JPS631367A - 直流電圧コンバ−タ - 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】 本発明はライン入力端を有する直流電圧コンバータであ
って、前記コンバータは、１次巻線、少なくとも１つの
２次巻線および補助巻線を有する変圧器と、少くとも前
記の１次巻線と制御入力端を有するパルス切換電流源と
を具える直列回路と、電源電圧出力端とを有する始動回
路とより成り、前記ライン入力端に接続された並列回路
と、前記の補助巻線および前記始動回路の前記電源電圧
出力端に接続された整流回路と、前記電流源の前記制御
入力端に接続され前記直列回路を流れる電流の大きさを
検出するために前記直列回路に結合された検出信号入力
端を有する制御回路七を具える直列電圧コンバークに関
するものである。

このような直流電圧コンバータは米国特許第４２４６６
３４号明細書に開示されている。この種のコンバータは
、直流電圧信号を１種またはそれ以上の電気回路用電源
電圧に変換するのに用いられる。

例えば電話システムには、加入者側に設けられた“ネッ
トワーク・ターミネーション“と一般に称されているラ
イン入力端を経て到来する前記直流電圧信号から複数の
電源電圧が生ぜしめられている。前記コンバータにより
満足すべき重要な条件は、電源電圧を発生せしめるため
に、このコンバータがほんのわずかの電力しか消費せず
、前記ライン入力端から制限された量の電力を取出すこ
とである。既知のコンバータでは、始動回路は前記ライ
ン入力端に接続され、このライン入力端はコンバータ始
動中前記コンバータで使用される電源電圧を前記電源電
圧出力端に生ぜしめる。このコンバータが前記電源電圧
により始動され、その後前記変圧器の補助巻線に接続さ
れた整流回路が前記始動回路の前記電源電圧の発生を引
継ぐ。ブートストラップとして既知のこの引継ぎ動作は
前記コンバータの電力消費を制限する。

前記米国特許明細書に開示されたコンバークは、前記変
圧器の補助巻線に接続された制御回路を有する電力制御
回路を具えており、この制御回路の目的は、前記変圧器
の２次巻線に発生せしめられる電圧および電流を一定に
保持することにある。

前記コンバータには、例えば２次巻線に接続された前記
ラインの一方における短絡のために、前記変圧器の２次
側に過負荷が生じる場合にも前記２次電圧および電流が
一定に保持されてしまうという欠点がある。

本発明の目的は、特に過負荷状態あるいは短絡状態の間
に、コンバータ自体の電力消費量や、このコンバータに
よって前記ライン入力端から取出す電力を簡単に制限す
ることにある。

本発明は、ライン入力端を有する直流電圧コンバータで
あって、前記コンバータは、１次巻線、少なくとも１つ
の２次巻線および補助巻線を有する変圧器と、少くとも
前記の１次巻線と制御入力端を有するパルス切換電流源
とを具える直列回路と、電源電圧出力端とを有する始動
回路とより成り、前記ライン入力端に接続された並列回
路と、前記の補助巻線および前記始動回路の前記電源電
圧出力端に接続された整流回路と、前記電流源の前記制
御入力端に接続され前記直列回路を流れる電流の大きさ
を検出するために前記直列回路に結合され夕検出信号入
力端を有する制御回路とを具える直列電圧コンバータに
おいて、前記制御回路は補助巻線に結合された負荷制御
入力端を有し、この制御回路により補助巻線の両端間の
電圧に依存してパルス切換電流源の最大駆動電流を減少
させるようにしたことを特徴とする。

前記の′゜プートストラップ“のための補助巻線により
、過負荷または変圧器の２次側における短絡の発生を知
らせるためのシグナリングを簡単に得ることができるよ
うにするのが有利である。前記付加制御入力端は変圧器
の補助巻線に直接結合されているため、さらにこのシグ
ナリングをいかなる不利な遅延もなしに迅速に行なうこ
とができ、変圧器の１次巻線および補助巻線と、変圧器
の２次巻線との間の電気的な分離が維持されるようにす
ることができる。

