JP3867842B2 - Capacitor charging method and apparatus - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷コンデンサの電圧について高精度で安定した検出を行い、負荷コンデンサを設定電圧まで周期的に充電するコンデンサ充電方法及びその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
コンデンサ充電器は、銅蒸気レーザやエキシマレーザなどの駆動パルスレーザの駆動パルス電源の初段のコンデンサ、つまり負荷コンデンサを高速に繰り返して充電するために用いられている。特に、エキシマレーザにあっては負荷コンデンサの高精度の充電が求められる場合が多い。
【0003】
従来のコンデンサ充電器は、図6に示すようにインバータ部IVとの出力に整流回路Reを接続して構成されている。すなわち、コンデンサ充電器は、直流電圧源DCの出力する電力を制御し、直流電圧源DCから供給される直流をインバータ部IVにより交流(方形波交流電圧)に変換し、トランスHにより昇圧された交流を整流回路Reにより整流し、この整流された電流により負荷コンデンサCdの充電を行う。
【0004】
そして、制御部100は、被充電対象の負荷コンデンサCdへの充電の制御を負荷コンデンサCdの充電電圧値を、分圧器M1により充電電圧値と比例関係にある測定電圧に分割し、その測定電圧と、負荷コンデンサCdの充電電圧の目標値を示す設定電圧との比較を行うことで制御している。すなわち、制御部100は、分圧器M1からの測定電圧が、内部に設定されている設定電圧を超えたか否かの判定を行い、超えている場合に、その時点でインバータ部IVを停止させて、負荷コンデンサCdへの充電を停止させる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のコンデンサ充電器は、アナログ制御方式を行っているため、出力電圧を連続して検出する。このようなアナログ制御では、高周波スイッチング動作によって生じるノイズにより、検出した出力電圧値に影響を及ぼさないように制御部にノイズ対策が必要となる。検出でのノイズ対策として十分な大きさのフィルタが検出回路の入力側に用いられる。この結果、検出電圧値が実際の出力電圧値よりも遅れて検出されることになり、高精度な充電を行うことができない。
そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、高精度で安定した負荷電圧の検出値を得ることができ、高速かつ高精度の出力電圧を得ることができるコンデンサ充電方法及びその装置を提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の請求項1は、一定の周波数の駆動パルスで動作させるインバータを有するコンバータ回路の出力電圧を検出し、この出力電圧検出値を用いて前記負荷コンデンサを設定電圧まで充電するコンデンサ充電方法において、前記駆動パルスが前記インバータに入力されてからその駆動パルス幅内であって前記負荷コンデンサに電流が流れない期間における出力電圧の検出値を前記出力電圧検出値とするコンデンサ充電方法を提供する。
【0007】
上記課題を解決するために本発明の請求項2は、一定の周波数の駆動パルスで動作させる第1のインバータを有する主コンデンサ充電器が1台又は複数台並列に接続されたものと前記主コンデンサ充電器よりも高い一定の周波数の駆動パルスで動作させる第2のインバータを有する微調整用の従コンデンサ充電器とを並列接続し、前記主コンデンサ充電器を動作させることにより急傾斜で設定充電電圧直前まで前記負荷コンデンサの充電電圧を上昇させた後、前記主コンデンサ充電器の運転を停止させ、出力電力の小さな微調整用の従コンデンサ充電器のみを動作させて緩やかな勾配で負荷コンデンサを設定電圧まで充電するコンデンサ充電方法において、前記駆動パルスが前記インバータに入力されてからその駆動パルス幅内であって前記負荷コンデンサに電流が流れない期間における出力電圧の検出値を前記出力電圧検出値とするコンデンサ充電方法を提供する。
【0008】
上記課題を解決するために本発明の請求項3は、前記駆動パルスが前記インバータに入力されてからその駆動パルス幅内であって前記負荷コンデンサに電流が流れない期間に複数の出力電圧を検出し、これら複数の出力電圧の検出値の平均値を演算し、この演算した平均値を前記出力電圧検出値とすることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のコンデンサ充電方法を提供する。
【0009】
上記課題を解決するために本発明の請求項4は、前記駆動パルスがインバータに入力されてからその駆動パルス幅内であって前記負荷コンデンサに電流が流れない期間に出力電圧を4回以上検出し、これら検出値を比較し、その比較結果から前記検出値のうち、最大と最小の前記検出値を除外し、これら最大と最小の前記検出値を除外した残りの前記検出値の平均値を演算し、この演算した平均値を前記出力電圧検出値とする請求項1ないし3のいずれかに記載のコンデンサ充電方法を提供する。
【0010】
上記課題を解決するために本発明の請求項5は、前記第2のインバータを、前記第1のインバータよりも整数倍高い一定の周波数の駆動パルスで動作させると共に、前記第1と第2のインバータの駆動パルスが同期するように動作させる請求項2ないし4のいずれかに記載のコンデンサ充電方法を提供する。
【0011】
上記課題を解決するために本発明の請求項6は、前記主コンデンサ充電器を複数台並列に接続される場合には、前記第2のインバータを、前記第1のインバータよりも整数倍高い一定の周波数の駆動パルスで動作させると共に、前記第1と第2のインバータの駆動パルスが同期するように動作させ、さらに、前記第1のインバータを同相又は異相で動作させる請求項2ないし5のいずれかに記載のコンデンサ充電方法を提供する。
【0012】
上記課題を解決するために本発明の請求項7は、一定の周波数の駆動パルスで動作させるインバータを有するコンバータ回路の出力電圧を検出する検出回路と、該検出回路により得られた出力電圧の検出値のうち、前記駆動パルスが前記インバータに入力されてからその駆動パルス幅内であって前記負荷コンデンサに電流が流れない期間における出力電圧の検出値を取り出して基準値と比較して前記駆動パルスを発生する制御回路とを備えたことを特徴とするコンデンサ充電装置を提供する。
【0013】
上記課題を解決するために本発明の請求項8は、一定の周波数の駆動パルスで動作させる第1のインバータを有する主コンデンサ充電器が1台又は複数台並列に接続されたものと前記主コンデンサ充電器よりも高い一定の周波数の駆動パルスで動作させる第2のインバータを有する微調整用の従コンデンサ充電器とを並列接続し、前記主コンデンサ充電器を動作させることにより急傾斜で設定充電電圧直前まで前記負荷コンデンサの充電電圧を上昇させた後、前記主コンデンサ充電器の運転を停止させ、出力電力の小さな微調整用の従コンデンサ充電器のみを動作させて緩やかな勾配で負荷コンデンサを設定電圧まで充電するコンデンサ充電装置において、出力電圧を検出する検出回路と、該検出回路により得られた出力電圧の検出値のうち、前記駆動パルスが前記インバータに入力されてからその駆動パルス幅内であって前記負荷コンデンサに電流が流れない期間における出力電圧の検出値を取り出して基準値と比較して前記駆動パルスを発生する制御回路とを備えたことを特徴とするコンデンサ充電装置を提供する。
【0014】
上記課題を解決するために本発明の請求項9は、出力電圧を検出する検出回路と、該検出回路により得られた出力電圧の検出値のうち、前記駆動パルスが前記インバータに入力されてからその駆動パルス幅内であって前記負荷コンデンサに電流が流れない期間に複数の前記検出値を取り出し、これら複数の検出値の平均値を演算する手段を有し、該演算した平均値を出力電圧の検出値とし、該検出値と基準値と比較して前記駆動パルスを発生する制御回路とを備えたことを特徴とする請求項7又は請求項8に記載のコンデンサ充電装置を提供する。
【0015】
上記課題を解決するために本発明の請求項10は、出力電圧を検出する検出回路と、該検出回路により得られた出力電圧の検出値のうち、前記駆動パルスがインバータに入力されてからその駆動パルス幅内であって前記負荷コンデンサに電流が流れない期間に出力電圧を4回以上取り出し、これら検出値を比較し、その比較結果から前記検出値のうち、最大と最小の前記検出値を除外し、これら最大と最小の前記検出値を除外した残りの前記検出値の平均値を演算し、この演算した平均値を出力電圧の検出値とし、該検出値と基準値と比較して前記駆動パルスを発生する制御回路とを備えたことを特徴とする請求項7ないし請求項9のいずれかに記載のコンデンサ充電装置を提供する。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明のコンデンサ充電は、コンバータ内の共振インダクタンスと共振コンデンサとの共振周波数により決定する周波数でスイッチング素子を高周波で繰り返しスイッチングし、このスイッチングの駆動パルス幅を上昇させたい出力電圧に応じて制御することにより電力供給量の調整を行い,負荷コンデンサを高速に目標電圧値まで充電するものである。電力供給量を調節するスイッチング素子の駆動パルス幅は、出力電圧の検出値によって判断し、その幅を制御する。
【0017】
