JPH11206120A - パワーコンバータを制御するための方法及び装置 - Google Patents

パワーコンバータを制御するための方法及び装置

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JPH11206120A
JPH11206120A JP10295423A JP29542398A JPH11206120A JP H11206120 A JPH11206120 A JP H11206120A JP 10295423 A JP10295423 A JP 10295423A JP 29542398 A JP29542398 A JP 29542398A JP H11206120 A JPH11206120 A JP H11206120A
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JP
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signal
power converter
voltage
control signal
generating
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JP10295423A
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English (en)
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Martinez Miguel Rascon
ミゲル・ラスコン・マルテイネス
Velasco Salvador Ollero
サルバドール・オレーロ・ベラスコ
La Cruz Moreno Enrique De
エンリケ・デ・ラ・クルス・モレノ
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Alcatel CIT SA
Nokia Inc
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Alcatel CIT SA
Nokia Inc
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    • 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
    • H02M3/22—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
    • H02M3/24—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/28—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC
    • H02M3/325—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • H02M3/33523—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters with galvanic isolation between input and output of both the power stage and the feedback loop

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  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電力変換器の一次側と二次側の絶縁を維持し
ながら、出力の電力および／または電圧の低いスイッチ
電力変換器の主出力における電圧の調節を実行するこ
と。 【解決手段】 主出力電圧のイメージである補助出力で
の電圧を表す第一信号（１４）を生成し、これを変換器
への入力電流を表す第二信号（１６）と合成して第一制
御信号を生成し、これを第一基準信号とともに第一制御
手段に加えて第二制御信号を生成する、低電力スイッチ
電力変換器の主出力での電圧を制御する方法。第二制御
信号は、発振器手段から来た第二信号とともに比較器に
加えられ、スイッチング素子（６）を開閉するスイッチ
ング信号（１７）を生成し、その結果主出力の電圧が調
節される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチ電力変換
器に関し、さらに詳細には、入力電圧を入力電圧とは異
なる直流出力電圧に変換するスイッチ電力変換器、およ
び前記スイッチ変換器の前記直流出力電圧を調節する方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】順方向変換器など絶縁を有するトポロジ
は、二次側の主出力における電圧を調節するスイッチン
グ素子を一次側に含む。前記出力電圧を調節するため
に、この出力電圧が測定され、その値が制御ループが位
置する一次側に絶縁を侵害することなく伝送される。こ
の測定を使用して主出力電圧を調節する。
