JPH1155939A - 負荷に依存しない直流電圧を生成するための回路装置 - Google Patents
負荷に依存しない直流電圧を生成するための回路装置Info
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Abstract
て、少なくとも近似的に電源電圧に無関係に行うように
構成された、負荷に依存しない直流電圧を生成するため
の回路装置を実現すること。 【解決手段】 負荷に依存しない直流電圧の生成用の回
路装置において、フィードバック信号分岐中の制御装置
(RA)に後置接続された、関数y=f(x)に従って
入力信号(x)に依存する出力信号(y)を生成する関
数発生器(FG)を有し、関数f(x)の微分ないし変
化分が入力信号(x)に依存し、又前記微分ないし変化
分は、少なくとも区間的に入力信号(x)の増大と共に
増大するように構成されていること。
Description
続部及び2つの出力端子を有する第1の整流器装置を有
し、 −電源-入力電流ないし消費電流の制御のための電流制
御装置を有し、該電流制御装置は、第1整流器装置の出
力端子に接続されており、又2つの出力端子を有し、 −出力端子を有する第2整流器装置を有し、前記第2整
流器装置は、電流制御装置の出力端子に接続されてお
り、又前記出力端子からは、出力電圧が取出可能であ
り、 −出力側にて電圧信号を送出するため電圧測定装置を有
し、該電圧測定装置は第2整流器装置の出力端子に接続
されており、 −電圧信号を電流制御装置の入力端子へフィードバック
するため、積分装置を有する制御装置を備えたフィード
バック分岐を有する当該の回路装置に関する。
チングレギュレータにおいて使用されているその種回路
装置の役割とするところは、出力電圧として、出力端子
に接続可能な負荷に対する直流電圧を供給可能にするこ
とであり、そして、前記出力電圧は、設定可能な領域内
で負荷変化に対してその値を維持するようにするもので
ある。
ない一定の電源電圧のもとで電流制御装置により制御さ
れる殊に正弦波状の入力電流ないし消費電流の変化を必
要とする。入力電流ないし消費電流、ひいては、消費電
力が負荷変化の場合当初等しい場合、出力電圧の変化が
行なわれる。前記の出力電圧の変化は、電圧測定装置に
より検出され、電圧信号としてフィードバック分岐を介
して電流制御装置へフィードバックされ、それにより出
力電圧が再び所定値に達するまで入力電流ないし消費電
流が負荷変化に依存して再制御せしめられる。殊に、簡
単な第2の整流器装置の使用の場合生じる、出力電圧の
不可避的変動のフィードバックを回避するため、その種
回路装置において通常フィードバック分岐の制御装置に
て電圧信号の積分素子が設けられる。通常大きな積分時
定数に基因して、負荷変化、ひいては、出力電圧の変化
が、遅延して電流制御装置へフィードバックされ、従っ
て、電流変化の再制御が鈍く、緩慢に行われる。
電源電圧の変化の場合にも必要であり、該電源電圧の変
化は、殊に次のような場合考慮されるべきである、即ち
ほぼ90Vと265Vとの間の入力電圧に対して一定の
出力電圧を送出すべき所謂ワイドレインジ、広範囲動作
−スイッチング電源部ないしスイッチングレギュレータ
にて回路装置を使用する場合考慮されるべきである。入
力電圧が変化する場合、電源-入力電流ないし消費電流
は先ず電圧変化に比例して変化し、一方、回路装置に供
給されて、送出される電力は、電圧変化の2乗との関係
性に従って変化する。入力電流ないし消費電流が当初差
し当たり再調整されない場合出力電圧は、例えば電源電
圧の低減の際差し当たり低下し、ここで、前記変化は、
電圧測定装置により検出され、積分された電圧信号とし
てフィードバック分岐を介して電流測定装置へ帰還され
る。
