JPS5846865A - 開閉電源 - 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】 本発明は一般に電源装置、とくに開閉電源装置ｉζ関す
る。

従来、変圧器の一次巻線に直列なスイッチの開閉を繰堺
すことにより整流および濾波された交流。

線電圧が直流出力電圧Ｉζ変換されていた。スイッチが
閉じているときは変圧器の一次巻線を流れる電流が増大
し、変圧器のコア（鉄芯）中にエネルギーが蓄積される
。この期間中は変圧器の第二次巻線回路の整流器が逆バ
イアスをかけられて導通しない。スイッチが開いている
ときは一次巻線のインダクタンスの作用により一次巻線
にか力）る電圧を増大せしめて整流および濾波された−
の電圧より高（する。それ故に二次巻線回路の整流器が
直流出力電圧を与える。この直流出方電圧は線変圧器の
コア中に蓄えられたエネルギーの関数である。

計算機の出現と共にいろいろの線電圧のもとて比較的に
一定の最大電力出方を維持する電力源を与えることが重
要となった。国ごとに線電圧および線周波数が異なるこ
とが知られでいる。しっ）し記憶装置にデータを興憶す
るために必要な電源条件は所定の限界内になければなら
ない。一定電源出力の必要性は明らかである。誤った条
件のもとにおける、規定電力を超過した電力は計算機の
巻線に損傷を与えかねない。規定電力を超えた鑞カを適
切に処理すべき電源の扱いに失敗すると電源が故障しか
ねない。

典型的な帰線電源においてはピーク電流を既矧値ｌこ制
限することによって電源は過負荷７１）ら保護されてい
る。この構成は満足のゆくものではなη）つた。負荷電
流が一定に留まっても整流および濾波された交流電圧は
変化される０線電圧の増大は電力出力の増大をもたらす
。そのようなシステムは製造上、経済的でない。

変圧器の一次巻線中の電流をスイッチ装置が制゛御する
開閉電源はスイッチ装置により制御されたパルス幅の直
流電圧を変圧器の二次巻線に発生する。第二の制御回路
が一次巻線に力１かる電圧に呼応してスイッチ装置の作
動を制御する。変圧器の二次巻線に発生した直流電圧の
パルス幅は、線電圧が予定の限界からずれているときは
変圧器の一次巻線にカリ）る電圧の大きざが大きい程小
さくなる。

開閉電源は、スイッチ装置が変圧器の一次巻線の電流を
制御して変圧器の二次巻線中にこのスイッチ′装置によ
り制御された直流電圧を発生させる各サイクル毎に、い
ろいろの線電圧が現れても最大電力出力を予定範囲内に
制限する。制御装置が予定の大きざに達した一次巻線電
流に応答して、カ）つ変圧器−次巻線電圧の予定の大き
さからのすれＥこ応答して、スイッチ装置の作動を制御
する。

本発明によって開閉電源の電力出力はいろいろ−の線電
圧範四にわたって最大値に限定される。

本発明の特徴は平均電力に基づ７１）ずに各サイクル毎
に開閉電源に最大電力出力が与えられることである。し
たがって電源の諸成分はどの変換サイクルにおいてもま
ったく過度の電力出力を課せられることがない。本電源
はいη１なる場合にも作動条件が正常であるか異常であ
るか、あるいはまた過渡期間中にあるかに拘らず、最大
規定出力を超過して出力することはない、。

本発明のもう一つの特徴はそのスイッチ制御回路の周り
の開ループ利得が小さくてよいことである。したがって
高ループ利得により生ずる不安定性や遅い応答時間を生
ずることなく改良された出力電圧調整を達成し得る０ 本発明のもう一つの特徴は電力消費が低いことである。

本発明のさらに別の特徴は比較的広範囲の温度にわたり
安定な作動が得られることである。

第１図および第２図に示されているのは、いろいろの線
電圧に対してサイクル毎に出力電圧を予定の範囲内に制
限する、本発明の実施例による開閉電源α１である。電
源ａＱは適当な変圧器（１５１を含む。

