JPH03277179A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、電源装置、例えば車両用補助電源装置に関
するものである。

（従来の技術） 従来の技術を、後述する第１図の一部を用いて説明する
。電源装置には、直列に接続された２個の入力フィルタ
コンデンサＩＡ、ＩＢ、この入力フィルタコンデンサＩ
Ａ、ＩＢに接続され直流入力電圧Ｖｉｎをスイッチング
してパルス状の交流電圧に変換するＧＴＯサイリスタか
らなる４個のスイッチング素子２Ａ〜２Ｄ、変換された
交流電圧で駆動される２個のトランス３Ａ、３Ｂ、フル
ブリッジ整流回路４及びチョーク５とコンデンサ６から
なるフィルタ回路でトランス３Ａ、３Ｂの２次側交流電
圧ＶＡＣを直流入力電圧Ｖｉｎとは異なった所要レベル
の直流電圧Ｖｏｕｔに変換して出力する出力部が備えら
れている。

４個のスイッチング素子２Ａ〜２Ｄは、２Ａと２Ｃ，２
Ｂと２Ｄとがそれぞれ同時にＯＮＬ、２Ａ、２Ｃの組と
、２Ｂ、２Ｄの組とは交互にＯＮするようになっている
。また、スイッチング素子２Ａ〜２Ｄは、入力電圧Ｖｉ
ｎが変化した時、ＯＮ時間が可変されて直流出力電圧Ｖ
ｏｕｔが所要の電圧レベルで常に一定になるように制御
されている。

いま、このようなスイッチング動作において、例えば、
スイッチング素子２Ａが常にＯＦＦとなる欠相状態が生
じると、トランス３Ａにかかる電圧は第４図に示すよう
に負の半波のみとなる。このため、入力フィルタコンデ
ンサＩＡ側の負荷分担が軽くなるので、入力フィルタコ
ンデンサＩＡの充電電圧は高く、逆に、他方の入力フィ
ルタコンデンサＩＢの充電電圧は低くなるというアンバ
ランス状態が発生する。

軽負荷状態であると、このアンバランスが発生しても入
力フィルタコンデンサ電圧で検知している低電圧又は過
電圧の値には達しないため、運転が継続され、且つ出力
電圧も正しく出力されるので、不具合を発見することが
できない。

これを、以下にさらに詳しく説明する。

第５図は、トランス３Ａ、３Ｂの２次電圧波形を示し、
同図（ａ）は正常時、同図（ｂ）は欠相時を示している
。トランス３Ａ、３Ｂの巻線比は等しくａとする。また
、入力フィルタコンデンサ１Ａの電圧ｖＩと他方の入力
フィルタコンデンサＩＢの電圧Ｖ２とは、正常時はバラ
ンスしており、ｖＩ−ｖ２＝Ｖ１　である。したがって
、トランス３Ａ。

３Ｂの２次電圧ＶＡＣの波高値Ｖ　１０は、次のように
なる。

Ｖｌｏ−ｖｌ・ａ＋ｖ２　−　ａ−２Ｖ１　　Φａ　　
＝ｌＩ）また、パルス幅ｔ１は、平均出力電圧が所要レ
ベルの直流電圧Ｖｏｕｔとなるように決る。

ｔ＋　−（Ｔ／２）　　　（Ｖｏｕ　ｔ／Ｖ＋ｏ）　　
＝・（２）ここに、Ｔ１　：１周期の時間 スイッチング素子２Ａが常にＯＦＦとなる欠相が発生す
ると、トランス３Ａの２次電圧は、第４図に示すように
、負側のみとなるため、欠相発生の直後は第５図（ｂ）
の正側波高値はＶ　１０の１／２となり、負側はＶ　１
０のままとなる。この状態では正側と負側の負担分担が
１：２となるので負荷がバランスするように、且つ出力
電圧Ｖｏｕｔが所要レベルで一定になるようにパルス幅
ｔ２が大きくなる。そして、正の半波と負の半波が等し
くなるため、 ｖｌ　・ａ・ｔ２＝２ｖ２　・ａ・ｔｌ　　　・・・（
３）となる。したがって、 Ｖ＋　　：　Ｖ２　＝２　：　１　　　　　　　　　−
（４）となり、入力フィルタコンデンサ１Ａと１Ｂの電
圧は２対１となる。

いま、直流入力電圧Ｖｉｎが１５００Ｖの場合に欠相が
生じたとすると、入力フィルタコンデンｔｌＡとＩＢ（
７）電圧は１０ｏｏＶと５００Ｖとなり、この値は過電
圧及び低電圧の検知レベルとはならない。

また、正常時と欠相時のトランス３Ａ、３Ｂの２次電圧
平均値は等しいため、 ２ｖ１　＊ｌａｉ、−ｖｌ’　　＊Ｈ＊１２　　−（５
）ここに、ｖＩ　　：正常時の入力フィルタコンデンサ
ＩＡの電圧 ｖＩ　　：欠相時の入力フィルタコンデンサＩＡの電圧 となる。■１とｖｌの比が２＝１で、且つ（ｖＩ十ｖ２
）は一定であるので、次式が成立つ。

