JPH0223060A - チョッパ変換器のゲート信号発生回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、印加されるゲート信号のオン、オフにより、
直流電流をオン、オフする半導体直流スイッチから成る
チョッパ変換器（以下、チョッパ方式による半導体電力
変換器ということがある）に対して、前記ゲート信号を
作成して供給するゲート信号発生回路に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

チョッパ方式による半導体電力変換装置の制御方法とし
て、半導体直流スイッチのスイッチング損失を制限する
目的で単位時間当りのスイッチ回数を制限することが行
われる。すなわち半導体直流スイッチのオン・オフ動作
の動作周波数（制御周期）を一定に制御し、その一定の
制御周期内における該スイッチのオン期間（通流期間又
はデユーティなどと云う）のみを操作して通流率を制御
する方法がある。

第５図は、かかる通流率制御を行う従来のチョッパ変換
器のゲート信号発生回路を示すブロック図である。同図
において、１はゲート信号発生用タイマ、２は制御周期
発生用タイマ、３はチョッパ変換器を構成する半導体直
流スイッチ、である。

第６図は第５図に示す回路の動作タイミングチャートで
ある。取敢えず第６図（ａ）を参照して第５図に示すゲ
ート信号発生回路の動作概要を説明する。

半導体直流スイッチ３は、ゲート信号発生用タイマ１か
らゲート信号Ｇを供給され、それがオンである期間導通
（オン）して直流を通し、オフである期間は直流を遮断
する。制御用１す１発生用タイマ２は、周波数ｆの基準
クロックＦをカウントして一定周期の基準信号ＰＯを出
力する。基準信号ＰＯは、一定の制御周期Ｔｏでもって
繰り返し発生する。

他方、ゲート信号発生用タイマ１は、書き込み信号Ｗに
より通流率データＮを設定されると、それに従った通流
期間Ｔｗだけオンとなるゲート信号を、前記基準信号Ｐ
Ｏに同期して出力する。第６図ｆ’ａ）において、通流
期間はＴｗで示され、通流率データＮは、基準信号ＰＯ
の周期ＴＯに対する通流期間Ｔｗの比率である。

〔発明が解決しようとする課題〕

以下、第５図、第６図を参照して従来のチリ・ンパ変換
器のゲート信号発生回路における問題点を説明する。

第５図において、制御周期発生用タイマ２は周波数「の
基準クロックＦをカウントし、ＮＯ＝ＴＯ／ｆだけカウ
ントするたびごとに、従って定周期ＴＯで基準パルスＰ
Ｏ（以下、トリガパルスと云うこともある）を出力する
ことはすでに述べた通りである。ここでＴＯは前述のよ
うに半導体直流スイッチ３のスイッチング損失を制限す
る目的で設けられた制御周期である。

す・トリガブルのゲート信号発生用タイマ１は、トリガ
パルスＰＯに同期して基準クロックＦのカウントを開始
してＮ−Ｔｗ／ｆだけカウントする間だけ、ゲート信号
Ｇを出力して、半導体直流スイッチ３へ供給する。従っ
て、タイマ１への通流率設定値Ｎによって、 Ｎ＜Ｎｏのとき通流率（デユーティ）αがα＝Ｎ／Ｎｏ
−Ｔｗ／Ｔｏのチョッパ制御が行われ、Ｎ≧ＮＯのとき
全導通制御が行われ、 Ｎ＝Ｏのとき停止となる。

しかしながら、タイマ１に新たな通流率データＮを設定
して通流率を変えようと思っても、通流率データＮを設
定した時点から制御周期を規定する次のトリガパルスＰ
Ｏが到来するまでは、タイマ１は新たな通流率データＮ
に基づくカウント動作を開始しないから、第６図（ｂ）
に示すように、それまでの連続的な停止状態（ゲート信
号Ｇがオフの状態）からチョッパ制御に移行する場合で
も、通流率データＮをタイマ１に設定した時点（書込み
信号Ｗの発生時点）から実際にチョッパ動作を開始する
までに無駄時間Ｔｄが発生し、これは最大ではＴｏに等
しい期間となる。

