(57)【要約】【課題】電力変換回路の入力電圧が急激に変化した場合に、この急激に変化した入力電圧に対してオンパルス幅が過剰に広がることを防ぐことができ、これによって、トランスの飽和や出力電圧の過剰な上昇を防止することができる電力変換回路を提供することを目的とする。【解決手段】トランスの２次側の電圧に対応する電荷を充電するコンデンサと、コンデンサを短絡する第２のスイッチ素子と、コンデンサの両端電圧が所定の基準電圧よりも高くなったことを検出する比較器と、コンデンサの両端電圧が所定の基準電圧よりも高くなると、第１のスイッチ素子をオフさせることによって、オンパルスのパルス幅を制限するパルス幅制限手段と、コンデンサの両端電圧が所定の基準電圧よりも高くなったことを比較器が検出すると、第１のスイッチ素子をオフさせ、第１のスイッチ素子がオフしている期間に、第２のスイッチ素子をオンさせる制御回路とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧源と、上記直流電圧源の電圧をオン、オフする第１のスイッチ素子と、上記第１のスイッチ素子がオン、オフ制御することによって発生した交流電圧を変換するトランスと、上記第１のスイッチ素子を駆動する駆動回路と、上記トランスの２次側に発生した交流電圧を整流する整流器とを具備する電力変換回路において、
上記トランスの２次側の電圧に対応する電荷を充電するコンデンサと；
上記コンデンサを短絡する第２のスイッチ素子と；
上記コンデンサの両端電圧が所定の基準電圧よりも高くなったことを検出する比較器と；
上記コンデンサの両端電圧が上記所定の基準電圧よりも高くなったことを上記比較器が検出すると、上記第１のスイッチ素子をオフさせ、上記第１のスイッチ素子がオフしている期間に、上記第２のスイッチ素子をオンさせる制御回路と；
を有することを特徴とする電力変換回路。
【請求項２】
請求項１において、
上記制御回路は、上記第１のスイッチ素子をオフさせるのと同時に上記第２のスイッチ素子をオンする信号を上記第２のスイッチ素子に与え、上記コンデンサを短絡することで、上記第１のスイッチ素子が次ぎにオンするまでに、上記コンデンサに充電された電荷を放電する回路であることを特徴とする電力変換回路。
【請求項３】
請求項１において、
上記コンデンサと直列に接続され、上記トランスの２次側の電圧を検出する抵抗をさらに備え、
上記比較器は、上記コンデンサと上記抵抗との時定数により定まる傾きにより変化する上記コンデンサの両端電圧と上記所定の基準電圧とを比較して、上記コンデンサの両端電圧が上記所定の基準電圧に達した時に、上記第１のスイッチ素子を反転する信号を上記制御回路に送り、上記第１のスイッチ素子のオン時のパルス幅を制御することを特徴とする電力変換回路。
【請求項４】
請求項１において、
上記コンデンサは、上記整流器によって整流された電圧に対応する電荷を充電するコンデンサであることを特徴とする電力変換回路。
【請求項５】
請求項１において、
上記コンデンサは、上記トランスの２次側の電圧を、上記整流器とは異なる第２の整流器によって整流された電圧に対応する電荷を充電するコンデンサであることを特徴とする電力変換回路。
【請求項６】
請求項１において、
上記整流器は、整流ダイオードと還流ダイオードとによって構成され、
上記トランスの２次側の一端に上記整流ダイオードのアノードが接続され、上記整流ダイオードのカソードと上記還流ダイオードのカソードとが互いに接続され、上記還流ダイオードのアノードが上記トランスの２次側の他端に接続され、
上記コンデンサは、上記還流ダイオードに印加された上記直流電圧源の電圧に比例した電圧に対応する電荷を充電するコンデンサであることを特徴とする電力変換回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換回路において、トランス２次側の矩形波の波高値が、入力電圧の値に比例し、上記トランス２次側の矩形波の波高値を検出し、この検出された矩形の波形を加工し、この加工された波形の波高値をコンデンサでホールドすることによって、電力変換回路の入力電圧に比例する直流電圧を得ることが知られている（たとえば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２４５０９７号公報
【特許文献２】特開２００３−０３３０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記従来例では、トランス２次側の矩形波を検出し、波形を加工し、波高値をコンデンサにホールドすることによって、入力電圧に比例する直流電圧を取得し、この取得した直流電圧を、オンパルス幅制限に使用するので、電力変換回路の入力電圧が急激に変化した場合に、この変化した入力電圧に、コンデンサの両端電圧が追従することができず、入力電圧に対して過剰に広いオンパルス幅になり、電力変換回路の出力電圧が過剰に高くなるという問題がある。
