JPS586038A

JPS586038A - 給電装置

Info

Publication number: JPS586038A
Application number: JP57107002A
Authority: JP
Inventors: フエイベルト・ブロツク
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1981-06-25
Filing date: 1982-06-23
Publication date: 1983-01-13
Also published as: NL8103063A; DE3223409A1; GB2101425A; GB2101425B; US4462071A; FR2508736A1

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】本発明は交流電圧又は交流電流用の整流回路と、負荷と
、上記整流回路をこの負荷に結合する平滑フィルタとを
具える給電装置に関するものである。

このタイプの既知の給電装！（電源回路）では整流回路
とその後段に続く平滑フィルタの動作により給電装置の
入力側で電流及び電圧が可成り歪むという問題に遭遇し
ている０この歪みの性質は整流回路の型（半波整流か全波整流か
）及び平滑フィルタの構造に依存する。

いずれにせよ電源回路がエネルギーを取シ出そうとする
（電源プル）交流回路内で高調波が発生する。そして、
例えばデータ伝送系において中継器即ち中間信号再生器
に遠隔給電する場合のように交流電源が消費点から非常
に遠い場合はこの歪みは使用に適さない電圧又は電流波
形を生ずる可能性がある。

本発明の目的は上述した問題を少なくとも部分的に解決
するにある０この目的１達成するため本発明によれば、前記平滑フィ
ルタとＩＩＴ紀負荷との組み合せを、前記平滑フィルタ
の入力インピーダンスが前記整流回路によりこの平滑フ
ィルタに提供さｎ、る全周波数スペクトルに対してほぼ
実であり月つ上記周波数スペクトルの各成分に対してほ
ぼ同じ値全とるように構成したことを特徴とする０図面につき実施例を挙げて本発明の詳細な説明する。こ
こに示さｊ、ている諸例Ｆｉ（全ての場合にそうする必
要はないが）回路の入力側の変圧器は中心タップ付きの
二次巻線を有し、全波整流器に接続されている０第１図に示す電源回路でＩけ入力変圧器全示し１その一
次巻＠２０Ｆ′ｉ交流電圧源の交流電流に接続できる０
人力変圧器Ｉの二次巻［２１け整流回路■の入力端子１
と２に接続するＯ入力端子１と整流回路■の出力端子１
４との間に整流要素、本例ではダイオード４ｔ−設ける
０同じように入力端子２と出力端子１４との間にダイオ
ード５を設ける。

入力変圧器Ｉの二次巻線の中心タップ８を整流回路Ｈの
出力端子１５に接続する０フイルタ■はチョークコイル
６、抵抗１１及びコンデンサ７を具える。チョークコイ
ル６及び抵抗１１は整流回路■の出力端子１４と電源回
路の出力端子１２との間に設ける０＊源回路のもう一つ
の出力端子１８け端子１５に接続する。電源回路の出力
端子１２と１８の間にコンデンサ７を設ける。

電源回路の出力端子１２と１８の間ＫＦ！抵抗の形態を
した負荷８も接続する０抵抗１１と８の抵抗値はいずれ
もＲオームとする０フイルターの他の要素の値は関係を満足するように選ぶ０但し、ここでＬはチョークコイ
ル６のインダクタンスの値であり、０はコンデンｔ７の
容量値であるＯそれ故整流回路ｌの出力端子１４と１５
の間には通常定抵抗回路と呼ばれる回路網が負荷として
接続されることになる。

即ちこの回路網は周波数に依存しない実の入力インビー
ダンスを有し、整流回路菖のスイッチングが完全でない
ため（これについては後忙第２図につき詳述する）電源
回路の入力側で歪みが生ずるたけである０この入力電流
又は入力電圧の歪みを評価できるようにする目的で簡単
のため整流回路Ｈの入力インピーダンスを逆並列に接続
さｆｌ、７？：２個のダイオード鴫及び６と関係（］）
に従う抵抗Ｒとの直列（ロ）路のインピーダンスである
と仮定する０正弦波電流源に接続した場合このインピー
ダンス（第２ｄ図参照）の両端間の電圧Ｖは第２ａ図に
示したような波形になる。この図でαけ２個のダイオー
ド令及び５のしきい値電圧に等しく、Ｋけ上記抵抗Ｒの
両端間にかかる純粋な正弦波電圧の波高値に等しい０こ
の時存在する歪みはこの波形のハツチングを施した矩形
波部によるものである。この矩形波部の基本波及び高調
波の振幅ａ　（ｎｌは次の関係ケ満足する。

