JPH11289755A - 多重チョッパ装置の保護回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】複数のチョッパ装置を並列にして運転する多重
チョッパ装置で、いずれかのチョッパ装置に異常を生じ
たことを確実に検出できるようにすることにある。 【解決手段】第１チョッパ装置を構成する第１トランジ
スタ３の出力側から絶縁変換器１１で検出した電圧と、
電圧設定器１２の電圧設定値とをコンパレータ１３で比
較して得られる論理信号と、第２チョッパ装置を構成す
る第２トランジスタ７の駆動信号との論理積を論理積素
子２３で演算する。この論理積演算結果が所定期間継続
して変化しなければ、警報用タイマ１４が異常発生と判
断して警報を発する。または前記第２トランジスタ７の
動作遅れ時間分だけ遅らせる動作遅れ補正タイマ３１
を、前記第２トランジスタ７の駆動信号回路２１に付加
すし、この動作遅れ補正タイマ３１の出力と前記コンパ
レータ１３の出力との論理積を論理積素子２３に演算さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、複数組のチョッ
パ装置が並列運転中に生じた故障を検出して保護する多
重チョッパ装置の保護回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は単独運転しているチョッパ装置と
その保護回路の一般的な例を示した回路図である。また
図６は図５に図示のチョッパ装置が正常に作動している
ときの各部の動作を示した動作波形図であって、図６
(a) は第１トランジスタ３の駆動信号の変化，図６(b)
は第１トランジスタ３を流れる電流の変化，図６(c) は
第１還流ダイオード４を流れる電流の変化，図６(d) は
負荷６の電流の変化，図６(e) は絶縁変換器１１の出力
の変化，図６(f) はコンパレータ１３の出力の変化，を
それぞれが示している。そこでこれらの図５と図６と
で、単独運転しているチョッパ装置とその保護回路の動
作を以下に説明する。

【０００３】チョッパ装置は半導体スイッチ素子として
の第１トランジスタ３と第１還流ダイオード４とで構成
していて、第１トランジスタ３のオン期間には、直流電
源２→第１トランジスタ３→負荷６→直流電源２の経路
で電流が流れる（図６(a) ，(b) 参照）。一般に負荷６
は誘導性であるから、引き続いて第１トランジスタ３を
オフにすると、負荷６→第１還流ダイオード４→負荷６
の経路で電流が循環する（図６(c) 参照）。すなわち第
１トランジスタ３にオン・オフ動作を繰り返させること
により、負荷６には図６(d) に図示の電流が流れるが、
このとき負荷６の電圧は、第１トランジスタ３のオン・
オフ動作時間中に占めるオン時間の割合を変化させるこ
とで調節が可能である。

【０００４】絶縁変換器１１は第１トランジスタ３の出
力側電圧を検出し、これをコンパレータ１３へ入力す
る。一方電圧設定器１２が設定する電圧設定値Ｆもコン
パレータ１３へ入力する。直流電源２の電圧をＥとする
と、コンパレータ１３は両入力の大小を比較して、第１
トランジスタ３がオンのときは絶縁変換器１１の出力は
Ｅであって電圧設定値Ｆよりも大であるから、コンパレ
ータ１３は両者を比較して論理Ｈ信号を出力する。また
第１トランジスタ３がオフのときは絶縁変換器１１の出
力はほぼ零であって電圧設定値Ｆのほうが大であるか
ら、コンパレータ１３は論理Ｌ信号を出力する。すなわ
ちコンパレータ１３は第１トランジスタ３のオン・オフ
動作の周波数と同じ周波数で発振する（図６(f) 参
照）。警報用タイマ１４はコンパレータ１３の発振を監
視していて、この発振の停止が一定期間継続すればチョ
ッパ装置に異常が発生したと判断して、警報信号を出力
する。

