JPH01308165A - スイツチング式定電圧制御回路 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明はスイッチング式定電圧制御回路に関する。

［従来技術］ パワーエレクトロニクスの発達に伴い、随所で目標値を
安定に保つためのスイッチング制御回路が使用されてい
る。従来、この種の回路はＰＷＭ回路、ＰＦＭ回路等と
して各種のものが提案されているが、これらは高機能、
高性能を追及したものであり、その結果回路が複雑にな
り、かつ高価なものとなっていた。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は上述した従来技術の欠点を除去するものであり
、その目的とする所は、簡単かつ画一化した回路構成で
各種レベルの目標値（電圧、電流、電力等）を安定に制
御するスイッチング式定電圧制御回路を提供することに
ある。

［課題を解決するための手段］ 本発明のスイッチング式定電圧制御回路は上記の目的を
達成するために、安定化すべき電圧信号を入力してこれ
を所定レベルの電圧信号に変換するレベル変換素子と、
前記変換した電圧信号を所定レンジの電圧信号に増幅す
る増幅回路と、前記増幅した電圧信号を所定の異なる閾
値で２値化して前記入力の電圧信号を安定化するための
スイッチング制御信号を出力する２値化回路を備えるこ
とをその概要とする。

［作用］ かかる構成において、レベル変換素子は安定化すべき電
圧信号を入力してこれを所定レベルの電圧信号に変換す
る。増幅回路は前記変換した電圧信号を所定レンジの電
圧信号に増幅する。

２値化回路は前記増幅した電圧信号を所定の異なる閾値
で２値化して前記入力の電圧信号を安定化するためのス
イッチング制御信号を出力する。

［実施例の説明］ 以下、添付図面に従って本発明による実施例を詳細に説
明する。

［第１実施例］ 第１図は第１実施例のスイッチング式定電圧制御回路を
備えるＤＣ−ＤＣコンバータの回路図である。図におい
て、１は通常のチョッパ回路であり、２は第１実施例の
スイッチング式定電圧制御回路である。この図は、その
大部分が規格化されかつ単体で製造される制御回路２が
他の各種チョッパ回路等に外から接続できる事を示して
おり、あるいは各種チョッパ回路等に始めから制御回路
２を組み込んでも良いことを示している。

チョッパ回路１において、トランジスタＴＲ２は端子Ｃ
のスイッチング信号を増幅し、かつ抵抗Ｒ６を介してパ
ワートランジスタＴＲ３をＯＮ１０　Ｆ　Ｆ制御する。

またリアクトルＬ１は負荷電流ｉＬを略一定に保ち、コ
ンデンサｃ２は出力電圧ｖ０を平滑化する。またり、は
環流ダイオードであり、ＴＲ３がＯＦＦの区間にリアク
トルＬ＋の電力を負荷に供給する。

スイッチング式定電圧制御回路２において、インバータ
回路ＩＩ、Ｉ２は抵抗Ｒ３、Ｒ４と供にシュミット回路
を構成している。シュミット回路の第１及び第２の閾値
ＴＨＩ、　ＴＲ２は電源電圧Ｖ　Ｈ、Ｖ　Ｌが定まると
抵抗Ｒ３及びＲ４により決定される。例えば電源電圧を
Ｖ。＝■、＝１５ＶＸＶＬ　”ＯＶ　（ＧＮＤ）にする
ことが可能である。この場合は０点におけるインバータ
回路■１のスイッチングレベルは（ＶＨ−ｖｔ、）／２
付近に有ると考えられる。実際上、このＶ　Ｈ，Ｖ　Ｌ
としては任意のものが使用できるから、それに応じて０
点のスイッチングレベルも決り、固定化される。従って
、どの場合でも０点のスイッチングレベルを基準として
シュミット回路の第１及び第２の閾値Ｔ、、、Ｔ、２を
決定できる。また、かかるインバータ回路ＩＩ、Ｉ２を
構成するＩＣはその使用電源電圧範囲内であればＶ　ｏ
　、　Ｖ　Ｌを安定化する必要が無く、コストメリット
になる。

本実施例では、第１の閾値ＴＨＩはインバータ回路■２
がＯＦＦ　（ＨＩＧＨレベル）の時に０点の電圧をスイ
ッチングレベル以下にするような０点の電圧であり、ま
た第２の閾値下Ｈ２はインバータ回路工２がＯＮ　（Ｌ
ＯＷレベル）の時に■点の電圧をスイッチングレベル以
上にするような０点の電圧である。こうして、−旦、第
１及び第２の閾値’ｌ＋１．　ＴＲ２が決定されると、
この部分は安定化すべき出力電圧Ｖｏが何ボルトである
かには影響されない。

