JPH04362714A - 電流電圧変換回路 - Google Patents
電流電圧変換回路Info
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- JPH04362714A JPH04362714A JP16338991A JP16338991A JPH04362714A JP H04362714 A JPH04362714 A JP H04362714A JP 16338991 A JP16338991 A JP 16338991A JP 16338991 A JP16338991 A JP 16338991A JP H04362714 A JPH04362714 A JP H04362714A
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- voltage
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- capacitor
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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】本発明は電流源から供給された電
流を、大出力でしかも高精度の電圧源に変換する電流電
圧変換回路に関する。
流を、大出力でしかも高精度の電圧源に変換する電流電
圧変換回路に関する。
【0002】電気回路においては、ある電位点に置かれ
た回路から電位の異なる点、あるいは高電位点に対して
電圧源を供給することが頻繁に行われる。このような電
源供給方法は、特に半導体素子を駆動するための電源回
路に多く見られることから、以下にその例を示し説明す
る。
た回路から電位の異なる点、あるいは高電位点に対して
電圧源を供給することが頻繁に行われる。このような電
源供給方法は、特に半導体素子を駆動するための電源回
路に多く見られることから、以下にその例を示し説明す
る。
【0003】インバータ等の回路においては、図8に示
すようにトランジスタ等の半導体スイッチ素子の直列体
を数個並列に接続する事が行われる。
すようにトランジスタ等の半導体スイッチ素子の直列体
を数個並列に接続する事が行われる。
【0004】図8は、直流電源14、トランジスタ3a
〜3d、該トランジスタと逆並列に接続されたダイオー
ド4a〜4d、前記トランジスタを駆動するための駆動
回路15a〜15d、駆動回路に電源を供給するための
電源回路16よりなる単相インバータ回路である。一般
的には、3aと3d、3bと3cが各々同時にオンオフ
し、且つこの2組を適当な順序でオンオフさせることに
よって、出力に交流電圧を発生させることが行われる。
〜3d、該トランジスタと逆並列に接続されたダイオー
ド4a〜4d、前記トランジスタを駆動するための駆動
回路15a〜15d、駆動回路に電源を供給するための
電源回路16よりなる単相インバータ回路である。一般
的には、3aと3d、3bと3cが各々同時にオンオフ
し、且つこの2組を適当な順序でオンオフさせることに
よって、出力に交流電圧を発生させることが行われる。
【0005】図8により絶縁電源を供給する電源回路が
必要になることについて説明する。図8において、ある
時点でトランジスタ3aと3dがオン、3bと3cがオ
フしている状態からトランジスタ3aと3dがオフ、3
bと3cがオンの状態に移行することを考える。まず、
トランジスタ3aと3dがオン、3bと3cがオフの時
、図中に示したA点はトランジスタ3aがオンしている
ことにより電源14電圧と同電位であり、B点はトラン
ジスタ3dがオンしていることにより零電位となってい
る。次に、トランジスタ3a、3dをオフし、トランジ
スタ3b、3cをオンすることになるが、半導体素子は
オンオフ動作をするのに若干時間がかかり、3a、3d
が完全にオフしていない時に3b、3cをオンすると電
源14短絡を起こすため、すべてのトランジスタをオフ
状態にするいわゆるデッドタイムが設けられる。そこで
、トランジスタ3a、3dがオフすることでデッドタイ
ム期間になるが、一般に接続される負荷は誘導性の場合
が多く、電源14、トランジスタ3a、3dによって供
給された図8に示した矢印C方向に流れる電流は、トラ
ンジスタ3a、3dがオフしても連続して流れようとす
るためにダイオード4b、4cがオンする。この時、ダ
イオード4bがオンすることによりA点は零電位、B点
はダイオード4cがオンすることにより電源17電圧の
電位に変化する。
必要になることについて説明する。図8において、ある
時点でトランジスタ3aと3dがオン、3bと3cがオ
フしている状態からトランジスタ3aと3dがオフ、3
bと3cがオンの状態に移行することを考える。まず、
トランジスタ3aと3dがオン、3bと3cがオフの時
、図中に示したA点はトランジスタ3aがオンしている
ことにより電源14電圧と同電位であり、B点はトラン
ジスタ3dがオンしていることにより零電位となってい
る。次に、トランジスタ3a、3dをオフし、トランジ
スタ3b、3cをオンすることになるが、半導体素子は
オンオフ動作をするのに若干時間がかかり、3a、3d
が完全にオフしていない時に3b、3cをオンすると電
源14短絡を起こすため、すべてのトランジスタをオフ
状態にするいわゆるデッドタイムが設けられる。そこで
、トランジスタ3a、3dがオフすることでデッドタイ
ム期間になるが、一般に接続される負荷は誘導性の場合
が多く、電源14、トランジスタ3a、3dによって供
給された図8に示した矢印C方向に流れる電流は、トラ
ンジスタ3a、3dがオフしても連続して流れようとす
るためにダイオード4b、4cがオンする。この時、ダ
イオード4bがオンすることによりA点は零電位、B点
はダイオード4cがオンすることにより電源17電圧の
電位に変化する。
【0006】このようにトランジスタ3a、3dがオン
している期間からデットタイムに移る際、A点B点の電
位変動が生じる。
している期間からデットタイムに移る際、A点B点の電
