JP5366326B2 - Power supply - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、直列リアクトルと線間コンデンサとからなる共振部を備えた電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply device including a resonating unit including a series reactor and a line capacitor.
直列リアクトルと線間コンデンサとからなる共振部を備えた従来の電源装置として、図8に示す電源装置1cが知られている(例えば、特許文献1参照)。
同図に示すように、電源装置1cは、スイッチング部2cと、その出力側に設けられた共振部3と、スイッチング部2cを制御する制御部4cとを備え、スイッチング部2cで得た中間電圧V2による交流電力を、共振部3を通じて負荷6に供給する。
A
As shown in the figure, the
スイッチング部2cは、スイッチ素子とダイオードとの逆並列回路4組を単相ブリッジ接続したもので、制御部4cの制御下で各スイッチ素子の導通状態(オン/オフ)が切り替えられることにより、外部直流電源5によって供給されるE[V]の直流電圧を交流の中間電圧V2に変換する。
また、制御部4cは、負荷6に流れる電流の零点位相と共振部3の共振周期とを考慮して、各スイッチ素子の導通状態を変化させるタイミングを決定する。
The
Further, the
上記の電源装置1cによれば、スイッチ素子の導通状態が切り替わる際に発生する出力電圧V3の振動を抑制することができ、当該振動に起因する電磁誘導障害や熱損失の発生、および電力変換効率の低下を防ぐことができる。
しかしながら、上記の電源装置1cは、制御部4cによるスイッチ素子の制御が複雑であり、より簡易な制御で同等の効果を得ることができる電源装置が望まれていた。
According to the
However, in the
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、比較的簡易な構成で、スイッチ素子の導通状態の変化に伴う出力電圧の振動を抑制することができる電源装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and the object of the present invention is to provide a power supply device capable of suppressing oscillation of an output voltage accompanying a change in the conduction state of a switch element with a relatively simple configuration. Is to provide.
上記課題を解決するために、本発明の第1発明に係る電源装置は、
第1〜第4スイッチ素子からなる4つのスイッチ素子を単相フルブリッジ接続し、一方のアームを第1および第2スイッチ素子から構成し、他方のアームを第3および第4スイッチ素子から構成するとともに、第1〜第4スイッチ素子の各々に第1〜第4ダイオードを逆並列接続し、4つのスイッチ素子を用いて入力直流電力をスイッチングするスイッチング部と、スイッチング部の出力側に接続され、直列リアクトルおよび線間コンデンサからなる共振部と、4つのスイッチ素子の導通状態を各々切り替える制御部とを備え、スイッチング部で得た交流電力を、共振部を通じて負荷に供給する電源装置であって、
上記制御部の制御下で第1および第2スイッチ素子の導通状態の切り替えタイミングに対して、第3および第4スイッチ素子の導通状態の切り替えタイミングを、直列リアクトルおよび線間コンデンサの共振周期の1/2だけずらすことにより、
(1)第1スイッチ素子をオン、第2スイッチ素子をオフにした状態で、第3スイッチ素子をオフ、第4スイッチ素子をオンにし、入力直流電力を第1および第4スイッチ素子を介して負荷に向けて供給する第1モードと、
(2)第3スイッチ素子をオフ、第4スイッチ素子をオンにした状態で、第1スイッチ素子をオフ、第2スイッチ素子をオンにし、負荷電流を第4スイッチ素子および第2ダイオードからなる経路で還流させる第2モードと、
(3)第1スイッチ素子をオフ、第2スイッチ素子をオンにした状態で、第3スイッチ素子をオン、第4スイッチ素子をオフにし、入力直流電力を第2および第3スイッチ素子を介して負荷に向けて供給する第3モードと、
(4)第3スイッチ素子をオン、第4スイッチ素子をオフにした状態で、第1スイッチ素子をオン、第2スイッチ素子をオフにし、負荷電流を第1スイッチ素子および第4ダイオードからなる経路で還流させる第4モードと
に順次切り替わることを特徴としている。
In order to solve the above-described problem, a power supply device according to the first invention of the present invention provides:
Four switch elements including the first to fourth switch elements are connected in a single-phase full bridge, one arm is composed of the first and second switch elements, and the other arm is composed of the third and fourth switch elements. In addition, the first to fourth diodes are connected in reverse parallel to each of the first to fourth switch elements, and the switching unit that switches the input DC power using the four switch elements, and is connected to the output side of the switching unit, A power supply device including a resonance unit including a series reactor and a line-to-line capacitor, and a control unit that switches each of the conduction states of the four switch elements, and supplying AC power obtained by the switching unit to a load through the resonance unit,
Under the control of the control unit, with respect to the switching timing of the conduction state of the first and second switch elements, the switching timing of the conduction state of the third and fourth switch elements is set to 1 of the resonance period of the series reactor and the line capacitor. By shifting by / 2,
(1) With the first switch element turned on and the second switch element turned off, the third switch element is turned off, the fourth switch element is turned on, and the input DC power is passed through the first and fourth switch elements. A first mode for supplying to the load;
(2) In a state where the third switch element is turned off and the fourth switch element is turned on, the first switch element is turned off, the second switch element is turned on, and the load current is made up of the fourth switch element and the second diode. A second mode of refluxing with
(3) With the first switch element turned off and the second switch element turned on, the third switch element is turned on, the fourth switch element is turned off, and the input DC power is passed through the second and third switch elements. A third mode for supplying the load,
(4) In a state where the third switch element is turned on and the fourth switch element is turned off, the first switch element is turned on, the second switch element is turned off, and the load current is made up of the first switch element and the fourth diode. It is characterized by sequentially switching to the fourth mode for refluxing.