【０００５】
すなわち、従来回路では、上記コンデンサの両端電圧を、入力電圧の変化に即応して、短時間で高くしなければ、入力電圧の急激な変化に対応することができない。上記コンデンサ電圧が短時間で上がるようにするためには、抵抗、コンデンサの時定数を小さくすることが考えられる。しかし、時定数を小さくすれば、サージ電圧やノイズによってコンデンサが充電され、本来検出すべき電圧値とかけ離れた電圧値を検出する。このために、時定数を小さくすることができない。また、上記従来回路において、充電中も放電用抵抗に電流が流れるので、その放電用抵抗の抵抗値を大きくせざるを得ない。よって、入力電圧が急に低くなった場合、コンデンサの両端電圧が直ぐには低くならず、検出電圧が、実際の入力電圧とはかけ離れた値になる。したがって、入力電圧が急に低くなった際に、最大パルス幅制限によってパルス幅が、過剰に細く制限され、出力電圧が低下するという問題がある。
【０００６】
本発明は、直流電圧源の電圧である入力電圧をオン、オフする第１のスイッチ素子と、上記第１のスイッチ素子がオン、オフ制御することによって発生した交流電圧を変換するトランスと、上記第１のスイッチ素子を駆動する駆動回路と、上記トランスの２次側に発生した交流電圧を整流する整流器とを具備する電力変換回路において、入力電圧が急に高くなった場合、サージ電圧やノイズの影響を受け難く、また、入力電圧が急に低くなった場合でも、最大パルス幅を適切に制限することができる電力変換回路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】
【０００７】
本発明は、直流電圧源と、上記直流電圧源の電圧をオン、オフする第１のスイッチ素子と、上記第１のスイッチ素子がオン、オフ制御することによって発生した交流電圧を変換するトランスと、上記第１のスイッチ素子を駆動する駆動回路と、上記トランスの２次側に発生した交流電圧を整流する整流器とを具備する電力変換回路において、上記トランスの２次側の電圧に対応する電荷を充電するコンデンサと、上記コンデンサを短絡する第２のスイッチ素子と、上記コンデンサの両端電圧が所定の基準電圧よりも高くなったことを検出する比較器と、上記コンデンサの両端電圧が上記所定の基準電圧よりも高くなったことを上記比較器が検出すると、上記第１のスイッチ素子をオフさせ、上記第１のスイッチ素子がオフしている期間に、上記第２のスイッチ素子をオンさせる制御回路とを有する電力変換回路である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、直流電圧源の電圧である入力電圧をオン、オフする第１のスイッチ素子と、上記第１のスイッチ素子がオン、オフ制御することによって発生した交流電圧を変換するトランスと、上記第１のスイッチ素子を駆動する駆動回路と、上記トランスの２次側に発生した交流電圧を整流する整流器とを具備する電力変換回路において、入力電圧が急に高くなった場合、サージ電圧やノイズの影響を受け難く、また、入力電圧が急に低くなった場合でも、最大パルス幅を適切に制限することができ、これによって、トランスの飽和や出力電圧の過剰な上昇を防止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１である電力変換回路１００を示す回路図である。
【図２】実施例１の動作を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明の実施例２である電力変換回路２００を示す回路図である。
【図４】電力変換回路２００の動作を示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の実施例３である電力変換回路３００を示す回路図である。
【図６】電力変換回路３００の動作を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
発明を実施するための形態は、以下の実施例である。なお、本発明は、以下に示す実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本発明の実施例１である電力変換回路１００を示す回路図である。
【００１２】
電力変換回路１００は、直流電圧源１０からの電力を変換し、負荷２０に伝える電力変換回路である。また、電力変換回路１００は、第１のスイッチ素子ＳＷ１と、トランスＴ１と、整流ダイオードＤ１と、平滑コンデンサＣ１と、環流ダイオードＤ２と、抵抗Ｒ１と、コンデンサＣ２と、第２のスイッチ素子ＳＷ２と、基準電圧源３０と、比較器４０と、制御回路５０と、駆動回路６０とを有する。
【００１３】
