JP2005229737A - Direct-current power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可変電圧出力と定電圧出力を同時に供給可能な直流電源装置に関するものである。 The present invention relates to a DC power supply device that can simultaneously supply a variable voltage output and a constant voltage output.
従来、可変電圧出力と定電圧出力とを備えた直流電源装置においては、一段目のコンバータ回路において定電圧出力を確保し、可変電圧出力については一段目のコンバータ回路出力からさらに降圧チョッパ回路などの2段目のコンバータ回路によって出力するよう構成するのが一般的であった。しかしながら、この構成ではコンバータ回路が2つ必要となり、部品点数が多いため回路全体が複雑となりコスト面でも不利であった。そこで、可変電圧出力と定電圧出力とを1つのコンバータ回路で出力されるような回路構成が考えられた。 Conventionally, in a DC power supply device having a variable voltage output and a constant voltage output, a constant voltage output is ensured in the first-stage converter circuit, and the variable voltage output is further reduced from the first-stage converter circuit output to In general, output is performed by a second-stage converter circuit. However, this configuration requires two converter circuits, and the number of parts is large, so that the entire circuit is complicated and disadvantageous in terms of cost. Therefore, a circuit configuration has been conceived in which a variable voltage output and a constant voltage output are output by a single converter circuit.
例えば従来の可変電圧出力と定電圧出力とを同時に供給可能な直流電源装置としては、1組のスイッチング素子と3つの巻き線からなる多巻線変圧器から構成されもの(例えば特許文献1参照)がある。 For example, a conventional DC power supply device capable of supplying a variable voltage output and a constant voltage output at the same time includes a multi-winding transformer composed of a set of switching elements and three windings (see, for example, Patent Document 1). There is.
以下、図面を参照しながら従来の直流電源装置について図7と図8を用いて説明する。 A conventional DC power supply device will be described below with reference to FIGS. 7 and 8 with reference to the drawings.
まず、図7を用いてその構成について説明する。図7は特許文献1に記載されている従来の直流電源装置のブロック図を示している。直流電源1は電力供給源であり、3つの巻き線を有する多巻線変圧器2の第1の巻き線3およびスイッチング素子6と直列に接続される。多巻線変圧器2の第2の巻き線4は第1のダイオード7と接続され、第1のダイオード7と接続される第1の平滑コンデンサ8は第1の負荷9と並列に接続される。また、多巻線変圧器2の第3の巻き線5は第2のダイオード10と接続され、第2のダイオード10と接続される第2の平滑コンデンサ12は第2の負荷13と並列に接続される。誤差増幅器14は第1の負荷9の電圧と基準電圧26の差を増幅するものであり、第1のデューティ比設定部27と第2のデューティ設定部28はスイッチング素子6のオン期間を設定するためのものである。そして、選択スイッチ29は第1のデューティ比設定部27と第2のデューティ設定部28を選択するためのものであり、駆動手段18はスイッチング素子6を駆動するためのものである。
First, the configuration will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows a block diagram of a conventional DC power supply device described in
次に、以上のように構成された従来の直流電源装置の動作について説明する。第1の負荷9に所定の電圧を印加するフィードバック運転時においては選択スイッチ29は第1のデューティ比設定部27を選択して運転する。
Next, the operation of the conventional DC power supply device configured as described above will be described. During feedback operation in which a predetermined voltage is applied to the
このとき、第1のデューティ比設定部27は誤差増幅器14の出力に応じて第1の負荷9の電圧が基準電圧26と一致するよう駆動手段18に信号を送出してスイッチング素子6を駆動する。つまり、第1の負荷9の電圧が低下してきた場合にはスイッチング素子6のオン期間が拡大し、オン期間中に多巻線変圧器2に蓄えらるエネルギーが増えることによって、スイッチング素子6がオフした際に第1のダイオード7を介して供給される電力が増加することとなり、第1の負荷9の電圧を上昇させる。また、逆に第1の負荷9の電圧が上昇した場合には、スイッチング素子6のオン期間を短くすることで制御を行う。
At this time, the first duty
そして、あらかじめ第2のデューティ比設定部28のスイッチング素子6のオン期間がフィードバック運転時の10分の1あるいはそれ以下の値になるよう固定しておけば、第1の負荷9の電圧を低下させたいときには選択スイッチ29を第2のデューティ比設定部
28に切り換えることにより実現可能となる。(以下、固定デューティ運転時とする。)
