JP2013225998A - Rectifier circuit and motor drive device using the same - Google Patents

Rectifier circuit and motor drive device using the same Download PDF

Info

Publication number
JP2013225998A
JP2013225998A JP2012097270A JP2012097270A JP2013225998A JP 2013225998 A JP2013225998 A JP 2013225998A JP 2012097270 A JP2012097270 A JP 2012097270A JP 2012097270 A JP2012097270 A JP 2012097270A JP 2013225998 A JP2013225998 A JP 2013225998A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
rectifier
smoothing capacitor
circuit
switch circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2012097270A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5928946B2 (en
Inventor
Yasuo Notohara
保夫 能登原
Atsushi Okuyama
奥山  敦
Wataru Hatsuse
渉 初瀬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Appliances Inc
Original Assignee
Hitachi Appliances Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Appliances Inc filed Critical Hitachi Appliances Inc
Priority to JP2012097270A priority Critical patent/JP5928946B2/en
Priority to KR1020130014792A priority patent/KR101457569B1/en
Priority to CN201310053239.0A priority patent/CN103378754B/en
Publication of JP2013225998A publication Critical patent/JP2013225998A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5928946B2 publication Critical patent/JP5928946B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2207/00Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/05Synchronous machines, e.g. with permanent magnets or DC excitation
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/022Synchronous motors

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a more highly efficient rectifier circuit with a small number of switching operations.SOLUTION: The rectifier circuit includes: an AC reactor connected to an AC power supply; a rectifier whose AC side is connected to the AC power supply through the AC reactor and whose DC side is connected to a DC load; a plurality of smoothing capacitors in series connection disposed between the DC side of the rectifier and the DC load; and a bidirectional switch circuit disposed between the AC side of the rectifier and the connection point of the plurality of smoothing capacitors in series connection. Each charge voltage of the plurality of smoothing capacitors in series connection is not balanced.

Description

本発明は、永久磁石同期モータを可変速駆動するモータ駆動装置およびそれを用いた機器に係り、主に、交流電源の整流動作と直流電圧の昇圧動作とを行う整流回路に関する。   The present invention relates to a motor driving device that drives a permanent magnet synchronous motor at a variable speed and a device using the motor driving device, and more particularly to a rectifying circuit that performs a rectifying operation of an AC power source and a boosting operation of a DC voltage.

永久磁石同期モータ(以下「モータ」、もしくは「PMモータ」と称す)は、誘導モータに比べて高効率な特性を有するため、家電製品から産業機器あるいは電動車両分野へと適用範囲が広がっている。
また、上記機器は、地球温暖化防止や省エネルギー化の動きに伴い、通常運転領域での効率向上(低中速域の高効率化)が要望される反面、機器の使用感を向上させるために高出力化(高速域の駆動範囲拡大)も同時に要望される。
例えば、家電製品のエアコンの場合、省エネルギーの指標であるAPF(Annual Performance Factor、通年エネルギー消費効率)の向上と、高出力化の指標である低温暖房能力(外気温が2℃での暖房能力)の向上の両立が要求される。
例えば、モータ駆動装置による高効率化(特に低中速域)の手段としては、磁石量及び巻線増加によるモータの低速設計化がある。
また、低速設計されたモータを高速駆動する手段の一つとして、直流電圧を昇圧する方式がある。
Permanent magnet synchronous motors (hereinafter referred to as “motors” or “PM motors”) have higher efficiency than induction motors, and thus have a wide range of applications from home appliances to industrial equipment or electric vehicle fields. .
In addition, the above devices are required to improve the efficiency in the normal operation area (high efficiency in the low and medium speed range) in accordance with the movement of global warming prevention and energy saving, but to improve the feeling of use of the device High output (expanding driving range in high speed range) is also required at the same time.
For example, in the case of air conditioners for home appliances, improvement of APF (Annual Performance Factor), which is an energy-saving index, and low-temperature heating capacity (heating capacity when the outside temperature is 2 ° C), which is an index of high output It is required to improve both.
For example, as a means for improving the efficiency (particularly in the low and medium speed range) by the motor drive device, there is a low-speed design of the motor by increasing the magnet amount and winding.
As one of means for driving a low-speed designed motor at high speed, there is a system for boosting a DC voltage.

また、交流電源の倍電圧整流回路動作を利用して直流電圧を昇圧する方式としては、例えば特許文献1、2に記載の方式がある。これらによれば、前記の直流電圧を昇圧する際に昇圧チョッパ回路を利用した方式に対して比較的低速のスイッチング動作で昇圧動作が可能な為、回路損失の低減が図れる。
特許文献1では、交流電源にリアクトルを介して接続される整流器と、前記整流器の出力端子に直列に接続されてコンデンサと、前記整流器の一方の入力端子と前記直列に接続されてコンデンサ間の接続点とに挿入された第1のスイッチング手段と、前記整流器の他方の入力端子を前記直列に接続されてコンデンサ間の接続点とに挿入された第2のスイッチング手段を備えた回路構成において、前記第1のスイッチング手段と前記第2のスイッチング手段を1〜5kHzの低周波でバランスよくPWM(Pulse Width Modulation)制御することで前記整流器の入力電流を正弦波化する手法が開示されている。
また、特許文献2にも、特許文献1同様の回路構成で、前記第1のスイッチング手段と前記第2のスイッチング手段を電源周期より短い周期で交互に繰り返し動作させることにより直流電圧を昇圧させる手法が開示されている。
Further, as a method for boosting a DC voltage by using an operation of a voltage doubler rectifier circuit of an AC power source, there are methods described in Patent Documents 1 and 2, for example. According to these, since the step-up operation can be performed with a relatively low-speed switching operation as compared with the method using the step-up chopper circuit when boosting the DC voltage, the circuit loss can be reduced.
In Patent Document 1, a rectifier connected to an AC power source via a reactor, a capacitor connected in series to the output terminal of the rectifier, and a connection between the capacitor connected to one input terminal of the rectifier and the series In a circuit configuration comprising: first switching means inserted at a point; and second switching means connected at the other input terminal of the rectifier to the connection point between the capacitors connected in series. There is disclosed a technique for converting the input current of the rectifier into a sine wave by PWM (Pulse Width Modulation) control of the first switching means and the second switching means at a low frequency of 1 to 5 kHz in a balanced manner.
Patent Document 2 also discloses a technique for boosting a DC voltage by alternately and repeatedly operating the first switching means and the second switching means in a cycle shorter than the power supply cycle with a circuit configuration similar to that of Patent Literature 1. Is disclosed.

特開2010−68552号公報JP 2010-68552 A 特開2005−110491号公報JP 2005-110491 A

しかしながら、磁石量及び巻線増加によるモータの低速設計化では、高速域で発生する誘起電圧が増大する。したがって、高速駆動が困難となるので、駆動範囲が限定され、モータとしての効率が大幅に低下するという問題がある。
また、直流電圧を昇圧する方式において、整流回路に昇圧チョッパ回路を追加して高速スイッチング動作を行う方法は、直流電圧を昇圧するため回路損失が増加するという問題がある。
また、特許文献1および特許文献2においては、前記したとおり、第1のスイッチング手段と第2のスイッチング手段を交互にスイッチング動作させることによって、電源電流の正弦波化もしくは直流電圧の昇圧動作は可能であるが、二つのスイッチング手段を1kHz以上の高周波でスイッチングする必要があり、スイッチング損失が大きいという問題がある。
However, when the motor is designed at a low speed by increasing the amount of magnets and windings, the induced voltage generated in the high speed region increases. Therefore, since high-speed driving becomes difficult, there is a problem that the driving range is limited and the efficiency as a motor is greatly reduced.
In addition, in a method of boosting a DC voltage, a method of performing a high-speed switching operation by adding a boost chopper circuit to a rectifier circuit has a problem that circuit loss increases because the DC voltage is boosted.
In Patent Document 1 and Patent Document 2, as described above, the first switching means and the second switching means are alternately switched to perform a sine wave of the power supply current or a DC voltage boosting operation. However, it is necessary to switch the two switching means at a high frequency of 1 kHz or more, and there is a problem that the switching loss is large.

そこで、本発明はこのような問題点を解決するもので、その目的とするところは、少ないスイッチング動作で更なる高効率化が可能な整流回路を提供することである。   Therefore, the present invention solves such problems, and an object of the present invention is to provide a rectifier circuit capable of further increasing efficiency with a small switching operation.

前記の課題を解決して、本発明の目的を達成するために、以下のように構成した。
すなわち、第1の発明の整流回路は、交流電源に接続される交流リアクトルと、交流側は前記交流リアクトルを介して前記交流電源に接続され、直流側は直流負荷に接続される整流器と、前記整流器の直流側と前記直流負荷との間に設けられる直列接続された複数の平滑コンデンサと、前記整流器の交流側と前記直列接続された複数の平滑コンデンサの接続点との間に設けられる双方向スイッチ回路と、を備え、前記直列接続された複数の平滑コンデンサの各充電電圧はアンバランスであることを特徴とする。
また、第2の発明の整流回路は、交流電源に接続される交流リアクトルと、交流側は前記交流リアクトルを介して前記交流電源に接続され、直流側は直流負荷に接続される整流器と、前記整流器の直流側と前記直流負荷との間に設けられる直列接続された第1の平滑コンデンサと第2の平滑コンデンサと、前記整流器の交流側と前記直列接続された前記第1の平滑コンデンサと前記第2の平滑コンデンサの接続点との間に設けられる双方向スイッチ回路と、を備え、前記第2の平滑コンデンサの両端の電圧が直流電圧の半分より低電圧であり、前記第1の平滑コンデンサの両端の電圧が直流電圧の半分より高電圧であることを特徴とする。
また、その他の手段は、発明を実施するための形態のなかで説明する。
In order to solve the above-described problems and achieve the object of the present invention, the present invention is configured as follows.
That is, the rectifier circuit according to the first aspect of the present invention includes an AC reactor connected to an AC power source, an AC side connected to the AC power source via the AC reactor, and a DC side connected to a DC load, Bidirectionally provided between a plurality of series-connected smoothing capacitors provided between the DC side of the rectifier and the DC load, and a connection point between the AC side of the rectifier and the plurality of series-connected smoothing capacitors. A switching circuit, wherein the charging voltages of the plurality of smoothing capacitors connected in series are unbalanced.
The rectifier circuit according to the second aspect of the invention includes an AC reactor connected to an AC power source, an AC side connected to the AC power source via the AC reactor, a DC side connected to a DC load, A first smoothing capacitor and a second smoothing capacitor connected in series between a DC side of a rectifier and the DC load, the first smoothing capacitor connected in series with the AC side of the rectifier, and the A bidirectional switch circuit provided between a connection point of the second smoothing capacitor, a voltage at both ends of the second smoothing capacitor being lower than a half of a DC voltage, and the first smoothing capacitor Is characterized in that the voltage at both ends is higher than half the DC voltage.
Other means will be described in the embodiment for carrying out the invention.

本発明によれば、少ないスイッチング動作で更なる高効率化が可能な整流回路を提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a rectifier circuit capable of further increasing efficiency with a small switching operation.