出力電圧の検出値は、ある駆動パルスがインバータに入力されてからその駆動パルス幅内であって前記負荷コンデンサに電流が流れない期間、すなわち、出力電圧が上昇しない期間に検出された出力電圧の検出値を出力電圧検出値とする。この検出した出力電圧検出値をもとに、次の半周期後のスイッチング素子をオンして電力を供給し、出力電圧値を上昇させるか否かの判断を、さらには、スイッチング素子をオンする場合には、電力の供給量を制御するオン時間の決定をする制御を行う。
【0018】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1に、共振型インバータと整流回路からなるコンバータ回路とその制御回路で構成されるコンデンサ充電器の構造を示す。共振型インバータはインバータ部IV、共振インダクタLr、変圧器H、及び共振コンデンサCdなどから構成されている。この図において、インバータ部IVは、FET(電界効果トランジスタ)、IGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)などのスイッチング素子S1〜S4で構成された駆動パルス幅変調型のものであり、商用の交流電圧を整流した直流電圧源DCの出力する直流電圧を、方形波交流電圧(以下、交流電圧とする)に変換する。
【0019】
インバータ部IVは、交流電圧を発生させるとき、スイッチング素子S3,S2の組み合わせと、スイッチング素子S1,S4の組み合わせとを、交互にオン状態とするように入力される駆動パルス列の制御により、直流電圧から交流電圧への変換を行う。昇圧用の変圧器Hは、1次側において、一方の端子が共振インダクタLR を介して、また他方の端子が直接にインバータ部IVに接続されている。また、変圧器Hは、2次側において、端子間に共振コンデンサCrが介挿され、整流回路Reに接続されている。なお、共振コンデンサCrは1次側に接続されていても良い。整流回路Reは、整流ダイオードD1〜D4で構成されており、変圧器Hから出力される昇圧された交流電圧を全波整流して、直流の充電電流として負荷コンデンサCdへ出力する。
【0020】
次に、制御回路1について説明する。出力電圧を所定の比率で分圧する分圧器2を通して検出回路3により検出される。分圧器2も検出回路3も通常のものなので説明を省くが、検出回路3の入力、出力側には遅れ要素となるキャパシタンスを含むフィルタ回路は接続されていないのが好ましい。検出回路3で検出された出力電圧の検出値はアナログ・ディジタル・コンバータ(A/D)4によりディジタル値に変換される。ディジタル化された検出電圧は、インバータのスイッチング周期よりも十分に短い時間間隔で、FPGA(フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ)6内の図示しないレジスタに逐次的に取り込まれる。そして、CPU(中央処理装置)5で作り出されるスイッチング素子の駆動信号の基準となるパルス(基準の駆動パルス)をもとに、特定の期間のみ、すなわち、ある駆動パルスが共振型インバータに入力されてからその駆動パルス幅内であって負荷コンデンサCdに電流が流れないため、出力電圧が上昇しない期間にFPGA6内のレジスタに記憶された出力電圧の検出値がCPU5からの信号で読み出され,CPU5内のRAM5aに保存される。
【0021】
また、CPU5は前述した基準の駆動パルスとRAM5aに保存された値をもとに予測制御のための演算処理などを行い、スイッチング素子のオン時間を決定するパルス信号が作られ,FPGA6によって、インバータのスイッチング素子S1及びS4用、又はスイッチング素子S2及びS3用の信号として振り分けられて、ドライブ回路7に送られる。ドライブ回路7では,この信号をもとに駆動用電圧がつくられ、インバータのスイッチング素子に印加され、スイッチング動作を行う。ここで、FPGA6の他にCPLD(コンプレックス・プログラマブル・ロジック・デバイス)などを用いてもよい。また、FPGA6又はCPLDを用いずにCPU5のみで前記の処理を行ってもよい。
【0022】
次に、図2及び図3によりこのコンデンサ充電装置のスイッチング半周期での回路動作を説明する。図2は、横軸はいずれも時間を示し、上段では縦軸にスイッチング素子S1とS4の駆動パルスとスイッチング素子S2とS3の駆動パルスを、中段では共振用コンデンサの電流と負荷コンデンサの電流を、下段では出力電圧をそれぞれ示している。図3は、コンデンサ充電器のスイッチング半周期での回路動作を3つの動作領域に分けて考えた場合のそれぞれの領域における電流の流れを示したものである。
【0023】
図2における期間aは、図3(a) に示すように,スイッチング素子S1とS4とがオン状態のときに、2次側の整流ダイオードD1とD4が導通し始めるまでの期間、すなわち、共振コンデンサCrの電圧が負荷コンデンサCdの電圧よりも低い場合である。この間は,共振コンデンサCrのみに電流が流れ、負荷コンデンサCdに電流が流れない期間となるため、出力電圧、つまり負荷コンデンサCdの電圧が一定の状態となる。この発明では、スイッチング素子S1とS4又はS3とS2に駆動パルスが与えられている状態で、出力電圧が一定の期間を出力電圧検出期間aとし、その出力電圧検出期間aで検出された検出値の1ないし複数を出力電圧検出値として用いる。
【0024】
そして、共振コンデンサCrが負荷コンデンサCdの電圧とほぼ一致するまで充電されると、図3(b) に示すように、2次側の整流ダイオードD1とD4が導通し始めるため(図2中の時刻t2) 、負荷コンデンサCdに電流が流れる期間となる。このため,図2の出力電圧上昇期間bでは,負荷コンデンサCdにも充電されることにより出力電圧が上昇する。これは、スイッチング素子S1 とS4がオン状態にある間続く。
【0025】
スイッチング素子S1 とS4がオフした後は、図3(c) に示すようにスイッチング素子ング素子S3及びS2の内部ダイオードを通して入力側にエネルギーが回収される。この期間も、2次側の整流ダイオードD1とD4が導通するため,負荷コンデンサCdに電流が流れる期間となり、出力電圧は上昇する(図2の期間c) )。以上の記載から分かるように、出力電圧の検出は、出力電圧が一定となる期間、図2の時刻t1〜t2(出力電圧検出期間a)内で行うために、検出回路の前段に遅れ要素となるフィルタ回路を設けなくとも正確かつ安定に出力電圧を検出することができる。さらに、図2の最下段に示すように、スイッチング素子がオンする時の瞬時的なノイズの発生の影響を受けないと考えられる十分の一定期間を回避したスイッチング素子のオンする時点t1より後のtsの時点から、同様に2次側の整流ダイオードの導通による瞬時的なノイズの発生を十分に避けるため、この影響を回避できるにように2次側の整流ダイオードの導通する時点t2よりも前の時点tfの間に行うのが好ましい。
【0026】
次に、出力電圧の検出とその検出値を用いた制御方法とについて具体的に説明する。CPU5は、前述した基準の駆動パルスがオンとなった、つまり発生された後に、出力電圧検出期間aになると、FPGA6の図示しないレジスタに記憶された出力電圧の検出値を読み出されるように予めCPU5の設定をしておく。この読み出された出力電圧の検出値はCPU5内のRAM5aに保存される。図2下段の出力電圧波形に示したように,ある駆動パルスおいて、出力電圧検出期間aで検出した出力電圧検出値がVnであるとする。このとき、出力電圧検出値Vnよりも半周期前の出力電圧検出期間で検出し、CPU5のレジスタ内に記憶させておいた出力電圧値Vn-1とVnとから、この間に上昇した出力電圧ΔVn=Vn−Vn-1を演算する。この結果を利用して、次の半周期で上昇する電圧値ΔVn+1はΔVnと同じであるとして、次の出力電圧値Vn+1=Vn+ΔVnと予測する。
【0027】
次に、Vn+1と目標出力電圧Vfとの比較を行う。予測した次の出力電圧Vn+1が目標出力電圧Vfよりも小さい場合(Vn+1<Vf)は、予め決めたほぼ一定のパルス幅で動作させる。予測した次の出力電圧Vn+1が目標出力電圧Vfよりも大きくなった場合(Vn+1>Vf)には、ここで始めてパルス幅の制御を行う必要がある。まず、ΔV=Vf−Vn+1を演算し、目標電圧までに上昇させる電圧値を求める。ここで、ΔVの電圧を上昇させるのに必要なスイッチング素子のオン時間の演算は,CPU5で予めスイッチング素子のオン時間と出力電圧上昇との関係を求めておき、記憶させておいた値を利用して行う。
【0028】
ここで、スイッチング素子のオン時間を変化させたときに1回のスイッチング周期の半周期での出力電圧上昇分は,スイッチング素子がオン状態による出力電圧上昇期間b及びスイッチング素子をオフした後の2次側整流ダイオードの導通期間(図2の期間c)によるものである。スイッチング素子のオン時間と出力電圧上昇との関係は、スイッチング素子のオン時間に対して半周期で上昇する出力電圧とが1対1の関係となるようにする。特に、駆動パルスがオンした時点から電圧が上昇しない時間taをCPU5のROM5に記憶させておく。また、スイッチング素子のオン時間と電圧上昇分が比例関係となる場合は、ΔV/ΔtをCPU5に記憶させておく。演算では、この記憶させておいた関係を利用して、出力電圧上昇期間bでのスイッチング素子のオン時間txを求め、次に,この結果に時間taを足し合わせ,スイッチング素子のオン時間ton=ta+txを求める。得られたスイッチング素子のオン時間tonから、最後の半周期のパルス幅を制御する。
【0029】
