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技術 並列チョッパ装置

出願人 富士電機株式会社
発明者 田中孝明
出願日 2015年10月28日 (4年4ヶ月経過) 出願番号 2015-212012
公開日 2017年5月18日 (2年10ヶ月経過) 公開番号 2017-085788
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 アンバランス成分 スイッチングシーケンス 理想条件 電流アンバランス 電流検出処理 電力変換損失 直流入力端子 昇圧モード
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図面 (9)

課題

単一の電流検出手段により電流アンバランスを検出可能とし、コストを低減した並列チョッパ装置を提供する。

解決手段

コンデンサ1,2の直列回路と、スイッチング素子3,ダイオード4,5,スイッチング素子6の直列回路と、同じく3’,4’,5’,6’からなる直列回路とを、入力端子11,12間に互いに並列に接続し、スイッチング素子3とダイオード4との接続点と、同3’と同4’との接続点との間にリアクトル7,7’を直列接続し、ダイオード5とスイッチング素子6との接続点と、同5’と同6’との接続点との間にリアクトル8,8’を直列接続し、リアクトル7,7’同士の接続点と同8,8’同士の接続点との間にコンデンサ9を接続した並列チョッパ装置において、コンデンサ1,2同士の接続点から第1,第2チョッパに流れる電流Im,Im’の差分値ΔImを電流検出手段40により検出する。

概要

背景

図4は、DC/DCコンバータ一種である降圧チョッパを示している。
図4において、1,2は平滑コンデンサ、3,6は半導体スイッチング素子、4,5はダイオード、7,8はリアクトル、11,12は直流入力端子、21,22は直流出力端子である。ここで、スイッチング素子3,6は、後述する図8のスイッチング素子101b,101c,102b,102cと同様に、逆並列接続された還流ダイオードを備えていて双方向に電流通流可能なスイッチング素子である。

図4の降圧チョッパでは、PWM(Pulse Width Modulation)制御により、スイッチング素子3,6を互いに180度の位相差を持たせてON/OFFさせることにより、入力電圧Vinを降圧した出力電圧Voutを得ている。また、この回路は、平滑コンデンサ1,2の直列回路から出力される3つのレベル直流電圧を2つのレベルの直流電圧に変換する、いわゆる3レベル降圧チョッパとして動作する。
なお、ダイオード4,5の代わりに半導体スイッチング素子を接続し、いわゆる同期整流を行うことも可能である。

図5は、電力変換容量を増加させるために、図4の降圧チョッパを二つ並列に接続した並列チョッパ装置を示している。図5において、3’,6’は半導体スイッチング素子、4’,5’はダイオード、7’,8’はリアクトルであり、その他の部分には図4と同一の符号を付してある。スイッチング素子3’,6’は、スイッチング素子3,6と同様に、逆並列接続された還流ダイオードを備えていて双方向に電流を通流可能なスイッチング素子である。

上記構成において、スイッチング素子3,6、ダイオード4,5、リアクトル7,8により一方の降圧チョッパ(以下、第1チョッパという)が構成され、スイッチング素子3’,6’、ダイオード4’,5’、リアクトル7’,8’により他方の降圧チョッパ(以下、第2チョッパという)が構成される。第2チョッパを構成するスイッチング素子3’,6’は、第1チョッパのスイッチング素子3,6と同様に、PWM制御により互いに180度の位相差を持たせてON/OFFされる。
なお、図5のように複数の降圧チョッパを並列に接続した並列チョッパ装置は、例えば特許文献1に記載されている。

図5に示した並列チョッパ装置において、リアクトルの抵抗成分やインダクタンス成分の個体差、更には、ダイオード及びスイッチング素子のスイッチング特性電圧降下の個体差が充分小さい理想条件では、第1チョッパ及び第2チョッパをに流れる電流Iinp,Iinp’,Iinn,Iinn’がバランスし、Iinp=Iinp’,Iinn=Iinn’となる。
しかしながら、実際には上述した諸特性に個体差が存在するため、Iinp,Iinp’及びIinn,Iinn’はそれぞれ等しくならない。

ここで、数式1は図5における正側電流アンバランス成分ΔIinpを示し、数式2は負側電流のアンバランス成分ΔIinnを示している。
[数式1]
ΔIinp=Iinp’−Iinp
[数式2]
ΔIinn=Iinn’−Iinn

