JP2002520991A - 電力供給ラインから流れる電流の高調波を制御するモジュール装置 - Google Patents
電力供給ラインから流れる電流の高調波を制御するモジュール装置Info
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Abstract
Description
計や構成の技術の使用によって電気機器によって電力供給ラインから流れる電流
の高調波を制御する方法に関する。
振幅および位相を成形するという課題には多大な労力が費やされてきた。スイッ
チ・モードおよび共振コンバータがDC-DC(直流−直流)、DC-AC(直流−交流)
、AD-DC(交流−直流)、AC-AC変換に広く使用されている。いくつかの用途にお
いては、電力変換の目的はコンバータの入力における電流を成形することである
。例えば、有効力率補正(Active Power Factor Correction(APFC))回路として
従来知られている電力入力の段階において、そのコンバータの機能は、電源(電
力供給ライン)から供給されるAC電流がその電源電圧とほぼ同じ形状および位相
で現れることが保障されなければならない。このようにして統一された力率(PF
)が得られる。
いる。一般に、力率が悪いといくつかの問題、即ち、低送電効率、同じ電力供給
ラインに接続される他の装置の通常の機能に対する妨害、また、電圧形状のひず
みも生じる。負荷装置によって生じる電流の高調波(harmonics)の許容できる
レベルを制御する任意の、または特定の標準的な装置が、高い電力の質を維持す
るために多くの国によって取り入れられてきた。
である。APFCのない現状のスペクトルの構成要素を見ると、基本的な(最初の)
高調波成分は、実際に引き出された電力に関係する。その電流の大きさの根2乗
平均は基本的な大きさのレベルを越えて増加する。ヒューズや回路遮断器のよう
な保護要素の機能が電流の根2乗平均によって影響されるので、電流の根2乗平
均を増加させることは電力供給ラインから引き出される最大の電力レベルを制限
してしまう。APFCを備えた電気機器は電流の根2乗平均を基本的な高調波に等し
いレベルにすることができる。従って、電源供給ラインから引き出される電力は
その最大の理論値のレベルに到達し得る。
路の実施が非常に重要であることは明白である。さらに、APFCのコストがもとの
装置の機能に対して付加的な費用になるという事実を考慮するとそのAPFC回路の
コストは非常に重要である。結果として、APFCユニットは製造時に経済的な方法
を使用して組み立てられるべきであり、なんらかの既存の装置への組み込みが簡
単であるべきである。
理的に実施するためには、いくつかの既知の方法が使用される。このような場合
、この装置の設計者は所望されるAPFCステージを形成するための集積回路(ICs
)と同様に、能動または受動素子を使用する。通常、多くの構成要素を含む設計
は、比較的コストが高いことや信頼性が低いことのようないくつかの欠点に苦し
む。さらに、これらの設計は多くのワイヤ接続を必要とし、その結果、電磁干渉
(Electro-Magnetic Interference(EMI))やグランド・ノイズ(ground noise)に
対して感度が比較的高くなり、他の技術的な欠点になる。
つの“ブロック”(APFCブロック)を構成する。これを実施することは、電気的
な観点からの設計上の問題を根本的に解決してくれるが、十分な熱放散に対する
設計への要求が残ってしまう。さらに、他の(この種の製品においてより優れた
)製造業者から普通に販売されている分離型のAPFCユニットは、コストがより高
くなってしまう。他の欠点としては、この実現化は、通常、大量生産による低コ
ストの利益を有するIC技術と両立しないという事実である。さらにAPFCブロック
を使用する問題点としては、これを実施すると、すべての熱を放出する構成要素
、即ち、メイン・スイッチ、ダイオードおよびインダクタンスコイルが互いに隣
接しているという事実である。このように接近していると、深刻な熱放散の問題
につながり、そのようなモジュールの電力を扱う能力を制限してしまう。さらに
、この構成要素が隣接するため、EMIの制限は、すべてを複雑化し、コストが高
くなり、性能が低下し、重いスナビング(snubbing)、遮蔽およびフィルタリン
グが必要になる。
、1またはそれ以上の力率と高調波補正のモジュール、1またはそれ以上のDC-D
Cコンバータ・モジュールおよび電力変換モジュールのための電源用バックアッ
