JPS63253867A

JPS63253867A - 直流−直流電力変換機

Info

Publication number: JPS63253867A
Application number: JP63064655A
Authority: JP
Inventors: ジョン　エム　プヴォゲル
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1987-03-26
Filing date: 1988-03-17
Publication date: 1988-10-20
Also published as: US4755922A; EP0284306A3; EP0284306A2

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、ユーザー・ホスト・ステーションすなわち端
末装置、プリンタ、ワークステーション等をＥｔｈｅｒ
ｎｅｔ　（登録商標）同軸ケーブルへ接続するトランシ
ーバ・モジュールに使用される直流−直流電力変換機に
関するものである。本変換機は、さらに調整された直流
出力電圧を供給すると共に、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ同軸ケー
ブルとホスト・ステーション間の高電圧隔雛も行う６発明が解決しようとする課題米国特許第４，０６３，２２０号（１９７７年１２月１
３日発行）発明の名称　”Ｍｕｌｔｉｐｏｉｎｔ　Ｄａ
ｔａ　Ｃｏｍ＋ａｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ　Ｗ
ｉｔｈ　Ｃｏ１１ｉｓｉｏｎ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ”は
、複数の通信装置へ常時接続されるビット直列式受信機
ネットワークを開示している。これは、中継器のやうな
常時能動装置によって１つの分岐ネットワークにまとめ
られる複数の送信媒体たとえば同軸ケーブル、光フィバ
−その他のうちどれか１つのネットワークを作ることに
よって行われ、そのネットワークにより、ある手段に適
応した通信が別の手段に移される。前記米国特許は、続
いて、通信ケーブル・ネットワークに沿って、それぞれ
がコンピュータ、補助記憶装置、または入出力端末装置
のどれかに分類される使用装置を備えた複数のステーシ
ョンが配置されることを述べている。各使用ホスト装置
は、それがコンピュータであっても、または遠隔地の端
末装置であっても、使用ホスト装置とつながっているイ
ンターフェース段と直列にトランシーバにつながってい
るＴコネクタまたはタップによって同軸ケーブルに結ば
れている。

３つの信号（送信、受信、衝突）と電力は、ポスト装置
とトランシーバ・モジュールとを結ぶドロップ・ケーブ
ルを通じて伝達される。ホスト装置が発生した送信信号
は、トランシーバへ伝達され、トランシーバが発生した
受信信号と衝突信号は、ホスト装置へ伝達される。トラ
ンシーバ回路を動作させる電力は、ホスト電源から送ら
れる。

説明したシステムは、一般に、上に述べたように、トラ
ンシーバ・モジュールとユーザー・ホスト装置との間に
ドロップ・ケーブルを使用するＥｔｈｅｒｎｅｔ接続と
して広く知られている。トランシーバ・モジュールは、
Ｅｔｈｅｒｎｅｔ同軸ケーブルに取り付けられている。

ユーザー・ホスト装置は、端末装置、パーソナル・コン
ピュータ、ワークステーション、プリンタ、ファイル・
サーバー、ゲートウェイ、等である。

電力は、上述のように、ホスト装置によってトランシー
バ・モジュールに供給される。しかし、前記ホスト装置
によって供給される電圧は、一般に、１１〜１６ボルト
（ＤＣ）の電圧範囲内にあるが、モジュール内のトラン
シーバ回路を駆動する出力電力は、その電圧を調整する
と共に、ホスト電源から電気的に隔離しなければならな
い、典型的な出力電圧は、たとえば９ボルト（ＤＣ）で
ある。

そのほかに、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ同軸ケーブルは、ホスト
電圧基準から電気的に隔離しなければならない。

Ｅｔｈｅｒｎｅｔ同軸ケーブルは、本質的に、遠隔地の
使用ホスト・ステーション間の中距離有線接続であるか
ら、基準電圧サージすなわちスパイクは、通例であり、
そのことを考慮に入れておかなければ、電圧サージは、
最悪の場合は、使用ホスト装置を破壊し、最良の場合で
も、ホスト・ステーションのデータを消してしまうこと
がある。