これらの電流アンバランス成分ΔIinp,ΔIinnは、回路内の各構成部品における発熱の不均一、電力変換損失の増加、更には、スイッチング素子やダイオードのスイッチング時に発生するサージ電圧の増加などを引き起こすため、有意な値にならないように抑制する必要がある。
電流アンバランスの一般的な抑制方法としては、リアクトル7,7’,8,8’を流れる電流を検出してスイッチング素子3,6,3’,6’のON/OFF時間を適切に制御する方法が知られており、そのためにはΔIinp,ΔIinnを検出する必要がある。

図6は、図5に電流アンバランス成分ΔIinp,ΔIinnの検出機能を付加した並列チョッパ装置の回路図である。
図6において、31,32,33は電流検出手段であり、これらの電流検出手段31,32,33により電流値Iinp,Iinn,Iin(=Iinp+Iinp’)をそれぞれ検出する。次に、これらの電流検出値Iinp,Iinn,Iinに対して数式3,4の差分演算を行えば、電流アンバランス成分ΔIinp,ΔIinnを間接的に検出することができる。
[数式3]
ΔIinp=Iinp’−Iinp=(Iin−Iinp)−Iinp
[数式4]
ΔIinn=Iinn’−Iinn=(Iin−Iinn)−Iinn

また、図7は、電流検出箇所が図6と異なる並列チョッパ装置の回路図である。
図6では、電流検出手段33により全体の入力電流Iinを検出すると共に、電流検出手段31,32により第1チョッパの正側入力電流Iinp及び負側入力電流Iinnをそれぞれ検出するのに対し、図7の回路では、電流検出手段41,42により、第1チョッパ,第2チョッパの正側入力電流Iinp,Iinp’による差分磁束と負側入力電流Iinn,Iinn’ による差分磁束とをそれぞれ検出している。

図7における電流検出手段41,42としては、電気的に絶縁した状態で電流を測定可能な検出手段、例えばホール素子を用いた電流検出手段を想定している。
電流検出手段41は、Iinp,Iinp’による差分磁束に基づいて電流アンバランス成分ΔIinpを直接検出し、電流検出手段42は、Iinn,Iinn’による差分磁束に基づいて電流アンバランス成分ΔIinnを直接検出する。

図7では、電流アンバランス成分の検出に必要な電流検出手段の数が2つで済み、図6よりも少なくなる。ただし、DC/DCコンバータの入力電流を制御する上で、図7の回路でも入力電流Iinを検出することが必要であるため、全体的な電流検出手段の数は図6と同様に合計3つとなる。

なお、二つのチョッパからなる並列チョッパ装置(多重チョッパ装置)において、各チョッパ間の電流アンバランスを解消するようにした従来技術が、特許文献2に記載されている。
図8は、特許文献2に記載された多重チョッパ装置の構成図であり、100は直流電源、101,102はそれぞれ第1チョッパ,第2チョッパ、101a,102aはリアクトル、101b,101c,102b,102cはスイッチング素子、101d,102dはドライバ、103,104は平滑コンデンサ、105は電流検出手段、200は負荷、301,302は電流抽出回路、301a,302aは増幅回路、301b,302bはフィルタ、301c,302cはスイッチ、303は演算比較回路、304は制御回路、305は補正回路、306,307はサンプリング回路である。

図8に示した多重チョッパ装置では、各チョッパ101,102の下アームのスイッチング素子101c,102cのオフ期間に同期したサンプリング回路306,307の出力信号によりスイッチ301c,302cをそれぞれオンし、電流検出手段105による電流検出値I3を増幅して演算比較回路303に入力する。
ここで、多重チョッパ装置の昇圧比が2倍以上である場合には、下アームのスイッチング素子101c,102cがそれぞれオフとなる期間が重なることはないため、電流検出手段105による電流検出値I3は、スイッチング素子101cのオフ期間に第1チョッパ101の出力電流I1に等しく、また、スイッチング素子102cのオフ期間に第2チョッパ102の出力電流I2に等しくなる。
よって、演算比較回路303により電流抽出回路301,302の出力の差を求めれば、第1チョッパ101及び第2チョッパ102を流れる電流I1,I2のアンバランスを検出することができる。

