JP2014107933A - Power supply circuit and charging device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、力率改善回路を備えた電源回路と、それを用いた充電装置に関する。 The present invention relates to a power supply circuit including a power factor correction circuit and a charging device using the power supply circuit.
電気自動車やハイブリッドカーには、走行用モータの駆動源である高圧バッテリが搭載され、このバッテリを充電するための充電装置が設けられる。このような充電装置においては、一般に、力率改善回路（以下、ＰＦＣ（Power Factor Correction）回路と表記する。）と、このＰＦＣ回路の出力端に接続されたコンデンサとを含む電源回路が備わっている。ＰＦＣ回路は、入力電流の波形を入力電圧の波形に近づけて力率の改善を行うための回路である。コンデンサは、ＰＦＣ回路の出力電圧を平滑化するために設けられている。 An electric vehicle or a hybrid car is equipped with a high-voltage battery that is a drive source of a traveling motor, and a charging device for charging the battery is provided. Such a charging apparatus generally includes a power circuit including a power factor correction circuit (hereinafter referred to as a PFC (Power Factor Correction) circuit) and a capacitor connected to the output terminal of the PFC circuit. Yes. The PFC circuit is a circuit for improving the power factor by bringing the waveform of the input current close to the waveform of the input voltage. The capacitor is provided to smooth the output voltage of the PFC circuit.
ＰＦＣ回路の出力電圧は、数百ボルトの高電圧であるため、当該出力電圧により充電されるコンデンサの電圧も高電圧となる。したがって、バッテリへの充電が終了して、ＰＦＣ回路の入力電圧がなくなっても、コンデンサに残留している電荷により、感電を引き起こす可能性がある。そこで、コンデンサの残留電荷を放電させるための手段が必要となる。 Since the output voltage of the PFC circuit is a high voltage of several hundred volts, the voltage of the capacitor charged by the output voltage is also a high voltage. Therefore, even when the charging of the battery is completed and the input voltage of the PFC circuit disappears, there is a possibility that an electric shock may be caused by the electric charge remaining in the capacitor. Therefore, a means for discharging the residual charge of the capacitor is required.
後掲の特許文献１、２には、交流電源が遮断されたときに、ＰＦＣ回路の出力端に接続された平滑用コンデンサの電荷を放電するようにした電源回路が記載されている。
特許文献１の電源回路においては、コンデンサの電荷を放電する放電抵抗と、この放電抵抗を接続または非接続状態に切り替えるスイッチ手段とが設けられている。そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の二次側出力により、放電抵抗が非接続状態となるようにスイッチ手段を切り替える。これにより、交流電源が遮断している場合には、放電抵抗が接続状態となるようにスイッチ手段が切り替わるので、コンデンサの電荷を、放電抵抗を介して放電させることができる。
In the power supply circuit of
特許文献２の電源回路においては、放電抵抗と切替スイッチとの直列回路が、コンデンサに対して並列に接続されている。また、一次巻線に印加されたコンデンサの電圧を二次巻線に伝達するトランスと、一次巻線側の回路の所望位置に印加される電圧の値を検知する検知回路とが設けられている。そして、検知回路が電圧値の低下を検知したときに、切替スイッチが短絡され、これによって、コンデンサの電荷を、放電抵抗を介して放電させることができる。
In the power supply circuit of
後掲の特許文献３には、力率改善などの目的で送配電系統に接続される進相コンデンサが、線路から切り離された後に、当該コンデンサの残留電荷を放電させるための放電コイルが記載されている。この放電コイルは、鉄心と、この鉄心の１脚に同心状態に配置された一次コイルおよび二次コイルにより構成される。そして、コンデンサの放電経路となる一次コイルに、電気抵抗が大きい導線を使用することで、巻線の工数が少なく、低コストでコンパクトな放電コイルが得られるようにしている。
特許文献１、２では、コンデンサの電荷を、抵抗とスイッチング素子を含む放電回路を通して放電するようにしている。このように、放電回路に抵抗が設けられている場合は、スイッチング素子をオン状態に維持して、コンデンサの電荷を一挙に放電させても、放電電流が抵抗で抑制される。したがって、抵抗やスイッチング素子が焼損するおそれはない。これに対して、抵抗に代えてコイルを用いた場合、コイルには放電電流を抑制する機能が殆どない。このため、スイッチング素子をオン状態に維持して、コンデンサの電荷を一挙に放電させると、放電回路に過大な放電電流が流れ、コイルやスイッチング素子が焼損するおそれがある。
In
本発明の課題は、放電回路のコイルやスイッチング素子が、過大な放電電流により焼損するのを防止できる電源回路を提供することにある。 The subject of this invention is providing the power supply circuit which can prevent that the coil and switching element of a discharge circuit burn out by an excessive discharge current.
