JP6157399B2 - DC power supply device and motor drive device - Google Patents
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Description
本発明は、直流電源装置および電動機駆動装置に関するものである。 The present invention relates to a DC power supply device and an electric motor drive device.
交流電源から供給される交流電圧を所望の直流電圧に変換して負荷に供給する直流電源装置に関する技術は、従来、盛んに研究開発が行われており、例えば下記特許文献1には、交流電源から供給される電源電圧のピーク値の略3倍の直流電圧を負荷に供給可能とする技術が開示されている。 The technology related to a DC power supply device that converts an AC voltage supplied from an AC power supply into a desired DC voltage and supplies it to a load has been actively researched and developed. For example, Patent Document 1 below discloses an AC power supply. Discloses a technique that can supply a direct-current voltage that is approximately three times the peak value of the power supply voltage supplied to the load.
下記特許文献1に記載された直流電源装置は、単相交流電源に対して倍の電圧を得ることができるチャージポンプ回路を2段並列に持たせており、それぞれの出力を逆流阻止ダイオードを用いて合成することにより、電源電圧のピーク値の略3倍の直流電圧を出力することができるように構成されている。 The DC power supply device described in Patent Document 1 below has a charge pump circuit that can obtain a voltage double that of a single-phase AC power supply in two stages in parallel, and uses a reverse current blocking diode for each output. By combining them, a DC voltage approximately three times the peak value of the power supply voltage can be output.
また、下記特許文献1に記載された直流電源装置は、電源短絡手段と整流方式を切替える開閉部とを有し、電源短絡手段のオン期間を制御することで出力電圧の制御およびコンデンサへの突入電流ピーク値の抑制を可能とすると共に、開閉部で3つの整流方式(全波整流、倍電圧整流、三倍電圧整流)を切替えて電源電圧ピークの1倍から3倍の電圧を出力可能としている。 Further, the DC power supply device described in Patent Document 1 below has a power supply short-circuiting means and an opening / closing part that switches a rectification method, and controls the output voltage and enters the capacitor by controlling the on-period of the power supply short-circuiting means. The current peak value can be suppressed, and three rectification methods (full-wave rectification, voltage doubler rectification, and triple voltage rectification) can be switched at the switching part to output a voltage that is 1 to 3 times the power supply voltage peak. Yes.
しかしながら、上記特許文献1に記載された直流電源装置は、開閉部で整流方式を切替えると共に電源短絡手段で出力電圧を制御することによって、電源電圧ピークの1倍から3倍の電圧を出力しているため、整流方式を切替える際、出力電圧が急変動するという問題がある。また、上記特許文献1に記載された直流電源装置によれば、各整流方式の出力電圧の中間電圧以上にて電圧を制御する場合、電源短絡手段によるオン期間の拡大によって短絡電流ピークが大きくなるため、部品電流容量の増加によるコストアップ、回路の大型化という問題があった。 However, the DC power supply described in Patent Document 1 outputs a voltage that is 1 to 3 times the power supply voltage peak by switching the rectification method at the opening and closing unit and controlling the output voltage by the power supply short-circuiting means. Therefore, there is a problem that the output voltage fluctuates suddenly when switching the rectification method. Further, according to the DC power supply device described in Patent Document 1, when the voltage is controlled at an intermediate voltage or more of the output voltage of each rectification method, the short-circuit current peak increases due to the extension of the ON period by the power supply short-circuit means. For this reason, there are problems such as an increase in cost due to an increase in component current capacity and an increase in circuit size.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、出力電圧の変動を抑制しながら広い範囲で出力電圧を制御することが可能な直流電源装置および電動機駆動装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a DC power supply device and an electric motor drive device capable of controlling the output voltage in a wide range while suppressing fluctuations in the output voltage.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、交流電源から供給された交流電圧を整流して倍電圧以上の電圧を生成する整流部と、前記整流部から出力される直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、を備え、前記整流部は、前記交流電源のピーク電圧の1倍から3倍の直流電圧を生成するようにそれぞれが前記交流電圧の半周期中に複数回開閉制御される2つの開閉部と、整流素子と、コンデンサとを備え、前記2つの開閉部が同時に開から閉となり、かつ、前記2つの開閉部の閉期間が同じであり、前記2つの開閉部が同時に閉から開となり、かつ、前記2つの開閉部の開期間が同じである。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention rectifies an AC voltage supplied from an AC power source to generate a voltage higher than a double voltage, and a DC output from the rectifier A smoothing capacitor for smoothing the voltage, and each of the rectifiers is opened and closed several times during a half cycle of the AC voltage so as to generate a DC voltage that is 1 to 3 times the peak voltage of the AC power supply. Two open / close sections to be controlled, a rectifying element, and a capacitor , wherein the two open / close sections are simultaneously opened to closed, and the two open / close sections have the same closing period, and the two open / close sections There will open from its closed simultaneously, and the open period of the two closing parts to be the same as.