概要

単一の電流検出手段により電流アンバランスを検出可能とし、コストを低減した並列チョッパ装置を提供する。コンデンサ1,2の直列回路と、スイッチング素子3,ダイオード4,5,スイッチング素子6の直列回路と、同じく3’,4’,5’,6’からなる直列回路とを、入力端子11,12間に互いに並列に接続し、スイッチング素子3とダイオード4との接続点と、同3’と同4’との接続点との間にリアクトル7,7’を直列接続し、ダイオード5とスイッチング素子6との接続点と、同5’と同6’との接続点との間にリアクトル8,8’を直列接続し、リアクトル7,7’同士の接続点と同8,8’同士の接続点との間にコンデンサ9を接続した並列チョッパ装置において、コンデンサ1,2同士の接続点から第1,第2チョッパに流れる電流Im,Im’の差分値ΔImを電流検出手段40により検出する。

目的

本発明の解決課題は、簡単な構成で電流アンバランス成分を検出可能とし、コストの低減を図った並列チョッパ装置を提供する

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の平滑コンデンサと第2の平滑コンデンサとの直列回路と、第1の半導体スイッチング素子,第1のダイオード,第2のダイオード,第2の半導体スイッチング素子を順次直列に接続した直列回路と、第3の半導体スイッチング素子,第3のダイオード,第4のダイオード,第4の半導体スイッチング素子を順次直列に接続した直列回路とを、一対の直流入力端子間に互いに並列に接続し、前記第1の半導体スイッチング素子と前記第1のダイオードとの接続点と、前記第3の半導体スイッチング素子と前記第3のダイオードとの接続点と、の間に第1のリアクトルと第3のリアクトルとを直列に接続すると共に、前記第2のダイオードと前記第2の半導体スイッチング素子との接続点と、前記第4のダイオードと前記第4の半導体スイッチング素子との接続点と、の間に第2のリアクトルと第4のリアクトルとを直列に接続し、前記第1,第3のリアクトル同士の接続点と前記第2,第4のリアクトル同士の接続点との間に第3の平滑コンデンサを接続すると共に、前記第3の平滑コンデンサの両端を一対の直流出力端子とし、前記第1〜第4の半導体スイッチング素子のON/OFFにより、直流入力電圧所定値に変換して出力する並列チョッパ装置において、前記第1,第2の平滑コンデンサ同士の接続点と前記第1,第2のダイオード同士の接続点との間を流れる電流と、前記第1,第2の平滑コンデンサ同士の接続点と前記第3,第4のダイオード同士の接続点との間を流れる電流と、の差分値を検出する電流検出手段を備えたことを特徴とする並列チョッパ装置。

請求項2

請求項1に記載した並列チョッパ装置において、前記第1,第3の半導体スイッチング素子がONし、かつ、前記第2,第4の半導体スイッチング素子がOFFしているときに、前記電流検出手段による電流検出値に基づいて、前記第2のリアクトルと前記第4のリアクトルとを流れる電流の差分値を検出し、前記第1,第3の半導体スイッチング素子がOFFし、かつ、前記第2,第4の半導体スイッチング素子がONしているときに、前記電流検出手段による電流検出値に基づいて、前記第1のリアクトルと前記第3のリアクトルとを流れる電流の差分値を検出することを特徴とする並列チョッパ装置。

請求項3

請求項1または2に記載した並列チョッパ装置において、前記第1,第2のリアクトル同士、及び、前記第3,第4のリアクトル同士が、それぞれ磁気的に結合されていることを特徴とする並列チョッパ装置。

技術分野

0001

本発明は、複数のチョッパ並列に接続した場合に発生するチョッパ間の電流アンバランスの検出技術に関するものである。

背景技術

0002

図4は、DC/DCコンバータ一種である降圧チョッパを示している。
図4において、1,2は平滑コンデンサ、3,6は半導体スイッチング素子、4,5はダイオード、7,8はリアクトル、11,12は直流入力端子、21,22は直流出力端子である。ここで、スイッチング素子3,6は、後述する図8のスイッチング素子101b,101c,102b,102cと同様に、逆並列接続された還流ダイオードを備えていて双方向に電流通流可能なスイッチング素子である。

0003

図4の降圧チョッパでは、PWM(Pulse Width Modulation)制御により、スイッチング素子3,6を互いに180度の位相差を持たせてON/OFFさせることにより、入力電圧Vinを降圧した出力電圧Voutを得ている。また、この回路は、平滑コンデンサ1,2の直列回路から出力される3つのレベル直流電圧を2つのレベルの直流電圧に変換する、いわゆる3レベル降圧チョッパとして動作する。
なお、ダイオード4,5の代わりに半導体スイッチング素子を接続し、いわゆる同期整流を行うことも可能である。

