JP2003348859A - コンデンサの充電装置 - Google Patents
コンデンサの充電装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電力用コンデンサを１回のチョッパ動作でそ
の目標電圧まで充電するのでは、交流電源電圧の変動や
コンデンサの残留電圧の変動、回路要素の違いで高精度
充電が難しいし、装置間のバラツキも発生する。 【解決手段】 昇圧チョッパ回路は、リアクトルＬ1，
Ｌ2と半導体スイッチＳＷ1，ＳＷ2を直列接続した２回
路構成とし、リアクトルＬ1に比較的大きい短絡電流を
流して電力用コンデンサＣ0を大電流で充電し、この充
電動作後に、リアクトルＬ2に比較的小さい電流を流し
て電力用コンデンサを微小電流で充電する。リアクトル
を中間タップ付きとして２回路構成すること、チョッパ
回路を２回路構成とすることも含む。コンデンサ電圧を
検出してリアクトルの微小電流エネルギーを調整するこ
と、またはフィードバックして消滅させることも含む。
の目標電圧まで充電するのでは、交流電源電圧の変動や
コンデンサの残留電圧の変動、回路要素の違いで高精度
充電が難しいし、装置間のバラツキも発生する。 【解決手段】 昇圧チョッパ回路は、リアクトルＬ1，
Ｌ2と半導体スイッチＳＷ1，ＳＷ2を直列接続した２回
路構成とし、リアクトルＬ1に比較的大きい短絡電流を
流して電力用コンデンサＣ0を大電流で充電し、この充
電動作後に、リアクトルＬ2に比較的小さい電流を流し
て電力用コンデンサを微小電流で充電する。リアクトル
を中間タップ付きとして２回路構成すること、チョッパ
回路を２回路構成とすることも含む。コンデンサ電圧を
検出してリアクトルの微小電流エネルギーを調整するこ
と、またはフィードバックして消滅させることも含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、パルス電源などに
備える電力用コンデンサを設定電圧まで繰り返し充電す
るコンデンサの充電装置に関する。
備える電力用コンデンサを設定電圧まで繰り返し充電す
るコンデンサの充電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】パルスレーザ励起やパルスプラズマ発
生、パルス脱硝装置等のパルス電源には、半導体スイッ
チと磁気スイッチになる可飽和トランスや可飽和リアク
トルを組み合わせたものがある。
生、パルス脱硝装置等のパルス電源には、半導体スイッ
チと磁気スイッチになる可飽和トランスや可飽和リアク
トルを組み合わせたものがある。
【０００３】このパルス電源は、例えば、図５に示す構
成にされる。高圧充電装置ＨＤＣによってコンデンサＣ
0を初期充電しておき、半導体スイッチＳＷのオンによ
ってコンデンサＣ0の電圧を可飽和リアクトルＳＩ0を通
してパルストランスＰＴの一次側に印加し、可飽和リア
クトルＳＩ0の飽和動作（磁気スイッチ動作）によりパ
ルス圧縮した放電電流をトランスＰＴに一次電流を供給
し、トランスＰＴの二次側に昇圧したパルス電流を発生
させる。このパルス電流でコンデンサＣ1を充電し、可
飽和リアクトルＳＩ1の飽和動作によりパルス圧縮した
放電電流で次段のコンデンサＣ2を充電し、さらに可飽
和リアクトルＳＩ2の飽和動作でパルス圧縮する。最終
段のコンデンサＣｎ（ピーキングコンデンサ）が高圧充
電され、最終段の可飽和リアクトルＳＩｎの飽和動作に
より負荷となるレーザ発振器ＬＨへ超短パルスを発生さ
せる。
成にされる。高圧充電装置ＨＤＣによってコンデンサＣ
0を初期充電しておき、半導体スイッチＳＷのオンによ
ってコンデンサＣ0の電圧を可飽和リアクトルＳＩ0を通
してパルストランスＰＴの一次側に印加し、可飽和リア
クトルＳＩ0の飽和動作（磁気スイッチ動作）によりパ
ルス圧縮した放電電流をトランスＰＴに一次電流を供給
し、トランスＰＴの二次側に昇圧したパルス電流を発生
させる。このパルス電流でコンデンサＣ1を充電し、可
飽和リアクトルＳＩ1の飽和動作によりパルス圧縮した
放電電流で次段のコンデンサＣ2を充電し、さらに可飽
和リアクトルＳＩ2の飽和動作でパルス圧縮する。最終
段のコンデンサＣｎ（ピーキングコンデンサ）が高圧充
電され、最終段の可飽和リアクトルＳＩｎの飽和動作に
より負荷となるレーザ発振器ＬＨへ超短パルスを発生さ
せる。
【０００４】ここで、負荷に供給するエネルギーは、１
０数ｋＶで数十ｎｓ〜２００ｎｓのパルスエネルギーが
必要となる。そして、スイッチＳＷの長寿命化や信頼性
の向上（ミスファイアーの撲滅）を図るため、サイラト
ロンに代わってＧＴＯサイリスタやＩＧＢＴ等の電力用
半導体素子を用いる場合、そのパルス通電能力（耐電圧
や高いｄｉ／ｄｔ）不足を補うため、図５のように磁気
回路を併用して昇圧やパルス幅圧縮を行う。
０数ｋＶで数十ｎｓ〜２００ｎｓのパルスエネルギーが
必要となる。そして、スイッチＳＷの長寿命化や信頼性
の向上（ミスファイアーの撲滅）を図るため、サイラト
ロンに代わってＧＴＯサイリスタやＩＧＢＴ等の電力用
半導体素子を用いる場合、そのパルス通電能力（耐電圧
や高いｄｉ／ｄｔ）不足を補うため、図５のように磁気
回路を併用して昇圧やパルス幅圧縮を行う。
【０００５】この場合、コンデンサＣ0の充電電圧とし
ては、半導体スイッチＳＷの耐電圧の範囲内でできるだ
け高くしたほうが初段のパルス幅が短くなり有利であ