本発明の電源回路は、力率改善回路と、この力率改善回路の１対の出力ラインの間に接続され、力率改善回路の出力電圧を平滑化するコンデンサと、このコンデンサの放電を制御する放電制御回路とを備えている。放電制御回路は、上記出力ラインの間に直列に接続された、コイルおよびスイッチング素子と、スイッチング素子をパルス信号によりオン・オフさせるスイッチング制御部とを有する。スイッチング制御部は、パルス信号のデューティを変化させながら、コンデンサの電荷を、コイルおよびスイッチング素子を通して、段階的に放電させる。 The power supply circuit of the present invention is connected between a power factor correction circuit, a pair of output lines of the power factor correction circuit, a capacitor for smoothing the output voltage of the power factor correction circuit, and a discharge of the capacitor is controlled. A discharge control circuit. The discharge control circuit includes a coil and a switching element connected in series between the output lines, and a switching control unit that turns on / off the switching element by a pulse signal. The switching control unit discharges the charge of the capacitor stepwise through the coil and the switching element while changing the duty of the pulse signal.
このような構成によると、スイッチング制御部が、パルス信号のデューティを変化させながらスイッチング素子をオン・オフさせるので、コンデンサの電荷は段階的に放電される。したがって、放電回路に過大な放電電流が流れるおそれがなく、放電回路にコイルを用いた場合でも、コイルやスイッチング素子の焼損を防止することができる。このため、コイルやスイッチング素子として、小電流仕様のものを用いることができる。 According to such a configuration, the switching control unit turns on and off the switching element while changing the duty of the pulse signal, so that the capacitor charge is discharged stepwise. Therefore, there is no fear that an excessive discharge current flows in the discharge circuit, and even when the coil is used in the discharge circuit, it is possible to prevent the coil and the switching element from being burned out. For this reason, the thing of a small electric current specification can be used as a coil or a switching element.
本発明の電源回路において、コイルとして、トランスの一次巻線を用いてもよい。そして、トランスの二次巻線に、コンデンサの電圧を検出する電圧検出部を設けてもよい。 In the power supply circuit of the present invention, the primary winding of the transformer may be used as the coil. And you may provide the voltage detection part which detects the voltage of a capacitor | condenser in the secondary winding of a transformer.
本発明の電源回路において、コンデンサを放電させる場合に、電圧検出部が検出したコンデンサの電圧に応じて、パルス信号のデューティを算出する制御手段をさらに備えていてもよい。この場合、スイッチング制御部は、制御手段で算出されたデューティを持ったパルス信号を出力する。 The power supply circuit according to the present invention may further include a control unit that calculates the duty of the pulse signal according to the voltage of the capacitor detected by the voltage detection unit when discharging the capacitor. In this case, the switching control unit outputs a pulse signal having a duty calculated by the control means.
本発明の電源回路において、スイッチング制御部は、コンデンサを放電させる場合に、パルス信号のデューティを漸次増加させるようにしてもよい。 In the power supply circuit of the present invention, the switching control unit may gradually increase the duty of the pulse signal when discharging the capacitor.
本発明の電源回路において、制御手段は、コンデンサの放電が開始されるまでの間、電圧検出部が検出したコンデンサの電圧に基づいて、力率改善回路に対するフィードバック制御を行うようにしてもよい。 In the power supply circuit of the present invention, the control means may perform feedback control on the power factor correction circuit based on the voltage of the capacitor detected by the voltage detector until the discharge of the capacitor is started.
本発明の電源回路において、力率改善回路の入力電圧を検出する入力電圧検出手段をさらに備えていてもよい。この場合、スイッチング制御部は、入力電圧検出手段が入力電圧を検出しなくなったときに、コンデンサの放電を開始する。 The power supply circuit of the present invention may further include input voltage detection means for detecting the input voltage of the power factor correction circuit. In this case, the switching control unit starts discharging the capacitor when the input voltage detecting unit stops detecting the input voltage.
本発明の電源回路において、スイッチング制御部は、コンデンサの電圧が放電により所定の閾値以下となったときに、パルス信号の出力を停止して、スイッチング素子をオフにするようにしてもよい。 In the power supply circuit of the present invention, the switching control unit may stop the output of the pulse signal and turn off the switching element when the voltage of the capacitor becomes equal to or lower than a predetermined threshold due to discharge.
本発明の充電装置は、交流電源から供給される交流電圧を整流する整流回路と、 この整流回路の出力端に接続された電源回路と、この電源回路の出力電圧を昇圧または降圧して、バッテリに出力するＤＣ−ＤＣコンバータとを備えた充電装置であって、電源回路が、上述した本発明の電源回路から構成される。 A charging device according to the present invention includes a rectifier circuit that rectifies an AC voltage supplied from an AC power supply, a power supply circuit connected to an output terminal of the rectifier circuit, and boosts or steps down an output voltage of the power supply circuit. The power supply circuit includes the above-described power supply circuit of the present invention.
本発明によれば、放電回路のコイルやスイッチング素子が、過大な放電電流により焼損するのを防止できる電源回路を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power supply circuit which can prevent that the coil and switching element of a discharge circuit burn out by an excessive discharge current can be provided.
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図において、同一の部分または対応する部分には、同一の符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each drawing, the same reference numerals are given to the same or corresponding parts.
まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態による電源回路および充電装置の構成を説明する。 First, with reference to FIG. 1, the structure of the power supply circuit and charging device by 1st Embodiment of this invention is demonstrated.
図１において、充電装置１０１は、交流電源１とバッテリ６との間に配置される。このため、充電装置１０１には、交流電源１が接続される端子Ｔ１、Ｔ２、およびバッテリ６が接続される端子Ｔ３、Ｔ４が設けられている。交流電源１は、例えば、ＡＣ１００Ｖの商用電源である。バッテリ６は、例えば、車両に搭載されるリチウムイオン電池や鉛蓄電池などの二次電池である。
In FIG. 1, the
充電装置１０１は、整流回路２、電源回路８、およびＤＣ−ＤＣコンバータ５を備えている。電源回路８は、ＰＦＣ（力率改善）回路３、コンデンサＣ、放電制御回路４、およびマイクロコンピュータ７から構成される。
The
整流回路２は、全波整流回路からなり、端子Ｔ１、Ｔ２を介して交流電源１から供給される交流電圧を全波整流する。ＰＦＣ回路３は、整流回路２の出力端に接続されており、インダクタ１１、ダイオードＤ１、スイッチング素子Ｑ１、およびＰＦＣ制御部１２から構成される。
The
インダクタ１１の一端は整流回路２の一方の出力端に接続され、他端はダイオードＤ１のアノードに接続されている。スイッチング素子Ｑ１は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）からなる。スイッチング素子Ｑ１のドレインは、インダクタ１１とダイオードＤ１との接続点に接続され、ソースは整流回路２の他方の出力端に接続されている。スイッチング素子Ｑ１のゲートには、ＰＦＣ制御部１２が接続されている。
One end of the
コンデンサＣは、ＰＦＣ回路３から出力される電圧を平滑化するコンデンサであって、ＰＦＣ回路３の１対の出力ライン１６ａ、１６ｂの間に接続されている。
The capacitor C is a capacitor that smoothes the voltage output from the
放電制御回路４は、ＰＦＣ回路３とＤＣ−ＤＣコンバータ５との間に設けられている。放電制御回路４には、トランス１３と、スイッチング素子Ｑ２と、電圧検出部１４と、スイッチング制御部１５とが備わっている。トランス１３は、例えばパルストランスであって、一次巻線Ｌ１および二次巻線Ｌ２を有している。スイッチング素子Ｑ２は、スイッチング素子Ｑ１と同様にＦＥＴからなる。
The
トランス１３の一次巻線Ｌ１とスイッチング素子Ｑ２とは、ＰＦＣ回路３の出力ライン１６ａ、１６ｂの間に、直列に接続されている。詳しくは、一次巻線Ｌ１の一端は出力ライン１６ａに接続され、他端はスイッチング素子Ｑ２のドレインに接続されている。スイッチング素子Ｑ２のソースは、出力ライン１６ｂに接続されている。スイッチング素子Ｑ２のゲートは、スイッチング制御部１５に接続されている。トランス１３の二次巻線Ｌ２は、電圧検出部１４に接続されている。
The primary winding L1 of the
電圧検出部１４は、トランス１３の二次巻線Ｌ２の出力電圧を、コンデンサ（図示省略）で平滑化することにより、当該出力電圧の平均値を検出する。
The
スイッチング制御部１５は、スイッチング素子Ｑ２のオン・オフを制御する回路であって、スイッチング素子Ｑ２のゲートに、所定のデューティを有するＰＷＭ（Pulse Width Modulation；パルス幅変調）信号を出力する。
The switching
マイクロコンピュータ７は、本発明における制御手段を構成しており、電圧検出部１４が検出した電圧に基づいて、ＰＦＣ制御部１２を介してＰＦＣ回路３を制御する。また、マイクロコンピュータ７は、スイッチング制御部１５に対する制御も行う。
The
ＰＦＣ制御部１２は、マイクロコンピュータ７からの指令に基づき、スイッチング素子Ｑ１のオン・オフを制御する。このＰＦＣ制御部１２も、スイッチング素子Ｑ１のゲートに、所定のデューティを有するＰＷＭ信号を出力する。
The
ＤＣ−ＤＣコンバータ５は、ＰＦＣ回路３の出力電圧を昇圧または降圧して、端子Ｔ３、Ｔ４を介してバッテリ６に出力する。
The DC-
図２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ５の一例を示している。ＤＣ−ＤＣコンバータ５は、スイッチング回路３１、トランス３２、整流回路３３、平滑回路３４、出力電圧検出回路３５から構成される公知の回路である。制御部４０はマイクロコンピュータから構成される。
FIG. 2 shows an example of the DC-
