JP2000074951A - スイッチング素子の電流検出方法 - Google Patents

スイッチング素子の電流検出方法

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JP2000074951A
JP2000074951A JP10247489A JP24748998A JP2000074951A JP 2000074951 A JP2000074951 A JP 2000074951A JP 10247489 A JP10247489 A JP 10247489A JP 24748998 A JP24748998 A JP 24748998A JP 2000074951 A JP2000074951 A JP 2000074951A
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current
switching element
resistor
voltage
output
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JP10247489A
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Yusuke Tomidokoro
祐介 富所
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Amada Co Ltd
Amada Engineering Center Co Ltd
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Amada Co Ltd
Amada Engineering Center Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スイッチング素子を備えた電源回路の制御特
性の改善と、スイッチング素子及びフリーホィールダイ
オードの保護を行うことを目的とする。 【解決手段】 スイッチング素子を備えた電源回路にお
いて、スイッチング素子Sに出力電流を検出するカレン
ト・トランスCTを挿入し、その一方の出力端子をダイ
オードD1 を経由して、第一抵抗R1 の一端及び可飽和
インダクタL2 の一端に接続し、この可飽和インダクタ
の他端をコンデンサC2 と第二抵抗R2 との並列回路の
一端に接続し、この並列回路の他端を前記の第一抵抗R
1 の他端と共に前記のカレント・トランスCTの他方の
出力端子に接続して電流検出回路を構成し、この電流検
出回路の第二抵抗R2 の端子間の電圧によりスイッチン
グ素子Sの出力電流を検出することを特徴とする。