【０００５】図７は図５に図示のチョッパ装置の動作が
異常の場合の各部の動作を示した動作波形図であって、
第１トランジスタ３へ駆動信号を与えてもオン・オフ動
作をしない場合であり、図７(a) は第１トランジスタ３
の駆動信号の変化，図７(b)は第１トランジスタ３を流
れる電流の変化，図７(c) は絶縁変換器１１の出力の変
化，図７(d) はコンパレータ１３の出力の変化，をそれ
ぞれが示している。すなわち第１トランジスタ３がオン
・オフ動作をしない（図７(b) 参照）から、絶縁変換器
１１の出力は零のまま（図７(c) 参照）である。従って
コンパレータ１３の出力は論理Ｌ信号のまま（図７(d)
参照）であり、発振しない。この無発振が所定期間継続
すれば警報用タイマ１４がチョッパ装置異常を警報す
る。

【０００６】図８は多重チョッパ装置とその保護回路の
従来例を示した回路図であって、２組のチョッパ装置が
並列運転する場合を示している。図８において、第１チ
ョッパ装置は半導体スイッチ素子としての第１トランジ
スタ３，第１還流ダイオード４，および第１逆阻止ダイ
オード５で構成し、第２チョッパ装置は半導体スイッチ
素子としての第２トランジスタ７，第２還流ダイオード
８，および第２逆阻止ダイオード９で構成し、両チョッ
パ装置が並列に接続されている。保護回路は絶縁変換器
１１，電圧設定器１２，コンパレータ１３，および警報
用タイマ１４で構成しており、多重チョッパ装置のうち
の一方のチョッパ装置，例えば第１チョッパ装置にのみ
接続する。なおこの図８は多重チョッパ装置の回路例で
あるから、並列運転中に一方のチョッパ装置から他方の
チョッパ装置へ電流が逆流するのを阻止するための逆阻
止ダイオード５と９が追加になっているのを除けば、各
部の名称・用途・機能は図５で既述の回路と同じである
から、これらの説明は省略する。

【０００７】図９は図８に図示の多重チョッパ装置が正
常に作動しているときの各部の動作を示した動作波形図
であって、図９(a) は第１トランジスタ３の駆動信号の
変化，図９(b) は第２トランジスタ７の駆動信号の変
化，図９(c) は第１トランジスタ３を流れる電流の変
化，図９(d) は第２トランジスタ７を流れる電流の変
化，図９(e) は第１還流ダイオード４を流れる電流の変
化，図９(f) は第２還流ダイオード８を流れる電流の変
化，図９(g) は第１逆阻止ダイオード５を流れる電流の
変化，図９(h) は第２逆阻止ダイオード９を流れる電流
の変化，図９(i) は絶縁変換器１１の出力の変化，図９
(j) はコンパレータ１３の出力の変化，をそれぞれが示
している。

【０００８】多重チョッパ装置では、直流出力に含まれ
るリップル分を減らしてフィルタ容量を低減させること
もあって、各チョッパ装置の動作には相互に位相差を設
ける（図９(a) ，(b) 参照）。従って両トランジスタ
３，７を流れる電流にも位相差がある（図９(c) ，(d)
参照）。しかし第１トランジスタ３をオフしたときには
第１還流ダイオード４と第２還流ダイオード８が半分づ
つの電流を分担するし、第２トランジスタ７がオフした
ときも同じく電流を半分づつ分担する（図９(e)，(f)
参照）。それ故、第１逆阻止ダイオード５に流れる電流
の波形は図９(g)に図示のように図９(c) と(e) の和と
なり、第２逆阻止ダイオード９に流れる電流の波形は図
９(h) に図示のように図９(d) と(f) の和となる。その
結果、絶縁変換器１１の出力は図９(i) に図示の如くに
なる。よってコンパレータ１３の出力は発振（図９(j)
参照）する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図９(i) に
図示のように、絶縁変換器１１は第１チョッパ装置に接
続されているにもかかわらず、第２チョッパ装置を構成
する第２トランジスタ７がオンしたときに、この絶縁変
換器１１は電圧設定器１２が設定する電圧設定値Ｆより
も大きな値Ｇを出力する。

