JP4858695B2 - 定電流／定電流変換器用出力電流制御回路及びそれを備えた出力電流制御機能付き定電流／定電流変換器 - Google Patents

Description

本発明は、主として海底ケーブルシステムの海底給電分岐装置等に適用されると共に、定電流の入力に対して所定に変化させた電流値の定電流を出力する定電流／定電流変換器における出力電流を制御するための定電流／定電流変換器用出力電流制御回路及びそれを備えた出力電流制御機能付き定電流／定電流変換器に関する。

従来、この種の定電流／定電流変換器において出力電流を制御する場合、付設接続したスイッチ制御回路により制御信号を供給して入力される定電流信号の方形波をデューティ比５０％となるように変化させることにより、出力電流／入力電流の比で表わされる所定の特性の出力電流を制御して変化させたもの（特許文献１参照）等が挙げられる。

特開２００４−１４０９８１号公報（段落［００４８］乃至［００７９］，図２〜図４，図６）

上述した特許文献１に係る定電流／定電流変換器に対する出力電流の制御技術の場合、デューティ比に対する出力電流の関係はＩｏｕｔ＝２ｄ１（１−ｄ１）×Ｎ２／Ｎ１×Ｉｉｎなる関係式と図６に示される出力電流特性とで定められていることにより、デューティ比を５０％前後で変化させても殆ど出力電流が変化しないため、スイッチ制御回路による制御信号と出力電流とのリニア特性が悪く、結果として出力電流を所望の電流値に制御し難いという問題がある。

又、デューティ比５０％の出力電流と同等の出力電流を確保するためにはトランスにおける鉄芯の磁束密度を低く抑制して断面積の大きい大型コアを使用する必要があることにより、デューティ比を小さくする場合にはトランスの大きさを大きくする必要があるため、これが海底に設置する海底給電分岐装置における筺体への収納時に要求される小型化に相反してしまい、結果として小型トランスを適用し難いという問題がある。

更に、トランスにおける１次側に印加される電圧が長尺の海底ケーブル及びそれに繋がる複数の装置の存在により数千Ｖ程度になる可能性があることにより、デューティ比を変化させるスイッチ制御回路を搭載した基板の耐電圧特性を高くする必要があるため、回路規模を増大させたり、或いは筺体とのスペースを広く確保しなければならないという制約があり、結果として回路規模や海底給電分岐装置全体を小型化できないという問題がある。

本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、制御信号に対する出力電流のリニア特性を向上させて小型トランスの適用、回路規模の小型化を具現し得る定電流／定電流変換器用出力電流制御回路及びそれを備えた所望の電流値の出力電流が得られる出力電流制御機能付き定電流／定電流変換器を提供することにある。

本発明によれば、定電流／定電流変換器におけるトランスの２次側で出力電流を測定した測定電流値と外部から入力した制御信号に示される所望の電流値との比較結果に応じて該トランスの１次側に発生する磁束を打ち消すことにより、該出力電流を抑制するように制御して出力に供する機能を持つ定電流／定電流変換器用出力電流制御回路が得られる。この定電流／定電流変換器用出力電流制御回路において、比較結果として所望の電流値が測定電流値未満の場合にのみトランスの１次側に発生する磁束を打ち消すことは好ましい。

更に、本発明によれば、上記何れかの定電流／定電流変換器用出力電流制御回路において、出力電流の電流値を検出した結果に対応した電流検出信号を測定電流値として出力する電流検出回路を備えた定電流／定電流変換器用出力電流制御回路が得られる。

加えて、本発明によれば、上記何れか一つの定電流／定電流変換器用出力電流制御回路において、制御信号を受信して所望の電流値に対応した電流制御信号を出力する送受信回路を備えた定電流／定電流変換器用出力電流制御回路が得られる。

