(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流入力電圧を２分圧する第１及び第２のコンデンサと、
前記第１、第２それぞれのコンデンサを入力フィルタとし、高周波の矩形波電圧を発生する第１及び第２のコンバータと、
前記第１、第２それぞれのコンバータの出力電圧を絶縁する第１及び第２の高周波変圧器と、
前記第１、第２それぞれの高周波変圧器から出力される絶縁後の高周波の矩形波電圧を整流する、出力側が並列結合された第１及び第２の整流器と、
前記第１及び第２の整流器の並列出力にフィルタコンデンサを介し、平滑用のリアクトルは介さずに接続され、当該第１及び第２の整流器の直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、
前記第１、第２それぞれのコンバータのスイッチング制御のための制御回路とを備え、
前記制御回路は、基準電圧をノコギリ波と比較して、５０％以上で、かつ固定の通流率のパルスワイド信号を出力する比較器と、この比較器からのパルスワイド信号に対して、９０度位相をシフトさせる位相シフト回路とを有し、
前記制御回路は、前記比較器から出力されるパルスワイド信号をそのまま前記第１のコンバータのスイッチング信号として出力し、前記位相シフト回路を経て９０度位相シフトしたパルスワイド信号を前記第２のコンバータにスイッチング信号として出力することにより、前記第１及び第２のコンバータを、各々９０度位相をずらして、かつ各々５０％以上のある固定された通流率でスイッチングするようにスイッチング制御することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
直流入力電圧に互いに並列に接続され、高周波の矩形波電圧を発生する第１及び第２のコンバータと、
前記第１、第２それぞれのコンバータの出力電圧を絶縁する第１及び第２の高周波変圧器と、
前記第１、第２それぞれの高周波変圧器から出力される絶縁後の高周波の矩形波電圧を整流する、出力側が並列結合された第１及び第２の整流器と、
前記第１及び第２の整流器の並列出力にフィルタコンデンサを介し、平滑用のリアクトルは介さずに接続され、当該第１及び第２の整流器の直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、
前記第１、第２それぞれのコンバータのスイッチング制御のための制御回路とを備え、
前記制御回路は、基準電圧をノコギリ波と比較して、オン期間がオフ期間よりも長いある固定された通流率のパルスワイド信号を出力する比較器と、この比較器からのパルスワイド信号の位相を判定させるスイッチング信号インバータ回路とを有し、
前記制御回路は、前記比較器から出力されるパルスワイド信号をそのまま前記第１のコンバータのスイッチング信号として出力し、前記スイッチング信号インバータ回路を経て位相反転されたパルスワイド信号を前記第２のコンバータにスイッチング信号として出力することにより、前記第１のコンバータをオン期間がオフ期間よりも長いある固定された通流率でスイッチングし、前記第２のコンバータを当該第１のコンバータのオン／オフ位相と逆の位相でスイッチングするようにスイッチング制御することを特徴とする電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、車両用補助電源装置やこれに類する電源装置として使用することができる電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両用補助電源装置として使用されている電源装置は、図５に示す構成であった。この従来の電源装置は、直流入力電圧を分圧する第１及び第２のコンデンサ１０１，１０２、自己消弧形半導体素子によって構成され、この第１、第２のコンデンサ１０１，１０２それぞれによって分圧された直流電圧から高周波の矩形波電圧を発生する第１及び第２のコンバータ１０３，１０４、この第１、第２それぞれのコンバータ１０３，１０４の出力電圧を絶縁する第１及び第２の変圧器１０５，１０６、この第１、第２それぞれの変圧器１０５，１０６から出力される高周波の矩形波電圧を整流する、出力端が直列結合された第１及び第２の整流器１０７，１０８、この第１及び第２の整流器１０７，１０８の直列結合された直流電圧出力に対して、リップル除去のために挿入されて平滑リアクトル１０９及びフィルタコンデンサ１１０、そしてフィルタコンデンサ１１０に接続され、平滑リアクトル１０９とフィルタコンデンサ１１０で平滑化された、第１及び第２の整流器の直流電圧を交流電圧に変換するインバータ１１０を備えている。
