JPS62268360A - パルス幅変調制御装置 - Google Patents

パルス幅変調制御装置

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JPS62268360A
JPS62268360A JP62106474A JP10647487A JPS62268360A JP S62268360 A JPS62268360 A JP S62268360A JP 62106474 A JP62106474 A JP 62106474A JP 10647487 A JP10647487 A JP 10647487A JP S62268360 A JPS62268360 A JP S62268360A
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capacitor
pulse width
width modulation
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ウィルソン・デビッド・ペイス
ウェイ・チェン・ワング
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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】 （産業上の利用分野） 本発明は、スイッチング電源用に設計されたパルス幅変
調制御装置、とくに低電力の用途向けに設計されたスイ
ッヂングレギ］−レータに関する。
（従来の技術〉 スイッヂング電源を制御するためのパルス幅変調制御装
置は公知て必る。このような制御装置は一般に半導体ス
イッチを駆動するために用いられる出力パルスを供給す
る。従って、半導体スイッチはパルスの周波数にてオン
およびオフとされる。
半導体スイッチは、ＤＣ入力端子が印加される変圧器の
一次側と直列に接続可能である。半導体スイッチがオン
状態の間、電流は一次巻線を流れ、変圧器の二次巻線に
電流および電圧を誘起する。
二次側に発生した出力電圧は整流されかつフィルタにか
しプられることかでき、例えば何らかの負荷利用装置に
低電圧源を提供することは周知の通りである。
代表的なパルス幅変調制御装置は、半導体スイッチの動
作を制御覆るため論理および駆動回路と連結して出力パ
ルスを発生するフリップフロップと連結されたのこぎり
波発振器を含む変調制御回路を備えている。変調制御回
路にはパルス幅変調比較器と誤差増幅器とが含まれ、明
らかなようにこれらは共に機能してフィードバック入力
を受（プることにより負荷需要の変化に応答して出力パ
ルス幅を調整する手段を提供覆る。こうして、それぞれ
の出力パルスの開始後、ｋＥ較器の出力は所与の間隔を
おいてパルスを終端させるレベル状態へと切換えられる
。負荷電力需要の変化に応じて出力パルスの開始と、比
較器の出力の切換えの間の時間遅延を制御することによ
り、出力電圧が調整される。
（発明が解決しようとする問題点） −に述の種類の従来形の制御装置は、負荷電力需要にみ
あうだ（プの十分な電流を供給可能な低インピーダンス
電力源により駆動される場合は極めて良好に動作する。
しかし、かかるパルス幅変調制御装置か低電力の用途で
動作され、または比較的高いソースインピーダンスを右
する電力源により動作される場合は問題を生じることが
ある。このような用途の例としては低電ツノデジタル電
話があり、この場合、電話器への入力電力源は、加入者
ループ（電話回線）を経て電話に供給される電話交換機
のバッテリ電源である。加入者ループの抵抗は、電話器
と電話交換機の距離に応じて極めて高くなることがある
。
上述の用途では、電話交換機から電話器内に配置された
制御装置で１ｑられる電力量は電話線と関連する高いソ
ースインピーダンスのため限定される。電話回路の負荷
電力需要が活用できる電力量を超えると、電話交換機か
ら制御装置に供給される入力電圧は降下し、それにより
更に供給される入力電力が減少する。このような低電力
の用途で用いられる従来形の制御装置の少なくともいく
つかでは、この正のフィードバックモードにおいて低い
入力電力か供給され、また低い出ツノ電力が負荷側に供
給されて、負荷側が不本意にも完全に遮断されるまでラ
ッチ状態になることがある。
従って、従来形の制御ｌ装置に係る上記のラッチ問題が
