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JP2012090504A - Power supply device - Google Patents

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JP2012090504A
JP2012090504A JP2010237664A JP2010237664A JP2012090504A JP 2012090504 A JP2012090504 A JP 2012090504A JP 2010237664 A JP2010237664 A JP 2010237664A JP 2010237664 A JP2010237664 A JP 2010237664A JP 2012090504 A JP2012090504 A JP 2012090504A
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JP
Japan
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switching element
voltage
power supply
frequency
power
Prior art date
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Pending
Application number
JP2010237664A
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Japanese (ja)
Inventor
Tatsuo Sakata
龍雄 酒田
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.)
Chofu Seisakusho Co Ltd
Original Assignee
Chofu Seisakusho Co Ltd
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Publication date
Application filed by Chofu Seisakusho Co Ltd filed Critical Chofu Seisakusho Co Ltd
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Abstract

【課題】要求される電圧に応じてスイッチング素子のオンオフの周波数を変化させる電源供給装置を提供する。
【解決手段】交流電力を整流回路11で変換した直流電力を、昇圧チョッパ回路12に設けられたスイッチング素子13のオンオフの切り替えによって昇圧して所定電圧の電力を供給する電源供給装置10において、予めスイッチング素子13のオンオフの動作周波数を複数設定し、負荷となる機器15が要求する電圧に応じて、動作周波数から一つを選択し、選択した動作周波数で、スイッチング素子13のオンオフのデューティ比を変えて、機器15の要求電圧を出力する
【選択図】図1
A power supply device that changes the on / off frequency of a switching element according to a required voltage is provided.
In a power supply device 10 for supplying a predetermined voltage power by boosting DC power obtained by converting AC power by a rectifier circuit 11 by switching on and off a switching element 13 provided in a boost chopper circuit 12. A plurality of on / off operating frequencies of the switching element 13 are set, and one of the operating frequencies is selected according to the voltage required by the load device 15, and the on / off duty ratio of the switching element 13 is set at the selected operating frequency. Change and output the required voltage of device 15 [Selection] Fig. 1

Description

本発明は、交流電力を直流電力に変換する電源供給装置に関する。 The present invention relates to a power supply device that converts AC power into DC power.

従来、動作状況に応じて必要な電圧値が変わる圧縮機やモータ等の機器に対して、例えば特許文献1に示すように、昇圧チョッパ回路(PAM回路)を備え、機器が要求する電圧の電力を供給する電源供給装置が用いられている。
この電源供給装置は、昇圧チョッパ回路にリアクトル素子及びスイッチング素子を有し、交流電源からの交流電力を整流した直流電力を、その昇圧チョッパ回路に供給している。
昇圧チョッパ回路は、供給される直流電力を、スイッチング素子をオンにしてリアクトル素子にエネルギーとして蓄え、スイッチング素子をオフにして、このリアクトル素子に蓄えられたエネルギーを放出することにより昇圧した直流電力を機器に供給する。
電源供給装置は、機器が要求する電圧に応じて、スイッチング素子のオンオフのデューティ比を変えて直流電力の昇圧率を変更する。
Conventionally, a device such as a compressor or a motor whose required voltage value changes depending on the operating situation is provided with a boost chopper circuit (PAM circuit) as shown in Patent Document 1, for example, and the power of the voltage required by the device Is used.
This power supply apparatus has a reactor element and a switching element in a boost chopper circuit, and supplies DC power obtained by rectifying AC power from an AC power supply to the boost chopper circuit.
The step-up chopper circuit stores the DC power supplied by turning on the switching element and storing it as energy in the reactor element, turning off the switching element and releasing the energy stored in the reactor element. Supply to equipment.
The power supply device changes the step-up rate of the DC power by changing the on / off duty ratio of the switching element according to the voltage required by the device.

特開2000−50668号公報JP 2000-50668 A

しかしながら、スイッチング素子のオンオフの周波数を固定し、オン時間を変えることでデューティ比の調整を行うのが一般的であり、スイッチング素子のオンオフ切り替えにより消費される電力は、機器が要求する電圧の大小に関係なく略同じであった。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされるもので、要求される電圧に応じてスイッチング素子のオンオフの周波数を変化させる電源供給装置を提供することを目的とする。
However, it is common to adjust the duty ratio by fixing the on / off frequency of the switching element and changing the on time, and the power consumed by switching the on / off of the switching element is the magnitude of the voltage required by the device. It was almost the same regardless of.
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a power supply device that changes the on / off frequency of a switching element according to a required voltage.

前記目的に沿う本発明に係る電源供給装置は、交流電力を整流回路で変換した直流電力を、昇圧チョッパ回路に設けられたスイッチング素子のオンオフの切り替えによって昇圧して所定電圧の電力を供給する電源供給装置において、予め前記スイッチング素子のオンオフの動作周波数を複数設定し、負荷となる機器が要求する電圧に応じて、前記動作周波数から一つを選択し、該選択した動作周波数で、前記スイッチング素子のオンオフのデューティ比を変えて、前記機器の要求電圧を出力する。 A power supply apparatus according to the present invention that meets the above-described object is a power supply that supplies DC power by boosting DC power obtained by converting AC power by a rectifier circuit by switching on and off a switching element provided in a boost chopper circuit. In the supply device, a plurality of on / off operating frequencies of the switching element are set in advance, one of the operating frequencies is selected according to a voltage required by a device as a load, and the switching element is selected at the selected operating frequency. The required voltage of the device is output while changing the on / off duty ratio.

