JPS59100921A - 電気負荷に直流高電圧を給電する装置 - 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】 発明の属する技術分野 本発明は、アース′胤位に対して正および負の出力電位
を有する直流電源から電気負荷に直流高電圧金給電する
装置に関する。この装置には評価回路が設けられ、評価
回路は電流供給端子と基準電位伝路との間に動作電源を
有している。また評価回路には、負荷１圧２よび／また
は負荷電流に依存する測定信号が供給され、この測定信
号は所定の値と比較される。この比較結果に依存して制
御信号が、負荷慰圧を制御する調整器へ絶縁分離段を介
して供給される。その際、評価回路はその測定信号入力
側の各々に演算増幅器を有している。

この種の公知装置では、評価回路によって負荷電圧を制
御し、および／または負荷電流を制限する。しかし、こ
れらの装置は電流？１ｉｌＪ　御の方に適している。評
価回路の出力側はい絶縁分離段としての高ｆｄＢを絶縁
トランスを介して、高電圧１３１１１にある調整器の制
御入力側と接続されている。評価回路の前置抵抗は比較
的低抵抗であり、また各演算項１１鵠器の１つの入力１
則の前に配置されている。また演算増幅器のもう１つの
入力側は、高圧祇源と負荷の間に設けられかつ高電位に
ある伝送線路と接続されている。そのため、評価回路自
体もかなシ高電圧になっているので、操作員は評価回路
に触れた時に危険にさらされる。

発明の目的 本発明の課題は、冒頭に述べた装置を改良し、簡単な手
段を用いて評価回路の安全性を高められるようにするこ
とである。

発明の構成と効果 本発明によれば、この課題は次のようにして解決される
。すなわち、約７〜１１ＭΩの大きな抵抗値を有するｍ
ｓ置低抵抗介して、各測定信号を評価回路のそれぞれの
測定信号入力側へ供給し、基準電位線路をアースと接続
し、絶縁分離段として光カプラを用いるのである。

この構成によって、評価回路の入力側は、高電位にある
電圧測定点および／または電流測定点と直流４亀的に分
離される。従って、評価回路に接触しても危険は全くな
い。前置抵抗は、光カフ０うと同じく簡単な素子である
。また、評価回路の入力側にある半導体素子の過負荷を
確実に防止することもできる。なぜなら、高抵抗の前置
抵抗が相応に電流制限および電圧制限の役割を果たすか
らである。

高抵抗の前置抵抗が、演算増幅器の入力側と出力、ｊｌ
の間にある別の抵抗、および演算増幅器の別の入力１則
と基準ｄ位勝路の間にある抵抗と共に補償ブリッジ回路
を形成するようにすれば有利である。この抵抗ブリッジ
回路によって、同相モードの障害信号を補償することが
できる。この同相モードの障害信号は、商用交流整流器
の形の鷹匠電源、および／またはチョッパの形の調整器
を使用した場合に（たとえ相応の平滑回路金膜けてあっ
ても）、負荷、例えばインバータの給ｄｌｆｉ路に現わ
れ、時に高負荷の時に強くなる。また同相モードの障害
信号は、給電線路の負荷電ｖ＋Ｕ　ｊｌ１１足抵抗から
取出される電流測定電圧（例えば０．１〜０．５　Ｖ　
）よりもはるかに大きい（例えば６００ｖのオーダにあ
る）。さらに、高抵抗と比べて抵抗値が小さい別の抵抗
は、分圧作用により増幅器の入力側で電圧をかなシ低下
させる。

また、基準電位線路、および電圧測定信号を伝送する演
算増幅器と接続された抵抗を調整可能とすることができ
る。それによって、同相モーＰの障害信号をできるだけ
完全に抑圧するために、ブリッジ回路を電圧測定点の副
で平衡させることができる。

