JP4499641B2 - 交流負荷装置 - Google Patents

Description

本発明は、直流電圧の極性切替えとパルス幅制御とによる交流電圧を出力するインバータの負荷特性試験を行う交流負荷装置に関する。

各種の電池やコンデンサ等を含む直流電圧を出力する電源装置の負荷試験を行う為の電子負荷装置は、既に各種の構成が知られている。例えば、図５に示すように、電子負荷装置５１は、制御回路５２とトランジスタ５３と抵抗Ｒ１，Ｒ２と演算増幅器５４とを含む構成を有し、端子５５，５６に、電池やコンデンサ等の直流電圧を出力する被試験電源装置５７を接続する。端子５５，５６間のＶｉｎは被試験電源装置５７の出力電圧を示す。この電子負荷装置５１は、トランジスタ５３と電流検出用の抵抗Ｒ１とを端子５５，５６間に接続し、抵抗Ｒ１の両端の電流検出用電圧Ｖｒを、抵抗Ｒ２を介して演算増幅器５４にフィードバックし、制御回路５２により設定した電圧と比較し、その差分に相当する電圧をトランジスタ５３のベースに印加する。それにより、被試験電源装置５７からの電流Ｉｉｎが電子負荷装置５１に流れ込むことになる。

この被試験電源装置５７から電子負荷装置５１に流れる電流Ｉｉｎは、制御回路５２により設定した電圧に従った定電流となるから、被試験電源装置５７に対する定電流負荷特性を試験することができる。なお、Ｖｃｅはトランジスタ５３のコレクタ・エミッタ間電圧を示す。この電子負荷装置５１の端子５５，５６間では、被試験電源装置５７からの電流Ｉｉｎに対応した電圧Ｖｃｅ，Ｖｒが生じる。従って、この電圧降下分の為に、被試験電源装置５７の端子電圧が零となるまで電流Ｉｉｎを電子負荷装置５１に流すことができないものであり、例えば、この電圧降下分を補償する為のバイアス電源を、トランジスタ５３と端子５５との間に接続することも知られている（例えば、特許文献１参照）。又制御回路５２に端子５５，５６間の被試験電源装置５７の電圧を入力し、この電圧が設定値となるように、演算増幅器５４を介してトランジスタ５３を制御し、被試験電源装置５７の定電圧特性の負荷試験を行うこともできる。

又交流電圧を出力する電源装置の負荷試験を行う為の交流負荷装置は、交流電圧の正負極性対応の前述の電子負荷装置を２台、直列的に接続した構成が一般的である。その場合に、図５に示す構成を適用した場合、一方と他方との２個のトランジスタのエミッタ間をそれぞれ電流検出用の抵抗を介して直列に接続し、各トランジスタと並列にバイパス用のダイオードを接続し、交流電圧の一方の極性の期間では、一方のトランジスタにより電流を制御し、他方のトランジスタはその電流がバイパス用ダイオードを流れるように構成する。又このバイパス用ダイオードを、内部の寄生ダイオードを利用して、その接続を省略できる電界効果トランジスタにより、一方と他方とのトランジスタとした構成も知られている（例えば、特許文献２参照）。

又直流電圧の極性切替えとパルス幅制御とによる交流電圧を出力するインバータは、設定した電圧又は周波数となるように、交流の正負各極性の半周期毎に、それぞれ零クロス点近傍のパルス幅は狭く、且つ半周期内の中心点近傍のパルス幅は広くなるように、スイッチング制御する構成を有するものである。従って、パルス幅を全体的に広くすれば、正負極性の切替えの周期を基本波周期とする出力交流電圧を等価的に高くすることができ、反対に狭くすれば出力交流電圧を等価的に低くすることができる。又正負の半周期の期間を短くするように、正負極性の出力電圧の切替えを制御すれば、出力交流電圧の基本波の周波数を高くすることができる。反対に、正負の半周期の期間を長くするように、正負極性の出力電圧の切替えを制御すれば、出力交流電圧の基本波の周波数を低くすることができる。又インバータは、単相交流電圧のみでなく、３相位相に従ってスイッチング制御することにより、パルス幅制御の３相交流電圧を出力する構成も知られており、又蛍光灯用や交流モータ用等の交流電圧を印加する負荷の特性に対応して既に各種提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００１−１３４３２６号公報 特開２００４−３２５２２０号公報 特開２００５−１９８３７８号公報

インバータは、前述のように、正負極性の直流電圧を、出力交流電圧の基本波の周期に従って切替え、且つ正極性と負極性との電圧を、それぞれパルス幅制御により正弦波電圧成分を含むようにスイッチング制御する構成を有するものであり、インバータとしては、正弦波電圧出力型と、パルス幅制御電圧出力型とに大別することができる。一般的に、後者のパルス幅制御電圧出力型の方が廉価であり、比較的大きなインダクタンス成分を有する交流モータ駆動用として、多く使用されている。