0004

図5は、電力変換容量を増加させるために、図4の降圧チョッパを二つ並列に接続した並列チョッパ装置を示している。図5において、3’,6’は半導体スイッチング素子、4’,5’はダイオード、7’,8’はリアクトルであり、その他の部分には図4と同一の符号を付してある。スイッチング素子3’,6’は、スイッチング素子3,6と同様に、逆並列接続された還流ダイオードを備えていて双方向に電流を通流可能なスイッチング素子である。

0005

上記構成において、スイッチング素子3,6、ダイオード4,5、リアクトル7,8により一方の降圧チョッパ(以下、第1チョッパという)が構成され、スイッチング素子3’,6’、ダイオード4’,5’、リアクトル7’,8’により他方の降圧チョッパ(以下、第2チョッパという)が構成される。第2チョッパを構成するスイッチング素子3’,6’は、第1チョッパのスイッチング素子3,6と同様に、PWM制御により互いに180度の位相差を持たせてON/OFFされる。
なお、図5のように複数の降圧チョッパを並列に接続した並列チョッパ装置は、例えば特許文献1に記載されている。

0006

図5に示した並列チョッパ装置において、リアクトルの抵抗成分やインダクタンス成分の個体差、更には、ダイオード及びスイッチング素子のスイッチング特性電圧降下の個体差が充分小さい理想条件では、第1チョッパ及び第2チョッパをに流れる電流Iinp,Iinp’,Iinn,Iinn’がバランスし、Iinp=Iinp’,Iinn=Iinn’となる。
しかしながら、実際には上述した諸特性に個体差が存在するため、Iinp,Iinp’及びIinn,Iinn’はそれぞれ等しくならない。

0007

ここで、数式1は図5における正側電流アンバランス成分ΔIinpを示し、数式2は負側電流のアンバランス成分ΔIinnを示している。
[数式1]
ΔIinp=Iinp’−Iinp
[数式2]
ΔIinn=Iinn’−Iinn

0008

これらの電流アンバランス成分ΔIinp,ΔIinnは、回路内の各構成部品における発熱の不均一、電力変換損失の増加、更には、スイッチング素子やダイオードのスイッチング時に発生するサージ電圧の増加などを引き起こすため、有意な値にならないように抑制する必要がある。
電流アンバランスの一般的な抑制方法としては、リアクトル7,7’,8,8’を流れる電流を検出してスイッチング素子3,6,3’,6’のON/OFF時間を適切に制御する方法が知られており、そのためにはΔIinp,ΔIinnを検出する必要がある。

0009

図6は、図5に電流アンバランス成分ΔIinp,ΔIinnの検出機能を付加した並列チョッパ装置の回路図である。
図6において、31,32,33は電流検出手段であり、これらの電流検出手段31,32,33により電流値Iinp,Iinn,Iin(=Iinp+Iinp’)をそれぞれ検出する。次に、これらの電流検出値Iinp,Iinn,Iinに対して数式3,4の差分演算を行えば、電流アンバランス成分ΔIinp,ΔIinnを間接的に検出することができる。
[数式3]
ΔIinp=Iinp’−Iinp=(Iin−Iinp)−Iinp
[数式4]
ΔIinn=Iinn’−Iinn=(Iin−Iinn)−Iinn

0010

また、図7は、電流検出箇所が図6と異なる並列チョッパ装置の回路図である。
図6では、電流検出手段33により全体の入力電流Iinを検出すると共に、電流検出手段31,32により第1チョッパの正側入力電流Iinp及び負側入力電流Iinnをそれぞれ検出するのに対し、図7の回路では、電流検出手段41,42により、第1チョッパ,第2チョッパの正側入力電流Iinp,Iinp’による差分磁束と負側入力電流Iinn,Iinn’ による差分磁束とをそれぞれ検出している。

0011

図7における電流検出手段41,42としては、電気的に絶縁した状態で電流を測定可能な検出手段、例えばホール素子を用いた電流検出手段を想定している。
電流検出手段41は、Iinp,Iinp’による差分磁束に基づいて電流アンバランス成分ΔIinpを直接検出し、電流検出手段42は、Iinn,Iinn’による差分磁束に基づいて電流アンバランス成分ΔIinnを直接検出する。