スイッチング回路３１は、ブリッジ接続された４個のスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ７を備えており、ＰＦＣ回路３から出力される直流電圧を、交流電圧に変換する。トランス３２は、スイッチング回路３１から出力される交流電圧を昇圧または降圧する。整流回路３３は、２個のダイオードＤ６、Ｄ７からなり、トランス３２の二次側に生じる交流電圧を、パルス状の直流電圧に変換する。
The switching
平滑回路３４は、インダクタＬ４およびコンデンサＣ２から構成されるローパスフィルタからなり、整流回路３３から出力される電圧を平滑化する。この平滑回路３４の出力電圧により、バッテリ６（図１）が充電される。出力電圧検出回路３５は、直列に接続された分圧抵抗Ｒ７、Ｒ８からなり、平滑回路３４の出力電圧を検出して、制御部４０に送る。制御部４０は、出力電圧検出回路３５で検出された出力電圧に基づいてフィードバック制御を行い、スイッチング回路３１のスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ７のオン・オフを制御する。
The smoothing
次に、以上のような構成からなる充電装置１０１の動作を説明する。
Next, the operation of the charging
ＰＦＣ回路３の動作については、従来と同じであるので、簡単に説明する。ＰＦＣ回路３では、ＰＦＣ制御部１２の制御の下に、スイッチング素子Ｑ１が高速スイッチング動作を行う。これにより、交流電源１から供給される入力電圧の電圧波形（正弦波）に対して相似形となる電流波形が生成され、電流波形が正弦波に近づくことで力率が改善される。また、このとき、インダクタ１１によって電圧の昇圧が行われる。
Since the operation of the
次に、放電制御回路４とマイクロコンピュータ７の動作について、図３〜図９を参照しながら説明する。端子Ｔ１、Ｔ２に交流電源１が接続され、整流回路２の入力端に電圧が印加されると、図３の太矢印で示すような経路でコンデンサＣが充電される。
Next, operations of the
詳しくは、交流電源１から端子Ｔ１、Ｔ２に、図６（ａ）に示すような交流電圧が入力されると、この交流電圧は整流回路２で全波整流され、整流回路２から図６（ｂ）に示すような直流電圧が出力される。この直流電圧はＰＦＣ回路３のインダクタ１１およびダイオードＤ１を介して、コンデンサＣを充電する。コンデンサＣの充電により、コンデンサＣの電圧は、図６（ｃ）に示すように上昇する。なお、図６（ｃ）は、交流電源１が接続された直後の、ＰＦＣ回路３や放電制御回路４などがまだ動作していない状態での、コンデンサＣの電圧を示している。
Specifically, when an AC voltage as shown in FIG. 6A is input from the
ＰＦＣ回路３が動作を開始すると、スイッチング素子Ｑ１の高速スイッチング動作により、ＰＦＣ回路３から、図７（ｃ）に示すような昇圧された電圧が出力される。なお、図７（ａ）、（ｂ）は、図６（ａ）、（ｂ）に対応している。また、放電制御回路４では、スイッチング制御部１５が、マイクロコンピュータ７からの電圧検出指令に基づき、所定のデューティを持ったパルス信号（ＰＷＭ信号）をスイッチング素子Ｑ２のゲートへ出力する。このパルス信号により、スイッチング素子Ｑ２はオン・オフ動作を行う。スイッチング素子Ｑ２は、パルス信号のＨ（High）区間でオンとなり、Ｌ（Low）区間でオフとなる。なお、後述するように、このときのパルス信号のデューティは、スイッチング素子Ｑ２がオンしても、コンデンサＣの電荷が殆ど放電されないように、十分小さな値に設定されている。
When the
スイッチング素子Ｑ２のオン期間において、図４の太矢印で示すような電流経路が形成される。そして、トランス１３の一次巻線Ｌ１に、コンデンサＣで平滑化されたＰＦＣ回路３の出力電圧、すなわちコンデンサＣの電圧Ｖｃ（以下、「コンデンサ電圧Ｖｃ」と表記する。）が印加される。このため、トランス１３の二次巻線Ｌ２には、コンデンサ電圧Ｖｃに比例した電圧が誘起される。二次巻線Ｌ２の出力電圧Ｖｐは、パルス信号のＨ区間（スイッチング素子Ｑ２のオン区間）だけ現われる。電圧検出部１４は、このパルス波形の出力電圧Ｖｐを取り込んで、前述したようにコンデンサ（図示省略）で平滑化することにより、出力電圧Ｖｐの平均値を検出する。トランス１３の巻数比の選定により、二次巻線Ｌ２の出力電圧Ｖｐの平均値を、コンデンサ電圧Ｖｃに等しくすることができる。電圧検出部１４の出力は、マイクロコンピュータ７に入力される。
In the ON period of the switching element Q2, a current path as shown by a thick arrow in FIG. 4 is formed. The output voltage of the