出力電圧の検出は、出力電圧検出期間aでは一定となるため、この間に1回だけ出力電圧の検出をすればよいが、しかし、さらに検出値の精度を上げるため、FPGA6で複数個の検出値の平均値を求める演算処理を行い、逐次的に平均化した出力電圧検出値をFPGA6の図示しないレジスタに保管しておく。前述した方法と同様にこの平均化した検出値を出力検出値として出力電圧検出期間aにCPU5に取り込み、CPU5の図示しないレジススタに記憶されてもよい。また、ノイズの影響を受ける可能性のある検出値を除くことによりさらに出力電圧検出の高精度化を図るため、前述したFPGA6で複数個、例えば4つ以上の検出値を用い、それら検出値の平均値を求める演算処理を行う際に、4つ以上の検出値を互いに値を比較し、最大値及び最小値となる検出値をそれぞれ除き、残りの2つ以上の検出値の平均値を求めて、その平均化した検出値を出力電圧検出値としてもよい。
【0030】
ここで、検出される出力電圧値Vn、Vn-1はディジタル化された値である。実際には、スイッチング素子のスイッチング半周期の充電量で上昇する電圧値ΔVnはコンデンサCdの充電電圧が上昇するのに伴い僅かづつ小さくなる。すなわち、上記上昇電圧値ΔVnにおいて、nは自然数であり、上昇電圧値ΔV1、ΔV2、ΔV3、ΔV4、・・・・・は同一の設定パルス幅で充電される電圧が徐々に小さくなっていく。しかし、その半周期一回での電圧上昇分の差は出力電圧値が大きくなるに伴い小さくなり、目標電圧Vfの比較的直前では隣り合う電圧上昇分はほとんど等しくなる。
【0031】
ここでは、出力電圧が、目標電圧Vfよりも低い電圧であって、スイッチング素子のスイッチング半周期での充電量の差が小さくなる程度まで充電された電圧V 1になった後に、あるスイッチング素子半周期で上昇する電圧分ΔV nと次のスイッチング素子半周期で上昇する電圧分ΔVn+1とがほぼ同じであるとして次の半周期後の出力電圧Vn+1を予測してスイッチング素子のオン時間を制御する。
【0032】
スイッチング素子のオン時間を変化させたときに1回のスイッチング半周期での出力電圧上昇分は,入力電圧が変動するとその出力電圧の上昇分も変わる。ただし、目標出力電圧の制度が十分高く充電することができれば、出力電圧の検出する手段を省くために、入力電圧の変動を考慮しなくてもよい。入力電圧の変動分を考慮する場合は、コンデンサ充電器において、入力電圧を検出する検出回路を備えておく。また、制御回路内のCPUでは、入力電圧に応じたスイッチング素子のオン時間に対して半周期で上昇する出力電圧とが1対1の関係を記憶しておき、この検出した入力電圧の検出値をもとにして、前述したパルス幅の制御をする。
【0033】
また、目標電圧値Vfは、制御回路内のCPUに設定され、負荷コンデンサCdに対する充電電圧値V1の目標である最終設定電圧である。なお、この駆動パルスの最大幅は、スイッチング素子S1〜S4のオン/オフ動作において、隣り合う駆動パルスによりスイッチング素子S1とS2又はS3とS4が同時にオン状態となって短絡することが無く、そのスイッチング周波数で正常にコンデンサ充電器を動作させることができる範囲で可能な最大デューティーサイクルのパルス幅として求められる。充電時間に余裕がある場合には最大駆動パルス幅より小さく設定された駆動パルス幅の駆動パルスでも良く、また幾つか前の駆動パルス幅を調整したり、駆動パルス数を調整しても良い。ここで、充電初期においては、一定の駆動パルス幅よりも小さな一定の駆動パルス幅、又は徐々に大きくなる駆動パルス幅のソフトスタート用駆動パルスで充電を開始するようにしても良い。
【0034】
上述した実施形態では、単一のコンデンサ充電器で負荷コンデンサを充電する例について述べたが、図4に示すように出力容量の大きな前述のような主コンデンサ充電器Mにそれに比べて出力容量の小さな従コンデンサ充電器Sを並列接続し、最初の充電から最終駆動パルスの一つ前の駆動パルスによる充電電力は主コンデンサ充電器Mで、又は主コンデンサ充電器Mと従コンデンサ充電器Sとで供給し、そして少なくとも最終駆動パルスによる充電電力を従コンデンサ充電器Mから供給するようにしても良い。この場合には、主コンデンサ充電器Mと従コンデンサ充電器Sの出力電圧は実質的に等しく、電力供給量は主コンデンサ充電器Mが従コンデンサ充電器Sに対して数倍から数十倍であり、駆動パルスの周波数は従コンデンサ充電器Sが主コンデンサ充電器Mに対して数倍から数十倍であるであって、駆動パルスが互いに同期することが好ましい。
【0035】
なお、主コンデンサ充電器Mと従コンデンサ充電器Sとは、図1の構成と同様であり、各々のインバータ部IV1,IV2が図1のインバータ部IVに対応し、整流回路Re1,Re2が図1の整流回路Reに対応し、共振回路K1,K2が変圧器H,共振インダクタLr,共振コンデンサCrとで構成された回路と同様である。そして、制御回路1は、インバータ部IV1,IV2それぞれの制御回路を有し、それぞれの制御回路は図1に示したと同様な回路からなる。
【0036】
主コンデンサ充電器Mと従コンデンサ充電器Sとから構成されるコンデンサ充電器の出力電圧を図5に示す。目標電圧より低いある電圧V1までは、主コンデンサ充電器Mと従コンデンサ充電器Sを運転し、急傾斜で負荷コンデンサの充電電圧を上昇させた後、主コンバータ回路の運転を停止させ、出力電力の小さな微調整用コンバータ回路のみを動作させて緩やかな勾配で負荷コンデンサを目標電圧まで充電する。
【0037】
また、主コンデンサ充電器Mと従コンデンサ充電器Sとは、回路構成が同一であっても良いが、例えば主コンデンサ充電器Mが必要とされる充電電力の99%以上を供給し、従コンデンサ充電器Sが1%以下であるとすれば、従コンデンサ充電器Sは共振型の回路構成ではなくとも電力損失が小さいので、共振型でない一般的な駆動パルス幅制御型の高周波インバータ部を用いた回路構成であっても良い。
【0038】
さらに、図4示した実施例で主コンデンサ充電器Mが複数台並列に接続される場合には、従コンデンサ充電器Sのインバータを、主コンデンサ充電器Mのインバータよりも整数倍高い一定の周波数の駆動パルスで動作させると共に、これらインバータの駆動パルスが同期するように動作させ、さらに、主コンデンサ充電器Mのインバータを同相又は異相で動作させるのが好ましい。
【0039】
以上、本発明の一実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
【0040】
また、以上の説明では駆動パルスの幅は許容される最大駆動パルス幅、又は設定駆動パルス幅として説明したが、駆動パルスの幅は負荷コンデンサを目標電圧値まで充電する充電時間の設定に応じて決められ、設定された充電時間内に充電しなければならないのは勿論であるが、設定された充電時間よりも速すぎると放電により充電電圧が下がってしまうという問題が起こるので、目標電圧値まで充電が設定された充電時間の少し前に終了するよう、駆動パルスの駆動パルス幅を決定するのが好ましい。
【0041】
【発明の効果】
本発明は以上述べたような特徴を有しており、目標電圧まで充電するコンデンサ充電器の検出を負荷電圧が上昇しない一定の期間に行うことにより、安定した精度の高い負荷電圧値を得ることができ、これによりコンデンサの充電精度を向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1 の実施形態によるコンデンサ充電器を説明するための図である。
【図2】 並列共振型コンバータのスイッチング素子ング素子S1とS4の駆動パルスとスイッチング素子ング素子S2とS3駆動パルスと、共振用コンデンサ電流と負荷コンデンサ電流とに流れる電流との関係、及び負荷コンデンサの出力電圧との関係を示す図である。
【図3】 並列共振型コンバータの半周期を3つの領域で分割した場合の領域aから領域cの動作を示した説明図である。
【図4】 本発明の第2の実施形態によるコンデンサ充電器の構成を示す図である。
【図5】 本発明の第2の実施形態によるコンデンサ充電器の出力電圧の動作波形を示した図である。
【図6】 従来の並列共振型コンバータの構成を示す概念図である。
【符号の説明】
1−制御回路 2−分圧器
3−出力電圧検出用の検出回路 4−アナログ・ディジタル・コンバータ
5−CPU 6−FPGA(フィールド・プログラマ
ブル・ゲート・アレイ)
IV−インバータ部 Re−整流回路
H−変圧器 Cd−負荷コンデンサ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a capacitor charging method and apparatus for detecting a load capacitor voltage with high accuracy and stability, and periodically charging the load capacitor to a set voltage.
[0002]
[Prior art]
The capacitor charger is used to repeatedly charge a capacitor at the first stage of a drive pulse power source of a drive pulse laser such as a copper vapor laser or an excimer laser, that is, a load capacitor. In particular, excimer lasers often require highly accurate charging of load capacitors.
[0003]