これから明らかな通シｎが偶数の時Ｆｉａ（ｎｌ　＝　
Ｏとなる。しきい値電圧αた０、６ｖの場合基本波の振
幅ａ（１）は４　Ｘ　０．５ａ（１１＝　−＝０．６４　Ｖ π と与えられる。簡単な計算で判るように整流回路の入力
インピーダンス両端間の電圧の高調波の抑圧は次の関係
を満足する。

β凹＝２０×瞭（Ｅ＋　０．６４　）　＋２０　ｘｋ＋
ｇ　−ａ　　（８１前記入力インピーダンスを正弦波電
圧源に接続した場合は、このインピーダンスを流れる電
流の波形は＠２ｂ図に示したようになる。但し、ここで
（Ｅ−α）／ＲＶｉこのインピーダンスを流れる電流■
の波高値である（第２ｅ図参照）。第２ｂ図に示した電
流は第２０図に示すように純粋な正弦波電流からほぼ台
形波状の電流を引いたものと考えることができる。この
場合の歪みは第２０図にハツチングを入れて示した台形
波状部によるものである。この台形波状部の基本波と高
調波の振幅ａ　（ｎｌは次の関係を満足する。

ｘｎＲ２２ｎｋ’ 但し、整流回路Ｉの入力インピーダンスを流れる［流の高調波
抑圧は次の関係を満足する。

βｆｉ）＝　２（Ｊｅｂｇ（Ｅ−０，６４＞＋２０ｘｋ
ｙｚ　−式（５）の最后の項はＸ　＞＞　　αでｎが大
きすぎない時は余力重要ではない。

第８図の実施例では、第１図に示した例のチョークコイ
ル６と抵抗１１の組み合せが変圧器５゜の−次巻線で置
き換えられている。この変圧器５０の一次巻縁１ｏは整
流回路Ｉの出方端子１４と電源回路の出力端子１２との
閾に設ける。変圧器５０の二次巻線８ｏのｌ１ｉ１８１
及び８２は夫々ダイオード８８及び８４を介してｌＸ２
の整流回路ＴＶの出力端子８９に接続する。二次−１！
！線δ０の中心タップａ６は電源回路の第８の出力端子
１６に接続する。チョークコイル３５と抵抗８８の並列
回Ｖ！を整流回路ＩＶの出力端子８９と第４の出力端子
との間に設ける。を源回路の出力端子１６と１７の間に
コンデンサ９をｉｆｇｆｆする。

また出力端子１６と１７の間に第２の負荷抵抗１１′−
を接続する。抵抗１１’と８８の抵抗ａＦｉ等しくＲ／
であり、フィルタＶの他の要素の値は関係（１）を満足
するようなもの七する。但しく１）丈でＲけＲ′で置き
換え、Ｌけチョークコイル８５のインダクタンスの値と
し、ＣＶｉコンデンサ９のＷｊｌ値とする。第２の整流
回路■及び第２の平滑フィルタＶと組み合せて変圧器５
ｏを用いると出力端子１６と１７の間及び出力端子１２
々１３の間で見て第１図に示した電源回路で得られるよ
りも高い効率が得られる。これについては以下第４図及
び第５ａ図〜５ｃ図につき更に耽明する。

第４図の太い実線で示した曲線は正弦波信号を出力する
電流源で全波整流器を付勢した場合に、それから出力さ
れる定抵抗平滑回路の入力端子での電圧の波形を示した
ものである。周知のように直流電圧外は次式で示される
。

