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JP7108526B2 - power converter - Google Patents
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Description

本発明は、電力変換装置に関する。 The present invention relates to power converters.

AC-DCコンバータは、例えば、交流電力を直流電力に変換する整流回路と、整流回路が出力する脈流を平滑化するための平滑回路と、平滑化された直流電圧を更に別の電圧に変換するコンバータとを備えて構成される。コンバータにはスイッチングサージを吸収するためのコンデンサが設けられる。このコンデンサには、入力される交流電力、例えば商用交流電源の周波数(50Hz又は60Hz)に基づくリプル(以下、「交流電源リプル」という)と、整流回路のスイッチングのためのスイッチング信号(数百kHz)に含まれるリプル(以下「スイッチングリプル」という)が混在した電流が流れる。 An AC-DC converter includes, for example, a rectifier circuit that converts AC power into DC power, a smoothing circuit that smoothes the pulsating current output by the rectifier circuit, and a smoothed DC voltage that is further converted into another voltage. and a converter for The converter is provided with a capacitor to absorb the switching surge. This capacitor has a ripple (hereinafter referred to as "AC power ripple") based on the input AC power, for example, the frequency (50 Hz or 60 Hz) of the commercial AC power supply, and a switching signal (several hundred kHz) for switching the rectifier circuit. ) (hereinafter referred to as “switching ripple”) flows.

コンバータに含まれるコンデンサとしては、スイッチングリプルやスイッチングサージの吸収のため、大容量の電解コンデンサを使用する場合が多い。また、電解コンデンサの許容リプル電流が十分でない場合、電解コンデンサと共に、セラミックコンデンサやフィルムコンデンサ等の低容量のコンデンサが併用される場合がある(例えば、特許文献1参照)。 As capacitors included in converters, large-capacity electrolytic capacitors are often used to absorb switching ripples and switching surges. Moreover, when the allowable ripple current of the electrolytic capacitor is not sufficient, a low-capacity capacitor such as a ceramic capacitor or a film capacitor may be used together with the electrolytic capacitor (see, for example, Patent Document 1).

一般に電解コンデンサは、単位体積当たりの容量が大きく、スイッチング周波数として利用される数百kHz程度の周波数領域においてはインピーダンスが低いが、ESR(等価直列抵抗)が比較的大きい。このため、電解コンデンサは、許容リプル電流が数A程度のものが多い。一方、セラミックコンデンサやフィルムコンデンサは、単位体積当たり容量は電解コンデンサに劣るものの、ESRが小さいため、許容リプル電流は比較的大きい。 In general, electrolytic capacitors have a large capacitance per unit volume and low impedance in a frequency range of about several hundred kHz used as a switching frequency, but have a relatively large ESR (equivalent series resistance). Therefore, many electrolytic capacitors have an allowable ripple current of several amperes. On the other hand, ceramic capacitors and film capacitors are inferior to electrolytic capacitors in terms of capacitance per unit volume, but their ESR is small, so their allowable ripple current is relatively large.

電力変換回路では、設計仕様の商用周波数のリプルに基づいて電解コンデンサの容量を設計するが、許容リプル電流が十分でない場合には、電解コンデンサの個数を増やしたり、より大容量の電解コンデンサを使用したりする必要がある。しかし、電解コンデンサの個数を増やしたり、大容量の電解コンデンサを使用したりすることは、電力変換効率の低下の原因となり、電気機器の小型・軽量化の要請にも沿わない。 In the power conversion circuit, the capacity of the electrolytic capacitor is designed based on the commercial frequency ripple of the design specification, but if the allowable ripple current is not sufficient, the number of electrolytic capacitors is increased or a larger capacity electrolytic capacitor is used. It is necessary to However, increasing the number of electrolytic capacitors or using large-capacity electrolytic capacitors causes a decrease in power conversion efficiency, and does not meet the demand for miniaturization and weight reduction of electrical equipment.

