JPS61227663A - チヨツパ制御回路 - Google Patents

チヨツパ制御回路

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JPS61227663A
JPS61227663A JP6693085A JP6693085A JPS61227663A JP S61227663 A JPS61227663 A JP S61227663A JP 6693085 A JP6693085 A JP 6693085A JP 6693085 A JP6693085 A JP 6693085A JP S61227663 A JPS61227663 A JP S61227663A
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JP
Japan
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voltage
triangular wave
chopper
frequency
load
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Pending
Application number
JP6693085A
Other languages
English (en)
Inventor
Chihiro Okatsuchi
千尋 岡土
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS61227663A publication Critical patent/JPS61227663A/ja
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    • HELECTRICITY
    • 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
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

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】 [発明の技術分野] 本発明はスイッチングによる損失を減少させ効率の良い
パルス幅変調を行なえるようにしたチョッパ制御回路に
関する。
[発明の技術的背景] この種、チョッパ主回路の代表例を第1図に示す。第1
図において直流電源1からの電力をトランジスタ2によ
るパルス幅変調制御によりオンオフし、リアクトル3、
コンデンサ4に負荷電流12を流す。トランジスタ2が
オフになると、負荷電流L2は、ダイオード5の回路に
循T:It電流として流れる。この負荷N流L2はトラ
ンジスタインバータブリッジ6により直流を交流に変換
し、電動機7に交流電力を供給する。
電圧制御は周知のチョッパ制御回路によりなされる。即
ち、コンデンサ4の常圧を電圧検出器10により検出し
てこの検出出力と電圧基準e1″とを比較器11により
比較し、増幅器12により増幅し、その出力ellと変
調用の三角波発生器13の出力e12とを比較器14に
より比較して論理信号とし、駆動回路14によりトラン
ジスタ2をオンオフ制御する。
[背景技術の問題点] 上述した従来の制御回路では、変調三角波e12は常に
一定な周波数であるので、トランジスタ2の損失は、負
荷電Nt2が一定な場合は、第9図に示す様に変調率に
より変化する。直線aはスイッチング損失で、一定電流
を一定周期でスイッチングするので一定であるが変調率
1即ちスイッチングをしないでトランジスタ2がオンの
ままの状態では零になる。−1順電圧降下による損失は
bに示すように変調率に通電率が変化するに従って増加
し、全損失はaとbの和となり変調率に従って損失が増
加する。
さらにインバータの負荷として負荷電流L2がインバー
タの周波数、即ち変調率に従って増加する。電動機7に
ポンプやファンを接続した場合は。
一般に電力はインバータ周波数の3乗に比例し、インバ
ータ電圧を周波数に比例させたV/F一定制御のインバ
ータでは負荷lI流L2がインバータ周波数、(インバ
ータ電圧即ち変調率)の2乗に比例するので、第10図
のaに示すスイッチング損失となりbに示す順電圧降下
による損失となる。
以上説明した様に従来のチョッパ制御回路による制御で
は、定トルク負荷では第9図の様な損失2乗てい減トル
ク負荷では第10図のように、いづれの場合でもインバ
ータ周波数の上昇に従ってチョッパ回路の損失が増加す
る。特に第10図に示すポンプ、ファン応用の2乗てい
減トルク負荷では、最近省エネルギーのためインバータ
で可変速する応用が多く、効率が非常に重要となってお
り、スイッングによる損失が問題となっている。
[発明の目的] 本発明は上記事情に基づいてなされたもので、その目的
は、インバータ周波数の上昇と共に増加するスイッチン
グによる損失を減少させ効率の良いパルス幅変調制御が
なされるようにしたチョッパ制御回路を提供することに
ある。
[発明の概要] 本発明によるチョッパ制御回路は、変調三角波の周波数
を基準電圧に関連した変調率に基づいて制御することに
より、チョッパ主回路の順方向電圧降下による損失が増
大する変調率が1に近い範囲ではスイッチング周波数を
