JP5977920B2

JP5977920B2 - パワーコンバータの入力端子電圧放電回路を実現する方法および装置

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Publication number: JP5977920B2
Application number: JP2010172595A
Authority: JP
Inventors: バル・バラクリシュナン; デイビッド・カング; レイモンド・ケネス・オア; デイビッド・マイケル・ヒュー・マシューズ
Original assignee: パワー・インテグレーションズ・インコーポレーテッド
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2010-07-30
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2030-07-30
Also published as: US9065340B2; US20120105018A1; JP2016136839A; US20170302156A1; US8115457B2; EP2592737A3; EP2592738B1; US20140097803A1; EP2299571B1; CN104242631A; CN101989810A; US20110025278A1; US20150256059A1; EP2592737A2; US20190074762A1; EP2592737B1; EP2592738A2; US8624562B2; US9735665B2; EP2299571A1

Description

背景情報
開示の分野
本発明は、一般に、電気エネルギ源がパワーシステムの入力端子から切離されたときにパワーシステムの入力端子間に存在するキャパシタンスを放電する回路に関する。より具体的には、本発明は、交流電圧源がパワーシステムの入力端子から切離されたときにパワーシステムの入力間に結合されたＥＭＩフィルタキャパシタを放電する回路に関する。

背景
パワーシステムは、多数の目的および用途で用いられ得る。例示的なパワーシステムは、入力および出力パワーが電源などの電気的なものであるパワーコンバータを含む。他の例示的なパワーシステムは、入力パワーが電気的なものであり、出力パワーが主に機械的なものであるモータ制御システムなどのパワーコンバータを含む。パワーコンバータは、一般に、パワーコンバータの入力端子間に電圧を印加する電気エネルギ源に結合される。この電気エネルギ源は、直流供給源である場合もあれば、交流供給源である場合もある。１つの種類のパワーコンバータは、スイッチドモードパワーコンバータである。

スイッチドモードパワーコンバータは、動作中に電磁障害（electromagnetic interference）（ＥＭＩ）を発生させる。したがって、スイッチドモードパワーコンバータは、電気エネルギ源に結合されるＥＭＩの量を許容可能なレベルに低減するように設計されたＥＭＩフィルタを含む。多くのＥＭＩフィルタは、パワーコンバータの入力端子間に結合されたキャパシタを含む。電気エネルギ源が交流供給源である場合には、これらのキャパシタは、パワーコンバータの任意の入力ヒューズより前での交流電気エネルギ源の両端における直接的な接続を可能にするような定格であるＸキャパシタなどの安全定格キャパシタであってもよい。これらのＸキャパシタの頑丈な性質によって、パワーコンバータの入力ヒューズの位置に拘らず、交流ライン全体にわたってＸキャパシタを直接用いることができる。

電気エネルギ源が切離されると、Ｘキャパシタは高い電圧で帯電した状態にとどまる可能性がある。Ｘキャパシタが十分に大きな値を有する場合、このキャパシタに蓄積されたエネルギは、電気エネルギ源が切離された後でパワーコンバータの入力端子に触る誰に対しても、安全性に関するリスクを生じさせる可能性がある。したがって、国際安全規格は、一般に、総ＥＭＩフィルタキャパシタンスがしきい値（典型的には、０．１ｕＦ）を上回る場合、電源の入力端子の両端の電圧をある特定の期間内に安全な値に低減しなければならないことを規定している。一般に、この要件は、Ｘキャパシタ端子の両端に１つ以上の抵抗器を永久に接続することによって達成される。たとえばＥＮ６０９５０−１などの国際安全規格は、ＸキャパシタのキャパシタンスおよびＸキャパシタの両端に結合された総抵抗の時定数が１秒以下であることを規定している。

上述のタイプの既存の抵抗放電回路は、コストが低く、頑丈であるが、電気エネルギ源がパワーシステムの入力端子に接続されたときに、抵抗において継続的に電力を消散させる。

本発明の非限定的および非網羅的な実施例について、以下の図を参照して説明する。図中、同様の参照番号は、特に明記しない限り、種々の図全体に亘って同様の部品を指す。

本発明の教示に従って、電気エネルギ源がパワーコンバータの入力端子から切離されたときにパワーコンバータの入力端子間のキャパシタンスを放電するための放電回路を利用する例示的なパワーコンバータを概して示す概略図である。本発明の教示に従って、電気エネルギ源がパワーコンバータの入力端子から切離されたときにパワーコンバータの入力端子間のキャパシタンスを放電するための放電回路のブロック図の一例を示す図である。本発明の教示に従って、電気エネルギ源がパワーコンバータの入力端子から切離されたときにパワーコンバータの入力端子間のキャパシタンスを放電するための例示的な放電回路に関連した波形を示す図である。本発明の教示に従って、電気エネルギ源がパワーコンバータの入力端子から切離されたときにパワーコンバータの入力端子間のキャパシタンスを放電するための例示的な放電回路に関連するさらなる波形を示す図である。本発明の教示に従って、電気エネルギ源がパワーコンバータの入力端子から切離されたときにパワーコンバータの入力端子間のキャパシタンスを放電するための放電回路の一例を示す概略図である。本発明の教示に従って、電気エネルギ源がパワーコンバータの入力端子から切離されたときにパワーコンバータの入力端子間のキャパシタンスを放電する例示的な方法を示すフローチャートである。本発明の教示に従って、電気エネルギ源がパワーコンバータの入力端子に結合される第１の動作モードおよび電気エネルギ源がパワーコンバータの入力端子から分離される第２の動作モードにおいて、スイッチを駆動するように結合された制御回路を利用するパワーコンバータ回路の例示的な回路概略図である。本発明の教示に従って、電気エネルギ源がパワーコンバータの入力端子に結合される第１の動作モードおよび電気エネルギ源がパワーコンバータの入力端子から分離される第２の動作モードにおいて、スイッチを駆動するように結合された制御回路を利用するパワーコンバータ回路の別の例示的な回路概略図である。本発明の教示に従って、第１の動作状態中はパワーコンバータの入力から出力にエネルギが伝達されるようにパワーコンバータにおいて用いられ、第２の動作状態中は入力から出力にエネルギを伝達することなくスイッチが電流を伝えるコントローラおよびスイッチを制御する例示的な方法を示すフローチャートである。本発明の教示に従って、電気エネルギ源がパワーコンバータの入力端子から切離されたときにパワーコンバータの入力端子間のキャパシタンスを放電するための、パワーコンバータ制御回路と一体化した放電回路を利用する例示的なパワーコンバータを示す概略図である。本発明の教示に従って、電気エネルギ源がパワーコンバータの入力端子から切離されたときにパワーコンバータの入力端子間のキャパシタンスを放電するための例示的な放電回路の概略図である。本発明の教示に従って、電気エネルギ源がパワーコンバータの入力端子から切離されたときにパワーコンバータの入力端子間のキャパシタンスを放電するための放電回路を利用する例示的なモータ制御パワーコンバータシステムを示す概略図である。本発明の教示に従って、電気エネルギ源がパワーコンバータの入力端子から切離されたときにパワーコンバータの入力端子間のキャパシタンスを放電するための別の例示的な放電回路の概略図である。

