(57)【要約】【課題】直流電圧に重畳するリップル電圧を低減し、直流電圧発生装置の出力変動に対しても、直流電圧発生装置の出力電圧を高速に制御し、高安定な直流電圧を負荷に供給できる直流電圧発生装置を提供する。【解決手段】直流電圧発生装置において、制御装置は、出力電圧を基準電圧に制御するように共振型コンバータのスイッチング周波数を決定する周波数決定手段と、周波数決定手段により決定されたスイッチング周波数をｎ台すべて同期させて可変とし、任意のスイッチング周波数においてもｎ台の共振型コンバータの第１、第４と第２、第３のスイッチングタイミングがすべて異なるタイミングでかつ等間隔で点弧するような点弧指令発生手段を備えているので、直流電圧発生装置の出力電圧に重畳する電圧リップルを低減し、直流電圧発生装置の負荷が間欠動作した時の出力電圧の過渡的な変動に対しても、直流電圧発生装置の出力電圧を高速に制御し、高安定な直流電圧を負荷に供給することが可能となる。【選択図】　図１
2004056838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、
第１のスイッチング素子を正極側、第２のスイッチング素子を負極側とする第１のスイッチ直列接続回路と、第３のスイッチング素子を正極側、第４のスイッチング素子を負極側とする第２のスイッチ直列接続回路とが並列接続され、前記各スイッチ直列接続回路の正極側が前記直流電源の正極に接続され、前記各スイッチ直列接続回路の負極側が前記直流電源の負極に接続され、前記第１〜第４のスイッチング素子にそれぞれ還流用ダイオードが逆並列接続されたインバータ回路と、
前記第１及び第２のスイッチング素子の相互接続点と前記第３及び第４のスイッチング素子の相互接続点との間に、キャパシタンスを介して１次巻線が接続されたトランスと、
前記トランスの２次巻線に接続された全波整流回路と、
制御装置からの点弧指令により、所定のパルス幅で、第１、第４のスイッチング素子と第２、第３のスイッチング素子を同時に点弧させる駆動回路で構成される単位構成の共振型コンバータと、
前記単位構成の共振型コンバータｎ台の入力を、前記直流電源に並列接続し、前記単位構成の共振型コンバータｎ台の出力を並列接続し、ｎ台の共振型コンバータの出力に出力電圧平滑化用の平滑コンデンサを並列に接続した直流電圧発生装置において、
前記制御装置は、出力電圧を基準電圧に制御するように共振型コンバータのスイッチング周波数を決定する周波数決定手段と、前記周波数決定手段により決定されたスイッチング周波数をｎ台の共振型コンバータすべてを同期させて可変とし、任意のスイッチング周波数においてもｎ台の共振型コンバータの第１、第４と第２、第３のスイッチングタイミングがすべて異なるタイミングでかつ等間隔で点弧するような点弧指令発生手段を備えていることを特徴とする直流電圧発生装置。
【請求項２】
請求項１記載の直流電圧発生装置において、前記制御装置は、出力電圧を基準電圧に制御するように共振型コンバータのスイッチング周波数を決定する周波数決定手段と、前記周波数決定手段の出力を入力とし、スイッチング周波数のｎ／２倍の可変周波数の正弦波を発生させる電圧制御発振器と、前記電圧制御発振器の正弦波出力と第１〜第２ｎ番目のゼロクロスを検出するコンパレータと、第ｍ番目（１≦ｍ≦ｎ）のゼロクロスのタイミングで、第ｍの共振型コンバータの第１、第４のスイッチング素子が点弧し、第（ｍ＋ｎ）のタイミングで第ｍの共振型コンバータの第２、第３のスイッチング素子が点弧するような点弧指令を発生させる点弧指令発生器と、第ｍ番目の点弧指令の出力を検出し、第（ｍ＋１）番目のゼロクロスコンパレータの検出を有効とする切換えスイッチを備えていることを特徴とする直流電圧発生装置。
【請求項３】
請求項１記載の直流電圧発生装置において、前記制御装置は、共振型コンバータのスイッチング周波数を決定する周波数決定手段と、前記周波数決定手段の出力を入力とし、出力が一定値に達した時出力値をリセットするアナログ積分器と、第１〜第２ｎの異なる検出値を持つコンパレータと、前記アナログ積分器の出力が、第ｍ番目（１≦ｍ≦ｎ）のコンパレータ検出値に達したタイミングで第ｍの共振型コンバータの第１、第４のスイッチング素子が点弧し、第（ｎ＋ｍ）のタイミングで第ｍの共振型コンバータの第２、第３のスイッチング素子を点弧するような点弧指令を発生させる点弧指令発生器を備えていることを特徴とする直流電圧発生装置。
【請求項４】
請求項１記載の直流電圧発生装置において、前記制御装置は、共振型コンバータのスイッチング周波数を決定しディジタル信号を出力するスイッチング周波数決定手段と、前記周波数決定手段のディジタル出力を入力とし、一定サンプリングで前記電圧指令値を加算するディジタル加算器と、第１〜第２ｎの異なる検出値を持つディジタルコンパレータと、前記ディジタル加算器の出力が第ｍ番目（１≦ｍ≦ｎ）のコンパレータ検出値に達したタイミングで第ｍ番目の共振型コンバータの第１、第４のスイッチング素子が点弧し、第（ｎ＋ｍ）のタイミングで第ｍの共振型コンバータの第２、第３のスイッチング素子を点弧するような点弧指令を発生させる点弧指令発生器を備えていることを特徴とする直流電圧発生装置。
【請求項５】
直流電源と、
第１のスイッチング素子を正極側、第２のスイッチング素子を負極側とする第１のスイッチ直列接続回路と、第３のスイッチング素子を正極側、第４のスイッチング素子を負極側とする第２のスイッチ直列接続回路とが並列接続され、前記各スイッチ直列接続回路の正極側が前記直流電源の正極に接続され、前記各スイッチ直列接続回路の負極端子が前記直流電源の負極に接続され、前記第１〜第４のスイッチング素子にそれぞれ還流用ダイオードが逆並列接続されたインバータ回路と、
