JP5579378B2

JP5579378B2 - 電源装置内のバルク・キャパシタンスに必要な容量を抑えるための方法及び装置

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Description

本発明は、概して、エネルギー貯蔵回路に関し、より詳細には、本発明は、コンデンサを使用して、単相ＡＣ電源に接続された電源装置内にエネルギーを貯蔵する回路に関する。

知られているＡＣ−ＤＣ電源装置は、一般に、別個の機能、すなわち、入力整流、バルク（大容量）・エネルギー貯蔵、及びＤＣ−ＤＣ変換を行う３つの主要群の回路を有する。入力整流を行う回路は、単相ＡＣ電力線からの双方向電流を一方向のみに流れる整流入力電流に変える。バルク・エネルギー貯蔵機能は、一般に、バルク・キャパシタンスとしばしば呼ばれるものを形成する１つ又は複数のコンデンサによって行われる。バルク・キャパシタンスは、整流入力電流を受け取り、それを使用して、エネルギーを電圧の形態で１つ又は複数のコンデンサ上に貯蔵する。バルク・キャパシタンス上の電圧は、通常、振幅が非常に高く、電子装置内の繊細な回路に電力を供給するほど安定的ではない。そのため、ＤＣ−ＤＣ変換機能は、バルク・キャパシタンスからの整流電圧を電源装置の出力において適切な形態に変える。ＤＣ−ＤＣコンバータは、通常、高効率で所望の出力をもたらすことが可能である多数のよく知られているスイッチング電力コンバータ回路の１つである。

バルク・コンデンサ上の整流電圧は、一般に、整流方式及びＡＣ電力線の周波数に左右される周波数においてピーク値と谷値の間で変動する。ピークは、一般に、ＡＣ入力電圧の周期のピークにおける電圧である。谷は、キャパシタンスの量によって、及びＤＣ−ＤＣコンバータによって要求される電力の量によって決定される。ピークと谷の差は、リップル電圧である。ＤＣ−ＤＣコンバータが所望の出力を生成するためにはその入力に最小整流電圧を必要とするので、リップル電圧は、電源装置について特定された最小ＡＣ入力電圧においてそれほど大きくならないことが重要である。

ＡＣ電力線からの電圧が解除された場合、さらなる懸念は谷電圧の値である。電源装置は、一般に、ＡＣ入力電圧が解除された後、短時間にその標準出力を供給することが必要であり、それにより、電源装置から電力を受け取る電子回路は、電子回路が電力を失う前に、必要なタスクを行うことが可能になる。ＡＣ入力が解除された後、電源装置が動作を継続する時間量は、保持時間と呼ばれる。保持時間中に、ＤＣ−ＤＣコンバータは、バルク・キャパシタンスからすべてのそのエネルギーを得なくてはならない。バルク・キャパシタンスから得ることのできるエネルギーは、キャパシタンスの値に、及びキャパシタンス上の電圧の２乗に比例する。

バルク・キャパシタンスを形成するコンデンサは、電源装置を意図的に使用することによって影響される複数の要件を満たすように選択される。電源装置の物理的大きさは、バルク・キャパシタンスの一部であるコンデンサの値及び定格電圧（個々のコンデンサが確実に耐え得る最大電圧）によって強く影響される。また、バルク・キャパシタンスの費用は、電源装置の費用のかなりの部分になる。キャパシタンスの値が決まると、その定格電圧が高いほど、費用は高額になる。

定格電圧は、電源装置の最大ＡＣ入力電圧において信頼性のある動作が得られるよう選択されるが、個々のコンデンサのキャパシタンスは、電源装置の最低の仕様ＡＣ入力電圧に基づいて選択される。総バルク・キャパシタンス値は、電源装置が最低の仕様ＡＣ入力電圧から動作している場合、ＤＣ−ＤＣコンバータに必要な最小入力電圧に確実に達しないように選択されなくてはならない。

そのため、広範なＡＣ入力電圧（一般には、８５ボルトＡＣと２６５ボルトＡＣの間）から動作するように設計されている既知のＡＣ−ＤＣ電源装置には、最大ＡＣ入力電圧によって要求される非常に高い定格電圧と組み合わせられた最小ＡＣ入力電圧によって要求される高キャパシタンス値のために、物理的に大きなコンデンサが必要になる。

本発明の非限定的及び限定的な実施例は以下の図面を参照して説明され、他に特に規定されなければ、同様の参照数字が様々な図面全体を通じて同様の部品を示す。

本発明による電源装置内のバルク・キャパシタンスに必要な容量を抑えることに関する実施例が開示される。以下の説明では、多数の具体的な詳細が、本発明を完全に理解することを可能にするために記述される。しかし、具体的な詳細が、本発明を実施するのに用いられる必要のないことは、当業者には明らかであろう。他の例では、よく知られている材料又は方法は、本発明を曖昧にしないようにするために詳細に説明されていない。

