JP6957750B2 - インバータ回路、インバータ回路の制御方法、制御装置、及び、負荷駆動装置 - Google Patents
インバータ回路、インバータ回路の制御方法、制御装置、及び、負荷駆動装置 Download PDFInfo
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Description
容量性負荷を駆動するためのフライバック回生制御方式のインバータ回路であって、
直流電源から直流電圧が供給される第1入力電源端子及び第2入力電源端子と、
前記容量性負荷の一端が接続される第1出力電源端子及び前記容量性負荷の他端が接続される第2出力電源端子と、
一端が前記第1入力電源端子に接続された1次側コイルと、
一端が前記1次側コイルの他端に接続され、他端が前記第2入力電源端子に接続された1次側スイッチと、
一端が前記1次側スイッチの一端に接続され、他端が前記1次側スイッチの他端に接続された1次側整流素子と、
一端が前記第1出力電源端子に接続され、前記1次側コイルとトランスを構成する2次側コイルと、
一端が前記2次側コイルの他端に接続され、他端が前記第2出力電源端子に接続された2次側スイッチと、
一端が前記2次側スイッチの一端に接続され、他端が前記2次側スイッチの他端に接続された2次側整流素子と、
前記第1出力電源端子と前記第2出力電源端子との間の出力電圧を分圧した分圧電圧に基づいたフィードバック信号を出力する分圧回路と、
前記フィードバック信号と前記出力電圧の目標電圧を規定する入力信号との誤差値と、予め設定した第1閾値とを比較した比較結果に基づいて、前記1次側スイッチ及び前記2次側スイッチを制御する制御部と、を備える
ことを特徴とする。
前記制御部は、
前記誤差値が前記第1閾値以上である場合には、前記2次側スイッチをオフした状態で、前記1次側スイッチを動作させることで、前記容量性負荷の通常制御を実行し、
一方、前記誤差値が前記第1閾値未満である場合には、前記1次側スイッチをオフした状態で、前記2次側スイッチを動作させることで、前記直流電源への回生制御を実行する
ことを特徴とする。
前記制御部は、
前記誤差値が前記第1閾値より低い予め設定された第2閾値より低い場合は、前記誤差値が低いほど2次側スイッチのオン幅を長くしつつ、前記2次側スイッチのスイッチング周期が固定となるように制御する
ことを特徴とする。
前記制御部は、
前記誤差値が前記第1閾値より低く且つ前記第2閾値より高い予め設定された第3閾値と前記第2閾値との間にある場合は、前記2次側スイッチのオン幅を最小オン幅に固定しつつ、前記誤差値が高いほど前記2次側スイッチのスイッチング周期が長くなるように制御する
ことを特徴とする。
前記制御部は、
前記誤差値が前記第1閾値より高い予め設定された第4閾値より高い場合は、前記誤差値が高いほど前記1次側スイッチのオン幅を長くしつつ、前記1次側スイッチのスイッチング周期が固定となるように制御する
ことを特徴とする。
前記制御部Yは、
前記誤差値が第1閾値より高く且つ前記第4閾値より低い予め設定された第5閾値と前記第4閾値との間にある場合は、前記1次側スイッチのオン幅を最小オン幅に固定しつつ、前記誤差値が低いほど前記1次側スイッチのスイッチング周期が長くなるように制御する
ことを特徴とする。
前記制御部は、
前記誤差値が前記第3閾値と前記第5閾値との間にある場合には、前記1次側スイッチ及び前記2次側スイッチをオフに維持するように制御する
ことを特徴とする。
前記1次側スイッチは、
前記一端であるドレインが前記1次側コイルの他端に接続され、前記他端であるソースが前記第2入力電源端子に接続された第1のn型MOSトランジスタであり、
前記2次側スイッチは、
前記一端であるドレインが前記2次側コイルの他端に接続され、前記他端であるソースが前記第2出力電源端子に接続された第2のn型MOSトランジスタであり、
前記1次側整流素子は、
