JPS63129864A

JPS63129864A - 電圧変換装置

Info

Publication number: JPS63129864A
Application number: JP27295686A
Authority: JP
Inventors: Masao Fukuda; 福田　昌夫; Kozo Hara; 原　浩三; Yoshio Nakano; 中野　愼夫; Naofumi Nagai; 直文永井
Original assignee: Anritsu Corp; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Anritsu Corp; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1986-11-18
Filing date: 1986-11-18
Publication date: 1988-06-02
Anticipated expiration: 2009-04-06
Also published as: JPH0626479B2

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、通信線、施設線および工場内警報線等の給電
線から効率よく所要の電圧を取り出す電圧変換回路に関
する。

（従来の技術）一般に電圧範囲の異なる給電線から所要の電圧を取り出
す場合にはパルス幅制御方式を採用したスイッチングレ
ギュレータ電源が使用されている。

しかし、このスイッチングレギュレータ電源は次に述べ
るような種々の欠点がある。即ち、制御回路が複雑であ
ること。また、負荷によって消費される電力以外に電源
回路自体で消費される電力が大きく、このため負荷によ
って消費される電力が小さい場合には変換効率が極めて
悪く、かつ、常時必要以上の電力を供給し続けなければ
ならない欠点がある。また、通信回線や施設線等の給電
線から効率よく所要の電圧を１１１これをデータ伝送装
置または端末装置に利用する場合、前記給電線から受電
する電力が例えば３ｍｗと制限された非常に少ない電力
である場合には前記スイッチングレギュレータ電源自体
で受電する電力の殆んどが消費され、該レギュレーク電
源から全く電力を取り出すことができず、ひいてはデー
タ伝送装置等に電力を供給できない問題がある。

そこで、従来、通信回線、Ｍ段線等の直流給電線のよう
に制限された電力から所要の電圧を得る手段として、第
４図に示すように給電線１より電力を受ける受電側に定
電流回路２を設け、ここで所定の定電流をｑだ侵、後続
の電圧変換回路部３に供給して所要の電圧を（りるよう
にしている。前記定電流回路２はエミッタ抵抗４．トラ
ンジスタ５、定電圧素子６およびベース抵抗７等によっ
て構成され、その定電流値はトランジスタ５のベース・
エミッタ間の電圧を無視するとｌ０＝ＶＺｌ／Ｒ１で定
まり、この定電流値が出力定電流として後段の電圧変換
回路部３の利用に供される。一方、電圧変換回路部３は
、端子（ａ−ａ’）間を所定の電圧値に設定する定電圧
素子８、この所定の電圧を受けて動作しドライブパルス
を発生する駆動源としての発振器９、この発振器９の出
力パルスでオン・オフｆ’ｌＪｆ’ｌＥしてＤ　Ｃ／Ａ
　Ｃ変換を行うスイッチング素子１０、給電線１と出力
端子（ｂ−ｂ′　）との電気的な絶縁を行うトランス１
１および整流平滑回路１２等によって構成されている。

（発明が解決しようとする問題点）しかし、以上のような電圧変換回路は次に述べるような
問題がある。

■、即ち、給電線１からの供給電圧ｖ８が増加すると、
第５図に示すように抵抗７を通って定電圧素子６に流れ
るバイアス電流が所要電力に関係なく増加し、これに伴
って供給電流Ｉｓ　　（図示曲線イ）が増加する。この
とき、バイアス電流の増加分は殆んど抵抗７を通って流
れるために、斜線で示す部分口が無効な電流（（Ｖ８　
　ＶＺＩ）／Ｒ２）として消費され、電力の制限を受け
る通１８回線等に利用し難い問題がある。

■、また、この電圧変換回路は、定電流の出力となる端
子（ａ−ａ’　）間で最大の電力を得るためには、定電
圧素子８の定電圧ＶＺ２を供給電圧Ｖｓの変動最低値近
くに設定し、かつ、トランジスタ５のコレクタ・エミッ
タ間の電圧降下を小さくして極力高い電圧を利用する必
要がある。一方、後段の電圧変換回路部３では発振器９
の消費電力およびトランス１１に生じる励磁電流を低減
化して端子（ａ−ａ’）と端子（ｂ−ｂ’　）間の変換
効率を高めるために逆に端子（ａ−ａ’）間の電圧を低
く設定する必要がある。このように前段回路と後段回路
との間で相互に矛盾する効果を期待している。このこと
は、定電流回路２を用いて定電流出力端から最大の電力
を得ようとすると、端子（ａ−ａ’　）間の電圧が高く
なって電圧変換回路部３の変換効率が低下し、逆に電圧
変換回路部３で高い変換効率を得ようとするとトランジ
スタ５による損失が大きくなり、結局、供給電圧■８を
有効に利用できないといった問題点がある。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、供給電圧が
増大しても変化のない電流を（ｑ、かつ、定電流化後の
出力電圧を後段回路で必要とする機能回路に応じて分割
して使用することにより、無効な電力消費をｉ減し変換
効率を高め得る電圧変換回路を提供することを目的とす
る。