【００１０】図１０は第２トランジスタがターンオフす
るときに絶縁変換器に電圧が現れる原理を説明した回路
図であって、第１チョッパ装置の部分を図示している。
前述したように、第１トランジスタ３と第２トランジス
タ７とは交互にオンとオフとを繰り返しているから、第
２トランジスタ７がオンする直前には第１トランジスタ
３はオフ状態にあるが、この時点で第１還流ダイオード
４と第１逆阻止ダイオード５とはオン状態にあって電流
を還流している。ここで第２トランジスタ７がターンオ
ンすると、第１還流ダイオード４と第１逆阻止ダイオー
ド５には逆回復電流が流れて両ダイオードをターンオフ
させる。しかし第１還流ダイオード４には寄生コンデン
サ４１が付属し、第１逆阻止ダイオード５にも寄生コン
デンサ５１が付属しているので、前述のターンオフに引
き続いて図示の矢印方向にこれら寄生コンデンサ４１と
５１を充電する充電電流Ｉ_R が流れる。よって第１還流
ダイオード４の両端には、直列している寄生コンデンサ
４１と５１とで分圧された電圧が現れる。これが図９
(i) に図示の電圧Ｇである。

【００１１】図１１は図８に図示の多重チョッパ装置を
構成している一方のチョッパ装置に異常を生じた場合の
各部の動作を示した動作波形図であって、図１１(a) は
第１トランジスタ３の駆動信号の変化，図１１(b) は第
２トランジスタ７の駆動信号の変化，図１１(c) は第１
トランジスタ３を流れる電流の変化，図１１(d) は第２
トランジスタ７を流れる電流の変化，図１１(e) は第１
還流ダイオード４を流れる電流の変化，図１１(f) は第
２還流ダイオード８を流れる電流の変化，図１１(g) は
第１逆阻止ダイオード５を流れる電流の変化，図１１
(h) は第２逆阻止ダイオード９を流れる電流の変化，図
１１(i) は絶縁変換器１１の出力の変化，図１１(j) は
コンパレータ１３の出力の変化，をそれぞれが示してい
る。

【００１２】図１１は第１チョッパ装置が故障して第１
トランジスタ３に駆動信号を与えても動作せず、第２チ
ョッパ装置を構成する第２トランジスタ７のみがオン・
オフ動作して負荷６へ直流電力を供給する場合を示して
いる。それ故第２トランジスタ７がオフのときには絶縁
変換器１１の出力は零であるが、第２トランジスタ７が
オンすると前述した理由により、絶縁変換器１１は電圧
設定器１２で設定する電圧設定値Ｆよりも大きな値Ｇを
出力してしまう。よってコンパレータ１３の出力は第２
トランジスタ７がオンのときに論理Ｈ信号を，第２トラ
ンジスタ７がオフのときに論理Ｌ信号を出力する。すな
わち発振する。第１トランジスタ３が停止していてもコ
ンパレータ１３は発振しているので、警報用タイマ１４
は故障を検出できない不都合を生じる。

【００１３】そこでこの発明の目的は、複数のチョッパ
装置を並列にして運転する多重チョッパ装置のいずれか
のチョッパ装置が故障したことを確実に検出できるよう
にすることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、この発明の多重チョッパ装置の保護回路は、多重
チョッパ装置における特定のチョッパ装置用半導体スイ
ッチ素子の出力側から検出した電圧と別途に設定する電
圧設定値とを比較するコンパレータの出力信号と、他の
チョッパ装置用半導体スイッチ素子の駆動信号との論理
積を演算し、この論理積演算結果が所定期間継続して変
化しなければ異常発生と判断して警報を発するものとす
る。

【００１５】または、多重チョッパ装置における特定の
チョッパ装置用半導体スイッチ素子の出力側から検出し
た電圧と別途に設定する電圧設定値とを比較するコンパ
レータの出力信号と、他のチョッパ装置用半導体スイッ
チ素子の駆動信号をタイマへ入力して当該他のチョッパ
装置用半導体スイッチ素子の動作遅れ時間と同じ時間だ
け遅延させた信号を求め、これらコンパレータの出力信
号とタイマによる遅延信号との論理積を演算し、この論
理積演算結果が所定期間継続して変化しなければ異常発
生と判断して警報を発するものとする。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１実施例を表し
た回路図であるが、図１に図示の直流電源２，第１トラ
ンジスタ３，第１還流ダイオード４，第１逆阻止ダイオ
ード５，負荷６，第２トランジスタ７，第２還流ダイオ
ード８，第２逆阻止ダイオード９，絶縁変換器１１，電
圧設定器１２，コンパレータ１３，及び警報用タイマ１
４の名称・用途・機能は、図８で既述の従来例回路の場
合と同じであるから、これらの説明は省略する。

