JP2010017047A - Three-phase power factor improving circuit - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To materialize improvement in performance, downsizing, and low cost by standardizing a driving system and a controlling system for improving a power factor when converting multiphase alternate current to direct current. <P>SOLUTION: Output transformers 10-1 to 10-3 for three phases have input diodes 16-11, 16-21, 16-31 connected in series at positive sides of primary windings 12-11, 12-21, 12-31; and input diodes 16-12, 16-22, 16-32 connected in series at negative sides of primary windings 12-12, 12-22, 12-32. An inverter element 18 is connected between combined connecting points at the secondary side of the output transformer to constitute an inverter circuit. Output currents of secondary windings 14-1 to 14-3 by a flyback operation of the inverter circuit are smoothed after being rectified and combined. A controlling IC 24 serves the inverter 18 as a constant resistor for improving the power factor by driving it at an discontinuous mode, constant frequency, and duty cycle with less variation in one cycle of an AC frequency. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、多相交流電力から直流電力に変換する際に力率を改善する多相交流力率改善回路に関する。
The present invention relates to a multiphase AC power factor correction circuit that improves a power factor when converting multiphase AC power to DC power.

従来、入力した3相交流電力を高力率に制御して直流電力に変換するアクティブフィルタ回路として知られた力率改善回路としては、例えば図10に示すものがある。   Conventionally, as a power factor correction circuit known as an active filter circuit that converts input three-phase AC power to DC power by controlling it to a high power factor, for example, one shown in FIG.

図10において、R,S,Tは交流入力端子、P,Nは直流出力端子、L1,L2,L3はリアクトル、D1〜D18はダイオード、S1〜S3は各相のスイッチング素子、C1,C2はコンデンサである。ここで、リアクトルL1,L2,L3、ダイオードD1〜D18、スイッチング素子S1〜S3、及びコンデンサC1,C2で構成されるインバータは、昇圧チョッパ回路を構成している。   In FIG. 10, R, S and T are AC input terminals, P and N are DC output terminals, L1, L2 and L3 are reactors, D1 to D18 are diodes, S1 to S3 are switching elements for each phase, and C1 and C2 are It is a capacitor. Here, the inverter constituted by reactors L1, L2, and L3, diodes D1 to D18, switching elements S1 to S3, and capacitors C1 and C2 constitutes a boost chopper circuit.

図10の従来回路の動作は次のようになる。例えばスイッチング素子S1,S2をオンすることで、R→L1→D1→S1→D8→D9→S2→D4→L2→S→Rの経路で電流が流れ、リアクトルL1,L2にエネルギーが蓄積される。さらに、S2がオンの状態でS1をオフすると、R→L1→D1→D13→C1→D9→S2→D4→L2→S→Rの経路でリアクトルL1,L2のエネルギーはコンデンサC1に充電される。   The operation of the conventional circuit of FIG. 10 is as follows. For example, when switching elements S1 and S2 are turned on, current flows through a path of R → L1 → D1 → S1 → D8 → D9 → S2 → D4 → L2 → S → R, and energy is stored in reactors L1 and L2. . Further, when S1 is turned off while S2 is on, the energy of reactors L1 and L2 is charged to capacitor C1 through the route of R → L1 → D1 → D13 → C1 → D9 → S2 → D4 → L2 → S → R. .

一方、S1がオンの状態でS2をオフすると、R→L1→D1→S1→D8→C2→D16→D4→L2→S→Rの経路で電流が流れ、リアクトルL1,L2のエネルギーはコンデンサC2に充電される。   On the other hand, when S2 is turned off while S1 is on, current flows through a path of R → L1 → D1 → S1 → D8 → C2 → D16 → D4 → L2 → S → R, and the energy of reactors L1 and L2 is stored in capacitor C2. Is charged.

また、S1,S2の両方がオフ状態になると、R→L1→D1→D13→C1→C2→D16→D4→L2→S→Rの経路で電流が流れ、リアクトルL1,L2のエネルギーはコンデンサC1,C2の両方に充電される。   Further, when both S1 and S2 are turned off, current flows through a path of R → L1 → D1 → D13 → C1 → C2 → D16 → D4 → L2 → S → R, and the energy of the reactors L1 and L2 is stored in the capacitor C1. , C2 are charged.

このようなスイッチング動作を繰り返すことにより、交流入力電圧の波形に交流入力電流の波形を相似形とし、入力電流を高力率に制御しながら交流電力を直流電力に変換することができる。また、スイッチング素子S1〜S3のオン時間を調整することで、2つのコンデンサC1,C2の電圧を個別に調整することができる。   By repeating such a switching operation, the AC input current waveform can be made similar to the AC input voltage waveform, and AC power can be converted to DC power while controlling the input current at a high power factor. Further, the voltages of the two capacitors C1 and C2 can be individually adjusted by adjusting the ON times of the switching elements S1 to S3.

しかし、図10の従来回路にあっては、半導体素子(スイッチング素子とダイオード)の通過数が、リアクトルにエネルギーを蓄える場合に6つ、コンデンサC1またはC2を個別に充電する場合に5つ、コンデンサC1,C2の両方を同時に充電する場合に4つとなる。   However, in the conventional circuit of FIG. 10, the number of passing semiconductor elements (switching elements and diodes) is six when energy is stored in the reactor, and five when the capacitors C1 or C2 are individually charged. When both C1 and C2 are charged simultaneously, the number is four.

このため電流が通過する素子数が多く、半導体素子におけるエネルギー損失も大きくなってしまうことから、これを改善するため図11の従来回路が提案されている(特許文献2)。   For this reason, the number of elements through which current passes is large, and the energy loss in the semiconductor element also increases. Therefore, in order to improve this, the conventional circuit of FIG. 11 has been proposed (Patent Document 2).

図11の3相交流力率改善回路において、R,S,Tは交流入力端子、P,Nは直流出力端子、L1,L2,L3はリアクトル、S1〜S6はMOSFETからなるスイッチング素子、D1〜D12はダイオード、C1,C2はコンデンサである。   In the three-phase AC power factor correction circuit of FIG. 11, R, S, and T are AC input terminals, P and N are DC output terminals, L1, L2, and L3 are reactors, S1 to S6 are switching elements made of MOSFETs, D1 to D1. D12 is a diode, and C1 and C2 are capacitors.

図11の従来回路の動作は次のようになる。例えばスイッチング素子S2,S3をオンさせた場合、R→L1→S2→D2→D3→S3→L2→S→Rの経路で電流が流れ、リアクトルL1,L2にエネルギーが蓄積される。   The operation of the conventional circuit of FIG. 11 is as follows. For example, when the switching elements S2 and S3 are turned on, current flows through a path of R → L1 → S2 → D2 → D3 → S3 → L2 → S → R, and energy is accumulated in the reactors L1 and L2.

S3がオンの状態でS2をオフすると、R→L1→S1の寄生ダイオード→D7→C1→D3→S3→L2→S→Rの経路で電流が流れ、コンデンサC1が充電される。   When S2 is turned off while S3 is on, a current flows through a path of R → L1 → S1 parasitic diode → D7 → C1 → D3 → S3 → L2 → S → R, and the capacitor C1 is charged.

また、S2がオンの状態でS3をオフすると、R→L1→S2→D2→C2→D10→S4の寄生ダイオード→L2→S→Rの経路で電流が流れ、コンデンサC2が充電される。   Further, when S3 is turned off while S2 is on, a current flows through a path of R → L1 → S2 → D2 → C2 → D10 → S4 parasitic diode → L2 → S → R, and the capacitor C2 is charged.

更に、S2,S3を同時にオフすると、R→L1→S1の寄生ダイオード→D7→C1→C2→D10→S4の寄生ダイオード→L2→S→Rの経路で電流が流れ、コンデンサC1,C2が同時に充電される。   Further, when S2 and S3 are turned off at the same time, a current flows in a path of R → L1 → S1 parasitic diode → D7 → C1 → C2 → D10 → S4 parasitic diode → L2 → S → R, and capacitors C1 and C2 are simultaneously turned on. Charged.

このようなスイッチング動作を繰り返すことにより、交流入力電圧の波形に交流入力電流の波形を相似形とし、入力電流を高力率に制御しながら交流電力を直流電力に変換することができる。ここで、電流が通過する半導体素子は、リアクトルにエネルギーを蓄える場合に4つ、コンデンサC1またはC2に充電する場合に4つとなり、図9の回路よりも少なくすることができる。
特許第2857094号公報 特許第4051875号公報
By repeating such a switching operation, the AC input current waveform can be made similar to the AC input voltage waveform, and AC power can be converted to DC power while controlling the input current at a high power factor. Here, the number of semiconductor elements through which the current passes is four when energy is stored in the reactor, and four when the capacitor C1 or C2 is charged, and can be smaller than the circuit of FIG.
Japanese Patent No. 2857094 Japanese Patent No. 4051875

しかしながら、このような従来の3相交流力率改善回路にあっては、インバータとして昇圧チョッパを用いた単相交流力率改善回路を3系統設けて3相交流電力を高力率となるように制御して直流電力に変換しているため次の問題がある。   However, in such a conventional three-phase AC power factor correction circuit, three systems of single-phase AC power factor correction circuits using a step-up chopper as an inverter are provided so that the three-phase AC power has a high power factor. Since it is controlled and converted to DC power, there are the following problems.

まずインバータ回路として昇圧チョッパを構成しているため、出力電圧を入力電圧以上の昇圧電圧に設定しており、出力電圧を入力電圧のピーク値よりも小さくできず、小さくするためには次段にDC−DCコンバータを設けて降圧する必要があり、装置構成が複雑化してコストアップになる。   First, because the boost chopper is configured as an inverter circuit, the output voltage is set to a boost voltage that is greater than or equal to the input voltage, and the output voltage cannot be made smaller than the peak value of the input voltage. It is necessary to provide a DC-DC converter to step down the voltage, resulting in a complicated apparatus configuration and increased cost.

また、従来の三相交流力率改善回路は、各インバータ素子の電位が異なるためにドライブが難しい。また、各相の入力電流を入力電圧に相似させる力率改善動作のために制御系も3系統必要となり、且つ、各相の電流バランスや昇圧電圧の上下のバランスを取る回路も必要となる。   Also, the conventional three-phase AC power factor correction circuit is difficult to drive because the potential of each inverter element is different. In addition, three power systems are required for the power factor improvement operation that makes the input current of each phase similar to the input voltage, and a circuit that balances the current of each phase and the upper and lower of the boost voltage is also required.

また、三相交流の仮想中点を基準として動作させるため、平滑用の電解コンデンサは上下2組を用意する必要がある。また平滑用の電解コンデンサに対し交流入力端子がダイオード及びリアクトルを介して直結される昇圧チョッパを構成しているため、電源投入時の電解コンデンサへの充電電流(突入電流)を防止するため、各相毎に突入電流防止回路を設けなければならない。   Further, in order to operate with the virtual midpoint of the three-phase alternating current as a reference, it is necessary to prepare two sets of upper and lower smoothing electrolytic capacitors. In addition, because it constitutes a step-up chopper in which the AC input terminal is directly connected to the smoothing electrolytic capacitor via a diode and a reactor, in order to prevent a charging current (inrush current) to the electrolytic capacitor when the power is turned on, An inrush current prevention circuit must be provided for each phase.

更に、力率改善制御のために入力電流波形を検出する必要があり、そのため交流周波数では飽和しない大型のカレントトランスが必要となる。   Furthermore, it is necessary to detect the input current waveform for power factor correction control, and therefore a large current transformer that does not saturate at an AC frequency is required.

このような理由から昇圧チョッパを用いた従来の3相交流力率改善回路にあっては、回路構成が複雑で部品点数の増加と回路装置の大型化を招いており、コストアップにもなるという問題があった。   For this reason, the conventional three-phase AC power factor correction circuit using a boost chopper has a complicated circuit configuration, which increases the number of components and the circuit device, and increases the cost. There was a problem.

本発明は、多相交流を直流変換する際の力率改善における駆動系及び制御系を共通化して性能向上、小型化及び低コスト化を図るようにした多相交流力率改善回路を提供することを目的とする。
The present invention provides a multi-phase AC power factor improvement circuit in which a drive system and a control system for power factor improvement when DC-converting multi-phase AC are shared to improve performance, reduce size, and reduce costs. For the purpose.

