JP2000037074A - スイッチモ―ド電源 - Google Patents

スイッチモ―ド電源

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JP2000037074A
JP2000037074A JP11179084A JP17908499A JP2000037074A JP 2000037074 A JP2000037074 A JP 2000037074A JP 11179084 A JP11179084 A JP 11179084A JP 17908499 A JP17908499 A JP 17908499A JP 2000037074 A JP2000037074 A JP 2000037074A
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power supply
primary
control unit
switch
current
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JP11179084A
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Thomas Duerbaum
デュルバオム トーマス
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Koninklijke Philips Electronics NV
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    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
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    • H02MAPPARATUS 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
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    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
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    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • H02M3/33584Bidirectional converters

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、直流アイソレーションによる2次
側から1次側への制御信号の送信が不要であり、1次側
スイッチング装置が確実に零ボルトスイッチングされ、
反射された電力は出力負荷とは無関係に最小限に抑えら
れたスイッチモード電源の提供を目的とする。 【解決手段】 本発明のスイッチモード電源は、1次電
流が1次巻線を流れる第1の時間間隔は2次電流が2次
巻線を流れる第2の時間間隔と交番し、2次側制御ユニ
ットは出力方向に変成器により供給されたエネルギーの
一部を第2の時間間隔中に変成器に返還し、出力電圧/
電流を制御し、1次側制御ユニットは、第1の時間間隔
中に入力方向に変成器によって供給されたエネルギーを
予め定義できる値に制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、第1のスイッチン
グ装置が直列に接続された1次巻線と、第2のスイッチ
ング装置が直列に接続された2次巻線とを有する変成器
を含むスイッチモード電源に係わり、動作中に、1次電
流が上記1次巻線を流れる第1の時間間隔は、2次電流
が上記2次巻線を流れる第2の時間間隔と交番し、2次
側の制御ユニットは、スイッチモード電源の出力の方向
に上記変成器によって供給されたエネルギーの一部を、
上記第2の時間間隔に上記変成器に返還することにより
スイッチモード電源の出力電圧若しくは出力電流を制御
するため設けられているスイッチモード電源に関する。
【0002】このようなスイッチモード電源は、本質的