詳細な説明
電気エネルギ源がパワーシステムの入力端子から分離されたときにパワーシステムの入力端子間に存在するキャパシタンスを放電するための放電回路を実現する方法および装置について説明する。以下の説明では、本発明を完全に理解できるようにするために、多くの具体的な詳細について記載している。しかしながら、本発明を実施するために具体的な詳細を利用する必要がないことは当業者にとって明白である。他の例では、本発明を曖昧にすることを避けるために、周知の材料または方法については詳細に記載しなかった。

本明細書全体を通して「一実施例」、「実施例」、「一例」または「例」に言及することは、その実施例または例と関連付けて記載される特定の特徴、構造または特性が本発明の少なくとも１つの実施例に含まれることを意味している。したがって、本明細書全体を通して種々の場所に登場する「一実施例では」、「実施例では」、「一例」または「例」という句は、必ずしもすべてが同じ実施例または例を指しているわけではない。さらに、特定の特徴、構造または特性は、１つ以上の実施例または例の中で、組合せられて任意の好適な組合せおよび／または下位の組合せにされてもよい。特定の特徴、構造または特性は、記載する機能を提供する集積回路、電子回路、組合せ論理回路、または他の好適な構成要素に含まれていてもよい。さらに、ここに添付された図は当業者に対する説明を目的としており、図面は必ずしも一定の比例に応じて描かれていないことを理解されたい。

スイッチドモード電源またはスイッチングモータ制御システムなどの多くのパワーシステムの入力端子間に見られるＥＭＩフィルタキャパシタ（しばしば、Ｘクラス安全キャパシタ）を放電するために用いられる典型的な技術は、パワーシステムの入力端子間に結合された抵抗器を配置するというものである。これらの抵抗器は、電気エネルギ源または電力源がパワーコンバータの入力端子から切離された後、ＥＭＩフィルタキャパシタに蓄積された残った如何なるエネルギについても放電回路経路を提供する位置に結合される。一例では、電気エネルギ源は、８５〜２６４Ｖａｃ範囲のｒｍｓ電圧レベルを有する主交流電圧源である。

しかしながら、浮上しつつあるエネルギ効率基準の影響で、電気エネルギ源が依然としてパワーシステムの入力端子に接続されている間にこれらの放電抵抗器における電力損失を実質的になくす解決策が求められるようになってきた。本発明の教示に係る例は、電気エネルギ源がパワーシステムの入力端子から切離されたときに、ＥＭＩフィルタキャパシタを必要に応じて放電できるようにしつつ、放電抵抗器における消散を事実上なくすこのような解決策を提供する。

本発明の教示に係る種々の実施例について、主にスイッチドモードパワーコンバータおよびモータ制御パワーシステムを例として用いて説明する。しかしながら、後述する本発明の教示に係るすべての教示は、一般に、電気エネルギ源がシステムに対する入力から分離されたときに帯電したままであると、回路の入力端子間に結合されたキャパシタンスが電気ショックのリスクを生じさせる、電気エネルギ源に結合された如何なるシステムにも適用可能であることを理解されたい。

例示のために、図１は、本発明の教示に係る例示的なパワーコンバータ１００の概略図を概して示す。電気エネルギ源１６０は、入力電圧１２１を提供し、入力端子１２０および１４０に結合される。示されるように、パワーコンバータ１００は、より詳細に以下に記載する放電回路１０４を含む。パワーコンバータ１００はまた、例示された例では２つの電力変換段を含む。第１の電力変換段は力率改善（power factor correction）（ＰＦＣ）段１１１であり、第２の電力変換段は直流−直流変換段１１２である。この例では、直流−直流段１１２は、主出力１１８とスタンバイ出力１１９とを含み、スタンバイ出力１１９は、たとえばパーソナルコンピュータ、テレビなどにおける多くのパワーコンバータに特有のものである。一例では、集積回路パッケージ１１４は、コントローラ１１３とスイッチ１１５、１１６および１１７とを含むマルチダイ集積回路パッケージであり、スイッチ１１５、１１６および１１７は、示されるように主出力１１８およびスタンバイ出力１１９に結合される。別の例では、コントローラ１１３ならびにスイッチ１１５、１１６および１１７は、単一のモノリシック集積回路に含まれてもよいことを理解されたい。コントローラ１１３は、主出力１１８へのエネルギの流れを調整するようにスイッチ１１５および１１６を駆動し、コントローラ１１３は、スタンバイ出力１１９へのエネルギの流れを調整するようにスイッチ１１７を駆動する。同様に、この例では、コントローラ１０９およびスイッチ１１０が集積回路パッケージ１０８に含まれている。コントローラ１０９は、直流−直流変換段１１２に入力を提供するＰＦＣ変換段１１１の出力へのエネルギの流れを調整するようにスイッチ１１０を駆動する。

図１の例では、放電回路１０４はキャパシタ１０２の両端に結合され、キャパシタ１０２は一例では１つ以上のＸキャパシタを含む。この例では、パワーコンバータ入力ヒューズ１０５は、キャパシタ１０２と他のＥＭＩフィルタ構成要素１０６との間に結合され、他のＥＭＩフィルタ構成要素１０６は、たとえば、１つ以上の共通モードフィルタチョーク、インダクタ、Ｙキャパシタ、さらには追加のＸキャパシタを含み得るであろう。この例では、放電回路１０４は、制御回路１２８とスイッチ１３０とを含む。一例では、制御回路１２８およびスイッチ１３０は、集積回路に含まれる。一例では、スイッチ１３０は、示されるように２つのｎ−チャネルＭＯＳＦＥＴ１２２および１２３を含む交流スイッチである。他の実施例では、依然として本発明の教示の恩恵を受けながら、たとえばバイポーラトランジスタ、サイリスタ、交流用三極管（トライアック）、交流用ダイオード（ダイアック）、またはｐチャネルＭＯＳＦＥＴから構築された他の交流スイッチを利用できるであろうということを理解されたい。

この例では、第１のＭＯＳＦＥＴ１２２のドレイン端子１２５は、抵抗器１０１を介して、パワーコンバータ１００の第１の入力端子１２０に結合される。第２のＭＯＳＦＥＴ１２３のドレイン端子１２６は、抵抗器１０３を介して、パワーコンバータ１００の第２の入力端子１４０に結合され、ＭＯＳＦＥＴ１２２および１２３のソース端子は共に結合される。一例では、コントローラ１２８は、電気エネルギ源１６０がたとえば接続１４１および１４２によってパワーコンバータ１００の入力端子１２０および１４０に接続されたことを検知する。一例では、制御回路１２８は、電気エネルギ源１６０が依然としてパワーコンバータ１００の入力に接続されていることを判断するために、接続１４１と１４２との間の電圧が最大期間のうちに反転したことを検知する。一例では、最大期間は、およそ２０ミリ秒である。

例示された例では、制御回路１２８は、電気エネルギ源１６０が入力端子１２０と１４０との間に結合されたときに高い平均インピーダンスを有するようにスイッチ１３０を駆動する。接続１４１と１４２との間の電圧が最大期間のうちに反転しなければ、電気エネルギ源１６０はもはやパワーコンバータ１００の入力に接続されていないと想定される。この状況下で、一例では、制御回路１２８は、最大期間未満の期間のうちにキャパシタンス１０２がしきい電圧未満に放電されるようにスイッチ１３０を駆動するように結合される。一例では、しきい電圧は、安全超低電圧（safety extra low voltage）（ＳＥＬＶ）レベルである。一例では、電気エネルギ源１６０が入力端子１２０および１４０から切離されたことをコントローラ１２８が検出すると、コントローラ１２８は、電流が抵抗器１０１および１０３、スイッチ１３０ならびにキャパシタ１０２を流れるように、スイッチ１３０をオン状態に駆動する。一例では、抵抗器１０１および１０３の値は、スイッチ１３０がオン状態であるときにキャパシタ１０２ならびにスイッチ１３０および抵抗器１０１および１０３の合成抵抗の時定数が１秒未満であるように選択される。

