JPH02501884A - 過渡的な状態のためにスイッチング調節器（バック・セル）が有害な影響を受けることを防止する方法と装置 - 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】 過渡的な状態のためにスイッチング調節器（バック・セル）が有害な影響をうけ ることを防止する方法と装置本発明は、過渡的な状態のためにスイッチング調節 器（バック・セル）の機能が有害な影響を受けることを防止する方法と装置に関 する。

バック・セルの原理に従ったスイッチング調節器は、例えば、Ｗｏ　８４１００ ０８５号またはＥＰ０１１１４９４号の公報により公知である。スイッチング調 節器は、調節されたリズムに従ってオン・オフ動作するパワー・スイッチを使用 して動作し、エネルギーが周期的にチョークに供給されるとともに、該チョーク からコンデンサーと該コンデンサーに並列に配置された負荷の両方にエネルギー が供給されるようになっている。

スイッチング調節器はその原理と調節態様が非常に簡単でかつ構造が頑丈である 。しかし、スイッチング調節器は、極端な動作条件のもと、特にパワー・スイッ チが故障したときは損傷を受けるおそれがある。とりわけ、スイッチング調節器 の出力側で短絡が生じて通電する場合、このような状態が現れる。一般に、公知 のスイッチング調節器は反応がつねに遅（、急速な変化、すなわち、いわゆる過 渡的な状態に適応するには不適当である。

本発明の目的は、公知のスイッチング調節器について上述した極端な状態や使用 のさいの損傷または破損からスイッチング調節器を効果的かつ簡単に保護するこ とができる方法と回路装置を提供することである。

上記の目的を達成するため、請求の範囲の独立環に記載されている方法と回路装 置が本発明に従って提供されたのである。請求の範囲の従属項は本発明の実施態 様を示したものである。

本発明に係る方法と回路装置は、すべての動作条件のもとてスイッチング調節器 が最適切に動作することを特徴としている。有害な短いスイッチング時間を基本 的に回避することができる。過渡的な状態が生じたときや故障が長時間持続する とき、過大な電流が流れることを阻止することができる。

以下、６葉の図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。

しかして、 第１図は、バック・タイプのスイッチング調節器のブロック・ダイアグラムであ る。

第２図は、制御回路ユニットのブロック・ダイアグラムである。

第３図は、非常制御ユニットのブロック・ダイアグラムである。

第４図は、チョーク内を流れる電流のタイムダイアグラムである第５図は、別の タイム・ダイアグラムである。

第６図は、非常制御ユニットを示す別のブロック・ダイアグラムである。

第１図は、従来の技術１例えば、上記のＷＯ８４１０Ｏ０８５号の公報より公知 のスイッチング調節器またはバック・セル１１の構成を示すブロック回路図を示 す、スイッチング調節器１１は、特にスイッチング・トランジスターから構成さ れているスイッチ１７と、フライ・ホイール・ダイオード１８と、チョーク１９ と、コンデンサー２０と、制御回路ユニット２１とを備えている。

スイッチング調節器１１の入力ターミナルａとｂは、入力電圧ｅを供給する電源 １３に接続されている。電圧ｅは直流電圧であるが。

該直流電圧が迅速かつ急激に変動するおそれがある。オームで表した抵抗として 図示されているとともに、調節された出力電圧Ｕ、□が印加される負荷１５がス イッチング調節器１１の出力ターミナルＣとｄに接続されている。

制御回路ユニット２１は、時間間隔Ｔの間の閉路時間ｔにわたって閉路し、時間 間隔Ｔの残りにわたって開路するスイッチ１７に出力２２をへてスイッチング信 号を伝えるようになりえいる。制御回路ユニット２１は、とりわけ出力ターミナ ルＣとｄに印加される実際の電圧Ｕ　ｉ　＄　ｔと、自由に選択可能な基準電圧 Ｕｓ＋ｓ１１と、入力電圧ｅとを制御変数として受け取る。積ｔ−ｅが一定であ るようスイッチングオン時間が入力電圧ｅに基づいて調節される。このことには さほど左右されないが％Ｕ　ｉｌｔがＵ工、と等しくなるよう時間間隔Ｔが調節 される。ｔとＴの実際の値は１０から２０μＳまでと５０から３００μｓまでで ある。