本発明の第1実施形態の整流器の回路構成と、交流電源と負荷との接続関係を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the rectifier of 1st Embodiment of this invention, and the connection relation of alternating current power supply and load. 本発明の第1実施形態の電源電圧と入力電流と平滑コンデンサ電圧、及び双方向スイッチ回路のスイッチング素子のゲート信号波形を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the power supply voltage of 1st Embodiment of this invention, an input current, a smoothing capacitor voltage, and the gate signal waveform of the switching element of a bidirectional | two-way switch circuit. 本発明の第1実施形態の所定の負荷、電源電圧、平滑コンデンサ電圧(高電圧側)、平滑コンデンサ電圧(低電圧側)に設定したときのシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result when setting to the predetermined | prescribed load of 1st Embodiment of this invention, a power supply voltage, a smoothing capacitor voltage (high voltage side), and a smoothing capacitor voltage (low voltage side). 本発明の第1実施形態の別の所定の負荷、電源電圧、平滑コンデンサ電圧(高電圧側)、平滑コンデンサ電圧(低電圧側)に設定したときのシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result when setting to another predetermined load of 1st Embodiment of this invention, a power supply voltage, a smoothing capacitor voltage (high voltage side), and a smoothing capacitor voltage (low voltage side). 本発明の第2実施形態における双方向スイッチ回路の別のスイッチング方法を示す図であり、(a)はゲート信号Gsw2をPWM制御した方式、(b)は第1実施形態のスイッチング方法を基に、交流電源を交流リアクトルを介して短絡する短絡モードを併用した場合の方式、(c)は(a)のスイッチング方式に、短絡モードを併用した方式である。It is a figure which shows another switching method of the bidirectional | two-way switch circuit in 2nd Embodiment of this invention, (a) is the system which PWM-controlled the gate signal Gsw2, (b) is based on the switching method of 1st Embodiment. (C) is a method in which the short-circuit mode is used in combination with the switching method (a) in the short-circuit mode in which the AC power supply is short-circuited through the AC reactor. 本発明の第2実施形態における双方向スイッチ回路の図5(a)のスイッチング方式(動作条件は図3と同じ)で動作させた場合のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result at the time of making it operate | move by the switching system (operating condition is the same as FIG. 3) of the bidirectional | two-way switch circuit in 2nd Embodiment of this invention of FIG. 本発明の第2実施形態における双方向スイッチ回路の図5(b)のスイッチング方式(動作条件は図3と同じ)で動作させた場合のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result at the time of making it operate | move by the switching system (operating conditions are the same as FIG. 3) of the bidirectional | two-way switch circuit in 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態における双方向スイッチ回路の図5(c)のスイッチング方式(動作条件は図3と同じ)で動作させた場合のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result at the time of making it operate | move by the switching system (operating conditions are the same as FIG. 3) of the bidirectional | two-way switch circuit in 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態における双方向スイッチ回路の図5(b)のスイッチング方式(動作条件は図4と同じ)で動作させた場合のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result at the time of making it operate | move by the switching system (operating conditions are the same as FIG. 4) of the bidirectional | two-way switch circuit in 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態における双方向スイッチ回路の図5(c)のスイッチング方式(動作条件は図4と同じ)で動作させた場合のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result at the time of making it operate | move by the switching system (operating conditions are the same as FIG. 4) of the bidirectional | two-way switch circuit in 2nd Embodiment of this invention of FIG. 本発明の第3の実施形態のモータ駆動装置の全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of the motor drive device of the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態のモータ駆動装置における第1例として、モータの回転数に応じて直流電圧を制御する場合の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement in the case of controlling a DC voltage according to the rotation speed of a motor as a 1st example in the motor drive device of the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態のモータ駆動装置における第2例として、モータの負荷の大きさで全波整流電圧と最大電圧を切替える場合の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement in the case of switching a full wave rectification voltage and a maximum voltage with the magnitude | size of the load of a motor as a 2nd example in the motor drive device of the 3rd Embodiment of this invention.

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1実施形態・整流回路)
本発明に係る整流回路の第1実施形態を図1から図4を参照して説明する。まず、図1と図2を参照して、基本回路構成と基本動作について説明する。
(First embodiment / rectifier circuit)
A first embodiment of a rectifier circuit according to the present invention will be described with reference to FIGS. First, the basic circuit configuration and basic operation will be described with reference to FIGS.

<回路構成>
図1は、第1実施形態の整流回路10の回路構成と、交流電源1と負荷5との接続関係を示す図である。
図1において、第1実施形態の整流回路10は、交流リアクトル2、整流器3、平滑コンデンサ群4、双方向スイッチ回路6、制御器9を備えて構成される。
<Circuit configuration>
FIG. 1 is a diagram illustrating a circuit configuration of the rectifier circuit 10 according to the first embodiment and a connection relationship between the AC power source 1 and the load 5.
In FIG. 1, a rectifier circuit 10 according to the first embodiment includes an AC reactor 2, a rectifier 3, a smoothing capacitor group 4, a bidirectional switch circuit 6, and a controller 9.

交流電源1から出力される交流電力は、一端は直接に、他端は交流リアクトル2を介して、整流器3と、双方向スイッチ回路6に備えられた整流器61のそれぞれの交流側の端子(2端子)に接続される。
整流器61は、ダイオード611、612、613、614によって全波整流の機能を有している。整流器61の交流側の端子は、ダイオード611のアノードとダイオード613のカソードとの接続点である第1端子と、ダイオード612のアノードとダイオード614のカソードとの接続点である第2端子とからなる。
整流器61の直流側の端子は、ダイオード611のカソードとダイオード612のカソードとの接続点である第3端子と、ダイオード613のアノードとダイオード614のアノードとの接続点である第4端子とからなる。
整流器3も整流器61と同様にダイオード4個から構成されて、全波整流の機能を有し、交流側の端子と直流側の端子とを備えている。
The AC power output from the AC power source 1 is directly connected to one end of the AC power source 1 and the other end of the AC power is connected to the AC rectifier 3 of the rectifier 3 and the rectifier 61 provided in the bidirectional switch circuit 6 (2 Terminal).
The rectifier 61 has a full-wave rectification function with diodes 611, 612, 613, and 614. The AC side terminal of the rectifier 61 includes a first terminal that is a connection point between the anode of the diode 611 and the cathode of the diode 613, and a second terminal that is a connection point between the anode of the diode 612 and the cathode of the diode 614. .
The DC side terminal of the rectifier 61 includes a third terminal that is a connection point between the cathode of the diode 611 and the cathode of the diode 612, and a fourth terminal that is a connection point between the anode of the diode 613 and the anode of the diode 614. .
Similarly to the rectifier 61, the rectifier 3 is composed of four diodes, has a full-wave rectification function, and includes an AC side terminal and a DC side terminal.

平滑コンデンサ群4は、直列に接続された平滑コンデンサ41(第1の平滑コンデンサ)と平滑コンデンサ42(第2の平滑コンデンサ)、および平滑コンデンサ43(第3の平滑コンデンサ)とを備えている。
平滑コンデンサ43は、直列に接続された平滑コンデンサ41と平滑コンデンサ42との両端に並列に接続されている。
整流器3の直流側の端子(2端子)は、直列に接続された平滑コンデンサ41と平滑コンデンサ42との両端、および平滑コンデンサ43の両端とに接続されている。
また、平滑コンデンサ群4は、負荷(直流負荷)5に接続されている。
なお、並列接続されている平滑コンデンサ43は、直流電圧の脈動抑制のために接続している。そして、平滑コンデンサ41と平滑コンデンサ42は、後記する本発明の昇圧動作の機能に関連する。
The smoothing capacitor group 4 includes a smoothing capacitor 41 (first smoothing capacitor), a smoothing capacitor 42 (second smoothing capacitor), and a smoothing capacitor 43 (third smoothing capacitor) connected in series.
The smoothing capacitor 43 is connected in parallel to both ends of the smoothing capacitor 41 and the smoothing capacitor 42 connected in series.
The DC side terminal (two terminals) of the rectifier 3 is connected to both ends of the smoothing capacitor 41 and the smoothing capacitor 42 connected in series and both ends of the smoothing capacitor 43.
The smoothing capacitor group 4 is connected to a load (DC load) 5.
The smoothing capacitors 43 connected in parallel are connected to suppress pulsation of the DC voltage. The smoothing capacitor 41 and the smoothing capacitor 42 are related to the function of the boosting operation of the present invention described later.

双方向スイッチ回路6は、整流器61とスイッチング素子62、63とを備えて構成されている。
スイッチング素子62とスイッチング素子63は、直列に接続され、整流器61の直流側の端子(2端子)に接続されている。
スイッチング素子62とスイッチング素子63との接続点は、平滑コンデンサ群4のなかの平滑コンデンサ41と平滑コンデンサ42との接続点に接続されている。
スイッチング素子62とスイッチング素子63は、制御器9によってオンオフ(ON/OFF)を制御される。この制御の方法の詳細については、後記する。
The bidirectional switch circuit 6 includes a rectifier 61 and switching elements 62 and 63.
The switching element 62 and the switching element 63 are connected in series and connected to the DC side terminal (two terminals) of the rectifier 61.
A connection point between the switching element 62 and the switching element 63 is connected to a connection point between the smoothing capacitor 41 and the smoothing capacitor 42 in the smoothing capacitor group 4.
The switching element 62 and the switching element 63 are ON / OFF controlled by the controller 9. Details of this control method will be described later.

<双方向スイッチ回路6の制御方法と整流回路10の動作>
次に、双方向スイッチ回路6の制御方法と整流回路10の動作について説明する。
<Control Method of Bidirectional Switch Circuit 6 and Operation of Rectifier Circuit 10>
Next, the control method of the bidirectional switch circuit 6 and the operation of the rectifier circuit 10 will be described.

《基本的な考え方と制御方法の概略》
本発明の第1実施形態においては、少ないスイッチング回数で高調波電流の抑制と直流電圧の昇圧を両立させようとするものである。
二つの平滑コンデンサ41、42を用いて直流電圧を昇圧する過程において、二つの平滑コンデンサ41、42を充電する過程があるが、電源電圧(瞬時値)と平滑コンデンサ41、42の充電電圧の差によって入力電流が流れる基本構成であるので、充電の仕方によって昇圧の効率や高調波電流の発生の状況が異なる。
したがって、電源電圧(正弦波の瞬時値)が小さい領域では、低電圧の充電電圧Vc2に充電された平滑コンデンサ42を充電し、反対に、電源電圧(正弦波の瞬時値)が大きい領域では、高電圧の充電電圧Vc1に充電された平滑コンデンサ41を充電するように、前記双方向スイッチ回路6を動作させる。
<Outline of basic concept and control method>
In the first embodiment of the present invention, harmonic current suppression and DC voltage boosting are made compatible with a small number of switching operations.
In the process of boosting the DC voltage using the two smoothing capacitors 41, 42, there is a process of charging the two smoothing capacitors 41, 42. The difference between the power supply voltage (instantaneous value) and the charging voltage of the smoothing capacitors 41, 42 Therefore, the boosting efficiency and the generation state of the harmonic current differ depending on the charging method.
Therefore, in the region where the power supply voltage (instantaneous value of the sine wave) is small, the smoothing capacitor 42 charged to the low-voltage charging voltage Vc2 is charged. The bidirectional switch circuit 6 is operated so as to charge the smoothing capacitor 41 charged to the high voltage Vc1.

