JP4109476B2 - 定電力出力電源装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は電源装置の技術分野にかかり、特に、定電力出力に適した電源装置の技術分野に関する。
【0002】
【従来の技術】
成膜装置等、一定の装置においては定電力出力が可能な電源装置が求められている。
【0003】
図15の符号102は、その電源装置の例であり、一次側の副変換部107と、トランスTと、二次側整流回路124と、平滑回路127とを有している。
【0004】
トランスTは、一次巻線W1と二次巻線W2とを有しており、副変換部107は、4個のトランジスタQ1〜Q4を有している。4個のトランジスタQ1〜Q4と一次巻線W1とは、Hブリッジ回路を構成しており、該Hブリッジ回路には、直流電圧源110が出力する直流電圧が印加されている。
【0005】
Hブリッジ回路は、一次巻線W1を介して接続された、2個のトランジスタ(Q1、Q2)、(Q3、Q4)が一組となり、一方の組みのトランジスタQ1、Q2が導通したときと、他方の組みのトランジスタ(Q3、Q4)が導通したときとでは、一次巻線W1には、逆方向の電流が流れるようになっている。即ち、一方の組と他方の組みが交互に導通することで、一次巻線W1には交流電流が流れる。
【0006】
一次巻線W1と二次巻線W2とは磁気結合されており、一次巻線W1に交流電流が流れると、二次巻線W2に交流電圧が誘起される。
【0007】
整流回路124は、ブリッジ接続された4個のダイオードD1〜D4によって構成されている。二次巻線W2に誘起された交流電圧は、整流回路124で全波整流され、平滑回路127に出力される。ここでは、第一組目のトランジスタ(Q1、Q2)が導通している間、一組のダイオード(D1、D2)が順バイアスされ、第二組目のトランジスタ(Q3、Q4)が導通している間、他の一組のダイオード(D3、D4)が順バイアスされ、平滑回路127に電流が供給される。
【0008】
平滑回路127は、インダクタンス素子125とコンデンサ126とを有しており、整流回路124から供給された電流を平滑し、出力端子38と接地端子39の間に出力する。
【0009】
符号128は負荷であり、出力端子38と接地端子39の間に接続され、電源装置102から直流の出力電圧V0と出力電流I0が供給される。
【0010】
定電力制御されるときには、トランスの利用効率が悪くなり、また一次側実効値電流の増大による効率の低下等の問題がある。
【0011】
また、負荷128に供給される出力電圧V0と出力電流I0の最大値の積でトランスが設計されるため、定電力制御されるときには、一次巻線W1や二次巻線W2の利用効率が悪いという問題がある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、定電力制御に適した電源装置と、その電源装置を制御する制御方法を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1記載の発明は、直流電圧源から交流電流を生成する主変換部と、前記主変換部からそれぞれ交流電流が供給される第1〜第4の一次巻線と、前記第1〜第4の一次巻線にそれぞれ磁気結合された第1〜第4の二次巻線と、前記第1〜第4の二次巻線に誘起される交流電圧を整流し、カソード接続点とアノード接続点に出力する整流回路と、前記カソード接続点と前記アノード接続点に出力された電圧を平滑する平滑回路とを有し、前記整流回路は、整流素子が第1〜第5の接続点でそれぞれ直列接続された第1〜第5の整流素子直列回路を有し、前記第1〜第4の二次巻線はこの順序で直列接続され、前記第1〜第4の二次巻線が直列接続された回路の両端と、前記第1〜第4の二次巻線が互いに接続された部分は、それぞれ前記第1〜第5の接続点に接続され、前記第1〜第5の整流素子直列回路のカソード側とアノード側は、カソード接続点とアノード接続点でそれぞれ互いに接続され、前記カソード接続点と前記アノード接続点に生じる電圧が、前記平滑回路で平滑され、出力端子から負荷に供給されるように構成され、制御回路により、前記第1〜第4の二次巻線に誘起される交流電圧の位相を制御し、前記第1〜第4の二次巻線を直列接続する4直列接続運転と、前記第1、第2の二次巻線を直列接続し、前記第3、第4の二次巻線を直列接続すると共に、前記第1、第2の二次巻線の直列接続回路と前記第3、第4の二次巻線の直列接続回路を並列接続する2直列2並列接続運転を行なえるように構成された電源回路であって、前記制御回路は、該電源回路に設けられた電流センサによって出力された出力電流の大きさが、予め設定された第1の規定電流値よりも小さい間は、前記4直列接続運転を行なって前記出力端子から定電圧を出力し、前記出力電流の大きさが前記第1の規定電流値を超えると、一周期中に前記4直列接続運転と前記2直列2並列接続の両方の運転を行ない、前記出力端子から定電力を出力するように構成された電源回路である。
