JPH05333077A - スイッチング型模擬負荷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】負荷に流れる電流を任意の波形に制御できると
ともに、発熱による危険が少なく、しかも電力の損失を
必要最小限にして省エネを図ることにある。 【構成】試験用交流電源から入力される交流を昇圧コン
バータ回路３により直流に変換し、これをコンデンサ４
により平滑した後インバータ回路５により交流に変換し
て交流電源側に回生する負荷回路と、昇圧コンバータ回
路３の入力信号に同期したクロックを発生するＰＬＬ回
路11と、入力電流の一周期分に相当する電流波形データ
が同期信号に対して位相調整可能に格納され前記クロッ
クによりアドレスが指定されると波形データを出力する
波形作成用ＲＯＭ15と、この波形データをアナログ変換
すると共にその波形のゲインが調整可能なＤ／Ａ変換器
16と、この変換器の出力信号をＰＷＭ変調して昇圧コン
バータ３のスイッチング素子をオン、オフ制御するゲー
ト信号を作るＰＷＭ変調器17とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、負荷に流れる電流を任
意の波形に制御可能なスイッチング型模擬負荷装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に電源装置（ＣＶＣＦやＵＰＳ）を
工場等で試験を行うには、容量の切換えが容易な抵抗を
負荷として種々のデータを取り、電源特性等の試験が行
われている。この場合、負荷として抵抗を用いているの
で、電源が正弦波出力のとき負荷に流れる電流も正弦波
となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、試験後に実際
に電源装置に接続される負荷は、コンピュータや他の機
器であるため、電源出力が正弦波であっても負荷に流れ
る電流はきれいな正弦波とはならない。したがって、電
源装置の試験結果と実際の波形とは異なったものとな
り、種々の問題が発生する。

【０００４】また、負荷として抵抗を用いると電源から
供給される電力がすべて熱として消費されるため、抵抗
自体が高温となって危険であるばかりでなく、電力も無
駄になり、エネルギーの有効利用を図る観点からも好ま
しくない。

【０００５】本発明の目的は、負荷に流れる電流を任意
の波形に制御できるとともに、発熱による危険が少な
く、しかも電力の損失を必要最小限にして省エネを図る
ことができるスイッチング型模擬負荷装置を提供するに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、試験用交流電源から入力される交流を昇圧
コンバータ回路により直流に変換し、これをコンデンサ
により平滑した後インバータ回路により交流に変換して
前記交流電源側に回生する主回路を構成してなる負荷回
路と、前記昇圧コンバータ回路の入力信号に同期したク
ロックを発生するクロック発生手段と、前記交流電源の
入力電流の一周期分に相当する電流波形データが同期信
号に対して位相調整可能に格納され前記クロック発生手
段より発生するクロックによりアドレスが指定されると
該アドレスの波形データを出力する波形作成用ＲＯＭ
と、この波形作成用ＲＯＭより出力される波形データを
アナログ変換してこれを基準信号として出力すると共に
その波形のゲインが調整可能な機能を有するＤ／Ａ変換
手段と、このＤ／Ａ変換手段の出力信号をＰＷＭ変調し
て前記昇圧コンバータのスイッチング素子をオン、オフ
制御するゲート信号を作るゲート信号生成手段とを備え
る。

【０００７】

【作用】このような構成のスイッチング型模擬負荷装置
にあっては、クロック発生手段により入力電流に同期し
たクロックが発生し、このクロックにより波形データ作
成用ＲＯＭのアドレスが指定されると、該波形データ作
成用ＲＯＭに同期信号に対して位相調整可能に格納され
た入力電流の一周期分に相当する電流波形データが出力
され、この電流波形データはＤ／Ａ変換手段によりアナ
ログ信号に変換さると共にゲイン調整機能により波形の
ゲインが調整されてゲート信号生成手段に取込まれる。
このゲート信号生成手段では、アナログ変換された電流
波形をＰＷＭ変調してゲート信号を作り、このゲート信
号により昇圧コンバータのスイッチング素子がオン、オ
フ制御される。したがって、主回路の昇圧コンバータの
入力電流は基準信号に応じて任意の電流波形に制御する
ことが可能となる。

【０００８】また、昇圧コンバータの出力電流はインバ
ータ回路により回生側の交流電源に回生されるので、装
置の効率は内部損失だけで発熱も少なく、省エネを図る
ことができると共に、安全性の高いものになし得る。

