JP2011527557A - 電圧変換器を有する電源ユニット - Google Patents
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Abstract
【選択図】図3
Description
‐ 赤外線(IR)リモート・コントロール
‐ センサ(外部温度、圧力、磁界、光等々)
‐ RF信号。
‐ コンピュータ信号
‐ ホーム・ネットワークが生成する信号。
‐ 時間ベース(たとえばプログラマブル・タイマ)
‐ センサ(内部温度、圧力、磁気等)。
前記電源ユニットが、前記一次側に構成された電力管理ユニットを包含し、変換器の一次部分が、同様に前記一次側に配置され、かつ前記一次部分の一次電力経路内を流れる電気エネルギをコントロールするコントロール回路に関連付けされており、
このコントロール回路が、電力管理ユニットから少なくとも前記一次電力経路内の電気エネルギをオフに切換えるための第1のコントロール信号を受信し、前記第1のコントロール信号が変換器への給電がなくなるようにオフにセットされたときに前記電源ユニットが極低電力モード(『パワーダウン』モードまたは最小電力モード)に入り、
前記電力管理ユニットが、前記極低電力モードにおいて、少なくともウェイクアップ信号の受信または生成が可能であり、かつ前記ウェイクアップ信号に応答して変換器の前記一次および二次部分への給電を再開するために前記第1のコントロール信号をオンにセットすることが可能であるように構成される。
‐ 『パワーダウン』モード(最小電力モード、変換器への給電、出力への給電がない)
‐ 『スタンバイ』モード(すべての二次電圧が利用可能であるが、軽負荷とする)
‐ 『スタートアップ』モード(より高い電流が12V給電で利用可能、たとえばハード・ドライブのスタートアップ段階)
‐ 活動モード(完全な機能、通常の動作)。
本発明に従った一次側に構成された電子ユニットへの給電のための一次給電電圧生成の異なる要素のための好ましい電子回路について述べる。
● 初期スタートアップの加速(第1の電圧逓減回路によって提供される電流より高い電流を用いた『LVストレージ・キャパシタ』の充電)
● 入力電圧が切断された後、またはあらかじめ決定済みの時間期間が満了した後のHVストレージ・キャパシタの放電。
● 『Bulk+』電圧を測定する電圧分圧器の提供(Q30がディセーブルされる場合のみ)。
本発明の特定の特徴によれば、電源コントローラが本発明に従った電源ユニットの一次部分(一次側)の中に実装される。第1の実施例においては、この電源コントローラが専用の状態マシンによって形成される。別の実施例においては、電源コントローラがプログラマブル回路によって形成される。好ましくは、これらの状態マシンおよびプログラマブル回路が低電力設計を有する。
● スタートアップ給電のコントロール
● 次に挙げるアナログ値の測定
‐ 給電電圧(中間電圧)
‐ HVストレージ・キャパシタの電圧(Bulk+)
● 次の場合における『パワーダウン・モード』からのウェイクアップ
‐ 赤外線リモート・コントロールの『電源オン』の受信、および/または
‐ 『電源』押しボタンの押下げ
‐ プログラマブル・タイマの満了
● 次の場合における『パワーダウン・モード』への変更
‐ 赤外線リモート・コントロールの『電源オフ』の受信および/または
‐ 『電源』押しボタンの押下げ(たとえば、短い操作)、および/または
‐ 主コントローラからの命令(たとえば、プログラムされた録画の終了後)
● 次の内容に応じたDC/DC変換器の一次側のイネーブル/ディセーブル
‐ 給電電圧(中間電圧)
‐ HVストレージ・キャパシタの電圧
‐ 温度(μC内部測定値)
‐ 過負荷リスタート後の最小オフ時間
● DC/DCコントロールの一次側のためのPWM信号(周波数およびデューティ・サイクル)の提供、特に
‐ ソフト・スタート(デューティ・サイクルが漸増する)の提供
‐ 最大デューティ・サイクル(たとえば、入力電圧に応じた)の定義
‐ 最終的な周波数のジタリング(EMIの最適化)