The conventional capacitor charger is configured by connecting a rectifier circuit Re to the output of the inverter unit IV as shown in FIG. That is, the capacitor charger controls the power output from the DC voltage source DC, converts the DC supplied from the DC voltage source DC into AC (square wave AC voltage) by the inverter unit IV, and is boosted by the transformer H. The alternating current is rectified by the rectifier circuit Re, and the load capacitor Cd is charged by the rectified current.
[0004]
And the control part 100 divides | segments the charge voltage value of the load capacitor Cd into the measurement voltage which is proportional to the charge voltage value by the voltage divider M1, and controls the charge to the load capacitor Cd to be charged. And a set voltage indicating a target value of the charging voltage of the load capacitor Cd. That is, the control unit 100 determines whether or not the measured voltage from the voltage divider M1 exceeds the set voltage set inside, and if it exceeds, stops the inverter unit IV at that time. The charging of the load capacitor Cd is stopped.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the conventional capacitor charger uses an analog control method, it continuously detects the output voltage. In such analog control, noise countermeasures are required in the control unit so that the noise generated by the high frequency switching operation does not affect the detected output voltage value. A sufficiently large filter is used on the input side of the detection circuit as a countermeasure against noise in detection. As a result, the detected voltage value is detected later than the actual output voltage value, and high-accuracy charging cannot be performed.
Therefore, in view of the above problems, the present invention provides a capacitor charging method and apparatus capable of obtaining a highly accurate and stable load voltage detection value and obtaining a high-speed and highly accurate output voltage. Is an issue.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, claim 1 of the present invention detects an output voltage of a converter circuit having an inverter operated by a drive pulse of a constant frequency, and uses the detected output voltage to set the load capacitor to a set voltage. In the capacitor charging method in which the output voltage is charged up to, the detected value of the output voltage within the drive pulse width after the drive pulse is input to the inverter and no current flows through the load capacitor is used as the output voltage detected value. A capacitor charging method is provided.
[0007]
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention provides a main capacitor charger having a first inverter that is operated with a drive pulse having a constant frequency and one or more main capacitor chargers connected in parallel to the main capacitor. A sub-charger for fine adjustment having a second inverter that is operated with a driving pulse having a constant frequency higher than that of the charger is connected in parallel, and the charging voltage set at a steep slope by operating the main capacitor charger. After increasing the charging voltage of the load capacitor until just before, the operation of the main capacitor charger is stopped, and only the sub capacitor charger for fine adjustment with small output power is operated to set the load capacitor with a gentle gradient. In the capacitor charging method of charging to a voltage, the drive pulse is within the drive pulse width after being input to the inverter, and the drive pulse is The detected value of the output voltage in the period in which no current flows through the load capacitor to provide a capacitor charging method according to the output voltage detection value.
[0008]
In order to solve the above-mentioned problem, according to a third aspect of the present invention, a plurality of output voltages are detected within the drive pulse width after the drive pulse is input to the inverter and a current does not flow through the load capacitor. 3. The capacitor charging method according to claim 1, wherein an average value of detection values of the plurality of output voltages is calculated, and the calculated average value is used as the output voltage detection value. To do.
