(57)【要約】【課題】スイッチング周波数が高く、スイッチ素子オン時のスナバ放電抵抗器における損失の小さい昇圧チョッパ装置を提供する。【解決手段】直流電源１に接続され、スイッチ素子４をオンすることにより直流リアクトル３にエネルギを蓄積させ、前記スイッチ素子４のオフ期間にダイオード６を介して前記蓄積エネルギを出力側コンデンサ７に充電することにより負荷２に前記電源１の電圧より高い電圧を供給し、前記スイッチ素子４のオフ時に発生するサージ電圧をスナバコンデンサ９により吸収して前記スイッチ素子４の過電圧による破壊を防止するスナバ回路を備えた昇圧チョッパ装置において、前記スイッチ素子４のオフ期間にサージ電圧まで充電された前記スナバコンデンサ９の電圧を出力側コンデンサ電圧まで放電するスナバ放電抵抗器１１と直列に接続されたスナバ放電リアクトル１２を備えた構成とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源に接続され、スイッチ素子をオンすることにより直流リアクトルにエネルギを蓄積させ、前記スイッチ素子のオフ期間にダイオードを介して前記蓄積エネルギを出力側コンデンサに充電することにより負荷に前記電源の電圧より高い電圧を供給し、前記スイッチ素子のオフ時に発生するサージ電圧をスナバコンデンサにより吸収して前記スイッチ素子の過電圧による破壊を防止するスナバ回路を備えた昇圧チョッパ装置において、前記スイッチ素子のオフ期間にサージ電圧まで充電された前記スナバコンデンサの電圧を出力側コンデンサ電圧まで放電するスナバ放電抵抗器と直列に接続されたスナバ放電リアクトルを備えたことを特徴とする昇圧チョッパ装置。
【請求項２】
スナバ放電リアクトルはスナバ放電抵抗器と出力平滑コンデンサとの接続線を長くすることによって形成されていることを特徴とする請求項１記載の昇圧チョッパ装置。
【請求項３】
直流電源に接続され、スイッチ素子をオンすることにより直流リアクトルにエネルギを蓄積させ、前記スイッチ素子のオフ期間にダイオードを介して前記蓄積エネルギを出力側コンデンサに充電することにより負荷に前記電源の電圧より高い電圧を供給し、前記スイッチ素子のオフ時に発生するサージ電圧をスナバコンデンサにより吸収して前記スイッチ素子の過電圧による破壊を防止するスナバ回路を備えた昇圧チョッパ装置において、前記スイッチ素子のオフ期間にサージ電圧まで充電された前記スナバコンデンサの電圧を出力側コンデンサ電圧まで放電するスナバ放電抵抗器と直列に接続されたスイッチと、スナバコンデンサ電圧と出力側コンデンサ電圧を比較して前記スイッチを開閉制御する比較器とを備えたことを特徴とする昇圧チョッパ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は直流電圧を交流に変換することなく直接昇圧する昇圧チョッパ装置に係り、スイッチ素子のオフ時にサージエネルギを吸収するスナバコンデンサと、オフ期間中に前記サージエネルギを出力電圧まで放電するスナバ放電抵抗器からなるスナバ回路を備えた昇圧チョッパ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直流電圧を交流に変換することなく直接昇圧する昇圧チョッパ装置は、図５に示すように、直流電源１と負荷２のあいだに接続された直流リアクトル３、スイッチ素子４、可飽和リアクトル５、ダイオード６および出力平滑コンデンサ７を備えている。
【０００３】
このような構成によって、スイッチ素子４をオンとすることにより電流は直流電源１から直流リアクトル３、スイッチ素子４に流れて直流リアクトル３にエネルギが蓄積される。オン時間後にスイッチ素子４をオフとすると直流リアクトル３に蓄積されたエネルギはダイオード６を介して出力平滑コンデンサ７に充電され負荷２に供給される。
【０００４】
入力電圧Ｖｉと出力電圧Ｖｏの関係はスイッチ素子４のオン時間ＴＯＮとＴｏｆｆによって決定され、Ｖｏ＝（（ＴＯＮ＋Ｔｏｆｆ）／Ｔｏｆｆ）Ｖｉである。可飽和リアクトル５はスイッチ素子４の電流の立ち上がりを抑制しオフからオン時にダイオード６がオフする間のリバースリカバリ電流の変化率を低減するために挿入されている。
【０００５】