より具体的には、双方向スイッチ回路6は、前記直列接続された平滑コンデンサ42を直流電圧の半分より低電圧、前記直列接続された平滑コンデンサ41を直流電圧の半分より高電圧になるように(前記平滑コンデンサの充電電圧がアンバランスになるように)を動作させる。
この方法によって、充電の際には十分な電位差がある状態で行うので充電の効率が向上するとともに、電源電圧の入力波形(正弦波)の状態に合わせて充電するので高調波の発生が低減される。
More specifically, the bidirectional switch circuit 6 is configured so that the series-connected smoothing capacitors 42 have a voltage lower than half of the DC voltage, and the series-connected smoothing capacitors 41 have a voltage higher than half of the DC voltage. (So that the charging voltage of the smoothing capacitor is unbalanced).
By this method, charging is performed in a state where there is a sufficient potential difference, so that charging efficiency is improved and generation of harmonics is reduced because charging is performed according to the state of the input waveform (sine wave) of the power supply voltage. The

また、双方向スイッチ回路6は、交流電源1を交流リアクトル2を介して短絡する短絡モードと、直列に接続された平滑コンデンサ41、42の任意の一方を充電する倍電圧整流モードと、直列に接続された平滑コンデンサ41、42の両方を充電する全波整流充電モードとを有する。
そして、前記短絡モードと前記倍電圧充電モードと前記全波整流充電モードを用いて、直流電圧の昇圧動作を行う構成とする。
以上の構成により、前記双方向スイッチ回路のスイッチング回数を減らしても入力電流の高調波成分の抑制が可能となり、任意の直流電圧に昇圧も可能となる。
すなわち、少ないスイッチング回数で高調波電流の抑制と直流電圧の昇圧を両立させようとするものである。
The bidirectional switch circuit 6 includes a short-circuit mode in which the AC power supply 1 is short-circuited via the AC reactor 2, and a voltage doubler rectification mode in which any one of the smoothing capacitors 41 and 42 connected in series is charged in series. A full-wave rectification charging mode in which both of the connected smoothing capacitors 41 and 42 are charged.
The DC voltage is boosted using the short-circuit mode, the voltage doubler charging mode, and the full-wave rectification charging mode.
With the above configuration, the harmonic component of the input current can be suppressed even when the number of switching operations of the bidirectional switch circuit is reduced, and the voltage can be boosted to an arbitrary DC voltage.
That is, the harmonic current is suppressed and the DC voltage is boosted with a small number of times of switching.

《制御方法について》
次に、より具体的な双方向スイッチ回路6の動作を説明する。
図2は、電源電圧Vsと入力電流Isと平滑コンデンサの充電電圧Vc0、Vc1、Vc2及び双方向スイッチ回路のスイッチング素子のゲート信号Gsw1、Gsw2の波形を示すタイムチャートである。
図2において、横軸は時間の推移であって、電源電圧Vsの周期の1周期分(正電圧期間を概ね中央付近に配置)を示しており、電源電圧Vsの正弦波形が低い電圧から高い電圧へ移行する時間帯を領域Iとし、正弦波形が相対的に高い時間帯を領域IIとし、正弦波形が高い電圧から低い電圧へ移行する時間帯を領域IIIと表記している。
また、Vs、Is、Vc0、Vc1、Vc2、Gsw1、Gsw2の各記号は、図1における各記号と対応している。
<About control method>
Next, a more specific operation of the bidirectional switch circuit 6 will be described.
FIG. 2 is a time chart showing waveforms of the power supply voltage Vs, the input current Is, the smoothing capacitor charging voltages Vc0, Vc1, and Vc2 and the gate signals Gsw1 and Gsw2 of the switching elements of the bidirectional switch circuit.
In FIG. 2, the horizontal axis represents the transition of time, which shows one cycle of the power supply voltage Vs (the positive voltage period is arranged in the vicinity of the center), and the sine waveform of the power supply voltage Vs increases from a low voltage to a high voltage. A time zone in which the voltage shifts to voltage is referred to as region I, a time zone in which the sine waveform is relatively high is referred to as region II, and a time zone in which the sine waveform shifts from a high voltage to a low voltage is referred to as region III.
Further, the symbols Vs, Is, Vc0, Vc1, Vc2, Gsw1, and Gsw2 correspond to the symbols in FIG.

平滑コンデンサ42(図1)には直流電圧の半分より低電圧の充電電圧Vc2(例えば50V)、平滑コンデンサ41(図1)には直流電圧の半分より高電圧の充電電圧Vc1(例えば240V)が充電されている。
電源電圧(正弦波)Vsが、立上り時(低い電圧)である領域Iにおいて、ゲート信号Gsw2の制御パルスP22によって、スイッチング素子62(図1)がオンして、平滑コンデンサ42に相対的に低い電圧で充電が行われる。このとき充電電圧Vc2は低電圧であるので充電が可能である。
なお、制御パルスP22のパルス幅やタイミングによって、平滑コンデンサ42に充電される電圧Vc2の大きさが制御できる。
The smoothing capacitor 42 (FIG. 1) has a charging voltage Vc2 (for example, 50V) lower than half the DC voltage, and the smoothing capacitor 41 (FIG. 1) has a charging voltage Vc1 (for example 240V) higher than half the DC voltage. It is charged.
In the region I where the power supply voltage (sine wave) Vs is rising (low voltage), the switching element 62 (FIG. 1) is turned on by the control pulse P22 of the gate signal Gsw2, and is relatively low with respect to the smoothing capacitor 42. Charging is performed with voltage. At this time, since the charging voltage Vc2 is a low voltage, charging is possible.
Note that the magnitude of the voltage Vc2 charged in the smoothing capacitor 42 can be controlled by the pulse width and timing of the control pulse P22.

また、電源電圧(正弦波)Vsが、高い電圧である領域IIにおいて、ゲート信号Gsw1の制御パルスP11によって、スイッチング素子63(図1)がオンして、平滑コンデンサ41に相対的に高い電圧で充電が行われる。
なお、制御パルスP11のパルス幅やタイミングによって、平滑コンデンサ41に充電される電圧Vc1の大きさが制御できる。
Further, in the region II where the power supply voltage (sine wave) Vs is high, the switching element 63 (FIG. 1) is turned on by the control pulse P11 of the gate signal Gsw1, and the smoothing capacitor 41 has a relatively high voltage. Charging is performed.
Note that the magnitude of the voltage Vc1 charged in the smoothing capacitor 41 can be controlled by the pulse width and timing of the control pulse P11.

また、電源電圧(正弦波)Vsが、立下り時である領域IIIにおいて、ゲート信号Gsw2の制御パルスP23によって、スイッチング素子62(図1)がオンする。
なお、電源電圧の立上り時(領域I)は、スイッチング素子62のオン時間を比較的長く(P22)、電源電圧の立下り時(領域III)は、スイッチング素子のオン時間を比較的短く(P23)設定する。この設定によって、入力電流Isは電源位相に一致した波形となり、また比較的に正弦波に近い波形となって、高調波成分が少なくなる。
In the region III where the power supply voltage (sine wave) Vs falls, the switching element 62 (FIG. 1) is turned on by the control pulse P23 of the gate signal Gsw2.
When the power supply voltage rises (region I), the ON time of the switching element 62 is relatively long (P22), and when the power supply voltage falls (region III), the ON time of the switching element is relatively short (P23). ) Set. With this setting, the input current Is has a waveform that matches the power supply phase, and has a waveform that is relatively close to a sine wave, thereby reducing harmonic components.

以上のゲート信号Gsw2の制御パルスP22とゲート信号Gsw1の制御パルスP11は、電源電圧(正弦波)Vsが正の半周期であったが、負の半周期においては、ゲート信号Gsw2の制御パルスP24、P21とゲート信号Gsw1の制御パルスP12によって、平滑コンデンサ42と平滑コンデンサ41とに充電が行われる。なお、電源電圧(正弦波)Vsは、整流器3、61によって全波整流されるので、電源電圧(正弦波)Vsが正の半周期でも負の半周期でも同様に行われる。
なお、ゲート信号Gsw2の制御パルスP21、P22、P23、P24、およびゲート信号Gsw1の制御パルスP11、P12のパルス幅や挿入タイミングは一例にすぎない。実際には実態に応じたパルス幅とタイミングが選択される。
The control pulse P22 of the gate signal Gsw2 and the control pulse P11 of the gate signal Gsw1 have a positive half cycle of the power supply voltage (sine wave) Vs, but in the negative half cycle, the control pulse P24 of the gate signal Gsw2 The smoothing capacitor 42 and the smoothing capacitor 41 are charged by the control pulse P12 of P21 and the gate signal Gsw1. Since the power supply voltage (sine wave) Vs is full-wave rectified by the rectifiers 3 and 61, the same operation is performed whether the power supply voltage (sine wave) Vs is a positive half cycle or a negative half cycle.
Note that the pulse widths and insertion timings of the control pulses P21, P22, P23, and P24 of the gate signal Gsw2 and the control pulses P11 and P12 of the gate signal Gsw1 are merely examples. Actually, the pulse width and timing according to the actual situation are selected.

以上の通り、本実施形態は、前記直列に接続された平滑コンデンサの充電電圧をアンバランスに制御し、電源電圧(瞬時値)が小さい領域では、充電電圧が低電圧となっている平滑コンデンサを充電するように、電源電圧(瞬時値)が大きい領域では、充電電圧が高電圧となっている平滑コンデンサを充電するように、前記双方向スイッチ回路を動作させる。これにより、スイッチング回数が少なくしても、高調波電流の抑制と直流電圧の昇圧とを両立させることが可能な方式となる。
なお、図2は、直列に接続された平滑コンデンサ42、43の任意の一方を充電する倍電圧整流モードである。
また、電源電圧Vsの交流周波数は、日本国内であれば50Hzもしくは60Hzであるので、双方向スイッチ回路6のゲート信号Gsw1、Gsw2は概ね数十Hzから百数十Hz程度であって、従来例に比較すると低周波である。
As described above, in the present embodiment, the charging voltage of the smoothing capacitors connected in series is controlled to be unbalanced, and in a region where the power supply voltage (instantaneous value) is small, the smoothing capacitor whose charging voltage is low is used. In a region where the power supply voltage (instantaneous value) is large so as to be charged, the bidirectional switch circuit is operated so as to charge the smoothing capacitor having a high charging voltage. As a result, even if the number of times of switching is reduced, it is possible to achieve both suppression of harmonic current and boosting of DC voltage.
FIG. 2 shows a voltage doubler rectification mode in which any one of the smoothing capacitors 42 and 43 connected in series is charged.
In addition, since the AC frequency of the power supply voltage Vs is 50 Hz or 60 Hz in Japan, the gate signals Gsw1 and Gsw2 of the bidirectional switch circuit 6 are approximately several tens Hz to several hundreds Hz, which is a conventional example. Compared to the low frequency.

