(57)【要約】【課題】  プッシュプル型ＤＣ／ＤＣコンバータのように一次巻線が二つあり、それぞれの巻線に交互に電流が流れる電力変換装置のトランスにおける偏磁現象を防止することを目的とする。【解決手段】  一次電源が入力される入力端子１、２と、Ｌ１、Ｌ２の一次巻線とＬ３、Ｌ４の二次巻線からなるトランス３と、スイッチング素子４、５と、Ｌ１に流れる電流を検出するための電流検出回路６と、Ｌ２に流れる電流を検出するための電流検出回路７と、整流素子８、９と、コンデンサ１０と、負荷に電力を供給するための出力端子１１、１２と、オペアンプ１３と、三角波発生装置１４と、コンパレータ１５と、信号反転部１６を備える。【選択図】  図１
2018182845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次電源と接続され、２つの巻線からなる一次巻線と、２つの巻線からなる二次巻線と、前記一次巻線の２つの巻線の各々に交互に電流が流れる回路、を備えた電力変換装置であって、
前記一次巻線の第１の巻線に接続される第１のスイッチング素子と、
前記第１の巻線に流れる電流を検出し、その平均値を電流信号として出力する第１の電流検出回路と、
前記一次巻線の第２の巻線に接続される第２のスイッチング素子と、
前記第２の巻線に流れる電流を検出し、その平均値を電流信号として出力する第２の電流検出回路と、
前記第１の電流検出回路が出力する電流信号と、前記第２の電流検出回路が出力する電流信号の差分を差分信号として出力する演算素子と、
前記差分信号と、三角波発生装置より生成された三角波信号を比較し、差分信号が三角波信号より大の間はＬｏｗレベルを出力し、差分信号が三角波信号より小の間はＨｉｇｈレベルを出力することによりパルス信号を生成するコンパレータと、
からなり、
前記第１のスイッチング素子は前記パルス信号を入力し、入力した前記パルス信号がＨｉｇｈレベルの間はオン状態となり前記第１の巻線に電流を流し、
前記第２のスイッチング素子は前記パルス信号のＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルを反転した反転後のパルス信号を入力し、入力した前記反転後のパルス信号がＨｉｇｈレベルの間はオン状態となり前記第２の巻線に電流を流すことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記一次巻線の第１の巻線と、前記一次巻線の第２の巻線の巻き数は等しく、
前記二次巻線の第１の巻線と、前記二次巻線の第２の巻線の巻き数は等しいことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ等の電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
絶縁型の大容量の電源変換装置として、フルブリッジ型やプッシュプル型のＤＣ／ＤＣコンバータが広く使用されている。これらのＤＣ／ＤＣコンバータは、トランスの利用効率が高いため機器の小型化が可能となるという利点があるが、トランスの偏磁を生じやすいという欠点があり、種々の偏磁防止回路とともに用いられている（例えば特許文献１参照）。偏磁防止回路として、トランスの一次巻線に流れる電流の平均値を用いてトランスの偏磁成分を検出し、この偏磁成分を打ち消すようにスイッチング素子のＰＷＭ（Pulse Width Modulation。パルス幅変調）信号を補正することにより偏磁を防止しているものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１６８２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された偏磁防止回路は、フルブリッジ型ＤＣ／ＤＣコンバータのように一つの一次巻線に交互に双方向の電流が流れる回路において、一次巻線の電流の一周期分の平均値が、偏磁成分に比例することを利用したものであり、プッシュプル型ＤＣ／ＤＣコンバータのように一次巻線が二つあり、それぞれの巻線に交互に電流が流れる回路には適用できないという課題があった。
【０００５】
この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、プッシュプル型ＤＣ／ＤＣコンバータのように一次巻線が二つあり、それぞれの巻線に交互に電流が流れる電力変換装置の変圧器における偏磁現象を防止可能な電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る電力変換装置は、プッシュプル型ＤＣ/ＤＣコンバータであって、
