JPH06508978A - 電子スイッチ回路網 - 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】 電子スイッチ回路網 本発明は、トランスを含む主ビートロックアウト変換器を備えた交流又は直流電 源から蓄電池に電流を供給し、該トランスの二次巻線は蓄電池及び第１のダイオ ードに直列に接続され、−次巻線は第１のトランジスタのコレクターエミツタ路 に直列に接続され、該トランジスタのペニスは帰還抵抗及びキャパシタを介して 該トランスの二次巻線の一方の端に接続され、ここで該巻線の他端は該蓄電池に 接続され、上記ベースは第１の抵抗を介して入力電圧源の一方の極とエミッタが 高電位に置かれる第２のトランジスタのコレクタに接続され、ここで該第１のト ランジスタのエミッタは第２の抵抗及び蓄電池を介して高電位に接続されると共 にツェナーダイオードを介して該第２のトランジスタのベースに接続され、ここ で該蓄電池において所定の高いスイッチオフ電圧に達しな際該第１のトランジス タをロックアウトし、所定の低いスイッチオン電圧を下回る時それを解放するロ ック段か設けられた電子スイッチ回路網に関する。

この種の回路配置は、欧州特許明細書第０１６２３４１号により周知である。あ る蓄電池電圧に達する時、スイッチングオフが第２及び第３のトランジスタから 形成されるロック段によりそこで行われる。

設定された理想的な電圧に達すると即座に、スイッチトランジスタとして設計さ れる第１のトランジスタがロックアウトされ、理想的な電圧を下回ると即座に再 び解除される。この周知の回路配置によれば、充電の開始後、充電電流は蓄電池 が空になると共にかなり急速に減少する（図３を参照）。

本発明の目的は、蓄電池の急速充電が完全な充電後に流れる一定充ｉｔ流を許さ れざるレヘルまて増大させることなく、かなり短時間（例えは、空の蓄電池から 実質的に十分な蓄電池までの充電時間約６０分てはなく約３０分）に起こり得る 、冒頭に述べた種類の回路配置を設計することである。

これは、請求項１に記載された特徴により得られる。

その構成は従属する請求項に示される。

以下、図面に示す実施例を参照して本発明が更に詳細に説明され、ここで 図１は本発明の一実施例を示し、 図２は充電された容量に依存して蓄電池を充電する際の電池電圧の典型的なパス を示し、 図３は欧州特許明細書第０１６２３４１号Ｂｌにより周知の回路配置の一実施例 のスイッチオフ特性曲線のパスを示し、図４は、図１による配置のスイッチオフ 特性曲線のパスを示す。

ここでスイッチオフ特性曲線は空の蓄電池の充電時間に依存する充ｉｔ流の関数 である。

図１は、トランス５を備える主ビートロツタアウト変換器と、充電回路に設けら れた第１のトランジスタ！及び第１のダイオード３１とから成る電子スイッチ回 路網を示す。ロックアウト変換器は、直流又は交流電圧回路網から整流器ブリッ ジ回路４と抵抗２８により給電され、上記電圧回路網の電圧は１００ボルトと２ ５０ボルトの間になり得、しかし極端な場合は１２ボルトにもなり、交流電圧回 路網を充電する場合周波数は実質的にい（らでも良い。整流された出力電圧は、 長いインダクタンスコイル８と２つの平滑コンデンサ９１．９２とから成るフィ ルタ及び平滑配置を介して、ロックアウト変換器、すなわち制御及び調整用電子 回路に接続される。

トランス５の一次巻線５１と、第１のトランジスタｌのコレクターエミツタ路と 、第２の抵抗２２と、蓄電池６１との直列接続は、直流電圧端子に並列に接続さ れる。長いインダクタンスコイル８を介して入力電圧端子の正極に接続される第 １の抵抗２１は、第１のトランジスタ１のベースに接続される。更に、第１のト ランジスタ１のベースは、第２のトランジスタ２のコレクターエミツタ路を介し て高電位又は基準電位に接続される。第１のトランジスタｌのエミッタは、第２ のトランジスタ２のベースと、抵抗２６を介して高電位又は基準電位との両方に アノードが接続されたツェナーダイオード４１のカソードに接続される。更に、 第１のトランジスタｌのエミッタは、第２の抵抗２２を介してトランス５の二次 巻線５２の一つの巻線端（Ｐ４）に接続される。トランス５の一次巻線と二次巻 線の巻線方向は、点を付されたラインにより示される。