本発明に係る電源供給装置において、前記スイッチング素子のオンオフ切り替えは、前記交流電力の電圧のゼロクロス点検出時を基準(即ち開始点)にしたタイミングで行われるのが好ましい。 In the power supply device according to the present invention, it is preferable that the on / off switching of the switching element is performed at a timing that is based on a zero cross point detection time of the AC power voltage (that is, a start point).

本発明に係る電源供給装置において、前記ゼロクロス点を検出する時間間隔で前記スイッチング素子のオンオフ切り替えを複数回行う前記動作周波数では、一周期あたりの前記スイッチング素子のオン時間が前記ゼロクロス点に近いほど長いのが好ましい。 In the power supply device according to the present invention, at the operating frequency in which the switching element is switched on and off a plurality of times at a time interval for detecting the zero-cross point, the on-time of the switching element per cycle is closer to the zero-cross point. Long is preferred.

本発明に係る電源供給装置において、前記動作周波数は、周波数の異なる低周波と高周波の2種類であって、前記機器の要求電圧が、比較する基準電圧より低い場合には、低周波の前記動作周波数を選択し、前記機器の要求電圧が、前記基準電圧より高い場合には、高周波の前記動作周波数を選択するのが好ましい。 In the power supply apparatus according to the present invention, the operation frequency is two types of low frequency and high frequency having different frequencies, and when the required voltage of the device is lower than a reference voltage to be compared, the low frequency operation is performed. When the frequency is selected and the required voltage of the device is higher than the reference voltage, it is preferable to select the high operating frequency.

本発明に係る電源供給装置は、予めスイッチング素子のオンオフの動作周波数を複数設定し、機器が要求する電圧に応じて、動作周波数から一つを選択し、選択した動作周波数で、スイッチング素子のオンオフのデューティ比を変えるので、要求電圧が低い場合には、要求電圧が高い場合に必要とされる高周波の動作周波数より低い周波数でスイッチング素子のオンオフを行ってシステム消費電力を抑制することが可能である。 The power supply device according to the present invention sets a plurality of switching element on / off operating frequencies in advance, selects one of the operating frequencies according to the voltage required by the device, and switches the switching element on / off at the selected operating frequency. Therefore, when the required voltage is low, it is possible to suppress the system power consumption by turning on and off the switching element at a frequency lower than the high frequency operating frequency required when the required voltage is high. is there.

本発明に係る電源供給装置において、スイッチング素子のオンオフ切り替えが、交流電力の電圧のゼロクロス点検出時を基準にしたタイミングで行われる場合、交流電力の電圧波形に対して所定の位相でスイッチング素子のオンオフを行うことができ、高調波の改善を確実に行うことが可能である In the power supply device according to the present invention, when switching of the switching element is performed at a timing based on the detection of the zero-cross point of the AC power voltage, the switching element is switched at a predetermined phase with respect to the AC power voltage waveform. It can be turned on and off, and it is possible to reliably improve harmonics

本発明に係る電源供給装置において、ゼロクロス点を検出する時間間隔でスイッチング素子のオンオフ切り替えを複数回行う動作周波数で、一周期あたりのスイッチング素子のオン時間がゼロクロス点に近いほど長い場合、整流回路に入力される電流の波形を正弦波に近づけることができ、高調波の改善を効率的に行うことが可能である。 In the power supply device according to the present invention, when the on-off switching of the switching element is performed a plurality of times at a time interval for detecting the zero-cross point and the on-time of the switching element per cycle is longer as the zero-cross point is closer, the rectifier circuit The waveform of the current input to can be made close to a sine wave, and harmonics can be improved efficiently.

本発明に係る電源供給装置において、動作周波数が、周波数の異なる低周波と高周波の2種類であって、機器の要求電圧が、基準電圧より低い場合には、低周波の動作周波数を選択し、機器の要求電圧が、基準電圧より高い場合には、高周波の動作周波数を選択する場合、動作周波数を選択するための制御を簡略化することができ、この制御を行うために必要なプログラム設計等のコストを抑制可能である。 In the power supply device according to the present invention, when the operating frequency is two types of low frequency and high frequency having different frequencies, and the required voltage of the device is lower than the reference voltage, the operating frequency of the low frequency is selected, When the required voltage of the device is higher than the reference voltage, when selecting a high-frequency operating frequency, the control for selecting the operating frequency can be simplified, and the program design necessary for this control, etc. The cost can be suppressed.

本発明の一実施の形態に係る電源供給装置の回路図である。1 is a circuit diagram of a power supply device according to an embodiment of the present invention. 同電源供給装置のスイッチング素子のオンオフ切り替え及び出力電圧を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows on-off switching and the output voltage of the switching element of the power supply device. 同電源供給装置のスイッチング素子のオンオフ制御を示すフロー図である。It is a flowchart which shows on-off control of the switching element of the power supply device.

