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JP2003153543A - Power feeder, motor driver, and method of controlling power feeder - Google Patents

Power feeder, motor driver, and method of controlling power feeder

Info

Publication number
JP2003153543A
JP2003153543A JP2001341414A JP2001341414A JP2003153543A JP 2003153543 A JP2003153543 A JP 2003153543A JP 2001341414 A JP2001341414 A JP 2001341414A JP 2001341414 A JP2001341414 A JP 2001341414A JP 2003153543 A JP2003153543 A JP 2003153543A
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JP
Japan
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short
power supply
circuit
load
voltage
Prior art date
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Application number
JP2001341414A
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Japanese (ja)
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JP3695382B2 (en
Inventor
Shinya Nishida
信也 西田
Yosuke Sasamoto
洋介 篠本
Mamoru Kawakubo
守 川久保
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To perform power supply stably by power factor improvement by reducing the loss covering the whole of the wide operation zone of load, thereby enabling the efficiency improvement, and to solve high frequency problem both in load and in power. SOLUTION: This power feeder is provided with a reactor whose one end is connected to an AC power source, and a bidirectionally conductive short circuit element which short-circuits/opens the AC power source via the reactor, and the short-circuit element is controlled, according to the quantity of load, in any mode of a no-power-factor-improvement mode where the short circuit action is not performed, a partial switching mode where the short circuit action is performed one time or a plurality of times in a half cycle of power by current open loop control, and a high frequency switching mode where the short circuit action is performed with high frequency by current feedback control.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、交流電源を短絡ま
たは開放する短絡手段の制御パターンを負荷に応じて変
更し、広範囲の運転領域において力率を改善しながら、
高い変換効率で交流電源を直流に変換し負荷に供給する
電力供給装置やこの電力装置により駆動される電動機に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention changes the control pattern of the short-circuiting means for short-circuiting or opening the AC power source according to the load, and improves the power factor in a wide operating range.
The present invention relates to a power supply device that converts an alternating current power source into a direct current with a high conversion efficiency and supplies it to a load, and an electric motor driven by this power device.

【0002】[0002]

【従来の技術】電源力率を改善し入力電流に含まれる高
調波成分を低減する力率改善回路として、例えば、特開
平3−65056号公報に示される方式がある。この方
式での構成は交流電源に接続される電源力率を改善する
ためのリアクトルを介して短絡する短絡素子と交流を直
流に整流する整流器とを組み合わせた高力率コンバータ
回路であり、短絡素子交流電源をリアクトルを介して短
絡することで、リアクトルに磁気エネルギーが蓄積さ
れ、その後短絡素子を開放することでリアクトルの蓄積
エネルギーが直流側の平滑コンデンサに転送される。従
って、短絡素子の短絡/開放を制御することで入力電流
及び直流出力電圧を制御でき、電源力率が改善される。
2. Description of the Related Art As a power factor improving circuit for improving a power source power factor and reducing a harmonic component contained in an input current, there is a system disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 3-65056. The configuration of this method is a high power factor converter circuit that combines a short-circuit element that is short-circuited via a reactor for improving the power source power factor connected to an AC power source and a rectifier that rectifies AC to DC. By short-circuiting the AC power supply via the reactor, magnetic energy is stored in the reactor, and then by opening the short-circuit element, the stored energy in the reactor is transferred to the smoothing capacitor on the DC side. Therefore, the input current and the DC output voltage can be controlled by controlling the short circuit / open of the short-circuit element, and the power supply power factor is improved.

【0003】更に整流モードを全波或いは倍電圧整流モ
ードに切り換える整流回路切換用スイッチのリレー接点
を設け、電流検出値に応じて直流出力電圧基準値Vdc
を設定し、直流出力電圧、即ち平滑コンデンサの端子
間電圧が基準値Vdcとなるようフィードバック制御
し、また、検出される電流が交流電源1に同期する正弦
波形状となるよう高力率コンバータ回路を高周波にて制
御するものである。従って、電流検出値に応じ、高負荷
領域では、リレー接点を開放して全波整流モードにて高
力率コンバータ回路を動作、中間負荷領域では、リレー
接点を短絡して倍電圧整流モードにて高力率コンバータ
回路は停止、低負荷領域では、直流出力電圧が昇圧し過
ぎないよう低い昇圧比にて高力率コンバータ回路を動作
するか或いは完全に停止、等とすることで直流出力電圧
を制御しつつ、力率を改善することができる。
Further, a relay contact of a rectifier circuit switching switch for switching the rectification mode to the full-wave or double voltage rectification mode is provided, and the DC output voltage reference value Vdc is set according to the detected current value.
Set ※, DC output voltage, i.e. the voltage between the terminals of the smoothing capacitor feedback controlled to be the reference value Vdc ※, also, to be a sine wave shape current detected is synchronized to the AC power supply 1 high power factor The converter circuit is controlled by high frequency. Therefore, according to the detected current value, the relay contact is opened in the high load area to operate the high power factor converter circuit in the full-wave rectification mode.In the intermediate load area, the relay contact is short-circuited in the voltage doubler rectification mode. The high power factor converter circuit is stopped, and in the low load area, the DC output voltage is reduced by operating the high power factor converter circuit at a low step-up ratio so that the DC output voltage does not rise too much, or by stopping it completely. The power factor can be improved while controlling.

【0004】他の従来技術として、特開平11−206
130号公報に示される方式がある。この方式での構成
も上記と同様で、リアクトルの磁気エネルギーをコント
ロールし、入力電流及び直流出力電圧を制御でき、電源
力率が改善される。
As another prior art, Japanese Patent Laid-Open No. 11-206
There is a system shown in Japanese Patent Publication No. 130. The configuration of this system is also similar to the above, and the magnetic energy of the reactor can be controlled, the input current and the DC output voltage can be controlled, and the power supply power factor is improved.

【0005】この方式では整流回路切換用スイッチ及び
短絡素子を制御するコントローラにより、検出される負
荷の消費電力量或いはこれを模擬できる入力電流や直流
出力電圧に応じて、全波/倍電圧整流モードを選択する
と共に、短絡素子の短絡開始時期と短絡時間をオープン
ループにて制御することで力率改善機能と昇圧機能を実
現するものである。
In this system, a controller for controlling a rectifier circuit switching switch and a short-circuit element controls the full-wave / double-voltage rectification mode according to the detected power consumption of the load or the input current or DC output voltage that can simulate the detected power consumption. The power factor improving function and the boosting function are realized by controlling the short-circuit start timing and the short-circuit time of the short-circuit element by an open loop.

【0006】以上のように構成される力率改善回路の作
用は、まず、入力電流が小さい場合には、整流回路切換
用スイッチをオフに制御して全波整流モードを選択する
と共に、短絡素子の短絡動作を行わず、即ち、力率改善
を行わないように制御し、力率改善回路の直流出力電圧
を小さく制御する。次に、全波整流モードを選択した状
態において、入力電流が少し大きい場合には、短絡素子
の短絡開始時期及び短絡時間を可変制御して断続制御
し、力率改善すると共に直流出力電圧を少し大きく制御
する。更に、入力電流が大きく、力率改善回路の昇圧比
が所定の値を超えた場合には、整流回路切換用スイッチ
をオンに制御して倍電圧整流モードを選択すると共に、
短絡素子の短絡動作を行わず、即ち、力率改善を行わな
いように制御し、力率改善回路の直流出力電圧を大きく
制御する。また、倍電圧整流モードを選択した状態にお
いて、入力電流が更に大きく、更に大きな直流出力電圧
が必要である場合には、短絡素子の短絡開始時期及び短
絡時間を可変制御し、力率改善すると共に直流出力電圧
を更に大きく制御する。
The operation of the power factor correction circuit configured as described above is as follows. First, when the input current is small, the switch for rectifying circuit switching is turned off to select the full-wave rectifying mode, and at the same time, the short-circuit element is selected. The short-circuit operation is not performed, that is, the power factor is not corrected, and the DC output voltage of the power factor correction circuit is controlled to be small. Next, when the full-wave rectification mode is selected and the input current is a little large, the short-circuit start timing and short-circuit time of the short-circuit element are variably controlled to perform intermittent control to improve the power factor and reduce the DC output voltage Greatly control. Further, when the input current is large and the step-up ratio of the power factor correction circuit exceeds a predetermined value, the rectifier circuit switching switch is turned on to select the double voltage rectification mode, and
The short-circuit operation of the short-circuit element is not performed, that is, the power factor is not corrected, and the DC output voltage of the power factor correction circuit is largely controlled. Further, when the input current is larger and a larger DC output voltage is required in the state where the voltage doubler rectification mode is selected, the short-circuit start timing and the short-circuit time of the short-circuit element are variably controlled to improve the power factor. The DC output voltage is controlled more greatly.

【0007】以上のように、特開平11−206130
号公報の技術では、整流回路切換用スイッチのオン/オ
フにより整流回路を全波整流モード又は倍電圧整流モー
ドに制御し、力率改善回路の直流出力電圧を大きく2段
階に分け、この2段階に分けた領域を更に短絡素子のオ
ープンループでの短絡可変制御により、力率改善なしと
力率改善ありの2段階に分けることにより、全体で4段
階の直流出力電圧領域を構成し、これにより直流出力電
圧の出力範囲を拡大しつつ、高負荷側での力率を改善す
ることができる。
As described above, JP-A-11-206130
In the technique of the publication, the rectifier circuit is controlled in the full-wave rectification mode or the voltage doubler rectification mode by turning on / off the rectifier circuit switching switch, and the DC output voltage of the power factor correction circuit is roughly divided into two stages. By dividing the divided area into two stages, one with no power factor improvement and the other with power factor improvement by short-circuit variable control in the open loop of the short-circuit element, a total of four stages of DC output voltage region is constructed. It is possible to improve the power factor on the high load side while expanding the output range of the DC output voltage.

【0008】また、電源力率を改善し入力電流に含まれ
る高調波成分を低減する為の更に他の従来技術として、
例えば、特許第2140103号がある。この方式での
構成は、前記特開平3−65056号公報の技術でのリ
レー接点を削除した構成に相当する。即ち、負荷に応じ
て設定された直流出力電圧基準値Vdcと平滑コンデ
ンサの端子間電圧との偏差値に応じて直流電圧制御信号
を出力する直流電圧制御手段を設け、また、直流電圧制
御手段からの制御信号と前記交流電源に同期した正弦波
状の同期信号との積から電流基準信号を出力する電流基
準演算手段を設ける。この電流基準信号と前記整流素子
の交流側電流とを比較することでスイッチ素子を高周波
でオン/オフ制御し、交流入力電流を正弦波状に制御し
ながら直流出力電圧を所望の値に制御するものであり、
電源力率をほぼ1とし、高調波の発生を抑制することが
できる。また同様に力率改善回路としては特開2001
−145360号公報の技術なども知られている。
Further, as still another conventional technique for improving the power source power factor and reducing the harmonic components contained in the input current,
For example, there is Japanese Patent No. 2140103. The configuration in this system corresponds to the configuration in which the relay contact is removed in the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-65056. That is, there is provided a DC voltage control means for outputting a DC voltage control signal according to the deviation value between the DC output voltage reference value Vdc * set according to the load and the voltage across the terminals of the smoothing capacitor, and the DC voltage control means. Current reference calculation means for outputting a current reference signal from the product of the control signal from the control signal and the sine wave synchronizing signal synchronized with the AC power supply. By comparing this current reference signal with the AC side current of the rectifying element, the switch element is ON / OFF controlled at high frequency, and the DC output voltage is controlled to a desired value while controlling the AC input current in a sine wave shape. And
The power source power factor is set to approximately 1, and the generation of harmonics can be suppressed. Similarly, a power factor correction circuit is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001
The technique disclosed in Japanese Patent Publication No. 145360 is also known.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ような従来技術、特開平3−65056号公報、特開平
11−206130号公報、特許第2140103号、
特開2001−145360号公報等では、短絡素子の
制御パターンが限定され、例えば全負荷領域において、
電流をフィードバックする高周波スイッチングモード
(特開平3−65056号公報、特許第2140103
号)あるいは電流オープンループ制御の部分スイッチン
グモード(特開平11−206130号公報)のいずれ
か一方のみ、低負荷側では直流出力電圧を昇圧し過ぎる
のを避ける為、短絡素子を動作させず力率改善を行わな
い。その為、低負荷側では入力電流の波形歪みが大き
く、高調波成分を多く含む電流がリアクトル2を流れて
しまい、リアクトル鉄損が増大し、これにより力率改善
回路の交直変換効率が低下してしまう。
However, the above-mentioned conventional techniques, JP-A-3-65056, JP-A-11-206130, and JP2140103,
In Japanese Patent Laid-Open No. 2001-145360, etc., the control pattern of the short-circuit element is limited.
High frequency switching mode for feeding back current (Japanese Patent Laid-Open No. 3-65056, Japanese Patent No. 2140103)
No.) or a partial switching mode of current open loop control (Japanese Patent Laid-Open No. 11-206130), in order to avoid excessive boosting of the DC output voltage on the low load side, the short-circuit element is not operated and the power factor is not increased. Do not improve. Therefore, the waveform distortion of the input current is large on the low load side, the current containing many harmonic components flows through the reactor 2, and the reactor iron loss increases, which reduces the AC-DC conversion efficiency of the power factor correction circuit. Will end up.

【0010】また、特開平11−206130号公報で
の力率改善を行う際の短絡素子の短絡制御は、短絡開始
時期及び短絡時間をオープンループにて制御し、電源周
期に対し一定区間だけ短絡動作を行う部分スイッチング
方式である為、力率改善及び直流出力電圧の昇圧ができ
るものの、高調波発生量が多くなる高負荷側ではその効
果が小さい。その為、今後の高調波規制強化に伴い、従
来技術にて充分な力率改善効果即ち高調波抑制能力を得
る為には、大きなインダクタンス値を有するリアクトル
を必要とし、その為、交直変換効率の低下、回路の大型
化、コストアップ等の不具合を招いてしまう。また、高
調波発生量を一定レベルに抑制しつつ直流出力電圧を昇
圧する場合、昇圧能力に限界がある為、高負荷側での運
転が不安定になったり、高負荷側での安定運転を考える
と負荷の選択幅が狭くなったりしてしまう。
Further, in the short-circuit control of the short-circuit element for improving the power factor in Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-206130, the short-circuit start timing and the short-circuit time are controlled by an open loop, and the short-circuit is short-circuited for a certain period with respect to the power cycle. Since it is a partial switching system that operates, the power factor can be improved and the DC output voltage can be boosted, but its effect is small on the high load side where the amount of generated harmonics increases. Therefore, in order to obtain a sufficient power factor improvement effect, that is, the harmonic suppression ability, in the conventional technology with the tightening of harmonic regulations in the future, a reactor having a large inductance value is required, and therefore the AC / DC conversion efficiency is improved. This leads to problems such as deterioration, increase in circuit size, and cost. Also, when boosting the DC output voltage while suppressing the amount of harmonic generation to a certain level, the operation on the high load side becomes unstable or the stable operation on the high load side occurs because the boosting capacity is limited. If you think about it, the selection range of the load will be narrowed.

【0011】本発明は、上記のような課題を解消する為
になされたもので、負荷の広い運転領域全体に渡り損失
を低減して効率向上を可能にし、力率改善により電力供
給を安定に行おうというものである。本発明は信頼性が
高く小型の電力供給装置を提供するものである。また本
発明は電動機に供給する電力を制御し装置全体の効率を
向上させるとともに、負荷及び電源共に高周波問題を解
消するものである。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is possible to improve efficiency by reducing loss over the entire operating region of a wide load, and improve power factor to stabilize power supply. It is about going. The present invention provides a highly reliable and compact power supply device. Further, the present invention controls the electric power supplied to the electric motor to improve the efficiency of the entire apparatus, and solves the high frequency problem in both the load and the power supply.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】この発明の請求項1に係
る電力供給装置は、交流電源からの交流を整流し直流に
変換する整流器と、整流器の出力を平滑化し負荷に電力
を供給する平滑手段と、整流器の交流側あるいは直流側
に接続されたリアクトルと、リアクトルを介して交流電
源を短絡あるいは開放しリアクトルの電磁エネルギー蓄
積効果を利用して平滑手段の端子間電圧の増減を行う短
絡手段と、平滑手段の端子間に接続された負荷に供給さ
れる電力や電流等の供給情報あるいは負荷からの情報に
基づいて短絡手段の短絡動作を、電源半周期に1回もし
くは複数回行う部分スイッチングモードと高周波で行う
高周波スイッチングモードとに切換え可能なコントロー
ラと、を備えたものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a power supply device which rectifies an alternating current from an alternating current power source and converts the alternating current into a direct current, and a smoother which smoothes an output of the rectifier and supplies power to a load. Means, a reactor connected to the AC side or the DC side of the rectifier, and a short-circuit means for increasing or decreasing the voltage across the terminals of the smoothing means by short-circuiting or opening the AC power supply via the reactor and utilizing the electromagnetic energy storage effect of the reactor. And partial switching in which the short-circuiting operation of the short-circuiting means is performed once or a plurality of times in a half cycle of the power supply based on the supply information such as electric power or current supplied to the load connected between the terminals of the smoothing means or the information from the load. And a controller capable of switching between a high frequency switching mode and a high frequency switching mode performed at a high frequency.

【0013】この発明の請求項2に係る電力供給装置
は、整流器を全波整流モードと倍電圧整流モードとに切
り換える整流回路切換用スイッチと、を備え、コントロ
ーラは平滑手段の端子間に接続された負荷に供給される
電力や電流等の供給情報あるいは負荷からの情報に基づ
いて整流回路切換用スイッチを全波整流モードあるいは
倍電圧整流モードに制御するものである。
A power supply device according to a second aspect of the present invention includes a rectifier circuit switching switch for switching the rectifier between a full-wave rectification mode and a voltage doubler rectification mode, and the controller is connected between terminals of the smoothing means. The rectifier circuit switching switch is controlled to the full-wave rectification mode or the voltage doubler rectification mode based on supply information such as electric power or current supplied to the load or information from the load.

【0014】この発明の請求項3に係る電力供給装置
は、整流器と倍電圧整流用コンデンサとを接続可能にし
て、整流器を全波整流モードと倍電圧整流モードとに切
り換える整流回路切換用スイッチと、を備え、コントロ
ーラは平滑手段の端子間に接続された負荷に供給される
電力や電流等の供給情報あるいは負荷からの情報に基づ
いて整流回路切換用スイッチを全波整流モードあるいは
倍電圧整流モードに制御するものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a power supply device for connecting a rectifier and a capacitor for double voltage rectification, and a switch for switching a rectifier circuit for switching the rectifier between a full wave rectification mode and a voltage doubler rectification mode. , The controller is configured to set the rectifier circuit switching switch to the full-wave rectification mode or the double-voltage rectification mode on the basis of supply information such as electric power or current supplied to the load connected between the terminals of the smoothing means or information from the load. To control.

【0015】この発明の請求項4に係る電力供給装置の
コントローラは、整流回路切換用スイッチを、負荷が軽
いときには全波整流モード、負荷が重いときには倍電圧
整流モードに制御するものである。
A controller of a power supply apparatus according to a fourth aspect of the present invention controls a rectifier circuit changeover switch to a full-wave rectification mode when the load is light and to a voltage doubler rectification mode when the load is heavy.

【0016】この発明の請求項5に係る電力供給装置の
コントローラは、整流回路切換用スイッチの切換判断基
準として2つの異なるしきい値を設け、値の大きい方を
整流回路切換用スイッチのターンオン用、小さい方をタ
ーンオフ用とし、これに基づいて整流回路切換用スイッ
チを制御するものである。
According to a fifth aspect of the present invention, in the controller of the power supply device, two different thresholds are provided as the switching judgment standard of the rectifier circuit switching switch, and the larger one is used for turning on the rectifying circuit switching switch. , The smaller one is for turn-off, and the rectifier circuit changeover switch is controlled based on this.

【0017】この発明の請求項6に係る電力供給装置の
コントローラは、短絡手段を、負荷が軽く直流出力電圧
をほとんど昇圧する必要がない場合には電流オープンル
ープ制御である部分スイッチングモード、負荷が重く高
い昇圧比にて直流出力電圧を出力する必要がある場合に
は電流フィードバック制御である高周波スイッチングモ
ード、に切換えるものである。
According to a sixth aspect of the present invention, in the controller of the power supply device, the short-circuit means is a partial switching mode which is a current open loop control when the load is light and there is no need to boost the DC output voltage. When it is necessary to output the DC output voltage with a heavy and high step-up ratio, it is switched to the high frequency switching mode which is the current feedback control.