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、スイッチング素
子を備えた電源回路の制御特性及び信頼性の向上に関す
る。
【0002】
【従来の技術】スイッチング素子を備えた電源回路の制
御には一般にPWM制御が使用されている。PWM制御
にはボルテージモードとカレントモードがある。ボルテ
ージモードは、出力電圧を一次側へフィードバックし、
基準電圧と比較し、エラーアンプの出力と三角波電圧を
コンパレータで比較し、デューティを決定してスイッチ
ング素子の駆動パルスを出力するものである。
【0003】カレントモードでは、前記のボルテージモ
ードにおけるエラーアンプの出力とスイッチング素子の
一次側に流れる電流を比較し、デューティを決定してス
イッチング素子の駆動パルスを出力するもので、カレン
トモードの方がボルテージモードより入力や負荷の変動
に対して応答が早い。
【0004】素子の過電流保護はボルテージモードで
は、負荷に流れる平均電流を検出し、電流があるレベル
以上になると出力を停止する。カレントモードではスイ
ッチング素子に流れる電流のピーク値を検出し、ピーク
値があるレベル以上になると出力を停止する。従って過
電流検出についても後者の方が応答が早い。
【0005】レーザ加工機の電源回路のように、要求さ
れるレーザ出力に対応して出力電圧を高速制御する場合
には、カレントモードの方が有利であり、また過電流保
護についても高速処理の可能なカレントモードが好まし
い。
【0006】図6は従来のレーザ加工機の電源回路の一
例である。この図において、Vは一次側直流電源、Sは
スイッチング素子、DF はフリーホィールダイオード、
1は平滑用インダクタ、C1 は同じくコンデンサ、R
L は負荷である。
【0007】回路の制御は図示のように、スイッチング
素子Sの直後に挿入した点線で囲んだ従来の電流検出回
路の出力と、負荷RL の端子間に設けた電圧検出回路の
出力をPWM制御装置において処理し、負荷の電圧が所
定電圧になるようにスイッチング素子Sを制御して行わ
れる。
【0008】スイッチング素子Sを流れる電流IS は、
フリーホィールダイオードDF へ流れるリカバリー電流
D と、負荷へ流れる電流IL の和で、分岐点aの電流
波形は図7のようになる。リカバリー電流ID はスイッ
チング素子SがONになった瞬間、短時間逆方向へ流れ
る電流で、その持続時間を短くすることはできるが零に
することは難しい。
【0009】従来の電流検出回路は図示のように、カレ
ント・トランスCT、ダイオードD2 、抵抗R3 、抵抗
4 、コンデンサC3 からなっている。抵抗R4 、コン
デンサC3 はリカバリー電流を抑えるために設けたフィ
ルタである。図8にd点の波形とe点の波形を示してあ
る。d点の波形は図7に示しa点の波形と相似である。
この電流検出回路は積分回路であるので、低出力時の制
御が不安定になり、またフリーホィールダイオードの保
護が行なわれないという問題があった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】前記のように、レーザ
加工機のスイッチング電源の制御には、カレントモード
のPWM制御が利用され、電流検出回路には図6に示す
ようなCRフィルタ等が用いられてきたが、この電流検
出回路は低出力時の制御が不安定になり、またフリーホ
ィールダイオードの保護が行なわれないという問題があ
った。
【0011】この発明は従来用いられてきたCRフィル
タ等による電流検出回路に代わるもので、スイッチング
素子を流れる電流の内、リカバリー電流を除いた電流を
正確に検出することにより、低出力時の制御特性の改善
とスイッチング素子及びフリーホィールダイオードの保
護を行うことを目的とするものである。
【0012】
【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、この発明は、スイッチング素子を備えた電源回路
に、スイッチング素子の出力電流を検出するカレント・
トランスを挿入し、その一方の出力端子をダイオードを
経由して第一抵抗の一端と、可飽和インダクタの一端へ
接続し、この可飽和インダクタの他端をコンデンサと第
二抵抗との並列回路の一端へ接続し、この並列回路の他
端を前記の第一抵抗の他端と共に前記のカレント・トラ
ンスの他方の出力端子へ接続して電流検出回路を構成
し、この電流検出回路の第二抵抗の端子間の電圧により
スイッチング素子の制御に必要な出力電流を正確に検出
するものである。
【0013】
【発明の実施の形態】次にこの発明について図1を参照
して説明する。この図は従来のスイッチング素子を備え
た電源回路に、この発明の電流検出回路を装着した図で
ある。図示のように、電流検出回路はスイッチング素子
の直後にカレント・トランスCTを挿入し、その一方の
出力端子をダイオードD1 を経て第一抵抗R1 の一端及
び可飽和インダクタL2 の一端ヘ接続し、この可飽和イ
ンダクタL2 の他端をコンデンサC2 と第二抵抗R2
の並列回路の一端ヘ接続し、この並列回路の他端を前記
の第一抵抗R1 の他端と共に前記のカレント・トランス
CTの他方の出力端子ヘ接続したものである。
【0014】この電流検出回路の分岐点bの電圧波形は
図2に示すようになり、電源回路の分岐点aの電流波形
(図7に示す)と相似な波形になる。第一抵抗R1 には
フリーホィールダイオードDF のリカバリー電流に相似
な電流が矢印のように流れる。
【0015】可飽和インダクタL2 は、磁束密度Bと起
磁力Hの間に図3に示すような関係がある。図示のよう
に、磁束密度Bは、起磁力Hの小さいところで大きな値
を持ち、一定の電圧時間積を越えると直ちに飽和すると
いう性質を持っている。この曲線の傾斜は透磁率を表す
ので、傾斜が大きいところはインダクタンスが大きく、
傾斜が小さいところはインダクタンスが小さくなるとい
う特徴がある。
【0016】可飽和インダクタL2 に図2のような電圧
が印加されると前記のように、最初は大きなインダクタ
ンスのため僅かな電流しか流れないが、電圧時間積が一
定値を越えると磁束密度が飽和し、可飽和インダクタL
2 に図4に示すような電流が流れる。即ち、可飽和イン
ダクタL2 はリカバリー電流発生時には電流をOFFに
し、リカバリー電流の消滅後は電流をONにするスイッ
チの役をなすものである。
【0017】可飽和インダクタL2 がONになると、第
二抵抗R2 に図4と同様な電流が矢印のように流れ、
第二抵抗R2 の端子cにこの電流と同様な電圧を生ず
る。次に、スイッチング素子がOFFになると、コンデ
ンサC2 に蓄えられた電荷が放電し、第一抵抗R1 と、
第二抵抗R2 に矢印のように電流が流れ、第一抵抗R
1 を流れる電流は可飽和インダクタL2 をONからOF
Fにする。
【0018】このような動作の繰り返えしにより第二抵
抗R2 の端子cには、通常、フリーホィールダイオード
F のリカバリー電流を除いた負荷電流に対応する電圧
が発生する。この電圧と負荷の端子電圧はスイッチング
素子のON、OFFの都度、PWM制御装置に導かれス
イッチング素子が制御される。従って低出力時でも高
速、安定した制御が可能になる。
【0019】また、フリーホィールダイオードのリカバ
リー電流は、ダイオードの温度に比例して増加するの
で、図5に示すようにリカバリー電流が異常に増加し、
電圧時間積が一定値を越えた場合には、可飽和インダク
タL2 が飽和し、瞬時にビーク電流を検出できるので、
フリーホィールダイオードを保護することができる。
【0020】
【発明の効果】以上の説明で理解されるように、この発
明は特許請求の範囲に記載の構成を備えているので、次
のような効果を奏する。
【0021】a.カレントモードのスイッチング電源の
PWM制御において、この方法を利用すれば出力の制御
を広い範囲に亘って高速、安定に行うことができる。
【0022】b.スイッチング素子を流れるON電流の
ピーク電流を正確に検出することができるので、スイッ
チング素子を確実に保護することができる。
【0023】c.フリーホィールダイオードのリカバリ
ー電流が異常に増加した場合のピーク値を検出できるの
で、フリーホィールダイオードを保護することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のスイッチング素子を備えた電源回路に、
この発明の電流検出回路を装着した図である。
【図2】図1の電流検出回路の分岐点bの電圧波形であ
る。
【図3】可飽和インダクタL2 のB−H曲線である。
【図4】可飽和インダクタL2 を流れる電流波形であ
る。
【図5】リカバリー電流の時間積が一定値を越え、可飽
和インダクタL2 がONになった図である。
【図6】レーザ加工機の電源回路の一例である。
【図7】図6でスイッチング素子がONになった時の分
岐点aの電流波形である。
【図8】従来の電流検出回路のd点、e点の電圧波形で
ある。
【符号の説明】
S スイッチング素子 DF フリーホィールダイオード L1 平滑用インダクタ C1 平滑用コンデンサ RL 負荷 IS スイッチング素子Sを流れる電流 IF フリーホィールダイオードDF を流れるリカバリ
ー電流 IL 負荷側を流れる電流 CT カレント・トランス D1 ダイオード R1 第一抵抗 L2 可飽和インダクタ C2 コンデンサ R2 第二抵抗 R3 抵抗 R4 フィルタ用抵抗 C3 フィルタ用コンデンサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G035 AA01 AA13 AA15 AB02 AB11 AC02 AC04 AC05 AD04 AD10 AD14 AD16 AD19 AD32 5H740 AA08 BA11 BB07 BC06 JA23 MM12

