JP2012125141A - 同期整流器の双方向電流センサ - Google Patents

同期整流器の双方向電流センサ Download PDF

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Abstract

【課題】同期整流器の双方向変換器システム向けの双方向電流感知のための方法および装置を提供する。
【解決手段】同期整流器の双方向変換器システム３００は、インダクタ３０２、第１の強制転流式の同期整流器３０４、第２の強制転流式の同期整流器３０６、駆動論理回路３０８、ブースト側キャパシタ３１０、電池３１２、太陽電池アレイ３１４、および共通の接地３１６を備える。システム３００は、第１の変成器３２８を介して第１の同期整流器３０４を通る第１の電流Ｉ（ＨＳ）を測定して、第１の信号Ｉｆｂ（ＨＳ）を出力する。第２の変成器３３０を介して第２の強制同期整流器３０６を通る第２の電流Ｉ（ＬＳ）を測定して、第２の信号Ｉｆｂ（ＬＳ）を出力する。第１の信号Ｉｆｂ（ＨＳ）と第２の信号Ｉｆｂ（ＬＳ）からインダクタ３０２の電流ＩＬの波形を再構築する。
【選択図】図３

Description

本開示の実施形態は、一般に、電圧および電流センサに関する。より詳細には、本開示の実施形態は、双方向電圧変換器向けの電圧および電流センサに関する。
双方向電圧変換器では通常、電流の流れの各方向に対して別個の電圧調整器が用いられる。通常、２つの異なる電流センス増幅器が、分流器の両端の電圧を測定する。この手法に関しては、少なくとも３つの重大な問題がある。第１に、入力経路と直列の分流器は、非常に大きな電力損失を招く。たとえば、１００Ａのシステムで分流器の両端の電圧が５０ｍＶである場合、ワット損は５Ｗ程度になることがある。第２に、電池を充電するとき、分流器を流れる電流は、放電電流の約１／５になることがあり、分流器の両端の電圧はわずか１０ｍＶになるはずである。電力段によって高周波雑音が放射されるスイッチング調整器内で信号がそのように小さい場合、電流を正確に測定する電流センサを製作するのは非常に困難になることがある。第３に、非常に高い利得および極めて高い精度を有する広帯域幅の増幅器は、高周波で放射および伝導される放出を受けやすいことがある。
同期整流器の双方向変換器システム向けの双方向電流感知のための方法が開示される。第１の変成器を介して第１の強制転流式の同期整流器を通る第１の電流を測定して、第１の信号を供給する。第２の変成器を介して第２の強制転流式の同期整流器を通る第２の電流を測定して、第２の信号を供給する。第１の信号および第２の信号を直流再生して、第１の直流再生信号および第２の直流再生信号を供給する。第１の直流再生信号に第１の補正電流を加算して第１の補正信号を提供し、第２の直流再生信号に第２の補正電流を加算して第２の補正信号を供給する。第１の補正信号と第２の補正信号を加算して、合成信号を供給する。
このようにして、フィードバック信号または遠隔測定信号として使用するためのインダクタ電流の複製を生じさせるのに帯域幅または精度を犠牲にしない信号処理装置である双方向電流センス回路が提供される。回路内の信号は比較的大きく（１Ｖ程度）、したがって回路の増幅器利得を低くすることができる。したがって、約１メガＨｚの帯域幅および数ミリボルトの入力オフセット電圧ドリフトをもつ標準的な演算増幅器を用いて、インダクタ電流のかなり正確な再現を実現することができる。本明細書に記載する回路に関連するワット損はかなり低く、普通なら利用できないはずの特殊なバイアス電圧を必要としない。
一実施形態では、同期整流器の双方向変換器システム向けの双方向電流感知のための方法は、第１の変成器を介して第１の強制転流式の同期整流器を通る第１の電流を測定／感知して、第１の信号を供給することを含む。第２の変成器を介して第２の強制転流式の同期整流器を通る第２の電流を測定／感知して、第２の信号を供給する。次いで、第１の信号および第２の信号を直流再生して、それぞれ第１の直流再生信号および第２の直流再生信号を供給する。第１の直流再生信号に第１の補正電流を加算して第１の補正信号をもたらし、第２の直流再生信号に第２の補正電流を加算して第２の補正信号を生成する。第１の補正信号と第２の補正信号を加算して、合成信号を生成する。
別の実施形態では、同期整流器の双方向電流センサシステムが、第１の同期整流器からの第１の電流を感知して第１の信号を供給するように動作可能な第１の変成器を備える。システムは、第２の同期整流器からの第２の電流を感知して第２の信号を供給するように動作可能な第２の変成器と、直流再生および総和増幅器回路とをさらに備える。直流再生および総和増幅器回路は、第１の信号および第２の信号を直流再生して第１の直流再生信号および第２の直流再生信号を供給するように動作可能な直流再生回路と、直流総和増幅器とを備える。
直流総和増幅器は、それぞれ第１の直流再生信号に第１の補正電流を加算することによって第１の補正信号を生成するように動作可能な第１の加算回路と、第２の直流再生信号に第２の補正電流を加算することによって第２の補正信号を生成するように動作可能な第２の加算回路とを備える。直流総和増幅器は、第１の補正信号と第２の補正信号を加算して増幅することによって合成信号を生成するように動作可能な総和反転増幅器と、合成信号を反転させることによって第１の補正電流および第２の補正電流を生成するように動作可能な反転増幅器とをさらに備える。
さらに別の実施形態では、双方向電流センサシステムを動作させる方法は、第１の変成器を用いて双方向変換器の第１の強制転流式の同期整流器の第１の信号を感知する。方法は、第２の変成器を用いて双方向変換器の第２の強制転流式の同期整流器の第２の信号をさらに感知し、第１の信号および第２の信号を直流再生して、それぞれ第１の直流再生信号および第２の直流再生信号を供給する。方法はまた、第１の信号および第２の信号をフィードバック補正して、双方向変換器を通る双方向電流に比例する双方向信号を提供し、双方向信号に基づいて双方向変換器を制御する。
この要約は、一連の概念を簡略化された形で紹介するために提供され、これらの概念については、詳細な説明で以下にさらに説明する。この要約は、請求される主題の主要な特徴または本質的な特徴を特定しようとするものではなく、請求される主題の範囲を決定するのを助けるものとして使用されるものでもない。
本開示の実施形態のより完全な理解は、詳細な説明および特許請求の範囲を参照することによって、以下の図とともに考慮したときに導出することができ、これらの図全体にわたって、同じ参照番号は類似の要素を指す。これらの図は、本開示の幅、範囲、規模、または適用性を限定することなく、本開示の理解を容易にするために提供される。図面は、必ずしも原寸に比例しない。
本開示の一実施形態による例示的な強制転流式の同期整流器の図である。 本開示の一実施形態による例示的な同期整流器の双方向変換器システムの図である。 本開示の一実施形態による電流センサに結合された例示的な同期整流器の双方向変換器システムの図である。 本開示の一実施形態による昇圧モードで動作したときの図３の双方向変換器に対する例示的な電流およびフィードバック波形の図である。 本開示の一実施形態による降圧モードで動作したときの図３の双方向変換器に対する例示的な電流およびフィードバック波形の図である。 本開示の一実施形態による例示的な直流再生および総和増幅器回路の図である。 本開示の一実施形態による双方向電流感知プロセスを示す例示的な流れ図である。 本開示の一実施形態による双方向電流感知プロセスを示す例示的な流れ図である。 本開示の一実施形態による双方向電圧変換電流センサを使用するプロセスを示す例示的な流れ図である。
以下の詳細な説明は、本質的に例示的なものであり、本開示または本開示の実施形態の適用分野および用途を限定しようとするものではない。特有のデバイス、技法、および適用分野の説明は、例としてのみ提供される。本明細書に記載する例に対する修正形態は、当業者には容易に明らかになり、本明細書に規定する一般原則は、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、他の例および適用分野にも適用することができる。さらに、前述の技術分野、背景技術、要約、または以下の詳細な説明で提示するいずれの明示または暗示する理論にも束縛されるものではない。本開示には、特許請求の範囲と一致した範囲が与えられるべきであり、本明細書に記載および図示する例に限定されるものではない。
