JP2650334B2 - 直列共振形コンバータの出力電圧監視装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 直列共振形コンバータの出力電圧を監視する装置に関
し、出力電圧を高圧部から絶縁して測定するとともに、
出力電圧測定精度を向上させることを目的とし、 直列共振形コンバータの直列共振回路を流れる電流を
検出しピーク整流する、電流検出ピーク整流回路と、直
列共振形コンバータの入力印加電圧に対応する信号を検
出する入力検出回路と、入力検出回路の出力と、電流検
出ピーク整流回路の出力とを加算する回路とを備え、加
算回路の加算結果にもとづいて直列共振形コンバータの
出力を監視するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、直列共振形コンバータの出力電圧を監視す
る装置に関するものであり、特に、出力電圧を高圧部か
ら絶縁して検出し、更に検出精度を向上させる直列共振
形コンバータの出力電圧監視装置に関する。

本発明の直列共振形コンバータの出力電圧監視装置
は、直列共振形コンバータを用いる種々のシステム、例
えば、海底ケーブルシステム、陸上ケーブルシステムの
定電流給電装置の出力電圧監視に用いられる。

〔従来の技術〕

直列共振形コンバータは、直列共振回路によりそこを
流れる電流が正弦波状となる。従って、主スイッチ素
子、整流ダイオードの損失が高周波化によっても増加せ
ず、高効率化、小形化のコンバータを実現できるという
利点を有している。またコンバータの最大変換周波数が
共振周波数の1/2以下では負荷変動に対して定電流特性
を有している。

これらの利点から、直列共振形コンバータは種々の電
源装置として用いられている。

定電流特性を利用する１例として、直列共振形コンバ
ータは、海底ケーブルシステム又は陸上ケーブルシステ
ムの中継器への定電流給電装置として用いられている。
海底ケーブルシステム等においては、定電流給電装置の
出力電圧はシステム長に比例して高くなり、その電圧は
10KVDC以上にもなる。そのため、第６図に示すように、
定電流給電装置では、複数台の小出力直列共振形コンバ
ータCONVが直列に接続されてケーブルCBLを介して中継
器EXに高電圧の定電流を供給する。給電電流は電流検出
回路Ｉ−DETで検出され、検出出力が制御回路CONTに入
力され、制御回路CONTが全直列共振形コンバータCONVを
定電流に制御する。

各直列共振形コンバータは同一定格のものを直列接続
するのであるが、個々に特性のバラツキがある他、経年
変化により特性のバラツキが生じる。このような特性の
バラツキが大きくなると、定電流特性の低下、出力電圧
の低下などが生じる。そこで、各直列共振形コンバータ
の特性を検出することが必要となる。

第７図に従来の直列共振形コンバータの出力電圧監視
装置の回路図を示す。第７図は１つの直列共振形コンバ
ータの出力電圧を監視する場合を示す。

同図において、直列共振形コンバータは、インバータ
101、インバータトランス2c、ブリッジダイオード整流
回路41および平滑コンデンサ42から成る整流回路4c、お
よびドライバ回路102から成る。インバータトランス2c
の２次コイルと整流回路4cとの間に昇圧トランス3cを設
けることができる。ドライバ回路102には、共通の制御
回路103が接続されている。

直列共振形コンバータの特性を監視するに当って、コ
ンバータが定電流特性で用いられるので、その出力電圧
を測定することとしている。しかしながら、昇圧トラン
ス3cで昇圧後の高電圧を直接測定することは、絶縁性、
人体の保安上の見地、装置の高価さ等から好ましくない
ので、低圧側、すなわち直列共振回路Lres,Cres側の電
圧を測定することとしている。第７図に示すように、出
力電圧V_oは、巻数比に比例しトランス3cの１次巻線に現
われるから直列共振回路Lers,Cres側に出力電圧V_oを検
出するための電圧トランス11cを接続し、トランス11cの
２次コイルの両端出力をダイオードブリッジ回路132で
全波整流し、平滑コンデンサ133で平滑し、抵抗器131の
両端に出力電圧V_oに相当する電圧を得ている。この検出
電圧はトランジスタ181を介して出力される。その出力
メータ17cなどにより計測される。

