JPH118972A - バッテリ放電用電力レギュレータ回路 - Google Patents
バッテリ放電用電力レギュレータ回路Info
- Publication number
- JPH118972A JPH118972A JP10076823A JP7682398A JPH118972A JP H118972 A JPH118972 A JP H118972A JP 10076823 A JP10076823 A JP 10076823A JP 7682398 A JP7682398 A JP 7682398A JP H118972 A JPH118972 A JP H118972A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- current
- circuit
- power regulator
- regulator circuit
- inductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H02M3/02—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC
- H02M3/04—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters
- H02M3/10—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M3/145—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/155—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/156—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
- H02M3/158—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
- G05F1/10—Regulating voltage or current
- G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is DC
- G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is DC using semiconductor devices in series with the load as final control devices
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
- Continuous-Control Power Sources That Use Transistors (AREA)
- Control Of Electrical Variables (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 宇宙船バッテリなどの低電圧の調整された電
力を提供する電源回路であって、バッテリの短絡保護機
能を有し、回路部品数を低減する。 【解決手段】 レギュレータ回路１０はインダクタ１６
を共有する２つのループを有している。第１ループ１２
では、インダクタはバッテリ２４に接続された第１ＦＥ
Ｔ１８からなるゲート制御手段と直列に接続されてい
る。第２ループ１４は、ダイオード３６あるいは第２Ｆ
ＥＴ３８を介して、負荷４４に電力供給するためのコン
デンサ３２に直列に接続されたインダクタを有してい
る。負荷は、電流モニタ４６を介してコンデンサの両端
に接続され、電流モニタは短絡電流を検知する。第１Ｆ
ＥＴは、コンデンサ両端の検知電圧に応じて動作する変
調器５２によってパルス幅変調される。パルス幅のデュ
ーティファクタは、コンデンサ電圧の変化を自動的に補
償し、実質的に一定の電圧値を確立する。
力を提供する電源回路であって、バッテリの短絡保護機
能を有し、回路部品数を低減する。 【解決手段】 レギュレータ回路１０はインダクタ１６
を共有する２つのループを有している。第１ループ１２
では、インダクタはバッテリ２４に接続された第１ＦＥ
Ｔ１８からなるゲート制御手段と直列に接続されてい
る。第２ループ１４は、ダイオード３６あるいは第２Ｆ
ＥＴ３８を介して、負荷４４に電力供給するためのコン
デンサ３２に直列に接続されたインダクタを有してい
る。負荷は、電流モニタ４６を介してコンデンサの両端
に接続され、電流モニタは短絡電流を検知する。第１Ｆ
ＥＴは、コンデンサ両端の検知電圧に応じて動作する変
調器５２によってパルス幅変調される。パルス幅のデュ
ーティファクタは、コンデンサ電圧の変化を自動的に補
償し、実質的に一定の電圧値を確立する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電源回路に関し、
特に、宇宙船バッテリなどの低電圧の調整された電力を
提供する電源回路であって、バッテリの短絡保護機能を
有し、回路部品数を低減した電源回路に関する。
特に、宇宙船バッテリなどの低電圧の調整された電力を
提供する電源回路であって、バッテリの短絡保護機能を
有し、回路部品数を低減した電源回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】バッテリは、電力会社の送電線などから
電力供給を受けられない場合などにおいて負荷に電力を
供給するための多数の電気回路の中で用いられている。
特に興味のあるのは、宇宙船搭載の電気回路に電力を供
給する状況であり、太陽エネルギを電気エネルギに変換
する太陽電池パネルが宇宙船に備えられている場合であ
る。宇宙船の電気回路の電力需要が太陽電池パネルによ
って提供される電力を超過する場合に備えて、生じた電
気的なエネルギは宇宙船に搭載されたバッテリに蓄えら
れている。
電力供給を受けられない場合などにおいて負荷に電力を
供給するための多数の電気回路の中で用いられている。
特に興味のあるのは、宇宙船搭載の電気回路に電力を供