本開示の実施形態については、機能および／または理論上のブロック構成要素ならびに様々な処理ステップの点で本明細書に説明することができる。そのようなブロック構成要素は、指定の機能を実行するように構成された任意の数のハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェア構成要素によって実現できることを理解されたい。話を簡単にするために、回路設計に関係する従来の技法および構成要素、ならびにシステム（およびシステムの個々の動作構成要素）の他の機能上の態様については、本明細書で詳細に説明しないことがある。さらに、本開示の実施形態は、様々な演算ハードウェアおよびソフトウェアと一緒に実行できること、そして本明細書に記載する実施形態が本開示の例示的な実施形態にすぎないことが、当業者には理解されるであろう。
本開示の実施形態について、実用的で非限定的な適用分野、すなわち宇宙船上での電圧変換に関連して本明細書に説明する。しかし、本開示の実施形態は、そのような宇宙船の適用分野に限定されるものではなく、本明細書に記載する技法は、他の適用分野でも利用することができる。たとえば、それだけに限定されるものではないが、実施形態は、様々な電圧変換の適用分野および回路、車両、自動車、航空機、船舶、ボート、建築物、電気機器、電気モータ、電池作動式および増強式の車両および車両システムなどに適用可能である。
この説明を読めば当業者には明らになるように、以下は本開示の例および実施形態であり、これらの例による動作に限定されるものではない。本開示の例示的な実施形態の範囲から逸脱することなく、他の実施形態も利用することができ、構造上の変化を加えることもできる。
本開示の実施形態は、変換器が電力を２方向に効率的に処理できるような形で使用できる２つの強制転流同期整流器を提供する。たとえば、日食中に一定のバス電圧を維持する放電調整器として双方向変換器を使用することができ、次いで太陽電池アレイが日光に当たっているときは、同じ変換器を使用して、電池への充電電流を調整することができる。
本明細書に記載する技法により、たとえばそれだけに限定されるものではないが、単一の変換器を用いて宇宙ステーションの日光モードで電池の充電電流を調整し、また宇宙ステーションの日食モードで電池からのバスを調整することができる、極めて効率的な双方向変換器が可能になる。そのような単一の変換器は、既存のシステムで充電電流およびバスを調整するために別個のハードウェアの代わりに使用することができる。同期整流を用いることによって、本開示の実施形態を、旧世代の宇宙船バス調整ハードウェアより効率的なものとすることができる。
本開示の実施形態は、２つの電力スイッチがそれぞれ同期して整流される降圧／昇圧（たとえば、バック／ブースト）調整器／変換器のための電流センサを備える同期整流器の双方向電流センサを備える。たとえば、強制転流式の同期整流器により、整流器として動作する強制転流式の同期整流器に使用されるＦＥＴのボディダイオードの回復時間に関連する大きなスイッチング損失を生成することなく、どちらの方向にも電流を流すことができる。双方向同期変換器がバスからの電力を処理して電池を充電しているとき、双方向同期変換器は降圧（たとえば、バック）調整器／変換器として動作し、ローサイドスイッチは整流器として動作し、ハイサイドスイッチは降圧（たとえば、バック）変換器の電力スイッチとして動作する。同様に、電池がバスに電力を供給しているとき、双方向同期変換器は昇圧（たとえば、ブースト）調整器／変換器として動作し、ハイサイドスイッチは整流器として動作し、ハイサイドスイッチは電力スイッチとして動作する。このようにして、本明細書に開示する同期整流器の双方向電流センサの実施形態は、調整器／変換器の降圧モード（たとえば、バックモード）および昇圧モード（たとえば、ブーストモード）に対して電流を感知する。
図１は、本開示の一実施形態による例示的な強制転流式の同期整流器１００の図である。図１は、電力スイッチ（図示せず）のデューティーサイクルに応じて、電流が第１のバス１０２から（たとえば、電池から）第２のバス１０４／出力端子１０４へ（たとえば、宇宙船の１００Ｖバスへ）、または第２のバス１０４から第１のバス１０２（入力端子１０２）へ流れることができる双方向変換器を示す。非常に小さいデューティーサイクルの変化で、第１のバス１０２の放電から第１のバス１０２の充電へ電流の方向を変化させる可能性があるため、強制転流式の同期整流器１００に結合されたインダクタのインダクタ電流を測定／感知することが望ましく、その結果フィードバックループを追加して、電流の流れの大きさと方向の両方の微細な制御を可能にすることができる。
強制転流式の同期整流器１００は、強制転流回路１４０に電気的に結合された電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１２２などのスイッチング構成要素を備える。ＦＥＴ１２２は、ソース端子１１２、ゲート端子１１４、ドレイン端子１１６、および真性ボディダイオード１１８を備える。たとえば、それだけに限定されるものではないが、図１に示すＦＥＴ１２２はｎ型ＦＥＴを構成し、真性ボディダイオード１１８のアノードはソース端子１１２に接続され、真性ボディダイオード１１８のカソードはドレイン端子１１６に接続される。
図１に示す実施形態は、一例としてｎ型ＦＥＴを利用するが、ＦＥＴ１２２は、それだけに限定されるものではないが、ｎ型ＦＥＴ、ｐ型ＦＥＴ、スイッチなどの任意のスイッチング構成要素を構成することができ、スイッチング構成要素は関連する逆回復時間を有することがある真性ボディダイオードを備える。ＦＥＴ１２２がｐ型ＦＥＴである一実施形態では、真性ボディダイオード１１８の方向を逆にすることができる。この構成では、真性ボディダイオード１１８のカソードはｐ型ＦＥＴのソース端子に接続され、真性ボディダイオード１１８のアノードはｐ型ＦＥＴのドレイン端子に接続される。別の実施形態では、スイッチング構成要素は、電源のトポロジーで使用される整流器スイッチとすることができる。
通常、ＦＥＴ上のスイッチングに関連する閾値電圧より大きい電圧がゲート端子に供給されたとき、ｎ型ＦＥＴは、ソース端子とドレイン端子の間に電流を流すことができる。ゲート端子に供給される電圧が閾値電圧より下まで低減されたとき、または完全に除去されたとき、ＦＥＴはオフに切り換えられ、ソース端子とドレイン端子の間を流れる電流は流れを止める。ＦＥＴがオフに切り換えられたときに電流がソース端子からドレイン端子へ流れている場合、電流は真性ボディダイオード１１８の順バイアス方向に流れていたため、ＦＥＴの真性ボディダイオード１１８は回復する期間を必要とする。これを逆回復時間と呼ぶ。
しかし、ＦＥＴがオフに切り換えられたときに電流がドレイン端子からソース端子へ流れている場合、電流はすでにボディダイオードの逆バイアス方向に流れていたため、逆回復時間は必要とされない。上記の概念を使用して、ＦＥＴに関連するスイッチオフ事象中にダイオードのカソード端子からダイオードのアノード端子へ電流を強制転流することによって、ダイオードの逆回復時間をなくすことができる。
ＦＥＴ１２２のゲート端子１１４は、ＦＥＴ１２２のスイッチングを制御する駆動電圧源１１０に電気的に結合される。駆動電圧源１１０がゲート端子１１４に閾値電圧を提供したとき、ＦＥＴ１２２はオンに切り換えられる。ＦＥＴ１２２のゲート端子１１４が電圧をもたないとき、ＦＥＴ１２２はオフに切り換えられる。電流は、入力端子１０２を通ってＦＥＴ１２２のソース端子１１２内へ流れるように構成され、ＦＥＴ１２２から流れ出る電流は、出力端子１０４の方へ流れる。
上記のように、ＦＥＴ１２２は、強制転流回路１４０に電気的に結合される。強制転流回路１４０は、パルス電流源１２０（選択的に制御される強制転流電流源）と、転流ダイオード１０８とを備える。パルス電流源１２０は、入力端子１０２を通って入る電流より大きくなるように構成された転流電流を生成するように構成することができる。一実施形態では、転流電流は、非常に短い期間で強制転流式の同期整流器１００から供給されるパルス電流である。パルス電流源１２０は、端子１０６で転流ダイオード１０８のアノード端子に電気的に結合される。
