JP4530947B2 - Power capacitor charging device - Google Patents
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Description
この発明は、機器に組み込まれる直流電源等に備えられる電力用コンデンサを目標電圧まで繰り返し充電する電力用コンデンサの充電装置に関するものである。 The present invention relates to a power capacitor charging apparatus that repeatedly charges a power capacitor provided in a DC power source or the like incorporated in a device to a target voltage.
従来の電力用コンデンサの充電装置としては、交流電源を整流する整流器と、整流器による整流電圧出力を平滑する平滑用コンデンサと、電力用コンデンサの充電時にオン制御されて、平滑用コンデンサによる直流電源を電力用コンデンサに接続し、電力用コンデンサの放電時にオフ制御されて、直流電源から電力用コンデンサ側への電流漏れを抑止する第1の半導体スイッチと、第1の半導体スイッチおよび電力用コンデンサ間に設けられ、リアクトル、第2の半導体スイッチ、フライホイール用ダイオードおよびダイオードから構成され、第1および第2の半導体スイッチのオン期間にリアクトルに直流電源を印加し、第2の半導体スイッチのオフによりリアクトルに蓄積された電磁エネルギーを電力用コンデンサに充電する昇圧チョッパ回路とを備えたものがある。 Conventional power capacitor charging devices include a rectifier that rectifies an AC power source, a smoothing capacitor that smoothes the rectified voltage output from the rectifier, and a DC power source that uses a smoothing capacitor that is on-controlled during charging of the power capacitor. A first semiconductor switch connected to the power capacitor and controlled to be turned off when the power capacitor is discharged to suppress current leakage from the DC power source to the power capacitor side, and between the first semiconductor switch and the power capacitor A reactor, a second semiconductor switch, a flywheel diode and a diode, and a DC power supply is applied to the reactor during the on-period of the first and second semiconductor switches, and the reactor is turned off when the second semiconductor switch is off. Booster choke that charges the power capacitor with the electromagnetic energy stored in There is provided with a circuit.
昇圧チョッパ回路の制御としては、電力用コンデンサの充電電圧目標設定値と、電力用コンデンサの残留電圧と、平滑用コンデンサによる直流電源電圧とに基づいて、電力用コンデンサの充電電圧が充電電圧目標設定値になるように第1および第2の半導体スイッチをオンオフ制御するものである。
なお、第2の半導体スイッチがオフになるタイミングは、iL×L/EINで表すことができる。但し、iLはリアクトルに流す電流指令、Lはリアクトルのインダクタンス、EINは平滑用コンデンサによる直流電源電圧である(例えば、特許文献1参照)。
The boost chopper circuit is controlled by setting the charging voltage of the power capacitor based on the target setting value of the charging voltage of the power capacitor, the residual voltage of the power capacitor, and the DC power supply voltage of the smoothing capacitor. The first and second semiconductor switches are controlled to be turned on / off so as to have a value.
Note that the timing at which the second semiconductor switch is turned off can be represented by iL × L / EIN. However, iL is a current command to flow through the reactor, L is an inductance of the reactor, and EIN is a DC power supply voltage by a smoothing capacitor (see, for example, Patent Document 1).
従来の電力用コンデンサの充電装置は以上のように構成されているので、交流電源から直接に整流した直流電源を昇圧チョッパ回路のみを用いて、電力用コンデンサを充電電圧目標設定値まで高速充電することができる。
しかしながら、第2の半導体スイッチがオフになるタイミングがiL×L/EINで表わされ、電源投入時は平滑用コンデンサによる直流電源電圧EINが零であるため、第2の半導体スイッチがオフになるタイミングが非常に長くなる。すなわち、電力用コンデンサに充電される時間が長くなり、充電電流も大きくなる。
このため、第1の半導体スイッチおよびダイオードには大きな電流が流れるため、この電流に耐えられる定格電流のものを使用しなければならず、このため外形寸法が大きくなり、高価になるという課題があった。
また、電力用コンデンサの突入電流が許容電流を超え、電力用コンデンサの寿命劣化や損傷をもたらす恐れがあるなどの課題があった。
Since the conventional power capacitor charging device is configured as described above, the power capacitor is charged at high speed up to the target set value of the charging voltage using only the step-up chopper circuit of the DC power source rectified directly from the AC power source. be able to.
However, the timing at which the second semiconductor switch is turned off is expressed by iL × L / EIN, and when the power is turned on, the DC power supply voltage EIN by the smoothing capacitor is zero, so the second semiconductor switch is turned off. The timing is very long. That is, the time for charging the power capacitor is increased, and the charging current is also increased.
For this reason, since a large current flows through the first semiconductor switch and the diode, it is necessary to use a rated current that can withstand this current, which increases the external dimensions and increases the cost. It was.
In addition, there is a problem that the inrush current of the power capacitor exceeds the allowable current, and there is a risk that the life of the power capacitor may be deteriorated or damaged.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、電源投入時の電力用コンデンサへの突入電流を抑制し、電力用コンデンサおよび昇圧チョッパ回路を保護すると共に小型化および低価格化を実現する電力用コンデンサの充電装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and suppresses inrush current to the power capacitor when the power is turned on, protects the power capacitor and the boost chopper circuit, and reduces the size and price. An object of the present invention is to obtain a power capacitor charging device that realizes the above.