第１のスイッチ素子ＳＷ１は、直流電圧源１０の電圧をオン、オフする。トランスＴ１は、第１のスイッチ素子ＳＷ１がオン、オフ制御することによって発生した交流電圧を昇圧または降圧した電圧に変換する。整流ダイオードＤ１は、整流器の例であり、トランスＴ１の２次側に発生した交流電圧を整流する。コンデンサＣ１は、平滑コンデンサである。
【００１４】
コンデンサＣ２は、トランスＴ１の２次側の電圧に対応する電荷を充電する。第２のスイッチ素子ＳＷ２は、コンデンサＣ２を短絡する素子であり、第１のスイッチ素子ＳＷ１をオンさせるパルスであるオンパルスの１パルス毎に、コンデンサＣ２の電荷を放電する。
【００１５】
基準電圧源３０は、基準電圧Ｖｒｅｆを発生する。比較器４０は、比較回路の例であり、コンデンサＣ２の両端電圧が所定の基準電圧よりも高くなったことを検出する。
【００１６】
駆動回路６０は、トランスＴ１の２次側、制御回路５０などの接地電位と絶縁された絶縁型の駆動回路であり、第１のスイッチ素子ＳＷ１をオン、オフするための駆動信号を出力する。
【００１７】
制御回路５０は、第１のスイッチ素子ＳＷ１をオン、オフ制御するための制御信号Ｖｇを駆動回路６０に出力する。また、制御信号Ｖｇは、第２のスイッチ素子ＳＷ２をオン、オフ制御するための信号でもある。
【００１８】
先ず、制御信号Ｖｇがオンすると、駆動回路６０は、第１のスイッチ素子ＳＷ１をオンさせ、制御信号Ｖｇがオンしている期間、第１のスイッチ素子ＳＷ１をオン状態に維持する。制御信号Ｖｇがオンしている期間は、第２のスイッチ素子ＳＷ２を、オフするように制御する。
【００１９】
次に、制御信号Ｖｇがオフすると、駆動回路６０は、第１のスイッチ素子ＳＷ１をオフし、第２のスイッチ素子ＳＷ２をオンする。つまり、制御回路５０は、第１のスイッチ素子ＳＷ１のオン、オフする１周期の内、第１のスイッチ素子ＳＷ１をオフしている期間に、第２のスイッチ素子ＳＷ２をオンする。
【００２０】
ここで、第１のスイッチ素子ＳＷ１がオフしている期間内に第２のスイッチ素子ＳＷ２をオンし、後述のコンデンサＣ２に充電されている電荷を放電し、放電が終ったら、第２のスイッチ素子ＳＷ２をオフすればよく、必ずしも、第１のスイッチ素子ＳＷ１がオフするタイミングと同時に第２のスイッチ素子ＳＷ２をオンする必要はない。実施例１では、第１のスイッチ素子ＳＷ１と第２のスイッチ素子ＳＷ２とを制御する信号として共通の制御信号Ｖｇを利用し、第１のスイッチ素子ＳＷ１をオフすると同時に第２のスイッチ素子をオンする。このように、制御信号Ｖｇを共通にすることによって、回路構成を簡素にすることができる。
【００２１】
また、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ２とによって構成される電圧検出回路と、比較器４０と、基準電圧源３０と、制御回路５０と、駆動回路６０とによって、第１のスイッチ素子ＳＷ１のパルス幅が制御され、コンデンサＣ２の両端電圧が所定の基準電圧よりも高くなったことを比較器４０が検出すると、制御回路５０及び駆動回路６０が第１のスイッチ素子ＳＷ１をオフさせ、これによって、第１のスイッチ素子ＳＷ１のオン時のパルス幅を制御する。
【００２２】
次に、実施例１の動作について説明する。
【００２３】
図２は、実施例１の動作を示すタイミングチャートである。図２（１）に示す「入力電圧が低い場合における動作」、図（２）に示す「入力電圧が高い場合における動作」は、それぞれ、電力変換回路１００が動作可能な入力電圧の範囲において低い場合の動作、高い場合の動作である。
【００２４】
電力変換回路１００において、直流電圧源１０が出力する直流電圧が第１のスイッチ素子ＳＷ１をオンオフすることによって、トランスＴ１の１次側に交流電圧が発生し、この交流電圧がトランスＴ１によって変換され、この変換された電圧を整流ダイオードＤ１が整流し、コンデンサＣ１によって平滑され、この平滑された直流電圧が負荷２０に供給される。
【００２５】
ここで、第１のスイッチ素子ＳＷ１がオンすると、直流電圧源１０の電圧に比例した電圧Ｖｄｆが、環流ダイオードＤ２に印加される。また、第１のスイッチ素子ＳＷ１がオンしているときに、第２のスイッチ素子ＳＷ２がオフし、環流ダイオードＤ２の電圧Ｖｄｆが、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ２とによって構成される電圧検出回路に印加され、抵抗Ｒ１を介して、コンデンサＣ２が充電される。
【００２６】
抵抗Ｒ１とコンデンサＣ２との定数を適切に設定することによって、図２（１）に示すように、コンデンサＣ２の電圧Ｖ＋は、スロープ状に上昇する。
【００２７】
図２（１）に示すように、入力電圧が低い場合には、環流ダイオードＤ２の電圧Ｖｄｆが低く、コンデンサＣ２の電圧Ｖ＋の勾配は、緩やかな勾配で上昇し、コンデンサＣ２の電圧Ｖ＋が、基準電圧源３０で設定された基準電圧Ｖｒｅｆに到達するまで、第１のスイッチ素子ＳＷ１がオンし続け、所定の電圧を負荷に供給する。
