(57)【要約】  スイッチ化電源は、入力電圧でのＡＣ入力電流のための入力（１６）と、ＤＣ出力電流のための出力（３６）と、を有し、  制御化ブレーカスイッチシステム（２０）と、制御化ブレーカスイッチシステム（２０）の出力に１次（２４）がリンクされる変圧器（２１と、変圧器の２次回路（２６）の端子を横切って接続される整流回路（２８）と、整流回路（２８）の端子を横切ってコイル（３４）を介して並列にリンクされる蓄積キャパシタ（３２）と、を入力から出力に連続的に有し、出力（３６）が蓄積キャパシタ（３２）の端子を横切って形成される。制御化ブレーカスイッチシステム（２０）は、スイッチング部材を有する入力（１６）と出力（３６）との間の唯一の回路であり、入力電圧（ＶRI）と、出力電流（ＩSEC）と、蓄積キャパシタの端子を横切る電圧（ＶSEC）とに応じて入力電流の振幅を制御するブレーカスイッチシステム（２０）制御手段（２２）を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電圧（ＶRI）でのＡＣ入力電流（ＩPRI）のための入力（１６）と、
ＤＣ出力電流（ＩSEC）のための出力（３６）と、を有し、
制御化ブレーカスイッチシステム（２０）と、
前記制御化ブレーカスイッチシステム（２０）の出力に１次（２４）がリンクされる変圧器（２１）と、
前記変圧器の２次回路（２６）の端子を横切って接続される整流回路（２８）と、
前記整流回路（２８）の端子を横切ってコイル（３４）を介して並列にリンクされる蓄積キャパシタ（３２）と、を前記入力から前記出力に連続的に有し、前記出力（３６）が前記蓄積キャパシタ（３２）の端子を横切って形成されるスイッチ化電源であって、
前記制御化ブレーカスイッチシステム（２０）は、スイッチング部材を有する入力（１６）と出力（３６）との間の唯一の回路であり、入力電圧（ＶRI）と、出力電流（ＩSEC）と、蓄積キャパシタの端子を横切る電圧（ＶSEC）とに応じて入力電流の振幅を制御するブレーカスイッチシステム（２０）制御手段（２２）を有することを特徴とするスイッチ化電源。
【請求項２】
前記出力電流（ＩSEC）を測定する手段（４０）を有する請求項１に記載のスイッチ化電源。
【請求項３】
前記入力（１６）から前記蓄積キャパシタ（３２）にエネルギが供給されない位相の間のみ前記出力電流（ＩSEC）を予測する手段を有する請求項１に記載のスイッチ化電源。
【請求項４】
前記出力電流（ＩSEC）を予測する手段は、前記キャパシタにエネルギが供給されない位相の間、前記蓄積キャパシタ（３２）の端子を横切る電圧ドロップΔＵを測定する手段と、前記キャパシタの端子における電圧ドロップから決定される電圧の変動速度から前記出力電流（ＩSEC）を計算する手段とを有する請求項３に記載のスイッチ化電源。
【請求項５】
前記出力（３６）で消費される電力（Ｐ）を計算する手段（１０４）と、前記出力（３６）で消費される電力に応じて前記入力電流（ＩPRI）の基準振幅を計算する手段と、ブレーカスイッチシステム（２０）の制御手段（２２）であって、前記入力電流（ＩPRI）の基準振幅に応じて前記入力電流（ＩPRI）とを調整する手段を有する制御手段とを有する請求項１〜４の何れか一項に記載のスイッチ化電源。
【請求項６】
前記消費される電力（Ｐ）を計算する手段（１０４）は、前記入力電流（ＩPRI）の半周期それぞれの消費電力（Ｐ）を計算できる請求項５に記載のスイッチ化電源。
【請求項７】
前記電力（Ｐ）を計算する手段（１０４）は、前記蓄積キャパシタに供給される電力と、前記（３６）で負荷（１４）に伝送される電力との加重和から電力（Ｐ）を計算できる請求項５又は６に記載のスイッチ化電源。
【請求項８】
ブレーカスイッチシステム（２０）は、ブリッジを形成する請求項１〜７の何れか一項に記載のスイッチ化電源。
【請求項９】
増幅段（１４）と、請求項１〜８の何れか一項に記載のスイッチ化電源（１２）とを有する増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、
入力電圧でのＡＣ入力電流のための入力と、