特開2012-055084号公報JP 2012-055084 A

本発明は、電解コンデンサとともに低容量のコンデンサが併用される場合において、電解コンデンサに流す電流を抑制し、これにより電解コンデンサの並列数が増加することを抑制することができる電力変換装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a power converter capable of suppressing an increase in the number of parallel electrolytic capacitors by suppressing current flowing through the electrolytic capacitor when a low-capacity capacitor is used together with the electrolytic capacitor. for the purpose.

本発明に係る電力変換装置は、交流電圧を直流に変換する整流回路と、前記整流回路の出力電圧を更に他の出力電圧に変換するコンバータとを備え、前記コンバータは、電解コンデンサとしての第1コンデンサと、前記第1コンデンサと平行に接続され、前記第1コンデンサよりも小さい容量を有し、前記第1コンデンサよりも小さい等価直列抵抗を有する第2コンデンサと、前記第1コンデンサと直列に接続される抵抗素子とを備える。
前記抵抗素子の抵抗値をR、前記第1コンデンサの容量値をC、前記第2コンデンサの容量値をC、前記コンバータにおけるスイッチング周波数をfswとしたとき、前記抵抗値Rは、

Figure 0007108526000001
を満たすことを特徴とする。 A power conversion device according to the present invention includes a rectifier circuit that converts an AC voltage into a DC voltage, and a converter that converts the output voltage of the rectifier circuit into another output voltage. a capacitor, a second capacitor connected in parallel with the first capacitor, having a smaller capacitance than the first capacitor and having a smaller equivalent series resistance than the first capacitor, and a second capacitor connected in series with the first capacitor. and a resistive element.
When the resistance value of the resistive element is R s , the capacitance value of the first capacitor is C c , the capacitance value of the second capacitor is C f , and the switching frequency in the converter is f sw , the resistance value R s is ,
Figure 0007108526000001
is characterized by satisfying

また、上記の[数1]に加え、前記交流電圧のリプル周波数をfacとしたとき、
抵抗値Rは、

Figure 0007108526000002
を満たすのが好適である。 In addition to the above [Equation 1], when the ripple frequency of the AC voltage is fac ,
The resistance value R s is
Figure 0007108526000002
is preferably satisfied.

本発明によれば、電解コンデンサとともに電解コンデンサよりも低容量のコンデンサが併用される場合において、電解コンデンサに流す電流を抑制し、これにより電解コンデンサの並列数が増加することを抑制することができる電力変換装置を提供することができる。 According to the present invention, when a capacitor with a lower capacity than the electrolytic capacitor is used together with the electrolytic capacitor, it is possible to suppress the current flowing through the electrolytic capacitor, thereby suppressing an increase in the number of parallel electrolytic capacitors. A power converter can be provided.

本発明の実施の形態に係る電力変換装置100を説明する回路図である。It is a circuit diagram explaining power converter 100 concerning an embodiment of the invention. 比較例に係る電力変換装置を説明する回路図である。It is a circuit diagram explaining the power converter device which concerns on a comparative example. 実施の形態の効果を説明するためのグラフである。9 is a graph for explaining effects of the embodiment;

以下、添付図面を参照して本実施形態について説明する。添付図面では、機能的に同じ要素は同じ番号で表示される場合もある。なお、添付図面は本開示の原理に則った実施形態と実装例を示しているが、これらは本開示の理解のためのものであり、決して本開示を限定的に解釈するために用いられるものではない。本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味においても限定するものではない。 Hereinafter, this embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. In the accompanying drawings, functionally identical elements may be labeled with the same numbers. It should be noted that although the attached drawings show embodiments and implementations in accordance with the principles of the present disclosure, they are for the purpose of understanding the present disclosure and are in no way used to interpret the present disclosure in a restrictive manner. is not. The description herein is merely exemplary and is not intended to limit the scope or application of this disclosure in any way.

本実施形態では、当業者が本開示を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本開示の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。 Although the present embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the present disclosure, other implementations and configurations are possible and do not depart from the scope and spirit of the present disclosure. It is necessary to understand that it is possible to change the composition/structure and replace various elements. Therefore, the following description should not be construed as being limited to this.

