チョッパ装置とその制御方法
【課題】 ステップ状電圧指令でもコンデンサ電圧がオーバシュートしないチョッパ装置とその制御方法を提供する。
【解決手段】コンデンサ４の電圧を検出し電圧信号を生成する電圧検出器５と、インダクタ１の電流を検出し電流信号を生成する電流検出器６と、電圧指令と電圧信号からスイッチング素子をオンオフするゲート信号を生成する電圧制御器７と、電流指令と電流信号からスイッチング素子のオンオフするゲート信号を生成する電流制御器８と、ゲート信号から駆動信号を生成し、駆動信号に基づきスイッチング素子をオンオフするゲートドライブ回路とを備えた。
【解決手段】コンデンサ４の電圧を検出し電圧信号を生成する電圧検出器５と、インダクタ１の電流を検出し電流信号を生成する電流検出器６と、電圧指令と電圧信号からスイッチング素子をオンオフするゲート信号を生成する電圧制御器７と、電流指令と電流信号からスイッチング素子のオンオフするゲート信号を生成する電流制御器８と、ゲート信号から駆動信号を生成し、駆動信号に基づきスイッチング素子をオンオフするゲートドライブ回路とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電源電圧を異なる直流電源電圧に変換するチョッパ装置とその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のチョッパ装置には、例えば特許文献１がある。図２において、電力変換装置は三相全波整流回路１０２、昇圧チョッパ回路１０７、平滑コンデンサ１０３を備え、三相全波整流回路１０２の入力側が三相交流電源１０１に接続され、コンデンサ１０３が電圧型インバータ１０９を介して誘導電動機１１０に接続されている。昇圧チョッパ回路１０７は直流リアクトル１０４とスイッチングパワー素子１０５とブロックダイオード１０６を備えており、整流回路２の出力電荷を直流リアクトル１０４で蓄積し、リアクトル１０４に蓄積された電荷の充放電をスイッチングパワー素子１０５のスイッチングによって制御し、昇圧された直流電力をブロックダイオード１０６を介してコンデンサ１０３へ出力するようになっている。スイッチングパワー素子１０５のスイッチングを制御するために、電圧検出器１１１、減算器１１３、直流電圧制御回路１１４4、直流電流検出器１１５、減算器１１６、電流制御回路１１７7が設けられており、電流制御回路１１７の出力がスイッチングパワー素子１０５に接続されている。またインバータ１０９の入力電圧を可変周波数の交流電圧に変換して誘導電動機１１０を可変速制御するためのインバータ制御装置１０８が設けられている。減算器１１３は昇圧チョッパ回路１０７の出力電圧に対する電圧指令と電圧検出器１１１の検出出力との偏差に応じた信号を直流電圧制御回路１１４へ出力する。そして直流電圧制御回路１１４は比例積分要素及びリミッタ回路を備え、減算器１１３からの信号を零に抑制するための直流電流指令を生成するようになっている。減算器１１３と直流電圧制御回路１１４は直流電流指令生成回路として構成されている。この直流電流指令は減算器１１６に入力されており、減算器１１６は直流電流指令と電流検出器１１５の検出出力との偏差に応じた信号を出力するようになっている。そして電流制御回路１１７は減算器１１６からの信号を零に抑制するためのパルス信号を生成するようになっている。すなわち減算器１１６と電流制御回路１１７はパルス信号生成回路として構成されている。そして、このパルス信号がスイッチングパワー素子１０５のベースに入力されている。
【０００３】
動作は、まず電動機１１０の出力電力が一定の場合、インバータ１０９の入力電力も一定となる。そこで、コンデンサ１０３の直流電圧を一定に制御した場合、インバータ１０９の入力電流の平均値もほぼ一定の直流電流となる。ここで、昇圧チョッパ回路１０７の損失は比較的小さいので無視すると、電力Ｐ L 相当の負荷電力を電源１０１から供給する必要がる。整流回路１０２の出力電流を一定の振幅の直流量の電流で流した場合、電源１０１の最大、最小の二相間で整流回路１０２の出力電流が流れるため、三相の電源電流は電気角１２０度の方形波電流が流れることになる。電源電流として１２０度の方形波電流が流れると、電源力率は比較的大きくなる。それは、３次の高調波電流が生じないからである。また、電動機１１０の負荷が急激に増加した場合には、インバータ１０９の入力電流が増加するので、コンデンサ電流が放電することから、コンデンサ電流が負となり、直流電圧が減少する。この結果直流電流指令が増加し、スイッチングパワー素子１０５のゲートオン期間が長くなる。これにより、電流検出器の検出値が増加することから直流リアクトル１０４に蓄積されるエネルギーが増加する。このエネルギーはスイッチングパワー素子１０５のゲートオフ期間、ブロックダイオード１０６を介して平滑コンデンサ１０３へ転送される。この結果直流電圧は上昇し、電圧が電圧指令にほぼ一致するようにフィードバック系が動作し、ダイオード電流の平均値とインバータ１０９の入力電流の平均値が一致する。また負荷が減少した場合には、前述した動作と逆の動作が行われ、直流電流指令が減少し、スイッチングパワー素子１０５のゲートオン期間が短くなり、ダイオード電流の平均値が減少する。このため、電動機の負荷が急激に変化してもチョッパ回路１０７の出力電圧及び出力電流を一定の状態に維持することができるというものである。
【０００４】
【特許文献１】特開平４−１２１０５９号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら従来のチョッパ装置は、電流制御をマイナーループにもつ電圧制御の構成であり、電圧指令がステップ状に変化させた場合は、制御すべき電圧がオーバシュートしてしまうという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、電圧指令がステップ状に変化してもコンデンサ電圧はオーバシュートしないチョッパ装置とその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、直流電源の正極をインダクタの一端へ接続し、前記インダクタの他端をスイッチング素子のコレクタとダイオードのアノードへ接続し、前記ダイオードのカソードをコンデンサの一端へ接続し、前記直流電源の負極を前記スイッチング素子のエミッタと前記コンデンサの他端へ接続したチョッパ装置において、前記コンデンサの電圧を検出し電圧信号を生成する電圧検出器と、前記インダクタの電流を検出し電流信号を生成する電流検出器と、前記電圧指令と前記電圧信号から前記スイッチング素子をオンオフする第１ゲート信号を生成する電圧制御器と、前記電流指令と前記電流信号から前記スイッチング素子をオンオフする第２ゲート信号を生成する電流制御器と、前記第１ゲート信号と第２ゲート信号との論理積の第３ゲート信号を生成する論理回路と、前記第３ゲート信号から前記スイッチング素子の駆動信号を生成するゲートドライブ回路と、を備えることを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のチョッパ装置において、前記電圧制御器は、前記電圧信号が前記電圧指令よりも小さい場合は、第１ゲート信号をＨレベルとし、前記電圧信号が前記電圧指令を超えた場合は、前記第１ゲート信号を所定時間Ｌレベルとし、所定時間経過後は再びＨレベルとすることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のチョッパ装置において、前記電流制御器は、電流信号が所定の第１電流指令よりも小さい場合は第２ゲート信号をＨレベルとし、所定の第２電流指令を超えた場合は、前記第２ゲート信号をＬレベルとし、前記電流信号が、前記第１電流指令よりも再び小さくなった場合は前記第２ゲート信号をＨレベルとすることを特徴とするものである。
