(57)【要約】【課題】電圧検出回路に高価な絶縁形の検出器を使用することなく、直流出力電圧の検出値を得ることができる直流出力電力変換装置の出力電圧検出方法を提供することを目的とする。【解決手段】直流電源１１の電圧をスイッチングするスイッチング素子１２と、このスイッチング素子１２でチョッピングされた直流電圧を平滑するリアクトル１４およびコンデンサ１５からなるフィルタ回路とを備えて所望の直流出力電圧を出力する直流出力電力変換装置において、リアクトル１４の同一コアに電気的に絶縁した補助巻線１７を設け、電圧読込み回路２４に補助巻線１７の両端電圧を取り込んで直流出力電圧を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源の電圧をスイッチングするスイッチング素子と、このスイッチング素子でチョッピングされた直流電圧を平滑するリアクトルおよびコンデンサからなるフィルタ回路とを備えて所望の直流出力電圧を出力する直流出力電力変換装置において、前記リアクトルの同一コアに電気的に絶縁した補助巻線を設け、この補助巻線の両端電圧を取り込んで直流出力電圧を検出することを特徴とする直流出力電力変換装置の出力電圧検出方法。
【請求項２】
請求項１に記載の直流出力電力変換装置の出力電圧検出方法において、前記スイッチング素子がオフの期間の前記補助巻線の両端電圧から直流出力電圧を検出することを特徴とする直流出力電力変換装置の出力電圧検出方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の直流出力電力変換装置の出力電圧検出方法において、前記直流電源の電圧を検出する電圧検出器を設け、前記スイッチング素子がオンの期間の前記直流電源の電圧と前記補助巻線の両端電圧とから直流出力電圧を検出することを特徴とする直流出力電力変換装置の出力電圧検出方法。
【請求項４】
直流電源の電圧をスイッチングするスイッチング素子と、このスイッチング素子でチョッピングされた直流電圧を平滑するリアクトルおよびコンデンサからなるフィルタ回路とを備えて所望の直流出力電圧を出力する直流出力電力変換装置において、前記リアクトルに流れる電流を検出する電流検出器を設け、前記リアクトルに流れる電流の変化率と予め記憶した前記リアクトルのインダクタンス値とから直流出力電圧を検出することを特徴とする直流出力電力変換装置の出力電圧検出方法。
【請求項５】
請求項４に記載の直流出力電力変換装置の出力電圧検出方法において、前記スイッチング素子がオフの期間の前記リアクトルに流れる電流の変化率と予め記憶した前記リアクトルのインダクタンス値とから直流出力電圧を検出することを特徴とする直流出力電力変換装置の出力電圧検出方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の直流出力電力変換装置の出力電圧検出方法において、前記直流電源の電圧を検出する電圧検出器を設け、前記スイッチング素子がオンの期間の前記直流電源の電圧と前記リアクトルに流れる電流の変化率と予め記憶した前記リアクトルのインダクタンス値とから直流出力電圧を検出することを特徴とする直流出力電力変換装置の出力電圧検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、直流電源をスイッチングするチョッパ回路を用いた直流出力電力変換装置に関し、特にその出力にリアクトルとコンデンサとからなるフィルタ回路を備えた直流出力電力変換装置の出力電圧検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、従来のチョッパ回路を用いた直流出力電力変換装置の構成図を示す。同図において、１１は直流電源あるいは交流電源からダイオードブリッジ整流回路を介して得られる直流電源、１２はこの直流電源をオン・オフするトランジスタ等のスイッチング素子、１４は出力電圧を平滑するためのリアクトル、１５は同じく平滑用のコンデンサであり、リアクトル１４とコンデンサ１５によりフィルタ回路を構成している。なお、１３はスイッチング素子１２のオフ時にリアクトル１４の電流を転流するためのダイオードであり、１６は直流電動機等の負荷である。また、２１はコンデンサ１５の両端電圧を検出するための絶縁形の電圧検出回路であり、２２は電圧設定器（不図示）により設定された出力電圧指令信号Ｖ＊と電圧検出回路２１で検出した直流出力電圧Ｖｏとに基づくフィードバック制御によりスイッチング素子１２のオン・オフ信号を出力するパルス発生回路であり、２３は加算演算器である。