カソードが前記1次側スイッチの前記一端に接続され、アノードが前記1次側スイッチの前記他端に接続された第1ダイオードであり、
前記2次側整流素子は、
カソードが前記2次側スイッチの前記一端に接続され、アノードが前記2次側スイッチの前記他端に接続された第2ダイオードである
ことを特徴とする。
前記制御部は、
前記フィードバック信号が反転入力端子に入力され、前記入力信号が非反転入力端子に入力され、前記フィードバック信号と前記入力信号との誤差値を出力するエラーアンプと、
前記誤差値に基づいて、前記1次側スイッチを動作させるオン幅を規定する第1信号を出力する1次側オン幅制御回路と、
前記誤差値に基づいて、前記2次側スイッチを動作させるオン幅を規定する第2信号を出力する2次側オン幅制御回路と、
前記誤差値に基づいて、前記1次側スイッチ及び前記2次側スイッチを動作させる周波数を規定する第3信号を出力するスイッチング周期制御回路と、を備え、
前記第1から前記第3信号に基づいて、前記1次側スイッチおよび前記2次側スイッチを制御する
ことを特徴とする。
前記制御部は、
前記誤差値に基づいて、前記1次側スイッチおよび前記2次側スイッチのうち動作させるスイッチを切り換えるための第4信号を出力する1次・2次切換回路と、
前記1次側スイッチおよび前記2次側スイッチを強制的にオフするための第5信号を出力するスイッチ遮断回路と、をさらに備え、
前記第1から前記第5信号に基づいて、前記1次側スイッチおよび前記2次側スイッチを制御する
ことを特徴とする。
前記制御部は、
前記第1、第3、第4、及び第5信号に基づいて、前記1次側スイッチを制御する第1ゲート制御信号を出力する第1の論理回路と、
前記第2、第3、第4、及び第5信号に基づいて、前記2次側スイッチを制御する第2ゲート制御信号を出力する第2の論理回路と、をさらに備える
ことを特徴とする。
前記第1の論理回路は、
セット端子に前記第3信号が入力され、リセット端子に前記第1信号が入力される第1のフリップフロップ回路と、
前記第4信号が入力されるインバータ素子と、
前記第1のフリップフロップ回路が出力から出力する信号、前記インバータ素子が出力する信号、及び、前記第5信号が入力される第1のAND回路と、
前記第1のAND回路が出力した信号が入力され、前記1次側スイッチを制御する第1ゲート制御信号を出力する第1のバッファと、
を備え、
前記第2の論理回路は、
セット端子に前記第3信号が入力され、リセット端子に前記第2信号が入力される第2のフリップフロップ回路と、
前記第2のフリップフロップ回路が出力する信号、前記第4信号、及び、前記第5信号が入力される第2のAND回路と、
前記第2のAND回路が出力した信号が入力され、前記2次側スイッチを制御する第2ゲート制御信号を出力する第2のバッファと、
を備える
ことを特徴とする。
容量性負荷を駆動するためのフライバック回生制御方式のインバータ回路であって、直流電源から直流電圧が供給される第1入力電源端子及び第2入力電源端子と、前記容量性負荷の一端が接続される第1出力電源端子及び前記容量性負荷の他端が接続される第2出力電源端子と、一端が前記第1入力電源端子に接続された1次側コイルと、一端が前記1次側コイルの他端に接続され、他端が前記第2入力電源端子に接続された1次側スイッチと、一端が前記1次側スイッチの一端に接続され、他端が前記1次側スイッチの他端に接続された1次側整流素子と、一端が前記第1出力電源端子に接続され、前記1次側コイルとトランスを構成する2次側コイルと、一端が前記2次側コイルの他端に接続され、他端が前記第2出力電源端子に接続された2次側スイッチと、一端が前記2次側スイッチの一端に接続され、他端が前記2次側スイッチの他端に接続された2次側整流素子と、前記第1出力電源端子と前記第2出力電源端子との間の出力電圧を分圧した分圧電圧に基づいたフィードバック信号を出力する分圧回路と、を備えたインバータ回路に適用される制御装置であって、
前記フィードバック信号と前記出力電圧の目標電圧を規定する入力信号との誤差値と、予め設定した第1閾値とを比較した比較結果に基づいて、前記1次側スイッチ及び前記2次側スイッチを制御する