図１の例では、各抵抗器が一般に１００キロオーム〜８００キロオームの範囲の値を有するので、高電圧抵抗器１０１および１０３は、放電回路１０４に対してサージ保護を与える。いくつかの実施例では、これらの抵抗器は、安全性が保証されて、入力ヒューズ１０５より前での入力端子１２０と１４０との接続を可能にする。一例では、抵抗器１０１および１０３はまた、放電回路１０４が故障した場合に放電回路１０４に何らかの保護を与え得る。たとえば、放電回路１０４の故障は短絡に繋がる可能性があり、その結果、端子１２５と１２６との間のインピーダンスが実質的にゼロになる。しかしながら、抵抗器１０１および１０３の定格を連続的な高電圧状態を維持する定格とすることができるので、この放電回路１０４の故障はパワーシステム１００にとっては安全である。この理由で、抵抗器１０１および１０３の安全性が保証されている場合、放電回路１０４自体は、抵抗器１０１および１０３の存在によって本質的に保護されるので、安全性を保証する必要はない。

図２は、一例では図１における放電回路１０４であり得る例示的な放電回路２０４のより詳細なブロック図である。以下の説明を明確にするために、図２は、電気エネルギ源２６０、入力電圧２２１、入力端子２２０および２４０、抵抗器２０１および２０３、ならびにキャパシタンス２０２などの特定の外部要素を含み、これらは、一例では、図１の電気エネルギ源１６０、入力電圧１２１、入力端子１２０および１４０、抵抗器１０１および１０３、ならびにキャパシタンス１０２にそれぞれ類似したものであり得る。

図示された例に示されるように、放電回路２０４は、制御回路２２８とスイッチ２３０とを含む。この例では、スイッチ２３０は、２つのｎ−チャネルＭＯＳＦＥＴ２２２および２２３を含む交流スイッチであり、それらのそれぞれのドレインは、端子２２５および２２６に結合され、ソースは、放電回路２０４の内部接地またはゼロボルト基準ノードとしてノード２７０において共に結合される。他の例では、ＭＯＳＦＥＴ２２２および２２３はまた、本発明の教示に従って異なる駆動回路を有する状態で構成されたデプリーションモードＭＯＳＦＥＴであり得ることを理解されたい。なお、この例では、放電回路は、外部回路に結合された２つの端子２２５および２２６のみを有する。この例では、放電回路２０４の動作電力は、高電圧電流源２２４および２２９から得られる。一例では、高電圧電流源２２４および２２９は、（たとえば米国特許第５，２８５，３６９号に示されるものなどの）ｎ−チャネルＭＯＳＦＥＴ２２２および２２３の半導体構造の一部からそれぞれ形成することができ、スイッチ２３０の一部であるとみなされるであろうということを理解されたい。しかしながら、説明の目的で、高電圧電流源２２４および２２９は、これを説明する目的で別個の電流源として示されている。

図示された例に示されるように、電流源２２４および２２９は内部電源ブロック２２７に結合され、内部電源ブロック２２７は、内部でキャパシタ２７１と減結合（decoupled）される内部電源電圧Ｖ_DDを発生させる。他の例では、キャパシタ２７１は外部キャパシタであり得ることを理解されたい。キャパシタ２７１が放電回路２０４の外側にある例では、放電回路２０４は、端子２２５および２２６と、放電回路のための接地基準としてのノード２７０である１つの追加の端子と、Ｖ_DD電源レール２５９である端子とを含む少なくとも４つの端子を有するであろうということを理解されたい。一般に、放電回路を動作させるための動作電力は、依然として本発明の教示の恩恵を受けながら、たとえば外部ノード２２０および２４０に別個に結合されたたとえば高電圧電流源からなど、他の方法でも得られることができるであろうということを理解されたい。

図２に図示された例に示されるように、電流源２２４および２２９は、タイマおよび制御ブロック２７３に結合される。一例では、これらの電流源２２４および２２９とタイマおよび制御ブロック２７３との間の接続は、電気エネルギ源２６０が入力端子２２０および２４０に結合されているかどうかを検出するために用いることができる。この例では、電気エネルギ源２６０が発生させる交流電圧は、極性が周期的に反転する。入力端子２２０と２４０との間の電圧の極性によっては、電流源２２４および２２９のうちの１つは電流を供給できない。

たとえば、一例では、電気エネルギ源２６０が極性を反転させた時点で、端子２２５と２２６との間の電圧は、電流源２２４も電流源２２９も内部減結合キャパシタ２７１に電流を供給できないほどに低くなる。しかしながら、一例では、電気エネルギ源２６０が切離されると、端子２２０と２４０との間の電圧の極性はもはや極性が周期的に反転せず、キャパシタ２０２に存在する電圧が電流源２２４および２２９の動作にとって十分に大きなものである限り、電流源２２４または２２９のうちの１つが連続的に電流を供給できる。一例では、タイマおよび制御回路ブロック２７３は、電流源２２４または２２９のうちの１つが、一例では少なくとも２０ミリ秒であり得る長期間に亘って連続的に電流を供給できることを検知できる。そうすると、タイマおよび制御回路２７３は、本発明の教示に従って、電気エネルギ源が切離されたことを判断し、スイッチ２３０をオン状態に駆動できるであろう。

別の例では、放電回路２０４は、電気エネルギ源が入力端子２２０および２４０に結合されたときに電気エネルギ源電圧の極性が反転することに応答して内部電源レールＶ_DD２５９が下位電圧（under voltage）またはリセットレベルＶ₁未満のレベルに放電されるように結合されるように構成される。これらの状況下で、Ｖ_DD２５９が不足電圧またはリセットレベル未満に低減されると、一例では、この事象が回路ブロック２７３におけるタイマのリセットを引起す。回路ブロック２７３におけるタイマが、たとえば少なくとも２０ミリ秒などの長期間に亘ってリセットされなければ、一実施例では、これは、たとえば２６０である交流電気エネルギ源が切離されたことを意味し、一例では制御回路２７３が次いでスイッチ２３０をオン状態に駆動し得ることを意味する。

他の例では、スイッチ２３０は電流源回路として構成され得て、これは、たとえば、ＭＯＳＦＥＴ２２３および２２２に対するゲート駆動を制御することによってまたは流れる電流を最大値に本質的に制限するようにＭＯＳＦＥＴ２２３および２２２の大きさを決めることによって、ＭＯＳＦＥＴ２２３および２２２における電流をある特定の値に制限することなどによってなされることを理解されたい。スイッチ２３０が電流源として挙動する場合、たとえば抵抗器２０１および２０３は不要であり、放電回路２０４自体がスイッチ２３０に流入する放電電流の値を調整するであろうということを理解されたい。このような例では、安全定格回路としての放電回路を有する必要があり得る。