第２図は、上述のように出力２２をへてスイッチングオン時間ｔと時間間隔Ｔを スイッチ１７に伝達する制御回路ユニット２１を詳細に図解したブロック・ダイ アグラムである。制御回路ユニット２１は、単安定マルチバイブレーク−２５と 、コントローラー２７と、非常制御ユニット２８と、プライオリティ回路３１と 電圧／周波数コンバーター３３とを備えている。

入力電圧ｅは、制御変数として単安定マルチバイブレータ−２５に供給される。

トリガー信号が入力２６に現れると、単安定マルチバイブレータ−２５は動作状 態となり、時間ｔ＝定数／ｅが経過した後、停止状態に戻る。これにより積ｅ− ｔは一定の状態となる。

このことは制御プロセス全体にとって有利なことであるが本来公知のことである 。上記の種類のマルチバイブレーク−２５は本来同様に公知のものであって、例 えば、上記のＷＯ８４１０ＯＯ８５号の公報により公知である。コントローラー ２７は、例えば、制御変数と調節変数Ｕ　ｉｓｔとＵｏ、が供給される作動増幅 器として構成されており、一方、電圧／周波数コンバーター３３は商業的に入手 可能なりＣＯ構成要素（電圧制御オフシレーター）として構成されている。

ユニット２７と３３と２５は従来公知の制御回路であって、これにより出力電圧 Ｕ、□と基準電圧Ｕ８゜１□が調節される。すなわち、Ｕ　ｉＫｔとＵｏｌ、の そのおりおりの差に基づき電圧／周波数コンバーター３３を介して時間間隔Ｔの 長さは変るが、スイッチングオン時間ｔの間はぼぼ一定のままであり、時間間隔 Ｔの間、ごくわずか変動するに過ぎない入力電圧ｅにより影響を受けるにすぎな い。

本発明によれば、非常制御ユニット２８はプライオリティ回路３１を介して公知 の制御回路と関連して動作するようになっている。

公知のやり方で２つのダイオードと１つの抵抗から構成されているプライオリテ ィ回路３１の出力３２には入力２９と３０に印加された電圧ｕ１とｕ２のうちの 大きい方が現れる。一般的に、コントローラー２７の出力に現れる電圧ｕ２はｕ ｔより太き（、これにより制御回路ユニットが上述のように動作する。スイッチ ング調節器１１がスイッチオンの状態である短い期間または出力ターミナルＣと ｄが短絡する長い期間にわたってつねに生じることであるが、［圧Ｕ、。

、がＵ、。１．より大幅に低いと、非常制御ユニット２８の出力に現れる電圧ｕ 、が優勢となり、このため残りのプロセスが支配されることになる。これにより 、非常制御ユニット２８は、制御回路にとって不利な条件のもとて制御回路ユニ ットが動作することを阻止する。

入力電圧ｅと出力電圧Ｕ、、、と電流ｉＬは、チ目−り１９をへて非常制御ユニ ット２８に制御変数として供給される。

第３図は、非常制御ユニット２８の別の変更されたブロック・ダイアグラムを示 す、非常制御ユニット２８は、加算器／減算器３７と乗算器／除算器４０と比較 器４３を備えている。加算器／減算器３７は、例えば、差動増幅器として構成さ れている。入力電圧ｅは一方の入力３５に供給され、出力電圧Ｕ　ｔ　ｍ　ｔは 他方の入力３６に供給される。上記の電圧の差（ｅ−Ｕ）に対応した信号が出力 ３８に現れる０乗算器／除算記４０、例えば、ブラウン・ホバリ社が供給してい る商業的に入手可能な構成要素ＭＰＹ１００については、大きさくｅ−Ｕ）／ｅ に比例するとともに、電流に対応した信号が入力電圧ｅから得られる。最後に、 信号Ｉはチョーク１９を介してそのおりおりの電流ｉ＋−と比較器４３で比較さ れる０例えば、作動増幅器として構成されている比較器４３の出力４４に電圧Ｕ 、が現れる１ｌｌＬがＩより大きい場合、Ｕ、はつねにｕ２より大きい。

