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技術 降圧チョッパ

出願人 東芝三菱電機産業システム株式会社
発明者 柴田尚哉中野俊秀
出願日 2014年12月25日 (4年6ヶ月経過) 出願番号 2014-261800
公開日 2016年7月7日 (3年0ヶ月経過) 公開番号 2016-123205
状態 特許登録済
技術分野 DC‐DCコンバータ
主要キーワード 絶対値検出回路 過電流値 他方端子 故障検出信号 並列接続体 過電流判定 ゲートブロック信号 非活性化レベル
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図面 (11)

課題

出力端子間が短絡された場合の誤動作を防止できる降圧チョッパを提供する。

解決手段

降圧チョッパは、リアクトル電流が上限電流値I1を超えた場合にゲートブロック信号GBを「H」レベルにする保護回路9と、リアクトル電流が過電流値I2(>I1)を超えた場合に過電流検出信号ODを「H」レベルにする保護回路10と、出力電圧目標電圧になるようにIGBT2をオンオフさせ、「H」レベルのゲートブロック信号GBに応答してIGBT2をオフさせ、「H」レベルの過電流検出信号ODに応答してIGBT2をオフ状態に固定させる制御回路12と、出力端子T4,T3間が短絡されたときにコンデンサ6が負電圧充電されるのを防止するダイオード7とを備える。

概要

背景

特許文献1には、電流センサ出力電圧過電流判定しきい値を超えた時間が過電流確定時間を超えた場合に過電流が流れたと判定する車両用電力システムが開示されている。この車両用電力システムでは、電流センサの出力電圧がセンサ異常判定しきい値を超えた時間がセンサ異常確定時間を超えた場合に電流センサが故障したと判定するとともに、センサ異常確定時間を過電流確定時間よりも短くすることにより、過電流の発生と電流センサの故障とを識別している。

また特許文献2には、電源投入後の一定時間は過電流検出機能を停止させ、負荷挿抜された場合は一定時間、電源電圧を負荷に供給する主経路並列バイパス回路を形成し、主経路に設けられた電流センサに流れる電流を低減して過電流検出機能を抑制する過電流保護回路が開示されている。この過電流保護回路では、電源投入時や負荷の挿抜時に発生する突入電流を、異常発生による過電流と誤検出することを防止することができる。

概要

出力端子間が短絡された場合の誤動作を防止できる降圧チョッパを提供する。降圧チョッパは、リアクトル電流が上限電流値I1を超えた場合にゲートブロック信号GBを「H」レベルにする保護回路9と、リアクトル電流が過電流値I2(>I1)を超えた場合に過電流検出信号ODを「H」レベルにする保護回路10と、出力電圧が目標電圧になるようにIGBT2をオンオフさせ、「H」レベルのゲートブロック信号GBに応答してIGBT2をオフさせ、「H」レベルの過電流検出信号ODに応答してIGBT2をオフ状態に固定させる制御回路12と、出力端子T4,T3間が短絡されたときにコンデンサ6が負電圧充電されるのを防止するダイオード7とを備える。

目的

この発明の主たる目的は、出力端子間が短絡された場合の誤動作を防止することが可能な降圧チョッパを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

第1および第2の入力端子間に与えられた直流電圧降圧して第1および第2の出力端子間に出力する降圧チョッパであって、一方電極が前記第1の入力端子に接続されたスイッチング素子と、アノードが前記第2の入力端子および前記第2の出力端子に接続され、カソードが前記スイッチング素子の他方電極に接続された第1のダイオードと、前記スイッチング素子の他方電極と前記第1の出力端子との間に接続されたリアクトルと、前記第1および第2の出力端子間に接続されたコンデンサと、前記リアクトルに流れる電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器の検出値が第1の電流値を超えた場合にゲートブロック信号を出力する第1の保護回路と、前記電流検出器の検出値が前記第1の電流値よりも大きな第2の電流値を超えた場合に過電流検出信号を出力する第2の保護回路と、前記第1および第2の出力端子間の電圧目標電圧になるように前記スイッチング素子をオンオフさせ、前記第1の保護回路から前記ゲートブロック信号が出力されている場合は前記スイッチング素子をオフさせ、前記第2の保護回路から前記過電流検出信号が出力された場合は前記スイッチング素子をオフ状態に固定させる制御回路と、アノードが前記第2の出力端子に接続され、カソードが前記第1の出力端子に接続された第2のダイオードとを備える、降圧チョッパ。

