JP3421046B2 - 電圧変換器 - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS 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
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
- H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
-
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- H02M—APPARATUS 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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- H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
- H02M3/1563—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators without using an external clock
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の電圧変換器に
関する。
関する。
U.TietzeおよびCh.Schenk著の専門書"Halbleiter−Sc
haltungstechnik（半導体回路技術）”、第９版、Sprin
ger−Verlag,1989,の第561頁〜572頁には、ある直流電
圧を出力側における所定の直流電圧へ変換する電圧変換
器について記載されている。この電圧変換器はクロック
制御されるスイッチング方式に基づいており、この場
合、インダクタンス素子に蓄積される誘導エネルギー
が、電力スイッチのスイッチオン期間とスイッチオフ期
間との比に依存して設定される。最も簡単な回路では、
１つの電力スイッチと蓄積チョークだけが設けられてい
る。電圧変換器の出力側に配置されている平滑コンデン
サにより、出力電圧中の交流電圧成分が抑えられる。第
18.6.1章には、電圧変換器の３つの基本形態が記載され
ている。すなわちダウンコンバータ（降圧変換器）、ア
ップコンバータ（昇圧変換器）ならびに可逆コンバータ
である。第18.6.2章には、出力電圧を所定の値になるよ
う調整するダウンコンバータの回路の実例が示されてい
る。調整回路ならびに電力スイッチの制御に必要とされ
る構成素子は、１つの集積回路内に収められている。
haltungstechnik（半導体回路技術）”、第９版、Sprin
ger−Verlag,1989,の第561頁〜572頁には、ある直流電
圧を出力側における所定の直流電圧へ変換する電圧変換
器について記載されている。この電圧変換器はクロック
制御されるスイッチング方式に基づいており、この場
合、インダクタンス素子に蓄積される誘導エネルギー
が、電力スイッチのスイッチオン期間とスイッチオフ期
間との比に依存して設定される。最も簡単な回路では、
１つの電力スイッチと蓄積チョークだけが設けられてい
る。電圧変換器の出力側に配置されている平滑コンデン
サにより、出力電圧中の交流電圧成分が抑えられる。第
18.6.1章には、電圧変換器の３つの基本形態が記載され
ている。すなわちダウンコンバータ（降圧変換器）、ア
ップコンバータ（昇圧変換器）ならびに可逆コンバータ
である。第18.6.2章には、出力電圧を所定の値になるよ
う調整するダウンコンバータの回路の実例が示されてい
る。調整回路ならびに電力スイッチの制御に必要とされ
る構成素子は、１つの集積回路内に収められている。
本発明の課題は、きわめて低コストで実現可能な電圧
変換器を提供することにある。
変換器を提供することにある。
この課題は、請求項１の特徴部分に記載の構成により
解決される。
解決される。
発明の利点
本発明による電圧変換器の有する利点は、僅かな個別
部品しか必要としないことである。したがって本発明に
よる電圧変換器をきわめて低コストで実現できる。殊に
大量生産において利点が顕著になる。本発明によれば、
蓄積チョークに流れる電流を捕捉するセンサと、捕捉さ
れた電流を所定の閾値と比較する手段が設けられてい
る。捕捉された電流が閾値を通過すると、電力スイッチ
がスイッチングされる。さらにタイマが設けられてお
り、このタイマにより電力スイッチは、蓄積チョークに
おける電圧の跳躍的変化の発生後、タイマにより定めら
れた期間にわたり目下の状態に保持される。蓄積チョー
クにおける電圧の跳躍的変化は、電力スイッチのスイッ
チングの結果として生じる。この場合、タイマにより、
クロック制御される電圧変換器のスイッチオフ期間また
はスイッチオン期間が定められる。
部品しか必要としないことである。したがって本発明に
よる電圧変換器をきわめて低コストで実現できる。殊に
大量生産において利点が顕著になる。本発明によれば、
蓄積チョークに流れる電流を捕捉するセンサと、捕捉さ
れた電流を所定の閾値と比較する手段が設けられてい
る。捕捉された電流が閾値を通過すると、電力スイッチ
がスイッチングされる。さらにタイマが設けられてお
り、このタイマにより電力スイッチは、蓄積チョークに
おける電圧の跳躍的変化の発生後、タイマにより定めら
れた期間にわたり目下の状態に保持される。蓄積チョー
クにおける電圧の跳躍的変化は、電力スイッチのスイッ
チングの結果として生じる。この場合、タイマにより、
クロック制御される電圧変換器のスイッチオフ期間また
はスイッチオン期間が定められる。
従属請求項には、本発明による電圧変換器の有利な実
施形態が示されている。
施形態が示されている。
本発明による電圧変換器の第１の有利な実施例によれ
ば、捕捉された電流が閾値よりも大きくなると電力スイ
ッチがスイッチオフされるように構成されている。この
場合、電力スイッチはタイマにより、このタイマで定め
られた所定の期間にわたりスイッチオフ状態に保持され
