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JPH088772B2 - Power factor correction circuit - Google Patents
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JPH088772B2 - Power factor correction circuit - Google Patents

Power factor correction circuit

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JPH088772B2
JPH088772B2 JP5264787A JP5264787A JPH088772B2 JP H088772 B2 JPH088772 B2 JP H088772B2 JP 5264787 A JP5264787 A JP 5264787A JP 5264787 A JP5264787 A JP 5264787A JP H088772 B2 JPH088772 B2 JP H088772B2
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power supply
sine wave
switching element
input current
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通廣 吉田
山田  豊
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、交流電源端子間に接続された全波整流回路
と、この全波整流回路の出力端子間に逆流防止用ダイオ
ードを介して接続された平滑コンデンサと(以上でコン
デンサインプット型整流回路が構成される)、前記全波
整流回路の入力側または出力側に直列接続されたリアク
トルと、前記全波整流回路の出力端子間に並列接続され
たスイッチング素子とを備え、正弦波近似制御信号によ
ってスイッチング素子をスイッチングすることにより、
リアクトルのエネルギー蓄積効果を利用して高力率を保
持するように構成された力率改善回路に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to a full-wave rectifier circuit connected between AC power supply terminals and a backflow prevention diode between output terminals of the full-wave rectifier circuit. Smoothing capacitor (the capacitor input type rectifying circuit is configured by the above), a reactor serially connected to the input side or the output side of the full-wave rectifying circuit, and a parallel connection between the output terminals of the full-wave rectifying circuit. By switching the switching element by the sine wave approximation control signal,
The present invention relates to a power factor correction circuit configured to maintain a high power factor by utilizing the energy storage effect of a reactor.

<従来の技術> 近年、大容量半導体素子の開発に伴い交流電動機の可
変速運転を行うインバータが急速に普及しつつあるが、
インバータに対する直流電源としては一般的にコンデン
サインプット型整流回路が用いられている。
<Prior Art> In recent years, with the development of large-capacity semiconductor elements, inverters that perform variable-speed operation of AC motors are rapidly becoming popular.
A capacitor input type rectifier circuit is generally used as a DC power source for the inverter.

コンデンサインプット型整流回路は、基本波力率が高
いが、入力電流が高調波含有率の高い突入電流であるた
めに波形歪が大きく、総合力率は低い。また、高調波に
よる周辺への障害電力を発生するために、電力系統に重
大な障害を及ぼすという不都合も有している。
The capacitor input type rectifier circuit has a high fundamental wave power factor, but since the input current is an inrush current having a high harmonic content rate, the waveform distortion is large and the total power factor is low. In addition, there is a disadvantage that the power system is seriously damaged because of the generation of fault power to the surroundings due to harmonics.

このため、コンデンサインプット型整流回路にリアク
トルとスイッチング素子を付加することにより、入力電
流波形を歪率の小さい正弦波状に改善するとともに、総
合力率の向上を図るようにした技術が提案されている
(例えば『電気学会論文誌B 104巻2号』(昭和59年2
月)33〜40頁「双方向性スイッチによる整流電源入力電
流波形の改善法」著者:佐々木一郎、雨宮好文−参
照)。
For this reason, by adding a reactor and a switching element to the capacitor input type rectifier circuit, a technique has been proposed that improves the input current waveform to a sinusoidal waveform with a small distortion factor and also improves the total power factor. (For example, “Journal of the Institute of Electrical Engineers of Japan, Volume B 104, No. 2” (Showa 59, 2
Mon.) pp. 33-40, "Improving the input current waveform of a rectified power source with a bidirectional switch" Author: Ichiro Sasaki, Yoshifumi Amamiya-).

この文献は電源が三相交流の場合のものであるが、こ
の文献に開示されている内容を単相交流電源に当てはめ
て考察すると次のようになる。
This document is for the case where the power supply is a three-phase AC power supply, but the contents disclosed in this document are considered as follows when applied to a single-phase AC power supply.

第5図に示すように、交流電源31の電圧をダイオード
ブリッジからなる全波整流回路32で全波整流し、その整
流電圧を平滑コンデンサ33で平滑して直流電圧を得て負
荷34に供給する。一方、全波整流回路32の前段に直列に
リアクトル35を挿入するとともに、全波整流回路32の次
段に並列にスイッチング素子36を挿入し、正弦波近似PW
M信号S1によってスイッチング素子36のオン・オフ時間
を適当に制御することにより、リアクトル35を流れる入
力電流i0の波形を正弦波状に改善して力率を向上する。
なお、37は逆流防止用のダイオードである。
As shown in FIG. 5, the voltage of the AC power supply 31 is full-wave rectified by the full-wave rectification circuit 32 composed of a diode bridge, and the rectified voltage is smoothed by the smoothing capacitor 33 to obtain a DC voltage and supplied to the load 34. . On the other hand, while inserting the reactor 35 in series in the front stage of the full-wave rectifier circuit 32 and inserting the switching element 36 in parallel in the next stage of the full-wave rectifier circuit 32,
By appropriately controlling the on / off time of the switching element 36 by the M signal S 1 , the waveform of the input current i 0 flowing through the reactor 35 is improved into a sinusoidal shape to improve the power factor.
Reference numeral 37 is a backflow prevention diode.