同様に第６図（Ｃ）に示すように、オン状態のゲート信
号Ｇを連続して出力し続ける全導通状態からチョッパ制
御に移行する場合でも、通流率データＮをタイマ１に設
定した時点（８込み信号Ｗの発生時点）から実際にチョ
ッパ動作を開始するまでに無駄時間Ｔｄが発生し、これ
は最大ではＴＯに等しい期間となる。

ここで制御周期ＴＯを設ける本来の目的は、半導体直流
スイッチ３の単位時間当りのスイッチング回数（周期）
を制限してスイッチングＩ員失を軽減することであるが
、この場合（第６図（ｂ）と（ｃ）の場合）は、停止ま
たは全導通という静的な動作状態（スイッチング損失の
発生していない動作状態）からチョッパ動作に移行する
わけで、移行に当って、あえて無駄時間Ｔｄを設けなけ
ればスイッチング損失が過大になる等の理由は存しない
から、このＴｄは迅速な制御の妨げになるという意味で
、むしろ制御上有害な無駄時間となっていた。

本発明の目的は、停止または全導通という静的な動作状
態（ゲート信号がずっとオフになりっばなし或いはオン
になりっばなしという状態で、オン、オフのスイッチン
グが行われないからスイッチング損失も発生しないとい
う状態）からチョッパ動作（オン、オフのスイッチング
が行われる状ｍりへ移行する際に、従来技術で見られた
ような無駄時間Ｔｄが生じることなく、直ちに移行する
ことを可能にするようなゲート信号を発生するチョッパ
変換器のゲート信号発生回路を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的達成のため本発明では、チョッパ変換器のゲー
ト信号発生回路において、ゲート信号をオンに転じる基
準点となる基準信号を一定周期で発生する定周期基準信
号発生回路（制御周期発生用タイマ）と、前記一定周期
の１周期内でゲートをオン状態に維持する期間（これを
通流期間という）の割合である通流率データを設定され
てその通流期間だけ前記基準点からゲート信号をオン状
態にして供給するゲート信号オン回路（ゲート信号発生
用タイマ）と、該ゲート信号オン回路から供給されるゲ
ート信号が少なくとも成る一定期間オンからオフへ、或
いはオフからオンへ変化せず、定常状態にあることを検
出する定常状態検出回路と、定常状態が検出されている
状態のもとで前記ゲート信号オン回路に新たな通流率デ
ータが設定された場合、その定常状態と通流率データ設
定が重なったことを検出する重なり検出回路と、を具備
した。

〔作用〕

前記型なり検出回路は、定常状態と通流率データ設定が
重なったことを検出すると、直ちに前記ゲート信号オン
回路をして、該通流率データにより指定された通流期間
だけオン状態になった第１回目のゲート信号を供給させ
ると共に、前記定周期基準信号発生回路をもそれと同期
させて直ちに起動させ、第２回目以降は該定周期基準信
号発生回路から発生する基準信号を基準点として前記通
流期間だけオン状態となるゲート信号を供給せしめる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図である。同
図において、第５図におけるのと同じものには同じ符号
を付しである。そのほか、４は微分回路、５は定常状態
検出用タイマ、６は論理積回路（アンド回路）、７は論
理和回路（オア回路）、である。回路部分Ｍは、定常状
態検出用タイマ５と微分回路４を含む回路部分で、ゲー
ト信号Ｇが定常状態（ずっとオフになりっばなし或いは
オンになりっばなしという状態で、オン、オフのスイッ
チングが行われていない静的状態）にあるとき、そのこ
とを検出する回路部分である。

