JPH04121055A - 直流電流検出回路およびｄｃ―ｄｃコンバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、直流電流検出回路およびそれを用いてなるＤ
Ｃ−ＤＣコンバータに係り、特に直流電流検出回路をコ
ンバータ制御回路から絶縁してなるものに関する。

〔従来の技術〕

ここでいう直流電流検出回路は、ＤＣ−ＤＣコンバータ
などの直流回路の電流を検出するものであり、ＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータはその検出電流に基づいて直流電流又は電
圧を制御するようになっている。

ＤＣ−ＤＣコンバータの一例として、無停電電源装置等
に用いられるチョッパ方式のものが知られている。これ
によれば、直流電源にバッテリー等の蓄電装置を並列接
続し、その直流を源を電源としてチョッパ回路により、
上記バッテリーを定電圧、定電流で２０−ティング充電
するようにしている。

このようなチョッパ回路の充電電流を制御するにあたり
、その電流を検出する直流電流検出回路をＤｃ−ＤＣコ
ンバータの主回路に接続することになる。この主回路に
は正側と負側かあるが、通常負側は直流電源であるＡＣ
−ＤＣコンバータ、又は負荷に接続されるＤＣ／ＡＣイ
ンバータの負側に共通接続されるから、負側主回路に流
れる電流にはＤＣ−ＤＣコンバータの充電電流以外の電
流が含まれるので、前記直流電流検出回路をチョッパ回
路の正側主回路に接続しなければならない。

従来、チョッパ回路の正側主回路で電流を検出するもの
として、文献（スイッチングレギュレータ設計ノウハウ
、ＣＱ出版、Ｐ２Ｓ５、図４−２５（ａ））に記載され
た直流電流検出回路が知られている。そして、これによ
り得られる電流検出信号は、チョッパを制御するパルス
幅制御回路に入力される。

ところで、直流電流検出回路の電位はチョッパ回路の正
側電位と同じで高いことから、パルス幅制御回路の回路
電位との電位差が大きくなる（例えば、ＤＣ２００〜６
００ｖ）。そコテ、従来は、電流検出信号をフォトカプ
ラ等で絶縁してパルス幅制御回路に入力するようにして
いた。したがつて、直流電流検出回路の電子回路の制御
電源をパルス幅制御回路から供給できないため、専用の
絶縁電源膜けなければならなかった。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、直流電流検出回路の専用電源として、外部から
絶縁変圧器を介して供給する構成にすると、絶縁変圧器
に高電圧の絶縁性が要求されること等から、絶縁電源が
高価で大形のものになるという問題があった。

本発明の目的は、小形で安価な制御電源を有するＤＣ−
ＤＣコンバータの直流電流検出回路を提供することにあ
る。

また、本発明の他の目的は、そのような直流電流検出回
路を具備して小形化されたＤＣ−ＤＣコンバータを提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するため、ＤＣ−ＤＣコンバ
ータの正側主回路に挿入された直流リアクトルに補助巻
線を設け、この補助巻線の誘起電力を前記直流電流検出
回路の制御電源としてなることを特徴とする。

〔作用〕

このように構成したことから、本発明によれば、次の作
用により本発明の目的が達成される。

直流電流検出回路の回路電位は、接地電位から浮いてお
り、正側主回路の電位になっている。したがって、リア
クトルに補助巻線を設け、これを整流して制御電源にし
たことから、補助巻線の絶縁は低い耐圧で済み、高圧絶
縁が要求される絶縁トランスなどが不要となり、小形で
安価な制御電源を実現できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明のＤＣ−ＤＣコンバータが適用されて
なる一実施例の無停電電源装置の全体構成図である。図
示のように、無停電電源装置は、交流電源１から供給さ
れる交流をＡＣ−ＤＣコンバータ２で直流に変換し、こ
の直流をＤＣ−ＡＣインバータ３で交流に再変換して出
力端４から負荷に供給する系統と、スイッチ５を介して
ＤＣ−ＡＣインバータ３の入力端に並列接続されたバッ
テリ６の直流を、ＤＣ−ＡＣインバータ３で交流に変換
して出力端４から負荷に供給する系統と、トランジスタ
１１と還流ダイオード１２とリアクトル１３と平滑コン
デンサ１４を含んでなる降圧チョッパ回路により、前記
バッテリ６を充電する系統とを有して構成されている。

降圧チョッパ回路自体は周知の構成であり、チョッパト
ランジスタ１１はチョッパ制御回路１５によりオンオフ
制御され、バッテリ６を定電圧、定電流でフローティン
グ充電するように動作する。