マイクロコンピュータ７は、コンデンサ電圧Ｖｃが所定値（目標値）となるように、ＰＦＣ回路３に対してフィードバック制御を行う。詳しくは、マイクロコンピュータ７は、コンデンサ電圧Ｖｃの算出値と目標値とを比較し、その偏差を求める。そして、この偏差がゼロとなるように、ＰＦＣ制御部１２に対して、ＰＷＭ信号のデューティを指令する。ＰＦＣ制御部１２は、この指令に応じたデューティを有するＰＷＭ信号を生成し、スイッチング素子Ｑ１のゲートへ出力する。この結果、スイッチング素子Ｑ１のオン時間とオフ時間が適正に制御され、目標値のコンデンサ電圧Ｖｃが得られる。この電圧は、ＤＣ−ＤＣコンバータ５へ与えられて昇圧され、ＤＣ−ＤＣコンバータ５から出力される電圧により、バッテリ６が充電される。
The
バッテリ６の充電が終了して、交流電源１が切断される（端子Ｔ１、Ｔ２から外される）と、ＰＦＣ回路３への入力電圧が遮断される。このため、ＰＦＣ回路３は電圧を出力しなくなるが、コンデンサＣには電荷が蓄積されているので、コンデンサ電圧Ｖｃは残存している。交流電源１が切断されたことは、図示しない電源接続検出スイッチからの出力により、マイクロコンピュータ７に通知される。このときから、図５の太矢印で示すような放電経路が形成され、コンデンサＣが放電を開始する。以下、この放電について説明する。
When the charging of the
マイクロコンピュータ７は、交流電源１が切断されたと判断すると、スイッチング制御部１５に対して、放電指令を出力する。スイッチング制御部１５は、この放電指令を受けて、パルス信号のデューティを変化させながら、スイッチング素子Ｑ２をオン・オフさせ、コンデンサＣの電荷を放電させる。これを、図８を参照してさらに詳しく説明する。
When the
図８において、（ａ）はコンデンサ電圧Ｖｃ、（ｂ）は二次巻線Ｌ２の出力電圧Ｖｐ、（ｃ）はスイッチング制御部１５が出力するパルス信号（ＰＷＭ信号）を示している。ここで、ＶｃとＶｐとは、Ｖｃ＝Ｖｐの関係にあるので、以下ではＶｃについてのみ説明し、Ｖｐについては説明を省略する。なお、（ａ）におけるＶｓは、閾値電圧を表している。
8, (a) shows the capacitor voltage Vc, (b) shows the output voltage Vp of the secondary winding L2, and (c) shows the pulse signal (PWM signal) output by the switching
時刻ｔ０からｔ１までは、放電が開始されるまでの通常動作が行われている。この区間では、ＰＦＣ回路３とＤＣ−ＤＣコンバータ５が動作状態にあり、バッテリ６が充電されている。そして、スイッチング制御部１５は、電圧検出部１４でコンデンサ電圧Ｖｃを検出するために、図８（ｃ）のようにデューティが十分小さいパルス信号Ｐ１、Ｐ２を出力している。ここでは、一例として、パルス信号Ｐ１、Ｐ２のデューティを１０％としている。この場合、例えばパルス周波数を１００ＫＨｚとすると、パルス信号Ｐ１、Ｐ２のパルス幅、つまりスイッチング素子Ｑ２のオン時間は、１μｓｅｃとなる。このため、スイッチング素子Ｑ２がオンしても、コンデンサＣは殆ど放電しない。したがって、ＰＦＣ回路３の動作は、放電の影響を受けることなく安定し、また、スイッチング素子Ｑ２の通電時間が短いので、電力損失が抑制される。
From time t0 to t1, normal operation is performed until discharge is started. In this section, the
パルス信号Ｐ２が出力されてから、次のパルス信号Ｐ３が出力される時刻ｔ１までの間に、交流電源１が切断されると、マイクロコンピュータ７からスイッチング制御部１５に放電指令（以下、単に「指令」という。）が与えられる。この指令は、パルス信号のデューティの値としてスイッチング制御部１５に与えられる。スイッチング制御部１５は、指令されたデューティを持ったパルス信号を生成し、時刻ｔ１において、パルス信号Ｐ１、Ｐ２よりもデューティの大きいパルス信号Ｐ３を出力する。ここでは、一例として、パルス信号Ｐ３のデューティを２０％としている。パルス信号Ｐ３のデューティが大きくなったことで、スイッチング素子Ｑ２のオン時間が長くなる。このため、コンデンサＣの電荷が、トランス１３の一次巻線Ｌ１とスイッチング素子Ｑ２を通って放電する。その結果、図８（ａ）に示すように、コンデンサ電圧Ｖｃが、パルス信号Ｐ３のオン期間だけ低下する。
If the
時刻ｔ２になると、スイッチング制御部１５は、マイクロコンピュータ７からの指令に基づき、パルス信号Ｐ３よりもデューティの大きいパルス信号Ｐ４を出力する。ここでは、一例として、パルス信号Ｐ４のデューティを４０％としている。パルス信号Ｐ４のデューティがさらに大きくなったことで、スイッチング素子Ｑ２のオン時間がさらに長くなり、コンデンサＣの放電量が増加する。その結果、図８（ａ）に示すように、パルス信号Ｐ４のオン期間において、コンデンサ電圧Ｖｃがさらに低下する。
At time t2, the switching