給する状況であり、太陽エネルギを電気エネルギに変換
する太陽電池パネルが宇宙船に備えられている場合であ
る。宇宙船の電気回路の電力需要が太陽電池パネルによ
って提供される電力を超過する場合に備えて、生じた電
気的なエネルギは宇宙船に搭載されたバッテリに蓄えら
れている。
【０００３】電気的負荷に電力を供給する際には、バッ
テリはレギュレータ（調整）回路を介して放電される。
レギュレータ回路はバッテリ電圧を他の電圧レベルに、
通常は高電圧に変換したり、負荷中の回路短絡を保護す
るなど複数の機能を有している。
テリはレギュレータ（調整）回路を介して放電される。
レギュレータ回路はバッテリ電圧を他の電圧レベルに、
通常は高電圧に変換したり、負荷中の回路短絡を保護す
るなど複数の機能を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】負荷に電力を供給する
バッテリの既存の放電レギュレータ回路は、過度に複雑
であり過度に大きく、また重いという問題があった。特
に、電気回路の重量及び複雑さを最小限にすることが望
ましい宇宙船内の使用には不利であるという課題があっ
た。
バッテリの既存の放電レギュレータ回路は、過度に複雑
であり過度に大きく、また重いという問題があった。特
に、電気回路の重量及び複雑さを最小限にすることが望
ましい宇宙船内の使用には不利であるという課題があっ
た。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前述の課題は、バッテリ
から負荷に電力を供給する場合において有用な電力レギ
ュレータ回路であって、本発明によれば、共通のインダ
クタを共有する回路部品の第１ループ、及び回路部品の
第２ループを有する。第１ループは、バッテリ、ゲート
及びインダクタの直列相互接続から構成される。第２ル
ープは、ダイオードを備えたインダクタ及びコンデンサ
の直列相互接続から構成される。回路によって電力が供
給される負荷はコンデンサと並列に接続される。ゲート
は、バッテリとコイルの間の電流経路を開閉する、パル
ス幅変調器によって出力されたパルス列信号によって動
作する。
から負荷に電力を供給する場合において有用な電力レギ
ュレータ回路であって、本発明によれば、共通のインダ
クタを共有する回路部品の第１ループ、及び回路部品の
第２ループを有する。第１ループは、バッテリ、ゲート
及びインダクタの直列相互接続から構成される。第２ル
ープは、ダイオードを備えたインダクタ及びコンデンサ
の直列相互接続から構成される。回路によって電力が供
給される負荷はコンデンサと並列に接続される。ゲート
は、バッテリとコイルの間の電流経路を開閉する、パル
ス幅変調器によって出力されたパルス列信号によって動
作する。
【０００６】本発明の特徴によれば、ダイオードはその
電流の流れる方向がバッテリからの電流と反対方向に接
続されている。そのため、負荷が短絡した場合には、負
荷へのバッテリ電流はダイオードによって阻止される。
パルス幅変調器は、負荷電圧を検知するセンサを用いた
回路などのフィードバック回路において動作し、負荷の
消費する電流とは独立に所望の負荷電圧を維持するよう
にパルスのデューティファクタを変化させる。短絡又は
過度な電流を検知するために、負荷と並列に電流モニタ
を設置する場合がある。過度の電流の場合には、モニタ
は変調器にゲートへ開状態を維持するように信号を送
り、負荷への余分な電流を防ぐ。
電流の流れる方向がバッテリからの電流と反対方向に接
続されている。そのため、負荷が短絡した場合には、負
荷へのバッテリ電流はダイオードによって阻止される。
パルス幅変調器は、負荷電圧を検知するセンサを用いた
回路などのフィードバック回路において動作し、負荷の
消費する電流とは独立に所望の負荷電圧を維持するよう
にパルスのデューティファクタを変化させる。短絡又は
過度な電流を検知するために、負荷と並列に電流モニタ
を設置する場合がある。過度の電流の場合には、モニタ
は変調器にゲートへ開状態を維持するように信号を送
り、負荷への余分な電流を防ぐ。
【０００７】本発明の好ましい実施例では、ゲートは電
界効果トランジスタ（ＦＥＴ）で構成され、変調器はＦ
ＥＴのソース電極とゲート電極の間に接続される。ま
た、ＦＥＴのドレイン電極はバッテリの第１電極に接続
される。ＦＥＴのソース電極はインダクタを介してバッ
テリの第２電極に接続される。更に、所望の場合、ダイ
オードはダイオード同様に動作する第２ＦＥＴと置き換
えてもよい。好ましくは、第２ＦＥＴのゲートは第１Ｆ
ＥＴのゲートと同期し、２つのＦＥＴが相補的（コンプ
リメンタリ）に動作するように２つのゲート間にインバ
ータ回路を備えている。コンデンサはパルスのエネルギ
を蓄え、パルスで電流が提供されても実質的に一定の電
圧出力を負荷に供給する。インダクタのインダクタン
ス、及びコンデンサのキャパシタンスは、電力レギュレ
ータ回路の共振周波数を確定するが、この共振周波数は
パルス幅変調の周波数よりはるかに低く、少なくともほ
ぼ１０のファクタで低い。そのため、インダクタ及びコ
ンデンサは電流パルスをフィルタでき、安定した電圧が
並列に接続したコンデンサ及び負荷の両端に供給され
る。この回路構成によって、信頼度が高く、従来の電気
回路の電気部品の数を実質的に低減できる。
界効果トランジスタ（ＦＥＴ）で構成され、変調器はＦ
ＥＴのソース電極とゲート電極の間に接続される。ま
た、ＦＥＴのドレイン電極はバッテリの第１電極に接続
される。ＦＥＴのソース電極はインダクタを介してバッ
テリの第２電極に接続される。更に、所望の場合、ダイ
オードはダイオード同様に動作する第２ＦＥＴと置き換
えてもよい。好ましくは、第２ＦＥＴのゲートは第１Ｆ
ＥＴのゲートと同期し、２つのＦＥＴが相補的（コンプ
リメンタリ）に動作するように２つのゲート間にインバ
ータ回路を備えている。コンデンサはパルスのエネルギ
を蓄え、パルスで電流が提供されても実質的に一定の電
圧出力を負荷に供給する。インダクタのインダクタン
ス、及びコンデンサのキャパシタンスは、電力レギュレ
ータ回路の共振周波数を確定するが、この共振周波数は
