JP2004040907A - 電圧変換器及びそれに使用される制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】出力電力を安定的な出力電圧を有するように生成することができる電圧変換器、及び、構成が簡単で、コストも低い制御装置を提供する。
【解決手段】電力回路と比較器とトリガ回路とを備える。電力回路は、制御信号がスイッチオンモードとスイッチオフモードとの間に切り替えることができるように電力入力端と電力出力端との間に接続されている電圧制御スイッチ素子を有する。比較器は、トリガ信号を電力回路の電力出力端に関連する入力信号と比較して、出力端からハイレベルの制御信号を送信したり、ローレベルの制御信号を送信する。トリガ回路は、基準電圧及び制御信号を受信し、トリガ信号を比較器に送信して制御信号として周期的パルス信号を出力させ、さらに電圧制御スイッチ素子を周期的に作動させる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧変換器及びそれに使用される制御装置に関し、特に出力電力を安定的な出力電圧を有するように生成することができる電圧変換器及びそれに使用される制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電圧変換器においては、通常、前記電圧変換器の出力電圧を調整する制御装置を備えている。一般に、前記制御装置としてパルス幅変調（ＰＷＭ）制御器を使用している。しかしながら、前記ＰＷＭ制御器は、少なくとも、微分増幅器と、のこぎり波発生回路と、シュミット比較器と、論理積ゲートと、レベルシフタ／ＦＥＴドライバとからなるため、複雑過ぎてコストがかなり高いという欠点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記に鑑み、本発明の第１の目的は、出力電力を安定的な出力電圧を有するように生成することができる上、構成が簡単であり、コストも低い電圧変換器を提供することにある。
本発明の第２の目的は、出力電力を安定的な出力電圧を有するように生成する電圧変換器を助成することができる上、構成が簡単であり、コストも低い制御装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、先ず、
電力回路と比較器とトリガ回路とを備え、
前記電力回路は、
電源に接続される電力入力端と、
出力電力を負荷へ供給する電力出力端と、
制御信号を受信する制御入力端を含み、前記制御信号がハイレベル時のスイッチオンモードと前記制御信号がローレベル時のスイッチオフモードとの間に切り替えることができるように前記電力入力端と前記電力出力端との間に接続されている電圧制御スイッチ素子とを有し、
前記比較器は、
トリガ信号を受信する第１の入力端と、
前記出力電力に関連する入力信号を受信する第２の入力端と、
前記電圧制御スイッチ素子の前記制御入力端に接続されている出力端とを有し、前記第１の入力端に受信した前記トリガ信号を前記第２の入力端に受信した前記入力信号と比較し、前記トリガ信号が前記入力信号より大である時、前記出力端からハイレベルの前記制御信号を送信し、前記トリガ信号が前記入力信号より小である時、前記出力端からローレベルの前記制御信号を送信するようにように構成されており、
前記トリガ回路は、
基準電圧電源に接続されて基準電圧を受信する第１の入力ポートと、
前記比較器の前記出力端と接続されていて、前記制御信号を受信する第２の入力ポートと、
前記比較器の前記第１の入力端に接続されていて、前記トリガ信号を前記比較器に送信する出力ポートとを有し、前記トリガ信号が第１の臨界電圧に到達した場合、前記制御信号がハイレベルに変えられ、前記トリガ信号が前記第１の臨界電圧より大である第２の臨界電圧に到達した場合、前記制御信号がローレベルに変えられるように構成されており、
