JPS5833971A - チヨツパの制御方式 - 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】 この発明は、直流電源から給電を受け、制御対象となる
直流電動機や発電機界磁等の直流負荷の電力を調整する
ためのチョッパの制御方式に関するものである。

一般に、この種のチョッパは、その構成要素であるサイ
リスタやトランジスタ等の素子が確実ＫＯＮ−ＯＦＦ動
作し、これによりチョッパが正常に動作するために、０
８時間幅の最小値および最大値に制限を設ける心機があ
る。

現在、一般的に使用されているチョッパによる直流負荷
電力の制御回路の構成を示せば、第１図および第２図に
示す通りである。なお、第１図は送導サイリスクを使用
した直列消弧反撥パルス式チョッパを示し、第２図はパ
ワートランジスタを使用したチョッパを示す。しかるに
、第１図および菖２図において、参照符号１０は直流電
源、１２はチョッパ、１４＃ｉ通流率ｇｌｌｌｋ回路、
ｌ５Ｆｉフリーホイルダイオード、１８は負荷をそれぞ
れ示す。負荷１８Ｆｉ、電動機や発電機界磁等の直流負
荷であシ、通常これらの負荷にはＶアクドルや負荷自身
の巻線分によるインダクタンスが金談れる。このため、
チジツパ１２がＯＦＦ状態の時に負荷電流を環流させる
丸めに、負荷１８に並列忙フリーホイルダイオード１６
が接続されている。直Ｒｔ＃１ｏは、電気車駆動用サイ
リスタチョッパの場合、６ｏ。

Ｖ、　７５ＱＶ、　１５００Ｖ　９９（Ｄ高ＥＥトｆ！
ｈｆｔＥ、自動車駆動用トランジスタチョッパの場合、
１００Ｖ、３６Ｖ等の低圧となる。

第１図に示すサイリスタ式チョッパの場合、通流率調整
回路１４Ｆｉ、次のように動作する。

すなわち、主サイリスタＭＴＨを点弧してチョッパ１２
をＯＮ状１１にするための信号“ＯＮ“と１ｍａ＋イリ
スタＡＴ）ｌを点弧して転流コンデンサＣＭＣＫ図示の
極性で充電されている電荷を放電して、主サイリスタＭ
ＴＨおよび転流リアクトルＣＭＬを通して振動させる仁
とにより、１＋イリスタＭＴＨを消弧しチョッパ１２を
ＯＦＦ状態にするための信号“ＯＦＦ”　　とを発生す
る。

一万、第２図に示すトランジスタ式チョッパの場合、通
流率調整回路１４は、チョッパ１２がＯＮ状態となる間
、パワートランジスタＴＲのペースを駆動するための信
号″ＯＮ″を発生する。

前述したチョッパ制御回路におけるチョッパ動作時の負
荷にかかる電圧波形を容置のＯＮ時間幅について示せば
第３図に示す通りである。

まず、チョッパの動作周期をＴ、ＯＮ時間幅をｉとする
と、第３図（Ｃ）に示すように、負荷にはチョッパがＯ
Ｎ状悲のとき、チョッパの電圧降下を無視すると、０８
時間幅丁の関電源電圧Ｖ。

７１ＪＥｌｌｔ）ＩＬル。チョッパ制御では、チョッパ
の０８時間幅丁と動作周期Ｔとの比を通流率αとしてα
飄々と表わす。従って、負荷の電圧波形ｖ　＃ｉ、　ｖ
　　Ｗαｖ１、チョッパの周波数ｆＭ はｆ　ｍ　謄となる。７九、チョッパが正常ＫＯＮ−Ｏ
ＦＦ　　動作すゐに必要なＯＮ時間幅嘗の最小限界値を
Ｔｍ１ｎ、最大限界値をτｍａｘとし、その各々に相当
すゐ通流率αを〜ム。、−８とすると、ａｍｉｎ　＝　
”’物、”ｍａｘ＝”琶今で表わされる。