（問題点を解決するための手段）本発明による電圧変換回路は、前記給電線の電力を利用
して取１９シた定電流回路からの出力定電流を受けて必
要とする複数の定電圧を発生するための複数の定電圧発
生素子を設け、これらの定電圧発生素子のうち任意の定
電圧発生素子の出力端にパルス発生回路を設けて当該定
電圧発生素子から発生された定電圧で動作させてパルス
発生回路からドライブパルスを発生し、また前記複数の
定電圧発生素子のうち他の定電圧発生素子の出力端に一
対のスイッチング素子を設けて当該他の定電圧発生素子
から固定バイアスを受けるとともに前記ドライブパルス
で一対のスイッチング素子をオン・オフＵ作させて所定
の交流電圧をｉｑ、この電圧をトランスで電気的な絶縁
を行った後直流に変換する構成としたものである。

（作用）従って、以上のような手Ｆ２とすることにより、給電線
の電力を利用して取得した定電流回路からの出力定電流
を直列接続された複数の定電圧発生素子に直接供給する
ようにしたので、供給電圧が増大しても無効な供給電流
の増加がなくなり、しかも、複数の定電圧発生素子から
電圧変換に必要な機能回路に応じて必要な電圧に分割し
て出力するようにしたので、パルス発生回路およびトラ
ンス等に適切な電圧を与えて所要の動作を行わせること
が可能となり、これにより各機能回路で無効な電力消費
を節減でき、ひいては変換効率を大幅に改善することが
できる。

（実施例）以下、本発明に係わる電圧変換回路の基本的な構成およ
びその動作について第１図および第２図を参照して説明
する。第１図において２１は所要とする電圧を取得する
ために電力の供給する給電線であって、これは専用の給
電線であってもよく、あるいは限られた電力しか使用で
きない例えば通信回線、Ｍ段線、工場内警報線等を用い
てもよいものである。この給電線２１の端子（Ｃ−Ｃ’
）間には所定のバイアス電流を得るためのバイアス電流
取得用定電流回路２２およびこのバイアス電流取得用定
電流回路２２からのバイアス電流を受けて所定の出力定
電流を出力する出力電流用定電流回路２３が直列に接続
されている。前記バイアス電流取得用定電流回路２２は
、抵抗２４．トランジスタ２５および定電圧発生素子２
６等から成り、具体的には端子Ｃ側に抵抗２４およびト
ランジスタ２５の順序で直列に接続され、かつ、このト
ランジスタ２５のベースと前記端子Ｃとの間に定電圧発
生素子２６が接続されている。そして、この定電流回路
２２の定電流値は定電圧発生素子２６のツェナー電圧と
抵抗２４の抵抗値とによって決定される。一方、出力電
流用定電流回路２３はバイアス電流取得用定電流回路２
２と給電線２１の他方側端子Ｃ′との間に介挿されて定
電流回路２２からのバイアス電流を受けて所定の定電流
を出力する機能を持っている。この定電流回路２３は、
前記トランジスタ２５のコレクタと端子Ｃ′との間に定
電圧素子２７が接続され、同じくトランジスタ２５のコ
レクタと端子Ｃ′　との間にトランジスタ２８と抵抗２
９とが直列に接続されている。この出力電流用定電流回
路２３は後述する起動抵抗３０を無視すれば定電圧素子
２７のツェナー電圧および抵抗２９の抵抗値とで決定さ
れる定電流がトランジスタ２８のコレクタから出力され
るようになっている。前記起動抵抗３０は給電線２１か
ら端子（ｃ−ｃ’　）間に供給電圧Ｖｓが供給された時
、画定電流回路２２．２３が互いに牽制し瞬時に起動し
ない状態を防止する機能をもっている。