それにより、前記トリガ回路が前記比較器を機能させて前記制御信号として周期的パルス信号を出力させ、さらに、前記電圧制御スイッチ素子を周期的に作動させ、前記出力電力を安定的な出力電圧を有するように生成することができることを特徴とする電圧変換器を提供する。
【０００５】
この構成による電圧変換器は、簡単な構成により出力電力を安定的な出力電圧を有するように生成することができるので、コストがかなり低い。
【０００６】
そして、本発明は、また、
電力回路と制御装置とを備え、且つ、前記電力回路は、電源に接続される電力入力端と、出力電力を負荷へ供給する電力出力端と、制御信号を受信する制御入力端を含み、前記制御信号がハイレベル時のスイッチオンモードと前記制御信号がローレベル時のスイッチオフモードとの間に切り替えることができるように前記電力入力端と前記電力出力端との間に接続されている電圧制御スイッチ素子とを有する電圧変換器における前記制御装置において、
比較器とトリガ回路とからなり、
前記比較器は、
トリガ信号を受信する第１の入力端と、
前記出力電力に関連する入力信号を受信する第２の入力端と、
前記電圧制御スイッチ素子の前記制御入力端に接続されている出力端とを有し、前記第１の入力端に受信した前記トリガ信号を前記第２の入力端に受信した前記入力信号と比較し、前記トリガ信号が前記入力信号より大である時、前記出力端からハイレベルの前記制御信号を送信し、前記トリガ信号が前記入力信号より小である時、前記出力端からローレベルの前記制御信号を送信するように構成されており、
前記トリガ回路は、
基準電圧電源に接続されて基準電圧を受信する第１の入力ポートと、
前記比較器の前記出力端と接続されていて、前記制御信号を受信する第２の入力ポートと、
前記比較器の前記第１の入力端に接続されていて、前記トリガ信号を前記比較器に送信する出力ポートとを有し、前記トリガ信号が第１の臨界電圧に到達した場合、前記制御信号がハイレベルに変えられ、前記トリガ信号が前記第１の臨界電圧より大である第２の臨界電圧に到達した場合、前記制御信号がローレベルに変えられるように構成されており、
それにより、前記トリガ回路が前記比較器を機能させて前記制御信号として周期的パルス信号を出力させ、さらに、前記電圧制御スイッチ素子を周期的に作動させ、前記出力電力を安定的な出力電圧を有するように生成することができることを特徴とする電圧変換器の制御装置を提供する。
【０００７】
この構成による制御装置は、簡単の構成により、安定的な出力電圧を有するように出力電力を生成する前記電圧変換器を助成することができるので、電圧変換器のコストを大幅に下げることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電圧変換器及びそれに使用される制御装置の好ましい実施形態を詳しく説明する。なお、以下の説明においては、その大きさに拘わらず、略同一の機能及び構成を有する要素については、同一の符号を付して、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【０００９】
図１は、本発明の電圧変換器及びそれに使用される制御装置の好ましい実施形態を示す概略回路図である。図１に示されているように、本発明の電圧変換器４、例えば直流−直流電圧変換器は、電力回路１と制御装置３とを備えている。また、制御装置３は、主として、比較器３１とトリガ回路３２とで構成されている。
【００１０】
さらに詳しく説明すると、電力回路１は、電源（Ｖ１）に接続される電力入力端１０と、出力電力（Ｖ０）を負荷（図示せず）へ供給する電力出力端１４と電圧制御スイッチ素子１１とを有する。電圧制御スイッチ素子１１は、制御信号（Ｐ）を受信する制御入力端１１１を備えており、制御信号（Ｐ）がハイレベル時のスイッチオンモードと制御信号（Ｐ）がローレベル時のスイッチオフモードとの間に切り替えることができるように電力入力端１０と電力出力端１４との間に接続されている。その外、電力回路１は、さらに、電圧制御スイッチ素子１１と電力出力端１４との間に接続されているフィルタ回路１３を備えている。図示のように、フィルタ回路１３は、インダクタ（Ｌ１）及びキャパシタ（Ｃ１）を備えている。
