JPH04112616A - 変換器 - Google Patents
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- JPH04112616A JPH04112616A JP2231053A JP23105390A JPH04112616A JP H04112616 A JPH04112616 A JP H04112616A JP 2231053 A JP2231053 A JP 2231053A JP 23105390 A JP23105390 A JP 23105390A JP H04112616 A JPH04112616 A JP H04112616A
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- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
- Protection Of Static Devices (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
(産業上の利用分野]
本発明は変換器に関し、詳しくはスイッチング素子を動
作させて、負荷に供給する出力側の電気的な特性を変換
する変換器に関する。
作させて、負荷に供給する出力側の電気的な特性を変換
する変換器に関する。
この種の変換器として、直流電源から交流を出力するイ
ンバータがあり、直流モータの制御装置や無停電電源装
置に用いられている。また、直流を源から異なる電圧の
直流出力を得るDC−DCコンバータ等の変換器も、産
業の広い分野で用いられている。 こうした変換器では、スイッチング素子を備え、複数の
スイッチング素子を順次オンオフすることにより、直流
を所定周波数の交流に変換している。 また、負荷が接続された際の突入電流を所定以下に抑制
するため、電流制限装置(Over Cur、rent
Limiter)を内蔵したものも知られている。 (発明が解決しようとする課題) しかしながら、インバータにせよりC−DCコンバータ
にせよ、出力側が開放されている場合でも内部のスイッ
チング素子は動作しており、無負荷時でも電力損失が存
在するという問題があった。 かかる電力損失は、通常、出力可能な電力の少な(とも
数パーセントに及び、無負荷で使用されることの多い機
器では大きな損失となってしまう。 また、出力側に容量性の負荷が接続された場合、突入電
流の立ち上がりが余りに急激なため、従来の電流制限装
置(OCL)では、立ち上がりの電流を制限することが
できなかった。このため、従来の変換器では、十分な耐
久性・信頼性が得られない場合があるという問題も指摘
されていた。 本発明は上記問題点を解決し、変換器の電力損失を低減
すると共に、その信頼性・耐久性を十分なもの;二する
ことを目的としてなされた。 かかる目的を達成する本発明の構成について以下説明す
る。 [課題を解決するための手段] 本発明の請求項1の変換器は、第1図(A)に例示する
ように、 入力側の電源PSに対し、スイッチング素子SWを動作
させ、電気的な特性を変換して出力する変換器であって
、 出力側に負荷LDが接続されているか否かを判別する負
荷判別手段M1と、 出力側に負荷LDが接続されていないと判断されたとき
、前記スイッチング素子SWの動作を停止して、前記変
換を停止させるスイッチング素子制御手段M2と、 出力側に負荷LDが接続されたと判断されたとき、前記
スイッチング素子SWの動作を再開して前記変換を行な
わせる変換実行手段M3とを備えたことを要旨とする。 また、本発明の請求項2の変換器は、 入力側の電源DPSに対し、スイッチング素子SWを動
作させ、電気的な特性を変換して出力する変換器であっ
て、 出力側に負荷LDが接続されているか否かを判別する負
荷判別手段N1と、 出力側に負荷LDが接続されていないと判断されたとき
、前記スイッチング素子SWの動作を停止して、前記変
換を停止させるスイッチング素子制御手段N2と、 出力側に負荷LDが接続されたと判断されたとき、前記
スイッチング素子SWの動作を開始すると共に、前記出
力される交流の立ち上がりの位相を所定の大きさ以下と
する立ち上がり制御手段N3と を備えたことを要旨とする。 (作用] 上記構成を有する請求項1の変換器は、負荷判別手段M
lにより出力側に負荷LDが接続されていないと判断し
たとき、スイッチング素子SWの動作を停止して、電気
的特性の変換を停止させる。 一方、出力側に負荷L・Dが接続されたと判断したとき
には、変換実行手段M3により、スイッチング素子SW
の動作を再開させる。スイッチング素子SWが動作を再
開すると、変換器は、電気的な特性を変換して出力側の
負荷LDに供給する。 一方、本発明の請求項2の変換器は、負荷判別手段N1
により出力側に負荷LDが接続されていないと判断した
とき、スイッチング素子制御手段N2により、スイッチ
ング素子SWの動作を停止して、その変換動作を停止す
る。一方、出力側に負荷LDが接続されたと判断したと
き、立ち上がり制御手段N3により、スイッチング素子
SWの動作を開始すると共に、出力される交流の立ち上
がりの位相を所定の大きさ以下とする。この結果、スイ
ッチング素子SWが動作を再開した直後に出方何の負荷
に流れる立ち上がりの電流は抑制され、その後、変換器
は、入力側の電源PSに対し、その電気的な特性を変換
して出力側の負荷LDに供給する。 【実施例] 以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするた
めに、以下本発明の変換器の好適な実施例について説明
する。第2図は、請求項1に記載した変換器に対応する
