JPH1155960A - Ａｃ電源生成方法及びａｃ電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価で小型化を図ることができるＡＣ電源装
置を提供することにある。 【解決手段】 ＤＣ−ＤＣコンバータ部５１のコンバー
タ用スイッチング制御回路１１は、固定のデューティ比
の駆動信号ＣＳ１，ＣＳ２を生成し同スイッチング素子
ＳＷａ，ＳＷｂに出力する。ＤＣ−ＡＣインバータ部５
２のインバータ用スイッチング制御回路１２は、ＤＣ−
ＤＣコンバータ部５１の整流回路５３から出力される直
流電圧Ｖａを入力する。インバータ用スイッチング制御
回路１２は、その直流電圧Ｖａの値に対して負荷５９に
供給する交流電圧の実効値が常に一定となるようにデュ
ーティ比を設定する。インバータ用スイッチング制御回
路１２はその時々で可変するデューティ比の第１〜第４
駆動信号ＩＳ１〜ＩＳ４を生成し第１〜第４半導体スイ
ッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４に出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＡＣ電源生成方法及
びＡＣ電源装置に係り、詳しくはＤＣ−ＤＣコンバータ
部とＤＣ−ＡＣインバータ部を備えたＡＣ電源生成方法
及びＡＣ電源装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２は、従来の自動車に搭載されたＡＣ
電源装置の電気的構成を示す回路図である。ＡＣ電源装
置はＤＣ−ＤＣコンバータ部５１とＤＣ−ＡＣインバー
タ部５２を備えている。ＤＣ−ＤＣコンバータ部５１
は、バッテリＢの直流電源電圧が一次巻線Ｔ１の中間端
子Ｔ１ｃに印加される昇圧用のトランスＴと、トランス
Ｔの一次側巻線Ｔ１の両端子Ｔ１ａ，Ｔ１ｂにそれぞれ
接続され一次側巻線Ｔ１に間欠的に前記直流電圧を印加
させトランスＴの二次側巻線Ｔ２に高電圧の交流電圧を
発生させるコンバータ用第１及び第２半導体スイッチン
グ素子ＳＷａ，ＳＷｂと、前記トランスＴの二次側巻線
Ｔ２から出力される高電圧の交流電圧を整流し直流電圧
Ｖａに変換する整流回路５３と、整流回路５３にて整流
された直流電圧Ｖａを平滑にする電解コンデンサＣ１と
を備えている。そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ部５１
は、バッテリＢの１２ボルトの直流電源電圧を昇圧し１
００ボルトの直流電圧Ｖａを次段のＤＣ−ＡＣインバー
タ部５２に出力する。

【０００３】ＤＣ−ＡＣインバータ部５２は４個のイン
バータ用第１〜第４半導体スイッチング素子ＳＷ１〜Ｓ
Ｗ４よりなるＨブリッジ回路５４を備えている。Ｈブリ
ッジ回路５４は、第１及び第４半導体スイッチング素子
ＳＷ１，ＳＷ４の組と、第２及び第３半導体スイッチン
グ素子ＳＷ２，ＳＷ３の組を交互にオン・オフさせるこ
とにより、出力端子に交流電圧を出力する。つまり、Ｄ
Ｃ−ＡＣインバータ部５２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ部
５１からの昇圧された直流電圧Ｖａを実効値が１００ボ
ルトの交流電圧に変換して出力する。

【０００４】ところで、ＤＣ−ＤＣコンバータ部５１
は、昇圧した１００ボルトの直流電圧を出力するため
に、フィードバック制御を行なっている。即ち、ＤＣ−
ＤＣコンバータ部５１は、直流電圧整流回路５３の出力
電圧Ｖａを入力しその変動を検出するフィードバック回
路５６と、フィードバック回路５６からの検出値に基づ
いて前記直流電圧Ｖａが１００ボルトになるように前記
コンバータ用第１及び第２半導体スイッチング素子ＳＷ
ａ，ＳＷｂを駆動させるための駆動制御信号ＣＳ１，Ｃ
Ｓ２のオン・オフ周期を制御するコンバータ用スイッチ
ング制御回路５７を備えている。従って、ＤＣ−ＤＣコ
ンバータ部５１は、次段のＤＣ−ＡＣインバータ部５２
に対して安定した１００ボルトの直流電圧Ｖａを供給す
る。

