JP2007174723A - Ac/dc converting power supply and light emitting diode driving system using the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、交流電力を直流に変換する交流/直流変換電源装置に関し、特に、多数の直列接続された発光ダイオード(LED)の駆動用直流電源として最適な、入力電流波形がきれいで力率が良く、かつPWM制御も行わないで、出力制御がPWM制御の場合と同じ程度に可能な交流/直流変換電源装置に関する。 The present invention relates to an AC / DC conversion power supply device that converts AC power into DC, and in particular, the input current waveform is clean and power factor is optimal as a DC power supply for driving a number of light emitting diodes (LEDs) connected in series. The present invention relates to an AC / DC conversion power supply apparatus that is good and that does not perform PWM control and that can perform output control to the same extent as in PWM control.
発電と送電は交流が有利であり、交流が電力分野の主流であるが、末端では交流から直流に変換して電力を利用する分野が近年ますます広くなっている。その中に、将来大いに電力を利用するようになるだろうと思われる、発光ダイオード(LED)を太陽光の代わりに用いて光を照射して野菜などの植物を育成する植物工場、野菜工場が普及してきた。ここに将来、莫大な電力が農業に用いられることになると予想される。交流電力を直流に変換する際に、入力電流の力率が良く、高調波の少ない、そして、製作コストが安く、効率の良い電源装置が望まれる。
次に、発光ダイオードを多数駆動して植物を育成するための照明装置としている実例を説明する。
For power generation and transmission, alternating current is advantageous, and alternating current is the mainstream in the electric power field, but at the end, the field of converting electric power from alternating current to direct current is increasingly widespread. Among them, plant factories and vegetable factories, which grow light plants using light-emitting diodes (LEDs) instead of sunlight, which are expected to use electricity in the future, are becoming popular. I have done it. It is expected that enormous power will be used for agriculture in the future. When converting AC power to DC, an efficient power supply device is desired that has a good power factor of input current, low harmonics, low manufacturing costs, and high efficiency.
Next, an example in which a large number of light emitting diodes are driven to produce a plant for growing plants will be described.
一般に、地上の植物には、太陽から紫外から赤外まで幅広い波長の光エネルギーが照射されている。しかしながら、植物はその全ての波長のエネルギーを利用している訳ではない。そのため、LEDを用いることで植物の生育に有効な特定の波長を選択して照射することが可能となっている。またLEDの特徴である省電力を生かして、他の照明ランプを用いた植物栽培に比べて、省電力・低コストでの植物栽培が可能となっている。24時間赤い光を照射することで、通常2ヶ月半程度かかるレタスの成長を1ヶ月程度に縮めており、季節や天候に関係なく、毎日、一定量が出荷出来る。静岡県豊田町の農事組合法人サンフィールドが、世界で初めてLED野菜工場を稼働させている。生産量は125平方メートルの工場で3ヘクタールの畑に匹敵する。 In general, terrestrial plants are irradiated with light energy in a wide range of wavelengths from the sun to ultraviolet to infrared. However, plants do not use energy at all wavelengths. Therefore, it is possible to select and irradiate a specific wavelength effective for plant growth by using the LED. In addition, taking advantage of the power saving feature of LEDs, it is possible to cultivate plants at low power and low cost compared to plant cultivation using other lighting lamps. By irradiating with red light for 24 hours, the growth of lettuce, which normally takes about two and a half months, is reduced to about one month, and a certain amount can be shipped every day regardless of the season or weather. Sunfield, a farming association in Toyota Town, Shizuoka Prefecture, is operating the LED vegetable factory for the first time in the world. The production volume is 125 square meters, comparable to 3 hectares of field.
栄養面でも一般のレタスに比べて、ビタミンA、C、Eの含有量が高く、ビタミンAについては露地物に比べ14倍強もの効力を有していると言われている。
また、ハウス栽培のイチゴやトマトにLEDを照射すると糖度が増すという傾向があることも分かっている。
In terms of nutrition, vitamins A, C, and E are high in content compared to general lettuce, and vitamin A is said to be 14 times more effective than outdoor products.
It is also known that sugar content tends to increase when LEDs are irradiated to house-grown strawberries and tomatoes.
自然光を排除して完全管理下で育成でき、24時間光照射できるので効率がよく、葉物野菜の代表であるレタスにおいては、すでに市場に出て好評である。野菜工場の生産経費の28%が電力代である。将来、野菜類がすべて工場で作られる時代が来ると予想される。そのとき、LED駆動回路のコストと電力効率は、野菜生産経費に直接関連する大きな課題である。 It can be grown under complete control without natural light, and can be irradiated for 24 hours, so it is efficient and lettuce, which is a representative of leafy vegetables, has already been well received on the market. 28% of the vegetable plant production costs are for electricity. In the future, it is expected that the time will come when all vegetables are made in factories. At that time, the cost and power efficiency of the LED drive circuit are major issues directly related to vegetable production costs.
従来、単独のLED場合、駆動は電流制限抵抗を直列接続して定電圧電源により行っている。電流制限抵抗の電力ロスは大きく、野菜工場では多数のLEDを直列接続して、ダイオードブリッジで整流し、直接電源に接続して変圧器のリアクタンス・ドロップを利用して、電流はタップ調整で行っている。 Conventionally, in the case of a single LED, driving is performed by a constant voltage power source with a current limiting resistor connected in series. The power loss of the current limiting resistor is large. At the vegetable factory, a large number of LEDs are connected in series, rectified by a diode bridge, directly connected to the power supply, and the transformer reactance drop is used. ing.
図2に従来の最も基礎的なLED駆動回路を示すが、電流波形は直列接続されたLEDのジャンクション電圧を超えたところで流れるのでパルス状の電流となっている。これは図2(ア)に示すコンデンサインプット型AC/DC変換回路と同じで、電流波形はパルス状で、基本波の位相は電圧と同相でよいが、波形率の問題で力率の悪い電流波形となっている。電流がパルス状でなく、サイン波形にするには、図2(イ)に示すようにリアクトルインプット型にしてもよい。これは、波形はきれいになるが、力率が悪く、直流電圧が低くなる。低い電圧ではLEDの直列接続数が大きく取れないことになる。 FIG. 2 shows the most basic LED driving circuit in the past, and the current waveform flows at a point exceeding the junction voltage of the LEDs connected in series, so that it is a pulsed current. This is the same as the capacitor input type AC / DC converter circuit shown in Fig. 2 (A). The current waveform is pulsed and the phase of the fundamental wave may be the same as that of the voltage. It has a waveform. In order to obtain a sine waveform instead of a pulsed current, a reactor input type may be used as shown in FIG. This makes the waveform clean, but the power factor is poor and the DC voltage is low. At low voltage, the number of LEDs connected in series cannot be increased.