実施例の概略構成図である。 図示するように、実施例としてのDC−DCコンバータ
lは、電源としてのバッテリ3.バッテリ3の電圧をそ
れより高い直流電圧に変換する電圧変換部5.負荷であ
るモータ6を正転・逆転自在に駆動するHブリッジ回路
7.電圧変換部5からHブリッジ回路7までの間に介装
されたダイオードDl、電圧変換部5にとっての負荷端
の状態を監視する負荷判別手段としての負荷端監視部1
0から構成されている。なお、Hブリッジ回路7は、n
pn、pnpの各トランジスタql、q2゜q3.’q
4を組み合わせた周知の回路であり、図示しない制御装
置によって、トランジスタq1ないしq4の導通状態が
制御されるものである。 電圧変換部5は、直流をチョッパにより交流に変換し、
トランス等によりその電圧を変換したのち整流して直流
に戻す周知の回路構成を有する。 こうした電圧変換部5の回路構成の一例を第3図に示す
。図示した例では、電圧変換部5は、スイッチング素子
としての2個のパワートランジスタQl、Q2を中心に
、トランスTt、 ダイオードD4/、抵抗器R1ない
しR3,コンデンサCI。 アナログスイッチ14と共に自走式のマルチバイブレー
タを形成しており、更にパワートランジスタQl、Q2
のスイッチングを制御する制御回路15を備える。この
制御回路15が、スイッチング素子制御手段、変換実行
手段に相当する。通常、アナログスイッチ14は導通状
態となっており、トランスTtを用いた発振回路により
パワートランジスタQl、Q2は交互にオン状態となっ
て、トランスTtの1次側に交流を流し、トランスTt
の2次側に巻線数比に従った高電圧を発生させる。トラ
ンスTtの2次側には、ダイオードブリッジSSおよび
コンデンサC2が設けられ、圧力を整流・平滑して、直
流としている。 電圧変換部5の制御回路15は、後述する負荷端監視部
10の出力に基づいてアナログスイッチ14のオン・オ
フを制御するものであり、リトリガブルな単安定マルチ
バイブレータ18と1個のオアゲート19とから構成す
ることができる。制御回路15の働きについては、負荷
端監視部10の動作と共に後述する。 第3図に示した回路では、トランスTものインダクタン
スLは50μH1発振周波数fは50KHz、バッテリ
3の電圧は12Vである。このとき、負荷であるモータ
6が接続されていない状態(以下、これをアイドル状態
と呼ぶ)でバッテリ3から流れ出る電流は約2.4Aで
あった。従って、トランスTtでの励磁エネルギのロス
Wは、W=L・工・I −f/2 ・・・(
1)=7.2 ’[W] である。このほか、パワートランジスタQ1..Q2を
ドライブする数ワットの電力が、アイドル運転時であっ
ても必要となる。 負荷端監視部10は、第2図に示すように、電圧VBの
直流電源21、発振周波数50KHzのパルスジェネレ
ータ23、直流電源21とパルスジェネレータ23の出
力を干渉しないように接続する2つのダイオードD2.
D3、電流検出用抵抗器Ri、電流検出用抵抗器Riの
両端電圧を増幅する差動増幅器Dopから構成されてい
る。 直流電源21とパルスジェネレータ23とは、ダイオー
ドD 2. 、D 3および電流検出用抵抗器R1とを
介して、電圧変換部5の出力に並列に接続されている。 従って、電圧変換部5の負荷端に何らかの負荷が接続さ
れている場合には、直流電源21もしくはパルスジェネ
レータ23により、電流検出用抵抗器Riを介して電流
(以下、これを検出電流1iと呼ぶ)が流れることにな
る。即ち、負荷端に抵抗成分もしくはインダクタンス(
L)成分の負荷が接続されている場合には、直流電源2
1からの直流電流が電流検出用抵抗器Riを介して負荷
に流れ、その検出電流Iiを差動増幅器Dopにより検
出することができる。一方、負荷端に容量性の負荷が接
続されている場合には、パルスジェネレータ2−3から
出力される50KHzのパルスにより検出電流Iiが流
れ、これを差動増幅器Dopにより検出すことができる
。なお、ダイオードD1が電圧変換部5の出力に接続さ
れていることから、電圧変換部5側に電流が流れること
はない。 負荷端に負荷が接続されていないとき、即ち開放状態の
場合には、直流電源21およびパルスジェネレータ23
のいずれによっても電流は流れないから、差動増幅器D
opが検出電流Iiを検出することはない、第4図に、
L成分の負荷が接続された場合(L)と容量成分の負荷
が接続された場合(C)との差動増幅器Dopの出力の
様子を示す。 この差動増幅器Dopの出力は、電圧変換部5の制御回
路15に入力されており、抵抗性もしくはL成分の負荷
が接続されて差動増幅器Dopの出力がハイレベルにな
っている場合には、オアゲート19を介して直接アナロ
グスイッチ14をオン状態にし、パワートランジスタQ
l、Q2のスイッチング動作を可能にする。この結果、
電圧変換部5はDC−DC変換を実行する。一方、容量
性の負荷が接続されて差動増幅器Dopの出力が、第4
図に示すように、パルス出力になっている場合には、こ
の出力が、制御回路15の単安定マルチバイブレータ1
8を逐次トリガすることになる。この結果、単安定マル
チバイブレータ18の出力は、パルス入力の統(限りハ
イレベルとなって、オアゲート19を介してアナログス
イッチ14をオン状態に保持する。従って、この場合に
もパワートランジスタQl、Q2は交互にスイッチング
し、電圧変換部5はD C−、D C変換を実行する。 電圧変換部5の負荷端に何も接続されていない場合には
、差動増幅器Dopの出力には何の信号も現われないか
ら、制御回路15の出力もロウレベルとなり、アナログ
スイッチ14はオフ状態に切り替えられる。この結果、
パワートランジスタQ1、Q2のスイッチングは停止さ
れ、電圧変換部5はDC−DC変換そのものを停止する
。従って、既述したアイドル時の消費電力W=7.2ワ
