JPS592569A - スイツチングレギユレ−タ - Google Patents

スイツチングレギユレ−タ

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JPS592569A
JPS592569A JP58103267A JP10326783A JPS592569A JP S592569 A JPS592569 A JP S592569A JP 58103267 A JP58103267 A JP 58103267A JP 10326783 A JP10326783 A JP 10326783A JP S592569 A JPS592569 A JP S592569A
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JP
Japan
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current
voltage
transformer
regulator
switch
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JP58103267A
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Bii Koodeii Jiyunia Kurifuoodo
クリフオ−ド・ビ−・コ−デイ−・ジユニア
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Hewlett Packard Japan Inc
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Yokogawa Hewlett Packard Ltd
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Publication date
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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
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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1/ギユレータに関する。
一般に、スイッチングレギュレータは変圧器な駆動する
だめのスイッチを含んでおり、未調整の電圧を調整され
た電圧へ高効率で変換する機能を有している。
前記スイッチはチョッパと称される回路を形成し、通常
バイポーラトランジスタまたは電界効果トランジスタ(
1” E ’I’ )によって構成される。本発明のス
イッチングレギュレータは半導体チョッパへの適用に限
定されるものではなく、一定の出力電圧を維持するため
に負のフィードバックを採用することのできる装置には
一般的に適用可能なものである。
古典的な電力供給装置は5 QHzまたは60Hzで動
作するが、スイッチングレギュレータにおいでは、スイ
ッチを高速度で駆動させることにより高周波交流′電圧
な発生させている。前記交流電圧は一般に8〜40kl
−1zなので、50Hzまたは60Hzで使用する変圧
器に比べで極めて小型、軽量且つ廉価な変圧器が使用で
きる。
第1図は従来のスイッチングレギュレータのチョッパ部
である。変圧510の1次巻線の両端にはスイッチとし
で働くトランジスタ8.9が接続されでおり又、その中
点には電源(B+)が接続されている。変圧器1002
次巻線は整流回路(図示せず)に接続されでいる。トラ
ンジスタ8゜9の導通、遮断は制御信号によって制御さ
れる。
変圧器10の1次回路のバランスがとれCいる場合、電
源(B+)からの電流は第2図に示すように流れる。
多(の電力供給装置における1つの6重要な間頓は、前
記変圧器の一次コイル内に正味の直流電圧が存在しては
ならないという事である。もしも前記正味直流′m圧が
変圧器の1次コイル内に存在すると、この変圧器の1次
コイルの直流インピーダンスはこの一次コイル自体の抵
抗によってのみ制限されるので、桁外れに大きな′電流
が流れる。
実際間頓とl−て、そのチョッパをスイッチングレギュ
レータにおいて完全にバランスすることは非常に困難で
あり、変圧器の一次コイルに正味の直流電圧が発生する
。不平衡の原因として、1、変圧器−次コイルの2つの
半休における相違 2、駆動スイッチの飽和電圧における相違3、駆動波形
における非対象 4、駆動スイッチの蓄積時間の相違 等があげられる。
変圧器−次回路はかかる不平衡の全部にわたって自動的
に平均化する。又、電源(B+)からの電流は、第3図
に示すように電流スパイクが発生し、変圧器−次コイル
の1に流電圧を強制的に零にする。スパイク電流の発生
は頻々ラチェット(ratchet )作用と呼ばれる
それ故、チョッパ丈イクルの終期において変圧器鉄芯は
一次不平衡のために飽和され、また励磁電流は無限大へ
と急激に上昇する。十分に大きい電流が流れると、導通