なく低電力の用途に適する改良されたパルス幅変調制ｔ
ｉｌＩｌ装置に対する必要が生じている。
従って本発明の目的は、改良型のパルス幅変調制御装置
を提供することである。
本発明の別の目的は、低電力の用途で用いる改良型のパ
ルス幅変調制御装置を提供することである。
本発明の更に別の目的は、デジタル電話器内の低電力の
スイッチング電源用に設計された改良型パルス幅変調制
御装置を提供することでおる。
本発明の更なる目的は、低入力、低出力状態でラッチさ
れるおそれのあるパルス幅変調制御装置を自動的に再開
するだめの方法と回路とを提供することである。
（問題点を解決するための手段） 上記の目的および別の目的に従い、出力にて出力パルス
を供給する変調回路を含む改良型のパルス幅変調制御装
置が提供され、前記変調回路は更にパルス幅変調比較器
と誤差増幅器とを含み、これらは連携動作して連結され
た利用装置からフィードバック信号を受けるとこれに応
答して出力パルス幅を調整し、それによって比較器の出
力は周期的に高い出力レベルに切換えられ、前記変調回
路は更にソフトスタート回路を含んでおり、改良点とし
て比較器の出力と該ソフトスタート回路との間に連結さ
れ、所定間隔内に比較器の出力が切換わらないとこれに
応答してソフトスター１〜回路を起動させる回路を備え
ている。
（実施例） 次に添付図面を参照しつつ本発明の実施例を詳細に説明
する。
第１図を参照すると電話システム１０が図示しである。
システム１０は周知の通り加入者ループ１４を経由して
中央電話交換機１６に連結されている加入者機器１２を
含む。中央電話交換機１６は他の要素と並んで加入者機
器１２に電源を提供する。代表的には加入者ループ（電
話線）の抵抗を経由して加入者機器１２への入力電力を
発生するため、−４８ボルトのバッテリー電源が電話交
換機内で使用されている。簡略化のため、加入者ループ
１４は、電話交換機１６を加入者機器１２に接続する電
話線のインピーダンスに対応する複式抵抗を含むものと
して図示しである。そこで、加入者機器１２は、電話線
の長さに応じて比較的高いインピーダンスを持つことの
ある嫡子１８と２０へと供給される電源により作動する
。
例えば低電力デジタル電話器でよい加入者機器１２はス
イッチング電源２６に節点（ノード）２４にてＤＣ電圧
Ｖ１Ｎｔ供給するためのフィルタ２２を含んである。ス
イッチング電源２６は変圧器３０を経由して負荷利用装
置２８にトランス結合されている。周知の通り、スイッ
チング電源２６は変圧器３０と連携して比較的高い電圧
ＶＩＮを負荷装置２８の入力へと向うより低いＤＣ整流
電電圧　ｏｕｒへと変換する。負荷利用装置２８は例え
ば５ボルトの電源電圧（ＶｏＵＴ）で動作する０ＭＯ８
音声／データ・トランシーバでよい。
スイッチング電源２６は周期的に電界効果トランジスタ
（ＦＥＴ）３４をオフとオンに切換えるパルス幅変調制
御装置３２を備えている。ＦＥＴ３４のソース／トレイ
ンは変圧器３０の一次巻線の底部とグランド基準３８へ
の検出抵抗３６との間に直列接続されている。ＶＩＮは
節点２４にて一次巻線の頭部に供給される。ＦＥＴ３４
をオフ状態と導通状態との間で切換えることによって、
変圧器３０の一次巻線にＡＣ電圧が発生し、二次巻線に
誘導的に結合される。ダイオード４０は二次巻線に発生
された電圧を整流し、フィルタコンデンザ４２と連動し
てＤＣ電圧Ｖ　ＯＵＴを発生し、これは負荷利用装置２
８へと供給される。直列に接続されたダイオード４４と
］ンデン１ノー４６とを含むＤＣフィードバック経路が
リード４８を経由してスイッチング電源２６に設けられ
、回路の動作が確立された後、パルス幅変調制御装置３
２に動作電位を供給するようになっている。
第２図を参照すると、パルス幅変調制御装置３２の簡略
化された回路およびブロック図が示されている。破線に
よる外郭線で示すように、パルス幅変調制御装置３２は
、集積回路の形式で製造するのに適している。制御Ｉ装
置３２は、電圧ＶＲＥＦ２とグランド基準３８の間に直
列接続された抵抗５４とコンデンサ５６を含むＲＣ回路
網に端子５２にて連結されたのこぎり波発振器５０を含
む。発振器５０の出力はフリップフロップ５８の　　゛
セット（Ｓ）入力と、ＮＯＲゲート６ｏの１つの入力の
双方に連結されている。ＮＯＲゲート６゜への第２の入
力はフリップフロップ５８のＱ出力に接続されている。