位変動が生じる。
【0007】同様にトランジスタ3b、3cがオン状態
にあり図8に示す矢印Cと逆方向に負荷電流を供給して
いる時にデットタイムに移行する際も、A点B点の電位
変動が生じることになる。そしてインバータ回路は以上
述べたような動作の繰り返しなので、A点B点の電位は
零電位および、直流電源14電圧電位を繰り返すことに
なる。
にあり図8に示す矢印Cと逆方向に負荷電流を供給して
いる時にデットタイムに移行する際も、A点B点の電位
変動が生じることになる。そしてインバータ回路は以上
述べたような動作の繰り返しなので、A点B点の電位は
零電位および、直流電源14電圧電位を繰り返すことに
なる。
【0008】この動作においては、駆動回路15a、1
5cは各々A点、B点の電位となるため、常に零電位と
なる駆動回路15b、15dとは絶縁されていなければ
ならず、駆動回路15a、15c間も相互に電位が異な
るために無論絶縁されることが必要となる。したがって
、電源回路16より駆動回路各々に供給される電源も絶
縁されていなければならない。ただし、常に零電位とな
る、駆動回路15b、15dの電源相互間はこの限りで
はない。
5cは各々A点、B点の電位となるため、常に零電位と
なる駆動回路15b、15dとは絶縁されていなければ
ならず、駆動回路15a、15c間も相互に電位が異な
るために無論絶縁されることが必要となる。したがって
、電源回路16より駆動回路各々に供給される電源も絶
縁されていなければならない。ただし、常に零電位とな
る、駆動回路15b、15dの電源相互間はこの限りで
はない。
【0009】このように、半導体素子を用いた電気回路
においては素子個々に駆動回路を設け駆動用の絶縁電源
を供給することが一般的に行われる。
においては素子個々に駆動回路を設け駆動用の絶縁電源
を供給することが一般的に行われる。
【0010】従来より前記のような半導体駆動用の絶縁
電源供給回路については、図9に示すような回路が知ら
れている。
電源供給回路については、図9に示すような回路が知ら
れている。
【0011】図9は絶縁トランスを利用した回路であり
、一般的には商用電源10をトランス17により絶縁し
かつ必要電圧に降圧し、適当な電圧調整器18a,18
bを介して駆動回路15a,15bに供給することが行
われる。またこの回路方式の場合1素子に1個の絶縁ト
ランスを設けるとスペース的に不利となるので図9に示
すように絶縁トランス17の2次側を多巻線とし、2次
巻線間各々にも耐圧を持たせることで絶縁した電力を供
給することが行われる。
、一般的には商用電源10をトランス17により絶縁し
かつ必要電圧に降圧し、適当な電圧調整器18a,18
bを介して駆動回路15a,15bに供給することが行
われる。またこの回路方式の場合1素子に1個の絶縁ト
ランスを設けるとスペース的に不利となるので図9に示
すように絶縁トランス17の2次側を多巻線とし、2次
巻線間各々にも耐圧を持たせることで絶縁した電力を供
給することが行われる。
【0012】しかし半導体スイッチ素子の高速化により
それらを用いたインバータ等の電気回路において、スイ
ッチ周波数は可聴域を越える20kHz程度が可能とな
っている。この程度の周波数で用いる半導体素子はスイ
ッチ速度が数μs以下と速く前述したような絶縁電源相
互間の電位変動が急激に起こるために、図9に示した絶
縁電源供給回路では、主に絶縁トランスが要因となる浮
遊容量によって絶縁電源相互間で振動現象やノイズ伝達
が起き、スイッチ素子の誤動作を招くおそれが生じる。
それらを用いたインバータ等の電気回路において、スイ
ッチ周波数は可聴域を越える20kHz程度が可能とな
っている。この程度の周波数で用いる半導体素子はスイ
ッチ速度が数μs以下と速く前述したような絶縁電源相
互間の電位変動が急激に起こるために、図9に示した絶
縁電源供給回路では、主に絶縁トランスが要因となる浮
遊容量によって絶縁電源相互間で振動現象やノイズ伝達
が起き、スイッチ素子の誤動作を招くおそれが生じる。
【0013】絶縁手段として用いているトランスには、
一方の巻線、絶縁物、他方の巻線といった構造により巻
線間に浮遊容量が発生する。このトランス巻線間浮遊容
量としては、第1に1次2次間の浮遊容量、そして2次
側を多巻線にして複数素子を駆動する場合には2次巻線
間容量が存在する。したがってそれら容量成分の直並列
接続により、トランスの2次巻線間つまり絶縁電源相互
間が結合することになる。ところが、高速半導体を用い
たインバータ回路動作で、極めて短時間の電位変動が絶
縁電源相互間に起ると、電位変動の周波数成分が高くな
ることにより、容量結合のインピーダンスが下がり、絶
縁電源相互間に電流が流れる現象が起こる。容量成分の
インピーダンスはその容量が大きく周波数が高いほど低
下するので、無論絶縁電源相互間の電位変動が急峻にな
るほど、この現象は起こりやすくなる。トランスの巻線
間容量は、巻線のターン数が増えることにより分布容量
的に増加することが一般的である。したがって従来のよ
うに巻線を1次側2次側共に多数巻き込む構造となる通
常の絶縁トランスを用いた場合、巻線間容量が大きくな
りこのような問題が避けられなかった。
一方の巻線、絶縁物、他方の巻線といった構造により巻
線間に浮遊容量が発生する。このトランス巻線間浮遊容
量としては、第1に1次2次間の浮遊容量、そして2次
側を多巻線にして複数素子を駆動する場合には2次巻線
間容量が存在する。したがってそれら容量成分の直並列
接続により、トランスの2次巻線間つまり絶縁電源相互
間が結合することになる。ところが、高速半導体を用い
たインバータ回路動作で、極めて短時間の電位変動が絶
縁電源相互間に起ると、電位変動の周波数成分が高くな
ることにより、容量結合のインピーダンスが下がり、絶
縁電源相互間に電流が流れる現象が起こる。容量成分の
インピーダンスはその容量が大きく周波数が高いほど低
下するので、無論絶縁電源相互間の電位変動が急峻にな
るほど、この現象は起こりやすくなる。トランスの巻線
間容量は、巻線のターン数が増えることにより分布容量