状態のチョッパスイッチには熱が発生する。ここで、導
通状態のスイッチとは非常に低い1圧低下な伴って電流
を導通しているスイッチすなわち飽和領域で動作してい
るスイッチを表わす。反対に遮断状態のスイッチとは非
導通状態にあるものを表わす。半導体スイッチはまた3
つ目の動作状態を採ることができ、この動作状態では′
電流が流れ、そのスイッチの両端電圧が2つの電力端子
間のある中間レベルをとる、すなわち非飽和領域での動
作である。それ故、もしも実際の電流スパイクがそれ自
体そのスイッチを損島しなげれば、結果的にスイッチ内
部で熱が生じる。
大きな磁気鉄芯または複雑な磁気通路を用いることによ
ってラチェット効果を減少して変圧器飽和な防ぐ種々の
方法が使用されてきた。これらの方法によっである程度
の効果をあげることはできたが、変圧器が非常に複雑且
つ高価なもの゛になるという欠点があった。
本発明のスイッチングレギュレータによれば、廉価で、
しかもたやすく入手できる電気部品を使用して容易に実
施され、またラチェット効果を消去することができる。
本発明の実施例によれば、結合変圧器内での飽和によっ
て生じる励磁電流のスパイクから保護するための手段を
提供する。新規lfフィードバック構成は、励磁電流の
潜在的なスパイク電流を感知すると共に変圧器を駆動す
るスイッチを有しているものが使用され、したがって変
圧器の一次コイルを注意深くバランスする必要はない。
以下、本発明の一実施例を用騒・て詳述する。
第4図はピーク検知回路22を備えた本発明のスイッチ
ングレギュレータのブロック図である。
図示されたようなピーク検知回路22の動作を理解する
ためには、典型的な′電圧調整器lの作動態棟を理解す
ることが必要である。第5図は第4図に使用される電圧
調整器lの詳細なブロック図である。第4図、5図にお
いて、出力α圧voと基準電圧VREF  との差は誤
差増幅器2によって増幅される。誤差増幅器2の出力は
比較器3によって発振器4により発生された傾斜電圧と
比較される。
比較器3およびフリップフロップ5の出力は2つのNO
R論理ゲート6.7を介して出力され、第4図のトラン
ジスタ8,9の一方又は他方を導通する。トランジスタ
8および9の導通時間のデユーティサイクルは、出力電
圧voが基準電圧Vrefを超えると減少するように電
圧調整器1によって制御される。
トランジスタ8および9は変圧器10の一部コイルに電
圧を供給するためのチョッパを構成するスイッチとして
働く。変圧器1002次側電圧は4つのダイオード16
〜19で構成された整流器と、変圧器lOの2次コイル
に関連して設けられた2つのコイル30.31と2つの
コンデンサ20゜21かも成る整流回路を介して出力さ
れる。
トランジスタ8,9を保護するため、瞬間過剰電流保護
回路11が設けられている。電流感知手段、ここでは抵
抗12を通る電流が予め設定された1直を越えると、そ
の瞬間過剰電流保護回路11内のトランジスタ13が抵
抗14と15によって導通状態にバイアスされる。トラ
ンジスタ13が導通状態になると、比較器3、N0I(
ゲート6および7はスイッチトランジスタ8および9を
遮断状態にする。過剰電流保護回路11は、その他多く
の過剰型の障害と同様に過剰ラチェット状態に対して保
護する機能を有する。しかしながら、この瞬間過剰電流
保護回路11は非常に簡単な構成の[Ji[回路であっ
て、これは、重大であるが非破滅的なレベルのラチェッ
ト作用を防ぐことはできない。
もしも過剰電流感知手段12からの信号が市、圧調整器
lの加算結合点にフィードバックされると、スイッチト
ランジスタ8および9のデユーティサイクルが変化し、
ラチェットは減少する。
変圧器10において励磁電流のスパイクに対応して加算
結合器50に電圧パルスがあれば、第5図における誤差
増幅器2の出力は発振器4からの傾斜゛電圧レベル以下
に急に下降し、スイッチトランジスタ8および9は、出
力電圧voが基準電圧VRffを越えて急に増加された
ように、遮断されも電流感知手段12を通る電流が遮断
状態に変わるとすぐに誤差増幅器2の出力は再び傾斜電
圧を越え、スイッチトランジスタ8または9は再び導通
状態に戻ることになる。
この瞬間的な導通を避けるためK、ピーク検知回路22
が設けられている。第6図はピーク検知回路22の詳細
図である。第6図において、ダイオ−)’25、コンデ
ンサ26および抵抗27がビーり検知手段の1つを構成
する。電流感知手段12からの信号が増加すると、コン
デンサ260両端醒圧も増加する。ダイオード25は、
スイッチ8および9が遮断状態に変わるとき、電流感知
手段12に流れる直流が低下しても、コンデンサ260
両端tl圧の低下を妨げる整流器として作動すム抵抗2
7は容駿26の両端電圧を減するためのブリーダ抵抗と
して作用し、その結果誤差増幅器2と比較器3は発振器
4からの一連のデユーティサイクルのパルスに対して即
座に応答できるよう準備される。これは第7図において
時定数τとして示され、τはコンデンサ26と抵抗27
の値の積に等しい。又、実線はコンデンサ26の端子電
圧を表わし、破線はコンデンサ24の端子電圧を表わし
ている。したがって、時定数τの適切な選定によって、
