JP2021153356A - Power factor enhancement device and power conversion apparatus - Google Patents

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直暉 澤田
Naoki Sawada
直暉 澤田
太樹 西本
Taiki Nishimoto
太樹 西本
憲明 武田
Noriaki Takeda
憲明 武田
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Abstract

To reduce common-mode noise of a totem pole type power factor enhancement circuit.SOLUTION: A power factor enhancement device 10 comprises: a first capacitance in parallel with a first inductance; a second capacitance in parallel with a second inductance; a third capacitance between a node N1 and a conductor part GND; a fourth capacitance between a node N2 and the conductor part GND; a fifth capacitance between an output terminal OUT1 and the conductor part GND; and a sixth capacitance between an output terminal OUT2 and the conductor part GND. The first and second inductances and the first to sixth capacitances are set so as to satisfy Z1:Z2=Z3:Z4, wherein Z1 is a combined impedance of the first inductance and the first capacitance where are in parallel with each other, Z2 is a combined impedance of the second inductance and the second capacitance which are in parallel with each other, Z3 is an impedance of the first capacitance and Z4 is a parallel combined impedance of the fourth to sixth capacitances.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、力率改善装置及び電力変換装置に関する。 The present disclosure relates to a power factor improving device and a power conversion device.

従来より、商用電力などの交流電力の供給を受けて動作するスイッチング電源装置には、入力電流の高調波成分を低減して電源装置の力率を1に近づける力率改善回路を備えたものがある。 Conventionally, switching power supply devices that operate by receiving the supply of AC power such as commercial power are equipped with a power factor improvement circuit that reduces the harmonic component of the input current and brings the power factor of the power supply device closer to 1. be.

一般的な力率改善回路は、ダイオードブリッジと、その後段に接続された非絶縁型の昇圧コンバータとを備える。しかし、ダイオードブリッジの導通損失が、力率改善回路の電力変換効率を低下させる主な要因となっている。そのため、ダイオードブリッジを排除したさまざまなブリッジレス型力率改善回路が提案されている。ブリッジレス型力率改善回路の一例として、入力される交流電力の周波数でスイッチング動作する互いに直列接続された一対のスイッチング素子と、入力される交流電力の周波数より高い周波数でスイッチング動作する互いに直列接続されたもう一対のスイッチング素子とを備える力率改善回路、いわゆる、トーテムポール型力率改善回路がある。例えば特許文献1及び2は、トーテムポール型力率改善回路を開示している。 A typical power factor improving circuit includes a diode bridge and a non-isolated boost converter connected to a subsequent stage. However, the conduction loss of the diode bridge is a main factor that lowers the power conversion efficiency of the power factor improving circuit. Therefore, various bridgeless power factor improvement circuits that eliminate the diode bridge have been proposed. As an example of a bridgeless power factor improvement circuit, a pair of switching elements connected in series with each other that switch at the frequency of the input AC power and a pair of switching elements that operate at a frequency higher than the frequency of the input AC power are connected in series with each other. There is a power factor improving circuit including another pair of switching elements, a so-called totem pole type power factor improving circuit. For example, Patent Documents 1 and 2 disclose a totem pole type power factor improving circuit.

特開2012−070490号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-070490 特開2015−192546号公報JP 2015-192546 特開2013−149755号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-149755

トーテムポール型力率改善回路は、他の力率改善回路と比較して、簡易な回路構成で高い電力変換効率を実現するが、その一方、大きなコモンモードノイズを発生する。そのため、力率改善回路から外部回路に伝搬するコモンモードノイズを低減するために大型のノイズフィルタが必要になり、機器の小型化を妨げる要因となっている。従って、力率改善回路におけるコモンモードノイズの発生自体を低減することが求められる。 The totem pole type power factor improving circuit realizes high power conversion efficiency with a simple circuit configuration as compared with other power factor improving circuits, but on the other hand, it generates a large common mode noise. Therefore, a large noise filter is required to reduce the common mode noise propagating from the power factor improving circuit to the external circuit, which is a factor that hinders the miniaturization of the equipment. Therefore, it is required to reduce the generation of common mode noise in the power factor improving circuit.

特許文献1及び2は、入力される交流電圧の極性が反転するときに発生するサージ電流に起因するノイズを低減することを開示している。サージ電流が低減すれば、サージ電流に起因するコモンモードノイズも低減すると考えられる。ただし、特許文献1及び2の回路は複雑な構成及び制御を必要とするので、より簡単な構成及び制御でコモンモードノイズを低減することが求められる。 Patent Documents 1 and 2 disclose that noise caused by a surge current generated when the polarity of an input AC voltage is reversed is reduced. If the surge current is reduced, it is considered that the common mode noise caused by the surge current is also reduced. However, since the circuits of Patent Documents 1 and 2 require a complicated configuration and control, it is required to reduce common mode noise with a simpler configuration and control.

特許文献3は、コモンモードノイズを低減するための回路を開示している。特許文献3によれば、ノイズ源となるスイッチング素子の2つの端子が、インダクタンスを有する基板の配線を介してそれぞれ電源に接続され、さらに、配線と金属製の筐体との間に発生する寄生容量を介してそれぞれ筐体に接続される。これらのノイズ源、インダクタンス、及び寄生容量によりブリッジ回路が構成される。インダクタンス及び寄生容量が所定の関係を満たすように基板を構成することにより、コモンモードノイズが低減される。 Patent Document 3 discloses a circuit for reducing common mode noise. According to Patent Document 3, two terminals of a switching element, which is a noise source, are connected to a power supply via wiring of a substrate having inductance, and further, parasiticism generated between the wiring and a metal housing. Each is connected to the housing via capacitance. A bridge circuit is composed of these noise sources, inductance, and parasitic capacitance. Common mode noise is reduced by configuring the substrate so that the inductance and parasitic capacitance satisfy a predetermined relationship.

しかしながら、特許文献3に係る発明は、フルブリッジ回路、絶縁型の降圧DC/DCコンバータ回路などのように、正極母線を含む回路部分と負極母線を含む回路部分との対称性が高い回路を前提としている。従って、特許文献3に係る発明は、正極母線を含む回路部分と負極母線を含む回路部分との非対称性が強い回路には適用できず、このような回路では、コモンモードノイズを低減することができない。また、設計上では高い対称性を有する回路であっても、回路内に生じる寄生容量の影響により実際の対称性が損なわれることがあり、この場合もまた、コモンモードノイズを十分に低減することができない。 However, the invention according to Patent Document 3 is premised on a circuit having high symmetry between the circuit portion including the positive electrode bus and the circuit portion including the negative electrode bus, such as a full bridge circuit and an insulated step-down DC / DC converter circuit. It is supposed to be. Therefore, the invention according to Patent Document 3 cannot be applied to a circuit having a strong asymmetry between the circuit portion including the positive electrode bus and the circuit portion including the negative electrode bus, and in such a circuit, common mode noise can be reduced. Can not. In addition, even if the circuit has high symmetry in design, the actual symmetry may be impaired due to the influence of parasitic capacitance generated in the circuit. In this case as well, the common mode noise should be sufficiently reduced. I can't.

本開示の目的は、トーテムポール型力率改善回路として動作する力率改善装置であって、簡単な構成及び制御により、従来よりもコモンモードノイズを低減することができる力率改善装置を提供することにある。また、本開示の目的は、そのような力率改善装置を含む電力変換装置を提供することにある。 An object of the present disclosure is to provide a power factor improving device that operates as a totem pole type power factor improving circuit, which can reduce common mode noise more than before by a simple configuration and control. There is. An object of the present disclosure is to provide a power conversion device including such a power factor improving device.

本開示の一態様に係る力率改善装置によれば、
第1及び第2の入力端子に供給された交流電力を直流電力に変換しかつ力率を改善して第1及び第2の出力端子から出力する力率改善装置であって、前記力率改善装置は、
前記第1及び第2の入力端子の間に接続された入力キャパシタと、
前記第1及び第2の出力端子の間に接続された出力キャパシタと、
前記第1及び第2の出力端子の間に直列に接続され、前記交流電力の周波数よりも高い周波数でスイッチング動作する第1及び第2のスイッチング素子と、
前記第1及び第2の出力端子の間に直列に、かつ、前記第1及び第2のスイッチング素子に並列に接続され、前記交流電力の周波数でスイッチング動作する第3及び第4のスイッチング素子と、
第1及び第2のインダクタと、
導体部とを備え、
前記第1のインダクタは、前記第1の入力端子と、前記第1及び第2のスイッチング素子の間の第1の接続点との間に接続され、第1のインダクタンスを有し、
前記第2のインダクタは、前記第2の入力端子と、前記第3及び第4のスイッチング素子の間の第2の接続点との間に接続され、第2のインダクタンスを有し、
前記力率改善装置はさらに、
前記第1のインダクタンスに並列な第1の容量と、
前記第2のインダクタンスに並列な第2の容量と、
前記第1の接続点と前記導体部との間の第3の容量と、
前記第2の接続点と前記導体部との間の第4の容量と、
前記第1の出力端子と前記導体部との間の第5の容量と、
前記第2の出力端子と前記導体部との間の第6の容量とを有し、
前記第1及び第2のインダクタンスと、前記第1〜第6の容量とは、
Z1:Z2=Z3:Z4
を満たすように設定され、
ここで、Z1は、互いに並列な前記第1のインダクタンス及び前記第1の容量の合成インピーダンスであり、Z2は、互いに並列な前記第2のインダクタンス及び前記第2の容量の合成インピーダンスであり、Z3は、前記第3の容量のインピーダンスであり、Z4は、前記第4〜第6の容量の並列合成インピーダンスである。
According to the power factor improving device according to one aspect of the present disclosure.
A power factor improving device that converts AC power supplied to the first and second input terminals into DC power and improves the power factor to output from the first and second output terminals. The device is
An input capacitor connected between the first and second input terminals,
An output capacitor connected between the first and second output terminals,
A first and second switching element connected in series between the first and second output terminals and performing switching operation at a frequency higher than the frequency of the AC power.
With the third and fourth switching elements connected in series between the first and second output terminals and in parallel with the first and second switching elements and switching at the frequency of the AC power. ,
With the first and second inductors,
Equipped with a conductor part
The first inductor is connected between the first input terminal and a first connection point between the first and second switching elements and has a first inductance.
The second inductor is connected between the second input terminal and the second connection point between the third and fourth switching elements and has a second inductance.
The power factor improving device further
A first capacitance parallel to the first inductance,
A second capacitance parallel to the second inductance,
A third capacitance between the first connection point and the conductor portion,
A fourth capacitance between the second connection point and the conductor portion,
A fifth capacitance between the first output terminal and the conductor portion,
It has a sixth capacitance between the second output terminal and the conductor portion.
The first and second inductances and the first to sixth capacitances are
Z1: Z2 = Z3: Z4
Set to meet
Here, Z1 is the combined impedance of the first inductance and the first capacitance parallel to each other, Z2 is the combined impedance of the second inductance and the second capacitance parallel to each other, and Z3. Is the impedance of the third capacitance, and Z4 is the parallel combined impedance of the fourth to sixth capacitances.

本開示の一態様に係る力率改善装置によれば、トーテムポール型力率改善回路として動作しながら、簡単な構成及び制御により、従来よりもコモンモードノイズを低減することができる。 According to the power factor improving device according to one aspect of the present disclosure, common mode noise can be reduced as compared with the conventional case by a simple configuration and control while operating as a totem pole type power factor improving circuit.

