JP5713291B2 - AC / DC converter - Google Patents
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Description
本発明は、交流入力電圧を所望の目標電圧値を有する直流出力電圧に変換するAC/DC変換装置に関する。 The present invention relates to an AC / DC converter that converts an AC input voltage into a DC output voltage having a desired target voltage value.
従来のAC/DC変換装置として、例えば特許文献1には図6に示すAC/DC変換装置10が開示されている。同図に示すように、AC/DC変換装置10は、交流入力電圧Vacを所望の目標電圧値を有する直流出力電圧Vdcに変換するものであって、ダイオードブリッジ回路11と、高周波フィルタ回路12と、昇圧チョッパ回路からなる力率改善回路13と、降圧チョッパ回路からなるDC−DC変換回路14とを備えている。
As a conventional AC / DC converter, for example,
このAC/DC変換装置10は、昇圧チョッパ回路および降圧チョッパ回路の両方を備えているので、上記目標電圧値を交流入力電圧Vacの電圧値よりも低い電圧値に設定することも、高い電圧値に設定することもできる。
Since the AC /
また、従来の別のAC/DC変換装置として、例えば非特許文献1には図7に示すAC/DC変換装置20が開示されている。同図に示すように、AC/DC変換装置20は、交流入力電圧Vacを所望の目標電圧値(ただし、交流入力電圧Vacの電圧値以上)を有する直流出力電圧Vdcに変換するものであって、ノイズフィルタ回路21と、突入防止回路22と、ダイオードブリッジ回路23と、スイッチング素子SW等からなるチョッパ回路と、直流出力電圧Vdcの電圧値および各部の電流値に基づいてスイッチング素子SWを制御する制御部24とを備えている。
As another conventional AC / DC converter, Non-Patent
しかしながら、上記AC/DC変換装置10、20は、ダイオードブリッジ回路11、23に常に入力電流が流れるため、出力電力が増加して入力電流が増加すると、それに応じてダイオードブリッジ回路11、23で発生する損失が増加し、効率が悪化するという問題があった。AC/DC変換装置20については、突入防止回路22にも常に入力電流が流れるため、当該回路においても損失が発生していた。
However, in the AC /
また、目標電圧値を広い範囲で設定できるAC/DC変換装置10の効率は、直列接続された力率改善回路(昇圧チョッパ回路)13およびDC−DC変換回路(降圧チョッパ回路)14の効率の積となるので、一般的に低く、改善の余地は限定的であった。上記の通り、AC/DC変換装置20は、目標電圧値を交流入力電圧Vacよりも低く設定することができない。
Further, the efficiency of the AC /
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、従来のものよりも効率に優れ、かつ直流出力電圧の目標電圧値を広い範囲で設定することができるAC/DC変換装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and the problem is that an AC / DC which is more efficient than the conventional one and can set a target voltage value of a DC output voltage in a wide range. The object is to provide a DC converter.
上記課題を解決するために、本発明に係るAC/DC変換装置は、
第1入力端および第2入力端からなる入力端子対に入力される交流入力電圧を所望の目標電圧値を有する直流出力電圧に変換して第1出力端および第2出力端からなる出力端子対から出力させるAC/DC変換装置において、コイル、コンデンサおよび第1ないし第5スイッチング素子を有するチョッパ部と、交流入力電圧の電圧値を検知する入力電圧検知部と、直流出力電圧の電圧値を検知する出力電圧検知部と、入力電圧検知部および出力電圧検知部が検知した電圧値に基づいて、直流出力電圧の電圧値が目標電圧値となるようにチョッパ部の第1ないし第5のスイッチング素子をオン/オフ制御する制御部とを備え、第1入力端と第2入力端との間に第1および第2スイッチング素子からなる直列回路が接続され、第1および第2スイッチング素子からなる直列回路に対して出力側で第1入力端と第2入力端との間に第3および第4スイッチング素子からなる直列回路が接続され、第1および第2スイッチング素子との接続部位と第3および第4スイッチング素子との接続部位とがコイルにより接続され、第3および第4スイッチング素子との接続部位と第1出力端との間に第5スイッチング素子が接続され、コンデンサが第5スイッチング素子の出力側であって、第1出力端と第2出力端との間に接続され、制御部は、第1ないし第5スイッチング素子をオン/オフ制御して、チョッパ部に昇降圧チョッパ動作および反転昇降圧チョッパ動作のいずれかを選択的に実行させることで、交流入力電圧を目標電圧値を有する直流出力電圧に変換することを特徴としている。
In order to solve the above problems, an AC / DC converter according to the present invention provides:
An output terminal pair consisting of a first output terminal and a second output terminal by converting an AC input voltage inputted to an input terminal pair consisting of a first input terminal and a second input terminal into a DC output voltage having a desired target voltage value In the AC / DC conversion device for outputting from the AC, the chopper unit having the coil, the capacitor and the first to fifth switching elements, the input voltage detection unit for detecting the voltage value of the AC input voltage, and the voltage value of the DC output voltage are detected. And the first to fifth switching elements of the chopper unit so that the voltage value of the DC output voltage becomes the target voltage value based on the voltage value detected by the input voltage detection unit and the output voltage detection unit. And a control circuit for controlling on / off of the first and second switching elements. A series circuit including first and second switching elements is connected between the first input terminal and the second input terminal. A series circuit composed of third and fourth switching elements is connected