一方、第2の負荷13の電圧に関しては第2のダイオード10がスイッチング素子6のオン期間中に導通する方向に多巻線変圧器2の第3の巻き線5と接続されており、第2のダイオード10と第2の負荷13の間にはリアクトル等の電流電流制限要素がない。このため、第2のデューティ比設定部28で定めるオン期間よりも十分短い時間に第2の平滑コンデンサ12の充電が行われ、多巻線変圧器2の巻き線3と巻き線5の巻き数比率に応じた一定の電圧を得ることができる。従って、第1の負荷9の電圧を変化させた場合にも第2の負荷13の電圧は影響を受けないこととなり、可変電圧出力と定電圧出力とを1つのコンバータで実現することができる。
If the ON period of the
On the other hand, with respect to the voltage of the
図8にフィードバック運転時と固定デューティ運転時における多巻線変圧器2の巻き線4および巻き線5の電圧波形を示す。図8において(a)はフィードバック運転時の巻き線4の電圧波形を示し、(b)はフィードバック運転時の巻き線5の電圧波形を示す。そして、(c)は固定デューティ運転時の巻き線4の電圧波形を、(d)は固定デューティ運転時の巻き線5の電圧波形を示す。また、V1は第1の負荷9の電圧を示し、V2は第2の負荷12の電圧を示す。そして、ONとOFFはそれぞれスイッチング素子の6がオン状態とオフ状態にあるときのタイミングを示す。
しかしながら、前記従来の構成では定電圧出力となる第2の負荷13側にスイッチング素子6がオンしたときに流れる電流を制限するための要素がないため、スイッチング素子に流れる電流を制限できず、スイッチング素子の保護が図れない、ノイズや損失が大きくなるなどの問題があった。そのため、実際にはスイッチング素子がオンしたときに流れる電流の最大値を制限するために抵抗あるいは可飽和リアクトルなどの電流制限要素を挿入する必要があった。
However, in the conventional configuration, since there is no element for limiting the current that flows when the
一方、上記のような電流制限要素を挿入すると、第2の負荷に変圧器の巻き数比率に応じた一定の電圧が印加されるためには、第2の平滑コンデンサを充電するための最低限必要な時間が定まり、それ以上にスイッチング素子のオン期間を短縮すると一定電圧を維持することができなくなるため、第1の負荷に印加する電圧の可変範囲が狭くなるという課題を有していた。 On the other hand, when the current limiting element as described above is inserted, in order to apply a constant voltage according to the turns ratio of the transformer to the second load, a minimum for charging the second smoothing capacitor is required. If the required time is determined and the ON period of the switching element is further shortened, it becomes impossible to maintain a constant voltage, so that the variable range of the voltage applied to the first load becomes narrow.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、1つのコンバータ回路で可変電圧出力と定電圧出力とを併せ持つ直流電源装置において、その可変電圧範囲を広げることを可能とした直流電源装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and provides a DC power supply device that can widen the variable voltage range in a DC power supply device having both a variable voltage output and a constant voltage output in one converter circuit. The purpose is to do.
前記従来の課題を解決するために、本発明の直流電源装置は、可変電圧出力指令値が定電圧出力を維持できる最小電圧以下となったときに、スイッチング素子を駆動する周波数を上昇させるよう構成したものである。 In order to solve the above-described conventional problems, the DC power supply device of the present invention is configured to increase the frequency for driving the switching element when the variable voltage output command value is equal to or lower than the minimum voltage capable of maintaining the constant voltage output. It is a thing.
これによって、スイッチング素子のオン期間はさらに減少するが、その減少分に比して定電圧出力側の平滑コンデンサを充電する回数の増加の影響が大きいため、可変電圧範囲の拡大が可能となる。 As a result, the ON period of the switching element is further reduced. However, since the influence of increasing the number of times the smoothing capacitor on the constant voltage output side is charged is larger than that of the decrease, the variable voltage range can be expanded.
本発明の直流電源装置は、1つのコンバータ回路で可変電圧出力と定電圧出力を併せ持つ直流電源において、可変電圧範囲を広げることが可能となる。 The DC power supply device of the present invention can widen the variable voltage range in a DC power supply having both a variable voltage output and a constant voltage output with a single converter circuit.
