JPH01234047A - 負荷給電回路配置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 低出力電圧を有するエネルギー源から直流電圧　−変換
回路を介して負荷に給電する負荷給電回路配置であって
、直流電圧変換回路がエネルギー源から主スイッチング
素子によって周期的にエネルギーを導出し、これを、増
大した供給電圧と共に誘導素子及び整流器を介して負荷
に供給し、給電電圧を発生するため直流電圧変換回路が
、負荷給電回路配置の起動段階においてエネルギー源か
ら供給電圧を発生する起動スイッチング素子を具える負
荷給電回路配置に関する。

〔従来の技術〕

低い入力電圧を有する直流電圧変換器のための回路配置
は特願昭６０−１８３９７２号の英文アブストラクトか
ら既知である。これにおいては回路配置及び発振器は、
一方においては、低電圧エネルギー源からダイオードを
介して給電され、他方においては、変成器の３次巻線の
高電圧から給電され、これを別個の整流器によって整流
し、かつ別個の平滑コンデンサによって平滑化している
。負荷には２次巻線、ダイオード及び平滑コンデンサを
介して発生した電圧から給電している。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は限定されたエネルギー内容を有するエネ
ルギー源から小形の機器にエネルギーを供給するのに経
済的に使用できるという態様で発生エネルギー損失を低
減する簡単かつ小形で冒頭に述べた形式の負荷給電回路
配置を構成するにある。特に、負荷給電回路配置は、低
い出力電圧を有する１次又は再充電可能電池から小さい
屋内機器に対する給電に使用できるものを意図している
。

〔課題を解決するための手段〕

かかる目的を達成するため本発明の負荷給電回路配置は
、供給電圧から直接エネルギーを供給されかつ主スイッ
チング素子を周期的に制御する主制御回路を具え、エネ
ルギー源から直接かつ排他的に供給されかつ起動スイッ
チング素子を周期的に制御する起動制御回路を具え、起
動スイッチング素子に対するスイッチング周期を主スイ
ッチング素子に対するスイッチング周期より短かくし、
給電電圧が所定値に到達した場合起動制御回路従って起
動スイッチング素子をスイッチオフするよう構成したこ
とを特徴とする。

本発明では主スイッチング素子及び起動スイッチング素
子は互に別個の制御回路によって制御する。これら制御
回路はエネルギー源の出力電圧又は給電電圧に対し特別
に構成することができ、従ってその損失を選択的に低減
できる。更に、従来技術においてエネルギー源から給電
電圧を分離するダイオードが省略される。このダイオー
ドは高い給電電圧の場合高価な部品であるから、本発明
の回路配置は簡単化され、かつまた安価に製造できる。

本発明では簡単な誘導素子を必要とするに過ぎず、従っ
て高電圧に対する整流器及び平滑コンデンサも節減する
ことができるので、構造が一層簡単になる。

主スイッチング素子に比べ動作即ち制御のために構成さ
れ、低い制限電圧及び回路配置の起動段階において、特
に回路配置の初めの動作、例えば、エネルギー源のスイ
ッチング周期に当り最初低電力で形成され、主制御回路
から給電電圧が供給され、本発明においては、起動スイ
ッチング素子に対するスイッチング周期を、主制御回路
が主スイッチング素子を制御するスイッチング周期より
短かくすることにより、その構造上の寸法が低減される
。起動スイッチング素子に対するスイッチング周期は主
スイッチング素子に対する周期より明白に短かく選定す
ると好適である。その結果、起動スイッチング素子にお
ける電流が低減されて、単一集積回路内で起動制御回路
と占有容積節減形態において結合できることとなる。こ
れにより容積及び組立コストが節減される。

起動制御回路及び起動スイッチング素子がスイッチオフ
される給電電圧の所定値は、主制御回路従って主スイッ
チング素子の適正動作を可能ならしめるできるだけ低い
値に選定すると好適である。

起動スイッチング素子及び主スイッチング素子は並列に
接続すると好適である。従って起動スイッチング素子及
び主スイッチング素子による給電電圧の発生が特に有効
である。

