JP2006500899A - 交流電圧を変換するための装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】軽量で、省電力の変換装置を提供すること。
【解決手段】本発明は、主電源の電力供給からの交流電圧を予め定められたレベル（及び波形）の直流電圧に変換するための装置（１０）に係り、主電力の電力供給に接続するための整流回路（１６〜１９）と、整流回路に接続されたスイッチング回路と、スイッチング回路に接続された主変圧器（２６）と、補助変圧器（２８）であってスイッチング回路に接続され、その二次巻線が主変圧器（２６）の二次巻線に連結され、これによりスイッチング回路と主変圧器とを通る電流が予め定められた値に制限される補助変圧器（２８）とを含む。
【解決手段】本発明は、主電源の電力供給からの交流電圧を予め定められたレベル（及び波形）の直流電圧に変換するための装置（１０）に係り、主電力の電力供給に接続するための整流回路（１６〜１９）と、整流回路に接続されたスイッチング回路と、スイッチング回路に接続された主変圧器（２６）と、補助変圧器（２８）であってスイッチング回路に接続され、その二次巻線が主変圧器（２６）の二次巻線に連結され、これによりスイッチング回路と主変圧器とを通る電流が予め定められた値に制限される補助変圧器（２８）とを含む。
Description
ラップトップコンピュータ、携帯電話等の充電のため、主電源電圧を、選択的に直流電圧側で平坦化された波形を有する例えば１２、２４又は３６ボルトのような予め定められた所望の直流電圧に変換するためのコンパクトで低価格の装置に対する急増した需要がある。
米国特許第３，６６０，７２４号明細書は改良された保護回路を開示し、電力供給により通常に電圧を加えられる電子装置を保護するため、シリコン制御整流器が過大な出力電圧の存在下で前記電力供給を有する回路に切り換えられることを開示する。
ドイツ特許公開第３４２７２２１号公報は、出力電圧が二次回路の基準電圧と比較される回路を開示する。
米国特許第４，２７２，８０５号明細書は、入力直流電圧がさい断又は断続され、交流電圧が得られる変圧器を励振すべく印加され、つぎに整流回路で整流されることを開示する。
現在のいわゆる線形の変換装置は大きくかつ重く、また電圧が消費されないときでさえも多大の電力を消費する。
米国特許第３，６６０，７２４号明細書
ドイツ特許公開第３４２７２２１号公報
米国特許第４，２７２，８０５号明細書
本発明の目的は、前記した１以上の問題を除去することにある。
本発明は、主電力の電力供給からの交流電圧を予め定められたレベル（及び波形）の直流電圧に変換するための装置であって、前記主電力の電力供給に接続するための整流回路と、前記整流回路に接続されたスイッチング回路と、前記スイッチング回路に接続された主変圧器と、補助変圧器であって前記スイッチング回路に接続され、その二次巻線が前記主変圧器の二次巻線に連結され、これにより前記スイッチング回路と前記主変圧器とを通る電流が予め定められた値に制限される補助変圧器とを含む変換装置を提供する。
本発明の結果として、比較的少数のコンポーネントを有する携帯電話等のための装置が比較的低価格で得ることができる。
好ましい実施例では、主電源電圧が、比較的小数の低価格ダイオードと、単一のコンデンサと、例えばいわゆるバターワース配置（Butterworth configuration）の自己誘導エレメントとにより濾される。
スイッチング装置は好ましくは６４ｋＨｚ又はそれ以上の周波数で作動され、その結果、これらから人間及び動物がほとんど不都合を受けない。
好ましい実施例では、いわゆる共通ベースの電力用トランジスタ（Common-Base power transistor）が用いられ、さらに好ましい実施例ではあまりに高い電流及びあまりに高い温度から保護される。