ＮＯＲゲート６ｏの出力は駆動増幅器６２に連結され、
前記駆動増幅器の出力は端子６４にてＦＥＴ３４のゲー
トに連結されている。ＮＯＲゲート６０と増幅器６２は
ＦＥＴ３４をオフとオンの動作状態に切換えるための論
理およびゲート駆動回路を備えている。フリップフロッ
プ５Ｂのリセット（Ｒ）入力はパルス幅変調比較器６８
の出力に接続され、この比較器６８は、比較器６８の出
力が高い第１出力レベルの状態に切換ねるとフリップフ
ロップをリセットする。
比較器６８の反転および非反転入力はそれぞれ誤差増幅
器７０の出力と検出抵抗器３６に（ｔ４子７４にて）結
合されている。誤差増幅器７０の反転入力は入力嫡子７
６にて直列接続された抵抗７８と８０との相互接続に連
結され、これらの抵抗はＶ。Ｕｌとアース基準との間に
接続されている。
誤差増幅器７０への非反転入力は第１の基準電圧ｖＲ１
Ｆ１に接続されている。パルス幅変調制御装置３２は更
に単一利得接続型増幅器８２を備えたソフトスター１〜
回路を含み、前記増幅器８２の出力は比較器６８の反転
入力に結合されている。増幅器８２は増幅器７０を有す
るワイヤードＯＲシンクオンリ（ｓｉｎｋ　ｏｎｌｙ）
構成で比較器６８に接続されている。増幅器８２の非反
転入力は端子８６にてコンデンサ８８および電流源９０
に接続されている。電流源９２はバッファ増幅器８２の
反転入力およびその出力の双方に結合されている。
これまで説明してきたパルス幅変調制御装置は従来形の
ものであり、その動作態様は周知の通りである。従って
、以後、制御装置３２の動作に関しては簡単な説明にと
どめる。標準動作ではのこぎり波発振器５０はＮＯＲゲ
ート６０に出力パルスを供給してその出力を低レベルに
向わせる。従って増幅器６２の出力は低レベルであるの
で、各パルスリーイクルの開始時にＦＥＴ３４をオフに
する。フリップフロップ５ＢもＱ出力が低にセラｉ〜さ
れているセット状態にされる。発振器５０からのパルス
の終端時にＮＯＲゲート６０の双方の入力は低レベルで
あり、ＮＯＲゲート６０の出力は高レベルに向い、これ
により増幅器６２の出力には対応する高電圧の出力が発
生される。かくしてＦＥＴ３４はオンに切換わり、電流
がＦＥＴ３４内を流れ、そこで、変圧器によって電流値
が上昇する。ＦＥ　Ｔ−３４を流れる電流は検出抵抗３
６に生する電圧か比較器６８の反転入力に供給される電
圧を超えるまで」−昇しつづける。上記の時点で比較器
の出力は高い出力状態に切換わり、フリップフロップ５
Ｂをリセットする。フリップフロップ５８のリセッ１〜
によりＱ出力は高レベルに向い、必然的にＮＯＲゲート
６２の出力を低にする。かくしてＦＥＴ３４はオフに切
換わる。従って、スイッチングされたＡＣ電圧は変圧器
３０に送られ、これはダイオード４０およびコンデンサ
４２によって整流されかつろ波されて、負荷にＶ　ＯＵ
Ｔを提供する。
＝　１２− 抵抗７８と８０の相互接続部にて増幅器７０の反転入力
に供給されるフィードバックを介して制御か行なわれ、
連続する各周期中にＦ「丁３４を流れるピーク電流か調
整される。例えば、負荷側がより大きな動作電流を要求
するとそれに応じてＶＯＵ工か降下する。これによって
端子７６にて電圧が降下し、それにより増幅器７０の出
力は増大する。誤差増幅器７０の出力が増大覆るにつれ
て比較器６Ｂの反転入力での電圧が上昇するので、ＦＥ
Ｔ３４が発振器５０によって次にオンになった時は、Ｆ
［モＴ３４を流れる電流は、抵抗３６に現われる電圧か
比較器６８の反転入力に供給される上昇した基準電圧に
等しくなるまでより高い値まで上背することかできる。
従ってより多くの電流が変圧器３０を介して増大可能で
あるので、より多くの電流か負荷に供給される。逆の制
御動作もまた真である。すなわち、負荷がより少ない電
流を要求する場合は、ＶＯＵ□は増大して比較器６８の
反転入力にて基準電圧を降下せしめる。これによって比
較器６８の出力はより早く引外され、次の動作周期での
ＦＥＴ３４を流れる電流を降下せしめる。
ラフ１〜スター１回路によってパルス幅変調制御装置３
２はゆっくりオンに切換わることかできる。
従って、システムが最初にオンとされた時点でコンデン
ーリ−８８は放電され、それによりバッファ増幅器８２
の出力は低レベル状態に保たれる。それにより増幅器７
０の出力は回路動作を行なうことが阻止される。何故な
らば、２つの増幅器のうち、より低い出力を有するいず