ピーク検知回路22は、直流電源(B+)の変化によっ
て生じるデユーティサイクルの広い範囲にわたって機能
することができる。
電流感知手段12から得られる信号を適切な大きさに設
定するため、フィートノくラグの一部として成る調整が
要求される。第6図に宗されるように、この調整は抵抗
28によって達成される。もしも抵抗28が小さ過ぎれ
ば第4図の全体の装置は発振する。もしも抵抗28があ
まりに大き過ぎれば、ピーク検知回路22の効力は低下
する。抵抗28の1直は電力供給装置の全体的設計に強
(依存し、その直は経験的に決定することが一番簡単で
ある。
また、ラチェット防止機能がその電力供給装置の出力電
圧vo  に関する直流負荷電流の広い範囲にわたって
実行されることは望ましいことであムこの事は、ピーク
検知回路22を電圧調整器lの加算結合器50に交流的
に接続することによってなされる。この交流接続は第6
図におけるコンデンサ29により達成される。そこで、
ラチェット電流スパイクは負背醜流とは独立に同じレベ
ルの励磁電流で感知される。出力フィルタコンデンサ2
0.21は、コンデンサ29として種々の容量直のコン
デンサを使用できるようK、十分に大きい。
したがって、望ましい交流接続は、容置29が十分に小
さくその結果ピーク検知回路22が負荷電流における正
常な変化を感知することができないようになっている限
り、達成され得る。
最後に、スイッチトランジスタ8および9の正常な切換
動作のために、ピーク検知1川路22の誤動作を防止す
ることが望ましい。この事は、第6図に示されるように
電流感知手段12とピーク検知回路(ダイオード25、
容計26および抵抗27)との間に低域フィルタを挿入
することによって達成される。このフィルタは、抵抗2
3およびコンデンサ24で構成され、典型的には抵抗2
3とコンデンサ26の積の時定数の約10倍の時定数を
有する。したがって、抵抗23とコンデンサ26の時定
数は、ラチェット防止回路22が抵抗23とコンデンサ
24から成る低域フィルタによってゆがめられることな
くラチェット状態の下tこ電流感知手段12を通じて励
磁電流の上昇をもたらすことができる程に十分に速い。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のスイッチングレギュレータのチョッパ部
の詳細回路図。 第2図、第3図は従来のスイッチングレギュレータの動
作説明図。 第4図は本発明のスイッチングレギュレータのブロック
図。 第5図は本発明のスイッチングレギュレータに使用する
電圧調整器の詳細ブロック図。 第7図は本発明のスイッチングレギュレータの動作説明
図。 l:電圧調整器 3:比較器 4:発振器 5:フリップフロップ ll:過剰電流保護回路 22:ピーク検知回路 出願人 横筒・ヒユーレット・パッカード株式会社代理
人 弁理士 長 谷用  次 男

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 直流′Lt源と、少なくとも1組の1次、2次巻線を有
    する変圧器と、前記2次巻線に接続された整流回路と、
    前記直流電源から前記1次巻線へ直流パルスを供給する
    スイッチと、前記整流回路の出力部にその入力部が接続
    され、前記スイッチのデユーティサイクルを制御する電
    圧調整器と、前記1次巻線を流れる電流の大きさに関連
    した検出信号を出力する検出器と、前記′電圧調整器の
    入力部と前記検出器の出力部との間に設けられ、時定数
    回路を有するピーク検知回路とから成るスイッチングレ
    ギュレータ。
JP58103267A 1982-06-10 1983-06-09 スイツチングレギユレ−タ Granted JPS592569A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US387054 1982-06-10
US06/387,054 US4456950A (en) 1982-06-10 1982-06-10 Current spike protection circuit for switch-mode power supplies

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS592569A true JPS592569A (ja) 1984-01-09
JPH0139314B2 JPH0139314B2 (ja) 1989-08-21

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ID=23528263

Family Applications (1)

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JP58103267A Granted JPS592569A (ja) 1982-06-10 1983-06-09 スイツチングレギユレ−タ

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