請求項2記載の発明は、前記制御回路により、前記第1〜第4の二次巻線に誘起される交流電圧の位相を制御し、前記第1〜第4の二次巻線を並列接続する4並列接続運転を行なえるように構成された請求項1記載の電源回路であって、前記出力電流が前記第1の規定電流値の二倍の第2の規定電流値を超えると、前記4直列接続運転を無くし、一周期中に前記2直列2並列接続運転と前記4並列接続運転との両方の運転を行ない、前記出力端子から定電力を出力するように構成された電源回路である。
請求項3記載の発明は、前記制御回路により、前記出力電流が前記第1の規定電流値の四倍の第3の規定電流値に達すると、一周期中で前記2直列2並列接続運転を無くし、前記4並列接続運転を行なって前記出力端子の電圧を低下させるように構成された請求項2記載の電源回路である。
請求項4記載の発明は、交流電流がそれぞれ供給される第1〜第4の一次巻線と、前記第1〜第4の一次巻線にそれぞれ磁気結合された第1〜第4の二次巻線と、前記第1〜第4の二次巻線に誘起される交流電圧を整流し、カソード接続点とアノード接続点に出力する整流回路とを有し、前記カソード接続点と前記アノード接続点に出力された電圧を平滑して出力端子から負荷に供給する電源装置の出力電圧を制御する制御方法であって、前記第1〜第4の二次巻線に誘起される交流電圧の位相を制御し、前記出力端子から出力される出力電流の大きさが予め設定された第1の規定電流値よりも小さい間は、前記第1〜第4の二次巻線を直列接続する4直列接続運転を行なって前記出力端子から定電圧を出力し、前記出力電流の大きさが前記第1の規定電流値を超えると、一周期中に、前記4直列接続運転と、前記第1、第2の二次巻線を直列接続し前記第3、第4の二次巻線を直列接続すると共に前記第1、第2の二次巻線の直列接続回路と前記第3、第4の二次巻線の直列接続回路を並列接続する2直列2並列接続運転との両方の運転を行ない、前記出力端子から定電力を出力する電源装置の制御方法である。
請求項5記載の発明は、前記第1〜第4の二次巻線に誘起される交流電圧の位相を制御し、前記出力電流が前記第1の規定電流値の二倍の第2の規定電流値を超えると、前記4直列接続運転を無くし、一周期中に前記2直列2並列接続運転と、前記第1〜第4の二次 巻線を並列接続する4並列接続運転の両方を行ない、前記出力端子から定電力を出力する電源装置の制御方法である。
請求項6記載の発明は、前記第1〜第4の二次巻線に誘起される交流電圧の位相を制御し、前記出力電流が前記第1の規定電流値の四倍の第3の規定電流値に達すると、一周期中で前記2直列2並列接続運転を無くし、前記4並列接続運転を行なって前記出力端子の電圧を低下させる電源装置の制御方法である。
【0014】
本発明は上記のように構成されており、第2〜第4の接続点には、2個の二次巻線の端子が接続されており、第1〜第4の二次巻線に誘起される電圧の極性を制御することで、4個の二次巻線のうちの2個以上の二次巻線を直列接続できるようになっている。
【0015】
また、整流回路は、第1〜第4の二次巻線に誘起された電圧を個別に整流可能であるから、4個の二次巻線のうちの2個以上の二次巻線を並列接続させることができる。
【0016】
従って、出力電圧が大きく、出力電流が小さい場合は、第1〜第4の二次巻線を直列接続し、出力電流が大きくなると、各二次巻線に誘起される電圧の位相を制御し、電源装置の動作期間中に含まれる並列接続期間の長さや、並列接続される二次巻線の個数を増加させ、出力電流を増加させながら出力電圧を低下させることができる。
【0017】
出力電流と出力電圧の積を一定値に維持しながら出力電圧を低下させれば、定電力制御になる。
【0018】
【発明の実施の形態】
図1の符号2は、本発明の一例の電源装置を示している。
この電源装置2は、主変換部7と、第1〜第4のトランス81〜84と、整流回路24と、平滑回路27とを有している。
【0019】
第1〜第4のトランス81〜84内には、第1〜第4の一次巻線131〜134と、該第1〜第4の一次巻線131〜134とそれぞれ磁気結合された第1〜第4の二次巻線231〜234とが設けられている。
