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公開番号2024165787
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-28
出願番号2023082281
出願日2023-05-18
発明の名称制御装置及び制御方法
出願人ニデックモビリティ株式会社
代理人個人
主分類H02M 7/12 20060101AFI20241121BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】スイッチング素子の損失が大きくなることによる故障のリスクを低減させる制御装置及び制御方法を提供する。
【解決手段】交流電源の力率を改善する力率改善回路10に用いられる制御装置20は、第1レグR1である一方の第1スイッチング素子群のオンオフ状態をパルス幅変調(PWM)のキャリア信号の周期に相当する周波数である第1周波数で制御し、第2レグR2である他方の第2スイッチング素子群のオンオフ状態を電源周波数である第2周波数で制御する第1モードと、第1スイッチング素子群のオンオフ状態を第2周波数で制御し、第2スイッチング素子群のオンオフ状態を第1周波数で制御する第2モードとを、交流電源から入力される交流電圧の絶対値が所定の閾値以下となる期間である所定のタイミングで切り替える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
交流電源の力率を改善する力率改善回路に用いられる制御装置であって、
前記力率改善回路は、第１スイッチング素子及び前記第１スイッチング素子に直列に接続される第２スイッチング素子から構成される第１レグと、第３スイッチング素子及び前記第３スイッチング素子に直列に接続される第４スイッチング素子から構成され、かつ前記第１レグに並列に接続される第２レグと、を有し、
前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記第３スイッチング素子、及び前記第４スイッチング素子は、二つのスイッチング素子から構成される二つのスイッチング素子群に割り当てられ、
一方の第１スイッチング素子群の少なくとも１つのスイッチング素子のオンオフ状態を所定の第１周波数で制御し、他方の第２スイッチング素子群のオンオフ状態を前記第１周波数より低い第２周波数で制御する又はオフ状態に固定して制御する第１モードと、前記第１スイッチング素子群のオンオフ状態を前記第２周波数で制御する又はオフ状態に固定して制御し、前記第２スイッチング素子群の少なくとも１つのスイッチング素子のオンオフ状態を前記第１周波数で制御する第２モードとを、所定のタイミングで切り替えるコントローラを備える、
制御装置。
続きを表示（約 2,100 文字）【請求項２】
前記第１スイッチング素子群には、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子が含まれ、
前記第２スイッチング素子群には、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子が含まれ、
前記コントローラは、
前記第１モードにおいて、前記交流電源から入力される交流電圧の１サイクルのうち正の半サイクルでは、前記第３スイッチング素子をオフ状態とし、前記第４スイッチング素子をオン状態とし、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のオンオフ状態を交互に切り替え、前記正の半サイクルに続く負の半サイクルでは、前記第３スイッチング素子をオフ状態からオン状態に切り替え、前記第４スイッチング素子をオン状態からオフ状態に切り替え、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のオンオフ状態を交互に切り替え、
前記第２モードにおいて、前記交流電圧の１サイクルのうち正の半サイクルでは、前記第１スイッチング素子をオン状態とし、前記第２スイッチング素子をオフ状態とし、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子のオンオフ状態を交互に切り替え、前記正の半サイクルに続く負の半サイクルでは、前記第１スイッチング素子をオン状態からオフ状態に切り替え、前記第２スイッチング素子をオフ状態からオン状態に切り替え、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子のオンオフ状態を交互に切り替える、
請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記第１モードには、前記交流電源から入力される交流電圧の１サイクルのうち正の半サイクルで用いられる第１正モードと、前記交流電圧の１サイクルのうち負の半サイクルで用いられる第１負モードが含まれ、
前記第２モードには、前記正の半サイクルで用いられる第２正モードと、前記負の半サイクルで用いられる第２負モードが含まれ、
前記第１スイッチング素子群には、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子が含まれ、
前記第２スイッチング素子群には、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子が含まれ、
前記コントローラは、
前記第１正モードでは、前記第３スイッチング素子をオフ状態とし、前記第４スイッチング素子をオン状態とし、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のオンオフ状態を交互に切り替え、
前記第２負モードでは、前記第１スイッチング素子をオフ状態とし、前記第２スイッチング素子をオン状態とし、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子のオンオフ状態を交互に切り替え、
前記第２正モードでは、前記第１スイッチング素子をオン状態とし、前記第２スイッチング素子をオフ状態とし、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子のオンオフ状態を交互に切り替え、
前記第１負モードでは、前記第３スイッチング素子をオン状態とし、前記第４スイッチング素子をオフ状態とし、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のオンオフ状態を交互に切り替え、
前記第１正モード、前記第２負モード、前記第２正モード、前記第１負モードの順に所定のタイミングでモードを切り替える、
請求項１に記載の制御装置。
【請求項４】
