JPH10341573A - 高周波電源装置 - Google Patents

高周波電源装置

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JPH10341573A
JPH10341573A JP18681996A JP18681996A JPH10341573A JP H10341573 A JPH10341573 A JP H10341573A JP 18681996 A JP18681996 A JP 18681996A JP 18681996 A JP18681996 A JP 18681996A JP H10341573 A JPH10341573 A JP H10341573A
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JP
Japan
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signal
phase
circuit
power supply
wave
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JP18681996A
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Toshio Hori
敏夫 堀
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スペクトラム変換動作を伴うSSB変調技術
を用いることにより、小型化、IC化が可能であり、し
かも力率が改善された高周波電源装置を提供することに
ある。 【解決手段】 商用交流電源電圧を有する単相交流信号
を2相発生回路3に入力して2相の交流信号を出力する
と共に、該2相交流信号を直交変調器4に入力して、S
SB変調信号を出力し、絶縁トランス5で変圧後、整流
回路6を介して所定の電圧の直流信号を得るようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は高周波電源装置、特
にスペクトラム変換動作を伴うSSB(Single
Side−Band)変調技術を利用した高周波電源装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の高周波電源装置は、直流電源から
出力された直流を高周波の交流に変換し、絶縁トランス
で変圧した後、整流回路を用いて再度直流に変換するも
のであった。
【0003】この装置は、上述したように、直流電源を
利用することを前提として構成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従って、このような従
来の装置に、商用交流電源を利用する場合には、整流回
路が必要となり、従来型のスイッチ電源と同じ回路構成
となってしまう。この結果、装置全体が大型になり、ま
たIC化も困難である。。
【0005】しかも、整流回路を設けただけでは、図9
(a)に示すように、脈流しか得られない。これを解決
するために、従来は、整流回路の後段に平滑回路を配置
し、図9(c)に示す出力電圧と出力電流が得られるよ
うにしている。
【0006】しかし、通常は、コンデンサ入力型の平滑
回路を用いることが多いので、コンデンサの容量を大き
くすればする程、図9(b)に示すように、入力電流が
パルス状になり、ノイズが多く、しかも力率も悪い。
【0007】本発明の目的は、スペクトラム変換動作を
伴うSSB変調技術を用いることにより、小型化、IC
化が可能であり、しかも力率が改善された高周波電源装
置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、2つのSSB変調技術、即ち、1個の平衡変調器の
後段に単側波帯フィルタを設置する方法と、2個の平衡
変調器を用いて低い周波数の複素正弦波と高い周波数の
複素正弦波を直交変調する方法のうち、本願の発明者
は、後者の方法を採用することとし、フィルタが不要で
あり、応答速度が早い図1(A)に示す直交変調器4に
着眼した。
【0009】直交変調器4は、図1(A)に示すよう
に、2つの平衡変調器4Aと4B、及び加算器4Cを組
み合わせたものである。
【0010】図1(A)において、I入力端子とQ入力
端子に、複素正弦波(cosωb t、sinωb t)を
印加すると、キャリアをそれぞれcosωc t、sin
ωctとすれば、よく知られているように、各平衡変調
器4Aと4Bからは、DSB変調信号がそれぞれ出力さ
れる。
【0011】このDSB変調信号を加算器4Cに入力す
れば、出力端子OUTからは、下側波(=cos(ωc
t−ωb t))、又は上側波(=sin(ωc t+ωb
t))から成るSSB変調信号が出力される。
【0012】直交変調器4から出力される上記SSB変
調信号は、振幅が一定で、しかも単純な単スペクトラム
になり、該直交変調器4のI入力端子とQ入力端子に印
加する信号を、例えば、周波数50Hz又は60Hzの
商用交流信号とした場合、高い周波数に変換、即ち、ス
ペクトラム変換されたように見える。
【0013】そこで、本願の発明者は、この高い周波数
の交流信号を整流すれば、小さい定数の平滑回路によ
り、直流化できるという考えに到達した。
【0014】この考えに基づいて、単相の商用交流信号
(図1(B)の(a))からcos波(図1(B)の
(b))とsin波(図1(B)の(c))から成る2
相交流を発生させ、直交キャリア(図1(B)の(d)