る。電力用半導体素子の耐電圧は、各種あるが、通常パ
ルス電源に適用する場合は１２００Ｖ以上のものを使用
する。したがって、コンデンサＣ0の定格充電電圧とし
ては、８００Ｖ以上に設計するのが普通である。
ては、半導体スイッチＳＷの耐電圧の範囲内でできるだ
け高くしたほうが初段のパルス幅が短くなり有利であ
る。電力用半導体素子の耐電圧は、各種あるが、通常パ
ルス電源に適用する場合は１２００Ｖ以上のものを使用
する。したがって、コンデンサＣ0の定格充電電圧とし
ては、８００Ｖ以上に設計するのが普通である。
【０００６】しかるに、高圧充電装置ＨＤＣは、その電
源になる交流電源電圧は３相２００Ｖｒｍｓが一般的な
ため、その小型・軽量化のためにトランスレス化し、交
流電源からダイレクトに全波整流し、これから昇圧した
直流を得る構成とするものを、本願出願人は既に提案し
ている。
源になる交流電源電圧は３相２００Ｖｒｍｓが一般的な
ため、その小型・軽量化のためにトランスレス化し、交
流電源からダイレクトに全波整流し、これから昇圧した
直流を得る構成とするものを、本願出願人は既に提案し
ている。
【０００７】この構成を図６に示し、電力用コンデンサ
Ｃ0を目標電圧まで高速充電するものである。整流器Ｒ
Ｆは交流電源から整流電圧出力を得る。平滑用コンデン
サＣ Fは整流電圧出力を平滑する。これら整流器ＲＦと
コンデンサＣFは直流電源を構成する。
Ｃ0を目標電圧まで高速充電するものである。整流器Ｒ
Ｆは交流電源から整流電圧出力を得る。平滑用コンデン
サＣ Fは整流電圧出力を平滑する。これら整流器ＲＦと
コンデンサＣFは直流電源を構成する。
【０００８】半導体スイッチＱ1はコンデンサＣ0の充電
時にオン制御されて直流電源を昇圧チョッパ回路に接続
し、コンデンサＣ0の放電時にオフ制御されて直流電源
からコンデンサＣ0側への電流漏れを抑止する。
時にオン制御されて直流電源を昇圧チョッパ回路に接続
し、コンデンサＣ0の放電時にオフ制御されて直流電源
からコンデンサＣ0側への電流漏れを抑止する。
【０００９】昇圧チョッパ回路は、リアクトルＬと半導
体スイッチＱ2とフライホイール用ダイオードＤ1と逆流
防止用ダイオードＤ2で構成される。この昇圧チョッパ
回路のチョッパ動作は、図６中にスイッチＱ1，Ｑ2のＯ
Ｎ，ＯＦＦ制御期間とリアクトルＬに流れる電流Ｉとコ
ンデンサＣ0の充電電圧ＶC0の波形を示すように、スイ
ッチＱ2のオン期間にリアクトルＬに直流電源電圧を印
加してリアクトルＬに短絡電流ｉ0を流す。そして、ス
イッチＱ2のオフによりリアクトルＬに蓄積された電磁
エネルギーを整流器ＲＦ・コンデンサＣF→リアクトル
Ｌ→ダイオードＤ2→コンデンサＣ0の経路で電流ｉ1を
循環させ、コンデンサＣ0を充電する。この昇圧チョッ
パ回路の動作によるコンデンサＣ0の充電電圧はスイッ
チＱ2のオン期間で制御される。
体スイッチＱ2とフライホイール用ダイオードＤ1と逆流
防止用ダイオードＤ2で構成される。この昇圧チョッパ
回路のチョッパ動作は、図６中にスイッチＱ1，Ｑ2のＯ
Ｎ，ＯＦＦ制御期間とリアクトルＬに流れる電流Ｉとコ
ンデンサＣ0の充電電圧ＶC0の波形を示すように、スイ
ッチＱ2のオン期間にリアクトルＬに直流電源電圧を印
加してリアクトルＬに短絡電流ｉ0を流す。そして、ス
イッチＱ2のオフによりリアクトルＬに蓄積された電磁
エネルギーを整流器ＲＦ・コンデンサＣF→リアクトル
Ｌ→ダイオードＤ2→コンデンサＣ0の経路で電流ｉ1を
循環させ、コンデンサＣ0を充電する。この昇圧チョッ
パ回路の動作によるコンデンサＣ0の充電電圧はスイッ
チＱ2のオン期間で制御される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】図６に示す従来装置に
おいて、コンデンサＣ0の充電電圧は、半導体スイッチ
Ｑ2のオン期間制御により、リアクトルＬに蓄積する電
磁エネルギーの調整で制御する。しかし、ＡＣ電源電圧
の変動によって蓄積する電磁エネルギーが変動し、コン
デンサＣ0の充電電圧が変動する。
おいて、コンデンサＣ0の充電電圧は、半導体スイッチ
Ｑ2のオン期間制御により、リアクトルＬに蓄積する電
磁エネルギーの調整で制御する。しかし、ＡＣ電源電圧
の変動によって蓄積する電磁エネルギーが変動し、コン
デンサＣ0の充電電圧が変動する。
【００１１】また、コンデンサＣ0は、パルス発生回路
への放電で完全に０になるものでなく、レーザヘッドな
どの負荷からの反射エネルギー等で放電後の残留電圧が
発生することが多く、この残留電圧の存在がコンデンサ
Ｃ0の次回の充電電圧を変動させてしまう。
への放電で完全に０になるものでなく、レーザヘッドな
どの負荷からの反射エネルギー等で放電後の残留電圧が
発生することが多く、この残留電圧の存在がコンデンサ
Ｃ0の次回の充電電圧を変動させてしまう。
【００１２】また、半導体スイッチＱ2のターンオフ制
御信号に対する応答遅れ時間の変動がコンデンサＣ0の
充電電圧を変動させてしまう。
御信号に対する応答遅れ時間の変動がコンデンサＣ0の
充電電圧を変動させてしまう。
【００１３】これら要因により、コンデンサＣ0の充電
電圧に高精度を得ることができず、さらに装置間での充
電精度のバラツキになる問題があった。
電圧に高精度を得ることができず、さらに装置間での充
電精度のバラツキになる問題があった。
【００１４】本発明の目的は、昇圧チョッパ方式による