帰還キャパシタ１１は、帰還抵抗２７を介して第１のトランジスタｌのベースに 接続され、トランス５の二次巻線５２の巻線の一端（ＰＩ）に直接的に接続され る。蓄電池６１と、スイッチ６３と直流モータ６２の直列接続との並列回路から 成る消費ユニット６は、二次巻線５２の巻線の他端（Ｐ４）に接続される。

充電回路に設けられた第１のダイオード３１のカソードは、二次巻線５２の巻線 の一端（ＰＩ）に置かれ、蓄電池６１の端にあるアノードは基準電位に接続され る。

帰還キャパシタ１１は電流制限抵抗７２を介して放電ダイオード７１に更に接続 され、上記放電ダイオードのカソードは帰還キャパシタ１１（Ｐ２）に向けられ 、アノードは蓄電池６１の正極（Ｐ４）に接続される。保護ダイオード８１と、 発光ダイオード１０と、電流制限抵抗８２との直列接続は、ＰｌとＰ４との間に ある二次巻線５２に並列に接続される。

分圧器２５／２３と第４のトランジスタ４のコレクターエミツタ路との直列接続 は、蓄電池６１に並列に置かれる。第３のトランジスタ３のベースは、この分圧 器の抵抗２５と２３の接続点（Ｐ６）に置かれる。

第３のダイオード３６と分圧器２０１５０との直列接続は、二次巻線５２の巻線 の一端（Ｐｌ）と蓄電池６１の正極（Ｐ４）との間に配置される。第３のトラン ジスタ３のエミッタは、抵抗２ｏと５０の接続点（Ｐ５）にある。

第３のトランジスタ３のコレクタは、抵抗２４を介して第２のトランジスタ２の ベースに接続され、抵抗１８を介して第４のトランジスタ４のベースに接続され る。第４のトランジスタ４のベースは、抵抗１９を介して基準電位に接続される 。第２のダイオード３２は第４のトランジスタ４のコレクタ接続（Ｐｌ）と二次 巻線５２の巻線の一端（Ｐｌ）との間に挿入され、この第２のダイオード３２の アノード接続は上記コレクタ接続に接続される。

帰還電圧を制限するために、アノード側で共に接続されたツェナーダイオード４ ２とダイオード３４との直列接続から成る回路かトランス５の一次巻線５１に並 列に設けられる。

図１を参照してこの回路配置の機能をより詳細に説明する。

整流器ブリッジ回路４による整流と、長いインダクタンスコイル８と平滑コンデ ンサ９１，９２による濾波と平滑化の後、スイッチングトランジスタとして機能 する第１のトランジスタｌは、第１の抵抗２１を介した低いベース電流により制 御される。第１のトランジスタｌのスイッチングオンの結果、第１のトランジス タｌのスイッチング路とトランス５の一次巻線５１とに亘る相互カップリング効 果か生じ、これにより第１のトランジスタｌは更に制御され、導通状態に切り替 えられる。コレクタ電流は線形に増加し、第２の抵抗２２に比例する電圧を生ず る。あるピーク電流値に達すると、第２のトランジスタ２はツェナーダイオード ４１を介して制御され、それにより導通状態になり、第１のトランジスタ１のベ ースを基準電位又は高電位に接続し、かくして第１のトランジスタｌからベース 電流を引き出し、それゆえに第１のトランジスタｌがロックアウトする。ロック アウト段階の始めに、帰還キャパシタ１１の接続点Ｐ１においてトランス５の二 次巻線５２に誘起された電圧の極性は変わる。トランス５に蓄積されたエネルギ ーは、かくしてロックアウト変換器の原理にしたがって第１のダイオード３１を 介して消費ユニット６に送出される。

