JP6179951B2 - Harmonic suppression power supply and control circuit thereof - Google Patents
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Description
本発明は、高調波を抑制する高調波抑制電源およびその制御回路に関する。 The present invention relates to a harmonic suppression power source for suppressing harmonics and a control circuit thereof.
ひずみ波交流の中に含まれている高調波は、電路や接続機器に悪影響を及ぼすため、高調波を発生し易い電気機器は、高調波抑制電源により高調波を抑制する必要がある。例えば、マルチプライヤを有するチョッパ回路は、広い負荷領域で高調波歪が少ない点有利であることから、高調波抑制電源として広く用いられている。しかし、軽負荷時に出力電圧が上昇してしまい易く、制御回路も構成が複雑となるという課題がある。 Since harmonics included in the distorted wave alternating current adversely affect the electric circuit and connected devices, electrical devices that are likely to generate harmonics need to suppress harmonics with a harmonic suppression power source. For example, a chopper circuit having a multiplier is widely used as a harmonic suppression power source because it is advantageous in that the harmonic distortion is small in a wide load region. However, there is a problem that the output voltage is likely to increase at a light load, and the configuration of the control circuit is complicated.
一方、マルチプライヤを有しないオン時間幅制御の臨界型チョッパ回路は、制御回路の構成が複雑でなく、軽負荷時における出力電圧上昇も発生し難いが、入力電流の歪が発生し易く、高調波歪が顕著となるといった課題があった。 On the other hand, a critical type chopper circuit with on-time width control that does not have a multiplier does not have a complicated control circuit configuration and does not easily generate an output voltage at a light load. There was a problem that wave distortion became significant.
上記課題に対して、特許文献1では、インダクタの2次側巻線に誘導される電圧を用いて入力電圧を感知し、感知された入力電圧によってスイッチの導通期間を調整することにより、入力電流の歪を補償する力率補正回路が開示されている。 In order to solve the above problem, in Patent Document 1, the input voltage is sensed using the voltage induced in the secondary winding of the inductor, and the conduction period of the switch is adjusted by the sensed input voltage. A power factor correction circuit that compensates for distortion is disclosed.
しかしながら、オン時間幅制御の臨界型チョッパ回路においては、負荷変動に対応したフィードバック制御が出力電圧検出によりなされ、スイッチの導通期間が大幅な変化量(例えば、軽負荷時に数百ns、重負荷時に数十μs)で制御される。このようにスイッチの導通期間が大幅な変化量で制御されるようなオン時間幅制御の臨界型チョッパ回路において、インダクタの2次側巻線に誘導される電圧情報のみでスイッチの導通期間を補正したとしても、広範囲な負荷変動に対応して適切にスイッチの導通期間を調整することは実際上困難であり、上記補正により却って入力電流が歪んでしまう虞があり、広範囲な負荷変動に対して高調波を抑制するには、更に別の手法を講じる必要がある。 However, in the critical chopper circuit with on-time width control, feedback control corresponding to load fluctuation is performed by detecting the output voltage, and the switch conduction period is greatly changed (for example, several hundred ns at light load, at heavy load) (Several tens of μs). In such a critical chopper circuit with on-time width control in which the switch conduction period is controlled by a large amount of change, the switch conduction period is corrected only by voltage information induced in the secondary winding of the inductor. Even in this case, it is actually difficult to adjust the switch conduction period appropriately in response to a wide range of load fluctuations, and the input current may be distorted by the above correction. In order to suppress the harmonics, it is necessary to take another method.
