JP2728837B2 - Acモータ制御装置用電源回路 - Google Patents

Acモータ制御装置用電源回路

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電源回路、特にインバ
ータやACサーボコントローラ等のACモータ制御装置
用電源回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】現在、各種の制御装置用の電源は、高周
波でトランジスタやFETを駆動し、変圧器(以下電源
トランスと言う)を制御することで得る方式が一般的で
ある。
【0003】このような方式の動作原理は、高圧の直流
電源(電源トランスの一次電源,一般的には商用電源
(交流)と整流素子等を用い、整流して得られる。)と
パワースイッチング素子を用いて、電源トランスの一次
回路をON−OFFし、制御電圧(電源トランスの二次
電圧)を得るものである。
【0004】図1に従来方式の電源回路の一例を示す。
電源トランス14の一次側に供給される高圧の直流電源
(例えば、400V)は、交流の商用電源を整流器1を
介して得ることができ、コンデンサやブリーダ抵抗で構
成される電源平滑回路12で平滑された後、供給され
る。
【0005】一方、電源トランス14を制御するための
制御回路は、三角波発振回路およびPWM制御部などを
含むスイッチング電源制御IC2と、これを駆動するた
めに設けられた起動回路3を有するのが一般的である。
【0006】スイッチング電源制御IC2は、起動回路
3からの駆動電圧が一定値に達すると、制御回路4に従
って、パワースイッチング素子10,11をON−OF
Fするための信号φA ,φB を一定の周波数で出力す
る。制御回路4は、上下2個のパワースイッチング素子
10,11が短絡しない様に設けられ、いわゆるデッド
バンドを作るために設けられている。デッドバンドは、
上下2個のパワースイッチング素子10,11が共にO
FFする期間である。なお図中、13は電流リミット回
路である。
【0007】スイッチング電源制御IC2の出力φA
φB は、パワースイッチング素子10,11を駆動する
ためのゲート信号を発生させるためのもので、スイッチ
ング素子6,7を駆動して、2つのパワースイッチング
素子10,11の干渉を防止するために絶縁された2つ
のゲート信号を作るためのパルストランス8,9を駆動
する。
【0008】このようにして得られたゲート信号でパワ
ースイッチング素子10,11が駆動されると、スイッ
チング電源トランス14の一次電圧(直流高圧電源)が
ON−OFFされ、トランス効果により、二次電圧(制
御用電源)は、スイッチング電源トランス一次側の巻線
数と二次側の巻線数の比で得られる。
【0009】電源トランス14の二次側の回路は、二次
電圧を整流するためのダイオード15,16と、リップ
ルを低減するためのDCリアクタ17と、電圧の平滑を
図るためのコンデンサ18とにより構成され、この二次
側の回路の出力は平滑された直流電源電圧となる。
【0010】通常、この直流電源電圧は、負荷や−1/
2電圧の変動に関係なく、一定となるように制御される
ことが要求されるので、この出力電圧を帰還し、制御す
ることが多い。この出力電圧を帰還させるために、希望
する出力電圧の設定値と実際の出力とを比較させるため
の比較回路19と、一次電源と二次電源を絶縁するため
に挿入されるフォトカプラ20とが設置される。このよ
うにして得られた帰還信号は、スイッチング電源制御I
C2へ帰還され、この素子に内蔵されたPWM制御部の
制御信号となり、前に述べたパワースイッチング素子1
0,11に供給されるパルス幅を制御することになる。
こうすることで、二次側の制御電源電圧値を一定に保つ
ことが可能になる。
【0011】このようにパルストランス8,9を用い
て、パワースイッチング素子10,11のゲート電圧を
供給する方式は、回路的にも簡単で、この例に示すハー
フブリッヂ方式を初め、各種のスイッチング方式に採用
されている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにスイッチング電源制御ICの出力でパルストランス
を制御し、パルス幅の制御と共に、パルストランス駆動
用のエネルギーを同時に供給する方式では、明らかに次
のような欠点があった。
【0013】特に、2つのパワースイッチング素子を駆
動するいわゆるハーフブリッヂ方式や、プッシュプル方
式等では、特に高圧の一次電源から制御電源を得る場合
には、パワースイッチング素子のOFF期間中の安定が
