JPH03107367A - チョッパ電源装置 - 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］ この発明はチョッパ電源装置に関するものであり、特に
、商用電源を整流した直流高電圧を変圧器を用いること
なく低電圧に落し直流低電圧電源として機能するチョッ
パ電源装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来より直流低電圧電源は各種の装置に用いられており
、例えば、ブラシレスモータの駆動装置等に使用されて
いる。従来のブラシレスモータの駆動装置には、特開昭
６２−１８５５８４号公報に示された技術等がある。第
４図は従来の電源装置を用いたブラシレスモータの駆動
装置の回路構成を示す回路図である。

図において、（３１）は直流電源で駆動するブラシレス
形のモータ、（３２）はモータ（３１）のロータのマグ
ネット位置を検出するホール素子等からなる検出器、（
３３）は交流電源、（３４）は交流を直流に整流する整
流回路、（３５）は整流後の直流を平滑化するコンデン
サ、（３６）はモータ（３１）の駆動を直接制御するモ
ータドライブ回路である。（３７）は交流電源（３′３
）を低電圧の交流に変換する変圧器、（３８）はその低
電圧の交流を直流に整流する整流口路、（３９）は整流
後の直流を平滑化するコンデンサ、（４０）は出力電圧
を安定化する３端子レギユレータ、（４１）はプリドラ
イブ回路として機能する制御ＩＣであり、通常、３０Ｖ
以下の低電圧で作動する。そして、この制御ＩＣ（４１
）によりモータドライブ回路（３６）を駆動する。

上記のような構成の従来のブラシレスモータの駆動装置
テハ、ＡＣｌｏｏＶ　（或いはＡＣ２００Ｖ）の交流を
直流に変換し、モータドライブ回路（３６）に印加する
とともに、このモータドライブ回路（３６）の駆動を直
流の低電圧電源で作動する制御ＩＣ（４１）で適宜制御
することにより、モータ（３１）の回転を可変速制御し
ている。

したがって、制御ＩＣ（４１）を作動させるための電源
として直流の低電圧電源が必要であり、この直流低電圧
を供給するために、変圧器（３７）、整流回路（３８）
、コンデンサ（３９）、及び３端子レギユレータ（４０
）で電源装置を構成している。

［発明が解決しようとする課題］ 」二記のような従来のブラシレスモータの駆動装置では
、制御ＩＣ用の低電圧電源（１２Ｖ或いは２４Ｖ等）が
必要であり、この低電圧電源を生成するために変圧器（
３７）を使用した特別の回路が必要であった。したがっ
て、回路構成が大掛りとなり、電源装置も大形化せざる
を得なかった。

また、変圧器（３７）を使用することなく、商用交流電
源を整流した直流高電圧から低電圧電源をつくるには、
高耐電圧ＩＣを使用したり、或いは、スイッチングレギ
ュレータ等により実現することも可能ではあるが、専用
の特別な補助低電圧電源等を必要としていた。さらに、
電圧降下による低電圧化も可能ではあるが、例えば、Ｄ
Ｃ２８０Ｖの高電圧からＤＣ１２Ｖの低電圧を生成する
場合には、抵抗で消費される電力が大き過ぎて発熱によ
る過熱の問題や、或いは許容損失に耐え得る抵抗を選定
する必要性から、やはり電源装置の小型化は困難であっ
た。

そこで、この発明は変圧器及び補助低電圧電源等を用い
ることなく直流高電圧を直流低電圧に変換でき、しかも
、回路構成が簡単で装置全体を小型化できるチョッパ電
源装置の提供を課題とするものである。