その他、特許文献1以外の方法として、力率補正回路のインダクタに流れるインダクタ電流の負電流を検出することにより、スイッチングのオフ幅を検出し、これによって検出されたオフ幅の情報に基づき入力電圧の位相に対応させたスイッチングのオン幅を調整するといった方法も考えられる。しかし、このような方法も臨界型チョッパ回路における軽負荷条件等では、スイッチングのオフ幅が極めて短くなるため、検出されたオフ幅に従って次の動作サイクルにおけるスイッチング素子のオン幅を高精度に調整することは実際には困難であり、軽負荷時の高調波を抑制することが困難となる。また、インダクタ電流の負電流検出は、制御回路が複雑となり易く、インダクタ電流の負電流検出によってスイッチングのオフ幅を検出する方法を多相制御のインターリーブ回路に適用しようとすると、多相制御される各々の回路でインダクタ電流の負電流検出が必要となり、インターリーブ回路への適用は一層困難であるといった課題があった。 In addition, as a method other than Patent Document 1, the switching off width is detected by detecting the negative current of the inductor current flowing through the inductor of the power factor correction circuit, and the input voltage is detected based on the off width information detected thereby. A method is also conceivable in which the ON width of switching corresponding to the phase is adjusted. However, such a method also has an extremely short switching off width under a light load condition or the like in a critical type chopper circuit. Therefore, the on width of the switching element in the next operation cycle is adjusted with high accuracy according to the detected off width. This is actually difficult, and it becomes difficult to suppress harmonics at light loads. Also, the negative current detection of the inductor current is likely to make the control circuit complex, and if the method of detecting the switching off width by detecting the negative current of the inductor current is applied to the interleave circuit of the multiphase control, the control circuit is controlled in a multiphase manner. Each circuit needs to detect a negative current of the inductor current, which makes it more difficult to apply to an interleave circuit.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、高調波を抑制する高調波抑制電源およびその制御回路を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said subject, and it aims at providing the harmonic suppression power supply and its control circuit which suppress a harmonic.
本発明は、上記の課題を解決するために、以下の事項を提案している。 The present invention proposes the following matters in order to solve the above problems.
主スイッチを有する昇圧チョッパ回路と、
昇圧チョッパ回路の入力側に接続され主スイッチのスイッチング動作によるリップルを抑制する入力コンデンサと、
主スイッチのスイッチング動作を制御する制御回路と、
を備える高調波抑制電源であって、
制御回路は、昇圧チョッパ回路の出力電力が所定の負荷電力以下である軽負荷時に、入力コンデンサの容量を低下させる第1容量低下回路部を有することを特徴とする高調波抑制電源を提案している。
A boost chopper circuit having a main switch;
An input capacitor connected to the input side of the step-up chopper circuit to suppress ripple caused by the switching operation of the main switch;
A control circuit for controlling the switching operation of the main switch;
A harmonic suppression power source comprising:
The control circuit proposes a harmonic suppression power supply having a first capacity reduction circuit unit that reduces the capacity of the input capacitor at a light load when the output power of the boost chopper circuit is equal to or lower than a predetermined load power. Yes.
主スイッチを有する昇圧チョッパ回路と、
昇圧チョッパ回路の入力側に接続され主スイッチのスイッチング動作によるリップルを抑制する入力コンデンサと、
主スイッチのスイッチング動作を制御する制御回路と、
を備える高調波抑制電源であって、
制御回路は、
昇圧チョッパ回路の入力電圧位相を検出する入力位相検出部と、
入力位相検出部が検出する入力電圧位相の入力位相情報に基づいて入力コンデンサの容量を低下させる第2容量低下回路部と、
を有することを特徴とする高調波抑制電源を提案している。
A boost chopper circuit having a main switch;
An input capacitor connected to the input side of the step-up chopper circuit to suppress ripple caused by the switching operation of the main switch;
A control circuit for controlling the switching operation of the main switch;
A harmonic suppression power source comprising:
The control circuit
An input phase detector for detecting the input voltage phase of the boost chopper circuit;
A second capacitance reduction circuit unit that reduces the capacitance of the input capacitor based on the input phase information of the input voltage phase detected by the input phase detection unit;
The harmonic suppression power supply characterized by having is proposed.
昇圧チョッパ回路は、相互に所定位相差で主スイッチがスイッチング動作する2相以上の多相制御型のインターリーブ回路であることを特徴とする高調波抑制電源を提案している。 The boost chopper circuit has proposed a harmonic suppression power supply characterized by being a multi-phase control type interleave circuit of two or more phases in which the main switch performs switching operation with a predetermined phase difference from each other.
主スイッチは、高電子移動度トランジスタであることを特徴とする高調波抑制電源を提案している。 The main switch has proposed the harmonic suppression power supply characterized by being a high electron mobility transistor.