ットは生じない。一方、負荷端監視部10自身の消費電
力Wは、直流電源21とパルスジェネレータ23との消
費電力および差動増幅器Dopの消費電力の和であって
、おおよそ0.15[Wコであった。 これは、電流検出用抵抗器Riにより限流されること、
およびパルスジェネレータ23内の励磁用トランスのイ
ンダクタンスLを電圧変換部5のトランスTtのそれと
較べて100倍程度にとることが容易で、その結果、パ
ルスジエネレータ23内部の電流を100分の1程度に
低減することができるからである0式(1)に従ってパ
ルスジエネレータ23内部のロスを計算すると、内部の
電源電圧を12ボルトとして、 w=0. 072 [Wコ となる、従って、全体として、負荷端監視部10により
負荷の状態を検出して電圧変換部5内部のパワートラン
ジスタQl、Q2の動作を停止することにより、アイド
ル状態の消費、電力を50分の1程度に低下させること
ができる。負荷端が開放状態のままこのDC−DCコン
バータを5時間運転したとすると、節約されてる電力P
は、P=35[W−h] 程度となる。 以上説明したように・、本実施例のDC−DCコンバー
タ1によれば、電圧変換部5の負荷端の状態を負荷端監
視部lOにより監視し、負荷端に何らかの負荷が接続さ
れた場合には、電圧変換部5のパワートランジスタQl
、Q2をスイッチング可能とし、負荷端が開放状態にさ
れた場合には、パワートランジスタQl、Q2のスイッ
チングを禁止して、アイドル状態の消費電力を低減する
。 この結果、DC−DCコンバータ全体としての効率が格
段°に向上する。 なお、電圧変換部5の構成は、パワートランジスタQ1
.Q2t’用いた構成に限られるものではなく、サイリ
スタやFETなど、他のスイッチング素子を用いた構成
を採ることも何ら差し支えない。また、本実施例では抵
抗器両端の電圧を用いて電流検出を行なったが、第5図
に示すように、電流検出用抵抗器Riに替えてコイルL
1を設け、このコイルLlに流れる電流により生じる磁
界を電圧源BTにより作動するホール素子HEと差動増
幅器Dopとにより検出する構成としてもよい。 次に、請求項2に記載した変換器に対応した実施例につ
いて説明する。第6図は、実施例としてのインバータ5
1の概略構成図である。 図示するように、このインバータ51は、IE流電源5
3.直流を交流に変換して出力する直流交流変換部55
.この直流交流変換部55の負荷端に負荷56が接続さ
れているか否かを検出する負荷判別手段としての負荷端
監視部60.負荷端監視部6oの出力に基づいて作動し
正弦波の信号を出力する発振器639発振器63の出力
であるリファレンス信号Vrefと負荷56に印加され
ている電圧信号(以下、出力フィードバック信号と呼ぶ
)Vfbとの偏差をとる差分器65.差分器65の出力
に基づいて直流交流変換部55の出力を制御するパルス
幅変調器(PWM)70から構成されている。発振器6
3.PWM70.直流交流変換部55が、一体となって
、スイッチング素子制御手段、立ち上がり制御手段を構
成している。 直流交流変換部55は、スイッチング素子としてパワー
トランジスタを用いたものである。そのインバータ部分
の構成を、第7図(A)に示す。 図示するように、パワートランジスタPIF、PINお
よびパワートランジスタP2P、 P2Nは、PWM
70の出力信号により、それぞれ相補的にオン状態にと
される。パワートランジスタPIF、PINの接続点お
よびパワートランジスタP2P、 P2Nの接続点は、
平滑部72に接続されている。パワートランジスタPI
F’、 PIN、 P2P、 P2Nおよび平滑部7
2の動作については後述する。 負荷端監視部60は、第1実施例とほぼ同様の回路であ
り、負荷56が接続されているか否かを、印加するパル
ス信号等により検出する。負荷56が接続されているこ
とを検出した場合には、その出力であるスタート信号S
stをハイレベルにする。 発振器63は、第7図に示すように、常時正弦波を発生
するオシレータ(O3C)81.0SC81の出力信号
を入力してゼロクロス信号を検出するゼロクロス検出器
83、ゼロクロス検出器83の検出信号をクロックCK
としスタート信号SstをデータDとするD型フリップ
フロップ85、D型フリップフロップ85の出力Qp、
Qnによりオンオフが制御されるアナログスイッチ87
とから構成されている。 負荷端監視部60から出力されるスタート信号Sstが
ハイレベルに反転すると、O’5C81が出力する正弦
波の位相がn・π(n=0.1.2−・・)となってゼ
ロクロス検出器83の検出信号が出力されるのを待って
D型フリップフロップ85の出力Q−p、 Qnが反転
し、アナログスイッチ87を導通状態に切り替える。従
って、発振器63から出力されるリファレンス信号V
refは、第8図に示すように、必ず位相n・π(n=
0.1.2・・・)から始まる信号となる。このリファ
レンス信号■refとフィードバック信号Vfbとの差
分の信号が、PWM70に出力されており、PWM70
はこの信号に基づいて、直流交流変換部55内のパワー
トランジスタPIP、 PIN、 P2P、 P2
Nを制御する。 PWM70は、発振器63の発振周波数より十分に高い
周波数の三角波発生器を有し、この三角波と差分器65
の出力信号とを比較してパワートランジスタPIP、
PIN、 P2P、 P2Nの制御信号を生成する。直
流交流変換部55とPWM70とは、全体として周知の
パルス幅変調形インバー、夕を構成しているのである。 なお、PWM70の出力と直流交流変換部、55の出力
との関係を第9図に示した。PWM70内では、発振器
63から入力した正弦波に基づいて位相がπだけ異なる
2つの正弦波Sp、Snを生成し、これらと三角波Tw