【0018】この発明の請求項7に係る電力供給装置
は、コントローラは、整流回路切換用スイッチを全波整
流モードから倍電圧整流モードに切り換える場合、整流
器からの直流出力電圧が倍電圧整流モードに切り換えた
後に得られる電圧値あるいは予め設定した最大の全波整
流モードでの直流出力電圧値となるように、短絡手段を
制御するものである。
According to a seventh aspect of the present invention, in the controller, when the controller switches the rectifier circuit changeover switch from the full-wave rectification mode to the double voltage rectification mode, the DC output voltage from the rectifier changes to the double voltage rectification mode. The short-circuiting means is controlled so that the voltage value obtained after switching or the preset maximum DC output voltage value in the full-wave rectification mode can be obtained.

【0019】この発明の請求項8に係る電力供給装置
は、コントローラは、整流回路切換用スイッチを倍電圧
整流モードから全波整流モードに切り換える場合、全波
整流モードに切換えた後の直流出力電圧値が切換える前
の倍電圧整流モードでの電圧値となるように、短絡手段
を制御するものである。
According to the eighth aspect of the present invention, in the controller, when the controller switches the rectifier circuit switching switch from the double voltage rectification mode to the full-wave rectification mode, the DC output voltage after switching to the full-wave rectification mode. The short-circuit means is controlled so that the voltage value becomes the voltage value in the voltage doubler rectification mode before the value is switched.

【0020】この発明の請求項9に係る電力供給装置
は、コントローラは、電源力率が上昇するように整流回
路切換用スイッチ及び短絡手段を制御するものである。
In the power supply device according to claim 9 of the present invention, the controller controls the rectifier circuit changeover switch and the short-circuit means so that the power supply power factor increases.

【0021】この発明の請求項10に係る電力供給装置
は、コントローラは、入力電流に含まれる高調波成分を
低減させるように整流回路切換用スイッチ及び短絡手段
を制御するものである。
In the power supply device according to the tenth aspect of the present invention, the controller controls the rectifier circuit changeover switch and the short-circuit means so as to reduce the harmonic component contained in the input current.

【0022】この発明の請求項11に係る電力供給装置
は、コントローラは、直流出力電圧を負荷の要する電圧
値に近づけるように整流回路切換用スイッチ及び短絡手
段を制御するものである。
According to the eleventh aspect of the present invention, the controller controls the rectifying circuit changeover switch and the short-circuit means so that the DC output voltage approaches the voltage value required by the load.

【0023】この発明の請求項12に係る電力供給装置
は、短絡手段は、ダイオードブリッジと片方向通電性の
半導体スイッチとを組み合わせて構成される双方向通電
性短絡素子である。
In the power supply device according to the twelfth aspect of the present invention, the short-circuiting means is a bidirectional conducting short-circuit element constituted by combining a diode bridge and a one-way conducting semiconductor switch.

【0024】この発明の請求項13に係る電力供給装置
は、短絡手段は、片方向通電性の半導体スイッチを2個
以上互いに逆極性となるよう組み合わせて構成される双
方向通電性短絡素子である。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the power supply device, the short-circuiting means is a bidirectional conducting short-circuit element composed by combining two or more unidirectionally conducting semiconductor switches so as to have mutually opposite polarities. .

【0025】この発明の請求項14に係る電力供給装置
は、短絡手段は、リアクトルの一端と整流器の直流側端
子との間に設けられた複数のスイッチング素子である。
In the power supply device according to claim 14 of the present invention, the short-circuit means is a plurality of switching elements provided between one end of the reactor and the DC side terminal of the rectifier.

【0026】この発明の請求項15に係る電力供給装置
は、整流器を構成する整流素子の少なくとも一部は高速
リカバリーダイオードで構成する。
In the power supply device according to the fifteenth aspect of the present invention, at least a part of the rectifying element forming the rectifier is formed of a high speed recovery diode.

【0027】この発明の請求項16に係る電動機駆動装
置は、電力供給装置が負荷であるインバータ及び電動機
に電力を供給する際、コントローラは、整流回路切換用
スイッチを、電動機の回転速度指令値が小さい場合には
全波整流モード、大きい場合には倍電圧整流モードに制
御し、あるいは、短絡手段を、電動機の回転速度指令値
が小さく電動機駆動の為に直流電圧の昇圧をほとんど必
要としない場合には部分スイッチングモード、回転速度
指令値が大きく電動機駆動の為に高い昇圧比にて直流電
圧を出力する必要がある場合には高周波スイッチングモ
ードにて制御するものである。
According to the sixteenth aspect of the present invention, in the electric motor drive device, when the electric power supply device supplies electric power to the inverter and the electric motor, which are loads, the controller causes the rectifier circuit changeover switch to change the rotational speed command value of the electric motor. When it is small, it is controlled to full-wave rectification mode, when it is large, it is controlled to double-voltage rectification mode, or when the short-circuit means has a small motor rotation speed command value and little DC voltage boosting is required to drive the motor. In the partial switching mode, the control is performed in the high frequency switching mode when the rotation speed command value is large and it is necessary to output the DC voltage at a high step-up ratio for driving the electric motor.

【0028】この発明の請求項17に係る電動機駆動装
置は、の電力供給装置が負荷である直流電動機に電力を
供給する際、コントローラは、整流回路切換用スイッチ
を、直流電動機の回転速度指令値が小さい場合には全波
整流モード、大きい場合には倍電圧整流モードに制御
し、あるいは、短絡手段を、直流電動機の回転速度指令
値が小さく直流電動機駆動の為に直流電圧の昇圧をほと
んど必要としない場合には部分スイッチングモード、回
転速度指令値が大きく直流電動機駆動の為に高い昇圧比
にて直流電圧を出力する必要がある場合には高周波スイ
ッチングモードにて制御するものである。
According to a seventeenth aspect of the present invention, in the electric motor drive device, when the electric power supply device of the present invention supplies electric power to the direct current electric motor which is a load, the controller sets the rectifier circuit switching switch to the rotational speed command value of the direct current electric motor. If it is small, it is controlled to full-wave rectification mode, if it is large, it is controlled to double voltage rectification mode, or the short-circuiting means needs to boost the DC voltage to drive the DC motor because the rotation speed command value of the DC motor is small. If not, the control is performed in the partial switching mode, and in the high frequency switching mode when the rotation speed command value is large and it is necessary to output the DC voltage at a high step-up ratio for driving the DC motor.

【0029】この発明の請求項18に係る電力供給装置
の制御方法は、交流電源からの交流を整流し直流に変換
する整流器と、整流器の出力を平滑化し負荷に電力を供
給する平滑手段と、整流器の交流側あるいは直流側に接
続されたリアクトルと、リアクトルを介して交流電源を
短絡あるいは開放しリアクトルの電磁エネルギー蓄積効
果を利用して平滑手段の端子間電圧の増減を行う短絡手
段と、を備えた電力供給装置において、平滑手段の端子
間に接続された負荷に供給される電力や電流等の供給情
報あるいは負荷からの情報に基づいて負荷が大きいか小
さいかを判断するステップと、負荷が小さいと判断した
場合は短絡手段の短絡動作を電源半周期に1回もしくは
複数回行う部分スイッチングモードとするステップと、
負荷が大きいと判断した場合は短絡手段の短絡動作を高
周波で行う高周波スイッチングモードとするステップ
と、を備えたものである。
A control method for a power supply device according to an eighteenth aspect of the present invention comprises a rectifier for rectifying an alternating current from an alternating current power source and converting it into a direct current, and smoothing means for smoothing an output of the rectifier and supplying electric power to a load. A reactor connected to the AC side or DC side of the rectifier, and a short-circuit means for short-circuiting or opening the AC power supply via the reactor and increasing or decreasing the terminal voltage of the smoothing means by utilizing the electromagnetic energy storage effect of the reactor, In the provided power supply device, a step of determining whether the load is large or small based on supply information such as electric power or current supplied to the load connected between the terminals of the smoothing means or information from the load; If it is judged to be small, the step of setting the partial switching mode in which the short-circuiting operation of the short-circuiting device is performed once or a plurality of times in a half cycle of the power supply
When it is determined that the load is large, a step of setting the high-frequency switching mode in which the short-circuiting operation of the short-circuiting unit is performed at high frequency is provided.

【0030】この発明の請求項19に係る電力供給装置
の制御方法の、短絡手段の短絡動作は負荷に応じて効率
が良くなる方向であって、且つ、入力電流に含まれる高
調波成分を所定値以内に収める方向に制御するステップ
と、を備えたものである。
According to the nineteenth aspect of the present invention, in the method for controlling a power supply device, the short-circuiting operation of the short-circuiting means is such that the efficiency is improved depending on the load, and the harmonic component contained in the input current is predetermined. And a step of controlling the direction so that the value is within the value.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】実施の形態1.図1は本発明の実
施の形態1の一例を示す回路構成図、図2はスイッチン
グ回路の構成図、図3は少ない回数の短絡を行うスイッ
チング回路の動作説明図、図4は高周波にて短絡を行う
スイッチング回路の動作説明図、図5は他の回路構成を
示す回路構成図である。図において、40は力率善回路
を示し、1は例えば商用などの電源である交流電源、2
は交流電源1にその一端が接続されたリアクトル、3は
交流電源1からの交流を整流して直流に変換する整流
器、6は整流器3の直流出力電圧を平滑化する平滑コン
デンサ、7は平滑コンデンサ6から直流電圧を供給され
て駆動する負荷、9はスイッチング回路である双方向通
電性の短絡素子、10は短絡素子9のオン/オフを制御
する制御手段14や負荷制御手段15などから成るコン
トローラ、11は電源電圧検出手段、12は入力電流検
出手段、16はダイオードブリッジ、17は片方向通電
性短絡素子、18はダイオード、19は逆流防止用整流
素子である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiment 1. 1 is a circuit configuration diagram showing an example of a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a configuration diagram of a switching circuit, FIG. 3 is an operation explanatory diagram of a switching circuit that performs short-circuiting a small number of times, and FIG. FIG. 5 is a circuit configuration diagram showing another circuit configuration of the switching circuit for performing the above. In the figure, 40 is a power factor correction circuit, 1 is an AC power supply which is a power supply for commercial use, 2
Is a reactor whose one end is connected to the AC power supply 1, 3 is a rectifier that rectifies the AC from the AC power supply 1 and converts it to DC, 6 is a smoothing capacitor that smoothes the DC output voltage of the rectifier 3, and 7 is a smoothing capacitor. A controller which is driven by being supplied with a DC voltage from 6, a bidirectional conducting short-circuit element 9 which is a switching circuit, and a control means 14 for controlling ON / OFF of the short-circuit element 9 and a load control means 15. , 11 is a power supply voltage detecting means, 12 is an input current detecting means, 16 is a diode bridge, 17 is a one-way conducting short-circuit element, 18 is a diode, and 19 is a backflow preventing rectifying element.

【0032】整流回路である整流器3は短絡素子9を高
周波にて動作しても、平滑コンデンサ6からの逆流が生
じないよう、整流器3の回路構成として、2つのダイオ
ード3a及び3cは、優れた電流遮断特性を示す高速リ
カバリーダイオードにて構成される。なお、高速リカバ
リーダイオードは3a、3cに限定するものではなく、
これらの代わりにダイオード3b及び3dとしても良
く、あるいは3a及び3b、あるいは、3c及び3dと
しても同様の効果が得られる。また高速リカバリーダイ
オードは2つに限定するもので無く整流器3のうち3つ
あるいはすべてを高速リカバリーダイオードで構成して
も良いが、その場合、コストアップにつながる。
In the rectifier 3 which is a rectifier circuit, the two diodes 3a and 3c are excellent in the circuit configuration of the rectifier 3 so that the backflow from the smoothing capacitor 6 does not occur even when the short-circuit element 9 is operated at a high frequency. It is composed of a fast recovery diode that exhibits current cutoff characteristics. The fast recovery diode is not limited to 3a and 3c,
Instead of these, diodes 3b and 3d may be used, or 3a and 3b, or 3c and 3d, and similar effects can be obtained. Further, the number of fast recovery diodes is not limited to two, and three or all of the rectifiers 3 may be configured with fast recovery diodes, but in that case, the cost is increased.

【0033】スイッチング回路としての短絡素子9は、
双方向通電性を有するものであり、例えば、図2(a)
に示すように、ダイオードブリッジ16と、IGBT又
はバイポーラトランジスタ又はMOSFET等の片方向
通電性短絡素子17、あるいは、図2(b)に示すよう
に、IGBT又はバイポーラトランジスタ又はMOSF
ET等の片方向通電性短絡素子17とダイオードを複数
個互いに逆極性となるよう組み合わせて構成される。図
2のような構成により交流電源からの交流を短絡できる
ことになる。なお、図2(b)の構成とする方が、片方
向通電性短絡素子17オン時の電流径路に含まれる素子
数を低減、即ち、通流損失を低減でき、図2(a)より
も高効率化を実現できる。
The short-circuit element 9 as a switching circuit is
It has bidirectional conductivity, and is shown in FIG.
2, a diode bridge 16 and a unidirectional conducting short-circuit element 17 such as an IGBT or a bipolar transistor or a MOSFET, or, as shown in FIG. 2B, an IGBT or a bipolar transistor or a MOSF.
It is configured by combining a plurality of one-way conductive short-circuit elements 17 such as ET and diodes so as to have opposite polarities. With the configuration as shown in FIG. 2, the alternating current from the alternating current power source can be short-circuited. Note that the configuration of FIG. 2B can reduce the number of elements included in the current path when the one-way conductive short-circuit element 17 is on, that is, the conduction loss can be reduced, and thus the configuration of FIG. High efficiency can be realized.

【0034】コントローラ10は、短絡素子9の動作パ
ターンを高周波スイッチングモードと部分スイッチング
モードとに切り換えが可能であり、短絡素子9を力率改
善無しモード、或いは、部分スイッチングモード、或い
は、高周波スイッチングモード、のいずれかに制御する
ものである。
The controller 10 can switch the operation pattern of the short-circuit element 9 between the high-frequency switching mode and the partial switching mode. The short-circuit element 9 can be set in the power factor no-correction mode, the partial switching mode, or the high-frequency switching mode. , Or to control either.

【0035】ここで、力率改善無しモード、部分スイッ
チングモード、高周波スイッチングモードについて説明
する。便宜上、交流電源1の電源電圧実行値をVs、瞬
時値をVst、リアクトル3のインダクタンスをL、平
滑コンデンサ6の端子電圧をVdc、またリアクトル3
を流れる電流をIとして以下用いる。なお、電源電圧実
行値Vsは、電源系統により予め設定された値で、電源
100V系統ではVs=100V、電源200V系統で
はVs=200Vの値である。
Here, the power factor no-correction mode, the partial switching mode, and the high frequency switching mode will be described. For convenience, the power supply voltage execution value of the AC power supply 1 is Vs, the instantaneous value is Vst, the inductance of the reactor 3 is L, the terminal voltage of the smoothing capacitor 6 is Vdc, and the reactor 3
The current flowing through is used as I below. The power supply voltage execution value Vs is a value preset by the power supply system, and is a value of Vs = 100V in the power supply 100V system and Vs = 200V in the power supply 200V system.

【0036】まず、力率改善無しモードとは、短絡素子
9を全く動作させない、整流器3による通常のコンデン
サインプット型整流モードである。図1における短絡素
子9は開放されたままの状態で、即ち、入力電流は、交
流電圧瞬時値Vstが直流出力電圧Vdcよりも高くな
る区間のみを流れる為、波形歪みが大きく、高調波を多
く含む。
First, the power factor no-correction mode is a normal capacitor input type rectification mode in which the rectifier 3 does not operate the short-circuit element 9 at all. The short-circuit element 9 in FIG. 1 remains open, that is, since the input current flows only in the section where the AC voltage instantaneous value Vst is higher than the DC output voltage Vdc, the waveform distortion is large and many harmonics are generated. Including.

【0037】次に、部分スイッチングモードとは、電流
オープンループ制御にて、短絡素子9を電源半周期に1
回から複数回オン/オフ動作させるものである。この動
作について図3を参照しつつ説明する。図において、
(a)は短絡素子9のオン/オフ時での電流径路、
(b)は電源半周期に1回スイッチング動作を行ったと
きの電源電圧、入力電流、スイッチ駆動信号を示す。ま
ず、短絡素子9をオンさせると、図3(a)に示すよう
に、交流電源1がリアクトル2を介して短絡され、交流
電源1、リアクトル2、短絡素子9から成る回路に電流
Iが流れ、リアクトル2に磁気エネルギー1/2LI
が蓄積される。この蓄積エネルギーは、短絡素子9をオ
フさせると同時に、整流器3を介して、平滑コンデンサ
6に転送される。この一連の動作により、図3(b)に
示すような入力電流が流れ、力率改善無しモードよりも
通電角を広げられ、ある程度まで力率を改善できる。図
では電源半周期に1回のみスイッチング動作する場合を
示したが、スイッチング回数は何回でも良い。但し、電
流オープンループ制御の為、数kHz以上の高周波でス
イッチングする場合には回路に電流が流れすぎて直流出
力電圧を昇圧し過ぎ、回路の破壊につながる恐れがあ
る。その為、一般に、部分スイッチングモードでのスイ
ッチング動作は、電源半周期に1回もしくは周波数数k
Hzまでの複数回とする。なお、部分スイッチングモー
ドでは、短絡素子9の短絡開始時間、短絡時間、及び短
絡回数を制御することで、リアクトル2に蓄積するエネ
ルギーを制御でき、直流出力電圧Vdcは、力率改善無
しモードよりも高いある値まで無段階で昇圧させられ
る。
Next, in the partial switching mode, the short-circuit element 9 is set to 1 every half cycle of the power supply by the current open loop control.
The operation is to be turned on / off a plurality of times. This operation will be described with reference to FIG. In the figure,
(A) is a current path when the short-circuit element 9 is turned on / off,
(B) shows the power supply voltage, the input current, and the switch drive signal when the switching operation is performed once every half cycle of the power supply. First, when the short-circuit element 9 is turned on, the AC power supply 1 is short-circuited via the reactor 2 as shown in FIG. 3A, and the current I flows in the circuit composed of the AC power supply 1, the reactor 2 and the short-circuit element 9. , The magnetic energy of the reactor 2 is 1 / 2LI 2
Is accumulated. The stored energy is transferred to the smoothing capacitor 6 via the rectifier 3 at the same time when the short-circuit element 9 is turned off. By this series of operations, the input current as shown in FIG. 3B flows, the energization angle can be widened as compared with the power factor non-correction mode, and the power factor can be improved to some extent. Although the figure shows the case where the switching operation is performed only once in the half cycle of the power source, the number of times of switching may be any number. However, due to the current open loop control, when switching at a high frequency of several kHz or more, too much current flows in the circuit and the DC output voltage is boosted too much, which may lead to the destruction of the circuit. Therefore, in general, the switching operation in the partial switching mode is performed once every half cycle of the power supply or at a frequency of several k.
Multiple times up to Hz. In the partial switching mode, the energy accumulated in the reactor 2 can be controlled by controlling the short-circuit start time, the short-circuit time, and the number of short-circuits of the short-circuit element 9, and the DC output voltage Vdc is higher than that in the mode without power factor correction. It can be stepped up to a certain high value.

【0038】また、高周波スイッチングモードとは、直
流出力電圧、入力電流をフィードバック制御するもの
で、図4に示すように、前記部分スイッチングモードで
のスイッチング周波数を数kHz以上として、直流出力
電圧が所望の値となるように、また、入力電流が電源電
圧に同期する正弦波に近づくように短絡素子9のオン/
オフ時間を制御するものである。短絡素子9のオン/オ
フ時の電流径路は図3(a)に示す場合と同じであり、
このスイッチングモードにより、力率をほぼ1まで改善
できる。また、前記部分スイッチングモードよりも昇圧
能力が高く、直流出力電圧Vdcは、力率改善無しモー
ドでの電圧値よりも高い任意の値に無段階で制御するこ
とができる。
In the high frequency switching mode, the DC output voltage and the input current are feedback-controlled. As shown in FIG. 4, the switching frequency in the partial switching mode is set to several kHz or higher, and the DC output voltage is desired. Of the short circuit element 9 so that the input current approaches a sine wave synchronized with the power supply voltage.
It controls the off time. The current path when the short-circuit element 9 is turned on / off is the same as that shown in FIG.
This switching mode can improve the power factor to almost 1. Further, the boosting capability is higher than in the partial switching mode, and the DC output voltage Vdc can be steplessly controlled to any value higher than the voltage value in the power factor correction-free mode.