パルス幅変調の周波数よりはるかに低く、少なくともほ
ぼ１０のファクタで低い。そのため、インダクタ及びコ
ンデンサは電流パルスをフィルタでき、安定した電圧が
並列に接続したコンデンサ及び負荷の両端に供給され
る。この回路構成によって、信頼度が高く、従来の電気
回路の電気部品の数を実質的に低減できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】前述した本発明の様相及び他の特
徴について、添付した図面を用いて説明する。図１を参
照すると、本発明により構成された、第１回路ループ１
２、及び第２回路ループ１４を有する電力レギュレータ
回路１０が示されている。更にレギュレータ回路１０
は、第１ループ１２及び第２ループ１４の共通の分岐
（branch）にインダクタ１６を有している。第１ループ
１２には第１ＦＥＴ１８、宇宙船のバッテリなどのバッ
テリ２４との接続用の１対の入力端２０及び２２を有し
ている。バッテリ２４は電流が第１ループ１２を矢印２
６，２８，３０で示される左回りに流れるように陽極及
び陰極が配置されている。第１ループ１２の回路はＦＥ
Ｔ１８、インダクタ１６、及び入力端２０にインダクタ
１６を接続する導体３０Ａを有している。ＦＥＴ１８が
導通状態のとき電流は流れ、ＦＥＴ１８が非導通状態で
は電流は停止する。
徴について、添付した図面を用いて説明する。図１を参
照すると、本発明により構成された、第１回路ループ１
２、及び第２回路ループ１４を有する電力レギュレータ
回路１０が示されている。更にレギュレータ回路１０
は、第１ループ１２及び第２ループ１４の共通の分岐
（branch）にインダクタ１６を有している。第１ループ
１２には第１ＦＥＴ１８、宇宙船のバッテリなどのバッ
テリ２４との接続用の１対の入力端２０及び２２を有し
ている。バッテリ２４は電流が第１ループ１２を矢印２
６，２８，３０で示される左回りに流れるように陽極及
び陰極が配置されている。第１ループ１２の回路はＦＥ
Ｔ１８、インダクタ１６、及び入力端２０にインダクタ
１６を接続する導体３０Ａを有している。ＦＥＴ１８が
導通状態のとき電流は流れ、ＦＥＴ１８が非導通状態で
は電流は停止する。
【０００９】第２ループ１４は、インダクタ１６に加え
て、コンデンサ３２及び矢印２８，３４で示す右回りに
流れる電流を制約する回路部品を有している。電流を一
方向に維持するための回路部品は、想像線で示すダイオ
ード３６、又は本発明の好ましい実施例の中で用いられ
る第２ＦＥＴ３８の場合がある。第２ループ１４は、コ
ンデンサ３２の両端に接続され、レギュレータ回路１０
へ負荷４４を接続するための１対の出力端４０，４２を
有している。以下に説明するように、負荷電流を測定す
るための電流計４６を挿入して出力端４０と４２の間に
負荷を接続することは有利である。上記したように、第
１ループの左回りの電流はバッテリ２４、ＦＥＴ１８、
インダクタ１６を通ってバッテリ２４に戻る。第２ルー
プ１４の右回りの電流はインダクタ１６、第２ＦＥＴ３
８を通り、コンデンサ３２を介してインダクタ１６に戻
る。出力端４０，４２の間に負荷４４及び電流計４６を
直列に接続しており、第２ループの右回りの電流は負荷
４４にも流れる。インダクタ１６により導体３０Ａ及び
第２ＦＥＴ３８が相互接続される分岐点４８において、
矢印２８で示すインダクタ電流は矢印３０，３４によっ
て示すように反対方向に流れる。本発明の特徴によれ
ば、ダイオード３６又はＦＥＴ３８によって第２ループ
１４の電流を一方向に制約することは、過度の電流放電
あるいはレギュレータ回路１０の故障の場合に生じる過
電流を阻止してバッテリ２４を保護するために役立つ。
て、コンデンサ３２及び矢印２８，３４で示す右回りに
流れる電流を制約する回路部品を有している。電流を一
方向に維持するための回路部品は、想像線で示すダイオ
ード３６、又は本発明の好ましい実施例の中で用いられ
る第２ＦＥＴ３８の場合がある。第２ループ１４は、コ
ンデンサ３２の両端に接続され、レギュレータ回路１０
へ負荷４４を接続するための１対の出力端４０，４２を
有している。以下に説明するように、負荷電流を測定す
るための電流計４６を挿入して出力端４０と４２の間に
負荷を接続することは有利である。上記したように、第
１ループの左回りの電流はバッテリ２４、ＦＥＴ１８、
インダクタ１６を通ってバッテリ２４に戻る。第２ルー
プ１４の右回りの電流はインダクタ１６、第２ＦＥＴ３
８を通り、コンデンサ３２を介してインダクタ１６に戻
る。出力端４０，４２の間に負荷４４及び電流計４６を
直列に接続しており、第２ループの右回りの電流は負荷
４４にも流れる。インダクタ１６により導体３０Ａ及び
第２ＦＥＴ３８が相互接続される分岐点４８において、
矢印２８で示すインダクタ電流は矢印３０，３４によっ
て示すように反対方向に流れる。本発明の特徴によれ
ば、ダイオード３６又はＦＥＴ３８によって第２ループ
１４の電流を一方向に制約することは、過度の電流放電
あるいはレギュレータ回路１０の故障の場合に生じる過
電流を阻止してバッテリ２４を保護するために役立つ。
【００１０】このレギュレータ回路１０の構成では、Ｆ
ＥＴ１８、３８の各々はエンハンスメントモードで動作
する。ＦＥＴ１８のソース電極はインダクタ１６にノー
ド５０を介して接続され、ＦＥＴ１８のドレイン電極は
バッテリ２４及びノード４８を介してインダクタ１６に
接続されている。ＦＥＴ３８のドレイン電極はノード４
８を介してインダクタ１６に接続されている。ＦＥＴ３
８のソース電極は負荷４４及びノード５０を介してイン
ダクタ１６に接続されている。第１ＦＥＴ１８のゲート
電極はパルス幅変調器５２の第１出力端に直接接続さ
れ、第２ＦＥＴ３８のゲート電極はインバータ回路５４
を介して、変調器５２の第１出力端に接続されている。
パルス幅変調器５２の第２出力端はノード５０に接続さ
れている。コンデンサ３２の両端に現れる電圧は検知器
５６によって検知され、変調器５２の入力端へ入力され
る。電流計４６における電圧降下は無視できるほど小さ
いので、検知器５６によって検知された電圧は負荷４４
にかかる電圧に実質的に等しい。電流計４６によって測