‐ 従来的な『スタンバイ』モードの間の『バースト・モード』動作の提供
● IR受信機モジュールからの信号の受信およびデコード
● 『パワーダウン』モードの間におけるIR受信機モジュールの周期的な再給電
● ウェイクアップ・タイマ(主コントローラからロードされる)を含むRTC(リアル‐タイム・クロック)の提供
● 主コントローラからの次に挙げるデータの受信
‐ コントロール・フラグ(たとえば『オン/オフ』、『手動オフのイネーブル』、『ウェイクアップ確認応答』、『スタンバイ』)
‐ RTCのセット
‐ ウェイクアップ・タイマのロード
● 主コントローラへの次に挙げるデータの送信
‐ 状態フラグ
‐ IR受信されたデータ
‐ RTC/ウェイクアップ・タイマの設定の読取り
● オプションのPFCのコントロール。
赤外線(IR)リモート・コントロール受信機モジュール(好ましくは低電力タイプ)を電源コントローラの入力として使用できる。これは、『パワーダウン』モードからのウェイクアップのための可能性のあるセンサ・デバイスである。実施例においては、これがセットトップ・ボックスの唯一の受信機モジュールであり、すべての命令の受信に使用されるとし得る。この場合においては、IRが主コントローラへ送信されなければならないデータを受信する。
この実施態様においては、一次側に配置された電源コントローラと二次側に配置されたSTBデバイスの少なくとも主コントローラの間におけるデータ転送のために一次側と二次側の間に双方向絶縁インターフェースが構成されている。
一次部分のコントロール・ユニットを図10に示す。このコントロール回路は、第1の電圧逓減回路によって生成される12ボルトの給電信号および電源コントローラから切換え信号(S_CPP)を受信する第1の部分100を有する。この切換え信号は、DC‐DC変換器の一次部分のオンまたはオフに使用される。S_CPPは、部分102内の増幅素子、部分104内のIC51C、IC51DおよびトランジスタのペアQ50/51のイネーブルおよびディセーブルを行う。部分100は、本発明に特有のものであり、システムのパワーダウン・モードの間にわたる変換器の一次および二次部分の完全な遮断を可能にする。第1の部分100から出る電力ラインは、モノフロップ回路102へ接続され、この回路はまた、入口においてPWM信号(S_PWM)も受信する。この信号は、少なくとも特定の機能モードにおいてDC‐DC変換器を通って流れる電流の変調に使用される。電力ラインおよびモノフロップ回路の比較器の出力は、通常の電流モードPWMコントローラ(たとえばUC3844等)の機能をエミュレートする回路部分104に入力される。この実施態様においては、次に示す機能が電源コントローラによって引継がれる。
● 最大デューティ・サイクル定義およびソフト・スタートを含む発振器
● 従来的な『スタンバイ』モードの間の『バースト・モード』動作(スタンバイ入力電力を低減可能)
● 12V給電電圧の切換え
● 過電圧保護を含む給電電圧の管理
● 出力過負荷の場合におけるリスタートの定義済みサイクリング
● 基準電圧源
● 『パワーダウン』モードにおける入力電力が約10mWまたはそれより低い(たとえば4〜5mW)。
● 『スタンバイ』モードにおける入力電力が1W未満(出力負荷が0.6Wより低い場合)であり、これは実際の『エナジースター』要件に対応する。
● 活動モードにおける効率が最小で80%である。DC/DC変換器の一次部分の電力部分を図11に示す。この回路は、逆バイアスを伴うフライバック変換器の概念に基づいている。
DC/DC変換器の二次電力部分を図12に示す。
本発明に従ったこの電源ユニットまたはシステムは、そのほかの多様な応用、たとえばDVDプレーヤおよび『平面TV』のために使用することも可能である。
この説明の中で提案されているところの電源ユニットは、現在の実施態様に関して次に示す主要な恩典/利点を有する。
● 『パワーダウン』モードにおけるエネルギ消費が実質的により低い(特に10mWより低い)
● 『グリーン・パワー』要件のための現在および将来的な標準(すなわち、『エナジースター』/『ブルー・エンジェル』)の実現
