JP2011521612A - 電圧生成装置、電圧生成回路、電圧生成方法 - Google Patents
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Abstract
図訳
図1
#1 従来技術
図2
#1 ハイ
#2 ロー
図3
#1 プリチャージ
#2 充電
#3 PWMサイクル
図4
#1 充電
#2 PWMサイクル
図5
#1 PWMサイクル開始
#2 オン
#3 ランプ発生器
#4 PWMサイクルの開始
#5 201はすべて開いている
図6
#1 PWMサイクル開始
#2 PWMサイクルの開始
図7
728 V1開始(ブロック6001のイネーブル)
730 スイッチ制御
740 ブロック600nのイネーブルおよびスイッチ制御
#1 バック
#2 ブースト
#3 PWM開始
Description
図1を参照して、電圧生成段100を示す。電圧源110、通常電池が、線112上に入力電圧を提供する。スイッチング素子は、スイッチ102および103によって形成されるバック部104と、スイッチ105および106から形成されるブースト部109とからなる。キャパシタ107は容量性蓄積素子であり、インダクタ108は誘導性蓄積素子である。電圧源110が2.5Vを供給するときに、供給段100が出力電圧を2.5Vより大きくする必要がある場合、バックモードとブーストモードの間で切り換わらなければならない。
図1に示すような位相に伴う問題は、それぞれの必要な電圧に対して別々の電圧生成段100を使用しなければならないことである。したがって、それぞれの必要な電圧に対して、図1の回路全体を繰り返さなければならない。この結果、複数のバックブースト回路、および関連する多数のインダクタが生じる。このため、コストが増大し、空間をとり、干渉を生成する。
複数のキャパシタはそれぞれ、複数(plularity)の電圧の1つの選択である第2の電圧に接続することができる。そのような構成では、1つのキャパシタに対する第2の電圧を電気接地とすることができる。
複数のキャパシタはそれぞれ、1サイクル内で、インダクタの第2の端子に接続することができる。
この方法は、インダクタの第2の端子を電気接地に選択的に接続するステップをさらに含むことができる。
この方法は、インダクタの第1の端子を電気接地に選択的に接続するステップをさらに含むことができる。
この方法は、各キャパシタをインダクタの第2の端子に順次接続するステップをさらに含むことができる。
この方法は、電圧ブーストサイクル内で、インダクタの第2の端子を接地に接続して、複数のキャパシタをすべてインダクタの第2の端子から切断し、インダクタをプリチャージするステップをさらに含むことができる。
この方法は、電圧バックサイクル内で、インダクタの第2の端子を電気接地から切断するステップをさらに含むことができる。
この方法は、1サイクル内で、複数のキャパシタをそれぞれインダクタの第2の端子に接続するステップをさらに含むことができる。
この方法は、基準に応じて、バックサイクルとブーストサイクルの間から選択するステップをさらに含むことができる。
本発明について、添付の図面を参照して次に説明する。
図2を参照して、本発明の一実施形態による電圧供給段を示す。
本発明は、単一の電圧源から複数の供給電圧を生成するために、単一のインダクタと組み合わせたスイッチおよびキャパシタの単一のアセンブリを提供する。
上記で論じたように、コンバータは、バックモードとブーストモードのいずれかで動作する。バックモードとブーストモードの境界は、以下の関係によって定義される。
Vbattは電池(または供給)電圧であり、
Vnは第nの電圧出力であり、
tnは第nの電圧出力で費やした時間であり、
tcycleはサイクル期間であり、
pは使用される供給電圧の数である。
ブーストモードでは、スイッチ102は連続して「オン」であり、スイッチ103は連続して「オフ」である。したがって、電池110は、ブーストサイクル中、インダクタ108の第1の端子に接続される。
プリチャージ期間以外のPWMサイクルのそれぞれの期間中、それぞれのキャパシタ2021〜202pは、スイッチアレイ201のスイッチが出力線2021〜202pのそれぞれ1つを線116上のインダクタ108の第2の端子に接続したときに充電される。
図4は、バックモードのスイッチング動作を示す。バックモードはブーストモードに類似しているが、プリチャージサイクルが省略されている。記載の例の場合、図1に関連するブーストモードの記載の例のとおり、V1からVpのシーケンスで出力線の充電が行われる。
バックステージ104は、等式1のPWMバックランプ基準を超えるときはいつでも、接地に接続される。バックステージは、スイッチ103を閉じて「オン」にし、またスイッチ「102」を開いて「オフ」にすることによって、接地に接続される。スイッチ102および103は相補的(complimentary)であり、一方が閉じると他方が開き、また逆も同様である。