前記電力用トランジスタの温度を約８０℃から８５℃、いかなる場合にも間違いなく１００℃を下回るように保持すべく補助変圧器の一次巻線に比較的低コストの（ツェナー）ダイオードが同様に考えられるけれども、この保護は、好ましくは、前記補助変圧器の二次側でダイオードを用いることにより達成される。この電力用トランジスタの温度上の制限は、その一部が、前記変圧器の一次側又は二次側の（ツェナー）ダイオードの峻度特性、又は電流値を制限するために、その特性におけるシャープベンドに依存する。
前記トランジスタは、好ましくは、バイポーラトランジスタであり、その原価はモス電界効果トランジスタ（MOSFET）型の通常の電力用トランジスタより約２．５低いファクタである。
本発明は、前記原価が低く抑えられるように、比較的少ない標準型の要素を求める。
本発明のさらなる有利さ、特徴及び詳細は、回路図を示す添付図面を参照しての好ましい実施例の次の記載に基づき、明らかとなろう。
装置１０には、一方の側に主電源供給に接続される接続端子１１，１２が設けられ、他方の側に携帯電話、ラップトップコンピュータ等の電池に接続可能である結線１３，１４が設けられている。装置１０には、ヒューズ１５と、例えば１２０ボルトの交流電圧を約１７０ボルトのいわゆるレール又はバス電圧に整流するための４つのダイオード１６，１７，１８，１９とが設けられている。回路１０は、さらに、２つのコンデンサ２１，２２と、これらの間に接続された、前記整流された電圧を濾すためにいわゆるバターワース配置の自己誘導エレメント２３とを含む。さらに、変圧器２６の一次巻線がライン２５に接続され、前記変圧器は他方の側で電力用トランジスタ２７に接続されており、前記トランジスタはいわゆる共通のベース配置（Common Base configuration）におかれ、そのエミッタが補助変圧器２８の一次巻線に接続され、他方の側において抵抗器２９と温度感受性ＮＴＣ抵抗器３０とを介してトランジスタ２７のベースに接続されている。さらに、電力用トランジスタ２７とライン２５との間に、ダイオード３１と自己誘導エレメント３２とが接続されている。さらに、サイリスタ作用を有するダイアック（DIAC）３３が電力用トランジスタ２７のベースに接続され、また抵抗器３４を介してライン２５に接続されている。ダイアック３３と抵抗器３４との間のノード３５が、さらに、比較的小容量のコンデンサ３６を介して電力用トランジスタ２７のエミッタに接続され、さらにダイオード３７を介してそのコレクタに接続されている。補助変圧器２８の二次巻線がダイオード３８を介して主変圧器２６の二次巻線に接続されている。第２のダイオード３９がダイオード３８と直列状態で変圧器２６の二次巻線に接続され、他方、図示の好ましい実施例では２つのコンデンサ４０，４１が接続されている。コンデンサ４２を介して、接続端子１４が電力用トランジスタのベースに接続されている。
接続端子１１，１２を例えば交流１２０ボルトまで生かした後、コンデンサ２１，２２を例えば１７０ボルトの電圧まで充電することができる。コンデンサ３６は、抵抗器３４を介して、ダイアック３３が作動するまで、例えば４５ボルトになるまで、充電される。コンデンサＣ３は今やトランジスタ２７のエミッタまで充電され、これにより、電圧が主変圧器２６の一次巻線にあらわれる。出力コンデンサ４０，４１がすぐに充電され、他方これらのコンデンサが充電された電流がトランジスタ２７のエミッタにフィードバックされることが可能であり、これにより後者が導電状態に保持される。
トランジスタ２７は、エミッタ電流がベース電流より大きい限り、導通し続ける。主変圧器２６又は補助変圧器２８が飽和し始め又は電流がダイオード３８を経て流れ始めるとすぐに、前記トランジスタはスイッチを切られる。
低負荷においては、前記トランジスタが主変圧器２６の飽和にためにスイッチを切られる。高負荷において、補助変圧器２８の一次巻線の電圧が増大し、ここで、補助変圧器２８が飽和したときにトランジスタ７はスイッチを切られなければならない。また、電力用トランジスタ２７はダイオード３８が導通し始めたときにもスイッチを切られ、これは電流が抵抗器２９，３０を経て流れていることを意味する。電力トランジスタ２７は、閉ループ増幅が十分に減少したときにスイッチを切られる。トランジスタ２７が熱くなると、抵抗器３０の抵抗値が増大し、これにより電力トランジスタ２７が結局スイッチを切られる。
