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JP3570173B2 - Control circuit provided in a device that generates direct current from alternating current - Google Patents

Control circuit provided in a device that generates direct current from alternating current Download PDF

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JP3570173B2
JP3570173B2 JP25388297A JP25388297A JP3570173B2 JP 3570173 B2 JP3570173 B2 JP 3570173B2 JP 25388297 A JP25388297 A JP 25388297A JP 25388297 A JP25388297 A JP 25388297A JP 3570173 B2 JP3570173 B2 JP 3570173B2
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隆英 飯田
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Toyota Industries Corp
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  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
交流から直流を生成する装置に設けられる制御回路に係わり、特にその装置の力率を改善する回路に係わる。
【0002】
【従来の技術】
近年、産業用機器、家電機器、OA機器等の様々な分野においてパワーエレクトロニクス技術が広く利用されている。これらの機器は、商用の交流電源を直流電圧に変換してその直流電圧を用いて内部回路を動作させたり、その直流電圧を用いてバッテリを充電したりすることが多い。一例として、商用の交流電源を用いてバッテリを充電する充電器を採り上げてその構成を説明する。
【0003】
図7は、既存の充電器の一例の構成図である。ここでは、電圧昇圧型のコンバータ機能を持った充電器を採り上げている。
この充電器は、整流器21を用いて商用の交流を整流(全波整流)し、制御回路10がスイッチング素子22をPWM方式でスイッチングすることにより供給電流を調整しながらバッテリを充電する。制御回路10は、出力エラーアンプ11、乗算器12、電流エラーアンプ13、及びコンパレータ14を備え、電流を調整するための制御信号を生成する。
【0004】
出力エラーアンプ11は、出力電圧と目標電圧値との誤差を増幅する。目標電圧値は、たとえば、この充電器により充電されるバッテリの規格や状態に応じて与えられるものとする。乗算器12は、整流器21により整流された入力電圧と出力エラーアンプ11の出力とを乗算する。電流エラーアンプ13は、電流センサ23により検出された電流と乗算器12の出力との誤差を増幅する。コンパレータ14は、三角波生成回路24が生成する三角波のレベルと電流エラーアンプ13の出力レベルとを比較し、その比較結果により決まるデューティを持ったパルス信号を出力する。
【0005】
上記構成の充電器では、乗算器12の出力と電流センサ23により検出される電流とを互いに一致させるための制御信号が制御回路10により生成され、その制御信号を利用したフィードバック制御により電流が調整される。このように、このフィードバック制御により、電流センサ23により検出される電流は、乗算器12の出力に一致するように制御されるので、乗算器12の出力は、この充電器の「目標電流」として役割を果たしている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のような構成において使用する上での理想的な特性を持った乗算器は存在しない。すなわち、通常の乗算器は、図8(a) に示すように、特に入力電圧が小さいときには、そのリニア特性が悪い。このため、図7に示す構成において、乗算器12により入力電圧と出力エラーアンプ11の出力とを乗算すると、その入力電圧から得られる出力波形は歪んでしまう。その様子を図8(b) に示す。
【0007】
図8(b) は、乗算器12の出力波形を示す図である。上記充電器において、入力電圧はサインカーブを描く波形なので、その入力電圧に出力エラーアンプ11の出力を乗算した波形も、理想的には、サインカーブであるべきである。ところが、実際には、乗算器12のリニア特性が悪いので、乗算器12から出力される波形は、その一部が歪んでしまう。
【0008】
ここで、乗算器12の出力は、上述したように、上記充電器の「目標電流」である。このため、入力電流の波形は、この乗算器12の出力に一致するように調整され、乗算器12の出力波形と同様に歪んでしまう。このように入力電流の波形が歪むと、僅かではあるが、入力電流の位相と入力電圧の位相との間にずれが生じ、力率が悪化してしまう。力率が悪化すると、同一電力を出力する場合の入力電流の実効値が大きくなってしまう。
【0009】
また、図8(b) に示すように、波形が歪んで時間軸に対する傾きが大きい状態が発生すると、当業者によく知られているように、電流の高調波成分(高調波電流)が増加する。高調波電流は、他の電子機器の誤動作の原因になると言われており、規制の対象とすることが考えられている。したがって、高調波電流は、出来るだけ小さく抑えることが望ましい。なお、力率と高調波電流とは密接な関係があり、一般に、力率が悪化すると高調波電流が増加する。