さらに、屯流測屋信号のための演算増幅器の入力１Ｉｉ
ｌＩヲ、その高抵抗の前置抵抗を介してトランジスタの
コレクタ回路の中にある抵抗と接続することもできる。

このトランジスタのベースには、第６の眞ｊ′本増幅器
を介ｌ−て電流測定点の′電流測ボ信号が加えられる。

この構成には次のような利点がめる。つまシ、蹴流測駕
点から取出された、比較的大きな同相モードの障害信号
を伴った小さな電流側足信号を、同相モードの信号と比
べて大きい電流測定電圧に変換し、高低わしの前置抵抗
を介してこの信号を伝送できるのである。また第６の演
算増幅Ｕは、ＩＬ）単な低嵯圧素子を有することもでき
る。なぜなら、その出力側および入力側における４位は
、電流測定゛点の電位よりも低いからである。

ただし、トランジスタを高電圧トランジスタとしてｆｊ
戟し、そのコレクタ抵抗を介して直流電源と妾続するこ
ともできる。場合によっては、トランジスタに対する別
間の動作１源は省略できる。

また、トランジスタのエミッタ回路に抵抗を設け、その
エミッタを第６の演算項１ｌｌｉｉｉ器の非反転入力側
と直接接続し、第６の演算増幅器の別の入力側を電流測
定点と接続し、この入力側にバイアス電圧をカロえるこ
とができる。そうすれば、トランジスタと第６の演算増
幅器は総合増幅度゛１′′の負帰還結合増幅装Ｔｔを形
成する。

この増幅装置のエミッタ抵抗に現れる電圧は、第６の演
算増幅器の入力電圧に直線的に依存する。一方バイアス
電圧は、正および負の負荷電θｌ＋、に検出するために
ゼロ点を変位させる。エミッター流が電流測定電圧に直
線的に依存するので、コレクタ電流、およびコレクタ抵
抗に現れて評価回路に供給されるぼ圧降下も電流測定置
場に直線的に依存する。

この場合第６の演算増幅器の別の入力側は、バイアス電
源の端子と電流（Ｉｉｌｔ定点との間に設けられた分圧
器のタップと接続することができる。この分圧器によっ
て、所望のバイアス電圧を而単に形成することができる
。

トランジスタのエミッタ上流とコレクタａ　（＋ｔｅは
ペース電流の分だけ互いに異なっているので、電流測定
電圧に正確に直線的に依存するのはエミッタ電流だけで
りる。このベース電流ニょる８コレクタ屯流とエミッタ
を流との偏差を補正するために、第６の演算増幅器の別
の入力側にトランジスタのベース電流に比例する正帰還
信号を供給すれば有利である。この正帰還信号によって
、演算増幅器の入力■０の電圧がペース′成訛に相応し
て高められ、そのためエミッタ電流を介してコレクタ電
流が相応に増大される。こうして、コレクタ電流の電流
測定信号に対する直線的依存性はより正確になる。

上述の正帰還信号は、次のようにして形成できる。つま
り、第６の演算増幅器の出力側とトランジスタのベース
の間に測定抵抗を設け、そこでの電圧降下を第４の演算
増幅器を介して第６の演算増幅器の別の入力側に加える
のである。第６の増幅器を相応に構成された抵抗と接続
すれば、電流測定電圧にコレクタ蹴Ｉ＃、をより正確に
直線的に依存させることができる。

第６の演算増幅器の入力端バイアス電圧によるゼロ点変
位を補償する値だけ、電流測定信号に対する第２の演算
増幅器の入力側にバイアス金かけることもできる。この
場合、第２の演算増幅器のバイアス４圧は、調帯可能な
分圧器のタップから取出される。

調整可能な分圧器のタップは、第２の演算増幅器の別の
入力１１（ＩＪと基準電位線路との間にある抵抗を介し
て、この入力側と接続される。基準α位線路はアース４
位と直接に接続してもよいが、基準電位線路とアース電
位との間に、前置抵抗よシも低抵抗の抵抗を接続すると
有利である。そうすれば、基準電位線路の１位をアース
電位よりも低くすることができる。さらに、アースと電
位分離された、あるいはアースとして他の基準電位を有
する測定および制御信号発信器を、制御端子と容易に接
続することができる実施例の説明 次に図面を参照しながら実施例について本発明の詳細な
説明する。

