JP4879556B2 - 高電圧充電器 - Google Patents
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Description
この直列共振インバータ53は、主スイッチ素子にIGBTを使用したフルブリッジインバータで構成されており、共振用リアクタとコンデンサが高圧インバータトランスを介してPFNのコンデンサと直列に接続され、共振電流でPFNのコンデンサに充電する方式である。
その後、SW(サイラトロン等)をON動作させ、Cnに蓄積されたエネルギーをパルストランスを経てクライストロンへと伝送する。伝送が完了後SWがOFFとなり1サイクルの動作が完了する。
この式から、電圧安定度を良くするには、すなわち1ステップの充電電圧ΔVを小さくするには、充電電流Iを小さくし、スイッチング周波数finvを高くすれば良いことがわかる。
この式から、充電電流Iを小さくすると充電時間が長くなることがわかる。充電時間が長いと実用上問題があるため、充電電流Iは必要以上に小さくできない。
主インバータを用いて前記直流電圧を高電圧の高周波電力に変換後に直流に変換して静電容量性負荷を大電流で充電する主インバー充電回路と、
該主インバー充電回路と並列接続され、補助インバータを用いて前記直流電圧を高電圧の高周波電力に変換後に直流に変換して静電容量性負荷を主インバー充電回路より十分小さい小電流で充電する補助インバータ充電回路と、
前記静電容量性負荷の充電電圧を検出し主インバータ及び補助インバータを帰還制御する帰還制御回路とを備え、
前記主インバー充電回路は、前記直流電圧を高周波電力に変換する主インバータと、該高周波電力を高電圧の高周波電力に変換する昇圧トランスと、該高電圧の高周波電力を直流に変換する高圧整流部とからなり、
前記補助インバー充電回路は、前記直流電圧を高周波電力に変換する補助インバータと、該高周波電力を高電圧の高周波電力に変換する昇圧トランスと、該高電圧の高周波電力を直流に変換する高圧整流部とからなり、
静電容量性負荷の充電電圧が目標電圧を超えたときに主インバー充電回路を停止し補助インバータ充電回路のみで補充電を行い、
前記補助インバータのスイッチング波形のパルス幅、又は、パルス振幅を帰還制御することにより、電圧保持期間の補助インバータの充電電流を制限し、電圧リップルを低くする、ことを特徴とする高電圧充電器が提供される。
図1は、本発明の第1実施形態の回路構成図である。また、代表的なパラメータを表1に示す。
主インバー充電回路22は、この直流電圧をIGBT素子などを代表とするスイッチング手段を用いた主インバータ4により高周波電力に変換し、昇圧トランス5を介して高電圧の高周波電力に変換し、高圧整流部6により再び直流に変換し、容量性負荷16を充電する。
補助インバータ充電回路24の充電電流は、主インバー充電回路より十分小さい小電流(例えば、後述する例では、1/25)に設定されている。
ここで重要なことは、充電電圧の安定度(すなわち1ステップの充電電圧ΔV)は、主インバータ4の電流Iによらず、補助インバータ7の電流Isubとスイッチング周波数finvで決まることであり、補助インバータの電流Isubを小さくすれば高い安定度が得られる。また補助インバータ7のスイッチング周波数finvを高くしても良いことがわかる。
上述した式(3)から明らかなように、電圧リップルは、補助インバータ7の電流に比例するので、電圧保持期間において、補助インバータ7を連続動作させながら、補助インバータの出力電流を制限してもよい。具体的には第2実施形態として、補助インバータ7のパルス幅、乃至は、パルス振幅を帰還制御することにより、電圧保持期間の補助インバータの充電電流を制御することが可能である。
第3実施形態として、図2に示した切り替え電圧を目標電圧に等しくし、充電電圧がゼロから100%までは、主インバータ4と補助インバータ7を同時に使用して高速充電を行い、低速充電期間をなくし、充電電圧が目標電圧を超えた時点で、主インバータ4を停止し、補助インバータ7のみでリーク電流による容量性負荷の電圧低下分を補充電し、電圧を保持することが可能である。
4 主インバータ、5 昇圧トランス、6 高圧整流部、
7 補助インバータ、8 昇圧トランス、9 高圧整流部、
10 出力合成点、11 高電圧検出器、
12 主インバータ用基準電源、13 主コンパレータ、
14 補助インバータ用基準電源、15 補助コンパレータ、
16 容量性負荷、
20 直流電圧回路、22 主インバー充電回路、
24 補助インバータ充電回路、26 帰還制御回路
Claims (4)
- 交流電源より電力を受電し直流電圧を発生する直流電圧回路と、
主インバータを用いて前記直流電圧を高電圧の高周波電力に変換後に直流に変換して静電容量性負荷を大電流で充電する主インバー充電回路と、
該主インバー充電回路と並列接続され、補助インバータを用いて前記直流電圧を高電圧の高周波電力に変換後に直流に変換して静電容量性負荷を主インバー充電回路より十分小さい小電流で充電する補助インバータ充電回路と、
前記静電容量性負荷の充電電圧を検出し主インバータ及び補助インバータを帰還制御する帰還制御回路とを備え、
前記主インバー充電回路は、前記直流電圧を高周波電力に変換する主インバータと、該高周波電力を高電圧の高周波電力に変換する昇圧トランスと、該高電圧の高周波電力を直流に変換する高圧整流部とからなり、
前記補助インバー充電回路は、前記直流電圧を高周波電力に変換する補助インバータと、該高周波電力を高電圧の高周波電力に変換する昇圧トランスと、該高電圧の高周波電力を直流に変換する高圧整流部とからなり、
静電容量性負荷の充電電圧が目標電圧を超えたときに主インバー充電回路を停止し補助インバータ充電回路のみで補充電を行い、
前記補助インバータのスイッチング波形のパルス幅、又は、パルス振幅を帰還制御することにより、電圧保持期間の補助インバータの充電電流を制限し、電圧リップルを低くする、ことを特徴とする高電圧充電器。 - 前記帰還制御回路は、前記静電容量性負荷に接続され、充電電圧に比例した検出電圧を検出する高電圧検出部と、該高電圧検出部の電圧と主基準電圧を比較して主インバータを帰還制御する主コンパレータと、前記高電圧検出部の電圧と補助基準電圧を比較して補助インバータを帰還制御する補助コンパレータとからなる、ことを特徴とする請求項1に記載の高電圧充電器。
- 静電容量性負荷の電圧が目標電圧に到達した後も補助インバータを運転し、リーク電流による容量性負荷の電圧低下を補充電し、帰還制御により充電電圧を目標電圧近傍に保持する、ことを特徴とする請求項1に記載の高電圧充電器。
- 補助インバータのスイッチング周波数を、主インバータのスイッチング周波数よりも高くし、電圧リップルを低くする、ことを特徴とする請求項1に記載の高電圧充電器。
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