上述の実施例においては、非常制御ユニット２８はアナログ的に動作するユニッ トである。該ユニットは、次のスイッチオンの期間ｔの間、チョーク１９を通っ て流れる電流ｉ＋−の強さが所定の値を越えることがないようにするため、出力 信号ｕ１を介して時間間隔Ｔの長さを伸ばすことができるようになっている。こ の所定の値を上回ることがないことがはっきりすると、非常制御ユニット２８は その支配機能を発揮し、上述の制御回路ユニット（ユニット２７．３３．２５） に出力電圧Ｕ　ｉ　ｍ　ｔの制御を委ねる。非常制御ユニット２８は常時動作状 態にあり、上記の所定の値に到達すると、つねに非常に迅速に反応する。

第４ａ図は、チョーク１９を通って流れる電流ｉ＋−のタイム・ダイアグラムな 示し、第４ｂ図は、出力電圧Ｕ　ｉＫｔのタイム・グイアゲラムを示している。

横軸は時間を表し、縦軸は電流または電圧を表している０時間間隔Ｔのリズムに あわせて、スイッチ１７は（はぼ）同じスイッチオン時間ｔにわたって閉路され る。スイッチ１７は５時間間隔Ｔの残りの間、開路される。

スイッチオン時間ｔの間、電流ｉＬは増芙しており、この間、チョーク１９はエ ネルギーの供給を受ける。残りの時間の間、チョーク１９は部分的に放電し、電 流ｉ＋−が低下する。負荷１５における電圧が一定の状態にあるとき、時間間隔 Ｔは理論的には変化しない。

負荷１５で突然短絡が生じると、出力電圧Ｕ　ｉ　＠　ｔは非常に急激にゼロに 向かって低下する。このため、制御回路ユニット（ユニット２７．３３，２５） は時間間隔Ｔの長さを短縮させ、電流ｉＬは少しずつしかも大きな速度で急速に 増大する。スイッチオン時間を内において許容最大電流１．．８を越える前であ って、前の時間間隔Ｔが終わったときに非常制御が始まり一時的に遅延させられ たスイッチオン時間ｔが（予測的なことであるが）終わったとき、最大電流ｔ　 ＋ｍｍｍに到達するよう時間間隔Ｔが伸ばされる０次の時間間隔Ｔの長さについ ては、スイッチオン時間ｔが終わったときに最大電流１□つに到達するが、けっ してこれを越えないよう制御が行われる。

したがって、非常制御ユニット２８は、一種の予測的な制御Ｍ（プレディクタ− ・コントロール）を構成している。非常制御ユニット２８は、各時間間隔Ｔ内に おいて次の時間間隔Ｔ内の最大電流ｉＬの大きさを“予測”する、予測された電 流の強さが大きすぎると、前の結果が生じることがないよう非常制御ユニット２ ８が反応する。

非常制御ユニット２８の挙動と構成を第５図を参照しながら詳細に説明する。こ の図面は第４ａ図のタイム・ダイアグラムに相当した別の線図である。２つの連 続した時間間隔Ｔ。−８とＴ。とこれに対応したスイッチオン時間ｔｎ−＋と七 〇が横軸上に表示されている。

スイッチオン時間ｔｎ−１とｔａが終わったときの最大電流Ｊ　＋＋−ｉとｊｏ と対応した時間間隔Ｔ。−８とＴ！が終わったときまたは次の時間間隔Ｔ。とＴ ｎ＊ｉが始まったときの最小電流１　ａ−＋とｉ、、が縦軸上に表示されている 。電流は、Ｊ　ｎ−ｒとｉ　ｎ−＋の間のスイッチオフ時間（”ｒ−ｔ）＋’＋ −１とｉｎ−＋とｉ、、の間のスイッチオン時間内で変動している。