【０００９】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。

【００１０】図１は本発明によるスイッチング型模擬負
荷装置としてＡＣ／ＤＣ共用タイプの主回路の構成例を
示すもので、ここでは交流入力の場合について述べる。
本装置の主回路は、図１に示すように図示しない交流電
源が接続される入力フィルタ回路１、この入力フィルタ
回路１よりリアクトル２を通して交流電流が入力され、
これを直流に変換する昇圧コンバータ回路３、この昇圧
コンバータ回路３より出力される直流をコンデンサ４に
より平滑した後、交流に変換して電流抑制用リアクトル
６およびトランス７を介して図示しない回生側の交流電
源に回生するインバータ回路５により負荷回路として構
成される。この場合、昇圧コンバータ３およびインバー
タ回路５は半導体スイッチング素子をブリッジ接続した
ものが使用されている。

【００１１】図２は主回路の昇圧コンバータ回路３を制
御して任意の波形の負荷電流を得る制御装置のブロック
回路例を示すものである。図２において、１１は交流入
力端子ｔi よりトランス１２及びノイズ除去用のローパ
スフィルタ１３を通して交流信号が同期信号として入力
されるＰＬＬ回路で、このＰＬＬ回路１１は図３に示す
ように同期信号が入力される相検出器（フェイズデテク
タ）１１−１、ローパスフィルタ１１−２及び発振器１
１−３から構成され、昇圧コンバータ回路３の入力信号
に同期したクロック信号を発生するものである。

【００１２】１４はこのＰＬＬ回路１１より発生するク
ロック信号を蓄えるカウンタで、このクロック信号の計
数値が所定値になるとＰＬＬ回路１１のフェイズデテク
タ１１−１にフィードバック信号を与えるものである。

【００１３】１５は入力電流の一周期分に相当する電流
波形データが格納され、カウンタ１４で計数されるクロ
ック信号の計数値に応じてアドレスが指定されると該当
するアドレスの波形データを出力する波形作成用ＲＯＭ
で、この波形作成用ＲＯＭ１５には図４に示すように位
相調整用ボリューム１５−１と、この位相調整用ボリュ
ーム１５−１の出力をディジタル変換して基準となる波
形の位相を切換えるＡ／Ｄコンバータ１５−２が備えら
れている。

【００１４】１６は波形作成用ＲＯＭ１５より出力され
る波形データをアナログ信号に変換してこれを基準信号
として出力する乗算形のＤ／Ａ変換器で、このＤ／Ａ変
換器１６にはゲイン調整用ボルリューム１６−１が備え
られ、波形のゲインが調整可能になっている。

【００１５】１７はＤ／Ａ変換器１６より出力される基
準信号と昇圧コンバータ回路３に入力される実電流の検
出信号が入力され、これらを比較して波形を補正する誤
差増幅器（ＰＩ調整器）、１８はこのＰＩ調整器１７の
出力信号をキャリア信号発生器１９より発生するキャリ
ア波によりＰＷＭ変調して昇圧コンバータ回路３のスイ
ッチング素子のゲート信号を作るＰＷＭ変調器で、この
ＰＷＭ変調器１８より出力されるゲート信号はゲート駆
動インターフェース２０を介して昇圧コンバータ回路３
のスイッチング素子にオン、オフ制御信号として与えら
れる。

【００１６】次に上記のように構成されたスイッチング
型模擬負荷装置の作用について述べる。今、交流入力端
子ｔｉに試験電源としてＣＶＣＦやＵＰＳなどの電源装
置が接続され、交流電流が入力されると、この電流はト
ランス１２及びノイズ除去用のローパスフィルタ１３を
通してＰＬＬ回路１１に同期信号として与えられる。こ
のＰＬＬ回路１１では入力信号に同期したクロックを発
生し、このクロックがカウンタ１４に与えられると、波
形作成用ＲＯＭ１５はカウンタ１４のクロックの計数値
に応じてアドレスが指定され、該当するアドレスの電流
基準となる波形データが順次出力される。この場合、波
形作成用ＲＯＭ１５には入力電流の一周期分に相当する
波形データが格納されているので、例えば図５に示すよ
うな電流波形が作られて出力される。

【００１７】この波形作成用ＲＯＭ１５より出力される
波形データが乗算形のＤ／Ａ変換器１６に入力される
と、この波形データはＤ／Ａ変換器１６によりアナログ
信号に変換され、基準信号となってＰＩ調整器１７に加
えられる。