between the first input terminal and the second input terminal on the output side with respect to the series circuit composed of the ching elements, and is connected to the first and second switching elements. The part and the connection part of the third and fourth switching elements are connected by a coil, the fifth switching element is connected between the connection part of the third and fourth switching elements and the first output terminal, and the capacitor Connected between the first output terminal and the second output terminal on the output side of the fifth switching element, the control unit controls on / off of the first to fifth switching elements and moves up and down to the chopper unit. The AC input voltage is converted into a DC output voltage having a target voltage value by selectively executing either the pressure chopper operation or the reverse buck-boost chopper operation.
この構成によれば、交流入力電圧の極性および目標電圧値の極性に基づいて制御されるチョッパ部が昇降圧チョッパ動作および反転昇降圧チョッパ動作のいずれかを選択的に実行することにより交流入力電圧が直接スイッチングされるので、ダイオードブリッジ回路を不要とすることができ、該回路による損失の発生を防ぐことができる。また、この構成によれば、2以上のチョッパ回路を直列接続する必要がないので、効率が悪化するのを防ぐことができる。 According to this configuration, the AC input voltage is obtained when the chopper controlled based on the polarity of the AC input voltage and the polarity of the target voltage value selectively executes either the step-up / step-down chopper operation or the reverse step-up / step-down chopper operation. Are directly switched, a diode bridge circuit can be dispensed with, and loss due to the circuit can be prevented. Further, according to this configuration, since it is not necessary to connect two or more chopper circuits in series, it is possible to prevent the efficiency from deteriorating.
ここで、制御部は、目標電圧値が正に設定された場合には、交流入力電圧が正の電圧値のときに昇降圧チョッパ動作を行わせ、交流入力電圧が負の電圧値のときに反転昇降圧チョッパ動作を行わせる一方、目標電圧値が負に設定された場合には、交流入力電圧が正の電圧値のときに反転昇降圧チョッパ動作を行わせ、交流入力電圧が負の電圧値のときに昇降圧チョッパ動作を行わせることを特徴とする。 Here, when the target voltage value is set to be positive, the control unit causes the buck-boost chopper operation to be performed when the AC input voltage is a positive voltage value, and when the AC input voltage is a negative voltage value. If the target voltage value is set to a negative value while the inverting buck-boost chopper operation is performed, the inverting buck-boost chopper operation is performed when the AC input voltage is a positive voltage value, and the AC input voltage is a negative voltage. The step-up / step-down chopper operation is performed when the value is a value.
より具体的には、昇降圧チョッパ動作においては、第3スイッチング素子がオフ状態とされ、かつ第1および第4スイッチング素子と第2および第5スイッチング素子とが交互にオン/オフ制御され、反転昇降圧チョッパ動作においては、第2スイッチング素子がオン状態、第1および第4スイッチング素子がオフ状態とされ、かつ第3スイッチング素子と第5スイッチング素子とが交互にオン/オフ制御される。 More specifically, in the step-up / step-down chopper operation, the third switching element is turned off, and the first and fourth switching elements and the second and fifth switching elements are alternately turned on / off and inverted. In the step-up / step-down chopper operation, the second switching element is turned on, the first and fourth switching elements are turned off, and the third switching element and the fifth switching element are alternately turned on / off.
上記AC/DC変換装置の制御部は、交流入力電圧の入力が開始されてから所定の時間が経過するまでの間および/または直流出力電圧の電圧値が所定の電圧値に到達するまでの間、昇降圧チョッパ動作において、第1および第4スイッチング素子のオン時間を短くすることにより、デューティを低く設定することが好ましい。 The control unit of the AC / DC converter is configured until a predetermined time elapses after input of an AC input voltage is started and / or until a voltage value of the DC output voltage reaches a predetermined voltage value. In the step-up / step-down chopper operation, it is preferable to set the duty low by shortening the ON time of the first and fourth switching elements.