転流ダイオード１０８は、端子１０６でパルス電流源１２０に電気的に結合されたアノード端子（図示せず）を備える。転流ダイオード１０８はまた、ノード１２４でＦＥＴ１２２のドレイン端子１１６および出力端子１０４に電気的に結合されたカソード端子（図示せず）を備える。このように、転流ダイオード１０８は、ＦＥＴ１２２と並列である。転流ダイオード１０８は、転流ダイオード１０８のカソード端子が真性ボディダイオード１１８のカソード端子に接続されるように構成されるべきである。
強制転流式の同期整流器１００は、４つの位相で動作することができる。第１の位相では、ＦＥＴ１２２とパルス電流源１２０はどちらもオフに切り換えられ、それによってパルス電流源１２０は、転流電流を供給しなくなる。この位相では、入力電流は、入力端子１０２から強制転流式の同期整流器１００に入り、転流ダイオード１０８を通って流れ、出力端子１０４で強制転流式の同期整流器１００から出力される。
第２の位相では、ＦＥＴ１２２はオンに切り換えられ、パルス電流源１２０はオフに切り換えられたままである。この位相では、入力電流は、入力端子１０２から入り、ＦＥＴ１２２を通ってソース端子１１２からドレイン端子１１６へ流れ、出力端子１０４を通って出る。ＦＥＴ１２２の両端の電圧降下が転流ダイオード１０８の順電圧より小さいため、電流は転流ダイオード１０８を通って流れなくなる。
第３の位相では、ＦＥＴ１２２はオンに切り換えられ、パルス電流源１２０もオンに切り換えられる。この位相では、入力電流は、入力端子１０２から強制転流式の同期整流器１００に入り、パルス電流源１２０および転流ダイオード１０８を通って流れる。さらに、パルス電流源１２０は、転流ダイオード１０８およびＦＥＴ１２２を通って流れる転流電流を供給する。ノード１２４で、入力電流は出力端子１０４へ流れ、一方転流電流は、ＦＥＴ１２２を通ってドレイン端子１１６からソース端子１１２へ進む。
第４の位相では、転流電流がＦＥＴ１２２を通ってドレイン端子１１６からソース端子１１２へ流れている間、ＦＥＴ１２２はオフに切り換えられる。この位相では、転流電流は流れを止め、入力電流は、転流ダイオード１０８を通って流れ、出力端子１０４から出力される。ＦＥＴ１２２の真性ボディダイオード１１８に関連する逆回復時間をなくすために、電流がＦＥＴ１２２を通ってドレイン端子１１６からソース端子１１２へ（真性ボディダイオード１１８とは反対の方向に）流れている間、ＦＥＴ１２２はオフに切り換えられるべきである。４つの位相によって表される事象のシーケンスに従うことによって、転流電流がＦＥＴ１２２を通ってドレイン端子１１６からソース端子１１２へ流れている間、ＦＥＴ１２２はオフに切り換えられる。したがって、ＦＥＴ１２２に関連する逆回復時間はなくなる。
上記の強制転流式の同期整流器１００は、様々な適用分野に対する構成ブロックとして利用することができる。具体的には、ボディダイオードを備えるスイッチング構成要素を利用するスイッチングの適用分野は、上記の強制転流式の同期整流器１００を利用することによってより効率的に実行することができる。さらに、バック変換器、ブースト変換器、およびバック−ブースト変換器などのスイッチング調整器も、上記の強制転流式の同期整流器１００を利用することができる。
従来のスイッチング調整器は、整流器を使用して、主ＦＥＴのオフ時間中にインダクタ電流に対する電流路を提供することができる。現在の改善によって、ＦＥＴの逆回復時間はかなり小さくなり、その結果エネルギーがほとんど放散されなくなってきたため、整流器をＦＥＴに置き換えることが実用的になってきた。しかし、高圧の適用分野では、逆回復時間は比較的大きく、著しいワット損をもたらし、ならびにＦＥＴのスイッチング周波数に制限を生成する。
ブースト変換器などの高圧スイッチング調整器の適用分野で整流器として利用されているＦＥＴの真性ボディダイオードの逆回復時間をなくすために、従来の整流器または同期スイッチＦＥＴは、図１に記載する強制転流式の同期整流器１００と置き換えることができる。スイッチを伴う整流の適用分野では、整流は、上記の４つの位相を繰り返す。これらのサイクルを、整流器スイッチサイクルと呼ぶことができる。第４の位相は、整流器スイッチサイクルのスイッチオフ縁部で発生する。高圧整流器の適用分野では、ＦＥＴなどのスイッチに印加される電圧は、６０Ｖより大きくすることができる。
図２は、本開示の一実施形態による例示的な同期整流器の双方向変換器システム２００の図である。同期整流器の双方向変換器システム２００は、インダクタ２０２、第１の強制転流式の同期整流器２０４、第２の強制転流式の同期整流器２０６、駆動論理回路２０８、ブースト側キャパシタ２１０、電池２１２、太陽電池アレイ２１４、および共通の接地２１６を備える。図２は、電池充電／放電調整器として動作する同期整流器の双方向変換器システム２００に対する電力段の部分的な概略図を示す。
インダクタ２０２は、バス２２６を介して第１の強制転流式の同期整流器２０４および第２の強制転流式の同期整流器２０６に結合され、リンク２１８を介して電池２１２に結合される。第１の強制転流式の同期整流器２０４は、リンク２２２を介して駆動論理回路２０８に結合され、第２の強制転流式の同期整流器２０６は、リンク２２４を介して駆動論理回路２０８に結合される。ブースト側キャパシタ２１０は、バス２２０を介して太陽電池アレイ２１４および第１の強制転流式の同期整流器２０４に結合される。電池２１２、第２の強制転流式の同期整流器２０６、ブースト側キャパシタ２１０、および太陽電池アレイ２１４はそれぞれ、共通の接地２１６に接続される。
宇宙船の適用分野では、バス２２０の電圧は、電池２１２の電圧より高い。したがって、太陽電池アレイ２１４が、宇宙船の必要を満たすには不十分な電力を生じさせているとき、同期整流器の双方向変換器システム２００は、電池２１２から電力を引き出して、バス２２０に必要な電流を提供する。太陽電池アレイ２１４が、利用可能な余分な電力を有するとき、同期整流器の双方向変換器システム２００は降圧調整器になって、電池２１２を充電する。したがって、電流は、電池２１２から流れ出てバス２２０に電力供給し、電池２１２内へ流れ込んで電池２１２を充電しなければならないため、同期整流器の双方向変換器システム２００は、双方向の電力処理装置である。さらに、スイッチング整流器は適当な時点でオンになるＦＥＴであるため、同期整流器の双方向変換器システム２００は同期整流される。
ＦＥＴの電圧降下は通常、整流器の電圧降下よりはるかに小さいため、同期整流器の双方向変換器システム２００は、従来のバックまたはブースト調整器よりはるかに高い効率を実現することができる。すなわち、８０Ｖの電池から１００Ｖのバスまで昇圧したとき、既存のブースト調整器は、約９６．５％の効率を有することができる。同期整流器の双方向変換器システム２００は、約９８％の効率を有することができる。この効率改善は、同期整流器の双方向変換器システム２００に関連する整流器損失の低減およびスイッチング損失の低減の結果である。
図３は、本開示の一実施形態による電流センサに結合された例示的な同期整流器の双方向変換器システム３００の図である。同期整流器の双方向変換器システム３００（システム３００）は、インダクタ３０２（図２では２０２）、第１の強制転流式の同期整流器３０４（ハイサイドスイッチ３０４、図２では２０４）、第２の強制転流式の同期整流器３０６（ローサイドスイッチ３０６）（図２では２０６）、駆動論理回路３０８（図２では２０８）、ブースト側キャパシタ３１０（図２では２１０）、電池３１２（図２では２１２）、太陽電池アレイ３１４（図２では２１４）、および共通の接地３１６（図２では２１６）を備える。システム３００は、第１の電流変成器３２８および第２の電流変成器３３０をさらに備える。システム３００は、システム１００〜２００に類似している機能、材料、および構造を有することができ、したがって共通の特徴、機能、および要素については、ここでは繰り返し説明しないことがある。
第１の電流変成器３２８および第２の電流変成器３３０は、それぞれ第１の感知電流Ｉ（ＨＳ）および第２の感知電流Ｉ（ＬＳ）を測定／感知し、インダクタ３０２を通るインダクタ電流ＩＬに類似している信号を生成する。第１の電流変成器３２８および第２の電流変成器３３０が正しく機能するために、第１の感知電流Ｉ（ＨＳ）および第２の感知電流Ｉ（ＬＳ）が正または負の直流バイアスを有するとき、第１の電流変成器３２８および第２の電流変成器３３０は飽和してはならない。