［課題を解決するための手段］ この発明にかかるチョッパ電源装置は、高耐電圧形のＰ
ＮＰ　）ランジスタ（７）と、前記ＰＮＰトランジスタ
（７）のベースを駆動する高耐電圧形のＮＰＮ　トラン
ジスタ（８）とを有し、直流高電圧をスイッチングによ
り低電圧に落すスイッチング回路（１３）と、前記スイ
ッチング回路（１３）のＰＮＰ　）ランジスタ（７）の
コレクタに直列に接続したコイル（６）及びコンデンサ
（５）と、前記コイル（６）及びコンデンサ（５）に並
列に接続した還流用のダイオード（４）とで、前記直流
低電圧を平滑化する平滑回路（１４）と、前記スイッチ
ング回路（１３）及び平滑回路（１４）からなるチョッ
パ回路（１５）で生成された直流低電圧で作動し、前記
直流低電圧が所定の電圧になるように前記スイッチング
回路（１３）を制御する制御回路（１６）とを具備する
ものである。

［作用］ この発明のチョッパ電源装置においては、高耐電圧形の
ＰＮＰ　トランジスタ（７）と、このＰＮＰトランジス
タ（７）のベースを駆動する高耐電圧形のＮＰＮ　トラ
ンジスタ（８）とを有するスイッチング回路（１３）で
直流高電圧をスイッチングにより低電圧に落し、この直
流低電圧の平滑化を前記スイッチング回路（１３）のＰ
ＮＰトランジスタ（７）のコレクタに直列に接続したコ
イル（６）及びコンデンサ（５）と、このコイル（６）
及びコンデンサ（５）に並列に接続した還流用のダイオ
ード（４）とで構成した平滑回路（１４）で行い、この
直流低電圧で制御回路（１６）を作動して、この直流低
電圧が所定の電圧になるように前記スイッチング回路（
１３）を制御するから、変圧器（３７）及び補助低電圧
電源等を用いることなく直流高電圧を所定の直流低電圧
に変換でき、電源装置を小型化できる。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例であるチョッパ電源装置を
示す回路図である。

図におイテ、（１）はＡＣｌｏｏＶ　（或いはＡＣ２０
０Ｖ）の交流電源、（２）はダイオードブリッジからな
る整流回路であり、前記交流をＤＣ１４０Ｖ　（或いは
ＤＣ２８０ｖ）の直流に整流する。（３）は整流後の直
流を平滑化するコンデンサであり、このコンデンサ（３
）と整流回路（２）とにより交流は所定の高圧の直流に
変換される。

（４）は貫流用のダイオード、（５）は低電圧の直流を
平滑化するコンデンサ、（６）はエネルギー貯留用のコ
イル、（７）はスイッチング用の高耐電圧素子であるＰ
ＮＰ　トランジスタ、（８）はＰＮＰ）ランジスタ（７
）のベースを駆動する高耐電圧素子であるＮＰＮｈラン
ジスタ、（９）から（１２）は各々抵抗である。（１３
）は上記の両トランジスタ（７）、（８）及び各抵抗（
９）。

（１０）、（１１）、（１２）で構成したスイッチング
回路、（１４）は上記のダイオード（４）、コンデンサ
（５）、及びコイル（６）で構成した平滑回路、（１５
）はこのスイッチング回路（１３）と平滑回路（１４）
とからなるチョッパ回路である。（１６）はスイッチン
グ回路（１３）のスイッチング動作を制御する制御回路
であり、この制御回路（１６）は前記チョッパ回路（１
５）で生成された直流低電圧を電源として作動する。

ここで、この制御回路（１６）の構成について簡単に説
明する。この制御回路（１６）は、例えば、過電圧保護
回路、起動基準電圧回路、不足電圧保護回路、エラーア
ンプ回路、及びチョッパ用ＰＷＭ回路により構成されて
いる。これらの各回路は次のような動作をする。過電圧
保護回路はチョッパ回路（１５）の出力電圧が所定の電
圧以上になったときに、スイッチング回路（１３）へ非
同期でオフ指令を出す。起動基準電圧回路はこのチョッ
パ回路（１５）の出力電圧から安定した定電圧を生成す
る。不足電圧保護回路はチョッパ回路（１５）の出力電
圧が所定の電圧よりも低いときに、スイッチング回路（
１３）にオン指令を出す。エラーアンプ回路はチョッパ
回路（１５）の出力電圧の所定電圧を中心にして変動分
を増幅してチョッパ用ＰＷＭ回路用の比較電圧とする。