本発明は、入力した多相交流電力を高力率に制御して直流電力に変換する力率改善回路に於いて、
互いに逆方向に巻かれたプラス側1次巻線とマイナス側1次巻線及び単一の2次巻線を備えた相数分の出力トランスと、
各相のプラス側1次巻線に直列接続されたプラス側入力整流器と、
各相のマイナス側1次巻線に直列接続されたマイナス側入力整流器と、
プラス側入力整流器とプラス側1次巻線の直列回路の2次側合成接続点と、マイナス側入力整流器とマイナス側1次巻線の直列回路の2次側合成接続点との間にインバータ素子を接続したフライバック型のインバータ回路と、
インバータ回路のフライバック動作により各相の出力トランスの2次巻線から出力されるフライバック電流を整流して合成した後に平滑して直流電力を出力する整流平滑回路と、
整流平滑回路から得られた直流出力電圧を入力して所定電圧を維持するように、インバータ素子を、不連続モードを維持しつつ一定周波数で且つ交流周波数の1周期に対し変動の少ないデューティ比で駆動することにより定抵抗として動作させる制御回路と、
を設けたことを特徴とする。
The present invention provides a power factor correction circuit that converts input polyphase AC power to DC power by controlling it to a high power factor.
Output transformers for the number of phases including a positive primary winding, a negative primary winding and a single secondary winding wound in opposite directions;
A positive input rectifier connected in series with the positive primary winding of each phase;
A negative input rectifier connected in series to the negative primary winding of each phase;
Inverter element between the secondary side composite connection point of the series circuit of the positive side input rectifier and the positive side primary winding and the secondary side composite connection point of the series circuit of the negative side input rectifier and the negative side primary winding A flyback inverter circuit connected to the
A rectifying / smoothing circuit that rectifies and synthesizes a flyback current output from the secondary winding of the output transformer of each phase by a flyback operation of the inverter circuit and then outputs DC power;
In order to maintain the predetermined voltage by inputting the DC output voltage obtained from the rectifying / smoothing circuit, the inverter element is maintained at a constant frequency while maintaining a discontinuous mode, and with a duty ratio with little variation with respect to one cycle of the AC frequency. A control circuit that operates as a constant resistance by driving;
Is provided.

ここで、制御回路は過電流保護回路を備え、インバータ素子に直列接続した電流検出抵抗により電流検出信号を過電流保護回路に入力して突入電流防止を含む過電流保護動作を行わせる。   Here, the control circuit includes an overcurrent protection circuit, and a current detection signal is input to the overcurrent protection circuit by a current detection resistor connected in series with the inverter element to perform an overcurrent protection operation including inrush current prevention.

各相のプラス側整流器、マイナス側整流器、インバータ素子の各々に、それぞれのオフ時に発生するスパイク電圧を吸収するスナバ回路を設け、
スナバ回路の各々は、コンデンサと抵抗の直列回路であり、直列回路の一端を各相のプラス側整流器、マイナス側整流器、インバータ素子の各々に接続すると共に直列回路の他端を、多相交流の仮想中点に合成接続する。
Each of the positive rectifier, negative rectifier, and inverter element of each phase is provided with a snubber circuit that absorbs the spike voltage generated at the time of each off,
Each of the snubber circuits is a series circuit of a capacitor and a resistor. One end of the series circuit is connected to each of the positive rectifier, the negative rectifier, and the inverter element of each phase, and the other end of the series circuit is connected to the multiphase AC. Connects to the virtual midpoint.

相数分の出力トランスとして、単一のコアに各相の1次巻線及び2次巻線を巻き回す。例えば、相数分の脚部を持つ一対の櫛歯状コアをギャップ材を介在した状態で脚部側を相対させて組合せ、脚部の各々に、各相毎のプラス側1次巻線、マイナス側1次巻線及び2次巻線を配置する。   As the output transformer for the number of phases, the primary winding and the secondary winding of each phase are wound around a single core. For example, a pair of comb-like cores having legs corresponding to the number of phases is combined with the leg sides facing each other with a gap material interposed therebetween, and each leg has a positive primary winding for each phase, A negative primary winding and a secondary winding are arranged.

制御回路は1次側と2次側を電気的に分離した絶縁型としても良い。   The control circuit may be an insulating type in which the primary side and the secondary side are electrically separated.

各相の出力トランスに2次巻線を複数設け、複数の2次巻線毎に整流平滑回路を設けて直流電力を多出力する。   A plurality of secondary windings are provided in each phase of the output transformer, and a rectifying / smoothing circuit is provided for each of the plurality of secondary windings to output multiple DC power.

本発明の別の形態にあっては、多相用のインバータ回路をN組設けて360°/Nの位相差をもつスイッチングによりリップル電流を打ち消すように構成する。   In another embodiment of the present invention, N sets of multi-phase inverter circuits are provided so as to cancel the ripple current by switching having a phase difference of 360 ° / N.

即ち、本発明は、多相交流電力を入力して高力率に制御して直流電力に変換する力率改善回路に於いて、
互いに逆方向に巻かれたプラス側1次巻線とマイナス側1次巻線及び単一の2次巻線を備えた多相交流の相数分の出力トランスと、
各相のプラス側1次巻線の各々に直列接続されたプラス側入力整流器と、
各相のマイナス側1次巻線の各々に直列接続されたマイナス側入力整流器と、
プラス側1次巻線とプラス側入力整流器の直列回路の2次側合成接続点と、マイナス側1次巻線とマイナス側入力整流器の直列回路の2次側合成接続点との間にインバータ素子を接続したフライバック型のインバータ回路と、
インバータ回路のフライバック動作により各相の2次巻線から出力されるフライバック電流を整流する出力整流器と、
をN組設け、
更に、
N組毎に設けた各相の出力整流器の整流出力を合成した後に平滑して直流電力を出力する平滑コンデンサと、
平滑コンデンサから得られた直流出力電圧を入力して所定電圧を維持するように、N組のスイッチング素子を、360°を組数Nで割った位相差(360°/N)を持つ複数のスイッチング信号により、不連続モードを維持しつつ一定周波数で且つ交流周波数の1周期に対し変動の少ないデューティ比で駆動することにより定抵抗として動作させる制御回路と、
を設けたことを特徴とする。
That is, the present invention is a power factor improvement circuit that inputs multiphase AC power, controls it to a high power factor, and converts it into DC power.
Output transformers corresponding to the number of phases of the polyphase AC, each including a positive primary winding, a negative primary winding and a single secondary winding wound in opposite directions;
A positive-side input rectifier connected in series with each positive-side primary winding of each phase;
A negative side input rectifier connected in series to each negative side primary winding of each phase;
Inverter element between the secondary composite connection point of the series circuit of the positive primary winding and the positive input rectifier and the secondary composite connection point of the series circuit of the negative primary winding and the negative input rectifier A flyback inverter circuit connected to the
An output rectifier that rectifies the flyback current output from the secondary winding of each phase by the flyback operation of the inverter circuit;
N sets,
Furthermore,
A smoothing capacitor that outputs DC power after smoothing the rectified output of each phase output rectifier provided for each N sets;
A plurality of switching elements having a phase difference (360 ° / N) obtained by dividing N sets of switching elements by the number N of sets so that the DC output voltage obtained from the smoothing capacitor is input and the predetermined voltage is maintained. A control circuit that operates as a constant resistance by driving at a constant frequency and a duty ratio with little fluctuation with respect to one cycle of the AC frequency while maintaining a discontinuous mode by a signal;
Is provided.

本発明の別の形態にあっては、各相のプラス側及びマイナス側入力整流器毎に1個ずつ出力トランスを設けて全体的な小型化を図る。   In another embodiment of the present invention, one output transformer is provided for each of the positive side and negative side input rectifiers of each phase to achieve overall miniaturization.

即ち、本発明は、多相交流電力を入力して高力率に制御して直流電力に変換する多相交流力率改善回路に於いて、
プラス側1次巻線と2次巻線を備えた多相交流の相数分のプラス側出力トランスと、
プラス側1次巻線に対し逆方向に巻かれたマイナス側1次巻線及び2次巻線を備えた多相交流の相数分のマイナス側出力トランスと、
各相のプラス側1次巻線の各々に直列接続されたプラス側入力整流器と、
各相のマイナス側1次巻線の各々に直列接続されたマイナス側入力整流器と、
プラス側入力整流器と直列回路の2次側合成接続点と、マイナス側1次巻線とマイナス側入力整流器の直列回路の2次側合成接続点との間にインバータ素子を接続したフライバック型のインバータ回路と、
インバータ回路のフライバック動作により各相のプラス側出力トランス及びマイナス側出力トランスの各2次巻線から出力されるフライバック電流を整流して合成した後に平滑して直流電力を出力する整流平滑回路と、
整流平滑回路から得られた直流出力電圧を入力して所定電圧を維持するように、インバータ素子を、不連続モードを維持しつつ一定周波数で且つ交流周波数の1周期に対し変動の少ないデューティ比で駆動することにより定抵抗として動作させる制御回路と、
を設けたことを特徴とする。
That is, the present invention is a multiphase AC power factor correction circuit that inputs multiphase AC power, controls it to a high power factor, and converts it into DC power.
A positive-side output transformer for the number of phases of the multi-phase AC provided with a positive-side primary winding and a secondary winding;
A negative output transformer corresponding to the number of phases of the polyphase alternating current, comprising a negative primary winding and a secondary winding wound in the opposite direction to the positive primary winding;
A positive-side input rectifier connected in series with each positive-side primary winding of each phase;
A negative side input rectifier connected in series to each negative side primary winding of each phase;
A flyback type with an inverter element connected between the secondary side composite connection point of the positive side input rectifier and the series circuit and the secondary side composite connection point of the negative side primary winding and the series circuit of the negative side input rectifier An inverter circuit;
A rectifying / smoothing circuit that rectifies and synthesizes the flyback current output from each secondary winding of the positive output transformer and the negative output transformer of each phase by the flyback operation of the inverter circuit, and then outputs the DC power by smoothing it. When,
In order to maintain the predetermined voltage by inputting the DC output voltage obtained from the rectifying / smoothing circuit, the inverter element is maintained at a constant frequency while maintaining a discontinuous mode, and with a duty ratio with little variation with respect to one cycle of the AC frequency. A control circuit that operates as a constant resistance by driving;
Is provided.

本発明の別の形態にあっては、単相交流力率改善回路を提供する。即ち、本発明は、単相交流電力を入力して高力率に制御して直流電力に変換する単相交流力率改善回路に於いて、
互いに逆方向に巻かれたプラス側1次巻線とマイナス側1次巻線及び単一の2次巻線を備えた出力トランスと、
プラス側出力をプラス側1次巻線に接続すると共にマイナス側出力をマイナス側1次巻線に接続し、単相交流入力を整流するダイオードブリッジと、
プラス側1次巻線とマイナス側1次巻線との間にインバータ素子を接続したフライバック型のインバータ回路と、
インバータ回路のフライバック動作により各相の出力トランスの2次巻線から出力されるフライバック電流を整流した後に平滑して直流電力を出力する整流平滑回路と、
整流平滑回路から得られた直流出力電圧を入力して所定電圧を維持するように、スイッチング素子を、不連続モードを維持しつつ一定周波数で且つ交流周波数の1周期に対し変動の少ないデューティ比で駆動することにより定抵抗として動作させる制御回路と、
を設けたことを特徴とする。
In another aspect of the present invention, a single-phase AC power factor correction circuit is provided. That is, the present invention is a single-phase AC power factor correction circuit that inputs single-phase AC power, converts it to DC power by controlling it to a high power factor,
An output transformer comprising a positive primary winding, a negative primary winding and a single secondary winding wound in opposite directions;
A diode bridge that connects the positive output to the positive primary winding and the negative output to the negative primary winding to rectify the single-phase AC input;
A flyback type inverter circuit in which an inverter element is connected between the positive primary winding and the negative primary winding;
A rectifying / smoothing circuit that rectifies the flyback current output from the secondary winding of the output transformer of each phase by the flyback operation of the inverter circuit and then outputs the DC power by smoothing;
In order to maintain the predetermined voltage by inputting the DC output voltage obtained from the rectifying / smoothing circuit, the switching element is maintained at a constant frequency while maintaining a discontinuous mode, and with a duty ratio with little variation with respect to one cycle of the AC frequency. A control circuit that operates as a constant resistance by driving;
Is provided.

