JPS60148377A - Ｄｃ／ｄｃ変換器 - 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】 （１）発明の技術分野 本発明はｌ）Ｃ／ＤＣ変換器に関するものである。

スイッチモード電源（８ＭＰＳ）として周知のこの種の
変換器は、電源で内部的に発生される周波数でオンした
りオフしたシするパワースイッチと直列になっている変
圧器（パワートランス）の−次巻線に与えられる直流入
力を有しており、核パワー変圧器の二次巻線における信
号は整流されかつフィルタされて、必要な直流出力を与
える。該出力は、パワースイッチのオンオフ比率の変化
によって、すなわちパルス幅変調（ＰＷＭ）によって、
調整される。

パワースイッチを作動する各種の技術が考えられる。例
えば、それは、ラッチ回路と共働する固定周波数発振器
によって制御されるゲート回路の出力によって作動され
ることもできて、該ラッチ回路は調整情報の固定情報と
の比較結果に応答して、前記固定周波数内でパワースイ
ッチのオンオフ比率を変化させる。

（２ン　発明の目的 本発明の目的は、その構成要素を利用する上で、簡単な
かつ経済的にパワースイッチを作動するＤ　Ｃ／Ｄ　Ｃ
変換器を提供することである。

（３）発明の概要 本発明によって提供されるＤ　Ｃ／Ｄ　Ｃ変換器におい
て、感知変圧器の一次巻線はパワー変圧器の一次巻線お
よびパワー変圧器ｉと直列になっておシ、該パワースイ
ッチのオンオフ比率は、抵抗容量発振器の整流パルス出
力によって決定され、前記パルス出力におけるパルスの
幅およびパルス間の時間は、それぞれ、該発振器内のコ
ンデンサがそれぞれの第１と第２の電圧基準値に充電し
たり放電したシするのに要する時間に対応し、該感知変
圧器の二次巻線における感知電流はパワースイッチの各
オン期間中単極性感知電圧を発生するのに利用され、さ
らに前記感知電圧はコンデンサに印加されるので、該コ
ンデンサが第１基準電圧値に充電するに要する時間、従
ってパワースイッチのオン期間の持続時間は、前記各オ
ン期間中の感知電流に依存して可変であシ、一方、該コ
ンデンサが第２の基準電圧値に放電するに要する時間は
一定である。

パワー変圧器の一次巻線と直列になっている一次巻線を
有する感知変圧器を利用することによって、これら二つ
の巻線におけるスイッチ電流は該感知変圧器の二次巻線
における感知電流によって監視され、該感知電流は変換
器出力の電流調整を可能にするのであるが、それ自体は
周知である。上昇する感知電流を利用して一定レベル基
準信号と比較する方法は、「電流モード制御」と称され
ることもあシ、パルス幅を変調する一つの技術として提
案されてはいるが、通常は採用されていない。

本発明の基本的な着想は、感知電流を利用することによ
って発振器に変調機能を組み込み、よってその出力が直
接パワースイッチを制御できるようにするというもので
ある。

前述の本発明の１特徴によれば、感知変圧器の一次巻線
における電流は、変換器の直流出力電流に依存しており
、よって該変換器出力の電流調整は前記感知電流を介し
て行なわれ、該感知変圧器の別の巻線ならびに整流器は
パワー変圧器の二次巻線と並列になっている直列通路に
接続されるので、前記別の巻線における単極性電流は、
感知変圧器の一次巻線における電流と同期してスイッチ
され、かつ、前記感知電流は、感知変圧器の一次巻線に
おける電流のほかに前記別の巻線における電流にも依存
しているのであシ、さらに、変換器の直流出力電圧から
電圧エラー信号を発生し、かつ、該電圧エラー信号に応
答する前記別の巻線を含む前記直列通路におけるスイッ
チ電流の振幅を変えるための装置が備えられておシ、よ
って発換器出力の電圧調整もまた、前記感知電流を介し
て行なわれる。

前述の本発明の特徴において、感知変圧器の別の巻線は
、該感知変圧器を電流加算変圧器として利用する、出力
電圧エラー信号の隔絶フィードバック全発生するための
信頼できる経済的な装置として備えられている。従って
、効率の良いことに２つのフィードバックルーズ、すな
わち電流調整フィードバックループと電圧調整フィード
バックループは一方が他方に埋め込まれて備えられてい
る。