【００１１】
比較器３１は、トリガ信号（ｍ）を受信する第１の入力端３１１と、抵抗器（Ｒ２）が介在している分圧回路を介して電力回路１の電力出力端１４に接続されていて、出力電力（Ｖ０）に関連する入力信号を受信する第２の入力端３１２と、電圧制御スイッチ素子１１の制御入力端１１１に接続されている出力端３１３とを有する。また、比較器３１は、第１の入力端３１１に受信したトリガ信号（ｍ）を第２の入力端３１２に受信した入力信号と比較してから、トリガ信号（ｍ）が入力信号より大である時、出力端３１３からハイレベルの制御信号（Ｐ）を送信し、トリガ信号（ｍ）が入力信号より小である時、出力端３１３からローレベルの制御信号（Ｐ）を送信するように構成されている。本実施形態において、比較器３１として演算増幅器を使用しており、また、第１の入力端３１１に、正相入力を受け、第２の入力端３１２に、逆相入力を受けるように構成されている。
【００１２】
トリガ回路３２は、基準電圧電源（Ｖｒｅｆ）に接続されて基準電圧を受信する第１の入力ポート３２１と、比較器３１の出力端３１３と接続されていて、制御信号（Ｐ）を受信する第２の入力ポート３２２と、比較器３１の第１の入力端３１１に接続されていて、トリガ信号（ｍ）を比較器３１に送信する出力ポート３２３とを有する。また、トリガ回路３２は、トリガ信号（ｍ）が第１の臨界電圧（Ｖｔ１）に到達した場合、制御信号（Ｐ）がハイレベル信号に変えられ、トリガ信号（ｍ）が第１の臨界電圧（Ｖｔ１）より大である第２の臨界電圧（Ｖｔ２）に到達した場合、制御信号（Ｐ）がローレベル信号に変えられるように構成されている。本実施形態において、トリガ回路３２は、第１の入力ポート３２１と出力ポート３２３との間に接続されている第１の抵抗器（Ｒ６）と、出力ポート３２３と第２の入力ポート３２２との間に直列に接続されているキャパシタ（Ｃ２）及び第２の抵抗器（Ｒ８）とからなる。
【００１３】
次に、上記のように構成された実施形態の動作について図２をも参照して以下に説明する。図２に示されているように、比較器３１の第２の入力端３１２に受信した入力信号が比較器３１の第１の入力端３１１に受信したトリガ信号（ｍ）より大である場合、電圧制御スイッチ素子１１がスイッチオフモードに切り替えられ、トリガ回路３２のキャパシタ（Ｃ２）が基準電圧電源（Ｖｒｅｆ）によりトリガ信号（ｍ）が第１の臨界電圧（Ｖｔ１）を超えるまで充電される。また、トリガ信号（ｍ）が第１の臨界電圧（Ｖｔ１）に達するまでは、制御信号（Ｐ）がローレベル信号（Ｐ１）に保持されるので、ローレベル信号（Ｐ１）は、第１の安定状態と看做される。
【００１４】
次に、比較器３１の第２の入力端３１２に受信した入力信号が比較器３１の第１の入力端３１１に受信したトリガ信号（ｍ）より小である場合、電圧制御スイッチ素子１１がスイッチオンモードに切り替えられ、制御信号（Ｐ）が第２の安定状態と看做されるハイレベル信号（Ｐ２）に変えられ、且つ、第１の抵抗器（Ｒ６）を経由し、トリガ信号（ｍ）が第２の臨界電圧（Ｖｔ２）以下に下がるまでキャパシタ（Ｃ２）が放電する。また、トリガ信号（ｍ）が第２の臨界電圧（Ｖｔ２）に達する前に、制御信号（Ｐ）がハイレベル信号（Ｐ２）に保持される。それにより、制御信号（Ｐ）として双安定の周期的パルス信号を得ることができる。
【００１５】
注意すべきは、トリガ信号（ｍ）のサイクル毎の周期内に、マスキング効果及び逆マスキング効果を発生する。このマスキング効果及び逆マスキング効果のいずれも、抵抗器（Ｒ６，Ｒ８）とキャパシタ（Ｃ２）との作用によって発生するもので、微分動作（Ｄ）と積分動作（Ｉ）とを有し、電圧スパイクによるスイッチングを避ける効果がある。