前記第１及び第２のスイッチング素子の相互接続点と前記第３及び第４のスイッチング素子の相互接続点との間に、キャパシタンスを介して１次巻線が接続されたトランスと、
前記トランスの２次巻線に接続された全波整流回路と、
制御装置からの点弧指令により、所定のパルス幅で、第１、第４のスイッチング素子と第２、第３のスイッチング素子を同時に点弧させる駆動回路とで構成される単位構成の共振型コンバータと、
前記単位構成の共振型コンバータｎ台の入力を、前記直流電源に並列接続し、前記単位構成の共振型コンバータｎ台の出力を並列接続し、ｎ台の共振型コンバータの出力に出力電圧平滑化用の平滑コンデンサを並列に接続した直流電圧発生装置において、
前記制御装置は、出力電圧を基準電圧に制御するように共振型コンバータのスイッチング周波数を決定する周波数決定手段と、前記周波数決定手段により決定されたスイッチング周波数をｎ台の共振型コンバータすべてを同期させて可変とし、ｎ台の共振型コンバータの第２、第３のスイッチング素子の点弧タイミングが第１、第４のスイッチング素子の点弧タイミングから一定の遅延時間で点弧するような点弧指令を発生させる点弧指令発生器を備えていることを特徴とする直流電圧発生装置。
【請求項６】
請求項５記載の直流電圧発生装置において、前記制御装置は、共振型コンバータのスイッチング周波数を決定する周波数決定手段と、前記周波数決定手段の出力を入力とし、スイッチング周波数のｎ倍の可変周波数の正弦波を発生させる電圧制御発振器と、前記電圧制御発振器の正弦波出力と第１〜第ｎ番目のゼロクロスを検出するコンパレータと、第ｍ番目（１≦ｍ≦ｎ）のゼロクロスのタイミングで第ｍの共振型コンバータの第１、第４のスイッチング素子が点弧し、一定の遅延時間を持って第２、第３のスイッチング素子が点弧するような点弧指令を発生させる点弧指令発生器を備えていることを特徴とする直流電圧発生装置。
【請求項７】
請求項５に記載の直流電圧発生装置において、前記制御装置は、共振型コンバータのスイッチング周波数を決定する周波数決定手段と、前記周波数決定手段の出力を入力とし、出力が一定値に達した時出力値をリセットするアナログ積分器と、第１〜第ｎの異なる検出値を持つコンパレータと、前記アナログ積分器の出力が第ｍ番目（１≦ｍ≦ｎ）のコンパレータ検出値に達したタイミングで第ｍの共振型コンバータの第１、第４のスイッチング素子が点弧し、一定の遅延時間を持って第２、第３のスイッチング素子が点弧するような点弧指令を発生させる点弧指令発生器を備えていることを特徴とする直流電圧発生装置。
【請求項８】
請求項５に記載の直流電圧発生装置において、前記制御装置は、共振型コンバータのスイッチング周波数を決定しディジタル信号を出力するスイッチング周波数決定手段と、前記周波数決定手段のディジタル出力を入力とし、一定のサンプリングで前記電圧指令値を加算するディジタル加算器と、第１〜第ｎの異なる検出値を持つディジタルコンパレータと、前記ディジタル加算器の出力がｍ番目（１≦ｍ≦ｎ）のコンパレータ検出値に達したタイミングで第ｍの共振型コンバータの第１、第４のスイッチング素子が点弧し、一定の遅延時間を持って第２、第３のスイッチング素子が点弧するような点弧指令を発生させる点弧指令発生器を備えていることを特徴とする直流電圧発生装置。
【請求項９】
請求項５ないし請求項８のいずれかに記載の直流電圧発生装置において、前記点弧指令発生器における一定の遅延時間τＤは、共振型コンバータの最大スイッチング周波数をｆｍａｘとしたとき、
τＤ　＝　１／（２×ｆｍａｘ）
となるような点弧指令を発生させることを特徴とする直流電圧発生装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の直流電圧発生装置において、前記制御装置は、直流電圧発生装置の負荷に流出する負荷電流値を検出し、この検出値に前記直流電圧発生装置から供給される電流値が等しくなるように所定の定数を乗じた値を前記制御装置の出力に加算し、前記加算値によってスイッチング素子のスイッチング周波数を決定することを特徴とする直流電圧発生装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の直流電圧発生装置において、電流検出値に乗ずる定数は、共振型コンバータの最大スイッチング周波数がｆｍａｘ、共振型コンバータの出力電流値がＩｍａｘであるとき、ｆｍａｘ／Ｉｍａｘとなる値としたことを特徴とする直流電圧発生装置。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の直流電圧発生装置において、前記制御装置と第１、第４のスイッチング素子及び第２、第３のスイッチング素子のスイッチング素子駆動回路への点弧指令の伝送手段を光信号としたことを特徴とする直流電圧発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流電圧発生装置に係わり、特に、大容量向けに小容量ユニットを複数台並列接続した構成により低リップルで高安定な直流電力を供給する直流電圧発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
共振型コンバータをｎ台並列接続した従来の直流電圧発生装置を図１６の回路図を参照して説明する。