図３の波形は、図１および図２を参照して、例示的な放電回路の動作を概して示す。特に、図３は、２つの例示的な波形３８８および３８９を示す。一例では、波形３８９は、図１および図２における電気エネルギ源１６０または２６０が発生させる例示的な電圧波形である。以下の図３および図４の説明では、図１も図２も参照して言及するが、一例では、放電回路１０４および２０４は、等価であり得て、したがって交換可能に用いられ得ることが理解される。図３において、例示的な波形３８８は、図２におけるＣ_VDD ２７１の両端の電圧である。領域３９０では、端子２２５と２２６との間の電圧は低過ぎるため、電流源２２４または２２９のいずれかが放電回路２０４の動作電流要件を供給することができない。

これを説明するために、電圧波形３８９の正の値は、端子２２５の電圧が端子２２６よりも高いことに対応すると想定される。したがって、波形３８９の電圧値の大きさが十分に高い場合には、領域３８５において、電流源２２４は、たとえば時間３９１においてレベル３８２Ｖ₃までキャパシタＣ_VDDを充電することを可能にするのに十分な電流を供給できる。一例では、内部電源ブロック２２７は、次いで、領域３８５における波形３８８の実質的に平坦な部分によって示されるように、キャパシタＣ_VDD２７１の両端の電圧をＶ₃ ３８２に実質的に等しくなるように調整する。一例では、この調整は、電流の流れを線形に制御することで、または、オン／オフもしくはヒステリシス制御モードで、信号線２３８および２３９で示されるように電流源２２４および２２９を制御することによって達成される。別の例では、電流源２２４および２２９のヒステリシス制御モードが用いられる場合には、領域３８５における波形３８８は平坦であるようには見えず、鋸歯状の形状になり得ることを認識されたい。一例では、Ｖ₃ ３８２は実質的に５．８ボルトに等しい。

一例では、電圧波形３８９が負である場合には、電流源２２９が領域３８６においてアクティブである。したがって、内部電源ブロック２２７は、電流源２２４および２２９を流れる電流を、放電回路２０４を動作させるのに必要な電流のみに調整する。一例では、放電回路２０４を動作させるのに必要な総電流は、３０μＡ未満である。これによって、波形３８９を発生させる、たとえば電気エネルギ源２６０などの電気エネルギ源が、放電回路２０４を用いるパワーコンバータに接続されている期間中は、端子２２５と２２６との間のインピーダンスが平均して高いことが確実になる。

たとえば領域３８７などにおいて、電圧波形３８９の大きさが低くなり過ぎて、電流源２２４または２２９のいずれかがＣ_VDD２７１を充電できない場合、一例では、Ｖ_DD３８１は、一例ではタイマおよび制御回路２７３におけるタイマをリセットするために用いられるしきい値である低い方の不足電圧またはリセットしきい電圧Ｖ₁ ３８３を下回る。一例では、Ｖ₁ ３８３はおよそ３ボルトである。

図４は、一例では、図１および図２において、電気エネルギ源１６０および２６０がそれぞれ、時間４９４において、入力端子１２０、１４０および２２０、２４０から切離されたときに生じ得る例示的な波形４９１および４８８を示す。以下の説明を明確にするために、図２における放電回路２０４を参照する。４９４後の時間においては、ゼロ電流がヒューズ２０５に流入しており、したがって、電流が放電キャパシタ２０２に流れる唯一の経路は抵抗器２０１および２０３ならびに放電回路２０４を通るものであると想定される。この例では、時間４９４より前の動作は、上記の図３に示され上記の図３を参照して説明した動作と非常に類似している。

図４に示される例を続けると、時間４９４において、電気エネルギ源２６０が切離される。しかしながら、キャパシタ２０２の両端の電圧は、波形４９１によって示されるように、時間４９４の直前の電気エネルギ源２６０の最終的な値４９６にとどまる。一例ではおよそ２０ミリ秒である長期間４９５の後、タイマおよび制御ブロック２７３におけるタイマはリセットされていない。一例では、トランジスタ２２２および２２３は、次いで、電流が抵抗器２０１および２０３、トランジスタ２２２および２２３、ならびにキャパシタ２０２に流れることを可能にするオン状態に駆動される。したがって、キャパシタ２０２の両端の電圧は、抵抗器２０１および２０３、スイッチ２３０の総抵抗、ならびにキャパシタ２０２のキャパシタンスによって決定される割合で降下する。説明の目的で、これは、期間４９７中に波形４９１がおよそ線形に低減することで図４に示されている。しかしながら、この低減は、実際には放電経路の総抵抗およびキャパシタンスによって決定されるＲＣ放電特性を辿るであろうということが理解される。

図示された例に示されるように、放電回路２０４の内部電源電圧４８８はまた、期間４９７中に、波形４８８によって示されるように、低い方の電圧しきい値Ｖ₂ ４９８に減衰する。一例では、Ｖ₂ ４９８は実質的に４．８ボルトに等しい。この例では、内部電源電圧４８８は、次いで、期間４９２中にしきい電圧レベルＶ₃ ４８２に戻るように再充電される。一例では、これは、図２におけるトランジスタ２２２および２２３をオフにすることによって達成され、これによって、内部電流源２２４または２２９のうちの１つが内部電源減結合キャパシタ２７１を再充電することができる。一例では、Ｖ₃ ４８２は実質的に５．８ボルトに等しい。内部電源電圧４８８が電圧しきい値Ｖ₃に充電されると、トランジスタ２２２および２２３はオンになり、キャパシタ２０２の放電を継続する。

一例では、放電回路供給電圧４８８を放電および再充電するこのプロセスは、波形４９１によって示される、外部キャパシタ２０２に残留する電圧がしきい値４９９を下回るまで続く。この時点で、内部電流源２２４および２２９は、ＭＯＳＦＥＴ２２２および２２３が時間４９３において再びオフになっても、もはや内部キャパシタ２７１を再充電できない。この状況で、波形４８８によって示される内部電源電圧が時間４９３においてＶ₂ ４９８に達すると、電圧４８８は、放電回路２０４の内部にある回路の静止（quiescent）電流消費によって決定される割合で低減し続ける。時点４９３を越えると、外部キャパシタ２０２は、実質的に放電され、トランジスタ２２２および２２３がオフになるのでそれ以上放電されることはない。一例では、しきい電圧レベル４９９は、５〜１０ボルトの範囲である。

したがって、図２の回路を参照して、一例では、制御回路２２８は、代替的には、少なくとも２つの動作モードを有する駆動スイッチ２３０であると言うことができるであろう。第１の動作モードは、電気エネルギ源２６０が入力端子２２０および２４０に結合されるときである。この第１のモードの間、制御回路２２８は、高い平均インピーダンスが端子２２５と２２６との間に存在するようにスイッチ２３０を駆動する。一例では、端子２２５と２２６との間のインピーダンスは、端子２２５と２２６との間の電流の流れが３０μＡ未満であるようなものであり、これは、たとえば少なくとも１００マイクロ秒の期間に亘って平均したときに一般に３メガオームよりも大きな平均インピーダンスに対応する。

第２の動作モードでは、制御回路２２８は、電気エネルギ源２６０が入力端子２２０および２４０から分離されたことを検出する。この時点で、スイッチ２３０は、本発明の教示に従って、電力源または電気エネルギ源２６０が入力端子２２０および２４０から分離されたときから最大期間未満の期間のうちに、入力端子２２０と２４０との間に存在するキャパシタンス２０２がしきい電圧未満に放電されるように駆動される。