【０００５】一方、ＤＣ−ＡＣインバータ部５２は、イ
ンバータ用第１及び第４半導体スイッチング素子ＳＷ
１，ＳＷ４の組と、インバータ用第２及び第３半導体ス
イッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３の組を交互にオン・オフ
させるためのインバータ用スイッチング制御回路５８を
備えている。インバータ用スイッチング制御回路５８
は、ＤＣ−ＤＣコンバータ部５１から安定した１００ボ
ルトの直流電圧Ｖａが供給されることで、インバータ用
第１及び第４半導体スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４の
組とインバータ用第２及び第３半導体スイッチング素子
ＳＷ２，ＳＷ３の組を固定したデューティ比（５０％）
の駆動信号ＩＳ１〜ＩＳ４にてオン・オフ制御すること
で実効値が１００ボルトの交流電圧をＤＣ−ＡＣインバ
ータ部５２から負荷５９に供給している。従って、この
ＡＣ電源装置により自動車内で交流使用の電気機器やＯ
Ａ機器を使用することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種のＡ
Ｃ電源装置においては、ＤＣ−ＡＣインバータ部５２の
入出力間はフローティング状態となる。従って、ＤＣ−
ＤＣコンバータ部５１の出力端子（ＤＣ−ＡＣインバー
タ部５２の入力端子）に接続されたフィードバック回路
５６はフローティング状態にあるＤＣ−ＡＣインバータ
部５２に対して絶縁する必要がある。そこで、フィード
バック回路５６は回路内にフォトカプラを設けて絶縁し
ていた。

【０００７】その結果、フィードバック回路５６はその
回路構成が大規模となるとともに、コストアップとな
り、ひいてはＡＣ電源装置の大型化及びコストアップに
つながっていた。

【０００８】本発明の目的は、上記問題点を解消するた
めになされたものであって、安価で小型化を図ることが
できるＡＣ電源生成方法及びＡＣ電源装置を提供するに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、コンバータ用半導体スイッチング素子のオン・オフ
制御して直流電圧をトランスの一次側巻線に印加して、
二次側巻線に発生する交流電圧を整流して前記直流電圧
と相違する電圧値の第２直流電圧を生成し、その第２直
流電圧をＨブリッジ回路に備えた複数個のインバータ用
半導体スイッチング素子をオン・オフ制御して第２交流
電圧に変換するようにしたＡＣ電源生成方法において、
前記コンバータ用半導体スイッチング素子を予め定めた
固定のデューティ比にてオン・オフ制御し、前記インバ
ータ用半導体スイッチング素子を第２直流電圧の値に応
じたデューティ比にてオン・オフ制御するようにした。

【００１０】請求項２に記載の発明は、コンバータ用半
導体スイッチング素子をオン・オフ制御し、そのコンバ
ータ用半導体スイッチング素子のオン・オフ動作にて直
流電圧をトランスの一次側巻線に印加して、二次側巻線
に発生する交流電圧を整流回路にて整流して前記直流電
圧と相違する電圧値の第２直流電圧を生成するＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ部と、ＤＣ−ＤＣコンバータ部が生成した
第２直流電圧をＨブリッジ回路に備えた複数個のインバ
ータ用半導体スイッチング素子をオン・オフ制御して第
２交流電圧に変換するＤＣ−ＡＣインバータ部とからな
るＡＣ電源装置において、前記コンバータ用半導体スイ
ッチング素子を予め定めたデューティ比にてオン・オフ
制御する第１スイッチング制御回路と、前記第２直流電
圧のその時々の電圧値を検出し前記第２交流電圧の実効
値が一定となるように、前記第２直流電圧の電圧値に対
する前記インバータ用半導体スイッチング素子のデュー
ティ比を設定し、その設定されたデューティ比にてイン
バータ用半導体スイッチング素子をオン・オフ制御する
ようにした第２スイッチング制御回路とを備えた。

【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
のＡＣ電源装置において、前記トランスは昇圧トランス
である。請求項１の発明によれば、コンバータ用半導体
スイッチング素子は固定したデューティ比にてオン・オ
フ制御される。その結果、直流電圧が変動すると、第２
直流電圧は変動する。インバータ用半導体スイッチング
素子は第２直流電圧の電圧値に応じたデューティ比にて
オン・オフ制御される。その結果、前記第２直流電圧が
変動しても第２交流電圧の実効値を一定にする制御が可
能となる。又、フィードバック制御が行われないことか
ら、その分だけ回路規模が小さくできるとともに、コス
トの低減を図ることができる。

【００１２】請求項２の発明によれば、第１スイッチン
グ制御回路にてコンバータ用半導体スイッチング素子は
固定したデューティ比にてオン・オフ制御される。その
結果、直流電圧が変動すると、第２直流電圧は変動す
る。第２直流電圧の変動は第２スイッチング制御回路に
て検出される。第２スイッチング制御回路は、第２直流
電圧の電圧値に応じてインバータ用半導体スイッチング
素子のデューティ比を設定しインバータ用半導体スイッ
チング素子をオン・オフ制御する。その結果、前記第２
直流電圧が変動しても第２交流電圧の実効値は一定とな
るように制御される。

