(57)【要約】      （修正有）【課題】出力に変圧器を備えた直流-直流変換装置においては、変圧器に意図しない直流電圧成分が印加されることがあり、偏磁を起こし、はなはだしい場合には磁気飽和に至る。【解決手段】インバータ２、３、４、５の出力に変圧器６の入力を、前記変圧器の出力に複数のダイオード７、８、９、１０からなる整流回路の入力を、前記整流回路の出力にリアクトル１１と負荷１２との直列回路を接続してなる直流−直流変換装置において、前記整流回路の出力に並列接続した環流ダイオード１０１と、上記整流回路内のダイオード７、８、９、１０の少なくとも2個についてその導通を検出する導通検出手段１０２、１０３と、前記ダイオード８、１０の導通時間１０４を比較する時間比較手段とを備え、環流期間中には整流回路のダイオード７、８、９、１０には励磁電流のみ流れるようにした上で、各々のダイオード８、１０のオン時間のアンバランスにより偏磁を検出する。【選択図】図１
2006050800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流を交流に変換する、いわゆるインバータの出力に変圧器の入力を、前記変圧器の出力に複数のダイオードからなる整流回路の入力を、前記整流回路の出力にリアクトルと負荷との直列回路を接続してなる直流−直流変換装置において、
前記整流回路の出力に並列接続した環流ダイオードと、上記整流回路内のダイオードの少なくとも2個についてその導通を検出する導通検出手段と、前記ダイオードの導通時間を比較する時間比較手段とを備えたことを特徴とする直流−直流変換装置の変圧器偏磁検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁形直流−直流変換装置における変圧器の磁気飽和に対する保護に関し、特に高価な電流検出器や直流分除去用のコンデンサなどを用いることなく、変圧器の偏磁を検出する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４に、従来方式の回路例を示す。図４において、1は直流電源、２〜５は半導体スイッチ素子、６は変圧器、７〜１０はダイオード、１１はリアクトル、１２は負荷である。
半導体スイッチ素子２と５をオンすると変圧器６の一次巻線に正の電圧が、半導体スイッチ素子３と４をオンすると負の電圧が印加される。正負の電圧を交互に印加することで高周波の交流が変圧器６の一次巻線に入力される。変圧器６によってこれを変圧、絶縁した後ダイオード７〜１０からなるダイオード整流器により整流し、リアクトル１１により平滑することで負荷１２に直流電圧を印加する。負荷１２に印加する電圧はパルス幅制御回路１５により半導体スイッチ素子２〜５がオン・オフする時比率を変えることで制御可能である。
ここで、半導体スイッチ素子２〜５の特性の違い、オン・オフ信号の伝達時間のバラツキ等により、変圧器６には意図しない直流電圧成分が印加されることがある。直流電圧成分が印加されると変圧器６は偏磁を起こし、はなはだしい場合には磁気飽和に至る。磁気飽和が発生すると負荷に正常に電力を伝達できないばかりか、変圧器６がほぼ短絡に等しい状態となるので過電流が発生し、半導体スイッチ素子２〜５を損傷する原因となる。
【０００３】
これを防止する手段として、電流検出器１３によって変圧器６の一次巻線電流を検出しその直流成分をローパスフィルタ等からなる直流分検出器１４により抽出し、これをパルス幅制御器１５に入力して直流成分が減少するよう制御することで偏磁を抑制する。以上の方式はたとえば特許文献１に一例が示されている。  
【特許文献１】特開平9-168278（４頁、図1、図2）
【特許文献２】特開平11-98835（６頁、図1〜図３他）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この従来例において、電流検出器１３は、高周波交流から直流までの広い帯域を持つ必要があり、さらに交流に含まれるわずかな直流成分を捉えるためには高精度であることが要求されるが、一般にそのような検出器は高価である。他の偏磁防止方法としては、たとえば特許文献２にあるように変圧器に直列にコンデンサを挿入し、直流成分を除去する方法があるが、コンデンサに大きな電流が流れるため大型のコンデンサが必要となり、特に大容量器においては価格、大きさの点で不利になる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