時刻ｔ３になると、スイッチング制御部１５は、マイクロコンピュータ７からの指令に基づき、パルス信号Ｐ４よりもデューティの大きいパルス信号Ｐ５を出力する。ここでは、一例として、パルス信号Ｐ５のデューティを８０％としている。パルス信号Ｐ５のデューティがさらに大きくなったことで、スイッチング素子Ｑ２のオン時間がさらに長くなり、コンデンサＣの放電量がさらに増加する。その結果、図８（ａ）に示すように、パルス信号Ｐ５のオン期間において、コンデンサ電圧Ｖｃがさらに低下する。
At time t3, the switching
時刻ｔ４になると、スイッチング制御部１５は、マイクロコンピュータ７からの指令に基づき、パルス信号Ｐ５よりもデューティの大きいパルス信号Ｐ６を出力する。ここでは、一例として、パルス信号Ｐ６のデューティを１００％としている。但し、図８の例では、パルス信号Ｐ６のオン期間中の時刻ｔ５で、コンデンサ電圧Ｖｃが閾値電圧Ｖｓまで低下するので、この時点でパルス信号Ｐ６の出力を停止し、スイッチング素子Ｑ２をオフにする。この状態では、コンデンサＣに閾値電圧Ｖｓに相当する電圧が残存するが、Ｖｓを十分小さい値に設定することで、感電の危険を回避することができる。
At time t4, the switching
なお、上記のような閾値電圧Ｖｓを設定せずに、図８（ｃ）に破線で示すように、デューティ１００％のパルス信号Ｐ６を最後まで出力し、コンデンサＣの電荷を完全に放電させるようにしてもよい。 In addition, without setting the threshold voltage Vs as described above, as shown by a broken line in FIG. 8C, a pulse signal P6 with a duty of 100% is output to the end so that the electric charge of the capacitor C is completely discharged. It may be.
以上のようにして、スイッチング制御部１５は、パルス信号のデューティを漸次増加させながら、スイッチング素子Ｑ２をオン・オフさせて、コンデンサＣの電荷を一次巻線Ｌ１とスイッチング素子Ｑ２を通して、段階的に放電させる。
As described above, the switching
図９のフローチャートは、コンデンサＣの放電制御の手順を示している。ステップＳ１において、交流電源１からの入力電圧がなくなると、マイクロコンピュータ７は、電圧検出部１４からコンデンサ電圧Ｖｃ（トランス１３の二次巻線Ｌ２の出力電圧Ｖｐ）を読み込む。なお、電圧検出部１４の出力はアナログ値であるため、マイクロコンピュータ７は、読み込んだ電圧をデジタル値に変換する処理（Ａ／Ｄ変換）を行う。電圧検出部１４にＡ／Ｄ変換器が備わっている場合は、この処理は不要である。
The flowchart of FIG. 9 shows the procedure for controlling the discharge of the capacitor C. When the input voltage from the
ステップＳ２において、マイクロコンピュータ７は、ステップＳ１で読み込んだコンデンサ電圧Ｖｃを、閾値電圧Ｖｓと比較する。そして、ステップＳ３において、Ｖｃ＞Ｖｓと判定されれば（ステップＳ３；ＮＯ）、ステップＳ４へ進む。
In step S2, the
ステップＳ４において、マイクロコンピュータ７は、スイッチング制御部１５で生成されるパルス信号（ＰＷＭ信号）のデューティを演算する。この場合、マイクロコンピュータ７は、ステップＳ１で読み込んだコンデンサ電圧Ｖｃに応じて、デューティを算出する。すなわち、コンデンサ電圧Ｖｃが高いときは、デューティを小さくして、一次巻線Ｌ１やスイッチング素子Ｑ２に過大な放電電流が流れないようにする。一方、コンデンサ電圧Ｖｃが低くなるにつれて、デューティを大きくして、コンデンサＣの放電を加速させる。したがって、ステップＳ４が繰り返し実行されるたびに、パルス信号のデューティは、図８（ｃ）で説明したように、漸次増加する。
In step S <b> 4, the
ステップＳ５において、マイクロコンピュータ７は、スイッチング処理を実行する。この処理では、ステップＳ４で算出されたデューティが、マイクロコンピュータ７からスイッチング制御部１５に、放電指令として出力される。スイッチング制御部１５は、このデューティを持ったパルス信号を生成し、スイッチング素子Ｑ２をオン・オフさせる。
In step S5, the
ステップＳ５の実行後は、ステップＳ１へ戻り、ステップＳ１〜Ｓ５の処理を反復する。そして、ステップＳ３でＶｃ≦Ｖｓと判定されると（ステップＳ３；ＹＥＳ）、放電制御を終了する。 After execution of step S5, the process returns to step S1 and the processes of steps S1 to S5 are repeated. And if it determines with it being Vc <= Vs by step S3 (step S3; YES), discharge control will be complete | finished.