【0039】図1の回路構成にて、入力電流及び直流出
力電圧を制御する場合のコントローラ10の動作を説明
する。図1において、11は交流電源1の両端に接続さ
れ、正弦波交流の電源電圧ゼロクロス点、或いは、電源
電圧ピーク点、或いは、電源電圧の任意点すなわち瞬時
値、あるいは、電源電圧の正弦波交流波形を検出する電
源電圧検出手段、12は交流電源1の電流路に挿入され
たシャント抵抗などにより、回路の入力電流を検出する
入力電流検出手段、13は平滑コンデンサ6の端子電圧
である直流出力電圧Vdcを検出する直流電圧検出手
段、15は負荷を制御する負荷制御手段である。
The operation of the controller 10 when controlling the input current and the DC output voltage in the circuit configuration of FIG. 1 will be described. In FIG. 1, reference numeral 11 is connected to both ends of the AC power supply 1, and is a power supply voltage zero cross point of a sine wave AC, or a power supply voltage peak point, or an arbitrary point of the power supply voltage, that is, an instantaneous value, or a sine wave AC of the power supply voltage. A power supply voltage detecting means for detecting a waveform, 12 is an input current detecting means for detecting an input current of the circuit by a shunt resistor or the like inserted in a current path of the AC power supply 1, and 13 is a DC output which is a terminal voltage of the smoothing capacitor 6. DC voltage detection means for detecting the voltage Vdc, and 15 is load control means for controlling the load.

【0040】また、14は記憶手段や演算手段を有する
マイコンなどからなり、電源電圧検出手段11からの電
源電圧情報と、入力電流検出手段12からの入力電流情
報と、直流電圧検出手段13からの直流出力電圧情報
と、所定の直流出力電圧の指令値Vdcが入力ポート
から入力され、入力された情報に応じて、短絡素子9を
オン/オフ制御する信号を発する制御手段である。ここ
で、直流出力電圧指令値Vdcは、例えば、直接検出
される負荷の消費電力量、或いは、これを模擬できる入
力電流情報や直流出力電圧情報等から負荷状態にふさわ
しい値が、負荷を制御する負荷制御手段、或いは、外部
の人力により入力されるものである。
Reference numeral 14 is a microcomputer having a storage means and a calculation means, and the like. The power supply voltage information from the power supply voltage detection means 11, the input current information from the input current detection means 12 and the DC voltage detection means 13 are supplied. The control means is a means for inputting the DC output voltage information and the command value Vdc * of a predetermined DC output voltage from the input port, and for issuing a signal for ON / OFF controlling the short-circuit element 9 in accordance with the input information. Here, the DC output voltage command value Vdc * is, for example, the amount of power consumption of the load that is directly detected, or a value suitable for the load state based on input current information or DC output voltage information that can simulate this, and controls the load. It is input by the load control means or external human power.

【0041】制御手段14は、短絡素子9を力率改善無
しモードで制御する場合には、常に短絡素子9へオフ信
号を出力する。これによりスイッチング回路9は開放さ
れた状態を維持する。
The control means 14 always outputs an OFF signal to the short-circuit element 9 when controlling the short-circuit element 9 in the power factor correction-free mode. As a result, the switching circuit 9 maintains the open state.

【0042】また、制御手段14は、短絡素子9を部分
スイッチングモードで制御する場合には、電源電圧検出
手段11からの電源電圧情報の任意タイミング、例えば
ゼロクロス点、を基準点として、図3(b)に示すよう
に、基準点から短絡開始時間だけ遅延させて短絡素子9
のオン信号を出力し、短絡時間だけオンしつづけるよう
に短絡素子9へ制御信号を出力する。このとき、直流出
力電圧Vdcが直流出力電圧の指令値Vdcよりも小
さいときには、マイコンにて電圧比較・演算し短絡開始
時間を遅らせるか、或いは、短絡時間を長くするか、或
いは、スイッチング回数を増やすように制御し、直流出
力電圧Vdcが直流出力電圧の指令値Vdcよりも大
きいときには、その逆となるように制御することで、直
流出力電圧Vdcを指令値Vdcに近づけるよう制御
できる。
Further, when the short-circuit element 9 is controlled in the partial switching mode, the control means 14 uses the arbitrary timing of the power supply voltage information from the power supply voltage detection means 11, for example, a zero cross point as a reference point, as shown in FIG. As shown in b), the short-circuit element 9 is delayed from the reference point by the short-circuit start time.
The ON signal is output, and the control signal is output to the short-circuit element 9 so as to keep on for the short-circuit time. At this time, when the DC output voltage Vdc is smaller than the DC output voltage command value Vdc * , the microcomputer compares and calculates the voltage to delay the short circuit start time, or increase the short circuit time, or change the number of times of switching. When the DC output voltage Vdc is controlled to increase and the DC output voltage Vdc is larger than the command value Vdc * of the DC output voltage, the control is performed so as to be the opposite, so that the DC output voltage Vdc can be controlled to approach the command value Vdc * .

【0043】また、制御手段14は、短絡素子9を高周
波スイッチングモードで制御する場合には、図1に示す
ように、直流出力電圧Vdcと直流出力電圧の指令値V
dc との誤差量ΔVdcと、電源電圧検出手段11か
らの電源電圧情報と、を基に電源電圧に同期する正弦波
状の入力電流指令値を生成し、入力電流検出手段12か
らの入力電流情報と前記入力電流指令値とを比較し、入
力電流が入力電流指令値よりも小さいときには、短絡素
子9のオン信号を出力し、入力電流が入力電流指令値よ
りも大きいときには、短絡素子9のオフ信号を出力す
る。この一連動作を高周波で繰り返すことにより、図4
のように入力電流は正弦波に近づき、また直流出力電圧
Vdcは指令値Vdcに制御できる。
Further, the control means 14 drives the short-circuit element 9 at a high frequency.
When controlling in the wave switching mode, see Fig. 1.
The DC output voltage Vdc and the command value V of the DC output voltage
dc *Error amount ΔVdc from the power supply voltage detection means 11
A sine wave synchronized with the power supply voltage based on the power supply voltage information from
Input current command value is generated and input current detection means 12
Compare the input current information from the above with the input current command value, and
When the input current is smaller than the input current command value, the short-circuit element
The ON signal of the child 9 is output and the input current is greater than the input current command value.
When it is larger than the above, the OFF signal of the short-circuit element 9 is output.
It By repeating this series of operations at a high frequency,
, The input current approaches a sine wave, and the DC output voltage
Vdc is the command value Vdc*Can be controlled.

【0044】ここで、力率改善回路の短絡手段9での損
失に触れると、高周波スイッチングモードの方が部分ス
イッチングモードよりも短絡手段9自体の損失は増加す
る。その理由としては、高周波スイッチングモードで
は、高速スイッチング動作を繰り返し行う為、短絡手段
9でのスイッチングロスが増加する為である。
Here, touching on the loss in the short-circuit means 9 of the power factor correction circuit, the loss in the short-circuit means 9 itself is higher in the high frequency switching mode than in the partial switching mode. The reason is that in the high frequency switching mode, the high speed switching operation is repeatedly performed, so that the switching loss in the short-circuit means 9 increases.

【0045】従って、制御手段14では、負荷制御手段
にて負荷状態に基づき生成される直流出力電圧指令値V
dcに応じて、以下のように短絡手段9を制御するこ
とで、高効率な力率改善回路を実現することができる。
指令値Vdcが大きい領域、即ち、入力電流が大き
く、高調波電流成分が多くなる重負荷領域では、高調波
成分によるリアクトル2及び整流器3での鉄損が増加
し、力率改善回路40の全損失に対し、短絡手段9での
損失割合が小さくなる為、このような条件では、高調波
成分による損失を抑制するよう、制御手段14は、高周
波スイッチングモードにて短絡手段9を動作し、入力電
流波形を正弦波波形に近づけるようにして高調波成分を
少なくする。逆に、指令値Vdcが小さい領域、即
ち、入力電流が小さく、高調波電流成分が少ない軽負荷
領域では、力率改善回路40の全損失に対し、短絡手段
9での損失割合が大きくなる為、短絡手段9自体の損失
が小さくなるよう、制御手段14は、部分スイッチング
モードにて短絡手段9を動作させスイッチング損失を減
少させる。
Therefore, in the control means 14, the DC output voltage command value V generated by the load control means based on the load state.
By controlling the short-circuiting means 9 as follows according to dc * , a highly efficient power factor correction circuit can be realized.
In the region where the command value Vdc * is large, that is, in the heavy load region where the input current is large and the harmonic current component is large, the iron loss in the reactor 2 and the rectifier 3 due to the harmonic component increases, and the power factor correction circuit 40 Since the loss ratio in the short-circuiting unit 9 becomes smaller than the total loss, under such conditions, the control unit 14 operates the short-circuiting unit 9 in the high frequency switching mode so as to suppress the loss due to the harmonic component. Harmonic components are reduced by making the input current waveform closer to a sine wave waveform. On the contrary, in the region where the command value Vdc * is small, that is, in the light load region where the input current is small and the harmonic current component is small, the loss ratio in the short-circuit means 9 is large relative to the total loss in the power factor correction circuit 40. Therefore, the control means 14 operates the short-circuit means 9 in the partial switching mode to reduce the switching loss so that the loss of the short-circuit means 9 itself becomes small.

【0046】前記の如く本実施の形態の例では、負荷の
要求する直流出力電圧に応じて、制御手段14は短絡手
段9の動作パターンを切り換えるので、全負荷領域にお
いて力率改善回路の高効率化を図れる。また、高調波電
流成分が多くなる重負荷領域では、高調波抑制能力が高
い高周波スイッチングモードとするので、高調波規制を
クリアする為のリアクトル2のインダクタンス値を小さ
な値に選択でき、回路の小型化、低コスト化、及び高効
率化を計れる。また、小さなインダクタンス値のリアク
トルにて一連の動作を行う為、直流出力電圧の昇圧をあ
まり必要としない運転領域では、部分スイッチングモー
ドにて制御される短絡素子9の短絡時のリアクトル蓄積
エネルギー(1/2LI)を小さくでき、それ故、力
率を改善しつつ直流出力電圧の昇圧量を微少に抑えるこ
とができ、低負荷時の交直変換効率を改善することがで
きる。
As described above, in the example of the present embodiment, the control means 14 switches the operation pattern of the short-circuit means 9 according to the DC output voltage required by the load, so that the high efficiency of the power factor correction circuit is achieved in the entire load region. Can be realized. Also, in the heavy load region where the harmonic current component is large, the high frequency switching mode with high harmonic suppression capability is used, so the inductance value of the reactor 2 for clearing the harmonic regulation can be selected to a small value, and the circuit size can be reduced. Efficiency, cost reduction, and high efficiency. In addition, since a series of operations are performed with a reactor having a small inductance value, in the operating region where the boosting of the DC output voltage is not required so much, the reactor stored energy (1 / 2LI 2 ) can be reduced, and therefore, the boosting amount of the DC output voltage can be suppressed to a small amount while improving the power factor, and the AC-DC conversion efficiency at low load can be improved.

【0047】また、上記説明では、短絡手段9を整流器
3の交流側に設けたが、図5(a)に示す如く、短絡手
段9を整流器3の直流側端子間に設けても良く、また、
図5(b)に示す如く、短絡手段9のみならず、リアク
トル2も直流側に設けて良い。但し、これらの場合、短
絡手段9をオンした場合に平滑コンデンサ6が短絡しな
いよう、短絡手段9と平滑コンデンサ6との間に逆流防
止用ダイオード19を設ける必要がある。なお図5の回
路における動作は図1乃至図4で説明した動作と同じ
で、同じ効果を得ることが出来る。
In the above description, the short-circuit means 9 is provided on the AC side of the rectifier 3, but the short-circuit means 9 may be provided between the DC-side terminals of the rectifier 3 as shown in FIG. ,
As shown in FIG. 5B, not only the short-circuit means 9 but also the reactor 2 may be provided on the DC side. However, in these cases, it is necessary to provide the backflow prevention diode 19 between the short-circuit means 9 and the smoothing capacitor 6 so that the smoothing capacitor 6 is not short-circuited when the short-circuit means 9 is turned on. The operation of the circuit of FIG. 5 is the same as the operation described with reference to FIGS. 1 to 4, and the same effect can be obtained.

【0048】また、本実施の形態では、負荷を制御する
負荷制御手段15をコントローラ10の内部に設けた
が、コントローラ10の外部に別に設けても良く、この
場合も負荷の消費電力に応じた直流出力電圧指令値Vd
を負荷制御手段15からコントローラ10へ入力す
る構成とすることで同様の効果が得られる。
Further, although the load control means 15 for controlling the load is provided inside the controller 10 in the present embodiment, it may be provided outside the controller 10, and in this case as well, it depends on the power consumption of the load. DC output voltage command value Vd
The same effect can be obtained by configuring c * to be input from the load control means 15 to the controller 10.

【0049】図6は本発明の別の回路を示す回路構成図
である。図6において、40は力率改善回路を示し、1
は交流電源、2は交流電源1にその一端が接続されたリ
アクトル、3は交流電源1を整流して直流に変換する整
流器、4〜5は倍電圧整流用コンデンサ、6は整流器3
の直流出力電圧を平滑化する平滑コンデンサ、7は平滑
コンデンサ6から直流電圧を供給されて駆動する負荷、
8は整流器3の整流モードを全波整流或いは倍電圧整流
に切り換える整流回路切換用スイッチ、9は双方向通電
性の短絡素子、10は整流回路切換用スイッチ8及び短
絡素子9のオン/オフを制御するコントローラである。
FIG. 6 is a circuit diagram showing another circuit of the present invention. In FIG. 6, reference numeral 40 denotes a power factor correction circuit, 1
Is an AC power supply, 2 is a reactor whose one end is connected to the AC power supply 1, 3 is a rectifier that rectifies the AC power supply 1 and converts it into DC, 4 to 5 are capacitors for double voltage rectification, 6 is a rectifier 3
A smoothing capacitor for smoothing the DC output voltage of, a load 7 driven by the DC voltage supplied from the smoothing capacitor 6,
Reference numeral 8 is a rectifier circuit switching switch for switching the rectifier 3 to a full-wave rectification or voltage doubler rectification, 9 is a bidirectional short-circuit element, and 10 is a rectifier circuit switching switch 8 and a short-circuit element 9 is turned on / off. It is a controller that controls.

【0050】整流器3は、短絡素子9を高周波にて動作
しても、倍電圧整流用コンデンサ4〜5或いは平滑コン
デンサ6からの逆流が生じないよう、整流器3の2つの
ダイオード3a及び3cは、優れた電流遮断特性を示す
高速リカバリーダイオードにて構成される。また、高速
リカバリーダイオードは3a、3cに限定するものでは
なく、これらの代わりにダイオード3b及び3d、ある
いは、3a及び3b、あるいは3c及び3dを高速リカ
バリーダイオードとしても良く、また、整流器3の2つ
以上のダイオードを高速リカバリーダイオードで構成し
ても良い。
In the rectifier 3, the two diodes 3a and 3c of the rectifier 3 are arranged so that the backflow from the voltage doubler rectifying capacitors 4 to 5 or the smoothing capacitor 6 does not occur even if the short-circuit element 9 is operated at a high frequency. It is composed of a fast recovery diode that exhibits excellent current cutoff characteristics. Further, the fast recovery diode is not limited to 3a and 3c, and instead of these, the diodes 3b and 3d, or 3a and 3b, or 3c and 3d may be used as the fast recovery diode. The above diodes may be configured as fast recovery diodes.

【0051】平滑コンデンサ6は、図には示してない
が、これと並列に接続されている倍電圧整流用コンデン
サ4〜5の容量を大きくすることで機能的な代用が可能
であり、即ち、平滑コンデンサ6は省略可能である。こ
の場合負荷に出力する平滑コンデンサを倍電圧整流用コ
ンデンサが担うことになる。
Although not shown in the figure, the smoothing capacitor 6 can be functionally substituted by increasing the capacity of the voltage-doubler rectifying capacitors 4 to 5 connected in parallel, that is, The smoothing capacitor 6 can be omitted. In this case, the smoothing capacitor that outputs to the load is borne by the double voltage rectifying capacitor.

【0052】整流回路切換用スイッチ8は、リレーやト
ライアック等の双方向通電素子、或いは、図2(a)に
示すように、ダイオードブリッジ16と、IGBT又は
バイポーラトランジスタ又はMOSFET等の片方向通
電性短絡素子17、或いは、図2(b)に示すように、
IGBT又はバイポーラトランジスタ又はMOSFET
等の片方向通電性短絡素子17とダイオード18を複数
個互いに逆極性となるよう組み合わせて構成される。な
お、図2(b)の構成とする方が、片方向通電性短絡素
子17オン時の電流径路に含まれる素子数を低減、即
ち、通流損失を低減でき、図2(a)よりも高効率化を
実現できる。
The rectifier circuit switching switch 8 is a bidirectional energizing element such as a relay or triac, or, as shown in FIG. 2A, a diode bridge 16 and a unidirectional energizing element such as an IGBT, a bipolar transistor or a MOSFET. The short-circuit element 17 or, as shown in FIG.
IGBT or bipolar transistor or MOSFET
A plurality of one-way conductive short-circuit elements 17 and diodes 18 and the like are combined so as to have opposite polarities. Note that the configuration of FIG. 2B can reduce the number of elements included in the current path when the one-way conductive short-circuit element 17 is on, that is, the conduction loss can be reduced, and thus the configuration of FIG. High efficiency can be realized.

【0053】スイッチング回路としての短絡素子9は、
双方向通電性を有するものであり、例えば、図2(a)
に示すように、ダイオードブリッジ16と、IGBT又
はバイポーラトランジスタ又はMOSFET等の片方向
通電性短絡素子17、或いは、図2(b)に示すよう
に、IGBT又はバイポーラトランジスタ又はMOSF
ET等の片方向通電性短絡素子17とダイオードを複数
個互いに逆極性となるよう組み合わせて構成される。な
お、図2(b)の構成とする方が、片方向通電性短絡素
子17オン時の電流径路に含まれる素子数を低減、即
ち、通流損失を低減でき、図2(a)よりも高効率化を
実現できる。
The short-circuit element 9 as a switching circuit is
It has bidirectional conductivity, and is shown in FIG.
2, a diode bridge 16 and a unidirectional conducting short-circuit element 17 such as an IGBT or a bipolar transistor or MOSFET, or an IGBT or a bipolar transistor or MOSF as shown in FIG. 2B.
It is configured by combining a plurality of one-way conductive short-circuit elements 17 such as ET and diodes so as to have opposite polarities. Note that the configuration of FIG. 2B can reduce the number of elements included in the current path when the one-way conductive short-circuit element 17 is on, that is, the conduction loss can be reduced, and thus the configuration of FIG. High efficiency can be realized.

【0054】コントローラ10は、整流回路切換用スイ
ッチ8をオフして全波整流モードに制御、或いは、オン
して倍電圧整流モードに制御するものである。更に、短
絡素子9を力率改善無しモード、或いは、部分スイッチ
ングモード、或いは、高周波スイッチングモード、のい
ずれかに制御するものである。
The controller 10 controls the full-wave rectification mode by turning off the rectifier circuit switching switch 8 or the double voltage rectification mode by turning it on. Further, the short-circuit element 9 is controlled to either the power factor correction-free mode, the partial switching mode, or the high frequency switching mode.

【0055】ここで、力率改善無しモード、部分スイッ
チングモード、高周波スイッチングモードについて説明
する。便宜上、交流電源1の電源電圧実行値をVs、瞬
時値をVst、リアクトル3のインダクタンスをL、平
滑コンデンサ6の端子電圧をVdc、またリアクトル3
を流れる電流をIとして以下用いる。なお、電源電圧実
行値Vsは、電源系統により予め設定された値で、電源
100V系統ではVs=100V、電源200V系統で
はVs=200Vの値である。
Here, the mode without power factor correction, the partial switching mode and the high frequency switching mode will be described. For convenience, the power supply voltage execution value of the AC power supply 1 is Vs, the instantaneous value is Vst, the inductance of the reactor 3 is L, the terminal voltage of the smoothing capacitor 6 is Vdc, and the reactor 3
The current flowing through is used as I below. The power supply voltage execution value Vs is a value preset by the power supply system, and is a value of Vs = 100V in the power supply 100V system and Vs = 200V in the power supply 200V system.

【0056】まず、力率改善無しモードとは、短絡素子
9を全く動作させない、整流器3による通常のコンデン
サインプット型整流モードである。即ち、入力電流は、
交流電圧瞬時値Vstが直流出力電圧Vdcよりも高く
なる区間のみを流れる為、波形歪みが大きく、高調波を
多く含む。このとき、直流出力電圧Vdcは、整流回路
切換用スイッチ8が全波整流モードのときには√2×V
s、倍電圧整流モードのときには2√2×Vsとなる。
First, the non-power factor correction mode is a normal capacitor input type rectification mode in which the rectifier 3 does not operate the short-circuit element 9 at all. That is, the input current is
Since it flows only in the section where the AC voltage instantaneous value Vst is higher than the DC output voltage Vdc, the waveform distortion is large and many harmonics are included. At this time, the DC output voltage Vdc is √2 × V when the rectifier circuit changeover switch 8 is in the full-wave rectification mode.
s, 2√2 × Vs in the voltage doubler rectification mode.