合にも電源電圧の変化の際にも、出力電圧が再び所定値
へ調整されるまで再制御される。
電流の制御は、制御回路の使用下で行われ、該制御回路
には、重み付けられた電源電圧信号が供給され、ここ
で、入力電流ないし消費電流は、前記信号に比例して調
整される。通常重み付けられた電源電圧信号の生成は、
電流制御装置の入力端子に加わる制御信号の、電源電圧
に直接的に依存する電源電圧信号との乗算により行われ
る。
出力電圧、ひいては、送出電力を電源電圧の半分化のも
とで維持しようとする場合、当初の入力電流ないし消費
電流の2倍化ないし自乗化が必要である、換言すれば、
電源電圧信号は、もとの入力電流ないし消費電流の2倍
の大きさの入力電流ないし消費電流を達成するには係数
4ないし4倍で重み付けする必要がある。電流制御装置
の入力端子に加わる制御信号は、従って、電源電圧の2
乗との関係性を有する。ここで、入力電流ないし消費電
流が小になればなるほど信号は益々小になる。
変化により出力信号の同じ電圧変化が生ぜしめられる
が、入力端子では電源電圧に依存する信号変化が必要で
ある。入力端子に加わる信号の変化が、負荷変化に比例
してが起こらなければならない、換言すれば、例えば、
負荷が半分になれば制御信号が半分になる。電圧信号の
信号変化幅はたんに負荷にのみ依存し、電流制御装置の
入力端子に加わる制御信号の信号変化幅は電源電圧に依
存するので、出力電圧の再制御には出力側にて同じ負荷
変化のもとで異なった電源電圧に対して異なった長さの
持続時間が必要とされる。而して、制御に必要な持続時
間は同じ負荷変化のもとで1/3への入力電圧の低減の
際9倍になる。
回路装置では重み付けられた電源電圧信号の形成の際電
源電圧の2乗平均値が考慮され、ここで、当該平均は、
多極LPFを用いて行われ、このことはコストを要す
る。
設けられ、該切換スイッチは、1:4の比で電源電圧信
号の付加的重み付けを実施する。ここで重み付けは、2
つの異なる入力電圧、通常120V及び240Vに対し
てしか精確でない。
ころは、出力電圧の再制御が負荷に無関係に、そして、
少なくとも近似的に電源電圧に無関係に行うように構成
されている形式の、負荷に依存しない直流電圧を生成す
るための回路装置を提供することにある。
本発明の解決手段によれば、冒頭に述べた形式の回路装
置において、下記の付加的構成要件を備えるものであ
る、即ち、フィードバック信号分岐中の制御装置に後置
接続された関数発生器を有し、該関数発生器は、関数y
=f(x)に従って入力信号(x)に依存する出力信号
(y)を生成するものであり、ここで、関数f(x)の
微分ないし変化分(Ableitung)が入力信号(x)に依
存し、又前記微分ないし変化分は、少なくとも区間的に
入力信号(x)の増大と共に増大するように構成されて
いるのである。
重み付け、評価のため電流制御装置の入力端子に供給さ
れ、y=f(x)の関係式に従って積分装置から供給さ
れる信号に依存し、この積分装置から供給される信号
は、同じく電圧信号に依存する。少なくともセクション
区間的に増大する関数f(x)の勾配に基づき入力信号
の同じ変化があっても、絶対的に見て、出力信号の値が
大であればある程出力信号の益々大きな変化が生ぜしめ
られる。回路装置の出力端子に接続された負荷の変化の
場合における電圧信号の変化は、よって、入力端子に加
わる信号の値との関係依存性を以て入力端子に加わる当
該の信号に作用を及ぼす。種々の電源電圧に対して入力
端子に加わる制御信号はその都度の電源電圧の2乗と関
係性があるが、同じ負荷変化のもとでの前記信号の変化
は、関数発生器に基づき、それの絶対値に依存して行わ
れる。よって、制御信号の値が関係依存性を有する電源
電圧による、入力電流の再制御に必要な持続時間への影
響は著しく低減される。
ている、即ち、入力信号からy=f(x)=c・abx