本明細書全体を通して、「一実施形態」、「実施形態」、「一実施例」、又は「実施例」は、実施形態と関連して述べられている特定の特徴、構造又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態又は実施例に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体を通して、様々な場所において語句「一実施形態では」、「実施形態では」、「一実施例では」、又は「実施例では」が現れることは、必ずしもすべて同じ実施形態を示しているとは限らない。特定の特徴、構造又は特性は、例えば、１つ又は複数の実施形態若しくは実施例における任意の適切な結合及び／又は小結合に組合せ可能である。さらには、特定の特徴、構造又は特性は、集積回路、電子回路、組合せロジック回路、又は述べられる機能性を提供する他の適切な要素内に含まれることが可能である。加えて、本明細書と共に提供される図面は、当業者に対する例示目的のためであり、図面は、必ずしも縮尺率で描かれていないことを理解されたい。

論じられるように、本発明による教示は、コンデンサを使用して、ＡＣ−ＤＣ電源装置内にエネルギーを貯蔵することを対象にする。具体的には、電源装置が特定の範囲の入力電圧全体で動作することを可能にするのに必要であるコンデンサによって占有される物理的容量を抑える低費用の解決策が説明される。

例えば、図１は、本発明の教示による顕著な特徴を示す例示的ＡＣ−ＤＣ電源装置１００の機能ブロック図を示している。示されるように、全波ブリッジ整流器１１０が、単相ＡＣ入力電圧１０５を受け取るように結合される。エネルギー貯蔵回路１６５が、共通入力リターン１６０に対して正の電圧である整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴ１１５を生成するために、ブリッジ整流器１１０から電流を受け取る。ＤＣ−ＤＣコンバータ１３５が、負荷１４５において出力電圧Ｖ_Ｏ１４０を生成するために、整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴ１１５を受け取る。

図示された実施例において示されるように、エネルギー貯蔵回路１６５は、高電圧キャパシタンスＣ_ＨＶ１２０を含み、それは、高電圧キャパシタンスＣ_ＨＶ１２０の両端間に整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴ１１５を生成するために、整流器１１０から電流を受け取るように結合される。示されるように、低電圧キャパシタンスＣ_ＬＶ１２５が、高電圧キャパシタンスＣ_ＨＶ１２０に結合され、可変インピーダンス素子Ｚ_Ｖ１５５が、低電圧キャパシタンスＣ_ＬＶ１２５及び高電圧キャパシタンスＣ_ＨＶ１２０に結合される。

以下に、より詳細に論じられるように、駆動回路１３０が、整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴ１１５を感知するように結合される電圧センサ１３４に応答して駆動信号１５０を生成するように結合される駆動信号発生器１３２を含む。駆動信号１５０は、整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴ１１５に応答して可変インピーダンス素子Ｚ_Ｖ１５５を制御するように結合され、それにより、整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴ１１５が第２の閾値未満である場合、可変インピーダンス素子Ｚ_Ｖ１５５では、低電圧キャパシタンスＣ_ＬＶ１２５が整流器１１０からの電流を受け取ることが可能になる。整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴ１１５が第１の閾値より大きい場合、可変インピーダンス素子Ｚ_Ｖ１５５は、低電圧キャパシタンスＣ_ＬＶ１２５が整流器１１０から電流を受け取るのを回避するように結合される。一実施例では、第１の閾値は、第２の閾値と実質的に等しい。別の実施例では、第１の閾値は、第２の閾値より大きい。

例えば、図１の実施例は、エネルギー貯蔵回路１６５が高い定格電圧を有する小さなキャパシタンスＣ_ＨＶ１２０と、実質的により低い定格電圧を有する大きなキャパシタンスＣ_ＬＶ１２５とを含むことを示している。一実施例では、定格電圧Ｃ_ＨＶとＣ_ＬＶの比率は、２：１に等しく、又はそれより大きい。また、エネルギー貯蔵回路１６５は、可変インピーダンス素子Ｚ_Ｖ１５５を含み、そのインピーダンスは、電圧センサ１３４によって感知されると、整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴ１１５の大きさに応答する駆動回路１３０の駆動信号発生器１３２からの駆動信号１５０に応答する。