そこで、１１３図（ａ）は、α＝００場合、縞３図（ロ
）はα冨αｍ１ｎｏ場合、第３図（Ｃ）はａｍｌ。くα
＜ａｒｎａｘの場合、ｓ１！３図ゆけα＝〜、工の場合
、そして第３図−）はα；１の場合におけるそれぞれチ
ョッパ動作時の負荷の電圧波形ｖＭを示す。

第３図から明ら力）なように、負荷の電圧波形Ｖ。

は、ａｍｌ。≦α≦”ｍａｘの間で連続的に制御するこ
とができる。また、第３図（ｅ）に示すように、α；１
の場合すμわちチョッパ全導通として動作させる場合は
、α”ｍａｘからα；１ｆでその中間値を絶対にとら１
ｉいように跳躍動作をさせる必要がある。−万、菖３図
（ａ）に示すように１、　　α；００場合もα＝ａｍｉ
ｎから０およびａＺＯからαｍ１４への移行も前記と同
様に跳鏑動作をさせることが必要である。

このようなチョッパ制御動作をさせるための通流率制御
方式として、従来は第４図に示すような回路方式が採用
されている。すなわち、第４図において、参照符号２０
Ｆｉチヨツパの周波数の設定と通流率制御のための１本
波とを発生する＊ｍ状波発生器、２２は制御入力端子ｖ
ｃの電圧を制限する電圧リミッタ、２４は前記鋸歯状ｆ
Ｉ１．尭生器２０の出力電圧■。と電圧りｉツー２２の
出力電圧ｖＸｌとを比較してチョッパ１２０通流率αを
決定するための比較器である。従ってチョッパ１？は、
比較器２４の出力信号ｖｏＭの信号“１°、“０＠に応
じて０Ｎ−ＯＦＦ動作する。なお、チョッパ１２ＫＦｉ
、比較器２４からの０Ｎ−ＯＦＦ動作用信号とは別に、
チョッパ全導通指令８゜、とチョッパＯＦＦ指令８゜Ｆ
。

が入力され、これらの指令によ〕チョッパ１２を会導通
曹九はＯＦＦ状１１に４１行させる。

第４Ｅに示す各要素の動作特性を示せば、菖５図に示す
通りであ為。第５図（２）は、鋸歯状波発生器２０の出
力波形を示し、動作周期Ｔで波高値ｖ０．からなる鋸歯
状波が得られる。ｍＳＳ図上、電圧リミツ−２２の特性
であり、制御入力電圧■。を下限値ｖＬ０および上限値
ｖＬ、で制限すゐリミッタ特性を示している。第３図（
ｃ）は、比較器２４の特性を示し、鋸歯状波発生器２０
の出力電圧Ｖ。と電圧リミツｐ２２の出力電圧ｖＬとを
それぞれ入力してこれらの大きさを比較し、ｖ１≧ｖｏ
で信号″１１を出力し、ｖＬ〈ｖｏ　で信号′″０＠を
出力する特性を示し、ている。

このような制御方式において、制御入力電圧ｖＬとチョ
ッパ１２０通流率指令信号Ｖ。Ｍとの関係を示せば、第
６図に示す通りである。第６図（（転）は、第４図にボ
す電圧リミッタ２２の下限リミッタ値ｖＬ０の入力時、
すなわちチョッパの最小通流率動作状態の場合の通流率
指令信号ｖＯＭの波形を示す。また、第６図（ｃ）は、
電圧リミッタ２２の上限リミッタ値ｖＬ、の入力時、す
なわちチョッパの最大通流率動作状態の場合の通流率指
令信号ｖｏＭの波形を示す。そして、第６図υ）は、電
圧リミッタ２２の中間値の入力時におけるチョッパ通流
率動作の場合の通流率指令信号Ｖ　の波形を示す。なお
、第６図に示す０Ｍ チョッパのＯＮ時間幅τｍ１ｎ１−　１　％　ｍａｘｌ
は１第３図に示したチョッパの（ＬＮ時間幅τｍｌ。、
τ、τ　　にそれぞれ対応するが、チョッパのｍａｘ 転流時間の遅れ等によ参、等しい値とはならない・菖６
図から、制御入力電圧ｖＸ、がｖＬ、からｖｌ、へ変化
することにより、チョッパのＯＮ時間幅Ｔ　はτｍｉｎ
、からτ　　Ｋ連続的に制御　　　　　　　　　　　　
　　　　ｍｌＸ制御することができ、チョッパの通流率
αはａｍｉ　ｎからαｍ□へ制御することができること
がｒ解されよう。

