JP4228266B2 - 直流可変電圧電源装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、出力電圧を安定化し、且つノイズ成分を抑圧した直流可変電圧電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直流出力電圧を所定の範囲内で任意に設定可能の直流可変電圧電源装置は、既に各種の構成が知られている。例えば、トランスの一次巻線又は二次巻線のタップ切替えにより、トランスの二次巻線に接続した整流平滑回路からの直流出力電圧を切替える直流可変電圧電源装置が知られている。又トランスの一次巻線にスイッチングトランジスタを接続し、このスイッチングトランジスタのオン期間を制御することにより、直流出力電圧の変更及び安定化を図るスイッチングレギュレータも知られている。
【０００３】
又スイッチングトランジスタに代えて、電力増幅器をトランスの一次巻線に接続し、この電力増幅器にスイッチング制御した制御信号を入力し、制御信号に対応した出力電圧をトランスの一次巻線に印加し、その二次巻線に整流平滑回路を接続して負荷に直流出力電圧を供給する構成の直流出力電源も知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
直流出力電圧を印加する各種の電子回路に於いては、ノイズ成分により誤動作を生じる場合が多いから、直流可変電圧電源装置としても、直流出力電圧にノイズ成分を含まないことが要求される。従って、トランスと整流平滑回路とにより構成された直流可変電圧電源装置の場合、スイッチング部分を含まないことにより、ノイズ成分のない直流出力電圧を電子回路等の負荷に供給することができる。しかし、トランスによる重量及び体積が大きくなる問題がある。
【０００５】
これに対してスイッチングレギュレータは、前述の直流可変電圧電源装置のトランスに比較して数分の１又は数１０分の１に軽量化及び縮小化を図ることができる。しかし、数１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚの周波数でトランスの一次巻線に流れる電流をスイッチングするものであるから、トランスの二次巻線に接続した整流平滑回路によって、スイッチングに伴う高調波成分を除去することは困難である。従って、ノイズ成分により誤動作を生じるような電子回路に対する電源装置としては使用することが困難である問題があった。
【０００６】
本発明は、スイッチング制御によりトランスの小型化を図り、且つ波形整形によりノイズ成分を抑圧した電源装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の直流可変電圧電源装置は、図１を参照して説明すると、交流電圧を整流する整流回路２と、この整流回路２からの直流電圧を入力する電力増幅器３と、スイッチング制御部６からの制御信号により前記電力増幅器３を制御して、この電力増幅器３の出力電圧を一次巻線に印加するトランス４と、このトランス４の二次巻線の誘起電圧を整流平滑化して負荷に直流出力電圧を印加する整流平滑回路５とを含む構成の直流可変電圧電源装置であって、交流電圧を整流する前記整流回路２からの直流電圧をコンデンサＣ１，Ｃ２と抵抗とにより分圧した正負極性の電圧が入力されるスイッチング回路９と、負荷に印加する直流出力電圧と基準電圧とを比較して差分に相当するパルス幅の制御信号を、スイッチング回路９に入力するパルス幅制御回路８とを含むスイッチング制御部６と、このスイッチング制御部６の前記パルス幅制御回路８により制御されてスイッチング回路９から出力される正負極性のパルス電圧を入力し、そのパルス電圧に含まれる高調波成分を抑圧して、前記電力増幅器３の制御信号とする波形整形回路７とを含む構成を備えている。
【０００８】
又交流電圧を整流した直流電圧をコンデンサＣ１，Ｃ２により分圧し、コンデンサＣ１，Ｃ２の両端の電圧をそれぞれ抵抗等を介して正負極性の電源電圧検出信号Ｖｐ，Ｖｍとしてスイッチング制御部６に入力する構成を備えている。又スイッチング制御部６は、直流出力電圧Ｖｄと基準電圧Ｖｒ１との差分に対応したパルス幅で、且つ交流電圧を整流した直流電圧に比例した値の正負極性の制御信号を波形整形回路７に入力する構成を備えることができる。又スイッチング制御部６は、正負極性の電源電圧検出信号Ｖｐ，Ｖｍを交互にスイッチングして波形整形回路７に入力するスイッチング回路９と、このスイッチング回路９のスイッチング制御を行うパルス幅制御回路８とを有する。
【０００９】
