JP2003009516A - 自励発振同期式ブーストコンバータ - Google Patents
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- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 低コストで高い変換効率の自励発振同期式ブ
ーストコンバータを提供する。 【解決手段】 自励発振ブーストコンバータ５０には、
前記ブーストコンバータの充電を開始するように構成さ
れた抵抗始動ネットワーク８６、８８、９０が含まれ
る。相補形ソース共通接続スイッチ・ペア５６、５８
は、抵抗始動ネットワークによって回路を始動させた後
で発振信号を生成する共振フィードバック回路の発振信
号を受ける。発振信号は、相補形スイッチ・ペアのスイ
ッチングレートもしくはデューティサイクルを決定す
る。ブーストインダクタ７０は相補形スイッチ・ペアに
動作上接続されている。相補形スイッチングネットワー
クの前記スイッチングレートは、負荷５４に供給される
ブースト電圧を決定するように働く。
ーストコンバータを提供する。 【解決手段】 自励発振ブーストコンバータ５０には、
前記ブーストコンバータの充電を開始するように構成さ
れた抵抗始動ネットワーク８６、８８、９０が含まれ
る。相補形ソース共通接続スイッチ・ペア５６、５８
は、抵抗始動ネットワークによって回路を始動させた後
で発振信号を生成する共振フィードバック回路の発振信
号を受ける。発振信号は、相補形スイッチ・ペアのスイ
ッチングレートもしくはデューティサイクルを決定す
る。ブーストインダクタ７０は相補形スイッチ・ペアに
動作上接続されている。相補形スイッチングネットワー
クの前記スイッチングレートは、負荷５４に供給される
ブースト電圧を決定するように働く。
Description
【０００１】
【発明の背景】本発明はブーストコンバータに関し、特
に、低電圧を、発光ダイオード（ＬＥＤ）に電力を供給
するための電流に効率的に変換する回路に関する。
に、低電圧を、発光ダイオード（ＬＥＤ）に電力を供給
するための電流に効率的に変換する回路に関する。
【０００２】ＬＥＤは、白熱ランプ用に予め準備された
環境で利用され始めている。置き換え等に使われるＬＥ
Ｄの種類の１つには白色ＬＥＤがあって、これは、紫外
線色または青色を白色に変換する蛍光体を備える青色Ｌ
ＥＤである。これらの白色ＬＥＤは、白熱ランプよりも
ある種のメリットがあり、これには、ルーメン／ワット
数定格が約２０であるというメリットが含まれ、同じサ
イズの白熱ランプのルーメン／ワット数定格は７−１０
である。さらに、白熱ランプと対照的に白色ＬＥＤを使
った場合、同様の大きさのバッテリーは約２倍の持続力
がある。白色ＬＥＤ自体は白熱ランプよりも高電圧でよ
り長時間持続することも知られている。例えば、白熱ラ
ンプは５０−１００時間持続し、白色ＬＥＤは同じ高電
圧で１００００時間以上持続する。また、白色ＬＥＤの
出力は、ＬＥＤよりも明るいことが知られている。
環境で利用され始めている。置き換え等に使われるＬＥ
Ｄの種類の１つには白色ＬＥＤがあって、これは、紫外
線色または青色を白色に変換する蛍光体を備える青色Ｌ
ＥＤである。これらの白色ＬＥＤは、白熱ランプよりも
ある種のメリットがあり、これには、ルーメン／ワット
数定格が約２０であるというメリットが含まれ、同じサ
イズの白熱ランプのルーメン／ワット数定格は７−１０
である。さらに、白熱ランプと対照的に白色ＬＥＤを使
った場合、同様の大きさのバッテリーは約２倍の持続力
がある。白色ＬＥＤ自体は白熱ランプよりも高電圧でよ
り長時間持続することも知られている。例えば、白熱ラ
ンプは５０−１００時間持続し、白色ＬＥＤは同じ高電
圧で１００００時間以上持続する。また、白色ＬＥＤの
出力は、ＬＥＤよりも明るいことが知られている。
【０００３】白色ＬＥＤの欠点は、その他の種類のＬＥ
Ｄよりもバンドギャップが大きいことである。この大き
なバンドギャップは、その他のＬＥＤよりもかなり高い
動作電圧である約４ボルトを必要とする。
Ｄよりもバンドギャップが大きいことである。この大き
なバンドギャップは、その他のＬＥＤよりもかなり高い
動作電圧である約４ボルトを必要とする。
【０００４】白色ＬＥＤに必要な電圧レベルを供給する
ために使われる方法には、出力電圧を調節するＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータが含まれる。しかしながら、この方法はコ
ストがかかり、低入力電圧では非効率である。その他の
方法は、ＬＥＤ電圧に合うリチウム電池を使うものであ
る。繰り返すが、これはコストがかかり、非効率な方法
である。さらに、この方法の白色ＬＥＤ光源は低コスト
の利用環境で使われる。例えば、照明装置を、例えば、
サイズのバッテリーを２つ使った低パワーを入力する状
態で使えることが望ましい。しかしながら、このバッテ
リーの組合わせでは、約１．５ボルトから３．１ボルト
しか生成しないことが知られている。勿論、この電圧
は、白色ＬＥＤを動作させるには不十分である。
ために使われる方法には、出力電圧を調節するＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータが含まれる。しかしながら、この方法はコ