ｖＩ　　　＋　（１／２）ｖｌ　’　−２ｖ＋　　　　
　＝・（６）（３／２）ｖＩ　　　−２ｖ＋ ｖＩ　　　＝　　（４／　３）　　Ｖｌ・・・（７） （７）式を（５）式に代入すると、 ｔｌ−（２ｖ＋　／ｖ＋　　）　Φｔ＋＝２ｖ＋　　　
（３／　（４ｖ＋　））　　　ｔ＋−（３／２）ｔ＋　
　　　　　　　　　・・・（８）したがって、パルス幅
ｔ２はｔｌの１．５倍となる。

このため、欠相が発生すると、トランス３Ａの１次側電
圧ＶＳは正常時の２倍となる。

正常時Ｖ　Ｓ　＝　ｖ　１・ｔ　１−・・（９）欠相時
ＶＳ＝ｖ１’　　・ｔｌ　−（４／３）Ｖｌ（３／２）
ｔｌ −２ｖ１　・ｔｌ　　　　　　　・・・（初したがって
、軽負荷時には欠相によってＶｓが２倍になってもトラ
ンスは飽和しないが、負荷が増加すると、トランス等の
レギュレーションのため、パルス幅ｔ２かさらに広くな
ってｖｓは２倍以上となり、ついにはトランスが飽和し
、過電流となる。

（発明が解決しようとする課題） 従来は、欠相状態が発生して入力フィルタコンデンサの
電圧にアンバランスが生じても、軽負荷時には過電圧又
は低電圧の検知レベルに達しないため、運転が継続され
るが、負荷が増加するとトランスが飽和して過電流にな
るおそれがあるという問題があった。

そこで、この発明は、欠相状態が発生したとき軽負荷時
においてその発生を検知して装置運転を停止させること
のできる電源装置を提供することを目的とする。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） この発明は上記課題を解決するために、直列に接続され
た２個の入力フィルタコンデンサと、該２個の入力フィ
ルタコンデンサに接続され直流入力を複数のスイッチン
グ素子で交互にスイッチングして交流としその交流を所
要レベルの直流に変換して出力する変換回路と、前記複
数のスイッチング素子に欠相が生じた時前記２個の入力
フィルタコンデンサの各充電電圧の間に生じる差電圧を
検出し該検出電圧に基づいて前記変換回路の出力動作を
停止させる保護手段とを有することを要旨とする。

（作用） 変換回路の複数のスイッチング素子に欠相が生じた時、
軽負荷時においても、保護手段により２個の入力フィル
タコンデンサの各充電電圧の間に生じる差電圧が検出さ
れ、装置運転が停止される。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。こ
の実施例は、車両用補助電源装置に適用されている。

まず、この発明の一実施例に係る電源装置の構成を第１
図及び第２図を用いて説明する。

第１図に示すように、２個の入力フィルタコンデンサＩ
Ａ、ＩＢ、４個のスイッチング素子２Ａ〜２Ｄ及び２個
のトランス３Ａ、３Ｂを備えた交流変換部と、フルブリ
ッジ整流回路４及びチョーク５、コンデンサ６からなる
フィルタ回路を備えた直流出力部とで、パンタグラフ１
５を介して入力した直流入力電圧Ｖｉｎを一旦交流とし
、その交流を所要レベルの直流に変換して出力する変換
回路が構成されている。また、各入力フィルタコンデン
サＩＡ、１Ｂの電圧を検出する直流電圧検出器７Ａ、７
Ｂ、その検出電圧の差を求める減算回路８、絶対値回路
９、基準電圧回路１１、比較回路１２、時素回路１３及
び保護シーケンス回路１４で保護手段が構成されている
。

第２図は、保護手段における各回路機器の構成を、さら
に詳細に示している。

減算回路８は、オペアンプ８０１〜８０３と抵抗８０４
〜８０９とからなり、オペアンプ８０１と抵抗８０４で
直流電圧検出器７Ａの出力用のバッファアンプ、オペア
ンプ８０２と抵抗８０５で直流電圧検出器７Ｂの出力用
のバッファアンプが構成され、オペアンプ８０３、抵抗
８０６．８０７てゲイン−１，０の反転回路が構成され
ている。

オペアンプ８０１の出力端には抵抗８０８が接続され、
オペアンプ８０３の出力端には抵抗８０９が接続され、
両抵抗８０８．８０９の他端は共通接続されている。こ
の共通接続点から減算出力がなされる。減算回路８の出
力端子は、絶対値回路９の抵抗９０３に接続されている
。

絶対値回路９は、オペアンプ９０１．９０２、抵抗９０
３．９０４、ダイオード９０５からなり、オペアンプ９
０１、抵抗９０３．９０４、ダイオード９０５で絶対値
回路となり、オペアンプ９０２はその出力用のバッファ
アンプとなっている。絶対値回路９の出力端子は比較回
路１２の抵抗１２２に接続されている。

基準電圧回路１１は、基準電圧設定用のボリューム１１
１で構成されている。

比較回路１２は、オペアンプ１２１、抵抗１２２〜１２
６、ダイオード１２７．１２８からなり、ダイオード１
２８のカソードは時素回路１３のクリア人力ＣＬに接続
されている。