又トランスの二次側の整流平滑回路と出力端子との間に接続したトランジスタと、出力端子の直流出力電圧と基準電圧とを比較してトランジスタを制御する比較器とを含むシリーズレギュレータを備え、且つスイッチング制御部は、トランジスタの両端の電圧とパルス幅制御の基準電圧との差分に対応したパルス幅で、正負極性の電源電圧検出信号をスイッチングして波形整形回路に入力する構成を備えることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の形態の説明図であり、１は交流電源、２は整流回路、３は電力増幅器、４はトランス、５は整流平滑回路、６はスイッチング制御部、７は波形整形回路、８はパルス幅制御回路、９はスイッチング回路、Ｃ１，Ｃ２はコンデンサ、Ｖｒ１は基準電圧、Ｖｄは直流出力電圧を示す。
【００１１】
交流電源１の交流電圧を整流回路２によって整流した直流電圧を、電力増幅器３に入力し、この電力増幅器３の出力電圧をトランス４の一次巻線に加える。この電力増幅器３の出力電圧は、波形整形回路７を介した制御信号に従って正負極性の電圧となる。それによって、トランス４の二次巻線に電圧が誘起し、その誘起電圧を整流平滑回路５により整流平滑化し、直流出力電圧Ｖｄとして、図示を省略した電子回路等の負荷に供給する。
【００１２】
この直流出力電圧Ｖｄを安定化する為に、スイッチング制御部６のパルス幅制御回路８に入力する。この場合、直流出力電圧Ｖｄを分圧した電圧を入力する構成とすることも可能である。又パルス幅制御回路８は、既に知られている構成を適用することができるものであり、例えば、スイッチングレギュレータとしてのハーフブリッジ型やセンタータップ型等の２石コンバータ型に対するパルス幅制御回路と同様に、直流出力電圧Ｖｄと基準電圧Ｖｒ１とを比較し、その差分に対応するパルス幅の制御信号ｓｐ，ｓｍを、それぞれ逆位相タイミングで出力する構成を有するものである。
【００１３】
又スイッチング回路９は、バイポーラトランジスタや電界効果トランジスタ等のスイッチング素子により構成し、整流回路２によって整流した直流電圧をコンデンサＣ１，Ｃ２により分圧し、且つ抵抗を介して取り出した正極性の電源電圧検出信号Ｖｐと負極性の電源電圧検出信号Ｖｍとを、スイッチング素子によって交互にスイッチングして、正極性と負極性との矩形波の信号を交互に出力して波形整形回路７に加える。
【００１４】
波形整形回路７は、ローパスフィルタの構成と同様な構成とすることができるものであり、スイッチング回路９による矩形波の信号に含まれる高調波成分を除去して、電力増幅器３の制御信号とする。電力増幅器３は、この制御信号に従った振幅波形の出力電圧をトランス４の一次巻線に加える。この電力増幅器３は、既に知られているように、出力振幅値は、整流回路２の出力電圧に近い値とすることができる。
【００１５】
直流出力電圧Ｖｄが基準電圧Ｖｒ１に比較して低い場合に、パルス幅制御回路８からの制御信号ｓｐ，ｓｍのパルス幅は、例えば、図２の（Ａ）に示す１周期Ｔの１／２となる。それにより、スイッチング回路９から出力される制御信号は、パルス幅ｔ１で正負極性の矩形波の信号となる。そして、波形整形回路７により、矩形波の信号は、点線で示すように、或る程度滑らかな波形となり、電力増幅器３の制御信号として入力される。電力増幅器３は、この制御信号の波形に近似した波形の出力電圧をトランス４の一次巻線に印加することになる。
【００１６】
又直流出力電圧Ｖｄと基準電圧Ｖｒ１との差分が小さい場合、スイッチング回路９からは、例えば、図２の（Ｂ）に示すように、パルス幅ｔ２の正負極性の矩形波の制御信号が出力される。この場合も、波形整形回路７により点線で示すように滑らかな波形となる。即ち、基準電圧Ｖｒ１を調整することにより、直流出力電圧Ｖｄとの差分に対応したパルス幅の制御信号を出力し、電力増幅器３の出力電圧波形を制御して、直流出力電圧Ｖｄを所望の値に設定することができ、その直流出力電圧Ｖｄをスイッチング制御部６にフィードバックして、安定化することができる。
【００１７】
電力増幅器３は、制御信号の波形に比例した波形の出力電圧をトランス４の一次巻線に印加するように動作するから、トランス４の二次巻線には高調波成分を抑圧した波形の電圧が誘起され、整流平滑回路５により整流して平滑化した直流出力電圧Ｖｄには、高調波成分が殆ど含まれないものとなる。従って、電子回路等の誤動作を防止することができる。
【００１８】
スイッチング制御部６に於けるスイッチング周波数は、例えば、２０ｋＨｚ或いはそれ以上とすることができるものであり、商用電源の５０Ｈｚ又は６０Ｈｚに比較して３００〜５００倍以上の周波数とし、又矩形波の立上り及び立下りの部分を滑らかにするように波形整形するもので、トランス４の電力変換効率を低下させることはないから、本発明に於けるトランス４は、商用電源用のトランスに比較して著しく軽量化並びに小型化を図ることができる。そして、トランス４の一次巻線に印加する電力増幅器３の出力電圧に含まれる高調波成分を抑圧することができるから、電子回路の誤動作の原因となるノイズ成分を含まない直流出力電圧Ｖｄを負荷に供給することができる。
