JPS5976195A - 負荷電流の瞬時値制御方式 - 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】 本発明は負荷電流の瞬時値制御方式の改良に関するもの
である。

第１図は従来の負荷電流瞬時値制御方式の一例を示す回
路図である。同図において、１は直流電源、２はスイッ
チ素子、３はフリーホイーリングダイオード、４はリア
クトル、５Ｉ／′ｉ直流電動機の如き逆起電力を発生ず
る負荷、６は負荷電流検出器、７はコンパレータ、８＃
ｉ電流指令値発生器、Ｒｉは入力抵抗、１１ｆは帰還抵
抗、である。

第１Ａ図は第１図において、発生器８から出力される電
流指令値ｉ＊を一定値に維持した場合における負荷電流
ｉの変化状況を示したタイミングチャートである。

第１図および第１Ａ図を参照して動作を説明する。第１
図において、直流電源１の出力電圧をＶＤＯとする。今
、スイッチ素子２がオンしたとすると、直流電源１から
スイッチ素子２、リアクトル４を介して負荷５に電流ｉ
が流れ、負荷５Ｆｉ、逆起１…力Ｅを発生ずる。

電流指令値発生器８からは、負荷電流ｉの指令値像＊を
出力するものとする。検出器６によって検出された負荷
電流の瞬時値（実際値）ｉ″％は入力抵抗ｎ４を介して
コンパレータ７の非反転入力端子０→に印加され、他方
、指令値ｉ＊は反転入方端子日に印加される。コンパレ
ータ７では、両者を比較し、第１Ａ図に見られる如く、
瞬時値ｉが指令値ｉ＊をｄｉだけ上まわってレベルＵに
達した時点で、その出力をそれまでのロウレベルからハ
イレベールに反転させる。その結果、スイッチ素子２が
オフとなる。すると、負荷電流量は、負荷５→ダイオー
ド３→リアクトル４→負荷５の閉回路を環流し、減衰し
てゆく。そして負荷電流の瞬時値ｉが、第１Ａ図に見ら
れる如く、指令値ｉ＊をｄｉだけ下まわってレベルＬに
達した時点で、コンパレータ７はその出力を、それまで
のハイレベルからロウレベルに転じる。それによりスイ
ッチ素子２がオンとなシ、直流電源１から再び電流が負
荷５へ向けて流れ、負荷電流ｉは増加してゆく。

このように、スイッチ素子２のオン・オフによシ、負荷
電流ｉは指令値−の±Δｉの範囲内で上昇。

下降を繰シ返し安定に制御される。なお、上限レベルＵ
と下限レベルＬの範囲（±Δｉ）は帰還抵抗Ｒｆと入力
抵抗■１・ｉの各抵抗値に関連して定まるものであシ、
このことはすでに良く知られた所である。

さて、かかる従来の瞬時値制御方式においては次のよう
な問題点があった。すなわち、負荷電流の瞬時値ｉが上
限１／ペルＵと下限レベルＬの間で上昇、下降を繰り返
す周期（換言すると、スイッチ素子２がオン・オフを繰
り返すスイッチ周波数）が、直流電源１の直流電圧ＶＤ
Ｏと負荷５の逆起電力Ｅとの間の関係に従って大幅に変
化することである。以下、このことを判シ易く説明する
。

今、リアクトル４のインダクタンスをＬとすると、スィ
ッチ素子２０オン時における負荷電流ｉの微分値（時間
的変化の割合）　ｄｉ　／ｄｔは次式で与えられる。

１ （１１−−（ＶＤＯＥ　）　／　ＩＩ　　　　”−−・
’−’　（１）つまシ上記（１）式から明らかなように
、電源電圧■Ｄｃが一定であっても、逆起電力Ｅの大き
さが変化すると、電流瞬時値；が、上限レベルＵを目指
市 して上昇するときの勾配（…）が変化する。

同様に、スイッチ素子２がオフ時に、電流瞬時値ｉが下
限レベルＬを目指し又下降するときの勾配（これは、上
記（１）式において、ＶＤＯを零と置くことによシカえ
られる）も、逆起電力Ｅの大きさが変化すると、やｔｇ
変化する。このことは、とシもなおさず、逆起電力Ｅの
大きさによりスイッチ素子２のスイッチ周波数が変化す
ることを意味する。