高電子移動度トランジスタは、窒化ガリウムをチャネルに用いたものであることを特徴とする高調波抑制電源を提案している。 The high-electron mobility transistor has proposed a harmonic suppression power supply characterized by using gallium nitride as a channel.
主スイッチを有する昇圧チョッパ回路と、昇圧チョッパ回路の入力側に接続され主スイッチのスイッチング動作によるリップルを抑制する入力コンデンサと、を備える高調波抑制電源に用いられ、主スイッチのスイッチング動作を制御する制御回路であって、
昇圧チョッパ回路の出力電力が所定の負荷電力以下である軽負荷時に、入力コンデンサの容量を低下させる第1容量低下回路部を有することを特徴とする制御回路を提案している。
Used in a harmonic suppression power supply comprising a boost chopper circuit having a main switch and an input capacitor connected to the input side of the boost chopper circuit to suppress ripple caused by the switching operation of the main switch, and controls the switching operation of the main switch A control circuit,
There has been proposed a control circuit having a first capacity lowering circuit section for reducing the capacity of an input capacitor at a light load when the output power of the boost chopper circuit is equal to or lower than a predetermined load power.
主スイッチを有する昇圧チョッパ回路と、昇圧チョッパ回路の入力側に接続され主スイッチのスイッチング動作によるリップルを抑制する入力コンデンサと、を備える高調波抑制電源に用いられ、主スイッチのスイッチング動作を制御する制御回路であって、
昇圧チョッパ回路の入力電圧位相を検出する入力位相検出部と、
入力位相検出部が検出する入力電圧位相の入力位相情報に基づいて入力コンデンサの容量を低下させる第2容量低下回路部と、
を有することを特徴とする制御回路を提案している。
Used in a harmonic suppression power supply comprising a boost chopper circuit having a main switch and an input capacitor connected to the input side of the boost chopper circuit to suppress ripple caused by the switching operation of the main switch, and controls the switching operation of the main switch A control circuit,
An input phase detector for detecting the input voltage phase of the boost chopper circuit;
A second capacitance reduction circuit unit that reduces the capacitance of the input capacitor based on the input phase information of the input voltage phase detected by the input phase detection unit;
A control circuit characterized by having:
本発明によれば、制御回路の第1容量低下回路部が、昇圧チョッパ回路の出力電力が所定の負荷電力以下である軽負荷時に、入力コンデンサの容量を低下させるため、軽負荷時における高調波歪を抑制できる。 According to the present invention, the first capacitance reduction circuit unit of the control circuit reduces the capacitance of the input capacitor at the time of light load where the output power of the boost chopper circuit is equal to or lower than the predetermined load power. Distortion can be suppressed.
本発明によれば、制御回路の入力位相検出部が昇圧チョッパ回路の入力電圧位相を検出し、入力位相検出部により検出された入力電圧位相の入力位相情報に基づいて、制御回路の第2容量低下回路部が入力コンデンサの容量を低下させるため、広範囲の負荷領域における高調波歪を適切に抑制できる。 According to the present invention, the input phase detector of the control circuit detects the input voltage phase of the boost chopper circuit, and based on the input phase information of the input voltage phase detected by the input phase detector, the second capacitor of the control circuit Since the reduction circuit unit reduces the capacitance of the input capacitor, harmonic distortion in a wide load range can be appropriately suppressed.
本発明によれば、昇圧チョッパ回路は、相互に所定位相差でスイッチング動作する2相以上の多相制御型のインターリーブ回路であるため、入力コンデンサの容量を大きくして設計する大容量電源においても、高調波歪を適切に抑制できる。 According to the present invention, the step-up chopper circuit is a multi-phase control type interleave circuit of two or more phases that perform switching operations with a predetermined phase difference from each other. Therefore, even in a large-capacity power supply designed with a large input capacitor. The harmonic distortion can be appropriately suppressed.
本発明によれば、主スイッチは、高電子移動度トランジスタであるため、スイッチング周波数を高周波化し小型化した大容量電源においても、高調波歪を適切に抑制できる。 According to the present invention, since the main switch is a high electron mobility transistor, harmonic distortion can be appropriately suppressed even in a large-capacity power supply with a high switching frequency and a small size.