第6図は、第5図の回路の等価回路を示す。交流電源
31による電源電圧をv0、スイッチング素子36の両端電圧
をv1、リアクトル35のインダクタンスをL、入力電流を
i0とする。
FIG. 6 shows an equivalent circuit of the circuit of FIG. AC source
The power supply voltage from 31 is v 0 , the voltage across switching element 36 is v 1 , the inductance of reactor 35 is L, and the input current is
i 0 .

電源電圧v0=V0 sinωtに対するスイッチング素子36
の両端電圧v1の位相差をφ、入力電流i0の位相差をδと
すると、 v1=V1 sin(ωt−φ) i0=I0 sin(ωt−δ) この関係をベクトル表示すると、第7図(A)のよう
になる。第7図(B)は電源電圧とスイッチング素
子36の両端電圧との位相差φを一定として、
大きさを第7図(A)の場合よりも増加した場合のベク
トル図である。リアクトル35の両端電圧jωLは入
力電流に対して常に直交するという関係から、
の大きさを増加することにより(φは一定)、電源電圧
に対する入力電流の位相差δを減少させること
ができる。
Switching element 36 for power supply voltage v 0 = V 0 sin ωt
Let φ be the phase difference of the voltage v 1 between both ends of V and δ be the phase difference of the input current i 0 , then v 1 = V 1 sin (ωt−φ) i 0 = I 0 sin (ωt−δ) Then, it becomes as shown in FIG. FIG. 7B is a vector diagram when the phase difference φ between the power supply voltage 0 and the voltage 1 across the switching element 36 is constant and the magnitude of 1 is increased as compared with the case of FIG. 7A. . From the relationship of the voltage across j.omega.L 0 of the reactor 35 is always perpendicular to the input current 0, 1
Power supply voltage by increasing the size of (φ is constant)
A phase difference δ of the input current 0 for 0 can be reduced.

スイッチング素子36の両端電圧の大きさを増加す
るためには、正弦波近似PWM信号S1に基づいたスイッチ
ング素子36のオン時間を短くすればよく、これによっ
て、入力電流の位相を電源電圧の位相に近づけ
て(δ→0)、基本波力率を改善することができる。
To increase the size of the voltage across the first switching element 36 may be shortened ON time of the switching element 36 based on the sine wave approximation PWM signal S 1, thereby, the power supply voltage the phase of the input current 0 The fundamental wave power factor can be improved by approaching the phase of 0 (δ → 0).

<発明が解決しようとする問題点> しかしながら、このような構成を有する従来例の場合
には、次のような問題点がある。
<Problems to be Solved by the Invention> However, the conventional example having such a configuration has the following problems.

スイッチング素子36の両端電圧の大きさを増加す
るためにスイッチング素子36のオン時間を短くすると、
リアクトル35の蓄積エネルギーが少なくなり、平滑コン
デンサ33の両端の直流電圧VDCが低くなってしまう。と
ころが、スイッチング素子36の両端電圧の大きさは
直流電圧VDCに依存するから、結局、スイッチング素子3
6の両端電圧の大きさを増加させることができな
い。
When the ON time of the switching element 36 is shortened in order to increase the magnitude of the voltage 1 across the switching element 36,
The stored energy in the reactor 35 decreases, and the DC voltage V DC across the smoothing capacitor 33 decreases. However, since the magnitude of the voltage 1 across the switching element 36 depends on the DC voltage V DC , in the end, the switching element 3
The magnitude of voltage 1 across 6 cannot be increased.

第4(B)の破線で示すように、スイッチング素子36
の両端電圧v1と交流電源31の電源電圧v0との位相差φを
一定に保持した状態で、スイッチング素子9の両端電圧
v1の大きさV1のみを制御した場合、入力電流値I0の変化
に対する力率の特性は第4図(A)の破線で示すよう
に、あまり良い特性とはなっていない。
As indicated by the fourth (B) broken line, the switching element 36
Of the switching element 9 while maintaining a constant phase difference φ between the voltage v 1 between the two ends and the power supply voltage v 0 of the AC power supply 31.
v when controlling only the magnitude V 1 of the 1, the characteristics of the power factor with respect to the change of the input current value I 0 is as shown by the dashed line in Figure No. 4 (A), not in the very good characteristics.

また、本来一定であるべき直流電圧VDCが低下するこ
とは決して好ましいことではなく、この点からも制御性
が悪いものとなる。
Further, it is not preferable that the DC voltage V DC , which should be originally constant, be lowered, and the controllability is also poor in this respect as well.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであ
って、リアクトルによるエネルギー蓄積効果を有効利用
して力率の改善度および制御性を向上することを目的と
する。
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to effectively utilize the energy storage effect of a reactor to improve the degree of improvement in power factor and controllability.

<問題点を解決するための手段> 本発明は、このような目的を達成するために、次のよ
うな構成をとる。
<Means for Solving Problems> The present invention has the following configuration in order to achieve such an object.

