(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つのチョッパ回路を含む二重チョッパ回路の保護回路であって、
前記２つのチョッパ回路は、互いに位相が１８０度異なる三角波に基づいて生成されたスイッチング信号にしたがってスイッチング動作し、前記２つのチョッパ回路の出力電流を合成した合成電流は、前記三角波の周波数の２倍のリプル周波数を有し、
前記２つのチョッパ回路に共通の配線に流れる合成電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段によって検出された合成電流のうち、前記三角波の周波数を中心にした所定の範囲の電流を通過させるバンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタによって通過した電流の大きさが所定の値以上になった場合、前記二重チョッパ回路の動作を停止させるチョッパ回路停止手段と、
を備えることを特徴とする二重チョッパ回路の保護回路。
【請求項２】
前記電流検出手段によって検出された電流が一台のチョッパ回路で許容可能な電流値以下である場合、健全側１台のチョッパ回路が継続動作し、前記許容可能な電流値を超えた場合、前記チョッパ回路停止手段は、前記二重チョッパ回路の動作を停止させることを特徴とする請求項１に記載の二重チョッパ回路の保護回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、並列に運転されるニ台のチョッパ回路のうち、片方のチョッパ回路に故障が生じた場合に他方のチョッパ回路を保護するチョッパ回路の保護回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
チョッパ回路は、出力回路を開閉し、開状態、閉状態の時間比を変化させることによって出力電圧の平均値を調整する回路である。チョッパ回路を二台並列に動作させる場合、一台のチョッパ回路が故障停止したことが検出されないと、他のチョッパ回路だけが動作してしまう。
例えば２台並列に動作するチョッパ回路は、通常、負荷電流を５０％ずつ負担して動作している。このため、一方のチョッパ回路が故障した場合には、故障していないチョッパ回路に通常の２倍の負荷がかかって過負荷状態になり、これによって故障が発生する可能性が生じる。健全側のチョッパ回路の二次的な故障を防ぐには、チョッパ回路の１台あたりの容量を２倍にすることが考えられる。しかし、容量の大型化は、回路の小型化に不利であるため、最適な方法であるとはいえない。
【０００３】
チョッパ回路の故障を防ぐため、チョッパ回路の保護回路が提案されている。このような保護回路の従来例としては、例えば、図６に示した構成が挙げられる。図示した保護回路は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）１１、還流ダイオード２１、直流リアクトル３１によって構成されるチョッパ回路１、ＩＧＢＴ１２、還流ダイオード２２、直流リアクトル３２によって構成されるチョッパ回路２の二重チョッパ回路を保護する回路である。チョッパ回路１には電流検出器５１を設け、チョッパ回路２には電流検出器５２を設け、２台のチョッパ回路に流れる電流をそれぞれ個別に検出している。
【０００４】
また、ローパスフィルタ８１、比較器９１、設定器９３が過電流検出回路３を構成し、ローパスフィルタ８２、比較器９２、設定器９４が過電流検出回路４を構成している。過電流検出回路３、４は、それぞれ個別に検出した電流を入力し、過電流を検出する。そして、過電流が検出された場合、ＯＲ回路２０から停止信号が出力される。制御回路１０９は、停止信号を入力してチョッパ回路１、２の動作を停止させる。
【０００５】
この構成においては、チョッパ回路１０１、１０２に例えばそれぞれ５０％ずつ負荷がかかっている状態の電流を基準に比較器９１、９２の閾値を設定しておく。このようにすれば、いずれか一台のチョッパ回路が停止した場合、チョッパ回路１、２が個別に過負荷状態を検出して停止することができるので、健全側のチョッパ回路の二次的な故障を防ぐことができる。