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図1に示すように、本発明の一実施の形態に係る電源供給装置10は、交流電力を整流回路11で変換した直流電力を、昇圧チョッパ回路12に設けられたスイッチング素子13のオンオフの切り替えによって昇圧して所定電圧の電力を供給する装置である。以下、これらについて詳細に説明する。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings for understanding of the present invention.
As shown in FIG. 1, a power supply device 10 according to an embodiment of the present invention switches on / off of a switching element 13 provided in a boost chopper circuit 12 by converting DC power obtained by converting AC power by a rectifier circuit 11. It is a device that boosts the voltage and supplies power of a predetermined voltage. Hereinafter, these will be described in detail.

電源供給装置10は、交流電力を出力する交流電源14と、交流電源14からの交流電力を整流して直流電力(以下、単に「電力」ともいう)に変換する整流回路11と、整流回路11から送られる電力を昇圧する昇圧チョッパ回路12を備え、負荷となる機器15に電力を供給している。
機器15は、本実施の形態では圧縮機であり、電源供給装置10から供給される電力の電圧の大きさによりコンプレッサモータのスリップ量が調整され運転回転数を変えることができる。
また、電源供給装置10には、スイッチング素子13のオンオフ切り替え(スイッチング)制御等を行う制御手段17が設けられている。制御手段17は、スイッチング素子13に信号接続されたスイッチング制御回路16を介して、スイッチング素子13にオンオフ切り替えのための信号を送信する。スイッチング素子13は、スイッチング制御回路16からの信号に従ってオンオフ切り替えを行う。
The power supply device 10 includes an AC power source 14 that outputs AC power, a rectifier circuit 11 that rectifies AC power from the AC power source 14 and converts the AC power into DC power (hereinafter also simply referred to as “power”), and a rectifier circuit 11. Is provided with a step-up chopper circuit 12 for stepping up the electric power sent from the device 15 and supplies electric power to a device 15 serving as a load.
The device 15 is a compressor in the present embodiment, and the slip amount of the compressor motor is adjusted by the magnitude of the voltage of the electric power supplied from the power supply device 10, and the operation rotational speed can be changed.
In addition, the power supply device 10 is provided with a control unit 17 that performs on / off switching (switching) control of the switching element 13 and the like. The control means 17 transmits a signal for on / off switching to the switching element 13 via the switching control circuit 16 signal-connected to the switching element 13. The switching element 13 performs on / off switching according to a signal from the switching control circuit 16.

整流回路11には、ブリッジ状に接続された複数のダイオード18と、交流電源14からの交流電力が入力される入力端子19、19aが設けられている。
入力端子19、19aを介して整流回路11に供給された交流電力は、ダイオード18により整流され、整流回路11に設けられた出力端子20を介して、直流電力として昇圧チョッパ回路12に供給される。
The rectifier circuit 11 is provided with a plurality of diodes 18 connected in a bridge shape and input terminals 19 and 19a to which AC power from the AC power supply 14 is input.
The AC power supplied to the rectifier circuit 11 via the input terminals 19 and 19a is rectified by the diode 18 and supplied to the boost chopper circuit 12 as DC power via the output terminal 20 provided in the rectifier circuit 11. .

昇圧チョッパ回路12は、入力端子19、19a及び出力端子20を介して交流電源14に回路接続されたチョークコイルからなるリアクトル21を備え、このリアクトル21に出力端子20から送られてくる直流電力のエネルギーを蓄えることができる。
リアクトル21は、昇圧チョッパ回路12に設けられ、機器15と並列接続された平滑コンデンサ23に接続されている。
昇圧チョッパ回路12は、この平滑コンデンサ23を備えることにより、リアクトル21から出力される電力を平滑化して機器15に供給することができる。
なお、リアクトル21と平滑コンデンサ23の間には、平滑コンデンサ23からリアクトル21に電力が逆流するのを防止するダイオード24が配置されている。
The step-up chopper circuit 12 includes a reactor 21 composed of a choke coil that is connected to an AC power supply 14 through input terminals 19 and 19a and an output terminal 20, and DC power transmitted from the output terminal 20 to the reactor 21 is provided. Can store energy.
The reactor 21 is provided in the step-up chopper circuit 12 and is connected to a smoothing capacitor 23 connected in parallel with the device 15.
By providing the smoothing capacitor 23, the boost chopper circuit 12 can smooth the power output from the reactor 21 and supply it to the device 15.
A diode 24 is disposed between the reactor 21 and the smoothing capacitor 23 to prevent power from flowing back from the smoothing capacitor 23 to the reactor 21.