この発明に係る電力用コンデンサの充電装置は、直流電源の充電による時定数回路からなり、直流電源の電源投入時に半導体スイッチのオン時間幅が短く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が長くなるような制御パルスを発生する第1のチョッパ制御回路と、電力用コンデンサの充電電圧が予め設定された目標充電電圧に到達した場合に半導体スイッチの動作を停止させるような制御パルスを発生する第2のチョッパ制御回路と、第1および第2のチョッパ制御回路から発生された制御パルスに基づいて半導体スイッチの動作を制御する第4のチョッパ制御回路とを備え、第2のチョッパ制御回路は、電力用コンデンサの放電により充電電圧が予め設定された目標充電電圧を満たさなくなった場合に半導体スイッチを動作させるような制御パルスを発生し、第1のチョッパ制御回路は、第2のチョッパ制御回路による半導体スイッチの動作再開の制御パルスの発生に連動して、時定数回路をリセットすると共に、半導体スイッチのオン時間幅が短く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が長くなるような制御パルスを再発生するようにしたものである。 The charging device for a power capacitor according to the present invention comprises a time constant circuit by charging a DC power supply, and the ON time width of the semiconductor switch is short when the DC power supply is turned on, and the ON time width gradually increases with time. A first chopper control circuit for generating a control pulse and a second chopper for generating a control pulse for stopping the operation of the semiconductor switch when the charging voltage of the power capacitor reaches a preset target charging voltage. A chopper control circuit; and a fourth chopper control circuit that controls the operation of the semiconductor switch based on control pulses generated from the first and second chopper control circuits . A control parameter that operates the semiconductor switch when the charging voltage does not satisfy the preset target charging voltage due to the discharge of the capacitor. The first chopper control circuit resets the time constant circuit in conjunction with the generation of the control pulse for resuming the operation of the semiconductor switch by the second chopper control circuit, and the on-time width of the semiconductor switch is A control pulse that is short and gradually increases the on-time width as time elapses is regenerated .
この発明によれば、第4のチョッパ制御回路では、直流電源の電源投入直後に、第1のチョッパ制御回路から発生される半導体スイッチのオン時間幅が短く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が長くなるような制御パルスで半導体スイッチを動作させることで、電源投入時の電力用コンデンサへの突入電流を抑制し、電力用コンデンサおよび昇圧チョッパ回路を保護すると共に小型化および低価格化を実現する。また、第2のチョッパ制御回路から発生される制御パルスで電力用コンデンサの充電電圧が目標充電電圧に到達した場合に半導体スイッチの動作を停止させ、電力用コンデンサの充電電圧が目標充電電圧になるようにすることができる。さらに、第2のチョッパ制御回路は、電力用コンデンサの放電により充電電圧が予め設定された目標充電電圧を満たさなくなった場合に半導体スイッチを動作させるような制御パルスを発生し、第1のチョッパ制御回路は、第2のチョッパ制御回路による半導体スイッチの動作再開の制御パルスの発生に連動して、時定数回路をリセットすると共に、半導体スイッチのオン時間幅が短く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が長くなるような制御パルスを再発生するので、電力用コンデンサの放電に応じて再充電することができる。また、その再充電の際においても、電力用コンデンサへの突入電流を抑制し、電力用コンデンサ、第1および第2の半導体スイッチおよびリアクトルを保護すると共に小型化および低価格化を実現する。さらに、電力用コンデンサの充電電圧が目標充電電圧になるようにすることができる効果がある。
According to the present invention, in the fourth chopper control circuit, the on-time width of the semiconductor switch generated from the first chopper control circuit is short immediately after the DC power supply is turned on, and the on-time width gradually increases with time. By operating the semiconductor switch with a long control pulse, the inrush current to the power capacitor when the power is turned on is suppressed, the power capacitor and the boost chopper circuit are protected, and miniaturization and cost reduction are realized. . Further, when the charging voltage of the power capacitor reaches the target charging voltage by the control pulse generated from the second chopper control circuit, the operation of the semiconductor switch is stopped, and the charging voltage of the power capacitor becomes the target charging voltage. Can be . Further, the second chopper control circuit generates a control pulse for operating the semiconductor switch when the charging voltage does not satisfy the preset target charging voltage due to the discharging of the power capacitor, and the first chopper control circuit The circuit resets the time constant circuit in conjunction with the generation of a control pulse for resuming the operation of the semiconductor switch by the second chopper control circuit, and the on-time width of the semiconductor switch is short. As a result, the control pulse is generated again so as to be longer, so that it can be recharged according to the discharge of the power capacitor. Further, even during the recharging, the inrush current to the power capacitor is suppressed, the power capacitor, the first and second semiconductor switches, and the reactor are protected, and the size and the price are reduced. Furthermore, there is an effect that the charging voltage of the power capacitor can be set to the target charging voltage .