第1の実施形態に係る力率改善装置10の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the power factor improvement apparatus 10 which concerns on 1st Embodiment. 図1の力率改善装置10の動作を説明する図であって、動作の第1の状態において流れる電流I1を示す図である。It is a figure explaining the operation of the power factor improving apparatus 10 of FIG. 1, and is the figure which shows the current I1 which flows in the 1st state of operation. 図1の力率改善装置10の動作を説明する図であって、動作の第2の状態において流れる電流I2を示す図である。It is a figure explaining the operation of the power factor improving apparatus 10 of FIG. 1, and is the figure which shows the current I2 which flows in the 2nd state of operation. 図1の力率改善装置10の動作を説明する図であって、動作の第3の状態において流れる電流I3を示す図である。It is a figure explaining the operation of the power factor improving apparatus 10 of FIG. 1, and is the figure which shows the current I3 which flows in the 3rd state of operation. 図1の力率改善装置10の動作を説明する図であって、動作の第4の状態において流れる電流I4を示す図である。It is a figure explaining the operation of the power factor improving apparatus 10 of FIG. 1, and is the figure which shows the current I4 which flows in the 4th state of operation. 図1の力率改善装置10の等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of the power factor improving apparatus 10 of FIG. 第1の実施形態に係る力率改善装置において発生するコモンモードノイズを測定するための評価系の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the evaluation system for measuring the common mode noise generated in the power factor improvement apparatus which concerns on 1st Embodiment. 比較例に係る力率改善装置20の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the power factor improvement apparatus 20 which concerns on a comparative example. 図8の力率改善装置20において発生するコモンモード電圧Vcmの周波数特性を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic of the common mode voltage Vcm generated in the power factor improving apparatus 20 of FIG. 図1の力率改善装置10において発生するコモンモード電圧Vcmの周波数特性を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic of the common mode voltage Vcm generated in the power factor improving apparatus 10 of FIG. 第1の実施形態の第1の変形例に係る力率改善装置10Aの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the power factor improvement apparatus 10A which concerns on 1st modification of 1st Embodiment. 図11の力率改善装置10Aの等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of the power factor improvement device 10A of FIG. 第1の実施形態の第2の変形例に係る力率改善装置10Bの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the power factor improvement apparatus 10B which concerns on the 2nd modification of 1st Embodiment. 図13の力率改善装置10Bの等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of the power factor improvement device 10B of FIG. 図13の力率改善装置10Bにおいて発生するコモンモード電圧Vcmの周波数特性を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic of the common mode voltage Vcm generated in the power factor improving apparatus 10B of FIG. 第1の実施形態の第3の変形例に係る力率改善装置10Cの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the power factor improvement apparatus 10C which concerns on the 3rd modification of 1st Embodiment. 図16の力率改善装置10Cの等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of the power factor improvement device 10C of FIG. 第1の実施形態の第4の変形例に係る力率改善装置10Dの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the power factor improvement apparatus 10D which concerns on the 4th modification of 1st Embodiment. 図18の力率改善装置10Dの等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of the power factor improvement device 10D of FIG. 第2の実施形態に係る力率改善装置10Eの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the power factor improvement apparatus 10E which concerns on 2nd Embodiment. 図20の力率改善装置10Eの等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of the power factor improvement device 10E of FIG. 図20の力率改善装置10Eにおいて発生するコモンモード電圧Vcmの周波数特性を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic of the common mode voltage Vcm generated in the power factor improving apparatus 10E of FIG. 第3の実施形態に係る力率改善装置10Fの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the power factor improvement apparatus 10F which concerns on 3rd Embodiment. 図23の力率改善装置10Fの等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of the power factor improvement device 10F of FIG. 23. 図23の力率改善装置10Fにおいて発生するコモンモード電圧Vcmの周波数特性を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic of the common mode voltage Vcm generated in the power factor improving apparatus 10F of FIG. 第4の実施形態に係る力率改善装置10Gの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the power factor improvement apparatus 10G which concerns on 4th Embodiment. 第5の実施形態に係る電力変換装置100の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the power conversion apparatus 100 which concerns on 5th Embodiment. 第5の実施形態の変形例に係る電力変換装置100Aの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the power conversion apparatus 100A which concerns on the modification of 5th Embodiment.

以下、本開示に係る各実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。 Hereinafter, each embodiment according to the present disclosure will be described with reference to the drawings. In each of the following embodiments, the same reference numerals are given to the same components.

[第1の実施形態]
[力率改善装置の構成]
図1は、第1の実施形態に係る力率改善装置10の構成を示す回路図である。力率改善装置10は、入力端子IN1,IN2に供給された交流電力を直流電力に変換しかつ力率を改善して出力端子OUT1,OUT2から出力する。入力端子IN1,IN2は、例えば、50Hz又は60Hzの交流電力を供給する交流電源に接続される。出力端子OUT1,OUT2は、例えば、直流電力で動作する負荷装置に、又は、DC/DCコンバータ又はインバータなどの電圧変換器に接続される。力率改善装置10は、トーテムポール型力率改善回路として動作する。
[First Embodiment]
[Structure of power factor improving device]
FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of the power factor improving device 10 according to the first embodiment. The power factor improving device 10 converts the AC power supplied to the input terminals IN1 and IN2 into DC power, improves the power factor, and outputs the power factor from the output terminals OUT1 and OUT2. The input terminals IN1 and IN2 are connected to, for example, an AC power supply that supplies AC power of 50 Hz or 60 Hz. The output terminals OUT1 and OUT2 are connected to, for example, a load device that operates with DC power, or a voltage converter such as a DC / DC converter or an inverter. The power factor improving device 10 operates as a totem pole type power factor improving circuit.

本明細書では、入力端子IN1,IN2をそれぞれ「第1及び第2の入力端子」とも呼び、出力端子OUT1,OUT2をそれぞれ「第1及び第2の出力端子」とも呼ぶ。 In the present specification, the input terminals IN1 and IN2 are also referred to as "first and second input terminals", respectively, and the output terminals OUT1 and OUT2 are also referred to as "first and second output terminals", respectively.

力率改善装置10は、制御回路1、入力キャパシタCin、出力キャパシタCout、トランジスタQ1,Q2、ダイオードD1,D2、インダクタL1,L2、及び導体部GNDを備える。 The power factor improving device 10 includes a control circuit 1, an input capacitor Cin, an output capacitor Cout, transistors Q1 and Q2, diodes D1 and D2, inductors L1 and L2, and a conductor portion GND.

入力キャパシタCinは、入力端子IN1,IN2の間に接続される。出力キャパシタCoutは、出力端子OUT1,OUT2の間に接続され、出力電力を平滑化する。 The input capacitor Cin is connected between the input terminals IN1 and IN2. The output capacitor Cout is connected between the output terminals OUT1 and OUT2 to smooth the output power.

トランジスタQ1,Q2は、出力端子OUT1,OUT2の間に直列に接続される。トランジスタQ1,Q2は、制御回路1の制御下で、交流電力の周波数よりも高い周波数、例えば数百kHzなどの周波数でオン/オフするスイッチング素子である。トランジスタQ1,Q2は、例えば、GaN系のHEMT(高電子移動度トランジスタ)、又は、上述のスイッチング周波数で動作するために十分なスイッチング特性(例えば逆方向回復特性)を有するMOSFET、などであってもよい。 The transistors Q1 and Q2 are connected in series between the output terminals OUT1 and OUT2. The transistors Q1 and Q2 are switching elements that turn on / off at a frequency higher than the frequency of AC power, for example, several hundred kHz, under the control of the control circuit 1. The transistors Q1 and Q2 are, for example, a GaN-based HEMT (high electron mobility transistor) or a MOSFET having sufficient switching characteristics (for example, reverse recovery characteristics) to operate at the above-mentioned switching frequency. May be good.

ダイオードD1,D2は、出力端子OUT1,OUT2の間に直列に、かつ、トランジスタQ1,Q2に並列に接続される。入力端子IN1,IN2に印加される交流電圧の正の時間期間において、ダイオードD1には電流が流れず、ダイオードD2に電流が流れる。言いかえると、このとき、ダイオードD1がオフされ、ダイオードD2がオンされる。入力端子IN1,IN2に印加される交流電圧の負の時間期間において、ダイオードD1に電流が流れ、ダイオードD2には電流が流れない。言いかえると、このとき、ダイオードD1がオンされ、ダイオードD2がオフされる。従って、ダイオードD1,D2は、交流電力の周波数でオン/オフするスイッチング素子である。 The diodes D1 and D2 are connected in series between the output terminals OUT1 and OUT2 and in parallel with the transistors Q1 and Q2. During the positive time period of the AC voltage applied to the input terminals IN1 and IN2, no current flows through the diode D1 and a current flows through the diode D2. In other words, at this time, the diode D1 is turned off and the diode D2 is turned on. During the negative time period of the AC voltage applied to the input terminals IN1 and IN2, a current flows through the diode D1 and no current flows through the diode D2. In other words, at this time, the diode D1 is turned on and the diode D2 is turned off. Therefore, the diodes D1 and D2 are switching elements that turn on / off at the frequency of AC power.

本明細書では、トランジスタQ1,Q2をそれぞれ「第1及び第2のスイッチング素子」とも呼び、また、ダイオードD1,D2をそれぞれ「第3及び第4のスイッチング素子」とも呼ぶ。また、本明細書では、トランジスタQ1,Q2の間の接続点N1を「第1の接続点」とも呼び、また、ダイオードD1,D2の間の接続点N2を「第2の接続点」とも呼ぶ。 In the present specification, the transistors Q1 and Q2 are also referred to as "first and second switching elements", respectively, and the diodes D1 and D2 are also referred to as "third and fourth switching elements", respectively. Further, in the present specification, the connection point N1 between the transistors Q1 and Q2 is also referred to as a "first connection point", and the connection point N2 between the diodes D1 and D2 is also referred to as a "second connection point". ..

制御回路1は、入力電流の高調波成分を低減して力率改善装置10の力率を1に近づけるように、トランジスタQ1,Q2のオン/オフを制御する。 The control circuit 1 controls the on / off of the transistors Q1 and Q2 so as to reduce the harmonic component of the input current and bring the power factor of the power factor improving device 10 closer to 1.

インダクタL1は、入力端子IN1と接続点N1との間に接続され、所定のインダクタンスを有する。インダクタL2は、入力端子IN2と接続点N2との間に接続され、所定のインダクタンスを有する。 The inductor L1 is connected between the input terminal IN1 and the connection point N1 and has a predetermined inductance. The inductor L2 is connected between the input terminal IN2 and the connection point N2 and has a predetermined inductance.

本明細書では、インダクタL1を「第1のインダクタ」とも呼び、そのインダクタンスを「第1のインダクタンス」とも呼ぶ。また、本明細書では、インダクタL2を「第2のインダクタ」とも呼び、そのインダクタンスを「第2のインダクタンス」とも呼ぶ。 In the present specification, the inductor L1 is also referred to as a "first inductor", and its inductance is also referred to as a "first inductance". Further, in the present specification, the inductor L2 is also referred to as a "second inductor", and the inductance thereof is also referred to as a "second inductance".

導体部GNDは、例えば、回路の接地導体、シールド、金属筐体、ヒートシンク、及び/又は他の金属部品である。 The conductor section GND is, for example, a ground conductor of a circuit, a shield, a metal housing, a heat sink, and / or other metal parts.

力率改善装置10はさらに、インダクタL1のインダクタンスに並列な第1の容量と、インダクタL2のインダクタンスに並列な第2の容量と、接続点N1と導体部GNDとの間の第3の容量と、接続点N2と導体部GNDとの間の第4の容量と、出力端子OUT1と導体部GNDとの間の第5の容量と、出力端子OUT2と導体部GNDとの間の第6の容量とを有する。図1の例では、第1〜第6の容量は、寄生容量C1〜C6をそれぞれ含む。 The power factor improving device 10 further includes a first capacitance parallel to the inductance of the inductor L1, a second capacitance parallel to the inductance of the inductor L2, and a third capacitance between the connection point N1 and the conductor portion GND. , A fourth capacitance between the connection point N2 and the conductor portion GND, a fifth capacitance between the output terminal OUT1 and the conductor portion GND, and a sixth capacitance between the output terminal OUT2 and the conductor portion GND. And have. In the example of FIG. 1, the first to sixth capacitances include parasitic capacitances C1 to C6, respectively.

寄生容量C1は、例えば、インダクタL1の巻線間に生じる容量である。 The parasitic capacitance C1 is, for example, a capacitance generated between the windings of the inductor L1.

寄生容量C2は、例えば、インダクタL2の巻線間に生じる容量である。 The parasitic capacitance C2 is, for example, a capacitance generated between the windings of the inductor L2.

寄生容量C3は、例えば、トランジスタQ2がGaN系のHEMTである場合、トランジスタQ2のドレインと導体部GNDとの間に生じる容量である。 The parasitic capacitance C3 is, for example, a capacitance generated between the drain of the transistor Q2 and the conductor portion GND when the transistor Q2 is a GaN-based HEMT.

寄生容量C4は、例えば、ダイオードD2のカソードと導体部GNDとの間に生じる容量である。 The parasitic capacitance C4 is, for example, a capacitance generated between the cathode of the diode D2 and the conductor portion GND.

寄生容量C5は、例えば、トランジスタQ1がGaN系のHEMTである場合、トランジスタQ1のドレインと導体部GNDとの間に生じる容量である。また、寄生容量C5は、例えば、ダイオードD1のカソードと導体部GNDとの間に生じる容量である。また、寄生容量C5は、例えば、基板における出力正極母線の導体パターンと導体部GNDとの間に生じる容量である。また、寄生容量C5は、例えば、それらの合成容量であってもよい。 The parasitic capacitance C5 is, for example, a capacitance generated between the drain of the transistor Q1 and the conductor portion GND when the transistor Q1 is a GaN-based HEMT. Further, the parasitic capacitance C5 is, for example, a capacitance generated between the cathode of the diode D1 and the conductor portion GND. Further, the parasitic capacitance C5 is, for example, a capacitance generated between the conductor pattern of the output positive electrode bus on the substrate and the conductor portion GND. Further, the parasitic capacitance C5 may be, for example, a synthetic capacitance thereof.

寄生容量C6は、例えば、基板における出力負極母線の導体パターンと導体部GNDとの間に生じる容量である。 The parasitic capacitance C6 is, for example, a capacitance generated between the conductor pattern of the output negative electrode bus on the substrate and the conductor portion GND.

本明細書では、寄生容量C1〜C6をそれぞれ「第1〜第6の寄生容量」とも呼ぶ。 In the present specification, the parasitic capacitances C1 to C6 are also referred to as "first to sixth parasitic capacitances", respectively.

[トーテムポール型力率改善回路の動作]
ここで、図2〜図5を参照して、力率改善装置10のトーテムポール型力率改善回路としての動作について説明する。
[Operation of totem pole type power factor improvement circuit]
Here, the operation of the power factor improving device 10 as a totem pole type power factor improving circuit will be described with reference to FIGS. 2 to 5.