上述した第１実施形態によれば、スイッチング制御部１５が、パルス信号のデューティを漸次増加させながら、スイッチング素子Ｑ２をオン・オフさせる。このため、コンデンサＣの電荷は、トランス１３の一次巻線Ｌ１とスイッチング素子Ｑ２を通して、段階的に放電される。したがって、放電回路に過大な放電電流が流れないので、放電回路にコイル（一次巻線Ｌ１）を用いた場合でも、コイルやスイッチング素子Ｑ２が焼損するおそれはない。その結果、トランス１３やスイッチング素子Ｑ２として、小電流仕様のものを用いることができる。また、コンデンサ電圧Ｖｃが低くなるに従って、パルス信号のデューティが大きくなるので、コンデンサＣの放電が加速され、放電開始から放電終了までの時間を短くすることができる。
According to the first embodiment described above, the switching
また、第１実施形態においては、トランス１３の一次巻線Ｌ１をコイルとして利用している。トランス１３を用いたことにより、二次巻線Ｌ２に、コンデンサ電圧Ｖｃを検出する電圧検出部１４を設けることができる。そして、本実施形態では、１つの電圧検出部１４により、ＰＦＣ回路３のフィードバック制御に必要なコンデンサ電圧Ｖｃと、コンデンサ放電時のパルス信号のデューティ演算に必要なコンデンサ電圧Ｖｃを検出することができる。
In the first embodiment, the primary winding L1 of the
次に、図１０を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図１の充電装置１０１では、放電制御回路４においてトランス１３を用いたが、図１０の充電装置１０２では、放電制御回路４’において、トランス１３の代わりに単体のコイル１８が設けられている。コイル１８は、スイッチング素子Ｑ２と直列に接続されている。また、図１の充電装置１０１では、トランス１３の二次巻線Ｌ２に電圧検出部１４を設けたが、図１０の充電装置１０２では、ＰＦＣ回路３の出力ライン１６ａ、１６ｂの間に、電圧検出部１７が設けられている。その他の構成については、図１と同じであるので、説明を省略する。
In the
第２実施形態の充電装置１０２においては、コンデンサ電圧Ｖｃを、電圧検出部１７が直接検出する。そして、マイクロコンピュータ７は、電圧検出部１７から読み込んだコンデンサ電圧Ｖｃに基づき、ＰＦＣ回路３に対するフィードバック制御を行う。また、マイクロコンピュータ７は、電圧検出部１７から読み込んだコンデンサ電圧Ｖｃに基づき、放電時のパルス信号のデューティを演算する。これらの詳細については、基本的に第１実施形態の場合と同じであるので、説明を省略する。
In the
次に、図１１を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。 Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
第３実施形態の充電装置１０３においては、整流回路２の出力端に、分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２が直列に接続されている。分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２の接続点は、マイクロコンピュータ７に接続されている。マイクロコンピュータ７は、上記接続点に現われる電圧を取り込み、その電圧に基づいてＰＦＣ回路３の入力電圧を検出する。したがって、本実施形態の場合、マイクロコンピュータ７は、制御手段と入力電圧検出手段を兼用している。
In the
第１実施形態では、交流電源１が切断されたことを、電源接続検出スイッチの出力により、マイクロコンピュータ７に通知した。これに対し、第３実施形態では、交流電源１が切断されたことを、分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２の接続点の電圧により、マイクロコンピュータ７に通知する。交流電源１が切断されると、分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２の接続点に電圧が現われず、マイクロコンピュータ７は、ＰＦＣ回路３の入力電圧を検出できなくなる。これにより、マイクロコンピュータ７は、交流電源１の切断を認識し、スイッチング制御部１５に放電を開始させる。その他の構成および動作については、基本的に第１実施形態の場合と同じであるので、説明を省略する。
In the first embodiment, the
なお、図１１の放電制御回路４において、トランス１３および電圧検出部１４を、図１０に示したコイル１８および電圧検出部１７に置き換えることも可能である。
In the
本発明では、以上述べた以外にも、種々の実施形態を採用することができる。例えば、前記の各実施形態では、ＰＦＣ制御部１２、電圧検出部１４、およびスイッチング制御部１５を、マイクロコンピュータ７と別に設けた例を挙げたが、これらの各部１２、１４、１５の機能をマイクロコンピュータ７に組み込んでもよい。
In the present invention, various embodiments other than those described above can be adopted. For example, in each of the above-described embodiments, the example in which the
また、図８（ｃ）においては、コンデンサＣの放電を行う場合に、各パルス信号Ｐ３〜Ｐ６ごとにデューティを変更したが、本発明はこれのみに限定されるものではない。例えば、パルス信号Ｐ３、Ｐ４のデューティが同じであってもよい。さらに、図８（ｃ）で示したデューティの値は一例であって、コンデンサ電圧Ｖｃに応じて、最適値のデューティを決定すればよい。 In FIG. 8C, when the capacitor C is discharged, the duty is changed for each of the pulse signals P3 to P6, but the present invention is not limited to this. For example, the pulse signals P3 and P4 may have the same duty. Further, the value of the duty shown in FIG. 8C is an example, and the optimum duty may be determined according to the capacitor voltage Vc.
また、前記の各実施形態では、充電装置に用いられる電源回路を例に挙げたが、本発明の電源回路は、充電装置以外の装置にも適用することが可能である。 In each of the above-described embodiments, the power supply circuit used in the charging device has been described as an example. However, the power supply circuit of the present invention can be applied to devices other than the charging device.