チョッパ装置の保護回路に関しては、以下の技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−２７１０６９号公報
【特許文献２】特開平１１−２８９７５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の従来技術の特許文献１は、それぞれのチョッパ回路に電流検出器を設け、個々にチョッパ回路に流れる電流を検出して保護するものであり、特許文献２の保護回路は絶縁変換器を用いて行うものである。このため、二台並列動作するチョッパ回路の場合、検出器の数も二倍になり回路の大型化、部品点数の増加を招くことになる。
本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであり、二台並列で動作するチョッパ回路の合成電流に基づいてチョッパ回路の異常を検出することで、健全側のチョッパ回路を二次的な故障から保護するために、回路の小型化に有利なチョッパ回路の保護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】
以上の課題を解決するため、本発明の請求項１に記載のチョッパ回路の保護回路は、２つのチョッパ回路を含む二重チョッパ回路の保護回路であって、前記２つのチョッパ回路は、互いに位相が１８０度異なる三角波に基づいて生成されたスイッチング信号にしたがってスイッチング動作し、前記２つのチョッパ回路の出力電流を合成した合成電流は、前記三角波の周波数の２倍のリプル周波数を有し、前記２つのチョッパ回路に共通の配線に流れる合成電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段によって検出された合成電流のうち、前記三角波の周波数を中心にした所定の範囲のリプル電流を通過させるバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタによって通過したリプル電流の三角波周波数成分の大きさが所定の値以上になった場合、前記二重チョッパ回路の動作を停止させるチョッパ回路停止手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に記載のチョッパ回路の保護回路は、請求項１に記載の発明において、前記電流検出手段によって検出された電流が一台のチョッパ回路で許容可能な電流値以下である場合、健全側１台のチョッパ回路が継続動作し、前記許容可能な電流値を超えた場合、前記チョッパ回路停止手段は、前記二重チョッパ回路の動作を停止させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、２つのチョッパ回路の出力電流を合成した合成電流のリプル電流の周波数と大きさの変化から、一つの電流検出器で一台のチョッパ回路が停止したことが検出できる。このため、回路の小型化、部品点数の低減に有利な構成とすることができる。また、二重チョッパ回路の一方の停止から速やかに健全側のチョッパ回路の動作を停止することで、健全側のチョッパ回路の二次的な故障を防ぐことができる。
請求項２に記載の発明は、二台の内一台のチョッパ回路が停止しても、チョッパ回路一台分の負荷に対しては継続して給電が可能であり、そのために合成電流の大きさが一台のチョッパ回路で許容可能な電流値以下である場合、健全側の一台のチョッパ回路で運転を継続することにより、装置全体を停止させることなく縮退運転が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図を参照して本発明に係るチョッパ回路の保護回路を説明する。
（回路構成）
図１は、実施形態１の二重チョッパ回路の保護回路を説明するための図である。図示した構成は、チョッパ回路１０１、１０２と、チョッパ回路１０１、１０２を保護する保護回路１００とを示している。チョッパ回路１０１、１０２は、並列に動作する二重チョッパ回路を構成している。また、チョッパ回路１０１は、ＩＧＢＴ１１１、還流ダイオード１１２、直流リアクトル１１３から構成される。チョッパ回路１０２は、ＩＧＢＴ１２１、還流ダイオード１２２、直流リアクトル１２３から構成される。
【００１１】
