JP4565355B2

JP4565355B2 - 交流信号生成装置およびその方法

Info

Publication number: JP4565355B2
Application number: JP2008024172A
Authority: JP
Inventors: 怡誠林
Original assignee: 盛群半導體股▲分▼有限公司
Priority date: 2007-06-04
Filing date: 2008-02-04
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2028-02-04
Also published as: TWI354439B; US20080298107A1; JP2008301696A; US7863879B2; TW200849791A

Description

本発明は、交流信号生成装置に関し、特に、Ｄタイプ技術を利用して、直流から変換された交流信号を生成する装置とその方法に関するものである。

電源供給器の電源変換において、交流電圧から交流電圧へ（ＡＣｔｏＡＣ）や交流電圧から直流電圧へ（ＡＣｔｏＤＣ）、直流電圧から交流電圧へ（ＤＣｔｏＡＣ）及び直流電圧から直流電圧へ（ＤＣｔｏＤＣ）変換するものがある。一般に使用される電子製品や汽車電子製品の電源は、こういう電源変換を汎用する。例えば、直流レベルで電子製品を駆動し、或いは、交流電圧から直流電圧へ変換してから電子製品を駆動し、また、製品に、交流電圧が必要とする場合、直流電圧から交流電圧へ変換して出力を生成する。

ほとんどの交流電源発生器は、変圧器で昇圧や降圧を行う。それは、入力端のノイズ干渉を隔離できる利点が得られるだけでなく、出力端のノイズが、入力端の電源に影響を及ぼすことも避けられる。また、変圧器により提供される電源のパワーが、普通のアクティブ素子より大きい。

図１は、従来の直流電圧から交流電圧へ変換する電源変換構造の概念図である。図1のように、直流システム１０の直流電圧を、交流電圧へ変換して、交流システム１３に利用させる場合、発振回路１１を利用して、直流システム１０の作動に合わせて交流電圧を発生し、また、変圧器１２で、交流電圧を、交流システム１３に必要とする交流電圧に変換する。そのため、直流システム１０は、一般的には、変圧器１２と発振回路１１で交流電圧を発生させ、交流システム１３に供給する。

しかしながら、変圧器を利用して直流電圧を交流電圧へ変換する構造には、次のような欠点がある。変換効率が、約５０〜６０％だけで低い。

変圧器は、温度の変化とともに誘導値が変化しまうことがある。変圧器を利用して誘導発振を行う場合には、発振周波数が変化することや発振できない等の問題が起こり易い。

変圧器の値段が高いため、構造のコストが高くなる。

変圧器を大量生産する場合、高精度で誘導数値を制御できないため、品質が安定できない。

変圧器の体積が大きい。

本発明は、変圧器を利用して直流電圧から交流電圧へ変換する構造の欠点を解消するため、Ｄタイプ（ｃｌａｓｓＤ）技術で直流から交流信号へ変換するもので、Ｄタイプ技術が、パワー増幅器として汎用され、また、高効率の特性があり、そして、Ｄタイプ技術では、全てディジタル制御であるため、環境温度の変化により出力波形が歪みになることが無く、集積回路に統合でき、また、コストダウンできる効果が得られる。

本発明は、上記の目的を達成するために、制御ユニットと、Ｄタイプ制御スイッチと、ローパスフィルタとを備えることを特徴とする交流信号生成装置であって、前記制御ユニットは、交流波形対照表を有し、直流信号を前記交流波形対照表に基づいて対応する交流波形に変換してから、前記交流波形によりＰＷＭ制御信号を出力する。前記Ｄタイプ制御スイッチは、前記直流信号と前記ＰＷＭ制御信号を受信してから、前記ＰＷＭ制御信号に基づいて矩形波信号を生成する。前記ローパスフィルタは、前記矩形波信号を交流信号に変換する。

上記の目的を達成するために、本発明は、更に、交流信号生成方法であって、直流信号を受信するステップと、表を検索することにより前記直流信号を交流波形に変換するステップと、前記交流波形に基づいて、ＰＷＭ制御信号を生成するステップと、前記ＰＷＭ制御信号により、Ｄタイプ制御スイッチを制御して、矩形波信号を生成するステップと、前記矩形波信号を交流信号に変換するステップと、を備えることを特徴とする交流信号生成方法。