トランス５の急変過程中、トランス５の一次巻線５１に並列のダイオード３４と ツェナーダイオード４２は、ロックアウト段階の間の帰還電圧ピークを制限する 。

トランスの全放電段階の間、二次巻線５２の点ＰＩは負電位になるので、この時 間中、点Ｐ７、すなわち、抵抗２３と第４のトランジスタ４のコレクタとの接続 点は第２のダイオード３２により基準電位に置かれる（ダイオード３１と３２の 閾値電圧が同じであることを想定する）。分圧器２５／２３は、二次回路内の電 流フロ一段階中、ベースが分圧器の点Ｐ６にあり、エミッタは抵抗５ｏを介して 蓄電池６１の正極（Ｐ４）に接続された第３のトランジスタ３が蓄電池６１のス イッチオフ電圧のちょうど近くで導通するよう大きさが決められる。後に説明す る如く、回路のヒステリシス特性に関する、第３のトランジスタ３の初期の過剰 制御はこれにより回避され、明らかに異なるスイッチオフ特性曲線が得られる（ 図３及び４を参照）。導通ずるトランジスタ３を介して、第２のトランジスタ２ も抵抗２４を介して導通し、したかって、第１のトランジスタｌはロックアウト され続ける。

第１のトランジスタ１の導通状態において、帰還キャパシタＩＩは帰還抵抗２７ を介して充電され、これにより負の極性が帰還キャパシタ１１の点Ｐ２に生ずる 。点Ｐ２における負の極性による充電は、低い入力電圧（例えば１２ポルト）で さえ第１のトランジスタ１は放電段階の最後にかなり急速に切り替わり得るよう に、すなわち、スイッチ回路網が再び容易に急変し得るようにトランスの放電段 階中に放電ダイオード７１を介して蓄電池６１の正極に流れる。

放電ダイオード７１のカソードと帰還分路（Ｉｆ　２７）の接続点Ｐ２と、キヤ パシタ１１との間にある電流制限抵抗７２は、放電ダイオ−１”７１を通る電流 を制限するよう機能する。この電流制限抵抗７２は放電ダイオード７１と、点Ｐ ４とのそれの接続との間にも挿入され得る。

発光ダイオード（ＬＥＤ）１０は、トランスの放電段階中、この間二次巻線５２ の巻線端Ｐ４における電位は巻線端Ｐ１における電位に比へて正であるので、発 光する。抵抗８２は電流制限抵抗である。ダイオード８１は、点ＰＩに正の電位 が生じるとき、第１のトランジスタ１のスイッチ通過段階中の過大な電圧からＬ ＥＤを保護するよう機能する。

上記の如く、分圧器２５／２３の下部（Ｐｌ）は、トランスの放電段階中基準電 位にあり、第３のトランジスタ３は蓄電池６１のスイッチオフ電圧の近くて導通 する。抵抗２５又はその一部は、つり合わせるために調節し得るよう設計される 。抵抗２３又はその一部は、温度に依存する蓄電池６１の電圧パスに近づくよう 温度に依存する。

二次回路の電流フロ一段階の間、蓄電池電圧Ｕのスイッチオフ点Ａｂの電圧値（ 図２を参照）は、蓄電池６１の正極（Ｐ４）と点Ｐｌとの間に配置された分圧器 ５０／２０により高められることがここで重要である。第３のトランジスタ３の エミッタは、抵抗５０と２０の接続点Ｐ５に置かれ、これにより抵抗５０は正極 （Ｐ４）とエミッタとの間にあり、抵抗２０はエミッタと点ＰＩとの間にある。

抵抗２０と点Ｐｌとの間に挿入された第３のダイオード３６は、第１のトランジ スタｌのフロ一段階中に、すなわち、正の電位が点ＰＩに存在するとき、減結合 するよう機能する。

この分圧器５０／２０を介して、スイッチオフ電圧は、トランス放電段階中に値 （Ｒ５０・Ｒ２０）ＸＵだけ高められ（抵抗５０は、ここて、抵抗２０に対して 非常に小さいので無視できる）、ここにＲ５０は抵抗５０の値てあり、Ｒ２０は 抵抗２０の値である。

スイッチオフ電圧Ｕ、の正確な値は、 である。

ＵｃＥ４は、ここで、スイッチ接続された第４のトランジスタ４のコレクターエ ミッタ間電圧であり、Ｕｏ、はスイッチ接続された第３のトランジスタ３のベー ス−エミッタ間電圧であり、ｆｅ２は第３のトランジスタ３のコレクタ電流であ り、Ｉｏ。は抵抗２ｏを通る電流であり、Ｒ２３とＲ２５とＲ５０は抵抗２３と ２５と５０（７）値である。それによると、第１、第２及び第３のダイオード３ １．３２及び３６は同じ順方向電圧を存し、基準電位が点Ｐ７と、抵抗２０と第 ３のダイオード３６との間にある接続点とを接合することが仮定される。