【0057】次に、部分スイッチングモードとは、電流
オープンループ制御にて、短絡素子9を電源半周期に1
回から複数回オン/オフ動作させるものである。この動
作について既に説明しているが図3を参照しつつ説明す
る。図において、(a)は短絡素子9のオン/オフ時で
の電流径路、(b)は電源半周期に1回スイッチング動
作を行ったときの電源電圧、入力電流、スイッチ駆動信
号を示す。まず、短絡素子9をオンさせると、図3
(a)に示すように、交流電源1がリアクトル2を介し
て短絡され、交流電源1、リアクトル2、短絡素子9か
ら成る回路に電流Iが流れ、リアクトル2に磁気エネル
ギー1/2LIが蓄積される。この蓄積エネルギー
は、短絡素子9をオフさせると同時に、整流器3を介し
て、倍電圧整流用コンデンサ4,5に転送される。この
一連の動作により、図3(b)に示すような入力電流が
流れ、力率改善無しモードよりも通電角を広げられ、あ
る程度まで力率を改善できる。図では電源半周期に1回
のみスイッチング動作する場合を示したが、スイッチン
グ回数は何回でも良い。但し、電流オープンループ制御
の為、数kHz以上の高周波でスイッチングする場合に
は行き過ぎが抑えられず直流出力電圧を昇圧し過ぎ、回
路の破壊につながる恐れがある。その為、一般に、部分
スイッチングモードでのスイッチング動作は、電源半周
期に1回もしくは周波数数kHzまでの複数回とする。
なお、部分スイッチングモードでは、短絡素子9の短絡
開始時間、短絡時間、及び短絡回数を制御することで、
リアクトル2に蓄積するエネルギーを制御でき、直流出
力電圧Vdcは、力率改善無しモードよりも高いある値
まで無段階で昇圧させられる。
Next, in the partial switching mode, the short-circuit element 9 is set to 1 every half cycle of the power supply by the current open loop control.
The operation is to be turned on / off a plurality of times. Although this operation has already been described, it will be described with reference to FIG. In the figure, (a) shows a current path when the short-circuit element 9 is turned on / off, and (b) shows a power supply voltage, an input current, and a switch drive signal when the switching operation is performed once in a half cycle of the power supply. First, when the short-circuit element 9 is turned on, FIG.
As shown in (a), the AC power supply 1 is short-circuited via the reactor 2, a current I flows in the circuit composed of the AC power supply 1, the reactor 2, and the short-circuit element 9, and magnetic energy 1 / 2LI 2 is accumulated in the reactor 2. To be done. The stored energy is transferred to the voltage-doubler rectification capacitors 4 and 5 via the rectifier 3 at the same time when the short-circuit element 9 is turned off. By this series of operations, the input current as shown in FIG. 3B flows, the energization angle can be widened as compared with the power factor non-correction mode, and the power factor can be improved to some extent. Although the figure shows the case where the switching operation is performed only once in the half cycle of the power source, the number of times of switching may be any number. However, due to the current open loop control, when switching is performed at a high frequency of several kHz or more, overshooting cannot be suppressed and the DC output voltage is boosted too much, which may lead to circuit breakdown. Therefore, generally, the switching operation in the partial switching mode is performed once in a half cycle of the power supply or a plurality of times up to several kHz.
In the partial switching mode, by controlling the short circuit start time of the short circuit element 9, the short circuit time, and the number of short circuits,
The energy accumulated in the reactor 2 can be controlled, and the DC output voltage Vdc can be steplessly boosted to a certain value higher than that in the power factor correction-free mode.

【0058】また、高周波スイッチングモードとは、直
流出力電圧、入力電流をフィードバック制御するもの
で、図4に示すように、前記部分スイッチングモードで
のスイッチング周波数を数kHz以上として、直流出力
電圧が所望の値となるように、また、入力電流が電源電
圧に同期する正弦波に近づくように短絡素子9のオン/
オフ時間を制御するものである。短絡素子9のオン/オ
フ時の電流径路は図3(a)に示す場合と同じであり、
このスイッチングモードにより、力率をほぼ1まで改善
できる。また、前記部分スイッチングモードよりも昇圧
能力が高く、直流出力電圧Vdcは、力率改善無しモー
ドでの電圧値よりも高い任意の値に無段階で制御するこ
とができる。
In the high frequency switching mode, the DC output voltage and the input current are feedback-controlled. As shown in FIG. 4, the switching frequency in the partial switching mode is set to several kHz or higher, and the DC output voltage is desired. Of the short circuit element 9 so that the input current approaches a sine wave synchronized with the power supply voltage.
It controls the off time. The current path when the short-circuit element 9 is turned on / off is the same as that shown in FIG.
This switching mode can improve the power factor to almost 1. Further, the boosting capability is higher than in the partial switching mode, and the DC output voltage Vdc can be steplessly controlled to any value higher than the voltage value in the power factor correction-free mode.

【0059】図6の構成にて、入力電流及び直流出力電
圧を制御する場合のコントローラ10の動作を説明す
る。図6において、11は交流電源1の両端に接続さ
れ、正弦波交流の電源電圧ゼロクロス点、或いは、電源
電圧ピーク点、或いは、電源電圧の任意点、或いは、電
源電圧の正弦波交流波形を検出する電源電圧検出手段、
12は交流電源1の電流路に挿入され、回路の入力電流
を検出する入力電流検出手段、13は平滑コンデンサ6
の端子電圧である直流出力電圧Vdcを検出する直流電
圧検出手段、15は負荷を制御する負荷制御手段であ
る。
The operation of the controller 10 in the case of controlling the input current and the DC output voltage with the configuration of FIG. 6 will be described. In FIG. 6, reference numeral 11 is connected to both ends of the AC power supply 1 and detects a power supply voltage zero-cross point of a sine wave AC, a power supply voltage peak point, an arbitrary point of the power supply voltage, or a sine wave AC waveform of the power supply voltage. Power supply voltage detecting means,
Reference numeral 12 is an input current detecting means which is inserted in a current path of the AC power supply 1 and detects an input current of the circuit, and 13 is a smoothing capacitor 6
DC voltage detecting means for detecting the DC output voltage Vdc, which is the terminal voltage of the, and load control means 15 for controlling the load.

【0060】また、14は電源電圧検出手段11からの
電源電圧情報と、入力電流検出手段12からの入力電流
情報と、直流電圧検出手段13からの直流出力電圧情報
と、所定の直流出力電圧の指令値Vdcが入力され、
入力された情報に応じて整流回路切換用スイッチ8を制
御すると共に、短絡素子9をオン/オフ制御する制御手
段である。ここで、直流出力電圧指令値Vdcは、例
えば、直接検出される負荷の消費電力量、或いは、これ
を模擬できる入力電流情報や直流出力電圧情報等から負
荷状態にふさわしい値が、負荷を制御する負荷制御手
段、或いは、外部の人力により入力れるものである。
Reference numeral 14 indicates the power supply voltage information from the power supply voltage detecting means 11, the input current information from the input current detecting means 12, the DC output voltage information from the DC voltage detecting means 13, and a predetermined DC output voltage. Command value Vdc * is input,
The control unit controls the rectifier circuit switching switch 8 according to the input information and controls the short-circuit element 9 to be turned on / off. Here, the DC output voltage command value Vdc * is, for example, the amount of power consumption of the load that is directly detected, or a value suitable for the load state based on input current information or DC output voltage information that can simulate this, and controls the load. It is input by the load control means or external human power.

【0061】制御手段14は、短絡素子9を力率改善無
しモードで制御する場合には、常に短絡素子9へオフ信
号を出力する。また、制御手段14は、短絡素子9を部
分スイッチングモードで制御する場合には、電源電圧検
出手段11からの電源電圧情報の任意タイミング、例え
ばゼロクロス点、を基準点として、図3(b)に示すよ
うに、基準点から短絡開始時間だけ遅延させて短絡素子
9のオン信号を出力し、短絡時間だけオンしつづけるよ
うに短絡素子9へ制御信号を出力する。このとき、直流
出力電圧Vdcが直流出力電圧の指令値Vdcよりも
小さいときには、短絡開始時間を遅らせるか、或いは、
短絡時間を長くするか、或いは、スイッチング回数を増
やすように制御し、直流出力電圧Vdcが直流出力電圧
の指令値Vdcよりも大きいときには、その逆となる
ように制御することで、直流出力電圧Vdcを指令値V
dcに近づけるよう制御できる。
When controlling the short-circuit element 9 in the power factor correction-free mode, the control means 14 always outputs an off signal to the short-circuit element 9. Further, when controlling the short-circuit element 9 in the partial switching mode, the control means 14 uses the arbitrary timing of the power supply voltage information from the power supply voltage detection means 11, for example, a zero cross point, as a reference point, as shown in FIG. As shown, the ON signal of the short-circuit element 9 is output after a delay of the short-circuit start time from the reference point, and the control signal is output to the short-circuit element 9 so that the short-circuit element 9 is kept on for the short-circuit time. At this time, when the DC output voltage Vdc is smaller than the DC output voltage command value Vdc * , the short circuit start time is delayed or
By controlling to increase the short-circuit time or increase the number of times of switching, and when the DC output voltage Vdc is larger than the command value Vdc * of the DC output voltage, the control is performed so as to be the opposite, thereby controlling the DC output voltage. Vdc is the command value V
It can be controlled to approach dc * .

【0062】図7は直流出力電圧及び入力電流を制御す
る場合のシステム構成図である。制御手段14は、短絡
素子9を高周波スイッチングモードで制御する場合に
は、図7に示すように、直流出力電圧Vdcと直流出力
電圧の指令値Vdcとの誤差量ΔVdcと、電源電圧
検出手段11からの電源電圧位相の情報と、を基に電源
電圧に同期する正弦波状の入力電流指令値を生成し、入
力電流検出手段12からの入力電流情報と前記入力電流
指令値とを比較し、入力電流が入力電流指令値よりも小
さいときには、短絡素子9のオン信号を出力し、入力電
流が入力電流指令値よりも大きいときには、短絡素子9
のオフ信号を出力する。この一連動作を高周波で繰り返
すことにより、入力電流は正弦波に近づき、また直流出
力電圧Vdcは指令値Vdcに制御できる。
FIG. 7 is a system configuration diagram for controlling the DC output voltage and the input current. When controlling the short-circuit element 9 in the high frequency switching mode, the control means 14 determines the error amount ΔVdc between the DC output voltage Vdc and the DC output voltage command value Vdc * , and the power supply voltage detection means, as shown in FIG. 7. A power supply voltage phase information from 11 is used to generate a sinusoidal input current command value synchronized with the power supply voltage, and the input current information from the input current detection means 12 is compared with the input current command value. When the input current is smaller than the input current command value, the ON signal of the short-circuit element 9 is output, and when the input current is larger than the input current command value, the short-circuit element 9 is output.
The off signal of is output. By repeating this series of operations at high frequency, the input current approaches a sine wave, and the DC output voltage Vdc can be controlled to the command value Vdc * .

【0063】ここで、力率改善回路の交直変換効率に触
れると、直流出力電圧の昇圧量が増す程、変換効率は低
下する。その理由としては、前記制御手段14の制御動
作でも説明した通り、直流出力電圧の昇圧量を増す程、
リアクトル2の蓄積エネルギーを増すように制御する
為、即ち、短絡開始時間を短絡電流が大きくなるよう遅
らせ、或いは、短絡時間を長く、或いは、短絡回数を増
やすように制御する為、短絡素子9を流れる電流量が増
し、短絡素子9での損失が増加する為である。
Here, referring to the AC / DC conversion efficiency of the power factor correction circuit, the conversion efficiency decreases as the boost amount of the DC output voltage increases. The reason is that, as described in the control operation of the control means 14, as the boost amount of the DC output voltage is increased,
In order to control the stored energy of the reactor 2 to increase, that is, to delay the short-circuit start time to increase the short-circuit current, or to control the short-circuit time to be long or to increase the number of short-circuits, the short-circuit element 9 is set. This is because the amount of current flowing increases and the loss in the short-circuit element 9 increases.

【0064】従って、制御手段14では、負荷の所望す
る直流出力電圧指令値Vdcに基づき整流回路切換用
スイッチ8をおよそ図8に示す動作フローの如く制御す
れば、直流出力電圧の昇圧量を小さくでき、低損失にて
昇圧動作を行う力率改善回路を実現できる。図8は、制
御手段14におけるリレー制御シーケンスを示すフロー
チャートである。まず、この制御がスタートすると、ス
テップ21として、負荷状態にふさわしい直流出力電圧
指令値Vdcが負荷制御手段15或いは外部の人力等
によりコントローラ10のキーボードや入力スイッチな
どから入力される。次に、ステップ22として、入力さ
れた指令値Vdcが前回入力された値と異なるかを判
断する。ここで、指令値Vdcが前回の値と異なる場
合にはステップ23へ進む。また指令値Vdcが前回
の値と等しい場合には整流回路切換用スイッチ8の切り
換えは行わず、前回の整流モードを維持するのでこの判
断のルートは終了される。指令値が異なる場合、ステッ
プ23では、入力された直流出力電圧指令値Vdc
が、電源系統によって予め定められる電源電圧実行値
Vsの2√2倍以上かどうかを判断する。この判定結果
がYESの場合には、ステップ24へ進み整流回路切換
用スイッチ8をオンとし、倍電圧整流モードを選択す
る。また、ステップ23での判定結果がNOの場合に
は、ステップ25へ進み整流回路切換用スイッチ8をオ
フとし、全波整流モードを選択する。
Therefore, in the control means 14, if the rectifier circuit changeover switch 8 is controlled in accordance with the DC output voltage command value Vdc * desired by the load according to the operation flow shown in FIG. A power factor correction circuit that can be made small and that can perform boosting operation with low loss can be realized. FIG. 8 is a flowchart showing a relay control sequence in the control means 14. First, when this control is started, in step 21, the DC output voltage command value Vdc * suitable for the load state is input from the keyboard of the controller 10, the input switch, or the like by the load control means 15 or external human power. Next, in step 22, it is determined whether the input command value Vdc * is different from the previously input value. Here, when the command value Vdc * is different from the previous value, the process proceeds to step 23. If the command value Vdc * is equal to the previous value, the rectifying circuit changeover switch 8 is not switched, and the previous rectification mode is maintained, so the route for this determination is ended. If the command values are different, in step 23, the input DC output voltage command value Vdc is input.
It is determined whether or not * is 2√2 times or more the power supply voltage execution value Vs which is predetermined by the power supply system. If the result of this determination is YES, the routine proceeds to step 24, where the rectifier circuit switching switch 8 is turned on and the double voltage rectification mode is selected. If the determination result in step 23 is NO, the process proceeds to step 25, the rectifier circuit switching switch 8 is turned off, and the full-wave rectification mode is selected.

【0065】なお、図8ではステップ23での整流回路
切換用スイッチ8の切換判断基準のしきい値を電源電圧
実行値Vsの2√2倍の値としたが、実際には、整流器
3のダイオード3a〜3d或いはリアクトル2での電圧
降下、短絡素子9のスイッチングによる昇圧効果の影響
等がある為、しきい値は前記の上の値としてもまた下の
値としても良い。また、2つの異なるしきい値を設けて
おき、値の大きい方を整流回路切換用スイッチ8のター
ンオン用、小さい方をターンオフ用とし、差を設けるこ
とにより、直流出力電圧指令値Vdcが前記しきい値
近傍で変動する際の整流回路切換用スイッチ8のチャタ
リングを防止することができる。
In FIG. 8, the threshold value of the switching judgment reference of the rectifier circuit switching switch 8 in step 23 is set to a value that is 2√2 times the power supply voltage execution value Vs. Since there is a voltage drop in the diodes 3a to 3d or the reactor 2, a boosting effect due to switching of the short-circuit element 9, and the like, the threshold value may be the above value or the above value. Further, two different thresholds are provided, one having a larger value is for turning on the rectifier circuit switching switch 8 and the other having a smaller value is for turning off. By providing a difference, the DC output voltage command value Vdc * is It is possible to prevent chattering of the rectifier circuit changeover switch 8 when it fluctuates near the threshold value.

【0066】次に、このシステムの概略動作を図9を用
いて説明する。なお、図9は負荷の消費電力量に対する
力率改善回路の力率及び直流出力電圧Vdcを示す図で
ある。まず、負荷の消費電力量が0、或いは、ほとんど
0に等しいくらい極低負荷(消費電力量が負荷の許容電
力量の10%未満)の場合、即ち、図9の運転モード1
の場合、コントローラ10により、整流回路切換用スイ
ッチ8は全波整流モード、短絡スイッチ9は力率改善無
しモードに制御される。これにより、直流出力電圧Vd
cは√2×Vsと低い値に制御される。
Next, the general operation of this system will be described with reference to FIG. Note that FIG. 9 is a diagram showing the power factor and the DC output voltage Vdc of the power factor correction circuit with respect to the power consumption of the load. First, when the power consumption of the load is 0, or when the load is extremely low such that the power consumption is almost equal to 0 (the power consumption is less than 10% of the allowable power consumption of the load), that is, the operation mode 1 in FIG.
In this case, the controller 10 controls the rectifier circuit switching switch 8 to the full-wave rectification mode and the short-circuit switch 9 to the power factor correction-free mode. As a result, the DC output voltage Vd
c is controlled to a low value of √2 × Vs.

【0067】また、負荷の消費電力量が運転モード1よ
りも若干増加し、消費電力量が負荷の許容電力量の10
〜30%の低負荷領域、即ち、図9の運転モード2の場
合、コントローラ10により、整流回路切換用スイッチ
8は全波整流モードに保たれ、短絡素子9は部分スイッ
チングモードにて制御される。故に、力率は、図中の破
線の部分に制御でき、力率改善無しモードよりも改善さ
れ、入力電流に含まれる高調波成分を低減できる。これ
に伴い、リアクトル2での鉄損を抑制できる。この鉄損
抑制量よりも昇圧に伴う短絡素子9での損失量が小さく
なるようすることで、力率改善無しモードよりも力率改
善回路の変換効率を向上できる。また、直流出力電圧V
dcも破線領域の値を出力することができる。
Further, the power consumption of the load is slightly increased as compared with the operation mode 1, and the power consumption is 10 times the allowable power consumption of the load.
In the low load region of ˜30%, that is, in the operation mode 2 of FIG. 9, the controller 10 keeps the rectifier circuit switching switch 8 in the full-wave rectification mode and controls the short-circuit element 9 in the partial switching mode. . Therefore, the power factor can be controlled in the part indicated by the broken line in the figure, which is improved as compared with the mode without power factor correction, and the harmonic component contained in the input current can be reduced. Accordingly, iron loss in the reactor 2 can be suppressed. By making the amount of loss in the short-circuit element 9 associated with boosting smaller than the iron loss suppression amount, the conversion efficiency of the power factor correction circuit can be improved as compared to the power factor correction no mode. DC output voltage V
dc can also output the value in the broken line area.

【0068】全波整流モードにて運転中、更に負荷の消
費電力が増し、消費電力が負荷の許容電力量の30〜5
0%の中間負荷領域、即ち、図9の運転モード3の場
合、短絡素子9は高周波スイッチングモードにて制御さ
れる。故に、直流出力電圧は、図中の斜線の如く上限な
く制御することが可能であり、負荷の消費電力量に適す
る所望の任意の値となるよう制御される。また、このと
き力率は、ほぼ1に制御できる。
During operation in the full-wave rectification mode, the power consumption of the load further increases, and the power consumption is 30 to 5 which is the allowable power amount of the load.
In the middle load region of 0%, that is, in the operation mode 3 of FIG. 9, the short-circuit element 9 is controlled in the high frequency switching mode. Therefore, the DC output voltage can be controlled without an upper limit as indicated by the shaded area in the figure, and is controlled to a desired arbitrary value suitable for the power consumption of the load. At this time, the power factor can be controlled to be approximately 1.

