JPH02502240A

JPH02502240A - 正弦波の形をした１次電流を有する高周波整流器

Info

Publication number: JPH02502240A
Application number: JP63509283A
Authority: JP
Inventors: リネ，アルフレッド; ウオルペルト，タデウス
Original assignee: テレフオンアクチーボラゲツト　エル　エム　エリクソン
Priority date: 1987-11-20
Filing date: 1988-11-15
Publication date: 1990-07-19
Also published as: SE460007B; GB2219447A; WO1989005057A1; GB8915037D0; SE8704605L; FI893386A; SE8704605D0; FI893386A0

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】正弦波の形をした１次電流を有する高周波整流器技術分野本発明は、幹線から入って来る交流電圧、例えば２２０ＶＡＣ，を所望の直２！電圧、例えば５０ＶＤＣ。

に整流するのに用いる請求の範囲第１項の前文による高周波整流装置に関する。

本発明による装置は主として電話交換機に電力を供給するのに用いられる。

背景技術高周波整流式のスイッチ・モード整流器は、電気通信プラントおよび他の応用の ′Ｒｍに広く使用されるようになっている。本明細書において、高周波整流とは整流器が幹線供給の周波数よりも事実上高い周波数で作動するチョッパ整流回路を含むことを意味する。例えばトランジスタ形のような低周波整流器に比べて、この整流形式の顕著な利点は小形・軽量の構成部品、無雑音の作動および迅速な調整である。

この整流器形式の通常の解答は、１９８６年ＩＮ置装［Ｃ議事録、第８１頁のディー・ジエー・ベツカ−（Ｄ、Ｊ。

Ｂｅｃｋｅｒ）手記によるｒ３０００Ｗ高周波、単相、スイッチ・モード形、電気通信電池充電器」に示されている。

供給電圧はダイオード・ブリッジで整流され、かつコンデンサによって平滑にされる。整流された幹ＩＩ電圧は、高スイツチング周波数（通常２Ｏ−１００ｋＨｚ）に適応した高速半導体スイッチおよび磁石部品の使用によりこの周波数で直流変換器で出力直！電圧に変換される。

説明された解答に伴う不利な点は、整流器が極めてひずみの強い交流電力を幹線から受けることである。効率が悪く、整流電流には供給の際に厄介な騒乱を作る若干の倍音が含まれよう。ひずみの強い１次電流を有する整流器は、予備電源（ディーゼル・エンジンおよび発Ｎ機）からの供給をも困難にし、例えば不安定および電圧ひずみを生じさせる。

上述の欠点は正弦波形の１次電流を生じる装置を含むある構造につながった。Ｔｉ電流波形こうした能動変換法は、１９８６年、ＩＮ置ＦＣの議事録、第８９頁に記載されたエフ・エフ・スブーナ−（Ｆ、　Ｆ、　５ｐｏｏｎｅ）手記による「理想化された性能を持つスイッチ・モード電力供給」などから知られている。

ここでの理想は、高周波で作動する特殊調整装置が幹線供給の半周期の間に何度もＩｆ流の１１時値に影響を及ぼすことである。

この場合、おのおの自らの半導体スイッチと調整回路とを有する２つの整流段階が使用される。前Ｗ１調整器は電流波形に影響を及ぼすが、変換器はその入力電圧を幹線電圧から隔離された出力電圧に変換する。変換器の調整回路は作動モード次第で、出力電圧または電流を一定に保つ。

＃ｌ１１１１器および変圧器におけるスイッチング周波数は困難であるかもしれないが、両段階は高周波で作動する。

このような整＆器は、幹線電圧と同位相の正弦波電流を幹線から取り上げる。主入力から見て、整流器は抵抗性負荷と考えられる。整流器はそのｉｌｌに対する完全な解答を与えるが、その実現は比較的高価で、夜霧で、そして作業量が多い。

発明の開示本発明の目的は、上述のすべての問題に対する解答、すなわち下記、を与える高周波整流装置を提供することである、ａ）ａｄｉｔでエネルギーを幹１ｍ電圧から隔離された適当な出力電圧に変換ｂ）　出力の電圧や電流を一定に調整Ｃ）　　１次電流の波形を幹線電圧と同位相の正弦波形にする能動影響したがって本発明による整流器は請求の範囲第１項記載の特徴部分に開示された識別機能を与えられている。

