(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧源から第１電圧を受け取り、第１切換装置（１４−１）を備える第１の一次回路または第２切換装置（１５−１）を備える第２の一次回路に第１電圧を印加する入力端子（１１−１、１１−２）と、少なくとも第１の一次巻線（１４）と、第２の一次巻線（１５）と、二次巻線（１６）とを備える変圧器（Ｔ）と、前記第１切換装置（１４−１）の導通期間および前記第２切換装置（１５−１）の導通期間を決定する制御手段（ＰＷＭ）とを含むユニバーサル切換電力変換器であって、前記第１の一次回路が、前記第１の一次巻線（１４）と前記第１切換装置（１４−１）の直列の組合せと並列接続された第１蓄電コンデンサ（１４−２）を含み、前記第２の一次回路が、前記第２の一次巻線（１５）と前記第２切換装置（１５−１）の直列の組合せと並列接続された第２蓄電コンデンサ（１５−２）を含み、前記制御手段（ＰＷＭ）が、出力端子（１９−１、１９−２）の両端間の第２電圧を調節するために、前記入力端子（１１−１、１１−２）に接続された切換装置の導通期間を適合させ、前記入力端子（１１−１、１１−２）に接続された切換装置の非導通期間中に変圧器（Ｔ）を減磁するために、前記入力端子（１１−１、１１−２）に接続されない切換装置の導通期間を適合させることを特徴とする電力変換器。
【請求項２】
選択手段（１１）が、前記入力端子（１１−１、１１−２）を介して印加された前記第１電圧のレベルに基づいて、前記入力端子（１１−１、１１−２）を、第１導体対（１３−１、１３−３）または第２導体対（１３−２、１３−３）に接続させることを特徴とする請求項１に記載の電力変換器。
【請求項３】
前記第１の一次回路が、順方向変換器として機能するために、前記第１の導体対（１３−１、１３−３）を介して前記入力端子（１１−１、１１−２）に接続され、前記第２の一次回路が、能動保持回路として機能することを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換器。
【請求項４】
前記第２の一次回路が、フライバック変換器として機能するために、前記第２の導体対（１３−２、１３−３）を介して前記入力端子（１１−１、１１−２）に接続され、前記第１の一次回路が、能動保持回路として機能することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電力変換器。
【請求項５】
前記二次巻線（１６）が、前記二次巻線（１６）を通って流れる電流を整流する第２整流手段（１７）と並列接続され、前記出力端子（１９−１、１９−２）の両端間に前記第２電圧を生成するために、その出力において、フィルタ手段（１８）でろ過される整流電圧を生成することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電力変換器。
【請求項６】
前記第２整流手段（１７）が、自励同期整流器として機能する手段を含むことを特徴とする請求項５に記載の電力変換器。
【請求項７】
電力変換器が、印加された前記第１電圧を整流する前記第１の導体対（１３−１、１３−３）と並列接続された第１整流手段（１２）を含むことを特徴とする請求項２に記載の電力変換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流と直流の両方の広い範囲の電圧レベルが印加され、受け取った電圧を、たとえば通信における、少なくとも１つの負荷に給電するのに適する調整された電圧レベルに変換するユニバーサル切換電力変換器に関する。
【０００２】
従って、このユニバーサル切換電力変換器は、非常に融通性があり、その全体的機能は高く、その操作と制御は簡単である。
【０００３】
【従来の技術】
交流（ＡＣ）本線または直流（ＤＣ）源に区別されずに接続され、受け取った電圧を負荷に適する電圧に変換する切換電力変換器は、参照により本出願に組み込まれる米国特許ＵＳ−Ａ−５，４１４，６１０から知られている。
【０００４】
この文献に提案された電力変換器によると、この変換器は、ＡＣ主電源からの電圧が印加される第１入力端子対と、ＤＣ電圧源からの電圧が印加される第２入力端子対を含み、印加される電圧が、負荷に適する電圧レベルに変換される。
【０００５】
前記各入力端子対は、切換装置を備える一次回路にそれぞれ接続される。制御手段は、両方の切換装置の導通期間中に、変圧器の少なくとも１つの一次巻線中にエネルギーを蓄えるために、２つの切換装置の切換動作を制御する。２つの切換装置は、同時に切り換えられ、すなわち、その導通期間および非導通期間が一致する。前記エネルギーは、前記切換装置の非導通期間中に、負荷に電圧レベルを印加するために、変圧器の二次巻線中に放出される。
【０００６】
米国特許ＵＳ−Ａ−５，４１４，６１０に提案された電力変換器は、その切換装置の操作モードのために、変圧器を効率的に用いていない。
【０００７】