【００１７】この第１実施例回路では、保護回路を付属
していない第２チョッパ装置に属する第２トランジスタ
７をオン・オフ動作させるための駆動信号を駆動信号回
路２１から論理積素子２３へ導き、コンパレータ１３の
出力信号も論理積素子２３へ導く。仮に第１トランジス
タ３が故障して不動作の場合でも、第２トランジスタ７
がオンすれば図１１で既述したように絶縁変換器１１か
らは電圧設定値Ｆより大きな値が出力されてコンパレー
タ１３は論理Ｈ信号を出力するが、このとき駆動信号回
路２１の出力信号は論理Ｌ信号であり、コンパレータ１
３の出力が論理Ｌ信号のときに駆動信号回路２１の出力
は論理Ｈ信号であるために、論理積素子２３が出力する
論理積演算結果は論理Ｌ信号のままである。すなわち警
報用タイマ１４へは論理Ｌ信号が継続（すなわち無発
振）して入力されるから、一定時間経過後に警報用タイ
マ１４がこの状態を検出して警報を発する。なお、第１
トランジスタ３のベース回路にも図示していない駆動信
号回路とベース駆動回路が付属しているのは勿論であ
る。

【００１８】図２は図１に図示の第１実施例回路の一部
分の動作を表した動作波形図であって、図２(a) は絶縁
変換器１１の出力の変化，図２(b) はコンパレータ１３
の出力の変化，図２(c) は駆動信号回路２１の出力の変
化，図２(d) は論理積素子２３の出力の変化，をそれぞ
れが表しており、コンパレータ１３が発振しても、コン
パレータ１３の出力と駆動信号回路２１の出力との論理
積は常に論理Ｌ信号になって、異常を検出できる。

【００１９】図４は本発明の第２実施例を表した回路図
であって、図１で既述の第１実施例回路に動作遅れ補正
タイマ３１を付加した構成であるから、動作遅れ補正タ
イマ３１以外の部分の説明は省略する。第２トランジス
タ７は、そのベース回路へオン信号が与えられてから実
際にターンオンするまでにはｔ₁ なる動作の遅れ時間が
あるし、オフ信号が与えられてから実際にターンオフす
るまでにはｔ₂ なる動作の遅れ時間がある。この動作遅
れ時間を放置しておくと、論理積素子２３の論理積演算
結果にごく短時間のパルス状信号が現れて、発振してい
るものと誤認される恐れを生じる。そこで第２トランジ
スタ７のターンオンとターンオフの遅れ時間を補正する
動作遅れ補正タイマ３１を介して論理積素子２３へ、第
２トランジスタ７の駆動信号を入力させることで、故障
時には論理積素子２３の出力信号が発振するのを防止で
きる。

【００２０】図３は図４に図示の第２実施例回路の一部
分の動作を表した動作波形図であって、図４(a) は絶縁
変換器１１の出力の変化，図４(b) はコンパレータ１３
の出力の変化，図４(c) は駆動信号回路２１の出力の変
化，図４(d) は動作遅れ補正タイマ３１の出力の変化，
図４(e) は論理積素子２３の出力の変化，をそれぞれが
表しており、コンパレータ１３が発振しても、また第２
トランジスタ７の動作に遅れがあっても、動作遅れ補正
タイマ３１がこの遅れ分を補正するので、コンパレータ
１３の出力と動作遅れ補正タイマ３１の出力との論理積
は常に論理Ｌ信号になって、異常を検出できる。

