JP2006524981A - スイッチング電力変換装置用の制御ループ - Google Patents
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Abstract
Description
Vout=Vin(Ton/T) (1)
ここで、TonはM1が導通状態に維持されている持続期間であり(この場合、ノード20Aにおける信号はゼロである間)、Tはノード20Aにおける信号の全体の期間(またはノード20Bにおける信号の期間)である。図2を参照すると、Ton/Tの比率は、クロックの“デューティサイクル”と呼ばれる。したがって、20%の“デューティサイクル”に対して、出力電圧Voutは、損失がないと仮定すると、Vout=0.2Vinとなる。
η=Vout/Vin (5)
ここで、VinおよびVoutはそれぞれそれらの入力および出力電圧である。したがって、線形調整装置は大きい電圧降下に対してきわめて非効率的であると考えられ、η=50%であるために、Vin=1.3VおよびVout=0.65Vであるシステムに対しては適切ではない可能性がある。類似した電圧降下率に対して、SPC効率は95%の高さであることができる。別の利用可能な方法はブーストSPCを使用し、上述したようにVinの値をほぼ2V以上の電圧にステップアップすることにより供給された電源を増加させ、その後生成された2Vレベルを調整して最初のVinより低い電圧に戻すためにバックSPCを使用することである。このような方法には2つのセットのSPCが必要であるが、これは費用を増加させ、電力変換装置回路の全体的な効率を低下させることとなる。これは許容できない可能性があるが、しかしながらそれが唯一の実効的な“効率的”解決方法である。
ΔV52F=(IupTup)/C12 (7)
となり、ここで、Iupは電荷ポンプ45における電流源の値であり、Tupは、Iupがノード52F中に流れている期間である。比較装置44の出力が論理1であるとき、すなわち、V52E=“1”であるとき、キャパシタC12は次式によって計算された量だけ放電される:
ΔV52F=(IdnTdn)/C12 (8)
同様に、IdnおよびTupはそれぞれ、IdnがC12から流れている電荷ポンプ45に対する電流および期間の値である。周波数ドメインにおいては、単一のキャパシタは別の極を調整ループに追加し、それはシステム全体を不安定なものにする付加的な原因を発生させ、安定化回路を有しないこのシステムに対して推奨されないことに注意しなければならない。フィルタ46は、ノード52Fにおける電圧を平滑化すると共に、ループを補償し、発振を阻止することを可能にしなければならない。
fz1=1/2πR31C12 (9)
において追加される。ここで、fz1はゼロの周波数である。ゼロにおける単一の極(fP3=0)と、
fP4=(C11+C12)/(2πR31C11C12) (10)
における別の極の2つの極が追加される。ここで、fP4は追加された極の周波数である。したがって、R31、C11およびC12に対して適当な値を選択することにより、生成された極およびゼロの値は、安定したシステムが得られるように配置されることができる。さらに、値C0を有するキャパシタ55Bの寄生抵抗は、C11、C12およびR31の値と共に、システムを安定させるために使用されるネットワーク内に余分なゼロを追加することとなる。
Claims (15)
- 電力出力ノードが負荷に給電し、変調装置の可変パラメータが電力変換装置の調整量および効率を設定し、ブリッジフィルタセクションが固有の極およびゼロを有する第1の伝達関数を有している、電源およびブリッジフィルタセクションに関連したスイッチを動作するパルス幅可変またはパルス周波数可変変調装置を有するタイプのスイッチング電力変換装置用の調整ループにおいて、
スイッチング電力変換装置の電力出力ノードからの電圧または電流を第1の入力信号としてサンプリングする高インピーダンスの第1の入力と、負荷に対するターゲット電圧または電流レベルを表す基準電源からの第2の入力信号と、第1の入力信号が第2の入力信号を超えたか否かに応じて高い信号または低い信号を有する出力信号を出力ライン上に出力する比較装置と、
前記比較装置に接続されて比較装置の出力信号を受取り、フィルタ出力信号を出力するフィルタとを具備し、前記フィルタは2次の伝達関数を有し、この2次の伝達関数は第1の伝達関数の極およびゼロをオフセットするフィルタコンポーネントの選択によって設定され、それによってフィルタ出力信号が平滑化され、パルス幅可変またはパルス周波数可変変調装置の可変入力パラメータを動作させる調整ループ装置。 - 電荷ポンプは、比較装置とフィルタとの間に挿入されている請求項1記載の装置。
- フィルタは電荷ポンプと連絡した少なくとも1つのキャパシタを備え、それによって電荷ポンプはキャパシタとの間で電荷を加算し、減算する請求項2記載の装置。
- フィルタは電荷ポンプと連絡した少なくとも2つのキャパシタを備え、それによって電荷ポンプはキャパシタとの間で電荷を加算し、減算する請求項2記載の装置。
- フィルタは、電荷ポンプに接続された第1の端部と接地端子に接続された第2の端部とを含む対向した端部を有する2つの並列の分岐を備えている請求項2記載の装置。
- フィルタの第1の分岐はキャパシタを含んでいる請求項5記載の装置。
- フィルタの第2の分岐はキャパシタおよび抵抗を含んでいる請求項5記載の装置。
- 電荷ポンプは、フィルタに電流を注入し、フィルタから電流を抽出するスイッチ手段を含んでいる請求項2記載の装置。
- 電力出力ノードが負荷に給電し、変調装置の可変パラメータが電力変換装置の調整量および効率を設定している、電源およびブリッジフィルタセクションに関連したスイッチを動作するパルス幅可変またはパルス周波数可変変調装置を有するタイプのスイッチング電力変換装置用の調整ループにおいて、
スイッチング電力変換装置の電力出力ノードからの電圧または電流を第1の入力信号としてサンプリングする高インピーダンスの第1の入力と、負荷に対するターゲット電圧または電流レベルを表す基準電源からの第2の入力信号と、第1の入力信号が第2の入力信号を超えたか否かに応じて高い信号または低い信号を有する出力信号を出力ライン上に出力する比較装置と、
前記比較装置から出力信号を受取り、それに応答してソースまたはシンクのいずれかの電流を電流信号として受取るように接続された電荷ポンプと、
前記比較装置に接続されて前記電流信号を受取り、フィルタ出力信号を出力して、パルス幅可変またはパルス周波数可変変調装置を動作させるフィルタとを具備している調整ループ装置。 - フィルタは電荷ポンプと連絡した少なくとも1つのキャパシタを備え、それによって電荷ポンプはキャパシタとの間で電荷を加算し、減算する請求項9記載の装置。
- フィルタは電荷ポンプと連絡した少なくとも2つのキャパシタを備え、それによって電荷ポンプはキャパシタとの間で電荷を加算し、減算する請求項9記載の装置。
- フィルタは、電荷ポンプに接続された第1の端部と接地端子に接続された第2の端部とを含む対向した端部を有する2つの並列の分岐を備えている請求項9記載の装置。
- フィルタの第1の分岐はキャパシタを含んでいる請求項12記載の装置。
- フィルタの第2の分岐はキャパシタおよび抵抗を含んでいる請求項12記載の装置。
- 電荷ポンプはMOSトランジスタのインバータ構造を含み、1対のバイアストランジスタがインバータ構造に接続されている請求項9記載の装置。
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