【００１９】
図３は本発明の他の実施の形態の要部説明図であり、１４はトランス、１５は整流平滑回路、１６はスイッチング制御部、１８はパルス幅制御回路、２１はトランジスタ、２２は比較器、Ｖｒ２はパルス幅制御の基準電圧、Ｖｒ３は直流出力電圧Ｖｄ用の基準電圧を示す。なお、トランス１４の一次側の電力増幅器や波形整形回路等は図示を省略している。又整流平滑回路１５は、全波整流接続したダイオードと、チョークコイルと、コンデンサとを含む構成の場合を示しているが、同期整流回路等の他の構成を適用することも可能である。
【００２０】
この実施の形態は、トランジスタ２１と比較器２２とからなるシリーズレギュレータを、整流平滑回路１５と出力端子との間に設けた場合を示し、且つシリーズレギュレータのトランジスタ２１の両端の電圧をスイッチング制御部１６のパルス幅制御回路１８に入力して、パルス幅制御の基準電圧Ｖｒ２と比較し、その差分に対応したパルス幅の制御信号を出力して、前述のスイッチング回路９（図１参照）を制御する。それにより、トランジスタ２１の両端の電圧を一定化し、直流出力電圧Ｖｄを、シリーズレギュレータの機能により一定化する。
【００２１】
即ち、トランス１４の一次側に相当するスイッチング制御部１６は、シリーズレギュレータのトランジスタ２１の両端の電圧を一定化するように、パルス幅制御回路１８からの制御信号を図示を省略したスイッチング回路に入力し、直流出力電圧Ｖｄの変動は、比較器２２により検出してトランジスタ２１を制御するシリーズレギュレータの機能によって抑圧することができる。この場合のシリーズレギュレータの高速応答特性により、直流出力電圧Ｖｄの安定化を図ることができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、交流電源１の交流電圧を整流した直流電圧を電力増幅器３に入力し、スイッチング制御部６からの制御信号により電力増幅器３を制御して、電力増幅器３の出力電圧をトランス４の一次巻線に印加して、その二次巻線の誘起電圧を整流平滑回路５により整流して平滑化して電子回路等の負荷に印加する直流出力電圧Ｖｄとし、スイッチング制御部６からの矩形波の制御信号の高調波成分を抑圧して電力増幅器３の制御信号とする波形整形回路７を備えており、パルス幅制御回路８からの制御信号ｓｐ，ｓｍによりスイッチング回路９を制御して、矩形波の制御信号を出力し、その矩形波の制御信号を波形整形回路７により高調波成分を抑圧した波形として電力増幅器３に入力するから、その出力電圧にも高調波成分を含まないものとなり、従って、トランス４の二次巻線にも高調波成分を含まない電圧が誘起され、整流平滑回路５により整流して平滑化した直流出力電圧Ｖｄには高調波成分を含まないので、負荷の電子回路の誤動作を防止することができる。又商用電源の周波数を高い周波数としてトランス４の一次巻線に印加することにより、トランス４の小型且つ軽量化を図ることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の説明図である。
【図２】波形整形回路の動作説明図である。
【図３】本発明の他の実施の形態の要部説明図である。
【符号の説明】
１ 交流電源
２ 整流回路
３ 電力増幅器
４ トランス
５ 整流平滑回路
６ スイッチング制御部
７ 波形整形回路
８ パルス制御回路
９ スイッチング回路
Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ
Ｖｄ 直流出力電圧
Ｖｒ１ 基準電圧

Claims (1)

1. 交流電圧を整流する整流回路と、該整流回路からの直流電圧を入力する電力増幅器と、スイッチング制御部からの制御信号により前記電力増幅器を制御して、該電力増幅器の出力電圧を一次巻線に印加するトランスと、該トランスの二次巻線の誘起電圧を整流平滑化して負荷に直流出力電圧を印加する整流平滑回路とを含む構成の直流可変電圧電源装置に於いて、
   前記交流電圧を整流する前記整流回路からの直流電圧をコンデンサと抵抗とにより分圧した正負極性の電圧が入力されるスイッチング回路と、前記負荷に印加する直流出力電圧と基準電圧とを比較して差分に相当するパルス幅の制御信号を前記スイッチング回路に入力するパルス幅制御回路とを含むスイッチング制御部と、
   該スイッチング制御部の前記パルス幅制御回路により制御されて前記スイッチング回路から出力される正負極性のパルス電圧を入力し、該パルス電圧に含まれる高調波成分を抑圧して前記電力増幅器の制御信号とする波形整形回路と
   を含む構成を備えたことを特徴とする直流可変電圧電源装置。

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