ｖＤＣ”−にせん頭値 π 第番図でけせん頭値はｌに知略化されている。この結果
第５ａ図に示すフィルタの全入力電力は次式のようにな
る。

フィルタの出力側の負荷抵抗Ｒｊで直流電力が消費さｊ
るがその量は次式で表わされる。

交流電力はとの交流電力は変圧器５０の二次巻線に接続されている
抵抗Ｒ０て消費さｊ、る。変圧器５０の禁圧比はＩＫ等
しいと仮定する。これけ抵抗Ｒ□が抵抗Ｒと同じ値を有
し、この抵抗Ｒ０両端間の交流電圧が値と波形の点でフ
ィルタの入力仰の交流電圧にほぼ等しいこと′ｆｒ童味
する。第４図ではこの交流電圧の波形が実線で示されて
いるが、この曲＃Ｊけゼロラインとして高さＹ＝２／π
　のレベルで図のＸ軸と平行に延在する直ｉＩｉ！を有
している。

図でこの波形の下側の区域０の面積は次式で計算さｊ、
る。

二この交流電圧を第５ｂ図で示した態様で整流すると抵抗
Ｒ工の両端間に第４図で八ツテングを施した区域０で示
したような電圧Ｖ′が生ずる０直流電圧値Ｖ５．　（第
４図にＦｉｖＸで示しである）ここで整流回路と抵抗Ｒ
□との間に例えば第１図に示した態様で定抵抗平滑フィ
ルタを設ける（第５Ｃ図参照）と、直流電力が第５ｃ（
！２１の終端抵抗Ｒ１で消費され、交流電力（第４図の
波形図で点を打った区域ｖｘｃで電圧波形が示されてい
る）が抵抗Ｒ２で消費される。Ｒ１の値をＲｏと等しく
すると共に、チョークコイル８５とコンデンサ９の値を
ここでも次式で与えられるものとする。

し第５ｃ図で変圧器の変圧比ｎをＩＫ等しいと仮定すると
、Ｒ□＝　Ｒ，＝　Ｒｏとなり、Ｒｏで消費される電力はこの電力を第１の整流処理で得られる直流電力に加える
と全直流電力が得られ、るが、これは次式のようになる
ＯＰ　　＋　Ｐ’　　＝　１．１７７　ＰＤ、（ｒ）ＤＣ
ＤＣ全電源回路の効率は次式のようＫなる。

１．１７７　Ｘ　８１．０６チ＝　９５．４３％　　（
ｓｌ上述した２個の電力を直接結合するため第５Ｃ図の
抵抗Ｒ□両端間の直流電圧を抵抗Ｒ８１ｉ！ｉｉ端間の
直流電圧と等しくすることができる。

Ｒｏ両端間の直流電圧はｖＤＣ＝÷であり、ｎ＝＝１の
場合Ｒ□両端間の直流電圧けｖＩｌ）ｃ＝門２である０
この代りに変圧比をｎ　　＝−＝　　２．８７５１に選ぺげＲ１両端間の直流電圧けＲ６ＷＩ端間の直流電
圧に等しくなり、抵抗Ｒ１とＲ８け下記の値をとるこ七
になる。

Ｒ□＝　Ｒ，＝　Ｃ，−＞　Ｘ　Ｒｏ＝　５，６４１＋
５Ｒ６このようにして第８図の回路で端子対１６．１７
を端子対１８．１２と首列に配置したものを最適化する
には抵抗８８及び１１’の各々の抵抗値を５．６４１８
Ｒとし、禁圧比ｎを２．８７５１に選ぶことになる０この時電源回路の合成負荷抵抗は次の通りでなければな
らない。

上述したようにして２個の直流電力ＰＤｃとＰＩ）ｃと
全一つにする仕りに別の態様で、例えば＠　６　ａ図の
抵抗Ｒ１ｆ流ｎる電流を抵抗Ｒ８ｆ流れる電流と等しく
することにより一つにすることができる〇抗Ｒ１を流れ
る電流はｎ＝１の場合この代りに面積Ｏに等しい変圧比ｎを最適化するならば
、抵抗Ｒ１とＲ３との値をいずれもＲ＝Ｒ”＝Ｏ”Ｒｏ
＝０．１７７８Ｒ，とする必要がある。