〔発明が解決しようとする課題〕

出力電圧V_oの電圧値とメータ17cの読みＭとの特性図
を第８図に示す。同図において、V_oとＭとは、破線で示
すように直線性が得られることが望ましいのであるが、
実線で示すように、特に低い電圧における直線性が良く
ない。直線性を阻害する要因としては、昇圧トランスの
リーケージインダクタンス等の影響が考えられている。

かかる非線形特性は個々の直列共振コンバータ毎によ
って異なるので、個々に補正することは厄介であり、出
力電圧検出のため、個々の直列共振形コンバータの出力
特性を補正することは現実的でない。一方、V_oとＭとの
間に直線性があるとして用いると検出誤差が大きくな
る。この検出誤差は、結局、複数直列に接続した直列共
振形コンバータの負荷分担を決定する上での誤差とな
る。

以上に鑑みて、簡単且つ小形の回路構成で、直列共振
形コンバータの出力電圧を監視することが望まれてい
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の直列共振形コンバータの出力電圧監視装置の
原理ブロック図を第１図に示す。

本発明の監視装置は、基本的形態として、直列共振形
コンバータの直列共振回路Lres,Cresを流れる電流を検
出しピーク整流する。電流検出ピーク整流回路11,13
と、直列共振形コンバータの入力印加電圧に対応する信
号を検出する入力検出回路12,14又は16と、入力検出回
路の出力と、該電流検出ピーク整流回路の出力とを加算
する回路15とを備え、該加算回路の加算結果にもとづい
て該直列共振形コンバータの出力を監視するように構成
される。

前記電流検出ピーク整流回路が、該直列共振形コンバ
ータの直列共振回路に直列に接続された１次コイルを有
するカレントトランス11と、該カレントトランスの２次
コイルに接続されたピーク整流回路13とで構成される。

前記入力検出回路が、該直列共振形コンバータのトラ
ンス２の２次側に設けられた２次コイル12と、該２次コ
イルに接続された整流平滑回路14とで構成される。又
は、前記入力検出回路が、該直列共振形コンバータの入
力を直接検出する回路16とで構成される。

〔作 用〕

直列共振形コンバータにおいて、共振インダクタLre
s、共振キャパシタCresから成る共振回路を流れる共振
電流Iresは交流出力電圧V_oに依存し、次式で表わされ
る。

但し、V_s:共振回路に印加される電圧（交流） ω_o:共振周波数 Z_o:共振回路の特性インピーダンス これら、V_s,Ires,V_oを第２図に示す。

第（１）式からピーク電流I_pは次式で表わされる。

尚、ピーク電流I_pが生ずるのは、第２図において、V_s
とV_oとが同じ方向（同じ極性）である、期間t1〜t2,t4
〜t5,t7〜t8である。

以上から、電流検出ピーク整流回路でピーク電流I_pを
検出し、入力検出回路にて入力印加電圧に対応する信
号、例えば上記印加電圧V_sを検出し、加算回路15で第
（４）式を変形した次式を処理することにより、出力電
圧V_oがリニアに監視できる。

V_o＝Z_o・I_p−V_s …（５） 〔実施例〕 本発明の第１実施例を第３図を参照して述べる。

同図において、直列共振コンバータは第７図と同様、
インバータ回路101、駆動回路102、インバータトランス
2a、共振回路Lres,Cresから成る。駆動回路102には制御
回路103が接続されている。直列共振コンバータは昇圧
トランス3aを介してダイオードブリッジ回路で構成され
た全波整流回路41および平滑コンデンサ42から成る整流
回路4aを有する。整流回路4aに負荷回路5aが接続されて
いる。

共振回路を流れる電流を検出するためカレントトラン
ス11aの１次巻線が共振回路と直列に接続されている。
カレントトランス11aの２次巻線と並列に終端抵抗器131
が接続され、２次巻線両端の電圧を検出する。検出され
た電圧はダイオードブリッジ回路132で全波整流され、
コンデンサ133でピーク保持される。抵抗器131、ブリッ
ジ回路132、コンデンサ133でピーク検出整流回路13aを
構成する。コンデンサ133の両端a,bから（−R_e・I_p）に
相当する電圧が出力される。R_eは終端抵抗器131の抵抗
値である。

