JPS6042702B2 - 直流的に分離された出力直流電圧を発生する単一クロツク導通形変換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は変換器主電流回路内においてパルス制御される
半導体スイッチ、および複数の２次巻線を有する出力変
圧器が設けられており、その際単一クロック導通形変換
器の少なくとも１つの出力回路内に、独自の補助制御回
路によつてこの出力回路の出力電圧に依存してパルス幅
制御されるトランジスタスイッチが設けられており、こ
のトランジスタスイッチの出力パルスの時間長が、主電
流回路内に配置された半導体スイッチの出力パルスの時
間長以内にあり、かつこのトランジスタスイッチが、変
換器主電流回路内にあるものとそれぞれ同時に導通制御
され、その際出力回路内に設けられたトランジスタのし
や断が、それぞれ相応する出力回路の出力電圧に以存し
て、パルス制御変圧器の巻線をそれぞれ短絡することに
よつて行われ、パルス変圧器の前に、それぞれ１つの独
自の投入装置としや断装置が接続されている、直流的に
分離された出力直流電圧を発生する単一クロック導通形
変換器に関する。

このような単一クロック導通形変換器は、すでにドイツ
連邦共和国特許第２６０８１６７号明細書から公知であ
る。

公知の導通変換器においてトランジスタ用のしや断信号
は、補助制御装置の閾値スイッチにおいて目標値電圧と
合計電圧を比較することによつて取出され、その際合計
電圧は、出力電圧とスイッチトランジスタのコレクタ電
流のこう配を表わす周期的測定電圧との実際値から形成
される。スイッチトランジスタはパルス変圧器を介して
制御され、このパルス変圧器はスイッチトランジスタの
ベースエミッタ間に接続されている巻線の他に電流帰還
巻線と、補助制御回路に接続された制御巻線とを備えて
いる。補助制御回路は双安定マルチバイブレータを含ん
でおり、この双安定マルチバイブレータに２つの閾値ス
イッチが前置接続され且つ投入接続およびしや断装置と
しての２つのトランジスタが後置接続されている。両閾
値スイッチのうちの１つが電圧制御に用いられ、他方が
電流制御に用いられる。公知の変換器ではスイッチトラ
ンジスタの投入接続時点は出力変圧器の２次巻線に加わ
る電圧から導出され、この電圧は、ツーナダイオードと
制御トランジスタと２つの抵抗とを有する定電流回路を
介して流れる投入接続用電流が、制御変圧器を介して制
御トランジスタのベースエミッタ間に流れるようにする
。

これは前記双安定マルチバイブレータにより制御される
別の制御トランジスタが遮断されている限り続き、この
別の制御トランジスタのエミッタコレクタ間はパルス変
圧器の制御巻線に対して並列接続されている。この公知
の変換器の補助制御回路は、双安定マルチバイブレータ
が必要な点と投入接続およびしや断装置の構成および論
理結合の点で比較的高価になる。

しかもスイッチトランジスタの投入接続の際に調整回路
に比較的大きな遅延が生じ、その結果使用可能な衝撃係
数が低下する。従つて本発明の課題は、初めに述べたよ
うな単一クロック導通形変換器に伴なう費用を大幅に低
減し、さらに出力回路のトランジスタを各々出来るだけ
遅延なく主電流回路により投入接続できるようにするこ
とにある。

本発明によれば、この課題を解決するため導通形変換器
は次のような構成を有する。

すなわち冒頭に述べた形式の単一クロック導通形変換器
において、投入装置が、ダイオードと抵抗の直列回路か
ら成り、またパルス変圧器の巻線が、この直列回路を介
して出力変圧器の固有の投入接続巻線に接続されており
、またしや断装置が、オープンコレクタ出力端子を備え
た閾値スイッチを含み、この閾値スイッチの一方の入力
端子に出力電圧に依存した制御量が供給され、かつ他方
の入力端子に基準量が供給され、またこの閾値スイッチ
の出力側が、コンデンサと充電抵抗とを含む時限回路を
介してしや断装置のトランジスタに接続され、このトラ
ンジスタのエミッタコレクタ間が、パルス変圧器の独自
のしや断巻線に接続されている、直列的に分離された出
力直流電圧を発生する単一クロック導通形変換器。この
構成によつて、特に簡単な手段で実現可能でありかつ小
さな空間に収納できる単一クロック導通形変換器が得ら
れる。