一次巻線の第１の巻線に接続される第１のスイッチング素子と、
前記第１の巻線に流れる電流を検出し、その平均値を電流信号として出力する第１の電流検出回路と、
前記一次巻線の第２の巻線に接続される第２のスイッチング素子と、
前記第２の巻線に流れる電流を検出し、その平均値を電流信号として出力する第２の電流検出回路と、
前記第１の電流検出回路が出力する電流信号と、前記第２の電流検出回路が出力する電流信号の差分を差分信号として出力する演算素子と、
前記差分信号と、三角波発生装置より生成された三角波信号を比較し、差分信号が三角波信号より大の間はＬｏｗレベルを出力し、差分信号が三角波信号より小の間はＨｉｇｈレベルを出力することによりパルス信号を生成するコンパレータと、
からなり、
前記第１のスイッチング素子は前記パルス信号を入力し、入力した前記パルス信号がＨｉｇｈレベルの間はオン状態となり前記第１の巻線に電流を流し、
前記第２のスイッチング素子は前記パルス信号のＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルを反転した反転後のパルス信号を入力し、入力した前記反転後のパルス信号がＨｉｇｈレベルの間はオン状態となり前記第２の巻線に電流を流すようにした。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る電力変換装置によれば、偏磁現象を防止可能な電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１による偏磁防止回路を備える電力変換装置の概略図である。
【図２】この発明の実施の形態１による電力変換装置の動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る偏磁防止回路を備えるプッシュプル形ＤＣ／ＤＣコンバータを示す図である。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータは電力変換装置の一例である。
図１において、符号１、２は一次電源が入力される入力端子、符号３はＬ１、Ｌ２の一次巻線とＬ３、Ｌ４の二次巻線からなるトランス、符号４、５はスイッチング素子、符号６はＬ１に流れる電流を検出するための電流検出回路、符号７は二次巻線Ｌ２に流れる電流を検出するための電流検出回路、符号８、９は整流素子、符号１０はコンデンサ、符号１１、１２は負荷に電力を供給するための出力端子、符号１３はオペアンプ、符号１４は三角波発生装置、符号１５はコンパレータ、符号１６は信号反転部である。
なお、Ｌ１は一次巻線の第１の巻線に対応し、Ｌ２は一次巻線の第２の巻線に対応する。同様に、Ｌ３は二次巻線の第１の巻線に対応し、Ｌ４は二次巻線の第１の巻線に対応する。
【００１０】
次に動作の説明をする。
入力端子１、２に印加された直流電圧は、スイッチング素子４、スイッチング素子５がそれぞれ駆動信号ＶＧＳ(ａ)および駆動信号ＶＧＳ(ｂ)によって交互にオンオフを繰り返すことにより、矩形波の交流電圧に変換され、トランス３に印加される。
トランス３は印加された交流電圧を一次／二次巻き数比により降圧または昇圧し、かつ電気的に絶縁して、二次側に出力する。トランス３から出力された交流電圧は、整流素子８、９およびコンデンサ１０により整流・平滑され、出力端子１１、１２から直流電圧として出力される。
【００１１】
スイッチング素子４がオンしているときには、一次巻線Ｌ１に入力電圧が印加され、二次巻線Ｌ４から整流素子９を介して平滑コンデンサ１０に電圧が供給される。逆にスイッチング素子５がオンしているときには、一次巻線Ｌ２に入力電圧が印加され、二次巻線Ｌ３から整流素子８を介して平滑コンデンサ１０に電圧が供給される。
ここでトランス３の一次巻線Ｌ１とＬ２の巻き数は等しくなっており、同様にトランス３の二次巻線Ｌ３、Ｌ４の巻き数も等しくなっている。このため、二次巻線Ｌ３から供給される電圧と、二次巻線Ｌ４から供給される電圧は等しくなる。
【００１２】
スイッチング素子５の駆動信号ＶＧＳ(ｂ)はスイッチング素子４の駆動信号ＶＧＳ(ａ)を信号反転部１６で反転したものであり、常にスイッチング素子４またはスイッチング素子５のどちらか一方がオンした状態となる。このため、平滑コンデンサ１０には常に、二次巻線Ｌ３または二次巻線Ｌ４のどちらか一方から出力される電圧が印加される。