請求項2

前記第2のダイオードは、前記第1および第2の出力端子間が短絡され、前記第1の保護回路から前記ゲートブロック信号が出力されて前記スイッチング素子がオフされた場合に、前記コンデンサを含む共振回路が形成されて前記第2の電流値を超える電流が前記リアクトルに流れることを防止する、請求項1に記載の降圧チョッパ。

請求項3

第1および第2の入力端子間に与えられた直流電圧を降圧して第1および第2の出力端子間に出力する降圧チョッパであって、一方電極が前記第1の入力端子に接続されたスイッチング素子と、アノードが前記第2の入力端子および前記第2の出力端子に接続され、カソードが前記スイッチング素子の他方電極に接続されたダイオードと、前記スイッチング素子の他方電極と前記第1の出力端子との間に接続されたリアクトルと、前記第1および第2の出力端子間に接続されたコンデンサと、前記リアクトルに流れる電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器の検出値が第1の電流値を超えた場合にゲートブロック信号を出力する第1の保護回路と、前記第1の保護回路から前記ゲートブロック信号が出力されておらず、かつ前記電流検出器の検出値が前記第1の電流値よりも大きな第2の電流値を超えた場合に過電流検出信号を出力する第2の保護回路と、前記第1および第2の出力端子間の電圧が目標電圧になるように前記スイッチング素子をオン/オフさせ、前記第1の保護回路から前記ゲートブロック信号が出力されている場合は前記スイッチング素子をオフさせ、前記第2の保護回路から前記過電流検出信号が出力された場合は前記スイッチング素子をオフ状態に固定させる制御回路とを備える、降圧チョッパ。

請求項4

前記第2の保護回路は、前記電流検出器の検出値が前記第2の電流値を超えている時間が予め定められた時間を超えた場合は、前記ゲートブロック信号に関係なく前記過電流検出信号を出力する、請求項3に記載の降圧チョッパ。

請求項5

さらに、前記第1の入力端子と前記スイッチング素子の一方電極との間に接続され、前記降圧チョッパの運転中はオンされ、前記第2の保護回路から前記過電流検出信号が出力された場合はオフ状態に固定されるスイッチを備える、請求項4に記載の降圧チョッパ。

請求項6

第1および第2の入力端子間に与えられた直流電圧を降圧して第1および第2の出力端子間に出力する降圧チョッパであって、一方電極が前記第1の入力端子に接続されたスイッチング素子と、アノードが前記第2の入力端子および前記第2の出力端子に接続され、カソードが前記スイッチング素子の他方電極に接続されたダイオードと、前記スイッチング素子の他方電極と前記第1の出力端子との間に接続されたリアクトルと、前記第1および第2の出力端子間に接続されたコンデンサと、前記リアクトルに流れる電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器の検出値が第1の電流値を超えた場合にゲートブロック信号を出力するとともに、前記ゲートブロック信号を出力した回数カウントし、そのカウント値が予め定められた時間内に予め定められた値を超えた場合に故障検出信号を出力する第1の保護回路と、前記第1および第2の出力端子間の電圧が目標電圧になるように前記スイッチング素子をオン/オフさせ、前記第1の保護回路から前記ゲートブロック信号が出力されている場合は前記スイッチング素子をオフさせ、前記第1の保護回路から前記故障検出信号が出力された場合は前記スイッチング素子をオフ状態に固定させる制御回路とを備える、降圧チョッパ。

請求項7

さらに、前記第1の保護回路から前記ゲートブロック信号が出力されておらず、かつ前記電流検出器の検出値が前記第1の電流値よりも大きな第2の電流値を超えた場合に過電流検出信号を出力する第2の保護回路を備え、前記制御回路は、前記第2の保護回路から前記過電流検出信号が出力された場合は前記スイッチング素子をオフ状態に固定させる、請求項6に記載の降圧チョッパ。

請求項8

前記第2の保護回路は、前記電流検出器の検出値が前記第2の電流値を超えている時間が予め定められた時間を超えた場合は、前記ゲートブロック信号に関係なく前記過電流検出信号を出力する、請求項7に記載の降圧チョッパ。

請求項9

さらに、前記第1の入力端子と前記スイッチング素子の一方電極との間に接続され、前記降圧チョッパの運転中はオンされ、前記第2の保護回路から前記過電流検出信号が出力された場合はオフ状態に固定されるスイッチを備える、請求項8に記載の降圧チョッパ。