（４）発明の実施例 次に、本発明によるＤＣ／ＤＣ不平衡順方向変換器につ
いて図面を参照しながら詳細に説明する。

図面において該回路は、不平衡順方向変換器型のスイッ
チモード電源から成る基本的な構成を有しており、＃電
源は電話システムから発生される一５０ボルト直流入力
電源からコンピュニタ回路用の＋５ボルト直流出力電源
を生成するのに好適である。この基本的な構成は、パワ
ースイッチＴＲＩ　（電界効果トランジスタとして図示
）および−５０ボルト直流入力電源に直列で接続される
一次巻線ＷＰ１’ｉｉ有するパワー変圧器ＴＸ１から成
っておシ、該変圧器ＴＸ１の二次巻線ＷＰ２は、整流ダ
イオードＤ１とＤ２および濾波平滑インダクタＬ１さら
にコンデンサＣＶＣ接続されて、＋５ボルト直流出力電
源ＶＯｉ発生する。パワースイッチＴＲ１は、比較器Ｃ
ＯＭを有する抵抗容量発振器の方形パルス出力電圧ＶＧ
によってオンされたシオフされたシするが、該オンオフ
率は変換器の出力からフィードバックされた情報に以下
に述べるような態様で応答する。

抵抗容量発振器の基本的構成は下記の通りである。２つ
の抵抗器Ｒ１とＲ２は電位ＶＡＵＸと一５０ボルトの間
の電源電圧に接続されている。抵抗器Ｒ１とＲ２の接合
点は比較器ＣＯＭの１人力に接続され、抵抗器Ｒ３は前
記入力と比較器ＣＯＭの出力の間に接続され、そして抵
抗器Ｒ４は比較器ＣＯＭの出力と電源電圧の１端ＶＡＵ
Ｘの間に接続されている。抵抗器Ｒ５は比較器ＣＯＭの
出力とその別の入力の間に接続され、さらにコンデンサ
ＣＴは前記別の入力上電源電圧のもう１端である一５０
Ｖとの間に接続されている。

ＶＡｔＪＸは都合のよいことに一５０ボルトに対シて＋
１２ボルトとなっており、該電圧は例えば、主電源に接
続される１２ボルトツエナダイオードおよび抵抗器、ト
ランジスタ緩衝器ならびに局部減結合コンデンサなどに
よって、−５０ボルト直流入力電源から発生される。Ｖ
ＡｕｘＴｈＡｕ中るこれらの構成要素は図示されていな
い。

上述のように抵抗容量発振器を形成する構成要素の大き
さは、その基本出力電圧波形■Ｇｆ。

決定する。上位電圧基準値ＶＡと下位電圧基準値ＶＢが
確立される。該出力ＶＧが実質的に電位−にあシハワー
スイツテＴＲＩがオンされるようなハルス幅社、キャパ
シタＣ’Ｔにかかる電圧ＶＣ’ｒが上位電圧基準値ＶＡ
に充電するに要する時間に対応する。出力電圧ＶＧが実
質的に一５０ボルトで、かつ゛パワースイッチＴＲ１が
オフされるようなパルス間の時間は、コンデンサＣＴに
かかる電圧ＶＣＴが下位電圧基準値ＶＢに放電するに要
する時間に対応する。ダイオードＤ６を介して比較器Ｃ
ＯＭに与えられる情報が無い場合には、出力■Ｇによっ
て決定されるパワースイッチＴＲ１の１−オン」と１オ
フ」の時間は等しくなり、かつ、発振器は、例えば１０
０ＫＨ２のような、その基本周波数で作動するようにな
るが、該基本周波数は変換器の基本動作周波数を決定す
る。

感知変圧器ＴＸ２は、パワー変圧器ＴＸ１の一次巻線Ｗ
Ｐ１、パワースイッチＴＲ１および一５０ボルト直流入
力電源に直列で接続された一次巻線ＷＤを有する。図示
したように、該巻線ＷＤとＷＰｌおよびスイッチＴＲ１
は電流１Ｄを流す。感知変圧器ＴＸ２の二次巻線ＷＳは
感知電流ｌ８＝ｉ流すが、該Ｉｓは、整流ダイオードＤ
３（ｉ−介して、感知抵抗器Ｒ８にかかつて、該抵抗器
Ｒ８の１端に接続される一５０ボルトに関して、単極性
電圧ＶＳを発生する。