ストがかかり、低入力電圧では非効率である。その他の
方法は、ＬＥＤ電圧に合うリチウム電池を使うものであ
る。繰り返すが、これはコストがかかり、非効率な方法
である。さらに、この方法の白色ＬＥＤ光源は低コスト
の利用環境で使われる。例えば、照明装置を、例えば、
サイズのバッテリーを２つ使った低パワーを入力する状
態で使えることが望ましい。しかしながら、このバッテ
リーの組合わせでは、約１．５ボルトから３．１ボルト
しか生成しないことが知られている。勿論、この電圧
は、白色ＬＥＤを動作させるには不十分である。
【０００５】従って、低バッテリー電圧を白色ＬＥＤを
動作させるために十分なＬＥＤ電流に変換することがで
きる効率的な回路が必要であることがわかる。また、こ
のような回路を低コストになるように少ない部品数で提
供することが必要である。
動作させるために十分なＬＥＤ電流に変換することがで
きる効率的な回路が必要であることがわかる。また、こ
のような回路を低コストになるように少ない部品数で提
供することが必要である。
【０００６】
【発明の簡潔な概要】自励発振ブーストコンバータ（ｓ
ｅｌｆ−ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇ ｂｏｏｓｔ ｃｏｎ
ｖｅｒｔｅｒ）は、ブーストコンバータの充電を開始す
るように構成された抵抗始動ネットワーク（ｒｅｓｉｓ
ｔｏｒ−ｓｔａｒｔｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋ）を備え
る。共振フィードバック回路は、抵抗始動ネットワーク
による回路の起動後に発振信号（ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎ
ｇ ｓｉｇｎａｌ）を生成するように設計される。相補
形スイッチングネットワークは、共振フィードバック回
路（ｒｅｓｏｎａｎｔ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｃｉｒｃｕ
ｉｔ）によって生成された発振信号を受けるように構成
された相補形ソース共通接続スイッチ・ペアを備える。
発振信号は、相補形スイッチ・ペアのスイッチングレー
トもしくはデューティサイクルを決定するものである。
ブーストインダクタは、相補形スイッチ・ペアと協調動
作する。相補形スイッチングネットワークのスイッチン
グレートは、負荷に供給されるブースト電圧を決めるよ
うに働く。
ｅｌｆ−ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇ ｂｏｏｓｔ ｃｏｎ
ｖｅｒｔｅｒ）は、ブーストコンバータの充電を開始す
るように構成された抵抗始動ネットワーク（ｒｅｓｉｓ
ｔｏｒ−ｓｔａｒｔｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋ）を備え
る。共振フィードバック回路は、抵抗始動ネットワーク
による回路の起動後に発振信号（ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎ
ｇ ｓｉｇｎａｌ）を生成するように設計される。相補
形スイッチングネットワークは、共振フィードバック回
路（ｒｅｓｏｎａｎｔ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｃｉｒｃｕ
ｉｔ）によって生成された発振信号を受けるように構成
された相補形ソース共通接続スイッチ・ペアを備える。
発振信号は、相補形スイッチ・ペアのスイッチングレー
トもしくはデューティサイクルを決定するものである。
ブーストインダクタは、相補形スイッチ・ペアと協調動
作する。相補形スイッチングネットワークのスイッチン
グレートは、負荷に供給されるブースト電圧を決めるよ
うに働く。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１は、既知のブースト、即ちス
テップアップ型のスイッチングレギュレータ１０を示
す。必要な動作電圧が供給された入力電圧より大きい場
合に、このようなレギュレータが使われる。制御スイッ
チング要素１２がブーストインダクタ１４に接続され、
このブーストインダクタは電圧源１６に接続される。制
御スイッチング要素１２がオンになると、電圧源１６か
らの入力電圧（Ｖin）がインダクタ電圧（Ｖ1）として
インダクタ１４に印加される。定常状態では、インダク
タ１４の順方向電流は線形増加する。負荷１８はアイソ
レーション用ダイオード２０によって分離され、このと
きに、回路コンデンサ２２に蓄積された電荷が供給され
る。
テップアップ型のスイッチングレギュレータ１０を示
す。必要な動作電圧が供給された入力電圧より大きい場
合に、このようなレギュレータが使われる。制御スイッ
チング要素１２がブーストインダクタ１４に接続され、
このブーストインダクタは電圧源１６に接続される。制
御スイッチング要素１２がオンになると、電圧源１６か
らの入力電圧（Ｖin）がインダクタ電圧（Ｖ1）として
インダクタ１４に印加される。定常状態では、インダク
タ１４の順方向電流は線形増加する。負荷１８はアイソ
レーション用ダイオード２０によって分離され、このと
きに、回路コンデンサ２２に蓄積された電荷が供給され
る。
【０００８】制御要素１２がオフになると、インダクタ
１４に蓄積されたエネルギーが入力電圧に加えられ、イ