る。この実施形態は、入力電圧が変動する場合に殊に有
利である。
ば、捕捉された電流が閾値よりも大きくなると電力スイ
ッチがスイッチオフされるように構成されている。この
場合、電力スイッチはタイマにより、このタイマで定め
られた所定の期間にわたりスイッチオフ状態に保持され
る。この実施形態は、入力電圧が変動する場合に殊に有
利である。
本発明による電圧変換器の別の有利な実施例によれ
ば、捕捉された電流が閾値よりも小さくなると電力スイ
ッチがスイッチオンされるように構成されている。この
場合、電力スイッチはタイマにより、蓄積チョークにお
ける電圧の跳躍的変化の発生後、タイマで定められた期
間にわたりスイッチオン状態に保持される。この実施形
態の場合、タイマによって電力スイッチのスイッチオン
期間が定められる。この実施形態は、入力電圧が比較的
一定である電圧変換器において殊に有利である。
ば、捕捉された電流が閾値よりも小さくなると電力スイ
ッチがスイッチオンされるように構成されている。この
場合、電力スイッチはタイマにより、蓄積チョークにお
ける電圧の跳躍的変化の発生後、タイマで定められた期
間にわたりスイッチオン状態に保持される。この実施形
態の場合、タイマによって電力スイッチのスイッチオン
期間が定められる。この実施形態は、入力電圧が比較的
一定である電圧変換器において殊に有利である。
きわめて安価な電流センサは電流によって電圧降下を
起こさせる抵抗であり、この電圧降下が評価される。比
較手段としてはたとえばトランジスタが適しており、こ
のトランジスタの導通に必要な制御電圧は、まえもって
与えられるべき閾値に対する尺度を成す。このトランジ
スタのことを以下では制御トランジスタと称する。
起こさせる抵抗であり、この電圧降下が評価される。比
較手段としてはたとえばトランジスタが適しており、こ
のトランジスタの導通に必要な制御電圧は、まえもって
与えられるべき閾値に対する尺度を成す。このトランジ
スタのことを以下では制御トランジスタと称する。
１つの有利な実施形態はタイマに関するものであり、
これは有利にはRC合成回路として実現されている。この
タイマは電力スイッチの制御入力側に接続できる。有利
には、制御トランジスタの制御端子にタイマが接続され
ている。
これは有利にはRC合成回路として実現されている。この
タイマは電力スイッチの制御入力側に接続できる。有利
には、制御トランジスタの制御端子にタイマが接続され
ている。
殊に有利な実施形態によれば電圧制限素子が設けられ
ており、この電圧制限素子は電圧変換器の出力側に接続
されている。制限電圧を超えると、電圧制限素子により
電力スイッチがスイッチオフ状態に保持される。タイマ
と同様に、電圧制限素子を電力スイッチの制御入力側に
じかに接続することもできるし、あるいは制御トランジ
スタの制御端子に接続するとよい。この構成によれば、
電圧変換器の出力電圧が所定の最大値に制限されるだけ
でなく、出力電圧の安定化も得られる。この安定化は、
基礎となる簡単なクロック制御形の電圧変換器回路方式
の場合、負荷電流が小さくなるにつれて出力電圧が高い
値に上昇する傾向を有することによるものである。この
ような上昇は確実に回避される。このことに関連して出
力電圧の安定化が行われる。
ており、この電圧制限素子は電圧変換器の出力側に接続
されている。制限電圧を超えると、電圧制限素子により
電力スイッチがスイッチオフ状態に保持される。タイマ
と同様に、電圧制限素子を電力スイッチの制御入力側に
じかに接続することもできるし、あるいは制御トランジ
スタの制御端子に接続するとよい。この構成によれば、
電圧変換器の出力電圧が所定の最大値に制限されるだけ
でなく、出力電圧の安定化も得られる。この安定化は、
基礎となる簡単なクロック制御形の電圧変換器回路方式
の場合、負荷電流が小さくなるにつれて出力電圧が高い
値に上昇する傾向を有することによるものである。この
ような上昇は確実に回避される。このことに関連して出
力電圧の安定化が行われる。
さらに別の有利な実施形態によればダウンコンバータ
とアップコンバータが組み合わせられており、この場
合、１つの蓄積チョークによって必要な共通のインダク
タンス素子が形成されている。ダウンコンバータとアッ
プコンバータを組み合わせることの主要な利点は、電圧
変換器の入力電圧が所定の出力電圧より小さい値も大き
い値もとれる点にある。
とアップコンバータが組み合わせられており、この場
合、１つの蓄積チョークによって必要な共通のインダク
タンス素子が形成されている。ダウンコンバータとアッ
プコンバータを組み合わせることの主要な利点は、電圧
変換器の入力電圧が所定の出力電圧より小さい値も大き
い値もとれる点にある。
本発明による電圧変換器のその他の有利な実施形態
は、その他の従属請求項ならびに以下の説明に示されて
いる。
は、その他の従属請求項ならびに以下の説明に示されて
いる。
図面
第１図はダウンコンバータとして接続された本発明に
よる電圧変換器のブロック図であり、第２図はアップコ
ンバータとして接続された本発明による電圧変換器のブ
ロック図であり、さらに第３図はアップ／ダウンコンバ
ータ（可逆変換器）の詳細な回路図である。
よる電圧変換器のブロック図であり、第２図はアップコ
ンバータとして接続された本発明による電圧変換器のブ
ロック図であり、さらに第３図はアップ／ダウンコンバ
ータ（可逆変換器）の詳細な回路図である。
実施例の説明
第１図にはダウンコンバータのブロック図が示されて
おり、このダウンコンバータは２つの入力端子10,11間
の直流電圧UBを２つの出力端子12,13間で取り出し可能
な出力電圧UAへ変換する。この場合、電力スイッチ14が
設けられており、このスイッチによって蓄積チョーク15
が入力端子10と接続されるかまたは他方の入力端子11と
接続される。電力スイッチ14は制御部16により操作さ
れ、この制御部はタイマ17、電流センサ18および電圧制
限素子19から入力信号を受け取る。この実施例の場合、
タイマ17は電力スイッチ14と蓄積チョーク15との間の接