PWM(Pulse Width Modulation)コンバータや、PAM(Pulse Amplitude Modulation)制御とも呼ばれているPWM・PFC(Power Factor Correction)回路を用いることで、電流波形をサイン波にする方法はよく知られている。図3にPWMコンバータ回路(ア)とPWM・PFC回路(イ)を示す。 A method of converting a current waveform into a sine wave by using a PWM (Pulse Width Modulation) converter or a PWM / PFC (Power Factor Correction) circuit also called PAM (Pulse Amplitude Modulation) control is well known. Fig. 3 shows the PWM converter circuit (A) and the PWM / PFC circuit (A).
PWMコンバータ回路は、DCの電圧を確保してサイン波Vpwmを発生させ、電源電圧Vinとの間に、リアクタンスXを入れることにより、電力の流れは
P=Vin*Vpwm*sinδ/X
の式で支配され、電圧位相差δが電力の方向を決める。PWMサイン波は位相が電源位相よりδだけ遅れている。入力電流波形は基本波のままに直流出力を得ることができるが、力率はδと直流電圧の影響を受けて変化するが、動作点を選べば力率を1にできる。直流側の電圧が一定であることを基本にしているのが本発明と大きく異なり、ハードなスイッチオン・オフによるスイッチング損失が大きくなる原因である。高調波電流が電源側に流れないようにフィルターが不可欠であることも欠点である。
The PWM converter circuit secures the DC voltage, generates a sine wave Vpwm, and inserts a reactance X between the power supply voltage Vin and the power flow is
P = Vin * Vpwm * sinδ / X
The voltage phase difference δ determines the direction of power. The phase of the PWM sine wave is delayed by δ from the power supply phase. A DC output can be obtained with the input current waveform as the fundamental wave, but the power factor changes under the influence of δ and the DC voltage, but the power factor can be made 1 by selecting the operating point. This is based on the fact that the voltage on the DC side is constant, which is greatly different from the present invention, and is a cause of increased switching loss due to hard switching on / off. It is also a disadvantage that a filter is indispensable so that harmonic current does not flow to the power supply side.
PWM・PFC回路は、電流波形のフィードバック制御を直流側で行うリアクトルインプット型の交流直流変換回路の一種と言う事ができる。また、このPWM型はコイル電流を遮断することで、直流電圧を交流入力電圧より高くすることができるため、この回路を用いて、LEDを多数直列接続することができて都合が良い。また、出力電流・電圧の調整が容易、かつ連続的可能であることも良い。しかし、PWM制御の高速ゲートオン・オフ制御が必要で高調波の発生、ハードなスイッチオン・オフによるスイッチング損失があるのが問題になる。入力電流の力率は1以外では大きく電流波形は乱れるため、力率1以外の電流制御はできない。 The PWM / PFC circuit can be said to be a kind of reactor input type AC / DC converter that performs feedback control of the current waveform on the DC side. In addition, since this PWM type can make the DC voltage higher than the AC input voltage by interrupting the coil current, it is convenient to use this circuit to connect a number of LEDs in series. Further, the output current / voltage can be easily adjusted continuously. However, high-speed gate on / off control of PWM control is necessary, and there are problems of harmonic generation and switching loss due to hard switch on / off. When the power factor of the input current is other than 1, the current waveform is greatly disturbed, so current control other than the power factor of 1 cannot be performed.
交流/直流変換電源装置では、電力損失をより少なく、入力電流に高調波が少なく、力率がよりよいことが重要なことは言うまでも無い。また、装置の部品数が少なくシンプルであることは故障確率を少なくするために重要である。従来の方法の課題を列挙する。 In an AC / DC conversion power supply device, it is needless to say that it is important that there is less power loss, less harmonics in the input current, and a better power factor. Also, it is important to reduce the probability of failure by simplifying the number of parts of the device. The problems of the conventional method are listed.
図2の方法は電流波形の力率が悪いために交流側電力伝送損失が大きい。力率が0.7と力率1の電流とでは配電線のジュール発熱が2倍違う。配電線のジュール損は、1アンペア当たり電線100mで5Vになり、5Wの損失になる計算である。力率が良くなければならない。 The method of FIG. 2 has a large AC side power transmission loss because the power factor of the current waveform is poor. When the power factor is 0.7 and the power factor is 1, the Joule heating of the distribution line is twice different. The Joule loss of the distribution line is calculated to be 5V with 100m of cable per ampere, resulting in a loss of 5W. Power factor must be good.
図3のPWM制御に伴う高調波電流の発生は、多くの高調波問題を起こす可能性があり、その対処を行わねばならないため、フィルター回路などが必要になる。また、高速(数10kHz)の半導体スイッチのオン・オフのスイッチングに伴う損失が導通損と同じ程度の大きさになる。 The generation of harmonic currents associated with the PWM control in FIG. 3 can cause many harmonic problems and must be dealt with, so a filter circuit or the like is required. In addition, the loss associated with on / off switching of a high-speed (several tens of kHz) semiconductor switch is as large as the conduction loss.
LEDはダイオードの性質をもつので、並列接続による電流分流は温度の影響などで困難であるので直列接続駆動が好ましい。植物工場では、数百個のLEDを直列駆動するために交流100Vより大きな直流高電圧が必要になる。変圧器を用いると変圧器の鉄損や巻き線損失が増えるのでこれを使わない駆動が効率の点で好ましい。 Since the LED has the property of a diode, it is difficult to divert current due to the parallel connection due to the influence of temperature, etc., so that the series connection drive is preferable. In plant factories, a high DC voltage greater than 100V AC is required to drive hundreds of LEDs in series. When a transformer is used, the iron loss and winding loss of the transformer increase, so driving without using this is preferable in terms of efficiency.
本発明の目的は、多数の直列LEDの駆動用直流電源として、入力電流波形がきれいで力率が良く、かつスイッチング損失や高調波を発生するPWM制御も行わないで、出力制御がPWM制御の場合と同じ程度に可能な交流/直流変換電源装置を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a DC power supply for driving a large number of series LEDs, with a clean input current waveform and good power factor, and without performing PWM control that generates switching loss and harmonics. An object of the present invention is to provide an AC / DC conversion power supply device that is possible to the same extent as the case.