プとに分けられた電源が記載されている。各モジュールは、要求される様々な仕
様によって所望される電源を構成するために随意的に組み合わされる。しかしな
がら、IC技術へ実際に使用されず、さらに最適な熱放散に関して有利でないので
、この構成は単純性に欠ける。
た4つのターミナルの実施例が記載されている。その制御回路は、その回路のフ
ィードバック・ループに基準信号を発生させるために信号微分器(signal diffe
rentiator)を備える。微分器はそれらの中でも非常にノイズに敏感であり、出
力信号を損なうおそれがある。高周波ノイズが注入される特徴を有するパルス幅
変調の昇圧コンバータ(Pulse Width Modulation Boost converters)のような
スイッチ回路もまた使用することに問題がある。本特許から生ずる他の問題とし
ては、導線の電圧から出力される基準フィードバック信号は、任意に制御された
導線の電流の形状を変形させる付加的なノイズを含むことである。
路を制御するために(導線の電圧から)部分的な電力供給が生ずることである。
高電力のAPFCステージにおいては数ワットの部分的な電源が必要とされる。この
目的のために外部の電源を使用することは、付加的な回路およびピン接続が要求
され、コストを増加させる。他のアプローチとしては、出力電圧の分圧器からの
、若しくはメイン・スイッチを介しての電圧からの電力供給をすることである。
このアプローチは、特に高電力用の場合に、非常に効率が悪い。
が入力コイルの後に配置されるという事実のため、その入力整流器として高速ダ
イオードが必要になる。ここで、信号は、高速の整流ダイオードが要求されるス
イッチング周波信号であり、それにより、高い電力の損失を避ける。高速のダイ
オードを使用することによって、(そのようなダイオードはより高価なため)コ
ストが高くなり、また高いスイッチング・ノイズをも導いてしまう。
テージという課題をまだ十分に解決していない。
するためのAPFCユニットを提供することである。
である。
ることである。
制御する回路を有するAPFCユニットを提供することである。
である。
おける欠点を解決するAPFCユニットを提供することである。
御するためのモジュール化された装置の構成と関係する。この装置は、付加的な
高周波をフィルタリングするキャパシタを有する整流回路モジュールと、スイッ
チ・コントロール・アセンブリ(SCA)モジュールであって、すべて半導体パ
ワー・デバイス制御回路およびそれらの配線から形成されるものと、整流回路モ
ジュールから流れる電流を平滑化にする入力インダクタンスコイルと、出力電圧
をフィルタリングする出力キャパシタとから形成される。
補正は整流された入力電圧を高い周波数で制御されたスイッチングによって得ら
れる。さらに、整流は、SCAの出力に直列接続された高周波整流ダイオードに
よって実行される。制御回路は、SCAの入力電流および出力電圧の両方をサン
プリングし、制御信号に応答して固有のパルス幅変調器によってスイッチング・
トランジスタを制御する。その制御回路には、電源によってSCAモジュール内
の入力(inlet)を介して電力が供給される。好ましくは、付加的なソフト・ス
イッチングは、SCAの入力と出力との間に接続されたインダクタンス、キャパ
シタおよび2つの整流ダイオードにより形成される組込み型オン動作スナバ(an
integrated turn-on snubber)を使用することによって得られる。これら2つ
のダイオードはSCAモジュール内に組み込まれている。
、低電力用のモノリシック集積回路として、若しくは中、高電力用のハイブリッ
ド回路として製造され、いずれの場合も3端子または2ポート熱放散パッケージ
(2 port heat dissipating package)でパッケージされる。この構成を使用す
ることによって、高い電力を取扱う能力が得られる。この構成は、また、集積化
のために必要とされる配線の数を減少させ、大量生産の単位コストも減少させる
。半導体製品のように製造することができない、インダクタンスやいくつかのキ
ャパシタのようなSCA作用のために要求される受動素子は、モノリシック設計
の場合にはSCAパッケージ内の、若しくはハイブリッド設計の場合にはモジュ
ール内の適切な入力を介して接続する。
搭載することができるようにする。本構造のモジュールや構成要素の異なる端子
の間の配線は、プリント配線板やアルミナ板上にワイヤおよび/または導電性の
トレースを使用して設けられ、それにより、低コストの構造になるとともに労力
