[教育] スイッチング電源の基礎（４）～PFC(力率改善回路)～

有効電力・無効電力・皮相電力と電力品質を表す力率の考え方、力率の悪化要因について述べ、改善策として力率改善回路（PFC）を説明します。

【書き起こし】[教育] スイッチング電源の基礎（４）　～PFC(力率改善回路)～ –

(00:01) スイッチング電源の基礎として tfc を用いた 力率の改善回路に関して説明します まず電源回路が送電網に与える影響について説明します 発電所から送電網を通じて送られた交流は 各家庭や工場のコンセントを通じてええええ cdc 電源装置と接続されています 電源装置で直流に変換する際の歪みが送電網に逆流しこの歪みが送電網の効率や送電網 につながった聞き影響を与えます ここでは交流電力について説明します 交流は電圧も電流も時間とともに瞬時に変化しており 瞬時電力はこれらを掛け合わせたものになります 電圧電流とも正弦波で磯が一致していれば瞬時電力を積分して平均を取った電力と それぞれの実効値を掛け合わせた電力は等しくなります
(01:12) 実際には2はコイルやコンデンサーにより 電圧と電流に位相差が発生します 図1は位相差が発生した場合の電圧電流波形を表しています 瞬時電力は図1のように正と負の部分があります 青の部分は使用される機器で有効に消費された電力で有効電力と呼ばれます これに対し負の部分は送電側に戻され 送電線や発電機で無駄に消費される電力を表し 無効電力と呼ばれます 図2は図1の関係を表したものです 電圧電流の実効値を掛け合わせたものを 皮相電力と呼びこれに cos シータをかけたものが有効電力 サインシータをかけたものが無効電力となります 電源回路で交流電流波形がどうなっているのか検証します この回路は ac dc 電源の基本となる
(02:21) コンデンサー入力整流回路になります ダイオードで清流された交流電源は平滑コンデンサーで清流され 直流変換されます 図3 a はコンデンサーの電圧電流を示しています ダイオードで清流された交流電圧はコンデンサーの両端の電圧より高くなった時のみ コンデンサーを充電します このように充電電流は間欠的なパルス波形となります 木の葉型は正弦波ではありませんしまた移送もずれています 電力品質の指標として力率 power factor があります 力率は式後に表したように有効電力を 皮相電力で割ったものになります 力率は位相差のない場合市になりこれが最も良い状態になります このように高調波を含まない基本波のみの力率は単純に考えることができます しかし実際にはコンデンサー入力整流回路で説明したように基本波のみであることは稀
(03:33) です 図4にこの回路の波形を示します コンデンサー入力整流回路の電流波形は基本波以外に大惨事 醍醐寺第七子という形で高調波が存在します このような高次高調波を含む電流の実効値を表すとし記録で示す ir ms となり ます この場合の力率は基本波の電流実効値アイエフを開い rms で割ったものに基本波 の力率 cos シータをかけたものになります これを総合力率と呼びます 式7を見てわかるように高次高調波を含む高 ir ms が大きくなるほどそう強力 率は低くなり電力品質が低下します 電力品質を向上させるために入力電流を入力正弦波電圧に近づける手段として pfc power factor コレクションがあります
(04:40) tfc では1電圧と位相のずれた 電流波形の移送を合わせる 間欠的な電流パルス波形を正弦波に近づける などを行います 図7はコンデンサ入力清流会を図8は tfc を用いた回路例を示しています コンデンサー入力整流回路では平滑コンデンサー使用により 間欠的なパルス波形が生じることを述べました pfc 回路では入力コンデンサーを使用せず 91を pwm で動作させることにより 入力電流を正弦波に近づけ力率を改善しています pfc の代表的な方式である crm 電流りんかいモードと ccm 電流連続モードの回路図 電流波形を示します crm は91に流れるピーク電流が大きいため 導通損失が大きく大電力の用途には適しません
(05:50) 一方 ccm はピーク電流が抑えられますが 電流がゼロにならない状態で q 1おおぅおぅふさせるので ダイオードのリカバリー電流による損失があります 各モードで要求されるデバイスの特性が異なっています crm と ccm の比較の表のように最適な阻止選定が必要となります 以上で pfc 力率改善回路についての説明を終わります

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