図示したように変圧器ｔＩ９は一次巻線（１５ａ）　、
二次巻１ｉ１　（１５ｂ−１５ｅ）およびコア（１５ｆ
）を含む。

変圧器α９の一次巻線（１５ａ）には電圧が印加される
。好ましい実施例では、この電圧は整流および濾波され
た交流電圧（Ｖｒａｗ　）である。整流および濾波をさ
れた交流電圧を一次巻線（１５ａ）に印加するため、交
流線電圧が端子ボードσ６１（第２図）に印加される。

端子ボード側および変圧器α［有］の一次巻＠　（１５
ａ）　！こは在来の適当な整流兼濾波回路四（第２図）
が接続される。

スイッチ装置（ハ）（第１図、第２図）が変圧器ｌＪ■
の−次巻線（１５ａ）を通る電流の時間幅を制御する。

例示した実施例ではスイッチ装置（ハ）は−次巻線（１
５ａ）と直列接続されたコレクタ電極を有する開閉トラ
ンジスタ＠を含む。開閉トランジスタ弼が導通するとき
は、−次巻線（１５ａ）の電流が増大して変圧器−のコ
ア（１５ｆ）にエネルギが蓄えられる。

開閉トランジスタが導通している時間幅は変圧器α最の
二次巻線（１５ｂ−ｘ５ｅ）ζこは出力゛電圧が発生さ
れない。二次巻線（１５ｃ〜１５ｅ）はそれぞれ、二次
巻線回路（３０〜３２）ｌこ含まれる。二次巻線回路（
３０〜３２）には適当な整流器（４０〜４２）がそれぞ
れ含まれる。

各二次巻線回路に対する出力回路が二次巻線回路のうち
その関連の二次巻線に接続された部分を含むＯ 開閉トランジスタ（至）が導通している期間中は整流器
（４０〜４２）はそれぞれ逆バイアスを乃）けられてい
て導通しない。開閉トランジスタ（至）が導通していな
いときは一次巻線（ｉｓａ）にη）力する電圧は一次巻
線（１５ａ）にかかる整流および１波をされた又流電圧
より高くなる。その結果、整流器（４０〜４２）および
直流出力パルスがそれぞれ二次巻線回路（３０〜３２）
に発生される。したがって開閉トランジスタ弼の導通お
よび非導通により各変換サイクルの期間中、直流出力電
圧が二次巻線回路（３０〜３２）に発生される。この直
流出力電圧のパルス幅は開閉トランジスタ（至）が導通
しない時間幅が長いほど、長い。

かくして各変換サイクルの期間中、開閉トランジスタは
導通または非導通している。また、二次巻線回路（３０
〜３２）のそれぞれにおける直流出力電圧は変圧器α９
の一次巻線（１５ａ）に蓄えられたエネルギーの関数で
ある。さらに具体的に述べると変圧器ａ９に蓄えられた
エネルギーは一次巻線（１５ａ）にρ）かる電圧ならび
に二次巻線（１５ａ）　、−次巻線（１５ａ）を通る電
流、および−次巻線（１５ａ）を電流が流れる時間の関
係によって定まる。