トランジスタ２７（Ｑ２）の再始動は、自己誘導３２の使用を自動的に生じさせる。
比較的小さい電流が主変圧器２６の二次巻線を流れ始めるとすぐ、電力用トランジスタ２７のエミッタ内の対応する小さい電流が後者を再び切り替える。
１５−２０ワットの出力を伴う本発明による装置の前記した好ましい実施例は、規格Ｍ５型（standard M5 type）のハウジング内に装置することができる。重量は１００グラム以下であり、他方、前記装置は、前記出力電圧が保持される間に端子１３，１４に負荷が接続されないとき、０．１ワット以下の電力を消費する。
比較的少数の要素、すなわち補助変圧器２８、ダイオード３８及び温度感受性抵抗器３０をもって、本発明による前記装置の前記した好ましい実施例が、あまりに大きい出力及びその出力の調整に対する前記変換器の保護を達成する。例えば接続端子１３，１４で既に利用可能である電気保護装置によるときは、温度感受性抵抗器３０を省略することは多くの事例において可能である。
本発明は、しかし、前記したその好ましい実施例に限定されず、得られる権利は、多くの変形が考えられる範囲内において、以下の請求の範囲により決定される。
１０ 変換装置
１６，１７，１８，１９ ダイオード
２６ 主変圧器
２７ 電力用トランジスタ
２８ 補助変圧器
３０ 温度感受性抵抗器
３３ ダイアック
１６，１７，１８，１９ ダイオード
２６ 主変圧器
２７ 電力用トランジスタ
２８ 補助変圧器
３０ 温度感受性抵抗器
３３ ダイアック
Claims (12)
- 主電源の電力供給からの交流電圧を予め定められたレベル（及び波形）の直流電圧に変換するための装置であって、
前記主電力の電力供給に接続するための整流回路と、
前記整流回路に接続されたスイッチング回路と、
前記スイッチング回路に接続された主変圧器と、
補助変圧器であって前記スイッチング回路に接続され、その二次巻線が前記主変圧器の二次巻線に連結され、これにより前記スイッチング回路と前記主変圧器とを通る電流が予め定められた値に制限される、補助変圧器とを含む、変換装置。 - フィルタ回路が前記整流回路と前記スイッチング回路との間に連結されている、請求項１に記載の装置。
- 前記フィルタ回路は多数のダイオードを含む、請求項２に記載の装置。
- 前記フィルタ回路は、少なくとも１つのコンデサと、１つの自己誘導とを含む、請求項２又は３に記載の装置。
- 前記スイッチング回路は共通ベース配置の電力用トランジスタを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
- 前記スイッチング回路はダイアックを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
- 補助変圧器は前記電力用トランジスタのコレクタ又はエミッタに接続されている、請求項５又は６に記載の装置。
- 補助トランジスタの二次巻線の接続端子間にダイオードが接続されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
- 前記電力用トランジスタのベース及びコレクタ又はエミッタ間に抵抗器がされている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
- 温度依存値を有する抵抗器が、一方では前記電力用トランジスタのベースと他方では前記コレクタ又はエミッタとの間で接続されている、請求項５〜９のいずれか一項に記載の装置。
- 請求項１〜１０の１又はそれ以上の項に記載の装置を操作するための方法。
- 前記電力用トランジスタはバイポーラトランジスタである、請求項５〜１０のいずれか一項に記載の装置。
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