【００２１】

【発明の効果】従来の多重チョッパ装置では、主半導体
スイッチ素子の出力側電圧を検出して、その電圧の変化
状態から並列運転している複数のチョッパ装置のうちの
いずれかに異常を生じたことを検出しようとするのであ
るが、逆阻止ダイオードや還流ダイオードに寄生してい
るコンデンサに充電電流が流れるのが原因で、主半導体
スイッチ素子の出力側電圧検出値が正常時と同じ状態を
呈してしまって、異常の検出が困難になる不具合があっ
たが、本発明によれば、正常側の主半導体スイッチ素子
の駆動信号と前記電圧検出値から得られる論理信号とを
論理演算することにより、正常か異常かの判断が確実に
行える効果が得られる。あるいは正常側の主半導体スイ
ッチ素子の駆動信号に当該主半導体スイッチ素子の動作
時間遅れ分を加味して得られる論理信号と前記電圧検出
値から得られる論理信号とを論理演算することにより、
正常か異常かの判断が確実に行える効果が得られる。こ
の論理演算用に追加する回路部品は僅かであるにもかか
わらず、多重チョッパ装置の異常を確実に検出できる大
きな効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を表した回路図

【図２】図１に図示の第１実施例回路の一部分の動作を
表した動作波形図

【図３】図４に図示の第２実施例回路の一部分の動作を
表した動作波形図

【図４】本発明の第２実施例を表した回路図

【図５】単独運転しているチョッパ装置とその保護回路
の一般的な例を示した回路図

【図６】図５に図示のチョッパ装置が正常に作動してい
るときの各部の動作を示した動作波形図

【図７】図５に図示のチョッパ装置の動作が異常の場合
の各部の動作を示した動作波形図

【図８】多重チョッパ装置とその保護回路の従来例を示
した回路図

【図９】図８に図示の多重チョッパ装置が正常に作動し
ているときの各部の動作を示した動作波形図

【図１０】第２トランジスタがターンオフするときに絶
縁変換器に電圧が現れる原理を説明した回路図

【図１１】図８に図示の多重チョッパ装置を構成してい
る一方のチョッパ装置に異常を生じた場合の各部の動作
を示した動作波形図

【符号の説明】

２ 直流電源 ３ 第１トランジスタ ４ 第１還流ダイオード ５ 第１逆阻止ダイオード ６ 負荷 ７ 第２トランジスタ ８ 第２還流ダイオード ９ 第２逆阻止ダイオード １１ 絶縁変換器 １２ 電圧設定器 １３ コンパレータ １４ 警報用タイマ ２１ 駆動信号回路 ２２ ベース駆動回路 ２３ 論理積素子 ３１ 動作遅れ補正タイマ ４１，５１ 寄生コンデンサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体スイッチ素子のオン・オフ動作によ
   り直流電力を所望電圧の直流電力に変換するチョッパ装
   置の複数組を並列に接続して、共通の負荷へ直流電力を
   供給する多重チョッパ装置において、 特定のチョッパ装置用半導体スイッチ素子の出力側電圧
   を検出する電圧検出器と、この電圧検出値が所定値以下
   のときと前記所定値を越えたときとで異なる論理信号を
   出力するコンパレータと、このコンパレータの出力信号
   と他のチョッパ装置用半導体スイッチ素子の駆動信号と
   の論理積を演算する論理積素子と、この論理積素子の出
   力が所定期間継続して変化しないときに警報を発する警
   報用タイマとを備えることを特徴とする多重チョッパ装
   置の保護回路。
2. 【請求項２】半導体スイッチ素子のオン・オフ動作によ
   り直流電力を所望電圧の直流電力に変換するチョッパ装
   置の複数組を並列に接続して、共通の負荷へ直流電力を
   供給する多重チョッパ装置において、 特定のチョッパ装置用半導体スイッチ素子の出力側電圧
   を検出する電圧検出器と、この電圧検出値が所定値以下
   のときと前記所定値を越えたときとで異なる論理信号を
   出力するコンパレータと、他のチョッパ装置用半導体ス
   イッチ素子の駆動信号を入力して当該他のチョッパ装置
   用半導体スイッチ素子の動作遅れ時間と同じ時間を遅ら
   せた信号を出力する動作遅れ補正タイマと、この動作遅
   れ補正タイマの出力信号と前記コンパレータの出力信号
   との論理積を演算する論理積素子と、この論理積素子の
   出力が所定期間継続して変化しないときに警報を発する
   警報用タイマとを備えることを特徴とする多重チョッパ
   装置の保護回路。