続線路に接続されている。図示の実施例の場合、蓄積チ
ョーク15に流れる電流を検出する電流センサ18は、蓄積
チョーク15の出力側に後置されている。さらに端子12に
は電圧制限素子19が接続されている。出力端子12と13の
間には、平滑コンデンサ20および負荷21が接続されてい
る。
おり、このダウンコンバータは２つの入力端子10,11間
の直流電圧UBを２つの出力端子12,13間で取り出し可能
な出力電圧UAへ変換する。この場合、電力スイッチ14が
設けられており、このスイッチによって蓄積チョーク15
が入力端子10と接続されるかまたは他方の入力端子11と
接続される。電力スイッチ14は制御部16により操作さ
れ、この制御部はタイマ17、電流センサ18および電圧制
限素子19から入力信号を受け取る。この実施例の場合、
タイマ17は電力スイッチ14と蓄積チョーク15との間の接
続線路に接続されている。図示の実施例の場合、蓄積チ
ョーク15に流れる電流を検出する電流センサ18は、蓄積
チョーク15の出力側に後置されている。さらに端子12に
は電圧制限素子19が接続されている。出力端子12と13の
間には、平滑コンデンサ20および負荷21が接続されてい
る。
第２図にはアップコンバータのブロック図が示されて
いる。第１図で示した部材と一致する第２図中の部材に
は、それぞれ同じ参照符号が付されている。この場合、
蓄積チョーク15は入力端子10とじかに接続されている。
蓄積チョーク15の出力側に後置されている電力スイッチ
22により、蓄積チョーク15はその出力側で出力端子12ま
たは入力端子11と接続される。
いる。第１図で示した部材と一致する第２図中の部材に
は、それぞれ同じ参照符号が付されている。この場合、
蓄積チョーク15は入力端子10とじかに接続されている。
蓄積チョーク15の出力側に後置されている電力スイッチ
22により、蓄積チョーク15はその出力側で出力端子12ま
たは入力端子11と接続される。
第３図にはアップ／ダウンコンバータの詳細な回路図
が示されており、その際、第１図、第２図で示した部材
と一致する第３図中の部材には、それぞれ同じ参照符号
が付されている。この場合、第１図に示されている電力
スイッチ14は、第１のフリーホイールダイオード14bと
接続された第１のスイッチングトランジスタ14aによっ
て置き換えられている。第１のスイッチングトランジス
タ14aのエミッタ端子は入力端子10と接続されている。
他方の入力端子11はアースＭと接続されている。第１の
スイッチングトランジスタ14aのコレクタ端子は蓄積チ
ョーク15と接続されている。第１のスイッチングトラン
ジスタ14aと蓄積チョーク15との間の接続線路に第１の
フリーホイールダイオード14bのカソード端子が接続さ
れており、このダイオードのアノード端子はアースＭと
接続されている。
が示されており、その際、第１図、第２図で示した部材
と一致する第３図中の部材には、それぞれ同じ参照符号
が付されている。この場合、第１図に示されている電力
スイッチ14は、第１のフリーホイールダイオード14bと
接続された第１のスイッチングトランジスタ14aによっ
て置き換えられている。第１のスイッチングトランジス
タ14aのエミッタ端子は入力端子10と接続されている。
他方の入力端子11はアースＭと接続されている。第１の
スイッチングトランジスタ14aのコレクタ端子は蓄積チ
ョーク15と接続されている。第１のスイッチングトラン
ジスタ14aと蓄積チョーク15との間の接続線路に第１の
フリーホイールダイオード14bのカソード端子が接続さ
れており、このダイオードのアノード端子はアースＭと
接続されている。
第２図に示されている電力スイッチ22は第３図では、
第２のフリーホイールダイオード22bと接続された第２
のスイッチングトランジスタ22aにより置き換えられて
いる。第２のフリーホイールダイオード22bは蓄積チョ
ーク15と接続されている。第１図と第２図に示されてい
る平滑コンデンサ20は第３図では、小容量の第１の平滑
コンデンサ20aと大容量の第２の平滑コンデンサ20bとに
分けられている。第２のフリーホイールダイオード22b
と蓄積チョーク15との接続線路に分離ダイオード30が設
けられており、このダイオード30は第２のスイッチング
トランジスタ22aのコレクタ端子と接続されていて、ス
イッチングトランジスタ22aのエミッタ端子は電流測定
抵抗31を介してアースを接続されている。また、電流測
定抵抗31には保護ダイオード32が接続されており、この
ダイオード32のカソード端子は制御トランジスタ33のベ
ース端子と接続されている。
第２のフリーホイールダイオード22bと接続された第２
のスイッチングトランジスタ22aにより置き換えられて
いる。第２のフリーホイールダイオード22bは蓄積チョ
ーク15と接続されている。第１図と第２図に示されてい
る平滑コンデンサ20は第３図では、小容量の第１の平滑
コンデンサ20aと大容量の第２の平滑コンデンサ20bとに
分けられている。第２のフリーホイールダイオード22b
と蓄積チョーク15との接続線路に分離ダイオード30が設
けられており、このダイオード30は第２のスイッチング
トランジスタ22aのコレクタ端子と接続されていて、ス
イッチングトランジスタ22aのエミッタ端子は電流測定
抵抗31を介してアースを接続されている。また、電流測
定抵抗31には保護ダイオード32が接続されており、この
ダイオード32のカソード端子は制御トランジスタ33のベ
ース端子と接続されている。
さらに制御トランジスタ33のベース端子は抵抗17aと
接続されており、この抵抗はRC合成回路の一部分であ
り、これにはコンデンサ17bも含まれている。このRC合
成回路17a,17bは、第１図と第２図に示されているタイ
マ17を成すものである。コンデンサ17bは、出力側で蓄
積コンデンサ15と接続されている。RC合成回路17a,17b
におけるコンデンサ17bと抵抗17aとの間の接続線路に充
電抵抗34が接続されており、これは第２のスイッチング
トランジスタ22aのエミッタ端子と接続されている。第
