JPH104335A - デューティ制御されたスイッチ可変キャパシタ - Google Patents

デューティ制御されたスイッチ可変キャパシタ

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Publication number
JPH104335A
JPH104335A JP9019263A JP1926397A JPH104335A JP H104335 A JPH104335 A JP H104335A JP 9019263 A JP9019263 A JP 9019263A JP 1926397 A JP1926397 A JP 1926397A JP H104335 A JPH104335 A JP H104335A
Authority
JP
Japan
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current
period
capacitor
switch
variable capacitor
Prior art date
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Pending
Application number
JP9019263A
Other languages
English (en)
Inventor
David M Lusher
デイビッド・エム・ルシャー
C Russ Gulick
シー・ラス・グーリック
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Raytheon Co
Original Assignee
Hughes Aircraft Co
HE Holdings Inc
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Publication date
Application filed by Hughes Aircraft Co, HE Holdings Inc filed Critical Hughes Aircraft Co
Publication of JPH104335A publication Critical patent/JPH104335A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10Regulating voltage or current
    • G05F1/12Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、可変位相駆動を必要としないスイ
ッチ可変キャパシタ回路を提供することを目的とする。 【解決手段】 第1の端子11および第2の端子12を有す
るキャパシタ13と、それら第1、第2の端子11, 12間に
並列に接続されるスイッチング手段17と、正弦波曲線で
変化する電流の正方向でゼロと交差する点で閉じ、正方
向でゼロと交差する点の後D秒(Dは0.25T乃至
0.5T)で開くようにスイッチング手段17を制御して
スイッチング手段17が閉じている期間中正弦波電流を導
通するように制御するパルス幅変調手段19と、正弦波電
流が第2の方向で流れるとき正弦波電流を導通するため
キャパシタ13と並列に接続されているダイオード15とを
備え、D秒の値を変化することによって回路のキャパシ
タンスが制御されることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は可変キャパシタンス
構造、特にパルス幅変調されたスイッチ可変キャパシタ
ンス構造に関する。
【0002】
【従来の技術】スイッチ可変キャパシタ回路は出力電圧
の調節用に共振パワー供給で利用される。既知のスイッ
チ可変キャパシタ回路は文献(“Controlled Resonant
Converters with Switching Frequency Fixed ”、Hara
da氏、IEEE Power ElectronicsSpecialists Conference
(PESC)、1987年、 431〜438 頁、IEEE Catalog No. 87
CH2459-6 )に記載されている。Harada氏等のスイッチ
可変キャパシタ回路は実効的なキャパシタンスに比例的
変化を起こすため可変位相駆動信号を使用し、同期装
置、エラー増幅器、駆動装置、位相シフタ回路を含んで
いる。このような回路について検討した結果では1MH
zを越えるスイッチング周波数で、位相シフタ回路が大
型で高価格となり、単一の現存の集積回路で便宜的に構
成されることができないことが認められる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】それ故、可変位相駆動
を必要としないスイッチ可変キャパシタ回路を提供する
ことが有効である。
【0004】別の利点は位相シフタを必要としないスイ
ッチ可変キャパシタ回路を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】前述および他の利点は、
本発明によって達成される。本発明のスイッチ可変キャ
パシタは、第1の端子および第2の端子を有するキャパ
シタと、キャパシタの第1および第2の端子間に接続さ
れるスイッチと、第1および第2の端子に供給される正
弦波曲線で変化する電流の正方向でゼロと交差する点で
閉じ、正方向にゼロと交差する点の後D秒で開くように
スイッチを制御し、Dは正弦波曲線で変化する電流の周
期Tの0.25乃至0.5の範囲であるパルス幅変調器
と、正弦波曲線的に変化する電流の各周期の半分の負の
部分で正弦波曲線で変化する電流を導電するキャパシタ
の第1および第2の端子間に接続されているダイオード
とを含んでいる。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明で開示された利点および特
徴は添付図面を伴った後述の詳細な説明から当業者によ
り容易に認識されるであろう。後述の詳細な説明および
図面の幾つかの形状で、同一素子は同一の参照符号で示
されている。
【0007】図1を参照すると、本発明にしたがったス
イッチ可変キャパシタンス回路の概略図が示されてお
り、第1のノード11に接続されている第1の端子と第2
のノード12に接続されている第2の端子を有するキャパ
シタンス13を含んでいる。ダイオ−ド15は第2のノード
12に接続されている陽極と第1のノード11に接続されて
いる陰極を有する。能動スイッチ17は第1のノード11と
第2のノード12との間に接続されている。能動スイッチ
17がオンのとき、閉じられ第1のノード11と第2のノー
ド12との間に導電通路が形成される。能動スイッチ17が
オフのときに開放されて第1のノード11と第2のノード
12との間の開回路を形成する。能動スイッチ17は、動作
を基準周波数に同期するためのSYNCH制御信号とデ
ューティ係数を制御するためのDUTY信号とを受信す
るパルス幅変調器19により与えられる周期パルス列VP