が軽減する。本装置は、さらに、SCAモジュールの切り替え電圧から、若しく
は出力電圧から印加される内部電源を備える。
参照しつつ以下の説明および模倣でない(non-imitative)好適な実施の形態の
詳細な説明によってより良く理解されるであろう。
、従来例の構造が説明される。PWMブースト・コンバータとして知られているAPF
Cステージの典型的な従来例の実施形態が図1に示されている。入力のAC電圧は
、4つのダイオードから形成されるアレイ1によって整流され、入力インダクタ
ンス2(Lin)と、スイッチ3(S1)と、高周波用整流器4(D2)と、出力フィ
ルタリング・キャパシタ5(C0)と、抵抗器6(RL)と示されている負荷とを含
むブースト・ステージに流れ込む。スイッチ3はデューティ・サイクルDの高周
波制御信号によって駆動し、それにより、出力電流iinの形状は整流された入力
電圧VivRの形状に従う。それによって、(インダクタンス2の手前にある)入力
端子は抵抗としての特性を有する。即ち、力率(PF)は全体として等しい。
る。入力AC電圧は、4つのダイオードから形成されるアレイ7によって整流され
、入力インダクタンス8(Lin)と、金属−酸化膜−半導体電界効果トランジス
タ(MOSFET)スイッチ9(Q1)と、高周波用整流器10(D2)と、出力フィルタ
リング・キャパシタ11(C0)と、抵抗器16(RL)と示されている負荷と、IC
有効力率(APF)制御器12であってその補助的な受動素子回路17を備えるも
のと、電流検出用抵抗器13(RS)と、電圧検出用抵抗器18(Rac)と、抵
抗器14(R1)および15(R2)から形成される出力電圧ドライバとを含むブ
ースト・ステージに流れ込む。MOSFETスイッチ9はAPF制御器12からの高周波
制御信号によって駆動される。本形態では、いくつかの構成要素(例えば、イン
ダクタンス8およびキャパシタ11)は比較的大きなサイズであり、マイクロエ
レクトロニクス技術とは両立しない。APF制御器12および整流器10のような
他のシリコン半導体はモノリシックICチップ上に製造される。しかし、図2に示
すステージは、ワイヤで結合されている多くのディスクリート部品を含み、APFC
ステージの簡素化を不可能にしている。例えば、整流入力電圧VivRを検出しなけ
ればならないので、ワイヤが流入ポイント“c”および制御器12の間に接続さ
れなければならない。出力電圧を調節するために、ポイント“b”(電圧ドライ
バ(R1、R2)の出力)での電圧もまた制御器12によって検出される。
似する完成したステージ(出力フィルタリング・キャパシタ20を除く)を含む
他の従来例が示される。本形態では、すべての熱放散要素は近くに隣接し、熱を
除去することが困難である。
)を含むAPFCステージを示し、このAPFCステージでは入力電圧VivRの検出は不要
である。ポイント“a”での電圧Vaは、最大振幅V0の脈動電圧(pulsating vo
ltage)であり、スイッチ21(S1)が導通していないときのTOFFという期
間持続する。その結果、ポイント“a”での平均電圧Vavは
クルDONは、
fS=1/TS)と比較して低い周波数であり、従って、1つのまたはいくつかのス
イッチング期間の間では一定と考えることができる。電力ステージが適切に制御
された場合、インダクタンス22(Lin)を介した低周波電圧はほとんどゼロで
ある(電力ステージが適切に制御されなかった場合には、電流は大きな値に上昇
してしまう)。即ち、
ラムされる場合には、
十分に大きい場合には、場合には、式9により、入力電流は力電圧に従う。従っ
て、コンバータ・ステージは、次の入力抵抗を有する抵抗器と考えることができ
る。
より制御し得る。実際に、出力電圧は負荷24(RL)を様々なものにしても一定
に保たれる。このことは、閉制御ループをKに確立することによって得ることが
できる。検出用抵抗器25(RS)によって検出された入力電流(iina)に比例
する電圧vin電圧は乗算器26(M)へ印加される。エラー増幅器27は、基
準電圧Vrefと出力電圧Voを比較し、乗算器26内へ印加されるエラー電圧Veを
発生する。因子Kによってiinaに比例する積viin・Veは、PWMモジュレータ28
内へ印加され、式7によりデューティ・サイクル・パルス(Doff)を発生する。
・パルス(Doff)を発生させるためにMOSFETスイッチ29内に流れる電流を利用
する。検出抵抗器30(Rs)はMOSFETスイッチ29と直列に設けられ、検出抵抗