本発明の好適例では、主スイ・ンチング素子をＭＯＳ電
界効果トランジスタで構成し、かつ起動スイッチング素
子をバイポーラトランジスタで構成する。

ＭＯＳ電界効果トランジスタは特に低損失を示し、これ
により主スイッチング素子と共に作動する回路配置の効
率が向上する。これに対しバイポーラトランジスタは低
【圧によって駆動できるので、エネルギー源の出力電圧
と共に回路配置の適切な起動が達成される。ＭＯＳ電界
効果トランジスタに比ベバイボーラトランジスタの損失
が大きいことは重大ではなく、その理由は損失はこの過
程に際し短時間に生じるからである。

本発明の回路配置は、負荷が電子的に整流された直流モ
ータで構成される場合に有利に使用できる。かかるモー
タは極めて低損失で作動するので、本発明の回路配置と
共に、エネルギー源からのエネルギーの良好な利用が達
成される。

〔実施例］ 第１図は電池として示したエネルギー源１を有する本発
明回路配置の一例を示すが、エネルギー源は幹線供給直
流電圧又は蓄電池又はそれらの組合せとすることができ
る。エネルギー源は実際上、出力電圧として低い直流電
圧を有し、これに残留交流電圧を重畳できる。エネルギ
ー源１から直流電圧変換回路２を介して負荷３に給電さ
れる。この負荷は、第１図に示す如く、例えば、整流の
目的のため４つのスイッチング素子５，６，７．８から
成る全波整流ブリッジに挿入した直流モータ４で構成す
る。図面を簡単にするためスイッチング素子５，６，７
．８は機械的スイッチとして示したが、実際には半導体
スイッチング素子、例えば、ＭＯＳ電界効果トランジス
タとして構成する。

上記ブリッジの整流は原理的に既知であるから、詳細な
説明は省略する。

直流電圧変換回路２は簡単な２端子回路網として構成し
た誘導素子９を具え、本発明では、例えば、フェライト
コアを有するコイルとして構成する。誘導素子９は主ス
イッチング素子１０と直列に接続し、この直列接続回路
をエネルギー源１に接続する。本例では主スイッチング
素子は、ＭＯＳ電界効果トランジスタとして構成し、そ
の理由はこの形式のものは特に低損失で作動するがらで
ある。

原理的には、対応する異なる要素を主スイッチング素子
１０として使用することができる。主スイッチング素子
１０には、整流器１１と平滑コンデンサ１２との直列回
路を並列接続する。

直流電圧変換回路２は、主スイッチング素子１゜を導通
及び遮断の間において周期的にスイフチングを行うこと
により普通の態様で作動し、これにより、エネルギー源
１によって生じた誘導素子９における電流パルスが整流
器１１において整流され、平滑コンデンサ１２において
交流電圧成分が抑圧され、次いで負荷３に供給される。

この目的のため主スイッチング素子１０を主制御回路１
３によって周期的に駆動し、この主制御回路は対応する
制御電圧を主スイッチング素子１０の制御電極、本例で
はＭＯＳ電界効果トランジスタのゲートに供給する。

主制御回路１３には平滑コンデンサ１２の端子両端間に
存在する供給電圧がライン１４を介して供給される。工
ｉルギ−ｔＡ１によって供給される直流電圧は、低いの
で、これからは主スイッチング素子１ｏに対する十分な
制御電圧は得られない。

従って回路配置の起動段階のために起動スイッチンク素
子１５、例えば、バイポーラトランジスタを設け、この
起動スイッチング素子は誘導素子９と直列回路を構成し
、誘導素子はエネルギー源１に接続され、エネルギー源
から整流器１１を介し平滑コンデンサ１１にエネルギー
を供給できる。この目的のため、回路配置が作動状態に
なった後、起動スイッチング素子１５は起動制御回路１
６によって周期的に交互に導通及び遮断状態となる。こ
の過程に当りｉ！断状態において起動スイッチング素子
１５を介して生ずる電圧パルスにより整流器１１を介し
て電流が流れ、これにより平滑コンデンサ１２が充電さ
れる。本例では起動スイッチング素子１５は主スイッチ
ング素子１０と並列接続される。

起動制御回路１６は、実際上、起動スイッチング素子１
５にその制御電極を介し、本例ではバイポーラトランジ
スタのベースを介して周期スイッチングミ圧を供給する
発振器を具え、この周期スイッチング電圧のスイッチン
グ周期を、主制御回路１３が主スイッチング素子１０を
制御するスイッチング周期より短くする。起動スイッチ
ング素子１５に対するスイッチング周期は主スイッチン
グ素子１ｏに対するスイッチング周期の倍数だけ短かく
すると好適である。