又、本発明によれば、上記定電流／定電流変換器用出力電流制御回路において、電流検出回路から出力される電流検出信号と送受信回路から出力される電流制御信号とにおける電流値を比較した結果、該電流制御信号が無くて該電流検出信号のみであるか、或いは該電流制御信号における電流値が該電流検出信号における電流値以上の場合には電流値零の励磁制御信号を出力すると共に、該電流制御信号における電流値が該電流検出信号における電流値未満の場合には該電流検出信号における電流値から該電流制御信号における電流値を差し引いた差分電流値の励磁制御信号を出力する励磁制御信号発生回路を備えた定電流／定電流変換器用出力電流制御回路が得られる。

一方、本発明によれば、上記定電流／定電流変換器用出力電流制御回路において、トランスにおける１次側に発生する磁束の方向を検出した結果を示す磁束方向検出信号を出力する磁束方向検出回路を備えた定電流／定電流変換器用出力電流制御回路が得られる。

他方、本発明によれば、上記定電流／定電流変換器用出力電流制御回路において、励磁制御信号発生回路から出力される励磁制御信号に従って励磁されると共に、磁束方向検出回路から出力される磁束方向検出信号に応じてトランスにおける１次側に発生した磁束を打ち消す方向に磁束を発生して該トランスへ寄与する磁束発生回路を備えた定電流／定電流変換器用出力電流制御回路が得られる。

又、本発明によれば、上記何れか一つの定電流／定電流変換器用出力電流制御回路を備えた出力電流制御機能付き定電流／定電流変換器が得られる。

本発明の定電流／定電流変換器用出力電流制御回路の場合、定電流／定電流変換器におけるトランスの２次側で出力電流を測定した測定電流値と外部入力の制御信号に示される所望の電流値との比較結果に応じて所望の電流値が測定電流値未満の場合にのみトランスの１次側に発生する磁束を打ち消して出力電流を抑制するように制御して出力させる機能を持たせるように、定電流／定電流変換器におけるトランスの１次側には電気的接続部分がなく、１次側よりも電圧の低い２次側に電気的接続部分を有する回路構成としているため、出力電流を制御するための制御信号に対する出力電流のリニア特性が向上してデューティ比を特許文献１に係る技術の場合のように５０％にも大きく変化させる必要がなく、このような出力電流制御回路を備えた出力電流制御機能付き定電流／定電流変換器では、小型化・軽量化されたトランスを適用した上で回路構成を簡易化させて筺体間のスペースを狭くして回路構成全体を小型化・軽量化できるようになり、結果として海底給電分岐装置へ適用した場合にも装置構成を小型化・軽量化できるために極めて好適となる。

本発明の最良の形態に係る定電流／定電流変換器用出力電流制御回路は、定電流／定電流変換器におけるトランスの２次側で出力電流を測定した測定電流値と外部から入力した制御信号に示される所望の電流値との比較結果に応じてトランスの１次側に発生する磁束を打ち消すことにより、出力電流を抑制するように制御して出力に供する機能を持つものである。但し、この定電流／定電流変換器用出力電流制御回路において、比較結果として所望の電流値が測定電流値未満の場合にのみトランスの１次側に発生する磁束を打ち消すことは好ましい。

又、この定電流／定電流変換器用出力電流制御回路においては、出力電流の電流値を検出した結果に対応した電流検出信号を測定電流値として出力する電流検出回路を備えること、制御信号を受信して所望の電流値に対応した電流制御信号を出力する送受信回路を備えることが好ましい。更に、この定電流／定電流変換器用出力電流制御回路の場合、電流検出回路から出力される電流検出信号と送受信回路から出力される電流制御信号とにおける電流値を比較した結果、電流制御信号が無くて電流検出信号のみであるか、或いは電流制御信号における電流値が電流検出信号における電流値以上の場合には電流値零の励磁制御信号を出力すると共に、電流制御信号における電流値が電流検出信号における電流値未満の場合には電流検出信号における電流値から電流制御信号における電流値を差し引いた差分電流値の励磁制御信号を出力する励磁制御信号発生回路を備えることが好ましい。加えて、この定電流／定電流変換器用出力電流制御回路の場合、トランスにおける１次側に発生する磁束の方向を検出した結果を示す磁束方向検出信号を出力する磁束方向検出回路を備えること、励磁制御信号発生回路から出力される励磁制御信号に従って励磁されると共に、磁束方向検出回路から出力される磁束方向検出信号に応じてトランスにおける１次側に発生した磁束を打ち消す方向に磁束を発生してトランスへ寄与する磁束発生回路を備えることが好ましい。