ンダクタ電流２４は負荷電流２６の供給を助け、また、
回路コンデンサ２２からの放電エネルギーを再生するよ
うに働く。制御要素１２がオフになると、インダクタ
（Ｖ1）の電圧は、出力電圧（Ｖ0）から入力電圧
（Ｖin）を引いた値（即ち、Ｖ1＝Ｖ0−Ｖin）に等しく
なる。制御要素１２の動作は、コントローラ２８を使う
ことによって達成される。この従来のブースト回路１０
のダイオード２０は受動スイッチであって、制御要素１
２は能動スイッチであると考えられる。
１４に蓄積されたエネルギーが入力電圧に加えられ、イ
ンダクタ電流２４は負荷電流２６の供給を助け、また、
回路コンデンサ２２からの放電エネルギーを再生するよ
うに働く。制御要素１２がオフになると、インダクタ
（Ｖ1）の電圧は、出力電圧（Ｖ0）から入力電圧
（Ｖin）を引いた値（即ち、Ｖ1＝Ｖ0−Ｖin）に等しく
なる。制御要素１２の動作は、コントローラ２８を使う
ことによって達成される。この従来のブースト回路１０
のダイオード２０は受動スイッチであって、制御要素１
２は能動スイッチであると考えられる。
【０００９】白色ＬＥＤに電力を供給する回路の効率を
改善するために、本発明は、図１の受動スイッチ２０を
能動スイッチに置き換えて、相補形スイッチ・ペアを使
った自励発振同期式ブーストコンバータを提供するもの
である。図２は、このような自励発振同期式ブーストコ
ンバータ３０を示す。本実施形態では、図１の受動スイ
ッチ２０は能動スイッチ３２と置き換えられる。スイッ
チ３２、３４の動作は、インダクタ３８のエネルギーを
入力源４４のエネルギーと共に負荷４２に供給すること
を許す同期式スイッチコントローラ３６によって制御さ
れる。このエネルギーによって、入力電圧源４４単独か
ら送られる電圧よりも高い電圧、即ちブースト電圧を負
荷４２に供給することができる。
改善するために、本発明は、図１の受動スイッチ２０を
能動スイッチに置き換えて、相補形スイッチ・ペアを使
った自励発振同期式ブーストコンバータを提供するもの
である。図２は、このような自励発振同期式ブーストコ
ンバータ３０を示す。本実施形態では、図１の受動スイ
ッチ２０は能動スイッチ３２と置き換えられる。スイッ
チ３２、３４の動作は、インダクタ３８のエネルギーを
入力源４４のエネルギーと共に負荷４２に供給すること
を許す同期式スイッチコントローラ３６によって制御さ
れる。このエネルギーによって、入力電圧源４４単独か
ら送られる電圧よりも高い電圧、即ちブースト電圧を負
荷４２に供給することができる。
【００１０】好適な一実施形態では、コンバータ３０は
白色ＬＥＤでもよい負荷４２に十分な電圧を供給して、
少なくとも８０ミリアンペアを生成させる。コントロー
ラ３６によってスイッチ３２、３４の動作を調整し、コ
ンデンサ４０とインダクタ３８を含む要素の適正なサイ
ズを選択することによって、負荷４２の必要条件に基づ
く様々な電圧値と電流を得ることができることを理解さ
れたい。
白色ＬＥＤでもよい負荷４２に十分な電圧を供給して、
少なくとも８０ミリアンペアを生成させる。コントロー
ラ３６によってスイッチ３２、３４の動作を調整し、コ
ンデンサ４０とインダクタ３８を含む要素の適正なサイ
ズを選択することによって、負荷４２の必要条件に基づ
く様々な電圧値と電流を得ることができることを理解さ
れたい。
【００１１】引き続き図１と図２を注目すると、従来の
コンバータ１０の欠点は、非常に低い電圧の印加で、．
７ボルトから１ボルトまでのダイオード降下によって、
望まれない非効率さをシステムにもたらすことであるこ
とに注意されたい。このような損失は、低電圧では全体
としてかなりの量になる。従って、効率を改善するため
に、図１のダイオード２０は図２の能動スイッチ３２と
置き換えられる。低降伏ダイオード（ｌｏｗ ｂｒｅａ
ｋｄｏｗｎ ｄｉｏｄｅ）を受動スイッチ２０として使
っても、スイッチ３２のオン抵抗値はダイオード２０よ
り低い。従って、図２の回路は、特に低電圧での動作効
率を改善するためにはメリットがある。
コンバータ１０の欠点は、非常に低い電圧の印加で、．
７ボルトから１ボルトまでのダイオード降下によって、
望まれない非効率さをシステムにもたらすことであるこ
とに注意されたい。このような損失は、低電圧では全体
としてかなりの量になる。従って、効率を改善するため
に、図１のダイオード２０は図２の能動スイッチ３２と
置き換えられる。低降伏ダイオード（ｌｏｗ ｂｒｅａ
ｋｄｏｗｎ ｄｉｏｄｅ）を受動スイッチ２０として使
っても、スイッチ３２のオン抵抗値はダイオード２０よ
り低い。従って、図２の回路は、特に低電圧での動作効
率を改善するためにはメリットがある。
【００１２】能動スイッチ３２、３４のオン時間を制御
するために、白色ＬＥＤ４２等の負荷に与える電圧を決
定する。特に、スイッチング周波数のデューティ比によ
って出力電圧（Ｖout）が制御されるが、デューティサ
イクルは、 D = （Ｖout − Ｖin）／Ｖout として定義される。従って、所望の出力電圧が４ボルト
であって、入力電圧が２．４２ボルトである（これは、
２つのＡＡ型電池バッテリーでの公称値である）として
実施する場合は、スイッチ３４のオン時間スイッチング
レシオは、 Ｄ ＝ （４ｖ−２．４２ｖ）／４ｖ ＝ ０．３９５ である。
するために、白色ＬＥＤ４２等の負荷に与える電圧を決
