JP5236723B2 - スイッチングｄｃ−ｄｃコンバータで使用する自励発振スイッチ回路 - Google Patents

Description

本発明は、スイッチングＤＣ−ＤＣ回路で使用する自励発振スイッチ回路に関する。更に、本発明は、自励発振スイッチ回路を有する、負荷を動作させる駆動回路に関する。特に、駆動回路は、ＬＥＤを駆動させるように構成される。

ＬＥＤ又はＯＬＥＤを有する既知のデバイスにおいて、電子スイッチング駆動回路は、（Ｏ）ＬＥＤに適切な負荷電流を供給するために適用される。斯様なデバイスは、（Ｏ）ＬＥＤバックライトをもつＬＣＤディスプレイ、自動車の照明アセンブリ、例えばリアコンビネーションライト（ＲＣＬ；rear combination light）、又は、任意の他の照明デバイスであり得る。斯様な電子スイッチング駆動回路は、概して好ましくは低コストの回路である。

適切な低コストのスイッチング駆動回路は、既知の自励発振駆動回路であり得る。斯様なスイッチング駆動回路は、自励発振スイッチ回路を有する。既知の自励発振スイッチ回路は、臨界モードで動作するように設計されており、これにより、ＬＥＤのような負荷に単一の電力レベルを供給することを可能とする。しかしながら、多くのアプリケーションにおいて、例えば、自動車のリアコンビネーションライト（ＲＣＬ）において、少なくとも２つの電力レベルが望まれる。例となるリアコンビネーションライトに関しては、テール照明モード（tail lighting mode）及びブレーキ照明モード（break lighting mode）が望まれる。

更に、リアコンビネーションライトに関して、テール照明モードにおいてＬＥＤを調光するためのパルス幅変調（ＰＷＭ）は、望ましくないアーチファクトをもたらし得る。これらのアーチファクトは、駆動回路が照明を正確に観察しないようになり得、これは、事故をもたらす。

本発明の目的は、少なくとも２つの電力レベルが振幅変調（ＡＭ；amplitude modulation）を用いて負荷に供給され得る、ＤＣ−ＤＣコンバータで使用する自励発振スイッチ回路を提供することにある。

前記目的は、請求項１による自励発振スイッチ回路及び請求項９によるＤＣ−ＤＣコンバータにおいて実現される。

本発明によれば、スイッチングＤＣ−ＤＣコンバータで使用する自励発振スイッチ回路は、電力を負荷に供給する出力端子を有する。更に、自励発振スイッチ回路は、第１の（高）電力を負荷に供給するために電源から電力を受信するための高電力入力端子と、第２の（低）電力を負荷に供給するために電源から電力を受信するための低電力入力端子とを有する。従って、電力が電源により供給される入力端子に依存して、比較的高い電力又は比較的低い電力が負荷に供給される。

トランジスタのような、制御端子をもつ電力スイッチ半導体デバイスが設けられ、入力端子と出力端子との間に流れる負荷電流を制御するように構成される。更に、制御半導体デバイスが設けられ、電力スイッチ半導体デバイスのスイッチングを制御すべく電力スイッチ半導体デバイスの制御端子に制御信号を供給するために、電力スイッチ半導体デバイスに結合される。

センシング回路は、センシング電圧を生成するために制御半導体デバイスに結合される。制御半導体デバイスは、生成されたセンシング電圧が予め決められた制御電圧レベルをもつときには、電力スイッチ半導体デバイスを非導通に切り替えるように構成される。少なくとも２つの電力レベルを供給することを可能にするために、センシング回路は、センシング電圧を生成するための第１のセンシング抵抗及び第２のセンシング抵抗を有し、センシング回路は、電力が高電力入力端子に供給され、負荷電流が予め決められた第１のピーク電流レベルをもつときには、センシング電圧が予め決められた制御電圧レベルをもち、電力が低電力入力端子に供給され、負荷電流が予め決められた第２のピーク電流レベルをもつときには、センシング電圧が予め決められた制御電圧レベルをもつように構成される。第１のピーク電流レベルが第１の電力に対応し、第２のピーク電流が第２の電力に対応する。従って、電力が電源により供給される入力端子に依存して、センシング電圧は、比較的高い電流レベル又は比較的低い電流レベルが達成されるときに、予め決められた制御電圧レベルに達する。それ故、生成された負荷電流の振幅、及び従って供給された電力は、電力が供給された入力端子に依存して制限される。

１又はそれ以上の半導体デバイスは、トランジスタ、特にバイポーラトランジスタ若しくは電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、又は、任意の他の適切な半導体デバイスであってもよい。

