JPH02502240A - 正弦波の形をした1次電流を有する高周波整流器 - Google Patents
正弦波の形をした1次電流を有する高周波整流器Info
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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−100kH
z)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。T
i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、N05
FET 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D
2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T
R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、U
rS−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S
U2 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1
1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m
1lk、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、t2−2
T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f
h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R
19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 (1)
- 【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(U r)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(U s)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。
Applications Claiming Priority (2)
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