JPH06500227A - 電圧変換器の制御方法 - 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】 大きい入力電圧範囲を有する電圧変成器の制御方法およびその用途電源整流の際 の力率を改善するためには、たとえば絶縁変成器、昇圧調整器または昇圧・降圧 調整器のような変成器を使用することができる。これらの変成器は原理的には、 入力電圧を無段階で変成し、また調節された出力電圧を供給するものである。こ のような変成器を適当に制御すれば、電源整流器との共同作用により交流電圧電 源から正弦波状の電流を取り出し、また出力端に調節された直流電圧を供給する ことが可能である。これらの特性を有する昇圧調整器はたとえばエム・ヘルフル トの下記の論文および応用報告書「より高い出力電力の電源整流器に対する能動 的高調波フィルタリング」シーメンスーコンポーネンツ２４　（１９８６年）第 １号、第９〜１３頁、ｒＴＤＡ４８１４−正弦波状の電源電流取り出しのための 集積制御回路」シーメンスーコンポーネンツ２４　（１９８６年）第３号、第１ ０３〜１０７頁、ｒ２５０Ｗ出力電力用のＴＤＡ４８１４Ａを有する能動的高調 波フィルタ」シーメンス−報告ＬＥ８８０３．１９８８年８月１９日、「能動的 高調波フィルタに対するＴＤＡ４８１６およびＴＤＡ４９１９を有する制御回路 」シーメンスＨＬ一応用報告ＰＤ２２８９０５．１９８９年１１月および 「一定の作動周波数および６００Ｗ出力電力を有する能動的高調波フィルタ」シ ーメンスＨＬ一応用報告ＰＤ２２９００２．１９９０年２月から公知である。

これらの公知の回路装置の制御原理は、調節増幅器の実ＦＩＡ値入力端に変成器 の出力電圧に関係する信号が与えられ、この信号が出力電圧の目標値と比較され 、また調節増幅器の出力量が乗算器の入力量の１つを形成することである。この 乗算器の他方の入力量は電圧変成器の整流された入力電圧に比例する時間に関係 するアナログ信号である。整定状態では調節増幅器は出力量として直流電圧を供 給するので、乗算器からその出力端に供給される出力信号はその時間的経過を電 圧変成器の整流された入力電圧により定められており、またその振幅を調節増幅 器の出力量により定められている０乗算器のこの出力信号は変成器の入力電流、 すなわち受け入れられる電ａｔ流に対する目標値設定を形成する０乗算器の後に 接続されている回路装！は変成器人力ｔｉのこの目標値設定に関係して、また変 成器入力電流の実際の経過に関係して変成器の電力開閉器に対する駆動信号を供 給する。この回路装置の構成は先ず第一に変成器の形式に関係している。スイッ チングされる昇圧調整器を駆動するための簡単な方法は前記の論文ｒＴＤＡ４８ １４−正弦波状のｔ源電流取り出しのための集積された制御回路」に記載されて おり、ここでは単にコンパレータが変成器の入力電流に比例する電圧を乗算器の 目標値設定と比較し、また目標値に相応する波高値に到達する際に変成器の電力 開閉器を遮断し、またその際に電力開閉器は、変成器の入力電流が零になったこ とを零通過検出器が確認すると直ちに再び閉じられるようになっている。

上記の制御回路の乗算器出力端の目標値設定を変成器の電力開閉器に対する駆動 パルスに変換するための別の方法は、乗算器の後に別の調節器を接続し、この調 節器が変換器の入力電流の実際値を乗算器から設定される目標値に追従調節し、 またアナログ信号もしくはパルス幅変調器から供給されるスイッチング信号を変 成器の電力開閉器の駆動のために供給することにある。このような方法により作 動する装置はなかんずく、別刷としても発行された前記の論文「より高い出力電 力の電源整流器に対する能動的高調波フィルタリング」シーメンスーコンボーネ 、ンツ２４　（１９８６年）第１号、第９〜１３頁および「能動的高調波フィル タに対するＴＤＡ４８１６およびＴＤＡ４９１９を有する制御回路」シーメンス ＨＬ一応用報告ＰＤ２２８９０５に記載されている。