【００１３】従って、第１スイッチング制御回路にて第
２直流電圧の変動を制御しないことから、フォトカプラ
等を備えたフィードバック回路が不要となる。その結
果、その分だけ回路規模が小さくできるとともに、コス
トの低減を図ることができる。

【００１４】請求項３の発明によれば、より高電圧の交
流電圧を得ることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
形態を図１に従って説明する。尚、説明の便宜上、図２
に示したＡＣ電源装置と共通の部分については符号を同
じにしてその詳細な説明は省略し、相違する部分につい
て説明する。

【００１６】ＤＣ−ＤＣコンバータ部５１に設けられた
第１スイッチング制御回路としてのコンバータ用スイッ
チング制御回路１１は、コンバータ用第１及び第２半導
体スイッチング素子ＳＷａ，ＳＷｂに駆動制御信号ＣＳ
１，ＣＳ２を出力する。コンバータ用スイッチング制御
回路１１は、コンバータ用第１及び第２半導体スイッチ
ング素子ＳＷａ，ＳＷｂを交互にオン・オフさせるとと
もに、固定のデューティ比の駆動信号ＣＳ１，ＣＳ２を
生成し同スイッチング素子ＳＷａ，ＳＷｂに出力する。

【００１７】本実施形態では、この固定のデューティ比
は、例えば５０％に固定され、整流回路５３から出力さ
れる第２直流電圧としての直流電圧ＶａがバッテリＢの
直流電圧がある程度低下しても１００ボルト以上を維持
できるようにトランスの巻線比等が予め設定されてい
る。そして、駆動信号ＣＳ１，ＣＳ２のデューティ比が
固定であるので、バッテリＢの直流電圧が変動すると、
トランスＴの二次側巻線Ｔ２に発生する交流電圧の電圧
値も変動することから整流回路５３から出力される直流
電圧Ｖａの値も変動することになる。

【００１８】一方、ＤＣ−ＡＣインバータ部５２に設け
られた第２スイッチング制御回路としてのインバータ用
スイッチング制御回路１２は、インバータ用第１〜第４
半導体スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４に対応する第１
〜第４駆動信号ＩＳ１〜ＩＳ４を出力する。インバータ
用スイッチング制御回路１２は、インバータ用第１及び
第４半導体スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４の組とイン
バータ用第２及び第３半導体スイッチング素子ＳＷ２，
ＳＷ３の組を交互にオン・オフさせるとともに、その時
々で可変するデューティ比の第１〜第４駆動信号ＩＳ１
〜ＩＳ４を生成し同スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４に
出力する。

【００１９】詳述すると、インバータ用スイッチング制
御回路１２は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ部５１の整流
回路５３から出力される直流電圧Ｖａを入力する。イン
バータ用スイッチング制御回路１２は、その直流電圧Ｖ
ａの値に対して負荷５９に供給される第２交流電圧とし
ての交流電圧の実効値が常に一定となるようにデューテ
ィ比を設定する。つまり、スイッチング制御回路１２は
直流電圧Ｖａが増大するとそれに反比例してデューティ
比を小さくし、負荷５９に供給する交流電圧の実効値の
増大を抑制し実効値を常に一定に制御する。反対に、直
流電圧Ｖａが低下するとそれに反比例して、デューティ
比を上げて負荷５９に供給する交流電圧の実効値の低下
を抑制し実効値を常に一定に制御する。

【００２０】次に上記のように構成したＡＣ電源装置の
特徴を以下に記載する。 ○本実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ部５１は、固
定したデューティ比でトランス駆動用半導体スイッチン
グ素子ＳＷａ，ＳＷｂをオン・オフ制御するだけで、整
流回路５３から出力する直流電圧Ｖａを常に一定の値と
なるようにフィードバック制御することはしない。そし
て、ＤＣ−ＡＣインバータ部５２は、直流電圧Ｖａの変
動があってもその変動に応じて第１〜第４駆動信号ＩＳ
１〜ＩＳ４のデューティ比を変更し負荷５９に供給する
交流電圧の実効値が常に一定となるようにインバータ用
半導体スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４をオン・オフ制
御するようにした。

【００２１】従って、従来のようにフローティング状態
にあるＤＣ−ＡＣインバータ部５２に対して絶縁した大
規模な回路構成のフィードバック回路を用いてＤＣ−Ａ
Ｃインバータ部に対して常に一定の直流電圧Ｖａを供給
するように構成したＡＣ電源装置に比べて本実施形態の
ＡＣ電源装置は回路規模が小さくできしかも安価に構成
することができる。