この発明によれば、出力電圧の変動を抑制しながら広い範囲で出力電圧を制御することができる、という効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that the output voltage can be controlled in a wide range while suppressing the fluctuation of the output voltage.
以下に、本発明に係る直流電源装置および電動機駆動装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a DC power supply device and an electric motor drive device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態.
図1は、本発明の実施の形態にかかる直流電源装置100の構成例を示す図である。図2は、図1に示される整流部9の構成例を示す図である。直流電源装置100は、主たる構成として、制御部13と、一端が交流電源1の一方の出力端に接続され他端が整流部9に接続されたリアクタ2と、交流電源1から出力される交流電圧の位相を検出する位相検出器11と、交流電源1から供給される交流電圧を整流して直流電圧に変換して直流負荷7へ供給する整流部9と、整流部9の出力電圧を検出する電圧検出器12と、整流部9から出力される直流電圧を平滑化する平滑コンデンサ5とを有して構成されている。直流負荷7は、平滑コンデンサ5と並列接続されている。なお、図1のEは交流電源1から出力される電圧を示し、Iinは交流電源1から流れる電流を示す。
Embodiment.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a DC
整流部9は2つの整流部(整流部9aおよび整流部9b)に区分されている。整流部9b(一方の倍電圧整流部)は、交流を直流に整流する整流ダイオード3c,3dと、電源半波毎に充放電する倍電圧コンデンサ4c,4dと、平滑コンデンサ5からの逆流を抑止する逆流阻止ダイオード6c,6dとにより構成されている。また、整流部9bは、交流電源1の一方の出力端に一端が接続されたリアクタ2の他端と、倍電圧コンデンサ4cと倍電圧コンデンサ4dとの接続点との間に配置される開閉部8bを有する。
The rectifying unit 9 is divided into two rectifying units (rectifying
整流部9a(他方の倍電圧整流部)は、交流を直流に整流する整流ダイオード3a,3bと、電源半波毎(半周期)に充放電する倍電圧コンデンサ4a,4bと、平滑コンデンサ5からの逆流を抑止する逆流阻止ダイオード6a,6bとにより構成されている。また整流部9aは、交流電源1の他方の出力端と、倍電圧コンデンサ4aと倍電圧コンデンサ4bとの接続点との間に配置される開閉部8aを有する。開閉部8aおよび開閉部8bは例えば半導体素子からなる双方向スイッチで構成される。
The
制御部13は、位相検出器11で検出された位相検出値と電圧検出器12で検出された電圧検出値とに基づいて開閉部8aおよび開閉部8bの開閉制御を行う。
The
なお、図2に示される開閉部8aおよび開閉部8bは、例えばダイオードブリッジおよびスイッチング素子により構成することが可能であるが、開閉部8aおよび開閉部8bの構成により本発明が限定されるものではない。
2 can be configured by, for example, a diode bridge and a switching element, but the present invention is not limited by the configuration of the
次に図3から図6を参照して直流電源装置100の動作を説明する。図3は、整流部9内の2つの開閉部8a,8bが何れもオン状態のときに流れる電流の経路を示す第1の図である。図4は、整流部9内の2つの開閉部8a,8bが何れもオン状態のときに流れる電流の経路を示す第2の図である。図5は、整流部9内の2つの開閉部8a,8bが何れもオン状態のときにおける電流波形を示す図である。図5(b)には、図3(a)と図4(a)に示される経路で流れる電源電流Iin(I1,I3)の波形が示され、図5(c)には、図3(b)と図4(b)に示される経路で流れる電源電流Iin(I2,I4)の波形が示されている。図5(d)の矢印は交流電源1の電圧ゼロクロスのタイミングを示している。また図6は、整流部9内の2つの開閉部8a,8bを開閉動作させたときにおける第1の電流波形を示す図である。図6(a)には、交流電源1の電源電圧Eの波形が示され、図6(b)には、開閉部8aおよび開閉部8bが開閉制御されたときに流れる電源電流Iinの波形を示す。図6(c)には制御部13から整流部9へ出力されるスイッチング信号13aの波形が示され、図示例のスイッチング信号13aは、電源半周期に開閉部8aおよび開閉部8bを5回スイッチングさせるときのものであり、開閉部8aおよび開閉部8bのオン期間(矢印でONと表記)は変化することなく一定であり、また開閉部8aおよび開閉部8bのオフ期間(矢印でOFFと表記)の周期も一定である。図6(d)は、SIN関数状に変化させていないときの開閉部8aおよび開閉部8bのオン期間を表す。