定された負荷４４を流れる電流の大きさは、更に変調器
５２の入力端へ入力される。
ＥＴ１８、３８の各々はエンハンスメントモードで動作
する。ＦＥＴ１８のソース電極はインダクタ１６にノー
ド５０を介して接続され、ＦＥＴ１８のドレイン電極は
バッテリ２４及びノード４８を介してインダクタ１６に
接続されている。ＦＥＴ３８のドレイン電極はノード４
８を介してインダクタ１６に接続されている。ＦＥＴ３
８のソース電極は負荷４４及びノード５０を介してイン
ダクタ１６に接続されている。第１ＦＥＴ１８のゲート
電極はパルス幅変調器５２の第１出力端に直接接続さ
れ、第２ＦＥＴ３８のゲート電極はインバータ回路５４
を介して、変調器５２の第１出力端に接続されている。
パルス幅変調器５２の第２出力端はノード５０に接続さ
れている。コンデンサ３２の両端に現れる電圧は検知器
５６によって検知され、変調器５２の入力端へ入力され
る。電流計４６における電圧降下は無視できるほど小さ
いので、検知器５６によって検知された電圧は負荷４４
にかかる電圧に実質的に等しい。電流計４６によって測
定された負荷４４を流れる電流の大きさは、更に変調器
５２の入力端へ入力される。
【００１１】レギュレータ回路１０の動作においては、
変調器５２は第１ＦＥＴ１８のゲート電極、及びインバ
ータ５４を介して第２ＦＥＴ３８のゲート電極へ、所定
の変調周波数の一連の矩形パルスを供給する。第１ＦＥ
Ｔ１８の通電が終了する間、インダクタ１６中の電流は
第２ＦＥＴ３８を介して流れ、所望の電圧にコンデンサ
を充電する。変調器５２は、インダクタ１６のインダク
タンス及びコンデンサ３２のキャパシタンスの積によっ
て得られるレギュレータ回路１０の共振周波数より実質
的に大きな変調周波数、少なくともほぼ１０倍で動作す
る。これによって、変調動作に起因する電流のパルセー
ションをフィルタリングでき、コンデンサ３２にかかる
電圧を実質的に一定値にする。検知器５６によって出力
された信号は、バッテリ２４の平均放電電流が負荷４４
の電流要求を満たすように変調器５２にデューティサイ
クルを増加又は減少するように指示し、コンデンサ３２
にかかる電圧、すなわち負荷４４にかかる電圧を所望の
値に維持する。電流計４６からの電流測定値は電流計４
６内のしきい値と比較され、電流が過剰かどうか判別す
る。過剰の場合、レギュレータ回路１０の故障を意味す
る。過度の電流の指示に応じて、電流計４６は変調器５
２にＦＥＴ１８を非導通状態にする信号を送りバッテリ
２４の放電を終了させる。
変調器５２は第１ＦＥＴ１８のゲート電極、及びインバ
ータ５４を介して第２ＦＥＴ３８のゲート電極へ、所定
の変調周波数の一連の矩形パルスを供給する。第１ＦＥ
Ｔ１８の通電が終了する間、インダクタ１６中の電流は
第２ＦＥＴ３８を介して流れ、所望の電圧にコンデンサ
を充電する。変調器５２は、インダクタ１６のインダク
タンス及びコンデンサ３２のキャパシタンスの積によっ
て得られるレギュレータ回路１０の共振周波数より実質
的に大きな変調周波数、少なくともほぼ１０倍で動作す
る。これによって、変調動作に起因する電流のパルセー
ションをフィルタリングでき、コンデンサ３２にかかる
電圧を実質的に一定値にする。検知器５６によって出力
された信号は、バッテリ２４の平均放電電流が負荷４４
の電流要求を満たすように変調器５２にデューティサイ
クルを増加又は減少するように指示し、コンデンサ３２
にかかる電圧、すなわち負荷４４にかかる電圧を所望の
値に維持する。電流計４６からの電流測定値は電流計４
６内のしきい値と比較され、電流が過剰かどうか判別す
る。過剰の場合、レギュレータ回路１０の故障を意味す
る。過度の電流の指示に応じて、電流計４６は変調器５
２にＦＥＴ１８を非導通状態にする信号を送りバッテリ
２４の放電を終了させる。
【００１２】レギュレータ回路１０の動作において、導
通状態のＦＥＴ１８によって生成されたバッテリ電流の
パルスはインダクタ１６を通りバッテリ２４へ戻るが、
非導通状態にあるダイオード３６あるいはＦＥＴ３８に
阻止されて同時にはコンデンサ３２へ電流は流れない。
前述のようにＦＥＴ１８を非導通状態におくことでバッ
テリ２４からの電流パルスは止まり、インダクタ１６内
の電流は導通状態にあるダイオード３６又はＦＥＴ３８
によってフォワード（順）方向に第２ループ１４を流れ
る電流が維持される。このように、第１ループ１２内の
電流の循環によって構築されたインダクタ１６内の磁気
エネルギはインダクタ１６から第２ループ１４への電流
によってコンデンサ３２及び負荷４４へ転送される。平
均電流値はデューティファクタを増加するにつれて増加
し、デューティファクタを減少するにつれ減少する。そ
のため、変調器５２は検知器５６にかかる電圧に応じ
て、コンデンサ３２及び負荷４４にかかる出力電圧を制
御することができる。
通状態のＦＥＴ１８によって生成されたバッテリ電流の
パルスはインダクタ１６を通りバッテリ２４へ戻るが、
非導通状態にあるダイオード３６あるいはＦＥＴ３８に
阻止されて同時にはコンデンサ３２へ電流は流れない。
前述のようにＦＥＴ１８を非導通状態におくことでバッ
テリ２４からの電流パルスは止まり、インダクタ１６内
の電流は導通状態にあるダイオード３６又はＦＥＴ３８
によってフォワード（順）方向に第２ループ１４を流れ
る電流が維持される。このように、第１ループ１２内の
電流の循環によって構築されたインダクタ１６内の磁気
エネルギはインダクタ１６から第２ループ１４への電流
によってコンデンサ３２及び負荷４４へ転送される。平
均電流値はデューティファクタを増加するにつれて増加
し、デューティファクタを減少するにつれ減少する。そ
のため、変調器５２は検知器５６にかかる電圧に応じ
て、コンデンサ３２及び負荷４４にかかる出力電圧を制
御することができる。
【００１３】図２，３に示した従来技術の回路と本発明
による回路を比較することによって、本発明の利点を更
に理解することができる。図２は、宇宙船で用いられ
る、バッテリに貯蔵した電気エネルギと負荷を接続する
ための電力レギュレータ装置の単純化した回路を示して