スイッチ素子４のオフ時には線路インダクタンス８を流れていた電流も遮断されるが、この時この電流の変化率と線路インダクタンス８によりスイッチ素子４のＰ側端子にはサージ電圧が発生する。このサージ電圧はスナバダイオード１０を介して出力平滑コンデンサ７と同電位に常時充電されているスナバコンデンサ９に吸収され、スイッチ素子４のＰＮ間の過電圧による破壊を防止する。スナバコンデンサ９に吸収されたサージエネルギは、次のスイッチ素子４のオフ時点までに出力平滑コンデンサ７と同電位までスナバ放電抵抗器１１を介してスナバコンデンサ９との時定数で放電される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術では、低騒音や低入力電流リップルを目的としてスイッチ素子４のスイッチング周波数を上げるためには、スイッチ素子４のオフ時にスナバコンデンサ９に充電されたサージエネルギをスイッチング周期後、次のオフ時までに出力平滑コンデンサ７の電位に放電しなければならないが、スナバコンデンサ９とスナバ放電抵抗器１１の時定数を小さくするためには、スナバコンデンサ９の静電容量を小さくするか、スナバ放電抵抗器１１の抵抗値を小さくしなければならない。
【０００７】
スナバコンデンサ９の静電容量Ｃｓは、線路インダクタンス８のインダクタンスＬｍと、スイッチ素子４のオフ時の遮断電流Ｉｍａｘ、スイッチ素子４のＰＮ間の許容最大電圧Ｖｃｅｐにより下記の［式１］で示される関係により制限されるので、スナバ放電抵抗器１１の抵抗値を小さくする必要が生じる。
Ｃｓ＝Ｌｍ×Ｉｍａｘ２／Ｖｃｅｐ２  …………［式１］
【０００８】
図６のスイッチ素子４のＰＮ間電圧波形３４に示す、スイッチ素子４がオンとなりダイオード６がオフとなるＴＯＮ期間のあいだ、出力平滑コンデンサ７、ダイオード６、スイッチ素子４、可飽和リアクトル５、出力平滑コンデンサ７の電流経路２１の合成インピーダンスをＺ１とし、スナバコンデンサ９、スナバ放電抵抗器１１、ダイオード６、スイッチ素子４、スナバコンデンサ９の電流経路２２の合成インピーダンスをＺ２として、電流経路２１の電流ピーク値をＩＰ２１、電流経路２２の電流ピーク値をＩＰ２２、出力平滑コンデンサ電圧（＝スナバコンデンサ充電電圧）をＥ、ＴＯＮ期間のスイッチ素子４電流ピーク値をＩＰとすれば、ＩＰ２２は次の［式２］の通りとなる。
【０００９】
【数１】
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【００１０】
［式２］から明らかなように、可飽和リアクトル５によりＺ１が大きく、前述の時定数低減のためスナバ放電抵抗器１１によりＺ２が小さくなると、Ｚ１と（Ｚ１＋Ｚ２）の比が大きくなりＩＰ２２の電流分担が多くなることによって、図６のスナバ放電抵抗器１１の電流波形３２のように、スイッチ素子４オフ後のサージエネルギの放電時の損失のみならず、ＴＯＮ期間の電流経路２２によるスナバ放電抵抗器１１の損失が無視できなくなる、そのため、スナバ放電抵抗器１１の抵抗容量増大のため装置の大型化を招くという問題がある。
そこで本発明は、スイッチング周波数が高く、スイッチ素子オン時のスナバ放電抵抗器における損失の小さい昇圧チョッパ装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、直流電源に接続され、スイッチ素子をオンすることにより直流リアクトルにエネルギを蓄積させ、前記スイッチ素子のオフ期間にダイオードを介して前記蓄積エネルギを出力側コンデンサに充電することにより負荷に前記電源の電圧より高い電圧を供給し、前記スイッチ素子のオフ時に発生するサージ電圧をスナバコンデンサにより吸収して前記スイッチ素子の過電圧による破壊を防止するスナバ回路を備えた昇圧チョッパ装置において、前記スイッチ素子のオフ期間にサージ電圧まで充電された前記スナバコンデンサの電圧を出力側コンデンサ電圧まで放電するスナバ放電抵抗器と直列に接続されたスナバ放電リアクトルを備えた構成とする。
【００１２】
この発明によれば、スイッチ素子オン時、ダイオードがオフするまでの期間、スナバコンデンサからスイッチ素子に流れる電流の立ち上がりによりスナバ放電抵抗器に直列に接続されたリアクトルにより逆電圧を発生させてスナバコンデンサの放電を防止し、スナバ放電抵抗器の損失を抑えることができる。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、スナバ放電リアクトルはスナバ放電抵抗器と出力平滑コンデンサとの接続線を長くすることによって形成されている構成とする。
【００１４】
この発明によれば、スイッチ素子オン時、ダイオードがオフするまでの期間、スナバコンデンサからスイッチ素子に流れる電流の立ち上がりによりスナバ放電抵抗器と出力平滑コンデンサとの線路の有するインダクタンスにより電圧を発生させてスナバコンデンサの放電を防止し、スナバ放電抵抗器の損失を抑えることができる。
【００１５】