図1を参照して、本実施の形態に係る電力変換装置100の全体構成を説明する。この電力変換装置100は、三相の交流電源1から供給される交流電力、例えば商用交流電力を直流電力に変換する整流回路2と、直流電力の脈流成分を平滑化させる平滑化回路3と、平滑化回路3が出力する直流電圧を更に別の直流電圧に変換するコンバータ4とを備える。図示は省略するが、交流電源1は、三相の交流電力電源に代えて、単相の交流電源の電源装置としてもよく、整流回路2も、単相の交流電力を直流電力に整流する回路としてもよい。 The overall configuration of a power converter 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. This power converter 100 includes a rectifier circuit 2 that converts AC power supplied from a three-phase AC power supply 1, such as commercial AC power, into DC power, and a smoothing circuit 3 that smoothes the pulsating current component of the DC power. , and a converter 4 for converting the DC voltage output from the smoothing circuit 3 into another DC voltage. Although not shown, the AC power supply 1 may be a single-phase AC power supply instead of a three-phase AC power supply, and the rectifier circuit 2 is also a circuit for rectifying single-phase AC power into DC power. may be

整流回路2は、三相交流が入力とされる場合、6個のダイオードD1~D6をブリッジ接続して構成され、その出力端子から交流リプル成分を有する直流電圧を出力する。平滑化回路3は、例えば整流回路2の両出力端子の間(第1ラインL1と第2ラインL2との間)に接続されるコンデンサ11から構成される。 The rectifier circuit 2 is configured by bridge-connecting six diodes D1 to D6 when a three-phase AC is input, and outputs a DC voltage having an AC ripple component from its output terminal. The smoothing circuit 3 is composed of, for example, a capacitor 11 connected between both output terminals of the rectifier circuit 2 (between the first line L1 and the second line L2).

また、コンバータ4は、インダクタ12、スイッチング素子としてのトランジスタ13、ダイオード14、第1コンデンサ15、抵抗素子16、及び第2コンデンサ17を備える昇圧型チョッパとして構成される。すなわち、コンバータ4は、平滑化回路3が出力する直流電圧Vsmを、更に異なる直流電圧Voutに変換する装置である。 Also, the converter 4 is configured as a boost chopper including an inductor 12 , a transistor 13 as a switching element, a diode 14 , a first capacitor 15 , a resistance element 16 and a second capacitor 17 . That is, the converter 4 is a device that converts the DC voltage Vsm output by the smoothing circuit 3 into a different DC voltage Vout.

インダクタ12及びダイオード14は、整流回路2の(+)側出力端子に直列に接続されている。ダイオード14は、インダクタ12側がアノード、反対側がカソードとなるように接続される。一方、トランジスタ13は、インダクタ12とダイオード14の接続ノードと(-)側出力端子との間に接続され、所定のスイッチング周波数(デューティ比)でオンオフ動作される。このデューティ比が調整されることにより、コンバータ(昇圧型チョッパ)の昇圧比が調整される。 The inductor 12 and the diode 14 are connected in series to the (+) side output terminal of the rectifier circuit 2 . The diode 14 is connected so that the inductor 12 side is the anode and the other side is the cathode. On the other hand, the transistor 13 is connected between the connection node of the inductor 12 and the diode 14 and the (-) side output terminal, and is turned on and off at a predetermined switching frequency (duty ratio). The step-up ratio of the converter (step-up chopper) is adjusted by adjusting the duty ratio.