この構成によれば、昇降圧チョッパ動作におけるデューティを変えるだけでソフトスタート機能を実現することができるので、突入防止回路を不要とすることができ、該回路による損失の発生を防ぐことができる。 According to this configuration, since the soft start function can be realized only by changing the duty in the step-up / step-down chopper operation, the inrush prevention circuit can be eliminated, and the occurrence of loss due to the circuit can be prevented.
また、上記AC/DC変換装置の制御部は、交流入力電圧の入力が開始されてから所定の時間が経過するまでの間および/または直流出力電圧の電圧値が所定の電圧値に到達するまでの間、反転昇降圧チョッパ動作において、第3スイッチング素子のオン時間を短くすることにより、デューティを低く設定してもよい。 Further, the control unit of the AC / DC conversion device may start the input of the AC input voltage until the predetermined time elapses and / or until the voltage value of the DC output voltage reaches the predetermined voltage value. Meanwhile, in the inverting step-up / down chopper operation, the duty may be set low by shortening the ON time of the third switching element.
この構成によっても、反転昇降圧チョッパ動作におけるデューティを変えるだけでソフトスタート機能を実現することができるので、突入防止回路を不要とすることができ、該回路による損失の発生を防ぐことができる。 Also with this configuration, the soft start function can be realized only by changing the duty in the inverting step-up / step-down chopper operation, so that the inrush prevention circuit can be made unnecessary and the occurrence of loss due to the circuit can be prevented.
本発明によれば、従来のものよりも効率に優れ、かつ直流出力電圧の目標電圧値を広い範囲で設定することができるAC/DC変換装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the AC / DC converter which can set the target voltage value of DC output voltage in a wide range can be provided which is more efficient than the conventional one.
以下、添付図面を参照して、本発明に係るAC/DC変換装置の好ましい実施形態について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of an AC / DC converter according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明に係るAC/DC変換装置1の概略構成図である。同図に示すように、AC/DC変換装置1は、対をなす第1入力端6aおよび第2入力端6bから入力された交流入力電圧Vacを所望の目標電圧値を有する直流出力電圧Vdcに変換し、該直流出力電圧Vdcを対をなす第1出力端7aおよび第2出力端7bから負荷RLに出力するものであって、複数のスイッチング素子SW1〜SW5を有するチョッパ部2と、交流入力電圧Vacの電圧値を検知する入力電圧検知部3と、直流出力電圧Vdcの電圧値を検知する出力電圧検知部4と、入力電圧検知部3および出力電圧検知部4が検知した電圧値に基づいて、直流出力電圧Vdcの電圧値が目標電圧値となるようにチョッパ部2を制御する制御部5を備えている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an AC /
チョッパ部2は、第1入力端6aにそれぞれ一端が接続された第1スイッチング素子SW1および第3スイッチング素子SW3と、第1スイッチング素子SW1の他端にそれぞれ一端が接続された第2スイッチング素子SW2およびコイルLと、第3スイッチング素子SW3およびコイルLの他端にそれぞれ一端が接続された第4スイッチング素子SW4および第5スイッチング素子SW5と、第5スイッチング素子SW5の他端に一端が接続されたコンデンサCoとを有する。また、第2スイッチング素子SW2、第4スイッチング素子SW4およびコンデンサCoの他端はそれぞれ第2入力端6bおよび第2出力端7bに接続され、第5スイッチング素子SW5の他端は第1出力端7aに接続されている。各スイッチング素子SW1〜SW5は、制御部5によりON/OFF制御される。
The chopper unit 2 includes a first switching element SW1 and a third switching element SW3 each having one end connected to the
なお、チョッパ部2は、第1入力端6aおよび第2入力端6bに接続されたコンデンサCiも備えているが、該コンデンサCiはコンデンサCoに比べて容量が非常に小さく、チョッパ部2の動作にはほとんど影響を与えないので、以下では、説明を簡単化するためにコンデンサCiを無視する。
The chopper unit 2 also includes a capacitor Ci connected to the
図2、図3に示すように、本発明では、交流入力電圧Vacの電圧値と目標電圧値Vt(負荷RLに出力すべき直流出力電圧Vdcの電圧値)とに応じて制御部5が各スイッチング素子SW1〜SW5の制御を変更する。言い換えると、本発明では、交流入力電圧Vacの電圧値および目標電圧値Vtに応じてチョッパ部2のチョッパ動作が変更される。