また、この出力電流用定電流回路２３の出力側つまりト
ランジスタ２８のコレクタと前記定電圧発生素子２６と
の間に例えば２個の定電圧発生素子３１．３２が直列に
接続されている。従って、これらの定電圧発生素子２６
．３１．３２の各出力端子（ｄｒ−６２＞、（ｄ２−６
３　）、（ｄａ−ｄ４）からはそれぞれ定電圧発生素子
２６゜３１．３２の制限電圧値に応じた定電圧Ｖ２１゜
ＶＺ２．ＶＺ３を発生することになる。なお、定電圧発
生素子２６を含む定電圧発生素子３１゜３２の数および
これらの定電圧は後段回路である電圧変換回路部３３を
構成する機能回路数および必要とする駆ｌｌｌ電圧等に
よって決定されるものである。故に、後段回路が単一の
機能回路であれば定電圧発生素子２６のみとし、他の定
電圧発生素子３１．３２は省略してもよいものである。

前記電圧変換回路部３３は、定電圧発生素子２６の両端
子（ｄｌ−６２）から発生した定電圧ＶＺＩを受けてド
ライブパルスを発生するパルス発生回路としての発振回
路３４と、定電圧発生素子３１．３２の外側に位置する
端子ｄ２．ｄ＋にそれぞれエミッタが接続され、しかも
、コレクタ側を共通接続してなり、かつ、発振回路３４
の出力をベース側で受けて交互にオン・オフ動作してＤ
　Ｃ／Ａ　Ｃ変換を行う一対のスイッチング素子として
のＰＮＰＮ上形ンジスタ３５およびＮＰＮ形トランジス
タ３６と、これらのトランジスタ３５゜３６の共通接続
部と前記画定電圧発生素子３１゜３２の共通端子ｄ３と
の間に１次巻線を接続して端子ｄ３を中心として端子ｄ
２とｄ４から交互に１を流を供給し、２次巻線から変成
比に応じた交流電圧を発生する入出力の電気的絶縁を行
うトランス３７と、このトランス３７の２次巻線の出力
を直流化して出力する整流平滑回路３８とによって構成
されている。３９．４０は発振回路３４の出力から直流
分を除去するコンデンサ、４１．４２はそれぞれの端子
ｄ２．ｄ４から１９られた電圧を基準電位として発振回
路３４の出力を受けて実質的なドライブパルスを得る抵
抗である。

次に、以上のように構成された電圧変換回路の動作を説
明する。給電ａ２１から端子（ｃ−ｃ’　）間に供給電
圧ｖ３が供給されると、端子Ｃから定電圧発生素子２６
，３１．３２．起動抵抗３０および抵抗２９を通って端
子Ｃ′に電流が流れ、これにより電圧Ｖ８投入後瞬時に
定電圧発生素子２６がバイアスされ、バイアス電流取得
用定電流回路２２が起動する。つまり、電圧■８の投入
と同時にバイアスされて定電圧発生素子２６から所定の
電圧が発生され、この電圧がトランジスタ２５のベース
と端子Ｃ間に印加される。この結果、定電圧発生素子２
６のツェナー電圧および抵抗２４の抵抗値で決定される
定電流としてのバイアス電流がトランジスタ２５のコレ
クタから出力される。このようにしてバイアス電流取得
用定電流回路２２が起動すると、トランジスタ２５０コ
レクタ側から出力されたバイアス電流により定電圧素子
２７がバイアスされ、定電圧素子２７から所定の電圧が
発生され、これがトランジスタ２８のベースと端子Ｃ′
間に印加され、出力電流用定電流回路２３が起動される
。このように起動抵抗３０を付加することにより、２つ
の定電流回路２２．２３は互いに起動を抑制することな
く所定の順序で起動することになる。そして、この出力
電流用定電流回路２３が起動すると、定電圧素子２７の
ツェナー電圧および抵抗２９の抵抗値とで決定される定
電流Ｉａが出力定電流として定電圧素子２６．３１．３
２に供給される。この結果、各定電圧発生素子２６．３
１．３２の両端子（ｄｌ−６２＞、（ｄ２−６３　）、
（ｄ３−６４　）からそれぞれの制限電圧値に応じた定
電圧Ｖｚｌ。