また、上記課題を解決するために、本発明の第2発明に係る電源装置は、
第1直流電源と第1スイッチ素子とを含む第1チョッパ回路と、第2直流電源と第2スイッチ素子とを含む第2チョッパ回路とを直列接続してなり、各チョッパ回路の出力電圧の和電圧を負荷に対して出力するスイッチング部と、スイッチング部の出力側に接続され、直列リアクトルおよび線間コンデンサからなる共振部と、第1および第2スイッチ素子の導通状態を各々切り替える制御部とを備え、和電圧による電力を、共振部を通じて負荷に供給する電源装置であって、
上記制御部の制御下で第1スイッチ素子の導通状態の切り替えタイミングに対して、第2スイッチ素子の導通状態の切り替えタイミングを、直列リアクトルおよび線間コンデンサの共振周期の1/2だけずらすことにより、
(1)第1スイッチ素子をオンにした状態で、第2スイッチ素子をオンにし、第1直流電源からの直流電圧と第2直流電源からの直流電圧との和電圧を負荷に向けて供給する第1モードと、
(2)第2スイッチ素子をオンにした状態で、第1スイッチ素子をオフにし、第2直流電源からの直流電圧を負荷に向けて供給する第2モードと、
(3)第1スイッチ素子をオフにした状態で、第2スイッチ素子をオフにし、負荷に対する電圧供給を停止する第3モードと、
(4)第2スイッチ素子をオフにした状態で、第1スイッチ素子をオンにし、第1直流電源からの直流電圧を負荷に向けて供給する第4モードと
に順次切り替わることを特徴としている。
In order to solve the above-described problem, a power supply device according to the second invention of the present invention provides:
A first chopper circuit including a first DC power supply and a first switch element and a second chopper circuit including a second DC power supply and a second switch element are connected in series, and the sum of output voltages of the respective chopper circuits. A switching unit that outputs a voltage to a load; a resonance unit that is connected to the output side of the switching unit and includes a series reactor and a line capacitor; and a control unit that switches between the conduction states of the first and second switch elements. A power supply device for supplying power by a sum voltage to a load through a resonance unit,
By shifting the conduction timing of the second switch element with respect to the switching timing of the conduction state of the first switch element under the control of the control unit by a half of the resonance period of the series reactor and the line capacitor. ,
(1) With the first switch element turned on, the second switch element is turned on, and the sum voltage of the DC voltage from the first DC power supply and the DC voltage from the second DC power supply is supplied to the load. The first mode;
(2) a second mode in which the first switch element is turned off and the DC voltage from the second DC power source is supplied to the load while the second switch element is turned on;
(3) a third mode in which, with the first switch element turned off, the second switch element is turned off and the voltage supply to the load is stopped;
(4) In the state where the second switch element is turned off, the first switch element is turned on, and the mode is sequentially switched to the fourth mode in which the DC voltage from the first DC power supply is supplied to the load.
上記第1発明および第2発明の構成では、スイッチング部から出力される電圧が少なくとも2つの電圧値(高電圧値/低電圧値)とその中間の電圧値をとる。そして、高電圧値と低電圧値との間で電圧値が変化する際に、スイッチング部から出力される電圧は共振周期の1/2の時間だけ必ず中間の電圧値をとる。
つまり、上記構成では、スイッチング部から出力される電圧が2段階のステップ状に変化し、1段階目の変化により出力電圧に発生する振動と2段階目の変化により出力電圧に発生する振動が逆位相となって互いに打ち消し合う。
したがって、上記構成によれば、比較的簡易な構成で、出力電圧の振動を抑制することができる。
In the configurations of the first invention and the second invention, the voltage output from the switching unit takes at least two voltage values (high voltage value / low voltage value) and an intermediate voltage value therebetween. And when a voltage value changes between a high voltage value and a low voltage value, the voltage output from a switching part always takes an intermediate voltage value only for the time of 1/2 of a resonance period.