技術分野

0001

この発明は降圧チョッパに関し、特に、保護回路を備えた降圧チョッパに関する。

背景技術

0002

特許文献1には、電流センサ出力電圧過電流判定しきい値を超えた時間が過電流確定時間を超えた場合に過電流が流れたと判定する車両用電力システムが開示されている。この車両用電力システムでは、電流センサの出力電圧がセンサ異常判定しきい値を超えた時間がセンサ異常確定時間を超えた場合に電流センサが故障したと判定するとともに、センサ異常確定時間を過電流確定時間よりも短くすることにより、過電流の発生と電流センサの故障とを識別している。

0003

また特許文献2には、電源投入後の一定時間は過電流検出機能を停止させ、負荷挿抜された場合は一定時間、電源電圧を負荷に供給する主経路並列バイパス回路を形成し、主経路に設けられた電流センサに流れる電流を低減して過電流検出機能を抑制する過電流保護回路が開示されている。この過電流保護回路では、電源投入時や負荷の挿抜時に発生する突入電流を、異常発生による過電流と誤検出することを防止することができる。

先行技術

0004

特開2009−213219号公報
特開2010−148262号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかし、特許文献1,2には、出力端子間が短絡された場合に発生する降圧チョッパの誤動作や、その防止方法については何ら開示されていない。

0006

それゆえに、この発明の主たる目的は、出力端子間が短絡された場合の誤動作を防止することが可能な降圧チョッパを提供することである。

課題を解決するための手段

0007

この発明に係る降圧チョッパは、第1および第2の入力端子間に与えられた直流電圧降圧して第1および第2の出力端子間に出力する降圧チョッパであって、一方電極が第1の入力端子に接続されたスイッチング素子と、アノードが第2の入力端子および第2の出力端子に接続され、カソードがスイッチング素子の他方電極に接続された第1のダイオードと、スイッチング素子の他方電極と第1の出力端子との間に接続されたリアクトルと、第1および第2の出力端子間に接続されたコンデンサと、リアクトルに流れる電流を検出する電流検出器と、電流検出器の検出値が第1の電流値を超えた場合にゲートブロック信号を出力する第1の保護回路と、電流検出器の検出値が第1の電流値よりも大きな第2の電流値を超えた場合に過電流検出信号を出力する第2の保護回路と、第1および第2の出力端子間の電圧目標電圧になるようにスイッチング素子をオンオフさせ、第1の保護回路からゲートブロック信号が出力されている場合はスイッチング素子をオフさせ、第2の保護回路から過電流検出信号が出力された場合はスイッチング素子をオフ状態に固定させる制御回路と、アノードが第2の出力端子に接続され、カソードが第1の出力端子に接続された第2のダイオードとを備えたものである。

0008

この発明に係る他の降圧チョッパは、第1および第2の入力端子間に与えられた直流電圧を降圧して第1および第2の出力端子間に出力する降圧チョッパであって、一方電極が第1の入力端子に接続されたスイッチング素子と、アノードが第2の入力端子および第2の出力端子に接続され、カソードがスイッチング素子の他方電極に接続されたダイオードと、スイッチング素子の他方電極と第1の出力端子との間に接続されたリアクトルと、第1および第2の出力端子間に接続されたコンデンサと、リアクトルに流れる電流を検出する電流検出器と、電流検出器の検出値が第1の電流値を超えた場合にゲートブロック信号を出力する第1の保護回路と、第1の保護回路からゲートブロック信号が出力されておらず、かつ電流検出器の検出値が第1の電流値よりも大きな第2の電流値を超えた場合に過電流検出信号を出力する第2の保護回路と、第1および第2の出力端子間の電圧が目標電圧になるようにスイッチング素子をオン/オフさせ、第1の保護回路からゲートブロック信号が出力されている場合はスイッチング素子をオフさせ、第2の保護回路から過電流検出信号が出力された場合はスイッチング素子をオフ状態に固定させる制御回路とを備えたものである。