図５は、本発明の教示に従って、電気エネルギ源がパワーコンバータの入力端子から切離されたときにパワーコンバータの入力端子間のキャパシタンスを放電するための放電回路５０４の一例を示す概略図である。一例では、放電回路５０４は集積回路である。一例では、図５に示される例示的な放電回路５０４は、本発明の教示に従って、図３および図４に示す波形と類似の波形を発生させる、図１および図２を参照して上述した放電回路であり得る。

図５に図示された例に示されるように、放電回路５０４は、スイッチ５３０に結合された２つの外部端子５２５および５２６のみを有する。この例では、スイッチ５３０は、２つのＭＯＳＦＥＴ５２２および５２３を含む交流スイッチである。他の例では、スイッチ５３０は、依然として本発明の教示の恩恵を受けながら、ＪＦＥＴスイッチなどの他のタイプのスイッチを含み得ることを理解されたい。一例では、レギュレータ回路５９６は、電圧Ｖ_DDをキャパシタ５７１と減結合させた電源レール５５９を発生させる。制御回路５２８は、電源レール５５９から電力を供給され、スイッチ５３０を駆動するようにゲート駆動出力５９７を提供する。比較器５９０、５９１および５９２は、電源レール電圧５５９を監視する。電源レール５５９がＶ３を下回る場合、比較器５９０の出力は、電流をレギュレータブロック５９６に供給するように電流源５２４および５２９を駆動する。電源レール５５９がＶ３を上回る場合、比較器５９０の出力は、電流源５２４および５２９をオフに駆動する。電源レール５５９がＶ２を下回る場合、比較器５９１の出力は、スイッチ５３０をオフにするようにゲート駆動論理ブロック５９５にハイ信号を提供する。電源レール５５９がＶ２を上回る場合、比較器５９１の出力は、ゲート駆動論理ブロック５９５にロー信号を提供する。

一例では、線検知ブロック５９３は、端子５２５と５２６との間の電圧がしきい電圧レベルを下回るたびにタイマ５９４をリセットするようにタイマブロック５９４に結合される。一例では、端子５２５と５２６との間の電圧が、しきい値期間の間、しきい電圧レベルを下回らない場合、タイマ出力信号５９８は、スイッチ５３０をオン状態に駆動するようにゲート駆動論理ブロック５９５に結合される。電源レール電圧５５９が電圧しきい値Ｖ１を下回る場合、ＰＵ＿ｒｅｓｅｔ信号５９９は、制御回路５２８内のリセットタイマ５９４およびすべての他の回路に結合される。

別の例では、線検知ブロック５９３を全く省くことができ、その代わりに、ＰＵ＿ｒｅｓｅｔ信号５９９をタイマ回路５９４の入力５８９に結合することができるであろう。その例では、電源レール５５９が、しきい値期間を越える期間の間、しきい電圧レベルＶ１を下回らない場合に、スイッチ５３０がオンになるよう命令するためにタイマ出力信号５９８がゲート駆動論理ブロック５９５に結合されるように、電源投入リセット事象自体を用いてタイマ回路５９４をリセットする。

図６は、電気エネルギ源がパワーシステムの入力端子から切離されたときにパワーシステムの入力端子間のキャパシタンスを放電する例示的な方法を示すフローチャート６６０を概して示す。一例では、図６は、上記の図１および図２における回路１０４および２０４の動作を説明することができるであろう。用語Ｖ₁、Ｖ₂およびＶ₃の使用は、一例では、図３および図４における電圧レベル３８３／４８３、４９８および３８２／４８２と等価であると想定することができる。動作はブロック６６１において開始し、ブロック６６２において、Ｑ１およびＱ２はオフ状態にある。一例では、Ｑ１は図２におけるＭＯＳＦＥＴ２２２と等価であり、Ｑ２は図２におけるＭＯＳＦＥＴ２２３と等価である。ブロック６６３において、タイマがリセットされる。このタイマは、一例では、タイマおよび制御ブロック２７３を参照して上述したタイマであり得る。ブロック６６４において、Ｖ_DDがＶ₁未満である場合、回路はＣ_VDD、たとえば図２ではＣ_VDD２７１の再充電を試み、ブロック６６２に戻る。しかしながら、Ｖ_DDがＶ₁よりも大きい場合、ブロック６６５において、回路はＶ_DDがＶ₃未満であるかどうか確認する。Ｖ_DDがＶ₃未満でなければ、この例では、ブロック６６６は内部タイマ時間がアップしているかどうか確認し、内部タイマ時間がアップしていれば、ブロック６６７において、たとえば電気エネルギ源２６０が切離されており、Ｑ１およびＱ２が両方ともオンであると判断される。ブロック６６８において、Ｖ_DDがＶ₂よりも大きいかどうかが継続的に確認され、Ｖ_DDがＶ₂よりも大きければ、Ｑ１およびＱ２がオン状態である状況が続く。しかしながら、Ｖ_DDがもはやＶ₂よりも大きくなくなるとすぐに、ブロック６６９においてＱ１およびＱ２がオフになる。次いで、動作はブロック６６５に戻り、ブロック６６５において、Ｖ_DDがＶ₃未満であるかどうかが再び判断される。Ｖ_DDがＶ₃未満であれば、ブロック６７０は、Ｖ_DDがＶ₁という低い方の不足電圧またはリセット電圧しきい値未満であるかどうか確認し、この場合、回路は、ブロック６７２においてＣ_VDDの再充電を試み、ブロック６６２に戻る。そうでなければ、ブロック６７１においてＣ_VDDは再充電され、動作はブロック６６５に戻る。

図７は、第１の動作状態中はパワーコンバータの入力から出力７３０にエネルギを伝達するように結合され、第２の動作状態下ではパワーコンバータの入力から出力にエネルギを伝達することなくスイッチ７１０が電流を伝えるように結合される制御回路７０９およびスイッチ７１０を利用するパワーコンバータ７００回路の例示的な回路概略図である。

この例では、コンバータ７００はブーストコンバータである。一例では、ブーストコンバータ７００は、当業者に公知の力率改善機能を実行するために用いることができるであろう。パワーコンバータ７００は、電気エネルギ源または電力源７６０に結合され、パワーコンバータ７００のＥＭＩキャパシタ７０２と入力端子７４０との間に結合されたヒューズ７０５を含む。この例では、他のＥＭＩフィルタ構成要素ブロック７０６がブリッジ整流器回路７０７に結合される。ブリッジ整流器回路７０７の出力は、通常動作中、電気エネルギ源７６０がパワーコンバータ７００の入力に結合されたときにパワーコンバータ７００の入力端子７２０および７４０から出力７３０へのエネルギの流れを調整するように制御回路７０９がスイッチ７１０を駆動するようにブーストコンバータ回路７１１に結合する。

