JP3742105B2 - 電源電圧スイッチング装置 - Google Patents

Description

技術の分野
本発明は、負荷の変動する電圧需要に応答して異なる電源電圧間に負荷を自動的にスイッチする装置に関する。
発明の背景
二線式回線に給電しようとする加入者回路（ＳＬＩＣ）は、線間電圧ばかりでなく線電流を回線負荷の関数にする給電特性を有する。
線路を開くとき、線路はその電流が零になると同時に最大電圧を供給される。ＳＬＩＣが機能するためには、ＳＬＩＣは、必要とする線間電圧よりいくらか高い電源電圧と接続を取らなければならない。
線路を閉じるとき、すなわち、線路を負荷するとき、線路の抵抗と負荷の抵抗との和に従って線間電圧は上昇しかつ線電流は減少する。
電源電圧と線間電圧との間の差は、線路電流が流れるＳＬＩＣに印加される。これより、電力がＳＬＩＣ内で消散する。
ＳＬＩＣ内の電力消散は、短い線路に対して、すなわち、線路と負荷の低い総合抵抗に対して最も高くなる。
多くの場合、ＳＬＩＣ内の電力消散は許容される。或る場合には、最大電力損失を低く維持するためにＤＣ−ＤＣコンバータを各線路内に利用することができる。その際、それぞれのコンバータからの出力電圧を、現在の線路負荷に適合させるために、連続的に制御する。しかしながら、このようなコンバータの利用は、干渉放射及び甚だしい回路複雑性と云う形のいくつかの欠点を生じる。
複数の異なる電源電圧に接続を取ることによって、ＳＬＩＣ内の電力損失を、しばらくの間最低妥当な絶対値を有する電源電圧にスイッチすることを通して、減少させることができる。
適当な電源電圧を印加するためにスイッチを利用することは、知られている。しかしながら、このような解決は、異なる電圧間のスイッチングに対する識別レベルがこれらのスイッチが始終単に往たり来たりスイッチ動作すると云う状況に陥らないように或るヒステリシスを持つことを必要とする。更に、異なる電圧間のスイッチングはＳＬＩＣの励振増幅器への電源電圧の階段状変化を起こさせ、これが擾乱を引き起こす。
発明の簡単な説明
本発明の目的は、上に挙げた欠点を生ぜず、かつ変動する電圧需要を有する負荷内の電力損失を最少にする電源電圧スイッチング装置を提供することにある。
これは、負荷の変動する電圧需要に応答して異なる電源電圧間にこの負荷を自動的にスイッチする本発明による装置によって、主として、次において達成される。すなわち、この装置はいくつかのアナログ直列調整器を含み、これらの直列調整器の電源電圧接続端子が前記電源電圧の個々の１つに接続されることになっており、これらの直列調整器の出力端子がこの負荷への又はこの負荷からの電流を１つのかつ同じ方向に個別に導通させるためにこの負荷に接続されることになっており、及びこれらの直列調整器の基準電圧入力端子がこの負荷の電圧需要に応答して個別基準電圧を次のような仕方で供給されることになっている。すなわち、大きな絶対値の電源電圧に接続された直列調整器が小さい絶対値の電源電圧に接続された直列調整器よりも小さい絶対値の基準電圧を供給されるように適合しており、これによって、その出力端子に、小さい絶対値の電源電圧に接続された直列調整器が出力しようとする出力電圧よりも小さい絶対値の出力電圧を出力しようとする。
【図面の簡単な説明】
本発明を添付図面と関連して下に更に詳細に説明する。添付図面において、単一図面は、概略的に表示されたＳＬＩＣの形をした負荷の下での本発明による装置の実施例を示すブロック図である。
好適実施例
この図において、１は、負荷の変動する電圧需要に応答して所定数の異なる電源電圧間にこの負荷を自動的にスイッチする装置を全体的に指示する。
図示の実施例では、負荷は概略的に図解されたＳＬＩＣ２含み、このＳＬＩＣは、他端で加入者端末Ｌに接続されている２つの電線Ａ及びＢを有する加入者線に給電する２つの出力増幅器３及び４を有する。
ＳＬＩＣ２は、本発明によれば接地Ｇとスイッチング装置１との間に接続される。
図示の実施例では、スイッチング装置１は、３つのアナログ直列調整器５、６、７を含むが、破線によって表示されているように、３つより多くあってもよい。指摘すべき点は、もちろん３つより少なくてもまたよいと云うことである。直列調整器５、６、７の出力端子は、ＳＬＩＣ２に接続され、かつＳＬＩＣ２への又はこれへの電流を１つのかつ同じ方向へ個別に導通させるために適合している。この機能は、図示の実施例では、それぞれ、ダイオード８、９、１０によって表されている。