に、数百ワットまでの小電力及び中間電力の範囲でAC
/DC変換若しくはDC/DC変換用の双方向スイッチ
ングレギュレータ(フライバックコンバータ)として使
用される。
【0003】
【従来の技術】特に、米国特許第3,986,097号
(例えば、図1を参照のこと)から、フライバック変換
器として動作するスイッチモード電源が公知である。こ
の場合にも、1次電流が変成器の1次巻線を流れる第1
の時間間隔は、2次電流が変成器の2次巻線を流れる第
2の時間間隔と交番する。1次電流は、第1の時間間隔
内に最大値から最小値まで直線的に降下する。2次電流
は、第2の時間間隔内に最大値から最小値まで直線的に
降下する。1次電流が正である範囲で、エネルギーは1
次側から変成器に伝搬される。第2の時間間隔の始め
に、このエネルギーは、2次電流が正である場合に、変
成器によってスイッチモード電源の出力の方向に2次側
で伝搬される。2次電流が値零に達した後、2次電流は
負に変わり、2次電流の最小値まで降下する。この範囲
では、2次側に変換器によって供給され、必ずしも負荷
を給電するとは限らないエネルギーの一部は、変成器に
反射される。2次電流の最小値を変えることにより、2
次側で変成器によって反射されるエネルギーは調整され
る。夫々の最小の2次電流の値は、変成器の変換比に応
じて次の第1の時間スロットの1次電流の最小値を決め
る寄与因子である。1次電流の最小値は、1次電流が負
である範囲、すなわち、第1のタイムスロット内でスイ
ッチモード電源の入力の方向に変成器によって返還され
るエネルギーの量を決定する。
【0004】欧州特許出願第0 336 725 B1
号に記載されたスイッチモード電源の場合、制御回路に
よって制御される第1のスイッチング装置は1次巻線と
直列に接続される。制御回路は、変成器の1次側補助巻
線で降下する補助電圧を評価する。第1のスイッチング
装置は、スイッチング装置のスイッチがオンされ、閉成
され、導通する時間間隔の長さが固定値を有するよう
に、制御回路によって制御される。制御回路は、補助巻
線側の電圧が正に変化すると直ぐに、1次側スイッチン
グ装置のスイッチをオンにし、閉成した導通状態に移
す。制御回路は、第1のスイッチング装置のスイッチが
オンにされている時間間隔の長さが固定の値を有するよ
うに、スイッチング装置を制御する。かくして、第1の
スイッチング装置は、一定のスイッチオン時間を有す
る。変成器の第2の巻線と直列に接続された第2のスイ
ッチング装置は制御ユニットによって制御される。この
ユニットはスイッチモード電源の出力電圧を検出し、検
出された電圧を内部基準電圧と比較し、予め決めること
ができる基準電圧の値に依存して、第2のスイッチング
装置がスイッチオンされている時間間隔の長さ、すなわ
ち、2次側から変成器及び1次側に反射されるエネルギ
ーの量を制御する。スイッチモード電源の出力側の負荷
が増加すると共に、反射されるエネルギーの量は減少す
る。負荷が減少すると共に、反射されたエネルギーの量
が増加する。制御ユニットはスイッチモード電源の出力
電圧を一定値に制御する。スイッチモード電源では、設
定値からの出力電圧の偏差を表す制御信号を、直流アイ
ソレーションパス、例えば、光カップラを用いて1次側
に送出する必要が無くなる。他方で、1次電流が負の範
囲内に限り、スイッチング装置と並列に接続されたダイ
オードは導通するので、1次側スイッチング装置の零ボ
ルトスイッチングが実現可能である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】さらに大きい出力電力
の場合に、1次電流が負である範囲は縮小され、正の1
次電流が流れる範囲はそれに応じて拡張される。特に、
第1のスイッチング装置が最大のオーム性損失を有する
大きい出力電力の場合に、第1の時間間隔において負の
1次電流が流れなくなり、それに応じて、第1のスイッ
チング装置の零ボルトスイッチングが保証されなくな
る。
【0006】本発明の目的は、直流アイソレーションを
用いて制御信号を2次側から1次側に送信する必要がな
く、第1のスイッチング装置の零ボルトスイッチングが
保証され、反射された電力は出力負荷とは無関係にでき
る限り小さく保たれるように変形されたスイッチモード