実施例では、エネルギー貯蔵回路１６５内の低電圧キャパシタンスＣ_ＬＶ１２５の一方の端子が、整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴ１１５に結合される。エネルギー貯蔵回路１６５における低電圧キャパシタンスＣ_ＬＶ１２５の他方の端子は、可変インピーダンス素子Ｚ_Ｖ１５５に結合される。エネルギー貯蔵回路１６５における可変インピーダンス素子Ｚ_Ｖ１５５は、低電圧キャパシタンスＣ_ＬＶ１２５と共通入力リターン１６０の間に結合される。そのため、低電圧キャパシタンスＣ_ＬＶ１２５は、ハイサイド要素と呼ばれることがあり、それに対し、可変インピーダンス素子Ｚ_Ｖは、ローサイド要素と呼ばれることがある。

一実施例では、可変インピーダンス素子Ｚ_Ｖ１５５は、駆動信号１５０に応答して非常に高いインピーダンスから非常に低いインピーダンスに変わる場合がある。実施例では、可変インピーダンス素子Ｚ_Ｖ１５５の非常に高いインピーダンスは、効率的に、開放スイッチである。開放スイッチは、電流を導くことが不可能なものである。可変インピーダンス素子Ｚ_Ｖ１５５の非常に低いインピーダンスは、効率的に、閉鎖スイッチである。閉鎖スイッチは、電流を導くことが可能なものである。また、典型的には、閉鎖スイッチは、それが電流を導いているときは、その導電端子間に低電圧を有する。一実施例では、閉鎖スイッチの導電端子間の電圧は、整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴ１１５の値の１０％以下である。一実施例では、また、可変インピーダンス素子Ｚ_Ｖ１５５は、駆動信号１５０の値に応答してそれほど高くもなく、それほど低くもない中間のインピーダンスの値を有する場合もある。

以下に、さらに詳細に論じられるように、一実施例における可変インピーダンス素子Ｚ_Ｖ１５５及び駆動回路１３０では、整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴ１１５が低電圧キャパシタンスＣ_ＬＶ１２５の定格電圧を超えない閾値未満であった場合だけ、低電圧キャパシタンスＣ_ＬＶ１２５が整流器１１０からの電流を受け取ることが可能になる。したがって、整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴ１１５の谷がその最小の所望の値を下回らないようにするのに小さいキャパシタンスだけを必要とするほど、単相ＡＣ入力電圧１０５が高い場合、エネルギー貯蔵回路１６５内の高定格電圧を有する小さいキャパシタンスＣ_ＨＶ１２０だけが、ブリッジ整流器１１０からの電流を受け取ることが可能になる。整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴ１１５の谷がその最小の所望の値を下回らないようにするのに大きなキャパシタンスを必要とするほど、ＡＣ入力電圧が低い場合、エネルギー貯蔵回路内の高定格電圧を有する小さいキャパシタンスＣ_ＨＶ１２０と、低定格電圧を有する大きなキャパシタンスＣ_ＬＶ１２５との双方がブリッジ整流器１１０からの電流を受け取ることが可能になる。他の実施例では、キャパシタンスＣ_ＨＶ１２０及びＣ_ＬＶ１２５のそれぞれは、１つ又は複数の個々のコンデンサによって達成可能であることに留意されたい。

図２は、本発明の教示による例示的電源装置２００のエネルギー貯蔵回路内でキャパシタンス１２５を係合し、また切り離す可変インピーダンス素子１５５を有する実施例を示している。一実施例では、可変インピーダンス素子１５５は、例示的ＡＣ−ＤＣ電源装置２００に示されるように、一方向だけに非常に高いインピーダンスであることが可能である。示されるように、駆動回路１３０の駆動信号発生器１３２からの駆動信号１５０により、可変インピーダンス素子１５５内のスイッチＳ１２５５を開放、又は閉鎖することが可能である。低電圧キャパシタンスＣ_ＬＶ１２５と、示されるような共通入力リターン１６０を通じて高電圧キャパシタンスＣ_ＨＶ１２０に結合される、可変インピーダンス素子１５５内のダイオードＤ１２０５では、スイッチＳ１２５５が開放されている場合でも、電流が可変インピーダンス素子１５５を一方向に通過することが可能になる。図２の実施例では、低電圧キャパシタンスＣ_ＬＶ１２５は、スイッチＳ１２５５が開放、又は閉じている場合、放電することが可能であるが、スイッチＳ１２５５が開放している場合、低電圧キャパシタンスＣ_ＬＶ１２５は充電することは不可能である。

