JPH08507195A - クロック制御される給電源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 オーミック測定抵抗（２５）に生じる電圧降下を評価しかつ遮断信号（４０）をクロック制御される電圧変換器（５）に送出する障害検出部（３２）を含んでいるクロック制御される給電源が提案される。オーミック測定抵抗（２５）は、電力スイッチを作動する切換信号（２３）の周波数と同じ周波数を有する、クロック制御される電圧変換器（５）の作動交流電流が流れる、クロック制御される電圧変換器（５）の線路（２４）に配置されている。オーミック測定抵抗（２５）にて取り出し可能な電圧降下の、その周波数が切換信号（２３）の周波数に相応する成分を抑圧するために、手段、例えば低域フィルタ（３３）および／またはオーミック測定抵抗（２５）を橋絡する並列コンデンサ（２６）が設けられている。本発明のクロック制御される給電源は殊に、例えば車両に組み込まれているガス放電ランプ（７）の作動のために適しており、その際電圧を導く部分に人体（３０）が誤って接触した場合に効果的な保護を行うものである。

Description

【発明の詳細な説明】 クロック制御される給電源 本発明は、請求項１の上位概念に記載のクロック制御される給電源から出発し ている。ドイツ連邦共和国特許出願公開第４１１７５８９号公報から、高圧ガス 放電ランプの作動のための電子的な安定回路として構成されているこの形式のク ロック制御される給電源が公知である。電子的な安定回路は、切換信号を用いて クロック制御されて作動される電圧変換器を含んでおり、電圧変換器は、車両の バッテリーから取り出されるエネルギーをまず直流電圧に変換する。クロック制 御される電圧変換器の直流電圧出力側に、インバータが接続されており、該イン バータはガス放電ランプのエネルギー供給のために適当な周波数の交流電圧を発 生する。クロック制御される電圧変換器の作動周波数に相応する、切換信号の周 波数は、有利にはキロヘルツの領域に、例えば１０ｋＨｚないし数百キロヘルツ の領域にあり、一方インバータからランプに送出される作動電圧の周波数は、有 利には数百ヘルツの領域にある。 この公知のクロック制御される給電源は、オーミック測定抵抗に生じる電圧降 下を評価しかつ場合によってクロック制御される電圧変換器に遮断信号を送出す る障害電流検出部を有している。障害電流検出部は、安定器の電圧を導く部分、 殊にガス放電ランプの接続線に誤って触れた人体を保護する。オーミック測定抵 抗は、クロック制御される電圧変換器の出力側における前以て決められた接続端 子を電気的な車両アースに接続する。評価可能な障害電流は、予め公知の電子的 な安定器では、クロック制御される電圧変換器の出力側と車両のバッテリーを介 してクロック制御される電圧変換器の入力側に直流的に接続されている電気的な 車両アース（グランド）との間に電位分離箇所が存在するときにのみ発生する可 能性がある。電位分離のために、クロック制御される電圧変換器に配置されてい る、直流的に分離された１次および２次巻線を有する電力トランスが設けられて いる。 ドイツ連邦共和国特許第４１４１８０４号明細書から同様に、クロック制御さ れる電圧変換器を含んでいる、ガス放電ランプを駆動するための電子的な安定器 が公知であり、電圧変換器の出力側に、ガス放電ランプにエネルギー供給するた めの適当な交流電圧を用意するためのインバータが接続されている。ガス放電ラ ンプに発生する電位は、ガス放電ランプが、該ランプを取り囲む部分、例えばラ イトまたは車両のボデーに対して少なくとも時間的な平均において常時負の電位 を有するように決められている。この措置によって、ガス放電ランプに対して障 害となる、ランプ体へのイ オン拡散が妨げられる。クロック制御される電圧変換器は、チョークの他に、重 要な部分として、切換素子、整流器ダイオード並びに出力コンデンサを有する簡 単なチョーク逓昇（昇圧）変圧器（定電流ステップアップトランス）として構成 されている。