時間が短いから、タイム・スペースを考慮した入力電圧ｅと出力電圧Ｕは一定と みなすことができる。マルチバイブレーク−２５について説明された積ｔ−ｅは 同様に一定とみなすことができる。要求条件として、ｊｌｌが所定の最大電流ｊ □、を越えないこと、すなわち、ｉａ≦ｊ□８が成立することが必要である。

第５図から下記の式が得られる。

Ｊｎ　＝　Ｊｎ−＋　Ｆｎ−＋　−１ｎ−１）　”　Ｆｎ　−１１１−１）　（ １）この式から誘導の法則により下式が得られる。

Ｊｎ　＝　ｉｈ−＋　＋　ｅ−’Ｊ／Ｌ−ｔｎ　（２）（ここで、Ｌ＝チョーク １９の誘導率）ｔ−ｅ＝ψ（ψは定数）により表示されるので１次のように表現 を変換することができる。

Ｌ−＋　＝ｊｎ　−ｅ−Ｕ／ｅ、・＊／Ｌ　（３）この表現は、第３図に示され ている回路により具体化することができ、また時間間隔Ｔイー、の最小電流値ｉ ゎ−、と誘導の法則が判っていることに基づき、次の時間間隔Ｔ、内で最小許容 電流を越えるかどうかについて予測することができることを意味している。予測 の後、もしこの値を越えるときは、ｊｎ＝ｅ−Ｕ／ｅ・φ／Ｌとなるまで、時間 間隔”ｒｎ−＋を伸ばさければならない。このことは、第４図に示されているよ うに、次のスイッチオン時間ｔが終わったときに最大電流ｉい□に到達すること を意味している。

入力電圧ｅが最大値ｅ□８において基本的に一定であると考えれば、表現（３） を下式のごと（簡素化することができる。

１、−、＝　ｊ、−φ／　Ｌ　＋　ｕ／　ｅｍａｘ　”φ／Ｌ　（４）この表現 は、次のスイッチオン時間が終わるときまで、電流ｊ、。

が安全に許容最大値ｉ、□を越えないようにするためにはｊ７−８をどれだけ太 き（設定しなければならないかを示している。

第６図は、表現（４）に対応した非常制御ユニット２８のブロック回路図を示し ている。非常制御ユニット２８のこの変更態様においては、第３図に示されてい るユニット３７と４０は１つの加算器５０に減縮されでいる。可変出力電圧Ｕ　 ＋　ｓ　ｔが入力５１をへて加算器５０に供給されているとともに、定数ＩＬｍ −と−φ／Ｌが入力５２と５３をへて加算器５０に供給されている。加算器５０ の出力電圧Ｉ′は、第３図を参照しながら説明されているように、比較器４３で ｉｉ流ｉＬと比較される。Ｉ′がｉＬの値を越えると、出力４４における電圧Ｕ ＋がコントローラー２７の出力３０における電圧Ｕ２を越え、非常制御ユニット ２８はプライオリティ回路３１をへてスイッチング調節器１１を支配するように なる。

過渡的な状態がスイッチング調節器１１に及ぼす有害な影響を阻止する上述の方 法は簡単であり、上述のように予測的な制御のやり方で使用される。したがって 、この方法は非常に迅速であり、極端に短い過渡的な状態にも反応し、例えば、 出力で短絡が生じた場合のように、比較的不具合が長く継続する場合でも同様に 機能する。

この方法を実施するスイッチング装置、特に第６図に対応したスイッチング装置 は非常に簡単であり、商業的に入手することができる電子的な構成要素を使用し てなんら問題を伴うことなく構成することができる。

Ｆｉｇ、　２ Ｆｉｇ３ 手続補正書（方式） １、事件の表示 国際出願番号　ＰＣＴ／ＣＨ３８１００１８８２、発明の名称 過渡的な状態のためにスイッチング調整器（バック・セル）が有害な影響を受け ることを防止する方法と装置３、補正をする者 事件との関係　特許出腫大 住　所　スイス国　ベルン　１４　シーエイチー３０００ベルブストラツセ　２ ３ ６、補正の対象 （１）特許法第１８４条の５第１項の規定による書面　１１．４（２）明細書お よび請求の範囲の翻訳文の浄書（内容に変更なし）１ｉ＝（３）委任状　１通 （４）委任状訳文　１通 ７、補正の内容 国際調査報告 国際調査報告 ＣＭ　８８００１ε８ ＳＡ　２４５２９