0012

図7では、電流アンバランス成分の検出に必要な電流検出手段の数が2つで済み、図6よりも少なくなる。ただし、DC/DCコンバータの入力電流を制御する上で、図7の回路でも入力電流Iinを検出することが必要であるため、全体的な電流検出手段の数は図6と同様に合計3つとなる。

0013

なお、二つのチョッパからなる並列チョッパ装置(多重チョッパ装置)において、各チョッパ間の電流アンバランスを解消するようにした従来技術が、特許文献2に記載されている。
図8は、特許文献2に記載された多重チョッパ装置の構成図であり、100は直流電源、101,102はそれぞれ第1チョッパ,第2チョッパ、101a,102aはリアクトル、101b,101c,102b,102cはスイッチング素子、101d,102dはドライバ、103,104は平滑コンデンサ、105は電流検出手段、200は負荷、301,302は電流抽出回路、301a,302aは増幅回路、301b,302bはフィルタ、301c,302cはスイッチ、303は演算比較回路、304は制御回路、305は補正回路、306,307はサンプリング回路である。

0014

図8に示した多重チョッパ装置では、各チョッパ101,102の下アームのスイッチング素子101c,102cのオフ期間に同期したサンプリング回路306,307の出力信号によりスイッチ301c,302cをそれぞれオンし、電流検出手段105による電流検出値I3を増幅して演算比較回路303に入力する。
ここで、多重チョッパ装置の昇圧比が2倍以上である場合には、下アームのスイッチング素子101c,102cがそれぞれオフとなる期間が重なることはないため、電流検出手段105による電流検出値I3は、スイッチング素子101cのオフ期間に第1チョッパ101の出力電流I1に等しく、また、スイッチング素子102cのオフ期間に第2チョッパ102の出力電流I2に等しくなる。
よって、演算比較回路303により電流抽出回路301,302の出力の差を求めれば、第1チョッパ101及び第2チョッパ102を流れる電流I1,I2のアンバランスを検出することができる。

先行技術

0015

特開2012−100490号公報(段落[0074]〜[0076]、図7(b),図8(b)等)
特許第5570338号公報(段落[0014]〜[0032]、図1図2等)

発明が解決しようとする課題

0016

図6図7の従来技術において、電流アンバランス成分ΔIinp,ΔIinnを検出するために必要な電流検出手段の数は、少なくとも2つであり、装置全体コストの削減や小型化のためには、電流検出手段の数を更に少なくすることが求められている。
これに対し、図8に示した従来技術によれば、電流検出手段が単一で済む利点がある。しかし、電流を抽出するためのサンプリング回路306,307やスイッチ301c,302cによって回路構成が複雑化すると共に、昇圧比が2倍未満である場合には、下アームのスイッチング素子101c,102cのオフ期間が重ならないように、補正回路305によって電流のサンプリングタイミングをずらす等の処理が必要である。
このため、電流検出手段の削減が可能であるとしても、周辺回路演算処理が複雑化するという問題を生じていた。

0017

そこで、本発明の解決課題は、簡単な構成で電流アンバランス成分を検出可能とし、コストの低減を図った並列チョッパ装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0018

上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、第1の平滑コンデンサと第2の平滑コンデンサとの直列回路と、第1の半導体スイッチング素子,第1のダイオード,第2のダイオード,第2の半導体スイッチング素子を順次直列に接続した直列回路と、第3の半導体スイッチング素子,第3のダイオード,第4のダイオード,第4の半導体スイッチング素子を順次直列に接続した直列回路とを、一対の直流入力端子間に互いに並列に接続し、
前記第1の半導体スイッチング素子と前記第1のダイオードとの接続点と、前記第3の半導体スイッチング素子と前記第3のダイオードとの接続点と、の間に第1のリアクトルと第3のリアクトルとを直列に接続すると共に、
前記第2のダイオードと前記第2の半導体スイッチング素子との接続点と、前記第4のダイオードと前記第4の半導体スイッチング素子との接続点と、の間に第2のリアクトルと第4のリアクトルとを直列に接続し、
前記第1,第3のリアクトル同士の接続点と前記第2,第4のリアクトル同士の接続点との間に第3の平滑コンデンサを接続すると共に、前記第3の平滑コンデンサの両端を一対の直流出力端子とし、前記第1〜第4の半導体スイッチング素子のON/OFFにより、直流入力電圧所定値に変換して出力する並列チョッパ装置において、
前記第1,第2の平滑コンデンサ同士の接続点と前記第1,第2のダイオード同士の接続点との間を流れる電流と、前記第1,第2の平滑コンデンサ同士の接続点と前記第3,第4のダイオード同士の接続点との間を流れる電流と、の差分値を検出する電流検出手段を備えたものである。