電圧を導く部分に偶然触れることがないように人体の保護を保証す る手段については記載されていない。 IEEE-Report“IAS Annual Meet1ng”１９７７年１０月２日ないし６日、Los A ngeles，第１１１３頁には、高い効率を有するクロック制御される電圧変換器が 記載されている。クロック制御される電圧変換器は、２つの別個の巻線を有する トランスコアを含んでいる。出力側に設けられている、出力電圧が生じるコンデ ンサに対する接続は、１つのコンデンサおよび別個のチョークを介して形成され る。出力側への電力伝達は容量的にしか行うことができない。予め公知の電圧変 換器は、さらなる開発に対するベースとして用いることができる。 本発明の課題は、簡単に実現することができるクロック制御される電圧変換器 を含んでいる、障害電流検出部を備えたクロック制御される給電源を提供するこ とである。 この課題は、請求項１に記載の構成要件によって解決される。 発明の利点 本発明によるクロック制御される給電源は、クロック制御される電圧変換器の 出力側および入力側における人体が触れる可能性がある電圧を導く部分の間に、 電暗い分離部（導電的）が必要ないという利点を有する。それ故に電圧変換器の 回路技術的な構成は専ら、最大の効率を考慮して行うことができる。 本発明によれば、障害電流に相応する電圧低下を取り出し可能であるオーミッ ク測定抵抗がクロック制御される電圧変換器における作動交流電流を導く線路に 配置されており、かつ測定抵抗において取り出し可能な、その周波数がクロック 制御される電圧変換器の切換周波数に相応する電圧信号の成分を抑圧するための 手段が設けられている。 本発明のクロック制御される給電源により、その周波数がクロック制御される 電圧変換器の切換周波数とは異なっている、場合により発生する障害電流を検出 することが可能になる。直流電流成分を有する障害電流の検出は特別簡単である 。 本発明のクロック制御される給電源の有利な実施例および構成はその他の請求 項に記載されている。 オーミック測定抵抗に生じる電圧低下の、その周波数がクロック制御される電 圧変換器の切換周波数に相応する成分を抑圧するための特別簡単な手段は、遮断 周波数がクロック周波数より下方にある低域フィルタである。 別の、特別有利な実施例によれば、オーミック測定抵抗に生じる電圧低下の、 その周波数がクロック制御される電圧変換器の切換周波数に相応する成分を抑圧 するための段として、オーミック測定抵抗を橋絡する並列コンデンサが設けられ ている。この手段の重要な利点は、クロック制御される電圧変換器の殆ど全部の 作動交流電流がオーミック測定抵抗に並列に接続されているコンデンサを介して 流れることができる点にある。作動交流電流を導く線路に挿入されているオーミ ック測定抵抗は、この実施態様ではクロック制御される電圧変換器の効率をほん の僅かしか低減しない。コンデンサの周波数に依存した容量抵抗は同時に低域フ ィルタリング機能を実現する。 別の実施例において、障害電流検出部は、オーミック測定抵抗に生じる電圧低 下を整流するための整流器を含んでいる。この手段によって、直流電流成分を有 していない障害電流信号も検出可能である。 本発明のクロック制御される給電源の有利な構成において、クロック制御され る電圧変換器の出力側に設けられているインバータが設けられている。インバー タは、クロック制御される電圧変換器の出力側に発生する直流電圧を、例えばガ ス放電ランプのエネルギー供給に適している交流電圧に変換する。この手段によ ってガス放電ランプにおける障害となるイオン移動が妨げられる。 本発明のクロック制御される給電源の有利な実施例は、３つの別個の巻線を有 する唯一の変換器トランスを含んでいるクロック制御される電圧変換器に関する 。第１の巻線は電力スイッチによってエネルギー源に並列に接続可能である。直 列コンデンサに直列に接続されている第１および第２の巻線およびダイオードは 、電力スイッチの開放時に直列コンデンサに対する充電電流回路を形成する。