0009

この発明に係るさらに他の降圧チョッパは、第1および第2の入力端子間に与えられた直流電圧を降圧して第1および第2の出力端子間に出力する降圧チョッパであって、一方電極が第1の入力端子に接続されたスイッチング素子と、アノードが第2の入力端子および第2の出力端子に接続され、カソードがスイッチング素子の他方電極に接続されたダイオードと、スイッチング素子の他方電極と第1の出力端子との間に接続されたリアクトルと、第1および第2の出力端子間に接続されたコンデンサと、リアクトルに流れる電流を検出する電流検出器と、電流検出器の検出値が第1の電流値を超えた場合にゲートブロック信号を出力するとともに、ゲートブロック信号を出力した回数カウントし、そのカウント値が予め定められた時間内に予め定められた値を超えた場合に故障検出信号を出力する第1の保護回路と、第1および第2の出力端子間の電圧が目標電圧になるようにスイッチング素子をオン/オフさせ、第1の保護回路からゲートブロック信号が出力されている場合はスイッチング素子をオフさせ、第1の保護回路から故障検出信号が出力された場合はスイッチング素子をオフ状態に固定させる制御回路とを備えたものである。

発明の効果

0010

この発明に係る降圧チョッパでは、アノードが第2の出力端子に接続され、カソードが第1の出力端子に接続された第2のダイオードが設けられる。したがって、第1および第2の出力端子間が短絡されてスイッチング素子がオフされた場合に、コンデンサを含む共振回路が形成されてリアクトルに過電流が流れることを防止することができ、降圧チョッパの誤動作を防止することができる。

0011

また、この発明に係る他の降圧チョッパでは、ゲートブロック信号が出力されてスイッチング素子がオフされている場合は過電流検出信号の出力が停止される。したがって、第1および第2の出力端子間が短絡されてスイッチング素子がオフされた場合に、過電流検出信号が出力されることを防止することができ、降圧チョッパの誤動作を防止することができる。

0012

また、この発明に係るさらに他の降圧チョッパでは、ゲートブロック信号を出力した回数をカウントし、そのカウント値が予め定められた時間内に予め定められた値を超えた場合に故障検出信号を出力する。したがって、第1および第2の出力端子間が短絡された場合に、ゲートブロック信号が繰り返し出力されることを防止することができ、降圧チョッパの誤動作を防止することができる。

図面の簡単な説明

0013

この発明の実施の形態1による降圧チョッパの構成を示す回路ブロック図である。
図1に示した保護回路9の構成を示す回路ブロック図である。
図1に示した保護回路10の構成を示す回路ブロック図である。
図1に示したダイオード7が設けられていない場合に発生する問題点を説明するための回路図である。
この発明の実施の形態2による降圧チョッパの構成を示す回路ブロック図である。
図5に示した保護回路30の構成を示す回路ブロック図である。
この発明の実施の形態3による降圧チョッパの構成を示す回路ブロック図である。
図7に示した保護回路35の構成を示す回路ブロック図である。
この発明の実施の形態4による降圧チョッパの構成を示す回路ブロック図である。
図9に示した保護回路40の構成を示す回路ブロック図である。

実施例

0014

[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1による降圧チョッパの構成を示す回路ブロック図である。図1において、降圧チョッパは、入力端子T1,T2、出力端子T3,T4、スイッチ1、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)2、ダイオード3,7、電流検出器4、リアクトル5、コンデンサ6、電圧検出器8、保護回路9,10、操作部11、および制御回路12を備える。

0015

入力端子T1,T2は、それぞれ直流電源15の正極および負極に接続され、直流電源15から直流電圧を受ける。出力端子T3,T4間には、負荷16が接続される。降圧チョッパは、直流電源15から与えられる直流電圧を降圧して負荷16に与える。負荷16は、降圧チョッパの出力電圧によって駆動される。

0016

スイッチ1の一方電極は入力端子T1に接続される。スイッチ1は、制御回路12によって制御され、通常はオンされ、リアクトル5に過電流が流れた場合にオフされて直流電源15、降圧チョッパ、および負荷16を保護する。

0017

IGBT(スイッチング素子)2のコレクタはスイッチ1の他方端子に接続される。IGBT2は、制御回路12によってオン/オフされる。ダイオード3のアノードは入力端子T2および出力端子T4に接続され、そのカソードはIGBT2のエミッタノードN1)に接続される。リアクトル5は、ノードN1と出力端子T3との間に接続される。