本発明によれば、高電子移動度トランジスタは、窒化ガリウムをチャネルに用いたものであるため、スイッチングを高周波化し小型化した大容量電源においても、高調波歪を適切に抑制できる。 According to the present invention, since the high electron mobility transistor uses gallium nitride for the channel, harmonic distortion can be appropriately suppressed even in a large-capacity power supply that is miniaturized by high-frequency switching.
本発明によれば、制御回路の第1容量低下回路部が、昇圧チョッパ回路の出力電力が所定の負荷電力以下である軽負荷時に、入力コンデンサの容量を低下させるため、軽負荷時における高調波歪を抑制できる。 According to the present invention, the first capacitance reduction circuit unit of the control circuit reduces the capacitance of the input capacitor at the time of light load where the output power of the boost chopper circuit is equal to or lower than the predetermined load power. Distortion can be suppressed.
本発明によれば、制御回路の入力位相検出部が昇圧チョッパ回路の入力電圧位相を検出し、入力位相検出部により検出された入力電圧位相の入力位相情報に基づいて、制御回路の第2容量低下回路部が入力コンデンサの容量を低下させるため、広範囲の負荷領域における高調波歪を適切に抑制できる。 According to the present invention, the input phase detector of the control circuit detects the input voltage phase of the boost chopper circuit, and based on the input phase information of the input voltage phase detected by the input phase detector, the second capacitor of the control circuit Since the reduction circuit unit reduces the capacitance of the input capacitor, harmonic distortion in a wide load range can be appropriately suppressed.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せをする様々なバリエーションが可能である。したがって、本実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the constituent elements in the present embodiment can be appropriately replaced with existing constituent elements and the like, and various variations in combination with other existing constituent elements are possible. Therefore, the description of the present embodiment does not limit the contents of the invention described in the claims.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の実施形態に係る高調波抑制電源1の構成を示す回路図である。図2は、本発明の第1の実施形態に係る制御回路30の構成を示す回路図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a harmonic suppression power supply 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of the
図1および図2に示すように、本実施形態に係る高調波抑制電源1は、交流を直流に変換するブリッジダイオード50と、ブリッジダイオード50の直流出力端子に接続され、スイッチング動作により入力電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路10と、上記スイッチング動作を制御する制御回路30とを備える。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the harmonic suppression power source 1 according to this embodiment is connected to a
昇圧チョッパ回路10は、インダクタ3とダイオード5と主スイッチ7(例えば、電界効果型トランジスタMOSFET)とを有する。インダクタ3、ダイオード5および主スイッチ7の接続構成は、一般的な昇圧チョッパ回路と同様であり、本願発明に係る技術分野における通常の知識を有する者にとって周知の技術であるため、ここでは説明を割愛する。また、高調波抑制電源1は、昇圧チョッパ回路10の入力側に接続されスイッチングによるリップルを抑制する入力コンデンサ20を備えている。入力コンデンサ20の両端は昇圧チョッパ回路10の入力端に接続されている。また、高調波抑制電源1は、昇圧チョッパ回路10から出力される電圧を分圧し出力電圧を検出する抵抗70、71を有し、昇圧チョッパ回路10の出力には、負荷80が接続されている。
The step-up
制御回路30は、主スイッチ7のスイッチング動作を制御する。また、制御回路30は、昇圧チョッパ回路10の出力電力が所定の負荷電力以下である軽負荷時に、入力コンデンサ20の容量を低下させる第1容量低下回路部301を有する。
The
本実施形態に係る高調波抑制電源1は、定格条件において、臨界電流モードで動作する電源の例である。臨界電流モードについては、本願発明に係る技術分野における通常の知識を有する者にとって周知の技術であるため、ここでは説明を割愛する。なお、主スイッチ7のスイッチング動作においては、例えば、主スイッチ7のスイッチング動作のオフ期間中の一部期間に共振動作が発生する。この共振動作は、図1中のインダクタ3と、主スイッチ7の内部構造上寄生する寄生コンデンサ8と、スナバコンデンサ9等とからなる回路において、ダイオード5の電流が流れ終わった直後に起こる現象である。