定する。特に、スイッチング周波数のデューティ比によ
って出力電圧（Ｖout）が制御されるが、デューティサ
イクルは、 D = （Ｖout − Ｖin）／Ｖout として定義される。従って、所望の出力電圧が４ボルト
であって、入力電圧が２．４２ボルトである（これは、
２つのＡＡ型電池バッテリーでの公称値である）として
実施する場合は、スイッチ３４のオン時間スイッチング
レシオは、 Ｄ ＝ （４ｖ−２．４２ｖ）／４ｖ ＝ ０．３９５ である。
【００１３】図２の入力ソースの構成は、正の態様で接
続されているものであることに注意されたい。以下で詳
細に議論する幾つかの状況では、負の入力態様で構成さ
れた本回路は効率的に動作する。
続されているものであることに注意されたい。以下で詳
細に議論する幾つかの状況では、負の入力態様で構成さ
れた本回路は効率的に動作する。
【００１４】図３には本発明の第２の実施形態が示され
ており、同期式ブーストコンバータ５０の複数の要素に
ついて詳細に開示されている。本回路では、負にバイア
スされたＤＣ源５２を使って、フィルタ用コンデンサ５
５に接続された白色ＬＥＤ等の負荷５４を供給する。２
つの相補形スイッチ５６、５８は共通ソース構成であっ
て、スイッチ５６、５８のソースはノード６０で連結し
ている。電圧源５２の一端はノード６４に接続されてお
り、ソース５２の第２の端は基準導線６６に接続されて
いる。抵抗６８と、蓄積部即ちブーストインダクタ７０
は、ＤＣソース５２とノード６０間に直列接続されてい
る。フィードバック回路７２には、ノード８０でバス導
線６４に接続された直接接続抵抗７４と、制御ノード８
２に接続されたインダクタ７６とコンデンサ７８が含ま
れる。また、スイッチ５６、５８のゲート、即ち制御電
極は、制御ノード８２で直接接続していることが好まし
い。抵抗６８、７４は個別の抵抗ではなく、要素固有の
抵抗値をもつものであってよいことに注意されたい。ま
た、スイッチ５６、５８は、真性ダイオードを備えてい
てもよい。
ており、同期式ブーストコンバータ５０の複数の要素に
ついて詳細に開示されている。本回路では、負にバイア
スされたＤＣ源５２を使って、フィルタ用コンデンサ５
５に接続された白色ＬＥＤ等の負荷５４を供給する。２
つの相補形スイッチ５６、５８は共通ソース構成であっ
て、スイッチ５６、５８のソースはノード６０で連結し
ている。電圧源５２の一端はノード６４に接続されてお
り、ソース５２の第２の端は基準導線６６に接続されて
いる。抵抗６８と、蓄積部即ちブーストインダクタ７０
は、ＤＣソース５２とノード６０間に直列接続されてい
る。フィードバック回路７２には、ノード８０でバス導
線６４に接続された直接接続抵抗７４と、制御ノード８
２に接続されたインダクタ７６とコンデンサ７８が含ま
れる。また、スイッチ５６、５８のゲート、即ち制御電
極は、制御ノード８２で直接接続していることが好まし
い。抵抗６８、７４は個別の抵抗ではなく、要素固有の
抵抗値をもつものであってよいことに注意されたい。ま
た、スイッチ５６、５８は、真性ダイオードを備えてい
てもよい。
【００１５】ＬＥＤ５４に供給するために、スイッチ５
６、５８を使って供給された入力電圧を、ブーストされ
た信号に変換することができる。スイッチがｎチャネル
とｐチャネルのエンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴをそれ
ぞれ備える場合、スイッチのソース電極は、共通ノード
６０に直接接続されていることが好ましい。しかしなが
ら、スイッチは、ＰＮＰとＮＰＮのバイポーラ接合トラ
ンジスタなどの相補形伝導モードをもつその他のデバイ
スを備えてもよいことに注意されたい。
６、５８を使って供給された入力電圧を、ブーストされ
た信号に変換することができる。スイッチがｎチャネル
とｐチャネルのエンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴをそれ
ぞれ備える場合、スイッチのソース電極は、共通ノード
６０に直接接続されていることが好ましい。しかしなが
ら、スイッチは、ＰＮＰとＮＰＮのバイポーラ接合トラ
ンジスタなどの相補形伝導モードをもつその他のデバイ
スを備えてもよいことに注意されたい。
【００１６】オプションとして、共通ノード６０と制御
ノード８２間に接続された双方向型電圧ランプ８４が提
供される。図示されている背面合わせのツェナーダイオ
ードでこの双方向型電圧クランプを構成し、このクラン
プを使って、ＬＥＤ５４に供給される電圧を確実に制御
することができる。クランプ８４はオプション要素であ
るが、低電圧環境では役立つものではない。始動抵抗８
６、８８、９０は協調して、フィードバック回路７２の
再生可能な動作を開始させる回路５０を充電する。従来
のスナバコンデンサ９２は、スイッチ５６、５８のスイ
ッチングを支援するために備えられている。
ノード８２間に接続された双方向型電圧ランプ８４が提
供される。図示されている背面合わせのツェナーダイオ
ードでこの双方向型電圧クランプを構成し、このクラン
プを使って、ＬＥＤ５４に供給される電圧を確実に制御
することができる。クランプ８４はオプション要素であ
るが、低電圧環境では役立つものではない。始動抵抗８
６、８８、９０は協調して、フィードバック回路７２の
再生可能な動作を開始させる回路５０を充電する。従来
のスナバコンデンサ９２は、スイッチ５６、５８のスイ
