power to the load. The switching elements TD1 to TD6 are an example of a three-phase full-wave rectifier circuit. The boost reactor element L and the switching elements TD1 to TD6 can be considered to be a circuit that integrates a full-wave rectifier circuit (bridge) and a power factor correction circuit, so they can also be considered to be a bridgeless power factor correction circuit.

直流電圧センサV2は、コンデンサC1の両端の電圧を測定し、制御回路100に通知する。負荷は、例えば、モータ等の交流負荷を含む。負荷が交流負荷を含む場合、通常、インバータ等の直流交流変換回路により、交流電力が生成され、交流負荷に供給される。制御回路100(および後述する制御回路100B乃至100E)は、制御部の一例である。 The DC voltage sensor V2 measures the voltage across the capacitor C1 and notifies the control circuit 100. The load includes, for example, an AC load such as a motor. When the load includes an AC load, AC power is typically generated by a DC-AC conversion circuit such as an inverter and supplied to the AC load. The control circuit 100 (and the control circuits 100B to 100E described below) is an example of a control unit.

<第1の実施形態>
以下、図2から図9を参照して、本発明の一実施形態(第1の実施形態)の電力変換装置1を説明する。
First Embodiment
Hereinafter, a power conversion device 1 according to one embodiment of the present invention (first embodiment) will be described with reference to Figs. 2 to 9 .

(処理例)
図2は、第1の実施形態の電力変換装置1の処理を例示する図である。図2の左側に、三相交流電力変換回路の一部が例示されている。ただし、図2の回路は、単相交流でのブリッジレス力率改善回路とも言える。R相の端子がS相の端子より高電位にあるとき、スイッチQ3がオンになると、R相の端子からスイッチQ1のダイオードおよびスイッチQ3(オン状態)を電流が流れ、それぞれのリアクタンス素子にエネルギーが蓄積される。この状態で、スイッチQ3がオフになると、それぞれのリアクタンス素子には、電流を維持する方向に起電力が発生し、コンデンサC1を充電する電流が流れる。このとき、それぞれのリアクタンス素子のエネルギーが放出される。上記説明と同様に、スイッチQ2を
オンオフさせても、コンデンサC1を充電する電流の経路が異なるが、同様にコンデンサC1を充電できる。
図1に例示した制御回路100は、三相交流の各相を流れる交流電流を極力交流電圧と同様の変化をするようにスイッチQ3(あるいはQ2)をオンオフさせる。すなわち、制御回路100は、交流電圧と同位相となる平均電流が流れるように、スイッチQ3(あるいはQ2)をオンオフさせる。そのため、制御回路100は、所定の目標電流が流れるまでスイッチQ3(あるいはQ2)をオンに維持し、その後、スイッチQ3(あるいはQ2)をオフにするパルス幅変調を繰り返す。
(Processing example)
FIG. 2 is a diagram illustrating the processing of the power conversion device 1 of the first embodiment. A part of a three-phase AC power conversion circuit is illustrated on the left side of FIG. 2. However, the circuit of FIG. 2 can also be said to be a bridgeless power factor correction circuit for single-phase AC. When the R-phase terminal is at a higher potential than the S-phase terminal, if the switch Q3 is turned on, a current flows from the R-phase terminal through the diode of the switch Q1 and the switch Q3 (on state), and energy is stored in each reactance element. In this state, if the switch Q3 is turned off, an electromotive force is generated in each reactance element in a direction that maintains the current, and a current flows to charge the capacitor C1. At this time, the energy of each reactance element is released. As in the above description, even if the switch Q2 is turned on and off, the capacitor C1 can be charged in the same way, although the path of the current that charges the capacitor C1 is different.
1 turns on and off the switch Q3 (or Q2) so that the AC current flowing through each phase of the three-phase AC changes as similarly as the AC voltage as possible. That is, the control circuit 100 turns on and off the switch Q3 (or Q2) so that an average current having the same phase as the AC voltage flows. To this end, the control circuit 100 keeps the switch Q3 (or Q2) on until a predetermined target current flows, and then repeats pulse width modulation to turn off the switch Q3 (or Q2).

このパルス幅変調により、リアクタンス素子(リアクトルともいう)には、図2の右側の波形のように、のこぎり刃状のリアクトル電流が流れる。なお、図2の波形で、スイッチQ3のドレイン(コレクタ)が高電位の区間は、スイッチQ3のオフを示し、スイッチQ3のドレイン(コレクタ)が低電位の区間は、スイッチQ3のオンを示す。 This pulse width modulation causes a sawtooth reactor current to flow through the reactance element (also called a reactor), as shown in the waveform on the right side of Figure 2. Note that in the waveform in Figure 2, the section where the drain (collector) of switch Q3 is at high potential indicates that switch Q3 is off, and the section where the drain (collector) of switch Q3 is at low potential indicates that switch Q3 is on.

以上、R相の端子がS相の端子より高電位にあるときを例にして説明したが、R相の端子がS相の端子より低電位にあるとき、Q1(あるいはQ4)をオンオフさせると、コンデンサC1に充電できる。詳細説明は省略する。
制御回路100は、コンデンサの充電目標電圧(以下、目標DC電圧という)と入力側の交流電圧(振幅、ピーク値)の差分が大きいほど、デューティ比を1に近い値に設定する。これは、目標DC電圧が高いほど、より長い期間電流を流す必要があるからである。したがって、制御回路100は、パルス幅変調のデューティ比を取得することで、目標DC電圧と入力側の交流電圧の振幅の差異をある程度把握できる。そこで、本実施形態では、制御回路100は、力率改善回路のパルス幅変調のデューティ比を取得し、これを基に、目標DC電圧を調整する。
The above has been explained using an example where the R-phase terminal is at a higher potential than the S-phase terminal, but when the R-phase terminal is at a lower potential than the S-phase terminal, turning Q1 (or Q4) on and off allows charging of the capacitor C1. A detailed explanation will be omitted.
The control circuit 100 sets the duty ratio to a value closer to 1 as the difference between the charging target voltage of the capacitor (hereinafter referred to as the target DC voltage) and the input side AC voltage (amplitude, peak value) increases. This is because the higher the target DC voltage, the longer the period of time that current needs to flow. Therefore, the control circuit 100 can grasp to some extent the difference between the target DC voltage and the amplitude of the input side AC voltage by acquiring the duty ratio of the pulse width modulation. Therefore, in this embodiment, the control circuit 100 acquires the duty ratio of the pulse width modulation of the power factor correction circuit and adjusts the target DC voltage based on this.

すなわち、パルス幅変調のデューティ比がある第1の基準値より大きい場合、制御回路100は、目標DC電圧と入力側の交流電圧の振幅(ピーク値)との差が大き過ぎると判断する。このような場合は、電力変換効率の無駄が生じやすい。そこで、制御回路100は、目標DC電圧を低下させる。 In other words, if the duty ratio of the pulse width modulation is greater than a certain first reference value, the control circuit 100 determines that the difference between the target DC voltage and the amplitude (peak value) of the AC voltage on the input side is too large. In such a case, it is easy for power conversion efficiency to be wasted. Therefore, the control circuit 100 lowers the target DC voltage.

他方、パルス幅変調のデューティ比が第1の基準値より小さい第2の基準値よりさらに小さい場合、制御回路100は、目標DC電圧と入力側の交流電圧の振幅(ピーク値)との差が小さ過ぎると判断する。このような場合は、入力側の交流電圧のピーク値が、出力側のコンデンサC1の両端の電圧を超え、交流回路および各素子に過電流がる可能性も予見される。そこで、制御回路100は、目標DC電圧を増加させる。 On the other hand, if the duty ratio of the pulse width modulation is smaller than a second reference value that is smaller than the first reference value, the control circuit 100 determines that the difference between the target DC voltage and the amplitude (peak value) of the AC voltage on the input side is too small. In such a case, it is predicted that the peak value of the AC voltage on the input side will exceed the voltage across the capacitor C1 on the output side, causing an overcurrent in the AC circuit and each element. Therefore, the control circuit 100 increases the target DC voltage.

すなわち、制御回路100は、ピーク位相付近(所望の区間)のOn-Dutyを観測対象とする。On-Dutyの比率が高いことは交流電圧のピーク値とDC電圧の差が大きいことを意味する。そこで、スイッチングのOn-Dutyの比率が所望値(第1の基準値)より高ければ、目標とする直流電圧を下げる。 That is, the control circuit 100 observes the On-Duty near the peak phase (desired section). A high On-Duty ratio means that the difference between the peak value of the AC voltage and the DC voltage is large. Therefore, if the switching On-Duty ratio is higher than the desired value (first reference value), the target DC voltage is lowered.

他方、所望の区間でOn-Dutyの比率が低いことは交流電圧のピーク値と目標DC電圧の差が小さいことを意味する。そこで、スイッチングのOn-Dutyの比率が所望値(第2の基準値)より低ければ、目標DC電圧を上げる。ここで、第2の基準値は、第1の基準値より小さな値である。 On the other hand, a low On-Duty ratio in the desired section means that the difference between the peak value of the AC voltage and the target DC voltage is small. Therefore, if the On-Duty ratio of the switching is lower than the desired value (second reference value), the target DC voltage is increased. Here, the second reference value is a value smaller than the first reference value.

このような制御により、本実施形態の電力変換装置1は、適正な目標DC電圧で、力率改善を実行できる。すなわち、制御回路100は、三相入力電圧の振幅によらず、電源高調波を抑制しつつ、直流電圧を必要限度で昇圧することができる。これにより、制御回路100は、AC/DC変換を含む回路の高調波を抑制するとともに、省エネルギー性を両
立させる。すなわち、制御回路100は、力率改善回路における電力損失を低減し、電力変換の効率を向上できる。
By such control, the power conversion device 1 of the present embodiment can perform power factor correction at an appropriate target DC voltage. That is, the control circuit 100 can boost the DC voltage to the required limit while suppressing power supply harmonics regardless of the amplitude of the three-phase input voltage. As a result, the control circuit 100 suppresses harmonics in a circuit including AC/DC conversion while simultaneously achieving energy saving. That is, the control circuit 100 can reduce power loss in the power factor correction circuit and improve the efficiency of power conversion.