【0010】
本発明の課題は、交流から直流を生成する際の力率を改善し、且つ高調波電流を抑える回路を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の制御回路は、スイッチを用いて交流から直流を生成する装置に設けられ、以下の各手段を有する。パルス生成手段は、上記交流の周波数よりも高い周波数であり、且つある指定された値と上記装置の出力との誤差に対応するデューティを持ったパルス信号を生成する。チョッパ手段は、上記交流の電圧波形信号を上記パルス生成手段により生成されたパルス信号を用いてチョッピングする。平均化手段は、そのチョッパ手段の出力を平均化する。制御信号生成手段は、その平均化手段の出力と上記装置を介して流れる電流との誤差に基づいて上記スイッチを制御するための制御信号を出力する。
【0012】
上記構成において、チョッパ手段は、上記パルス信号に従ってオン/オフ制御されるが、そのオン状態では、電圧波形信号を忠実に出力する。そして、このチョッパ手段の出力は、平均化手段により平滑化される。したがって、平均化手段の出力は、入力電圧波形の振幅を上記パルス信号のデューティに従って変化させた波形となる。この結果、入力電圧と入力電流の位相が完全に一致し、力率が改善される。また、入力電流は、制御信号生成手段により上記平均化手段の出力に一致するように調整されるので、滑らかに変化することになり、高調波電流は抑制される。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。以下では、一例として、商用の交流電源を用いてバッテリを充電する充電器を採り上げて、力率を改善し、高調波電流を抑制する制御回路の構成および動作を説明する。
【0014】
図1は、本実施形態の制御回路を設けた充電器の構成図である。図1において使用する符号のうち、図7で使用したものは同じものを指し示す。すなわち、本実施形態の制御回路は、基本的には、従来の制御回路10の出力エラーアンプ11および乗算器12を、CPU31、チョッパ回路32、および平均化回路33に置き換えた構成である。以下、本実施形態の制御回路の構成および動作を説明する。
【0015】
この充電器は、整流器21を用いて商用の交流を整流(全波整流)し、制御回路30がスイッチング素子22をPWM方式でスイッチングすることにより供給電流を調整しながらバッテリを充電する。制御回路30は、CPU31、チョッパ回路32、平均化回路33、電流エラーアンプ13、及びコンパレータ14を備え、電流を調整するための制御信号を生成する。
【0016】
CPU31は、この充電器の出力電圧(バッテリ電圧)、この充電器の出力電流(バッテリに供給される電流)、及びバッテリユニット40から通知される指示に基づいて決まるデューティを持ったパルス信号を生成する。このパルス信号の周波数は、入力される交流の周波数(50/60Hz)と比べて十分に高く、たとえば、20kHz程度である。なお、出力電圧は、CPU31が処理できるレベルに分圧されている。また、出力電流は、出力電流センサ25により検出される。
【0017】
図2を参照しながら、CPU31が上記パルス信号を生成する処理の一例を示す。ここでは、バッテリユニット40が、現在の充電状態などに基づいて、バッテリを充電する際の電力値を充電器に指示するものとする。この指示は、たとえば、充電時のワット数であってもよいし、あるいは、バッテリユニット40の能力に対する充電時のワット数の割合(パーセント値)であってもよいが、ここでは、電力値が指示されるものとする。また、CPU31は、不図示のデューティ値保持メモリを備え、そこの保持されているデューティを持ったパルス信号を生成するものとする。
【0018】
ステップS1では、バッテリユニット40から通知された指示を認識する。この実施例では、電力値Wを認識する。ステップS2では、充電器の出力電圧(バッテリ電圧)Vを検出する。ステップS3では、出力電流センサ25により検出された出力電流Iを認識する。ステップS4では、ステップS1で認識した電力値W、およびステップS2で検出した電圧VからW/Vを算出する。この値は、バッテリユニット40に供給すべき電流の目標値である。そして、その算出した値とステップS3で認識した出力電流Iとを比較する。
【0019】
W/V>Iであれば、現在の出力電流が目標値よりも小さいと判断し、ステップS5において、デューティ値保持メモリから現在のデューティ値を取り出してその値を所定量だけ大きくする。そして、ステップS6では、ステップS5における補正に従ってデューティ値保持メモリを更新する。一方、W/V<Iであれば、現在の出力電流が目標値よりも大きいと判断し、ステップS7において、上記デューティ値保持メモリから現在のデューティ値を取り出してその値を所定量だけ小さくする。そして、ステップS8では、ステップS7における補正に従ってデューティ値保持メモリを更新する。W/V=Iであれば、現在の出力電流が目標値に一致しているとみなし、上記デューティ値保持メモリは更新しない。なお、CPU31の出力パルスのデューティを大きくすると、それに従ってこの充電器の出力電流も大きくなる。ステップS9では、上記デューティ保持メモリに保持されているデューティ値を持ったパルス信号を生成して出力する。
【0020】
上記処理は、例えば、タイマ割込などにより、所定時間ごとに繰り返し実行される。また、デューティの補正方法は、フローチャートの例のように単純な方法でもよいが、例えば、PID演算などを利用して補正してもよい。
【0021】
このように、CPU31は、バッテリユニット40からの指示が示す電力でバッテリを充電するためのパルス信号を生成して出力する。このパルス信号は、チョッパ回路32に供給される。
【0022】