また、昇圧チョッパ回路12には、リアクトル21の出力側と整流回路11を電気的に接続するスイッチング素子13が設けられている。スイッチング素子13は、オン状態でリアクトル21の出力側と整流回路11を接続するショート回路を形成し、整流回路11の出力端子20から出力されリアクトル21を通過した電力を、整流回路11に戻す循環回路を設けて、リアクトル21にエネルギーが蓄えられる状態を確保する。
そして、スイッチング素子13は、オフ状態でリアクトル21の出力側と整流回路11を接続するショート回路を切断し、リアクトル21からの電力の出力先を平滑コンデンサ23側に切り替えることができる。
The boost chopper circuit 12 is provided with a switching element 13 that electrically connects the output side of the reactor 21 and the rectifier circuit 11. The switching element 13 forms a short circuit that connects the output side of the reactor 21 and the rectifier circuit 11 in the ON state, and circulates the power output from the output terminal 20 of the rectifier circuit 11 and passing through the reactor 21 to the rectifier circuit 11. A circuit is provided to ensure that energy is stored in the reactor 21.
And the switching element 13 can cut | disconnect the short circuit which connects the output side of the reactor 21 and the rectifier circuit 11 in an OFF state, and can switch the output destination of the electric power from the reactor 21 to the smoothing capacitor 23 side.

制御手段17は、例えばマイコンからなり、スイッチング素子13のオンオフ制御等を行うためのプログラムを搭載し、主として情報記憶機能、演算機能及びデータ通信機能を備えている。
制御手段17には、予め周波数の異なるスイッチング素子13のオンオフの動作周波数が複数(本実施の形態では周波数の異なる低周波と高周波の2種類)設定されている。制御手段17は、機器15から電力供給を求める信号と共にその電力に要求される要求電圧の信号を受信すると、その要求電圧の大きさに応じて、低周波の動作周波数又は高周波の動作周波数のいずれかを選択し、その選択した動作周波数でスイッチング素子13のオンオフ切り替えを行うべく、そのためのオンオフ切り替え信号をスイッチング素子13に出力する。
The control means 17 is composed of, for example, a microcomputer, is loaded with a program for performing on / off control of the switching element 13, and mainly has an information storage function, a calculation function, and a data communication function.
In the control means 17, a plurality of on / off operating frequencies of the switching elements 13 having different frequencies are set in advance (two types of low frequency and high frequency having different frequencies in this embodiment). When the control means 17 receives a signal of the required voltage required for the power together with a signal for requesting power supply from the device 15, either the low frequency operating frequency or the high frequency operating frequency is determined according to the magnitude of the required voltage. In order to switch the switching element 13 on and off at the selected operating frequency, an on / off switching signal for that purpose is output to the switching element 13.

電源供給装置10には、昇圧チョッパ回路12から機器15に供給される電力の電圧値を計測する出力電圧計測回路25が設けられている。
出力電圧計測回路25は、制御手段17に信号接続されており、制御手段17は、出力電圧計測回路25を介して機器15に供給される電力の電圧(以下「出力電圧」ともいう)の大きさを検出可能である。
制御手段17は、選択した動作周波数のオンオフ切り替え信号をスイッチング素子13へ送信しながら、予め定められた時間間隔で出力電圧計測回路25を介して機器15に供給されている出力電圧を計測し、その計測した電圧と機器15の要求電圧の大きさを比較する。
そして、制御手段17は、計測した出力電圧と機器15の要求電圧の比較結果に基づき、必要に応じてスイッチング素子13のオンオフの合計時間に対するオン時間の比、即ちオンオフのデューティ比を変えて、昇圧チョッパ回路12が機器15に対して機器15が要求する要求電圧を出力するようにする。
The power supply apparatus 10 is provided with an output voltage measurement circuit 25 that measures the voltage value of the power supplied from the boost chopper circuit 12 to the device 15.
The output voltage measurement circuit 25 is signal-connected to the control means 17, and the control means 17 is the magnitude of the voltage of power (hereinafter also referred to as “output voltage”) supplied to the device 15 via the output voltage measurement circuit 25. Can be detected.
The control means 17 measures the output voltage supplied to the device 15 via the output voltage measurement circuit 25 at a predetermined time interval while transmitting an on / off switching signal of the selected operating frequency to the switching element 13. The measured voltage is compared with the required voltage of the device 15.
Based on the comparison result of the measured output voltage and the required voltage of the device 15, the control means 17 changes the ratio of the on-time to the total on-off time of the switching element 13, that is, the on-off duty ratio, if necessary. The step-up chopper circuit 12 outputs the required voltage required by the device 15 to the device 15.

また、電源供給装置10には、交流電源14から出力される交流電圧を計測する入力電圧計測回路26が設けられている。
入力電圧計測回路26は、制御手段17に信号接続されており、制御手段17が入力電圧計測回路26を介して交流電源14から出力される交流電力の電圧(以下、「交流電圧」ともいう)を検出できるようにしている。
入力電圧計測回路26には、アナログ信号とデジタル信号の変換処理を行うAD変換チップが搭載されているので、デジタル信号の通信インターフェースを備える制御手段17は、入力電圧計測回路26を介して交流電源14からの交流電圧を検出可能である。
なお、スイッチング制御回路16及び出力電圧計測回路25にもそれぞれ、アナログ信号とデジタル信号を変換するAD変換チップが搭載されている。
In addition, the power supply device 10 is provided with an input voltage measurement circuit 26 that measures an AC voltage output from the AC power supply 14.
The input voltage measurement circuit 26 is signal-connected to the control means 17, and the voltage of AC power output from the AC power supply 14 via the input voltage measurement circuit 26 by the control means 17 (hereinafter also referred to as “AC voltage”). Can be detected.
Since the input voltage measurement circuit 26 is equipped with an AD conversion chip that performs conversion processing between an analog signal and a digital signal, the control means 17 having a digital signal communication interface is connected to the AC power supply via the input voltage measurement circuit 26. AC voltage from 14 can be detected.
The switching control circuit 16 and the output voltage measurement circuit 25 are each equipped with an AD conversion chip that converts an analog signal and a digital signal.