なお、図2の波形のように、力率改善回路のパルス幅変調では、ゼロクロスに近い、期間の始めほど、デューティ比が大きい。これは、ゼロクロスに近い、期間の始めは交流電圧の振幅が小さく、実際の電流値が目標の電流値に達するまで時間がかかるためである。一方、入力の交流電圧のピーク近傍では、交流電圧の振幅が大きく、デューティ比が小さくなる。いずれにしても、制御回路100は、入力の交流電圧の振幅と適正な目標DC電圧との関係を入力の交流電圧のピーク付近のPWM制御のデューティ比で特定しようと試みると言える。 As shown in the waveform of Figure 2, in the pulse width modulation of the power factor correction circuit, the closer to the zero crossing and the beginning of the period, the larger the duty ratio. This is because the amplitude of the AC voltage is small at the beginning of the period, close to the zero crossing, and it takes time for the actual current value to reach the target current value. On the other hand, near the peak of the input AC voltage, the amplitude of the AC voltage is large and the duty ratio is small. In any case, it can be said that the control circuit 100 attempts to determine the relationship between the amplitude of the input AC voltage and the appropriate target DC voltage by the duty ratio of the PWM control near the peak of the input AC voltage.

(制御回路の構成)
図3は、本実施形態の電力変換装置1の具体的構成を例示する図である。図3では、三相交流回路の構成が簡略され、制御回路100の構成が詳細に例示されている。なお、図3の三相交流回路の構成は、図1と同様である。また、図3では、制御回路100とともに、交流電圧センサV1、交流電流センサA1、直流電圧センサV2も例示されている。
(Control Circuit Configuration)
Fig. 3 is a diagram illustrating a specific configuration of the power conversion device 1 of the present embodiment. In Fig. 3, the configuration of the three-phase AC circuit is simplified, and the configuration of the control circuit 100 is illustrated in detail. The configuration of the three-phase AC circuit in Fig. 3 is the same as that in Fig. 1. In Fig. 3, an AC voltage sensor V1, an AC current sensor A1, and a DC voltage sensor V2 are also illustrated together with the control circuit 100.

図3のように、制御回路100は、目標DC電圧レジスタ101、加算器102、比較器103、電圧調整器104、減算器105、電流調整器106、パルス幅変調器107、デューティ比検出部108、閾値レジスタ109、調整部110、目標DC電圧の調整量レジスタ111およびゼロクロス検出部112を有する。 As shown in FIG. 3, the control circuit 100 has a target DC voltage register 101, an adder 102, a comparator 103, a voltage regulator 104, a subtractor 105, a current regulator 106, a pulse width modulator 107, a duty ratio detection unit 108, a threshold register 109, an adjustment unit 110, a target DC voltage adjustment amount register 111, and a zero cross detection unit 112.

目標DC電圧レジスタ101は、目標DC電圧の初期値を記憶する。目標DC電圧の初期値は、例えば、電力変換装置1の仕様に応じて設定される。また、目標DC電圧の初期値は、例えば、電力変換装置1のインストール時に設定される。目標DC電圧レジスタ101は、目標DC電圧の初期値を加算器102に入力する。 The target DC voltage register 101 stores an initial value of the target DC voltage. The initial value of the target DC voltage is set, for example, according to the specifications of the power conversion device 1. The initial value of the target DC voltage is also set, for example, when the power conversion device 1 is installed. The target DC voltage register 101 inputs the initial value of the target DC voltage to the adder 102.

加算器102は、目標DC電圧の初期値に、目標DC電圧の調整量レジスタ111から入力される調整量を加算(または減算)し、目標DC電圧を調整する。調整量が負の場合、加算器102の処理は、減算となる。加算器102は、調整された目標DC電圧を比較器103に入力する。比較器103は、調整された目標DC電圧から、直流電圧センサV2で測定された出力直流電圧を減算し、その差分値を電圧調整器104に入力する。ここで、出力直流電圧とは、図1に例示したコンデンサC1の両端の電圧である。 The adder 102 adds (or subtracts) the adjustment amount input from the target DC voltage adjustment amount register 111 to the initial value of the target DC voltage to adjust the target DC voltage. If the adjustment amount is negative, the process of the adder 102 is subtraction. The adder 102 inputs the adjusted target DC voltage to the comparator 103. The comparator 103 subtracts the output DC voltage measured by the DC voltage sensor V2 from the adjusted target DC voltage, and inputs the difference value to the voltage regulator 104. Here, the output DC voltage is the voltage across the capacitor C1 illustrated in FIG. 1.

電圧調整器104は、ゼロクロス検出部112がイネーブル信号を出力しているときに動作する。ここで、イネーブル信号は、三相回路の各相で、正の半周期(または負の半周期)において、イネーブルオン(アサート)となる。なお、電圧調整器104のイネーブル信号は、電圧調整器104ではなく、パルス幅変調器107の動作をイネーブルにするか否かの制御に用いるようにしてもよい。 The voltage regulator 104 operates when the zero-crossing detector 112 outputs an enable signal. Here, the enable signal is enabled (asserted) in the positive half cycle (or negative half cycle) for each phase of the three-phase circuit. The enable signal of the voltage regulator 104 may be used to control whether or not to enable the operation of the pulse width modulator 107, instead of the voltage regulator 104.

電圧調整器104は、例えば、イネーブル信号がアサートされると、比較器103の演算結果である、目標DC電圧と出力直流電圧との差分値を基に、目標電流の値を算出し、減算器105に入力する。目標電流は、目標DC電圧と出力直流電圧との差分値を小さくするためにコンデンサC1を充電する電流であって、かつ、ゼロクロス検出部112で検出される交流電圧と同位相となる電流である。減算器105は、目標電流の値と、交流電流センサA1からの交流電流測定値との差分を算出し、電流調整器106に入力する。 For example, when the enable signal is asserted, the voltage regulator 104 calculates the target current value based on the difference between the target DC voltage and the output DC voltage, which is the calculation result of the comparator 103, and inputs it to the subtractor 105. The target current is a current that charges the capacitor C1 to reduce the difference between the target DC voltage and the output DC voltage, and is a current that is in phase with the AC voltage detected by the zero-cross detection unit 112. The subtractor 105 calculates the difference between the target current value and the AC current measurement value from the AC current sensor A1, and inputs it to the current regulator 106.

電流調整器106は、目標電流の値と電流測定値との差分を基に、オンとオフをパルス幅変調器107に指示する。すなわち、電流測定値が目標電流値に達するまでの間、電流調整器106は、パルス幅変調器107にオン信号の出力を指示する。一方、電流測定値
が目標電流値に達すると、電流調整器106は、パルス幅変調器107にオフ信号の出力を指示する。
The current regulator 106 instructs the pulse width modulator 107 to turn on or off based on the difference between the target current value and the measured current value. That is, the current regulator 106 instructs the pulse width modulator 107 to output an on signal until the measured current value reaches the target current value. On the other hand, when the measured current value reaches the target current value, the current regulator 106 instructs the pulse width modulator 107 to output an off signal.

パルス幅変調器107は、パルス幅変調の制御信号(PWMスイッチング信号)を生成する。パルス幅変調器107は、生成したPWMスイッチング信号により、三相交流回路のスイッチング素子TD1乃至TD6のうち、該当する素子の制御端子(例えば、図1の各素子のベース端子)を制御する。したがって、例えば、交流電流センサA1からの電流測定値が電圧調整器104から出力された目標電流の値に達するまで、パルス幅変調器107は、該当する素子の制御端子をオンに維持する。そして、交流電流センサA1からの電流値が電圧調整器104から出力された目標電流の値に達すると該当する素子の制御端子をオフにする。このような処理を繰り返すことで、電圧調整器104からパルス幅変調器107に至る回路は、入力の各相の交流電圧が正(または負)の半周期に、極力重複するように(同位相となるように)、略正弦波の交流電流を誘起する。以上のように、目標DC電圧レジスタ101、加算器102、比較器103、電圧調整器104、減算器105、電流調整器106、パルス幅変調器107は、交流電圧において位相が正または負の半周期に前記スイッチング素子に対するPWM制御を実行する。これにより、これらの回路は、交流電圧と同位相となるように略正弦波の交流電流を誘起し、コンデンサC1の端子電圧を充電目標電圧(目標DC電圧ともいう)に近づくように充電する手段の一例と言える。 The pulse width modulator 107 generates a control signal (PWM switching signal) for pulse width modulation. The pulse width modulator 107 controls the control terminals (for example, the base terminals of each element in FIG. 1) of the switching elements TD1 to TD6 of the three-phase AC circuit by the generated PWM switching signal. Therefore, for example, the pulse width modulator 107 keeps the control terminals of the corresponding elements on until the current measurement value from the AC current sensor A1 reaches the target current value output from the voltage regulator 104. Then, when the current value from the AC current sensor A1 reaches the target current value output from the voltage regulator 104, the control terminals of the corresponding elements are turned off. By repeating such processing, the circuit from the voltage regulator 104 to the pulse width modulator 107 induces an approximately sinusoidal AC current so that the AC voltage of each input phase overlaps (is in phase with) the positive (or negative) half cycle as much as possible. As described above, the target DC voltage register 101, the adder 102, the comparator 103, the voltage regulator 104, the subtractor 105, the current regulator 106, and the pulse width modulator 107 execute PWM control of the switching elements in a half cycle in which the phase of the AC voltage is positive or negative. As a result, these circuits induce an approximately sinusoidal AC current that is in phase with the AC voltage, and can be said to be an example of a means for charging the terminal voltage of the capacitor C1 so that it approaches the charging target voltage (also called the target DC voltage).

さらに、ゼロクロス検出部112は、交流電圧センサV1で測定された交流電圧のゼロクロスが検出された相において、現時点が電圧のピーク近傍の期間か否かを判定する。そして、現時点が電圧のピーク近傍の期間に該当する場合、ゼロクロス検出部112は、デューティ比検出部108にイネーブル信号を出力する。 Furthermore, the zero-cross detection unit 112 determines whether the current time is in a period near the voltage peak in the phase in which the zero-cross of the AC voltage measured by the AC voltage sensor V1 is detected. If the current time is in a period near the voltage peak, the zero-cross detection unit 112 outputs an enable signal to the duty ratio detection unit 108.

デューティ比検出部108は、ゼロクロス検出部112からイネーブル信号を受けると、パルス幅変調器107からデューティ比を取得する。デューティ比検出部108は、取得したデューティ比を調整部110に出力する。デューティ比検出部108は、デューティ比を取得する手段の一例と言える。 When the duty ratio detection unit 108 receives an enable signal from the zero-cross detection unit 112, it acquires the duty ratio from the pulse width modulator 107. The duty ratio detection unit 108 outputs the acquired duty ratio to the adjustment unit 110. The duty ratio detection unit 108 can be considered an example of a means for acquiring a duty ratio.

