JPS5854872Y2 - 多入力共用形ｄｃ／ｄｃコンバ−タ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、電圧の異なる複数の電源に対して、共通に使
用することのできるＤＣ／ＤＣコンバータに関するもの
である。

自動制御システム等においては、大別してＡＣ１００Ｖ
とＤＣ２４Ｖの２種類の電源系統が多く使用されている
。

この場合、使用される機器は電源の種類に関係なく、は
ぼ同一の機能を有するものであるが、電源電圧の違いに
応じてその電源部分に異なる設計が施されており、異な
る製品系列として製作されていることが多く、あまり経
済的ではない。

このような問題点を解決するために、異なる大きさの電
源電圧に対しても共通に使用することのできる電源回路
を実現することが望まれるが、ＡＣ１００ＶとＤＣ２４
Ｖのように大きく異なる電圧に対して共通に使用するこ
とのできる電源回路を実現することは容易なことではな
い。

第１図は一般的に考えられる２人力共用形ＤＣ，／ＤＣ
コンバータにおけるＤＣ／ＡＣ変換部を示す構成国であ
る。

図において、Ｃは入カコンテ゛ンサ、Ｔは１次巻線に中
点タップを有するトランス、ＳＥＬは切換えスイッチ、
Ｑはスイッチングトランジスタである。

図に示す回路は、入力電圧Ｅｉｎの大きさに応じて切換
えスイッチＳＥＬを切り換え、トランスＴの１次巻線の
巻数を調整して出力電圧ｅ ｏｕｔを一定に保つように
したものである。

しかしながら、このような回路において、入力電圧Ｅｉ
ｎとして印加される２つの電圧の大きさがほぼ近い値で
ある場合には問題はないが、前述の如（ＡＣ１００■と
ＤＣ２４Ｖのように大きく異なる場合には、トランスＴ
の１次巻線Ｎ １． Ｎ ２の巻数比を大きくしなけれ
ばならず、スイッチング回路等が複雑となってしまう欠
点を有している。

すなわち、入力電圧ＥｉｎとしてＡＣ１００Ｖ系の高電
圧が印加された時には、切換えスイッチＳＥＬはＨ側接
点に切り換えられ、１次巻線Ｎ２が使用されるが、この
時、スイッチングトランジスタＱには高耐圧の特性が要
求される。

また、入力電圧ＥｉｎとしてＤＣ２４Ｖ系の低電圧が印
加された時には、切換えスイッチＳＥＬはＬ側接点に切
り換えられ、１次巻線Ｎ１が使用されるが、この時、ス
イッチングトランジスタＱには大電流の特性が要求され
る。

一般にトランジスタにおいて、高耐圧と大電流とは全く
異なる特性であり、この両者を同時に満足するトランジ
スタを実現することは非常に困難である。

さらに、切換えスイッチＳＥＬをＬ側接点に接続して使
用する場合、接点に大電流が流れるため、接点部分にお
ける損失の影響が無視できなくなってしまう。

本考案は、上記のような従来装置の欠点をなくし、特別
なスイッチング素子を使用することなく、異なる大きさ
の入力端子に対して共通に使用することのできるＤＣ／
ＤＣコンバータを簡単な構成により実現することを目的
としたものである。

第２図は本考案の多入力共用形ＤＣ／ＤＣコンバータの
一実施例を示す構成国である。

図において、ＲＥＣｌ、ＲＦｅ５は整流回路、Ｃは入力
コンデンサ、ＤＥＴは入力電圧検出回路、ＳＷｌ、ＳＷ
２はスイッチング回路、ＣＯＮはスイッチング回路ＳＷ
１．ＳＷ２の駆動回路、Ｔは１次巻線に中点タップを有
するトランス、ＦＩＬはフィルタ、ＡＭＰは誤差増幅器
、Ｅｓは基準電圧である。