The harmonic suppression power source 1 according to the present embodiment is an example of a power source that operates in a critical current mode under rated conditions. The critical current mode is a well-known technique for those who have ordinary knowledge in the technical field according to the present invention, and will not be described here. Note that, in the switching operation of the main switch 7, for example, a resonance operation occurs during a part of the OFF period of the switching operation of the main switch 7. This resonance operation is a phenomenon that occurs immediately after the current of the
入力コンデンサ20は、主スイッチ7のオン期間が最大になる条件(最小入力電圧、最大負荷電力の条件)において、インダクタ3に蓄積されるエネルギーに対して十分な容量値に設定する必要がある。例えば、主スイッチ7のオンデューティが50%であれば、入力コンデンサ20の最大容量値C20(max)は、(1)式に基づいて設定する。
The
C20(max)≧2×L×Po(max)2 / Vin (min)4・・・(1)
ここで、Po(max)は高調波抑制電源1の最大出力電力、Vin (min)は最小入力電圧、Lはインダクタ3のインダクタンス値を示す。
C20 (max) ≧ 2 × L × Po (max) 2 / Vin (min) 4 (1)
Here, Po (max) is the maximum output power of the harmonic suppression power supply 1, Vin (min) is the minimum input voltage, and L is the inductance value of the
入力コンデンサ20は、例えば、第1コンデンサ21と第2コンデンサ22とを並列接続して構成すると好適である。このような構成において、軽負荷時は第1コンデンサ21をスイッチ23で開放させれば、入力コンデンサ20は第2コンデンサ22の容量値となり、入力コンデンサ20の容量を低下させることができる。また、重負荷時は第1コンデンサ21をスイッチ23で短絡させ、入力コンデンサ20を第1コンデンサ21と第2コンデンサ22とを並列接続させた合成容量値に設定できる。
For example, the
また、昇圧チョッパ回路10は、相互に所定位相差でスイッチング動作する2相以上の多相制御型のインターリーブ回路である構成にすると、好適である。例えば、入力コンデンサ20の容量を大きくして設計する大容量電源においても、高調波歪を適切に抑制できる。
The
主スイッチ7は、高電子移動度トランジスタであると、好適である。特に、高電子移動度トランジスタは、窒化ガリウムをチャネルに用いたものであると、好適である。このような高電子移動度トランジスタを用いると、スイッチングを高周波化し小型化した大容量電源においても、高調波歪を適切に抑制できる。 The main switch 7 is preferably a high electron mobility transistor. In particular, the high electron mobility transistor preferably uses gallium nitride as a channel. When such a high electron mobility transistor is used, harmonic distortion can be appropriately suppressed even in a large-capacity power source that has a high frequency switching and is miniaturized.
図3は、図2の第1容量低下回路部301の構成を示す回路図である。第1容量低下回路部301は、コンパレータ31を有し、コンパレータ31の反転入力端子は制御回路30のCOMP端子に接続されている。COMP端子は、制御回路30に設けられたgmアンプ35の出力に接続されている。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of the first capacitance lowering
gmアンプ35は、耐ノイズ性に優れた、電圧入力・電流出力型のアンプであり、制御回路30のFB端子の電圧を入力として検出し、FB端子の電圧に応じた電流を出力する。FB端子−GND端子間の電圧(図1中の抵抗71の電圧)は軽負荷時には上昇するため、軽負荷時にはgmアンプ35の出力電流が減少し、COMP端子の電位が低下する。これにより、コンパレータ31の出力がHighになる。
The
このように、軽負荷時は、コンパレータ31の出力がHighになるため、第1容量低下回路部301は、軽負荷時にはスイッチ24をオンさせ、スイッチ23をオフさせる。これにより、第1容量低下回路部301は、入力コンデンサ20を第2コンデンサ22の容量値となるように設定させる。以上のように、制御回路30の第1容量低下回路部301は、昇圧チョッパ回路10の出力電力が所定の負荷電力以下である軽負荷時に、入力コンデンサ20の容量を低下させる動作をする。
Thus, since the output of the
次に、本発明の第1の実施形態の作用および効果について、図4および図5を参照して説明する。図4は、本発明の第1の実施形態に係る高調波抑制電源の入力電圧VACおよび入力電流Iinの波形図である。図5は、従来の高調波抑制電源の入力電圧VACおよび入力電流Iinの波形図である。 Next, operations and effects of the first exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 is a waveform diagram of the input voltage VAC and the input current Iin of the harmonic suppression power supply according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5 is a waveform diagram of the input voltage VAC and the input current Iin of the conventional harmonic suppression power supply.