電力用コンデンサの充電に、電力用コンデンサを高精度
充電ができる充電装置を提供することにある。
電力用コンデンサの充電に、電力用コンデンサを高精度
充電ができる充電装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明は、電力用コンデ
ンサを１回のチョッパ動作でその目標電圧まで充電する
のでなく、電力用コンデンサを初回に大電流で目標電圧
近くまで充電し、２回目に微小電流で充電することで目
標電圧まで充電、さらには目標電圧に一致させた充電を
するようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
ンサを１回のチョッパ動作でその目標電圧まで充電する
のでなく、電力用コンデンサを初回に大電流で目標電圧
近くまで充電し、２回目に微小電流で充電することで目
標電圧まで充電、さらには目標電圧に一致させた充電を
するようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
【００１６】（１）直流電源と電力用コンデンサとの間
に介挿され、第１の半導体スイッチのオン制御で前記直
流電源からリアクトルに短絡電流を流して該リアクトル
に電磁エネルギーを蓄積し、前記第１の半導体スイッチ
のオフ制御で前記リアクトルから電力用コンデンサに充
電電流を流して電力用コンデンサを目標電圧まで充電す
る昇圧チョッパ回路を設けたコンデンサの充電装置であ
って、前記リアクトルは第１および第２のリアクトルに
それぞれ半導体スイッチを直列接続した２回路構成と
し、第１のリアクトルに比較的大きい短絡電流を流して
蓄積した電磁エネルギーで電力用コンデンサを大電流で
充電し、この充電動作後に、前記第２のリアクトルに比
較的小さい電流を流して蓄積した電磁エネルギーで電力
用コンデンサを微小電流で充電する構成としたことを特
徴とする。
に介挿され、第１の半導体スイッチのオン制御で前記直
流電源からリアクトルに短絡電流を流して該リアクトル
に電磁エネルギーを蓄積し、前記第１の半導体スイッチ
のオフ制御で前記リアクトルから電力用コンデンサに充
電電流を流して電力用コンデンサを目標電圧まで充電す
る昇圧チョッパ回路を設けたコンデンサの充電装置であ
って、前記リアクトルは第１および第２のリアクトルに
それぞれ半導体スイッチを直列接続した２回路構成と
し、第１のリアクトルに比較的大きい短絡電流を流して
蓄積した電磁エネルギーで電力用コンデンサを大電流で
充電し、この充電動作後に、前記第２のリアクトルに比
較的小さい電流を流して蓄積した電磁エネルギーで電力
用コンデンサを微小電流で充電する構成としたことを特
徴とする。
【００１７】（２）直流電源と電力用コンデンサとの間
に介挿され、第１の半導体スイッチのオン制御で前記直
流電源からリアクトルに短絡電流を流して該リアクトル
に電磁エネルギーを蓄積し、前記第１の半導体スイッチ
のオフ制御で前記リアクトルから電力用コンデンサに充
電電流を流して電力用コンデンサを目標電圧まで充電す
る昇圧チョッパ回路を設けたコンデンサの充電装置であ
って、前記リアクトルは、中間タップ付きリアクトルに
半導体スイッチを直列接続した構成とし、該中間タップ
と基準電位との間に第２の半導体スイッチを設け、この
第２の半導体スイッチのオンで前記リアクトルに比較的
大きい短絡電流を流して蓄積した電磁エネルギーで電力
用コンデンサを大電流で充電し、この充電動作後に、前
記第１の半導体スイッチのオンで前記リアクトルに比較
的小さい短絡電流を流して蓄積した電磁エネルギーで電
力用コンデンサを微小電流で充電する構成としたことを
特徴とする。
に介挿され、第１の半導体スイッチのオン制御で前記直
流電源からリアクトルに短絡電流を流して該リアクトル
に電磁エネルギーを蓄積し、前記第１の半導体スイッチ
のオフ制御で前記リアクトルから電力用コンデンサに充
電電流を流して電力用コンデンサを目標電圧まで充電す
る昇圧チョッパ回路を設けたコンデンサの充電装置であ
って、前記リアクトルは、中間タップ付きリアクトルに
半導体スイッチを直列接続した構成とし、該中間タップ
と基準電位との間に第２の半導体スイッチを設け、この
第２の半導体スイッチのオンで前記リアクトルに比較的
大きい短絡電流を流して蓄積した電磁エネルギーで電力
用コンデンサを大電流で充電し、この充電動作後に、前
記第１の半導体スイッチのオンで前記リアクトルに比較
的小さい短絡電流を流して蓄積した電磁エネルギーで電
力用コンデンサを微小電流で充電する構成としたことを
特徴とする。
【００１８】（３）直流電源と電力用コンデンサとの間
に介挿され、第１の半導体スイッチのオン制御で前記直
流電源からリアクトルに短絡電流を流して該リアクトル
に電磁エネルギーを蓄積し、前記第１の半導体スイッチ
のオフ制御で前記リアクトルから電力用コンデンサに充
電電流を流して電力用コンデンサを目標電圧まで充電す
る昇圧チョッパ回路を設けたコンデンサの充電装置であ
って、前記昇圧チョッパ回路は２回路構成とし、第１の
昇圧チョッパ回路はリアクトルに比較的大きい短絡電流
を流して蓄積した電磁エネルギーで電力用コンデンサを
大電流で充電し、この充電動作後に、第２の昇圧チョッ
パ回路はリアクトルに比較的小さい短絡電流を流して蓄
積した電磁エネルギーで電力用コンデンサを微小電流で
充電する構成としたことを特徴とする。
