JP2022001010A - 絶縁バリアを横断してスイッチを制御すること - Google Patents

絶縁バリアを横断してスイッチを制御すること Download PDF

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Abstract

【課題】絶縁バリアを横断してスイッチを制御する方法及び機器を提供する。【解決手段】機器２００は、スイッチを活性化するために、絶縁装置２０８を介して電気的絶縁装置の出力側にエネルギを伝達するために電気的絶縁装置の入力側の１つ又は複数の入力スイッチ２１６を動作させるエネルギ伝達装置２０６と、エネルギ伝達が活性状態にある場合に、入力側２０２の入力電圧からスイッチを制御するための出力電圧へとエネルギを変換する電圧変換装置２１０と、エネルギ伝達が非活性状態にある場合にスイッチを受動的に非活性化する受動ターンオフ装置２１４と、を含み、エネルギ伝達が活性状態にある場合は、受動ターンオフ装置がスイッチを非活性化することを無効にする。【選択図】図２

Description

本開示は、絶縁バリアを介してスイッチを動作させる分野に関する。
様々な種類の装置が固体スイッチ等のスイッチを利用し得る。スイッチは装置のパワードメインから制御され得る。パワードメインは、スイッチが位置する装置の領域に対して絶縁され得る。絶縁は光絶縁バリアを使用することによって達成される。光絶縁バリアは、パワードメインを含む装置の第１の側とスイッチを含む装置の第２の側との間の装置内に配置される。光絶縁バリアを介してスイッチを制御するために、光絶縁バリアを横断して情報及び／又はエネルギを送る必要がある。不都合なことに、光絶縁スイッチを製造することに関連する非常に高い製造コストがある。
どちらも統合機能を必要とする容量結合又は変圧器結合に基づくガルバニック絶縁を使用する光絶縁の代替策等、既存の多くの解決策は様々な欠点を有する。そのような１つの欠点は、絶縁バリアの１つ又は複数の側に追加の決まった電源ピンが必要なことである。別の欠点は、絶縁バリアと固体スイッチとを同じパッケージ内に統合できないことである。更に別の欠点は、光学式カプラ又は固体リレー等の固体スイッチを駆動するために作られた他の絶縁装置とのピン互換を提供できないことである。更に既存の絶縁ソリューションは、絶縁バリアの入力側（例えばパワードメインが位置する第１の側）における電圧よりも高い電圧を絶縁バリアの出力側（例えばスイッチが位置する第２の側）の上で常に生成できるわけではない。このことは利用可能なスイッチの種類を大幅に制約し限定し、その理由はかかるスイッチが、スイッチを動作させるために使用される電圧に対して極めて低い場合がある入力電圧範囲に適合する閾値電圧を有さなければならないからである。容量性絶縁に関する１つの欠点は、絶縁バリアの２つの側の電位を反対方向に素早く動かし得る絶縁バリアの２つの側の間の同相過渡電圧耐性である。一部の製品はこれらの絶縁ソリューション及び／又はその機能の１つ又は複数を組み合わせる場合があるが、上記で述べた欠点の全てに同時に対処する現行製品はない。
この概要は、以下の詳細な説明の中で更に説明する一連の概念を単純化した形で紹介するために示す。この概要は、特許請求の範囲に記載の内容の主要な要素又は必須の特徴を識別することを意図せず、特許請求の範囲に記載の内容の範囲を限定するために使用されることも意図しない。
本明細書で示す技法の一実施形態では方法が提供される。この方法は、スイッチを活性化するために、一連のスイッチングサイクル中に絶縁装置を介して絶縁装置の出力側にエネルギを伝達するための周波数及びデューティサイクルに従って絶縁装置の入力側の１つ又は複数の入力スイッチを動作させるステップを含む。電圧変換装置が、入力側の入力電圧からスイッチを制御するための出力電圧へとエネルギを変換する。エネルギ伝達が活性状態にある場合、受動ターンオフ装置がスイッチを非活性化することが無効にされる。受動ターンオフ装置は、エネルギ伝達が非活性状態にある場合にスイッチを受動的に非活性化する。
本明細書で示す技法の一実施形態では機器が提供される。この機器は、スイッチを活性化するために、一連のスイッチングサイクル中に絶縁装置を介して絶縁装置の出力側にエネルギを伝達するための周波数及びデューティサイクルに従って絶縁装置の入力側の１つ又は複数の入力スイッチを動作させるための手段を含む。この機器は、入力側の入力電圧からスイッチを制御するための出力電圧へとエネルギを変換するための手段を含む。この機器は、エネルギ伝達が非活性状態にある場合にスイッチを受動的に非活性化するための手段を含む。この機器は、エネルギ伝達が活性状態にある場合にスイッチの非活性化を無効にするための手段を含む。
本明細書で示す技法の一実施形態では機器が提供される。この機器は、スイッチを活性化するために、一連のスイッチングサイクル中に絶縁装置を介して絶縁装置の出力側にエネルギを伝達するための周波数及びデューティサイクルに従って絶縁装置の入力側の１つ又は複数の入力スイッチを動作させるように構成されるエネルギ伝達装置を含む。この機器は、エネルギ伝達が活性状態にある場合に入力側の入力電圧からスイッチを制御するための出力電圧へとエネルギを変換するように構成される電圧変換装置を含む。この機器は、エネルギ伝達が非活性状態にある場合にスイッチを受動的に非活性化するように構成される受動ターンオフ装置を含む。この機器は、エネルギ伝達が活性状態にある場合に受動ターンオフ装置がスイッチを非活性化することを無効にするように構成される負電荷ポンプを含む。
本明細書で示す技法の一実施形態では機器が提供される。この機器は、スイッチを活性化するために、絶縁装置を介して電気的絶縁装置の出力側にエネルギを伝達するために電気的絶縁装置の入力側の１つ又は複数の入力スイッチを動作させるように構成されるエネルギ伝達装置を含む。この機器は、エネルギ伝達が活性状態にある場合に入力側の入力電圧からスイッチを制御するための出力電圧へとエネルギを変換するように構成される電圧変換装置を含む。この機器は、エネルギ伝達が非活性状態にある場合にスイッチを受動的に非活性化するように構成される受動ターンオフ装置を含み、エネルギ伝達が活性状態にある場合は受動ターンオフ装置がスイッチを非活性化することが無効にされる。
上記の及び関係する目的を達成するために、以下の説明及び添付図面は特定の例示的な態様及び実装を記載する。これらは１つ又は複数の態様を使用することができる様々なやり方のほんの幾つかを示すに過ぎない。添付図面と組み合わせて検討したとき、本開示の他の態様、利点、及び新規の特徴が以下の詳細な説明から明らかになる。