尚、スイッチング制御信号の出力端子Ｐ及びＰ／からは
夫々反対の信号が得られ、この種の制御回路としての汎
用性を考慮している。

またインバータ回路ＩＩ、Ｉ２としては電力軽減の目的
でＣＭＯ３−ＩＣ（例えば４０４９）等を使用する。

１〜ランジスタＴＲ，及び抵抗Ｒ２はエミッタ接地形反
転増幅回路を形成している。この増幅回路のゲインは、
後述するＴ　Ｒ１の動作レンジにおいて、コレクタ電圧
（０点の電圧）が上記の第］及び第２の閾値Ｔ　ｕ　＋
　、　Ｔ　１．２を十分にオーバーするように設定され
る。従って、’ｒ　Ｒ、の入力レンジを決めておけば、
増幅回路のゲインも決定でき、この部分の回路構成は実
質的に出力電圧■。

か何ボルトであるかには影響を受けない。

ツェナダイオードＺＤ及び抵抗Ｒ３はＴ　Ｒ＋の動作点
（入力レンジ）を決定する。例えばＴ　Ｒ＋の動作点を
■、。とすると、ツェナ電圧■２は略Ｖｚ”Ｖｏ　　Ｖ
ｂ。となるように選ばれる。これにより、安定化すべき
出力電圧■。の変化はツェナ電圧■２だけレベルシフト
されてＴＲＩのベースをその動作点を略中心にして駆動
する。従って、安定化すべき出力電圧■。は任意に選べ
、それに応じてＺＤ（ツェナ電圧ＶＺ）を変えるだＧっ
で良い。

尚、ＺＤを図示の如く接続するのてＴ　Ｒ＋のＶｂｅを
温度補償できる。

第２図は第１図の回路の定常時動作波形を示す波形図で
ある。端子Ｃのスイッチング制御信号が論理１．（ＨＩ
ＧＨ）レベルになると、トランジスタＴＲ２及びＴＲ３
がＯＮＬ／、リアクトルＬ、に負荷電流１１．を供給す
る。以後の区間では負荷電流ｉＬの一部１゜がコンデン
サＣ２を充電し、該Ｃ２の電圧ＶＯ（例えば５Ｖ）はそ
の平均値Ｖａ　（＝５Ｖ）を通過して上昇する。一方、
ＴＲ，の０点においては反転増幅された信号ＴＲ，−■
が第１の閾値下、、１に向って下降する。

やがて信号ＴＲｌ−■が第１の閾値ＴＨＩに達すると０
点の信号は（ＶＨ−ＶＬ　）／２を通過して下降し、イ
ンバータ回路■１をＯＦＦに、かつヘ　　　　インバー
タ回路■２をＯＮに夫々反転する。

インバータ回路■２の論理０　（ＬＯＷ）レベルはＴＲ
２をＯＦＦすると供に、抵抗Ｒ４を介して０点に帰還し
、結果として０点における閾値をＴＲ２に上昇させる。

またＴＲ２がＯＦＦするとＴ　Ｒｓが０ＦＦＬ、、負荷
電流ＩＬの供給を止める。以後の区間ではりアクドルＬ
１が環流ダイオードＤ、を介して負荷電流ｉＬを供給す
る。この区間ては電流ｉｃが負荷電流ｉ、に加わると同
時にコンデンサＣ２か放電し、出力電圧Ｖ。がその平均
値■８を通過して下降する。一方、ＴＲ，の０点では反
転増幅された信号Ｔ　Ｒ＋　−■が第２の閾値下。２に
向って上昇する。やがて信号ＴＲ，−■が第２の閾値Ｔ
Ｈ２に達すると０点の信号は（ＶＨＶＬ）／２を通過し
て上昇し、インバータ回路Ｉ、をＯＮに、かつインバー
タ回路■２をＯＦＦに夫々反転する。インバータ回路Ｉ
２の論理１（ＨＩＧＨ）レベルはＴ　Ｒ２をＯＮすると
供に、抵抗Ｒ４を介して０点に帰還し、結果として０点
における閾値をＴ）１１に下降させる。