又交流電圧を出力するインバータの負荷試験を行う交流負荷装置として、前述の従来例の交流負荷装置は、直流電圧を出力する電源装置の負荷試験を行う電子負荷装置の約２倍の構成部品を含むものであるから、コストアップとなる問題がある。そこで、インバータの出力の交流電圧をダイオードにより整流して、直流電源の付加試験を行う電子負荷装置により負荷試験を行うことが考えられる。しかし、前述の交流モータ駆動用のインバータは、廉価のパルス幅制御電圧出力型の場合、インバータからは数ｋＨｚ〜数１０ｋＨｚのスイッチング周波数による高周波パルス電圧が出力されており、全波整流回路を構成するダイオードは、低周波用であるから、高周波パルス電圧に対する応答性が低いことにより、安定な整流出力電圧を得ることが困難である。従って、インバータの出力電圧に対応して、負荷電流を流すことができないことになる。即ち、インバータの負荷試験を正確に行うことが困難である問題がある。

本発明は、比較的簡単な構成により、前述の問題点を解決することを目的とする。

本発明の交流負荷装置は、直流電圧の極性切替えとパルス幅制御とにより交流電圧を出力するインバータの負荷試験を行う交流負荷装置に於いて、前記インバータのパルス幅制御による出力交流電圧を入力し、該出力交流電圧の基本波成分を通過帯域とするフィルタと、該フィルタの出力電圧を全波整流する全波整流回路と、該全波整流回路の出力の直流電圧を入力し、該直流電圧により流れる直流電流を設定値に従って制御する電子負荷装置とを備えている。

比較的簡単な構成のフィルタを設けて、パルス幅制御によるインバータの出力電圧の高周波成分を除去することにより、全波整流回路を構成するダイオードが低周波用であっても、その応答可能範囲の周波数成分を全波整流することができるから、この整流出力電圧を入力する電子負荷装置により、インバータの負荷試験を行うことが可能となる。

本発明の交流負荷装置は、図１を参照して説明すると、直流電圧の極性切替えとパルス幅制御とにより交流電圧を出力するインバータの負荷試験を行う交流負荷装置であって、インバータ４のパルス幅制御による出力交流電圧を入力し、この出力交流電圧の基本波成分を通過帯域とする例えばリアクトルＬとコンデンサＣとを含む構成のフィルタ３と、このフィルタ３の出力電圧を全波整流するダイオード・ブリッジ接続構成等による全波整流回路２と、この全波整流回路２の出力の直流電圧を入力し、この直流電圧により流れる直流電流をインバータ４の負荷試験用の設定値に従って定電流制御特性、定抵抗制御特性で制御する電子負荷装置１とを備えている。

図１は、本発明の実施例１の説明図であり、定電流特性で、インバータの負荷試験を行う場合の構成を示し、１は電子負荷装置、２はダイオード・ブリッジ接続の全波整流回路、３はコンデンサＣとリアクトルＬとからなるフィルタ、４はインバータを示す。インバータ４は、交流電圧の基本波の周期に従った正負極性の電圧切替えと、設定した基本波電圧に従ったパルス幅制御とにより、図示のような波形の交流電圧を出力して、交流モータを駆動する構成を有するものである。

このインバータ４の負荷試験を行う交流負荷装置を、図示のように、電子負荷装置１と全波整流回路２とフィルタ３とにより構成する。全波整流回路２は、ダイオード・ブリッジによる全波整流を行う構成を有するものであり、又フィルタ３は、コンデンサＣとリアクトルＬとにより構成したローパスフィルタであって、インバータ４の出力交流電圧に含まれる高周波成分を除去して、出力交流電圧の基本波成分を通過帯域とする特性を有するものである。従って、このフィルタ４は、コンデンサＣとリアクトルＬとにより構成した場合を示すが、他の既に知られている各種の構成を適用することができる。

図２は、本発明の実施例１の詳細な説明図であり、図１と同一符号は同一部分を示し、１０は交流負荷装置、１２は制御回路、１３はトランジスタ、１４は演算増幅器、１５，１６は端子、１７は電流設定用基準電圧、１８，１９はインバータ（図示を省略）を接続する端子を示す。トランジスタ１３は、バイポーラ型の場合を示すが、電界効果型のトランジスタとすることも可能である。又全波整流回路２は、ダイオードをブリッジ接続した構成を有し、又フィルタ３は、図１に示す場合と同様にコンデンサＣとリアクタンスＬとから構成した場合を示す。なお、このフィルタ３は、前述のように、基本波成分を通過帯域とする各種のフィルタ構成を適用することができる。

端子１８，１９に、直流電圧の極性の切替えとパルス幅制御とによるインバータの出力交流電圧を印加すると、フィルタ３により高周波成分が除去されて基本波成分が全波整流回路２に入力され、整流用のダイオードは、この基本波成分に対して充分な応答特性を有するから、インバータの出力交流電圧を安定に整流することが可能であり、従って、インバータの出力交流電圧に対応した全波整流出力を電子負荷装置１の端子１５，１６に印加することができる。