課題を解決するための手段ＬＳＩ（大規模集積回路）の進歩により、Ｉ・ランシー
バ・モジュールの回路は、従来のように大きな電力を必
要としないし、また従来のトランシーバ・モジュールの
ように大きな空間を必要としない。したがって、本発明
は、既製のスイッチング・レギュレータと付属回路を使
用し、可変既存入力電圧を用いて、調整された出力電圧
を発生させる装置を開示するものである。本発明は、既
知の同様な電力変換機より少ない部品、ソフトスターｌ
−・スレッシュホルド装置、過負荷保護装置、ＬＥＤ　
（発光ダイオード）動作指示器、および出力電圧微調整
用トリマーを使用している。

添付図面を参照し、以下の詳細な説明を読まれれば、発
明をより完全に理解することができよう。

実施例第１図は、本発明の原理によるＥｔｈｅｒｎｅｔ　）ラ
ンシーバ用の直流−直流電力変換機の回路図である。回
路に対する入力は、ホスト・ステーションからの直流電
圧で、この直流電圧は、本発明の直流−直流電力変換機
が内部に配置されるトランシーバ・モジュールに接続さ
れたホスト装置に応じて、約１１〜１６ボルト（ＤＣ）
の範囲で変わる。

Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブルは、多くの異なる種類のホス
ト装置のどれでもを接続することができる共同線ケーブ
ルであるから、ホスト装置によって供給されるこの電圧
を使用するのでなく、特定のホスト装置にかかわりなく
、適切に電圧変換するための直流−直流電力変換機が必
要になる。　Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブルまたはどれかの
ホスト・ステーションの基準電圧は、落雷を起こすあら
しの状態や静電放電から生じる高いサージ電圧にさらさ
れることがある。高価な電子機器が破壊されたり、にせ
のデータが現れたりしないように、これらのサージ電圧
から保護するため、Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブルと各ホス
ト装置との間を隔離しなければならない。このため、本
回路は、変成器Ｔ１の二次巻線およびＥｔｈｅｒｎｅｔ
ケーブルと、一次巻線／制御巻線およびホスト装置との
間の高電圧隔離を行う。したがって、たとえＥｔｈｅｒ
ｎｅｔケーブルに突然、たとえば２０００ボルトの高い
サージ電圧が現れても、この電圧スパイクは、回路の一
次側すなわち制御側にも、ホスト装置に伝わらない。逆
に、ホスト装置からのサージ電圧は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ
ケーブルに現れないし、Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブルに接
続された他のホスト装置の動作を混乱させることもない
。

ホスト装置が供給する直流電圧は、キャパシタＣ３，Ｃ
４と誘導コイルＬ１から成るパイ形フィルタの所で本回
路に提供される。キャパシタＣ４の両端の電圧は、回路
の他の部分に直流電圧を与えるために使われる。すなわ
ち、スイッチング制御器ＳＣは、この電圧を端子６で受
ける。スイッチング制御器ＳＣ内のスイッチは、ターン
オンして、キャパシタＣ４の（÷）側から、センス抵抗
器Ｒ１、変成器Ｔ１の一次側巻線Ｈ１を通り、次に制御
器ＳＣ内のスイッチを通りキャパシタＣ４の（Ｗ）側へ
電流が流れるようにする。このスイッチング制御器ＳＣ
として、市場で容易に入手できるモトローラ社のスイッ
チング制御器３３０６３を用いることができよう。すな
わち、電流は、制御器ＳＣのピン１．８へ、次にピン４
を経てグラウンドへ流れる。したがって、スイッチング
制御器ＳＣがターンオンすると、制御器ＳＣは、抵抗器
］（１を通って電流が流れるようにする、その電流は、
変成器Ｔ１の一次巻線訂を通って一定の割合で増加する
。電流が所定のレベルに達すると直ちに、検出抵抗器Ｒ
１の両端の電圧差がスイッチング制御器ＳＣのピン６．
７で検出される。２〜１０ボルト程度の所定の電圧で、
制御器ＳＣはターンオフして、変成器の一次巻線１１１
１を流れる電流を遮断する。