直流を交流に変換する、いわゆるインバータの出力に変圧器の入力を、前記変圧器の出力に複数のダイオードからなる整流回路の入力を、前記整流回路の出力にリアクトルと負荷との直列回路を接続してなる直流−直流変換装置において、前記整流回路の出力に並列接続した環流ダイオードと、上記整流回路内のダイオードの少なくとも2個についてその導通を検出する導通検出手段と、前記ダイオードの導通時間を比較する時間比較手段とを備え、環流期間中には整流回路のダイオードには励磁電流のみ流れるようにした上で、各々のダイオードのオン時間のアンバランスにより偏磁を検出する。
【発明の効果】
【０００６】
少なくとも２個の整流ダイオードの導通時間差を検出するだけで、従来のように高価な電流検出器や直流分除去用のコンデンサを用いることなく偏磁検出を可能とし、それによる偏磁抑制が安価に実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
【実施例１】
【０００８】
図１に本発明の第1の実施例を、図２にその動作を示す。図４と同一の部品については同一符号を付してその説明は省略する。図１において、１０１は環流ダイオード、１０２、１０３は電圧検出器、１０４は時間差測定器である。
半導体スイッチ素子２〜５は図４の動作と同様に、半導体スイッチ素子２、５がオン、半導体スイッチ素子３、４がオンを交互に繰り返す。半導体スイッチ素子２、５がオンすると、変圧器６に電圧が印加され、変圧器６に励磁電流が流れ、さらに二次側巻線にはダイオード７、１０が導通してリアクトル１１と負荷１２を通る経路で電流が流れる。次に、半導体スイッチ素子２，５をオフするとリアクトル１１の平滑作用によりリアクトル１１の電流が保持され、この電流は環流ダイオード１０１を流れる。
ここで電流経路としては整流ダイオード７〜１０を通る経路も存在し得るが、こちらの経路ではダイオードが２直列になり、順電圧が２倍発生することになるため、電流は環流ダイオード１０１に流れる。この期間を環流期間と称する。次に、半導体スイッチ素子３、４がオンすると、変圧器６に電圧が印加され、変圧器６に励磁電流が流れ、さらに二次側巻線にはダイオード８、９が導通してリアクトル１１と負荷１２を通る経路で電流が流れる。次に、半導体スイッチ素子３，４をオフするとリアクトル１１の平滑作用によりリアクトル１１の電流が保持され、この電流は環流ダイオード１０１を流れる。ここで電流経路としては整流ダイオード７〜１０を通る経路も存在し得るが、こちらの経路ではダイオードが２直列になり、順電圧が２倍発生することになるため、電流は環流ダイオード１０１に流れる。
なお、環流ダイオード１０１を設ける方法は環流期間中の損失を低減するために一般的に用いられる方法である。このとき変圧器６の励磁電流は一次側ないし二次側で流れつづけようとするが、一次側を流れると直流電源１の電圧が電流を減少させる方向にかかるのに対し、二次側を流れるとそれよりはるかに小さい７〜１０の順電圧が２個分かかるだけなので、励磁電流は二次側を流れる。例えば環流期間に入るときに一次側で励磁電流が正極性であったとすると、二次側では励磁電流は負極性になるので変圧器６→ダイオード９→リアクトル１１→負荷１２→ダイオード８→変圧器６の経路で流れ、ダイオード８と９が導通する。同様に、環流期間に入るときに励磁電流が負極性であったとすると、二次側では励磁電流は正極性になるのでダイオード７と１０が導通する。
【０００９】
偏磁が発生していないときには励磁電流は正負均等の波形であるので、ダイオード７と１０、ダイオード８と９における導通時間は均等である。一方、偏磁が発生すると導通時間が不均等となる。図２に示すように励磁電流が正に偏ると、環流期間中には常にダイオード８と９が導通することになり、ダイオード７と１０、ダイオード８と９の導通時間が不均等となる。これを検出することで偏磁の発生が検出可能となる。
ダイオードの導通は各々の電流を検出することでも可能であるが、より安価に行うため、図１においてはアノード・カソード間の電圧を検出する電圧検出器１０２、１０３を設けている。これらはダイオード８および１０に順電圧が発生したことを検出するもので、逆電圧の検出機能は不要である。また、順電圧の値そのものは問題にしないので、精度も必要ない。同様の理由により個々のダイオードの順電圧のばらつきも問題にならない。電圧検出器としては、抵抗の直列回路などを用いる方法、抵抗の直列回路と増幅器を用いる方法などがある。
【００１０】
ダイオード８および１０の導通時間の差を、時間差測定器１０４で測定する。時間差測定器１０４はカウンタまたは積分器等からなる。ここで必要な値は環流期間の導通時間差であるが、定常状態において変圧器6に正の電圧を印加する期間、負の電圧を印加する期間の時間差は十分小さいので、全ての期間の導通時間差を測定しても問題ない。