２のスイッチングトランジスタ22aのコレクタ端子は分
離ダイオード30のカソード端子と接続されているが、こ
のコレクタ端子は電流制限抵抗35を介して第１のスイッ
チングトランジスタ14aのベース端子と接続されてい
る。
接続されており、この抵抗はRC合成回路の一部分であ
り、これにはコンデンサ17bも含まれている。このRC合
成回路17a,17bは、第１図と第２図に示されているタイ
マ17を成すものである。コンデンサ17bは、出力側で蓄
積コンデンサ15と接続されている。RC合成回路17a,17b
におけるコンデンサ17bと抵抗17aとの間の接続線路に充
電抵抗34が接続されており、これは第２のスイッチング
トランジスタ22aのエミッタ端子と接続されている。第
２のスイッチングトランジスタ22aのコレクタ端子は分
離ダイオード30のカソード端子と接続されているが、こ
のコレクタ端子は電流制限抵抗35を介して第１のスイッ
チングトランジスタ14aのベース端子と接続されてい
る。
制御トランジスタ33のコレクタ端子も、このコレクタ
端子と接続されている第２のスイッチングトランジスタ
22aのベース端子も、負荷抵抗36を介して補助電圧源UH
と接続されている。
端子と接続されている第２のスイッチングトランジスタ
22aのベース端子も、負荷抵抗36を介して補助電圧源UH
と接続されている。
電圧制限素子19は、出力端子12と制御トランジスタ33
のベース端子との間に配置されている。
のベース端子との間に配置されている。
次に、本発明による電圧変換器の動作について、第１
図に示されているブロック図を参照しながら詳細に説明
する。
図に示されているブロック図を参照しながら詳細に説明
する。
この電圧変換器は蓄積チョーク15を用いた簡単なチョ
ーク形変換器として実現されており、その基礎となる事
項については冒頭で述べた従来技術の文献に示されてい
る。この場合、ダウンコンバータに基づくものであり、
これによって入力端子10,11間に加わる電圧UBが出力端
子12,13間に生じるそれよりも低い電圧UAに変換され
る。蓄積チョーク15のほかに基本的な素子は電力スイッ
チ14であり、このスイッチによってこれが蓄積チョーク
15を入力端子10と接続する時間に依存して、蓄積チョー
ク15に蓄えられる磁気エネルギーが定められる。結果と
して生じる出力電圧は、スイッチオン期間と呼ばれるこ
の時間のほかに、電力スイッチ14が蓄積チョーク15を他
方の入力端子11と接続するスイッチオフ期間の持続時間
にも依存する。本発明によれば、電力スイッチ14のスイ
ッチオン期間またはスイッチオフ期間は、蓄積チョーク
15に流れる電流に依存して定められるように構成されて
いる。この電流を捕捉検出するためにセンサ18が設けら
れており、このセンサは捕捉した電流を所定の閾値と比
較する手段を有している。捕捉した電流が閾値を通過す
ることに依存して、電流センサ18から送出される信号が
制御部16へ供給される。
ーク形変換器として実現されており、その基礎となる事
項については冒頭で述べた従来技術の文献に示されてい
る。この場合、ダウンコンバータに基づくものであり、
これによって入力端子10,11間に加わる電圧UBが出力端
子12,13間に生じるそれよりも低い電圧UAに変換され
る。蓄積チョーク15のほかに基本的な素子は電力スイッ
チ14であり、このスイッチによってこれが蓄積チョーク
15を入力端子10と接続する時間に依存して、蓄積チョー
ク15に蓄えられる磁気エネルギーが定められる。結果と
して生じる出力電圧は、スイッチオン期間と呼ばれるこ
の時間のほかに、電力スイッチ14が蓄積チョーク15を他
方の入力端子11と接続するスイッチオフ期間の持続時間
にも依存する。本発明によれば、電力スイッチ14のスイ
ッチオン期間またはスイッチオフ期間は、蓄積チョーク
15に流れる電流に依存して定められるように構成されて
いる。この電流を捕捉検出するためにセンサ18が設けら
れており、このセンサは捕捉した電流を所定の閾値と比
較する手段を有している。捕捉した電流が閾値を通過す
ることに依存して、電流センサ18から送出される信号が
制御部16へ供給される。
第１の実施例によれば、蓄積チョーク15に流れる電流
が所定の閾値よりも大きくなると電力スイッチ14がスイ
ッチオフされるように構成されており、この状態は蓄積
チョーク15が電力スイッチ14を介して入力端子11と接続
された状態に相応する。
が所定の閾値よりも大きくなると電力スイッチ14がスイ
ッチオフされるように構成されており、この状態は蓄積
チョーク15が電力スイッチ14を介して入力端子11と接続
された状態に相応する。
別の実施例によれば、蓄積チョーク15に流れる電流が
所定の閾値よりも小さくなると電力スイッチ14がスイッ
チオンされるように構成されており、この状態では蓄積
チョーク15は入力端子10と接続されている。
所定の閾値よりも小さくなると電力スイッチ14がスイッ
チオンされるように構成されており、この状態では蓄積
チョーク15は入力端子10と接続されている。
さらにタイマ17が設けられており、このタイマ17によ
り、それぞれの実施例に依存して電力スイッチ14のスイ
ッチオフ期間が設定されるかまたはスイッチオン期間が
設定される。タイマ17は、電力スイッチ14が切り換えら
れるときに蓄積チョーク15に現れる電圧の跳躍的変化に
よりトリガされる。蓄積チョーク15における電圧は、蓄
積チョーク15と電力スイッチ14との間の接続線路におい
て、一方の入力端子10に現れる電圧と他方の入力端子11
に現れる電圧との間で跳躍的に変化する。
り、それぞれの実施例に依存して電力スイッチ14のスイ
ッチオフ期間が設定されるかまたはスイッチオン期間が
設定される。タイマ17は、電力スイッチ14が切り換えら
れるときに蓄積チョーク15に現れる電圧の跳躍的変化に
よりトリガされる。蓄積チョーク15における電圧は、蓄
積チョーク15と電力スイッチ14との間の接続線路におい
て、一方の入力端子10に現れる電圧と他方の入力端子11
に現れる電圧との間で跳躍的に変化する。