第1コンデンサ15及び第2コンデンサ17は、コンバータ4の出力端子(第1電力線L1と第2電力線L2の間)に並列に接続され、コンバータ4の出力に含まれるリプル成分を低減(平滑化)するとともに、スイッチングサージを吸収する役割を有する。コンバータ4の入力電圧(Vsm)には、三相交流電源1からの交流電圧に基づく交流電源リプル(三相交流の場合、300~360Hz程度)が含まれる。また、トランジスタ13のスイッチング動作により、そのスイッチング周波数に基づくスイッチングリプル(数十~数百kHz程度)が生じる。第1コンデンサ15及び第2コンデンサ17は、このようなリプル成分を更に減少させる役割を有する。第1コンデンサ15は、第2コンデンサ17よりも大きな容量を有し、出力電圧の平滑化において主たる役割を有する。第2コンデンサ17は、より大きなリプルに対応可能とするため、第1コンデンサ15の補助として設けられるコンデンサである。 The first capacitor 15 and the second capacitor 17 are connected in parallel to the output terminal of the converter 4 (between the first power line L1 and the second power line L2) to reduce (smooth) the ripple component included in the output of the converter 4. In addition, it has a role of absorbing switching surge. The input voltage (Vsm) of converter 4 includes an AC power supply ripple (about 300 to 360 Hz in the case of three-phase AC) based on the AC voltage from three-phase AC power supply 1 . Also, the switching operation of the transistor 13 causes a switching ripple (about several tens to several hundred kHz) based on its switching frequency. The first capacitor 15 and the second capacitor 17 serve to further reduce such ripple components. The first capacitor 15 has a larger capacity than the second capacitor 17 and plays a major role in smoothing the output voltage. The second capacitor 17 is a capacitor provided as an auxiliary to the first capacitor 15 in order to be able to cope with a larger ripple.

このため、第1コンデンサ15としては電解コンデンサが好適に使用される。その一端はダイオード14のカソード側であって、(+)側出力端子から延びる第1電力線L1に接続される。第1コンデンサ15として使用される電解コンデンサは、一例として数百μF程度の静電容量を有する。電解コンデンサは等価直列抵抗(ESR)が比較的大きく、このため、許容リプル電流は一般的に数A程度に制限される。また、静電容量許容差は±20%程度である。 Therefore, an electrolytic capacitor is preferably used as the first capacitor 15 . One end thereof is on the cathode side of the diode 14 and is connected to the first power line L1 extending from the (+) side output terminal. An electrolytic capacitor used as the first capacitor 15 has a capacitance of about several hundred μF, for example. Electrolytic capacitors have a relatively high equivalent series resistance (ESR), which generally limits the allowable ripple current to about several amperes. Also, the capacitance tolerance is about ±20%.

抵抗素子16は、第1コンデンサ15の他端と、(-)側出力端子に接続された第2電力線L2との間に、第1コンデンサ15と直列に接続される。後述するように、抵抗素子16は、スイッチングリプルに基づく電流が電解コンデンサである第1コンデンサ15に流れることを抑制する役割を有する。第1コンデンサ15にスイッチングリプルに基づく電流が流れることが抑制されることで、電解コンデンサとして大型のものを使用したり、電解コンデンサの並列接続数を少なくしたりすることができる。これは、電力変換効率の向上、及び電気機器の小型・軽量化に寄与する。 The resistance element 16 is connected in series with the first capacitor 15 between the other end of the first capacitor 15 and the second power line L2 connected to the (-) side output terminal. As will be described later, the resistive element 16 has a role of suppressing current based on switching ripple from flowing to the first capacitor 15, which is an electrolytic capacitor. By suppressing the flow of the current based on the switching ripple in the first capacitor 15, it is possible to use a large electrolytic capacitor and reduce the number of parallel connections of electrolytic capacitors. This contributes to improvement in power conversion efficiency and reduction in size and weight of electrical equipment.