【０００３】ただし、二次側のその他の設計要件によっ
て、制御ループはいくつかの構成要素、例えば光結合素
子、電圧調整器、および／または前記順方向変換器の二
次側から一次側に主出力信号を転送する絶縁変圧器を使
用する必要がある。
【０００４】このタイプのトポロジの一例は、参照によ
り本特許明細書に組み込まれる、Ｕｎｉｔｒｏｄｅ Ｓ
ｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｄｅｓ
ｉｇｎ Ｓｅｍｉｎａｒ Ｍａｎｕａｌ、１９９１年発
行のページＣ２−１〜Ｃ２−１５のＢｏｂ Ｍａｍｍａ
ｎｏによる論文「ＩＳＯＬＡＴＩＮＧ ＴＨＥ ＣＯＮ
ＴＲＯＬ ＬＯＯＰ」のページＣ２−２の図１から知ら
れる、出力電圧が調節される順方向変換器である。
【０００５】ただし、低電力および／または低電圧スイ
ッチ電力変換器用途では、前記構成要素を用いて構築し
た制御ループを使用することは、サイズおよびコスト面
で前記電力変換器をかなり不利にする。
【０００６】その他の場合には、出力電圧の非常に低
い、例えば３．３Ｖ以下の変換器の実施と同様に、二次
側の前記制御回路の実施、あるいは出力での過電圧また
は短絡保護専用の回路の実施は経済的な影響が大きく、
さらに適用が困難である。これは、出力電圧の値が、例
えば二次側にあるいくつかのスイッチング素子またはそ
の他の回路（光結合素子）を駆動するのに十分に高くな
く、したがって補助出力を使用する必要があるためであ
る。
【０００７】したがって、これらの構成要素を制御ルー
プ中で使用して前記電力変換器の主出力電圧の調節を実
行することは、低出力電力および／または電圧用途では
大きな欠点となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、低出
力電力および／または電圧スイッチ電力変換器の一次側
と二次側との絶縁を維持しながら、前記電力変換器の主
出力での電圧の調節を実行することである。
【０００９】別の目的は、単純な方法および低いコスト
で、前記スイッチ電力変換器の主出力で調節された電圧
を得ることである。換言すれば、電力変換器のサイズお
よびコスト面での調節手段の影響を小さくしなければな
らない。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記および他の目的は、
低電力スイッチ電力変換器の補助出力の電圧を表す第一
信号が生成され、この第一信号が主出力電圧のサンプル
であり、前記電力変換器への入力電流を表す第二信号と
合成されて、第一制御手段の入力端子に加えられる第一
制御信号を発生させる、前記電力変換器の主出力での電
圧を制御する方法を適用することによって達成される。
第一基準信号は前記第一制御手段の別の入力端子に加え
られ、第二制御信号を発生させる。
【００１１】第二制御信号は、発振器手段から来た第二
信号とともに比較器に加えられ、比較器は、スイッチン
グ素子が開いた状態または閉じた状態にある時間を制御
するスイッチング信号を生成し、その結果主出力電圧が
調節される。
【００１２】第一信号の値は、スイッチ電力変換器の絶
縁されていない補助出力で取られる。したがって、主出
力の電圧は、補助出力で取られた第一信号と電力変換器
への入力電流を表す第二信号とによって間接的に調節さ
れる。
【００１３】この制御方法を適用することにより、電力
変換器の主出力における絶縁が維持され、例えば光結合
素子、変流器などの構成要素を使用する必要はなくな
る。したがって低出力電力スイッチ電力変換器のサイズ
およびコストは小さくなる。
【００１４】本発明のより詳細な説明を、添付の図面に
基づいて以下で行う。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の方法を実施する
調節手段１３を含む、例えば順方向変換器など、絶縁を
有する低電力スイッチ電力変換器のブロック図である。
説明のために、順方向変換器を例として使用するものと
する。ただし、フライバック変換器など、絶縁を有する
その他のトポロジを使用することも可能である。
【００１６】電力変換器は、高電圧側すなわち一次側１
を低電圧側すなわち二次側４から分離するために、変圧
器Ｔを含む。変圧器Ｔは、少なくとも第一巻線５、第二
巻線７、および第三巻線８を含む。
【００１７】一次側１は入力ワイヤ対２、３を介して配
電線に接続され、一次巻線５を含み、一次巻線の一端は
導体２に接続され、前記一次巻線の他端はスイッチング
素子６と直列接続されるようになっており、スイッチン
グ素子６は一次側１を流れる電流を測定する測定手段１
５に接続される。
【００１８】測定手段１５は、電力変換器のその他の部
分に配置して、一次側１を流れる電流の測定を同様に実
行することもできる。要約すると、電流は間接的に測定
される。
【００１９】順方向変換器の二次側４は、順方向変換器
の主出力、例えば絶縁出力を形成する第二巻線７を含
む。第二巻線７は整流器手段９およびフィルタ１１を介
して負荷に接続される。
【００２０】二次側４は、電力変換器が補助電圧を供給
しなければならない場合に別の負荷に接続することがで
きる補助出力を形成する第三巻線８も含む。この場合、
補助出力は整流器手段１０およびフィルタ１２を組み込