0018

電流検出器4は、ノードN1とリアクトル5の間に設けられ、リアクトル5に流れる電流を検出し、その検出値Iを示す信号を保護回路9,10に与える。コンデンサ6は、出力端子T3,T4間に接続され、出力端子T3,T4間の電圧を平滑化させる。ダイオード7のアノードは出力端子T4に接続され、そのカソードは出力端子T3に接続される。電圧検出器8は、出力端子T3,T4間の電圧VOを検出し、その検出値を示す信号を制御回路12に与える。

0019

保護回路9は、リアクトル5に流れる電流の検出値Iが所定の上限電流値(第1の電流値)I1を超えた場合に、ゲートブロック信号GBを非活性化レベルの「L」レベルから活性化レベルの「H」レベルに立ち上げる。

0020

保護回路9は、図2に示すように、絶対値検出回路(ABS)20および比較回路21を含む。絶対値検出回路20は、リアクトル5に流れる電流の検出値Iの絶対値を示す信号を出力する。比較回路21は、リアクトル5に流れる電流の検出値Iの絶対値を示す信号と、上限電流値I1を示す信号とを受け、ゲートブロック信号GBを出力する。リアクトル5に流れる電流の検出値Iの絶対値が上限電流値I1よりも小さい場合はゲートブロック信号GBは非活性化レベルの「L」レベルにされ、リアクトル5に流れる電流の検出値Iの絶対値が上限電流値I1を超えた場合はゲートブロック信号GBが活性化レベルの「H」レベルにされる。

0021

保護回路10は、リアクトル5に流れる電流の検出値Iが所定の過電流値I2を超えた場合に、過電流検出信号ODを非活性化レベルの「L」レベルから活性化レベルの「H」レベルに立ち上げる。過電流値I2は、上限電流値I1よりも大きな値に設定されている。

0022

保護回路10は、図3に示すように、絶対値検出回路(ABS)25および比較回路26を含む。絶対値検出回路25は、リアクトル5に流れる電流の検出値Iの絶対値を示す信号を出力する。比較回路26は、リアクトル5に流れる電流の検出値Iの絶対値を示す信号と、過電流値I2を示す信号とを受け、過電流検出信号ODを出力する。リアクトル5に流れる電流の検出値Iの絶対値が過電流値I2よりも小さい場合は過電流検出信号ODが非活性化レベルの「L」レベルにされ、リアクトル5に流れる電流の検出値Iの絶対値が過電流値I2を超えた場合は過電流検出信号ODが活性化レベルの「H」レベルにされる。

0023

図1に戻って、操作部11は、降圧チョッパの使用者によって操作される複数のボタンを含む。降圧チョッパの使用者は、操作部11を操作することにより、電源のオン/オフ、降圧チョッパのリセットなどを指示することが可能となっている。

0024

制御回路12は、操作部11からの信号によって電源のオンが指示された場合はスイッチ1をオンさせる。制御回路12は、ゲートブロック信号GBが非活性化レベルの「L」レベルにされている場合は、出力電圧VOが目標電圧VOTに一致するようにIGBT2を所定周期でオン/オフさせる。制御回路12は、ゲートブロック信号GBが活性化レベルの「H」レベルにされている場合はIGBT2をオフさせる。ゲートブロック信号GBが活性化レベルの「H」レベルから非活性化レベルの「L」レベルにされた場合、制御回路12は再びIGBT2をオン/オフさせる。

0025

制御回路12は、過電流検出信号ODが活性化レベルの「H」レベルにされた場合はスイッチ1およびIGBT2をオフ状態に固定し、降圧チョッパの運転を停止させる。過電流検出信号ODが活性化レベルの「H」レベルから「L」レベルにされた場合でも、操作部11からリセットおよび電源オンを示す信号が与えられない限り、制御回路12は降圧チョッパの運転を再開しない。制御回路12は、操作部11からの信号によって電源オフが指示された場合はスイッチ1およびIGBT2をオフ状態に固定し、降圧チョッパの運転を停止させる。

0026

次に、この降圧チョッパの動作について説明する。まず正常な負荷16を駆動させる場合について説明する。降圧チョッパの使用者によって操作部11が操作されて電源オンを指示する信号が制御回路12に与えられると、制御回路12は、スイッチ1をオンさせ、電圧検出器8の検出値に基づいてIGBT2を所定の周期でオン/オフさせる。