調整部110は、入力されたデューティ比と、閾値レジスタ109に設定されたデューティ比の閾値とを比較し、比較結果に応じた目標DC電圧の調整量を算出する。調整部110は、算出した目標DC電圧の調整量を目標DC電圧の調整量レジスタ111に設定する。 The adjustment unit 110 compares the input duty ratio with the duty ratio threshold value set in the threshold register 109, and calculates the adjustment amount of the target DC voltage according to the comparison result. The adjustment unit 110 sets the calculated adjustment amount of the target DC voltage in the target DC voltage adjustment amount register 111.

ここで、閾値レジスタ109には、第1の閾値と、第1の閾値よりも小さい第2の閾値が設定されている。デューティ比検出部108より入力されたデューティ比が第1の閾値よりも高い場合、調整部110は、目標DC電圧と出力直流電圧との差分値が十分に大きいと判断する。その結果、調整部110は、目標DC電圧を低下させるように、負の値の調整量を目標DC電圧の調整量レジスタ111に設定する。 Here, a first threshold and a second threshold smaller than the first threshold are set in the threshold register 109. When the duty ratio input from the duty ratio detection unit 108 is higher than the first threshold, the adjustment unit 110 determines that the difference between the target DC voltage and the output DC voltage is sufficiently large. As a result, the adjustment unit 110 sets a negative adjustment amount in the target DC voltage adjustment amount register 111 so as to lower the target DC voltage.

一方、デューティ比検出部108より入力されたデューティ比が第1の閾値より小さい第2の閾値よりもさらに低い場合、調整部110は、目標DC電圧と出力直流電圧との差分値が小さすぎると判断する。その結果、調整部110は、目標DC電圧を増加させるように、正の値の調整量を目標DC電圧の調整量レジスタ111に設定する。このようにして調整された目標DC電圧の調整量が、加算器102において、目標DC電圧の初期値に加算され、目標DC電圧が調整される。調整部110、目標DC電圧の調整量レジスタ111および加算器102は、デューティ比が第1の基準値より大きい場合にコンデンサC1の充電目標電圧を現在値から低下させる手段の一例と言える。また、これらは、デューティ比が第1の基準値より小さい第2の基準値より小さい場合にコンデンサC1の充電目
標電圧を現在値から増加させる手段の一例とも言える。
On the other hand, when the duty ratio input from the duty ratio detection unit 108 is lower than the second threshold value which is smaller than the first threshold value, the adjustment unit 110 judges that the difference value between the target DC voltage and the output DC voltage is too small. As a result, the adjustment unit 110 sets a positive adjustment amount in the target DC voltage adjustment amount register 111 so as to increase the target DC voltage. The adjustment amount of the target DC voltage adjusted in this way is added to the initial value of the target DC voltage in the adder 102, and the target DC voltage is adjusted. The adjustment unit 110, the target DC voltage adjustment amount register 111, and the adder 102 can be said to be an example of a means for decreasing the charging target voltage of the capacitor C1 from the current value when the duty ratio is larger than the first reference value. Also, these can be said to be an example of a means for increasing the charging target voltage of the capacitor C1 from the current value when the duty ratio is smaller than a second reference value which is smaller than the first reference value.

なお、本実施形態および後述する他の実施形態において、第1の閾値の値、第1の閾値に対する目標DC電圧の調整量は、実験的または経験的に定められる。また、第2の閾値の値、第2の閾値に対する目標DC電圧の調整量は、実験的または経験的に定められる。 In this embodiment and other embodiments described later, the value of the first threshold and the adjustment amount of the target DC voltage relative to the first threshold are determined experimentally or empirically. Also, the value of the second threshold and the adjustment amount of the target DC voltage relative to the second threshold are determined experimentally or empirically.

図2の例では、目標DC電圧の初期値が目標DC電圧レジスタ101に固定されている。ただし、調整された目標DC電圧が目標DC電圧レジスタ101に保持されるようにしてもよい。すなわち、目標DC電圧レジスタ101に保持される目標DC電圧が調整部110の処理によって処理ごとに変化するようにしてもよい。 In the example of FIG. 2, the initial value of the target DC voltage is fixed in the target DC voltage register 101. However, the adjusted target DC voltage may be held in the target DC voltage register 101. In other words, the target DC voltage held in the target DC voltage register 101 may be changed for each process by the processing of the adjustment unit 110.

ところで、図2の制御回路100の各部のいずれかの少なくとも一部は、Central processing Unit(CPU)およびメモリ等の主記憶装置によって提供されるものでもよい。
すなわち、1または複数のCPUがメモリ上に実行可能に展開されたコンピュータプログラムにより、図2の各部またはいずれかの一部としての処理を実行してもよい。
Incidentally, at least a part of any of the components of the control circuit 100 in FIG. 2 may be provided by a central processing unit (CPU) and a main storage device such as a memory.
That is, one or more CPUs may execute the processing of each unit or any part of the units in FIG. 2 by a computer program that is executable and deployed on memory.

CPUはプロセッサとも呼ばれる。CPUは、単一のプロセッサに限定される訳ではなく、マルチプロセッサ構成であってもよい。また、単一のCPUがマルチコア構成を有していても良い。主記憶装置は、CPUが実行するコンピュータプログラム、CPUが処理するデータ等を記憶する。また、制御回路100は、Digital Signal Processor(DSP)、Graphics Processing Unit(GPU)等を含み、CPUがこれらのプロセッサと連携するものでもよい。主記憶装置は、は、Dynamic Random Access Memory(DRAM)、Static Random Access Memory(SRAM)、Read Only Memory(ROM)等である。 The CPU is also called a processor. The CPU is not limited to a single processor, and may have a multi-processor configuration. A single CPU may have a multi-core configuration. The main memory stores computer programs executed by the CPU, data processed by the CPU, etc. The control circuit 100 may also include a digital signal processor (DSP), a graphics processing unit (GPU), etc., and the CPU may cooperate with these processors. The main memory may be a dynamic random access memory (DRAM), a static random access memory (SRAM), a read only memory (ROM), etc.

また、制御回路100の各部のいずれかの少なくとも一部は、Analog-to-Digital(A
D)コンバータ、Digital-to- Analog(DA)コンバータ、その他のデジタル回路、アナログ回路を含むものでもよい。
At least a part of each unit of the control circuit 100 is an Analog-to-Digital (ADI)
D) Converters, Digital-to-Analog (DA) converters, and other digital and analog circuits may be included.

(電力変換回路の構成)
図4は、図1の三相のうちの2つの相に着目した電力変換装置1の回路図である。例えば、図4は、第1相と第2相を例示する。電力変換装置1は、交流源からの交流電力を直流に変換した後に、負荷に電力を供給する。すでに述べたように、負荷は、電動機等である。負荷が交流機の場合、直流に変換された電力は再度交流に変換される。そのため、負荷が交流機の場合、負荷内部には、インバータ等の電力変換回路がさらに含まれる。
(Configuration of power conversion circuit)
Fig. 4 is a circuit diagram of the power conversion device 1 focusing on two of the three phases in Fig. 1. For example, Fig. 4 illustrates the first and second phases. The power conversion device 1 converts AC power from an AC source into DC power, and then supplies the power to a load. As already mentioned, the load is an electric motor or the like. When the load is an AC machine, the power converted into DC power is converted back into AC power. Therefore, when the load is an AC machine, the load further includes a power conversion circuit such as an inverter.

図4のように、電力変換装置1は、交流電源と負荷との間の経路に直列に接続されるリアクタンス素子L1、L2を有する。また、電力変換装置1は、負荷と並列に設けられるコンデンサC1を有する。また、電力変換装置は、リアクタンス素子を介し、交流源から交流電圧を短絡および開放できるスイッチング素子TD11乃至TD14と、スイッチング素子TD11乃至TD14を制御する制御回路100を備える。 As shown in FIG. 4, the power conversion device 1 has reactance elements L1 and L2 connected in series to a path between an AC power source and a load. The power conversion device 1 also has a capacitor C1 that is provided in parallel with the load. The power conversion device also includes switching elements TD11 to TD14 that can short-circuit and open the AC voltage from the AC source via the reactance elements, and a control circuit 100 that controls the switching elements TD11 to TD14.

なお、スイッチング素子TD11乃至TD14は、いずれも、図1と同様、バイポーラトランジスタと、ダイオードを組みあせた構造である。ただし、スイッチング素子TD11乃至TD14は、いずれも、MOSFETと、寄生ダイオードを組みあせたものであってもよい。その場合、寄生ダイオードの向きは、図1のダイオードと同様、寄生ダイオードのカソードがMOSFETのドレインに、寄生ダイオードのアノードがMOSFETのソースに接続される。スイッチング素子TD11乃至TD14は、全波整流回路としても作用する。したがって、電力変換装置1は、全波整流回路を含むと言える。スイッチング素子TD11、TD13は、ダイオードを有するので整流機能を有する素子と言える。したがって、スイッチング素子TD12、TD14は、整流機能を有するスイッチング素子
TD11、TD13を介してコンデンサC1と並列に接続されると言える。また、整流機能を有するスイッチング素子TD11、TD13は、カソード側が前記コンデンサC1の高電位側の端子(第1の端子)に接続されている。また、整流機能を有するスイッチング素子TD11、TD13は、アノード側がスイッチング素子TD12、TD14とリアクタンス素子L1、L2の負荷側との接点に接続されている。
In addition, each of the switching elements TD11 to TD14 has a structure in which a bipolar transistor and a diode are combined, as in FIG. 1. However, each of the switching elements TD11 to TD14 may be a combination of a MOSFET and a parasitic diode. In that case, the orientation of the parasitic diode is the same as that of the diode in FIG. 1, with the cathode of the parasitic diode connected to the drain of the MOSFET and the anode of the parasitic diode connected to the source of the MOSFET. The switching elements TD11 to TD14 also act as a full-wave rectifier circuit. Therefore, it can be said that the power conversion device 1 includes a full-wave rectifier circuit. The switching elements TD11 and TD13 have diodes, and therefore can be said to be elements having a rectification function. Therefore, it can be said that the switching elements TD12 and TD14 are connected in parallel to the capacitor C1 via the switching elements TD11 and TD13 having a rectification function. The cathodes of the switching elements TD11 and TD13 having a rectifying function are connected to the high potential terminal (first terminal) of the capacitor C1, and the anodes of the switching elements TD11 and TD13 having a rectifying function are connected to the contacts between the switching elements TD12 and TD14 and the load sides of the reactance elements L1 and L2.

また、リアクタンス素子L1、スイッチング素子TD11およびTD12は、第1の回路部分の一例である。リアクタンス素子L2、スイッチング素子TD13およびTD14は、第2の回路部分の一例である。 Furthermore, reactance element L1 and switching elements TD11 and TD12 are an example of a first circuit part. Reactance element L2 and switching elements TD13 and TD14 are an example of a second circuit part.