そして、二重チョッパ回路は、２つのチョッパ回路１０１、１０２の入力端子を直流電源１１４に接続し、２つのチョッパ回路の出力端子間に平滑コンデンサ１０３を接続し、２つのチョッパ回路１０１、１０２に共通の配線部１１５を還流ダイオード１１２、１２２のアノード側に接続して構成されている。
また、チョッパ回路１０１、１０２のスイッチング信号であるゲート信号ｇ１、ｇ２は、互いに１８０度異なる位相を有している。なお、ゲート信号ｇ１、ゲート信号ｇ２については後述するものとする。
一方、保護回路１００は、チョッパ回路１０１、チョッパ回路１０２に共用される配線部１１５に流れるチョッパ回路１０１とチョッパ回路１０２の出力電流が合成した電流（合成電流）を電流検出器１１０にて検出する。
【００１２】
また、保護回路１００は、バンドパスフィルタ（Band-Pass Filter）１０４、整流器１０５、ローパスフィルタ（Low-Pass Filter）１０６、比較器１０７、制御回路１０９を備えている。バンドパスフィルタ１０４は、検出した合成電流に含まれる様々な周波数を持った成分のうち、所定の範囲の周波数を持つ電流だけを通過させる構成であって、実施形態１では、ゲート信号ｇ１、ｇ２を生成するのに使用された三角波の周波数を中心にしている。整流器１０５はバンドパスフィルタ１０４によって検出した合成電流のリプル周波数成分を整流し、整流したリプル周波数成分の高周波成分をローパスフィルタ１０６で除去することで直流量に変換し比較器１０７の片方へ入力する。
【００１３】
比較器１０７は、ローパスフィルタ１０６から出力された合成電流の特定のリプル周波数成分と設定器１０８によって設定された閾値となる値とを比較する。閾値は、チョッパ回路１０１、１０２の一方が正常に動作していない場合に流れる合成電流のリプル周波数成分の大きさに基づいて決定される。比較器１０７は、合成電流のリプル周波数成分が閾値よりも大きくなった場合にチョッパ回路の片方が異常であると判断し、停止信号を出力する。
制御回路１０９は、平滑コンデンサ１０３の両端の電圧（以降電圧値Ｖと記す）を検出して、出力電圧の目標値である電圧指令値に一致するようフィードバック制御を行っており、保護回路の出力である停止信号が入力されると、ゲート信号ｇ１、ｇ２をオフしてチョッパ回路１０１、１０２の動作を停止させる。
【００１４】
図２は、図１に示した制御回路１０９の詳細を説明するための図である。制御回路１０９は、調整器２０３を備えている。調整器２０３は、検出された電圧値Ｖを一定の電圧に制御するＡＶＲ制御を行う回路である。このため、調整器２０３には、目標値である電圧値Ｖ０と検出値である電圧値Ｖとを入力する。そして、電圧値Ｖ０と電圧値Ｖとの差分をとり、この差分に基づくＡＶＲ出力信号Ｓ１を出力する。
【００１５】
ＡＶＲ出力信号Ｓ１は、比較器２０５、２０６に入力される。また、比較器２０５、２０６には、キャリア信号ｃ１、ｃ２が入力される。比較器２０５は、キャリア信号ｃ１とＡＶＲ出力信号Ｓ１を比較し、ＡＶＲ出力信号Ｓ１がキャリア信号ｃ１以上になったとき「Ｈ」になる信号Ｓ２を出力する。また、比較器２０６は、キャリア信号ｃ２とＡＶＲ出力信号Ｓ１を比較し、ＡＶＲ出力信号Ｓ１がキャリア信号以上になったとき「Ｈ」になる信号Ｓ３を出力する。
比較器２０５、２０６から出力された信号Ｓ２、Ｓ３は、論理ゲート回路２０７、２０８に入力される。論理ゲート回路２０７は、停止信号と信号Ｓ２を入力してゲート信号ｇ１を出力するＡＮＤ回路である。また、論理ゲート回路２０８は、停止信号と信号Ｓ３を入力してゲート信号ｇ２を出力するＡＮＤ回路である。
【００１６】
（回路動作）
図３（ａ）〜（ｄ）は、以上説明したキャリア信号ｃ１、キャリア信号ｃ２、ＡＶＲ出力信号Ｓ１、ゲート信号ｇ１、ゲート信号ｇ２の関係を説明するための図である。図中に示した各信号の縦軸は信号の出力値を示し、横軸は時間ｔを示している。図示したように、キャリア信号ｃ１、ｃ２はいずれも三角波であって、位相が互いに１８０度相違している。図中に示したＡＶＲ出力信号Ｓ１は一定の値を有する信号であり、ゲート信号ｇ１、ｇ２は、矩形の波形を有するパルス信号である。
【００１７】