出力端子12,13に現れる出力電圧UA（これは負荷21の
動作電圧に相応する）は、電圧制限素子19たとえばツェ
ナダイオードによって所定の値に安定化できる。出力端
子12に加わる電圧が電圧制限素子によりまえもって定め
られた電圧よりも大きくなると、電圧制限素子19は制御
部16へ信号を送出し、制御部16はこれに応じて、端子12
における電圧を保持するのに十分な値までスイッチオフ
期間を長くする。
動作電圧に相応する）は、電圧制限素子19たとえばツェ
ナダイオードによって所定の値に安定化できる。出力端
子12に加わる電圧が電圧制限素子によりまえもって定め
られた電圧よりも大きくなると、電圧制限素子19は制御
部16へ信号を送出し、制御部16はこれに応じて、端子12
における電圧を保持するのに十分な値までスイッチオフ
期間を長くする。
第２図にブロック図で示されているアップコンバータ
は次のように動作する： 第２図に示されている本発明による電圧変換器は、入
力端子10,11間に加わる入力電圧UBを出力端子12,13間に
現れるそれよりも高い出力電圧UAへ変換する。第１図に
よるダウンコンバータとの基本的な相違点は、蓄積チョ
ーク15の出力側に後置された別の電力スイッチ22が電力
スイッチ14の代わりに設けられていることである。電力
スイッチ22は、出力側で蓄積チョーク15を出力端子12と
接続するかまたは入力端子11と接続する。
は次のように動作する： 第２図に示されている本発明による電圧変換器は、入
力端子10,11間に加わる入力電圧UBを出力端子12,13間に
現れるそれよりも高い出力電圧UAへ変換する。第１図に
よるダウンコンバータとの基本的な相違点は、蓄積チョ
ーク15の出力側に後置された別の電力スイッチ22が電力
スイッチ14の代わりに設けられていることである。電力
スイッチ22は、出力側で蓄積チョーク15を出力端子12と
接続するかまたは入力端子11と接続する。
さらに第１図に示されている実施例では、蓄積チョー
ク15と出力端子12または平滑コンデンサ20との間に常に
電流の流れが生じているのに対し、第２図による実施例
では、蓄積チョーク15と出力端子12または平滑コンデン
サ20の間において電流の流れの中断が生じる。したがっ
て第１図によるダウンコンバータは通電形コンバータと
も呼ばれ、第２図によるアップコンバータは阻止形コン
バータとも呼ばれる。
ク15と出力端子12または平滑コンデンサ20との間に常に
電流の流れが生じているのに対し、第２図による実施例
では、蓄積チョーク15と出力端子12または平滑コンデン
サ20の間において電流の流れの中断が生じる。したがっ
て第１図によるダウンコンバータは通電形コンバータと
も呼ばれ、第２図によるアップコンバータは阻止形コン
バータとも呼ばれる。
本発明によれば、電力スイッチ22の切り換えは蓄積チ
ョーク15に流れる電流に依存して行われ、とられた状態
はタイマ17により定められた時間に依存して保持される
が、このような方式は各実施例において共通のものであ
る。第２図に示されている実施例の場合、電力スイッチ
22のスイッチオン状態は、蓄積チョーク15が入力端子11
と接続されている状態であるとする。
ョーク15に流れる電流に依存して行われ、とられた状態
はタイマ17により定められた時間に依存して保持される
が、このような方式は各実施例において共通のものであ
る。第２図に示されている実施例の場合、電力スイッチ
22のスイッチオン状態は、蓄積チョーク15が入力端子11
と接続されている状態であるとする。
とりわけ有利な別の実施形態によれば、ダウンコンバ
ータとアップコンバータとが組み合わせられる。このよ
うに組み合わせることの利点は、入力端子10,11間に加
わる入力電圧UBが所定の出力電圧UAよりも低くても高く
てもよいことである。第３図には、ダウンコンバータと
アップコンバータとが組み合わせられたこの種の実施例
の詳細な回路図が示されている。
ータとアップコンバータとが組み合わせられる。このよ
うに組み合わせることの利点は、入力端子10,11間に加
わる入力電圧UBが所定の出力電圧UAよりも低くても高く
てもよいことである。第３図には、ダウンコンバータと
アップコンバータとが組み合わせられたこの種の実施例
の詳細な回路図が示されている。
この場合、第１のフリーホイールダイオード14bと接
続されている第１のパワートランジスタ14aは第１図に
示されている電力スイッチ14に対応し、第２のフリーホ
イールダイオード22bと接続されている第２のパワート
ランジスタ22aは第２図に示されている電力スイッチ22
に対応している。両方のコンバータに対し共通に蓄積チ
ョーク15が設けられている。
続されている第１のパワートランジスタ14aは第１図に
示されている電力スイッチ14に対応し、第２のフリーホ
イールダイオード22bと接続されている第２のパワート
ランジスタ22aは第２図に示されている電力スイッチ22
に対応している。両方のコンバータに対し共通に蓄積チ
ョーク15が設けられている。
第３図に示されている回路は実例として、蓄積チョー
ク15に流れる電流が閾値よりも大きくなるとスイッチン
グトランジスタ14a,22aがスイッチオフされる事例に合
わせられている。RC合成回路17a,17bにより実現される
タイマ17により、両方のスイッチングトランジスタ14a,
22aのスイッチオフ期間が定められる。
ク15に流れる電流が閾値よりも大きくなるとスイッチン
グトランジスタ14a,22aがスイッチオフされる事例に合
わせられている。RC合成回路17a,17bにより実現される
タイマ17により、両方のスイッチングトランジスタ14a,
22aのスイッチオフ期間が定められる。
第３図に示されている回路装置は次のように動作す
る： 入力端子10,11間に入力電圧UBが加わりさらに補助電
圧UHが生じた後、両方のスイッチングトランジスタ14a,
22aがまずはじめにスイッチオンされる。電流は第１の
スイッチングトランジスタ14a、蓄積チョーク15、分離
ダイオード30、第２のスイッチングトランジスタ22aな