本明細書で示す技法による、絶縁装置を介してスイッチを動作させる方法の一例の説明図である。 本明細書で示す技法による、絶縁装置を介してスイッチを動作させるための機器を示すコンポーネントブロック図である。 本明細書で示す技法による、フライバックコンバータと、絶縁装置を介してスイッチを動作させるための変圧器であって、スイッチは機器によって制御される、変圧器と、負電荷ポンプと、受動ターンオフ装置としてのデプレッションＮＭＯＳとを有する機器を示すコンポーネントブロック図である。 本明細書で示す技法による、電圧増倍器と、絶縁装置を介してスイッチを動作させるための変圧器であって、スイッチは機器によって制御される、変圧器と、負電荷ポンプと、受動ターンオフ装置としてのデプレッションＮＭＯＳとを有する機器を示すコンポーネントブロック図である。 本明細書で示す技法による、電圧増倍器と、絶縁装置を介してスイッチを動作させるための容量結合であって、スイッチは機器によって制御される、容量結合と、負電荷ポンプと、受動ターンオフ装置としてのデプレッションＮＭＯＳとを有する機器を示すコンポーネントブロック図である。
次に特許請求の範囲に記載する内容を図面に関して説明し、全体を通して同様の要素を指すために同様の参照番号を使用する。以下の説明では、特許請求の範囲に記載する内容の完全な理解を与えるために数多くの具体的詳細を説明目的で記載する。但し、特許請求の範囲に記載する内容はそれらの具体的詳細なしに実践できることが明らかであり得る。他の例では、特許請求の範囲に記載する内容の説明を容易にするために、よく知られている構造及び装置をブロック図形式で示す。
電子機器の分野では、装置は装置のパワードメイン領域等、スイッチから絶縁されるべき装置の領域から制御されるスイッチを含む。スイッチを動作させる能力は、容量結合、コア変圧器若しくはコアレス変圧器等の変圧器又は他の任意の種類の変圧器、又は他の電気的絶縁バリアを利用することによって等、電気的絶縁を使用することによって改善される。電気的絶縁バリアは装置内にトポロジの差異又はペナルティを生じさせないやり方で使用することができ、従って装置のサイズ、パッケージ、又はピン配列等における顕著な違いを生じさせることなしに本装置を他の既存の装置と容易に交換することができる。例えば電気的絶縁バリアの何れかの側で特定の電源を設けるためにさもなければ使用される追加のピンが不要なのでピン互換が提供される。
本明細書で提供する技法及び機器は、装置の第１の側（例えばパワードメイン領域が位置する側）からスイッチが位置する装置の第２の側に電気的絶縁バリアを介して十分なエネルギ量を伝えることができる。エネルギは一連のスイッチングサイクル中に伝達され、そのため固体スイッチ等のスイッチを十分な速度で及び第２の側からの追加のエネルギを必要とせずに適切且つ確実にオンにすることができる。更にスイッチへの電力は、電気的絶縁バリアを横断してエネルギを伝達する必要なしに及び外部コンポーネントを必要とすることなしに十分な速度で安全にオフにされる。
一実施形態では、電気的絶縁バリア等の絶縁バリアを横断する統合エネルギ伝達プロセスが提供される。出力側に位置する固体スイッチ等のスイッチを適切に、完全に、及び安全にオンにすることを保証するために、エネルギが絶縁バリアの入力側から絶縁バリアの出力側に伝えられる。エネルギ伝達が活性状態にある又は非活性状態にある一連のスイッチングサイクル中にエネルギが伝達される。スイッチは十分な速度で及び出力側からの追加のエネルギを必要とせずにオンにされる。スイッチをこのようにオンにすることは、絶縁バリアによって認められるエネルギ損失に適合するやり方で出力側に伝達するために絶縁バリアの両端間で電磁エネルギを貯蔵及び放出するために使用されるオンオフキーイング技法を実行することによって達成される。オンオフキーイングは入力側における高周波パルス駆動で構成され、入力電源と入力グランドとの間の駆動がスイッチングパターンと共に絶縁バリアの入力端子に適用される。エネルギ伝達プロセスを中断するために、絶縁バリア内で電流の流れが生じないようにスイッチングパターンが停止される。この統合エネルギ伝達プロセスを実行するために様々な種類のエネルギ伝達装置を利用することができる。
一実施形態では、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、又は他の種類のスイッチ等、様々な種類のスイッチが使用可能であることを保証するのに十分高い出力電圧を出力側で生成することができる。出力電圧は、入力側で使用される入力電圧よりも相対的に高くあり得る。出力電圧を相対的に高くすることは、フライバックコンバータ、電圧増倍器（例えばコックロフトウォルトン電圧増倍器）、又は他の種類の電圧変換装置等、出力側に結合され得る様々な電圧ブースト整流トポロジを利用することによって達成することができる。電圧変換装置はスイッチのゲートを駆動することができる出力電圧に到達するために使用することができ、かかる出力電圧は入力側で使用されるよりも高い電圧であり得る。電圧変換装置のパワー変換プロセスを活性化することは、一次側におけるオンオフキーイングに従って活性化され制御される。一実施形態では、スイッチのための電流検出又は温度検出等の一部の補助機能が、電圧変換装置によって提供される出力電圧によって出力側で給電され得る。
一実施形態では、高信頼の受動ターンオフ経路がスイッチのゲート用に設けられる。この受動ターンオフ経路は、能動的に駆動されていなくても（例えば能動的に給電されていなくても）導電チャネルを有するデプレッションＭＯＳＦＥＴ（例えばｎチャネルデプレッションＭＯＳＦＥＴ又はｐチャネルデプレッションＭＯＳＦＥＴ）又は他の種類の受動ターンオフ装置等の様々な集積技術の選択肢を利用することによって達成され得る。受動ターンオフ装置は、入力側から出力側にエネルギ伝達が行われていない間、スイッチを確実に受動ターンオフすることが可能であり得る。
一実施形態では、エネルギ伝達プロセスが開始するや否や受動ターンオフ装置を素早く且つ確実に非活性化することができる。受動ターンオフ装置の活性化及び非活性化は、入力側又は出力側からの追加のエネルギを必要とすることなしに行われる。受動ターンオフ装置の非活性化は、絶縁バリアに結合される（例えば絶縁バリアとして使用される変圧器の二次巻線に結合される）負電荷ポンプによって出力側において負電圧を発生させるオンオフキーイングプロセスによって達成され得る。一実施形態では、負電荷ポンプにより、オンオフキーイングプロセスが開始するや否やデプレッションＭＯＳＦＥＴ（例えばデプレッションｎチャネルＭＯＳＦＥＴ）等の受動ターンオフ装置のゲートをそのソース未満に能動的に駆動してデプレッションＭＯＳＦＥＴの導電を防ぐことができる。このようにしてデプレッションＭＯＳＦＥＴが非活性化される。このことはスイッチを駆動する立ち上がり電圧がスイッチをオンにすることを可能にする。オンオフキーイングプロセスが停止すると、負電荷ポンプの負荷が出力において負電圧を放電し、デプレッションＭＯＳＦＥＴの導電を再び可能にする。具体的には、受動放電素子（例えばデプレッションＭＯＳＦＥＴのソースとゲートとを接続する抵抗器）がデプレッションＭＯＳＦＥＴのソース及びゲートを同じ電圧にし、それによりデプレッションＭＯＳＦＥＴを活性化する。エネルギ伝達が停止すると、負電荷ポンプによって前に生成された電圧を受動放電素子が適切な時定数でゼロにする。一実施形態では、デプレッションｎチャネルＭＯＳＦＥＴとは対照的にデプレッションｐチャネルＭＯＳＦＥＴを制御するための正電圧を生成するために、電荷ポンプを利用することができる。