開閉トランジスタ（至）は変圧器Ｑ５１の二次巻線（１
５ｂ）が持つ再誘導効果によって自動的に各変換期間中
、導通される。開閉トランジスタ（４）が導通している
である。ここでＶｒａｗは整流および濾波された一次巻
線（１５ａ）　ＥＣａ）ｎ）る電圧、Ｎ１５ｂは二次巻
ｍ（１５ｂ）のターン数、Ｎ１５ａは一次巻線（１５ａ
）のターン数□であるＱ′力）＜シて二次巻線（１５ａ
）につり）る電圧Ｃま電圧Ｖｒ　ａｗに対しては小さい
比率のものであり、後者に比例して変化する〇 一次巻線（１５ａ）の電流が正しい大きさに達して正し
い大きさまたはレベルの二次巻、ｌｉｌ　（１５ｃｍ１
５ｅ）の出力電圧を維持するに至ったときは、制御回路
（４Ｇ（第１図、第２図）が開閉トランジスタ（至）に
各変換期間中の導通を止めさせる。Ｇ）ろＧ）ろの線電
圧Ｊこ対して二次巻線回路（３０〜３２）の最大′成力
出力を制御するため、制御回路冊は一次巻ｍ　（１５ａ
）を流れる電流に呼応して、かつ−次巻＠　（１５ａ）
　）こ乃１かる電圧（Ｖｒａｗ）に呼応して、スイッチ
装置（ハ）の導通時間を制御する。したがって電圧（Ｖ
ｒａｗ　）が低い程、−次巻線（１５ａ）を流れる電流
が予定値に到達する時間が大きくなる。同時にまた開閉
トランジスタ（至）の導通が長くなり二次巻線回路（３
０〜３２）における直流出力電圧の幅が大きくなる。予
定の値の偏差値をもった一次巻ｌ５（１５ａ）電圧（Ｖ
ｒａｗ　）が大きい程、開閉トライジスタ（ハ）の導通
時間が短の）くなることによって最大電力出力を予定の
大きさにすることが可能となる０ この目的のため、制御回路冊は開閉トランジスタ１１）
を含む。開閉トランジスタ（４１）のコレクタ電極は開
閉トランジスタ弼のベース電極番こ接続されるＯ開閉ト
ランジスタ１１）が導通するようにされると、開閉トラ
ンジスタ（至）は非導通となる。開閉トランジスタが二
次巻、ｉｉ　（１５ｂ）の再誘導効果によって、上述し
たように各変換期間中、自動的に導通するようにされる
。開閉トランジスタ（至）がこのように導通化されると
、開閉トランジスタ（４υは非導通となって、初めの非
導通状態に再設定される。

開閉トランジスタ（４υのベース電極に、制御回路＋４
１の単接合トランジスタ０３がそのコレクタ電極を介し
て接続される。単接合トランジスタ（４２１のベース電
極に印加された電圧力１単接合トランジスタ（４４に対
するしきい電圧に等しいときは開閉トランジスタ（４υ
が導通し、開閉トランジスタ団によって再設定がなされ
るまで、導通状態に留まる。単接合トランジスタ（４２
１にはそのベースに印加された電圧がしきい値電圧より
低（なるまで導通し続ける。

単接合トランジスタ（４２１のベースには制（１ｉ１１
回路（４０内のＲＣ時間回路網（４滲の調時コンデンサ
（４３に誓えられた電荷から得られる電圧が印加される
。単接合トランジスタｕ３のベースに印力口された電圧
か単鱗合トランジスタ（４３に対するしきい電圧Ｊこ等
しいと単接合トランジスタｕ４が導通する。そのように
導通するときは調時コンデンサ（４３内に蓄えられ′載
荷が放出されて単接合トランジスタ１ａを経由して開閉
トランジスタｌのベース電極に印加されてトランジスタ
ｔｔａを導通する。

ＲＣ時間回路網Ｉは調時コンデンサ（４３、抵抗（４９
、可変抵抗−および可変抵抗（４つを含む。可変抵抗１
４６１゜ｔ４？）の抵抗を調節することにより、調時コ
ンデンサ＋４１を帯電するための時定数が調節される。

調時コンデンサ０３を帯電するための時定数を調節する
ことにより、単接合トランジスタ旧のしきい電圧の達成
される時間を制御することとなりし′た、かつ・て開閉
トランジスタＵυの導通を制御することとなり、その結
果開閉トランジスタ６Ｉ）が導通しない時間幅が制御さ
れる。可変抵抗−は最低電圧作動点に対する大きざに設
定され、可変抵抗（４ηは最高電圧作動点に対する大き
ざに設定される。ダイオードφのが単接合トランジスタ
１４３の温度ドリフトを補償する。力）゛＜シて可変抵
抗−ｓ　（４？）が調節される結果、上述した方法でい
ろいろな電圧範囲にわｇり電源四に対する最大電力出力
を制限し、ダイオード（５５）が広範囲の作動温度にわ
たり安定性を維持する役割を果す。