一実施形態において、電力スイッチ半導体デバイスは、電力スイッチ負荷電流入力端子、及び、電力スイッチ負荷電流出力端子を有する。第１のセンシング抵抗は、高電力入力端子と電力スイッチ負荷電流入力端子との間に結合され、第２のセンシング抵抗は、低電力入力端子に結合され、第１のセンシング抵抗を介して電力スイッチ負荷電流入力端子に結合される。それ故、電力が、高電力入力端子に供給され、負荷電流が、第１のセンシング抵抗を介して電力スイッチ半導体デバイスに流れる。従って、負荷電流は、第１のセンシング抵抗間の電圧降下を発生させる。負荷電流が第１のピーク電流レベルに達するときには、電圧降下は、予め決められた制御電圧レベルと実質的に等しくなる。電力が低電力入力端子に供給されるときには、負荷電流は、第２のセンシング抵抗及び第１のセンシング抵抗を介して電力スイッチ半導体デバイスに流れる。それ故、負荷電流は、第１及び第２のセンシング抵抗間の電圧降下を発生させる。負荷電流が、第２のピーク電流レベルに達するときには、電圧降下が予め決められた制御電圧レベルと実質的に等しくなり、電力スイッチ半導体デバイスが非導通に切り替えられ、負荷電流のブロックをもたらす。負荷を通過する実際の電流は、当業者に知られたインダクタ及びフリーホイールダイオードを用いて維持され得ることに留意されたい。

他の実施形態において、低電力入力ダイオードが低電力入力端子に接続され、高電力入力ダイオードが高電力入力端子に接続される。電圧レベリング抵抗は、電圧レベリング抵抗間の電圧降下を発生させるために、低電力入力端子と第２のセンシング抵抗との間に結合され、電圧降下が、低電力入力ダイオード間の順方向電圧と高電力入ダイオード間の順方向電圧との電圧の差分と実質的に等しくなる。電力が低電力入力端子及び高電力入力端子に同時に供給されるときには、順方向電圧は、低電力入力ダイオード間に、及び、高電力入力ダイオード間に生成される。高電力入力ダイオードを介して流れる電流は、低電力入力ダイオードを介して流れる電流よりも高いので、前記入力ダイオード間に順方向の電圧降下の差分が存在する。順方向の電圧降下の差分は、第２のセンシング抵抗間の電圧をもたらす。第２のセンシング抵抗間の電圧は、センシング電圧の一部であり、従って、制御電圧レベルは、第１のピーク電流レベルが達成される前に到達されるだろう。それ故、第３の電力レベルが提供され得る。しかしながら、低電力レベル及び高電力レベルが例えば自動車のリアコンビネーションライトに供給されるべきである場合に、電力が低電力入力端子及び高電力入力端子の双方に供給されるときには、高電力レベルが負荷に供給されるべきである。従って、電圧レベリング抵抗が導入される。電圧レベリング抵抗間の電圧降下は、第２のセンシング抵抗間の電圧降下を除去する。電圧レベリング抵抗間の電圧降下がセンシング電圧の一部ではないので、第１のピーク電流レベルが到達され得る。

一実施形態において、電力スイッチ半導体デバイスは、電力スイッチ負荷電流入力端子及び電力スイッチ負荷電流出力端子を有する。第１のセンシング抵抗は、高電力入力端子と電力スイッチ負荷電流入力端子との間に結合される。第２のセンシング抵抗は、制御半導体デバイスと第１のセンシング抵抗及び電力スイッチ負荷電流入力端子の間のノードとの間に結合される。第１の制御可能なスイッチデバイスは、共通端子と第２のセンシング抵抗及び制御半導体デバイスの間のノードとの間に結合され、第１の制御可能なスイッチデバイスは、電力が低電力入力端子に供給されるときには導通に、電力が高電力入力端子に供給されるときには非導通に、並びに、電力が高電力入力端子及び低電力入力端子の双方に供給されるときには非導通に、切り替えられるように構成される。第１の制御可能なスイッチデバイスが非導通であるときには、電流は、実質的には第２のセンシング抵抗を介して流れない。従って、センシング電圧は、第１のセンシング抵抗を介して流れる負荷電流により生成される。第１の制御可能なスイッチデバイスが導通であるときには、制御電流は第２のセンシング抵抗を介して流れ、これにより、第２のセンシング抵抗間の電圧を生成する。従って、センシング電圧は、第１のセンシング抵抗を介して流れる負荷電流及び制御電流により、並びに、加えて、第２のセンシング抵抗を介して流れる制御電流により生成される。

