JPS5850055B2 - 可変周波数発振器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は位相同期発振器に係り、特に出力周波数精度の
安定した可変周波数発振器に関するものである。

一般に各インバータに内蔵された発振器によってで駆動
されるインバータを少なくとも２台以上並列運転する場
合、この発振器の周波数を制御し各インバータの分担す
る電力を均等となるようにしなければならない。

通常インバータの出力周波数としては高精度が要求され
、負荷分担制御においては並列運転の過渡時に各インバ
ータの中心周波数に対して±０．５φ程度の範囲で周波
数を変化させる必要がある。

このように発振器の周波数可変範囲が非常に狭い場合に
は発振器の無制御時の発振周波数（以下中心周波数とい
う）の変動率が可変周波数範囲である±０．５係に対し
て充分低いものでなければならず、温度および電源変動
特性はもちろん経時変化をも考慮に入れると可変周波数
発振器として前述のような高安定度を得ることは困難と
なり、発振器周波数の変動率がそのままインバータの出
力周波数の変動率となる欠点がある。

一方周波数の安定性が非常に良い水晶振動子などの機械
的振動を利用した発振器は周波数を変化させることが困
難である。

このような可変周波数発振器の周波数可変性と水晶振動
子などの機械的振動を利用した発振器の周波数安定性と
を取入れたものとして位相同期発振器（Ｐｈａｓｅ Ｌ
ｏｃｋｅｄＬｏｏｐ）が知られている。

第１図は位相同期発振器の公知例を示すブロック図で、
１は周波数可変指令を入力し出力信号ｆｉを出力する可
変周波数指令器（以下スレーブ発振器という）、２は位
相比較器、３は電圧制御発振器、４は水晶発振器などの
非常に安定した固有周波数を発生する基準発振器、５は
電圧制御発振器３と基準発振器４との出力周波数の差を
取出すディジタルのミキサーである。

第１図例においてミキサー５にはＤタイプフリップフロ
ップが使用されてＤ入力端子に電圧制御発振器３の出力
信号ｆｏ（周波数ｆｏＨｚ）、Ｃ入力端子にクロックパ
ルスとして基準発振器４の出力信号ｆＸ（周波数ｆｘＨ
２）を印加すると、出力信号ｆｏが（Ｎ−０，５）ｆｘ
〜（Ｎ＋０．５）ｆｘの範囲でその出力端子ＱにはｆＱ
＝ ｌ ｆ ｏ −Ｎｆ ｘの周波数として出力信号ｆ
Ｑが得られ、このミキサー５は第２図に示すような入出
力周波数特性となることが周知である。

ここでＮは整数であるが以下説明を簡便とするためにＮ
＝１の場合について述べる。

このような特性を有するミキサー５の出力信号ｆＱとス
レーブ発振器１の出力信号ｆｉを位相比較器２にて位相
差を比較し、その比較結果を電圧制御発振器３に負帰還
することによってミキサー５の周波数ｆＱＨ２がスレー
ブ発振器１の周波数ｆｉＨｚに等しくなるように電圧制
御発振器３が制御される。

したがってｆｉ＝ｆＱ−ｆＯ−ｆｘとなることから電圧
制御発振器３の周波数ｆｏＨｚはスレーブ発振器１の周
波数ｆｉＨｚと基準発振器４の周波数ｆｘＨｚの和とな
る。

これよりスレーブ発振器１の周波数ｆｉＨｚの変化量が
そのまま電圧制御発振器３の周波数ｆｏＨｚの変化量と
なって現われる。

ここでスレーブ発振器１の中心周波数のｆｉＨｚのドリ
フトによる変動△ｆｉＨｚが電圧制御発振器３の中心周
波数のｆｏＨｚに与える影響を△ｆ。

とすると、 となる。

この△ｆｏ／ｆｏは電圧制御発振器３の位相同期発振器
としての出力周波数変動率であり、スレーブ発振器１の
変動率△ｆ ｉ ／ ｆ ｉにｆｉ／ｆｏを乗じたもの
となる。

したがって電圧制御発振器３の中心周波数に対するスレ
ーブ発振器１の中心周波数比（ｆｉ／ｆｏ）をできる限
り小さくすることにより、スレーブ発振器１のドリフト
による変動△ｆｉＨｚの影響△ｆＯを小さくすることが
できる。