的に増加することが一般的である。したがって従来のよ
うに巻線を1次側2次側共に多数巻き込む構造となる通
常の絶縁トランスを用いた場合、巻線間容量が大きくな
りこのような問題が避けられなかった。
【0014】そこで、このトランス巻線間浮遊容量低減
のために、通常の絶縁トランスに代り電流トランスを用
いる事が考えられる。電流トランスを利用することによ
って1次ターン数はわずか数ターンにでき、この場合一
方の巻線、絶縁物、他方の巻線という前述の構造が1次
ターン数組だけとなるために、巻線間(1次導体と2次
巻線間)容量を大幅に低減することが可能となる。また
1次貫通形電流トランスを利用することによって1次タ
ーン数はわずか1ターンになり、さらなる1次導体と2
次巻線間容量の低減が可能となるのは明らかである。
のために、通常の絶縁トランスに代り電流トランスを用
いる事が考えられる。電流トランスを利用することによ
って1次ターン数はわずか数ターンにでき、この場合一
方の巻線、絶縁物、他方の巻線という前述の構造が1次
ターン数組だけとなるために、巻線間(1次導体と2次
巻線間)容量を大幅に低減することが可能となる。また
1次貫通形電流トランスを利用することによって1次タ
ーン数はわずか1ターンになり、さらなる1次導体と2
次巻線間容量の低減が可能となるのは明らかである。
【0015】そこで、電流トランスを絶縁電源供給回路
の絶縁手段として適用した場合、電流トランス2次側出
力は電流源となるので、その2次電流を電圧源に変換す
る、いわゆる電流電圧変換回路が必要となる。
の絶縁手段として適用した場合、電流トランス2次側出
力は電流源となるので、その2次電流を電圧源に変換す
る、いわゆる電流電圧変換回路が必要となる。
【0016】比較的小容量の電圧源を得るための電流電
圧変換回路として、簡略には図10に示すように、電流
トランス2次側の交流電流を整流するなどして得られる
直流電流源2、直流電流源2の出力に直列に抵抗19、
抵抗19と並列に接続された平滑用コンデンサ5bとす
ることが考えられる。
圧変換回路として、簡略には図10に示すように、電流
トランス2次側の交流電流を整流するなどして得られる
直流電流源2、直流電流源2の出力に直列に抵抗19、
抵抗19と並列に接続された平滑用コンデンサ5bとす
ることが考えられる。
【0017】直流電流源2より出力される電流が抵抗1
9を流れる際に発生する電圧降下分を平滑用コンデンサ
5bにより平滑し負荷7に供給するもので、負荷変動が
ない場合に用いられる。
9を流れる際に発生する電圧降下分を平滑用コンデンサ
5bにより平滑し負荷7に供給するもので、負荷変動が
ない場合に用いられる。
【0018】また、負荷変動があり、ある程度電圧精度
が要求される場合、図11に示すようにツェナーダイオ
ードを利用した電流電圧変換回路が利用される。
が要求される場合、図11に示すようにツェナーダイオ
ードを利用した電流電圧変換回路が利用される。
【0019】図11に示す回路は直流電流源2の出力線
路間にツェナーダイオード20を接続し、ツェナーダイ
オード20と並列にコンデンサ5cを付加した構成とな
っており、出力端に負荷7が接続されている。
路間にツェナーダイオード20を接続し、ツェナーダイ
オード20と並列にコンデンサ5cを付加した構成とな
っており、出力端に負荷7が接続されている。
【0020】電流源2より供給される電流はツェナーダ
イオード20、コンデンサ5c、負荷7と分流するが、
ツェナーダイオード20にツェナー電流以上の電流が供
給されることによって、ツェナー電圧が確立しその電圧
にコンデンサ5cが充電される。そしてこのコンデンサ
5cの両端が出力となり負荷7が接続される。
イオード20、コンデンサ5c、負荷7と分流するが、
ツェナーダイオード20にツェナー電流以上の電流が供
給されることによって、ツェナー電圧が確立しその電圧
にコンデンサ5cが充電される。そしてこのコンデンサ
5cの両端が出力となり負荷7が接続される。
【0021】したがって、電流源2より供給される電流
が負荷7の最大消費電流よりも少ないと、ツェナーダイ
オード20に電流が流れずツェナー電圧が確立しなくな
るので、負荷7の最大消費電流とツェナー電流を足し合
わせた値、もしくはそれ以上に設定される。また負荷7
の消費電流が少ない時は、電源電流から負荷電流を差し
引いた値がツェナーダイオード20に流れ込みツェナー
ダイオードの負担が大きくなるので、これに耐える容量
のツェナーダイオードを選択することが必要である。
が負荷7の最大消費電流よりも少ないと、ツェナーダイ
オード20に電流が流れずツェナー電圧が確立しなくな
るので、負荷7の最大消費電流とツェナー電流を足し合
わせた値、もしくはそれ以上に設定される。また負荷7
の消費電流が少ない時は、電源電流から負荷電流を差し
引いた値がツェナーダイオード20に流れ込みツェナー
ダイオードの負担が大きくなるので、これに耐える容量
のツェナーダイオードを選択することが必要である。
【0022】このように、図11に示す電流電圧変換回
路では、ツェナーダイオードのツェナー電圧で決まる略
一定の出力電圧が得られる。
路では、ツェナーダイオードのツェナー電圧で決まる略
一定の出力電圧が得られる。
【0023】
【発明が解決しようとする課題】しかし、抵抗の電圧降
下より電圧源を得る図10の方式では、負荷に流れ込む
電流が変化すると抵抗に流れる電流も変化し、抵抗の電
圧降下によって決まる出力電圧も結果的に変化すること
になる。したがって、負荷変動があり電圧精度が必要な
場合、図10に示した回路は使用できない。その上、抵
抗では電流の2乗積による発熱があり過熱等の問題があ
るばかりか回路効率も非常に悪く不経済である。
下より電圧源を得る図10の方式では、負荷に流れ込む
電流が変化すると抵抗に流れる電流も変化し、抵抗の電
圧降下によって決まる出力電圧も結果的に変化すること
になる。したがって、負荷変動があり電圧精度が必要な
場合、図10に示した回路は使用できない。その上、抵
抗では電流の2乗積による発熱があり過熱等の問題があ