ＤＣ出力電流のための出力と、を有し、
制御化ブレーカスイッチシステムと、
制御化ブレーカスイッチシステムの出力に１次がリンクされる変圧器と、
変圧器の２次回路の端子を横切って接続される整流回路と、
整流回路の端子を横切ってコイルを介して並列にリンクされる蓄積キャパシタと、を入力から出力に連続的に有し、出力が蓄積キャパシタの端子を横切って形成されるスイッチ化電源に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの電子機器は、直流電源電流を提供可能なスイッチ化電源を介して正弦波信号を分配する送電系統から電力供給される。
【０００３】
忠実性が高い増幅器は、この一例である。
【０００４】
スイッチ化電源としての従来の構造は、正弦波電流を、正弦波電流の電圧よりも高い電圧の直流電流に変換可能な昇圧型回路を入力として有する。制御化ブレーカスイッチブリッジを実装する直流−直流電流コンバータが次いで接続され、ダイオードブリッジで形成される整流器が次いで接続される。制御化ブレーカスイッチブリッジとダイオードブリッジとは変圧器を介して互いにリンクされる。
【０００５】
従来は、昇圧回路は、ダイオードを介してキャパシタに電力供給するコイルを含み、ダイオードとキャパシタとの組み合わせは、制御化ブレーカスイッチに並列に搭載される。このブレーカスイッチは、デューティサイクルに従って開放されて、キャパシタは、入力電圧よりも高い電圧で充電される。
【０００６】
このため、このようなスイッチ化電源は、昇圧回路内の第１スイッチ段と、制御化ブレーカスイッチブリッジ内の第２スイッチ段の２つのスイッチ段を含む。このダイオードスイッチング構造により、スイッチ化電源からの出力は、比較的低くなる。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、高い出力を有するスイッチ化電源を提供することを目的とする。
【０００８】
そのために、本発明は、前述の型のスイッチ化電源であって、制御化ブレーカスイッチシステムは、スイッチング部材を有する入力と出力との間の唯一の回路であり、入力電圧と、出力電流と、蓄積キャパシタの端子を横切る電圧とに応じて入力電流の振幅を制御するブレーカスイッチシステム制御手段を有するスイッチ化電源に関する。
【０００９】
特定の実施形態に従うと、電源は以下の１つ又は２つ以上の構成を含む。
電源は、出力電流を測定する手段を含む。
電源は、入力から蓄積キャパシタにエネルギが供給されない位相の間のみ出力電流を予測する手段を有する。
出力電流を予測する手段は、キャパシタにエネルギが供給されない位相の間、蓄積キャパシタの端子を横切る電圧ドロップΔＵを測定する手段と、キャパシタの端子における電圧ドロップから決定される電圧の変動速度から出力電流を計算する手段とを有する。
電源は、出力で消費される電力を計算する手段と、出力で消費される電力に応じて入力電流の基準振幅を計算する手段と、ブレーカスイッチシステムの制御手段であって、入力電流の基準振幅に応じて入力電流を調整する手段を有する制御手段とを有する。
消費される電力を計算する手段は入力電流の半周期それぞれの消費電力を計算できる。
電力を計算する手段は、蓄積キャパシタに供給される電力と、出力で負荷に伝送される電力との加重和から電力を計算できる。
ブレーカスイッチシステムは、ブリッジを形成する。
【００１０】
また、本発明は、増幅段と上述のスイッチ化電源とを有する高忠実性増幅器に関する。
【００１１】
本発明は、図面を参照して、一例としてのみ提供される以下の記述により、より理解されることになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、増幅器に組み込まれる、本発明に従うスイッチ化電源の概略的な回路図である。
【図２】図２は、図１に示す電源に実装されるブレーカスイッチの制御モードを概略的に示す図である。