【0020】
第1〜第4の一次巻線131〜134の巻数は互いに等しく、且つ、第1〜第4の二次巻線231〜234の巻数も互いに等しくされており、第1〜第4の一次巻線131〜134の巻数をn1、第1〜第4の二次巻線231〜234の巻数をn2とすると、第1〜第4のトランス81〜84の巻線比n2/n1=Nは互いに等しくなっている。
【0021】
主変換部7内には、第1〜第4の副変換部71〜74が設けられている。
各副変換部71〜74は直流電圧源10に接続されており、直流電圧源10が出力する直流電圧Vinが印加されている。各副変換部71〜74は、直流電圧Vinから交流電流を生成し、第1〜第4の一次巻線131〜134にそれぞれ供給する。第1〜第4の副変換部71〜74には、上記図15の電源回路102の副変換部107と同様に、4個のトランジスタを設け、第1〜第4の一次巻線131〜134と、それぞれHブリッジ回路を形成することで、第1〜第4の一次巻線131〜134に交流電流を流すことができる。
【0022】
第1〜第4の副変換部71〜74により、第1〜第4の一次巻線131〜134に交流電流が流れると、第1〜第4の二次巻線231〜234に交流電圧が誘起される。
【0023】
第1〜第4の二次巻線231〜234は、この順序で直列接続されている。即ち、第1の二次巻線231の一端は、第2の二次巻線232の一端に接続され、該第2の二次巻線232の他端は第3の二次巻線233の一端に接続され、該第3の二次巻線233の他端は第4の二次巻線234の一端に接続されており、第1、第4の二次巻線231、234の他端を除き、第1〜第4の二次巻線231〜234は互いに接続されている。
【0024】
整流回路24内には、第1〜第5の整流素子直列回路311〜315を有している。この第1〜第5の整流素子直列回路311〜315は、PN接合ダイオードやショットキー接合ダイオード等の整流素子51a〜55a、51b〜55bが直列接続されて構成されている。
【0025】
図1の符号a1は、第1の整流素子直列回路311内の整流素子51a、51bが互いに直列接続された第1の接続点を示しており、同様に、符号a2〜a5は、第2〜第5の接続点を示している。この第2〜第5の接続点は、a2〜a5は、第2〜第5の整流素子直列回路312〜315内の整流素子52a〜55a、52b〜55bが互いに直列接続された部分である。
【0026】
第1の二次巻線231の両端のうち、第2の二次巻線232に接続されていない方の端子は第1の接続点a1に接続されている。第1の二次巻線231と第2の二次巻線232が接続された部分は、第2の接続点a2に接続されており、同様に、第2の二次巻線232と第2の二次巻線233とが接続された部分と、第3の二次巻線233と第4の二次巻線234とが接続された部分は、それぞれ第3、第4の接続点a3、a4に接続されており、第4の二次巻線234の端子のうち、第3の二次巻線233に接続されていない方の端子は第5の接続点a5に接続されている。
【0027】
第1〜第5の整流素子直列回路311〜315のカソード側の端子は、カソード接続点36に全て接続されており、アノード側の端子は、アノード接続点37に全て接続されている。従って、第1〜第4の二次巻線231〜234に交流電圧が誘起されると、その交流電圧は、第1〜第5の整流素子直列回路311〜315によって整流され、カソード側接続点36に正電圧、アノード側接続点37に負電圧が印加されるようになっている。
【0028】
カソード側接続点36は、インダクタンス素子25を介して、出力端子38に接続されている。アノード側接続点37は、接地端子39に接続されている。
【0029】
出力端子38と接地端子39の間にはコンデンサ26が接続されており、負荷28は、コンデンサ26に対して並列に、出力端子38と接地端子39の間に接続されるようになっている。
【0030】
このコンデンサ26とインダクタンス素子25とで平滑回路27が構成されており、整流回路24によって整流された電圧は、平滑回路27によって平滑され、負荷28に供給される。
【0031】
この電源回路2は、制御回路9を有しており、制御回路9は、出力端子38から負荷28に出力される出力電圧V0(即ち、出力端子38と接地端子39の間の電圧)と、負荷28に供給される出力電流I0を検出し、第1〜第4の二次巻線231〜234に生じる交流電圧の位相を変化させ、図13のグラフに示すように、出力電圧V0と出力電流I0を制御する。制御回路9は、出力端子38の電圧は直接検出するが、接地端子39に電流センサ46を設け、出力電流I0を接地端子39に流れる電流として検出している。