動作概要を説明する。微分回路４はゲート信号Ｇを取り
込みその微分信号Ｇｘを出力するが、ゲート信号が定常
状態にあれば微分信号Ｇｘは常に零である。定常状態検
出用タイマ５は、基準クロックＦをカウントして成る一
定周期を計測したら論理１を出力するタイマであるが、
その一定周期内に微分回路４から微分信号Ｇｘが入力さ
れている限り、す・トリガされて常に論理０の信号をＥ
として出力するが、微分信号Ｇｘが零であれば、トリガ
されないので常に論理１の信号をＥとして出力する。

Ｅが論理１（ゲート信号Ｇが定常状態）であるとき、書
き込み信号Ｗが発生してゲート信号発生用タイマ１に通
流率データＮが設定されると、論理積回路６が出力Ｐ２
を発生し、論理和回路７を介し出力ＰＯとしてゲート信
号発生用タイマ１を駆動して、その設定された通流率デ
ータＮに従った通流期間を持つゲート信号Ｇを第１回目
として出力させると共に、出力Ｐ２は制御周期発生用タ
イマ２にも印加されて該タイマ２から基準信号Ｐ１を制
御周期で発生させる。従って第２回目からは、基準信号
Ｐｉが論理和回路７を介し出力Ｐ０としてゲート信号発
生用タイマ１を駆動して通流率データＮに従った還流期
間を持つゲート信号Ｇを出力させる。

以上が動作概要であるが、第１図に示した実施例の動作
タイミングチャートである第２図をも併せ参照して以下
、更に正確な動作説明を行う。

第１図において、制御周期発生用タイマ２は、周波数ｒ
の基本クロックＦをカウントして、Ｎ。

だけカウントするごとに基準信号としてのトリガパルス
Ｐ１を出力する。

ココテ、Ｎｏ　＝ＴＯ／ｆ、（Ｔｏ　　：半導体直流ス
イッチ３の制御周期）である。所定の通流期間だけオン
となるゲート信号出力用のり・トリガブル・タイマであ
るゲート信号発生用タイマ１は、論理和回路７の出力パ
ルスＰＯに同期して、周波数ｆの基本クロックＦにより
、書込み信号Ｗで書込まれた通流率設定データＮ（＝Ｔ
ｗ／ｆ）を初期値とするダウンカウント動作を開始し、
カウント終了までの間、スイッチ３へのゲート信号Ｇを
出力する。ここで、Ｎ＝ａ　・Ｎｏ−Ｔｗ／ｆ、（α：
基本の制御周期における通流率）である。微分回路４は
、タイマ１の出力であるゲート信号ＧのＨｉｇｈ（オン
）→Ｌｏｗ　（オフ）またはＬＯＷ（オフ）→Ｈｉｇｈ
　（オン）の変化に同期して微分パルスＧｘを出力する
。

す・トリガブル・タイマである定常状態検出用タイマ５
は、微分パルスＧｘをトリガとして周波数ｆの基準クロ
ックＦを計数してＮＯだけ計数する間、イネーブル信号
Ｅの出力を禁止する（イネーブル信号ＥをＬｏｗレベル
に保つ）。論理積回路６は、タイマ１への通流率データ
設定用の占込み信号Ｗとイネーブル信号Ｅとの論理積を
とって、その結果Ｐ２を、タイマ２へのリセット・スタ
ート信号として出力するとともに、論理和回路７へも供
給する。論理和回路７は、論理積回路６の出力信号Ｐ２
及びタイマ２の出力信号Ｐ１の論理和回路ＰＯを出力す
る。

この結果、通常のチゴッパ動作状態では第２図（ａ）に
示すように、タイマ５はゲート信号Ｇによって制御周期
７０間に２回トリガされてイネーブル信号Ｅは出力を禁
止され続けてＬｏｗ　（オフ）レベルを保ち続けるため
、タイマ２は書込み信号Ｗによってリセット・スタート
されることなく、カウント動作を継続して、制御周期Ｔ
ＯごとにトリガパルスＰ１を出力する。従って、ゲート
信号発生用タイマ１は、制御周期Ｔｏごとにカウント動
作を開始して、通流率設定データＮ　（＝Ｔｗ／ｆ）を
計数する間、スイッチ３へのゲート信号Ｇを出力する。