に介挿され、第１の半導体スイッチのオン制御で前記直
流電源からリアクトルに短絡電流を流して該リアクトル
に電磁エネルギーを蓄積し、前記第１の半導体スイッチ
のオフ制御で前記リアクトルから電力用コンデンサに充
電電流を流して電力用コンデンサを目標電圧まで充電す
る昇圧チョッパ回路を設けたコンデンサの充電装置であ
って、前記昇圧チョッパ回路は２回路構成とし、第１の
昇圧チョッパ回路はリアクトルに比較的大きい短絡電流
を流して蓄積した電磁エネルギーで電力用コンデンサを
大電流で充電し、この充電動作後に、第２の昇圧チョッ
パ回路はリアクトルに比較的小さい短絡電流を流して蓄
積した電磁エネルギーで電力用コンデンサを微小電流で
充電する構成としたことを特徴とする。
【００１９】（４）電力用コンデンサを大電流で充電
し、この充電動作後に微小電流で充電する際、電力用コ
ンデンサの充電電圧とその目標電圧との差分を基に、微
小電流を発生するリアクトルに蓄積する電磁エネルギー
を該差分が０になるよう調整する手段を備えたことを特
徴とする。
し、この充電動作後に微小電流で充電する際、電力用コ
ンデンサの充電電圧とその目標電圧との差分を基に、微
小電流を発生するリアクトルに蓄積する電磁エネルギー
を該差分が０になるよう調整する手段を備えたことを特
徴とする。
【００２０】（５）電力用コンデンサを大電流で充電
し、この充電動作後に微小電流で充電する際、電力用コ
ンデンサの充電電圧とその目標電圧との一致検出で、微
小電流を発生しているリアクトルに蓄積する電磁エネル
ギーを半導体スイッチを介してフィードバックすること
で消滅させる手段を備えたことを特徴とする。
し、この充電動作後に微小電流で充電する際、電力用コ
ンデンサの充電電圧とその目標電圧との一致検出で、微
小電流を発生しているリアクトルに蓄積する電磁エネル
ギーを半導体スイッチを介してフィードバックすること
で消滅させる手段を備えたことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】（実施形態１）図１は、本発明の
実施形態１を示す主回路構成図である。同図が図６と異
なる部分は、チョッパ用リアクトルとその投入スイッチ
を２回路設けた点にある。
実施形態１を示す主回路構成図である。同図が図６と異
なる部分は、チョッパ用リアクトルとその投入スイッチ
を２回路設けた点にある。
【００２２】リアクトルＬ1は半導体スイッチＳＷ1と直
列接続され、リアクトルＬ2は半導体スイッチＳＷ2と直
列接続され、これら回路は並列接続で設けられる。半導
体スイッチＳＷ3は、従来のスイッチＱ2と同等のもので
ある。
列接続され、リアクトルＬ2は半導体スイッチＳＷ2と直
列接続され、これら回路は並列接続で設けられる。半導
体スイッチＳＷ3は、従来のスイッチＱ2と同等のもので
ある。
【００２３】また、リアクトルＬ1と半導体スイッチＳ
Ｗ1の組が粗い充電用であるのに対して、リアクトルＬ2
と半導体スイッチＳＷ2の組が微い充電用である。この
ため、リアクトルＬ1のインダクタンスはリアクトルＬ2
のそれよりも小さく（例えば、１／１０に）され、コイ
ル径の大きいものにされる。逆に、半導体スイッチＳＷ
1の可制御電流は、半導体スイッチＳＷ2のそれよりも大
きい（例えば、１０倍）ものにされる。
Ｗ1の組が粗い充電用であるのに対して、リアクトルＬ2
と半導体スイッチＳＷ2の組が微い充電用である。この
ため、リアクトルＬ1のインダクタンスはリアクトルＬ2
のそれよりも小さく（例えば、１／１０に）され、コイ
ル径の大きいものにされる。逆に、半導体スイッチＳＷ
1の可制御電流は、半導体スイッチＳＷ2のそれよりも大
きい（例えば、１０倍）ものにされる。
【００２４】以上の構成における充電制御は、図１中に
スイッチＳＷ1〜ＳＷ3のＯＮ，ＯＦＦ制御期間Ｔ1〜Ｔ4
とリアクトルＬ1、Ｌ2に流れる電流ＩとコンデンサＣ0
の充電電圧ＶC0の波形で示すようになる。
スイッチＳＷ1〜ＳＷ3のＯＮ，ＯＦＦ制御期間Ｔ1〜Ｔ4
とリアクトルＬ1、Ｌ2に流れる電流ＩとコンデンサＣ0
の充電電圧ＶC0の波形で示すようになる。
【００２５】すなわと、期間Ｔ1ではスイッチＳＷ1とＳ
Ｗ3をオンさせ、リアクトルＬ1に比較的大きな電磁エネ
ルギーを蓄積し、期間Ｔ2ではスイッチＳＷ3をターンオ
フさせることで、リアクトルＬ1からコンデンサＣ0へ比
較的大きな充電電流を流す。この粗い充電により、コン
デンサＣ0は充電電圧目標値に近い電圧（例えば、目標
値の９０％）にまで急速充電される。
Ｗ3をオンさせ、リアクトルＬ1に比較的大きな電磁エネ
ルギーを蓄積し、期間Ｔ2ではスイッチＳＷ3をターンオ
フさせることで、リアクトルＬ1からコンデンサＣ0へ比
較的大きな充電電流を流す。この粗い充電により、コン
デンサＣ0は充電電圧目標値に近い電圧（例えば、目標
値の９０％）にまで急速充電される。
【００２６】次に、期間Ｔ3ではスイッチＳＷ2とＳＷ3
をオンさせ、リアクトルＬ2に比較的小さな電磁エネル
ギーを蓄積し、期間Ｔ4ではスイッチＳＷ3をターンオフ
させることで、リアクトルＬ2からコンデンサＣ0へ微調
整用充電電流を流す。この微い充電により、コンデンサ
Ｃ0は充電電圧目標値に近い電圧から目標値に一致する
電圧まで充電される。
をオンさせ、リアクトルＬ2に比較的小さな電磁エネル
ギーを蓄積し、期間Ｔ4ではスイッチＳＷ3をターンオフ
させることで、リアクトルＬ2からコンデンサＣ0へ微調
