电力变换装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电力变换装置，具备功率因数改善(PFC:Power FactorCorrect1n)功能而将交流电力升降压变换为直流电力。
【背景技术】
[0002]以往，在下述专利文献I中，提出了能够按照高功率因数进行动作的由2级的转换器构成的AC/DC转换器。另外，在专利文献2中，提出了如下技术:用H桥型的升降压转换器构成AC/DC转换器，从而廉价、小型且能够高效地进行动作。
[0003]专利文献1:日本特开2010-81736号公报
[0004]专利文献2:日本特开2012-85397号公报
【发明内容】
[0005]但是，在上述专利文献I的装置中，具备分别地构成了进行功率因数改善动作的PFC电路、和进行降压动作的降压电路的2级的转换器。因此，存在整体上部件件数增加而成本高这样的问题。另外，存在由于具有2级转换器而效率降低这样的问题。
[0006]另外，在上述专利文献2的装置中，用I级的升降压转换器实现了功率因数改善动作，但未公开任何用于进行PFC控制的最佳并且具体的目标电抗器电流的运算。
[0007]本发明是为了解决上述课题而完成的，提供一种电力变换装置，与升压控制时、降压控制时以及升降压控制时对应地变更作为目标的电抗器电流的运算方法而控制电抗器电流，从而使输入电流波形接近输入电压波形来实现高功率因数。
[0008]本发明的电力变换装置包括电源主电路部和电源控制部，
[0009]所述电源主电路部具备:全波整流电路，对交流电源的交流电压进行全波整流；H桥型升降压转换器，具有第I开关元件及第2开关元件和电抗器，将通过所述全波整流电路得到的输入电压变换为作为目标的输出电压；以及检测电路，分别检测由所述全波整流电路进行了全波整流之后的输入电压、由所述H桥型升降压转换器进行了电压变换之后的输出电压、以及在所述H桥型升降压转换器的所述电抗器中流过的电抗器电流iL，
[0010]所述电源控制部根据由所述检测电路检测到的检测信号来对所述H桥型升降压转换器的所述第I开关元件及第2开关元件进行0N/0FF控制，从而控制所述输出电压，并且控制所述电抗器电流iL而进行使输入电流波形接近输入电压波形的功率因数改善控制，
[0011]其中，
[0012]所述电源控制部根据所述输入电压和所述输出电压的比较，判断所述H桥型升降压转换器的升压控制、降压控制或者升降压控制的动作，与所述升压控制时、所述降压控制时或者所述升降压控制时对应地，分别个别地进行用于进行所述PFC控制的目标电抗器电流iL*的运算，进行电流控制以使所述电抗器电流iL与所述目标电抗器电流iL* 一致。
[0013]根据本发明，在使用了 H桥型升降压转换器的情况下，与升压控制时、降压控制时或者升降压控制时对应地分别个别地进行用于进行功率因数改善控制的目标电抗器电流iL*的运算，进行电流控制以使电抗器电流iL与上述目标电抗器电流iL*一致，所以能够使输入电流波形更接近输入电压波形，能够得到高的功率因数改善效果。另外，能够通过I级的转换器得到期望的输出，所以能够低成本地实现高效率。
【附图说明】
[0014]图1是示出本发明的实施方式I的电力变换装置的电源主电路部的电路框图。
[0015]图2是示出本发明的实施方式I的电力变换装置的电源控制部的电路框图。
[0016]图3是本发明的实施方式I中的针对输入输出电压的升压控制以及降压控制的动作模式的说明图。
[0017]图4是本发明的实施方式I的峰值电流控制方式的说明图。
[0018]图5是示出本发明的实施方式I的电源控制部的控制内容的流程图。
[0019]图6是本发明的实施方式I的迟滞比较器(hysteresis comparator)控制方式的说明图。
[0020]图7是本发明的实施方式I的窗口比较器(window comparator)控制方式的说明图。
