JPH04200268A - 降圧チョッパー回路 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、スイッチング素子のオン時間とオフ時間と
の比を変えることにより直流出力電圧を連続的に調整で
きる降圧チョッパー回路にに関するものである。

［従来の技術］ 第４図は、例えば「パワーエレクトロニクスの基礎」　
（東京電機大学出版局）Ｋ＊Ｈｅｕｍａｎｎ著、前田明
志訳Ｐ１２３〜に示された従来のチョッパー回路であり
、チョッパー回路は、直流電圧Ｅの直流電源（１）、電
力半導体素子を用いたスイッチング素子（２）、環流ダ
イオード（３）、平滑リアクトル（以下インダクタンス
という）（４）、および直流電動機等の負荷（５）によ
り構成されている。

次に動作について説明する。

スイッチング素子（２）をＯＮすると、インダクタンス
（４）と負荷（５）の両端に、直流電源（１）の電源電
圧Ｅか印加され、スイッチング素子（２）をＯＦＦする
と、環流ダイオード（３）がＯＮして零電圧が印加され
、負荷（５）に直流電流が流れ、直流電源（１）から負
荷（５）へエネルギーの供与が行われる。

なお、負荷電流はインダクタンス（４）のしと負荷側の
インピーダンスで決まる時定数にて脈動する直流電源と
なり、その平均値はスイッチング素子（２）の開、閉の
時定数比率で決まる。

例えば、スイッチング素子（２）のＯＮ時間をＴＯＮ、
ＯＦＦ時間をＴ。１．とすると、負荷（５）に印加され
る電圧は、 Ｅ　ｏ　＝　Ｅ　Ｔ　ＯＮ　／　Ｔ により算出され（第５図（ａ）参照）、負荷（５）に流
れる直流電流ｉは第５図（ｂ）のようになる。

但し、ＴｏＮ−ＴＯ註とすると、Ｅｏ−１／２Ｅとなる
。

［発明か解決しようとする課題］ 従来のチョッパー回路は、以上のように構成されている
ので、スイッチング素子（２）の両端には、その開閉時
に直流電源（１）の電圧Ｅの変化が現われ、配線の浮遊
インピーダンスとの共振現象とあいまって２Ｅ分の耐圧
のものを採用しなければならず、また、負荷（５）の電
流リップルを小さく押さえるためにスイッチング素子（
２）のスイッチングの周期を短くして高周波化するか、
インダクタンス（４）のインピーダンス値を大とするこ
とが必要であるなどの課題があった。

この発明は上記のような課題を解消するためになされた
もので、耐圧の低い素子を利用できるとともに、チョッ
パー周波数を低く或いはインダクタンス値を小さくてき
るチョッパー回路を得ること、更には多段化して高出力
電圧を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る降圧チョッパー回路は、平滑リアクトル
と、平滑リアクトルを介して負荷にエネルギーを供給す
る降圧チョッパー部と、を備え、降圧チョッパー部が、
第１の直流電源と、第１の直流電源に極性を一致させつ
つ直列接続された第２の直流電源と、第１のダイオード
と、第１のダイオードに極性を一致させつつ直列接続さ
れ、第１のダイオードとの接続中点が第１の直流電源と
第２の直流電源との接続中点に接続された第２のダイオ
ードと、閉じた場合に第１のダイオードか第１の直流電
源と逆並列接続となるよう、第１の直流電源と第１のダ
イオードとの間に介在し、第１の直流電源からの電流を
オンオフする第１のスイッチング素子と、閉じた場合に
第２のダイオードが第２の直流電源と逆並列接続となる
よう、第２の直流電源と第２のダイオードとの間に介在
し、第２の直流電源からの電流をオンオフする第２のス
イッチング素子と、を有し、平滑リアクトルか、第１の
ダイオードと第２のスイッチング素子との接続点又は第
２のダイオードと第２のスイッチング素子との接続点に
接続されることを特徴とする。

また、前記降圧チョッパー部を第３のダイオードを介し
て複数段接続してもよい。

［作用コ この発明における降圧チョッパー回路は、直列に接続さ
れた第１および第２の直流電源がらの電流を第１および
第２のスイッチング素子によりオン、オフする。更に、
第１および第２のスイッチング素子が閉じた状態におい
て第１および第２のダイオードにより電力を阻止し、第
１および第２各スイツチング素子と第１および第２ダイ
オードの接続点から平滑リアクトルを介して負荷へエネ
ルギーを供給する。各々のスイッチング素子とダイオー
ドの開閉の状態により０．Ｅ／２．Ｈの電圧を切り替え
られ、各々スイッチング素子両端に、そのスイッチング
素子が開放される際に印加される電圧をＥ／２とされ、
浮遊インピーダンスとの共振があっても最大でもＥの電
圧が印加されるのみである。