自励発振スイッチ回路のエネルギ効率を向上させるために、及び、自励発振スイッチ回路を損傷させることなく比較的高い電流を可能にするために、ゲイン半導体デバイスが、制御信号を増幅するために、電力スイッチ半導体デバイスと制御半導体デバイスとの間に結合され得る。制御信号を増幅することにより、電力スイッチ半導体デバイスは、導通から非導通に高速に切り替え得る。比較的高い電流が電力スイッチ半導体デバイスを介して流れ得るので、遅いスイッチングが比較的高い電力の消散をもたらす。それ故、高速のスイッチングは、低い電力の消散をもたらす。低い電力の消散は、エネルギ効率を向上させ、電力スイッチ半導体デバイスを通過するより大きな電流を可能にする。

本発明は、負荷を動作させる負荷ドライバ回路を更に提供する。負荷ドライバ回路は、スイッチングＤＣ−ＤＣコンバータ回路を有する。スイッチングＤＣ−ＤＣコンバータ回路は、本発明の自励発振スイッチ回路を有する。一実施形態において、スイッチングＤＣ−ＤＣコンバータは、バックコンバータ、ブーストコンバータ、バックブーストコンバータ及びフライバックコンバータを有するグループから選択される。一実施形態において、負荷は、発光ダイオード（ＬＥＤ）である。

以下、本発明は、非限定的な実施形態を示す図面を参照して説明される。

従来の自励発振スイッチングＤＣ−ＤＣコンバータの回路図を示す。 本発明による自励発振スイッチングＤＣ−ＤＣコンバータの第１の実施形態の回路図を示す。 本発明による自励発振スイッチングＤＣ−ＤＣコンバータの第２の実施形態の回路図を示す。 本発明による自励発振スイッチ回路の一実施形態の一部を示す。

図面において、同一の参照符号は同一の要素に言及する。図１は、ＤＣ−ＤＣバックコンバータ１０に含まれた従来の自励発振スイッチ回路の回路図を示している。自励発振スイッチ回路は、第１及び第２の入力端子Ｔｉｎ１，Ｔｉｎ２を有する。ＤＣ電源ＰＳ１は、バックコンバータ１０にＤＣ電圧を供給するために入力端子Ｔｉｎ１，Ｔｉｎ２に結合される。ＤＣ電源ＰＳ１は、いずれかの種類のＤＣ電源、例えばバッテリ（パック）であり得る。発光ダイオードＬＥＤは、バックコンバータ１０の出力に結合される。バックコンバータ１０は、出力インダクタＬ１、出力キャパシタＣ１及びフリーホイールダイオードＤ１を更に有する。出力キャパシタＣ１は、ＬＥＤと並列に結合される。出力インダクタＬ１は、出力キャパシタＣ１及びＬＥＤの並列回路と直列に結合される。フリーホイールダイオードＤ１は、前記直列接続と並列に接続され、フリーホイールダイオードＤ１は、自励発振スイッチ回路の第１の出力端子Ｔｏｕｔ１と第２の出力端子Ｔｏｕｔ２との間に接続される。

自励発振スイッチ回路は、電力スイッチ半導体デバイス、特に、バイポーラ電力スイッチトランジスタＱ１を有する。電力スイッチトランジスタＱ１のコレクタは、第１の出力端子Ｔｏｕｔ１に接続され、電力スイッチトランジスタＱ１のエミッタは、電力スイッチトランジスタＱ１が入力端子Ｔｉｎ１と出力端子Ｔｏｕｔ１との間の負荷電流を制御するべく構成されるように、センシング抵抗Ｒ１を介して第１の入力端子Ｔｉｎ１に結合される。

自励発振スイッチ回路は、第１の制御半導体デバイス、特に、第１のバイポーラ制御トランジスタＱ２を更に有する。電力スイッチトランジスタＱ１のベース端子、即ち制御端子は、第１の制御トランジスタＱ２のコレクタに結合される。第１の制御トランジスタＱ２のエミッタは、第１の入力端子Ｔｉｎ１に結合される。第１の制御トランジスタＱ２のベース端子は、電力スイッチトランジスタＱ１のエミッタに結合される。

