JP2002118976A - コンデンサの充電方法及び充電装置 - Google Patents
コンデンサの充電方法及び充電装置Info
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Abstract
の2段階充電を可能にすることにより、低電力損失で高
速の充電を行うこと。 【解決手段】 電源から共振インダクタンスと共振キャ
パシタンスとの共振による共振電流を流して、エネルギ
ー蓄積コンデンサを予め決められた所定の電圧値まで充
電する第1の段階と、前記エネルギー蓄積コンデンサに
流れる共振電流を遮断すると同時に、前記共振インダク
タンスに蓄えられたエネルギーを循環させ保持する第2
の段階と、再び前記電源から前記共振インダクタンスを
通して前記エネルギー蓄積コンデンサに共振電流を流す
ことにより、負荷条件を考慮して計算された設定電圧値
まで前記エネルギー蓄積コンデンサを充電する第3の段
階と、再び前記エネルギー蓄積コンデンサに流れる共振
電流を遮断すると同時に、前記共振インダクタンスに蓄
えられたエネルギーを放出させる第4の段階とからなる
コンデンサの充電方法。
Description
インダクタンス手段とを用いて2段階で充電するコンデ
ンサの充電方法及び充電装置に関する。
おいては、数kVから数10kV程度の高電圧に充電された負
荷コンデンサの電荷を磁気圧縮回路などを通してレーザ
管に高速で放電し、レーザ光を励起する。パルスレーザ
の応用装置ではレーザ光の励起回数が高いほど、すなわ
ちコンデンサの充放電繰り返し回数が高いほど装置とし
ての性能が向上し、近年は数kHz で繰り返しができるこ
とが課題となってきた。このため、コンデンサ充電装置
も数100 μs 以下で充電完了する高速充電動作を繰り返
しできる性能が必要である。またエキシマレーザでは、
毎回のレーザ光出力変動を検出して次のサイクルのレー
ザ光出力を制御するため、充電電圧を毎サイクル制御す
る必要があり、高速制御性も重要である。
すことのできる充電装置において、最終充電電圧Vc1 ま
で充電された負荷コンデンサがレーザーショット指令に
より負荷の磁気圧縮回路などに放電する。その磁気圧縮
回路の出力がレーザー管でレーザ光に変換されて、ステ
ッパ光源となる。このレーザ光の強度がセンサで検出さ
れ、検出信号はコンピュータで処理されて毎ショットの
レーザ光出力が安定するように、負荷コンデンサの次の
最終充電電圧Vc2 を計算する。この算出にはある程度の
時間が必要であり、例えば180 μsである。繰り返し周
波数が4kHzの周期であるとすると、1回のサイクルが
250 μsとなり、計算時間に180 μsとられると、充電
に使える時間は70μsしか残らない。このように充電時
間が短くなると、充電装置の瞬時電力を大幅に増大させ
ねばならず、経済性がなくなる。
圧が算出され、その設定が行われる前に見切り発車して
50% 程度の最低使用電圧、(以下中間電圧という)まで
充電しておき、中間電圧まで充電した後に算出され設定
された最終電圧に2段階で充電する2段階充電が行われ
る。
して共振充電がある。図7は従来の共振充電回路であ
り、直流電源71から第1の半導体スイッチ72、共振イン
ダクタンス手段73、トランス74の1次巻線75、第2の半
導体スイッチ76が直列接続される。トランスの2次巻線
77には逆流防止または整流ダイオード78を通してエネル
ギー蓄積コンデンサ79が接続される。第1、第2の半導
体スイッチのエミッタ又はコレクタから直流電源71に帰
還ダイオード80,81が接続される。
2の半導体スイッチ72,76が同時にオンすると、共振イ
ンダクタンス73とエネルギー蓄積コンデンサ79が直列共
振してエネルギー蓄積コンデンサ79を等価的に電源電圧
の2倍に向けて充電する。充電電圧の制御は、直流電源
71の電圧を制御する方法と、充電電圧が目標値になった