図面の簡単な説明本発明を下記の添付図面に関してこれから詳しく説明する。

第１図は本発明のＷ流ｉ装置のブロック図であり、第２図は本発明の整流器にあるスイッチング素子に供給される制御パルスの時間チャートであり、第３図は本発明のＩｉ流器の１次電流の時間チャートであり、第４図は本発明の整流器の２次′ｒｉ流の１間チャートであり、第５図は本発明による整流２の１次および２次電流の１間チャートである。

発明を実施する最良の態様本発明および第１図による高周波整流装置は、入って来る幹線電圧Ｕｎを、例えば２２０■および周波数５０Ｈ２で正弦波形の交流電圧を、全波Ｉｌ！する整流ブリッジＤＢを含む。幹線電圧は完全に正弦波形である必要はなく、上述によりひずみを受けるとともに倍音を含むことがある。

整流ブリッジＤＢはインダクタＴＦの１次巻１に１を含む１次電力回路、Ｎ０５ＦＥＴ　トランジスタＴＲを含む１ＩｌｌＩ１式スイッチング素子、および電流感知１１ｆとしての低オーム抵抗器Ｒに接続されている。

例えば変流器のような他種の電流感知装置も選択されることがある。

第１図の１ｉｉｔにはさらに、インダクタＴＦの２次巻線に２と、ダイオードＤ２と、コンデンサＣ２＋１５よびインダクタンスＬ１を含む平滑フィルタとを有する２次電力回路が含まれている。所望の直流電圧Ｕ。を生じる装置の出力を形成する電力回路の出力の両端にコンデンサＣ３がオプション接続されることがある。

本発明による整流装置はこうして、２個の巻１１ｋｌおよびに２を持つ唯一の磁気結合インダクタを含む１次電力回路を有するが、この場合１次巻１ｉｋ１は１次電力回路内で制御式スイッチング集子ＴＲに接続され、かつ２次ｉ１；ｌｋ２は２次電力回路に接続されている。そのときスイッチング素子ＴＲは、整流器がいわゆるフライバック整流器として働くように１ＩＩＪＩＩｌされ、すなわちトランジスタＴＲが導通する間中、磁気エネルギーは１送電流ｉ、によって蓄積され、またスイッチング素子がブロックされる間中、インダクタＴＦは２次電力回路の両端で放電される。これは第２図〜第５図に関して詳しく説明する。

整流装置はさらに、整流済みの入力電圧を所望の出力直流電圧Ｕ。に変換する調整方式を形成する２個の調整装２Ｒ１およびＲ２を含む。

調整装置Ｒ１は出力電圧Ｕ　を基準電圧Ｕ、と比較する比較器ＪＦ１と、比較器ＪＦ１からの出力電圧Ｕ、を他の調整装置１Ｒ２に対してガルヴァーニ電気隔離する変換回路Ｇとを含む。変換回路Ｇは、例えば、既知の種類の光スィッチであることができる。

他の調整装ａｔ！Ｒ２はマルチプライヤＭと、比較器ＪＦ２と、ｔｉｅｍパルスをトランジスタＴＲに送る制御式パルス発振器ＰＯとを含む。これらの制御パルスは、例えば２　Ｑ　ｋＨ２Ｈ３Ｏ＋周波数よりはるかに高い固定周波数ｆｈを有する可変デユーティ・サイクルを持つ。パルス発振器ＰＯは固定周波数を送る発振器と、発振器によりクロックされかつ比較器ＪＦ２からの出力信号によりゼロにされるマルチバイブレータ回路と、駆動回路とを含むことがある。いわゆるＶＣＯ，すなわち比較器ＪＦ２からの出力信号により制御される周波数を持つ制御式発振器、を有することもできる。下記の場合、送られたパルスの周波数ｆｈは一定だが、パルス幅は比較器ＪＦ２からの出力信号に応じて変化する。

第１図による装置の機能は次の通りである。第１：ＩＩ整装置Ｒ１にある比較器ＪＦＩは、出力電力Ｕ０と基準電圧Ｕ　との差を与える信号Ｌ１１．を送るが、この場合口「２　は主としてＵｌｒと同じであるが、出力回路からガルヴァーニ電気分離されている。