【0032】
第1〜第4の副変換部71〜74は、第1〜第4の一次巻線131〜134に流す交流電流の導通期間及び位相を制御することで、第1〜第2の二次巻線231〜234に誘起される交流電圧の周波数、位相、及び正電圧と負電圧の発生期間を制御している。
【0033】
主変換部7により、第1〜第4の二次巻線231〜234に誘起される交流電圧の周波数は等しく、且つ、その交流電圧のうち、正電圧の期間と負電圧の期間が等しくなるように制御されている。
【0034】
また、正電圧が誘起される期間と負電圧が誘起される期間の比をデューティとすると、第1〜第4の二次巻線231〜234のデューティは全て“1”になっている。
【0035】
出力電流I0が増加する場合を例にとって電源回路2の動作を説明すると、予め第1の規定電流値I1が設定されており、電源装置2は、出力電流I0が第1の規定電流値I1よりも小さいうちは、第1〜第4の二次巻線231〜234の位相を一致させ、各二次巻線232〜234に同極性の電圧を誘起させ、接続点a2〜a4に同極性の電圧を印加する。
【0036】
例えば、第1の二次巻線231に正極性の電圧が誘起され、第1の接続点a1に正電圧を印加される場合は、第2〜第4の二次巻線232〜234にも正極性の電圧が誘起され、第2〜第4の接続点a2〜a4に正電圧が印加される。逆に、第1の二次巻線231に負極性の電圧が誘起され、第1の接続点a1に負電圧が印加される場合は、第2〜第4の二次巻線232〜234にも負極性の電圧が誘起され、第2〜第2の接続点a2〜a4にも負電圧が印加される。
【0037】
このときの第1〜第4の二次巻線231〜234の誘起電圧V231〜V234の模式的な波形を図8に示す。この図8及び後述する図9〜図12において、第1の二次巻線231では、その第1の二次巻線231の第1の接続点a1側の端子に正極性の電圧が誘起される場合を正電圧とし、同様に、第2〜第4の二次巻線232〜234では、それぞれ接続点a2〜a4側の端子に正極性の電圧が誘起される場合を正電圧としてある。
【0038】
第1〜第4の二次巻線231〜234の誘起電圧V231〜V234の位相は一致しているため、第1〜第4の二次巻線231〜234には、時刻t11において、一斉に正極性の電圧が誘起され、時刻t12において誘起電圧がゼロになり、次いで、時刻t13において、一斉に負極性の電圧が誘起される。
【0039】
図8の符号4Sは、第1〜第4の二次巻線231〜234の全てに同極性の電圧が誘起されている期間(4直列接続期間)を示している。
【0040】
そして、各二次巻線231〜234に誘起される電圧の極性が反転するとき、即ち期間4Sの間には、副変換部71〜74が構成するHブリッジ回路のトランジスタに貫通電流が流れないように、一旦Hブリッジ内の全トランジスタが遮断し、第1〜第4の二次巻線231〜234に誘起される電圧がゼロVになる。その期間は符号Dで示してあり、期間D中の二次巻線には電流は流れない。
【0041】
但し、その期間Dは、各二次巻線231〜234に誘起される交流電圧の1周期Tと比較するとごく短い期間であるから、電源装置2の運転上、無視することができる。
【0042】
第1〜第5の接続点a1〜a5の電圧を符号E1〜E5で表すと、第1〜第4の二次巻線231〜234に正極性の電圧が誘起され、接続点a1〜a4に正電圧が印加されると、電圧E1〜E5は、E5<E4<E3<E2<E1 の関係となり、その結果、整流回路24内の整流素子51a〜55a、51b〜55bのうち、最高電圧となる第1の接続点a1をアノード端子とする整流素子51aと、最低電圧となる第5の接続点a5をカソード端子とする整流素子55bだけが順バイアスされ、図2の破線に示すように電流が流れる。
【0043】
この状態では、第1〜第4の二次巻線231〜234は、第1の二次巻線231を最高電圧として第1〜第4の二次巻線231〜234が直列接続された状態になっている。
【0044】
逆に、第1〜第4の二次巻線231〜234に負極性の電圧が誘起されると、E1<E2<E3<E4<E5 となり、第1の接続点a1の電圧E1が最低電圧、第5の接続点a5の電圧E5が最高電圧となるから、第1の接続点a1をカソード端子とする整流素子51bと、第5の接続点a5をアノード端子とする整流素子55aだけが順バイアスされ、図3の破線に示すように電流が流れる。この状態では、第4の二次巻線234を最高電圧として、第1〜第4の二次巻線231〜234が直列接続されている。