入力電圧ｅｌｎは整流回路ＲＥＣ１および入力コンデン
サＣを介して直流電圧Ｅｉｎに変換された後、スイッチ
ング回路ＳＷ１．ＳＷ２を介して１ヘランスＴの１次巻
線Ｎ １ 、 Ｎ ２に印加される。

入力電圧検出回路ＤＥＴは共通の入力端に印加された直
流電圧Ｅｉｎ（入力電圧ｅｉｎ）の大きさに応じてスイ
ッチング回路ＳＷ１の動作を制限するものである。

トランスＴの２次巻線Ｎｓに得られる電圧は整流回路Ｒ
ＥＣ２およびフィルタＦＩＬを介して出力電圧Ｅｏｕｔ
となる。

誤差増幅器ＡＭＰおよび基準電圧Ｅｓは出力電圧Ｅｏｕ
ｔの大きさを検出するとともに整流回路ＲＥＣ２の導通
角等を制御し、出力電圧Ｅｏｕｔを所定の値に維持する
ものである。

以上のように構成された本考案の多入力共用形ＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータにおいて、その動作は次の通りである。

整流回路ＲＥＣ１やトランスＴの２次巻線Ｎｓ以降の回
路部の動作は従来装置と同様であるので省略し、ここで
は入力電圧検出回路ＤＥＴを含むＤＣ／ＡＣ変換部の動
作について説明する。

図に示されるように、スイッチング回路ＳＷ２．ＳＷ２
はトランスＴの■次巻線Ｎ１．Ｎ２と組み合わされ、そ
れぞれ共通の入力端に接続されるとともに、駆動回路Ｃ
ＯＮにより発生される信号Ｓｄにより同期的に駆動され
ている。

いま、入力電圧ｅｌｎとじてＤＣ２４Ｖが印加されたと
すると、入力電圧検出回路ＤＥＴはこの電圧を検出し、
スイッチング回路ＳＷ１を動作可能とするような出力信
号Ｓｉを発生する。

ここで、入力電圧検出回路ＤＥＴの出力信号Ｓｉがスイ
ッチング回路ＳＷ１の動作を禁止するような２位置の信
号であるとすれば、出力信号Ｓｉは例えばＯの状態とな
る。

したがって、スイッチング回路ＳＷ１．ＳＷ２は共に動
作するが、スイッチング回路ＳＷ２とトランスＴの１次
巻線の中点タップとの間にはスイッチング回路ＳＷ１に
゛より逆バイアスされるので、実質的にスイッチング回
路ＳＷ１のみが動作しているようにみえる。

この結果、断続された電圧は巻数の少ない１次巻線Ｎ１
を介して２次巻線Ｎｓ側に伝達されるようになる。

次に、入力電圧ｅ、。

とじてＡＣ１００Ｖが印加されたとすると、入力電圧検
出回路ＤＥＴはこの電圧に応じて、その出力信号Ｓｉを
１の状態に変化させる。

このため、スイッチング回路ＳＷ１はその動作を禁止さ
れ、常に開放の状態となるので、今度はスイッチング回
路ＳＷ２のみが動作し、断続された電圧は巻数の多い１
次巻線Ｎ２を介して２次巻線Ｎｓ側に伝達されるように
なる。

ここで、１次巻線Ｎ、、Ｎ２の巻数比は入力電圧ｅｌｎ
の比にほぼ等しく選ばれているもので、２次巻線Ｎｓに
現われる電圧の変動を小さくして誤差増幅器ＡＭＰ等に
よる調整動作の幅を緩和している。

このように、本考案の装置では入力電圧検出回路ＤＥＴ
により入力電圧ｅｌｎの大きさを検出して、スイッチン
グ回路ＳＷ１の動作を制御するようにしているので、使
用する１次巻線の巻線を入力電圧ｅｌｎの大きさに応し
て自動的に選択することができる。