その結果、電力変換器の全体的性能が悪く、コンパクトで高性能な装置が必要とされる用途では欠点になる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、切換素子の数を減らした、高度な全体的性能を有する切換電力変換器を開発する必要がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のユニバーサル切換電力変換器は、広い範囲の入力電圧で作動する高度な全体的性能を提供し、その結果非常に融通性があり、負荷の変化に素早く応答する出力電圧を提供する。この変換器は、ＡＣまたはＤＣ電圧源からの第１電圧が印加される入力端子を含み、前記入力端子は、印加される電圧のレベルに応じて、選択手段を介して第１の一次回路または第２の一次回路に接続される。
【００１０】
各一次回路は、それぞれ、一次巻線と切換装置の直列の組合せと並列接続された蓄電コンデンサを含む。前記一次回路の１つは、ＡＣ電圧源に接続されるので、第１整流手段を含む。
【００１１】
２つの一次巻線は、少なくとも１つの二次巻線と共に変圧器を形成し、二次巻線は第２整流手段に接続され、その出力において整流電圧を生成し、この整流電流はフィルタ手段でろ過され、その出力において、負荷に印加される調整された第２電圧を生成する。
【００１２】
単一の制御手段は、第２電圧を表す信号に基づいて、負荷が変化する場合に第２電圧を調節するために、入力端子に接続した一次回路に属する切換装置の導通期間を適合させ、かつ変圧器の鉄心を減磁し、入力端子に接続された切換装置の非導通期間中にその飽和を避けるために、入力端子に接続されない一次回路に属する切換装置の導通期間を適合させる。
【００１３】
したがって、２つの切換装置は、相補的に切り換えられ、入力端子に接続されない一次回路は、能動保持のように、変圧器の鉄心中に蓄えられたエネルギーを減磁する回路として働く。
【００１４】
本発明のより詳しい説明は、添付の図面に基づいて、以下の記述中でなされる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、入力端子１１−１、１１−２の両端間の電圧源から印加された第１電圧を、出力端子１９−１、１９−２の両端間の第２電圧に変換するユニバーサル切換電力変換器の簡略ブロック図を示す。
【００１６】
ＡＣ本線またはＤＣ電圧源である電源電圧は、第１電圧を供給し、この電圧の特性に基づいて、選択手段１１が、入力端子１１−１、１１−２を、第１導体対１３−１、１３−３または第２導体対１３−２、１３−３に自動的に接続させる。
【００１７】
それぞれ、第１導体対１３−１、１３−３は、ある範囲のＡＣ電圧を受け取るように適合され、第２導体対１３−２、１３−３は、ある範囲のＤＣ電圧を受け取るように適合される。導体１３−３は、ユニバーサル切換電力変換器に対する共通電圧基準レベルを表す。
【００１８】
図２は、切換電力変換器２０の好ましい実施形態に対応する回路の詳細な電気的な図であり、この変換器は、第１の一次回路および第２の一次回路と、二次回路と、出力電圧ループとを含む。
【００１９】
第１の一次回路は、第１導体対１３−１、１３−３と並列接続された第１整流手段１２を含み、その出力は、第１蓄電コンデンサ１４−２に接続される。このコンデンサは、第１の一次巻線１４と第１切換装置１４−１、たとえば、電界効果トランジスタまたはＭＯＳＦＥＴの直列の組合せと並列接続される。
【００２０】
第２の一次回路は、第２導体対１３−２、１３−３に接続される。また第２の一次回路は、前記第２導体対１３−２、１３−３と並列接続され、第２の一次巻線１５と第２切換装置１５−１、たとえば、電界効果トランジスタまたはＭＯＳＦＥＴの直列の組合せと並列接続する第２蓄積コンデンサ１５−２を含む。
【００２１】
変圧器Ｔは、少なくとも１つの第１の一次巻線１４、第２の一次巻線１５、二次巻線１６を含む。
【００２２】
入力端子１１−１、１１−２がＡＣ電圧を受け取ると、入力端子は、第１導体対１３−１、１３−３にそれぞれ接続され、したがって、第１整流器１２、たとえば全波整流器は、ＡＣ本線から印加されたＡＣ電圧を整流し、その出力において整流された正弦波電圧を生成する。この電圧は、第１コンデンサ１４−２によってろ過され、第１巻線１４に供給されて、第１切換装置１４−１の導通間中に二次巻線１６に直接移される。
【００２３】
変換器２０の二次側は、整流電圧をろ過するフィルタ手段１８にその出力が接続された二次整流手段１７と並列接続される二次巻線１６を含む。フィルタ１８の出力は、ユニバーサル切換電力変換器の出力端子１９−１、１９−２に印加される。
【００２４】
第２整流器１７は、二次巻線１６から受け取った電圧を整流し、ろ過されると、負荷に適する第２電圧が、出力端子１９−１、１９−２の両端間に生成される。
【００２５】
第２整流器１７は、第１整流器アーム１７−１および第２整流器アーム１７−２によって形成され、第１分岐１７−１は実際の整流器アームであり、第２アームはフリーフロー整流器アームであり、同期整流器として働くがその作動は従来の技術において知られているので、説明しない。第２整流器１７は、自己駆動式同期整流器として作動するための手段を含むことができる。
