JP3860224B2 - 電力変換器、集積回路及び電気通信デバイス - Google Patents

Description

本発明は、
− 入力端子及び出力端子、
− 前記入力端子へ結合された切換制御デバイスであって、前記出力端子へ結合された少なくとも１個の制御入力端子を設けられている切換制御デバイス、及び
− 前記切換制御デバイスと前記出力端子との間に結合されたエネルギー貯蔵手段、
を具えている電力変換器に関するものである。
本発明はそのような電力変換器を具えている集積回路及びそのような電力変換器を設けられた電話機あるいはファクシミリのような電気通信デバイスにも関係している。
切換モード電源として知られ、かつ集積回路および電話機に応用されるそのような電力変換器は一般に知られている。特に集積回路内に出力電圧安定化された電力変換器を実装すること、及び電話機、ファクシミリ、モデム又は類似のもののような電気通信デバイスにそれを使用することは、欧州特許出願公開明細書第ＥＰ−Ａ０１９０１１０号から既知である。この既知の電力変換器は供給される入力電力を遮断するための切換制御デバイスを設けられている。これらの電力変換器は一つの値からもう一つの値へ、供給された入力電圧及び電流を高効率で変換するための既知の能力を有している。それらの能力は電話線のようなライン上のライン電力を、電話機自身や集積回路や電話回路内の内部機能を給電するために用いられ得る電圧及び電流へ変換するために用いられている。
現今では、通信デバイスは、ハンドフリー、リスニングイン、オンフックダイヤル機能、ブザーとして用いられる拡声器等の付加的なライン電力消費機能を有している。各国は、種々のライン条件のもとで許容電圧、電流及び入力インピーダンスになる際に、異なる特定の要件を電話ライン及びこれに接続されたる信デバイスに課している。電話機要求が、これらの機能の幾つかと一緒に、市内国営通信局により課せられるライン要求を満足することを不可能にする。このことが、種々のライン条件のもとで最小許容入力インピーダンスのような量に関係する要求に対して言える。
従って、既知の電力変換器は、このような電気通信デバイスのライン入力量を厳しいライン／負荷条件のもとで所定の境界内に保持することが不可能であると言う欠点を有している。
本発明の目的は、広い種々のライン条件のもとで、電気通信要求を満足しながら、通信ラインからの電力を減じ且つ充分な量の電力を供給することができる、集積可能な電力変換器を提供することにある。
この目的のために、本発明による電力変換器の一実施例は、該電力変換器が出力端子と切換制御デバイスの少なくとも１個の制御入力端子との間に結合された入力電流決定手段を具えていると言う特徴を有している。
前記の切換制御デバイスが前記の入力電流決定手段から制御信号を受け取ることが、本発明による電力変換器の利点である。この入力電流決定手段は、この電力変換器への基本的に交番する入力電流の評価を含んでいる出力信号によってこの切換制御デバイスを調節することができる。入力電圧Ｖ_inが既知の場合には、前記出力信号によって、交番する入力電流Ｉ_in をＶ _in に比例して制御することができ、その結果として、もっと多くの関連する負荷条件のもとで、入力インピーダンスであるその商を例えば一定に、もしくは、使用可能なライン電力に一般に依存する所要の最低値以上に維持して上記の要件を満足することができる。このことは、従来技術のデバイスが先に述べられた最小の所定の入力インピーダンスよりも低くなるような低い入力インピーダンスを示していた低い入力電圧において特に重要である。
提供された解決が、さもなければ全体としてその変換器の安定性を危険にさらすはずの（極端に）長い時定数を備えないことが、本発明による電力変換器の利点である。
本発明による電力変換器の別の利点は、提案された解決がその電力変換器による変換の効率を低減しないことである。更にその上、この提案された解決は、幾つかの他の従来技術の電力変換器と逆に低電圧集積回路集積過程の可能性を備えている。それに加えて、本発明による電力変換器によれば、許容できる負荷と負荷条件とに関する制限はもはや考慮されなくなる。
本発明による電力変換器の別の実施例は、前記の入力電流決定手段がディジタル手段を実装されると言う特徴を有している。多かれ少なかれ明示的に出力端子から取られた出力電力を入力電圧で除算してディジタル的に計算により入力電流を決定することが、制限されたチップ面積上に容易に実装され得る簡単な計算手段を実現する。
本発明による電力変換器の更に別の実施例はアナログ手段、特に請求項５にもっと詳細に記載されたようなトランスリニア手段を具えている。本例は、４個の結合された半導体のみにより具現される、アナログであるが集積することが容易なトランスリニア手段を有する電力変換器を提供する利点を有している。
請求項７に記載された本発明による電力変換器の一実施例は、差動増幅器の出力端子が切換制御デバイスを制御するための誤差信号を与えると言う利点を有している。一定の負荷出力条件のもとで、この切換制御デバイスのデューティサイクルが、入力インピーダンスが非常に低くなるのを回避するために、この電力変換器への入力電流を低減するように誤差信号によって調節される。
請求項８に記載された本発明による電力変換器の一実施例においては、切換制御デバイスへの第２制御入力端子が適当にデューティサイクルを調節することにより、その電力変換器の出力電圧を安定化させるために用いられている。
本発明を添付の図面を参照して、実例により説明しよう。そのために、
図１は本発明による電力変換器の可能な実施例を例証するための回路図を示しており、
図２は図１の電力変換器における応用のための、トランスリニア手段の回路図を図式的に示し、且つ
図３は図１の電力変換器を設けられた電話機として形成された電気通信デバイスを示している。