0019

請求項2に係る発明は、請求項1に記載した並列チョッパ装置において、前記第1,第3の半導体スイッチング素子がONし、かつ、前記第2,第4の半導体スイッチング素子がOFFしているときに、前記電流検出手段による電流検出値に基づいて、前記第2のリアクトルと前記第4のリアクトルとを流れる電流の差分値を検出し、
前記第1,第3の半導体スイッチング素子がOFFし、かつ、前記第2,第4の半導体スイッチング素子がONしているときに、前記電流検出手段による電流検出値に基づいて、前記第1のリアクトルと前記第3のリアクトルとを流れる電流の差分値を検出するものである。

0020

請求項3に係る発明は、請求項1または2に記載した並列チョッパ装置において、前記第1,第2のリアクトル同士、及び、前記第3,第4のリアクトル同士が、それぞれ磁気的に結合されていることを特徴とする。

発明の効果

0021

本発明によれば、二つのチョッパを並列接続した場合に発生する電流アンバランス成分を、単一の電流検出手段によって検出することができる。特に、特許文献2のように電流のサンプリングタイミングをずらす等の煩雑な処理が不要であり、電流アンバランスの検出を低コストにて実現可能である。

図面の簡単な説明

0022

本発明の実施形態に係る並列チョッパ装置の回路図である。
本発明の実施形態における各スイッチング素子のスイッチングシーケンスを示す図である。
本発明の実施形態における各スイッチング素子のON/OFF状態の組み合わせに対する電流経路推移を示す図である。
降圧チョッパの回路図である。
第1チョッパ及び第2チョッパからなる並列チョッパ装置の回路図である。
図5に電流アンバランス成分の検出機能を付加した並列チョッパ装置の回路図である。
図5に電流アンバランス成分の検出機能を付加した、他の並列チョッパ装置の回路図である。
特許文献2に記載された多重チョッパ装置の構成図である。

実施例

0023

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図1は、この実施形態に係る並列チョッパ装置の回路図であり、図5における各部と同一の機能を有するものには同一の符号を付してある。

0024

図1において、直流入力端子11,12の間には、平滑コンデンサ1,2の直列回路と、スイッチング素子3とダイオード4,5とスイッチング素子6との直列回路と、スイッチング素子3’とダイオード4’,5’とスイッチング素子6’との直列回路とが互いに並列に接続されている。ここで、スイッチング素子3,3’,6,6’は、前述した図8のスイッチング素子101b,101c,102b,102cと同様に、逆並列接続された還流ダイオードを備えていて双方向に電流を通流可能なスイッチング素子である。

0025

スイッチング素子3とダイオード4との接続点と、スイッチング素子3’とダイオード4’との接続点との間には、リアクトル7,7’が直列に接続され、ダイオード5とスイッチング素子6との接続点と、ダイオード5’とスイッチング素子6’との接続点との間には、リアクトル8,8’が直列に接続されている。
また、リアクトル7,7’同士の接続点とリアクトル8,8’同士の接続点との間には平滑コンデンサ9が接続され、その両端が直流出力端子21,22となっている。

0026

上記構成において、スイッチング素子3,6、ダイオード4,5、リアクトル7,8により第1チョッパが構成され、スイッチング素子3’,6’、ダイオード4’,5’、リアクトル7’,8’により第2チョッパが構成されている。
なお、直流入力端子11,12は直流電源(図示せず)の正極,負極にそれぞれ接続されている。また、リアクトル7,8やリアクトル7’,8’は、それぞれ互いに磁気結合されていても良い。

