(57)【要約】【課題】  起動時にスイッチング素子を劣化させるような過大電流が流れることが無く、且つ出力コンデンサを高速充電できる。【解決手段】  起動制御回路７は、昇圧用コイル２へ流れる電流を検出するコイル電流検出手段３と、予め設定された電流目標値とコイル電流検出手段３の検出電流を基に比例積分演算する比例積分器１２と、所定の三角波と比例積分器１２の出力を比較してＰＷＭ制御信号を生成する電圧比較器１４とを有して、出力電圧が所定値に上昇るまでの間、昇圧用コイル２に流れる電流が電流目標値を維持するようにスイッチング素子６をＰＷＭ制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源に接続した昇圧用コイルと、前記直流電源から前記昇圧用コイルに電気エネルギーを蓄積させるスイッチング素子と、前記昇圧用コイルに蓄積したエネルギーにより充電する出力コンデンサと、起動時に前記スイッチング素子を制御する起動制御手段とを有する昇圧チョッパの起動制御回路であって、
前記起動制御手段は、前記昇圧用コイルへ流れる電流を検出するコイル電流検出手段と、予め設定された電流目標値と前記コイル電流検出手段の検出電流を基に比例積分演算する比例積分器と、所定の三角波と前記比例積分器の出力を比較してＰＷＭ制御信号を出力する電圧比較器とを有して、前記昇圧用コイルに流れる電流が電流目標値を維持するように前記スイッチング素子をＰＷＭ制御することを特徴とする昇圧チョッパの起動制御回路。
【請求項２】
直流電源に接続した昇圧用コイルと、前記直流電源から前記昇圧用コイルに電気エネルギーを蓄積させるスイッチング素子と、前記昇圧用コイルに蓄積したエネルギーにより充電する出力コンデンサと、起動時に前記スイッチング素子を制御する起動制御手段とを有する昇圧チョッパの起動制御方法であって、
前記起動制御手段は、前記昇圧コイルに流れる電流を検出する電流検出ステップと、
検出した電流と予め設定した電流目標値との差から制御指令値を演算する指令値演算ステップと、
制御指令値を前記スイッチング素子の駆動信号に変換する駆動信号生成ステップとから成る制御を実施して、出力コンデンサ充電電圧が所定値に達するまでの間、昇圧用コイルに流れる電流が一定になるように制御して前記出力コンデンサを充電することを特徴とする昇圧チョッパの起動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、昇圧チョッパに関し、詳しくはその起動特性を改良するための昇圧チョッパの起動制御回路及び起動制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、入力直流電圧を昇圧してより大きな直流電圧を発生させる回路として昇圧チョッパがある。この昇圧チョッパは、インダクタンスの特性を利用して、スイッチング素子をオンすることで昇圧用コイルにエネルギーを蓄積させ、スイッチング素子をオフした際に蓄積したエネルギーを出力コンデンサに放出させるよう構成され、この動作を高周波で行うことで高い出力電圧を発生させている。この動作で出力コンデンサを所定の電圧まで充電した後、負荷へ電力供給が開始される。
このような昇圧チョッパでは、チョッパ起動時等の出力コンデンサ充電量が小さい時には大きなリアクトル電流が発生してスイッチング素子が劣化する虞があるため、例えばインダクタンスに流れる電流を検出して、所定値以上の電流がインダクタンスに流れたらスイッチング素子の動作を停止させて充電電流を抑制する制御を実施している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、チョッパ起動時の大きな充電電流を抑えるために、極めて小さなデューティー比の駆動信号でスイッチング素子の駆動を開始し、出力電圧がある程度上昇したらリアクトル電流が過大にならない範囲でデューティー比を大きくした駆動信号によりスイッチング素子を駆動する２段階制御を実施したりしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１２０８２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の制御形態は、確実にスイッチング素子等を保護することができるが、過電流発生時には動作が停止してしまうため、高い稼働率を得られないし、必要な時に電力を供給できない問題があった。
