(57)【要約】【課題】負荷に過電圧を起こすことなく、始動時の電圧確立を高速化できる。【解決手段】電圧制御装置ＡＶＲは、チョッパの始動時に、出力電圧リミッタを無効にしてスイッチング素子を連続オン制御すること、または出力電圧リミッタ値を緩和してスイッチ素子Ｓのオンデューティ率を高めることにより、リアクトル電流を急速に高める。そして、チョッパ出力電圧ＶOUTが目標値に近づいたとき、または始動から時間Ｔに達したときに、出力電圧リミッタを有効にしてスイッチング素子をオン／オフデューティ率制御に戻して通常のＰＷＭ制御に戻し、または出力電圧リミッタ値を元に戻してスイッチング素子をオン／オフデューティ率制御する。【選択図】図１
2008289208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源からリアクトルに流す電流をスイッチング素子のオン／オフデューティ率によって制御し、該リアクトルの出力電流に応じた電圧の直流電力を得るチョッパの電圧制御装置において、
チョッパの始動時にスイッチング素子を連続オン制御またはスイッチング素子のオンデューティ率を高め、チョッパの出力電圧が目標値に近づいたとき、または始動から所定時間に達したときにスイッチング素子を元のオン／オフデューティ率制御に戻す手段を備えたことを特徴とするチョッパの電圧制御装置。
【請求項２】
チョッパの出力電圧の指令値とその検出値の差を比例積分する電圧制御アンプと、この電圧制御アンプの出力とキャリア信号とを比較する比較器とによって、直流電源からリアクトルに流す電流を制御するスイッチング素子のオン／オフデューティ率を制御し、該リアクトルの出力電流に応じた電圧の直流電力を得るチョッパの電圧制御装置において、
チョッパの始動時に前記電圧制御アンプの出力電圧リミッタを無効にしてスイッチング素子を連続オン制御する手段と、
チョッパの出力電圧が目標値に近づいたとき、または始動から所定時間に達したときに前記電圧制御アンプの出力電圧リミッタを有効にしてスイッチング素子を元のオン／オフデューティ率制御に戻す手段を備えたことを特徴とするチョッパの電圧制御装置。
【請求項３】
チョッパの出力電圧の指令値とその検出値の差を比例積分する電圧制御アンプと、この電圧制御アンプの出力とキャリア信号とを比較する比較器とによって、直流電源からリアクトルに流す電流を制御するスイッチング素子のオン／オフデューティ率を制御し、該リアクトルの出力電流に応じた電圧の直流電力を得るチョッパの電圧制御装置において、
チョッパの始動時に前記電圧制御アンプの出力電圧リミッタ値を緩和してスイッチング素子のオンデューティ率を高める手段と、
チョッパの出力電圧が目標値に近づいたとき、または始動から所定時間に達したときに前記電圧制御アンプの出力電圧リミッタ値を元に戻してスイッチング素子をオン／オフデューティ率制御する手段を備えたことを特徴とするチョッパの電圧制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チョッパの電圧制御装置に係り、特に始動時の電圧確立の高速化に関する。
【背景技術】
【０００２】
無停電電源装置などで使用しているチョッパは、直流電源電圧を所望の直流電圧に変換して負荷に電力供給する。例えば、無停電電源装置では、交流電源の停電時に、予備電源になるバッテリからチョッパによって電圧制御した直流電力を取り出し、これをインバータの直流電源とし、インバータからモータなどの負荷に交流電力を供給する。
【０００３】
昇圧チョッパの主回路を図４に示す。チョッパの電圧制御は図中のスイッチング素子ＳをＰＷＭ制御することによって行う。図中、Ｌはリアクトル、Ｄは逆流阻止ダイオード、Ｃは平滑コンデンサ、Ｒは負荷抵抗であり、直流電源からリアクトルＬに流す電流をスイッチング素子Ｓのオン／オフデューティ率によって制御し、該リアクトルの出力電流に応じた電圧の直流電力をコンデンサＣの充電電力として得る。