【0045】
上述したように、各トランス81〜84の巻数比Nは互いに等しい値であり、各一次巻線131〜134には、同じ直流電圧Vinが印加されているから、第1〜第4の副変換部71〜74の動作に伴う電圧降下や、各トランス81〜84内での損失が無く、理想状態にあるものとすると、各二次巻線231〜234に誘起される電圧は、±N・Vinの大きさである。
【0046】
従って、整流回路24の動作に伴う電圧降下や配線のロスが無く、二次側の回路も理想状態にあるものとすると、第1〜第4の二次巻線231〜234が直列接続された場合には、整流回路24には4N・Vinの電圧が発生し、平滑回路27で平滑されて負荷28に供給される。
【0047】
従って、出力電流I0が第1の規定電流値I1よりも小さく、第1〜第4の二次巻線231〜234が直列接続されている場合、理想状態では出力電流I0の大きさによらずに、4N・Vinの大きさの出力電圧V0が維持される。即ち、第1〜第4の二次巻線231〜234が直列接続されている間は、電源装置2は定電圧モードで運転される。
【0048】
図13は、電源装置2の出力電圧V0と出力電流I0の間の関係を示すグラフであり、符号Aで示す動作点から符号Bで示す動作点の間の動作が定電圧モードである。電圧V1は、4N・Vinの大きさの電圧を示している。
【0049】
出力電流I0が第1の規定電流値I1を超えると、第1、第2の二次巻線231、232の位相に対し、第3、第4の二次巻線233、234の位相がずれ始める。図9はΔT1だけ位相がずれた状態を示すグラフであり、位相がずれる結果、第1〜第4の二次巻線231〜234に誘起される電圧の極性が全て等しい期間と、第1、第2の二次巻線231、232に誘起される電圧と、第3、第4の二次巻線23に誘起される電圧の極性が互いに逆極性になる期間が発生する。
【0050】
図9の符号4Sは、第1〜第4の二次巻線231〜234に誘起される電圧の極性が全て等しい期間を示しており、この期間4Sの間は、第1〜第4の二次巻線231〜234は4直列接続回路になり、整流回路24から4N・Vinの電圧が出力される。
【0051】
符号2S2Pは、第1、第2の二次巻線231、232に誘起される電圧の極性と、第3、第4の二次巻線233、234に誘起される電圧の極性が異なる期間(2直列2並列接続期間)である。
【0052】
期間2S2Pの間の第1〜第5の接続点a1〜a5の電圧E1〜E5は、第1、第2の二次巻線231、232に正極性の電圧が誘起され、第3、第4の二次巻線233、234に負極性の電圧が誘起される場合は、E3<E2<E1 且つ E3<E4<E5 であり、巻数比が等しいことから、E2=E4、E1=E5であるから、アノード端子が最高電圧の接続点a1、a5に接続された整流素子51a、55aと、カソード端子が最低電圧の接続点a3に接続された整流素子53bが順バイアスされ、図4の点線に示すように電流が流れる。この状態では、第1〜第4の二次巻線231〜234は、第1、第2の二次巻線231、232が一個の2直列回路となり、第3、第4の二次巻線233、234が他の2直列回路となり、それら二個の直列回路が並列接続されている。
【0053】
逆に、第1、第2の二次巻線231、232に負極性の電圧が誘起され、第3、第4の二次巻線233、234に正極性の電圧が誘起される場合は、E2=E4、且つE1=E5である点は正極性の電圧が誘起される場合と同じであるが、E1<E2<E3 、E5<E4<E3 である。この状態では、アノード端子が最高電圧の接続点a3に接続された整流素子53aと、カソード端子が最低電圧の接続点a1、a5に接続された整流素子51b、55bが順バイアスされ、図5の点線に示すように電流が流れる。この場合も、同じ二個の直列回路が並列接続されたことになる。
【0054】
期間2S2Pの間は、2直列回路の並列接続回路になるから、整流回路24から出力される電圧は、期間4Sのときの半分の2N・Vinになる。
【0055】
従って、1周期T中に占める期間2S2Pの比率が大きくなると出力電圧V0が低下する。
【0056】
この電源装置2では、制御回路9が、電流センサ46によって出力電流I0の大きさを測定しており、1周期中の期間4Sに対する期間2S2Pの長さ、即ち、期間4Sに対する期間2S2Pの比率は、出力電流I0が第1の規定電流値I1を超えた量に応じて増加するようになっている。
【0057】