ことを特徴とする。
容量性負荷を駆動するためのフライバック回生制御方式のインバータ回路であって、直流電源から直流電圧が供給される第1入力電源端子及び第2入力電源端子と、前記容量性負荷の一端が接続される第1出力電源端子及び前記容量性負荷の他端が接続される第2出力電源端子と、一端が前記第1入力電源端子に接続された1次側コイルと、一端が前記1次側コイルの他端に接続され、他端が前記第2入力電源端子に接続された1次側スイッチと、一端が前記1次側スイッチの一端に接続され、他端が前記1次側スイッチの他端に接続された1次側整流素子と、一端が前記第1出力電源端子に接続され、前記1次側コイルとトランスを構成する2次側コイルと、一端が前記2次側コイルの他端に接続され、他端が前記第2出力電源端子に接続された2次側スイッチと、一端が前記2次側スイッチの一端に接続され、他端が前記2次側スイッチの他端に接続された2次側整流素子と、前記第1出力電源端子と前記第2出力電源端子との間の出力電圧を分圧した分圧電圧に基づいたフィードバック信号を出力する分圧回路と、前記フィードバック信号と前記出力電圧の目標電圧を規定する入力信号との誤差値と、予め設定した第1閾値とを比較した比較結果に基づいて、前記1次側スイッチ及び前記2次側スイッチを制御する制御部と、を備えたインバータ回路の制御方法であって、
前記制御部が、
前記誤差値が前記第1閾値以上である場合には、前記2次側スイッチをオフした状態で、前記1次側スイッチを動作させることで、前記容量性負荷の通常制御を実行し、
一方、前記誤差値が前記第1閾値未満である場合には、前記1次側スイッチをオフした状態で、前記2次側スイッチを動作させることで、前記直流電源への回生制御を実行する
ことを特徴とする。
直流電圧を出力する直流電源と、
容量性負荷と、
前記直流電圧に基づいて、前記容量性負荷を駆動するためのフライバック回生制御方式のインバータ回路と、を備え、
前記インバータ回路は、
直流電源から直流電圧が供給される第1入力電源端子及び第2入力電源端子と、
前記容量性負荷の一端が接続される第1出力電源端子及び前記容量性負荷の他端が接続される第2出力電源端子と、
一端が前記第1入力電源端子に接続された1次側コイルと、
一端が前記1次側コイルの他端に接続され、他端が前記第2入力電源端子に接続された1次側スイッチと、
一端が前記1次側スイッチの一端に接続され、他端が前記1次側スイッチの他端に接続された1次側整流素子と、
一端が前記第1出力電源端子に接続され、前記1次側コイルとトランスを構成する2次側コイルと、
一端が前記2次側コイルの他端に接続され、他端が前記第2出力電源端子に接続された2次側スイッチと、
一端が前記2次側スイッチの一端に接続され、他端が前記2次側スイッチの他端に接続された2次側整流素子と、
前記第1出力電源端子と前記第2出力電源端子との間の出力電圧を分圧した分圧電圧に基づいたフィードバック信号を出力する分圧回路と、
前記フィードバック信号と前記出力電圧の目標電圧を規定する入力信号との誤差値と、予め設定した第1閾値とを比較した比較結果に基づいて、前記1次側スイッチ及び前記2次側スイッチを制御する制御部と、を備える
ことを特徴とする。
B 直流電源
Load 容量性負荷
10 インバータ回路
TIN1 第1入力電源端子
TIN2 第2入力電源端子
TOUT1 第1出力電源端子
TOUT2 第2出力電源端子
L1 1次側コイル
M1 1次側スイッチ
D1 1次側整流素子
L2 2次側コイル
M2 2次側スイッチ
D2 2次側整流素子
R 分圧回路
R1 第1の分圧抵抗
R2 第2の分圧抵抗
Y 制御部(制御装置)
EA エラーアンプ
CN1 1次側オン幅制御回路
CN2 2次側オン幅制御回路
CNF スイッチング周期制御回路
CNK 1次・2次切換回路
CNS スイッチ遮断回路
G1 第1の論理回路
G2 第2の論理回路
FF1 第1のフリップフロップ回路