ときに半導体スイッチ72,76をオフさせる方法がある。
後者の方法では、半導体スイッチがオフすると、共振イ
ンダクタンス73の電流はエネルギー蓄積コンデンサ79を
充電しながらダイオード80,81を通して電源71に帰還す
る。
がエネルギー蓄積コンデンサを充電する周波数でよく、
例えばエキシマレーザなどのように4kHzの繰り返しで充
放電を繰り返す場合には、4kHzのスイッチング周波数で
良いことである。コンバータを用いた方式の充電装置で
は、半導体スイッチがコンバータのキャリア周波数、例
えば100kHzでスイッチングするため、損失が大きいが、
上記した2段階充電が容易である。一方、共振充電で
は、充電中に半導体スイッチを一旦オフさせると、共振
電流が電源に帰還して、再度オンしても所定の短時間の
間に設定電圧値まで充電できないという問題がある。こ
のため電力損失を小さくできる共振充電方式では、2段
階充電による高速充電が実現できず、負荷の高周波化に
対応できないという問題があった。
は、共振充電方式によってエネルギー蓄積コンデンサの
2段階充電を可能にすることにより、低電力損失で高速
の充電方法及び充電装置を提案することを主な課題とす
る。
前記課題を解決するため、エネルギー蓄積コンデンサを
段階的に充電する方法において、電源から共振インダク
タンスと共振キャパシタンスとの共振による共振電流を
流して、前記エネルギー蓄積コンデンサを予め決められ
た所定の電圧値まで充電する第1の段階と、前記エネル
ギー蓄積コンデンサに流れる共振電流を遮断すると同時
に、前記共振インダクタンスに蓄えられたエネルギーを
循環させ保持する第2の段階と、再び前記電源から前記
共振インダクタンスを通して前記エネルギー蓄積コンデ
ンサに共振電流を流すことにより、負荷条件を考慮して
各充電サイクル毎に計算された設定電圧値まで前記エネ
ルギー蓄積コンデンサを充電する第3の段階と、再び前
記エネルギー蓄積コンデンサに流れる共振電流を遮断す
ると同時に、前記共振インダクタンスに蓄えられたエネ
ルギーを放出させる第4の段階とを備えたコンデンサの
充電方法を提供する。
るため、請求項1において、前記第1の段階と第2の段
階は、前記第3の段階で前記計算された設定電圧値に対
応する新たな可変基準電圧が得られるまでの期間で行わ
れるコンデンサの充電方法を提供する。
るため、請求項1において、前記第4の段階で前記共振
インダクタンスから放出されたエネルギーは前記電源へ
帰還されるコンデンサの充電方法を提供する。
るため、請求項1において、前記第4の段階で前記共振
インダクタンスから放出されたエネルギーは、前記エネ
ルギー蓄積コンデンサに流れないようにバイパスされ、
そのコンデンサを過充電しないコンデンサの充電方法を
提供する。
るため、互いに直列接続された第1の半導体スイッチ
と、共振インダクタンス手段と、トランス1次巻線と、
第2の半導体スイッチとを直流電源に跨がって接続する
と共に、前記共振インダクタンス手段に蓄えられたエネ
ルギーを前記第1の半導体スイッチと第2の半導体スイ
ッチとがオフの期間に帰還させるための帰還回路を備
え、さらに前記トランスの2次巻線に整流回路を接続
し、整流出力にエネルギー蓄積コンデンサを接続して、
そのエネルギー蓄積コンデンサを最終電圧まで段階的に
充電する充電装置において、前記共振インダクタンス手
段に蓄えられたエネルギーを選択的に循環させ得る第3
の半導体スイッチと、予め決められた所定の基準電圧
と、各充電サイクル後に負荷条件から算出される可変の
基準電圧とからなる基準電圧と前記エネルギー蓄積コン
デンサの端子間電圧の検出電圧とを比較する比較回路と
を備え、先ず前記第1と第2の半導体スイッチの双方を
オンさせて前記エネルギー蓄積コンデンサを前記予め決
められた所定の基準電圧に対応する中間電圧値まで充電
し、次に前記第1と前記第2の半導体スイッチの少なく