本発明は、交流/直流変換電源装置に関し、本発明の上記目的は、4個の逆導通型半導体スイッチにて構成されるブリッジ回路と前記ブリッジ回路の直流端子間に接続され、電流遮断時の磁気エネルギーを蓄積するコンデンサとから成る磁気エネルギー回生双方向電流スイッチと、リアクトルと、交流電源とを直列に接続し、さらに、前記ブリッジ回路の交流端子間に整流用ダイオードブリッジの入力側を接続し、前記ダイオードブリッジの整流出力側に平滑用コンデンサを接続した交流/直流変換電源装置において、
前記各逆導通型半導体スイッチのゲートに制御信号を与えて、各半導体スイッチのオン/オフ制御を行う制御手段とを具備し、該制御手段は、前記ブリッジ回路を構成する4個の逆導通型半導体スイッチのうち、対角線上に位置するペアの逆導通型半導体スイッチのオン/オフ動作をそれぞれ同時に行うように制御するとともに、2組あるペアのうち、一方のペアがオンのときは、他方のペアがオフとなるように制御し、かつ、前記オン/オフ動作を前記交流電源の電圧に同期して切り換え、さらに、前記リアクトル及び磁気エネルギーを蓄積するコンデンサとを含む共振回路のQが1より大きくなるように設定することにより、前記交流電源電圧よりも高い共振電圧を発生させ、該共振電圧を前記ダイオードブリッジを介して取り出すことによって達成される。
The present invention relates to an AC / DC conversion power supply device, and the object of the present invention is connected between a bridge circuit composed of four reverse conducting semiconductor switches and a DC terminal of the bridge circuit, and at the time of current interruption. A magnetic energy regenerative bidirectional current switch consisting of a capacitor for storing magnetic energy, a reactor, and an AC power supply are connected in series, and the input side of the rectifier diode bridge is connected between the AC terminals of the bridge circuit. In the AC / DC conversion power supply device in which a smoothing capacitor is connected to the rectified output side of the diode bridge,
Control means for applying a control signal to the gate of each reverse conducting semiconductor switch to control on / off of each semiconductor switch, the control means comprising four reverse conducting types constituting the bridge circuit Of the semiconductor switches, control is performed so that the on / off operations of the pair of reverse conducting semiconductor switches located on the diagonal line are simultaneously performed, and when one of the two pairs is on, The resonance circuit is controlled so that the pair is turned off, the on / off operation is switched in synchronization with the voltage of the AC power supply, and the Q of the resonance circuit including the reactor and the capacitor for storing magnetic energy is 1 By setting it to be large, a resonance voltage higher than the AC power supply voltage is generated, and the resonance voltage is taken out via the diode bridge. Thus it is achieved.
また、本発明の上記目的は、前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチを、2個の逆導通型半導体スイッチと1又は2個のコンデンサにて構成されるハーフ・ブリッジ回路で置換し、前記制御手段は、前記2個の逆導通型半導体スイッチのうち、一方がオンの時は他方をオフにするように制御することにより、効果的に達成される。 The above-mentioned object of the present invention is to replace the magnetic energy regenerative bidirectional current switch with a half bridge circuit composed of two reverse conducting semiconductor switches and one or two capacitors, Is effectively achieved by controlling so that when one of the two reverse conducting semiconductor switches is on, the other is turned off.
さらに、本発明の上記目的は、前記交流/直流変換電源装置がさらに変圧器を備え、前記磁気エネルギー回生双方向電流スイッチの交流端子を前記変圧器の1次側に接続し、前記変圧器の2次側を前記ダイオードブリッジの入力側に接続することにより、効果的に達成される。 Furthermore, the object of the present invention is that the AC / DC conversion power supply device further includes a transformer, and the AC terminal of the magnetic energy regenerative bidirectional current switch is connected to the primary side of the transformer. This is effectively achieved by connecting the secondary side to the input side of the diode bridge.
またさらに、本発明の上記目的は、前記ダイオードブリッジを、2個のダイオード及び2個の平滑用コンデンサで構成された両波倍電圧整流回路で置換することによって、より効果的に達成される。 Still further, the above object of the present invention can be achieved more effectively by replacing the diode bridge with a double wave rectifier circuit composed of two diodes and two smoothing capacitors.
本発明は、交流/直流変換電源装置に関し、本発明の上記目的は、4個の逆導通型半導体スイッチにて構成されるブリッジ回路と前記ブリッジ回路の直流端子間に接続され、電流遮断時の磁気エネルギーを蓄積するコンデンサとから成る磁気エネルギー回生双方向電流スイッチと、リアクトルと、交流電源とを直列に接続し、さらに、前記ブリッジ回路の直流端子の正側にダイオードのアノードを接続し、該ダイオードのカソードと前記ブリッジ回路の直流端子の負側との間に平滑用コンデンサを接続した交流/直流変換電源装置において、
前記各逆導通型半導体スイッチのゲートに制御信号を与えて、各半導体スイッチのオン/オフ制御を行う制御手段とを具備し、該制御手段は、前記ブリッジ回路を構成する4個の逆導通型半導体スイッチのうち、対角線上に位置するペアの逆導通型半導体スイッチのオン/オフ動作をそれぞれ同時に行うように制御するとともに、2組あるペアのうち、一方のペアがオンのときは、他方のペアがオフとなるように制御し、かつ、前記オン/オフ動作を前記交流電源の電圧に同期して切り換え、さらに、前記リアクトル及び磁気エネルギーを蓄積するコンデンサとを含む共振回路のQが1より大きくなるように設定することにより、前記交流電源電圧よりも高い共振電圧を発生させ、前記平滑用コンデンサの両端子に直流負荷を接続することによっても達成される。
The present invention relates to an AC / DC conversion power supply device, and the object of the present invention is connected between a bridge circuit composed of four reverse conducting semiconductor switches and a DC terminal of the bridge circuit, and at the time of current interruption. A magnetic energy regenerative bidirectional current switch comprising a capacitor for storing magnetic energy, a reactor, and an AC power supply are connected in series, and further, a diode anode is connected to the positive side of the DC terminal of the bridge circuit, In an AC / DC conversion power supply device in which a smoothing capacitor is connected between the cathode of the diode and the negative side of the DC terminal of the bridge circuit,
Control means for applying a control signal to the gate of each reverse conducting semiconductor switch to control on / off of each semiconductor switch, the control means comprising four reverse conducting types constituting the bridge circuit Of the semiconductor switches, control is performed so that the on / off operations of the pair of reverse conducting semiconductor switches located on the diagonal line are simultaneously performed, and when one of the two pairs is on, The resonance circuit is controlled so that the pair is turned off, the on / off operation is switched in synchronization with the voltage of the AC power supply, and the Q of the resonance circuit including the reactor and the capacitor for storing magnetic energy is 1 By setting it to be large, a resonance voltage higher than the AC power supply voltage is generated, and a DC load is connected to both terminals of the smoothing capacitor. It is also achieved me.