何れにしても、このような定電流／定電流変換器用出力電流制御回路を備えた出力電流制御機能付き定電流／定電流変換器においては、周知の定電流／定電流変換器に対し、そのトランスの１次側には電気的接続部分がなく、１次側よりも電圧の低い２次側に電気的接続部分を有する回路構成の出力電流制御回路が付設された構成となる。

以下は、本発明の定電流／定電流変換器用出力電流制御回路を備えた出力電流制御機能付き定電流／定電流変換器について、具体的な実施例を挙げ、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例に係る出力電流制御機能付き定電流／定電流変換器の基本構成を示した簡易回路図である。

この出力電流制御機能付き定電流／定電流変換器は、特許文献１に示されるものと同様な構成のトランスＴを備えた定電流／定電流変換器２０１［トランスＴの巻線数Ｎ１の１次側には入力定電流源Ｉｉｎ，コンデンサＣ１，スイッチＳ１及びＳ２を備え、巻線数Ｎ２の２次側にはダイオードＤ１及びＤ２，コンデンサＣ２，出力定電流源（出力電流）Ｉｏｕｔを備える］に対し、トランスＴの２次側で出力電流Ｉｏｕｔを測定した測定電流値と外部から入力した制御信号に示される所望の電流値との比較結果に応じて所望の電流値が測定電流値未満の場合にのみトランスＴの１次側に発生する磁束を打ち消すことで出力電流Ｉｏｕｔを抑制するように制御して出力に供する機能を持つ出力電流制御回路１０１を接続して構成されている。

具体的に言えば、ここでの出力電流制御回路１０１は、定電流／定電流変換器２０１におけるトランスＴの２次側（出力側）の出力電流Ｉｏｕｔに応じて回路自体（出力電流制御回路１０１自体）に必要な電圧印加及び電流供給を担う電源回路１と、定電流／定電流変換器２０１の出力電流Ｉｏｕｔの電流値を検出した結果に対応した電流検出信号を測定電流値として出力する電流検出回路２と、外部から入力した制御信号に示される所望の電流値に対応した電流制御信号を出力する送受信回路３と、電流検出回路２から出力される電流検出信号と送受信回路３から出力される電流制御信号とにおける電流値を比較した結果、電流制御信号が無くて電流検出信号のみであるか、或いは電流制御信号における電流値が電流検出信号における電流値以上の場合には電流値零の励磁制御信号を出力すると共に、電流制御信号における電流値が電流検出信号における電流値未満の場合には電流検出信号における電流値から電流制御信号における電流値を差し引いた差分電流値の励磁制御信号を出力する励磁制御信号発生回路４と、トランスＴにおける１次側の磁束の方向を検出した結果を示す磁束方向検出信号を出力する磁束方向検出回路５と、励磁制御信号発生回路４から出力される励磁制御信号に従って励磁されると共に、磁束方向検出回路５から出力される磁束方向検出信号に応じてトランスＴにおける１次側に発生した磁束を打ち消す方向に磁束を発生してトランスＴへ寄与する磁束発生回路６とを備えて成っている。

次に、この出力電流制御機能付き定電流／定電流変換器の基本的動作、即ち、定電流／定電流変換器２０１の動作については、特許文献１に準じるものとして説明を省略し、出力電流制御回路１０１の動作について説明する。