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による電力用コンデンサの充電装置を示す回路図であり、図において、整流器(電源回路)1は、交流電源線に接続され、電源投入に応じて供給される交流電源を整流するものである。平滑用コンデンサ(電源回路)2は、整流器1の出力側の高電位線および低電位線間に接続され、その整流出力を平滑し直流電源を発生するものである。
電力用コンデンサ3は、平滑用コンデンサ2の出力側であって後述する昇圧チョッパ回路の出力側の高電位線および低電位線間に接続され、目標充電電圧まで繰り返し充電されるものである。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a power capacitor charging apparatus according to
The
第1の半導体スイッチ(半導体スイッチ)4は、平滑用コンデンサ2の出力側の高電位線に接続され、第1のダイオード5は、第1の半導体スイッチ4の出力側の高電位線および低電位線間に逆極性に接続され、リアクトル6は、第1のダイオード5の出力側の高電位線に接続され、第2の半導体スイッチ(半導体スイッチ)7は、リアクトル6の出力側の高電位線および低電位線間に接続され、第2のダイオード8は、第2の半導体スイッチ7の出力側であって電力用コンデンサ3の入力側の高電位線に順極性に接続されたものである。なお、これら第1および第2の半導体スイッチ4,7、第1および第2のダイオード5,8、リアクトル6により、平滑用コンデンサ2から発生される直流電源を電力用コンデンサ3に充電する昇圧チョッパ回路を構成するものである。
The first semiconductor switch (semiconductor switch) 4 is connected to the high potential line on the output side of the
制御回路用電源回路11は、交流電源線に接続され、電源投入に応じて供給される交流電源を直流電源に変換し、後述する三角波発生回路15、第1の比較回路16、目標電圧設定部17、充電電圧制御用誤差増幅回路18、第2の比較回路19およびアンド回路20の各回路にその直流電源を供給するものである。
制御用コンデンサ12、抵抗13、電源14およびグランドは、直列接続され、制御回路用電源回路11の出力側の高電位線が制御用コンデンサ12に、低電位線が電源14のグランド間に接続されたものである。これにより、制御用コンデンサ12および抵抗13の時定数に応じた波形を発生する時定数回路を構成するものである。
The control circuit
The
三角波発生回路15は、制御回路用電源回路11からの直流電源の供給に応じて三角波を発生するものである。第1の比較回路16は、三角波発生回路15からの三角波を+端子から入力し、制御用コンデンサ12および抵抗13間の電圧波形を−端子から入力して、両波形の比較に応じた制御パルスを発生するものである。なお、これら制御回路用電源回路11、制御用コンデンサ12、抵抗13、電源14、三角波発生回路15および第1の比較回路16により、電源投入時に第1および第2の半導体スイッチ4,7のオン時間幅が短く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が長くなるような制御パルスを発生する第1のチョッパ制御回路を構成するものである。
The triangular wave generation circuit 15 generates a triangular wave in response to the supply of DC power from the control circuit
目標電圧設定部17は、電力用コンデンサ3を充電する目標充電電圧を設定するものである。充電電圧制御用誤差増幅回路18は、目標電圧設定部17に設定された目標充電電圧と、電力用コンデンサ3の高電位線に接続された充電電圧検出線(充電電圧検出回路)からの電力用コンデンサ3の充電電圧とを比較し、その充電電圧が目標充電電圧以上の場合に信号出力し、充電電圧が目標充電電圧未満の場合にその信号出力を停止するものである。第2の比較回路19は、三角波発生回路15からの三角波を+端子から入力し、充電電圧制御用誤差増幅回路18からの信号出力を−端子から入力して、両波形の比較に応じた制御パルスを発生するものである。なお、これら目標電圧設定部17、充電電圧制御用誤差増幅回路18および第2の比較回路19により、電力用コンデンサ3の充電電圧が予め設定された目標充電電圧に到達した場合に第1および第2の半導体スイッチ4,7の動作を停止させるような制御パルスを発生する第2のチョッパ制御回路を構成するものである。
The target
アンド回路20は、第1の比較回路16から発生された制御パルスと第2の比較回路19から発生された制御パルスとの論理積を取り、その論理積に応じた制御パルスに基づいて第1および第2の半導体スイッチ4,7の動作を制御するものである。なお、このアンド回路20により、第4のチョッパ制御回路を構成するものである。
The
次に動作について説明する。
図2はこの発明の実施の形態1による電力用コンデンサの充電装置の動作を示す波形図であり、図1と共にこの図2を参照しながら説明する。
交流電源が投入されると、整流器1は、供給される交流電源を整流し、平滑用コンデンサ2は、その整流出力を平滑し直流電源を発生する。
また、交流電源が投入されると、制御回路用電源回路11は、供給される交流電源を直流電源に変換し、三角波発生回路15、第1の比較回路16、目標電圧設定部17、充電電圧制御用誤差増幅回路18、第2の比較回路19およびアンド回路20の各回路にその直流電源(波形(1))を供給する。
Next, the operation will be described.
FIG. 2 is a waveform diagram showing the operation of the charging apparatus for the power capacitor according to the first embodiment of the present invention, and will be described with reference to FIG. 2 together with FIG.