このようにして、トポロジの差異又はペナルティを生じさせることなしに固体スイッチ等のスイッチの確実、安全、且つ素早い制御を可能にするやり方で電気的絶縁が装置に与えられる。
絶縁バリアを横断してスイッチを制御する一実施形態を図１の例示的方法１００によって示し、図２〜図４Ｂに関して更に説明する。図２の装置２００等の機器は、装置２００の入力側２０２を装置２００の出力側２１６と絶縁する絶縁装置２０８を含む。絶縁装置２０８は、装置２００の入力側２０２と出力側２１６との間の電気的絶縁を与える電気的絶縁装置を含み得る。一実施形態では、絶縁装置２０８がコアレス変圧器又はコア変圧器等の変圧器（例えば図３の変圧器３１０及び図４の変圧器４０４）を含む。一実施形態では、絶縁装置２０８が容量結合（例えば図４Ｂの容量結合４５６）を含む。絶縁装置２０８は、入力側２０２と出力側２１６との間のガルバニック絶縁をもたらす。
入力側２０２は入力ソース２０４を含む。入力ソース２０４は、入力側２０２のための入力電圧を供給する入力パワードメインに関連し得る。入力側２０２は、１つ又は複数の入力スイッチ２１８（例えば図３の単一の入力スイッチＳＷｉｎ ３０４、又は図４Ａ及び図４Ｂの第１の入力スイッチＳＷ１Ａ ４１８、第２の入力スイッチＳＷ１Ｂ ４２２、第３の入力スイッチＳＷ２Ａ ４２０、及び第４の入力スイッチＳＷ２Ｂ ４２４）を含み得る。入力側２０２は、装置２００の出力側２１６に位置するスイッチ２１２を制御するために、１つ又は複数の入力スイッチ２１８を動作させて、絶縁装置２０８を介して出力側２１６にエネルギを伝達するための複数のスイッチングサイクルを実行するように構成されるエネルギ伝達装置２０６を含む。複数のスイッチングサイクルは、エネルギ伝達が活性状態にある又は非活性状態にある一連のスイッチングサイクルに対応する。エネルギ伝達装置２０６は、スイッチ２１２を活性化するために、スイッチングサイクル中に絶縁装置２０８を介してエネルギを伝達するための周波数（例えばスイッチング周波数）及びデューティサイクルに従って１つ又は複数のスイッチ２１８を動作させることができる。一実施形態では、スイッチ２１２を動作させるために絶縁装置２０８を介してエネルギを伝達するための複数のスイッチングサイクルを実行するために、エネルギ伝達装置２０６によってオンオフキーイング技法が利用される。
従って１０２で、スイッチ２１２を活性化するために、一連のスイッチングサイクル中に絶縁装置２０８を介してエネルギを伝達するための周波数及びデューティサイクルに従って１つ又は複数の入力スイッチ２１８を動作させる。一実施形態では、決定された周波数及びデューティサイクルに従って１つ又は複数の入力スイッチ２１８を動作させることによってオンオフキーイングが適用される。スイッチングサイクル内で絶縁装置２０８（例えば変圧器）の一次巻線を通る電流の流れを限定するために、周波数は十分高い値に設定することができる。出力側２１６の電圧変換装置２１０としてフライバックコンバータ（例えば図３）が利用されるのか又は電圧増倍器（例えば図４Ａ及び図４Ｂ）が利用されるのかにもよるが、様々なデューティサイクルが利用され得る。例えば電圧増倍器ではデューティサイクルを５０％に設定することができ、エネルギはプッシュ／プル方式に従ってエネルギ伝達装置２０６によって駆動される。この例では、絶縁装置２０８の上部端子から絶縁装置２０８の下部端子に入力電流が流れる第１のフェーズをスイッチングサイクルが含む。スイッチングサイクルは、下部端子から上部端子に入力電流が流れる第２のフェーズを含む。フライバックコンバータでは、絶縁装置２０８の両端間のインダクタンスが飽和点に達しないように又は信頼性問題が発生しないように、デューティサイクルをスイッチング周波数に基づいて設定することができる。
１つ又は複数の入力スイッチ２１８がエネルギ伝達装置２０６によってオフに保たれる場合、エネルギの伝達は行われない。１つ又は複数のスイッチ２１８がエネルギ伝達装置２０６によってオンにされる場合、スイッチ２１２をオンにするためにエネルギが絶縁装置２０８を介して出力側２１６に伝達される。このようにして、エネルギ伝達が活性状態にある又は非活性状態にある一連のスイッチングサイクルが実行される。
装置２００は、装置２００の出力側２１６に位置する電圧変換装置２１０を含む。電圧変換装置２１０は、フライバックコンバータ（例えば図３）、コックロフトウォルトン電圧増倍器等の電圧増倍器（例えば図４Ａ及び図４Ｂ）、又は他の電圧変換装置を含む。電圧変換装置２１０は、入力ソース２０４に関連する入力電圧からスイッチ２１２をオンにする等、スイッチ２１２を制御することができる出力電圧にエネルギ伝達装置２０６によって伝達されるエネルギを変換するように構成され得る。一実施形態では、電圧変換装置２１０は、スイッチ２１２をオンにする（例えば固体スイッチのゲートをオンにする）ことができる出力電圧として入力電圧を相対的に高い電圧に変換することができる。このようにして、入力ソース２０４に関連する相対的に低い入力電圧ではさもなければ動作できない／かかる入力電圧にさもなければ適合しない可能性がある様々な種類のスイッチ２１２を使用することができる。エネルギ伝達装置２０６によるエネルギ伝達が活性状態にある場合に電圧変換装置２１０は出力電圧を出力する。従って１０４で、エネルギ伝達が活性状態にある場合、入力側２０２の入力電圧からスイッチ２１２を制御するための出力電圧へとエネルギを変換する。