器30(Rs)を介した電圧は入力電流iinaを測定ために使用される。この従来
例は、上記した図4の従来例と同様に、入力電圧の検出が要求されず、必要な配
線の数を低減させる。
、互いに接続される4つの基本サブ回路、2つのモジュールおよび2つの構造上
の要素から形成される。第1のモジュールは汎用されている入力整流器アレイ3
1(D1)を含む。このモジュールは電力供給ラインに接続される1つの入力と1
つのDC出力とを有する。この入力は、通常、電力供給ラインから入るノイズを抑
制するために従来から存在するノイズ・フィルタによって予めフィルタリングさ
れる。キャパシタ(C1)は整流器アレイの出力を介して付加的に接続され、それ
により、整流された電圧の高周波成分を接地する。スナバが使用される場合には
、第1の構成要素は入力インダクタンス32(Lin)であり、入力インダクタン
ス32(Lin)はタップが設けられ(tapped)、追加のインダクタンスを含むこ
とができる。このインダクタンスは整流モジュールとSCAモジュールとの間に接
続される。
り、スイッチング装置、制御器、整流器および電源回路というすべて半導体の素
子から成る。このモジュールの入力は、入力インダクタンス32(Lin)を介し
て第1のモジュール31の出力に接続され、その出力は負荷に接続される。その
SCAモジュールはON時のスナバを付加的に含むことができる。本発明によれば、S
CAモジュールは3つの端子、即ち、1つは入力用、1つは出力用および1つは設
置用の端子を有し得る。
配線が非常に少なく、電力の順方向の流れおよび信号が単純である。さらに、3
つの電力放散要素、入力整流器アレイ31(D1)、入力インダクタンス32(Li n )およびSCAの物理的な配置は、精密性を要しないので、熱を最も良く除去でき
るようにそれらを個別に実装し得る。
の実施の形態では、SAC35は、上述の図6と同じ構造に接続されているが、2
ポートのネットワークとして接続されている。この構造はSCA内の入力電流の検
出をすることができ、それによって、制御回路を簡素化している。
用ダイオード36(D2)がSCA37から分離されている。この構造は冷却および
実装により良い構成を採ることを可能とする。
に実施することができる。図9には、本発明に従ったSCA回路の代表的な実施の
形態を示す。本SCA回路では、すべてのマイクロエレクトロニクスの組込み可能
な構成要素が互いにグループ化されている。SCAを動作させるために必要な内部
電源(Vcc)は、電流源38(Iaux)、電力供給の安定化のためのツェナー・ダ
イオード39(DZaux)および平滑キャパシタ40(Caux)を含む補助回路を使
用して出力電圧から得ることができる。高電力用の場合には、平滑キャパシタ4
0(Caux)はSCAモジュールの外側に配置される電解コンデンサでよい。こ
のSCAの実施の形態は、図4を参照して上述された制御回路によって制御され
る典型的なPWMモジュレータを採用している。
設されている。チャージ・ポンプ用キャパシタ(CX)は、陽極の正端子と直列に
接続し、スイッチング・トランジスタのドレインに接続すればよい。整流ダイオ
ード(DX)は、チャージ・ポンプ用キャパシタの出力と直列に接続する。電力を
供給する出力電圧を安定させるためのツェナー・ダイオード(DZaux)は、整流
ダイオード(DX)とグランドとの間に接続されている。平滑キャパシタ(Caux
)はツェナー・ダイオード(Dzaux)と並列に接続されている。インダクタンス
(LX)は、他の整流ダイオード(DX1)と直列に接続され、チャージ・ポンプ用
キャパシタ(CX)の第2の端子とグランドとの間に接続されている。
ダイオードDZauxを使用する代わりに、固定の、若しくは調節可能な電圧調節器
によって安定させている。この電圧調節器はその出力において、比較的良く波動
を抑制する。電圧調節器の入力は整流ダイオードDxの陰極に接続し、その共通の
端子は接地され、さらに、電源用の出力電圧は、電圧調節器の出力から印加され
、平滑キャパシタCauxによってフィルタリングされる。
源(pulsating source)(Vpulse)に接続することができる。矩形波入力の各
立上り端のために、チャージ・ポンプ用キャパシタ41(CX)は一定の電荷Qx1
を出力Vccに供給する。電荷Qx1は次の式で与えられる。
ように、fsのスイッチングの周波数に従い不連続の電荷Qx1によってVcc端子内
へ流れ込む電流Icc1は次の式で与えられる。
とき、チャージ・ポンプ用キャパシタ41(CX)は、インダクタンス42(Lx)