That is, in the above configuration, the voltage output from the switching unit changes in two steps, and the vibration generated in the output voltage due to the change in the first step and the vibration generated in the output voltage due to the change in the second step are reversed. The phases cancel each other.
Therefore, according to the above configuration, the oscillation of the output voltage can be suppressed with a relatively simple configuration.
本発明によれば、比較的簡易な構成で、スイッチ素子の導通状態の変化に伴う出力電圧の変動を抑制することができる電源装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power supply device which can suppress the fluctuation | variation of the output voltage accompanying the change of the conduction | electrical_connection state of a switch element with a comparatively simple structure can be provided.
以下、添付図面を参照して、本発明に係る電源装置の好ましい実施形態について説明する。 Hereinafter, a preferred embodiment of a power supply device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[第1実施形態]
図1に、本発明の第1実施形態に係る電源装置を示す。
同図に示すように、電源装置1aは、外部直流電源5から供給されるE[V]の直流電圧を交流の中間電圧V2に変換するスイッチング部2aと、その出力側に設けられた共振部3と、スイッチング部2aを制御する制御部4aとを備え、スイッチング部2aで得た中間電圧V2による交流電力を、共振部3を通じて負荷6に供給する。
電源装置1aは種々の分野で利用可能であるが、例えば、物理学研究やがん治療の目的で使用される荷電粒子加速器の電源として利用することができる。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a power supply device according to a first embodiment of the present invention.
As shown in the figure, a power supply device 1a includes a
Although the power supply device 1a can be used in various fields, for example, it can be used as a power supply for a charged particle accelerator used for the purpose of physics research or cancer treatment.
スイッチング部2aは、IGBT等からなる4つのスイッチ素子Q1〜Q4を単相ブリッジ接続したもので、第1スイッチ素子Q1および第2スイッチ素子Q2が第1アームを構成し、第3スイッチ素子Q3および第4スイッチ素子Q4が第2アームを構成する。また、各スイッチ素子Q1〜Q4にはダイオードD1〜D4が逆並列接続されている。例えば、第1スイッチ素子Q1のエミッタには第1ダイオードD1のアノードが接続され、第1スイッチ素子のコレクタには第1ダイオードのカソードが接続されている。
The
各スイッチ素子Q1〜Q4のベースは制御部4aに接続され、制御部4aの制御下でベースの電圧が変化することで、各スイッチ素子Q1〜Q4の導通状態が切り替わり、中間電圧V2が変化する。
例えば、第1スイッチ素子Q1と第4スイッチ素子Q4をオン状態とし、第2スイッチ素子Q2と第3スイッチ素子Q3をオフ状態とした場合(後述する第1モード)、中間電圧V2はE[V](高電圧値)となる。
また、第2スイッチ素子Q2と第3スイッチ素子Q3をオン状態とし、第1スイッチ素子Q1と第4スイッチ素子Q4をオフ状態とした場合(後述する第3モード)、中間電圧V2は−E[V](低電圧値)となる。
The bases of the switch elements Q1 to Q4 are connected to the
For example, when the first switch element Q1 and the fourth switch element Q4 are turned on and the second switch element Q2 and the third switch element Q3 are turned off (first mode to be described later), the intermediate voltage V2 is E [V ] (High voltage value).
Further, when the second switch element Q2 and the third switch element Q3 are turned on and the first switch element Q1 and the fourth switch element Q4 are turned off (a third mode described later), the intermediate voltage V2 is −E [ V] (low voltage value).