図2は、図1の力率改善装置10の動作を説明する図であって、動作の第1の状態において流れる電流I1を示す図である。図3は、図1の力率改善装置10の動作を説明する図であって、動作の第2の状態において流れる電流I2を示す図である。図4は、図1の力率改善装置10の動作を説明する図であって、動作の第3の状態において流れる電流I3を示す図である。図5は、図1の力率改善装置10の動作を説明する図であって、動作の第4の状態において流れる電流I4を示す図である。図2〜図5の例では、力率改善装置10の入力端子IN1,IN2には交流電源11が接続される。 FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the power factor improving device 10 of FIG. 1, and is a diagram showing a current I1 flowing in the first state of the operation. FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the power factor improving device 10 of FIG. 1, and is a diagram showing a current I2 flowing in the second state of the operation. FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the power factor improving device 10 of FIG. 1, and is a diagram showing a current I3 flowing in a third state of operation. FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the power factor improving device 10 of FIG. 1, and is a diagram showing a current I4 flowing in a fourth state of operation. In the examples of FIGS. 2 to 5, the AC power supply 11 is connected to the input terminals IN1 and IN2 of the power factor improving device 10.

図2及び図3は、入力端子IN1,IN2に印加される交流電圧の正の時間期間における力率改善装置10の動作を示す。図2及び図3に示すように、交流電圧の正の時間期間では、ダイオードD1は常にオフされ、ダイオードD2は常にオンされ、その一方、トランジスタQ1,Q2は、交流電圧の周波数よりも高い予め決められた周波数でスイッチングされる。図2の場合、トランジスタQ1をオフしかつトランジスタQ2をオンすることで、インダクタL1,L2に磁気エネルギーが蓄積される。図3の場合、トランジスタQ1をオンしかつトランジスタQ2をオフすることで、インダクタL1,L2に蓄積された磁気エネルギーは、出力キャパシタCoutに電気エネルギーとして伝達される。 2 and 3 show the operation of the power factor improving device 10 during a positive time period of the AC voltage applied to the input terminals IN1 and IN2. As shown in FIGS. 2 and 3, during the positive time period of the AC voltage, the diode D1 is always off and the diode D2 is always on, while the transistors Q1 and Q2 are pre-installed above the frequency of the AC voltage. It is switched at a fixed frequency. In the case of FIG. 2, magnetic energy is accumulated in the inductors L1 and L2 by turning off the transistor Q1 and turning on the transistor Q2. In the case of FIG. 3, by turning on the transistor Q1 and turning off the transistor Q2, the magnetic energy stored in the inductors L1 and L2 is transmitted to the output capacitor Cout as electrical energy.

図4及び図5は、入力端子IN1,IN2に印加される交流電圧の負の時間期間における力率改善装置10の動作を示す。図4及び図5に示すように、交流電圧の負の時間期間では、ダイオードD1は常にオンされ、ダイオードD2は常にオフされ、その一方、トランジスタQ1,Q2は、交流電圧の周波数よりも高い予め決められた周波数でスイッチングされる。図4の場合、トランジスタQ1をオンしかつトランジスタQ2をオフすることで、インダクタL1,L2に磁気エネルギーが蓄積される。図5の場合、トランジスタQ1をオフしかつトランジスタQ2をオンすることで、インダクタL1,L2に蓄積された磁気エネルギーは、出力キャパシタCoutに電気エネルギーとして伝達される。 4 and 5 show the operation of the power factor improving device 10 during the negative time period of the AC voltage applied to the input terminals IN1 and IN2. As shown in FIGS. 4 and 5, during the negative time period of the AC voltage, the diode D1 is always on and the diode D2 is always off, while the transistors Q1 and Q2 are pre-installed above the frequency of the AC voltage. It is switched at a fixed frequency. In the case of FIG. 4, magnetic energy is accumulated in the inductors L1 and L2 by turning on the transistor Q1 and turning off the transistor Q2. In the case of FIG. 5, by turning off the transistor Q1 and turning on the transistor Q2, the magnetic energy stored in the inductors L1 and L2 is transmitted to the output capacitor Cout as electrical energy.

制御回路1は、入力電圧、入力電流、出力電圧、及び出力電流のうちの少なくとも1つをモニタリングし、モニタリングされた電圧及び/又は電流に基づいて、入力電流の高調波成分を低減して力率改善装置10の力率を1に近づけるように、トランジスタQ1,Q2のオン/オフを制御する。 The control circuit 1 monitors at least one of the input voltage, input current, output voltage, and output current, and reduces the harmonic component of the input current based on the monitored voltage and / or current to reduce the power factor. The on / off of the transistors Q1 and Q2 is controlled so that the power factor of the rate improving device 10 approaches 1.

図2〜図5を参照して説明した動作原理によれば、トランジスタQ1,Q2のスイッチング動作は、入力端子IN1,IN2に印加される交流電圧の正/負の時間期間ごとに、すなわち交流電圧の半周期ごとに入れ替わる。これにより、力率改善装置10は、ダイオードブリッジを使用することなく交流電力を直流電力に変換することができ、また、その力率を改善することができる。 According to the operating principle described with reference to FIGS. 2 to 5, the switching operation of the transistors Q1 and Q2 is performed for each positive / negative time period of the AC voltage applied to the input terminals IN1 and IN2, that is, the AC voltage. It changes every half cycle. As a result, the power factor improving device 10 can convert AC power into DC power without using a diode bridge, and can improve the power factor.

[コモンモードノイズの低減]
次に、図6を参照して、実施形態に係る力率改善装置10によるコモンモードノイズの低減について説明する。
[Reduction of common mode noise]
Next, with reference to FIG. 6, reduction of common mode noise by the power factor improving device 10 according to the embodiment will be described.

図6は、図1の力率改善装置10の等価回路図である。図6は、トランジスタQ1,Q2のスイッチング周波数を含む高周波数帯域における力率改善装置10の等価回路を示す。 FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of the power factor improving device 10 of FIG. FIG. 6 shows an equivalent circuit of the power factor improving device 10 in a high frequency band including the switching frequencies of the transistors Q1 and Q2.

入力キャパシタCin及び出力キャパシタCoutは、例えば、数百nF〜数百μFの容量を有する。従って、高周波数帯域では、図6に示すように、入力端子IN1,IN2は同一の節点とみなすことができ、また、出力端子OUT1,OUT2もまた同一の節点とみなすことができる。 The input capacitor Cin and the output capacitor Cout have, for example, a capacitance of several hundred nF to several hundred μF. Therefore, in the high frequency band, as shown in FIG. 6, the input terminals IN1 and IN2 can be regarded as the same node, and the output terminals OUT1 and OUT2 can also be regarded as the same node.

また、図2及び図3を参照して説明したように、入力端子IN1,IN2に印加される交流電圧の正の時間期間には、ダイオードD2が常にオン(すなわち短絡)されているので、接続点N2及び出力端子OUT2は同一の節点とみなすことができる。また、図4及び図5を参照して説明したように、入力端子IN1,IN2に印加される交流電圧の負の時間期間には、ダイオードD1が常にオン(すなわち短絡)されているので、接続点N2及び出力端子OUT1は同一の節点とみなすことができる。従って、高周波数帯域では、図6に示すように、接続点N2及び出力端子OUT1,OUT2は、入力電圧の正/負に関わらず、同一の節点とみなすことができる。 Further, as described with reference to FIGS. 2 and 3, the diode D2 is always on (that is, short-circuited) during the positive time period of the AC voltage applied to the input terminals IN1 and IN2, so that the diode D2 is connected. The point N2 and the output terminal OUT2 can be regarded as the same node. Further, as described with reference to FIGS. 4 and 5, the diode D1 is always on (that is, short-circuited) during the negative time period of the AC voltage applied to the input terminals IN1 and IN2, so that the diode D1 is connected. The point N2 and the output terminal OUT1 can be regarded as the same node. Therefore, in the high frequency band, as shown in FIG. 6, the connection point N2 and the output terminals OUT1 and OUT2 can be regarded as the same node regardless of whether the input voltage is positive or negative.

上述したように、トランジスタQ1,Q2のスイッチング動作は、入力端子IN1,IN2に印加される交流電圧の正/負の時間期間ごとに入れ替わる。しかしながら、高周波数帯域では接続点N2及び出力端子OUT1,OUT2を同一の節点とみなすことができるので、入力電圧の正/負に関わらず、図1の力率改善装置10を、図6に示す同一の等価回路により表すことができる。 As described above, the switching operation of the transistors Q1 and Q2 is switched every positive / negative time period of the AC voltage applied to the input terminals IN1 and IN2. However, since the connection point N2 and the output terminals OUT1 and OUT2 can be regarded as the same node in the high frequency band, the power factor improving device 10 of FIG. 1 is shown in FIG. 6 regardless of whether the input voltage is positive or negative. It can be represented by the same equivalent circuit.

図1の力率改善装置10は、インピーダンスZ1〜Z4をそれぞれ有する4つの回路部分を含む。Z1は、インダクタL1のインダクタンスと、それに並列な第1の容量との合成インピーダンスである。Z2は、インダクタL2のインダクタンスと、それに並列な第2の容量との合成インピーダンスである。Z3は、第3の容量のインピーダンスである。Z4は、第4〜第6の容量の並列合成インピーダンスである。 The power factor improving device 10 of FIG. 1 includes four circuit portions each having impedances Z1 to Z4. Z1 is the combined impedance of the inductance of the inductor L1 and the first capacitance in parallel with it. Z2 is the combined impedance of the inductance of the inductor L2 and the second capacitance in parallel with it. Z3 is the impedance of the third capacitance. Z4 is a parallel combined impedance of the fourth to sixth capacitances.

図1及び図6の例では、Z1は、インダクタL1及びその寄生容量C1からなる並列回路のインピーダンスである。また、Z2は、インダクタL2及びその寄生容量C2からなる並列回路のインピーダンスである。また、Z3は、寄生容量C3のインピーダンスである。また、Z4は、寄生容量C4〜C6からなる並列回路のインピーダンスである。従って、図1及び図6の例では、周波数f(すなわち角周波数ω)におけるインピーダンスZ1〜Z4は次式で表される。 In the examples of FIGS. 1 and 6, Z1 is the impedance of the parallel circuit including the inductor L1 and its parasitic capacitance C1. Further, Z2 is the impedance of the parallel circuit including the inductor L2 and its parasitic capacitance C2. Further, Z3 is the impedance of the parasitic capacitance C3. Further, Z4 is the impedance of the parallel circuit including the parasitic capacitances C4 to C6. Therefore, in the examples of FIGS. 1 and 6, the impedances Z1 to Z4 at the frequency f (that is, the angular frequency ω) are represented by the following equations.

Z1={(ω・L1)‖(1/(ω・C1))} (1)
Z2={(ω・L2)‖(1/(ω・C2))} (2)
Z3=1/(ω・C3) (3)
Z4=1/(ω(C4+C5+C6)) (4)
Z1 = {(ω ・ L1) ‖ (1 / (ω ・ C1))} (1)
Z2 = {(ω ・ L2) ‖ (1 / (ω ・ C2))} (2)
Z3 = 1 / (ω ・ C3) (3)
Z4 = 1 / (ω (C4 + C5 + C6)) (4)

ここで、{A‖B}は、インピーダンスA,Bをそれぞれ有する2つの回路部分からなる並列回路のインピーダンスA×B/(A+B)を示す。 Here, {A‖B} indicates the impedance A × B / (A + B) of a parallel circuit composed of two circuit portions having impedances A and B, respectively.

図6において、Vswは、トランジスタQ1,Q2の動作に応じて接続点N1,N2の間に生じる電圧を示す。また、Vcmは、導体部GNDに対する入力端子IN1又はIN2の電位を示す。力率改善装置10のコモンモードノイズは、回路外でのモード変換を無視すれば、この電位Vcmに由来する。以下、電位Vcmを「コモンモード電圧」と呼ぶ。 In FIG. 6, Vsw indicates a voltage generated between the connection points N1 and N2 according to the operation of the transistors Q1 and Q2. Further, Vcm indicates the potential of the input terminal IN1 or IN2 with respect to the conductor portion GND. The common mode noise of the power factor improving device 10 is derived from this potential Vcm if the mode conversion outside the circuit is ignored. Hereinafter, the potential Vcm is referred to as "common mode voltage".

図6の等価回路はホイートストンブリッジの構成を有するので、インピーダンスZ1〜Z4が次式を満たすとき、VswからVcmへの電圧伝達係数Vcm/Vswを理想的にはゼロにすることができる。 Since the equivalent circuit of FIG. 6 has a Wheatstone bridge configuration, the voltage transfer coefficient Vcm / Vsw from Vsw to Vcm can ideally be set to zero when the impedances Z1 to Z4 satisfy the following equations.

Z1:Z2=Z3:Z4 (5) Z1: Z2 = Z3: Z4 (5)

このとき、トランジスタQ1,Q2の動作に起因して発生し、入力端子IN1,IN2から前段の回路に伝播するコモンモードノイズを低減することができる。 At this time, it is possible to reduce the common mode noise generated due to the operation of the transistors Q1 and Q2 and propagated from the input terminals IN1 and IN2 to the circuit in the previous stage.

式(5)は、式(1)〜式(4)を代入することにより、次式のように表されてもよい。 Equation (5) may be expressed as the following equation by substituting equations (1) to (4).

{(ω・L1)‖(1/(ω・C1))}/{(ω・L2)‖(1/(ω・C2))}
=(1/(ω・C3))/(1/(ω(C4+C5+C6))) (6)
{(Ω ・ L1) ‖ (1 / (ω ・ C1))} / {(ω ・ L2) ‖ (1 / (ω ・ C2))}
= (1 / (ω ・ C3)) / (1 / (ω (C4 + C5 + C6))) (6)

本明細書では、式(5)又は式(6)の条件を、「インピーダンスバランス条件」と呼ぶ。 In the present specification, the condition of the formula (5) or the formula (6) is referred to as an “impedance balance condition”.