0027

更に、この実施形態では、平滑コンデンサ1,2同士の接続点と、ダイオード4,5同士の接続点及びダイオード4’,5’同士の接続点との間に、電流検出手段40が接続されている。この電流検出手段40は、図7における電流検出手段41,42と同様に、電気的に絶縁した状態で電流を測定可能なホール素子等からなり、平滑コンデンサ1,2同士の接続点からダイオード4,5同士の接続点に流れる電流Imと、同じくダイオード4’,5’同士の接続点に流れる電流Im’(電流検出手段40の内部において、Imとは逆方向に流れる電流)とによる差分磁束に基づいて、数式5により電流アンバランス成分ΔImを直接検出する。
[数式5]
ΔIm=Im’−Im

0028

ここで、平滑コンデンサ1,2は請求項における第1,第2の平滑コンデンサに、スイッチング素子3,6,3’,6’はそれぞれ第1〜第4のスイッチング素子に、ダイオード4,5,4’,5’はそれぞれ第1〜第4のダイオードに、リアクトル7,8,7’,8’はそれぞれ第1〜第4のリアクトルに、平滑コンデンサ9は第3の平滑コンデンサに相当している。

0029

次に、この実施形態の動作を、図2図3を参照しつつ説明する。
図2は、スイッチング素子3,3’,6,6’のスイッチングシーケンスを示しており、この並列チョッパ装置は、動作モードとして、スイッチング素子3,3’,6,6’の通流率が50[%]未満の降圧モード図2(a))と、同じく50[%]以上の昇圧モード図2(b))とを有する。なお、降圧モードではVin>Voutであり、昇圧モードではVin<Voutである。

0030

これらの降圧モード・昇圧モードを含めて、スイッチング素子3,3’,6,6’のON/OFF状態の組み合わせは4通り存在する。ここで、スイッチング素子3,3’は同時にON/OFFし、同6,6’も同時にON/OFFする。
なお、図2(a),図2(b)の下段に示した「電流経路」a,b,c,dは、図3(a),(b),(c),(d)にそれぞれ対応しており、これらの図3(a),(b),(c),(d)は、スイッチング素子3,3’,6,6’の4通りのON/OFF状態に対する電流経路を示している。

0031

スイッチング周期において、降圧モードにおける電流経路は図3(a)→(c)→(b)→(c)であり、昇圧モードにおける電流経路は図3(b)→(d)→(a)→(d)である。
すなわち、降圧・昇圧いずれの動作モードでも、図3(a),(b)の電流経路が含まれており、この電流経路には電流検出手段40が含まれている。これに対し、スイッチング素子3,3’,6,6’がすべてOFFまたはONしている図3(c),(d)の電流経路では、電流検出手段40が含まれていない。

0032

下記の表1は、スイッチング素子3,3’,6,6’のON/OFF状態の組み合わせに対するIm,Im’,ΔImを示している。

0033

表1に示すように、電流検出手段40は、数式6,数式7に示すように、スイッチング素子3,3’がONであって同6,6’がOFFの時に、ΔIm(=Im’−Im)として−ΔIinnを検出し(言い換えれば、−ΔImとしてΔIinnを検出し)、スイッチング素子3,3’がOFFであって同6,6’がONの時に、ΔImとしてΔIinpを検出することになる。

0034

[数式6]
ΔIinn=−ΔIm
(スイッチング素子3,3’:ON,同6,6’:OFF)
[数式7]
ΔIinp=ΔIm
(スイッチング素子3,3’:OFF,同6,6’:ON)

0035

従って、この実施形態では、第1チョッパ及び第2チョッパの上アームまたは下アームのスイッチング素子をONさせた状態で、単一の電流検出手段40のみの出力ΔImにより、電流アンバランス成分ΔIinp,ΔIinnを検出することができる。
なお、この実施形態では、1スイッチング周期において少なくとも2回の電流検出処理を行うことによりΔIinp,ΔIinnの検出が可能であるが、ΔIinp,ΔIinnを検出するための電流経路は図3(a),(b)であり、これらは降圧モード,昇圧モードのいずれにも含まれているため、動作モードによらず電流アンバランス成分を検出することができる。

0036

このようにして、電流検出手段40の出力に基づいて電流アンバランス成分ΔIinp,ΔIinnが検出された場合には、アラームを発生させる、スイッチング素子3,3’,6,6’のON/OFFのタイミングを調整してアンバランスを解消する、等の処理を行えば良い。

0037

1,2,9:平滑コンデンサ
3,3’,6,6’:半導体スイッチング素子
4,4’,5,5’:ダイオード
7,7’,8,8’:リアクトル
11,12:直流入力端子
21,22:直流出力端子
40:電流検出手段

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