むものとする。ただし、補助出力の主な機能は主出力で
の電圧のサンプルまたはイメージを与えることである。
【００２１】電力変換器は調節手段１３によって主出力
電圧を調節する。調節手段１３は、電力変換器の補助出
力での直流電圧を表す第一信号１４、および前記電力変
換器への入力電流を表す第二信号１６を受信する。
【００２２】第一信号１４の値は主出力電圧のイメージ
である。例えば、前記イメージを得るためには、第二巻
線７と第三巻線８の両方をプリント回路基板上にプリン
トして、非常に正確な結合を達成する。このようにする
と、補助出力電圧の値は主出力電圧の値を正確に表す。
【００２３】調節手段は、これらの信号１４、１６を使
用して、スイッチング素子６を開閉するスイッチング信
号１７によって主出力電圧を調節する。
【００２４】図２に調節手段１３の一実施形態を示す。
調節手段１３は、本発明の方法を適用するために他の形
で実施することもできる。調節手段１３は第一制御信号
２８を生成する合成手段２６を含み、この信号は第一基
準信号２７とともに第一制御手段２９の入力端子対に加
えられ、スイッチング素子６のデューティー・サイクル
を制御する第二制御信号３０を生成する。
【００２５】第二制御信号３０および発振器手段または
鋸波発生器（図２には図示せず）によって生成された第
二信号３１が比較器３２に加えられ、比較器３２がスイ
ッチング素子６を開閉するスイッチング信号を生成し、
この信号によって主出力電圧が調節される。
【００２６】第一信号１４の値は、スイッチ電力変換器
の絶縁されていない補助出力から取られ、それに比例し
て光結合素子や電圧調節器などを使用せずに前記変換器
の一次側１の調節手段１３に加えられる。したがって、
第三巻線８は電力変換器の一次側１から絶縁されない。
結果として、調節手段１３を形成する回路は非常に簡単
かつ経済的になり、低電力スイッチ電力変換器のサイズ
も全体的なコストも不利になることはない。
【００２７】主出力の負荷および電力変換器の一次側１
への入力電流の変動は補助出力電圧の変動を意味し、し
たがって調節手段１３は、これらの変動を使用してスイ
ッチング素子６のデューティー・サイクルを修正し、そ
れにより主出力電圧がその公称値に戻る。したがって、
デューティー・サイクルの制御は補助出力電圧および一
次側１の電流の関数である。
【００２８】このようにして、主出力電圧は、その負荷
が必要とする直流電圧を発生させるために必要なデュー
ティー・サイクルで正確に維持される。主出力電圧の調
節の結果として補助出力の電圧も調節されるが、あまり
正確には調整されない。もっともこの出力は、正確に調
節された電圧を必要としない負荷に接続することもでき
る。
【００２９】スイッチ電力変換器は、極端な動作状態、
例えば過電圧が発生した場合にそれを保護し、電力変換
器およびそれが電力を供給している負荷の破壊を回避す
る保護手段１８を含む。
【００３０】図３に、電力変換器回路およびその負荷の
動作限界を超えないようにする保護手段１８の可能な構
成を示す。このために保護手段１８は、スイッチング素
子６のデューティー・サイクルが電力変換器の異常動作
状態で変動する範囲を確定する。
【００３１】保護手段１８は、電力変換器の入力電圧を
表す第三信号１９を受信し、第二制御信号３０の伝導経
路中のノード３３に加えられる第三制御信号２０を生成
する。したがって、電力変換器の動作状態が異常である
とき、比較器３２はこの第二信号３０を使用して、スイ
ッチング素子６のためのスイッチング信号１７を生成す
る。
【００３２】保護手段１８は、例えば抵抗ネットワーク
に接続された第二制御手段２４を含む。この抵抗ネット
ワークは、第三信号１９の伝導経路中に接続された第一
抵抗器２１を含む。第一抵抗器２１の他端は第二制御手
段２４の入力端子と第二抵抗器２２の一端とに接続さ
れ、第二抵抗器２２の他端は接地される。第三抵抗器２
３は、第二制御手段２４の前記入力端子とその出力端子
との間に接続される。この出力端子と接地との間には、
エネルギー蓄積手段３４が接続される。
【００３３】前記第二制御手段２４の入力端子の一つ
は、例えば接地とも呼ばれる。
【００３４】異常動作状態が発生した場合、例えばいか
なるタイプの回路故障の場合でも主出力電圧は上昇す
る。第二制御信号３０は、スイッチング素子６の開いて
いる時間および閉じている時間を変化させることによっ
てこの新しい主出力電圧値を反映する。
【００３５】スイッチング信号１７の最大値と最小値の
間の変動によって出力電圧の値は決まる。異常動作中、
第三制御信号２０は出力電圧の値を制限し、例えば変換
器を使用不能にすることによって第二制御信号３０の過
度の増加を防止する。
【００３６】図４および図５に調節手段１３の他の可能
な実施形態を示す。このように、図４は、第一信号１４
と第一基準信号２７を合成手段２６中で合成し、第四制
御信号４４を生成することを示す。
【００３７】この信号４４を、加算器手段４６中で第二
信号１６に加えて、第五制御信号４５を生成し、これを
比較器３２中で第二信号３１と比較し、スイッチング信
号１７を生成する。
【００３８】図５は、スイッチング信号１７を生成する
調節手段１３が比較器３２中で第四制御信号４４と第二