共振部3は、第1アームと負荷6とを繋ぐラインに介装された直列リアクトルL1と、第2アームと負荷6とを繋ぐラインに介装された直列リアクトルL2と、負荷6と並列となるように両ライン間に接続された線間コンデンサCとからなる。
直列リアクトルL1、L2のインダクタンス値をLs、線間コンデンサCのコンダクタンス値をCsとすると、共振部3の共振周期Tsは次式で求めることができる。
When the inductance values of the series reactors L1 and L2 are Ls, and the conductance value of the line capacitor C is Cs, the resonance period Ts of the
制御部4aは、電流センサ7で検出された負荷6の通流電流(負荷電流)を参照しつつ、各スイッチ素子Q1〜Q4の導通状態を切り替える。制御部4aは、マイコンおよび該マイコン上で実行されるコンピュータプログラム等で構成されている。
The
図2は、各スイッチ素子Q1〜Q4の導通状態と、中間電圧V2および負荷6に供給される出力電圧V3との関係を示した図である。
同図に示すように、第1アームを構成する第1および第2スイッチ素子Q1、Q2は、逆位相となるように導通状態が切り替えられる。つまり、第1スイッチ素子Q1のオン状態からオフ状態(オフ状態からオン状態)への切り替えと、第2スイッチ素子Q2のオフ状態からオン状態(オン状態からオフ状態)への切り替えが同時に行われる。
同様に、第2アームを構成する第3および第4スイッチ素子Q3、Q4も逆位相となるように導通状態が切り替えられ、第3スイッチ素子Q3のオン状態からオフ状態(オフ状態からオン状態)への切り替えと、第4スイッチ素子Q4のオフ状態からオン状態(オン状態からオフ状態)への切り替えも同時に行われる。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the conduction state of each switch element Q1 to Q4 and the intermediate voltage V2 and the output voltage V3 supplied to the
As shown in the figure, the conduction states of the first and second switch elements Q1, Q2 constituting the first arm are switched so as to be in opposite phases. That is, the switching of the first switch element Q1 from the ON state to the OFF state (OFF state to ON state) and the switching of the second switch element Q2 from the OFF state to the ON state (ON state to OFF state) are performed simultaneously. .
Similarly, the conductive state is switched so that the third and fourth switch elements Q3 and Q4 constituting the second arm are also in opposite phases, and the third switch element Q3 is switched from the on state to the off state (from the off state to the on state). And switching from the off state to the on state (on state to off state) of the fourth switch element Q4 is also performed at the same time.
また、第1アームを構成する第1および第2スイッチ素子Q1、Q2の導通状態と、第2アームを構成する第3および第4スイッチ素子Q3、Q4の導通状態は、Δtだけ時間差をつけて切り替えられる。
時間差Δtは共振部3の共振周期Tsの1/2であり、具体的には、次式で表される。
The time difference Δt is ½ of the resonance period Ts of the
制御部4aの制御下で各スイッチ素子Q1〜Q4の導通状態が切り替わることにより、結局、スイッチング部2aは図3に示す4つの状態に順次切り替えられる。
すなわち、スイッチング部2aは、
(1)第1スイッチ素子Q1をオン、第2スイッチ素子Q2をオフにした状態で、第3スイッチ素子Q3をオフ、第4スイッチ素子Q4をオンにし、外部直流電源5の電力を第1および第4スイッチ素子Q1、Q4を介して負荷6に向けて供給する第1モード(図3(A))と、
(2)第3スイッチ素子Q3をオフ、第4スイッチ素子Q4をオンにした状態で、第1スイッチ素子Q1をオフ、第2スイッチ素子Q2をオンにし、負荷電流を第4スイッチ素子Q4および第2ダイオードD2(または、第2スイッチ素子Q2と第4ダイオードD4)からなる経路で還流させる第2モード(図3(B))と、
(3)第1スイッチ素子Q1をオフ、第2スイッチ素子Q2をオンにした状態で、第3スイッチ素子Q3をオン、第4スイッチ素子Q4をオフにし、外部直流電源5の電力を第2および第3スイッチ素子Q2、Q3を介して負荷6に向けて供給する第3モード(図3(C))と、
(4)第3スイッチ素子Q3をオン、第4スイッチ素子Q4をオフにした状態で、第1スイッチ素子Q1をオン、第2スイッチ素子Q2をオフにし、負荷電流を第1スイッチ素子Q1および第3ダイオードD3(または、第3スイッチ素子Q3と第1ダイオードD1)からなる経路で還流させる第4モード(図3(D))と
に順次切り替えられる。
By switching the conduction state of each switch element Q1 to Q4 under the control of the
That is, the
(1) With the first switch element Q1 turned on and the second switch element Q2 turned off, the third switch element Q3 is turned off, the fourth switch element Q4 is turned on, and the electric power of the external
(2) With the third switch element Q3 turned off and the fourth switch element Q4 turned on, the first switch element Q1 is turned off, the second switch element Q2 is turned on, and the load current is changed to the fourth switch element Q4 and the fourth switch element Q4. A second mode (FIG. 3B) for recirculation through a path composed of two diodes D2 (or the second switch element Q2 and the fourth diode D4);
(3) With the first switch element Q1 turned off and the second switch element Q2 turned on, the third switch element Q3 is turned on, the fourth switch element Q4 is turned off, and the power of the external
(4) With the third switch element Q3 turned on and the fourth switch element Q4 turned off, the first switch element Q1 is turned on, the second switch element Q2 is turned off, and the load current is changed to the first switch element Q1 and the second switch element Q1. The mode is sequentially switched to the fourth mode (FIG. 3D) in which reflux is performed through a path including the three diodes D3 (or the third switch element Q3 and the first diode D1).