図に示すように、共振型コンバータ１は、直流電源１と，第１〜第４のスイッチング素子２ａ〜２ｄと，この第１〜第４スイッチング素子と逆並列に接続された第１〜第４還流用ダイオード３ａ〜３ｄで構成されるインバータ部と、共振用コンデンサ４と、インダクタンス５と、昇圧用トランス６と、全波整流器７と、スイッチング素子駆動回路８とから構成されている。スイッチング素子駆動回路８は、制御装置１３からの点弧指令トリガ１１及び１２により、スイッチング素子２ａ、２ｄ、及びスイッチング素子２ｂ、２ｃをそれぞれ同時に所定の期間点弧する。スイッチング素子２ａ、２ｄを点弧すると、図１７に示すような共振電流Ｉａがスイッチング素子２ａ、２ｄを通して流れ、戻りの電流Ｉｂが、還流用ダイオード３ａ、３ｄに流れる。この動作終了後、スイッチング素子２ｂ、２ｃを点弧させると、共振電流Ｉｃがスイッチング素子２ｂ、２ｃを通して流れ、戻りの電流Ｉｄが還流用ダイオード３ｂ、３ｃに流れる。この動作をスイッチング１周期とする。また共振電流を全波整流回路７により整流し、平滑コンデンサ９を充電する。図中コンデンサ電圧は無負荷時の電圧である。
【０００３】
このように、従来の直流電圧発生装置では、ｎ台の共振型コンバータそれぞれに、スイッチング素子駆動回路に点弧指令を発生させる制御装置を持っており、ｎ台それぞれ非同期に運転していた。また、スイッチング周波数は固定周波数で、出力電圧を基準値に保つためには、共振型コンバータの入力電圧を変化させることで制御していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の直流電圧発生装置では、ｎ台の共振型コンバータが非同期に運転しているため、図１８に示すように、複数台の共振型コンバータのスイッチング素子の点弧指令が重畳する部分が発生し、重畳した部分では平滑コンデンサを充電する共振電流が増大する。このため、出力のリップル電圧が増大するという問題があった。例えばｍ台の共振型コンバータのスイッチング素子の点弧指令が重畳した場合、図１９に示すように、共振電流の波高値は１台の共振電流のｍ倍となり、この時の電圧上昇は、１台の共振電流の電荷供給による平滑コンデンサ９の電圧上昇をΔＶ１とすると、ｍ倍の共振電流波高値の時はｍ×ΔＶ１となり、リップル電圧が増加する。
【０００５】
また、共振型コンバータの入力電圧を高速に制御することが困難であるため、直流電圧発生装置の負荷が間欠動作した時の出力変動により、直流電圧発生装置の出力電圧が過渡的に変動し、負荷の出力に影響を与えるといった問題を生じていた。
【０００６】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、その課題は直流電圧に重畳するリップル電圧を低減し、直流電圧発生装置の負荷が間欠動作した時の出力変動に対しても、直流電圧発生装置の出力電圧を高速に制御し、高安定な直流電圧を負荷に供給できる直流電圧発生装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、直流電源と、第１のスイッチング素子を正極側、第２のスイッチング素子を負極側とするスイッチ直列接続回路と、第３のスイッチング素子を正極側、第４のスイッチング素子を負極側とするスイッチ直列接続回路とが並列接続され、前記スイッチ直列接続回路の正極側が前記直流電源の正極に接続され、前記各スイッチ直列接続回路の負極端子が前記直流電源の負極に接続され、前記第１〜４のスイッチング素子にそれぞれ還流用ダイオードが逆並列接続されたインバータ回路と、前記第１及び第２のスイッチング素子の相互接続点と前記第３及び第４のスイッチング素子の相互接続点との間に、キャパシタンスを介して１次巻線が接続されたトランスと、前記トランスの２次巻線に接続された全波整流回路と、制御装置からの点弧指令により、所定のパルス幅で、第１、第４のスイッチング素子と第２、第３のスイッチング素子を同時に点弧させる駆動回路で構成される単位構成の共振型コンバータと、前記単位構成の共振型コンバータｎ台の入力を、前記直流電源に並列接続し、前記単位構成の共振型コンバータｎ台の出力を並列接続し、ｎ台の共振型コンバータの出力に出力電圧平滑化用の平滑コンデンサを並列に接続した直流電圧発生装置において、前記制御装置は、出力電圧を基準電圧に制御するように共振型コンバータのスイッチング周波数を決定する周波数決定手段と、前記周波数決定手段により決定されたスイッチング周波数をｎ台の共振型コンバータすべてを同期させて可変とし、任意のスイッチング周波数においてもｎ台の共振型コンバータの第１、第４と第２、第３のスイッチングタイミングがすべて異なるタイミングでかつ等間隔で点弧するような点弧指令発生手段を備えていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の直流電圧発生装置において、前記制御装置は、出力電圧を基準電圧に制御するように共振型コンバータのスイッチング周波数を決定する周波数決定手段と、前記周波数決定手段の出力を入力とし、スイッチング周波数のｎ／２倍の可変周波数の正弦波を発生させる電圧制御発振器と、前記電圧制御発振器の正弦波出力と第１〜第２ｎ番目のゼロクロスを検出するコンパレータと、第ｍ番目（１≦ｍ≦ｎ）のゼロクロスのタイミングで、第ｍの共振型コンバータの第１、第４のスイッチング素子が点弧し、第（ｍ＋ｎ）のタイミングで第ｍの共振型コンバータの第２、第３のスイッチング素子が点弧するような点弧指令を発生させる点弧指令発生器と、第ｍ番目の点弧指令の出力を検出し、第（ｍ＋１）番目のゼロクロスコンパレータの検出を有効とする切換えスイッチを備えていることを特徴とする。
【０００９】