請求項４記載の発明は、請求項１記載のチョッパ装置において、前記電流制御器は、電流信号が前記第１電流指令よりも小さい場合は前記第２ゲート信号をＨレベルとし、前記電流信号が前記第１電流指令を超えた場合は前記第２ゲート信号を所定時間Ｌレベルとし、所定時間経過後は再びＨレベルとすることを特徴とするものである。
【０００７】
請求項５に記載の発明は、直流電源の正極をインダクタの一端へ接続し、前記インダクタの他端をスイッチング素子のコレクタとダイオードのアノードへ接続し、前記ダイオードのカソードをコンデンサの一端へ接続し、前記直流電源の負極を前記スイッチング素子のエミッタと前記コンデンサの他端へ接続したチョッパ装置の制御方法において、前記コンデンサの電圧を検出し電圧信号を生成するステップと、前記インダクタの電流を検出し電流信号を生成するステップと、前記電圧信号が電圧指令よりも小さい場合は、第１ゲート信号をＨレベルにするステップと、前記電圧信号が前記電圧指令を超えた場合は第１ゲート信号を所定時間、Ｌレベルにするステップと、所定時間経過後は再びＨレベルにするステップと、前記電流信号が所定の第１電流指令よりも小さい場合は第２ゲート信号をＨレベルにするステップと、前記電流信号が所定の第２電流指令を超えた場合は第２ゲート信号をＬレベルにするステップと、前記電流信号が再び前記所定の第２電流指令よりも小さくなった場合は前記第２ゲート信号をＨレベルにするステップと、前記第１ゲート信号と前記第２ゲート信号の論理積である第３ゲート信号生成するステップと、前記第３信号がＨの場合はスイッチング素子の駆動信号をＨにし、Ｌの場合は駆動信号をＬにするステップと、前記駆動信号がＨレベルであれば前記スイッチング素子をオンにし、前記駆動信号がＬレベルの場合は前記スイッチング素子をオフするステップと、を備えることを特徴とするチョッパものである。
請求項６に記載の発明は、直流電源の正極をインダクタの一端へ接続し、前記インダクタの他端をスイッチング素子のコレクタとダイオードのアノードへ接続し、前記ダイオードのカソードをコンデンサの一端へ接続し、前記直流電源の負極を前記スイッチング素子のエミッタと前記コンデンサの他端へ接続したチョッパ装置の制御方法において、前記コンデンサの電圧を検出し電圧信号を生成するステップと、前記インダクタの電流を検出し電流信号を生成するステップと、前記電圧信号が電圧指令よりも小さい場合は、第１ゲート信号をＨレベルにするステップと、前記電圧信号が前記電圧指令を超えた場合は第１ゲート信号を第１所定時間Ｌレベルにするステップと、第１所定時間経過後は前記第１ゲート信号を再びＨレベルにするステップと、前記電流信号が所定の第１電流指令よりも小さい場合は第２ゲート信号をＨレベルにするステップと、前記電流信号が前記第１電流指令を超えた場合は第２ゲート信号を第２所定時間Ｌレベルにするステップと、第２所定時間経過後は前記第２ゲート信号を再びＨレベルにするステップと、前記第１ゲート信号と前記第２ゲート信号の論理積である第３ゲート信号を生成するステップと、前記第３ゲート信号がＨレベルの場合は、前記スイッチング素子の駆動信号をＨレベルにし、Ｌレベルの場合は駆動信号をＬレベルにするステップと、前記駆動信号がＨレベルの場合は前記スイッチング素子をオンにし、前記駆動信号がＬレベルの場合は前記スイッチング素子をオフするステップと、を備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によると、電圧指令がステップ状に変化してもコンデンサ電圧はオーバシュートしないチョッパ装置とその制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本発明の第１の実施例を示すブロック図である。図１において、１はインダクタ、２はスイッチング素子、３はダイオード、４はコンデンサ、５は電圧検出器、６は電流検出器、７は電圧制御器、８は電流制御器、９はＡＮＤ回路（論理積）、１０はゲートドライブ回路である。
次に動作について説明する。電圧制御器７は電圧信号Ｖｆｂと電圧指令Ｖｒｅｆを比較し、電圧信号Ｖｆｂが電圧指令Ｖｒｅｆより小さければ第１ゲート信号Ｇ１をＨレベルにする。また、電圧信号Ｖｆｂが電圧指令Ｖｒｅｆを超えると第１ゲート信号を所定時間ＴｏｆｆだけＬレベルにし、所定時間Ｔｏｆｆ経過すると再びＨレベルにする。電流制御器８は、スイッチング素子２の定格値によってあらかじめ決定した最大電流指令Ｉｍａｘｒｅｆから所定の微小電流指令ΔＩｒｅｆを減算し、第１電流指令Ｉｒｅｆ１を生成する。さらに、最大電流指令Ｉｍａｘｒｅｆと微小電流指令ΔＩｒｅｆを加算して第２電流指令Ｉｒｅｆ２を生成する。次に、電流信号Ｉｆｂと第１電流指令Ｉｒｅｆ１を比較し、電流信号Ｉｆｂが第１電流指令Ｉｒｅｆ１よりも小さい場合は、第２ゲート信号Ｇ２をＨレベルにする。次に、電流信号Ｉｆｂと第２電流指令Ｉｒｅｆ２を比較し、電流信号Ｉｆｂが第２電流信号を超えている場合は、第２ゲート信号Ｇ２をＬレベルにする。次に電流信号Ｉｆｂを第１電流指令Ｉｒｅｆ１と比較し、第１電流指令Ｉｒｅｆ１よりも小さい場合は第２ゲート信号Ｇ２をＨレベルにし、第１電流指令Ｉｒｅｆ１を超えている場合は、ゲート信号Ｇ２がＨレベルであればＨレベルを、ＬレベルであればＬレベルを維持する。次にＡＮＤ論理回路９は第１ゲート信号Ｇ１と第２ゲート信号Ｇ２のＡＮＤをとり第３ゲート信号Ｇ３を生成する。次に、ゲートドライブ回路１０は第３ゲート信号Ｇ３がＨレベルであればスイッチング素子２をオンし、Ｌレベルであればスイッチング素子２をオフする。
スイッチング素子２がオンされると、直流電源１１とインダクタ１がスイッチング素子２によって接続され、インダクタの電流ＩＬは、直流電源電圧をＶｄ、インダクタのインダクタンスをＬとすると、ほぼＶｄ／Ｌの電流傾斜率で上昇する。スイッチング素子２がオフするとインダクタ１の電流ＩＬはダイオーと直流電源１１とコンデンサ４の経路でコンデンサ４を充電する。負荷抵抗１２はコンデンサ４の電圧Ｖｃを、電圧Ｖｃを抵抗値Ｒで除した値の電流Ｖｃ／Ｒで放電しつづける。インダクタ電流は（Ｖｄ−Ｖｃ）／Ｌの傾斜率で減少する。
【００１１】