起動制御回路１６はエネルギー源１に接続して直流電圧
を直接供給するようにする。回路配置が作動状態になっ
た後の第１の瞬時即ち起動段階の初めにおいては起動制
御回路１６だけがそのスイッチング電圧を送出する一方
、主スイッチング素子１０は依然として遮断状態に維持
される。供給電圧は起動スイッチング素子１５を介して
平滑コンデンサ１２に形成される。その値が主スイッチ
ング素子１０を作動させるに十分な値に到達すると、平
滑コンデンサ１２からライン１４を介してエネルギーを
供給された主制御回路１３により、主スイッチング素子
ｌＯのスイッチングが開始される。その結果、平滑コン
デンサには更にエネルギーが供給され、回路配置を作動
させる供給電圧の値まで充電される。

この充電過程に当り供給電圧が所定値に到達すると、主
制御回路１３は、例えば、平滑コンデンサ１２からの供
給電圧から導出した直流電圧の形態のスイッチオフ信号
を送出し、本例ではスイッチオフライン１７を介して起
動制御回路１６をスイッチオフする。スイッチオフ信号
により起動制御回路１６における周期スイッチングミ圧
の発生が中断され、起動スイッチング素子１５が遮断状
態へ切換えられる。スイッチング配置のその後の動作に
対しては主制御回路１３と共に主スイッチング素子１０
だけが有効となり、起動スイッチング素子１５及び起動
制御回路１６においてはそれ以上電流は流れず、その結
果それ以上損失を生じなくなる。

主制御回路１３は給電電圧の値に対する調整器をそれ自
体既知の態様で具えることができる。その場合、調整す
べき供給電圧の値もライン１４を介し実際の値として調
整器に供給される。この配置では調整の範囲が供給電圧
の低い値に制限されるので、主制御回路１３の動作は適
切に行われ、即ち主スイツング素子１０を適切に制御で
きる。さもなくば、直流電圧変換回路２はもっばら又は
主として起動スイッチング素子１５を介して供給電圧の
この低い範囲の値において作動する。

第１図における鎖線１８は本例においてモノリシック集
積回路に有利に合体できる回路部分を示す。

この点につき起動スイッチング素子１５として使用され
るバイポーラ、トランジスタは半導体結晶上に殆んどス
ペースを必要とせず、その理由は極めて短いスイッチン
グ周期で駆動されることに起因して極めて小さい電流し
が流れないからである。起動制御回路１６における発振
器は極めて簡単に構成することができ従って占有スペー
スを節減することができ、その理由は発振器によって送
出される周期スイッチング電圧の振幅及びスイッチング
周期が特別な精度を要求しないからである。

第２図は第１図の回路配置の変形例を示し、第１図にお
いて示した要素は同し番号で示す。本例回路配置は電圧
検出器２ｏを具え、これにより平滑コンデンサ１２の端
子電圧を検出し、これが所定値に到達した場合起動制御
回路Ｉ６をスイッチオフする。この目的のため電圧検出
器２０にライン１４を介して平滑コンデンサ１２から電
圧を供給する。更に、第２図は起動制御回路１６のスイ
ッチングオフ配置の有利な例を示す。この目的のため起
動制御回路１６には、給電電圧が所定値に到達した場合
遮断状態に切換えられるスイッチオフ素子２１を介して
エネルギー源１から給電する。この目的のため電圧検出
器２０からのスイッチオフ信号はスイッチオフライン１
７を介してスイッチオフ素子２１に供給する。

スイッチオフ素子２１はトランジスタ、特にＭＯＳ電界
効果トランジスタとして構成すると好適であり、スイッ
チオフライン１７はその制御電極、例えばゲートに接続
する。

第２図の例では電圧検出器２０から主制御回路１３にス
イッチングライン２２を設け、このラインを介し主制御
回路を、起動制御回路１６のスイッチングオフに関連し
て作動させる。この目的のためスイッチングライン２２
はスイッチオフ信号又はこれに対応して発生したスイッ
チング信号を転送できるようにする。従って起動制御回
路１６又は主制御回路１３は電圧検出器２０によって選
択的に作動させる。