出力電流制御回路１０１では、電源回路１より回路自体に必要な印加電圧及び電流供給が寄与された電流検出回路２が定電流／定電流変換器２０１における出力電流を検出してその電流値に対応した電流検出信号を励磁制御信号発生回路４へ送出する。このとき、外部から所望の電流値を示す制御信号が送受信回路３に入力されていなければ、送受信回路３から電流制御信号が出力されずに電流検出信号のみが励磁制御信号発生回路４に入力される、このため、励磁制御信号発生回路４では電流値零の励磁制御信号を磁束発生回路６へ出力するが、こうした場合には磁束発生回路６が磁束を発生せずに定電流／定電流変換器２０１の出力電流が最大値となる。

これに対し、外部から所望の電流値を示す制御信号が送受信回路３に入力されていれば、送受信回路３からその所望の電流値に対応した電流制御信号が出力されて励磁制御信号発生回路４へ送出される。

そこで、励磁制御信号発生回路４では、電流検出回路２から出力される電流検出信号と送受信回路３から出力される電流制御信号とにおける電流値を比較する。この比較結果において、電流制御信号における電流値が電流検出信号における電流値以上の場合には上述した電流制御信号が無くて電流検出信号のみであった場合と同様に電流値零の励磁制御信号を磁束発生回路６へ出力する。即ち、こうした場合にも磁束発生回路６は磁束を発生しないため、定電流／定電流変換器２０１の出力電流は最大値として保持される。

又、励磁制御信号発生回路４における比較結果において、逆に電流制御信号における電流値が電流検出信号における電流値未満の場合には電流検出信号における電流値から電流制御信号における電流値を差し引いた差分電流値の励磁制御信号を磁束発生回路６へ出力する。

そこで、磁束発生回路６では、励磁制御信号発生回路４から出力される差分電流値の励磁制御信号に従って励磁され、トランスＴにおける１次側に発生した磁束を打ち消す方向に差分電流値に対応した磁束を発生してトランスＴへ寄与する。これによりトランスＴの１次側で発生する磁束はキャンセルされ、定電流／定電流変換器２０１における出力電流の制御が行われる。但し、ここでのトランスＴの１次側で発生する磁束は、スイッチＳ１，Ｓ２が交互にＯＮ，ＯＦＦを行うためにその方向が変化するが、磁束方向検出回路５では磁束方向を検出した磁束方向検出信号を磁束発生回路６へ送出しているため、磁束発生回路６では磁束方向検出回路５から出力される磁束方向検出信号に応じて常にトランスＴの１次側で発生する磁束をキャンセルする方向に磁束を発生することができる。

要するに、この出力電流制御機能付き定電流／定電流変換器では、特許文献１に開示されているような周知の定電流／定電流変換器２０１に対し、そのトランスＴの１次側には電気的接続部分がなく、１次側よりも電圧の低い２次側に電気的接続部分を有する回路構成の出力電流制御回路１０１を接続した上、電流検出回路２においてトランスＴの２次側で出力電流を検出した電流検出信号の電流値と外部から入力した制御信号に示される所望の電流値に対応する電流制御信号を出力する送受信回路３からの電流制御信号の電流値との比較結果に応じて電流制御信号における電流値が電流検出信号における電流値未満の場合（上述した所望の電流値が測定電流値未満の場合）にのみ、励磁制御信号発生回路４が電流検出信号における電流値から電流制御信号における電流値を差し引いた差分電流値の励磁制御信号を磁束発生回路６へ出力する。そこで、磁束発生回路６では励磁制御信号に従って励磁されると共に、磁束方向検出回路５から出力される磁束方向検出信号に応じてトランスＴにおける１次側に発生した磁束を打ち消す方向に差分電流値に対応する磁束を発生してトランスＴへ寄与することにより、定電流／定電流変換器２０１における出力電流の制御が行われる。