【０００３】
そしてコンバータ１０３，１０４のスイッチング制御のための制御回路は、フィルタコンデンサ１１０の電圧１１６を検知し、基準電圧１１５に対して誤差分をノコギリ波１１４と比較する比較器１１７、この比較器１１７の出力に基づき、フィルタコンデンサ１１０の電圧１１６が一定になるように第１、第２のコンバータ１０３，１０４の自己消弧形半導体素子にスイッチング信号１１２を供給するＰＷＭ回路１１３を備えている。
【０００４】
この従来の電源装置では、直流入力電圧を第１、第２のコンデンサ１０１，１０２で２分圧し、各々に接続された第１、第２のコンバータ１０３，１０４によって高周波の矩形波電圧を発生する。図６（ａ），（ｂ）は第１、第２それぞれのコンバータの発生する高周波の矩形波電圧の波形を示している。なお、この従来例では第１、第２のコンバータ１０３，１０４のスイッチングタイミングを同じにして矩形波電圧の位相を揃えているが、電圧のリップルを少なくし、平滑リアクトル１０９のインダクタンスを小さくする目的で、第１、第２のコンバータ１０３，１０４のスイッチングタイミングの位相を９０度ずらす制御を行うものも知られている。
【０００５】
第１、第２のコンバータ１０３，１０４それぞれの出力する矩形波電圧は、第１、第２の変圧器１０５，１０６それぞれによって絶縁、変圧され、さらに第１、第２の整流器１０７，１０８によって整流され、その後に直列結合され、１つの直流電圧にして平滑リアクトル１０９、フィルタコンデンサ１１０に出力される（なお、従来例としては、第１、第２の高周波変圧器の出力側を直列結合し、整流器は１台だけにしたものも知られている）。
【０００６】
結合された電圧は、図６（ｃ）に示すようにリップルを含んだ電圧であるために、平滑リアクトル１０９とフィルタコンデンサ１１０によって平滑化され、図６（ｄ）に示すような電圧波形にしてインバータ１１０に入力される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来の電源装置では、整流器によって整流した電圧にはリップル分が不可避的に含まれているために、平滑リアクトルとフィルタコンデンサから成るフィルタ回路を必ず必要としており、装置の大形化と重量化が避けられない問題点があった。
【０００８】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもので、平滑リアクトルを不要にして装置の小形化、軽量化が図れる電源装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の電源装置は、直流入力電圧を２分圧する第１及び第２のコンデンサと、前記第１、第２それぞれのコンデンサを入力フィルタとし、高周波の矩形波電圧を発生する第１及び第２のコンバータと、前記第１、第２それぞれのコンバータの出力電圧を絶縁する第１及び第２の高周波変圧器と、前記第１、第２それぞれの高周波変圧器から出力される絶縁後の高周波の矩形波電圧を整流する、出力側が並列結合された第１及び第２の整流器と、前記第１及び第２の整流器の並列出力にフィルタコンデンサを介し、平滑用のリアクトルは介さずに接続され、当該第１及び第２の整流器の直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、前記第１、第２それぞれのコンバータのスイッチング制御のための制御回路とを備え、前記制御回路は、基準電圧をノコギリ波と比較して、５０％以上で、かつ固定の通流率のパルスワイド信号を出力する比較器と、この比較器からのパルスワイド信号に対して、９０度位相をシフトさせる位相シフト回路とを有し、前記制御回路は、前記比較器から出力されるパルスワイド信号をそのまま前記第１のコンバータのスイッチング信号として出力し、前記位相シフト回路を経て９０度位相シフトしたパルスワイド信号を前記第２のコンバータにスイッチング信号として出力することにより、前記第１及び第２のコンバータを、各々９０度位相をずらして、かつ各々５０％以上のある固定された通流率でスイッチングするようにスイッチング制御することを特徴とするものである。
【００１０】