電源を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記本発明の目的は、ス
イッチモード電源の入力の方向で第1の時間間隔に変成
器によって供給されたエネルギーを予め決めることがで
きる値に制御するため使用される1次側制御ユニットを
設けることにより達成される。第1の時間間隔中に1次
側に帰還するエネルギーの量は、出力電力とは無関係
に、予め決めることができる値に制御される。出力電力
が大きい場合でも、第1のスイッチング手段の零ボルト
スイッチングが実現可能であり、充分に長期であること
が保証される。かくして、第1のスイッチング手段の零
ボルトスイッチングは最大出力電力の場合にも保証され
る。2次側から変成器へのエネルギーの反射の結果とし
て、出力電圧/電流の制御は2次側の制御ユニットによ
って行われるので、スイッチモード電源の入力方向に沿
った変成器からの各エネルギー流は、直流アイソレーシ
ョンパスを用いて2次側から1次側に制御信号を送信す
る必要が無い。
【0008】負荷が変わった場合に制御されるべき出力
電圧(或いは、制御されるべき出力電流)の設定値から
の偏差は、反射されたエネルギーの値、すなわち、次の
第1の時間間隔の最初に1次電流の最小値に影響を与え
る。1次側の制御は、この値を予め定義可能な固定値と
同じ値に維持しようとするので、1次側の制御は、偏差
が相殺されるように1次側スイッチング装置を制御す
る。スイッチングサイクル中に反射が生じた場合、次の
スイッチングサイクル中に1次側から2次側に輸送され
るエネルギーは減少する。
【0009】スイッチモード電源の入力の方向に変成器
によって第1の時間間隔中に供給されるエネルギーの量
を調整するため、二つの実施例が提供される。一方で、
第1のタイムスロットの始めに生ずる予め定義可能な1
次電流値は、1次側制御ユニットによる制御が基準とす
る設定値として使用してもよい。設定値が、例えば、容
易に発生される基準電圧として使用されるとき、基準電
圧は検出された1次電流に比例する電圧と比較される。
他方で、提案された一実施例において、第1の時間間隔
と1次電流の夫々の次の零クロスとの間の予め定義可能
な時間の隙間が、1次側制御ユニットによる制御の基礎
を形成する設定値として使用される。この実施例は、時
間の隙間がクロック信号を用いて容易に処理される集積
回路の場合に特に関連がある。
【0010】1次側制御ユニットを用いて第1のスイッ
チング装置のスイッチオフ時点を適応させるため、一方
で、第1の時間間隔の終わりに、スイッチモード電源の
出力電力に依存する1次電流値を適応させることによ
り、このスイッチオフ時点を適応させることが提案され
る。これは、第1の時間間隔の始めに検出された1次電
流と、これらの時点に対する1次電流設定値との間の差
に対応した基準電圧は、検出された1次電流に比例する
電圧と比較されることによって簡単に実施される。第1
のスイッチング装置は、検出された1次電流に比例した
電圧が基準電圧の値に達したとき、スイッチオフされ
る。1次側制御ユニットは、スイッチモード電源の出力
電力に依存する第1の時間間隔の長さを適応させること
により、第1のスイッチング装置のスイッチオフ時点を
適応させるため使用されるという別の可能性がある。こ
の実施例は、具体的には、時間長さがクロック信号を用
いて巧く処理され得るので、集積回路に実現する場合に
有利である。
【0011】他の実施例において、2次側制御ユニット
は、スイッチモード電源の出力電圧及び/又は出力電流
と、出力電圧及び/又は出力電流に対する設定値との差
から第1の基準値を形成する手段を含み、2次電流の値
から得られた第2の基準値を形成する手段が設けられ、
第2のスイッチング装置は、第2の基準値が第1の基準
値に達したときにスイッチオフされることが提案され
る。2次側制御ユニットによって第2のスイッチング装
置のスイッチオフ時点を決定する代替策は、第2の時間
スロットの範囲内で2次電流の零クロスが発生した以降
に経過した時間から得られた第2の基準値を形成する手
段が設けられることを意味し、この手段は集積回路に簡
単に変換することができる。
【0012】また、本発明は、回路装置、特に、上記ス
イッチモード電源用の1次側制御ユニット及び/又は2
次側制御ユニットを有する集積回路に関する。本発明の