請求項１及び請求項２に記載の発明によれば、ｎ台の共振型コンバータのスイッチング素子駆動回路に点弧指令を発生させる制御装置は、ｎ台の共振型コンバータのスイッチング周波数をｎ台同期させて可変とし、どのようなスイッチング周波数においてもｎ台の共振型コンバータの第１、第４と第２、第３のスイッチングタイミングがすべて異なるタイミングで点弧するような点弧指令を発生させることができるので、平滑コンデンサを充電する共振電流の重畳をなくすことができ、リップル電圧を小さくすることことができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１記載の直流電圧発生装置において、前記制御装置は、共振型コンバータのスイッチング周波数を決定する周波数決定手段と、前記周波数決定手段の出力を入力とし、出力が一定値に達した時出力値をリセットするアナログ積分器と、第１〜第２ｎの異なる検出値を持つコンパレータと、前記アナログ積分器の出力が、第ｍ番目（１≦ｍ≦ｎ）のコンパレータ検出値に達したタイミングで第ｍの共振型コンバータの第１、第４のスイッチング素子が点弧し、第（ｎ＋ｍ）のタイミングで第ｍの共振型コンバータの第２、第３のスイッチング素子を点弧するような点弧指令を発生させる点弧指令発生器を備えていることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明によれば、ｎ台の第１、第４および第２、第３のスイッチング素子の点弧タイミングを等間隔にずらすことで、平滑コンデンサを充電する共振電流の重畳をなくすことができるので、リップル電圧を小さくすることができるばかりでなく、コンパレータ選択回路を省略することで回路構成を簡略化することができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１記載の直流電圧発生装置において、前記制御装置は、共振型コンバータのスイッチング周波数を決定しディジタル信号を出力するスイッチング周波数決定手段と、前記周波数決定手段のディジタル出力を入力とし、一定サンプリングで前記電圧指令値を加算するディジタル加算器と、第１〜第２ｎの異なる検出値を持つディジタルコンパレータと、前記ディジタル加算器の出力が第ｍ番目（１≦ｍ≦ｎ）のコンパレータ検出値に達したタイミングで第ｍ番目の共振型コンバータの第１、第４のスイッチング素子が点弧し、第（ｎ＋ｍ）のタイミングで第ｍの共振型コンバータの第２、第３のスイッチング素子を点弧するような点弧指令を発生させる点弧指令発生器を備えていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明によれば、ｎ台の共振型コンバータの第１、第４および第２、第３のスイッチング素子の点弧タイミングを等間隔にずらすことで、平滑コンデンサを充電する共振電流の重畳をなくすことができるので、リップル電圧を小さくすることができるばかりでなく、コンパレータ選択回路を省略することで回路構成を簡略化することができる。また、アナログ積分器を用いず、温度ドリフトの影響を受けないため、ｎ台の共振型コンバータの第１、第４及び第２、第３のスイッチング素子の点弧タイミングを安定に出力することができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、直流電源と、第１のスイッチング素子を正極側、第２のスイッチング素子を負極側とする第１のスイッチ直列接続回路と、第３のスイッチング素子を正極側、第４のスイッチング素子を負極側とする第２のスイッチ直列接続回路とが並列接続され、前記各スイッチ直列接続回路の正極側が前記直流電源の正極に接続され、前記各スイッチ直列接続回路の負極端子が前記直流電源の負極に接続され、前記第１〜第４のスイッチング素子にそれぞれ還流用ダイオードが逆並列接続されたインバータ回路と、前記第１及び第２のスイッチング素子の相互接続点と前記第３及び第４のスイッチング素子の相互接続点との間に、キャパシタンスを介して１次巻線が接続されたトランスと、前記トランスの２次巻線に接続された全波整流回路と、制御装置からの点弧指令により、所定のパルス幅で、第１、第４のスイッチング素子と第２、第３のスイッチング素子を同時に点弧させる駆動回路とで構成される単位構成の共振型コンバータと、前記単位構成の共振型コンバータｎ台の入力を、前記直流電源に並列接続し、前記単位構成の共振型コンバータｎ台の出力を並列接続し、ｎ台の共振型コンバータの出力に出力電圧平滑化用の平滑コンデンサを並列に接続した直流電圧発生装置において、前記制御装置は、出力電圧を基準電圧に制御するように共振型コンバータのスイッチング周波数を決定する周波数決定手段と、前記周波数決定手段により決定されたスイッチング周波数をｎ台の共振型コンパレータすべてを同期させて可変とし、ｎ台の共振型コンバータの第２、第３のスイッチング素子の点弧タイミングが第１、第４のスイッチング素子の点弧タイミングから一定の遅延時間で点弧するような点弧指令を発生させる点弧指令発生器を備えていることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の発明によれば、ｎ台の共振型コンバータの第１、第４のスイッチング素子の点弧タイミングをずらすことができ、平滑コンデンサを充電する共振電流の重畳をなくすことで、リップル電圧を小さくすることができるばかりでなく、第１、第４のスイッチング素子の点弧タイミングと、第２、第３のスイッチング素子の点弧タイミングの間隔を一定とすることで、回路構成を簡略化することができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項５記載の直流電圧発生装置において、前記制御装置は、共振型コンバータのスイッチング周波数を決定する周波数決定手段と、前記周波数決定手段の出力を入力とし、スイッチング周波数のｎ倍の可変周波数の正弦波を発生させる電圧制御発振器と、前記電圧制御発振器の正弦波出力と第１〜第ｎ番目のゼロクロスを検出するコンパレータと、第ｍ番目（１≦ｍ≦ｎ）のゼロクロスのタイミングで第ｍの共振型コンバータの第１、第４のスイッチング素子が点弧し、一定の遅延時間を持って第２、第３のスイッチング素子が点弧するような点弧指令を発生させる点弧指令発生器を備えていることを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の発明によれば、ｎ台の共振型コンバータの第１、第４のスイッチング素子の点弧タイミングをずらすことで、平滑コンデンサを充電する共振電流の重畳をなくすことができるので、リップル電圧を小さくすることができるばかりでなく、コンパレータ選択回路を省略することで回路構成を簡略化することができる。