制御手段17は、入力電圧計測回路26を介して計測した交流電源14の交流電圧を基に交流電圧の波形を検知し、その波形の正領域と負領域が切り替わるゼロクロス点(図2参照)を検出する。
制御手段17は、ゼロクロス点の検出時を基準にスイッチング素子13へのオンオフ切り替えの信号出力を行い、スイッチング素子13のオンオフ切り替えが、ゼロクロス点検出時を基準にしたタイミングで行われるようにしている。
これにより、スイッチング素子13は、制御手段17がゼロクロス点を検出してから次にゼロクロス点を検出するまで、即ち交流電源14の交流電圧波形の半周期(180度)に対して、所定回数のオンオフ切り替えを確実に行うことができる。
The control means 17 detects the waveform of the alternating voltage based on the alternating voltage of the alternating current power supply 14 measured via the input voltage measuring circuit 26, and detects a zero cross point (see FIG. 2) at which the positive region and the negative region of the waveform are switched. To detect.
The control means 17 outputs a signal for on / off switching to the switching element 13 based on the detection time of the zero cross point, and the on / off switching of the switching element 13 is performed at a timing based on the time of detection of the zero cross point. .
As a result, the switching element 13 is operated a predetermined number of times from when the control means 17 detects the zero cross point until the next zero cross point is detected, that is, with respect to the half cycle (180 degrees) of the AC voltage waveform of the AC power supply 14 On-off switching can be performed reliably.

低周波の動作周波数及び高周波の動作周波数はそれぞれ、図2に示すように、交流電源14の交流電圧波形の半周期に対して、スイッチング素子13を1回オンにする周波数、及びスイッチング素子13を複数回オンにする周波数であり、高周波の動作周波数は、低周波数の動作周波数より高い周波数になっている。
なお、低周波の動作周波数は、高周波の動作周波数より低い値のものであれば、交流電源の交流電圧波形の半周期に対してスイッチング素子を複数回オンにするものでもよい。
また、本実施の形態では、制御手段に2種類の動作周波数が記憶されているが、制御手段に3種類以上の動作周波数が設定され、この設定されている3種類以上の動作周波数から一つを選択してスイッチング素子のオンオフを制御することもできる。
As shown in FIG. 2, the low-frequency operating frequency and the high-frequency operating frequency are the frequency at which the switching element 13 is turned on once for the half cycle of the AC voltage waveform of the AC power supply 14, and the switching element 13 The frequency that is turned on a plurality of times, and the high-frequency operating frequency is higher than the low-frequency operating frequency.
Note that the switching element may be turned on a plurality of times for a half cycle of the AC voltage waveform of the AC power source as long as the low frequency operating frequency is lower than the high frequency operating frequency.
In the present embodiment, two types of operating frequencies are stored in the control unit. However, three or more types of operating frequencies are set in the control unit, and one of the set three or more types of operating frequencies is set. It is also possible to control ON / OFF of the switching element by selecting.

図2に示すように、制御手段17がゼロクロス点を検出する時間間隔(即ち交流電源14の交流電圧波形の半周期あたり)でスイッチング素子13のオンオフ切り替えを複数回行う高周波の動作周波数では、ゼロクロス点の直前又は直後(即ち近傍)のスイッチング素子13のオン時間は、一のゼロクロス点とその次のゼロクロス点の中央部に近い中間時間領域のスイッチング素子13のオン時間より長くなっている。実際に、図2においても、スイッチング素子13のオン時間は、ゼロクロス点の直前及び直後の時間T1が一のゼロクロス点とその次のゼロクロス点の中央部の時間T2より長くなっている。
従って、スイッチング素子13のオンオフ切り替えの1周期あたりのスイッチング素子13のオン時間がゼロクロス点に近いほど長くなっており、交流電圧波形の半周期の間で、スイッチング素子13をオンにする時間tに、この間の電圧Vを乗算したt×Vは、同一又は一定の範囲(例えば±30%の範囲)になっている。
これにより、整流回路11に入力される電流の波形は正弦波に近づくことになり高調波の改善が図られる。
As shown in FIG. 2, at a high frequency operating frequency in which the switching element 13 is switched on and off a plurality of times at a time interval (that is, around a half cycle of the AC voltage waveform of the AC power supply 14) when the control means 17 detects the zero cross point. The on-time of the switching element 13 immediately before or immediately after the point (that is, in the vicinity) is longer than the on-time of the switching element 13 in the intermediate time region near the center of one zero cross point and the next zero cross point. Actually, also in FIG. 2, the on-time of the switching element 13 is longer than the time T2 at the center of one zero-cross point and the next zero-cross point at the time T1 immediately before and after the zero-cross point.
Therefore, the ON time of the switching element 13 per cycle of switching the switching element 13 becomes longer as it approaches the zero cross point, and at the time t when the switching element 13 is turned ON during the half cycle of the AC voltage waveform. The t × V multiplied by the voltage V during this period is the same or a constant range (for example, a range of ± 30%).
As a result, the waveform of the current input to the rectifier circuit 11 approaches a sine wave, and harmonics are improved.

