JPH03145968A - 直流電源装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明はインバータ回路と整流・平滑回路とを組み合
わせて直流出力を得る直流電源装置で１次電源電圧変動
あるいは負荷変動にょる出力電圧変動の低減化に関する
ものである。

〔従来の技術〕

第５図は従来の直流電源装置の１例を示すものでｆｌｌ
は直流電力を供給する１次電源、（２）は電流のオン・
オフを行なうためのスイッチング素子、（３）は高周波
トランス、（４）はこの高周波トランスからの出力を整
流するための整流回路、１５）はこの整流回路の出力を
平滑するための平滑回路、（６）は負荷。

（７）は基準電圧を出力するための基準電圧発生回路。

（８）はこの基準電圧発生回路の出力と上記平滑回路（
５）の出力信号との差を検出・増幅するための誤差増幅
器、（９１は上記平滑回路（５）の位相特性を改善する
ための位相補償回路、ααはパルス幅制御の基準となる
三角波を出力するための三角波発振回路。

αＤはこの三角波発振回路の出力と上記位相補償回路（
９１の出力信号とによってパルス幅に変換するためのパ
ルス幅変調回路、α２はこのパルス幅変調回路の出力信
号を上記スイッチング素子（２）の駆動信号に増幅する
ためのドライバである。

また、第６図は従来のこの種の装置の動作図を示したも
ので、（ａ）は１次電源電圧が増加あるいは負荷が軽負
荷になった状態、　（ｂ）は１次電源電圧が低下あるい
は負荷が重負荷になった状態であう。

第６図の（７）は平滑回路出力電圧ｖＯの動作波形図。

０）は位相補償回路出力電圧Ｖθの動作波形図である　
これよう第５図及び第６図に基づいて説明する。

従来のこの種の装置にかいては、１次電源（１）から供
給される電力をスイッチング素子（２）によってパルス
状の電力に変換し高周波トランス（３）に入力する。

この高周波トランス（３）によって所定の電圧に降圧又
は昇圧した電力に変換し、これを整流回路（４）によう
逆電圧を阻止した後さらに平滑回路（５）によって直流
に変換し、平滑回路出力電圧■０の直流出力を負荷（６
）に供給する。

また、前記平滑回路出力電圧ｖＯは誤差増幅器（８）に
入力すると共に、−力差準電圧発生回路（７）からの出
力である基準電圧ｖＲを上記誤差増幅器（８）に入力す
る。

この誤差増幅器（８）によって基準電圧ｖＲに対する平
滑回路出力電圧ｖＯの電位差に比例した信号を出力し２
位相補償回路（９）に入力する。この位相補償回路（９
）によって上記平滑回路（５）の位相特性を改善して位
相補償回路出力電圧Ｖｅとしてパルス幅変調回路卸に入
力すると共に、一方三角波発振回路ａＯからの出力であ
る三角波信号ｖＴをパルス幅変調回路αυに入力する。

このパルス幅変調回路卸によって、前記位相補償回路出
力電圧Ｖｅが三角波信号ｖＴよシ大きい場合はスイッチ
ング素子（２）をＯＦＦの状態、逆に小さい場合は上記
スイッチング素子（２１をＱＮの状態、を可能にするパ
ルス幅を有するパルス信号に変換し、パルス幅変調回路
出力電圧ｖＦとしてドライバａｚに入力する。このドラ
イバα２によって入力された前記パルス幅変調回路出力
電圧ｖＦをスイッチング素子＋２１の駆動信号に増幅し
て上記スイッチング素子（２１０オン・オフ制御を行な
う。この結果、平滑回路出力電圧ｖＯは基準電圧発生回
路（７）からの基準電圧ｖＲに対応した直流電圧に安定
化することになる。