第1の発明は、直流電源と、少なくとも3つの巻き線を有する多巻線変圧器と、前記直流電源に対して前記多巻線変圧器の第1の巻き線と直列に接続されるスイッチング素子と、前記多巻線変圧器の第2の巻き線に接続されて前記スイッチング素子がオフ状態のときに前記多巻線変圧器に蓄えられたエネルギーを電流として放出するよう接続された第1のダイオードと、前記第1のダイオードの出力を平滑する第1の平滑コンデンサと、前記第1の平滑コンデンサに並列に接続された第1の負荷と、前記スイッチング素子がオン状態のときに前記多巻線変圧器の第3の巻き線に発生する電圧を整流する第2のダイオードと、前記第2のダイオードに流れる電流の最大値を制限するための電流制限要素と、前記電流制限要素を通して流れる電流を平滑する第2の平滑コンデンサと、前記第2の平滑コンデンサに並列に接続された第2の負荷と、前記第1の負荷に印加する電圧を定める可変出力電圧指令と現実に印加されている電圧の差とを増幅する誤差増幅器と、可変出力電圧指令の値に応じて前記スイッチング素子のスイッチング周波数を制御するスイッチング周波数制御手段と、前記スイッチング周波数制御手段の出力によりその発振周波数が変化する発振器と、前記誤差増幅器の出力と前記発振器の出力により前記スイッチング素子を駆動するためのパルスを発生するパルス発生手段と、前記パルス発生手段の出力に応じて前記スイッチング素子を駆動する駆動手段とを備えたことにより、可変出力電圧指令の値が所定の電圧以下となったときにはスイッチング周波数を増加させて前記第2の負荷に印加される電圧の低下を防ぐことが可能となり、可変電圧出力と定電圧出力とを1つのコンバータ回路で併せ持つ直流電源装置の可変電圧範囲を拡大することができる。 The first invention is a DC power supply, a multiwinding transformer having at least three windings, and a switching element connected in series with the first winding of the multiwinding transformer with respect to the DC power supply. And a first winding connected to the second winding of the multi-winding transformer and connected to discharge energy stored in the multi-winding transformer as a current when the switching element is in an off state. A diode, a first smoothing capacitor for smoothing the output of the first diode, a first load connected in parallel to the first smoothing capacitor, and the multi-winding when the switching element is on A second diode for rectifying the voltage generated in the third winding of the line transformer, a current limiting element for limiting a maximum value of a current flowing through the second diode, and a current flowing through the current limiting element A second smoothing capacitor to be smoothed, a second load connected in parallel to the second smoothing capacitor, a variable output voltage command for determining a voltage to be applied to the first load, and a voltage actually applied An error amplifier that amplifies the difference between the switching element, a switching frequency control unit that controls a switching frequency of the switching element in accordance with a value of a variable output voltage command, and an oscillator that changes its oscillation frequency according to the output of the switching frequency control unit, A pulse generating means for generating a pulse for driving the switching element by an output of the error amplifier and an output of the oscillator; and a driving means for driving the switching element in accordance with the output of the pulse generating means. As a result, the switching frequency is increased when the value of the variable output voltage command falls below the predetermined voltage. It is possible to prevent a reduction in the voltage applied to the second load Te, and a variable voltage output and the constant voltage output can be expanded a variable voltage range of the DC power supply apparatus that combines in one converter circuit.