次に、制御手段17によるスイッチング素子13の制御方法について詳細に説明する。
図3に示すように、制御手段17は、機器15から電力供給を要求する指令信号を受信すると、その指令信号からその電力に求められる要求電圧の大きさ情報を取得し(ステップS1)、その要求電圧の大きさを、予め制御手段17の記憶領域に設定されていた基準電圧と比較する(ステップS2)。
Next, a method for controlling the switching element 13 by the control means 17 will be described in detail.
As shown in FIG. 3, when the control means 17 receives a command signal for requesting power supply from the device 15, the control means 17 acquires magnitude information of the required voltage required for the power from the command signal (step S1). The magnitude of the required voltage is compared with a reference voltage previously set in the storage area of the control means 17 (step S2).

この基準電圧は、制御手段17に動作周波数が設定される際に設定されたものであり、制御手段17がスイッチング素子13のオンオフ切り替え制御に低周波又は高周波のいずれの動作周波数を選択するかを決めるための判定基準となる。
制御手段17は、要求電圧が基準電圧より低い場合及び基準値以上の場合に、それぞれ低周波の動作周波数及び高周波の動作周波数を選択する。
これは、低周波の動作周波数によるスイッチング素子13のオンオフ切り替えでは、基準電圧未満の電圧を機器15に対して出力でき、高周波の動作周波数によるスイッチング素子13のオンオフ切り替えでは、基準電圧以上の電圧を機器15に対して出力することができるためである。
制御手段にN個(N≧3)の動作周波数が設定される場合、制御手段にはN−1個の基準電圧が設定され、制御手段は、要求電圧と各基準電圧の大小(高低)関係を基にして、N個の動作周波数から、機器に対して要求電圧を出力可能な一の動作周波数を選択する。
This reference voltage is set when the operating frequency is set in the control means 17, and it is determined whether the control means 17 selects an operating frequency of low frequency or high frequency for on / off switching control of the switching element 13. It becomes a criterion for determination.
The control means 17 selects a low-frequency operating frequency and a high-frequency operating frequency, respectively, when the required voltage is lower than the reference voltage and when it is equal to or higher than the reference value.
This is because a voltage lower than the reference voltage can be output to the device 15 when the switching element 13 is switched on and off at a low operating frequency, and a voltage higher than the reference voltage is switched on and off when the switching element 13 is switched on and off at a high frequency. This is because the data can be output to the device 15.
When N (N ≧ 3) operating frequencies are set in the control means, N−1 reference voltages are set in the control means, and the control means has a magnitude (high / low) relationship between the required voltage and each reference voltage. From the N operating frequencies, one operating frequency capable of outputting the required voltage to the device is selected.

ステップS2で、要求電圧が比較する基準電圧より高い場合(同じ場合も含む)、制御手段17は、高周波の動作周波数を選択し、スイッチング素子13に高周波の動作周波数によるオンオフ切り替え信号の送信を開始する(ステップS3)。
一方、要求電圧が比較する基準電圧より低い場合、制御手段17は、低周波の動作周波数を選択し、スイッチング素子13に低周波の動作周波数によるオンオフ切り替え信号の送信を開始する(ステップS3’)。
本実施の形態では、制御手段が、要求電圧と基準電圧が同じ場合に高周波の動作周波数を選択するようにしているが、要求電圧と基準電圧が同じ場合、低周波の動作周波数を選択するようにしてもよい。
When the required voltage is higher than the reference voltage to be compared (including the same case) in step S2, the control means 17 selects a high-frequency operating frequency and starts transmitting an on / off switching signal to the switching element 13 using the high-frequency operating frequency. (Step S3).
On the other hand, when the required voltage is lower than the reference voltage to be compared, the control means 17 selects a low-frequency operating frequency and starts transmitting an on / off switching signal with the low-frequency operating frequency to the switching element 13 (step S3 ′). .
In the present embodiment, the control means selects the high frequency operating frequency when the required voltage and the reference voltage are the same. However, when the required voltage and the reference voltage are the same, the control means selects the low frequency operating frequency. It may be.

次に、制御手段17は、出力電圧計測回路25を介して機器15に出力している出力電圧を計測し(ステップS4又はステップS4’)、出力電圧を要求電圧に近づけるべくデューティ比の調整を行う(ステップS5又はステップS5’)。具体的には、デューティ比を大きくして出力電圧を上げ、デューティ比を小さくして出力電圧を下げる。
なお、本実施の形態では、このデューティ比の調整が、機器15の要求電圧と計測された出力電圧を基にPID制御によって行われているが、他のフィードバック制御を用いることもできる。
また、出力電圧が要求電圧に対して±α%以内の範囲であれば、デューティ比の値を維持する制御を行ってもよい。αは例えば2〜10の範囲の数値である。
Next, the control means 17 measures the output voltage output to the device 15 via the output voltage measurement circuit 25 (step S4 or step S4 ′), and adjusts the duty ratio so that the output voltage approaches the required voltage. Perform (Step S5 or Step S5 ′). Specifically, the duty ratio is increased to increase the output voltage, and the duty ratio is decreased to decrease the output voltage.
In the present embodiment, the adjustment of the duty ratio is performed by PID control based on the required voltage of the device 15 and the measured output voltage, but other feedback control can also be used.
Further, if the output voltage is within a range of ± α% with respect to the required voltage, control for maintaining the value of the duty ratio may be performed. α is a numerical value in the range of 2 to 10, for example.