ここで、時間差Δtを共振周期Tsの1/2としたのは、以下のような理由による。
すなわち、図4に示すように、第2および第3スイッチ素子Q2、Q3がオンして中間電圧V2と出力電圧V3の電圧値が−E[V]となっている第3モードから、第1スイッチ素子Q1がオン、第2スイッチ素子Q2がオフして中間電圧V2が0[V](第4モード)になると、出力電圧V3に振幅約2E[V]、振動周期Tsの振動Xが発生する。
その後、第3スイッチ素子Q3がオフ、第4スイッチ素子Q4がオンして中間電圧V2がE[V](第1モード)になると、出力電圧V3に振動Xと同一振幅、同一周期の振動Yが発生する。
したがって、第3モードから第4モードに移行するタイミングおよび第4モードから第1モードに移行するタイミングをΔtだけずらすことで、振動Xと振動Yがちょうど逆位相となって互いに打ち消し合い、両振動を合成してなる出力電圧V3の振動を抑制することができる。
Here, the reason why the time difference Δt is set to ½ of the resonance period Ts is as follows.
That is, as shown in FIG. 4, from the third mode in which the second and third switch elements Q2, Q3 are turned on and the voltage values of the intermediate voltage V2 and the output voltage V3 are -E [V], When the switch element Q1 is turned on and the second switch element Q2 is turned off and the intermediate voltage V2 becomes 0 [V] (fourth mode), the output voltage V3 generates an oscillation X having an amplitude of about 2E [V] and an oscillation cycle Ts. To do.
After that, when the third switch element Q3 is turned off and the fourth switch element Q4 is turned on and the intermediate voltage V2 becomes E [V] (first mode), the output voltage V3 has the vibration Y having the same amplitude and the same period as the vibration X. Will occur.
Therefore, by shifting the timing of shifting from the third mode to the fourth mode and the timing of shifting from the fourth mode to the first mode by Δt, the vibration X and the vibration Y are just in opposite phases and cancel each other. The vibration of the output voltage V3 formed by synthesizing can be suppressed.
第1モードから第3モードに移行する際も、同様に、中間電圧V2が0[V]となる第2モードを間に設けることで、出力電圧V3の振動を抑制することができる。 Similarly, when shifting from the first mode to the third mode, the oscillation of the output voltage V3 can be suppressed by providing the second mode in which the intermediate voltage V2 is 0 [V].
なお、時間差Δtを設けない場合、すなわち第2モードおよび第4モードを設けない場合は、図5(B)に示すように、出力電圧V3に最大約4E[V]の大きな振動が発生する。
また、時間差Δtを3Ts/4とした場合は、振動Xと振動Yのピーク位置がずれるために、やはり出力電圧V3に振動が発生する(図5(C)参照)。これに対して、時間差Δtを振動周期Tsのちょうど1/2とした場合は、図5(A)に示すように、出力電圧V3にはほとんど振動は発生しない。
When the time difference Δt is not provided, that is, when the second mode and the fourth mode are not provided, a large oscillation of about 4E [V] at maximum occurs in the output voltage V3 as shown in FIG.
Further, when the time difference Δt is 3Ts / 4, the peak positions of the vibration X and the vibration Y are shifted, and therefore the vibration is generated in the output voltage V3 (see FIG. 5C). On the other hand, when the time difference Δt is exactly ½ of the vibration period Ts, as shown in FIG. 5A, the output voltage V3 hardly oscillates.
以上をまとめると、本実施形態に係る電源装置1aによれば、同一のアームに含まれるスイッチ素子の導通状態を逆位相となるように切り替えるとともに、一のアームに含まれるスイッチ素子の導通状態および他のアームに含まれるスイッチ素子の導通状態を時間差(=Ts/2)をつけて切り替えることにより、比較的簡易な構成で、出力電圧V3の振動を抑制することができる。 In summary, according to the power supply device 1a according to the present embodiment, the conduction state of the switch element included in the same arm is switched so as to be in reverse phase, and the conduction state of the switch element included in one arm is By switching the conduction state of the switch element included in the other arm with a time difference (= Ts / 2), the oscillation of the output voltage V3 can be suppressed with a relatively simple configuration.