第2の発明は、直流電源と、2つの巻き線を有する変圧器と、前記直流電源に対して前記変圧器の第1の巻き線と直列に接続されるスイッチング素子と、前記変圧器の第2の巻き線に接続されて前記スイッチング素子がオフ状態のときに前記変圧器に蓄えられたエネルギーを電流として放出するよう接続された第1のダイオードと、前記第1のダイオードの出力を平滑する第1の平滑コンデンサと、前記第1の平滑コンデンサに並列に接続された第1の負荷と、前記スイッチング素子がオン状態のときに前記変圧器の第2の巻き線に発生する電圧を整流する第2のダイオードと、前記第2のダイオードに流れる電流の最大値を制限するための電流制限要素と、前記電流制限要素を通して流れる電流を平滑する第2の平滑コンデンサと、前記第2の平滑コンデンサに並列に接続された第2の負荷と、前記第1の負荷に印加する電圧を定める可変出力電圧指令と現実に印加されている電圧の差とを増幅する誤差増幅器と、可変出力電圧指令の値に応じて前記スイッチング素子のスイッチング周波数を制御するスイッチング周波数制御手段と、前記スイッチング周波数制御手段の出力によりその発振周波数が変化する発振器と、前記誤差増幅器の出力と前記発振器の出力により前記スイッチング素子を駆動するためのパルスを発生するパルス発生手段と、前記パルス発生手段の出力に応じて前記スイッチング素子を駆動する駆動手段とを備えたことにより、前記第2の負荷に印加される電圧の低下を防ぐことが可能となり、変圧器巻き線が2つで可変電圧出力と定電圧出力とを1つのコンバータ回路で併せ持つ直流電源装置が実現できるとともに、その可変電圧範囲を拡大することができる。 A second invention includes a DC power source, a transformer having two windings, a switching element connected in series with the first winding of the transformer with respect to the DC power source, and a first of the transformer A first diode connected to two windings and connected to discharge the energy stored in the transformer as a current when the switching element is in an off state, and smoothes the output of the first diode A first smoothing capacitor, a first load connected in parallel to the first smoothing capacitor, and a voltage generated in the second winding of the transformer when the switching element is in an on state are rectified. A second diode; a current limiting element for limiting a maximum value of a current flowing through the second diode; a second smoothing capacitor for smoothing a current flowing through the current limiting element; A second load connected in parallel to the smoothing capacitor, an error amplifier for amplifying a difference between a voltage applied to the first load and a variable output voltage command for determining a voltage applied to the first load, and a voltage actually applied, and a variable output Switching frequency control means for controlling the switching frequency of the switching element in accordance with the value of the voltage command, an oscillator whose oscillation frequency is changed by the output of the switching frequency control means, an output of the error amplifier, and an output of the oscillator Applied to the second load by providing pulse generation means for generating a pulse for driving the switching element and drive means for driving the switching element in accordance with an output of the pulse generation means It is possible to prevent voltage drop, and two transformer windings can be used to control variable voltage output and constant voltage output. DC power supply together can be realized both in over-capacitor circuit, it is possible to enlarge the variable voltage range.
第3の発明は、特に、第1または第2の発明の前記スイッチング周波数制御手段を前記パルス発生手段のパルス幅に応じてスイッチング周波数を制御する構成としたことにより、可変出力電圧指令の値を用いることなく前記第1の負荷に印加される電圧の可変電圧範囲を拡大することができ、前記第1の負荷に印加される電圧を絶縁出力とする際に可変出力電圧指令の値を絶縁伝達する手段を省くことが可能となる。 In the third invention, in particular, the switching frequency control means of the first or second invention is configured to control the switching frequency in accordance with the pulse width of the pulse generating means, so that the value of the variable output voltage command is set. The variable voltage range of the voltage applied to the first load can be expanded without using it, and when the voltage applied to the first load is used as an insulation output, the value of the variable output voltage command is insulated and transmitted. It is possible to omit the means to do.
第4の発明は、直流電源と、2次巻き線を有するリアクタと、前記直流電源に対して前記リアクタと直列に接続されるスイッチング素子と、前記リアクタに接続されて前記スイッチング素子がオフ状態のときに前記リアクタに蓄えられたエネルギーを電流として放出
するよう接続された第1のダイオードと、前記第1のダイオードの出力を平滑する第1の平滑コンデンサと、前記第1の平滑コンデンサに並列に接続された第1の負荷と、前記スイッチング素子がオン状態のときに前記リアクタの2次巻き線に発生する電圧を整流する第2のダイオードと、前記第2のダイオードに流れる電流の最大値を制限するための電流制限要素と、前記電流制限要素を通して流れる電流を平滑する第2の平滑コンデンサと、前記第2の平滑コンデンサに並列に接続された第2の負荷と、前記第1の負荷に印加する電圧を定める可変出力電圧指令と現実に印加されている電圧の差とを増幅する誤差増幅器と、可変出力電圧指令の値に応じて前記スイッチング素子のスイッチング周波数を制御するスイッチング周波数制御手段と、前記スイッチング周波数制御手段の出力によりその発振周波数が変化する発振器と、前記誤差増幅器の出力と前記発振器の出力により前記スイッチング素子を駆動するためのパルスを発生するパルス発生手段と、前記パルス発生手段の出力に応じて前記スイッチング素子を駆動する駆動手段とを備えたことにより、1つのコンバータ回路で前記直流電源の電圧に対して昇降圧可能な可変電圧出力と定電圧出力を併せ持つことができるとともに、その可変電圧範囲を拡大することができる。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a DC power source, a reactor having a secondary winding, a switching element connected in series to the reactor with respect to the DC power source, and the switching element connected to the reactor and in an off state. Sometimes in parallel with the first diode connected to discharge the energy stored in the reactor as a current, a first smoothing capacitor for smoothing the output of the first diode, and the first smoothing capacitor A first load connected; a second diode for rectifying a voltage generated in a secondary winding of the reactor when the switching element is in an on state; and a maximum value of a current flowing through the second diode. A current limiting element for limiting, a second smoothing capacitor for smoothing the current flowing through the current limiting element, and the second smoothing capacitor. A second load connected to the first load, an error amplifier that amplifies a difference between a voltage that is actually applied and a variable output voltage command that determines a voltage to be applied to the first load, and a value of the variable output voltage command In response, switching frequency control means for controlling the switching frequency of the switching element, an oscillator whose oscillation frequency changes according to the output of the switching frequency control means, and the switching element driven by the output of the error amplifier and the output of the oscillator And a drive means for driving the switching element in accordance with the output of the pulse generation means, so that the voltage of the DC power supply is raised and lowered by a single converter circuit. It can have variable voltage output and constant voltage output that can be compressed, and expand its variable voltage range It is possible.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態における直流電源装置のブロック図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram of a DC power supply device according to a first embodiment of the present invention.