比較器２０５では、図３（ａ）に示したように、キャリア信号ｃ１とＡＶＲ出力信号Ｓ１とが比較される。そして、比較器２０５の出力は、キャリア信号ｃ１よりもＡＶＲ出力信号が大きいタイミングにだけＨｉｇｈレベル（「Ｈ」）になり、他のタイミングではＬｏｗレベル（「Ｌ」）になる。つまり、比較器２０５は、図２に示した信号Ｓ２を論理ゲート回路２０７に出力する。また、論理ゲート回路２０７の反転入力端子には、停止信号が入力されている。したがって、論理ゲート回路２０７からは、停止信号が出力されていない（停止信号が「Ｌ」である）タイミングで図３（ｃ）に示したゲート信号ｇ１が出力される。
【００１８】
また、比較器２０６では、図３（ｂ）に示したように、キャリア信号ｃ２とＡＶＲ出力信号Ｓ１とが比較される。そして、比較器２０６の出力は、キャリア信号ｃ２よりもＡＶＲ出力信号が大きいタイミングにだけ「Ｈ」になり、他のタイミングでは「Ｌ」になる。つまり、比較器２０６は、図２に示した信号Ｓ３を論理ゲート回路２０８に出力する。また、論理ゲート回路２０８の反転入力端子には、停止信号が入力されている。したがって論理ゲート回路２０８からは、停止信号が出力されていない（停止信号が「Ｌ」である）タイミングで、図３（ｄ）に示したゲート信号ｇ２が出力される。
【００１９】
スイッチング信号であるゲート信号ｇ１、ｇ２は、互いに１８０度位相が異なるキャリア信号ｃ１、ｃ２に基づいて生成されるので、互いに１８０度異なる位相を有している。チョッパ回路１０１、１０２のＩＧＢＴ１１１、１２１のゲート端子には、それぞれゲート信号ｇ１、ｇ２が入力される。そして、ＩＧＢＴ１１１、１２１は、ゲート信号ｇ１、ｇ２のパルスにしたがってオン、オフするから、チョッパ回路１０１、１０２が互いに１８０度異なるタイミングで並列に動作することになる。
【００２０】
このような構成において、停止信号が出力された（停止信号が「Ｈ」である）場合、論理ゲート回路２０７、２０８の反転入力端子が「Ｈ」になるので、ゲート信号ｇ１、ｇ２の出力が停止する。ゲート信号ｇ１、ｇ２の停止により、チョッパ回路１０１、１０２が停止する。したがって、実施形態１のチョッパ回路の保護回路は、停止信号の出力によってチョッパ回路１０１、１０２を速やかに停止させることが可能になる。
【００２１】
（停止信号）
図４（ａ）、（ｂ）は、停止信号の生成について説明するための図であって、縦軸に電流レベルＩを、横軸に時間ｔを示している。また、図中に示した電流ａはチョッパ回路１０１の出力電流であり、電流ｂはチョッパ回路１０２の出力電流である。電流ｃは、電流ａと電流ｂとを合成した合成電流を示している。図４（ａ）はチョッパ回路１０１、１０２が正常に動作している状態の電流ａ〜ｃを示している。図４（ｂ）はチョッパ回路１０２が動作していない状態の電流ａ〜ｃを示している。
【００２２】
前述したように、チョッパ回路１０１、１０２のＩＧＢＴ１１１、１２１は、ゲート信号ｇ１、ｇ２にしたがってオン、オフし、電流を出力する。このため、電流ａ、電流ｂの周波数は、ゲート信号ｇ１、ｇ２の生成に使用されたキャリア信号ｃ１、ｃ２の周波数と略等しくなる。
また、チョッパ回路１０１、１０２は、図３に示したように、位相が１８０度異なるゲート信号ｇ１、ｇ２にしたがって並列にスイッチング動作している。このため、チョッパ回路１０１、１０２が正常に動作している場合、図４（ａ）のように、合成電流である電流ｃのリプル周波数（直流電流の脈動成分の周波数）は、電流ａ、ｂの周波数の２倍になる。一方、チョッパ回路１０１、１０２のいずれかが動作していない場合（例えばチョッパ回路１０２とする）、図４（ｂ）のように、電流ｃのリプル周波数は、電流ａと等しくなる。
【００２３】
電流ｃは、バンドパスフィルタ１０４、整流器１０５、ローパスフィルタ１０６を介して比較器１０７に入力される。ここで、比較器１０７は、前記したように、キャリア信号ｃ１、キャリア信号ｃ２の周波数を中心にした所定の範囲の周波数を通過するように構成されている。このため、チョッパ回路１０１、１０２が正常に動作しているとき、バンドパスフィルタ１０４を通過する信号は相対的に小さく、チョッパ回路１０１、１０２の一方が停止した場合に大きくなる。
【００２４】