れか一方が制御するからである。それに対する反転入力
によって低状態にある比較器６８はフリップフロップ５
８をリセッ１〜状態に維持する。コンデンサ８８は電流
源９０により直線的に充電されるので、増幅器８２の出
力は比較器６Ｂの反転入力と同様に直線的に上昇する。
比較器の出力は低出力状態と高出力状態の間で切換えら
れ、ＦＥＴ３４が２つの動作状態間で切換えられると電
流は検出抵抗３６を通って次第に上昇することかできる
。
端子７６と９８の間に連結されているコンデンサ９４と
抵抗９６は周知の通りフィードバックループの帰還利得
をセットするために用いられる。
上述のように、パルス幅変調制御装置の動作態様は知ら
れている。しかし、比較的ンースインピーダンスが高い
（例えば電話線）電源によって制御装置３２が動作され
る場合は、出力が過負荷状態になるとラッチ状態が生ず
ることがある。従って、負荷２Ｂに供給される電力が増
すと、入力電圧ＶＩＮはソース抵抗（加入者ループ、第
１図）での電圧降下のゆえに降下する。負荷の電力需要
が制御装置への最大使用可能電力を超える場合は、ＶＩ
Ｎが最小値に低下する正のフィードバックモードに入る
。例えば、スイッチング電源２６は負荷２Ｂに制御され
たＶ　０１丁を維持しようとするので、負荷が過剰電流
の供給を要求するとラッチ状態が生じる。この過負荷状
態でＶ。０丁の値は降下する。
何故ならば、ｖｌ−値は、加入者ループ１４での電圧降
下が増し、それにより抵抗８０での電圧が減少するため
、既に低下しているからである。誤差増幅器の出力は増
大して比較器６８の出力が高レベルの状態に切換わるこ
とを防ぐ。従って、比較器６８の出力を切換えるに十分
な電圧を抵抗３６に発生させ得る値まで電流を上昇し得
るだけの電圧が変圧器３０の一次巻線にはないのでＦＥ
Ｔ３４はにり長くオン状態を保持する。パルス幅変調制
御装置３２は、ＶＩＮを上昇させるため電力供給源から
の負荷を遮断する何らかの手段なしで上記のラッチされ
た状態を保持する。
上記のラッチ状態が生ずるのを防止するため、好適な実
施例ではソフトスタート回路の比較器６８の出力とコン
デンサ８８の間に誤り検出タイマおよびリスタート回路
１００が配置されている。
リスタートタイマ１００は上記の過負荷状態を検出し、
かつＦＥＴ３４のオン時間を瞬時的に縮小して入力電圧
ＶＩＮがその最大値に復帰できるようにする。リスター
トタイマ１００は比較器６８の出力状態の切換えの時間
間隔を測定する。この時間が超過すると、プリセットさ
れた間隔タイマ１００はソフトスタートコンデンサ８８
を放電してリスタートの手順を開始する。コンデンサ８
８が放電されると、ソフトスタートバッファ増幅器８２
は比較器６８の反転入力をグランド基準に引張る。比較
器６８の出力は高レベル状態に切換ねり、前述のように
ＦＥＴ３４をオフにする。一方、リスタートタイマ１０
０は休止して、コンデンサ８８がゆっくりと充電を開始
できるようにする。
コンデンサ８８が充電すると、比較器６８の反転入力で
の電圧はゆっくりと上昇する。それによって、比較器の
出力が低出力と高出力の状態間で切換わる際に、抵抗３
６に現われる電圧はゆっくりと上昇できる。かくして、
比較器６８の電圧を降下させると変圧器の一次巻線の電
流が低減して入力電圧ＶＩＮが上昇可能になる。過負荷
状態が除去されてしまうと、制６！＋装置３２は定常動
作に戻る。
第３図を参照すると、上述のタイマリスタート機能を達
成する回路を示しである。タイマ１００はＮＰＮトラン
ジスタ１０２を含み、そのベースは抵抗１０４を経由し
て比較器６８の出力に連結されている。トランジスタ１
０４のコレクターエミッタ導通経路は電流源１０６とグ
ランド基準３８の間に連結されている。制御装置３２の
定常動作時には、トランジスタ１０２は、トランジスタ
１０２のコレクタとエミッタとの間に連結されているコ
ンデンサ１０８を放電すべく比較器６８の出力が高状態
に向うとオンに切換ねる。かくしてツエーナダイオード
１１０の降伏電圧は決して超過されず、また、ゲートが
ダイオード１’ＩＯの陽極に接続されている５ＣＲ１１
２は決してオンに切換わらない。しかし、過負荷状態の
ためプリセットされた時間間隔が超過すると、コンデン
サ１０８が電流源１０６によって充電され、そこにツエ
ーナ１１０の降伏点を超える電圧が発生される。次に、
ツエーナダイオード１１０は導通状態とされ、抵抗１１