本発明においては、直流電圧コンバータは、前記始動回
路の電源電圧出力端に結合された検出器を有し、前記電
流源は前記検出器に接続された抑止信号入力端を有し、
前記電源電圧出力端上の電源電圧の振幅値が最大値を超
える限り、前記検出器によって生ぜしめられるべきシダ
ナリング信号により前記電流源をスイッチ・オン状態に
保持するようにする。

前記検出器は電源電圧の振幅が最小値を超えるまで、前
記電流源のスイッチングを行なわない。

このようにすることにより、電源電圧値、したがってコ
ンバータにおいて電源電圧から取出される電圧の値が良
好に規定され、したがって信頼的になり、安定で適切に
制御しうるコンバータが得られるようになる。

さらに、前記検出器は、コンバータによる前記ライン入
力端からの電力の取出しを過負荷の間に信頌的に制限し
、したがってこれと同時にコンバータの内部消費を制限
する作用をする。すなわち、過負荷状態の間前記電流源
の駆動電流制限が適切に機能しない場合に、検出器は前
記電源電圧出力端に内部の過負荷が生じた際に前記電流
源を完全にスイッチ・オフさせ、これにより前記コンバ
ータを極めて信頼的に機能させるようにする。

本発明においては、直流電圧コンバータは互いに並列に
配置した２つの直列回路を有し、これら直列回路のうち
の第１の直列回路は第１抵抗と第２トランジスタの主電
流通路とを有しており、第２の直列回路は少くとも第２
抵抗と、第１トランジスタの主電流通路と、第３抵抗と
を順次に有しており、第１トランジスタのベースは第１
抵抗と第２トランジスタとの間の相互接続点に接続れて
おり、前記第１トランジスタの主電流通路と第３抵抗と
の相互接続点は前記電源電圧出力端を構成しており、こ
の電源電圧出力端は第２トランジスタのベースに結合さ
れており、前記補助巻線の両端間の電圧値に依存して前
記始動回路をスイッチ・オフさせるようにする。

前記始動回路を有する前記コンバータには、このコンバ
ータの始動後にこのコンバータがライン入力端から電力
をほとんど取出さず、特に第１抵抗を極めて高いインピ
ーダンス（　ＩＯＭΩ程度）を有するように選択した場
合に、特に電力をほとんど取出さないとすう利点がある
。さらに前記始動回路にはコンデンサを有していないと
いう追加の利点がある。したがってコンバータはコンパ
クトとなるばかりでなく、極めて満足に集積回路上に集
積化でき、これにより製造価格を低廉化しうる。

本発明を図面につき詳細に説明する。

第１図に示す直流電圧コンバータは特に電話システムに
使用される。この場合、電話交換に際し加入者側に設け
られるライン入力端２−１．２−２を第１図に示してい
るラインに直流電圧信号が入れられる。ライン入力端２
−１．２−２における２０〜９０Ｖ程度の信号値に対し
てほぼＯΩ〜ｌ４００Ωの範囲で変化するライン抵抗値
が望ましい。

この信号はコンバータ１で電源電圧に変換され、この電
源電圧は例えば、ＩＳＤＮ　（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　
ＳｅｒｖｉｃｅｓＤｉｇｔａｌ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）　シ
ステムでは加入者側に設置された電源装置に対して用い
られる。

この装置は例えば、電話通信、テキスト通信、ファクシ
ミリ通信、データ通信およびビデオ通信に対する端末を
含んでおり、且つこれら端末を制御するインタフェース
を含んでいる。

コンバータ１は１次巻線４と、２次巻線５−１，５−２
と、補助巻線６とを有する変圧器３を具えている。前記
電源電圧は整流器および平滑回路（図示せず）を経て、
２次巻線５−１．５−２に取出すことができる。これら
電源電圧は双方共互いに且つライン入力端２−１．２−
２における直流電圧信号から電気的に分離されている。

さらにコンバータ１は１次巻線４と電流制御入力端８を
有するパルス切換電流源７と、例えば抵抗９とより成り
ライン入力端２−１．２−２に接続された直列回路を具
えてている。

