(57)【要約】      （修正有）【課題】切換え時のスイッチングロスを低下させ、エネルギーの節約と変換効率向上が可能である、交流電圧を直流電圧に変換するシステムを提供する。【解決手段】交流電圧を直流電圧に変換するシステムは、交流電圧を特定電圧値の直流電圧に変換するものであり、整流器３１０が主要電源供給装置に接続され、交流電圧を過渡直流電圧に整流し、濾波器３２０が過渡直流電圧の中のノイズを除去して濾波直流電圧を生成し、変圧器が濾波直流電圧を作業直流電圧に変換し、スイッチ装置３４０がオン状態とオフ状態を有し、変圧器３３０を流れる電流を制御すると共に、スイッチ装置制御回路３５０がスイッチ装置のオン状態及び/或いはオフ状態を制御し、電圧フィードバック回路３６０が変圧器の電圧に基づきスイッチ装置制御回路を駆動してスイッチ装置のスイッチングロスを低下させる。【選択図】図３
0003133303.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧を特定の電圧値の直流電圧に変換する、交流電圧を直流電圧に変換するシステムであって、
前記システムが：
主要電源供給装置に接続され、前記主要電源供給装置が出力する交流電圧を過渡直流電圧に整流する整流器と；
前記整流器に接続され、前記過渡直流電圧の中のノイズをフィルタリングして除去し、且つ濾波直流電圧を生成する濾波器と；
前記濾波器に接続され、前記濾波直流電圧を作業直流電圧に変換する変圧器と；
前記変圧器に接続され、オン状態とオフ状態を有し、前記変圧器を流れる電流を制御するスイッチ装置と；
前記スイッチ装置に接続され、前記スイッチ装置の前記オン状態及び/或いは前記オフ状態を制御するスイッチ装置制御回路と；
前記変圧器及び前記スイッチ装置制御回路に接続された電圧フィードバック回路を含み、前記電圧フィードバック回路が前記変圧器の電圧に基づき前記スイッチ装置制御回路を駆動し、前記スイッチ装置のスイッチングロスを低下させることを特徴とする、
交流電圧を直流電圧に変換するシステム。 
【請求項２】
さらに前記スイッチ装置及び前記スイッチ装置制御回路に接続された電流検知回路を含み、前記電流検知回路が前記スイッチ装置の電流に基づき前記スイッチ装置制御回路を駆動し、前記スイッチ装置の前記オン状態及び/或いは前記オフ状態を制御することを特徴とする、
請求項１に記載の交流電圧を直流電圧に変換するシステム。
【請求項３】
さらに前記変圧器及び前記濾波器に接続されたクランプ回路を含み、前記変圧器の一次巻線の電圧をある特定値までクランプすることを特徴とする、
請求項２に記載の交流電圧を直流電圧に変換するシステム。
【請求項４】
前記電圧フィードバック回路が、第一ダイオード、第一及び第二ツェナーダイオード、第一コンデンサ、及び第一から第七抵抗より組成されることを特徴とする、
請求項１に記載の交流電圧を直流電圧に変換するシステム。
【請求項５】
前記整流器が、第二から第五ダイオードより組成されることを特徴とする、
請求項１に記載の交流電圧を直流電圧に変換するシステム。
【請求項６】
前記濾波器がバターワースフィルタであることを特徴とする、
請求項１に記載の交流電圧を直流電圧に変換するシステム。
【請求項７】
前記バターワースフィルタが、第八抵抗、第二及び第三コンデンサ、及び第一インダクタから組成されることを特徴とする、
請求項６に記載の交流電圧を直流電圧に変換するシステム。
【請求項８】
前記スイッチ装置制御回路が、第六ダイオード、第九から第十三抵抗、第四及び第五コンデンサ、第一及び第二トランジスタから組成されることを特徴とする、
請求項１に記載の交流電圧を直流電圧に変換するシステム。
【請求項９】
前記電流検知回路が、第七及び第八ダイオード、第十四から第十七抵抗、第六及び第七コンデンサから組成されることを特徴とする、
請求項２に記載の交流電圧を直流電圧に変換するシステム。
【請求項１０】
前記クランプ回路が、第九ダイオード、第十八抵抗、第八コンデンサから組成されることを特徴とする、