チョッパ用ＰＷＭ回路は台形波とエラーアンプ回路の出
力を各々比較して、スイッチング回路（１３）用のオン
／オフ指令を生成する。

この実施例のチョッパ電源装置は上記のように構成され
ており、スイッチング回路（１３）を所定の周期でスイ
ッチングすることにより高電圧を所定の低電圧に変換す
る。つぎに、この動作について説明をする。

まず、スイッチング回路（１３）に直流の高電圧が印加
されると、抵抗（９）を介してＮＰＮｔ−ランジスタ（
８）のベースに電流が流れ、ＮＰＮトランジスタ（８）
はオン状態となり、ＰＮＰ　トランジスタ（７）もオン
状態となる。このＰＮＰトランジスタ（７）がオンする
ことにより、コイル（６）に電圧が印加される。そして
、このコイル（６）とコンデンサ（５）との間の電位が
所定の電位以上になると、制御回路（１６）が作動して
、ＮＰｒ１ランジスタ（８）をオフさせ、ＰＮＰトラン
ジスタ（７）をオフ状態にする。このＰＮＰ）ランジス
タ（７）がオフになることにより、コイル（６）には電
流を流そうとするエネルギーが作用しているから、ダイ
オード（４）を通して貫流電流が補給されて出力される
。また、このチョッパ回路（１５）の出力電圧が低下す
ると、これを制御回路（１６）が検知して、再び、スイ
ッチング回路（１３）のＮＰＮトランジスタ（８）はオ
ン状態となり、ＰＮＰ　トランジスタ（７）もオン状態
となって、上記の動作を繰返す。こうして、スイッチン
グ回路（１３）がオン／オフのスイッチングを繰返すこ
とにより、チョッパ回路（１５）は所定の直流低電圧を
出力する。なお、このときコンデンサ（５）はこの直流
低電圧を平滑化する。

このように、この実施例のチョッパ電源装置では、ＰＮ
Ｐトランジスタ（７）のエミッタに直流高電圧が印加さ
れると同時に、このＰＮＰトランジスタ（７）のベース
を駆動する高耐電圧形のＮＰＮ）ランジスタ（８）のベ
ースにも抵抗（９）を介して直流高電圧が印加されるの
で、制御回路（１６）が不動作状態においては、スイッ
チング回路（１３）に高電圧が印加されることによ、す
、このスイッチング回路（１３）は常に作動する。

そして、制御回路（１６）がスイッチング回路（１３）
及び平滑回路（１４）からなるチョッパ回路（１５）で
生成される直流低電圧の大きさを検知して、一定の電圧
に維持するようにＮＰＮトランジスタ（８）のベース電
位をシャントすることにより、所定の低電圧電源として
機能する。

このチョッパ回路（１５）の出力電圧と制御回路（１６
）の動作との関係を図で示すと、第３図のようになる。

第３図はこの発明のチョッパ電源装置のチョッパ回路の
出力電圧と制御回路の動作との関係を示す特性図である
。

第３図のように、制御回路（１６）が動作することによ
り、チョッパ回路（１５）の出力電圧は平均電圧Ｖｃｃ
の直流電圧となる。

上記のように、この実施例のチョッパ電源装置は、高耐
電圧形のＰＮＰ　）ランジスタ（７）と、このＰＮＰ　
トランジスタ（７）のベースを駆動する高耐電圧形のＮ
ＰＮｈランジスタ（８）とを有するスイッチング回路（
１３）と、このスイッチング回路（１３）のＰＮＰトラ
ンジスタ（７）のコレクタに直列に接続したコイル（６
）及びコンデンサ（５）と、このコイル（６）及びコン
デンサ（５）に並列に接続した還流用のダイオード（４
）とを有する平滑回路（１４）とで直流高電圧を直流低
電圧に落すチョッパ回路（１５）を構成している。そし
て、このチョッパ回路（１５）で生成された直流低電圧
で制御回路（１６）を作動させ、この直流低電圧が所定
の電圧になるように前記スイッチング回路（１３）を制
御する。