したがって、第１の電流変成器３２８および第２の電流変成器３３０が飽和しないように、第１の電流変成器３２８および第２の電流変成器３３０内で間隙変成器鉄心を使用することが必要である。第１の電流変成器３２８および第２の電流変成器３３０は、信号電流と実質上同じ形状を含む信号電圧を生成するそれぞれ抵抗３３４および抵抗３３８内で終端されるが、信号電圧は交流電圧である。抵抗３３４および抵抗３３８内で第１の電流変成器３２８および第２の電流変成器３３０を終端させることで、それぞれハイサイド交流電流のフィードバック電圧信号Ｉｆｂ（ＨＳ）およびローサイド交流電流のフィードバック電圧信号Ｉｆｂ（ＬＳ）を生じさせる。
図４は、本開示の一実施形態による昇圧モード（ブーストモード）で動作したときの図３の双方向変換器に対する例示的な電流およびフィードバック波形４００の図である。これらの波形は、Ｉｐｋにピークがあるインダクタ３０２の電流ＩＬと、−Ｉｐｋにピークがあるハイサイド電流Ｉ（ＨＳ）と、Ｉｐｋにピークがあるローサイド電流Ｉ（ＬＳ）と、ハイサイド交流電流のフィードバック電圧信号Ｉｆｂ（ＨＳ）と、ローサイド交流電流のフィードバック電圧信号Ｉｆｂ（ＬＳ）とを含む。
第１に、インダクタ３０２の電流ＩＬは、ローサイドスイッチ３０６を通って共通の接地３１６へ流れ、インダクタ３０２内にはエネルギーが蓄積する。次いで、ローサイドスイッチ３０６はオフになり、電流はハイサイドスイッチ３０４を通ってバス３２６へ流れる。第１の電流変成器３２８と第２の電流変成器３３０は逆相になり、信号電流は、ハイサイドスイッチ３０４およびローサイドスイッチ３０６のオン時間中、それぞれハイサイド交流電流のフィードバック電圧信号Ｉｆｂ（ＨＳ）とローサイド交流電流のフィードバック電圧信号Ｉｆｂ（ＬＳ）の両方に対して正になる。ローサイド電流Ｉ（ＬＳ）の形状は保持されるが、直流情報は失われることがある。ハイサイド電流Ｉ（ＨＳ）は、ソースからドレインへ流れているために負（−Ｉｐｋ）であるが、ローサイドＦＥＴは、電流がドレインからソースへ流れるために正（Ｉｐｋ）のローサイド電流Ｉ（ＬＳ）を有する。
図５は、本開示の一実施形態による降圧モード（バックモード）で動作したときの図３の双方向変換器に対する例示的な電流およびフィードバック波形５００の図である。これらの波形は、−Ｉｐｋにピークがあるインダクタ電流ＩＬと、Ｉｐｋにピークがあるハイサイド電流Ｉ（ＨＳ）と、−Ｉｐｋにピークがあるローサイド電流Ｉ（ＬＳ）と、ハイサイド交流電流のフィードバック電圧信号Ｉｆｂ（ＨＳ）と、ローサイド交流電流のフィードバック電圧信号Ｉｆｂ（ＬＳ）とを含む。第１に、インダクタ電流ＩＬは、共通の接地３１６からローサイドスイッチ３０６を通って流れ、インダクタ３０２からエネルギーが解放される。次いで、ローサイドスイッチ３０６はオフになり、電流はバス３２６からハイサイドスイッチ３０４を通ってインダクタ３０２へ流れる。
第１の電流変成器３２８と第２の電流変成器３３０は逆相になるため、電流信号は、ハイサイドスイッチ３０４およびローサイドスイッチ３０６のオン時間中、それぞれハイサイド交流電流のフィードバック電圧信号Ｉｆｂ（ＨＳ）（交流波形Ｉｆｂ（ＨＳ））とローサイド交流電流のフィードバック電圧信号Ｉｆｂ（ＬＳ）（交流波形Ｉｆｂ（ＬＳ））の両方に対して負になる。ローサイド電流Ｉ（ＬＳ）の形状は保持されるが、直流情報は失われる。２つの交流波形が生じた後、これらの交流波形をともに直流再生および総和して、元のインダクタ電流の波形を再構築することができる。
本明細書に開示するように直流再生プロセスを機能させることができる基本的な原則は、インダクタが直流電圧を定常状態で支持できないことである。したがって、電流パルスが変成器の１次側巻線内で１方向に流れるとき、磁化電流が増大し、磁化電流は、１次側巻線上の電流から引かれる。
たとえば、電流Ｉ（ＬＳ）が第２の電流変成器３３０（ＬＳ電流変成器）の開始端子内へ流れている場合、第２の電流変成器３３０の１次側巻線の両端の電圧は正である。したがって、第２の電流変成器３３０の磁化電流は、定常状態解が生じるまで増大する。電流が第２の電流変成器３３０の１次側巻線内で流れを止めたとき、磁化電流は、１次側巻線の開始端子内へ流れることができなくなる。したがって、電流は引き続き、第２の電流変成器３３０の２次巻線の開始端子内へ流れる。この結果、オフ時間中（たとえば、ローサイドスイッチ３０６がオフになったとき）電圧は負になる。
通常、電流は、全サイクルにわたる平均電圧がゼロになるまで増大する。すなわち、ハイサイド交流電流のフィードバック電圧信号Ｉｆｂ（ＨＳ）またはローサイド交流電流のフィードバック電圧信号Ｉｆｂ（ＬＳ）上のゼロの線より上の第１の面積は、ゼロの線より下の第２の面積に等しくなければならない。インダクタンスは比較的大きな値であるため、磁化電流は、サイクルのオフ時間部分中はあまり変化しない。
図６は、本開示の一実施形態による例示的な直流再生および総和増幅器回路６００（回路６００）の図である。回路６００は、信号を直流再生し、これらの再生信号を総和する。回路６００の重要な特徴は、直流再生スイッチＳ１およびＳ２を同期で制御できることである。回路６００の直流再生駆動論理回路６０２は、直流再生スイッチＳ１およびＳ２を制御するように動作可能である。双方向変換器システム３００（図３）のバス３２６から電圧ＶＬが受け取られて、直流再生駆動論理回路６０２に結合される。電圧ＶＬは、直流再生スイッチＳ１／Ｓ２をそれぞれいつオンにするかを決定するように構成された同期信号である。すなわち、Ｓ１は、ハイサイドスイッチ３０４内のハイサイド電流Ｉ（ＨＳ）がゼロになるとオンになり、それ以外の場合はオフになり、Ｓ２は、ローサイドスイッチ３０６内のローサイド電流Ｉ（ＬＳ）がゼロになるとオンになり、それ以外の場合はオフになる。Ｓ１がオンになった場合、ノード６０４が共通の接地６０８に結合され、ノード６０４上に存在しうるあらゆる直流バイアスを除去し、Ｓ２がオンになった場合、ノード６０６が共通の接地６０８に結合され、ノード６０６上に存在しうるあらゆる直流バイアスを除去する。
したがって、キャパシタＣ１およびＣ２は、それぞれの交流電流フィードバック電圧信号の波形（すなわち、それぞれ交流波形Ｉｆｂ（ＨＳ）および交流波形Ｉｆｂ（ＬＳ））に対するゼロ条件に対応するそれぞれの電圧に（すなわち、それぞれノード６０４およびノード６０６上で）充電される。したがって、交流波形Ｉｆｂ（ＨＳ）の直流および交流波形Ｉｆｂ（ＬＳ）の直流にそれぞれ実質上等しくなるように、ノード６０４上で第１の直流が再生され、ノード６０６上で第２の直流が再生される。それによって、ハイサイドスイッチ３０４内のハイサイド電流Ｉ（ＨＳ）の元の波形を模倣するように、ノード６０４上のフィードバック信号が再構築される。さらに、ローサイドスイッチ３０６内のローサイド電流Ｉ（ＬＳ）の元の波形を模倣するように、ノード６０６上のフィードバック信号が再構築される。
第１の増幅器段では、総和反転増幅器Ｕ１（Ｒ３に結合）が、ノード６０４上のフィードバック信号とノード６０６上のフィードバック信号を総和し、したがってインダクタ電流ＩＬ（図３）に比例する電圧信号−ＶｉＬ１が構築される。Ｒ１およびＲ２を通る電流は、Ｃ１およびＣ２上で電圧を放電する傾向がある。したがって、次の増幅器段では、総和反転増幅器Ｕ２（抵抗Ｒ４およびＲ５に結合）が、より大きな大きさの電圧信号＋ＶｉＬ２を構築する。さらに、抵抗Ｒ６およびＲ７は、抵抗Ｒ６を通る第１の補正電流がＲ１内の電流に等しく、抵抗Ｒ７を通る第２の補正電流が抵抗Ｒ２内の電流に等しくなるように構成される。したがって、定常状態では、Ｃ１およびＣ２を放電する電流は、ゼロまで事実上低減される。
図７は、本開示の一実施形態による電流感知プロセス７００（プロセス７００）を示す例示的な流れ図である。プロセス７００に関連して実行される様々なタスクは、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、またはこれらの任意の組合せによって機械的に実行することができる。プロセス７００は、任意の数の追加または代替のタスクを含むことができ、図７に示すタスクは、図示する順序で実行する必要はなく、またプロセス７００は、本明細書では詳細に記載しない追加の機能を有するより包括的な手順またはプロセス内へ組み込むことができることを理解されたい。