請求項１の発明の電源装置では、第１及び第２のコンデンサによって直流入力電圧を２分圧し、第１及び第２のコンバータによってこの第１、第２それぞれのコンデンサを入力フィルタとし、２分圧された直流入力電圧それぞれに対して高周波の矩形波電圧を発生する。この第１、第２それぞれのコンバータの出力電圧を第１及び第２の高周波変圧器によって絶縁、変圧し、この高周波の矩形波電圧それぞれを第１及び第２の整流器によって整流し、さらにこの第１及び第２の整流器の整流後の出力を並列結合して直流電圧にする。そしてこの並列結合された直流電圧をインバータに入力して所望の相数、周波数及び電圧の交流に変換し、交流電源として出力する。
【００１１】
この直流入力電圧を所定の交流電圧に変換して出力する電力変換制御は制御回路によって行うが、制御回路は、第１及び第２のコンバータを各々９０度位相をずらして、５０％以上の通流率でスイッチングするようにスイッチング制御する。
【００１２】
したがって、第１、第２のコンバータが出力する高周波交流電圧が第１、第２の高周波変圧器と第１、第２の整流器を経て整流され、並列結合されて直流電圧として出力されるとき、この直流電圧にはリップルが含まれることがない。このために、平滑化のためのリアクトルを通さずに、整流器から直接、フィルタコンデンサを介してインバータに入力することができ、平滑化リアクトルを必要としないために、回路構成の小形化、軽量化が可能となる。
【００１３】
請求項２の発明の電源装置は、直流入力電圧に互いに並列に接続され、高周波の矩形波電圧を発生する第１及び第２のコンバータと、前記第１、第２それぞれのコンバータの出力電圧を絶縁する第１及び第２の高周波変圧器と、前記第１、第２それぞれの高周波変圧器から出力される絶縁後の高周波の矩形波電圧を整流する、出力側が並列結合された第１及び第２の整流器と、前記第１及び第２の整流器の並列出力にフィルタコンデンサを介し、平滑用のリアクトルは介さずに接続され、当該第１及び第２の整流器の直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、前記第１、第２それぞれのコンバータのスイッチング制御のための制御回路とを備え、前記制御回路は、基準電圧をノコギリ波と比較して、オン期間がオフ期間よりも長いある固定された通流率のパルスワイド信号を出力する比較器と、この比較器からのパルスワイド信号の位相を判定させるスイッチング信号インバータ回路とを有し、前記制御回路は、前記比較器から出力されるパルスワイド信号をそのまま前記第１のコンバータのスイッチング信号として出力し、前記スイッチング信号インバータ回路を経て位相反転されたパルスワイド信号を前記第２のコンバータにスイッチング信号として出力することにより、前記第１のコンバータをオン期間がオフ期間よりも長いある固定された通流率でスイッチングし、前記第２のコンバータを当該第１のコンバータのオン／オフ位相と逆の位相でスイッチングするようにスイッチング制御することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項２の発明の電源装置では、並列に接続された第１及び第２のコンバータそれぞれによって直流入力電圧を高周波の矩形波電圧に変換し、この第１、第２それぞれのコンバータの出力電圧を第１及び第２の高周波変圧器によって絶縁、変圧し、さらに第１及び第２の整流器によって整流する。そしてこの第１及び第２の整流器によって整流された出力を並列結合して直流電圧にし、これをインバータに入力して所望の相数、周波数及び電圧の交流に変換し、交流電源として出力する。
【００１５】
この直流入力電圧を所定の交流電圧に変換して出力する電力変換制御は制御回路によって行うが、制御回路は、第１のコンバータをある固定された通流率でスイッチングし、第２のコンバータを第１のコンバータの出力する電圧のオフ時にのみオンスイッチングするようにスイッチング制御する。
【００１６】
したがって、第１、第２のコンバータが出力する高周波交流電圧が第１、第２の高周波変圧器と第１、第２の整流器を経て整流され、並列結合されて直流電圧として出力されるとき、第１のコンバータのオフスイッチングタイミングに対応して交流電圧に現れる凹みを第２のコンバータのオンスイッチングタイミングに対応する交流電圧でカバーし、最終的に出力される直流電圧にはリップルが含まれることがない。このために、平滑化のためのリアクトルを通さずに、整流器から直接、フィルタコンデンサを介してインバータに入力することができ、平滑化リアクトルを必要としないために、回路構成の小形化、軽量化が可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は本発明の第１の実施の形態の回路構成を示している。