また、通流率ａｍａｘからα＝１すなわちチョッパ全導
通に移行させる場合、もしくはチョッパ全導通から通流
率”ｍａｘへ戻す場合は、全導通信号Ｓ。Ｍによシ１通
流率αを跳躍させることによ）達成できる。−万、通流
率ａｍｉｎからα−−ＱすなわちチョッパＯＦＦ状態に
移行させる場合、もしくはチョッパＵｉ？Ｆ状態からａ
ｍｉｎｋ移す場合は、チョッパＯＦＦ信号Ｓ。ＰＦ　Ｋ
よか通流率αを跳躍させることにより達成できる。

しかしながら、前述した現在一般的に使用されているチ
ョッパの制御方式において＃ｉ１次のような問題点を含
んでいる。

（１）　　温度変化等により、鋸歯状波発生器の波高値
が影響を受けないようにするための対策が必要であるこ
と。

■　温度変化の影響の少い精度のよい電圧リミッタが必
要であること。

■　チョッパを通流率ａｍａｘより全導通音たはへ、ｎ
よりＯＦＦ状態に移行するため、それぞれ別に指令信号
が必要であること。

そこで、本発明者等は、前述した従来のチョッパ制御方
式の問題点を克服すべく種々検討を重ねた結果、チョッ
パの周波数設定と通流率制御のための基本波を発生する
ための三角波発生器を設け、この三角波発生器の出力電
圧と通流率指令電圧とを所足のヒステリシス幅をもって
その大小を比較器で判別するよう構成し、チョッパの最
小通流率と最大通流率とを前記ヒステリシス幅によって
設定することにより、チョッパの通流率をチョッパＬ）
ＦＦ状態から全導通音で、切換え指令なしに通流率指令
電圧のみＫより制御することができ、前記問題点を全て
解消し得ることを突き止めた。

従って１本発明の目的は、回路構成の簡略化を図１．チ
ョッパの通流率をチ碧ツバＯＦＦ状態から全導通までチ
ョッパの最小通流率および最大通流率を確保して円滑に
変化させることができ、チョッパ制御の高性能化と高信
頼化を達成することができるチョッパの制御方式を提供
すゐにある。

前記の目的を達成するため、本発明においては、三角波
発生器の出力゛電圧と通流率指令電圧とを比較器を介し
て比較し、この比較器の出力をチョッパの通流率指令信
号とするチョッパの通流率制御方式において、比較器を
所定のヒステリシス幅をもって入力電圧の大小を判別す
るよう構成し、チョッパの最小通流率と最大通流率とを
前記比較器のヒステリシス幅により設定するこ七を特徴
とする。

前記チョッパの制御方式において、チョッパの通流率は
、全チョッパ制御範囲を通流率指令電圧によ〕調整する
ことができる。

次に１本発明に係るチョッパの制御方式の実施例につき
麻付図面を参照し１；がら以下詳細に説明する。

菖７図Ｆｉ、本発明方式を実施するチョッパ制御回路の
ブロック結線図である。第７図において、参照符号３０
はチョッパを示す。また、３２＃ｉチョッパ３００周波
数の設定と通流率制御のための基本波を発生するための
三角波発生器である。そして、３４は前記三角波発生器
３２の出力電圧Ｖ　と制御人力電圧ｖ０とを比較してチ
ョッパ３００通流率を指令するための比較器である。従
って、チョッパ３０は、比較器３４の出力信号Ｖ。Ｍの
信号“１″″、“０“に応じて０Ｎ−ＯＦＦ動作する。

