アクティブバッファを用いた単相降圧形PFC整流器 ... - 長岡技術科学大学

Pulse
transform (Table 1)
アクティブバッファ 単 相 PFC 整 流 器 ( 大 沼 喜 也 , 他 )
Detection
of sensors Peak V INp
*
v q 2V d mode1
in PLL OUT
|sin(q)|
+
V INp
+ +
+
2v c
d
*
V PI
v c
V OUT
d INp
tempo d
cos(2q)
Limit mode2 +
i v c +
+
+
p
0 to 1
l × out
Commands
*
d
-1 Limit mode3 +
v c +
C PI
+
dc
+ d 0 to 1 1
V PI
Cmin
*
0
V OUT Carrier
2
Cmin
V
p
out
C
dc
sin(2q
) 1
Fig. 5. Control block diagram of the proposed converter.
s 1
s 2
s 3
sw a
sw b
(14) 式 に 代 入 し,d mode4 を 求 めると(15) 式 となる。
d
mode4
V
1
(2
V
*
OUT
INp
sin( t)
d
mode2
)
......................... (15)
(15) 式 から,d mode4 を 常 に 正 の 値 にするには, 右 辺 括 弧 内
の 値 が 1 以 下 となればよいことがわかる。 右 辺 括 弧 内 が 最
大 となる 位 相 はt = /2(または-/2)となり,またこのとき,
d mode2 = 0 となる。よって, 括 弧 内 を 1 以 下 にする 条 件 から,
(16) 式 が 導 出 される。
V
0 1
2
V
V
*
OUT
V
2
*
OUT
INp
INp
....................................................... (16)
(16) 式 より, 提 案 回 路 の 出 力 最 大 電 圧 は, 入 力 電 圧 最 大 値 の
1/2 に 制 限 されることがわかる。
〈3・4〉 パルス 生 成 法 図 4 に 放 電 時 の 三 角 キャリア
と 指 令 値 およびモード 遷 移 の 関 係 図 を 示 す。また, 表 1 に
各 モードに 対 するスイッチパターンを 示 す。モード 1 から
モード 4 への 遷 移 はスイッチング 回 数 が 増 加 するため,モ
ード 2 又 はモード 3 を 経 て 遷 移 させる。そこで,d mode1 と d mode1
に d mode2 または d mode3 を 加 算 した 指 令 値 を 作 成 し, 三 角 キャ
リアと 比 較 して 比 較 信 号 s 1 ,s 2 ,s 3 を 生 成 する。 比 較 信 号 よ
り, 表 1 を 用 い 各 スイッチのスイッチングパターンを 生 成
する。この 方 式 により, 所 望 するモードのデューティ 比 に
応 じた 各 スイッチのオン・オフ 時 間 と 所 望 の 遷 移 を 実 現 す
るスイッチングパターンを 得 ることができる。 提 案 回 路 は
すべてのスイッチングパターンで, 電 流 経 路 の 解 放 や 短 絡
が 発 生 しないので,デットタイムなどを 考 慮 しなくてよい
特 徴 がある。
図 5 に 制 御 ブロック 図 を 示 す。アクティブバッファのキ
ャパシタンス C dc およびキャパシタ 電 圧 最 低 値 V Cmin ,そし
て 出 力 電 圧 指 令 値 V OUT * を 設 定 し, 入 力 最 大 電 圧 値 V INp , 入
力 電 圧 位 相 q,キャパシタ 電 圧 v c および 直 流 インダクタ 電 流
i l を 検 出 し 各 デューティを 算 出 する。 各 デューティを 図 中 に
示 す 通 り 比 較 し, 表 1 を 用 いて 各 スイッチのスイッチング
信 号 を 生 成 する。なお,キャパシタの 電 圧 制 御 の 詳 細 につ
いては, 次 節 にて 述 べる。
〈3・5〉 キャパシタ 電 圧 制 御 アクティブバッファの
キャパシタ 電 圧 はスイッチングの 立 ち 上 がり, 立 ち 下 がり
誤 差 や 損 失 等 の 影 響 により, 所 望 の 値 に 制 御 されない 可 能
性 がある。そこで,PI 制 御 を 用 いて,キャパシタ 電 圧 を 制
御 する。キャパシタ 電 圧 と 電 流 の 積 は(2) 式 と 一 致 するので,
両 辺 を 積 分 し 整 理 すると,キャパシタ 電 圧 の 理 論 値 が 得 ら
れ,(17) 式 にて 求 められる。
t
t0
vcicdt
v
c
t
t0
1
V
2
v
2
c0
INp
I
INp
p
C
out
dc
cos 2t
dt
t
sin2
t
sin 2
0
.......... (17)
ただし,v c0 ,t 0 は 積 分 開 始 時 のキャパシタ 電 圧 および 時 間 で
ある( 導 出 は 付 録 参 照 のこと)。
キャパシタ 電 圧 最 低 値 V Cmin を 初 期 値 とした 場 合 ,(17) 式
は(18) 式 にて 表 すことができる。
v
c
V
2
Cmin
p
C
out
dc
sin 2t
1
............................. (18)
図 5 に 示 す 通 り,(18) 式 より 求 めたキャパシタ 電 圧 指 令 値
と, 検 出 したキャパシタ 電 圧 を 比 較 し,PI 調 節 器 に 入 力 す
る。そして,PI 調 節 器 の 出 力 値 を d tempo に 減 算 する。また 出
力 電 圧 への 影 響 を 抑 えるため, 入 力 電 流 指 令 に 補 償 分 のデ
ューティを 加 算 する。
4. 電 力 脈 動 を 吸 収 する 受 動 素 子 の 考 察
本 章 では, 単 相 交 流 の 電 力 脈 動 を 吸 収 する 受 動 素 子 につ
いて 議 論 し,その 後 , 提 案 法 の 優 位 性 を 示 す。
電 力 脈 動 を 吸 収 するために 受 動 素 子 が 蓄 えなければなら
ないエネルギーW r は,(1) 式 第 2 項 で 示 される 電 力 脈 動 項 の
エネルギーと 一 致 し,その 最 大 値 は(19) 式 より 得 られる。
1 /
VINp
IINp
4
/ 4
Wr
2
VINp
IINp
2
pout
cos 2t
dt
................................ (19)
つまり, 受 動 素 子 に 蓄 えなければならないエネルギーは,
出 力 電 力 と 電 源 角 周 波 数 により 一 意 に 決 定 される。このエ
ネルギーをキャパシタで 吸 収 する 場 合 ,キャパシタに 蓄 え
られるエネルギーと 電 圧 の 関 係 から(20) 式 が 成 り 立 つ。
1
Wr
CV
2
2
Cmax
1
CV
2
2
Cmin
....................................... (20)
ただし V Cmax はキャパシタ 電 圧 の 最 高 値 ,V Cmin は 最 低 値 を 表
す。これより 必 要 なキャパシタンスは,(21) 式 にて 計 算 でき
る。
4 IEEJ Trans. ●●, Vol.●●, No.●, ●●●