第１の実施の形態の電源装置は、直流入力電圧を２分圧する第１及び第２のコンデンサ１，２、ＩＧＢＴのような自己消弧形半導体素子によって構成され、この第１、第２のコンデンサ１，２それぞれによって分圧された直流電圧から高周波の矩形波電圧を発生する第１及び第２のコンバータ３，４、この第１、第２それぞれのコンバータ３，４の出力電圧を絶縁する第１及び第２の高周波変圧器５，６、この第１、第２それぞれの高周波変圧器５，６から出力される高周波の矩形波電圧を整流する、出力側が並列結合された第１及び第２の整流器７，８、この第１及び第２の整流器７，８の並列結合された直流電圧出力に対して、平滑リアクトルを介さず、フィルタコンデンサ９のみを介して接続された、直流電圧を所望の相数（例えば、３相）、周波数及び電圧の交流に変換するインバータ１０を備えている。
【００１８】
そして第１、第２それぞれのコンバータ３，４のスイッチング制御のための制御回路は、基準電圧１７をノコギリ波１６と比較して、５０％以上で、かつ固定の通流率のパルスワイド信号（ＰＷ信号）１４を出力する比較器１５、この比較器１５からのＰＷ信号１４に対して、９０度位相をシフトさせる位相シフト回路１３から構成されており、そして比較器１５から出力されるＰＷ信号１４がそのまま第１のコンバータ３のスイッチング信号１１として出力され、また位相シフト回路１３を経て９０度位相シフトしたＰＷ信号が第２のコンバータ４にスイッチング信号１２として出力するようにしてある。
【００１９】
次に、上記構成の第１の実施の形態の電源装置の動作について説明する。直流入力電圧を第１、第２のコンデンサ１，２で２分圧し、各々に接続された第１、第２のコンバータ３，４によって高周波の矩形波電圧を発生する。図２（ａ），（ｂ）は第１、第２それぞれのコンバータの発生する高周波の矩形波電圧の波形を示している。制御回路の働きによって、第１、第２のコンバータ３，４のスイッチングタイミングは９０度シフトされているので、出力電圧波形もそれに対応して９０度シフトしている。
【００２０】
第１、第２のコンバータ３，４それぞれの出力する矩形波電圧は、第１、第２の高周波変圧器５，６それぞれによって絶縁、変圧され、さらに第１、第２の整流器７，８によって整流され、この整流後に並列結合されて、１つの直流電圧にしてフィルタコンデンサ９を介してインバータ１０に入力される。並列結合された直流電圧は、図２（ｃ）のコンデンサ電圧波形に示すようにリップル電圧のほとんど含くまれていない直流電圧となる。
【００２１】
したがって、従来、リップル電圧の平滑化のために必要としていた平滑リアクトルを設けなくても十分平滑化された直流電圧をインバータ１０に入力できることになり、平滑リアクトルを省略することによって回路構成の小形化、軽量化が可能となる。
【００２２】
次に、本発明の第２の実施の形態の電源装置を、図３及び図４に基づいて説明する。第２の実施の形態の電源装置は、並列配置され、入力フィルタコンデンサ２１を介して直流電圧を入力して高周波の矩形波電圧を発生する、ＩＧＢＴのような自己消弧形半導体素子によって構成される第１及び第２のコンバータ２２，２３、この第１、第２それぞれのコンバータ２２，２３の出力電圧を絶縁する第１及び第２の高周波変圧器２４，２５、この第１、第２それぞれの高周波変圧器２４，２５から出力される高周波の矩形波電圧を整流する、出力側が並列結合された第１及び第２の整流器２６，２７、この第１及び第２の整流器２６，２７の並列結合された直流電圧出力に対して、平滑リアクトルを介さず、フィルタコンデンサ２８のみを介して接続された、直流電圧を所望の相数、周波数及び電圧の交流に変換するインバータ２９を備えている。
【００２３】
そして第１、第２それぞれのコンバータ２２，２３のスイッチング制御のための制御回路は、基準電圧３６をノコギリ波３５と比較して、ある固定された通流率のパルスワイド信号（ＰＷ信号）３３を出力する比較器３４、この比較器３４からのＰＷ信号３３の位相を判定させるスイッチング信号インバータ回路（ＩＮＶ）３２から構成されており、そして比較器３４から出力されるＰＷ信号３３がそのまま第１のコンバータ２２のスイッチング信号３０として出力され、またＩＮＶ３２を経て位相反転されたＰＷ信号が第２のコンバータ２３にスイッチング信号３１として出力するようにしてある。
【００２４】