即ち、本発明の力率改善回路は、 交流電源端子(2a,2b)間に接続された全波整流回路
(4)と、この全波整流回路(4)の出力端子間に逆流
防止用ダイオード(5)を介して接続された平滑コンデ
ンサ(6)と、前記全波整流回路(4)の入力側または
出力側に直列接続されたリアクトル(3)と、前記全波
整流回路(4)の出力端子間に並列接続されたスイッチ
ング素子(9)とを備えた力率改善回路であって、 前記全波整流回路(4)に対する入力電流(i0)を検
出する入力電流検出回路(11)と、 交流電源電圧(v0)のゼロ電圧位相を検出するゼロク
ロス検出手段(13)と、 前記入力電流検出回路(11)が検出した入力電流値
(I0)に基づいて前記スイッチング素子(9)の両端電
圧(v1)の、交流電源電圧(v0)に対する位相差(φ)
を算出する位相差演算手段(14)と、 算出された位相差(φ)に基づいて前記ゼロクロス検
出手段(13)によるゼロ電圧位相を基準として基準正弦
波(vK)を作成する基準正弦波作成手段(15)と、 前記スイッチング素子(9)の両端電圧(v1)の波形
を正弦波に近似させる正弦波近似制御信号(S1)を前記
基準正弦波(vK)に基づいて作成し前記スイッチング素
子(9)に与える正弦波近似制御波形成手段(16) とを備えたものである。
That is, the power factor correction circuit of the present invention comprises a full-wave rectification circuit (4) connected between AC power supply terminals (2a, 2b) and a backflow prevention diode between the output terminals of this full-wave rectification circuit (4). A smoothing capacitor (6) connected via (5), a reactor (3) serially connected to the input side or output side of the full-wave rectifier circuit (4), and the full-wave rectifier circuit (4). A power factor correction circuit comprising a switching element (9) connected in parallel between output terminals, the input current detection circuit (11) detecting an input current (i 0 ) to the full-wave rectification circuit (4). A zero cross detection means (13) for detecting a zero voltage phase of the AC power supply voltage (v 0 ), and the switching element (9) based on the input current value (I 0 ) detected by the input current detection circuit (11). voltage across (v 1) of) the phase difference with respect to the AC power supply voltage (v 0) φ)
And a reference sine wave that creates a reference sine wave (v K ) with reference to the zero voltage phase by the zero cross detection means (13) based on the calculated phase difference (φ) A sine wave approximation control signal (S 1 ) for approximating the waveform of the voltage (v 1 ) across the switching element (9) to a sine wave based on the reference sine wave (v K ). A sine wave approximate control wave forming means (16) for giving to the switching element (9).

<作用> 本発明の構成による作用は、次の通りである。<Operation> The operation of the configuration of the present invention is as follows.

即ち、位相差演算手段(14)が入力電流値(I0)に基
づいてスイッチング素子(9)の両端電圧(v1)の交流
電源電圧(v0)に対する位相差(φ)を算出し、基準正
弦波作成手段(15)が交流電源電圧(v0)のゼロクロス
のタイミングから位相差(φ)だけ遅らせて基準正弦波
(vK)を作成し、正弦波近似制御波形作成手段(16)が
基準正弦波(vK)に基づいて正弦波近似制御信号(S1
を作成してスイッチング素子(9)に出力する。
That is, the phase difference calculating means (14) calculates the phase difference (φ) of the voltage across the switching element (9) (v 1 ) with respect to the AC power supply voltage (v 0 ) based on the input current value (I 0 ), The reference sine wave creation means (15) creates a reference sine wave (v K ) by delaying the phase difference (φ) from the zero cross timing of the AC power supply voltage (v 0 ) and creates the approximate sine wave control waveform creation means (16). Is a sine wave approximation control signal (S 1 ) based on the reference sine wave (v K ).
Is generated and output to the switching element (9).

このようにスイッチング素子(9)を制御すると、ス
イッチング素子(9)の両端電圧(v1)ひいては入力電
流(i0)が正弦波状になるとともに、交流電源電圧
(v0)に対する入力電流(i0)の位相差(δ)がゼロに
近づく。
When the switching element (9) is controlled in this manner, the voltage (v 1 ) across the switching element (9) and thus the input current (i 0 ) becomes sinusoidal, and the input current (i 0 ) for the AC power supply voltage (v 0 ) changes. The phase difference (δ) of 0 ) approaches zero.

位相差(δ)をゼロに近づけるのに、基準正弦波
(vK)の位相(φ)を変化させるようにしてあるので、
正弦波近似制御信号(S1)のデューティ比を一定に保っ
てスイッチング素子(9)のオン時間が安定化し、リア
クトル(3)によるエネルギー蓄積効果は変わらない。
その結果、平滑コンデンサ(6)の両端の直流電圧(V
DC)は一定に保持されることになる。
In order to bring the phase difference (δ) close to zero, the phase (φ) of the reference sine wave (v K ) is changed.
The duty ratio of the sine wave approximation control signal (S 1 ) is kept constant and the ON time of the switching element (9) is stabilized, and the energy storage effect of the reactor (3) does not change.
As a result, the DC voltage (V
DC ) will be held constant.

<実施例> 以下、本発明の実施例を面に基づいて詳細に説明す
る。
<Example> Hereinafter, an example of the present invention is described in detail based on a field.

第1図は実施例に係る力率改善回路の回路図である。 FIG. 1 is a circuit diagram of a power factor correction circuit according to an embodiment.