信号１６とを比較することを示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による制御方法を実行する調節手段を含
む低電力スイッチ電力変換器を示すブロック図である。
【図２】本発明による調節手段の好ましい実施形態を示
すブロック図である。
【図３】本発明による過電圧保護手段の好ましい実施形
態を示すブロック図である。
【図４】本発明による調節手段の別の実施形態を示すブ
ロック図である。
【図５】本発明による調節手段の別の実施形態を示すブ
ロック図である。
【符号の説明】
１ 一次側 ２ ワイヤ ３ ワイヤ ４ 二次側 ５ 第一巻線 ６ スイッチング素子 ７ 第二巻線 ８ 第三巻線 ９ 整流器手段 １０ 整流器手段 １１ フィルタ １２ フィルタ １３ 調節手段 １５ 測定手段 １８ 保護手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｇ０５Ｆ 1/10 ３０４ Ｇ０５Ｆ 1/10 ３０４Ｇ Ｈ０２Ｍ 3/335 Ｈ０２Ｍ 3/335 Ｂ (72)発明者 エンリケ・デ・ラ・クルス・モレノ スペイン国、28002・マドリツド、テルセ ロ・デルーチヤ、ホルカフエロ・１

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 スイッチ電力変換器を制御する方法であ
    って、主出力での電圧のイメージである、前記電力変換
    器の補助出力での電圧を表す第一信号（１４）を生成す
    る段階と、前記電力変換器への入力電流を表す第二信号
    （１６）を生成する段階と、スイッチング素子（６）が
    開いた状態または閉じた状態にある時間を制御するスイ
    ッチング信号（１７）を調節手段（１３）によって推定
    する段階と、この推定段階に基づくスイッチング信号
    （１７）を使用し、それにより前記電力変換器の主出力
    電圧が前記第一信号（１４）および前記第二信号（１
    ６）に応答して調節される段階とを含むことを特徴とす
    る制御方法。
  2. 【請求項２】 前記調節手段（１３）による推定段階
    が、前記第一信号（１４）と前記第二信号（１６）とを
    合成して第一制御信号（２８）を発生させる段階と、こ
    の第一制御信号（２８）と第一基準信号（２７）とを合
    成して第二制御信号（３０）を生成する段階と、この第
    二制御信号（３０）と第二信号（３１）とを比較してス
    イッチング信号（１７）を発生させる段階とを含むこと
    を特徴とする請求項１に記載の制御方法。
  3. 【請求項３】 前記調節手段（１３）による推定段階が
    また、前記第一信号（１４）と第一基準信号（２７）と
    を合成して第四制御信号（４４）を生成する段階と、こ
    の第四制御信号（４４）に前記第二信号（１６）を加え
    て第五制御信号（４５）を生成する段階と、この第五制
    御信号（４５）と第二信号（３１）とを比較してスイッ
    チング信号（１７）を生成する段階とを含むことを特徴
    とする請求項１に記載の制御方法。
  4. 【請求項４】 前記調節手段（１３）による推定段階が
    また、前記第四制御信号（４４）と前記第二信号（１
    ６）とを比較してスイッチング信号（１７）を生成する
    段階を含むことを特徴とする請求項３に記載の制御方
    法。
  5. 【請求項５】 調節手段（１３）を含む、スイッチ電力
    変換器を制御する装置であって、前記調節手段（１３）
    が、第一信号（１４）を生成する手段と、第二信号（１
    ６）を生成する測定手段（１５）と、前記第一信号（１
    ４）と前記第二信号（１６）とを合成して第一制御信号
    （２８）を生成する手段（２６）と、前記第一制御信号
    （２８）および第一基準信号（２７）を受信して第二制
    御信号（３０）を生成する第一制御手段（２９）と、前
    記第二制御信号（３０）と第二信号（３１）とを比較し
    て、前記電力変換器のスイッチング素子（６）を開閉す
    るスイッチング信号（１７）を生成する比較器（３２）
    とを含むことを特徴とする装置。
  6. 【請求項６】 前記電力変換器への入力電圧を表す第三
    信号（１９）を受信して、第二制御信号（３０）の伝導
    経路中にあるノード（３３）を介して比較器（３２）に
    加えられる第三制御信号（２０）を生成し、前記電力変
    換器の動作状態が異常であるときにスイッチング信号
    （１７）を発生させる保護手段（１８）をさらに含むこ
    とを特徴とする請求項５に記載の装置。
JP10295423A 1997-11-07 1998-10-16 パワーコンバータを制御するための方法及び装置 Pending JPH11206120A (ja)

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ES9702338 1997-11-07

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