充分でないために、他のパワースイッチング素子の動作
により誤動作し、2つの素子が同時にON動作を起こし
短絡電流が流れ素子を破壊するという大きな欠点があっ
た。
【0014】誤動作を起こす理由は、ハーフブリッヂや
プッシュプル方式のように2つのパワースイッチング素
子を用いて構成される回路方式では、互いのパワースイ
ッチング素子のON,OFF動作によって、他方のOF
F期間中の素子にかかる電圧が急変し、例えば、FET
のドレイン−ゲート間やゲート−ソース間の電圧が急激
に変化するために、パワースイッチング素子の内部に寄
生するコンデンサの電圧が変化し、特にゲート−ソース
間の電圧が一定値以上になると、スイッチング素子が誤
動作するために起こるものである。
【0015】このような短絡電流が流れるのを阻止する
ためには、パワースイッチング素子に、常時、逆バイア
スをかける必要があるが、パワートランス8,9により
パワースイッチング素子10,11をダイレクトに制御
する従来の電源回路では、逆バイアスをかけることは不
可能である。
【0016】本発明の目的は、パワースイッチング素子
の誤動作を防止し、素子の破損を防止することで、自己
起動型のスイッチング電源の応用範囲を格段に広げるこ
とのできるACモータ制御装置用電源回路を提供するこ
とにある。
【0017】本発明の他の目的は、特に高圧の一次側電
源電圧から低圧の二次側電源電圧を得る時に有効なAC
モータ制御装置用電源回路を提供することにある。
【0018】本発明のさらに他の目的は、自己起動型の
スイッチング電源方式でハーフブリッヂやプッシュプル
方式でも安定に動作するACモータ制御装置用電源回路
を提供することにある。
【0019】本発明のACモータ制御装置用電源回路
は、高圧の直流電源から絶縁された制御電源を作り出す
変圧器と、この変圧器の一次側回路を制御する2つのパ
ワースイッチング素子と、 これら2つのパワースイッチ
ング素子をそれぞれ駆動する2つのドライバ回路と、
れら2つのドライバ回路への電源電圧を制御する制御回
路と、 前記2つのドライバ回路にそれぞれ供給され、各
ドライバ回路に前記パワースイッチング素子の各々にゲ
ート信号を発生させる2つのパルスφ A ,φ B を形成す
るスイッチング電源制御回路とを備え、 前記電源電圧を
制御する制御回路は、前記パルスφ A ,φ B から電源電
圧を作ることを特徴とする。
【0020】
【実施例】図2に、本発明の一実施例であるACモータ
制御装置用電源回路を示す。図2において、交流を直流
に変換するための整流回路1、スイッチング電源制御I
C2、自己起動のための制御回路である起動回路3と、
スイッチング周波数や2つのパワースイッチング素子1
0,11のON−OFF時の短絡を防止するためのデッ
ドバンドを設定するための回路4は図1と同様である。
【0021】電源トランス14の二次側の回路は、二次
電圧を整流するためのダイオード15,16と、リップ
ルを低減するためのDCリアクタ17と、電圧の平滑を
図るためのコンデンサ18とにより構成され、この二次
側の回路の出力は平滑された直流電源電圧となる。
【0022】また、電源トランス14の二次側の制御電
源電圧が比較回路19、信号絶縁のためのフォトカプラ
20を介して、スイッチング電源IC2へフィードバッ
ク信号として帰還されることは図1と同様である。
【0023】本実施例の電源回路が、図1の従来の回路
と異なる点は、パワースイッチング素子10,11の前
段に、これらスイッチング素子を駆動するドライバIC
24,25を設け、これらドライバIC24,25に、
スイッチング電源IC2からの出力パルス信号φA ,φ
B を供給する。ドライバICへの電源電圧は、スイッチ
ング電源制御IC2の出力パルスφA ,φB より作る
が、出力パルスを一定のパルス幅に変換するためのパル
ス幅一定回路26を、スイッチング素子6,7の前段に
設け、またパルストランス8,9の後段には平滑回路2
2,23を設けていることである。
【0024】このようにすることによって、ドライバI
Cへの信号と、ドライバICおよびパワースイッチング
素子への電源とを別々に送ることができ、その結果、パ
ワースイッチング素子10,11に逆バイアスをかける
ことが可能になる。
【0025】本実施例の回路に交流の高圧電源が投入さ
れると、整流器1を介して得られる直流(高圧)電源電
圧により自己起動回路3に電圧が供給され、一定の電圧
になると、スイッチング電源IC2が起動し、スイッチ
ング電源IC2が起動すると、出力に出力信号パルスφ
A ,φB が発生する。