るばかりか回路効率も非常に悪く不経済である。
【0024】そして、別の例として説明した図11に示
すような回路を用いた場合電流源から供給する電流は負
荷最大消費電流とツェナー電流を合わせた値に設定し、
負荷の消費電流が少ない時は負荷最大消費電流との差電
流が全てツェナーダイオードに流れその負担となり、そ
れに耐える許容損失のツェナーダイオードを選択する必
要があることを説明した。したがって変動のある負荷に
電力を供給する場合、電流電圧変換器の出力容量として
得られる範囲はツェナーダイオードの許容損失以内にと
しなければならない。一方現在市販されているツェナー
ダイオードは大きくても10W程度の許容損失であり、
したがって電流電圧変換器の出力範囲としても同程度し
か望めないことになる。そして回路効率の点から見ても
軽負荷時にツェナーダイオードが負担する電力は全てそ
の発熱となり不経済である。
すような回路を用いた場合電流源から供給する電流は負
荷最大消費電流とツェナー電流を合わせた値に設定し、
負荷の消費電流が少ない時は負荷最大消費電流との差電
流が全てツェナーダイオードに流れその負担となり、そ
れに耐える許容損失のツェナーダイオードを選択する必
要があることを説明した。したがって変動のある負荷に
電力を供給する場合、電流電圧変換器の出力容量として
得られる範囲はツェナーダイオードの許容損失以内にと
しなければならない。一方現在市販されているツェナー
ダイオードは大きくても10W程度の許容損失であり、
したがって電流電圧変換器の出力範囲としても同程度し
か望めないことになる。そして回路効率の点から見ても
軽負荷時にツェナーダイオードが負担する電力は全てそ
の発熱となり不経済である。
【0025】また、ツェナーダイオードを有効に利用し
ようとした場合、ツェナー電流は極力低い値から許容損
失を発生する値の範囲とすることが必要となり、一般に
上記のようにツェナーダイオードを利用するとツェナー
電圧の変動が大きくなり、電圧精度が要求される負荷に
は不向きである。
ようとした場合、ツェナー電流は極力低い値から許容損
失を発生する値の範囲とすることが必要となり、一般に
上記のようにツェナーダイオードを利用するとツェナー
電圧の変動が大きくなり、電圧精度が要求される負荷に
は不向きである。
【0026】したがって、大容量が必要となり、負荷変
動が大きく、電圧精度が必要な場合は、図11に示した
回路構成では不適当である。
動が大きく、電圧精度が必要な場合は、図11に示した
回路構成では不適当である。
【0027】本発明はこのような従来の電流電圧変換回
路の欠点を改善すべくなされたもので、大出力でかつ負
荷変動に対しても安定に動作し、出力電圧精度の高い電
流電圧変換回路を確立することを目的としている。
路の欠点を改善すべくなされたもので、大出力でかつ負
荷変動に対しても安定に動作し、出力電圧精度の高い電
流電圧変換回路を確立することを目的としている。
【0028】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる電流電圧
変換回路は、略一定の電流を出力する電流源と、該電流
源に直列に接続されたスイッチ素子と、該スイッチ素子
に並列接続されたダイオードとコンデンサの直列回路と
、該コンデンサの電圧が規定の値となるように前記スイ
ッチ素子のオンオフ動作を制御する制御回路とからなる
。
変換回路は、略一定の電流を出力する電流源と、該電流
源に直列に接続されたスイッチ素子と、該スイッチ素子
に並列接続されたダイオードとコンデンサの直列回路と
、該コンデンサの電圧が規定の値となるように前記スイ
ッチ素子のオンオフ動作を制御する制御回路とからなる
。
【0029】
【作用】電流源と、該電流源に直列に接続されたスイッ
チ素子と、該スイッチ素子に並列接続されたダイオード
とコンデンサの直列回路と、該コンデンサの電圧が規定
の値となるように前記スイッチ素子のオンオフ動作を制
御する制御回路とからなる電流電圧変換回路においては
、大出力でかつ負荷変動に対しても安定で出力電圧精度
の高い電圧源を得ることが可能となる。
チ素子と、該スイッチ素子に並列接続されたダイオード
とコンデンサの直列回路と、該コンデンサの電圧が規定
の値となるように前記スイッチ素子のオンオフ動作を制
御する制御回路とからなる電流電圧変換回路においては
、大出力でかつ負荷変動に対しても安定で出力電圧精度
の高い電圧源を得ることが可能となる。
【0030】
【実施例】以下図面により本発明の実施例について説明
する。図1は本発明に係わる電流電圧変換回路の回路構
成である。図1において本発明に係わる電流電圧変換回
路1は、例えば電流トランスの2次電流を整流すること
で得られる直流電流源2と、該直流電流源2に直列に接
続された例えばトランジスタのようなスイッチ素子3、
該スイッチ素子3に並列接続されたダイオード4とコン
デンサ5の直列回路と、該コンデンサ5の電圧が規定の
値となるように前記スイッチ素子3のオンオフ動作を制
御する制御回路6とからなっており、前記コンデンサ5
の両端が出力として引き出され、負荷7が接続されてい
る。
する。図1は本発明に係わる電流電圧変換回路の回路構
成である。図1において本発明に係わる電流電圧変換回
路1は、例えば電流トランスの2次電流を整流すること
で得られる直流電流源2と、該直流電流源2に直列に接
続された例えばトランジスタのようなスイッチ素子3、
該スイッチ素子3に並列接続されたダイオード4とコン
デンサ5の直列回路と、該コンデンサ5の電圧が規定の
値となるように前記スイッチ素子3のオンオフ動作を制
御する制御回路6とからなっており、前記コンデンサ5
の両端が出力として引き出され、負荷7が接続されてい
る。
【0031】図1に示す本発明による電流電圧変換回路
の回路動作について説明する。まず直流電流源1により
供給される直流電流は負荷7の最大消費電流以上に設定
する。スイッチ素子3は、始動時はオフ状態としコンデ
ンサ5に直流電流を流し充電する。コンデンサ5の電圧
が所要電圧になった時点にスイッチ素子3はオンオフ制
御され直流電流を短絡することによりコンデンサ5電圧