とを比較する。比較結果に基づいて直流交流変換部55
内のパワートランジスタPIP、 PIN、 P2P。 P2Nをそれぞれオン−オフ制御する。パワートランジ
スタPIF、P2Nがオン状態になったとき、プラスの
電圧出力VPがえられ、パワートランジスタP IN、
P2Pがオン状態となったとき、マイナスの電圧出力V
Nが得られる(第9回置下欄)0両パワートランジスタ
のオンオフのデユーティは、正弦波Sp、Snと三角波
Twとの比較によってパルス幅変調されているから、こ
れを平滑部72で平滑することにより、交流出力が得ら
れることになる。 なお、本実施例において、リファレンス信号■refと
出力フィードバック信号Vfbとの差分をとっているの
は、負荷56に印加される出力電圧の大きさも制御して
いるからである。 以上のように構成された本実施例のインバータ51は、
負荷端監視部60によって変換部55の負荷端に負荷5
6が接続されているか否かを監視し、負荷56が接続さ
れていない場合には、直流交流変換部55内のトランジ
スタのスイッチングを停止する。従って、第1の実施例
と同様、アイドル状態の消費電力を低減することができ
る。更に、本実施例では負荷端に負荷56が接続された
ことを検出したとき、発振器63により位相ゼロから正
弦波を発生させて直流交流変換部55の出力も位相ゼロ
からの交流としている。従って、例えば、インバータ5
1の出力を50Hz、ACIoovとした場合、負荷5
6が、第1O(2)に示すように、等価的に抵抗成分1
mΩ、容量成分100μFであれば、そのインピーダン
スは約31Ωとなり、ピーク電流は約464Aとなる。 これに対して立ち上がり時の交流の位相を制御しない場
合には、電源インピーダンスを無視すると、突入電流は
、もっとも条件が悪い場合(位相π/2±n・π、n=
o、1,2.・・・)には、最大141゜4KAにもな
りかねない。従って、本実施例のインバータ51によれ
ば、負荷56が接続されたときの突入電流を十分に抑制
することができる。この結果、直流交流変換部55の耐
久性・信頼性が格段に向上する。 以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこう
した実施例に何ら限定されるものではな(、種々の態様
にて実施し得ることは勿論である。 例えば、請求項1に記載した変換器としては、DC−D
Cコンバータに限るものではなく、他の変換器、例えば
インバータや交流周波数を変換する変換器あるいはサイ
クロコンバータ等に適用することも何ら差し支えない。 また、スイッチング素子としては、トランジスタの外、
サイリスタやトライアック、あるいはFETやGTOな
ど、スイッチング動作可能な総ての素子が含まれる。更
に、電圧変換部の構成としては、第3図に示したちの以
外に、スイッチング素子を駆動する信号を発生する発振
器を独立に備えた構成、多動式・自励式のあらゆる構成
、更には多重化した電流形インバータの構成等、他の総
ての構成を採ることが可能である。 また、請求項2に記載された変換器についても、スイッ
チング素子や電圧変換部の構成等については、請求項1
の変換器と同様に、種々の構成をとりうるが、更に立ち
上がりの交流の位相を一定以内、例えば±π/6以内に
制限して突入電流を抑制する構成など、種々の構成を採
ることができる。 【g@明の効果] 以上詳述したように、請求項1に記載の変換器によれば
、出力側に負荷が接続されていないと判断したときには
、スイッチング素子の動作を停止して、電気的特性の変
換を停止させ、出力側に負荷が接続されたと判断したと
きには、スイッチング素子の動作を再開させる。従って
、無負荷の場合の消費電力を低減することができ、しか
も負荷が接続されれば速やかに変換を実行して負荷に出
力できるという優れた効果を奏する。 一方、本発明の請求項2の変換器は、出力側に負荷が接
続されていないと判断したときには、スイッチング素子
の動作を停止して、変換動作を停止し、出力側に負荷が
接続されたと判断したときには、スイッチング素子の動
作を開始すると共に、出力される交流の立ち上がりの位
相を所定の大きさ以下とする。従って、無負荷時の消費
電力を低減することができる効果に加えて、スイッチン
グ素子が動作を再開した直後に出力側の負荷に流れる突
入電流を抑制することができるという優れた効果を奏す
る。
ンバータがあり、直流モータの制御装置や無停電電源装
置に用いられている。また、直流を源から異なる電圧の
直流出力を得るDC−DCコンバータ等の変換器も、産
業の広い分野で用いられている。 こうした変換器では、スイッチング素子を備え、複数の
スイッチング素子を順次オンオフすることにより、直流
を所定周波数の交流に変換している。 また、負荷が接続された際の突入電流を所定以下に抑制
するため、電流制限装置(Over Cur、rent
Limiter)を内蔵したものも知られている。 (発明が解決しようとする課題) しかしながら、インバータにせよりC−DCコンバータ
にせよ、出力側が開放されている場合でも内部のスイッ
チング素子は動作しており、無負荷時でも電力損失が存
在するという問題があった。 かかる電力損失は、通常、出力可能な電力の少な(とも
数パーセントに及び、無負荷で使用されることの多い機
器では大きな損失となってしまう。 また、出力側に容量性の負荷が接続された場合、突入電
流の立ち上がりが余りに急激なため、従来の電流制限装
置(OCL)では、立ち上がりの電流を制限することが
できなかった。このため、従来の変換器では、十分な耐
久性・信頼性が得られない場合があるという問題も指摘
されていた。 本発明は上記問題点を解決し、変換器の電力損失を低減
すると共に、その信頼性・耐久性を十分なもの;二する
ことを目的としてなされた。 かかる目的を達成する本発明の構成について以下説明す