【００１６】
上記のように、本発明の電圧変換器４は、主として比較器３１とトリガ回路３２とからなり、且つ分圧措置をした簡単な回路設計を利用して、電力回路１と電気的に接続して閉ループを形成している。比較器３１の第１の入力端３１１と第２の入力端３１２との間の電圧差により、ステップ信号を出力することができる。ステップ信号が帰還抵抗器（Ｒ８）及び帰還キャパシタ（Ｃ２）を備えている正帰還経路を通過すると、交流ヒステリシスが起こり次第、比較器３１の第１の入力端３１１にマスキング効果を有するトリガ信号（ｍ）を生成する。それがために、比較器３１の出力端３１３から出力した制御信号（Ｐ）は、電圧制御スイッチ素子１１を制御して作動させ、同期的切換えを正確に操作することができる。
【００１７】
その結果、トリガ回路３２が比較器３１を機能させて制御信号（Ｐ）として周期的パルス信号を出力させ、さらに、電圧制御スイッチ素子１１を周期的に作動させ、出力電力（Ｖ０）を安定的な出力電圧を有するように生成することができる。その外、本発明のトリガ回路３２は、構成がかなり簡単であるので、コストを低下させることができる。
【００１８】
以上説明した実施の形態は、あくまでも本発明の技術的内容を明らかにする意図のものにおいてなされたものであり、本発明はそうした具体例に限定して狭義に解釈されるものではなく、本発明の精神と特許請求の範囲に述べられた範囲で、いろいろと変更して実施できるものである。
【００１９】
【発明の効果】
叙上のように、本発明の電圧変換器及びそれに使用される制御装置は、出力電力を安定的な出力電圧を有するように生成することができる上、構成が簡単であり、コストも低い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電圧変換器及びそれに使用される制御装置の好ましい実施形態の概略回路図。
【図２】出力電力（Ｖ０）、トリガ信号（ｍ）及び制御信号（Ｐ）のタイムチャート。
【符号の説明】
１　電力回路
３　制御装置
４　電圧変換器
１０　電力入力端
１１　電圧制御スイッチ素子
１１１　制御入力端
１３　フィルタ回路
１４　電力出力端
３１　比較器
３２　トリガ回路
３１１　第１の入力端
３１２　第２の入力端
３１３　出力端
３２１　第１の入力ポート
３２２　第２の入力ポート
３２３　出力ポート

Claims (7)

1. 電力回路と比較器とトリガ回路とを備え、
   前記電力回路は、
   電源に接続される電力入力端と、
   出力電力を負荷へ供給する電力出力端と、
   制御信号を受信する制御入力端を含み、前記制御信号がハイレベル時のスイッチオンモードと前記制御信号がローレベル時のスイッチオフモードとの間に切り替えることができるように前記電力入力端と前記電力出力端との間に接続されている電圧制御スイッチ素子とを有し、
   前記比較器は、
   トリガ信号を受信する第１の入力端と、
   前記出力電力に関連する入力信号を受信する第２の入力端と、
   前記電圧制御スイッチ素子の前記制御入力端に接続されている出力端とを有し、前記第１の入力端に受信した前記トリガ信号を前記第２の入力端に受信した前記入力信号と比較し、前記トリガ信号が前記入力信号より大である時、前記出力端からハイレベルの前記制御信号を送信し、前記トリガ信号が前記入力信号より小である時、前記出力端からローレベルの前記制御信号を送信するようにように構成されており、
   前記トリガ回路は、
   基準電圧電源に接続されて基準電圧を受信する第１の入力ポートと、
   前記比較器の前記出力端と接続されていて、前記制御信号を受信する第２の入力ポートと、
   前記比較器の前記第１の入力端に接続されていて、前記トリガ信号を前記比較器に送信する出力ポートとを有し、前記トリガ信号が第１の臨界電圧に到達した場合、前記制御信号がハイレベルに変えられ、前記トリガ信号が前記第１の臨界電圧より大である第２の臨界電圧に到達した場合、前記制御信号がローレベルに変えられるように構成されており、