巻線−１を通る電流の流れが遮断されると、巻線−１を
取り巻く磁界に蓄えられたエネルギーが変成器の二次巻
線１１１２．Ｗ３を通って消失する。この結果、巻線Ｗ
２に誘導された電圧は、ダイオードＤ１を順方向バイア
スし、整流される。そしてキャパシタＣ１，Ｃ２と誘導
コイルＬ２から成るパイ形フィルタによってエネルギー
が蓄えられる。抵抗器Ｒ１および変成器Ｔ１の一次側巻
線１１１１を通る電流の流れが開始され、続いて遮断さ
れると、二次側巻線−２の出力が、逆にダイオードＤ１
を逆方向バイアスし、続いて順方向バイアスする。した
がって、キャパシタＣ２の両端の出力電圧は、回路内に
計画された通りの出力電圧になる。同様に、巻線ｌ１１
３に誘導された電圧は、ダイオードＤ３を順方向バイア
スし、整流され、そしてエネルギーがキャパシタＣ５に
蓄えられる。巻線誓２゜超は、磁気的に密接に結合され
ているので、電圧は、かなり比例する。

一次巻線−１および制御巻線１＋１３から二次巻線１ｌ
１２を隔てている点線は、第２図で詳しく説明するが、
変成器Ｔ１に組み込まれた高電圧隔離を示す。巻線Ｈ３
は、本来、二次巻線であるが、同様にＥｔｈｅｒｎｅｔ
ケーブル上の電圧スパイクから保護される。典型的な保
護は、２０００ボルトのサージ電圧に対するものである
。巻線１１１１の電流が所定のレベルまで一定の割合で
増加する時間は、入力電圧で変わる。典型的な増加時間
は、記載した変成器および１２ボルトの入力電圧で、７
〜８マイクロ秒である。

巻線−１の電流が遮断されると、ダイオードＤ２゜Ｄ３
が有限のターンオン時間を有しているので、スイッチの
両側に過大な電圧が現れることがある。

タイオードＤ２と、並列の抵抗器Ｒ４とキャパシタＣ７
は、この過大電圧からスイッチを保護する短時間減衰機
能を備えている。

第１図に示した構成部品によるサイクリングの周波数は
、出力キャパシタＣ２にかかる負荷、キャパシタＣ３に
加えられる電圧、回路部品の許容誤差により、毎秒２０
，０００〜７０，０００回の範囲で変わる。Ｃ１／Ｌ２
／Ｃ２のパイ形フィルタは、２０，０００〜７０．００
０サイクルを調整された出力電圧、たとえば９ボルト上
５％に平滑する。　　Ｃ３／Ｌｌ／Ｃ４のパイ形出力フ
ィルタは、ホスト・ステーション電源からの周期的な電
流を平滑する。

制御巻線−３は、もちろん２０，０００〜７０，０００
サイクルを検出し、ダイオードＤ３を介してキャパシタ
Ｃ３（Ｗ殻に、２．２μｆ）を充電する。キャパシタＣ
５にかかる負荷は、オペレータに回路が正しく動作して
いることを指示する信号を発するＬＥＤ　（発光ダイオ
ード）である。さらに制御巻線−３は、抵抗器Ｒ２，Ｒ
３のディバイダ回路へ電圧を与える。このディバイダ回
路は、出力電圧が過大のとき、一次エネルギー蓄積を減
少させる信号をスイッチング制御器ＳＣのピン５に与え
る。ピン５の電圧が高ければ高いほど、制御器ＳＣのオ
フの状態が長くなる。したがって、キャパシタＣ２の両
端の出力電圧は、加えられるいろいろな負荷によって調
整される。出力電圧は、提案した９ボルトに維持されな
ければならないが、負荷および回路の入力電圧は、かな
り変動してもよい。