【0069】次に、負荷の消費電力量が更に大きくな
り、直流出力電圧指令値Vdcが電源電圧実行値Vs
の2√2倍以上となる高負荷領域(消費電力量が負荷の
許容電力量の50〜70%)、即ち、図9の運転モード
4の場合、コントローラ10により整流回路切換用スイ
ッチ8は倍電圧整流モードに切り換えられる。また、短
絡素子9は部分スイッチングモードに制御され、力率は
図中の破線の部分に制御でき、直流出力電圧も2√2×
Vs付近の破線領域の値を出力できる。
Next, the power consumption of the load further increases, and the DC output voltage command value Vdc * becomes the power supply voltage execution value Vs.
2√2 times or more of the high load region (the power consumption is 50 to 70% of the allowable power amount of the load), that is, in the operation mode 4 of FIG. 9, the rectifier circuit changeover switch 8 is doubled by the controller 10. It is switched to the voltage rectification mode. Further, the short-circuit element 9 is controlled in the partial switching mode, the power factor can be controlled in the part indicated by the broken line in the figure, and the DC output voltage is also 2√2 ×.
It is possible to output the value in the broken line region near Vs.

【0070】また、倍電圧整流モードにて運転中、負荷
の消費電力量が更に増し、消費電力量が負荷の許容電力
量の70%以上の極高負荷領域、即ち、図9の運転モー
ド5の場合、短絡素子9は高周波スイッチングモードに
切り換えられる。故に、直流出力電圧は、図中の斜線領
域のように上限なく昇圧することが可能であり、負荷の
消費電力量に見合うだけの任意の値となるよう制御さ
れ、また、力率はほぼ1となり、入力電流の波形歪みが
改善される。従って、この運転モードでは高調波抑制能
力が高く、また、倍電圧整流モードから高周波スイッチ
ングにて直流出力電圧を制御する為、高い交直変換効率
を維持しつつ直流出力電圧を昇圧することができる。
During operation in the voltage doubler rectification mode, the power consumption of the load further increases, and the power consumption is in an extremely high load region of 70% or more of the allowable power consumption of the load, that is, the operation mode 5 of FIG. In the case, the short-circuit element 9 is switched to the high frequency switching mode. Therefore, the DC output voltage can be boosted without an upper limit like the shaded area in the figure, and is controlled to an arbitrary value commensurate with the power consumption of the load, and the power factor is approximately 1 Therefore, the waveform distortion of the input current is improved. Therefore, in this operation mode, the ability to suppress harmonics is high, and since the DC output voltage is controlled by high-frequency switching from the voltage doubler rectification mode, the DC output voltage can be boosted while maintaining high AC-DC conversion efficiency.

【0071】前記コントローラ10の一連の制御シーケ
ンスを図10のフローチャートを用いて説明すると以下
のようである。まず、ステップ1として、負荷の消費電
力量を得る。次に、ステップ2として、負荷状態にふさ
わしい直流出力電圧指令値Vdcが負荷制御手段或い
は外部の人力等により入力される。更に、ステップ3と
して、入力された指令値Vdcが前回入力された値と
異なるかを判断する。ここで、指令値Vdcが前回の
値と異なる場合にはステップ4へ進み、指令値Vdc
が前回の値と等しい場合には整流回路切換用スイッチ8
の切り換えは行わず、前回の運転モードを維持する。ス
テップ4では、入力された直流出力電圧指令値Vdc
が、電源系統によって予め定められる電源電圧実行値V
sの2√2倍以上かどうかを判断する。この判定結果が
偽の場合には、ステップ5へ進み整流回路切換用スイッ
チ8をオフとし、全波整流モードを選択する。更に、ス
テップ6へ進み、ステップ1で得た消費電力量が負荷の
許容電力量の何パーセントにあたるかを判断し、消費電
力量が許容電力量の0〜10%である極低負荷領域のと
きにはステップ7からステップ8へ進み、短絡素子9を
力率改善無しモードにて制御する。なお、これは図9の
運転モード1に相当する。また、消費電力量が許容電力
量の10〜30%である低負荷領域のときにはステップ
7からステップ9へ進み、短絡素子9を部分スイッチン
グモードにて制御する。なお、これは図9の運転モード
2に相当する。また、消費電力量が許容電力量の30〜
50%である中間負荷領域のときにはステップ10へ進
み、短絡素子9を高周波スイッチングモードにて制御す
る。なお、これは図9の運転モード3に相当する。
A series of control sequences of the controller 10 will be described below with reference to the flowchart of FIG. First, as step 1, the power consumption of the load is obtained. Next, in step 2, the DC output voltage command value Vdc * suitable for the load state is input by the load control means or external human power. Further, in step 3, it is determined whether the input command value Vdc * is different from the previously input value. Here, when the command value Vdc * is different from the previous value, the process proceeds to step 4 and the command value Vdc *
Is equal to the previous value, the rectifier circuit selector switch 8
The previous operation mode is maintained without switching. In step 4, the input DC output voltage command value Vdc *
Is a power supply voltage execution value V that is predetermined by the power supply system
It is determined whether it is 2√2 times or more of s. If the determination result is false, the process proceeds to step 5 to turn off the rectifier circuit switching switch 8 and select the full-wave rectification mode. Further, the process proceeds to step 6, and it is determined what percentage of the allowable power amount of the load the power consumption amount obtained in step 1 is, and when the power consumption amount is 0 to 10% of the allowable power amount, it is in the extremely low load region. Proceeding from step 7 to step 8, the short-circuit element 9 is controlled in the mode without power factor correction. Note that this corresponds to the operation mode 1 in FIG. Further, in the low load region where the power consumption is 10 to 30% of the allowable power, the process proceeds from step 7 to step 9 to control the short-circuit element 9 in the partial switching mode. Note that this corresponds to the operation mode 2 in FIG. In addition, the amount of power consumption is 30 to the allowable amount of power.
When the intermediate load region is 50%, the process proceeds to step 10 to control the short-circuit element 9 in the high frequency switching mode. Note that this corresponds to the operation mode 3 in FIG.

【0072】なお、ステップ4での判定結果が真の場合
には、ステップ11へ進み整流回路切換用スイッチ8を
オンとし、倍電圧整流モードを選択する。更に、ステッ
プ12へ進み、ステップ1で得た消費電力量が負荷の許
容電力量の70%以上であるかを判断し、その判定結果
が偽となる高負荷領域の場合にはステップ13へ進み、
短絡素子9を部分スイッチングモードにて制御する。な
お、これは図9の運転モード4に相当する。また、ステ
ップ12において、判定結果が真となる極高負荷領域の
場合にはステップ14へ進み、短絡素子9を高周波スイ
ッチングモードにて制御する。なお、これは図9の運転
モード5に相当する。
When the result of the determination in step 4 is true, the process proceeds to step 11 to turn on the rectifier circuit switching switch 8 to select the double voltage rectification mode. Further, the process proceeds to step 12, and it is determined whether the power consumption amount obtained in step 1 is 70% or more of the allowable power amount of the load, and if the determination result is a high load region, the process proceeds to step 13. ,
The short-circuit element 9 is controlled in the partial switching mode. Note that this corresponds to the operation mode 4 in FIG. Further, in step 12, in the case of the extremely high load region where the determination result is true, the process proceeds to step 14 to control the short-circuit element 9 in the high frequency switching mode. Note that this corresponds to the operation mode 5 in FIG.

【0073】なお、前記動作説明において、全波/倍電
圧整流モード及び短絡素子制御モードは消費電力量が負
荷の許容電力量の何パーセントにあたるかによってモー
ド切り換えを行ったが、これは何も前記数値に限定する
ものではなく、運転条件や用途に応じて任意に設定して
良い。また図10ではステップ2からステップ4の次の
ステップ5とステップ11までをステップ1の後に置く
という、整流回路切換えを先に行い、その後でステップ
6以下、ステップ12以下の短絡素子を切換える運転を
行う例で説明したが、負荷領域などの条件に応じて短絡
素子切換えを先に行い、その後で整流回路切換えを行っ
ても結果的には同一の動作や効果が得られる。または整
流回路切換えスイッチの有無にかかわらず、すなわち整
流回路がどのような構成であろうと、あるいは直流電圧
の大小に関係無く、負荷の電力に応じて、あるいは電動
機の回転数などに応じて短絡素子を切換える運転だけで
も良いことは当然である。
In the above description of the operation, the full-wave / double voltage rectification mode and the short-circuit element control mode are switched depending on the percentage of the allowable power consumption of the load. It is not limited to the numerical value, and may be set arbitrarily according to the operating conditions and the application. Further, in FIG. 10, the rectifying circuit switching is performed first, that is, the steps 5 to 11 following the steps 2 to 4 are placed after the step 1, and then the operation of switching the short-circuit elements of the steps 6 and below and the steps 12 and below is performed. Although the example has been described, the same operation and effect can be obtained even if the short-circuit element switching is performed first according to the conditions such as the load region and then the rectifying circuit switching is performed. Also, regardless of the presence or absence of a rectifier circuit changeover switch, that is, regardless of the configuration of the rectifier circuit, or regardless of the magnitude of the DC voltage, a short-circuit element depending on the power of the load or the rotation speed of the motor. It goes without saying that it is sufficient to drive only by switching.

【0074】前記の如く本発明では、直流出力電圧の低
下量及び高調波発生量が最も多くなる極高負荷領域(図
9の運転モード5)では、昇圧能力及び高調波抑制能力
が高い倍電圧整流モード/高周波スイッチングモードに
て運転する為、直流出力電圧不足による負荷の不安定動
作を回避でき、負荷の選択幅を広げることができる。ま
た、高調波規制をクリアする為のリアクトル2のインダ
クタンス値を小さな値に選択でき、回路の小型化、低コ
スト化、及び高効率化を計れる。また、小さなインダク
タンス値のリアクトルにて運転モード1〜5の一連の動
作を行う為、直流出力電圧の昇圧をあまり必要としない
運転モード2或いは4では、部分スイッチングモードに
て制御される短絡素子9の短絡時のリアクトル蓄積エネ
ルギー(1/2LI)を小さくでき、それ故、力率を
改善しつつ直流出力電圧の昇圧量を微少に抑えることが
でき、低負荷時の交直変換効率を改善することができ
る。
As described above, according to the present invention, in the extremely high load region (operating mode 5 in FIG. 9) in which the amount of decrease in the DC output voltage and the amount of generated harmonics are the largest, the voltage doubler with high boosting capability and higher harmonic suppressing capability is obtained. Since the operation is performed in the rectification mode / high-frequency switching mode, unstable operation of the load due to insufficient DC output voltage can be avoided, and the range of load selection can be expanded. Further, the inductance value of the reactor 2 for clearing the harmonic regulation can be selected to be a small value, and the circuit can be downsized, the cost can be reduced, and the efficiency can be improved. In addition, since the series of operations of the operation modes 1 to 5 is performed with the reactor having a small inductance value, the short circuit element 9 controlled in the partial switching mode is used in the operation mode 2 or 4 in which the boosting of the DC output voltage is not required so much. The reactor stored energy (1 / 2LI 2 ) at the time of short-circuit can be reduced, and therefore, the boost amount of the DC output voltage can be suppressed to a minute while improving the power factor, and the AC-DC conversion efficiency at low load is improved. be able to.

【0075】また、前記システムの一連の運転モード
は、何もこれに限るものではなく、例えば、運転モード
1を省いた運転モード構成、或いは、運転モード3を省
いた運転モード構成、或いは、運転モード4を省いた運
転モード構成等負荷によりあるいは所望する運転条件に
より自由に選択でき、そのような使用条件でもでも同様
の効果が得られる。
Further, the series of operation modes of the system is not limited to this, and for example, the operation mode configuration omitting the operation mode 1 or the operation mode configuration excluding the operation mode 3 or the operation mode It can be freely selected according to the load such as the operation mode configuration excluding the mode 4 or desired operation conditions, and the same effect can be obtained even under such use conditions.

【0076】また、本発明では、負荷を制御する負荷制
御手段15をコントローラ10の内部に設けたが、コン
トローラ10の外部に別に設けても良く、この場合も負
荷の消費電力に応じた直流出力電圧指令値Vdcを負
荷制御手段15からコントローラ10へ入力する構成と
することで同様の効果が得られる。
Further, in the present invention, the load control means 15 for controlling the load is provided inside the controller 10. However, it may be provided outside the controller 10. In this case as well, a DC output according to the power consumption of the load is provided. The same effect can be obtained by configuring the voltage command value Vdc * to be input from the load control means 15 to the controller 10.

【0077】また、本発明では、負荷の消費電力に応じ
て動作説明を行ったが、負荷状態を判別できるものであ
れば何でも良く、例えば、入力電流や直流出力電圧に応
じて運転モードを切り換えてもあるいは負荷の運転モー
ドなどで切換えても同様の効果が得られる。
Further, in the present invention, the operation has been described according to the power consumption of the load, but any operation can be used as long as it can determine the load state. For example, the operation mode is switched according to the input current or the DC output voltage. Alternatively, the same effect can be obtained by switching the operation mode of the load.

【0078】なお、参考までに、現在検討されている高
調波に関する国内規制クラスA(2004年〜)を図1
1に示す。図11において、nは高調波次数、Vnom
は機器の定格電圧を示し、40次までの高調波に対して
規制が設けられている。なお、表中の[×(230/V
nom)]の計算値は、Vnomが220V、230
V、240Vの電源系統以外の電圧の場合に適用する。
220−240Vの電圧に対してはこの表をそのまま使
用すれば良い。また、図中の「奇数高調波」とは、周波
数が電源系統の奇数倍である高調波を指し、同様に、
「偶数高調波」とは、周波数が電源系統の偶数倍である
高調波を指す。図より、例えば、定格100V機器の3
次高調波の規制値は、2.30×(230/100)=
5.29A、として求まる。この規制値を従来技術にて
満たそうとした場合、リアクトル2が大型化してしま
い、効率悪化、高コスト化、装置の大型化の要因とな
る。
For reference, the domestic regulatory class A (2004-) on harmonics currently under consideration is shown in FIG.
Shown in 1. In FIG. 11, n is the harmonic order, V nom
Indicates the rated voltage of the device, and restrictions are set for harmonics up to the 40th order. In addition, [× (230 / V
nom ]], V nom is 220V, 230
This applies when the voltage is other than the V or 240V power supply system.
For a voltage of 220-240V, this table can be used as it is. Further, "odd harmonics" in the figure refers to harmonics whose frequency is an odd multiple of the power system, and similarly,
"Even harmonics" refers to harmonics whose frequencies are even multiples of the power system. From the figure, for example, 3 of 100V rated equipment
The regulation value of the second harmonic is 2.30 x (230/100) =
It is calculated as 5.29A. If it is attempted to satisfy this regulation value by the conventional technique, the reactor 2 becomes large in size, which causes deterioration of efficiency, increase in cost, and increase in size of the device.

【0079】図1の回路構成と図6の回路構成との違い
は、整流器3の整流モードとして、全波整流モードと倍
電圧整流モードを選択できるように、整流器3の直流側
に互いに直列接続された倍電圧整流用コンデンサ4及び
5を設け、前記倍電圧整流用コンデンサ4及び5の相互
接続点を整流回路切換用スイッチ8を介して整流器3の
交流側に接続した点で、図6の回路では負荷の所望する
直流出力電圧値に応じて整流モードを切り換えられるこ
とであり、これにより、直流出力電圧を幅広い領域に渡
って安定且つ高効率に、出力可能となる。
The difference between the circuit configuration of FIG. 1 and the circuit configuration of FIG. 6 is that the rectifier 3 is connected in series with the DC side of the rectifier 3 so that the full-wave rectification mode and the voltage doubler rectification mode can be selected. 6 in that the double voltage rectifying capacitors 4 and 5 are provided, and the interconnection point of the double voltage rectifying capacitors 4 and 5 is connected to the AC side of the rectifier 3 via the rectifier circuit switching switch 8. In the circuit, the rectification mode can be switched according to the desired DC output voltage value of the load, which allows the DC output voltage to be output stably and efficiently over a wide range.

【0080】図12は本発明の別の構成を示す回路構成
図である。図12において、図1他と対応する部分には
同一符号を付し、その重複説明を省略する。図12は図
1他における双方向通電性の短絡素子9を、例えば、I
GBT又はバイポーラトランジスタ又はMOSFET等
の半導体素子を用いた1対のスイッチング素子20a及
び20bを整流器3の1相に並列接続させて、代替させ
たものである。図12において、20a及び20bは図
1他での短絡素子9を代替する1対のスイッチング素子
であって、これらのスイッチング素子20a、20b
は、それぞれ整流回路3のダイオード3a、3cに並列
接続され、そのゲートにコントローラ10からの制御信
号が印加されるように成されている。また、19は、整
流器3と倍電圧コンデンサ4〜5との間に挿入された逆
流防止用整流素子であり、スイッチング素子20a、2
0bの短絡動作に伴う、倍電圧整流用コンデンサ4〜5
或いは平滑コンデンサ6から整流器3側への逆流を防止
する為のものである。
FIG. 12 is a circuit diagram showing another structure of the present invention. In FIG. 12, parts corresponding to those in FIG. 1 and the like are designated by the same reference numerals, and duplicate description thereof will be omitted. FIG. 12 shows the bidirectionally conductive short-circuit element 9 in FIG.
A pair of switching elements 20a and 20b using a semiconductor element such as a GBT, a bipolar transistor or a MOSFET is connected in parallel to one phase of the rectifier 3 to substitute it. In FIG. 12, 20a and 20b are a pair of switching elements substituting for the short-circuit element 9 in FIG. 1 and others, and these switching elements 20a, 20b.
Are respectively connected in parallel to the diodes 3a and 3c of the rectifier circuit 3, and the control signal from the controller 10 is applied to the gates thereof. Further, 19 is a backflow preventing rectifying element inserted between the rectifier 3 and the voltage doubling capacitors 4 to 5, and is a switching element 20a, 2
Double voltage rectification capacitors 4 to 5 due to short circuit operation of 0b
Alternatively, it is for preventing backflow from the smoothing capacitor 6 to the rectifier 3 side.

【0081】次に、動作について説明する。まず、コン
トローラ10の電源電圧検出手段11により交流電源1
の電圧極性を検出する。このとき、交流電源1の一方の
端子aの電位が他方の端子bの電位よりも高い(この状
態を正極性とし、これと逆の状態を負極性とする)場合
には、コントローラ10の制御手段14は、スイッチン
グ素子20aをオフに制御し、スイッチング素子20b
のみのスイッチング動作を許可する。また、交流電源1
の電圧極性が負極性の場合には、コントローラ10は、
スイッチング素子20bをオフに制御し、スイッチング
素子20aのみのスイッチング動作を許可する。ここ
で、スイッチングの形態は先に説明したと同様、力率改
善無しモード、部分スイッチングモード、高周波スイッ
チングモードにより行われるものとする。
Next, the operation will be described. First, the AC power supply 1 is detected by the power supply voltage detection means 11 of the controller 10.
The voltage polarity of is detected. At this time, if the potential of one terminal a of the AC power supply 1 is higher than the potential of the other terminal b (this state is a positive polarity and the opposite state is a negative polarity), the control of the controller 10 is performed. The means 14 controls the switching element 20a to be turned off and the switching element 20b.
Allow only switching operation. Also, AC power supply 1
When the voltage polarity of is negative, the controller 10
The switching element 20b is controlled to be turned off, and the switching operation of only the switching element 20a is permitted. Here, the switching mode is assumed to be performed in the power factor no-correction mode, the partial switching mode, or the high frequency switching mode, as described above.

【0082】図1や図6の構成と図12の構成との効果
の差異は、スイッチング素子20a、20bをオンとし
たときの電流径路の素子数が減らせ、スイッチング素子
オン時の損失を低減できることにある。但し、スイッチ
ング素子20a、20bをオフとしたときは電流径路の
素子数が図1などよりも増加する。その為、スイッチン
グ素子20a又は20bのオン時間が長くなるような動
作条件において、本回路構成の方が図1などの構成より
も高い変換効率となる。
The difference in effect between the configurations of FIGS. 1 and 6 and the configuration of FIG. 12 is that the number of elements in the current path when the switching elements 20a and 20b are turned on can be reduced and the loss when the switching elements are turned on can be reduced. It is in. However, when the switching elements 20a and 20b are turned off, the number of elements in the current path increases more than in FIG. Therefore, under the operating condition in which the ON time of the switching element 20a or 20b becomes long, the circuit configuration has higher conversion efficiency than the configuration shown in FIG.