上記の面並びに他の面は、以下の実施例を参照して明ら
かにされ、詳述される。
【0013】
【発明の実施の形態】図1に示された双方向フライバッ
ク変換器形のスイッチモード電源は、入力側に2個の入
力端子1及び2を有し、その入力端子の間に入力電圧U
1が印加される。入力端子1は入力端子2よりも大きい
正電位を有し、変成器5の巻数n1回の1次巻線に接続
される。1次巻線のもう一方の接続部は、スイッチング
装置S1に接続され、スイッチング装置S1にはダイオ
ードD1が並列に接続されている。スイッチング装置S
1は、例えば、MOS形電解効果トランジスタである。
本例の場合、電界効果トランジスタのいわゆるボディー
ダイオードをダイオードD1として使用してもよい。ダ
イオードD1のカソードは変成器5の1次巻線に接続さ
れ、ダイオードD1のアノードは入力端子2に接続され
るので、スイッチング装置S1及びダイオードD1によ
り形成される並列結合は、変成器5の1次巻線と入力端
子2との間にある。スイッチング装置S1のスイッチン
グ位置は、制御信号UG,S1を供給することにより制御ユ
ニット6によって判定される。スイッチング装置S1が
MOS形電解効果トランジスタとして配置された場合、
制御信号UG,S1は電界効果トランジスタのゲート電圧に
対応する。スイッチング装置S1のスイッチング位置を
調整するため、制御ユニット6は、一方で、1次電流検
出器信号I1d を制御ユニット6に供給する電流測定装
置(図示しない)を用いて1次電流I1を検知する。ま
た、ダイオードD1上に現れる電圧UD1は、ダイオード
D1で逆向きに降下し、タップされ、制御ユニット6に
供給される。
【0014】スイッチモード電源の出力側で、2個の出
力端子3及び4の間に出力電圧U2が現れる。出力端子
4よりも大きい正電位を有する出力端子3は、変成器5
の巻数n2回の2次巻線に接続される。2次巻線のもう
一方の端子はスイッチング装置S2に接続され、スイッ
チング装置S2にはダイオードD2が並列接続されてい
る。ダイオードD2のカソードは、2次巻線に接続さ
れ、ダイオードD2のアノードは出力端子4に接続され
る。ダイオードD2とスイッチング装置S2とにより形
成される並列結合は、変成器5の2次巻線と出力端子4
との間にある。スイッチング装置S2及びダイオードD
2は、好ましくは、(1次側のスイッチング装置S1及
びダイオードD1と同様に)MOS形電解効果トランジ
スタ及びそのボディーダイオードとして配置される。2
次側の制御ユニット7は、制御信号UG,S2を用いてスイ
ッチング装置S2を制御し、スイッチング装置S2がM
OS形電界効果トランジスタとして実現された実施例に
おける制御信号UG,S2は、このトランジスタに印加され
るゲート電圧である。また、スイッチモード電源の2次
側には、2次電流I2を測定し、そこから2次電流検出
器信号I2d を獲得する電流測定装置が設けられ、2次
電流検出器信号I2d は制御ユニット7に供給される。
また、ダイオードD2で逆方向に降下する電圧UD2は、
タップされ、制御ユニット7に供給される。その上、出
力電圧D2が一定値に制御される場合、この電圧は制御
ユニット7に供給される。代替的若しくは付加的に、特
に充電器の場合に、スイッチモード電源の出力に発生さ
れた出力電流は一定値に制御され得、制御ユニット7に
出力電圧U2ではなく、図1には図示されない出力電流
用の検出器信号が供給される。さらに、出力端子3及び
4に接続された端子を有する平滑化コンデンサCが設け
られ、スイッチモードでんげんお出力に並列接続され
る。実際の実施例では、複雑な出力フィルタが平滑化コ
ンデンサCの代わりに使用され得るが、本発明に不可欠
な構成要件ではない。
【0015】図2を参照してスイッチモード電源の基礎
として使用される制御原理を説明する。図2には、スイ
ッチング装置S1に供給される制御信号UG,S1、1次電
流I1、スイッチング装置S2を制御するため使用され
る制御信号UG,S2、及び、2次電流I2の時間パターン
が示されている。本実施例における制御信号UG,S1及び
G,S2は、MOS電界効果トランジスタとして配置され
たスイッチング装置S1及びS2のゲート電圧を表す。
ゲート電圧UG,S1が値零を有するとき、スイッチング装
