JPH04229072A - 安定直流電圧発生方法並びに直流電圧源 - Google Patents
安定直流電圧発生方法並びに直流電圧源Info
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- JPH04229072A JPH04229072A JP3061610A JP6161091A JPH04229072A JP H04229072 A JPH04229072 A JP H04229072A JP 3061610 A JP3061610 A JP 3061610A JP 6161091 A JP6161091 A JP 6161091A JP H04229072 A JPH04229072 A JP H04229072A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
- H02M3/02—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC
- H02M3/04—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters
- H02M3/10—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M3/145—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/155—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/156—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
- H02M3/1563—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators without using an external clock
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は安定直流電圧の発生方法
、及び制御可能なスイッチング素子に直列接続されたイ
ンダクタンスで構成された直流電圧源に関する。
、及び制御可能なスイッチング素子に直列接続されたイ
ンダクタンスで構成された直流電圧源に関する。
【0002】
【従来の技術】安定直流電圧は種々の回路および装置の
運転をするために必要とされている。出力電圧の安定化
は多くの場合電子的に行われていて、いわゆる縦調節や
横調節、または二つの方法の組合せで行われている。し
かしながら多くの場合、調整に際してはかなりの電力損
失を伴う。
運転をするために必要とされている。出力電圧の安定化
は多くの場合電子的に行われていて、いわゆる縦調節や
横調節、または二つの方法の組合せで行われている。し
かしながら多くの場合、調整に際してはかなりの電力損
失を伴う。
【0003】EP−A−0 129 181からも
知られるようにインダクタンスおよびスイッチングトラ
ンジスタを直列接続し、インダクタンスで発生されるピ
ーク電圧時にはいつでもスイッチングトランジスタがカ
ットオフとなって、この電圧がダイオードを通して放電
されるようにスイッチングトランジスタを制御して、結
果として出力に一定直流電圧を得る方法もある。この場
合でも、有用エネルギー/入力エネルギー比率はあまり
好ましいものでは無い。
知られるようにインダクタンスおよびスイッチングトラ
ンジスタを直列接続し、インダクタンスで発生されるピ
ーク電圧時にはいつでもスイッチングトランジスタがカ
ットオフとなって、この電圧がダイオードを通して放電
されるようにスイッチングトランジスタを制御して、結
果として出力に一定直流電圧を得る方法もある。この場
合でも、有用エネルギー/入力エネルギー比率はあまり
好ましいものでは無い。
【0004】
【発明の目的と要約】本発明の目的は、低電力消費およ
び出力電力に比較して小さな容積、スイッチオンおよび
スイッチオフ時の非常に短い過渡状態、すなわち比較的
短い回復時間それに経済的な価格と非常に広範囲の供給
電圧を特徴とする、安定電圧製造方法並びに回路を提供
することである。この目的は次の方法で実現される、す
なわち直流電流がインダクタンス内で発生され、一定の
平均値を得るように電流識別器で調整され、前記直流電
流が抵抗器の両端に前記安定電圧を発生する方法と、前
記インダクタンス内の電流が一定の平均値となるように
電流識別器と前記制御可能なスイッチング素子とによっ
て調整され、前記電流が抵抗器を通って流れその結果前
記抵抗器の両端に安定な電圧降下が生じるように構成さ
れている直流電圧源とによって実現される。先に述べた
長所はこの構成で実現でき、これは以下に説明する。直
流電流は好適にスイッチ装置、更に詳細にはスイッチン
グトランジスタ、によってオンオフ切り替えされ、前記