・い１この様な構成に釦いて、第６図の（ａ）の動作図
に示す様に時間ｔ１の時点で１次電源電圧ｖ１が増加あ
るいは負荷（６）が軽負荷になった場合、第６図の（ａ
）の（７）に示す様に平滑回路出力電圧ｖＯは過渡的に
電圧が上昇する。一方、第６図の（−）の（イ）に示す
様に前記平滑回路出力電圧ｖＯの電圧上昇によう位相補
償回路出力電圧ｖｅも電圧が上昇する。この位相補償回
路出力電圧Ｖｅと三角波信号ｖＴとの相関関係で、平滑
回路出力電圧ｖＯを下降させる様パルス幅制御を行ない
１時間ｔ２以後の平滑回路出力電圧ｖＯは１次電源電圧
Ｖｉの増加あるいは負荷（６）の軽負荷に係わシなく定
常時と同じ安定化した直流電圧となる。

また、第６図のω〉の動作図に示す様に時間ｔ。

の時点で１次電源電圧ｖ１が低下あるいは負荷（６）が
重負荷になった場合、第６図の（′ｂ）の■に示す様に
平滑回路出力電圧ｖＯは過渡的に電圧が下降する。以下
第６図の（−）の動作図で説明した動作と同様に、平滑
回路出力電圧ｖＯを上昇させる様パルス幅制御を行ない
１時間ｔ４以後の平滑回路出力電圧ｖＯは１次電源電圧
ｖ１の低下あるいは負荷（６）の重負荷に係わルな（定
常値と同じ安定化した直流電圧となる。

ここで、平滑回路（５）及び位相補償回路（９）に依存
する過渡応答速度の制約から前述の１次電源電圧ｖ１の
電圧増減速度あるいは負荷（６）の負荷変動速度に追従
しきれない様な速度変化となった場合は。

結果として第６図の（７）に示す様に時間ｔ１〜ｔ２あ
るいは時間ｔ５〜ｔ４の期間、平滑回路出力電圧ｖＯは
過渡的に電圧が上昇あるいは下降した後。

規定の安定化した電圧に戻る。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、この従来の装置にわいては１次電源電圧Ｖｉ
が急激に増加あるいは低下したジ、負荷（６）の負荷変
動速度が速いと平滑回路（５）の過渡応答速度の制約及
び上記平滑回路（５）の位相特性を改善するための位相
補償回路（９）によって平滑回路出力電圧ｖＯが過渡的
に大きく増加あるいは低下してし１い、負荷（６）等の
誤動作や破壊を起こすこと。

また平滑回路（５）の過渡応答速度を上げて平滑回路出
力電圧ｖＯの過渡的増減分を低減すると、前記平滑回路
出力電圧ｖＯのリップル成分が増大して性能を満足しな
いなどの課題があった。

この発明は、従来のこの種の装置の課題を解決するため
になされたもので、１次電源電圧の急激な増減あるいは
速い負荷変動速度に対しても、平滑回路の過渡的応答に
係わらず、平滑回路出力電圧の過渡的増減を抑圧して負
荷等の安定動作を確保し、リップル成分についても十分
性能を満足できるようにすることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係わる直流電源装置は、基準電圧に対して平
滑回路出力電圧の大小を判別して出力する比較器と、前
記平滑回路出力電圧が前記基準電圧を中心に設定した所
定の電圧範囲の内か外かを判別して出力するウィンドコ
ンパレータと、前記ウィンドコンパレータの出力が所定
電圧範囲内対応ならば位相補償回路出力電圧を選択し、
所定電圧範囲外対応ならば前記比較器の出力を選択して
出力する選択スイッチとを設け、この出力をパルス幅変
調回路の比較電圧入力端に与えるように構成したもので
ある。

〔作用〕

この発明においては、１次電源電圧の急激な増減あるい
は速い負荷変動速度に対して即応で対応したパルス幅制
御を行なうことによって、平滑回路出力電圧は平滑回路
及び位相補償回路の過渡応答速度の制限に係わらず過渡
状態に釦いても常に安定した直流電圧となる。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図は第
１図の内の一部分動作特性例を示す図。