感知電圧■ＳはダイオードＤ６ｆｆ介してコンデンサＣ
Ｔに印加される。パワースイッチＴＲ１がオンされる場
合、電流ＩＤはオンされて回路のインダクタンスによっ
て決定されたある率で上昇する。電流Ｉ’Ｓの初期値、
従って各１オン」期間の開始における電圧ＶＳは、コン
デンサＣ′ｖの電圧ＶＣ’ｒｆ、、２つの電圧基準値Ｖ
ＡとＶＢの間になるよう構成されている初期値に直ちに
充電する。

次いでコンデンサＣＴの電圧ｖＣＴは、電圧Ｖ８の上昇
する率ならびに、抵抗容量発振器の構成要素によって決
定されるようにコンデンサＣＴが通常充電するであろう
率の両方によって決定される率で上昇する。電圧ＶＣＴ
が電圧基準値ＶＡに達する場合、比較器の出力ＶＧはス
イッチ切換してパワースイッチＴＲ１をオフにし、従っ
て感知電圧■Ｓをもオフにする。次いでコンデンサＣＴ
ハ電圧基準値ＶＢに放電して、ダイオードＤ６は抵抗容
量発振器要素だけによって決定される率で逆バイアスさ
れる。パワースイッチＴＲ１の１オン」期間の持続時間
は、従って、各「オン」期間中、感知電流に依存して可
変であるが、一方、パワースイッチＴＲ１の１オフ」期
間は感知電流によって影響されることなく、一定である
。

感知変圧器ＴＸ２の別の巻線ＷＣおよび整流ダイオード
Ｄ４は電界効果トランジスタＴＲ２と直列通路で接続さ
れ、該直列通路はパワー変圧器ＴＸ１の二次巻線ＷＰ、
２と並列で接続されているので、該別の巻線ＷＣは単極
性電流ＩＣを流し、該電流ＩＣは感知変圧器ＴＸ２の一
次巻＠ＷＤにおける電流ＩＤと同期してスイッチされる
。

調整器ＲＧは、１．２ボルトの一定電圧を供給する電圧
基準装置ならびにエラー増幅器を備えているが、該エラ
ー増幅器は前記一定電正金５ボルト変換器出力電圧ＶＯ
の一部分と比較して電圧エラー信号を発生し、該信号は
トランジスタＴＲ２’ｉ介してスイッチ電流ＩＣの振幅
を変化させる。該電圧エラー信号は、変換器出力電圧■
。

の振幅が増加する場合に、電流ＩＣの振幅もまた増加す
るような位相に構成されている。ダイオードＤ５は、別
の巻線ＷＣにおける電流ＩＣの「オフ」期間中、トラン
ジスタＴＲ２を介して電流を与えて、スイッチ効果が調
整器ＲＧの出力に与えられないようにする。

感知変圧器ＴＸ２は下期の式による電流加算変圧器とな
っている。

ｌＮｘＮ５＝　ＩＤｘＮＤ＋　ＩＣｘＮＣ但し、ＮＳ、
Ｎｌ）およびＮＣは巻線ＷＳ、ＷＤおよびＷＣの巻線で
あり、該巻線は図面に示されるようにドツト表記法によ
る関係において極性化される。

図示された電流と電圧の波形は回路動作の定常状態、す
なわち一定の入力電圧と一定負荷がある場合、を示す。

このような条件の下では、電流ＩＣおよびパワースイッ
チＴＲＩのオンオフ比は、変換器の必要出力電圧を維持
するに必要ないかなる値にも調整できる。

先に定めたアンペア回数、従って電流加算式および図示
された定常状態波形によって、回路によシ発生される「
電流モード」制御の本質が理解できる。従って、パワー
スイッチ゛Ｈ＜１の与えられたサイクルの１オン」期間
の開始時に、電流ＩＤの振幅あるいは電流ＩＣの振幅の
いずれかが、先行サイクルでのその値に比較して増加し
ている場合、電流Ｉｓの初期振幅、従って電圧ＶＳは対
応的に増加し、電圧ＶＣＴは対応的にやや早く基準電圧
ＶＡに到達し、かつパワースイッチＴＲ１の１オン」期
間の持続時間は対応的に低減される。