［実施例コ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図は、この発明の実施例に係わる降圧チョッパー回
路の構成を示す配線図である。

降圧チョッパー回路は、直列に接続された第１の直流電
源（１ａ）および第２の直流電源（１ｂ）を備えており
、第１の直流電源（１ａ）のプラス側には、第１の直流
電源（１ａ）からの電流をオン、オフする第１のスイッ
チング素子（２ａ）か接続されている。

そして、第２の直流電源（１ｂ）のマイナス側には、第
２のスイッチング素子（２ｂ）が接続されており、第１
のスイッチング素子（２ａ）と第２のスイッチング素子
（２ｂ）との間には、両スイッチング素子（２ａ）、　
　（２ｂ）が閉じた状態において第１の直流電源（１ａ
）および第２の直流電源（１ｂ）と並列に電力を阻止す
る第１のダイオード（３ａ）および第２のダイオード（
３ｂ）が直列に接続されており、第１のダイオード（３
ａ）および第２のダイオード（３ｂ）の中点と第１の直
流電源（１ａ）および第２の直流電源（１ｂ）の中点と
は配線（６）により接続されている。

更に、第１のスイッチング素子（２ａ）と第２のスイッ
チング素子（２ｂ）と第１のダイオード（３ａ）および
第２のダイオード（３ｂ）との接続点との間には平滑リ
アクトル（４）および負荷（５）からなる直列回路が接
続されている。

ついで、本実施例の作用について説明する。

第１のスイッチング素子（２ａ）と第２のスイッチング
素子（２ｂ）とが同時に閉となると、ダイオード（３ａ
）、　　（３ｂ）の両端には、それぞれＥ／２ずつの逆
電圧が印加され、ダイオード（３ａ）、　　（３ｂ）は
非導通状態となる。

そして、平滑リアクトル（４）と負荷（５）の両端には
、第１の直流電源（１ａ）および第２の直流電源（１ｂ
）の電圧Ｅが印加されるので、平滑リアクトル（４）お
よび負荷（５）のインピーダンスにより電流が流れ始め
る（第４図参照）。

この際、電流は、第２の直流電源（１ｂ）−第１の直流
電源（１ａ）→第１のスイッチング素子（２ａ）−平滑
りアクドル（４）−負荷（５）−第２のスイッチング素
子（２ｂ）の経路で流れる。

その後、第１のスイッチング素子（２ａ）と第２のスイ
ッチング素子（２ｂ）とが同時に開となると、ダイオー
ド（３ａ）、（３ｂ）か導通状態となり、電流は、平滑
リアクトル（４）−負荷（５）→第２のダイオード（３
ｂ）−第１のダイオード（３ａ）→平滑リアクトル（４
）の経路で環流する。

以上の説明における動作は、従来の降圧チョッパー回路
と全く同一であるが、第１のスイッチング素子（２ａ）
と第２のスイッチング素子（２ｂ）とが開動作時に、第
１のスイッチング素子（２ａ）と第２のスイッチング素
子に印加される電圧はＥ／２となる。

また、同時点弧せずとも良いので第１のスイッチング素
子（２ａ）、第２のスイッチング素子（２ｂ）を独立に
開閉しても良く、第１のスイッチング素子（２ａ）と第
２のスイッチング素子（２ｂ）とが交互に点弧を行う場
合、平滑リアクトル（４）、負荷（５）に印加される電
圧ｅは、Ｅ／２となる（第３図参照）。

これにより、平滑リアクトル（４）、負荷（５）に印加
される電圧ｅは、０、Ｅ／２、Ｅと３レベルの電圧を印
加することができ、同時点弧時の平滑リアクトル（４）
、負荷（５）に印加される電圧ｅＳＯ，Ｅと比ベルレベ
ル多いため、負荷（５）を流れる負荷電流の脈動率を考
えた場合、同一脈動率で比較すると、第１のスイッチン
グ素子（２ａ）あるいは第２のスイッチング素子（２ｂ
）のスイッチング周波数を下げられ、電流平滑用リアク
トル（４）のインダクタンス値を下げることが可能とな
る。