図３は、本発明の教示による例示的電源装置３００のエネルギー貯蔵回路内でキャパシタンス１２５を係合し、また切り離すように結合されるトランジスタ３５５及び３端子分流調整器３１５を含む例示的電源装置３００である。一実施例では、駆動回路３３０の３端子分流調整器３１５は、ＴＬ４３１調整器である。駆動回路３３０の抵抗３２０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３５からバイアス電圧Ｖ_ＢＩＡＳ３２５を一方の端部で受け取る。３端子分流調整器３１５は、駆動信号１５０の電圧を変えるために、抵抗３２０から電流を引き込む。

図示された実施例において示されるように、第１の抵抗３０５及び第２の抵抗３１０を含む電圧分配器が、整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴ１１５を感知し、閾値電圧を設定するように結合される。一実施例では、整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴ１１５が閾値電圧より大きい場合、駆動信号１５０は低くなる。整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴ１１５が閾値電圧未満である場合、駆動信号１５０は高くなる。

示されている実施例では、トランジスタＱ１３５５が、図２の実施例において、可変インピーダンス素子１５５の機能を実施するために、駆動信号１５０を受け取るように結合される。トランジスタＱ１３５５は、図３に示されている例示的エネルギー貯蔵回路における金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である。整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴが閾値電圧より大きい場合、トランジスタＱ１３５５はオフである。整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴ１１５が閾値電圧未満である場合、トランジスタＱ１３５５はオンである。一実施例では、この状態は、整流電圧１１５の谷電圧が閾値電圧より下に下がることが可能になる値を単相ＡＣ供給電圧１０５が下回っている場合に、又は一時的な保持状態中に、存在することが可能になる。駆動信号１５０が失われた場合、例えば、駆動回路３３０に故障があり、又はＶ_ＢＩＡＳ３２５が失われた場合、トランジスタＱ１３５５のゲート３６７とソース３６６の間の抵抗３３５は、確実にトランジスタＱ１３５５をオフにする。単相ＡＣ入力電圧Ｖ_ＡＣ１０５が解除された場合、電源装置３００は、短い保持時間を過ぎては、もはや動作することができなくなることを理解されたい。一実施例では、典型的な必要保持時間は、１０ミリ秒である。

別の実施例では、ヒステリシスが、下限閾値電圧より大きな上限閾値電圧を定めるために駆動回路３３０内に導入される。ヒステリシスは、ノイズに対するある程度の耐性を回路に与える。ヒステリシスにより、整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴは、トランジスタＱ１３５５がオンからオフに変わるための上限閾値を上回っていなくてはならず、整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴは、トランジスタＱ１３５５がオフからオンに変わるための下限閾値電圧を下回っていなくてはならない。

さらなる別の実施例では、駆動回路３３０は、装置のための最大定格値未満であるようにトランジスタＱ１３５５内の電流を制限するように結合される。一実施例では、トランジスタ内の電流を制御する技術により、トランジスタ内の電流が測定される。別の実施例では、キャパシタンスに結合されるトランジスタ内の電流を制御する技術により、トランジスタ又は可変インピーダンス素子の両端間の電圧の変化率が制限される。一実施例では、可変インピーダンス素子３５５の両端間の電圧の変化率を制限することは、任意選択のコンデンサ３６５を使用して実施可能である。可変インピーダンス素子３５５がオフである場合、電圧は、抵抗３３５の存在により、可変インピーダンス素子３５５の両端間の電圧に実質的に等しいコンデンサ３６５の両端間に現れる。可変インピーダンス素子３５５の両端間の電圧が、それがオンにされたときに下がると、その結果生じるコンデンサ３６５の両端間の電圧の変化により、抵抗３２０を通じて電流が引き込まれ、抵抗３２０の両端間で下がった電圧が上昇する。そのため、例示的ＭＯＳＦＥＴ可変インピーダンス素子３５５のゲート端子３６７とソース端子３６６の間に現れる電圧は、コンデンサ３６５が使用されなかった場合よりゆっくりと上がる。そのため、コンデンサ３６５の効果は、可変インピーダンス素子３５５の両端間の電圧の変化率を制限することである。任意選択のコンデンサ３６５は、低電圧コンデンサＣ_ＬＶ１２５の初期充電中の低電圧コンデンサＣ_ＬＶ１２５を流れ、突入電流と呼ばれることの多い最大電流を制限することが望ましい実施例において使用可能になる。可変インピーダンス素子３５５の両端間の電圧の変化率を制限することによって、低電圧コンデンサＣ_ＬＶ１２５内を流れる電流は制限される。