ッチングを支援するために備えられている。
【００１７】通電すると、フィードバック回路７２は、
回路５０に十分なゲインを与えることによって自励発振
させる。特に、入力電圧源５２が不動点にあると、ノー
ド８２の信号は上下にスウィングを始め、所望の位相角
でスイッチ５６、５８を駆動するための十分な遅延を与
えることになる。従って、フィードバック回路７２で生
成される発振はスイッチ５６、５８の動作周波数を決定
する、即ち、フィードバック回路７２はスイッチ５６、
５８のデューティサイクルを決定する。フィードバック
回路７２の要素を選択することによって、各スイッチが
オンとなる時間長が決定されるので、ブーストコンバー
タ回路５０によって電圧ブースト量が与えられる。特
に、インダクタ７０で電流が生成されると、ＬＥＤ５４
に送られる大きな電圧がインダクタ７０に生成される。
フィードバック回路７２は共振ネットワークであって、
その信号をソース５２に戻す。
回路５０に十分なゲインを与えることによって自励発振
させる。特に、入力電圧源５２が不動点にあると、ノー
ド８２の信号は上下にスウィングを始め、所望の位相角
でスイッチ５６、５８を駆動するための十分な遅延を与
えることになる。従って、フィードバック回路７２で生
成される発振はスイッチ５６、５８の動作周波数を決定
する、即ち、フィードバック回路７２はスイッチ５６、
５８のデューティサイクルを決定する。フィードバック
回路７２の要素を選択することによって、各スイッチが
オンとなる時間長が決定されるので、ブーストコンバー
タ回路５０によって電圧ブースト量が与えられる。特
に、インダクタ７０で電流が生成されると、ＬＥＤ５４
に送られる大きな電圧がインダクタ７０に生成される。
フィードバック回路７２は共振ネットワークであって、
その信号をソース５２に戻す。
【００１８】図４は、スイッチ５６、５８のゲートに供
給された、発振、即ち正弦波の信号波形９４を示す。図
４のゲートの電圧は、そこに供給されるＤＣバイアスを
含む、即ち、遷移点は０ボルトではないことに注意され
たい。このＤＣバイアスであるオフセットによって、適
切なデューティサイクルでスイッチを動作させることが
できる。ソース５２の電圧が通常のものである場合、デ
ューティサイクルは所望の割合で実際に作用するように
回路５０が設計される。例えば、本実施形態で、通常入
力電圧が約２．４２ボルトである場合、スイッチ５８に
対する約．４のデューティサイクルから約４ボルトの出
力電圧が得られる。
給された、発振、即ち正弦波の信号波形９４を示す。図
４のゲートの電圧は、そこに供給されるＤＣバイアスを
含む、即ち、遷移点は０ボルトではないことに注意され
たい。このＤＣバイアスであるオフセットによって、適
切なデューティサイクルでスイッチを動作させることが
できる。ソース５２の電圧が通常のものである場合、デ
ューティサイクルは所望の割合で実際に作用するように
回路５０が設計される。例えば、本実施形態で、通常入
力電圧が約２．４２ボルトである場合、スイッチ５８に
対する約．４のデューティサイクルから約４ボルトの出
力電圧が得られる。
【００１９】また、図４には、インダクタ７０に流れる
インダクタ電流９６と、インダクタ７０からグランドへ
の電圧信号９８が図示されている。電流９６の増加は、
下のｎチャネル・スイッチ５８がアクティブである期間
で発生する。スイッチ５８がオフになり、スイッチ５６
がアクティブになると、インダクタ電流９６は低下し、
電圧９８がＬＥＤ５４に印加される。この結果、ソース
５２の通常電圧で、ＬＥＤ５４に８０ミリアンペアの定
常状態電流９９の幾分かがが流れる。
インダクタ電流９６と、インダクタ７０からグランドへ
の電圧信号９８が図示されている。電流９６の増加は、
下のｎチャネル・スイッチ５８がアクティブである期間
で発生する。スイッチ５８がオフになり、スイッチ５６
がアクティブになると、インダクタ電流９６は低下し、
電圧９８がＬＥＤ５４に印加される。この結果、ソース
５２の通常電圧で、ＬＥＤ５４に８０ミリアンペアの定
常状態電流９９の幾分かがが流れる。
【００２０】フィードバック回路７２の要素（即ち、抵
抗７４、インダクタ７４、コンデンサ７８）をスイッチ
５６、５８間で使って、デューティサイクルを５０／５
０デューティサイクル以外のものに変えることができ
る。このことは、フィードバック回路７２がソース信号
９４に対してゲートオフセットを生成することによって
達成される。
抗７４、インダクタ７４、コンデンサ７８）をスイッチ
５６、５８間で使って、デューティサイクルを５０／５
０デューティサイクル以外のものに変えることができ
る。このことは、フィードバック回路７２がソース信号
９４に対してゲートオフセットを生成することによって
達成される。
【００２１】本実施形態では、所望の出力とは、通常入
力電圧が２．４２ボルトでＬＥＤ５４に８０ミリアンペ
アを生成するためのものである。本回路はレギュレータ
ではないが、要素の適切な選択によって、ＬＥＤとバッ
テリーの耐用期間に渡って有用な光出力が得られる。白
色ＬＥＤが適切な明るさを出すために、８０ミリアンペ
アが指定されることに注意されたい。しかしながらこれ
は理想的な公称値であることを理解されたい。しかしな
がら、この値では明らかではないが、ＬＥＤは適切に動
作する。
力電圧が２．４２ボルトでＬＥＤ５４に８０ミリアンペ