交流電源1を接続する交流電源端子2a,2b間にチョー
クコイル等のリアクトル3を介してダイオードブリッジ
からなる全波整流回路4が接続されている。全波整流回
路4の出力端子間に逆流防止用のダイオード5を介して
平滑コンデンサ6が接続され、平滑コンデンサ6の出力
端子7a,7b間に負荷8が接続されている。この負荷8と
しては、インバータ駆動式空気調和機におけるインバー
タ回路のほか、スイッチングレギュレータでもよい。全
波整流回路4の出力端子間にパワートランジスタやパワ
ーMOS・FETなどのスイッチング素子9が並列接続されて
いる。
A full-wave rectifier circuit 4 composed of a diode bridge is connected between AC power supply terminals 2a and 2b connecting the AC power supply 1 via a reactor 3 such as a choke coil. A smoothing capacitor 6 is connected between the output terminals of the full-wave rectifier circuit 4 via a diode 5 for preventing backflow, and a load 8 is connected between the output terminals 7a and 7b of the smoothing capacitor 6. The load 8 may be a switching regulator as well as an inverter circuit in an inverter-driven air conditioner. A switching element 9 such as a power transistor or a power MOS • FET is connected in parallel between the output terminals of the full-wave rectifier circuit 4.

また、交流電源1と全波整流回路4とを接続する電源
ラインに設けられた変流器CTがI−V変換回路10に接続
されて全波整流回路4に対する入力電流i0を検出する入
力電流検出回路11を構成している。I−V変換回路10
は、変流器CTがピックアップした交流の入力電流i0の平
均値I0を直流電圧VPに変換するものであり、ダイオード
ブリッジDB1、抵抗R1およびコンデンサC1から構成され
ている。
Further, a current transformer CT provided on a power supply line connecting the AC power supply 1 and the full-wave rectification circuit 4 is connected to the IV conversion circuit 10 to detect an input current i 0 to the full-wave rectification circuit 4. It constitutes a current detection circuit 11. IV conversion circuit 10
Is for converting the average value I 0 of the AC input current i 0 picked up by the current transformer CT into a DC voltage V P , and is composed of a diode bridge DB 1 , a resistor R 1 and a capacitor C 1 .

12は交流電源1の電源電圧v0の波形を検出する電源電
圧波形検出回路であり、交流電源端子2a,2b間に接続さ
れた降圧トランスT1、ダイオードブリッジDB2および抵
抗R2から構成されている。
Reference numeral 12 is a power supply voltage waveform detection circuit for detecting the waveform of the power supply voltage v 0 of the AC power supply 1, which is composed of a step-down transformer T 1 connected between the AC power supply terminals 2a and 2b, a diode bridge DB 2 and a resistor R 2. ing.

13は電源電圧波形検出回路12による電源電圧v0のゼロ
電圧位相を検出するゼロクロス検出手段である。
Reference numeral 13 is a zero-crossing detecting means for detecting the zero voltage phase of the power supply voltage v 0 by the power supply voltage waveform detection circuit 12.

14はI−V変換回路10からの直流電圧VPに基づいて、
スイッチング素子9の両端電圧v1と交流電源1の電源電
圧v0との位相差φを演算する位相差演算手段である。位
相差φは、関数記号をg,hとして、 φ=g(VP)=h(I0) ………… で表すことができる。
14 is based on the DC voltage V P from the IV conversion circuit 10,
It is a phase difference calculation means for calculating the phase difference φ between the voltage v 1 across the switching element 9 and the power supply voltage v 0 of the AC power supply 1. The phase difference φ can be represented by φ = g (V P ) = h (I 0 ) ..., Where the function symbols are g and h.

15は変調度H(定数)と位相差φとに基づいて、ゼロ
クロス検出手段13によるゼロ電圧位相を基準として、基
準正弦波vKを、式、 vK=H sin(θ−φ) ………… に従って作成する基準正弦波作成手段である。
15 based on the phase difference phi between the modulation degree H (constant), based on the zero-voltage phase based on a zero-cross detecting means 13, a reference sine wave v K, the formula, v K = H sin (θ -φ) ...... It is a standard sine wave creating means created according to.

式におけるθは交流電源1の電源電圧v0の位相であ
り、電源周波数をFとすると、θ=2πFtである。
In the equation, θ is the phase of the power supply voltage v 0 of the AC power supply 1, and when the power supply frequency is F, θ = 2πFt.

式,から、 vK=H sin(θ−h(I0)) ………… である。From the equation, v K = H sin (θ−h (I 0 )) ………….

変調度Hは、負荷8に供給すべき必要な直流電圧VDC
を一定にするために所定の一定値に決められる。従っ
て、基準正弦波vKは、結局、検出した入力電流値I0に基
づいて作成されることになる。
The modulation factor H is the required DC voltage V DC to be supplied to the load 8.
Is set to a predetermined constant value in order to make constant. Therefore, the reference sine wave v K is eventually created based on the detected input current value I 0 .

16はスイッチング素子9をオン・オフ制御するための
正弦波近似PWM信号S1を基準正弦波vKに基づいて作成す
る正弦波近似PWM波形作成手段である。正弦波近似PWM信
号S1は、スイッチング素子9の両端電圧v1が入力電流i0
の波形を正弦波に近づける電圧となるようにスイッチン
グ素子9をスイッチングするための信号である。
Reference numeral 16 is a sine wave approximate PWM waveform creating means for creating the sine wave approximate PWM signal S 1 for controlling the switching element 9 on / off based on the reference sine wave v K. In the sine wave approximate PWM signal S 1 , the voltage v 1 across the switching element 9 is the input current i 0
Is a signal for switching the switching element 9 so that the voltage of the waveform becomes close to a sine wave.