前記所定のタイミングは、前記交流電源から入力される交流電圧の絶対値が所定の閾値以下となる期間である、
請求項１に記載の制御装置。
【請求項５】
前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記第３スイッチング素子、及び前記第４スイッチング素子は、いずれも同一の半導体材料によって形成される、
請求項１～４のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項６】
交流電源の力率を改善する力率改善回路に用いられる制御装置の制御方法であって、
前記力率改善回路は、第１スイッチング素子及び前記第１スイッチング素子に直列に接続される第２スイッチング素子から構成される第１レグと、第３スイッチング素子及び前記第３スイッチング素子に直列に接続される第４スイッチング素子から構成され、かつ前記第１レグに並列に接続される第２レグと、を有し、
前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記第３スイッチング素子、及び前記第４スイッチング素子は、二つのスイッチング素子から構成される二つのスイッチング素子群に割り当てられ、
一方の第１スイッチング素子群の少なくとも１つのスイッチング素子のオンオフ状態を所定の第１周波数で制御し、他方の第２スイッチング素子群のオンオフ状態を前記第１周波数より低い第２周波数で制御する又はオフ状態に固定して制御する第１モードと、前記第１スイッチング素子群のオンオフ状態を前記第２周波数で制御する又はオフ状態に固定して制御し、前記第２スイッチング素子群の少なくとも１つのスイッチング素子のオンオフ状態を前記第１周波数で制御する第２モードとを、所定のタイミングで切り替える、
制御方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、交流電源の力率を改善する力率改善（ＰＦＣ：Power Factor Correction）回路に用いられる制御装置及び制御方法に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に記載されているように、力率を改善するため一方のレグを高速でスイッチング動作させ、他方のレグを整流動作させる方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２０－０８９１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された方法では、高速レグのスイッチング素子の損失が大きくなり、故障が発生するリスクが大きくなるおそれがある。
【０００５】
本開示の一態様は、スイッチング素子の故障のリスクを低減させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の課題を解決するために、本開示の一態様に係る制御装置は、交流電源の力率を改善する力率改善回路に用いられる制御装置であって、前記力率改善回路は、第１スイッチング素子及び前記第１スイッチング素子に直列に接続される第２スイッチング素子から構成される第１レグと、第３スイッチング素子及び前記第３スイッチング素子に直列に接続される第４スイッチング素子から構成され、かつ前記第１レグに並列に接続される第２レグと、を有し、前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記第３スイッチング素子、及び前記第４スイッチング素子は、二つのスイッチング素子から構成される二つのスイッチング素子群に割り当てられ、一方の第１スイッチング素子群の少なくとも１つのスイッチング素子のオンオフ状態を所定の第１周波数で制御し、他方の第２スイッチング素子群のオンオフ状態を前記第１周波数より低い第２周波数で制御する又はオフ状態に固定して制御する第１モードと、前記第１スイッチング素子群のオンオフ状態を前記第２周波数で制御する又はオフ状態に固定して制御し、前記第２スイッチング素子群の少なくとも１つのスイッチング素子のオンオフ状態を前記第１周波数で制御する第２モードとを、所定のタイミングで切り替えるコントローラを備える。
【０００７】
前記の課題を解決するために、本開示の一態様に係る制御方法は、交流電源の力率を改善する力率改善回路に用いられる制御装置の制御方法であって、前記力率改善回路は、第１スイッチング素子及び前記第１スイッチング素子に直列に接続される第２スイッチング素子から構成される第１レグと、第３スイッチング素子及び前記第３スイッチング素子に直列に接続される第４スイッチング素子から構成され、かつ前記第１レグに並列に接続される第２レグと、を有し、前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記第３スイッチング素子、及び前記第４スイッチング素子は、二つのスイッチング素子から構成される二つのスイッチング素子群に割り当てられ、一方の第１スイッチング素子群の少なくとも１つのスイッチング素子のオンオフ状態を所定の第１周波数で制御し、他方の第２スイッチング素子群のオンオフ状態を前記第１周波数より低い第２周波数で制御する又はオフ状態に固定して制御する第１モードと、前記第１スイッチング素子群のオンオフ状態を前記第２周波数で制御する又はオフ状態に固定して制御し、前記第２スイッチング素子群の少なくとも１つのスイッチング素子のオンオフ状態を前記第１周波数で制御する第２モードとを、所定のタイミングで切り替える。
【０００８】
本開示の態様に係る制御装置の機能は、コンピュータによって実行してもよく、この場合には、前記制御装置をコンピュータにて実行させる制御プログラム、及びそれを記録したコンピュータが読み取り可能な記録媒体も、本開示の範疇に入る。
【発明の効果】
【０００９】
本開示の一態様によれば、スイッチング素子の故障のリスクを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本開示の実施形態に係る力率改善回路の一例を示す概略構成図である。
第１モード及び第２モードの切替方法の一例を示すタイミングチャートである。
力率改善回路に流れる電流の経路を示す図である。
力率改善回路に流れる電流の経路を示す図である。
力率改善回路に流れる電流の経路を示す図である。
力率改善回路に流れる電流の経路を示す図である。
力率改善回路に流れる電流の経路を示す図である。
力率改善回路に流れる電流の経路を示す図である。
第１モード及び第２モードの切替方法の他の例を示すタイミングチャートである。
力率改善回路の他の例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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