とも一方をオフさせ、前記直流電源から前記エネルギー
蓄積コンデンサを遮断して充電を停止し、その充電の停
止とほぼ同時に前記第3の半導体スイッチをオンさせて
それまで流れていた前記共振インダクタンス手段の電流
を循環保持し、前記算出された可変の基準電圧が設定さ
れた時点で再び前記第1と前記第2の半導体スイッチを
オンさせると共に、前記第3の半導体スイッチをオフす
ることにより、前記エネルギー蓄積コンデンサを前記電
源に電気的に接続して所望電圧まで充電するコンデンサ
の充電装置を提供する。
るため、請求項5において、前記第1と前記第2の半導
体スイッチはそれぞれ直列の一対の半導体スイッチから
なるブリッジインバータを構成し、前記第1と第2の半
導体スイッチは逆相で動作するコンデンサの充電装置を
提供する。
るため、請求項5又は請求項6において、前記第3の半
導体スイッチが前記トランスの1次側に備えられるコン
デンサの充電装置を提供する。
るため、請求項5又は請求項6において、前記第3の半
導体スイッチが前記トランスの2次側に備えられるコン
デンサの充電装置を提供する。
るための図1を利用して、本発明の実施の形態について
説明する。(1) エネルギー蓄積コンデンサ9に充電され
ていた電荷を急速に放電して図示していない負荷装置に
パルス電流を流すと、その状態は前記負荷装置のセンサ
により検出され、次の充電サイクルにおける負荷条件に
合致するエネルギー蓄積コンデンサ9の充電電圧が前記
負荷装置に付随するコンピュータにより算出され、新た
な設定が行われる。(2) 一方、共振キャパシタンスと共
振インダクタンスとによる共振動作が周期的に行われ、
エネルギー蓄積コンデンサ9の充電を速めるために前記
新たな設定が行われる前に共振動作が開始されて、先ず
エネルギー蓄積コンデンサ9を予め決められた一定の電
圧値に充電する。(3) エネルギー蓄積コンデンサ9が予
め決められた一定の電圧値に充電されると、前記共振が
中断されて共振電流が流れなくなり、前記新たな設定が
完了するまで、前記共振インダクタンスに蓄えられたエ
ネルギーを循環保持する。(4) 前記共振インダクタンス
に蓄えられたエネルギーを循環保持する過程で前記新た
な設定が完了すると同時に共振動作が再開されて、直流
電源1から共振電流をエネルギー蓄積コンデンサ9に再
び供給し、エネルギー蓄積コンデンサ9を所望の電圧値
まで充電する。
コンデンサ9の充電電荷が負荷側に放電された後、次の
充電サイクルの新たな設定が完了する前に、エネルギー
蓄積コンデンサ9を最低使用電圧に相当する中間電圧ま
で充電しておき、新たな設定が完了するまで共振インダ
クタンスのエネルギーを循環保持させているので、前記
新たな設定が完了した時点で直ぐに共振電流をエネルギ
ー蓄積コンデンサ9に供給して新たな設定電圧値まで毎
サイクル高速で充電することが可能になるのである。
ンデンサ充電装置の1実施例を示す。商用交流電源と整
流装置などで構成される直流電源1から第1の半導体ス
イッチ2、共振インダクタンス手段3、トランス4の1
次巻線5、第2の半導体スイッチ6が直列接続される。
トランス4の2次巻線7には逆流防止機能をもつ整流ダ
イオード8を通してエネルギー蓄積コンデンサ9が接続
される。第1、第2の半導体スイッチ2,6のエミッタ
またはコレクタから直流電源1に帰還ダイオード10,11
が接続される。また、共振インダクタンス3と並列に、
第3の半導体スイッチ12と逆流阻止ダイオード13との直
列回路が接続される。
る。21、22は充電電圧検出用分圧抵抗であり、例えばエ
ネルギー蓄積コンデンサ9の充電電圧10kVを数Vの検出
電圧Vdに変換する。23は検出電圧Vdと図示していない負
荷装置のコンピュータ25からの基準電圧Vrとを比較する
比較器である。基準電圧Vrは、前記中間電圧に対応する
予め決められた一定の基準電圧Vr0 と、毎充電サイクル