上記のすべての電圧変成器に共通していることは、乗算器を有し、その出力信号 が電流コンパレータまたは電流Ｅｌｆｌｊ器に対する参照値を供給し、その際に この電流コンパレータまたは電流調節器が電圧変成器の入力電流を制御する制御 方法である０乗算器の入力端の１つには、分圧器を介して振幅を減ぜられた変成 器の入力電圧が与えられており、また乗算器の他方の入力端には変成器の出力電 圧を調節する電圧１節器の出力電圧が与えられている。こうして乗算器の出力端 に、整流されたｔｓ電圧の曲線形状を有し、また振幅を電圧調節器により変更さ れ得る信号が供給される。

上述の変成器は入力電圧を無段階でまた高い効率で他の電圧レベルに変成し得る ので、別の切換措置を必要とせずに、１つの負荷にｌｌ０Ｖ電源がらも２２０■ 電源からも給電するためにこれらの変成器を使用することは当然に考え付く。

これは、上述の制御方法により作動する上述の変成器により可能である。

回路技術上乗算器はその信号入力に関して制限されたダイナミックレンジを有す る９乗算器において一定の出力レベルを得るためには、入力レベルは乗算器の信 号入力端のどれにおいても一定の値以下に低下してはならない、さらに入力信号 レベルは、乗算器回路の出力信号が望ましい仕方で入力信号に関係するように、 信号入力端のどれにおいても入力端固有の値を超過してはならない、従って乗算 器回路のこのように制限されたダイナミックレンジは、上記の制御方法が実現さ れている電圧変成器回路においても、許容入力電圧範囲または最大許容入力電圧 と最小許容入力電圧との比を制限する。すなわち、所望の目標値を乗算器の出力 端に供給するためには、最大許容入力電圧が固定されている場合、電圧変成器の 入力電圧は、これから誘導される！ＩＸ器の入力信号が一定の値を下回る程小さ くなってはならず、さらに電圧変成器の入力電圧は、所望の目標値１／ベルを乗 算器の出力端に供給するために電圧！ｊｉ節器から乗算器の入力端に供給される 電圧が許容値を超過しない程度にのみ小さくなければならない。

本発明の課題は、大きい入力電圧範囲を有する電圧変成器に対する制御方法であ って、入力電圧範囲が乗算器の伝達特性によりそれほど甚だしく制限されない制 御方法ならびにこのような制御方法の用途を提案することにある。

この課題は請求の範囲１による制御方法により解決される。

このような制御方法の用途は請求の範囲２ないし４の対象である。

本発明は上記の課題を、乗算器が入力信号に比例する直流電圧による除電のため に拡張されるという仕方で解決する。入力信号に比例するこの直流電圧はたとえ ば入力電圧の波高値、入力電圧の時間的平均値または入力電圧の実効値に比例す るものであってよい、このようにすれば電圧変成器の入力電流に対する最大の目 標値設定が入力電圧の高さに無関係になる。

本方法を実行するためには公知の乗算器の前段に別の乗算器を接続すればよい。

その際にこの前段に接続されている乗算器の入力信号は電圧変成器の整流された 入力端子から導かれており、またこの前段に接続されている乗算器の他方の入力 端には、電圧変成器の入力電圧に反比例する、たとえば入力電圧の波高値、実効 値または平均値に反比例する直流電圧が与えられている。

しかし、請求の範囲による制御方法の実現方法として、３つの入力端を有する乗 算器の形態も通しており、その際に１つの入力端は電圧調節器の出力信号を与え られ、別の入力端は電圧変成器の入力端子の波高値、実効値または平均値に反比 例する直流電圧を与えられ、また第３の入力端は電圧変成器の整流された入力電 圧に比例する時間に関係する信号を与えられる。公知の制御方法と異なって、こ のような本発明による制御方法では入力電圧の変化の際の制御の必要な調節干渉 は乗算器のすべての３つの入力端に均等に分布し、それによって処理すべき信号 範囲が明白に減ぜられる。変成器の構成要素の電流負担は、臨界的な場合にこの 制御方法では一定にとどまる入力電流に合わされている。このことは、変成器が より高い入力電圧の際に必要であれば多くの電力を供給し得ること、またその際 に構成要素の負担が変化しないことを意味する。このように制御される変成器は 入力電圧の増大と共に構成要素の最適利用に際してより大きい調整予備能力を有 する。