0027

IGBT2がオンされると、直流電源15の正極からスイッチ1、IGBT2、リアクトル5、コンデンサ6と負荷16の並列接続体を介して直流電源15の負極に至る経路で電流が流れ、コンデンサ6が充電されるとともに、リアクトル5に電磁エネルギーが蓄えられる。

0028

IGBT2がオフされると、リアクトル5の一方端子(出力端子T3側の端子)からコンデンサ6と負荷16の並列接続体、ダイオード3を介してリアクトル5の他方端子(ノードN1側の端子)に至る経路で電流が流れ、コンデンサ6が充電されるとともに、リアクトル5の電磁エネルギーが放出される。

0029

各周期におけるIGBT2のオン時間を長くすると出力電圧VOが上昇し、各周期におけるIGBT2のオン時間を短くすると出力電圧VOが下降する。制御回路12は、電圧検出器8の検出値に基づいて、出力電圧VOが目標電圧VOTに一致するようにIGBT2のオン時間を調整する。これにより、出力電圧VOが目標電圧VOTに維持され、出力電圧VOによって負荷16が駆動される。

0030

負荷16が正常に運転されている場合は、リアクトル5に流れる電流は上限電流値I1および過電流値I2よりも小さな値に維持され、ゲートブロック信号GBおよび過電流検出信号ODはともに非活性化レベルの「L」レベルに維持される。

0031

次に、出力端子T3,T4間がたとえば金属片によって短絡された場合について説明する。この場合は、リアクトル5に流れる電流が増大する。電流検出器4の検出値Iが上限電流値I1よりも大きく、過電流値I2よりも小さい場合は、ゲートブロック信号GBが活性化レベルの「H」レベルにされ、IGBT2がオフされる。IGBT2がオフされている期間内に金属片が落下したり溶融して出力端子T3,T4間の短絡が解消された場合は、電流検出器4の検出値Iが上限電流値I1を下回り、ゲートブロック信号GBが非活性化レベルの「L」レベルにされ、IGBT2のオン/オフが再開される。

0032

電流検出器4の検出値Iが過電流値I2を超えた場合は、過電流検出信号ODが活性化レベルの「H」レベルにされ、スイッチ1およびIGBT2がオフされ、降圧チョッパの運転が停止される。降圧チョッパの運転が停止されている間に金属片が除去されて出力端子T3,T4間の短絡が解消された場合は、操作部11を操作して電源オンを指示すると、スイッチ1がオンされ、降圧チョッパの運転が再開される。

0033

次に、ダイオード7が設けられている理由について説明する。図4(a)〜(c)は、ダイオード7が設けられていない場合に発生する問題点を説明するための回路図である。図4(a)〜(c)では、図面および説明の簡単化のため、スイッチ1、電圧検出器8、保護回路9,10、操作部11、および制御回路12などの図示は省略されている。

0034

また、ダイオード7は設けられておらず、出力端子T3,T4間が短絡回路27によって短絡されている。短絡回路27は、たとえば配線であり、リアクタンスを有する。このため図4(a)〜(c)では、短絡回路27は、リアクトルを示す記号で表されている。

0035

図4(a)に示すように、IGBT2がオンされている場合に出力端子T3,T4間が短絡回路27によって短絡されると、直流電源15の正極からIGBT2、リアクトル5、および短絡回路27を介して直流電源15の負極に至る経路RT1に電流が流れるとともに、コンデンサ6の第1電極(出力端子T3側の電極)から短絡回路27を介してコンデンサ6の第2電極(出力端子T4側の電極)に至る経路RT2に電流が流れる。このとき、リアクトル5に電磁エネルギーが蓄えられる。

0036

経路RT1に流れる電流が上限電流値I1を超え、保護回路9によってゲートブロック信号GBが「H」レベルにされてIGBT2がオフされると、図4(b)に示すように、リアクトル5の電磁エネルギーが放出され、リアクトル5の一方端子から短絡回路27およびダイオード3を介してリアクトル5の他方端子に至る経路RT3に電流が流れる。また、コンデンサ6および短絡回路27によって共振回路が構成され、コンデンサ6が負電圧に充電される。すなわち、コンデンサ6の第2電極に正電荷が蓄えられ、コンデンサ6の第1電極に負電荷が蓄えられる。

0037

次に図4(c)に示すように、コンデンサ6の電荷放電され、コンデンサ6の第2電極からダイオード3およびリアクトル5を介してコンデンサ6の第1電極に至る経路RT4に電流が流れるとともに、コンデンサ6の第2電極から短絡回路27を介してコンデンサ6の第1電極に至る経路RT5に電流が流れる。