本発明は、野菜や植物の生育用の人工光を供給するための発光ダイオード駆動システムに関し、本発明の上記目的は、前記交流/直流変換電源装置の直流出力に、複数の発光ダイオードを直列に接続した直列ダイオードユニットを複数ユニット並列に接続することによって達成される。 The present invention relates to a light emitting diode driving system for supplying artificial light for growing vegetables and plants, and the object of the present invention is to provide a plurality of light emitting diodes in series with a DC output of the AC / DC conversion power supply device. This is achieved by connecting a plurality of connected series diode units in parallel.
また、本発明の上記目的は、前記発光ダイオードを赤色発光ダイオードにすることによって効果的に達成される。 Also, the above object of the present invention is effectively achieved by making the light emitting diode a red light emitting diode.
さらに光センサを設けるとともに、前記発光ダイオードの照度の変化を前記光センサで検知し、該検知した信号を前記制御手段にフィードバックすることにより、前記発光ダイオードの発光光度を所定の値に保つように前記共振電圧を制御することによって、さらに効果的に達成される。 Further, an optical sensor is provided, a change in illuminance of the light emitting diode is detected by the optical sensor, and the detected signal is fed back to the control means so that the luminous intensity of the light emitting diode is maintained at a predetermined value. This is achieved more effectively by controlling the resonance voltage.
本発明によれば、交流から直流に変換する際に、交流入力電流の高調波が少なく、かつ力率の良い、さらにゲートのオン・オフ位相の進み制御で直流出力を制御でき、電流力率を進みにしながら、出力制御できる変換器を提供することができる。
オン・オフ回数を最小限で、ゲート制御回路が簡単になり、ゼロ電圧ゼロ電流スイッチにもなっているのでスイッチによる損失が減少している。本発明は、交流電源から直流を得る際、交流周波数に同期スイッチングで共振を起こさせ磁気エネルギー回生スイッチ両端の共振電圧を直流に変換する多くの分野に応用できるものである。
According to the present invention, when converting from alternating current to direct current, the harmonics of the alternating current input current are small, the power factor is good, and the direct current output can be controlled by the advance control of the on / off phase of the gate. Thus, it is possible to provide a converter capable of controlling the output while proceeding.
The number of on / off times is minimized, the gate control circuit is simplified, and it is also a zero voltage zero current switch, so the loss due to the switch is reduced. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to many fields in which resonance is caused by synchronous switching to an alternating current frequency to convert the resonance voltage across the magnetic energy regenerative switch into direct current when obtaining direct current from an alternating current power supply.
風力発電のように周波数が変化する発電機などに磁気エネルギー回生スイッチを並列に接続して発電機の周波数と同期してゲート制御を行い、可変コンデンサとして共振させると、フェランチ現象を起こして電圧が上昇する。この電圧を直流変換して利用すれば、さらに大きな直流出力を取り出すことが可能である。 When a magnetic energy regenerative switch is connected in parallel to a generator whose frequency changes, such as wind power generation, and gate control is performed in synchronization with the frequency of the generator and resonates as a variable capacitor, a ferrant phenomenon occurs and the voltage is increased. To rise. If this voltage is used after DC conversion, a larger DC output can be taken out.
4つの逆導通半導体スイッチとエネルギー蓄積コンデンサで構成される磁気エネルギー回生スイッチは、リアクトルと組み合わせて、交流電圧に同期したスイッチのオン・オフにより共振コンデンサの役目をする。従来回路の図2(イ)のリアクトルインプット型と図3(ア)のPWMコンバータの良いところを取り入れて、図3(イ)の悪いところを除いた方法を提案する。 A magnetic energy regenerative switch composed of four reverse conducting semiconductor switches and an energy storage capacitor functions as a resonance capacitor by combining with a reactor and turning on and off the switch synchronized with an AC voltage. We propose a method that incorporates the advantages of the conventional reactor input type shown in Fig. 2 (a) and the PWM converter shown in Fig. 3 (a) and eliminates the bad points of Fig. 3 (a).
上記目的を達成するために、本装置は、図1に示す4つの逆導通半導体スイッチとエネルギー蓄積コンデンサで構成される磁気エネルギー回生スイッチ1をリアクトル2と、交流電源3に直列に接続している。スイッチのゲート制御手段4を有して、交流電圧に同期したスイッチのオン・オフにより、並列共振が起こることになり、電源電圧より高い方形波状の高電圧が発生するが、この共振電圧をダイオード整流回路5を介して、取り出せば、交流入力電圧よりも高い電圧の直流が発生するこれらの構成を具備することを特徴とする。
In order to achieve the above object, this apparatus connects a magnetic energy
本発明に係る交流/直流変換電源装置では、半導体スイッチは1サイクルの間に1回のスイッチングしか行われないので高調波が発生しない。 In the AC / DC conversion power supply device according to the present invention, since the semiconductor switch is switched only once during one cycle, no harmonics are generated.
また、この装置では、基本は周波数の共振を起こさせているので入力電流は波形がサイン波状であり、さらに電流力率が1になるようにスイッチングの位相を制御する手段と出力電流電圧を位相で制御する手段を具備して、出力を入力電圧の変化にかかわらず一定にする制御を行う手段とを、具備していることを特徴とする。 In addition, in this device, since the resonance of the frequency is basically caused, the waveform of the input current is a sine wave, and the phase of the output current voltage and the means for controlling the switching phase so that the current power factor becomes 1. And means for controlling the output to be constant regardless of changes in the input voltage.
本発明によれば、直列のリアクトル、並列にコンデンサが接続されているので、スイッチのオン・オフ時に、ゼロ電圧でのオフ、ゼロ電流でのオンがなされている。スイッチのオン・オフ回数が少ない上にさらにスイッチング損失を低減する変換システムを構築することができる。 According to the present invention, since the series reactor and the capacitor are connected in parallel, when the switch is turned on / off, the zero voltage is turned off and the zero current is turned on. It is possible to construct a conversion system that reduces the number of on / off switches and further reduces switching loss.
また、本発明によれば、並列共振で得られた高圧の交流を直流に変換する際に高い直流電圧が得られる、たとえば倍電圧整流のようなダイオード整流設備を具備することを特徴とする。また、直流電流を磁気エネルギー回生スイッチのコンデンサからダイオードブリッジを介して直流出力を取り出す装置を具備することも特徴である。 Further, according to the present invention, a diode rectification facility such as voltage doubler rectification is provided, which can obtain a high DC voltage when converting high-voltage AC obtained by parallel resonance into DC. Further, it is also characterized in that a device for taking out a direct current from a capacitor of a magnetic energy regenerative switch through a diode bridge is provided.