以下、図面により本発明を一層詳細に説明する１図面には実施例として、交流電 圧ｕａｃを与えられている入力端子ａおよびｂを有する整流装置ＧＲから成る昇 圧調整器が示されている。出力端子Ｃおよびｄにこの整流装置ＧＲは周期的に変 動する瞬時値を有する整流された電圧を供給する。正の電位を供給する整流装置 ＯＲの出力端子Ｃには電力開閉器ＬＳの端子ならびにダイオードＧ１の陰極端子 が接続されている。ダイオードＧｌの陽極端子は昇圧調整器の出力端子ｅを形成 しており、また充電コンデンサＣＬを介して昇圧調整器の出力端子ｒと接続され ている。昇圧調整器の出力端子ｆはさらに電力開閉器ＬＳの他方の端子に接続さ れており、また負再電流の検出のために設けられている抵抗Ｒ１を介して整流装 置ＯＲの出力端子ｄと接続されている。この昇圧調整器は出力端子ｅおよびｆの 間に直流電圧Ｕａを供給する。端子ｅは２つの抵抗Ｒ２およびＲ３の直列回路を 介して基］１！電位に接続（接地）されている、これらの両抵抗Ｒ２およびＲ３ の接続点は出力電圧Ｕａに比例する電圧を供給し、また電圧ａｉｒ器ＲＵの一方 の入力端に接続されている。この電圧調節１ｉＲＵの他方の入力端は参照電位Ｕ ｒｅｆを与えられている。電圧調節ＨＲＵは昇圧調整器の出力電圧Ｕａを参照電 位Ｕｒｅｆと比較し、また設定された目標値からの出力電圧Ｕａの偏差の際に適 当な電圧Ｍ３を乗算装置Ｍの１つの入力端に与える。電圧Ｕｅの正の電位を供給 する端子Ｃは２つの抵抗Ｒ４およびＲ５の直列回路を介して、また２つの抵抗Ｒ ６およびＲ７の直列回路を介してそれぞれ基準電位に接続（接地）されている、 抵抗Ｒ７に並列にキャパシタンスＣ７が設けられている。抵抗Ｒ４およびＲ５の 接続節点には、電圧Ｕｅの瞬時値に比例する電圧Ｍｌが供給される。抵抗Ｒ６お よびＲ７ならびにキャパシタンスＣ７の接続節点には、キャパシタンスｃ７の積 分作用に基づいて電圧Ｕｓの算術平均値に比例し、従ってまた入力端子ｕａｃの 実効値または波高値に比例する電圧Ｍ２が供給される。抵抗Ｒ４およびＲ５の接 続節点も抵抗Ｒ６およびＲ７の接続節点も乗算装置Ｍのそれぞれ別の入力端と接 続されている１乗算装置Ｍは、 Ｑ寥（ＭＩＸＭ３）／Ｍ２ が成り立つ出力信号Ｑを供給するように実現されていなければならない。

このような乗算装置はなかんずく２つの通常の乗算器回路により実現可能であり 、その際に電圧Ｍ２を与えられる入力端は反転入力端として構成され、またはア ナログインバータ回路に直列に接続されている。そのために使用可能な乗算器の 基本回路はなかんずくティーツェおよびシェンク著「半導体回路技術」第２版、 １９７１年、第２８８〜２９３頁のｉ！１１．　１６．　２章に記載されている 。特にその第１１．１１５図には、２つのトランジスタを有し、それらのエミッ タ１子が一括接続されており、また抵抗Ｒ２を介して電位Ｕ２に接続されている 差動増幅器回路が示されている。トランジスタの一方のベース端子は接地電位に 接続されており、差動増幅器回路の他方のトランジスタのベース端子は電圧ｕ１ を与えられている０両トランジスタのコレクタ端子は、反転比例増幅器として接 続されている演算増幅器の両入力端に接続されている。この演算増幅器の出方端 は、トランジスタのベース端子における電圧ｕ１に両トランジスタの共通のエミ ッタ電流を乗算した、従ってまた抵抗Ｒ２に基づいて電圧ｕ２を乗算した電圧ｕ １に比例する電圧を供給する。上記文献の第２９０頁には、その出力電圧が２つ の入力電圧の比に比例する乗算器回路が記載されている。そのために第２８９頁 の第１１．１１５図による回路では演算増幅器の帰還結合はこの演算増幅器の反 転入力端にではなぐ差動増幅器の電流入力端、すなわち電圧ｕ２を有する端子に 帰還結合されなければならない。