Ｖｚ２．Ｖｚ３が得られ、これらの定電圧ＶＺＩ。

ＶＺ２．ＶＺ３が後続の電圧変換回路部３３の各機能回
路に使用される。このとき、各素子２６゜３１．３２の
端子　（ｄｌ　−６２）、（ｄ２−６３）、（ｄ９−ｄ
４　）から取り出し得る電流は、各定電圧発生素子２６
．３１．３２のバイアス電流が極めて僅かであるとする
と、出力電流用定電流回路２３の出力定電流１０にほぼ
等しい値となる。このことは例えば各定電圧発生素子の
制限電圧が全て同じだとすると、この定電流経路で取（
りする電力は１個の定電圧発生素子の場合と比較し、Ｎ
個の場合にはＮ倍となる。

しかして、本発明回路では電圧変換回路部３３を構成す
る発振回路３４と２個のトランジスタ３５．３６とがそ
れぞれ異なった機能を持っていることに着目し、これら
の機能回路に対応させて各定電圧発生素子２６．３１．
３２でそれぞれ定電流出力を分割して所要電力を得るよ
うにし、各ｎｒｒｐ、回路間の電位の整合を図っている
。そして、以上のようにして各定電圧発生素子２６．３
１゜３２で分割された電力のうち、端子（ｄｌ−（ｊ２
）より出力される電力は発振回路３４に供給される。

その結果、発振回路３４からは第２図に示すように基準
電位をｄ２とし、かつ、（ｄｌ−６２）の振幅をもった
信号Ｓ１が発生され、さらにコンデンサ３９．４０で直
流分が除去されてトランジスタ３５．３６のベースに与
えられる。一方、定電圧発生素子３１の一端ｄ２側はト
ランジスタ３５のエミッタおよび抵抗４１を経てベース
側に接続され、他端ｄ３側はトランス３７の１次巻線を
介してトランジスタ３５のコレクタ側に接続されている
。従って、発振回路３４の出力Ｓ！はコンデンサ３９に
よって直流分が除去された後、トランジスタ３５のベー
ス・エミッタ間の抵抗４１により第２図の８２に示すよ
うにｄ２を基準電位としたドライブパルスＳ２が得られ
、これがトランジスタ３５に与えられる。このトランジ
スタ３５はベース電位が（ｄ２　＞Ｖｂ＞６３　）とな
る半サイクル期間にオン状態となり、定電圧発生素子３
１から電力を受けることになる。さらに、定電圧発生素
子３２の一端ｄ３側はトランス３７の１次巻線を介して
トランジスタ３６のコレクタに接続され、他端ｄ４側は
トランジスタ３６のエミッタおよび抵抗４２を経てベー
ス側に接続されている。

従って、発振回路４の出ノ］Ｓｔはコンデンサ４０によ
って直流分が除去された後、トランジスタ３６のベース
・エミッタ間の抵抗４２により第２図の８３に示すよう
にｄ４を基準電位としたドライブパルスＳ３が得られ、
これがトランジスタ３６に与えられる。よって、同トラ
ンジスタ３６はベース電位が（ｄ３＞Ｖｄ＞ｄ＋　）と
なる半サイクル期間にオン状態となり、定電圧発生素子
３２から電力を受けることになる。なお、これらのドラ
イブパルス８２．８３は同一位相となっているが、各ト
ランジスタ３５．３６に対しては半サイクル毎に交互に
オン動作するように与えられているので、トランス３７
の１次巻線には端子ｄ３の出ノｊレベルを中心として端
子ｄ２と端子ｄ４から交互に電流信号Ｓ４が与えられる
。従つて、トランス３７の２次巻線から変成比に応じた
交流電圧が発生され、この交流電圧は整流平滑回路３８
で直流に変換された後、図示されていないが例えば伝送
装置あるいは端末装置の電源として利用される。

次に、第３図は通信回線に本発明回路を適用した場合の
一実施例を示す構成図である。即ち、この電圧変換回路
は、受電端側に通信回線２１の転極に対しても該通信口
１！２１から所要の電力を取得できるようにブリッジ回
路５１が接続され、さらにブリッジ回路５１の出力側に
定電流回路２２゜２３を介して電圧変換回路部３３が接
続されている。具体的には、バイアス電流取得用定電流
回路２２から出力されたバイアス電流は出力電流用定電
流回路２３の抵抗２７′に供給され、これによりトラン
ジスタ２８のベース・エミッタ抵抗間に定電圧がバイア
スされる。この抵抗２７′は第１図に示す定電圧素子２
７と同一の役割を持ったものであり、抵抗２７′自体で
電力の消費は多少あるが、代用は可能である。また、出
力電流用定電流回路２３の出力側とバイアス電流取得用
定電流回路２２の定電圧発生素子２６との間に１個の定
電圧発生素子５２を設けたが、これはコンデンサ５３．
５４を用いて分割することにより、実質的に第１図の２
個の定電圧発生素子３１．３２と同様な役割を持たせた
ものである。