制御回路（４Ｇの光学結合トランジスタ（２）が開閉。

トランジスタ（至）を流れる電流の大きざが小さいほど
良く導通する。光学結合トランジスタ（６）のエミッタ
電極は調時コンデンサ（４３に接続される。開閉トラン
ジスタ（至）に全く負荷が無い状態では光学結合トラン
ジスタφＯ）が高い電流値で導通し、調時コンデンサｆ
４３を単接合トランジスタｔ４２のしきい値にまで急速
に帯電させる。すると直ちに単接合トランジスタ（４り
が導通し、調時コンデンサＱ中に蓄えられた電荷が放出
されて単接合トランジスタ経由で開閉トランジスタΩυ
に印加される。この動作が開閉トランジスタ（至）を導
通しなくさせる。

電源Ｑｌに加えられた負荷が増大するにつれ光学結合ト
ランジスタ（至）が導通させる電流はより小さくなる。

その結果、調時コンデンサ旧を単接合トランジスタ４４
３のしきい電圧に到達させる時間幅が一層長くなる。そ
の結果、開閉トランジスタ（４１）は変換サイクルの期
間中、一層短の）い時間導通し、開閉トランジスタ（至
）は変換サイクルの期間中一層長く導通ずる開閉トラン
ジスタ＠に対する負荷が最大である乃）または−次巻線
（１５ａ）を通る電流が予定値にあるときは、光学結合
トランジスタ（財）は導通しない。調時コンデンサ（４
３を帯電する電流は可変抵抗−を流れる。かくして抵抗
−およびコンデンサーは、−次巻線（１５ａ）を通る電
流が最大負荷または予定の大きさにあるときの開閉トラ
ンジスタ（至）の導通すべき予定時間幅を設定する几Ｃ
回路網を形成する。

ツェナーダイオード（６５）、　（６６）が、予定値よ
り大きな電圧（Ｖｒａｗ　）変化を補償する役割を果す
結果、フィードバック加算接点（６７）における誤信号
を少な（する。この構造によって制御回路１４［）のま
わりに高いノに一プ利得を持たない改良された電圧調節
が可能となる。高いループ利得は高い不安定性と遅い応
答時間とを起こす。ツェナーダイオード（６５）、（６
６）は変圧器（１５１の一次巻線（１５ａ）　’Ｅフィ
ードバック加算接点（６７）に接続する。ツェナーダイ
オード（６５）、（６６）を通る電流は電圧（Ｖｒａｗ
　）が予定の大きさを超えるときは変圧器α９の一次巻
線（ｌｓａ）にか力する電圧（Ｖｒａｗ）に直接関係す
る。変圧器［１５１の一次巻線（１５ａ）にかかる電圧
が予定の電圧（Ｖｒａｗ）を超えて大きくなる程、ツェ
ナーダイオード（６５）、（６６）を流れる電流が大き
くなる。ツェナーダイオード（６５）、（６６）を流れ
る電流が大きい程、調時コンデンサ卿を単接合トランジ
スタ１のしきい電圧にまで帯電する時間幅が小さくなる
。

したがって開閉トランジスタ圓は変換サイクル期間中、
電圧（Ｖｒａｗ）が予定値を超えた分の大きさに応じた
一層長い時間幅の間、開閉トランジスタＵυは非導通と
なり、開閉トランジスタ（至）はａｔ圧（Ｖｒａｗ）が
予定値を超えた分に応じて変換サイクルの期間中、一層
短い時間幅の間導通する。したがって−次巻線（１５ａ
）内の電流パルスの大きさは線電圧（Ｖｒａｗ　）が予
定の大きざを超えた場合も一次巻線（１５ａ）内の電流
パルスの大・きさは変換サイクルの期間中一定に保たれ
る。