【００１８】
更に、第１、第４のスイッチング素子の点弧タイミングと、第２、第３のスイッチング素子の点弧タイミングの間隔を一定とすることで、回路構成を簡略化することができる。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の直流電圧発生装置において、前記制御装置は、共振型コンバータのスイッチング周波数を決定する周波数決定手段と、前記周波数決定手段の出力を入力とし、出力が一定値に達した時出力値をリセットするアナログ積分器と、第１〜第ｎの異なる検出値を持つコンパレータと、前記アナログ積分器の出力が第ｍ番目（１≦ｍ≦ｎ）のコンパレータ検出値に達したタイミングで第ｍの共振型コンバータの第１、第４のスイッチング素子が点弧し、一定の遅延時間を持って第２、第３のスイッチング素子が点弧するような点弧指令を発生させる点弧指令発生器を備えていることを特徴とする。
【００２０】
請求項７に記載の発明によれば、ｎ台の共振型コンバータのスイッチング素子駆動回路の点弧指令を発生させる制御装置は、出力電圧を基準電圧に制御するように共振型コンバータのスイッチング周波数を決定する周波数決定手段と、前記スイッチング周波数決定手段の出力を入力とし、出力が一定値に達した時出力値をリセットするアナログ積分器と、第１〜第ｎの異なる検出値を持つコンパレータと、前記アナログ積分器出力がｍ（１≦ｍ≦ｎ）番目のコンパレータ検出値に達したタイミングで第ｍの共振型コンバータの第１、第４のスイッチング素子が点弧し、一定の遅延時間を持って第２、第３のスイッチング素子が点弧するような点弧指令を発生させる点弧指令発生器により構成されることにより、ｎ台の共振型コンバータの第１、第４および第２、第３のスイッチング素子の点弧タイミングをずらすことで、平滑コンデンサを充電する電流の重畳をなくすことができるので、リップル電圧を小さくすることができるばかりでなく、コンパレータ選択回路を省略することで回路構成を簡略化することができる。
【００２１】
更に、第１、第４のスイッチング素子の点弧タイミングと、第２、第３のスイッチング素子の点弧タイミングの間隔を一定とすることで、回路構成を簡略化することができる。
【００２２】
請求項８に記載の発明は、請求項５に記載の直流電圧発生装置において、前記制御装置は、共振型コンバータのスイッチング周波数を決定しディジタル信号を出力するスイッチング周波数決定手段と、前記周波数決定手段のディジタル出力を入力とし、一定のサンプリングで前記電圧指令値を加算するディジタル加算器と、第１〜第ｎの異なる検出値を持つディジタルコンパレータと、前記ディジタル加算器の出力がｍ番目（１≦ｍ≦ｎ）のコンパレータ検出値に達したタイミングで第ｍの共振型コンバータの第１、第４のスイッチング素子が点弧し、一定の遅延時間を持って第２、第３のスイッチング素子が点弧するような点弧指令を発生させる点弧指令発生器を備えていることを特徴とする。
【００２３】
請求項８に記載の発明によれば、ｎ台の共振型コンバータの第１、第４のスイッチング素子の点弧タイミングをずらすことで、平滑コンデンサを充電する共振電流の重畳をなくすことができるので、リップル電圧を小さくすることができるばかりでなく、コンパレータ選択回路を省略することで回路構成を簡略化することができる。また、アナログ素子を使用せず、温度ドリフトの影響を受けないため、ｎ台の共振型コンバータの第１、第４及び第２、第３のスイッチング素子の点弧タイミングを安定に出力することができる。
【００２４】
更に、第１、第４のスイッチング素子の点弧タイミングと、第２、第３のスイッチング素子の点弧タイミングの間隔を固定とすることで、回路構成を簡略化することができる。
【００２５】
請求項９に記載の発明は、請求項５ないし請求項８のいずれかに記載の直流電圧発生装置において、前記点弧指令発生器における一定の遅延時間τＤは、共振型コンバータの最大スイッチング周波数をｆｍａｘとしたとき、
τＤ　＝　１／（２×ｆｍａｘ）
となるような点弧指令を発生させることを特徴とする。
【００２６】
請求項９に記載の発明によれば、請求項５ないし請求項８のいずれかに記載の直流電圧発生装置において、一定の遅延時間τＤは共振型コンバータの最大スイッチング周波数をｆｍａｘとした時、
τＤ　＝　１／（２×ｆｍａｘ）
とすることで、請求項５記載の直流電圧発生装置の効果を損なうことなく、共振型コンバータの最大スイッチング時、ｎ台の共振型コンバータの第１、第４のスイッチング素子の点弧タイミングと、第２、第３のスイッチング素子の点弧タイミングをすべて等間隔とすることで、リップル電圧を最小とすることができる。
【００２７】
請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の直流電圧発生装置において、前記制御装置は、直流電圧発生装置の負荷に流出する負荷電流値を検出し，この検出値に前記直流電圧発生装置から供給される電流値が、等しくなるように所定の定数を乗じた値を当該制御装置の出力に加算し、前記加算値によってスイッチング素子のスイッチング周波数を決定することを特徴とする。
【００２８】
請求項１０に記載の発明によれば、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の効果を得ることができるばかりでなく、負荷の出力状態が急変した時、直流電圧発生装置の出力電圧を高速制御することができ、出力電圧の過渡変動を抑制することができる。