この発明によれば、交流から直流に変換する設備において、交流電源からの入力波形が基本波に近く、力率が1に近く、また電力を減少させる制御により入力電流を進み位相にもできるので、力率改善も行うことができる。PWM制御による高速オン・オフ・スイッチングを行わないので半導体の損失が小さい。交流電圧よりも高い電圧の直流電流が得られる。 According to the present invention, in the facility for converting from alternating current to direct current, the input waveform from the alternating current power source is close to the fundamental wave, the power factor is close to 1, and the input current can be made into a leading phase by the control to reduce the power. Power factor improvement can also be performed. High-speed on / off switching by PWM control is not performed, so semiconductor loss is small. A DC current having a voltage higher than the AC voltage can be obtained.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
(実施形態1)
図1は、この発明の中心をなす磁気エネルギー回生スイッチを用いた並列共振AC/DC変換電源装置の一実施例である。本装置は図1に示す4つの逆導通半導体スイッチとエネルギー蓄積コンデンサで構成される磁気エネルギー回生スイッチ1とリアクトル2と、交流電源3とが直列に接続されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows an embodiment of a parallel resonant AC / DC conversion power supply device using a magnetic energy regenerative switch that forms the center of the present invention. In the present apparatus, a magnetic energy
逆導通半導体スイッチのゲートのオン・オフを制御する制御手段4を有して、交流電圧に同期したスイッチのオン・オフにより、直列抵抗がリアクタンスより小さい場合に並列共振が起こることになる。電源電圧より方形波状の高電圧が発生するが、この共振電圧を磁気エネルギー回生スイッチ1のAC端子からダイオード整流回路5を介して、取り出せば、高電圧の直流が発生する。
With the control means 4 for controlling on / off of the gate of the reverse conducting semiconductor switch, parallel resonance occurs when the series resistance is smaller than the reactance due to the on / off of the switch synchronized with the AC voltage. A square-wave high voltage is generated from the power supply voltage. If this resonance voltage is extracted from the AC terminal of the magnetic energy
実施例では、使用したリアクトル2は約700mH、電気抵抗は17Ωである。磁気エネルギー回生スイッチ1のコンデンサは5μF、4つのP−MOSFETは、2SK2186(500V−10Aオン抵抗1Ω)である。4つのP−MOSFETの“たすきがけ”に交互にオン・オフ信号を電源電圧の正負に合わせて半サイクルの間連続して発生させる制御手段4がある。このオン・オフ信号は電圧波形よりも任意の位相分だけを進ませて出せるようになっている。
In the embodiment, the
位相進みは、CRの遅延回路とオペアンプを1台用いただけの簡単な構成である。図4にゲート制御手段4の実施例の回路を示す。たとえば、ゲートオン・オフ信号を90度進ませるには、90度遅らせる制御を行ってから、信号極性を反転させればよいので、CR遅延回路の2段で0度から140度程度までの遅延により、信号を逆転させ、40度から、180度までの進み信号を発生させている。ここに、入力電流や出力電流、電圧を計測し位相の制御にフィードバック制御することは可能である。 Phase advance is a simple configuration that uses only one CR delay circuit and one operational amplifier. FIG. 4 shows a circuit of an embodiment of the gate control means 4. For example, in order to advance the gate on / off signal by 90 degrees, the signal polarity can be reversed after performing the control to delay 90 degrees, so the delay from 0 degrees to 140 degrees in two stages of the CR delay circuit The signal is reversed to generate a lead signal from 40 degrees to 180 degrees. Here, it is possible to measure the input current, the output current, and the voltage and perform feedback control to control the phase.
P−MOSFETのゲート信号は、光起電力で直接オンにできるフォトボルと呼ばれるフォトカプラ(TLP590B)を使用している。動作遅延は50ヘルツに対して、十分早ければよいので、フォトボルの0.2mS程度の遅れは、問題にならない。これも、PWM制御法を用いないことの利点である。もちろん、本制御回路に高速なパルス制御発生回路を用いてスイッチング損失を増加しない範囲で部分的最小限のPWM制御を加味することは効果的である。 The gate signal of the P-MOSFET uses a photocoupler (TLP590B) called a photovol that can be directly turned on by photovoltaic power. The operating delay should be fast enough for 50 Hz, so a delay of about 0.2 mS of Photobol is not a problem. This is another advantage of not using the PWM control method. Of course, it is effective to use a high-speed pulse control generation circuit in this control circuit and add a partial minimum PWM control within a range that does not increase the switching loss.
このように構成されたこの発明の動作について、説明する。
電源の電圧位相に同期してオン・オフする磁気エネルギー回生スイッチ1が、電源電圧の位相に対して90度進めたオン・オフは、90度進んだ電圧を発生するので進みのリアクタンス電圧を発生していることになる。インダクタンスと直列接続しているとインダクタンスの電圧と逆位相電圧となり、直列共振状態になる。
The operation of the present invention configured as described above will be described.
The magnetic energy
直列共振の定常状態では、両方のリアクタンス電圧は相殺され、電流は、電源電圧に対する直列抵抗で決まる値になる。これは、力率が1の状態でもあり、この力率改善効果は先行する特許となっている。ここで、抵抗がリアクタンスの内部抵抗だけであった場合を考えると、電流は回路のQ倍になることになり、コイル、スイッチの両端電圧は電源電圧のQ倍になる。ここでQ(Quality factor)はリアクタンスを抵抗で割った値を意味する。
Q=ωL/R 共振時の電流=I=入力電圧/直列抵抗=Vin/R
リアクタンス電圧Vc=VI=ωL*I=ωL*Vin/R=Q*Vin=入力電圧のQ倍
In the steady state of series resonance, both reactance voltages cancel each other, and the current becomes a value determined by the series resistance with respect to the power supply voltage. This is also a state in which the power factor is 1, and this power factor improvement effect is a prior patent. Here, considering the case where the resistance is only the internal resistance of the reactance, the current is Q times that of the circuit, and the voltage across the coil and switch is Q times that of the power supply voltage. Here, Q (Quality factor) means a value obtained by dividing reactance by resistance.