る。 [課題を解決するための手段] 本発明の請求項1の変換器は、第1図(A)に例示する
ように、 入力側の電源PSに対し、スイッチング素子SWを動作
させ、電気的な特性を変換して出力する変換器であって
、 出力側に負荷LDが接続されているか否かを判別する負
荷判別手段M1と、 出力側に負荷LDが接続されていないと判断されたとき
、前記スイッチング素子SWの動作を停止して、前記変
換を停止させるスイッチング素子制御手段M2と、 出力側に負荷LDが接続されたと判断されたとき、前記
スイッチング素子SWの動作を再開して前記変換を行な
わせる変換実行手段M3とを備えたことを要旨とする。 また、本発明の請求項2の変換器は、 入力側の電源DPSに対し、スイッチング素子SWを動
作させ、電気的な特性を変換して出力する変換器であっ
て、 出力側に負荷LDが接続されているか否かを判別する負
荷判別手段N1と、 出力側に負荷LDが接続されていないと判断されたとき
、前記スイッチング素子SWの動作を停止して、前記変
換を停止させるスイッチング素子制御手段N2と、 出力側に負荷LDが接続されたと判断されたとき、前記
スイッチング素子SWの動作を開始すると共に、前記出
力される交流の立ち上がりの位相を所定の大きさ以下と
する立ち上がり制御手段N3と を備えたことを要旨とする。 (作用] 上記構成を有する請求項1の変換器は、負荷判別手段M
lにより出力側に負荷LDが接続されていないと判断し
たとき、スイッチング素子SWの動作を停止して、電気
的特性の変換を停止させる。 一方、出力側に負荷L・Dが接続されたと判断したとき
には、変換実行手段M3により、スイッチング素子SW
の動作を再開させる。スイッチング素子SWが動作を再
開すると、変換器は、電気的な特性を変換して出力側の
負荷LDに供給する。 一方、本発明の請求項2の変換器は、負荷判別手段N1
により出力側に負荷LDが接続されていないと判断した
とき、スイッチング素子制御手段N2により、スイッチ
ング素子SWの動作を停止して、その変換動作を停止す
る。一方、出力側に負荷LDが接続されたと判断したと
き、立ち上がり制御手段N3により、スイッチング素子
SWの動作を開始すると共に、出力される交流の立ち上
がりの位相を所定の大きさ以下とする。この結果、スイ
ッチング素子SWが動作を再開した直後に出方何の負荷
に流れる立ち上がりの電流は抑制され、その後、変換器
は、入力側の電源PSに対し、その電気的な特性を変換
して出力側の負荷LDに供給する。 【実施例] 以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするた
めに、以下本発明の変換器の好適な実施例について説明
する。第2図は、請求項1に記載した変換器に対応する
実施例の概略構成図である。 図示するように、実施例としてのDC−DCコンバータ
lは、電源としてのバッテリ3.バッテリ3の電圧をそ
れより高い直流電圧に変換する電圧変換部5.負荷であ
るモータ6を正転・逆転自在に駆動するHブリッジ回路
7.電圧変換部5からHブリッジ回路7までの間に介装
されたダイオードDl、電圧変換部5にとっての負荷端
の状態を監視する負荷判別手段としての負荷端監視部1
0から構成されている。なお、Hブリッジ回路7は、n
pn、pnpの各トランジスタql、q2゜q3.’q
4を組み合わせた周知の回路であり、図示しない制御装
置によって、トランジスタq1ないしq4の導通状態が
制御されるものである。 電圧変換部5は、直流をチョッパにより交流に変換し、
トランス等によりその電圧を変換したのち整流して直流
に戻す周知の回路構成を有する。 こうした電圧変換部5の回路構成の一例を第3図に示す
。図示した例では、電圧変換部5は、スイッチング素子
としての2個のパワートランジスタQl、Q2を中心に
、トランスTt、 ダイオードD4/、抵抗器R1ない
しR3,コンデンサCI。 アナログスイッチ14と共に自走式のマルチバイブレー
タを形成しており、更にパワートランジスタQl、Q2
のスイッチングを制御する制御回路15を備える。この
制御回路15が、スイッチング素子制御手段、変換実行
手段に相当する。通常、アナログスイッチ14は導通状
態となっており、トランスTtを用いた発振回路により
パワートランジスタQl、Q2は交互にオン状態となっ
て、トランスTtの1次側に交流を流し、トランスTt
の2次側に巻線数比に従った高電圧を発生させる。トラ
ンスTtの2次側には、ダイオードブリッジSSおよび
コンデンサC2が設けられ、圧力を整流・平滑して、直
流としている。 電圧変換部5の制御回路15は、後述する負荷端監視部
10の出力に基づいてアナログスイッチ14のオン・オ
フを制御するものであり、リトリガブルな単安定マルチ
バイブレータ18と1個のオアゲート19とから構成す
ることができる。制御回路15の働きについては、負荷
端監視部10の動作と共に後述する。 第3図に示した回路では、トランスTものインダクタン
スLは50μH1発振周波数fは50KHz、バッテリ
3の電圧は12Vである。このとき、負荷であるモータ
6が接続されていない状態(以下、これをアイドル状態
と呼ぶ)でバッテリ3から流れ出る電流は約2.4Aで
あった。従って、トランスTtでの励磁エネルギのロス
Wは、W=L・工・I −f/2 ・・・(
1)=7.2 ’[W] である。このほか、パワートランジスタQ1..Q2を
ドライブする数ワットの電力が、アイドル運転時であっ
ても必要となる。 負荷端監視部10は、第2図に示すように、電圧VBの
直流電源21、発振周波数50KHzのパルスジェネレ
ータ23、直流電源21とパルスジェネレータ23の出
力を干渉しないように接続する2つのダイオードD2.