装置２００は、装置２００の出力側２１６において受動ターンオフ装置２１４（例えば図３の受動ターンオフ装置３１８並びに図４Ａ及び図４Ｂの受動ターンオフ装置４２８）を含む。一実施形態では、受動ターンオフ装置２１４がデプレッションＭＯＳＦＥＴ（例えばデプレッションｎチャネルＭＯＳＦＥＴ又はデプレッションｐチャネルＭＯＳＦＥＴ）を含む。スイッチ２１２をさもなければ活性化するためにエネルギ伝達装置２０６によってエネルギ伝達が行われていない場合、受動ターンオフ装置２１４がスイッチ２１２を受動的に（例えば受動ターンオフ装置２１４が給電される必要なしに）非活性化してスイッチ２１２をオフにする。例えばエネルギ伝達がない場合、出力側２１６のコンデンサが放電され、従って受動ターンオフ装置２１４のソース及びゲートが同じ／同様の電位にあり、そのことは受動ターンオフ装置２１４のソースとドレインとの間に導電チャネルを作り出す。導電チャネルは、（例えばスイッチ２１２のゲートをスイッチ２１２のソースに短絡させることによって）スイッチ２１２をオフにするためにスイッチ２１２のゲートとソースとの間にターンオフ強度を適用する受動ターンオフ装置２１４のディメンションに応じてサイズが決まる抵抗器のように機能する。このようにして、受動ターンオフ装置２１４は、エネルギ伝達が行われていない場合にパワーで能動的に駆動されることなしにスイッチ２１２を受動的に非活性化する。
エネルギ伝達が活性状態にある場合、受動ターンオフ装置２１４はスイッチ２１２を受動的に非活性化することを無効にされ得る。一実施形態では、エネルギ伝達が活性状態にある場合に受動ターンオフ装置２１４がスイッチ２１２を受動的に非活性化することを無効にするために、電荷ポンプ２２０（例えばデプレッションｐチャネルＭＯＳＦＥＴのための正電荷ポンプ、又は図３の負電荷ポンプ３２４等のデプレッションｎチャネルＭＯＳＦＥＴのための負電荷ポンプ）を利用することができる。デプレッションｎチャネルＭＯＳＦＥＴでは、エネルギ伝達が活性状態にある場合にデプレッションｎチャネルＭＯＳＦＥＴがスイッチ２１２を受動的に非活性化することを無効にするように、負電圧を使用してデプレッションｎチャネルＭＯＳＦＥＴのゲートを能動的に下方に駆動するために負電荷ポンプを利用する。このようにして１０６で、エネルギ伝達が活性状態にある場合は受動ターンオフ装置２１４がスイッチ２１２を受動的に非活性化することを無効にする。エネルギ伝達が非活性状態にある場合、負電荷ポンプの出力における負荷が負電圧を放電して、デプレッションｎチャネルＭＯＳＦＥＴがスイッチ２１２を受動的に非活性化することを可能にする。スイッチング活動がない場合、負電荷ポンプは非活性状態にある。このようにして１０８で、エネルギ伝達が非活性状態にある場合は受動ターンオフ装置２１４がスイッチ２１２を受動的に非活性化することを可能にする。
図３は、絶縁バリアを介してスイッチ３２０を動作させるための機器３００の一実施形態を示す。機器３００は、機器３００の入力側３１２を機器３００の出力側３１４と電気的に絶縁すること等の絶縁するための絶縁バリアとして動作する変圧器３１０を含む。スイッチ３２０は機器３００の出力側３１４に位置する。入力ソース３０２及び入力スイッチ３０４は機器３００の入力側３１２に位置する。スイッチ３２０、受動ターンオフ装置３１８（例えばデプレッションｐチャネルＭＯＳＦＥＴ）、電圧変換装置（例えばエネルギ伝達が行われているかどうかに応じて順方向に又は逆方向にバイアスされるダイオードＤ１ ３１６を利用するフライバックコンバータ）、及び負電荷ポンプ３２４は機器３００の出力側３１４に位置する。負電荷ポンプ３２４は、抵抗Ｒ１（抵抗器Ｒ１）、等価静電容量Ｃｇ１、及び／又はダイオードＤ２を含み得る。
スイッチ３２０を動作させるために入力側３１２から出力側３１４にエネルギ（例えば入力ソース３０２によって生成されるエネルギ）を伝達するための一連のスイッチングサイクルを実行するために、オンオフキーイングを入力側３１２で実行して入力スイッチ３０４を動作させる。一実施形態では、変圧器３１０の一次側３０６の下部端子を駆動するために入力スイッチ３０４がスイッチングサイクルの開始時にオンにされる。このことは、変圧器３１０の等価磁化インダクタンスＬｍ内に流れる磁化電流Ｉｍ３２６を作り出す。入力スイッチ３０４がオンである限り変圧器３１０の磁化電流Ｉｍ３２６は増加し続ける。変圧器３１０に関して磁化電流Ｉｍ３２６が変圧器の飽和に達しないように又は変圧器の信頼性問題を招かないように、入力スイッチ３０４をオンオフ切り替えるためのデューティサイクルがスイッチング周波数に基づいて設定される。入力スイッチ３０４がオンにされ磁化電流Ｉｍ３２６が変圧器３１０の一次巻線内に流れ続ける間、一次巻線に印加される電圧に対して逆の電圧を与える変圧器３１０の二次巻線がダイオードＤ１ ３１６を逆バイアスに保ち、そのためスイッチ３２０のゲートに向けて電流は流れていない。デューティサイクルのこのフェーズの後、入力スイッチ３０４がオフにされ、変圧器３１０の一次側３０６の下部端子がフロートされたままになる。
変圧器３１０内に貯蔵される（例えば入力スイッチ３０４がオンにされた前のフェーズで達したピーク磁化電流Ｉｍに対応する）磁気エネルギが変圧器３１０の二次側３０８によって出力され、減磁電流を引き起こす。従って、貯蔵磁気エネルギは変圧器３１０の二次側３０８に現れる減少Ｉｄｍ（例えば変圧器３１０内に貯蔵される磁気エネルギ）によって放出される一方、二次側３０８における電圧は一次側における一次電圧に反映される。ダイオードＤ１ ３１６は順方向にバイアスされ、Ｉｄｍが消滅するまで又は次のスイッチングサイクルの始まりが生じるまでスイッチ３２２のゲートに等価静電容量Ｃｇ２ ３２２（例えばスイッチ３２０のゲート静電容量の表現）が充電される。変圧器３１０の一次側３０６から二次側３０８への各電荷パケットは、等価静電容量Ｃｇ２ ３２２にわたる電圧閾値に達するまでＣｇ２の両端間の電圧を上げ、かかる閾値に達することはダイオードＤ１ ３１６のそれ以上の順方向バイアスを可能にしない。
一実施形態では、より高い出力電圧を得るために変圧器３１０の巻数比を変えることができる。このようにして、エネルギ伝達が開始すると、等価静電容量Ｃｇ２ ３２２のトッププレートの電圧（例えば出力電圧）を引き上げ、等価静電容量Ｃｇ１（例えばデプレッションｎチャネルＭＯＳＦＥＴにおけるゲート静電容量）のボトムプレートの電圧を引き下げるダイオードＤ１ ３１６を通るエネルギ及びダイオードＤ２を通るシンク電流があり、それにより等価静電容量Ｃｇ２ ３２２の両端間の電圧がダイオードＤ１ ３１６によるエネルギ伝達によって高まる間、受動ターンオフ装置３１８がスイッチ３２０を非活性化することが無効にされる（例えば受動ターンオフ装置３１８がエネルギ伝達中は無効にされる）。等価静電容量Ｃｇ１は、受動ターンオフ装置３１８のゲート静電容量を表す。一次側のスイッチングが活性状態にある（例えばオンオフキーイングが活性状態にある）場合、受動ターンオフ装置３１８の等化ゲート静電容量Ｃｇ１を十分にポンプする負電荷ポンプ３２４の能力に悪影響を及ぼさない特定の量の負荷（例えば閾値負荷未満の負荷）として抵抗Ｒ１（抵抗器Ｒ１）を使用し、そのため受動ターンオフ装置３１８のゲート電圧は受動ターンオフ装置３１８のソース電圧よりも負である。つまり、負電荷ポンプ３２４に負荷をかけ過ぎないように負荷閾値未満の負荷として使用されるよう抵抗Ｒ１を設定することができるので、負電荷ポンプ３２４に負荷をかける間、抵抗Ｒ１は負電荷ポンプ３２４が受動ターンオフ装置３１８を無効にすることを妨げない。一次側のスイッチングが停止する（例えばオンオフキーイングが非活性状態にある）や否や、負電荷ポンプ３２４は受動ターンオフ装置３１８のゲート電圧をソース電圧よりも負にそれ以上ポンプすることができない。従って、抵抗Ｒ１は等価静電容量Ｃｇ１を放電し始めることができ、それにより等価静電容量Ｃｇ１のゲート及びソースを再び同じ電圧にする。
