JPS58190282A - 電力変換用変圧器の偏励磁抑止方法 - Google Patents

電力変換用変圧器の偏励磁抑止方法

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JPS58190282A
JPS58190282A JP57069654A JP6965482A JPS58190282A JP S58190282 A JPS58190282 A JP S58190282A JP 57069654 A JP57069654 A JP 57069654A JP 6965482 A JP6965482 A JP 6965482A JP S58190282 A JPS58190282 A JP S58190282A
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
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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】 本発明は軍刀変換用変圧器の1次巻線の各々の端子に!
#続をれ霞一対の半導体スイッチング素子の内の一方t
AVR信号によりパルス幅制御全行い、他方會これに追
従させる様に制御して前記jl圧器の偏励磁全抑止する
方法に関する一ソぽ第1図に示す様な公知の電源装Wt
は、スイッナングトランシスタLi、Q2t[2図4d
l 、ie) v′c示す様なベース駆1Jtl信号に
よって交互にオン、オフさせて同図(bl、(c)K示
す様なコレクタ電fAF、を夫々通流させ、直流電源E
から電力変換用変圧器Tの1次巻#1IN1、N′1に
交互に反対方向にイ#:、奮流すことにより、変圧器で
の2次巻線N2、N21C交流這圧會誘起させ、該電圧
を繁t!L器1) 1、D2會介[7て整流し、チョー
クコイルCI(とコンデンサCとで平滑して負荷[、o
に所望のli[流電圧會与えている。
向、ここでPWれE出力電圧に比例する電圧を検出しパ
レスm制御イぎ号奮生ずるパルス幅制御回路、ost’
i第2図(&)に示す様な矩形波管発振する発振器、P
Rt−Jトランジスタ(Jl、(Jzk過電流から保護
する定めの過[流保護回路、DVtj@2図(d)、(
e)に示す様なペース駆動信号を生ずる駆動回路である
斯かる構成の電源装置に1 トランジスタ及び変圧器な
どの利用率が比較的高く、大電力の変換に適した方式で
あるが、最近でに装置全小型軽量化すべく変換周波数を
高くする傾向がある定め、トランジスタなどの蓄積時間
が無視できなくなって未定。一般にトランジスタQ !
、Qlの蓄積時間はi2図(bl〜(e) VCC小成
ペース駆動信号コレクタ電流との時間差であり、この蓄
積時間はトランジスタ及びその駆動条件により異なる。
従ってトランジスタQl、Q2の蓄積時間に差があれば
、トランジスタQ1、Qlの夫々のオン期間性その差分
だけ異なり、この現象が各サイクルで生ずれば駆動パル
スのパルス幅及びトランジスタの飽和電圧が等しい場合
、変圧器Tの磁くけ一方向に偏り続け、ついにd変圧器
1に飽ヰlに至り、トランジスタQl、Qlの蓄積時間
の長い万に過大な電流が流れてしまう。
斯かる偏励磁による遺失電流から各回路部品を保護する
方法として、従来框抵抗at、RtでトランジスタQ1
、Qlkflれる電流全検出し、この検出値が設定値を
越えろと過電流保躾回路4ヶ作動ζせてトランジスタQ
l、Qlを強制的にターンオフさせているが、フェライ
トコアを用いた変圧器では飽和現象が速いため、トラン
ジスタQj、Qlの最大コレクタ電流に十分余裕があり
劃つ回路のレキュレーションがある程度入きくなるよう
VC設計【7なければ保護できず、また他の方法と1で
にトランジスタの蓄積時間、@和電圧などの特性の等し
いものt選足して使用している。しかし上述において前
者の方法fl トラン/メタの芥1kに余裕?持たせね
ばならないので筒佃になり且つ変圧器が大型化する欠点
を肩17、後背の方法げトランジスタの遺別にかなりの