前記電流源７はトランジスタ、例えばＦＥＴ　（電界効
果トランジスタ）１９を有し、このＦＥＴのゲートはゲ
ート制御回路２０に接続され、このゲート制御回路２０
は制御入力端８に接続されている。ゲート制御回路は適
切に構成し、ＦＥＴ１９に流れる電流を、この電流がほ
ぼのこぎり波状に変化するように入力端８における制御
信号に依存して制御する。

この制御信号は例えば周波数変調度に依存してＦＥＴ１
９を流れる電流を制御する周波数変調された信号を構成
しうる。あるいはまた、この電流制御信号はパルス幅変
調された信号あるいはパルス状信号、例えば信号中のパ
ルス振幅がオフ状態に切換わるのに依存してＦＥＴ１９
を流れる電流を制御するパルス位置信号を構成する。こ
の説明では、電流源７を切換える電流制御信号はパルス
状信号あると常に仮定する。ゲート制御回路２０をパル
ス切換回路として構成する利点は、この場合パルス切変
回路が外部クロックと容易に同期しうろことである。こ
の同期をとるために、電流源７には外部クロック信号に
対する同期入力端２１を設け、この同期入力端２１は後
に説明する抑止入力端１８を有する分割器２２を経てゲ
ート制御回路２０に接続されている。

コンバータ１はさらにライン入力端２−１．２−２に接
続され電源電圧出力端１１を有する始動回路１０を具え
ている。米国特許第４２４６６３４号明細書の第２図に
は始動回路１０の可能な構成が開示されている。しかし
この始動回路で消費される電力は、部分的にライン入力
端２−１．２−２から電力を取出す抵抗５６および５８
のために、コンバーク１の動作中にも必然的に高いもの
になる。さらに米国特許第４２４６６３４号明細書に記
載された始動回路はライン入力端２−１．２−２におい
て広範囲の可能な信号値に適するようにする必要がある
ためにコンデンサ５２を含んでいるという事実によりコ
ンバータ１を極めて大形にし、したがってチップ上に集
積するのに適さなくなる。

本発明の第２図では、これらの欠点は簡単に除去される
。第２図は始動回路１０の１実施例を示し、この始動回
路１０はライン入力端２−１に双方共接続された第１抵
抗２３および第２抵抗２４と、第１トランジスタである
ＦＨ７２５および制御入力端２７を有する電流源２６と
して示す第２トランジスタとを有している。ＰＥＴのゲ
ートの構成する第１トランジスタのベースは第１抵抗２
３とともに電流源２６に接続され、この電流源２６は更
にライン入力端２−２に接続されている。ＦＥＴ２５の
ドレインは第２抵抗２４に接続され、ＦＥＴ２５のソー
スは電源電圧出力端１１にも接続されている。電源電圧
出力端１ｌは差動増幅回路３５の非反転入力端に接続さ
れ、この差動増幅回路３５の反転入力端は基準信号入力
端３６を構成する。この回路３５の出力端は制御入力端
２７に接続されている。

始動回路１０は以下のように動作する。直流電圧信号が
ライン入力端２−１．２−２に供給された後に、すなわ
ちコンバータ１の始動時に、出力端１ｌでの電源電圧と
入力端３６における基準電圧との間の振幅差に依存する
差信号値は、差動増幅回路３５を経て制御入力端２７に
供給される。この差信号値を用いて、例えば４．８８Ｖ
の振幅を有する電源電圧が出力端１１にコンバータ１の
始動時に生ぜしめられる。さらに、抵抗２８とツェナー
ダイオード２９とは基準入力端３０を経て互に直列に配
置され、電源電圧出力端１１に結合されている。ライン
入力端２−１．２−２における信号値が２０〜９６Ｖの
範囲で変化する場合、抵抗２８とツェナーダイオード２
９との直列回路は、コンバータ１が動作している期間中
も約５ｖのほぼ一定の電源電圧が与えられるようにする
のが有利である。したがって、特に高信号値において、
この直列回路により消費される電力は、この直列回路が
ライン入力端２−１．２−２に直接接続された場合に比
べてかなり制限される。さらに、コンバータエは整流回
路１２を有し、この整流回路１２は、変圧器３の補助巻
線６および電源電圧出力端１１に接続され、コンバータ
１が後に説明する他のモードで動作した場合に、補助巻
線６により生ぜしめられた電源電圧を電源電圧出・力端
１１に供給する。この電源電圧はコンバータ１を始動す
る始動回路１０により生ぜしめられる電源電圧より高く
、例えば５ｖの値を有する。出力端１１における動作中
のこのより高い電源電圧によりＦＥＴ２５を遮断せしめ
る。その理由は信号入力端３６における基準入力が一定
に維持されるためである。