As shown in FIG. 2 and FIG. 3, in the present invention, the
具体的には、本発明に係るAC/DC変換装置1のチョッパ部2は、(1)交流入力電圧Vacの電圧値(第2入力端6bを基準とした場合の第1入力端6aの電位)が正であり、かつ目標電圧値Vt(第2出力端7bを基準とした場合の第1出力端7aの目標電位)が正の場合は第1昇降圧チョッパ動作を行い、(2)交流入力電圧Vacの電圧値が負であり、かつ目標電圧値Vtが正の場合は第1反転昇降圧チョッパ動作を行い、(3)交流入力電圧Vacの電圧値が正であり、かつ目標電圧値Vtが負の場合は第2反転昇降圧チョッパ動作を行い、(4)交流入力電圧Vacの電圧値が負であり、かつ目標電圧値Vtが負の場合は第2昇降圧チョッパ動作を行う。これらの動作により、直流出力電圧Vdcの電圧値は、目標電圧値Vtに維持(安定化)される。なお、図2、図3は、上記の制御により直流出力電圧Vdcの電圧値が目標電圧値Vtとなった状態を示している。
Specifically, the chopper unit 2 of the AC /
チョッパ部2の4つのチョッパ動作のうち、まず、第1昇降圧チョッパ動作について説明する。本動作においては、第3スイッチング素子SW3が常にOFF状態とされる。したがって、本動作中のAC/DC変換装置1は、図4(A)に示す簡素な等価回路で表現される。
Of the four chopper operations of the chopper unit 2, the first step-up / step-down chopper operation will be described first. In this operation, the third switching element SW3 is always turned off. Therefore, the AC /
また、本動作においては、第1スイッチング素子SW1および第4スイッチング素子SW4と第2スイッチング素子SW2および第5スイッチング素子SW5とが交互にON/OFF制御される。すなわち、第1スイッチング素子SW1および第4スイッチング素子SW4がON状態からOFF状態に切り替わると、同期的に第2スイッチング素子SW2および第5スイッチング素子SW5がOFF状態からON状態に切り替わる。第1スイッチング素子SW1および第4スイッチング素子SW4がON状態とされると、コイルLにエネルギーが蓄えられる。また、第2スイッチング素子SW2および第5スイッチング素子SW5がON状態とされると、コイルLに蓄えられていたエネルギーが放出される。 In this operation, the first switching element SW1 and the fourth switching element SW4, the second switching element SW2 and the fifth switching element SW5 are alternately turned on and off. That is, when the first switching element SW1 and the fourth switching element SW4 are switched from the ON state to the OFF state, the second switching element SW2 and the fifth switching element SW5 are synchronously switched from the OFF state to the ON state. When the first switching element SW1 and the fourth switching element SW4 are turned on, energy is stored in the coil L. Further, when the second switching element SW2 and the fifth switching element SW5 are turned on, the energy stored in the coil L is released.
1スイッチング周期Tにおける第1スイッチング素子SW1および第4スイッチング素子SW4のON時間をTonとすると、第1スイッチング素子SW1および第4スイッチング素子SW4のデューティα(=Ton/T)は次式で求めることができる。
デューティα=Vdcの電圧値/(Vdcの電圧値+Vacの電圧値)
When the ON time of the first switching element SW1 and the fourth switching element SW4 in one switching cycle T is Ton, the duty α (= Ton / T) of the first switching element SW1 and the fourth switching element SW4 is obtained by the following equation. Can do.
Duty α = Vdc voltage value / (Vdc voltage value + Vac voltage value)
第1昇降圧チョッパ動作によれば、交流入力電圧Vacを昇降圧することにより電圧値が目標電圧値Vtである直流出力電圧Vdcを得、該直流出力電圧Vdcを負荷RLに供給することができる(ただし、交流入力電圧Vacの電圧値>0、目標電圧値Vt>0、直流出力電圧Vdc>0)。 According to the first step-up / step-down chopper operation, the direct-current output voltage Vdc whose voltage value is the target voltage value Vt can be obtained by stepping up / down the alternating-current input voltage Vac, and the direct-current output voltage Vdc can be supplied to the load RL ( However, the voltage value of the AC input voltage Vac> 0, the target voltage value Vt> 0, and the DC output voltage Vdc> 0).