整用充電電流を流す。この微い充電により、コンデンサ
Ｃ0は充電電圧目標値に近い電圧から目標値に一致する
電圧まで充電される。
【００２７】この微調整充電において、粗充電終了時
（期間Ｔ2後）のコンデンサＣ0の電圧検出値と充電目標
値との差分から期間Ｔ3での半導体スイッチＳＷ3の導通
期間を求め、この計算結果を基に半導体スイッチＳＷ3
の導通期間を制御することで高い精度の充電ができる。
しかも、導通期間制御にＡＣ電源の電圧変動分やコンデ
ンサＣ0の残留電圧等の検出で導通期間を調整する手段
を不要にする。また、回路要素の定数の違いによる充電
電圧の変動を招くことがなく、装置間のバラツキも発生
しない。
（期間Ｔ2後）のコンデンサＣ0の電圧検出値と充電目標
値との差分から期間Ｔ3での半導体スイッチＳＷ3の導通
期間を求め、この計算結果を基に半導体スイッチＳＷ3
の導通期間を制御することで高い精度の充電ができる。
しかも、導通期間制御にＡＣ電源の電圧変動分やコンデ
ンサＣ0の残留電圧等の検出で導通期間を調整する手段
を不要にする。また、回路要素の定数の違いによる充電
電圧の変動を招くことがなく、装置間のバラツキも発生
しない。
【００２８】したがって、本実施形態によれば、コンデ
ンサＣ0の充電電圧を粗調整による充電電圧を基に半導
体スイッチＳＷ3の導通期間を制御した微調整充電する
ため、ＡＣ電源電圧の変動などがある場合にも高精度充
電が可能となる。
ンサＣ0の充電電圧を粗調整による充電電圧を基に半導
体スイッチＳＷ3の導通期間を制御した微調整充電する
ため、ＡＣ電源電圧の変動などがある場合にも高精度充
電が可能となる。
【００２９】なお、図６の半導体スイッチＱ1の回路遮
断機能は、スイッチＳＷ1，ＳＷ2が代替する。また、ダ
イオードＤ1の充電電流路形成機能は、整流器ＲＦに内
蔵するダイオードで代替することができる。
断機能は、スイッチＳＷ1，ＳＷ2が代替する。また、ダ
イオードＤ1の充電電流路形成機能は、整流器ＲＦに内
蔵するダイオードで代替することができる。
【００３０】（実施形態２）図２は、本発明の実施形態
２を示す主回路構成図である。同図が図１と異なる部分
は、２つのリアクトルＬ1，Ｌ2に代えて、中間タップ付
きリアクトルとした点にある。
２を示す主回路構成図である。同図が図１と異なる部分
は、２つのリアクトルＬ1，Ｌ2に代えて、中間タップ付
きリアクトルとした点にある。
【００３１】中間タップ付きリアクトルＬ3は、両端を
図１と同じに半導体スイッチＳＷ1，ＳＷ3に接続し、中
間タップを半導体スイッチＳＷ4を介して基準電位に接
続している。
図１と同じに半導体スイッチＳＷ1，ＳＷ3に接続し、中
間タップを半導体スイッチＳＷ4を介して基準電位に接
続している。
【００３２】以上の構成における充電制御は、図２中に
スイッチＳＷ1，ＳＷ3，ＳＷ4のＯＮ，ＯＦＦ制御期間
Ｔ1〜Ｔ4とリアクトルＬ3に流れる電流Ｉとコンデンサ
Ｃ0の充電電圧ＶC0の波形で示すようになる。
スイッチＳＷ1，ＳＷ3，ＳＷ4のＯＮ，ＯＦＦ制御期間
Ｔ1〜Ｔ4とリアクトルＬ3に流れる電流Ｉとコンデンサ
Ｃ0の充電電圧ＶC0の波形で示すようになる。
【００３３】すなわと、期間Ｔ1ではスイッチＳＷ1とＳ
Ｗ4をオンさせ、リアクトルＬ3に比較的大きな電磁エネ
ルギーを蓄積し、期間Ｔ2ではスイッチＳＷ4をターンオ
フさせることで、リアクトルＬ3からコンデンサＣ0へ比
較的大きな充電電流を流す。この粗い充電により、コン
デンサＣ0は充電電圧目標値に近い電圧（例えば、目標
値の９０％）にまで急速充電される。
Ｗ4をオンさせ、リアクトルＬ3に比較的大きな電磁エネ
ルギーを蓄積し、期間Ｔ2ではスイッチＳＷ4をターンオ
フさせることで、リアクトルＬ3からコンデンサＣ0へ比
較的大きな充電電流を流す。この粗い充電により、コン
デンサＣ0は充電電圧目標値に近い電圧（例えば、目標
値の９０％）にまで急速充電される。
【００３４】次に、期間Ｔ3ではスイッチＳＷ1とＳＷ3
をオンさせ、リアクトルＬ3に比較的小さな電磁エネル
ギーを蓄積し、期間Ｔ4ではスイッチＳＷ3をターンオフ
させることで、リアクトルＬ3からコンデンサＣ0へ微調
整用充電電流を流す。この微い充電により、コンデンサ
Ｃ0は充電電圧目標値に近い電圧から目標値に一致する
電圧まで充電される。
をオンさせ、リアクトルＬ3に比較的小さな電磁エネル
ギーを蓄積し、期間Ｔ4ではスイッチＳＷ3をターンオフ
させることで、リアクトルＬ3からコンデンサＣ0へ微調
整用充電電流を流す。この微い充電により、コンデンサ
Ｃ0は充電電圧目標値に近い電圧から目標値に一致する
電圧まで充電される。
【００３５】この微調整充電において、コンデンサＣ0
の電圧検出値と充電目標値との差分から期間Ｔ3での半
導体スイッチＳＷ3の導通期間を制御することの作用効
果は図１の場合と同じである。
の電圧検出値と充電目標値との差分から期間Ｔ3での半
導体スイッチＳＷ3の導通期間を制御することの作用効
果は図１の場合と同じである。
【００３６】また、図６の半導体スイッチＱ1の回路遮
断機能は、スイッチＳＷ1が代替する。また、ダイオー
ドＤ1の充電電流路形成機能は、整流器ＲＦに内蔵する
ダイオードで代替することができる。
断機能は、スイッチＳＷ1が代替する。また、ダイオー
ドＤ1の充電電流路形成機能は、整流器ＲＦに内蔵する
ダイオードで代替することができる。