【０００４】
この昇圧チョッパ回路において、チョッパの出力電圧ＶOUTはスイッチング素子Ｓのオン／オフデューティ率をｄとし、直流電源電圧をＥとすると、ＶOUT＝Ｅ／（１一ｄ）となる。また、ＰＷＭ制御において、チョッパ運転中にスイッチング素子ＳがＯＮになりっ放しになり、チョッパが暴走しないよう、キャリヤと比較する指令値にリミッタをかけ、スイッチングのＯＦＦ期間を確保している（図５参照）。
【０００５】
無停電電源装置などに使用されるチョッパは、停電発生時に負荷に瞬時停電を起こすことなく給電するためには、始動時の電圧確立の高速化が要求される。この高速化方式として、昇降圧チョッパの出力電圧を平滑コンデンサ（図４のコンデンサＣ）に定めた所定電圧よりも高い電圧目標値に向かって立ち上げてコンデンサを充電してその電圧が所定値を上回れば充電を中断し、コンデンサ電圧が所定値以下になれば充電を再開するオン−オフ動作を繰り返すものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−３２０９５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１による高速化方式では、チョッパの出力電圧は目標電圧を中心にして上昇と下降を繰り返すという電圧変化があり、負荷に過電圧を印加するおそれがある。
【０００７】
この点、図４に示すＰＷＭ制御の昇圧チョッパ回路では、チョッパの出力電圧が目標電圧を大きく超えることなく安定した電圧制御ができるが、始動時のリアクトル電流の立ち上がりが遅れ、高速の電圧確立ができない。
【０００８】
この理由を説明する。図４の昇圧チョッパ回路において、入力電圧Ｅを変換して出力電圧ＶOUT（＞Ｅ）を得る際、リアクトル電流ＩLはスイッチング素子Ｓがチョッパ動作し、リアクトルＬに電磁エネルギーが蓄えられることによって流れる。この電流が所望の値に達することで所望の出力電圧ＶOUTを得ることができる。
【０００９】
ところが、リアクトル電流ＩLは図４中のスイッチング素子ＳがＯＮになっている場合にのみ増加し、スイッチング素子ＳがＯＦＦの場合にはリアクトル電流ＩLは減少する。図５に示したリミッタをかけている状態でＰＷＭスイッチングを行う場合は、スイッチング素子ＳのＯＮとＯＦＦそれぞれの期間が必ず発生し、リアクトル電流ＩLはスイッチング素子ＳのＯＦＦによる電流減少を伴ってしまう。この電流減少はチョッパの立ち上がりにおいても発生するため、所望の電圧ＶOUTを得るまでにスイッチング素子ＳのＯＦＦによるロス時間が発生してしまい、電圧確立が遅れる。リアクトル電流ＩLおよびＶOUTの出力特性を図６に示す。
【００１０】
本発明の目的は、負荷に過電圧を起こすことなく、始動時の電圧確立を高速化できるチョッパの電圧制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、前記の課題を解決するため、チョッパの始動時にスイッチング素子を連続オン制御、またはスイッチング素子のオンデューティ率を高め、チョッパの出力電圧が目標値に近づいたとき、または始動から所定時間に達したときにスイッチング素子を元のオン／オフデューティ率制御に戻すようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
【００１２】
（１）直流電源からリアクトルに流す電流をスイッチング素子のオン／オフデューティ率によって制御し、該リアクトルの出力電流に応じた電圧の直流電力を得るチョッパの電圧制御装置において、
チョッパの始動時にスイッチング素子を連続オン制御またはスイッチング素子のオンデューティ率を高め、チョッパの出力電圧が目標値に近づいたとき、または始動から所定時間に達したときにスイッチング素子を元のオン／オフデューティ率制御に戻す手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