[第2実施形態]
続いて本発明の第2実施形態について説明する。図6に示すように、電源装置1bは、2つの外部直流電源(第1直流電源5、および第2直流電源5’)から供給されるE[V]の直流電圧を交流の中間電圧V2に変換するスイッチング部2bと、その出力側に設けられた共振部3と、スイッチング部2aを制御する制御部4bとを備え、スイッチング部2bで得た中間電圧V2による交流電力を、共振部3を通じて負荷6に供給する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 6, the
スイッチング部2bは、第1直流電源5の直流電圧を降圧して出力する第1チョッパ回路と、第2直流電源5’の直流電圧を降圧して出力する第2チョッパ回路とを直列に接続したもので、第1チョッパ回路の出力電圧と第2チョッパ回路の出力電圧の和電圧(以下、中間電圧V2という)を出力する。例えば、第1および第2チョッパ回路の出力電圧がE[V]の場合、中間電圧V2は2E[V](高電圧値)となる。また、一方のチョッパ回路の出力電圧がE[V]、他方のチョッパ回路の出力電圧が0[V]の場合、中間電圧V2はE[V](中間値)となる。
In the
第1チョッパ回路は、IGBT等からなる第1スイッチ素子Q1’と第1ダイオードD1’とを含んでいる。同様に、第2チョッパ回路は、IGBT等からなる第2スイッチ素子Q2’と第2ダイオードD2’とを含んでいる。
同図に示すように、第1直流電源5の−端子、第2直流電源5’の+端子、第1ダイオードD1’のアノードおよび第2ダイオードD2’のカソードは、同一ラインに接続されている。
第1直流電源5の+端子と負荷6とを繋ぐラインには、第1直流電源5から負荷6に向かって電流を流し得るように第1スイッチ素子Q1’が介装され、第2直流電源5’の−端子と負荷6とを繋ぐラインには、負荷6から第2直流電源5’に向かって電流を流し得るように第2スイッチ素子Q2’が介装されている。
また、第1ダイオードD1’のカソードは第1スイッチ素子Q1’のエミッタに接続され、第2ダイオードD2’のアノードは第2スイッチ素子Q2’のコレクタに接続されている。
The first chopper circuit includes a first switch element Q1 ′ made of an IGBT or the like and a first diode D1 ′. Similarly, the second chopper circuit includes a second switch element Q2 ′ made of an IGBT or the like and a second diode D2 ′.
As shown in the figure, the-terminal of the first
A line connecting the + terminal of the first
The cathode of the first diode D1 ′ is connected to the emitter of the first switch element Q1 ′, and the anode of the second diode D2 ′ is connected to the collector of the second switch element Q2 ′.
第1および第2スイッチ素子Q1’、Q2’のベースは制御部4bに接続され、制御部4bの制御下でベースの電圧が変化することで、第1および第2スイッチ素子Q1’、Q2’の導通状態が切り替えられる。
すなわち、スイッチング部2bは、
(1)第1スイッチ素子Q1’がオンした状態で、第2スイッチ素子Q2’がオンし、第1直流電源5からの直流電圧と第2直流電源5’からの直流電圧との和電圧を負荷6に向けて供給する状態(図7の第1モード)と、
(2)第2スイッチ素子Q2’がオンした状態で、第1スイッチ素子Q1’がオフし、第2直流電源5’からの直流電圧を負荷6に向けて供給する状態(図7の第2モード)と、
(3)第1スイッチ素子Q1’がオフした状態で、第2スイッチ素子Q2’がオフし、負荷6に対する電圧供給を停止する状態(図7の第3モード)と、
(4)第2スイッチ素子Q2’がオフした状態で、第1スイッチ素子Q1’がオンし、第1直流電源5からの直流電圧を負荷6に向けて供給する状態(図7の第4モード)と
に順次切り替えられる。
The bases of the first and second switch elements Q1 ′, Q2 ′ are connected to the
That is, the
(1) With the first switch element Q1 ′ turned on, the second switch element Q2 ′ is turned on, and the sum voltage of the DC voltage from the first
(2) In a state where the second switch element Q2 ′ is turned on, the first switch element Q1 ′ is turned off and a DC voltage from the second
(3) In a state where the first switch element Q1 ′ is turned off, the second switch element Q2 ′ is turned off, and the voltage supply to the
(4) State in which the first switch element Q1 ′ is turned on and the DC voltage from the first
上記のように、第1および第2スイッチ素子Q1’、Q2’の導通状態が切り替えられると、中間電圧V2が変化する。
すなわち、第1および第2スイッチQ1’、Q2’をオン状態とした場合(第1モード)、中間電圧V2は2E[V](高電圧値)となる。両スイッチ素子Q1’、Q2’をオフ状態とした場合(第3モード)、中間電圧V2は0[V](低電圧値)となる。また、いずれか一方のスイッチ素子のみをオン状態とした場合(第2モード、第4モード)、中間電圧V2はE[V](中間値)となる。
As described above, when the conduction state of the first and second switch elements Q1 ′ and Q2 ′ is switched, the intermediate voltage V2 changes.