変換器の出力電侃Ｉ　ＯｌすなわちインダクタＬを介す
る電流は、パワースイッチＴＲ１の「オン」期間中上昇
し、該パワースイッチＴＲ１の１オフ」期間中に下降す
る。従って、本質的に直流電流出力であるものの中に僅
かに交流成分が存在する。パワースイッチＴＲ１を介す
る電流ＩＤは出力電流■０に比例している。従って、電
流ＩＯが、先行サイクルにおけるその値に比較して、パ
ワースイッチの所定サイクルの「オン」期間の開始にお
いて、よシ高い振幅で、突然、開始する場合、その時に
は、電流ＩＤの振幅は比例的に上昇し、従って、電流Ｉ
ｓは次のような結果を有する、すなわち、この「オン」
期間は先行サイクルにおけるよシも早く終結し、かつ、
出力電流ＩＯのピーク値、従って平均直流値が直ちに修
正される。従って、変換器出力についての電流保饅なら
びに調整は、感知変圧器ＴＸ２（（介する電気的隔絶を
有する第１フイードバツクループによって、高速サイク
ルベースで行なわれる。

本願の冒頭に述べたように、該不平衡順方向変換器の基
本的構成は、パワースイッチＴＲ１の１オフ」期間中、
出力電流工０は零に下降することはなく、該変換器は非
常に低い開ループ直流出力インピーダンス、従って本質
的に良好な電圧調整を示すようなものとなっている。従
って、負荷の変化によってパワースイッチＴＲ１（７）
オンオフ比における大きなまたは急速な変化を生ずるこ
とはない。しかし、出力電圧の微調整は調整器ＲＧによ
って発生された電圧エラー信号における変化によって、
幾サイクルにもわたってゆつくシと行なわれ、電流ＩＣ
における小さい変化、従ってサイクルあたシのオンオフ
比における小さい変化を生ずる。従って、変換器出力に
ついてこの微調整電圧調整は、感知変圧器ＴＸ２を介す
る電気的隔絶を廟する第２フイードバツクルーズによっ
て行なわれる。

このように、２つのフィードバックループが効率のよい
ことに一方が他方に埋め込Ｊ、れて設けられている。

前述の全変換器回路は電圧制御による電流源と考えるこ
とができる。換言すれば、それは本質的には定電流を発
生するのであるが、該電流は、定電圧を発生するために
電圧エラー信号によって調整されるのである。

上記の構成とは別の簡単な構成においては、調整器ＲＧ
によって発生された電圧エラー信号の非隔絶フィードバ
ックを備えることもできる。　７この場合、感知変圧器
ＴＸ２の別の巻＠ＷＣ，ダイオードＤ４とＤ５、および
トランジスタＴ、Ｒ２は除外することもできて、調整器
ＲＧの出力は感知抵抗器Ｒ８と直列に直接、接続するこ
とができる。

この場合、感知電圧■Ｓはなお単極性電圧であるが、電
流ＩＤに対してだけ応答的であって、電圧エラー信号は
連続電圧となって、感知電圧■Ｓに加算される。従って
、図示された構成によって感知電圧ＶＳはコンガンサＣ
Ｔに印加されるので、該コンデンサＣＴが基ｉ￥！電圧
ＶＡに充電するに要する時間、従ってパワースイッチＴ
Ｒ１の１オン」期間の持続時間は、各１オン」期間中の
感知電流ｉ８に依存して可変である。しかし、この別措
成における感知電ＭＥ　Ｉ　８への該応答は、変換器出
力の電がＬ調整に対してのみ有効である。