[0009]
In order to solve the above-mentioned problem, according to a fourth aspect of the present invention, the output voltage is detected four or more times within the drive pulse width after the drive pulse is input to the inverter and during which no current flows through the load capacitor. The detected values are compared, the maximum and minimum detected values are excluded from the comparison results, and the average value of the remaining detected values excluding the maximum and minimum detected values is calculated. 4. The capacitor charging method according to claim 1, wherein the capacitor is calculated and the calculated average value is set as the output voltage detection value.
[0010]
In order to solve the above-described problem, according to a fifth aspect of the present invention, the second inverter is operated with a driving pulse having a constant frequency that is an integer multiple higher than the first inverter, and the first and second inverters are operated. The capacitor charging method according to any one of claims 2 to 4, wherein the capacitor is operated so that drive pulses of the inverter are synchronized.
[0011]
In order to solve the above-mentioned problem, according to a sixth aspect of the present invention, when a plurality of the main capacitor chargers are connected in parallel, the second inverter is a constant that is an integer multiple higher than the first inverter. 6. The method according to claim 2, wherein the first and second inverters are operated so as to be synchronized with each other, and the first inverter is operated in phase or in phase. A capacitor charging method according to claim 1 is provided.
[0012]
In order to solve the above-mentioned problems, a seventh aspect of the present invention provides a detection circuit for detecting an output voltage of a converter circuit having an inverter that is operated with a drive pulse having a constant frequency, and detection of an output voltage obtained by the detection circuit. Among the values, the detected value of the output voltage within the drive pulse width after the drive pulse is input to the inverter and when no current flows through the load capacitor is extracted and compared with a reference value, and the drive pulse And a control circuit for generating the capacitor.
[0013]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a main capacitor charger having a first inverter that is operated with a drive pulse having a constant frequency and one or more main capacitor chargers connected in parallel to the main capacitor. A sub-charger for fine adjustment having a second inverter that is operated with a driving pulse having a constant frequency higher than that of the charger is connected in parallel, and the charging voltage set at a steep slope by operating the main capacitor charger. After increasing the charging voltage of the load capacitor until just before, the operation of the main capacitor charger is stopped, and only the sub capacitor charger for fine adjustment with small output power is operated to set the load capacitor with a gentle gradient. In a capacitor charging device that charges to a voltage, a detection circuit that detects an output voltage, and a detection value of an output voltage obtained by the detection circuit Control that generates a drive pulse by extracting a detected value of an output voltage within a drive pulse width after the drive pulse is input to the inverter and during which no current flows through the load capacitor, and comparing it with a reference value And a capacitor charging device.
[0014]
In order to solve the above-mentioned problems, a ninth aspect of the present invention provides a detection circuit for detecting an output voltage, and the detected value of the output voltage obtained by the detection circuit after the drive pulse is input to the inverter. A plurality of the detected values are taken out within a drive pulse width and a current does not flow through the load capacitor, and an average value of the plurality of detected values is calculated, and the calculated average value is output as an output voltage. The capacitor charging device according to claim 7 or 8, further comprising: a control circuit that generates the drive pulse by comparing the detected value with a reference value.
[0015]
In order to solve the above-described problem, a tenth aspect of the present invention provides a detection circuit for detecting an output voltage, and of the detected value of the output voltage obtained by the detection circuit, after the drive pulse is input to the inverter. The output voltage is taken out four or more times within the drive pulse width and the current does not flow to the load capacitor, and the detected values are compared. From the comparison result, the maximum and minimum detected values are detected. The average value of the remaining detection values excluding these maximum and minimum detection values is calculated, and the calculated average value is set as a detection value of the output voltage, which is compared with the detection value and a reference value. A capacitor charging device according to claim 7, further comprising a control circuit that generates a driving pulse.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The capacitor charging of the present invention is performed by repeatedly switching the switching element at a high frequency at a frequency determined by the resonance frequency of the resonance inductance and the resonance capacitor in the converter, and controlling the switching drive pulse width according to the output voltage to be increased. Thus, the amount of power supply is adjusted, and the load capacitor is charged to the target voltage value at high speed. The drive pulse width of the switching element that adjusts the power supply amount is determined by the detected value of the output voltage, and the width is controlled.
[0017]
The detected value of the output voltage is the value of the output voltage detected during a period in which a current does not flow through the load capacitor after a certain drive pulse is input to the inverter, that is, a period in which the output voltage does not increase. The detected value is set as the output voltage detected value. Based on the detected output voltage detection value, the switching element after the next half cycle is turned on to supply power, and whether or not to increase the output voltage value is determined. Further, the switching element is turned on. In this case, control is performed to determine an on-time for controlling the amount of power supply.
[0018]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the structure of a capacitor charger including a converter circuit composed of a resonant inverter and a rectifier circuit and a control circuit for the converter circuit. The resonant inverter includes an inverter part IV, a resonant inductor Lr, a transformer H, a resonant capacitor Cd, and the like. In this figure, the inverter part IV is a drive pulse width modulation type composed of switching elements S1 to S4 such as FET (field effect transistor), IGBT (insulated gate bipolar transistor) and the like. The DC voltage output from the rectified DC voltage source DC is converted into a square wave AC voltage (hereinafter referred to as AC voltage).
[0019]
When the inverter unit IV generates an alternating voltage, the inverter unit IV controls the drive voltage train that is input so that the combination of the switching elements S3 and S2 and the combination of the switching elements S1 and S4 are alternately turned on. To AC voltage. On the primary side of the step-up transformer H, one terminal is connected via the resonant inductor LR, and the other terminal is directly connected to the inverter unit IV. Further, on the secondary side of the transformer H, a resonance capacitor Cr is inserted between terminals, and is connected to the rectifier circuit Re. The resonance capacitor Cr may be connected to the primary side. The rectifier circuit Re is composed of rectifier diodes D1 to D4, and full-wave rectifies the boosted AC voltage output from the transformer H and outputs it as a DC charging current to the load capacitor Cd.
[0020]
Next, the control circuit 1 will be described. The output voltage is detected by the detection circuit 3 through the voltage divider 2 that divides the output voltage at a predetermined ratio. Since the voltage divider 2 and the detection circuit 3 are ordinary ones, description thereof is omitted. However, it is preferable that a filter circuit including a capacitance serving as a delay element is not connected to the input and output sides of the detection circuit 3. The detected value of the output voltage detected by the detection circuit 3 is converted into a digital value by an analog / digital converter (A / D) 4. The digitized detection voltage is sequentially taken into a register (not shown) in the FPGA (Field Programmable Gate Array) 6 at a time interval sufficiently shorter than the switching period of the inverter. Then, based on a pulse (reference drive pulse) that serves as a reference for the drive signal of the switching element generated by the CPU (Central Processing Unit) 5, a drive pulse is input to the resonant inverter only for a specific period. Since the current does not flow to the load capacitor Cd within the drive pulse width after that, the detected value of the output voltage stored in the register in the FPGA 6 is read as a signal from the CPU 5 during a period when the output voltage does not rise, It is stored in the RAM 5a in the CPU 5.
[0021]
Further, the CPU 5 performs arithmetic processing for predictive control based on the reference drive pulse and the value stored in the RAM 5a, and generates a pulse signal for determining the ON time of the switching element. Are distributed as signals for the switching elements S1 and S4 or the switching elements S2 and S3 and sent to the drive circuit 7. In the drive circuit 7, a driving voltage is generated based on this signal and applied to the switching element of the inverter to perform a switching operation. Here, a CPLD (complex programmable logic device) or the like may be used in addition to the FPGA 6. Further, the above processing may be performed only by the CPU 5 without using the FPGA 6 or the CPLD.