したがって動作中始動回路１０における電力消費量は依
然として第１抵抗２３の値のみにより決定される。この
抵抗２３に１０？ＩΩ程度の値を与えることにより、ラ
イン入力端から取出される電力は簡単に制限される。

コンバータ１はさらに検出信号入力端１４を有する制御
回路１３を具えており、この制御回路ｌ３は制御入力端
３４における信号により決定すべき変圧器３の１次巻線
４を流れる電流に依存して、入力端８におけるパルス状
制御信号により１次巻線４を流れるのこぎり波電流の最
大値を一定に保持する。

このように生ぜしめられたコンバータ１の動作モード中
、のこぎり波電流は外部クロック信号により決定される
瞬時に、１次巻線４と電流源７と抵抗９との直列回路を
通って周期的に伝達される。

こののこぎり波電流は変圧器中の電力を最大値まで周期
的に増大させ、このあとでこの電力は補助巻線６および
２次巻線５−１．５＝２における電力に変換される。

コンバータ１に生じる問題は、２次巻線５−１．５−２
の一方に短絡が生じた際に１次巻線４を通る電流の最大
値を一定に保持してしまい、この場合、変圧器３におい
て発生させられる電力の大部分を短絡して消費せしめて
しまうことである。この場合この電力がライン入力端２
−１．２−２で取出されるものとすると、このことは不
所望であり不経済であるばかりでなく、さらに例えば短
絡により燃える惧れがある点で危険である。

したがってこれら欠点を除去するために、コンバータ１
の第１実施例では特に変圧器３の補助巻線６に接続され
たシダナリング回路１５を設ける。

この基礎概念は、短絡が起った場合、補助巻腺６に生ぜ
しめられた補助電圧が増大し、この電圧降下がシグナリ
ング回路１５により検出され、入力端ｌ６にシグリナン
グ信号を生せしめるということである。このシグナリン
グ回路１５は、例えば当業者にとって周知の形態の比較
回路を有しうるが、この代りに例えば分圧器を有するこ
ともできる。さらにこの目的のために、コンバータ１に
は前記の制御回路１３を設ける。しかしこの場合、制御
回路１３にはシダナリング回路によって変圧器３の１次
巻線４を流れる電流の得られる最大値を減少させるため
にシグナリング回路１５に接続された付加制御入力端１
６を設ける。この電流の得られる最大値を減少させるこ
とによっても短絡電力を簡単に制限しうる。一般に、短
絡による過負荷をシダナリングすることは極めて迅速に
行なう必要があり、このことは例えば分圧器の形態の回
路１５を補助巻線６に直接接続し、いかなる遅延を生ぜ
しめる要素をも取除くことによって実現しうる。零例お
よび次の実施例においては、１次巻線４および補助巻線
６と、２次巻線５−１．５−２との間の電気的な分離は
維持されるようにするのが有利である。

制御回路１３は２つの比較回路３１．　３２を有し、こ
れらの比較回路３１．　３２の出力端は同様に回路１３
に設けられているアンドゲート回路３３にそれぞれ接続
されている。このゲート回路１３は電流源７の制御入力
端に接続されている。比較回路３１の非反転入力端は付
加制御入力端１６に接続され、対応する比較回路３２の
非反転入力端は基準電圧入力端３４に接続されており、
一方比較回路３１．　３２の２つの反転入力端は検出信
号入力端１４に接続されている。