そして、ステップS5(又はステップS5’)で行われる一の動作周波数によるデューティ比の調整は、制御手段17が、機器15等から電源供給の停止信号を受信するか(ステップS6−1)、あるいは、機器15から新たな要求電圧の指令信号を受信する(ステップS7)まで行われる。
制御手段17が電源供給の停止信号を受信した場合(ステップS6−1)、デューティ比の調整を止めスイッチング素子13へのオンオフ切り替え信号の送信を停止して、機器15への電力供給を終了する(ステップS6−2)。
一方、制御手段17が機器15から新たな要求電圧の指令信号を受信した場合(ステップS7)には、ステップS1に戻って、受信した指令信号から要求電圧の値を取得し、基準電圧とその新たな要求電圧の比較を行って、高周波の動作周波数か低周波の動作周波数のいずれか一を選択する。
この制御手段17によるスイッチング素子13のオンオフ切り替え制御によって、電源供給装置10は、機器15に対して要求電圧と同じ(実質的な意味において同じ)大きさの出力電力を出力することができる。
The adjustment of the duty ratio by one operating frequency performed in step S5 (or step S5 ′) is performed when the control unit 17 receives a power supply stop signal from the device 15 or the like (step S6-1), or This is performed until a command signal for a new required voltage is received from the device 15 (step S7).
When the control means 17 receives the power supply stop signal (step S6-1), the duty ratio adjustment is stopped and the transmission of the on / off switching signal to the switching element 13 is stopped, and the power supply to the device 15 is ended. (Step S6-2).
On the other hand, when the control means 17 receives a command signal of a new required voltage from the device 15 (step S7), the control means 17 returns to step S1, acquires the value of the required voltage from the received command signal, A new required voltage is compared to select one of a high frequency operating frequency and a low frequency operating frequency.
By the on / off switching control of the switching element 13 by the control unit 17, the power supply device 10 can output the output power having the same magnitude (substantially the same) as the required voltage to the device 15.

図2には、スイッチング素子13のオンオフ切り替えが行われたある時間について、スイッチング素子13のオンオフ切り替え、要求電圧及び出力電圧の関係が示されている。
図2に示されている時間領域D1、D2は、低周波の動作周波数によってスイッチング素子13のオンオフ切り替えがなされている時間帯であって、それぞれ、あるゼロクロス点を検出してから次のゼロクロス点を検出するまでの時間領域、D1の終了時点から次のゼロクロス点を検出するまでの時間領域である。
時間領域D1では出力電圧が要求電圧より低いので、制御手段17は、時間領域D2で出力電圧を上げるべく、デューティ比を時間領域D1のときより大きくするオンオフ切り替え信号をスイッチング素子13に送信する。このため、時間領域D2でのスイッチング素子13のオン時間W2は、時間領域D1でのスイッチング素子13のオン時間W1より長くなっている。
FIG. 2 shows the relationship between the on / off switching of the switching element 13, the required voltage, and the output voltage for a certain time when the switching element 13 is switched on / off.
The time regions D1 and D2 shown in FIG. 2 are time zones in which the switching element 13 is switched on and off at a low operating frequency, and after each zero cross point is detected, the next zero cross point is detected. Is a time region until the next zero cross point is detected from the end point of D1.
Since the output voltage is lower than the required voltage in the time domain D1, the control unit 17 transmits an on / off switching signal for making the duty ratio larger than that in the time domain D1 to the switching element 13 in order to increase the output voltage in the time domain D2. For this reason, the ON time W2 of the switching element 13 in the time domain D2 is longer than the ON time W1 of the switching element 13 in the time domain D1.

そして、要求電圧が出力電圧と実質的に同じ値となると、デューティ比の変化率と共に出力電圧の変化は小さくなり、出力電圧は時間経過に伴う変化が微小な安定状態になる。
図2の例では、時間領域D2の終了間際で出力電圧と要求電圧が実質的に等しい安定状態となり、その後に機器15から制御手段17に対して新たな要求電圧の信号が送信されている。この要求電圧は基準電圧より高い値のため、制御手段17は、高周波の動作周波数を選択し、この選択された高周波の動作周波数でスイッチング素子13のオンオフ切り替えの制御を継続する。
When the required voltage becomes substantially the same value as the output voltage, the change in the output voltage becomes small together with the change rate of the duty ratio, and the output voltage becomes a stable state in which the change with time is minute.
In the example of FIG. 2, the output voltage and the required voltage are in a stable state just before the end of the time domain D <b> 2, and then a new required voltage signal is transmitted from the device 15 to the control means 17. Since the required voltage is higher than the reference voltage, the control unit 17 selects a high-frequency operating frequency and continues to control on / off switching of the switching element 13 at the selected high-frequency operating frequency.