また、チョッパ起動時のデューティー比と通常動作時デューティー比を変える２段階制御の構成は、スイッチング素子にストレスがかからない範囲の最大電流となるようにデューティー比を設定しても、充電時間の短縮が十分ではなく相変わらず充電動作に時間が掛かり、結果として装置の稼働率が低くなるという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、起動時にスイッチング素子を劣化させるような過大電流が流れることが無く、且つ出力コンデンサを高速充電できる昇圧チョッパの起動制御回路及び起動制御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】
【０００７】
上記課題を解決する為に、請求項１に記載の発明は、直流電源に接続した昇圧用コイルと、前記直流電源から前記昇圧用コイルに電気エネルギーを蓄積させるスイッチング素子と、前記昇圧用コイルに蓄積したエネルギーにより充電する出力コンデンサと、起動時に前記スイッチング素子を制御する起動制御手段とを有する昇圧チョッパの起動制御回路であって、前記起動制御手段は、前記昇圧用コイルへ流れる電流を検出するコイル電流検出手段と、予め設定された電流目標値と前記コイル電流検出手段の検出電流を基に比例積分演算する比例積分器と、所定の三角波と前記比例積分器出力を比較してＰＷＭ制御信号を出力する電圧比較器とを有して、前記昇圧用コイルに流れる電流が電流目標値を維持するように前記スイッチング素子をＰＷＭ制御することを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、直流電源に接続した昇圧用コイルと、前記直流電源から前記昇圧用コイルに電気エネルギーを蓄積させるスイッチング素子と、前記昇圧用コイルに蓄積したエネルギーにより充電する出力コンデンサと、起動時に前記スイッチング素子を制御する起動制御手段とを有する昇圧チョッパの起動制御方法であって、前記起動制御手段は、前記昇圧コイルに流れる電流を検出する電流検出ステップと、検出した電流と予め設定した電流目標値との差から制御指令値を演算する指令値演算ステップと、制御指令値を前記スイッチング素子の駆動信号に変換する駆動信号生成ステップとから成る制御を実施して、出力コンデンサ充電電圧が所定値に達するまでの間、昇圧用コイルに流れる電流が一定になるように制御して前記出力コンデンサを充電することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電流目標値をスイッチング素子が劣化しない範囲の最大値に設定すれば、スイッチング素子へ過大電流が流れることなく出力コンデンサの充電を最短時間で行うことができ、高速充電を実現できる。従って、通常運転への移行を短時間で実施でき、装置の稼働率が向上するし、装置の信頼性も向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る昇圧チョッパ起動制御回路の一例を示す回路図であり、１は直流電源、２は昇圧コイル、３は昇圧コイルに流れる電流（リアクトル電流）を検出する変流器等のコイル電流検出手段、４はダイオード等から成る整流素子、５は出力コンデンサ、６はサイリスタやＦＥＴ等の半導体から成るスイッチング素子、７は昇圧チョッパ起動時にスイッチング素子のオン／オフを制御する起動制御回路、８は負荷、９は昇圧チョッパ出力をオン／オフするスイッチを示している。尚、起動後の通常昇圧動作における出力電圧制御は、別途設けた制御回路によりスイッチング素子６の制御が実施される。この制御は、出力電圧と電圧目標値とを基に比例積分制御（ＰＩ制御）が実施されるが、この制御に関しては従来と同様であるので説明を省略する。
【００１１】
起動制御回路７は、測定したリアクトル電流と電流目標値とを差演算する減算器１１、減算器１１の出力を比例積分演算（ＰＩ演算）する比例積分器１２、所定の周波数（スイッチング素子のスイッチング周波数）の三角波を生成する三角波電源１３、比例積分器１２出力と三角波を比較してＰＷＭ（パルス幅変調）制御信号を生成する電圧比較器１４を有して構成されている。
【００１２】