例示の目的で、プロセス７００の以下の説明では、図１〜６に関連して上述した要素に言及することがある。プロセス７００について、特に図３および６を次に参照して本明細書でさらに説明する。実用的な実施形態では、プロセス７００の一部分は、ソース端子１１２、ゲート端子１１４、ドレイン端子１１６、真性ボディダイオード１１８、インダクタＬ１、第１の強制転流式の同期整流器３０４、第２の強制転流式の同期整流器３０６など、システム１００〜３００および６００の様々な要素によって実行することができる。プロセス７００は、図１〜６に示した実施形態に類似している機能、材料、および構造を有することができる。したがって、共通の特徴、機能、および要素については、ここでは繰り返し説明しないことがある。
プロセス７００は、ハイサイドスイッチ電流Ｉ（ＨＳ）を第１の電流変成器３２８の１次巻線内へ送り込み、ハイサイドスイッチ３０４内で交流電流Ｉ（ＨＳ）に比例する第１の交流電流を生じさせること（タスク７０２）、そしてローサイドスイッチ電流Ｉ（ＬＳ）を第２の電流変成器３３０の１次巻線内へ送り込み、それぞれのスイッチ内で交流電流Ｉ（ＬＳ）に比例する第２の交流電流を生じさせること（タスク７１６）によって始めることができる。
プロセス７００は、第１の交流電流を抵抗３３４内へ終端させ、第１の交流電流フィードバック電圧信号Ｉｆｂ（ＨＳ）を生じさせること（タスク７０４）、そして第２の交流電流を抵抗３３８内へ終端させ、第２の交流電流フィードバック電圧信号Ｉｆｂ（ＬＳ）を生じさせること（タスク７１８）によって継続することができる。
プロセス７００は、直流再生および総和増幅器６００が第１の交流電流フィードバック電圧信号Ｉｆｂ（ＨＳ）を直流再生すること（タスク７０６）、そして第２の交流電流フィードバック電圧信号Ｉｆｂ（ＬＳ）を直流再生すること（タスク７２０）によって継続することができる。回路６００は、２つの信号Ｉｆｂ（ＨＳ）およびＩｆｂ（ＬＳ）がそれぞれキャパシタＣ１およびＣ２を通過した後、２つの信号Ｉｆｂ（ＨＳ）およびＩｆｂ（ＬＳ）に対する直流バイアスを再び確立する。スイッチＳ１およびＳ２は、直流再生駆動論理回路６０２によって駆動され、それぞれノード６０４およびノード６０６上に再生された直流電圧を生じさせる。キャパシタＣ１およびＣ２は、直流電流から回路６００を保護し、回路６００を低電力で動作させることができる。
次いでプロセス７００は、回路６００が第１の交流電流フィードバック電圧信号Ｉｆｂ（ＨＳ）に第１の補正電流（すなわち、Ｖ／Ｉ利得抵抗Ｒ６を通る電流）を加算すること（タスク７０８）、そして第２の交流電流フィードバック電圧信号Ｉｆｂ（ＬＳ）に第２の補正電流（すなわち、Ｖ／Ｉ利得抵抗Ｒ７を通る電流）を加算すること（タスク７２２）によって継続することができる。
プロセス７００は、回路６００が総和反転増幅器Ｕ１（図６）を用いて第１の交流電流フィードバック電圧信号Ｉｆｂ（ＨＳ）と第２の交流電流フィードバック電圧信号Ｉｆｂ（ＬＳ）を総和し、反転合成信号−ＶｉＬ１を生成すること（タスク７１２）によって継続することができる。反転合成信号−ＶｉＬ１は、インダクタ電流ＩＬを反転させたものである。総和反転増幅器Ｕ１は、ノード６０４および６０６上の再構築された電圧波形を加算して、電流フィードバック信号（すなわち、反転合成信号−ＶｉＬ１）を生じさせる。
プロセス７００は、回路６００が総和反転増幅器Ｕ２を用いて反転合成信号−ＶｉＬ１を反転および増幅させ、合成信号＋ＶｉＬ２を生成すること（タスク７１４）によって継続することができる。合成信号＋ＶｉＬ２は、反転合成信号−ＶｉＬ１を反転させたものであり、インダクタ電流ＩＬを反転させていないより大きい大きさのものである。
プロセス７００は、回路６００が第１の補正電流（すなわち、Ｖ／Ｉ利得抵抗Ｒ６を通る電流）を生成すること（タスク７１０）によって継続することができる。補正電流は、回路６００から出る正味電流がゼロまで低減されるように回路６００内でフィードバックされる。
プロセス７００は、回路６００が第２の補正電流（すなわち、Ｖ／Ｉ利得抵抗Ｒ７を通る電流）を生成すること（タスク７２４）によって継続することができる。
図８は、本開示の一実施形態による双方向電流感知プロセス８００（プロセス８００）を示す例示的な流れ図である。プロセス８００に関連して実行される様々なタスクは、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、またはこれらの任意の組合せによって機械的に実行することができる。プロセス８００は、任意の数の追加または代替のタスクを含むことができ、図８に示すタスクは、図示する順序で実行する必要はなく、またプロセス８００は、本明細書では詳細に記載しない追加の機能を有するより包括的な手順またはプロセス内へ組み込むことができることを理解されたい。
例示の目的で、プロセス８００の以下の説明では、図１〜６に関連して上述した要素に言及することがある。実用的な実施形態では、プロセス８００の一部分は、ソース端子１１２、ゲート端子１１４、ドレイン端子１１６、真性ボディダイオード１１８、インダクタＬ１、第１の強制転流式の同期整流器３０４、第２の強制転流式の同期整流器３０６など、システム１００〜３００および回路６００の様々な要素によって実行することができる。プロセス８００は、図１〜３および６に示した実施形態に類似している機能、材料、および構造を有することができる。したがって、共通の特徴、機能、および要素については、ここでは繰り返し説明しないことがある。
プロセス８００は、第１の電流変成器３２８を介して第１の強制転流式の同期整流器３０４を通る第１の電流を感知／測定し、第１の信号を供給すること（タスク８０２）によって始めることができる。
次いでプロセス８００は、第２の電流変成器３３０を介して第２の強制転流式の同期整流器３０６を通る第２の電流を感知／測定し、第２の信号を供給すること（タスク８０４）によって継続することができる。
次いでプロセス８００は、第１の信号および第２の信号を直流再生して第１の直流再生信号および第２の直流再生信号を供給すること（タスク８０６）によって継続することができる。
次いでプロセス８００は、第１の直流再生信号に第１の補正電流を加算することによって第１の補正信号を生成すること（タスク８０８）によって継続することができる。
次いでプロセス８００は、第２の直流再生信号に第２の補正電流を加算することによって第２の補正信号を生成すること（タスク８１０）によって継続することができる。
次いでプロセス８００は、第１の補正信号と第２の補正信号を加算することによって合成信号を生成すること（タスク８１２）によって継続することができる。
プロセス８００は、合成信号に基づいて第１の補正電流および第２の補正電流を形成すること（タスク８１４）によって継続することができる。
図９は、本開示の一実施形態による双方向電圧変換電流センサを使用するプロセス９００を示す例示的な流れ図である。プロセス９００に関連して実行される様々なタスクは、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、またはこれらの任意の組合せによって機械的に実行することができる。プロセス９００は、任意の数の追加または代替のタスクを含むことができ、図９に示すタスクは、図示する順序で実行する必要はなく、またプロセス９００は、本明細書では詳細に記載しない追加の機能を有するより包括的な手順またはプロセス内へ組み込むことができることを理解されたい。
例示の目的で、プロセス８００の以下の説明では、図１〜６に関連して上述した要素に言及することがある。実用的な実施形態では、プロセス９００の一部分は、ソース端子１１２、ゲート端子１１４、ドレイン端子１１６、真性ボディダイオード１１８、インダクタＬ１、第１の強制転流式の同期整流器３０４、第２の強制転流式の同期整流器３０６など、システム１００〜３００および回路６００の様々な要素によって実行することができる。プロセス９００は、図１〜３および６に示した実施形態に類似している機能、材料、および構造を有することができる。したがって、共通の特徴、機能、および要素については、ここでは繰り返し説明しないことがある。