バックサイクルでは、スイッチアレイ201は、ブーストモードの場合と同様に、キャパシタ間で切り換わるように制御される。各キャパシタがインダクタ108の第2の端子に接続される時間の長さは、ブーストモードの場合と同様に決まる。
図5は、上記で論じた電圧制御動作に対する例示的な制御構成を示す。図5の目的のため、4つの電圧レベルV1〜V4を生成する必要があるものとする。すなわちp=4である。
通常、p+1個の電圧制御ブロックが提供される。参照番号5000で示す第1の電圧制御ブロックは、ブーストサイクル内のプリチャージ動作に関連する。参照番号5001〜5004で示す残りの電圧制御ブロックは、それぞれ電圧V1〜V4に関連する電圧出力に対するブーストサイクルまたはバックサイクル内の充電または放電に関連する。
ブーストサイクル内でプリチャージを提供する電圧制御ブロック5000は、積分器5020、比較器5040、およびランプ発生器5060を備える。ランプ発生器5060は、線515上で、PWMサイクルの開始を示す入力信号を受け取る。
各電圧制御ブロック5001〜5003は、積分器5021〜5023、比較器5041〜5043、およびランプ発生器5061〜5063を含む。
ランプ発生器の開始に応答して、線5091〜5093上でパルス信号の立上り端が生成される。
第2の問題は、電圧制御と多電源出力を組み合わせた結果である。電圧の増大が必要とされるとき、期間の1つが延びる。これは、PWMサイクルの全体的な期間を維持するためにプリチャージサイクルが短縮されることを意味する。プリチャージサイクルが短縮された結果、電圧出力がより低くなる。
図6の構成は図5のものと同様に動作し、プリチャージサイクルの後に、個々の供給電圧に関連する連続するサイクルが続く。したがって、1ブーストサイクル内でプリチャージが提供され、その後に、電圧V1〜V4に対するブーストサイクルが続く。バックサイクルでは、プリチャージが省略され、それぞれの電圧V1〜V4に対する放電サイクルだけが存在する。
より高次の制御ループ関数が必要とされる場合、追加の積分器および比例要素をここで挿入することができる。
図7では、制御回路について、図6の充電/電流構成に対する制御の文脈で説明する。図5の電圧制御構成では、制御ブロック700は通常、図7で示す場合と同様に実施することができるが、線602上で比較器706の入力へインダクタ電流を提供するのではなく、線602が接地に接続されるはずである。
D型レジスタ710の(インバータ721によって)反転された出力は、ANDゲート724への第1の入力を形成する。ANDゲート724の第2の入力は、排他的NORゲート714の、インバータ716によって提供される反転された出力によって提供される。
電圧レベルV1およびその関連する基準レベルに基づいて、比較器706と積分器704によって提供される積分および比較を行うための図7内の選択は、任意であることに留意されたい。バック動作モードを開始するべきか、それともブースト動作モードを開始するべきかについて決定するために、任意の特定の電圧レベルを選択することができる。
Claims (32)
- 電圧源と、第1の端子が前記電圧源に切換え可能に接続されるインダクタと、前記インダクタの第2の端子に切換え可能に接続され両端でそれぞれの複数の電圧が形成される複数のキャパシタとを備える電圧生成装置。
- 前記複数のキャパシタがそれぞれ、電気接地に接続される、請求項1に記載の電圧生成装置。
- 前記複数のキャパシタがそれぞれ、複数の電圧の1つの選択である第2の電圧に接続される、請求項1に記載の電圧生成装置。
- 前記インダクタの前記第2の端子が、電気接地に切換え可能にさらに接続される、請求項1または請求項3に記載の電圧生成装置。
- 前記インダクタの第1の端子が、電気接地に切換え可能にさらに接続される、請求項1から4のいずれか1項に記載の電圧生成装置。
- 前記切換え可能に制御可能な機能を提供する1組のスイッチを制御する制御手段をさらに含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の電圧生成回路。
- 前記制御手段が、各キャパシタを前記インダクタの前記第2の端子に順次接続するように適合される、請求項1〜6のいずれか一項に記載の電圧生成回路。
- 前記制御手段が、電圧ブーストサイクル内で、前記複数のキャパシタのいずれかが前記インダクタの前記第2の端子に接続されているとき、前記インダクタの前記第2の端子を前記電気接地から切断するようにさらに適合される、請求項7に記載の電圧生成回路。
- 前記制御手段が、電圧ブーストサイクル内で、前記インダクタの前記第2の端子を接地に接続して、前記複数のキャパシタをすべて前記インダクタの前記第2の端子から切断し、前記インダクタをプリチャージするようにさらに適合される、請求項7または請求項8に記載の電圧生成回路。