Next, the operation of the DC
図1の例では、図中の矢印で示した方向を電源電圧Eの正極性とし、この方向に電源電流Iinが流れるものとする。ここでは、まず開閉部8aおよび開閉部8bがオン状態のときの動作を説明する。なお倍電圧コンデンサ4b,4cには各々電荷が蓄積されており、各コンデンサの両端電圧Vb,Vcが電源電圧Eのピーク値と略等しい値となっているものとする。
In the example of FIG. 1, it is assumed that the direction indicated by the arrow in the figure is the positive polarity of the power supply voltage E, and the power supply current Iin flows in this direction. Here, first, the operation when the opening /
図5の時刻t0のタイミング(電圧ゼロクロスのタイミング)から徐々に電源電圧Eが上昇した場合、図3(a)のように電流I1は、交流電源1→リアクタ2→開閉部8b→倍電圧コンデンサ4c→逆流阻止ダイオード6c→平滑コンデンサ5→逆流阻止ダイオード6b→倍電圧コンデンサ4b→開閉部8a→交流電源1という経路で流れる。この結果、平滑コンデンサ5の両端電圧Voは、電源電圧Eと、倍電圧コンデンサ4cの両端電圧Vcと、倍電圧コンデンサ4bの両端電圧Vbとを加算した値(Vo=E+Vc+Vb)となる。
When the power supply voltage E gradually rises from the timing of time t0 in FIG. 5 (timing of voltage zero crossing), the current I1 is changed from AC power supply 1 →
電源電圧Eが更に上昇した場合、図5の時刻t1のタイミングで図3(b)のように2つの経路で電源電流Iinが流れる。すなわち、電流I2は、交流電源1→リアクタ2→整流ダイオード3a→倍電圧コンデンサ4a→開閉部8a→交流電源1という経路と、交流電源1→リアクタ2→開閉部8b→倍電圧コンデンサ4d→整流ダイオード3d→交流電源1という経路で流れ始める。
If the power supply voltage E rises further, it flows the supply current I in two paths as shown in FIG. 3 (b) at time t1 in FIG. 5. That is, the current I2 is a path of AC power source 1 →
図3(a),(b)のように電流I1,I2が流れることにより、電源電流Iinは、電流I1と電流I2とを加算した値(Iin=I1+I2)となる。この結果、倍電圧コンデンサ4a,4dに電荷が蓄積され、各両端電圧Va,Vdが電源電圧Eのピーク値と略等しい値となる。
FIG. 3 (a), by flowing a current I1, I2 to as in (b), however, the power supply current I in has a value obtained by adding the current I1 and the current I2 (I in = I1 + I2 ). As a result, electric charges are accumulated in the
続いて、図5の時刻t2のタイミングで交流電源1の電源電圧Eが負極性に転じると、図4(a)のように電流I3は、交流電源1→開閉部8a→倍電圧コンデンサ4a→逆流阻止ダイオード6a→平滑コンデンサ5→逆流阻止ダイオード6d→倍電圧コンデンサ4d→開閉部8b→リアクタ2→交流電源1という経路で流れる。この結果、平滑コンデンサ5の両端電圧Voは、電源電圧Eと、倍電圧コンデンサ4aの両端電圧Vaと、倍電圧コンデンサ4dの両端電圧Vdとを加算した値(Vo=E+Va+Vd)となる。
Subsequently, when the power supply voltage E of the AC power supply 1 changes to the negative polarity at the time t2 in FIG. 5, the current I3 is changed from the AC power supply 1 → the opening /