各直列調整器５、６、７は、それぞれ、個別電源電圧ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３に接続される、それぞれ、電源電圧接続端子１１、１２、１３を有する。
ＶＢ３は、最大絶対値を有する電源電圧である。この実施例では、ＶＢ３は、−４８Ｖ、すなわち、電池電圧に等しいと仮定する。電源電圧ＶＢ２、ＶＢ１の絶対値は、この場合、電源電圧ＶＢ３より所定のように低く、例えば、それぞれ−３０Ｖ及び−１５Ｖである。
更に、各直列調整器５、６、及び７は、この実施例では、ＳＬＩＣ２の負電圧の需要に応答して、それぞれ、個別負基準電圧ＶＲ１、ＶＲ２、ＶＲ３を供給される、それぞれ、基準電圧入力端子１４、１５、１６を有する。
図示の実施例では、ＶＲ３は所望の負ＳＬＩＣ電圧に相当するのに対して、基準電圧ＶＲ２及びＶＲ１は絶対値がＶＲ３より所定のように大きい電圧に相当する、例えば、この図の電池セルによって概略的に示されたように、ＶＲ２＝ＶＲ３−０．５Ｖ及びＶＲ１＝ＶＲ３−１．０Ｖである。それゆえ、負電圧を使用するこの実施例では、ＶＲ２はＶＲ３よりも更に負であるのに対して、ＶＲ１はＶＲ３及びＶＲ２の両方よりも更に負である。
それゆえ、この発明によれば、大きな絶対値の電源電圧に接続された直列調整器は、小さい絶対値の電源電圧に接続された直列調整器よりも小さい絶対値の基準電圧を供給される。
図示の実施例では、最大絶対値を有する電源電圧ＶＢ３に接続されている直列調整器７は、その出力端子上に、他の直列調整器５及び６が出力しようとする出力電圧よりも低い絶対値を有する、ＳＬＩＣ２への出力電圧を出力しようとする。次に最大の絶対値を有する電源電圧ＶＢ２に接続されている直列調整器６は、その出力端子上に、絶対値が他の直列調整器５及び７が出力しようとする出力電圧の次に最少の、ＳＬＩＣ２への出力電圧を出力しようとする。相当する仕方で、この実施例では、電源電圧ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３のうちで最低絶対値を有する電源電圧ＶＢ１に接続されている直列調整器５は、その出力端子上に、絶対値が他の直列調整器６及び７が出力しようとする出力電圧より大きい、ＳＬＩＣ２への出力電圧を出力しようとする。
この関係で注意を要すのは、直列調整器は、もちろん、その出力端子上に、その電源電圧接続端子に印加される電源電圧を超える電圧を出力することはできないと云うことである。
それゆえ、下の例から明らかなように、ＳＬＩＣ２の出力増幅器は、本発明によるスイッチング装置１によって異なる電源電圧ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３を供給される。図示の実施例におけるＳＬＩＣ２からの電流は、最低妥当絶対値を有する電源電圧へ自動的に流れる。これによって、ＳＬＩＣ２内の電力損失が最少にされる。
それゆえ、ＳＬＩＣ２からの電流は、各出力電圧毎に最低電力損失を与える直列整流器を通して流れるように、直列調整器５、６、７間で転換する。
下の例から明らかなように、１つの直列調整器から他の直列調整器へ転送するとき、両直列調整器が同時に導通する狭い電圧範囲がある。これによって、連続転送が達せられ、その結果、実用上、擾乱が現れない。
本発明によれば、スイッチング装置１からＳＬＩＣ２への出力電圧は、クランプダイオード１７によって、絶対値が電源電圧ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３より低い選択された電圧ＶＢ４へクランプされることがある。もしＳＬＩＣ２に掛かる電圧の所望値、すなわち、基準電圧ＶＲ３が電圧ＶＢ４より低いならば、ＳＬＩＣ２からの電流がクランプダイオード１７を流れかつＳＬＩＣ２への入力電圧がクランプされる、すなわち、ＶＢ４へロックされる。
この関係で、指摘すべき点は、本発明による電源電圧スイッチング装置は、その最も簡単な形（図示されていない）で、１つの直列調整器及びクランプダイオードしか含まないと云うことである。その場合、２つだけの電源電圧がＳＬＩＣへスイッチされることになるであろう。
スイッチング装置１の機能を、ＳＬＩＣ２の４つの異なる電圧需要と関連して下に更に詳細に説明する。