前述のゼロクロス検出手段13、位相差演算手段14、基
準正弦波作成手段15および正弦波近似PWM波形作成手段1
6は、マイクロコンピュータのCPU17によるソフト処理に
よって実現される。
The above-mentioned zero-cross detecting means 13, phase difference calculating means 14, reference sine wave creating means 15 and sine wave approximate PWM waveform creating means 1
6 is realized by software processing by the CPU 17 of the microcomputer.

次に、動作原理を説明する。説明の都合上、入力電流
をi0(θ)で表す。
Next, the operation principle will be described. For convenience of explanation, the input current is represented by i 0 (θ).

スイッチング素子9の両端電圧v1の基本波分の位相が
電源電圧v0に対してφだけ遅れているから、 となる。このときの電圧方程式は、 と表せる。式の両辺を積分して入力電流i0(θ)を求
めると、 が得られる。ただし、 である。電極電圧v0に対する入力電流i0(θ)の位相差
をδとすると、式から、 である。入力電流i0(θ)と電源電圧v0とが同相、即
ち、δ=0のとき、式から、 V0−V1cosφ=0 ………… である。また、このときの入力電流i0(θ)の大きさI0
は、式を式に代入して、 となる。式から、 cosφ=V0/V1 ………… 式から、 sinφ=ωL.I0/V1 …………() 従って、 tanφ=ωL・I0/V0 ………… 以上のことから、任意の入力電流i0(θ)について、
入力電流i0(θ)の位相と電源電圧v0の位相とを同相
(δ=0)にするためのスイッチング素子9の両端電圧
v1の位相差φの条件は、式より、 である。
Since the phase of the fundamental wave of the voltage v 1 across the switching element 9 is delayed by φ with respect to the power supply voltage v 0 , Becomes The voltage equation at this time is Can be expressed as When the input current i 0 (θ) is calculated by integrating both sides of the equation, Is obtained. However, Is. If the phase difference of the input current i 0 (θ) with respect to the electrode voltage v 0 is δ, Is. When the input current i 0 (θ) and the power supply voltage v 0 are in phase, that is, when δ = 0, from the equation, V 0 −V 1 cos φ = 0. Further, the magnitude I 0 of the input current i 0 (θ) at this time
Substitutes the expression into the expression, Becomes From the formula, cosφ = V 0 / V 1 ………… From the formula, sinφ = ωL.I 0 / V 1 ………… () Therefore, tanφ = ωL · I 0 / V 0 ………… Therefore, for any input current i 0 (θ),
Voltage across the switching element 9 for making the phase of the input current i 0 (θ) and the phase of the power supply voltage v 0 in phase (δ = 0)
The condition for the phase difference φ of v 1 is Is.

即ち、式の条件を満たすようにスイッチング素子9
の両端電圧v1の位相差φを制御すれば、入力電流i
0(θ)の電源電圧v0と同相にすることが可能である。
ωL,V0が判っているとすると、入力電流i0(θ)の大き
さI0を検出すれば、電源電圧v0に対するスイッチング素
子9の両端電圧v1の位相差φが判る。
That is, the switching element 9 so that the condition of the equation is satisfied.
By controlling the phase difference φ of the voltage v 1 across
It is possible to make it in phase with the power supply voltage v 0 of 0 (θ).
If ωL, V 0 is known, the phase difference φ of the voltage v 1 across the switching element 9 with respect to the power supply voltage v 0 can be known by detecting the magnitude I 0 of the input current i 0 (θ).

スイッチング素子9の両端電圧v1の位相差φを以上の
ように制御するのが、スイッチング素子9を正弦波近似
PWM信号S1に基づいてオン・オフ制御するCPU17である。
The phase difference φ of the voltage v 1 across the switching element 9 is controlled as described above by approximating the switching element 9 by a sine wave.
The CPU 17 performs on / off control based on the PWM signal S 1 .

さて、変流器CTによってピックアップされた入力電流
i0(θ)の大きさI0はI−V変換回路10によって直流電
圧VPに変換された後、CPU17に読み込まれる。また、ゼ
ロクロス検出手段13が交流電源1の電源電圧v0のゼロ電
圧位相を検出してCPU17に出力する。
Now, the input current picked up by the current transformer CT
The magnitude I 0 of i 0 (θ) is converted into the DC voltage V P by the IV conversion circuit 10 and then read into the CPU 17. Further, the zero-cross detection means 13 detects the zero voltage phase of the power supply voltage v 0 of the AC power supply 1 and outputs it to the CPU 17.

CPU17は、電源電圧v0の大きさV0と、リアクトル3の
リアクタンスωLと、読み込んだ入力電流値I0(つまり
VP)とから、式に基づいて位相差φを算出する。
The CPU 17 determines the magnitude V 0 of the power supply voltage v 0 , the reactance ωL of the reactor 3, and the read input current value I 0 (that is,
V P ) and the phase difference φ is calculated based on the equation.

そして、スイッチング素子9の両端電圧v1が電源電圧
v0に対してそのゼロクロス時点よりも位相差φだけ遅れ
た波形となるように、基準正弦波vKに基づいてオン,オ
フデューティが定められた正弦波近似PWM信号S1をスイ
ッチング素子9に対して出力する。
The voltage v 1 across the switching element 9 is the power supply voltage.
The sine wave approximate PWM signal S 1 whose on / off duty is determined based on the reference sine wave v K is applied to the switching element 9 so that the waveform has a phase difference φ delayed from v 0 with respect to v 0 . Output to.