【００３７】（実施形態３）図３は、本発明の実施形態
３を示す主回路構成図である。同図が図１と異なる部分
は、コンデンサＣ0の充電電圧をフィードバック制御す
るために、２つのリアクトルＬ1，Ｌ2と基準電位間にフ
ライホイール用ダイオードＤ3，Ｄ4を設けた点にある。
３を示す主回路構成図である。同図が図１と異なる部分
は、コンデンサＣ0の充電電圧をフィードバック制御す
るために、２つのリアクトルＬ1，Ｌ2と基準電位間にフ
ライホイール用ダイオードＤ3，Ｄ4を設けた点にある。
【００３８】フィードバック制御は、コンデンサＣ0の
電圧を検出する電圧検出回路ＤＥＴと、この電圧検出値
が目標充電電圧に達したときに半導体スイッチＳＷ3を
オン制御する制御回路ＣＯＮでなされる。
電圧を検出する電圧検出回路ＤＥＴと、この電圧検出値
が目標充電電圧に達したときに半導体スイッチＳＷ3を
オン制御する制御回路ＣＯＮでなされる。
【００３９】以上の構成における充電制御は、図３中に
スイッチＳＷ1〜ＳＷ3のＯＮ，ＯＦＦ制御期間Ｔ1〜Ｔ5
とリアクトルＬ1、Ｌ2に流れる電流ＩとコンデンサＣ0
の充電電流Ｉ0および電圧ＶC0の波形で示すようにな
る。
スイッチＳＷ1〜ＳＷ3のＯＮ，ＯＦＦ制御期間Ｔ1〜Ｔ5
とリアクトルＬ1、Ｌ2に流れる電流ＩとコンデンサＣ0
の充電電流Ｉ0および電圧ＶC0の波形で示すようにな
る。
【００４０】すなわち、期間Ｔ3までは図１の場合と同
じあるが、半導体スイッチＳＷ3をターンオフさせた期
間Ｔ4では、コンデンサＣ0の充電電圧がその目標値に達
したときに、制御回路ＣＯＮにより半導体スイッチＳＷ
3をオン制御し、期間Ｔ5ではリアクトルＬ2に残留する
電磁エネルギーをダイオードＤ4を通して循環させ、素
子損失や図示の抵抗器Ｒ2で消滅させる。
じあるが、半導体スイッチＳＷ3をターンオフさせた期
間Ｔ4では、コンデンサＣ0の充電電圧がその目標値に達
したときに、制御回路ＣＯＮにより半導体スイッチＳＷ
3をオン制御し、期間Ｔ5ではリアクトルＬ2に残留する
電磁エネルギーをダイオードＤ4を通して循環させ、素
子損失や図示の抵抗器Ｒ2で消滅させる。
【００４１】これにより、コンデンサＣ0の充電電圧精
度を一層高めることができる。なお、実施形態１と同様
に粗充電時の電圧検出で微小充電時のオン制御期間を調
整することができる。
度を一層高めることができる。なお、実施形態１と同様
に粗充電時の電圧検出で微小充電時のオン制御期間を調
整することができる。
【００４２】なお、ダイオードＤ3や抵抗器Ｒ1の挿入は
リアクトルＬ1，Ｌ2の循環電流がスイッチＳＷ1，ＳＷ2
を通るのを防止することにもなる。
リアクトルＬ1，Ｌ2の循環電流がスイッチＳＷ1，ＳＷ2
を通るのを防止することにもなる。
【００４３】（実施形態４）図４は、本発明の実施形態
４を示す主回路構成図である。同図が図１と異なる部分
は、コンデンサＣ0の粗充電回路と微小充電回路を分離
した点にある。
４を示す主回路構成図である。同図が図１と異なる部分
は、コンデンサＣ0の粗充電回路と微小充電回路を分離
した点にある。
【００４４】コンデンサＣ0の粗充電は、半導体スイッ
チＳＷ1とリアクトルＬ1と半導体スイッチＳＷ3とダイ
オードＤ2で行う。また、コンデンサＣ0の微小充電は、
半導体スイッチＳＷ2とリアクトルＬ2と半導体スイッチ
ＳＷ4とダイオードＤ５で行う。
チＳＷ1とリアクトルＬ1と半導体スイッチＳＷ3とダイ
オードＤ2で行う。また、コンデンサＣ0の微小充電は、
半導体スイッチＳＷ2とリアクトルＬ2と半導体スイッチ
ＳＷ4とダイオードＤ５で行う。
【００４５】以上の構成における充電制御は、図４中に
スイッチＳＷ1〜ＳＷ4のＯＮ，ＯＦＦ制御期間Ｔ1〜Ｔ4
とリアクトルＬ1、Ｌ2に流れる電流Ｉ1，Ｉ2とコンデン
サＣ 0の充電電圧ＶC0の波形で示すようになる。
スイッチＳＷ1〜ＳＷ4のＯＮ，ＯＦＦ制御期間Ｔ1〜Ｔ4
とリアクトルＬ1、Ｌ2に流れる電流Ｉ1，Ｉ2とコンデン
サＣ 0の充電電圧ＶC0の波形で示すようになる。
【００４６】ここで、本実施形態では、粗充電回路と微
小充電回路を完全に分離するため、それらの充電動作
は、時間的にオーバラップさせることができ、前記まで
の実施形態に比べて、１回の充電動作時間を短縮するこ
とができる。
小充電回路を完全に分離するため、それらの充電動作
は、時間的にオーバラップさせることができ、前記まで
の実施形態に比べて、１回の充電動作時間を短縮するこ
とができる。
【００４７】本実施形態においても、実施形態３と同様
に、フィードバック制御することで、充電電圧精度を一
層高めることができる。また、実施形態１と同様に粗充
電時の電圧検出で微小充電時の電磁エネルギー量を制御
することもできる。
に、フィードバック制御することで、充電電圧精度を一
層高めることができる。また、実施形態１と同様に粗充
電時の電圧検出で微小充電時の電磁エネルギー量を制御
することもできる。
【００４８】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、昇圧チ
ョッパ方式による電力用コンデンサの充電に、電力用コ
ンデンサを初回に大電流で目標電圧近くまで充電し、２
回目に微小電流で充電することで目標電圧まで充電、さ
らには目標電圧に一致させた充電をするようにしたた
め、交流電源電圧の変動やコンデンサの残留電圧の変
動、回路要素の違いにも、電力用コンデンサを高い精度