マルチプライヤＭは全波整流された幹線電圧を受けるとともに、Ｕ　とＵ、との差を示す電圧Ｕ２．を受ける。

こうしてマルチプライヤはＵ、と同じである大きさＵｒｓを送るが、ここで振幅はＵ２．の変化に応じて変化する。

全波整流された幹線電圧Ｕ、は、ここに示される調整１１Ｒ２の実施例に使用されている。幹線電圧、例えばそのＯｌと同期されるディジタル正弦波発生器の助けを借りてＵ　および次にＵｒｓを形成することもできる。

比較器ＪＦ２は値ＬＩＲ−ＲＸ　ｒ　１によって表わされる１次ｘｉ　＋　１の感知された値と大きさＵｒｓとの差を作る。

ここで説明される実施例では、パルス発振器ＰＯは定周波数ｆ、を持つ制御パルスをトランジスタＴＲに送るが、そのデユーティ・サイクルは比較器ＪＦ２からの出力の大きさＵｆの値に応じる。大きさＵｔはアナログまたはディジタルのいずれかの電圧であることができる。第２図には、パルス発振器ＰＯからの制御パルスが示されている。１−０ではＵ　、、＞　Ｕ　Ｒと思われ、トランジスタＴＲはターン・オンされる。１１が１−１１で与えられた値まで増加したとき、ＵｒＳ−ＵＲかつ制御パルスはＯであり、その結果トランジスタＴＲは導通をやめてｉ　１−０となる。電圧降下ＵＲは、トランジスタＴＲがもう一度導通するまで時間ｔ１−”ｒのあいだ中Ｏに等しくなるのは、パルス発振器が固定周波数で制御パルスを送るからである。こうして１次電流＋　１は与えられた周波数ｆｈで「スイッチ・オン」され、また制御パルスの変化する位相角で「スイッチ・オフ」される（第３図参照）。こうして１次ｘｙｔ　＋　１はりｒｓの形に従う。

しかし、大きさＵ　は全波整流された正弦波電圧Ｕ、と大きざＳＵ２　との積であり、Ｕ２　は基準電圧Ｕｒからの出力「　　　　　　　　　　　　　　　　　　「電圧Ｕ。の偏向を示す。第３図によるパルス・パターンは、正弦波の頂部からゼロに向って対称である。

例えば、負荷増加による、出力電圧Ｕ。の降Ｆをいま考えてみる。実際の電流１１は正しいＵ。まで増加することはできず、その大きさＵｌ　およびＵ２．が増加す「る。この変化により大きさＵｒｓは増加された値を持つようになる。順次、ＵＲとの比較後、これは時間Ｔ、２Ｔ。

３Ｔ、・・・で各振幅値についてＵｔまで増加された値を与える。周波数ｆｈは幹線周波数よりもはるかに大きい（ｆｈは幹線周波数の４００倍を越える）ので、１次電流１１はＵ　の一定値が保たれると同時に電圧Ｕ、の波形に常に従うように１次Ｘ流ｔ　１の極めて迅速な調整が行われる。

２次電流１２の様子が第４図に示されている。上述の通り、変換段はフライバック整流器として作動し、すなわちトランジスタＴＲが導通して１次電流１１が流れるとき、１次巻ｌ１ａｋ１によるインダクタＴＦの磁化が存在する（第３図）。トランジスタＴＲがブロックされると、インダクタＴＦは巻ＩＩａｋ２により減磁され、出力回路に２次１ｆ流１２が流れる（１４図参照）。第３図に示された通り、パルス・パターンは正弦波の頂部からゼロ通過に向って対称である。こうして出力電圧Ｕ。の調整は、いわゆる電流モードＩＩＩＩｌｌである正しい値（−基準値ＬＪ、、）まて制御される１次電流１１によって行われる。

第５図は巻線に１およびに２がＮ流を導いている時間のあいだ、ならびに供給される正弦波交番電圧Ｕ、の半周器の間、それらに現われる両電圧に共通な時間チャートを示す。

ｔ−０，ｔ−Ｔ、ｔ−２Ｔなどで、トランジスタは第２図によるＩＩＪ御パルスによって導通状態にｌｌｙｌｍされ、また時ｍｔ、ｔ２．−・・でトランジスタＴＲはブロックされる。そのとき１次側および２次側の機能は異なる時間電圧増加を開始する。巻１ｍｋ２の両端の電圧降下は、ダイオードＤ２がブロックされてこのダイオードに電流が流れない（＋　２　＝　Ｏ）ような極性を持つ。巻ｍ１ｌｋ、は磁化されるであろう。