【００１８】ここで、波形作成用ＲＯＭ１５に備えられ
ている位相調整用ボリューム１５−１を調整し、その出
力をＡ／Ｄコンバータ１５−２を通して波形作成用ＲＯ
Ｍ１５に入力すると、波形作成用ＲＯＭ１５のアドレス
が切換えられ、図６に示すように基準信号と同期信号と
の位相を変えることができる。

【００１９】また、波形作成用ＲＯＭ１５より出力され
るデータが乗算形のＤ／Ａ変換器１６によりアナログ信
号に変換されるとき、ゲイン調整用ボリューム１６−１
を調整することにより、図７に示すように波形のゲイン
を変えることができる。

【００２０】したがって、Ｄ／Ａ変換器１６からは入力
波形に同期した位相とゲインが変えられる基準信号が得
られることになる。

【００２１】このような基準信号がＰＩ調整器１７に与
えられると、このＰＩ調整器１７では昇圧コンバータ回
路３に流入する実際の入力電流の検出信号と基準信号と
を比較して波形を補正し、これをＰＷＭ変調器１８でＰ
ＷＭ変調することにより、スイッチング素子のゲート信
号が作られる。そして、このゲート信号がゲート駆動イ
ンターフェース１９に与えられると、昇圧コンバータ回
路３のスイッチング素子のゲートが制御される。即ち、
昇圧コンバータ回路３のスイッチング素子は図８に示す
ようにキャリア波と比較することによって基準電流波形
になるようにオン、オフが繰返される。

【００２２】この場合、昇圧コンバータ回路３のスイッ
チング素子がオン、オフ制御されると入力電流波形が基
準電流波形に重畳され、高調波リップルが発生するが、
昇圧コンバータ回路３の入力側には高調波除去用のフィ
ルタ１が設けられているので、これらの高調波リップル
は除去される。

【００２３】したがって、入力電流は電流波形、大きさ
の制御された負荷電流となって回生側インバータ回路５
に流れる。

【００２４】次に上述した負荷電流を回生側の交流電源
に回生するときの作用について述べる。図９は昇圧コン
バータ回路３を含む入出力部の等価回路を示すものであ
る。いま、昇圧コンバータ回路３のスイッチング素子Ｓ
がオンすると、リアクトル２を通して短絡電流が流れ、
このときリアクトル２にエネルギーが蓄えられる。この
状態でスイッチング素子Ｓがオフすると、リアクトル２
に蓄えられたエネルギーがダイオードＤを通してコンデ
ンサ４に流れ、このコンデンサ４の端子間電圧が上昇す
る。したがって、この電圧が設定値を越えると、インバ
ータ回路５が動作し、回生側の交流電源に電力が回生さ
れる。

【００２５】この場合、インバータ回路５の回生動作は
次のように行われる。初期状態のとき回生インバータ回
路５の昇圧動作を行い、主回路のコンデンサ４を充電す
る。これは昇圧コンバータ回路３が動作する前に試験装
置から主回路のコンデンサ４に電流が流れないようにす
るためである。次に昇圧コンバータ回路３の動作により
コンデンサ４の端子間電圧がある設定レベルを越える
と、回生動作に入り回生側の交流電源に同期した回生側
電源電圧より高い電圧を出力する。このとき流れる電流
は電流制限用リアクトル６によって制限される。

【００２６】このように本実施例では、試験電源として
交流電源が接続される主回路に昇圧コンバータ回路３と
インバータ回路５とを負荷回路として設け、また昇圧コ
ンバータ回路３の制御系に予め入力電流の一周期分の電
流波形データが格納され且つアドレスの切換により同期
信号と位相の異なる波形データが出力可能な波形データ
作成用ＲＯＭ１５、交流電源の入力電流が同期信号して
入力されるとこの入力信号に同期したクロック信号を発
生するＰＬＬ回路１１、このＰＬＬ回路１１より発生す
るクロック信号をカウントしそのカウント値により波形
データ作成用ＲＯＭ１５のアドレスを指定するカウンタ
１４およびこのカウンタ１４によりアドレスが指定され
ると波形データ作成用ＲＯＭ１５より順次出力される該
当するアドレスの電流基準となる波形データをアナログ
信号に変換するゲイン調整可能なＤ／Ａ変換器１６をそ
れぞれ設け、このＤ／Ａ変換器１６より出力される基準
信号をＰＩ調整器１７により昇圧コンバータ３に流れる
実電流と比較して波形を補正し、これをＰＷＭ変調器１
８でＰＷＭ変調して得られるゲート信号により、昇圧コ
ンバータ３をゲート駆動インターフェース１９を介して
スイッチング制御するようにしたものである。