特に、この電源装置2では、出力電流I0の増加量に比例して2S2Pの比率が増加し、出力電圧V0×出力電流I0の値が、動作点Bにおける値と等しくなるように動作する。従って、この状態では、電源装置2が定電力モードで運転されることになる。
【0058】
第1〜第4の二次巻線231〜234に誘起される電圧がゼロの期間Dは1周期Tと比較するとごく短い期間であるから無視することができる。
【0059】
そして、出力電流I0が増加し、4直列接続の期間4Sが図10に示すようにゼロになると、1周期Tの全期間が期間2S2Pで占められる。この状態では、出力電圧V0は定電圧モードのときの半分の大きさになり、定電力モードでは、出力電流I0は、第1の規定電流値I1の二倍の大きさになる。
【0060】
図13の符号Cはその動作点を示しており、V2=V1/2、I2=I1×2である。該図13において、動作点Bから動作点Cの間が定電力モードである。
【0061】
図10から分かるように、1周期Tが期間2S2Pで占められた状態では、第1、第2の二次巻線231、232に誘起される電圧に対し、第3、第4の二次巻線233、234に誘起される電圧が逆相となり、位相差が180°の状態になる。
【0062】
1周期Tが期間2S2Pで占められた状態から、出力電流I0が更に増加し、第1の規定電流値I1の2倍よりも大きくなると、第2、第3の二次巻線232、233の位相に対し、第1、第4の二次巻線231、234の位相がずれる。図11の符号ΔT2は、このときの位相のズレ量を示している。
【0063】
第1、第4の二次巻線231、234の位相が第2、第3の二次巻線232、233の位相に対してずれると、第2、第3の二次巻線232、233に誘起される電圧の極性が互いに逆の状態を維持しながら、第1の二次巻線231の誘起電圧の極性が第2の二次巻線232の誘起電圧の極性と異なり、且つ、第4の二次巻線234の誘起電圧の極性が、第3の二次巻線233の誘起電圧の極性と異なる期間が発生する。
【0064】
符号4Pは、その期間(4並列接続期間)を示しており、期間4Pの間は、第1、第3の二次巻線231、233の誘起電圧の極性が等しく、第2、第4の二次巻線232、234の誘起電圧がそれとは逆極性になる。
【0065】
期間4Pにおいて、第1、第3の二次巻線231、233に正極性の電圧が誘起され、第2、第4の二次巻線232、234に負極性の電圧が誘起される場合は、第1〜第5の接続点a1〜a5の電圧E1〜E5は、E1>E2,E2<E3,E3>E4,E4<E5である。更に、各トランス81〜84のの巻数比が等しいから、E2=E4,且つ E1=E3=E5になる。
【0066】
その結果、正電圧が印加される接続点a1、a3、a5にアノード端子が接続された整流素子51a、53a、55aと、負電圧が印加される接続点a2、a4にカソード端子が接続された整流素子52b、54bが順バイアスされ、図6の点線に示すように電流が流れる。
この状態では、第1〜第4の二次巻線231〜234の全部が並列接続された状態になる。
【0067】
それとは逆に、第1、第3の二次巻線231、233に負極性の電圧が誘起され、第2、第4の二次巻線232、234に正極性の電圧が誘起される場合は、E1<E2,E2>E3,E3<E4,E4>E5,E2=E4,且つ E1=E3=E5になり、正電圧が印加される接続点a2、a4にアノード端子が接続された整流素子52a、54aと、負電圧が印加される接続点a1、a3、a5にカソード端子が接続された整流素子51b、53b、55bが順バイアスされ、図7の点線に示すように電流が流れる。この状態でも、第1〜第4の二次巻線231〜234の全部が並列接続されている。
【0068】
第1の規定電流値I1の二倍の電流値I2を第2の規定電流値とすると、1周期T中の期間2S2Pに対する期間4Pの長さ、即ち、期間4Pの期間2S2Pに対する比率は、出力電圧V0×出力電流I0が動作点Bや動作点Cにおける値を維持しながら、出力電流I0が第2の規定電流値I2を超えた量に応じて増加するようになっている。即ち、電源装置2は定電力モードで運転される。
【0069】
第1の規定電流値I1の4倍の電流値を第3の規定電流値I3とすると、期間2S2Pと期間4Pが混在する状態から出力電流I0が更に増加し、第3の規定電流値I3に達すると、図12に示すように、期間2S2Pがゼロになり、1周期Tが期間4Pで占められる。この状態は図13の動作点Dである。
【0070】