１１７図に示す各−ｊ＆素の動作特性を示せば、第８図
に示す通シである。第８図（（転）は、三角波発生器３
２の出力波形を示し、動作周期Ｔで波高値■。１からな
る三角波が得られる。この場合、三角波の上ｐ、下りの
勾配は特に合わせる必要はない。第８図＠は、比較器３
４の特性を示し、三角波発生器３２の出力電圧Ｖ。と制
御入力電を比較し、信号“１′″ま九Ｆｉ′″０°を出
力する特性を示す。この場合の特性は、図示のようＫｉ
Ｖのヒステリシスを有することが特徴であふ。

すなわち、三角波発生器３２の出力電圧■ｏが制御入力
電圧■。より小さい方向から制御入力電圧■。に近づく
時は、ｖｏ、　ｖ０＝−Δ■っ菫りＶ０＝Ｖ０＋ΔＶで
通流率指令信号Ｖ。Ｍは信号′１“から“０１に跳躍す
る。また、三角波発生器３２の出力電圧■。が制御入力
電圧ｖｃより大きい方向から制御入力電圧Ｖ。Ｋ近づく
時は、Ｖｏ−Ｖ。−ΔＶ　つまりＶ。−■。

−Δ■で通流率指令信号■。Ｍは信号“じから＠１−に
跳躍する。

そこで、第７図に示す本発明制御方式において、制御入
力電圧■。とチョッパの通流率指令信号ｖｏＭとの相関
特性を示せば、第９図に示す通）である。！９図（４）
は、制御入力電圧Ｖ。がｖｏｍＡｖの場合を示し、三角
波発生器３２の出力電圧■。がＶ。−Δ■−Δ■；０で
通流率指令信号Ｖ。Ｍが信号０１力）ら“１１へ変わり
、■。；ΔＶ＋ΔＶ、＝２ΔＶて通流率指令信号Ｖ。Ｍ
が信号″１′″から“０“に変わる状態を示す。

！友、制御入力電圧Ｖ。がヒステリシス幅ΔＶより小さ
くなれば、通流率指令信号Ｖ。Ｍは信号“０１の状態と
なる。従ってｓ　Ｖｏ　鴛Δ■の時、チョッパが最小通
流率〜ｉとなる最小導通時間＠Ｔｍ１ｎｔとな力、その
時間幅の設定は比較器２４のヒステリシス幅ΔＶにより
行うことができる。制御入力電圧Ｖ。がヒステリシス幅
Δ■よ〕少しでも小さくなれば、通流率指令信号Ｖ。Ｍ
は信号“０“へ跳−する。Ｋ９図（Ｃ）は、制御人力電
圧Ｖ０がＶ。”ｖｏｌ−ΔＶの場合を示し、三角波発生
器３２の出力電圧ｖ０が■。

＝（Ｖ　　−Δ■）−ΔＶ＝Ｖｏ、−２・ΔＶで通流１ 率指令信号■。、が信号“０１から１”へ変わり、■　
＝（■　−ΔＶ）＋ΔＶ＝Ｖ。、で通流ＯＯｌ 率指令信号■。つが信号″１“から“０１へ変わる状態
を示す。なお、制御入力電圧Ｖ。がＶ。。

より大きくなれば、通流率指令信号Ｖ。Ｍは信号″１°
の状態となる。従って、ＶｏＷＶｏ、−ΔＶの時、チョ
ッパが最大通流率’ｍａｘとなる最大導通時間幅τ　　
　となり、その時間幅のＪ１３Ｎ 設定は比較器２４のヒステリシス幅ΔＶにより行うこと
ができる。制御入力電圧Ｖ。がｖｏ、−Δ■より大きく
なれば、通流率指令信号Ｖ。Ｍは信号′１“へ跳躍する
。第９図（ロ）は、制御入力電圧ｖ０がΔｙとｖｏ、−
Δ■の中間値にある場合の動作状態を示す。

前述した動作特性を有する本発明のチョッパ制御方式は
、次のような特徴を有する。

（１）　　チョッパの導通時間幅τｍｌユ１’ｍ□、Ｆ
ｉ、制御入力電圧ｖ０の値が基準となる三角波電圧の最
小値Ｃ本例ではＯＶ）＋ΔＶなり値、および三角波電圧
の最大値Ｃ本例ではｖｏｌ）−ΔＶなる値となる時に起
生ずる。このため温度変化等圧よ）三角波電圧の波高値
が変動しても、導通時間幅τｍｉｎ、ｓτｍ□、に与え
ゐ影響は非常に小さいので１通流Ｉａａｒｎｉｎ。