図1において、直流電源1は電力供給源であり、3つの巻き線を有する多巻線変圧器2の第1の巻き線3およびスイッチング素子6と直列に接続される。多巻線変圧器2の第2の巻き線4は第1のダイオード7と接続され、第1のダイオード7と接続される第1の平滑コンデンサ8は第1の負荷9と並列に接続される。また、多巻線変圧器2の第3の巻き線5は第2のダイオード10と接続され、電流制限要素11を介して第2の平滑コンデンサ12と接続される。第2の負荷13は第2の平滑コンデンサ12と並列に接続される。
In FIG. 1, a
そして、誤差増幅器14は第1の負荷9の電圧と可変出力電圧指令との差を増幅するものであり、スイッチング周波数制御手段15は、可変出力電圧指令を受けて三角波あるいはのこぎり波を出力する発振器16にスイッチング周波数制御信号を出力するものである。また、パルス発生手段17は誤差増幅器14の出力と発振器16の出力とによってスイッチング素子6を駆動するタイミングのパルス信号を発生するものであり、駆動手段18はスイッチング素子6を駆動するものである。
The
以上のように構成された直流電源装置の動作について以下に説明する。発振器16の出力周波数を一定として、第1の負荷9に印加される電圧を低下させても第2の負荷13に印加される電圧がその影響を受けて低下しない範囲での運転の場合(以下、通常運転時とする。)は、誤差増幅器14は可変出力電圧指令と第1の負荷9の電圧差を増幅し、その結果をパルス発生手段15に出力する。そして、パルス発生手段15は誤差増幅器14の出力と発振器16の出力とを比較することによりスイッチング素子6を駆動するタイミングのパルス信号を出力し、第1の負荷9の電圧が可変出力電圧指令と一致するよう駆動回路18に信号を送出してスイッチング素子6を駆動する。つまり、第1の負荷9の電圧が低下してきた場合にはスイッチング素子6のオン期間が拡大し、オン期間中に多巻線変圧器2に蓄えらるエネルギーが増えることによって、スイッチング素子6がオフした際に第1のダイオード7を介して供給される電力が増加することとなり、第1の負荷9の電圧を上昇させる。また、逆に第1の負荷9の電圧が上昇した場合には、スイッチング素子6のオン期間を短くすることで制御を行うといったフィードバック制御動作で運転する。
The operation of the DC power supply device configured as described above will be described below. In the case where the output frequency of the
一方、第2の負荷13の電圧に関しては、第2のダイオード10がスイッチング素子6
のオン期間中に導通する方向に多巻線変圧器2の第3の巻き線5と接続されており、第2のダイオード10と第2の負荷13の間には抵抗あるいは可飽和リアクトル等の電流を制限する電流制限要素11が設けられている。このため、パルス発生手段17で定めるスイッチング素子6のオン期間中に第2の平滑コンデンサ12の充電が行われ、第2の負荷13の印加電圧としては多巻線変圧器2の巻き線3と巻き線5の巻き数比率に応じた一定の電圧を得ることができる。ここで、通常運転時においては第2の平滑コンデンサ12に必要な充電時間が確保されるため、第1の負荷9の電圧を変化させた場合にも第2の負荷13の電圧は影響を受けない。そして、この平滑コンデンサ12の充電に必要なスイッチング素子6の最小のオン期間(以下、最小オン期間とする。)は電流制限要素11と平滑コンデンサ12の定数、および第2の負荷13の消費電力によって一義的に定まる。
On the other hand, regarding the voltage of the
Is connected to the third winding 5 of the
次に、可変出力電圧指令の値が低下し、スイッチング素子6のオン期間が最小オン期間以下とする必要がある場合(以下、低電圧運転時とする。)について説明する。第1の負荷9の印加電圧の制御については通常運転時と同様の誤差増幅器14によるフィードバック制御を行う。そして、第2の負荷13の電圧を一定に保つ制御については図2に示すように、可変出力電圧指令Vrefに応じたスイッチング素子6のオン期間が最小オン期間となる電圧点Vs以下となれば、スイッチング周波数制御手段15によって発振器16の出力周波数fswを通常運転時のfrからfmまで徐々に高くすることで、平滑コンデンサ12への充電回数を増加させて制御する。このことは、第1の負荷9の印加電圧の制御がスイッチング素子6の駆動周波数に比例し、また、流れる最大電流の2乗に比例することから説明できる。例えば、第1の負荷9に等しい電力を供給するためには、スイッチング素子6の駆動周波数を4倍にすれば、流れる電流の最大値は1/2となる。つまり、発振器16の出力周波数を4倍としたならばパルス発生手段15から出力されるスイッチング素子6のオン期間は1/2であるから、結果として平滑コンデンサ12への充電時間は2倍となり、第2の負荷13の印加電圧低下を防止できることになる。図3に各部の電圧、電流波形を示す。図3において、Vgは駆動手段18の出力、Iswはスイッチング素子6に流れる電流、Id7は第1のダイオード7に流れる電流、Id10は第2のダイオード10に流れる電流を示す。