第1反転昇降圧チョッパ動作においては、第2スイッチング素子SW2が常にON状態とされ、第1スイッチング素子SW1および第4スイッチング素子SW4が常にOFF状態とされる。したがって、本動作中のAC/DC変換装置1は、図4(B)に示す簡素な等価回路で表現される。
In the first inversion step-up / step-down chopper operation, the second switching element SW2 is always turned on, and the first switching element SW1 and the fourth switching element SW4 are always turned off. Therefore, the AC /
また、本動作においては、第3スイッチング素子SW3と第5スイッチング素子SW5とが交互にON/OFF制御される。すなわち、第3スイッチング素子SW3がON状態からOFF状態に切り替わると、同期的に第5スイッチング素子SW5がOFF状態からON状態に切り替わる。第3スイッチング素子SW3がON状態とされると、コイルLにエネルギーが蓄えられる。また、第5スイッチング素子SW5がON状態とされると、コイルLに蓄えられていたエネルギーが放出される。 In this operation, the third switching element SW3 and the fifth switching element SW5 are alternately turned ON / OFF. That is, when the third switching element SW3 is switched from the ON state to the OFF state, the fifth switching element SW5 is synchronously switched from the OFF state to the ON state. When the third switching element SW3 is turned on, energy is stored in the coil L. Further, when the fifth switching element SW5 is turned on, the energy stored in the coil L is released.
1スイッチング周期Tにおける第3スイッチング素子SW3のON時間をTonとすると、第3スイッチング素子SW3のデューティα(=Ton/T)は次式で求めることができる。
デューティα=Vdcの電圧値/(Vdcの電圧値−Vacの電圧値)
When the ON time of the third switching element SW3 in one switching cycle T is Ton, the duty α (= Ton / T) of the third switching element SW3 can be obtained by the following equation.
Duty α = Vdc voltage value / (Vdc voltage value−Vac voltage value)
第1反転昇降圧チョッパ動作によれば、交流入力電圧Vacを反転および昇降圧することにより電圧値が目標電圧値Vtである直流出力電圧Vdcを得、該直流出力電圧Vdcを負荷RLに供給することができる(ただし、交流入力電圧Vacの電圧値<0、目標電圧値Vt>0、直流出力電圧Vdc>0)。 According to the first inversion step-up / down chopper operation, the DC input voltage Vac having the target voltage value Vt is obtained by inverting and stepping up / down the AC input voltage Vac, and the DC output voltage Vdc is supplied to the load RL. (However, the voltage value <0 of the AC input voltage Vac, the target voltage value Vt> 0, and the DC output voltage Vdc> 0).
第2反転昇降圧チョッパ動作においては、第2スイッチング素子SW2が常にON状態とされ、第1スイッチング素子SW1および第4スイッチング素子SW4が常にOFF状態とされる。したがって、本動作中のAC/DC変換装置1は、図5(A)に示す簡素な等価回路で表現される。同図に示す等価回路は、直流出力電圧Vdc(目標電圧値Vt)の極性が正負反転している以外の点において図4(B)に示す等価回路と共通している。
In the second inversion step-up / step-down chopper operation, the second switching element SW2 is always turned on, and the first switching element SW1 and the fourth switching element SW4 are always turned off. Therefore, the AC /
また、本動作においては、第3スイッチング素子SW3と第5スイッチング素子SW5とが交互にON/OFF制御される。すなわち、第3スイッチング素子SW3がON状態からOFF状態に切り替わると、同期的に第5スイッチング素子SW5がOFF状態からON状態に切り替わる。第3スイッチング素子SW3がON状態とされると、コイルLにエネルギーが蓄えられる。また、第5スイッチング素子SW5がON状態とされると、コイルLに蓄えられていたエネルギーが放出される。 In this operation, the third switching element SW3 and the fifth switching element SW5 are alternately turned ON / OFF. That is, when the third switching element SW3 is switched from the ON state to the OFF state, the fifth switching element SW5 is synchronously switched from the OFF state to the ON state. When the third switching element SW3 is turned on, energy is stored in the coil L. Further, when the fifth switching element SW5 is turned on, the energy stored in the coil L is released.
1スイッチング周期Tにおける第3スイッチング素子SW3のON時間をTonとすると、第3スイッチング素子SW3のデューティα(=Ton/T)は次式で求めることができる。
デューティα=Vdcの電圧値/(Vdcの電圧値−Vacの電圧値)
When the ON time of the third switching element SW3 in one switching cycle T is Ton, the duty α (= Ton / T) of the third switching element SW3 can be obtained by the following equation.