ここで、本発明の特徴部にかかるチョッパ制御のための
直流電流検出回路について説明する。チョッパ回路の充
電電流工しは正側の主回路に挿入された電流検出抵抗２
１の端子電圧に基づいて検出される。すなわち、電流検
出抵抗２１の高電圧側の電圧を抵抗２２と２３により分
圧し、抵抗２３の端子電圧ｖ２をシャントレギュレータ
２４の一入力端に入力する。シャントレギュレータ２４
の十入力端には、所定の充電電流１．、に相当する設定
電圧■８を入力する５そして、電流検出抵抗２１の低圧
側の端子を抵抗２５とフォトダイオード２６Ａを介して
シャントレギュレータ２４の出力段に接続して構成する
。発光ダイオード２６７Ｎはフォトトランジスタ２６Ｂ
に光結合されて、フォトカプラ２６が形成され、フォト
トランジスタ２６Ｂの動作信号がチョッパ制御回路１５
に入力されている。以上の要素により直流電流検出回路
２ｏが形成されている。そして、充電電流ＩＬが設定電
圧ＶＲを越えると、シャントレギュレータ２４がオンし
て発光ダイオード２６Ａが発光して、電流検出信号がチ
ョッパ制御回路１５に入力される。これにより、チョッ
パトランジスタ１１のオンデユーテイが制御され、充電
電流ＩＬが所定値に保持制御される。

次に、上記直流電流検出回路２０の制御電源口８３０の
構成について説明する。リアクトル１３に補助巻線Ｎ２
が設けられ、この補助巻線Ｎ２にダイオード３１を介し
てコンデンサ３２を並列接続して整流回路が形成されて
いる。そして、この整流回路の出力端にツェナーダイオ
ードや３端子ＩＣなどからなる定電圧回路３３が接続さ
れている。この定電圧回路３３の出力が前記直、７ｆ＠
流検出回路の制御電圧として抵抗２１と２５の接続点お
よび抵抗２３とシャントレギュレータ２４の接続点に供
給されている。以上の要素により制御゛な源回路３０が
形成されている。

このように構成される制御電源回路３ｏの動作について
次に説明する。チョッパ回路の入力電圧をＶＩ、チ３ツ
バ回路の出力電圧を■○、リアクトル１３の巻線Ｎ１の
電圧をＶＬとする。巻線電圧ＶＬは、第２図に示すよう
に、トランジスタ１１がオンのときＶＬ＝Ｖｌ−ＶＯと
なり、オフのときは還流ダイオード１２の還流によりＶ
し井Ｖｏとなる。そこで、トランジスタ１１のオフ期間
■において、リアクトル１３の補助巻線Ｎ２の電圧を整
流するように、ダイオード３１の極性を設定する。これ
により、整流回路のコンデンサ３２の電圧Ｖ（は、第２
図に示すように、期間■では補助巻線Ｎ２の電圧ｖ１に
ピーク充電される。また、トランジスタ１１のオン期間
Ｈにおいては、直流電流制御回路２０の抵抗２２，２３
．シャントレギュレータ２４、抵抗２５の回路により、
放電されて、電圧ＶＣが低下する。

ところで、補助巻線Ｎ２の電圧Ｖ１は、次式であられせ
る。

ＮＩ　　　　　　Ｎｌ 上式から明らかなように、補助巻線Ｎ２の電圧ｖ１は直
流電源であるＡＣ−ＤＣコンバータ２の出力電圧に関係
なく略一定となり、制御電源として一定の直流電圧が得
られる。これは、トランジスタ１１のオフ期間■におい
てコンデンサ３２を充電するようにしたことによるもの
で、この期間■における電圧ｖ１はコンデンサ１４の電
圧ＶＯにより定まるからである。この点、トランジスタ
１１のオン期間■でコンデンサ３２を充電するようにす
ると、入力電圧ＶＩに左右されて制御電圧Ｖｃが変化す
ることになる。

上述したように、本実施例によれば、ＤＣ−ＤＣコンバ
ータであるチョッパのリアクトルに補助巻線を設け、こ
れに誘起された電力を直流電流検出回路２０の制御電源
としていることから、格別な高圧絶縁を施した絶縁トラ
ンス等の部品が不要であり、簡巣な構成で安価な制御電
源を得ることができる。特に、直流電流検出回路の回路
電位は接地から浮かしであるので、リアクトル１３の巻
線Ｎ１と補助巻線Ｎ２間の電圧は小さく、絶縁が容易で
ある。

また、チョッピングトランジスタ１１のオフ期間Ｉにお
いて、制御電源整流回路のコンデンサ３２を充電するよ
うに、ダイオード３１の極性を設定したことから、制御
電圧Ｖｃを変動の小さい安定したものとすることができ
る。