で新たに設定される最終目標の充電電圧値に対応する可
変の基準電圧Vrn(n=1 、2 、3 ・・・) とに2段階で
変化する。この可変の基準電圧Vrnは、図示していない
エキシマレーザ装置などのような負荷装置のセンサによ
り検出されると共に、そのコンピュータ25により負荷条
件から充電サイクル毎に算出され、決定される。しかし
実際の装置では、エネルギー蓄積コンデンサ9の放電
後、この可変の基準電圧Vrn が算出されて設定完了、つ
まり固定の基準電圧Vr0 から可変の基準電圧Vrnに切り
換わるまでの遅れ時間が問題になる。
出電圧Vdが基準電圧Vrよりも低いときはH レベル、高い
ときはL レベルである。26は充電開始信号発生器であ
り、例えばパルス幅150μsの4kHz繰り返し信号
である充電開始信号Von を発生する。27は第1のAND
回路であり、充電開始信号Von と比較信号Vhの両方の信
号が共にH レベルのとき、H レベルの出力信号Vg1 を発
生して半導体スイッチ2と6をオンさせる。28はAND
回路27の出力信号Vg1 を反転した信号Vg1'を出力するイ
ンバータである。29はインバータ28の出力信号Vg1'とフ
リップフロップ30のQ 信号とをAND論理する第2のA
ND回路である。フリップフロップ30は、東芝製TC4027
集積回路のようなJ-K マスタースレーブ・フリップフロ
ップであり、J 入力は制御電源Vcc のH レベルの制御電
圧に接続し、R,S 入力はL レベル( グランド) に接続す
る。また、CL入力に信号Vg1 を反転した信号Vg1'を受
け、K 入力に充電開始信号Von を受ける。この接続によ
り、信号Von がL レベルのとき、Q 信号は無条件でL レ
ベルになる。信号Von がH レベルのとき、Q信号はCL入
力の信号Vg1'の立ち上がりでそれまでの状態から別の状
態に変化する。そのQ 信号は第2のAND回路29の一方
の入力となる。第2のAND回路29の出力信号Vg2 で半
導体スイッチ12をオンさせる。つまり信号Vg2 は、イン
バータ28の出力信号Vg1'がH レベルで、Q 信号もH レベ
ルのとき、H レベルとなって半導体スイッチ12をオンさ
せる。なお、各半導体スイッチ2,6、12をIGBTで
表示しているが、FETなど他の半導体スイッチもでも
良く、またそのゲート極をAND回路で直接制御してい
るが、実際には、信号増幅と絶縁手段を必要とする。し
かしこれらについては周知なので説明を省略する。
レーザ装置の場合について動作を説明する。なお、Vc0
、Vc1 、Vc2 はそれぞれ可制御基準電圧源24の一定の
基準電圧Vr0 、可変の基準電圧Vrn(n =1)、Vrn(n =2)
に対応するエネルギー蓄積コンデンサ9の充電電圧を示
す。また、図中で共振インダクタンスを流れる電流ILの
斜線部分は、半導体スイッチ12に流れるインダクタンス
循環電流である。他の実施例についても同様である。
エネルギー蓄積コンデンサ9が放電され、レーザ光が発
生する。このレーザ出力が図示していない負荷装置のセ
ンサにより測定され、そのコンピュータ25が次の設定充
電電圧Vc2 を計算し、基準電圧Vrが新たに可変の基準電
Vr2 に設定し直される時刻をt3とする。比較器23の出力
信号Vhは、エネルギー蓄積コンデンサ9が放電されたの
でH レベルとなる。また、時間t0〜t1では充電開始信号
Von がL レベルであり、フリップフロップ30のK 入力は
L レベルとなるので、Q 信号はL レベルである。すなわ
ち、信号Vg2 はL レベルであり、半導体スイッチ12はオ
フである。またこのとき、基準電圧Vrは一定の基準電圧
Vr0 にあり、比較器23の出力信号VhがH レベルである。
充電開始信号Von が発生すると、AND回路27の出力Vg
1 がH レベルになって、第1、第2の半導体スイッチ
