JP2016123205A - 降圧チョッパ - Google Patents

Abstract

【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が負電圧に充電されるのを防止するダイオード７とを備える。
【選択図】図１

Description

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。

特許文献１には、電流センサの出力電圧が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、負荷が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に並列に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。

特開２００９−２１３２１９号公報 特開２０１０−１４８２６２号公報

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。

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。

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、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

次に図４（ｃ）に示すように、コンデンサ６の電荷が放電され、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。

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。

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。

[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。

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。

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。

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。

[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。

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。

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。

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。

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に戻り、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。

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。

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。

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。

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。

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。

[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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、３２ ＡＮＤゲート、３６，４２ タイマー、３７ ＯＲゲート、４１ カウンタ。

Claims (9)

1. 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、
   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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。

Images