一例では、制御回路７０９は、たとえば抵抗器７７５における電流を検知することによって、電気エネルギ源７６０がいつパワーコンバータ７００の入力から切離されたかを検出するために結合される。図示された例に示されるように、抵抗器７７５は、整流器回路７０７の出力とコントローラ７０９との間に結合される。電気エネルギ源７６０がパワーコンバータ７００の入力に結合されている間、整流器回路７０７の出力の両端に現れる電圧Ｖｄｃ７３１は、図７に示される波形７３２によって示されるように交流入力電圧７２１の、全波が整流されているが平滑されていないバージョンである。しかしながら、電気エネルギ源７６０がパワーコンバータ７００の入力から分離されると、Ｖｄｃ７３１は、切離しの時点での電気エネルギ源７６０の電圧の値によって決定される安定した直流値になる。一例では、コントローラ７０９は、Ｖｄｃが波形７３２によって示されるものなどの全波整流電圧であるか安定した直流電圧レベルであるか、したがって、電気エネルギ源７６０がパワーコンバータ７００の入力に結合されているか分離されているかを検出する方法として、抵抗器７７５に流入する電流を検出するために結合される。一例では、これは、放電回路２０４において用いられるものと類似のタイミング技術を用いることによって達成され得る。このタイプの検出は、依然として本発明の教示の恩恵を受けながら、整流回路７０７より前のノードにコントローラ７０９を結合することによっても達成され得ることを理解されたい。

パワーコンバータ７００の代替的な説明では、制御回路７０９は、少なくとも２つの動作モードでスイッチ７１０を駆動するものであると言うことができる。第１の動作モードは、電気エネルギ源７６０がパワーコンバータ７００の入力に結合されるときである。この第１のモード中、制御回路７０９は、パワーコンバータ７００の入力から出力へのエネルギの流れを調整するようにスイッチ７１０を駆動する。第１のモードは、制御回路７０９のスタンバイまたはシャットダウンモード中にエネルギの流れが実質的にゼロに調整される状況を含む。スタンバイまたはシャットダウン状態では、制御回路７０９はスイッチ７１０をオフ状態に駆動する。

第２の動作モードでは、制御回路７０９は、電気エネルギ源７６０がパワーコンバータ７００に対する入力から分離されたことを検出する。次いで、スイッチ７１０は、電流がスイッチ７１０に流入するように駆動される。次いで、パワーコンバータ７００の入力端子７２０と７４０との間に存在するキャパシタンス７０２は、本発明の教示に従って、電力源または電気エネルギ源７６０がパワーコンバータの入力端子７２０および７４０から分離されたときから最大期間未満の期間のうちに、しきい電圧未満に放電される。最大期間は、電気エネルギ源がパワーコンバータの入力端子から分離された直前のパワーコンバータ７００の入力と出力との間のエネルギの流れの量の影響を受けない。

なお、キャパシタンス７０２の放電は、一例では、キャパシタンス７０２の必要な放電レベルが達成されるまで連続的にスイッチ７１０をオンに駆動することによって達成され得る。別の例では、キャパシタンス７０２の放電は、本発明の教示に従って、放電期間中にエネルギが依然としてパワーコンバータ７００の入力から出力に伝達されるようにキャパシタンス７０２の必要な放電が達成されるまで、スイッチ７１０をオンおよびオフに駆動することによって達成され得る。一例では、この放電期間中のパワーコンバータ７００の入力から出力へのエネルギの流れは、制御回路７０９によって調整される場合もあれば、調整されない場合もある。

図８は、本発明の教示に従って制御回路８１３を利用するパワーコンバータ８００回路の別の例示的な回路概略図である。図示された例に示されるように、制御回路８１３は、スイッチ８１５、８１６および８１７に結合される。この例では、スイッチ８１６および８１５は、たとえばパーソナルコンピュータのパワーコンバータにおいて利用され得る主電源を形成する２スイッチフォワードコンバータの２つのスイッチである。この例では、スイッチ８１７は、たとえばパーソナルコンピュータのパワーコンバータにおいてスタンバイ電源の一部を形成し得るフライバックコンバータのスイッチである。主電力変換段もスタンバイ電力変換段も、直流−直流コンバータと呼ぶことができる。なぜなら、電力変換段８１１の出力電圧は、実質的に一定の直流値であるためである。一例では、スイッチ８１７は、第１の動作状態中はパワーコンバータ８００の入力からパワーコンバータの出力８１９へエネルギを伝達するように制御回路８１３によって駆動され、第２の動作状態下ではコンバータ８００の入力から出力８１９にエネルギを伝達することなくスイッチ８１７が電流を伝えるように結合される。

図示された例に示されるように、パワーコンバータ８００は、電気エネルギ源または電力源８６０に結合され、パワーコンバータ８００のＥＭＩキャパシタ８０２と入力端子８４０との間に結合されたヒューズ８０５を含む。この例では、他のＥＭＩフィルタ構成要素ブロック８０６は、ブリッジ整流器回路８０７に結合される。この例に示されるように、ブリッジ整流器回路８０７の出力は、ブーストコンバータ回路８１１に結合される。ブーストコンバータ回路８１１の出力は、フォワードおよびフライバックコンバータ８１２に結合される。

ある１つの動作モード中、制御回路８１３は、電気エネルギ源８６０がパワーコンバータ８００の入力に結合されたときにパワーコンバータ８００の入力端子８２０および８４０から出力８１８へのエネルギの流れを調整するようにスイッチ８１５および８１６を駆動する。一例では、制御回路８１３は、たとえば抵抗器８７５における電流を検知することによって、電気エネルギ源８６０がいつパワーコンバータ８００の入力から切離されたかを検出するために結合される。図示された例に示されるように、抵抗器８７５は、整流器回路８０７の出力とコントローラ８１３との間に結合される。電気エネルギ源８６０がパワーコンバータ８００の入力に結合されている間、整流器回路８０７の出力の両端に現れる電圧Ｖｄｃ８３１は、波形８３２によって示されるように、交流入力電圧８２１の、全波が整流されているが平滑されていないバージョンである。しかしながら、電気エネルギ源８６０がパワーコンバータ８００の入力から分離されると、Ｖｄｃ８３１は、切離しの時点での電気エネルギ源８６０の電圧の値によって決定される安定した直流値になる。一例では、コントローラ８１３は、Ｖｄｃ８３１が全波整流電圧レベルであるか安定した直流電圧レベルであるか、したがって、電気エネルギ源８６０がパワーコンバータ８００の入力に結合されているか分離されているかを検出する方法として、抵抗器８７５に流入する電流を検出するために結合される。一例では、これは、放電回路２０４において用いられるものと類似のタイミング技術を用いることによって達成され得る。このタイプの検出は、依然として本発明の教示の恩恵を受けながら、整流回路８０７より前のノードにコントローラ８１３を結合することによっても達成され得ることを理解されたい。

パワーコンバータ８００の代替的な説明では、制御回路８１３は、少なくとも２つの動作モードでスイッチ８１５および８１６を駆動するものであると言うことができる。第１のモードは、電気エネルギ源８６０がパワーコンバータ８００の入力に結合されるときである。この第１のモードの間、制御回路８１３は、パワーコンバータ８００の入力から出力８１８へのエネルギの流れを調整するようにスイッチ８１５および８１６を駆動する。第１のモードは、制御回路８１３のスタンバイまたはシャットダウンモード中にエネルギの流れが実質的にゼロに調整される状況を含む。スタンバイまたはシャットダウン状態では、制御回路８１３は、スイッチ８１５および８１６をオフ状態に駆動してもよい。

第２の動作モードでは、制御回路８１３は、電気エネルギ源８６０がパワーコンバータ８００に対する入力から分離されたことを検出する。次いで、スイッチ８１５および８１６は、本発明の教示に従って、電力源または電気エネルギ源８６０がパワーコンバータ８００の入力端子８２０および８４０から分離されたときから最大期間未満の期間のうちに、パワーコンバータの入力端子間に存在するキャパシタンス８０２がしきい電圧未満に放電されるように駆動される。最大期間は、電気エネルギ源８６０がパワーコンバータ８００の入力端子から分離される直前のパワーコンバータ８００の入力と出力との間のエネルギの流れの量の影響を受けない。

なお、キャパシタンス８０２の放電は、一例では、本発明の教示に従って、放電期間中にエネルギが依然としてパワーコンバータの入力から出力に伝達されるようにキャパシタンス８０２の必要な放電が達成されるまで、スイッチ８１５および８１６をオンおよびオフに駆動することによって達成され得る。一例では、この放電期間中のパワーコンバータの入力から出力へのエネルギの流れは、制御回路８１３によって調整される場合もあれば、調整されない場合もある。

パワーコンバータ８００を用いる代替的な例では、制御回路８１３は、少なくとも２つの動作モードでスイッチ８１７を駆動するものであるとも言うことができる。第１のモードは、電気エネルギ源８６０がパワーコンバータ８００の入力に結合されるときである。この第１のモードの間、制御回路８１３は、パワーコンバータ８００の入力から出力８１９へのエネルギの流れを調整するようにスイッチ８１７を駆動する。第１のモードは、制御回路８１３のスタンバイまたはシャットダウンモード中にエネルギの流れが実質的にゼロに調整される状況を含む。スタンバイまたはシャットダウンモードでは、制御回路８１３はスイッチ８１７をオフ状態に駆動する。

第２の動作モードでは、制御回路８１３は、電気エネルギ源８６０がパワーコンバータ８００に対する入力から分離されたことを検出する。次いで、スイッチ８１７は、本発明の教示に従って、電力源または電気エネルギ源８６０がパワーコンバータ８００の入力端子８２０および８４０から分離されたときから最大期間未満の期間のうちに、パワーコンバータ８００の入力端子間に存在するキャパシタンス８０２がしきい電圧未満に放電されるように駆動される。

なお、キャパシタンス８０２の放電は、一例では、キャパシタンス８０２の放電が達成されるまで連続的にスイッチ８１７をオンに切換えることによって達成され得る。別の例では、キャパシタンス８０２の放電は、本発明の教示に従って、放電期間中にエネルギが依然としてパワーコンバータの入力から出力に伝達されるようにキャパシタンス８０２の必要な放電が達成されるまで、スイッチ８１７をオンおよびオフに切換えることによって達成され得る。一例では、この放電期間中のパワーコンバータの入力から出力へのエネルギの流れは、制御回路８１３によって調整される場合もあれば、調整されない場合もある。

なお、説明した図７および図８の例では、ヒューズ７０５および８０５が、パワーコンバータ７００および８００の入力端子とキャパシタ７０２および８０２との間にそれぞれ位置決めされる。この配置では、たとえそれぞれの入力ヒューズが開回路状態にあるとしても、図７ではキャパシタンス７０２とスイッチ７１０との間に、図８ではキャパシタンス８０２とスイッチ８１６／８１５または８１７との間に放電経路が存在する。入力ヒューズ７０５または８０５のこの配置では、本発明の教示の恩恵を受ける図示しない回路のさらなる例が、図７または図８における整流回路７０７または８０７の出力端子間にそれぞれ直接的に結合されたスイッチであり得ることを理解されたい。このようなスイッチは、上述のスイッチ７１０、８１５、８１６および８１７によって実行されるものと類似の放電機能を実行することができ、コントローラ７０９または８１３から駆動されることができるであろう。一例では、このスイッチは、放電事象中にスイッチにおける最大ピーク電流を制限するように電流制限抵抗器に結合され得る。

本発明の教示の恩恵を受ける回路の他の例は、たとえば、図７における制御回路７０９の内部にあって、電気エネルギ源７６０がパワーコンバータ７００の入力から分離されたときにパワーコンバータ７００の入力端子間に存在するキャパシタンス７０２を放電するための電流経路として抵抗器７７５に結合される回路を用いることを含み得ることを理解されたい。一例では、これは、放電回路２０４と類似の技術であるが、スイッチ２２２および２２３ならびに電流源２２４および２２９によって形成される交流スイッチの代わりに単一の直流スイッチおよび単一の電流源を有する技術を用いることによって達成され得る。一例では、電気エネルギ源７６０がパワーコンバータ７００の入力に結合されている間に抵抗器７７５に流入する電流は、制御回路７０９の動作のための開始電流も提供し得る。この例では、始動電流は、制御回路７０９の始動局面中にのみ供給され、その後、ブーストインダクタまたは他の磁気構成要素の図示しない供給巻線が、供給電流を制御回路７０９に提供することを引き継ぐであろう。

さらに別の例は、たとえば、図８における制御回路８１３の内部にあって、電気エネルギ源８６０がパワーコンバータ８００の入力から分離されたときにパワーコンバータ８００の入力端子間に存在するキャパシタンス８０２を放電するための電流経路として抵抗器８７５に結合される回路を用いることを含み得る。一例では、これは、放電回路２０４と類似の技術であるが、スイッチ２２２および２２３ならびに電流源２２４および２２９によって形成される交流スイッチの代わりに単一の直流スイッチおよび単一の電流源を有する技術を用いることによって達成され得る。一例では、電気エネルギ源８６０がパワーコンバータ８００の入力に結合されている間に抵抗器８７５に流入する電流は、制御回路８１３の動作のための開始電流を提供し得る。この例では、始動電流機能は、制御回路８１３の始動局面中にのみアクティブであり、その後、たとえばブーストインダクタまたは他の磁気構成要素の、パワーコンバータ８００内の図示しない供給巻線が、その巻線の電圧がしきい値に達したときに制御回路８１３に供給電流を提供することを引き継ぐであろう。

パワーコンバータ７００および８００が、依然として本発明の教示の恩恵を受けながら、たとえば故障が生じたときの特定の保護モードを含む、説明の目的で上述したモード以外の他の動作モードを有し得ることも理解されたい。

図９は、電気エネルギ源がパワーコンバータの入力端子から切離されたときにパワーコンバータの入力端子間のキャパシタンスを放電するための制御回路のための例示的な方法を示すフローチャート９６０を概して示す。一例では、図９に示される方法は、図７および図８を参照して上述したものと類似している。示されるように、パワーコンバータは、ブロック９６１において開始する。ブロック９６２において、電気エネルギ源がパワーコンバータの入力に結合されたかどうかが判断される。結合されていれば、制御回路は、パワーコンバータの入力から出力へのエネルギの流れを調整するようにスイッチを駆動する。一例では、このエネルギの流れは実質的にゼロに調整できることを理解されたい。次いで、ブロック９６３の出力は、判断ブロック９６２の入力に接続される。電気エネルギ源がパワーコンバータの入力に接続されていない場合、ブロック９６２の出力はブロック９６４に接続され、ブロック９６４では、制御回路は、本発明の教示に従って、最大期間内に、パワーコンバータの入力端子間に接続されたキャパシタンスをしきい値レベルに放電するようにスイッチを駆動する。