When AC power is turned on, the
When the AC power supply is turned on, the control circuit
時定数回路の制御用コンデンサ12は、制御回路用電源回路11の立ち上がり時には充電されておらず、立ち上がりと同時に充電が開始され、充電が進むにつれて制御用コンデンサ12の端子間電圧が増加していくため、制御用コンデンサ12と抵抗13とによる分圧電圧(波形(2))は、立ち上がり後に徐々に低下していく波形となる。なお、時定数回路には、電源14が直列に接続されているため、分圧電圧は、0Vになることはなく、その電源14の電圧で一定となる。
The
三角波発生回路15は、直流電源(波形(1))が確立すると、三角波(波形(3))の発振を開始する。第1の比較回路16は、制御用コンデンサ12と抵抗13とによる分圧電圧(波形(2))と、三角波発生回路15からの三角波(波形(3))とを比較し、三角波が分圧電圧以上の期間に応じた制御パルス(波形(4))を発生する。この制御パルスは、電源投入直後の分圧電圧(波形(2))が高いためパルス幅が短く、時間経過と共に徐々に分圧電圧が低下するため徐々にパルス幅が長くなる。
When the DC power supply (waveform (1)) is established, the triangular wave generation circuit 15 starts oscillating the triangular wave (waveform (3)). The
アンド回路20は、第1の比較回路16から発生された制御パルス(波形(4))と後述する第2の比較回路19から発生される制御パルス(波形(10))との論理積を取り、その論理積に応じた制御パルス(波形(5))に基づいて第1および第2の半導体スイッチ4,7の動作を制御する。すなわち、制御パルスのハイレベルで第1および第2の半導体スイッチ4,7をオン動作させ、ローレベルでオフ動作させる。
The AND
第1および第2の半導体スイッチ4,7のオン動作により、平滑用コンデンサ2から電流が第1の半導体スイッチ4→リアクトル6→第2の半導体スイッチ7の経路で流れて、リアクトル6に電磁エネルギーが蓄積される。制御パルス(波形(5))は、最初はパルス幅が短いので上記経路で流れる電流×時間は短く、しかもリアクトル6により制御パルスの立ち上げ時は過渡現象で電流が抑制されるため、第1および第2の半導体スイッチ4,7およびリアクトル6を通過する電流は抑制される。
また、第1および第2の半導体スイッチ4,7のオフ動作により、リアクトル6に蓄積された電磁エネルギーがリアクトル6→第2のダイオード8→電力用コンデンサ3→第1のダイオード5の経路で循環して電力用コンデンサ3が充電される。
When the first and
In addition, the electromagnetic energy accumulated in the
目標電圧設定部17には、電力用コンデンサ3の目標充電電圧が予め設定され、目標電圧設定部17からは、その設定された目標充電電圧(波形(11))が発生される。充電電圧制御用誤差増幅回路18は、目標電圧設定部17に設定された目標充電電圧(波形(11))と、電力用コンデンサ3の高電位線に接続された充電電圧検出線からの電力用コンデンサ3の充電電圧(波形(12))とを比較し、その充電電圧が目標充電電圧に到達しない間は信号出力せず、充電電圧が目標充電電圧に達した場合に信号出力(波形(13))する。第2の比較回路19は、三角波発生回路15からの三角波(波形(3))と充電電圧制御用誤差増幅回路18からの信号出力電圧(波形(13))とを比較し、三角波が信号出力電圧以上の期間に応じた制御パルス(波形(10))を発生する。この制御パルスは、電力用コンデンサ3の充電電圧が予め設定された目標充電電圧に到達した場合に発生を停止するものである。
A target charging voltage for the
この制御パルス(波形(10))がアンド回路20に出力され、第1の比較回路16から発生された制御パルス(波形(4))との論理積を取り、その論理積に応じた制御パルス(波形(5))に基づいて第1および第2の半導体スイッチ4,7の動作を制御することにより、電力用コンデンサ3の充電電圧が予め設定された目標充電電圧に到達した場合に第1および第2の半導体スイッチ4,7の動作を停止させ、電力用コンデンサ3の充電電圧を目標充電電圧に一致させることができる。
This control pulse (waveform (10)) is output to the AND
以上のように、この実施の形態1によれば、アンド回路20では、電源投入直後に、第1の比較回路16から発生される第1および第2の半導体スイッチ4,7のオン時間幅が短く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が長くなるような制御パルスで第1および第2の半導体スイッチ4,7を動作させることで、電源投入時の電力用コンデンサ3への突入電流を抑制し、電力用コンデンサ3、第1および第2の半導体スイッチ4,7およびリアクトル6を保護すると共に小型化および低価格化を実現する。また、第2の比較回路19から発生される制御パルスで電力用コンデンサ3の充電電圧が目標充電電圧に到達した場合に第1および第2の半導体スイッチ4,7の動作を停止させ、電力用コンデンサ3の充電電圧が目標充電電圧になるようにすることができる。
As described above, according to the first embodiment, in the AND
実施の形態2.
図3はこの発明の実施の形態2による電力用コンデンサの充電装置を示す回路図であり、図において、抵抗21は、第1のダイオード5のアノードと低電位線間に接続され、第1および第2の半導体スイッチ4,7のオフ動作時に電力用コンデンサ3に充電される充電電流を電圧信号として検出するものである。
抵抗22および抵抗23からなる直列回路は、一端が電源、すなわち、制御回路用電源回路11から発生される直流電源、他端が第1のダイオード5のアノードおよび抵抗21間に接続され、充電電流に応じた電圧信号をそれら抵抗22および抵抗23による分圧電圧に変換するものである。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a power capacitor charging apparatus according to
The series circuit composed of the
基準電流設定部24は、第1および第2の半導体スイッチ4,7のオフ動作時の電力用コンデンサ3を充電する基準充電電流を設定するものである。定電流制御用誤差増幅回路25は、基準電流設定部24に設定された基準充電電流に応じた設定電圧と、抵抗22および抵抗23による充電電流に応じた分圧電圧とを比較し、分圧電圧が設定電圧以下の場合に信号出力するものである。第2の比較回路19は、三角波発生回路15からの三角波を+端子から入力し、定電流制御用誤差増幅回路25からの信号出力を−端子から入力して、両波形の比較に応じた制御パルスを発生するものである。なお、これら基準電流設定部24、定電流制御用誤差増幅回路25および第2の比較回路19により、第1および第2の半導体スイッチ4,7のオフ動作時に電力用コンデンサ3に充電される充電電流が基準充電電流になるような制御パルスを発生する第3のチョッパ制御回路を構成するものである。その他の構成については、図1と同様である。
The reference
次に動作について説明する。
図4はこの発明の実施の形態2による電力用コンデンサの充電装置の動作を示す波形図であり、図3と共にこの図4を参照しながら説明する。
交流電源が投入されると、第1のチョッパ制御回路、すなわち、制御回路用電源回路11、制御用コンデンサ12、抵抗13、電源14、三角波発生回路15および第1の比較回路16が上記実施の形態1と同様な動作を行い、電源投入時に第1および第2の半導体スイッチ4,7のオン時間幅が短く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が長くなるような制御パルス(波形(4))を発生する。
交流電源の投入直後は、アンド回路20を通じてこの制御パルス(波形(4))に応じた制御パルス(波形(5))が第1および第2の半導体スイッチ4,7に供給され、これによって、電源投入時の電力用コンデンサ3への突入電流を抑制し、電力用コンデンサ3、第1および第2の半導体スイッチ4,7およびリアクトル6を保護することができる。
Next, the operation will be described.
