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
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Info
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- JPH02501884A JPH02501884A JP63508118A JP50811888A JPH02501884A JP H02501884 A JPH02501884 A JP H02501884A JP 63508118 A JP63508118 A JP 63508118A JP 50811888 A JP50811888 A JP 50811888A JP H02501884 A JPH02501884 A JP H02501884A
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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)
- 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.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.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.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.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.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.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)
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