を調整する。ダイオード4はスイッチ素子3がオンして
いる期間コンデンサ5電圧をブロックするためのもので
ある。
の回路動作について説明する。まず直流電流源1により
供給される直流電流は負荷7の最大消費電流以上に設定
する。スイッチ素子3は、始動時はオフ状態としコンデ
ンサ5に直流電流を流し充電する。コンデンサ5の電圧
が所要電圧になった時点にスイッチ素子3はオンオフ制
御され直流電流を短絡することによりコンデンサ5電圧
を調整する。ダイオード4はスイッチ素子3がオンして
いる期間コンデンサ5電圧をブロックするためのもので
ある。
【0032】上記動作を説明するために、図3に各部波
形を示す(説明中の器具番号は図1による)。図3にお
いて(イ)はスイッチ素子3のオンオフ状態を示し、(
ロ)は直流電流IDC、(ハ)はスイッチ素子3に流れ
る電流ITR、(ニ)はスイッチ素子の印加電圧VTR
、(ホ)はコンデンサ5の流入電流IC 、(ヘ)は負
荷電流IOUT であって、(ト)はコンデンサ5電圧
VOUT である。また、TON、TOFF は各々ス
イッチ素子がオンあるいはオフしている期間で、この両
方を合わせた時間TS がスイッチ素子3動作の周期と
なる。
形を示す(説明中の器具番号は図1による)。図3にお
いて(イ)はスイッチ素子3のオンオフ状態を示し、(
ロ)は直流電流IDC、(ハ)はスイッチ素子3に流れ
る電流ITR、(ニ)はスイッチ素子の印加電圧VTR
、(ホ)はコンデンサ5の流入電流IC 、(ヘ)は負
荷電流IOUT であって、(ト)はコンデンサ5電圧
VOUT である。また、TON、TOFF は各々ス
イッチ素子がオンあるいはオフしている期間で、この両
方を合わせた時間TS がスイッチ素子3動作の周期と
なる。
【0033】TONの期間においては、スイッチ素子3
がオン状態にあって直流電流は短絡され、コンデンサ5
および負荷7には電流が供給されない。したがって負荷
7にはコンデンサ5の放電電流が流れ、コンデンサ5電
圧が徐々に下降する。この時、ダイオード4はブロック
状態でコンデンサ5電圧が印加されている。
がオン状態にあって直流電流は短絡され、コンデンサ5
および負荷7には電流が供給されない。したがって負荷
7にはコンデンサ5の放電電流が流れ、コンデンサ5電
圧が徐々に下降する。この時、ダイオード4はブロック
状態でコンデンサ5電圧が印加されている。
【0034】そしてスイッチ素子3がオフしてTOFF
の期間になると、直流電流はダイオード4を通してコ
ンデンサ6および負荷7に供給され、コンデンサ5電圧
は上昇する。この時スイッチ素子3にはコンデンサ5電
圧が印加されている。
の期間になると、直流電流はダイオード4を通してコ
ンデンサ6および負荷7に供給され、コンデンサ5電圧
は上昇する。この時スイッチ素子3にはコンデンサ5電
圧が印加されている。
【0035】このような動作の繰り返しにより、コンデ
ンサ5電圧すなわち出力電圧を安定化する。
ンサ5電圧すなわち出力電圧を安定化する。
【0036】次に負荷が変動する場合について説明する
。図3に示す(ヘ)の負荷電流が減少すると、コンデン
サ5に流れる電流が増加し、コンデンサ5電圧が上昇す
ることになるが、このような場合にはスイッチ素子がオ
ンしている期間TONつまり直流電流を短絡する期間を
長くすることによって、負荷7およびコンデンサ5に流
れる電流を減少させコンデンサ5電圧上昇を抑えるよう
にする。仮に、負荷が接続されず、完全な無負荷状態と
なった場合には、スイッチ素子3をオンしたままの状態
を保つことによってコンデンサ5電圧上昇を抑えること
ができる。
。図3に示す(ヘ)の負荷電流が減少すると、コンデン
サ5に流れる電流が増加し、コンデンサ5電圧が上昇す
ることになるが、このような場合にはスイッチ素子がオ
ンしている期間TONつまり直流電流を短絡する期間を
長くすることによって、負荷7およびコンデンサ5に流
れる電流を減少させコンデンサ5電圧上昇を抑えるよう
にする。仮に、負荷が接続されず、完全な無負荷状態と
なった場合には、スイッチ素子3をオンしたままの状態
を保つことによってコンデンサ5電圧上昇を抑えること
ができる。
【0037】逆に(ヘ)の負荷電流が上昇するとコンデ
ンサ5に流れ込む電流が減少するので、その電圧も低下
する傾向となり、スイッチ素子3のオン期間を短くしコ
ンデンサ5への流入電流を増やしその電圧を上昇させる
よう動作する。
ンサ5に流れ込む電流が減少するので、その電圧も低下
する傾向となり、スイッチ素子3のオン期間を短くしコ
ンデンサ5への流入電流を増やしその電圧を上昇させる
よう動作する。
【0038】つまり以上説明したように、スイッチ素子
3のオンしている期間、すなわち直流電流の短絡具合を
調整することによって、負荷7の変動に対応したコンデ
ンサ5電圧つまり出力電圧の定電圧化が可能となる。
3のオンしている期間、すなわち直流電流の短絡具合を
調整することによって、負荷7の変動に対応したコンデ
ンサ5電圧つまり出力電圧の定電圧化が可能となる。
【0039】この制御を実現するための制御回路6は、
コンデンサ5電圧の増減具合によって、スイッチ素子3
のオンオフ動作を状態変化させることが必要となるが、
これには例えばインバータ回路等に広く利用されている
PWM制御を行うことによって容易に実現できる。つま
りコンデンサ5電圧を検出し、これを基準電圧と比較し
、その誤差を増幅し三角波電圧と比較することによって
スイッチ素子3のオンオフ状態を決定するものである。 この制御方式の場合スイッチ素子3の動作は、図3に示
す周期TS は一定でTONとTOFF の割合を変化
させることが行われる。
コンデンサ5電圧の増減具合によって、スイッチ素子3
のオンオフ動作を状態変化させることが必要となるが、
これには例えばインバータ回路等に広く利用されている
PWM制御を行うことによって容易に実現できる。つま
りコンデンサ5電圧を検出し、これを基準電圧と比較し
、その誤差を増幅し三角波電圧と比較することによって
スイッチ素子3のオンオフ状態を決定するものである。 この制御方式の場合スイッチ素子3の動作は、図3に示