制御回路１３は以下のように動作する。コンバータ１の
動作中抵抗９に流れる電流、したがってその両端間の制
御電圧はのこぎり波状に変化する。

前記検出信号入力端ｌ４における電圧が基準電圧入カ端
３４における基準電圧に達すると、比較回路３２の出力
レベルが変化し、これに応答して制御入力端８における
信号も変化し、これにより１次巻線４を流れる電流をス
イッチ・オフせしめる。クロック信号が同期入力端２１
に供給された後、上述したサクイルが繰返される。この
動作モード中、補助巻線６に補助電圧が生ぜしめられ、
この補助電圧によりシダナリング回路１５が付加制御入
力端Ｉ６に例えば正の振幅のシグナリング信号を供給す
るようにする。常規の動作中には、したがって過負荷が
生じない動作中には、この振幅は入力端３４における基
準電圧より高くなるため、前述したようなサイクルが実
行される。過負荷が例えば２次巻線５−１．５−２の一
方に生じた場合には、この過負荷により補助電圧の振幅
、したがってシグナリング信号を入力端３４における基
準電圧よりも低い値に減少させる。抵抗９を流れる電流
が常規動作中よりも低くなると、比較回路３１の出力レ
ベルは変化し、この結果として電流源７の入力端８を通
る制御電圧が以前よりも低い電圧に制限される。

したがって過負荷の場合には、コンバータ１によりライ
ン入力端２−１．２−２から取出される電力は、簡単で
かつ迅速に制限される。

コンバータ１の他の実施例では、シダナリング回路１５
は破線の電源回路１２を経て補助巻線６に結合すること
ができる。この場合、シグナリング回路１５は電源電圧
出力端１１に直接接続される。しかしこのことによって
コンバータ１の動作モードは基本的に変化しない。

コンバータ１のさらに他の実施例では、コンバータ１は
電源電圧出力端１ｌに接続された検出器１７を有してい
る。この検出器１７は抑止入力端１８を経て分割器２２
に接続されている。この検出器１７は例えば出力端１１
における電圧をモニタするための比較回路（図示せず）
を存している。前記の電圧が所定の最小レベルになると
、抑止信号が入力端１８に供給される。前記の分割器２
２は、抑止信号が抑止入力端１８に存在する限り、した
がって電源電圧出力端１１の振幅値が最小値に達しない
限り、同期入力端２１におけるクロック信号を通過させ
ない、したがって前記電流源のスイッチングを抑止する
ような構造になっている。これにより電源電圧値、した
がってコンバータ１の種々の回路で電源電圧から取出さ
れた電圧値が適切に決定され、したがって安定で適切に
制御しうるコンバータ１が実現される程度に信頼的にな
る。

さらに検出器１７は過負荷の間コンバータ１によってラ
イン入力端２−１．２−２から取出された電力を信頼的
に制限する。すなわち、第１の低電圧保護が過負荷の場
合に適切に機能しないとしても、このような過負荷状態
において入力端１８における抑止信号により電流源をス
イッチング・オフするのを分割器２２により阻止される
ため、コンバータ１の機能が信頬的になる。

コンバータが公衆サービスネットワークに接続すべ．き
追加の電源手段を必要としないという利点がある。好ま
しくは、コンバータ１をＣＭＯＳで集積し、これにより
コンバータ１の種々の回路における電力消費を極めて低
くすることができ、コンバータ１はコンパクトで廉価に
大量生産しうるようにする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による直流電圧コンバータの好適な具
体例を示す回路図、 第２図は、第１図のコンバータに使用する始動回路の具
体例を示す回路図である。 １・・・コンバータ　　　　３・・・変圧器４・・・１
次巻線　　　　　５−１．　５−２・・・２次巻線６・
・・補助巻線　　　　　７・・・電流源訃・・電流制御
入力端　　９・・・抵抗１０・・・始動回路　　　　　
１１・・・電源電圧出力端１２・・・整流回路　　　　
　１３・・・制御回路１４・・・検出信号入力端　　１
５・・・シグナリング回路（分圧器）１６・・・付加制
御入力端　　１７・・・検出器１８・・・抑止入力端　
　　　１９・・・ＦＥＴ２０・・・ゲート制御回路　　
２１・・・同期入力端２２・・・分割器　　　　　　２
３．　２４・・・抵抗２５・・・ＦＥＴ　（第１トラン
ジスタ）２６・・・電流源（第２トランジスタ）２７・
・・制御入力端　　　　２８・・・抵抗２９・・・ツェ
ナーダイオード　３０・・・基準出力端３１．　３２・
・・比較回路　　　３３・・・アンドゲート回路３４・
・・基準電圧入力端　　３５・・・差動増幅回路３６・
・・基準信号入力端