第３図に本発明が適用された他の実施例の構成を示す。

本実施例は昇圧チョッパ回路であり、第１図実施例と同
一機能、構成の部品には同一符号を付して説明を省略す
る。

本実施例においては、トランジスタ１１のオン期間に制
御電源回路３０のコンデンサ３２を充電するようにダイ
オード３１の極性を定めている。

すなわち、トランジスタ１１のオフ期間には、Ｖ＋、＝
Ｖ＋−ｖｏになるノテ、負荷が軽いと、ｖＬが十分な値
に達するか否か不安定であるため、オン期間で充電する
ようにしたのである。したがりて、本実施例によれば、
直流入力電圧Ｖｌによって巻線Ｎ２の電圧ｖ１が変化す
るので、定電圧回路３３の負担が大きい。

第４図に、本発明の更に他の実施例の構成を示す。本実
施例は第１図実施例に加えて、リアクトル１３に直列に
リアクトル１７を挿入し、このリアクトル１７にも補助
巻線Ｎ４を設け５制御電源回路３０に直列に挿入したも
のである。そして、リアクトル１７は低電流時にインダ
クタンスが大となり、大電流時には逆にインダクタンス
が小さくなる特性のものが用いられる。

これによれば、チョッパ回路の負荷電流ＩＬが小さくて
、リアクトル１３の電流が断続し、制御電圧Ｖｃが確立
しない場合でも、リアクトル１７によって十分な誘起電
圧が得られる。したがって、負荷電流ＩＬが小さい領域
からでも制御電圧を確立することができる５なお、リア
クトル１３とＩＮ４　　　Ｎ２ ７の巻線比をＮ３”Ｎ１”することになり、第２図で説
明したように、直流電圧ｖ１に関係なく。

略一定の電源電圧Ｖｃが得られる。

また、上記各実施例では、チョッピング素子にトランジ
スタを用いた例を示したが、これに代えてＭＯＳＦＥＴ
、ＩＧＢＴ等のスイッチ素子を適用することができる。

また、チョッパ回路に代えて、リアクトルと平滑コンデ
ンサを有する絶縁型コンバータ、例えばシングルフォワ
ードコンバータなどを用いることもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、ＤＣ−ＤＣコン
バータのリアクトルに補助巻線を設け、これに誘起され
た電力を直流電流検出回路の制御電源としていることか
ら、高圧絶縁が要求される＃４Ａ縁トランジスタなどが
不要となり、安価で小形の制御電源を具備した直流電流
検出回路とすることができる。

また、降圧チョッパ回路の場合、チョッパスイッチング
素子のオフ期間に制御電源回路のコンデンサを充電する
ように整流回路を構成したことがら、入力直流電圧の変
動に関係なく、一定の制御電圧を得ることができる。

また、昇圧チョッパ回路の場合、チョッパスイッチング
素子のオン期間に、制御電源回路のコンデンサを充電す
るように整流回路を構成したことから、チョッパ回路の
負荷が軽い場合でも、十分に制御電圧を確立できる。