2,6が同時にオンする。第1、第2の半導体スイッチ
2、6が同時にオンする結果、共振インダクタンス手段
3とエネルギー蓄積コンデンサ9が直列共振して共振電
流ILが流れ始め、エネルギー蓄積コンデンサ9を等価的
に電源電圧の2倍に向けて充電を開始する。
の充電電圧Vcが一定の基準電圧Vr0 に対応する中間電圧
Vc0 になると、比較器23の出力信号VhがL レベルとな
り、AND回路27の出力信号Vg1 はL レベルとなるの
で、半導体スイッチ2,6はオフする。同時に信号Vg1'
がL からH レベルに変化する。フリップフロップ30は充
電開始信号Von 、すなわちK 入力がH レベルであるの
で、信号Vg1 の立ち上がり( 図中矢印で示す) でトリガ
ーされ、Q 出力はL からH レベルに変化する。したがっ
て、第2のAND回路29の信号Vg1'とQ 出力は双方とも
H レベルとなり、その出力信号Vg2 はH レベルとなり、
半導体スイッチ12がオンする。半導体スイッチ12のオン
により、この時点まで共振インダクタンス手段3に流れ
ていた共振電流ILは、半導体スイッチ12とダイオード13
を通して循環し、小さな回路損失でそのエネルギーを循
環維持する。半導体スイッチ2,6のオフにより、同時
にエネルギー蓄積コンデンサ9に流れていた充電電流が
遮断され、そのコンデンサ9は中間電圧Vc0 に維持され
る。
Vr0 から可変の基準電圧Vr2 に上昇すると、比較器23の
出力信号Vhは再びH レベルになる。この結果、第1のA
ND回路27の出力信号Vg1 もH レベルとなり、半導体ス
イッチ2,6は再度オンする。同時に第2のAND回路
29の入力Vg1'はL レベルとなり、その出力Vg2 もL レベ
ルとなるので半導体スイッチ12はオフする。半導体スイ
ッチ12がオフすると、共振インダクタンス手段3を流れ
ていた循環電流は遮断される。これに伴い共振インダク
タンス手段3に蓄積保持されたエネルギーは、半導体ス
イッチ2と6のオン、半導体スイッチ12のオフにより、
共振電流となって、再びトランス4とダイオード8を通
してエネルギー蓄積コンデンサ9を充電する。
可変の基準電圧Vr2 に対応する所望の設定電圧Vc2 まで
充電されると、比較器23の出力信号VhはL レベルにな
り、AND回路27の出力信号Vg1 がL レベルとなって半
導体スイッチ2と6はオフする。同時に信号Vg1'はイン
バータ28によりH レベルとなり、一方、フリップフロッ
プ30のK 入力の信号Von が未だH レベルなので、フリッ
プフロップ30はトリガーされ、Q 出力はL レベルに復帰
するので、信号Vg1'がH レベルとなっても第2のAND
回路29の出力信号Vg2 はL レベルのままであり、半導体
スイッチ12はオフのままとなる。この結果、共振インダ
クタンス手段3を流れていた電流は、トランス4の1次
巻線5、2次巻線7、ダイオード8、エネルギー蓄積コ
ンデンサ9、帰還ダイオード10、11、及び直流電源1を
通して流れ、エネルギー蓄積コンデンサ9を充電する。
エネルギー蓄積コンデンサ9の充電電圧はダイオード8
の逆流防止作用により時刻t5まで保持される。
なると、エネルギー蓄積コンデンサ9は図示していない
負荷装置に放電して、その充電電圧Vc2 に対応する強度
のレーザ光を発生する。同時に、フリップフロップ30の
K 入力がL レベルとなり、Q 出力は無条件でL レベルに
なる。そして、図示していない負荷装置のセンサにより
前記レーザ光が検出され、その検出結果に基づいてコン
ピュータ25などにより次の充電サイクルの最適な充電電
圧値に対応する新たな可変の基準電圧Vr3 が算出される
ことになる。
段3とエネルギー蓄積コンデンサ9の共振動作を予め決
めた中間電圧になった時点で一時停止し、新たに可変の
基準電圧が設定された時点で共振動作を再開するように
動作する2段階充電が可能である。この実施例では、半