<シミュレーション結果>
次に、図3、図4に(図2に示すスイッチング動作時の)シミュレーション結果の一例を示す。
図3は、負荷2900W、電源電圧200V、平滑コンデンサ電圧(高電圧側)Vc1=240V、平滑コンデンサ電圧(低電圧側)Vc2=50Vに設定したときのシミュレーション結果を示す図である。
また、図4は、負荷2900W、電源電圧200V、平滑コンデンサ電圧(高電圧側)Vc1=300V、平滑コンデンサ電圧(低電圧側)Vc2=50Vに設定したときのシミュレーション結果を示す図である。
図3、図4において、横軸は時間の推移を示し、縦方向において上から、電圧(Vs、Vc0、Vc1、Vc2)、入力電流Is、ゲート信号Gsw1、Gsw2の波形を示している。
なお、図3、図4の結果とも、入力電流Isの波形は、日本の高調波抑制対策ガイドライン(不図示)をクリアしている。
<Simulation results>
Next, FIG. 3 and FIG. 4 show examples of simulation results (during the switching operation shown in FIG. 2).
FIG. 3 is a diagram showing simulation results when the load 2900 W, the power supply voltage 200 V, the smoothing capacitor voltage (high voltage side) Vc1 = 240 V, and the smoothing capacitor voltage (low voltage side) Vc2 = 50 V are set.
FIG. 4 is a diagram showing a simulation result when a load 2900 W, a power supply voltage 200 V, a smoothing capacitor voltage (high voltage side) Vc1 = 300 V, and a smoothing capacitor voltage (low voltage side) Vc2 = 50 V are set.
3 and 4, the horizontal axis indicates the transition of time, and in the vertical direction, from the top, the waveforms of voltage (Vs, Vc0, Vc1, Vc2), input current Is, and gate signals Gsw1, Gsw2.
In both the results of FIGS. 3 and 4, the waveform of the input current Is clears the Japanese harmonic suppression guideline (not shown).

なお、図1〜図4において、平滑コンデンサ41、42の充電電圧Vc1、Vc2は、高電圧側であるVc1が所望の直流電圧値Vc0の半分より大きな値、低電圧側であるVc2が所望の直流電圧値Vc0の半分より小さな値であって、合計値が所望の直流電圧Vc0になるように設定すれば良い。
また、前述したとおり、入力電流波形の高調波抑制を目的とする場合は、低電圧側の設定電圧(Vc2)は、なるべく小さい値に設定することが望ましい。
ただし、平滑コンデンサの容量と負荷を鑑み、低電圧側の平滑コンデンサの充電電圧Vc2が電源周期内で0にならない程度の値に設定する必要もある。
したがって、図3、図4のシミュレーションにおいては、低電圧側の設定電圧(Vc2)は、例えば50V程度が望ましい結果が得られている。
1 to 4, the charging voltages Vc1 and Vc2 of the smoothing capacitors 41 and 42 are such that Vc1 on the high voltage side is larger than half of the desired DC voltage value Vc0 and Vc2 on the low voltage side is desired. What is necessary is just to set so that it may be a value smaller than half of direct-current voltage value Vc0, and a total value may become desired direct-current voltage Vc0.
In addition, as described above, when the purpose is to suppress harmonics of the input current waveform, it is desirable to set the set voltage (Vc2) on the low voltage side as small as possible.
However, in view of the capacity and load of the smoothing capacitor, it is necessary to set the charging voltage Vc2 of the smoothing capacitor on the low voltage side to a value that does not become zero within the power supply cycle.
Therefore, in the simulations of FIG. 3 and FIG. 4, it is desirable that the low-voltage setting voltage (Vc2) is, for example, about 50V.

(第2実施形態・スイッチング方法)
次に、図1の回路構成をそのまま用いるが、双方向スイッチ回路6の第1の実施形態で説明した方法以外の別のスイッチング方法を第2実施形態として説明する。
(Second Embodiment / Switching Method)
Next, although the circuit configuration of FIG. 1 is used as it is, another switching method other than the method described in the first embodiment of the bidirectional switch circuit 6 will be described as a second embodiment.

<別のスイッチング方法>
図5は、双方向スイッチ回路6の別のスイッチング方法を示す図であり、(a)はゲート信号Gsw2をPWM制御した方式、(b)は第1実施形態のスイッチング方法を基に、交流電源1を交流リアクトル2を介して短絡する短絡モードを併用した場合の方式、(c)は(a)のスイッチング方式に、短絡モードを併用した方式である。
<Another switching method>
5A and 5B are diagrams illustrating another switching method of the bidirectional switch circuit 6, in which FIG. 5A is a method in which the gate signal Gsw2 is PWM-controlled, and FIG. 5B is an AC power source based on the switching method of the first embodiment. A method in which a short-circuit mode in which 1 is short-circuited via an AC reactor 2 is used in combination, and (c) is a method in which the short-circuit mode is used in combination with the switching method in (a).

《PWM制御した方式》
図5(a)において、双方向スイッチ回路6(図1)によるスイッチング素子63(図1)のゲート信号Gsw1の制御パルスP11、P12は、図2における制御パルスP11、P12と同じである。
ただし、スイッチング素子62のゲート信号Gsw2が、PWM制御した方式のP21W、P22Wとなっている。ゲート信号Gsw2をPWM信号によるきめ細かい制御とすることによって、整流回路10における高調波を抑制することができる。
ちなみに、ゲート信号Gsw1の制御パルスP11、P12が発生しているときには、ゲート信号Gsw2のPWM信号は停止している。
なお、従来の方式のチョッパでは16kHz程度が用いられるが、図5(a)のゲート信号Gsw2のPWM信号は、キャリアが1kHz程度であるので、PWM制御によって図2の制御方式よりも消費電力は増加するが、従来の方式のチョッパ方式と比較すると低消費電力である。
なお、図5(a)の場合のシミュレーションの結果の詳細は、図6を参照するとともに後記する。
<< PWM controlled system >>
5A, the control pulses P11 and P12 of the gate signal Gsw1 of the switching element 63 (FIG. 1) by the bidirectional switch circuit 6 (FIG. 1) are the same as the control pulses P11 and P12 in FIG.
However, the gate signal Gsw2 of the switching element 62 is P21W and P22W of the PWM controlled method. By making the gate signal Gsw2 finely controlled by the PWM signal, harmonics in the rectifier circuit 10 can be suppressed.
Incidentally, when the control pulses P11 and P12 of the gate signal Gsw1 are generated, the PWM signal of the gate signal Gsw2 is stopped.
In the conventional chopper, about 16 kHz is used, but the PWM signal of the gate signal Gsw2 in FIG. 5A has a carrier of about 1 kHz. Although increased, the power consumption is lower than that of the conventional chopper method.
Details of the simulation result in the case of FIG. 5A will be described later with reference to FIG.

《短絡モードを併用した方式》
次に、図5(b)において、ゲート信号Gsw1には、短絡モードとなる制御パルスPS1、PS2が新たに追加されている。
なお、ゲート信号Gsw1の制御パルスP11、P12と、ゲート信号Gsw2の制御パルスP21、P22、P23、P24は、図2と同様である。
短絡モードとなる制御パルスPS1がゲート信号Gsw1に発生した場合には、ゲート信号Gsw2においても制御パルスP22が発生しているので、スイッチング素子62とスイッチング素子63は、ともにオンする。このとき、交流リアクトル2に交流電源1の電源電圧Vsが印加して、交流リアクトル2は電力を蓄積する。
この短絡モードが入ることによって、入力電流Isの波形が滑らかになる。つまり入力電流Isの高調波成分が抑制される。
<Method using short-circuit mode together>
Next, in FIG. 5B, control pulses PS1 and PS2 for entering the short circuit mode are newly added to the gate signal Gsw1.
The control pulses P11 and P12 of the gate signal Gsw1 and the control pulses P21, P22, P23 and P24 of the gate signal Gsw2 are the same as those in FIG.
When the control pulse PS1 for entering the short-circuit mode is generated in the gate signal Gsw1, the control pulse P22 is also generated in the gate signal Gsw2, so that both the switching element 62 and the switching element 63 are turned on. At this time, the power supply voltage Vs of the AC power supply 1 is applied to the AC reactor 2, and the AC reactor 2 accumulates electric power.
By entering this short-circuit mode, the waveform of the input current Is becomes smooth. That is, the harmonic component of the input current Is is suppressed.

なお、図5(b)に示すように、短絡モードとなる制御パルスPS1、PS2は、電源電圧Vsの電圧波形である正弦波(交流電圧波形)が0(0ボルト)を横切るタイミングで行うことがより望ましい。
これは、スイッチング素子62、63にとっては、ゼロクロススイッチングとなることがノイズや高調波の抑制につながるからである。
また、図5(b)の場合のシミュレーションの結果の詳細は、図7、図9を参照して後記する。
As shown in FIG. 5B, the control pulses PS1 and PS2 that enter the short-circuit mode are performed at a timing when the sine wave (AC voltage waveform) that is the voltage waveform of the power supply voltage Vs crosses 0 (0 volt). Is more desirable.
This is because, for the switching elements 62 and 63, zero cross switching leads to suppression of noise and harmonics.
Details of the simulation result in the case of FIG. 5B will be described later with reference to FIGS.

《PWM制御と短絡モードを併用した方式》
次に、図5(c)において、ゲート信号Gsw1には、図5(a)の制御パルスP11、P12以外に、短絡モードとなる制御パルスPS1、PS2が新たに追加されている。
また、図5(a)におけるゲート信号Gsw2の制御パルスP21wと制御パルスP22wは、図5(c)において、それぞれ(P31w、P22S、P32w)、(P33w、P24S、P34w)となっている。
ゲート信号Gsw1における短絡モードとなる制御パルスPS1、PS2に対して、ゲート信号Gsw2において、P22S、P24Sがそれぞれ発生しているので、スイッチング素子62とスイッチング素子63は、ともにオンする。
<Method using both PWM control and short-circuit mode>
Next, in FIG. 5C, control pulses PS1 and PS2 for entering the short circuit mode are newly added to the gate signal Gsw1 in addition to the control pulses P11 and P12 of FIG.
Further, the control pulse P21w and the control pulse P22w of the gate signal Gsw2 in FIG. 5A are (P31w, P22S, P32w) and (P33w, P24S, P34w) in FIG. 5C, respectively.
Since P22S and P24S are generated in the gate signal Gsw2 with respect to the control pulses PS1 and PS2 in the short circuit mode in the gate signal Gsw1, both the switching element 62 and the switching element 63 are turned on.

