JP5530596B2 - 力率補正回路 - Google Patents

Description

本発明は、電力ライン給電電源装置で生成される歪みおよび高調波を低減するための力率補正回路に関する。

力率補正（ＰＦＣ）回路は、電力ラインの高調波を低減するために利用され、特に付随する負荷を含む回路を、実質的に純粋な抵抗負荷であるように見せるために利用される。力率補正回路の目的は、ＡＣ電圧および電流が実質的に同相となることを確実にすることである。これにより、効率が改善されると共に、有害な高調波が生成されなくなる。例えば、ＩＥＣ６１０００−３−２クラスＡは、１位相あたり最高１６Ａの入力電流に適用される。１０Ａ〜１６Ａの間の入力電流の力率補正は、実行するのに費用がかかる。日本国特許第３５３５９０２号の従来技術は、制御スイッチの出力電圧および電流を比較するというものであるが、それには、制御回路の乗算器でスイッチング信号を生成することが必要となる。乗算器を有する回路は、より複雑であり、ノイズによる影響を受けやすい。

別の従来技術である日本国特許第２６７５５０９号は、コイルから放電される電流を検知するために、変流器を用いる電流センサを実装する。この従来技術の電流感知回路は、変流器を使用しており、電流感知抵抗器を使用する電流検出よりも複雑である。
国際公開第２００６／００４６４１号明細書 特許第３５３５９０２号明細書 特許第２６７５５０９号明細書

本発明の目的は、電力補正回路を改良することである。

入力電流を有し、電力ライン給電電源装置で生成される歪みおよび高調波を低減する力率補正回路であって、
制御スイッチ電流および仮想短絡を発生させる制御スイッチ（ＩＧＢＴ）と、
負荷からの電力需要として作用し、負荷電流を発生させる負荷と、
前記回路内の電流を測定する１つまたは複数の抵抗器とからなる、力率補正回路。

力率補正回路の有する入力電流は、０Ａ〜１６Ａであることが好ましい。
前述の概要、および以下の本発明の好ましい実施形態の詳細な説明は、添付の図面と併せて読むとよりよく理解されるであろう。本発明を例示する目的で、現在好適である実施形態が図面に示されている。しかし、本発明は、図示の通りの構成および手段には限定されないということを理解されたい。

図１は、本発明の１実施形態の力率補正回路の回路図を示している。本発明の力率補正回路は、制御スイッチ（ＩＧＢＴ）、負荷、および複数の抵抗器を含む。制御スイッチ電流（ＩＧＢＴ）がゼロ交差信号によってオン状態にされると、ブリッジ・ダイオード（Ｄ１）の正端子と負端子との間に仮想短絡が生じる。入力電流が交流（ＡＣ）入力電圧によって徐々に増加するように、コイルを使用して、ライン電流が急速に上昇しすぎるのを防止する。制御スイッチ電流（ＩＧＢＴ）および負荷電流は、抵抗器を使用して測定される。抵抗器Ｒ１は制御スイッチ電流（ＩＧＢＴ）を電圧に関連づけ、抵抗器Ｒ２は負荷電流を電圧に関連づける。

制御スイッチ電流（ＩＧＢＴ）が負荷電流値の１．５〜３倍の間にあり、抵抗器Ｒ１の両端の電圧とＲ２の両端の電圧とが等しくなっていることに相当する場合、制御スイッチ電流（ＩＧＢＴ）はオフとなる。そのため、コイルを流れる電流がすぐに変化することはない。したがって、リアクトルを流れる電流は、パワー・ダイオードＤ１介してリザーバ・コンデンサＣ１に流れ込む。この作用は、入力ライン電流の連続伝導をもたらし、それにより、力率および電流高調波が改善されて電圧変動範囲に収まる。Ｒ２とＲ１の比が大きすぎる場合、力率は１に近づくことができるものの、電流高調波は電圧変動範囲に収まらないことがある。図２に示すように、ノッチが電流波形に現れることがある。Ｒ２とＲ１の比が小さすぎる場合、力率は９０％未満となり、電流高調波は電圧変動範囲に収まらないことがある。

力率を改善する他に、本発明の力率補正回路は、ＩＥＣ６１０００−３−２クラスＡ規制値以下に適合するように電流高調波を改善する。電流が急速に上昇しすぎると、図２に示すように、ノッチが電流波形に現れることがある。このノッチによって、電流高調波がＩＥＣ６１０００−３−２クラスＡ規制値を越えることがある。より滑らかな電流波形を得るためには、電流の上昇率はより低くあるべきである。この問題を解消する１つの方法は、コイルのインダクタンスを増やすことである。しかし、これはコイルの容量を増加させることになる。この問題を解消するための別の方法は、多重パルス・スイッチングを実施することである。スイッチング・パルスのデューティー・サイクルを調整することによって、電流波形がより滑らかになるように電流の上昇率を制御可能である。図３は、より滑らかな電流波形の例を示している。