Duty α = Vdc voltage value / (Vdc voltage value−Vac voltage value)
第2反転昇降圧チョッパ動作によれば、交流入力電圧Vacを反転および昇降圧することにより電圧値が目標電圧値Vtである直流出力電圧Vdcを得、該直流出力電圧Vdcを負荷RLに供給することができる(ただし、交流入力電圧Vacの電圧値>0、目標電圧値Vt<0、直流出力電圧Vdc<0)。 According to the second inversion step-up / step-down chopper operation, the DC input voltage Vac having the target voltage value Vt is obtained by inverting and stepping up / down the AC input voltage Vac, and the DC output voltage Vdc is supplied to the load RL. (However, the voltage value of the AC input voltage Vac> 0, the target voltage value Vt <0, and the DC output voltage Vdc <0).
第2昇降圧チョッパ動作においては、第3スイッチング素子SW3が常にOFF状態とされる。したがって、本動作中のAC/DC変換装置1は、図5(B)に示す簡素な等価回路で表現される。同図に示す等価回路は、直流出力電圧Vdc(目標電圧値Vt)の極性が正負反転している以外の点において図4(A)に示す等価回路と共通している。
In the second step-up / step-down chopper operation, the third switching element SW3 is always turned off. Therefore, the AC /
また、本動作においては、第1スイッチング素子SW1および第4スイッチング素子SW4と第2スイッチング素子SW2および第5スイッチング素子SW5とが交互にON/OFF制御される。すなわち、第1スイッチング素子SW1および第4スイッチング素子SW4がON状態からOFF状態に切り替わると、同期的に第2スイッチング素子SW2および第5スイッチング素子SW5がOFF状態からON状態に切り替わる。第1スイッチング素子SW1および第4スイッチング素子SW4がON状態とされると、コイルLにエネルギーが蓄えられる。また、第2スイッチング素子SW2および第5スイッチング素子SW5がON状態とされると、コイルLに蓄えられていたエネルギーが放出される。 In this operation, the first switching element SW1 and the fourth switching element SW4, the second switching element SW2 and the fifth switching element SW5 are alternately turned on and off. That is, when the first switching element SW1 and the fourth switching element SW4 are switched from the ON state to the OFF state, the second switching element SW2 and the fifth switching element SW5 are synchronously switched from the OFF state to the ON state. When the first switching element SW1 and the fourth switching element SW4 are turned on, energy is stored in the coil L. Further, when the second switching element SW2 and the fifth switching element SW5 are turned on, the energy stored in the coil L is released.
1スイッチング周期Tにおける第1スイッチング素子SW1および第4スイッチング素子SW4のON時間をTonとすると、第1スイッチング素子SW1および第4スイッチング素子SW4のデューティα(=Ton/T)は次式で求めることができる。
デューティα=Vdcの電圧値/(Vdcの電圧値+Vacの電圧値)
When the ON time of the first switching element SW1 and the fourth switching element SW4 in one switching cycle T is Ton, the duty α (= Ton / T) of the first switching element SW1 and the fourth switching element SW4 is obtained by the following equation. Can do.
Duty α = Vdc voltage value / (Vdc voltage value + Vac voltage value)
第2昇降圧チョッパ動作によれば、交流入力電圧Vacを昇降圧することにより電圧値が目標電圧値Vtである直流出力電圧Vdcを得、該直流出力電圧Vdcを負荷RLに供給することができる(ただし、交流入力電圧Vacの電圧値<0、目標電圧値Vt<0、直流出力電圧Vdc<0)。 According to the second step-up / step-down chopper operation, the direct-current output voltage Vdc whose voltage value is the target voltage value Vt can be obtained by stepping up / down the alternating-current input voltage Vac, and the direct-current output voltage Vdc can be supplied to the load RL ( However, the voltage value <0 of the AC input voltage Vac, the target voltage value Vt <0, and the DC output voltage Vdc <0).
