JP4423455B2 - 自励発振型電力変換器の間欠駆動装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、直流電源から半導体スイッチ素子を駆動する巻線を具備した変圧器を介して任意の直流出力に変換する自励発振型電力変換器、特に軽負荷時の電力損失を低減するための間欠駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図3に従来例を示す。
すなわち、直流電源11、コンデンサ4、変圧器一次巻線21、半導体スイッチ素子71および電流制限用抵抗91を直列に接続し、半導体スイッチ素子72とコンデンサ5との並列回路をコンデンサ4と変圧器一次巻線21との間に並列に接続し、変圧器駆動巻線24を半導体スイッチ素子71のゲート・ソース間に抵抗81を介して、また、変圧器駆動巻線25を半導体スイッチ素子72のゲート・ソース間に抵抗82を介してそれぞれ接続し、半導体スイッチ素子71のゲート・ソース間にはダイオード111およびトランジスタ101と、直流電源12、トランジスタ102およびダイオード112をそれぞれ接続し、半導体スイッチ素子71と電流制限用抵抗91の接続点には電流検出回路131およびトランジスタ101のベースにベース抵抗92を介して接続し、電流検出回路131からパルス発生回路141に、パルス発生回路141からトランジスタ101,102のベース端子にそれぞれ接続し、変圧器二次巻線22,23にはダイオード61,62および平滑用コンデンサ3を接続し、直流出力から出力電圧検出,調節回路121を介して接続するようにしている。
【0003】
以上のような回路で、電流検出回路131は抵抗91の電圧を検出する。抵抗91の電圧は半導体スイッチ素子71に流れる電流にほぼ比例しており、また、この電圧を平滑することにより、等価的に負荷電流を検出することになる。電流検出回路131により検出した値が、或る任意の値以下となった(軽負荷時となった)場合、パルス発生回路141が動作し、或る任意の期間トランジスタ101がオンし、半導体スイッチ素子71のゲート・ソース間を短絡し、半導体スイッチ素子71をオフさせる。その後トランジスタ101をオフし、トランジスタ102を或る任意の期間オンさせ、自励発振動作を開始させる。電流検出回路131により検出した値が、或る任意の値以上となった(重負荷時となった)場合、自励発振動作を継続させ、トランジスタ101,102は動作させない。
つまり、軽負荷時において自励発振動作を停止させることにより、半導体スイッチ素子71,72の出力容量、コンデンサ4,5の充放電エネルギーなどが小さくなり、電力損失が低減する。
【0004】
図4に、図3における軽負荷時の間欠パルス(トランジスタ101,102の駆動電圧)波形、および半導体スイッチ素子71のゲート電圧波形を示す。
いま、トランジスタ101をオフ、トランジスタ102をTaの期間オンすると、半導体スイッチ素子71に正のゲート電圧が印加され、自励発振動作が開始する。自励発振動作が継続している期間は変圧器一次巻線21から変圧器二次巻線22,23を介して負荷に電力が供給される。その後、トランジスタ101がオンすることにより、半導体スイッチ素子71には正のゲート電圧が印加されないため、オンしない。しかしながら、半導体スイッチ素子71には出力容量が存在するため共振電流は減衰しながら流れ続け、変圧器駆動巻線24,25には共振電圧が印加される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
図3のような回路では、トランジスタ102のオン時間Taは一定であり、そのためこのオン時間Taを広くすると負荷が軽いときに出力電圧が上がりすぎ、反対に狭くすると重負荷時の起動が十分にできない、などの問題が生じる。
したがって、この発明の課題は、自励発振型電力変換装置における軽負荷時の電力損失を低減させつつ、出力電圧を精度良く制御すること、起動を確実にすることなどにある。
【0006】
【課題を解決すための手段】
このような課題を解決するため、請求項1の発明では、直流電源に接続された第1半導体スイッチ素子と第2半導体スイッチ素子との直列回路と、前記第1半導体スイッチ素子と第2半導体スイッチ素子との直列接続点と前記直流電源との間に接続された変圧器の一次巻線とコンデンサとの直列回路と、前記第1半導体スイッチ素子と第2半導体スイッチ素子をそれぞれ駆動するための駆動巻線と、前記変圧器の二次巻線に接続された整流回路とを備え、前記駆動巻線に発生する電圧によって前記第1半導体スイッチ素子と第2半導体スイッチ素子をオンさせることにより自励発振する自励発振型電力変換器を、間欠駆動させる自励発振型電力変換器の間欠駆動装置において、
負荷電流または負荷電流相当の電流を検出する電流検出器と、パルス発生回路と、前記自励発振型電力変換器の出力電圧を検出するとともに、その検出電圧を所定の電圧に一致させるための電圧検出,調節回路とを設け、
前記パルス発生回路は、前記第1半導体スイッチ素子に対し、前記電流検出器による検出電流値が所定値以上になったときは、前記自励発振を停止する第1の間欠駆動パルスを与え、
前記電流検出器による検出電流値が所定値以下になったときは、前記電圧検出,調節回路の出力に応じてパルス幅が調節され前記自励発振を起動させるための第2の間欠駆動パルスを出力することを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】