こうして、出力電圧■。（＝平均電圧ｖ８）が略５■の
定常時ではＶｌが略１０Ｖのときデユーティ北路５０％
のスイッチング信号が得られる。

しかし、出力の平均電圧ｖ８が５ｖより下がると、これ
に応じて０点の平均電圧Ｖ■が上昇する。ところが第１
及び第２の閾値Ｔｌ（ｌｌＴＨ２は固定されているから
、結果としてＴＲ３のＯＮ区間か長くなり、ＯＦＦ区間
が短くなる。これにより出力の平均電圧Ｖ８は５■に復
帰する。

また逆に出力の平均電圧Ｖ８が５ｖより上ると、これに
応じて０点の平均電圧Ｖ■が下降する。

その結果としてＴＲ３のＯＮ区間が短くなり、ＯＦＦ区
間が長くなる。これにより出力の平均電圧Ｖ８ば５Ｖに
復帰する。

尚、第１実施例の制御回路２はいわゆるソフトスタート
機能を備えていないが、小型電子機器を駆動するような
場合は負荷も小さく、トランジスタＴＲ３は十分に耐え
得る。

また第１実施例の制御回路２は１回路につきインバータ
回路が２個で済む。従って市販のＩＣ（例えば４０４９
）ではワンチップで制御回路２を３回路組める。勿論、
ワンチップを他のロジック回路と共用しても組める。

第３図は第１実施例の制御回路２の他の用い方の一例を
示す図である。第１図の構成ではｖｌの値により第２図
におけるＯＮ区間とＯＦＦ区間の和（周期−丁）が変化
する。これに対して第３図の構成では簡単なりロック発
振回路３を付加することにより周期Ｔを一定にした一般
的なＰＷＭ制御か可能になる。

第３図において、３はクロック発振回路であり、デユー
ティ北路５０％かつ一定周波数のクロック信号ＣＬＫを
出力する。またダイオードＤ２．Ｄ３及び抵抗Ｒ９はＯ
Ｒ回路を構成し、工。はインバータ回路である。かかる
構成ではダイオードＤ２及びＤ３のアノードが供にＬＯ
Ｗレヘレベ区間のみインバータ回路■６の出力がＨＩ　
Ｇ　Ｈレベルになり、トランジスタＴＲ２をＯＮする。

従って、今、一定制御すべき電圧■。

が下がると、制御端子Ｐ／のＬＯＷレベル区間が長くな
り、結果としてＴ　Ｒ２のＯＮ区間を長くさせるように
働く。また逆に電圧Ｖ０が上がると、制御端子Ｐ／のＬ
ＯＷレベル区間が短くなり、結果としてＴＲ２のＯＮ区
間を短くさせるように働く。ところが、クロック信号Ｃ
ＬＫがＨＩ　Ｇ　Ｈレベルの時はＴＲ２は強制的にＯＦ
Ｆにされる。

従ってＴ　Ｒ２の周期Ｔは一定になり、ＰＷＭ制御が可
能になる。

尚、クロック発振回路３の代りにマイクロプロセッサ（
ｃｐｕ）等の既存のクロック信号をデユーティ北路５０
％のクロック信号ＣＬ　Ｋに分周して使用しても良い。

またインバータ回路■３〜■６及び制御回路２のインバ
ータ回路ＩＩ、Ｉ２を合せても合計６個であり、市販の
ＩＣ（例えば４０４９）等のワンチップで構成できる。

［第２実施例コ 第４図は第２実施例のスイッチング式定電圧制御回路４
の回路図である。第１図と同等の構成には同一符号を付
して説明を省略する。この第２実施例は負の出力電圧−
ｖｏを一定制御するのに適したスイッチング制御回路で
ある。図において、］・ラランジッタＴＲはペース接地
形正転増幅器を形成しており、ＺＤのアノードに加える
出力電圧−ＶＯが更に低くなると、０点の平均電圧Ｖ■
が下降する。この場合も第１及び第２の閾値Ｔ　ＨＩ　
Ｉ　Ｔ　８２は固定されているので、結果としてＴ　Ｒ
３のＯＮ区間を短くし、ＯＦＦ区間を長くするように働
く。これにより出力電圧−Ｖｏは高くなる。また出力電
圧−Ｖｏが高くなると、０点の平均電圧■■が上昇し、
結果としてＴＲ３のＯＮ区間を長くし、ＯＦＦ区間を短
くするように働く。これにより出力電圧−ｖｏは低くな
る。