ｓこの時Ｒ１を＠ｔ’Ｌる電流は次の値をとる０このよう
にする場合は抵抗Ｒ１とＲ８を直列に接続する、即ち第
８図で端子１６を端子１２と接続する。この時抵抗８８
と１ｌｆｆ各々次の値ｔとる。

０．１７７２Ｒそして変圧比ｎは０．４２１０８に等しくする０電源回
うになる。

ＲＢ　＝　　１．１フフ８Ｒ以上の計算Ｆｉ賛圧器ｂθ、整流要素δ８及び８４蓮び
にチョークコイル８５で生ずる可卵性のある電力損失を
考慮に入れていない。こｊ、らの電力損失は一つにまと
めて変圧器５０の二次巻線の中心タップと直列に有効に
利用されない抵抗が入っているものと考えることができ
る。これによる所定の変圧比の理論値からのずれや効率
のゲインの変化は当業者ならば容易に計算することがで
きる０上述した２個の場合では第８図のフィルタＨの入力イン
ピーダンスを！１図のフィルタ■の入力インピーダンス
と等しいとおいである０しかし、このように入力電力を
等しいとする代夛に、第８図忙示す電源回路の出力電力
を関係式（ｒｌ汲び（８１で定められたような票１図の
電源回路の出力電力に対して大きくすることもできる。

第６図はｔＪｃ１図及び第８図に示したフィルタの代り
に使える定抵抗形のフィルタの数例１示したものである
０第１図に示した電源回路のフィルタ■又は第８図に示
した電源回路のフィルタマけ第６ａ、６ｂ、６ｃ及び６
ａ図に示したフィルタの一つで曾き排えることができる
。Ｋａ　ａ図及び第６ｂ図は純粋な定抵抗回路を示した
ものであり、第６０及び６ａ図はこれらの夫々の回路か
ら許される限シ簡易化して導びいたものである。この点
で注意すべきことは純粋な定抵抗動作ｔ′ｉ譬通必要な
いことである。蓋し、定抵抗入力は整流器で発生する周
波数に対して必要なだけであるからである０一般にそれはｆ＝ｏ及びｆ≧２Ｘ電源回路の入力側での
交ｆｉ信号の基本周波数である。

原理的には整流器の後段の平滑フィルタとしてもつと高
次のフィルタを使うこともできるが、そうすると付加的
な要素が必要となシ高価になシ易い０第８図に示した電源回路のフィルタ■け第６ｅ及び６ｆ
図に示したフィルタ■の−っで置き換えることができる
。第８図の電源回路のフィルタ■と同じく、ＦＩＸ　６
　ｅ及び６ｆ図のフィルタでも第６ａ図及び６ｂ図と比
較してチョークコイル６゜と抵抗１１とが変圧器５ｏの
一次巻線で置き檜見られている。変圧器５０の二次巻線
は整流回路πに接続する。ここでも−贋高次のフィルタ
を用いることもできる。

（第４図の電圧波形で点を打った区斌で示した）残留エ
ネルギーＦ！第３図の電源回路では抵抗８８で消費され
る。しかし、チョークコイル８５と抵抗８８の並列回路
を変圧器の一次巻線で置き換えることによ勺、フィルタ
■の入力電力の４．６７％に当るこの残留エネルギーを
例えば変圧器にょシこの電圧を昇圧したシ、整流電圧マ
ルチプライヤ回路（ｒｅｃｔｉｆｙｉｎｇ　ｖｏｌｔａ
ｇｅ　ｍｕｌｔｉｐｌｉａｒ　ｃｉｒｃｕｉｔ）を用い
ることにより光通信システム内の受信機のフォトダイオ
ード回路に給電するのに必要な高電圧を発生させるよう
に有意義に利用することもできる。

以前に第８図の電源回路の出力端子１６及び１７間如得
られるｉｌｊ流エネルギーをこの電源回路の出力端子１
２及び１８間に得られるＩＩｒｆｉエネルギーに加えて
電源回路の効＊を高くする仕方を計算したが、このよう
な加え合わせは必要不可欠なもの−ではなく、殊に出力
端子１２と１８の間に生ずるのと異なる第２の直流出力
が必要な場合は実行することもできない０原理的には変
圧器５０のダ圧比を適当に選ぶことによ゛り出力端子１
６と１７の間に如何ような電圧でも得ることができる。

