JP6382473B1 - パルス制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
以下では、メカリレーを備えた電気機器の新規な構成を説明する前に、これと対比される比較例について簡単に説明しておく。
図2は、メカリレーを備えた電気機器の第1実施形態を示す図である。本実施形態の電気機器1は、パルス制御装置10とメカリレー20を有する。
図3は、メカリレー20の一構成例を示す図である。本構成例のメカリレー20において、電磁部21は、リレーコイル21aと、鉄心21bと、接極子21cと、カード21dと、を含む。一方、接点機構部22は、固定接点22a及び22bと、可動バネ22cと、可動接点22dと、を含む。また、メカリレー20は、外部との電気的な接続を確立するために、外部端子T21〜T24を備えている。
図2に戻り、パルス制御装置10の構成及び動作について述べる。本実施形態のパルス制御装置10には、スイッチ出力部100と、出力帰還制御部200と、ローパスフィルタ部300が集積化されている。また、パルス制御装置10は、外部との電気的な接続を確立するために、外部端子T11〜T14を備えている。
図4は、ローパスフィルタ部300の一構成例を示す図である。本構成例のローパスフィルタ部300は、抵抗301及び302(抵抗値:R301及びR302)と、キャパシタ303と、を含む。抵抗301は、パルス出力電圧Voの帰還入力端(=外部端子T12)と帰還電圧Vfbの出力端との間に接続されている。抵抗302とキャパシタ303は、帰還電圧Vfbの出力端と接地端との間に並列接続されている。
図5は、オン時間設定部230の一構成例を示す図である。本構成例のオン時間設定部230は、抵抗231と、キャパシタ232と、スイッチ233と、コンパレータ234と、を含む。
図6は、ゲート制御部240の一構成例を示す図である。本構成例のゲート制御部240は、Dフリップフロップ241と、レベルシフタ242と、ドライバ243及び244と、を含む。
図7は、パルス制御装置10による出力帰還制御動作の一例を示すタイミングチャートであり、上から順に、帰還電圧Vfb(実線)及び基準電圧Vref(一点鎖線)、セット信号S1、充電電圧Vchg(実線)及び基準電圧VREF(一点鎖線)、リセット信号S2、ゲート制御信号S3、上側ゲート信号G1、下側ゲート信号G2、並びに、パルス出力電圧Voが描写されている。
図8は、メカリレーを備えた電気機器の第2実施形態を示す図である。本実施形態の電気機器1は、先出の第1実施形態(図2)をベースとしつつ、パルス制御装置10の出力帰還制御部200にタイマ250が追加されている点に特徴を有する。そこで、第1実施形態と同様の構成要素については、図2と同一の符号を付すことにより重複した説明を割愛し、以下では、本実施形態の特徴部分について重点的な説明を行う。
図10は、メカリレーを備えた電気機器の第3実施形態を示す図である。本実施形態の電気機器1は、先出の第2実施形態(図8)をベースとしつつ、パルス制御装置10に外付けされるディスクリート部品として、回生ダイオード30とフィルタ40が追加されている点に特徴を有する。そこで、本実施形態と同様の構成要素については、図8と同一の符号を付すことにより重複した説明を割愛し、以下では、第3実施形態の特徴部分について重点的な説明を行う。
図11は、メカリレーを備えた電気機器の第4実施形態を示す図である。本実施形態の電気機器1は、先出の第1実施形態(図2)をベースとしつつ、出力帰還制御部200における出力帰還制御方式として、ヒステリシス制御方式(ボトム検出オン時間固定方式)ではなく電圧モード制御方式が採用されている点に特徴を有する。そこで、本実施形態と同様の構成要素については、図2と同一の符号を付すことにより重複した説明を割愛し、以下では、第4実施形態の特徴部分について重点的な説明を行う。
図12は、発光ダイオード(以下では、LED[light emitting diode]と呼ぶ)を備えたメカリレーの一例を示す図である。本構成例のメカリレー20は、先に説明した電磁部21及び接点機構部22(本図ではリレーコイル21aのみを明示)のほかに、抵抗23とLED24を含んでいる。なお、抵抗23の第1端は、リレーコイル21aの第1端とともに、外部端子T21に接続されている。抵抗23の第2端は、LED24のアノードに接続されている。LED24のカソードは、リレーコイル21aの第2端とともに、外部端子T22に接続されている。
図16は、メカリレーを備えた電気機器の第6実施形態を示す図である。本実施形態の電気機器1は、先の第5実施形態(図14)をベースとしつつ、パルス制御装置10がメカリレー20に内蔵されている点に特徴を有する。以下、パルス制御装置10の外部端子T11〜T15、並びに、メカリレー20の外部端子T21〜T22及び外部端子T26(=外部端子T25に代えて新設)の接続関係を中心に説明する。
図17は、メカリレーを備えた電気機器の第7実施形態を示す図である。本実施形態の電気機器1は、先の第1実施形態(図2)と基本的に同一の構成であるが、スイッチ出力部100の下側スイッチ120に付随するボディダイオード120Bが明示されている。
図18は、メカリレーを備えた電気機器の第8実施形態を示す図である。本実施形態の電気機器1は、先の第7実施形態(図17)と基本的に同一の構成であるが、スイッチ出力部100の下側スイッチ120(=同期整流トランジスタ)に代えて、整流ダイオード130が用いられている。すなわち、スイッチ出力部100の整流方式が同期整流方式から非同期整流方式(ダイオード整流方式)に変更されている。
図19は、メカリレー20にパルス制御装置10を内蔵する場合の実装例(=メカリレー20の内部に敷設されたフレームに直接パルス制御装置10を実装する基板レス実装の一例)を示す図である。