いる。図２の回路は３つのダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ
３、２つのトランジスタＱ１，Ｑ２、及び２つの変圧器
Ｔ１，Ｔ２を有している。トランジスタＱ１，Ｑ２はパ
ルス幅変調器（図面の単純化のため図示しない）によっ
て駆動され、変圧器Ｔ１，Ｔ２の１次側の電流を結合さ
せる電流パルセーションを提供し、それによって電流が
ダイオードＤ１により変圧器Ｔ２から負荷へ出力され、
ダイオードＤ２，Ｄ３により変圧器Ｔ１から出力され
る。３つのダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３は、負荷と並列
に接続された出力コンデンサＣ１の共通端末に接続され
る。変圧器Ｔ１及びＴ２の電流パルセーションは、ダイ
オードＤ１、Ｄ２、Ｄ３を介して所望の電圧にコンデン
サＣ１を充電し、負荷の動作に備えてコンデンサＣ１内
に電気エネルギを蓄えるように向けられる。負荷とバッ
テリの間に直接の接続はなく、全て変圧器Ｔ１及びＴ２
を介した磁気的な結合によってなされている。従って、
負荷で生じる短絡の場合には、バッテリは変圧器Ｔ１及
びＴ２によって短絡から分離される。従って、バッテリ
は、回路へ入力電圧ＶＩＮを保持することができる。図
２の回路は本発明による回路と比較したとき不利であ
る。すなわち、２つの変圧器Ｔ１及びＴ２の重量、大き
さは過剰であり、宇宙船に搭載する回路に用いるには好
ましくない。
による回路を比較することによって、本発明の利点を更
に理解することができる。図２は、宇宙船で用いられ
る、バッテリに貯蔵した電気エネルギと負荷を接続する
ための電力レギュレータ装置の単純化した回路を示して
いる。図２の回路は３つのダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ
３、２つのトランジスタＱ１，Ｑ２、及び２つの変圧器
Ｔ１，Ｔ２を有している。トランジスタＱ１，Ｑ２はパ
ルス幅変調器（図面の単純化のため図示しない）によっ
て駆動され、変圧器Ｔ１，Ｔ２の１次側の電流を結合さ
せる電流パルセーションを提供し、それによって電流が
ダイオードＤ１により変圧器Ｔ２から負荷へ出力され、
ダイオードＤ２，Ｄ３により変圧器Ｔ１から出力され
る。３つのダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３は、負荷と並列
に接続された出力コンデンサＣ１の共通端末に接続され
る。変圧器Ｔ１及びＴ２の電流パルセーションは、ダイ
オードＤ１、Ｄ２、Ｄ３を介して所望の電圧にコンデン
サＣ１を充電し、負荷の動作に備えてコンデンサＣ１内
に電気エネルギを蓄えるように向けられる。負荷とバッ
テリの間に直接の接続はなく、全て変圧器Ｔ１及びＴ２
を介した磁気的な結合によってなされている。従って、
負荷で生じる短絡の場合には、バッテリは変圧器Ｔ１及
びＴ２によって短絡から分離される。従って、バッテリ
は、回路へ入力電圧ＶＩＮを保持することができる。図
２の回路は本発明による回路と比較したとき不利であ
る。すなわち、２つの変圧器Ｔ１及びＴ２の重量、大き
さは過剰であり、宇宙船に搭載する回路に用いるには好
ましくない。
【００１４】図３は、従来技術による回路の他の構成を
示し、バッテリは回路に入力電圧ＶＩＮを供給し、回路
はその電圧を負荷の動作のための所望の電圧レベルに変
換する。トランジスタＱ３は、バッテリからインダクタ
Ｌ１を通して電流パルスを引き出すパルス幅変調器（図
面の単純化のため図示しない）によって動作する。その
結果、ダイオードＤ４を通りコンデンサＣ２へ抜け、コ
ンデンサを負荷の動作のために十分な電気エネルギとな
る適切な電圧レベルまで充電する電流パルスが発生す
る。コンデンサは、負荷の短絡が発生したときにバッテ
リを保護する障害アイソレータ(fault isolator)を介し
て負荷に接続されている。この障害アイソレータは、体
積がおよそ０．０２８３ｍ3（１立方フィート）、重量
は４．５４−６．８１ｋｇ（１０−１５ポンド）であ
り、宇宙船に搭載して使用するには過度に大きく重い。
本発明の回路では、図３の障害アイソレータなどの大き
な重い装置の使用を回避している。
示し、バッテリは回路に入力電圧ＶＩＮを供給し、回路
はその電圧を負荷の動作のための所望の電圧レベルに変
換する。トランジスタＱ３は、バッテリからインダクタ
Ｌ１を通して電流パルスを引き出すパルス幅変調器（図
面の単純化のため図示しない）によって動作する。その
結果、ダイオードＤ４を通りコンデンサＣ２へ抜け、コ
ンデンサを負荷の動作のために十分な電気エネルギとな
る適切な電圧レベルまで充電する電流パルスが発生す
る。コンデンサは、負荷の短絡が発生したときにバッテ
リを保護する障害アイソレータ(fault isolator)を介し
て負荷に接続されている。この障害アイソレータは、体
積がおよそ０．０２８３ｍ3（１立方フィート）、重量
は４．５４−６．８１ｋｇ（１０−１５ポンド）であ
り、宇宙船に搭載して使用するには過度に大きく重い。
本発明の回路では、図３の障害アイソレータなどの大き
な重い装置の使用を回避している。
【００１５】図１の本発明の回路と図２、３の従来技術
の回路との比較を容易にするため、３つの回路の各々の
バッテリ極性、及び３つの回路の各々の負荷の極性が示
されている。図２、３の回路では、負荷の励起に対応し
てバッテリの陽極が陰極の上方に示されている。しか
し、図１ではバッテリ端子の極性は逆で陰極が陽極の上
方に示されている。図１において負荷の電流方向に対し
てバッテリの電流方向が逆転していることは、負荷内で
生じる短絡からバッテリを保護する本発明の回路の動作
における重要な特徴である。これにより、図２の従来技
術の変圧器、図３の従来技術の障害アイソレータを回避
でき、宇宙船上の使用に適したコンパクトで軽量な回路
を提供できる。
の回路との比較を容易にするため、３つの回路の各々の
バッテリ極性、及び３つの回路の各々の負荷の極性が示
されている。図２、３の回路では、負荷の励起に対応し
てバッテリの陽極が陰極の上方に示されている。しか