なお、図4および図5は、高調波抑制電源の入力側INPUT(AC)に商用周波数50Hzの交流電圧AC120Vを印加し、高調波抑制電源の出力側OUTPUT(DC400V)に直流負荷(LOAD)としてDC0.1Aの条件(軽負荷条件)とした場合の動作波形を示したものである。また、図5の波形図は、第1コンデンサ21の容量C21を2.2μFとし、第2コンデンサ22の容量C21を0.47μFとした場合の例である。 4 and 5, an AC voltage AC120V having a commercial frequency of 50 Hz is applied to the input side INPUT (AC) of the harmonic suppression power source, and a DC load (LOAD) is applied to the output side OUTPUT (DC400V) of the harmonic suppression power source. The operation waveform in the case of DC0.1A condition (light load condition) is shown. The waveform diagram of FIG. 5 is an example when the capacitance C21 of the first capacitor 21 is 2.2 μF and the capacitance C21 of the second capacitor 22 is 0.47 μF.
本発明の実施形態に係る高調波抑制電源1では、従来の高調波抑制電源に比べ、入力電流の導通角が広がり、軽負荷時の高調波歪を改善できていることがわかる。図4および図5の条件における全高調波歪Total Harmonic Distortion(以下、THDとする。)をシミュレーション値として比較すると、第1の実施形態に係る高調波抑制電源1は、従来の高調波抑制電源に比べ、2.36%改善できることが確認されている。 In the harmonic suppression power source 1 according to the embodiment of the present invention, it can be seen that the conduction angle of the input current is widened and the harmonic distortion at light load can be improved as compared with the conventional harmonic suppression power source. When comparing the total harmonic distortion Total Harmonic Distortion (hereinafter referred to as THD) under the conditions of FIG. 4 and FIG. 5 as a simulation value, the harmonic suppression power source 1 according to the first embodiment is a conventional harmonic suppression power source. It has been confirmed that 2.36% improvement can be achieved.
以上説明したように、第1の実施形態に係る高調波抑制電源1およびその制御回路30によれば、制御回路30の第1容量低下回路部301が、昇圧チョッパ回路10の出力電力が所定の負荷電力以下である軽負荷時に、入力コンデンサ20の容量を低下させるため、軽負荷時における高調波歪を抑制できる。
As described above, according to the harmonic suppression power supply 1 and the
続いて、本発明の第2の実施の形態について図面を参照して説明する。第2の実施の形態の説明において、第1の実施の形態と共通する部分については、説明を省略する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the second embodiment, the description of the parts common to the first embodiment is omitted.