（２）チョッパの出力電圧の指令値とその検出値の差を比例積分する電圧制御アンプと、この電圧制御アンプの出力とキャリア信号とを比較する比較器とによって、直流電源からリアクトルに流す電流を制御するスイッチング素子のオン／オフデューティ率を制御し、該リアクトルの出力電流に応じた電圧の直流電力を得るチョッパの電圧制御装置において、
チョッパの始動時に前記電圧制御アンプの出力電圧リミッタを無効にしてスイッチング素子を連続オン制御する手段と、
チョッパの出力電圧が目標値に近づいたとき、または始動から所定時間に達したときに前記電圧制御アンプの出力電圧リミッタを有効にしてスイッチング素子を元のオン／オフデューティ率制御に戻す手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】
（３）チョッパの出力電圧の指令値とその検出値の差を比例積分する電圧制御アンプと、この電圧制御アンプの出力とキャリア信号とを比較する比較器とによって、直流電源からリアクトルに流す電流を制御するスイッチング素子のオン／オフデューティ率を制御し、該リアクトルの出力電流に応じた電圧の直流電力を得るチョッパの電圧制御装置において、
チョッパの始動時に前記電圧制御アンプの出力電圧リミッタ値を緩和してスイッチング素子のオンデューティ率を高める手段と、
チョッパの出力電圧が目標値に近づいたとき、または始動から所定時間に達したときに前記電圧制御アンプの出力電圧リミッタ値を元に戻してスイッチング素子をオン／オフデューティ率制御する手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
以上のとおり、本発明によれば、チョッパの始動時にスイッチング素子を連続オン制御、またはスイッチング素子のオンデューティ率を高め、チョッパの出力電圧が目標値に近づいたとき、または始動から所定時間に達したときにスイッチング素子を元のオン／オフデューティ率制御に戻すようにしたため、負荷に過電圧を起こすことなく、始動時の電圧確立を高速化できる。
【００１６】
また、制御装置自体の改造で済み、部品や主回路を追加する必要が無いため、コストアップになることはなく、チョッパの制御装置としての汎用性は維持できる。
【００１７】
また、リミッタ無効による連続ＯＮ、あるいはリミッタ緩和によるＯＮ割合増加は始動時のみ行うものであり、通常時は従来のリミッタが有効となり、連続ＯＮあるいはＯＮ割合増加は行わないため、既存のチョッパ制御への障害とはならない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明による昇圧チョッパの電圧制御装置の機能構成図である。昇圧チョッパの主回路は図４と同じ昇圧チョッパ構成とする。電圧制御装置は、チョッパの始動時にスイッチング素子を連続オン制御、またはスイッチング素子のオンデューティ率を高め、チョッパの出力電圧が目標値に近づいたとき、または始動から所定時間に達したときにスイッチング素子を元のオン／オフデューティ率制御に戻す。
【００１９】
ＰＷＭ制御方式による電圧制御装置ＡＶＲの場合は、図１に示すように、チョッパ始動時には出力電圧リミッタを無効にしてスイッチング素子を連続オン制御すること、または出力電圧リミッタ値を緩和してスイッチ素子Ｓのオンデューティ率を高めることにより、リアクトル電流を急速に高める。そして、チョッパ出力電圧ＶOUTが目標値に近づいたとき、または始動から時間Ｔに達したときに、出力電圧リミッタを有効にしてスイッチング素子をオン／オフデューティ率制御に戻して通常のＰＷＭ制御に戻し、または出力電圧リミッタ値を元に戻してスイッチング素子をオン／オフデューティ率制御する。