【００２２】○本実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ
部５１のコンバータ用第１及び第２半導体スイッチング
素子ＳＷａ，ＳＷｂは、デューティ比が５０％でオン・
オフ制御するようにしているため、トランスＴの一次巻
線Ｔ１に流れる入力電流の脈流を小さく抑えることがで
きる。その結果、高周波ノイズの発生が抑えられ、ノイ
ズ対策部品の低減を図ることができる。

【００２３】○本実施形態では、昇圧トランスＴを用い
たので、１２ボルトの直流電圧から１００ボルトの交流
電圧を得ることができる。従って、日常使用される１０
０ボルト使用の電気機器が容易に使用することができ
る。

【００２４】発明の実施の形態は、上記のものに限定さ
れるものではなく、以下のように実施してもよい。 ○上記実施形態では、コンバータ用及びインバータ用半
導体スイッチング素子ＳＷａ，ＳＷＢ，ＳＷ１〜ＳＷ４
について特に限定しなかったが、駆動信号ＣＳ１，ＣＳ
２，ＩＳ１〜ＩＳ４にてオン・オフ制御されるものであ
れば例えばＭＯＳトランジスタ、バイポーラトランジス
タ等で具体化してもよい。

【００２５】○上記実施形態では、ＡＣ電源装置は単相
交流のインバータであったが、３相交流のインバータに
応用してもよい。

【００２６】

【発明の効果】請求項１〜３の発明によれば、安価で小
型化を図ることができる優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図1 】本発明を具体化したＡＣ電源装置の電源回路
図。

【図2 】従来のＡＣ電源装置の電気回路図。

【符号の説明】

１１…第１スイッチング制御回路としてのコンバータ用
スイッチング制御回路、１２…第２スイッチング制御回
路としてのインバータ用スイッチング制御回路、５１…
ＤＣ−ＤＣコンバータ部、５２…ＤＣ−ＡＣインバータ
部、５３…整流回路、ＳＷａ，ＳＷｂ…コンバータ用第
１及び第２半導体スイッチング素子、Ｔ…トランス、Ｓ
Ｗ１〜ＳＷ４…インバータ用第１〜第４半導体スイッチ
ング素子、Ｖａ…第２直流電圧としての直流電圧。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンバータ用半導体スイッチング素子の
   オン・オフ制御して直流電圧をトランスの一次側巻線に
   印加して、二次側巻線に発生する交流電圧を整流して前
   記直流電圧と相違する電圧値の第２直流電圧を生成し、 その第２直流電圧をＨブリッジ回路に備えた複数個のイ
   ンバータ用半導体スイッチング素子をオン・オフ制御し
   て第２交流電圧に変換するようにしたＡＣ電源生成方法
   において、 前記コンバータ用半導体スイッチング素子を予め定めた
   固定のデューティ比にてオン・オフ制御し、 前記インバータ用半導体スイッチング素子を第２直流電
   圧の値に応じたデューティ比にてオン・オフ制御するよ
   うにしたＡＣ電源生成方法。
2. 【請求項２】 コンバータ用半導体スイッチング素子を
   オン・オフ制御し、そのコンバータ用半導体スイッチン
   グ素子のオン・オフ動作にて直流電圧をトランスの一次
   側巻線に印加して、二次側巻線に発生する交流電圧を整
   流回路にて整流して前記直流電圧と相違する電圧値の第
   ２直流電圧を生成するＤＣ−ＤＣコンバータ部と、 ＤＣ−ＤＣコンバータ部が生成した第２直流電圧をＨブ
   リッジ回路に備えた複数個のインバータ用半導体スイッ
   チング素子をオン・オフ制御して第２交流電圧に変換す
   るＤＣ−ＡＣインバータ部とからなるＡＣ電源装置にお
   いて、 前記コンバータ用半導体スイッチング素子を予め定めた
   デューティ比にてオン・オフ制御する第１スイッチング
   制御回路と、 前記第２直流電圧のその時々の電圧値を検出し前記第２
   交流電圧の実効値が一定となるように、前記第２直流電
   圧の電圧値に対する前記インバータ用半導体スイッチン
   グ素子のデューティ比を設定し、その設定されたデュー
   ティ比にてインバータ用半導体スイッチング素子をオン
   ・オフ制御するようにした第２スイッチング制御回路と
   を備えたＡＣ電源装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のＡＣ電源装置におい
   て、トランスは昇圧トランスである。