自励発振スイッチ回路は、第２の制御半導体デバイス、特に、第２のバイポーラ制御トランジスタＱ３を更に有する。第２の制御トランジスタＱ３のコレクタは、電力スイッチトランジスタＱ１のベース端子及び第１の制御トランジスタＱ２のコレクタに結合される。第２の制御トランジスタＱ３のエミッタは、電流制限抵抗Ｒ３を介して、第２の入力端子Ｔｉｎ２及び第２の出力端子Ｔｏｕｔ２に結合され、これらは、グランド及びそれ故に回路の共通端子としての機能に全て結合される。第２の制御トランジスタＱ３のベース端子、即ち制御端子は、開始抵抗Ｒ２を介して第１の入力端子Ｔｉｎ１に接続され、電力スイッチトランジスタＱ１のコレクタに接続され、及び、第１の出力端子Ｔｏｕｔ１に接続される。

動作中において、開始時に、ＤＣ供給電圧は、第１及び第２の入力端子Ｔｉｎ１，Ｔｉｎ２に電源ＰＳ１により供給される。供給されたＤＣ電圧は、開始抵抗Ｒ２を介して第２の制御トランジスタＱ３のベース端子に印加される。結果として、第２の制御トランジスタＱ３は、導通に切り替えられる。結果として、コレクタ電流が生成され、電力スイッチトランジスタＱ１が導通になる。負荷電流は、その後、第１の入力端子Ｔｉｎ１から、センシング抵抗Ｒ１、電力スイッチトランジスタＱ１及び出力インダクタＬ１を介して、ＬＥＤに流れ得る。インダクタＬ１により、負荷電流は、徐々に増加する。

増加する負荷電流により、増加する電圧がセンシング抵抗Ｒ１間に生成される。増加する電圧は、第１の制御トランジスタＱ２上に、増加するベース−エミッタ電圧をもたらす。増加するベース−エミッタ電圧により、第１の制御トランジスタＱ２は、徐々に導通になり、これにより、電力スイッチトランジスタＱ１のベース−エミッタ電圧を徐々に低下させる。負荷電流が電力スイッチトランジスタＱ１を介して流れる際には、電力スイッチトランジスタＱ１のベース−エミッタ電圧が飽和電圧よりも低くなるときに、電力は、電力スイッチトランジスタＱ１において消散される。最終的には、電力スイッチトランジスタＱ１が非導通になり、負荷電流がブロックされる。

その一方で、インダクタＬ１がその電流を維持し、電流が、フリーホイールダイオードＤ１を通過してＬＥＤを介して流れ始める。結果として、負電圧が、フリーホイールダイオードＤ１のカソードで生成され、これにより、第２の制御トランジスタＱ３を非導通に切り替える。最終的には、電流が非常に低くなり、フリーホイールダイオードＤ１が非導通に切り替えられ、第２の制御トランジスタＱ３のベース端子で負電圧を除去する。その後、第１の入力端子Ｔｉｎ１からの供給されたＤＣ電圧は、第２の制御トランジスタＱ３のベース端子に印加され、上述したプロセスが繰り返され、それ故に自励発振を提供する。

図２に示された本発明の一実施形態によれば、第１の強度モード及び第２の強度モード、例えばテールライト及びブレーキライトにおいてＬＥＤを動作させることに関して、自励発振スイッチ回路は、第１のスイッチＳ１及び第２のスイッチＳ２を備える。第１のスイッチＳ１は、低電力入力端子として機能し、第２のスイッチは、高電力入力端子として機能する。第１のスイッチＳ１は、低電力入力ダイオードＤ２及び電圧レベリング抵抗Ｒ４を介して自励発振スイッチ回路に結合される。第２のスイッチＳ２は、高電力入力ダイオードＤ３を介して自励発振スイッチ回路に接続される。図１に示された自励発振スイッチ回路と比較して、センシング抵抗（図１；Ｒ１）は、第１のセンシング抵抗Ｒ１Ａ及び第２のセンシング抵抗Ｒ１Ｂとして具現される。

示された実施形態において、第１のセンシング抵抗Ｒ１Ａは、高電力入力端子と電力スイッチトランジスタＱ１の電力スイッチ負荷電流入力端子、即ちエミッタとの間に接続される。電力が高電力入力端子に供給される場合、即ち、第２のスイッチＳ２が導通である場合には、負荷電流は、高電力入力端子から、第１のセンシング抵抗Ｒ１Ａ及び電力スイッチトランジスタＱ１を介して、インダクタＬ１及びＬＥＤに流れる。第１のセンシング抵抗Ｒ１Ａを介して流れる負荷電流は、第１の制御トランジスタＱ２のエミッタとベースとの間に印加される、第１のセンシング抵抗Ｒ１Ａ間のセンシング電圧をもたらす。負荷電流が増加する際には、センシング電圧は増加する。負荷電流が第１のピーク電流レベルに達するときには、センシング電圧は、予め決められた制御電圧レベルに達する。予め決められた制御電圧レベルは、導通になる第１の制御トランジスタＱ２をもたらし、これは、順に、図１に関して上述したように、電力スイッチトランジスタＱ１を非導通に切り替えることをもたらす。