本発明によれば、例えば3相交流を例にとると、他励フライバック型のインバータ回路として、入力整流器及び出力トランスについては3系統設けるが、インバータ素子については各相に対し共通化して1系統とし、同時に制御系も1系統とし、このインバータ回路を、不連続モードを維持しつつ一定周波数で且つ交流周波数の1周期に対し変動の少ないデューティ比で駆動することにより定抵抗として動作させ、その結果、入力電圧に比例した入力電流が流れ、力率を改善することができる。   According to the present invention, for example, taking a three-phase alternating current as an example, as a separately-excited flyback type inverter circuit, three systems are provided for the input rectifier and the output transformer, but the inverter element is commonly used for each phase. A system and a control system at the same time, this inverter circuit is operated as a constant resistance by driving the inverter circuit at a constant frequency and a duty ratio with a small fluctuation with respect to one cycle of the AC frequency while maintaining the discontinuous mode, As a result, an input current proportional to the input voltage flows, and the power factor can be improved.

即ち、他励フライバック型のインバータ回路を、不連続モードを維持しつつ一定周波数で且つ交流周波数の1周期に対し変動の少ないデューティ比で駆動させた場合、ピーク電流をI、入力電圧をV、オンデューティ時間Ton、出力トランスのインダクタンスをLとすると、
I=V×(Ton/L)
となり、(Ton/L)が一定であることから、入力電圧Vに比例した入力電流Iが流れ、定抵抗と同じ動作をすることになり、これによって力率を改善することができる。
That is, when a separately-excited flyback inverter circuit is driven at a constant frequency while maintaining a discontinuous mode and with a duty ratio with little fluctuation with respect to one cycle of the AC frequency, the peak current is I and the input voltage is V When the on-duty time Ton and the inductance of the output transformer are L,
I = V × (Ton / L)
Since (Ton / L) is constant, an input current I proportional to the input voltage V flows, and the same operation as the constant resistance is performed, thereby improving the power factor.

また、相数に対応した入力整流器、出力トランス及び出力整流器を単一のインバータ素子で共通にスイッチング制御するため、各相の間で干渉を起こすことがなく、駆動系及び制御系が簡単にでき、制御系を駆動するための内部電源(サブ電源)も1系統でよく、回路の小型化と低コスト化が達成できる。   In addition, since the input rectifier, output transformer and output rectifier corresponding to the number of phases are controlled by common switching with a single inverter element, there is no interference between the phases, and the drive system and control system can be simplified. The internal power supply (sub power supply) for driving the control system may be one system, and the circuit can be reduced in size and cost.

また、各相の出力トランスの2次巻線から出力されるフライバック電流を整流した後に1つに合成して平滑しているため、各相の低周波リップルが合成により相殺され、低周波リップルを小さくすることができる。   Also, since the flyback current output from the secondary winding of the output transformer of each phase is rectified and then synthesized into one and smoothed, the low frequency ripple of each phase is canceled by synthesis, and the low frequency ripple Can be reduced.

また、インバータとして絶縁型のフライバック方式としているため、昇圧チョッパの場合に必ず入力電圧より高い出力電圧出なければ力率改善動作しないという制約がなく、直流出力電圧を任意に設定することができる。   In addition, since the isolated flyback method is used as the inverter, there is no restriction that the power factor correction operation does not occur unless the output voltage is always higher than the input voltage in the case of the boost chopper, and the DC output voltage can be set arbitrarily. .

また、各相のインバータ電流はインバータ素子に直列接続した電流検出抵抗で検知し、制御回路に設けた過電流保護回路で過電流保護動作を行っているため、電源投入時の突入電流は、共通の過電流保護回路で制限された値になり、各相毎に個別に突入電流保護回路を設ける必要はない。   In addition, the inverter current of each phase is detected by a current detection resistor connected in series with the inverter element, and the overcurrent protection operation is performed by the overcurrent protection circuit provided in the control circuit. Therefore, it is not necessary to provide an inrush current protection circuit for each phase individually.

更に、各相に対応した入力整流器、出力トランス及び出力整流器と単一のインバータ素子からなるインバータ回路をN組、例えば2組設け,各組のインバータ素子をスイッチング信号の位相を360°/N、例えばN=2の場合は360°/2=180°ずらして駆動することで、位相シフトによる相殺で高周波リップル成分を低減することができる。
Furthermore, N sets of input rectifiers, output transformers and output rectifiers corresponding to each phase and inverter circuits composed of a single inverter element, for example, two sets are provided, and the phase of the switching signal is set to 360 ° / N for each set of inverter elements, For example, when N = 2, driving with a shift of 360 ° / 2 = 180 ° can reduce high-frequency ripple components by cancellation by phase shift.

図1は本発明による多相交流を対象とした力率改善回路の第1実施形態を示した回路ブロック図であり、以下の実施形態にあっては、3相交流に対する力率改善回路を例に取っている。   FIG. 1 is a circuit block diagram showing a first embodiment of a power factor correction circuit for multiphase alternating current according to the present invention. In the following embodiments, a power factor improvement circuit for three-phase alternating current is taken as an example. Is taking.

図1において、本実施形態の力率改善回路は、3相交流の交流入力端子R,S,Tに続いて、プラス側入力ダイオード16−11,16−21,16−31とマイナス側入力ダイオード16−12,16−22,16−32を分岐接続し、これらの入力ダイオードに続いて3つの出力トランス10−1,10−2,10−3を設けている。   In FIG. 1, the power factor correction circuit according to the present embodiment includes a positive input diode 16-11, 16-21, 16-31 and a negative input diode following the three-phase AC input terminals R, S, and T. 16-12, 16-22, and 16-32 are branched and connected, and these output diodes are followed by three output transformers 10-1, 10-2, and 10-3.

出力トランス10−1,10−2,10−3は、互いに逆方向に巻いたプラス側1次巻線12−11,12−21,12−31とマイナス側1次巻線12−12,12−22,12−32、及び単一の2次巻線14−1,14−2,14−3を備えている。   The output transformers 10-1, 10-2, and 10-3 include plus-side primary windings 12-11, 12-21, and 12-31 and minus-side primary windings 12-12 and 12 wound in opposite directions. -22, 12-32 and a single secondary winding 14-1, 14-2, 14-3.

例えば交流入力端子Rを例に取ると、出力トランス10−1のプラス側1次巻線12−11はプラス側入力ダイオード16−11と直列接続され、またマイナス側1次巻線12−12はマイナス側入力ダイオード16−12と直列接続され、交流入力端子Rからの電流流れ込み経路と電流流れ出し経路を構成している。   For example, taking the AC input terminal R as an example, the positive primary winding 12-11 of the output transformer 10-1 is connected in series with the positive input diode 16-11, and the negative primary winding 12-12 is A negative input diode 16-12 is connected in series to form a current flow path and a current flow path from the AC input terminal R.

この点は交流入力端子S,Tについても同様であり、プラス側入力ダイオード16−21,16−31と直列にプラス側1次巻線12−21,12−31を直列接続し、またマイナス側入力ダイオード16−22,16−32とマイナス側1次巻線12−22,12−32を直列接続している。   The same applies to the AC input terminals S and T. The positive side primary windings 12-21 and 12-31 are connected in series with the positive side input diodes 16-21 and 16-31, and the negative side. Input diodes 16-22 and 16-32 and negative primary windings 12-22 and 12-32 are connected in series.

交流入力端子R,S,Tに対応したプラス側1次巻線12−11,12−21,12−31の出力側は合成接続され、MOS−FETを用いたインバータ素子18のドレインDに接続している。また交流入力端子R,S,Tに対応したマイナス側1次巻線12−12,12−22,12−32の出力側も合成接続され、インバータ素子18を構成するMOS−FETのソースS側に接続している。   The output sides of the positive side primary windings 12-11, 12-21, 12-31 corresponding to the AC input terminals R, S, T are combined and connected to the drain D of the inverter element 18 using a MOS-FET. is doing. Also, the output sides of the negative primary windings 12-12, 12-22, 12-32 corresponding to the AC input terminals R, S, T are combined and connected, and the source S side of the MOS-FET constituting the inverter element 18 is connected. Connected to.

即ちインバータ素子18は、交流入力端子R,S,Tに対応したプラス側1次巻線12−11,12−21,12−31の2次側合成接続点と、マイナス側1次巻線12−12,12−22,12−32の2次側合成接続点との間に接続されてスイッチング動作を行う。   That is, the inverter element 18 includes the secondary side composite connection point of the positive side primary windings 12-11, 12-21, and 12-31 corresponding to the AC input terminals R, S, and T, and the negative side primary winding 12. -12, 12-22, and 12-32 are connected to the secondary side combination connection point to perform a switching operation.

出力トランス10−1〜10−3の2次巻線14−1〜14−3に続いては、出力整流器としての出力ダイオード20−1〜20−3と単一の平滑コンデンサ22を備えた整流平滑回路が設けられる。   Following the secondary windings 14-1 to 14-3 of the output transformers 10-1 to 10-3, rectification including output diodes 20-1 to 20-3 as an output rectifier and a single smoothing capacitor 22 is provided. A smoothing circuit is provided.

インバータ素子18のゲートに対しては、制御回路を構成する制御IC24が設けられ、制御IC24は平滑コンデンサ22から出力される直流出力電圧を抵抗26,28により分圧して入力端子INに入力しており、予め定めた所定電圧を保つようにスイッチング信号を出力端子OUTからインバータ素子18のゲートに出力し、インバータ素子18のスイッチング動作を行う。   A control IC 24 constituting a control circuit is provided for the gate of the inverter element 18, and the control IC 24 divides the DC output voltage output from the smoothing capacitor 22 by the resistors 26 and 28 and inputs it to the input terminal IN. The switching signal is output from the output terminal OUT to the gate of the inverter element 18 so as to maintain a predetermined voltage, and the inverter element 18 is switched.

ここで交流入力端子R,S,Tから直流出力端子+V,GNDに至る経路に設けた回路素子で構成されるインバータ回路は、多励フライバック型のインバータ回路を構成している。   Here, the inverter circuit composed of circuit elements provided in the path from the AC input terminals R, S, T to the DC output terminals + V, GND constitutes a multi-excitation flyback type inverter circuit.

フライバック型のインバータ回路は、インバータ素子18がオンしたときに入力側の例えばプラス側1次巻線12−11に電流を流してエネルギーをチャージし、インバータ素子18を次にオフしたときに、プラス側1次巻線12−11のエネルギーを2次巻線14−1に伝え、出力ダイオード20−1のオンによりフライバック電流Id1を整流出力し、平滑コンデンサ22で平滑して直流電力に変換する。   When the inverter element 18 is turned on, the flyback type inverter circuit charges the energy by passing a current through, for example, the positive primary winding 12-11 on the input side, and then when the inverter element 18 is turned off. The energy of the positive side primary winding 12-11 is transmitted to the secondary winding 14-1, the flyback current Id1 is rectified and output by turning on the output diode 20-1, and is smoothed by the smoothing capacitor 22 and converted to DC power. To do.

本実施形態のインバータ回路におけるフライバック動作は、単一のインバータ素子18をオンして交流入力端子R,S,Tのそれぞれに設けているプラス側1次巻線12−11,12−21,12−31及びマイナス側1次巻線12−12,12−22,12−32に、そのとき交流入力端子R,S,Tに加わっている交流入力電圧の大小関係に対応して電流を流すことでエネルギーを蓄える。   The flyback operation in the inverter circuit of the present embodiment is performed by turning on the single inverter element 18 and providing the positive primary windings 12-11, 12-21 provided at the AC input terminals R, S, T, respectively. 12-31 and negative primary windings 12-12, 12-22, 12-32 are supplied with current corresponding to the magnitude relationship of the AC input voltage applied to the AC input terminals R, S, T at that time. To save energy.

続いてインバータ素子18をオフとすることで、エネルギーを蓄えている1次巻線から2次巻線14−1〜14−3にエネルギーを伝え、出力ダイオード20−1〜20−3からフライバック電流Id1,Id2,Id3を整流出力し、これを合成したフライバック電流Idとして平滑コンデンサ22に供給して平滑し、直流電力に変換している。   Subsequently, by turning off the inverter element 18, energy is transmitted from the primary winding storing energy to the secondary windings 14-1 to 14-3, and flyback is performed from the output diodes 20-1 to 20-3. The currents Id1, Id2, and Id3 are rectified and output, supplied to the smoothing capacitor 22 as a combined flyback current Id, smoothed, and converted to DC power.