主制御回路１３は、起動制御回路１６がスイッチオフす
る供給電圧の所定値より成る値だけ小さい給電電圧の値
においてスイッチオフ信号により既に作動させるように
すると好適である。主制御回路１３及び起動制御回路１
６が作動する範囲内で給電電圧の範囲のオーバーラツプ
が生ずる。これにより、いずれの場合においても、製造
時の許容誤差が導入された場合でさえ、回路配置は主制
御回路１３又は起動制御回路１６が作動しない給電電圧
の値の範囲を呈さなくなり、その理由はこの場合直流電
圧変換回路２が起動段階に留るからである。

第２図において鎖線１８で示した如く、電圧検出器２０
及びスイッチオフ素子２１は、第１図に示した回路部分
に加え、この回路配置において半導体結晶上に有利に集
積化される。

起動制御回路１６の単一端子スイッチオフに対するスイ
ッチオフ素子２１と共に述べた例につき、２端子スイン
チオフのため２つのスイッチオフ素子を設けることもで
きる。

第３図は実際上第１図に対応する例を示し、誘導素子９
及び主スイッチング素子１０の配置だけが互に交換され
ているので、この場合には整流器１１及び平滑コンデン
サ１２の直列回路を、主スイッチング素子１０に代え誘
導素子９に並列接続する。その結果、起動スイッチング
素子１５も第１図に比べ変更された配置に移動されるが
、依然として主スイッチング素子１０に並列に接続され
ている。変更された配置に起因して給電電圧の極性も第
１図に比べ逆にする。主制御回路１３は、特に、この変
更した極性に適合する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例をブロックと共に示す回路図、 第２図は本発明の変形例をブロックと共に示す回路図、 第３図は本発明の他の変形例をブロックと共に示す回路
図である。 １・・・エネルギー源　　　２・・・直流電圧変換回路
３・・・負荷　　　　　　　４・・・直流モータ５．６
，７．８・・・スイッチング素子９・・・誘導素子　　
　　　１０・・・主スイッチング素子１１・・・整流器
　　　　　　１３・・・主制御回路１５・・・起動スイ
・ノチング素子 １６・・・起動側′４１■回路　　　２０・・・電圧検
出器２１・・・スイッチオフ素子

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、低出力電圧を有するエネルギー源（１）から直流電
   圧変換回路（２）を介して負荷（３）に給電する負荷給
   電回路配置であって、直流電圧変換回路がエネルギー源
   （１）から主スイッチング素子（１０）によって周期的
   にエネルギーを導出し、これを、増大した供給電圧 （１２における）と共に誘導素子（９）及び整流器（１
   １）を介して負荷（３）に供給し、直流電圧変換回路が
   、負荷給電回路配置の起動段階においてエネルギー源（
   １）から供給電圧（１２における）を発生する起動スイ
   ッチング素子（１５）を具える負荷給電回路配置におい
   て、供給電圧（１２における）から直接エネルギーを供
   給されかつ主スイッチング素子（１０）を周期的に制御
   する主制御回路（１３）を具え、エネルギー源（１）か
   ら直接かつ排他的に供給されかつ起動スイッチング素子
   （１５）を周期的に制御する起動制御回路（１６）を具
   え、起動スイッチング素子（１５）に対するスイッチン
   グ周期を主スイッチング素子（１０）に対するスイッチ
   ング周期より短かくし、給電電圧（１２における）が所
   定値に到達した場合起動制御回路（１６）従って起動ス
   イッチング素子（１５）をスイッチオフするよう構成し
   たことを特徴とする負荷給電回路配置。 ２、起動スイッチング素子（１５）及び主スイッチング
   素子（１０）を並列接続するよう構成したことを特徴と
   する請求項１に記載の負荷給電回路配置。 ３、主スイッチング素子（１０）をＭＯＳ電界効果トラ
   ンジスタで構成し、かつ起動スイッチング素子（１５）
   をバイポーラトランジスタで構成したことを特徴とする
   請求項１又は２に記載の負荷給電回路配置。 ４、負荷（３）を電子的に整流された直流モータで構成
   したことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の負荷
   給電回路配置。 ５、供給電圧（１２における）を検出し、所定値に到達
   した場合起動制御回路（１６）をスイッチオフする電圧
   検出器（２０）を具えたことを特徴とする請求項１、２
   、３又は４に記載の負荷給電回路配置。 ６、供給電圧（１２における）が所定値に到達した場合
   主制御回路（１３）によりスイッチオフ信号（１７にお
   ける）を送出して起動制御回路（１６）をスイッチオフ
   するよう構成したことを特徴とする請求項１、２、３又
   は４に記載の負荷給電回路配置。