ａＴｎａｘの変動は非常に少ない。

■　制御入力電圧■。の値のみによって、チョッパの通
流率指令信号Ｖ。Ｍは、導通時間幅丁、＝０から１まで
変化し、しかも０から７ｍ１１１、逆に１ｍ１ｎ１から
０、τｍａｘ１から１　逆に１からτｍ□、への移り変
わりは跳躍的に移行することができる。

Ｇ）　チョッパの制御回路の構成が従来方式のものに比
べて極めて簡単である。

前述した実施例から明らかなようＫ、本発明制御方式に
よれば、従来のチョッパの通流率制御回路に設けられて
いた電圧リミッタ、チョッパ全導通指令入力、チョッパ
ＯＦＦ指令入力等の機能を省略して１通流率指令入力の
みでチョッパ通流率αを０（チョッパＯＦＦ状１１）か
ら１（全導通）まで、チョッパの蛾小道流率、最大通流
率を確保して変えられるようにしたため、回路構成の簡
略化、高信頼化並びに装置の小形化が実現され、さらに
機能の向上を図ることができる。

従って１本発明は、バッテリー給電される電気自動車の
チョッパ制御回路、鉄道車両用チョッパ制御回路、その
他直流給電される発電機の励磁調整回路、電動機の界磁
ｉ；１Ｉ１１１路等のチョッパ制御回路に広く適用する
ことができる。

以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発
明の精神を逸脱しない範囲内において種々の設計変更を
なし得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のサイリスタ式チョッパの制御回路図、第
２図は従来のトランジスタ式チョッパの制御回路図、第
５図（４）〜（ｅ）は第１図および第２図に示す従来の
チョッパ制御回路のチョッパ動作時の負荷電圧波形図、
ｇＡ図は従来Ｏ？ヨツパ制御を行うための通流率制御回
路図、諺５図（２）〜（Ｃ）はｌｌＸ４図に示す制御回
路の各構成要素の動作波形図、第６図（ｍｌ−（Ｃ）は
第４図に示す制御回路の通流＊Ｗ御動作状態を示す波形
図、第７５Ａは本発明に係るチョッパの制御回路図、菖
８図（相、０３）は第７図に示す制御回路の各構成要素
の動作波形図、第９図（１ｍ）〜（ｃ）は１１７図に示
す制御回路の通ｔｌＬ率制御動作状繍を示す波形図であ
る。 １０・・・直流電６１１２・・・チョッパ１４・・・通
流率Ｉｉｌ＊回路 １６・・・フリーホイルダイオード １８・・・負　　　　荷　　２０・・・鋸歯波発生器２
２・・・電圧リミッタ　　２４・・・比　較　器３０・
・・テ　ヨ　ツバ　　３２・・・三角波発生器３４・・
・比　較　器 ＦＩＧ、１ ２ ／ ＦＩＧ、２　　　　１２ ＦＩＧ、３ ＼ ′ｊ ＦＩＧ、４ ｎ ＦＩＧ、５ （Ｃ） ＦＩＧ、６ ＦＩＧ、７ ２ ＦＩＧ、８

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　三角波発生器の出力電圧と通流率指令電圧と
   を比較器を介して比較し、この比較器の出力をチョッパ
   の通流率指令信号とするチョッパの通魔率制御万式にお
   いて、比較器を所定のヒステリシス幅をもって入力電圧
   の大小を判別するよう構成し、チョッパの最小通流率と
   最大通流率とを前記比較器のヒステリシス幅によプ設定
   することを特徴とするチョッパの制御方式〇 ■　特許請求の範囲第１項記載のチョッパの制御方式に
   おいて、チョッパの通流率は全チョッパ制御範囲を通流
   率指令電圧によりＩＡ整してなるチョッパの制御方式。