図示の実施例には整流器１が設けられている。整流器１
は、平滑回路を有するブリッジ回路から構成され（０）
で示すように中点がアースされている。この整流器１に
よシ、商用電源から取出され、２次側忙アース中性点を
有する絶縁トランス（図示せず）ｆ：介して供給された
３相交流亀圧が、約６００ｖの大きな平滑直流電圧に変
換される。この直流電圧は、線路２，３有利には平滑回
路を有するチョッパである調整器４、線路２ａ＋３ａ）
および電流測定抵抗６を介して、負荷を形成するインバ
ータ５へ供給される。このインバータ５は、交流電動機
ｌＡへ給電する。

線路３と３ａの間に設けられた電流測定抵抗６は電流測
定部を形成し、そこにおける′電圧降下は負荷電流の、
を流側定信号となる。この電流測定信号は、前置増幅装
置７，７〜１１ＭΩの高抵抗の抵抗８，９および伝送回
路１０を介して、比較器１１へ供給される。比較器１１
は、電流測定信号を電流限界値工、と比較し、両者が一
致する時には出力信号を結合回路１２へ供給する。

ｒＪ亀整器４の後にある電圧測定部からは、インバータ
５へ供給される被制御直流１圧Ｕ６が取出される。電圧
Ｕ６は、同じく７〜１１ＭΩの抵抗１３．１４と第２の
伝送回路１５を介して第２の比較器１６に供給される。

比較器１６は、電圧測定値を成用目標値Ｕ８と比較し、
両者の差ないし制御偏差を結合回路１２へ供給する。

α流側定信号と覗流限界値工、が一致しなければ、結合
回路１２は光カプラ１Ｔに電圧制御偏差を表わす信号を
供給する。光カプラ１Ｔはこの信号を調整器４０制御入
力側へ送出する。それに応じて調整器４は、電圧制御偏
差が消失するように、インバータ５０入力直流電圧Ｕ６
を調整する。

これに対して電流測定信号が電流限界値工。

を越える時には、結合回路１２が、比較器１６の電圧制
御偏差信号の代わシに、この電流限界値を示す比較器１
１の信号を、光カブ２１７へ供給する。光カプラの信号
は調整器４を介して、電流測定信号が再び電流限界匝Ｉ
ｇを上回るように、インバータ５の入力倶１ヘカｌえら
れる直流電圧ｔＪ６を減少させる働きをする。

個別回路１υ、１１，１２，１５および１６から成る評
価回路と光カプラ１１は、整流器１の出力電圧とは電位
分離された固有の動作電源ＵＢを有している。電源ＵＢ
は、電流供給端子Ｓおよびすべての回路１０，１１，１
２，１５゜１６．１７の基準電位線路Ｒｅｆと接続され
ている。基準電位線路Ｒｅｆは、並列ＲＣ素子Ｐを介し
てアース（０）と接続されている。ＲＣＣ素子の抵抗値
は約１８０にΩであシ、そのコンデンサの容赦は約１０
０　ｎＦである。

前ｉ！　４幅装置７は図示していない固有の動作心源全
有し、その１つの極は線路３と接続されている。前置増
幅装置１は、例えば電流測定部に現れる同相モードの障
害信号に対して相対的に区元測定侶号を増幅する。従っ
て前置増幅装置１から抵抗８，９へ供給される電圧は、
負荷電流の大きさに応じて、３３ｏｖ以上となる。

しかし、高抵抗値の抵抗８．９があるので、伝送回路１
０はこの高い電圧によっても過負荷となることはない。

なぜなら、抵抗８，９は相応に或流制限や底圧を下ける
ように作用するからである。

電流測定抵抗６で生ずる電圧降下Ｕ１は、抵抗２０全介
して演算ｇ！！幅器２１の非反転入力側（＋）に供宿さ
れる。抵抗２３．２０から成る分圧器の接続点２２と巌
路３との間に設けられたバイアス電源は［電圧Ｕ２を発
生する。電圧Ｕ２は分圧器のタップ２４ａと接続された
非反転入力側（十）をバイアスし、アースまたはゼロＬ
貌位（０）に対１−て正および負である負荷重υＩＣの
検出を可能とする。演算増幅器２１の出力仙１はトラン
ジスタ２４０ベースと接続されている。