さらに、図5の時刻t3のタイミングでは図4(b)のように2つの経路で電源電流Iinが流れる。すなわち、電流I4は、交流電源1→整流ダイオード3c→倍電圧コンデンサ4c→開閉部8b→リアクタ2→交流電源1という経路と、交流電源1→開閉部8a→倍電圧コンデンサ4b→整流ダイオード3b→リアクタ2→交流電源1という経路で流れ始める。
Further, in the timing of time t3 in FIG. 5 through the supply current I in two paths as in Figure 4 (b). That is, the current I4 is expressed as follows: AC power source 1 →
図4(a),(b)のように電流I3,I4が流れることにより、電源電流Iinは、電流I3と電流I4とを加算した値(Iin=I3+I4)となる。この結果、倍電圧コンデンサ4b,4cに電荷が蓄積されて各両端電圧Vb,Vcが電源電圧Eのピーク値と略等しい値となる。
FIG. 4 (a), the by flowing current I3, I4 so as in (b), however, the power supply current I in has a value obtained by adding the current I3 and current I4 (I in = I3 + I4 ). As a result, charges are accumulated in the
上記の動作を繰り返すことにより、平滑コンデンサ5は、電源電圧Eのピーク値と略等しい値まで充電された倍電圧コンデンサ4a,4b,4c,4dの各々の両端電圧Va,Vb,Vc,Vdと、交流電源1の電源電圧Eとを加算した電圧で充電される。この一連の動作により、電源電圧Eのピーク値の2倍から3倍の直流電圧を生成することができる。
By repeating the above operation, the smoothing
次に、開閉部8aおよび開閉部8bがオフ状態のときの動作を説明する。開閉部8aおよび開閉部8bがオフの場合、電源が正極性のとき、電源電流Iinは、交流電源1→リアクタ2→整流ダイオード3a→逆流阻止ダイオード6a→平滑コンデンサ5→逆流阻止ダイオード6d→整流ダイオード3d→交流電源1の経路で流れる。また、電源が負極性のとき、電源電流Iinは、交流電源1→整流ダイオード3c→逆流阻止ダイオード6c→平滑コンデンサ5→逆流阻止ダイオード6b→整流ダイオード3b→リアクタ2→交流電源1の経路で電流が流れる。この一連の動作により全波整流回路として動作し、電源電圧Eのピーク値以下の直流電圧を生成することができる。
Next, the operation when the opening /
以上のように開閉部8aおよび開閉部8bの開閉動作をさせることにより、上記の整流動作が電源半周期中に1回以上切替えられ、電源電圧Eのピーク値の略1倍から3倍の直流電圧が生成される。この開閉動作は制御部13により制御される。具体的には、制御部13は、位相検出器11からの位相検出値に基づいて、直流負荷7への出力電圧が所望値となるような開閉部8aおよび開閉部8bのオン期間(図6(c)参照)を算出する。また、制御部13は、電源電圧Eの電圧ゼロクロスを基準として、この基準点から一定時間が経過したタイミングで、開閉部8aおよび開閉部8bを同時にオン制御し、上記の算出したオン期間の経過後に、開閉部8aおよび開閉部8bを同時にオフ制御する。
As described above, by opening / closing the opening /
図6の例では、例えば電源電圧Eを100V、電源電圧Eの周期をTc、電源電圧Eの半周期をTc/2、周期Tcを10で除した周期をTc/10、電源周波数50Hzに対する母線電圧指令値を300Vとして、周期Tc/2中に開閉部8aおよび開閉部8bのオン動作とオフ動作が各々5回行われている。オン期間とオフ期間との比率により、オン期間は周期Tc/10よりも低い値となるが、オン期間とオフ期間が共に変化しないため、図6(d)に示されるように一定の値となる。このように開閉部8aおよび開閉部8bを開閉動作させることによって整流動作が切替わり、平滑コンデンサ5に印加される直流電圧の平均値が目標値(母線電圧指令値)と一致するように制御されている。
In the example of FIG. 6, for example, the power supply voltage E is 100 V, the cycle of the power supply voltage E is Tc, the half cycle of the power supply voltage E is Tc / 2, the cycle obtained by dividing the cycle Tc by 10 is Tc / 10, and the bus for the power supply frequency 50 Hz The voltage command value is 300 V, and the open /