FIG. 4 is a waveform diagram showing the operation of the charging apparatus for the power capacitor according to the second embodiment of the present invention, and will be described with reference to FIG. 4 together with FIG.
When the AC power supply is turned on, the first chopper control circuit, that is, the control circuit
Immediately after the AC power is turned on, a control pulse (waveform (5)) corresponding to this control pulse (waveform (4)) is supplied to the first and
上記実施の形態1に示したように、第1および第2の半導体スイッチ4,7のオン動作により、リアクトル6に電磁エネルギーを蓄積し、第1および第2の半導体スイッチ4,7のオフ動作により、そのリアクトル6に蓄積された電磁エネルギーを電力用コンデンサ3に充電することになるが、この第1および第2の半導体スイッチ4,7のオフ動作時に電力用コンデンサ3に充電される充電電流を抵抗21により、電圧信号として検出し、また、抵抗22および抵抗23により、その充電電流に応じた電圧信号を分圧電圧に変換する。したがって、抵抗22および抵抗23による分圧電圧(波形(6))は、第1および第2の半導体スイッチ4,7のオン動作時、すなわち、充電電流が0の時に最も高く、時間経過と共に第1および第2の半導体スイッチ4,7のオフ動作時の充電電流が大きくなればなるほど、低くなる波形となる。これは、電源投入時は、第1および第2の半導体スイッチ4,7のオン時間幅が短く、第1および第2の半導体スイッチ4,7のオフ時の充電電流も小さくなるが、時間経過と共にオン時間幅が長く、オフ時の充電電流も大きくなるためである。なお、時間経過と共にオン時間幅が一定となることにより、オフ時の充電電流も一定になる。
As shown in the first embodiment, electromagnetic energy is accumulated in the
基準電流設定部24には、第1および第2の半導体スイッチ4,7のオフ動作時の電力用コンデンサ3を充電する基準充電電流が予め設定され、基準電流設定部24からは、その設定された基準充電電流に応じた設定電圧(波形(7))が発生される。定電流制御用誤差増幅回路25は、基準電流設定部24に設定された基準充電電流に応じた設定電圧(波形(7))と、抵抗22および抵抗23による充電電流に応じた分圧電圧(波形(6))とを比較し、分圧電圧が設定電圧を超える場合に信号出力せず、分圧電圧が設定電圧以下の場合に信号出力(波形(8))する。この信号出力(波形(8))は、時間経過と共に高さが大きくなり、最後には高さが一定になるものである。
In the reference
第2の比較回路19は、三角波発生回路15からの三角波(波形(3))と定電流制御用誤差増幅回路25からの信号出力(波形(8))とを比較し、三角波が信号出力以上の期間に応じた制御パルス(波形(10))を発生する。この制御パルス(波形(10))は、電源投入時は、第2の比較回路16からの制御パルス(波形(4))よりも広く、時間と共に狭くなり、途中から制御パルス(波形(4))よりも狭くなり、最後には広さが一定になるものである。すなわち、電源投入時に第1および第2の半導体スイッチ4,7のオン時間幅が長く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が短くなり最後には一定となる制御パルス(波形(10))を発生する。このオン時間幅一定となる制御パルスにより、電力用コンデンサ3の充電電流が基準充電電流になるようにすることができる。
The
この制御パルス(波形(10))がアンド回路20に出力され、第1の比較回路16から発生された制御パルス(波形(4))との論理積を取り、その論理積に応じた制御パルス(波形(5))に基づいて第1および第2の半導体スイッチ4,7の動作を制御することにより、電源投入直後は、アンド回路20を通じてこの制御パルス(波形(4))に応じた制御パルス(波形(5))が第1および第2の半導体スイッチ4,7に供給され、これによって、電源投入時の電力用コンデンサ3への突入電流を抑制し、電力用コンデンサ3、第1および第2の半導体スイッチ4,7およびリアクトル6を保護することができ、その後、制御パルス(波形(10))に応じた制御パルス(波形(5))が第1および第2の半導体スイッチ4,7に供給され、これによって、電力用コンデンサ3の充電電流が基準充電電流になるようにすることができる。
This control pulse (waveform (10)) is output to the AND
図5はハイブリッド発電における昇圧用コンバータへの適用例を示す構成図である。風力発電機と太陽光電機との組み合わせによるハイブリッド発電は、例えば、この図5に示したものであるが、これに使用される昇圧用コンバータは、直流電圧を商用電源である交流電圧に変換する直流/交流インバータに出力するものとなる。このため、複数の発電機の出力を統合し、最適な出力を引き出すために、昇圧用コンバータの出力は、定電圧出力(電圧源)ではなく、定電流出力(電流源)を適用するものとなっており、この実施の形態2における電力用コンデンサの充電装置を、このようなハイブリッド発電の昇圧用コンバータに適用した場合に、有効にその要求を満たすことができる。 FIG. 5 is a configuration diagram showing an example of application to a boost converter in hybrid power generation. Hybrid power generation by a combination of a wind power generator and a solar electric machine is, for example, as shown in FIG. 5, and a boosting converter used for this converts a DC voltage into an AC voltage that is a commercial power supply. Output to a DC / AC inverter. For this reason, in order to integrate the outputs of multiple generators and derive the optimum output, the output of the boost converter applies a constant current output (current source) instead of a constant voltage output (voltage source). Therefore, when the power capacitor charging apparatus in the second embodiment is applied to such a boost converter for hybrid power generation, the requirement can be satisfied effectively.