Next, the case where the value of the variable output voltage command decreases and the ON period of the
以上のように、本実施の形態においては1つのコンバータ回路で可変電圧出力と定電圧出力とを併せ持つ直流電源装置が実現できるとともに、その可変電圧範囲を広げることが可能となる。 As described above, in this embodiment, it is possible to realize a DC power supply device having both a variable voltage output and a constant voltage output with a single converter circuit, and it is possible to widen the variable voltage range.
なお、本実施の形態では、特にスイッチング素子6の制御するための電源については述べていないが、直流電源1から直接供給するか、もしくは第2の負荷13と同様に定電圧出力の負荷として構成してもよい。また、本実施の形態では3つの巻き線を有する多巻線変圧器2を用いて直流電源装置を非絶縁として構成しているが、入出力を絶縁したい場合には誤差増幅器14とパルス周波数制御手段のそれぞれに絶縁伝達手段を設けるようにすればよい。また、その場合の直流電源1側の制御電源については直流電源1から直接供給するか、もしくは多巻線変圧器2に第4の巻き線を設けてもう1組みの定電圧出力可能な補助電源を構成するようにしてもよい。特に、直流電源1が商用交流電圧の整流によって構成される場合などで高電圧となるときに補助電源をもうける構成が有効である。
In the present embodiment, the power source for controlling the
(実施の形態2)
図4は、本発明の第2の実施の形態の直流電源装置のブロック図である。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a block diagram of a DC power supply device according to the second embodiment of the present invention.
本実施の形態においては、実施の形態1の構成に対して変圧器が2巻き線の変圧器19となっており、巻き線21によって実施の形態1における多巻線変圧器2の巻き線4と巻き線5の役割を兼ねるように構成している点と、第2の負荷13の1線がグランド共通としていない点で異なる。
In the present embodiment, the transformer is a two-winding
次に、動作についてであるが、基本的には実施の形態1と同様であり、通常運転時はスイッチング素子6のオン期間をフィードバック制御して第1の負荷9の電圧が可変出力電圧指令の値に一致するよう動作し、第2の負荷に対してはスイッチング素子6のオン期間にダイオード10から電流制限要素11を介して第2の平滑コンデンサ12を充電することで定電圧を印加できるように動作する。また、低電圧運転時にはパルス周波数制御手段15によって発振器16の周波数を高めることによって第2の負荷13に印加される電圧を定電圧に保つよう動作する点についても同様である。但し、以上のように1つの巻き線から時分割で2つの出力を得ているため、第1の負荷9の1線と第2の負荷13の1線の間にはスイッチング周波数の電圧が印加されることとなり、共通グランドにすることはできない。
Next, the operation is basically the same as in the first embodiment. During normal operation, the ON period of the
以上のように、本実施の形態においては1つのコンバータ回路で可変電圧出力と定電圧出力とを併せ持つ直流電源装置が2つの巻き線の変圧器で実現できるとともに、その可変電圧出力の範囲を広げることが可能となる。 As described above, in this embodiment, a DC power supply device having both a variable voltage output and a constant voltage output in one converter circuit can be realized with two winding transformers, and the range of the variable voltage output is expanded. It becomes possible.