D3、電流検出用抵抗器Ri、電流検出用抵抗器Riの
両端電圧を増幅する差動増幅器Dopから構成されてい
る。 直流電源21とパルスジェネレータ23とは、ダイオー
ドD 2. 、D 3および電流検出用抵抗器R1とを
介して、電圧変換部5の出力に並列に接続されている。 従って、電圧変換部5の負荷端に何らかの負荷が接続さ
れている場合には、直流電源21もしくはパルスジェネ
レータ23により、電流検出用抵抗器Riを介して電流
(以下、これを検出電流1iと呼ぶ)が流れることにな
る。即ち、負荷端に抵抗成分もしくはインダクタンス(
L)成分の負荷が接続されている場合には、直流電源2
1からの直流電流が電流検出用抵抗器Riを介して負荷
に流れ、その検出電流Iiを差動増幅器Dopにより検
出することができる。一方、負荷端に容量性の負荷が接
続されている場合には、パルスジェネレータ2−3から
出力される50KHzのパルスにより検出電流Iiが流
れ、これを差動増幅器Dopにより検出すことができる
。なお、ダイオードD1が電圧変換部5の出力に接続さ
れていることから、電圧変換部5側に電流が流れること
はない。 負荷端に負荷が接続されていないとき、即ち開放状態の
場合には、直流電源21およびパルスジェネレータ23
のいずれによっても電流は流れないから、差動増幅器D
opが検出電流Iiを検出することはない、第4図に、
L成分の負荷が接続された場合(L)と容量成分の負荷
が接続された場合(C)との差動増幅器Dopの出力の
様子を示す。 この差動増幅器Dopの出力は、電圧変換部5の制御回
路15に入力されており、抵抗性もしくはL成分の負荷
が接続されて差動増幅器Dopの出力がハイレベルにな
っている場合には、オアゲート19を介して直接アナロ
グスイッチ14をオン状態にし、パワートランジスタQ
l、Q2のスイッチング動作を可能にする。この結果、
電圧変換部5はDC−DC変換を実行する。一方、容量
性の負荷が接続されて差動増幅器Dopの出力が、第4
図に示すように、パルス出力になっている場合には、こ
の出力が、制御回路15の単安定マルチバイブレータ1
8を逐次トリガすることになる。この結果、単安定マル
チバイブレータ18の出力は、パルス入力の統(限りハ
イレベルとなって、オアゲート19を介してアナログス
イッチ14をオン状態に保持する。従って、この場合に
もパワートランジスタQl、Q2は交互にスイッチング
し、電圧変換部5はD C−、D C変換を実行する。 電圧変換部5の負荷端に何も接続されていない場合には
、差動増幅器Dopの出力には何の信号も現われないか
ら、制御回路15の出力もロウレベルとなり、アナログ
スイッチ14はオフ状態に切り替えられる。この結果、
パワートランジスタQ1、Q2のスイッチングは停止さ
れ、電圧変換部5はDC−DC変換そのものを停止する
。従って、既述したアイドル時の消費電力W=7.2ワ
ットは生じない。一方、負荷端監視部10自身の消費電
力Wは、直流電源21とパルスジェネレータ23との消
費電力および差動増幅器Dopの消費電力の和であって
、おおよそ0.15[Wコであった。 これは、電流検出用抵抗器Riにより限流されること、
およびパルスジェネレータ23内の励磁用トランスのイ
ンダクタンスLを電圧変換部5のトランスTtのそれと
較べて100倍程度にとることが容易で、その結果、パ
ルスジエネレータ23内部の電流を100分の1程度に
低減することができるからである0式(1)に従ってパ
ルスジエネレータ23内部のロスを計算すると、内部の
電源電圧を12ボルトとして、 w=0. 072 [Wコ となる、従って、全体として、負荷端監視部10により
負荷の状態を検出して電圧変換部5内部のパワートラン
ジスタQl、Q2の動作を停止することにより、アイド
ル状態の消費、電力を50分の1程度に低下させること
ができる。負荷端が開放状態のままこのDC−DCコン
バータを5時間運転したとすると、節約されてる電力P
は、P=35[W−h] 程度となる。 以上説明したように・、本実施例のDC−DCコンバー
タ1によれば、電圧変換部5の負荷端の状態を負荷端監
視部lOにより監視し、負荷端に何らかの負荷が接続さ
れた場合には、電圧変換部5のパワートランジスタQl
、Q2をスイッチング可能とし、負荷端が開放状態にさ
れた場合には、パワートランジスタQl、Q2のスイッ
チングを禁止して、アイドル状態の消費電力を低減する
。 この結果、DC−DCコンバータ全体としての効率が格
段°に向上する。 なお、電圧変換部5の構成は、パワートランジスタQ1
.Q2t’用いた構成に限られるものではなく、サイリ
スタやFETなど、他のスイッチング素子を用いた構成
を採ることも何ら差し支えない。また、本実施例では抵
抗器両端の電圧を用いて電流検出を行なったが、第5図
に示すように、電流検出用抵抗器Riに替えてコイルL
1を設け、このコイルLlに流れる電流により生じる磁
界を電圧源BTにより作動するホール素子HEと差動増
幅器Dopとにより検出する構成としてもよい。 次に、請求項2に記載した変換器に対応した実施例につ
いて説明する。第6図は、実施例としてのインバータ5
1の概略構成図である。 図示するように、このインバータ51は、IE流電源5
3.直流を交流に変換して出力する直流交流変換部55
.この直流交流変換部55の負荷端に負荷56が接続さ
れているか否かを検出する負荷判別手段としての負荷端
監視部60.負荷端監視部6oの出力に基づいて作動し
正弦波の信号を出力する発振器639発振器63の出力
であるリファレンス信号Vrefと負荷56に印加され
ている電圧信号(以下、出力フィードバック信号と呼ぶ
)Vfbとの偏差をとる差分器65.差分器65の出力
に基づいて直流交流変換部55の出力を制御するパルス
幅変調器(PWM)70から構成されている。発振器6
3.PWM70.直流交流変換部55が、一体となって
、スイッチング素子制御手段、立ち上がり制御手段を構
成している。 直流交流変換部55は、スイッチング素子としてパワー
トランジスタを用いたものである。そのインバータ部分
の構成を、第7図(A)に示す。 図示するように、パワートランジスタPIF、PINお
よびパワートランジスタP2P、 P2Nは、PWM
70の出力信号により、それぞれ相補的にオン状態にと
される。パワートランジスタPIF、PINの接続点お
よびパワートランジスタP2P、 P2Nの接続点は、
平滑部72に接続されている。パワートランジスタPI