以上のように、本発明に係るAC/DC変換装置1では、制御部5がチョッパ部2のチョッパ動作を(1)第1昇降圧チョッパ動作、(2)第1反転昇降圧チョッパ動作、(3)第2反転昇降圧チョッパ動作、および(4)第2昇降圧チョッパ動作に切り替える。また、各チョッパ動作においては、チョッパ部2が交流入力電圧Vacを直接スイッチングする。したがって、本発明に係るAC/DC変換装置1によれば、ダイオードブリッジ回路(図6の符号11、図7の符号23)を不要とすることができるので、該回路による損失の発生を防ぐことができ、効率を改善することができる。
As described above, in the AC /
また、図1、図4および図5から明らかなように、本発明に係るAC/DC変換装置1は、2つ以上のチョッパ回路を直列接続した構成とはなっていない。したがって、本発明に係るAC/DC変換装置1によれば、2つ以上のチョッパ回路のそれぞれが効率を悪化させることによる装置全体の効率の悪化を防ぐことができる。
Further, as is apparent from FIGS. 1, 4 and 5, the AC /
なお、本発明に係るAC/DC変換装置は上記構成に限定されるものではなく、種々の変形例が考えられる。 The AC / DC converter according to the present invention is not limited to the above-described configuration, and various modifications can be considered.
例えば、効率をさらに改善するためには、交流入力電圧Vacの入力が開始されてから所定の時間が経過するまでの間および/または直流出力電圧Vdcの電圧値が所定の電圧値(例えば、目標電圧値Vtの約95%)に到達するまでの間、各チョッパ動作におけるデューティを通常時とは異なったデューティとすることが好ましい。これによれば、突入防止回路(図7の符号22)がなくても突入電流の量を制限することができるので、該回路による損失の発生を防ぐことができる。 For example, in order to further improve the efficiency, the voltage value of the DC output voltage Vdc is set to a predetermined voltage value (for example, a target value) until a predetermined time elapses after the input of the AC input voltage Vac is started. It is preferable to set the duty in each chopper operation to a duty different from the normal time until the voltage value reaches about 95% of the voltage value Vt). According to this, since the amount of inrush current can be limited without the inrush prevention circuit (reference numeral 22 in FIG. 7), it is possible to prevent the occurrence of loss due to the circuit.
より詳しくは、第1昇降圧チョッパ動作および第2昇降圧チョッパ動作においては、第2スイッチング素子SW2および第5スイッチング素子SW5がON状態に切り替えられたときに、コイルLに蓄積されていたエネルギーが第5スイッチング素子SW5を通じてコンデンサCoに供給される。したがって、通常時よりもデューディα(=Ton/T)を低めに設定して第1スイッチング素子SW1および第4スイッチング素子SW4のON時間Tonを短くし、コイルLに蓄積されるエネルギーを減らすことで、突入電流の量を制限することができる。 More specifically, in the first buck-boost chopper operation and the second buck-boost chopper operation, when the second switching element SW2 and the fifth switching element SW5 are switched to the ON state, the energy accumulated in the coil L is The voltage is supplied to the capacitor Co through the fifth switching element SW5. Therefore, the duty time (= Ton / T) is set lower than normal so that the ON time Ton of the first switching element SW1 and the fourth switching element SW4 is shortened, and the energy accumulated in the coil L is reduced. The amount of inrush current can be limited.
また、第1反転昇降圧チョッパ動作および第2反転昇降圧チョッパ動作においては、第5スイッチング素子SW5がON状態に切り替えられたときに、コイルLに蓄積されていたエネルギーが第5スイッチング素子SW5を通じてコンデンサCoに供給される。したがって、通常時よりもデューディα(=Ton/T)を低めに設定して第3スイッチング素子SW3のON時間Tonを短くし、コイルLに蓄積されるエネルギーを減らすことで、突入電流の量を制限することができる。 In the first inversion buck-boost chopper operation and the second inversion buck-boost chopper operation, when the fifth switching element SW5 is switched to the ON state, the energy accumulated in the coil L passes through the fifth switching element SW5. It is supplied to the capacitor Co. Accordingly, the amount of inrush current can be reduced by setting the duty [alpha] (= Ton / T) lower than usual to shorten the ON time Ton of the third switching element SW3 and reducing the energy accumulated in the coil L. Can be limited.