貿用がかかるなどの欠点を有している。
また他の偏励磁全抑止する方法として、スイッチングト
ランジスタ(Jl、Qlの両者tAvR信号で制御しな
がら、夫々σ)トランジスタQ1、Qlを流れる電流全
比較E2て互いに等しくなるように両トランジス゛りQ
l、Q2全パルス幅制御する方法もあるが、両トランジ
スタの夫々が2つの制御7アクタで制御されるので回路
構成が複雑になり、鳥価になるという欠点がある本発明
社前記の様な従来の欠点?除去するために、マスター側
の@1の半導体スイッチング素子をAVR信号で制御E
5、スレーブ側のホ2の半導体スイッチング素子を流れ
るt流の検出値が前記第1の半導体スイッチング素子t
aれる− 電流のオフ信号発生時点での検出値に等しくなった時点
で第2の半導体スイッチング素子に対し7てヤフイS号
全発生することにより、第2の半導体スイッチング素子
全光れる1[fikJI jの半導体スイッチング素子
kmれる電流に等しくなる様にして偏励磁全抑止するこ
とt%値としており、その目的に比較的簡単な回路構成
で電力変換用変圧器の偏動g&會確実に抑止することに
ある。
先−10図及び第4図によって本発明の基本的な回路構
成?説明するが、図中、第1図で示した記号と同一の記
号は第1の部材に相当する部材を示している。マスター
−のスイッチングトランジスタQ1にその駆動回路1)
Vlからペース駆勧悟号?受け、スレーブ側のスイッチ
ングトランジスタQ2汀その駆動回路DV2によって駆
動される。ここでは(、Jl、Qlをトランジスタとし
て一明するが、Ql、Q2/ri単一の、或いは並列接
続若しくrti列接続しt複数のトランジスタ、ヅイリ
スタの様な半導体スイッチング素子會意味するものとす
る。
駆動旧1略1) V’ tは発釦ol路O8からの発振
信号81に−より動作してトランジスタQ1t”オンさ
せ、パルス幅側(至)回路PWからの第1のオフ信号#
1全受けてトランジスタQ+lrターンオフさせる。こ
のパルス幅制御回路は一般的なものであって、出力端子
+roとT10間の直流a土が基準値を越えるとオフ信
号−1ヶ発生する。
一方、スレーブ側の駆動回路DVZは発振回路O8から
の信号S1とは180°位相が異なる見損信号S2によ
り動作してトランジスタQ2鈴 全オンさせ、比較回転CWLからの第2のオフ信号62
によりトランジスタQ2iターンオフさせるものである
。比較回路CMに、検出用抵抗R1k介して検出された
トランジスタQ2のコレクタ電fit I C2に比例
する検出信号のトランジスタQ1のベース駆fIb信号
が除去忌れる。即ちオフ信号#1が発生する時点t1で
の値を第4図彎)の様に保持するピーク値検出ホールド
回路DHからのホールド信号Hmと同図(e)#C示す
様なトランジスタQ2のコレクタ電流tm出する検出抵
抗R2からの検出信号と會比較【7、該検出信号が前記
ホールド信号Hmt越えた時点t4でオフ信号−2食出
力する様になっているに伴いWc4図(di、(elに
示す様なコレクタ電流ICI、IC2がff1)EiT
の1次巻11Nt、N’1KRれることにより2次巻M
N2、N’2 Kは同図偽)に示すような電圧が誘起さ
れ、このときにf B−5T VCtilt 7する励
磁屯AIhH同図(b) (1’)様にナリ、fヨーり
:+fルCHk流n6(fiILti同図1 telの
様になる。ここで同図(山、(e)における時間r1、
r21′夫々トランジスタQ+、Q2の蓄積時間ケ示し
ている。偏励磁についてgS図ゲも用いて史に詳しく説
明する。
、igs図囚、[F])は夫々、トランジスタQ1、Q
2の&積時間が等しい場合と異なる場合とを示し、その
+alはトランジスタtJ+、Q2のコレクタ電tlt
、lc+ 、IC2會同−図面上に示したものであL(
b)に変圧器Tの励磁電流Ih全示し、ここではImF
E器rの各巻線の巻数比rすべて1とF7、チョークコ
イルCdの脈動d1fItは説明全量率Vこするため苓
(CHO値紮無限大と仮定)としている。従って図面で
は出力1firoV′X直線で表わされる。
斯かる仮定のもとて先ずトランジスタQ1、Q2の蓄積