Q = ωL / R Current at resonance = I = Input voltage / Series resistance = Vin / R
Reactance voltage Vc = VI = ωL * I = ωL * Vin / R = Q * Vin = Q times input voltage
磁気エネルギー回生スイッチ1は、電源周期にあわせて、オン・オフする電圧源であるから磁気エネルギー回生スイッチ1の蓄積コンデンサCの容量にはよらない。短時間、電圧を保持することが必要であるが、この電圧は回路から力率1状態になるように自動的に充電されるので、充電回路などは不要である(参考文献 日本電気学会雑誌論文誌D 2005年4月号)。
Since the magnetic energy
また、蓄積コンデンサCが毎サイクルごとにコンデンサの電圧がゼロになる場合、すなわち、インダクタンスLとCの共振周波数が電源周波数より高い場合であるが、その場合、スイッチはゼロ電流、ゼロ電圧スイッチングが実現できており、さらにスイッチング損失が減ることになる。 In addition, when the capacitor voltage of the storage capacitor C becomes zero every cycle, that is, when the resonance frequency of the inductances L and C is higher than the power supply frequency, in that case, the switch has zero current and zero voltage switching. This can be realized and the switching loss is further reduced.
リアクタンスの電圧、スイッチの電圧が逆位相で、電源のQ倍にまでなるのでその電圧をダイオードブリッジで整流して直流を得ているのが図1の回路である。電源電圧より大きいのでジャンクション電圧が2V程度のLEDを多数直列接続して駆動できる。ここでは100個の赤色LEDを直列にしている。 The reactance voltage and the switch voltage are in antiphase and up to Q times the power supply, so the voltage in the circuit of FIG. 1 is obtained by rectifying the voltage with a diode bridge. Since it is higher than the power supply voltage, it can be driven by connecting many LEDs with a junction voltage of about 2V in series. Here, 100 red LEDs are connected in series.
ジャンクション電圧の合計が電源電圧のピークを超えないようにしてあるのは、磁気エネルギー回生スイッチの動作を止めた場合、スイッチの両端電圧がジャンクション電圧を超えないために電流が止まることを期待しているからである。これにより磁気エネルギー回生スイッチの動作がそのままLEDのスイッチになる。 The total junction voltage does not exceed the peak of the power supply voltage. When the magnetic energy regenerative switch is stopped, the voltage across the switch does not exceed the junction voltage, so the current stops. Because. As a result, the operation of the magnetic energy regenerative switch becomes an LED switch as it is.
磁気エネルギー回生スイッチの両端電圧がコンデンサ電圧を超えるとダイオードブリッジが導通して平滑コンデンサを充電するので、コンデンサ容量が十分大きければLEDには、直流電流が流れる。LEDの代わりに一般のコンデンサインプット型の直流負荷でも同様である。 When the voltage across the magnetic energy regenerative switch exceeds the capacitor voltage, the diode bridge conducts and charges the smoothing capacitor. Therefore, if the capacitor capacity is sufficiently large, a direct current flows through the LED. The same applies to a general capacitor input type DC load instead of the LED.
直流出力の調整は、スイッチングの位相を最適の位相の状態からずらすことで可能である。特にスイッチング位相を進めることによって、交流入力の電流位相が進められる。その様子を図11に示している。 The DC output can be adjusted by shifting the switching phase from the optimum phase state. In particular, the current phase of the AC input is advanced by advancing the switching phase. This is shown in FIG.
入力電流波形を図9に示すが、波形はほぼサイン波状であり、蛍光灯の電流波形より高調波の少ない波形であると言える。 The input current waveform is shown in FIG. 9, and it can be said that the waveform is almost a sine wave and has less harmonics than the current waveform of the fluorescent lamp.
(実施形態2)
図5(1)は本発明の交流/直流変換用のダイオードブリッジの代わりに両波整流回路にして、さらに高圧にする交流/直流変換回路である。図5(2)の(A),(B),(C)はハーフ・ブリッジ化した磁気エネルギー回生スイッチの回路図である。
ハーフ・ブリッジ形状は、すでに先行する特許として出願している。これは、他のバリエーションがあり、それぞれ利点がある。(A)は直流の電解コンデンサが使用できるが損失が大きい。(B)は交流用の損失の小さいコンデンサを使う場合には良いがコンデンサ形状が電解コンデンサより大きい。半導体スイッチのスイッチは逆導通のGTOサイリスタなどが使用できる。(C)はさらに逆電流阻止型のスイッチを用いた場合、回路図のような結線で導通損を半減できるという利点がある。なお、磁気エネルギー回生スイッチを制御する制御手段は図示を省略している。
(Embodiment 2)
FIG. 5 (1) shows an AC / DC converter circuit that uses a double-wave rectifier circuit instead of the AC / DC converter diode bridge of the present invention to further increase the voltage. (A), (B), and (C) of FIG. 5 (2) are circuit diagrams of a magnetic energy regenerative switch that is half-bridged.
Half-bridge shapes have already been filed as prior patents. This has other variations, each with its advantages. In (A), a DC electrolytic capacitor can be used, but the loss is large. (B) is good when using capacitors with low AC loss, but the capacitor shape is larger than that of electrolytic capacitors. The semiconductor switch can be a reverse conducting GTO thyristor. (C) has an advantage that the conduction loss can be halved by the connection as shown in the circuit diagram when a reverse current blocking type switch is used. The control means for controlling the magnetic energy regenerative switch is not shown.
図6に示すのが、この本発明の発展形である。この回路の特徴は以下のようである。
1)交流/直流変換用ダイオードブリッジの代わりに両波整流回路にすることにより、さらに高電圧にすることができ、同じ直流電圧であれば、スイッチの素子耐圧、コンデンサ耐圧などは半分にできるなど利点が多い。
2)磁気エネルギー回生スイッチをハーフ・ブリッジ形状にした。図6では図5(2)(a)のタイプを採用したものになっている。なお、磁気エネルギー回生スイッチを制御する制御手段は図示を省略している。
FIG. 6 shows a development of the present invention. The characteristics of this circuit are as follows.
1) By using a double-wave rectifier circuit instead of an AC / DC conversion diode bridge, the voltage can be further increased. If the DC voltage is the same, the switch element breakdown voltage, capacitor breakdown voltage, etc. can be halved. There are many advantages.
2) The magnetic energy regenerative switch has a half-bridge shape. In FIG. 6, the type shown in FIG. 5 (2) (a) is adopted. The control means for controlling the magnetic energy regenerative switch is not shown.
(実施形態3)
図7に示すのが、さらにこの本発明の発展形である。本発明の共振する磁気エネルギー回生スイッチには、交流電圧が交流端子両端に発生するので、変圧器により、降圧することにより直流出力は低電圧大電流にすることが出来る。このとき、変圧器の漏れインダクタンスも含めて力率改善することが出来る。なお、磁気エネルギー回生スイッチを制御する制御手段は図示を省略している。
(Embodiment 3)
FIG. 7 shows a further development of the present invention. In the resonating magnetic energy regenerative switch of the present invention, an AC voltage is generated at both ends of the AC terminal, so that the DC output can be made a low voltage and a large current by stepping down with a transformer. At this time, the power factor can be improved including the leakage inductance of the transformer. The control means for controlling the magnetic energy regenerative switch is not shown.