アを生成するためのものである。本回路はレギュレータ
ではないが、要素の適切な選択によって、ＬＥＤとバッ
テリーの耐用期間に渡って有用な光出力が得られる。白
色ＬＥＤが適切な明るさを出すために、８０ミリアンペ
アが指定されることに注意されたい。しかしながらこれ
は理想的な公称値であることを理解されたい。しかしな
がら、この値では明らかではないが、ＬＥＤは適切に動
作する。
【００２２】その他の実施態様では様々な電流値が必要
であることを理解されたい。本回路は、様々な要素値を
選択することによってこれらの状態に対応することがで
きる。特に、フィードバック回路によって生成されたオ
フセットを調整することによって、スイッチングレシオ
の調整が行われ、様々な出力を得ることができる。
であることを理解されたい。本回路は、様々な要素値を
選択することによってこれらの状態に対応することがで
きる。特に、フィードバック回路によって生成されたオ
フセットを調整することによって、スイッチングレシオ
の調整が行われ、様々な出力を得ることができる。
【００２３】図５では、本発明のコンセプトに基づく同
期式ブーストコンバータ回路１００の実施形態をさらに
示す。本実施形態と図３の実施形態の主な違いは、ＤＣ
電圧源１０２が正の出力構成をもつことである。ｐチャ
ネル・スイッチ１０４が回路１００の下方に配置され、
相補形ペアのｎチャネル・スイッチ１０６は上方のスイ
ッチであるので、本実施形態では正の電圧源を使ってい
る。
期式ブーストコンバータ回路１００の実施形態をさらに
示す。本実施形態と図３の実施形態の主な違いは、ＤＣ
電圧源１０２が正の出力構成をもつことである。ｐチャ
ネル・スイッチ１０４が回路１００の下方に配置され、
相補形ペアのｎチャネル・スイッチ１０６は上方のスイ
ッチであるので、本実施形態では正の電圧源を使ってい
る。
【００２４】また、リミット・コンデンサ１０８はオプ
ションとして備えられるものであって、ノード６０、８
０間の制御電圧の変化の割合を制限するものである。ま
た、同じ要素には図３と同じ番号付けがなされている。
ションとして備えられるものであって、ノード６０、８
０間の制御電圧の変化の割合を制限するものである。ま
た、同じ要素には図３と同じ番号付けがなされている。
【００２５】抵抗８６の配置などのその他の重要ではな
い要素の変更もなされる。しかしながら、このことは、
要素の正確な構成は変わることがあってもコンバータは
本発明の精神と範囲に入っていることを単に強調してい
るにすぎない。特に、本発明では、相補形スイッチング
のコンセプトを用いて、低電圧で動作可能な同期式ブー
ストコンバータを構成することができる。
い要素の変更もなされる。しかしながら、このことは、
要素の正確な構成は変わることがあってもコンバータは
本発明の精神と範囲に入っていることを単に強調してい
るにすぎない。特に、本発明では、相補形スイッチング
のコンセプトを用いて、低電圧で動作可能な同期式ブー
ストコンバータを構成することができる。
【００２６】図３の下のスイッチング位置でｎチャネル
・スイッチを使う理由は、ｎチャネル・デバイスは、同
じサイズと型のｐチャネル・デバイスのために、オン抵
抗値が低い（低ｒｄｓ）ことである。本実施形態では、
意図するスイッチングレシオを得るために、ｎチャネル
は上方のｐチャネルよりも長くオンしていると考えられ
る。従って、図３の下方にｎチャネルを配置すると効率
的な回路が得られる。同様に図５では、そのレシオでは
上方のスイッチが長時間オンになると考えられる場合
に、この構成が変更される。従って、総論として、小さ
な入力電圧を使って下方のスイッチが上方のスイッチよ
りも長時間オンになる場合は、下方のスイッチング位置
にｎチャネルを配置することになる。
・スイッチを使う理由は、ｎチャネル・デバイスは、同
じサイズと型のｐチャネル・デバイスのために、オン抵
抗値が低い（低ｒｄｓ）ことである。本実施形態では、
意図するスイッチングレシオを得るために、ｎチャネル
は上方のｐチャネルよりも長くオンしていると考えられ
る。従って、図３の下方にｎチャネルを配置すると効率
的な回路が得られる。同様に図５では、そのレシオでは
上方のスイッチが長時間オンになると考えられる場合
に、この構成が変更される。従って、総論として、小さ
な入力電圧を使って下方のスイッチが上方のスイッチよ
りも長時間オンになる場合は、下方のスイッチング位置
にｎチャネルを配置することになる。
【００２７】本発明を好適な実施形態で説明したが、当
業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく様々
な変更を行って、要素をそれと等価なものに置き換え可
能であることは理解されていることである。さらに、本
発明の基本的な範囲から逸脱することなく本発明の教唆
に特定の状態やマテリアルを対応させるための多くの修
正を行うことができる。従って、本発明は、本発明を実
施するために考えられたベストモードとして開示された
特定の実施形態に限定されず、本発明は添付の請求項の
範囲内に入る全実施形態を含むものである。
業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく様々
な変更を行って、要素をそれと等価なものに置き換え可
能であることは理解されていることである。さらに、本