スイッチ素子２のオン・オフは他の機器に対するノイズ
を発生させる。スイッチ素子のスイッチ周波数が一定で
あれば、発生するノイズの周波数も一定となシ、当該周
波数のフィルタを用意するなどして、その対策も用意で
あるが、スイッチ周波数が変化し、ノイズの周波数もそ
れに従って変化するような場合には、ノイズ対策が困難
になる。

このような事情により、逆起電力Ｅの大きさが変化する
にもかかわらず、スイッチ周波数を一定に保持しようと
すると、そのための制御回路嬬構成が複雑となる上、制
御応答も大幅に悪化するという欠点があった。

本発明は、上述のよ５な従来技術の欠点を克服するため
Ｋなされたものであり、従って本発明の目的は、制御回
路の構成を複雑にすることなく、また制御応答を悪化さ
せることなしに、逆起電力の大きさが変化するにもかか
わらずスイッチ周波数を一定に維持することのできる負
荷電流瞬時値制御方式を提供することにある。

本発明の構成の要点は、負荷電流の瞬時値制御方式にお
いて、負荷電流瞬時値と電流指令値の何れか一方に、成
る一定の繰シ返し周波数をもつパルス列から成るタクト
パルスを重畳してコンパレータに入力するようにし、そ
れによりスイッチ素子のスイッチ周波数を上記タクトパ
ルスの繰シ返し周波数に引き込んで同期させるようにし
た点にある。

次に先ず本発明の詳細な説明する。

第２図乃至第４図はそれぞれ直流電源電圧ＶＤＯと負荷
による逆起電力Ｅとの大小関係がスイッチ周波数に及ぼ
す影響を示した説明図である。

第２図（イ）において、直流電源電圧ＶＤｃが大ぎく逆
起電力Ｅがそのｉよシ小さいときに社、電流量の上昇勾
配はＲ２に見られる如く大きく、下降勾配ｔ−，ｊ：Ｆ
に見られる如く小さい。従って電流ｉが、指令値ｉ＊を
中心どして上限Ｕと下限りの間で上昇。

下降を繰返す様子は第２図（ロ）に示す如くなり、スイ
ッチ周波数は小さくなる傾向にあることが理解されるで
あろう。

第３図は、第２図と同様な説明図であるが、この場合は
、第３図（イ）に見られる如（、逆起電力Ｅが直流電源
電圧ＶＤｃのはｇ−！−となっておシ、このま ため電流ｉの上昇勾配Ｒと下降勾配Ｆが同じになってい
る。このときは、第３図（ロ）Ｋ見られるように、電流
ｉが上限Ｕと下限りの間で上昇、下降を繰り返す周波数
（スイッチ周波数）Ｆｉ、最大となる。

第４図は、印に見られる如く、逆起電力Ｅが直流電源電
圧ＶＤＯの↓より大きい場合で、電流ｉの上昇勾配几ｔ
ま小さく、下降勾配Ｆが大きくなる。

従って、電流ｉが上限Ｕと下限りの間で上昇、下降を繰
り返す様子＃′ｉ、←）に見られる如くになり、この場
合も、スイッチ周波数は第２図の場合と同じく、小さく
なる。

さて、以上によシ、直流電源電圧ＶＤＯが一定であって
も、逆起電力Ｅの大きさが変動すれば、それに応じてス
イッチ周波数が変化することが理解されたであろう。次
に、第５図、第６図を参照して本発明の動作原理を説明
する。

第５図（イ）は、第２図（ロ）に示した波形をそのまま
拡大して示した波形図、換言すれば、逆起電力Ｅが直流
電源電圧ＶＤＯの１以下であるときの電流１の変化を示
す波形図である。第５図（ロ）は、本発明の原理に従っ
て、第５図（イ）Ｋ示した電流ｉの波形に重畳すべきパ
ルス列（タクトパルス）を示した波形図である。タクト
パルスとしては、一定周期の正極性のパルスｐｔ−Ｐ３
と負極性のパルスＮｌ〜Ｎ３から成っていることが判る
であろう。