【図３】図３は、スイッチ化電源の電圧と入力電流とを表す曲線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、増幅段１４に電源供給するスイッチ化電源１２を有する高忠実性増幅器１０を示す図である。適当な型の増幅段１４の一例は、仏国特許出願２８７３８７２号に記載される。
【００１４】
スイッチ化電源１２は、周波数５０又は６０Ｈｚの２２０Ｖなどの正弦波を供給する電源送電系統１８にリンク可能な入力１６を有する。
【００１５】
入力電圧は、ＶPRIで示され、入力１６を介して流れる電流は、ＩPRIで示される。入力１６は、出力が変圧器２１に接続されるブレーカスイッチブリッジ２０の入力に、昇圧回路を介さずに直接接続される。
【００１６】
ブレーカスイッチブリッジ２０は、２つの制御化ブレーカスイッチが直列にそれぞれ搭載され、入力１６の２つの端子の間に接続される２つの並列ブランチを有する。同一のブランチのブレーカスイッチの接続点は、ブレーカスイッチブリッジの出力を形成する。
【００１７】
ブレーカスイッチのそれぞれは、制御回路２２に制御されるＭＯＳ型トランジスタなどで形成される。
【００１８】
変圧器２１は、それぞれのブランチに直列に搭載される２つの制御化ブレーカスイッチの間に接続される１次回路２４と、それ自体は公知であるダイオードブリッジなどから形成される整流回路２８の入力端子を横切って接続される２次回路２６とを有する。
【００１９】
ダイオード３０は、ダイオードブリッジ２８の２つの出力端子の間に接続される。
【００２０】
また、ダイオードブリッジ２８の出力は、コイル３４を介して蓄積キャパシタ３２にリンクされる。このコイルは、ダイオード３０のカソードとキャパシタ３２の端子の１つとの間に配置される。矢印３６で示されるスイッチ化電源の出力は、キャパシタ３２の端子に形成される。出力電流は、ＩSECで示され、出力電圧はＶSECで示される。
【００２１】
入力電流ＩPRI及び出力電流ＩSECを測定する手段は、スイッチ化電源の入力及び出力に提供される。これらはそれぞれ、電圧が測定される端子を横切り、電圧が抵抗を流れる電流に比例する抵抗３８及び４０などでそれぞれ形成される。
【００２２】
ブリッジ２０の２つのブランチの対向する制御化電流ブレーカのベースは互いにリンクされて、Ｃ1及びＣ2でそれぞれ示される同一の命令を受信する。
【００２３】
制御回路２２は、入力電圧ＶPRI、入力電流ＩPRI、出力電圧ＶSEC及び出力電流ＩSECを適当な手段を介して入力として受信する。
【００２４】
図２は、制御回路２２に実装される調整チェーン１００を示す図である。スイッチ化電源は、Ｖsectargetで示される一定の基準電圧を供給するように配置される。これは、例えば５０Ｖに等しい。この電圧は、蓄積キャパシタ３２の端子を横切って測定される電圧である。
【００２５】
制御回路２２は、ブリッジ２０の正反対に対向する制御化ブレーカスイッチに印加される２つの制御信号Ｃ1及びＣ2をそれぞれ供給できる。
【００２６】
図２に示される整流器１００は、基準電圧Ｖsectargetと、測定された出力電圧ＶSECとを受信するコンパレータ１０２を入力として有する。また、整流器は出力電流ＩSECを受信する。第１実施形態に従うと、これは抵抗４０を使用して連続的に測定される。
【００２７】
段１０４は、次の半分の期間の間に電源で消費されることになる平均電力Ｐを計算する。この電力は、２つの項から形成される。第１は、現在電圧ＶSECから基準電圧Ｖsectargetに流れるためにキャパシタ３２に供給される電力で表され、第２は、負荷１４に供給される電力の推定で表される。
【００２８】
【数１】
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【００２９】
ここで、λは好適には１より小さい加重係数であり、Ｃはキャパシタ３２の容量であり、Ａ及びＢはそれぞれ、電源信号の半分の期間に亘り蓄積キャパシタ３２にエネルギを供給する期間、及びエネルギを供給しない期間である。図３に、期間Ａ及びＢを示す。
【００３０】
したがって、電力Ｐは電源信号の半分の周期ごと、すなわち５０Ｈｚ信号では１０ミリ秒ごとに１度計算される。
【００３１】