尚、上述実施例はＤＣ−ＤＣコンバータへの応用例を示
したがこれに限らない。安定な目標値を得るためのスイ
ッチング制御なら何にでも適用できる。

［第３実施例］ 第５図は実施例の制御回路２を蛍光灯のインバータ制御
に応用した回路図である。図において、２はスイッチン
グ式定電圧制御回路、５はパワーＯＮ時のシーケンス制
御回路、９は負荷としての蛍光灯、６は蛍光灯９のヒー
タ駆動回路、７はクロック発振回路、８はろ波回路、残
りはインバータ回路（ＤＣ−ＡＣ変換回路）である。

シーケンス制御回路５はパワーＯＮから所定時間（Ｒｚ
、Ｃｅにより決定）の経過までダイオードＤ６のアノー
ドを付勢（ＬＯＷレベルに）し、発振回路７によるヒー
タ駆動を可能にする。

また前記所定時間経過までダイオードＤ４のアノードを
消勢（ＨＩＧＨレベルに）してＴ　Ｒａ（即ち、インバ
ータ回路）の駆動を阻止する。

やがて所定時間経過すると、ダイオードＤ４のアノード
が付勢（Ｌ　ＯＷレベルに）され、Ｔ　Ｒａは発振回路
７及び制御回路２により負荷電力が一定になるようにＰ
ＷＭ制御される。即ち、入力電圧Ｖ１の変化は負荷回路
（蛍光灯９）及びろ波回路８に同等の影響（電圧変化）
をもたらす。

ろ波回路８ばこの変化を０点における電圧レベルの変化
に変換する。今、ＶＩが上昇し、０点の平均レベルが上
昇すると結果としてＴＲ，のＯＮ時間か短くなり、負荷
への電力供給を一定に保つ。逆に■１が下降し、０点の
平均レベルが下降すると結果としてＴ　ＲａのＯＮ時間
が長くなり、負荷への電力供給を一定に保つ。

第６図（Ａ）〜（Ｃ）は入力ｖ１の変化に対する０点の
電圧波形Ｖ＋’　を示す図に係り、第６図（△）は入力
Ｖ！か定格時の０点の波形図である。この状態では蛍光
灯９には定格電力が供給されている。今、何らかの原因
で入力Ｖ、が上昇すると、第６図（Ｂ）の如くｖｌ′も
上昇する。

これにより０点の電圧も上昇するから結果としてトラン
ジスタＴ　Ｒａの○Ｎ時間が短くなり、蛍光灯９への電
力供給を一定に保つ。また入力ｖ１が下降すると、第６
図（Ｃ）の如＜ｖ＋’　も下降する。これにより０点の
電圧も下降するから結果としてトランジスタＴ　Ｒａの
ＯＮ時間が長くなり、蛍光灯９への電力供給を一定に保
つ。即ち、蛍光灯９を流れる電流は■１の変化に無関係
となり、略一定値となる。従って輝度も略一定となる。

尚、可変抵抗ＶＲを調整することによりＴ　ＲａのＯＮ
時間を調整することも可能であり、輝度を可変できる。

［発明の効果］ 以上述べた如く本発明によれば、制御回路が簡単であり
、かつ固定化できる。また電圧レベル変換素子（例えば
ＺＤ）自体又はその接続を変えるのみで正負各種の出力
電圧を安定化できる。

従って小型化、量産性に優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例のスイッチング式定電圧制御回路を
備えるＤＣ−ＤＣコンバータの回路図、 第２図は第１図の回路の定常時動作波形を示す波形図、 第３図は第１実施例の制御回路２の他の用い方の一例を
示す図、 第４図は第２実施例のスイッチング式定電圧制御回路の
回路図、 第５図は実施例の制御回路２を蛍光灯のインバータ制御
に応用した回路図、 第６図（Ａ）〜（Ｃ）は第５図の種々の入力ｖ１に対す
る０点の電圧波形■１′を示す図である。 図中、１・・・チョッパ回路、２．４・・・スイッチン
グ式定電圧制御回路、３，７・・・クロック発振回路、
５・・・シーケンス制御回路、６・・・ヒータ駆動回路
、８・・・ろ波回路、９・・・蛍光灯である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 安定化すべき電圧信号を入力してこれを所定レベルの電
   圧信号に変換するレベル変換素子と、 前記変換した電圧信号を所定レンジの電圧信号に増幅す
   る増幅回路と、 前記増幅した電圧信号を所定の異なる閾値で２値化して
   前記入力の電圧信号を安定化するためのスイッチング制
   御信号を出力する２値化回路を備えることを特徴とする
   スイッチング式定電圧制御回路。