(第2の実施形態)
図6は、本発明の第2の実施形態に係る制御回路30の構成を示す回路図である。図7は、図6の入力位相検出部302の構成を示す回路図である。図8は、図6の第2容量低下回路部303の構成を示す回路図である。図9は、第2の実施形態に係る高調波抑制電源1のZC端子電圧VZC、入力電圧VACおよび入力電流Iinの波形図である。なお、図9の波形図は、 第1コンデンサ21の容量C21を0.47μFとし、第2コンデンサ22の容量C21を0.01μFとした場合の例であり、高調波抑制電源の入力側INPUT(AC)に商用周波数50Hzの交流電圧AC120Vを印加し、高調波抑制電源の出力側OUTPUT(DC400V)に直流負荷(LOAD)としてDC0.1Aの条件(軽負荷条件)とした場合の動作波形を示したものである。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of the
第2の実施形態において、制御回路30は、昇圧チョッパ回路10の入力電圧位相を検出する入力位相検出部302と、入力位相検出部302が検出する入力電圧位相の入力位相情報に基づいて入力コンデンサ20の容量を低下させる第2容量低下回路部303と、を有する。入力位相検出部302は、制御回路30のZC端子を介してインダクタ3の制御巻線3cに接続されており、インダクタ3の制御巻線3cの電圧に基づいて入力電圧位相を入力位相情報として検出する。図9に示すように、制御巻線3cと接続されたZC端子には、入力位相情報が含まれる。
In the second embodiment, the
入力位相検出部302は、コンパレータ32を有し、コンパレータ32の出力は第2容量低下回路部303のコンパレータ33の反転入力端子に接続されている。入力位相検出部302は、図9に示す入力位相情報検出点(A点)で、ZC端子に入力される信号の包絡線の値を検出し、入力位相情報を検出する。この入力位相情報の検出は、制御回路30のZC端子に入力される信号の包絡線の値を、入力位相検出部302に設けられたコンパレータ32が予め定められた閾値VTHと比較することによりなされ、閾値VTHを適当な値に設定することにより交流入力の位相角が0度および180度付近であることが検出される。
The input
第2容量低下回路部303は、コンパレータ33を有し、コンパレータ33の出力は制御回路30のCONT端子に接続されている。第2容量低下回路部303は、交流入力の位相角が0度および180度付近であることを入力位相検出部302が検出すると、スイッチ24をオンさせ、スイッチ23をオフさせる。これにより、第2容量低下回路部303は、入力コンデンサ20を第2コンデンサ22の容量値となるように設定させる。その結果、図9に示したように、入力電流の導通角が広がり、高調波歪を抑制できる。
The second capacity lowering
第1の実施形態および第2の実施形態におけるTHDをシミュレーションで比較すると、第2の実施形態では、第1の実施形態に比べ、1.96%改善できることが確認されている。したがって、第1の実施形態の動作と第2の実施形態の動作とを順次組み合わせれば、図5に示した波形のTHDが4.36%改善できることとなる。 Comparing the THD in the first embodiment and the second embodiment by simulation, it is confirmed that the second embodiment can improve 1.96% compared to the first embodiment. Therefore, if the operation of the first embodiment and the operation of the second embodiment are sequentially combined, the THD of the waveform shown in FIG. 5 can be improved by 4.36%.
なお、第2の実施の形態では、入力位相検出部302が入力電圧位相を検出したら、即時に、第2容量低下回路部303が入力コンデンサ20の容量を低下させる動作となっているため、図9中のB期間で入力電流波形の歪が観られるが、この歪は以下のようにすれば解消可能である。例えば、図1において、第1コンデンサ21とスイッチ23との間に適当な抵抗値の抵抗部品を直列接続する構成とすれば、入力コンデンサ20の容量低下動作を適当に低速化でき、図9中のB期間における入力電流波形の歪は解消できる。
In the second embodiment, when the input
昇圧チョッパ回路10は、相互に所定位相差でスイッチング動作する2相以上の多相制御型のインターリーブ回路にアレンジして応用すると好適である。
The
また、主スイッチ7は、高電子移動度トランジスタであると好適である。特に、高電子移動度トランジスタは、窒化ガリウムをチャネルに用いたものであると好適である。 The main switch 7 is preferably a high electron mobility transistor. In particular, the high electron mobility transistor preferably uses gallium nitride for the channel.
以上、説明したように、第2の実施形態に係る高調波抑制電源1およびその制御回路30によれば、制御回路30の入力位相検出部302が昇圧チョッパ回路10の入力電圧位相を検出し、入力位相検出部302が検出した入力電圧位相の入力位相情報に基づいて、制御回路30の第2容量低下回路部303が入力コンデンサ20の容量を低下させるため、広範囲の負荷領域における高調波歪を適切に抑制できる。
As described above, according to the harmonic suppression power supply 1 and the
第2の実施形態に係る高調波抑制電源1およびその制御回路30によれば、昇圧チョッパ回路を、相互に所定位相差でスイッチング動作する2相以上の多相制御型のインターリーブ回路にアレンジして応用すれば、入力コンデンサの容量を大きくして設計する大容量電源においても、高調波歪を適切に抑制できる。
According to the harmonic suppression power source 1 and its
第2の実施形態に係る高調波抑制電源1およびその制御回路30によれば、主スイッチを、高電子移動度トランジスタとすれば、スイッチング周波数を高周波化し小型化した大容量電源においても、高調波歪を適切に抑制できる。
According to the harmonic suppression power supply 1 and its
第2の実施形態に係る高調波抑制電源1およびその制御回路30によれば、高電子移動度トランジスタを、窒化ガリウムをチャネルに用いたものとすれば、スイッチング周波数を高周波化し小型化した大容量電源においても、高調波歪を適切に抑制できる。
According to the harmonic suppression power supply 1 and its
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A various deformation | transformation and application are possible within the range which does not deviate from the summary of this invention.