インダクタンス、回復ダイオードおよび前記抵抗器を通
ってループに導かれる。DC/DC変換にとって最も好
ましい条件は、スイッチを流れる電流が、インダクタン
ス、回復ダイオードおよび抵抗器を流れる電流の極一部
分で十分であるという事で実現される。
び出力電力に比較して小さな容積、スイッチオンおよび
スイッチオフ時の非常に短い過渡状態、すなわち比較的
短い回復時間それに経済的な価格と非常に広範囲の供給
電圧を特徴とする、安定電圧製造方法並びに回路を提供
することである。この目的は次の方法で実現される、す
なわち直流電流がインダクタンス内で発生され、一定の
平均値を得るように電流識別器で調整され、前記直流電
流が抵抗器の両端に前記安定電圧を発生する方法と、前
記インダクタンス内の電流が一定の平均値となるように
電流識別器と前記制御可能なスイッチング素子とによっ
て調整され、前記電流が抵抗器を通って流れその結果前
記抵抗器の両端に安定な電圧降下が生じるように構成さ
れている直流電圧源とによって実現される。先に述べた
長所はこの構成で実現でき、これは以下に説明する。直
流電流は好適にスイッチ装置、更に詳細にはスイッチン
グトランジスタ、によってオンオフ切り替えされ、前記
インダクタンス、回復ダイオードおよび前記抵抗器を通
ってループに導かれる。DC/DC変換にとって最も好
ましい条件は、スイッチを流れる電流が、インダクタン
ス、回復ダイオードおよび抵抗器を流れる電流の極一部
分で十分であるという事で実現される。
【0005】前記抵抗器は好適にツェナーダイオードま
たはいくつかのツェナーダイオードの直列接続として構
成する事も出来、これによって特に好適な条件下では出
力電圧を更に安定なものとする。
たはいくつかのツェナーダイオードの直列接続として構
成する事も出来、これによって特に好適な条件下では出
力電圧を更に安定なものとする。
【0006】
【実施例】次に本発明を実施例を参照して更に詳細に説
明する。
明する。
【0007】図1に示される電圧源は、入力部または主
部1を有し、これは接続端子2および3、保護抵抗器4
および全波整流ブリッジ5とで構成されている。前記入
力部、詳細にはブリッジ5は主交流電圧用に設計されて
いる。従って電圧源を直接任意の適当なエネルギー源、
例えば主電圧または直流電池に接続できる。入力部1に
は主スイッチ6が具備されていて、これは電圧源のスイ
ッチを投入したり、切ったりするためのものである。
部1を有し、これは接続端子2および3、保護抵抗器4
および全波整流ブリッジ5とで構成されている。前記入
力部、詳細にはブリッジ5は主交流電圧用に設計されて
いる。従って電圧源を直接任意の適当なエネルギー源、
例えば主電圧または直流電池に接続できる。入力部1に
は主スイッチ6が具備されていて、これは電圧源のスイ
ッチを投入したり、切ったりするためのものである。
【0008】整流器5の出力はダイオード7を経由して
濾波キャパシタ8に接続されている。さらに整流器の出
力は、図中では参照番号が付けられていない前置抵抗器
によって直接濾波キャパシタ9に接続されている。この
キャパシタ9はツェナーダイオード10と共に、後ほど
詳しく述べる制御回路の電源を供給している。
濾波キャパシタ8に接続されている。さらに整流器の出
力は、図中では参照番号が付けられていない前置抵抗器
によって直接濾波キャパシタ9に接続されている。この
キャパシタ9はツェナーダイオード10と共に、後ほど
詳しく述べる制御回路の電源を供給している。
【0009】キャパシタ8には、抵抗器11、ツェナー
ダイオード12、インダクタンス13およびスイッチン
グトランジスタ14とで構成された直列回路が接続され
ている。もうひとつの分岐は、抵抗器15、トランジス
タ16および抵抗器17があって、これと並列に接続さ
れている。抵抗器11、ツェナーダイオード12および
インダクタンス13は回復ダイオード18でバイパスさ
れている。素子11から18で形成されている回路部は
エネルギー蓄積モジュール33と考えることが出来る、
もっともその他の機能も有しており、これは後ほど説明
される。このことは特に素子11,15および16に適
用でき、これらはインダクタンス13を流れる電流検出
のため、およびスイッチングトランジスタ14の対応す
る制御を行うための電流識別器として動作する。トラン
ジスタ16を流れる電流は抵抗器17内の電圧降下を生
じ、これはトランジスタ19および20を制御する。ト
ランジスタ19のコレクタはトランジスタ21のベース
およびトランジスタ22のコレクタとに接続されている
。トランジスタ20および21にはそれぞれ抵抗器23
および24が直列接続されており、トランジスタ22に
は抵抗器25が並列接続されている。素子19から25
で構成された回路は、パルス整形並びに増幅器26とし
て動作し、これは抵抗器27を介してスイッチングトラ
ンジスタ14を制御する。