らびに電流測定抵抗31を介して、入力端子11と等価であ
るアースＭへと流れる。電流が増加するにつれて、電流
測定抵抗31において取り出し可能な電圧が上昇する。電
流増加つまり電流測定抵抗31における電圧上昇は、制御
トランジスタ33が導通するまで継続する。したがって制
御トランジスタ33の制御電圧は、蓄積チョーク15に流れ
る電流に対する尺度としてまえもって与えられるべき閾
値を決定するものである。制御トランジスタ33が導通す
ると第２のトランジスタ22aが遮断され、さらに電流制
限抵抗35を介して第１のスイッチングトランジスタ14a
も遮断される。この場合、蓄積チョーク15に電流が流れ
続ける。この電流は第１のスイッチングトランジスタ14
aから第１のフリーホイールダイオード14bへ転流する。
蓄積チョーク15における電圧は、入力側では第１のフリ
ーホイールダイオード14bによりほとんどアース電位に
なる。これに対し出力側では、蓄積チョーク15における
電位はいっそう高い電位へと跳躍的に変化し、その結
果、第２のフリーホイールダイオード22bが導通して蓄
積チョーク15が出力端子12と接続される。電流は第３図
には詳細には示されていない負荷へ流れるかまたは平滑
コンデンサへ流れ、このコンデンサは図示の実施例で
は、小容量の第１の平滑コンデンサ20aと大容量の第２
の平滑コンデンサ20bとにより構成されている。
る： 入力端子10,11間に入力電圧UBが加わりさらに補助電
圧UHが生じた後、両方のスイッチングトランジスタ14a,
22aがまずはじめにスイッチオンされる。電流は第１の
スイッチングトランジスタ14a、蓄積チョーク15、分離
ダイオード30、第２のスイッチングトランジスタ22aな
らびに電流測定抵抗31を介して、入力端子11と等価であ
るアースＭへと流れる。電流が増加するにつれて、電流
測定抵抗31において取り出し可能な電圧が上昇する。電
流増加つまり電流測定抵抗31における電圧上昇は、制御
トランジスタ33が導通するまで継続する。したがって制
御トランジスタ33の制御電圧は、蓄積チョーク15に流れ
る電流に対する尺度としてまえもって与えられるべき閾
値を決定するものである。制御トランジスタ33が導通す
ると第２のトランジスタ22aが遮断され、さらに電流制
限抵抗35を介して第１のスイッチングトランジスタ14a
も遮断される。この場合、蓄積チョーク15に電流が流れ
続ける。この電流は第１のスイッチングトランジスタ14
aから第１のフリーホイールダイオード14bへ転流する。
蓄積チョーク15における電圧は、入力側では第１のフリ
ーホイールダイオード14bによりほとんどアース電位に
なる。これに対し出力側では、蓄積チョーク15における
電位はいっそう高い電位へと跳躍的に変化し、その結
果、第２のフリーホイールダイオード22bが導通して蓄
積チョーク15が出力端子12と接続される。電流は第３図
には詳細には示されていない負荷へ流れるかまたは平滑
コンデンサへ流れ、このコンデンサは図示の実施例で
は、小容量の第１の平滑コンデンサ20aと大容量の第２
の平滑コンデンサ20bとにより構成されている。
両方のパワートランジスタ14a,22aがスイッチオフさ
れると、電流測定抵抗31に流れる電流はゼロになる。こ
のことで、制御トランジスタ33に対するスイッチング条
件は消失してしまう。このような状況を回避するため、
図示の実施例ではRC合成回路17a,17bとして実現されて
いるタイマ17が設けられている。出力側で蓄積チョーク
15に現れる電圧の跳躍的変化（図示の実施例では正の跳
躍的電圧変化）により、RC合成回路17a,17bを介して制
御トランジスタ33が所定の時間だけさらに導通状態に保
持され続ける。この時間は、RC合成回路17a,17bの時定
数により定められている。コンデンサ17bが充電されて
しまえば、制御トランジスタ33が遮断される。このこと
でスイッチオフ期間が終了し、スイッチオン期間が始ま
る。電流測定抵抗31に現れる電位に依存して制御トラン
ジスタ33の導通に対するスイッチング閾値に再び達した
ときに、１つの周期が完了する。
れると、電流測定抵抗31に流れる電流はゼロになる。こ
のことで、制御トランジスタ33に対するスイッチング条
件は消失してしまう。このような状況を回避するため、
図示の実施例ではRC合成回路17a,17bとして実現されて
いるタイマ17が設けられている。出力側で蓄積チョーク
15に現れる電圧の跳躍的変化（図示の実施例では正の跳
躍的電圧変化）により、RC合成回路17a,17bを介して制
御トランジスタ33が所定の時間だけさらに導通状態に保
持され続ける。この時間は、RC合成回路17a,17bの時定
数により定められている。コンデンサ17bが充電されて
しまえば、制御トランジスタ33が遮断される。このこと
でスイッチオフ期間が終了し、スイッチオン期間が始ま
る。電流測定抵抗31に現れる電位に依存して制御トラン
ジスタ33の導通に対するスイッチング閾値に再び達した
ときに、１つの周期が完了する。
制御トランジスタ33の遮断後、コンデンサ17bは充電
抵抗34を介して充電される。遮断中、コンデンサ17bに
おける電位は負の値に跳躍的に変化する。制御トランジ
スタ33のベース端子における電圧が負にならないように
するために、たとえば−0.5Vよりも小さくならないよう
にするために、保護ダイオード32が設けられており、こ
の保護ダイオードにより負において電圧が問題のない値
にクランプされる。
抵抗34を介して充電される。遮断中、コンデンサ17bに
おける電位は負の値に跳躍的に変化する。制御トランジ
スタ33のベース端子における電圧が負にならないように
するために、たとえば−0.5Vよりも小さくならないよう
にするために、保護ダイオード32が設けられており、こ
の保護ダイオードにより負において電圧が問題のない値
にクランプされる。
ツェナダイオードとして実現される電圧制限素子19に
より、出力端子12,13間で取り出し可能な出力電圧UAが
所定の値に制限される。ツェナダイオード19のブレーク
ダウンにより制御トランジスタ33が導通し、これにより