プロセス９００は、第１の電流変成器を用いて双方向変換器の第１の強制転流式の同期整流器３０４の第１の信号を感知すること（タスク９０２）によって始めることができる。
プロセス９００は、第２の電流変成器３３０を用いて双方向変換器（システム３００）の第２の強制転流式の同期整流器３０６の第２の信号を感知すること（タスク９０４）によって継続することができる。
プロセス９００は、第１の信号および第２の信号を直流再生して第１の直流再生信号および第２の直流再生信号を供給すること（タスク９０６）によって継続することができる。
プロセス９００は、第１の信号および第２の信号をフィードバック補正して、双方向変換器（システム３００）を通る双方向電流に比例する双方向信号を供給すること（タスク９０８）によって継続することができる。
プロセス９００は、双方向信号に基づいて双方向変換器を制御すること（タスク９１０）によって継続することができる。
このようにして、本開示の実施形態は、フィードバック信号または遠隔測定信号として使用するためのインダクタ電流ＩＬの複製を生じさせるのに帯域幅または精度を犠牲にしない信号処理装置である双方向電流センス回路を提供する。回路内（たとえば、ノード６０４および６０６）の信号は比較的大きく（１Ｖ程度）、したがって回路の増幅器利得を低くすることができる。したがって、約１メガＨｚの帯域幅および数ミリボルトの入力オフセット電圧ドリフトをもつ標準的な演算増幅器を用いて、インダクタ電流ＩＬのかなり正確な再現を実現することができる。本明細書に記載する方法に関連するワット損はかなり低く、普通なら利用できないはずの特殊なバイアス電圧を必要としない。
インダクタと直列に分流器を備える既存の演算増幅器回路は、著しい量のワット損を放散するはずである。信号が低いため、増幅器は、インダクタ電流波形を正確に再現するために高い利得および広帯域幅を有するはずである。さらに、演算増幅器回路は非常に小さい入力電圧を有するため、増幅器（演算増幅器）の入力オフセット電圧は、回路の精度に著しい影響を与えるはずである。最後に、電池の電位について増幅器が参照されるため、回路に電力供給するには浮動バイアス電源が必要とされるはずである。これにより、性能が実質上より悪くなり、コストがより高くなることがある。
既存の磁気増幅器（磁気増幅回路）では、交流源を使用して２つの背面結合変成器を励磁し、任意の所与の時点で一方の変成器が飽和し、他方の変成器が電流変成器として作用する。これらの回路は、上記の実施形態よりはるかに大きく、通常、制限された帯域幅を有する。したがって、この再現からインダクタ電流の高周波リプルが失われることがあり、それによって電流フィードバックループの性能を著しく制限することがある。磁気増幅回路はまた、雑音およびリプル電流を導入することがあり、それによって最終的に、１００Ｖバスへ送り込まれる電流内へ低周波リプルを導入する可能性がある。これは、１００Ｖバスから低周波雑音をフィルタ除去するのが非常に困難になることがあるため、まったく望ましくない。
上記の説明では、互いに「接続」または「結合」された要素またはノードまたは特徴に言及する。本明細書では、別段明示しない限り、「接続」とは、１つの要素／ノード／特徴が別の要素／ノード／特徴に直接つなぎ合わされる（または直接連通する）ことを意味するが、必ずしも機械的につなぎ合わされる必要はない。同様に、別段明示しない限り、「結合」とは、１つの要素／ノード／特徴が別の要素／ノード／特徴に直接または間接的につなぎ合わされる（あるいは直接または間接的に連通する）ことを意味するが、必ずしも機械的につなぎ合わされる必要はない。したがって、図１〜３および６は要素の例示的な構成を示すが、本開示の一実施形態では、追加の介在要素、デバイス、特徴、または構成要素が存在することもある。
本明細書で使用される用語および語句、ならびにその変形は、別段明示しない限り、限定ではなくオープンエンド（ｏｐｅｎ ｅｎｄｅｄ）と解釈されるべきである。上記の例として、「含む」という用語は、「非限定的に含む」などを意味すると読まれるべきであり、「例」という用語は、議論される項目の例示的な場合を提供するために使用され、その網羅的または限定的なリストを提供するものではなく、また「従来の（ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ）」、「従来の（ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ）」、「通常の」、「標準的な」、「周知の」、および類似の意味の用語などの形容詞は、記載する項目を、所与の期間に、または所与の時点で利用可能な項目に限定すると解釈されるべきではなく、代わりに、現在または将来の任意の時点で利用可能または周知の従来の（ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ）、従来の（ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ）、通常の、または標準的な技術を包含するように読まれるべきである。
同様に、「および」という接続詞でつながれた１群の項目は、群内でそれらの項目のそれぞれがすべて存在することを必要とすると読まれるべきではなく、逆に、別段明示しない限り、「および／または」と読まれるべきである。同様に、「または」という接続詞でつながれた１群の項目は、その群内で相互排他性を必要とすると読まれるべきではなく、逆に、別段明示しない限り、同じく「および／または」と読まれるべきである。さらに、本開示の項目、要素、または構成要素を単数で記載または請求することがあるが、単数への限定が明示されない限り、複数も本開示の範囲内であることが企図される。場合によっては、「１つまたは複数」、「少なくとも」、「それだけに限定されるものではない」、または他の同様の語句などの包括的な言葉および語句の存在は、そのような包括的な語句がない場合により狭いケースが意図され、または必要とされることを意味するように読まれるべきではない。
本発明はまた、以下の実施形態に関する。
１．同期整流器の双方向変換器システム向けの双方向電流感知のための方法であって、
第１の変成器を介して第１の同期整流器を通る第１の電流を感知して、第１の信号を供給するステップと、
第２の変成器を介して第２の同期整流器を通る第２の電流を感知して、第２の信号を供給するステップと、
第１の信号および第２の信号を直流再生して、それぞれ第１の直流再生信号および第２の直流再生信号を供給するステップと、
第１の直流再生信号に第１の補正電流を加算することによって第１の補正信号を生成するステップと、
第２の直流再生信号に第２の補正電流を加算することによって第２の補正信号を生成するステップと、
第１の補正信号と第２の補正信号を加算することによって合成信号を生成するステップとを含む方法。
２．合成信号に基づいて第１の補正電流および第２の補正電流を形成するステップをさらに含む、実施形態１に記載の方法。
３．合成信号に基づいて同期整流器の双方向変換器システムを制御するステップをさらに含む、実施形態１に記載の方法。
４．合成信号に基づいて、第１の同期整流器および第２の同期整流器に結合された駆動論理回路を制御するステップをさらに含む、実施形態１に記載の方法。
５．合成信号を反転させることによって反転合成信号を形成するステップをさらに含む、実施形態１に記載の方法。
６．反転合成信号に基づいて、第１の同期整流器および第２の同期整流器に結合された駆動論理回路を制御するステップをさらに含む、実施形態５に記載の方法。
７．第１の同期整流器および第２の同期整流器の１つが強制転流式の同期整流器を構成する、実施形態６に記載の方法。
８．強制転流式の同期整流器が、
ゲート端子、ドレイン端子、ソース端子、ならびにカソード端子およびアノード端子を備える真性ボディダイオードを備える電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）スイッチと、
ＦＥＴスイッチに並列に電気的に結合された転流ダイオードであって、そのカソードが真性ボディダイオードのカソード端子に電気的に結合される、転流ダイオードと、