従って、以上のような構成によれば、供給電圧Ｖｓの増
大によって起動抵抗３０に流れる電流は増加するが、抵
抗２９に発生する電圧は定電圧素子２７の動きによって
一定となり、かつ、起動抵抗３０を通ってエミッタに電
流が加算されてもその加算分だけトランジスタ２８のコ
レクタ電流が減少してエミッタ電圧が一定となるので、
各定電圧発生素子２６．３１．３２に流れる電流は変化
せず、無効な電流が発生するのを防ぐことができる。さ
らに、入力側端子（ｃ−ｃ’）から定電流回路全体を見
たとき、トランジスタ２５のコレクタから定電圧素子２
７に流れる定電流経路と定電圧発生素子２６，３１．３
２を経てトランジスタ２８および起動抵抗３０を通って
流れる定電流経路とが並列に接続され、しかもこれら２
つの定電流経路の電流和は常に一定であるので、供給電
圧Ｖ８が増大しても供給電流は変化しない。また、従来
回路ではでは通信回線と後段回路の間にトランジスタ５
を介在させた構成であるが、本発明回路ではかかるトラ
ンジスタを除去することで電力の損失がなくなり、制限
された通信回線２１の電力を最大限に利用することが可
能となる。また、定電流回路によって得られた出力定電
流を用いて複数の定電圧発生素子により後段の別能回路
毎に所要とする定電圧を分割して与えるようにしたので
、発振回路３４の電力消費およびトランス３７の励磁電
流等の低減化が図れ、電圧変換回路部３３の変換効率を
高めることができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。

即ち、上記実施例では定電流回路としてバイアス電流取
得用定電流回路２２と出力電流用定電流回路２３とを用
いたが、要はトランジスタによる電圧降下の生じない構
成であれば１個の定電流回路を用いたものであってもよ
い。また、第１図では定電圧発生素子２６を含んで３個
の定電圧発生素子２６，３１．３２を用い、第３図では
２個の定電圧発生素子２６．５２を用いたが、これらの
数は後段の機能回路数等によって定められるものである
。また、本回路の各トランジスタは伯の半導体素子例え
ば電界効果トランジスタ等で代用させてもよい。その他
、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実
施できる。

（発明の効果）以上詳記したように本発明によれば、給電線の供給電圧
が増大しても供給電圧が変化せず、無駄な電流が生じる
のを防ぐことができる。また、定電流出力を機能回路毎
に分割し各機能回路の駆動電位ギャップの整合をとるこ
とにより、変換効率を大幅に改善でき、供給電圧を有効
に利用できる。

従って、通信回線の如く限られた電力の供給源から効率
よく所要の電圧を取り出すことができる電圧変換回路を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる定電流回路の基本的な構成図、
第２図は第１図に示す回路の動作説明図、第３図は本発
明に係わる電圧変換回路の一具体例を示す構成図、第４
図は従来回路の構成図、第５図は供給電圧が増大した時
の従来回路の欠点を説明する図である。２１・・・給電線、２２・・・バイアス電流数１ｑ用定
電流回路、２３・・・出力電流用定電流回路、　２６゜
３１．３２．５２・・・定電圧発生素子、３３・・・電
圧変換回路部、３４・・・発成回路、３５．３６・・・
スイッチング素子としてのトランジスタ、３７・・・ト
ランス、３８・・・整流平滑回路。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

電圧範囲の異なる給電線から所要とする電圧を取り出す
電圧変換回路において；前記給電線の間に設けられ、定
電流回路からの出力定電流を受けてそれぞれ必要な所定
の定電圧を発生する直列接続された複数の定電圧発生素
子と；これらの定電圧発生素子のうち任意の定電圧発生
素子から発生された定電圧により動作してドライブパル
スを発生するパルス発生回路と；前記他の定電圧発生素
子から発生された定電圧を固定バイアスとして受け、か
つ、前記パルス発生回路の出力パルスによつて交互にオ
ン・オフ動作する一対のスイッチング素子と；この一対
のスイッチング素子のオン・オフ動作によって得られた
信号をトランスを用いて電気的絶縁を行い、かつ、この
トランスから出力された電圧を直流に変換する信号変換
手段とを備えたことを特徴とする電圧変換回路。