   それにより、前記トリガ回路が前記比較器を機能させて前記制御信号として周期的パルス信号を出力させ、さらに、前記電圧制御スイッチ素子を周期的に作動させ、前記出力電力を安定的な出力電圧を有するように生成することができることを特徴とする電圧変換器。
2. 前記電力回路は、前記電圧制御スイッチ素子と前記電力出力端との間に接続されているフィルタ回路をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の電圧変換器。
3. 直流−直流電圧変換器として使用されていることを特徴とする請求項１に記載の電圧変換器。
4. 前記比較器として演算増幅器を使用し、また、前記第１の入力端に、正相入力を受け、前記第２の入力端に、逆相入力を受けることを特徴とする請求項１に記載の電圧変換器。
5. 前記トリガ回路は、前記第１の入力ポートと前記出力ポートとの間に接続されている第１の抵抗器と、
   前記出力ポートと前記第２の入力ポートとの間に直列接続されているキャパシタ及び第２の抵抗器とを備え、
   それにより、前記電圧制御スイッチ素子が前記スイッチオフモードに切り替えられる際、前記キャパシタが前記基準電圧電源により前記トリガ信号が前記第１と第２の臨界電圧を超えるまで充電され、前記電圧制御スイッチ素子がスイッチオンモードに切り替えられる際、前記キャパシタが前記第１の抵抗器を経由し、前記トリガ信号が前記第１と第２の臨界電圧以下に下がるまで放電することができることを特徴とする請求項１に記載の電圧変換器。
6. 前記比較器の前記第２の入力端と前記電力回路の前記電力出力端との間に分圧回路がさらに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電圧変換器。
7. 電力回路と制御装置とを備え、且つ、前記電力回路は、電源に接続される電力入力端と、出力電力を負荷へ供給する電力出力端と、制御信号を受信する制御入力端を含み、前記制御信号がハイレベル時のスイッチオンモードと前記制御信号がローレベル時のスイッチオフモードとの間に切り替えることができるように前記電力入力端と前記電力出力端との間に接続されている電圧制御スイッチ素子とを有する電圧変換器における前記制御装置において、
   比較器とトリガ回路とからなり、
   前記比較器は、
   トリガ信号を受信する第１の入力端と、
   前記出力電力に関連する入力信号を受信する第２の入力端と、
   前記電圧制御スイッチ素子の前記制御入力端に接続されている出力端とを有し、前記第１の入力端に受信した前記トリガ信号を前記第２の入力端に受信した前記入力信号と比較し、前記トリガ信号が前記入力信号より大である時、前記出力端からハイレベルの前記制御信号を送信し、前記トリガ信号が前記入力信号より小である時、前記出力端からローレベルの前記制御信号を送信するように構成されており、
   前記トリガ回路は、
   基準電圧電源に接続されて基準電圧を受信する第１の入力ポートと、
   前記比較器の前記出力端と接続されていて、前記制御信号を受信する第２の入力ポートと、
   前記比較器の前記第１の入力端に接続されていて、前記トリガ信号を前記比較器に送信する出力ポートとを有し、前記トリガ信号が第１の臨界電圧に到達した場合、前記制御信号がハイレベルに変えられ、前記トリガ信号が前記第１の臨界電圧より大である第２の臨界電圧に到達した場合、前記制御信号がローレベルに変えられるように構成されており、
   それにより、前記トリガ回路が前記比較器を機能させて前記制御信号として周期的パルス信号を出力させ、さらに、前記電圧制御スイッチ素子を周期的に作動させ、前記出力電力を安定的な出力電圧を有するように生成することができることを特徴とする電圧変換器の制御装置。

Images