ピーク電圧^ＶPRIを計算する段１０６は、入力電圧ＶPRIを入力として受信する。
【００３２】
等価抵抗を計算する段１０８は、段１０４及び１０６の出力にリンクされ、ピーク電圧^ＶPRIの二乗を１０４で計算された電力Ｐの２倍で割った商から等価抵抗Ｒを計算できる。
【００３３】
等価抵抗Ｒは、キャパシタ３２の放電と負荷１４の電源とを補償するために、入力１８で消費しなければならない電流Ｉを計算する段１１２を入力として有する２次調整ループ１１０に導入される。この電流Ｉは、入力電圧ＶPRIを所定の抵抗Ｒで割った商で与えられる。
【００３４】
電流Ｉは、一方の入力がＩPRIであり、他方の入力が計算される電流Ｉであるコンパレータ１１４に送信される。コンパレータ１１４の出力は、基準Ｃ0及びＣ1を規定し加える、それ自身が公知であるパルス幅変調調整器１１８を電流差Ｉ−ＩPRIにより駆動する制御段１１６に接続される。
【００３５】
基準電圧に等しいか又は近接した電圧であり、本実施形態の例では５０Ｖである電圧で通常充電されるキャパシタ３２に存在によって、送電系統によって供給される電圧の絶対値が５０Ｖよりも大きいときにのみ、送電系統は、エネルギを供給できる。送電系統の電圧が−５０Ｖと＋５０Ｖとの間であるとき、送電系統から電流は供給されない。
【００３６】
図３の実線は電源電圧ＶPRIを示し、破線は入力１６を流れる電流ＩPRIの強度を示す。この図は、供給電圧が−５０Ｖと＋５０Ｖとの間であるとき電流がゼロであることを示す。
【００３７】
したがって、電源信号のそれぞれの期間では、入力電圧が−５０Ｖと＋５０Ｖとの間である期間にそれぞれが対応する２つの期間Ａの２つの非導通位相が存在する。これらの２つの非導通位相は、期間Ｂの導通位相によって分離される。期間Ｂは、ブリッジ２０のブレーカスイッチが所定のデューティサイクルに応じてユニット１１８により制御される期間である。
【００３８】
調整チェーン１００では、このデューティサイクルが期間Ａの非導通位相それぞれの間、計算され、続く期間Ｂの導通位相の間、蓄積キャパシタの電圧変動と負荷への出力に伝送する電力とを正確に補償するように印加される。
【００３９】
非導通位相Ａの間、続く導通位相Ｂで供給される電流Ｉは、式
【００４０】
【数２】
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【００４１】
を使用して段１０２〜１１２によって計算される。次いで、デューティサイクルは、続く導通位相Ｂの間、駆動段１１８を使用してブリッジ２０のブレーカスイッチを駆動するように、電源電流ＩPRIから段１１６によって決定される。
【００４２】
第２実施形態に従うと、抵抗４０は削除され、電流Ｉsecは電源電流の期間それぞれに亘り一定であると仮定され、期間Ａの非導通位相それぞれの間のみ削除される。
【００４３】
このため、非導通期間それぞれの間、蓄電キャパシタ３２の端子における電圧ドロップΔＵが測定され、出力電流Ｉsecは、式
【００４４】
【数３】
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【００４５】
を使用して決定される。ここで、Ｃはキャパシタ３２の容量であり、Δｔは電圧ドロップの観察期間である。
【００４６】
他の制御工程は同一である。
【００４７】
このようなスイッチ化電源構造によって、出力は単一のスイッチング段を使用することに高い成果を得ることが理解されるであろう。さらに、実装されるブレーカスイッチブリッジの駆動方法によって、負荷で消費されるエネルギのみが電源送電系統から実際に取得されるので、成果はより高くなる。
【００４８】
さらに、負荷１８で消費される電流が期間Ｂの全体に亘って負荷１８に存在する電圧に比例し、電流がオームの法則Ｉpri＝Ｖpri／Ｒに従うので、このようなスイッチ化電源は、送電系統からみると、抵抗の特性に近い特性を有する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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