【０００３】
このような構成において、加算演算器２３では出力電圧指令信号Ｖ＊と電圧検出回路２１で検出した直流出力電圧Ｖｏとの偏差△Ｖを求める。パルス発生回路２２では、加算演算器２３からの偏差ΔＶを零にする調節演算を行い、この調節演算結果と例えば三角波状の搬送波とに基づくＰＷＭ演算を行い、このＰＷＭ演算結果に対応したスイッチング素子１２のオン・オフ信号を生成する。このようにスイッチング素子１２のオン・オフ比を制御して直流電源１１をチョッピングすることにより所望の直流出力電圧を得ている。
【０００４】
この種の直流出力電力変換装置としては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−３７５４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、電圧検出回路２１で検出した出力直流電圧Ｖｏは、フィードバック制御に用いるために加算演算器２３，パルス発生回路２２等から構成される制御部に入力されるが、一般的に制御部と主回路部とは絶縁する必要がある。従来の直流出力電力変換装置においては、出力電圧を検出する電圧検出回路２１には主回路部と制御部とを絶縁するために高価な絶縁形の電圧検出器が使用されており、この絶縁形の電圧検出器がこの種の直流出力電力変換装置の価格低下を阻害する大きな要因となっていた。
【０００７】
この発明は、電圧検出回路に高価な絶縁形の検出器を使用することなく、直流出力電圧の検出値を得ることができる直流出力電力変換装置の出力電圧検出方法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】
【０００８】
上記目的を達成するために、この発明は、直流電源の電圧をスイッチングするスイッチング素子と、このスイッチング素子でチョッピングされた直流電圧を平滑するリアクトルおよびコンデンサからなるフィルタ回路とを備えて所望の直流出力電圧を出力する直流出力電力変換装置において、前記リアクトルの同一コアに電気的に絶縁した補助巻線を設け、この補助巻線の両端電圧を取り込んで直流出力電圧を検出するものである。
【０００９】
また、この発明は、直流電源の電圧をスイッチングするスイッチング素子と、このスイッチング素子でチョッピングされた直流電圧を平滑するリアクトルおよびコンデンサからなるフィルタ回路とを備えて所望の直流出力電圧を出力する直流出力電力変換装置において、前記リアクトルに流れる電流を検出する電流検出器を設け、前記リアクトルに流れる電流の変化率と予め記憶した前記リアクトルのインダクタンス値とから直流出力電圧を検出するものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、リアクトルの同一コアに電気的に絶縁した補助巻線を設け、この補助巻線の両端電圧を取り込んで直流出力電圧を検出するか、または、リアクトルに流れる電流の変化率と予め記憶したリアクトルのインダクタンス値とから直流出力電圧を検出することにより、高価な絶縁形の直流電圧検出器を使用することなく、絶縁された直流出力電圧の検出値を得ることができ、直流出力電力変換装置の価格低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す構成図
【図２】図１の動作を説明する動作波形図
【図３】この発明の第２の実施の形態を示す構成図