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．スイッチング調節器（１１）が少なくともスイッチ（１７）とフライ・ホイ ール・ダイオード（１８）と、チョーク（１９）と、コンデンサー（２０）と、 制御回路ユニット（２１）とを備えており、 該制御回路ユニット（２１）が、長さが可変の順次連続した時間間隔（Ｔ）の間 、ほぼ一定のスイッチオン時間（ｔ）にあわせて閉路されるよう構成された 過渡的な状態のためにスイッチング調節器（１１）が有害な影響を受けることを 防止する方法であって、 各スイッチオン時間（ｔ）が始まる前に、スイッチオン時間（ｔ）の間、チョー ク（１９）を通って流れる電流が所定の最大電流（ｉｍａｘ）を越えることが予 想されるかどうかが確認されることと、越えることが予想される場合、最後のス イッチオン時間（ｔ）が終わったときに最大電流（ｉｍａｘ）に到達するまで、 スイッチ（１７）が開路されていることと を特徴とする方法。
2. ２．所定の最大電流（ｉｍａｘ）を越えることが予想されることが、入力電圧（ ｅ）と、出力電圧（Ｕｉｓｔ）と、チョーク（１９）を通って流れる電流（ｉＬ ）のそのおりおりの実際の値の組み合わせに基づいて判定されることを特徴とす る請求項１記載の方法。
3. ３．前記組み合わせが、表現（入力電圧（ｅ）一出力電圧（Ｕｉｓｔ）／入力電 圧（ｅ））を備えていることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. ４．所定の最大電流（ｉｍａｘ）を越えることが予想されることが、出力電圧（ Ｕｍａｘ）とチョーク（１９）を通って流れる電流（ｉＬ）のそのおりおりの実 際の値の組み合わせに基づいて判定されることを特徴とする請求項１記載の方法 。
5. ５．請求項１より３までに記載されている方法を実施する回路装置であって、 一スイッチオン時間（ｔ）が入力電圧（ｅ）に逆比例する単安定マルチバイブレ ーター（２５）と、 一スイッチオン信号を前記マルチバイブレーターに送信するために使用される電 圧／周波数コンバーター（３３）と、一２つの入力電圧（ｕ１．ｕ２）のうちの 高い方を電圧／周波数コンバーター（３３）に供給するために使用されるプライ オリティ回路（３１）と、 一そのおりおりの実際の電圧（Ｕｉｓｔ）を基準電圧（Ｕｓｏｌｌ）と比較する ことにより入力電圧のうちの一方（ｕ２）を形成するために使用されるコントロ ーラー（２７）と、一入力電圧のうちの他方（ｕ２）を形成するために使用され る非常制御回路と を特徴とする回路装置（第２図参照）。
6. ６．非常制御ユニット（２８）が加算器／減算器（３７）と乗算器／除算器（４ ０）と比較器（４３）を備えていて、入力電圧（ｅ）と出力電圧（Ｕｉｓｔ）か ら出力信号（Ｉ）が形成され、該出力信号（Ｉ）がチョーク（１９）の出力にお ける電流の強さ（ｉＬ）と比較して入力電圧のうちの他方（ｕ１）を形成するこ とを特徴とする請求項５記載の回路装置。
7. ７．非常制御ユニット（２８）が加算器（５０）と比較器（４３）そ備えていて 、出力電圧（Ｕｉｓｔ）から出力信号（Ｉ′）が形成され、該出力信号（Ｉ′） がチョーク（１９）の出力における電流の強さ（ｉＬ）と比較して入力電圧（ｕ １）のうちの他方（ｕ１）を形成することを特徴とする請求項５記載の回路装置 （第６図参照）