図４は、本発明の教示による例示的電源装置のエネルギー貯蔵回路における可変インピーダンス素子の対応する状態と共に、例示的電源装置における整流電圧レベルの尺度を示している。具体的には、図４の例示的図４００は、トランジスタＱ１３５５の状態と、整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴ１１５の複数の値について図３の電源装置３００のバルク・キャパシタンス上のリップル電圧とを示している。整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴが十分なバイアス電圧Ｖ_ＢＩＡＳ３２５を生成するのにＤＣ−ＤＣコンバータ１３５についてゼロボルトと最小値４２５の間である場合、トランジスタＱ１３５５はオフである。整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴ１１５が最小値４２５と閾値４３５の間である場合、トランジスタＱ１３５５はオンである。実施例では、閾値４３５は、低電圧キャパシタンスＣ_ＬＶ１２５の定格電圧４１０よりわずかに低くなるように設定されている。整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴ１１５が閾値電圧４３５より大きい場合、トランジスタＱ１３５５はオフである。高電圧キャパシタンスＣ_ＨＶ１２０の定格電圧は、最大期待単相ＡＣ入力電圧Ｖ_ＡＣ１０５で、整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴ１１５の値４０５より大きくなるように選択される。

また、図４は、トランジスタＱ１３５５が、それぞれオフ及びオンである場合の典型的なリップル電圧４３０及び４４０を示している。一実施例４５０では、トランジスタＱ１３５５がリップル電圧の周波数においてオン及びオフになるように、単相ＡＣ入力電圧１０５が典型的な値である場合、整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴ１１５のピークは閾値４３５を上回り、整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴ１１５の谷は閾値４３５を下回る。

一実施例では、高電圧キャパシタンスＣ_ＨＶ１２０の値は、高ＡＣ入力電圧でＤＣ−ＤＣコンバータ１３５の最小限の要件を満たすように選択される。低電圧キャパシタンスＣ_ＬＶ１２５の値は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３５のすべての特定の動作条件の下で、所要の出力電圧Ｖ_Ｏ１４０を生成するために、整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴ１１５の谷をＤＣ−ＤＣコンバータ１３５についての最小値４２０を上回った状態に保つように選択される。エネルギー貯蔵回路におけるキャパシタンスは、整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴ１１５が値４１５である場合、保持時間を維持するのに十分なエネルギーを含んでいなくてはならない。値４１５は、電源装置が動作するために特定される最小単相ＡＣ入力電圧１０５で谷電圧に対応する。

図５は、エネルギー貯蔵回路のための可変インピーダンス素子５５５と、ＤＣ−ＤＣコンバータのための可変インピーダンス素子５１５と、集積回路５０５に含まれる電源装置コントローラ回路５１０とを有する例示的ＡＣ−ＤＣ電源装置５００を示している。実施例では、電源装置コントローラ回路５１０は、駆動回路５３０と、ＤＣ−ＤＣコンバータ制御回路５３２とを備える。一実施例では、駆動回路５３０は、機能において、駆動回路１３０及び３３０と類似しており、類似した特徴を含むことが可能である。示されるように、トランジスタＱ１５５５は、駆動回路５３０からの駆動信号５５０に応答してエネルギー貯蔵回路の低電圧キャパシタンスＣ_ＬＶ１２５を係合し、また切り離す可変インピーダンス素子である。一実施例では、ＤＣ−ＤＣコンバータ制御回路５３２は、電源装置の出力において負荷１４５にエネルギーの転送を制御するために、フィードバック信号５３１に応答してトランジスタＱ２５１５を切り替えるように結合される。トランジスタＱ２５１５は、図示の実施例ではフライバック・コンバータとして示されているＤＣ−ＤＣコンバータの変圧器５２０の第１の巻き線を、ＤＣ−ＤＣコンバータ制御回路５３２からの駆動信号５２５に応答して切り替える可変インピーダンス素子である。ダイオード５４５とコンデンサ５４０が、出力電圧Ｖ_Ｏ１４０を負荷１４５に送るために変圧器５２０の第２の巻き線に結合される。