第５図（ハ）は、第５図（イ）に示した電流ｉの波形に
、第５図（ロ）のタクトパルスを重畳したときに、電流
ｉが反転する様子を示した波形図である。

９Ｂ５図（ハ）において、電流ｉは、下降過程をたどっ
ているときに、時刻ｔ１において、負極性ノくルスＮｌ
を重畳されることにより、電流レペ／Ｉ／力玉下限りを
突破するので、直ちに反転する。反転した後、電流ｉの
レベルは上昇を続け、時刻ｔ２におし１て上限Ｕに一致
するので再び反転し下降過程に入る。

そして時刻ｔ３では、正極性ノ（ルス■１１を重畳され
るが、このときは下降過程にあるので、正極性）（ルス
Ｐｌの重畳によシミ流しベルが上限Ｕを突破しても、反
転が生じるようなことはない。

次に、時刻ｔ４において、負極性）くルスＮ２を重畳さ
れると、電流ｉのレベルが下限りを突破するので′ＷＬ
流１ＩｒＪ、反転する。以下同様にして、電流ｉの波形
は、あたかも、上限Ｕにへばりついたかのような形で反
転−）繰シ返してゆ（。この反転の繰力返し周期が負極
性）くルスＮ１〜Ｎ３の繰シ返し周期に同期したもので
あることは容易に理解さＪ′Ｌるであろう。

第６図Ｆｉ、第５図と同様な波形図であるが、第６図（
イ）は、第４図（ロ）に示した波形をそのまま拡大しす
波形図である。第６図印に示す波形に第６図（ロ）に示
したタクトパルスを重畳したときにおける電流ｉの反転
状況を第６図（ハ）を参照して説明する。

第６図（ハ）においで、上昇過程にある電ｂｉｔ；　ｉ
に、時刻ｔ１において、正極性パルスＰｌが重畳される
と、そのことＫより電流レベルが上限Ｕを突破するので
電流ｉは直ちに反転し下降過程に入る。次に時刻ｔ２に
おいて電流ｉのレベルは下限りに達するので、再び反転
し上昇過程に入る。時刻ｔ３において負極性パルスＮ１
が重畳され、Ｍ、＠、レベルＬ下限し　　　−ベルを突
破するが、電流は上列過程にあるので反転することはな
い。次に時刻ｔ３において、正極性パルスＰ２が重畳さ
れると’ＩＩＥ流レベルは上限Ｕを突破するので、上昇
過程にあった電流ｉは直ちに反転して下降過程に入る。

以下、同様にして、電流ｉの波形は、あたかも、下限り
にへげシつぃたがのようガ形で反転を繰り返してゆく。

この反転の繰り返し周期が正極性パルスＰ１〜Ｐ３の繰
シ返し周期に同期したものであることり、容易に理！ｆ
ｆされるであろう。

以」二、説明し７たように、逆起■、カＥの大きさが電
源電圧ＶＤＯのグ以下であるときは、負極性のりクトハ
ルスが有効に作用し、−以上であるときけ正極性のタク
トパルスが有効に作用する。またタクトパルスの周波数
は、タクトパルスを印加しないときの成シ行きで形成さ
れるスイッチ周波数（第５図（イ）または第６図（イ）
を参照）の予想される最大値よシ少し太き目に設定する
のがよい。

以上で不発リリの動作原理が明らかになったと思われる
ので、次に本発明の詳細な説明する。

第７図は本発明の一実施例を示す回路図である。

同図において、第１図に示した従来の回路構成と異なる
点は、コンパレータ７の非反転入力端子←）に、タクト
パルス発生器９がら入力抵抗Ｒ１ｉを介してタクトパル
スを入力し、検出器６にょシ検出された電飽瞬１ｉ、ｊ
値ｉ圧重畳さ・せるよう処した点である。他に相違点け
ない。