また図1の実施形態にあっては、インバータ素子18と直列に電流検出抵抗30を接続しており、電流検出抵抗30で検出されたインバータ素子18のオンに伴う電流検出信号は制御IC24の過電流保護端子OCPに入力されている。制御IC24には過電流保護が内蔵されており、過電流保護回路に設定している閾値を超える電流検出信号が入力すると、インバータ素子18のオンデューティを狭めるように制御することで過電流を防止する。   In the embodiment of FIG. 1, a current detection resistor 30 is connected in series with the inverter element 18, and the current detection signal detected by the current detection resistor 30 when the inverter element 18 is turned on is an excess of the control IC 24. It is input to the current protection terminal OCP. The control IC 24 has a built-in overcurrent protection, and when a current detection signal exceeding the threshold set in the overcurrent protection circuit is input, the overduty of the inverter element 18 is controlled to be reduced to prevent overcurrent. To do.

特に本実施形態にあっては、電源投入時にインバータ素子18のスイッチングに伴い突入電流が流れるが、このような突入電流についても、電流検出抵抗30による電流検出電圧の入力を受けて、制御IC24の過電流保護回路がインバータ素子18のオンデューティを狭め、これにより突入電流を防止する機能を果たすことになる。   In particular, in the present embodiment, an inrush current flows with the switching of the inverter element 18 when the power is turned on. With respect to such an inrush current as well, the control IC 24 receives the input of the current detection voltage by the current detection resistor 30. The overcurrent protection circuit reduces the on-duty of the inverter element 18 and thereby functions to prevent inrush current.

また図1の実施形態にあっては、交流入力端子R,S,Tに対応したプラス側入力ダイオード16−11,16−21,16−31とマイナス側入力ダイオード16−22,16−32の2次側間に、スパイク電圧を吸収するためのスナバ回路32−1,32−2,32−3を設けている。またMOS−FETを用いたソースSとドレインDとの間にもスナバ回路30を設けて、スパイク電圧による素子破壊を防ぐようにしている。   In the embodiment of FIG. 1, the positive side input diodes 16-11, 16-21, 16-31 and the negative side input diodes 16-22, 16-32 corresponding to the AC input terminals R, S, T are provided. Snubber circuits 32-1, 32-2, and 32-3 for absorbing spike voltages are provided between the secondary sides. Further, a snubber circuit 30 is provided between the source S and the drain D using the MOS-FET so as to prevent element destruction due to the spike voltage.

更に制御IC24は、図示しないサブ電源からの電源電圧Vccを受けて動作しており、制御系統は1系統でよいことから、サブ電源も1系統で済ますことができる。   Further, the control IC 24 operates by receiving a power supply voltage Vcc from a sub power supply (not shown), and since only one control system is required, only one sub power supply can be used.

次に図1の実施形態における力率改善回路としての基本的な動作機能を説明する。本実施形態の制御IC24にあっては、次の3つの条件により他励フライバック型のインバータ回路を、直流出力電圧を一定電圧に安定させるようにスイッチング制御している。
(1)スイッチング制御のオンデューティを絞ることで、電流の不連続モードを維持して動作する。
(2)一定の周波数で駆動する。
(3)交流周波数(50Hzまたは60Hz)の1周期に対し、変動の少ないデューティ比(周期内でデューティ比を変化させない)で駆動する。
Next, a basic operation function as a power factor correction circuit in the embodiment of FIG. 1 will be described. In the control IC 24 of the present embodiment, the separately-excited flyback inverter circuit is subjected to switching control so as to stabilize the DC output voltage at a constant voltage under the following three conditions.
(1) The operation is performed while maintaining the current discontinuous mode by reducing the on-duty of the switching control.
(2) Drive at a constant frequency.
(3) Drive with a duty ratio with little fluctuation (the duty ratio is not changed within the period) for one period of the AC frequency (50 Hz or 60 Hz).

このような(1)〜(3)の条件により、制御IC24がインバータ素子18をスイッチング制御すると、インバータ回路を定抵抗として動作させることができる。   When the control IC 24 performs switching control of the inverter element 18 under the conditions (1) to (3), the inverter circuit can be operated as a constant resistance.

即ち、インバータ回路におけるピーク電流をI、入力電圧をV、オンデューティ時間TON、更に出力トランス10−1〜10−3のインダクタンスをLとすると、次式の関係が得られる。
I=V(TON/L) (1)
この(1)式から(TON/L)を前記(1)〜(3)の条件により一定に保つようにスイッチング制御すると、入力電圧Vに比例した入力電流Iが流れることとなり、これはインバータ回路が定抵抗と同じ動作をすることとなり、その結果、3相交流電力を直流電力に変換する際のスイッチング制御において、入力電圧波形と入力電流波形を相似形にして力率を1に近づける力率改善を行うことができる。
That is, when the peak current in the inverter circuit is I, the input voltage is V, the on-duty time T ON , and the inductance of the output transformers 10-1 to 10-3 is L, the following relationship is obtained.
I = V (T ON / L) (1)
When switching control is performed so that (T ON / L) is kept constant according to the conditions (1) to (3) from the equation (1), an input current I proportional to the input voltage V flows, which is an inverter As a result, the circuit operates in the same manner as a constant resistance. As a result, in switching control when converting three-phase AC power to DC power, the input voltage waveform and the input current waveform are similar to each other, and the power factor approaches 1 Rate improvement can be made.

更に本実施形態にあっては、入力電流の1周期に亘って等しいデューティで不連続モード動作していれば定抵抗としての動作条件が成立することから、出力電圧や出力電流を急激に変えるバーストモードについても、入力電流の1周期に亘って等しいデューティとなるように段階的にデューティを変化させれば、バーストモードで動作しても定抵抗としての動作条件が成立し、入力電流を入力電圧に比例した正弦波として力率を改善することができる。   Furthermore, in this embodiment, if the discontinuous mode operation is performed with an equal duty over one cycle of the input current, the operation condition as a constant resistance is satisfied, so that the burst that changes the output voltage and output current abruptly. Also in the mode, if the duty is changed stepwise so that the duty becomes equal over one period of the input current, the operation condition as a constant resistance is established even when operating in the burst mode, and the input current is changed to the input voltage. The power factor can be improved as a sine wave proportional to.

次に図1の実施形態におけるインバータ素子18のスイッチング制御に伴うフライバック動作を説明する。交流入力端子R,S,Tに加わる各相の交流電圧は120°の位相差を持っている。   Next, the flyback operation accompanying the switching control of the inverter element 18 in the embodiment of FIG. 1 will be described. The AC voltage of each phase applied to the AC input terminals R, S, T has a phase difference of 120 °.

この3相交流入力電圧ER,ES,ETとの間に、あるタイミングで
R>ES>ET
となる関係があったとする。このタイミングでインバータ素子18がオンすると、ピーク電圧となっている3相交流端子Rから、それより低い電圧となっている3相交流S及びTのそれぞれに対し入力電流が流れる。この入力電流の経路を各素子の符号で示すと
(R)→(16−11)→(12−11)→(18)→(12−22)→(16−22)→S
及び
(R)→(16−11)→(12−11)→(18)→(12−32)→(16−32)→T
となる。このとき交流入力端子SとTに流れ出す電流の割合は、それぞれの交流電圧の大きさに依存している。
The 3-phase AC input voltage E R, E S, between the E T, E R> E S > E T at a certain timing
Suppose that there is a relationship. When the inverter element 18 is turned on at this timing, an input current flows from the three-phase AC terminal R having a peak voltage to each of the three-phase ACs S and T having a lower voltage. When the path of this input current is indicated by the symbol of each element, (R) → (16-11) → (12-11) → (18) → (12-22) → (16-22) → S
And (R) → (16-11) → (12-11) → (18) → (12-32) → (16-32) → T
It becomes. At this time, the ratio of the current flowing out to the AC input terminals S and T depends on the magnitude of each AC voltage.

このようにインバータ素子18のオンにより交流入力端子Rから交流入力端子S,Tのそれぞれに電流が流れることで、プラス側1次巻線12−11、マイナス側1次巻線12−22,12−32にエネルギ−がチャージされる。   Thus, when the inverter element 18 is turned on, current flows from the AC input terminal R to each of the AC input terminals S and T, so that the positive side primary winding 12-11 and the negative side primary winding 12-22 and 12 are supplied. -32 is charged with energy.

続いてインバータ素子18をオフすると、プラス側1次巻線12−11、マイナス側1次巻線12−22,12−32にチャージされたエネルギ−が出力トランス10−1〜10−3の2次側の2次巻線14−1〜14−3のそれぞれに伝達され、出力ダイオード20−1〜20−3のそれぞれをオンし、フライバック電流Id1,Id2,Id3を整流出力し、その合成電流となるフライバック電流Id=(Id1+Id2+Id3)が平滑コンデンサ22より平滑されて直流電力に変換され、出力端子である+VとGNDから、図示しない負荷に供給される。   Subsequently, when the inverter element 18 is turned off, the energy charged in the plus-side primary winding 12-11 and the minus-side primary windings 12-22 and 12-32 is output from the output transformers 10-1 to 10-3. It is transmitted to the secondary windings 14-1 to 14-3 on the secondary side, turns on each of the output diodes 20-1 to 20-3, rectifies and outputs the flyback currents Id1, Id2, and Id3, and combines them. A flyback current Id = (Id1 + Id2 + Id3), which is a current, is smoothed by the smoothing capacitor 22 and converted into DC power, and is supplied from the output terminals + V and GND to a load (not shown).

ここで出力ダイオード20−1〜20−3から整流出力されたフライバック電流Id1〜Id3を合成した後に平滑コンデンサ22で平滑しているため、低周波リップルを打ち消す動作が行われ、低周波リップルの十分小さな直流電流を得ることができる。   Here, since the flyback currents Id1 to Id3 rectified and output from the output diodes 20-1 to 20-3 are synthesized and then smoothed by the smoothing capacitor 22, an operation for canceling out the low frequency ripple is performed. A sufficiently small direct current can be obtained.

また別のタイミングにあっては、交流入力端子Sがピーク電圧となれば、SからR及びTにインバータ素子のスイッチングにより電流が流れ、またあるタイミングでは交流入力端子Tがピーク電圧となればインバータ素子のオンでR,Sに電流が流れ、インバータ素子18のオフに伴うフライバック動作で直流電力に変換することができる。   At another timing, if the AC input terminal S has a peak voltage, current flows from S to R and T by switching of the inverter element, and at some timing, if the AC input terminal T has a peak voltage, the inverter When the element is turned on, current flows through R and S, and can be converted to DC power by a flyback operation associated with the inverter element 18 being turned off.

図2は図1の実施形態における各相入力電流、合成フライバック電流及びインバータ素子両端電圧についての動作波形を示した波形説明図である。図2(A)は図1の交流入力端子R,S,Tに流れる入力電流IR,IS,ITを示しており、120°の位相差を持った交流入力電圧に対し、インバータ素子18で3系統につき一斉にスイッチングすることで、パルス的に電流が流れている。 FIG. 2 is a waveform explanatory diagram showing operation waveforms for each phase input current, combined flyback current, and voltage across the inverter element in the embodiment of FIG. 2 (A) is AC input terminal R of Figure 1, S, input current I R flowing through the T, I S, indicates the I T, with respect to the AC input voltage having a phase difference of 120 °, the inverter device By switching all three systems at the same time in 18, current flows in a pulse manner.

ここで3つの入力電流IR,IS,ITの間には
R+IS+IT=0
という関係がある。
Here, between the three input currents I R , I S and I T , I R + I S + I T = 0
There is a relationship.

例えば図2(A)の時刻t1のタイミングを見ると、入力電流IRがプラスで最も大きく、また入力電流ISもプラスであるが、この段階では小さく、一方、入力電流ITはマイナスであり、
(IR+IS)=−IT
となっている。即ち、交流入力端子R、Sから電流IR、ISが流れ込み、交流入力端子Tから電流ITが流れ出している。
For example, when viewing the timing at time t1 in FIG. 2A, the input current I R is the largest and positive, and the input current I S is also positive, but at this stage it is small, while the input current I T is negative. Yes,
(I R + I S ) = − I T
It has become. That is, currents I R and I S flow from the AC input terminals R and S, and current I T flows from the AC input terminal T.