抵抗Ｒ１は少なくとも閾値抵抗を有するべきなので、抵抗Ｒ１は設計パラメータに対応し、それにより一次側のスイッチングが活性状態にある（例えばオンオフキーイングが活性状態にある）間、負電荷ポンプ３２４にさもなければ負荷がかかり過ぎることによって受動ターンオフ装置３１８のゲートをソースに対して引き下げることが邪魔される及び／又は妨げられる不所望の結果を伴って負電荷ポンプ３２４に負荷がかかり過ぎることがなくなる。同時に、一次側のスイッチングが停止する（例えばオンオフキーイングが非活性状態にある）場合、抵抗Ｒ１は等価静電容量Ｃｇ１を妥当な時間で放電するのに十分低いものとする。抵抗Ｒ１によって決定される等価静電容量Ｃｇ１の放電時間はスイッチ３２０のオフ速度を決定する。従って抵抗Ｒ１のサイズは、受動ターンオフ装置３１８の非活性化効率とスイッチ３２０のターンオフ速度との間の得失評価によって得られる。
変圧器３１０の飽和を回避するためにフライバックコンバータを不連続導通モード（ＤＣＭ）で動作させ、それによりスイッチングサイクル間でエネルギを蓄積することなしにＩｄｍ（例えば変圧器３１０内に貯蔵される磁気エネルギ）が各スイッチングサイクル後に０まで放電される。従って、入力スイッチ３０４がオンにされている間Ｉｍが高くなり過ぎず、入力スイッチ３０４がオフの場合にＩｄｍが完全に放電されるように入力スイッチ３０４のデューティサイクルが設定される。ダイオードＤ１ ３１６が逆バイアスされるとき順方向バイアスダイオードＤ１ ３１６内に流れる全ての電流が消滅するので、かかる設定はダイオードＤ１ ３１６の逆回復損失を防ぐ。
フライバックコンバータは電圧変換装置として利用される。フライバックコンバータは、入力電圧からスイッチ３２０を制御するための出力電圧へとエネルギを変換する。このようにして、等価静電容量Ｃｇ２ ３２２の両端間の電圧（例えば出力電圧）は入力ソース３０２の入力電圧よりも相対的に大きくあり得る。
スイッチ３２０の受動ターンオフを確実にするために、受動ターンオフ装置３１８（例えばデプレッションｎチャネルＭＯＳＦＥＴ）を等価静電容量Ｃｇ２ ３２２と並列に使用する。エネルギ伝達が活性状態になく入力スイッチ３０４がオフである静かな定常状態の間、コンデンサ（例えば等価静電容量）が放電される。従ってデプレッションｎチャネルＭＯＳＦＥＴにおけるソース及びゲートが同じ電位にあり、ソースとドレインとの間に導電チャネルがある。この導電チャネルは、デプレッションｎチャネルＭＯＳＦＥＴのディメンションに基づいてサイズが決まる抵抗器のように機能し、スイッチ３２０を非活性化する（例えばスイッチ３２０のゲートとソースとの間にターンオフ強度が適用される）。オンオフキーイングが入力スイッチ３０４をオンにし始めてエネルギ伝達を開始するときデプレッションｎチャネルＭＯＳＦＥＴは非活性化され、それにより等価静電容量Ｃｇ２ ３２２における電圧を０からスイッチ３２０を確実にオンにするための所要電圧まで上げることができる。
入力スイッチ３０４がオンの間、ダイオードＤ１ ３１６が逆バイアスされダイオードＤ２が順方向にバイアスされ、等価静電容量Ｃｇ１（例えばデプレッションｎチャネルＭＯＳＦＥＴにおけるゲート静電容量）の負電荷をもたらす。入力スイッチ３０４がオフの間、ダイオードＤ１ ３１６が順方向にバイアスされダイオードＤ２が逆バイアスされる一方、等価静電容量Ｃｇ１は抵抗Ｒ１等の受動放電素子に起因する放電率に適合して電荷及び電圧を保ち続け／保持し続ける。従って、スイッチングサイクルごとにデプレッションｎチャネルＭＯＳＦＥＴ（受動ターンオフ装置３１８）のゲートを抵抗Ｒ１の負荷に適合してソース電位未満に負のポンピングをし、デプレッションｎチャネルＭＯＳＦＥＴ（受動ターンオフ装置３１８）を非活性化すること及びその後オンにされるスイッチ３２０の駆動電圧を上げることをもたらすことができる。入力スイッチ３０４をオフにするためにオンオフキーイングによるスイッチング活動が停止されると、抵抗Ｒ１がデプレッションｎチャネルＭＯＳＦＥＴ（受動ターンオフ装置３１８）を放電し、それによりスイッチ３２０をオフにするためにデプレッションｎチャネルＭＯＳＦＥＴ（受動ターンオフ装置３１８）が導電性を有するようになる。
図４Ａは、絶縁バリアとして使用される変圧器４０４を介してスイッチ４３２を動作させるための機器４００の一実施形態を示し、図４Ｂは、絶縁バリアとして使用される容量結合４５６を介してスイッチ４３２を動作させるための機器４００の一実施形態を示す。図４Ａの変圧器４０４は、機器４００の入力側４０２に接続される一次側４１２及び機器４００の出力側４０６に接続される二次側４１０を含む。図４Ｂの容量結合４５６は、機器４００の入力側４０２と出力側４０６との間に配置される第１のコンデンサ４５２及び第２のコンデンサ４５４等の１つ又は複数のコンデンサを含む。これらの絶縁バリアは、機器４００の入力側４０２と出力側４０６との間の電気的絶縁を与える。
機器４００は、入力側４０２の入力電圧からスイッチ４３２を制御するための出力電圧へとエネルギ（例えば入力ソース４１６から絶縁バリアを介して出力側４０６に伝送されるエネルギ）を変換するための電圧変換装置として電圧増倍器４１４（例えばコックロフトウォルトン増倍器）を利用する。電圧増倍器４１４は１つ又は複数の段を含む。各段はダイオード及びコンデンサ／静電容量（例えば第１段としてのコンデンサＣＰ１及びダイオードＤ２、第２段としてのコンデンサＣＰ２及びダイオードＤ３、第３段としてのコンデンサＣＰ３及びダイオードＤ４等）を含む。電圧増倍器４１４は入力電圧を出力電圧に変換し、出力電圧はスイッチ４３２をオンにするために入力電圧よりも高い電圧であり得る。
機器４００は、出力側４０６においてスイッチ４３２をオンにする等、スイッチ４３２を制御するために、一連のスイッチングサイクルを実行して入力側４０２から出力側４０６にエネルギを伝達するためのオンオフキーイングによって制御される第１の入力スイッチＳＷ１Ａ ４１８、第２の入力スイッチＳＷ１Ｂ ４２２、第３の入力スイッチＳＷ２Ａ ４２０、及び第４の入力スイッチＳＷ２Ｂ ４２４等、入力側４０２に位置する１つ又は複数の入力スイッチを含み得る。