【００２９】
請求項１１に記載の発明は、請求項１０記載の直流電圧発生装置において、電流検出値に乗ずる定数は、共振型コンバータの最大スイッチング周波数がｆｍａｘ、共振型コンバータの出力電流値がＩｍａｘであるとき、ｆｍａｘ／Ｉｍａｘとなる値としたことを特徴とする。
【００３０】
請求項１１に記載の発明によれば、共振型コンバータの最大周波数がｆｍａｘの時に負荷に供給できる電流値をＩｍａｘとした時、負荷電流値ＩＬの時、スイッチング周波数が
ｆｍａｘ×ＩＬ／Ｉｍａｘ
となる値をフィードバック制御の出力に加算することで、請求項１０に記載の負荷に流出する電流値と、直流電圧発生装置から供給する電流値を等しくすることができ、出力電圧の過渡変動を最小にすることができる。
【００３１】
請求項１２に記載の発明は、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の直流電圧発生装置において、前記制御装置と第１、第４のスイッチング素子及び第２、第３のスイッチング素子のスイッチング素子駆動回路への点弧指令の伝送手段を光信号としたことを特徴とする。
【００３２】
請求項１２に記載の発明によれば、点弧指令発生装置と第１、第４のスイッチング素子及び第２、第３のスイッチング素子のスイッチング素子駆動回路の伝送手段を光信号としたことにより、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の効果を得ることができるばかりでなく、ノイズによる影響を抑え、高速かつ安定して制御装置からスイッチング素子にスイッチング素子点弧指令トリガを送信することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照し説明する。
図１は、本発明の第１実施形態の直流電圧発生装置の回路図であり、既に説明した図１７の従来の直流電圧発生装置と同一構成要素には、同一符号を付してその説明を省略する。
【００３４】
図に示すように、本実施形態は、ｎ台の共振型コンバータ１乃至ｎのスイッチング素子駆動回路８に点弧指令を発生させる１台の制御装置２１を備えている。この制御装置２１は、出力電圧を基準電圧に制御するようにスイッチング周波数を決定する図示しない周波数決定手段と、この周波数決定手段により決定されたｎ台の共振型コンバータ１乃至ｎのスイッチング周波数をｎ台すべて同期させて可変とし、任意のスイッチング周波数においてもｎ台の共振型コンバータ１乃至ｎのスイッチング素子２ａ、２ｄと、２ｂ、２ｃのスイッチングタイミングがすべて異なるタイミングで、かつ等間隔で点弧するような点弧指令を発生させるように構成されている。
【００３５】
このときの点弧指令トリガ及び共振電流の波形を図２に示す。
図に示すように、点弧指令トリガが異なるタイミングで、かつ等間隔で点弧するため、共振電流のピークが等間隔でずれている。すなわち、スイッチング１周期が短いときは周波数が高く、スイッチング１周期が長いときは周波数が低くなっている。このため、複数の共振電流波形が重畳することが無いため、スイッチング素子２ａ、２ｄまたは、２ｂ、２ｃで発生する共振電流による供給電荷量をΔＱ、平滑コンデンサ９の容量をＣＬとすると、電圧リップルΔＶは、下記（１）式で表わされる。
ΔＶ　≦　ΔＱ／ＣＬ　…（１）
【００３６】
図３は本発明の第２実施形態の直流電圧発生装置の制御装置の回路図であり、図４はその動作を示す波形図である。
図に示すように、本実施形態では、スイッチング周波数決定手段の出力はスイッチング１周期のｎ倍の周波数となる値とし、このスイッチング周波数決定手段の出力を入力として電圧制御発振器２３に入力する。電圧制御発振器２３の出力に２ｎ個のゼロクロスコンパレータ２５を接続し、ゼロクロスのタイミングでスイッチング素子駆動回路８に対して点弧指令トリガを発生させる。また、ゼロクロスコンパレータ（ＣＰ１，ＣＰ２，…ＣＰ２ｎ）２５は、コンパレータ選択スイッチ２４が選択しているもののみが有効となり、点弧指令パルスが発生する度に、コンパレータ選択スイッチ２４により、有効なゼロクロスコンパレータ２５をＣＰ１、ＣＰ２…ＣＰ２ｎの順に切換えることで、図４に示すように点弧指令トリガをＡ１、Ａ２…Ｂ１、…Ｂｎの順に発生させる。スイッチング１周期が短いと高いスイッチング周波数が得られ、スイッチング周波数が長いと低いスイッチング周波数が得られる。
【００３７】
図５は本発明の第３実施形態の直流電圧発生装置の制御装置の回路図であり、図６はその動作を示す波形図である。
図に示すように、本実施形態では、アナログ積分器２６は出力電圧が一定電圧ＶＨに達した時、リセット回路２７により出力電圧をリセットして０とする機能を持っている。
【００３８】
アナログ積分器２６の出力電圧が０→ＶＨ間での時間が、スイッチング１周期となる値をスイッチング周波数決定手段の出力とし、その出力をアナログ積分器２６に入力する。アナログ積分器の出力に２ｎ個のコンパレータ２５（ＣＰ１〜ＣＰ２ｎ）を接続し、それぞれの検出値の間隔はＶＨ／２ｎとする。２ｎ個のコンパレータ２５は検出値の小さい方からＣＰ１〜ＣＰ２ｎとし、ＣＰ１〜ＣＰｎの出力は、ｎ台の共振型コンバータのスイッチング素子２ａ、２ｄの点弧指令トリガであり、ＣＰ（ｎ＋１）〜ＣＰ２ｎはスイッチング素子２ｂ、２ｃの点弧指令トリガである。コンパレータは、アナログ積分器２６の出力がコンパレータ検出値に達した時、図６に示すようにスイッチング素子駆動回路にスイッチング素子点弧指令トリガＡ１、Ａ２…Ｂ１、…Ｂｎを発生させる。スイッチング１周期が短いと高いスイッチング周波数が得られ、スイッチング周波数が長いと低いスイッチング周波数が得られる。