図４は電圧指令Ｖｒｅｆをスルーアップ・ダウンさせて時間傾斜をもたせたときのシミュレーション結果である。電圧指令の条件は、スルーアップ時間Ｔａｃ＝５０ｍｓ、スルーダウン時間Ｙｄｃ＝５０ｍｓ、一定電圧時間Ｔｃｎ＝４０ｍｓ、であり、一定に達したときのＶｒｅｆ＝３００Ｖである。また、制御条件は、最大電流指令Ｉｍａｘｒｅｆ＝５０Ａ、微小電流指令ΔＩｒｅｆ＝２．５Ａ、所定のオフ時間Ｔｏｆｆ＝１０μｓである。回路条件は直流電源電圧Ｖｄ＝２４Ｖ、インダクタのインダクタンスＬ＝２ｍＨ、コンデンサＣ＝１０００μＦ、負荷抵抗Ｒ＝２０Ωである。インダクタの電流は最大電流指令Ｉｍａｘｒｅｆまでは達していない。また、コンデンサ電圧のオーバシュートもない。
【００１２】
図５は電圧指令Ｖｒｅｆをステップ状に加えたとこのシミュレーション結果である。条件は図４と同じであるが、コンデンサ電圧を最大電圧３００Ｖに上昇させるまでの間はインダクタ電流が最大電流指令Ｉｍａｘｒｅｆに制限されている。コンデンサ電圧のオーバシュートはない。
【実施例２】
【００１３】
図６は実施例２の構成を示すブロック図である。図１と異なるのは電流制御器８が所定時間オフする機能に代わっているところであるので構成の説明は省略する。
次に動作について説明する。電圧制御器７は電圧信号Ｖｆｂと電圧指令Ｖｒｅｆを比較し、電圧信号Ｖｆｂが電圧指令Ｖｒｅｆより小さければ第１ゲート信号Ｇ１をＨレベルにする。また、電圧信号Ｖｆｂが電圧指令Ｖｒｅｆを超えると第１ゲート信号を第１所定時間Ｔｏｆｆ１だけＬレベルにし、所定時間Ｔｏｆｆ１を経過すると再びゲート信号Ｇ１をＨレベルにする。電流制御器８は、スイッチング素子２の定格値によってあらかじめ決定した最大電流指令Ｉｍａｘｒｅｆと電流信号Ｉｆｂを比較し、電流信号Ｉｆｂが最大電流指令Ｉｍａｘｒｅｆよりも小さい場合は、第２ゲート信号Ｇ２をＨレベルにする。次に、電流信号Ｉｆｂが最大電流指令Ｉｍａｘｒｅｆを超えている場合は、第２ゲート信号Ｇ２を第２所定時間Ｔｏｆｆ２だけＬレベルにし、第２所定時間Ｔｏｆｆ２を経過すると再びゲート信号Ｇ２をＨレベルにする。次にＡＮＤ論理回路９は第１ゲート信号Ｇ１と第２ゲート信号Ｇ２のＡＮＤをとり第３ゲート信号Ｇ３を生成する。次に、ゲートドライブ回路１０は第３ゲート信号Ｇ３がＨレベルであればスイッチング素子２をオンし、Ｌレベルであればスイッチング素子２をオフする。
スイッチング素子２がオンされると、直流電源１１とインダクタ１がスイッチング素子２によって接続され、インダクタの電流ＩＬは、直流電源電圧をＶｄ、インダクタのインダクタンスをＬとすると、ほぼＶｄ／Ｌの電流傾斜率で上昇する。スイッチング素子２がオフするとインダクタ１の電流ＩＬはダイオーと直流電源１１とコンデンサ４の経路でコンデンサ４を充電する。負荷抵抗１２はコンデンサ４の電圧Ｖｃを、電圧Ｖｃを抵抗値Ｒで除した値の電流Ｖｃ／Ｒで放電しつづける。インダクタ電流は（Ｖｄ−Ｖｃ）／Ｌの傾斜率で減少する。
【００１４】
図７は電圧指令Ｖｒｅｆをステップ状に変化させたときのシミュレーション結果である。電圧指令の条件は、Ｖｒｅｆ＝３００Ｖである。また、制御条件は、最大電流指令Ｉｍａｘｒｅｆ＝５０Ａ、第１の所定時間Ｔｏｆｆ１＝１０μｓ、第２の所定時間Ｔｏｆｆ２＝５０μｓである。回路条件は直流電源電圧Ｖｄ＝２４Ｖ、インダクタのインダクタンスＬ＝２ｍＨ、コンデンサＣ＝１０００μＦ、負荷抵抗Ｒ＝２０Ωである。電流制限５０Ａにかかってコンデンサを充電し、充電さらたコンデンサ電圧Ｖｃはオーバシュートしていない。
【００１５】
図３は、本発明のチョッパ装置の制御方法を示すフローチャートである。ステップＳＡ１でコンデンサ電圧Ｖｃを検出して電圧信号Ｖｆｂを生成し、ステップＳＡ２で電圧信号Ｖｆｂと電圧指令Ｖｒｅｆとを比較する。電圧信号Ｖｆｂが電圧指令Ｖｒｅｆよりも小さいときはステップＳＡ３に移行し、電圧信号Ｖｆｂが電圧指令Ｖｒｅｆを超えたときはステップＳＡ４に移行する。ステップＳＡ４ではタイムカウンタをクリアする。ステップ４ではタイムカウンタのカウント値と所定時間Ｔｏｆｆを比較する。タイムカウント値が所定時間Ｔｏｆｆよりも大きい場合はステップＳＡ５へ移行し、タイムカウント値が所定時間Ｔｏｆｆよりも小さい場合はステップＳＡ６へ移行する。ステップＳＡ５では第１ゲート信号Ｇ１をＨレベルにし、ステップＳＡ６では第１ゲート信号Ｇ１をＬレベルにする。次に、ステップＳＡ７では、インダクタ１の電流ＩＬを検出し、電流信号Ｉｆｂを生成する。ステップＳＡ８で、電流信号Ｉｆｂと第１電流指令とＩｒｅｆ１を比較する。電流信号Ｉｆｂが第１電流指令よりも小さい場合はステップＳＡ２に移行し、電流信号Ｉｆｂが第１電流指令Ｉｒｅｆ１を超えた場合はステップＳＡ１０に移行する。ステップＳＡ１０では、電流信号Ｉｆｂを第２電流指令Ｉｒｅｆ２と比較し、電流信号Ｉｆｂが第２電流指令Ｉｒｅｆ２よりも大きい場合はステップＳＡ１１に移行し、電流信号Ｉｆｂが第２電流指令Ｉｒｅｆ２よりも小さい場合はステップＳＡ１２に移行する。ステップＳＡ１１では、現在の第２ゲート信号Ｇ２がＨレベルかＬレベルか判断し、ＨレベルであればステップＳＡ９へ移行し、ＬレベルであればステップＳＡ１２へ移行する。ステップＳＡ９では第２ゲート信号をＨレベルにし、ステップＳＡ１２では、第２ゲート信号Ｇ２をＬレベルにする。次にステップＳＡ１３では、第ゲ１ゲート信号Ｇ１とＧ２のＡＮＤをとり第３ゲート信号Ｇ３を生成する。さらに、ステップＳＡ１４で第３ゲート信号がＨレベルであればスイッチング素子をオンし、ステップＳＡ１５では第３ゲート信号がＬレベルであればスイッチング素子をオフする。次にステップＳＡ１６でタイムカウンタを制御時間Ｔｓｐｌ分カウントアップする。
【００１６】
図８は電圧制御同様、電流制御にも最大電流を超えたときはスイッチング素子を所定時間オフさせる制御方法のフローチャートを示す。図８において、ステップＳＢ１ではコンデンサ電圧Ｖｃを検出して電圧信号Ｖｆｂを生成する。ステップＳＢ２で電圧信号Ｖｆｂと電圧指令Ｖｒｅｆを比較し、電圧信号Ｖｆｂが電圧指令Ｖｒｅｆよりも小さければステップＳＢ３へ移行し、電圧信号Ｖｆｂが電圧指令Ｖｒｅｆを超えていればステップＳＢ４へ移行する。ステップＳＢ４では、タイムカウンタ１をクリアする。ステップＳＢ３ではタイムカウンタ１のカウント値を第１の所定時間Ｔｏｆｆ１を比較し、タイムカウント値が第１の所定時間Ｔｏｆｆ１よりも大きければステップＳＢ５へ移行し、タイムカウント値が第１の所定時間Ｔｏｆｆ１よりも小さければステップＳＢ６へ移行する。ステップＳＢ５では第１ゲート信号Ｃ１をＨレベルとし、ステップＳＢ６では第１ゲート信号Ｇ１をＬレベルとする。次にステップＳＢ７ではインダクタ１の電流ＩＬを検出してＩｆｂを生成し、ステップＳＢ８で電流信号Ｉｆｂと最大電流指令Ｉｍａｘｒｅｆを比較する。電流信号Ｉｆｂが最大電流指令Ｉｍａｘｒｅｆよりも小さければステップＳＢ９へ移行し、電流信号Ｉｆｂが最大電流指令Ｉｍａｘｒｅｆよりも大きければステップＳＢ１０へ移行する。ステップＳＢ１０ではタイムカウンタ２をクリアする。次にステップＳＢ９では、タイムカウンタ２のカウント値と第２所定時間Ｔｏｆｆを比較する。カウント値が第２所定時間よりも大きければステップＳＢ１１へ移行し、カウント値が第２所定時間Ｔｏｆｆ２よりも小さければステップＳＢ１２へ移行する。ステップＳＢ１１では第２ゲート信号Ｇ２をＨレベルにし、ステップＳＢ１２で第２ゲート信号Ｇ２をＬレベルにする。ステップＳＢ１３では、第１ゲート信号Ｇ１と第２ゲート信号Ｇ２のＡＮＤをとって第３ゲート信号Ｇ３を生成する。ステップＳＢ１４ではスイッチング素子２をオンさせ、ステップＳＢ１５ではスイッチング素子２をオフさせる。ステップＳＢ１６でタイムカウンタのカウント値を制御時間Ｔｓｐｌだけ増加させる。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