(電力変換回路のPWM動作について)
三相の各相の交流電圧が正または負の場合を想定した際、複数のスイッチング素子をオンオフさせて、コンデンサC1に充電電流を流す基本的な動作原理は前記単相回路と同じ原理である。ただし、三相の場合は、一般的に入力電圧を元にd-q座標変換の手法を用
いてα-β-γ座標に変換した後、PWM変調することにより、スイッチング素子(図1 TD1~TD6)3相分の駆動信号を生成する。なお、三相PWMコンバータの制御技術として広く公開されるため、詳細説明を省略する(例えば、「三相PWMインバータ・コンバータのソフトウェア制御」竹下隆晴、名古屋大学工学博士論文、報告番号 乙 3809、1990年度(平成2年7月6日)P145~174参照)。
(PWM operation of power conversion circuits)
Assuming that the AC voltage of each of the three phases is positive or negative, the basic operating principle of turning on and off multiple switching elements to pass a charging current through the capacitor C1 is the same as that of the single-phase circuit. However, in the case of three phases, the input voltage is generally converted to α-β-γ coordinates using a d-q coordinate conversion method, and then PWM modulation is performed to generate drive signals for three phases of switching elements (TD1 to TD6 in Figure 1). Note that this is widely disclosed as a control technology for three-phase PWM converters, so a detailed explanation will be omitted (for example, see "Software Control of Three-Phase PWM Inverters and Converters" by Takeshita Takaharu, Doctoral Dissertation of Engineering, Nagoya University, Report No. Otsu 3809, 1990 (July 6, 1990), pp. 145-174).

(制御回路100の処理シーケンス)
図5に、制御回路100の処理を例示する。制御回路100のゼロクロス検出部112は、各相の交流電圧のゼロクロスを監視し、ゼロクロスを検知すると、制御回路100は、図4の処理を起動する。この処理では、制御回路100のゼロクロス検出部112は、交流電圧がゼロクロスの後、ピーク近傍の所定の範囲に入ったか否を判定する(S1)。なお、ピーク近傍の所定の範囲は、実験的または経験的に定められる。交流電圧がピーク近傍の所定の範囲に入ると、ゼロクロス検出部112は、デューティ比検出部108にイネーブル信号を送出する。すると、デューティ比検出部108は、パルス幅変調器107からデューティ比Rdを取得する(S2)。
(Processing sequence of the control circuit 100)
FIG. 5 illustrates the process of the control circuit 100. The zero-cross detection unit 112 of the control circuit 100 monitors the zero-cross of the AC voltage of each phase, and when the zero-cross is detected, the control circuit 100 starts the process of FIG. 4. In this process, the zero-cross detection unit 112 of the control circuit 100 determines whether the AC voltage has entered a predetermined range near the peak after the zero-cross (S1). The predetermined range near the peak is determined experimentally or empirically. When the AC voltage enters the predetermined range near the peak, the zero-cross detection unit 112 sends an enable signal to the duty ratio detection unit 108. Then, the duty ratio detection unit 108 obtains the duty ratio Rd from the pulse width modulator 107 (S2).

そして、制御回路100の調整部110は、取得されたデューティ比Rdが第1の基準値より大きいか否かを判定する(S3)。取得されたデューティ比Rdが第1の基準値より大きい場合(S3でYES)、制御回路100は、加算器102により目標DC電圧を所定量だけ低下させる。デューティ比Rdが大きいのは、入力の交流電圧の振幅(ピーク値)が、目標DC電圧から遠いため、すなわち、コンデンサC1への充電する電流を大きくするためである。これは、逆に、目標DC電圧が高すぎるとも言える。この場合、電力変換装置1の変換効率は低下するので、制御回路100は、目標DC電圧を低下させるのである。そして、制御回路100は、制御をS7に進める。 Then, the adjustment unit 110 of the control circuit 100 judges whether the acquired duty ratio Rd is greater than the first reference value (S3). If the acquired duty ratio Rd is greater than the first reference value (YES in S3), the control circuit 100 uses the adder 102 to reduce the target DC voltage by a predetermined amount. The reason why the duty ratio Rd is large is because the amplitude (peak value) of the input AC voltage is far from the target DC voltage, that is, to increase the current to be charged to the capacitor C1. Conversely, this can also be said to mean that the target DC voltage is too high. In this case, the conversion efficiency of the power conversion device 1 decreases, so the control circuit 100 reduces the target DC voltage. Then, the control circuit 100 advances the control to S7.

一方、S3の判定で、取得されたデューティ比Rdが第1の基準値より小さい場合(DSでYES)、制御回路100の調整部110は、取得されたデューティ比Rdが第2の基準値より小さいか否かを判定する(S5)。ここで、第2の基準値は、第1の基準値よりさらに小さい値である。 On the other hand, if the determination in S3 indicates that the acquired duty ratio Rd is smaller than the first reference value (DS: YES), the adjustment unit 110 of the control circuit 100 determines whether the acquired duty ratio Rd is smaller than a second reference value (S5). Here, the second reference value is a value even smaller than the first reference value.

取得されたデューティ比Rdが第2の基準値より小さい場合(S5でYES)、制御回路100は、加算器102により目標DC電圧を所定量だけ増加させる。デューティ比Rdが小さいのは、入力の交流電圧の振幅(ピーク値)が、目標DC電圧に近いためである。これは、逆に、目標DC電圧が低すぎるとも言える。この場合、電力変換装置1では、交流電圧の振幅(ピーク値)がコンデンサC1の両端の電圧を超える可能性が高まるので、制御回路100は、目標DC電圧を増加させるのである。そして、制御回路100は、
制御をS7に進める。
If the acquired duty ratio Rd is smaller than the second reference value (YES in S5), the control circuit 100 increases the target DC voltage by a predetermined amount using the adder 102. The reason why the duty ratio Rd is small is because the amplitude (peak value) of the input AC voltage is close to the target DC voltage. Conversely, this can also be said to mean that the target DC voltage is too low. In this case, in the power conversion device 1, the possibility that the amplitude (peak value) of the AC voltage will exceed the voltage across the capacitor C1 increases, so the control circuit 100 increases the target DC voltage. Then, the control circuit 100:
The control proceeds to S7.

そして、制御回路100は、処理が終了か否かを判定する(S7)。処理が終了か否かは、交流電圧の位相がピーク近傍から離れたか否かであり、ゼロクロス検出部112によって判定される。そして、終了でない場合、制御回路100は、制御をS1に戻す。一方、終了の場合、制御回路100は、処理を終了する。そして、次に、他のいずれかの相でゼロクロスが検出されると、制御回路100は、図5の処理を実行する。 Then, the control circuit 100 judges whether the processing has ended (S7). Whether the processing has ended is determined by whether the phase of the AC voltage has moved away from the peak vicinity, and is judged by the zero-cross detection unit 112. If the processing has not ended, the control circuit 100 returns control to S1. On the other hand, if the processing has ended, the control circuit 100 ends the processing. Then, when a zero-cross is detected in any other phase, the control circuit 100 executes the processing of FIG. 5.

(実施形態の効果)
以上述べたように、本実施形態によれば、制御回路100は、電力変換装置1の電力変換中に動的に、パルス幅変調器107のデューティ比を基に適切な目標DC電圧を設定できる。したがって、目標DC電圧が電力変換装置1の工場出荷時、出荷先でのインストール時、またはメインテナンス時などの設定値に固定される必要がない。このため、制御回路100を有する電力変換装置1は、出荷先の交流電圧等の環境に応じて、柔軟に、自動的に目標DC電圧を設定できる。その結果、出荷先の交流電圧等の環境に応じて、高い電力変換効率、すなわち、低損失で、力率改善を含む電力変換を実行できる。
(Effects of the embodiment)
As described above, according to this embodiment, the control circuit 100 can dynamically set an appropriate target DC voltage based on the duty ratio of the pulse width modulator 107 during power conversion of the power conversion device 1. Therefore, the target DC voltage does not need to be fixed to a set value at the time of shipment of the power conversion device 1 from the factory, at the time of installation at the shipping destination, or at the time of maintenance. Therefore, the power conversion device 1 having the control circuit 100 can flexibly and automatically set the target DC voltage according to the environment of the shipping destination, such as the AC voltage. As a result, it is possible to perform power conversion with high power conversion efficiency, i.e., low loss and power factor correction, according to the environment of the shipping destination, such as the AC voltage.

<変形例>
制御回路100は、図3の加算器102により、目標DC電圧への調整量の加減算により、目標DC電圧を調整した。しかし、制御回路100の処理は、このような処理に限定される訳ではない。例えば、制御回路100は、乗算器により、目標DC電圧を調整してもよい。その場合には、目標DC電圧の調整量レジスタ111には、比率が設定される。例えば、デューティ比Rdが第1の基準値より大きい場合、目標DC電圧調整量レジスタ111には1より小さい値が設定され、目標DC電圧は、この値の比率で低下されるとよい。また、デューティ比Rdが第2の基準値より小さい場合、目標DC電圧調整量レジスタ111には1より大きい値が設定され、目標DC電圧は、この値の比率で増加されるとよい。この場合も、第1の基準値および第2の基準値は実験的、経験的に設定されればよい。
<Modification>
The control circuit 100 adjusts the target DC voltage by adding or subtracting the adjustment amount to the target DC voltage using the adder 102 in FIG. 3. However, the processing of the control circuit 100 is not limited to such processing. For example, the control circuit 100 may adjust the target DC voltage using a multiplier. In that case, a ratio is set in the adjustment amount register 111 of the target DC voltage. For example, when the duty ratio Rd is greater than the first reference value, a value smaller than 1 is set in the target DC voltage adjustment amount register 111, and the target DC voltage may be reduced at the ratio of this value. Also, when the duty ratio Rd is smaller than the second reference value, a value larger than 1 is set in the target DC voltage adjustment amount register 111, and the target DC voltage may be increased at the ratio of this value. In this case, the first reference value and the second reference value may be set experimentally and empirically.

<その他の実施形態>
上記実施形態では、電力変換装置1の制御回路100が図1、図2、または図4に例示された力率改善回路に対して目標DC電圧を設定する処理を例示した。しかし、電力変換装置1の構成が図1または図4で例示される力率改善回路に限定される訳ではない。
<Other embodiments>
In the above embodiment, the control circuit 100 of the power conversion device 1 sets a target DC voltage for the power factor correction circuit exemplified in Fig. 1, Fig. 2, or Fig. 4. However, the configuration of the power conversion device 1 is not limited to the power factor correction circuit exemplified in Fig. 1 or Fig. 4.