第２のセンシング抵抗Ｒ１Ｂは、低電力入力端子と電力スイッチトランジスタＱ１のエミッタとの間に、第１のセンシング抵抗Ｒ１Ａを介して接続される。電力が低電力入力端子に供給される場合、即ち、第１のスイッチＳ１が導通である場合には、負荷電流は、低電力入力端子から、第２及び第１のセンシング抵抗Ｒ１Ｂ，Ｒ１Ａ並びに電力スイッチトランジスタＱ１を介して、インダクタＬ１及びＬＥＤに流れる。第１及び第２のセンシング抵抗Ｒ１Ａ，Ｒ１Ｂを介して流れる負荷電流は、第１の制御トランジスタＱ２のエミッタとベースとの間に印加される、第１及び第２のセンシング抵抗Ｒ１Ａ，Ｒ１Ｂ間のセンシング電圧をもたらす。負荷電流が増加する際には、センシング電圧は増加する。負荷電流が第２のピーク電流レベルに達するときには、センシング電圧は、予め決められた制御電圧レベルに達する。上述したように、これは、導通になって電力スイッチトランジスタＱ１を非導通に切り替える第１の制御トランジスタＱ２をもたらす。

動作において、電力が低電力入力端子及び高電力入力端子の双方に供給される場合には、電流は、各入力端子から流れる。特に、高電力入力ダイオードＤ３間の順方向電圧により、電流は、低電力入力端子から、低電力入力ダイオードＤ２及び第２のセンシング抵抗Ｒ１Ｂを介して流れる。第２のセンシング抵抗Ｒ１Ｂを介して流れる電流は、センシング電圧に付加する電圧降下を発生させる。電力が双方の入力端子に供給されるときに高電力の出力が望まれる場合には、第２のセンシング抵抗Ｒ１Ｂ間の電圧は不要である。それ故、電圧レベリング抵抗Ｒ４が導入される。電流が低電力入力から流れる場合に、電圧レベリング抵抗Ｒ４間の電圧が生成され、これにより、第２のセンシング抵抗Ｒ１Ｂ間の電圧を低下させる。効果的には、高電力入力端子から流れる電流は、低電力入力端子から流れる電流と比較して更に増加する。従って、センシング電圧は、第１のセンシング抵抗Ｒ１Ａ間に生成された電圧と実質的に等しくなる。その結果として、負荷電流が第１のピーク電流レベルと実質的に等しいときには、電力スイッチトランジスタＱ１が非導通に切り替えられる。

図３は、本発明の第２の実施形態を示している。本発明によれば、第１のセンシング抵抗Ｒ１Ａ及び第２のセンシング抵抗Ｒ１Ｂが設けられる。第１のスイッチＳ１が低電力入力端子に設けられ、第２のスイッチＳ２が高電力入力端子に設けられる。第１のセンシング抵抗Ｒ１Ａは、高電力入力端子と電力スイッチトランジスタＱ１の電力スイッチ負荷電流入力端子、即ちエミッタとの間に接続される。第２のセンシング抵抗Ｒ１Ｂは、第１の制御トランジスタＱ２の制御端子（ベース）と、第１のセンシング抵抗Ｒ１Ａ及び電力スイッチトランジスタＱ１のエミッタの間のノードとの間に結合される。第１の制御トランジスタＱ２のベースは、スイッチ要素、特に第１のスイッチトランジスタＱ４のコレクタに更に接続される。第１のスイッチトランジスタＱ４のエミッタは、抵抗Ｒ５を介して共通端子、特にグランドに接続される。第１のスイッチトランジスタＱ４のベース端子は、抵抗Ｒ６を介して低電力入力端子に結合される。更に、第１のスイッチトランジスタＱ４のベース端子は、ツェナーダイオードＤ４を介して共通端子、示された実施形態においてはグランドに結合される。ツェナーダイオードＤ４と並列に、第２のスイッチトランジスタＱ５が結合される。第２のスイッチトランジスタＱ５のベース端子は、抵抗Ｒ７を介して高電力入力端子に結合される。当業者は、電流ソース（電流ソースは、第１のスイッチトランジスタＱ４、ツェナーダイオードＤ４及び抵抗Ｒ５により形成される）を形成する良く知られた回路を容易に認識する。電流ソースは、第２のスイッチトランジスタＱ５により切り替え可能である。