制御手段17は、要求電圧の大きさに応じてスイッチング素子13の動作周波数を選択するので、要求電圧が低い場合には、スイッチング素子13が低い周波数でオンオフ切り替えされ、スイッチング素子13のオンオフ動作で消費する電力を抑えることができる。
従って、電源供給装置10では、システム消費電力が抑制され、結果として力率を改善することが可能となる。実験による計測では、動作周波数が固定の電源供給装置でシステム消費電力が40Wであったのに対し、電源供給装置10ではシステム消費電力が10Wという結果を得ている。
また、電源供給装置10は、従来の電源供給装置に対して主として制御手段に搭載されるプログラムのみが変更されるのみであるので、設計コスト等を抑えることができる。
Since the control means 17 selects the operating frequency of the switching element 13 according to the magnitude of the required voltage, when the required voltage is low, the switching element 13 is switched on and off at a low frequency, and the switching element 13 is turned on and off. Power consumption can be reduced.
Therefore, in the power supply device 10, system power consumption is suppressed, and as a result, the power factor can be improved. In the measurement by experiment, the system power consumption is 10 W in the power supply apparatus 10 while the system power consumption is 40 W in the power supply apparatus having a fixed operating frequency.
In addition, since the power supply device 10 is only changed from the conventional power supply device mainly in the program installed in the control means, the design cost and the like can be suppressed.

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、電源供給装置は圧縮機以外の、動作状況によって必要とする電圧が変わる機器、例えばモータ等に対する電力供給にも用いることができる。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and all changes in conditions and the like that do not depart from the gist are within the scope of the present invention.
For example, the power supply device can also be used for power supply to devices other than the compressor, such as a motor that changes the required voltage depending on the operation status.

10:電源供給装置、11:整流回路、12:昇圧チョッパ回路、13:スイッチング素子、14:交流電源、15:機器、16:スイッチング制御回路、17:制御手段、18:ダイオード、19、19a:入力端子、20:出力端子、21:リアクトル、23:平滑コンデンサ、24:ダイオード、25:出力電圧計測回路、26:入力電圧計測回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Power supply device, 11: Rectifier circuit, 12: Boost chopper circuit, 13: Switching element, 14: AC power supply, 15: Apparatus, 16: Switching control circuit, 17: Control means, 18: Diode, 19, 19a: Input terminal, 20: output terminal, 21: reactor, 23: smoothing capacitor, 24: diode, 25: output voltage measurement circuit, 26: input voltage measurement circuit

Claims (4)

交流電力を整流回路で変換した直流電力を、昇圧チョッパ回路に設けられたスイッチング素子のオンオフの切り替えによって昇圧して所定電圧の電力を供給する電源供給装置において、
予め前記スイッチング素子のオンオフの動作周波数を複数設定し、負荷となる機器が要求する電圧に応じて、前記動作周波数から一つを選択し、該選択した動作周波数で、前記スイッチング素子のオンオフのデューティ比を変えて、前記機器の要求電圧を出力することを特徴とする電源供給装置。
In a power supply device that boosts DC power obtained by converting AC power by a rectifier circuit by switching on and off a switching element provided in a boost chopper circuit and supplies power of a predetermined voltage,
A plurality of on / off operating frequencies of the switching element are set in advance, and one of the operating frequencies is selected according to a voltage required by a load device, and the on / off duty of the switching element is selected at the selected operating frequency. A power supply apparatus that outputs a required voltage of the device by changing a ratio.
請求項1記載の電源供給装置において、前記スイッチング素子のオンオフ切り替えは、前記交流電力の電圧のゼロクロス点検出時を基準にしたタイミングで行われることを特徴とする電源供給装置。 The power supply apparatus according to claim 1, wherein the switching element is switched on and off at a timing based on a time when a zero-cross point of the voltage of the AC power is detected. 請求項2記載の電源供給装置において、前記ゼロクロス点を検出する時間間隔で前記スイッチング素子のオンオフ切り替えを複数回行う前記動作周波数では、一周期あたりの前記スイッチング素子のオン時間が前記ゼロクロス点に近いほど長いことを特徴とする電源供給装置。 3. The power supply device according to claim 2, wherein the on-time of the switching element per cycle is close to the zero-cross point at the operating frequency at which the switching element is switched on and off a plurality of times at time intervals for detecting the zero-cross point. A power supply device characterized by being so long. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の電源供給装置において、前記動作周波数は、周波数の異なる低周波と高周波の2種類であって、前記機器の要求電圧が、比較する基準電圧より低い場合には、低周波の前記動作周波数を選択し、前記機器の要求電圧が、前記基準電圧より高い場合には、高周波の前記動作周波数を選択することを特徴とする電源供給装置。 The power supply device according to any one of claims 1 to 3, wherein the operating frequency is two types of low frequency and high frequency having different frequencies, and the required voltage of the device is lower than a reference voltage to be compared. In the case, the power supply device is characterized in that the low-frequency operation frequency is selected, and the high-frequency operation frequency is selected when the required voltage of the device is higher than the reference voltage.
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