に従って少なくとも近似的に出力信号を発生するよう
に選定されている。電流制御装置の入力端子に電源電圧
信号の重み付けのため供給される関数発生器の出力信号
は、積分装置から供給される信号−これは同じく電圧信
号に依存する−指数関数的関係性を有する。よって、回
路装置の出力端子に接続された負荷の変化の際の電圧信
号の変化が起きると、これと指数関数的関係性を以て、
入力端子に加わる制御信号が生じるようになる。種々異
なる、様々の電源電圧に対して入力端子に加わる制御信
号は、その都度電源電圧の2乗と関係性があるが、同じ
負荷変化のもとでの前記信号の変化は、指数関数的伝達
特性を有する関係発生器に基づき、それの絶対値に比例
して行われる。電源-入力電流ないし消費電流の制御
は、前記実施例では、負荷及び電源電圧に無関係に行わ
れる。
数関数を所要の区間、セクションにて有理関数y=f
(x)=xn、但しnは有利に>2又は任意の他の多項
式関数によって近似することが可能である。
いる、即ち、関数発生器の入力信号がセッティングされ
るべき乗指数に対する底aは、オイラー数eであるよう
に構成されている。底をeとする指数関数で表される伝
達特性を有するその種の関数は、簡単に1つのダイオー
ド又はトランジスタを用いて実現され得る。
接続し、該減算回路は、一定の信号を関数発生器の出力
信号から差し引くことが行われる。回路装置の無負荷動
作、即ち、負荷をそれの出力端子から除去する場合、電
流は、電流制御装置にて回路装置における損失を無視す
れば、0にリセットされねばならない。このことのため
には、電流制御回路の入力端子における信号零であるこ
とが必要である。出力信号零を、指数関数の伝達特性を
有する関数発生器によっては実現できない、それれとい
うのは、このことは、理論的には、マイナス無限大の値
の入力信号を要するからである。関数発生器の出力信号
から一定信号を差し引くことにより、関数発生器の有限
の入力信号の場合において、電流再生装置の入力端子に
おける値零が達成可能である。
子に並列接続された電力スイッチと、パルス幅変調器
と、第2電圧測定装置と、電流測定装置と、第2減算装
置と、乗算装置とを有する。ここで、電力スイッチは、
パルス変調器の出力信号に依存して開又は閉状態におか
れる。ここで、パルス変調器の1つの入力側には第2減
算装置を介して差信号が供給され、該差信号は、電流測
定装置から供給される信号と、乗算装置から供給される
積信号との差から得られる。積信号は、乗算回路を用い
て第2電圧測定装置の出力信号−これは電源電圧に相応
する−と、電流制御装置の入力端子に加わる制御信号と
により形成される。その種の電流制御装置により、正弦
波状の電源電圧生起の際実質的に正弦波状の電源-入力
電流ないし消費電流が生ぜしめられ、ここで、電源-入
力電流ないし消費電流の振幅を電源電圧信号の重み付け
により可変できる。
スイッチングレギュレータにおける本発明の回路装置の
適用にも係わる。次に本発明を回路図を用いて実施例に
に即して説明する。
す。図1には、交流電圧接続部EK1,EK2及び出力
端子AK1,AK2を有する、ブリッジ整流器BG付き
の第1整流器装置GL1が示されている。前記第1整流
器装置GL1の出力端子AK1,AK2には、電流制御
装置SRAが接続されている。電流制御装置はフィード
バック分岐RZから供給される制御信号RSの印加のた
めの入力端子EK3を有する。さらに、電流制御装置S
RAは、出力端子AK3,AK4を有し、該出力端子A
K3,AK4には、第2整流器装置GL2が接続されて
いる。第2整流器装置GL2の出力端子AK5,AK6
からは、出力電圧Uaが取出可能であり、該出力電圧U
aは、出力端子AK5,AK6に接続可能な負荷RLに
無関係に一定にされるべきものである。