動作において、電力が高電力入力端子に供給される、即ち第２のスイッチＳ２が導通である場合には、負荷電流は、高電力入力端子から、第１のセンシング抵抗Ｒ１Ａ及び電力スイッチトランジスタＱ１を介して、インダクタＬ１及びＬＥＤに流れる。第１のセンシング抵抗Ｒ１Ａを介して流れる負荷電流は、第１の制御トランジスタＱ２のエミッタとベースとの間に印加される、第１のセンシング抵抗Ｒ１Ａ間のセンシング電圧をもたらす。負荷電流が増大する際には、センシング電圧は増大する。負荷電流が第１のピーク電流レベルに達するときには、センシング電圧は、予め決められた制御電圧レベルに達する。予め決められた制御電圧レベルは、第１の制御トランジスタＱ２を導通させ、これは、順次、図１及び図２に関して上述されたように、電力スイッチトランジスタＱ１を非導通に切り替えることをもたらす。

電力が高電力入力端子に供給されるときには、第１のスイッチトランジスタＱ４のベース端子には電圧が印加されないことに留意されたい。更に、高電力入力端子に印加された電圧は、第２のスイッチトランジスタＱ５のベース端子に印加され、これは、それ故、導通になり、これにより、第１のスイッチトランジスタＱ４のベース端子をグランドに接続する。それ故、第１のスイッチトランジスタＱ４が非導通であり、実質的には、電流が第２のセンシング抵抗Ｒ１Ｂを介して流れない。従って、センシング電圧は、第１のセンシング抵抗Ｒ１Ａ間の電圧と実質的に等しくなる。

電力が低電力入力端子に供給される、即ち第１のスイッチＳ１が導通である場合には、負荷電流は、低電力入力端子から、第１のセンシング抵抗Ｒ１Ａ及び電力スイッチトランジスタＱ１を介して、インダクタＬ１及びＬＥＤに流れる。更に、低電力入力端子に供給される電力により、供給電圧は、第１のスイッチトランジスタＱ４のベース端子に印加される。実際の電圧レベルは、ツェナーダイオードＤ４により制限される。電圧は第２のスイッチトランジスタＱ５のベース端子には印加されず、第２のスイッチトランジスタＱ５は、それ故、非導通である。従って、第１のスイッチトランジスタＱ４は、導通であり、制御電流は、第２のセンシング抵抗Ｒ１Ｂを介して流れる。それ故、センシング電圧は、第１のセンシング抵抗Ｒ１Ａ間の電圧と第２のセンシング抵抗Ｒ１Ｂ間の電圧との合計と等しくなる。センシング電圧は、第１の制御トランジスタＱ２のエミッタとベースとの間に印加される。負荷電流が増加する際には、センシング電圧は増加する。負荷電流が第２のピーク電流レベル（第２のピーク電流レベルは、第１のピーク電流レベルよりも低い）に達するときには、センシング電圧は、予め決められた制御電圧レベルに達する。予め決められた制御電圧レベルは、導通になる第１の制御トランジスタＱ２をもたらし、電力スイッチトランジスタＱ１を非導通に切り替えることをもたらす。

電力が高電力入力端子及び低電力入力端子に同時に印加される場合には、低電力入力端子の電圧は、第１のスイッチトランジスタＱ４のベース端子に印加される。しかしながら、高電力入力端子の電圧が第２のスイッチトランジスタＱ５のベースに印加されるので、第１のスイッチトランジスタＱ４のベースは、グランドに接続され、制御電流は第２のセンシング抵抗Ｒ１Ｂを介して流れない。それ故、負荷電流は、第１のピーク電流レベルに達するまで増加し、従って、高い電力が負荷、特にＬＥＤに供給される。

第１のスイッチトランジスタＱ４、ツェナーダイオードＤ４及び抵抗Ｒ５により形成された電流ソースは、本質的に安全な温度依存状態を保証する。第１のスイッチトランジスタＱ４のベース−エミッタ電圧は、負の温度依存状態をもつ。それ故、増加する周囲温度により、ベース−エミッタ電圧は低下される。ベース電圧がツェナーダイオードＤ４に起因して一定である場合には、エミッタ電圧は増加し、より高い制御電流をもたらし、これにより、より小さな負荷電流ピークレベルをもたらす。従って、接続されたＬＥＤは、周囲温度が増加するときに過熱されないだろう。しかしながら、必要であれば、当業者は、電流ソースが周囲温度から独立するか又は正の温度依存状態をもつように設計され得ることを容易に理解する。温度依存状態を設計するために、電流ソースは、上述したように再設計され得、及び／又は、センシング回路がＮＴＣのような温度依存抵抗を備え得る。