動作点Dにある状態から更に出力電流I0が増加しようとすると、定電力モードでの運転は解除され、第1〜4の副変換部71〜74内のHブリッジ回路を構成するトランジスタの動作期間が短くなる。即ち、第1〜第4の二次巻線231〜234の電圧がゼロVの期間が増加し、出力電流I0が減少する結果、出力電圧V0は低下する。出力電圧V0は、ほとんどゼロVである動作点Eまで移行する。
【0071】
以上説明したように、本電源装置2では、第1〜第4の二次巻線231〜234の接続状態を4直列から4並列まで段階的に変化させ、出力電流I0を増加させながら出力電圧V0を低下させるようになっている。
【0072】
この場合、各二次巻線231〜234に誘起される電圧の大きさと流れる電流の大きさには変化がなく、定電力が維持されるので、負荷28に供給される電流の最大値と電圧の最大値でトランスを設計しないで済む。
【0073】
なお、上記実施例では、整流回路24を構成する第1〜第5の整流素子直列回路311〜315は、2個の整流素子51a〜55a、51b〜55bを直列接続して構成したが、例えば、図14の第2の整流素子直列回路312が、並列接続した2個の整流素子52a1、52a2、52b1、52b2を直列接続して整流素子直列回路を構成しているように、どの整流素子直列回路を構成する整流素子であっても、2個以上の整流素子を並列接続することができる。
【0074】
また、各整流素子直列回路を構成する整流素子は、PN接合ダイオードやショットキー接合ダイオードの他、MOSFETをダイオードとして用いることもできる。
【0075】
更にまた、本発明は第1〜第4のトランス81に加え、第5番目以上の第5〜第M(Mは6以上の整数)のトランスを追加することもできる。この場合は、整流素子直列回路はM+1個必要になる。
【0076】
そして、第1〜第Mのトランス81〜8M内の第1〜第Mの二次巻線131〜13Mに誘起される交流電圧の位相を制御し、第1〜第Mの二次巻線131〜13Mを直列接続したときに、1個の二次巻線から出力される電圧のM倍の電圧が出力され、第1〜第Mの二次巻線131〜13Mを並列接続したときに、1個の二次巻線に流れる電流のM倍の電流が出力される。
【0077】
【発明の効果】
制御が容易な位相を変化させることで出力電力を一定に維持したまま出力電流を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電源装置の一例
【図2】その電源装置が4直列接続期間であって正極性の電圧が誘起されるときの電流の流れ方を説明するための図
【図3】4直列接続期間であって負極性の電圧が誘起されるときの電流の流れ方を説明するための図
【図4】2直列2並列接続期間であって正極性の電圧が誘起されるときの電流の流れ方を説明するための図
【図5】2直列2並列接続期間であって負極性の電圧が誘起されるときの電流の流れ方を説明するための図
【図6】4並列接続期間であって正極性の電圧が誘起されるときの電流の流れ方を説明するための図
【図7】4並列接続期間であって負極性の電圧が誘起されるときの電流の流れ方を説明するための図
【図8】1周期全部が4直列接続期間である場合のタイミングチャート
【図9】4直列接続期間と2直列2並列接続期間が混在する場合のタイミングチャート
【図10】1周期全部が2直列2並列接続期間である場合のタイミングチャート
【図11】2直列2並列接続期間と4並列接続期間が混在する場合のタイミングチャート
【図12】1周期全部が4並列接続期間である場合のタイミングチャート
【図13】本発明の電源装置の出力電流と出力電圧の関係を説明するためのグラフ
【図14】整流素子直列回路を構成する整流素子を並列接続させた電源装置の例
【図15】従来技術の電源装置の例
【符号の説明】
2……電源装置
7……主変換部
10……直流電圧源
131〜134……第1〜第4の一次巻線
231〜234……第1〜第4の二次巻線
24……整流回路
27……平滑回路
311〜315……第1〜第5の整流素子直列回路
36……カソード接続点
37……アノード接続点
51a〜55a、51b〜55b……整流素子
1〜a5……第1〜第5の接続点
4S……4直列接続期間
2S2P……2直列2並列接続期間
4P……4並列接続期間

Claims (6)

  1. 直流電圧源から交流電流を生成する主変換部と、
    前記主変換部からそれぞれ交流電流が供給される第1〜第4の一次巻線と、
    前記第1〜第4の一次巻線にそれぞれ磁気結合された第1〜第4の二次巻線と、
    前記第1〜第4の二次巻線に誘起される交流電圧を整流し、カソード接続点とアノード接続点に出力する整流回路と、