第 １の巻線、第２の巻線および直列コンデンサから成る直列回路は、第３の巻線を 介して出力側の平滑コンデンサに接続されている。この回路の利点は、出力側へ の電力伝送が容量的にも誘導的にも変換器トランスを介して行われるという点に ある。全体として、電圧変換器の極めて高い効率が生じる。 本発明のクロック制御される電流給電源は殊に、車両内に配置されているガス 放電ランプを作動するための安定器として適している。この用途では、人体が非 専門的な保守作業または修理作業において誤って、電流を導く部分または接続線 路に接触し得る可能性を排除することはできない。 本発明のクロック制御される給電源の別の有利な実施例および構成は、以下の 説明との関連においてその他の従属請求項から明らかである。 図面 本発明のクロック制御される給電源の回路図が示さ れている。 本発明のクロック制御される給電源は、インバータ６を介してガス放電ランプ ７に接続されているクロック制御される電圧変換器５を含んでいる。電圧変換器 ５は、第１の巻線１１、第２の巻線１２および第３の巻線１３を有する変換器ト ランス１０を含んでいる。第１の巻線１１および第２の巻線１２は分割された１ 次巻線を形成し、一方第３の巻線１３は２次巻線である。前以て決められた入力 電圧Ｕ_Bを用意するエネルギー源８は、第１の巻線１１に接続されている第１の 入力端子１４とアース９に接続されている第２の入力端子１５との間にある。第 １の巻線１１と第２の巻線１２との間の接続点は、電力スイッチ１６を介してア ース９に接続可能である。電力スイッチ１６の開放および閉成のために、クロッ ク回路１７から送出される切換信号２３が設定されている。 第２の巻線１２の、変換器トランス１０の第１の巻線１１とは反対側の接続端 子は、直列コンデンサ１８と、第１の２つの巻線１１，１２とは逆極性に接続さ れている第３の巻線１３との直列回路を介して第１の出力端子１９に接続されて いる。直列コンデンサ１８と第３の巻線１３との接続点はダイオード２１を介し て第２の出力端子２７に接続されている。出力端子１９、２７間に、平滑コンデ ンサ２０が接続されており、ここに出力電圧Ｕ_Aが生じる。 ３つの巻線１１，１２，１３は共通のトランスコア２２に巻き付けられており 、その際同じ巻き方向を有する巻線１１，１２，１３は図ではそれぞれ点によっ て特徴付けられている。 アース９と第２の出力端子２７との間にある線路２４には、クロック制御され る電圧変換器５の作動交流電流が流れる。線路２４には、並列コンデンサ２６に よって橋絡されているオーミック測定抵抗２５が挿入されている。 ２つの出力端子１９，２７に、インバータ６が接続されている。インバータは 第１および第２のランプ接続端子２８，２９に、ガス放電ランプ７に対する作動 交流電圧を供給する。アース９に対して容量的および／または直流的な接続を有 する人体３０は、接触点３１において、クロック制御される給電源の電圧を導く 部分に接触することができる。 オーミック測定抵抗２５において発生した電圧低下は障害電流検出部３２に供 給される。測定抵抗２５において取り出される電圧低下は、低域フィルタ３３に おけるフィルタリング、整流器３４における整流および増幅器３５における増幅 の後に、処理された信号３６として比較器３７に達する。比較器３７はこの処理 された信号３６を、限界値発生器３が用意する前以て決められたしきい値３８と 比較する。比較器３７は遮断信号４０をクロック回路１７に送出する。 本発明のクロック制御される給電源は次のように動作する： クロック制御される電圧変換器５は、前以て決められた入力電圧Ｕ_Bを、第１ の出力端子１９および第２の出力端子２７の間で取り出し可能な前以て決められ た出力電圧Ｕ_Aに変換する役割を有している。出力電圧Ｕ_Aを、測定量、例えばガ ス放電ランプ７を流れる電流および／またはランプ作動電圧および／または出力 電圧Ｕ_Aそれ自体に依存して一定に保持するために設けられている装置は、図に は詳しく示されていない。この影響は、クロック回路１７における切換信号２３ の発生の際に考慮される。