[0022]
Next, the circuit operation in the switching half cycle of this capacitor charging apparatus will be described with reference to FIGS. In FIG. 2, the horizontal axis indicates time. In the upper stage, the vertical axis indicates the drive pulses of the switching elements S1 and S4 and the drive pulses of the switching elements S2 and S3, and in the middle stage, the currents of the resonance capacitor and the load capacitor. The lower part shows the output voltage. FIG. 3 shows the flow of current in each region when the circuit operation in the switching half cycle of the capacitor charger is divided into three operation regions.
[0023]
The period a in FIG. 2 is a period until the secondary rectifier diodes D1 and D4 start to conduct when the switching elements S1 and S4 are in the on state, as shown in FIG. This is a case where the voltage of the capacitor Cr is lower than the voltage of the load capacitor Cd. During this period, a current flows only through the resonance capacitor Cr and no current flows through the load capacitor Cd, so that the output voltage, that is, the voltage of the load capacitor Cd is constant. In the present invention, in the state where the driving pulses are applied to the switching elements S1 and S4 or S3 and S2, the period during which the output voltage is constant is set as the output voltage detection period a, and the detection value detected in the output voltage detection period a One or more of these are used as output voltage detection values.
[0024]
When the resonant capacitor Cr is charged until it substantially matches the voltage of the load capacitor Cd, the secondary side rectifier diodes D1 and D4 begin to conduct as shown in FIG. 3B (in FIG. 2). At time t2), a current flows through the load capacitor Cd. Therefore, in the output voltage rise period b in FIG. 2, the output voltage rises by charging the load capacitor Cd. This continues while the switching elements S1 and S4 are in the on state.
[0025]
After the switching elements S1 and S4 are turned off, energy is recovered on the input side through the internal diodes of the switching elements S3 and S2, as shown in FIG. 3 (c). Also during this period, since the rectifier diodes D1 and D4 on the secondary side become conductive, a current flows through the load capacitor Cd, and the output voltage rises (period c in FIG. 2). As can be seen from the above description, the detection of the output voltage is performed within the period from time t1 to time t2 (output voltage detection period a) in FIG. The output voltage can be detected accurately and stably without providing a filter circuit. Furthermore, as shown in the lowermost stage of FIG. 2, after the switching element turning on time t1 that avoids a sufficient fixed period that is considered not to be affected by the instantaneous noise generation when the switching element is turned on. Similarly, in order to sufficiently avoid the occurrence of instantaneous noise due to the conduction of the secondary side rectifier diode from the time point ts, in order to avoid this influence, the time before the time point t2 when the secondary side rectifier diode is conducted is avoided. Preferably, it is performed during the time tf.
[0026]
Next, the detection of the output voltage and the control method using the detected value will be specifically described. The CPU 5 preliminarily reads the detected value of the output voltage stored in a register (not shown) of the FPGA 6 when the output voltage detection period a is reached after the above-described reference drive pulse is turned on, that is, generated. Set up. The read detection value of the output voltage is stored in the RAM 5a in the CPU 5. As shown in the output voltage waveform in the lower part of FIG. 2, it is assumed that the output voltage detection value detected in the output voltage detection period a in a certain drive pulse is Vn. At this time, the output voltage ΔVn which has been detected in the output voltage detection period half a cycle before the output voltage detection value Vn and increased in the meantime from the output voltage values Vn−1 and Vn stored in the register of the CPU 5 = Vn-Vn-1 is calculated. Using this result, it is assumed that the voltage value ΔVn + 1 that rises in the next half cycle is the same as ΔVn, and the next output voltage value Vn + 1 = Vn + ΔVn is predicted.
[0027]
Next, Vn + 1 is compared with the target output voltage Vf. When the predicted next output voltage Vn + 1 is smaller than the target output voltage Vf (Vn + 1 <Vf), the operation is performed with a predetermined substantially constant pulse width. When the predicted next output voltage Vn + 1 becomes larger than the target output voltage Vf (Vn + 1> Vf), it is necessary to control the pulse width for the first time. First, ΔV = Vf−Vn + 1 is calculated to obtain a voltage value to be increased to the target voltage. Here, the calculation of the ON time of the switching element necessary for increasing the voltage of ΔV is obtained by using the value stored in advance by the CPU 5 by determining the relationship between the ON time of the switching element and the output voltage increase. And do it.
[0028]
Here, when the on-time of the switching element is changed, the output voltage rise in a half cycle of one switching cycle is 2 after the output voltage rise period b due to the switching element being turned on and after the switching element is turned off. This is due to the conduction period of the secondary rectifier diode (period c in FIG. 2). The relationship between the ON time of the switching element and the output voltage rise is such that the output voltage rising in a half cycle with respect to the ON time of the switching element has a one-to-one relationship. In particular, the time ta during which the voltage does not increase from the time when the drive pulse is turned on is stored in the ROM 5 of the CPU 5. Further, when the ON time of the switching element and the voltage increase are in a proportional relationship, ΔV / Δt is stored in the CPU 5. In the calculation, the on-time tx of the switching element in the output voltage rise period b is obtained using the stored relationship, and then the time ta is added to the result, and the on-time ton of the switching element = Find ta + tx. From the on-time ton of the obtained switching element, the pulse width of the last half cycle is controlled.
[0029]
Since the detection of the output voltage is constant during the output voltage detection period a, it is only necessary to detect the output voltage once during this period. However, in order to further improve the accuracy of the detection value, the FPGA 6 uses a plurality of detection values. Is calculated, and the output voltage detection values averaged sequentially are stored in a register (not shown) of the FPGA 6. Similarly to the above-described method, the averaged detection value may be taken into the CPU 5 during the output voltage detection period a as an output detection value and stored in a register (not shown) of the CPU 5. Further, in order to further improve the accuracy of output voltage detection by removing detection values that may be affected by noise, a plurality of, for example, four or more detection values are used in the above-described FPGA 6, and the detection values of these detection values are used. When performing the calculation process for obtaining the average value, the four or more detection values are compared with each other, and the average value of the remaining two or more detection values is obtained except for the detection values that are the maximum value and the minimum value. The averaged detection value may be used as the output voltage detection value.
[0030]
Here, the detected output voltage values Vn and Vn-1 are digitized values. Actually, the voltage value ΔVn that rises with the charging amount of the switching half cycle of the switching element becomes smaller gradually as the charging voltage of the capacitor Cd rises. That is, in the increased voltage value ΔVn, n is a natural number, and the increased voltage values ΔV1, ΔV2, ΔV3, ΔV4,... Gradually decrease the voltage charged with the same set pulse width. However, the difference in voltage increase in one half cycle decreases as the output voltage value increases, and the adjacent voltage increases are almost equal immediately before the target voltage Vf.
[0031]
Here, after the output voltage is lower than the target voltage Vf and becomes the voltage V1 charged to such an extent that the difference in charge amount in the switching half cycle of the switching element becomes small, a certain switching element half The switching element ON time is predicted by predicting the output voltage Vn + 1 after the next half cycle, assuming that the voltage component ΔVn rising in the cycle and the voltage component ΔVn + 1 rising in the next switching device half cycle are substantially the same. To control.
[0032]
When the ON time of the switching element is changed, the output voltage rise in one switching half cycle changes as the input voltage changes. However, if the target output voltage system can be charged sufficiently high, it is not necessary to consider fluctuations in the input voltage in order to omit the means for detecting the output voltage. When taking into account fluctuations in the input voltage, the capacitor charger is provided with a detection circuit for detecting the input voltage. The CPU in the control circuit stores a one-to-one relationship with the output voltage that rises in a half cycle with respect to the ON time of the switching element according to the input voltage, and the detected value of the detected input voltage. Based on the above, the above-described pulse width is controlled.