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ライン入力端を有する直流電圧コンバータであって
   、前記コンバータは、 １次巻線、少なくとも１つの２次巻線および補助巻線を
   有する変圧器と、 少くとも前記の１次巻線と制御入力端を有するパルス切
   換電流源とを具える直列回路と、電源電圧出力端とを有
   する始動回路とより成り、前記ライン入力端に接続され
   た並列回路と、 前記の補助巻線および前記始動回路の前記電源電圧出力
   端に接続された整流回路と、 前記電流源の前記制御入力端に接続され前記直列回路を
   流れる電流の大きさを検出するために前記直列回路に結
   合された検出信号入力端を有する制御回路と を具える直列電圧コンバータにおいて、前記制御回路は
   補助巻線に結合された負荷制御入力端を有し、この制御
   回路により補助巻線の両端間の電圧に依存してパルス切
   換電流源の最大駆動電流を減少させるようにしたことを
   特徴とする直列電圧コンバータ。 ２、特許請求の範囲第１項記載の直列電圧コンバータに
   おいて、前記コンバータは前記始動回路の電源電圧出力
   端に結合された検出器を有し、前記電流源は前記検出器
   に接続された抑止信号入力端を有し、前記電源電圧出力
   端上の電源電圧の振幅値が最大値を超える限り、前記検
   出器によって生ぜしめられるべきシグナリング信号によ
   り前記電流源をスイッチ・オン状態に保持するようにし
   たことを特徴とする直流電圧コンバータ。 ３、特許請求の範囲第１項記載の直流電圧コンバータに
   おいて、前記始動回路は互いに並列に配置した２つの直
   列回路を有し、これら直列回路のうちの第１の直列回路
   は第１抵抗と第２トランジスタの主電流通路とを有して
   おり、第２の直列回路は少くとも第２抵抗と、第１トラ
   ンジスタの主電流通路と、第３抵抗とを順次に有してお
   り、第１トランジスタのベースは第１抵抗と第２トラン
   ジスタとの間の相互接続点に接続れており、前記第１ト
   ランジスタの主電流通路と第３抵抗との相互接続点は前
   記電源電圧出力端を構成しており、この電源電圧出力端
   は第２トランジスタのベースに結合されており、前記補
   助巻線の両端間の電圧値に依存して前記始動回路をスイ
   ッチ・オフさせるようにしたことを特徴とする直流電圧
   コンバータ。 ４、特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれか１項に記
   載の直流電圧コンバータにおいて、前記制御回路は２つ
   の比較回路を有しており、各比較回路は非反転信号入力
   端と、反転信号入力端と、出力端とを有しており、この
   制御回路はさらに前記の出力端の双方に接続されたアン
   ドゲート回路を有しており、第１の比較回路の非反転信
   号入力端は付加制御入力端に接続されており、第２の比
   較回路の非反転信号入力端は基準電圧源に接続されてお
   り、前記反転信号入力端の双方は相互接続され、且つ前
   記制御回路の検出信号入力端に接続され、前記検出信号
   入力端における検出信号値が前記比較回路の前記非反転
   信号入力端の一方における信号値と等しくなる際に、前
   記電流源をスイッチ・オフするパルス状信号を前記ゲー
   ト回路の出力端から供給するようにしたことを特徴とす
   る直流電圧コンバータ。 ５、特許請求の範囲第１項記載の直流電圧コンバータに
   おいて、前記コンバータは前記補助巻線の両端間に接続
   された分圧器を有し、前記分圧器のタップは前記制御回
   路の付加制御入力端に接続されていることを特徴とする
   直流電圧コンバータ。 ６、特許請求の範囲第２項記載の直流電圧コンバータに
   おいて、前記検出器は、他の基準電圧源に接続された比
   較回路の形態になっていることを特徴とする直流電圧コ
   ンバータ。