チョッパ回路32は、トランジスタQ1およびQ2から構成される。トランジスタQ1およびQ2は、それぞれnpnトランジスタおよびpnpトランジスタであり、互いに直列に接続されている。トランジスタQ1のコレクタには、整流器21によって整流(たとえば、全波整流)された電圧を分圧した信号(以下、この信号を「電圧波形信号」と呼ぶ)が印加されている。また、トランジスタQ1およびQ2の各制御端子(ベース)には、CPU31の出力が供給される。そして、CPU31が出力するパルス信号が「H」レベルのときは、トランジスタQ1がオン状態になると共にトランジスタQ2がオフ状態となり、一方、そのパルス信号が「L」レベルのときは、トランジスタQ1がオフ状態になると共にトランジスタQ2がオン状態となる。
【0023】
図3を参照しながらチョッパ回路32の入力波形および出力波形を説明する。チョッパ回路32には、図3の上段に示すように、全波整流された電圧波形信号が印加されている。この状態で、トランジスタQ1およびQ2の制御端子に図3の中段に示すCPU31からのパルス信号が供給されると、チョッパ回路32の出力電圧は、図3の下段に示すようになる。すなわち、CPU31から出力されたパルス信号が「H」レベルにときは、トランジスタQ1がオン状態、トランジスタQ2がオフ状態となるので、チョッパ回路32の出力電位は電圧波形信号と同じレベルになる。一方、CPU31から出力されたパルス信号が「L」レベルにときは、トランジスタQ1がオフ状態、トランジスタQ2がオン状態となるので、チョッパ回路32の出力電位は、接地レベルとなる。
【0024】
このように、電圧波形信号は、チョッパ回路32においてCPU31が生成するパルス信号に従ってチョッピングされる。ここで、トランジスタQ1およびQ2のスイッチング速度は、入力される交流の周波数およびCPU31が生成するパルス信号と比較して十分に高速である。このため、トランジスタQ1がオン状態のときは、チョッパ回路32は、整流器21により整流された電圧波形信号を忠実に出力することができる。
【0025】
平均化回路33は、一般的なRC回路であり、抵抗RおよびコンデンサCから構成される。平均化回路33による処理例を図4に示す。平均化回路33は、チョッパ回路32の出力を平均化(平滑化)するが、このチョッパ回路32の出力は、CPU31によって生成されるパルス信号のデューティに従って変化する。従って、平均化回路33の出力は、CPU31によって生成されるパルス信号のデューティに従って調整されることになる。CPU31によって生成されるパルス信号のデューティが30パーセント、80パーセントであった場合の平均化回路33の出力電圧をそれぞれ図4(a) および図4(b) に示す。
【0026】
図4(a) および図4(b) では、平均化の概念を説明するためにパルス信号の周波数を実際よりも低速に描いているが、本実施形態では、パルス信号の周波数は入力電圧の交流周波数と比べて蝪かに大きく、チョッパ回路32の出力は、平均化回路33によって滑らかに平均化される。すなわち、平均化回路33は、いわば、平滑化回路として作用する。逆に言えば、CPU31が生成するパルス信号の周波数は、平均化回路33にRCにより滑らかに平均化される程度の周波数とする。また、上述したように、トランジスタQ1およびQ2のスイッチング速度は十分に高速であり、トランジスタQ1がオン状態のときは、チョッパ回路32はその入力電圧(電圧波形信号)を忠実に出力する。従って、平均化回路33の出力は、図5(a) に示すように、電圧波形信号に比例する。この比例係数は、CPU31により生成されるパルス信号のデューティにより決まる。そして、平均化回路33の出力波形は、図5(b) に示すように、電圧波形信号と振幅が異なる同位相のサインカーブとなる。
【0027】
平均化回路33の出力は、電流エラーアンプ13に供給される。電流エラーアンプ13は、平均化回路33の出力と電流センサ23との誤差を増幅する。コンパレータ14は、図7に示した既存の構成と同様に、三角波生成回路24が生成する三角波のレベルと電流エラーアンプ13の出力レベルとを比較し、その比較結果により決まるデューティを持ったパルス信号を出力する。
【0028】
図1に示す本実施形態の充電器では、電流センサ23により検出される電流を平均化回路33の出力に一致させるための制御信号が制御回路30により生成され、その制御信号を利用したフィードバック制御によりその電流が調整される。すなわち、この充電器では、平均化回路33の出力が「目標電流:入力電流の目標値」として役割を果たしている。
【0029】
次に、力率および高調波電流について検討する。力率は、入力電圧と入力電流との位相差が小さいほど高くなる。ここで、入力電流は、この充電器の目標電流である平均化回路33の出力に一致するように調整されるが、この平均化回路33の出力は、上述したように、入力電圧を分圧した信号である電圧波形信号に比例するので、この平均化回路33の出力波形は入力電圧と同位相であり且つ歪みのないサインカーブとなっている。したがって、入力電圧の位相と入力電流の位相とがほぼ完全に一致し、高い力率が得られる。
【0030】
高調波電流は、電流の急激な変化、すなわち、電流波形の急峻な立上りがあると、そのことに起因して大きくなる。ところが、本実施形態では、乗算器と比べて応答速度が極めて高速なチョッパ回路、およびその出力を平滑化する平均化回路を用いて目標入力電流を生成している。このため、その目標入力電流は、入力電圧波形に追随して滑らかに変化する。この結果、上記目標入力電流に一致させられる実際の電流波形にも歪みが発生せずに滑らかに変化するので、高調波電流が抑制される。
【0031】