導体スイッチ2、6がオフしたとき、共振インダクタン
ス手段3に蓄えられたエネルギーで、エネルギー蓄積コ
ンデンサ9が過充電される問題がある。この問題をも解
決する第2の実施例を図3で説明する。
の符号は相当する部材を示すものとする。この実施例で
は、トランス4の2次巻線7を短絡する形で逆流阻止ダ
イオード14と第3の半導体スイッチ15を接続する。制御
回路20は、フリップフロップ30のQ 出力と第1のAND
回路27の出力信号Vg1 を受けるOR回路31の出力Vg3 で
第2の半導体スイッチ6を制御する。第3の半導体スイ
ッチ15はインバータ28で信号Vg1 を反転した信号Vg1'で
制御される。
と共通の点は省略する。なお、図中でインダクタンス電
流ILの斜線部分は、半導体スイッチ15でバイパスされる
インダクタンス電流部分である。時刻t1で充電開始信号
Von が発生する、つまりH レベルになると、前記実施例
と同様にAND回路27の出力信号Vg1 と比較回路23の出
力信号Vhは共にH レベルであるから、信号Vg1 により半
導体スイッチ2はオンする。また、信号Vg1 はOR回路
31を通してH レベルの信号Vg3 となり、半導体スイッチ
6もオンさせる。これにより共振動作が開始し、エネル
ギー蓄積コンデンサ9の充電が行われ始める。
充電電圧が予め決められた中間電圧Vc0 になったとき、
信号VhはL レベルとなり、信号Vg1 もL レベルとなるの
で半導体スイッチ2はオフする。これに伴い、信号Vg1'
はH レベルとなり、半導体スイッチ15をオンさせる。同
時に信号Vg1'の立ち上がりエッジでフリップフロップ30
がトリガーされてQ 出力はH レベルとなる。OR回路31
の出力Vg3は、信号Vg1 がL レベルになっても、Q 出力
がH レベルなので、H レベルのままであり、したがって
半導体スイッチ6はオンのままである。すなわち、半導
体スイッチ2がオフ、半導体スイッチ6と15がオンであ
る。この結果、インダクタンス電流は、共振インダクタ
ンス手段3の右端子側から流れ出た電流は、トランス4
の1次巻線5の黒点側、2次巻線7の黒点側、ダイオー
ド14、半導体スイッチ15、2次巻線7の非黒点側、1次
巻線5の非黒点側、半導体スイッチ6、帰還ダイオード
10の経路で循環する。したがって、回路損失を無視すれ
ば、共振インダクタンス手段3のエネルギーは循環保持
されると同時に、エネルギー蓄積コンデンサ9を充電し
ないので、過充電することはない。
電圧Vr2 に上昇すると、前述のように信号Vhが再びH レ
ベル、信号Vg1 もH レベルとなり、半導体スイッチ2は
オンし、半導体スイッチ6はオンを継続する。このとき
信号Vg1'はL レベルとなるから、半導体スイッチ15はオ
フする。この結果、半導体スイッチ2がオフする直前の
共振状態に復帰し、エネルギー蓄積コンデンサ9を所望
の設定電圧Vc2 に向かって充電して行く。
充電電圧がVc2 に至ると、信号Vh、信号Vg1 が共にL レ
ベルとなり、またフリップフロップ30も信号Vg1の立ち
上がりでトリガーされ、Q 出力はL レベルとなる。この
結果、半導体スイッチ2と6はオフし、半導体スイッチ
15は信号Vg1'がH レベルとなるためオンする。この電流
経路を示すと、共振インダクタンス手段3の右端子側か
ら流れ出た電流は、トランス4の1次巻線5の黒点側、
2次巻線7の黒点側、ダイオード14、半導体スイッチ1
5、2次巻線7の非黒点側、1次巻線5の非黒点側、帰
還ダイオード11、直流電源1、及び帰還ダイオード10の
経路で直流電源1にエネルギーを帰還する。すなわち、
共振インダクタンス電流は半導体スイッチ15でバイパス
されてエネルギ−蓄積コンデンサ9を過充電しない。半
導体スイッチ15は次の充電開始信号Von までオンを続け
るので、共振インダクタンス手段3のエネルギーはすべ