本発明によると、電圧指令がステップ状に変化してもコンデンサ電圧はオーバシュートしないチョッパ装置とその制御方法を提供できるので、負荷にインバータを使用する用途である一般産業機械への適用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施例を示すチョッパ装置のブロック図
【図２】従来のチョッパ装置のブロック図
【図３】本発明の第１実施例のチョッパ装置の制御方法を示すフローチャート
【図４】第１実施例のランプ応答に対するシミュレーション結果を示すタイムチャート
【図５】第１実施例のステップ応答に対するシミュレーション結果を示すタイムチャート
【図６】本発明の第２実施例を示すチョッパ装置のブロック図
【図７】第２実施例のステップ応答に対するシミュレーション結果を示すタイムチャート
【図８】第２実施例のチョッパ装置の制御方法を示すフローチャート
【符号の説明】
【００１９】
１ インダクタ
２ スイッチング素子
３ ダイオード
４ コンデンサ
５ 電圧検出器
６ 電流検出器
７ 電圧制御器
８ 電流制御器
９ ＡＮＤ回路
１０ ゲートドライブ回路
１１ 直流電源
１２ 負荷抵抗
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電源電圧を異なる直流電源電圧に変換するチョッパ装置とその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のチョッパ装置には、例えば特許文献１がある。図２において、電力変換装置は三相全波整流回路１０２、昇圧チョッパ回路１０７、平滑コンデンサ１０３を備え、三相全波整流回路１０２の入力側が三相交流電源１０１に接続され、コンデンサ１０３が電圧型インバータ１０９を介して誘導電動機１１０に接続されている。昇圧チョッパ回路１０７は直流リアクトル１０４とスイッチングパワー素子１０５とブロックダイオード１０６を備えており、整流回路２の出力電荷を直流リアクトル１０４で蓄積し、リアクトル１０４に蓄積された電荷の充放電をスイッチングパワー素子１０５のスイッチングによって制御し、昇圧された直流電力をブロックダイオード１０６を介してコンデンサ１０３へ出力するようになっている。スイッチングパワー素子１０５のスイッチングを制御するために、電圧検出器１１１、減算器１１３、直流電圧制御回路１１４4、直流電流検出器１１５、減算器１１６、電流制御回路１１７7が設けられており、電流制御回路１１７の出力がスイッチングパワー素子１０５に接続されている。またインバータ１０９の入力電圧を可変周波数の交流電圧に変換して誘導電動機１１０を可変速制御するためのインバータ制御装置１０８が設けられている。減算器１１３は昇圧チョッパ回路１０７の出力電圧に対する電圧指令と電圧検出器１１１の検出出力との偏差に応じた信号を直流電圧制御回路１１４へ出力する。そして直流電圧制御回路１１４は比例積分要素及びリミッタ回路を備え、減算器１１３からの信号を零に抑制するための直流電流指令を生成するようになっている。減算器１１３と直流電圧制御回路１１４は直流電流指令生成回路として構成されている。この直流電流指令は減算器１１６に入力されており、減算器１１６は直流電流指令と電流検出器１１５の検出出力との偏差に応じた信号を出力するようになっている。そして電流制御回路１１７は減算器１１６からの信号を零に抑制するためのパルス信号を生成するようになっている。すなわち減算器１１６と電流制御回路１１７はパルス信号生成回路として構成されている。そして、このパルス信号がスイッチングパワー素子１０５のベースに入力されている。
【０００３】
動作は、まず電動機１１０の出力電力が一定の場合、インバータ１０９の入力電力も一定となる。そこで、コンデンサ１０３の直流電圧を一定に制御した場合、インバータ１０９の入力電流の平均値もほぼ一定の直流電流となる。ここで、昇圧チョッパ回路１０７の損失は比較的小さいので無視すると、電力Ｐ L 相当の負荷電力を電源１０１から供給する必要がる。整流回路１０２の出力電流を一定の振幅の直流量の電流で流した場合、電源１０１の最大、最小の二相間で整流回路１０２の出力電流が流れるため、三相の電源電流は電気角１２０度の方形波電流が流れることになる。電源電流として１２０度の方形波電流が流れると、電源力率は比較的大きくなる。それは、３次の高調波電流が生じないからである。また、電動機１１０の負荷が急激に増加した場合には、インバータ１０９の入力電流が増加するので、コンデンサ電流が放電することから、コンデンサ電流が負となり、直流電圧が減少する。この結果直流電流指令が増加し、スイッチングパワー素子１０５のゲートオン期間が長くなる。これにより、電流検出器の検出値が増加することから直流リアクトル１０４に蓄積されるエネルギーが増加する。このエネルギーはスイッチングパワー素子１０５のゲートオフ期間、ブロックダイオード１０６を介して平滑コンデンサ１０３へ転送される。この結果直流電圧は上昇し、電圧が電圧指令にほぼ一致するようにフィードバック系が動作し、ダイオード電流の平均値とインバータ１０９の入力電流の平均値が一致する。また負荷が減少した場合には、前述した動作と逆の動作が行われ、直流電流指令が減少し、スイッチングパワー素子１０５のゲートオン期間が短くなり、ダイオード電流の平均値が減少する。このため、電動機の負荷が急激に変化してもチョッパ回路１０７の出力電圧及び出力電流を一定の状態に維持することができるというものである。
【０００４】