上記実施形態において、CPU31は、出力誤差をその出力誤差に対応するデューティを持ったパルス信号に変換する役割を担っているが、この役割を他の構成で提供するようにしてもよい。たとえば、図6(a) に示すように、誤差アンプ51およびコンパレータ52を設けた構成で実現してもよい。この場合、誤差アンプ51は、外部から指定された目標電圧とこの充電器の実際の出力電圧との誤差を検出して出力するか、あるいは、外部から指定された目標電流と電流センサ25により検出される実際の出力電流との誤差を検出して出力する。また、コンパレータ52は、誤差アンプ51の出力レベルと三角波のレベルとを比較し、その比較結果により得られるデューティを持ったパルス信号を出力する。この三角波の周波数は、入力される交流の周波数と比べて十分に高速であるものとする。そして、このコンパレータ52の出力をチョッパ回路32に供給する。
【0032】
また、上記実施形態では、チョッパ回路32の一例として、2つのスイッチング素子(トランジスタQ1およびQ2)を備える構成としたが、他の構成であってもよい。他の構成としては、例えば、図6(b) に示すように、1つのスイッチング素子(トランジスタQ3)および抵抗体を備える回路が考えられる。この場合、トランジスタQ3に電圧波形信号を供給しながら、その制御端子(ベース)にCPU31により生成されるパルス信号を供給する。
【0033】
さらに、平均化回路33は、上記実施形態では、抵抗およびコンデンサから構成されているが、他の形態であってもよい。
なお、上記実施形態では、本発明の制御回路を適用する対象の装置として充電器を採り上げているが、本発明は、これに限定されるものではなく、交流から直流を生成する処理を制御する回路として広く使用することができる。
【0034】
【発明の効果】
本発明によれば、力率が改善されるので、同一の出力電力を得る場合の入力電流の実効値が減少する。また、このとき、交流電流波形が歪まないので、高調波電流が抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態の制御回路を設けた充電器の構成図である。
【図2】CPUがパルス信号を生成する処理を説明するフローチャートである。
【図3】チョッパ回路の入出力を説明する図である。
【図4】平均化回路の入出力を説明する図である。
【図5】(a) は、入力電圧と平均化回路の出力との関係を説明する図であり、(b) は、電圧と電流の関係を説明する図である。
【図6】(a) は、出力誤差に対応するデューティを持ったパルス信号を生成する手段の他の形態の回路図であり、(b) は、チョッパ回路の他の形態の回路図である。
【図7】既存の充電器の一例の構成図である。
【図8】(a) は、乗算器の特性を示す図であり、(b) は、乗算器の出力波形を示す図である。
【符号の説明】
13 電流エラーアンプ
14 コンパレータ
21 整流器
22 スイッチング素子
23 電流センサ
24 三角波発生回路
25 出力電流センサ
31 CPU
32 チョッパ回路
33 平均化回路
40 バッテリユニット
51 誤差アンプ
52 コンパレータ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a control circuit provided in a device that generates direct current from alternating current, and particularly to a circuit that improves the power factor of the device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, power electronics technology has been widely used in various fields such as industrial equipment, home electric appliances, and OA equipment. These devices often convert a commercial AC power supply into a DC voltage and operate an internal circuit using the DC voltage, or charge a battery using the DC voltage. As an example, a charger for charging a battery using a commercial AC power supply will be described and its configuration will be described.
[0003]
FIG. 7 is a configuration diagram of an example of an existing charger. Here, a charger having a voltage boosting type converter function is used.
This charger rectifies a commercial alternating current (full-wave rectification) using a rectifier 21, and charges a battery while adjusting a supply current by switching a switching element 22 by a PWM method by a control circuit 10. The control circuit 10 includes an output error amplifier 11, a multiplier 12, a current error amplifier 13, and a comparator 14, and generates a control signal for adjusting a current.