上のように、ＶＢ３＝−４８Ｖ、ＶＢ２＝−３０Ｖ及びＶＢ１＝−１５Ｖと仮定する。
上に述べたように、電源電圧ＶＢ４の絶対値は、電源電圧ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３の絶対値より低い。この観点から、ＶＢ４＝−１０Ｖと仮定する。
上からまた明らかなように、この実施例では、基準電圧ＶＲ３がＳＬＩＣ２の電圧需要の所望値に等しいのに対して、基準電圧ＶＲ２＝ＶＲ３−０．５Ｖ及びＶＲ１＝ＶＲ３−１．０Ｖである。
例１）。ＳＬＩＣ２の電圧需要を−８Ｖ、すなわち、ＶＲ３＝−８Ｖと仮定する。
結果として、上に従って、ＶＲ２＝−８．５Ｖ及びＶＲ１＝−９Ｖである。
したがって、直列調整器７、６、５の出力端子上の、すなわち、それぞれ、ダイオード１０、９、８の陰極上の電圧は、それぞれ、−８Ｖ、−８．５Ｖ、−９Ｖである。
クランプダイオード１７の陰極上の電圧は、一定で、ＶＢ４、すなわち、−１０Ｖである。
この例では、クランプダイオード１７は、その陰極が最低電圧にあり、ダイオード８、９、１０の全てが逆バイアスされると同時に順バイアスされる。それゆえ、スイッチング装置１とクランプダイオード１７の陽極とＳＬＩＣ２との間の相互接続点の電圧は−１０Ｖであり、その結果、ＳＬＩＣ２からの電流は順バイアスされたクランプダイオード１７を通ってＶＢ４へ流れる。それゆえ、直列調整器５、６、７のどれもがなんら電流を導通しない。
この例では、ＳＬＩＣ２に掛かる電圧は１０Ｖである。もしスイッチング装置１もクランプダイオード１７も存在しなかっとすれば、ＳＬＩＣ２への電源電圧は−４８Ｖになっており、その結果、ＳＬＩＣ２の両端間の電圧降下は４８Ｖになっているであろう、これは、もちろん、ＳＬＩＣ２内に遥かに高い電力損失を起こしたであろう。
例２）。ＳＬＩＣ２の電圧需要が−１２Ｖ、すなわち、ＶＲ３＝−１２Ｖへ変化すると仮定する。
結果として、上に従って、ＶＲ２＝−１２．５Ｖ及びＶＲ１＝−１３Ｖである。
したがって、直列調整器７、６、５の出力端子上の、すなわち、それぞれ、ダイオード１０、９、８の陰極上の電圧は、それぞれ−１２Ｖ、−１２．５Ｖ、−１３Ｖである。
クランプダイオード１７の陰極上の電圧は、依然一定で、−１０Ｖである。
最低電圧がいまやダイオード８の陰極に印加され、このダイオードは、その結果、ダイオード１７、９、１０の全てが逆バイアスになると同時に順バイアスになる。したがって、スイッチング装置１とクランプダイオード１７の陽極とＳＬＩＣ２との間の相互接続点の電圧は−１３Ｖであり、その結果、ＳＬＩＣ２からの電流がダイオード８を通ってＶＢ１へ流れる。
それゆえ、この場合、単一直列調整器、すなわち、直列調整器５が電流を導通する。
それゆえ、−８Ｖから−１２Ｖへ変化した電圧需要によって、電源電圧供給は、ＶＢ４からＶＢ１へシフトする。
この例では、ＳＬＩＣ２の両端間の電圧降下が１３Ｖであるのに対して、直列調整器５の両端間の電圧降下は２Ｖである。
また、この場合、ＳＬＩＣ２からの電流は、最低妥当絶対値を有する電源電圧、すなわち、ＶＢ１＝−１５Ｖへ流れる。
例３）。ＳＬＩＣ２の電圧需要が−１４．５Ｖ、すなわち、ＶＲ３＝−１４．５Ｖになると仮定する。
結果として、ＶＲ２＝−１５Ｖ及びＶＲ１＝−１５．５Ｖである。
したがって、直列調整器７及び６の出力端子上の、すなわち、ダイオード１０及び９の陰極上の電圧は、それぞれ、−１４．５Ｖ及び−１５Ｖであるのに対して、その出力端子上に−１５．５Ｖを出力しようとする直列調整器５は、−１５Ｖ、すなわち、電源電圧ＶＢ１より多く出力することができない。それゆえ、ダイオード８の陰極上の電圧は−１５Ｖ、すなわち、ダイオード９の陰極上と同じ電圧である。
クランプダイオード１７の陰極上の電圧は、依然一定で、−１０Ｖである。
ダイオード８及び９の陰極がいまや共に最低電圧にあり、その結果、これらのダイオードは、ダイオード１７及び１０が共に逆バイアスになると同時に順バイアスになる。
それゆえ、スイッチング装置１とクランプダイオード１７の陽極とＳＬＩＣ２との間の相互接続点の電圧は、−１５Ｖである。
その結果、この場合、ＳＬＩＣ２からの電流がダイオード８と９との間で分流され、ＶＢ１とＶＢ２の両方へ流れる。
それゆえ、この例では、両直列調整器８及び９が電流を導通する。