図示の実施例において示されるように、電源装置コントローラ回路５１０は、整流電圧Ｖ_ＲＥＣＴ１１５からの入力電圧信号５３５と、変圧器５２０の第３の巻き線からのフィードバック信号５３１とを受け取る。電源装置コントローラ回路５１０は、エネルギー貯蔵回路の低電圧キャパシタンスＣ_ＬＶ１２５を係合し、また切り離すために、トランジスタＱ１５５５に第１の駆動信号５５０を供給する。また、電源装置コントローラ回路５１０は、フィードバック信号５３１に応答して出力電圧Ｖ_Ｏ１４０を調整するために、トランジスタＱ２５１５をオン及びオフに切り替える第２の駆動信号５２５を供給する。別の実施例では、フィードバック信号５３１は、変圧器５２０の巻き線からではなく、オプトカプラから受け取られる。一実施例では、入力電圧信号５３５は、電源装置コントローラ回路５１０内で、駆動回路５３０とＤＣ−ＤＣコンバータ制御回路５３２に結合される。一実施例では、駆動回路５３０と結合した入力電圧信号５３５は、機能において、図１及び２の素子１３４と類似した駆動回路５３０の内部の電圧センサ回路に信号を供給する。一実施例では、ＤＣ−ＤＣコンバータ制御回路５３２と結合した入力電圧信号５３５は、入力電圧１０５が上昇すると、例えば、Ｑ２５１５を流れる最大電流を抑えるために使用可能であるフィード・フォワード信号を供給する。一実施例では、フィードバック信号５３１は、電源装置コントローラ回路５１０内で、駆動回路５３０とＤＣ−ＤＣコンバータ制御回路５３２に結合される。一実施例では、駆動回路５３０に結合したフィードバック信号５３１では、フィードバック信号５３１が失われた場合に生じる故障状態の場合、駆動信号５５０が低く保たれることが可能になる。図示の実施例では、駆動回路５３０とＤＣ−ＤＣコンバータ制御回路５３２の間のこれらの内部接続及び複数の他の接続は、本発明の教示をわかりにくくしないようにするために図示されていない。

図６は、本発明の教示による例示的ＡＣ−ＤＣ電源装置内のエネルギー貯蔵の例示的方法のための流れ図６００である。示されるようにブロック６１０で開始した後、整流単相ＡＣ電圧は、ブロック６２０でＤＣ−ＤＣコンバータへの入力において感知される。整流電圧は、ブロック６３０で閾値と比較される。整流電圧が閾値未満であった場合、ブロック６４０で低電圧キャパシタンスは、電流を受け取るためにエネルギー貯蔵回路内で係合される。整流電圧が閾値以上であった場合、ブロック６５０でエネルギー貯蔵回路内の低電圧キャパシタンスは、受け取った電流から切り離される。ＤＣ−ＤＣコンバータへの入力において整流電圧を感知することは、ブロック６２０で継続する。

図示されている実施例では、全波ブリッジ整流回路１１０が使用されているが、本発明の教示からの恩恵をさらに受けつつも、半波整流回路が利用可能であることを理解されたい。さらには、本発明の恩恵は、エネルギー貯蔵回路１６５にいずれの誘導性回路素子も必要とすることなく、得られることも理解されたい。

要約書内に記載されていることをも含む本発明の図示されている実施例の上述の説明は、開示される精密な形態に包括的又は限定的であるように意図されない。本発明の特定の実施形態又は本発明のための実施例が本明細書において例示目的として記載されているが、様々な均等の修正形態が、本発明の広範な精神及び範囲から逸脱することなく可能である。実際に、特定の電圧、電流、周波数、出力領域値、時間などが、説明目的として提供され、他の値もまた本発明の教示による他の実施形態及び実施例において使用可能であることを理解されたい。

これらの修正形態は、上述の詳細な説明に照らして、本発明の実施例に対して行われることが可能である。添付の特許請求の範囲に使用される用語は、明細書及び特許請求の範囲内に開示される特定の実施形態に本発明を限定すると解釈されるべきではない。そうではなく、範囲は、特許請求の範囲の解釈の確立された原則により解釈されるべきである添付の特許請求の範囲によって全体的に決定されるべきである。したがって、本明細書及び図面は、制限的ではなく例示的であるとみなされるべきである。

本発明の教示による顕著な特徴を示す例示的ＡＣ−ＤＣ電源装置１００の機能ブロック図である。本発明の教示による例示的電源装置のエネルギー貯蔵回路内でキャパシタンスを係合し、また切り離す可変インピーダンス素子の実施例を示す図である。本発明の教示による例示的電源装置のエネルギー貯蔵回路内でキャパシタンスを係合し、また切り離すために、トランジスタ及び３端子分流調整器を含む例示的電源装置を示す図である。本発明の教示による例示的電源装置のエネルギー貯蔵回路内の可変インピーダンス素子の対応する状況と共に、例示的電源装置内の整流電圧レベルの尺度を示す図である。本発明の教示による例示的ＤＣ−ＤＣコンバータの素子と共にエネルギー貯蔵回路の素子を含む集積回路を有する例示的ＡＣ−ＤＣ電源装置を示す図である。本発明の教示による例示的ＡＣ−ＤＣ電源装置内のエネルギー貯蔵の例示的方法のための流れ図である。

