クリーン・スイッチング・パワーサプライに関する研究

• Project/Area Number: 05750263
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 電力工学・電気機器工学
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 庄山 正仁 九州大学, 工学部, 助教授 (40187513)
• Project Period (FY): 1993
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1993)
• Budget Amount: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 1993: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
• Keywords: 力率改善回路 / ソフトスイッチング / 電解コンデンサ / スイッチング電源 / 高調波障害

Research Abstract

近年、商用交流を入力とする電子機器用電源としてコンデンサ入力形整流回路を持つスイッチング・パワーサプライが多用されている。しかし、正弦波電圧の尖頭値付近のごく短時間に鋭いピーク電流が流れるため力率が悪化し、整流素子や入力電解コンデンサのストレスの増大、効率の低下、他の電子機器への高調波障害等、種々の問題を引き起こしている。
この問題に対し、本研究ではまず、スイッチング電源の効率向上、及びノイズ低減に効果のある高周波ソフトスイッチング(部分共振)の手法について検討した。次に、交流力率改善回路を開発し、その回路方式、使用部品、静特性(負荷特性、リプル電圧電流、素子へのストレス)、動特性(安定性、過渡応答)等について検討を行った。続いて、ソフトスイッチングの手法を交流力率改善回路に適用し、回路動作を解析し、静特性を導いた。また、単相交流用力率改善回路においてエネルギー蓄積素子として用いられる大容量電解コンデンサについて、許容リプルと取り扱える電力との関係を明らかにした。その結果、力率改善回路に使用するスイッチングコンバータの種類及びリアクトル電流が連続か不連続かにより電解コンデンサに流れる電流の実効値が大きく異なり、電解コンデンサの発熱、ひいては寿命にまで大きく影響することが明らかになった。このことは今まで着目されなかつた問題で、本研究で初めて解明されたものである。
今後の課題としては、交流力率改善回路の簡単化、低コスト化を図ること、及び力率改善回路を太陽電池(又は燃料電池)と商用電源との自動連係用インターフェイス回路や無停電電源装置(UPS)等に適用し、電源システムとして見た場合の最適制御方法について検討することがあげられる。