す周期TS は一定でTONとTOFF の割合を変化
させることが行われる。
【0040】図1に示した電流電圧変換回路によれば、
スイッチ素子3のオンオフ動作を負荷状態変化に応じて
制御させることにより、出力電圧(コンデンサ5電圧)
を一定に保つことが可能となる。そしてスイッチ素子3
のオンオフ動作周期TS を短くし繰り返し周波数を高
くすることにより微細な出力電圧制御が可能で、この際
コンデンサ5の充放電時間よりもスイッチ素子3のオン
オフ動作周期TS を短くしていくことにより出力電圧
の精度を容易に高くできるのは明白である。
スイッチ素子3のオンオフ動作を負荷状態変化に応じて
制御させることにより、出力電圧(コンデンサ5電圧)
を一定に保つことが可能となる。そしてスイッチ素子3
のオンオフ動作周期TS を短くし繰り返し周波数を高
くすることにより微細な出力電圧制御が可能で、この際
コンデンサ5の充放電時間よりもスイッチ素子3のオン
オフ動作周期TS を短くしていくことにより出力電圧
の精度を容易に高くできるのは明白である。
【0041】また、電流電圧変換回路の出力容量は、ス
イッチ素子3の電流電圧定格によって決定される。つま
り、スイッチ素子3のオフ時には出力電圧(コンデンサ
5電圧)が印加され、オン時には電流源の出力電流が流
れることになるからである。
イッチ素子3の電流電圧定格によって決定される。つま
り、スイッチ素子3のオフ時には出力電圧(コンデンサ
5電圧)が印加され、オン時には電流源の出力電流が流
れることになるからである。
【0042】しかし近年の半導体素子の進歩により、1
000V数100Aの電流を数μsでしかも低損失でオ
ンオフすることが可能な素子も市販されており、このよ
うな半導体素子を用いることにより容易に大容量化が図
れることは明らかである。
000V数100Aの電流を数μsでしかも低損失でオ
ンオフすることが可能な素子も市販されており、このよ
うな半導体素子を用いることにより容易に大容量化が図
れることは明らかである。
【0043】回路効率の点からも、回路の発熱要素は回
路内に用いた半導体スイッチ素子の損失だけとなるので
負荷の状態に関係なく回路効率を高く保つことができる
。無論、ダミー抵抗等を必要とせず、無駄な発熱要素が
無くなることが回路効率向上には大きな効果がある。
路内に用いた半導体スイッチ素子の損失だけとなるので
負荷の状態に関係なく回路効率を高く保つことができる
。無論、ダミー抵抗等を必要とせず、無駄な発熱要素が
無くなることが回路効率向上には大きな効果がある。
【0044】さらに制御回路6内の設定電圧を変えるこ
とにより出力電圧値を任意に設定できるため、汎用性の
高い電源回路を構成できる等の利点も生じる。
とにより出力電圧値を任意に設定できるため、汎用性の
高い電源回路を構成できる等の利点も生じる。
【0045】そして図2には特許請求の範囲第2項に記
載したように、図1における直流電流源2を、交流電流
源8と、該交流電流源8より出力される交流電流を整流
するための整流回路9とを接続し構成した回路を示す。 図2においては交流電流源8の出力電流周波数やそれに
見合った整流回路9の使用素子を適正に設定する等の必
要があるものの、本発明に係わる電流電圧変換回路の本
筋に大きく影響する技術ではなく、容易に実現できるこ
とは明白である。
載したように、図1における直流電流源2を、交流電流
源8と、該交流電流源8より出力される交流電流を整流
するための整流回路9とを接続し構成した回路を示す。 図2においては交流電流源8の出力電流周波数やそれに
見合った整流回路9の使用素子を適正に設定する等の必
要があるものの、本発明に係わる電流電圧変換回路の本
筋に大きく影響する技術ではなく、容易に実現できるこ
とは明白である。
【0046】かかる電流電圧変換回路を具備した絶縁電
源供給装置の回路図を図4に示す。本発明の特許請求範
囲第2項に示すように、電流源25を、交流電流供給回
路8の出力に電流トランス23a、23bを挿入するこ
とにより交流電流供給回路8および電流トランス23a
、23b相互間が絶縁された交流電流源24と、該交流
電流源24の後段に単相整流回路9a、9bを付加する
ことにより構成している。
源供給装置の回路図を図4に示す。本発明の特許請求範
囲第2項に示すように、電流源25を、交流電流供給回
路8の出力に電流トランス23a、23bを挿入するこ
とにより交流電流供給回路8および電流トランス23a
、23b相互間が絶縁された交流電流源24と、該交流
電流源24の後段に単相整流回路9a、9bを付加する
ことにより構成している。
【0047】図4に示された交流電流供給回路8は、簡
略には図5に示すように、交流電源10と直列に例えば
リアクトルのようなインピーダンス要素12を接続する
ことによって電流に変換する方法、図5では負荷変動に
よる電流変動が大きくなる場合には、図6に示すように
交流電圧源11の出力にコンデンサ5a、リアクトル1
3aを並列に接続し、コンデンサ5aとリアクトル13
aによる並列共振周波数を交流電圧源の周波数を合わせ
ることによって、リアクトル13aの電流を概略一定に
し、負荷7に供給する方法等がある。
略には図5に示すように、交流電源10と直列に例えば
リアクトルのようなインピーダンス要素12を接続する
ことによって電流に変換する方法、図5では負荷変動に
よる電流変動が大きくなる場合には、図6に示すように
交流電圧源11の出力にコンデンサ5a、リアクトル1
3aを並列に接続し、コンデンサ5aとリアクトル13
aによる並列共振周波数を交流電圧源の周波数を合わせ
ることによって、リアクトル13aの電流を概略一定に
し、負荷7に供給する方法等がある。
【0048】さらに精度の高い電流を供給するためには
、図7に示すように直流電源14、スイッチ素子3e、
ダイオード4fおよびリアクトル13bよりなるチョッ
パ回路21、該チョッパ回路21の出力に接続されたス
イッチ素子3a〜3dよりなるインバータ回路22、お
よび前記チョッパ回路21の直流電源14と出力間に接