最後に、種々の実施形態で説明してきたパルス制御装置10と、比較例のDC/DCコンバータX30(特にそのコントローラICX31)との相違点について述べておく。
以下では、これまでに説明してきた種々の実施形態について総括的に述べる。
なお、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。例えば、バイポーラトランジスタとMOS電界効果トランジスタとの相互置換や、各種信号の論理レベル反転は任意である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
10 パルス制御装置
20 メカリレー
21 電磁部
21a、21a1、21a2 リレーコイル
21b 鉄心
21c 接極子
21d カード
22 接点機構部
22a、22b 固定接点
22c 可動バネ
22d 可動接点
23 抵抗
24 発光ダイオード(発光素子)
25 台座
26 ボビンケース
26a、26b、26c 側面
27 上蓋
30 回生ダイオード
40 フィルタ
41 コイル
42 キャパシタ
100 スイッチ出力部
110 上側スイッチ(出力トランジスタ:PMOSFET)
120 下側スイッチ(同期整流トランジスタ:NMOSFET)
120B ボディダイオード
130 整流ダイオード
200 出力帰還制御部
220 コンパレータ
230 オン時間設定部
231 抵抗
232 キャパシタ
233 スイッチ
234 コンパレータ
240 ゲート制御部
241 Dフリップフロップ
242 レベルシフタ
243、244 ドライバ
250 タイマ
260 エラーアンプ
270 オシレータ
280 コンパレータ
300 ローパスフィルタ部
301、302 抵抗
303 キャパシタ
400 LED駆動部(発光素子駆動部)
401 NMOSFET
402 抵抗
T11〜T15、T21〜T26 外部端子
FR1〜FR3 フレーム
Claims (16)
- スイッチング素子としてMOSFETを含み、直流入力電圧から前記MOSFETのオン/オフによりパルス出力電圧を生成して負荷に供給するスイッチ出力部と、
前記パルス出力電圧の帰還入力を受けて帰還電圧を生成するローパスフィルタ部と、
前記帰還電圧の入力を受け付けて前記パルス出力電圧の平均値が一定となるように前記スイッチ出力部の前記MOSFETを制御する出力帰還制御部と、
を有し、
前記MOSFETを含む前記スイッチ出力部、前記ローパスフィルタ部、及び、前記出力帰還制御部は、1つのチップに集積化されていることを特徴とするパルス制御装置。 - 前記ローパスフィルタ部は、コイルを含まないことを特徴とする請求項1に記載のパルス制御装置。
- 前記ローパスフィルタ部は、前記パルス出力電圧の帰還入力端と前記帰還電圧の出力端との間に接続された第1抵抗と、前記帰還電圧の出力端と接地端との間に並列接続された第2抵抗及びキャパシタと、を含むことを特徴とする請求項2に記載のパルス制御装置。
- 前記パルス出力電圧のスイッチング周波数は、人間の可聴周波数帯域よりも高いことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のパルス制御装置。
- 前記パルス出力電圧のスイッチング周波数は、20kHz〜300kHzであることを特徴とする請求項4に記載のパルス制御装置。
- 前記パルス出力電圧のスイッチング周波数は、70kHz〜140kHzであることを特徴とする請求項5に記載のパルス制御装置。
- 前記出力帰還制御部は、前記直流入力電圧のレベルに依ることなく、前記パルス出力電圧の平均値が所定の値で一定となるように前記スイッチ出力部を制御することを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載のパルス制御装置。
- 前記直流入力電圧は、6V以上48V以下であることを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載のパルス制御装置。
- 前記スイッチ出力部は、前記MOSFETとして、上側スイッチに相当する第1MOSFETと下側スイッチに相当する第2MOSFETを含むことを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載のパルス制御装置。
- 前記負荷としてリレーコイルが接続されることにより、メカリレーの駆動装置として機能することを特徴とする請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載のパルス制御装置。
- 前記出力帰還制御部は、前記メカリレーのオン/オフ制御信号に応じて前記パルス出力電圧の生成可否が制御されることを特徴とする請求項10に記載のパルス制御装置。
- 前記出力帰還制御部は、前記パルス出力電圧の生成動作を開始してから、前記リレーコイルに流れる励磁電流が少なくとも動作電流値を上回るまで、前記パルス出力電圧の目標平均値を第1レベルに設定し、その後、前記励磁電流が復帰電流値を下回らない範囲で、前記目標平均値を前記第1レベルよりも低い第2レベルに引き下げることを特徴とする請求項11に記載のパルス制御装置。
- メカリレーと、
前記メカリレーのリレーコイルにパルス出力電圧を印加する請求項10〜請求項12のいずれか一項に記載のパルス制御装置と、
を有することを特徴とする電気機器。 - 前記パルス出力電圧のスパイクノイズを除去するフィルタをさらに有することを特徴とする請求項13に記載の電気機器。
- 前記フィルタのLC値は、系の安定性に影響を与えない範囲で任意に選択可能であることを特徴とする請求項14に記載の電気機器。
- 前記パルス制御装置は、前記メカリレーの筐体に収納されていることを特徴とする請求項13〜請求項15のいずれか一項に記載の電気機器。
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