請求項３に記載の交流電圧を直流電圧に変換するシステム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案はスイッチング電源供給器の技術領域に関し、特に交流電圧を直流電圧に変換するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子科学技術の速い進歩に伴い、無線ネットワークの応用はすでに各種ハンドヘルド型デバイスで提供されている。ハンドヘルド型デバイス（例：携帯電話、PDA、デジタルカメラ）において、電源供給器は必須の標準装備である。電源供給器があって初めてハンドヘルド型デバイスは充電または使用することができる。一般的には従来の的リニア電源供給器を使用し、各種ハンドヘルド型デバイスに対し充電を行っている。しかしながら、従来のリニア電源供給器の変換効率が低く、且つ入力電圧の変動範囲も小さい。一般に変動範囲は入力電圧±１０％である。
【０００３】
従来のリニア電源供給器の問題に対し、高周波のスイッチング電源供給器は交流電圧を直流電圧に変換するときの変換効率を向上できる。図１に従来のスイッチング電源供給器の回路図を示す。図１に示すように、トランジスタ１１０が導通されると、入力電圧Viが変圧器１２０の一次巻線１２１(primary winding)上に供給される。このとき、一次巻線１２１上の電流が徐々に増加し、且つエネルギーがその中に保存され、同時にエネルギーが変圧器１２０の二次巻線１２２(secondary winding)上に感応される。トランジスタ１１０が停止されると、トランジスタ１１０を流れた電流ＩＤとトランジスタ１１０の電圧ＶＤが重なり、スイッチングロス（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  ｌｏｓｓ）が発生する。
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
図２に従来のスイッチング電源供給器のスイッチングロスを示す。図２に示すように、トランジスタ１１０の電流ＩＤの波形と電圧ＶＤの波形が重なり、この重なった面積がスイッチングロスとなる。スイッチングロスはエネルギーのムダであるだけでなく、同時に変換効率を低下させる。このため、従来の交流電圧を直流電圧に変換するシステムにはまだ多くの欠点があり、改善の必要がある。
【０００５】
本考案の目的は、切換え時のスイッチングロス(switching loss)を低下させ、エネルギーの節約と変換効率向上が可能である、交流電圧を直流電圧に変換するシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本考案の特徴に基づき、提供する交流電圧を直流電圧に変換するシステムは、交流電圧を特定の電圧値の直流電圧に変換するものであり、このシステムが整流器、濾波器、変圧器、スイッチ装置、スイッチ装置制御回路及び電圧フィードバック回路を含んで成る。前記整流器は主要電源供給装置に接続され、前記主要電源供給装置が出力する交流電圧を過渡直流電圧に整流する。前記濾波器は前記整流器に接続され、前記過渡直流電圧の中のノイズをフィルタリングして除去し、濾波直流電圧を生成する。前記変圧器は前記濾波器に接続され、前記濾波直流電圧を作業直流電圧に変換する。前記スイッチ装置は前記変圧器に接続され、前記スイッチ装置はオン状態とオフ状態を有し、前記変圧器を流れる電流を制御する。前記スイッチ装置制御回路は前記スイッチ装置に接続され、前記スイッチ装置のオン状態及び/或いはオフ状態を制御する。前記電圧フィードバック回路は前記変圧器及び前記スイッチ装置制御回路に接続され、前記電圧フィードバック回路は前記変圧器の電圧に基づき前記スイッチ装置制御回路を駆動し、前記スイッチ装置のスイッチングロスを低下させる。
【考案の効果】
【０００７】
本考案の設計は新規性を備え、産業的利用価値を有し、且つ確実に効果を増進することができるため、法に基づき特許を出願するものである。
【考案を実施するための最良の形態】
【０００８】
図３に本考案の交流電圧を直流電圧に変換するシステムの回路図を示す。前記システムは整流器３１０、濾波器３２０、変圧器３３０、スイッチ装置３４０、スイッチ装置制御回路３５０、電圧フィードバック回路３６０、電流検知回路３７０及びクランプ回路３８０を含む。