しかし、フィルタ■のｅきに変化がないようにするため
には変圧器５０によシフィルタ■の回路に入ってくる抵
抗の値が何時も抵抗８の値と同じである必要がある。

本発明のもう一つの実施例で＃−を第８図の変圧器５０
を整流回路ＩＶとフィルタＶとに接続せず、直接一定の
実入力インピーダンス分有する交流エネルギー負荷ＶＩ
に接続して例えば加熱や照明の目的に当てている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明給電装置のｗｌの実施例の回路図、第２ａ、ｂ、ｃ％ｄ及びｅ図は第１図の実施例及び第８
図の第２の実施例の入力側に生ずる残留歪みの観、開園
、第８図はｖＫ２の実施例の回路図、第４図Ｆｉ第１図の給電装置と比較して第３図の給電！
！置で得られる効率の改善を説明するためのブロック図
、第５ａ、ｂ及び０図は第４図の説明図の理解を助けるた
めの回路図、第６ａ、ｂ％Ｃ％ｄ％ｅ及びｆ図は第１図及び第８図の
実施例の一部の代案の回路図である。 ■・・・入力変圧器、■・・・整流回路、■・・・フィ
ルタ、ＩＶ・・・第２の整流回路、■・・・第２のフィ
ルタ、Ｖｌ・・・交流エネルギー負荷、１．２・・・整
流回路■の入力端子、８・−・中心タップ、番、６・・
・ダイオード、６・・・チョークコイル、７・・・コン
デンサ、８・・・負荷抵抗、９・・・コンデンサ、１０
・・・変圧器５０の一次巻線、１１・・・抵抗（１１′
・・・第２の負荷抵抗）、１２．１３・・・電源回路の
出力端子、１４．１５・・・整流回路■の出力端子、１
６．１フ・・・電源Ｎ路の＄３、第４の出力端子、２０
・・・−次巻線、２１・・・二次巻線、８０・・・賛圧
器５０の二次巻線、８１．８２・・・二次巻ｌＲ８０の
端、８８．８４・・・ダイオード、３５・・・チョーク
コイル、８６・・・二次巻線８０の中心タップ、８８・
・・抵抗、８９・・・第２の整流回路ＩＶの出力端子、
　５０・・・電圧５．６０・・・チョークコイル。

Claims

【特許請求の範囲】１　交流電圧又は交流電流用の整流回路と、負荷と、上
記整流回路をこの負荷に結合する平−滑フィルタとを具
える給電装置において、前記平滑フィルタと前記負荷と
の組み合せを、前記平滑フィルタの入力インピーダンス
が前記整流回路によりこの平滑フィルタに提供される全
周波数スペクトルに対してほぼ実であり且つ上記周波数
スペクトルの各成分に対してほぼ同じ値をとるように構
成したことを特徴とする給電装置０２　前記負荷と前記フィルタの組み合せを周波数に依存
しない実の入力インピーダンスを有する回路網としたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の給電装置０＆　前記負荷を抵抗とし、前記平滑フィルタに誘導子と
抵抗との並列回路を設け、この抵抗を介して前記整流回
路の一方の出力端子を前記負荷の一方の端子に接続し、
また前記負荷と並列にコンデンサを設け、前記整流回路
の他方の出力端子を前記負荷の他方の端子に直接接続し
たことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の給電装
置。表　前記並列回路を変圧器の一次巻糾で置き換え、この
変圧器の二次巻線から第２の整流回路に給電し、この第
２の整流回路の出力端子を第２の平滑フィルタ回路を介
して負荷に結合し、この第２の平滑フィルタ回路とこれ
に接続されている負荷との組み合せを周波数に依存ｔ、
ない実の入力インピーダンスを有する回路網としたこと
を特徴とする特許請求の範囲第８項記載の給電装置〇五　平滑フィルタを高次のフィルタとしたことを特徴と
する特許請求の範囲第２項記載の給電装置。