とともに共振回路を形成し、電圧がキャパシタ41を通してVccに届くまでキャ
パシタ41(CX)を充電する。電圧がVccに届いた瞬間に、インダクタンス42
(Lx)の電流は、ゼロへ減少するまでVcc端子内へ流れ込む。キャパシタ41(C X )からVccへ移動したエネルギーは次のように与えられる。
たエネルギーのほとんどが補われる。
において説明した共振電源を組み込んだ組込体(integration)を示している。
このような組込体は、スイッチ43(S1)に“ソフト・スイッチング(soft swi
tching)”を与えることによって、昇電力ステージの動作を改善することができ
る。キャパシタ44(CX)は、スイッチの両端に発生する電圧の比率を緩和する
ことによって、スイッチに対するOFF時スナバとして機能する。スイッチを通し
ての電圧、およびスイッチを通しての電流の両方が存在する重複時間は減少し、
スイッチングのロスを減少させる。さらに、キャパシタ44(CX)は、電源(実
際には図1におけるインダクタンスLin)によって充電(または放電)され、そ
の充電(または放電)の過程にはほとんどロスが無く、その結果、効率が改善さ
れる。
によって、さらに改良されたAPFCステージが形成される。このようなアプローチ
については図12に図示されている。タップを有するインダクタンス45(Lin )、ダイオード46(Ds1)およびダイオード47(Ds2)は、スナバ要素(イ
ンダクタンス48[Lr]およびキャパシタ49 [Cr])と協働してON時のスイッチ
ングのロスを減少させる。さらに、本発明において説明したモジュール設計は、
記述したスナッビング回路または他の任意のスナッビング回路を付加してもなお
保持される。
される可能性がある。図13には、本発明の好適な実施の形態に従った、上述し
た図6のAPFCステージの構成が示されている。SCAモジュールは、モノリシック
(チップ)ICとして製造され、4ピンパッケージ50内にパッケージされている
。本構成は主として低電力の用途に適する。
テージの構成が示されている。本構成でも、SCAモジュールはモノリシック(チ
ップ)ICとして製造され、5ピンパッケージ51内にパッケージされている。本
構成も主として低電力の用途に適する。
示されている。SCAモジュールは、マルチ・チップ・ハイブリッド回路(multi-c
hip hybrid circuit)として製造され、サブ・アセンブリ53をベースとした副
(associate)プリント回路板(PCB)を備える3ピンパッケージ52内にパッケ
ージされている。本構成は主として中または高電力の用途に適する。
電源を使用することを好む場合には、外部からの電源用の外部ピンを簡単に設け
ることができる。しかしながら、主としての特徴は、SCAモジュールと他の構成
要素との間の配線の数を減少させることに関する。
部電源および本発明に従ってON時のスナバ回路を含み、マルチ・チップ・ハイブ
リッド回路として製造される。整流器アレイは分離型モジュール60内に含まれ
る。入力インダクタンス61(Lin)は、この場合タップ付インダクタンスであ
り、スナッビング回路インダクタンス62(Lr)およびスナッビング回路キャパ
シタ64(Cr)と同様に、ICまたはハイブリッドの技術と両立しないので、SCA
モジュールの外部に配置されている。スイッチング・トランジスタ77(Q1)を
制御する制御回路はIC素子を使用して実施される。電圧Vrefは、抵抗器R2および
ツェナ−・ダイオードD2によるVccから生じ、エラー増幅器68(U3)へ供給さ
れる。エラーの結果は、サンプリング抵抗器71(Rs)を通した電圧とともに乗
算器72(U4)内へ供給される。その乗算器からの出力電圧Vmは、ランプ電圧Vr amp とともにコンパレータ66(U1)内へ供給され、Vpのピーク値とゼロとの間
を変化し、それによって、スイッチング周波数fs(fs=1/Ts)を決定する。
(Dz1)によるVccから決定される。電源65(U5)は、キャパシタ69(Cramp
)をVrampへ充電する。Vrampは、Vpとともに他のコンパレータ67(U2)内へ供
給され、コンパレータ67は、Vramp がVmを越えたときに所定の短期間トランジ
スタ70(Q2)を駆動させることによってCrampを放電する。このようにして、
スイッチング・トランジスタ77(Q1)が導通していない間の期間Toffは、Vmに
比例するので、(上述した式7をより)入力電流iinaにも比例する。本構成を
使用した場合、SCAモジュール78、IC、半導体、抵抗器、キャパシタ、および