【０００９】
整流器３１０は主要電源供給装置（図示しない）に接続され、前記主要電源供給装置が出力する交流電圧を過渡直流電圧Ｖ１に整流する。前記整流器はブリッジ式整流器（ｂｒｉｄｇｅ  ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）とし、且つ、第二から第五ダイオード（Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５）より組成される。
【００１０】
濾波器３２０は前記整流器３１０に接続され、前記過渡直流電圧の中のノイズをフィルタリングして除去し、濾波直流電圧Ｖ２を生成する。前記濾波器３２０はバターワースフィルタ（Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ  ｆｉｌｔｅｒ）とし、且つ、第八抵抗Ｒ８、第二及び第三コンデンサＣ２、Ｃ３、及び第一インダクタＬ１から組成される。
【００１１】
変圧器３３０は前記濾波器３２０に接続され、前記濾波直流電圧Ｖ２を作業直流電圧ＶＷに変換する。
【００１２】
スイッチ装置３４０は前記変圧器３３０に接続され、且つ、ＮＭＯＳトランジスタを最良とする。前記スイッチ装置３４０はオン状態及びオフ状態を有し、前記変圧器を流れる電流を制御する。前記スイッチ装置３４０がオン状態のとき、前記変圧器３３０の一次巻線上の電流が徐々に増加し、且つ前記スイッチ装置３４０を流れ、同時にエネルギーが前記変圧器３３０内に保存される。前記スイッチ装置３４０がオフ状態のとき、前記変圧器３３の０一次巻線上の電流が０アンペアまで低下する。
【００１３】
スイッチ装置制御回路３５０は前記スイッチ装置３４０に接続され、前記スイッチ装置３４０のオン状態及び／或いはオフ状態を制御する。前記スイッチ装置制御回路３５０は第六ダイオードＤ６、第九から第十三抵抗Ｒ９〜Ｒ１３、第四及び第五コンデンサＣ４、Ｃ５及び第一及び第二トランジスタＱ１、Ｑ２から組成される。そのうち、第一トランジスタＱ１はＮＰＮトランジスタとし、第二トランジスタＱ２はＰＮＰトランジスタとする。
【００１４】
電圧フィードバック回路３６０は前記変圧器３３０及び前記スイッチ装置制御回路３５０に接続され、前記電圧フィードバック回路３６０は前記変圧器３３０の電圧に基づき前記スイッチ装置制御回路３５０を駆動し、前記スイッチ装置３４０のスイッチングロスを低下させる。
【００１５】
前記電圧フィードバック回路３６０は第一ダイオードＤ１、第一及び第二ツェナーダイオードＺＤ１、ＺＤ２、第一コンデンサＣ１、及び第一から第七抵抗Ｒ１〜Ｒ７から組成される。第一及び第二ツェナーダイオードＺＤ１、ＺＤ２は降伏電圧ＶＺＤ１及びＶＺＤ２をそれぞれ有する。そのうち、第一ツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧ＶＺＤ１は第二ツェナーダイオードＺＤ２の降伏電圧ＶＺＤ２より大きいものとする。
【００１６】
前記変圧器３３０の電圧が降伏電圧ＶＺＤ２より大きいとき、第二ツェナーダイオードＺＤ２が導通される。これにより第一トランジスタＱ１が飽和領域に入り、Ｖηが低電位となり、一般にＶηは約０．２〜０．３ボルトである。Ｖηが低電位となったため第二トランジスタＱ２が飽和領域に入り、Ｖξが低電位となって、前記スイッチ装置３４０がオフ状態に入り、スイッチングロスが減少される。
【００１７】
前記変圧器３３０の電圧が降伏電圧ＶＺＤ１より大きいとき、前記変圧器３３０上の電圧はデフォルト値を大きく超過していることを示す。本考案の技術によれば、第一ツェナーダイオードＺＤ１及び第二ツェナーダイオードＺＤ２は共に導通される。これにより第一トランジスタＱ１が飽和領域に入るのが加速され、Ｖηが低電位となり、さらに前記スイッチ装置３４０がオフ状態に入るのが加速されてスイッチングロスが減少される。
【００１８】