変換器出力の電圧調整は、パワースイッチＴＲ１の各「
オン」期間中、出力電圧エラー信号をコンデンサＣＴに
追加的に印加することによって達成される。コンデンサ
ＣＴが基準電圧ＶＢに放電するに要する時間、すなわち
パワースイッチＴＲ１の「オフ」期間は再び一定になる
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の変換器の回路図、第２図は定常状態条
件における第１図の回路のさまざまな部分における電流
ならびに電圧の波形を示し。 ている。 図中、ＴＸｌはパワー変圧器、ＷＩＪは一次巻線、ＷＦ
２は二次巻線、Ｄ１〜１）６１よダイオード。 Ｌはインダクタ、ＣとＣＴはコンデンサ、ＴＲ１とＴＲ
２は電界効果トランジスタ、Ｒ１〜１（５は抵抗器、Ｃ
ＯＭは比較器、ＴＸ２は感知変圧器、ＷＤはその一次巻
線、ＷＳはその二次薄線、Ｒ８は感知抵抗器、ＲＧはｙ
Ａ整器、を・それぞれ示す。 特許　出　願人　ザゼネラルエレクトリック　カンノヒ
ー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ＤＣ／ＤＣ変換器において、感知変圧器（ＴＸ　２
   ）の−次巻線（ＷＤ）はパワー変圧、器（ＴＸｌ）の−
   次巻＠　（ＷＰ　１　）およびパワづスイッチ（ＴＲＩ
   ）と直列になっておシ、該パワースイッチのオンオフ比
   は抵抗容量発振器（ＣＯＭ、Ｒ１−Ｒ５，ＣＴ）の方形
   パルス出力（ＶＧ）によって決定され、前記パルス出力
   におけるパルス幅およびパルス間の時間は、該発振器内
   のコンデンサ（ＣＴ）がそれぞれの第１と第２の電圧基
   準値（それぞれＶＡとＶＢ）に充電したシ放電したシす
   るのに要する時間にそれぞれ対応し、該感知変圧器の二
   次巻線（−ＷＳ）における感知電流（１，Ｓ）は、づワ
   ースイッチ（’Ｉ’Ｒ１）の各オン期間中単極性感知電
   圧（ＶＳ）　ｔ−発生するのに利用され、さらに前記感
   知電圧（ＶＳ）はコンデンサ（ＣＴ）に印加さ、れ、よ
   ってコンデンサ（ＣＴ）が第１の基準電圧値（ＶＡ）に
   充電するに要する時間、従ってパワースイッチのオン期
   間の持続時間は前記各オン期間中の感知電流（Ｉｓ）に
   依存して可変であシ、かつ、コンデンサ（ＣＴ）が第２
   の基準電圧値（ＶＢ）に放電するのに要する時間は一定
   になっていることを特徴とする前記ＤＣ／ＤＣ変換器。 ２、特許請求の範囲第１項記載のＤ　Ｃ／Ｄ　Ｃ変換器
   において、感知変圧器（ＴＸ２）の−次巻線（ＷＤ）に
   おける電流（ＩＤ）は該変換器の直流出力電流（■０）
   に依存しておシ、よって変換器出力の電流調整は前記感
   知電流（ＩＳ’）を介して行なわれ、感知変圧器の別の
   巻線（ＷＣ）と整流器（Ｄ４）はパワー変圧器の二次巻
   線（Ｗ’Ｐ２）と並列になっている直列通路で接続され
   ているので、前記別の巻線における単極性電流（ＩＣ）
   は、感知変圧器の一次巻線における電流（ＩＤ）と同期
   してス・イツテされ、かつ、前記感知電流（Ｉ　Ｓ）は
   、感知変圧器の一次巻線における電流（ＩＤ）のほかに
   前記別の巻線の電流（ＩＣ）にも依存しておシ、さらに
   、変換器の直流出力電圧（ｙｏ）から電圧エラー信号を
   発生し、かつ、該電圧エラー信号に応答する前記別の巻
   線を含む前記直列通路におけるスイッチ電流（ＩＣ）の
   振幅を変化さぜる装置（ＲＧ）が備えられており、よっ
   て変換器出力（■０）の電圧調整もまた前記感知電流（
   Ｉｓ）を介して行なわれることを特徴とする前記Ｄ　Ｃ
   ／Ｄ　Ｃ変換器。 ＆　特許請求の範囲第１項あるいは第２項記載のＤＣ／
   ＤＣ変換器であって不平衡ＪＦｊ方向変換器構成１−＋
   −することを特徴とする前記Ｄ　Ｃ／Ｄ　Ｃ変換器。 ４、特許請求の範囲第１項から第６項までのいずれか１
   項に記載のＤ　Ｃ／Ｄ　Ｃ変換器であって、電話システ
   ム電源電圧をコンピュータ回路電源電圧に変換するに好
   適な前記Ｄ　Ｃ／Ｄ　Ｃ変換器。