全図面を通して同じ特徴に対して同じ参照符号が用いられている。
図１は電力変換器１の回路図を示している。その電力変換器１は入力端子２、出力端子３、及びスイッチ５とそのスイッチ５を制御するためのデューティサイクル制御器６とを有する切換制御デバイス４を具えている。その切換制御デバイス４のスイッチ５は電力変換器１の入力端子２へ接続されている。この電力変換器１は、ここでは電気的エネルギーの貯蔵のためにスイッチ５と出力端子３とへ接続された電気コイルとフライバックダイオード８とを含んでいる、エネルギー貯蔵手段７をも具えている。出力端子３はコンデンサ９とそれに接続された負荷１０とを有するように示されている。この電力変換器１は出力端子３と切換制御デバイス４の制御入力端子１２との間に結合された入力電流決定手段１１をも具えている。
この電力変換器１の機能は、入力端子２に加えられる電流Ｉ_in及び電圧Ｖ_inが、一般に異なる出力端子３上の出力電流Ｉ_out及び出力電圧Ｖ_outへ変換されるようなものである。切換制御デバイス４内のスイッチ５が閉じられた場合に、線形に増加する電流が負荷１０の両端間に出力電圧を作り出す負荷コンデンサ９へコイル７を通って流れ始める。対応する負荷電流が負荷１０を通って流れるだろう。スイッチ５の開放がフライバックダイオード８を通るコイル７内に生成された誘導性エネルギーの開放へ導く。入力電流決定手段１１が、記載されるはずの方法で（平均）入力電流を決定し、且つＶ_in／Ｉ_inと等しい少なくとも最小の許容できる入力インダクタンスＺ_inが維持されるようにスイッチ５のデューティサイクルを制御する。
その入力電流決定手段１１は、計算マイクロプロセッサによってディジタル方法でか、例えば図２に示されたように具体化されるトランスリニア手段によってアナログ方法でか、のいずれかで実行され得る。いずれの実施においても、出力電力が絶対的に決定されるか、あるいは出力端子３上の出力電流Ｉ_outと出力電圧Ｖ_outとを基礎として明示的に計算される。１００％に近くなり得るこの電力変換機１の効率¶と入力端子２上の入力電圧Ｖ_inとを与えられた場合には、入力電流Ｉ_inは、関係式
Ｉ_in＝（Ｖ_out×Ｉ_out）／（¶×Ｖ_in）
により決められる。かくして決められた入力電流は、入力インピーダンスＺ_inを所定の境界内にとどまるようにデューティサイクルに制御するための制御信号を切換制御デバイス４の制御入力端子１２に与える信号である。
アナログ手段で実施される場合には、図２にも示されているトランスリニア手段１３が用いられ得る。このトランスリニア手段１３は上記の関係式に基づいて、決められた入力電流Ｉ_inと比例する信号Ｖを決める。入力電流決定手段１１は入力端子１５及び１６を有する差動増幅器１４をも具えている。第１入力端子１５は電力変換器１の入力端子２へ接続されて、第２入力端子１６はトランスリニア手段１３の出力端子１７へ接続されている。制御入力端子１２上の差動増幅器１４により発生された信号は、従ってデューティサイクル制御器６を制御するための誤差信号を形成する。
そのトランスリニア手段１３は４個の並列な主流路１８，１９，２０及び２１を具えている。３個の主流路１８，１９及び２０はそれぞれＩ_out，Ｖ_out及び¶×Ｖ_inを表現する電流を与える電流源を含んでいる。その結果は、上記の関係式に対応するＩ_inを表現する電流が主流路２１を通って流れるであろうことであり、その第４の主流路２１がトランスリニア手段１３の出力端子１７を介して切換制御デバイス４の第１制御入力端子１２へ結合されている。前記の主流路１８〜２１は、図示の方法で半導体２２〜２５によって相互に結合されている。トランスリニア回路の一般理論は電子工学のあらゆる教科書から、及びここに参照文献として含まれる、「アナログ集積回路及び信号処理」の第９号（１９９６年）の第９５〜１１８頁内に発表された、Barrie Gilbertによる論文「Translinear Circuit: An Historical Overview」から取られ得る。
図３は、公衆電話のような、電話機２６として具体化された電気通信デバイス内に配設された集積回路上に実装された電力変換器１を示している。電気通信システム２７内に固定された電話機であり得るそのような電話機２６は、一般に、マイクロプロセッサ２８、関連するメモリ２９、表示スクリーン３０、キーボード３１、拡声器３２及び関連する制御回路３３を含んでいる。ここで全部が一つの集積回路内に含まれることが可能である。勿論、その電話機２６は、ハンドフリー能力、特別番組における聴取、拡声器設備、ダイヤルリングの特徴、充電設備その他のような、付加的な特徴と一緒に、正確に実装され且つそれの要求される機能のために必要な全部の別の特徴を具え、それの電力は広い種々のライン負荷のもとで今や各電話機２６によりライン３４から引き出され得る。
図１の回路図は切換制御デバイス４が電力変換器１の出力端子３へ、（図示されない）差動増幅器を一般に通して、結合された第２制御入力端子３５を設けられることを示している。この第２制御入力端子３５上の信号は出力端子３上の出力電圧を安定化させるために用いられている。しかしながら、電力変換器１の入力端子２上の不充分な電力の場合には、第１制御入力端子１２上の制御信号が、最小の許容できる入力インピーダンスが、その時それに応じて出力電圧を低めることにより維持されているように、第２制御入力端子３５を越えて信号に優先順位を取る。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明による電力変換器の可能な実施例を例証するための回路図を示し、
図２は図１の電力変換器用のトランスリニア手段の回路図を示し、
図３は図１の電力変換器を設けられた電話機として形成された電気通信デバイスを示す。