図2(B)は図1の出力トランス10−1の2次側の平滑コンデンサ22に流れる合成フライバック電流Idを示している。この合成フライバック電流Idは、図1におけるインバータ素子18のオフで3相交流端子R,S,Tのプラス側またはマイナス側に蓄えたエネルギーが2次巻線14−1〜14−3に伝達されて、出力ダイオード20−1〜20−3から整流出力されるフライバック電流Id1〜Id3を合成した電流であり、制御IC24によりインバータ素子18を前記(1)〜(3)の条件で動作させることで、ほぼ一定のピーク電流を持った電流波形が得られており、この合成フライバック電流Idを平滑コンデンサ22で平滑することで、ほぼ一定の直流電流を出力することができる。   FIG. 2B shows a combined flyback current Id flowing through the secondary smoothing capacitor 22 of the output transformer 10-1 of FIG. The combined flyback current Id is transmitted to the secondary windings 14-1 to 14-3 by the energy stored on the plus side or minus side of the three-phase AC terminals R, S, T when the inverter element 18 in FIG. 1 is turned off. The flyback currents Id1 to Id3 rectified and output from the output diodes 20-1 to 20-3 are combined, and the inverter 18 is operated under the conditions (1) to (3) by the control IC 24. Thus, a current waveform having a substantially constant peak current is obtained. By smoothing the combined flyback current Id by the smoothing capacitor 22, a substantially constant DC current can be output.

図2(C)は図1のインバータ素子18を構成するMOS−FETのソース,ドレイン間電圧Vdsを示している。ソース・ドレイン間電圧Vdsは、インバータ素子18をオンしたときに0ボルトとなり、オフしたときにピーク電圧に立ち上がり、このとき1次巻線側に蓄えられているエネルギーが2次側に伝達されて、図2(B)に示す合成フライバック電流Idの整流出力とすることができる。   FIG. 2C shows the source-drain voltage Vds of the MOS-FET constituting the inverter element 18 of FIG. The source-drain voltage Vds becomes 0 volt when the inverter element 18 is turned on, and rises to a peak voltage when the inverter element 18 is turned off. At this time, energy stored in the primary winding side is transmitted to the secondary side. The rectified output of the combined flyback current Id shown in FIG.

このインバータ素子18におけるソース・ドレイン間電圧Vdsのピーク値は、交流入力端子R,S,Tに加わっているピーク電圧に対応した値の一定電圧のパルス波形となっている。   The peak value of the source-drain voltage Vds in the inverter element 18 is a pulse waveform of a constant voltage having a value corresponding to the peak voltage applied to the AC input terminals R, S, T.

またインバータ素子18は、出力トランス10−1〜10−3の電流を不連続とするオンデューティを絞ったスイッチング、即ち不連続モードとなるオンデューティの一定周波数でスイッチングしていることが分かる。   In addition, it can be seen that the inverter element 18 performs switching with reduced on-duty in which the currents of the output transformers 10-1 to 10-3 are discontinuous, that is, switching at a constant frequency of on-duty in a discontinuous mode.

このような図1の第1実施形態にあっては、インバータ回路として他励フライバック型のインバータ回路を使用していることから、従来の昇圧チョッパのように出力電圧が入力電圧より大きくなるという制約がなく、出力電圧を入力電圧に対し必要に応じて高低任意に設定することができる。   In the first embodiment of FIG. 1, since the separately excited flyback type inverter circuit is used as the inverter circuit, the output voltage is larger than the input voltage as in the conventional boost chopper. There is no restriction, and the output voltage can be arbitrarily set high or low as required with respect to the input voltage.

またスイッチオンによりエネルギーをチャージする1次巻線と、スイッチオフによりエネルギーを伝達する2次巻線、更に2次巻線に対応した整流平滑回路については、交流入力端子R,S,Tに対応して3系統設けているが、スイッチングを行うインバータ素子18については、インバータ回路の入出力側の3系統を合成接続することで1系統としてスイッチングすることで、駆動系及び制御系を1系統として回路構成を簡単にし、使用する回路素子も低減できることで回路規模を小さくし、また回路素子が少なくなることで損失も低減できる。   Also, the primary winding that charges energy when the switch is turned on, the secondary winding that transfers energy when the switch is turned off, and the rectifying / smoothing circuit corresponding to the secondary winding are compatible with the AC input terminals R, S, and T. The inverter element 18 that performs switching is switched as one system by combining and connecting the three systems on the input / output side of the inverter circuit, so that the drive system and the control system are one system. Since the circuit configuration is simplified and the number of circuit elements to be used can be reduced, the circuit scale can be reduced, and the loss can be reduced by reducing the number of circuit elements.

図3は本発明による力率改善回路の第2実施形態を示した回路ブロック図であり、ダイオード及びインバータ素子のスパイク電圧を吸収するスナバ回路の具体例を示し、更に2次側の整流平滑回路として同期整流回路を使用したことを特徴とする。   FIG. 3 is a circuit block diagram showing a second embodiment of a power factor correction circuit according to the present invention, showing a specific example of a snubber circuit that absorbs spike voltages of a diode and an inverter element, and a secondary side rectifying and smoothing circuit. As a feature, a synchronous rectifier circuit is used.

図3において、交流入力端子R,S,Tに対応して設けた入力ダイオード、出力トランス10−1〜10−3の1次巻線及び2次巻線の構成は図1の実施形態と同じであり、更に他励フライバック型のインバータ回路を構成するインバータ素子18及びその制御IC24についても、図1の実施形態と同様、(1)〜(3)の条件で力率改善動作を行っている。   3, the configurations of the input diodes provided corresponding to the AC input terminals R, S, and T, and the primary windings and secondary windings of the output transformers 10-1 to 10-3 are the same as those in the embodiment of FIG. Further, the inverter element 18 constituting the separately-excited flyback inverter circuit and its control IC 24 are also subjected to the power factor improving operation under the conditions (1) to (3) as in the embodiment of FIG. Yes.

これに加え図3の実施形態にあっては、交流入力端子R,S,Tに続いて設けたプラス側入力ダイオード16−11,16−21,16−31と、マイナス側入力ダイオード16−12,16−22,16−32のスパイク電圧を吸収するスナバ回路32−1,32−2,32−3として、スナバコンデンサ38とスナバ抵抗40を直列接続した回路を設け、スナバ抵抗40側を3相交流における仮想中点36に共通接続している。   In addition, in the embodiment of FIG. 3, plus side input diodes 16-11, 16-21, 16-31 provided subsequent to the AC input terminals R, S, T, and minus side input diode 16-12. , 16-22, 16-32 as snubber circuits 32-1, 32-2, and 32-3, a circuit in which a snubber capacitor 38 and a snubber resistor 40 are connected in series is provided. It is commonly connected to the virtual midpoint 36 in the phase alternating current.

同様に、インバータ素子18に対して設けたスナバ回路34もスナバコンデンサ38とスナバ抵抗40の直列回路であり、スナバ抵抗40側を3相交流の仮想中点36に接続している。   Similarly, the snubber circuit 34 provided for the inverter element 18 is also a series circuit of a snubber capacitor 38 and a snubber resistor 40, and the snubber resistor 40 side is connected to a virtual midpoint 36 of a three-phase alternating current.

このようにスナバ回路32−1〜32−3及び34の一端、即ちスナバ抵抗40側を3相交流の仮想中点36に接続したことで、3相交流の仮想中点36はグランドGNDに対し常に高い電位となっており、これによってスナバコンデンサ38に印加する電圧を低減することができると共に、スナバ回路の両端に加わる電圧が小さくなることで、損失も低減することができる。   Thus, by connecting one end of the snubber circuits 32-1 to 32-3 and 34, that is, the snubber resistor 40 side, to the virtual midpoint 36 of the three-phase AC, the virtual midpoint 36 of the three-phase AC is connected to the ground GND. Since the potential is always high, the voltage applied to the snubber capacitor 38 can be reduced, and the voltage applied to both ends of the snubber circuit is reduced, so that the loss can be reduced.

また出力トランス10−1〜10−3の2次巻線14−1〜14−3に対しても、それぞれスナバ回路46−1〜46−3が設けられており、このスナバ回路46−1〜46―3についても、スナバコンデンサとスナバ抵抗の直列回路とすればよい。   Also, snubber circuits 46-1 to 46-3 are provided for the secondary windings 14-1 to 14-3 of the output transformers 10-1 to 10-3, respectively. For 46-3, a series circuit of a snubber capacitor and a snubber resistor may be used.

また2次巻線14−1〜14−3のそれぞれには出力整流器として機能するMOS−FETを用いた同期整流スイッチング素子42−1〜42−3を設けており、それぞれ同期整流制御回路44−1〜44−3によるスイッチングでインバータ素子18のオフタイミングに同期したオン制御によりフライバック電流の整流出力を行っている。   Each of the secondary windings 14-1 to 14-3 is provided with synchronous rectification switching elements 42-1 to 42-3 using MOS-FETs functioning as output rectifiers, and synchronous rectification control circuits 44- The flyback current is rectified and output by ON control synchronized with the OFF timing of the inverter element 18 by switching according to 1-44-3.

この同期整流スイッチング素子42−1〜42−3のそれぞれについても、並列にスナバ場回路48−1〜48−3が接続されて、スイッチング素子に加わるスパイク電圧を吸収するようにしている。   Each of the synchronous rectification switching elements 42-1 to 42-3 is also connected in parallel with the snubber field circuits 48-1 to 48-3 so as to absorb the spike voltage applied to the switching elements.

このように2次側の整流回路として同期整流回路を用いることで、整流回路の低損失化を図ることができる。但し、2次側の同期整流回路については逆方向に電流を流さないように制御する必要がある。同期整流制御回路44−1〜44−3としては、専用のICを使用してもよいし、ディスクリート部品で構成してもよい。   By using a synchronous rectifier circuit as the secondary side rectifier circuit in this manner, the loss of the rectifier circuit can be reduced. However, it is necessary to control the secondary side synchronous rectifier circuit so that no current flows in the reverse direction. As the synchronous rectification control circuits 44-1 to 44-3, a dedicated IC may be used or a discrete component may be used.

更に図3の実施形態にあっては、インバータ素子18に直列接続した電流検出抵抗30をグランドGNDに対しマイナス側に接続している。これに対し図1の実施形態にあっては、グランドGNDに対し電流検出抵抗30をプラス側に接続している。   Further, in the embodiment of FIG. 3, the current detection resistor 30 connected in series to the inverter element 18 is connected to the negative side with respect to the ground GND. On the other hand, in the embodiment of FIG. 1, the current detection resistor 30 is connected to the plus side with respect to the ground GND.

図3のように電流検出抵抗30をグランドGNDに対しマイナス側に接続した場合には、インバータ素子18のオンにより流れる電流により電流検出抵抗30は負極性の電流検出信号を制御IC24に入力し、過電流保護動作を行うことになる。   When the current detection resistor 30 is connected to the negative side with respect to the ground GND as shown in FIG. 3, the current detection resistor 30 inputs a negative current detection signal to the control IC 24 due to the current that flows when the inverter element 18 is turned on. Overcurrent protection will be performed.

図4は3つのトランスを1個のコアで構成する本発明の多相交流力率改善回路に使用するトランス構造を示した説明図である。図4(A)は1個のコアで構成する出力トランス10の回路図であり、コア50に対し3つのトランスを合わせた1次巻線及び2次巻線を設けている。   FIG. 4 is an explanatory diagram showing a transformer structure used in the multiphase AC power factor correction circuit of the present invention in which three transformers are configured by one core. FIG. 4A is a circuit diagram of the output transformer 10 composed of one core, and the core 50 is provided with a primary winding and a secondary winding in which three transformers are combined.

即ち、プラス側1次巻線12−11,12−12及び2次巻線14−1で2つの出力トランスを構成し、次のプラス側1次巻線12−21、マイナス側1次巻線12−22及び2次巻線14−2で次の出力トランスを構成し、残りのプラス側1次巻線12−31、マイナス側1次巻線12−32及び2次巻線14−3で3番目の出力トランスを構成している。   That is, two output transformers are constituted by the plus side primary windings 12-11 and 12-12 and the secondary winding 14-1, and the next plus side primary winding 12-21 and the minus side primary winding. 12-22 and secondary winding 14-2 constitute the next output transformer, and the remaining positive primary winding 12-31, negative primary winding 12-32 and secondary winding 14-3 A third output transformer is configured.

図4(B)はコア50を1つとした出力トランス10の構造説明図である。図4(B)において、出力トランス10は3つの脚部を備えた櫛歯状(E型)のコア50−1,50−2が脚部を向かい合わせて配置され、両側の脚部の間にはギャップ材52を介在させている。   FIG. 4B is a structural explanatory diagram of the output transformer 10 with one core 50. In FIG. 4B, the output transformer 10 includes comb-shaped (E-type) cores 50-1 and 50-2 each having three legs, with the legs facing each other, and between the legs on both sides. A gap material 52 is interposed between the two.