回路の部品は必ずしも十分な精度を有しているとは限ら
ないので、トリマーＲ３が必要である。すなわち、もし
スイッチング制御器ＳＣと抵抗器財が５％の許容誤差を
有していれば、いろいろな負荷に対して出力側で調整す
るために、トリマー・ディバイダが必要になる。

入力電圧が低すぎるとき動作を禁止するために、ツェナ
ー・タイオードＺＤとトランジスタＱ１の回路が制御器
ＳＣに結合されている。抵抗器とツェナー・ダイオード
ｚＤとトランジスタＱ１は、入力電圧が十分高くなるま
で、スイッチング制御器ＳＣをオフにするため、キャパ
シタＣＢ　（一般に、４７０μｆ）の両側を高い電圧に
維持する。トランジスタＱ１は、入力電圧が所定の電圧
、たとえば１０ボルトに達するまで、ツェナー・ダイオ
ードＺＤによってオフに保たれる。そのあとツェナー・
ダイオードＺＤを通ってトランジスタＱ１のベースに電
流が流れる。このトランジスタＱ１がターンオンし、そ
のコレクタが低くなり、ダイオードＤ４を逆方向にバイ
アスし、必然的に回路をキャパシタＣ６から切り離す。

このキャパシタＣ６が充電されると、制御器ＳＣは、動
作が禁止される、しかしダイオードＤ４が逆方向バイア
スされると、制御器ＳＣは、自由に動作でき、動作周波
数でオン・オフを切り替えることができる。したがって
、この入力回路は、入力電圧が増加しているとき、スイ
ッチング制御器ＳＣを制御し、制御器ＳＣが一次巻線を
通して過大な電流を流すのを防止するように動作する。

このように、ソフトスタート機能により、入力電圧が直
流−直流変換動作を維持する程度に高くなるまで、直流
−直流変換を行うことができない。

万一スイッチング制御器ＳＣが動作してない状態で、一
次巻線１ｌ１１に電流が流れても、制御巻線１１１３に
電圧上昇は生じない。したがって、ＬＥＤは発光せず、
直流〜直流変換を十分に行うには回路に十分な入力電圧
が加えられていないことがオペレータに指示される。

第２図は、変成器Ｔ１の巻線の構造を示す。最初に一次
巻線−１として、プラスチック・ボビンに巻２８番電線
が１２回巻かれる。次に二次巻線−２として３０８電線
が１４回巻かれ、最後に、制御巻線−３として３０番電
線が２１回巻かれる。短絡を防止し、かつ高いサージ電
圧から保護するために、各巻線は、十分に絶縁される。

巻線の順序は、変成器の場合重要である。一次巻線Ｗｌ
と二次巻線ｎ間の誘導結合は、できるだけ大きいことが
望ましい。出力電圧は、電気的でなく、制御巻線１１Ｉ
３により磁気的に調整されるので、制御巻線によって与
えられる電圧が出力電圧に等しいかまたは比例するよう
に、二次巻線Ｗ２と制御巻線−３間のリークは、できる
だけ小さいことが望ましい。

巻線を結合する鉄芯は、２個のカップとボットコアによ
うな形で、互いにはｔり合って、変成器の支持体および
磁束キャリヤになるにのような構造の典型的な変成器の
直径は、実際には約１７２インチになろう。ここに記載
した巻線数は、例示にすぎず、直流−直流変換された電
圧が供給される集積回路の負荷によって決定された必要
な出力電圧に基づいて決まる。