これにより、平滑コンデンサ5に充電される電圧の値を所定値に抑制することができる。そのため、耐圧が小さく低コストな素子を平滑コンデンサ5として用いることができ、直流電源装置100の小型化と低コスト化を図ることができる。
Thereby, the value of the voltage charged in the smoothing
また、平滑コンデンサ5に印加される直流電圧を連続的に制御することが可能であり、出力電圧の自由度が高く安定性が高い直流電源装置100を得ることができる。
In addition, the DC voltage applied to the smoothing
また、平滑コンデンサ5の容量を直流負荷7に対して適切に選定することで、前述した従来技術のように短絡手段で平滑コンデンサ5の直流電圧を制御する場合に比べて、電流ピークを抑制することが可能となる。そのため、部品寿命の低下を抑制し、部品容量の増加を抑制し、電源インピーダンスによる電圧歪みを抑制することができる。
Further, by appropriately selecting the capacity of the smoothing
電源力率を改善するための開閉部8aおよび開閉部8bの制御方法について説明する。
A control method of the opening /
図7は、整流部9内の2つの開閉部8a,8bを開閉動作させたときにおける第2の電流波形を示す図である。図6(c)に示されるオン期間は電源半周期中で一定であるが、図7(c)のように電源半周期中でオン期間を変化させることにより、電源電流Iinの通流期間を拡張して電源力率を改善することができる。図7(d)は、電源半周期においてSIN関数状に変化させたときのオン期間を表す。
FIG. 7 is a diagram illustrating a second current waveform when the two opening /
図2で説明した通り、開閉部8aおよび開閉部8bがオンのとき、電源電圧Eのピーク付近では電源電流Iinが大きく流れており、電源電圧Eの0V付近では電源電流Iinが略流れていない。したがって、電源電圧Eのピーク付近では、開閉部8aおよび開閉部8bをオフにする期間を持たせることによって、平滑コンデンサ5への充電タイミングを制限し、電源電流Iinの通流期間を拡張することが出来るため、電源力率の改善が可能である。
As described with reference to FIG. 2, when the
図7の動作波形例は、電源電圧100V、電源電圧Eの周期をTc、電源電圧Eの半周期をTc/2、周期Tcを10で除した周期をTc/10、電源周波数50Hzに対する母線電圧指令値を300Vとして、周期Tc/2中に開閉部8aおよび開閉部8bのオン動作が3回行われ、オフ動作が2回行われている。図7(c)に示されるTc/10は、図6(c)に示されるTc/10と同じ期間である。開閉部8aおよび開閉部8bが交流電源1の電源電圧周波数以上の周波数で開閉制御されている。さらに電源電圧Eのピーク付近では、電源電圧Eのピーク付近以外の領域に比べてオフ期間の比率が増加するように制御されている。従って電源電圧Eのピーク付近以外の領域ではオン期間が周期Tc/10と略等しい値であるが、電源電圧Eのピークに近づくにつれてオフ期間が延びることによって相対的にオン期間が周期Tc/10よりも短くなる(図7(d))。このように、電源電圧Eのピーク付近におけるオン期間は、電源電圧Eのピーク付近以外の領域におけるオン期間よりも短くなるように、電源半周期においてSIN関数状に変化させている。そのため電源電流Iinの通流期間が拡張され、電源力率が改善される。
The operation waveform example of FIG. 7 shows a power supply voltage 100V, a cycle of the power supply voltage E is Tc, a half cycle of the power supply voltage E is Tc / 2, a cycle obtained by dividing the cycle Tc by 10 is Tc / 10, and a bus voltage with respect to a power supply frequency of 50 Hz. Assuming that the command value is 300V, the opening /