なお、本実施の形態では、特にスイッチング素子6の制御するための電源については述べていないが、直流電源1から直接供給するか、もしくは2巻き線変圧器19に第3の巻き線を設けてもう1組みの定電圧出力可能な補助電源を構成するようにしてもよい。特に、直流電源1が商用交流電圧の整流によって構成される場合などで高電圧となるときに補助電源をもうける構成が有効であり、この場合でも実施の形態1を同様の構成とした場合に比較して巻き線を1つ削減することが可能となる。
In this embodiment, the power source for controlling the
(実施の形態3)
図5は、本発明の第3の実施の形態の直流電源装置のブロック図である。
(Embodiment 3)
FIG. 5 is a block diagram of a DC power supply device according to the third embodiment of the present invention.
本実施の形態においては、実施の形態1の構成に対して可変電圧出力と定電圧出力とを直流電源1に対して絶縁出力とし、誤差増幅器14の信号を絶縁伝達するための絶縁伝達手段22を設けるとともに、パルス発生手段17の出力をフィルタ回路23にて直流信号に変換したものをパルス周波数制御手段の入力とするよう構成したものである。低電圧動作時にはパルス発生手段17の出力パルス幅は狭くなるため、このパルスをフィルタ回路23で平均化することで可変出力電圧指令に比例した直流レベルに変換することが可能となり、実施の形態1のように可変出力電圧指令を用いないため、可変出力電圧指令の絶縁伝達手段が削減可能となる。
In the present embodiment, the variable voltage output and the constant voltage output are insulated outputs from the
以上のように、本実施の形態においては1つのコンバータ回路で可変電圧出力と定電圧出力とを併せ持つ直流電源装置において、入出力を絶縁する必要がある場合に、可変出力電圧指令の値を絶縁伝達することなく、その可変電圧範囲を広げることが可能となる。 As described above, in this embodiment, in a DC power supply device that has both a variable voltage output and a constant voltage output in one converter circuit, when the input / output needs to be insulated, the value of the variable output voltage command is insulated. The variable voltage range can be expanded without transmission.
(実施の形態4)
図6は、本発明の第4の実施の形態の直流電源装置のブロック図である。
(Embodiment 4)
FIG. 6 is a block diagram of a DC power supply device according to the fourth embodiment of the present invention.
図6において、直流電源1は電力供給源であり、リアクタ24とスイッチング素子6とに直列に接続される。また、スイッチング素子6とリアクタ24の接続点は第1のダイオード7のアノードとも接続され、第1のダイオード7のカソードと接続される第1の平滑コンデンサ8は第1の負荷9と並列に接続される。また、リアクタ24の2次巻き線25は第2のダイオード10と接続され、電流制限要素11を介して第2の平滑コンデンサ12と接続される。そして、第2の負荷13は第2の平滑コンデンサ12と並列に接続される。誤差増幅器14は第1の負荷9の電圧と可変出力電圧指令との差を増幅するものであり、スイッチング周波数制御手段15は、可変出力電圧指令を受けて三角波あるいはのこ
ぎり波を出力する発振器16にスイッチング周波数制御信号を出力するものである。また、パルス発生手段17は誤差増幅器14の出力と発振器16の出力とによってスイッチング素子6を駆動するタイミングのパルス信号を発生するものであり、駆動手段18はスイッチング素子6を駆動するものである。
In FIG. 6, the
以上のように本発明の実施の形態においては、実施の形態1における変圧器2の第1の巻き線3と第2の巻き線4をリアクタ24で兼ねた構成となっている。
As described above, in the embodiment of the present invention, the reactor 24 serves as the first winding 3 and the second winding 4 of the
従って、動作についても実施の形態1と同様であり、通常運転時には発振器16は一定周波数を出力し、スイッチング素子6の制御についてはパルス発生手段17への誤差増幅器14によるフィードバック制御が行われており、第1の負荷9には可変出力電圧指令に応じた電圧が印加されるよう動作する。そして、第2の負荷13には直流電源1に対してリアクタ24の2次巻き線25の巻き数に応じた電圧が印加される。また、低電圧動作時にはスイッチング周波数制御手段によって発振器16の出力周波数を増加させ、定電圧出力であるところの第2の負荷13の印加電圧の低下を防止する。
Accordingly, the operation is the same as that of the first embodiment, the
以上のように、本実施の形態においては入出力が非絶縁の直流電源装置において、変圧器に代えてリアクトルを適用することにより小型、低コスト化が図れ、1つのコンバータ回路で可変電圧出力と定電圧出力とを併せ持つ直流電源装置が実現できるとともに、その可変電圧範囲を広げることが可能となる。 As described above, in the present embodiment, in the DC power supply device with non-insulated input / output, it is possible to reduce the size and cost by applying a reactor instead of a transformer, and to achieve variable voltage output with one converter circuit. A DC power supply device having a constant voltage output can be realized and the variable voltage range can be expanded.