第２図は、請求項２の発明を高圧回路へ用いた場合の実
施例を示す。なお、第１図と同様の部分には同一符号を
付して説明を省略する。

降圧チョッパー回路は、第３のダイオードとしてのダイ
オード（６ａ）、（６ｂ）を介して２個の降圧チョッパ
ー部が接続されており、ダイオード（６ａ）は、直流電
源（ｌａ）、　　（ｌｂ）と直流電源（ｌｃ）、　　＜
１ｃｌ）の電圧源として電解コンデンサ等を利用する場
合、それぞれ別電源から電力を供給する際には不要であ
る。

但し、同じ一個の電源から電力供給を受ける場合は充電
経路を構成するため必要となる。

次に動作について説明する。

ダイオード（２ａ）、（２ｂ）、　　（２ｃ）。

（２ｄ）が同時に点呼する場合、前述同様に平滑リアク
トル（４）、負荷（５）に印加される電圧ｅは、０．　
Ｈの２レベルとなり（第５図（ａ）参照）、第１のスイ
ッチング素子（２ａ）と第２のスイッチング素子（２ｂ
）とが交互かつスイッチング素子（２Ｃ）とスイッチン
グ素子（２ｄ）とが交互に点弧を行う場合、平滑リアク
トル（４）、負荷（５）に印加される電圧ｅは、Ｅ／２
となり（第３図参照）、平滑リアクトル（４）、負荷（
５）に印加し得る電圧ｅは、０．Ｅ／２．Ｅの３レベル
とすることができる。

なお、上述実施例においては、平滑用リアクトル（４）
は、直流正側にのみ設置した場合を用いて説明したが、
正側負側に分離して置いても良い。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、直列に接続された第
１および第２の直流電源と、第１および第２のスイッチ
ング素子と、第１および第２ダイオードとにより、各々
のスイッチング素子とダイオードの開閉の状態によって
、Ｏ，Ｅ／２．Ｈの電圧を切り替えられるように構成し
たので、開放の際に各々のスイッチング素子の両端に印
加される電圧をＥ／２として、浮遊インピーダンスとの
共振があっても最大電圧Ｅに押さえることかできる。こ
れによりスイッチング素子の耐圧を従来の半分にして安
価な素子を使用でき、更にスイッチング周波数を下げて
も出力電流リップルを従来と同時にでき低速素子の使用
が可能でスイッチングロスも減らせる。また、同一スイ
ッチング周波数なら、平滑リアクトルを小型なものとす
ることかでき装置のコストダウンを図ることができる。

更に、請求項２は、第３のダイオードを介して降圧チョ
ッパー部を多段接続し得るように構成したので、本発明
の降圧チョッパー回路を高圧回路にも適用できるという
効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、請求項１の発明の一実施例による降圧チョッ
パー回路の構成を示す回路図、第２図は、請求項１の発
明の一実施例による降圧チョッパー部を多段縦続接続し
た高圧用途向降圧チョッパー回路の回路図、第３図は、
本発明の詳細な説明するための図、第４図は、従来の降
圧チョッパー回路を示す回路図、第５図は、従来の降圧
チョッパー回路の動作を説明するための図である。 図において、（１）、　　（１ａ）〜（１ｄ）は直流電
源、（２）、　　（２ａ）〜（２ｄ）はスイッチング素
子、（３）、　　（３ａ）〜（３ｄ）はダイオード、（
４）は平滑リアクトル、（５）は負荷、（６）は配線で
ある。 なお、図中、同一符号は同一、又は、相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 平滑リアクトルと、平滑リアクトルを介して負荷にエネ
   ルギーを供給する降圧チョッパー部と、を備え、降圧チ
   ョッパー部が、第１の直流電源と、第１の直流電源に極
   性を一致させつつ直列接続された第２の直流電源と、第
   １のダイオードと、第１のダイオードに極性を一致させ
   つつ直列接続され、第１のダイオードとの接続中点が第
   １の直流電源と第２の直流電源との接続中点に接続され
   た第２のダイオードと、閉じた場合に第１のダイオード
   が第１の直流電源と逆並列接続となるよう、第１の直流
   電源と第１のダイオードとの間に介在し、第１の直流電
   源からの電流をオンオフする第１のスイッチング素子と
   、閉じた場合に第２のダイオードが第２の直流電源と逆
   並列接続となるよう、第２の直流電源と第２のダイオー
   ドとの間に介在し、第２の直流電源からの電流をオンオ
   フする第２のスイッチング素子と、を有し、平滑リアク
   トルが、第１のダイオードと第２のスイッチング素子と
   の接続点又は第２のダイオードと第２のスイッチング素
   子との接続点に接続されることを特徴とする降圧チョッ
   パー回路。