Z インバータ素子
X1 第1のAND回路
BA1 第1のバッファ
FF2 第2のフリップフロップ回路
X2 第2のAND回路
BA2 第2のバッファ
VIN 直流電圧(入力電圧)
SF フィードバック信号
VEAout 誤差値
SIN 入力信号
S1 第1信号
S2 第2信号
S3 第3信号
S4 第4信号
S5 第5信号
Vth1 第1閾値
Vth2 第2閾値
Vth3 第3閾値
Vth4 第4閾値
Vth5 第5閾値
Claims (15)
- 容量性負荷を駆動するためのフライバック回生制御方式のインバータ回路であって、
直流電源から直流電圧が供給される第1入力電源端子及び第2入力電源端子と、
前記容量性負荷の一端が接続される第1出力電源端子及び前記容量性負荷の他端が接続される第2出力電源端子と、
一端が前記第1入力電源端子に接続された1次側コイルと、
一端が前記1次側コイルの他端に接続され、他端が前記第2入力電源端子に接続された1次側スイッチと、
一端が前記1次側スイッチの一端に接続され、他端が前記1次側スイッチの他端に接続された1次側整流素子と、
一端が前記第1出力電源端子に接続され、前記1次側コイルとトランスを構成する2次側コイルと、
一端が前記2次側コイルの他端に接続され、他端が前記第2出力電源端子に接続された2次側スイッチと、
一端が前記2次側スイッチの一端に接続され、他端が前記2次側スイッチの他端に接続された2次側整流素子と、
前記第1出力電源端子と前記第2出力電源端子との間の出力電圧を分圧した分圧電圧に基づいたフィードバック信号を出力する分圧回路と、
前記フィードバック信号と前記出力電圧の目標電圧を規定する入力信号との誤差値と、予め設定した第1閾値とを比較した比較結果に基づいて、前記1次側スイッチ及び前記2次側スイッチを制御する制御部と、を備える
ことを特徴とするインバータ回路。 - 前記制御部は、
前記誤差値が前記第1閾値以上である場合には、前記2次側スイッチをオフした状態で、前記1次側スイッチを動作させることで、前記容量性負荷の通常制御を実行し、
一方、前記誤差値が前記第1閾値未満である場合には、前記1次側スイッチをオフした状態で、前記2次側スイッチを動作させることで、前記直流電源への回生制御を実行する
ことを特徴とする請求項1に記載のインバータ回路。 - 前記制御部は、
前記誤差値が前記第1閾値より低い予め設定された第2閾値より低い場合は、前記誤差値が低いほど2次側スイッチのオン幅を長くしつつ、前記2次側スイッチのスイッチング周期が固定となるように制御する
ことを特徴とする請求項2に記載のインバータ回路。 - 前記制御部は、
前記誤差値が前記第1閾値より低く且つ前記第2閾値より高い予め設定された第3閾値と前記第2閾値との間にある場合は、前記2次側スイッチのオン幅を最小オン幅に固定しつつ、前記誤差値が高いほど前記2次側スイッチのスイッチング周期が長くなるように制御する
ことを特徴とする請求項3に記載のインバータ回路。 - 前記制御部は、
前記誤差値が前記第1閾値より高い予め設定された第4閾値より高い場合は、前記誤差値が高いほど前記1次側スイッチのオン幅を長くしつつ、前記1次側スイッチのスイッチング周期が固定となるように制御する
ことを特徴とする請求項4に記載のインバータ回路。 - 前記制御部は、
前記誤差値が第1閾値より高く且つ前記第4閾値より低い予め設定された第5閾値と前記第4閾値との間にある場合は、前記1次側スイッチのオン幅を最小オン幅に固定しつつ、前記誤差値が低いほど前記1次側スイッチのスイッチング周期が長くなるように制御する
ことを特徴とする請求項5に記載のインバータ回路。 - 前記制御部は、
前記誤差値が前記第3閾値と前記第5閾値との間にある場合には、前記1次側スイッチ及び前記2次側スイッチをオフに維持するように制御する
ことを特徴とする請求項6に記載のインバータ回路。 - 前記1次側スイッチは、
前記一端であるドレインが前記1次側コイルの他端に接続され、前記他端であるソースが前記第2入力電源端子に接続された第1のn型MOSトランジスタであり、