発明の基本的な範囲から逸脱することなく本発明の教唆
に特定の状態やマテリアルを対応させるための多くの修
正を行うことができる。従って、本発明は、本発明を実
施するために考えられたベストモードとして開示された
特定の実施形態に限定されず、本発明は添付の請求項の
範囲内に入る全実施形態を含むものである。
【図１】図１は、一般的に利用されるブーストコンバー
タを示す。
タを示す。
【図２】図２は、本発明のコンセプトに基づく自励発振
同期式ブーストコンバータを示す。
同期式ブーストコンバータを示す。
【図３】図３は、本発明の一実施形態の自励発振ブース
トコンバータ回路の詳細を示す。
トコンバータ回路の詳細を示す。
【図４】図４は、図３のコンバータ等の特定のコンバー
タの様々な波形である。
タの様々な波形である。
【図５】図５は、本発明の自励発振同期式ブーストコン
バータの第２の実施形態を示す。
バータの第２の実施形態を示す。
フロントページの続き
(72)発明者 デビッド・ジョセフ・ケヒマリク
アメリカ合衆国、オハイオ州、ストロング
ズビル、プリンストン・サークル、17890
番
Ｆターム(参考） 5H730 AA14 AA15 AS04 AS11 BB14
BB52 DD04 DD12 EE02 EE07
EE13 FD29 FG07
Claims (12)
- 【請求項１】 ブーストコンバータの充電を開始させる
ように構成された始動抵抗ネットワーク８６、８８、９
０と、 前記始動抵抗ネットワークによって前記コンバータの動
作を開始させた後で発振信号を生成するように構成され
た共振フィードバック回路７２と、 前記共振フィードバック回路７２によって生成された発
振信号を受け取るように構成された相補形共通ソース接
続のスイッチ・ペア５６、５８を含む相補形スイッチン
グネットワークであって、前記発振信号は前記相補形ス
イッチ・ペアのスイッチングレートを決定するものであ
る、当該スイッチングネットワークと、 前記相補形スイッチ・ペア５６、５８に動作上接続され
たブーストインダクタ７０であって、前記相補形スイッ
チングネットワークのスイッチングレートはブースト電
圧を決定するものである、当該ブーストインダクタを備
える、自励発振ブーストコンバータ５０。 - 【請求項２】 少なくとも１つの前記相補形スイッチ・
ペア５６、５８と動作上接続されて、前記ブースト電圧
を受ける負荷５４をさらに備える、請求項１の自励発振
ブーストコンバータ。 - 【請求項３】 前記負荷５４は白色ＬＥＤである、請求
項２の自励発振ブーストコンバータ。 - 【請求項４】 前記ブーストコンバータに供給される入
力電圧は、約２ボルトから３．１ボルトの間である、請
求項３の自励発振ブーストコンバータ。 - 【請求項５】 前記負荷５４に供給されるブースト電圧
は約４ボルトである、請求項４の自励発振ブーストコン
バータ。 - 【請求項６】 前記ブーストコンバータ５０は、負電圧
源を用いて動作するように構成される、請求項１の自励
発振ブーストコンバータ。 - 【請求項７】 前記ブーストコンバータ５０は、正電圧
源を使って動作するように構成される、請求項１の自励
発振ブーストコンバータ。 - 【請求項８】 白色ＬＥＤ５４を動作させるために十分
なレベルに、入力源から供給された入力電圧を変換する
自励発振ブーストコンバータ５０であって、前記ブース
トコンバータの充電を開始させるように構成された始動
抵抗ネットワーク８６、８８、９０と、 前記始動抵抗ネットワークによって前記コンバータの動
作を開始させた後で発振信号を生成するように構成され
た共振用コンデンサ・インダクタンスと抵抗を備える共
振フィードバック回路７２と、 前記共振フィードバック回路によって生成された発振信
号を受けるように構成された相補形共通ソース接続のス
イッチ・ペア５６、５８を備える相補形スイッチングネ
ットワークであって、前記発振信号は前記相補形スイッ
チ・ペアのスイッチングレートを決定するものである、
当該相補形スイッチングネットワークと、 前記相補形スイッチ・ペアに動作上接続されたブースト
インダクタ７０であって、前記相補形スイッチングネッ
トワークの前記スイッチングレートはブースト電圧を決
定するものである、当該ブーストインダクタとを備え、 前記ブースト電圧と前記入力源によって供給された前記
電圧は、前記白色ＬＥＤ５４に電力を供給するために十
分なものである、ブーストコンバータ。 - 【請求項９】 前記ブーストコンバータ５０に供給され
た入力電圧は、約２ボルトから３．１ボルトの間であ
る、請求項８のブーストコンバータ。 - 【請求項１０】 前記白色ＬＥＤに供給されたブースト
電圧は約４ボルトである、請求項８のブーストコンバー
タ。 - 【請求項１１】 前記ブーストコンバータ５０は負電圧
源を使って動作するように構成される、請求項８のブー
ストコンバータ。 - 【請求項１２】 前記ブーストコンバータ５０は正電圧
源を使って動作するように構成された、請求項８のブー
ストコンバータ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/861208 | 2001-05-18 | ||