このトランジスタのコレクタは、比較的高抵抗（約１４
０〜１７０にΩ）の抵抗２５を介して＃Ｍ２と接続され
、エミッタは比較的低抵抗の抵抗２Ｇを介して線路３と
接続されている。従って、トランジスタ２４も直流蹴＃
、１から給電され、高畦圧トランジスタとして溝成され
ている。しかし、補助ｔに源からトランジスタ２４に低
い電圧で給醜し、相応に低い動作電圧で作動するように
することもできる。

抵抗２５では、負荷電流に比例し、かつ縮流測定抵抗６
での電圧降下よりも大きい電圧が本山され、抵抗８．９
ｆｔ介して伝送回路１ｏへ供給される。エミッタ抵抗２
６に現れる電圧を、演算増幅器２１の非反転入力側（＋
）と線路３ａとの間の電圧と等しくするために、っ゛ま
りトランジスタ２４のエミッタ亀υＩＬをこのｔＴｆ、
圧やγ調定電圧Ｕ１に比し０させるために、トランジス
タ２４のエミッタは線路２１を介して演算増幅器２１の
反転入力０１！ｌ　（−）と接続されている。これは、
増幅装置２１．２４が直接に負帰位されているというこ
とであシ、従ってその増幅度は′１゛である０つまシ、
トランジスタ２４のベース′疏流よりを無視すれば、そ
のエミッタ亀流禄はコレクタ猷流工。と等しく、従って
、抵抗２５における電圧降下Ｕ２５は実質的に負荷電流
に比ＩＮＩする。しかし、測定精度を高めるためにもベ
ース（電流は無睨できない。そのため、ベース准流工８
は正帰還回路２８を介して演算増幅器２１の非反転入力
側（＋）と正帰還結合される。それによりコレクタ醒流
工。は、正帰還回路２８を有さない増幅装置と比べて、
この正帰還回路２８がない場合のベース電流に対応する
分だけ上昇する。この目的で正帰還回路２８は、次のよ
うな素子を有している。すなわち、演算増幅器２９、演
算、噌・陥器２１の出力ｍｌｌとトランジスタ２４のベ
ースとの間に設けられた抵抗３０、前脚、噌１陥器２１
の出力側と演算工賃・韻器２９の非反転入力＋１４１１
　（＋　）との間の抵抗３１、トランジスタ２４のベー
スと演算増幅器２９の反転入力１ｔ４１１（）との間の
直接接続線路、演算増１而器２９０反転入力側（−）と
出力側との間の抵抗３２、演算増幅器２９の非反転入力
側（＋）と１路３との間の抵抗３３、および６算増１晶
器２９の出力側と演算増１ｔ＠ｉ２１の非反転入力・Ｉ
Ｉ　（＋　）の間の抵抗３４である。抵抗３０に現れる
電圧は、ベース電流のおおよその基準として演算増幅器
２９に送られる。この電圧は、そこで増幅された後演算
増幅器２１の非反転入力側（＋）へ供給され、負荷゛４
流測定電圧Ｕ１に加算される。以上のようにして正帰還
結合が行なわれ、トランジスタ２４０ベース亀流が上昇
する。従って、そのコレクタ低流も相応に上昇する。

次に、各抵抗の抵抗（ｌｔヲ、文字Ｒに各抵抗の参照数
字を付して表わすものとする。演算増幅器２９の出力電
圧Ｕ３をトランジスタ２４のベース電圧と無関係にする
ため、各抵抗の抵抗値’ｆｃ　Ｒ３０＝　Ｉ（３１ｅ　
　Ｒ３２＝　Ｒ３３と選定すれば、これらの抵抗値Ｒ３
０”　Ｒ３４は次式によって正確に決定される。