そこで位相同期発振器出力となる電圧制御発振器３の出
力信号ｆｏの所望の周波数可変範囲を（ｆｏ±ｆａ）Ｈ
ｚとすれば、スレーブ発振器１の中心周波数の可能な下
限値はｆｉ＝ｆａとすることができ、スレーブ発振器１
の周波数ｆｉＨｚをＯ〜２ｆｉまで可変すればよい。

なおインバータの並列運転制御の過渡時においてもイン
バータの出力周波数の変化は前述のように±０．５φ程
度で充分であることからｆｉ／ｆｏ＝ｏ、ｏｏ５となり
、スレーブ発振器１自体の変動率が電圧制御発振器３の
出力周波数変動に与える影響は１／２００に圧縮されて
非常に安定した出力周波数を得られる。

一方電圧制御発振器３の発振周波数可変範囲はｆｘ＝ｆ
ｘ−１−２ｆｉであればよいが、電圧制御発振器３自体
の温度および経時ドリフトによる発振周波数範囲の変化
を考慮して発振周波数範囲の下限値をＡ点のｆｘＨｚに
対して充分低くなるように設定する必要がある。

これより例えば電圧制御発振器３の発振周波数範囲を第
２図に示す可変範囲Ｗのようにするが、ここで問題にな
るのがミキサー５の動作である。

すなわち電圧制御発振器３の出力信号ｆｏが何らかの原
因でＢ点の（ｆｘ−ｆｉ）Ｈｚより低くなると、ｆＱ＝
ｆ ｘ−ｆｏ ＞ｆ ｘ−（ｆｘ−ｆ ｉ ）＝、ｆ
ｉとなり電圧制御発振器３は出力周波数を低下するよう
に制御されて第２図に示すようにＢ′点からＣ点の方向
へ進み、電圧制御発振器３は発振周波数範囲の下限値に
て安定してしまう現象を生じ不具合となる。

本発明は上述したような点に鑑みなされたもので、基準
発信器の出力周波数に対して電圧制御発振器の出力周波
数が高いときにのみあるいは低いときにのみミキサー５
を動作させて出力周波数精度を高安定とした可変周波数
発振器を提供するにある。

以下本発明を図面に基づいて説明する。

第３図は本発明の一実施例を示すブロック図で、第１図
と同一符号のものは同じ溝底部分を示す。

第３図において６は電圧制御発振器３の出力信号ｆｏと
基準発振器４の出力信号ｆｘとの差を検出する周波数差
検出器で、周波数差検出器６の出力１１はＤタイプフリ
ップフロップを用いたミキサー５のリセット端子Ｒに印
加するように接続されている。

ここで周波数差検出器６は基準発振器４の周波数ｆｘＨ
ｚに対して電圧制御発振器３の周波数ｆｏＨｚが低いと
きにのみミキサー５にリセットさせる信号を発生する。

したがってｆｏ＜ｆｘにおいて周波数差検出器６の出力
１１によってミキサー５はリセットされた状態となりミ
キサー５の出力信号ｆＱが零となる。

このように作用するミキサー５の入出力周波数特性は第
４図に示すようになる。

したがって電圧制御発振器３の周波数ｆｏＨｚが何らか
の原因で基準発振器の周波数ｆｘＨｚより低下してもミ
キサー５の周波数ｆＱＨ２は零となるため、位相比較器
２は電圧制御発振器３の出力周波数を高めるように作用
し第４図に示すようにｆｏ＝ｆｘ＋ｆｉとなる８点で安
定させられる。

第５図は本発明の他の実施例を示すブロック図で、第１
図と同符号のものは同じ構成部分を示す。

第５図において７は電圧制御発振器３の出力信号ｆｏと
基準発振器４の出力信号ｆｘを入力して周波数差を検出
し出力１２をミキサー５のＣ入力端子に接続した検波回
路である。

検波回路７は電圧制御発振器３の周波数ｆｏＨｚと基準
発振器４の周波数ｆｘＨ２との差を検出してｆ ｏ ＞
ｆ ｘにおいて基準発振器４に等しい周波数の出力１
２を出力し、またｆ ｏ ＜ ｆ ｘで出力１２を出さ
ない。

この検波回路７の出力１２をＤタイプフリップフロップ
を用いたミキサー５のクロックパルスとしているため、
ｆｏ＞ｆｘではミキサー５の出力周波数は（ｆｏ−ｆｘ
）となり、ｆ ｏ ＜ ｆ ｘでは出力周波数は零とな
る。