【特許文献１】特開平４−１２１０５９号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら従来のチョッパ装置は、電流制御をマイナーループにもつ電圧制御の構成であり、電圧指令がステップ状に変化させた場合は、制御すべき電圧がオーバシュートしてしまうという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、電圧指令がステップ状に変化してもコンデンサ電圧はオーバシュートしないチョッパ装置とその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、直流電源の正極をインダクタの一端へ接続し、前記インダクタの他端をスイッチング素子のコレクタとダイオードのアノードへ接続し、前記ダイオードのカソードをコンデンサの一端へ接続し、前記直流電源の負極を前記スイッチング素子のエミッタと前記コンデンサの他端へ接続したチョッパ装置において、前記コンデンサの電圧を検出し電圧信号を生成する電圧検出器と、前記インダクタの電流を検出し電流信号を生成する電流検出器と、前記電圧指令と前記電圧信号から前記スイッチング素子をオンオフする第１ゲート信号を生成する電圧制御器と、前記電流指令と前記電流信号から前記スイッチング素子をオンオフする第２ゲート信号を生成する電流制御器と、前記第１ゲート信号と第２ゲート信号との論理積の第３ゲート信号を生成する論理回路と、前記第３ゲート信号から前記スイッチング素子の駆動信号を生成するゲートドライブ回路と、を備えることを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のチョッパ装置において、前記電圧制御器は、前記電圧信号が前記電圧指令よりも小さい場合は、第１ゲート信号をＨレベルとし、前記電圧信号が前記電圧指令を超えた場合は、前記第１ゲート信号を所定時間Ｌレベルとし、所定時間経過後は再びＨレベルとすることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のチョッパ装置において、前記電流制御器は、電流信号が所定の第１電流指令よりも小さい場合は第２ゲート信号をＨレベルとし、所定の第２電流指令を超えた場合は、前記第２ゲート信号をＬレベルとし、前記電流信号が、前記第１電流指令よりも再び小さくなった場合は前記第２ゲート信号をＨレベルとすることを特徴とするものである。
請求項４記載の発明は、請求項１記載のチョッパ装置において、前記電流制御器は、電流信号が前記第１電流指令よりも小さい場合は前記第２ゲート信号をＨレベルとし、前記電流信号が前記第１電流指令を超えた場合は前記第２ゲート信号を所定時間Ｌレベルとし、所定時間経過後は再びＨレベルとすることを特徴とするものである。
【０００７】
請求項５に記載の発明は、直流電源の正極をインダクタの一端へ接続し、前記インダクタの他端をスイッチング素子のコレクタとダイオードのアノードへ接続し、前記ダイオードのカソードをコンデンサの一端へ接続し、前記直流電源の負極を前記スイッチング素子のエミッタと前記コンデンサの他端へ接続したチョッパ装置の制御方法において、前記コンデンサの電圧を検出し電圧信号を生成するステップと、前記インダクタの電流を検出し電流信号を生成するステップと、前記電圧信号が電圧指令よりも小さい場合は、第１ゲート信号をＨレベルにするステップと、前記電圧信号が前記電圧指令を超えた場合は第１ゲート信号を所定時間、Ｌレベルにするステップと、所定時間経過後は再びＨレベルにするステップと、前記電流信号が所定の第１電流指令よりも小さい場合は第２ゲート信号をＨレベルにするステップと、前記電流信号が所定の第２電流指令を超えた場合は第２ゲート信号をＬレベルにするステップと、前記電流信号が再び前記所定の第２電流指令よりも小さくなった場合は前記第２ゲート信号をＨレベルにするステップと、前記第１ゲート信号と前記第２ゲート信号の論理積である第３ゲート信号生成するステップと、前記第３信号がＨの場合はスイッチング素子の駆動信号をＨにし、Ｌの場合は駆動信号をＬにするステップと、前記駆動信号がＨレベルであれば前記スイッチング素子をオンにし、前記駆動信号がＬレベルの場合は前記スイッチング素子をオフするステップと、を備えることを特徴とするチョッパものである。
請求項６に記載の発明は、直流電源の正極をインダクタの一端へ接続し、前記インダクタの他端をスイッチング素子のコレクタとダイオードのアノードへ接続し、前記ダイオードのカソードをコンデンサの一端へ接続し、前記直流電源の負極を前記スイッチング素子のエミッタと前記コンデンサの他端へ接続したチョッパ装置の制御方法において、前記コンデンサの電圧を検出し電圧信号を生成するステップと、前記インダクタの電流を検出し電流信号を生成するステップと、前記電圧信号が電圧指令よりも小さい場合は、第１ゲート信号をＨレベルにするステップと、前記電圧信号が前記電圧指令を超えた場合は第１ゲート信号を第１所定時間Ｌレベルにするステップと、第１所定時間経過後は前記第１ゲート信号を再びＨレベルにするステップと、前記電流信号が所定の第１電流指令よりも小さい場合は第２ゲート信号をＨレベルにするステップと、前記電流信号が前記第１電流指令を超えた場合は第２ゲート信号を第２所定時間Ｌレベルにするステップと、第２所定時間経過後は前記第２ゲート信号を再びＨレベルにするステップと、前記第１ゲート信号と前記第２ゲート信号の論理積である第３ゲート信号を生成するステップと、前記第３ゲート信号がＨレベルの場合は、前記スイッチング素子の駆動信号をＨレベルにし、Ｌレベルの場合は駆動信号をＬレベルにするステップと、前記駆動信号がＨレベルの場合は前記スイッチング素子をオンにし、前記駆動信号がＬレベルの場合は前記スイッチング素子をオフするステップと、を備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によると、電圧指令がステップ状に変化してもコンデンサ電圧はオーバシュートしないチョッパ装置とその制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本発明の第１の実施例を示すブロック図である。図１において、１はインダクタ、２はスイッチング素子、３はダイオード、４はコンデンサ、５は電圧検出器、６は電流検出器、７は電圧制御器、８は電流制御器、９はＡＮＤ回路（論理積）、１０はゲートドライブ回路である。
次に動作について説明する。電圧制御器７は電圧信号Ｖｆｂと電圧指令Ｖｒｅｆを比較し、電圧信号Ｖｆｂが電圧指令Ｖｒｅｆより小さければ第１ゲート信号Ｇ１をＨレベルにする。また、電圧信号Ｖｆｂが電圧指令Ｖｒｅｆを超えると第１ゲート信号を所定時間ＴｏｆｆだけＬレベルにし、所定時間Ｔｏｆｆ経過すると再びＨレベルにする。電流制御器８は、スイッチング素子２の定格値によってあらかじめ決定した最大電流指令Ｉｍａｘｒｅｆから所定の微小電流指令ΔＩｒｅｆを減算し、第１電流指令Ｉｒｅｆ１を生成する。さらに、最大電流指令Ｉｍａｘｒｅｆと微小電流指令ΔＩｒｅｆを加算して第２電流指令Ｉｒｅｆ２を生成する。次に、電流信号Ｉｆｂと第１電流指令Ｉｒｅｆ１を比較し、電流信号Ｉｆｂが第１電流指令Ｉｒｅｆ１よりも小さい場合は、第２ゲート信号Ｇ２をＨレベルにする。次に、電流信号Ｉｆｂと第２電流指令Ｉｒｅｆ２を比較し、電流信号Ｉｆｂが第２電流信号を超えている場合は、第２ゲート信号Ｇ２をＬレベルにする。次に電流信号Ｉｆｂを第１電流指令Ｉｒｅｆ１と比較し、第１電流指令Ｉｒｅｆ１よりも小さい場合は第２ゲート信号Ｇ２をＨレベルにし、第１電流指令Ｉｒｅｆ１を超えている場合は、ゲート信号Ｇ２がＨレベルであればＨレベルを、ＬレベルであればＬレベルを維持する。次にＡＮＤ論理回路９は第１ゲート信号Ｇ１と第２ゲート信号Ｇ２のＡＮＤをとり第３ゲート信号Ｇ３を生成する。次に、ゲートドライブ回路１０は第３ゲート信号Ｇ３がＨレベルであればスイッチング素子２をオンし、Ｌレベルであればスイッチング素子２をオフする。