前記2次側スイッチは、
前記一端であるドレインが前記2次側コイルの他端に接続され、前記他端であるソースが前記第2出力電源端子に接続された第2のn型MOSトランジスタであり、
前記1次側整流素子は、
カソードが前記1次側スイッチの前記一端に接続され、アノードが前記1次側スイッチの前記他端に接続された第1ダイオードであり、
前記2次側整流素子は、
カソードが前記2次側スイッチの前記一端に接続され、アノードが前記2次側スイッチの前記他端に接続された第2ダイオードである
ことを特徴とする請求項2に記載のインバータ回路。 - 前記制御部は、
前記フィードバック信号が反転入力端子に入力され、前記入力信号が非反転入力端子に入力され、前記フィードバック信号と前記入力信号との誤差値を出力するエラーアンプと、
前記誤差値に基づいて、前記1次側スイッチを動作させるオン幅を規定する第1信号を出力する1次側オン幅制御回路と、
前記誤差値に基づいて、前記2次側スイッチを動作させるオン幅を規定する第2信号を出力する2次側オン幅制御回路と、
前記誤差値に基づいて、前記1次側スイッチ及び前記2次側スイッチを動作させる周波数を規定する第3信号を出力するスイッチング周期制御回路と、を備え、
前記第1から前記第3信号に基づいて、前記1次側スイッチおよび前記2次側スイッチを制御する
ことを特徴とする請求項1に記載のインバータ回路。 - 前記制御部は、
前記誤差値に基づいて、前記1次側スイッチおよび前記2次側スイッチのうち動作させるスイッチを切り換えるための第4信号を出力する1次・2次切換回路と、
前記1次側スイッチおよび前記2次側スイッチを強制的にオフするための第5信号を出力するスイッチ遮断回路と、をさらに備え、
前記第1から前記第5信号に基づいて、前記1次側スイッチおよび前記2次側スイッチを制御する
ことを特徴とする請求項9に記載のインバータ回路。 - 前記制御部は、
前記第1、第3、第4、及び第5信号に基づいて、前記1次側スイッチを制御する第1ゲート制御信号を出力する第1の論理回路と、
前記第2、第3、第4、及び第5信号に基づいて、前記2次側スイッチを制御する第2ゲート制御信号を出力する第2の論理回路と、をさらに備える
ことを特徴とする請求項10に記載のインバータ回路。 - 前記第1の論理回路は、
セット端子に前記第3信号が入力され、リセット端子に前記第1信号が入力される第1のフリップフロップ回路と、
前記第4信号が入力されるインバータ素子と、
前記第1のフリップフロップ回路が出力から出力する信号、前記インバータ素子が出力する信号、及び、前記第5信号が入力される第1のAND回路と、
前記第1のAND回路が出力した信号が入力され、前記1次側スイッチを制御する第1ゲート制御信号を出力する第1のバッファと、
を備え、
前記第2の論理回路は、
セット端子に前記第3信号が入力され、リセット端子に前記第2信号が入力される第2のフリップフロップ回路と、
前記第2のフリップフロップ回路が出力する信号、前記第4信号、及び、前記第5信号が入力される第2のAND回路と、
前記第2のAND回路が出力した信号が入力され、前記2次側スイッチを制御する第2ゲート制御信号を出力する第2のバッファと、
を備える
ことを特徴とする請求項11に記載のインバータ回路。 - 容量性負荷を駆動するためのフライバック回生制御方式のインバータ回路であって、直流電源から直流電圧が供給される第1入力電源端子及び第2入力電源端子と、前記容量性負荷の一端が接続される第1出力電源端子及び前記容量性負荷の他端が接続される第2出力電源端子と、一端が前記第1入力電源端子に接続された1次側コイルと、一端が前記1次側コイルの他端に接続され、他端が前記第2入力電源端子に接続された1次側スイッチと、一端が前記1次側スイッチの一端に接続され、他端が前記1次側スイッチの他端に接続された1次側整流素子と、一端が前記第1出力電源端子に接続され、前記1次側コイルとトランスを構成する2次側コイルと、一端が前記2次側コイルの他端に接続され、他端が前記第2出力電源端子に接続された2次側スイッチと、一端が前記2次側スイッチの一端に接続され、他端が前記2次側スイッチの他端に接続された2次側整流素子と、前記第1出力電源端子と前記第2出力電源端子との間の出力電圧を分圧した分圧電圧に基づいたフィードバック信号を出力する分圧回路と、を備えたインバータ回路に適用される制御装置であって、