出力回路のトランジスタの主電流回路による投入接続が
各々能動スイッチ素子を用いることなく、従つて事実上
遅延なく行なわれるので、追従制御に必要な衝撃係数の
範囲全体を完全に使用することができるという利点があ
る。費用の低減は殊に、小さな出力電力で多数の出力電
圧が必要とされるときに効果的である。本発明の実施例
を以下図面によつて説明する。

第１図による導通形変換器は、正確に制御された複数の
出力電圧を発生するために使われる。その際導通形変換
器とは、制御トランジスタの導通状態において電力を送
出する直流電圧変換器のことである。変換器は、起電力
結合された電圧を供給し、これら電圧は、無負荷から全
負荷にまで達する負荷範囲内において２次パルス回路内
のスイッチを用いてパルス幅シフトによつて制御される
。

このようにスイッチされる追従制御は、特に広い電流範
囲において対比可能な定常制御に対して利点を提供する
。

第１図による導通形変換器は、入力直流電圧Ｕ１から２
つの出力回路９１および９２を介して制御された２つ合
出力電圧Ｕ２ｌおよびＵ２２を発生する。

この変換器は、変圧器３２を介して制御される制御トラ
ンジスタ４１を含み、このトランジスタのエミッタコレ
クタ間は、電圧Ｕ１用の直流電源と出力変圧器３１の１
次巻線３１０の間をこ接続されている。２次巻線３１１
に接続された第１の出力回路９１は、整流ダイオード５
３、フライホィールダイオード５１およびＬＣフィルタ
回路３５，２６を含んでいる。

制御トランジスタ４１の制御は、投入およびしや断パル
スによつて行われ、これらパルスは、主制御部６から制
御変圧器３２を介してベースエミッタ間に達する。

この主制御部６は、第１の出力回路の出力端子に接続さ
れており、かつこの出力回路の出力電圧Ｕ２ｌを一定値
に制御する。２次巻線３１２の出力回路９２にも制御さ
れた出力電圧Ｕ２２を得るため、補助制御部８を含む付
加的なパルス幅制御器および別の制御トランジスタ４２
から成る独自の追従制御部が設けられており、この制御
トランジスタは、変圧器７を介して補助制御回路８から
制御される。

電圧Ｕ２２用の出力回路９２の直列分路に、制御トラン
ジスタ４２のコレクタエミッタ間の他に整流ダイオード
５４がある。ダイオード５４は、トランジスタ４２を導
通制御した際に同様に電流を流すような方向に向けられ
ている。整流ダイオード５４の端子に、かつ別の電流分
路内のチョーク３６の前に、並列分路内にフライホィー
ルダイオード５２が配置されているので、チョーク３６
を流れる電流は、整流ダイオード５４がしや断した際に
も引続き流れることができる。

追従制御が作用しない限り、トランジスタ４２は、主ト
ランジスタ４１の全投入期間にわたつて電流を通す。

第２の出力電圧Ｕ２２の制御は、第２の２次巻線３１２
から供給される電圧時間面積をわずかに低減することに
よつて行われる。

このことは、補助制御回路８によるスイッチトランジス
タ４２を・主トランジスタの投入期間より早くしや断す
ることにより無損失で行われる。スイッチトランジスタ
４２の制御は制御パルス変圧器７を介して行われ、この
変圧器は、補助制御回路８に接続された１次巻線７１、
制御トランジスタ４２のベースエミッタ間に接続された
制御巻線７２、および制御トランジスタのエミッタ電流
回路内にある電流帰還巻線７３を有する。

その際巻線７１と７４は、巻数に関してそれぞれの状態
に最適に整合される。巻線７１は、小さな制御電流で大
きな負荷電流をしや断できるようにするため、特に多く
の巻数を有する。巻線７４は、なるべくわずかな巻数を
有する。トランジスタ４２の投入接続は独自の投入巻線
７４を介して行われ、この投入巻線は、導通変換器の１
次回路に配置された制御トランジスタ４１の導通制御と
同時に、２次変圧器回路の一方から給電される。制御ト
ランジスタ４２のしや断過程のため、補助制御回路８内
において出力電圧Ｕ２２に依存してしや断信号が発生さ
れ、このしや断信号は、トランジスタ４３のエミッタコ
レクタ間を介しかつベースエミッタ間に対して逆極性に
接続されたダイオード５８を介して、制御変圧器７の１
次巻線７１を短絡する。それ故に制御変圧器７の減磁は
、スイッチトランジスタ４２を除去しかつしや断した後
に、巻線７２に対して並列接続された抵抗１１を介して
所定のように行われる。制御トランジスタ４２の投入時
点は、出力変圧器３１の２次巻線３１１に生じる電圧か
ら導出され、この電圧は、ダイオード５７と抵抗１２か
ら成る直列回路を介して投入巻線７４に加えられており
、かつ制御変圧器７を介して制御トランジスタ４２のベ
ースエミッタ間に開放電流を流し、補助制御回路８によ
つて制御されるスイッチトランジスタ４３がしや断して
いる限り開放電流を流す。