回路動作は、もはや説明の必ｉ１Ｊがないであイ）う。

なお、タクトパルス発生器９からのタクトパルスｒ、１
、コンハレータフの非反転入力端子（１）でｔ；［なく
、反転入力端子←→の方に重畳させても同じ結果が得ら
れる。また、第５図、第６図を参照しての説ゆ１では、
説明を分り易くするために、１↑尤流指令ｋｉ＊は常に
一定として説明したが、実際の動作でｅよ、これが自在
に変化するものであることも明白であろ５゜ 第８１を、ｊｆｊ本発明の他の実施例を示す回路図であ
る。同図において、１＃ｉ直流Ｎ、８．２ｔよスイッチ
素子、３＃′ｉフリーホイーリングダイオード、４けリ
アクトル、１１は平滑コンデンサ、７はコンパレータ、
９はタクトパルス発生器、１０社積分器、１２ｔま電圧
指令値（−Ｅ＊）発生器、である。

本実施例は、負荷へ供給される出方πｉ圧（ＸＶ−滑コ
ンデンサ１１０両端電圧）Ｅを直流電源電圧ＶＤＱＩＦ
−関係なく、発生器１２から出力される電圧指令値（−
Ｔ・）＊）に比６１１シた一定■？、圧に制ｒ；ｒ＋＋
するための電圧精分形目時値制ｒ５１１方式に本発明を
適用した実施６”す℃′あ７．。

’３１　生ｆ’Ｊ　９からタクトパルスをコンパｌ／−
夕７へ入力することにより、素子２のスイッチ周波数を
一定にすることを可能にしたものであり、その動作１況
明１ｔてにリリらかであると思われるので省略する。

この発明にょれ（」：、’Ｔｊ′１．／４ｉ：　ｍ’ｉ
時値測値制御方式いて、安定で応答が速い笠の特長を１
、ｔｌうことな（、負荷が変化むしても一定周波数のス
イッチングを維持することが可能となる。これに」；リ
スイッヂングによる雑音の周波数が特定周波数に固定さ
れそれを除去するだめの対策が非常に容易に出ユにると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の負荷電流１ｍ時値制御’１１方式を示す
回路図、第１　Ａ　ＩＹ’ｌけ第１図の回路における負
荷電流の変化状況の一例を示すタイミングヂャート、第
２図乃至第４図はそれぞれ直流冨、源市、圧ＶＤ（Ｊと
負荷による逆起電力Ｅとの大小μｓｊ係がスイッチ周波
数に及ぼす影響を示した１況明図、第５図および第６図
１１それぞれ本発明のシリ作原即祝明図、第７図社本発
明の一実施？ｌを示ず回路［ｉ；＜ｌ　、第８図ｔＪ本
発明の他の実施例乏示す回路図、である。 符号説明 １・・・・・・直流電源、２・・・・・・スイッチ素子
、３・・・・・・フリーホイーリングダイオード、４・
・・・・・リアクトル、訃・・・・・逆起電力負荷、６
・・・・・・電流（・１１出器、７−・・・・・コンパ
レータ、８・・・・・・ｔ；λ流指令値発生器、９・・
・・・・タクトパルス発生器、１０・・・・・・積分器
、１１・・・・・・平ｆ、１コンデンサ、１２・・・・
・・電圧指令イ１ｆｆ発生器代理人　弁理士　並　木　
昭　夫 代理人　弁理士　松　崎　　　η１゛ ｋ　Ｉ　図 第１Ａ図　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　（イ〕第　２　図 （ロラ ｌ／ （ロ） ｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）電源と負荷との間に介在するスイッチング手段と、
   負荷電流の瞬時値を検出する手段と、検出された負荷電
   流瞬時値と電流指令値を比較し両者間の大小関係により
   ハ・ｆレベルまたはロウレベルの信号を出力するコンパ
   レータと、該−・イレペルまたｔｉｔロウレベルの信号
   により前記スイッチング手段をオン・オフ駆動する手段
   とから成る負荷電流の瞬時値制御方式において、負荷電
   流瞬時値と電流指令値の何れか一方に、成る一定の繰シ
   返し周波数をもつパルス列から成るタクトパルスを重畳
   してコンパレータに入力する手段を備え、それＫよシ前
   記スイッチング手段のオン・オフ周期を前記タクトパル
   スの繰シ返し周期に引き込んで同期させるよう′二した
   ことを特徴とする負荷電流の瞬時値制御方式。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の瞬時値制御方式忙お
   いて、前記タクトパルスが正極性のパルスと負極性のパ
   ルスが交互に発生するパルス列から成ることを特徴とす
   る瞬時値制御方式。