一方、インバータトランス2aに２次巻線12aが付加さ
れ、２次巻線12aの両端の電圧がダイオードブリッジ回
路141で全波整流され、コンデンサ142で平滑化される。
インバータトランス2aの１次巻線と２次巻線12aとの巻
線比を1/Nとすると、端子c,d間にV_s/Nの電圧が出力され
る。ブリッジ回路141とコンデンサ142とで、整流平滑回
路14aを構成する。

上記端子abの出力電圧（−R_e・I_p）、および端子cdの
出力電圧V_s/Nが、抵抗器151,152、演算増幅器153、抵抗
器154,155,156から成る加算回路15aに印加される。上記
出力電圧（−R_e・I_p）とV_s/Nはそれぞれ抵抗器151,152
を介して加算され、加算結果が演算増幅器153で反転さ
れる。抵抗器151,152の抵抗値は、上記出力電圧（−R_e
・I_p）とV_s/Nとのレベルが一致するように設定されてい
る。

以上により、加算回路15aから、第（５）式に基づく
リニアな出力電圧V_oが得られる。この出力電圧V_oは電圧
計17a又は信号処理回路（図示せず）に出力される。

他の直列共振形コンバータについても上記同様に、出
力電圧が計測される。信号処理回路はこれら複数の直列
共振形コンバータの出力電圧をモニタし、全体の負荷分
担を計測する。

第４図に本発明の第２実施例の直列共振形コンバータ
の出力電圧監視装置の回路図を示す。

第４図は、直列共振形コンバータ自体が、第３図に図
示の昇圧トランス3aを設けない場合を示したものであ
り、出力電圧の測定回路の構成、およびその動作は、第
３図を参照して前述したものと同様である。

第５図に本発明の第３実施例の直列共振形コンバータ
の出力電圧監視装置の回路図を示す。

第５図回路は、第３図回路の２次巻線12a、および整
流平滑回路14aに代えて、インバータ回路101への入力電
圧を直接、分圧抵抗器161,162から成る直接入力検出回
路16aを設けたものである。直接入力検出回路16aからの
分圧入力電圧は、加算回路15bにおいて、ピーク整流回
路13aの出力と加算される。その動作原理は第３図を参
照して述べたものと同様である。

尚、第５図においては、駆動回路102、制御回路103を
省略している。

第５図に図示の出力電圧監視装置は、第４図に図示の
如く、昇圧トランス3aがない場合でも適用可能である。

以上の実施例は、直列共振形コンバータが海底ケーブ
ルシステム等において複数台直列に接続される場合のそ
れぞれの直列共振形コンバータの出力電圧を測定する場
合について述べたが、本発明はこれらの実施例に限定さ
れるものではなく、基本的に１つの直列共振形コンバー
タの出力電圧の測定に適用されるものである。

〔発明の効果〕

以上に述べたように本発明によれば、簡単な回路構成
で、直列共振形コンバータの出力電圧を直線性をもって
高精度に検出可能な出力電圧監視装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の直列共振形コンバータの出力電圧監視
装置の原理ブロック図、 第２図は第１図回路の信号波形図、 第３図〜第５図は本発明の実施例の直列共振形コンバー
タの出力電圧監視装置の回路図、 第６図は本発明の直列共振形コンバータの出力電圧監視
装置が適用される１例としての通信システム構成図、 第７図は従来の直列共振形コンバータの出力電圧監視装
置の回路図、 第８図は第７図の出力電圧監視特性図、である。 （符号の説明） １……インバータ、 ２……インバータトランス、 ３……昇圧トランス、４……整流回路、 ５……負荷回路、 11……カレントトランス、 12……ピーク整流回路、 13……カレントトランス、 14……ピーク検出整流回路、 15……加算回路、 16……直接入力検出回路。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直列共振形コンバータの出力電圧を監視す
   る装置であって、 該直列共振形コンバータの直列共振回路を流れる電流を
   検出しピーク整流する、電流検出ピーク整流回路（11,1
   3）と、 該直列共振形コンバータの入力印加電圧に対応する信号
   を検出する入力検出回路（12,14;16）と、 該入力検出回路の出力と、該電流検出ピーク整流回路の
   出力とを加算する回路（15）と を備え、該加算回路の加算結果にもとづいて該直列共振
   形コンバータの出力電圧を監視するように構成した、直
   列共振形コンバータの出力電圧監視装置。