電圧需要の−１２Ｖから−１４．５Ｖへの変化によって、電源電圧供給は、ＶＢ１からＶＢ１＋ＶＢ２へシフトする。
例４）。ＳＬＩＣ２の電圧需要が−３５Ｖ、すなわち、ＶＲ３＝−３５Ｖになると仮定する。
結果として、ＶＲ２＝−３５．５Ｖ及びＶＲ１＝−３６Ｖである。
直列調整器７の出力端子上の、すなわち、ダイオード１０の陰極上の電圧は、−３５Ｖである。
直列調整器６は、その出力端子上に、すなわち、ダイオード９の陰極上に−３５．５Ｖを出力しようとするが、しかし−３０Ｖ、すなわち、ＶＢ２より多く出力することはできず、その結果、ダイオード９の陰極上の電圧は−３０Ｖである。
直列調整器５は、その出力端子上に、すなわち、ダイオード８の陰極上に−３６Ｖを出力するが、しかし−１５Ｖ、すなわち、ＶＢ１より多く出力することはできず、その結果、ダイオード８の陰極上の電圧は−１５Ｖである。
クランプダイオード１７の陰極上の電圧は、依然一定で、−１０Ｖである。
それゆえ、この例では、ダイオード１０は、その陰極が最低電圧にあり、ダイオード１７、８、９が全てが逆バイアスになると同時に順バイアスされる。したがって、スイッチング装置１とクランプダイオード１７の陽極とＳＬＩＣ２との間の相互接続点の電圧は−３５Ｖであり、かつＳＬＩＣ２からの電流がダイオード１０を通りＶＢ３へ流れる。
それゆえ、直列調整器７だけがＳＬＩＣ２からの電流を導通する。
この例ではＳＬＩＣ２の両端間の電圧降下が３５Ｖであるのに対して、直列調整器７の両端間の電圧降下は１３Ｖである。
それゆえ、電圧需要の−１４．５Ｖから−３５Ｖへの変化が、電源電圧供給をＶＢ１＋ＶＢ２からＶＢ３へシフトする。
上の例から明らかなように、ＳＬＩＣ２内の電力損失は、−４８Ｖの電源電圧がＳＬＩＣ２に一定して印加される場合に比べて、本発明によるスイッチング装置によって相当に減少させられる。
この技術のいかなる習熟者にも明らかであるのは、たとえ本発明による装置が負電源電圧を要求する負荷に関して説明されたとしても、この装置が正電源電圧すなわち、負荷へ流れる電流を要求する負荷に対しても同様に充分機能することである。このような場合、基準電圧ＶＲ３は、もちろん、正であろう、かつ基準電圧ＶＲ２及びＶＲ１は、例えば、ＶＲ３＋０．５Ｖ及びＶＲ３＋１．０Ｖに、それぞれ、等しいであろう。

Claims (11)

1. 負荷（２）の変動する電圧需要に応答して異なる電源電圧（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３）間で前記負荷（２）を自動的にスイッチする装置（１）であって、いくつかのアナログ直列調整器（５、６、７）を含み、前記直列調整器（５、６、７）の電源電圧接続端子（１１、１２、１３）が前記電源電圧（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３）の個々の１つに接続されることになっており、前記直列調整器の出力端子が前記負荷（２）への又は前記負荷（２）からの電流を１つのかつ同じ方向に個別に導通させるために前記負荷（２）に接続されることになっており、及び前記直列調整器の基準電圧入力端子（１４、１５、１６）が前記負荷（２）の電圧需要に応答して個別基準電圧（ＶＲ１、ＶＲ２、ＶＲ３）を次のような仕方で供給されることになっていること、すなわち、所定の大きさの絶対値の電源電圧に接続された直列調整器が、前記所定の大きさの絶対値よりも小さい絶対値の電源電圧に接続された直列調整器に供給される所定の大きさの絶対値の基準電圧よりも小さい絶対値の基準電圧を供給されるように適合しており、これによって、直列調整器の出力端子に、前記所定の大きさの絶対値の電源電圧よりも小さい絶対値の電源電圧に接続された直列調整器が出力しようとする出力電圧よりも小さい絶対値の出力電圧を出力しようとすることを特徴とする装置。
2. 請求の範囲第１項による装置であって、最大絶対値の電源電圧（ＶＢ３）に接続された直列調整器（７）が前記負荷（２）の電圧需要の所望値に相当する基準電圧（ＶＲ３）を供給されるように適合していることを特徴とする装置。
3. 少なくとも２つの電源電圧に対する請求の範囲第１項又は第２項による装置であって、前記直列調整器（５、６、７）の数が前記電源電圧（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３）の数と同じであることを特徴とする装置。