上述したように、電力は、第１の制御トランジスタＱ２のコレクタから電力スイッチトランジスタＱ１のベース端子に供給された比較的遅く増加する制御信号により、電力スイッチトランジスタＱ１において消散される。速く増加する制御信号は、速いスイッチングをもたらし、それ故、少ない電力消散をもたらす。少ない電力消散は、より高い負荷電流を可能にするだろう。従って、図４に示される一実施形態において、ゲイン半導体デバイス、特にゲイントランジスタＱ６は、第１の制御トランジスタＱ２により電力スイッチトランジスタＱ１に印加された制御信号を増幅するために設けられ得る。

ゲイントランジスタＱ６は、そのコレクタで第１の制御トランジスタＱ２のベース端子に接続され、そのベース端子で第１の制御トランジスタＱ２のコレクタに接続され、そのエミッタで電力スイッチトランジスタＱ１のベース端子に接続される。ここで、ゲイントランジスタＱ６のコレクタは、電源の正極端子にも接続され得ることに留意されたい。ゲイン抵抗Ｒ８は、ゲイントランジスタＱ６のベース端子（及びこれにより第１の制御トランジスタＱ２のコレクタ）と電力スイッチトランジスタＱ１のベース端子との間に導入される。追加的に、遅延キャパシタＣ２は、電力スイッチトランジスタＱ１のエミッタ（電力スイッチ入力端子）と電力スイッチトランジスタＱ１のコレクタ（電力スイッチ出力端子）との間に結合される。上述した追加の構成要素はさておき、図４に示された回路は、図１、２及び又は３に示された回路のうちの１つと同一であってもよい。

動作において、図４の回路は、図１等の回路と同様に動作する。しかしながら、センシング抵抗Ｒ１間の電圧が、第１の制御トランジスタＱ２が導通し始めるほど十分に高くなったときには、第１の制御トランジスタＱ２のコレクタでの制御信号出力は、ゲイントランジスタＱ６により増幅される。それ故、第１の制御トランジスタＱ２により出力される小さな制御信号は、急速に、ゲイントランジスタＱ６により出力される比較的大きな制御信号になる。その結果、急速に増加する制御信号により、電力スイッチトランジスタＱ１は、非導通状態に比較的急速に切り替える。それ故、スイッチングの間の電力消散は比較的低くなる。

遅延キャパシタＣ２は、同様に、電力スイッチトランジスタＱ１における電力消散を低くするように機能する。特に、電力スイッチトランジスタＱ１は、導通に切り替えられ、遅延キャパシタＣ２は、電力スイッチトランジスタＱ１のコレクタ及びエミッタ間の電圧を比較的低く維持する。その結果として、電圧と電流との乗算と等しい電力消散は、電圧が低いので、低くなる。

本発明の詳細な実施形態がここで開示されたが、開示された実施形態は、種々の形式で具現され得る本発明の単なる例示であることが理解されるべきである。従って、ここで開示された特定の構造及び機能の詳細は、限定するものとして解釈されるべきではなく、実質的にいずれかの適切な詳細構造において本発明を様々に採用するために、単に特許請求の範囲のための基盤として、及び、当業者に教示するための代表的な基盤として解釈されるべきである。

更に、ここで用いられた用語及び表現は、限定すべきことを意図するものではなく、むしろ、本発明の理解可能な説明を提供することを意図している。ここで用いられた単数表記は、１又はそれ以上のものとして規定される。ここで用いられた他の用語は、少なくとも２又はそれ以上として規定される。ここで用いられた"含む"及び／又は"もつ"という用語は、"有する"と規定される（即ちオープン言語）。ここで用いられた"結合される"という用語は、直接的である必要も、有線による必要もないが、"接続される"と規定される。

Claims (11)