寄生容量C3〜C6の大きさは、配線の導体パターンの引き回し、スイッチング素子とヒートシンクとの位置関係、筐体の構造などに依存するが、例えば、三次元電磁界解析又はインピーダンス測定によって導出することができる。よって、式(6)の右辺は一意に定まる。従って、式(6)を満たすようにインダクタL1,L2のインダクタンスと寄生容量C1,C2とを設定することにより、VswからVcmへの電圧伝達係数Vcm/Vswを理想的にはゼロにして、コモンモードノイズを低減することができる。ディスクリート素子のキャパシタではなく寄生容量C1,C2を用いることにより、少ない部品点数、小さな実装面積、かつ低コストの力率改善装置10を提供することができる。 The size of the parasitic capacitances C3 to C6 depends on the routing of the conductor pattern of the wiring, the positional relationship between the switching element and the heat sink, the structure of the housing, etc., but it should be derived by, for example, three-dimensional electromagnetic field analysis or impedance measurement. Can be done. Therefore, the right side of the equation (6) is uniquely determined. Therefore, by setting the inductance of the inductors L1 and L2 and the parasitic capacitances C1 and C2 so as to satisfy the equation (6), the voltage transfer coefficient Vcm / Vsw from Vsw to Vcm is ideally set to zero and is common. Mode noise can be reduced. By using the parasitic capacitances C1 and C2 instead of the capacitors of the discrete elements, it is possible to provide the power factor improving device 10 having a small number of parts, a small mounting area, and a low cost.

また、インダクタL1,L2のインダクタンスと寄生容量C1,C2とが既知である場合、式(6)を満たすように寄生容量C3〜C6を設定してもよい。言いかえると、この場合、式(6)を満たす寄生容量C3〜C6が生じるように、配線の導体パターンの引き回し、スイッチング素子とヒートシンクとの位置関係、筐体の構造などを設計してもよい。 When the inductance of the inductors L1 and L2 and the parasitic capacitances C1 and C2 are known, the parasitic capacitances C3 to C6 may be set so as to satisfy the equation (6). In other words, in this case, the conductor pattern of the wiring, the positional relationship between the switching element and the heat sink, the structure of the housing, and the like may be designed so that the parasitic capacitances C3 to C6 satisfying the equation (6) are generated. ..

インダクタンス及び容量からなる並列回路は、所定の共振周波数を有する。ここで、互いに並列な互いに並列なインダクタL1及び寄生容量C1の共振周波数と、互いに並列なインダクタL2及び寄生容量C2の共振周波数とは、互いに等しく設定されると仮定する。インダクタンス及び容量からなる並列回路のインピーダンスにおいて、共振周波数より低い周波数帯域ではインダクタンスが支配的になり、共振周波数より高い周波数帯域では容量が支配的になる。従って、共振周波数より低い周波数帯域では、インピーダンスZ1,Z2は、簡易的に、次式により表される。 A parallel circuit consisting of an inductance and a capacitance has a predetermined resonance frequency. Here, it is assumed that the resonance frequencies of the inductors L1 and the parasitic capacitance C1 parallel to each other and the resonance frequencies of the inductors L2 and the parasitic capacitance C2 parallel to each other are set to be equal to each other. In the impedance of the parallel circuit including the inductance and the capacitance, the inductance becomes dominant in the frequency band lower than the resonance frequency, and the capacitance becomes dominant in the frequency band higher than the resonance frequency. Therefore, in the frequency band lower than the resonance frequency, the impedances Z1 and Z2 are simply expressed by the following equations.

Z1=ω・L1 (1a)
Z2=ω・L2 (2a)
Z1 = ω ・ L1 (1a)
Z2 = ω ・ L2 (2a)

インピーダンスZ1,Z2が式(1a)及び式(2a)により表される場合、インピーダンスバランス条件は次式により表される。 When the impedances Z1 and Z2 are expressed by the equations (1a) and (2a), the impedance balance condition is expressed by the following equation.

(ω・L1)/(ω・L2)
=(1/(ω・C3))/(1/(ω(C4+C5+C6))) (7)
(Ω ・ L1) / (ω ・ L2)
= (1 / (ω ・ C3)) / (1 / (ω (C4 + C5 + C6))) (7)

一方、共振周波数より高い周波数帯域では、インピーダンスZ1,Z2は、簡易的に、次式により表される。 On the other hand, in the frequency band higher than the resonance frequency, the impedances Z1 and Z2 are simply expressed by the following equations.

Z1=1/(ω・C1)) (1b)
Z2=1/(ω・C2)) (2b)
Z1 = 1 / (ω ・ C1)) (1b)
Z2 = 1 / (ω ・ C2)) (2b)

インピーダンスZ1,Z2が式(1b)及び式(2b)により表される場合、インピーダンスバランス条件は次式により表される。 When the impedances Z1 and Z2 are expressed by the equations (1b) and (2b), the impedance balance condition is expressed by the following equation.

(1/(ω・C1))/(1/(ω・C2))
=(1/(ω・C3))/(1/(ω(C4+C5+C6))) (8)
(1 / (ω ・ C1)) / (1 / (ω ・ C2))
= (1 / (ω ・ C3)) / (1 / (ω (C4 + C5 + C6))) (8)

従って、式(7)を満たすようにインダクタL1,L2のインダクタンスを設定し、式(8)を満たすように寄生容量C1,C2を設定することにより、コモンモードノイズを低減することができる。このとき、式(7)及び式(8)の両辺において角周波数ωは相殺されるので、周波数に関わらずインピーダンスバランス条件を満たすことができる。従って、実施形態に係る力率改善装置10によれば、広い周波数範囲においてコモンモードノイズを低減することができる。 Therefore, the common mode noise can be reduced by setting the inductances of the inductors L1 and L2 so as to satisfy the equation (7) and setting the parasitic capacitances C1 and C2 so as to satisfy the equation (8). At this time, since the angular frequencies ω are canceled on both sides of the equations (7) and (8), the impedance balance condition can be satisfied regardless of the frequency. Therefore, according to the power factor improving device 10 according to the embodiment, the common mode noise can be reduced in a wide frequency range.

[第1の実施形態の実施例]
回路シミュレーションを行って、第1の実施形態に係る力率改善装置10の実体的な構成及び効果を検証した。
[Example of the first embodiment]
A circuit simulation was performed to verify the substantive configuration and effect of the power factor improving device 10 according to the first embodiment.

図7は、第1の実施形態に係る力率改善装置において発生するコモンモードノイズを測定するための評価系の構成を示す回路図である。図7のシステムは、交流電源11と、擬似電源回路網12と、力率改善装置10と、負荷抵抗Rloadとを備える。擬似電源回路網12は、キャパシタC21〜C24、インダクタL21,L22、及び抵抗R21〜R24を備える。擬似電源回路網12は、交流電源11と力率改善装置10の間に接続され、力率改善装置10から交流電源11をみたときの交流電源11のインピーダンスを安定化させる。図7の力率改善装置10は、図1の力率改善装置10と同様に構成される。 FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of an evaluation system for measuring common mode noise generated in the power factor improving device according to the first embodiment. The system of FIG. 7 includes an AC power supply 11, a pseudo power supply network 12, a power factor improving device 10, and a load resistance Rload. The pseudo power supply network 12 includes capacitors C21 to C24, inductors L21 and L22, and resistors R21 to R24. The pseudo power supply network 12 is connected between the AC power supply 11 and the power factor improving device 10, and stabilizes the impedance of the AC power supply 11 when the AC power supply 11 is viewed from the power factor improving device 10. The power factor improving device 10 of FIG. 7 is configured in the same manner as the power factor improving device 10 of FIG.

図7の評価系の等価回路モデルを作成し、回路シミュレータを用いて過渡解析を実施した。擬似電源回路網12の抵抗R22,R24にそれぞれ誘起される電圧V22,V24に基づいてコモンモード電圧Vcm=(V22+V24)/2を算出して高速フーリエ変換することにより、コモンモード電圧Vcmの周波数特性を算出した。 An equivalent circuit model of the evaluation system shown in FIG. 7 was created, and transient analysis was performed using a circuit simulator. The frequency characteristics of the common mode voltage Vcm are calculated by calculating the common mode voltage Vcm = (V22 + V24) / 2 based on the voltages V22 and V24 induced in the resistors R22 and R24 of the pseudo power supply network 12, respectively, and performing a fast Fourier transform. Was calculated.

回路シミュレーションでは、以下の表1〜表4のパラメータを使用した。 In the circuit simulation, the parameters shown in Tables 1 to 4 below were used.

[表1]
――――――――――――――――――――
素子 設定値
――――――――――――――――――――
C3 20pF
C4 2pF
C5 25pF
C6 3pF
――――――――――――――――――――
[Table 1]
――――――――――――――――――――
Element setting value ――――――――――――――――――――
C3 20pF
C4 2pF
C5 25pF
C6 3pF
――――――――――――――――――――

[表2]
――――――――――――――――――――
素子 設定値
――――――――――――――――――――
L1 180μH
L2 120μH
C1 32pF
C2 48pF
――――――――――――――――――――
[Table 2]
――――――――――――――――――――
Element setting value ――――――――――――――――――――
L1 180 μH
L2 120 μH
C1 32pF
C2 48pF
――――――――――――――――――――

[表3]
――――――――――――――――――――
素子 設定値
――――――――――――――――――――
Cin 440nF
Cout 600μF
Rload 50Ω
C21,C23 1μF
C22,C24 100nF
L21,L22 50μH
R21,R23 1kΩ
R22,R24 50Ω
――――――――――――――――――――
[Table 3]
――――――――――――――――――――
Element setting value ――――――――――――――――――――
Cin 440nF
Cout 600μF
Rload 50Ω
C21, C23 1μF
C22, C24 100nF
L21, L22 50μH
R21, R23 1kΩ
R22, R24 50Ω
――――――――――――――――――――

[表4]
――――――――――――――――――――――――――――――
入力される交流電圧 100Vac,50Hz
トランジスタQ1,Q2のスイッチング周波数
200kHz
出力される直流電圧 400Vdc
――――――――――――――――――――――――――――――
[Table 4]
――――――――――――――――――――――――――――――
Input AC voltage 100Vac, 50Hz
Switching frequency of transistors Q1 and Q2
200kHz
Output DC voltage 400Vdc
――――――――――――――――――――――――――――――

表2は、表1の寄生容量C3〜C6が設定されているとき、式(7)を満たすように設定されたインダクタL1,L2のインダクタンスと、式(8)を満たすように設定された寄生容量C1,C2とを示す。表3は、その他の素子の設定値を示し、表4は駆動条件を示す。 Table 2 shows the inductances of the inductors L1 and L2 set to satisfy the equation (7) and the parasitics set to satisfy the equation (8) when the parasitic capacitances C3 to C6 of Table 1 are set. The capacitances C1 and C2 are shown. Table 3 shows the set values of other elements, and Table 4 shows the driving conditions.

図8は、比較例に係る力率改善装置20の構成を示す回路図である。力率改善装置20は、図1の力率改善装置10からインダクタL2及び寄生容量C2を除去した構成を有する。従って、力率改善装置20は、式(6)〜式(8)のインピーダンスバランス条件を満たしていない。図7のシステムにおいて、力率改善装置10に代えて力率改善装置20を接続し、力率改善装置10の場合と同様に回路シミュレーションを行って、コモンモード電圧Vcmの周波数特性を算出した。力率改善装置20の回路シミュレーションでは、インダクタL1のインダクタンスを300μHに設定し、寄生容量C1を40pFに設定し、他の素子については、表1、表3、及び表4と同じパラメータを使用した。 FIG. 8 is a circuit diagram showing the configuration of the power factor improving device 20 according to the comparative example. The power factor improving device 20 has a configuration in which the inductor L2 and the parasitic capacitance C2 are removed from the power factor improving device 10 of FIG. Therefore, the power factor improving device 20 does not satisfy the impedance balance conditions of the equations (6) to (8). In the system of FIG. 7, a power factor improving device 20 was connected instead of the power factor improving device 10, and a circuit simulation was performed in the same manner as in the case of the power factor improving device 10 to calculate the frequency characteristics of the common mode voltage Vcm. In the circuit simulation of the power factor improving device 20, the inductance of the inductor L1 was set to 300 μH, the parasitic capacitance C1 was set to 40 pF, and the same parameters as in Tables 1, 3 and 4 were used for other elements. ..

実施形態に係る力率改善装置10のコモンモード電圧Vcmと、比較例に係る力率改善装置20のコモンモード電圧Vcmとを比較することにより、実施形態に係る力率改善装置10がコモンモードノイズを低減する効果について検証した。 By comparing the common mode voltage Vcm of the power factor improving device 10 according to the embodiment with the common mode voltage Vcm of the power factor improving device 20 according to the comparative example, the power factor improving device 10 according to the embodiment has common mode noise. We verified the effect of reducing.

図9は、図8の力率改善装置20において発生するコモンモード電圧Vcmの周波数特性を示すグラフである。図9によれば、スイッチング周波数(200kHz)の整数倍の周波数において、大きなコモンモード電圧Vcmが発生していることがわかる。このことは、大きなコモンモードノイズの発生を意味する。 FIG. 9 is a graph showing the frequency characteristics of the common mode voltage Vcm generated in the power factor improving device 20 of FIG. According to FIG. 9, it can be seen that a large common mode voltage Vcm is generated at a frequency that is an integral multiple of the switching frequency (200 kHz). This means the generation of large common mode noise.