コア50−1,50−2を組み合わせた3箇所の脚部のそれぞれには、3つの出力トランスを構成する1次巻線12−11〜12−32及び2次巻線14−1〜14−3が、それぞれトランスごとに巻き回されている。   Each of the three legs combined with the cores 50-1 and 50-2 has primary windings 12-11 to 12-32 and secondary windings 14-1 to 14- constituting three output transformers. 3 is wound around each transformer.

ここで図1のインバータ素子18のオンにより交流入力端子R,S,Tに流れる入力電流IR,IS,ITの間には
R+IS+IT=0
の関係がある。したがって、図4(B)の出力トランス10における磁束φ1,φ2,φ3と、インダクタンスL1,L2,L3の間には
φ1+φ2+φ3=L1R+L2S+L3T=0
の関係が成立すればよい。
Here, I R + I S + I T = 0 between the input currents I R , I S , I T flowing in the AC input terminals R, S, T when the inverter element 18 of FIG. 1 is turned on.
There is a relationship. Therefore, the magnetic flux .phi.1 in the output transformer 10 in FIG. 4 (B), .phi.2, and .phi.3, inductance L 1, L 2, L 3 between φ1 + φ2 + φ3 = L 1 I R + L 2 I S + L 3 I T = 0
It is sufficient if the relationship is established.

この関係を成立させるためには、
1=L2=L3
の関係を成立させるトランス構造とする必要がある。そこで、コア50−1,50−2の両側の脚部の間に同一厚みのギャップ材52を挟み込むことで、
1=L2=L3
の関係を容易に実現することができる。
To establish this relationship,
L 1 = L 2 = L 3
It is necessary to have a transformer structure that establishes this relationship. Therefore, by sandwiching the gap material 52 of the same thickness between the leg portions on both sides of the cores 50-1, 50-2,
L 1 = L 2 = L 3
This relationship can be easily realized.

図5は制御系を絶縁型とした本発明による力率改善回路の第3実施形態を示した回路ブロック図である。図5において、交流入力端子R,S,Tから入力ダイオード、出力トランス10−1〜10−3を経て整流平滑回路に至る系統は、図1の実施形態と基本的に同じであるが、この実施形態にあっては制御IC24を備えた制御系についても絶縁型の回路構成としている。   FIG. 5 is a circuit block diagram showing a third embodiment of the power factor correction circuit according to the present invention in which the control system is an insulation type. In FIG. 5, the system from the AC input terminals R, S, T to the rectifying / smoothing circuit through the input diode and the output transformers 10-1 to 10-3 is basically the same as the embodiment of FIG. In the embodiment, the control system including the control IC 24 also has an insulating circuit configuration.

即ち、制御IC24の出力OUTからインバータ素子18にスイッチング信号を供給する系統に、ドライブ回路54、ドライブトランス56及びドライブ回路56を設け、1次側と2次側を電気的に絶縁分離している。   That is, a drive circuit 54, a drive transformer 56, and a drive circuit 56 are provided in a system that supplies a switching signal from the output OUT of the control IC 24 to the inverter element 18, and the primary side and the secondary side are electrically insulated and separated. .

またインバータ素子18の電流を検出する系統についても、カレントトランス58の1次巻線をインバータ素子18に直列接続し、2次巻線にダイオード60と抵抗62からなる整流回路を設けて1次側と2次側を電気的に絶縁し、電流検出信号を制御IC24の過電流保護回路に入力している。   Also for the system for detecting the current of the inverter element 18, the primary winding of the current transformer 58 is connected in series to the inverter element 18, and a rectifier circuit including a diode 60 and a resistor 62 is provided in the secondary winding to provide a primary side. And the secondary side are electrically insulated, and a current detection signal is input to the overcurrent protection circuit of the control IC 24.

このような制御系についても絶縁型とした本実施形態の力率改善回路によれば、保持時間や出力リップルに対して問題にならない負荷であれば、後段にDC−DCコンバータを接続しなくとも直接、直流電力を供給することが可能である。   According to the power factor correction circuit of the present embodiment that is also an insulation type for such a control system, a load that does not cause a problem with respect to holding time and output ripple does not require a DC-DC converter to be connected to the subsequent stage. Direct power can be supplied directly.

また図5の制御系についても絶縁型とした力率改善回路における出力電圧が安全電圧60ボルト以下であった場合には、後段にDC−DCコンバータを接続する場合、DC−DCコンバータを非絶縁型であっても安全規格に準拠することが可能となる。   Also, in the case of the control system of FIG. 5, when the output voltage in the isolated power factor correction circuit is a safety voltage of 60 volts or less, when the DC-DC converter is connected in the subsequent stage, the DC-DC converter is not insulated. Even molds can comply with safety standards.

図6は図1に対し入力整流器の位置を入れ替えた本発明による力率改善回路の第4実施形態を示した回路ブロック図である。更に図6にあっては、直流出力側につき端子出力の構成としてプラス・マイナス電源を構成するようにしている。   FIG. 6 is a circuit block diagram showing a fourth embodiment of the power factor correction circuit according to the present invention in which the position of the input rectifier is changed with respect to FIG. Further, in FIG. 6, a plus / minus power source is configured as a terminal output configuration on the DC output side.

図6において、交流入力端子R,S,Tに続いて、出力トランス10−1,10−3のプラス側1次巻線12−11,12−21,12−31を接続し、続いてプラス側入力ダイオード16−11,16−21,16−31をそれぞれ直流接続し、カソード側を共通接続して、インバータ素子18のドレインDに接続している。   In FIG. 6, following the AC input terminals R, S, T, the positive side primary windings 12-11, 12-21, 12-31 of the output transformers 10-1, 10-3 are connected, and then the plus The side input diodes 16-11, 16-21, and 16-31 are connected to each other by DC, the cathodes are connected in common, and are connected to the drain D of the inverter element 18.

また出力トランス10−1,10−3のマイナス側1次巻線12−12,12−22,12−32についても、一端を交流入力端子R,S,Tに接続し、他端をマイナス側入力ダイオード16−12,16−22,16−32に接続した後に合成接続して、インバータ素子18のソースSに接続している。   Also, the negative side primary windings 12-12, 12-22, and 12-32 of the output transformers 10-1 and 10-3 are connected at one end to the AC input terminals R, S, and T, and the other end is at the negative side. After being connected to the input diodes 16-12, 16-22 and 16-32, they are combined and connected to the source S of the inverter element 18.

この入力側の1次巻線と入力ダイオードの接続関係は、図1の実施形態と逆の位置関係となっているが、このような逆の位置関係であっても、制御IC24により、図1の場合と同様、(1)〜(3)の条件でインバータ素子18をスイッチングしてフライバック動作させることで、インバータ回路を低抵抗として動作させることで力率を改善することができる。   The connection relationship between the primary winding on the input side and the input diode is opposite to that in the embodiment shown in FIG. 1, but even in such a reverse relationship, the control IC 24 causes FIG. As in the case of, the power factor can be improved by operating the inverter circuit as a low resistance by switching the inverter element 18 under the conditions (1) to (3) and performing the flyback operation.

また出力トランス10−1〜10−3の2次側については、中点タップを備えた一対の2次巻線14−11と14−12、14−21と14−22、14−31と14−32を設け、それぞれの中点タップはグランドGNDに接続する。2次巻線14−11,14−21,14−31については出力ダイオード20−11,20−21,20−31で整流したフライバック電流を合成した後に平滑コンデンサ22−1により平滑してプラス直流電圧+Vを出力する。   Further, for the secondary side of the output transformers 10-1 to 10-3, a pair of secondary windings 14-11 and 14-12, 14-21 and 14-22, 14-31 and 14 having a midpoint tap are provided. -32 is provided, and each midpoint tap is connected to the ground GND. For the secondary windings 14-11, 14-21, and 14-31, the flyback currents rectified by the output diodes 20-11, 20-21, and 20-31 are combined and then smoothed by the smoothing capacitor 22-1 and added. Outputs DC voltage + V.

2次巻線14−12,14−22,14−32については、出力ダイオード20−12,20−22,20−32で整流したフライバック電流を合成した後に平滑コンデンサ22により平滑してマイナス直流電圧−Vを出力する。これによりプラス・マイナスの2出力を実現している。   For the secondary windings 14-12, 14-22, and 14-32, the flyback current rectified by the output diodes 20-12, 20-22, and 20-32 is synthesized, and then smoothed by the smoothing capacitor 22 to be negative DC. Outputs voltage -V. This achieves two outputs, plus and minus.

なお、図6はプラス・マイナスの2出力としているが、更に2次巻線と整流平滑回路を追加することで多出力をえることができる。   Although FIG. 6 shows two outputs, plus and minus, multiple outputs can be obtained by adding a secondary winding and a rectifying / smoothing circuit.

図7は位相シフトしたスイッチングによりリップル電流を低減する本発明の第5実施形態を示した回路ブロック図である。図7において、本実施形態にあっては交流入力端子R,S,Tと直流出力端子+V,GNDとの間に、図1に示したフライバック型のインバータ回路を交流入力端子R,S,Tごとに2系統、並列的に設けたことを特徴とする。   FIG. 7 is a circuit block diagram showing a fifth embodiment of the present invention in which ripple current is reduced by phase-shifted switching. 7, in the present embodiment, the flyback type inverter circuit shown in FIG. 1 is connected to the AC input terminals R, S, T between the AC input terminals R, S, T and the DC output terminals + V, GND. Two systems are provided in parallel for each T.

即ち、第1系統のインバータ回路はプラス側入力ダイオード16−11,16−21,16−31、マイナス側入力ダイオード16−12,16−22,16−32、出力トランス10−11,10−21,10−31(2つの1次巻線と1つの2次巻線を含む)、及び出力ダイオード20−11,20−21,20−31、更にインバータ素子18−1で構成される。   That is, the inverter circuit of the first system includes plus side input diodes 16-11, 16-21, 16-31, minus side input diodes 16-12, 16-22, 16-32, and output transformers 10-11, 10-21. 10-31 (including two primary windings and one secondary winding), output diodes 20-11, 20-21, 20-31, and an inverter element 18-1.

第2系統のインバータ回路は、プラス側入力ダイオード16−13,16−23,16−33、マイナス側入力ダイオード16−14,16−24,16−34、3つの出力トランス10−12,10−22,10−32(2つの1次巻線と1つの2次巻線を含む)、及び出力ダイオード20−12,20−22,20−32、及びインバータ素子18−2で構成される。更に、インバータ素子18−1,18−2のそれぞれと直列に電流検出抵抗30−1,30−2が設けられている。   The second-system inverter circuit includes positive input diodes 16-13, 16-23, 16-33, negative input diodes 16-14, 16-24, 16-34, and three output transformers 10-12, 10-. 22, 10-32 (including two primary windings and one secondary winding), output diodes 20-12, 20-22, 20-32, and an inverter element 18-2. Furthermore, current detection resistors 30-1 and 30-2 are provided in series with the inverter elements 18-1 and 18-2, respectively.

制御IC24は、図1の実施形態における前記(1)〜(3)の条件に従って、インバータ素子18−1,18−2のスイッチングによりフライバック動作を行うが、更にインバータ素子18−1に対するスイッチング信号に対し、インバータ素子18−2に加えるスイッチング信号の位相を180°ずらして駆動するようにしている。   The control IC 24 performs a flyback operation by switching the inverter elements 18-1 and 18-2 in accordance with the conditions (1) to (3) in the embodiment of FIG. 1, and further performs a switching signal for the inverter element 18-1. On the other hand, the phase of the switching signal applied to the inverter element 18-2 is shifted by 180 °.

このようにインバータ素子18−1に対するスイッチング信号に対しインバータ素子18−2に加えるスイッチング信号の位相を180°シフトして駆動することで、出力ダイオード20−1〜20−32から出力されるフライバック電流を合成する際に、リップル電流が180°ずれた状態で1つに合成され、相殺により高周波リップル電流を低減することができる。   Thus, the flyback output from the output diodes 20-1 to 20-32 is driven by shifting the phase of the switching signal applied to the inverter element 18-2 by 180 ° with respect to the switching signal for the inverter element 18-1. When the currents are combined, the ripple currents are combined into one in a state of being shifted by 180 °, and the high-frequency ripple current can be reduced by cancellation.

ここで図7の実施形態にあっては、フライバック型のインバータ回路を2組設けた場合を例に取っているが、一般系としてはフライバック型のインバータ回路をN組設けるようにする。   Here, in the embodiment of FIG. 7, the case where two sets of flyback type inverter circuits are provided is taken as an example, but as a general system, N sets of flyback type inverter circuits are provided.

