JP4804229B2 - コンデンサ高電圧充電器 - Google Patents
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Description
コンデンサ高電圧充電器の構成は、充電電圧検出回路により充電完了電圧付近では、PWM制御ICによりパルス幅を調整して充電しているが、充電完了付近では1回のパルス出力による充電により、充電電圧が充電設定電圧値を超過し電圧精度が悪くなる。上記事例では、その解決のために充電設定電圧を超えないようにリアクトルの保持電流を検出して充電電圧を予測する回路を設けていることや、電源を2種類必要とする等の構成が複雑になるという問題があった。
高周波でスイッチングするインバータは半導体スイッチ素子としてIGBT等を使用したインバータ構成とし、昇圧用の高周波変圧器に高周波電圧を印加して、高周波変圧器2次側の整流器を介してコンデンサ負荷に高電圧を充電する。
コンデンサ負荷の電圧を充電電圧検出回路6にて変換したモニタ電圧と、充電電圧設定回路7の出力電圧とを差動増幅回路8にて増幅した値と、三角波発生回路9の出力とを比較するPWM制御回路10にてパルス幅を調整し、インバータ用半導体素子用のゲート回路11よりパルス幅信号を出力して所定の充電電圧に充電する。
従来の構成であれば、充電電圧検出回路6のモニタ電圧により充電完了付近でPWM制御回路10のパルス幅を狭くして充電しているが、1回のパルス出力による充電により、コンデンサ充電電圧が充電設定電圧値を超過することがあり、電圧精度が悪くなり、また充電電圧のバラツキが発生し、安定度に問題があった。
コンデンサ充電電圧設定値とコンデンサ充電電圧検出値とが入力される差動増幅回路と、前記充電電圧検出値と充電完了付近の電圧規定値とが入力され、前記充電電圧検出値が前記電圧規定値を超えると、スイッチ駆動信号を出力するコンパレータからなる電圧比較回路と、該電圧比較回路から前記スイッチ駆動信号が入力されると、PWM制御のパルス幅を狭くするための出力制限電圧値を出力するスイッチ部と、前記スイッチ部からの前記出力制限電圧値と前記差動増幅回路からの出力とが入力されるダイオードOR回路とを有するリミッタ回路と、前記ダイオードOR回路の出力と三角波発生回路の出力とを比較するPWM制御回路とを備え、前記充電電圧検出値が前記電圧比較回路の電圧規定値を超えると、前記ダイオードOR回路より前記出力制限電圧値がPWM制御回路に出力されることにより、前記インバータ回路へのパルス幅を最小にして充電完了付近から充電完了までの間の充電電力を抑えて充電することを特徴としている。
すなわち、従来例で構成される制御回路に、電圧比較回路、リミッタ回路を追加することにより、構成が容易で、高精度化が図れ、かつ、充電電圧の安定化も実現できる。
図1は本発明によるコンデンサ高電圧充電器のブロック図、図2は本発明による回路構成図、図3はコンデンサ高電圧充電器の動作波形を示す。
交流入力にて受電し、ダイオードブリッジ20にて構成した整流回路1と、リアクトル21とコンデンサ22による平滑回路2にて直流に変換し、その直流電圧を高周波でスイッチングするフルブリッジ方式のインバータ回路3と、昇圧用の高周波変圧器24による高圧回路4にて高電圧を発生させ出力する。また、出力電圧は制御回路5にて制御する。
高周波でスイッチングするインバータは半導体スイッチ素子としてIGBT23を使用したフルブリッジ方式のインバータ構成とし、昇圧用の高周波変圧器24に高周波電圧を印加して、高周波変圧器2次側の整流器25を介してコンデンサ負荷に高電圧を充電する。
なお、半導体スイッチ素子としてGTOサイリスタ、MOSFET等の素子を用いても同様の機能を持たせることができる。
充電電圧検出回路6からのモニタ電圧Aと三角波発生回路9の波形電圧Bにおいて、三角波発生回路9の波形電圧Bが差動増幅回路8の出力電圧A’より高いときにPWM制御回路にてパルス幅制限したゲートパルスをゲート回路に出力する。
従来のパルス波形は、電圧比較回路とリミッタ回路がないため、コンデンサ電圧が電圧規定値を超えても、差動増幅回路8の出力電圧A’と三角波発生回路9の波形電圧Bとの電圧比較により、ゲートパルス幅が決まる。図3の従来波形Dのアの時点において、従来の例では、5μs間充電を継続するため、充電電圧値を超え、充電電圧が高くなる。
本発明によれば、まず、コンデンサ電圧が電圧規定値に到達するまでは、従来例と同様にゲートパルス幅が決まり、充電する。
次に、充電完了手前から充電完了までの間は、差動増幅回路8の出力電圧A’とリミッタ回路13により制限された出力制限電圧CとのダイオードOR回路の機能により、出力C’となることにより、従来のパルス波形Dに対し、本実施例のパルス波形はパルス波形Eとなり、ゲートパルス幅を、最小パルス幅2μsに調整し、従来例の約2/5の充電時間に低減して充電電力を抑えて充電する。
なお、充電電圧検出回路6のモニタ電圧Aと差動増幅回路8の出力値A’とは、図3に示す関係になるためには、図2に示した差動増幅回路8には図示していない信号反転回路、クランプ回路等が必要であるが、公知の回路を用いればよい。
2 平滑回路
3 インバータ回路
4 高圧回路
5 制御回路
6 充電電圧検出回路
7 充電電圧設定回路
8 差動増幅回路
9 三角波発生回路
10 PWM制御回路
11 ゲート回路
12 電圧比較回路
13 リミッタ回路
20 ダイオードブリッジ
21 リアクトル
22 コンデンサ
23 IGBT
24 高周波変圧器
25 整流器
26 コンパレータ
27 差動増幅器
28 スイッチ部
Claims (1)
- 交流入力を直流に変換する整流回路および平滑回路と、該直流を高周波に変換するインバータ回路と、該高周波を昇圧して整流する高周波変圧器と整流器とからなり、コンデンサを高電圧に充電する高圧回路と、前記コンデンサの電圧を所定値に制御する制御回路とを備えたコンデンサ高電圧充電器において、
コンデンサ充電電圧設定値とコンデンサ充電電圧検出値とが入力される差動増幅回路と、
前記充電電圧検出値と充電完了付近の電圧規定値とが入力され、前記充電電圧検出値が前記電圧規定値を超えると、スイッチ駆動信号を出力するコンパレータからなる電圧比較回路と、
該電圧比較回路から前記スイッチ駆動信号が入力されると、PWM制御のパルス幅を狭くするための出力制限電圧値を出力するスイッチ部と、前記スイッチ部からの前記出力制限電圧値と前記差動増幅回路からの出力とが入力されるダイオードOR回路とを有するリミッタ回路と、
前記ダイオードOR回路の出力と三角波発生回路の出力とを比較するPWM制御回路と
を備え、
前記充電電圧検出値が前記電圧規定値を超えると、前記ダイオードOR回路より前記出力制限電圧値がPWM制御回路に出力されることにより、前記インバータ回路へのパルス幅を最小にして充電完了付近から充電完了までの間の充電電力を抑えて充電することを特徴とするコンデンサ高電圧充電器。
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