両方のトランジスタ14a,22aがただちに遮断する。必要
に応じて、制御トランジスタ33のベース端子とツェナダ
イオード19との間に保護抵抗を設けることができ、これ
はたとえば、出力電圧UAが制御トランジスタ33の許容ベ
ース・エミッタ間電圧よりも大きい場合に設けることが
できる。電圧制限素子19は、蓄積チョーク15に流れる電
流とは無関係にパワートランジスタ14a,22aを遮断させ
ることができる。さらにこの電圧制限素子19は、タイマ
17によりまえもって定められている時間とは無関係に、
必要に応じてスイッチオフ期間を延ばすことができる。
電圧制限素子19を用いることで一定の出力電圧UAを供給
できる。電圧制限素子19を用いなくても、限界値がたと
えば負荷21を流れる電流により定められるようにして、
出力電圧UAは所定の限界値内で一定に保持される。電圧
制限素子19がなければ、電流測定抵抗31ならびに比較器
およびスイッチとして働く制御トランジスタ33と関連し
て、制御はもっぱら蓄積チョーク15を流れる電流に基づ
いて行われる。
より、出力端子12,13間で取り出し可能な出力電圧UAが
所定の値に制限される。ツェナダイオード19のブレーク
ダウンにより制御トランジスタ33が導通し、これにより
両方のトランジスタ14a,22aがただちに遮断する。必要
に応じて、制御トランジスタ33のベース端子とツェナダ
イオード19との間に保護抵抗を設けることができ、これ
はたとえば、出力電圧UAが制御トランジスタ33の許容ベ
ース・エミッタ間電圧よりも大きい場合に設けることが
できる。電圧制限素子19は、蓄積チョーク15に流れる電
流とは無関係にパワートランジスタ14a,22aを遮断させ
ることができる。さらにこの電圧制限素子19は、タイマ
17によりまえもって定められている時間とは無関係に、
必要に応じてスイッチオフ期間を延ばすことができる。
電圧制限素子19を用いることで一定の出力電圧UAを供給
できる。電圧制限素子19を用いなくても、限界値がたと
えば負荷21を流れる電流により定められるようにして、
出力電圧UAは所定の限界値内で一定に保持される。電圧
制限素子19がなければ、電流測定抵抗31ならびに比較器
およびスイッチとして働く制御トランジスタ33と関連し
て、制御はもっぱら蓄積チョーク15を流れる電流に基づ
いて行われる。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭62−152367（ＪＰ，Ａ)
実開 平３−2726（ＪＰ，Ｕ)
欧州特許出願公開517493（ＥＰ，Ａ
２)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02M 3/155
Claims (9)
- 【請求項１】蓄積チョーク（15）と、少なくとも１つの
電力スイッチ（14）と、前記蓄積チョーク（15）に流れ
る電流を捕捉するセンサ（18,31）と、捕捉された電流
を所定の閾値と比較する手段（33）とが設けられてお
り、捕捉された電流が閾値を通過すると前記電力スイッ
チ（14,14a,22,22a）がスイッチングされる電圧変換器
において、 タイマ（17,17a,17b）が設けられており、該タイマによ
り前記電力スイッチ（14,14a,22,22a）は、該電力スイ
ッチのスイッチングにより生じる前記蓄積チョーク（1
5）における電圧の跳躍的変化の発生後、前記タイマ（1
7,17a,17b）により定められた期間にわたり目下のスイ
ッチング状態に保持され、 比較手段として制御トランジスタ（33）が設けられてお
り、比較のための閾値は該トランジスタ（33）のスイッ
チオン電圧により与えられることを特徴とする電圧変換
器。 - 【請求項２】捕捉された電流が閾値よりも大きくなると
前記電力スイッチ（14,14a,22,22a）がスイッチオフさ
れ、該電力スイッチ（14,14a,22,22a）は前記タイマ（1
7,17a,17b）により定められた期間にわたりスイッチオ
フ状態にある、請求項１記載の電圧変換器。 - 【請求項３】捕捉された電流が閾値よりも小さくなると
前記電力スイッチ（14,14a,22,22a）がスイッチオンさ
れ、該電力スイッチ（14,14a,22,22a）は前記タイマ（1
7,17a,17b）により定められた期間にわたりスイッチオ
ン状態にある、請求項１記載の電圧変換器。 - 【請求項４】センサとして電流測定抵抗（31）が設けら
れている、請求項１記載の電圧変換器。 - 【請求項５】前記タイマ（17）はRC合成回路（17a,17
b）として実現されている、請求項１記載の電圧変換
器。 - 【請求項６】電圧変換器の出力端子（12）に接続された
電圧制限素子（19）が設けられており、該電圧制限素子
により前記電力スイッチ（14,14a,22,22a）は、電圧が
制限電圧を超えるとスイッチオフ状態に保持される、請
求項１記載の電圧変換器。 - 【請求項７】電圧制限素子（19）としてツェナダイオー
ドが設けられている、請求項６記載の電圧変換器。 - 【請求項８】ダウンコンバータとアップコンバートが組
み合わせられており共通の蓄積チョーク（15）が設けら
れている、請求項１記載の電圧変換器。 - 【請求項９】車両において用いられる、請求項１〜８の
いずれか１項記載の電圧変換器。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4340991A DE4340991A1 (de) | 1993-12-01 | 1993-12-01 | Spannungswandler |
| DE4340991.1 | 1993-12-01 | ||
| PCT/DE1994/001393 WO1995015608A1 (de) | 1993-12-01 | 1994-11-24 | Spannungswandler |
Publications (2)
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|---|---|
