JP4404514B2 - 交流電圧を直流電圧に変換するための回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも一の消費体に対して直流電圧に交流電圧を変換するための回路であって、交流電圧を供給するための２つの外部端子と、上記２つの外部端子に接続線を介して接続される２つの入力を有し、少なくとも一の消費体にこれを結合するための外部端子を備えた２つの出力線を含む整流器モジュールと、上記外部端子及び上記整流器モジュール間の上記接続線のうちの一の接続線に配列された少なくとも１つの誘導コイルとを含む、回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多くの電気若しくは電子デバイスは、その動作のために直流電圧を必要とし、この直流電圧は、電源の交流電圧から利用可能に提供されるか、若しくは、電源の交流電圧から生成される。テレビジョンセット（ＴＶ）が、かかる末端のデバイスに代わって言及される。かかるデバイスに実装される直流電圧に交流電圧を変換する回路は、その変換動作に関する、特にネットワーク高調波の残りの部分に関するある一定の要求を満足する。かかる要求は、より詳細には、特にＣＥＩ／ＩＥＣ６１０００−３−２、第２版、２０００−９８が言及される、７５Ｗを超える電力消費を有する末端デバイスにより２００１年からヨーロッパにおいて満足されるべき標準規格の対象事項、から知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記品質規格に準拠することを保証するために、多様な最適な電力範囲により多様な可能性がある。積極的な解決手段は、約５００Ｗ及びそれ以上の大きな電力に対するものが主流である。他方、より小さい電力の範囲においては、しばしば５０Ｈｚコイルが見出される。これらは、比較的安価であるが、比較的大型で重量を有する。この大きさ若しくはこの集中容積は、印刷回路基板上の使用可能な領域の問題点、若しくは、製造したデバイスの耐衝撃性の問題点をそれぞれ招く。
【０００４】
上記問題点は、特に、一以上のスイッチング電源（switched-mode power supply）を含むアプリケーションにおいて発生する。この例は、第２の電源が待機時の動作に必要とされ、通常の動作時に論理回路ＩＣに電力が供給される、現代のＴＶセットによって形成される。
【０００５】
この背景に対して、本発明の目的は、少なくとも１の消費体用の直流電圧に交流電圧を変換する回路であって、限られた必要な空間及び費用により十分な変換の品質を保証する、２つのスイッチング電源を有するアプリケーションに特に適した回路を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的は、請求項１の特徴を有する回路によって達成される。効果的な実施例は、従属形式の各請求項に言及される。
【０００７】
少なくとも一の消費体に対して直流電圧に交流電圧を変換するための本回路は、次の構成要素、即ち（ａ）外部の交流電圧源の電極が接続可能な２つの外部端子と、（ｂ）上記外部端子のそれぞれの外部端子に接続される２つの入力を有し、接続線を介して少なくとも一の消費体が接続可能な２つの出力線を有する構造の整流器モジュールと、（ｃ）上記外部端子を上記整流器モジュールに接続する上記接続線のうちの一の接続線に配列された少なくとも１つの誘導コイルとを含む。誘導コイルは、充電電流を均一化すること、若しくは充電電流の高調波部を低減することを目的とする。
【０００８】
本回路は、少なくとも第２の整流器モジュールが、上記外部端子のそれぞれに、誘導コイルが上記関連した接続線に配列されることなく、接続される２つの入力を有して存在することを特徴とする。更に、上記整流器モジュールは、少なくとも一の消費体に接続するための２つの出力線を有する。各々のドライブを備えたスイッチング電源は、この目的のために配列され、少なくとも略正弦波の電流を有する。これは、入力電流が小さな高調波部を有することを意味する。ＡＣ／ＤＣコンバータ若しくはＰＦＣ（Power Factor Correction circuit）とも呼ばれるこの電源は、文献（compare Siemens “Schaltnetzteile” W.Hirschmann, A.Hauenstein, 1990, ISBN 3-8009-1550-2, chapters 6.1 to 6.3）から知られる。
【０００９】
本発明により回路において、交流電圧として外部から供給される電力は、２つの独立した入力経路により導かれる。１の経路は、第１の整流器モジュールを介して通じる。この経路は、充電回路の高調波部の誘導を実行するため誘導コイルを公知の態様で含む。更に、本発明によると、第２の入力経路は、第２の整流器モジュールを介してオープンされる。第１の入力経路の結果のレリーフ（consequent relief）は、全体の電力消費が同一にとどまるとき、必要な誘導率がより小さく選択できるので、この経路のより小さな誘導コイルを配列するために使用されてよい。このようにして、印刷基板回路の限られたスペースしかないときにも使用できる劇的に減少された大きさの誘導コイルを使用することが可能となり、デバイスの耐衝撃性の問題点を回避するが可能となる。更に、本発明による回路により発生する、交流電圧源からの電力消費のパターンは、有利な態様で修正され、標準規定が低減されたコストで簡易に満足される。