【００２７】したがって、波形作成用ＲＯＭ１５より出
力される電流基準となる波形データを同期信号に対して
適宜位相を変えると共に、Ｄ／Ａ変換器１６により波形
ゲインを適宜変えることにより、昇圧コンバータ回路３
の入力電流を任意の波形（電流の形、大きさ、力率）に
制御することができる。これにより電源装置に接続され
る負荷に流れる電流が正弦波とはならないコンピュータ
や他の機器であってもその負荷特有の波形の電流を流す
ことができ、種々の電源特性の試験を効果的に行うこと
ができる。

【００２８】また、この昇圧コンバータ回路３の出力
は、主回路コンデンサ４の端子間電圧がその設定レベル
を越えるとインバータ回路５の回生動作により回生側の
交流電源に回生することができるので、低損失、高効率
なものとなし得ると共に、発熱による危険が少なく、し
かも装置全体の小型化を図ることができる。

【００２９】次に本発明の他の実施例を図１０により説
明する。

【００３０】図１０は、試験電源として直流電源の場合
に適用される昇圧コンバータ回路の制御装置を示すブロ
ック図で、図２と同一部分には同一符号を付してその説
明を省略し、ここでは異なる点について述べる。なお、
主回路の構成は入力端子に試験電源として直流電源が接
続される以外は図１と同じである。

【００３１】図１０に示すように直流電源の場合には、
入力電流と同期をとる必要がないため、図２に示す構成
のトランス１２、ローパスフィルタ１３、ＰＬＬ回路１
１およびカウンタ１４を用いず、新たに基準電圧発生器
２１、この基準電圧発生器２１より出力される基準電圧
が入力されるとこの入力電圧に比例した周波数で発振す
る発振器２２およびこの発振器２２より出力されるクロ
ック信号を計数し、その計数値に応じて波形成形用ＲＯ
Ｍ１５のアドレスを指定するカウンタ２３を設ける構成
とする。また、波形成形用ＲＯＭ１５に格納される波形
データは、例えば一周期分の交流波形を直流的にバイア
スした波形データとして格納される。この場合、波形成
形用ＲＯＭ１５に交流波形を直流的にバイアスして入力
しているのは、交流波形そのものをＲＯＭ１５に入力す
ると負荷装置から直流電源に電流が流れてしまうためで
ある。

【００３２】このような構成の昇圧コンバータ回路の制
御装置において、基準電圧発生器２１を適宜調整して基
準電圧を発生させると、発振器２２はその入力電圧に比
例した周波数でクロック信号を発振し、このクロック信
号はカウンタ２３に与えられる。このカウンタ２３によ
りその計数値に応じて波形成形用ＲＯＭ１５のアドレス
が指定されると、波形成形用ＲＯＭ１５より該当するア
ドレスの波形データが順次出力される。この場合、カウ
ンタ２３は発振器２２より入力されるクロック信号がカ
ウントアップすると、初期状態に戻り再びクロック信号
のカウントが連続的に行われる。

【００３３】この波形成形用ＲＯＭ１５より出力される
波形データは、Ｄ／Ａ変換器１６によりアナログ信号に
変換され、前記実施例同様にＰＩ調整器１７によりＰＷ
Ｍ変調することにより、昇圧コンバータ３のスイッチン
グ素子のゲート信号が作られる。図１１は発振器２２よ
り出力されるクロック信号とＤ／Ａ変換器１６の出力信
号の一例を示している。

【００３４】したがって、このような構成とすれば、試
験電源として直流電源を接続した場合でも前述と同様に
電流波形、大きさの制御された負荷電流を昇圧コンバー
タ回路３を通して回生側インバータ５に流すことができ
る。

【００３５】なお、図２に示す構成において、ＰＬＬ回
路１１と並列に図１０に示す基準電圧発生器２１、発振
器２２およびカウンタ２３を設け、入力端子に接続され
る試験電源が交流電源であるか、直流電源であるかによ
りこれらを切換えて使用できるようにしてもよい。ま
た、この場合、図２のＰＬＬ回路１１の内部に有する発
振器１１−３を図１０の発振器２２として、またカウン
タ１４を図１０のカウンタ２３として共用させて使用す
ることもできる。