図面に示す乗算装置Ｍを実現するため、電圧Ｍ２を与えられる入力端は入力信号 の逆数値に比例する出力信号を供給する回路装置りと接続されていてよい、この 回路装置の出力端は通常の乗算器Ｍａの入力端に接続されていてよく、その他方 の入力端は、電圧Ｍ１を与えられている乗Ｘ装置Ｍの入力端と接続されている。

乗算器Ｍａの出力端は別の乗算器Ｍｂの入力端に接続されていてよい。その場合 乗算器Ｍｂの別の入力端は、電圧Ｍ３を与えられている乗算装置Ｍの入力端と接 続されている。別の乗算器Ｍｂの出力端は乗算装置Ｍの出力端Ｑを形成している 。

このような実現例の要素ＭａおよびＤは、その出力信号が両人力信号の比に比例 している前記の乗算器により実現されていてよい。

図面中の乗算装置Ｍの出力端Ｑは電流調節器ＲＩの入力端と接続されている。

その際にこの電流！ｌ１節器Ｒ１の他方の入力端は、昇圧調整器の瞬時の入力電 流に比例している電圧を与えられている。そのためにこの入力端は、抵抗Ｒ１を 介して接地電位と接続されている整流装ｆＧＲの端子ｄと接続されている。昇圧 調整器の入力を流は抵抗Ｒ１を通って流れるので、端子ｄと接地電位との間の電 圧は負荷電流に比例している。

１流調節器Ｒ１の出力端はパルス幅変調器回路ＰＷＭの入力端に接続されている 。このパルス幅変調器回路の出力端は負荷開閉器ＬＳの制御入力端に接続されて いる。

図面による実施例では、パルス幅変調器回路ＰＷＭはさらに、昇圧調整器の過度 に高い出力電圧および過度に大きい出力電流に間する保護ｍ能を含んでいる。

これは、入力信号に比例する信号がパルス幅変調器回路ＰＷＭの入力端ｐｉに接 続されていること、また出力電圧Ｕａに比例する信号がパルス幅変調器回路ＰＷ Ｍの入力端ｐｕに接続されていることにより示されている。

上述の制御方法は特にたとえば絶縁変成器、昇圧調整器または昇圧−降圧調整器 のようなりロックされる電圧変成器に使用するために適している０文献「スイッ チング電源装置、コンセプト、構成要素、応用」ヴエー・ヒルシェマンおよびア ー・ハウエンジュタイン著、１９９０年、シーメンス・アクチェンゲゼルシャフ ト（ベルリンおよびミュンヘン）出版の第４０頁以降にはスイッチングを源装置 の基本回路が記載されている。その第４０および４１頁には降圧調節器または降 圧調整器が、第４２頁には昇圧調節器または昇圧調整器が、第４３頁にはインバ ータまたは極性反転器が、第４４頁には昇圧−降圧調節器または昇圧−降圧調整 器が、また第４５ないし５ｏ頁には種々の絶縁変成器の基本回路が記載されてい る。正弦波状のｔ源を流量は入れのためのスイッチングｔｌｌ！装！回路は第４ ３６頁ないし第４４８頁の第６章に記載されている。

当業者が前記のすべての文献から得ることのできる技術的教示は本明細書の開示 の一部を成すものとする。

国際調査報告 −１，？Ａｅｅ＆＋、ｓａ、ＰＣｒ／ＤＥ９２１００１３５

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．大きい入力電圧範囲を有する正弦波状の電源電流受け入れのための電圧変成 器に対する制御方法において、電圧変成器の入力電流が電流目標値に関係して制 御または調節され、重圧変成器の出力電圧が出力電圧目標値に関係して調節信号 を供給する調節器の実際値−入力量として用いられ、また前記の電流目標値が、 整流された電圧変成器の入力電圧に比例する信号を前記の調節信号と乗算し、さ らに電圧変成器の入力電圧の波高値、実効値または平均値に反比例する直流電圧 信号と乗算することにより得られることを特徴とする電圧変成器の制御方法。
2. ２．スイッチングされる電圧変成器に用いられる請求の範囲１記載の方法。
3. ３．絶縁変成器に用いられる請求の範囲１記載の方法。
4. ４．昇圧調整器に用いられる請求の範囲１記載の方法。
5. ５．昇圧−降圧調整器に用いられる請求の範囲１記載の方法。