このような出力電流制御機能付き定電流／定電流変換器では、定電流／定電流変換器２０１におけるトランスＴの１次側に発生する主たる磁束をＢ１、磁束発生回路６から出力される磁束をＢ２とすると、１次側の磁束の合計Ｂは、Ｂ＝Ｂ１−Ｂ２なる関係式で求まり、この関係式により出力電流を制御するための制御信号（励磁制御信号）に対する出力電流のリニア特性が優れたものとなることが判る。又、出力電流制御回路１０１では、デューティ比を５０％にも大きく変化させる必要がないことにより、トランスＴとして小型化・軽量化されたものを適用でき、回路構成全体を小型化・軽量化できる。更に、この出力電流制御回路１０１では、トランスＴの１次側と電気的接続部分がなく、１次側と比べて電圧の低い２次側だけの電気的接続部分で制御を行うことにより、回路構成を簡易化させて筺体間のスペースを狭くして回路構成全体を小型化できる。

本発明の実施例に係る出力電流制御機能付き定電流／定電流変換器の基本構成を示した簡易回路図である。

符号の説明

１ 電源回路
２ 電流検出回路
３ 送受信回路
４ 励磁制御信号発生回路
５ 磁束方向検出回路
６ 磁束発生回路
１０１ 出力電流制御回路
２０１ 定電流／定電流変換器

Claims (8)

1. 定電流／定電流変換器におけるトランスの２次側で出力電流を測定した測定電流値と外部から入力した制御信号に示される所望の電流値との比較結果に応じて該トランスの１次側に発生する磁束を打ち消すことにより、該出力電流を抑制するように制御して出力に供する機能を持つことを特徴とする定電流／定電流変換器用出力電流制御回路。
2. 請求項１記載の定電流／定電流変換器用出力電流制御回路において、前記比較結果として前記所望の電流値が前記測定電流値未満の場合にのみ前記トランスの１次側に発生する磁束を打ち消すことを特徴とする定電流／定電流変換器用出力電流制御回路。
3. 請求項１又は２記載の定電流／定電流変換器用出力電流制御回路において、前記出力電流の電流値を検出した結果に対応した電流検出信号を前記測定電流値として出力する電流検出回路を備えたことを特徴とする定電流／定電流変換器用出力電流制御回路。
4. 請求項１〜３の何れか一つに記載の定電流／定電流変換器用出力電流制御回路において、前記制御信号を受信して前記所望の電流値に対応した電流制御信号を出力する送受信回路を備えたことを特徴とする定電流／定電流変換器用出力電流制御回路。
5. 請求項４記載の定電流／定電流変換器用出力電流制御回路において、前記電流検出回路から出力される前記電流検出信号と前記送受信回路から出力される前記電流制御信号とにおける電流値を比較した結果、該電流制御信号が無くて該電流検出信号のみであるか、或いは該電流制御信号における電流値が該電流検出信号における電流値以上の場合には電流値零の励磁制御信号を出力すると共に、該電流制御信号における電流値が該電流検出信号における電流値未満の場合には該電流検出信号における電流値から該電流制御信号における電流値を差し引いた差分電流値の励磁制御信号を出力する励磁制御信号発生回路を備えたことを特徴とする定電流／定電流変換器用出力電流制御回路。
6. 請求項５記載の定電流／定電流変換器用出力電流制御回路において、前記トランスにおける１次側に発生する前記磁束の方向を検出した結果を示す磁束方向検出信号を出力する磁束方向検出回路を備えたことを特徴とする定電流／定電流変換器用出力電流制御回路。
7. 請求項６記載の定電流／定電流変換器用出力電流制御回路において、前記励磁制御信号発生回路から出力される前記励磁制御信号に従って励磁されると共に、前記磁束方向検出回路から出力される前記磁束方向検出信号に応じて前記トランスにおける１次側に発生した前記磁束を打ち消す方向に磁束を発生して該トランスへ寄与する磁束発生回路を備えたことを特徴とする定電流／定電流変換器用出力電流制御回路。
8. 請求項１〜７の何れか一つに記載の定電流／定電流変換器用出力電流制御回路を備えたことを特徴とする出力電流制御機能付き定電流／定電流変換器。
   

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