AK6には、さらに、第2電圧測定装置MA1が接続さ
れており、該第1電圧測定装置は、出力電圧Uaに依存
する電圧信号SSをフィードバック分岐RZにおける制
御装置RAに供給する。制御装置RAにはフィードバッ
ク分岐RZ中で関数発生器が後置接続されており、該関
数発生器は、図示の実施例ではy=c・abxに従って
入力信号xに依存して出力信号yを送出する。前記出力
信号は図示の実施例では、電流制御装置SRAの入力端
子EK3に直接制御信号RSとして供給される。
して構成された第2の電圧測定装置を有し前記抵抗RS
は、第1整流器GL1の1つの出力端子AK1に接続さ
れており、前記抵抗RSから、電源電圧信号NSが取出
可能である。前記電源電圧信号NSは、ブリッジ整流器
BSに基づき電源電圧信号UNの大きさに依存する。乗
算回路MULにて制御信号RSとお電源電圧信号NSと
の乗算の後、電源電圧信号NSを制御信号で重み付けて
得られた電源電圧信号BNSからの、電流信号Si−こ
れは電流測定装置SMAから供給される−の減算が行わ
れる。測定測定装置SMAは、図示の実施例では電流検
出抵抗RFを有し、該電流検出抵抗RFでは電流制御装
置SRAにて流出する電流Iを介して電圧降下が惹起さ
れ、該電圧降下は、オペアンプOPVを用いて検出さ
れ、電流信号Siとして第3の減算装置SUB3へ供給
される。第3減算装置の出力信号は、パルス幅変調器P
WMの入力側に加わり、パルス幅変調器の出力側に、制
御信号ASが現れる。前記制御信号ASを用いて、電流
測定装置SMAの出力端子AK3,AK4間に接続され
た電力スイッチLSが開又は閉状態におかれる。電力ス
イッチLSの閉状態の場合、電流制御装置にて、インダ
クタンスL及び電力スイッチを介して電流Iが流れる。
インダクタンスLは、エネルギの供給を受ける、ないし
エネルギを受けとめる。電力スイッチLSの開状態の場
合、インダクタンスLは、エネルギを電流の形でダイオ
ードDを介して、第2整流器装置GL2の容量Cへ送出
する。パルス幅変調器PWMの制御信号ASは次のよう
なものである、即ち、パルス幅変調器PWMの入力側に
加わる信号が大であればある程、スイッチLSはそれだ
け益々長く閉状態におかれねばならないというものであ
る。
電源電圧UNないし正弦波の絶対値の波形状電源電圧信
号NSの場合正弦波状の電源-入力電流ないし消費電流
INないし正弦波の絶対値の波形状電流Iを生じさせ
る。電流Iの振幅は乗算装置MULから供給される重み
付けされた電源電圧信号BNSの振幅に比例する。それ
により、電源電圧UNを半分にすると、電源-入力電流
ないし消費電流が半分になり、ないし、負荷RLへ送出
される電力が1/4に低減される。電源電圧UNを半分
にすると、当初送出される電力の維持のため、よって、
出力電圧Uaを所定値へ維持するため、当初の電源-入
力電流ないし消費電流に比して電源-入力電流ないし消
費電流の2倍化が必要である。電流制御装置SRAの入
力端子EK3に加わる制御信号は、従って、当初のもと
の値に比して4倍だけ増大されるべきである。このこと
は、次のことから明らかである。
ないし消費電流ないし電流制御装置SRA内を流れる電
流Iは比例して低減する。制御信号RSが当初先ず変化
しない場合、負荷RLへ送出される電力が低下し、よっ
て、出力電圧Uaも低下する。第1電圧測定装置MA1
にて第1、第2抵抗R1、R2を用いて出力電圧により
形成される電圧信号SSはフィードバック分岐RZの制
御装置RAにて基準信号U1から差引かれ、そして、積
分装置INにて積分される。送出される電力の低減に基
づき、出力電圧Uaが低下すると、電圧信号SSも低下
し、そして、第2減算装置SUB2より送出された、出
力信号が上昇し、よって、積分装置INより送出された
出力信号も上昇する。積分装置INに後置接続された関