続された帰還用ダイオード4eよりなる回路が考えられ
る。
、図7に示すように直流電源14、スイッチ素子3e、
ダイオード4fおよびリアクトル13bよりなるチョッ
パ回路21、該チョッパ回路21の出力に接続されたス
イッチ素子3a〜3dよりなるインバータ回路22、お
よび前記チョッパ回路21の直流電源14と出力間に接
続された帰還用ダイオード4eよりなる回路が考えられ
る。
【0049】図7において、チョッパ回路21はスイッ
チ素子3eのオンによって直流電源14とリアクトル1
3bの直列回路、スイッチ素子3eオフでダイオード4
fとリアクトル13bとの還流回路を形成しインバータ
回路22に電流を供給する。この際リアクトル13b電
流は半導体素子3eのオンで増えオフで減少するが、そ
の増減具合に比べスイッチ素子3eのオンオフ動作を細
かく繰り返すことで、リアクトル電流13bつまりチョ
ッパ回路21の出力電流を定電流化することができる。
チ素子3eのオンによって直流電源14とリアクトル1
3bの直列回路、スイッチ素子3eオフでダイオード4
fとリアクトル13bとの還流回路を形成しインバータ
回路22に電流を供給する。この際リアクトル13b電
流は半導体素子3eのオンで増えオフで減少するが、そ
の増減具合に比べスイッチ素子3eのオンオフ動作を細
かく繰り返すことで、リアクトル電流13bつまりチョ
ッパ回路21の出力電流を定電流化することができる。
【0050】チョッパ回路21により定電流化された電
流はインバータ回路22のスイッチ素子3a、3dの組
および3b、3cの組を交互にオンオフさせることによ
り交流電流化されて出力される。なお、帰還ダイオード
4eは、インバータ回路22の異常動作等でチョッパ回
路21出力がオープンなった場合、チョッパ回路21の
リアクトル13bのエネルギーを直流電源14に回生す
るために接続されたものである。
流はインバータ回路22のスイッチ素子3a、3dの組
および3b、3cの組を交互にオンオフさせることによ
り交流電流化されて出力される。なお、帰還ダイオード
4eは、インバータ回路22の異常動作等でチョッパ回
路21出力がオープンなった場合、チョッパ回路21の
リアクトル13bのエネルギーを直流電源14に回生す
るために接続されたものである。
【0051】このように、図7に示した交流電流供給回
路においては、出力電流はほぼ一定の矩形波交流であり
、出力電流の精度はチョッパ回路21のスイッチ素子3
eのオンオフ動作繰り返し周波数を高くすることにより
容易に得られる。
路においては、出力電流はほぼ一定の矩形波交流であり
、出力電流の精度はチョッパ回路21のスイッチ素子3
eのオンオフ動作繰り返し周波数を高くすることにより
容易に得られる。
【0052】以上のように構成した、図4に示す本発明
の電流電圧変換回路を具備した絶縁電源供給回路例にお
いては、交流電流供給装置8の出力電流は24Aで5k
Hzの矩形波交流、電流トランス23a、23bの変流
比は20:1(1次:2次)であり、電流トランス23
a、23bの2次側には1.2Aの矩形波交流が流れる
。
の電流電圧変換回路を具備した絶縁電源供給回路例にお
いては、交流電流供給装置8の出力電流は24Aで5k
Hzの矩形波交流、電流トランス23a、23bの変流
比は20:1(1次:2次)であり、電流トランス23
a、23bの2次側には1.2Aの矩形波交流が流れる
。
【0053】電流電圧変換回路のスイッチ素子3には、
オンオフ動作の制御回路を内蔵している汎用のスイッチ
ングレギュレター用パワーICに、わずかな外付け部品
を付加し制御系に若干の工夫をして用いた。スイッチ素
子3のスイッチ周波数は40kHzである。また出力段
のコンデンサ5は約2000μFとした。
オンオフ動作の制御回路を内蔵している汎用のスイッチ
ングレギュレター用パワーICに、わずかな外付け部品
を付加し制御系に若干の工夫をして用いた。スイッチ素
子3のスイッチ周波数は40kHzである。また出力段
のコンデンサ5は約2000μFとした。
【0054】接続されている負荷7a、7bは半導体素
子駆動用回路でパルス状の電流を最高5kHzの繰り返
しで半導体素子に供給するものである。必要入力として
は電圧48V、最大平均電流0.7Aで、必要入力容量
は最大約34Wとなる。
子駆動用回路でパルス状の電流を最高5kHzの繰り返
しで半導体素子に供給するものである。必要入力として
は電圧48V、最大平均電流0.7Aで、必要入力容量
は最大約34Wとなる。
【0055】上述の回路構成で、負荷条件変化試験や負
荷急変試験を行った結果、負荷となる半導体駆動回路の
入力は高繰り返しのパルス電流となったにも係わらず出
力電圧変動はほとんど無く、最低負荷と最高負荷の負荷
状態変動試験においても出力電圧のレギュレーションは
極めて良好で、本発明の有用性が確認できた。
荷急変試験を行った結果、負荷となる半導体駆動回路の
入力は高繰り返しのパルス電流となったにも係わらず出
力電圧変動はほとんど無く、最低負荷と最高負荷の負荷
状態変動試験においても出力電圧のレギュレーションは
極めて良好で、本発明の有用性が確認できた。
【0056】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、大出力で
しかも負荷条件にかかわらず高効率で動作し、かつ出力
電圧精度の高い電流電圧変換回路を構成できる。
しかも負荷条件にかかわらず高効率で動作し、かつ出力
電圧精度の高い電流電圧変換回路を構成できる。
【図1】図1は本発明に係わる電流電圧変換回路の電気
回路図である。
回路図である。
【図2】図2は本発明に係わる電流電圧変換回路を具備
した絶縁電源供給装置の電気回路図である。
した絶縁電源供給装置の電気回路図である。
【図3】図3は図1の回路の動作を説明するための各部
波形図である。
波形図である。
【図4】図4は本発明の電流電圧変換回路を具備した絶
縁電源供給装置の一実施例を示す回路図である。
縁電源供給装置の一実施例を示す回路図である。
【図5】図5は交流電流供給回路の一例の簡略図である
。
。
【図6】図6は交流電流供給回路の他の一例の簡略図で