切換信号２３は、可変の周波数および／または可変の デューティサイクルを有することができる。 切換信号２３の周波数は有利にはキロヘルツの領域にある。周波数またはより 正確には一般に矩形の切換信号２３の基本周波数は例えば、１０ｋＨｚないし数 百キロヘルツの領域にある。電力スイッチ１６として有利には、電力ＭＯＳＦＥ Ｔが設けられている。 以下の電圧数値例に対して、３つの巻線１１，１２，１３の巻数が有利には１ ：２：３の比例関係にありかつ入力電圧Ｕ_Bが１０Ｖであることを前提としてい る。出力電圧Ｕ_Aは、−１５０Ｖの値に固定されるものとする。最初、電力スイ ッチ１６は閉成されているものとする。これにより第１の巻線１１は入力電圧Ｕ_B に 接続されておりかつ第１の巻線１１を流れる電流は上昇する。それから電力スイ ッチ１６が開放されると、電力スイッチ１６を通って流れる電流は第２の巻線に 転流しかつ直列コンデンサ１８を導通しているダイオード２１を介して例えば１ ６０Ｖの正の電圧に充電する。それから電力スイッチ１６が再びに閉成されると 、第１の巻線１１は再び入力電圧Ｕ_Bに加わりかつ直列コンデンサ１８の左側の 電極は第２の巻線１２および電力スイッチ１６を介して−２×Ｕ_Bの電圧に、す なわち−２０Ｖにある。というのは、第１の２つの巻線１１，１２から形成され た部分トランスは、２の変成比を有しているからである。ダイオード２１に、− １８０Ｖの負の電圧が加わるので、このダイオードは遮断される。そこで２つの 出力端子１９，２７の間に接続されている平滑コンデンサ２０は、第３の巻線１ ３に誘起される、−３０Ｖの電圧を介してこの負の電圧に接続される（第１の巻 線１１および第３の巻線１３から形成される部分トランスは３の変成比を有して いる）。それ故に、−１５０Ｖの出力電圧Ｕ_Aが生じる（直列コンデンサ１８に おける負のコンデンサ電圧は入力電圧Ｕ_Bだけ低い）。第３の巻線１３における 電圧は常に、直列コンデンサ１８の充電フェーズの期間に、平滑コンデンサ２０ が放電されないように極性付けられている。このための条件は、一方において、 第３の巻線１３の巻き数が第１および第２の巻線１１， １２の巻き数の和に等しいことが成り立つことである。したがってまた、例えば １：１：２のような比例関係を維持することができる。 ２つの出力端子１９，２７において取り出し可能な直流電圧は普通、例えば電 気的な負荷として設けられているガス放電ランプ７の給電のためにまだ直接適し ていない。直列電圧供給はアノードの過熱を来すおそれがあり、それはガス放電 ランプ７を破壊しかねず、かつランプに含まれているイオン化されたガスは分解 することがある。それ故に２つの出力端子１９，２７の間に生じる出力電圧Ｕ_A からガス放電ランプ７に適している交流電圧を形成するインバータ６が設けられ ている。インバータ６は例えば、ハーフブリッジまたはフルブリッジ回路として 実現することができる。インバータ６の実施例は冒頭に述べた西独国特許第４１ ４１８０４号明細書に記載されている。インバータ６は２つのランプ接続端子２ ８，２９にて取り出し可能な、ガス放電ランプ７に対する作動電圧を、例えば数 百ヘルツをとることができる前以て決められた切換周波数のタイミングで変化す る。クロック制御される給電源の図示の実施例では、第１の出力端子１に生じる 負の電位は、数百ヘルツの比較的低いタイミングで第１および第２のランプ接続 端子２８，２９に交互に加えられる。それ故にガス放電ランプ７に、時間的な平 均においてアース９に対して負の電位が加わる。この 手段によって、イオンがランプ基体に移動する可能性がある障害となるイオン移 動も妨げられる。ランプの周囲、例えばライトまたは例えば車両ボデーは時間的 な平均においてガス放電ランプ７に対して正の電位にあるので、正のイオンがラ ンププラズマ中に導入される。 正規でない保守作業または修理の期間に、人体３０がクロック制御される給電 源の電圧を導く部分に触ることを排除することはできない。 