[0033]
The target voltage value Vf is a final set voltage that is set in the CPU in the control circuit and is the target of the charging voltage value V1 for the load capacitor Cd. Note that the maximum width of the drive pulse is such that the switching elements S1 and S2 or S3 and S4 are simultaneously turned on by the adjacent drive pulses in the on / off operation of the switching elements S1 to S4, and the short circuit is not caused. It is determined as the pulse width of the maximum duty cycle possible within the range in which the capacitor charger can be operated normally at the switching frequency. When there is a margin for the charging time, the drive pulse having a drive pulse width set smaller than the maximum drive pulse width may be used, or the drive pulse width of several previous pulses may be adjusted or the number of drive pulses may be adjusted. Here, in the initial stage of charging, charging may be started with a soft driving pulse having a constant driving pulse width smaller than the constant driving pulse width or a gradually increasing driving pulse width.
[0034]
In the embodiment described above, an example in which a load capacitor is charged with a single capacitor charger has been described. However, as shown in FIG. Small sub-capacitor chargers S are connected in parallel, and the charging power by the driving pulse immediately before the final driving pulse from the first charging is the main capacitor charger M or the main capacitor charger M and the sub-capacitor charger S. The charging power may be supplied from the sub-capacitor charger M at least by the final drive pulse. In this case, the output voltages of the main capacitor charger M and the sub capacitor charger S are substantially equal, and the power supply amount is several to several tens of times that of the main capacitor charger M with respect to the sub capacitor charger S. The frequency of the driving pulse is preferably several times to several tens of times that of the sub capacitor charger S relative to the main capacitor charger M, and the driving pulses are preferably synchronized with each other.
[0035]
The main capacitor charger M and the sub capacitor charger S have the same configuration as that shown in FIG. 1. The inverter units IV1 and IV2 correspond to the inverter unit IV shown in FIG. 1, and the rectifier circuits Re1 and Re2 are shown in FIG. Corresponding to one rectifier circuit Re, the resonance circuits K1 and K2 are the same as the circuit constituted by the transformer H, the resonance inductor Lr, and the resonance capacitor Cr. The control circuit 1 includes control circuits for the inverter units IV1 and IV2, and each control circuit is formed of a circuit similar to that shown in FIG.
[0036]
FIG. 5 shows the output voltage of the capacitor charger composed of the main capacitor charger M and the sub capacitor charger S. Up to a certain voltage V1 lower than the target voltage, the main capacitor charger M and the sub capacitor charger S are operated, the charge voltage of the load capacitor is increased at a steep slope, the operation of the main converter circuit is stopped, and the output power Only the small fine adjustment converter circuit is operated to charge the load capacitor to the target voltage with a gentle slope.
[0037]
The main capacitor charger M and the sub capacitor charger S may have the same circuit configuration. For example, the main capacitor charger M supplies 99% or more of the required charging power, and the sub capacitor If the charger S is 1% or less, the sub-capacitor charger S has a small power loss even if it does not have a resonant circuit configuration. Therefore, a general driving pulse width control type high-frequency inverter unit that is not a resonant type is used. The circuit configuration may be the same.
[0038]
Further, when a plurality of main capacitor chargers M are connected in parallel in the embodiment shown in FIG. 4, the inverter of the sub capacitor charger S has a constant frequency that is an integer multiple higher than the inverter of the main capacitor charger M. It is preferable that the drive pulses of the inverters are operated so that the drive pulses of these inverters are synchronized, and that the inverter of the main capacitor charger M is operated in phase or in phase.
[0039]
As mentioned above, although one embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. Are also included in the present invention.
[0040]
In the above description, the drive pulse width is described as the maximum allowable drive pulse width or the set drive pulse width. However, the drive pulse width depends on the setting of the charging time for charging the load capacitor to the target voltage value. Of course, it is necessary to charge within the set charging time, but if it is faster than the set charging time, there will be a problem that the charging voltage will drop due to discharge. It is preferable to determine the drive pulse width of the drive pulse so that the charging is completed slightly before the set charging time.
[0041]
【The invention's effect】
The present invention has the characteristics as described above, and obtains a stable and accurate load voltage value by performing detection of the capacitor charger that charges to the target voltage during a certain period in which the load voltage does not increase. Thus, it is possible to improve the charging accuracy of the capacitor.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a capacitor charger according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows the relationship between driving pulses for switching elements S1 and S4, switching element S2 and S3, and the current flowing in the resonance capacitor current and load capacitor current of the parallel resonant converter, and the load capacitor. It is a figure which shows the relationship with output voltage.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an operation from a region a to a region c when a half cycle of the parallel resonant converter is divided into three regions.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a capacitor charger according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating an operation waveform of an output voltage of the capacitor charger according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a conceptual diagram showing a configuration of a conventional parallel resonant converter.
[Explanation of symbols]
1-Control circuit 2-Voltage divider
3-Detection circuit for output voltage detection 4-Analog-digital converter
5-CPU 6-FPGA (Field Programmer
Bull Gate Array)
IV-Inverter part Re-rectifier circuit
H-transformer Cd-load capacitor

Claims (10)

一定の周波数の駆動パルスで動作させるインバータを有するコンバータ回路の出力電圧を検出し、この出力電圧検出値を用いて前記負荷コンデンサを設定電圧まで充電するコンデンサ充電方法において、
前記駆動パルスが前記インバータに入力されてからその駆動パルス幅内であって前記負荷コンデンサに電流が流れない期間における出力電圧の検出値を前記出力電圧検出値とすることを特徴とするコンデンサ充電方法。
In a capacitor charging method of detecting an output voltage of a converter circuit having an inverter that is operated with a drive pulse of a constant frequency, and charging the load capacitor to a set voltage using this output voltage detection value,
Capacitor charging method characterized in that a detected value of an output voltage within a period of a drive pulse width from when the drive pulse is input to the inverter and no current flows through the load capacitor is the output voltage detected value. .
一定の周波数の駆動パルスで動作させる第1のインバータを有する主コンデンサ充電器が1台又は複数台並列に接続されたものと前記主コンデンサ充電器よりも高い一定の周波数の駆動パルスで動作させる第2のインバータを有する微調整用の従コンデンサ充電器とを並列接続し、前記主コンデンサ充電器を動作させることにより急傾斜で設定充電電圧直前まで前記負荷コンデンサの充電電圧を上昇させた後、前記主コンデンサ充電器の運転を停止させ、出力電力の小さな微調整用の従コンデンサ充電器のみを動作させて緩やかな勾配で負荷コンデンサを設定電圧まで充電するコンデンサ充電方法において、
前記駆動パルスが前記インバータに入力されてからその駆動パルス幅内であって前記負荷コンデンサに電流が流れない期間における出力電圧の検出値を前記出力電圧検出値とすることを特徴とするコンデンサ充電方法。
One or a plurality of main capacitor chargers having a first inverter that is operated with a drive pulse having a constant frequency are connected in parallel and a first capacitor that is operated with a drive pulse having a constant frequency higher than that of the main capacitor charger. After connecting the sub-capacitor charger for fine adjustment having two inverters in parallel and operating the main capacitor charger, the charging voltage of the load capacitor is increased up to just before the set charging voltage with a steep slope, In the capacitor charging method, which stops the operation of the main capacitor charger, operates only the sub capacitor charger for fine adjustment with small output power, and charges the load capacitor to the set voltage with a gentle slope.
Capacitor charging method characterized in that a detected value of an output voltage within a period of a drive pulse width from when the drive pulse is input to the inverter and no current flows through the load capacitor is the output voltage detected value. .