なお、本実施の形態では開閉部8aおよび開閉部8bを同時に開閉させた例を説明したが、開閉部8aおよび開閉部8bを各々異なるタイミングでスイッチングさせるように制御しても、同様の効果が得られることは言うまでもない。また、本実施の形態では開閉部8aおよび開閉部8bのスイッチング回数は図示例に限定されるものではなく、異なる回数であってもよい。また、本実施の形態では開閉部8aおよび開閉部8bのオン期間をSIN関数状に変化させているが、オン期間の制御方法についてはこれに限定されるものではない。
In this embodiment, an example in which the opening /
図8は、本発明の実施の形態にかかる直流電源装置100の構成を変形した例を示す図である。図示例の直流電源装置100では、交流電源1を短絡して力率を改善する目的で短絡部10が用いられており、短絡部10は制御部13によって制御され、例えば制御部13は、交流電源1の電圧ゼロクロスを基準にして、この基準点から所定時間が経過した後に短絡部10を制御することで交流電源1と整流部9との間の経路を短絡させる。短絡部10がオンの期間では、整流部9への出力端が短絡され、整流部9には電流が流れない。すなわち図3、4に示した何れの経路にも電流が流れない。短絡部10がオンからオフに変化すると、リアクタ2に貯えられたエネルギーによって突入電流のピーク値が抑制され、ピーク電流が抑制されることで、電流容量が小さく低損失なダイオードを逆流阻止ダイオード6a〜6dとして利用でき、直流電源装置100の回路を安価で低損失に構成できる。なお、スイッチング回数、リアクタ2のインダクタンス値、負荷等を考慮してスイッチングを制御することで、高調波電流の抑制も可能であることは言うまでもない。
FIG. 8 is a diagram showing an example in which the configuration of the DC
なお、本実施の形態に係る逆流阻止ダイオード6a,6b,6c,6dとしては、逆回復時間が小さいFRD(ファストリカバリダイオード)等を用いることが好ましい。また整流ダイオード3a,3b,3c,3dや開閉部8a,8bとしては、一般的には珪素(Si:シリコン)を材料とするSi系半導体を用いるのが主流であるが、炭化珪素(SiC)や窒化ガリウム(GaN)、ダイヤモンドを材料とするワイドバンドギャップ(WBG)半導体を用いてもよい。
As the
このようなWBG半導体によって形成された半導体素子は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高い。そのため、半導体素子の小型化が可能であり、これら小型化された半導体素子を用いることにより、整流器モジュールの小型化が可能となり、延いては、これらの整流器モジュールを用いて構成した直流電源装置100の小型化と軽量化を図ることができる。
A semiconductor element formed of such a WBG semiconductor has high voltage resistance and high allowable current density. Therefore, it is possible to reduce the size of the semiconductor element. By using these reduced-sized semiconductor elements, the rectifier module can be reduced in size, and as a result, the DC
また、このようなWBG半導体によって形成された半導体素子は、耐熱性も高い。そのため、ヒートシンクの放熱フィンの小型化や、水冷部の空冷化が可能であるので、直流電源装置100の一層の小型化が可能になる。
Moreover, the semiconductor element formed of such a WBG semiconductor has high heat resistance. Therefore, since the heat sink fins of the heat sink can be downsized and the water cooling unit can be down cooled, the DC
さらに、このようなWBG半導体によって形成された半導体素子は、電力損失が低い。そのため、半導体素子の高効率化が可能であり、延いては直流電源装置100の高効率化が可能になる。
Further, a semiconductor element formed of such a WBG semiconductor has low power loss. Therefore, it is possible to increase the efficiency of the semiconductor element, and consequently, increase the efficiency of the DC