【図４】この発明の第３の実施の形態を示す構成図
【図５】この発明の第４の実施の形態を示す構成図
【図６】従来の直流出力電力変換装置を示す構成図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１はこの発明の第１の実施の形態を示す構成図であり、図６と同一機能を有するものについては同一の符号を付してその説明を省略する。
この実施の形態においては、フィルタ回路を構成するリアクトル１４の同一コアに電気的に絶縁した補助巻線１７を巻回するとともに、この補助巻線１７の端子間に電圧読込み回路２４を接続している。
【００１３】
このような構成において、第１の実施の形態を図２に示す動作波形図を参照しつつ説明する。図２において、（ａ）はスイッチング素子１２のオン・オフ信号およびリアクトル１４に流れる電流を示し、（ｂ）はリアクトル１４の両端電圧を示し、（ｃ）は補助巻線１７の両端電圧を示す。
【００１４】
直流電源１１の入力直流電源電圧をＥｄｃ、直流出力電圧をＶｏとすると、スイッチング素子１２がオンのとき、直流電源１１→スイッチング素子１２→リアクトル１４→コンデンサ１５と負荷１６との並列回路の経路で電流が流れ、リアクトル１４には直流電圧Ｅｄｃが加わり、リアクトル１４の両端にはＥｄｃ−Ｖｏの電圧が掛かる。また、スイッチング素子１２がオフのとき、リアクトル１４の電流はリアクトル１４→コンデンサ１５と負荷１６との並列回路→ダイオード１３の経路で通流し、リアクトル１４の両端には逆方向にＶｏの電圧が掛かることになる。
【００１５】
一方、リアクトル１４に電流が流れると、補助巻線１７にはリアクトル１４の両端電圧に比例し、かつ絶縁された二次電圧が誘起されるので、電圧読込み回路２４では、補助巻線１７の両端電圧を入力して直流出力電圧Ｖｏを演算する。具体的に説明すると、スイッチング素子１２がオンのとき、補助巻線１７にはリアクトル１４の両端電圧Ｅｄｃ−Ｖｏに比例した電圧ｋ×（Ｅｄｃ−Ｖｏ）が発生し、スイッチング素子１２がオフのとき、補助巻線１７にはリアクトル１４の両端電圧Ｖｏに比例した電圧ｋ×Ｖｏが発生することになる。スイッチング素子１２がオフのときの補助巻線１７の両端電圧ｋ×Ｖｏを電圧読込み回路２４で読み込むことにより、読み込んだ補助巻線１７の両端電圧ｋ×Ｖｏと定数ｋとに基づいて直流出力電圧Ｖｏを求めることができる。なお、定数ｋはリアクトル１４と補助巻線１７との巻数比で決まる定数であり、予め装置に記憶しておく。
【００１６】
上記のようにして電圧読込み回路２４で得られる直流出力電圧Ｖｏを用いて、加算演算器２３により不図示の電圧設定器により設定された出力電圧指令信号Ｖ＊と直流出力電圧Ｖｏとの偏差△Ｖを演算し、パルス発生回路２２により偏差△Ｖを零にする調節演算を行ってスイッチング素子１２のオン・オフ信号を生成する。このように電圧読込み回路２４で得られた直流出力電圧Ｖｏと出力電圧指令信号Ｖ＊とに基づいてフィードバック制御してスイッチング素子１２のオン・オフ比を制御することにより、所望の直流出力電圧を得ることが可能になる。
【００１７】
なお、電圧読込み回路２４にはパルス発生回路２２のオン・オフ信号を入力して、補助巻線１７の両端電圧を読み込むタイミングをスイッチング素子１２がオフの期間に同期させるようにするとよい。
【００１８】
図３はこの発明の第２の実施の形態を示す構成図であり、図１と同一機能を有するものについては同一の符号を付してその説明を省略する。
第２の実施の形態では、第１の実施の形態に対して直流電源１１の入力直流電源電圧Ｅｄｃを検出する電圧検出器を追加し、電圧読込み回路２５は、検出した直流電源１１の入力直流電源電圧Ｅｄｃと、補助巻線１７の両端電圧と、パルス発生回路２２のオン・オフ信号とに基づいて直流出力電圧Ｖｏを演算している。
【００１９】