時素回路１３は、カウンタ１３１からなり、りロックＣ
Ｋをカウントするようになっている。時素回路の出力端
子は保護シーケンス回路１４に接続されている。

次に、上述のように構成された電源装置の作用を、第３
図を用いて説明する。

入力フィルタコンデンサＩＡ、ＩＢの各充電電圧（第３
図（ａ）、Ｃｂ））が直流電圧検出器７Ａ、７Ｂで検出
され、その検出電圧が減算回路８に入力されて、その差
が求められる。入力フィルタコンデンサＩＡ、ＩＢの電
圧にアンバランスがない場合、減算回路８の出力はゼロ
Ｖである。欠相が発生し、入力フィルタコンデンサＩＡ
、ＩＢの電圧がアンバランスになると、減算回路８の出
力には、正又は負の直流電圧が発生する。

直流電圧検出器７Ａ、７Ｂの変換比を７５０ｖ１５Ｖと
すると、アンバランス発生時の減算回路８の出力ΔＶは
次のようになる。入力電圧Ｖｉｎが１５００Ｖの場合 （５００Ｘ５／７５０）−（１０００Ｘ５／７５０）−
−３，３３（Ｖ） となる。この出力電圧は、絶対値回路９によりプラス極
性となり、３．３３Ｖとなる。入力電圧Ｖｉｎの最低値
が１００ＯＶの場合は、２．２２Ｖとなるので、基準電
圧回路１１の基準電圧は−２，２２Ｖ以下にセットし、
入力電圧Ｖｉｎが最低の場合にも欠相が検知できるよう
にする。

欠相が発生し、絶対値回路９の出力１Δｖ１の電圧が上
昇し、基準電圧回路１１の基準電圧以上になると（第３
図（Ｃ））、比較回路１２の出力は、ＨレベルからＬレ
ベルになる。これにより時素回路１３のカウンタ１３１
のクリアが解除されてクロックＣＫのカウントが開始さ
れ、一定時間ＴＤ秒後にカウンタ１３１のＱ出力がＨレ
ベルとなる。

このように、一定時間ＴＤ以上、アンバランスが継続す
ると（第３図（ｄ））、保護シーケンス回路１４が動作
して、スイッチング素子２Ａ〜２Ｄのスイッチング動作
が停止される。

上述のように、この実施例の電源装置によれば、欠相発
生直後に入力フィルタコンデンサＩＡ。

ＩＢの電圧のアンバランスが検出されて欠相が検知され
、過電流に至る前に装置動作が停止される。

第６図には、この発明の他の実施例を示す。この実施例
は、変換回路におけるスイッチング部が、１２個のスイ
ッチング素子２Ａ〜２Ｍで３相フルブリツジ構成となっ
ている。このように、この発明の電源装置は、２個の入
力フィルタコンデンサＩＡ、ＩＢが直列接続され、その
入力フィルタコンデンサＩＡ、ＩＢに変換回路が接続さ
れ、正常運転時には、２個の入力フィルタコンデンサＬ
Ａ。

ＩＢの電圧がバランスするように動作する電源装置であ
れば、前記一実施例に示したように７１−ツブリッジコ
ンバータに限らず全て適用できる。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、変換回路にお
ける複数のスイッチング素子に欠相が発生した時、保護
手段により、２個の入力フィルタコンデンサの各充電電
圧の間に生じる差電圧が検出され、その検出電圧に基づ
いて変換回路の出力動作が停止されるので、過電流に至
る前の軽負荷時において装置運転を停止させることがで
きるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る電源装置の一実施例を一部ブロ
ックで示す回路図、第２図は上記一実施例における保護
手段を構成する各回路機器の内部構成を示す回路図、第
３図は欠相時における上記一実施例の動作を説明するた
めの各信号のタイミングチャート、第４図は欠相時にト
ランスにがかる信号電圧を示す電圧信号波形図、第５図
は欠相時におけるトランスの２次電圧波形を示す電圧波
形図、第６図はこの発明の他の実施例を示す要部回路図
である。 ＩＡ、１Ｂ二人力フィルタコンデンサ、２Ａ〜２Ｍニス
イツチング素子、 ４：フルブリッジ整流回路、 ５．６：直流出力部のフィルタ回路を構成するチョーク
及びコンデンサ、 ７Ａ、７Ｂ：直流電圧検出器、 ８：減算回路、　　９：絶対値回路、 １１：基準電圧回路、　　１２：比較回路、１３：時素
回路、 １ ：保護シーケンス回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 直列に接続された２個の入力フィルタコンデンサと、該
   ２個の入力フィルタコンデンサに接続され直流入力を複
   数のスイッチング素子で交互にスイッチングして交流と
   しその交流を所要レベルの直流に変換して出力する変換
   回路と、前記複数のスイッチング素子に欠相が生じた時
   前記２個の入力フィルタコンデンサの各充電電圧の間に
   生じる差電圧を検出し該検出電圧に基づいて前記変換回
   路の出力動作を停止させる保護手段とを有することを特
   徴とする電源装置。