中断される。これは、ダイオードＤ２が導通するように２次巻線に２の両端の電圧降下が逆転されである（負の）値まで瞬時成長することを意味する。電流１２はコンデンサＣ２をある電圧まで充電する。これは、インダクタンスＬ１の抵抗が小さいので、主として出力電圧Ｕ。では巻１１１ｋ２の両端の電圧降下が逆転されて、ダイオードＤ２がブロックされ、すなわち１２−０であることを示す。

同時にその電圧は、さらに加えられる正弦波電圧Ｕ３次第でより高い開始位置からすぐに巻１ｋｌの上に作られる。

Ｕ、の半波に続く時間の間、上記による巻線に１゜ｋ２の電圧降下の交互逆転がある。巻ｌｋｌの電圧時下は、この巻線が１通している時間（ｔ−Ｔ、ｔ２−２Ｔなど）の間一定（負）の値に保たれる。出力電圧Ｕ。は主として充電されたコンデンサＣ２の電圧であり、それは主として一定である。

２次巻線電圧の電圧−１間−面積は時間１，１２゜すなわちデユーティ・サイクルに左右される。巻線の２つの電圧の電圧−Ｆｆ１間−面積は等しいので、２次電圧もデユーティ・サイクルに左右される。こうしてインダクタＴＦは第２図による制御パルスのデユーティ・サイクルの変化と共に適時に変化する電圧比を与える。変圧器の機能は正弦変調式フライバックであり、したがって変換器の変圧機能と同じではない。

１次電流１１の値を調整する他の調整装置Ｒ２にある内部帰還ループは周波数ｆｈに適応した＾速で作動する一方、出力電圧Ｕ　をスイッチする第１調整装置Ｒ１９にある外部帰還ループはより低速で作動するが、出力電圧の良好な調整を保証するに足る速度で作動する。

国際調査報告

Claims

【特許請求の範囲】入力する交流電圧（Ｕｎ）を与えられたレベルで出力する直流電圧（Ｕｏ）まで整流する高周波整流装置であり、ａ）整流済の直流電圧（Ｕｓ）を作る入力交流電圧（Ｕｎ）用の整流デバイス（ＤＢ）と、ｂ）制御式スイツチング素子（ＴＲ）および回路を流れる電流を感知する装置（Ｒ）を含む入力回路と、ｃ）整流器（Ｄ２）およびコンデンサ（Ｃ２）を含む前記直流電圧（Ｕｏ）を得る出力回路と、ｄ）前記入力回路と出力回路とを磁気結合する装置と、ｅ）感知された出力直流電圧（Ｕｏ）を基準電圧（Ｕｒ）と比す較るときのこの電圧（Ｕｏ）により、かつ感知された電流を直流（Ｕｓ）の瞬時値に比例する値（ＵｒＳ）と比例するときのこの電流により、前記スイッチング素子（ＲＴ）を制御する制御量を作る第１および第２調整制御（それぞれＲ１ならびにＲ２）と、ｆ）幹線周波数に比べて、前記制御量（Ｕｆ）による可変デューティ・サイクルを持つ定められた高パルス周波数（ｆｈ）を有するパルスを制御式スイツチング素子（ＴＲ）に出す制御式パルス発振器（ＰＯ）と、を含む前記高周波整流装置において。前記磁気結合装置は２つの磁気結合巻線（ｋ１，ｋ２）を持つインダクタ（ＴＦ）を含み、巻線の１つ（ｋ１）は入力回路の一部でありかつ他の巻線（Ｋ２）は出力回路の一部であり、１つの巻線は入力回路のスイッチング素子（ＴＲ）と直列でありかつ他の巻線は前記整流器（Ｄ２）およびコンデンサ（Ｃ２）と直列であり、卷線の１つ（ｋ１）はスイッチング素子｛ＴＲ）が導通している時間（Ｏ −ｔ１・Ｔ−ｔ２・など）のあいだに前記整流済交流（ｕｓ）で変調されたパルス形電圧が作られるように磁化されかつ他の巻線（ｋ２）はスイツチング素子（ＴＲ）がブロツクされている時間（ｔ１−Ｔ，ｔ２−２Ｔ，など）の間に一定振幅のパルス形電圧が作られるように磁化される、ことを特徴とする前記高周波整流装置。