出力端子Ａ，ｂに対して並列にフィルタコンデンサ２５
が接続されており、このコンデンサのところに出力電圧
Ｕ２２が生じる。補助制御回路８は、コンデンサ２３と
抵抗１９から成りかつ出力端子Ａ，ｂに接続された直列
回路を含む。

コンデンサ２３に対して並列に、抵抗１６および１７か
ら成る直列回路が接続されている。抵抗１７に対して並
列にコンデンサ２４が接続されている。コンデンサ２３
および基準電圧ＵＲｅｆを供給する比較電圧源のそれぞ
れ一方の端子は出力端子ａに接続されている。

比較電圧源の他方の端子は、閾値スイッチ８１のマイナ
ス入力端子に接続されており、この閾値スイッチは、比
較器として接続された演算増幅器である。閾値スイッチ
８１のプラス入力端子は、抵抗１６と１７の接続点に接
続されており、かつ抵抗１８を介してフライホィールダ
イオード５２とチョーク３６の接続点に接続されている
。第１図による回路装置においてチョーク３６は、端子
ｂに通じるマイナス線に配置されている。

チョークを端子ａに通じるプラス線にそう入した場合、
基準電圧ＵＲ８ｆ用比較電圧源とコンデンサ２３は、端
子ｂに通じるマイナス線に直接接続するようにする。構
成の際それぞれ次のことがあてはまる。

Ｒｌ９くＲｌ６９Ｒｌ９くＲｌ７９Ｃ２４くＣ２３その
防バ，９，Ｒ１６およびＲｌ７は抵抗１９，１６および
１７の抵抗値であり、かつＣ２４およびＣ２３はコンデ
ンサ２４および２３の容量である。

しや断信号は比較器または閾値スイッチ８１から送出さ
れる。

閾値スイッチ８１の出力端子は、抵抗１３および１４の
直列回路を介して端子ａ接続されており、かつ抵抗１５
とコンデンサ２１の直列回路を介して端子ａに対して負
の補助電圧ＵＯに接続されている。抵抗１３に対して並
列にトランジスタ４３のベースエミッタ間が接続されて
いる。抵抗１５は、保護抵抗として比較器がこわれない
ような値になつている。閾値スイッチ８１のしや断パル
スによつてコンデンサ２１が放電される。

同時にトランジスタ４３は導通し、トランジスタ４２を
しや断する。しや断パルスが終了した後にトランジスタ
４３は導通したままである。なぜなら抵抗１３とトラン
ジスタ４３のベースエミッタ間を介してコンデンサ２１
が再び充電されるからである。それにより得られる遅延
時間は、ＲＣ直列回路１３，１４，１５，２１の値を適
当に決めることによつて、両方の負荷回路の衝撃係数の
相違によつて生じることがあるトランジスタ４２の再投
入を防止するように選定されている。しや断段階は、第
２図の線図ｅ−ｇから明らかである。第２図は、出力回
路９２の制御トランジスタ４２が制御トランジスタ４１
用主制御部６に関して考慮された電流流通期間の終了以
前にしや断された場合について、主電流回路および両方
の出力回路９１および９２における電流および電圧経過
を示している。第２図においてａで１次側スイッチトラ
ンジスタ４１のコレクタ電流が示されている。電流曲線
の階段状の経過は、別のパルス幅制御による追従制御の
作用を明確に表わしている。ｂは、主回路のフライホィ
ールダイオード５１における電圧経過を表わし、ｃは、
追従制御される回路におけるスイッチトランジスタ４２
のコレクタ電流を表わしている。ｂにおいて追従制御さ
れる回路のフライホィールダイオード５２における電圧
経過が示されている。さらにｅは、比較器入力電圧の交
流成分を示し、ｆは、比較器の出力電圧を、またｇは、
遅延してしや断されるしや断トランジスタ４３のベース
電流を表わしている。Ｕ３は、トランジスタ４２の蓄積
時間、Ｔｖトランジスタ３の遅延時間を表わしている。
第２の回路９２の制御されていない電圧は、例えば１２
Ｖにすることができ、かつ衝撃係数の減少によつて８．
３Ｖに制御することができる。