【００２６】
パルス幅変調器ＰＷＭのような制御手段を通る出力電圧ループは、出力端子１９−１、１９−２の両端間の電圧レベルを調節するために、入力端子１１−１に接続された切換装置の導通期間を適合させ、かつ入力端子１１−１に接続された切換装置の非導通期間中に、変換器Ｔを減磁して、鉄心が飽和状態になるのを防ぐために、入力端子１１−１に接続されない切換装置の導通期間を適合させる。
【００２７】
これを行うために、パルス幅変調器ＰＷＭは、１つの出力端子１９−１上の電圧レベルを表す信号を受け取り、各切換装置の導通期間をそれぞれ生じさせる。
【００２８】
その結果、２つの切換装置１４−１および１５−１は、パルス幅変調器ＰＷＭによって相補的に切換えられる。
【００２９】
変圧器Ｔの減磁は、入力端子１１−１に接続された切換装置の非導通期間中に行われ、したがって、変圧器Ｔの鉄心中に蓄えられたエネルギーを放出して第２コンデンサ１５−２を充電し放出する、第２の一次回路を通る放出経路が形成される。この目的で、第２切換装置１５−１が導通される。その後、フィルタ１８に含まれる蓄電コンデンサ１８−２が、その電圧レベルを出力端子１９−１、１９−２に印加する。
【００３０】
今までの説明から、端子１１−１が線１３−１に接続されたとき、第２の一次回路によって放出回路が形成され、端子１１−１が線１３−２に接続されたとき、第１の一次回路によって放出回路が形成されるという結論が引き出される。
【００３１】
変換器２０の他の実施形態においては、入力端子１１−１、１１−２は、ＤＣ電圧源からの第１電圧を受け取り、したがって、導体１３−１、１３−３は第１の一次回路に直接接続される。すなわち、整流器１２は存在しない。変換器２０の操作は、今まで説明したものと同様である。
【００３２】
したがって、本発明のユニバーサル切換電力変換器は、能動保持と共に、順方向変換器として働く。
【００３３】
入力端子１１−１、１１−２がＤＣ電圧源から第１電圧を受け取る操作モードでは、そのレベルが今までに説明したものと異なり、これらの端子は、選択手段１１によってそれぞれ第２導体対１３−２、１３−３に接続される。
【００３４】
印加されたＤＣ電圧は、第２コンデンサ１５−２によってろ過され、第２の一次巻線１５は、第２切換装置１５−１の導通期間中にエネルギーを蓄える。次に、第２整流器１７は、コンデンサ１８−２に供給された電流を整流して、出力端子１９−１、１９−２の両端間に第２電圧を生成する。
【００３５】
前記第２切換装置１５−１の非導通期間中に、第２の一次巻線１５は、導通期間中に蓄えたエネルギーを２次巻線１６に放出する。前記巻線を通って流れる電流は、第２整流器１７によって整流され、その出力において整流電圧を生成し、それがフィルタ１８によってろ過され、出力端子１９−１、１９−２の両端間に第２電圧を供給する。
【００３６】
この操作モードにおいて、第１の一次回路は、変圧器Ｔの鉄心に蓄えられたエネルギーのために第１コンデンサ１４−２を充電し放出する経路を含む。この目的で、第１切換装置１４−１が導通される。
【００３７】
本発明のユニバーサル切換電力変換器は、第１の一次回路が変圧器Ｔの鉄心中に蓄えられたエネルギーの放出経路を提供する時、能動保持し、その出力が順方向モードとなって、フライバック変換器として働く。
【００３８】
今までの説明の結果、ユニバーサル切換電力変換器は、高い全体的性能、高い集積度（サイズにおけるコンパクト）を提供し、そのコストは、従来のＡＣ／ＤＣ変換器またはＤＣ／ＤＣ変換器と比較して安い。一次側の回路が重複しているために、一定の操作条件下で、変換器の効率が大幅に改善され、広い範囲の入力電圧で働くことができるので、大きな操作上の融通性を与える、したがって電圧源の特性が供給の際に変動する市場に特に適用されるからである。
【００３９】
他の実施形態においては、変圧器Ｔの鉄心中に蓄えられたエネルギーの放出経路を提供する補助負荷を一次回路の蓄電コンデンサと並列接続することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるユニバーサル切換電力変換器の機能ブロック図である。
【図２】本発明による切換電力変換器の実施形態の略図である。
【符号の説明】
Ｔ  変圧器
ＰＷＭ  パルス幅変調器
１１  選択手段
１１−１、１１−２  入力端子
１２  第１整流手段
１３−１、１３−２、１３−３  導体
１４  第１の一次巻線
１４−１  第１切換装置
１４−２  第１蓄電コンデンサ
１５  第２の一次巻線
１５−１  第２切換装置
１５−２  第２蓄電コンデンサ
１６  二次巻線
１７  第２整流手段
１７−１  第１整流器アーム
１７−２  第２整流器アーム
１８  第２フィルタ手段
１８−２  蓄電コンデンサ
１９−１、１９−２  出力端子
２０  切換電力変換器
【図１】
0004448979.tif 000002
【図２】
0004448979.tif 000003