従来のPFC・コンバータでは、昇圧のみで、降圧直流を得ることはできなかったが、磁気エネルギー回生スイッチの交流側に接続することで変圧器が利用でき、降圧または昇圧して直流化でき、応用範囲が格段に広がる。 With conventional PFC converters, it was not possible to obtain step-down DC only by boosting, but a transformer can be used by connecting to the AC side of the magnetic energy regenerative switch. The range is greatly expanded.
(実施形態4)
磁気エネルギー回生スイッチのコンデンサ容量を十分大きくすれば、ほぼ一定の直流電圧を保持することが可能になるが、そこから直流電力を取り出す場合は、よく知られている図3に示した回路の三相のPFC・AC/DC変換回路と同じに単相のPFCコンバータと同じになるが、三相では直流電圧がゼロになることが無い。それは相間で直流電力がその他の相に回るからである。
(Embodiment 4)
If the capacitor capacity of the magnetic energy regenerative switch is made sufficiently large, it becomes possible to maintain a substantially constant DC voltage. However, when taking out DC power from it, the well-known three circuits shown in FIG. It is the same as a single-phase PFC converter in the same way as a phase PFC / AC / DC conversion circuit, but the DC voltage does not become zero in three phases. This is because the DC power goes to other phases between phases.
単相でPWMコンバータを実現した図8のように、エネルギー蓄積コンデンサCを小さくすれば、磁気エネルギーを蓄積した結果、電圧が上昇し、コンデンサ電圧は直流回路電圧より大きくなったところでダイオードが導通して直流回路に流れ、コンデンサ電圧が直流回路電圧以下では非導通となるので、ゼロ電圧ゼロ電流スイッチングが実現できる。これを3台、三相交流につなげば、三相電力のPWM・PFC回路でゼロ電圧ゼロ電流スイッチングのコンバータが可能となる。 As shown in Fig. 8 where a single-phase PWM converter is realized, if the energy storage capacitor C is made smaller, the magnetic energy is stored and as a result, the voltage rises and the diode becomes conductive when the capacitor voltage becomes larger than the DC circuit voltage. Therefore, the zero voltage zero current switching can be realized because the capacitor voltage becomes non-conductive when the capacitor voltage is lower than the DC circuit voltage. If three of these are connected to a three-phase AC, a zero-voltage zero-current switching converter can be realized with a three-phase PWM / PFC circuit.
図8の回路は、部品数が少なくなる利点はある。その反対に負荷に流れる電流が、すべて磁気エネルギー回生スイッチに流れて好ましくない。図7までの発明では、磁気エネルギー回生スイッチに流れる電流と直流側に流れる電流とが分かれるので、コスト利点のあるダイオードに電流が流れる分だけ経済的であることを提案している。 The circuit of FIG. 8 has an advantage that the number of parts is reduced. On the contrary, all the current flowing through the load flows to the magnetic energy regenerative switch, which is not preferable. The invention up to FIG. 7 proposes that the current flowing in the magnetic energy regenerative switch and the current flowing in the DC side are separated, so that it is economical as much as the current flows in the diode having a cost advantage.
図8の回路はさらに電流センサで電流を計測して電流リファレンスに合わせてPWM制御する図3(イ)のPAMコンバータの方法を、磁気エネルギー回生スイッチを用いてAC側でスイッチした形にすることもできる。PFCが重要になる場合は有効である。これまでの本発明はすべてソフトなスイッチングが特徴である。なお、磁気エネルギー回生スイッチを制御する制御手段は図示を省略している。 In the circuit of FIG. 8, the method of the PAM converter of FIG. 3 (a) that measures the current with a current sensor and performs PWM control according to the current reference is switched to the AC side using a magnetic energy regenerative switch. You can also. Effective when PFC is important. All the present inventions so far are characterized by soft switching. The control means for controlling the magnetic energy regenerative switch is not shown.
ここでは、スイッチのオン・オフ回数を1周期に1回を最小限にしている例を述べたが、従来のようにPWM制御を行っても本発明の効果は十分に発揮されるものである。すなわち、前記4つの実施例はどれも、ゼロ電圧、ゼロ電流でのスイッチングを実現しているので、従来の方法である図3のPWM・PFC制御のハードスイッチングよりは損失が小さいからである。 Here, an example has been described in which the number of on / off of the switch is minimized to one in one cycle, but the effect of the present invention can be sufficiently exerted even if PWM control is performed as in the prior art. . In other words, all the four embodiments realize switching at zero voltage and zero current, and therefore, the loss is smaller than the hard switching of the PWM / PFC control of FIG. 3 which is the conventional method.
力率とともに波形も重要な場合も考えられるので、そのときは必要なだけオン・オフ回数をふやしてPWM化するのも当然考えられる。これは部分PWM、固定パルス制御として、すでに知られている技術を導入することができる。 Since the waveform is also important as well as the power factor, it is naturally possible to increase the number of on / off times and convert it to PWM. This can introduce a technique already known as partial PWM and fixed pulse control.
(実施形態5)
野菜工場では電力代がコストの約30%を占めることはすでに述べたが、LED照明と駆動回路の製作費も大きなコストになる。そこで単純で故障の無いLED駆動回路が望まれている。
(Embodiment 5)
As already mentioned that the cost of electricity at vegetable factories accounts for about 30% of the cost, LED lighting and drive circuit production costs are also significant. Therefore, a simple and trouble-free LED drive circuit is desired.
図10は、野菜工場用にこれまでの発明を利用して、初期製作コストが低減できる設計例を示す。磁気エネルギー回生スイッチはハーフ・ブリッジ方式を採用してスイッチ数を半減にし、充電用コンデンサは電解コンデンサを利用する図5(2)(a)のを採用する。野菜工場ではLED500個を1ユニットとし、全体で4000個を点灯させている。 FIG. 10 shows a design example that can reduce the initial production cost by using the present invention for vegetable factories. The magnetic energy regenerative switch adopts the half-bridge method and halves the number of switches, and the charging capacitor uses the electrolytic capacitor shown in Fig. 5 (2) (a). In the vegetable factory, 500 LEDs are one unit, and 4000 units are lit in total.
電解コンデンサはスイッチより低コストで、小型であるからコンデンサの容量を大きくして共振条件に近くすると、スイッチなしでも直流電圧は得られる。
大多数のユニットでは逆導通型半導体スイッチは、すべてオフ状態にして、コンデンサのみで共振条件を得ておく。一部のユニットは、夜間など電源電圧が上昇した場合、フリッカなどの変動を除去したい場合、LEDの明るさを制御して駆動する場合にこの半導体スイッチを動作させる。このようにユニット毎に設計や使い分けを分ける方法を提案する。
Since the electrolytic capacitor is lower in cost and smaller than the switch, a DC voltage can be obtained even without the switch if the capacitance of the capacitor is increased to approach the resonance condition.