と(e))と共に直交変調器4に入力すれば、DSB変
調信号(図1(B)の(i)と(j)、(f)と
(g))が加算された後、既述したSSB変調信号(図
1(B)の(k)と(h))が出力されるので、このS
SB変調信号を絶縁トランスを介して2次側で整流する
ことにより、所定の直流信号が得られるという発明の原
理を完成した。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態により
添付図面を参照して説明する。図2は本発明の回路構成
図である。
【0016】図2において、参照符号1は単相商用交流
電源、2はACノイズ・フィルタ、3は2相発生回路、
4は直交変調器、5は絶縁トランス、6は整流回路、7
は平滑回路、8は逓倍回路、9はPLL回路、10は各
種タイミング信号発生回路、11は直交キャリア発生回
路、12は安定化回路である。
【0017】また、図3は、図2の詳細図である。図3
の回路のうち、2相発生回路3としては、表1に掲げる
5つの方式が考えられる。
【0018】本発明では、特に電力を取り扱わなければ
ならず、また既存技術により実現可能であるという観点
から、表1の4の方式を採用した。
【0019】この観点から、図3の2相発生回路3は、
図示するように、フル・ブリッジの全波整流回路3A、
cosパルス・ハイト変調部3B、sinパルス・ハイ
ト変調部3C、PWM0°のこぎり波発生回路3D、P
WM90°のこぎり波発生回路3E、余弦係数発生回路
3F、正弦係数発生回路3G、ヒステリシス・コンパレ
ータ3Hと3I、I−PWM−Cドライバ回路3J、Q
−PWM−Sドライバ回路3Kから構成されている。
【0020】また、図5は、直交変調器4の詳細図であ
り、cos平衡変調器4Aとsin平衡変調器4Bから
構成され、それぞれアナログ・スイッチを有する。
【0021】直交キャリアS11により、上記cos平
衡変調器4Aとsin平衡変調器4Bのアナログ・スイ
ッチを切り換え、DSB変調信号S12を出力するよう
になっている。
【0022】このような2相発生回路3と直交変調器4
を有する図3の回路において、先ず、単相商用交流電源
1からの実効値100V、周波数50Hz又は60Hz
の交流信号S1は、ACノイズ・フィルタ2により、電
源側からのノイズ電圧や、2相発生回路3等のシステム
側からのリーク高周波成分が減衰され、2相発生回路3
と、各種タイミング信号発生回路10と、逓倍回路8に
分配される。
【0023】2相発生回路3に入力した交流信号S1は
(図4(a))、全波整流回路3Aにおいて整流され、
該全波整流回路3Aからは、整流信号S2が出力され
(図4(b))次段のcosパルス・ハイト変調部3B
とsinパルス・ハイト変調部3Cに入力する。
【0024】一方、余弦係数発生回路3Fと正弦係数発
生回路3Gからは、図4(c)と図4(d)に示す余弦
係数信号S3と正弦係数信号S4が、PWM0°のこぎ
り波発生回路3DとPWM90°のこぎり波発生回路3
Eからは、図4(e)に示すのこぎり波のPWMキャリ
アS5が、それぞれ出力され、ヒステリシス・コンパレ
ータ3Hと3Iに入力する。
【0025】上記余弦係数信号S3は(図4(c))、
オフセットしているコタンジェント関数であって、ゼロ
・クロスが−45°と90°−45°のところにあり、
マイナス入力に対して極性が反転する。
【0026】また、上記正弦係数信号S4は(図4
(d))、余弦係数信号S3と排他的な極性となるコタ
ンジェント関数であって、ゼロ・クロスが45°と90
°+45°のところにある。
【0027】ヒステリシス・コンパレータ3Hと3Iに
おいては、上記余弦係数信号S3と正弦係数信号S4
が、PWMキャリアS5を基準としてPWMに変換さ
れ、余弦係数のPWM波であるI−PWM−C信号S6
と(図4(f))、正弦係数のPWM波であるQ−PW
M−S信号S7が(図4(g))、それぞれ出力され
る。
【0028】上記I−PWM−C信号S6とQ−PWM
−S信号S7は、各ドライバ回路3Jと3Kを介して、
cosパルス・ハイト変調部3Bとsinパルス・ハイ
ト変調部3Cにそれぞれ入力する。
【0029】これにより、上記I−PWM−C信号S6
とQ−PWM−S信号S7が、全波整流信号S2(図4
(b))によりパルス・ハイト変調され、図4(h)と
図4(i)に示すcosパルス・ハイト変調信号S8と
sinパルス・ハイト変調信号S9が出力され、フィル
タ3Lと3Mを通すことにより、図4(j)に示す互い
に90°ずれた直交AC信号S10、即ち、2相交流信
号S10が出力される。
【0030】上記2相交流信号S10は(図4
(j))、直交変調器4を構成するcos平衡変調器4
Aとsin平衡変調器4Bに入力し、直交キャリアS1
1(図4(k))が変調されて、DSB変調信号S12
が出力される(図4(l))。
【0031】上記DSB変調信号S12は、次段の加算
器兼絶縁トランス45Cに入力して、加算され、かつ変
圧されてSSB変調信号S13が出力される(図4
(m))。
【0032】即ち、DSB変調信号S12は、既述した
ように、両側波であり、この直交DSB変調信号S12
を加算することにより、いずれか一方の下側波(=co
s(ωc t−ωb t))、又は上側波(=sin(ωc
t+ωb t))から成るSSB変調信号S13が出力さ
れる。
【0033】上記SSB変調信号S13を全波整流回路
6により整流して(図4(n))、平滑回路7を通せ
ば、図4(o)に示すような、直流出力信号S15が得
られる。