て直流電源1に帰還される。すなわち、この実施例で
は、共振インダクタンス手段3の電流によるエネルギ−
蓄積コンデンサ9の過充電がなく、充電電圧の精度を上
げることができ、また共振インダクタンス手段3の余分
なエネルギーを直流電源1に帰還できる効率の高い充電
装置を提供することができる。ここで、共振インダクタ
ンス手段3は図示しないトランス4の漏れインダクタン
スも含むものとする。
共振充電回路に本発明を適用した実施例である。図3と
同一の符号は対応する部材を示すものとし、かつA 相と
B 相とが交互に動作するので、符号の後に、A 相の部材
はA 、B 相の部材はB を付した。例えば、図3の同相の
半導体スイッチ2,6に対応する半導体スイッチは2A
と6A とし、B 相は2B と6B とした。帰還ダイオード
も同様に相別に10A と11A 、10B と11B とし
た。
の半導体スイッチ2B と6B は交互にオンして、エネル
ギ−蓄積コンデンサ9を1サイクルで2回充電する。ト
ランス4は交流的に駆動される。また、共振インダクタ
ンス手段3の電流は、図示のように交流電流となる。ト
ランス4の2次巻線7に接続されたブリッジ全波整流器
41でどちらの相も整流され、エネルギ−蓄積コンデンサ
9を充電する。短絡用の半導体スイッチ44は、2次巻線
7にカソードを向きあわせて直列接続された2個のダイ
オード42,43の共通のカソード端子に接続されており、
A 相、B 相に共通化されている。
は、A 相とB 相の信号VonAとVonBを交互に発生する。各
相毎に、図3に対応する回路が構成され、半導体スイッ
チ2A と6A 、2B と6B をを交互に駆動するが、半導
体スイッチ44を共通化したので、NOR回路41とインバ
ータ42を追加した。NOR回路41は、少なくとも一方の
入力がL レベルのとき、H レベルの出力である。信号Vg
1AとVg1Bの反転信号Vg1A' とVg1B' をNOR論理した信
号Vg3 をインバータ42で反転した信号Vg3'で半導体スイ
ッチ44を駆動する。図6は動作説明図であるが、各相の
細かい動作は図3、4と同様であり、説明を省略する。
なお、図中でインダクタンス電流ILの斜線部分は、トラ
ンス4の2次側で半導体スイッチ44にバイパスされるイ
ンダクタンス電流である。
いては実施例のものの他に、ハーフブリッジ構成など種
々のものが考えられる。また、制御回路についても実施
例の回路構成に限定されることなく、各充電サイクル毎
に新たに可変の基準電圧が設定される前に半導体スイッ
チをオンさせる駆動信号と、エネルギ−蓄積コンデンサ
9が中間電圧に充電されたとき、共振インダクタンスに
蓄えられたエネルギーを循環させるために半導体スイッ
チをオン又はオフさせる駆動信号を発生するものならば
良い。
振充電回路において、2段階充電を可能にしたのでコン
デンサを高速で充電することができる。また、トランス
の2次側にエネルギー蓄積コンデンサをバイパスするた
めの半導体スイッチを設けることにより、過充電を防止
でき、充電電圧の精度を向上させることができる。
置の一実施例を示す。
置の他の実施例を示す。
置の他の実施例を示す。
す。
イッチ 3・・共振インダクタンス手段 4・・トランス 6・・半導体スイッチ 9・・エネルギ
ー蓄積コンデンサ 10、11・・帰還用ダイオード 15・・バイパ
ス用の半導体スイッチ 21、22・・電圧検出用抵抗 23・・比較回
路 25・・コンピュータ 26・・充電開
始信号発生器 27、29・・AND回路 28・・インバ
ータ 30・・フリップフロップ 31・・OR回
路 41・・NOR回路 42・・インバ
ータ 44・・バイパス用の半導体スイッチ
Claims (8)
- 【請求項1】 エネルギー蓄積コンデンサを段階的に充
電する方法において、電源から共振インダクタンスと共
振キャパシタンスとの共振による共振電流を流して、前