で充電でき、装置間のバラツキも解消される。
ョッパ方式による電力用コンデンサの充電に、電力用コ
ンデンサを初回に大電流で目標電圧近くまで充電し、２
回目に微小電流で充電することで目標電圧まで充電、さ
らには目標電圧に一致させた充電をするようにしたた
め、交流電源電圧の変動やコンデンサの残留電圧の変
動、回路要素の違いにも、電力用コンデンサを高い精度
で充電でき、装置間のバラツキも解消される。
【図１】本発明の実施形態１を示す主回路構成図。
【図２】本発明の実施形態２を示す主回路構成図。
【図３】本発明の実施形態３を示す主回路構成図。
【図４】本発明の実施形態４を示す主回路構成図。
【図５】パルス電源の構成例。
【図６】従来の主回路構成図。
ＳＷ1〜ＳＷ4…半導体スイッチ
Ｌ1〜Ｌ3…リアクトル
Ｃ0…電力用コンデンサ
Ｄ1〜Ｄ4…ダイオード
ＤＥＴ…電圧検出器
ＣＯＮ…制御回路
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 東 征男
東京都品川区大崎２丁目１番17号 株式会
社明電舎内
Ｆターム(参考） 5H730 AS04 AS17 BB14 BB57 BB83
BB98 DD13 EE02 EE07 FG01
FG22
5H790 BA02 CC02 EA01 EA03 EA12
Claims (5)
- 【請求項１】 直流電源と電力用コンデンサとの間に介
挿され、第１の半導体スイッチのオン制御で前記直流電
源からリアクトルに短絡電流を流して該リアクトルに電
磁エネルギーを蓄積し、前記第１の半導体スイッチのオ
フ制御で前記リアクトルから電力用コンデンサに充電電
流を流して電力用コンデンサを目標電圧まで充電する昇
圧チョッパ回路を設けたコンデンサの充電装置であっ
て、 前記リアクトルは第１および第２のリアクトルにそれぞ
れ半導体スイッチを直列接続した２回路構成とし、第１
のリアクトルに比較的大きい短絡電流を流して蓄積した
電磁エネルギーで電力用コンデンサを大電流で充電し、
この充電動作後に、前記第２のリアクトルに比較的小さ
い電流を流して蓄積した電磁エネルギーで電力用コンデ
ンサを微小電流で充電する構成としたことを特徴とする
コンデンサの充電装置。 - 【請求項２】 直流電源と電力用コンデンサとの間に介
挿され、第１の半導体スイッチのオン制御で前記直流電
源からリアクトルに短絡電流を流して該リアクトルに電
磁エネルギーを蓄積し、前記第１の半導体スイッチのオ
フ制御で前記リアクトルから電力用コンデンサに充電電
流を流して電力用コンデンサを目標電圧まで充電する昇
圧チョッパ回路を設けたコンデンサの充電装置であっ
て、 前記リアクトルは、中間タップ付きリアクトルに半導体
スイッチを直列接続した構成とし、該中間タップと基準
電位との間に第２の半導体スイッチを設け、 この第２の半導体スイッチのオンで前記リアクトルに比
較的大きい短絡電流を流して蓄積した電磁エネルギーで
電力用コンデンサを大電流で充電し、この充電動作後
に、前記第１の半導体スイッチのオンで前記リアクトル
に比較的小さい短絡電流を流して蓄積した電磁エネルギ
ーで電力用コンデンサを微小電流で充電する構成とした
ことを特徴とするコンデンサの充電装置。 - 【請求項３】 直流電源と電力用コンデンサとの間に介
挿され、第１の半導体スイッチのオン制御で前記直流電
源からリアクトルに短絡電流を流して該リアクトルに電
磁エネルギーを蓄積し、前記第１の半導体スイッチのオ
フ制御で前記リアクトルから電力用コンデンサに充電電
流を流して電力用コンデンサを目標電圧まで充電する昇
圧チョッパ回路を設けたコンデンサの充電装置であっ
て、 前記昇圧チョッパ回路は２回路構成とし、第１の昇圧チ
ョッパ回路はリアクトルに比較的大きい短絡電流を流し
て蓄積した電磁エネルギーで電力用コンデンサを大電流
で充電し、この充電動作後に、第２の昇圧チョッパ回路
はリアクトルに比較的小さい短絡電流を流して蓄積した
電磁エネルギーで電力用コンデンサを微小電流で充電す
る構成としたことを特徴とするコンデンサの充電装置。 - 【請求項４】 電力用コンデンサを大電流で充電し、こ
の充電動作後に微小電流で充電する際、電力用コンデン
サの充電電圧とその目標電圧との差分を基に、微小電流
を発生するリアクトルに蓄積する電磁エネルギーを該差
分が０になるよう調整する手段を備えたことを特徴とす
る請求項１〜３のいずれか１項に記載のコンデンサの充
電装置。 - 【請求項５】 電力用コンデンサを大電流で充電し、こ
の充電動作後に微小電流で充電する際、電力用コンデン
サの充電電圧とその目標電圧との一致検出で、微小電流
を発生しているリアクトルに蓄積する電磁エネルギーを
半導体スイッチを介してフィードバックすることで消滅
させる手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３のい
ずれか１項に記載のコンデンサの充電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002156608A JP2003348859A (ja) | 2002-05-30 | 2002-05-30 | コンデンサの充電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002156608A JP2003348859A (ja) | 2002-05-30 | 2002-05-30 | コンデンサの充電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003348859A true JP2003348859A (ja) | 2003-12-05 |