図6は、第2の実施形態である電力変換装置1Bの構成を例示する図である。電力変換装置1Bは、交流電源から給電される全波整流回路を含む。全波整流回路は、ダイオードD1乃至D4を含む。ダイオードD1とD2が直列に接続され、ダイオードD3とD4が直列に接続される。そして、ダイオードD1のアノードとダイオードD2のカソードの接続点に交流電源の一方の端子が接続される。また、ダイオードD3のアノードとダイオードD4のカソードの接続点に交流電源の一方の端子が接続される。さらに、ダイオードD1のカソードとダイオードD3のカソードは、チョッパ回路を構成するリアクタンス素子L3に接続される。チョッパ回路は、電源からの経路に直列に接続されるリアクタンス素子L3と、電源からの経路に並列に接続されるスイッチング素子QD1と、電源からの経路に直列に接続されるダイオードD5を有する。また、チョッパ回路は、電源からの経路に並列に接続される平滑化のためのコンデンサC1を有する。コンデンサC1は、直流電圧を平滑化するとともに、負荷に直流電圧を供給する。 FIG. 6 is a diagram illustrating the configuration of a power conversion device 1B according to a second embodiment. The power conversion device 1B includes a full-wave rectifier circuit that is fed from an AC power source. The full-wave rectifier circuit includes diodes D1 to D4. Diodes D1 and D2 are connected in series, and diodes D3 and D4 are connected in series. One terminal of the AC power source is connected to the connection point between the anode of diode D1 and the cathode of diode D2. One terminal of the AC power source is connected to the connection point between the anode of diode D3 and the cathode of diode D4. The cathode of diode D1 and the cathode of diode D3 are connected to a reactance element L3 that constitutes a chopper circuit. The chopper circuit has a reactance element L3 that is connected in series to a path from the power source, a switching element QD1 that is connected in parallel to a path from the power source, and a diode D5 that is connected in series to a path from the power source. The chopper circuit also has a smoothing capacitor C1 that is connected in parallel to a path from the power source. Capacitor C1 smoothes the DC voltage and supplies the DC voltage to the load.

ダイオードD5は、整流機能を有する素子の一例である。したがって、スイッチング素子QD1は、リアクタンス素子L3の負荷側の接点でダイオードD5を介してコンデンサC1と並列に接続されている。また、整流機能を有する素子であるダイオードD5は、カ
ソード側がコンデンサC1の高電位側の端子(第1の端子)に接続され、アノード側がスイッチング素子QD2とリアクタンス素子L3の負荷側との接点に接続されている。
The diode D5 is an example of an element having a rectifying function. Therefore, the switching element QD1 is connected in parallel to the capacitor C1 via the diode D5 at the load side contact of the reactance element L3. The diode D5, which is an element having a rectifying function, has a cathode connected to the high potential side terminal (first terminal) of the capacitor C1 and an anode connected to the contact between the switching element QD2 and the load side of the reactance element L3.

電力変換装置1Bでは、制御回路100Bがスイッチング素子QD1をスイッチングすることで、PWMを実行する。すなわち、全波整流回路であるダイオードD1乃至D4を通過する、交流電源からの正の半周器および負の半周器に対して、制御回路100Bが交流電圧と極力同位相の略正弦波の交流電流を誘起し、電力変換装置1Bに入力される電力の力率を改善する。 In the power conversion device 1B, the control circuit 100B performs PWM by switching the switching element QD1. That is, the control circuit 100B induces an approximately sinusoidal AC current that is as in phase as possible with the AC voltage to the positive and negative half-frequency transformers from the AC power source that pass through the diodes D1 to D4, which are a full-wave rectifier circuit, thereby improving the power factor of the power input to the power conversion device 1B.

制御回路100Bは、PWMのスイッチング信号がスイッチング素子QD1の制御端子を1つだけPWM制御する点(PWMの制御信号が1つであること)を除いて、図3の制御回路100と同様の構成である。したがって、図3の場合と同様、制御回路100Bは、交流電圧のピーク近傍で、PWM制御のデューティ比を取得することで、負荷に供給される直流電圧の目標値である目標DC電圧を設定し、調整できる。なお、図6の電力変換装置1Dは、単相の交流電源にも適用可能であるし、三相の交流電源にも適用可能である。 The control circuit 100B has the same configuration as the control circuit 100 in FIG. 3, except that the PWM switching signal PWM controls only one control terminal of the switching element QD1 (there is only one PWM control signal). Therefore, as in the case of FIG. 3, the control circuit 100B can set and adjust a target DC voltage, which is a target value of the DC voltage supplied to the load, by obtaining the duty ratio of the PWM control near the peak of the AC voltage. Note that the power conversion device 1D in FIG. 6 can be applied to both single-phase AC power sources and three-phase AC power sources.

図7は、第3の実施形態である電力変換装置1Cの構成を例示する図である。電力変換装置1Cは、チョッパ回路が交流電源からの経路に並列に設けられる点で、図6の電力変換装置1Bと相違する。すなわち、第1のチョッパ回路は、電源からの経路に直列に接続されるリアクタンス素子L3と、電源からの経路に並列に接続されるスイッチング素子QD1と、電源からの経路に直列に接続されるダイオードD5とを有する。また、第2のチョッパ回路は、電源からの経路に直列に接続されるリアクタンス素子L4と、電源からの経路に並列に接続されるスイッチング素子QD2と、電源からの経路に直列に接続されるダイオードD6とを有する。そして、電源からの経路に並列に平滑化のためのコンデンサC1が接続される。 Figure 7 is a diagram illustrating the configuration of a power conversion device 1C according to a third embodiment. The power conversion device 1C differs from the power conversion device 1B in Figure 6 in that a chopper circuit is provided in parallel with the path from the AC power source. That is, the first chopper circuit has a reactance element L3 connected in series with the path from the power source, a switching element QD1 connected in parallel with the path from the power source, and a diode D5 connected in series with the path from the power source. The second chopper circuit has a reactance element L4 connected in series with the path from the power source, a switching element QD2 connected in parallel with the path from the power source, and a diode D6 connected in series with the path from the power source. A smoothing capacitor C1 is connected in parallel with the path from the power source.

電力変換装置1Cの処理は、2つのチョッパ回路が並列に動作すること以外は、図6の電力変換装置1Bと同様である。すなわち、制御回路100Cは、PWMのスイッチング信号がスイッチング素子QD1、QD2の2つの制御端子をPWM制御する点を除いて、図3の制御回路100と同様の構成である。 The processing of the power conversion device 1C is the same as that of the power conversion device 1B in FIG. 6, except that the two chopper circuits operate in parallel. That is, the control circuit 100C has the same configuration as the control circuit 100 in FIG. 3, except that the PWM switching signal PWM controls the two control terminals of the switching elements QD1 and QD2.

したがって、図7の制御回路100Cは、2つのチョッパ回路のスイッチング素子QD1、QD2を並列にPWM制御する。この場合、入力の交流電圧は共通であり、出力の直流電圧も共通であるから、PWM制御のデューティ比も、2つのチョッパ回路のスイッチング素子QD1、QD2で共通となる。 Therefore, the control circuit 100C in FIG. 7 PWM controls the switching elements QD1 and QD2 of the two chopper circuits in parallel. In this case, the input AC voltage is common, and the output DC voltage is also common, so the duty ratio of the PWM control is also common for the switching elements QD1 and QD2 of the two chopper circuits.

ダイオードD5、D6は、整流機能を有する素子の一例である。したがって、スイッチング素子QD1、QD2は、リアクタンス素子L3、L4の負荷側の接点で整流機能を有する素子であるダイオードD5、D6を介してコンデンサC1と並列に接続されている。また、整流機能を有する素子であるダイオードD5、D6は、カソード側がコンデンサC1の高電位側の端子(第1の端子)に接続される。また、ダイオードD5は、アノード側がスイッチング素子QD1とリアクタンス素子L3の負荷側との接点に接続されている。ダイオードD6は、アノード側がスイッチング素子QD2とリアクタンス素子L4の負荷側との接点に接続されている。 Diodes D5 and D6 are examples of elements having a rectifying function. Therefore, switching elements QD1 and QD2 are connected in parallel with capacitor C1 via diodes D5 and D6, which are elements having a rectifying function, at the load side contact of reactance elements L3 and L4. In addition, the cathode side of diodes D5 and D6, which are elements having a rectifying function, is connected to the high potential side terminal (first terminal) of capacitor C1. In addition, the anode side of diode D5 is connected to the contact between switching element QD1 and the load side of reactance element L3. The anode side of diode D6 is connected to the contact between switching element QD2 and the load side of reactance element L4.

したがって、図7の電力変換装置1Cにおいても、制御回路100Cは、図6の電力変換装置1Bと同様に、交流電圧のピーク近傍で、PWM制御のデューティ比を取得することで、負荷に供給される直流電圧の目標値である目標DC電圧を設定し、調整できる。なお、電力変換装置1Cの制御回路100Cは、2つのチョッパ回路のスイッチング素子Q
D1、QD2のデューティ比を平均して、目標DC電圧の設定に用いてもよい。なお、図7の電力変換装置1Dは、単相の交流電源にも適用可能であるし、三相の交流電源にも適用可能である。
Therefore, in the power conversion device 1C in Fig. 7, the control circuit 100C can set and adjust a target DC voltage, which is a target value of a DC voltage supplied to a load, by acquiring a duty ratio of PWM control near the peak of an AC voltage, similarly to the power conversion device 1B in Fig. 6. Note that the control circuit 100C of the power conversion device 1C controls the switching elements Q
The duty ratios of D1 and QD2 may be averaged and used to set the target DC voltage. The power conversion device 1D in Fig. 7 is applicable to both a single-phase AC power supply and a three-phase AC power supply.

図8は、第4の実施形態である電力変換装置1Dの構成を例示する図である。電力変換装置1Dは、第1の回路部分と第2の回路部分とを有する。第1の回路部分は、交流電源の一方である第1の端子に接続される第1のリアクタンス素子L11を有する。また、第1の回路部分は、第1のリアクタンス素子L11にアノード側が接続され、コンデンサC1の正側の第1の端子にカソード側が接続される第1の整流機能を有するダイオードD11を有する。また、第1の回路部分は、ダイオードD11を介してコンデンサC1に並列に接続される第1のスイッチング素子QD11と、を有する。 Figure 8 is a diagram illustrating the configuration of a power conversion device 1D according to a fourth embodiment. The power conversion device 1D has a first circuit portion and a second circuit portion. The first circuit portion has a first reactance element L11 connected to a first terminal, which is one of the AC power sources. The first circuit portion also has a diode D11 having a first rectification function, the anode side of which is connected to the first reactance element L11 and the cathode side of which is connected to a first terminal on the positive side of the capacitor C1. The first circuit portion also has a first switching element QD11 connected in parallel to the capacitor C1 via the diode D11.