図10は、図1の力率改善装置10において発生するコモンモード電圧Vcmの周波数特性を示すグラフである。前述のように、式(7)を満たすようにインダクタL1,L2のインダクタンスを設定し、式(8)を満たすように寄生容量C1,C2を設定した。この場合、図10によれば、広い周波数範囲において、図9の場合と比較してコモンモード電圧Vcmが約30dB低減されたことがわかる。 FIG. 10 is a graph showing the frequency characteristics of the common mode voltage Vcm generated in the power factor improving device 10 of FIG. As described above, the inductances of the inductors L1 and L2 were set so as to satisfy the equation (7), and the parasitic capacitances C1 and C2 were set so as to satisfy the equation (8). In this case, according to FIG. 10, it can be seen that the common mode voltage Vcm is reduced by about 30 dB in a wide frequency range as compared with the case of FIG.

なお、図10において、1.6MHz付近に急峻なピークが残存している。これは、互いに並列なインダクタL1及び寄生容量C1の共振、又は、互いに並列なインダクタL2及び寄生容量C2の共振に起因する。互いに並列なインダクタンス及び容量の共振周波数では、インピーダンスが無限大に発散する。この場合、力率改善装置10が式(7)及び式(8)のインピーダンスバランス条件を満たさなくなり、コモンモードノイズを低減する効果が損なわれるので、前述のピークが発生する。 In FIG. 10, a steep peak remains near 1.6 MHz. This is due to the resonance of the inductor L1 and the parasitic capacitance C1 parallel to each other, or the resonance of the inductor L2 and the parasitic capacitance C2 parallel to each other. Impedance diverges infinitely at resonant frequencies of inductance and capacitance parallel to each other. In this case, the power factor improving device 10 does not satisfy the impedance balance conditions of the equations (7) and (8), and the effect of reducing the common mode noise is impaired, so that the above-mentioned peak occurs.

[第1の実施形態の変形例]
図11は、第1の実施形態の第1の変形例に係る力率改善装置10Aの構成を示す回路図である。力率改善装置10Aは、図1の力率改善装置10の各構成要素に加えて、インダクタL1,L2にそれぞれ並列に接続されたディスクリート素子のキャパシタC11,C12を備える。従って、力率改善装置10Aは、インダクタL1のインダクタンスに並列な容量(「第1の容量」)として、寄生容量C1と、キャパシタC11の容量との和を有する。また、力率改善装置10Aは、インダクタL2のインダクタンスに並列な容量(「第2の容量」)として、寄生容量C2と、キャパシタC12の容量との和を有する。
[Modified example of the first embodiment]
FIG. 11 is a circuit diagram showing the configuration of the power factor improving device 10A according to the first modification of the first embodiment. The power factor improving device 10A includes, in addition to each component of the power factor improving device 10 of FIG. 1, capacitors C11 and C12 of discrete elements connected in parallel to the inductors L1 and L2, respectively. Therefore, the power factor improving device 10A has a sum of the parasitic capacitance C1 and the capacitance of the capacitor C11 as a capacitance (“first capacitance”) parallel to the inductance of the inductor L1. Further, the power factor improving device 10A has a sum of the parasitic capacitance C2 and the capacitance of the capacitor C12 as a capacitance (“second capacitance”) parallel to the inductance of the inductor L2.

本明細書では、キャパシタC11,C12をそれぞれ「第1及び第2のキャパシタ」とも呼ぶ。 In the present specification, the capacitors C11 and C12 are also referred to as "first and second capacitors", respectively.

図12は、図11の力率改善装置10Aの等価回路図である。図11及び図12の例では、角周波数ωにおけるインピーダンスZ1,Z2は次式で表される。 FIG. 12 is an equivalent circuit diagram of the power factor improving device 10A of FIG. In the examples of FIGS. 11 and 12, the impedances Z1 and Z2 at the angular frequency ω are represented by the following equations.

Z1={(ω・L1)‖(1/(ω(C1+C11)))} (1A)
Z2={(ω・L2)‖(1/(ω(C2+C12)))} (2A)
Z1 = {(ω ・ L1) ‖ (1 / (ω (C1 + C11)))} (1A)
Z2 = {(ω ・ L2) ‖ (1 / (ω (C2 + C12)))} (2A)

インピーダンスZ1,Z2が式(1A)及び式(2A)により表される場合、インピーダンスバランス条件は次式により表される。 When the impedances Z1 and Z2 are expressed by the equations (1A) and (2A), the impedance balance condition is expressed by the following equation.

{(ω・L1)‖(1/(ω(C1+C11)))}/{(ω・L2)‖(1/(ω(C2+C12)))}
=(1/(ω・C3))/(1/(ω(C4+C5+C6))) (9)
{(Ω ・ L1) ‖ (1 / (ω (C1 + C11)))} / {(ω ・ L2) ‖ (1 / (ω (C2 + C12)))}
= (1 / (ω ・ C3)) / (1 / (ω (C4 + C5 + C6))) (9)

式(9)を満たすように、インダクタL1,L2のインダクタンス、寄生容量C1,C2、及びキャパシタC11,C12の容量を設定することにより、コモンモードノイズを低減することができる。 Common mode noise can be reduced by setting the inductance of the inductors L1 and L2, the parasitic capacitances C1 and C2, and the capacitances of the capacitors C11 and C12 so as to satisfy the equation (9).

図13は、第1の実施形態の第2の変形例に係る力率改善装置10Bの構成を示す回路図である。力率改善装置10Bは、図1の力率改善装置10の各構成要素に加えて、接続点N1と導体部GNDとの間に接続されたディスクリート素子のキャパシタC13を備える。従って、力率改善装置10Bは、接続点N1と導体部GNDとの間の容量(「第3の容量」)として、寄生容量C3と、キャパシタC13の容量との和を有する。 FIG. 13 is a circuit diagram showing the configuration of the power factor improving device 10B according to the second modification of the first embodiment. The power factor improving device 10B includes, in addition to each component of the power factor improving device 10 of FIG. 1, a capacitor C13 of a discrete element connected between the connection point N1 and the conductor portion GND. Therefore, the power factor improving device 10B has a sum of the parasitic capacitance C3 and the capacitance of the capacitor C13 as the capacitance (“third capacitance”) between the connection point N1 and the conductor portion GND.

本明細書では、キャパシタC13を「第3のキャパシタ」とも呼ぶ。 In the present specification, the capacitor C13 is also referred to as a "third capacitor".

図14は、図13の力率改善装置10Bの等価回路図である。図13及び図14の例では、角周波数ωにおけるインピーダンスZ3は次式で表される。 FIG. 14 is an equivalent circuit diagram of the power factor improving device 10B of FIG. In the examples of FIGS. 13 and 14, the impedance Z3 at the angular frequency ω is expressed by the following equation.

Z3=1/(ω(C3+C13)) (3B) Z3 = 1 / (ω (C3 + C13)) (3B)

インピーダンスZ3が式(3B)により表される場合、インピーダンスバランス条件は次式により表される。 When the impedance Z3 is expressed by the equation (3B), the impedance balance condition is expressed by the following equation.

{(ω・L1)‖(1/(ω・C1))}/{(ω・L2)‖(1/(ω・C2))}
=(1/(ω(C3+C13)))/(1/(ω(C4+C5+C6)))
(10)
{(Ω ・ L1) ‖ (1 / (ω ・ C1))} / {(ω ・ L2) ‖ (1 / (ω ・ C2))}
= (1 / (ω (C3 + C13))) / (1 / (ω (C4 + C5 + C6)))
(10)

式(10)を満たすようにキャパシタC13の容量を設定することにより、コモンモードノイズを低減することができる。例えば、寄生容量C3〜C6の大きさが与えられ、また、同一のインダクタンス及び同一の寄生容量を有するインダクタL1,L2を用いる場合を考える。この場合、インピーダンスZ1,Z2は互いに等しくなり、式(10)の左辺は1になる。このとき、式(10)のインピーダンスバランス条件を満たすために、キャパシタC13の容量は、次式を満たすように設定される。 Common mode noise can be reduced by setting the capacitance of the capacitor C13 so as to satisfy the equation (10). For example, consider the case where inductors L1 and L2 having the same magnitudes of parasitic capacitances C3 to C6 and having the same inductance and the same parasitic capacitance are used. In this case, the impedances Z1 and Z2 are equal to each other, and the left side of the equation (10) is 1. At this time, in order to satisfy the impedance balance condition of the equation (10), the capacitance of the capacitor C13 is set so as to satisfy the following equation.

C13=C4+C5+C6−C3 (11) C13 = C4 + C5 + C6-C3 (11)

回路シミュレーションを行って、力率改善装置10Bの実体的な構成及び効果を検証した。 A circuit simulation was performed to verify the substantive configuration and effect of the power factor improving device 10B.

回路シミュレーションでは、上述の表1、表3、及び表4のパラメータを使用した。インダクタL1,L2及び寄生容量C1,C2については、以下の表5のパラメータを使用した。 In the circuit simulation, the parameters in Tables 1, 3 and 4 described above were used. For the inductors L1 and L2 and the parasitic capacitances C1 and C2, the parameters shown in Table 5 below were used.

[表5]
――――――――――――――――――――
素子 設定値
――――――――――――――――――――
L1 150μH
L2 150μH
C1 40pF
C2 40pF
――――――――――――――――――――
[Table 5]
――――――――――――――――――――
Element setting value ――――――――――――――――――――
L1 150 μH
L2 150μH
C1 40pF
C2 40pF
――――――――――――――――――――

このとき、式(11)から、キャパシタC13の容量を10pFに設定した。 At this time, the capacitance of the capacitor C13 was set to 10 pF from the equation (11).

図15は、図13の力率改善装置10Bにおいて発生するコモンモード電圧Vcmの周波数特性を示すグラフである。図15によれば、図10の場合と同様に、広い周波数範囲においてコモンモード電圧Vcmが低減されたことがわかる。ただし、図15によれば、図10の場合と同様に、互いに並列なインダクタL1及び寄生容量C1の共振、又は、互いに並列なインダクタL2及び寄生容量C2の共振に起因するピークが残存している。 FIG. 15 is a graph showing the frequency characteristics of the common mode voltage Vcm generated in the power factor improving device 10B of FIG. According to FIG. 15, it can be seen that the common mode voltage Vcm was reduced in a wide frequency range as in the case of FIG. However, according to FIG. 15, as in the case of FIG. 10, a peak due to the resonance of the inductor L1 and the parasitic capacitance C1 parallel to each other or the resonance of the inductor L2 and the parasitic capacitance C2 parallel to each other remains. ..

図16は、第1の実施形態の第3の変形例に係る力率改善装置10Cの構成を示す回路図である。力率改善装置10Cは、図1の力率改善装置10の各構成要素に加えて、接続点N2と導体部GNDとの間に接続されたディスクリート素子のキャパシタC14を備える。従って、力率改善装置10Cは、接続点N2と導体部GNDとの間の容量(「第4の容量」)として、寄生容量C4と、キャパシタC14の容量との和を有する。 FIG. 16 is a circuit diagram showing the configuration of the power factor improving device 10C according to the third modification of the first embodiment. The power factor improving device 10C includes, in addition to each component of the power factor improving device 10 of FIG. 1, a capacitor C14 of a discrete element connected between the connection point N2 and the conductor portion GND. Therefore, the power factor improving device 10C has the sum of the parasitic capacitance C4 and the capacitance of the capacitor C14 as the capacitance (“fourth capacitance”) between the connection point N2 and the conductor portion GND.

本明細書では、キャパシタC14を「第4のキャパシタ」とも呼ぶ。 In the present specification, the capacitor C14 is also referred to as a "fourth capacitor".

図17は、図16の力率改善装置10Cの等価回路図である。図16及び図17の例では、角周波数ωにおけるインピーダンスZ4は次式で表される。 FIG. 17 is an equivalent circuit diagram of the power factor improving device 10C of FIG. In the examples of FIGS. 16 and 17, the impedance Z4 at the angular frequency ω is expressed by the following equation.

Z4=1/(ω(C4+C5+C6+C14)) (4C) Z4 = 1 / (ω (C4 + C5 + C6 + C14)) (4C)

インピーダンスZ4が式(4C)により表される場合、インピーダンスバランス条件は次式により表される。 When the impedance Z4 is expressed by the equation (4C), the impedance balance condition is expressed by the following equation.

{(ω・L1)‖(1/(ω・C1))}/{(ω・L2)‖(1/(ω・C2))}
=(1/(ω・C3))/(1/(ω(C4+C5+C6+C14))) (12)
{(Ω ・ L1) ‖ (1 / (ω ・ C1))} / {(ω ・ L2) ‖ (1 / (ω ・ C2))}
= (1 / (ω ・ C3)) / (1 / (ω (C4 + C5 + C6 + C14))) (12)

式(12)を満たすようにキャパシタC14の容量を設定することにより、コモンモードノイズを低減することができる。 Common mode noise can be reduced by setting the capacitance of the capacitor C14 so as to satisfy the equation (12).