転流ダイオードに電気的に結合された選択的に制御される強制転流電流源であって、ＦＥＴスイッチがオンに切り換えられている間に転流ダイオードからＦＥＴスイッチへ転流電流を通し、それによって転流電流を真性ボディダイオードのカソード端子から真性ボディダイオードのアノード端子へ通すように動作可能な選択的に制御される強制転流電流源とを備える強制転流式の同期整流器を構成する、実施形態７に記載の方法。
９．第１の同期整流器からの第１の電流を感知して第１の信号を供給するように動作可能な第１の変成器と、
第２の同期整流器からの第２の電流を感知して第２の信号を供給するように動作可能な第２の変成器と、
第１の同期整流器および第２の同期整流器に結合された直流再生および総和増幅器回路と
を備える同期整流器の双方向電流センサシステムであって、直流再生および総和増幅器回路が、
第１の信号および第２の信号を直流再生して第１の直流再生信号および第２の直流再生信号を供給するように動作可能な直流再生回路と、
直流総和増幅器とを備え、直流総和増幅器が、
第１の直流再生信号に第１の補正電流を加算することによって第１の補正信号を生成するように動作可能な第１の加算回路と、
第２の直流再生信号に第２の補正電流を加算することによって第２の補正信号を生成するように動作可能な第２の加算回路と、
第１の補正信号と第２の補正信号を加算して増幅することによって合成信号を生成するように動作可能な総和反転増幅器と、
合成信号を反転させることによって第１の補正電流および第２の補正電流を生成するように動作可能な反転増幅器と
を備えている、同期整流器の双方向電流センサシステム。
１０．第１の同期整流器および第２の同期整流器の１つが強制転流式の同期整流器を構成する、実施形態９に記載の同期整流器の双方向電流センサシステム。
１１．強制転流式の同期整流器が、
ゲート端子、ドレイン端子、ソース端子、ならびにカソード端子およびアノード端子を備える真性ボディダイオードを備える電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）スイッチと、
ＦＥＴスイッチに並列に電気的に結合された転流ダイオードであって、そのカソードが真性ボディダイオードのカソード端子に電気的に結合される、転流ダイオードと、
転流ダイオードに電気的に結合された選択的に制御される強制転流電流源であって、ＦＥＴスイッチがオンに切り換えられている間に転流ダイオードからＦＥＴスイッチへ転流電流を通し、それによって転流電流を真性ボディダイオードのカソード端子から真性ボディダイオードのアノード端子へ通すように動作可能な選択的に制御される強制転流電流源とを備える、実施形態１０に記載の同期整流器の双方向電流センサシステム。
１２．インダクタと、
インダクタに結合された第１の強制転流式の同期整流器であって、ダイオードに関連する構成要素をオフに切り換えながら、ダイオードのカソード端子からダイオードのアノード端子へ転流電流を強制転流することによってダイオード内の逆回復時間をなくすように動作可能な第１の強制転流式の同期整流器と、
インダクタおよび第１の強制転流式の同期整流器に結合された第２の強制転流式の同期整流器であって、ダイオードに関連する構成要素をオフに切り換えながら、ダイオードのカソード端子からダイオードのアノード端子へ転流電流を強制転流することによってダイオード内の逆回復時間をなくすように動作可能な第２の強制転流式の同期整流器と
をさらに備える、実施形態９に記載の同期整流器の双方向電流センサシステム。
１３．双方向電流センサシステムを動作させる方法であって、
第１の変成器を用いて双方向変換器の第１の同期整流器の第１の信号を感知するステップと、
第２の変成器を用いて双方向変換器の第２の同期整流器の第２の信号を感知するステップと、
第１の信号および第２の信号を直流再生して第１の直流再生信号および第２の直流再生信号を得るステップと、
第１の信号および第２の信号をフィードバック補正して、双方向変換器を通る双方向電流に比例する双方向信号を供給するステップと、
双方向信号に基づいて双方向変換器を制御するステップとを含む方法。
１４．双方向信号に基づいて、第１の同期整流器および第２の同期整流器に結合された駆動論理回路を制御するステップをさらに含む、実施形態１３に記載の方法。
１５．第１の信号と第２の信号を組み合わせて合成信号を提供し、合成信号に基づいて、第１の同期整流器および第２の同期整流器に結合された駆動論理回路を制御するステップをさらに含む、実施形態１３に記載の方法。
１６．合成信号を反転させることによって反転合成信号を形成するステップをさらに含む、実施形態１３に記載の方法。
１７．反転合成信号に基づいて、第１の同期整流器および第２の同期整流器に結合された駆動論理回路を制御するステップをさらに含む、実施形態１６に記載の方法。
１８．第１の同期整流器および第２の同期整流器の１つが強制転流式の同期整流器を構成する、実施形態１３に記載の方法。
１９．強制転流式の同期整流器が、
ゲート端子、ドレイン端子、ソース端子、ならびにカソード端子およびアノード端子を備える真性ボディダイオードを備える電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）スイッチと、
ＦＥＴに並列に電気的に結合された転流ダイオードであって、そのカソードが真性ボディダイオードのカソード端子に電気的に結合される、転流ダイオードと、
転流ダイオードに電気的に結合された選択的に制御される強制転流電流源であって、ＦＥＴスイッチがオンに切り換えられている間に転流ダイオードからＦＥＴスイッチへ転流電流を通し、それによって転流電流を真性ボディダイオードのカソード端子から真性ボディダイオードのアノード端子へ通すように動作可能な選択的に制御される強制転流電流源とを備える、実施形態１８に記載の方法。
１００ 強制転流式の同期整流器
１０２ 第１のバス、入力端子
１０４ 第２のバス、出力端子
１０６ 端子
１０８ 転流ダイオード
１１０ 駆動電圧源
１１２ ソース端子
１１４ ゲート端子
１１６ ドレイン端子
１１８ 真性ボディダイオード
１２０ パルス電流源
１２２ 電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）
１２４ ノード
１４０ 強制転流回路
２００ 同期整流器の双方向変換器システム
２０２ インダクタ
２０４ 第１の強制転流式の同期整流器
２０６ 第２の強制転流式の同期整流器
２０８ 駆動論理回路
２１０ ブースト側キャパシタ
２１２ 電池
２１４ 太陽電池アレイ
２１６ 共通の接地
２１８ リンク
２２０ バス
２２２ リンク
２２４ リンク
２２６ バス
３００ 同期整流器の双方向変換器システム
３０２ インダクタ
３０４ 第１の強制転流式の同期整流器、ハイサイドスイッチ
３０６ 第２の強制転流式の同期整流器、ローサイドスイッチ
３０８ 駆動論理回路
３１０ ブースト側キャパシタ
３１２ 電池
３１４ 太陽電池アレイ
３１６ 共通の接地
３２６ バス
３２８ 第１の電流変成器
３３０ 第２の電流変成器
３３４ 抵抗
３３８ 抵抗
４００ 電流およびフィードバック波形
５００ 電流およびフィードバック波形
６００ 直流再生および総和増幅器回路
６０２ 直流再生駆動論理回路
６０４ ノード
６０６ ノード
６０８ 共通の接地
７００ 電流感知プロセス
８００ 双方向電流感知プロセス
９００ 双方向電圧変換電流センサを使用するプロセス
Ｃ１ キャパシタ
Ｃ２ キャパシタ
Ｉｆｂ（ＨＳ） 交流波形
Ｉｆｂ（ＬＳ） 交流波形
ＩＬ インダクタ電流
Ｉｐｋ ピーク
−Ｉｐｋ ピーク
Ｉ（ＨＳ） ハイサイド電流
Ｉ（ＬＳ） ローサイド電流
Ｒ１ 抵抗
Ｒ２ 抵抗
Ｒ３ 抵抗
Ｒ４ 抵抗
Ｒ５ 抵抗
Ｒ６ 抵抗
Ｒ７ 抵抗
Ｓ１ 直流再生スイッチ
Ｓ２ 直流再生スイッチ
Ｕ１ 総和反転増幅器
Ｕ２ 総和反転増幅器
ＶＬ 電圧
−ＶｉＬ１ 電圧信号
＋ＶｉＬ２ 電圧信号

Claims (12)

  1. 同期整流器の双方向変換器システム向けの双方向電流感知のための方法であって、
    第１の変成器を介して第１の同期整流器を通る第１の電流を感知して、第１の信号を供給するステップと、
    第２の変成器を介して第２の同期整流器を通る第２の電流を感知して、第２の信号を供給するステップと、
    前記第１の信号および前記第２の信号を直流再生して、それぞれ第１の直流再生信号および第２の直流再生信号を供給するステップと、