この場合においてもミキサー５の入出力周波数特性は第
４図に示したようになり第３図説明の実施例と同様な特
性が得られる。

なお前述の周波数差検出器６および検波回路７として一
般に用いられている位相同期発振器（Ｐｈａｓｅ Ｌｏ
ｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）のための集積回路に含まれる位
相比較器部分を利用することが可能である。

すなわち第６図は位相比較器部分の動作説明図で、例え
ば位相比較すべき一方の信号として基準発振器４の周波
数ｆｘＨｚ、他方の信号として電圧制御発振器３の周波
数ｆｏＨｚとすると、図示するようにｆ ｏ ＞ ｆ
ｘの場合には電圧制御発振器出力信号の立上り点が基準
発振器出力信号の立上り点よりも位相が進んでいる期間
だけ位相比較器部分の出力１３がｒＨＪレベルとなり、
その他の期間は出力１３が高インピーダンス、いわゆる
浮動状態となる。

またｆ ｏ ＜ ｆ ｘの場合には電圧制御発振器出力
信号の立上り点が基準発振器出力信号の立上り点よりも
位相が遅れている期間だけ位相出力１３が「Ｌ」レベル
となり、その他の期間は浮動状態となる。

このような出力１３と「Ｌ」レベル電位との間にあるい
は出力１３とｒＨＪレベル電位との間に抵抗を接続する
と、位相比較器部分の出力１３の浮動状態期間を見わけ
上ｒＬＪレベルあるいは「Ｈ」レベルとすることができ
る。

したがってｆｏ＜ｆｘにのみｒＬＪレベル信号を出すの
で周波数差検出器６として利用でき、またｆ ｏ ＞
ｆ ｘにのみに信号発生するｒＨＪレベルの立下り点は
基準発振器出力信号の立上り点と同一となるので検波回
路７として利用できることは明白である。

上述したように本発明によれば、ミキサーにより比較さ
れる２つの信号間の周波数差が非常に小さい場合におい
ても安定した動作を確実に行うことが可能で周波数可変
範囲が狭く周波数精度の高いものが要求される用途に最
適なものとなり、特に各インバータ内蔵の発振器により
駆動されるインバータの並列運転方式においては本発明
による高安定の可変周波数発振器が不可欠でありその効
果は非常に犬なるものがある。

なお本発明では電圧制御発振器の出力周波数が基準発振
器の出力周波数より高いときにのみミキサーを動作させ
る場合を示したが、逆に低い場合でも同様に動作させる
ことができ本発明が適用されることは明白である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の位相同期発振器を示すブロック図、第２
図は第１図のミキサーの入出力周波数特性を説明するた
めに示した曲線図、第３図は本発明の一実施例を示すブ
ロック図、第４図は第３図のミキサーの入出力周波数特
性を示す曲線図、第５図は本発明の他の実施例を示すブ
ロック図、第６図は本発明に適用される位相比較器部分
を示した動作説明図である。 ２・・・・・・位相比較器、６・・・・・・周波数差検
出器、７・・・・・・検波回路、ｆｉ・・・・・・可変
周波数指令器（スレーブ発振器）１の出力信号、ｆｏ・
・・・・・電圧制御発振器３の出力信号、ｆＸ・・・・
・・基準発振器４の出力信号、ｆＱ・・・・・・ミキサ
ー５の出力信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電圧制御発振器の出力と基準発振器の出力との周波
   数差を取出すミキサーを有し、該ミキサーの出力と周波
   数指令とを比較し、前記電圧制御発振器を制御する位相
   同期発振器において、前記基準発振器の出力周波数に対
   し、前記電圧制御発振器の出力周波数が高いときにのみ
   あるいは低いときにのみ前記ミキサーを動作し得る手段
   を備えたことを特徴とする可変周波数発振器。 ２ 前記ミキサーとしてＤタイプフリップフロップを用
   い、該ミキサーのリセット端子に、前記電圧制御発振器
   の出力周波数が低いときにのみ信号発生する周波数差検
   出器の出力を印加し、前記ミキサーを停止させるよう動
   作させた特許請求の範囲第１項記載の可変周波数発振器
   。 ３ 前記ミキサーとしてＤタイプフリップフロップを用
   い、該ミキサーのクロックパルス入力端子に、前記電圧
   制御発振器の出力周波数が高いときにのみ前記基準発振
   器の出力と等しい信号を印加し、前記ミキサーを動作さ
   せた特許請求の範囲第１項記載の可変周波数発振器。