4. 請求の範囲第１項又は第２項による装置であって、前記直列調整器（５、６、７）の数が前記電源電圧（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３、ＶＢ４）の数より１つ少ないことを特徴とする装置。
5. 請求の範囲第４項による装置であって、電圧クランプ（１７）が前記負荷（２）と最低絶対値を有する電源電圧（ＶＢ４）との間に接続されるように、かつ前記負荷（２）への又は前記負荷（２）からの電流を前記直列調整器（５、６、７）と同じ方向に導通させるために適合していることを特徴とする装置。
6. 請求の範囲第５項による装置であって、前記電圧クランプ（１７）がクランプダイオードであることを特徴とする装置。
7. 負荷（２）の変動する電圧需要に応答して少なくとも４つの電源電圧（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３、ＶＢ４）間で前記負荷（２）を自動的に切換える装置（１）において、
   前記負荷（２）の電圧需要が最小絶対値（ＶＢ４）よりも低いとき、前記負荷（２）に対して電流を伝導するために、前記負荷（２）と電源電圧（ＶＢ４）間に接続される電圧クランプ（１７）を有し、
   前記電源電圧（ＶＢ４）の絶対値より高い絶対値（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３）を有する電源電圧に接続される電源電圧接続端子（１１、１２、１３）と、前記負荷（２）の電圧需要に応じて基準電圧（ＶＲ１，ＶＲ２，ＶＲ３）が供給される基準電圧入力端子（１４，１５，１６）と、前記負荷（２）の電圧需要が前記最小絶対値（ＶＢ４）よりも高いときに前記電圧クランプ（１７）と同じ方向に前記負荷に対して電流を伝導するように前記負荷（２）に接続される出力端子と、をもつ少なくとも１つのアナログ直列調整器（５，６，７）を有することを特徴とする装置。
8. 少なくとも２つのアナログ直列調整器（５，６，７）を有し、該アナログ直列調整器の前記電源電圧接続端子（１１，１２，１３）は前記電源電圧（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３）のそれぞれに個別に接続され、前記アナログ直列調整器の出力端子は前記負荷（２）に対して一方向または他方向に電流を個別に伝導するように前記負荷（２）に接続され、かつ前記アナログ直列調整器の基準電圧入力端子（１４，１５，１６）には前記負荷（２）の電圧需要に応じて個別基準電圧（ＶＲ１、ＶＲ２、ＶＲ３）が供給され、前記電源電圧（ＶＢ４）の絶対値より大きい絶対値を有する電源電圧に接続された直列調整器が、前記電源電圧（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３）の絶対値より小さい絶対値を有する電源電圧に接続された直列調整器よりもより小さい絶対値を有する基準電圧が供給されるのに適合し、これによって、前記電源電圧（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３）の絶対値より小さい絶対値を有する電源電圧に接続された直列調整器が出力しようとする、出力電圧よりも小さい絶対値を有する出力電圧を前記直列調整器の出力端子に出力しようとすることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 最大絶対値の電源電圧（ＶＢ３）に接続された前記直列調整器（７）は前記負荷（２）の電圧需要の所望値に対応する基準電圧（ＶＲ３）を供給するように適合していることを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 前記電圧クランプ（１７）はクランプダイオードであることを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載の装置。
11. 前記電圧クランプはさらなる直列調整器であることを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載の装置。

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