‐ 『パワーダウン』モードにおいては実質的にこれらの制限より低い
‐ 『スタンバイ』モードにおける制限より低い
● 『パワーダウン』モードの間は通常動作へのリスタートの可能性を維持し、次によってトリガされる
‐ 赤外線(IR)リモート・コントロール、または
‐ 正面からアクセス可能な押しボタン、または
‐ プログラマブル・タイマ(内部リアル‐タイム・クロック)
● 二次側のデバイスまたは設備にバッテリまたは『スーパーキャップ/ゴールドキャップ』がまったく不要(特にリアル‐タイム・クロック用)
● この概念は多くの応用への適応が容易である。
Claims (20)
- 電気設備またはデバイスの一次側および二次側をそれぞれ定める一次部分および二次部分を有する電圧変換器を包含する電源ユニットが装備された電気設備またはデバイスであって、前記電源ユニットが、前記一次側に構成された電力管理ユニットを包含し、前記変換器の前記一次部分が、同様に前記一次側に構成され、かつ前記一次部分の一次電力経路内を流れる電気エネルギをコントロールするコントロール回路に関連付けされており、このコントロール回路が、前記電力管理ユニットから少なくとも前記一次電力経路内の電気エネルギをオフに切換えるための第1のコントロール信号を受信し、前記第1のコントロール信号が前記変換器への給電がなくすようにオフにセットされたときに、前記電源ユニットが極低電力モード(『パワーダウン』モード)に入り、前記電力管理ユニットが、前記極低電力モードにおいて少なくともウェイクアップ信号の受信または生成が可能であり、かつ前記ウェイクアップ信号に応答して前記変換器の前記一次および二次部分への給電を再開するために前記第1のコントロール信号をオンにセットすることが可能であるように構成されることを特徴とする、電気設備またはデバイス。
- 前記電力管理ユニットが、前記電源ユニットの入力回路によって受入れられる入力電圧を、少なくともそれの電子素子への給電のためのより低い電圧レベルに適応させるか、または低減するために構成されることを特徴とする、請求項1に記載の電気設備またはデバイス。
- 前記電力管理ユニットが、さらに、前記より低い電圧を前記変換器に関連付けされた前記コントロール回路への給電のために構成されることを特徴とする、請求項2に記載の電気設備またはデバイス。
- 前記電力管理ユニットが、この電力管理ユニットのいくつかの機能を管理する電源コントローラ、入力電圧を受入れるときに中間電圧を提供する第1の電圧逓減回路、および前記第1の電圧逓減回路に続く、前記電源コントローラへ給電するための低電圧を提供する第2の電圧逓減回路を包含することを特徴とする、請求項1に記載の電気設備またはデバイス。
- 前記中間電圧が前記コントロール回路への給電に使用されることを特徴とする、請求項4に記載の電気設備またはデバイス。
- 前記電力管理ユニットが、少なくとも前記ウェイクアップ信号を定義する第1の外部コントロールを受入れるために前記一次側に構成される外部コントロール・インターフェース、センサ、受信機、および/またはスイッチに関連付けされることを特徴とする、請求項1乃至5のうちのいずれかに記載の電気設備またはデバイス。
- 前記電力管理ユニットが時間ベースに関連付けされ、この時間ベースが、前記極低電力モードにおいて活動的であり、前記電力管理ユニットが、決定済みの時間期間を測定するために構成され、その期間の後に前記ウェイクアップ信号が生成されることを特徴とする請求項1乃至5のうちのいずれかに記載の電気設備またはデバイス。
- 前記電力管理ユニットが、前記変換器の前記一次部分の前記コントロール回路への第2のコントロール信号の提供のために構成され、この第2のコントロール信号が、少なくとも前記極低電力モード以外の別の機能モードにおいて前記一次経路を通って流れる電流を調整するため、したがって前記電気設備またはデバイスの前記二次側への電力の供給を調整するためのPWM信号を定義することを特徴とする請求項1乃至7のうちのいずれかに記載の電気設備またはデバイス。