That is, when the first and second switches Q1 ′ and Q2 ′ are turned on (first mode), the intermediate voltage V2 is 2E [V] (high voltage value). When both switch elements Q1 ′ and Q2 ′ are turned off (third mode), the intermediate voltage V2 is 0 [V] (low voltage value). When only one of the switch elements is turned on (second mode, fourth mode), the intermediate voltage V2 is E [V] (intermediate value).
共振部3は、第1チョッパ回路と負荷6とを繋ぐラインに介装された直列リアクトルL1と、第2チョッパ回路と負荷6とを繋ぐラインに介装された直列リアクトルL2と、負荷6と並列となるように両ライン間に接続された線間コンデンサCとからなる。また、制御部4bは、電流センサ7で検出された負荷6の通流電流を参照しつつ、各スイッチ素子Q1’、Q2’の導通状態を切り替える。
The resonating
図7は、各スイッチ素子Q1’、Q2’の導通状態と、中間電圧V2および負荷6に供給される出力電圧V3との関係を示した図である。同図に示すように、第1スイッチ素子Q1’の導通状態と第2スイッチ素子Q2’の導通状態は、Δtだけ時間差をつけて切り替えられる。時間差Δtは、共振部3の共振周期Tsの1/2である。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the conduction states of the switch elements Q1 'and Q2' and the intermediate voltage V2 and the output voltage V3 supplied to the
時間差Δtを共振周期Tsの1/2とする理由を、第3モードから第1モードへの移行に注目して説明すると、以下のようになる。
すなわち、中間電圧V2が0[V](低電圧値)である第3モードと中間電圧V2が2E[V](高電圧値)の第1モードの間に、中間電圧V2がE[V](中間値)の第4モードを設け、さらに第4モードの幅を共振周期Tsの1/2とすることにより、第1実施形態の場合と同様、第3モードから第4モードに移行する際に発生する出力電圧V3の振動と、第4モードから第1モードに移行する際に発生する出力電圧V3の振動がちょうど逆位相となって互いに打ち消し合い、出力電圧V3の振動を抑制することができる。
The reason why the time difference Δt is set to ½ of the resonance period Ts will be described below by focusing on the transition from the third mode to the first mode.
That is, the intermediate voltage V2 is E [V] between the third mode in which the intermediate voltage V2 is 0 [V] (low voltage value) and the first mode in which the intermediate voltage V2 is 2E [V] (high voltage value). When the mode is shifted from the third mode to the fourth mode, as in the case of the first embodiment, by providing the (intermediate value) fourth mode and setting the width of the fourth mode to ½ of the resonance period Ts. The vibration of the output voltage V3 generated at the time and the vibration of the output voltage V3 generated when shifting from the fourth mode to the first mode cancel each other out, thereby suppressing the vibration of the output voltage V3. it can.
結局、本実施形態に係る電源装置1bによれば、第1チョッパ回路に含まれるスイッチ素子の導通状態および第2チョッパ回路に含まれるスイッチ素子の導通状態を時間差(=Ts/2)をつけて切り替えることにより、比較的簡易な構成で、出力電圧V3の振動を抑制することができる。
After all, according to the
以上、本発明に係る電源装置の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの構成に限定されるものではない。 As mentioned above, although preferred embodiment of the power supply device which concerns on this invention was described, this invention is not limited to these structures.
1a、1b 電源装置
2a、2b スイッチング部
3 共振部
4a、4b 制御部
5、5’ 直流電源
6 負荷
C 線間コンデンサ
L1、L2 直列リアクトル
Q1〜Q4、Q1’、Q2’ スイッチ素子
D1〜D4、D1’、D2’ ダイオード
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記スイッチング部の出力側に接続され、直列リアクトルおよび線間コンデンサからなる共振部と、
前記4つのスイッチ素子の導通状態を各々、切り替える制御部と
を備え、前記スイッチング部で得た交流電力を、前記共振部を通じて負荷に供給する電源装置であって、
前記制御部の制御下で前記第1および第2スイッチ素子の導通状態の切り替えタイミングに対して、前記第3および第4スイッチ素子の導通状態の切り替えタイミングを、前記直列リアクトルおよび前記線間コンデンサの共振周期の1/2だけずらすことにより、
前記第1スイッチ素子をオン、前記第2スイッチ素子をオフにした状態で、前記第3スイッチ素子をオフ、前記第4スイッチ素子をオンにし、前記入力直流電力を前記第1および第4スイッチ素子を介して前記負荷に向けて供給する第1モードと、
前記第3スイッチ素子をオフ、前記第4スイッチ素子をオンにした状態で、前記第1スイッチ素子をオフ、前記第2スイッチ素子をオンにし、負荷電流を前記第4スイッチ素子および前記第2ダイオードからなる経路で還流させる第2モードと、
前記第1スイッチ素子をオフ、前記第2スイッチ素子をオンにした状態で、前記第3スイッチ素子をオン、前記第4スイッチ素子をオフにし、前記入力直流電力を前記第2および第3スイッチ素子を介して前記負荷に向けて供給する第3モードと、
前記第3スイッチ素子をオン、前記第4スイッチ素子をオフにした状態で、前記第1スイッチ素子をオン、前記第2スイッチ素子をオフにし、負荷電流を前記第1スイッチ素子および前記第4ダイオードからなる経路で還流させる第4モードと
に順次切り替わることを特徴とする電源装置。 Four switch elements comprising the first to fourth switch elements are connected in a single-phase full bridge, one arm is constituted by the first and second switch elements, and the other arm is constituted by the third and fourth switches. And a switching unit configured to reversely connect first to fourth diodes to each of the first to fourth switch elements, and to switch input DC power using the four switch elements,
Connected to the output side of the switching unit, and a resonance unit comprising a series reactor and a line-to-line capacitor;