この場合には、それぞれのインバータ素子に加えるスイッチング信号の位相を360°/Nだけシフトして駆動し、出力側でフライバック電流を1つに合成した際に360°/Nずつずらしたリップル電流を合成することで、リップル電流を相殺により低減することができる。   In this case, the phase of the switching signal applied to each inverter element is driven by shifting by 360 ° / N, and the ripple current shifted by 360 ° / N when the flyback current is combined into one on the output side. The ripple current can be reduced by canceling.

図8は入力整流器ごとに出力トランスを分割した本発明による力率改善回路の第6実施形態を示した回路ブロック図である。図8において、交流入力端子R,S,Tのそれぞれに対応して2系統に分岐してプラス側入力ダイオード16−11,16−21,16−31及びマイナス側入力ダイオード16−12,16−22,16−32を設けた点は図1の実施形態と同じであるが、この6つの入力ダイオードに対応して6つの出力トランス10−11〜10−32に分割して設けている。   FIG. 8 is a circuit block diagram showing a sixth embodiment of the power factor correction circuit according to the present invention in which the output transformer is divided for each input rectifier. In FIG. 8, two systems are branched corresponding to each of the AC input terminals R, S, and T, and plus side input diodes 16-11, 16-21, 16-31 and minus side input diodes 16-12, 16-. Although the points 22 and 16-32 are the same as those in the embodiment of FIG. 1, they are divided into six output transformers 10-11 to 10-32 corresponding to the six input diodes.

出力トランス10−11〜10−32のそれぞれは単一の1次巻線と2次巻線を備えており、例えば交流入力端子Rを例に取ると、出力トランス10−11,10−12では、1次巻線12−11,12−12が逆方向に巻かれている。   Each of the output transformers 10-11 to 10-32 includes a single primary winding and a secondary winding. For example, when the AC input terminal R is taken as an example, in the output transformers 10-11 and 10-12, Primary windings 12-11 and 12-12 are wound in opposite directions.

また6つの出力トランス10−11〜10−32の2次巻線14−11〜14−32に出力ダイオード20−11〜20−32を接続し、インバータ素子18のスイッチングによるフライバック電流を整流出力している。   Also, output diodes 20-11 to 20-32 are connected to the secondary windings 14-11 to 14-32 of the six output transformers 10-11 to 10-32, and the flyback current due to switching of the inverter element 18 is rectified and output. is doing.

更に、6つの出力トランス10−11〜10−32の2次側に出力されるフライバック電流を合成する前に平滑コンデンサ64−11〜64−32を設けて平滑することで、合成後に平滑コンデンサ22で平滑するまでの高周波ループを小さくし、高周波の漏れ磁束を低減することで、インバータ素子18をオンからオフに切り替えるときのフライバック電圧の低減や各種ノイズの低減、更には誤動作低減や損失低減を図ることができる。   Further, the smoothing capacitors 64-11 to 64-32 are provided and smoothed before synthesizing the flyback currents output to the secondary sides of the six output transformers 10-11 to 10-32, thereby smoothing the smoothing capacitors after synthesis. By reducing the high-frequency loop until smoothing at 22 and reducing the high-frequency leakage magnetic flux, the flyback voltage when switching the inverter element 18 from on to off, the reduction of various noises, and further the reduction of malfunction and loss Reduction can be achieved.

更に出力トランスを6つに分割したことで、出力トランス1個当たりのサイズを小さくでき、薄型電源を構成するような場合に有利となる。また基板トランスで構成するようなときも、出力トランスを6つに分割したことで、小型化に伴い1個当たりの損失を低減できる点で有利である。   Furthermore, by dividing the output transformer into six, the size per output transformer can be reduced, which is advantageous when a thin power source is configured. Also, when the circuit is constituted by a substrate transformer, the output transformer is divided into six, which is advantageous in that the loss per one can be reduced as the size is reduced.

図9は単相交流を対象とした本発明による力率改善回路の第7実施形態を示した回路ブロック図である。図9にあっては、単相交流入力端子AC1,AC2に続いて、入力ダイオード16−2,16−1及び16−3,16−4により構成したダイオードブリッジを設け、ダイオードブリッジのプラス側とマイナス側を出力トランス10の互いに逆方向に巻き回したプラス側1次巻線12−1とマイナス側1次巻線12−2を接続し、その間にインバータ素子18を接続している。   FIG. 9 is a circuit block diagram showing a seventh embodiment of the power factor correction circuit according to the present invention for single-phase alternating current. In FIG. 9, following the single-phase AC input terminals AC1 and AC2, a diode bridge composed of input diodes 16-2 and 16-1 and 16-3 and 16-4 is provided, The plus side primary winding 12-1 and the minus side primary winding 12-2, in which the minus side is wound in the opposite directions of the output transformer 10, are connected, and the inverter element 18 is connected therebetween.

出力トランス10の2次巻線14には整流用の出力ダイオード20が接続され、続いて平滑コンデンサ22を接続している。インバータ素子18は制御IC24によりスイッチングされてフライバック動作を行う。   A rectifying output diode 20 is connected to the secondary winding 14 of the output transformer 10, followed by a smoothing capacitor 22. The inverter element 18 is switched by the control IC 24 to perform a flyback operation.

この制御IC24によるインバータ素子18をスイッチングするための条件は、図1の実施形態について示した前記(1)〜(3)の条件であり、これによってフライバック型のインバータ回路を定抵抗と見なし、力率改善を図ることができる。   The conditions for switching the inverter element 18 by the control IC 24 are the conditions (1) to (3) shown in the embodiment of FIG. 1, whereby the flyback type inverter circuit is regarded as a constant resistance, Power factor can be improved.

インバータ素子18には電流検出抵抗30が直列接続され、電流検出抵抗30で検出した電流検出信号を制御IC24に内蔵した過電流保護回路に入力し、過電流保護動作を行うことで、電源投入時の突入電流についてもインバータ素子18のデューティ制御で抑制するようにしている。   A current detection resistor 30 is connected in series to the inverter element 18, and a current detection signal detected by the current detection resistor 30 is input to an overcurrent protection circuit built in the control IC 24 to perform an overcurrent protection operation. This inrush current is also suppressed by duty control of the inverter element 18.

また入力側のダイオードブリッジに対してはスナバ回路32が設けられ、インバータ素子18についてもスナバ回路34が設けられている。   A snubber circuit 32 is provided for the diode bridge on the input side, and a snubber circuit 34 is provided for the inverter element 18.

この図9の単相交流を対象とした力率改善回路にあっても、インバータ回路を定抵抗として動作させることにより、安定して力率をほぼ1に維持した力率改善動作を実現することができる。   Even in the power factor correction circuit for single-phase alternating current shown in FIG. 9, the power factor improvement operation that stably maintains the power factor at about 1 can be realized by operating the inverter circuit as a constant resistance. Can do.

なお上記の実施形態にあっては多相交流として3相交流を例に取るものであったが、3相交流以外の多相交流についても同様に構成することができる。   In the above embodiment, a three-phase alternating current is taken as an example of the multi-phase alternating current, but a multi-phase alternating current other than the three-phase alternating current can be configured similarly.

また上記の実施形態にあっては、インバータ素子としてMOS−FETを例に取るものであったが、それ以外にトランジスタなどの適宜のスイッチング素子を使用することができる。   In the above embodiment, the MOS-FET is taken as an example of the inverter element, but other appropriate switching elements such as transistors can be used.

また上記の実施形態にあっては、スナバ回路としてスナバコンデンサとスナバ抵抗の直流回路を例に取るものであったが、本発明はこれに限定されず、適宜のスナバ回路を使用することができる。   In the above embodiment, a snubber capacitor and a snubber resistor DC circuit are taken as examples of the snubber circuit. However, the present invention is not limited to this, and an appropriate snubber circuit can be used. .

また本発明は、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。
Further, the present invention includes appropriate modifications that do not impair the object and advantages thereof, and is not limited by the numerical values shown in the above embodiments.

本発明による力率改善回路の第1実施形態を示した回路ブロック図The circuit block diagram which showed 1st Embodiment of the power factor improvement circuit by this invention 図1の実施形態における各相入力電流、合成フライバック電流及びインバータ素子両端電圧についての動作波形を示した波形説明図Waveform explanatory diagram showing operation waveforms for each phase input current, combined flyback current, and voltage across the inverter element in the embodiment of FIG. 本発明による力率改善回路の第2実施形態を示した回路ブロック図The circuit block diagram which showed 2nd Embodiment of the power factor improvement circuit by this invention 3つのトランスを1個のコアで構成する本発明の多相交流力率改善回路に使用するトランス構造を示した説明図Explanatory drawing which showed the transformer structure used for the polyphase alternating current power factor improvement circuit of this invention which comprises three transformers by one core. 制御系を絶縁型とした本発明による力率改善回路の第3実施形態を示した回路ブロック図A circuit block diagram showing a third embodiment of the power factor correction circuit according to the present invention in which the control system is an insulation type. 図1に対し入力整流器の位置を入れ替えた本発明による力率改善回路の第4実施形態を示した回路ブロック図The circuit block diagram which showed 4th Embodiment of the power factor improvement circuit by this invention which replaced the position of the input rectifier with respect to FIG. 位相シフトしたスイッチングによりリップル電流を低減する本発明による力率改善回路の第5実施形態を示した回路ブロック図A circuit block diagram showing a fifth embodiment of a power factor correction circuit according to the present invention that reduces ripple current by phase-shifted switching. 入力整流器毎に出力トランスを分割した本発明による力率改善回路の第6実施形態を示した回路ブロック図The circuit block diagram which showed 6th Embodiment of the power factor improvement circuit by this invention which divided | segmented the output transformer for every input rectifier 単相交流を対象とした本発明による力率改善回路の第7実施形態を示した回路ブロック図Circuit block diagram showing a seventh embodiment of the power factor correction circuit according to the present invention for single-phase alternating current 昇圧チョッパを用いた従来の三相交流力率改善回路を示したブロック図Block diagram showing a conventional three-phase AC power factor correction circuit using a boost chopper 昇圧チョッパを用いた従来の三相交流力率改善回路の他の例を示したブロック図Block diagram showing another example of a conventional three-phase AC power factor correction circuit using a boost chopper

符号の説明Explanation of symbols

10,10−1〜10〜3,10−11〜10−32:出力トランス
12−11,12−21,12−31:プラス側1次巻線
12−12,12−22,12−32:マイナス側1次巻線
14−1〜14−3:2次巻線
16−11〜16−32:入力ダイオード
18:インバータ素子
20−1〜20−3:出力ダイオード
22,64−11〜64−32:平滑コンデンサ
24:制御IC
26,28,62:抵抗
30:電流検出抵抗
32−1〜32−2,34,46−1〜46−3,48−1〜48−3:スナバ回路
36:仮想中点
38:スナバコンデンサ
40:スナバ抵抗
42−1〜42−3:同期整流スイッチング素子
44−1〜44−3:同期整流制御回路
50,50−1,50−2:コア
52:ギャップ材
54,56:ドライブ回路
58:カレントトランス
10, 10-1 to 10-3, 10-11 to 10-32: Output transformer 12-11, 12-21, 12-31: Positive side primary winding 12-12, 12-22, 12-32: Minus side primary windings 14-1 to 14-3: Secondary windings 16-11 to 16-32: Input diode 18: Inverter elements 20-1 to 20-3: Output diodes 22, 64-11 to 64- 32: Smoothing capacitor 24: Control IC
26, 28, 62: Resistor 30: Current detection resistors 32-1-22, 34, 46-1 to 46-3, 48-1 to 48-3: Snubber circuit 36: Virtual middle point 38: Snubber capacitor 40 : Snubber resistors 42-1 to 42-3: Synchronous rectification switching elements 44-1 to 44-3: Synchronous rectification control circuits 50, 50-1, 50-2: Core 52: Gap material 54, 56: Drive circuit 58: Current transformer

Claims (10)

