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【コラム4】PFC(力率改善回路)とは(その2)

2014.11.27 Thursday カテゴリ:コラム
このところ中国に出張する機会が増えています。先月は大連と上海に、そして今は上海でこのコラムを書いています。今の中国の漢字は簡単になって、すごく面白いです(簡体字と呼びます)。初めてきたとき、「↑」みたいな漢字があって、びっくりしました。これは数量を表し、「一↑」で「一個」という意味です。また、「上下をつなげた」字もあって、「カード」のことです。

以前コラムで四川省に行ったと書きましたが、そのときタクシーの運転手に「どこから来た(中国語)」と聞くので、「リーベン(日本)だ(中国語)」と返すと、まったく分かってくれません。しかたがないのでメモに書くと、「おー、ズーベン!」というではないですか。そうです、ここはすごく訛っているのです。

この話には続きがあって、深川に行ったときのことです。仕事が終わって、みんなでマッサージに行こうとなりました。時間がないので、ホテル横の近場にしました。90分150元(約3000円くらい)ですからけっこう安い。中国語が話せないのでずっと沈黙していましたが、突然に「お前はどこから来た(中国語)」と尋ねるので、「リーベン(日本)だ」と答えると「おー、ズーベン!」。ここでピンときて、「あなたは四川省スイニンから来たでしょう」と言うと、「どうしてわかった?(中国語)」。それからは筆談ですが、会話が非常に弾みました。いやあ、いろんな所に行ってみるものですねぇ。

先日、中国のトイレでパンダを発見しました。トイレで小便器の底を覗くと、なんとパンダが居るではないですか。正確に言うと、排水口のふたに穴が開いていますが、これが見事にパンダに見えるのです。さすがパンダの国、中国だと思いました(笑)。
 



(心の声)
前回、電源回路の入力電流IINのピークが大きくなることで多くの高調波が発生することを説明しました。高調波を簡単に調べるには、図Aのようにします。

 




図A:高調波の様子




スペクトル・アナライザがなくても概要は分かります。
たとえばIINのデューティを10%(左の図)とすると、図のように1/10のレベルを最大値とする高調波(右の図)が多数見られます。



●力率を改善する回路・・・チョーク入力型電源回路

コンデンサ入力型電源回路の力率を改善する方法として、チョーク入力型電源回路があります。これを図1に示します。

 




図1:チョーク入力型電源回路




しかしながら、この回路ではチョーク用インダクタLの値を大きくする必要があるため、形状が大きく重くなり小型の装置ではほとんど使われません。


●アクティブタイプのPFC回路

そこで、アクティブ方式のPFC回路が登場します。図2にステップアップ方式PFC回路を示します。PFC用ICでSWを高速にON/OFF制御することで、コンデンサ入力型では入力電流IINが流れなかった期間でも電流を流せるようになります。

 




図2:ステップアップ方式PFC回路



SWには通常MOSFET(あるいはトランジスタ)が使用され、図のようなスイッチング電流が流れます。その結果、入力電流INはスイッチング電流の各周期ごとの平均値となり、図3のような正弦波になります。ピーク電流値も小さく抑えることができます。
 




図3:スイッチング電流波形



図4に、PFC回路がないときの入力電流波形とPFC回路を付けたときの入力電流波形を示します。PFC回路を付けたときの入力電流波形は、正弦波に非常に近くなっています。前回のコラムでも紹介しましたが、PFC回路がないときの力率は0.5〜0.6程度ですが、PFC回路を入れると0.9〜0.99と大きくすることができます。

 




図4:PFC回路を入れた時の電流波形



(心の声)
無停電電源装置(UPS)の中には、出力電圧が正弦波ではなく方形波のものがあります。PFC回路は通常正弦波を前提としているものが多いため、方形波出力のUPSを接続すると PFC回路が誤動作を起し正常に動かない場合があるので注意してください。

先日、友人の瀬川社長(?インパルス)から電話あり、「松井さん、スイッチング電源という言葉が通じるのは日本だけだよ。」というアドバイスを頂きました。国際的にはスイッチモード・パワー・コンバータ(Switch−Mode Power Supply、SMPS)と言うとのことです。
確かにインターネットでswitching power supplyで検索すると、引っ掛かるのは日本語のものばかりです。たまに英語で引っ掛っても、ちゃんとSwitching Mode Power Supplyという単語が太字になって出ます。
日本もグローバル化が進んでいますが、日本の企業なので当分はスイッチング電源で通したいと思います。瀬川さん、ありがとうございました。

それでは、ちょうど時間となってしまいました。第5回をお楽しみに。パワーマッチー先生でした。

 

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