し、図１ではバッテリ端子の極性は逆で陰極が陽極の上
方に示されている。図１において負荷の電流方向に対し
てバッテリの電流方向が逆転していることは、負荷内で
生じる短絡からバッテリを保護する本発明の回路の動作
における重要な特徴である。これにより、図２の従来技
術の変圧器、図３の従来技術の障害アイソレータを回避
でき、宇宙船上の使用に適したコンパクトで軽量な回路
を提供できる。
【００１６】上記した実施例は例示的なものであり、当
業者であれば様々な変形が可能であることは理解できる
であろう。従って、本発明はここに述べた実施例に限定
されず、請求の範囲にのみ限定される。
業者であれば様々な変形が可能であることは理解できる
であろう。従って、本発明はここに述べた実施例に限定
されず、請求の範囲にのみ限定される。
【図１】本発明の電力レギュレータ回路を、一部ブロッ
ク図で示した電気回路図である。
ク図で示した電気回路図である。
【図２】従来技術の電力レギュレータ回路を示す図であ
る。
る。
【図３】従来技術の電力レギュレータ回路を示す図であ
る。
る。
１０ レギュレータ回路 １２ 第１回路ループ １４ 第２回路ループ １６ インダクタ １８ 第１ＦＥＴ ２０，２２ 入力端 ２４ バッテリ ３２ コンデンサ ３６ ダイオード ３８ 第２ＦＥＴ ４０，４２ 出力端 ４４ 負荷 ４６ 電流計 ４８，５０ 分岐点 ５４ インバータ回路 ５６ 検知器
Claims (11)
- 【請求項１】 バッテリ放電用の電力レギュレータ回路
であって、 バッテリ接続用の入力端を有する第１回路ループと、 負荷接続用の出力端を有する第２回路ループと、 前記第１回路ループの第１分岐、及び前記第２回路ルー
プの第１分岐を形成するインダクタと、 前記第２回路ループ内の、前記インダクタから前記出力
端への１方向のみの電流が流れるように制約する１方向
電流制約手段と、 前記バッテリから前記インダクタへの電流を反復してゲ
ート制御するゲート制御手段と、からなり、 前記第１回路ループが、前記入力端の１つを介して前記
１方向電流制約手段の端子を前記バッテリに相互接続す
る第２分岐を有し、前記１方向電流制約手段が、前記バ
ッテリを前記負荷の短絡から保護するために前記バッテ
リから前記第２回路ループへの電流を阻止する、ことを
特徴とする電力レギュレータ回路。 - 【請求項２】 請求項１記載の電力レギュレータ回路で
あって、 前記第２回路ループが、前記出力端の両端に接続された
コンデンサを有し、 前記ゲート制御手段が、前記バッテリから前記インダク
タへの電流をパルス幅変調する手段を備え、 前記１方向電流制約手段が、前記インダクタからの電流
を前記コンデンサに充電可能である、ことを特徴とする
電力レギュレータ回路。 - 【請求項３】 請求項２記載の電力レギュレータ回路で
あって、 前記インダクタのインダクタンス及び前記コンデンサの
キャパシタンスが共振周波数を確立し、 該変調する周波数が前記共振周波数より実質的に大き
く、前記第１回路ループの電流パルスをフィルタリング
し前記コンデンサの両端の電圧を実質的に一定にする、
ことを特徴とする電力レギュレータ回路。 - 【請求項４】 請求項１記載の電力レギュレータ回路で
あって、 前記ゲート制御手段が、前記第１回路ループの１分岐で
ある第１ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を有すること
を特徴とする電力レギュレータ回路。 - 【請求項５】 請求項４記載の電力レギュレータ回路で
あって、 前記ゲート制御手段が、前記第１ＦＥＴを導通及び非導
通の状態間で駆動するパルス幅変調器を有することを特
徴とする電力レギュレータ回路。 - 【請求項６】 請求項５記載の電力レギュレータ回路で
あって、 前記出力端の１つに接続され、前記負荷を流れる電流を
モニタする電流モニタを有し、 前記電流モニタの出力端が前記パルス幅変調器に接続さ
れ、前記負荷の過剰電流の検出に応じて前記第１ＦＥＴ
を非導通状態にする指示を前記パルス幅変調器に与える
ことを特徴とする電力レギュレータ回路。 - 【請求項７】 請求項５記載の電力レギュレータ回路で
あって、 前記コンデンサの両端の電圧を検知する検知手段を有
し、 前記検知手段は前記パルス幅変調器に出力信号を供給
し、前記パルス幅変調器のデューティファクタを制御し
て前記コンデンサの両端の電圧を実質的に一定に維持す
ることを特徴とする電力レギュレータ回路。 - 【請求項８】 請求項５記載の電力レギュレータ回路で
あって、 前記１方向電流制約手段が、前記第２回路ループ内の前
記インダクタと前記出力端の１つとの間に第２ＦＥＴを
有し、 前記電力レギュレータ回路が、前記パルス幅変調器の出
力端と前記第２ＦＥＴの制御電極を相互接続し、前記第
２ＦＥＴの導通及び非導通の状態を前記第１ＦＥＴの導
通及び非導通の状態と相補的に前記第２ＦＥＴをゲート
制御することを特徴とする電力レギュレータ回路。 - 【請求項９】 請求項８記載の電力レギュレータ回路で
あって、 前記入力端の１つ、前記インダクタの１端子及び前記第
２ＦＥＴの１端子が共通の回路分岐点において接続さ
れ、前記インダクタの他端子、前記第１ＦＥＴの１端子
及び前記出力端の１つが更に共通の回路分岐点において
接続されていることを特徴とする電力レギュレータ回
路。 - 【請求項１０】 請求項５記載の電力レギュレータ回路
であって、 前記１方向電流制約手段がダイオードを有することを特
徴とする電力レギュレータ回路。 - 【請求項１１】 請求項１記載の電力レギュレータ回路
であって、 前記出力端の１つに接続され前記負荷の電流をモニタす
る電流モニタを有し、前記電流モニタが前記ゲート制御
手段と接続され前記負荷の過剰電流の発生に応じて前記
バッテリから前記インダクタへの電流を停止させること
を特徴とする電力レギュレータ回路。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/823825 | 1997-03-25 | ||