したがって、従来例で述べたように変圧器（３７）を用
いることなく直流高電圧を直流低電圧に変換できる。ま
た、制御回路（１６）用の専用の特別な補助電源等も不
要である。このため、回路構成が簡素化でき、装置全体
を小型化できる。加えて、装置の製造コストが低減でき
、経済的である。

続いて、他の実施例について説明をする。第２図はこの
発明の他の実施例であるチョッパ電源装置を示す回路図
である。図中、第１図と同−符号及び同一記号は、同一
または相当する構成部分を示す。

図において、（２１）はＮＰＮ　トランジスタ（８）の
ベースと接地（ＧＮＤ）との間に挿入したツェナーダイ
オードである。（２２）は小信号用のダイオード、（２
３）は小信号用のＰＮＰトランジスタ、（２４）は小容
量用のコンデンサ、（２５）は抵抗であり、ＰＮＰ　ト
ランジスタ（７）のベース側にＰＮＰ　トランジスタ（
２３）のコレクタを接続し、ＰＮＰトランジスタ（７）
のエミッタ側にＰＮＰ　ｔ−ランジスタ（２３）のエミ
ッタを接続し、このＰＮＰトランジスタ（２３）のベー
スとＰＮＰ　）ランジスタ（７）のエミッタとの間にダ
イオード（２２）をアノード側をＰＮＰ　ｔ−ランジス
タ（２３）のベース側にして挿入し、ＰＮＰ）ランジス
タ（７）のコレクタとＰＮＰ　）ランジスタ（２３）の
ベースとの間にコンデンサ（２４）を挿入している。

この実施例のチョッパ電源装置による直流高電圧を直流
低電圧に変換する基本的な動作自体は、上記実施例のチ
ョッパ電源装置と同一である。したがって、ここでは、
その動作の説明は省略して相違点を中心に説明をする。

この実施例では、上記実施例のチョッパ電源装置のスイ
ッチング回路（１３）を改良し、制御回路（１６）及び
ＰＮＰ　）ランジスタ（ワ）の保護手段を附加したもの
である。

まず、制御回路（１６）の保護について述べる。

例えば、上述の記実施例では、ＮＰＮ）ランジスタ（８
）が焼損したり、或いはＮＰＮトランジスタ（８）部で
断線等が起こり、このＮＰＮトランジスタ（８）のベー
スが解放状態になった場合に、制御回路（１６）に高電
圧が直接印加される虞れがあった。

そこで、この実施例では、ツェナーダイオード（２１）
により制御回路（１６）を保護している。

すなわち、ツェナーダイオード（２１）をＮＰＮトラン
ジスタ（８）のベースと接地（ＧＮＤ）との間に挿入し
たことにより、仮に、ＮＰＮ）ランジスタ（８）のベー
スが解放状態になっても、ツェナーダイオード（２１）
が正常に機能する限り制御回路（１６）には高電圧が直
接印加されることはない。したがって、低電圧回路で構
成されている制御回路（１６）が高電圧で破壊されるこ
とを防止できる。

つぎに、スイッチング回路（１３）のＰＮＰ　トランジ
スタ（７）の保護について説明する。上述の実施例のチ
ョッパ電源装置では、ＰＮＰ　）ランジスタ（７）がオ
フ状態になるとダイオード（４）を通して貫流電流が流
れるものの、Ａ点の電位は急激に低下する。このため、
ＰＮＰ　トランジスタ（７）のベース電位がコレクタに
対して相対的に高くなり、本来、ＰＮＰ）ランジスタ（
７）はオフとなるべきところＰＮＰ　）ランジスタ（７
）の浮遊容量等の影響を受けてオン状態が維持される。

このため、ＰＮＰトランジスタ（７）が完全にオフ状態
になりきれず、ここでの消費電力が増大し、発熱等を起
こす。

そこで、この実施例では、Ａ点の電位が急激に低下した
ときに、コンデンサ（２４）を介してＰＮＰトランジス
タ（２３）をオンさせることにより、ＰＮＰ　）ランジ
スタ（７）に逆バイアスを掛けて、ＰＮＰ　）ランジス
タ（７）を正常に作動させる。この結果、ＰＮＰ）ラン
ジスタ（７）を保護できるとともに、スイッチング効率
が向上する。