インダクタンス63(Lx)を含むすべての要素を1つのハイブリッド回路内に組
み込むことができる。
いる。整流器アレイ80とICおよび/またはハイブリッド回路であるSCA84と
は、金属線を有する熱放散パッケージ(例えば、アルミナ)内に各々パッケージ
ングされ、熱伝導性の接着剤またははんだによって付着させ、PCB89内の固定
孔81および92をそれぞれ穿孔することによって、ヒートシンク90上に実装
される。PCB89はねじを使用して、若しくははんだ付けによってケースに実装
される。
。入力タップ付インダクタンス82(Lin)、スナバ・インダクタンス83(Lr
)、スナバ・キャパシタ86(Cr)および出力キャパシタ87(C0)は、PCB材
料上に接着またははんだ付けされる。キャパシタ93(C1)は、整流された電圧
の高周波成分をフィルタリングするために使用され、整流器アレイ80の出力を
通して付加的に接続される。これらの構成要素の各端子は、PCB上の対応する銅
パッドにはんだ付けされる。
するものであり、本発明を特定の手段に限定するものではない。当業者に理解さ
れるように、本発明は、上述した手段からの1の技術より多くの技術を採用する
ことによって、本発明の範囲を逸脱することなく、非常に様々な手段で実行する
ことができる。
ステージの図。
ステージの図。
PFCステージの図。
って形成されているAPFCステージの図。
御するためのモジュール化された装置の構成と関係する。この装置は、整流ダイ
オードのアレイを有する第1の整流回路モジュールであって、その入力が電力供
給ラインに接続されるものと、第2のスイッチ・コントロール・アセンブリ(S
CA)モジュールであって、その出力電圧と前記電力供給ラインからの電流とを
サンプリングすることによって前記電力供給ラインを介した電圧に従って前記電
流を制御するものとを含む。第2のSCAモジュールは、電力スイッチおよび制御器
並びにそれらの配線であって、その入力が、整流モジュールからの電流をフィル
タリングするために、直列に接続された少なくとも1つの入力インダクタンスを
通して前記第1の整流回路モジュールの出力に接続されているものと、前記負荷
における出力電圧波をフィルタリングするために前記負荷および前記SCAの出力
に並列に接続される少なくとも1つの出力キャパシタとを含む。
り、スイッチング装置、制御器、整流器および電源回路というすべて半導体の素
子から成る。このモジュールの入力は、入力インダクタンス32(Lin)を介し
て第1のモジュール31の出力に接続され、その出力は負荷に接続される。その
SCAモジュールはオン動作スナバを付加的に含むことができる。本発明によれば
、SCAモジュールは3つの端子、即ち、1つは入力用、1つは出力用および1つ
は設置用の端子を有し得る。
において説明した共振電源を組み込んだ組込体(integration)を示している。
このような組込体は、スイッチ43(S1)に“ソフト・スイッチング(soft swi
tching)”を与えることによって、昇電力ステージの動作を改善することができ
る。キャパシタ44(Cx)は、スイッチの両端に発生する電圧の比率を緩和す
ることによって、スイッチに対するオフ動作スナバとして機能する。スイッチを
通しての電圧、およびスイッチを通しての電流の両方が存在する重複時間は減少
し、スイッチングのロスを減少させる。さらに、キャパシタ44(Cx)は、電
源(実際には図1におけるインダクタンスLin)によって充電(または放電)さ
れ、その充電(または放電)の過程にはほとんどロスが無く、その結果、効率が
改善される。
とによって、さらに改良されたAPFCステージが形成される。このようなアプ
ローチについては図12に図示されている。タップを有するインダクタンス45
(Lin)、ダイオード46(Ds1)およびダイオード47(Ds2)は、スナバ要
素(インダクタンス48[Lr]およびキャパシタ49 [Cr])と協働してON時のス
イッチングのロスを減少させる。さらに、本発明において説明したモジュール設
計は、記述したスナッビング回路または他の任意のスナッビング回路を付加して
もなお保持される。
部電源および本発明に従ってオン動作スナバ回路を含み、マルチ・チップ・ハイ
ブリッド回路として製造される。整流器アレイは分離型モジュール60内に含ま
れる。入力インダクタンス61(Lin)は、この場合タップ付インダクタンスで
あり、スナッビング回路インダクタンス62(Lr)およびスナッビング回路キャ
パシタ64(Cr)と同様に、ICまたはハイブリッドの技術と両立しないので、SC