Ｕ３　＝　ＩＢ＋Ｒ３２（１） ＩＣ＝工Ｅ−より（２） 従って、コレクタ亀流工。が１圧Ｕ１およびＵ２にのみ
依任するように（バイアス電圧Ｕ２　＝　０の時には電
圧Ｕｌないし負荷１直流測定電圧にのみ依存する）よう
にするためには、（３）式の最後の２項を消去しなけれ
ばならない。つまり次式が成立つ必要がある。

弐（４）　’ｋ　変形すると次式が得られる。

この時抵抗値ヲ次のよう（選定すれば、Ｒ２ｏ＝　　２
４２０Ω Ｒ２３＝５３６００Ω Ｒ２６＝　　　１８７Ω Ｒｓｏ＝　　　２２００　Ω Ｒ３１＝　　　２　２　０　０　Ω Ｒ３２＝　　　７５０００ Ｒ３３＝　　　７　５　０’０Ω Ｒ３４＝９０９０００ 次のようになる。

従って、 Ｕ２＝’５Ｖと選定すると、次式が得られる。

ＩＣ＝に１−　Ｕｌ　＋　Ｋ２　　　　　　　　　　　
（９）この場合、Ｋ１とに２は式（８）から得られる定
数でめる。

したがって、トランジスタ２４のコレクタ亀流工　は、
そのベース電流ＩＢの大きさとは熱間係に電圧Ｕ１ない
し測定重圧のみに依存する。この時、定数に２はゼロ点
変位全決定する。

従って、コレクタ電流工。により定まる抵抗２５におけ
る電圧降下Ｕ２５も、電圧Ｕ１にのみ、しかも直線的に
依存する。

伝送回路１０は、次のような素子を有している。つまり
、演算増幅器３５、その反転入力側（−）と出力側との
間に配置された抵抗３６、可変抵抗３７、抵抗３７よシ
低抵抗の抵抗３８゜３９から形成された分圧器である。

分圧器は出力電圧Ｕｖ＝＋１２Ｖのバイアス電源と接続
されている。抵抗３７は、演算増幅器３５の非反転入力
側（＋）と分圧器３８．３９のタップとの間に設けられ
ている。抵抗８は、演算増幅器３５の反転入力側（−）
と接続され、抵抗９は同じく非反転入力１）ｆｌｌ　（
＋　）と接続されている。

演算増幅器３５の出力側は比較器１１の入力側と接続さ
れている。各抵抗値はＮ　Ｒ３Ｂ　、／Ｒ３９＜Ｒ３’
／の時、次式が成立つように選定される。

この、場合、演算増幅器３５の出力側と基準電位Ｒｅｆ
との間の電圧Ｕ４は次式で表わされる。

ここでＵ３Ｂは、分圧器抵抗３８で固定Ａ整された電圧
である。上式から分るように、電圧Ｕ４は同相モードの
障害電圧とは無関係になる。この同相モードの障害電圧
は、直流電源１の出力側における残留リプル、ないしは
調整器４を通しての負荷変動忙より、トランジスタ２４
のコレクタと線路３との間に発生する。

４圧Ｕ３８は可変抵抗３９によって、バイアス電圧Ｕ２
により定まるゼロ点変位が補償されるように選定される
。つまシ式（８）、（ｌυから次式が得られる。

Ｒｅ＝９１００にΩ Ｒ９＝　　　９１００にΩ Ｒ２）＝　　　　１５４にΩ Ｒ３６＝　　　　１００にΩ Ｕ３８　＝Ｕ２・０．３８１２３となり、また言い換え
れば、伝送回路１０の出力電圧Ｕ４は同相モードの障害
４圧と無関係に電圧Ｕ１に直接比例するのである。

さらに、伝送回路１５は、演算増幅器４０、演算増幅器
の反転入力側（−）と出力側との間にるる抵抗４１、同
じく非反転入力側（＋）と出力側との間の可変抵抗４２
を有している。この場合演算増幅器４００Å方側は、抵
抗１３゜１４を介してインバータ５の各々の入力側と接
続されている。