本発明は、空調装置に適用することができる。既存の２馬力または２．５馬力（ＨＰ）空調装置ユニットは、定格電流が１２Ａで２３ｍＨのインダクタンスを有するコイルを使用している。定格電流が１６Ａで２３ｍＨのインダクタンスを有するコイルは、４ＨＰの屋外用空調装置ユニット内に収めるには大きすぎる。本発明は、１８ｍＨのインダクタンスと１５Ａの定格電流を有する、必要とするインダクタンスを２０％削減したコイルを使用する。

さらに、マイクロコントローラによって制御される、前述の空調装置ユニットのうちのあるものは力率補正を有しているが、使用されるスイッチング方法は単一パルスであり、パルス幅が参照テーブルによって決められる。本発明の力率回路は、負荷電流を追跡（ｔｒａｃｋ）することができ、負荷電流に応じてスイッチ・オン時間を決定する。本発明のスイッチング・パターンは、従来の空調装置ユニットにおけるような単一パルスではなく多重パルスである。

本発明の力率補正回路は、交流（ＡＣ）のコイルへの適用に限定されず、直流（ＤＣ）のコイルにも適用される。図４は、直流（ＤＣ）ラインにコイルを有する、本発明の１実施形態の力率補正回路の回路図を示している。しかし、ＡＣラインに接続されたコイルと比較して、ＤＣラインにコイルを配置すると、接続されたコイルは飽和しやすくなり得る。

本発明をその特定の実施形態に関して説明してきたが、他の変形形態および修正形態、ならびに他の利用法が、当業者には明らかとなるであろう。したがって、本発明は、本明細書における特定の開示によってではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるべきである。

本発明の１実施形態の力率補正回路の回路図。 本発明の１実施形態の、ノッチのある入力ライン電流高調波波形グラフ。 本発明の１実施形態の、より滑らかな波形の入力ライン電流高調波グラフ。 リアクトルが直流（ＤＣ）ラインにある、本発明の１実施形態の力率補正回路の回路図。

Claims (6)

1. 電源装置で生成される交流電流に含まれる歪みおよび高調波を低減する力率補正回路であって、
   ブリッジ・ダイオードと、
   前記ブリッジ・ダイオードの正端子と負端子との間に直列に接続された第１の抵抗器および制御スイッチであって、交流電流がゼロ交差にあるときに、前記制御スイッチがオンされて、制御スイッチ電流および仮想短絡を発生させ、前記第１の抵抗器は、前記制御スイッチ電流を測定する、前記第１の抵抗器および前記制御スイッチと、
   前記ブリッジ・ダイオードの正端子と負端子との間に接続されたリザーバ・コンデンサと、
   前記制御スイッチと前記リザーバ・コンデンサとの間に接続されたパワー・ダイオードと、
   負荷を介して前記ブリッジ・ダイオードの正端子と負端子との間に接続され、出力電流を測定する第２の抵抗器と
   を備え、
   前記力率補正回路は、前記電源装置からの交流電流を受け入れ、前記第１の抵抗器の前記制御スイッチ電流と前記第２の抵抗器の前記出力電流との比が１．５〜３である場合に、前記制御スイッチがオフされて、前記交流電流の連続伝導による連続波形が得られるとともに、所定の許容範囲内の電流高調波が生じて、低減された歪みおよび高調波を有する出力電流が生成される、力率補正回路。
2. 前記交流電流が０Ａ〜１６Ａである、請求項１に記載の力率補正回路。
3. 前記制御スイッチのオン・オフを制御するためのスイッチング信号による前記制御スイッチのオン時間が、前記制御スイッチ電流と前記出力電流との間で決定される、請求項１に記載の力率補正回路。
4. 前記制御スイッチのオン・オフを制御するためのスイッチング信号が多重パルスとなっている、請求項１に記載の力率補正回路。
5. 交流ラインに設けられるか、または前記ブリッジ・ダイオードと前記パワー・ダイオードとの間に設けられ、入力電圧を徐々に上昇させるためのコイルをさらに含む、請求項１に記載の力率補正回路。
6. 前記出力電流が直流である、請求項１に記載の力率補正回路。

Images