1:高調波抑制電源
3:インダクタ
3c:制御巻線
5:ダイオード
7:主スイッチ
8:寄生コンデンサ
9:スナバコンデンサ
10:昇圧チョッパ回路
20:入力コンデンサ
21:第1コンデンサ
22:第2コンデンサ
23:スイッチ
24:スイッチ
30:制御回路
31:コンパレータ
32:コンパレータ
33:コンパレータ
301:第1容量低下回路部
302:入力位相検出部
303:第2容量低下回路部
70:抵抗
71:抵抗
1: Harmonic suppression power supply 3: Inductor 3c: Control winding 5: Diode 7: Main switch 8: Parasitic capacitor 9: Snubber capacitor 10: Boost chopper circuit 20: Input capacitor 21: First capacitor 22: Second capacitor 23: Switch 24: Switch 30: Control circuit 31: Comparator 32: Comparator 33: Comparator 301: First capacitance reduction circuit unit 302: Input phase detection unit 303: Second capacitance reduction circuit unit 70: Resistor 71: Resistor
Claims (7)
前記昇圧チョッパ回路の入力側に接続され前記主スイッチのスイッチング動作によるリップルを抑制する入力コンデンサと、
前記主スイッチのスイッチング動作を制御する制御回路と、
を備える高調波抑制電源であって、
前記制御回路は、
前記昇圧チョッパ回路の入力電圧位相を検出する入力位相検出部と、
前記入力位相検出部が検出する前記入力電圧位相の入力位相情報に基づいて前記入力コンデンサの容量を低下させる容量低下回路部と、
を有することを特徴とする高調波抑制電源。 A boost chopper circuit having a main switch;
An input capacitor connected to the input side of the step-up chopper circuit to suppress ripples due to the switching operation of the main switch;
A control circuit for controlling the switching operation of the main switch;
A harmonic suppression power source comprising:
The control circuit includes:
An input phase detector for detecting an input voltage phase of the boost chopper circuit;
A capacitance reduction circuit unit that reduces the capacitance of the input capacitor based on input phase information of the input voltage phase detected by the input phase detection unit;
Harmonic suppression power supply characterized by having.
前記昇圧チョッパ回路の出力電力が所定の負荷電力以下である軽負荷時に、前記入力コンデンサの容量を低下させることを特徴とする請求項1に記載の高調波抑制電源。 2. The harmonic suppression power supply according to claim 1, wherein the capacity of the input capacitor is reduced at a light load when an output power of the boost chopper circuit is equal to or lower than a predetermined load power.
前記昇圧チョッパ回路の入力電圧位相を検出する入力位相検出部と、
前記入力位相検出部が検出する前記入力電圧位相の入力位相情報に基づいて前記入力コンデンサの容量を低下させる容量低下回路部と、
を有することを特徴とする制御回路。 A step-up chopper circuit having a main switch, and an input capacitor connected to the input side of the step-up chopper circuit and suppressing a ripple caused by the switching operation of the main switch, are used in a harmonic suppression power supply, and the switching operation of the main switch A control circuit for controlling
An input phase detector for detecting an input voltage phase of the boost chopper circuit;
A capacitance reduction circuit unit that reduces the capacitance of the input capacitor based on input phase information of the input voltage phase detected by the input phase detection unit;
A control circuit comprising:
前記昇圧チョッパ回路の出力電力が所定の負荷電力以下である軽負荷時に、前記入力コンデンサの容量を低下させることを特徴とする請求項6に記載の制御回路。The control circuit according to claim 6, wherein the capacity of the input capacitor is reduced at a light load when the output power of the boost chopper circuit is equal to or lower than a predetermined load power.
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