また、入力電圧ｅＩｎの大きさに応じてスイッチング回
路ｓｗ１． ｓ ｗ２を選択的に使用するようにしてい
るので゛、これらのスイッチング回路ＳＷ、。

ＳＷ２に要求される特性は、スイッチング回路ＳＷ１に
は大電流特性、スイッチング回路ＳＷ２には高耐圧特性
のみであり、実現が容易であるとともに回路等も簡単に
することができる。

さらに、大電流の流れる経路に切換えスイッチが介在し
ていないので、切換えスイッチの接点部分における損失
の影響を受けることがない。

以下、本考案の多入力共用形ＤＣ／ＤＣコンバータに使
用されるＤＣ／ＡＣ変換部の具体的な実施例について説
明する。

第３図はスイッチング回路ＳＷ工、ＳＷ２をトランジス
タＱ１．Ｑ２により実現するとともに、これらのトラン
ジスタＱ１．Ｑ２をダーリントン接続したものである。

Ｑ３はトランジス、りＱｌの動作を制御するトランジス
タ、Ｄｌは逆流阻止用のダイオードである。

ダイオードＤ１はトランスＴの１次巻線と高圧側のスイ
ッチング回路（トランジスタＱ２）との間に挿入されて
いる。

トランジスタＱ１．Ｑ２は信号Ｓｄにより同期的に駆動
されるが、禁止信号Ｓｉが印加されてトランジスタＱ３
が導通となると、トランジスタＱ工のベースがアース電
圧にクランプされて、トランジスタＱ２のみの動作とな
る。

第４図は第３図と同様に１−ランジスタＱ１．Ｑ２を従
属的に接続したもので、これらの結合をトランスＴｄを
介して行なうようにしたものである。

ここで、トランジスタＱ３は禁止信号Ｓｉの反転信号Ｓ
ｉにより駆動され、トランジスタＱ３が導通の時のみト
ランジスタＱ１が動作を行なう。

この回路においてはトランジスタＱ１の動作をそのベー
ス電流を遮断することにより行なっているので、前記し
た第３図の回路に比べて効率が改善される。

第５図はさらに高効率化を計ったものである。

すなわち、トランジスタＱ１．Ｑ２をトランスＴｄを介
して駆動するとともにトランスＴの１次巻線Ｎ １．
Ｎ ２を流れる電流を帰環巻線Ｎｄｆを介してトランス
Ｔｄに帰環するようにしたものである。

トランジスタＱ１．Ｑ２が駆動されると１次巻線Ｎ１．
Ｎ２を流れる電流がトランスＴｄを介してトランジスタ
Ｑ１．Ｑ２に正帰還されるので、トランジスタＱ１゜Ｑ
２の動作の状態に応じてベース電流を最適に変化させる
ことができ、特に低電流動作時にベース電流を減少させ
、制御性の改善と高効率化を行なうことができる。

第６図はスイッチング回路ＳＷ１．ＳＷ２を２石の両波
形とするとともに、駆動回路ＣＯＮを自励振形の発振回
路としたものである。

図に示されるように、トランジスタＱｌｌ、Ｑｌ□およ
びトランジスタＱ２１．Ｑ２２はそれぞ゛れ一組となっ
てスイッチング回路ＳＷ１．ＳＷ２を構成し、帰還巻線
Ｎｆ１．Ｎｆ２を有する駆動回路Ｃ０Ｎ１．ＣＯＮ２に
より駆動されている。