図1はこの発明の実施の形態を示す構成図で、パルス発生回路および出力電圧検出,調節回路の具体例を示す。
パルス発生回路141は、発振回路とコンデンサ151および抵抗161などより構成され、トランジスタ102のオン時間はコンデンサ151および抵抗161により決定される。さらに、抵抗162とトランジスタ103との直列回路を抵抗161と並列に接続し、トランジスタ103のベース端子には出力電圧検出,調節回路121を接続する。この出力電圧検出,調節回路121は変換器出力電圧を検出する検出器と、その検出電圧を設定値Voに一致させるための調節演算を行ない、検出電圧と設定値Voとの偏差に応じた出力を出す良く知られた調節器とを備えている。
【0008】
図2は図1の動作を説明するための波形図である。これは、出力電圧、軽負荷時の間欠パルス(トランジスタ101,102駆動電圧)および半導体スイッチ素子71のゲート電圧の各波形を示す。この図は、トランジスタ102のオンパルス幅を出力電圧検出,調節回路121からの出力により任意の幅に変化させることで、半導体スイッチ素子71のゲート電圧印加時間を調節し、結果的に出力電圧の平均値を出力電圧設定値に等しくすることを表わしている。
【0009】
以下、図2も参照しながらこの発明の動作について説明する。
いま、出力電圧がその設定値Voよりも大きくなると、出力電圧検出,調節回路121の出力が大きくなり、トランジスタ103のベース電流が増加し、トランジスタ103のコレクタ−エミッタ間の抵抗分が低下する。結果的に、抵抗161,162およびコレクタ−エミッタ間の合成抵抗値が小さくなるため、パルス発生回路141から出力されるトランジスタ102を駆動するための電圧幅が、例えば図2にTa1で示すように狭くなる。
【0010】
これに対し、出力電圧がその設定値よりも小さくなると、出力電圧検出,調節回路121の出力が小さくなり、トランジスタ103のベース電流が減少し、トランジスタ103のコレクタ−エミッタ間の抵抗分が増加する。結果的に、抵抗161,162およびコレクタ−エミッタ間の合成抵抗値が大きくなるため、パルス発生回路141から出力されるトランジスタ102を駆動するための電圧幅が、例えば図2にTa2で示すようにTa1よりも広くなる。
このように、トランジスタ102のオンパルス幅を、出力電圧検出,調節回路121の出力(電圧)に応じて変化させ、半導体スイッチ素子71のゲート電圧印加時間を調節し、結果的に出力電圧の平均値を出力電圧設定値と等しくなるようにしている。
【0011】
また、起動時には、トランジスタ103にはベース電流は供給されないため、トランジスタ103はオフとなって合成抵抗が抵抗161のみで決定されることから、トランジスタ102を駆動するための電圧幅は、起動のためには十分な幅が確保される。
【0012】
【発明の効果】
この発明によれば、自励発振型電力変換器の間欠駆動において、出力電圧検出,調節回路の出力により間欠駆動パルス幅を変化させ、半導体スイッチ素子のゲート電圧印加時間を調節することにより、出力電圧を一定値となるように制御できるだけでなく、重負荷時にも確実な起動を可能とすることができる利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態を示す構成図である。
【図2】図1の動作説明図である。
【図3】従来例を示す回路図である。
【図4】図3の動作説明図である。
【符号の説明】
11,12…直流電源、2…変圧器、21…変圧器一次巻線、22,23…変圧器二次巻線、24,25…駆動巻線、3…平滑用コンデンサ、4,5,151…コンデンサ、61,62,111,112…ダイオード、71,72…半導体スイッチ素子、81,82…ゲート抵抗、91…電流制限用抵抗、92…ベース抵抗、101,102,103…トランジスタ、121…出力電圧検出,調節回路、131…電流検出回路、141…パルス発生回路、161,162…抵抗。
Claims (1)
- 直流電源に接続された第1半導体スイッチ素子と第2半導体スイッチ素子との直列回路と、前記第1半導体スイッチ素子と第2半導体スイッチ素子との直列接続点と前記直流電源との間に接続された変圧器の一次巻線とコンデンサとの直列回路と、前記第1半導体スイッチ素子と第2半導体スイッチ素子をそれぞれ駆動するための駆動巻線と、前記変圧器の二次巻線に接続された整流回路とを備え、前記駆動巻線に発生する電圧によって前記第1半導体スイッチ素子と第2半導体スイッチ素子をオンさせることにより自励発振する自励発振型電力変換器を、間欠駆動させる自励発振型電力変換器の間欠駆動装置において、
負荷電流または負荷電流相当の電流を検出する電流検出器と、パルス発生回路と、前記自励発振型電力変換器の出力電圧を検出するとともに、その検出電圧を所定の電圧に一致させるための電圧検出,調節回路とを設け、
前記パルス発生回路は、前記第1半導体スイッチ素子に対し、前記電流検出器による検出電流値が所定値以上になったときは、前記自励発振を停止する第1の間欠駆動パルスを与え、
前記電流検出器による検出電流値が所定値以下になったときは、前記電圧検出,調節回路の出力に応じてパルス幅が調節され前記自励発振を起動させるための第2の間欠駆動パルスを出力することを特徴とする自励発振型電力変換器の間欠駆動装置。
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