【００３９】
図７は本発明の第４実施形態の直流電圧発生装置の制御装置の回路図である。図に示すように、本実施形態では、ディジタル加算器２９の出力が０→フルビット（ＶＨ）となる時間が、スイッチング１周期となるディジタル値をスイッチング周波数決定手段の出力とし、その出力の電圧指令値２８をディジタル加算器２９に入力する。ディジタル加算器２９は、一定サンプリングで電圧指令値２８をディジタル加算する。ディジタル加算器２９は桁あふれを無視すると、フルビット（ＶＨ）＋１は０になるため、図５に示すアナログ積分器のようなリセット回路は必要ない。ディジタル加算器２９の出力に２ｎ個のディジタルコンパレータ２５を接続し、それぞれの検出値の間隔をＶＨ／２ｎとする。ディジタルコンパレータ２５の動作は図５に示すコンパレータの動作と同様である。
【００４０】
本実施形態によると、ｎ台の共振型コンバータのスイッチング周波数をｎ台すべて同期させて可変とし、任意のスイッチング周波数においてもｎ台の共振型コンバータのスイッチング素子２ａ、２ｄとスイッチング素子２ｂ、２ｃのスイッチングタイミングがすべて異なるタイミングで、かつ等間隔で点弧するような点弧指令を発生することができる。
【００４１】
図８は本発明の第５実施形態の直流電圧発生装置の回路図である。
図に示すように、本実施形態の制御装置２１は、出力電圧を基準電圧に制御するようにスイッチング周波数を決定する図示しない周波数決定手段と、周波数決定手段により決定されたｎ台の共振型コンバータ１乃至ｎのスイッチング周波数をｎ台すべて同期させて可変とし、任意のスイッチング周波数においてもｎ台の共振型コンバータのスイッチング素子２ａ、２ｄのスイッチングタイミングがすべて異なるタイミングで、かつ等間隔で点弧し、またスイッチング素子２ｂ、２ｃは遅延回路３０を通してスイッチング素子２ａ、２ｄから一定の遅延時間τＤを持って点弧指令を発生させる。
【００４２】
このときの点弧指令トリガ及び共振電流の波形を図９に示す。
図に示すように、スイッチング素子２ａ、２ｄの点弧指令トリガが異なるタイミングで、かつ等間隔で発生するため、スイッチング素子２ａ、２ｄによる共振電流のピークは等間隔でずれる。一方、スイッチング素子２ｂ、２ｃは、スイッチング素子２ａ、２ｄの点弧タイミングから一定の遅延時間を持っているため、スイッチング周波数によっては、スイッチング素子２ａ、２ｄによる共振電流とが２台ずつ重畳する可能性がある。この時のリップル電圧ΔＶは、スイッチング素子２ａ、２ｄまたは、スイッチング素子２ｂ、２ｃで発生する共振電流による供給電荷量ΔＱ、平滑コンデンサ９の容量ＣＬとすると、下記（２）式で表わされる。
ΔＶ　≦　２×ΔＱ／ＣＬ　…（２）
【００４３】
なお、本実施形態において遅延回路３０は、制御装置の外側に図示しているが、制御装置内部に組み込んでも動作としては同じである。
【００４４】
図１０は本発明の第６実施形態の直流電圧発生装置の制御装置の回路図であり、図１１はその動作を示す波形図である。
図に示すように、本実施形態ではスイッチング周波数決定手段の出力は、スイッチング１周期のｎ／２倍の周波数となる値とし、このスイッチング周波数決定手段の出力を入力として電圧制御発信器２３に入力する。電圧制御発信器２３の出力にｎ個のゼロクロスコンパレータ２５を接続し、ゼロクロスのタイミングでスイッチング素子駆動回路に対して点弧指令トリガを発生させる。ゼロクロスコンパレータ２５及びコンパレータ選択スイッチ２４の動作は図３で述べたと同様である。
【００４５】
本実施形態では、点弧指令Ａ１〜Ａｎ出力を２分岐し、一方はスイッチング素子２ａ、２ｄのスイッチング素子駆動回路に直接入力し、他方は遅延回路３０を介して一定の遅延時間を持たせ、図中に示すＢ１〜Ｂｎとしてスイッチング素子２ｂ、２ｃに入力しているので、図１１に示すように点弧指令トリガＡ１に対してτＤ遅延した点弧指令トリガＢ１が出される。点弧指令トリガＡ２〜Ａｎに対しても同様にτＤ遅延した点呼指令トリガＢ２〜Ｂｎが出される。
【００４６】
図１２は本発明の第７実施形態の直流電圧発生装置の制御装置の回路図であり、図１３はその動作を示す波形図である。なお図中のアナログ積分器２６は、図５のアナログ積分器と同様に、出力電圧が一定電圧ＶＨに達した時、リセット回路２７により出力電圧をリセットして０とする機能を持っている。
【００４７】
図に示すように、本実施形態では、アナログ積分器２６の出力電圧が０→ＶＨ間での時間が、スイッチング１周期となる値をスイッチング周波数決定手段の出力とし、その出力をアナログ積分器２６に入力する。アナログ積分器２６の出力にｎ個のコンパレータ２５（ＣＰ１〜ＣＰｎ）を接続し、それぞれの検出値の間隔はＶＨ／ｎとする。ｎ個のコンパレータは検出値の小さい方からＣＰ１〜ＣＰｎとする。コンパレータは、アナログ積分器の出力がコンパレータ検出値に達した時、スイッチング素子駆動回路に図１３に示すようなスイッチング素子点弧指令トリガＡ１、Ａ２…Ａｎ及びＢ１、Ｂ２…Ｂｎを発生させる。以降の回路動作は図５で述べたと同様である。
【００４８】
図１４は本発明の第８実施形態の直流電圧発生装置の制御装置の回路図である。
図中に示すように、本実施形態のディジタル加算器２９は、図７に示すディジタル加算器と同様に、ディジタル加算器の出力が０→フルビット（ＶＨ）となる時間が、スイッチング１周期となるディジタル値をスイッチング周波数決定手段の出力とし、その出力をディジタル加算器２９に入力する。ディジタル加算器２９の出力にｎ個のディジタルコンパレータ２５（ＣＰ１〜ＣＰｎ）を接続する。コンパレータ及びそれ以降の回路動作は図７で述べたと同様である。
【００４９】