符号の説明

１００ＡＣ−ＤＣ電源装置
１０５単相ＡＣ入力電圧
１１０全波ブリッジ整流器
１１５整流電圧
１２０高電圧キャパシタンス
１２５低電圧キャパシタンス
１３０駆動回路
１３２駆動信号発生器
１３４電圧センサ
１３５ＤＣ−ＤＣコンバータ
１４０出力電圧
１４５負荷
１５０駆動信号
１５５可変インピーダンス素子
１６０共通入力リターン
１６５エネルギー貯蔵回路
２００電源装置
２０５ダイオード
２５５スイッチ
３００電源装置
３０５第１の抵抗
３１０第２の抵抗
３１５３端子分流調整器
３２０抵抗
３２５バイアス電圧
３３０駆動回路
３３５抵抗
３５５可変インピーダンス素子、トランジスタ
３６５コンデンサ
３６６ソース
３６７ゲート
４０５値
４１０定格電圧
４１５値
４２０最小値
４２５最小値
４３０リップル電圧
４３５閾値
４４０リップル電圧
４５０実施例
５００ＡＣ−ＤＣ電源装置
５０５集積回路
５１０電源装置コントローラ回路
５１５可変インピーダンス素子、トランジスタ
５２０変圧器
５２５駆動信号
５３０駆動回路
５３１フィードバック信号
５３２ＤＣ−ＤＣコンバータ制御回路
５３５入力電圧信号
５４０コンデンサ
５４５ダイオード
５５０駆動信号
５５５可変インピーダンス素子、トランジスタ
６００流れ図