| JPH09505977A JPH09505977A (ja) | 1997-06-10 |
| JP3421046B2 true JP3421046B2 (ja) | 2003-06-30 |
Family
ID=6503939
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51533195A Expired - Fee Related JP3421046B2 (ja) | 1993-12-01 | 1994-11-24 | 電圧変換器 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5818205A (ja) |
| EP (1) | EP0737379B1 (ja) |
| JP (1) | JP3421046B2 (ja) |
| KR (1) | KR960706708A (ja) |
| DE (2) | DE4340991A1 (ja) |
| ES (1) | ES2124516T3 (ja) |
| WO (1) | WO1995015608A1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| DE19702654A1 (de) * | 1997-01-25 | 1998-07-30 | Bosch Gmbh Robert | Zeitgeber in einer Schaltungsanordnung zur Wandlung einer Gleichspannung in eine andere Gleichspannung |
| DE10109024B4 (de) * | 2001-02-24 | 2012-02-02 | Automotive Lighting Reutlingen Gmbh | Spannungswandler |
| DE10149738A1 (de) * | 2001-10-09 | 2003-04-30 | Bosch Gmbh Robert | Elektronisches Gerät |
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|---|---|---|---|---|
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| US4964028A (en) * | 1989-10-26 | 1990-10-16 | Plessey Electronic Systems Corp. | Current limited quasi-resonant voltage converting power supply |
| US5057765A (en) * | 1991-02-05 | 1991-10-15 | Allegro Microsystems, Inc. | Current regulation circuit for inductive loads |
| US5073850A (en) * | 1991-06-03 | 1991-12-17 | Motorola, Inc. | Start circuit for a power supply control integrated circuit |
| DE4218852A1 (de) * | 1992-06-09 | 1993-12-16 | Bosch Gmbh Robert | Stromversorgungsschaltung für ein Funkgerät |
| US5506493A (en) * | 1992-11-10 | 1996-04-09 | Motorola, Inc. | Switching regulator and amplifier system |
| KR960016605B1 (ko) * | 1992-11-20 | 1996-12-16 | 마쯔시다 덴꼬 가부시끼가이샤 | 전원 공급 장치 |
| US5457379A (en) * | 1993-10-15 | 1995-10-10 | At&T Ipm Corp. | High efficiency switch mode regulator |
-
1993
- 1993-12-01 DE DE4340991A patent/DE4340991A1/de not_active Ceased
-
1994
- 1994-11-24 KR KR1019960702857A patent/KR960706708A/ko not_active Application Discontinuation
- 1994-11-24 US US08/652,510 patent/US5818205A/en not_active Expired - Fee Related
- 1994-11-24 EP EP95900662A patent/EP0737379B1/de not_active Expired - Lifetime
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- 1994-11-24 ES ES95900662T patent/ES2124516T3/es not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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|---|---|
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| EP0737379A1 (de) | 1996-10-16 |
| WO1995015608A1 (de) | 1995-06-08 |
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| JPH09505977A (ja) | 1997-06-10 |
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