ある。
ある。
【図7】図7は精度の高い交流電流供給回路の一例の回
路図である。
路図である。
【図8】図8はインバータ回路の一例の回路図である。
【図9】図9は絶縁トランスを利用した駆動回路の一例
の回路図である。
の回路図である。
【図10】図10は電流電圧変換回路の一例の簡略図で
ある。
ある。
【図11】図11はツェナーダイオードを利用した電流
電圧変換回路の一例の簡略図である。
電圧変換回路の一例の簡略図である。
1 電流電圧変換回路
2 電流源
3,3a〜3e スイッチ素子(トランジスタ)4,
4a〜4f ダイオード 5,5a〜5c コンデンサ 6 制御回路 7,7a,7b 負荷 8 交流電流源 9,9a,9b 整流回路 10,11 交流電圧源 12 インピーダンス 13a,13b リアクトル 14 直流電源 15a〜15d 駆動回路 16 電源回路 17 絶縁トランス 18a〜18b 電圧調整器 19 抵抗 20 ツェナーダイオード 21 チョッパ回路 22 インバータ回路 23a〜23b 電流トランス 24 交流電流源 25 電流源
4a〜4f ダイオード 5,5a〜5c コンデンサ 6 制御回路 7,7a,7b 負荷 8 交流電流源 9,9a,9b 整流回路 10,11 交流電圧源 12 インピーダンス 13a,13b リアクトル 14 直流電源 15a〜15d 駆動回路 16 電源回路 17 絶縁トランス 18a〜18b 電圧調整器 19 抵抗 20 ツェナーダイオード 21 チョッパ回路 22 インバータ回路 23a〜23b 電流トランス 24 交流電流源 25 電流源
Claims (2)
- 【請求項1】 直流電流を出力する電流源と、該電流
源に直列に接続されたスイッチ素子と、該スイッチ素子
に並列接続されたダイオードとコンデンサの直列回路と
、該コンデンサの電圧が規定の値となるように前記スイ
ッチ素子のオンオフ動作を制御する制御回路とからなる
ことを特徴とする電流電圧変換回路。 - 【請求項2】 特許請求の範囲1項記載の電流電圧変
換回路において、電流源は、交流電流を出力する交流電
流源と、該交流電流を整流する整流器とからなることを
特徴とする電流電圧変換回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16338991A JPH04362714A (ja) | 1991-06-10 | 1991-06-10 | 電流電圧変換回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16338991A JPH04362714A (ja) | 1991-06-10 | 1991-06-10 | 電流電圧変換回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04362714A true JPH04362714A (ja) | 1992-12-15 |
Family
ID=15772961
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16338991A Pending JPH04362714A (ja) | 1991-06-10 | 1991-06-10 | 電流電圧変換回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04362714A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020078197A (ja) * | 2018-11-08 | 2020-05-21 | Necプラットフォームズ株式会社 | 給電システム、給電方法及びプログラム |
| JP2020114204A (ja) * | 2019-01-17 | 2020-07-30 | 日本たばこ産業株式会社 | エアロゾル吸引器用の電源ユニット |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6177907A (ja) * | 1984-09-26 | 1986-04-21 | Fuji Electric Co Ltd | 電源回路 |
-
1991
- 1991-06-10 JP JP16338991A patent/JPH04362714A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6177907A (ja) * | 1984-09-26 | 1986-04-21 | Fuji Electric Co Ltd | 電源回路 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020078197A (ja) * | 2018-11-08 | 2020-05-21 | Necプラットフォームズ株式会社 | 給電システム、給電方法及びプログラム |
| JP2020114204A (ja) * | 2019-01-17 | 2020-07-30 | 日本たばこ産業株式会社 | エアロゾル吸引器用の電源ユニット |
| JP2020114196A (ja) * | 2019-01-17 | 2020-07-30 | 日本たばこ産業株式会社 | エアロゾル吸引器用の電源ユニット |
| US11005282B2 (en) | 2019-01-17 | 2021-05-11 | Japan Tobacco Inc. | Power supply unit for aerosol inhaler |
| US11699914B2 (en) | 2019-01-17 | 2023-07-11 | Japan Tobacco Inc. | Power supply unit for aerosol inhaler provided with zener diode connected in parallel with charger |
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