【0083】図13は本発明の別の回路構成を示す回路
構成図である。図13において、図1他と対応する部分
には同一符号を付し、その重複説明を省略する。本回路
構成は、例えば、IGBT又はバイポーラトランジスタ
又はMOSFET等のスイッチング素子20a’及び2
0b’を、整流器3の交流入力端子と直流出力端子の低
電圧側の間に接続させて、前記図1他における双方向通
電性の短絡素子9を代替させたものである。図13にお
いて、20a’及び20b’は図1他の短絡素子9を代
替する1対のスイッチング素子であって、これらのスイ
ッチング素子20a’、20b’は、それぞれ整流回路
3のダイオード3c、3dに並列接続され、そのゲート
にコントローラ10からの制御信号が印加されるように
成されている。また、19’は、整流器3と倍電圧コン
デンサ4との間、スイッチング素子20a’、20b’
と倍電圧コンデンサ5との間に挿入された逆流防止用整
流素子であり、スイッチング素子20a’、20b’の
短絡動作に伴う、倍電圧整流用コンデンサ4−5の短絡
を防止する為のものである。但し整流器3のうち少なく
とも3aを、優れた電流遮断特性を示す高速リカバリー
ダイオードで構成した場合、整流器3と倍電圧コンデン
サ4との間に設けた逆流防止用整流素子19’は省略す
ることが出来る。
FIG. 13 is a circuit diagram showing another circuit configuration of the present invention. In FIG. 13, parts corresponding to those in FIG. 1 and the like are designated by the same reference numerals, and duplicate description thereof will be omitted. This circuit configuration is, for example, a switching element 20a ′ and 2 such as an IGBT or a bipolar transistor or a MOSFET.
0b 'is connected between the AC input terminal and the DC output terminal of the rectifier 3 on the low voltage side to replace the bidirectional conducting short-circuit element 9 in FIG. 1 and others. In FIG. 13, reference numerals 20a ′ and 20b ′ are a pair of switching elements substituting for the short-circuit element 9 of FIG. 1, and these switching elements 20a ′ and 20b ′ are connected to the diodes 3c and 3d of the rectifier circuit 3, respectively. They are connected in parallel, and a control signal from the controller 10 is applied to their gates. Further, 19 'is a switching element 20a', 20b 'between the rectifier 3 and the voltage doubler capacitor 4.
Is a backflow preventing rectifier element inserted between the double voltage capacitor 5 and the double voltage capacitor 5, and is for preventing short circuit of the double voltage capacitor 4-5 due to the short-circuit operation of the switching elements 20a ', 20b'. is there. However, when at least 3a of the rectifier 3 is composed of a high-speed recovery diode exhibiting excellent current cutoff characteristics, the backflow prevention rectifying element 19 ′ provided between the rectifier 3 and the voltage doubler capacitor 4 can be omitted. .

【0084】次に、動作について説明する。まず、コン
トローラ10により交流電源1の電圧極性を検出する。
このとき、交流電源1の一方の端子aの電位が他方の端
子bの電位よりも高い(この状態を正極性とし、これと
逆の状態を負極性とする)場合には、コントローラ10
は、スイッチング素子20a’をオフに制御し、スイッ
チング素子20b’のみのスイッチング動作を許可す
る。また、交流電源1の電圧極性が負極性の場合には、
コントローラ10は、スイッチング素子20b’をオフ
に制御し、スイッチング素子20a’のみのスイッチン
グ動作を許可する。ここで、スイッチングの形態は前記
説明と同様、力率改善無しモード、部分スイッチングモ
ード、高周波スイッチングモードにより行われるものと
する。
Next, the operation will be described. First, the controller 10 detects the voltage polarity of the AC power supply 1.
At this time, if the potential of one terminal a of the AC power supply 1 is higher than the potential of the other terminal b (this state is the positive polarity and the opposite state is the negative polarity), the controller 10
Controls the switching element 20a 'to be off and permits the switching operation of only the switching element 20b'. When the voltage polarity of the AC power supply 1 is negative,
The controller 10 controls the switching element 20b 'to be off, and permits the switching operation of only the switching element 20a'. Here, it is assumed that the switching is performed in the power factor no-correction mode, the partial switching mode, or the high frequency switching mode, as in the above description.

【0085】図13の構成における図12の回路構成と
の効果の差異は、整流素子3aを高速リカバリーダイオ
ードで構成し、倍電圧コンデンサ4と整流器3との間に
設けた逆流防止用整流素子19’を省略する構成とする
ことで、スイッチング素子20a、20bをオンとした
ときに倍電圧整流用コンデンサ4、5が短絡するのを防
止する為に設けた逆流防止用整流素子19の個数を低減
できることにある。
The difference of the effect of the configuration of FIG. 13 from the circuit configuration of FIG. 12 is that the rectifying element 3a is composed of a high speed recovery diode, and the backflow preventing rectifying element 19 provided between the voltage doubler capacitor 4 and the rectifier 3 is provided. By omitting the ', the number of backflow preventing rectifying elements 19 provided to prevent the voltage doubler rectifying capacitors 4 and 5 from being short-circuited when the switching elements 20a and 20b are turned on is reduced. There is something you can do.

【0086】また、本発明では、図12や図13の如く
交流側にリアクトルを設ける構成の例を説明したが、図
14のように、リアクトル2を整流器3の直流側に配置
しても同様の回路動作及び効果が得られる。更に、図に
は示さないが、リアクトルを介して交流電源を短絡し、
力率改善を行う回路なら、リアクトル及び短絡素子を整
流器の交流側、直流側のどちらに設けようが、負荷の所
望する直流出力電圧指令値Vdcに応じて、短絡素子
の動作パターンを高周波スイッチングモードと部分スイ
ッチングモードとに切り換えることで、先に述べたよう
な効果を得ることができる。
Further, in the present invention, the example of the structure in which the reactor is provided on the AC side as shown in FIGS. 12 and 13 has been described, but the same applies when the reactor 2 is arranged on the DC side of the rectifier 3 as shown in FIG. The circuit operation and effect of are obtained. Furthermore, although not shown in the figure, the AC power supply is short-circuited via the reactor,
In the case of a circuit that improves power factor, whether the reactor and the short-circuit element are provided on the AC side or the DC side of the rectifier, the operation pattern of the short-circuit element is switched at high frequency according to the DC output voltage command value Vdc * desired by the load. By switching between the mode and the partial switching mode, the effects as described above can be obtained.

【0087】図15は本発明の別の構成を示す回路構成
図である。同図において、図1他と対応する部分には同
一符号を付し、その重複説明を省略する。図において、
21は平滑コンデンサ6の両端子間に接続され、その両
端子間に得られる直流電圧を交流電圧に変換するインバ
ータ、22はインバータ21により駆動される電動機、
23はインバータ21を制御するインバータ制御手段で
ある。インバータ制御手段23は、電動機22の回転速
度指令値fが入力され、電動機22の回転速度がこれ
と一致するよう制御信号をインバータ21へ出力する。
この制御信号に基づき、インバータ21は交流電圧を発
生して電動機22を駆動する。
FIG. 15 is a circuit configuration diagram showing another configuration of the present invention. In the figure, parts corresponding to those in FIG. 1 and other parts are designated by the same reference numerals, and duplicate description thereof will be omitted. In the figure,
Reference numeral 21 is an inverter that is connected between both terminals of the smoothing capacitor 6 and that converts a DC voltage obtained between both terminals into an AC voltage; 22 is an electric motor driven by the inverter 21;
Reference numeral 23 is an inverter control means for controlling the inverter 21. The inverter control means 23 receives the rotation speed command value f * of the electric motor 22 and outputs a control signal to the inverter 21 so that the rotation speed of the electric motor 22 matches this.
Based on this control signal, the inverter 21 generates an AC voltage and drives the electric motor 22.

【0088】図15の構成と先に述べた構成における差
異は、負荷7として、インバータ制御手段23により制
御されるインバータ21を介して電動機22を接続した
点である。既に説明したように、直流出力電圧指令値V
dcは、負荷の消費電力量、或いは、直流出力電圧情
報や入力電流情報に応じて生成されるとしたが、本構成
では、電動機22の出力は回転数に比例する為、負荷の
消費電力量は、電動機22の回転速度指令値fにより
代用できる。
The difference between the configuration of FIG. 15 and the configuration described above is that the electric motor 22 is connected as the load 7 via the inverter 21 controlled by the inverter control means 23. As described above, the DC output voltage command value V
It is assumed that dc * is generated according to the power consumption of the load or the DC output voltage information and the input current information. However, in this configuration, the output of the electric motor 22 is proportional to the rotation speed, and therefore the power consumption of the load is reduced. The amount can be substituted by the rotation speed command value f * of the electric motor 22.

【0089】また、力率改善回路の負荷の消費電力量を
電動機22の回転速度指令値fにより代用しない場合
でも、インバータ制御手段23内部の設定値を用いるこ
とで、力率改善回路の負荷の消費電力量を推測すること
は可能である。例えば、電動機22に印加する電圧指令
値でも同等効果を有する。また、電動機22の相電流を
検出するような構成であれば相電流値でも良く、負荷の
消費電力量はインバータ制御手段23から容易に得られ
る。
Even when the power consumption of the load of the power factor correction circuit is not substituted by the rotation speed command value f * of the electric motor 22, the load of the power factor correction circuit is set by using the set value in the inverter control means 23. It is possible to estimate the power consumption of. For example, a voltage command value applied to the electric motor 22 has the same effect. Further, the phase current value may be used as long as it is configured to detect the phase current of the electric motor 22, and the power consumption of the load can be easily obtained from the inverter control means 23.

【0090】以上のように、力率改善回路の負荷がイン
バータである場合、その動作指令値等の設定値から負荷
の消費電力量を容易に推測でき、この負荷の消費電力量
に適する直流出力電圧指令値Vdcに基づき直流出力
電圧を制御すると共に入力電流に含まれる高調波成分を
抑制する為、不要に直流出力電圧を昇圧することがな
く、リアクトルの鉄損と共に電動機鉄損も低減でき、高
効率な駆動装置が得られる。また、回路損失が低減でき
る分、電動機の出力を大きくできる為、電動機の最大回
転数を高くすることができる。
As described above, when the load of the power factor correction circuit is the inverter, the power consumption of the load can be easily estimated from the set value such as the operation command value, and the DC output suitable for the power consumption of the load can be obtained. Since the DC output voltage is controlled based on the voltage command value Vdc * and the harmonic components contained in the input current are suppressed, the DC output voltage is not boosted unnecessarily, and the iron loss of the motor as well as the iron loss of the reactor can be reduced. A highly efficient drive device can be obtained. Further, since the circuit loss can be reduced, the output of the electric motor can be increased, so that the maximum rotation speed of the electric motor can be increased.

【0091】図16は本発明の別の構成を示す回路構成
図である。図16において、図1他と対応する部分には
同一符号を付し、その重複説明を省略する。図16にお
いて、24は平滑コンデンサ6の両端子間に接続され、
その両端子間に得られる直流電圧により駆動される直流
電動機である。本構成の例は、実質的に前記図15のイ
ンバータ及び電動機を直流電動機に置換した形態に相当
する。この場合も、負荷の消費電力量は、直流電動機2
4の回転速度指令値fにより代用でき、前述の通り、
負荷の消費電力量に適する値に直流出力電圧を制御する
と共に入力電流に含まれる高調波成分を抑制する為、リ
アクトルの鉄損と共に電動機鉄損も低減でき、高効率な
電動機駆動装置が得られる。このように直接直流電動機
を駆動する電力供給装置のリアクトルの小型化などによ
り電源及び電動機の組合せを自由に選ぶことが出来、効
率が最も良い装置を選択できる。
FIG. 16 is a circuit diagram showing another structure of the present invention. 16, parts corresponding to those in FIG. 1 and the like are designated by the same reference numerals, and duplicate description thereof will be omitted. In FIG. 16, 24 is connected between both terminals of the smoothing capacitor 6,
It is a DC motor driven by a DC voltage obtained between both terminals. The example of this configuration substantially corresponds to a form in which the inverter and the electric motor of FIG. 15 are replaced with a DC electric motor. Also in this case, the power consumption of the load is the DC motor 2
4 can be substituted by the rotational speed command value f ※, as described above,
Since the DC output voltage is controlled to a value suitable for the power consumption of the load and the harmonic components contained in the input current are suppressed, the iron loss of the motor as well as the iron loss of the reactor can be reduced, and a highly efficient motor drive device can be obtained. . As described above, by downsizing the reactor of the power supply device that directly drives the DC motor, the combination of the power source and the motor can be freely selected, and the device with the highest efficiency can be selected.

【0092】上記回路構成の説明で入力電力は電源電圧
検出手段11と入力電流検出手段12から得られる。負
荷消費電力、負荷がモーターの場合の回転数、負荷電
流、インバータのスイッチングデューティなどの負荷情
報は負荷制御手段15から得られる。このように本発明
は図1、図6他の構成により、入力電流に含まれる高調
波成分を抑制すると共に、高調波発生量が多くなる高負
荷側においても、リアクトルを大きくせずとも充分な高
調波抑制能力及び昇圧能力を有する交直変換効率の高い
力率改善回路を得ることが出来る。
In the above description of the circuit configuration, the input power is obtained from the power supply voltage detecting means 11 and the input current detecting means 12. Load information such as load power consumption, rotation speed when the load is a motor, load current, and switching duty of the inverter is obtained from the load control means 15. As described above, according to the present invention, the harmonic components contained in the input current are suppressed by the configurations of FIG. 1 and FIG. 6 and the like, and even on the high load side where the amount of generated harmonics is large, it is sufficient without increasing the reactor. It is possible to obtain a power factor correction circuit having high harmonic suppression capability and boosting capability and high AC / DC conversion efficiency.

【0093】本発明の回路構成による力率改善回路は、
交流電源にその一端が接続されたリアクトルと、このリ
アクトルを介して交流電源を短絡/開放する双方向通電
性の短絡素子と、短絡素子の両端電圧を整流し直流に変
換する整流器と、整流器を倍電圧整流モードにて整流す
る倍電圧整流用コンデンサと、整流器を全波整流モード
と倍電圧整流モードとに切り換える整流回路切換用スイ
ッチと、整流器の出力を平滑化し負荷に電力を供給する
平滑コンデンサと、平滑コンデンサの両端子間に接続さ
れた負荷状態に応じて整流回路切換用スイッチを全波整
流モード或いは倍電圧整流モードに制御すると共に、短
絡素子を、短絡動作を行わない力率改善無しモード或い
は短絡動作を電流オープンループ制御にて電源半周期に
1回もしくは複数回行う部分スイッチングモード或いは
短絡動作を電流フィードバックループにて高周波で行う
高周波スイッチングモードのいずれかのモードにて制御
するコントローラと、を備えたので、軽負荷から重負荷
に渡って電源力率を改善すること、且つ、幅広い直流出
力電圧を安定且つ効率的に供給することができる力率改
善回路を実現でき、更に、高い昇圧能力及び高調波抑制
能力を有する為、リアクトルを小型化でき、回路の小型
化及び低コスト化を実現できる。
The power factor correction circuit according to the circuit configuration of the present invention is
A reactor whose one end is connected to an AC power supply, a bidirectional short-circuit element that short-circuits / opens the AC power supply through this reactor, a rectifier that rectifies the voltage across the short-circuit element and converts it to DC, and a rectifier. Double voltage rectification capacitor that rectifies in the double voltage rectification mode, rectifier circuit switch that switches the rectifier between full-wave rectification mode and double voltage rectification mode, and a smoothing capacitor that smoothes the output of the rectifier and supplies power to the load. And the rectifier circuit switching switch is controlled to the full-wave rectification mode or the voltage doubler rectification mode according to the load state connected between both terminals of the smoothing capacitor, and the short-circuit element is not short-circuited. Mode or short-circuit operation is performed by current open loop control once or more times in a half cycle of the power supply. With a controller that controls in any of the high-frequency switching modes that perform high-frequency in the feedback loop, it is possible to improve the power supply power factor from light loads to heavy loads and stabilize a wide range of DC output voltage. In addition, a power factor correction circuit that can be efficiently supplied can be realized, and further, since the booster capability and the harmonic suppression capability are provided, the reactor can be downsized, and the circuit size and cost can be reduced.

【0094】本発明の回路構成による力率改善回路は、
交流電源にその一端が接続されたリアクトルと、リアク
トルを介して交流電源を短絡/開放する双方向通電性の
短絡素子と、短絡素子の両端電圧を整流し直流に変換す
る整流器と、整流器を倍電圧整流モードにて整流すると
共に前記整流器の出力を平滑化し負荷に電力を供給する
倍電圧整流用コンデンサと、整流器を全波整流モードと
倍電圧整流モードとに切り換える整流回路切換用スイッ
チと、倍電圧整流用コンデンサの上下段端子間に接続さ
れた負荷状態に応じて整流回路切換用スイッチを全波整
流モード或いは倍電圧整流モードに制御すると共に、短
絡素子を、短絡動作を行わない力率改善無しモード或い
は短絡動作を電流オープンループ制御にて電源半周期に
1回もしくは複数回行う部分スイッチングモード或いは
短絡動作を電流フィードバック制御にて高周波で行う高
周波スイッチングモードのいずれかのモードにて制御す
るコントローラと、を備えたので、平滑コンデンサを別
途設ける必要がなく、回路の低コスト化を実現できる。
また、軽負荷から重負荷に渡って電源力率を改善し、高
い昇圧能力及び高調波抑制能力を有する高効率な力率改
善回路を実現できる。
The power factor correction circuit according to the circuit configuration of the present invention is
A reactor whose one end is connected to an AC power supply, a bidirectional short-circuit element that short-circuits / opens the AC power supply via the reactor, a rectifier that rectifies the voltage across the short-circuit element and converts it to DC, and a rectifier A voltage doubler rectifier that rectifies the voltage in the voltage rectifier mode and smoothes the output of the rectifier to supply power to the load; a rectifier circuit switch that switches the rectifier between a full-wave rectifier mode and a voltage doubler rectifier mode; Depending on the load state connected between the upper and lower terminals of the voltage rectifying capacitor, the rectifier circuit switching switch is controlled to the full-wave rectification mode or the double voltage rectification mode, and the short-circuit element is not short-circuited. No switching mode or short-circuit operation is performed by current open-loop control once or multiple times in a half cycle of the power supply. A controller for controlling at any mode of high-frequency switching mode of performing at a high frequency in readback control, since with a, there is no need to separately provide a smoothing capacitor, low cost can be realized in the circuit.
Further, it is possible to improve the power factor of the power source from light load to heavy load, and to realize a highly efficient power factor correction circuit having high boosting capability and harmonic suppression capability.

【0095】本発明の構成による力率改善回路の整流器
を構成する4つの整流素子は、そのうち2つは高速リカ
バリーダイオードで構成するので、短絡素子動作の高周
波化を実現できる。
Since four of the four rectifying elements which constitute the rectifier of the power factor correction circuit according to the present invention are constituted by the high speed recovery diodes, the high frequency operation of the short-circuit element can be realized.

【0096】本発明のコントローラは、整流回路切換用
スイッチの切換判断基準として2つの異なるしきい値を
設け、値の大きい方を整流回路切換用スイッチのターン
オン用、小さい方をターンオフ用とし、これに基づいて
前記整流回路切換用スイッチを制御するので、しきい値
近傍での負荷変動時の整流回路切換用スイッチのチャタ
リングを防止でき、システムの信頼性及び素子寿命を向
上できる。
In the controller of the present invention, two different thresholds are provided as the switching judgment criteria of the rectifying circuit switching switch, the larger value is used for turning on the rectifying circuit switching switch, and the smaller value is used for turning off. Since the rectifying circuit switching switch is controlled based on the above, it is possible to prevent chattering of the rectifying circuit switching switch when the load changes in the vicinity of the threshold value, and it is possible to improve system reliability and device life.

【0097】また短絡素子を、負荷が軽く直流出力電圧
をほとんど昇圧する必要がない場合には電流オープンル
ープ制御である部分スイッチングモード、負荷が重く高
い昇圧比にて直流出力電圧を出力する必要がある場合に
は電流フィードバック制御である高周波スイッチングモ
ード、に制御するので、軽負荷時にも電源力率を改善
し、重負荷時にも高い昇圧能力及び高調波抑制能力を有
する高効率な力率改善回路を実現できる。
When the load of the short-circuit element is light and there is almost no need to boost the DC output voltage, it is necessary to output the DC output voltage at the partial switching mode which is the current open loop control and the load is heavy and the boost ratio is high. In some cases, the high-frequency switching mode, which is the current feedback control, is used for control, so the power supply power factor is improved even at light loads, and a highly efficient power factor correction circuit with high boosting capability and harmonic suppression capability even at heavy loads. Can be realized.

【0098】また整流回路切換用スイッチを全波整流モ
ードから倍電圧整流モードに切り換える場合、力率改善
回路の直流出力電圧が倍電圧整流モードに切り換えた後
に得られる電圧値或いは予め設定した全波整流モードで
の直流出力電圧最大値となるように、前記短絡素子を制
御するので、全波整流から倍電圧整流へ切り換える際の
電圧変動を抑制することができる。
When the rectifier circuit switching switch is switched from the full-wave rectification mode to the voltage doubler rectification mode, the voltage value obtained after the DC output voltage of the power factor correction circuit is switched to the voltage doubler rectification mode or a preset full-wave voltage. Since the short-circuit element is controlled so as to have the maximum DC output voltage in the rectification mode, it is possible to suppress voltage fluctuation when switching from full-wave rectification to double-voltage rectification.