| US08/823,825 US5751140A (en) | 1997-03-25 | 1997-03-25 | Voltage converter with battery discharge protection |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH118972A true JPH118972A (ja) | 1999-01-12 |
Family
ID=25239841
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10076823A Pending JPH118972A (ja) | 1997-03-25 | 1998-03-25 | バッテリ放電用電力レギュレータ回路 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5751140A (ja) |
| EP (1) | EP0868007A3 (ja) |
| JP (1) | JPH118972A (ja) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6020729A (en) * | 1997-12-16 | 2000-02-01 | Volterra Semiconductor Corporation | Discrete-time sampling of data for use in switching regulators |
| JP3940227B2 (ja) * | 1998-08-11 | 2007-07-04 | エルナー株式会社 | バッテリ用電力補償装置 |
| GB2340681B (en) | 1998-08-14 | 2003-07-30 | Mars Inc | Oscillators |
| US6031743A (en) * | 1998-10-28 | 2000-02-29 | International Business Machines Corporation | Fault isolation in a redundant power converter |
| US6275958B1 (en) | 1998-10-28 | 2001-08-14 | International Business Machines Corporation | Fault detection in a redundant power converter |
| US6198261B1 (en) | 1998-10-30 | 2001-03-06 | Volterra Semiconductor Corporation | Method and apparatus for control of a power transistor in a digital voltage regulator |
| US6160441A (en) | 1998-10-30 | 2000-12-12 | Volterra Semiconductor Corporation | Sensors for measuring current passing through a load |
| US6268716B1 (en) | 1998-10-30 | 2001-07-31 | Volterra Semiconductor Corporation | Digital voltage regulator using current control |
| WO2000028648A1 (en) * | 1998-11-06 | 2000-05-18 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | A high input voltage, high efficiency, fast transient voltage regulator module (vrm) |
| WO2008048771A2 (en) * | 2006-10-18 | 2008-04-24 | The Regents Of The University Of California | Pulsed load modulation amplifier and method |
| US8169081B1 (en) | 2007-12-27 | 2012-05-01 | Volterra Semiconductor Corporation | Conductive routings in integrated circuits using under bump metallization |
| CN105337494B (zh) * | 2014-08-11 | 2019-01-11 | 邓维增 | 开关电源隔离电路 |
| US9863982B2 (en) * | 2015-09-30 | 2018-01-09 | Qualcomm Incorporated | Bi-directional current sensing circuit |
| US10050540B2 (en) * | 2016-06-07 | 2018-08-14 | Semiconductor Components Industries, Llc | Protection circuit and method for flyback power converter |
| JP6836150B2 (ja) * | 2017-01-20 | 2021-02-24 | セイコーエプソン株式会社 | 半導体装置、電源装置、電子機器、及び、電源装置の制御方法 |
| US11133663B2 (en) * | 2017-12-20 | 2021-09-28 | Apple Inc. | Reverse current protection circuit |
| US11863062B2 (en) * | 2018-04-27 | 2024-01-02 | Raytheon Company | Capacitor discharge circuit |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3733535A (en) * | 1972-01-03 | 1973-05-15 | G Ballman | Battery charger |