1. スイッチングＤＣ−ＤＣコンバータで使用する自励発振スイッチ回路であって、
   電力を負荷に供給する出力端子と、
   第１の電力を前記負荷に供給するために、電源から電力を受信する高電力入力端子と、
   前記第１の電力よりも低い第２の電力を前記負荷に供給するために、前記電源から電力を受信する低電力入力端子と、
   前記高電力入力端子及び前記低電力入力端子のうち少なくとも１つから前記出力端子への負荷電流を制御するように構成された、制御端子をもつ電力スイッチ半導体デバイスと、
   前記電力スイッチ半導体デバイスのスイッチングを制御するために前記電力スイッチ半導体デバイスの制御端子に制御信号を供給するために、前記電力スイッチ半導体デバイスに結合された制御半導体デバイスと、
   センシング電圧を発生させるために前記制御半導体デバイスに結合されたセンシング回路とを有し、
   前記制御半導体デバイスは、前記センシング電圧が予め決められた制御電圧レベルをもつときに前記電力スイッチ半導体デバイスを非導通に切り替え、
   前記センシング回路は、前記センシング電圧を発生させる第１のセンシング抵抗及び第２のセンシング抵抗を有し、
   前記センシング回路は、
   前記高電力入力端子に電力が供給されて、前記負荷電流が前記第１の電力に対応する予め決められた第１のピーク電流レベルをもつときに、前記センシング電圧が、前記予め決められた制御電圧レベルをもち、
   前記低電力入力端子に電力が供給されて、前記負荷電流が前記第２の電力に対応する予め決められた第２のピーク電流レベルをもつときに、前記センシング電圧が、前記予め決められた制御電圧レベルをもつように構成される、自励発振スイッチ回路。
2. 前記電力スイッチ半導体デバイス及び前記制御半導体デバイスのうち少なくとも１つがトランジスタである、請求項１に記載の自励発振スイッチ回路。
3. 前記電力スイッチ半導体デバイス及び前記制御半導体デバイスのうち少なくとも１つがバイポーラトランジスタである、請求項２に記載の自励発振スイッチ回路。
4. 前記電力スイッチ半導体デバイス及び前記制御半導体デバイスのうち少なくとも１つが電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である、請求項２に記載の自励発振スイッチ回路。
5. 前記電力スイッチ半導体デバイスが電力スイッチ負荷電流入力端子及び電力スイッチ負荷電流出力端子をもち、
   前記第１のセンシング抵抗が、前記高電力入力端子と前記電力スイッチ負荷電流入力端子との間に結合され、
   前記第２のセンシング抵抗が、前記低電力入力端子に結合されるとともに、前記第１のセンシング抵抗を介して前記電力スイッチ負荷電流入力端子に結合される、請求項１に記載の自励発振スイッチ回路。
6. 低電力入力ダイオードが、前記低電力入力端子に接続され、
   高電力入力ダイオードが、前記高電力入力端子に接続され、
   前記低電力入力端子及び前記高電力入力端子に同時に電力が供給されるときに、前記低電力入力ダイオード間の順方向電圧と前記高電力入力ダイオード間の順方向電圧との差分に実質的に等しい電圧降下を発生させるために、電圧レベリング抵抗が前記低電力入力端子と前記第２のセンシング抵抗との間に結合される、請求項５に記載の自励発振スイッチ回路。
7. 前記電力スイッチ半導体デバイスが、電力スイッチ負荷電流入力端子及び電力スイッチ負荷電流出力端子をもち、
   前記第１のセンシング抵抗が、前記高電力入力端子と前記電力スイッチ負荷電流入力端子との間に結合され、
   第２のセンシング抵抗が、前記制御半導体デバイスと、前記第１のセンシング抵抗及び前記電力スイッチ負荷電流入力端子の間のノードとの間に結合され、
   第１の制御可能なスイッチデバイスが、共通端子と、前記第２のセンシング抵抗及び前記制御半導体デバイスの間のノードとの間に結合され、
   前記第１の制御可能なスイッチデバイスは、前記低電力入力端子に電力が供給されるときには導通に、高電力入力端子に電力が供給されるときには非導通に、並びに、前記高電力入力端子及び前記低電力入力端子の双方に電力が供給されるときには非導通に切り替えられる、請求項１に記載の自励発振スイッチ回路。
8. ゲイン半導体デバイスが、前記制御信号を増幅するために、前記電力スイッチ半導体デバイスと前記制御半導体デバイスとの間に結合される、請求項１に記載の自励発振スイッチ回路。
9. 負荷を動作させる負荷駆動回路であって、
   請求項１に記載の自励発振スイッチ回路を有するスイッチングＤＣ−ＤＣコンバータを有する、負荷駆動回路。
10. 前記スイッチングＤＣ−ＤＣコンバータは、バックコンバータ、ブーストコンバータ、バックブーストコンバータ及びフライバックコンバータを有するグループから選択される、請求項９に記載の負荷駆動回路。
11. 前記負荷は、発光ダイオード（ＬＥＤ）である、請求項９に記載の負荷駆動回路。

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