記エネルギー蓄積コンデンサを予め決められた所定の電
圧値まで充電する第1の段階と、 前記エネルギー蓄積コンデンサに流れる共振電流を遮断
すると同時に、前記共振インダクタンスに蓄えられたエ
ネルギーを循環させ保持する第2の段階と、 再び前記電源から前記共振インダクタンスを通して前記
エネルギー蓄積コンデンサに共振電流を流すことによ
り、負荷条件を考慮して各充電サイクル毎に計算された
設定電圧値まで前記エネルギー蓄積コンデンサを充電す
る第3の段階と、 再び前記エネルギー蓄積コンデンサに流れる共振電流を
遮断すると同時に、前記共振インダクタンスに蓄えられ
たエネルギーを放出させる第4の段階と、を備えたこと
を特徴とするコンデンサの充電方法。 - 【請求項2】 請求項1において、 前記第1の段階と第2の段階は、前記第3の段階で前記
計算された設定電圧値に対応する新たな可変の基準電圧
が得られるまでの期間で行われることを特徴とするコン
デンサの充電方法。 - 【請求項3】 請求項1において、 前記第4の段階で前記共振インダクタンスから放出され
たエネルギーは前記電源へ帰還されることを特徴とする
コンデンサの充電方法。 - 【請求項4】 請求項1において、 前記第4の段階で前記共振インダクタンスから放出され
たエネルギーは、前記エネルギー蓄積コンデンサに流れ
ないようにバイパスされ、該コンデンサを過充電しない
ことを特徴とするコンデンサの充電方法。 - 【請求項5】 互いに直列接続された第1の半導体スイ
ッチと、共振インダクタンス手段と、トランス1次巻線
と、第2の半導体スイッチとを直流電源に跨がって接続
すると共に、前記共振インダクタンス手段に蓄えられた
エネルギーを前記第1の半導体スイッチと第2の半導体
スイッチとがオフの期間に帰還させるための帰還回路を
備え、さらに前記トランスの2次巻線に整流回路を接続
し、整流出力にエネルギー蓄積コンデンサを接続して、
該エネルギー蓄積コンデンサを最終電圧まで段階的に充
電する充電装置において、 前記共振インダクタンス手段に蓄えられたエネルギーを
選択的に循環させ得る第3の半導体スイッチと、 予め決められた所定の基準電圧と、各充電サイクル後に
負荷条件から算出される可変の基準電圧とからなる基準
電圧と前記エネルギー蓄積コンデンサの端子間電圧の検
出電圧とを比較する比較回路と、を備え、 先ず前記第1と第2の半導体スイッチの双方をオンさせ
て前記エネルギー蓄積コンデンサを前記予め決められた
所定の基準電圧に対応する中間電圧値まで充電し、 次に前記第1と前記第2の半導体スイッチの少なくとも
一方をオフさせ、前記直流電源から前記エネルギー蓄積
コンデンサを遮断して充電を停止し、 その充電の停止とほぼ同時に前記第3の半導体スイッチ
をオンさせてそれまで流れていた前記共振インダクタン
ス手段の電流を循環保持し、 前記算出された可変の基準電圧が設定された時点で再び
前記第1と前記第2の半導体スイッチをオンさせると共
に、前記第3の半導体スイッチをオフすることにより、
前記エネルギー蓄積コンデンサを前記電源に電気的に接
続して所望電圧まで充電することを特徴とするコンデン
サの充電装置。 - 【請求項6】 請求項5において、 前記第1と前記第2の半導体スイッチはそれぞれ直列の
一対の半導体スイッチからなるブリッジインバータを構
成し、前記第1と第2の半導体スイッチは逆相で動作す
ることを特徴とするコンデンサの充電装置。 - 【請求項7】 請求項5又は請求項6において、 前記第3の半導体スイッチが前記トランスの1次側に備
えられることを特徴とするコンデンサの充電装置。 - 【請求項8】 請求項5又は請求項6において、 前記第3の半導体スイッチが前記トランスの2次側に備
えられることを特徴とするコンデンサの充電装置。
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