【００１０】
基本的には、異なる配置がスイッチング電源に対して使用できるが、この電源は、好ましくは、正弦波電流で作動できるように配列される。この目的のため、好ましくは、アップコンバータ（ブーストコンバータ若しくはフォーワードゲインコントローラ）及び／又はフライコンバータは、多くの他の配置とは逆に、アップコンバータ及びフライコンバータは、“通常”の方法で駆動されるとき純粋な正弦波入力電流を生成できる。
【００１１】
代替として、スイッチング電源（例えば、アップコンバータ若しくはフライコンバータ）は、純粋な正弦波入力電流を生成しないように作動できるが、外部端子からタップされた入力電流が可能な限り長時間正弦波に保たれるように充電パルスを使用できる。
【００１２】
本発明による回路は、改善された出力信号を得るため、種々の方法で実行されてよい。例えば、第１の整流器モジュールＧｍの２つの出力線は、平滑化キャパシタを介して互いに結合されてよい。この平滑化キャパシタは、主力電圧に於ける、より高い周波数の抑制を提供する。
【００１３】
スイッチング電源（例えば、アップコンバータ若しくはフライコンバータ）の出力キャパシタを介する結合は、第２の出力経路で生じる。
【００１４】
本発明のこれら及び他の局面は、以下説明される実施例を参照して、非限定的な例により、明らかになり、且つ、解明されるだろう。
【００１５】
【発明の実施の形態】
交流電源回路から電子端末デバイスに電力を供給するための直流電圧の生成は、直流電圧への交流電圧の変換に関するある一定の最小限の要求を満足することになる。７５Ｗ以上を消費する消費体に対して、これらの要求値は、例えば意図する標準規格“ＣＥＩ／ＩＥＣ６１０００−３−２、第２版、２０００−９８”に表わされている。この標準規格を満足する多様な方法は、可能な限り正確な正弦波入力を発生することに関する。一方、かかる正弦波形は、標準規格によって絶対的に規定されていない。
【００１６】
品質規格を満足する、広範に使用される方法は、入力電流を平滑化するいわゆる５０Ｈｚコイルによる積極的な解決策を含む。しかし、このとき、高い誘導率が、例えばＣＥＩ／ＩＥＣ６１０００−３−２、第２版、２０００−９８を満足するために必要とされる。各々のコイルは、従って非常に大型で重くなり、印刷基板回路に実装するときや、デバイスの衝撃試験中においても問題点を引き起こす。本発明は、可能な限りより小型のコイルの使用すると同時に、変換に対する品質規定を満足する、利用可能な回路を提供する。
【００１７】
図１は、２の消費体Ｒｍ，Ｒａに、交流電圧源からの変換の結果である直流電圧を供給するための現時点での最先端技術による回路を示す。この回路は、２の消費体Ｒｍ，Ｒａが整流器モジュールＧの出力回路に並列で接続された回路に対応する。
【００１８】
図２は、消費体ＲＬに直流電圧を供給する公知回路の更なる詳細図である。電力は、交流電圧源から取られ、制御されていない若しくは変動する（リップルが生じた）直流電圧に、整流回路Ｇによって変換される。交流電圧は、回路の外部端子ＥＡへの整流回路Ｇからの一の接続線若しくは両接続線は、平滑化目的の５０Ｈｚコイル５０を含む。直流電圧は、整流回路Ｇの出力端子“＋”“−”から消費体ＲＬによりタップをつけることができる。これら端子への２つの出力線は、平滑化キャパシタＣを介して接続される。さらに、出力線は、しばしば、電源投入時の電流（switch-on current）の制限を達成するため抵抗Ｒを含む。
【００１９】
図１若しくは図２に示す回路から生まれる電力消費の曲線が、それぞれ図３に示される。図３において、上記回路は、例えば次のパラメータに基づいている。Ｒ＝１．５Ｏｈｍｓ、Ｌ５０=−３２ｍＨ、Ｃ＝２２μＦ、Ｕｉｎ＝２３０Ｖ、ｆ＝５０Ｈｚ、Ｐ０＝１４５Ｗ。
【００２０】
図４は、２の消費体Ｒｍ，Ｒａに電力を供給する本発明による回路を示す。この回路には、エネルギーを外部端子ＥＡにある交流電圧（電源供給）から引き出すための２つの異なる経路が存在する。第１の経路は、第１の増幅モジュールＧｍ（ｍは、“メイン（主）”）を通過し、第２の整流器モジュールＧａ（ａは、“サブ（副）”）を通る。第１の整流器モジュールＧｍの入力側の第１の経路のみが、５０ＨｚコイルＬ５０を通過し、第２の経路に対する副線は、５０ＨｚコイルＬ５０の前に接続される（タップ付けされる）。
【００２１】