また、ＰＮＰトランジスタ（７）のターンオフを高速で
行なうことができ、スイッチングロスを減少できる。

一方、ＰＮＰ　トランジスタ（７）がオンするとＡ点の
電位は逆に急激に上昇する。そこで、今度はコンデンサ
（２４）を介してＰＮＰ　）ランジスタ（２３）に逆バ
イアスが掛かるので、ダイオード（２２）を介して電流
を流すことにより、ＰＮＰトランジスタ（２３）に高電
圧が掛らないようにして、このＰＮＰ　）ランジスタ（
２３）を保護している。

しかも、これらのダイオード（２２）　、ＰＮＰトラン
ジスタ（２３）、及びコンデンサ（２４）は小信号用の
比較的安価な素子であり、安価な回路構成により保護回
路を構成している。

したがって、この実施例においても、上記実施例と同様
の効果を奏し、変圧器（３７）及び補助電源を用いるこ
となく直流高電圧を直流低電圧に変換できるので、回路
構成が簡素化でき、装置全体を小型化できる。加えて、
制御回路（１６）及゛びＰＮＰトランジスタ（７）の保
護手段が附加されており、安全性が高く、効率のよいス
イッチングができる。

なお、上記実施例の高耐電圧形のＰＮＰ　）−ランジス
タ（７）と、高耐電圧形のＮＰＮトランジスタ（８）は
、その極性を逆にすることもできる。

［発明の効果コ 以上説明したとおり、この発明のチョッパ電源装置は、
高耐電圧形のトランジスタと、このトランジスタのベー
スを駆動する高耐電圧形のトランジスタとを有するスイ
ッチング回路と、このスイッチング回路のトランジスタ
のコレクタに直列に接続したコイル及びコンデンサと、
このコイル及びコンデンサに並列に接続した還流用のダ
イオードとを有する平滑回路とで直流高電圧を直流低電
圧に落すチョッパ回路を構成し、このチョッパ回路で生
成した直流低電圧で制御回路を作動させ、この直流低電
圧が所定の電圧になるように前記スイッチング回路を制
御することにより、変圧器を用いることなく、また、制
御回路用の専用の補助電源も使用することなく、直流高
電圧を直流低電圧に変換できるので、回路構成が簡素化
でき、装置全体を小型化でき、経済的である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例であるチョッパ電源装置を
示す回路図、第２図はこの発明の他の実施例であるチョ
ッパ電源装置を示す回路図、第３図は第２図のチョッパ
電源装置のチョッパ回路の出力電圧と制御回路の動作と
の関係を示す特性図、第４図は従来の電源装置を用いた
ブラシレスモータの駆動装置の回路構成を示す回路図で
ある。 図において、 に交流電源　　　　　　２：整流回路 ４：ダイオード　　　　　５：コンデンサ６；コイル ７　：　ＰＮＰ　トランジスタ ８　：　ＮＰＮｈランジスタ １３ニスイツチング回路　１４：平滑回路１５：チョッ
パ回路　　　１６：制御回路２１：ツェナーダイオード ２２：ダイオード ２３　：　ＰＮＰ　トランジスタ ２４：コンデンサ である。 なお、図中、同−符号及び同一記号は同一または相当部
分を示すものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 高耐電圧形のトランジスタと、前記トランジスタのベー
   スを駆動する高耐電圧形のトランジスタとを有し、直流
   高電圧をスイッチングにより低電圧に落すスイッチング
   回路と、 前記スイッチング回路のトランジスタのコレクタに直列
   に接続したコイル及びコンデンサと、前記コイル及びコ
   ンデンサに並列に接続した還流用のダイオードとで、前
   記直流低電圧を平滑化する平滑回路と、 前記スイッチング回路及び平滑回路からなるチョッパ回
   路で生成された直流低電圧で作動し、前記直流低電圧が
   所定の電圧になるように前記スイッチング回路を制御す
   る制御回路と を具備することを特徴とするチョッパ電源装置。