数発生器FGは、前記出力信号を入力信号xとして使用
し、そして、それにり、該入力信号と指数関数的関係性
を有する出力信号を生成し、該出力信号は、図示の例で
は電流制御装置SRAに直接制御信号として供給され
る。制御信号RS、ひいては、電流制御装置SRA内を
流れる電流Iが、出力電圧Uaが再び所定値に到達する
まで増大される。前記所定値に到達すると、電圧信号S
Sが基準信号U1に相応し、その結果制御信号RSは、
もはや高められない。電源電圧UNの増大の場合、制御
信号RSは、相応に低減する。
で負荷RLが変化する場合、入力電流ないし消費電流若
しくは、電流制御装置SRA内を流れる電流Iは、再制
御される。ここで、制御信号RSが先ず一定に保たれる
場合、入力印加された、ないし送出された電力も、一定
に保たれ、出力電圧Uaが変化する。次いで、前述のよ
うに制御信号RSは、次の状態生起まで再制御される、
即ち出力電圧Uaが再び所定値に達するまで再制御され
る。
UNの自乗との関係性を有し、これに対して、同じ負荷
変化は、電源電圧UNに無関係に、当初出力電圧Uaの
同じ変化を生じさせる。それにより、同じ負荷変化によ
り、積分装置INから送出される出力信号の同じ変化も
生ぜしめられ、一方、それにより入力電圧UNに依存す
る制御信号RSの変化を生じさせなければならない。関
数発生器IGの指数関数的特性に基づき、入力信号xの
直線的変化が比例的に出力信号yの変化に影響、作用を
及ぼす。このことを、明瞭に下記関係式を用いて説明で
きる。
1は次のようになる。
だ入力信号xの変化にのみ依存する。よって、関数発生
器の指数関数的伝達特性のもとで出力電圧Uaの再制御
が、電源電圧Uaの変化ないし、負荷RLの変化の際、
電源電圧に依存しないで行われる。
出力信号yに関連する関数領域内で多項式関数により近
似できる。
を示し、該更なる実施例では、関数発生器FGに第3の
減算装置SUB3が後置接続されており、該第3の減算
装置SUB3は、関数発生器FGの出力信号yから一定
の信号U2を差し引く。これにより、有限の入力信号x
に対して、制御信号零を達成出来、該制御信号零は、回
路装置の無負荷動作の場合必要なものである。
数発生器の回路例を示す。関数発生器FGは、トランジ
スタTを有し、該トランジスタは、ベース電極Bが基準
電位Mに接続され、エミッタ電極Eが入力端子EKに接
続され、コレクタ電極Cが抵抗Rを介して出力端子AK
に接続されている。コレクタ電極Cと、出力端子AKと
の間にオペアンプOPVが設けられており、該オペアン
プOPVは、一方の入力側がコレクタ電極Cに接続さ
れ、他方の入力側が基準電位Mに接続されている。出力
端子AKと基準電位との間に現れる電圧U2は、前記回
路では底をeとする指数関数的関係を以て入力端子EK
と基準電位Mとの間に加わる電圧U1から得られる。
荷に無関係に、そして、少なくとも近似的に電源電圧に
無関係に行うように構成された、負荷に依存しない直流
電圧を生成するための回路装置を実現することができる
という効果が奏される。
路構成図。
Claims (9)
- 【請求項1】 −1つの交流電圧接続部(EK1,EK
2)及び2つの出力端子(AK1,AK2)を有する第
1の整流器装置(GL1)を有し、 −電源-入力電流ないし消費電流の制御のための電流制
御装置(SRA)を有し、該電流制御装置(SRA)
は、第1整流器装置(GL1)の出力端子(AK1,A
K2)に接続されており、又2つの出力端子(AK1,
AK2)を有し、 −出力端子(AK5,AK6)を有する第2整流器装置
(GL2)を有し、前記第2整流器装置は、電流制御装
置(SRA)の出力端子(AK3、AK4)に接続され
ており、又前記出力端子(AK5,AK6)からは、出