0038

このとき、2つの経路RT3,RT5に流れる電流が重畳され、リアクトル5に流れる電流が過電流値I2を超えると、IGBT2がオフされているにもかかわらず、過電流検出信号ODが活性化レベルの「H」レベルにされ、降圧チョッパの運転が停止されて負荷16の運転が停止されてしまう。したがって、IGBT2がオフされている間に出力端子T3,T4間の短絡回路27が落下したり、溶断された場合でも、降圧チョッパの運転は自動的には再開されず、操作部11を操作して再度電源をオンする必要が生じる。

0039

これに対して本実施の形態1では、出力端子T4の電圧が出力端子T3の電圧よりも高くなるとダイオード7がオンするので、コンデンサ6の第2電極に正電荷が蓄えられるとともに第1電極に負電荷が蓄えられることはない。したがって、出力端子T3,T4間が短絡回路27によって短絡された場合でも、コンデンサ6が負電圧に充電された後に放電されて降圧チョッパの運転が誤って停止されることを防止することができる。

0040

[実施の形態2]
図5は、この発明の実施の形態2による降圧チョッパの構成を示す回路ブロック図であって、図1と対比される図である。図5を参照して、この降圧チョッパが図1の降圧チョッパと異なる点は、保護回路10が保護回路30で置換され、ダイオード7が除去されている点である。保護回路30は、電流検出器4の出力信号とゲートブロック信号GBに基づいて過電流検出信号ODを生成する。

0041

図6は、保護回路30の構成を示す回路ブロック図であって、図3と対比される図である。図6を参照して、保護回路30は、図3の保護回路10にインバータ31およびANDゲート32を追加したものである。比較回路26の出力信号はANDゲート32の第1入力ノードに与えられ、ゲートブロック信号GBはインバータ31によって反転されてANDゲートの31の第2入力ノードに与えられる。ANDゲート32の出力信号が過電流検出信号ODとなる。

0042

ゲートブロック信号GBが「L」レベルである場合は、比較回路26の出力信号がANDゲート32を通過して過電流検出信号ODとなる。ゲートブロック信号GBが「H」レベルである場合は、過電流検出信号ODは「L」レベルに固定される。

0043

したがって、図4(a)〜(c)で示したように、出力端子T3,T4間が短絡回路27によって短絡され、ゲートブロック信号GBが「H」レベルにされてIGBT2がオフされ、コンデンサ6が負電圧に充電された後に放電され、リアクトル5に流れる電流が過電流値I2を超えた場合でも、過電流検出信号ODは「L」レベルに固定される。したがって、図4(a)〜(c)で説明したような誤動作を防止することができる。

0044

[実施の形態3]
実施の形態2では、上限電流値I1は過電流値I2よりも小さいので、リアクトル5に流れる電流が上限電流値I1を超えた場合は常にゲートブロック信号GBが「H」レベルになるとともに過電流検出信号ODが「L」レベルになる。したがって、リアクトル5に流れる電流が過電流値I2を超えた場合でも降圧チョッパの運転が継続されるので、たとえばIGBT2が短絡故障した場合には過電流を遮断することができなくなる。この実施の形態3では、この問題の解決が図られる。

0045

図7は、この発明の実施の形態3による降圧チョッパの構成を示す回路ブロック図であって、図5と対比される図である。図7を参照して、この降圧チョッパが図5の降圧チョッパと異なる点は、保護回路30が保護回路35で置換されている点である。

0046

図8は保護回路35の構成を示す回路ブロック図であって、図6と対比される図である。図8を参照して、この保護回路35は、図6の保護回路30にタイマー36およびORゲート37を追加したものである。

0047

タイマー36は、比較回路26の出力信号が非活性化レベルの「L」レベルから活性化レベルの「H」レベルに立ち上げられたときにセットされて計時を開始し、計時を開始してから所定時間Tc1が経過したときに出力信号φ36を「L」レベルから「H」レベルに立ち上げる。

0048

タイマー36は、比較回路26の出力信号が「L」レベルにされた場合にリセットされて計時可能な初期状態戻り、出力信号φ36を「L」レベルにリセットする。ORゲート37は、タイマー36の出力信号φ36とインバータ31の出力信号との論理和信号をANDゲート32の第2入力ノードに与える。