電子負荷装置１は、制御回路１２とトランジスタ１３と演算増幅器１４と抵抗Ｒ１，Ｒ２と電流設定用基準電圧１７とを含む構成の場合を示し、制御回路１２は、図５に示す従来例の制御回路と同様の構成とすることができる。又電流設定用基準電圧１７により設定した電圧を制御回路１２に入力することにより、インバータの負荷電流を設定する。即ち、トランジスタ１３を介して流れるインバータの負荷電流を抵抗Ｒ１により検出し、制御回路１２から電流設定用基準電圧１７の設定電圧値に対応した電圧を演算増幅器１４に入力し、抵抗Ｒ１の両端の電流検出電圧との差分に対応してトランジスタ１３を制御する。従って、トランジスタ１３に流れる電流、即ち、インバータの負荷電流を設定値となるように制御することができるから、インバータの定電流負荷試験を行うことができる。

図３は、本発明の実施例２の説明図であり、図１と同一符号は同一名称部分を示し、電子負荷装置１を定抵抗特性となるように制御して、インバータ４の負荷試験を行う場合を示す。即ち、電子負荷装置１の入力電圧を検出し、この入力電圧を基に電子負荷装置１に流れる電流を制御し、インバータ４に対して定抵抗負荷と見做すことができる特性とするものである。インバータ４は、前述のように、直流電圧の極性切替えとパルス幅制御とによる交流電圧を出力してフィルタ３に入力し、このフィルタ３により高周波成分を除去し、全波整流回路２により全波整流して電子負荷装置１に入力するもので、フィルタ３により高周波成分を除去して、全波整流回路２により安定な全波整流出力電圧を得ることができる。この場合、電子負荷装置１を定抵抗負荷特性として、パルス幅制御の交流電圧を出力するインバータ４の負荷特性を試験することができる。

図４は、本発明の実施例２の電子負荷装置の説明図であり、図２と同一符号は同一部分を示し、２０が除算器、Ｒ３，Ｒ４は抵抗、Ｃ１はコンデンサ、Ｖｒｅｆは比較基準電圧を示す。電子負荷装置１の端子１５，１６間の電圧Ｖｉｎを制御回路１２に入力し、抵抗Ｒ３，Ｒ４により分圧し、その分圧出力電圧を除算器２０により比較基準電圧Ｖｒｅｆにより除算し、その除算出力電圧を演算増幅器１４に入力し、又抵抗Ｒ１による電流検出電圧を演算増幅器１４に入力し、差分に対応した電圧をベースに入力してトランジスタ１３を制御する。

抵抗Ｒ３，Ｒ４による分圧比をｎとすると、分圧電圧は、Ｖｉｎ／ｎとなり、この分圧電圧を除算器２０により、Ｖｉｎ／ｎ・Ａ・Ｖｒｅｆ＝Ｒｓ・Ｉｉｎとなる。なお、Ａは除算器２０の特性による固定値を示し、又Ｒｓは等価抵抗、Ｉｉｎは電流を示す。即ち、トランジスタ１３に、この電流Ｉｉｎが流れることになり、比較基準電圧Ｖｒｅｆにより等価抵抗Ｒｓを設定して、インバータの負荷試験を、定抵抗特性とした電子負荷装置１により行うことができる。

又電子負荷装置１の端子１５，１６に入力される電圧Ｖｉｎと、トランジスタ１３に流れる電流Ｉｉｎとの積が一定となるように、制御回路１２によりトランジスタ１３を制御する構成として、インバータに対する定電力負荷特性の試験を行うことも可能である。

本発明の実施例１の説明図である。 本発明の実施例１の詳細な説明図である。 本発明の実施例２の説明図である。 本発明の実施例２の電子負荷装置の説明図である。 電子負荷装置の説明図である。

符号の説明

１ 電子負荷装置
２ 全波整流回路
３ フィルタ
４ インバータ
１２ 制御回路
１３ トランジスタ
１４ 演算増幅器
１５，１６ 端子
１７ 電流設定用基準電圧

Claims (1)

1. 直流電圧の極性切替えとパルス幅制御とにより交流電圧を出力するインバータの負荷試験を行う交流負荷装置に於いて、
   前記インバータのパルス幅制御による出力交流電圧を入力し、該出力交流電圧の基本波成分を通過帯域とするフィルタと、
   該フィルタの出力電圧を全波整流する全波整流回路と、
   該全波整流回路の出力の直流電圧を入力し、該直流電圧により流れる直流電流を、前記インバータの負荷試験用の設定値に従って定電流制御特性、定抵抗制御特性で制御する電子負荷装置と
   を備えたことを特徴とする交流負荷装置。

Images