により制御される。キャパシタ13、ダイオード15、能動
スイッチ17はしたがって並列に接続される。
【0008】動作において、正弦波入力電流IINは第1
のノード11と第2のノード12に供給され、本発明にした
がってパルス幅変調器19は、パルス列VP により能動ス
イッチ17を制御し、このパルス列VP は正弦波入力電流
INの周波数と同期され、第1のノードおよび第2のノ
ードを横切る所望なキャパシタンスを達成するように制
御されるデューティ係数を有する。パルス幅変調器19の
制御下で能動スイッチ17のスイッチングにしたがって、
入力電流IINは能動スイッチ17とキャパシタ13とダイオ
ード15の間で整流される。
【0009】図3を参照すると、図1の回路の適切な信
号の波形が示されている。入力電流IINは周期T秒を有
する正弦波電流である。能動スイッチ17に与えられるパ
ルス幅変調器からの駆動信号VP は正弦波入力電流IIN
に同期され、周期Tを有する電圧パルス波形を有する。
P パルスの上昇するエッジは正弦波入力電流IINの負
から正への方向でゼロと交差する点と同期され、Vパル
スはパルス幅Dを有し、Dは0.25Tと0.5Tの間
である。したがって各VP パルスの下降エッジは正弦波
入力電流IINの正のピークと後続する正から負へのゼロ
交差点との間で生じる。パルスの幅Dは所望の平均キャ
パシタンスを達成するように制御される。
【0010】能動スイッチはしたがって駆動信号VP
各パルス期間中に入力電流を導通し、能動スイッチを通
過する電流IS は各周期Tで0秒とD秒との間で流れる
入力電流を有する。駆動信号PWMの各パルス期間中に
はキャパシタ13を介する電流は存在しない。駆動信号V
P のパルスの終了後、キャパシタ13は正弦波入力電流に
より充電され放電される。キャパシタから放電されなけ
ればならない充電量がVP のパルスの終了と周期Tの中
心の間に流れる充電量と同一であり、正弦波の後半であ
る第2の部分が正弦波の前半の第1の部分に関して逆対
称であるので、キャパシタの両端の電圧VC はほぼT/
2を中心とする正弦波の正の半サイクルの上部部分から
なる。キャパシタ電圧VC は周期Tの開始後D秒でほぼ
ゼロから増加を開始し、周期Tの開始後T/2秒でピー
クに達し、周期Tの開始後(T−D)秒でゼロより下の
1ダイオード降下まで減少する。
【0011】キャパシタ電圧VC が正であり、正弦波入
力電流はキャパシタ13を通って流れ、キャパシタ13を通
る電流IC は各周期TのD秒と(T−D)秒との間で流
れる正弦波入力電流を有する。キャパシタ電圧はゼロよ
りも低い1ダイオード降下であり入力電流は負である
が、ダイオード15を通って流れ、ダイオード15を通る電
流Id は各周期Tの(T−D)秒とT秒との間で流れる
正弦波入力電流からなる。
【0012】したがって正弦波入力電流IINはT秒の各
周期に以下のように整流される。0秒とD秒の間では、
電流は能動スイッチ17を介して流れる。D秒と(T−
D)秒との間では、電流はキャパシタ13を通って流れ
る。(T−D)秒とT秒との間では電流はダイオード15
を介して流れる。
【0013】パルス継続期間Dと周期Tとの間の比率で
ある駆動信号VP のデューティ係数は図1のキャパシタ
回路により第1のノード11と第2のノード12との間で与
えられる実効キャパシタンスを制御するように制御され
る。特に、第1のノード11と第2のノード12との間の実
効キャパシタンスはVP パルスのパルス幅Dに関して以
下のように計算される。電流IINは正弦波であり、した
がって次のように示されることができる。
【0014】IIN=IPKsinωt それ故、正弦波入力電流IINの平均値Iavは次式で与え
られる。
【数1】 キャパシタを横切る電圧は次式で与えられる。
【数2】 キャパシタを横切る平均電圧Vavは次式で与えられる。
【数3】 平均キャパシタンスCavは、平均電圧と、正弦波入力電
流IINのラジアンの周波数との積により除算された平均
電流に等しい。
【数4】
【0015】したがって、図1の可変キャパシタのキャ
パシタンスはVP パルスのパルス幅Dを制御することに
より制御される。
【0016】図2を参照すると、本発明にしたがったス
イッチ可変キャパシタを有効に使用するDC・DC変換
器の概略図が示されている。DC・DC変換器はDC入
力に応答し、インダクタ53の一方の端子に接続された出
力上にAC出力を与える共振インバータ51を含んでい
る。インダクタ53の他方の端子はノード56でダイオード
55の陽極に接続されている。フィルタキャパシタ57の一
方の端子は接地に接続され、キャパシタ57の他方の端子
はノード58でダイオード55の陰極に接続されている。図
2のDC・DC変換器のDC出力VOUT はキャパシタ57
とダイオード55の陰極との接続により形成されるノード
58で与えられる。キャパシタ59は本発明にしたがってノ
ード56とスイッチ可変キャパシタ60との間に接続され
る。
【0017】スイッチ可変キャパシタ60は図1のスイッ
チ可変キャパシタの特別構成を有し、ここで能動スイッ
チはn型チャンネルトランジスタ117 により構成されて
いる。パルス幅変調制御装置19の同期信号SYNCHは
ノード54で電圧V1 により与えられ、パルス幅変調器19
を制御するためのDUTY信号はダイオード55とキャパ
シタ57との接続により形成されるノード58に接続した反
転入力を有するエラー増幅器61の出力により与えられ
る。エラー増幅器61の非反転入力は基準電圧VRE F に接
続されている。
【0018】図2の共振インバータでは、パルス幅変調
器19に対する同期信号SYNCHは、スイッチ可変キャ
パシタ60を介して流れる電流IINに関する固定位相を備
えた正弦波曲線的に変化する電圧V1 から得られる。そ
れ故、パルス幅変調器19は図2に関して前述したように
駆動信号VP が電流IINに同期されるように位相され
る。
【0019】以上、可変位相駆動を使用せず、また位相
シフタを必要とせずに容易に入手可能であり、低パワー
部品で、構成が容易である可変キャパシタ回路に付いて
説明した。結果として可変キャパシタ回路は、本発明に
したがって優秀な価格、重量、容積、性能、実効的な能
力を与える。
【0020】前述の説明は本発明の特別な実施形態の説
明および図示であるが、種々の変形および変更が特許請
求の範囲により定められた本発明の技術的範囲から逸脱
せず、当業者により行われることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にしたがったスイッチ可変キャパシタ回
路の概略図。
【図2】図1のスイッチ可変キャパシタを使用したDC
・DC変換器の概略図。
【図3】図1のスイッチ可変キャパシタの信号波形の概
略図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シー・ラス・グーリック アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90245、エル・セグンド、アパートメン ト・エー、イースト・インペリアル 1116

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 周波数および周期Tを有する正弦波曲線
    で変化する電流源に接続され、電流は各周期の前半の1
    /2周期の第1の期間に第1の方向で流れ、各周期の後
    半のの1/2周期の第2の期間に第2の方向で流れ、前
    記正弦波曲線で変化する電流は各周期の開始時における
    正方向でゼロと交差する点と、各周期の中間点における
    負方向でゼロと交差する点を有するスイッチ制御された
    可変キャパシタ回路において、 第1の端子および第2の端子を有するキャパシタと、 前記第1および第2の端子間に接続されるスイッチング
    手段と、 正弦波曲線で変化する電流の正方向でゼロと交差する点
    で閉じ、正方向でゼロと交差する点の後D秒で開くよう
    に前記スイッチング手段を制御し、それにおいてDは
    0.25T乃至0.5Tの範囲であり、それによって前
    記スイッチング手段は閉じている期間中正弦波曲線で変
    化する電流を導通するように制御されるパルス幅変調手
    段と、 前記正弦波曲線で変化する電流が第2の方向で流れると
    き前記正弦波曲線で変化する電流を導通するため前記キ
    ャパシタの前記第1の端子と第2の端子との間に接続さ
    れているダイオードとを具備し、 スイッチ可変キャパシタ回路は前記D秒の値を変化する
    ことにより制御されるキャパシタンスを有することを特
    徴とするスイッチ制御された可変キャパシタ回路。
  2. 【請求項2】 前記パルス幅変調手段は方形波信号を前
    記スイッチング手段に与え、前記方形波信号は前記正弦
    波曲線で変化する電流の周期と同一の周期とパルス幅D
    を有し、スイッチ可変キャパシタ回路のキャパシタンス
    を制御するデューティ係数を有する請求項1記載のスイ
    ッチ制御された可変キャパシタ。
JP9019263A 1996-01-31 1997-01-31 デューティ制御されたスイッチ可変キャパシタ Pending JPH104335A (ja)

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US08/594,738 US5640082A (en) 1996-01-31 1996-01-31 Duty cycle controlled switch variable capacitor circuit
US594738 1996-01-31

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JPH104335A true JPH104335A (ja) 1998-01-06

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EP0786863B1 (en) 2002-12-04
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