時間r1、T2が等しい場合には、トランジスタQ1、
Q2のコレクター1fiIC+Ic2tl、Ict =
IC2=Io+Ih[なる。ここで変圧器Tの自己イン
ダクタンズ王tとすると、IhはIh=E−t/Ltで
表わされるものであり(但しF2は直流電源璽旺じBの
電圧)、電圧E會一定とすれば時間の経過と共に直線的
に増加する。従って1m>1図囚から明らかな様にトラ
ンジスタQ1のオフ1に号#1か発生する時刻t1のと
きのコレクタ電tIt、Ic+=ImとトランジスタQ
2の第2のオフ信号か発生せられる時刻t4のときのコ
レクタ電流1c2=■1とt等しくするように制御すれ
ば、コレクタ電tILIC1、IC2の夫々のビーク1
ttIt、Ip1生 Ip2及びその立上り電流11、Iz(t=0のIC1
、t=tsのIC2)tL4しくなり、夫々の励磁電流
は、Ih=Ih1=Ih2になる。従ってこの場合は偏
励磁が生じない。
6C,VCトランジスタQ1、−2の蓄積時間τ1、T
2が異なる1111図(囚の場合シ’CH,r2〉T1
と仮足し次とすると、夫々のトランジスタQ1、−2の
ベース駆動信号か除去される。即ちt)114号が発生
せらtLる時刻t1、F4におけ6コレクタa流の値I
mとT8と金等しくするようにMr+記トランジスタケ
制御すれば、同図から明らかな様に7レクタぼ流IC+
、I C,1ノピーク&a■p1、IP2 tlAな6
゜ここで出力[ft1oが一足と仮定しているのでiJ
+磁或流I h、は同図■(b)で示すように偏った状
態で流扛ていることKなる。っ1リコレクタ邂流のピー
ク値It)2がIp+[[べて大さくなると、励磁li
t流1bsが増加するから次サイクルのコレクタ電流1
c1の立上り(流に減少させ、従って電流値Imが減少
する。この結果、当然にトランジスタQ2のコレク41
[流の時刻t4の値工8及びピーク値Ipz1に減少さ
せる方向に働く。ここで正常な動作状態では(Tm+τ
+)=(T#十rl )(但しT m % T LIu
夫々トランジスタQ1、Q2の駆動信号送出期間)であ
り、従って励磁電流Ib5=Itz とおくことが出来
るので以下にこの条件で解析ケ進めると、トランジスタ
Q1、Q2のベース信号除去時刻t1、t4のコレクタ
電流値Im、l1li、I m =、−、eTtn+ 
(I o−Ih 1)=I g= ” Ta+ (L、
o−Ih2)L ・・・・・・・・・・・・(1) (但しLtflf圧器Tの自己インダクタンスである。
)と表わされ、またコレクタ電流のピーク値IP’ 1
 IP2 は1 1p1−(I o−Ih + )+ ” (Tm+r 
+ 3=I o+t Ih2・・・・・・・・・(2) Ip2=(Io−Ih2)+t、−t(’I’s+τ2
 )=I o−)Ih1・・・・・・・・・(3) となり以上の(1)〜(9式より +r+ )+(Tm+r+ )−(Ts+r2ン十(r
z−rt))・・・・・・・・・幀) E            E I h 2 」pt (T ”+τ1 )= □□((
Tm十τ2〕−(rl−τ・>+−===−(!+にな
る。
ここで前述より(Tm+τl )=(TI+r2)であ
り、そして偏励磁の程[會費わす励磁電流の直流分子D
CtIDc=(Ih+−Ih2)/2で表わすと、 IDC;T□1(τ2−τ1)・−・・・・・・・(6
)   となる。
ここで変圧器の直流偏磁量は磁束密度BDcで表わすと
、 BbcヨLしIDc/N、s81/N、sφE(τ2−
T1ン/2・・・・・・・・・(7) (但しNは変圧
器Tの1次巻線の巻数、Sは変圧器Tのコア断面積であ
る)になる。従って電力変換用変圧STY含む電力変換
部灯前記(7)式で示した磁束密度13ncが偏った状
態で動作するが、通常の設計においてに変圧器の磁束密
&に電力変換部の半サイクルで最大磁束密度BmaX 
”’/N、S”’/2−(Tn+rt)が最低限必要で
あり、このBmaxに対する偏励磁分の比率は前記Bn
e 、Bmaxから(T2  ”1)/2(Tm+rt
)Icなる。
異体的な例を考えると、20K)It  の変換周波数
で動作する電力変換Sに、(’f’rn+r+ )が約
