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Info
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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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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。
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
【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。
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。
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。
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。
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。
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、
Ｌ1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。
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、
Ｌ1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。
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
ＩD 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。
フリーホィールダイオードＤF へ流れるリカバリー電流
ＩD 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
Ｒ4 、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。
ント・トランスＣＴ、ダイオードＤ2 、抵抗Ｒ3 、抵抗
Ｒ4 、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。
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。
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。
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 と
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。
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 と
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。
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。
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。
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。
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
ＤF 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。
抗Ｒ2 の端子ｃには、通常、フリーホィールダイオード
ＤF 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
ある。
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
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)
- 【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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10247489A JP2000074951A (ja) | 1998-09-01 | 1998-09-01 | スイッチング素子の電流検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10247489A JP2000074951A (ja) | 1998-09-01 | 1998-09-01 | スイッチング素子の電流検出方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000074951A true JP2000074951A (ja) | 2000-03-14 |
Family
ID=17164236
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10247489A Pending JP2000074951A (ja) | 1998-09-01 | 1998-09-01 | スイッチング素子の電流検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000074951A (ja) |
Cited By (4)
| 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 |
-
1998
- 1998-09-01 JP JP10247489A patent/JP2000074951A/ja active Pending
Cited By (5)
| 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 |
| 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 |
| 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 |
| CN107561343B (zh) * | 2017-09-30 | 2023-07-18 | 杰华特微电子股份有限公司 | 一种开关电路的电流检测电路、电流检测方法及开关电路 |
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