【0026】出力信号パルスφA ,φB は、一定の周波
数で供給されるパルス信号で、そのパルス幅は、出力設
定電圧と実際の出力電圧と等しくするためのフィードバ
ック、いわゆる帰還信号によって制御されるパルス幅が
変化する信号となる。本実施例では、これらパルス信号
をパルス幅一定回路26のワンショット回路を介して、
一定のパルス幅で一定の周波数をもつパルス信号に変換
する。
【0027】尚、別に設けられた一定の周波数で一定の
パルス幅を出力する制御素子を、出力パルス信号φA
φB で駆動する方式も考えられる。
【0028】このように一定のパルス幅の周波数をもつ
パルス信号で、スイッチング素子6,7を駆動し、パル
ストランス8および9を駆動し、出力電圧を得る。パル
ストランス8,9で得られた出力電圧は、整流ダイオー
ドやDCリアクタ、平滑コンデンサから成る平滑回路2
2,23で平滑され、パワースイッチング素子10,1
1にゲート信号を供給するために設けられた、ドライバ
IC24,25に電源として供給される。
【0029】一方、スイッチング電源制御IC2からの
出力パルス信号φA ,φB は、同時にドライバIC2
4,25に信号パルスとして供給され、パワースイッチ
ング素子10,11のゲート信号電圧をON−OFFす
る。
【0030】以上説明したように、本発明の電源回路
は、ドライバIC24,25やパワースイッチング素子
10,11に電源を供給するための回路と、この電源電
圧を利用し、パワースイッチング素子10,11に供給
するゲート信号を制御するための2つの制御回路24,
25を有して、常にパワースイッチング素子10,11
に逆バイアス電圧を印加し、OFF期間中のパワースイ
ッチング素子10,11の誤動作および破損を防止する
ことができる。
【0031】以上、本発明の一実施例を説明したが、パ
ワースイッチング素子10,11に電源を供給するため
のスイッチング素子6,7とパルストランス8,9を、
各々一つの部品で構成することも可能である。
【0032】
【発明の効果】以上述べたように、本発明のACモータ
制御装置用電源回路は、特に高圧の一次側電源電圧から
低圧の二次側電源電圧を得る時に有効である。従来の方
式は、一次側電圧がある一定未満であれば、特に問題な
く、また1つのパワースイッチング素子でも制御でき
る。しかしながら、これと上まわる電圧範囲では、パワ
ースイッチング素子の耐圧耐量の問題があり、スイッチ
ング電源ICを使用し直接低圧の制御電圧を得ることが
できず、一旦、商用周波数のトランスで低圧に落とした
後、スイッチングする方式やDC−DCコンバータで低
圧に落とした後、スイッチングさせる方式が一般的であ
った。
【0033】これに対し本発明の方式によれば、これら
の二段階方式を採用することもなく、直接高圧電源電圧
から低圧の制御電源電圧を得ることができ、価格やサイ
ズ、また信頼性の面でも非常に高いシステムを提供する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のACモータ制御装置用電源回路の回路図
である。
【図2】本発明のACモータ制御装置用電源回路の一実
施例の回路図である。
【符号の説明】
1 整流器 2 スイッチング電源IC 3 起動回路 4 制御回路 6,7 スイッチング素子 8,9 パルストランス 10,11 パワースイッチング素子 12 平滑回路 13 電流リミット回路 14 電源トランス 15,16 整流素子 17 DCリアクタ 18 平滑コンデンサ 19 比較回路 20 フォトカプラ 26 パルス幅一定回路 24,25 ドライバIC

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高圧の直流電源から絶縁された制御電源を
    作り出す変圧器と、 この変圧器の一次側回路を制御する2つのパワースイッ
    チング素子と、 これら2つのパワースイッチング素子をそれぞれ駆動す
    る2つのドライバ回路と、 これら2つのドライバ回路への電源電圧を制御する制御
    回路と、 前記2つのドライバ回路にそれぞれ供給され、各ドライ
    バ回路に前記パワースイッチング素子の各々にゲート信
    号を発生させる2つのパルスφ A ,φ B を形成するスイ
    ッチング電源制御回路とを備え、 前記電源電圧を制御する制御回路は、前記パルスφ A
    φ B から電源電圧を作る ことを特徴とするACモータ制
    御装置用電源回路。
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