したがって、交流リアクトル2に交流電源1の電圧が印加して、交流リアクトル2は電力を蓄積する効果と、PWM制御による効果が併せて起こることによって、入力電流Isのピーク値が低減できると同時に、波形がさらに滑らかになる。つまり入力電流Isの高調波成分が抑制される。
なお、図5(c)に示すように、短絡モードとなる制御パルスPS1、PS2、およびP22S、P24Sは、電源電圧Vsの電圧波形である正弦波(交流電圧波形)が0(0ボルト)を横切るタイミングで行うことがより望ましい。
これは、スイッチング素子62、63にとっては、ゼロクロススイッチングとなることがノイズや高調波の抑制につながるからである。
また、図5(c)の場合のシミュレーションの結果の詳細は、図8、図10を参照して後記する。
Therefore, when the voltage of the AC power source 1 is applied to the AC reactor 2, and the AC reactor 2 has the effect of accumulating electric power and the effect of PWM control, the peak value of the input current Is can be simultaneously reduced. The waveform becomes even smoother. That is, the harmonic component of the input current Is is suppressed.
As shown in FIG. 5C, the control pulses PS1, PS2, and P22S, P24S that are in the short-circuit mode have a sine wave (AC voltage waveform) that is a voltage waveform of the power supply voltage Vs set to 0 (0 volt). It is more desirable to carry out at the timing of crossing.
This is because, for the switching elements 62 and 63, zero cross switching leads to suppression of noise and harmonics.
Details of the simulation result in the case of FIG. 5C will be described later with reference to FIGS.

<シミュレーション結果>
次に、図6から図10に、図5(a)、(b)、(c)で示したスイッチング方式で動作させた時のシミュレーション結果を示す。
なお、図6から図10において、横軸は時間の流れを示し、縦方向において上から、電圧(Vs、Vc0、Vc1、Vc2)、入力電流Is、ゲート信号Gsw1、Gsw2のそれぞれの波形を示している。
<Simulation results>
Next, FIGS. 6 to 10 show simulation results when the switching system shown in FIGS. 5A, 5B, and 5C is operated.
6 to 10, the horizontal axis indicates the flow of time, and in the vertical direction, the waveforms of voltage (Vs, Vc0, Vc1, Vc2), input current Is, and gate signals Gsw1 and Gsw2 are shown from the top. ing.

《図6:図5(a)のスイッチング方式のシミュレーション結果・図3の条件》
図6は、図5(a)のスイッチング方式(動作条件は図3と同じ、負荷2900W、電源電圧200V、平滑コンデンサ電圧(高電圧側)Vc1:240V、平滑コンデンサ電圧(低電圧側)Vc2:50Vに設定)で動作させた場合のシミュレーション結果を示す図である。
図6と図3のそれぞれの入力電流Isの電流波形と比べると、図6における電流波形が滑らかになっており、高調波成分の抑制、とりわけ低次高調波成分の低減が可能になる。
<< FIG. 6: Simulation Results of the Switching System in FIG. 5 (a) / Conditions in FIG. 3 >>
FIG. 6 shows the switching method of FIG. 5A (operating conditions are the same as in FIG. 3, load 2900 W, power supply voltage 200 V, smoothing capacitor voltage (high voltage side) Vc 1: 240 V, smoothing capacitor voltage (low voltage side) Vc 2: It is a figure which shows the simulation result at the time of making it operate | move by setting to 50V.
Compared with the current waveforms of the respective input currents Is in FIG. 6 and FIG. 3, the current waveform in FIG. 6 is smooth, and it is possible to suppress harmonic components, particularly to reduce low-order harmonic components.

《図7:図5(b)のスイッチング方式のシミュレーション結果・図3の条件》
図7は、図5(b)のスイッチング方式(動作条件は図3と同じ)で動作させた場合のシミュレーション結果を示す図である。
図7と図3のそれぞれの入力電流Isの電流波形と比べると、短絡モードが入る為、入力電流Isの立上がりが早くなり、入力電流Isのピーク値が若干、低減できている。その分、高調波成分の発生が抑制されている。
<< FIG. 7: Simulation Results of the Switching Method in FIG. 5 (b) / Conditions in FIG.
FIG. 7 is a diagram illustrating a simulation result when the switching method of FIG. 5B (operating conditions are the same as those in FIG. 3).
Compared with the current waveforms of the respective input currents Is in FIG. 7 and FIG. 3, the short-circuit mode is entered, so that the rise of the input current Is is quickened, and the peak value of the input current Is can be slightly reduced. Accordingly, the generation of harmonic components is suppressed.

《図8:図5(c)のスイッチング方式のシミュレーション結果・図3の条件》
図8は、図5(c)のスイッチング方式(動作条件は図3と同じ)で動作させた場合のシミュレーション結果を示す図である。
図8と図7のそれぞれの入力電流Isの電流波形と比べると、短絡モードが入る為、入力電流Isのピーク値が低減できると同時に、波形が更に滑らかになっている。つまり入力電流Isの高調波成分が抑制される。
<< FIG. 8: Simulation Results of the Switching Method in FIG. 5 (c) / Conditions in FIG.
FIG. 8 is a diagram illustrating a simulation result when the switching method of FIG. 5C (operating conditions are the same as those in FIG. 3).
Compared with the current waveforms of the respective input currents Is in FIG. 8 and FIG. 7, the short circuit mode is entered, so that the peak value of the input current Is can be reduced and the waveform becomes smoother. That is, the harmonic component of the input current Is is suppressed.

《図9:図5(b)のスイッチング方式のシミュレーション結果・図4の条件》
図9は、図5(b)のスイッチング方式(動作条件は図4と同じ、負荷2900W、電源電圧200V、平滑コンデンサ電圧(高電圧側)Vc1:310V、平滑コンデンサ電圧(低電圧側)Vc2:50Vに設定)で動作させた場合のシミュレーション結果を示す図である。
図9と図4とを比べると、短絡モードが入る為、直流電圧(Vc0)を更に昇圧可能となる。
<< FIG. 9: Simulation Results of Switching Method in FIG. 5B / Conditions in FIG. 4 >>
FIG. 9 shows the switching method of FIG. 5B (operating conditions are the same as in FIG. 4, load 2900 W, power supply voltage 200 V, smoothing capacitor voltage (high voltage side) Vc 1: 310 V, smoothing capacitor voltage (low voltage side) Vc 2: It is a figure which shows the simulation result at the time of making it operate | move by setting to 50V.
Comparing FIG. 9 and FIG. 4, since the short circuit mode is entered, the DC voltage (Vc0) can be further boosted.

《図10:図5(c)のスイッチング方式のシミュレーション結果・図4の条件》
図10は、図5(c)のスイッチング方式(動作条件は図4と同じ)で動作させた場合のシミュレーション結果を示す図である。
図10と図9とを比べると、PWM動作が入る為、入力電流Isの電流波形が正弦波状に近づく。直流電圧(Vc0)の昇圧も可能である。
<< FIG. 10: Simulation Results of the Switching Method in FIG. 5 (c) / Conditions in FIG.
FIG. 10 is a diagram illustrating a simulation result when the switching method of FIG. 5C is used (the operation condition is the same as that of FIG. 4).
Comparing FIG. 10 and FIG. 9, since the PWM operation is entered, the current waveform of the input current Is approaches a sine wave shape. The DC voltage (Vc0) can be boosted.

以上の通り、前記双方向スイッチ回路6のスイッチング素子のスイッチング方法を変更することにより、電流波形の改善や直流電圧の制御が自由に行える。
したがって、図示しないが、本整流回路に接続される負荷の状態(入力電流、直流電圧など)に応じてスイッチング方法を変更することも可能である。
また、軽負荷時(例えば、直流電圧の昇圧が不要な時)は、前記スイッチング素子2個を同時オンさせる短絡モードのみを使用して、全波整流回路+電流高調波抑制モードとして動作させることも可能である。
As described above, the current waveform can be improved and the DC voltage can be freely controlled by changing the switching method of the switching element of the bidirectional switch circuit 6.
Therefore, although not shown, the switching method can be changed according to the state of the load connected to the rectifier circuit (input current, DC voltage, etc.).
When the load is light (for example, when it is not necessary to boost the DC voltage), use only the short-circuit mode in which the two switching elements are simultaneously turned on, and operate as a full-wave rectifier circuit + current harmonic suppression mode. Is also possible.

(第3実施形態・モータ駆動装置)
次に、第3実施形態として、第1、第2実施形態の整流回路をモータ駆動装置の整流回路として適用した場合を示す。
Third Embodiment Motor Drive Device
Next, as a third embodiment, a case where the rectifier circuits of the first and second embodiments are applied as a rectifier circuit of a motor drive device will be described.

図11は、本発明の第3の実施形態のモータ駆動装置の全体構成を示す図である。モータ駆動装置は、整流回路11とインバータ装置(インバータ回路)7を備えて構成されている。
図11において、交流電源1、交流リアクトル2、整流器3、平滑コンデンサ群4、制御器9については、図1と同様の構成と機能および動作であるので、重複する説明は省略する。
図11において、図1と異なる部分は、双方向スイッチ回路60の回路構成と、整流回路11の負荷としてPMモータ8と前記PMモータ8を駆動するインバータ装置7が接続された部分の構成である。
FIG. 11 is a diagram illustrating an overall configuration of a motor drive device according to a third embodiment of the present invention. The motor drive device includes a rectifier circuit 11 and an inverter device (inverter circuit) 7.
In FIG. 11, the AC power source 1, AC reactor 2, rectifier 3, smoothing capacitor group 4, and controller 9 have the same configuration, function, and operation as those in FIG.
11 differs from FIG. 1 in the circuit configuration of the bidirectional switch circuit 60 and the configuration in which the PM motor 8 and the inverter device 7 that drives the PM motor 8 are connected as a load of the rectifier circuit 11. .

双方向スイッチ回路60は、ダイオード641とダイオード642を有する整流器64と、ダイオード65と、スイッチング素子62、63を備えて構成されている。
整流器64とダイオード65によって、図1の整流器61と等価の機能を果たす。
したがって、図11の双方向スイッチ回路60は、図1で述べた双方向スイッチ回路6と概ね同様の動作をするので、詳細な説明は省略する。
図11に示す整流回路11の回路構成は、図1で述べた整流回路10に比較して、ダイオードの部品点数を1個、削減することができる長所がある。
The bidirectional switch circuit 60 includes a rectifier 64 having a diode 641 and a diode 642, a diode 65, and switching elements 62 and 63.
A function equivalent to that of the rectifier 61 of FIG. 1 is achieved by the rectifier 64 and the diode 65.
Therefore, the bidirectional switch circuit 60 of FIG. 11 operates in substantially the same manner as the bidirectional switch circuit 6 described in FIG.
The circuit configuration of the rectifier circuit 11 shown in FIG. 11 has an advantage that the number of diode components can be reduced by one as compared with the rectifier circuit 10 described in FIG.