    前記第１の直流再生信号に第１の補正電流を加算することによって第１の補正信号を生成するステップと、
    前記第２の直流再生信号に第２の補正電流を加算することによって第２の補正信号を生成するステップと、
    前記第１の補正信号と前記第２の補正信号を加算することによって合成信号を生成するステップと
    を含む方法。
  2. 前記合成信号に基づいて前記第１の補正電流および前記第２の補正電流を形成するステップと、
    前記合成信号に基づいて同期整流器の双方向変換器システムを制御するステップと
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記合成信号に基づいて、前記第１の同期整流器および前記第２の同期整流器に結合された駆動論理回路を制御するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  4. 前記合成信号を反転させることによって反転合成信号を形成するステップと、
    前記反転合成信号に基づいて、前記第１の同期整流器および前記第２の同期整流器に結合された駆動論理回路を制御するステップと
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  5. 前記第１の同期整流器および前記第２の同期整流器の１つが強制転流式の同期整流器を構成し、前記強制転流式の同期整流器が、
    ゲート端子、ドレイン端子、ソース端子、ならびにカソード端子およびアノード端子を備える真性ボディダイオードを備える電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）スイッチと、
    前記ＦＥＴスイッチに並列に電気的に結合された転流ダイオードであって、そのカソードが前記真性ボディダイオードの前記カソード端子に電気的に結合されている転流ダイオードと、
    前記転流ダイオードに電気的に結合された選択的に制御される強制転流電流源であって、前記ＦＥＴスイッチがオンに切り換えられている間に前記転流ダイオードから前記ＦＥＴスイッチへ転流電流を通し、それによって前記転流電流を前記真性ボディダイオードの前記カソード端子から前記真性ボディダイオードの前記アノード端子へ通すように動作可能な選択的に制御される強制転流電流源と
    を備えている、請求項３に記載の方法。
  6. 第１の同期整流器からの第１の電流を感知して第１の信号を供給するように動作可能な第１の変成器と、
    第２の同期整流器からの第２の電流を感知して第２の信号を供給するように動作可能な第２の変成器と、
    前記第１の同期整流器および前記第２の同期整流器に結合された直流再生および総和増幅器回路と
    を備える同期整流器の双方向電流センサシステムであって、前記直流再生および総和増幅器回路が、
    前記第１の信号および前記第２の信号を直流再生して第１の直流再生信号および第２の直流再生信号を供給するように動作可能な直流再生回路と、
    直流総和増幅器であって、
    前記第１の直流再生信号に第１の補正電流を加算することによって第１の補正信号を生成するように動作可能な第１の加算回路と、
    前記第２の直流再生信号に第２の補正電流を加算することによって第２の補正信号を生成するように動作可能な第２の加算回路と、
    前記第１の補正信号と前記第２の補正信号を加算して増幅することによって合成信号を生成するように動作可能な総和反転増幅器と、
    前記合成信号を反転させることによって前記第１の補正電流および前記第２の補正電流を生成するように動作可能な反転増幅器と
    を備える直流総和増幅器と
    を備えている、同期整流器の双方向電流センサシステム。
  7. 前記第１の同期整流器および前記第２の同期整流器の１つが強制転流式の同期整流器を構成し、前記強制転流式の同期整流器が、
    ゲート端子、ドレイン端子、ソース端子、ならびにカソード端子およびアノード端子を備える真性ボディダイオードを備える電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）スイッチと、
    前記ＦＥＴスイッチに並列に電気的に結合された転流ダイオードであって、そのカソードが前記真性ボディダイオードの前記カソード端子に電気的に結合されている転流ダイオードと、
    前記転流ダイオードに電気的に結合された選択的に制御される強制転流電流源であって、前記ＦＥＴスイッチがオンに切り換えられている間に前記転流ダイオードから前記ＦＥＴスイッチへ転流電流を通し、それによって前記転流電流を前記真性ボディダイオードの前記カソード端子から前記真性ボディダイオードの前記アノード端子へ通すように動作可能な選択的に制御される強制転流電流源と
    を備えている、請求項６に記載の同期整流器の双方向電流センサシステム。
  8. インダクタと、
    前記インダクタに結合された第１の強制転流式の同期整流器であって、ダイオードに関連する構成要素をオフに切り換えながら、前記ダイオードのカソード端子から前記ダイオードのアノード端子へ転流電流を強制転流することによって、前記ダイオード内の逆回復時間をなくすように動作可能な第１の強制転流式の同期整流器と、
    前記インダクタおよび前記第１の強制転流式の同期整流器に結合された第２の強制転流式の同期整流器であって、前記ダイオードに関連する構成要素をオフに切り換えながら、前記ダイオードのカソード端子から前記ダイオードのアノード端子へ転流電流を強制転流することによって、前記ダイオード内の逆回復時間をなくすように動作可能な第２の強制転流式の同期整流器と
    をさらに備えている、請求項６に記載の同期整流器の双方向電流センサシステム。
  9. 双方向電流センサシステムを動作させる方法であって、
    第１の変成器を用いて双方向変換器の第１の同期整流器の第１の信号を感知するステップと、
    第２の変成器を用いて双方向変換器の第２の同期整流器の第２の信号を感知するステップと、
    前記第１の信号および前記第２の信号を直流再生して第１の直流再生信号および第２の直流再生信号を得るステップと、
    前記第１の信号および前記第２の信号をフィードバック補正して、前記双方向変換器を通る双方向電流に比例する双方向信号を供給するステップと、
    前記双方向信号に基づいて双方向変換器を制御するステップと
    を含む方法。
  10. 前記双方向信号に基づいて、前記第１の同期整流器および前記第２の同期整流器に結合された駆動論理回路を制御するステップと、
    前記第１の信号と前記第２の信号を組み合わせて合成信号を提供し、前記合成信号に基づいて、前記第１の同期整流器および前記第２の同期整流器に結合された駆動論理回路を制御するステップと
    をさらに含む、請求項９に記載の方法。
  11. 前記合成信号を反転させることによって反転合成信号を形成するステップと、
    前記反転合成信号に基づいて、前記第１の同期整流器および前記第２の同期整流器に結合された駆動論理回路を制御するステップと
    をさらに含む、請求項９に記載の方法。
  12. 前記第１の同期整流器および前記第２の同期整流器の１つが強制転流式の同期整流器を構成し、前記強制転流式の同期整流器が、
    ゲート端子、ドレイン端子、ソース端子、ならびにカソード端子およびアノード端子を備える真性ボディダイオードを備える電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）スイッチと、
    前記ＦＥＴに並列に電気的に結合された転流ダイオードであって、そのカソードが前記真性ボディダイオードの前記カソード端子に電気的に結合される転流ダイオードと、
    前記転流ダイオードに電気的に結合された選択的に制御される強制転流電流源であって、前記ＦＥＴスイッチがオンに切り換えられている間に前記転流ダイオードから前記ＦＥＴスイッチへ転流電流を通し、それによって前記転流電流を前記真性ボディダイオードの前記カソード端子から前記真性ボディダイオードの前記アノード端子へ通すように動作可能な選択的に制御される強制転流電流源と
    を備える、請求項９に記載の方法。
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