図18は、第1の実施形態の第4の変形例に係る力率改善装置10Dの構成を示す回路図である。力率改善装置10Dは、図1の力率改善装置10の各構成要素に加えて、出力端子OUT1,OUT2と導体部GNDとの間にそれぞれ接続されたディスクリート素子のキャパシタC15,C16を備える。キャパシタC15,C16は、例えば、出力側のYキャパシタである。従って、力率改善装置10Dは、出力端子OUT1と導体部GNDとの間の容量(「第5の容量」)として、寄生容量C5と、キャパシタC15の容量との和を有する。また、力率改善装置10Dは、出力端子OUT2と導体部GNDとの間の容量(「第6の容量」)として、寄生容量C6と、キャパシタC16の容量との和を有する。 FIG. 18 is a circuit diagram showing the configuration of the power factor improving device 10D according to the fourth modification of the first embodiment. The power factor improving device 10D includes, in addition to each component of the power factor improving device 10 of FIG. 1, discrete element capacitors C15 and C16 connected between the output terminals OUT1 and OUT2 and the conductor portion GND, respectively. The capacitors C15 and C16 are, for example, Y capacitors on the output side. Therefore, the power factor improving device 10D has a sum of the parasitic capacitance C5 and the capacitance of the capacitor C15 as the capacitance (“fifth capacitance”) between the output terminal OUT1 and the conductor portion GND. Further, the power factor improving device 10D has a sum of the parasitic capacitance C6 and the capacitance of the capacitor C16 as the capacitance (“sixth capacitance”) between the output terminal OUT2 and the conductor portion GND.

本明細書では、キャパシタC15,C16をそれぞれ「第5及び第6のキャパシタ」とも呼ぶ。 In the present specification, the capacitors C15 and C16 are also referred to as "fifth and sixth capacitors", respectively.

図19は、図18の力率改善装置10Dの等価回路図である。図18及び図19の例では、角周波数ωにおけるインピーダンスZ4は次式で表される。 FIG. 19 is an equivalent circuit diagram of the power factor improving device 10D of FIG. In the examples of FIGS. 18 and 19, the impedance Z4 at the angular frequency ω is expressed by the following equation.

Z4=1/(ω(C4+C5+C6+C15+C16)) (4D) Z4 = 1 / (ω (C4 + C5 + C6 + C15 + C16)) (4D)

インピーダンスZ4が式(4D)により表される場合、インピーダンスバランス条件は次式により表される。 When the impedance Z4 is expressed by the equation (4D), the impedance balance condition is expressed by the following equation.

{(ω・L1)‖(1/(ω・C1))}/{(ω・L2)‖(1/(ω・C2))}
=(1/(ω・C3))/(1/(ω(C4+C5+C6+C15+C16)))
(13)
{(Ω ・ L1) ‖ (1 / (ω ・ C1))} / {(ω ・ L2) ‖ (1 / (ω ・ C2))}
= (1 / (ω ・ C3)) / (1 / (ω (C4 + C5 + C6 + C15 + C16)))
(13)

式(13)を満たすようにキャパシタC15,C16の容量を設定することにより、コモンモードノイズを低減することができる。 Common mode noise can be reduced by setting the capacitances of the capacitors C15 and C16 so as to satisfy the equation (13).

第1の実施形態の第1〜第4の変形例に係る力率改善装置10A〜10Dによれば、寄生容量と、ディスクリート素子のキャパシタとを組み合わせることにより、設計上の自由度を向上することができる。また、キャパシタの容量が寄生容量よりも大幅に大きい場合、第1〜第6の容量の大きさは、実質的にキャパシタの容量で決まり、寄生容量を無視してもよい。キャパシタは既知の容量を有するので、力率改善装置の各回路部分の容量値を設計しやすくなり、インピーダンスバランス条件を実現しやすくなる。 According to the power factor improving devices 10A to 10D according to the first to fourth modifications of the first embodiment, the degree of freedom in design is improved by combining the parasitic capacitance and the capacitor of the discrete element. Can be done. Further, when the capacitance of the capacitor is significantly larger than the parasitic capacitance, the magnitude of the first to sixth capacitances is substantially determined by the capacitance of the capacitor, and the parasitic capacitance may be ignored. Since the capacitor has a known capacitance, it becomes easy to design the capacitance value of each circuit portion of the power factor improving device, and it becomes easy to realize the impedance balance condition.

[第1の実施形態の効果]
第1の実施形態に係る力率改善装置によれば、トーテムポール型力率改善回路として動作しながら、簡単な構成及び制御により、従来よりもコモンモードノイズを低減することができる。
[Effect of the first embodiment]
According to the power factor improving device according to the first embodiment, common mode noise can be reduced as compared with the conventional case by a simple configuration and control while operating as a totem pole type power factor improving circuit.

第1の実施形態に係る力率改善装置によれば、式(5)などのインピーダンスバランス条件を満たすように第1及び第2のインダクタンスと第1〜第6の容量とを設定することにより、コモンモードノイズを低減することができる。 According to the power factor improving device according to the first embodiment, the first and second inductances and the first to sixth capacitances are set so as to satisfy the impedance balance condition of the equation (5) and the like. Common mode noise can be reduced.

第1の実施形態に係る力率改善装置によれば、式(7)及び式(8)のインピーダンスバランス条件を満たすように第1及び第2のインダクタンスと第1〜第6の容量とを設定することにより、広い周波数範囲においてコモンモードノイズを低減することができる。 According to the power factor improving device according to the first embodiment, the first and second inductances and the first to sixth capacitances are set so as to satisfy the impedance balance conditions of the equations (7) and (8). By doing so, common mode noise can be reduced in a wide frequency range.

従来、コモンモードノイズを抑制する対策部品として、コモンモードチョークコイル及びYキャパシタが使用されることがある。しかし、パワーエレクトロニクス回路では、漏洩電流に対する規制によりYキャパシタの容量が制限されるとともに、磁気飽和の回避及び銅損の低減のためにコモンモードチョークコイルが大型化する。第1の実施形態に係る力率改善装置によれば、コモンモードチョークコイル及びYキャパシタを必要とせず、回路定数の変更又は少数の部品追加によりインピーダンスバランス条件を満たすことができるので、装置のサイズ及びコストを従来よりも低減することができる。 Conventionally, a common mode choke coil and a Y capacitor may be used as countermeasure components for suppressing common mode noise. However, in the power electronics circuit, the capacity of the Y capacitor is limited by the regulation on the leakage current, and the size of the common mode choke coil is increased in order to avoid magnetic saturation and reduce copper loss. According to the power factor improving device according to the first embodiment, the impedance balance condition can be satisfied by changing the circuit constant or adding a small number of parts without requiring a common mode choke coil and a Y capacitor, and thus the size of the device. And the cost can be reduced as compared with the conventional case.

[第2の実施形態]
図20は、第2の実施形態に係る力率改善装置10Eの構成を示す回路図である。力率改善装置10Eは、図1の力率改善装置10の各構成要素に加えて、インダクタL1,L2にそれぞれ並列に接続された抵抗R1,R2を備える。
[Second Embodiment]
FIG. 20 is a circuit diagram showing the configuration of the power factor improving device 10E according to the second embodiment. The power factor improving device 10E includes resistors R1 and R2 connected in parallel to the inductors L1 and L2, respectively, in addition to the components of the power factor improving device 10 of FIG.

本明細書では、抵抗R1,R2をそれぞれ「第1及び第2の抵抗」とも呼ぶ。 In the present specification, the resistors R1 and R2 are also referred to as "first and second resistors", respectively.

前述したように、図10のコモンモード電圧Vcmの周波数特性には、互いに並列なインダクタンス及び容量の共振に起因する急峻なピークが残存する。第2の実施形態では、互いに並列なインダクタンス及び容量の共振周波数の付近におけるコモンモードノイズを低減するために、抵抗R1,R2を追加した。抵抗R1,R2は、いわゆるダンピング抵抗である。抵抗R1は、互いに並列なインダクタL1及び寄生容量C1が共振しているときにインダクタL1及び寄生容量C1に流れる電流を減衰させる。同様に、抵抗R2は、互いに並列なインダクタL2及び寄生容量C2が共振しているときにインダクタL2及び寄生容量C2に流れる電流を減衰させる。抵抗R1,R2は、インダクタL1,L2の両端の絶縁性を確保するために、例えば数kΩ以上の抵抗値を有する。 As described above, in the frequency characteristic of the common mode voltage Vcm in FIG. 10, a steep peak due to resonance of inductance and capacitance in parallel with each other remains. In the second embodiment, resistors R1 and R2 are added in order to reduce common mode noise in the vicinity of the resonant frequencies of the inductances and capacitances parallel to each other. The resistors R1 and R2 are so-called damping resistors. The resistor R1 attenuates the current flowing through the inductor L1 and the parasitic capacitance C1 when the inductor L1 and the parasitic capacitance C1 in parallel with each other resonate. Similarly, the resistor R2 attenuates the current flowing through the inductor L2 and the parasitic capacitance C2 when the inductor L2 and the parasitic capacitance C2 in parallel with each other resonate. The resistors R1 and R2 have a resistance value of, for example, several kΩ or more in order to ensure the insulating property at both ends of the inductors L1 and L2.

図21は、図20の力率改善装置10Eの等価回路図である。図20及び図21の例では、互いに並列なインダクタンス及び容量の共振周波数では抵抗R1,R2のみが支配的になり、共振周波数におけるインピーダンスZ1,Z2は次式で表される。 FIG. 21 is an equivalent circuit diagram of the power factor improving device 10E of FIG. In the examples of FIGS. 20 and 21, only the resistors R1 and R2 dominate at the resonance frequencies of the inductances and capacitances parallel to each other, and the impedances Z1 and Z2 at the resonance frequencies are expressed by the following equations.

Z1=R1 (1E)
Z2=R2 (2E)
Z1 = R1 (1E)
Z2 = R2 (2E)

共振周波数より低い周波数帯域では、インピーダンスバランス条件は式(7)により表され、また、共振周波数より高い周波数帯域では、インピーダンスバランス条件は式(8)により表される。一方、共振周波数では、インピーダンスバランス条件は次式により表される。 In the frequency band lower than the resonance frequency, the impedance balance condition is expressed by the equation (7), and in the frequency band higher than the resonance frequency, the impedance balance condition is expressed by the equation (8). On the other hand, at the resonance frequency, the impedance balance condition is expressed by the following equation.

R1/R2
=(1/(ω・C3))/(1/(ω(C4+C5+C6))) (14)
R1 / R2
= (1 / (ω ・ C3)) / (1 / (ω (C4 + C5 + C6))) (14)

式(14)を満たすように抵抗R1,R2の抵抗値を設定することにより、共振周波数においてもコモンモードノイズを低減することができる。 By setting the resistance values of the resistors R1 and R2 so as to satisfy the equation (14), the common mode noise can be reduced even at the resonance frequency.

回路シミュレーションを行って、力率改善装置10Eの実体的な構成及び効果を検証した。 A circuit simulation was performed to verify the substantive configuration and effect of the power factor improving device 10E.

回路シミュレーションでは、上述の表1〜表4のパラメータを使用した。抵抗R1,R2の抵抗値は、式(14)のインピーダンスバランス条件を満たすために、以下のように設定した。 In the circuit simulation, the parameters shown in Tables 1 to 4 above were used. The resistance values of the resistors R1 and R2 were set as follows in order to satisfy the impedance balance condition of the equation (14).

[表6]
――――――――――――――――――――
素子 設定値
――――――――――――――――――――
R1 1.5kΩ
R2 1kΩ
――――――――――――――――――――
[Table 6]
――――――――――――――――――――
Element setting value ――――――――――――――――――――
R1 1.5kΩ
R2 1kΩ
――――――――――――――――――――

図22は、図20の力率改善装置10Eにおいて発生するコモンモード電圧Vcmの周波数特性を示すグラフである。図22によれば、互いに並列なインダクタンス及び容量の共振周波数でもインピーダンスバランス条件を満たせるので、共振周波数におけるピークは消失し、周波数範囲の全体においてコモンモード電圧Vcmが低減していることがわかる。 FIG. 22 is a graph showing the frequency characteristics of the common mode voltage Vcm generated in the power factor improving device 10E of FIG. 20. According to FIG. 22, since the impedance balance condition can be satisfied even at the resonance frequencies of the inductances and capacitances parallel to each other, it can be seen that the peak at the resonance frequency disappears and the common mode voltage Vcm is reduced over the entire frequency range.

第2の実施形態に係る力率改善装置10Eによれば、互いに並列なインダクタンス及び容量の共振周波数においてもコモンモードノイズを低減することができる。 According to the power factor improving device 10E according to the second embodiment, common mode noise can be reduced even at resonance frequencies of inductance and capacitance parallel to each other.

抵抗R1,R2を、第1の実施形態の他の変形例に係る力率改善装置10A〜10Dに適用してもよい。 The resistors R1 and R2 may be applied to the power factor improving devices 10A to 10D according to another modification of the first embodiment.

[第3の実施形態]
図23は、第3の実施形態に係る力率改善装置10Fの構成を示す回路図である。力率改善装置10Fは、図1の力率改善装置10の各構成要素を備え、さらに、インダクタL1,L2に流れるコモンモード電流によって生じる磁束が相殺するように、インダクタL1,L2が互いに電磁的に結合される。
[Third Embodiment]
FIG. 23 is a circuit diagram showing the configuration of the power factor improving device 10F according to the third embodiment. The power factor improving device 10F includes each component of the power factor improving device 10 of FIG. 1, and the inductors L1 and L2 are electromagnetically oriented from each other so that the magnetic flux generated by the common mode current flowing through the inductors L1 and L2 cancels each other out. Combined with.