また、インバータ装置7は、入力である直流電力(直流電圧)を任意の周波数と交流電圧の三相交流電力に変換し、出力するものであって、PMモータ(Permanent Magnetモータ、永久磁石モータ、永久磁石同期モータ、モータ)8を回転数制御できる制御器並びに制御手法が備わっている。
第3実施形態のモータ駆動装置の特徴は、前述した整流回路11(または整流回路10)を用いたことにあるので、インバータ装置7についての詳細な説明は省略する。
ここでは、図12、図13を用いて、モータ駆動装置として考えた場合の、直流電圧の昇圧の仕方と総合効率の関係から整流回路11(10)の動作について述べる。
Further, the inverter device 7 converts input DC power (DC voltage) into three-phase AC power having an arbitrary frequency and AC voltage, and outputs it. A PM motor (Permanent Magnet motor, permanent magnet motor, A controller and a control method capable of controlling the rotational speed of a permanent magnet synchronous motor (motor) 8 are provided.
Since the motor drive device of the third embodiment is characterized by using the rectifier circuit 11 (or rectifier circuit 10) described above, detailed description of the inverter device 7 is omitted.
Here, the operation of the rectifier circuit 11 (10) will be described using FIG. 12 and FIG. 13 from the relationship between the DC voltage boosting method and the overall efficiency when considered as a motor drive device.

<モータ駆動装置の直流電圧の昇圧の仕方と総合効率>
図12、図13に、横軸にモータの回転数もしくは負荷(負荷状態)、縦軸に直流電圧及びモータを含むモータ駆動装置の総合効率(インバータ装置7が出力する三相交流電力/整流器11に入力する交流電力)の変化イメージを、それぞれ第1例、第2例として示す。
なお、図12、図13におい、総合効率は、全波整流電圧(双方向スイッチ回路停止状態)でモータを駆動した場合(実線)と、直流電圧を変化(双方向スイッチ回路動作状態)させてモータを駆動した場合(点線)で示す。
<How to boost DC voltage and overall efficiency of motor drive>
12 and 13, the horizontal axis represents the motor speed or load (load state), and the vertical axis represents the DC motor and the overall efficiency of the motor driving device including the motor (three-phase AC power / rectifier 11 output by the inverter device 7. The change image of the AC power input to (1) is shown as a first example and a second example, respectively.
In FIGS. 12 and 13, the overall efficiency is obtained by changing the DC voltage (bidirectional switch circuit operating state) when the motor is driven with a full-wave rectified voltage (bidirectional switch circuit stopped state). This is indicated by the case where the motor is driven (dotted line).

《第1例:モータの回転数に応じて直流電圧を制御する方式》
図12は、第1例として、モータの回転数に応じて直流電圧を制御する場合の動作を説明する図である。横軸はモータの回転数(単位時間の回転数)であり、縦方向には整流回路の効率と、整流回路の整流した直流電圧の相対的な特性値を示している。
図12において、低回転時は、前記双方向スイッチ回路の動作を停止(スイッチ回路停止域)し、全波整流回路として使用する。
このとき、直流電圧は全波整流電圧(特性線123A)となり、低い直流電圧でモータを駆動できるため、総合効率は向上する(双方向スイッチ回路の損失が発生しない:特性線120)。
しかし、高回転になると、低い直流電圧では駆動ができなくなり、弱め界磁制御(無効電流を多く流す制御)技術を使用して駆動する必要がある為、総合効率が低下する(特性線122)。
<< First Example: Method for Controlling DC Voltage According to Motor Rotation Speed >>
FIG. 12 is a diagram for explaining the operation when the DC voltage is controlled in accordance with the rotational speed of the motor as a first example. The horizontal axis represents the motor rotation speed (rotation speed per unit time), and the vertical direction represents the efficiency of the rectifier circuit and the relative characteristic value of the rectified DC voltage of the rectifier circuit.
In FIG. 12, at the time of low rotation, the operation of the bidirectional switch circuit is stopped (switch circuit stop area) and used as a full-wave rectifier circuit.
At this time, the DC voltage becomes a full-wave rectified voltage (characteristic line 123A), and the motor can be driven with a low DC voltage, so that the overall efficiency is improved (the loss of the bidirectional switch circuit does not occur: characteristic line 120).
However, when the rotation speed is high, driving cannot be performed with a low DC voltage, and it is necessary to drive using field-weakening control (control that causes a large amount of reactive current to flow), resulting in a decrease in overall efficiency (characteristic line 122).

そこで、双方向スイッチ回路60(図11)を動作(スイッチ回路操作域、導通時間可変域)させることで、所望の直流電圧(特性線123B)に制御すれば、モータは弱め界磁制御を用いずに駆動ができるため、効率良い駆動が可能となる(特性線121)。
なお、回転数がさらに上昇した場合には、双方向スイッチ回路60と平滑コンデンサ群4(図11)の組み合わせによる昇圧の最大電圧(特性線123C)に達する。
また、ここで、双方向スイッチ回路60のスイッチング方法は、第1、第2実施形態における方法を組合せることで可能である。
また、第3実施形態および第1実施形態で示した整流回路(双方向スイッチ回路60は、PWM制御時でも概ね1kHz、PWM制御をしない場合はさらに低周波数)は、昇圧チョッパ回路のように高速(概ね16kHz)のスイッチング動作による昇圧をしていないため、スイッチング損失が少なく、昇圧チョッパ回路を用いた方式に比べても総合効率を向上できる。
Therefore, by controlling the desired DC voltage (characteristic line 123B) by operating the bidirectional switch circuit 60 (FIG. 11) (switch circuit operation range, conduction time variable range), the motor does not use field-weakening control. Since driving is possible, efficient driving is possible (characteristic line 121).
Note that, when the rotational speed further increases, the maximum voltage (characteristic line 123 </ b> C) boosted by the combination of the bidirectional switch circuit 60 and the smoothing capacitor group 4 (FIG. 11) is reached.
Here, the switching method of the bidirectional switch circuit 60 is possible by combining the methods in the first and second embodiments.
Further, the rectifier circuit shown in the third embodiment and the first embodiment (the bidirectional switch circuit 60 is approximately 1 kHz even during PWM control, and even lower frequency when PWM control is not performed) is as fast as a boost chopper circuit. Since the voltage is not boosted by the switching operation (approximately 16 kHz), switching loss is small, and the overall efficiency can be improved as compared with the system using the boost chopper circuit.

《第2例:モータの負荷の大きさで全波整流電圧と最大電圧を切替える方式》
図13は、モータの負荷の大きさで全波整流電圧と最大電圧を切替える場合の動作を説明する図である。つまり、図13は、図12に示した様に直流電圧の可変は行わず、所定の負荷条件で全波整流動作(双方向スイッチ回路動作停止)と最大電圧動作(双方向スイッチ回路動作)を切替える方式の例を示している。
また、横軸は負荷の値(負荷状態)であり、縦方向には整流回路の効率と、整流回路の整流した直流電圧の相対的な特性値を示している。
図13において、負荷が軽く、スイッチ回路停止域(双方向スイッチ回路動作停止)では、全波整流動作を行うので全波整流電圧は、特性線133Aに示すように概ね一定であり、総合効率は特性線130のように、比較的、高い効率である。
しかしながら負荷が上昇してくると、整流回路11(図11)が適切な直流電圧をインバータ装置7(図11)に供給できないため、総合効率を示す特性線130は低下してくる。
さらに負荷が重くなると、スイッチ回路停止のままでは、特性線132に示すように、著しく総合効率が低下していく。
<< Second example: Method of switching full-wave rectified voltage and maximum voltage depending on motor load >>
FIG. 13 is a diagram for explaining the operation when the full-wave rectified voltage and the maximum voltage are switched according to the load of the motor. That is, FIG. 13 does not change the DC voltage as shown in FIG. 12, and performs full-wave rectification operation (bidirectional switch circuit operation stop) and maximum voltage operation (bidirectional switch circuit operation) under a predetermined load condition. An example of a switching method is shown.
The horizontal axis represents the load value (load state), and the vertical direction represents the efficiency of the rectifier circuit and the relative characteristic value of the rectified DC voltage of the rectifier circuit.
In FIG. 13, since the load is light and the switch circuit stop region (bidirectional switch circuit operation stop) is performed, the full-wave rectification operation is performed. Therefore, the full-wave rectification voltage is substantially constant as shown by the characteristic line 133A. Like the characteristic line 130, the efficiency is relatively high.
However, when the load increases, the rectifier circuit 11 (FIG. 11) cannot supply an appropriate DC voltage to the inverter device 7 (FIG. 11), and the characteristic line 130 indicating the overall efficiency decreases.
If the load becomes heavier, the overall efficiency will decrease significantly as indicated by the characteristic line 132 when the switch circuit is stopped.

したがって、所定の負荷に達したときに、双方向スイッチ回路60(図11)を動作させる(スイッチ回路操作域)。すると整流回路11の整流された直流電圧は、特性線133Cに示す最大電圧となる。
このとき、インバータ装置7に十分な直流電圧が供給されるので、総合効率は、特性線131(スイッチ回路動作)に示すように、スイッチ回路停止のままの特性線132の効率に比較して格段に改善できる。
本方式は、直流電圧を細かく制御しないので制御構成は簡素化できる。よって、通常は軽負荷での駆動が主で、偶に高負荷起動が必要なアプリケーション(例えば冷蔵庫など)に適用すると良い。
Therefore, when the predetermined load is reached, the bidirectional switch circuit 60 (FIG. 11) is operated (switch circuit operation area). Then, the rectified DC voltage of the rectifier circuit 11 becomes the maximum voltage indicated by the characteristic line 133C.
At this time, since a sufficient DC voltage is supplied to the inverter device 7, the overall efficiency is much higher than the efficiency of the characteristic line 132 when the switch circuit is stopped, as shown by the characteristic line 131 (switch circuit operation). Can be improved.
Since this method does not finely control the DC voltage, the control configuration can be simplified. Therefore, it is preferable to apply to an application (for example, a refrigerator, etc.) that is usually driven at a light load and needs to be activated at a high load.

以上、第1例、第2例に示すとおり、本発明の整流回路をモータ駆動装置に適用した場合、モータ8の軽負荷時は双方向スイッチ回路60の動作を停止させ、高負荷時に双方向スイッチ回路60の動作を行わせるようなモータ8の負荷状態に応じて動作を変更するとことで高効率化と広範囲駆動化の両立が可能なモータ駆動装置、及びこれを用いた機器を実現することが可能になる。   As described above, as shown in the first and second examples, when the rectifier circuit of the present invention is applied to a motor driving device, the operation of the bidirectional switch circuit 60 is stopped when the motor 8 is lightly loaded, and bidirectionally when the motor 8 is heavily loaded. To realize a motor drive device that can achieve both high efficiency and wide range drive by changing the operation according to the load state of the motor 8 that causes the switch circuit 60 to operate, and an apparatus using the same. Is possible.