ダイオード12、インダクタンス13およびスイッチン
グトランジスタ14とで構成された直列回路が接続され
ている。もうひとつの分岐は、抵抗器15、トランジス
タ16および抵抗器17があって、これと並列に接続さ
れている。抵抗器11、ツェナーダイオード12および
インダクタンス13は回復ダイオード18でバイパスさ
れている。素子11から18で形成されている回路部は
エネルギー蓄積モジュール33と考えることが出来る、
もっともその他の機能も有しており、これは後ほど説明
される。このことは特に素子11,15および16に適
用でき、これらはインダクタンス13を流れる電流検出
のため、およびスイッチングトランジスタ14の対応す
る制御を行うための電流識別器として動作する。トラン
ジスタ16を流れる電流は抵抗器17内の電圧降下を生
じ、これはトランジスタ19および20を制御する。ト
ランジスタ19のコレクタはトランジスタ21のベース
およびトランジスタ22のコレクタとに接続されている
。トランジスタ20および21にはそれぞれ抵抗器23
および24が直列接続されており、トランジスタ22に
は抵抗器25が並列接続されている。素子19から25
で構成された回路は、パルス整形並びに増幅器26とし
て動作し、これは抵抗器27を介してスイッチングトラ
ンジスタ14を制御する。
【0010】端子28および29に於ける直流電圧源の
出力は、二つのツェナーダイオード12と並列接続され
ており、これは並列電流がツェナーダイオード12と負
荷との両方を流れること、または言葉を代えて言えば、
ツェナーダイオード12は負荷が必要としない電流を流
すと同時に、電圧安定器として動作している。キャパシ
タ34が出力に並列接続されている。
出力は、二つのツェナーダイオード12と並列接続され
ており、これは並列電流がツェナーダイオード12と負
荷との両方を流れること、または言葉を代えて言えば、
ツェナーダイオード12は負荷が必要としない電流を流
すと同時に、電圧安定器として動作している。キャパシ
タ34が出力に並列接続されている。
【0011】図1には出力端子28および29に接続さ
れた負荷の例が示されており、これはすなわちタイマ3
0であってその出力はリレーのコイル32に直列接続さ
れているトランジスタ31を制御する。
れた負荷の例が示されており、これはすなわちタイマ3
0であってその出力はリレーのコイル32に直列接続さ
れているトランジスタ31を制御する。
【0012】図示された回路の動作は以下の通りである
。
。
【0013】入力部1がスイッチオンされるかまたはそ
れぞれ接続されると、キャパシタ8は抵抗器4、ブリッ
ジ5およびダイオード7を経由して直流動作電圧まで充
電される、この電圧値はエネルギー源によって大きく変
わる。これは蓄電池電圧、例えば24ボルトまたは、回
路が主電源に接続された場合はこれよりかなり高い電圧
である240ボルトである。しかしながらいずれの場合
もブリッジ5は整流を行ったり正しい極性の動作電圧を
提供する。キャパシタ9は同時にツェナーダイオード1
0で定められる電圧に充電される。初期状態では、電圧
が加えられていないのでベースとエミッタに同じ電圧が
かかっておりトランジスタ16は非導通状態である。ト
ランジスタ19は導通であり、スイッチングトランジス
タ14も同様に導通である。その結果非常に急峻に立ち
上がる電流が、抵抗器11、ツェナーダイオード12、
インダクタンス13およびスイッチングトランジスタ1
4を通って流れ、これは図2に示されている。電流が増
加するにしたがってトランジスタ16のベース電圧が減
少し、その結果電流増加にほぼ対応する電圧増加が抵抗
器17、またそれぞれトランジスタ19のベースおよび
トランジスタ20のエミッタで生じ、これはトランジス
タ20および22が導通となり、トランジスタ19およ
び21が非導通となって、回路の非常に急速な変化によ
ってスイッチングトランジスタ14が抵抗器27経由で
非導通となるまで続く。この過程は図2に示されている
。カットオフ電流がIaに達しスイッチングトランジス
タ14がブロックされると、ゆっくりと減少する電流が
同じ方向に、インダクタンス13、ダイオード18、抵
抗器11およびツェナーダイオード12を通って流れる
。この過程は図2に、低い終端値Ieまで比較的ゆっく
り降下する電流として示されており、この値に達すると
回路19から25は元の状態に戻ってトランジスタ14
は再び導通となる。ある程度はトランジスタ19および
20の組合せはシュミットトリガとして動作し、トラン
ジスタ21はこれと同期して動的パルス形状およびパル
ス強度を要求と合致させるように動作する。図2に示す
ようにスイッチングトランジスタ14は周期的にオンオ
フされ、その結果トランジスタが導通の時にはインダク
タンス13の中を非常に急峻な電流増加があり、トラン
ジスタ14がブロックされているときには電流がゆっく