【００１３】
このように動作することにより、図１に示すコンバータ３の出力電圧は、各素子による電圧ドロップを無視すると、入力電圧をトランス３の一次巻線と二次巻線の巻き数比で変圧した電圧となる。
【００１４】
ここで、電流検出回路６はトランス３の一次巻線Ｌ１に流れる電流を検出し、その平均値を電流信号としてオペアンプ１３の（＋）入力端子に出力する。
また、電流検出回路７はトランス３の一次巻線Ｌ２に流れる電流を検出し、その平均値を電流信号としてオペアンプ１３の（−）入力端子に出力する。
オペアンプ１３は入力された電流信号の差を増幅することにより、各巻線に流れる電流の差分信号Ｖｏｐを生成し、コンパレータ１５の（−）入力端子に出力する。コンパレータ１５は、入力された差分信号Ｖｏｐと三角波発生装置１４により生成された三角波信号Ｖｏｓｃを比較し、Ｖｏｐ＞Ｖｏｓｃの間はＬレベルを出力し、Ｖｏｐ＜Ｖｏｓｃの間はＨレベルを出力することにより、パルス信号を生成する。
このパルス信号は、駆動信号ＶＧＳ(ａ)としてスイッチング素子４に入力され、スイッチング素子４を駆動する。さらに、前述の通り、信号反転部１６はコンパレータ１５の出力するパルス信号を反転した信号を出力し、この信号は駆動信号ＶＧＳ(ｂ)としてスイッチング素子５に入力され、スイッチング素子５を駆動する。
【００１５】
図２は、差分信号Ｖｏｐ、三角波信号Ｖｏｓｃと、駆動信号ＶＧＳ(ａ)および駆動信号ＶＧＳ(ｂ)の関係を表した図である。図２（ａ）は定常状態での関係、（ｂ）は差分信号Ｖｏｐが上昇した状態での関係である
図２（ｂ）では、差分信号Ｖｏｐが大きくなると駆動信号ＶＧＳ(ａ)のオンデューティ（駆動信号ＶＧＳ(ａ)がオン状態（Ｈｉｇｈレベル）である状態のデューティー比）が小さくなり、駆動信号ＶＧＳ(ｂ)のオンデューティが大きくなることを表している。
同様にして、図２には示していないが、逆に差分信号Ｖｏｐが小さくなると駆動信号ＶＧＳ(ａ)のオンデューティが大きくなり、駆動信号ＶＧＳ(ｂ)のオンデューティが小さくなる。
なお、オペアンプ１３は入力された電流信号の差がゼロの時に、駆動信号ＶＧＳ(ａ)と駆動信号ＶＧＳ(ｂ)のオンデューティが等しくなるように、予め三角波発生装置１４が出力する三角波を調整しておく。すなわち、オペアンプ１３は入力された電流信号の差がゼロの時の差分信号Ｖｏｐは、三角波信号Ｖｏｓｃのピーク値の１／２となるように予め設定しておく。また、三角波信号Ｖｏｓｃの周期は、一次巻線に交互に電流が流れるプッシュプルの周期と等しくしておく。
【００１６】
今、何らかの原因でトランス３に偏磁現象が発生し、一次巻線Ｌ２に流れる電流より一次巻線Ｌ１に流れる電流が大きくなると、電流検出回路６が出力する電流信号が、電流検出回路７が出力する電流検出信号より大きくなるため、差分信号Ｖｏｐが大きくなる。
すると、駆動信号ＶＧＳ(ａ)のオンデューティが小さくなり、駆動信号ＶＧＳ(ｂ)のオンデューティが大きくなる。
このため、スイッチング素子４のオン時間が短くなるとともにスイッチング素子５のオン時間が長くなり、一次巻線Ｌ１に流れる電流が減少し、一次巻線Ｌ２に流れる電流が増加する。
【００１７】
一方、一次巻線Ｌ２に流れる電流より一次巻線Ｌ１に流れる電流が小さくなると、逆の動作となり、一次巻線Ｌ１に流れる電流が増加し、Ｌ２に流れる電流が減少する。
【００１８】
このように、本実施の形態に係る電力変換装置によれば、一次巻線Ｌ１と一次巻線Ｌ２に流れる電流が等しくなるように動作するため、偏磁現象を防止することができるという効果を奏する。
【符号の説明】
【００１９】
１、２  入力端子、３  トランス、４、５  スイッチング素子、６、７  電流検出回路、８、９  整流素子、１０  コンデンサ、１１、１２  出力端子、１３  オペアンプ、
１４  三角波発生装置、１５  コンパレータ、１６  信号反転部
ＶＧＳ（ａ）  コンパレータ１５の出力／スイッチング素子４の駆動信号、ＶＧＳ（ｂ）  信号反転部１６の出力／スイッチング素子５の駆動信号、Ｖｏｐ  オペアンプ１３の出力信号、Ｖｏｓｃ  三角波発生装置１４の出力信号、Ｌ１、Ｌ２  一次巻線、Ｌ３、Ｌ４  二次巻線。
【図１】
2018182845.tif 000003
【図２】
2018182845.tif 000004