25sSであJ)+(rl  12)fj通常の動作状
萼では大きく見積っても5sS以下であるので(rz−
rl)−asmsとすると(rl−rl)/2 (Tm
+r t )−a、06と1にり、6優1度の余裕を変
圧器Tの磁束密度に与えれば十分である。以上の説明は
出力側のチョークコイルC■の値會無隈大とし、脈動電
流を零として考えたが、チョークコイルCI(の値を有
限の値として考えても同様な結果が導出される。即ちチ
ョークコイルCHを流れる[fiFx、変圧tsTの1
次、2次の巻数比vrnとして1次側換算すると、その
換算した電流ibに、i I+ t= fi+(l」も
yj(トb【ヒコ珪Ioト・・曲→)になるLC2 ここでLCnチョークコイルC)Iのインダクタンスで
あり、vOは出力電圧である。
(8)弐におφてインダクタンスLCt無限大とした場
合Io1kibiC置き代えれば変圧iITの偏磁量は
全く同様に算出され、同様な結果が得られる。
以上述べた様に、スレーブ側のトランジスタQ2()コ
レクタ電流がマスター側のトランジスタQ1のベース駆
動信号全除去、即ち第1のオフ信号が発生した時点t1
のコレクタ電流の値Imと等しくなる時点t4でトラン
ジスタQ2のペース駆動信号ケ除去する。即ちwJ2の
オフ信号を生ずるように毎サイクル制御すれば、変圧器
に僅かな磁束密實の余裕を持たせるだけで偏励磁を抑止
して安定に動作させることが出来る。
次に@6図に示すブリッジ型インバータにj1本発明の
一実施例を説明するが、この図において第6図に示【7
た記号と険)−の記号は纂S図の部材に相当する部材を
示す。第1の駆wh回路DVIに、第1図(a)に示す
様な発振回路O8からの信号ヲ受けてマスター側のスイ
ッチングトランジスタQ1及びQ′1に同図り)に示す
様なペース駆動信号を与えてこれら全同時にターンオン
させる。この結果、第4図(d)に示す様な電流が、電
源Eパ0の正側→変流1icT→トランジスタQ1→変
圧器Tの1次巻線N1→トランジスタQ1→電源E@の
負側に至る閉回路で流n1この電流は変流器CT1で検
出され、ピーク値検出ホールド回路DHに印加される。
このピーク値検出ホールド回路DHr!逆流阻止用ダイ
オードd1〜d5、変流器CT1のリセット用抵抗器r
1、トランジスタQ1のコレクタ電流に比例する電流を
検出する抵抗器r2、ノイズ吸収用コンデンサC1、ト
ランジス4Qtのペース駆動信号が除去される時点(第
4図でHt=t1)Kおけるコレクタ電流Ic1の値 
Imに比例する電圧(以下ホールド値Hmと言う)tピ
ークホールドするコンデンサC2、前記ホールドli[
Hm fクリヤするためのトランジスタTry、及びト
ランジスタQ1のペース駆動信号が除去される時点でオ
ンしその蓄積時間r1の期間のみオンしてトランジスタ
Q1の蓄積時間による検出電流?バイパスするトランジ
スタTrtから構成されている。従って変流器CT1か
らの検出信号は抵抗r1、ダイオード1st介してコン
デンサC2VC充電され、この充電は、出力端子’ro
、T’u間の出力電圧が設定値(達したときにパルス幅
制御回路PWが生ずるオフ信号−1によりトランジスタ
Tr2mオン(1s4図で#Mt1)するまで行われる
。この結果、マスター側のトランジスタQ1、Qlのペ
ース駆動信号が除去される時点t1における第4図Q)
に示す様なコレクタ電流Imに比例する′11El−T
:、つ−ivホールド値Hmが比較回路CMの一万の端
子に成る期間中印加され続けろ。次に発振器O8からの
発振信号によりベース駆動回11DV2が動作してスレ
ーブ側のトランジスタ142、Q2紮ターンオンさせる
。変流器CT2にそのコレクタttitIc2に検出し
、その検出信号はダイオードd4及びコンデンサC6な
どを介して比較回路CMの他方の端子に印加される。比
較回路CMは変流器CT2からの検出電圧がホールド値
Hmt−越え6時点t4(纂4図愉))で第2の駆動回
路DV2にオフ信号#2會与える。この結果、トランジ
スタQ2、Q2のベースからはペース駆動信号が除去さ
れ、つまりマス4−[のトランジスタQ1、Qlのペー