ゲート信号Ｇが連続した停止状態では、第２図（ｂ）に
示すように、ゲート信号Ｇに変化がないため、タイマ５
はトリガされることなく、その出力信号Ｅは出力され続
け（Ｈｉ　ｇ　ｈレベルを保ち続け）、この状態でタイ
マ１へ通流率データ設定用の書込み信号Ｗが与えられる
と、論理積回路６は書込み信号Ｗと等価のトリガ信号Ｐ
２を出力する。このため、タイマ１は論理和回路７の出
力信号ＰＯによりトリガされて設定されたデータＮ（−
Ｔｗ／ｆ）による新たな計数を開始し、計数に要する間
ゲート信号Ｇを出力する。また同時にタイマ２もその計
数値をトリガ信号Ｐ２でリセット・スタートされてＮＯ
の新たな計数を開始し、この時点を制御周期の新たな起
点として周期ＴＯの発生をするようになる。

ゲート信号Ｇが全導通状態では、第２図（ｃ）に示すよ
うに、ゲート信号Ｇに変化がないためタイマ５はトリガ
されることなく、その出力信号Ｅは出力され（Ｈｉ　ｇ
　ｈレベルを保ち）続け、この状態でタイマ１への書込
み信号Ｗが与えられると、論理積回路６は書込み信号Ｗ
と等価のトリガ信号Ｐ２を出力する。このため、タイマ
１は論理和回路７の出力信号ＰＯによりトリガされて設
定されたデータＮ（＝Ｔｗ／ｆ）による新たな計数を開
始し、計数に要する間ゲート信号Ｇを出力する。

また同時にタイマ２もその計数値をトリガ信号Ｐ２でリ
セット・スタートされて、Ｎｏの新たな計数を開始し、
この時点を制御周期の新たな起点として周期ＴＯの発生
をするようになる。

第３図は本発明の別の実施例（実施例２）を示すブロッ
ク図である。本実施例が第１図に示した実施例１と相違
する点は、ゲート信号Ｇが定常状態にあるとき、そのこ
とを検出する回路部分Ｍが別の構成を採っていて、フリ
ップフロップ８〜１１と、論理積回路１２．１３と、論
理和回路１４により構成されている点である。その他は
第１図に示した実施例１と変わるところがない。

第４図は第３図に示した実施例２の動作タイミングチャ
ートである。

以下、第４図も参照しながら第３図における回路部分Ｍ
の動作を説明する。

フリップ・フロップ８はトリガ信号ＰＯでトリガ信号Ｐ
Ｏ人力直後のゲート信号Ｇのレベルを取り込んで保つ。

フリップ・フロップ９はトリガ信号ＰＯでトリガ信号Ｐ
Ｏ人力直前のゲート信号Ｇのレベルを取り込んで保つ。

フリップ・フロップ１０及び１１はトリガ信号ＰＯでそ
れぞれフリップ・フロップ８及び９の出力信号をラッチ
する。

論理積回路１２は、フリップ・フロップ８及びｌＯの出
力の負論理の論理積Ｐ３を出力する。論理積回路１３は
フリップ・フロップ９及び１１の出力の正論理の論理積
Ｐ４を出力する。論理和回路１４は、論理積回路１２及
び１３の出力信号Ｐ３及びＰ４の論理和をイネーブル信
号Ｅとして出力する。

連続した停止状態では第４図（ｂ）に示すように、トリ
ガ信号ＰＯの入力直後におけるゲート信号Ｇは連続して
Ｌｏｗレベルとなっており、フリップ・フロップ８及び
１０の出力信号はともにＬｏｗレベルでその結果、負論
理の論理積回路１２の出力信号Ｐ３はＨｉｇｈレベルと
なり、イネーブル信号ＥもＨｉｇｈレベルとなる。従っ
て、この状態で書込み信号Ｗが与えられると実施例１の
場合と同様にこのときの書込み信号Ｗに同期してトリガ
信号ＰＯが発生して無駄時間なしでチョッパ動作を開始
するとともにタイマ２はそれを基本制御周期の新たな起
点として周期ＴＯを発生するようになる。