置S1はスイッチオフされ、すなわち、開放し、阻止さ
れる。この電圧がある正の値を与えるとき、スイッチン
グ装置S1はスイッチオンされ、すなわち、閉成され、
導通する。同様のことがゲート電圧UG,S2及びスイッチ
ング装置S2に成り立つ。
【0016】つまり、時点t0の前に、スイッチング装
置S1はオフされ、スイッチング装置S2はスイッチオ
ンされる。したがって、1次電流I1は流れず、2次電
流I2は負であり、直線的に減少する。時点t0におい
て、スイッチング装置S2はスイッチオフされ、これに
より、2次電流I2は急激に零に降下する。負の2次電
流が流れるので、変成器に蓄積されたエネルギーは、負
の1次電流I1を流し始める。負の1次電流I1は、時
点t0とt2の間で直線的なパターンで上昇し、時点t
0で最小値I1min から始まる。この最小値は、巻数比
n1/n2に反比例し、2次電流の最小値I2min に反
比例し、2次電流は時点t0までこの2次電流の最小値
I2min に降下する。負の1次電流I1が流れるとき、
時点t0とt1の間に変成器に蓄積されたエネルギー
は、スイッチモード電源の入力の方向に伝搬される。ダ
イオードD1は、次に、導通するので、時点t0とt1
の間の時間間隔中に、スイッチング装置S1の零電圧ス
イッチングが行われる。図2には、一例として、スイッ
チオンの時点tON,S1 が示されている。時点t
ON,S1は、オーム性損失を減少させるため、できるだけ
時点t0に近付けられる。その理由は、閉成されたスイ
ッチング装置S1の抵抗は順方向のダイオードD1の抵
抗よりも小さいからである。直線的に上昇する1次電流
I1の零クロスは、時点t1で発生し、この1次電流
は、次に、時点t2までに最大値I1max まで上昇す
る。時点t1とt2の間の時間間隔中に、エネルギーは
伝搬され、1次側から変成器5に蓄積される。
【0017】時点t2において、スイッチング装置S1
はスイッチオフされるので、1次電流I1は急激に零ま
で降下する。時点t2までに電流I1によって変成器5
に蓄積されたエネルギーは、2次電流I2を時点t2以
降に流す。最大値I2max は変成器5の変換比n1/n
2と、1次電流の最大値I1max とに比例する。正の2
次電流が流れる時間中に、ダイオードD2は導通状態で
ある。スイッチング装置S2の零電流スイッチングは、
2次電流I2の零クロスが生じる時点t2から時点t3
までの間に行われ、その時点以降、2次電流I2は負に
変化する。スイッチオン時点tON,S2 はスイッチング装
置S2の一例である。時点t2とt3の間に、時点t1
とt2の間に変成器に蓄積されたエネルギーは、負荷に
電力を供給するため、スイッチモード電源の出力方向に
伝搬される。時点t3において、変成器5は内部に蓄積
された全エネルギーを放出する。平滑化コンデンサCで
減少する電圧は、時点t3以降に、2次電流I2を同時
にスイッチオンされているスイッチング装置S2に流し
続ける。2次電流I2は時点t3で確実に流れ続け、負
の範囲で同じ勾配を有する。2次電流I2は、時点t4
になるまで最小値I2min に向けて減少する。時点t4
において、スイッチング装置S2はスイッチオフされ
る。
【0018】時点t4以降、タイミングパターンは、時
点t0とt4の間の範囲に対し描写され、説明されたよ
うにスイッチモード電源の遷移状態に再帰的に出現す
る。時点t0と時点t4の間の時間間隔は、スイッチモ
ード電源のスイッチング周期に対応する。スイッチング
周期は、第1の時間間隔Aと、第2の時間間隔Bとに分
割してもよい。第1の時間間隔Aは、負の1次電流が流
れる範囲A1と、1次電流が正である範囲A2とに分割
される。第2の時間間隔Bは、2次電流が正である範囲
B1と、2次電流が負である範囲B2とを有する。
【0019】図3は、1次側の制御ユニットに対するブ
ロック回路図である。機能ブロック8は、制御ユニット
6により検出されたダイオードD1の電圧UD1を処理す
るため使用されるスイッチングユニットを表す。機能ユ
ニット8によってダイオードD1が導通していることが
検出された場合、機能ユニット8は、t0とtON,S1
の間の差のような予め定義可能な安全余裕の範囲内で、
ドライバ回路9のオン入力ONに印加される信号を発生
する。この信号は、ドライバ回路9に制御信号UG,S1