請求項３の発明は、直流電源に接続され、スイッチ素子をオンすることにより直流リアクトルにエネルギを蓄積させ、前記スイッチ素子のオフ期間にダイオードを介して前記蓄積エネルギを出力側コンデンサに充電することにより負荷に前記電源の電圧より高い電圧を供給し、前記スイッチ素子のオフ時に発生するサージ電圧をスナバコンデンサにより吸収して前記スイッチ素子の過電圧による破壊を防止するスナバ回路を備えた昇圧チョッパ装置において、前記スイッチ素子のオフ期間にサージ電圧まで充電された前記スナバコンデンサの電圧を出力側コンデンサ電圧まで放電するスナバ放電抵抗器と直列に接続されたスイッチと、スナバコンデンサ電圧と出力側コンデンサ電圧を比較して前記スイッチを開閉制御する比較器とを備えた構成とする。
【００１６】
この発明によれば、スイッチ素子オフ時点でスナバコンデンサに蓄積されたサージエネルギを出力側コンデンサ電圧まで放電後にスイッチによりスナバ放電抵抗器を切り離しスイッチ素子オン時には電流が流れないようにして、スナバ放電抵抗器の損失を抑えることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の形態の昇圧チョッパ装置を図１を参照して説明する。本実施の形態の昇圧チョッパ装置は、スナバ放電リアクトル１２をスナバ放電抵抗器１１と直列に接続した構成である。それ以外はすでに説明した図５の回路と同じである。
【００１８】
スナバ放電リアクトル１２のインダクタンス値は、スイッチ素子４がオンとなり、ダイオード６がオフとなるＴＯＮ期間にスナバコンデンサ９、スナバ放電抵抗器１１、スイッチ素子４からスナバコンデンサ９に至る電流経路２２の電流により発生するスナバ放電リアクトルの逆電圧（図２のスイッチ素子４のＰＮ間電圧波形３３に示す。）によりスナバ放電抵抗器１１のピーク電流を抑えるように選定する。
【００１９】
スイッチ素子４のＴＯＮ時のスナバコンデンサ９、スナバ放電抵抗器１１、スナバ放電リアクトル１２による電流経路２２の電流値は下記のＲＬＣ放電の［式３］により表すことができる。
【００２０】
【数２】
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【００２１】
［式３］によって、ＴＯＮ時間内に電流経路２２の所望の電流値を得ることができ、スイッチ周期内でサージエネルギを放電することのできるスナバ放電リアクトル１２を直列に接続することによりスナバ放電抵抗器１１の損失を低減することができる。
【００２２】
図３は本発明の第２の形態の昇圧チョッパ装置の回路図である。本実施の形態の特徴はスナバ放電抵抗器１１と直列に接続されたスイッチ１３にある。スイッチ１３は、スナバコンデンサ９の電圧が出力平滑コンデンサ７の電圧より大きい場合に比較器１４により接続状態となる。スイッチ素子４のオフ時に線路インダクタンス８に発生するサージエネルギによりスナバコンデンサ９の電圧が出力平滑コンデンサ７の電圧よりも高くなると、比較器１４によりスイッチ１３が接続状態とされ、スナバ放電抵抗器１１を経て出力平滑コンデンサ７の電圧まで放電される。
【００２３】
放電によりスナバコンデンサ９の電圧と出力平滑コンデンサ７の電圧が等しくなると、スイッチ１３によりスナバ放電抵抗器１１が切り離され、スイッチ素子４のオン時のＴＯＮ期間のスナバコンデンサ９からの放電を防止し、スナバ放電抵抗器１１による損失を抑える。
【００２４】
図４は本発明の第３の形態の昇圧チョッパ装置の回路図である。本実施の形態は、スナバ放電抵抗器１１から出力平滑コンデンサ７までの配線長を長くした構成である。こうして得られる放電回路線路インダクタンス１５により、第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、スイッチング周波数が高く、スイッチ素子オン時のスナバ放電抵抗器における損失の小さい昇圧チョッパ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の昇圧チョッパ装置の回路図。
【図２】上記第１の実施の形態の昇圧チョッパ装置の動作を説明する特性線図。
【図３】本発明の第２の形態の昇圧チョッパ装置の回路図。
【図４】本発明の第３の形態の昇圧チョッパ装置の回路図。
【図５】従来の昇圧チョッパ装置の回路図。
【図６】従来の昇圧チョッパ装置の動作を説明する特性線図。
【符号の説明】
１…直流電源、２…負荷、３…直流リアクトル、４…スイッチ素子、５…可飽和リアクトル、６…ダイオード、７…出力平滑コンデンサ、８…線路インダクタンス、９…スナバコンデンサ、１０…スナバダイオード、１１…スナバ放電抵抗器、１２…スナバ放電リアクトル、１３…スイッチ、１４…比較器、１５…放電回路線路インダクタンス、２１，２２…電流経路、３２…スナバ放電抵抗器電流、３３，３４…スイッチ素子ＰＮ間電圧。
【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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