A control unit that switches each of the conduction states of the four switch elements, and a power supply device that supplies AC power obtained by the switching unit to a load through the resonance unit,
With respect to the switching timing of the conduction state of the first and second switch elements under the control of the control unit, the switching timing of the conduction state of the third and fourth switch elements is set to the value of the series reactor and the line capacitor. By shifting by half the resonance period,
With the first switch element turned on and the second switch element turned off, the third switch element is turned off, the fourth switch element is turned on, and the input DC power is changed to the first and fourth switch elements. A first mode for supplying to the load via
With the third switch element turned off and the fourth switch element turned on, the first switch element is turned off, the second switch element is turned on, and the load current is changed to the fourth switch element and the second diode. A second mode for refluxing through a path consisting of:
With the first switch element turned off and the second switch element turned on, the third switch element is turned on, the fourth switch element is turned off, and the input DC power is supplied to the second and third switch elements. A third mode for supplying to the load via
With the third switch element turned on and the fourth switch element turned off, the first switch element is turned on, the second switch element is turned off, and the load current is supplied to the first switch element and the fourth diode. The power supply device is characterized in that it is sequentially switched to a fourth mode for recirculation through a path consisting of:
前記スイッチング部の出力側に接続され、直列リアクトルおよび線間コンデンサからなる共振部と、
前記第1および第2スイッチ素子の導通状態を切り替える制御部と
を備え、前記和電圧による電力を、前記共振部を通じて前記負荷に供給する電源装置であって、
前記制御部の制御下で前記第1スイッチ素子の導通状態の切り替えタイミングに対して、前記第2スイッチ素子の導通状態の切り替えタイミングを、前記直列リアクトルおよび前記線間コンデンサの共振周期の1/2だけずらすことにより、
前記第1スイッチ素子をオンにした状態で、前記第2スイッチ素子をオンにし、前記第1直流電源からの直流電圧と前記第2直流電源からの直流電圧との和電圧を前記負荷に向けて供給する第1モードと、
前記第2スイッチ素子をオンにした状態で、前記第1スイッチ素子をオフにし、前記第2直流電源からの直流電圧を前記負荷に向けて供給する第2モードと、
前記第1スイッチ素子をオフにした状態で、前記第2スイッチ素子をオフにし、前記負荷に対する電圧供給を停止する第3モードと、
前記第2スイッチ素子をオフにした状態で、前記第1スイッチ素子をオンにし、前記第1直流電源からの直流電圧を前記負荷に向けて供給する第4モードと
に順次切り替わることを特徴とする電源装置。 A first chopper circuit including a first DC power supply and a first switch element and a second chopper circuit including a second DC power supply and a second switch element are connected in series, and the sum of output voltages of the respective chopper circuits. A switching unit that outputs a voltage to a load;
Connected to the output side of the switching unit, and a resonance unit comprising a series reactor and a line-to-line capacitor;
A control unit that switches a conduction state of the first and second switch elements, and a power supply device that supplies power by the sum voltage to the load through the resonance unit,
Under the control of the control unit, the switching timing of the conductive state of the second switch element is set to 1/2 the resonance period of the series reactor and the line capacitor with respect to the switching timing of the conductive state of the first switch element. By just shifting
With the first switch element turned on, the second switch element is turned on, and the sum voltage of the DC voltage from the first DC power supply and the DC voltage from the second DC power supply is directed to the load. A first mode of supply;
A second mode in which the first switch element is turned off and a DC voltage from the second DC power source is supplied to the load in a state where the second switch element is turned on;
A third mode in which the second switch element is turned off in a state where the first switch element is turned off, and the voltage supply to the load is stopped;
With the second switch element turned off, the first switch element is turned on, and the mode is sequentially switched to the fourth mode in which the DC voltage from the first DC power source is supplied to the load. Power supply.
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