用いてスイッチング装置S1をスイッチオンさせる。ダ
イオード上で降下する電圧UD1の評価のための別の解決
策として、ダイオードD1の状態を検出するため、検出
された電流I1を利用することが可能である。
【0020】機能ブロック10は、1次電流I1を記述
する検出器信号I1d を評価するため使用される。機能
ブロック10を用いることにより、1次電流I1の夫々
の最小値I1min がスイッチング周期毎に決定される。
この値は、誤差増幅器11を用いて基準値Ref1と比
較される。基準値Ref1は、1次電流I1の最小値I
min に対し所望の予め定義可能な参照値を表現する。
誤差増幅器11は、機能ブロック10によって判定され
た実際の値I1min と基準値Ref1との間の差に比例
した信号 k・(|I1min |−Ref1) を生成する。式中、kは誤差増幅器11の構造に依存す
る定数である。本例の場合、誤差増幅器11は比例コン
トローラとして設けられる。適宜、他のタイプのコント
ローラを誤差増幅器11に使用することができる。
【0021】誤差増幅器11の出力に生成された値は、
比較器回路12を用いて、実際の1次電流I1を表す検
出器信号I1d と比較される。検出器信号I1d の値が
上記の値 k・(|I1min |−Ref1) に到達したとき、比較器回路12は、ドライバ回路9の
オフ入力OFFに信号を供給し、ドライバ回路9にスイ
ッチオフ信号UG,S1をスイッチング装置S1の制御入力
に供給させる。
【0022】図4には、2次側の制御ユニット7を説明
するブロック回路図が示されている。機能ユニット13
は、ダイオードD2上で電圧UD2を評価するため使用さ
れる。機能ユニット13がダイオードD2の導通状態を
検出する場合、1次側制御ユニット6の機能ユニット8
の機能に、各制御信号UG,S2をドライバ回路9(図3に
示されたドライバ回路と同じタイプのドライバ回路)を
介して供給することによりスイッチング装置S2をスイ
ッチオンさせる。スイッチング装置S2のスイッチオン
時点tON,S2 は、予め定義可能な安全余裕時間だけ、ス
イッチング装置S1がスイッチオフされる時点(時点t
2)を遅延させる。これは、一例として図2に示されて
いる。より詳細には、時点tON,S2 は、オーム性損失を
最小限に維持するため、できる限り時点t2に近付けら
れる。その理由は、閉成状態のスイッチング装置S2の
抵抗は、ダイオードD2の順方向抵抗よりも小さいから
である。或いは、検出された電流I2はダイオードD2
の状態を検出するため使用され得るので、電圧UD2は測
定する必要が無くなる。
【0023】スイッチング装置S2を(時点t4)でス
イッチングオフするため、一方で、出力電圧U2(及び
/又は、図示しない付加的な実施例として、出力電流)
が毛出され、他方で、2次電流I2が処理される。検出
された出力電圧U2は、比例コントローラとして動作す
る誤差増幅器14を用いて出力電圧U2に対する設定値
を表現する基準電圧Ref2と比較され、誤差増幅器1
4は出力側に、出力電圧値U2と基準電圧値Ref2と
の間の差に比例する第1の基準値 l・(|U2|−Ref2) を生成する。誤差増幅器14は他のタイプのコントロー
ラを用いて実現してもよい。誤差増幅器14によって生
成された値は、2次電流I2を表す2次電流検出器信号
I2d の実際の値(第2の基準値)と比較される。値I
d が誤差増幅器14によって生成された信号の値に達
するとき、この差を評価する比較器回路15はドライバ
回路9のオフ入力OFFに送出されるべき信号を発生
し、これにより、ドライバ回路9は、制御信号UG,S2
応じてスイッチング装置S2をスイッチオフさせる。
【0024】スイッチモード電源の出力に印加された負
荷が増加されるとき、以下の制御メカニズムが出力電圧
U2を一定に維持するため開始される。最初に、負荷の
出力側のエネルギー消費の増加に起因して、スイッチン
グ周期中に2次側から変成器に反射されたエネルギーは
削減され、図4に示された制御ユニット7の場合に、2
次電流I2はより小さい値I2min まで降下する。これ
は、スイッチング装置S2のスイッチオフ時点が2次電
流I2の先行の零クロスに進められることにより行われ
る。スイッチング装置S2のスイッチオフ時点が進めら