以上のように、この実施の形態2によれば、アンド回路20では、電源投入直後に、第1の比較回路16から発生される第1および第2の半導体スイッチ4,7のオン時間幅が短く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が長くなるような制御パルスで第1および第2の半導体スイッチ4,7を動作させることで、電源投入時の電力用コンデンサ3への突入電流を抑制し、電力用コンデンサ3、第1および第2の半導体スイッチ4,7およびリアクトル6を保護すると共に小型化および低価格化を実現する。また、第2の比較回路19から発生される制御パルスで第1および第2の半導体スイッチ4,7を動作させることで、電力用コンデンサ3の充電電流が基準充電電流になるようにすることができる。
As described above, according to the second embodiment, in the AND
実施の形態3.
図6はこの発明の実施の形態3による電力用コンデンサの充電装置を示す回路図であり、図において、オア回路26は、充電電圧制御用誤差増幅回路18からの信号出力と、定電流制御用誤差増幅回路25からの信号出力との総和を取り、その総和を第2の比較回路19の−端子に出力するものである。
また、スタートスイッチ27は、制御用コンデンサ12の両端子間に接続され、電力用コンデンサ3の放電に連動してオン動作するものである。その他の構成については、図1および図3と同様である。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a power capacitor charging apparatus according to
The
次に動作について説明する。
図7はこの発明の実施の形態3による電力用コンデンサの充電装置の動作を示す波形図であり、図6と共にこの図7を参照しながら説明する。
この実施の形態3は、上記実施の形態1および上記実施の形態2に示した、電源投入時に第1および第2の半導体スイッチ4,7のオン時間幅が短く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が長くなるような制御パルスを発生する第1のチョッパ制御回路と、上記実施の形態1に示した、電力用コンデンサ3の充電電圧が予め設定された目標充電電圧に到達した場合に第1および第2の半導体スイッチ4,7の動作を停止させるような制御パルスを発生する第2のチョッパ制御回路と、上記実施の形態2に示した、第1および第2の半導体スイッチ4,7のオフ動作時に電力用コンデンサ3に充電される充電電流が基準充電電流になるような制御パルスを発生する第3のチョッパ制御回路とを組み合わせたものである。
Next, the operation will be described.
FIG. 7 is a waveform diagram showing the operation of the charging apparatus for the power capacitor according to the third embodiment of the present invention, and will be described with reference to FIG. 7 together with FIG.
In the third embodiment, the first and
図6において、オア回路26では、充電電圧制御用誤差増幅回路18からの信号出力(波形(13))と、定電流制御用誤差増幅回路25からの信号出力(波形(8))との総和(波形(9))を取り、その総和を第2の比較回路19の−端子に出力する。
第2の比較回路19では、三角波発生回路15からの三角波(波形(3))とオア回路26からの信号出力(波形(9))とを比較し、三角波が信号出力以上の期間に応じた制御パルス(波形(10))を発生する。この制御パルス(波形(10))は、電源投入時に第1および第2の半導体スイッチ4,7のオン時間幅が長く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が短くなり最後には一定となり、また、電力用コンデンサ3の充電電圧が予め設定された目標充電電圧に到達した場合に発生を停止するものとなる。
In FIG. 6, the
The
これによって、電源投入時の電力用コンデンサ3への突入電流を抑制し、電力用コンデンサ3、第1および第2の半導体スイッチ4,7およびリアクトル6を保護することができ、また、電力用コンデンサ3の充電電流が基準充電電流になるようにすることができる。さらに、電力用コンデンサ3の充電電圧が予め設定された目標充電電圧に到達した場合に第1および第2の半導体スイッチ4,7の動作を停止させ、電力用コンデンサ3の充電電圧を目標充電電圧に一致させることができる。
As a result, the inrush current to the
なお、この実施の形態3による電力用コンデンサの充電装置を、例えば、高圧回路の短絡保護や開閉に使用される真空遮断器の投入コイルや遮断コイル駆動用の電源装置として使用した場合に、投入コイルや遮断コイルを使用すると、電力用コンデンサ3が放電されて、充電電圧が0Vとなるため、再度、電力用コンデンサ3を充電する必要が生じる。
電力用コンデンサ3の充電電圧が低下すれば、電力用コンデンサ3の高電位線に接続された充電電圧検出線からの電力用コンデンサ3の充電電圧(波形(12))が低下するので、充電電圧制御用誤差増幅回路18からの信号出力(波形(13))が停止され、第1および第2の半導体スイッチ4,7は動作を再開し、電力用コンデンサ3の充電が再開される。
When the power capacitor charging device according to the third embodiment is used as, for example, a closing circuit for a vacuum circuit breaker used for short circuit protection or switching of a high voltage circuit or a power supply device for driving a breaking coil, When a coil or a cut-off coil is used, the
If the charging voltage of the
この時、真空遮断器の投入コイルや遮断コイルの駆動時の信号等の、電力用コンデンサ3の放電完了に連動した信号によりスタートスイッチ27をオン動作することにより、制御用コンデンサ12の充電電荷を放電し、再度、制御用コンデンサ12が充電されることにより、立ち上がり後に徐々に低下していく分圧電圧(波形(2))を発生し、電源投入時に第1および第2の半導体スイッチ4,7のオン時間幅が短く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が長くなるような制御パルスを発生し、これによって、再度、制御用コンデンサ12を充電する場合の電力用コンデンサ3への突入電流を抑制し、電力用コンデンサ3、第1および第2の半導体スイッチ4,7およびリアクトル6を保護することができる。
At this time, the
以上のように、この実施の形態3によれば、アンド回路20では、電源投入直後に、第1の比較回路16から発生される第1および第2の半導体スイッチ4,7のオン時間幅が短く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が長くなるような制御パルスで第1および第2の半導体スイッチ4,7を動作させることで、電源投入時の電力用コンデンサ3への突入電流を抑制し、電力用コンデンサ3、第1および第2の半導体スイッチ4,7およびリアクトル6を保護すると共に小型化および低価格化を実現する。また、第2の比較回路19から発生される制御パルスで電力用コンデンサ3の充電電圧が目標充電電圧に到達した場合に第1および第2の半導体スイッチ4,7の動作を停止させ、電力用コンデンサ3の充電電圧が目標充電電圧になるようにすることができる。さらに、第2の比較回路19から発生される制御パルスで電力用コンデンサ3で第1および第2の半導体スイッチ4,7を動作させることで、電力用コンデンサ3の充電電流が基準充電電流になるようにすることができる。