下げ、スイッチング損失を減少せしめ、負荷に流れる電
流のリップルIIが一定となるようにすることを特徴と
する。
[発明の実施例] 以下本発明に係るチョッパ制御回路を第1図に示すチョ
ッパ主回路に適用した第2図に示す一実施例に従い説明
する。
即ち、本発明は第1図における三角波発生器13の周波
数を変えることによりトランジスタ2の損失を減少し効
率向上を行うものであり第2図に本実施例の三角波発生
器13の可変周波数制御回路の一実施例を示す。第1図
の三角波発生器13の回路の一例は、演算増幅器101
を比較器として使用し、抵抗102と103とにより演
算増幅器101の出力と演IIFtja幅器104の出
力を比較し、抵抗105,106とコンデンサ107を
使用して積分回路を構成した周知の三角波発生回路であ
る。
演算増幅器101の出力e101を積分した出力が演算
増幅器104の出力e12として出力され、elofと
el2の大きさを比較してetat−el2の瞬間el
lllはその極性を反転するのでel2は逆方向に積分
し、el2の出力は三角波形となる。
第2図では、抵抗105の出力電圧elQ3をダイオー
ド22、ダイオード23により、それぞれ、電圧検出器
21、電圧検出器10の出力電圧に制限する。直流電1
I11の電圧は、電圧検出器20により検出し、elと
し、コンデンサ4の電圧は電圧検出器10により検出し
e2となる。電圧検出器21はelとe2の差を検出し
el−82を出力する。
次に上記の如く構成された可変周波数の三角波発生回路
12を備えた本実施例の動作について第3図を参照して
説明する。
第3図(a)において直流電源1の電圧Elはトランジ
スタ2がオンするとりアクドル3を介して負荷コンデン
サ4の電圧E2に逆って流れ、トランジスタ2がオフす
るとりアクドル3(L)に蓄積されたエネルギーは、電
圧E2に逆ってダイオード5を通して流れる。第3図(
b)に示す期fffittがトランジスタ2のオンして
いる期間であり、期間t2はトランジスタ2がオフして
いる期間である。リアクトル3に流れる電流L2はリッ
プル分Δlを有し、トランジスタ2に流れる電流j1は
期間tlのみである。
電’flt2のリップル電流をΔ麦に制限する様なスイ
ッチングを行うにはtl、t2を次式のように決定すれ
ばよい。
上記(1)(21式は抵抗弁を無視したので近似式であ
る。
逆に考えれば、第1図において三角波電圧e12の周波
数fを f=−・・・・・・(4) に従って制御すればリップル電流ΔLを常に一定になる
様なパルス幅変調が可能となりリアクトル3(L)の容
量を経済的に選定することが可能となり、しかもトラン
ジスタ2の電流容量を最小に選ぶことが可能となる。
以上を実現するため第2図において、直流電源1の電圧
98皿と負荷コンデンサ4の電圧弁e2を検出し、電圧
検出器21によりel−82を演算して電圧et@sの
正側をダイオード22によりリミットする。電圧el 
113の負側は電圧e2とダイオード23により82に
リミットする。このため三角波e12は、立上りはe2
を積分した時間となり立下りはel−82を積分した波
形となる。この様子を第4図に示す。
第4図(a)(b)はelosをリミットしない場合の
従来の回路で、三角波はel2に示すように周波数一定
である。第4図(c)(d)は、第2図に示すようにe
tasをリミットすると・t1+t2−t(kは定数) で表わされる三角波となり、第3図で説明したΔl一定
となる変調周波数となる。
このような三角波で変調したパルス変調では変調率(変
調率は入力電圧に対する出力電圧の比)と共に第5図に
示すような三角波の周波数となる。
ここで第5図は上記式(3,(4)を図示したものであ
る。
よって第9図で説明したように定トルク負荷に適用した
場合スイッチング損失aは、変調率0゜9の点では第5
図より約35%に減少し、第9図の破線の様になり総損
失が減少するので効率が向上すると同時に、スイッチン
グ素子の冷却が容易となる。
このことは、第10図に示した2乗てい減トルク負荷で
は更に著して効果となり、本実施例によれば、スイッチ
ング損失は破線の様になり、総合損失は大幅に減少して
省エネルギ効果が大きい。
なお、第2図で、eL −e2 、又はe2が零の場合
は、積分時間が無限大となるので実用に当ってはel−
82と82はそれぞれ零にならない様5〜10%程度に
制限する必要がある。
以上説明したように本実施例によれば、変調率に従って
負荷電流のリップル分が一定になる様な変調用三角波の
周波数を可変することにより、リアクトルの定格やチョ
ッパ用素子に流れるピークN流を制限するので、定格電
2ilfliを最低に選定することができる。また、ス
イッチング損失の低減がはかられ、特に省エネのρ的で
ポンプ、ファン等の2乗てい減トルク負荷へのインバー
タ応用が増加している今日、チョッパ回路による電圧制
御形インバータにおいては効率向上が著しく、インバー
タ自身の省エネルギー化か実現できる。更に損失減少に
より冷却回路用品を経済的に構成出来しかもインバータ
を小形軽量にすることが可能となる。
本発明は上述した実施例に限定されるものではなく以下
の如く変形して実施できるものである。
即ち、第3図から明白な通り変調率0.5以下では総合
損失は著しく減少しているので、特にスイッチング周波
数を制御する必要がない。この様な場合は、第5図の破
