発振回路 基本原理     特許第5242288号

ISOC(Inductance Switching Oscillation Circuit)

下図に基本発振回路を示します。

基本構成は N型&P型のトランジスタ(FET含む)とインダクタ(トランスも含む)から成り立ちます。

Vinに電圧が印加されると
1 Tr1はオンしてL1の一次端子の電圧を上昇させます。
(インダクタの特性として、二次側の電圧は低いままで、インダクタンスに比例して徐々に電流増加して行きます)
2 一次端子の電圧が上昇するとTr2もオンして、コイルに電流が流れて磁力を蓄えて行きます。
3 コイルに電流が増加するとR2からの電流に対してTr2の電流が飽和してTr2の抵抗が大きくなります。
4 Tr2の抵抗が大きくなるとコイル二次側の電圧が急上昇してTr1はオフとなります。(Tr1スイッチング損失発生)
5 Tr1とTr2がオフとなり外部からのコイル電流は絶たれます。
6 コイルに蓄えられた磁力はVoutより外部に出力されるか、自己消費されます。
7 Voutの電圧が下降すると初期状態となり、Tr1がオンし再度サイクルを開始します。(電流0で作動するのでスイッチング損失は無い)


以上が基本発振原理で発振周波数は、Tr1の飽和電流と入力電圧およびコイルのインダクタンスに反比例します。
Voutに出現する電圧は短形パルスで電流はノコギリ波形となります。
Tr1及びTr2のスイッチング作動は瞬時に行われるため低周波から高周波までレスポンスが高くスイッチング損失も極小となります。

最低作動電圧は一般的なバイポーラトランジスタにおいて、
Tr1の電圧降下(0.2V)+Tr2のベース電圧(0.6V)の0.8V以上あれば安定作動します。
FETにては必要ゲート電圧に依存します。(一般的にバイポーラより高い電圧が必要)



上図に、前記の負荷としてLEDを接続したもので電流の状態を示します。
1 Vinに電圧がかかると、コイルに電流が供給され、磁気力を蓄積
2 Tr2が飽和すると、Tr1&Tr2は外部コイル電流遮断
3 コイルに蓄積された磁気力はLEDを環流しLEDにて消費(発光)される

これにより、Vinの電圧に関わらずLEDのVf以上にて電力の供給が可能となります。
(昇圧&降圧どちらでも作動が可能)

コイルはインダクターに限らずトランス、モーターなどの電磁機器にほぼ応用が可能です。
また、インピーダンス特性はほぼ抵抗と同じような特性であり、無損失抵抗としても利用可能です。
省エネ機器に於いても、発熱しない(電力損失が無い)抵抗として活用出来、
ベース電流の可変にて大電力の無損失可変も可能となります。



以上 基本回路の基本動作となり、応用により回路の変形、付加回路して所要の特性を得ることになります。


共鳴(共振)回路
上記の基本回路図のLEDをコンデンサー(C)に置き換えると、LC共振周波数での共振回路となります。(正弦波)
段表的なコルビッツやハートレー発振回路とは異なり、純粋にLとCの並列共振が構成できます。(スイッチング素子は2個)
また、自然発生的に共振状態に成るのではなく、強制的に共振させるので動作は非常に安定(確実に迅速)
また、LCのの両端電圧はdc/dcコンバーターの原理から供給電圧以上で共振して、低電圧駆動にてもコイル電流を大きくできます。
この性質を応用して増幅発生磁気を応用したものが 磁気共鳴 回路となります。
  ※この基本回路のみで共鳴させるとコイル端電圧が上がりすぎるためスイッチング素子を自己破壊してしまうので保護素子が必要となります。


※本技術を商用利用には許諾が必要ですので必ずお問い合わせください。 
尚 商用利用以外でのご質問はご遠慮ください。 研究等に試作されるには自己責任(自己解決)の範疇にてお願い致します。

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