前記のような制御様式は、最大衝撃係数γ＝０．５を有
する導通形変換器の追従制御に適している。クロック周
波数は特に２０〜２４ＫＨｚである。パルス変圧器７用
の制御電流は、低い電圧の出力回路から、特に５Ｖ回路
から取出すと有利である。なぜなら制御損失、とりわけ
直列抵抗１２における損失電力が特に小さいからである
。制御パルス変圧器７を含むスイッチトランジスタ４２
および流通ダイオード５４は、場合によつては互いに順
序を入替えてもよい。

主電流回路にある蓄積チョークにおける間欠勤作は生じ
ないようにすべきである。

そうしなけれは別の出力の制御範囲を狭くすることがあ
る。第１図に示す実施例について次のような動作が明ら
かである。スイッチトランジスタ４２は、パルス変圧器
７の巻線７４に加わる電圧によつて投入される。

しや断信号は、ＲＣ回路網によつて得られ、かつ基準電
圧ＵＲｅｆの値以上の測定電圧ＵＫｅの上昇によつてト
リガされる。その際制御回路は、大体において妨害量と
して入力電圧の負荷の変動によつて作用を受ける。これ
ら両方の妨害量は静的にも動的にも作用する。測定電圧
ＵＫｅは、互いに重畳された２つの成分Ｕ″８とｕ″Ｄ
から成る。

コンデンサ抵抗直列回路２３，１９は、測定電圧を出力
回路Ｕ２２から高周波的に分離するために使われる。両
方の成分は個々に次のようにして決まる。

出力電圧Ｕ２２から出る直流成分は、抵抗１８が１にな
るものとして与えられる。この場合抵抗１６に生じる電
圧Ｕ″１について次式があてはまる。しや断したフライ
ホィールダイオード５２にかかる電圧ＵＤは入力電圧に
比例している。

この電圧から回路手段１８，２４，１６および１７によ
つてコンデンサ２４に、指数関数から成る三角波電圧ｕ
″Ｄが発生し、この電圧の時間的経過は、電圧Ｕ。と衝
撃係数γに依存している。安定度の理由から許容できる
最大衝撃係数は、商÷によつて決まる。

その際限界衝撃係数γＧｒＯｎ２に対し次式が成り立？
。コンデンサ２４は、三角波電圧を得る際に重要な役割
を演じるだけでなく、抵抗１７と共に微分素子として作
用する。

それにより位相余裕が増加し、かつ安定性が全般的に高
められる。第１図に示された回路装置は、有利にも出力
電圧の高い静的精度を有する。

さらに動的負荷変動のす速い制御および入力電圧変動の
す速い制御が行われる。さらに高周波妨害に対して特に
妨害を受け難い。中央電流制限のため、変圧器３１に直
接接続して出力回路に電流変換器３３および３４がそう
入されており、これら変換器は、それぞれ負担３３ａま
たは３４ａで終端されている。