[0021]图8是示出本发明的实施方式2的电力变换装置的电源控制部的结构的电路框图。
[0022]图9是示出在峰值电流控制方式中未对开关频率设置限制的情况下的输入电压vac是O附近的目标峰值电流iref*和电抗器电流iL的说明图。
[0023]图10是本发明的实施方式2的电力变换装置的峰值电流控制方式(对开关频率设置上限)的说明图。
[0024]图11是示出本发明的实施方式3的电力变换装置的电源控制部的电路框图。
[0025]图12是在峰值电流控制方式中在升降压时的任意一个控制模式中都固定了开关元件的开关频率的情况下产生的开关不连续期间的说明图。
[0026]图13是本发明的实施方式3中的电力变换装置的峰值电流控制方式(根据升压控制和降压控制切换开关频率)的说明图。
[0027]图14是固定了开关频率时的输入电流仿真波形图。
[0028]图15是示出基于本发明的实施方式3的峰值电流控制方式(使开关频率在升压控制时可变、在降压控制时恒定为150kHz的情况)的功率因数变化的说明图。
[0029]图16是基于本发明的实施方式3的峰值电流控制方式(使开关频率在升压控制时成为100kHz、在降压控制时成为150kHz的情况)的输入电流仿真波形图。
[0030]图17是示出本发明的实施方式4的电力变换装置的电源主电路部的电路框图。
[0031]图18是示出本发明的实施方式4的电力变换装置的电源控制部的电路框图。
[0032]图19是示出本发明的实施方式5的电力变换装置的电源主电路部的电路框图。
[0033]图20是示出本发明的实施方式5的电力变换装置的电源控制部的电路框图。
[0034]图21是升压控制时以及降压控制时的电抗器电流iL的说明图。
[0035]图22是示出本发明的实施方式5中的电源控制部的比较部的控制动作判定的图。
[0036]图23是示出本发明的实施方式5中的电力变换装置的电源控制部的控制内容的流程图。
[0037]图24是示出本发明的实施方式6中的电力变换装置的电源控制部的结构的电路框图。
[0038]图25是本发明的实施方式6中的电力变换装置的电抗器电流的峰值电流控制方式的说明图。
【具体实施方式】
[0039]实施方式1.
[0040]图1以及图2是示出本发明的实施方式I的电力变换装置的电源主电路部以及电源控制部的电路框图。
[0041]该实施方式I的电力变换装置具备图1的电源主电路部I和图2的电源控制部2。图1的电源主电路部I具备:由二极管桥构成的全波整流电路4，用于对从交流电源3供给了的交流输入电压vac进行全波整流；小电容的输入电容器Cl，用于对在全波整流后的输入电压Ivacl (以后称为脉流电压)中包含的开关噪声进行平滑；将在后面详述的H桥型升降压转换器(以后简称为转换器)5 ;以及输出电容器C2，用于使转换器5的输出电压的脉动平滑而得到直流的输出电压vdc。另外，在该电源主电路部I的直流电力输出侧连接了负载9。
[0042]另外，电源主电路部I具备电流检测部6、输入电压检测部7以及输出电压检测部8，这些检测部相当于权利要求书中的检测电路。输入电压检测部7将脉流电压|vac|的大小检测为输入电压检测值vin，并由串联地连接了的分压电阻R1、R2构成。另外，输出电压检测部8将直流化了的输出电压vdc的大小检测为输出电压检测值vo，并由串联地连接了的分压电阻R3、R4构成。另外，基于电流检测部6的电流检测的内容将后述。