なお、各半導体素子がWBG半導体によって形成されていることが望ましいが、これら各半導体素子のうちの少なくとも1つがWBG半導体よって形成されていてもよく、上述した効果を得ることが可能である。 Although each semiconductor element is preferably formed of a WBG semiconductor, at least one of these semiconductor elements may be formed of a WBG semiconductor, and the above-described effects can be obtained.
また本実施の形態に係る直流電源装置100を、直流電源装置100から出力された直流電圧を交流電圧に変換して電動機(図示せず)を駆動する駆動部を備えた電動機駆動装置(図示せず)に適用することにより、電動機が希土類磁石を用いていない永久磁石電動機の場合であっても、一般的な全波整流や倍電圧整流よりも高い直流電圧を供給することが出来るため、希土類磁石を用いた電動機と同等の性能が得られるよう巻数を増加させた電動機を駆動することが出来る。
Further, the DC
また、電動機が、直流電圧が高い状態でも損失が変化しない永久磁石電動機(特に、高い電圧を必要としない軽トルク運転状態と高い電圧を必要とする高回転運転状態で印加電圧に関わらず損失が変化しない永久磁石電動機)の場合、開閉部8aおよび開閉部8bをオン状態として、交流電源1の電圧ピーク値の3倍の直流電圧で常時駆動する構成とした方が、電動機駆動装置全体としての損失は少なくなる。特に、フェライトなど、磁力が希土類元素と比較して小さい磁石を用いた永久磁石電動機ではこの傾向が強い。従って、直流電源装置100は、希土類元素以外の永久磁石を用いて構成されている永久磁石電動機を駆動するインバータ向けの電源装置として好適であると言える。
In addition, the permanent magnet motor whose loss does not change even when the DC voltage is high (especially in the light torque operation state that does not require a high voltage and the high rotation operation state that requires a high voltage, the loss does not depend on the applied voltage. In the case of a permanent magnet electric motor that does not change), it is better to have the configuration in which the open /
また電動機駆動装置の駆動部をワイドバンドギャップ半導体を用いて構成することにより、駆動部の更なる小型化と軽量化を図ることができる。 Further, by configuring the drive unit of the electric motor drive device using a wide band gap semiconductor, the drive unit can be further reduced in size and weight.
以上に説明したように、本実施の形態に係る直流電源装置100は、交流電源1から供給された交流電圧を整流して倍電圧以上の電圧を生成する整流部9と、整流部9から出力される直流電圧を平滑化する平滑コンデンサ5と、を備え、整流部9は、交流電源1のピーク電圧の1倍から3倍の直流電圧を生成するように開閉制御される開閉部(8a,8b)と、整流素子(3a〜3d)と、コンデンサ(4a〜4d)とで構成される。この構成により、出力電圧の変動を抑制しながら広い範囲で出力電圧を制御することができると共に、直流電源装置100の小型軽量化、および低コスト化を図ることができる。
As described above, the DC
なお、実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、更なる別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは無論である。 Note that the configuration shown in the embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined within the scope of the present invention. Of course, it is possible to change the configuration such as omitting the part.