れる値は、負荷の変化の大きさだけではなく、コントロ
ーラの構造若しくは誤差増幅器14の実施形態に依存す
る。2次電流I2の最小値I2min の減少に基づいて、
1次電流I1の最小値I1min は次のスイッチング期間
に対応して削減される。これにより、スイッチング期間
中に、スイッチング期間の開始(t0)と、1次電流の
零クロス(t1)との間にスイッチモード電源の入力の
方向に生成されたエネルギーは減少する。1次側制御ユ
ニット6を用いることにより、1次電流I1の最小値I
min の減少は、このスイッチング期間に評価され、ス
イッチング装置S1がスイッチオフされる時点はシフト
されるので、1次電流I1の先行の零クロスと、スイッ
チング装置S1がスイッチオフされる時点との間の時間
間隔は、延長される。エネルギーは1次側から変成器に
流れ、その時点の間に変成器に蓄積されるので、入力電
圧U1を発生させる電源は、スイッチモード電源の出力
側の負荷の変化、或いは、コントローラ若しくは誤差増
幅器11の構造に依存してエネルギー流を増加させる。
その結果として、最大値I1max は増加し、2次電流の
最大値I2max の増加と関連付けられる。次に、変成器
からスイッチモード電源の出力方向へのエネルギー流が
増加されるので、スイッチモード電源の負荷の増加への
適応が実現される。
【0025】複数のスイッチング期間において、2個の
制御ユニット6及び7は、協働する。スイッチモード電
源の安定状態において、スイッチモード電源の入力の向
きに送出されたエネルギーは、ある値I1min 、若しく
は、最小値I1min と次の零クロス(時点0とt1の間
の時間の隙間)との間のある時点に対応する時点t0と
時点t1の間に予め定義可能な値に制御される。これに
より、最大出力負荷の場合に、第1のスイッチング装置
S1の非零スイッチングが保証される。
【0026】図5には1次側制御ユニット6の他の実施
例が示されている。この実施例には、2通りの変形の可
能性がある。一方で、制御ユニット6は、1次電流I1
の最小値I1min を決定せず、機能ユニット20を用い
ることにより、最小値I1mi n の発生と、1次電流I1
の次の零クロスとの間の時点(時点t1とt0の間の
差)が決定され、次に、誤差増幅器11を用いて変更さ
れた基準値Ref1’を用いて処理される。他方で、誤
差増幅器11によって生成された値は、機能ユニット2
1により評価され、機能ユニット21は、1次電流が最
大値I1max に達する次のスイッチオフ時点を決定しな
いが、ある種の時間の隙間t2−t1が1次電流I1の
零クロスとスイッチング装置S1のスイッチオン時点t
2との間にある限り、スイッチオフ時点t2を決定す
る。この制御ユニット6の二つの実現可能な実施例は別
個に利用される。時間の隙間に基づく制御は特に有利で
あり、集積化同期回路に簡単に変換される。
【0027】図6には、2次側制御ユニット7の実施例
が示されている。機能ユニット22は、比較器回路15
の代わりに使用され、機能ユニット22はスイッチング
装置S2の夫々のスイッチオフ時点14を決定するの
で、ある時間の隙間(第2の基準値)は、誤差増幅器1
4の出力信号(第1の基準値)に依存した夫々のスイッ
チング期間に、2次電流I2の零クロスと、スイッチン
グ装置S2のスイッチオフ時点との間で予め決められ
る。この実施例も集積回路に非常に簡単に変換される。
【0028】1次制御ユニット6と2次制御ユニット7
の両方は、好ましくは、集積回路として実現される。2
個の制御ユニット6及び7は、別個のチップ上のスイッ
チング回路、並びに、共通チップ上のスイッチング回路
として、変換される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるスイッチモード電源の構成図であ
る。
【図2】1次電流及び2次電流、並びに、1次側及び2
次側の2個のスイッチの制御信号のタイミングチャート
である。
【図3】1次側制御ユニットのブロック回路構成図であ
る。
【図4】2次側制御ユニットのブロック回路構成図であ
る。
【図5】1次側制御ユニットの別の実施例のブロック回
路構成図である。
【図6】2次側制御ユニットの別の実施例のブロック回
路構成図である。
【符号の説明】
