【PFCコンバータ】バイポーラSPWM制御昇圧PWM整流器の動作原理！！

2023/5/14追記

以下で記載している内容は間違ってます。具体的に何が間違えているかは以下に記載しておきます。

以下、戯言です。いつか消すかもですが、とりあえずそのまま残しておきます。

みなさま、お疲れ様です。

本日はバイポーラSPWM制御の昇圧PWM整流器の動作原理を解説してみようと思います。インバーターの逆方向ですね。

バイポーラSPWM制御の昇圧型PWM整流器がどう動いているのか分からない！

インバーターのSPWMの解説はやたらネットにあるのに、何で逆方向の解説はないんだ！！

と悩みを持たれている方の参考になれば幸いです。

まず回路図はこんな形をしています↓。

ちなみにトーテムポール型ブリッジレスPFCの動作原理はこちらの記事で解説しているので、良かったら読んでみて下さい。

【結論】Q1&Q4とQ2&Q3を交互にON/OFFする

バイポーラSPWM制御インバーターと同じようにQ1&Q4とQ2&Q3を交互にON/OFFします。昇圧DCDCの充電と放電を繰り返して、出力電圧を昇圧しつつ、一定に制御します。

このQ1～Q4が高速で切り替わり、充電/放電を繰り返します。一周期のAC入力電圧に対して、充電時間を調整することで出力電圧を一定にしつつ、入力電流を入力電圧に合わせて、力率を改善することが出来ます。

動作モードはスイッチのオンオフ状態に応じて、以下の4つのモードに分けられます。

AC入力の上側半波のときにモード1,2。下側半波のときにモード3,4となります。

モード1はQ2,3がオンしています。電源電圧は上側半波が印加されています。

電流経路は以下の通りです。

リアクトルに電源電圧が印加され、エネルギーをチャージします。

モード2では、Q1,4がオンします。電源電圧は継続して上側半波が印加されています。

電流経路は以下の通りです。

リアクトルに(Vac-Vdc)の電圧が印加されます。Vdc>Vacですが、リアクトル電流はすぐには方向を変えられないので、出力側に電流が流れます。

モード1の下側半波バージョンです。Q1,4がオンします。

電流経路は以下の通りです。

モード1と同様にリアクトルに電源電圧Vacを印加して、エネルギーをチャージしています。

モード2の下側半坡バージョンです。Q2,3がオンします。

電流経路は以下の通りです。

モード2と同様にリアクトルの電流が流れ続けようとする特性を利用して、出力側に電力を供給します。

VacからQ3を通って、Vdcだけ電圧降下して、Q2を通ってリアクトルとたどり着いたら、結局(Vac-Vout)の電圧がリアクトルにかかってます。

よくできてますねぇ。

SPWM(正弦波PWM)制御は以下の図の通り「AC入力電圧に応じて、充電時間を大きくしたり、小さくしたり」を実現する手段です。

具体的にはコンパレータにAC入力電圧と同位相の正弦波と三角波(搬送波と言います。)を入力して、これらを比較して、ゲート信号のH/Lを決めます。

コンパレータは+入力>-入力のときはHigh出力、-入力>+入力のときはHigh出力となります。

上図の通り、搬送波とAC入力電源と同位相の波形(m*sin(ωt))を比較することにより、いい感じに充電時間と放電時間を調整することが出来ます。

「いい感じ」とは入力電圧が小さい時は充電時間長め、入力電圧が大きい時は充電時間短め。という感じです。

見ての通り、msin(ωt)の”m”を大きくしたり小さくしたりすれば、充電時間を調整できます。充電時間を調整して出力電圧を大きくしたり、小さくしたり出来るってことですね。

はい、本記事は以上になります。

誰かの参考になれば幸いです。最後までお読みいただきありがとうございました！！