【0099】また整流回路切換用スイッチを倍電圧整流
モードから全波整流モードに切り換える場合、全波整流
モードに切り換えた後の力率改善回路の直流出力電圧値
が切り換える前の倍電圧整流モードでの電圧値となるよ
うに、短絡素子を制御するので、倍電圧整流から全波整
流へ切り換える際の電圧変動を抑制することができる。
When the rectifier circuit switching switch is switched from the double voltage rectification mode to the full-wave rectification mode, the DC output voltage value of the power factor correction circuit after switching to the full-wave rectification mode is in the double-voltage rectification mode before switching. Since the short-circuit element is controlled so that the voltage value becomes, the voltage fluctuation when switching from the double voltage rectification to the full-wave rectification can be suppressed.

【0100】また電源力率が上昇するように整流回路切
換用スイッチ及び短絡素子を制御するので、最大出力電
力を向上することができ、且つその状態における交直変
換効率を最大に制御することができる。
Further, since the rectifier circuit changeover switch and the short-circuit element are controlled so that the power source power factor rises, the maximum output power can be improved and the AC-DC conversion efficiency in that state can be maximized. .

【0101】また入力電流に含まれる高調波成分を低減
させるように整流回路切換用スイッチ及び短絡素子を制
御するので、電源高調波を抑制することができ、且つそ
の状態における交直変換効率を最大に制御することがで
きる。
Further, since the rectifier circuit switching switch and the short-circuit element are controlled so as to reduce the harmonic component contained in the input current, the power source harmonic can be suppressed and the AC-DC conversion efficiency in that state can be maximized. Can be controlled.

【0102】また直流出力電圧を負荷の要する電圧値に
近づけるように整流回路切換用スイッチ及び短絡素子を
制御するので、直流出力電圧を所望の値に制御でき、不
要な昇圧に伴う回路効率の低下を抑制することができ
る。
Further, since the rectifier circuit changeover switch and the short-circuit element are controlled so that the DC output voltage approaches the voltage value required by the load, the DC output voltage can be controlled to a desired value and the circuit efficiency is lowered due to unnecessary boosting. Can be suppressed.

【0103】本発明の構成による力率改善回路の負荷
は、インバータ及び電動機であり、コントローラは、整
流回路切換用スイッチを、電動機の回転速度指令値が小
さい場合には全波整流モード、大きい場合には倍電圧整
流モードに制御し、また、短絡素子を、電動機の回転速
度指令値が小さく電動機駆動の為に直流電圧の昇圧をほ
とんど必要としない場合には電流オープンループ制御で
ある部分スイッチングモード、回転速度指令値が大きく
電動機駆動の為に高い昇圧比にて直流電圧を出力する必
要がある場合には電流フィードバック制御である高周波
スイッチングモードにて制御するので、力率改善回路及
び負荷であるインバータの回路効率を最大に制御するこ
とができ、また、電動機仕様の選択幅を広げ、電動機の
最大回転速度を上げることができる。
The load of the power factor correction circuit according to the configuration of the present invention is the inverter and the electric motor, and the controller controls the rectifier circuit changeover switch to be the full-wave rectification mode when the rotation speed command value of the electric motor is small and the load when the rotation speed command value of the motor is large. Is controlled in the double voltage rectification mode, and the short-circuit element is a current open loop control partial switching mode when the rotation speed command value of the motor is small and almost no boosting of the DC voltage is required to drive the motor. When the rotation speed command value is large and it is necessary to output the DC voltage at a high step-up ratio for driving the motor, the high-frequency switching mode that is the current feedback control is used to control the power factor correction circuit and load. It is possible to control the circuit efficiency of the inverter to the maximum, expand the selection range of the motor specifications, and increase the maximum rotation speed of the motor. It is possible.

【0104】本発明の構成による力率改善回路の負荷
は、直流電動機であり、コントローラは、整流回路切換
用スイッチを、直流電動機の回転速度指令値が小さい場
合には全波整流モード、大きい場合には倍電圧整流モー
ドに制御し、また、短絡素子を、直流電動機の回転速度
指令値が小さく直流電動機駆動の為に直流電圧の昇圧を
ほとんど必要としない場合には電流オープンループ制御
である部分スイッチングモード、回転速度指令値が大き
く直流電動機駆動の為に高い昇圧比にて直流電圧を出力
する必要がある場合には電流フィードバック制御である
高周波スイッチングモードにて制御するので、力率改善
回路及び負荷である直流電動機の損失を低減でき、ま
た、直流電動機仕様の選択幅を広げ、電動機の最大回転
速度を上げることができる。
The load of the power factor correction circuit according to the configuration of the present invention is a DC motor, and the controller uses a rectifier circuit changeover switch to set the full-wave rectification mode when the rotation speed command value of the DC motor is small and when it is large. Is controlled in the voltage doubler rectification mode, and the short-circuit element is the current open loop control when the DC motor rotation speed command value is small and almost no boosting of the DC voltage is required to drive the DC motor. Switching mode, when the rotation speed command value is large and it is necessary to output the DC voltage at a high step-up ratio for driving the DC motor, the high-frequency switching mode, which is the current feedback control, is used for control. It is possible to reduce the loss of the DC motor, which is the load, and to expand the selection range of DC motor specifications and increase the maximum rotation speed of the motor. That.

【0105】また短絡素子は、ダイオードブリッジと片
方向通電性の半導体スイッチとを組み合わせて構成され
る双方向通電性短絡素子であるので、安価且つ効果的に
交流電源の短絡動作を実現できる。また短絡素子は、片
方向通電性の半導体スイッチを2個以上互いに逆極性と
なるよう組み合わせて構成される双方向通電性短絡素子
であるので、交流電源の短絡動作の高効率化を実現でき
る。また短絡素子は、リアクトルの一端と整流器の直流
側端子との間に設けられた複数のスイッチング素子であ
るので、素子ストレスを低減でき、素子の長寿命化を実
現できる。
Further, since the short-circuit element is a bidirectional current-conducting short-circuit element formed by combining a diode bridge and a one-way current-conducting semiconductor switch, the short-circuit operation of the AC power supply can be realized inexpensively and effectively. Further, since the short-circuit element is a bidirectional current-conducting short-circuit element configured by combining two or more one-way current-conducting semiconductor switches so as to have mutually opposite polarities, it is possible to realize high efficiency of the short-circuit operation of the AC power supply. Further, since the short-circuit element is a plurality of switching elements provided between one end of the reactor and the DC side terminal of the rectifier, the element stress can be reduced and the life of the element can be extended.

【0106】[0106]

【発明の効果】この発明の請求項1に係る電力供給装置
は、交流電源からの交流を整流し直流に変換する整流器
と、整流器の出力を平滑化し負荷に電力を供給する平滑
手段と、整流器の交流側あるいは直流側に接続されたリ
アクトルと、リアクトルを介して交流電源を短絡あるい
は開放しリアクトルの電磁エネルギー蓄積効果を利用し
て平滑手段の端子間電圧の増減を行う短絡手段と、平滑
手段の端子間に接続された負荷に供給される電力や電流
等の供給情報あるいは負荷からの情報に基づいて短絡手
段の短絡動作を、電源半周期に1回もしくは複数回行う
部分スイッチングモードと高周波で行う高周波スイッチ
ングモードとに切換え可能なコントローラと、を備えた
ので、軽負荷から重負荷の広い負荷の動作範囲に渡り良
好な電源力率を維持した状態で、入力電流に含まれる高
調波成分を抑制でき、電力を効率良く供給できる装置が
得られる。
The power supply device according to claim 1 of the present invention includes a rectifier for rectifying an alternating current from an alternating current power source and converting it into a direct current, a smoothing means for smoothing an output of the rectifier and supplying power to a load, and a rectifier. Of the AC power supply or the DC power supply, and a short-circuit means for short-circuiting or opening the AC power supply via the reactor to increase / decrease the inter-terminal voltage of the smoothing means by utilizing the electromagnetic energy storage effect of the reactor, and a smoothing means. The short-circuiting operation of the short-circuiting means is performed once or several times in a half cycle of the power supply based on the information supplied from the load or the information such as the power or current supplied to the load connected between the terminals Since it has a controller that can switch to the high-frequency switching mode, it maintains a good power supply power factor over a wide load operating range from light loads to heavy loads. In state, it can suppress a harmonic component contained in the input current can be efficiently supplied device is obtained the power.

【0107】この発明の請求項2に係る電力供給装置
は、整流器を全波整流モードと倍電圧整流モードとに切
り換える整流回路切換用スイッチと、を備え、コントロ
ーラは平滑手段の端子間に接続された負荷に供給される
電力や電流等の供給情報あるいは負荷からの情報に基づ
いて整流回路切換用スイッチを全波整流モードあるいは
倍電圧整流モードに制御するので、幅広い直流出力電圧
を安定且つ効率的に供給でき、高い昇圧能力を有する装
置が得られる。
A power supply device according to a second aspect of the present invention comprises a rectifier circuit switching switch for switching the rectifier between a full-wave rectification mode and a voltage doubler rectification mode, and the controller is connected between terminals of the smoothing means. The rectifier circuit changeover switch is controlled in the full-wave rectification mode or the voltage doubler rectification mode based on the information supplied from the load or the power or current supplied to the load. And a device having a high boosting capability can be obtained.

【0108】この発明の請求項3に係る電力供給装置
は、整流器と倍電圧整流用コンデンサとを接続可能にし
て、整流器を全波整流モードと倍電圧整流モードとに切
り換える整流回路切換用スイッチと、を備え、コントロ
ーラは平滑手段の端子間に接続された負荷に供給される
電力や電流等の供給情報あるいは負荷からの情報に基づ
いて整流回路切換用スイッチを全波整流モードあるいは
倍電圧整流モードに制御するので、回路を簡素化した高
い昇圧及び高周波抑制能力を有する装置が得られる。
A power supply device according to a third aspect of the present invention includes a rectifier circuit switching switch that connects a rectifier and a double voltage rectifying capacitor and switches the rectifier between a full-wave rectifying mode and a double voltage rectifying mode. , The controller is configured to set the rectifier circuit switching switch to the full-wave rectification mode or the double-voltage rectification mode on the basis of supply information such as electric power or current supplied to the load connected between the terminals of the smoothing means or information from the load. Therefore, a device having high boosting capability and high frequency suppressing capability with a simplified circuit can be obtained.

【0109】この発明の請求項4に係る電力供給装置の
コントローラは、整流回路切換用スイッチを、負荷が軽
いときには全波整流モード、負荷が重いときには倍電圧
整流モードに制御するので、広い負荷範囲にわたり効率
の良い小型の装置が得られる。
The controller of the power supply apparatus according to the fourth aspect of the present invention controls the rectifier circuit changeover switch to the full-wave rectification mode when the load is light and to the voltage doubler rectification mode when the load is heavy. A compact and efficient device can be obtained.

【0110】この発明の請求項5に係る電力供給装置の
コントローラは、整流回路切換用スイッチの切換判断基
準として2つの異なるしきい値を設け、値の大きい方を
整流回路切換用スイッチのターンオン用、小さい方をタ
ーンオフ用とし、これに基づいて整流回路切換用スイッ
チを制御するので、回路切換え時の安定した動作が可能
で長期的に信頼性の高い装置が得られる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the controller of the power supply device, two different thresholds are provided as the switching judgment reference of the rectifying circuit switching switch, and the larger value is used for turning on the rectifying circuit switching switch. , The smaller one is used for turn-off, and the rectifier circuit switching switch is controlled based on this, so that a stable operation at the time of circuit switching and a highly reliable device in the long term can be obtained.

【0111】この発明の請求項6に係る電力供給装置の
コントローラは、短絡手段を、負荷が軽く直流出力電圧
をほとんど昇圧する必要がない場合には電流オープンル
ープ制御である部分スイッチングモード、負荷が重く高
い昇圧比にて直流出力電圧を出力する必要がある場合に
は電流フィードバック制御である高周波スイッチングモ
ード、に切換えるので、負荷の必要とする電圧を維持し
つつつ、高調波を抑制できる小型の装置が得られる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the controller of the power supply device, the short-circuit means is provided with the partial switching mode which is the current open loop control when the load is light and the DC output voltage need not be almost boosted. When it is necessary to output the DC output voltage with a heavy and high step-up ratio, it switches to the high-frequency switching mode, which is the current feedback control, so that the harmonics can be suppressed while maintaining the voltage required by the load. The device is obtained.

【0112】この発明の請求項7に係る電力供給装置の
コントローラは、整流回路切換用スイッチを全波整流モ
ードから倍電圧整流モードに切り換える場合、整流器か
らの直流出力電圧が倍電圧整流モードに切り換えた後に
得られる電圧値或いは予め設定した最大の全波整流モー
ドでの直流出力電圧値となるように、短絡手段を制御す
るので、整流モード切換え時の電圧変動を抑制でき安定
した動作の信頼性の高い装置が得られる。
In the controller of the power supply apparatus according to the seventh aspect of the present invention, when the rectifier circuit switching switch is switched from the full-wave rectification mode to the voltage doubler rectification mode, the DC output voltage from the rectifier is switched to the voltage doubler rectification mode. Since the short-circuit means is controlled so that the voltage value obtained after the rectification mode is the maximum value or the DC output voltage value in the maximum full-wave rectification mode set in advance, the voltage fluctuation when switching the rectification mode can be suppressed and stable operation reliability can be obtained. Higher equipment can be obtained.

【0113】この発明の請求項8に係る電力供給装置の
コントローラは、整流回路切換用スイッチを倍電圧整流
モードから全波整流モードに切り換える場合、全波整流
モードに切り換えた後の直流出力電圧値が切り換える前
の倍電圧整流モードでの電圧値となるように、短絡手段
を制御するので、整流モード切換え時の電圧変動を抑制
でき安定した動作で力率の良い装置が得られる。
According to the eighth aspect of the present invention, in the controller of the power supply device, when the rectifier circuit switching switch is switched from the double voltage rectification mode to the full-wave rectification mode, the DC output voltage value after switching to the full-wave rectification mode. Since the short-circuit means is controlled so that the voltage value in the voltage doubler rectification mode before switching is set, the voltage fluctuation at the time of switching the rectification mode can be suppressed, and a stable operation with a good power factor can be obtained.

【0114】この発明の請求項9に係る電力供給装置の
コントローラは、電源力率が上昇するように整流回路切
換用スイッチ及び短絡手段を制御するので、最大出力を
向上でき且つ効率の良い装置が得られる。
Since the controller of the power supply device according to the ninth aspect of the present invention controls the rectifier circuit changeover switch and the short-circuit means so that the power supply power factor rises, a device which can improve the maximum output and is efficient is provided. can get.

【0115】この発明の請求項10に係る電力供給装置
のコントローラは、入力電流に含まれる高調波成分を低
減させるように整流回路切換用スイッチ及び短絡手段を
制御するので、高調波抑制能力が高く交直変換効率の高
い装置が得られる。
Since the controller of the power supply apparatus according to the tenth aspect of the present invention controls the rectifying circuit changeover switch and the short-circuit means so as to reduce the harmonic components contained in the input current, the harmonic suppression capability is high. A device with high AC-DC conversion efficiency can be obtained.

【0116】この発明の請求項11に係る電力供給装置
のコントローラは、直流出力電圧を負荷の要する電圧値
に近づけるように整流回路切換用スイッチ及び短絡手段
を制御するので、不要な動作を防止して効率に無駄の無
い装置が得られる。
Since the controller of the power supply apparatus according to the eleventh aspect of the present invention controls the rectifying circuit changeover switch and the short-circuit means so that the DC output voltage approaches the voltage value required by the load, unnecessary operation is prevented. Therefore, a device with no waste in efficiency can be obtained.

【0117】この発明の請求項12に係る電力供給装置
の短絡手段は、ダイオードブリッジと片方向通電性の半
導体スイッチとを組み合わせて構成される双方向通電性
短絡素子であるので、安価で小型の装置で効率化が得ら
れる。
Since the short-circuiting means of the power supply device according to claim 12 of the present invention is a bidirectional conducting short-circuit element constituted by combining a diode bridge and a one-way conducting semiconductor switch, it is inexpensive and compact. Efficiency can be obtained with the device.

【0118】この発明の請求項13に係る電力供給装置
の短絡手段は、片方向通電性の半導体スイッチを2個以
上互いに逆極性となるよう組み合わせて構成される双方
向通電性短絡素子であるので、交流電源の短絡動作を効
率的に行える。
Since the short-circuiting means of the power supply device according to the thirteenth aspect of the present invention is a bidirectional conducting short-circuit element constituted by combining two or more unidirectionally conducting semiconductor switches so as to have mutually opposite polarities. The short-circuit operation of the AC power supply can be efficiently performed.

【0119】この発明の請求項14に係る電力供給装置
の短絡手段は、リアクトルの一端と整流器の直流側端子
との間に設けられた複数のスイッチング素子であるの
で、部品の長寿命化を実現できる。
Since the short-circuiting means of the power supply device according to claim 14 of the present invention is a plurality of switching elements provided between one end of the reactor and the DC side terminal of the rectifier, a long life of the parts is realized. it can.

【0120】この発明の請求項15に係る電力供給装置
は、整流器を構成する整流素子の少なくとも一部は高速
リカバリーダイオードで構成するので、平滑手段からの
逆流を防止するための部品を追加することなく短絡素子
動作の高周波化を実現でき小型の装置が得られる。
In the power supply apparatus according to the fifteenth aspect of the present invention, at least a part of the rectifying element constituting the rectifier is constituted by the high speed recovery diode, so that a component for preventing backflow from the smoothing means should be added. It is possible to realize a high-frequency operation of the short-circuit element and obtain a small device.

【0121】この発明の請求項16に係る電動機駆動装
置は、電力供給装置が負荷であるインバータ及び電動機
に電力を供給する際、コントローラは、整流回路切換用
スイッチを、電動機の回転速度指令値が小さい場合には
全波整流モード、大きい場合には倍電圧整流モードに制
御し、あるいは、短絡手段を、電動機の回転速度指令値
が小さく電動機駆動の為に直流電圧の昇圧をほとんど必
要としない場合には部分スイッチングモード、回転速度
指令値が大きく電動機駆動の為に高い昇圧比にて直流電
圧を出力する必要がある場合には高周波スイッチングモ
ードにて制御するので、広い負荷範囲にわたって装置全
体の効率を向上させることができる。
According to the sixteenth aspect of the present invention, in the electric motor drive device, when the electric power supply device supplies electric power to the inverter and the electric motor, which are loads, the controller causes the rectifier circuit changeover switch to change the rotation speed command value of the electric motor. When it is small, it is controlled to full-wave rectification mode, when it is large, it is controlled to double-voltage rectification mode, or when the short-circuit means has a small motor rotation speed command value and little DC voltage boosting is required to drive the motor. In the partial switching mode, when the rotation speed command value is large and it is necessary to output the DC voltage with a high step-up ratio for driving the motor, the control is performed in the high frequency switching mode. Can be improved.

【0122】この発明の請求項17に係る電動機駆動装
置は、電力供給装置が負荷である直流電動機に電力を供
給する際、コントローラは、整流回路切換用スイッチ
を、直流電動機の回転速度指令値が小さい場合には全波
整流モード、大きい場合には倍電圧整流モードに制御
し、あるいは、短絡手段を、直流電動機の回転速度指令
値が小さく直流電動機駆動の為に直流電圧の昇圧をほと
んど必要としない場合には部分スイッチングモード、回
転速度指令値が大きく直流電動機駆動の為に高い昇圧比
にて直流電圧を出力する必要がある場合には高周波スイ
ッチングモードにて制御するので、装置全体の損失を低
減でき、直流電動機仕様の選択を広げられる。
In the electric motor drive device according to claim 17 of the present invention, when the electric power supply device supplies electric power to the direct current electric motor which is a load, the controller causes the rectifier circuit changeover switch to change the rotation speed command value of the direct electric motor. If it is small, it is controlled to full-wave rectification mode, if it is large, it is controlled to double voltage rectification mode, or if the short-circuit means has a small rotation speed command value for the DC motor and it is almost necessary to boost the DC voltage to drive the DC motor. If not, it is controlled in the high frequency switching mode when the DC voltage is required to be output at a high step-up ratio to drive the DC motor with a partial switching mode and a large rotation speed command value. It can be reduced and the selection of DC motor specifications can be expanded.