Aモジュールの外部に配置されている。スイッチング・トランジスタ77(Q1)
を制御する制御回路はIC素子を使用して実施される。電圧Vrefは、抵抗器R2およ
びツェナ−・ダイオードDz2によるVccから生じ、エラー増幅器68(U3)へ供給
される。エラーの結果は、サンプリング抵抗器71(Rs)を通した電圧とともに
乗算器72(U4)内へ供給される。その乗算器からの出力電圧Vmは、ランプ電圧
Vrampとともにコンパレータ66(U1)内へ供給され、Vpのピーク値とゼロとの
間を変化し、それによって、スイッチング周波数fs(fs=1/Ts)を決定する
。
Claims (25)
- 【請求項1】 電気装置による電力供給ラインから流れる電流の高調波を調節するためのモジ
ュール装置であって、 a)整流用ダイオードのアレイを含む第1の整流器回路モジュール、 b)電力スイッチと制御器およびそれらの相互配線を含む第2のスイッチと制
御器のアセンブリ(SCA)モジュール、 c)整流モジュールから流れる電流をフィルタリングする少なくとも1つの入
力インダクタンス、および d)負荷において生ずる出力電圧リップルをフィルタリングする少なくとも1
つの出力キャパシタ、 を備えるモジュール装置。 - 【請求項2】 a)前記整流器の入力と前記電力供給ラインとの間の接続部、 b)前記整流器モジュールの出力と前記SCAとの間の接続部、 c)前記SCAの入力と前記整流器との間をインダクタンスを介して接続する
接続部、 d)前記SCAの出力と前記出力キャパシタとの間の接続部、 e)前記インダクタンスの入力と前記整流器との間の接続部、 f)前記インダクタンスの出力と前記SCAの入力との間の接続部、および g)前記キャパシタと前記負荷との間の並列接続部、 をさらに備える請求項1に記載のモジュール装置。 - 【請求項3】 前記SCAは、 a)前記SCA入力と並列に接続されるスイッチング・トランジスタ、 b)前記SCA出力と直列に接続される高周波用整流ダイオード、 c)前記SCA入力と直列に接続される電流検出用抵抗器、および d)前記スイッチング・トランジスタを制御する制御回路であって、該制御回
路の1の入力は前記電流検出用抵抗器に接続され、他の入力は前記SCAの出力
に接続されている制御回路、 を備えることを特徴とする請求項1に記載のモジュール装置。 - 【請求項4】 ソフト・スイッチイングのためのONへの切替スナバが、前記スイッチと制御
器のアセンブリに接続され、該スナバの入力および出力は前記SCAの入力およ
び出力にそれぞれ接続されることを特徴とする請求項2に記載のモジュール装置
。 - 【請求項5】 前記スナバは、 a)前記入力インダクタンスのタップと前記出力との間を接続する2つの整流
ダイオード、 b)前記SCAインレットと直列に接続されているインダクタンス、および c)前記2つの整流ダイオードの間の共通の端子と前記SCAインレットとの
間を接続するキャパシタ、 を含むことを特徴とする請求項4に記載のモジュール装置。 - 【請求項6】 前記スナバの前記2つの整流ダイオードは前記SCAモジュール内へ組み込ま
れていることを特徴とする請求項4または請求項5に記載のモジュール装置。 - 【請求項7】 前記制御回路は、 a)基準電圧源、 b)乗算器によって動作するパルス振幅モジュレータであって、前記乗算器の
出力に従ってデューティ・サイクルの切替えを制御する前記スイッチング・トラ
ンジスタのゲートに接続されるパルス振幅モジュレータ、 c)前記エラー電圧および前記入力電流検出用抵抗器を介する電圧が印加され
る乗算器、 d)前記基準電圧および前記出力電圧に接続される増幅器であって、前記出力
電圧と前記基準電圧との差に比例するエラー電圧を前記乗算器に印加する増幅器
、 を含むことを特徴とする請求項2に記載のモジュール装置。 - 【請求項8】 前記SCAは前記制御回路のための内部電源回路を含むことを特徴とする請求
項3に記載のモジュール装置。 - 【請求項9】 前記制御回路のための外部電源器は前記SCAへのインレットを介して前記S
CAに接続されることを特徴とする請求項3に記載のモジュール装置。 - 【請求項10】 前記スイッチと制御器のアセンブリ・モジュールは、3端子ユニットとして実
施され、1つの入力端子、1つの出力端子および1つの共通端子を含むことを特
徴とする請求項2に記載のモジュール装置。 - 【請求項11】 前記スイッチと制御器のアセンブリ・モジュールは、4端子2ポートユニット
として実施され、1つの入力ポートおよび1つの出力ポートを含むことを特徴と