第３図及び第４図はこの発明の詳細な説明するための図
であシ、以下詳細に駅間する。

第１図で（１１〜Ｑ２は上記従来装置と同一のものであ
う、αＪは基準電圧Ｖ、に対して平滑回路出力電圧ＶＯ
の大小を判別してこれに対応する２つの電圧形態として
出力する比較器、へ４は前記平滑回路出力電圧ｖＯが前
記基準電圧ｖＲを中心に設定した所定の電圧範囲の内か
外かを判別してこれに対応する２つの電圧形態として出
力するウィンドコンパレータ、αＳは前記ウィンドコン
パレータの出力が所定電圧範囲内対応ならば位相補償回
路出力電圧側を選択しまた所定電圧範囲外対応ならば前
記比較器出力電圧Ｖｃを選択して出力する選択スイッチ
である。また、第２図は上記ウィンドコンパレータａ４
と上記選択スイッチ（＋５１との動作特性図であり、さ
らに第３図はこの発明にしいて１次電源電圧Ｖｉが増加
あるいは負荷（６）が軽負荷になった状態の動作図、第
４図は１次電源電圧Ｖｉが低下あるいは負荷（６）が重
負荷になった状態の動作図を示すもので、第３図及び第
４図で（７）は三角波信号■７と選択スイッチ出力電圧
Ｖθ０の動作波形図。

（イ）は位相補償回路出力電圧ｖｅと比較器出力電圧Ｖ
ｃの動作波形図、０）は選択スイッチａＳの選択位置を
示す図、に）は整流回路出力電圧ｖＲｏと平滑回路出力
電圧ｖＯの動作波形図である。

いオこのような構成にかいて、従来装置と同じく平滑回
路出力電圧ｖＯ及び基準電圧ｖＲを誤差増幅器（８）に
入力する一方、比較器０の１つの入力端に前記平滑回路
出力電圧ｖＯを分岐して入力すると共に他方の入力端に
前記基準電圧ｖＲを分岐して入力する。さらにウィンド
コンパレータ（Ｉ４の１つの入力端にも前記平滑回路出
力電圧ｖＯを分岐して入力すると共に他方の入力端に前
記基準電圧ｖＲを分岐して入力する。

これによって上記比較器０の出力である比較器出力電圧
Ｖｃは基準電圧ｖ１（に対して平滑回路出力電圧ｖＯが
高ければ三角波信号ｖ、ｒの波高値よう高い一定の電圧
、逆に低ければほぼＯで一定となる出力となシ１選択ス
イッチαりのＯＮ側端子に入力する。なか、この比較器
ａ３は集積回路化された現存する比較器あるいはトラン
ジスタ等の能動素子と抵抗器等の受動素子とを使用して
構成した公知の電子回路によって実現できることはいう
１でもな込。

一方上記選択スイッチＱ！９のＯＦＦ側端子に位相補償
回路出力電圧Ｖｅを入力する。また上記ウィンドコンパ
レータａ４によって上記選択スイッチα９は第２図に示
す様に、平滑回路出力電圧ｖＯが基準電圧ｖＲを中心と
した所定電圧範囲、Ｉｖ以内ならばＯＦＦの選択位置、
この所定電圧範囲Ｊｖ以外ならばＯＮの選択位置に選択
される。なか、このウィンドコンパレータ０は集積回路
化された現存するウィンドコンパレータあるいはトラン
ジスタ等の能動素子と抵抗器等の受動素子とを使用して
構成した電子回路によって実現できるし、また選択スイ
ッチα９についても集積回路化された現存するアナログ
スイッチ等“を使用して高速で切換え動作できるものが
実現できることはいう普でもない。