クロック制御される電圧変換器５および場合によりインバータ６は、確かに特 別に訓練された要員しか開けることが許されていない気密のケーシング内に配置 されているが、ガス放電ランプ７と２つのランプ接続端子２８，２９との間に存 在するむき出しになっているリードにうっかり触れてしまうのを排除することは できない。 電圧を導く部分の接触は、正規でないランプ交換の際にも起こり得る。 障害電流として表される、人体３０を流れる電流は、接触箇所３１からアース ９に向かって流れる。障害電流は殊に、直流電流でも交流電流でもあり得る。直 流電流は、皮膚とアース９との直接的な接触によって生じる。衣服における汚れ または湿気もアース９との直流的な接続を形成する。容量的な遷移電流は直流的 な接続なしに常に生じる。障害電流の大きさは危険のな い値に制限すべきである。目下のところ最大許容障害電流は、約１０ないし３０ ｍＡの範囲にある。 人体３０を通ってアース９に流れる障害電流はオーミック測定抵抗２５にも発 生し、その際障害電流はクロック制御される電圧変換器５の作動交流電流に重畳 される。クロック制御される電圧変換器５の作動交流電流は数アンペアをとるこ とができるので、障害電流を確実に検出するために、オーミック測定抵抗２５に て取り出し可能な障害電流信号の、切換信号２３の周波数に相応する周波数を有 する成分を抑圧するための手段が設けられている。 例えば、測定抵抗２５において取り出し可能な電圧信号から切り換え信号成分 を取り除く低域フィルタ３３が設けられている。低域フィルタ３３の遮断周波数 は有利には、インバータ６が発生する低い切換周波数をまだ捕捉しない値に設定 されている。場合により設けられている整流器３４によって整流される、インバ ータ６の低い周波数を有する障害電流信号はこれにより評価可能である。整流器 ３４は信号処理を簡単にするために設けられており、その際後続の電子機能ユニ ットは直流電圧信号を処理するためにのみ必要である。信号を、取り扱い易い電 圧レベルに高めるために場合により増幅器３５が設けられている。処理された信 号３６は比較器３７において、限界値発生器３９が発生するしきい値３８と比較 される。しきい値３８は、そ れを上回ると遮断信号４０が送出される最大許容障害電流に対する尺度である。 遮断信号４０は、図示の実施例ではクロック回路１７に供給される。電力スイッ チ１６の開放による切換信号２３の遮断により、クロック制御される電圧変換器 ５が遮断される。実施例において図示の、遮断信号４０をクロック回路１７に供 給する代わりに、図示されていないスイッチ、例えばリレーを開放することもで きる。重要なのは、可能なあらゆる接触点３１において発生する最大の電圧が危 険のない値も低減されるように、クロック制御される給電源を遮断することであ る。 線路２４に配置されているオーミック測定抵抗２５は、クロック制御される電 圧変換器５の作動交流電流を表している。基本的には、オーミック測定抵抗２５ を非常に低抵抗に、例えば０．１Ωより小さく構成することができる。その場合 処理された信号３６の簡単な評価は増幅器３５を用いて比較的大きく増幅した後 にのみ可能である。並列コンデンサ２６を設けることが特別有利な手段である。 つまり並列コンデンサ２６はオーミック測定抵抗２５を橋洛し、それ故に容量を 適当に選定していれば、クロック制御される電圧変換器５の作動交流電流を線路 ２４に殆ど損失なく導くことが可能になる。並列コンデンサ２６の使用により、 オーミック測定抵抗２５の抵抗値を比較的高い値、例えば１０Ωに固定すること が可能になる。別個に形成 された増幅器３５は場合によっては省略することができる。場合によっては比較 器３７の増幅機能だけで十分である。並列コンデンサ２６の使用はまた、低域フ ィルタ３３の機能を実現し、その際低域フィルタは省略することができる。規定 の遮断周波数の形成は並列コンデンサ２６によってのみでは可能でない。その理 由は、並列コンデンサの容量抵抗は零に近付く周波数においてのみ漸く無限大に なるからである。