[0004]
The output error amplifier 11 amplifies an error between the output voltage and the target voltage value. The target voltage value is given, for example, according to the standard and state of the battery charged by this charger. The multiplier 12 multiplies the input voltage rectified by the rectifier 21 and the output of the output error amplifier 11. The current error amplifier 13 amplifies an error between the current detected by the current sensor 23 and the output of the multiplier 12. The comparator 14 compares the level of the triangular wave generated by the triangular wave generation circuit 24 with the output level of the current error amplifier 13, and outputs a pulse signal having a duty determined by the result of the comparison.
[0005]
In the charger having the above configuration, a control signal for making the output of the multiplier 12 and the current detected by the current sensor 23 coincide with each other is generated by the control circuit 10, and the current is adjusted by feedback control using the control signal. Is done. As described above, the current detected by the current sensor 23 is controlled by the feedback control so as to match the output of the multiplier 12, so that the output of the multiplier 12 is used as the “target current” of the charger. Plays a role.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, there is no multiplier having ideal characteristics for use in the above-described configuration. That is, as shown in FIG. 8A, the ordinary multiplier has poor linear characteristics particularly when the input voltage is small. Therefore, in the configuration shown in FIG. 7, when the input voltage is multiplied by the output of the output error amplifier 11 by the multiplier 12, an output waveform obtained from the input voltage is distorted. This is shown in FIG.
[0007]
FIG. 8B is a diagram illustrating an output waveform of the multiplier 12. In the above charger, the input voltage has a waveform that draws a sine curve. Therefore, the waveform obtained by multiplying the input voltage by the output of the output error amplifier 11 should ideally be a sine curve. However, in practice, since the linear characteristic of the multiplier 12 is poor, a part of the waveform output from the multiplier 12 is distorted.
[0008]
Here, the output of the multiplier 12 is the “target current” of the charger as described above. For this reason, the waveform of the input current is adjusted to match the output of the multiplier 12, and is distorted similarly to the output waveform of the multiplier 12. When the waveform of the input current is distorted in this way, a slight difference occurs between the phase of the input current and the phase of the input voltage, and the power factor deteriorates. When the power factor deteriorates, the effective value of the input current when the same power is output increases.
[0009]
Further, as shown in FIG. 8B, when a state occurs in which the waveform is distorted and the inclination with respect to the time axis is large, as is well known to those skilled in the art, the harmonic component (harmonic current) of the current increases. I do. It is said that harmonic currents cause malfunctions of other electronic devices, and are considered to be regulated. Therefore, it is desirable to keep the harmonic current as low as possible. Note that there is a close relationship between the power factor and the harmonic current, and generally, when the power factor deteriorates, the harmonic current increases.
[0010]
An object of the present invention is to provide a circuit that improves a power factor when generating a direct current from an alternating current and suppresses a harmonic current.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The control circuit of the present invention is provided in a device that generates DC from AC using a switch, and has the following units. The pulse generation means generates a pulse signal having a frequency higher than the frequency of the alternating current and having a duty corresponding to an error between a specified value and the output of the device. The chopper section chops the AC voltage waveform signal using the pulse signal generated by the pulse generating section. The averaging means averages the output of the chopper means. The control signal generating means outputs a control signal for controlling the switch based on an error between an output of the averaging means and a current flowing through the device.
[0012]
In the above configuration, the chopper means is on / off controlled in accordance with the pulse signal. In the on state, the chopper means faithfully outputs a voltage waveform signal. Then, the output of the chopper means is smoothed by the averaging means. Therefore, the output of the averaging means has a waveform in which the amplitude of the input voltage waveform is changed according to the duty of the pulse signal. As a result, the phases of the input voltage and the input current completely match, and the power factor is improved. In addition, since the input current is adjusted by the control signal generating means so as to match the output of the averaging means, the input current changes smoothly, and the harmonic current is suppressed.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, as an example, a configuration and operation of a control circuit that improves a power factor and suppresses a harmonic current by using a charger that charges a battery using a commercial AC power supply will be described.
[0014]
FIG. 1 is a configuration diagram of a charger provided with a control circuit of the present embodiment. Among the reference numerals used in FIG. 1, those used in FIG. 7 indicate the same parts. That is, the control circuit of the present embodiment is basically configured such that the output error amplifier 11 and the multiplier 12 of the conventional control circuit 10 are replaced with a CPU 31, a chopper circuit 32, and an averaging circuit 33. Hereinafter, the configuration and operation of the control circuit of the present embodiment will be described.
[0015]
This charger uses a rectifier 21 to rectify commercial alternating current (full-wave rectification), and controls a switching element 22 by a PWM method by a control circuit 30 to charge a battery while adjusting a supply current. The control circuit 30 includes a CPU 31, a chopper circuit 32, an averaging circuit 33, a current error amplifier 13, and a comparator 14, and generates a control signal for adjusting a current.