ス駆動信号の除去時点t1におけるコレクタ電流値Tr
nとコレクタ電流値IIが等[−<なった時点t4でそ
のペース駆動信号が除去される。
斯かる制御を行うことによって偏励磁を抑止できること
は前記説明から理解できよう。
以上述べた様に本発明は、マスター側の半導体スイッチ
ング素子のみ音出力電圧に応じて直接AVR動作させ、
スレーブ側の半導体スイッチング素子tマスター側の半
導体スイッチング素子を流れろ電5LK追従させて制御
する方法を採っているので、電源装置の制御部の構成【
簡単にすることが出来、励磁電流の偏り分の程度を容易
Kg出できるために回路定数の決定及び調lll1.【
簡単にすることか出来、高周波化に十分対応できる実用
性の大きな方法を提供するものでTo6゜ 冑、II!6図においてトランジスタQ1、Q2に交互
[180’の駆動信号を与え、トランジスタQ1、Q2
tある位相で交互にオン、オフ制御する場合にも同様に
適用出来る。またトランジスタの代りにサイリスタを用
−た場合には駆動信号除去時点、即ちオフ信号発生時点
は消弧信号発生時点になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は峨力変換用変圧m1r備え友従来の電源装w1
會示す図、纂2図は従来及び本発明を説明するための各
部の[形、IIL6図は本発明の方法會実施するための
基本的な回路構成図、纂4図に本発明1に説明するため
の各部の電流電圧波形管ボす図、pJs図に偏m磁を説
明するためのwl流w!拳を示す図、第6図は本発明の
一実施例を実施するための電源装置の1gN路−成図で
るるQl、Ql、O2、Q′2・・・半導体スイッチン
グ素子 DVI、D V 2−・・駆動回路 pw−・パルス幅制御回路 DH・−ビーク値検出ホールド−路 CM−・・比4I2回路 O8・・・発振器 E−・・・IIflL電源 日本電侶電詰公社 特許出願人  オリジン電気株式会社 第1図 (cl Qzコしクタ電5飄        −−f丁
二丁二]    、、、  −一[ニア下7]−+cA
)QIJli山信号 −」T]−一「コーーーーーー+
−el Qz!flth(’I’j  −−、−一−」
IF 、、、−−−−、j]−第 2 図 O包 招 3 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 電力変換用変圧器の1次巻線の各々の端子に直列接続さ
    れ几1対の半導体スイッチング素子全交互にオン・オフ
    はぜることにより前記変圧器の2次巻線間に所望の交流
    電圧ケ得るような電力変換部を備えた電源装置itにお
    いて、出力電圧が一定になるように該出力電圧に応じて
    第1の前記半導体スイッチング素子金パルス幅制御[7
    、第2の前記半導体スイッチング素子全通流する電流が
    第1の前記半導体スイッチング素子に対する@1のオフ
    信号が発生せられる時点において骸素子を通流していた
    電流の値と略等(7くなつ友時点で発生せられる第2の
    オフ信号により前記第2の半導体スイッチング素子をタ
    ーンオフする様に制御することにより前記変圧器の偏磁
    全抑止したこと全特徴とする電力変換用変圧器の偏励磁
    抑止方法。
JP57069654A 1982-04-27 1982-04-27 電力変換用変圧器の偏励磁抑止方法 Granted JPS58190282A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61164470A (ja) * 1985-01-07 1986-07-25 アライド・コーポレーシヨン パルス幅変調電力制御装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5368821A (en) * 1976-11-29 1978-06-19 Philips Nv Currenttbalancing circuit

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