また、降圧チョッパ回路の場合、通常の大電流用リアク
トルに加えて低電流時にインダクタンスが大きくなる特
性のリアクトルを直列に挿入し、このリアクトルの補助
巻線を制御電源の整流回路に直列に挿入したものによれ
ば、チョッパ回路の負荷が軽いときにも、十分に制御電
圧を確立することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の降圧チョッパ回路を具備し
てなる無停電電源装置の全体構成図、第２図は第１図実
施例の動作を説明するための図、第３図と第４図はそれ
ぞれ本発明の他の実施例の構成図である。 １１・・チョッピングトランジスタ、 １２・還流ダイオード、 １３　・リアクトル。 １４・・コンデンサ、 １５・・チョッパ制御回路、 １７・・・リアクトル、 ２０・・直流電流検出回路、 ２１・・・電流検出抵抗、 ２２．２３．２５・・・抵抗、 ２４・・・シャントレギュレータ、 ２６・・・フォトカプラ。 ３０・・・制御電源回路、 ３１・・・ダイオード、 ３２・・・コンデンサ、 ３３・・・定電圧回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ＤＣ−ＤＣコンバータの正側主回路に挿入した電流
   検出用抵抗の端子電圧に基づいて前記正側主回路の電流
   を検出し、電流検出信号を絶縁回路に介して外部に出力
   する直流電流検出回路において、前記ＤＣ−ＤＣコンバ
   ータの正側主回路に挿入された直流リアクトルに補助巻
   線を設け、この補助巻線の誘起電力を前記直流電流検出
   回路の制御電源としてなる直流電流検出回路。 ２、ＤＣ−ＤＣコンバータの正側主回路に挿入した電流
   検出用抵抗の端子電圧に基づいて前記正側主回路の電流
   を検出し、電流検出信号を絶縁回路を介して外部に出力
   する直流電流検出回路において、前記ＤＣ−ＤＣコンバ
   ータの正側主回路に挿入された直流リアクトルに補助巻
   線を設け、この補助巻線に整流素子を介してコンデンサ
   を並列接続して制御電源回路を形成し、このコンデンサ
   の端子電圧を前記直流電流検出回路の制御電圧としてな
   る直流電流検出回路。 ３、電流又は電圧の制御素子とリアクトルとコンデンサ
   とを有してなり、入力される直流電力を制御して前記コ
   ンデンサを定電流定電圧充電し、このコンデンサの端子
   電圧を出力とするＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、前記
   ＤＣ−ＤＣコンバータの正側主回路に挿入された電流検
   出用抵抗と、この電流検出用抵抗の端子電圧に基づいて
   前記正側主回路の電流を検出し、その電流検出信号を絶
   縁回路を介して外部に出力する直流電流検出回路と、前
   記リアクトルに設けられた補助巻線と、この補助巻線に
   整流素子を介してコンデンサを並列接続してなる制御電
   源回路とを有し、この制御電源回路のコンデンサの端子
   電圧を前記直流電流検出回路の制御電圧としてなるＤＣ
   −ＤＣコンバータ。 ４、チョッパスイッチング素子とリアクトルとを直列接
   続してなる正側主回路と、この正側主回路を介して直流
   電源に並列接続された第１のコンデンサと、前記正側主
   回路に挿入された電流検出用抵抗と、この電流検出用抵
   抗の端子電圧に基づいて前記正側主回路の電流を検出し
   て電流検出信号を絶縁回路を介して出力する直流電流検
   出回路と、この電流検出信号に基づいて前記チョッパス
   イッチング素子をオンオフ制御するチョッパ制御回路と
   、前記リアクトルに設けられた補助巻線と、この補助巻
   線に整流素子を介して第２のコンデンサを並列接続して
   なる制御電源回路とを有し、この制御電源回路の第２の
   コンデンサの端子電圧を前記直流電流検出回路の制御電
   圧としてなるＤＣ−ＤＣコンバータ。 ５、チョッパスイッチング素子と第１のリアクトルと第
   ２のリアクトルとを直列接続してなる正側主回路と、こ
   の正側主回路を介して直流電源に並列接続された第１の
   コンデンサと、前記正側主回路に挿入された電流検出用
   抵抗と、この電流検出用抵抗の端子電圧に基づいて前記
   正側主回路の電流を検出して電流検出信号を絶縁回路を
   介して出力する直流電流検出回路と、この電流検出信号
   に基づいて前記チョッパスイッチング素子をオンオフ制
   御するチョッパ制御回路と、前記第１と第２のリアクト
   ルにそれぞれ設けられた第１と第２の補助巻線と、この
   第１と第２の補助巻線の直列回路に整流素子を介して第
   ２のコンデンサを並列接続してなる制御電源回路とを有
   し、この制御電源回路の第２のコンデンサの端子電圧を
   前記直流電流検出回路の制御電圧とし、前記第２のリア
   クトルが低電流のときに高インピーダンスとなる特性に
   設定されてなるＤＣ−ＤＣコンバータ。 ６、前記制御電源回路の整流素子が、前記チョッパスイ
   ッチング素子がオンのときに前記第２のコンデンサを充
   電する極性に接続されたことを特徴とする請求項４、５
   のいずれかに記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。 ７、リアクトルを介して直流電源に並列接続されたチョ
   ッパスイッチング素子と、このチョッパスイッチング素
   子に並列接続された第１のコンデンサと、前記リアクト
   ルに直列に挿入接続された電流検出用抵抗と、この電流
   検出用抵抗の端子電圧に基づいて前記正側主回路の電流
   を検出して電流検出信号を絶縁回路を介して出力する直
   流電流検出回路と、この電流検出信号に基づいて前記チ
   ョッパスイッチング素子をオンオフ制御するチョッパ制
   御回路と、前記リアクトルに設けられた補助巻線と、こ
   の補助巻線に整流素子を介して第２のコンデンサを並列
   接続してなる制御電源回路とを有し、この制御電源回路
   の第２のコンデンサの端子電圧を前記直流電流検出回路
   の制御電圧としてなるＤＣ−ＤＣコンバータ。 ８、前記制御電源回路の整流素子が、前記チョッパスイ
   ッチング素子がオフのときに前記第２のコンデンサを充
   電する極性に接続されたことを特徴とする請求項７に記
   載のＤＣ−ＤＣコンバータ。