スイッチング素子２がオンされると、直流電源１１とインダクタ１がスイッチング素子２によって接続され、インダクタの電流ＩＬは、直流電源電圧をＶｄ、インダクタのインダクタンスをＬとすると、ほぼＶｄ／Ｌの電流傾斜率で上昇する。スイッチング素子２がオフするとインダクタ１の電流ＩＬはダイオーと直流電源１１とコンデンサ４の経路でコンデンサ４を充電する。負荷抵抗１２はコンデンサ４の電圧Ｖｃを、電圧Ｖｃを抵抗値Ｒで除した値の電流Ｖｃ／Ｒで放電しつづける。インダクタ電流は（Ｖｄ−Ｖｃ）／Ｌの傾斜率で減少する。
【００１１】
図４は電圧指令Ｖｒｅｆをスルーアップ・ダウンさせて時間傾斜をもたせたときのシミュレーション結果である。電圧指令の条件は、スルーアップ時間Ｔａｃ＝５０ｍｓ、スルーダウン時間Ｙｄｃ＝５０ｍｓ、一定電圧時間Ｔｃｎ＝４０ｍｓ、であり、一定に達したときのＶｒｅｆ＝３００Ｖである。また、制御条件は、最大電流指令Ｉｍａｘｒｅｆ＝５０Ａ、微小電流指令ΔＩｒｅｆ＝２．５Ａ、所定のオフ時間Ｔｏｆｆ＝１０μｓである。回路条件は直流電源電圧Ｖｄ＝２４Ｖ、インダクタのインダクタンスＬ＝２ｍＨ、コンデンサＣ＝１０００μＦ、負荷抵抗Ｒ＝２０Ωである。インダクタの電流は最大電流指令Ｉｍａｘｒｅｆまでは達していない。また、コンデンサ電圧のオーバシュートもない。
【００１２】
図５は電圧指令Ｖｒｅｆをステップ状に加えたとこのシミュレーション結果である。条件は図４と同じであるが、コンデンサ電圧を最大電圧３００Ｖに上昇させるまでの間はインダクタ電流が最大電流指令Ｉｍａｘｒｅｆに制限されている。コンデンサ電圧のオーバシュートはない。
【実施例２】
【００１３】
図６は実施例２の構成を示すブロック図である。図１と異なるのは電流制御器８が所定時間オフする機能に代わっているところであるので構成の説明は省略する。
次に動作について説明する。電圧制御器７は電圧信号Ｖｆｂと電圧指令Ｖｒｅｆを比較し、電圧信号Ｖｆｂが電圧指令Ｖｒｅｆより小さければ第１ゲート信号Ｇ１をＨレベルにする。また、電圧信号Ｖｆｂが電圧指令Ｖｒｅｆを超えると第１ゲート信号を第１所定時間Ｔｏｆｆ１だけＬレベルにし、所定時間Ｔｏｆｆ１を経過すると再びゲート信号Ｇ１をＨレベルにする。電流制御器８は、スイッチング素子２の定格値によってあらかじめ決定した最大電流指令Ｉｍａｘｒｅｆと電流信号Ｉｆｂを比較し、電流信号Ｉｆｂが最大電流指令Ｉｍａｘｒｅｆよりも小さい場合は、第２ゲート信号Ｇ２をＨレベルにする。次に、電流信号Ｉｆｂが最大電流指令Ｉｍａｘｒｅｆを超えている場合は、第２ゲート信号Ｇ２を第２所定時間Ｔｏｆｆ２だけＬレベルにし、第２所定時間Ｔｏｆｆ２を経過すると再びゲート信号Ｇ２をＨレベルにする。次にＡＮＤ論理回路９は第１ゲート信号Ｇ１と第２ゲート信号Ｇ２のＡＮＤをとり第３ゲート信号Ｇ３を生成する。次に、ゲートドライブ回路１０は第３ゲート信号Ｇ３がＨレベルであればスイッチング素子２をオンし、Ｌレベルであればスイッチング素子２をオフする。
スイッチング素子２がオンされると、直流電源１１とインダクタ１がスイッチング素子２によって接続され、インダクタの電流ＩＬは、直流電源電圧をＶｄ、インダクタのインダクタンスをＬとすると、ほぼＶｄ／Ｌの電流傾斜率で上昇する。スイッチング素子２がオフするとインダクタ１の電流ＩＬはダイオーと直流電源１１とコンデンサ４の経路でコンデンサ４を充電する。負荷抵抗１２はコンデンサ４の電圧Ｖｃを、電圧Ｖｃを抵抗値Ｒで除した値の電流Ｖｃ／Ｒで放電しつづける。インダクタ電流は（Ｖｄ−Ｖｃ）／Ｌの傾斜率で減少する。
【００１４】
図７は電圧指令Ｖｒｅｆをステップ状に変化させたときのシミュレーション結果である。電圧指令の条件は、Ｖｒｅｆ＝３００Ｖである。また、制御条件は、最大電流指令Ｉｍａｘｒｅｆ＝５０Ａ、第１の所定時間Ｔｏｆｆ１＝１０μｓ、第２の所定時間Ｔｏｆｆ２＝５０μｓである。回路条件は直流電源電圧Ｖｄ＝２４Ｖ、インダクタのインダクタンスＬ＝２ｍＨ、コンデンサＣ＝１０００μＦ、負荷抵抗Ｒ＝２０Ωである。電流制限５０Ａにかかってコンデンサを充電し、充電さらたコンデンサ電圧Ｖｃはオーバシュートしていない。
【００１５】
図３は、本発明のチョッパ装置の制御方法を示すフローチャートである。ステップＳＡ１でコンデンサ電圧Ｖｃを検出して電圧信号Ｖｆｂを生成し、ステップＳＡ２で電圧信号Ｖｆｂと電圧指令Ｖｒｅｆとを比較する。電圧信号Ｖｆｂが電圧指令Ｖｒｅｆよりも小さいときはステップＳＡ３に移行し、電圧信号Ｖｆｂが電圧指令Ｖｒｅｆを超えたときはステップＳＡ４に移行する。ステップＳＡ４ではタイムカウンタをクリアする。ステップ４ではタイムカウンタのカウント値と所定時間Ｔｏｆｆを比較する。タイムカウント値が所定時間Ｔｏｆｆよりも大きい場合はステップＳＡ５へ移行し、タイムカウント値が所定時間Ｔｏｆｆよりも小さい場合はステップＳＡ６へ移行する。ステップＳＡ５では第１ゲート信号Ｇ１をＨレベルにし、ステップＳＡ６では第１ゲート信号Ｇ１をＬレベルにする。次に、ステップＳＡ７では、インダクタ１の電流ＩＬを検出し、電流信号Ｉｆｂを生成する。ステップＳＡ８で、電流信号Ｉｆｂと第１電流指令とＩｒｅｆ１を比較する。電流信号Ｉｆｂが第１電流指令よりも小さい場合はステップＳＡ２に移行し、電流信号Ｉｆｂが第１電流指令Ｉｒｅｆ１を超えた場合はステップＳＡ１０に移行する。ステップＳＡ１０では、電流信号Ｉｆｂを第２電流指令Ｉｒｅｆ２と比較し、電流信号Ｉｆｂが第２電流指令Ｉｒｅｆ２よりも大きい場合はステップＳＡ１１に移行し、電流信号Ｉｆｂが第２電流指令Ｉｒｅｆ２よりも小さい場合はステップＳＡ１２に移行する。ステップＳＡ１１では、現在の第２ゲート信号Ｇ２がＨレベルかＬレベルか判断し、ＨレベルであればステップＳＡ９へ移行し、ＬレベルであればステップＳＡ１２へ移行する。ステップＳＡ９では第２ゲート信号をＨレベルにし、ステップＳＡ１２では、第２ゲート信号Ｇ２をＬレベルにする。次にステップＳＡ１３では、第ゲ１ゲート信号Ｇ１とＧ２のＡＮＤをとり第３ゲート信号Ｇ３を生成する。さらに、ステップＳＡ１４で第３ゲート信号がＨレベルであればスイッチング素子をオンし、ステップＳＡ１５では第３ゲート信号がＬレベルであればスイッチング素子をオフする。次にステップＳＡ１６でタイムカウンタを制御時間Ｔｓｐｌ分カウントアップする。
【００１６】