このように構成された回路の昇圧チョッパ起動時の動作は次のようである。先ずコイル電流検出手段３が昇圧コイル２に流れるリアクトル電流を検出する（電流検出ステップ）。検出された電流と予め設定されている電流目標値とを減算器１１において差演算し、その演算結果を基に比例積分器１２でＰＩ演算し、制御指令値を求める（指令値演算ステップ）。そして、電圧比較器１４において、この演算結果と三角波とを比較してスイッチング素子６をオン／オフ制御するＰＷＭ制御信号を生成する（駆動信号生成ステップ）。
このように生成された制御信号により、スイッチング素子６は制御されて出力コンデンサ５が充電される。出力コンデンサ５が所定電圧まで充電されたら、起動制御回路７は制御を終了し、別途設けられている制御回路により出力電圧を基にフィードバック制御する通常制御を開始する。この通常制御に移行する際、スイッチ９はオンされ負荷に電力が供給される。
【００１３】
図２はこの起動動作による出力電圧特性、図３は昇圧コイル電流特性を示し、何れも起動時１秒間の立ち上がり特性を示している。また、図４は図３の電流特性における最初の１０ｍｓを拡大した特性図を示している。尚、この場合、直流電源１の電圧Ｖｉ＝４８Ｖ、出力電圧目標値Ｖｔ＝３８０Ｖ、昇圧コイル電流設定値Ｖｌ＝２０Ａとなっている（スイッチング素子に流れる最大電流が３０Ａを超えないよう設定してある）。
この測定結果から、昇圧コイル２に流れる電流（スイッチング素子６に流れる電流にほぼ一致する）の最大値が３０Ａを超えることがないのに、昇圧チョッパは１秒以内に正常動作に移行できることがわかる。
【００１４】
一方、図５、図６は比較のための従来動作の立ち上がり特性を示している。尚、図７は図６のＡ部の拡大、図８はＢ部の拡大図である。この特性は図１の回路において、起動制御回路７を動作させずに出力電圧Ｖｏ＝８０Ｖまではデューティー比１３％でスイッチング素子を駆動し、８０Ｖ以上になったらデューティー比４７％で駆動した場合を示し、上記従来技術における２段階制御を実施した場合の特性を示している。
この測定結果から、起動時のリアクトル電流は３０Ａを超える事はないが、昇圧チョッパが正常動作に移行できるまで１５秒の時間を要することがわかる。
【００１５】
このように、昇圧コイルに流れる電流の目標値をスイッチング素子が劣化しない範囲の最大値に設定することで、スイッチング素子へ過大電流が流れることなく出力コンデンサの充電を最短時間で行うことができ、高速充電を実現できる。従って、通常運転への移行を短時間で実施でき、装置の稼働率が向上するし、装置の信頼性も向上する。
【００１６】
尚、上記実施形態では比例積分制御により昇圧コイルに流れるリアクトル電流を制御しているが、他の制御方法、例えばＰＩＤ制御（比例積分微分制御）によりリアクトル電流を制御しても良い。また、ここでは比例積分器１２の出力を直接電圧比較器１４に入力する構成を示しているが、リミッタ回路を介在させて変動範囲を規制して電圧比較器１４に入力しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る昇圧チョッパの起動制御回路の実施形態の一例を示す回路図である。
【図２】図１の回路の昇圧チョッパ出力電圧の起動特性図である。
【図３】図１の回路の昇圧コイル電流の起動特性図である。
【図４】図３の昇圧コイル電流の起動直後の拡大図である。
【図５】図１の回路を従来の起動方法で動作させた場合の昇圧チョッパ出力電圧の起動特性図である。
【図６】図５の場合の昇圧コイル電流の起動特性図である。
【図７】図６のＡ部の拡大図である。
【図８】図６のＢ部の拡大図である。
【符号の説明】
【００１８】
１・・直流電源、２・・昇圧コイル、３・・コイル電流検出手段、４・・整流素子、５・・出力コンデンサ、６・・スイッチング素子、７・・起動制御回路、１１・・減算器、１２・・比例積分器、１３・・三角波電源、１４・・電圧比較器。
【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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【図７】
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【図８】
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