    前記カソード接続点と前記アノード接続点に出力された電圧を平滑する平滑回路とを有し、
    前記整流回路は、整流素子が第1〜第5の接続点でそれぞれ直列接続された第1〜第5の整流素子直列回路を有し、
    前記第1〜第4の二次巻線はこの順序で直列接続され、
    前記第1〜第4の二次巻線が直列接続された回路の両端と、前記第1〜第4の二次巻線が互いに接続された部分は、それぞれ前記第1〜第5の接続点に接続され、
    前記第1〜第5の整流素子直列回路のカソード側とアノード側は、カソード接続点とアノード接続点でそれぞれ互いに接続され、
    前記カソード接続点と前記アノード接続点に生じる電圧が、前記平滑回路で平滑され、出力端子から負荷に供給されるように構成され、
    制御回路により、前記第1〜第4の二次巻線に誘起される交流電圧の位相を制御し、前記第1〜第4の二次巻線を直列接続する4直列接続運転と、
    前記第1、第2の二次巻線を直列接続し、前記第3、第4の二次巻線を直列接続すると共に、前記第1、第2の二次巻線の直列接続回路と前記第3、第4の二次巻線の直列接続回路を並列接続する2直列2並列接続運転を行なえるように構成された電源回路であって、
    前記制御回路は、該電源回路に設けられた電流センサによって出力された出力電流の大きさが、予め設定された第1の規定電流値よりも小さい間は、前記4直列接続運転を行なって前記出力端子から定電圧を出力し、
    前記出力電流の大きさが前記第1の規定電流値を超えると、一周期中に前記4直列接続運転と前記2直列2並列接続の両方の運転を行ない、前記出力端子から定電力を出力するように構成された電源回路。
  2. 前記制御回路により、前記第1〜第4の二次巻線に誘起される交流電圧の位相を制御し、前記第1〜第4の二次巻線を並列接続する4並列接続運転を行なえるように構成された請求項1記載の電源回路であって、
    前記出力電流が前記第1の規定電流値の二倍の第2の規定電流値を超えると、前記4直列接続運転を無くし、一周期中に前記2直列2並列接続運転と前記4並列接続運転との両方の運転を行ない、前記出力端子から定電力を出力するように構成された電源回路。
  3. 前記制御回路により、前記出力電流が前記第1の規定電流値の四倍の第3の規定電流値に達すると、一周期中で前記2直列2並列接続運転を無くし、前記4並列接続運転を行なって前記出力端子の電圧を低下させるように構成された請求項2記載の電源回路。
  4. 交流電流がそれぞれ供給される第1〜第4の一次巻線と、
    前記第1〜第4の一次巻線にそれぞれ磁気結合された第1〜第4の二次巻線と、
    前記第1〜第4の二次巻線に誘起される交流電圧を整流し、カソード接続点とアノード接続点に出力する整流回路とを有し、
    前記カソード接続点と前記アノード接続点に出力された電圧を平滑して出力端子から負荷に供給する電源装置の出力電圧を制御する制御方法であって、
    前記第1〜第4の二次巻線に誘起される交流電圧の位相を制御し、前記出力端子から出力される出力電流の大きさが予め設定された第1の規定電流値よりも小さい間は、前記第 1〜第4の二次巻線を直列接続する4直列接続運転を行なって前記出力端子から定電圧を出力し、前記出力電流の大きさが前記第1の規定電流値を超えると、一周期中に、前記4直列接続運転と、前記第1、第2の二次巻線を直列接続し前記第3、第4の二次巻線を直列接続すると共に前記第1、第2の二次巻線の直列接続回路と前記第3、第4の二次巻線の直列接続回路を並列接続する2直列2並列接続運転との両方の運転を行ない、前記出力端子から定電力を出力する電源装置の制御方法。
  5. 前記第1〜第4の二次巻線に誘起される交流電圧の位相を制御し、前記出力電流が前記第1の規定電流値の二倍の第2の規定電流値を超えると、前記4直列接続運転を無くし、一周期中に前記2直列2並列接続運転と、前記第1〜第4の二次巻線を並列接続する4並列接続運転の両方を行ない、前記出力端子から定電力を出力する電源装置の制御方法。
  6. 前記第1〜第4の二次巻線に誘起される交流電圧の位相を制御し、
    前記出力電流が前記第1の規定電流値の四倍の第3の規定電流値に達すると、一周期中で前記2直列2並列接続運転を無くし、前記4並列接続運転を行なって前記出力端子の電圧を低下させる電源装置の制御方法。
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