[0043]转换器5将由全波整流电路4进行了全波整流的图3所示的脉流电压|vac|调整为作为目标的输出电压vdc。该转换器5具备构成降压型支臂(arm)的第I开关元件Ql和第I 二极管D1、以及构成升压型支臂的第2开关元件Q2和第2 二极管D2。在该转换器5中，在第I开关元件Ql和第I 二极管Dl的连接点、与第2开关元件Q2和第2 二极管D2的连接点之间设置了电抗器L。另外，第1、第2开关元件Ql、Q2是由通过电源控制部2生成的ON/OFF控制用的开关信号而驱动的FET (Field Effect Transistor:场效应晶体管)元件、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:绝缘栅双极晶体管)元件等。
[0044]另外，对脉流电压|vac|串联地连接第I开关元件Ql和第I 二极管D1，另外，对负载9串联地连接第2开关元件Q2和第2 二极管D2。通过该电路结构，转换器5具有作为升压转换器的功能和作为降压转换器的功能。
[0045]具体而言，电源控制部2在输入电压检测值vin比输出电压检测值vo低的情况下，使第I开关元件Ql始终ON并使第2开关元件Q2进行开关动作，从而使转换器5作为升压转换器发挥作用。另一方面，在输入电压检测值vin比输出电压检测值vo高的情况下，使第2开关元件Q2始终OFF并使第I开关元件Ql进行开关动作，从而使转换器5作为降压转换器发挥作用。
[0046]此处，也可以设为如下同步整流方式:将第I及第2 二极管Dl、D2变更为FET元件、IGBT元件等的第3以及第4开关元件Q3、Q4，在升压时使第2开关元件Q2和第4开关元件Q4的ON/OFF按照相反逻辑进行动作，在降压时使第I开关元件Ql和第3开关元件Q3的0N/0FF按照相反逻辑进行动作。
[0047]在升压控制(增压模式(boost mode))时，电源控制部2使第I开关元件Ql始终ON并使第2开关元件Q2进行开关动作，所以在电抗器L中流过的电抗器电流iL成为对应于输入电流iin的电流。另外，在降压控制(减压模式(back mode))时，电源控制部2使第2开关元件Q2始终OFF并使第I开关元件Ql进行开关动作，所以在电抗器L中流过的电抗器电流iL成为对应于输出电流1的电流。因此，电流检测部6在升压控制时检测将全波整流后的输入电流iin的开关频率分量除去了的电流，另外在降压控制时检测将输出电流1的电流纹波(current ripple)除去之前的电流。
[0048]然后，电源控制部2在升压控制时根据与全波整流后的输入电流iin对应地得到的值、并且在降压控制时根据与输出电流1对应地得到的值，分别设定成为电抗器电流iL的控制目标的目标电抗器电流iL*。然后，电源控制部2进行控制以使电抗器电流iL成为目标电抗器电流iL*，从而能够最佳地控制输入电流iin的相位和波形。另外，目标电抗器电流iL*的具体的求出方法将在后面详述。
[0049]接下来，说明电源控制部2的功能的概要。
[0050]电源控制部2根据由输入电压检测部7检测脉流电压|vac|而得到的输入电压检测值vin、和由输出电压检测部8检测输出电压vdc而得到的输出电压检测值vo的比较，切换转换器5的升压控制和降压控制。在该情况下，在升压控制中转换器5作为升压转换器发挥功能，在降压控制中转换器5作为降压转换器发挥功能。
[0051]另外，电源控制部2具备如下PFC(PFC:Power Factor Correct1n-功率因数改善)控制的功能:使用上述各检测信号vin、vo、iL，对转换器5的第1、第2开关元件Q1、Q2进行0N/0FF控制，从而在升压控制和降压控制这两方的情况下，控制全波整流后的输入电流iin，以使交流输入电流iac成为与交流输入电压vac大致相同的相位且相同的波形。
[0052]在上述PFC控制中，关于成为控制输入电流iin时的控制目标值的目标输入电流iin*，为了改善功率因数，需要生成为与脉流电压Ivacl相同的相位且相同的脉流波形，对此可以通过控制在转换器5的电抗器L中流过的电抗器电流iL来调整。然后，电源控制部2控制转换器5的第1、第2开关元件Q1、Q2，以使电抗器电流iL的每单位时间的平均与目标电抗器电流iL* 一致。<