- 前記電源ユニットが、さらに、整流後の入力電圧を受入れる高電圧給電ラインに接続された高電圧ストレージ・キャパシタ(HVストレージ・キャパシタ)、および前記第1の電圧逓減回路の出力および前記第2の逓減回路の入力が接続される中間電圧給電ラインに接続された低電圧ストレージ・キャパシタ(LVストレージ・キャパシタ)を包含することを特徴とする、請求項4または5に記載の電気設備またはデバイス。
- 前記電力管理ユニットが、さらに、前記高電圧給電ラインと前記中間電圧給電ラインの間に構成されたスタートアップ給電回路を包含し、このスタートアップ給電回路が、スタートアップ・モードで前記低電圧ストレージ・キャパシタへの給電を行うべく構成されることを特徴とする、請求項9に記載の電気設備またはデバイス。
- 前記電力管理ユニットが、さらに、前記入力電圧がオフに切換えられたとき、特定の遅延の後に前記高電圧ストレージ・キャパシタを放電するための放電回路を包含することを特徴とする、請求項9に記載の電気設備またはデバイス。
- 前記一次側に配置された前記電源コントローラと前記二次側に配置された少なくとも主コントローラの間におけるデータ転送のために双方向絶縁インターフェースが前記一次側と前記二次側の間に構成されることを特徴とする、請求項4、5、9乃至11のうちのいずれかに記載の電気設備またはデバイス。
- 前記第1の電圧逓減回路がブリッジ整流器を容量性分圧器とともに定義し、この第1の電圧逓減回路が非常に低い消費電力を有することを特徴とする請求項4、5、9乃至12のうちのいずれかに記載の電気設備またはデバイス。
- 前記第1の電圧逓減回路が、2つの二重ダイオード、1つのツェナー・ダイオード、および入口抵抗(1つまたは複数)およびキャパシタ(1つまたは複数)だけを有する回路によって形成されることを特徴とする請求項13に記載の電気設備またはデバイス。
- 前記第2の電圧逓減回路が非常に低い消費電力を有し、かつ低電流ツェナー・ダイオード(D40)、前記ツェナー・ダイオードと直列に構成された抵抗(R40)、およびこれら2つの素子と並列の低電圧を提供するキャパシタ(C40)と直列に構成されたトランジスタ(Q40)を有する回路であって、前記トランジスタのベースが前記抵抗と前記ツェナー・ダイオードの間に接続される回路によって形成されることを特徴とする請求項4、5、9乃至14のうちのいずれかに記載の電気設備またはデバイス。
- 前記第2の電圧逓減回路が、さらに、ゼロ入力電流が非常に低い線形レギュレータを包含することを特徴とする請求項15に記載の電気設備またはデバイス。
- 前記変換器の前記一次部分内に構成されるコイルが、前記変換器が給電されるときに前記電源ユニットの一次側への給電のために、前記第1の電圧逓減回路の前記出力電圧信号と並列のフィードバック電圧信号を生成することを特徴とする、請求項4、5、9乃至16のうちのいずれかに記載の電気設備またはデバイス。
- 前記変換器に関連付けされた前記コントロール回路が、前記コントローラの前記一次部分内のエネルギ供給をオフまたはオンに切換えるために前記コントロール回路の給電をオフまたはオンにそれぞれ転ずる切換え回路を包含することを特徴とする、請求項1から請求項17のうちのいずれかに記載の電気設備またはデバイス。
- 前記電源ユニットが整流器を伴う入力回路を包含し、前記入力回路が少なくとも第1のキャパシタを整流器のAC側に、少なくとも第2のキャパシタをそのDC側に有し、前記第1のキャパシタが前記入力回路内に並列抵抗が必要なくなるように選択された最大値を有することを特徴とする、請求項1から請求項18のうちのいずれかに記載の電気設備またはデバイス。
- 入力給電がカットオフされるとき、この電気設備またはデバイスの現在の状態を前記電力管理ユニット内に、追加のバッテリまたは大容量キャパシタ(スーパーキャップ/ゴールドキャップ)を伴うことなく維持できることを特徴とする、請求項1から請求項19のうちのいずれかに記載の電気設備またはデバイス。
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