【0123】この発明の請求項18に係る電力供給装置
の制御方法は、交流電源からの交流を整流し直流に変換
する整流器と、整流器の出力を平滑化し負荷に電力を供
給する平滑手段と、整流器の交流側あるいは直流側に接
続されたリアクトルと、リアクトルを介して交流電源を
短絡あるいは開放しリアクトルの電磁エネルギー蓄積効
果を利用して平滑手段の端子間電圧の増減を行う短絡手
段と、を備えた電力供給装置において、平滑手段の端子
間に接続された負荷に供給される電力や電流等の供給情
報あるいは負荷からの情報に基づいて負荷が大きいか小
さいかを判断するステップと、負荷が小さいと判断した
場合は短絡手段の短絡動作を電源半周期に1回もしくは
複数回行う部分スイッチングモードとするステップと、
負荷が大きいと判断した場合は短絡手段の短絡動作を高
周波で行う高周波スイッチングモードとするステップ
と、を備えたので、負荷の広い範囲にわたって効率の良
い制御が可能である。
The control method of the power supply device according to the eighteenth aspect of the present invention comprises a rectifier for rectifying the alternating current from the alternating current power source and converting it into a direct current, and a smoothing means for smoothing the output of the rectifier and supplying the power to the load. A reactor connected to the AC side or DC side of the rectifier, and a short-circuit means for short-circuiting or opening the AC power supply via the reactor and increasing or decreasing the terminal voltage of the smoothing means using the electromagnetic energy storage effect of the reactor, In the provided power supply device, a step of determining whether the load is large or small based on supply information such as electric power or current supplied to the load connected between the terminals of the smoothing means or information from the load; If it is judged to be small, the step of setting the partial switching mode in which the short-circuiting operation of the short-circuiting device is performed once or a plurality of times in a half cycle of the power supply,
When it is determined that the load is large, the step of setting the high-frequency switching mode in which the short-circuiting operation of the short-circuiting unit is performed at a high frequency is provided. Therefore, efficient control is possible over a wide range of the load.

【0124】この発明の請求項19に係る電力供給装置
の制御方法の、短絡手段の短絡動作は負荷に応じて効率
が良くなる方向であって、且つ、入力電流に含まれる高
調波成分を所定値以内に収める方向に制御するステップ
と、を備えたので、負荷に対応する交直変換効率を上げ
られる。
According to the nineteenth aspect of the control method of the power supply apparatus of the present invention, the short-circuiting operation of the short-circuiting means tends to improve the efficiency depending on the load, and the harmonic component contained in the input current is predetermined. Since it has a step of controlling so that it falls within the value, the AC-DC conversion efficiency corresponding to the load can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の実施の形態1を示す回路構成図であ
る。
FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の双方向通電性短絡素子の一例を示す
回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a bidirectional conducting short-circuit element of the present invention.

【図3】 本発明の短絡素子の部分スイッチングモード
動作を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing partial switching mode operation of the short-circuit element of the present invention.

【図4】 本発明の短絡素子の高周波スイッチングモー
ド動作を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a high frequency switching mode operation of the short-circuit element of the present invention.

【図5】 本発明の実施の形態1の別の回路を示す回路
構成図である。
FIG. 5 is a circuit configuration diagram showing another circuit according to the first embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の実施の形態1の別の回路を示す回路
構成図である。
FIG. 6 is a circuit configuration diagram showing another circuit according to the first embodiment of the present invention.

【図7】 本発明の直流出力電圧及び入力電流を制御す
る場合のシステム構成図である。
FIG. 7 is a system configuration diagram for controlling a DC output voltage and an input current according to the present invention.

【図8】 本発明の整流回路切換用スイッチの切換制御
シーケンスを示すフローチャート図である。
FIG. 8 is a flowchart showing a switching control sequence of the rectifier circuit switching switch of the present invention.

【図9】 本発明のシステムの負荷の消費電力量に対す
る一連の運転モードを示す説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a series of operation modes for the power consumption of the load of the system of the present invention.

【図10】 本発明の整流回路切換用スイッチ及び短絡
素子の切換制御シーケンスを示すフローチャート図であ
る。
FIG. 10 is a flowchart showing a switching control sequence of the rectifier circuit switching switch and the short-circuit element according to the present invention.

【図11】 2004年より適用が予定されている高調
波に関する国内規制値を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing domestic regulation values regarding harmonics scheduled to be applied from 2004.

【図12】 本発明の実施の形態1の別の回路構成を示
す回路構成図である。
FIG. 12 is a circuit configuration diagram showing another circuit configuration according to the first embodiment of the present invention.

【図13】 本発明の実施の形態1の別の回路構成を示
す回路構成図である。
FIG. 13 is a circuit configuration diagram showing another circuit configuration according to the first embodiment of the present invention.

【図14】 本発明の実施の形態1の別の回路構成を示
す回路構成図である。
FIG. 14 is a circuit configuration diagram showing another circuit configuration according to the first embodiment of the present invention.

【図15】 本発明の実施の形態1の別の回路構成を示
す回路構成図である。
FIG. 15 is a circuit configuration diagram showing another circuit configuration according to the first embodiment of the present invention.

【図16】 本発明の実施の形態1の別の回路構成を示
す回路構成図である。
FIG. 16 is a circuit configuration diagram showing another circuit configuration according to the first embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 交流電源、 2 リアクトル、 3 整流器、 4
〜5 倍電圧整流用コンデンサ、 6 平滑コンデン
サ、 7 負荷、 8 整流回路切換用スイッチ、 9
短絡素子、 10 コントローラ、 11 電源電圧
検出手段、 12入力電流検出手段、 13 直流電圧
検出手段、 14 制御手段、 15負荷制御手段、
16 ダイオードブリッジ、 17 片方向通電性短絡
素子、18 ダイオード、 19 逆流防止用整流素
子、 20 スイッチング素子、 21 インバータ、
22 電動機、 23 インバータ制御手段、 24
直流電動機、 40 力率改善回路。
1 AC power supply, 2 reactor, 3 rectifier, 4
〜5 times voltage rectification capacitor, 6 smoothing capacitor, 7 load, 8 rectifier circuit changeover switch, 9
Short-circuit element, 10 controller, 11 power supply voltage detection means, 12 input current detection means, 13 DC voltage detection means, 14 control means, 15 load control means,
16 diode bridge, 17 unidirectional conducting short circuit element, 18 diode, 19 backflow preventing rectifying element, 20 switching element, 21 inverter,
22 electric motor, 23 inverter control means, 24
DC motor, 40 power factor correction circuit.

フロントページの続き (72)発明者 川久保 守 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 Fターム(参考) 5H006 AA01 AA02 BB05 CA01 CA07 CB01 CB04 CB08 CC01 CC08 DC02 DC05 Continued front page    (72) Inventor Mamoru Kawakubo             2-3 2-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo             Inside Ryo Electric Co., Ltd. F-term (reference) 5H006 AA01 AA02 BB05 CA01 CA07                       CB01 CB04 CB08 CC01 CC08                       DC02 DC05

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 交流電源からの交流を整流し直流に変換
する整流器と、前記整流器の出力を平滑化し負荷に電力
を供給する平滑手段と、前記整流器の交流側あるいは直
流側に接続されたリアクトルと、前記リアクトルを介し
て前記交流電源を短絡あるいは開放し前記リアクトルの
電磁エネルギー蓄積効果を利用して前記平滑手段の端子
間電圧の増減を行う短絡手段と、前記平滑手段の端子間
に接続された負荷に供給される電力や電流等の供給情報
あるいは負荷からの情報に基づいて前記短絡手段の短絡
動作を、電源半周期に1回もしくは複数回行う部分スイ
ッチングモードと高周波で行う高周波スイッチングモー
ドとに切換え可能なコントローラと、を備えたことを特
徴とする電力供給装置。
1. A rectifier for rectifying AC from an AC power source and converting it to DC, smoothing means for smoothing the output of the rectifier and supplying electric power to a load, and a reactor connected to the AC side or DC side of the rectifier. Connected between the terminals of the smoothing means and a short-circuiting means for increasing or decreasing the inter-terminal voltage of the smoothing means by utilizing the electromagnetic energy storage effect of the reactor by short-circuiting or opening the AC power supply via the reactor. And a high-frequency switching mode in which the short-circuiting operation of the short-circuiting device is performed once or a plurality of times in a half cycle of the power supply based on supply information such as electric power or current supplied to the load or information from the load. And a controller that can be switched to a power supply device.
【請求項2】 前記整流器を全波整流モードと倍電圧整
流モードとに切り換える整流回路切換用スイッチと、を
備え、前記コントローラは前記平滑手段の端子間に接続
された負荷に供給される電力や電流等の供給情報あるい
は負荷からの情報に基づいて前記整流回路切換用スイッ
チを全波整流モードあるいは倍電圧整流モードに制御す
ることを特徴とする請求項1記載の電力供給装置。
2. A switch for switching a rectifier circuit for switching the rectifier between a full-wave rectification mode and a voltage doubler rectification mode, wherein the controller supplies power to a load connected between terminals of the smoothing means. 2. The power supply device according to claim 1, wherein the rectifier circuit switching switch is controlled to a full-wave rectification mode or a voltage doubler rectification mode based on supply information such as current or information from a load.
【請求項3】 前記整流器と倍電圧整流用コンデンサと
を接続可能にして、前記整流器を全波整流モードと倍電
圧整流モードとに切り換える整流回路切換用スイッチ
と、を備え、前記コントローラは前記平滑手段の端子間
に接続された負荷に供給される電力や電流等の供給情報
あるいは負荷からの情報に基づいて前記整流回路切換用
スイッチを全波整流モードあるいは倍電圧整流モードに
制御することを特徴とする請求項1記載の電力供給装
置。
3. A rectifier circuit switching switch that connects the rectifier and a capacitor for double voltage rectification and switches the rectifier between a full-wave rectification mode and a voltage doubler rectification mode, wherein the controller includes the smoothing device. Characterized in that the rectifying circuit changeover switch is controlled to a full-wave rectification mode or a double voltage rectification mode based on supply information such as electric power or current supplied to a load connected between terminals of the means or information from the load. The power supply device according to claim 1.
【請求項4】 前記コントローラは、前記整流回路切換
用スイッチを、負荷が軽いときには全波整流モード、負
荷が重いときには倍電圧整流モードに制御することを特
徴とする請求項2または3のいずれかに記載の電力供給
装置。
4. The controller controls the rectifying circuit changeover switch in a full-wave rectification mode when the load is light and in a voltage doubler rectification mode when the load is heavy. The power supply device according to.
【請求項5】 前記コントローラは、前記整流回路切換
用スイッチの切換判断基準として2つの異なるしきい値
を設け、値の大きい方を整流回路切換用スイッチのター
ンオン用、小さい方をターンオフ用とし、これに基づい
て前記整流回路切換用スイッチを制御することを特徴と
する請求項2乃至4のいずれかに記載の電力供給装置。
5. The controller provides two different thresholds as a switching judgment reference of the rectifier circuit changeover switch, a larger value is used for turning on the rectifier circuit changeover switch, and a smaller value is used for turnoff. The power supply device according to claim 2, wherein the rectifier circuit changeover switch is controlled based on this.
【請求項6】 前記コントローラは、前記短絡手段を、
負荷が軽く直流出力電圧をほとんど昇圧する必要がない
場合には電流オープンループ制御である部分スイッチン
グモード、負荷が重く高い昇圧比にて直流出力電圧を出
力する必要がある場合には電流フィードバック制御であ
る高周波スイッチングモード、に切換えることを特徴と
する請求項1乃至5のいずれかに記載の電力供給装置。
6. The controller includes the short-circuit means,
When the load is light and there is almost no need to boost the DC output voltage, partial switching mode is the current open loop control.When the load is heavy and the DC output voltage needs to be output at a high boost ratio, current feedback control is used. The power supply device according to claim 1, wherein the power supply device is switched to a certain high frequency switching mode.
【請求項7】 前記コントローラは、前記整流回路切換
用スイッチを全波整流モードから倍電圧整流モードに切
換える場合、前記整流器からの直流出力電圧が倍電圧整
流モードに切換えた後に得られる電圧値あるいは予め設
定した最大の全波整流モードでの直流出力電圧値となる
ように、前記短絡手段を制御することを特徴とする請求
項2乃至6のいずれかに記載の電力供給装置。
7. The controller, when switching the rectifier circuit switching switch from a full-wave rectification mode to a voltage doubler rectification mode, a voltage value obtained after the DC output voltage from the rectifier is switched to the voltage doubler rectification mode. The power supply device according to any one of claims 2 to 6, wherein the short-circuit means is controlled so as to have a preset maximum DC output voltage value in the full-wave rectification mode.
【請求項8】 前記コントローラは、前記整流回路切換
用スイッチを倍電圧整流モードから全波整流モードに切
り換える場合、全波整流モードに切り換えた後の直流出
力電圧値が切り換える前の倍電圧整流モードでの電圧値
となるように、前記短絡手段を制御することを特徴とす
る請求項2乃至7のいずれかに記載の電力供給装置。
8. The controller, when switching the rectifier circuit switching switch from a voltage doubler rectification mode to a full-wave rectification mode, a voltage doubler rectification mode after switching to the full-wave rectification mode and before switching the DC output voltage value. The power supply device according to any one of claims 2 to 7, wherein the short-circuiting means is controlled so that the voltage value of the power supply is equal to that of the power supply device.
【請求項9】 前記コントローラは、電源力率が上昇す
るように前記整流回路切換用スイッチ及び前記短絡手段
を制御することを特徴とする請求項2乃至8のいずれか
に記載の電力供給装置。
9. The power supply device according to claim 2, wherein the controller controls the rectifier circuit changeover switch and the short-circuit means so that a power supply power factor increases.
【請求項10】 前記コントローラは、入力電流に含ま
れる高調波成分を低減させるように前記整流回路切換用
スイッチ及び前記短絡手段を制御することを特徴とする
請求項2乃至9のいずれかに記載の電力供給装置。
10. The controller according to claim 2, wherein the controller controls the rectifying circuit changeover switch and the short-circuit means so as to reduce a harmonic component included in the input current. Power supply equipment.
【請求項11】 前記コントローラは、直流出力電圧を
負荷の要する電圧値に近づけるように前記整流回路切換
用スイッチ及び前記短絡素子を制御することを特徴とす
る請求項2乃至10のいずれかに記載の電力供給装置。
11. The controller according to claim 2, wherein the controller controls the rectifying circuit changeover switch and the short-circuit element so that the DC output voltage approaches a voltage value required by a load. Power supply equipment.
【請求項12】 前記短絡手段は、ダイオードブリッジ
と片方向通電性の半導体スイッチとを組み合わせて構成
される双方向通電性短絡素子であることを特徴とする請
求項1乃至11のいずれかに記載の電力供給装置。
12. The bidirectional conducting short-circuit element configured by combining a diode bridge and a unidirectional conducting semiconductor switch, as claimed in any one of claims 1 to 11. Power supply equipment.
【請求項13】 前記短絡手段は、片方向通電性の半導
体スイッチを2個以上互いに逆極性となるよう組み合わ
せて構成される双方向通電性短絡素子であることを特徴
とする請求項1乃至12のいずれかに記載の電力供給装
置。
13. The short-circuiting means is a bidirectional conducting short-circuit element configured by combining two or more unidirectionally conducting semiconductor switches so as to have mutually opposite polarities. The power supply device according to any one of 1.
【請求項14】 前記短絡手段は、前記リアクトルの一
端と前記整流器の直流側端子との間に設けられた複数の
スイッチング素子であることを特徴とする請求項1乃至
13のいずれかに記載の電力供給装置。
14. The short-circuiting means is a plurality of switching elements provided between one end of the reactor and a DC side terminal of the rectifier, according to any one of claims 1 to 13. Power supply equipment.
【請求項15】 前記整流器を構成する整流素子の少な
くとも一部は高速リカバリーダイオードで構成すること
を特徴とする請求項1乃至14のいずれかに記載の電力
供給装置。
15. The power supply device according to claim 1, wherein at least a part of the rectifying element forming the rectifier is formed of a fast recovery diode.
【請求項16】 請求項1乃至15のいずれかに記載の
電力供給装置が負荷であるインバータ及び電動機に電力
を供給する際、前記コントローラは、前記整流回路切換
用スイッチを、前記電動機の回転速度指令値が小さい場
合には全波整流モード、大きい場合には倍電圧整流モー
ドに制御し、あるいは、前記短絡手段を、前記電動機の
回転速度指令値が小さく電動機駆動の為に直流電圧の昇
圧をほとんど必要としない場合には部分スイッチングモ
ード、回転速度指令値が大きく電動機駆動の為に高い昇
圧比にて直流電圧を出力する必要がある場合には高周波
スイッチングモードにて制御することを特徴とする電動
機駆動装置。
16. When the power supply apparatus according to any one of claims 1 to 15 supplies power to an inverter and an electric motor, which are loads, the controller causes the rectifier circuit switching switch to rotate at the rotational speed of the electric motor. When the command value is small, it is controlled to the full-wave rectification mode, and when it is large, it is controlled to the voltage doubler rectification mode. It is characterized by controlling in partial switching mode when it is rarely needed, and in high-frequency switching mode when it is necessary to output a DC voltage at a high step-up ratio to drive a motor because the rotation speed command value is large. Electric motor drive.
【請求項17】 請求項1乃至15のいずれかに記載の
電力供給装置が負荷である直流電動機に電力を供給する
際、前記コントローラは、前記整流回路切換用スイッチ
を、前記直流電動機の回転速度指令値が小さい場合には
全波整流モード、大きい場合には倍電圧整流モードに制
御し、あるいは、前記短絡手段を、前記直流電動機の回
転速度指令値が小さく直流電動機駆動の為に直流電圧の
昇圧をほとんど必要としない場合には部分スイッチング
モード、回転速度指令値が大きく直流電動機駆動の為に
高い昇圧比にて直流電圧を出力する必要がある場合には
高周波スイッチングモードにて制御することを特徴とす
る電動機駆動装置。
17. When the power supply apparatus according to any one of claims 1 to 15 supplies power to a DC motor that is a load, the controller causes the rectifier circuit changeover switch to rotate at a rotational speed of the DC motor. When the command value is small, it is controlled to the full-wave rectification mode, and when it is large, it is controlled to the voltage doubler rectification mode, or the short-circuit means controls the DC voltage to drive the DC motor because the DC motor rotation speed command value is small. When the boosting is rarely required, control is performed in the partial switching mode, and when the rotation speed command value is large and it is necessary to output the DC voltage at a high boosting ratio for driving the DC motor, control in the high frequency switching mode. A characteristic motor drive device.
【請求項18】 交流電源からの交流を整流し直流に変
換する整流器と、前記整流器の出力を平滑化し負荷に電
力を供給する平滑手段と、前記整流器の交流側あるいは
直流側に接続されたリアクトルと、前記リアクトルを介
して前記交流電源を短絡あるいは開放し前記リアクトル
の電磁エネルギー蓄積効果を利用して前記平滑手段の端
子間電圧の増減を行う短絡手段と、を備えた電力供給装
置において、前記平滑手段の端子間に接続された負荷に
供給される電力や電流等の供給情報あるいは負荷からの
情報に基づいて負荷が大きいか小さいかを判断するステ
ップと、負荷が小さいと判断した場合は前記短絡手段の
短絡動作を電源半周期に1回もしくは複数回行う部分ス
イッチングモードとするステップと、負荷が大きいと判
断した場合は前記短絡手段の短絡動作を高周波で行う高
周波スイッチングモードとするステップと、を備えたこ
とを特徴とする電力供給装置の制御方法。
18. A rectifier for rectifying AC from an AC power supply and converting it to DC, smoothing means for smoothing the output of the rectifier and supplying power to a load, and a reactor connected to the AC or DC side of the rectifier. And a short-circuiting unit that short-circuits or opens the AC power supply via the reactor and increases or decreases the inter-terminal voltage of the smoothing unit by utilizing the electromagnetic energy storage effect of the reactor, A step of determining whether the load is large or small based on supply information such as electric power or current supplied to the load connected between the terminals of the smoothing means or information from the load; The step of setting the partial switching mode in which the short-circuiting operation of the short-circuiting device is performed once or a plurality of times in a half cycle of the power supply; And a step of setting a high-frequency switching mode in which the short-circuiting operation of the short-circuiting means is performed at a high frequency.
【請求項19】 前記短絡手段の短絡動作は負荷に応じ
て効率が良くなる方向であって、且つ、入力電流に含ま
れる高調波成分を所定値以内に収める方向に制御するス
テップと、を備えたことを特徴とする請求項18記載の
電力供給装置の制御運転方法。
19. The step of controlling the short-circuiting operation of the short-circuiting device so that the efficiency is improved depending on the load and the harmonic component contained in the input current is kept within a predetermined value. The method for controlling operation of the power supply device according to claim 18, wherein
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