| US09/861,208 US6525488B2 (en) | 2001-05-18 | 2001-05-18 | Self-oscillating synchronous boost converter |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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ID=25335176
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| JP (1) | JP3648214B2 (ja) |
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| US6867553B2 (en) * | 2003-04-16 | 2005-03-15 | General Electric Company | Continuous mode voltage fed inverter |
| US6836157B2 (en) * | 2003-05-09 | 2004-12-28 | Semtech Corporation | Method and apparatus for driving LEDs |
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| KR20080072891A (ko) * | 2005-11-02 | 2008-08-07 | 오스람 게젤샤프트 미트 베쉬랭크터 하프퉁 | 적어도 하나의 방전 램프를 동작시키기 위한 장치 |
| KR100833764B1 (ko) * | 2007-01-22 | 2008-05-29 | 삼성에스디아이 주식회사 | 직류-직류 컨버터를 갖는 유기 전계 발광 표시 장치 |
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|---|---|---|---|---|
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| HUT67851A (en) * | 1993-06-01 | 1995-05-29 | Philips Electronics Nv | Electronic supply for igniting and operating a high-pressure discharge lamp |
| US5796214A (en) | 1996-09-06 | 1998-08-18 | General Elecric Company | Ballast circuit for gas discharge lamp |
| US5917289A (en) | 1997-02-04 | 1999-06-29 | General Electric Company | Lamp ballast with triggerless starting circuit |
| JPH1167471A (ja) * | 1997-08-26 | 1999-03-09 | Tec Corp | 照明装置 |
| US6057648A (en) | 1998-08-25 | 2000-05-02 | General Electric Company | Gas discharge lamp ballast with piezoelectric transformer |
| FR2785736B1 (fr) * | 1998-11-06 | 2000-12-15 | Schlumberger Systems & Service | Batterie synthetisee |
| US6078143A (en) * | 1998-11-16 | 2000-06-20 | General Electric Company | Gas discharge lamp ballast with output voltage clamping circuit |
| US6150769A (en) * | 1999-01-29 | 2000-11-21 | General Electric Company | Gas discharge lamp ballast with tapless feedback circuit |
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| US6208086B1 (en) * | 1999-12-16 | 2001-03-27 | General Electric Company | Halogen power converter with complementary switches |
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2001
- 2001-05-18 US US09/861,208 patent/US6525488B2/en not_active Expired - Lifetime
-
2002
- 2002-05-15 EP EP20020253392 patent/EP1258977A3/en not_active Withdrawn
- 2002-05-17 JP JP2002142277A patent/JP3648214B2/ja not_active Expired - Fee Related
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