この選択スイッチａ９の出力である選択スイッチ出力電
圧Ｖ８ＬＩはパルス幅変調回路卸の比較電圧入力端に入
力される。

ここで、第３図の時間ｔ、以前及び第４図の時間ｔ、以
前の動作図に示す様に１次電源電圧ｖ１及び負荷（６）
が定常状態では平滑回路出力電圧ｖＯと基７ｓ電圧ｖＲ
が対応した形で完全一致しているため、（イ）に示す様
に比較器出力電圧ＶＣは２つの電圧形態の内どちらにな
るかが不定であるが、に）に示す様に前記平滑回路出力
電圧ｖＯはウィンドコンパレータ０の所定電圧範囲ｊＶ
以内であるから０）に示す様に選択スイッチαりはＯＦ
Ｆ側に選択される結果２位相補償回路出力電圧Ｖｅが選
択スイッチ出力電圧Ｖθ０としてパルス幅変調回路−の
比較電圧入力端に入力される。

したがって前述の従来装置と全く同一の動作をし、平滑
回路出力電圧ｖＯは基準電圧ｖＲに対応した直流電圧に
安定化することになる。

次に＠３図の動作図に示す様に時間ｔ、の時点で１次電
源電圧ｖ１が増加あるいは負荷（６）が軽負荷になった
場合、に）に示す様に平滑回路出力電圧ＶＯは過渡的に
電圧が上昇し始めると共にほぼ同時に（イ）に示す様に
比較器出力電圧Ｖｃは三角波信号ｖＴの波高他以上の一
定の電圧に、また位相補償回路（９）の出力である位相
補償回路出力電圧ｖｅも定常値から電圧が上昇し始める
。この前記平滑回路出力電圧ｖＯがウィンドコンパレー
タ０の所定電圧範囲ｊＶのしきい値を越えた時点で第３
図００）に示す様に選択スイッチａりがＯＦＦ位置から
ＯＮ位置に選択され、（１）に示す様に選択スイッチ出
力電圧ＶＳＯは位相補償回路出力電圧Ｗｅから比較器出
力電圧ＶＣへと移行・選択される結果、パルス幅変調回
路出力電圧ｖｐはスイッチング停止状態、つ１＃）スイ
ッチング素子（２）をスイッチング周期に係わらずにＯ
ＦＦ状態に保持させる出力と々る。

これによって第３図のに）に示す様に整流回路出力電圧
ｖＲＯは定常状態のパルス状電圧波形に対してスイッチ
ング停止状態である０で一定となう。

したがって前記平滑回路出力電圧ｖＯも１次電源電圧Ｖ
ｉの急激な増加あるいは速い負荷変動速度の過渡状態に
かいても平滑回路（５）及び位相補償回路（９）の制限
に係わらずに電圧変動を抑圧した安定な直流電圧となる
。これ以降、比較器０及びウィンドコンパレータａ４に
よってスイッチング停止動作制御を行なって前記平滑回
路出力電圧ｖＯの電圧変動を抑圧した後、とのｖＯが前
記所定電圧範囲ｊＶ内となった時点で所定の電圧に上昇
・収束した前記位相補償回路出力電圧Ｖｅによるパルス
幅制御に選択・移行し、引き続き安定な直流電圧となる
。なか、電圧変動率は上記ウィンドコンパレータａ４の
所定電圧範囲ＪＶが小さいほど向上する。

また、第４図の動作図に示す様に時間ｔ３の時点で１次
電源電圧ｖ１が低下あるいは負荷（６）が重負荷になっ
た場合、に）に示す様に平滑回路出力電圧ｖＯは過渡的
に電圧が下降し始めると共にほぼ同時に０）に示す様に
比較器出力電圧ＶＣはほぼ０で一定の値、普た位相補償
回路出力電圧Ｖｅも定常値から電圧が下降し始める。こ
の前記平滑回路出力電圧ＶＯがウィンドコンパレータα
４の所定電圧範囲ＪＶのしきい値を越えた時点で前述の
動作と同様に選択スイッチ出力電圧ｙｓｏは前記比較器
出力電圧Ｖｃへと移行・選択される結果、パルス幅変調
回路出力電圧Ｖｐはパルス幅に調回路卸内部で設定した
最大オンパルス幅の状態、つ１リスイツチング素子（２
）のＯＮ状態時間を拡げる出力となる。