する請求項2に記載のモジュール装置。 - 【請求項12】 前記スイッチと制御器のアセンブリ・モジュール内には半導体素子のみが含ま
れ、該スイッチと制御器のアセンブリ・モジュールはモノリシック集積回路とし
て製造されることを特徴とする請求項7から請求項11のいずれかに記載のモジ
ュール装置。 - 【請求項13】 前記スイッチと制御器のアセンブリ・モジュールは、マルチ−チップ・ハイブ
リッド回路として製造され、それによって電力を取り扱う能力を向上させている
ことを特徴とする請求項7から請求項11のいずれかに記載のモジュール装置。 - 【請求項14】 前記スイッチと制御器のアセンブリ・モノリシック集積回路は、他のユニット
に接続するために適切なパッケージでパッケージングされていることを特徴とす
る請求項12または請求項13に記載のモジュール装置。 - 【請求項15】 前記パッケージは熱を良く放散する熱放散パッケージであることを特徴とする
請求項14に記載のモジュール装置。 - 【請求項16】 前記2つのモジュールは熱放散を高めることができるように分離して実装され
、それによって、前記装置の操作をする制御電力を増加させることができること
を特徴とする請求項1に記載のモジュール装置。 - 【請求項17】 前記高周波用整流ダイオードは第3のモジュールから無視され、熱放散を向上
させることのできる仕方でヒート・シンク上に分離して実装され、それによって
、当該装置の操作をする制御をさらに増加させることができることを特徴とする
請求項2に記載のモジュール装置。 - 【請求項18】 前記電源は、前記出力電圧から電力供給され、 a)前記出力電圧端子に接続されている電流源; b)前記a)の前記電流源によって電力供給されるツェナー・ダイオード; c)前記b)の前記ツェナー・ダイオードと並列に接続される平滑キャパシタ
; を含むことを特徴とする請求項8に記載のモジュール装置。 - 【請求項19】 パルス状電圧器から電力供給される共振ローカル電源であって、 a)チャージ・ポンプ・キャパシタであって、該チャージ・ポンプ・キャパシ
タの1つの端子は前記パルス状電圧器の陽極端子と直列に接続されるチャージ・
ポンプ・キャパシタ; b)整流ダイオードであって、前記ダイオードの陽極は前記a)のチャージ・
ポンプ・キャパシタの出力と直列に接続される整流ダイオード; c)電源の出力電圧の安定化のための電圧調整装置であって、該電圧調整装置
の入力は前記b)の前記整流ダイオードの陰極に接続され、該電圧調整装置の出
力は前記電源の出力電圧端子に接続され、該電圧調整装置の共通端子は前記パル
ス状電圧器の陰極端子に接続されている電圧調整装置; d)前記c)の前記電圧調整装置の出力と並列に接続されている平滑キャパシ
タ; e)インダクタンスであって、該インダクタンスの1つの端子が前記a)の前
記チャージ・ポンプ・キャパシタの第2の端子へ接続され、該インダクタンスは
前記チャージ・ポンプ・キャパシタと直列に接続して共振回路を形成し、該共振
回路は前記チャージ・ポンプ・キャパシタを充電するところのインダクタンス;
および f)整流ダイオードであって、該ダイオードの陰極は前記e)の前記インダク
タンスの他の端子に接続され、前記ダイオードの陽極は前記パルス状電圧器の負
端子に接続される整流ダイオード; を備えることを特徴とする共振ローカル電源。 - 【請求項20】 前記電圧調整装置はツェナ−・ダイオードであることを特徴とする請求項19
に記載の共振ローカル電源。 - 【請求項21】 前記電圧調整装置は定電圧レギュレータであることを特徴とする請求項19に
記載の共振ローカル電源。 - 【請求項22】 前記電圧調整装置は調整可能な電圧レギュレータであることを特徴とする請求
項19に記載の共振ローカル電源。 - 【請求項23】 高周波成分をフィルタリングするためのキャパシタが前記整流回路モジュール
の出力を介して付加的に接続されていることを特徴とする請求項1または請求項
2に記載のモジュール装置。 - 【請求項24】 モジュールの端子と構造上の構成要素または他のモジュールの端子との間に要
求される任意の電気的接続は、適切なワイヤおよび/または適切なプリント回路
板を使用して接続されていることを特徴とする請求項2に記載のモジュール装置
。 - 【請求項25】 電気装置による電力供給ラインから流れる電流の高調波を調節するための装置
であって、説明され図示されたものとほぼ同じもの。
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