前記駆動パルスが前記インバータに入力されてからその駆動パルス幅内であって前記負荷コンデンサに電流が流れない期間に複数の出力電圧を検出し、これら複数の出力電圧の検出値の平均値を演算し、この演算した平均値を前記出力電圧検出値とすることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のコンデンサ充電方法。A plurality of output voltages are detected within the drive pulse width after the drive pulse is input to the inverter and no current flows through the load capacitor, and an average value of the detected values of the plurality of output voltages is calculated. 3. The capacitor charging method according to claim 1, wherein the calculated average value is used as the output voltage detection value. 前記駆動パルスがインバータに入力されてからその駆動パルス幅内であって前記負荷コンデンサに電流が流れない期間に出力電圧を4回以上検出し、これら検出値を比較し、その比較結果から前記検出値のうち、最大と最小の前記検出値を除外し、これら最大と最小の前記検出値を除外した残りの前記検出値の平均値を演算し、この演算した平均値を前記出力電圧検出値とすることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のコンデンサ充電方法。The output voltage is detected at least four times within the drive pulse width after the drive pulse is input to the inverter and no current flows through the load capacitor, the detected values are compared, and the detection result is compared with the detection result. Among the values, the maximum and minimum detection values are excluded, the average value of the remaining detection values excluding the maximum and minimum detection values is calculated, and the calculated average value is calculated as the output voltage detection value. 4. The capacitor charging method according to claim 1, wherein the capacitor charging method is performed. 前記第2のインバータを、前記第1のインバータよりも整数倍高い一定の周波数の駆動パルスで動作させると共に、前記第1と第2のインバータの駆動パルスが同期するように動作させることを特徴とする請求項2ないし4のいずれかに記載のコンデンサ充電方法。The second inverter is operated with a driving pulse having a constant frequency that is an integer multiple higher than that of the first inverter, and the driving pulses of the first and second inverters are synchronized with each other. The capacitor charging method according to any one of claims 2 to 4. 前記主コンデンサ充電器が複数台並列に接続される場合には、前記第2のインバータを、前記第1のインバータよりも整数倍高い一定の周波数の駆動パルスで動作させると共に、前記第1と第2のインバータの駆動パルスが同期するように動作させ、さらに、前記第1のインバータを同相又は異相で動作させることを特徴とする請求項2ないし5のいずれかに記載のコンデンサ充電方法。When a plurality of main capacitor chargers are connected in parallel, the second inverter is operated with a driving pulse having a constant frequency that is an integer multiple higher than the first inverter, and the first and first 6. The capacitor charging method according to claim 2, wherein the drive pulses of the two inverters are operated in synchronism, and further, the first inverter is operated in the same phase or different phase. 一定の周波数の駆動パルスで動作させるインバータを有するコンバータ回路の出力電圧を検出する検出回路と、該検出回路により得られた出力電圧の検出値のうち、前記駆動パルスが前記インバータに入力されてからその駆動パルス幅内であって前記負荷コンデンサに電流が流れない期間における出力電圧の検出値を取り出して基準値と比較して前記駆動パルスを発生する制御回路とを備えたことを特徴とするコンデンサ充電装置。A detection circuit that detects an output voltage of a converter circuit having an inverter that is operated with a drive pulse of a constant frequency, and a detected value of the output voltage obtained by the detection circuit after the drive pulse is input to the inverter A capacitor having a drive pulse width and a control circuit for extracting the detected value of the output voltage during a period when no current flows through the load capacitor and generating the drive pulse by comparing it with a reference value Charging device. 一定の周波数の駆動パルスで動作させる第1のインバータを有する主コンデンサ充電器が1台又は複数台並列に接続されたものと前記主コンデンサ充電器よりも高い一定の周波数の駆動パルスで動作させる第2のインバータを有する微調整用の従コンデンサ充電器とを並列接続し、前記主コンデンサ充電器を動作させることにより急傾斜で設定充電電圧直前まで前記負荷コンデンサの充電電圧を上昇させた後、前記主コンデンサ充電器の運転を停止させ、出力電力の小さな微調整用の従コンデンサ充電器のみを動作させて緩やかな勾配で負荷コンデンサを設定電圧まで充電するコンデンサ充電装置において、
出力電圧を検出する検出回路と、該検出回路により得られた出力電圧の検出値のうち、前記駆動パルスが前記インバータに入力されてからその駆動パルス幅内であって前記負荷コンデンサに電流が流れない期間における出力電圧の検出値を取り出して基準値と比較して前記駆動パルスを発生する制御回路とを備えたことを特徴とするコンデンサ充電装置。
One or a plurality of main capacitor chargers having a first inverter that is operated with a drive pulse having a constant frequency are connected in parallel and a first capacitor that is operated with a drive pulse having a constant frequency higher than that of the main capacitor charger. After connecting the sub-capacitor charger for fine adjustment having two inverters in parallel and operating the main capacitor charger, the charging voltage of the load capacitor is increased up to just before the set charging voltage with a steep slope, In the capacitor charger that stops the operation of the main capacitor charger and operates only the sub capacitor charger for fine adjustment with small output power and charges the load capacitor to the set voltage with a gentle slope.
Of the detection circuit for detecting the output voltage and the detected value of the output voltage obtained by the detection circuit, a current flows through the load capacitor within the drive pulse width after the drive pulse is input to the inverter. A capacitor charging device comprising: a control circuit that takes out a detected value of an output voltage during a non-period and compares it with a reference value to generate the drive pulse.
出力電圧を検出する検出回路と、該検出回路により得られた出力電圧の検出値のうち、前記駆動パルスが前記インバータに入力されてからその駆動パルス幅内であって前記負荷コンデンサに電流が流れない期間に複数の前記検出値を取り出し、これら複数の検出値の平均値を演算する手段を有し、該演算した平均値を出力電圧の検出値とし、該検出値と基準値と比較して前記駆動パルスを発生する制御回路とを備えたことを特徴とする請求項7又は請求項8に記載のコンデンサ充電装置。Of the detection circuit for detecting the output voltage and the detected value of the output voltage obtained by the detection circuit, a current flows through the load capacitor within the drive pulse width after the drive pulse is input to the inverter. Means for taking out a plurality of the detected values in a non-period and calculating an average value of the plurality of detected values, and setting the calculated average value as a detected value of the output voltage and comparing the detected value with a reference value; The capacitor charging apparatus according to claim 7, further comprising a control circuit that generates the driving pulse. 出力電圧を検出する検出回路と、該検出回路により得られた出力電圧の検出値のうち、前記駆動パルスがインバータに入力されてからその駆動パルス幅内であって前記負荷コンデンサに電流が流れない期間に出力電圧を4回以上取り出し、これら検出値を比較し、その比較結果から前記検出値のうち、最大と最小の前記検出値を除外し、これら最大と最小の前記検出値を除外した残りの前記検出値の平均値を演算し、この演算した平均値を出力電圧の検出値とし、該検出値と基準値と比較して前記駆動パルスを発生する制御回路とを備えたことを特徴とする請求項7ないし請求項9のいずれかに記載のコンデンサ充電装置。Among the detection circuit for detecting the output voltage and the detected value of the output voltage obtained by the detection circuit, the current does not flow to the load capacitor within the drive pulse width after the drive pulse is input to the inverter. Take out the output voltage four times or more in the period, compare these detection values, exclude the maximum and minimum detection values from the comparison results, and exclude the maximum and minimum detection values And a control circuit that generates the drive pulse by comparing the detected value with a reference value. The capacitor | condenser charging device in any one of Claim 7 thru | or 9.
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