| JPH02307365A (ja) * | 1989-05-19 | 1990-12-20 | Nichicon Corp | 電源装置 |
| US5359280A (en) * | 1992-01-10 | 1994-10-25 | Space Systems/Loral | Bilateral power converter for a satellite power system |
| US5341278A (en) * | 1992-08-20 | 1994-08-23 | Brooks Steven W | Switching pulsed resonant DC-DC converter power amplifier |
| US5493203A (en) * | 1992-11-06 | 1996-02-20 | Compaq Computer Corp. | Low quiescent current voltage regulator |
| US5397976A (en) * | 1993-09-28 | 1995-03-14 | Space Systems/Loral, Inc. | Control system for voltage controlled bilateral current source |
| US5610804A (en) * | 1994-06-20 | 1997-03-11 | Tdk Corporation | Power supply with dual energy transfer circuits for power factor correction |
-
1997
- 1997-03-25 US US08/823,825 patent/US5751140A/en not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-03-25 EP EP98302277A patent/EP0868007A3/en not_active Withdrawn
- 1998-03-25 JP JP10076823A patent/JPH118972A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5751140A (en) | 1998-05-12 |
| EP0868007A3 (en) | 2000-05-17 |
| EP0868007A2 (en) | 1998-09-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH118972A (ja) | バッテリ放電用電力レギュレータ回路 | |
| US6400586B2 (en) | Power factor corrected UPS with improved connection of battery to neutral | |
| US5440179A (en) | UPS with bi-directional power flow | |
| JP3175121B2 (ja) | 無停電電源装置 | |
| JP3324930B2 (ja) | 電源装置 | |
| US7596008B2 (en) | Power conversion apparatus | |
| KR100254478B1 (ko) | 충방전 제어장치 및 정전압 정전류 제어회로 | |
| US4920475A (en) | Integrated traction inverter and battery charger apparatus | |
| US7045990B2 (en) | Portable device having a charging circuit and semiconductor device for use in the charging circuit of the same | |
| EP1107418A2 (en) | Magnetically coupled autonomous battery equalization circuit | |
| EP0123030A1 (en) | Isolated power supply feedback | |
| US5610805A (en) | Uninterruptible power supply with a back-up battery coupled across the a.c. input | |
| US7301248B2 (en) | Control method for voltage boosting circuit | |
| CN113708623A (zh) | 用于连接两个电压水平的模块化转换器 | |
| US6949912B2 (en) | Enabling circuit for avoiding negative voltage transients | |
| CN112187056B (zh) | 电力供给系统和直流-直流转换机 | |
| US5420497A (en) | Direct current power unit having main and secondary direct current power supplies | |
| JPH0884440A (ja) | 充電制御装置および電圧変換装置 | |
| EP2517345A1 (en) | Groundable dc/dc converter | |
| JP3553448B2 (ja) | 電力変換装置 | |
| JPH0833233A (ja) | 交直流無停電電源装置 | |
| JPH05122871A (ja) | 無停電電源装置 | |
| WO2006054412A1 (ja) | 電気二重層コンデンサを用いた蓄電装置 | |
| US6404653B1 (en) | Multi-voltage transformer | |
| JP2003079058A (ja) | 電池パック |