F’、 PIN、 P2P、 P2Nおよび平滑部7
2の動作については後述する。 負荷端監視部60は、第1実施例とほぼ同様の回路であ
り、負荷56が接続されているか否かを、印加するパル
ス信号等により検出する。負荷56が接続されているこ
とを検出した場合には、その出力であるスタート信号S
stをハイレベルにする。 発振器63は、第7図に示すように、常時正弦波を発生
するオシレータ(O3C)81.0SC81の出力信号
を入力してゼロクロス信号を検出するゼロクロス検出器
83、ゼロクロス検出器83の検出信号をクロックCK
としスタート信号SstをデータDとするD型フリップ
フロップ85、D型フリップフロップ85の出力Qp、
Qnによりオンオフが制御されるアナログスイッチ87
とから構成されている。 負荷端監視部60から出力されるスタート信号Sstが
ハイレベルに反転すると、O’5C81が出力する正弦
波の位相がn・π(n=0.1.2−・・)となってゼ
ロクロス検出器83の検出信号が出力されるのを待って
D型フリップフロップ85の出力Q−p、 Qnが反転
し、アナログスイッチ87を導通状態に切り替える。従
って、発振器63から出力されるリファレンス信号V
refは、第8図に示すように、必ず位相n・π(n=
0.1.2・・・)から始まる信号となる。このリファ
レンス信号■refとフィードバック信号Vfbとの差
分の信号が、PWM70に出力されており、PWM70
はこの信号に基づいて、直流交流変換部55内のパワー
トランジスタPIP、 PIN、 P2P、 P2
Nを制御する。 PWM70は、発振器63の発振周波数より十分に高い
周波数の三角波発生器を有し、この三角波と差分器65
の出力信号とを比較してパワートランジスタPIP、
PIN、 P2P、 P2Nの制御信号を生成する。直
流交流変換部55とPWM70とは、全体として周知の
パルス幅変調形インバー、夕を構成しているのである。 なお、PWM70の出力と直流交流変換部、55の出力
との関係を第9図に示した。PWM70内では、発振器
63から入力した正弦波に基づいて位相がπだけ異なる
2つの正弦波Sp、Snを生成し、これらと三角波Tw
とを比較する。比較結果に基づいて直流交流変換部55
内のパワートランジスタPIP、 PIN、 P2P。 P2Nをそれぞれオン−オフ制御する。パワートランジ
スタPIF、P2Nがオン状態になったとき、プラスの
電圧出力VPがえられ、パワートランジスタP IN、
P2Pがオン状態となったとき、マイナスの電圧出力V
Nが得られる(第9回置下欄)0両パワートランジスタ
のオンオフのデユーティは、正弦波Sp、Snと三角波
Twとの比較によってパルス幅変調されているから、こ
れを平滑部72で平滑することにより、交流出力が得ら
れることになる。 なお、本実施例において、リファレンス信号■refと
出力フィードバック信号Vfbとの差分をとっているの
は、負荷56に印加される出力電圧の大きさも制御して
いるからである。 以上のように構成された本実施例のインバータ51は、
負荷端監視部60によって変換部55の負荷端に負荷5
6が接続されているか否かを監視し、負荷56が接続さ
れていない場合には、直流交流変換部55内のトランジ
スタのスイッチングを停止する。従って、第1の実施例
と同様、アイドル状態の消費電力を低減することができ
る。更に、本実施例では負荷端に負荷56が接続された
ことを検出したとき、発振器63により位相ゼロから正
弦波を発生させて直流交流変換部55の出力も位相ゼロ
からの交流としている。従って、例えば、インバータ5
1の出力を50Hz、ACIoovとした場合、負荷5
6が、第1O(2)に示すように、等価的に抵抗成分1
mΩ、容量成分100μFであれば、そのインピーダン
スは約31Ωとなり、ピーク電流は約464Aとなる。 これに対して立ち上がり時の交流の位相を制御しない場
合には、電源インピーダンスを無視すると、突入電流は
、もっとも条件が悪い場合(位相π/2±n・π、n=
o、1,2.・・・)には、最大141゜4KAにもな
りかねない。従って、本実施例のインバータ51によれ
ば、負荷56が接続されたときの突入電流を十分に抑制
することができる。この結果、直流交流変換部55の耐
久性・信頼性が格段に向上する。 以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこう
した実施例に何ら限定されるものではな(、種々の態様
にて実施し得ることは勿論である。 例えば、請求項1に記載した変換器としては、DC−D
Cコンバータに限るものではなく、他の変換器、例えば
インバータや交流周波数を変換する変換器あるいはサイ
クロコンバータ等に適用することも何ら差し支えない。 また、スイッチング素子としては、トランジスタの外、
サイリスタやトライアック、あるいはFETやGTOな
ど、スイッチング動作可能な総ての素子が含まれる。更
に、電圧変換部の構成としては、第3図に示したちの以
外に、スイッチング素子を駆動する信号を発生する発振
器を独立に備えた構成、多動式・自励式のあらゆる構成
、更には多重化した電流形インバータの構成等、他の総
ての構成を採ることが可能である。 また、請求項2に記載された変換器についても、スイッ
チング素子や電圧変換部の構成等については、請求項1
の変換器と同様に、種々の構成をとりうるが、更に立ち
上がりの交流の位相を一定以内、例えば±π/6以内に
制限して突入電流を抑制する構成など、種々の構成を採
ることができる。 【g@明の効果] 以上詳述したように、請求項1に記載の変換器によれば
、出力側に負荷が接続されていないと判断したときには
、スイッチング素子の動作を停止して、電気的特性の変
換を停止させ、出力側に負荷が接続されたと判断したと
きには、スイッチング素子の動作を再開させる。従って
、無負荷の場合の消費電力を低減することができ、しか
も負荷が接続されれば速やかに変換を実行して負荷に出
力できるという優れた効果を奏する。 一方、本発明の請求項2の変換器は、出力側に負荷が接
続されていないと判断したときには、スイッチング素子
の動作を停止して、変換動作を停止し、出力側に負荷が
接続されたと判断したときには、スイッチング素子の動
作を開始すると共に、出力される交流の立ち上がりの位
相を所定の大きさ以下とする。従って、無負荷時の消費
電力を低減することができる効果に加えて、スイッチン
グ素子が動作を再開した直後に出力側の負荷に流れる突
入電流を抑制することができるという優れた効果を奏す