【0034】この場合、図3に示す直流誤差アンプ12
Cと、ホト・カプラ12Bと、光電変換回路12Aから
構成された安定化回路12の制御信号S16は、余弦係
数発生回路3Fと正弦係数発生回路3Gに入力すること
により、余弦係数信号S3と正弦係数信号S4のゲイン
が可変となるように制御され、直流出力信号S15の安
定化が図られている。余弦係数及び正弦係数のゲインを
上げると、図10(b)と図10(c)に示すように、
係数振幅リミッタと全波整流のゼロ付近が重なって2相
交流直交出力にグリッジが発生するが(図10
(d))、平滑コンデンサの容量を大きめに設定する
と、簡単に解決できる。
【0035】図6は、図3の2相交流信号S10から全
波整流回路3Aを除いた回路である。全波整流回路3A
がないと、アナログ・スイッチは、双方向電流を流さな
ければならず、その場合の余弦係数、正弦係数は、極性
反転のないオフセット付きコタンジェント波形となる。
【0036】しかし、全波整流回路3Aを用いた場合、
単相交流信号S1(図4(a))の極性によってオフセ
ット付きコタンジェント波形が極性反転されている(図
4(b)、図4(c))。
【0037】図7は、逓倍回路8の実施形態を示す図で
ある。
【0038】図7(A)は、参照符号B1を1ブロック
としたものであって、単相交流信号(図7(B)の
(a))を初段で矩形波にし(図7(B)の(b))、
積分して(図7(B)の(c))、再度矩形波にし(図
7(B)の(d))、元の矩形波(図7(B)の
(b))と積分後の矩形波(図7(B)の(d))との
EX−ORをとる。
【0039】これにより、元の信号(図7(B)の
(b))の2倍の周波数の信号がEX−ORから出力さ
れる(図7(B)の(e))。
【0040】即ち、図7(A)の回路において、段数を
nとすれば、出力周波数は、元の信号の周波数の2n
である。
【0041】図8は、逓倍回路8の他の実施形態を示す
図である。
【0042】図8(A)は、参照符号B2を1ブロック
としたものであって、単相交流信号(図8(B)の
(a))を矩形波に変換し(図8(B)の(b))、積
分して((図8(B)の(c))、再度矩形波に変換
後、再度積分すれば、90°位相のずれた三角波が準備
できる。
【0043】その後段に、縦続型ADコンバータのアナ
ログ部のようにカスケード接続する。
【0044】尚、上述した本発明の回路は、ノン・リニ
アな関数が加わらずに動作するので、力率改善回路が自
動的に実現される。
【0045】
【表1】
【0046】
【発明の効果】上記のとおり、本発明によれば、高周波
電源装置を、商用交流電源電圧を有する単相交流信号を
入力して2相交流信号を発生する2相発生回路3と、2
相交流信号を入力してSSB変調信号を出力する直交変
調器4と、該SSB変調信号を変圧する絶縁トランス5
と、変圧後のSSB変調信号を整流して直流出力信号を
出力する整流回路6から構成したことにより、スペクト
ラム変換動作を伴うSSB変調技術を用いることによ
り、小型化、IC化が可能であり、しかも力率が改善さ
れた高周波電源装置を提供するという技術的効果を奏す
ることとなった。
【0047】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理図である。
【図2】本発明の回路構成図である。
【図3】図2の詳細図である。
【図4】本発明の波形図である。
【図5】本発明を構成する2相発生回路の変形例を示す
図である。
【図6】本発明を構成する直交変調器の詳細図である。
【図7】本発明を構成する逓倍回路の実施形態を示す図
である。
【図8】本発明を構成する逓倍回路の他の実施形態を示
す図である。
【図9】コンデンサ入力型平滑回路の動作説明図であ
る。
【図10】余弦係数と正弦係数の振幅制限の影響を説明
する図である。
【符号の説明】
1 単相商用交流電源 2 ACノイズ・フィルタ 3 2相発生回路 4 直交変調器 5 絶縁トランス 6 整流回路 7 平滑回路 8 逓倍回路 9 PLL回路 10 各種タイミング信号発生回路 11 直交キャリア発生回路11 12 安定化回路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 商用交流電源電圧を有する単相交流信号
    を2相発生回路3に入力して2相の交流信号を出力する
    と共に、該2相交流信号を直交変調器4に入力して、S
    SB変調信号を出力し、絶縁トランス5で変圧後、整流
    回路6を介して所定の電圧の直流信号を得るようにした
    ことを特徴とする高周波電源装置。
  2. 【請求項2】 上記2相発生回路3が、全波整流回路3
    Aと、cosパルス・ハイト変調部3Bと、sinパル
    ス・ハイト変調部3Cから構成され、余弦係数と正弦係
    数のPWM信号を上記単相交流信号の全波整流信号によ
    りパルス・ハイト変調することにより、直交2相交流信
    号が出力される請求項1記載の高周波電源装置。
  3. 【請求項3】 上記整流回路6の後段に、平滑回路7を
    介して安定化回路12が設けられ、該安定化回路12
    が、上記2相発生回路3を構成する余弦係数発生回路3
    Fと正弦係数発生回路3Gを制御する請求項1記載の高
    周波電源装置。
JP18681996A 1996-06-27 1996-06-27 高周波電源装置 Pending JPH10341573A (ja)

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