図８は電圧制御同様、電流制御にも最大電流を超えたときはスイッチング素子を所定時間オフさせる制御方法のフローチャートを示す。図８において、ステップＳＢ１ではコンデンサ電圧Ｖｃを検出して電圧信号Ｖｆｂを生成する。ステップＳＢ２で電圧信号Ｖｆｂと電圧指令Ｖｒｅｆを比較し、電圧信号Ｖｆｂが電圧指令Ｖｒｅｆよりも小さければステップＳＢ３へ移行し、電圧信号Ｖｆｂが電圧指令Ｖｒｅｆを超えていればステップＳＢ４へ移行する。ステップＳＢ４では、タイムカウンタ１をクリアする。ステップＳＢ３ではタイムカウンタ１のカウント値を第１の所定時間Ｔｏｆｆ１を比較し、タイムカウント値が第１の所定時間Ｔｏｆｆ１よりも大きければステップＳＢ５へ移行し、タイムカウント値が第１の所定時間Ｔｏｆｆ１よりも小さければステップＳＢ６へ移行する。ステップＳＢ５では第１ゲート信号Ｃ１をＨレベルとし、ステップＳＢ６では第１ゲート信号Ｇ１をＬレベルとする。次にステップＳＢ７ではインダクタ１の電流ＩＬを検出してＩｆｂを生成し、ステップＳＢ８で電流信号Ｉｆｂと最大電流指令Ｉｍａｘｒｅｆを比較する。電流信号Ｉｆｂが最大電流指令Ｉｍａｘｒｅｆよりも小さければステップＳＢ９へ移行し、電流信号Ｉｆｂが最大電流指令Ｉｍａｘｒｅｆよりも大きければステップＳＢ１０へ移行する。ステップＳＢ１０ではタイムカウンタ２をクリアする。次にステップＳＢ９では、タイムカウンタ２のカウント値と第２所定時間Ｔｏｆｆを比較する。カウント値が第２所定時間よりも大きければステップＳＢ１１へ移行し、カウント値が第２所定時間Ｔｏｆｆ２よりも小さければステップＳＢ１２へ移行する。ステップＳＢ１１では第２ゲート信号Ｇ２をＨレベルにし、ステップＳＢ１２で第２ゲート信号Ｇ２をＬレベルにする。ステップＳＢ１３では、第１ゲート信号Ｇ１と第２ゲート信号Ｇ２のＡＮＤをとって第３ゲート信号Ｇ３を生成する。ステップＳＢ１４ではスイッチング素子２をオンさせ、ステップＳＢ１５ではスイッチング素子２をオフさせる。ステップＳＢ１６でタイムカウンタのカウント値を制御時間Ｔｓｐｌだけ増加させる。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
本発明によると、電圧指令がステップ状に変化してもコンデンサ電圧はオーバシュートしないチョッパ装置とその制御方法を提供できるので、負荷にインバータを使用する用途である一般産業機械への適用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施例を示すチョッパ装置のブロック図
【図２】従来のチョッパ装置のブロック図
【図３】本発明の第１実施例のチョッパ装置の制御方法を示すフローチャート
【図４】第１実施例のランプ応答に対するシミュレーション結果を示すタイムチャート
【図５】第１実施例のステップ応答に対するシミュレーション結果を示すタイムチャート
【図６】本発明の第２実施例を示すチョッパ装置のブロック図
【図７】第２実施例のステップ応答に対するシミュレーション結果を示すタイムチャート
【図８】第２実施例のチョッパ装置の制御方法を示すフローチャート
【符号の説明】
【００１９】
１ インダクタ
２ スイッチング素子
３ ダイオード
４ コンデンサ
５ 電圧検出器
６ 電流検出器
７ 電圧制御器
８ 電流制御器
９ ＡＮＤ回路
１０ ゲートドライブ回路
１１ 直流電源
１２ 負荷抵抗
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源の正極をインダクタの一端へ接続し、前記インダクタの他端をスイッチング素子のコレクタとダイオードのアノードへ接続し、前記ダイオードのカソードをコンデンサの一端へ接続し、前記直流電源の負極を前記スイッチング素子のエミッタと前記コンデンサの他端へ接続したチョッパ装置において、
前記コンデンサの電圧を検出し電圧信号を生成する電圧検出器と、
前記インダクタの電流を検出し電流信号を生成する電流検出器と、
前記電圧指令と前記電圧信号から前記スイッチング素子をオンオフする第１ゲート信号を生成する電圧制御器と、
前記電流指令と前記電流信号から前記スイッチング素子をオンオフする第２ゲート信号を生成する電流制御器と、
前記第１ゲート信号と第２ゲート信号との論理積の第３ゲート信号を生成する論理回路と、
前記第３ゲート信号から前記スイッチング素子の駆動信号を生成するゲートドライブ回路と、
を備えることを特徴としたチョッパ装置。
【請求項２】
前記電圧制御器は、前記電圧信号が前記電圧指令よりも小さい場合は、第１ゲート信号をＨレベルとし、前記電圧信号が前記電圧指令を超えた場合は、前記第１ゲート信号を所定時間Ｌレベルとし、所定時間経過後は再びＨレベルとすることを特徴とする請求項１記載のチョッパ装置。
【請求項３】
前記電流制御器は、電流信号が所定の第１電流指令よりも小さい場合は第２ゲート信号をＨレベルとし、所定の第２電流指令を超えた場合は、前記第２ゲート信号をＬレベルとし、前記電流信号が、前記第１電流指令よりも再び小さくなった場合は前記第２ゲート信号をＨレベルとすることを特徴とする請求項１記載のチョッパ装置。
【請求項４】
前記電流制御器は、電流信号が前記第１電流指令よりも小さい場合は前記第２ゲート信号をＨレベルとし、前記電流信号が前記第１電流指令を超えた場合は前記第２ゲート信号を所定時間Ｌレベルとし、所定時間経過後は再びＨレベルとすることを特徴とする請求項１記載のチョッパ装置。
【請求項５】
直流電源の正極をインダクタの一端へ接続し、前記インダクタの他端をスイッチング素子のコレクタとダイオードのアノードへ接続し、前記ダイオードのカソードをコンデンサの一端へ接続し、前記直流電源の負極を前記スイッチング素子のエミッタと前記コンデンサの他端へ接続したチョッパ装置の制御方法において、
前記コンデンサの電圧を検出し電圧信号を生成するステップと、
前記インダクタの電流を検出し電流信号を生成するステップと、
前記電圧信号が電圧指令よりも小さい場合は、第１ゲート信号をＨレベルにするステップと、
前記電圧信号が前記電圧指令を超えた場合は第１ゲート信号を所定時間、Ｌレベルにするステップと、
所定時間経過後は再びＨレベルにするステップと、
前記電流信号が所定の第１電流指令よりも小さい場合は第２ゲート信号をＨレベルにするステップと、
前記電流信号が所定の第２電流指令を超えた場合は第２ゲート信号をＬレベルにするステップと、
前記電流信号が再び前記所定の第２電流指令よりも小さくなった場合は前記第２ゲート信号をＨレベルにするステップと、
前記第１ゲート信号と前記第２ゲート信号の論理積である第３ゲート信号生成するステップと、
前記第３信号がＨの場合はスイッチング素子の駆動信号をＨにし、Ｌの場合は駆動信号をＬにするステップと、
前記駆動信号がＨレベルであれば前記スイッチング素子をオンにし、前記駆動信号がＬレベルの場合は前記スイッチング素子をオフするステップと、
を備えることを特徴とするチョッパ装置の制御方法。
【請求項６】
直流電源の正極をインダクタの一端へ接続し、前記インダクタの他端をスイッチング素子のコレクタとダイオードのアノードへ接続し、前記ダイオードのカソードをコンデンサの一端へ接続し、前記直流電源の負極を前記スイッチング素子のエミッタと前記コンデンサの他端へ接続したチョッパ装置の制御方法において、