第2コンデンサ17は、前述のように第1コンデンサ15よりも小容量のコンデンサである。第2コンデンサ17としては、一例としてフィルムコンデンサ又は積層セラミックコンデンサが好適に使用される。第2コンデンサ17は、第1コンデンサ15と並列に、第1電力線L1と第2電力線L2の間に接続されている。一例として、第2コンデンサ17の静電容量は、第1コンデンサ15(電解コンデンサ)の静電容量の1/100~1/10程度に設定される。例えば、第1コンデンサ15の静電容量が数百μFである場合、第2コンデンサ17の静電容量は、例えば数μF~数十μF程度に設定され得る。第2コンデンサ17がフィルムコンデンサや積層セラミックコンデンサである場合、その等価直列抵抗(ESR)は、第1コンデンサ15の等価直列抵抗(ESR)よりも小さくなる。このため、第2コンデンサ17の定格許容電流又は許容リプル電流も、第1コンデンサ15に比べ大きい。 The second capacitor 17 is a capacitor with a smaller capacity than the first capacitor 15 as described above. A film capacitor or a laminated ceramic capacitor is preferably used as the second capacitor 17, for example. The second capacitor 17 is connected in parallel with the first capacitor 15 between the first power line L1 and the second power line L2. As an example, the capacitance of the second capacitor 17 is set to approximately 1/100 to 1/10 of the capacitance of the first capacitor 15 (electrolytic capacitor). For example, when the capacitance of the first capacitor 15 is several hundred μF, the capacitance of the second capacitor 17 can be set to, for example, several μF to several tens of μF. If the second capacitor 17 is a film capacitor or a laminated ceramic capacitor, its equivalent series resistance (ESR) is smaller than that of the first capacitor 15 . Therefore, the rated allowable current or allowable ripple current of the second capacitor 17 is also larger than that of the first capacitor 15 .

上述のように、第1コンデンサ15として電解コンデンサが使用され、第2コンデンサ17としてフィルムコンデンサや積層セラミックコンデンサが使用される場合、容量が小さい第2コンデンサ17は第1コンデンサ15よりもインピーダンスが大きくなる。このため、単に第1コンデンサ15と第2コンデンサ17が並列接続された場合、十kHz~数百kHzのスイッチングリプルに基づく電流の多くは第1コンデンサ15を流れ、第2コンデンサ17には殆ど流れない。この場合、第1コンデンサ15の電流が許容リプル電流を超えてしまい、第1コンデンサ15の加熱等が問題となる。しかし、本実施の形態では、第1コンデンサ15と直列に抵抗素子16を接続し、その抵抗値を適切に設定することで、この問題を解消している。 As described above, when an electrolytic capacitor is used as the first capacitor 15 and a film capacitor or a laminated ceramic capacitor is used as the second capacitor 17, the second capacitor 17 having a smaller capacity has a larger impedance than the first capacitor 15. Become. Therefore, when the first capacitor 15 and the second capacitor 17 are simply connected in parallel, most of the current based on the switching ripple of 10 kHz to several hundred kHz flows through the first capacitor 15 and most of it flows through the second capacitor 17. do not have. In this case, the current of the first capacitor 15 exceeds the allowable ripple current, causing problems such as heating of the first capacitor 15 . However, in this embodiment, this problem is solved by connecting the resistance element 16 in series with the first capacitor 15 and appropriately setting the resistance value thereof.

ここで、比較例として、図1の電力変換装置100から、抵抗素子16を除外した装置を図2に示す。また、図3には、この比較例に比べた本実施の形態の効果を説明するグラフを示す。図3のグラフは、周波数fと、インピーダンスとの関係を示すグラフである。図3中、矩形のドットの曲線は、第1コンデンサ15(470μFの電解コンデンサ)のインピーダンスの周波数fに対する変化を示しており、菱形のドットの曲線は第2コンデンサ17(20μFのフィルムコンデンサ)のインピーダンスの周波数fに対する変化を示しており、三角形のドットの曲線は第1コンデンサ15(470μFの電解コンデンサ)と抵抗素子16(0.1Ω)の直列回路のインピーダンスの周波数fに対する変化を示している。 Here, as a comparative example, FIG. 2 shows a device in which the resistance element 16 is removed from the power conversion device 100 of FIG. Also, FIG. 3 shows a graph for explaining the effect of this embodiment compared to this comparative example. The graph in FIG. 3 is a graph showing the relationship between frequency f and impedance. In FIG. 3, the curve of rectangular dots shows the change in the impedance of the first capacitor 15 (470 μF electrolytic capacitor) with respect to the frequency f, and the curve of diamond dots shows the change of the impedance of the second capacitor 17 (20 μF film capacitor). The curve of triangular dots shows the change of the impedance of the series circuit of the first capacitor 15 (470 μF electrolytic capacitor) and the resistance element 16 (0.1Ω) with respect to the frequency f. .