また、別の変形例として、入力電流検出回路を設けることにより、制御部5は、力率改善および高調波対策のために、入力電流波形を正弦波に近づけるような各スイッチング素子SW1〜SW5の制御を追加的に行ってもよい。
As another modified example, by providing an input current detection circuit, the
1 AC/DC変換装置
2 チョッパ部
3 入力電圧検知部
4 出力電圧検知部
5 制御部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
コイル、コンデンサおよび第1ないし第5スイッチング素子を有するチョッパ部と、
前記交流入力電圧の電圧値を検知する入力電圧検知部と、
前記直流出力電圧の電圧値を検知する出力電圧検知部と、
前記入力電圧検知部および前記出力電圧検知部が検知した電圧値に基づいて、前記直流出力電圧の電圧値が前記目標電圧値となるように前記チョッパ部の前記第1ないし第5のスイッチング素子をオン/オフ制御する制御部と
を備え、
前記第1入力端と第2入力端との間に前記第1および第2スイッチング素子からなる直列回路が接続され、
前記第1および第2スイッチング素子からなる直列回路に対して出力側で前記第1入力端と第2入力端との間に前記第3および第4スイッチング素子からなる直列回路が接続され、
前記第1および第2スイッチング素子との接続部位と前記第3および第4スイッチング素子との接続部位とが前記コイルにより接続され、
前記第3および第4スイッチング素子との接続部位と前記第1出力端との間に前記第5スイッチング素子が接続され、
前記コンデンサが前記第5スイッチング素子の出力側であって、前記第1出力端と前記第2出力端との間に接続され、
前記制御部は、前記第1ないし第5スイッチング素子をオン/オフ制御して、前記チョッパ部に昇降圧チョッパ動作および反転昇降圧チョッパ動作のいずれかを選択的に実行させることで、前記交流入力電圧を前記目標電圧値を有する直流出力電圧に変換することを特徴とするAC/DC変換装置。 An output terminal pair consisting of a first output terminal and a second output terminal by converting an AC input voltage inputted to an input terminal pair consisting of a first input terminal and a second input terminal into a DC output voltage having a desired target voltage value In the AC / DC converter for outputting from
A chopper portion having a coil, a capacitor, and first to fifth switching elements;
An input voltage detector for detecting a voltage value of the AC input voltage;
An output voltage detector for detecting a voltage value of the DC output voltage;
Based on the voltage values detected by the input voltage detector and the output voltage detector, the first to fifth switching elements of the chopper unit are set so that the voltage value of the DC output voltage becomes the target voltage value. A control unit for on / off control,
A series circuit composed of the first and second switching elements is connected between the first input terminal and the second input terminal,
A series circuit composed of the third and fourth switching elements is connected between the first input terminal and the second input terminal on the output side with respect to the series circuit composed of the first and second switching elements;
The connection part of the first and second switching elements and the connection part of the third and fourth switching elements are connected by the coil,
The fifth switching element is connected between the connection portion of the third and fourth switching elements and the first output end,
The capacitor is on the output side of the fifth switching element and is connected between the first output end and the second output end;
The control unit performs on / off control of the first to fifth switching elements, and causes the chopper unit to selectively execute either a step-up / step-down chopper operation or a reverse step-up / step-down chopper operation, whereby the AC input is performed. An AC / DC converter characterized by converting a voltage into a DC output voltage having the target voltage value.
前記目標電圧値が正に設定された場合には、前記交流入力電圧が正の電圧値のときに昇降圧チョッパ動作を行わせ、前記交流入力電圧が負の電圧値のときに反転昇降圧チョッパ動作を行わせる一方、
前記目標電圧値が負に設定された場合には、前記交流入力電圧が正の電圧値のときに反転昇降圧チョッパ動作を行わせ、前記交流入力電圧が負の電圧値のときに昇降圧チョッパ動作を行わせることを特徴とする請求項1に記載のAC/DC変換装置。 The controller is
When the target voltage value is set to be positive, a step-up / step-down chopper operation is performed when the AC input voltage is a positive voltage value, and an inverting step-up / step-down chopper is performed when the AC input voltage is a negative voltage value. While doing the action,
When the target voltage value is set to be negative, an inversion buck-boost chopper operation is performed when the AC input voltage is a positive voltage value, and a buck-boost chopper when the AC input voltage is a negative voltage value. 2. The AC / DC conversion apparatus according to claim 1, wherein the operation is performed.
前記反転昇降圧チョッパ動作においては、前記第2スイッチング素子がオン状態、前記第1および第4スイッチング素子がオフ状態とされ、かつ前記第3スイッチング素子と前記第5スイッチング素子とが交互にオン/オフ制御されることを特徴とする請求項2に記載のAC/DC変換装置。 In the step-up / step-down chopper operation, the third switching element is turned off, and the first and fourth switching elements and the second and fifth switching elements are alternately turned on / off,
In the inverting buck-boost chopper operation, the second switching element is turned on, the first and fourth switching elements are turned off, and the third switching element and the fifth switching element are alternately turned on / off. The AC / DC conversion apparatus according to claim 2, wherein the AC / DC conversion apparatus is off-controlled.
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