前述したように、図10のコモンモード電圧Vcmの周波数特性には、互いに並列なインダクタンス及び容量の共振に起因する急峻なピークが残存する。第3の実施形態では、互いに並列なインダクタンス及び容量の共振周波数の付近におけるコモンモードノイズを低減するために、インダクタL1,L2が逆極性で結合される。 As described above, in the frequency characteristic of the common mode voltage Vcm in FIG. 10, a steep peak due to resonance of inductance and capacitance in parallel with each other remains. In the third embodiment, the inductors L1 and L2 are coupled with opposite polarities in order to reduce common mode noise in the vicinity of the resonant frequencies of the inductances and capacitances parallel to each other.

力率改善装置10Fの基本動作(ノーマルモード)では、インダクタL1,L2にノーマルモード電流が流れることで、インダクタL1,L2の電磁誘導によって同じ向きに磁束が発生して磁束が強め合い、インダクタL1,L2のインピーダンスが増大する。一方、インダクタL1,L2にコモンモード電流が流れると、逆向きの磁束が発生して磁束は相殺し、インダクタL1,L2のインダクタンスが低減する。従って、インダクタL1,L2を逆極性で結合することで、コモンモード電流がインダクタL1,L2を流れるときにインダクタL1,L2のインピーダンスが低減し、互いに並列なインダクタンス及び容量の共振が発生しにくくなる。 In the basic operation (normal mode) of the power factor improving device 10F, the normal mode current flows through the inductors L1 and L2, and the magnetic flux is generated in the same direction by the electromagnetic induction of the inductors L1 and L2, and the magnetic fluxes strengthen each other. , L2 impedance increases. On the other hand, when a common mode current flows through the inductors L1 and L2, a magnetic flux in the opposite direction is generated to cancel the magnetic flux, and the inductance of the inductors L1 and L2 is reduced. Therefore, by coupling the inductors L1 and L2 with opposite polarities, the impedance of the inductors L1 and L2 is reduced when the common mode current flows through the inductors L1 and L2, and resonance of inductance and capacitance in parallel with each other is less likely to occur. ..

図24は、図23の力率改善装置10Fの等価回路図である。 FIG. 24 is an equivalent circuit diagram of the power factor improving device 10F of FIG. 23.

図24において、Mは、インダクタL1,L2の相互インダクタンスを示し、次式により表される。 In FIG. 24, M indicates the mutual inductance of the inductors L1 and L2, and is represented by the following equation.

M=k×√(L1×L2) (15) M = k × √ (L1 × L2) (15)

ここで、kは、インダクタL1,L2の結合係数を示す。 Here, k indicates the coupling coefficient of the inductors L1 and L2.

力率改善装置10Fは、入力端子IN1と接続点N1との間に接続されたインダクタL1のインダクタンス(「第1のインダクタンス」)として、インダクタL1の自己インダクタンスと、相互インダクタンスMとの和を有する。また、力率改善装置10Fは、入力端子IN2と接続点N2との間に接続されたインダクタL2のインダクタンス(「第2のインダクタンス」)として、インダクタL2の自己インダクタンスと、相互インダクタンスMとの和を有する。図23及び図24の例では、角周波数ωにおけるインピーダンスZ1,Z2は次式で表される。 The power factor improving device 10F has the sum of the self-inductance of the inductor L1 and the mutual inductance M as the inductance (“first inductance”) of the inductor L1 connected between the input terminal IN1 and the connection point N1. .. Further, in the power factor improving device 10F, the sum of the self-inductance of the inductor L2 and the mutual inductance M as the inductance (“second inductance”) of the inductor L2 connected between the input terminal IN2 and the connection point N2. Has. In the examples of FIGS. 23 and 24, the impedances Z1 and Z2 at the angular frequency ω are represented by the following equations.

Z1={(ω(L1+M))‖(1/(ω・C1))} (1F)
Z2={(ω(L2+M))‖(1/(ω・C2))} (2F)
Z1 = {(ω (L1 + M)) ‖ (1 / (ω ・ C1))} (1F)
Z2 = {(ω (L2 + M)) ‖ (1 / (ω ・ C2))} (2F)

共振周波数より低い周波数帯域では、インピーダンスZ1,Z2は、簡易的に、次式により表されてもよい。 In the frequency band lower than the resonance frequency, the impedances Z1 and Z2 may be simply expressed by the following equations.

Z1=ω(L1+M) (1Fa)
Z2=ω(L2+M) (2Fa)
Z1 = ω (L1 + M) (1Fa)
Z2 = ω (L2 + M) (2Fa)

インピーダンスZ1,Z2が式(1Fa)及び式(2Fa)により表される場合、インピーダンスバランス条件は次式により表される。 When the impedances Z1 and Z2 are expressed by the equations (1Fa) and (2Fa), the impedance balance condition is expressed by the following equation.

(ω(L1+M))/(ω(L2+M))
=(1/(ω・C3))/(1/(ω(C4+C5+C6))) (16)
(Ω (L1 + M)) / (ω (L2 + M))
= (1 / (ω ・ C3)) / (1 / (ω (C4 + C5 + C6))) (16)

式(16)を満たすように、インダクタL1,L2の自己インダクタンス及び相互インダクタンスMを設定することにより、コモンモードノイズを低減することができる。 Common mode noise can be reduced by setting the self-inductance and mutual inductance M of the inductors L1 and L2 so as to satisfy the equation (16).

回路シミュレーションを行って、力率改善装置10Fの実体的な構成及び効果を検証した。 A circuit simulation was performed to verify the substantive configuration and effect of the power factor improving device 10F.

回路シミュレーションでは、上述の表1、表3、及び表4のパラメータを使用した。インダクタL1,L2及び寄生容量C1,C2については、以下の表7のパラメータを使用した。 In the circuit simulation, the parameters in Tables 1, 3 and 4 described above were used. For the inductors L1 and L2 and the parasitic capacitances C1 and C2, the parameters shown in Table 7 below were used.

[表7]
――――――――――――――――――――
素子 設定値
――――――――――――――――――――
L1 207.7μH
L2 92.3μH
C1 32pF
C2 48pF
――――――――――――――――――――
[Table 7]
――――――――――――――――――――
Element setting value ――――――――――――――――――――
L1 207.7 μH
L2 92.3 μH
C1 32pF
C2 48pF
――――――――――――――――――――

表7は、表1の寄生容量C3〜C6が設定されているとき、式(16)を満たすように設定されたインダクタL1,L2のインダクタンスと、式(8)を満たすように設定された寄生容量C1,C2とを示す。インダクタの結合係数kは0.997に設定した。 Table 7 shows the inductances of the inductors L1 and L2 set to satisfy the equation (16) and the parasitics set to satisfy the equation (8) when the parasitic capacitances C3 to C6 of Table 1 are set. The capacitances C1 and C2 are shown. The coupling coefficient k of the inductor was set to 0.997.

図25は、図23の力率改善装置10Fにおいて発生するコモンモード電圧Vcmの周波数特性を示すグラフである。図25によれば、図10の場合において1.6MHz付近に生じていたピークが除去されていることがわかる。 FIG. 25 is a graph showing the frequency characteristics of the common mode voltage Vcm generated in the power factor improving device 10F of FIG. 23. According to FIG. 25, it can be seen that the peak generated near 1.6 MHz in the case of FIG. 10 is removed.

また、図25によれば、20MHz以上においてコモンモード電圧Vcmが大きくなっている。これは、結合係数k=0.997に設定した結果、漏れインダクタンス及び寄生容量の共振によってインピーダンスバランス条件が満たされなくなったからである。結合係数kを1に近づけることで、20MHz以上におけるコモンモード電圧Vcmは低減される。ただし、実際のインダクタについて、結合係数kを完全に1にすることは難しい。本シミュレーションのように結合係数k=0.997であっても、コモンモードノイズは十分に低減されているといえる。 Further, according to FIG. 25, the common mode voltage Vcm is large at 20 MHz or higher. This is because, as a result of setting the coupling coefficient k = 0.997, the impedance balance condition is not satisfied due to the resonance of the leakage inductance and the parasitic capacitance. By bringing the coupling coefficient k close to 1, the common mode voltage Vcm at 20 MHz or higher is reduced. However, it is difficult to completely set the coupling coefficient k to 1 for an actual inductor. It can be said that the common mode noise is sufficiently reduced even when the coupling coefficient k = 0.997 as in this simulation.

第3の実施形態に係る力率改善装置10Fによれば、互いに並列なインダクタンス及び容量の共振周波数においてもコモンモードノイズを低減することができる。 According to the power factor improving device 10F according to the third embodiment, common mode noise can be reduced even at resonance frequencies of inductance and capacitance parallel to each other.

また、インダクタL1,L2を逆極性で結合することで、ノーマルモードにおけるインダクタL1,L2のインダクタンスを相互インダクタンスMの分だけ大きくすることができる。従って、インダクタL1,L2に流れるリップル電流を低減できるという効果も得られる。 Further, by coupling the inductors L1 and L2 with opposite polarities, the inductance of the inductors L1 and L2 in the normal mode can be increased by the amount of the mutual inductance M. Therefore, the effect that the ripple current flowing through the inductors L1 and L2 can be reduced can also be obtained.

インダクタL1,L2を逆極性で結合することを、第1の実施形態の他の変形例に係る力率改善装置10A〜10D及び第2の実施形態に係る力率改善装置10Eに適用してもよい。 Even if the coupling of the inductors L1 and L2 with opposite polarities is applied to the power factor improving devices 10A to 10D according to another modification of the first embodiment and the power factor improving device 10E according to the second embodiment. good.

[第4の実施形態]
図26は、第4の実施形態に係る力率改善装置10Gの構成を示す回路図である。力率改善装置10Gは、図1のダイオードD1,D2及び制御回路1に代えて、トランジスタQ3,Q4及び制御回路1Gを備える。
[Fourth Embodiment]
FIG. 26 is a circuit diagram showing the configuration of the power factor improving device 10G according to the fourth embodiment. The power factor improving device 10G includes transistors Q3 and Q4 and a control circuit 1G in place of the diodes D1 and D2 and the control circuit 1 of FIG.

第3及び第4のスイッチング素子は、ダイオードに限らず、例えばMOSFETなどのトランジスタであってもよい。この場合、制御回路1Gは、入力端子IN1,IN2に印加される交流電圧の正の時間期間において、トランジスタQ3をオフし、トランジスタQ4をオンする。また、制御回路1Gは、入力端子IN1,IN2に印加される交流電圧の負の時間期間において、トランジスタQ3をオンし、トランジスタQ4をオフする。従って、トランジスタQ3,Q4は、交流電力の周波数でオン/オフされるスイッチング素子である。 The third and fourth switching elements are not limited to diodes, and may be transistors such as MOSFETs. In this case, the control circuit 1G turns off the transistor Q3 and turns on the transistor Q4 during the positive time period of the AC voltage applied to the input terminals IN1 and IN2. Further, the control circuit 1G turns on the transistor Q3 and turns off the transistor Q4 during the negative time period of the AC voltage applied to the input terminals IN1 and IN2. Therefore, the transistors Q3 and Q4 are switching elements that are turned on / off at the frequency of AC power.

力率改善装置10Gもまた、図1の力率改善装置10と同様に、トーテムポール型力率改善回路として動作しながら、簡単な構成及び制御により、従来よりもコモンモードノイズを低減することができる。 Like the power factor improving device 10 of FIG. 1, the power factor improving device 10G also operates as a totem pole type power factor improving circuit, and can reduce common mode noise more than before by a simple configuration and control. can.

[第5の実施形態]
図27は、第5の実施形態に係る電力変換装置100の構成を示すブロック図である。電力変換装置100は、ノイズフィルタ13、力率改善装置10、及びDC/DCコンバータ14を備える。ノイズフィルタ13は、交流電源11及び力率改善装置10の間に挿入され、ノーマルモードノイズを除去する。図27の力率改善装置10は、図1の力率改善装置10と同様に構成される。DC/DCコンバータ14は、力率改善装置10から出力された直流電力を、所定電圧の直流電力に変換する電圧変換器である。負荷装置15は、DC/DCコンバータ14から供給された直流電力で動作する。
[Fifth Embodiment]
FIG. 27 is a block diagram showing the configuration of the power conversion device 100 according to the fifth embodiment. The power conversion device 100 includes a noise filter 13, a power factor improving device 10, and a DC / DC converter 14. The noise filter 13 is inserted between the AC power supply 11 and the power factor improving device 10 to remove normal mode noise. The power factor improving device 10 of FIG. 27 is configured in the same manner as the power factor improving device 10 of FIG. The DC / DC converter 14 is a voltage converter that converts the DC power output from the power factor improving device 10 into DC power having a predetermined voltage. The load device 15 operates with the DC power supplied from the DC / DC converter 14.

図28は、第5の実施形態の変形例に係る電力変換装置100Aの構成を示すブロック図である。電力変換装置100は、ノイズフィルタ13、力率改善装置10、及びインバータ16を備える。インバータ16は、力率改善装置10から出力された直流電力を、所定電圧の交流電力に変換する電圧変換器である。負荷装置17は、インバータ16から供給された交流電力で動作する。 FIG. 28 is a block diagram showing the configuration of the power conversion device 100A according to the modified example of the fifth embodiment. The power conversion device 100 includes a noise filter 13, a power factor improving device 10, and an inverter 16. The inverter 16 is a voltage converter that converts the DC power output from the power factor improving device 10 into AC power having a predetermined voltage. The load device 17 operates with AC power supplied from the inverter 16.