１つ又は複数の入力スイッチは、絶縁バリアの入力側４０２（例えば図４Ａの変圧器４０４の一次側４１２、又は図４Ｂの容量結合４５６の第１のコンデンサ４５２及び第２のコンデンサ４５４の入力側）をプッシュ／プル方式で駆動するように動作させられる。スイッチングサイクルの第１のフェーズ中、絶縁バリアの上部端子（例えば変圧器４０４の一次側４１２の上部端子への入力側４０２上の接続、又は容量結合４５６の第１のコンデンサ４５２への入力側４０２上の接続）から絶縁バリアの下部端子（例えば変圧器４０４の一次側４１２の下部端子への入力側４０２上の接続、又は容量結合４５６の第２のコンデンサ４５４への入力側４０２上の接続）に入力電流が流れる。具体的には、上部端子が引き上げられ下部端子が引き下げられる。コンデンサＣＰ１、コンデンサＣＰ３、及びコンデンサＣＰ５はダイオードＤ２、ダイオードＤ４、及びダイオードＤ６によって充電される一方、ダイオードＤ３及びダイオードＤ５は逆バイアスされる。スイッチングサイクルの第２のフェーズ中、絶縁バリアの下部端子から上部端子に電流が流れる。具体的には、上部端子が引き下げられ下部端子が引き上げられる。コンデンサＣＰ２及びコンデンサＣＰ４はダイオードＤ３及びダイオードＤ５によって充電される一方、ダイオードＤ２、ダイオードＤ４、及びダイオードＤ６は逆バイアスされる。対称性を得るために５０％のデューティサイクルを設定することができる。絶縁バリアが飽和に達すること／飽和を上回ることを引き起こさない周波数値、及び／又は信頼性問題を生じさせない周波数値へとスイッチング周波数を各フェーズ中に設定することができる。
図３の機器３００と同様に、図４Ａ及び図４Ｂの機器４００はスイッチ４３２と、受動ターンオフ装置４２８（例えばデプレッションｎチャネルＭＯＳＦＥＴ）と、等価静電容量Ｃｇ２ ４３０（例えばスイッチ４３２のゲート静電容量の表現）と、デプレッションｎチャネルＭＯＳＦＥＴにおけるゲート静電容量等の等価静電容量Ｃｇ１、抵抗Ｒ１等の受動放電素子、及び図３のダイオードＤ２と同様のダイオードＤ１を含む機器４００の出力側４０６に位置する電荷ポンプ４０８とを含む。機器４００のこれらのコンポーネント／要素は、スイッチ４３２をオンオフするために機器３００の対応するコンポーネント／要素と同様に動作することができる。
本明細書で示した方法及び機器は、絶縁バリアを横断して固体スイッチ又は他の種類のスイッチ等のスイッチを制御することができる。スイッチは、スイッチが位置する絶縁バリアの出力側において追加のエネルギを消費することなしにオンオフすることができる。絶縁バリアは、絶縁バリアの入力側と絶縁バリアの出力側との間の電気的絶縁を与える。電気的絶縁は、トポロジの差異又はペナルティを生じさせることなしに与えられる。機器が同様の／同じサイズ、パッケージ、及び／又はピン配列を有するので、このことは電気的絶縁を伴う機器を他の装置と簡単に交換することを可能にする。この方法及び機器は、コンピュータ、モバイル装置、電子装置、スイッチを利用する装置等の任意の種類の装置に対して実装できることが理解され得る。
本明細書で開示した技法の一実施形態は方法を含む。この方法は、スイッチを活性化するために、一連のスイッチングサイクル中に絶縁装置を介して絶縁装置の出力側にエネルギを伝達するための周波数及びデューティサイクルに従って絶縁装置の入力側の１つ又は複数の入力スイッチを動作させるステップを含み、電圧変換装置は入力側の入力電圧からスイッチを制御するための出力電圧へとエネルギを変換し、エネルギ伝達が活性状態にある場合は受動ターンオフ装置がスイッチを非活性化することが無効にされ、受動ターンオフ装置はエネルギ伝達が非活性状態にある場合にスイッチを受動的に非活性化する。
一部の実施形態によれば、この方法は、エネルギ伝達が活性状態にある場合に受動ターンオフ装置がスイッチを非活性化することを無効にするように、負電圧を使用して受動ターンオフ装置のゲートを能動的に下方に駆動するために出力側において負電荷ポンプを利用するステップを含む。
一部の実施形態によれば、負電荷ポンプが受動ターンオフ装置を非活性化するために受動ターンオフ装置のソース未満に受動ターンオフ装置のゲートをポンプし、ソースとゲートとを同じ電圧にするために受動放電素子が負電荷ポンプに負荷をかける。
一部の実施形態によれば、１つ又は複数の入力スイッチを動作させるステップが、スイッチを動作させるために絶縁装置を介してエネルギを伝達するための複数のスイッチングサイクルを実行するためにオンオフキーイング技法を利用するステップを含む。
一部の実施形態によれば、受動ターンオフ装置がデプレッションＭＯＳＦＥＴを含む。
一部の実施形態によれば、電圧変換装置が電圧増倍器を含む。
一部の実施形態によれば、電圧変換装置がフライバックコンバータを含む。
一部の実施形態によれば、電圧変換装置が入力電圧よりも高いように出力電圧を生成する。
一部の実施形態によれば、絶縁装置が変圧器を含む。
一部の実施形態によれば、絶縁装置が容量結合を含む。
本明細書で開示した技法の一実施形態は機器を含み、この機器は、スイッチを活性化するために、一連のスイッチングサイクル中に絶縁装置を介して絶縁装置の出力側にエネルギを伝達するための周波数及びデューティサイクルに従って絶縁装置の入力側の１つ又は複数の入力スイッチを動作させるための手段を含み、電圧変換装置は入力側の入力電圧からスイッチを制御するための出力電圧へとエネルギを変換し、エネルギ伝達が活性状態にある場合は受動ターンオフ装置がスイッチを非活性化することが無効にされ、受動ターンオフ装置はエネルギ伝達が非活性状態にある場合にスイッチを受動的に非活性化する。
本明細書で開示した技法の一実施形態は機器を含む。この機器は、スイッチを活性化するために、一連のスイッチングサイクル中に絶縁装置を介して絶縁装置の出力側にエネルギを伝達するための周波数及びデューティサイクルに従って絶縁装置の入力側の１つ又は複数の入力スイッチを動作させるように構成されるエネルギ伝達装置と、エネルギ伝達が活性状態にある場合に入力側の入力電圧からスイッチを制御するための出力電圧へとエネルギを変換するように構成される電圧変換装置と、エネルギ伝達が非活性状態にある場合にスイッチを受動的に非活性化するように構成される受動ターンオフ装置と、エネルギ伝達が活性状態にある場合に受動ターンオフ装置がスイッチを非活性化することを無効にするように構成される負電荷ポンプとを含む。
一部の実施形態によれば、エネルギ伝達装置が絶縁装置の入力側に位置し、受動ターンオフ装置、負電荷ポンプ、及びスイッチが絶縁装置の出力側に位置する。
一部の実施形態によれば、電圧変換装置が電圧増倍器を含み、絶縁装置が変圧器を含む。
一部の実施形態によれば、電圧変換装置が電圧増倍器を含み、絶縁装置が容量結合を含む。
一部の実施形態によれば、電圧変換装置がフライバックコンバータを含み、絶縁装置が変圧器を含む。