(その他の実施形態)
本発明は前記の実施形態に限定されるものではない。以下に例をあげる。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiment described above. Here are some examples:

《3段以上に直列に接続された平滑コンデンサ》
図1、図11において、平滑コンデンサ群4における昇圧動作をする平滑コンデンサ41と平滑コンデンサ42は2個のコンデサを直列に構成したものであった。
しかしながら、2個のコンデンサに限定されるものではない。例えば3個(第1、第2、第3)のコンデンサ(平滑コンデンサ)を直列に接続して、交流電源1(図1)の電源電圧Vsの波形の電圧が相対的に低い電圧のときには第3のコンデンサに充電する(Vc3)。そして、電源電圧Vsの波形の電圧が相対的に中程度の電圧のときにはように、第2のコンデンサに充電する(Vc2)。また、電源電圧Vsの波形の電圧が相対的に高い電圧のときには、第1のコンデンサに充電する(Vc1)。
以上のように、3個(第1、第2、第3)のコンデンサに充電するように双方向スイッチ回路(図1の双方向スイッチ回路6に対応)を構成する。なお、このとき双方向スイッチ回路における整流器は、図1の整流器61と同一でよいが、スイッチング素子は少なくとも3個が必要であり、かつ制御器9(図1)の制御方法を前記の充電の制御が適切に行えるように設計する。
<< Smoothing capacitors connected in series in three or more stages >>
In FIG. 1 and FIG. 11, the smoothing capacitor 41 and the smoothing capacitor 42 that perform the step-up operation in the smoothing capacitor group 4 are configured by two capacitors in series.
However, it is not limited to two capacitors. For example, when three (first, second, and third) capacitors (smoothing capacitors) are connected in series and the voltage of the power supply voltage Vs of the AC power supply 1 (FIG. 1) is relatively low, the first 3 is charged (Vc3). Then, the second capacitor is charged (Vc2) as when the voltage of the waveform of the power supply voltage Vs is a relatively medium voltage. Further, when the voltage of the waveform of the power supply voltage Vs is a relatively high voltage, the first capacitor is charged (Vc1).
As described above, the bidirectional switch circuit (corresponding to the bidirectional switch circuit 6 in FIG. 1) is configured so as to charge three (first, second, and third) capacitors. At this time, the rectifier in the bidirectional switch circuit may be the same as that of the rectifier 61 in FIG. 1, but at least three switching elements are required, and the control method of the controller 9 (FIG. 1) is the same as that of the charging. Design for proper control.

このとき、平滑コンデンサ群4の出力する直流電圧は(Vc1+Vc2+Vc3)となり昇圧の効率がよくなる。なお、3個のコンデンサの各充電電圧Vc1、Vc2、Vc3は、それぞれ異なるようにアンバランスに設定される。
また、第1、第2、第3のコンデンサの充電の際に、電源電圧Vsの波形の電圧が相対的に低い電圧、中程度の電圧、高い電圧のそれぞれの場合に応じて、分担して充電されるので、電源電圧Vsの正弦波形の変化に応じて各充電がなされるために高調波電流の発生もさらに抑制される。
したがって、少ないスイッチング回数で高調波電流の抑制と直流電圧の昇圧を両立させる整流回路が提供できる。
At this time, the DC voltage output from the smoothing capacitor group 4 is (Vc1 + Vc2 + Vc3), and the boosting efficiency is improved. The charging voltages Vc1, Vc2, and Vc3 of the three capacitors are set to be unbalanced so as to be different from each other.
Also, when charging the first, second, and third capacitors, the voltage of the waveform of the power supply voltage Vs is shared according to each of the relatively low voltage, medium voltage, and high voltage. Since the charging is performed, each charging is performed according to the change in the sine waveform of the power supply voltage Vs, so that the generation of harmonic current is further suppressed.
Therefore, it is possible to provide a rectifier circuit that can suppress harmonic current and boost DC voltage with a small number of switching operations.

さらに、平滑コンデンサ群4における昇圧動作をする平滑コンデンサの直列の段数(個数)は、3段以下に限定されるものではない。4段以上にしてもよい。
このとき、さらに昇圧の効率の向上と、高調波電流の発生が抑制される。なお、4段以上の複数のコンデンサの各充電電圧は、前記の特性の向上のために、それぞれ異なるようにアンバランスに設定される。
Furthermore, the number (number) of series of smoothing capacitors performing the boosting operation in the smoothing capacitor group 4 is not limited to three or less. Four or more stages may be used.
At this time, further improvement in boosting efficiency and generation of harmonic current are suppressed. Note that the charging voltages of the capacitors of four or more stages are set to be unbalanced so as to be different from each other in order to improve the characteristics.

《スイッチング素子のデバイス》
また、図1、図11において、双方向スイッチ回路(6、60)におけるスイッチング素子62、63は、スイッチング機能を有すればよいので、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)、バイポーラトランジスタ(Bipolar junction transistor)、BiCMOS(Bipolar Complementary Metal Oxide Semiconductor)などの素子、デバイスが適用できる。
《Switching device》
In FIG. 1 and FIG. 11, the switching elements 62 and 63 in the bidirectional switch circuit (6, 60) may have a switching function, so that an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor). Elements and devices such as Field-Effect Transistor, Bipolar junction transistor, and BiCMOS (Bipolar Complementary Metal Oxide Semiconductor) can be applied.

《スイッチング素子の並列ダイオード》
また、図1、図11において、双方向スイッチ回路(6、60)におけるスイッチング素子62、63には、それぞれにダイオードが並列に接続されているように表記されているが、例えばMOSFETであれば、寄生ダイオードが存在するので、あえて外付けのダイオードを付加する必要はない。
<Parallel diode of switching element>
In FIG. 1 and FIG. 11, the switching elements 62 and 63 in the bidirectional switch circuit (6, 60) are shown as having diodes connected in parallel to each other. Since there is a parasitic diode, it is not necessary to add an external diode.

《双方向スイッチ回路のスイッチング方法》
本発明は、図2及び図5に示すスイッチング方法に限定するものではなく、その他のスイッチング方法でも適用可能である。つまり、発生するパルスのタイミングや、パルス幅、PWM方式の有無の変更や組み合わせが様々に可能である。
<Switching method of bidirectional switch circuit>
The present invention is not limited to the switching method shown in FIGS. 2 and 5 and can be applied to other switching methods. In other words, various changes and combinations of the timing of the generated pulses, the pulse width, and the presence or absence of the PWM method are possible.

《モータ駆動装置に用いる整流回路》
第3実施形態のモータ駆動装置においては、整流回路11を用いて説明したが、図1で説明した整流回路10を用いてもよい。また、整流回路11、10における双方向スイッチ回路(60、6)の制御方法も様々に可能である。
《Rectifier circuit used in motor drive device》
In the motor drive device of the third embodiment, the rectifier circuit 11 has been described. However, the rectifier circuit 10 described in FIG. 1 may be used. Various control methods for the bidirectional switch circuits (60, 6) in the rectifier circuits 11, 10 are also possible.

1 交流電源
2 交流リアクトル
3、61、64 整流器
4 平滑コンデンサ群
5 負荷、直流負荷
6、60 双方向スイッチ回路
7 インバータ装置(インバータ回路)
8 PMモータ(モータ、永久磁石同期モータ)
9 制御器
10、11 整流回路
41 平滑コンデンサ(第1の平滑コンデンサ)
42 平滑コンデンサ(第2の平滑コンデンサ)
43 平滑コンデンサ(第3の平滑コンデンサ)
62、63 スイッチング素子
65、611、612、613、614、641、642 ダイオード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC power source 2 AC reactor 3, 61, 64 Rectifier 4 Smoothing capacitor group 5 Load, DC load 6, 60 Bidirectional switch circuit 7 Inverter device (inverter circuit)
8 PM motor (motor, permanent magnet synchronous motor)
9 Controller 10, 11 Rectifier circuit 41 Smoothing capacitor (first smoothing capacitor)
42 Smoothing capacitor (second smoothing capacitor)
43 Smoothing capacitor (third smoothing capacitor)
62, 63 Switching element 65, 611, 612, 613, 614, 641, 642 Diode

Claims (8)

交流電源に接続される交流リアクトルと、
交流側は前記交流リアクトルを介して前記交流電源に接続され、直流側は直流負荷に接続される整流器と、
前記整流器の直流側と前記直流負荷との間に設けられる直列接続された複数の平滑コンデンサと、
前記整流器の交流側と前記直列接続された複数の平滑コンデンサの接続点との間に設けられる双方向スイッチ回路と、
を備え、
前記直列接続された複数の平滑コンデンサの各充電電圧はアンバランスであることを特徴とする整流回路。
An AC reactor connected to an AC power source;
The AC side is connected to the AC power supply via the AC reactor, the DC side is connected to a DC load, and a rectifier,
A plurality of smoothing capacitors connected in series provided between the DC side of the rectifier and the DC load;
A bidirectional switch circuit provided between the AC side of the rectifier and the connection points of the plurality of smoothing capacitors connected in series;
With
The rectifier circuit according to claim 1, wherein the charging voltages of the plurality of smoothing capacitors connected in series are unbalanced.
交流電源に接続される交流リアクトルと、
交流側は前記交流リアクトルを介して前記交流電源に接続され、直流側は直流負荷に接続される整流器と、
前記整流器の直流側と前記直流負荷との間に設けられる直列接続された第1の平滑コンデンサと第2の平滑コンデンサと、
前記整流器の交流側と前記直列接続された前記第1の平滑コンデンサと前記第2の平滑コンデンサの接続点との間に設けられる双方向スイッチ回路と、
を備え、
前記第2の平滑コンデンサの両端の電圧が直流電圧の半分より低電圧であり、前記第1の平滑コンデンサの両端の電圧が直流電圧の半分より高電圧であることを特徴とする整流回路。
An AC reactor connected to an AC power source;
The AC side is connected to the AC power supply via the AC reactor, the DC side is connected to a DC load, and a rectifier,
A first smoothing capacitor and a second smoothing capacitor connected in series provided between the DC side of the rectifier and the DC load;
A bidirectional switch circuit provided between the AC side of the rectifier and the connection point of the first smoothing capacitor and the second smoothing capacitor connected in series;
With
The voltage across the second smoothing capacitor is lower than half the DC voltage, and the voltage across the first smoothing capacitor is higher than half the DC voltage.
請求項2に記載の整流回路において、
前記双方向スイッチ回路は、
前記交流電源を前記交流リアクトルを介して短絡する短絡モードと、
前記直列に接続された第1、第2の平滑コンデンサの任意の一方を充電する倍電圧整流モードと、
前記直列に接続された第1、第2の平滑コンデンサの両方を充電する全波整流充電モードと、
を有することを特徴とする整流回路。
The rectifier circuit according to claim 2,
The bidirectional switch circuit is
A short-circuit mode in which the AC power supply is short-circuited through the AC reactor;
A voltage doubler rectification mode for charging any one of the first and second smoothing capacitors connected in series;
A full-wave rectification charging mode for charging both the first and second smoothing capacitors connected in series;
A rectifier circuit comprising:
請求項3に記載の整流回路において、
前記短絡モードは前記交流電源の交流電圧が0ボルトとなるタイミングで行われていることを特徴とする整流回路。
The rectifier circuit according to claim 3,
The short circuit mode is performed at a timing when the AC voltage of the AC power supply becomes 0 volts.
請求項2に記載の整流回路において、
前記双方向スイッチ回路は、
前記交流電源の瞬時電圧が所定値より低い領域では、前記第2の平滑コンデンサを充電し、
前記交流電源の瞬時電圧が所定値より等しいか高い領域では、前記第1の平滑コンデンサを充電する
ように動作することを特徴とする整流回路。
The rectifier circuit according to claim 2,
The bidirectional switch circuit is
In a region where the instantaneous voltage of the AC power source is lower than a predetermined value, the second smoothing capacitor is charged,
A rectifier circuit that operates to charge the first smoothing capacitor in a region where the instantaneous voltage of the AC power supply is equal to or higher than a predetermined value.
請求項1または請求項2に記載の整流回路において、
前記整流回路の接続されている直流負荷に流れる電流値が所定値より小さい時は、前記双方向スイッチ回路の動作を停止することを特徴とする整流回路。
The rectifier circuit according to claim 1 or 2,
When the value of the current flowing through the DC load connected to the rectifier circuit is smaller than a predetermined value, the operation of the bidirectional switch circuit is stopped.
請求項1または請求項2に記載の整流回路を備え、
前記直流負荷としてインバータ回路及びモータからなるモータ駆動装置を接続し、前記モータの負荷状態もしくは回転数に応じて、前記双方向スイッチ回路のスイッチング動作を制御することを特徴とするモータ駆動装置。
A rectifier circuit according to claim 1 or claim 2,
A motor drive device comprising an inverter circuit and a motor as the DC load is connected, and the switching operation of the bidirectional switch circuit is controlled in accordance with the load state or rotation speed of the motor.
請求項7に記載のモータ駆動装置において、
前記モータの負荷状態もしくは回転数に応じて、前記双方向スイッチ回路のスイッチング動作を停止するモードと、前記双方向スイッチ回路のスイッチング動作を行わせるモードとを備えることを特徴とするモータ駆動装置。
In the motor drive device according to claim 7,
A motor drive device comprising: a mode for stopping a switching operation of the bidirectional switch circuit according to a load state or a rotation speed of the motor; and a mode for performing a switching operation of the bidirectional switch circuit.
JP2012097270A 2012-04-23 2012-04-23 Rectification circuit and motor drive device using the same Expired - Fee Related JP5928946B2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012097270A JP5928946B2 (en) 2012-04-23 2012-04-23 Rectification circuit and motor drive device using the same
KR1020130014792A KR101457569B1 (en) 2012-04-23 2013-02-12 Rectifier circuit and motor driving device using the same
CN201310053239.0A CN103378754B (en) 2012-04-23 2013-02-19 The motor drive of rectification circuit and employing rectification circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012097270A JP5928946B2 (en) 2012-04-23 2012-04-23 Rectification circuit and motor drive device using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013225998A true JP2013225998A (en) 2013-10-31
JP5928946B2 JP5928946B2 (en) 2016-06-01