このようにスイッチング素子9をスイッチングする
と、入力電流i0(θ)は、結局、式,から、 となり、入力電流i0(θ)を正弦波に近似した波形とす
ることができるとともに、入力電流i0と交流電源1の電
源電圧v0との位相差δをゼロにして基本波力率を1とす
ることができる。
When the switching element 9 is switched in this way, the input current i 0 (θ) is eventually calculated from the equation Therefore, the input current i 0 (θ) can be approximated to a sine wave, and the phase difference δ between the input current i 0 and the power supply voltage v 0 of the AC power supply 1 is set to zero to set the fundamental wave power factor. It can be 1.

一方、高調波分は無効電力になるので、これをできる
だけ小さくするのが望ましく、そのために、スイッチン
グ素子9に対するスイッチングの周波数を高くして、高
速スイッチングを行うことにより、高調波分による無効
電力を抑える。
On the other hand, since the harmonic component becomes reactive power, it is desirable to make it as small as possible. Therefore, by increasing the switching frequency for the switching element 9 and performing high-speed switching, the reactive power due to the harmonic component is reduced. suppress.

以上の相乗によって、全体として総合力率を改善して
いる。
Through the above synergies, the overall power factor is improved as a whole.

CPU17から出力されてスイッチング素子9をスイッチ
ングする正弦波近似PWM信号S1の一例を第2図に示す。
An example of the approximate sine wave PWM signal S 1 output from the CPU 17 and switching the switching element 9 is shown in FIG.

基準正弦波vK=H sin(θ−φ)は電源電圧v0よりも
位相がφだけ遅れている。この基準正弦波vKに基づいて
作成された正弦波近似PWM信号S1は矩形波である。この
正弦波近似PWM信号S1によってスイッチング素子9がス
イッチングされた場合のスイッチング素子9の両端電圧
v1は、電源電圧v0に対してφだけ位相の遅れた整流波形
となる。
The phase of the reference sine wave v K = H sin (θ−φ) lags the power supply voltage v 0 by φ. The sine wave approximation PWM signal S 1 created based on this reference sine wave v K is a rectangular wave. The voltage across switching element 9 when switching element 9 is switched by this sine wave approximate PWM signal S 1 .
v 1 is a rectified waveform whose phase is delayed by φ with respect to the power supply voltage v 0 .

ところで、正弦波近似PWM信号S1OFFデューティが長い
ほど、変調度Hは大きくなり、OFFデューティが短くな
るにつれて変調度Hは減少する。このように正弦波近似
PWM信号S1のOFFデューティと変調度Hとは1対1の関係
をもつから、OFFデューティの調整によって変調度H即
ちスイッチング素子9の両端電圧v1の大きさV1を制御す
ることができる。このように変調度H(つまりは電圧v1
の大きさv1)の制御によって入力電流i0と交流電源1の
電源電圧v0との位相差δをゼロにするようにしたのが、
既に述べた従来例の場合である。
By the way, the modulation degree H increases as the OFF duty of the sine wave approximation PWM signal S 1 increases, and the modulation degree H decreases as the OFF duty decreases. Thus the sinusoidal approximation
Since the OFF duty of the PWM signal S 1 and the modulation degree H have a one-to-one relationship, the modulation degree H, that is, the magnitude V 1 of the voltage v 1 across the switching element 9 can be controlled by adjusting the OFF duty. . Thus, the modulation degree H (that is, the voltage v 1
The phase difference δ between the input current i 0 and the power supply voltage v 0 of the AC power supply 1 is set to zero by controlling the magnitude v 1 ) of
This is the case of the conventional example already described.

しかし、本実施例は、変調度Hを一定に固定し、スイ
ッチング素子9の両端電圧v1と交流電源1の電源電圧v0
との位相差φを入力電流値I0に応じて制御することによ
り、入力電流i0と交流電源1の電源電圧v0との位相差δ
をゼロにするようにしたものである。
However, in this embodiment, the modulation degree H is fixed and the voltage v 1 across the switching element 9 and the power supply voltage v 0 of the AC power supply 1 are fixed.
Phase difference between the phase difference by controlling in accordance with the input current value I 0 and phi, the input current i 0 and the power supply voltage v 0 of the AC power supply 1 and δ
Is set to zero.

CPU17による位相差演算手段14は、読み込んだ入力電
流値I0に基づいてスイッチング素子9の両端電圧v1と交
流電源1の電源電圧v0との位相差φを算出し、基準正弦
波作成手段15は、ゼロクロス検出手段13が交流電源1の
電源電圧V0のゼロクロスの位相を検出したタイミングか
ら位相差φだけ遅らせて基準正弦波vK=H sin(θ−
φ)を作成し、正弦波近似PWM波形形成手段16は、基準
正弦波vKとキャリア波(三角波)とに基づいて正弦波近
似PWM信号S1を作成し、その正弦波近似PWM信号S1に基づ
いてスイッチング素子9をスイッチング制御する。
The phase difference calculating means 14 by the CPU 17 calculates the phase difference φ between the voltage v 1 across the switching element 9 and the power source voltage v 0 of the AC power source 1 based on the read input current value I 0 , and the reference sine wave creating means Reference numeral 15 denotes a reference sine wave v K = H sin (θ −, which is delayed by a phase difference φ from the timing at which the zero-cross detection means 13 detects the zero-cross phase of the power supply voltage V 0 of the AC power supply 1.
φ), and the sine wave approximation PWM waveform forming means 16 creates a sine wave approximation PWM signal S 1 based on the reference sine wave v K and the carrier wave (triangular wave), and the sine wave approximation PWM signal S 1 The switching element 9 is switching-controlled based on

このように制御することによって、入力電流i0を正弦
波状にでき、かつ、入力電流i0と交流電源1の電源電圧
v0との位相差δをゼロに近づけて基本波力率を1に近づ
けることができる。
By controlling in this way, the input current i 0 can be made sinusoidal, and the input current i 0 and the power supply voltage of the AC power supply 1 can be changed.
The phase difference δ with v 0 can be brought close to zero to bring the fundamental wave power factor close to 1.