両方の電流変換器は、それぞれ１つの減給ダイオード５
５また一は５６を介して主制御部６に通じている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、互いに直流的に分離され制御された直流電圧
を発生する単一クロック導通形変換器を示すブロック図
、第２図は、第１図に示す導通形ノ変換器の電圧および
電流線図である。 ７・・・パルス変圧器、１２，５７・・・投入装置、１
３〜１５，２１・・・時限回路、３１・・・出力変圧器
、３６・・・チョーク、７１，７２，７３，７４・・・
巻線、８１・・・閾値スイッチ、９１，９２・・・出力
変圧器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 変換器主電流回路内においてパルス幅制御される半
   導体スイッチ４１、および複数の２次巻線３１１，３１
   ２を有する出力変圧器３１が設けられており、その際単
   一クロック導通形変換器の少なくとも１つの出力回路内
   に、独自の補助制御回路によつてこの出力回路の出力電
   圧Ｕ２２に依存してパルス幅制御されるトランジスタス
   イッチ４２が設けられており、このトランジスタスイッ
   チの出力パルスの時間長が、主電流回路内に配置された
   半導体スイッチ４１の出力パルスの時間長以内にあり、
   かつこのトランジスタスイッチが変換器主電流回路内に
   あるものとそれぞれ同時に導通制御され、その際出力回
   路内に設けられたトランジスタ４２のしや断が、それぞ
   れ相応する出力回路の出力電圧に以存して、パルス制御
   変圧器７の巻線７１をそれぞれ短絡することによつて行
   われパルス変圧器７の前に、それぞれ１つの独自の投入
   装置としや断装置が接続されている、直流的に分離され
   た出力直流電圧を発生する単一クロック導通形変換器に
   おいて、投入装置が、ダイオード５７と抵抗１２の直列
   回路から成り、またパルス変圧器の巻線７４が、この直
   列回路１２，５０を介して出力変圧器３１の固有の投入
   接続巻線３１１に接続されており、またしや断装置が、
   オープンコレクタ出力端子を備えた閾値スイッチ８１を
   含み、この閾値スイッチの一方の入力端子＋に出力電圧
   に以存した制御量が供給され、かつ他方の入力端子−に
   基準量Ｕ＿Ｒ＿ｅ＿ｆが供給され、またこの閾値スイッ
   チの出力側が、コンデンサ２１と充電抵抗１３…１５と
   を含む時限回路を介してしや断装置のトランジスタ４３
   に接続され、このトランジスタのエミッタコレクタ間が
   、パルス変圧器７の固有のしや断巻線７１に接続されて
   いることを特徴とする、直流的に分離された出力電流電
   圧を発生する単一クロック導通形変換器。 ２ 時限回路が２つの電流分路を含み、これら電流分路
   のうち一方が、閾値スイッチ８１の出力端子と補助電圧
   −Ｕ＿Ｈの間にあり、かつ蓄積コンデンサ２１と放電抵
   抗１５から成る直列回路によつて形成されており、また
   これら電流分路のうち他方が、閾値スイッチ８１の出力
   端子と基準電位の間にあり、かつ少なくとも１つの充電
   抵抗１３，１４を含む、特許請求の範囲第１項記載の導
   通形変換器。 ３ パルス変圧器７に接続されたトランジスタ４３のコ
   レクタ供給線内に、ベースコレクタ間とは逆極性に向け
   られたダイオード５８がそう入されており、またスイッ
   チトランジスタ４２のベースエミッタ間に接続されたパ
   ルス変圧器７の巻線７２に対して並列に、減磁抵抗１１
   が接続されている、特許請求の範囲第１項記載の導通変
   換器。 ４ 閾値スイッチ８１の測定量入力端子＋が、出力回路
   ９２の出力端子ａ，ｂに接続されたコンデンサ抵抗直列
   回路２３，１９のコンデンサ２３に接続されている、特
   許請求の範囲第１項記載の導通形変換器。 ５ 測定量入力端子＋に、別の抵抗１８を介して入力電
   圧に比例した電圧が加えられる、特許請求の範囲第４項
   記載の導通形変換器。 ６ コンデンサ抵抗直列回路２３，１９のコンデンサ２
   ３と比較電圧源Ｕ＿Ｒ＿ｅ＿ｆが、出力端子ａ，ｂのう
   ち基準点をなす同一の端子ａに接続されており、またコ
   ンデンサ２３の端子、すなわち基準点に対して電圧を供
   給するコンデンサ２３の端子が、閾値スイッチ８１の測
   定量入力端子＋に通じている、特許請求の範囲第５項記
   載の導通形変換器。 ７ コンデンサ２３と閾値スイッチ８１の間に分圧器１
   ６、１７が配置されており、またチョーク３６の入力側
   端子が、入力電圧に比例する電圧のため電圧源として使
   われる、特許請求の範囲第６項記載の導通形変換器。 ８ 電圧を供給するコンデンサ２３の端子と閾値スイッ
   チ８１の間にある分圧器１６，１７の抵抗１７が、コン
   デンサ２４によつて橋絡されている、特許請求の範囲第
   ７項記載の導通形変換器。 ９ コンデンサ抵抗直列回路２３，１９の抵抗１９の値
   が、分圧器の抵抗１６，１７の値よりも少なくとも１桁
   小さい、特許請求の範囲第７項記載の導通形変換器。