線で示すように、変調率0.5以下では三角波周波数を
一定にして使用する。これを実現するには第2図、電圧
検出器10の電圧e2を50%以下に低下しないリミッ
タを追加することで実現出来る。
なお、第6図に示すように、第2図のリミッタ回路の電
圧検出部を変更して使用することが可能である。即ち、
増幅器12は第1図の同一番号部分と同一であり制御電
圧elfは変調率に比例し、直流電i11の電圧が一定
ならば、コンデンサ4の電圧に比例するので、電圧el
lを電圧e2に代用し、直流電源1は一定電圧Kに代用
することにより、第2図とほぼ同じ作用を行う。
また、第6図は、第7図の様に変形可能である。
即ち、制御II雷電圧llは函数発生器31により第5
図の破線で示すfの曲線を近似し、函数発生器32は、
函数発生器31の反転信号を使って三角波発生器13の
入力電圧e103をリミットすることにより第2図の機
能を実現する。
さらに、第8図に示すように第2図を変形することも可
能である。即ち、第2図は、積分回路入力電圧e1o 
sをリミットする方式を採用したが、第8図では、電圧
elo1の極性により駆動回路33によりスイッチ34
を駆動し、直接電圧el−e2とe2を積分回路入力電
圧としても作用は同じである。
[発明の効果] 以上述べたように本発明によれば、チョッパ回路の変調
用三角波を、変調率に従って、負荷のリップル電流の振
幅がほぼ一定になるよう制御することにより、リアクト
ルやチョッパ用素子の電流定格を最少限に制限すると同
時に、総合損失が増加する範囲でスイッチング周波数を
下げることによりチョッパ回路の損失を低減することに
より特に“2乗てい減負荷トルク”の可変速に応用する
ことにより、経済的で小形高効率にパルス幅変調制御を
行うことが可能なチョッパ制御回路が提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明が適用されるチョッパ主回路及びチョッ
パ制御回路の回路図、第2図は本発明の一実施例にかか
るチョッパ制御回路の要部を示す回路図、第3図及び第
4図は夫々同実施例の作用を説明するための図、第5図
は変調率と周波数、時間との関係を示す特性図、第6図
乃至第8図は夫々本発明の他の実施例を示す回路図、第
9図及び第10図は夫々従来例における損失を説明する
ための図である。 1・・・直流電源、2・・・トランジスタ、3・・・リ
アクトル、4・・・コンデンサ、5・・・ダイオード、
6・・・ブリッジ、7・・・電動機、11・・・比較器
、12・・・増幅器、13・・・三角波発生器、14・
・・比較器、15・・・駆動回路、20・・・電圧検出
器、21・・・電圧検出器、22.23・・・ダイオー
ド、31.32・・・函数発生器、33・・・駆動回路
、34・・・スイッチ。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第1図 第5図 −二 第7図 第8図 第9図 第10図 (インノV−タフ1V恢豐ζ)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)変調三角波と制御電圧とを比較し該比較信号によ
    りチョッパ主回路をパルス幅変調制御するチョッパ制御
    回路において、上記変調三角波の周波数を上記制御電圧
    に関連した変調率に基づいて制御する手段を具備したこ
    とを特徴とするチョッパ制御回路。
  2. (2)変調三角波の制御は、一方の半波の傾斜を上記制
    御電圧と負荷側電圧との差に関連させて制御すると共に
    他方の半波の傾斜を負荷電圧に関連させて制御すること
    を特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載のチョッパ
    制御回路。
  3. (3)制御電圧及び電源電圧は、制御電圧は負荷電圧と
    し電源電圧は一定値であることを特徴とする特許請求の
    範囲第(1)項記載のチョッパ制御回路。
  4. (4)変調三角波は、その制御される周波数が制限され
    てなることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のチ
    ョッパ制御回路。
JP6693085A 1985-03-30 1985-03-30 チヨツパ制御回路 Pending JPS61227663A (ja)

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JPS61227663A true JPS61227663A (ja) 1986-10-09

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0357313A (ja) * 1989-07-26 1991-03-12 Mitsubishi Electric Corp Pwm制御方式

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0357313A (ja) * 1989-07-26 1991-03-12 Mitsubishi Electric Corp Pwm制御方式

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