Claims (12)

1. −入力端子及び出力端子、
   −前記入力端子へ結合された切換制御デバイスであって、前記出力端子へ結合された少なくとも１個の制御入力端子を設けられている切換制御デバイス、及び
   −前記切換制御デバイスと前記出力端子との間に結合されたエネルギー貯蔵手段、
   を具えている電力変換器において、
   該電力変換器が前記出力端子と前記切換制御デバイスの少なくとも１個の制御入力端子との間に結合され、前記入力端子に供給される入力電圧と出力端子から得られる出力電力とから入力電流を算出する入力電流決定手段を具えていることを特徴とする電力変換器。
2. 請求項１記載の電力変換器において、前記入力電流決定手段がディジタル手段で実現されていることを特徴とする電力変換器。
3. 請求項１記載の電力変換器において、前記入力電流決定手段がアナログ手段で実現されていることを特徴とする電力変換器。
4. 請求項３記載の電力変換器において、前記アナログ手段がトランスリニア手段であることを特徴とする電力変換器。
5. 請求項４記載の電力変換器において、前記トランスリニア手段は４個の並列な主流路を具え、３個の主流路は電流源を含んでおり、該トランスリニア手段は、第１電流源が出力電流Ｉ_outと比例する電流を与え、第２電流源が出力電圧Ｖ_outと比例する電流を与え、且つ第３電流源が、前記電力変換記の効率ηに入力電圧Ｖ_inを乗算した値に比例する電流を与える場合に、（Ｖ_out×Ｉ_out）／（η×Ｖ_in）と比例する電流に等しい電流が第４主流路内に流れるように構成され、該第４主流路が前記切換制御デバイスの第１制御入力端子へ結合されていることを特徴とする電力変換器。
6. 請求項４又は５記載の電力変換器において、前記トランスリニア手段が半導体手段からなることを特徴とする電力変換器。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力変換器において、該電力変換器が２個の入力端子と１個の出力端子とを有する差動増幅器を具え、該差動増幅器の第１入力端子は前記電力変換器の入力端子へ接続され、第２入力端子は前記入力電流決定手段へ接続され且つ前記差動増幅器の出力端子が前記切換制御デバイスの少なくとも１個の制御入力端子へ接続されていることを特徴とする電力変換器。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力変換器において、前記切換制御デバイスが前記電力変換器の出力電圧を安定化するための第２制御入力端子を設けられ、該第２制御入力端子は前記電力変換器の出力端子へ結合されていることを特徴とする電力変換器。
9. 請求項８記載の電力変換器において、該電力変換器が、前記第２制御入力端子上の制御信号が前記切換制御デバイスの前記第１制御入力端子上の制御信号に優先するように具体化されていることを特徴とする電力変換器。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の電力変換器において、前記エネルギー貯蔵手段が少なくとも１個のコイルを具えていることを特徴とする電力変換器。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項による電力変換器を設けられた集積回路。
12. 請求項１１による集積回路と請求項１〜１０のいずれか１項による電力変換器との双方又はいずれか一方を設けられた電気通信デバイス。

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