４を経て電流を供給し、５ＣＲ１１２をオンとする。５
ＣＲ１１２がオンになると］ンデンサ８Ｂは放電されリ
スタート状態が開始される。５ＣＲ１１２がコンデンサ
８８を完全に放電してしまうと、ＳＣＲは電流源９０か
らの電流だけを導通せしめる。電流源９０からの電流は
必要なＳＣＲ保持電流（抵抗１１４によって定められる
）よりも低いので、５ＣＲ１１２は］ンデンザ８８が完
全に放電された後にオフに切換わる。これによってコン
デンサ８８は電流源９０を経由して再充電可能となり、
それによりパルス幅制御変調器を徐々に再胎動する。
従って、これまで説明してぎたのは制御装置が不都合な
動作状態へとラッチされることを防止するため、過負荷
状態を検出する誤り検出器およびリスタートタイマ回路
を備えた新規のパルス幅制御装置である。
【図面の簡単な説明】
第１図は電話システムにおＣブるパルス幅変調制御装置
の使用状態を図示した部分的ブロック回路図である。 第２図は電源制御用に設訂された本発明のパルス幅変調
制御装置の部分的ブロック回路図で必る。 第３図は本発明に係るリスタートおよび誤り検出タイマ
の概略的回路図である。 １０：電話システム、　１２：加入者電話器、１４：加
入者ループ、　１６：電話交換機、１８．２０：端子、
　２２：フィルタ、２４：節点、　２６：スイツヂング
電源、２８：負荷利用装置、　３０：変圧器、３２：パ
ルス幅変調制御装置、 ３４：電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、３６：検出抵
抗器、　３８：アース基準、４０：ダイオード、 ４２：フィルタコンデンサ、 ４４：ダイオード、　５０：発振器、 ５２：端子、　５４：抵抗、 ５８：フリップフロップ、 ６０　：　ＮＯＲゲート、　６８：比較器、７０：誤差
増幅器、　７４．７６：端子、７８．８０：抵抗、　８
６：端子、 ８８：コンデンサ、　９０：電流源、 １００：リスタートタイマ、 １０２：ＮＰＮトランジスタ、　１０４：抵抗、１１０
：ツ］二−ナタ゛イオード、 １１２：５ＣＲ１１１４：抵抗。 ＝　２０−

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、出力にて利用装置への出力パルスを供給する変調回
    路を含むパルス幅変調制御装置であって、前記変調回路
    は比較器と誤差増幅器とを含み、この比較器と誤差増幅
    器は連携動作して、比較器の出力を第１レベルの状態か
    ら第２レベルの状態へと周期的に切換えることにより出
    力パルス幅変調をもたらし、前記変調回路は更に、比較
    器と結合され、制御装置をゆっくりと始動させるソフト
    スタート回路を含み、このソフトスタート回路は第１の
    コンデンサを含み、前記パルス幅変調制御装置は更に、
    比較器の出力とソフトスタート回路の間に連結され、比
    較器の出力が所与の時間間隔以内に第２レベル状態へと
    切換わらない時はソフトスタート回路を起動して制御装
    置の再始動を開始させる回路装置を具備することを特徴
    とするパルス幅変調制御装置。 ２、前記回路装置は、第２のコンデンサと、前記第２の
    コンデンサを充電する手段と、比較器出力の出力が前記
    第２レベルの状態に切換わるのに応答して前記第２のコ
    ンデンサを放電する第１の半導体スイッチ手段と、比較
    器の出力が前記所与の時間間隔内に切換わらない時は前
    記第２のコンデンサが所与のレベルに充電されることに
    応答して第１のコンデンサを放電し、それによって制御
    装置の再始動を開始させる第２の半導体スイッチとを含
    む特許請求の範囲第１項に記載の制御装置。 ３、前記第２の半導体スイッチはオン状態にラッチされ
    て前記第１のコンデンサを放電し、また前記第１のコン
    デンサが放電されると自動的にオフ状態となり、前記第
    １のコンデンサが前記制御装置の再始動を開始できる特
    許請求の範囲第２項に記載の制御装置。
JP62106474A 1986-05-05 1987-05-01 パルス幅変調制御装置 Pending JPS62268360A (ja)

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