Family

ID=49463418

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012097270A Expired - Fee Related JP5928946B2 (en) 2012-04-23 2012-04-23 Rectification circuit and motor drive device using the same

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP5928946B2 (en)
KR (1) KR101457569B1 (en)
CN (1) CN103378754B (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016051797A1 (en) * 2014-09-30 2016-04-07 ダイキン工業株式会社 Electric power conversion device
WO2018020635A1 (en) * 2016-07-28 2018-02-01 三菱電機株式会社 Alternating current-direct current conversion device, module, power conversion device, and air conditioning device
JP2018148604A (en) * 2017-03-01 2018-09-20 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. Rectification device, power supply device, motor device and air conditioning device
WO2021090522A1 (en) * 2019-11-06 2021-05-14 株式会社日立産機システム Power conversion device and press apparatus
JP2022001016A (en) * 2020-05-28 2022-01-04 日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社 Dc power source device and air conditioner
JP7386192B2 (en) 2021-02-03 2023-11-24 株式会社日立産機システム power converter
US11984816B2 (en) 2019-11-06 2024-05-14 Hitachi Industrial Equipment Systems Co., Ltd. Power conversion device and press apparatus

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101534140B1 (en) * 2014-02-06 2015-07-07 포항공과대학교 산학협력단 Apparatus for controlling power source for ion pump, circuit for controlling power source and method for controlling of apparatus for controlling power source
JP6478881B2 (en) * 2015-09-07 2019-03-06 日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社 DC power supply and air conditioner
CN110971172A (en) * 2018-09-30 2020-04-07 广东美芝制冷设备有限公司 Control circuit of compressor

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050057210A1 (en) * 2003-09-09 2005-03-17 Mitsuo Ueda Converter circuit and motor driving apparatus
JP2009261077A (en) * 2008-04-15 2009-11-05 Mitsubishi Electric Corp Alternating current-direct current converter, compressor driving device, and air conditioner
JP2010068552A (en) * 2008-09-08 2010-03-25 Mitsubishi Electric Corp Ac-dc converter, control method for the ac-dc converter, heat pump water heater, and air conditioner
EP2290793A1 (en) * 2009-08-31 2011-03-02 Hitachi Industrial Equipment Systems Co., Ltd. Converter device, module for driving motor, refrigerating apparatus, harmonic reducing device

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6137700A (en) * 1997-10-08 2000-10-24 Daikin Industries, Ltd. Converter with a high power factor using a DC center point voltage
JP2000166241A (en) * 1998-11-26 2000-06-16 Sanyo Electric Co Ltd Power supply
JP4337316B2 (en) * 2001-09-28 2009-09-30 ダイキン工業株式会社 Power converter
US20040246042A1 (en) * 2003-05-09 2004-12-09 Ta-Yung Yang [balance apparatus for line input capacitors ]
JP2008099512A (en) * 2006-10-16 2008-04-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Power supply unit
JP5557660B2 (en) * 2010-09-10 2014-07-23 株式会社日立産機システム Power conversion device and equipment using the same

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050057210A1 (en) * 2003-09-09 2005-03-17 Mitsuo Ueda Converter circuit and motor driving apparatus
JP2005110491A (en) * 2003-09-09 2005-04-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Converter circuit and motor drive device
JP2009261077A (en) * 2008-04-15 2009-11-05 Mitsubishi Electric Corp Alternating current-direct current converter, compressor driving device, and air conditioner
JP2010068552A (en) * 2008-09-08 2010-03-25 Mitsubishi Electric Corp Ac-dc converter, control method for the ac-dc converter, heat pump water heater, and air conditioner
EP2290793A1 (en) * 2009-08-31 2011-03-02 Hitachi Industrial Equipment Systems Co., Ltd. Converter device, module for driving motor, refrigerating apparatus, harmonic reducing device
JP2011055568A (en) * 2009-08-31 2011-03-17 Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd Converter device, module for driving motor, refrigerating apparatus, harmonic reducing device

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113014124A (en) * 2014-09-30 2021-06-22 大金工业株式会社 Power conversion device
US10439542B2 (en) 2014-09-30 2019-10-08 Daikin Industries, Ltd. Electric power conversion device
US20170279398A1 (en) * 2014-09-30 2017-09-28 Daikin Industries, Ltd. Electric power conversion device
JP2016073203A (en) * 2014-09-30 2016-05-09 ダイキン工業株式会社 Power conversion device
WO2016051797A1 (en) * 2014-09-30 2016-04-07 ダイキン工業株式会社 Electric power conversion device
WO2018020635A1 (en) * 2016-07-28 2018-02-01 三菱電機株式会社 Alternating current-direct current conversion device, module, power conversion device, and air conditioning device
JPWO2018020635A1 (en) * 2016-07-28 2018-10-25 三菱電機株式会社 AC / DC converter, module, power converter, and air conditioner
JP2018148604A (en) * 2017-03-01 2018-09-20 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. Rectification device, power supply device, motor device and air conditioning device
JP2021078191A (en) * 2019-11-06 2021-05-20 株式会社日立産機システム Power conversion device and press apparatus
WO2021090522A1 (en) * 2019-11-06 2021-05-14 株式会社日立産機システム Power conversion device and press apparatus
JP7213166B2 (en) 2019-11-06 2023-01-26 株式会社日立産機システム Power conversion device and press device
US11984816B2 (en) 2019-11-06 2024-05-14 Hitachi Industrial Equipment Systems Co., Ltd. Power conversion device and press apparatus
JP2022001016A (en) * 2020-05-28 2022-01-04 日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社 Dc power source device and air conditioner
JP7152578B2 (en) 2020-05-28 2022-10-12 日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社 DC power supply and air conditioner
JP7386192B2 (en) 2021-02-03 2023-11-24 株式会社日立産機システム power converter

Also Published As

Publication number Publication date
JP5928946B2 (en) 2016-06-01
CN103378754B (en) 2015-09-16
KR101457569B1 (en) 2014-11-03
KR20130119338A (en) 2013-10-31
CN103378754A (en) 2013-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5928946B2 (en) Rectification circuit and motor drive device using the same
Bist et al. PFC Cuk converter-fed BLDC motor drive
US20130264984A1 (en) Power Converting Apparatus
Singh et al. Voltage controlled PFC Zeta converter based PMBLDCM drive for an air-conditioner
JP2013055817A (en) Control device for power conversion device
Haga et al. High power factor control of electrolytic capacitor less current-fed single-phase to three-phase power converter
CN104079227B (en) A kind of have the electric system reducing common mode disturbances ability
Hota et al. Novel Boost Inverter Configuration and 3-ϕ Induction Motor Drive for Home Appliances
WO2017145339A1 (en) Dc power supply, and refrigeration-cycle application device
JP5923386B2 (en) Converter device and motor driving device using the same
JP2017184397A (en) Three-phase voltage doubler rectifier circuit, inverter device, air conditioner, control method and program of three-phase voltage doubler rectifier
Itoh et al. Square-wave operation for a single-phase-PFC three-phase motor drive system without a reactor
Takahashi et al. High power factor control for current-source type single-phase to three-phase matrix converter
Singh et al. Power factor correction in permanent magnet brushless DC motor drive using single-phase Cuk converter
Kudoh et al. A novel single to two-phase matrix converter for driving a symmetrically designed two-phase induction motor
Singh et al. A power factor corrected PMBLDCM drive for air-conditioner using bridge converter
Aydogmus et al. Design of a two-phase pmsm fed by an ac-ac converter
Endo et al. Power Electronics Technology Applied in Inverter Air Conditioners
Nishio et al. Electrolytic capacitor-less dual inverter-fed IPMSM for constant torque and high power factor
Pavithra et al. Zeta converter fed BLDC motor for Power Factor Correction and speed control
Singh et al. Half bridge boost converter for power quality improvement in PMBLDCM drive
Singh et al. Three-phase electric drive with modified electronic smoothing inductor
Dodke et al. Design and control of CUK converter FED Brushless DC Motor Drive
JP2008099508A (en) Power converter and air conditioner using the same
Banagar et al. Design and simulation of bridgeless PFC buck boost converter fed BLDC motor drive

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150122

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20151225

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160112

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160208

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160405

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160415

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5928946

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees