JPS5812029A - スイツチングレギユレ−タの制御回路 - Google Patents

スイツチングレギユレ−タの制御回路

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JPS5812029A
JPS5812029A JP10936281A JP10936281A JPS5812029A JP S5812029 A JPS5812029 A JP S5812029A JP 10936281 A JP10936281 A JP 10936281A JP 10936281 A JP10936281 A JP 10936281A JP S5812029 A JPS5812029 A JP S5812029A
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JP
Japan
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circuit
switching regulator
current
control circuit
load
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Pending
Application number
JP10936281A
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English (en)
Inventor
Shunei Hosoi
細井 俊英
Isamu Mitomo
三友 勇
Makoto Onishi
誠 大西
Hirotoshi Shirasu
白須 宏俊
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.)
Hitachi Microcomputer System Ltd
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Microcomputer Engineering Ltd
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Publication date
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Publication of JPS5812029A publication Critical patent/JPS5812029A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

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】 本発明はスイッチングレギュレータの制御回路、更に詳
しく言えば、直流電源を供給する回路に二巻線リアクト
ルを持つスイッチングレギュレータヲ設ケ、そのレギュ
レータのスイッチの開閉を制御することによって直流出
力電流を制御する回路に係る。
直流電源から供給される負荷回路に流れる電流を負荷の
状態によって制御するため、いわゆるDC−DCコンバ
ータが使用される。DC−DCコンバータの一つとして
二巻線りアクドルを持つスイッチングレギュレータがあ
る。
例えば、電話交換機の加入者回線には直流電力供給回路
が必要であるが、加入者回線の種類や長さ、あるいは電
話機の種類によって、電話機に流れる電流がことなると
き、これを制限する必要がある。
このような場合、電話交換機の加入者回線の電力供給回
路にDC−DCコンバータを設け、その出力側の状態に
よって、上記DC−DCコンバータを制御することが行
なわれる。従来のDC−DCコンバータの制御回路では
、出力側の電圧あるいは電流を検出する回路が設けられ
、DC−DCコンバータの入力側と出力側が電気的に接
続されているため、出力側に雷等の大電圧の交流電圧が
加えられたときは、入力側を破損することとなり、その
保護回路を必要とする。そのため、 DC−DCコンバ
ータの出力回路と入力回路を絶縁し、フローティングの
状態に構成することが望まれる。
その一つとしてスイッチングレギュレータを構成するト
ランスの一次側に出力電流検出の丸めの巻線を設け、そ
の出力電圧と一次側の電流を検出し、DC−DCコンバ
ータを制御する回路が知られているが、制御のための巻
線を必要とし、それだけトランスを大きくシ、望ましく
ない。
更に、DC−DCコンバータの出力側と入力側をフリー
テイングにする方法として、出力側の状態を検出するた
めホール素子や光素子を使用することも考えられるがそ
れだけ部品数を増し、又装置の容積をまずこととなり装
置の構成上望ましくない。
したがって、本発明の目的は光素子、ホール素子あるい
は検出用の巻線等の出力の状態を検出する専用の回路装
置を設けることなく s D C−D Cコンバータの
出力側と入力側を絶縁した状態で、DC−DC”xンバ
ータの出力電流を制御する回路を実現することである。
本発明は上記目的を達成するためスイッチングレギュレ
ータを構成するトランスの一次巻線側の電流と二次巻線
側(出力91)の電流との関係を利用し、−次巻線側の
電流を検出し二次巻線側の電流、すなわち負荷電流を制
御するように構成したものである。したがって本発明は
スイッチングレギュレータを構成する一次巻線と、二次
巻線を有するトランスと上記−次巻線にスイッチを介し
て接続された直流電源と、上記二次巻線側に結合された
負荷と、上記−次巻線の電流検出回路と負荷に一定電流
を流すための基準電流回路と上記検出回路の出力と基準
電流回路の比較信号によって上記スイッチのデユーティ
を制御する回路とで構成される。なお、上記電流検出回
路や基準電流回路とは電流を電圧に変換するものも当然
含まれるものである。
本発明のスイッチングレギュレータを電話機の直流電力
供給回路に使用したとき、トランスの一次側巻線から負
荷電流の変動を検出し、−次巻線側に設けられたスイッ
チの開閉を行なうため、二次側は完全にフローティング
(−次側および地気と絶縁された状態)となるため、屋
外配線された加入者回路の線路と商用電力線との混触や
雷等のために高電圧のサージ電圧等に対する保護回路が
不要となる。
又1電流検出のために光素子、ホール素子等を必要とせ
ず、さらにトランスに電流検出のための専用の巻線を必
要としないため、保守、経済化、装置の小容量化に有効
な手段を提供することになる。
以下実施例によつ′て本発明の詳細な説明する。
第1図は本発明の詳細な説明するためのスイッチングレ
ギュレータとしてリンギングチョークコンパータの回路
図を示す、りンギングチョーク;ンパータはトランス1
の一次巻線3にスイッチ2を介して直流電源5が接続さ
れ、二次巻線4には負荷6がダイオード7と直列に接続
され、かつ負荷6と並列にキャパシタ8が接続されて構
成されている。電話機の電力供給回路の場合は負荷は電
話機および線路のインピーダンスを含む。
いま、トランスの一次巻線の抵抗をrl−次巻線と二次
巻線の巻線比’f:”sスイッチ20オンC導通)時間
(To、とする)とオフ(R断)時間と、入力電圧E1
と出力電圧E、の関係は近似的に次式で与えられる 第2図はこの関係をグラフに示し九ものである。
抵抗3.39とし負荷抵抗RN、を変えた場合の関係を
示す、同図から明らかなように負荷RLが増大すること
によって電圧比・1−は増大し、デューテI イが小さいときは、電圧比はデユーティにほぼ比例する
しかしヘデエーテイの高い所では゛ぽ正比は逆に減少し
ている。又ビーク値を持つデユーティDは負荷R1によ
って変動する。
さて、上記(1)式より、負荷電流をIAとするとDと
し、トランス、ダイオード、スイッチの損失を無視する
と、入力エネルギーと出力エネルギーは等しいことから
次の関係式が成立する。
I會・Et IID−E、X Iz     ””  
(3)上記(1)、 (2)、 (3)式より・・・・
・・・・・ (4) が求まる。(4)式より、デユーティDを制御すれば、
任意の負荷電流Itが得られることが分る。
第3図は上述の原理に基づいて構成された本発明による
スイッチングレギエレータの電流制御回路の一実施例の
構成を示す回路図である。同図において、第1図と同一
の番号を付す部分は同一の回路素子を示す、なお、直流
電源は示されていないが端子10とアースとの閾に直流
電源が接続される。
スイッチ2はMO8)ランジスタで構成され。
ゲート端子Gに後述の制御回路からデユーティDのパル
ス信号が加えられる。−次電流検出回路11はM08ト
ランジスタ灸のソース電−呟アース間に接続された抵抗
12、抵抗13とキャパシタ14からなる積分回路で構
成され、−次電流に比例した連続し九直流電圧信号を検
出する。
基準電流回路15は上記スイッチ2tオン・オフした同
一の信号によってスイッチ20をオン・オフしtレベル
シフト回路16から所定の負荷電流に対応し九電圧を取
り出しバッファ増幅器17によって、負荷設定電流に対
応し九電圧を得る。
制御回路22は上記電流検出回路11および基準電流回
路15の電圧を差動増幅器21で比較し、その差電圧に
よってスイッチ2の駆動パルスのデユーティを制御する
信号を発生する回路である。
第4図はこの制御回路の動作説明のための波形図である
。以下電流検出回路11の電流が基準電流よシ大きい場
合について説明する。
トランジスタ33.32および抵抗25,26゜27か
らなる差動増幅回路において、トランジスタ330ベー
スに鋸歯状波が加えられている。トランジスタ33のペ
ースの電位が、トランジスタ320ペースの電位よシ高
いときはトランジスタ32はオフとなシ、そのコレクタ
電位は高くな9%抵に28.2Gおよびトランジスタ3
4で構成されるインバータによって、インバータ出力電
位Voは低電位となりスイッチ2および20をオフとす
る。又逆の場合(トランジスタ320ペース電位がトラ
ンジスタ33のそれより高いとき)はインバータの出力
電位 %電位となり、スイッチ2および20をオンとす
る。したがって、負荷電流が増大し、−次電流が増大し
たときは差動増幅器21の電位が低くなシ、抵抗23、
トランジスタ30、ダイオード接続されたトランジスタ
31および抵抗24によってトランジスタ320ベース
電位が低くなり、鋸歯状波の電位より低くなる時間が太
くなり、したがってスイッチ2および20tオフ状態に
する時間が長くなる。すなわちデユーティが小さくなシ
出力電位を下げるように働く、又−次電流が減少したと
きは逆に働くことは明らかである。
次に本発明のスイッチングレギュレータの制御回路を電
話機の電力供給回路に適用し専具体的実施例について説
明する。
電話の加入者回路では通話時の電流は市内局にある直流
電源(−48ボルト)から440gの抵抗を通して供給
され、加入者線路および電話機の抵抗をRシとすると の電流IAが流れる。電流■tは負荷抵抗RLに依存し
−Rtが小さくなると、−次電流が増大し、内部抵抗4
40gで大きな熱が発生することになる。そこで本実施
例では、上記内部抵抗440gの代りに第3図のスイッ
チングレギュレータを使用し、出力(負荷)電流を、負
荷インピーダンス(加入者線の抵抗と電話機の抵抗)が
大きいときは上記第(6)式と同様とし、負荷インピー
ダンスが小さいときは一定電流(60mA)に制限する
ように構成する。
第5図は第3図のスイッチングレギュレータの負荷R1
と負荷電流との関係を、デユーティDをα5.α4.0
.3,0.2,0.1と変えて計算したものである。そ
こで、負荷が0.76 KΩよシ大きいCすなわち電流
が60fflA以下)ときはレギュレータのデユーティ
Dをα5に固定にし、負荷が0.76にΩより低いとき
は、負荷電流をほぼ60mAに制限するように上記スイ
ッチングレギュレータを動作させる。
リアクトルの一次巻線に流れる入力電流1亀(mA)と
デユーティの関係は(51式で表わされるから、同大に
オIn”(、n=g、r;&3g、El:24 VOj
ζIL=60m人とすると、リアクトルの一次側巻線に
流れる電流Izは となり、これを46図に点線で示す、同図から明らかな
ように、Dが0.08〜0.5の範囲では次の近似式が
成立する Iz (mA)= 298XD+77     −−−
・・・・−(7)上記(7)式の一次電流が流れたとき
、第3図の検知抵抗12の抵抗t−R−とすると、その
両端の電位差v4は Va(fflV)=LX&=+298XRaXD+77
&  mess  (s)となる。
ここで第3図の回路において、鋸歯状波の振幅を■ム、
直流検出回路の直流電圧(トランジスタ32のベース電
圧)をVoとすると、デユーティDとこれらの間には Vl (mV)=VsaXD+C””・   (9)の
関係が成立する、ここでVa(mV)=2ssxB。
C(fnV)=77XR4とすれば、これは先に求め九
、負荷電流を一定にした場合の検知電圧とデユーティD
の関係式(8)と一致する。したがって(9)式のVD
の筐を規準電流値に対厄する規準電圧としてデユーティ
Dt制御すれば負荷変動に対しても、一定電流を保つこ
とができる。
なお、負荷電流ILが60mA以下では、基準電圧(回
路15の出力)に対して、検出電圧(回路11の出力)
は低下し、差動増幅器21の出力は増加してデユーティ
Dを0.5より大き゛くするように働くが、トランジス
タao、31、及び抵抗24により、デユーティが0.
5以上にならないように、電圧v11′t−一定電圧°
以下に制限している。
第7図は、電話機の電力供給回路において、負荷抵抗R
Lと負荷電流との関係を従来の定抵抗440gを付加し
た場合(実線)と上記本発明によるスイッチングレギュ
レータを用いた場合の測定値(点線)を対比して示した
ものである。なお、実測値において、若干理論と一致し
ていないが、これは紡速の計算において、スイッチの損
失、−次電流検知抵抗の損失、トランス、ダイオード。
容量による損失を無視したことおよび(7)式の近似に
よる誤差によるものである。
上記実施例はリンギングチ目−クコンバータの場合につ
いて説明し九が、本発明は上記実施例に限定されるもの
でなく、トランスを用い一次側電流と二次側電流に一定
の関係が成立するものでは同様に実施できる。第8図は
フォワード減コンバータを用いた場合を示す、同図にお
いて、第3図と同一機*!を有する部分は同一の番号で
示す、オワード形コンバータのスイッチングレギュレー
タはトランス1の出力側がπ形に接続されたダイオード
37%インダクタ35およびコンアン−?36で構成さ
れる。この場合はデユーティと出力電圧な砂比例関係が
成立し、デユーティDの制御範囲を更に広くとることが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はリンギングチョークコンバータの回路図、第2
図リンギングコンバータの入出力電圧比とデユーティD
との関係を示す図、第3図、第8図は本発明によるスイ
ッチングレギュレータの一実施例の回路図、第4図は上
記実施例の動作説明のための波形図、第5図、第7図は
上記実施例の動作説明のための負荷抵抗RLと負荷電流
Izの関係を示す図、第6図は上記実施例動作説明のた
めの入力電流IzとデユーティDとの関係を示す図であ
る。 1・・・トランス%2.20・・・スイッチ、3・・・
−次咎線、4・・・二次巻線、5・・・直流電源、6・
・・負荷、7・・・ダイオード% 8.36・・・コン
デンサ、10・・・入力端子% 11・・・検出回路%
12・・・検知抵抗、13゜18.23〜29・・・抵
抗、14.19.36−・・コンデンサ、15・・・基
準電流回路、16・・・レベルシフト、17・・・バッ
ファアンプ、21・・・差動増幅器、¥i   1  
 (fiJ 豹 Z 図 OCTエデ(〕 vi3図 ¥FJ4I2] 第8図 第  5  図 Rt(KIL) 第  2  図 0G

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、スイッチングレギュレータを構成する一次巻線およ
    び二次巻線を有するトランスと、上記−次巻線にスイッ
    チを介して接続される直流−電源と、上記二次巻線に結
    合される負荷と、上記スイッチを駆動する制御回路を有
    するスイッチングレギュレータにおいて、上記制御回路
    は上記−次巻線の電流検出回路と負荷に一定電流を流す
    ための基準電流回路と、上記検出回路の出力と上記基準
    電流回路の比較信号によって、上記スイッチのデユーテ
    ィを制御するスイッチ駆動回路を真備して構成されたこ
    とを特徴とするスイッチングレギュレータの制御回路。 2、第1項記載のスイッチングレギュレータの制御回路
    において上記スイッチングレギュレータを構成するトラ
    ンスの二次巻線には負荷に直列に接続されたダイオード
    と負荷に並列に接続されたコンデンサが接続された平滑
    回路を有することを特徴とするスイッチングレギュレー
    タの制御回路。 3、第2項記載のスイッチングレギュレータの制御回路
    において、上記スイッチのデユーティがαS以下である
    ことを特徴とするスイッチングレギュレータの制御回路
    。 4、第1項記載のスイッチングレギュレータの制御回路
    において、上記スイッチングレギュレータを構成するト
    ランスの二次巻線には、負荷に直列に接続されたインダ
    クタと負荷に並列に接続されたコンデンサと、二次巻線
    の両端にダイオードが接続された平滑回路を有すること
    を特徴とするスイッチングレギュレータの制御回路。 S・41項ないし第4項記載の−のスイッチングレギュ
    レータの制御回路において、上記スイッチ駆動回路は上
    記比較信号と、鋸歯状波とを入力とする差動増幅回路と
    上記差動増幅回路で構成されたことを特徴とするスイッ
    チングレギュレータの制御回路。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6098868A (ja) * 1983-11-04 1985-06-01 Fuji Xerox Co Ltd 高圧電源装置
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