りと減少する。図2はまた、動作電圧が例えば240ボ
ルトと高い場合は、24ボルトの蓄電池電圧の場合に比
べて電流がより急峻に上昇することを示している。従っ
てその他の条件が同じであれば、動作電圧が高い場合は
動作電圧が低い場合に比べてスイッチング周波数が高く
なる。けれども周波数の違いは電圧の違いには対応しな
い、なぜならばそれぞれの電流増加時間はいつでも電流
減少時間よりかなり短いためである。例えば240ボル
トの動作電圧の場合電流上昇時間は1μ秒であるが電流
降下時間は30μ秒の期間である。これらの条件下での
スイッチング周期は25から30kHzの範囲である。
れぞれ接続されると、キャパシタ8は抵抗器4、ブリッ
ジ5およびダイオード7を経由して直流動作電圧まで充
電される、この電圧値はエネルギー源によって大きく変
わる。これは蓄電池電圧、例えば24ボルトまたは、回
路が主電源に接続された場合はこれよりかなり高い電圧
である240ボルトである。しかしながらいずれの場合
もブリッジ5は整流を行ったり正しい極性の動作電圧を
提供する。キャパシタ9は同時にツェナーダイオード1
0で定められる電圧に充電される。初期状態では、電圧
が加えられていないのでベースとエミッタに同じ電圧が
かかっておりトランジスタ16は非導通状態である。ト
ランジスタ19は導通であり、スイッチングトランジス
タ14も同様に導通である。その結果非常に急峻に立ち
上がる電流が、抵抗器11、ツェナーダイオード12、
インダクタンス13およびスイッチングトランジスタ1
4を通って流れ、これは図2に示されている。電流が増
加するにしたがってトランジスタ16のベース電圧が減
少し、その結果電流増加にほぼ対応する電圧増加が抵抗
器17、またそれぞれトランジスタ19のベースおよび
トランジスタ20のエミッタで生じ、これはトランジス
タ20および22が導通となり、トランジスタ19およ
び21が非導通となって、回路の非常に急速な変化によ
ってスイッチングトランジスタ14が抵抗器27経由で
非導通となるまで続く。この過程は図2に示されている
。カットオフ電流がIaに達しスイッチングトランジス
タ14がブロックされると、ゆっくりと減少する電流が
同じ方向に、インダクタンス13、ダイオード18、抵
抗器11およびツェナーダイオード12を通って流れる
。この過程は図2に、低い終端値Ieまで比較的ゆっく
り降下する電流として示されており、この値に達すると
回路19から25は元の状態に戻ってトランジスタ14
は再び導通となる。ある程度はトランジスタ19および
20の組合せはシュミットトリガとして動作し、トラン
ジスタ21はこれと同期して動的パルス形状およびパル
ス強度を要求と合致させるように動作する。図2に示す
ようにスイッチングトランジスタ14は周期的にオンオ
フされ、その結果トランジスタが導通の時にはインダク
タンス13の中を非常に急峻な電流増加があり、トラン
ジスタ14がブロックされているときには電流がゆっく
りと減少する。図2はまた、動作電圧が例えば240ボ
ルトと高い場合は、24ボルトの蓄電池電圧の場合に比
べて電流がより急峻に上昇することを示している。従っ
てその他の条件が同じであれば、動作電圧が高い場合は
動作電圧が低い場合に比べてスイッチング周波数が高く
なる。けれども周波数の違いは電圧の違いには対応しな
い、なぜならばそれぞれの電流増加時間はいつでも電流
減少時間よりかなり短いためである。例えば240ボル
トの動作電圧の場合電流上昇時間は1μ秒であるが電流
降下時間は30μ秒の期間である。これらの条件下での
スイッチング周期は25から30kHzの範囲である。
【0014】この例ではカットオフ電流Iaは50mA
であり、終端電流Ieは35mAである。回路の電力範
囲また、スイッチング周期、終端およびカットオフ電流
として必要な値は大きく変化するであろう。
であり、終端電流Ieは35mAである。回路の電力範
囲また、スイッチング周期、終端およびカットオフ電流
として必要な値は大きく変化するであろう。
【0015】素子11,12,13および18で形成さ
れた閉回路内を流れる電流は、既に述べたようにスイッ
チングトランジスタ14を流れる平均電流の倍数である
。従って回路の効率に関しても、ある環境の基ではかな
りの電流が負荷と並列にツェナーダイオード12を流れ
るので、二次的に重要である。しかしながら一定負荷の
場合はツェナーダイオード12内部での電流損失は比較
的小さくなる。負荷が変化する場合はツェナーダイオー
ド12は、実際に過剰電流を吸収するが回路自体は先に
述べた理由により非常に効率的に動作する。
れた閉回路内を流れる電流は、既に述べたようにスイッ
チングトランジスタ14を流れる平均電流の倍数である
。従って回路の効率に関しても、ある環境の基ではかな
りの電流が負荷と並列にツェナーダイオード12を流れ
るので、二次的に重要である。しかしながら一定負荷の