【００２０】
これら制御により、始動時点から時間Ｔまでは、スイッチング素子Ｓが連続ＯＮになるため、リアクトル電流ＩLは電流減少期間が発生することなく上昇し、チョッパ出力電圧の立ち上がりを高速化する。チョッパ出力電圧が目標値に近づいたときには通常のＰＷＭ制御によって、安定した電圧制御を得る。
【００２１】
図２はＰＷＭ制御方式による電圧制御装置ＡＶＲの実施形態を示す。電圧制御アンプ１はチョッパの出力電圧の指令値Ｖｒｅｆとその検出値Ｖｄｅｔの差をオペアンプと抵抗およびコンデンサより構成される演算回路でＰＩ（比例積分）制御を行い、この出力値とキャリヤをコンパレータ（比較器）２で比較し、この出力にＰＷＭ波形のゲート信号を得る。
【００２２】
ここで、電圧制御アンプ１のリミッタ回路３は、チョッパの運転中にスイッチング素子ＳのＯＦＦ期間を正常に確保できるリミッタ値に設定できるリミッタ部３Ａと、このリミッタ値よりも高いリミッタ値（緩和したリミッタ値）に設定できるリミッタ部３Ｂとを設ける。リミッタ部３Ａと３Ｂは、リミッタ値（電圧）を設定するツェナーダイオードＺＤと直列に半導体スイッチＳＷを設け、このスイッチＳＷのオンでリミッタ値を有効にし、オフでリミッタ値を無効にする。
【００２３】
この構成において、チョッパを始動させる際、始動後から一定期間の間のみ、このリミッタ部３ＡのスイッチＳＷをオフにしてリミッタ動作を無効にし、チョッパ電流ＩLによるリアクトルＬの飽和を許可する。または、リミッタ部３Ａの無効と共に、リミッタ値がリミッタ部３Ａよりも緩和されているリミッタ部３Ｂを有効にし、ＰＩ出力値の出力範囲を増大し、ゲート信号のＯＮ割合を増やす。
【００２４】
リミッタ値の無効化・緩和の解除は、チョッパ電流ＩLが所望の値になった時に行うか、または始動後から一定時間（任意）を経過した際に行う。後者の場合、リミッタ無効化・緩和の時間Ｔは、
Ｔ＝Ｌ×ＩL／（ＶOUT−Ｅ）
で決まる。ここで、Ｌ：リアクトル値、ＶOUT：出力電圧、Ｅ：入力電圧、ＩL：所望のチョッパ電流（任意）である。
【００２５】
図３は、本実施形態の各部波形を示し、図６と比較して、リアクトル電流ＩＬの立ち上がりが速くなっている。スイッチング素子Ｓを時間Ｔを制御することで、立ち上がり時間を短縮できる。
【００２６】
なお、実施形態ではアナログ回路構成のものを示すが、本発明は無停電電源装置におけるインバータの制御も含めてディジタル制御する構成に適用できる。また、昇圧チョッパに適用する場合を示すが、降圧チョッパに適用して同等の作用効果を得ることができる。
【００２７】
また、実施形態ではＰＷＭ制御による電圧制御装置を示すが、一般のチョッパ制御装置において、チョッパの始動時にスイッチング素子を連続オン制御、またはスイッチング素子のオンデューティ率を高め、チョッパの出力電圧が目標値に近づいたとき、または始動から所定時間に達したときにスイッチング素子を元のオン／オフデューティ率制御に戻す構成にして同等の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の昇圧チョッパの電圧制御装置の機能構成図。
【図２】本発明の実施形態を示すＰＷＭ制御方式による電圧制御装置の回路図。
【図３】実施形態の各部波形図。
【図４】昇圧チョッパの主回路構成図。
【図５】ＰＷＭ制御のリミッタ値波形図。
【図６】リアクトル電流と昇圧チョッパ回路の出力電圧波形図。
【符号の説明】
【００２９】
１  電圧制御アンプ
２  比較器
３  リミッタ回路
【図１】
2008289208.tif 000003
【図２】
2008289208.tif 000004
【図３】
2008289208.tif 000005
【図４】
2008289208.tif 000006
【図５】
2008289208.tif 000007
【図６】
2008289208.tif 000008