- 前記制御手段が、電圧ブーストサイクル内で、前記インダクタの前記第1の端子を前記電圧源に接続して、前記インダクタの前記第2の端子を電気接地から切断するようにさらに適合される、請求項6から8のいずれか1項に記載の電圧生成回路。
- 前記制御手段が、電圧バックサイクル内で、前記インダクタの前記第2の端子を電気接地から切断するようにさらに適合される、請求項7から10のいずれか1項に記載の電圧生成回路。
- 前記制御手段が、電圧バックサイクル内で、前記インダクタの前記第1の端子を前記電圧源と電気接地のいずれかに選択的に接続するようにさらに適合される、請求項11に記載の電圧生成回路。
- 前記複数のキャパシタがそれぞれ、1サイクル内で、前記インダクタの前記第2の端子に接続される、請求項1〜12のいずれか一項に記載の電圧生成回路。
- 前記制御手段が、各サイクルの開始時に、バックサイクルとブーストサイクルの間から選択するように適合される、請求項13に記載の電圧生成回路。
- 前記選択が、基準に応じて行われる、請求項14に記載の電圧生成回路。
- 電圧生成装置内で複数の電圧を生成する方法であって、電圧源をインダクタの第1の端子に選択的に接続するステップと、複数のキャパシタの1つを前記インダクタの第2の端子に選択的に接続するステップとを含み、前記複数のキャパシタの両端でそれぞれの複数の電圧が形成される、方法。
- 前記複数のキャパシタをそれぞれ電気接地に接続するステップをさらに含む、請求項16に記載の方法。
- 前記インダクタの前記第2の端子を電気接地に選択的に接続するステップをさらに含む、請求項16または請求項17に記載の方法。
- 前記インダクタの前記第1の端子を電気接地に選択的に接続するステップをさらに含む、請求項16から18のいずれか1項に記載の方法。
- 前記切換え可能に制御可能な機能を提供する1組のスイッチを制御するステップをさらに含む、請求項16から19のいずれか1項に記載の方法。
- 各キャパシタを前記インダクタの前記第2の端子に順次接続するステップをさらに含む、請求項16から20のいずれか1項に記載の方法。
- 電圧ブーストサイクル内で、前記複数のキャパシタのいずれかが前記インダクタの前記第2の端子に接続されているとき、前記インダクタの前記第2の端子を前記電気接地から切断するステップをさらに含む、請求項21に記載の方法。
- 電圧ブーストサイクル内で、前記インダクタの前記第2の端子を接地に接続して、前記複数のキャパシタをすべて前記インダクタの前記第2の端子から切断し、前記インダクタをプリチャージするステップをさらに含む、請求項21または請求項22に記載の方法。
- 電圧ブーストサイクル内で、前記インダクタの前記第1の端子を前記電圧源に接続して、前記インダクタの前記第2の端子を電気接地から切断するステップをさらに含む、請求項21から23のいずれか1項に記載の方法。
- 電圧バックサイクル内で、前記インダクタの前記第2の端子を電気接地から切断するステップをさらに含む、請求項21から24のいずれか1項に記載の方法。
- 電圧バックサイクル内で、前記インダクタの前記第1の端子を前記電圧源と電気接地のいずれかに選択的に接続するステップをさらに含む、請求項25に記載の方法。
- 1サイクル内で、前記複数のキャパシタをそれぞれ前記インダクタの前記第2の端子に接続するステップをさらに含む、請求項16から26のいずれか1項に記載の方法。
- 各サイクルの開始時に、バックサイクルとブーストサイクルの間から選択するステップをさらに含む、請求項27に記載の方法。
- 基準に応じて、バックサイクルとブーストサイクルの間から選択するステップをさらに含む、請求項28に記載の方法。
- 複数のキャパシタの1つを前記インダクタの第2の端子に選択的に接続する前記ステップが、所与の電圧レベルに対して、現在の出力電圧レベルと基準レベルの差を表す誤差信号を生成するステップと、前記誤差信号とランプ信号を比較するステップとを含み、前記比較ステップに応じて、前記電圧レベルに対するキャパシタが選択的に接続される、請求項15から29のいずれか1項に記載の方法。
- 複数のキャパシタの1つを前記インダクタの第2の端子に選択的に接続する前記ステップが、所与の電圧レベルに対して、現在の出力電圧レベルと基準レベルの差を表す誤差信号を生成するステップと、前記誤差信号と前記インダクタ内の電流レベルを比較するステップとを含み、前記比較ステップに応じて、前記電圧レベルに対するキャパシタが選択的に接続される、請求項15から30のいずれか1項に記載の方法。
- 前記キャパシタが、前記比較ステップの開始時に接続され、また前記比較ステップが変化を示すのに応じて切断される、請求項30または請求項31に記載の方法。
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