【００３６】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、負荷
に流れる電流を任意の波形に制御できるとともに、発熱
による危険が少なく、しかも電力の損失を必要最小限に
して省エネを図ることができるスイッチング型模擬負荷
装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるスイッチング型模擬負荷装置の一
実施例を示す主回路構成図。

【図２】同実施例における昇圧コンバータ回路の制御装
置を示すブロック図。

【図３】図２のＰＬＬ回路の内部構成を示すブロック
図。

【図４】図２の波形データ作成用ＲＯＭとその入出力部
を示すブロック図。

【図５】同じく波形データ作成用ＲＯＭに格納される波
形データの一例を示す図。

【図６】同じく波形データ作成用ＲＯＭより出力される
電流基準となる波形データと同期信号との位相の変化状
態の一例を示す図。

【図７】図２のＤ／Ａ変化器により調整されたゲインの
変化を示す波形図。

【図８】同実施例における昇圧コンバータ回路のスイッ
チング素子をオン、オフ制御するためのゲート信号を作
るための波形図。

【図９】同じく昇圧コンバータ回路を含む入出力部の等
価回路図。

【図１０】本発明の他の実施例を示す昇圧コンバータの
制御装置のブロック図。

【図１１】同実施例において、発振器より出力されるク
ロック信号とＤ／Ａ変換器の出力波形の関係を示す図。

【符号の説明】

１……入力フィルタ回路、２……リアクトル、３……昇
圧コンバータ回路、４……コンデンサ、５……インバー
タ回路、６……電流制限用リアクトル、７……トラン
ス、１１……ＰＬＬ回路、１２……トランス、１３……
ローパスフィルタ、１４……カウンタ、１５……波形デ
ータ作成用ＲＯＭ、１６……乗算形Ｄ／Ａ変換器、１７
……ＰＩ調整器、１８……ＰＷＭ変調器、１９……キャ
リア信号発生器、２０……ゲート駆動インターフェー
ス。２１……基準電圧発生器、２２……発振器、２３…
…カウンタ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試験用交流電源から入力される交流を昇
   圧コンバータ回路により直流に変換し、これをコンデン
   サにより平滑した後インバータ回路により交流に変換し
   て前記交流電源側に回生する主回路を構成してなる負荷
   回路と、前記昇圧コンバータ回路の入力信号に同期した
   クロックを発生するクロック発生手段と、前記交流電源
   の入力電流の一周期分に相当する電流波形データが同期
   信号に対して位相調整可能に格納され前記クロック発生
   手段より発生するクロックによりアドレスが指定される
   と該アドレスの波形データを出力する波形作成用ＲＯＭ
   と、この波形作成用ＲＯＭより出力される波形データを
   アナログ変換すると共にその波形のゲインが調整可能な
   Ｄ／Ａ変換手段と、このＤ／Ａ変換手段の出力信号をＰ
   ＷＭ変調して前記昇圧コンバータのスイッチング素子を
   オン、オフ制御するゲート信号を作るゲート信号生成手
   段とを備えたことを特徴とするスイッチング型模擬負荷
   装置。
2. 【請求項２】 試験用直流電源から入力される直流を昇
   圧コンバータ回路により制御し、これをコンデンサによ
   り平滑した後インバータ回路により交流に変換して前記
   交流電源側に回生する主回路を構成してなる負荷回路
   と、電流波形データが位相調整可能に格納された波形作
   成用ＲＯＭと、この波形作成用ＲＯＭより出力される波
   形データをアナログ変換してこれを基準信号として出力
   すると共にその波形のゲインが調整可能な機能を有する
   Ｄ／Ａ変換手段と、このＤ／Ａ変換手段の出力信号をＰ
   ＷＭ変調して前記昇圧コンバータのスイッチング素子を
   オン、オフ制御するゲート信号を作るゲート信号生成手
   段とを備えたことを特徴とするスイッチング型模擬負荷
   装置。
3. 【請求項３】 Ｄ／Ａ変換手段の出力信号を前記昇圧コ
   ンバータ回路に入力される実電流と比較して波形補正
   し、これをゲート信号生成手段に与える波形補正手段を
   設けるようにした請求項１又は請求項２に記載のスイッ
   チング型模擬負荷装置。