これによって第４図のに）に示す様に整流回路出力電圧
ｖＲＩＪは定常状態のパルス幅に比べて強制的に拡くし
たパルス状の電圧波形となう、したがって前記平滑回路
出力電圧ｖＯも１次電源電圧ｖ１の急激な低下あるいは
速い負荷変動速度の過渡状態に釦いても前述の過渡応答
速度の制限に係わらずに電圧変動を抑圧した直流電圧と
なる。

これ以降、比較器０及びウィンドコンパレータ０４によ
って前述のパルス幅制御を行なって前記平滑回路出力電
圧ｖＯの電圧変動を抑圧した後、とのｖＯが前記所定電
圧範囲ＪＶ内となった時点で所定の電圧に下降・収束し
た前記位相補償回路出力電圧Ｖｅによるパルス幅制御に
選択・移行し。

引き続き安定な直流電圧となる。

ところで、上記実施例ではスイッチング素子を１個使用
する一石フォワード型の直流電源装置について述べたが
、スイッチング素子を複数個使用するプッシュプル型や
ブリッジ型の直流電源装置についても利用できるし、ま
た高周波トランスを使用しないチョッパ型の直流電源装
置にも利用できることはいう１でもない。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明した通り、基準電圧に対して平滑回
路出力電圧の大小を判別して出力する比較器と、前記平
滑回路出力電圧が前記基準電圧を中心に設定した所定の
電圧範囲の内か外かを判別して出力するウィンドコンパ
レータと、このウィンドコンパレータの出力が所定電圧
範囲内対応ならば位相補償回路出力電圧を選択し、所定
電圧範囲外対応ならば前記比較器の出力を選択して出力
する選択スイッチとを設け、この選択スイッチの出力を
パルス幅変調回路の比較電圧入力端に与えることによっ
て、１次電源電圧の急激な増減あるいは速い負荷変動速
度に対する平滑回路出力電圧は、平滑回路等の過渡応答
速度の制限に係わらず過渡的にも安定化した直流電圧と
なる様動作する。

したがってこの発明によれば負荷等の安定動作を確保で
き、かつリップル性能も十分満足できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を適用した直流電源装置の回路例を示
す図、第２図は第１図の内の一部分動作特性例を示す図
、第３図及び第４図はこの発明の詳細な説明するための
図、第５図は従来の直流電源装置の回路図、第６図は従
来の直流電源装置の動作を説明するための図である。 図中ｉｎは１次電源、（２）はスイッチング素子、（３
）は高周波トランス、（４）は整流回路、（５）は平滑
回路。 （６）は負荷、（７）は基準電圧発生回路５（８）は誤
差増幅器、（９１は位相補償回路、α・は三角波発振回
路、卸はパルス幅変調回路、　＋１３はドライバ、ａｊ
は比較器。 α船はウィンドコンパレータ、αりは選択スイッチであ
る。 なお。 図中同一あるいは相当部分には同一符号を付して示しで
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １次電源からの電力をスイッチングするスイッチング素
   子と、前記スイッチング素子の出力を整流する整流回路
   と、前記整流回路の出力を平滑する平滑回路と、前記平
   滑回路の出力を基準電圧信号と比較し負荷への供給電圧
   を制御するための信号を発生する誤差増幅器と、上記基
   準電圧信号に対して上記平滑回路の出力の大小関係を判
   別して負荷への供給電圧を制御するための信号を発生す
   る比較器と、上記平滑回路の出力が上記基準電圧信号を
   中心に設定した所定の電圧範囲の内か外かを判別するウ
   インドコンパレータと、上記誤差増幅器の出力又は上記
   比較器の出力のいずれか一方を上記ウインドコンパレー
   タの出力に対応して選択する選択スイッチと、前記選択
   スイッチからの信号及び三角波信号とによりパルス信号
   に変換して負荷への供給電圧の制御を行なうパルス幅変
   調回路と、前記パルス幅変調回路の出力を電力増幅する
   と共に上記スイッチング素子を駆動するドライバとを備
   えたことを特徴とする直流電源装置。