トランスの放電段階の終わりに、蓄電池電圧Ｕが、式（１）に従って予め定めら れたスイッチオフ電圧Ｕ、に依然として達しない場合、第３のトランジスタ３と 、したがって第４のトランジスタ４かロックアウトされ、すなわち、トランジス タ３及び４により形成される比較器はロックアウト状態に戻される。第３のトラ ンジスタ３はロックアウトされているので、第２のトランジスタ２も同様にロッ クアウトされ、第１のトランジスタｌは新しいスイッチオン処理のために解放さ れる。

しかし、蓄電池電圧Ｕがトランス放電段階の最後にスイッチオンへの値（スイッ チオ）電圧Ｕ、）に達するか又は上記の値を越えるならば、第３のトランジスタ ３と、したがって、第２及び第４のトランジスタ２．４も導通し続け、すなわち 、比較器は導通状態のままになる。第１のトランジスタｌは、スイッチオンされ て導通ずる第２のトランジスタ２のためにスイッチオンになり得ない。二次電流 フロ一段階の間に点Ｐ１に接合するだけの負の電位はもはや存在せず、かくして 、抵抗２０と第３のダイオード３６とにより生じさせられる抵抗５０における電 圧降下はもはや存在しない。

トランジスタ３及び４から形成されるロック段（又は比較器）は、再びロックア ウト状態に戻るだけであり、か（して、蓄電池電圧Ｕかスイッチオン電圧Ｕ１、 すなわち、より低い電圧値Ｅｉｎ　（オン）を下回るとき、新しいスイッチオン 処理のために第１のトランジスタ１を再び解放するだけである（図２を参照）。

このより低い電圧は、 である。

この式（２）の項は、式（１）の項と同じ意味を有する。

（より高い）スイッチオフ電圧Ｕ、と（より低い）スイッチオン電圧Ｕ、どの間 の差（図２において“Ａｂ”　（オフ）及びＥｉｎ”　（オン）と示される）は 、ロック段の所望のヒステリシスを表わす。このヒステリシスは、広い範囲内で 大きさが決められ得る。

ロック段にヒステリシスを育するかかる回路配置の利点は、ロック段又は比較器 かヒステリシス特性を有しない欧州特許明細書第０１６２３４１号Ｂｌ　（図１ ）による回路配置と比較され、図２．３及び４を参照して詳細に説明される。

欧州特許明細書第０１６２３４１　Ｊｉ＋８１による回路配置の比較器のオフ− オン切り替え点は図２に示す曲線上にＭと示される（充電された容量に依存して 充電される場合の蓄電池電圧の典型的なパス）。周知のスイッチング配置の蓄電 池のかかるオフ−オン切り替え電圧Ｕ、は、本回路配置のスイッチオフ電圧Ｕ、 とスイッチオン電圧Ｕ。

どの間にある。電圧Ｕ、は、他の方法では一定の充ｉＥ′ＩＩＬ流は蓄電池の完 全な充電の後に大きくなり過ぎて蓄電池を損ない得るので、ヒステリシスのない 回路配置（例えばＵ、に関して）においては如何なる方法によっても増大させら れ得ない。

図３と４とか比較される場合（スイッチオフ特性曲線の典型的なパス、すなわち 、充電時間ｔに関して、空の蓄電池による開始電流の百分率で与えられる充電電 流Ｉの依存性）、本発明の配置の充電電流（図４）は蓄電池か完全に充電される まで実質的に一定の高いレヘルにあり、完全な充電は約３３分後（スイッチオフ 特性曲線の著しい曲かり）に既に得られ、一方、周知の配置（図３）によれば、 充電電流は最初から既に連続的に減少し、ここでは蓄電池の完全な充電は約６０ 分後にのみ得られることかわかる。蓄電池に蓄積される充電量は、充電時間ｔに 亘る充電電流Ｉの積分に対応する。ここで、図３において６０分後に得られ、蓄 電池に蓄積される充電量（曲線の下側の面積に対応する）は、図４においては約 ３３分後に既に得られることもわかる。