As described above, according to the third embodiment, in the AND
また、電力用コンデンサ3の放電により充電電圧が予め設定された目標充電電圧を満たさなくなった場合に第1および第2の半導体スイッチ4,7を動作させるような制御パルスを発生し、その制御パルスの発生に連動して、第1および第2の半導体スイッチ4,7のオン時間幅が短く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が長くなるような制御パルスを発生するので、電力用コンデンサ3の放電に応じて再充電することができる。また、その再充電の際においても、電力用コンデンサ3への突入電流を抑制し、電力用コンデンサ3、第1および第2の半導体スイッチ4,7およびリアクトル6を保護すると共に小型化および低価格化を実現する。さらに、電力用コンデンサ3の充電電圧が目標充電電圧になるようにすることができる。
Further, when the charging voltage does not satisfy the preset target charging voltage due to the discharge of the
なお、この実施の形態3におけるスタートスイッチ27は、上記実施の形態1による電力用コンデンサの充電装置に適用しても良く、また、スタートスイッチ27は、機械的接点に限定されるものではなく、半導体スイッチであっても良い。
The
また、上記実施の形態1から実施の形態3による電力用コンデンサの充電装置では、昇圧チョッパ回路と、制御回路用電源回路11との電源が交流電源で共通となっているが、昇圧チョッパ回路は、常時、直流バッテリが接続されていて無停電電源となっていることが多い。この場合は、制御回路用電源回路11は、その直流バッテリを電源とするDC/DCコンバータとすれば良い。
In the power capacitor charging apparatus according to the first to third embodiments, the power supply for the boost chopper circuit and the control circuit
さらに、上記実施の形態1から実施の形態3における電力用コンデンサの充電装置では、第1および第2の半導体スイッチ4,7のオンオフ動作を同時に行うようにしたが、特許文献1に示されたように、第1および第2の半導体スイッチのオン期間にリアクトルに直流電源を印加してリアクトルに電磁エネルギーを蓄積して、第2の半導体スイッチのオフにより、リアクトルに蓄積された電磁エネルギーに加えて交流電源のエネルギーを、整流器、平滑用コンデンサ、リアクトル、ダイオード、電力用コンデンサの経路で循環させて、電力用コンデンサを充電するように構成すれば、交流電源のエネルギーをも含めて電力用コンデンサを充電することができる。
Further, in the power capacitor charging apparatus according to the first to third embodiments, the first and
さらに、制御回路用電源回路11は、可変抵抗器やデジタルスイッチ等を使用し、コンデンサを充電する目標充電電圧が操作者に見え、且つ操作の可能な形態にすることができる。また、予め充電装置によって目標充電電圧が決められる場合は、固定にしても良い。
Furthermore, the control circuit
さらに、同様に、上記実施の形態2および実施の形態3における基準電流設定部24は、可変抵抗器やデジタルスイッチ等を使用し、コンデンサを充電する基準充電電流が操作者に見え、且つ操作の可能な形態にすることができる。また、予め充電装置によって基準充電電流が決められる場合は、固定にしても良い。
Further, similarly, the reference
1 整流器(電源回路)、2 平滑用コンデンサ(電源回路)、3 電力用コンデンサ、4 第1の半導体スイッチ(半導体スイッチ)、5 第1のダイオード、6 リアクトル、7 第2の半導体スイッチ(半導体スイッチ)、8 第2のダイオード、11 制御回路用電源回路、12 制御用コンデンサ、13,21〜23 抵抗、14 電源、15 三角波発生回路、16 第1の比較回路、17 目標電圧設定部、18 充電電圧制御用誤差増幅回路、19 第2の比較回路、20 アンド回路、24 基準電流設定部、25 定電流制御用誤差増幅回路、26 オア回路、27 スタートスイッチ。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
上記電源回路および電力用コンデンサ間に設けられ、半導体スイッチをオン動作することにより上記電源回路から発生される直流電源をリアクトルに電磁エネルギーとして蓄積し、その半導体スイッチをオフ動作することによりそのリアクトルに蓄積された電磁エネルギーをその電力用コンデンサに充電する昇圧チョッパ回路と、
上記直流電源の充電による時定数回路からなり、上記直流電源の電源投入時に上記半導体スイッチのオン時間幅が短く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が長くなるような制御パルスを発生する第1のチョッパ制御回路と、
上記電力用コンデンサの充電電圧が予め設定された目標充電電圧に到達した場合に上記半導体スイッチの動作を停止させるような制御パルスを発生する第2のチョッパ制御回路と、
上記第1および第2のチョッパ制御回路から発生された制御パルスに基づいて上記半導体スイッチの動作を制御する第4のチョッパ制御回路とを備え、
上記第2のチョッパ制御回路は、
上記電力用コンデンサの放電により充電電圧が予め設定された目標充電電圧を満たさなくなった場合に上記半導体スイッチを動作させるような制御パルスを発生し、
上記第1のチョッパ制御回路は、
上記第2のチョッパ制御回路による上記半導体スイッチの動作再開の制御パルスの発生に連動して、上記時定数回路をリセットすると共に、上記半導体スイッチのオン時間幅が短く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が長くなるような制御パルスを再発生することを特徴とする電力用コンデンサの充電装置。 A power supply circuit for generating a DC power supply;
Provided between the power supply circuit and the power capacitor, the DC power generated from the power supply circuit is stored as electromagnetic energy in the reactor by turning on the semiconductor switch, and the reactor is turned off by operating the semiconductor switch. A step-up chopper circuit that charges the stored electromagnetic energy to the power capacitor;
A first constant pulse is generated which comprises a time constant circuit by charging the DC power source, and generates a control pulse such that the ON time width of the semiconductor switch is short when the DC power source is turned on and gradually increases with time. A chopper control circuit;
A second chopper control circuit for generating a control pulse for stopping the operation of the semiconductor switch when the charging voltage of the power capacitor reaches a preset target charging voltage;