以上のように、本発明にかかる直流電源装置は、可変電圧出力と定電圧出力とを併せ持つので、可変出力電圧指令として目標温度に相当する基準電圧とサーミスタ抵抗によって分圧された電圧との誤差を利用することによって、ヒーターを用いた保温装置や、熱電素子を用いた冷却装置等に利用することができる。 As described above, since the DC power supply according to the present invention has both a variable voltage output and a constant voltage output, an error between the reference voltage corresponding to the target temperature as a variable output voltage command and the voltage divided by the thermistor resistance. Can be used for a heat retention device using a heater, a cooling device using a thermoelectric element, and the like.
1 直流電源
2 多巻線変圧器
3 多巻線変圧器の第1の巻き線
4 多巻線変圧器の第2の巻き線
5 多巻線変圧器の第3の巻き線
6 スイッチング素子
7 第1のダイオード
8 第1の平滑コンデンサ
9 第1の負荷
10 第2のダイオード
11 電流電流制限要素
12 第2の平滑コンデンサ
13 第2の負荷
14 誤差増幅器
15 スイッチング周波数制御手段
16 発振器
17 パルス発生手段
18 駆動手段
19 変圧器
20 変圧器の第1の巻き線
21 変圧器の第2の巻き線
22 絶縁伝達手段
23 フィルタ回路
24 リアクタ
25 リアクタの2次巻き線
DESCRIPTION OF
Claims (4)
波数制御手段と、前記スイッチング周波数制御手段の出力によりその発振周波数が変化する発振器と、前記誤差増幅器の出力と前記発振器の出力により前記スイッチング素子を駆動するためのパルスを発生するパルス発生手段と、前記パルス発生手段の出力に応じて前記スイッチング素子を駆動する駆動手段とからなることを特徴とした直流電源装置。 A DC power source, a reactor having a secondary winding, a switching element connected in series to the reactor with respect to the DC power source, and stored in the reactor when connected to the reactor and the switching element is in an OFF state A first diode connected to discharge the generated energy as a current, a first smoothing capacitor for smoothing the output of the first diode, and a first diode connected in parallel to the first smoothing capacitor A load, a second diode for rectifying a voltage generated in the secondary winding of the reactor when the switching element is in an on state, and a current limit for limiting a maximum value of a current flowing through the second diode An element, a second smoothing capacitor for smoothing a current flowing through the current limiting element, and a second smoothing capacitor connected in parallel to the second smoothing capacitor 2, an error amplifier that amplifies a difference between a variable output voltage command that determines a voltage applied to the first load and a voltage that is actually applied, and the switching element according to a value of the variable output voltage command Switching frequency control means for controlling the switching frequency, an oscillator whose oscillation frequency is changed by the output of the switching frequency control means, and a pulse for driving the switching element by the output of the error amplifier and the output of the oscillator A direct-current power supply device comprising: a pulse generating means for generating; and a driving means for driving the switching element in accordance with an output of the pulse generating means.
Priority Applications (1)
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JP2004036358A JP2005229737A (en) | 2004-02-13 | 2004-02-13 | Direct-current power supply device |
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- 2004-02-13 JP JP2004036358A patent/JP2005229737A/en active Pending
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KR101876215B1 (en) * | 2011-07-29 | 2018-07-10 | 코웨이 주식회사 | Power supplier for thermoelectric module |
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