１ 交流電源
２ 整流回路
３ ＰＦＣ（力率改善）回路
４、４’ 放電制御回路
５ ＤＣ−ＤＣコンバータ
６ バッテリ
７ マイクロコンピュータ（制御手段、入力電圧検出手段）
１２ ＰＦＣ制御部
１３ トランス
１４ 電圧検出部
１５ スイッチング制御部
１６ａ、１６ｂ ＰＦＣ回路の出力ライン
１７ 電圧検出部
１８ コイル
１０１、１０２、１０３ 充電装置
Ｃ コンデンサ
Ｌ１ 一次巻線
Ｌ２ 二次巻線
Ｑ２ スイッチング素子
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記力率改善回路の１対の出力ラインの間に接続され、前記力率改善回路の出力電圧を平滑化するコンデンサと、
前記コンデンサの放電を制御する放電制御回路と、を備えた電源回路において、
前記放電制御回路は、前記出力ラインの間に直列に接続された、コイルおよびスイッチング素子と、前記スイッチング素子をパルス信号によりオン・オフさせるスイッチング制御部とを有し、
前記スイッチング制御部は、前記パルス信号のデューティを変化させながら、前記コンデンサの電荷を、前記コイルおよび前記スイッチング素子を通して、段階的に放電させることを特徴とする電源回路。 A power factor correction circuit;
A capacitor connected between a pair of output lines of the power factor correction circuit and smoothing an output voltage of the power factor correction circuit;
In a power supply circuit comprising a discharge control circuit for controlling the discharge of the capacitor,
The discharge control circuit includes a coil and a switching element connected in series between the output lines, and a switching control unit that turns on and off the switching element by a pulse signal,
The switching control unit discharges the electric charge of the capacitor stepwise through the coil and the switching element while changing the duty of the pulse signal.
前記コイルは、トランスの一次巻線であり、
前記トランスの二次巻線に、前記コンデンサの電圧を検出する電圧検出部が設けられていることを特徴とする電源回路。 The power supply circuit according to claim 1,
The coil is a primary winding of a transformer,
A power supply circuit, wherein a voltage detector for detecting the voltage of the capacitor is provided in a secondary winding of the transformer.
前記コンデンサを放電させる場合に、前記電圧検出部が検出したコンデンサの電圧に応じて、前記パルス信号のデューティを算出する制御手段をさらに備え、
前記スイッチング制御部は、前記制御手段で算出されたデューティを持ったパルス信号を出力することを特徴とする電源回路。 The power supply circuit according to claim 2,
When discharging the capacitor, further comprising a control means for calculating the duty of the pulse signal according to the voltage of the capacitor detected by the voltage detection unit,
The power supply circuit, wherein the switching control unit outputs a pulse signal having a duty calculated by the control means.
前記スイッチング制御部は、前記コンデンサを放電させる場合に、前記パルス信号のデューティを漸次増加させることを特徴とする電源回路。 The power supply circuit according to claim 3,
The power supply circuit, wherein the switching control unit gradually increases the duty of the pulse signal when the capacitor is discharged.
前記制御手段は、前記コンデンサの放電が開始されるまでの間、前記電圧検出部が検出したコンデンサの電圧に基づいて、前記力率改善回路に対するフィードバック制御を行うことを特徴とする電源回路。 In the power supply circuit according to claim 3 or 4,
The power supply circuit according to claim 1, wherein the control means performs feedback control on the power factor correction circuit based on the voltage of the capacitor detected by the voltage detection unit until the discharge of the capacitor is started.
前記力率改善回路の入力電圧を検出する入力電圧検出手段をさらに備え、
前記スイッチング制御部は、前記入力電圧検出手段が前記入力電圧を検出しなくなったときに、前記コンデンサの放電を開始することを特徴とする電源回路。 The power supply circuit according to any one of claims 1 to 5,
An input voltage detecting means for detecting an input voltage of the power factor correction circuit;
The power supply circuit, wherein the switching control unit starts discharging the capacitor when the input voltage detecting means stops detecting the input voltage.
前記スイッチング制御部は、前記コンデンサの電圧が放電により所定の閾値以下となったときに、前記パルス信号の出力を停止して、前記スイッチング素子をオフにすることを特徴とする電源回路。 The power supply circuit according to any one of claims 1 to 6,
The power supply circuit, wherein the switching control unit stops outputting the pulse signal and turns off the switching element when the voltage of the capacitor becomes equal to or lower than a predetermined threshold due to discharge.
前記整流回路の出力端に接続された電源回路と、
前記電源回路の出力電圧を昇圧または降圧して、バッテリに出力するＤＣ−ＤＣコンバータと、を備えた充電装置において、
前記電源回路が、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の電源回路から構成されることを特徴とする充電装置。 A rectifier circuit for rectifying an AC voltage supplied from an AC power supply;
A power supply circuit connected to the output terminal of the rectifier circuit;
In a charging apparatus comprising: a DC-DC converter that boosts or steps down an output voltage of the power supply circuit and outputs the boosted voltage to a battery;
A charging device comprising the power supply circuit according to any one of claims 1 to 7.
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