[0016]
The CPU 31 generates a pulse signal having a duty determined based on an output voltage (battery voltage) of the charger, an output current of the charger (current supplied to the battery), and an instruction notified from the battery unit 40. I do. The frequency of this pulse signal is sufficiently higher than the input AC frequency (50/60 Hz), for example, about 20 kHz. The output voltage is divided to a level that can be processed by the CPU 31. The output current is detected by the output current sensor 25.
[0017]
An example of a process in which the CPU 31 generates the pulse signal will be described with reference to FIG. Here, it is assumed that battery unit 40 instructs the charger on the power value for charging the battery based on the current state of charge and the like. This instruction may be, for example, the wattage at the time of charging, or a ratio (percentage) of the wattage at the time of charging to the capacity of the battery unit 40. Shall be instructed. Further, the CPU 31 includes a duty value holding memory (not shown), and generates a pulse signal having the held duty.
[0018]
In step S1, the instruction notified from the battery unit 40 is recognized. In this embodiment, the power value W is recognized. In step S2, the output voltage (battery voltage) V of the charger is detected. In step S3, the output current I detected by the output current sensor 25 is recognized. In step S4, W / V is calculated from the power value W recognized in step S1 and the voltage V detected in step S2. This value is a target value of the current to be supplied to the battery unit 40. Then, the calculated value is compared with the output current I recognized in step S3.
[0019]
If W / V> I, it is determined that the current output current is smaller than the target value, and in step S5, the current duty value is retrieved from the duty value holding memory and is increased by a predetermined amount. Then, in step S6, the duty value holding memory is updated according to the correction in step S5. On the other hand, if W / V <I, it is determined that the current output current is larger than the target value, and in step S7, the current duty value is extracted from the duty value holding memory and the value is reduced by a predetermined amount. . Then, in step S8, the duty value holding memory is updated according to the correction in step S7. If W / V = I, it is considered that the current output current matches the target value, and the duty value holding memory is not updated. When the duty of the output pulse of the CPU 31 is increased, the output current of the charger increases accordingly. In step S9, a pulse signal having the duty value held in the duty holding memory is generated and output.
[0020]
The above processing is repeatedly executed at predetermined time intervals by, for example, a timer interrupt or the like. The method of correcting the duty may be a simple method as in the example of the flowchart, but may be corrected using, for example, PID calculation.
[0021]
Thus, CPU 31 generates and outputs a pulse signal for charging the battery with the power indicated by the instruction from battery unit 40. This pulse signal is supplied to the chopper circuit 32.
[0022]
Chopper circuit 32 includes transistors Q1 and Q2. The transistors Q1 and Q2 are an npn transistor and a pnp transistor, respectively, and are connected in series with each other. A signal obtained by dividing the voltage rectified (for example, full-wave rectified) by the rectifier 21 (hereinafter, this signal is referred to as a “voltage waveform signal”) is applied to the collector of the transistor Q1. The output of the CPU 31 is supplied to each control terminal (base) of the transistors Q1 and Q2. When the pulse signal output from CPU 31 is at "H" level, transistor Q1 is turned on and transistor Q2 is turned off. On the other hand, when the pulse signal is at "L" level, transistor Q1 is turned off. At the same time, the transistor Q2 is turned on.
[0023]
The input waveform and output waveform of the chopper circuit 32 will be described with reference to FIG. A full-wave rectified voltage waveform signal is applied to the chopper circuit 32, as shown in the upper part of FIG. In this state, when a pulse signal is supplied from the CPU 31 shown in the middle part of FIG. 3 to the control terminals of the transistors Q1 and Q2, the output voltage of the chopper circuit 32 becomes as shown in the lower part of FIG. That is, when the pulse signal output from CPU 31 is at "H" level, transistor Q1 is on and transistor Q2 is off, so that the output potential of chopper circuit 32 is at the same level as the voltage waveform signal. On the other hand, when the pulse signal output from CPU 31 is at "L" level, transistor Q1 is off and transistor Q2 is on, so that the output potential of chopper circuit 32 is at the ground level.
[0024]
Thus, the voltage waveform signal is chopped in the chopper circuit 32 according to the pulse signal generated by the CPU 31. Here, the switching speed of the transistors Q1 and Q2 is sufficiently high as compared with the input AC frequency and the pulse signal generated by the CPU 31. Therefore, when the transistor Q1 is on, the chopper circuit 32 can faithfully output the voltage waveform signal rectified by the rectifier 21.