図２（ｃ）に示すように、スイッチング素子１２がオンのとき、補助巻線１７にはリアクトル１４の両端電圧Ｅｄｃ−Ｖｏに比例した電圧ｋ×（Ｅｄｃ−Ｖｏ）が発生する。スイッチング素子１２がオンの期間に同期して入力直流電源電圧Ｅｄｃを読み込むとともに、補助巻線１７の両端電圧ｋ×（Ｅｄｃ−Ｖｏ）とを読み込んでリアクトル１４の両端に発生する電圧Ｅｄｃ−Ｖｏを求める。そして、検出した入力直流電源電圧Ｅｄｃから演算で求めたリアクトル１４の両端電圧Ｅｄｃ−Ｖｏを減算することにより、直流出力電圧Ｖｏを求めることができる。
【００２０】
なお、スイッチング素子１２がオフのときには、第１の実施の形態と同様に、スイッチング素子１２がオフの期間に同期して電圧読込み回路２５が補助巻線１７の両端電圧を読み込んで演算することにより、直流出力電圧Ｖｏを求めることができる。
【００２１】
図４はこの発明の第３の実施の形態を示す構成図であり、図１と同一機能を有するものについては同一の符号を付してその説明を省略する。
図４において、１８はリアクトル１４に流れる電流を検出する電流検出器であり、２６はパルス発生回路２２のオン・オフ信号と、電流検出器１８の電流検出値と、予め記憶したリアクトル１４のインダクタンス値Ｌとに基づいて直流出力電圧Ｖｏを演算する出力電圧演算回路である。
【００２２】
このような構成において、出力電圧演算回路２６では、スイッチング素子１２がオフの期間の電流変化率ｄｉ／ｄｔと、リアクトル１４のインダクタンス値Ｌとから出力電圧Ｖｏを演算している。すなわち、リアクトル１４の両端電圧はＬ×ｄｉ／ｄｔで演算可能であり、図２（ｂ）で示すようにスイッチング素子１２がオフの期間はリアクトル１４の両端に電圧Ｖｏが発生しているため、スイッチング素子１２がオフの期間の電流変化率ｄｉ／ｄｔを求め、この電流変化率ｄｉ／ｄｔと予め記憶したインダクタンス値Ｌとから直流出力電圧Ｖｏを演算することができる。ここで、電流変化率ｄｉ／ｄｔは、電流検出器１８から得られる電流検出値の単位時間当たりの変化量から容易に求めることができる。
【００２３】
図５はこの発明の第４の実施の形態を示す構成図であり、図４と同一機能を有するものについては同一の符号を付してその説明を省略する。
第４の実施の形態では、第３の実施の形態に対して直流電源１１の入力直流電源電圧Ｅｄｃを検出する電圧検出器を追加し、出力電圧演算回路２７は、検出した直流電源１１の入力直流電源電圧Ｅｄｃと、パルス発生回路２２のオン・オフ信号と、電流検出器１８の電流検出値と、予め記憶したリアクトル１４のインダクタンス値Ｌとに基づいて直流出力電圧Ｖｏを演算している。
【００２４】
図２（ｂ）に示すように、スイッチング素子１２がオンのとき、リアクトル１４の両端電圧はＥｄｃ−Ｖｏである。スイッチング素子１２がオンの期間に電流検出器１８から得られる電流検出値から求めた電流変化率ｄｉ／ｄｔと予め記憶したリアクトル１４のインダクタンス値Ｌとからからリアクトル１４の両端電圧Ｅｄｃ−Ｖｏを演算する。そして、スイッチング素子１２がオンの期間に取り込んだ入力直流電源電圧Ｅｄｃからリアクトル１４の両端電圧Ｅｄｃ−Ｖｏを減算することにより、直流出力電圧Ｖｏを演算することができる。
【００２５】
なお、スイッチング素子１２がオフのときには、第３の実施の形態と同様に、スイッチング素子１２がオフの期間の電流変化率ｄｉ／ｄｔと、予め記憶したリアクトル１４のインダクタンス値Ｌとから直流出力電圧Ｖｏを演算することができる。
【符号の説明】
【００２６】
１１…直流電源、１２…スイッチング素子、１３…ダイオード、１４…リアクトル、１５…コンデンサ、１６…負荷、１７…補助巻線、１８…電流検出器、２２…パルス発生回路、２３…加算演算器、２４，２５…電圧読込み回路、２６，２７…出力電圧演算回路。
【図１】
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【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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