Family
ID=29772767
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002156608A Pending JP2003348859A (ja) | 2002-05-30 | 2002-05-30 | コンデンサの充電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003348859A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005094827A (ja) * | 2003-09-12 | 2005-04-07 | Shunsuke Hosokawa | 高電圧電源パルス電源 |
| JP2005184888A (ja) * | 2003-12-16 | 2005-07-07 | Ngk Insulators Ltd | パルス発生装置 |
| JP2007195362A (ja) * | 2006-01-20 | 2007-08-02 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | Ｄｃ−ｄｃコンバータ |
| WO2008004647A1 (fr) * | 2006-07-06 | 2008-01-10 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Système d'alimentation électrique et véhicule utilisant celle-ci |
| WO2013114644A1 (ja) * | 2012-01-31 | 2013-08-08 | 三菱電機株式会社 | インターリーブコンバータ |
| WO2017170415A1 (ja) * | 2016-03-29 | 2017-10-05 | 住友重機械工業株式会社 | レーザ駆動装置 |
| WO2023058607A1 (ja) * | 2021-10-07 | 2023-04-13 | ダイキン工業株式会社 | 放電装置、冷媒評価装置、及び冷媒評価方法 |
-
2002
- 2002-05-30 JP JP2002156608A patent/JP2003348859A/ja active Pending
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| AU2012368602B2 (en) * | 2012-01-31 | 2015-04-09 | Mitsubishi Electric Corporation | Interleaved converter |
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| AU2012368602A9 (en) * | 2012-01-31 | 2015-04-09 | Mitsubishi Electric Corporation | Interleaved converter |
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| KR20180126449A (ko) * | 2016-03-29 | 2018-11-27 | 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤 | 레이저구동장치 |
| JP2017184372A (ja) * | 2016-03-29 | 2017-10-05 | 住友重機械工業株式会社 | レーザ駆動装置 |
| WO2017170415A1 (ja) * | 2016-03-29 | 2017-10-05 | 住友重機械工業株式会社 | レーザ駆動装置 |
| CN109104889A (zh) * | 2016-03-29 | 2018-12-28 | 住友重机械工业株式会社 | 激光驱动装置 |
| CN109104889B (zh) * | 2016-03-29 | 2020-08-18 | 住友重机械工业株式会社 | 激光驱动装置 |
| KR102231956B1 (ko) * | 2016-03-29 | 2021-03-24 | 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤 | 레이저구동장치 |
| WO2023058607A1 (ja) * | 2021-10-07 | 2023-04-13 | ダイキン工業株式会社 | 放電装置、冷媒評価装置、及び冷媒評価方法 |
| JP2023056188A (ja) * | 2021-10-07 | 2023-04-19 | ダイキン工業株式会社 | 放電装置、冷媒評価装置、及び冷媒評価方法 |
| JP7280527B2 (ja) | 2021-10-07 | 2023-05-24 | ダイキン工業株式会社 | 放電装置、冷媒評価装置、及び冷媒評価方法 |
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