また、第2の回路部分は、交流電源の他方である第2の端子に接続される第2のリアクタンス素子L12を有する。また、第2の回路部分は、第2のリアクタンス素子L12にアノード側が接続され、コンデンサC1の正側の第1の端子にカソード側が接続される第2の整流機能を有するダイオードD12を有する。また、第2の回路部分は、ダイオードD12を介してコンデンサC1に並列に接続される第2のスイッチング素子QD12と、を有する。 The second circuit portion also has a second reactance element L12 connected to the other second terminal of the AC power supply. The second circuit portion also has a diode D12 having a second rectification function, the anode side of which is connected to the second reactance element L12 and the cathode side of which is connected to the first terminal on the positive side of the capacitor C1. The second circuit portion also has a second switching element QD12 connected in parallel to the capacitor C1 via the diode D12.

ダイオードD11、D12は、整流機能を有する素子の一例である。したがって、第1のスイッチング素子QD11、第2のスイッチング素子QD12は、第1のリアクタンス素子L11、第2のリアクタンス素子L12の負荷側の接点でダイオードD11、D12を介してコンデンサC1と並列に接続されている。また、整流機能を有する素子であるダイオードD11、D12は、カソード側がコンデンサC1の高電位側の端子(第1の端子)に接続される。また、ダイオードD11は、アノード側が第1のスイッチング素子QD11と第1のリアクタンス素子L11の負荷側との接点に接続されている。ダイオードD12は、アノード側が第2のスイッチング素子QD12と第2のリアクタンス素子L12の負荷側との接点に接続されている。 The diodes D11 and D12 are examples of elements having a rectifying function. Therefore, the first switching element QD11 and the second switching element QD12 are connected in parallel to the capacitor C1 via the diodes D11 and D12 at the load side contacts of the first reactance element L11 and the second reactance element L12. The diodes D11 and D12, which are elements having a rectifying function, have their cathodes connected to the high potential side terminal (first terminal) of the capacitor C1. The anode side of the diode D11 is connected to the contact between the first switching element QD11 and the load side of the first reactance element L11. The anode side of the diode D12 is connected to the contact between the second switching element QD12 and the load side of the second reactance element L12.

ところで、電力変換装置1Dの構成は、図4の電力変換装置1において、スイッチング素子TD11およびTD13をダイオードD11、D12に変更した構成である。したがって、電力変換装置1Dの制御回路100Dは、電力変換装置1の制御回路100と同様、交流電圧の正の半周器においては、第1のスイッチング素子QD11をオンオフ制御し、第2のスイッチング素子QD12をオフに維持すればよい。また、制御回路100Dは、交流電圧の負の半周器においては、第1のスイッチング素子QD11をオフに維持し、第2のスイッチング素子QD12をオンオフ制御すればよい。このようにして、制御回路100Dは、制御回路100と同様の構成で、交流電圧のピーク近傍で、PWM制御のデューティ比を取得することで、負荷に供給される直流電圧の目標値である目標DC電圧を設定し、調整できる。 The configuration of the power conversion device 1D is the same as that of the power conversion device 1 in FIG. 4, except that the switching elements TD11 and TD13 are replaced with diodes D11 and D12. Therefore, the control circuit 100D of the power conversion device 1D, like the control circuit 100 of the power conversion device 1, controls the first switching element QD11 to be turned on and off in the positive half-frequency converter of the AC voltage, and keeps the second switching element QD12 off. Also, the control circuit 100D keeps the first switching element QD11 off and controls the second switching element QD12 to be turned on and off in the negative half-frequency converter of the AC voltage. In this way, the control circuit 100D, with the same configuration as the control circuit 100, can set and adjust the target DC voltage, which is the target value of the DC voltage supplied to the load, by acquiring the duty ratio of the PWM control near the peak of the AC voltage.

なお、図4の電力変換装置1も、図8の電力変換装置1Dと同様、第1の回路部分と第2の回路部分とを有すると言える。したがって、図8の電力変換装置1Dは、単相の交流電源にも適用可能であるし、三相の交流電源にも適用可能である。 The power conversion device 1 in FIG. 4 can be said to have a first circuit portion and a second circuit portion, similar to the power conversion device 1D in FIG. 8. Therefore, the power conversion device 1D in FIG. 8 can be applied to both a single-phase AC power source and a three-phase AC power source.

図9は、第5の実施形態である電力変換装置1Eの構成を例示する図である。電力変換装置1Dは、交流源の第1の端子に接続されるリアクタンス素子L20と、全波整流回路を含む。この全波整流回路は、リアクタンス素子L20にアノード側が接続され、コンデンサC1の正側の第1の端子にカソード側が接続される整流機能を有する第1のスイッチング素子QD21を有する。ここで、第1のスイッチング素子QD21は、例えば、MOSFETと寄生ダイオードを組み合わせた構造である。 Figure 9 is a diagram illustrating the configuration of a power conversion device 1E according to a fifth embodiment. The power conversion device 1D includes a reactance element L20 connected to a first terminal of an AC source, and a full-wave rectifier circuit. This full-wave rectifier circuit has a first switching element QD21 with a rectifying function, the anode side of which is connected to the reactance element L20, and the cathode side of which is connected to a first terminal on the positive side of the capacitor C1. Here, the first switching element QD21 has a structure that combines, for example, a MOSFET and a parasitic diode.

また、この全波整流回路は、リアクタンス素子L20にカソード側が接続され、コンデンサの第2の端子にアノード側が接続される整流機能を有する第2のスイッチング素子QD22を有する。ここで、第2のスイッチング素子QD22は、例えば、MOSFETと寄生ダイオードを組み合わせた構造である。 The full-wave rectifier circuit also has a second switching element QD22 with a rectifying function, the cathode of which is connected to the reactance element L20 and the anode of which is connected to the second terminal of the capacitor. Here, the second switching element QD22 has a structure that combines, for example, a MOSFET and a parasitic diode.

また、この全波整流回路は、コンデンサC1の正側の第1の端子にカソードが接続される第1の整流素子であるダイオードD21を有する。さらに、この全波整流回路は、ダイオードD21のアノード側および交流電源の第2の端子にカソード側が接続され、コンデンサC1の負側の第2の端子にアノード側が接続される第2の整流素子であるダイオードD22と、を有する。 This full-wave rectifier circuit also has a diode D21, which is a first rectifier element, whose cathode is connected to the first terminal on the positive side of the capacitor C1. This full-wave rectifier circuit also has a diode D22, which is a second rectifier element, whose cathode is connected to the anode side of the diode D21 and the second terminal of the AC power source, and whose anode is connected to the second terminal on the negative side of the capacitor C1.

ところで、図9の電力変換装置1Eの構成は、図4の電力変換装置1において、リアクタンス素子L1およびL2の一方であるL2を除去し、スイッチング素子TD13、TD14をダイオード21、22に変更した構成である。 The configuration of the power conversion device 1E in FIG. 9 is the same as that of the power conversion device 1 in FIG. 4, except that one of the reactance elements L1 and L2, L2, is removed, and the switching elements TD13 and TD14 are replaced with diodes 21 and 22.

したがって、電力変換装置1Eの制御回路100Eは、電力変換装置1の制御回路100と同様、交流電圧の正の半周器においては、第1のスイッチング素子QD11をオフに維持し、第2のスイッチング素子QD12をオンオフ制御すればよい。また、制御回路100Dは、交流電圧の負の半周器においては、第1のスイッチング素子QD11をオンオフ制御し、第2のスイッチング素子QD12をオフに維持すればよい。このようにして、制御回路100Dは、制御回路100と同様の構成で、交流電圧のピーク近傍で、PWM制御のデューティ比を取得することで、負荷に供給される直流電圧の目標値である目標DC電圧を設定し、調整できる。なお、図9の電力変換装置1Dは、単相の交流電源にも適用可能であるし、三相の交流電源にも適用可能である。 Therefore, the control circuit 100E of the power conversion device 1E, like the control circuit 100 of the power conversion device 1, may keep the first switching element QD11 off and control the second switching element QD12 on and off in the positive half-frequency converter of the AC voltage. Also, the control circuit 100D may control the first switching element QD11 on and off and keep the second switching element QD12 off in the negative half-frequency converter of the AC voltage. In this way, the control circuit 100D, with the same configuration as the control circuit 100, can set and adjust the target DC voltage, which is the target value of the DC voltage supplied to the load, by acquiring the duty ratio of the PWM control near the peak of the AC voltage. Note that the power conversion device 1D of FIG. 9 can be applied to both single-phase AC power sources and three-phase AC power sources.