力電圧(Ua)が取出可能であり、 −出力側から電圧信号(SS)を送出するため電圧測定
装置(MA)を有し、該電圧測定装置(MA)は第2整
流器装置の出力端子に接続されており、 −電圧信号(SS)を電流制御装置(SRA)の入力端
子(EK)へフィードバックするため、積分装置(I
N)を有する制御装置(RA)を備えたフィードバック
分岐(RZ)を有する当該の回路装置において、 −フィードバック信号分岐中の制御装置(RA)に後置
接続された関数発生器(FG)を有し、該関数発生器
(FG)は、関数y=f(x)に従って入力信号(x)
に依存する出力信号(y)を生成するものであり、ここ
で、関数f(x)の微分ないし変化分が入力信号(x)
に依存し、又前記微分ないし変化分は、少なくとも区間
的に入力信号(x)の増大と共に増大するように構成さ
れていることを特徴とする負荷に依存しない直流電圧を
生成するための回路装置。 - 【請求項2】 関数発生器(FG)は、出力信号(y)
を少なくとも近似的に、y=f(x)=c・xn又は、
y=f(x)=c・abxに従って発生するように構成
される、但し、a,b,c及びnは定数であることを特
徴とする請求項1記載の装置。 - 【請求項3】 aはオイラー数eであることを特徴とす
る請求項2記載の装置。 - 【請求項4】 n>2であることを特徴とする請求項2
記載の装置。 - 【請求項5】 関数発生器(FG)には出力信号(y)
から一定信号を減算するための第1の減算回路(SUB
1)が後置接続されていることを特徴とする請求項1か
ら4までのうちいずれか1項記載の装置。 - 【請求項6】 関数発生器(FG)はダイオード又はト
ランジスタを有することを特徴とする請求項1から5ま
でのうちいずれか1項記載の装置。 - 【請求項7】 積分装置(IN)には制御装置(RA)
における第2の減算装置(SUB2)が前置接続されて
おり、前記減算装置は基準信号から電圧信号(SS)を
減算するように構成されていることを特徴とする請求項
1から6までのうちいずれか1項記載の装置。 - 【請求項8】 電流制御装置(SRA)は、それの出力
端子(AK3,AK4)に接続された電力スイッチ(L
S)、パルス幅変調器(PWM)、第2電圧測定装置、
電流測定装置(SMA)、第3の減算装置(SUB
3)、及び乗算装置(MUL)を有し、ここで、電力ス
イッチ(LS)は、パルス幅変調器(PWM)の出力信
号に依存して開又は閉状態のスイッチング状態におか
れ、ここで、パルス幅変調器(PWM)の1つの入力側
に減算装置(SUB3)を介して差信号が供給され、該
差信号は、電流測定装置(SMA)から供給された信号
と、乗算装置(MUL)から送出された積信号との差か
ら形成されるものであり、前記積信号は、乗算装置(M
UL)を用いて第2電圧測定装置の出力信号と、電流制
御装置(SRA)の入力端子(EK3)に加わる信号と
から形成されるように構成されていることを特徴とする
請求項1から7までのうちいずれか1項記載の装置。 - 【請求項9】 前記第1整流器装置(GL1)は、ブリ
ッジ整流器を有することを特徴とする請求項1から8ま
でのうちいずれか1項記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19725842.5 | 1997-06-18 | ||
| DE19725842A DE19725842C2 (de) | 1997-06-18 | 1997-06-18 | Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer lastunabhängigen Gleichspannung |
Publications (2)
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