[0025]
The averaging circuit 33 is a general RC circuit, and includes a resistor R and a capacitor C. FIG. 4 shows a processing example by the averaging circuit 33. The averaging circuit 33 averages (smooths) the output of the chopper circuit 32. The output of the chopper circuit 32 changes according to the duty of the pulse signal generated by the CPU 31. Therefore, the output of the averaging circuit 33 is adjusted according to the duty of the pulse signal generated by the CPU 31. FIGS. 4A and 4B show output voltages of the averaging circuit 33 when the duty of the pulse signal generated by the CPU 31 is 30% and 80%, respectively.
[0026]
In FIG. 4A and FIG. 4B, the frequency of the pulse signal is drawn at a lower speed than the actual one in order to explain the concept of averaging. The output of the chopper circuit 32 is smoothly averaged by the averaging circuit 33 because the output is significantly larger than the AC frequency. That is, the averaging circuit 33 acts as a so-called smoothing circuit. Conversely, the frequency of the pulse signal generated by the CPU 31 is set to such a frequency that the averaging circuit 33 smoothly averages the pulse signal by RC. Further, as described above, the switching speed of transistors Q1 and Q2 is sufficiently high, and when transistor Q1 is on, chopper circuit 32 faithfully outputs its input voltage (voltage waveform signal). Therefore, the output of the averaging circuit 33 is proportional to the voltage waveform signal as shown in FIG. This proportional coefficient is determined by the duty of the pulse signal generated by the CPU 31. Then, the output waveform of the averaging circuit 33 becomes a sine curve of the same phase having a different amplitude from that of the voltage waveform signal, as shown in FIG.
[0027]
The output of the averaging circuit 33 is supplied to the current error amplifier 13. The current error amplifier 13 amplifies an error between the output of the averaging circuit 33 and the current sensor 23. The comparator 14 compares the level of the triangular wave generated by the triangular wave generation circuit 24 with the output level of the current error amplifier 13 in the same manner as the existing configuration shown in FIG. Is output.
[0028]
In the charger of the present embodiment shown in FIG. 1, a control signal for causing the current detected by the current sensor 23 to coincide with the output of the averaging circuit 33 is generated by the control circuit 30, and feedback control using the control signal is performed. Adjusts the current. That is, in this charger, the output of the averaging circuit 33 plays a role as “target current: target value of input current”.
[0029]
Next, the power factor and the harmonic current will be discussed. The power factor increases as the phase difference between the input voltage and the input current decreases. Here, the input current is adjusted so as to coincide with the output of the averaging circuit 33 which is the target current of the charger. As described above, the output of the averaging circuit 33 divides the input voltage by dividing the input voltage. The output waveform of the averaging circuit 33 is in a sine curve having the same phase as the input voltage and no distortion since it is proportional to the voltage waveform signal which is the obtained signal. Therefore, the phase of the input voltage almost completely matches the phase of the input current, and a high power factor can be obtained.
[0030]
The harmonic current increases due to a sudden change in the current, that is, a sharp rise in the current waveform. However, in the present embodiment, the target input current is generated using a chopper circuit having a very high response speed as compared with the multiplier and an averaging circuit for smoothing the output. Therefore, the target input current smoothly changes following the input voltage waveform. As a result, the actual current waveform matched with the target input current also changes smoothly without any distortion, so that the harmonic current is suppressed.
[0031]
In the above embodiment, the CPU 31 has a role of converting an output error into a pulse signal having a duty corresponding to the output error, but this role may be provided by another configuration. For example, as shown in FIG. 6A, the present invention may be realized by a configuration in which an error amplifier 51 and a comparator 52 are provided. In this case, the error amplifier 51 detects and outputs an error between the externally specified target voltage and the actual output voltage of the charger, or detects the error from the externally specified target current and the current sensor 25. An error from the actual output current is detected and output. Further, the comparator 52 compares the output level of the error amplifier 51 with the level of the triangular wave, and outputs a pulse signal having a duty obtained based on the comparison result. It is assumed that the frequency of the triangular wave is sufficiently higher than the frequency of the input alternating current. Then, the output of the comparator 52 is supplied to the chopper circuit 32.
[0032]
In the above embodiment, the chopper circuit 32 is configured to include two switching elements (transistors Q1 and Q2) as an example. However, another configuration may be used. As another configuration, for example, as shown in FIG. 6B, a circuit including one switching element (transistor Q3) and a resistor can be considered. In this case, a pulse signal generated by the CPU 31 is supplied to a control terminal (base) of the transistor Q3 while supplying a voltage waveform signal to the transistor Q3.
[0033]
Furthermore, in the above embodiment, the averaging circuit 33 includes a resistor and a capacitor, but may have another form.
In the above embodiment, the charger is adopted as a device to which the control circuit of the present invention is applied. However, the present invention is not limited to this, and controls a process of generating a direct current from an alternating current. Can be widely used as a circuit.