(付記)
1. 交流源から直流に変換した後に、負荷に供給される電力を調整する電力変換装置(1、1B乃至1E)であって、
前記交流源と前記負荷との間の経路に直列に接続されるリアクタンス素子(L1、L2、L3、L4、L11、L12、L20)と、
前記負荷と並列に設けられるコンデンサ(C1)と、
前記リアクタンス素子を介し、前記交流源から交流電圧を短絡および開放できるスイッチング素子(TD1乃至TD6、TD11乃至TD14、QD1、QD2、QD11、QD12、QD21、QD22)と、
前記スイッチング素子を制御する制御部(100、100B乃至100E)と、
を備え、
前記制御部(100、100B乃至100E)は、
前記交流源からの交流電圧の位相を検出するゼロクロス検出部(112)と、
前記交流電圧において位相が正または負の半周期に前記スイッチング素子に対するPWM制御を実行することによって前記交流電圧と同位相となるように略正弦波の交流電流を誘起し、前記コンデンサの端子電圧を充電目標電圧に近づくように充電する手段(101乃至106)と、
前記交流電圧が正または負のピーク近傍となる位相において、前記PWM制御におけるデューティ比を取得する手段(108)と、
前記デューティ比が第1の基準値より大きい場合に前記コンデンサの充電目標電圧を現在値から低下させ、前記デューティ比が第1の基準値より小さい第2の基準値より小さい場合に前記コンデンサの充電目標電圧を現在値から増加させる手段(110、111、102)と、を備える電力変換装置。
2. 前記電力変換装置は、
前記交流源から給電される全波整流回路(TD11乃至TD14、またはQD21、QD22、D21、D22、またはD11、QD11、D12、QD12)を含み、または、全波整流回路(D1乃至D4、またはD11、D12、QD11、QD12)を介して交流源から給電され、前記負荷に電力を供給する回路であり、
前記スイッチング素子(TD12、TD14、QD1、QD2、QD11、QD12)は、前記リアクタンス素子(L1、L2、L3、L4)の前記負荷側の接点で整流機能を有する素子(TD11、TD13、D5、D6、D11、D12)を介して前記コンデンサ(C1)と並列に接続され、
前記整流機能を有する素子(TD11、TD13、D5、D6、D11、D12)は、カソード側が前記コンデンサ(C1)の高電位側の第1の端子に接続され、アノード側が前記スイッチング素子(TD12、TD14、QD1、QD2、QD11、QD12)と前記リアクタンス素子(L1、L2、L3、L4、L11,L12)の前記負荷側との接点に接続される上記1項に記載の電力変換装置。
3. 前記電力変換装置は、第1の回路部分と第2の回路部分とを有し、
第1の回路部分は、
前記交流源の第1の端子に接続される第1のリアクタンス素子(L1、L3、L11)と、
前記第1のリアクタンス素子にアノード側が接続され、前記コンデンサの前記第1の端子にカソード側が接続される第1の整流機能を有する素子(TD11、D5、D11)と、
前記第1の整流機能を有する素子を介して前記コンデンサ(C1)に並列に接続される第1のスイッチング素子(TD12、QD1、QD11)と、を有し、
第2の回路部分は、
前記交流電源の第2の端子に接続される第2のリアクタンス素子(L2、L4、L12)と、前記第2のリアクタンス素子にアノード側が接続され、前記コンデンサ(C1)の前記第1の端子にカソード側が接続される第2の整流機能を有する素子(TD13、D6、D12)と、
前記第2の整流機能を有する素子(TD13、D6、D12)を介して前記コンデンサに並列に接続される第2のスイッチング素子(TD14、QD2、QD12)と、を有する上記1項または2項に記載の電力変換装置。
4. 前記交流源の第1の端子に接続されるリアクタンス素子(L20)と、
前記リアクタンス素子(L20)を介して前記交流源に接続される全波整流回路と、を含み、
前記全波整流回路は、
前記リアクタンス素子(L20)にアノード側が接続され、前記コンデンサの第1の端子にカソード側が接続される整流機能を有する第1のスイッチング素子(QD21)と、
前記第1のリアクタンス素子にカソード側が接続され、前記コンデンサの第2の端子にアノード側が接続される整流機能を有する第2のスイッチング素子(QD22)と、
前記コンデンサの前記第1の端子にカソードが接続される第1の整流素子(D21)と、
前記第1の整流素子(D21)のアノード側および前記交流源の第2の端子にカソード側が接続され、前記コンデンサの前記第2の端子にアノード側が接続される第2の整流素子(D22)と、を有する上記1項に記載の電力変換装置。
ンサの充電目標電圧を現在値から増加させる手段と、を備える電力変換装置の制御部。
5.(欠番)
6. 交流源から直流に変換した後に、負荷に供給される電力を調整する電力変換装置(1、1B乃至1E)の制御方法であって、
前記電力変換装置は、
前記交流源と前記負荷との間の経路に直列に接続されるリアクタンス素子(L1、L
2、L3、L4、L11、L12、L20)と、
前記負荷と並列に設けられるコンデンサ(C1)と、
前記リアクタンス素子を介し、前記交流源から交流電圧を短絡および開放できるスイッチング素子(TD1乃至TD6、TD11乃至TD14、QD1、QD2、QD11、QD12、QD21、QD22)と、を備え、
前記交流源からの交流電圧の位相を検出すること(S1)と、
前記交流電圧において位相が正または負の半周期に前記スイッチング素子に対するPWM制御を実行することによって前記交流電圧と同位相となるように略正弦波の交流電流を誘起し、前記コンデンサの端子電圧を充電目標電圧に近づくように充電すること(101乃至106)と、
前記交流電圧が正または負のピーク近傍となる位相において、前記PWM制御におけるデューティ比を取得すること(S2)と、
前記デューティ比が第1の基準値より大きい場合に前記コンデンサの充電目標電圧を現在値から低下させ(S4)、前記デューティ比が第1の基準値より小さい第2の基準値より小さい場合に前記コンデンサの充電目標電圧を現在値から増加させること(S6)と、を実行する電力変換装置の制御方法。
(Additional Note)
1. A power conversion device (1, 1B to 1E) that adjusts the power supplied to a load after converting an AC source to DC,
reactance elements (L1, L2, L3, L4, L11, L12, L20) connected in series to a path between the AC source and the load;
A capacitor (C1) provided in parallel with the load;
switching elements (TD1 to TD6, TD11 to TD14, QD1, QD2, QD11, QD12, QD21, QD22) capable of short-circuiting and opening an AC voltage from the AC source via the reactance element;
A control unit (100, 100B to 100E) for controlling the switching element;
Equipped with
The control unit (100, 100B to 100E)
A zero-cross detection unit (112) that detects the phase of the AC voltage from the AC source;
a means (101 to 106) for inducing a substantially sinusoidal AC current in phase with the AC voltage by executing PWM control on the switching element in a half cycle in which the AC voltage has a positive or negative phase, and for charging the capacitor so that the terminal voltage of the capacitor approaches a charging target voltage;
A means (108) for acquiring a duty ratio in the PWM control in a phase in which the AC voltage is near a positive or negative peak;
and means (110, 111, 102) for lowering a charging target voltage of the capacitor from a current value when the duty ratio is greater than a first reference value, and for increasing the charging target voltage of the capacitor from a current value when the duty ratio is smaller than a second reference value that is smaller than the first reference value.
2. The power conversion device is
a circuit including a full-wave rectifier circuit (TD11 to TD14, or QD21, QD22, D21, D22, or D11, QD11, D12, QD12) that is powered from the AC source, or a circuit that is powered from the AC source via a full-wave rectifier circuit (D1 to D4, or D11, D12, QD11, QD12) and supplies power to the load,
The switching elements (TD12, TD14, QD1, QD2, QD11, QD12) are connected in parallel with the capacitor (C1) via elements (TD11, TD13, D5, D6, D11, D12) having a rectifying function at the load side contacts of the reactance elements (L1, L2, L3, L4),
The power conversion device described in paragraph 1 above, wherein the elements (TD11, TD13, D5, D6, D11, D12) having the rectification function have their cathodes connected to the first terminal on the high potential side of the capacitor (C1) and their anodes connected to the contact points between the switching elements (TD12, TD14, QD1, QD2, QD11, QD12) and the load sides of the reactance elements (L1, L2, L3, L4, L11, L12).
3. The power conversion device has a first circuit portion and a second circuit portion,
The first circuit portion comprises:
a first reactance element (L1, L3, L11) connected to a first terminal of the AC source;
a first rectifying element (TD11, D5, D11) having an anode side connected to the first reactance element and a cathode side connected to the first terminal of the capacitor;
a first switching element (TD12, QD1, QD11) connected in parallel to the capacitor (C1) via the first rectifying element;
The second circuit portion is
a second reactance element (L2, L4, L12) connected to a second terminal of the AC power supply; and a second rectifying element (TD13, D6, D12) having an anode side connected to the second reactance element and a cathode side connected to the first terminal of the capacitor (C1);
The power conversion device described in claim 1 or 2, further comprising: a second switching element (TD14, QD2, QD12) connected in parallel to the capacitor via an element (TD13, D6, D12) having the second rectification function.
4. A reactance element (L20) connected to the first terminal of the AC source;
a full-wave rectifier circuit connected to the AC source via the reactance element (L20);
The full-wave rectifier circuit includes:
a first switching element (QD21) having a rectifying function, the anode side of which is connected to the reactance element (L20) and the cathode side of which is connected to a first terminal of the capacitor;
a second switching element (QD22) having a rectifying function, the cathode side of which is connected to the first reactance element and the anode side of which is connected to a second terminal of the capacitor;
a first rectifying element (D21) having a cathode connected to the first terminal of the capacitor;
The power conversion device described in claim 1, further comprising: a second rectifying element (D22) having a cathode side connected to the anode side of the first rectifying element (D21) and the second terminal of the AC source, and an anode side connected to the second terminal of the capacitor.
and a means for increasing a charging target voltage of the capacitor from a current value.
5. (Missing number)
6. A method for controlling a power conversion device (1, 1B to 1E) that adjusts power supplied to a load after converting an AC source into DC, comprising:
The power conversion device is
A reactance element (L1, L2) connected in series to a path between the AC source and the load
2, L3, L4, L11, L12, L20) and
A capacitor (C1) provided in parallel with the load;
switching elements (TD1 to TD6, TD11 to TD14, QD1, QD2, QD11, QD12, QD21, QD22) capable of short-circuiting and opening an AC voltage from the AC source via the reactance element;
Detecting the phase of an AC voltage from the AC source (S1);
Inducing a substantially sinusoidal AC current in phase with the AC voltage by executing PWM control on the switching element in a half cycle in which the phase is positive or negative in the AC voltage, and charging the capacitor so that the terminal voltage approaches a charging target voltage (101 to 106);
Obtaining a duty ratio in the PWM control in a phase in which the AC voltage is near a positive or negative peak (S2);
A control method for a power conversion device, comprising: reducing a charging target voltage of the capacitor from a current value when the duty ratio is greater than a first reference value (S4); and increasing the charging target voltage of the capacitor from the current value when the duty ratio is smaller than a second reference value that is smaller than the first reference value (S6).