前記フィードバック信号と前記出力電圧の目標電圧を規定する入力信号との誤差値と、予め設定した第1閾値とを比較した比較結果に基づいて、前記1次側スイッチ及び前記2次側スイッチを制御する
ことを特徴とする制御装置。 - 容量性負荷を駆動するためのフライバック回生制御方式のインバータ回路であって、直流電源から直流電圧が供給される第1入力電源端子及び第2入力電源端子と、前記容量性負荷の一端が接続される第1出力電源端子及び前記容量性負荷の他端が接続される第2出力電源端子と、一端が前記第1入力電源端子に接続された1次側コイルと、一端が前記1次側コイルの他端に接続され、他端が前記第2入力電源端子に接続された1次側スイッチと、一端が前記1次側スイッチの一端に接続され、他端が前記1次側スイッチの他端に接続された1次側整流素子と、一端が前記第1出力電源端子に接続され、前記1次側コイルとトランスを構成する2次側コイルと、一端が前記2次側コイルの他端に接続され、他端が前記第2出力電源端子に接続された2次側スイッチと、一端が前記2次側スイッチの一端に接続され、他端が前記2次側スイッチの他端に接続された2次側整流素子と、前記第1出力電源端子と前記第2出力電源端子との間の出力電圧を分圧した分圧電圧に基づいたフィードバック信号を出力する分圧回路と、前記フィードバック信号と前記出力電圧の目標電圧を規定する入力信号との誤差値と、予め設定した第1閾値とを比較した比較結果に基づいて、前記1次側スイッチ及び前記2次側スイッチを制御する制御部と、を備えたインバータ回路の制御方法であって、
前記制御部が、
前記誤差値が前記第1閾値以上である場合には、前記2次側スイッチをオフした状態で、前記1次側スイッチを動作させることで、前記容量性負荷の通常制御を実行し、
一方、前記誤差値が前記第1閾値未満である場合には、前記1次側スイッチをオフした状態で、前記2次側スイッチを動作させることで、前記直流電源への回生制御を実行する
ことを特徴とするインバータ回路の制御方法。 - 直流電圧を出力する直流電源と、
容量性負荷と、
前記直流電圧に基づいて、前記容量性負荷を駆動するためのフライバック回生制御方式のインバータ回路と、を備え、
前記インバータ回路は、
直流電源から直流電圧が供給される第1入力電源端子及び第2入力電源端子と、
前記容量性負荷の一端が接続される第1出力電源端子及び前記容量性負荷の他端が接続される第2出力電源端子と、
一端が前記第1入力電源端子に接続された1次側コイルと、
一端が前記1次側コイルの他端に接続され、他端が前記第2入力電源端子に接続された1次側スイッチと、
一端が前記1次側スイッチの一端に接続され、他端が前記1次側スイッチの他端に接続された1次側整流素子と、
一端が前記第1出力電源端子に接続され、前記1次側コイルとトランスを構成する2次側コイルと、
一端が前記2次側コイルの他端に接続され、他端が前記第2出力電源端子に接続された2次側スイッチと、
一端が前記2次側スイッチの一端に接続され、他端が前記2次側スイッチの他端に接続された2次側整流素子と、
前記第1出力電源端子と前記第2出力電源端子との間の出力電圧を分圧した分圧電圧に基づいたフィードバック信号を出力する分圧回路と、
前記フィードバック信号と前記出力電圧の目標電圧を規定する入力信号との誤差値と、予め設定した第1閾値とを比較した比較結果に基づいて、前記1次側スイッチ及び前記2次側スイッチを制御する制御部と、を備える
ことを特徴とする負荷駆動装置。
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