Claims

電源装置の入力において単相ＡＣ電圧に応答して整流電圧を生成するように結合される整流器を有する前記電源装置に使用するための駆動回路であって、
低電圧キャパシタンスと高電圧キャパシタンスに結合される可変インピーダンス素子に結合される駆動信号を生成するための駆動信号発生器と、
前記駆動信号発生器に結合され、前記高電圧キャパシタンスの両端間の電圧を感知するように結合される電圧センサとを備え、
前記駆動回路は、前記電圧センサに応答して前記可変インピーダンス素子を制御するように結合され、それにより、前記低電圧キャパシタンスと前記高電圧キャパシタンスは、前記高電圧キャパシタンスの両端間の前記電圧が第２の閾値未満である場合、前記電源装置の前記入力からの電流を受け取ることが可能になり、前記低電圧キャパシタンスは、前記高電圧キャパシタンスの両端間の前記電圧が第１の閾値より大きい場合、前記電源装置の前記入力からの電流を受け取るのが回避され、
前記駆動回路は、前記第１の閾値を前記第２の閾値よりも大きくすることでヒステリシスが導入されている前記駆動回路。
前記可変インピーダンス素子はトランジスタを含んでいる、請求項１に記載の駆動回路。
前記高電圧キャパシタンスの両端間の前記電圧はＤＣ−ＤＣコンバータの入力に結合される、請求項１に記載の駆動回路。
前記可変インピーダンス素子及び前記駆動回路は集積回路内に含まれる、請求項１に記載の駆動回路。
前記可変インピーダンス素子及び前記駆動回路は、ＤＣ−ＤＣコンバータ制御回路と共に集積回路内に含まれる、請求項１に記載の駆動回路。
前記駆動回路は、前記可変インピーダンス素子の両端間の電圧の変化率にさらに応答する、請求項１に記載の駆動回路。
前記高電圧キャパシタンスと前記低電圧キャパシタンスの定格電圧の比率は、２：１に等しいか、又はそれより大きい、請求項１に記載の駆動回路。
単相ＡＣ電圧を整流した入力電圧により動作する電源装置を制御する方法であって、
前記電源装置のＤＣ−ＤＣコンバータへの入力において電圧を感知するステップと、
前記感知された電圧が第２の閾値未満である場合、前記電源装置の入力に結合される高電圧キャパシタンスと低電圧キャパシタンスを並列に係合するステップと、
前記感知された電圧が第１の閾値より大きい場合、前記低電圧キャパシタンスを前記高電圧キャパシタンスから切り離すステップと、を含み、
高電圧キャパシタンスと低電圧キャパシタンスを並列に係合するステップと前記低電圧キャパシタンスを前記高電圧キャパシタンスから切り離すステップは、前記第１の閾値を前記第２の閾値よりも大きくすることでヒステリシスが導入されている、前記方法。
前記低電圧キャパシタンスと前記高電圧キャパシタンスを係合するステップは、前記低電圧キャパシタンスと前記高電圧キャパシタンスが前記電源装置の前記入力からの電流を受け取ることを可能にするステップを含む、請求項８に記載の方法。
エネルギー貯蔵回路の前記低電圧キャパシタンスを切り離すステップは、前記低電圧キャパシタンスが前記電源装置の前記入力からの電流を受け取るのを回避するステップを含む、請求項８に記載の方法。
単相ＡＣ入力電圧を受け取るように結合される整流器と、
前記整流器に結合され、高電圧キャパシタンス、低電圧キャパシタンス、及び可変インピーダンス素子を含むエネルギー貯蔵回路であって、前記整流器から受け取られた電流は、前記高電圧キャパシタンスの両端間に電圧を生成するように結合され、前記低電圧キャパシタンスは、前記高電圧キャパシタンスに結合され、前記可変インピーダンス素子は、前記低電圧キャパシタンス及び前記高電圧キャパシタンスに結合される、エネルギー貯蔵回路と、
前記高電圧キャパシタンスの両端間の前記電圧に応答して駆動信号を生成するように結合される駆動回路であって、前記駆動信号は、前記高電圧キャパシタンスの両端間の前記電圧が第１の閾値電圧より大きい場合、前記低電圧キャパシタンスが前記整流器からの電流を受け取るのを防ぐために、及び前記高電圧キャパシタンスの両端間の前記電圧が第２の閾値電圧未満である場合、前記低電圧キャパシタンスと前記高電圧キャパシタンスが前記整流器からの電流を受け取ることを可能にするために、前記可変インピーダンス素子によって受け取られるように結合される前記駆動回路とを備える電源回路であって、
前記駆動回路は、前記第１の閾値電圧を前記第２の閾値電圧よりも大きくすることでヒステリシスが導入されている前記電源装置。
前記可変インピーダンス素子はトランジスタを含む、請求項１１に記載の電源装置。
前記可変インピーダンス素子は、前記低電圧キャパシタンスと前記高電圧キャパシタンスに結合されるダイオードをさらに備える、請求項１１に記載の電源装置。
前記駆動回路は、前記整流電圧に応答して前記可変インピーダンス素子によって受け取られる前記駆動信号を生成するように結合される分流調整器を備える、請求項１１に記載の電源装置。
前記整流電圧はＤＣ−ＤＣコンバータへの入力に結合される、請求項１１に記載の電源装置。
前記可変インピーダンス素子及び前記駆動回路は集積回路内に含まれる、請求項１１に記載の電源装置。
前記可変インピーダンス素子及び前記駆動回路は、ＤＣ−ＤＣコンバータ制御回路と共に集積回路内に含まれる、請求項１１に記載の電源装置。
前記駆動回路は、前記可変インピーダンス素子の両端間の電圧の変化率に応答して駆動信号を生成するように結合される、請求項１１に記載の電源装置。
前記高電圧キャパシタンスと前記低電圧キャパシタンスの定格電圧の比率は、２：１に等しいか、又はそれより大きい、請求項１１に記載の電源装置。
電源装置の入力において単相ＡＣ電圧に応答して整流電圧を生成するように結合される整流器を有する前記電源装置に使用するための電源装置コントローラ回路であって、
前記電源装置の出力へのエネルギーの転送を制御するために、第１の可変インピーダンス素子を切り替えるように結合されるＤＣ−ＤＣコンバータ・コントローラ回路と、
低電圧キャパシタンスと高電圧キャパシタンスに結合される第２の可変インピーダンス素子に結合される駆動信号を生成するための駆動信号発生器、及び前記駆動信号発生器に結合され、前記高電圧キャパシタンスの両端間の電圧を感知するように結合される電圧センサとを含む駆動回路とを備え、
前記駆動回路は、前記電圧センサに応答して前記第２の可変インピーダンス素子を制御するように結合され、それにより、前記低電圧キャパシタンスと前記高電圧キャパシタンスは、前記高電圧キャパシタンスの両端間の前記電圧が第２の閾値未満である場合、前記電源装置の前記入力からの電流を受け取ることが可能になり、前記低電圧キャパシタンスは、前記高電圧キャパシタンスの両端間の前記電圧が第１の閾値より大きい場合、前記電源装置の前記入力からの電流を受け取るのが回避され、
前記駆動回路は、前記第１の閾値を前記第２の閾値よりも大きくすることでヒステリシスが導入されている前記電源装置コントローラ回路。
前記第１及び第２の可変インピーダンス素子、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ・コントローラ回路、及び前記駆動回路は、集積回路内に含まれる、請求項２０に記載の電源装置コントローラ回路。
前記高電圧キャパシタンスと前記低電圧キャパシタンスの定格電圧の比率は、２：１に等しいか、又はそれより大きい、請求項２０に記載の電源装置コントローラ回路。