第1〜第4の実施形態に係る力率改善装置10,10A〜10Fには、ノーマルモードノイズを低減する効果はない。そのため、図27及び図28に示すように、力率改善装置10及びノイズフィルタ13を併用することで、コモンモードノイズ及びノーマルモードノイズの両方を低減することができる。 The power factor improving devices 10, 10A to 10F according to the first to fourth embodiments have no effect of reducing normal mode noise. Therefore, as shown in FIGS. 27 and 28, both the common mode noise and the normal mode noise can be reduced by using the power factor improving device 10 and the noise filter 13 together.

図27の電力変換装置100及び図28の電力変換装置100Aは、図1の力率改善装置10に代えて、他の変形例及び実施形態に係る力率改善装置10A〜10Fを備えてもよい。 The power conversion device 100 of FIG. 27 and the power conversion device 100A of FIG. 28 may include power factor improving devices 10A to 10F according to other modifications and embodiments in place of the power factor improving device 10 of FIG. ..

力率改善装置10,10A〜10Fの出力端子OUT1,OUT2は、DC/DCコンバータ14又はインバータ16を介することなく、負荷装置15に直接に接続されてもよい。 The output terminals OUT1 and OUT2 of the power factor improving devices 10 and 10A to 10F may be directly connected to the load device 15 without going through the DC / DC converter 14 or the inverter 16.

本開示の一態様に係る力率改善装置は、交流電力を直流電力に変換しかつ力率を改善して出力するトーテムポール型力率改善回路として動作する力率改善装置を、低ノイズ、小型、かつ低コストで実現することに有用である。 The power factor improving device according to one aspect of the present disclosure is a power factor improving device that operates as a totem pole type power factor improving circuit that converts AC power into DC power and outputs the power factor after improving the power factor. It is useful for realizing at low cost.

1,1G 制御回路
10,10A〜10G 力率改善装置
11 交流電源
12 擬似電源回路網
13 ノイズフィルタ
14 DC/DCコンバータ
15 負荷装置
16 インバータ
17 負荷装置
100,100A 電力変換装置
Cin 入力キャパシタ
Cout 出力キャパシタ
C1〜C6 寄生容量
C11〜C16 キャパシタ
D1,D2 ダイオード
GND 導体部
IN1,IN2 入力端子
L1,L2 インダクタ
N1,N2 接続点
OUT1,OUT2 出力端子
Q1〜Q4 トランジスタ
1,1G control circuit 10,10A-10G Power factor improvement device 11 AC power supply 12 Pseudo power supply network 13 Noise filter 14 DC / DC converter 15 Load device 16 Inverter 17 Load device 100, 100A Power conversion device Cin input capacitor Cout output capacitor C1 to C6 Parasitic capacitance C11 to C16 Capacitor D1, D2 Diode GND Conductor IN1, IN2 Input terminal L1, L2 Inductor N1, N2 Connection point OUT1, OUT2 Output terminal Q1 to Q4 Transistor

Claims (13)

第1及び第2の入力端子に供給された交流電力を直流電力に変換しかつ力率を改善して第1及び第2の出力端子から出力する力率改善装置であって、前記力率改善装置は、
前記第1及び第2の入力端子の間に接続された入力キャパシタと、
前記第1及び第2の出力端子の間に接続された出力キャパシタと、
前記第1及び第2の出力端子の間に直列に接続され、前記交流電力の周波数よりも高い周波数でスイッチング動作する第1及び第2のスイッチング素子と、
前記第1及び第2の出力端子の間に直列に、かつ、前記第1及び第2のスイッチング素子に並列に接続され、前記交流電力の周波数でスイッチング動作する第3及び第4のスイッチング素子と、
第1及び第2のインダクタと、
導体部とを備え、
前記第1のインダクタは、前記第1の入力端子と、前記第1及び第2のスイッチング素子の間の第1の接続点との間に接続され、第1のインダクタンスを有し、
前記第2のインダクタは、前記第2の入力端子と、前記第3及び第4のスイッチング素子の間の第2の接続点との間に接続され、第2のインダクタンスを有し、
前記力率改善装置はさらに、
前記第1のインダクタンスに並列な第1の容量と、
前記第2のインダクタンスに並列な第2の容量と、
前記第1の接続点と前記導体部との間の第3の容量と、
前記第2の接続点と前記導体部との間の第4の容量と、
前記第1の出力端子と前記導体部との間の第5の容量と、
前記第2の出力端子と前記導体部との間の第6の容量とを有し、
前記第1及び第2のインダクタンスと、前記第1〜第6の容量とは、
Z1:Z2=Z3:Z4
を満たすように設定され、
ここで、Z1は、互いに並列な前記第1のインダクタンス及び前記第1の容量の合成インピーダンスであり、Z2は、互いに並列な前記第2のインダクタンス及び前記第2の容量の合成インピーダンスであり、Z3は、前記第3の容量のインピーダンスであり、Z4は、互いに並列な前記第4〜第6の容量の合成インピーダンスである、
力率改善装置。
A power factor improving device that converts AC power supplied to the first and second input terminals into DC power and improves the power factor to output from the first and second output terminals. The device is
An input capacitor connected between the first and second input terminals,
An output capacitor connected between the first and second output terminals,
A first and second switching element connected in series between the first and second output terminals and performing switching operation at a frequency higher than the frequency of the AC power.
With the third and fourth switching elements connected in series between the first and second output terminals and in parallel with the first and second switching elements and switching at the frequency of the AC power. ,
With the first and second inductors,
Equipped with a conductor part
The first inductor is connected between the first input terminal and a first connection point between the first and second switching elements and has a first inductance.
The second inductor is connected between the second input terminal and the second connection point between the third and fourth switching elements and has a second inductance.
The power factor improving device further
A first capacitance parallel to the first inductance,
A second capacitance parallel to the second inductance,
A third capacitance between the first connection point and the conductor portion,
A fourth capacitance between the second connection point and the conductor portion,
A fifth capacitance between the first output terminal and the conductor portion,
It has a sixth capacitance between the second output terminal and the conductor portion.
The first and second inductances and the first to sixth capacitances are
Z1: Z2 = Z3: Z4
Set to meet
Here, Z1 is the combined impedance of the first inductance and the first capacitance parallel to each other, Z2 is the combined impedance of the second inductance and the second capacitance parallel to each other, and Z3. Is the impedance of the third capacitance, and Z4 is the combined impedance of the fourth to sixth capacitances in parallel with each other.
Power factor improving device.
前記第1の容量は前記第1のインダクタの巻線間に生じる第1の寄生容量を含み、
前記第2の容量は前記第2のインダクタの巻線間に生じる第2の寄生容量を含み、
前記第1及び第2の寄生容量は、
Z1:Z2=Z3:Z4
を満たすように設定された、
請求項1記載の力率改善装置。
The first capacitance includes a first parasitic capacitance generated between the windings of the first inductor.
The second capacitance includes a second parasitic capacitance generated between the windings of the second inductor.
The first and second parasitic capacitances are
Z1: Z2 = Z3: Z4
Set to meet,
The power factor improving device according to claim 1.
前記第1の容量は、前記第1のインダクタに並列に接続された第1のキャパシタの容量を含み、
前記第2の容量は、前記第2のインダクタに並列に接続された第2のキャパシタの容量を含み、
前記第1及び第2のキャパシタの容量は、
Z1:Z2=Z3:Z4
を満たすように設定された、
請求項1又は2記載の力率改善装置。
The first capacitance includes the capacitance of the first capacitor connected in parallel with the first inductor.
The second capacitance includes the capacitance of the second capacitor connected in parallel with the second inductor.
The capacities of the first and second capacitors are
Z1: Z2 = Z3: Z4
Set to meet,
The power factor improving device according to claim 1 or 2.
前記第3の容量は、前記第1の接続点と前記導体部との間の第3の寄生容量を含み、
前記第4の容量は、前記第2の接続点と前記導体部との間の第4の寄生容量を含み、
前記第5の容量は、前記第1の出力端子と前記導体部との間の第5の寄生容量を含み、
前記第6の容量は、前記第2の出力端子と前記導体部との間の第6の寄生容量を含み、
前記第3〜第6の寄生容量は、
Z1:Z2=Z3:Z4
を満たすように設定された、
請求項1〜3のうちの1つに記載の力率改善装置。
The third capacitance includes a third parasitic capacitance between the first connection point and the conductor portion.
The fourth capacitance includes a fourth parasitic capacitance between the second connection point and the conductor portion.
The fifth capacitance includes a fifth parasitic capacitance between the first output terminal and the conductor portion.
The sixth capacitance includes a sixth parasitic capacitance between the second output terminal and the conductor portion.
The third to sixth parasitic capacitances are
Z1: Z2 = Z3: Z4
Set to meet,
The power factor improving device according to any one of claims 1 to 3.
前記第3の容量は、前記第1の接続点と前記導体部との間に接続された第3のキャパシタの容量を含み、
前記第3のキャパシタの容量は、
Z1:Z2=Z3:Z4
を満たすように設定された、
請求項1〜4のうちの1つに記載の力率改善装置。
The third capacitance includes the capacitance of the third capacitor connected between the first connection point and the conductor portion.
The capacity of the third capacitor is
Z1: Z2 = Z3: Z4
Set to meet,
The power factor improving device according to one of claims 1 to 4.
前記第4の容量は、前記第2の接続点と前記導体部との間に接続された第4のキャパシタの容量を含み、
前記第4のキャパシタの容量は、
Z1:Z2=Z3:Z4
を満たすように設定された、
請求項1〜5のうちの1つに記載の力率改善装置。
The fourth capacitance includes the capacitance of the fourth capacitor connected between the second connection point and the conductor portion.
The capacity of the fourth capacitor is
Z1: Z2 = Z3: Z4
Set to meet,
The power factor improving device according to any one of claims 1 to 5.
前記第5の容量は、前記第1の出力端子の接続点と前記導体部との間に接続された第5のキャパシタの容量を含み、
前記第6の容量は、前記第1の出力端子の接続点と前記導体部との間に接続された第6のキャパシタの容量を含み、
前記第5及び第6のキャパシタの容量は、
Z1:Z2=Z3:Z4
を満たすように設定された、
請求項1〜6のうちの1つに記載の力率改善装置。
The fifth capacitance includes the capacitance of the fifth capacitor connected between the connection point of the first output terminal and the conductor portion.
The sixth capacitance includes the capacitance of the sixth capacitor connected between the connection point of the first output terminal and the conductor portion.
The capacities of the fifth and sixth capacitors are
Z1: Z2 = Z3: Z4
Set to meet,
The power factor improving device according to one of claims 1 to 6.
前記第1のインダクタに並列に接続された第1の抵抗と、
前記第2のインダクタに並列に接続された第2の抵抗とをさらに備えた、
請求項1〜7のうちの1つに記載の力率改善装置。
A first resistor connected in parallel to the first inductor and
Further provided with a second resistor connected in parallel to the second inductor.
The power factor improving device according to any one of claims 1 to 7.
前記第1及び第2のインダクタは、前記第1及び第2のインダクタに流れるコモンモード電流によって生じる磁束が相殺するように、互いに電磁的に結合され、
前記第1のインダクタンスは、前記第1のインダクタの自己インダクタンスと、前記第1及び第2のインダクタの相互インダクタンスとの和を含み、
前記第2のインダクタンスは、前記第2のインダクタの自己インダクタンスと、前記相互インダクタンスとの和を含み、
前記第1及び第2のインダクタンスと、前記相互インダクタンスとは、
Z1:Z2=Z3:Z4
を満たすように設定された、
請求項1〜8のうちの1つに記載の力率改善装置。
The first and second inductors are electromagnetically coupled to each other so that the magnetic flux generated by the common mode currents flowing through the first and second inductors cancel each other out.
The first inductance includes the sum of the self-inductance of the first inductor and the mutual inductance of the first and second inductors.
The second inductance includes the sum of the self-inductance of the second inductor and the mutual inductance.
The first and second inductances and the mutual inductance are
Z1: Z2 = Z3: Z4
Set to meet,
The power factor improving device according to any one of claims 1 to 8.
前記第1及び第2のスイッチング素子はトランジスタであり、
前記第3及び第4のスイッチング素子はダイオードである、
請求項1〜9のうちの1つに記載の力率改善装置。
The first and second switching elements are transistors and
The third and fourth switching elements are diodes.
The power factor improving device according to one of claims 1 to 9.
前記第1〜第4のスイッチング素子はトランジスタである、
請求項1〜9のうちの1つに記載の力率改善装置。
The first to fourth switching elements are transistors.
The power factor improving device according to one of claims 1 to 9.
請求項1〜11のうちの1つに記載の力率改善装置と、
ノーマルモードノイズを除去するノイズフィルタとを備えた、
電力変換装置。
The power factor improving device according to one of claims 1 to 11.
Equipped with a noise filter that removes normal mode noise,
Power converter.
請求項1〜11のうちの1つに記載の力率改善装置と、
前記力率改善装置から出力された直流電力を、所定電圧の直流電力又は交流電力に変換する電圧変換器とを備えた、
電力変換装置。
The power factor improving device according to one of claims 1 to 11.
A voltage converter for converting DC power output from the power factor improving device into DC power or AC power having a predetermined voltage is provided.
Power converter.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114915159A (en) * 2022-07-18 2022-08-16 浙江大学杭州国际科创中心 Power factor correction rectifier

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