同様に、全導通状態では第４図（Ｃ）に示すように、ゲ
ート信号Ｇのレベルは連続してＨｉｇｈレベルにあるた
めに、トリガ信号ＰＯの入力直前のケート信号ＧもＨｉ
ｇｈレベルにあり、フリップ・フロップ９及び１１の出
力信号はともにＨｉｇｈレベルで、その結果、正論理の
論理積回路１３の出力信号Ｐ４もＨｉ　ｇｈレベルとな
り、イネーブル信号ＥもＨｉｇｈレベルとなる。従って
、この状態で占込み信号Ｗが与えられると、実施例１の
場合と同様にこのときの書込み信号Ｗ６に同期してトリ
ガ信号ＰＯが発生して、無駄時間なしでチョッパ動作を
開始するとともに、タイマ２はそれを制御周期の新たな
起点として周期Ｔｏを発生するようになる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、通常のチョッパ動作では、従来通りの
制御周期に基づいて、その導通期間を制御しつつ、連続
したオフ状態または連続したオン（全導通）状態では、
そうした定常状態であることを判別して、直ちにチョッ
パ動作を開始するとともに、前記の゛制御周期を規定す
る回路の動作タイミングを修正してチョッパ動作の開始
点を制御周期の新たな起点となるようにすることにより
、制御周期に起因する無駄時間の発生を防止することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
その動作タイミングチャート、第３図は本発明の別の実
施例を示すブロック図、第４図はその動作タイミングチ
ャート、第５図はチョッパ変換器のゲート信号発生回路
の従来例を示すブロック図、第６図はその動作タイミン
グチャート、である。 符号の説明 １・・・ゲート信号発生用タイマ、２・・・制御周期発
生用タイマ、３・・・半導体直流スイッチ、４・・・微
分回路、５・・・定常状態検出用タイマ、８〜１１・・
・フリップフロップ 代理人　弁理士　並　木　昭　夫 代理人　弁理士　松　崎　　　清 第 第 図 図 第 図（ａ） 第 図（ｂ） 第 図（ａ） 弔 図（ｂ） 第 図（Ｃ） 第 図 ｍ− 弔 図（ａ） 第 図（ｂ） 第 図（Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）印加されるゲート信号のオン、オフにより、直流電
   流をオン、オフする半導体直流スイッチから成るチョッ
   パ変換器に対して、前記ゲート信号を作成して供給する
   ゲート信号発生回路において、ゲート信号をオンに転じ
   る基準点となる基準信号を一定周期で発生する定周期基
   準信号発生回路と、前記一定周期の１周期内でゲートを
   オン状態に維持する期間（これを通流期間という）の割
   合である通流率データを設定されてその通流期間だけ前
   記基準点からゲート信号をオン状態にして供給するゲー
   ト信号オン回路と、該ゲート信号オン回路から供給され
   るゲート信号が少なくとも或る一定期間オンからオフへ
   、或いはオフからオンへ変化せず、定常状態にあること
   を検出する定常状態検出回路と、定常状態が検出されて
   いる状態のもとで前記ゲート信号オン回路に新たな通流
   率データが設定された場合、その定常状態と通流率デー
   タ設定が重なったことを検出して直ちに前記ゲート信号
   オン回路をして、その通流期間だけオン状態になった第
   １回目のゲート信号を供給させると共に、前記定周期基
   準信号発生回路をも直ちに起動させて、第２回目以降は
   該定周期基準信号発生回路から発生する基準信号を基準
   点として通流期間だけオン状態となるゲート信号を供給
   せしめる重なり検出回路と、を具備したことを特徴とす
   るチョッパ変換器のゲート信号発生回路。