【００２８】
コンデンサＣ２の電圧Ｖ＋が、基準電圧源３０で設定された基準電圧Ｖｒｅｆに到達すると、比較器４０が、制御回路５０に信号Ｖｏｕｔを送る。制御回路５０は、信号Ｖｏｕｔを受信すると、第１のスイッチ素子ＳＷ１を駆動する制御信号Ｖｇを即座に反転させ、第１のスイッチ素子ＳＷ１がオフする。これと同時に、第２のスイッチ素子ＳＷ２がオンし、コンデンサＣ２に充電されている電荷は放電される。
【００２９】
環流ダイオードＤ２の電圧Ｖｄｆは、直流電圧源１０の電圧に比例しているので、直流電圧源１０の電圧値が高い程、第１のスイッチ素子ＳＷ１のオン時間が、図２（２）に示すように、より短く制限される。
【００３０】
上記一連の回路動作は、電力変換回路１００の１周期毎に行われ、第１のスイッチ素子ＳＷ１がオン、オフする１周期の内、第１のスイッチ素子ＳＷ１がオフしている期間に、第２のスイッチ素子ＳＷ２をオンして、リセットする。したがって、直流電圧源１０の電圧値が急激に変化した場合でも、直流電圧源１０の電圧値に応じた時間で、第１のスイッチ素子ＳＷ１のオン時間を制限し、つまり、第１のスイッチ素子ＳＷ１のオン時間を短時間で制限することができる。すなわち、オンパルスのパルス幅を制限することができる。
【実施例２】
【００３１】
図３は、本発明の実施例２である電力変換回路２００を示す回路図である。
【００３２】
電力変換回路２００は、直流電圧源１０からの電力を変換し、負荷２０に伝える電力変換回路である。
【００３３】
電力変換回路２００は、トランスＴ１の２次側の電圧検出点を、電力変換回路１００とは異ならせ、トランスＴ１の２次側で電圧検出し、つまり、トランスＴ１の２次巻線電圧Ｖｎ２を検出する回路である。
【００３４】
トランスＴ１の２次巻線電圧Ｖｎ２は、正負の電圧であるので、電力変換回路１００にダイオードＤ３を追加し、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ２との直列回路（２次電圧検出回路）に負電圧が印加することを防止している。
【００３５】
図４は、電力変換回路２００の動作を示すタイミングチャートである。
【００３６】
図４には、図２における電圧Ｖｄｆの代わりに、電圧Ｖａを示してある。
【００３７】
電力変換回路２００における他の基本的な動作は、電力変換回路１００における動作と同様である。
【実施例３】
【００３８】
図５は、本発明の実施例３である電力変換回路３００を示す回路図である。
【００３９】
電力変換回路３００は、電力変換回路１００において、第１のスイッチ素子ＳＷ１の代わりに、スイッチ素子ＳＷ１１、ＳＷ１２、ＳＷ１３、ＳＷ１４を設け、駆動回路６０の代わりに、駆動回路６１を設け、トランスＴ１の代わりに、トランスＴ２を設け、整流ダイオードＤ１の代わりに、整流ダイオードＤ１１、Ｄ１２を設けた回路である。つまり、電力変換回路３００は、フルブリッジ回路を使用した実施例である。
【００４０】
図６は、電力変換回路３００の動作を示すタイミングチャートである。
【００４１】
図６では、図２における電圧Ｖｄｆの代わりに、電圧Ｖｂで示してある。
【００４２】
電力変換回路３００における他の基本的な動作は、電力変換回路１００における動作と同様である。
【００４３】
上記実施例によれば、入力電圧が急に高くなった場合、スロープの傾きが急になるが、コンデンサの両端電圧が急激には上がらないので、サージ電圧やノイズの影響を受け難い。
【００４４】
また、上記実施例によれば、コンデンサ放電用のスイッチによって、周期毎にコンデンサ電圧がリセットされるので、入力電圧が急に低くなった場合でも、最大パルス幅を適切に制限することができる。
【００４５】
上記実施例によれば、入力電圧の急激な変化にも対応できる入力電圧に対応した最大パルス幅制限を施すことができるので、トランスの飽和を防ぎ、出力電圧の過剰な上昇を防ぐことができる。
【００４６】
さらに、上記実施例によれば、入力電圧に対応する傾きを持つスロープ状の電圧を使用するので、抵抗、コンデンサの時定数を大きめに設定することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１００…電力変換回路、
１０…直流電圧源、
Ｔ１…トランス、
Ｄ１…整流ダイオード、
Ｃ２…コンデンサ、
ＳＷ１…第１のスイッチ素子、
ＳＷ２…第２のスイッチ素子、
３０…基準電圧源、
４０…比較器、
５０…制御回路、
６０…駆動回路。
【図１】
2011151936.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2011151936.tif 000007
【図６】
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