本発明の第９実施形態の直流電圧発生装置では第５実施形態乃至第８実施形態に示す一定の遅延時間τＤは、共振型コンバータ１〜ｎの最大スイッチング周波数をｆｍａｘとした時、下記（３）式で表わすことができる。
τＤ　＝　１／（２×ｆｍａｘ）　…（３）
τＤを式（３）とすることにより、最大スイッチング周波数の時、共振型コンバータ出力電流を最大とすることができる。
【００５０】
図１５は本発明の第１０実施形態の直流電圧発生装置の回路図である。
図に示すように、本実施形態では、負荷１０に与える電圧を適切な値にするために、電圧検出手段１４及び電流検出手段１７を設けた構成に特徴がある。すなわち、負荷１０に並列に電圧検出装置１４を接続し、この電圧検出手段１４で検出された電圧を制御装置に導入し、出力電圧基準値と比較し、フィードバック制御回路１５に入力している。一方、電流検出手段１７は負荷１０に流れる電流を検出し、制御装置に導入して電流補正部１８で補正した後フィードバック制御回路の出力に加算し、点弧指令制御装置１６に入力している。点弧指令制御装置１６により、スイッチング素子点弧指令トリガＡ１，Ａ２…Ｂｎを発生させて共振型コンバータ１〜ｎの出力電圧を制御するように構成されている。
【００５１】
本実施形態は上記のように構成されているので、電流検出手段１７にて直流電圧発生装置の負荷１０に流れ出す電流を検出し、出力電圧を基準電圧に制御するように共振型コンバータ１〜ｎのスイッチング周波数を決定するフィードバック制御回路の出力に、直流電圧発生装置から供給する電流値が、前記負荷電流に流れ出す電流値と等しくなるような定数を乗じて加算する。したがって、本実施形態によると、負荷電流に流れ出す電流値と直流電圧発生装置より供給する電流値が等しくなるように、スイッチング素子点弧指令タイミングを制御することができ、負荷電流が急変した時も、高速に出力電圧を基準電圧と等しくなるように制御することができる。
【００５２】
本発明の第１１実施形態では、共振型コンバータの出力電流ＩＯＵＴは、スイッチング周波数をｆＳＷ、スイッチング１周期の共振電流に含まれる電荷をΔＱｓ、入力直流電圧をＶｄｃとすると、下記（４）式に示すような関係が成り立つ。
ＩＯＵＴ　＝　ΔＱｓ×Ｖｄｃ×ｆＳＷ　…（４）
【００５３】
ここで、入力直流電圧が一定の時、Ｉｏｕｔはスイッチング周波数ｆＳＷに比例する。このため、スイッチング周波数ｆｍａｘの時、共振型コンバータの出力電流値をＩｍａｘとすると、下記（５）式が得られる。
ｆＳＷ　＝　ｆｍａｘ／Ｉｍａｘ×ＩＬ　…（５）
上記（５）式より、負荷電流ＩＬと、直流電圧発生装置より供給する電流値が等しくなるようなスイッチング周波数にするためには、検出電流にｆｍａｘ／Ｉｍａｘとなる値を乗じた値を、前述のスイッチング周波数決定手段の出力に加算すればよい。
【００５４】
本発明の第１２実施形態は、既に説明した第１実施形態乃至第１１実施形態に示した直流電圧発生装置のスイッチング素子点弧指令を光信号にて伝送することにより、高速な伝送が可能であるばかりでなく、スイッチング素子などから発生するノイズの影響を受けないため、制御装置の信頼性を格段に高めることができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、直流電圧発生装置の出力電圧に重畳する電圧リップルを低減し、直流電圧発生装置の負荷が間欠動作した時の出力電圧の過渡的な変動に対しても、直流電圧発生装置の出力電圧を高速に制御し、高安定な直流電圧を負荷に供給することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の回路図。
【図２】図１の点弧指令トリガと共振電流の波形図。
【図３】本発明の第２実施形態の直流電圧発生装置の制御回路の回路図。
【図４】図３の動作を示す波形図。
【図５】本発明の第３実施形態の直流電圧発生回路の制御装置の回路図。
【図６】図５の動作を示す波形図。
【図７】本発明の第４実施形態の直流電圧発生回路の制御装置の回路図。
【図８】本発明の第５実施形態の直流電圧発生回路の回路図。
【図９】図８の点弧指令トリガと共振電流の波形図。
【図１０】本発明の第６実施形態の直流電圧発生回路の制御装置の回路図。
【図１１】図１０の動作を示す波形図。
【図１２】本発明の第７実施形態の直流電圧発生回路の制御装置の回路図。
【図１３】図１２の動作を示す波形図。
【図１４】本発明の第８実施形態の直流電圧発生回路の制御装置の回路図。
【図１５】本発明の第１０実施形態の直流電圧発生装置の回路図。
【図１６】従来の直流電圧発生装置の回路図。
【図１７】図１６の動作を示す波形図。
【図１８】図１６の非同期の点弧指令によるリップル電圧を示す波形図。
【符号の説明】
１…直流電源、２ａ〜２ｄ…第１〜第４のスイッチング素子、３ａ〜３ｄ…還流用ダイオード、４…共振用コンデンサ、５…インダクタンス、６…昇圧用トランス、７…全波整流器、８…スイッチング素子駆動回路、９…平滑コンデンサ、１０…負荷、１１…第１、第４のスイッチング素子点弧指令トリガ、１２…第２、第３のスイッチング素子点弧指令トリガ、１３，２１…制御装置、１４…電圧検出手段、１５…フィードバック制御回路、１６…点弧指令制御装置、１７…電流検出手段、１８…電流補正部、２２…電圧指令値、２３…電圧制御発振器、２４…コンパレータ選択スイッチ、２５…ゼロクロスコンパレータ、２６…アナログ積分器、２７…リセット回路、２８…電圧指令値（ディジタル値）、２９…ディジタル加算器、３０…遅延回路。
【図１】
2004056838.tif 000003
【図２】
2004056838.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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