[0034]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the power factor is improved, the effective value of the input current when obtaining the same output power is reduced. Further, at this time, since the AC current waveform is not distorted, the harmonic current is suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a charger provided with a control circuit of the present embodiment.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a process in which a CPU generates a pulse signal.
FIG. 3 is a diagram illustrating input and output of a chopper circuit.
FIG. 4 is a diagram illustrating input and output of an averaging circuit.
FIG. 5A is a diagram illustrating a relationship between an input voltage and an output of an averaging circuit, and FIG. 5B is a diagram illustrating a relationship between a voltage and a current.
FIG. 6A is a circuit diagram of another embodiment of a means for generating a pulse signal having a duty corresponding to an output error, and FIG. 6B is a circuit diagram of another embodiment of a chopper circuit. .
FIG. 7 is a configuration diagram of an example of an existing charger.
8A is a diagram illustrating characteristics of a multiplier, and FIG. 8B is a diagram illustrating an output waveform of the multiplier.
[Explanation of symbols]
13 Current Error Amplifier 14 Comparator 21 Rectifier 22 Switching Element 23 Current Sensor 24 Triangular Wave Generation Circuit 25 Output Current Sensor 31 CPU
32 Chopper circuit 33 Averaging circuit 40 Battery unit 51 Error amplifier 52 Comparator

Claims (4)

スイッチを用いて交流から直流を生成する装置に設けられる制御回路であって、
上記交流の周波数よりも高い周波数であり、且つある指定された値と上記装置の出力との誤差に対応するデューティを持ったパルス信号を生成するパルス生成手段と、
上記交流の電圧波形信号を上記パルス生成手段により生成されたパルス信号を用いてチョッピングするチョッパ手段と、
そのチョッパ手段の出力を平均化する平均化手段と、
その平均化手段の出力と上記装置を介して流れる電流との誤差に基づいて上記スイッチを制御するための制御信号を出力する制御信号生成手段と、
を有する制御回路。
A control circuit provided in a device that generates DC from AC using a switch,
A pulse generation unit that generates a pulse signal having a frequency higher than the frequency of the AC and having a duty corresponding to an error between a specified value and an output of the device;
Chopper means for chopping the AC voltage waveform signal using the pulse signal generated by the pulse generation means,
Averaging means for averaging the output of the chopper means;
Control signal generating means for outputting a control signal for controlling the switch based on an error between an output of the averaging means and a current flowing through the device;
A control circuit having:
上記チョッパ手段は、少なくとも1つのスイッチング素子を備え、そのスイッチング素子に上記交流の電圧波形信号が供給された状態で上記パルス生成手段により生成されたパルス信号によりそのスイッチング素子がオン/オフ制御される構成である請求項1に記載の制御回路。The chopper means includes at least one switching element, and the switching element is turned on / off by a pulse signal generated by the pulse generating means in a state where the AC voltage waveform signal is supplied to the switching element. The control circuit according to claim 1, wherein the control circuit has a configuration. 上記平均化手段は、抵抗体とコンデンサを含む構成であり、上記パルス生成手段により生成されるパルス信号の周波数は、上記チョッパ手段の出力が上記平均化手段により十分滑らかに平滑化される周波数である請求項1の記載の制御回路。The averaging means has a configuration including a resistor and a capacitor, and the frequency of the pulse signal generated by the pulse generating means is a frequency at which the output of the chopper means is sufficiently smoothly smoothed by the averaging means. The control circuit according to claim 1. 交流電源から得る電力を用いてバッテリを充電する充電器であって、
バッテリに電力を供給するか否かを決めるスイッチと、
上記交流電源から得られる交流を整流する整流器と、
上記交流電源の交流周波数よりも高い周波数であり、且つある指定された値と上記バッテリへの出力との誤差に対応するデューティを持ったパルス信号を生成するパルス生成手段と、
上記整流器の出力である電圧波形信号を上記パルス生成手段により生成されたパルス信号を用いてチョッピングするチョッパ手段と、
そのチョッパ手段の出力を平均化する平均化手段と、
その平均化手段の出力と上記交流電源からの入力電流との誤差に基づいて上記スイッチを制御するための制御信号を出力する制御信号生成手段と、
を有する充電器。
A battery charger for charging a battery using power obtained from an AC power supply,
A switch for determining whether to supply power to the battery,
A rectifier for rectifying alternating current obtained from the alternating current power supply;
Pulse generation means for generating a pulse signal having a frequency higher than the AC frequency of the AC power supply and having a duty corresponding to an error between a specified value and an output to the battery;
Chopper means for chopping a voltage waveform signal output from the rectifier using a pulse signal generated by the pulse generation means,
Averaging means for averaging the output of the chopper means;
Control signal generating means for outputting a control signal for controlling the switch based on an error between an output of the averaging means and an input current from the AC power supply;
Charger with.
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