ツェナーダイオード（６５）、（６６）両端の電圧降下
は全負荷が所望されるときの最、低線電圧時の電圧（Ｖ
ｒａｗ　）の大きさに等しくなるように選択される。

ツェナーダイオード（６５）、（６６）両端の電圧降下
が電圧（Ｖｒａｗ）ｊこ等しいとき、可変抵抗（４７）
を電流が全く流れず、−次巻線（１５ａ）には最大直流
パルス幅が生ずる０電圧（Ｖｒａｗ　）が増大するにつ
れ、可変抵抗ケア）を通る電流がより速く調時コンデン
サ（４′５を帯電する。この結果、開閉トランジスタ（
至）が導通する時間が減少する。可変抵抗４つは最大電
力が意図されるときの最高線電圧時の値に調節される。

上述のことから、加算または調時コンデンサ（４３は開
閉トランジスタαυを断続するための電荷の貯留器の役
割を果すことがわかる。加算回路はコンデンサ（４３お
よび抵抗（４つヲ含む。この動作は休止損失を最小にさ
せるが、開閉トランジスタ（４υのベース電極に印加す
べき非常に急速な高電流パルスを依然与えることができ
る。

一層 二次巻線（３０〜３２）はそれぞれ適当な在来のフィル
ター回路（７０〜７２）（第２図）を含む。二次巻線回
路（３０〜３２）の負荷コンデンサ（８０〜８２）には
整流された直流出力電圧が現れ、フィルター回路（７０
〜７２〕に印加される。フィルター回路（７０〜７２）
の出力ｌこは適当な増幅器（９０〜９２）が接続される
。第二巻線回路６υでは増幅器（９１）が調節されてそ
の出力を調整している。例示の実施例では調整された出
力は１２ボルトである。第二巻線回路６υの増幅器ωの
によって一５ボルトの出力が発生される。

二次巻線回路（至）の増幅器（９のはその入力側に二次
巻線回路１３３から基準電圧を印加され、増幅器（至）
の出力は、誤信号があるη）苦力）、光学結合トランジ
スタ（９ωを経由して測られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施した開閉電源の簡単な路線図であ
る。 第２図は第１図に示した開閉電源の詳細な路線図である
。 開閉電源２・・・・・・・　１０ 変圧器・・・・・・・・　１５ 一次巻線・・・・・・・　１５ａ 二次巻線・・・・書・・　１５ｂないし１５ｅスイツチ
装置・・・　２５ 整ｆＩｔ器・・・・・・・・　４０ないし４２制御回路
　・・・・・　４０ 手　　続　　補　　正　　書 昭和５７年　９月２２日 特許庁長官　　殿 １、事件の表示 昭和５７年特許願第１４１１８４号 ２、発明の名称 開閉電源 ３、補正をする者 事件との関係　　出願人 名　称　　カンパワー・コーポレーション４、代理人 住　所　　東京都千代田区永田町１丁目１１番２８号明
細−めタイプ印書（内容に変更なし）、及び正式図面。 ７、補正の内容。 別紙のとおり

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 開閉電源であって、 （ａ）　　−次巻線と二次巻＃Ｓを有し、該−次巻線に
   直流電圧が加えられて該−次巻線に電流が流れるように
   変更される変圧器と、 （ｂｌ　　該−次巻線に接続されたスイッチ装置（開閉
   装置）であって、電流の流れる通路を該−次巻線に与え
   るように、η）つ該−次巻線に流れる電流を遮断するよ
   うに、作動するスイッチ装置と、（Ｃ）　　該−次巻ｆ
   ｓを流れる電流が該スイッチ装置により遮断される期間
   中は直流出力電源を発生すべく該第二次巻線に接続され
   た整流器を含む出力回路と、 （ｄｌ　　該通路を流れる電流の大きざに呼応して、か
   つ該−次巻線に印加された電圧の大きさに呼応して、該
   スイッチ装置の作動を制御するため該スイッチ装置に接
   続された制御回路と、を含む開閉電源。