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スイッチング素子を備えた電源回路に、
    スイッチング素子の出力電流を検出するカレント・トラ
    ンスを挿入し、その一方の出力端子をダイオードを経由
    して第一抵抗の一端と、可飽和インダクタの一端へ接続
    し、この可飽和インダクタの他端をコンデンサと第二抵
    抗との並列回路の一端へ接続し、この並列回路の他端を
    前記の第一抵抗の他端と共に前記のカレント・トランス
    の他方の出力端子へ接続して電流検出回路を構成し、こ
    の電流検出回路の第二抵抗の端子間の電圧によりスイッ
    チング素子の出力電流を検出することを特徴とするスイ
    ッチング素子の電流検出方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101015471B1 (ko) 2009-11-30 2011-02-22 경상대학교산학협력단 전류측정회로 및 이를 이용한 전력변환장치
CN104614614A (zh) * 2015-02-05 2015-05-13 上海和宗焊接设备制造有限公司 一种电感饱和特性测试电路及测试方法
CN107561343A (zh) * 2017-09-30 2018-01-09 杰华特微电子(杭州)有限公司 一种开关电路的电流检测电路、电流检测方法及开关电路
JP2018096755A (ja) * 2016-12-09 2018-06-21 株式会社デンソー 半導体素子の検査装置および検査方法

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