以上のように、本発明は、直流電源装置に適用可能であり、特に、出力電圧の変動を抑制しながら広い範囲で出力電圧を制御することができる発明として有用である。 As described above, the present invention can be applied to a DC power supply device, and is particularly useful as an invention that can control an output voltage in a wide range while suppressing fluctuations in the output voltage.
1 交流電源、2 リアクタ、3a,3b,3c,3d 整流ダイオード、4a,4b,4c,4d 倍電圧コンデンサ、5 平滑コンデンサ、6a,6b,6c,6d 逆流阻止ダイオード、7 直流負荷、8a,8b 開閉部、9 整流部、9a 整流部(他方の倍電圧整流部)、9b 整流部(一方の倍電圧整流部)、10 短絡部、11 位相検出器、12 電圧検出器、13 制御部、100 直流電源装置。 1 AC power source, 2 reactor, 3a, 3b, 3c, 3d rectifier diode, 4a, 4b, 4c, 4d voltage doubler capacitor, 5 smoothing capacitor, 6a, 6b, 6c, 6d reverse current blocking diode, 7 DC load, 8a, 8b Open / close unit, 9 rectifier unit, 9a rectifier unit (the other voltage doubler rectifier unit), 9b rectifier unit (one voltage doubler rectifier unit), 10 short circuit unit, 11 phase detector, 12 voltage detector, 13 control unit, 100 DC power supply.
Claims (9)
前記整流部から出力される直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
を備え、
前記整流部は、前記交流電源のピーク電圧の1倍から3倍の直流電圧を生成するようにそれぞれが前記交流電圧の半周期中に複数回開閉制御される2つの開閉部と、整流素子と、コンデンサとを備え、
前記2つの開閉部が同時に開から閉となり、かつ、前記2つの開閉部の閉期間が同じであり、
前記2つの開閉部が同時に閉から開となり、かつ、前記2つの開閉部の開期間が同じである直流電源装置。 A rectifying unit that rectifies an AC voltage supplied from an AC power source and generates a voltage that is equal to or higher than a double voltage;
A smoothing capacitor for smoothing the DC voltage output from the rectifying unit;
With
The rectifying unit includes two open / close units each controlled to be opened and closed a plurality of times during a half cycle of the AC voltage, so as to generate a DC voltage that is 1 to 3 times the peak voltage of the AC power supply, With a capacitor ,
The two opening / closing parts are simultaneously opened from the closing, and the closing period of the two opening / closing parts is the same,
The two closing portion is opened from the closed simultaneously, and the DC power supply open period to be the same as the two closing parts.
一方の前記倍電圧整流部が備える開閉部は、前記交流電源の一方の出力端に一端が接続されたリアクタの他端と、この倍電圧整流部を構成する2つのコンデンサの接続点との間に配置され、
他方の前記倍電圧整流部が備える開閉部は、前記交流電源の他方の出力端と、この倍電圧整流部を構成する2つのコンデンサの接続点との間に配置される請求項1に記載の直流電源装置。 The rectifier is divided into two voltage doubler rectifiers,
The open / close unit included in one of the voltage doubler rectifiers is between the other end of the reactor whose one end is connected to one output terminal of the AC power supply, and a connection point between two capacitors constituting the voltage doubler rectifier. Placed in
Closing portion provided in the other of the voltage doubler rectifier unit, wherein the other output end of the AC power supply, the 請 Motomeko 1 that will be disposed between the connection point of two capacitors constituting the voltage doubler rectifier unit DC power supply.
この直流電源装置から出力された直流電圧を交流電圧に変換して電動機を駆動する駆動部と、
を備えた電動機駆動装置。 DC power supply device according to any one of claims 1 to 6,
A drive unit that converts the DC voltage output from the DC power supply device into an AC voltage to drive the motor;
Electric motive drive system including a.
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