以上のように、入力電流i0の平均値I0に応じて位相差
φを制御することによって、正弦波近似PWM信号S1の作
成のもとになる基準正弦波vKを作成する一方、変調度H
の方は一定に保持するから、平滑コンデンサ6から出力
される直流電圧VDCの変動を抑制することができる。こ
の点を、第3図に示すベクトル図に基づいて説明する。
As described above, by controlling the phase difference φ according to the average value I 0 of the input current i 0 , while creating the reference sine wave v K that is the basis for creating the approximate sine wave PWM signal S 1 , Modulation degree H
Since it is kept constant, the fluctuation of the DC voltage V DC output from the smoothing capacitor 6 can be suppressed. This point will be described based on the vector diagram shown in FIG.

スイッチング素子9の両端電圧の大きさV1を一定
にして、電源電圧とスイッチング素子9の両端電圧
との位相差φを減少させると(図(A)→図
(B))、リアクトル3の両端電圧jωLが入力電
に対して常に直交するという関係から、電源電圧
に対する入力電流の位相差δを減少させること
ができる。そして、この位相差δがゼロになるように、
基準正弦波vK=H sin(θ−φ)を作成してスイッチン
グ素子9の両端電圧の位相φを制御するから、入力
電流を電源電圧に対して同相に近づけることが
でき、基本波力率を改善することができる。
And the magnitude V 1 of the voltage across the first switching element 9 constant supply voltage 0 and the voltage across the switching element 9
When the phase difference φ with respect to 1 is decreased (Fig. (A) → Fig. (B)), the voltage jωL 0 across the reactor 3 is always orthogonal to the input current 0 , and therefore the power supply voltage
A phase difference δ of the input current 0 for 0 can be reduced. Then, so that this phase difference δ becomes zero,
Since the reference sine wave v K = H sin (θ−φ) is created and the phase φ of the voltage 1 across the switching element 9 is controlled, the input current 0 can be brought closer to the same phase with respect to the power supply voltage 0 . The wave power factor can be improved.

この場合、基準正弦波vKの位相φを変化させるのみ
で、スイッチング素子9の両端電圧v1の大きさは一定に
保持するから、正弦波近似PWM信号S1におけるオフ期間
のデューティ比は一定に保持され、スイッチング素子9
のオン時間は不変となるため、リアクトル3によるエネ
ルギー蓄積効果には変わりがない。その結果、平静コン
デンサ6の両端の直流電圧VDCは一定に保持されること
になり、制御性も良い。
In this case, the magnitude of the voltage v 1 across the switching element 9 is held constant only by changing the phase φ of the reference sine wave v K , so the duty ratio of the off period in the sine wave approximation PWM signal S 1 is constant. Held by the switching element 9
Since the on time of is invariable, the energy storage effect by the reactor 3 remains unchanged. As a result, the DC voltage V DC across the calming capacitor 6 is kept constant, and the controllability is also good.

第4図(B)の実線で示すように、スイッチング素子
9の両端電圧v1の大きさV1を一定に保持した状態で、ス
イッチング素子9の両端電圧v1と交流電源1の電源電圧
v0との位相差φのみを制御した場合、入力電流値I0の変
化に対する力率の特性は第4図(A)の実線で示すよう
に、従来例(破線)の場合よりも改善されている。
Fourth, as shown by the solid line in Figure (B), while maintaining the magnitude V 1 of the voltage across v 1 of the switching device 9 at a constant voltage across v 1 and the AC power supply 1 of the power supply voltage of the switching element 9
When only the phase difference φ with v 0 is controlled, the power factor characteristics with respect to changes in the input current value I 0 are improved as compared with the case of the conventional example (broken line), as shown by the solid line in FIG. 4 (A). ing.

なお、上記実施例では、リアクトル3は全波整流回路
4の前段に挿入したが、リアクリル3を全波整流回路4
の出力端子とダイオード5のアノードとの間に挿入して
もよい。
Although the reactor 3 is inserted in the preceding stage of the full-wave rectifier circuit 4 in the above embodiment, the reactor 3 is replaced with the full-wave rectifier circuit 4.
It may be inserted between the output terminal of and the anode of the diode 5.

<発明の効果> 本発明によれば、次の効果が発揮される。<Effects of the Invention> According to the present invention, the following effects are exhibited.

交流電源電圧(v0)に対する入力電流(i0)の位相差
(δ)をゼロに近づけるのに、基準正弦波(vK)の位相
(φ)を制御するため、正弦波近似制御信号(S1)のデ
ューティ比を一定に保ってスイッチング素子(9)のオ
ン時間を安定化することができる。
In order to bring the phase difference (δ) of the input current (i 0 ) with respect to the AC power supply voltage (v 0 ) close to zero, in order to control the phase (φ) of the reference sine wave (v K ), the sine wave approximation control signal ( The on-time of the switching element (9) can be stabilized by keeping the duty ratio of S 1 ) constant.