0049

タイマー36の出力信号φ36が「L」レベルである場合、インバータ31の出力信号はORゲート37を通過してANDゲート32の第2入力ノードに与えられる。この場合、保護回路35の構成は保護回路30の構成と同じになる。

0050

リアクトル5に流れる電流が上限電流値I1および過電流値I2を超えると、保護回路9によってゲートブロック信号GBが活性化レベルの「H」レベルに立ち上げられるとともに、保護回路35において比較回路26の出力信号が「H」レベルに立ち上げられてタイマー36がセットされる。

0051

ゲートブロック信号GBが「H」レベルにされたことに応じてIGBT2がオフされ、図4(a)〜(c)で示した現象が発生した場合は、所定時間Tc1よりも短い時間内に過電流が無くなるので、タイマー36の出力信号φ36は「H」レベルにならず、過電流検出信号ODは「L」レベルに維持される。

0052

IGBT2が短絡故障した場合は、ゲートブロック信号GBが「H」レベルにされてもIGBT2がオフされず、リアクトル5に過電流値I2を超える電流が流れ続ける。リアクトル5に流れる電流が過電流値I2を超える時間が所定時間Tc1を超えると、タイマー36の出力信号φ36が「H」レベルに立ち上げられる。これにより、比較回路26の出力信号がANDゲート32を通過して過電流検出信号OCとなり、スイッチ1およびIGBT2がオフ状態に固定されて降圧チョッパの運転が停止される。他の構成および動作は、実施の形態2と同じであるので、その説明は繰り返さない。

0053

この実施の形態3では、実施の形態2と同じ効果が得られる他、リアクトル5に過電流が所定時間Tc1以上流れた場合に降圧チョッパの運転を停止させることができる。

0054

[実施の形態4]
実施の形態2,3では、たとえばコンデンサ6が短絡故障した場合、IGBT2がオンされると、リアクトル5に流れる電流が上限電流値I1を超えてゲートブロック信号GBが「H」レベルになり、IGBT2がオフされてリアクトル5に流れる電流が低減される。リアクトルに流れる電流が上限電流値I1を下回ってゲートブロック信号GBが「L」レベルにされると、再びIGBT2がオンされ、上述の動作が繰り返される。この実施の形態4では、この問題の解決が図られる。

0055

図9は、この発明の実施の形態4による降圧チョッパの構成を示す回路ブロック図であって、図7と対比される図である。図9を参照して、この降圧チョッパが図7の降圧チョッパと異なる点は、保護回路9が保護回路40で置換されている点である。

0056

図10は保護回路40の構成を示す回路ブロック図であって、図2と対比される図である。図10を参照して、この保護回路40は、図2の保護回路9にカウンタ41およびタイマー42を追加したものである。

0057

タイマー42は、時間を示す情報をカウンタ41に与える。カウンタ41は、タイマー42から与えられる時間を示す情報を参照するとともに、比較回路21の出力信号であるゲートブロック信号GBが「L」レベルから「H」レベルに立ち上げられた回数をカウントする。そしてカウンタ41は、そのカウント値が所定時間Tc2内に所定値を超えた場合に故障検出信号FDを非活性化レベルの「L」レベルから活性化レベルの「H」レベルに立ち上げる。

0058

制御回路12は、故障検出信号FDが「H」レベルに立ち上げられた場合は、スイッチ1およびIGBT2をオフ状態に固定して降圧チョッパの運転を停止させる。カウンタ41は、降圧チョッパの運転が停止された場合にリセットされて初期状態に戻り、故障検出信号FDを「L」レベルにリセットする。他の構成および動作は、実施の形態2と同じであるので、その説明は繰り返さない。

0059

この実施の形態4では、実施の形態3と同じ効果が得られる他、ゲートブロック信号GBが所定時間Tc2内に所定回数以上「L」レベルから「H」レベルにされた場合に降圧チョッパの運転を停止させることができる。

0060

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

0061

T1,T2入力端子、T3,T4出力端子、1 スイッチ、2 IGBT、3,7ダイオード、4電流検出器、5リアクトル、6コンデンサ、8電圧検出器、9,10,30,35,40保護回路、11 操作部、12制御回路、15直流電源、16負荷、20,25絶対値検出回路、21,26比較回路、31インバータ、32ANDゲート、36,42タイマー、37ORゲート、41カウンタ。

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