次に、上記構成の第２の実施の形態の電源装置の動作について説明する。直流入力電圧を入力フィルタコンデンサ２１を介して第１、第２のコンバータ２２，２３に入力し、第１、第２のコンバータ３，４によって高周波の矩形波電圧を発生する。図４（ａ），（ｂ）は第１、第２それぞれのコンバータの発生する高周波の矩形波電圧の波形を示している。制御回路の働きによって、第１のコンバータ２２に対するスイッチング信号のオン期間はオフ期間よりも長く、逆に第２のコンバータ２３に対するスイッチング信号のオン期間はオフ期間よりも短く設定されている。そして、第１のコンバータ２２のスイッチング信号３０と第２のコンバータ２３のスイッチング信号３１とはオン／オフの位相が逆転しているので、出力電圧波形もそれに対応して、第１のコンバータ２２に電圧出力があるタイミングでは第２のコンバータ２３の出力電圧は０であり、逆に第１のコンバータ２２の出力電圧が０であるタイミングでは第２のコンバータ２３に電圧出力がある。
【００２５】
第１、第２のコンバータ２２，２３それぞれの出力する矩形波電圧は、第１、第２の高周波変圧器２４，２５それぞれによって絶縁、変圧され、さらに第１、第２の整流器２６，２７によって整流され、この整流後に並列結合されて、１つの直流電圧にしてフィルタコンデンサ２８を介してインバータ２９に入力される。並列結合された直流電圧は、図４（ｃ）のコンデンサ電圧波形に示すようにリップル電圧のほとんど含くまれていない直流電圧となる。
【００２６】
したがって、従来、リップル電圧の平滑化のために必要としていた平滑リアクトルを設けなくても十分平滑化された直流電圧をインバータ２９に入力できることになり、平滑リアクトルを省略することによって回路構成の小形化、軽量化が可能となる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように請求項１の発明のによれば、第１、第２のコンバータが出力する高周波交流電圧が第１、第２の高周波変圧器と第１、第２の整流器を経て整流され、並列結合されて直流電圧として出力されるとき、この直流電圧にはリップルが含まれることがないようにしたので、平滑化のためのリアクトルを通さずに、整流器から直接、フィルタコンデンサを介してインバータに入力することができ、平滑化リアクトルを必要としないために、回路構成の小形化、軽量化が可能である。
【００２８】
請求項２の発明によれば、第１、第２のコンバータが出力する高周波交流電圧が第１、第２の高周波変圧器と第１、第２の整流器を経て整流され、並列結合されて直流電圧として出力されるとき、第１のコンバータのオフスイッチングタイミングに対応して交流電圧に現れる凹みを第２のコンバータのオンスイッチングタイミングに対応する交流電圧でカバーし、最終的に出力される直流電圧にはリップルが含まれることがないようにしたので、平滑化のためのリアクトルを通さずに、整流器から直接、フィルタコンデンサを介してインバータに入力することができ、平滑化リアクトルを必要としないために、回路構成の小形化、軽量化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の全体構成を示すブロック図。
【図２】上記の実施の形態における各部の電圧波形を示す波形図。
【図３】本発明の第２の実施の形態の全体構成を示すブロック図。
【図４】上記の実施の形態における各部の電圧波形を示す波形図。
【図５】従来例の回路ブロック図。
【図６】従来例の各部の電圧波形を示す波形図。
【符号の説明】
１  第１のコンデンサ
２  第２のコンデンサ
３  第１のコンバータ
４  第２のコンバータ
５  第１の高周波変圧器
６  第２の高周波変圧器
７  第１の整流器
８  第２の整流器
９  フィルタコンデンサ
１０  インバータ
１１，１２  スイッチング信号
１３  位相シフト回路
１４  パルスワイド信号
１５  比較器
１６  ノコギリ波
１７  基準電圧
２１  入力フィルタコンデンサ
２２  第１のコンバータ
２３  第２のコンバータ
２４  第１の高周波変圧器
２５  第２の高周波変圧器
２６  第１の整流器
２７  第２の整流器
２８  フィルタコンデンサ
２９  インバータ
３０，３１  スイッチング信号
３２  スイッチング信号インバータ回路
３３  パルスワイド信号
３４  比較器
３５  ノコギリ波
３６  基準電圧
【図１】
0003602708.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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