1,2 入力端子 3,4 出力端子 5 変成器 6,7 制御ユニット 8,10,13,20,21,22 機能ユニット 9 ドライバ回路 11,14 誤差増幅器 12,15 比較器回路 C 平滑化コンデンサ D1,D2 ダイオード S1,S2 スイッチング装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 590000248 Groenewoudseweg 1, 5621 BA Eindhoven, Th e Netherlands

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1のスイッチング装置が直列に接続さ
    れた1次巻線と、第2のスイッチング装置が直列に接続
    された2次巻線とを有する変成器を含み、 スイッチモード電源の動作中に、1次電流が上記1次巻
    線を流れる第1の時間間隔は、2次電流が上記2次巻線
    を流れる第2の時間間隔と交番し、 2次側の制御ユニットは、上記スイッチモード電源の出
    力の方向に上記変成器によって供給されたエネルギーの
    一部を、上記第2の時間間隔中に上記変成器に返還する
    ことにより上記スイッチモード電源の出力電圧若しくは
    出力電流を制御するため設けられているスイッチモード
    電源において、 第1の時間間隔中に上記スイッチモード電源の入力の方
    向に上記変成器によって供給されたエネルギーを予め定
    義できる値に制御するため使用される1次側制御ユニッ
    トが設けられていることを特徴とするスイッチモード電
    源。
  2. 【請求項2】 上記1次側制御ユニットによる制御のた
    めの基準として使用される設定値は、第1の時間スロッ
    トに現れる予め定義可能な1次電流値であることを特徴
    とする請求項1記載のスイッチモード電源。
  3. 【請求項3】 上記1次側制御ユニットの基準として使
    用される設定値は、上記第1の時間スロットの始めと上
    記1次電流の次の零クロスとの間の予め定義可能な時間
    間隔であることを特徴とする請求項1記載のスイッチモ
    ード電源。
  4. 【請求項4】 上記1次側制御ユニットは、上記第1の
    時間間隔の終わりに上記出力電圧に依存した1次電流値
    の適応によって上記第1のスイッチング装置のスイッチ
    オフ時点を適応させるため使用されることを特徴とする
    請求項1乃至3のうちいずれか一項記載のスイッチモー
    ド電源。
  5. 【請求項5】 上記1次側制御ユニットは、上記出力電
    圧に依存した上記第1の時間間隔の長さの適応によって
    上記第1のスイッチング装置のスイッチオフ時点を適応
    させるため使用されることを特徴とする請求項1乃至3
    のうちいずれか一項記載のスイッチモード電源。
  6. 【請求項6】 上記2次側制御ユニットは、上記出力電
    圧及び/又は出力電流と、上記出力電圧及び/又は出力
    電流の設定値との差から第1の基準値を形成する手段
    と、上記2次電流の値から得られた第2の基準値を形成
    する手段とを有し、 上記第2のスイッチング装置は上記第2の基準値が上記
    第1の基準値に達したときにスイッチオフされることを
    特徴とする請求項1乃至5のうちいずれか一項記載のス
    イッチ電源モード。
  7. 【請求項7】 上記2次側制御ユニットは、上記出力電
    圧及び/又は出力電流と、上記出力電圧及び/又は出力
    電流の設定値との差から第1の基準値を形成する手段
    と、第2の時間スロット内で上記2次電流の零クロス以
    降の経過時間から得られた第2の基準値を形成する手段
    とを有し、 上記第2のスイッチング装置は上記第2の基準値が上記
    第1の基準値に達したときにスイッチオフされることを
    特徴とする請求項1乃至5のうちいずれか一項記載のス
    イッチ電源モード。
  8. 【請求項8】 請求項1乃至7のうちいずれか一項記載
    のスイッチ電源モード用の1次側制御ユニット及び/又
    は2次側制御ユニットを具備した集積回路。
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