A fourth chopper control circuit for controlling the operation of the semiconductor switch based on control pulses generated from the first and second chopper control circuits ,
The second chopper control circuit is
A control pulse is generated so as to operate the semiconductor switch when the charging voltage does not satisfy a preset target charging voltage due to the discharging of the power capacitor,
The first chopper control circuit includes:
The time constant circuit is reset in conjunction with generation of a control pulse for resuming the operation of the semiconductor switch by the second chopper control circuit, and the on-time width of the semiconductor switch is short, and the on-time is gradually increased with time. A charging device for a power capacitor, characterized in that a control pulse having a longer width is regenerated .
上記電源回路および電力用コンデンサ間に設けられ、半導体スイッチをオン動作することにより上記電源回路から発生される直流電源をリアクトルに電磁エネルギーとして蓄積し、その半導体スイッチをオフ動作することによりそのリアクトルに蓄積された電磁エネルギーをその電力用コンデンサに充電する昇圧チョッパ回路と、
上記直流電源の充電による時定数回路からなり、上記直流電源の電源投入時に上記半導体スイッチのオン時間幅が短く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が長くなるような制御パルスを発生する第1のチョッパ制御回路と、
上記電力用コンデンサの充電電圧が予め設定された目標充電電圧に到達した場合に上記半導体スイッチの動作を停止させるような制御パルスを発生する第2のチョッパ制御回路と、
上記半導体スイッチのオフ時に上記電力用コンデンサに充電される充電電流が予め設定された基準充電電流になるような制御パルスを発生する第3のチョッパ制御回路と、
上記第1から第3のチョッパ制御回路から発生された制御パルスに基づいて上記半導体スイッチの動作を制御する第4のチョッパ制御回路とを備え、
上記第2のチョッパ制御回路は、
上記電力用コンデンサの放電により充電電圧が予め設定された目標充電電圧を満たさなくなった場合に上記半導体スイッチを動作させるような制御パルスを発生し、
上記第1のチョッパ制御回路は、
上記第2のチョッパ制御回路による上記半導体スイッチの動作再開の制御パルスの発生に連動して、上記時定数回路をリセットすると共に、上記半導体スイッチのオン時間幅が短く、時間経過と共に徐々にオン時間幅が長くなるような制御パルスを再発生することを特徴とする電力用コンデンサの充電装置。 A power supply circuit for generating a DC power supply;
Provided between the power supply circuit and the power capacitor, the DC power generated from the power supply circuit is stored as electromagnetic energy in the reactor by turning on the semiconductor switch, and the reactor is turned off by operating the semiconductor switch. A step-up chopper circuit that charges the stored electromagnetic energy to the power capacitor;
A first constant pulse is generated which comprises a time constant circuit by charging the DC power source, and generates a control pulse such that the ON time width of the semiconductor switch is short when the DC power source is turned on and gradually increases with time. A chopper control circuit;
A second chopper control circuit for generating a control pulse for stopping the operation of the semiconductor switch when the charging voltage of the power capacitor reaches a preset target charging voltage;
A third chopper control circuit for generating a control pulse so that a charging current charged in the power capacitor when the semiconductor switch is turned off becomes a preset reference charging current;
A fourth chopper control circuit for controlling the operation of the semiconductor switch based on a control pulse generated from the first to third chopper control circuits ,
The second chopper control circuit is
A control pulse is generated so as to operate the semiconductor switch when the charging voltage does not satisfy a preset target charging voltage due to the discharging of the power capacitor,
The first chopper control circuit includes:
The time constant circuit is reset in conjunction with generation of a control pulse for resuming the operation of the semiconductor switch by the second chopper control circuit, and the on-time width of the semiconductor switch is short, and the on-time is gradually increased with time. A charging device for a power capacitor, characterized in that a control pulse having a longer width is regenerated .
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