前記コンデンサの電圧を検出し電圧信号を生成するステップと、
前記インダクタの電流を検出し電流信号を生成するステップと、
前記電圧信号が電圧指令よりも小さい場合は、第１ゲート信号をＨレベルにするステップと、
前記電圧信号が前記電圧指令を超えた場合は第１ゲート信号を第１所定時間Ｌレベルにするステップと、
第１所定時間経過後は前記第１ゲート信号を再びＨレベルにするステップと、
前記電流信号が所定の第１電流指令よりも小さい場合は第２ゲート信号をＨレベルにするステップと、
前記電流信号が前記第１電流指令を超えた場合は第２ゲート信号を第２所定時間Ｌレベルにするステップと、
第２所定時間経過後は前記第２ゲート信号を再びＨレベルにするステップと、
前記第１ゲート信号と前記第２ゲート信号の論理積である第３ゲート信号を生成するステップと、
前記第３ゲート信号がＨレベルの場合は、前記スイッチング素子の駆動信号をＨレベルにし、Ｌレベルの場合は駆動信号をＬレベルにするステップと、
前記駆動信号がＨレベルの場合は前記スイッチング素子をオンにし、前記駆動信号がＬレベルの場合は前記スイッチング素子をオフするステップと、
を備えることを特徴とするチョッパ装置の制御方法。
【請求項１】
直流電源の正極をインダクタの一端へ接続し、前記インダクタの他端をスイッチング素子のコレクタとダイオードのアノードへ接続し、前記ダイオードのカソードをコンデンサの一端へ接続し、前記直流電源の負極を前記スイッチング素子のエミッタと前記コンデンサの他端へ接続したチョッパ装置において、
前記コンデンサの電圧を検出し電圧信号を生成する電圧検出器と、
前記インダクタの電流を検出し電流信号を生成する電流検出器と、
前記電圧指令と前記電圧信号から前記スイッチング素子をオンオフする第１ゲート信号を生成する電圧制御器と、
前記電流指令と前記電流信号から前記スイッチング素子をオンオフする第２ゲート信号を生成する電流制御器と、
前記第１ゲート信号と第２ゲート信号との論理積の第３ゲート信号を生成する論理回路と、
前記第３ゲート信号から前記スイッチング素子の駆動信号を生成するゲートドライブ回路と、
を備えることを特徴としたチョッパ装置。
【請求項２】
前記電圧制御器は、前記電圧信号が前記電圧指令よりも小さい場合は、第１ゲート信号をＨレベルとし、前記電圧信号が前記電圧指令を超えた場合は、前記第１ゲート信号を所定時間Ｌレベルとし、所定時間経過後は再びＨレベルとすることを特徴とする請求項１記載のチョッパ装置。
【請求項３】
前記電流制御器は、電流信号が所定の第１電流指令よりも小さい場合は第２ゲート信号をＨレベルとし、所定の第２電流指令を超えた場合は、前記第２ゲート信号をＬレベルとし、前記電流信号が、前記第１電流指令よりも再び小さくなった場合は前記第２ゲート信号をＨレベルとすることを特徴とする請求項１記載のチョッパ装置。
【請求項４】
前記電流制御器は、電流信号が前記第１電流指令よりも小さい場合は前記第２ゲート信号をＨレベルとし、前記電流信号が前記第１電流指令を超えた場合は前記第２ゲート信号を所定時間Ｌレベルとし、所定時間経過後は再びＨレベルとすることを特徴とする請求項１記載のチョッパ装置。
【請求項５】
直流電源の正極をインダクタの一端へ接続し、前記インダクタの他端をスイッチング素子のコレクタとダイオードのアノードへ接続し、前記ダイオードのカソードをコンデンサの一端へ接続し、前記直流電源の負極を前記スイッチング素子のエミッタと前記コンデンサの他端へ接続したチョッパ装置の制御方法において、
前記コンデンサの電圧を検出し電圧信号を生成するステップと、
前記インダクタの電流を検出し電流信号を生成するステップと、
前記電圧信号が電圧指令よりも小さい場合は、第１ゲート信号をＨレベルにするステップと、
前記電圧信号が前記電圧指令を超えた場合は第１ゲート信号を所定時間、Ｌレベルにするステップと、
所定時間経過後は再びＨレベルにするステップと、
前記電流信号が所定の第１電流指令よりも小さい場合は第２ゲート信号をＨレベルにするステップと、
前記電流信号が所定の第２電流指令を超えた場合は第２ゲート信号をＬレベルにするステップと、
前記電流信号が再び前記所定の第２電流指令よりも小さくなった場合は前記第２ゲート信号をＨレベルにするステップと、
前記第１ゲート信号と前記第２ゲート信号の論理積である第３ゲート信号生成するステップと、
前記第３信号がＨの場合はスイッチング素子の駆動信号をＨにし、Ｌの場合は駆動信号をＬにするステップと、
前記駆動信号がＨレベルであれば前記スイッチング素子をオンにし、前記駆動信号がＬレベルの場合は前記スイッチング素子をオフするステップと、
を備えることを特徴とするチョッパ装置の制御方法。
【請求項６】
直流電源の正極をインダクタの一端へ接続し、前記インダクタの他端をスイッチング素子のコレクタとダイオードのアノードへ接続し、前記ダイオードのカソードをコンデンサの一端へ接続し、前記直流電源の負極を前記スイッチング素子のエミッタと前記コンデンサの他端へ接続したチョッパ装置の制御方法において、
前記コンデンサの電圧を検出し電圧信号を生成するステップと、
前記インダクタの電流を検出し電流信号を生成するステップと、
前記電圧信号が電圧指令よりも小さい場合は、第１ゲート信号をＨレベルにするステップと、
前記電圧信号が前記電圧指令を超えた場合は第１ゲート信号を第１所定時間Ｌレベルにするステップと、
第１所定時間経過後は前記第１ゲート信号を再びＨレベルにするステップと、
前記電流信号が所定の第１電流指令よりも小さい場合は第２ゲート信号をＨレベルにするステップと、
前記電流信号が前記第１電流指令を超えた場合は第２ゲート信号を第２所定時間Ｌレベルにするステップと、
第２所定時間経過後は前記第２ゲート信号を再びＨレベルにするステップと、
前記第１ゲート信号と前記第２ゲート信号の論理積である第３ゲート信号を生成するステップと、
前記第３ゲート信号がＨレベルの場合は、前記スイッチング素子の駆動信号をＨレベルにし、Ｌレベルの場合は駆動信号をＬレベルにするステップと、
前記駆動信号がＨレベルの場合は前記スイッチング素子をオンにし、前記駆動信号がＬレベルの場合は前記スイッチング素子をオフするステップと、
を備えることを特徴とするチョッパ装置の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−２６２６７０（Ｐ２００６−２６２６７０Ａ）
【公開日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−７９４２７（Ｐ２００５−７９４２７）
【出願日】平成１７年３月１８日（２００５．３．１８）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１８日（２００５．３．１８）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
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