以上、発明をその特定の実施例について説明したが、こ
の分野の専門家は、発明の真の精神および範囲の中で、
この実施例から、いろいろな変更を行ったり、あるいは
構成要素を均等物で置換することもできよう。また発明
の基本原理の範囲内で多くの修正を行うこともできよう
。

【図面の簡単な説明】第１図は、本発明の原理による直流−直流電力変換機の
略回路図、第２図は、本発明に必要な変成器の巻線構造を示す略図
である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）その入力を出力ヘ周期的に開閉するスイッチング
制御器（ＳＣ）、加えられた直流信号が通る検出抵抗器（Ｒ１）、その一
次巻線（Ｗ１）側の入力エネルギー・レベルを所定の蓄
積エネルギー・レベルでその二次巻線（Ｗ２）へ伝達す
る変成器（Ｔ１）、前記二次巻線（Ｗ２）に接続され、前記変成器（Ｔ１）
をまたぐエネルギー・パルスの伝達による電圧出力を、
調整された直流信号出力に平滑する出力フィルタ、を備え、前記一次巻線（Ｗ１）は、前記検出抵抗器（Ｒ
１）へ接続され、前記入力は、スイッチング制御器（Ｓ
Ｃ）へ接続され、前記スイッチング制御器（ＳＣ）は、
前記検出抵抗器（Ｒ１）の両端の電圧を検出して、ター
ンオンおよびターンオフすることにより、前記検出抵抗
器（Ｒ１）、前記変成器（Ｔ１）の前記一次巻線（Ｗ１
）、および前記スイッチング制御器（ＳＣ）を流れる電
流を遮断し、それにより前記変成器（Ｔ１）の前記一次
巻線（Ｗ１）から前記二次巻線（Ｗ２）へ蓄積エネルギ
ーが伝達されることを特徴とする直流−直流電力変換機
。
（２）さらに、前記一次／制御巻線または前記二次巻線
のどちらかに現れることがある高いサージ電圧すなわち
スパイクから保護するため、前記一次巻線（Ｗ１）およ
び制御巻線（Ｗ３）を前記二次巻線（Ｗ２）から電気的
に絶縁する高電圧絶縁手段を前記変成器（Ｔ１）内に備
えていることを特徴とする請求項１に記載の直流−直流
電力変換機。
（３）さらに、前記検出抵抗器（Ｒ１）および前記スイ
ッチング制御器（ＳＣ）へ変換すべき前記直流電圧信号
を提供するため、入力電力信号を受け取り、それを平滑
する入力フィルタを備えていることを特徴とする請求項
２に記載の直流−直流電力変換機。
（４）さらに、前記スイッチング制御器（ＳＣ）に接続
され、入力電力信号の電圧レベルを監視して、入力電力
信号が所定のレベルに達するまでは、前記スイッチング
制御器（ＳＣ）がオン・オフの開閉動作を開始しないよ
うにする回路を備えていることを特徴とする請求項３に
記載の直流−直流電力変換機。
（５）さらに、前記スイッチング制御器（ＳＣ）の動作
を表す信号を前記スイッチング制御器（ＳＣ）の別の入
力へ提供する前記変成器（Ｔ１）の二次側制御巻線（Ｗ
３）、前記入力へ接続され、前記スイッチング制御器（ＳＣ）
の開閉速度を制御するため前記入力上のレベルを変更す
るトリマー（Ｒ３）、前記入力へ接続され、前記変換機が正しく動作している
とき発光する発光ダイオード、を備えていることを特徴とする請求項４に記載の直流−
直流電力変換機。
（６）前記二次側制御巻線（Ｗ３）は、前記二次巻線（
Ｗ２）に現れることがある高いサージ電圧すなわちスパ
イクから保護するため、前記二次巻線（Ｗ２）から電気
的に絶縁されているが、前記一次巻線（Ｗ１）から電気
的に絶縁されていないことを特徴とする請求項５に記載
の直流−直流電力変換機。