1 電力変換装置
100、100B、100C、100D、100E 制御装置
101 目標DC電圧レジスタ
102 加減算器
103 比較器
104 電圧調整器
105 減算器
106 電圧調整器
107 パルス幅変調器
108 デューティ比検出部
109 デューティ比閾値レジスタ
110 比較器
111 目標DC電圧調整量レジスタ
A1 交流電流センサ
C1 コンデンサ
D1、D2、D3、D4、D5、D6 ダイオード
L1、L2、L3、L4、L11、L12、L20 リアクタンス素子
QD1、QD2、QD11、QD12、QD21、QD22 スイッチング素子
TD1、TD2、TD3、TD4、TD5、TD6 スイッチング素子
V1 交流電圧センサ
V2 直流電圧センサ
1 Power conversion device 100, 100B, 100C, 100D, 100E Control device 101 Target DC voltage register 102 Adder/subtractor 103 Comparator 104 Voltage regulator 105 Subtractor 106 Voltage regulator 107 Pulse width modulator 108 Duty ratio detection unit 109 Duty ratio threshold register 110 Comparator 111 Target DC voltage adjustment amount register A1 AC current sensor C1 Capacitor D1, D2, D3, D4, D5, D6 Diode L1, L2, L3, L4, L11, L12, L20 Reactance element QD1, QD2, QD11, QD12, QD21, QD22 Switching element TD1, TD2, TD3, TD4, TD5, TD6 Switching element V1 AC voltage sensor V2 DC voltage sensor

Claims (6)

交流源から直流に変換した後に、負荷に供給される電力を調整する電力変換装置であって、
前記交流源と前記負荷との間の経路に直列に接続されるリアクタンス素子と、
前記負荷と並列に設けられるコンデンサと、
前記リアクタンス素子を介し、前記交流源から交流電圧を短絡および開放できるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記交流源からの交流電圧の位相を検出するゼロクロス検出部と、
前記交流電圧において位相が正または負の半周期に前記スイッチング素子に対するPWM制御を実行することによって前記交流電圧と同位相となるように略正弦波の交流電流を誘起し、前記コンデンサの端子電圧を充電目標電圧に近づくように充電する手段と、
前記交流電圧が正または負のピーク近傍となる位相において、前記PWM制御におけるデューティ比を取得する手段と、
前記デューティ比が第1の基準値より大きい場合に前記コンデンサの充電目標電圧を現在値から低下させ、前記デューティ比が第1の基準値より小さい第2の基準値より小さい場合に前記コンデンサの充電目標電圧を現在値から増加させる手段と、を備える電力変換装置。
A power conversion device that adjusts power supplied to a load after converting an AC source to DC, comprising:
A reactance element connected in series to a path between the AC source and the load;
A capacitor provided in parallel with the load;
a switching element capable of short-circuiting and opening an AC voltage from the AC source via the reactance element;
A control unit that controls the switching element;
Equipped with
The control unit is
a zero-cross detection unit that detects the phase of the AC voltage from the AC source;
a means for inducing a substantially sinusoidal AC current in phase with the AC voltage by executing PWM control on the switching element in a half cycle in which the phase is positive or negative in the AC voltage, and charging the capacitor so that the terminal voltage of the capacitor approaches a charging target voltage;
a means for acquiring a duty ratio in the PWM control in a phase in which the AC voltage is in the vicinity of a positive or negative peak;
means for reducing a charging target voltage of the capacitor from a current value when the duty ratio is greater than a first reference value, and for increasing the charging target voltage of the capacitor from a current value when the duty ratio is smaller than a second reference value that is smaller than the first reference value.
前記電力変換装置は、前記交流源から給電される全波整流回路を含み、または、全波整流回路を介して交流源から給電され、前記負荷に電力を供給する回路であり、
前記スイッチング素子は、前記リアクタンス素子の負荷側の接点で整流機能を有する素子を介して前記コンデンサと並列に接続され、
前記整流機能を有する素子は、カソード側が前記コンデンサの高電位側の第1の端子に接続され、アノード側が前記スイッチング素子と前記リアクタンス素子の前記負荷側との接点に接続される請求項1に記載の電力変換装置。
The power conversion device includes a full-wave rectifier circuit that is powered from the AC source, or is a circuit that is powered from the AC source via a full-wave rectifier circuit and supplies power to the load,
the switching element is connected in parallel with the capacitor via an element having a rectifying function at a load-side contact of the reactance element,
2. The power conversion device according to claim 1, wherein the element having the rectification function has a cathode side connected to a first terminal on the high potential side of the capacitor and an anode side connected to a contact between the switching element and the load side of the reactance element.
前記電力変換装置は、第1の回路部分と第2の回路部分とを有し、
第1の回路部分は、
前記交流源の第1の端子に接続される第1のリアクタンス素子と、
前記第1のリアクタンス素子にアノード側が接続され、前記コンデンサの前記第1の端子にカソード側が接続される第1の整流機能を有する素子と、
前記第1の整流機能を有する素子を介して前記コンデンサに並列に接続される第1のスイッチング素子と、を有し、
第2の回路部分は、
前記交流源の第2の端子に接続される第2のリアクタンス素子と、前記第2のリアクタンス素子にアノード側が接続され、前記コンデンサの前記第1の端子にカソード側が接続される第2の整流機能を有する素子と、
前記第2の整流機能を有する素子を介して前記コンデンサに並列に接続される第2のスイッチング素子と、を有する請求項1または2に記載の電力変換装置。
The power conversion device has a first circuit portion and a second circuit portion,
The first circuit portion comprises:
a first reactance element connected to a first terminal of the AC source;
a first rectifying element having an anode side connected to the first reactance element and a cathode side connected to the first terminal of the capacitor;
a first switching element connected in parallel to the capacitor via the first rectifying element;
The second circuit portion is
a second reactance element connected to the second terminal of the AC source; and a second rectifying element having an anode connected to the second reactance element and a cathode connected to the first terminal of the capacitor;
3. The power conversion device according to claim 1, further comprising: a second switching element connected in parallel to the capacitor via the second rectifying element.
前記交流源の第1の端子に接続されるリアクタンス素子と、
前記リアクタンス素子を介して前記交流源に接続される全波整流回路と、を含み、
前記全波整流回路は、
前記リアクタンス素子にアノード側が接続され、前記コンデンサの第1の端子にカソード側が接続される整流機能を有する第1のスイッチング素子と、
前記リアクタンス素子にカソード側が接続され、前記コンデンサの第2の端子にアノ
ード側が接続される整流機能を有する第2のスイッチング素子と、
前記コンデンサの前記第1の端子にカソードが接続される第1の整流素子と、
前記第1の整流素子のアノード側および前記交流源の第2の端子にカソード側が接続され、前記コンデンサの前記第2の端子にアノード側が接続される第2の整流素子と、を有する請求項1に記載の電力変換装置。
a reactance element connected to a first terminal of the AC source;
a full-wave rectifier circuit connected to the AC source via the reactance element,
The full-wave rectifier circuit includes:
a first switching element having a rectifying function, the anode side of which is connected to the reactance element and the cathode side of which is connected to a first terminal of the capacitor;
a second switching element having a rectifying function, the cathode of which is connected to the reactance element and the anode of which is connected to a second terminal of the capacitor;
a first rectifying element having a cathode connected to the first terminal of the capacitor;
2. The power conversion device according to claim 1, further comprising: a second rectifying element having a cathode side connected to an anode side of the first rectifying element and a second terminal of the AC source, and an anode side connected to the second terminal of the capacitor.
交流源から直流に変換した後に、負荷に供給される電力を調整する電力変換装置の制御部であって、
前記電力変換装置は、
前記交流源と前記負荷との間の経路に直列に接続されるリアクタンス素子と、
前記負荷と並列に設けられるコンデンサと、
前記リアクタンス素子を介し、前記交流源から交流電圧を短絡および開放できるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記交流源からの交流電圧の位相を検出するゼロクロス検出部と、
前記交流電圧において位相が正または負の半周期に前記スイッチング素子に対するPWM制御を実行することによって前記交流電圧と同位相となるように略正弦波の交流電流を誘起し、前記コンデンサの端子電圧を充電目標電圧に近づくように充電する手段と、
前記交流電圧が正または負のピーク近傍となる位相において、前記PWM制御におけるデューティ比を取得する手段と、
前記デューティ比が第1の基準値より大きい場合に前記コンデンサの充電目標電圧を現在値から低下させ、前記デューティ比が第1の基準値より小さい第2の基準値より小さい場合に前記コンデンサの充電目標電圧を現在値から増加させる手段と、を備える電力変換装置の制御部。
A control unit of a power conversion device that adjusts power supplied to a load after converting the power from an AC source to DC,
The power conversion device is
A reactance element connected in series to a path between the AC source and the load;
A capacitor provided in parallel with the load;
a switching element capable of short-circuiting and opening an AC voltage from the AC source via the reactance element;
A control unit that controls the switching element;
Equipped with
The control unit is
a zero-cross detection unit that detects the phase of the AC voltage from the AC source;
a means for inducing a substantially sinusoidal AC current in phase with the AC voltage by executing PWM control on the switching element in a half cycle in which the phase is positive or negative in the AC voltage, and charging the capacitor so that the terminal voltage of the capacitor approaches a charging target voltage;
a means for acquiring a duty ratio in the PWM control in a phase in which the AC voltage is in the vicinity of a positive or negative peak;
a means for reducing a charging target voltage of the capacitor from a current value when the duty ratio is greater than a first reference value, and for increasing the charging target voltage of the capacitor from a current value when the duty ratio is smaller than a second reference value that is smaller than the first reference value.
交流源から直流に変換した後に、負荷に供給される電力を調整する電力変換装置の制御方法であって、
前記電力変換装置は、
前記交流源と前記負荷との間の経路に直列に接続されるリアクタンス素子と、
前記負荷と並列に設けられるコンデンサと、
前記リアクタンス素子を介し、前記交流源から交流電圧を短絡および開放できるスイッチング素子と、を備え、
前記交流源からの交流電圧の位相を検出することと、
前記交流電圧において位相が正または負の半周期に前記スイッチング素子に対するPWM制御を実行することによって前記交流電圧と同位相となるように略正弦波の交流電流を誘起し、前記コンデンサの端子電圧を充電目標電圧に近づくように充電することと、
前記交流電圧が正または負のピーク近傍となる位相において、前記PWM制御におけるデューティ比を取得することと、
前記デューティ比が第1の基準値より大きい場合に前記コンデンサの充電目標電圧を現在値から低下させ、前記デューティ比が第1の基準値より小さい第2の基準値より小さい場合に前記コンデンサの充電目標電圧を現在値から増加させることと、を実行する電力変換装置の制御方法。
A method for controlling a power conversion device that adjusts power supplied to a load after converting an AC source into a DC source, comprising the steps of:
The power conversion device is
A reactance element connected in series to a path between the AC source and the load;
A capacitor provided in parallel with the load;
a switching element capable of short-circuiting and opening an AC voltage from the AC source via the reactance element;
detecting a phase of an AC voltage from the AC source;
Inducing a substantially sinusoidal AC current having the same phase as the AC voltage by executing PWM control on the switching element in a half cycle in which the phase of the AC voltage is positive or negative, and charging the capacitor so that the terminal voltage of the capacitor approaches a charging target voltage;
Obtaining a duty ratio in the PWM control in a phase in which the AC voltage is near a positive or negative peak;
A control method for a power conversion device, comprising: reducing a charging target voltage of the capacitor from a current value when the duty ratio is greater than a first reference value; and increasing the charging target voltage of the capacitor from the current value when the duty ratio is smaller than a second reference value that is smaller than the first reference value.
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WO2017134871A1 (en) 2016-02-02 2017-08-10 東芝キヤリア株式会社 Power conversion device

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