ここで、演算」曽幅器４０の出力側りとアースの間に現
れる伝送回路１５の出カ′電圧Ｕ５を、正電位（＋）に
あるインバータ５の入力線路２ａと線路３ａの間に現れ
る同相モードの障害電圧と無関係にするために、抵抗８
，９．３６．３７と同じくブリッジ回路を形成する抵抗
１３．１４゜４１．４２の抵抗値は次のように選定され
る。

その場合、電圧Ｕ５は次のように表わされる。

各抵抗の抵抗値を次のように選定すると、Ｒ１３＝９１
００にΩ Ｒ１４＝９１００にΩ Ｒ４１＝　　　１００ＫΩ Ｒ４２＝　　　１００にΩ ４圧Ｕ５は次のようになる。

Ｕ６ ［Ｊ５＝　−（１６） １ つまジ、制御すべき直流電圧Ｕ６に直接比例し、かつそ
れだけに依存する。

基準電位線路Ｒｅｆと、図示していない別の評価ユニッ
ト（これも図示の評価回路と同じく光カプラを介して調
整器４に作用する）との間には、高ｒｄ位部分１〜７と
電位分離された測定および／または制御信号発信器を接
続することができる。

基準電位線路Ｒｅｆは、ＲＣＣ素子を介してアース（０
）と接続する代わシに、アース（０）と直接に接続して
もよい。しかし、ＲＣ素子を間に接続すれは、アースと
１位分離された上述の測定ないし制ｉ＋’Ｆ４１１呂号
発信器を接続することができる。ただし、基準線路Ｒｅ
、ｆの′電位をアースに対して所走の値だけ低くしてお
いた方が安全である。そうすれば、線路２ａの＋３００
’Ｖという高い電位によシ、抵抗１４，４２およびＲＣ
Ｃ素子を介して電流が流れ、この電流ばＲＣ素子におい
て約＋６ｖの電圧降下を生じさせる。また、たとえチョ
ッパとして構された調整器４によって線路２と２ａの間
の接続が遮断されても、ＲＣ素子、抵抗１４，４２．お
よびインバータ５を介して、アース電位から約−６００
Ｖの電位にある線路３ａへ電流が流れる。そしてこの電
流もＲＣＣ素子で約−６Ｖのは圧降下を生じはせるだけ
である。これに対して、基準電位線路Ｒｅｆとアースを
直接に、またはＲＣ素子を用いて間接的に接続しなげれ
ば基準線路の電位は所望値よりも高くなってしまう。

【図面の簡単な説明】

図は本発明による装置の実施例のブロック図である。 １−・・整流器、４・・・調整器、５・・・インバータ
、６・・・電流測定抵抗、１・・・前置増幅装置、１０
゜１５・・・伝送回路、１１．１６・−・比較器、１２
・・・結合回路、１７・・・光カゾラ、２０，２３，３
８．３９・・・分圧器、２１，２９，３５．４０・・・
演算増１１ｇ１１器、Ｐ・・・ＲＣ素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、　評価回路が設けられ、該評価回路が、縮流供給端
   子と基準電位線路の間に固有の動作電源を有し、また該
   評価回路に、負荷成圧および／または負荷電流に依存す
   る測定信号が供給され、該測定信号が所定の値と比較さ
   れ、その比較結果に依存して制御信号が、前記評価回路
   から絶縁分離段を介して負荷電圧を制御する調整器へ供
   給され、その際、評紬回路がその測定１ぎ号入力側の６
   々に　演算増幅器金有する、アース電位に対して正およ
   び負の出力電位を有する直流電源から眠気負荷に直流高
   ゛電圧ヲ＠亀する装置において、約７〜１１Ｍ１ｌの大
   きな抵抗唾を有する前置抵抗（８，９゜１３．１４）を
   介して、各測定信号を評価回路（１０，１１，１２，１
   ５，１６）のそれぞれのσ）１ｊ定信号入力１ｔｔｌｌ
   （＋、　−）へ供給し、基準電位線路（Ｒｅｆ　）をア
   ースと接続し、絶縁分離段として光カゾラ（１Ｔ）を用
   いることを特徴とする、一気負荷に直流高電圧全給電す
   る装置。