即ち、リアクトル(3)によるエネルギー蓄積効果を
有効利用しながら、入力電流(i0)の波形を正弦波状に
改善できるとともに、交流電源電圧(v0)に対する入力
電流(i0)の位相差(δ)をゼロに近づけて力率を改善
することができる。
That is, while effectively utilizing the energy storage effect of the reactor (3), the waveform of the input current (i 0 ) can be improved to a sine wave shape, and the phase difference of the input current (i 0 ) with respect to the AC power supply voltage (v 0 ) ( The power factor can be improved by making δ) close to zero.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図ないし第4図は本発明の実施例に係り、第1図は
力率改善回路の回路図、第2図は動作説明に供する波形
図、第3図はベクトル図、第4図は特性図である。第5
図ないし第7図は従来例に係り、第5図は力率改善回路
の回路図、第6図は第5図の等価回路図、第7図はベク
トル図である。 1……交流電源 2a,2b……交流電源端子 3……リアクトル 4……全波整流回路 5……逆流防止用ダイオード 6……平滑コンデンサ 9……スイッチング素子 11……入力電流検出回路 13……ゼロクロス検出手段 14……位相差演算手段 15……基準正弦波作成手段 16……正弦波近似制御波形作成手段 v0……交流電源電圧 i0……入力電流 I0……入力電流値 v1……スイッチング素子の両端電圧 φ……v0に対するv1の位相差 vK……基準正弦波 S1……正弦波近似PWM信号
1 to 4 relate to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a circuit diagram of a power factor correction circuit, FIG. 2 is a waveform diagram for explaining the operation, FIG. 3 is a vector diagram, and FIG. It is a characteristic diagram. Fifth
FIGS. 1 to 7 relate to a conventional example, FIG. 5 is a circuit diagram of a power factor correction circuit, FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of FIG. 5, and FIG. 7 is a vector diagram. 1 ... AC power supply 2a, 2b ... AC power supply terminal 3 ... Reactor 4 ... Full wave rectification circuit 5 ... Reverse current prevention diode 6 ... Smoothing capacitor 9 ... Switching element 11 ... Input current detection circuit 13 ... … Zero cross detecting means 14 …… Phase difference calculating means 15 …… Reference sine wave creating means 16 …… Sine wave approximate control waveform creating means v 0 …… AC power supply voltage i 0 …… Input current I 0 …… Input current value v 1 ...... Voltage across switching element φ …… Phase difference of v 1 with respect to v 0 v K …… Reference sine wave S 1 …… Approximate sine wave PWM signal

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】交流電源端子(2a,2b)間に接続された全
波整流回路(4)と、この全波整流回路(4)の出力端
子間に逆流防止用ダイオード(5)を介して接続された
平滑コンデンサ(6)と、前記全波整流回路(4)の入
力側または出力側に直列接続されたリアクトル(3)
と、前記全波整流回路(4)の出力端子間に並列接続さ
れたスイッチング素子(9)とを備えた力率改善回路で
あって、 前記全波整流回路(4)に対する入力電流(i0)を検出
する入力電流検出回路(11)と、 交流電源電圧(V0)のゼロ電圧位相を検出するゼロクロ
ス検出手段(13)と、 前記入力電流検出回路(1)が検出した入力電流値
(I0)に基づいて前記スイッチング素子(9)の両端電
圧(v1)の、交流電源電圧(v0)に対する位相差(φ)
を算出する位相差演算手段(14)と、 算出された位相差(φ)に基づいて前記ゼロクロス検出
手段(13)によるゼロ電圧位相を基準として基準正弦波
(vK)を作成する基準正弦波作成手段(15)と、 前記スイッチング素子(9)の両端電圧(v1)の波形を
正弦波に近似させる正弦波近似制御信号(S1)を前記基
準正弦波(vK)に基づいて作成し前記スイッチング素子
(9)に与える正弦波近似制御波形作成手段(16) とを備えた力率改善回路。
1. A full-wave rectifier circuit (4) connected between AC power supply terminals (2a, 2b) and a backflow prevention diode (5) between the output terminals of this full-wave rectifier circuit (4). The connected smoothing capacitor (6) and the reactor (3) serially connected to the input side or the output side of the full-wave rectification circuit (4).
And a switching element (9) connected in parallel between the output terminals of the full-wave rectification circuit (4), the input current (i 0 ), An input current detection circuit (11), a zero cross detection means (13) for detecting the zero voltage phase of the AC power supply voltage (V 0 ), and an input current value (1) detected by the input current detection circuit (1). Based on I 0 ), the phase difference (φ) of the voltage (v 1 ) across the switching element (9) with respect to the AC power supply voltage (v 0 ).
And a reference sine wave that creates a reference sine wave (v K ) with reference to the zero voltage phase by the zero cross detection means (13) based on the calculated phase difference (φ) A sine wave approximation control signal (S 1 ) for approximating the waveform of the voltage (v 1 ) across the switching element (9) to a sine wave based on the reference sine wave (v K ). A power factor correction circuit comprising: a sine wave approximate control waveform creating means (16) for giving to the switching element (9).
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