スイッチング回路ＳＷ１．１次巻線Ｎ１および駆動回路
ＣＯＮ、は一般にロイヤー回路と呼ばれる自励振形の発
振回路を構成し、入力電圧Ｅｉｎを断続する。

また、スイッチング回路ＳＷ２．１次巻線Ｎ２および駆
動回路ＣＯＮ２も同様にロイヤー回路を構成している。

ここで、駆動回路ＣＯＮ、の帰還回路にはトランジスタ
Ｑ３が挿入されており、禁止信号Ｓｉに応じてスイッチ
ング回路ＳＷ１の動作を制御している。

なお、２つの駆動回路Ｃ０Ｎ１．ＣＯＮ２はトランスＴ
の磁芯を共用して磁芯飽和形の発振回路を構成している
ので、完全に周期して発振するものである。

第７図は本考案の多入力共用形ＤＣ／ＤＣコンバータを
３人力の場合に応用した例を示すものである。

図に示されるように、トランスＴの１次巻線はＮ、、Ｎ
２．Ｎ３の３つの巻線に分割され、それぞれスイッチン
グ回路ＳＷ１．ＳＷ２．ＳＷ３を介して共通の入力端に
並列に接続されている。

また、入力電圧検出回路ＤＥＴは共通の入力端に印加さ
れた入力電圧Ｅｉｎの大きさに応じて禁止信号Ｓｉ１．
Ｓｉ２を発生し、スイッチング回路ＳＷ１．ＳＷ２の動
作を制御する。

すなわち、入力電圧Ｅｉｎが低電圧の時にはスイッチン
グ回路ＳＷ１を動作させ、中間の電圧の時にはスイッチ
ング回路ＳＷ１の動作を禁止してスイッチング回路ＳＷ
２を動作させる。

また、高電圧の時にはスイッチング回路ＳＷ１．ＳＷ２
の動作をともに禁止して、スイッチング回路ＳＷ３のみ
を動作させる。

なお、上記の説明においてトランスＴの１次巻線は中点
タップにより分割された場合を例示したが、別々に巻回
された複数の巻線を使用しても同様の動作を行なわせる
ことができる。

以上説明したように本考案の多入力共用形ＤＣ／ＤＣコ
ンバータでは、それぞれ入力電圧の大きさに応じた巻数
を有する複数個の１次巻線をそれぞれ同じ周期で駆動さ
れるスイッチング回路を介して共通の入力端に接続する
とともに、これらのスイッチング回路を入力電圧の大き
さに応じて選択的に動作させるようにしているので、特
別なスイッチング素子を使用することなく、異なる大き
さの入力電圧に対して共通に使用することのできるＤＣ
／ＤＣコンバータを簡単な構成により実現することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の２人力共用形ＤＣ／ＤＣコンバータの要
部の一例を示す構成図、第２図〜第７図は本考案の多入
力共用形ＤＣ／ＤＣコンバータおよびその要部の実施例
を示す構成図である。 ＲＥＣｌ、ＲＥＣ２・・・・・・整流回路、ＤＥＴ・・
・・・・入力電圧検出回路、ＳＷｌ、ＳＷ２．ＳＷ３・
・間スイッチング回路、ＣＯＮ、Ｃ０Ｎ１．ＣＯＮ２・
・・・・・駆動回路、ＦＩＬ・・曲フィルタ、ＡＭＰ・
・・・・・誤差増幅器、Ｅｓ・・量基準電圧。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. それぞれ入力電圧の大きさに応じた巻数を有する複数個
   の１次巻線と１つの２次巻線とよりなるトランスと、そ
   れぞれ前記複数個の１次巻線と組み合わされ共通の入力
   端に接続されるとともにスイッチングした入力電圧をそ
   れぞれの１次巻線に供給する複数個のスイッチング回路
   と、この複数個のスイッチング回路のうちの高・圧側ス
   イッチング回路とそのスイッチング回路が接続された前
   記トランスの１次巻線との間に挿入された逆流防止用の
   ダイオードと、前記複数個のスイッチング回路にそれぞ
   れ同期した共通の駆動信号を供給する駆動回路と、前記
   共通の入力端に印加された入力電圧の大きさに応じて前
   記スイッチング回路の動作を低圧側から順に制限してゆ
   く入力電圧検出回路と、前記トランスの２次巻線側に接
   続された整流回路とを具備してなる多入力共用形ＤＣ／
   ＤＣコンバータ。