入力した多相交流電力を高力率に制御して直流電力に変換する力率改善回路に於いて、
互いに逆方向に巻かれたプラス側1次巻線とマイナス側1次巻線及び単一の2次巻線を備えた相数分の出力トランスと、
前記各相のプラス側1次巻線の直列接続されたプラス側入力整流器と、
前記各相のマイナス側1次巻線の直列接続されたマイナス側入力整流器と、
前記各相のプラス入力整流器とプラス側1次巻線の直列回路の2次側合成接続点と、前記各相のマイナス側入力整流器とマイナス側1次巻線の直列回路の2次側合成接続点との間にインバータ素子を接続したフライバック型のインバータ回路と、
前記インバータ回路のフライバック動作により各相の前記出力トランスの2次巻線から出力されるフライバック電流を整流して合成した後に平滑して直流電力を出力する整流平滑回路と、
前記整流平滑回路から得られた直流出力電圧を入力して所定電圧を維持するように、前記スイッチング素子を、不連続モードを維持しつつ一定周波数で且つ交流周波数の1周期に対し変動の少ないデューティ比で駆動することにより定抵抗として動作させる制御回路と、
を設けたことを特徴とする多相交流力率改善回路。
In the power factor improvement circuit that converts the input polyphase AC power to DC power by controlling it to a high power factor,
Output transformers for the number of phases including a positive primary winding, a negative primary winding and a single secondary winding wound in opposite directions;
A positive input rectifier connected in series with the positive primary winding of each phase;
A negative input rectifier connected in series with the negative primary winding of each phase;
Secondary combined connection point of the series circuit of the positive input rectifier and positive primary winding of each phase, and secondary combined connection of the series circuit of the negative input rectifier and negative primary winding of each phase A flyback inverter circuit in which an inverter element is connected between the point and
A rectifying / smoothing circuit that rectifies and synthesizes a flyback current output from a secondary winding of the output transformer of each phase by a flyback operation of the inverter circuit and outputs DC power;
In order to maintain the predetermined voltage by inputting the DC output voltage obtained from the rectifying and smoothing circuit, the switching element is configured to maintain a discontinuous mode and a duty having a small fluctuation with respect to one cycle of the AC frequency. A control circuit that operates as a constant resistance by driving at a ratio;
A multi-phase AC power factor correction circuit characterized by comprising
請求項1記載の多相交流力率改善回路に於いて、更に、前記制御回路は過電流保護回路を備え、前記インバータ素子に直列接続した電流検出抵抗により電流検出信号を前記過電流保護回路に入力して突入電流防止を含む過電流保護動作を行わせるように構成したことを特徴とする多相交流力率改善回路。
2. The multiphase AC power factor correction circuit according to claim 1, wherein the control circuit further includes an overcurrent protection circuit, and a current detection signal is connected to the overcurrent protection circuit by a current detection resistor connected in series to the inverter element. A multi-phase AC power factor correction circuit configured to perform an overcurrent protection operation including an inrush current prevention by inputting.
請求項1記載の多相交流力率改善回路に於いて、前記各相のプラス側入力整流器、マイナス側入力整流器、前記インバータ素子の各々に、それぞれのオフ時に発生するスパイク電圧を吸収するスナバ回路を設け、
前記スナバ回路の各々は、コンデンサと抵抗の直列回路であり、前記直列回路の一端を前記各相のプラス側整流器、マイナス側整流器、前記インバータ素子の各々に接続すると共に前記直列回路の他端を、多相交流の仮想中点に合成接続したことを特徴とする多相交流力率改善回路。
2. The multiphase AC power factor correction circuit according to claim 1, wherein each of the positive side input rectifier, the negative side input rectifier, and the inverter element of each phase absorbs a spike voltage generated at the time of turning off. Provided,
Each of the snubber circuits is a series circuit of a capacitor and a resistor, and one end of the series circuit is connected to each of the positive rectifier, the negative rectifier, and the inverter element of each phase, and the other end of the series circuit is connected. A multiphase AC power factor correction circuit characterized by being connected to a virtual midpoint of a multiphase AC.
請求項1記載の多相交流力率改善回路に於いて、前記相数分の出力トランスとして、単一のコアに各相の1次巻線及び2次巻線を巻き回したことを特徴とする多相交流力率改善回路。
2. The multiphase AC power factor correction circuit according to claim 1, wherein a primary winding and a secondary winding of each phase are wound around a single core as output transformers for the number of phases. A multiphase AC power factor correction circuit.
請求項4記載の多相交流力率改善回路に於いて、相数分の脚部を持つ一対の櫛歯状コアをギャップ材を介在した状態で脚部側を相対させて組合せ、前記脚部の各々に、各相毎のプラス側1次巻線、マイナス側1次巻線及び2次巻線を配置したことを特徴とする多相交流力率改善回路。
5. The multiphase AC power factor correction circuit according to claim 4, wherein a pair of comb-like cores having legs corresponding to the number of phases is combined with the leg parts facing each other with a gap material interposed therebetween, and the leg parts A multi-phase AC power factor correction circuit, wherein a positive primary winding, a negative primary winding, and a secondary winding for each phase are arranged in each of the two.
(図6:絶縁型)
請求項1記載の多相交流力率改善回路に於いて、前記制御回路を1次側と2次側を電気的に分離した絶縁型としたことを特徴とする多相交流力率改善回路。
(Figure 6: Insulation type)
2. The multiphase AC power factor correction circuit according to claim 1, wherein the control circuit is an insulating type in which the primary side and the secondary side are electrically separated.
請求項1記載の多相交流力率改善回路に於いて、
前記各相の出力トランスに2次巻線を複数設け、前記複数の2次巻線毎に前記整流平滑回路を設けて直流電力を多出力することを特徴とする多相交流力率改善回路。
The multiphase AC power factor correction circuit according to claim 1,
A multiphase AC power factor correction circuit characterized in that a plurality of secondary windings are provided in the output transformer of each phase, and the rectifying / smoothing circuit is provided for each of the plurality of secondary windings to output multiple DC power.
多相交流電力を入力して高力率に制御して直流電力に変換する力率改善回路に於いて、
互いに逆方向に巻かれたプラス側1次巻線とマイナス側1次巻線及び単一の2次巻線を備えた多相交流の相数分の出力トランスと、
前記各相のプラス側1次巻線の各々に直列接続されたプラス側入力整流器と、
前記各相のマイナス側1次巻線の各々に直列接続されたマイナス側入力整流器と、
前記プラス側1次巻線とプラス側入力整流器の直列回路の2次側合成接続点と 、
前記マイナス側1次巻線とマイナス側入力整流器の直列回路の2次側合成接続点との間にインバータ素子を接続したフライバック型のインバータ回路と、
前記インバータ回路のフライバック動作により前記各相の2次巻線から出力されるフライバック電流を整流する出力整流器と、
をN組設け、
更に、
前記N組毎に設けた前記各相の出力整流器の整流出力を合成した後に平滑して直流電力を出力する平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサから得られた直流出力電圧を入力して所定電圧を維持するように、前記N組のスイッチング素子を、360°を組数Nで割った位相差を持つ複数のスイッチング信号により、不連続モードを維持しつつ一定周波数で且つ交流周波数の1周期に対し変動の少ないデューティ比で駆動することにより定抵抗として動作させる制御回路と、
を設けたことを特徴とする多相交流力率改善回路。
In the power factor improvement circuit that inputs multi-phase AC power, controls it to high power factor and converts it to DC power,
Output transformers corresponding to the number of phases of the polyphase AC, each including a positive primary winding, a negative primary winding and a single secondary winding wound in opposite directions;
A positive input rectifier connected in series to each of the positive primary windings of each phase;
A negative input rectifier connected in series to each of the negative primary windings of each phase;
A secondary composite connection point of a series circuit of the positive primary winding and the positive input rectifier;
A flyback type inverter circuit in which an inverter element is connected between the negative side primary winding and the secondary side composite connection point of the series circuit of the negative side input rectifier;
An output rectifier that rectifies a flyback current output from the secondary winding of each phase by a flyback operation of the inverter circuit;
N sets,
Furthermore,
A smoothing capacitor that outputs the DC power by smoothing the rectified output of each phase output rectifier provided for each of the N sets; and
In order to maintain the predetermined voltage by inputting the DC output voltage obtained from the smoothing capacitor, the N switching elements are not subjected to a plurality of switching signals having a phase difference obtained by dividing 360 ° by the number N of sets. A control circuit that operates as a constant resistance by driving at a constant frequency and a duty ratio with little variation with respect to one cycle of the AC frequency while maintaining a continuous mode;
A multi-phase AC power factor correction circuit characterized by comprising
多相交流電力を入力して高力率に制御して直流電力に変換する力率改善回路に於いて、
プラス側1次巻線と2次巻線を備えた多相交流の相数分のプラス側出力トランスと、
前記プラス側1次巻線に対し逆方向に巻かれたマイナス側1次巻線及び2次巻線を備えた多相交流の相数分のマイナス側出力トランスと、
前記各相のプラス側1次巻線の各々に直列接続されたプラス側入力整流器と、
前記各相のマイナス側1次巻線の各々に直列接続されたマイナス側入力整流器と、
前記プラス側入力整流器と直列回路の2次側合成接続点と、前記マイナス側1次巻線とマイナス側入力整流器の直列回路の2次側合成接続点との間にインバータ素子を接続したフライバック型のインバータ回路と、
前記インバータ回路のフライバック動作により各相の前記プラス側トランス及びマイナス側出力トランスの各2次巻線から出力されるフライバック電流を整流して合成した後に平滑して直流電力を出力する整流平滑回路と、
前記整流平滑回路から得られた直流出力電圧を入力して所定電圧を維持するように、前記スイッチング素子を、不連続モードを維持しつつ一定周波数で且つ交流周波数の1周期に対し変動の少ないデューティ比で駆動することにより定抵抗として動作させる制御回路と、
を設けたことを特徴とする多相交流力率改善回路。
In the power factor improvement circuit that inputs multi-phase AC power, controls it to high power factor and converts it to DC power,
A positive-side output transformer for the number of phases of the multi-phase AC provided with a positive-side primary winding and a secondary winding;
A negative output transformer corresponding to the number of phases of the polyphase alternating current, comprising a negative primary winding and a secondary winding wound in the opposite direction to the positive primary winding;
A positive input rectifier connected in series to each of the positive primary windings of each phase;
A negative input rectifier connected in series to each of the negative primary windings of each phase;
A flyback in which an inverter element is connected between the positive side input rectifier and the secondary side composite connection point of the series circuit, and the secondary side composite connection point of the negative side primary winding and the series circuit of the negative side input rectifier. Type inverter circuit,
Rectifying and smoothing that outputs DC power after smoothing and synthesizing flyback currents output from the secondary windings of the plus-side transformer and minus-side output transformer of each phase by flyback operation of the inverter circuit Circuit,
In order to maintain the predetermined voltage by inputting the DC output voltage obtained from the rectifying and smoothing circuit, the switching element is configured to maintain a discontinuous mode and a duty having a small fluctuation with respect to one cycle of the AC frequency. A control circuit that operates as a constant resistance by driving at a ratio;
A multi-phase AC power factor correction circuit characterized by comprising
単相交流電力を入力して高力率に制御して直流電力に変換する単相交流力率改善回路に於いて、
互いに逆方向に巻かれたプラス側1次巻線とマイナス側1次巻線及び単一の2次巻線を備えた出力トランスと、
プラス側出力を前記プラス側1次巻線に接続すると共にマイナス側出力を前記マイナス側1次巻線に接続し、単相交流入力を整流するダイオードブリッジと、
前記プラス側1次巻線と前記マイナス側1次巻線との間にインバータ素子を接続したフライバック型のインバータ回路と、
前記インバータ回路のフラッバック動作により各相の前記出力トランスの2次巻線から出力されるフライバック電流を整流した後に平滑して直流電力を出力する整流平滑回路と、
前記整流平滑回路から得られた直流出力電圧を入力して所定電圧を維持するように、前記スイッチング素子を、不連続モードを維持しつつ一定周波数で且つ交流周波数の1周期に対し変動の少ないデューティ比で駆動することにより定抵抗として動作させる制御回路と、
を設けたことを特徴とする単相交流力率改善回路。
In a single-phase AC power factor correction circuit that inputs single-phase AC power, controls it to high power factor and converts it to DC power,
An output transformer comprising a positive primary winding, a negative primary winding and a single secondary winding wound in opposite directions;
A diode bridge for connecting a plus side output to the plus side primary winding and a minus side output to the minus side primary winding to rectify a single-phase AC input;
A flyback type inverter circuit in which an inverter element is connected between the plus side primary winding and the minus side primary winding;
A rectifying / smoothing circuit for smoothing and outputting DC power after rectifying the flyback current output from the secondary winding of the output transformer of each phase by the flashback operation of the inverter circuit;
In order to maintain the predetermined voltage by inputting the DC output voltage obtained from the rectifying and smoothing circuit, the switching element is configured to maintain a discontinuous mode and a duty having a small fluctuation with respect to one cycle of the AC frequency. A control circuit that operates as a constant resistance by driving at a ratio;
A single-phase AC power factor correction circuit characterized by comprising:
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