本発明では、変圧器を利用して直流電圧から交流電圧へ変換する構造の欠点を解消することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の予期の目的を達成するための技術や手段、そして、その効果を説明する。これにより、本発明に係る目的や特徴及び効果が明瞭されると思うが、本発明は、それによって制限されるものではない。

図２は、本発明に係る交流信号生成装置の機能ブロック図である。本発明に係る交流信号生成装置２は、制御ユニット２１と、Ｄタイプ制御信号スイッチ２２と、ローパスフィルタ２３とを備える。制御ユニット２１は、直流信号を受信してから、当該直流信号を、対照表によるマッチングと信号の変換により、ＰＷＭ制御信号を出力する。Ｄタイプ制御スイッチ２２は、ＰＷＭ制御信号と直流信号を受信し、ＰＷＭ制御信号に基づいて、矩形波信号を出力する。ローパスフィルタ２３は、矩形波信号を、交流信号に変換して出力する。また、生成された交流信号は、交流電源により稼動させる装置に供給させる。

図３は、本発明に係る制御ユニットの機能ブロック図である。制御ユニット２１は、正弦波角弧度対照表３１と二進数対照表３２を備える交流波形対照表３０を有する。制御ユニット２１が直流信号を交流波形に変換しようとする場合、電圧パラメータの設定に合わせて、正弦波角弧度対照表３１の各角度や弧度に対応して、交流波形を形成し、そして、交流波形の各角度と弧度により、二進数対照表３２に対照し、これにより、交流波形の各角度や弧度に対応するパルス幅であるＰＷＭ制御信号を出力して、Ｄタイプ制御スイッチ２２を制御する。その中、二進数対照表３２は、他のコードのディジタル信号変換対照表であってもよく、二進数に限られるものでは無く、また、ビット数にも制限が無く、交流波形の各角度や弧度に対応するディジタル制御信号に変換できれば良い。

図４は、本発明に係るＤタイプ制御スイッチやローパスフィルタの回路概念図である。Ｄタイプ制御スイッチ２２には、ＰＭＯＳスイッチＭ１とＮＭＯＳスイッチＭ２が備えられ、ＰＭＯＳスイッチＭ１のソースは、交流信号生成装置２の入力端の直流信号を受信し、そのゲートが、ＰＷＭ制御信号を受信する。ＰＷＭ制御信号により、ＰＭＯＳスイッチＭ１が、オンやオフに制御され、また、ドレインが、矩形波信号を出力する。ＮＭＯＳスイッチＭ２のソースが接地され、そのゲートが、ＰＷＭ制御信号を受信し、そのドレインが、前記ＰＭＯＳスイッチＭ１のソースに接続され、ＰＷＭ制御信号により、ＮＭＯＳスイッチＭ２が、オンやオフに制御され、また、ドレインが、矩形波信号を出力する。また、Ｄタイプ制御スイッチ２２により生成された矩形波信号は疎密矩形波であり、直流信号から変換された交流波形に対応する。矩形波信号が、ローパスフィルタ２３により濾過されると、交流波形に対応する交流信号となる。

図５は、本発明に係る交流信号生成方法のステップのフローチャートである。まず、制御ユニット２１で直流信号を受信し（図５のステップＳ５０１）、その後、制御ユニット２１において、電圧パラメータの設定と正弦波角弧度対照表３１により、直流信号を交流波形に変換し（図５のステップＳ５０３）、そして、交流波形に基づいて、二進数対照表３２に対応して、ＰＷＭ制御信号を出力し（図５のステップＳ５０５）、その後、Ｄタイプ制御スイッチ２２は、ＰＷＭ制御信号に基づいて、矩形波信号を生成し（図５のステップＳ５０７）、最後に、ローパスフィルタ２３で、矩形波信号を濾過して、交流波形に対応する交流信号とする（図５のステップＳ５０９）。