一部の実施形態によれば、電圧変換装置が電圧増倍器を含み、エネルギ伝達装置がプッシュ／プル方式で絶縁装置にエネルギを駆動するように構成され、スイッチングサイクルが絶縁装置の上部端子から絶縁装置の下部端子に入力電流が流れる第１のフェーズ、及び下部端子から上部端子に入力電流が流れる第２のフェーズを含む。
本明細書で開示した技法の一実施形態は機器を含む。この機器は、スイッチを活性化するために、絶縁装置を介して電気的絶縁装置の出力側にエネルギを伝達するために電気的絶縁装置の入力側の１つ又は複数の入力スイッチを動作させるように構成されるエネルギ伝達装置と、エネルギ伝達が活性状態にある場合に入力側の入力電圧からスイッチを制御するための出力電圧へとエネルギを変換するように構成される電圧変換装置と、エネルギ伝達が非活性状態にある場合にスイッチを受動的に非活性化するように構成される受動ターンオフ装置であって、エネルギ伝達が活性状態にある場合は受動ターンオフ装置がスイッチを非活性化することが無効にされる、受動ターンオフ装置とを含む。
一部の実施形態によれば、電気的絶縁装置が入力側と出力側との間のガルバニック絶縁を与える。
一部の実施形態によれば、絶縁装置を介してエネルギを伝達するための複数のスイッチングサイクルを実行するために、エネルギ伝達装置が第１のスイッチ、第２のスイッチ、第３のスイッチ、及び第４のスイッチを動作させるように構成される。
一部の実施形態によれば、電圧変換装置が１つ又は複数の段を含み、１つ又は複数の段のうちの或る段がダイオード及びコンデンサを含む。
構造上の特徴及び／又は方法論的な行為に固有の言語によって本内容を説明してきたが、添付の特許請求の範囲の中で定める内容は上記に記載した特定の特徴又は行為に必ずしも限定されないことを理解すべきである。むしろ上記で説明した特定の特徴及び行為は特許請求の範囲を実装する形態の例として開示した。
本願で使用するとき、「コンポーネント」、「モジュール」、「システム」、「インタフェース」等の用語は、概してハードウェア、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせ、ソフトウェア、又は実行中のソフトウェアというコンピュータに関係するエンティティを指すことを意図する。１つ又は複数のコンポーネントを１つのコンピュータ上に局所化することができ、及び／又は複数のコンピュータにわたって分散させることができる。
更に、特許請求の範囲に記載の内容は、コンピュータを制御して開示した内容を実装するためのソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、又はその任意の組み合わせをもたらすための標準的なプログラミング技法及び／又はエンジニアリング技法を使用する方法、機器、又は製品として実装することができる。本明細書で使用するとき、「製品」という用語は任意のコンピュータ可読装置、キャリア、又は媒体からアクセス可能なコンピュータプログラムを包含することを意図する。当然ながら、特許請求の範囲に記載の内容の範囲又は趣旨から逸脱することなしに多くの修正をこの構成に加えることができることを当業者なら理解されよう。
実施形態の様々な操作を本明細書に示してきた。一実施形態では、記載した操作の１つ又は複数が１つ又は複数のコンピュータ可読媒体上に記憶されるコンピュータ可読命令を構成することができ、かかる命令は計算装置によって実行される場合、記載した操作を計算装置に実行させる。操作の一部又は全てを記載した順序は、それらの操作が必ず順序に依存することを含意するように解釈すべきではない。本明細書の利益を得る当業者によって代替的な順序が理解されよう。更に、本明細書で示した各実施形態に全ての操作が必ずしもあるわけではないことが理解されよう。
本明細書で「例」として記載した如何なる態様又は設計も、他の態様又は設計よりも有利だと必ずしも解釈すべきではない。むしろ「例」という用語の使用は、本明細書で示した技法に関係し得る１つの可能な態様及び／又は実装を示すことを意図する。かかる例はそのような技法に必須ではなく、又は限定的であることも意図しない。かかる技法の様々な実施形態は、そのような例を単独で又は他の特徴と組み合わせて含むことができ、及び／又は示した例を変更すること及び／又は省略する場合がある。
本願で使用するとき、「又は」という用語は排他的な「又は」ではなく包含的な「又は」を意味することを意図する。つまり別段の定めがない限り、又は文脈から明らかでない限り「ＸはＡ又はＢを使用する」は自然で包含的な順序交換の何れかを意味することを意図する。つまり、ＸがＡを使用する場合、ＸはＢを使用し、又はＸはＡ及びＢの両方を使用し、「ＸはＡ又はＢを使用する」は上記の例の何れの下でも満たされる。加えて、本願及び添付の特許請求の範囲で使用するとき「ａ」及び「ａｎ」の冠詞は、別段の定めがない限り又は単数形を指すことが文脈から明らかでない限り「１つ又は複数」を意味すると広く解釈することができる。更に、別段の定めがない限り「第１の」、「第２の」等は時間的側面、空間的側面、順序等を暗示することは意図していない。むしろかかる用語は特徴、要素、アイテム等のための識別語、名前等として使用するに過ぎない。例えば第１の要素及び第２の要素は、要素Ａ及び要素Ｂ、又は２つの異なる要素若しくは２つの同一の要素、又は同じ要素に広く対応する。
更に、本開示を１つ又は複数の実装に関して図示し説明してきたが、本明細書及び添付図面を読むこと及び理解することに基づいて当業者なら等価の改変形態及び修正を思いつく。本開示はそのような全ての修正及び変更を含み、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。上記のコンポーネント（例えば要素、資源等）によって行われる様々な機能に特に関して、かかるコンポーネントを記載するために使用した用語は、別段の定めがない限り、開示した構造と構造上は等価でなくても、記載したコンポーネントの指定の機能を実行する（例えば機能的に等価である）本明細書で示した本開示の実装例の機能を実行する任意のコンポーネントに対応することを意図する。加えて、本開示の特定の特徴が幾つかある実装の１つだけに関して開示されている可能性があるが、かかる特徴は任意の所与の用途又は特定の用途にとって望ましく有利であり得るように、他の実装の１つ又は複数の他の特徴と組み合わせることができる。更に、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「有している（ｈａｖｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「と共に（ｗｉｔｈ）」という用語又はその異形が詳細な説明又は特許請求の範囲の中で使用される限り、それらの用語は「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語と同様に包含的であることを意図する。