る。
【図面の簡単な説明】
第1図−(A)、 (B)は各々請求項1.2記載の
変換器の基本的構成を例示するブロック図、第2図は請
求項1に記載された変換器の実施例としてのDC−DC
コンバータの概略構成図、第3図は電圧変換部5の構成
を例示する回路図、第4図は電圧変換部5の動作を説明
するタイミングチャート、 第5図は電流検出の他の構成例を示す説明図、第6図は
請求項2に記載された変換器の実施例としてのインバー
タの概略構成を示すブロック図、第7図(A)は直流交
流変換部55の要部構成例を示す回路図、 第7図(B)は発振器63の構成例を示すブロック図、 第8図は発振器63の動作を示すグラフ、第9図パルス
幅変調器(PWM)70の動作を説明するグラフ、 第10図は容量性負荷の一例を示す等価回路図、である
。 3・・・バッテリ 5・・・電圧変換部6・・・モー
タ 7・・Hブリッジ回路 10・・・負荷端監視部 14・・・アナログスイッチ 15・・・制御回路21
・・・直流電源 23・・・パルスジェネレータ 51・・・インバータ 53・・・直流電源 55・・・直流交流変換部5
6・・・負荷 60・・・負荷端監視部63・
・・発振器 70・・・PWMLD・・・負荷
Ml、Nl・・・負荷判別手段M2.N2・・・スイ
ッチング素子制御手段M3・・・変換実行手段 N3・・・立ち上がり制御手段 PS・・・電源SW
・・・スイッチング素子
変換器の基本的構成を例示するブロック図、第2図は請
求項1に記載された変換器の実施例としてのDC−DC
コンバータの概略構成図、第3図は電圧変換部5の構成
を例示する回路図、第4図は電圧変換部5の動作を説明
するタイミングチャート、 第5図は電流検出の他の構成例を示す説明図、第6図は
請求項2に記載された変換器の実施例としてのインバー
タの概略構成を示すブロック図、第7図(A)は直流交
流変換部55の要部構成例を示す回路図、 第7図(B)は発振器63の構成例を示すブロック図、 第8図は発振器63の動作を示すグラフ、第9図パルス
幅変調器(PWM)70の動作を説明するグラフ、 第10図は容量性負荷の一例を示す等価回路図、である
。 3・・・バッテリ 5・・・電圧変換部6・・・モー
タ 7・・Hブリッジ回路 10・・・負荷端監視部 14・・・アナログスイッチ 15・・・制御回路21
・・・直流電源 23・・・パルスジェネレータ 51・・・インバータ 53・・・直流電源 55・・・直流交流変換部5
6・・・負荷 60・・・負荷端監視部63・
・・発振器 70・・・PWMLD・・・負荷
Ml、Nl・・・負荷判別手段M2.N2・・・スイ
ッチング素子制御手段M3・・・変換実行手段 N3・・・立ち上がり制御手段 PS・・・電源SW
・・・スイッチング素子
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 入力側の電源に対し、スイッチング素子を動作させ
、電気的な特性を変換して出力する変換器であって、 出力側に負荷が接続されているか否かを判別する負荷判
別手段と、 出力側に負荷が接続されていないと判断されたとき、前
記スイッチング素子の動作を停止して、前記変換を停止
させるスイッチング素子停止手段と、 出力側に負荷が接続されたと判断されたとき、前記スイ
ッチング素子の動作を再開して前記変換を行なわせる変
換実行手段とを備えた変換器。 2 入力側の電源に対し、スイッチング素子を動作させ
、電気的な特性を変換して出力する変換器であって、 出力側に負荷が接続されているか否かを判別する負荷判
別手段と、 出力側に負荷が接続されていないと判断されたとき、前
記スイッチング素子の動作を停止して、前記変換を停止
させるスイッチング素子制御手段と、 出力側に負荷が接続されたと判断されたとき、前記スイ
ッチング素子の動作を開始すると共に、前記出力される
交流の立ち上がりの位相を所定の大きさ以下とする立ち
上がり制御手段とを備えた変換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2231053A JPH04112616A (ja) | 1990-08-31 | 1990-08-31 | 変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2231053A JPH04112616A (ja) | 1990-08-31 | 1990-08-31 | 変換器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04112616A true JPH04112616A (ja) | 1992-04-14 |
Family
ID=16917553
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2231053A Pending JPH04112616A (ja) | 1990-08-31 | 1990-08-31 | 変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04112616A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011223787A (ja) * | 2010-04-13 | 2011-11-04 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp | 電力変換装置 |
| US9054598B2 (en) | 2009-09-24 | 2015-06-09 | Abb Oy | Frequency converter |
-
1990
- 1990-08-31 JP JP2231053A patent/JPH04112616A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9054598B2 (en) | 2009-09-24 | 2015-06-09 | Abb Oy | Frequency converter |
| JP2011223787A (ja) * | 2010-04-13 | 2011-11-04 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp | 電力変換装置 |
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