整流器モジュールＧｍを経由した出力経路は、ダイオードブリッジ及び電界コンデンサＣｍの従来的な構成を利用する一方で、第２の経路に対する電力は、正弦波電流により積極的に利用可能とされる。これは、整流器モジュールＧａと消費体Ｒａとの間に配列された例えばアップコンバータ（ブーストコンバータ）やフライバックコンバータのようなスイッチング電源１０（ＡＣ／ＤＣコンバータ若しくはＰＦＣとも呼ばれる）を介して実行されてよい。整流器モジュールＧｍを含む第１の経路は、好ましくは、より大きな電力を利用可能にする。しかし、第１の経路は、より小さい電力を処理することもできるだろう。
【００２２】
図５は、消費体Ｒａ用の電力が整流器モジュールＧａを通って流れる正弦波電流により利用可能とされる場合、図４による回路が使用されたときに結果として得られる外部端子ＥＡでの電力消費の信号曲線を示す（５０Ｈｚ入力電流、半波長）。結果として得られる入力電流の曲線の形（実線）は、２つの部分、即ち、第１の整流器モジュールＧｍを通って流れる電流（破線）及び第２の整流器モジュールＧａを通って流れる電流（点線）からなる。主充電パルス（main recharge pulse）は、大型の５０ＨｚコイルＬ５０によって制限される。
【００２３】
図６は、消費体Ｒａ用の電力が純粋な正弦波電力のようにタップ付けされていないが充電パルスの部分が可能な限り正弦波の入力電流を形成するように使用されている場合、図４による回路が使用されたときに結果として得られる外部端子ＥＡでの電力消費の信号曲線を示す（５０Ｈｚ入力電流、半波長）。結果として得られる入力電流の曲線の形（実線）は、同様に、２つの部分、即ち、第１の整流器モジュールＧｍを通って流れる電流（破線）及び第２の整流器モジュールＧａを通って流れる電流（点線）からなる。充電パルスが開始されたとき、電流消費は、電力消費が負になるまで（整流器モジュールＧａにより不可能である）第２の整流器モジュールＧａによって低減される。この目的のため、充電パルスは、上側の回路で検出されることになる。これは、現在のセンサ原理により実施されてよい。
【００２４】
図５及び図６に基づく実施例では、コイルＬ５０は、現時点での最先端技術に比較して、２倍低減できる（コイルのサイズに対するおよその値として、Ｌ×１^２／２より）。
【００２５】
総ての提案において、非線形磁石が、磁気構成要素の大きさを更に低減するために使用されてよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】２つの消費体に電力を供給する現時点での最先端技術による回路を示す図である。
【図２】一の消費体に電力を供給するの現時点での最先端技術による回路を示す図である。
【図３】図１若しくは図２に示す回路に於ける電力消費の曲線を示す図である。
【図４】２つの消費体を用いた本発明による回路を示す図である。
【図５】ＡＣ／ＤＣコンバータが正弦波電流により動作するときの図４に示す回路における電力消費の曲線を示す図である。
【図６】ＡＣ／ＤＣコンバータが充電電流パルスが使用されたときに動作する場合の図４に示す回路における電力消費の曲線を示す図である。
【符号の説明】
ＡＣ 交流電圧
Ｃ 平滑化キャパシタ
Ｃａ 第２の入力経路のキャパシタ
Ｃｍ 第１の入力経路のキャパシタ
ＥＡ 外部端子
Ｇｍ 第１の入力経路の整流器（主）
Ｇａ 第２の入力経路の整流器（副）
１ 電流
Ｌ５０ ５０Ｈｚコイル
Ｌｃｏｍ 電流誘導率
Ｒ オーム抵抗器
ＲＬ 消費体
Ｒｍ，Ｒａ 第１／第２入力経路の消費体
ｔ 時間

Claims (3)

1. 交流電圧を少なくとも一の消費体のための直流電圧に変換する回路であって、
   交流電圧を供給するための２つの外部端子と、
   上記２つの外部端子に接続線を介して接続される２つの入力を有し、少なくとも一の第１の消費体に結合するための端子を備えた２つの出力線を含む第１の整流器モジュールと、
   上記外部端子及び上記整流器モジュール間の上記接続線のうちの一の接続線に配列された少なくとも１つの誘導コイルとを含み、
   上記外部端子のそれぞれに、上記誘導コイルをバイパスして、接続される２つの入力を有する、少なくとも第２の整流器モジュールが、存在し、上記第２の整流器モジュールは、少なくとも一の第２の消費体との接続用の２つの出力線を有し、該２つの出力線は、第２の整流器モジュール及び接続される上記第２の消費体間に配列されるスイッチング電源を含み、上記スイッチング電源は、ＡＣ／ＤＣコンバータであり、上記第２の整流器モジュールと上記スイッチング電源の間にキャパシタンスが設けられておらず、上記スイッチング電源は、正弦波電流により作動するように配置されたことを特徴とする、回路。
2. 上記スイッチング電源は、アップコンバータ若しくはフライバックコンバータであることを特徴とする、請求項１記載の回路。
3. 上記スイッチング電源は、上記２つの外部端子で可能な限り正弦波の電流を取り出すため、上記第１の整流器モジュールと上記第１の消費体の間で検出される充電パルスの部分を利用するように配列されたことを特徴とする、請求項１乃至２のうちいずれか１項の回路。

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