図3に示すように、電解コンデンサ、フィルムコンデンサは、一般に、数百kHz以下の周波数領域においては、周波数fが増加するほどインピーダンスが減少する特性を示す。しかし、電解コンデンサの容量がフィルムコンデンサよりも大幅に大きい場合、フィルムコンデンサのインピーダンスは、スイッチングリプルの周波数付近(300~360kHz)においても、電解コンデンサのインピーダンスに比べて大幅に大きい。このため、比較例(図2)のように、第1コンデンサ15と第2コンデンサ17が単に並列に接続される構成では、スイッチングリプル周波数(300kHz~360kHz程度)に基づく電流の殆どが第1コンデンサ15を流れ、第2コンデンサ17には殆ど流れなくなってしまう。この場合、第1コンデンサ15に流れる電流が許容リプル電流を超えてしまい、第1コンデンサ15の加熱、更には破壊を引き起こす可能性がある。 As shown in FIG. 3, electrolytic capacitors and film capacitors generally exhibit the characteristic that the impedance decreases as the frequency f increases in the frequency range of several hundred kHz or less. However, when the capacitance of the electrolytic capacitor is significantly larger than that of the film capacitor, the impedance of the film capacitor is significantly larger than that of the electrolytic capacitor even near the switching ripple frequency (300 to 360 kHz). Therefore, in the configuration in which the first capacitor 15 and the second capacitor 17 are simply connected in parallel as in the comparative example (FIG. 2), most of the current based on the switching ripple frequency (about 300 kHz to 360 kHz) 15 and hardly flows to the second capacitor 17 . In this case, the current flowing through the first capacitor 15 may exceed the allowable ripple current, causing the first capacitor 15 to be heated and even destroyed.

本実施の形態のように、第1コンデンサ15(例:470μFの電解コンデンサ)に抵抗素子16(例:0.1Ω)を直列に接続した場合、周波数f-インピーダンス特性は、図3に示す如くとなり、周波数fの増加に伴うインピーダンスの減少(傾き)は、比較例(図2)に比べ緩やかになる。これは、高周波領域では、容量成分に基づくインピーダンスが減少する一方で、抵抗素子16の抵抗成分に基づくインピーダンスは一定のため、高周波領域において抵抗成分に基づくインピーダンスが支配的となるためである。抵抗素子16の抵抗値を適切に設定することにより、スイッチングリプルの周波数(300~360kHz)付近での第1コンデンサ15と抵抗素子16の直列回路のインピーダンスを、第2コンデンサ17のインピーダンスよりも大きくすることができる。この場合、スイッチングリプルに基づく電流の多くを第2コンデンサ17に流すことができる。このため、第1コンデンサ15を大容量化したり、並列接続数を増加させたりする必要がなくなる。 When the resistance element 16 (eg, 0.1Ω) is connected in series to the first capacitor 15 (eg, an electrolytic capacitor of 470 μF) as in the present embodiment, the frequency f-impedance characteristic is as shown in FIG. Therefore, the decrease (slope) of the impedance with an increase in the frequency f becomes gentler than in the comparative example (FIG. 2). This is because the impedance based on the capacitance component decreases in the high frequency range, while the impedance based on the resistance component of the resistance element 16 is constant, so the impedance based on the resistance component becomes dominant in the high frequency range. By appropriately setting the resistance value of the resistance element 16, the impedance of the series circuit of the first capacitor 15 and the resistance element 16 near the switching ripple frequency (300 to 360 kHz) is made larger than the impedance of the second capacitor 17. can do. In this case, most of the current based on switching ripple can flow through the second capacitor 17 . Therefore, it is not necessary to increase the capacity of the first capacitor 15 or increase the number of parallel connections.