図３及び４からは、本回路配置（図４）のより高い充電電流にも関わらず、蓄電 池の完全な充電後の一定充電電流は、周知の配置（図３）によるよりも高くはな いこともわかる。

本発明の更なる利点は、分圧器（２０１５０）により調節可能なヒステリシスの 結果、完全に充電された蓄電池の状態に近づく際、発光ダイオード１０は目に見 えて所定の方法で発光し始めることにある。

トランジスタ３と４により形成されるロック段のヒステリシスは、相互の帰還結 合には依存しないが、ロックアウト変換器の点Ｐｉにおいて変化する電位に依存 することに注意すべきである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．トランス（５）を含む主ビートロックアウト変換器を備えた交流又は直流電 源から蓄電池（６１）に電流を供給し、該トランス（５）の二次巻線（５２）は 該蓄電池（６１）及び第１のダイオード（３１）に直列に接続され、一次巻線（ ５１）は第１のトランジスタ（１）のコレクターエミッタ路に直列に接続され、 該トランジスタのベースは帰還抵抗（２７）及びキャパシタ（１１）を介して該 トランスの二次巻線（５２）の一方の端（Ｐｌ）に接続され、ここで該巻線の他 端（Ｐ４）は該蓄電池（６１）に接続され、上記ベースは第１の抵抗（２１）を 介して入力電圧源の一方の極とエミッタが高電位に置かれる第２のトランジスタ （２）のコレクタに接続され、ここで該第１のトランジスタ（１）のエミッタは 第２の抵抗（２２）及び該蓄電池（６１）を介して高電位に接続されると共にツ ェナーダイオード（４１）を介して該第２のトランジスタ（２）のベースに接続 され、ここで該蓄電池（６１）において所定の高いスイッチオフ電圧（Ｕｏ）に 達した際該第１のトランジスタ（１）をロックアウトし、所定の低いスイッチオ ン電圧（Ｕｏ）を下回る時それを解放するロック段が設けられた電子スイッチ回 路網であって、該ロック段は第３のトランジスタ（３）と第４のトランジスタ（ ４）とから成り、該第３のトランジスタ（３）のエミッタは該二次巻線（５２） の該一方の巻線端（Ｐ１）と該蓄電池（６１）との間に設けられた第１の分圧器 （２０、５０）の接続点（Ｐ５）に接続され、該第３のトランジスタ（３）のベ ースは該蓄電池（６１）と該第４のトランジスタ（４）のコレクタ（Ｐ７）との 間に設けられた第２の分圧器（２５、２３）の接続点（Ｐ６）に接続され、該第 ４のトランジスタ（４）のエミッタは基準電位に接続され、該第４のトランジス タ（４）の該コレクタ（Ｐ７）は第２のダイオード（３２）を介して該二次巻線 （５２）の該一方の巻線端（Ｐ１）に接続され、該第３のトランジスタ（３）の コレクタは、該第２のトランジスタ（２）のベースと該第４のトランジスタ（４ ）のベースとの両方に接続される構成であることを特徴とする電子スイッチ回路 網。 ２．第３のダイオード（３６）は前記エミッタ（Ｐ５）と前記二次巻線（５２） の前記一方の巻線端（Ｐ１）との間の前記第１の分圧器（２０、５０）に設けら れていることを特徴とする請求項１記載の電子スイッチ回路網。 ３．前記第２の分圧器（２５、２３）の抵抗（２３）は温度に依存するよう設計 されていることを特徴とする請求項１又は２記載の電子スイッチ回路網。 ４．前記第２の分圧器（２５、２３）の抵抗（２５）は調節し得るよう設計され ていることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の電子スイッチ 回路網。 ５．前記帰還キャパシタ（１１）の前記二次巻線（５２）から離れた端（Ｐ２） は放電ダイオード（７１）を介して前記蓄電池（６１）に接続されていることを 特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の電子スイッチ回路網。 ６．発光ダイオード（１０）は前記二次巻線に並列な保護ダイオード（８１）に 直列に接続されていることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項記載 の電子スイッチ回路網。