時間差測定器１０４の測定結果に基づき、導通時間差が小さくなるようパルス幅制御器１５によって半導体スイッチ素子２，５のオン時間と、半導体スイッチ素子３，４のオン時間を調整することにより偏磁が抑制される。
【実施例２】
【００１１】
図３に本発明の第２の実施例を示す。図1との違いは、変圧器の２次側巻線がセンタータップとなっており、さらに整流ダイオードとしてダイオード７と９の２個を使用したセンタータップ整流回路としてあり、ダイオード７に電圧検出器１０３が、ダイオード９に電圧検出器１０２が取り付けてある点である。この構成では、環流期間は環流ダイオード１０１と、整流ダイオード７または９と変圧器２次巻線との直列回路が並列接続されるため、環流電流を環流ダイオードに流すために環流ダイオード１０１の順方向電圧は整流ダイオード７、９に比べて小さいものを選択してある。
その他の動作については図１と同様である。即ち、半導体スイッチ素子２、５がオンすると、変圧器６に電圧が印加され、変圧器６に励磁電流が流れ、さらに二次側巻線にはダイオード７が導通してリアクトル１１と負荷１２を通る経路で電流が流れる。次に、半導体スイッチ素子２，５をオフするとリアクトル１１の平滑作用によりリアクトル１１の電流が保持され、この電流は環流ダイオード１０１を流れる。ここで電流経路としては整流ダイオード７、９を通る経路も存在し得るが、環流ダイオード１０１の順電圧は、ダイオード７、９の順電圧に比べて小さく選んであるため、電流は環流ダイオード１０１に流れる。
【００１２】
次に、半導体スイッチ素子３、４がオンすると、変圧器６に電圧が印加され、変圧器６に励磁電流が流れ、さらに二次側巻線にはダイオード９が導通してリアクトル１１と負荷１２を通る経路で電流が流れる。次に、半導体スイッチ素子３，４をオフするとリアクトル１１の平滑作用によりリアクトル１１の電流が保持され、この電流は環流ダイオード１０１を流れる。ここで電流経路としては整流ダイオード７、９を通る経路も存在し得るが、環流ダイオード１０１の順電圧は、ダイオード７、９の順電圧に比べて小さく選んであるため、電流は環流ダイオード１０１に流れる。偏磁が発生していないときには励磁電流は正負均等の波形であるので、ダイオード７の導通期間とダイオード９における導通時間は均等である。
一方、偏磁が発生すると導通時間が不均等となる。図２と同じように励磁電流が正に偏ると、環流期間中には常にダイオード９が導通することになり、ダイオード７とダイオード９の導通時間が不均等となる。これを検出することで偏磁の発生が検出可能となる。ダイオード７および９の導通時間の差を、時間差測定器１０４で測定する。時間差測定器１０４はカウンタまたは積分器等からなる。ここで必要な値は環流期間の導通時間差であるが、定常状態において変圧器6に正の電圧を印加する期間、負の電圧を印加する期間の時間差は十分小さいので、全ての期間の導通時間差を測定しても問題ない。
【００１３】
時間差測定器１０４の測定結果に基づき、導通時間差が小さくなるようパルス幅制御器１５によって半導体スイッチ素子２，５のオン時間と、半導体スイッチ素子３，４のオン時間を調整することにより偏磁が抑制される。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
本発明は、フルブリッジ形スイッチングレギュレータの偏磁防止回路に関するもので、高価な電流検出器やコンデンサ等を使用せずに変圧器の偏磁を検出できるので、フルブリッジ形インバータ回路を用い、出力に変圧器を使用するスイッチングレギュレータ、ＤＣ−ＤＣコンバータ、高圧電源などに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第1の実施例を示す。
【図２】図1の動作波形を示す。
【図３】本発明の第２の実施例を示す。
【図４】従来の実施例を示す。
【符号の説明】
【００１６】
１・・・直流電源          ２〜５半導体スイッチ素子          ６・・・変圧器
７〜１０・・・ダイオード          １１・・・リアクトル          １２・・・負荷
１３・・・電流検出器          １４・・・直流分検出器          
１５・・・パルス幅増幅器          １０１・・・環流ダイオード
１０２、１０３・・・電圧検出器          １０４・・・時間差測定器
【図１】
2006050800.tif 000003
【図２】
2006050800.tif 000004
【図３】
2006050800.tif 000005
【図４】
2006050800.tif 000006