このように、本実施の形態の電力変換装置では、スイッチングリプルの周波数(300~360kHz)付近での第1コンデンサ15と抵抗素子16の直列回路のインピーダンスを、第2コンデンサ17のインピーダンスよりも大きくするよう(以下、これを「第1の条件」という)、抵抗素子16の抵抗値Rsが設定される。そのためには、次の数式が満たされる必要がある。ここで、抵抗素子16の抵抗値をR、第1コンデンサ15の静電容量をC、第2コンデンサ17の静電容量をCf、第2コンデンサ17の容量整流回路2におけるスイッチ周波数をfswとする。 As described above, in the power conversion device of the present embodiment, the impedance of the series circuit of the first capacitor 15 and the resistance element 16 near the switching ripple frequency (300 to 360 kHz) is set larger than the impedance of the second capacitor 17. The resistance value Rs of the resistive element 16 is set so as to (hereinafter referred to as "first condition"). For that purpose, the following formula must be satisfied. Here, the resistance value of the resistance element 16 is R s , the capacitance of the first capacitor 15 is C c , the capacitance of the second capacitor 17 is C f , and the switching frequency of the second capacitor 17 in the capacitance rectifier circuit 2 is Let fsw .

Figure 0007108526000003
Figure 0007108526000003

この[数3]から、抵抗素子16の抵抗値Rは次の式[数4]を満たすように設定される。 From this [equation 3], the resistance value Rs of the resistance element 16 is set so as to satisfy the following equation [equation 4].

Figure 0007108526000004
Figure 0007108526000004

一例として、fac=360Hz、fsw=150kHz、C=470μF、C=20μFである場合、Rs≧0.0508〔Ω〕となるよう、抵抗素子16を選択する必要がある。 As an example, if f ac =360 Hz, f sw =150 kHz, C c =470 μF, and C f =20 μF, the resistance element 16 should be selected such that Rs≧0.0508 [Ω].

この[数4]に加え、抵抗値Rsは、交流電源の周波数に基づくリプル周波数(交流電源リプル)facでの第1コンデンサ15のインピーダンスの20%以下に設定されることが好ましい(以下、これを「第2の条件」という)。この第2の条件は、電解コンデンサの静電容量許容差が±20%程度であることに基づく。第2の条件が満たされることにより、第1コンデンサ15と抵抗素子16の直列回路のインピーダンスの周波数fへの依存が小さくなり、これにより図2に示すような傾きの小さい周波数-インピーダンス特性を得ることができる。そのためには、次の数式[数5]が満たされる必要がある。 In addition to this [Equation 4], the resistance value Rs is preferably set to 20% or less of the impedance of the first capacitor 15 at the ripple frequency (AC power ripple) fac based on the frequency of the AC power supply (hereinafter referred to as This is called “second condition”). This second condition is based on the fact that the capacitance tolerance of electrolytic capacitors is about ±20%. By satisfying the second condition, the dependence of the impedance of the series circuit of the first capacitor 15 and the resistance element 16 on the frequency f becomes small, thereby obtaining a frequency-impedance characteristic with a small slope as shown in FIG. be able to. For that purpose, the following formula [Equation 5] must be satisfied.

Figure 0007108526000005
Figure 0007108526000005

一例として、fac=360Hz、fsw=150kHz、C=470μF、C=20μFである場合、Rs≦0.188〔Ω〕となるよう、抵抗素子16を選択する必要がある。 第1の条件及び第2の条件の両方を満たすことが求められる場合には、[数4]と[数5]が同時に満たされることが求められる。 As an example, if f ac =360 Hz, f sw =150 kHz, C c =470 μF, and C f =20 μF, the resistance element 16 should be selected so that Rs≦0.188 [Ω]. When both the first condition and the second condition are required to be satisfied, [Equation 4] and [Equation 5] are required to be met at the same time.