比較器１０７は、バンドパスフィルタ１０４を通過した信号を整流器１０５、ローパスフィルタ１０６を介して入力する。そして、設定器１０８に予め設定されている閾値と比較し、入力された信号が閾値よりも大きい場合に停止信号を出力する。なお、設定器１０８には、チョッパ回路１０１、１０２のいずれか一方が動作していない場合、それを検出できる大きさが閾値として設定されている。
【００２５】
以上述べた実施形態１は、２つのチョッパ回路の出力電流を合成した合成電流のリプル電流の周波数成分を検出することにより、１つの電流検出器によって二台のチョッパ回路の内一台が故障停止したことを検出できる。すなわち、検出された合成電流をバンドパスフィルタによって、三角波の周波数を中心にした所定の範囲の周波数を有する電流を通過させ、通過したリプル電流の周波数成分の大きさが所定の値以上になったことにより、２つのチョッパ回路のうち１つが動作していないことが判定できる。このように１つの電流検出器によって保護回路を構成することができるため、小型化、部品点数の低減に有利となる。また、この検出後、二重チョッパ回路の動作を停止させることにより、二重チョッパ回路の一方の停止から速やかに二重回路の動作を停止させ、健全側の二次的な故障を防ぐことができる。
【００２６】
（実施形態２）
図５は、本発明の実施形態２を説明するための図である。図示した構成のうち、実施形態１の図１で説明した構成と同様の構成については同様の符号を付し、説明を一部略すものとする。
実施形態２のチョッパ回路の保護回路は、電流検出器１１０によって検出された電流が一台のチョッパ回路で許容可能な電流値以下の場合、健全側１台のチョッパ回路が継続動作し、検出された電流が許容可能な電流値を超えた場合、二重チョッパ回路の動作を停止させるものである。
【００２７】
すなわち、実施形態２のチョッパ回路の保護回路は、二台あるチョッパ回路の内一台が停止したことを検出しても、健全側のチョッパ回路の許容値以下であるならば、継続動作させる。このため、ローパスフィルタ８４、比較器９６、設定器９８にて構成する過電流検出回路４０は、装置全体の過電流を例えば１５０％を設定値として設定し、これとは別に、ローパスフィルタ８３、比較器９５、設定器９７にて構成する過電流検出回路３０を設ける。過電流検出回路３０では、合成電流の例えば７５％を一台分の許容値とし、過電流検出回路３０で合成電流の大きさが一台分の許容値を超えたか否かを判定する。許容値以下の場合、リプル電流の周波数成分による検出をＡＮＤ回路２０９にてマスクし、それ以上の場合、有効とする。ＡＮＤ回路２０９と過電流検出回路４０の出力をＯＲ回路２１０に入力し、ＯＲ回路２１０の出力を制御回路１０９の停止信号として入力する。これによって装置全体を停止させず、二台のチョッパ回路の冗長性を利用して縮退運転が可能となる。
また、一台のチョッパ回路が停止したことを表示器１１６に出力するようにすれば、保守に役立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態１のチョッパ回路の保護回路を説明するための図である。
【図２】図１に示した制御回路の構成を説明するための図である。
【図３】図２に示したキャリア信号ｃ１、キャリア信号ｃ２、ＡＶＲ出力信号Ｓ１、ゲート信号ｇ１、ゲート信号ｇ２の関係を説明するための図である。
【図４】（ａ）は図１に示したチョッパ回路が正常に動作している状態の電流を示す図であって、（ｂ）はチョッパ回路の一方が動作していない状態の電流を示す図である。
【図５】本発明の実施形態２のチョッパ回路の保護回路を説明するための図である。
【図６】従来のチョッパ回路の保護回路を例示するための図である。
【符号の説明】
【００２９】
１００  保護回路
１０１，１０２  チョッパ回路
１０３  平滑コンデンサ
１０５  整流器
１０７  比較器
１０８  設定器
１０９  制御回路
１１０  電流検出器
１１２，１２２  還流ダイオード
１１３，１２３  直流リアクトル
１１５  配線部
【図１】
0005071185.tif 000002
【図２】
0005071185.tif 000003
【図３】
0005071185.tif 000004
【図４】
0005071185.tif 000005
【図５】
0005071185.tif 000006
【図６】
0005071185.tif 000007