本発明は、Ｄタイプ技術を利用して、直流を交流信号に変換するもので、Ｄタイプ技術が、パワー増幅器に広く利用され、高効率の特性があるため、パワー効率を９０％以上高くさせ、また、Ｄタイプ技術には全てディジタル制御であるため、従来技術のように、変圧器で直流を交流信号に変換する時、環境温度の変化により出力波形が歪みになってしまうことがない。また、集積回路（ＩＣ）として設計できるため、コストダウンの効果が得られる。

一般に使用される電子製品において、１組の電源制御装置システムによりシステムに電源供給を行うが、本発明に係る交流信号生成装置をシステムに統合することにより、システムの空間やコストを節約でき、また、直流を交流信号に変換するシステム効率が向上される。例えば、自動車のオーディオパネルの真空蛍光ディスプレー（Ｖａｃｕｕｍｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｄｉｓｐｌａｙ，ＶＦＤ）に適用されることができる。真空蛍光ディスプレーに必要とする交流電源は、一般的には変圧器と発振器により交流信号を生成してＶＦＤに供給するが、変圧器を利用するため、回路の面積や車内温度等の問題がある。本発明に係る交流信号生成装置を利用すれば、図６の本発明に係る交流信号生成装置を提供する時の概念図のように、真空蛍光ディスプレー６１に必要とする交流電源が、本発明に係る交流信号生成装置２によって供給され、従来の変圧器と発振器を利用する時の欠点を解消できる。

以上は、ただ、本発明のより良い実施例を示すものにすぎず、本発明は、それによって制限されることが無く、本発明に係る特許請求の範囲や明細書の内容に基づいて行った等価の変更や修正は、全てが、本発明の特許請求の範囲内に含まれる。

従来の直流電圧を交流電圧に変換する電源変換構造の概念図である。本発明に係る交流信号生成装置の機能ブロック図である。本発明に係る制御ユニットの機能ブロック図である。本発明に係るＤタイプ制御スイッチとローパスフィルタの回路概念図である。本発明に係る交流信号生成方法のステップフローチャートである。本発明に係る交流信号生成装置を適用する時の概念図である。

符号の説明

１０直流システム
１１発振回路
１２変圧器
１３交流システム
２交流信号生成装置
２１制御ユニット
２２Ｄタイプ制御スイッチ
２３ローパスフィルタ
３１正弦波角弧度対照表
３２二進数対照表
６１真空蛍光ディスプレー
Ｍ１ＰＭＯＳスイッチ
Ｍ２ＮＭＯＳスイッチ

Claims

制御ユニットと、Ｄタイプ制御スイッチと、ローパスフィルタとを備え、
上記制御ユニットは、交流波形対照表を有し、直流信号を交流波形対照表に基づいて対応する交流波形に変換してから、当該交流波形によりＰＷＭ制御信号を出力し、
上記Ｄタイプ制御スイッチは、上記直流信号と上記ＰＷＭ制御信号を受信してから、当該ＰＷＭ制御信号に基づいて矩形波信号を生成し、
上記ローパスフィルタは、上記矩形波信号を交流信号に変換することを特徴とする交流信号生成装置。
前記交流波形対照表は、前記直流信号を対応する交流波形に変換するための正弦波角弧度対照表を有することを特徴とする請求項１に記載の交流信号生成装置。
集積回路に統合されることを特徴とする請求項１に記載の交流信号生成装置。
直流信号を受信するステップと、
表を検索することにより前記直流信号を交流波形に変換するステップと、
前記交流波形に基づいて、ＰＷＭ制御信号を生成するステップと、
前記ＰＷＭ制御信号により、Ｄタイプ制御スイッチを制御して、矩形波信号を生成するステップと、
前記矩形波信号を交流信号に変換するステップと、
を備えることを特徴とする交流信号生成方法。
前記交流信号を交流電源作動装置に供給するステップを含むことを特徴とする請求項４に記載の交流信号生成方法。
前記交流電源作動装置は真空蛍光ディスプレーであることを特徴とする請求項５に記載の交流信号生成方法。
前記表を検索するステップは、正弦波角弧度対照表を利用して、前記直流信号を交流波形に変換することを特徴とする請求項４に記載の交流信号生成方法。