電流検知回路３７０は前記スイッチ装置３４０及び前記スイッチ装置制御回路３５０に接続される。前記電流検知回路３７０は第七及び第八ダイオードＤ７、Ｄ８、第十四から十七抵抗Ｒ１４〜Ｒ１７、及び第六及第七コンデンサＣ６、Ｃ７から組成される。前記電流検知回路３７０は前記スイッチ装置３４０の電流ＩＤに基づき前記スイッチ装置制御回路３５０を駆動し、前記スイッチ装置３４０のオン状態及び／或いはオフ状態を制御する。
【００１９】
前記変圧器３３０の電圧が上昇すると、前記スイッチ装置３４０を流れる電流もそれに伴い上昇し、同時に電圧Ｖαも大きくなる。電圧Ｖαがある予め定めた値になると、電圧Ｖαが第一トランジスタＱ１を飽和領域に入らせ、Ｖηが低電位となる。Ｖηが低電位となったため、第二トランジスタＱ２が飽和領域に入り、Ｖξが低電位となって、前記スイッチ装置３４０がオフ状態に入る。
【００２０】
クランプ回路３８０は前記変圧器３３０及び前記濾波器３２０に接続され、前記変圧器３３０の一次巻線電圧を特定値までクランプする。前記クランプ回路３８０は第九ダイオードＤ９、第十八抵抗Ｒ１８、及び第八コンデンサＣ８から組成される。
【００２１】
図４に従来のスイッチ装置上の電流対電圧のグラフを示す。オシロスコープを使用しトランジスタ１１０の電流ＩＤ及びその電圧ＶＤを測定したものである。図４に示すように、オシロスコープの横軸はトランジスタ１１０の電圧ＶＤ、縦軸は電流ＩＤである。トランジスタ１１０が停止されると、電流ＩＤは徐々に低下して０アンペアとなり、電圧ＶＤは徐々に上昇し、曲線下の面積（Ａで示した箇所）がスイッチングロスとなる。
【００２２】
図５に本考案のスイッチ装置３４０上の電流対電圧のグラフを示す。オシロスコープを使用してスイッチ装置３４０の電流ＩＤ及びその電圧ＶＤを測定したものである。図４と図５を比較すると、本考案のスイッチングロスは従来技術のスイッチングロスよりはるかに小さいことが分かる。
【００２３】
上述の説明から分かるように、本考案において、前記変圧器３３０の電圧が降伏電圧ＶＺＤ２より大きいとき、前記電圧フィードバック回路３６０が前記スイッチ装置３４０をオフ状態に入らせ、スイッチングロスを減少することができる。前記変圧器３３０の電圧が上昇を継続し、降伏電圧ＶＺＤ１より大きくなると、前記電圧フィードバック回路３６０が第一トランジスタＱ１を加速して飽和領域に入らせ、さらに前記スイッチ装置３４０を加速してオフ状態に入らせてスイッチングロスを低下させる。このため、本考案の技術は従来の技術に比べスイッチングロスを小さくすることができ、エネルギー節約と変換効率向上の目的を達することができる。
【００２４】
上述の最良の具体的な実施例は、説明の利便性のために例として挙げただけであり、本考案が主張する権利範囲は特許請求の範囲で述べる内容に基づくものとし、上述の実施例に制限されないことをここで述べておく。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来のスイッチング電源供給器の回路図である。
【図２】従来のスイッチング電源供給器のスイッチングロスのグラフである。
【図３】本考案の交流電圧を直流電圧に変換するシステムの回路図である。
【図４】従来のスイッチ装置上の電流対電圧のグラフである。
【図５】本考案のスイッチ装置上の電流対電圧のグラフである。
【符号の説明】
【００２６】
１１０    トランジスタ
１２０    変圧器
１２１    一次巻線
１２２    二次巻線
３１０    整流器
３２０    濾波器
３３０    変圧器
３４０    スイッチ装置
３５０    スイッチ装置制御回路
３６０    電圧フィードバック回路
３７０    電流検知回路
３８０    クランプ回路
Ｆ１      ヒューズ
Ｄ１〜Ｄ１２    ダイオード
Ｒ１〜Ｒ２７    抵抗
Ｃ１〜Ｃ１３    コンデンサ
Ｌ１      インダクタ
Ｑ１〜Ｑ５    トランジスタ
ＺＤ１〜ＺＤ３    ツェナーダイオード
【図１】
0003133303.tif 000003
【図２】
0003133303.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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