場合はツェナーダイオード12内部での電流損失は比較
的小さくなる。負荷が変化する場合はツェナーダイオー
ド12は、実際に過剰電流を吸収するが回路自体は先に
述べた理由により非常に効率的に動作する。
【0016】図1で仮定している負荷の例では、スイッ
チ6が動作するとタイマ30への電源供給が開始され、
これはある時間期間の計数を開始する。時間期間が終了
すると、トランジスタ31は非導通となり継電器32は
励磁されてある種の切換動作を制御する。
チ6が動作するとタイマ30への電源供給が開始され、
これはある時間期間の計数を開始する。時間期間が終了
すると、トランジスタ31は非導通となり継電器32は
励磁されてある種の切換動作を制御する。
【0017】以上述べたように、図示された回路は非常
に高速の接続および非接続応答に優れており、特にパル
ス整形増幅器26を含む全ての主要回路は非接続となっ
た少しあとで動作を終了する。例えばダイオード7はこ
の目的のために用意されており、スイッチ6が非接続と
なった後でキャパシタ8から回路26への電源供給を行
う。キャパシタ9はトランジスタ19および抵抗器25
を経由して急速に放電される。
に高速の接続および非接続応答に優れており、特にパル
ス整形増幅器26を含む全ての主要回路は非接続となっ
た少しあとで動作を終了する。例えばダイオード7はこ
の目的のために用意されており、スイッチ6が非接続と
なった後でキャパシタ8から回路26への電源供給を行
う。キャパシタ9はトランジスタ19および抵抗器25
を経由して急速に放電される。
【0018】本質的な条件はインダクタンス13がその
特性のほぼ線形領域で常に動作されている事であり、決
してその飽和領域とはならない事である。これは広範囲
の動作電圧で安定して動作するための本質的な条件であ
る。
特性のほぼ線形領域で常に動作されている事であり、決
してその飽和領域とはならない事である。これは広範囲
の動作電圧で安定して動作するための本質的な条件であ
る。
【図1】本発明に基づく直流電圧源の回路図。
【図2】インダクタンス内を流れる電流を説明するため
のグラフを示す図。
のグラフを示す図。
1 入力部
5 全波整流ブリッジ
13 インダクタンス
14 スイッチングトランジスタ
26 パルス整形増幅回路
33 エネルギー蓄積モジュール
Claims (10)
- 【請求項1】 安定化直流電圧発生方法であって、直
流電流がインダクタンス内で発生され電流識別器で平均
値が一定となるように調整され、前記直流電流が前記安
定化直流電圧を抵抗器の両端に発生させる事を特徴とす
る、前記安定化直流電圧発生方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載の方法において、前記
直流電流がスイッチング装置によりオンオフ切り替えさ
れて前記インダクタンス、回復ダイオードおよびループ
内の前記抵抗器に導かれることを特徴とする前記方法。 - 【請求項3】 請求項1に記載の方法において、前記
直流電流が前記安定化直流電圧がその両端に発生される
抵抗器として動作するように配置されたツェナーダイオ
ードを通って流れることを特徴とする前記方法。 - 【請求項4】 請求項1に記載の方法において、前記
インダクタンスがその特性の実質的に線形領域で動作さ
れることを特徴とする前記方法。 - 【請求項5】 制御可能なスイッチング素子に直列接
続されたインダクタンスを有する安定化直流電圧源にお
いて、前記インダクタンス内の電流が電流識別器と前記
制御可能なスイッチング素子とによって一定の平均値に
調整され、前記電流が抵抗器を通って流れ、その結果前
記抵抗器の両端に安定化された電圧降下が生じる事を特
徴とする前記安定化直流電圧源。 - 【請求項6】 請求項5に記載の直流電圧源において
、前記抵抗器がツェナーダイオードの配列で形成されて
いることを特徴とする前記直流電圧源。 - 【請求項7】 請求項6に記載の直流電圧源において
、前記制御可能なスイッチング素子がスイッチングトラ
ンジスタであり、前記インダクタンスと並列に回復ダイ
オードが接続されていることを特徴とする前記直流電圧
源。 - 【請求項8】 請求項5に記載の直流電圧源において
、前記電流識別器がパルス整形器と増幅器とで構成され
ていることを特徴とする前記直流電圧源。 - 【請求項9】 請求項5に記載の直流電圧源において
、入力に全波整流ブリッジが具備され主電源による供給
電源に対処されていることを特徴とする前記直流電圧源
。 - 【請求項10】 請求項5に記載の直流電圧源におい
て、前記インダクタンスの電源供給がダイオード経由で
行われ、前記パルス整形器の供給電源から分離されてい
ることを特徴とする前記直流電圧源。
Applications Claiming Priority (2)
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