２００ 装置
２０２ 入力側
２０４ 入力ソース
２０６ エネルギ伝達装置
２０８ 絶縁装置
２１０ 電圧変換装置
２１２ スイッチ
２１４ 受動ターンオフ装置
２１６ 出力側
２１８ 入力スイッチ
２２０ 電荷ポンプ
３００ 機器
３０２ 入力ソース
３０４ 入力スイッチ
３０６ 一次側
３０８ 二次側
３１０ 変圧器
３１２ 入力側
３１４ 出力側
３１６ ダイオード
３１８ 受動ターンオフ装置
３２０ スイッチ
３２２ スイッチ
３２４ 負電荷ポンプ
３２６ 磁化電流Ｉｍ
４００ 機器
４０２ 入力側
４０４ 変圧器
４０６ 出力側
４０８ 電荷ポンプ
４１０ 二次側
４１２ 一次側
４１４ 電圧増倍器
４１６ 入力ソース
４１８ 第１の入力スイッチＳＷ１Ａ
４２０ 第３の入力スイッチＳＷ２Ａ
４２２ 第２の入力スイッチＳＷ１Ｂ
４２４ 第４の入力スイッチＳＷ２Ｂ
４２８ 受動ターンオフ装置
４３０ 等価静電容量Ｃｇ２
４３２ スイッチ
４５２ 第１のコンデンサ
４５４ 第２のコンデンサ
４５６ 容量結合

Claims (20)

  1. スイッチを活性化するために、一連のスイッチングサイクル中に絶縁装置を介して前記絶縁装置の出力側にエネルギを伝達するための周波数及びデューティサイクルに従って前記絶縁装置の入力側の１つ又は複数の入力スイッチを動作させるステップを含む方法であって、電圧変換装置は前記入力側の入力電圧から前記スイッチを制御するための出力電圧へと前記エネルギを変換し、前記エネルギ伝達が活性状態にある場合は受動ターンオフ装置が前記スイッチを非活性化することが無効にされ、前記受動ターンオフ装置は前記エネルギ伝達が非活性状態にある場合に前記スイッチを受動的に非活性化する、
    方法。
  2. 前記エネルギ伝達が活性状態にある場合に前記受動ターンオフ装置が前記スイッチを非活性化することを無効にするように、負電圧を使用して前記受動ターンオフ装置のゲートを能動的に下方に駆動するために前記出力側において負電荷ポンプを利用するステップ
    を含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記負電荷ポンプは前記受動ターンオフ装置を非活性化するために前記受動ターンオフ装置のソース未満に前記受動ターンオフ装置のゲートをポンプし、前記ソースと前記ゲートとを同じ電圧にするために受動放電素子が前記負電荷ポンプに負荷をかける、請求項２に記載の方法。
  4. 前記１つ又は複数の入力スイッチを動作させるステップが、
    前記スイッチを動作させるために前記絶縁装置を介して前記エネルギを伝達するための複数のスイッチングサイクルを実行するためにオンオフキーイング技法を利用するステップ
    を含む、請求項１に記載の方法。
  5. 前記受動ターンオフ装置がデプレッションＭＯＳＦＥＴを含む、請求項１に記載の方法。
  6. 前記電圧変換装置が電圧増倍器を含む、請求項１に記載の方法。
  7. 前記電圧変換装置がフライバックコンバータを含む、請求項１に記載の方法。
  8. 前記電圧変換装置が前記入力電圧よりも高い前記出力電圧を生成する、請求項１に記載の方法。
  9. 前記絶縁装置が変圧器を含む、請求項１に記載の方法。
  10. 前記絶縁装置が容量結合を含む、請求項１に記載の方法。
  11. スイッチを活性化するために、一連のスイッチングサイクル中に絶縁装置を介して前記絶縁装置の出力側にエネルギを伝達するための周波数及びデューティサイクルに従って前記絶縁装置の入力側の１つ又は複数の入力スイッチを動作させるように構成されるエネルギ伝達装置と、
    前記エネルギ伝達が活性状態にある場合に前記入力側の入力電圧から前記スイッチを制御するための出力電圧へと前記エネルギを変換するように構成される電圧変換装置と、
    前記エネルギ伝達が非活性状態にある場合に前記スイッチを受動的に非活性化するように構成される受動ターンオフ装置と、
    前記エネルギ伝達が活性状態にある場合に前記受動ターンオフ装置が前記スイッチを非活性化することを無効にするように構成される負電荷ポンプと
    を含む、機器。
  12. 前記エネルギ伝達装置が前記絶縁装置の前記入力側に位置し、前記受動ターンオフ装置、前記負電荷ポンプ、及び前記スイッチが前記絶縁装置の前記出力側に位置する、請求項１１に記載の機器。
  13. 前記電圧変換装置が電圧増倍器を含み、前記絶縁装置が変圧器を含む、請求項１１に記載の機器。
  14. 前記電圧変換装置が電圧増倍器を含み、前記絶縁装置が容量結合を含む、請求項１１に記載の機器。
  15. 前記電圧変換装置がフライバックコンバータを含み、前記絶縁装置が変圧器を含む、請求項１１に記載の機器。
  16. 前記電圧変換装置が電圧増倍器を含み、前記エネルギ伝達装置が
    プッシュ／プル方式で前記絶縁装置に前記エネルギを駆動するように構成され、前記スイッチングサイクルが前記絶縁装置の上部端子から前記絶縁装置の下部端子に入力電流が流れる第１のフェーズ、及び前記下部端子から前記上部端子に前記入力電流が流れる第２のフェーズを含む、請求項１１に記載の機器。
  17. スイッチを活性化するために、絶縁装置を介して電気的絶縁装置の出力側にエネルギを伝達するために前記電気的絶縁装置の入力側の１つ又は複数の入力スイッチを動作させるように構成されるエネルギ伝達装置と、
    前記エネルギ伝達が活性状態にある場合に前記入力側の入力電圧から前記スイッチを制御するための出力電圧へと前記エネルギを変換するように構成される電圧変換装置と、
    前記エネルギ伝達が非活性状態にある場合に前記スイッチを受動的に非活性化するように構成される受動ターンオフ装置であって、前記エネルギ伝達が活性状態にある場合は前記受動ターンオフ装置が前記スイッチを非活性化することが無効にされる、受動ターンオフ装置と
    を含む、機器。
  18. 前記電気的絶縁装置が前記入力側と前記出力側との間のガルバニック絶縁を与える、請求項１７に記載の機器。
  19. 前記絶縁装置を介して前記エネルギを伝達するための複数のスイッチングサイクルを実行するために、前記エネルギ伝達装置が第１のスイッチ、第２のスイッチ、第３のスイッチ、及び第４のスイッチを動作させるように構成される、請求項１７に記載の機器。
  20. 前記電圧変換装置が１つ又は複数の段を含み、前記１つ又は複数の段のうちの或る段がダイオード及びコンデンサを含む、請求項１７に記載の機器。
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