In most units, all reverse conducting semiconductor switches are turned off, and resonance conditions are obtained only with capacitors. Some units operate this semiconductor switch when the power supply voltage rises at night, when fluctuations such as flicker are to be removed, or when the brightness of the LED is controlled and driven. In this way, we propose a method of dividing the design and usage for each unit.
この方法は、ACリアクトルと平滑用コンデンサ、ダイオードブリッジの最小限の機器で直流高圧を得ているところが特徴で、変圧器など定常的な鉄損が無いので高効率である。 This method is characterized by obtaining DC high voltage with a minimum of AC reactor, smoothing capacitor, and diode bridge, and is highly efficient because there is no steady iron loss such as with a transformer.
LEDは100個直列にして、それを5並列にして、500個を1ユニットとしているが、それぞれの直列に色の異なるLEDを1つ以上混ぜておくことで、並列分流の様子が人間の目にも確認できる。一色で構成すると人間の目に厳しいので他の色を混ぜておくが、また、その色の違いを光センサ14で検出して、照度のフィードバック制御に利用するとよい。光センサ14には、色フィルターをつける。
100 LEDs are connected in series, 5 are connected in parallel, and 500 are used as one unit. By mixing one or more LEDs of different colors in each series, the state of parallel shunting can be seen by human eyes. It can also be confirmed. If it is composed of one color, it is harsh to the human eye, so other colors are mixed. However, the difference in color may be detected by the
1 磁気エネルギー回生双方向電流スイッチ
2 リアクトル
3 交流電源
4 制御手段
5 ダイオード整流回路
6 平滑コンデンサ
7 直列ダイオードユニット
8 直流負荷
9 遅延調節用可変抵抗器
10 オペアンプ
11 インバータ
12 変圧器
13 ダイオード
14 光センサ
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記各逆導通型半導体スイッチのゲートに制御信号を与えて、各半導体スイッチのオン/オフ制御を行う制御手段とを具備し、該制御手段は、前記ブリッジ回路を構成する4個の逆導通型半導体スイッチのうち、対角線上に位置するペアの逆導通型半導体スイッチのオン/オフ動作をそれぞれ同時に行うように制御するとともに、2組あるペアのうち、一方のペアがオンのときは、他方のペアがオフとなるように制御し、かつ、前記オン/オフ動作を前記交流電源の電圧に同期して切り換え、
さらに、前記リアクトル及び磁気エネルギーを蓄積するコンデンサとを含む共振回路のQが1より大きくなるように設定することにより、前記交流電源電圧よりも高い共振電圧を発生させ、該共振電圧を前記ダイオードブリッジを介して取り出すことを特徴とする交流/直流変換電源装置。 A magnetic energy regenerative bidirectional current switch comprising a bridge circuit composed of four reverse conducting semiconductor switches and a capacitor for storing magnetic energy when the current is interrupted, connected between the DC terminals of the bridge circuit; And an AC power supply connected in series, and further, an AC / DC converter in which an input side of a rectifier diode bridge is connected between AC terminals of the bridge circuit, and a smoothing capacitor is connected to the rectified output side of the diode bridge In power supply,
Control means for applying a control signal to the gate of each reverse conducting semiconductor switch to control on / off of each semiconductor switch, the control means comprising four reverse conducting types constituting the bridge circuit Of the semiconductor switches, control is performed so that the on / off operations of the pair of reverse conducting semiconductor switches located on the diagonal line are simultaneously performed, and when one of the two pairs is on, Control the pair to be turned off, and switch the on / off operation in synchronization with the voltage of the AC power supply;
Further, by setting the Q of a resonance circuit including the reactor and a capacitor for storing magnetic energy to be greater than 1, a resonance voltage higher than the AC power supply voltage is generated, and the resonance voltage is supplied to the diode bridge. AC / DC conversion power supply device characterized by being taken out via
前記制御手段は、前記2個の逆導通型半導体スイッチのうち、一方がオンの時は他方をオフにするように制御することを特徴とする請求項1に記載の交流/直流変換電源装置。 Replacing the magnetic energy regenerative bidirectional current switch with a half bridge circuit composed of two reverse conducting semiconductor switches and one or two capacitors;
2. The AC / DC conversion power supply device according to claim 1, wherein the control unit performs control so that when one of the two reverse conducting semiconductor switches is on, the other is turned off. 3.
前記各逆導通型半導体スイッチのゲートに制御信号を与えて、各半導体スイッチのオン/オフ制御を行う制御手段とを具備し、該制御手段は、前記ブリッジ回路を構成する4個の逆導通型半導体スイッチのうち、対角線上に位置するペアの逆導通型半導体スイッチのオン/オフ動作をそれぞれ同時に行うように制御するとともに、2組あるペアのうち、一方のペアがオンのときは、他方のペアがオフとなるように制御し、かつ、前記オン/オフ動作を前記交流電源の電圧に同期して切り換え、
さらに、前記リアクトル及び磁気エネルギーを蓄積するコンデンサとを含む共振回路のQが1より大きくなるように設定することにより、前記交流電源電圧よりも高い共振電圧を発生させ、
前記平滑用コンデンサの両端子に直流負荷を接続することを特徴とする交流/直流変換電源装置。 A magnetic energy regenerative bidirectional current switch comprising a bridge circuit composed of four reverse conducting semiconductor switches and a capacitor for storing magnetic energy when the current is interrupted, connected between the DC terminals of the bridge circuit; And an AC power supply in series, and further, an anode of a diode is connected to the positive side of the DC terminal of the bridge circuit, and smoothing is performed between the cathode of the diode and the negative side of the DC terminal of the bridge circuit. In an AC / DC conversion power supply device with a capacitor connected,
Control means for applying a control signal to the gate of each reverse conducting semiconductor switch to control on / off of each semiconductor switch, the control means comprising four reverse conducting types constituting the bridge circuit Of the semiconductor switches, control is performed so that the on / off operations of the pair of reverse conducting semiconductor switches located on the diagonal line are simultaneously performed, and when one of the two pairs is on, Control the pair to be turned off, and switch the on / off operation in synchronization with the voltage of the AC power supply;
Further, by setting the Q of a resonance circuit including the reactor and a capacitor for storing magnetic energy to be greater than 1, a resonance voltage higher than the AC power supply voltage is generated,
An AC / DC conversion power supply apparatus, wherein a DC load is connected to both terminals of the smoothing capacitor.
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