以上説明したように、第1の条件が満たされるように抵抗素子16の抵抗値Rが設定されることにより、スイッチングリプルに基づく電流の多くを第1コンデンサ15ではなく第2コンデンサ17に流すことができ、また、第1コンデンサ15に流れる電流を抑制することができる。これにより第1コンデンサ15の容量を大きくしたり、並列接続数を増加させたりする必要が無くなる。これに加え、第2の条件も満たすように抵抗値Rを設定すれば、第1コンデンサ15と抵抗素子16の直列回路のインピーダンスの周波数依存性が小さくなり、スイッチング周波数付近で第1コンデンサ15の電流を確実に抑制することが可能になる。
なお、第1コンデンサ15、抵抗素子16及び第2コンデンサ17は、必ずしも1つではなく、複数個設けてもよい。そのような複数個の素子の合計の容量値や抵抗値が、上記の条件を満たすように設定されていればよい。
As described above, by setting the resistance value Rs of the resistance element 16 so as to satisfy the first condition, most of the current based on the switching ripple flows through the second capacitor 17 instead of the first capacitor 15. Also, the current flowing through the first capacitor 15 can be suppressed. This eliminates the need to increase the capacity of the first capacitor 15 or increase the number of parallel connections. In addition to this, if the resistance value Rs is set so as to satisfy the second condition, the frequency dependence of the impedance of the series circuit of the first capacitor 15 and the resistance element 16 becomes small, and the first capacitor 15 current can be reliably suppressed.
The number of the first capacitor 15, the resistance element 16 and the second capacitor 17 is not necessarily one, and a plurality of them may be provided. It is sufficient that the total capacitance value and resistance value of such a plurality of elements are set so as to satisfy the above conditions.

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 The present invention is not limited to the above embodiments, and includes various modifications. For example, the above embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the described configurations. Also, part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Moreover, it is possible to add, delete, or replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration.

1…三相交流電源、 2…整流回路、 3…平滑化回路、 D1~D6…ダイオード、 L1…第1ライン、 L2…第2ライン、 11…コンデンサ、 12…インダクタ、 13…トランジスタ、 14…ダイオード、 15…第1コンデンサ、 16…抵抗素子、 17…第2コンデンサ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Three-phase alternating current power supply 2... Rectifier circuit 3... Smoothing circuit D1-D6... Diode L1... First line L2... Second line 11... Capacitor 12... Inductor 13... Transistor 14... Diode 15 First capacitor 16 Resistance element 17 Second capacitor.

Claims (2)

交流電圧を直流に変換する整流回路と、
前記整流回路の出力電圧を更に他の出力電圧に変換するコンバータと、
を備え、
前記コンバータは、
電解コンデンサとしての第1コンデンサと、
前記第1コンデンサと平行に接続され、前記第1コンデンサよりも小さい容量を有し、前記第1コンデンサよりも小さい等価直列抵抗を有する第2コンデンサと、
前記第1コンデンサと直列に接続される抵抗素子と
を備え、
前記抵抗素子の抵抗値をR、前記第1コンデンサの容量値をC、前記第2コンデンサの容量値をC、前記コンバータにおけるスイッチング周波数をfswとしたとき、前記抵抗値Rは、
Figure 0007108526000006
を満たすことを特徴とする電力変換装置。
a rectifier circuit that converts AC voltage to DC;
a converter that converts the output voltage of the rectifier circuit into another output voltage;
with
The converter is
a first capacitor as an electrolytic capacitor;
a second capacitor connected in parallel with the first capacitor, having a smaller capacitance than the first capacitor and a smaller equivalent series resistance than the first capacitor;
a resistive element connected in series with the first capacitor,
When the resistance value of the resistive element is R s , the capacitance value of the first capacitor is C c , the capacitance value of the second capacitor is C f , and the switching frequency in the converter is f sw , the resistance value R s is ,
Figure 0007108526000006
A power conversion device characterized by satisfying
前記交流電圧のリプル周波数をfacとしたとき、
抵抗値Rは、
Figure 0007108526000007
を満たす、請求項1に記載の電力変換装置。
When the ripple frequency of the AC voltage is fac ,
The resistance value R s is
Figure 0007108526000007
The power converter according to claim 1, satisfying:
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