しかし切換信号２３の周波数とインバータ６の切換周波数との 間の差が十分大きければ、並列コンデンサ２６の容量の適当な選定によって、イ ンバータ６の切換周波数、ひいては相応の周波数を有する生じ得る障害電流が並 列コンデンサ２６によって完全には短絡されないよういにすることが難なく可能 である。切換信号２３の周波数が２００ｋＨｚでありかつインバータ６の切換周 波数が４００ｋＨｚであるとすれば、並列コンデンサ２６の容量は約１μＦであ る。 本発明のクロック制御される給電源の重要な利点は、エネルギー源８と負荷、 ガス放電ランプ７との間に電位分離箇所を設ける必要がないということである。 それ故に、例えばオーミック測定抵抗２５を介して低抵抗にアース９に接続され ている第２の出力端子２７をインバータ６を介して交互に直接第１のランプ接続 端子２８または第２のランプ接続端子２に接続することが直ちに可能である。直 列コンデンサ１８によって生 じる、第２の入力端子と第１の出力端子１との間の電位分離は、クロック制御さ れる電圧変換器５の選択された回路構成によって得られる。基本的に、この形式 の電位分離はこの箇所でも必要ではない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．切換信号を用いてクロック制御される電圧変換器を備え、該電圧変換器は、 該クロック制御される電圧変換器の作動交流電流が流れる線路を含んでおり、オ ーミック測定抵抗に生じる電圧降下を評価しかつ遮断電圧を電子安定器に送出す る障害電流検出部を備えている、クロック制御される給電源において、前記オー ミック測定抵抗（２５）は、前記作動交流電流を導く線路（２４）内に配置され ておりかつ前記オーミック測定抵抗（２５）に生じる電圧降下の、その周波数が 前記切換信号（２３）の周波数に相応する所定成分を抑圧するための手段（２６ 、３３）が設けられている ことを特徴とするクロック制御される給電源。 ２．前記手段として、低域フィルタ（３３）が設けられている 請求項１記載のクロック制御される給電源。 ３．前記手段として、前記オーミック測定抵抗（２５）を橋絡する並列コンデン サ（２６）が設けられている 請求項１記載のクロック制御される給電源。 ４．前記並列コンデンサ（２６）の容量は、容量抵抗が前記切換信号（２３）の 周波数に関して無視できる程小さい値に設定されている 請求項３記載のクロック制御される給電源。 ５．前記障害電流検出部（３２）は、前記オーミック測定抵抗（２５）に生じる 電圧低下を整流するための整流器（３４）を有している 請求項１記載のクロック制御される給電源。 ６．前記クロック制御される電圧変換器（５）は、３つの巻線（１１，１２，１ ３）を有する変換器トランス（１０）を含んでおり、その際第１の巻線（１１） は前記切換信号（２３）によって制御される電力スイッチ（１６）との直列接続 下で入力電圧Ｕ_Bの印加供給を受けるように構成されされかつ前記第１および第 ２の巻線（１１，１２）は直列分岐コンデンサ（１８）およびダイオード（２１ ）と直列に、前記電力スイッチ（１６）の開放状態下で前記直列コンデンサ（１ ８）に対する充電電流回路を形成し、かつ出力端子（１９，２７）間に接続され ている平滑コンデンサ（２０）は第３の巻線（１３）を介して前記直列コンデン サ（１８）に接続されており、その際すべての巻線（１１，１２，１３）は１つ の共通のトランスコア（２２）に配置されている請求項１記載のクロック制御さ れる給電源。 ７．前記第３の巻線（１１）の巻（ターン）数は実質的に、前記第１および第２ の巻線（１１，１２）の巻数の和に相応する 請求項６記載のクロック制御される給電源。 ８．前記３つの巻線（１１，１２，１３）の巻数の比は実質的に１：２：３また は１：１：２である 請求項７記載のクロック制御される給電源。 ９．前記クロック制御される電圧変換器（５）にインバータ（６）が後置接続さ れている 請求項１記載のクロック制御される給電源。 １０．投光器に設けられているガス放電ランプ（７）のエネルギー供給のために 車両において使用される 請求項１記載のクロック制御される給電源。