図１０は、本発明の教示の恩恵を受ける別の例示的な回路を示す。図１０に示される例示的な回路図は、図１に示される例示的な回路図と類似点を共有していることを理解されたい。しかしながら、図１０における放電回路１００４は、主、スタンバイおよび放電制御回路１０１３内に一体化されている。図示された例に示されるように、制御回路１０１３は、スイッチ１０１５、１０１６および１０１７も含む集積回路１０１４の一部を形成する。機能的には、放電回路１００４の動作は、一例では、図１および図２に関して上述した放電回路１０４および２０４とそれぞれ非常に類似している。パワーコンバータ１０００の例示的な現実的な実現例では、このような放電回路１００４の一体化は、コストの節約および印刷回路基板の面積の節約をもたらすことができる。他の例では、放電回路１００４はＰＦＣコントローラ１００９と一体化できるであろうということを理解されたい。一般に、放電回路１００４は、いくつか例を挙げると、ＬＬＣコンバータ、フルおよびハーフブリッジコンバータ、ＳＥＰＩＣコンバータ、ならびにＣＵＫコンバータなどの任意のコントローラ回路と一体化できるであろう。

図１１は、本発明の教示に係る放電回路１１０４のディスクリート部品の実現例の一例を示す。示されるように、キャパシタ１１５７ならびにダイオード１１５６および１１５８は、交流電気エネルギ源１１６０が入力端子１１２０および１１４０に結合されたときにキャパシタ１１６０の両端に電圧を発生させる充電ポンプまたは容量性ドロッパ（dropper）電源を形成する。したがって、抵抗器１１５５を通ってトランジスタ１１５４のベースに流入する電流は、トランジスタ１１５４をオン状態に保持する一方、電気エネルギ源１１６０は、入力端子１１２０および１１４０に結合されたままである。ＭＯＳＦＥＴ１１２２および１１２３のゲートは、ダイオード１１５２および１１５３を介してトランジスタ１１５４のコレクタに結合される。これによって、回路接地１１５０に対するＭＯＳＦＥＴ１１２２および１１２３のゲート電圧がＭＯＳＦＥＴのゲートしきい電圧未満であること、ならびに、トランジスタ１１５４がオン状態にあるときにＭＯＳＦＥＴ１１２２および１１２３がオフ状態にあることが確実になる。しかしながら、交流電気エネルギ源１１６０が入力端子１１２０および１１４０から分離されると、充電ポンプ回路はもはやエネルギをキャパシタ１１６０に提供せず、キャパシタ１１６０は、抵抗器１１６１および１１５５ならびにキャパシタ１１６０のＲＣ時定数によって設定される割合で放電する。

キャパシタ１１６０ならびに抵抗器１１５５および１１６１のための構成要素の値を選択することによって選択された、一例ではおよそ２０ミリ秒であり得る長期間の後、トランジスタ１１５４はオフになる。この時点で、キャパシタ１１０２の両端の電圧の極性によっては、ＭＯＳＦＥＴ１１２２またはＭＯＳＦＥＴ１１２３のいずれかのゲート電圧は、ゲート電圧しきい値に上昇し、最終的に、ツェナー１１７８またはツェナー１１７９のいずれかによってクランプされる。

入力端子１１２０の電圧が入力端子１１４０の電圧よりも高い例では、１１２２のゲートは、ハイに引張られて、ＭＯＳＦＥＴ１１２２をオンにする。次いで、電流がキャパシタ１１０２から抵抗器１１０１を通って、ＭＯＳＦＥＴ１１２２のチャネルを通って、（当業者に公知のＭＯＳＦＥＴ１１２３の半導体構造の固有の部分である）ＭＯＳＦＥＴ１１２３のボディダイオードを通って、抵抗器１１０３を通って、キャパシタ１１０２に戻り、したがって、本発明の教示に従って放電電流経路を形成する。その値未満では１１２２のゲート電圧が１１２２のゲートしきい電圧を下回る低い方のしきい値にキャパシタ１１０２の両端の電圧が達すると、ＭＯＳＦＥＴ１１２２はオフになり、１１２２のために用いられるＭＯＳＦＥＴのタイプによっては一般に５〜１０ボルトの範囲である残留電圧が、キャパシタ１１０２に残ることになる。

なお、上記の記載は、説明の目的で、入力および出力エネルギが主に電気的なものであるパワーコンバータに焦点を当てた。図１２は、入力電力およびエネルギが電気的なものであるが、出力において主に機械的なエネルギおよびパワーに変換されるモータ制御パワーコンバータまたはパワーシステムの一例を示す。例示される例では、放電回路１２０４が上述の制御回路１０４および２０４と特徴および機能の点で多くの類似点を共有していることを理解されたい。図１２に図示される例はブーストコンバータ１２１１の使用を示しているが、他の例では、本発明の教示に従って、電力変換段１２１１を含むことは必ずしも必要とされないであろうということを理解されたい。他の例では、放電回路１２０４は、モータコントローラ１２１４、またはさらには、モータ巻線１２１９に結合されたパワースイッチ回路１２１７内に一体化できることを理解されたい。他の例では、パワーシステムは、入力電力およびエネルギが電気的なものであるが、パワーシステムの出力において、たとえばＬＥＤドライバパワーシステムなどにおける光学または光出力エネルギに主に変換されるものであり得ることを理解されたい。

図１３は、本発明の教示に従って、電気エネルギ源がパワーコンバータの入力端子から切離されたときにパワーコンバータの入力端子間のキャパシタンスを放電するための放電回路の別の例の概略図を示す。この例では交流電圧源である電気エネルギ源１３６０は、入力端子１３２０および１３４０に結合される。図示された例に示されるように、交流電圧源１３６０が入力端子１３２０および１３４０に結合されている間、電流は、キャパシタ１３０３に流入し、整流器ブリッジ１３０５を流れて、リレー１３３０の巻線１３３１に電流を提供する。この例では、リレー１３３０は、電流が巻線１３３０に流入するとリレースイッチ１３３２が開く通常閉タイプである。エネルギ源１３６０が端子１３２０および１３４０から分離されると、キャパシタ１３０３および整流ブリッジ１３０５への電流の流入は停止する。次いで、キャパシタ１３０１の値によって決定される時間において、巻線１３３１に流入する電流は実質的にゼロに減少する。巻線１３３１における電流がしきい値レベルを下回ると、スイッチ１３３２は閉じて、キャパシタ１３０２を放電する。一例では、まず電気エネルギ源が入力端子に結合され、スイッチが閉じてキャパシタ１３０２を放電するときに、スイッチ１３３２におけるピーク電流を制限するために、電流制限抵抗器がスイッチ１３３２と直列に結合され得る。

一般に、図１から図１３に関して上述した本発明の教示はすべて、電気エネルギ源がシステムに対する入力から分離されたときに帯電したままであれば、回路の入力端子間に結合されたキャパシタンスが電気ショックのリスクを生じさせる、電気エネルギ源に結合された如何なるシステムにも適用可能であることを理解されたい。

要約書に記載されるものを含む図示される本発明の例の上記の説明は、網羅的であるように意図されるものではなく、または、開示される厳密な形態に限定されるように意図されるものではない。この発明の具体的な実施例および例は本明細書において例示の目的で記載されており、本発明のより広範な精神および範囲から逸脱することなく、種々の等価の変更が可能である。実際、特定の電圧、電流、周波数、電力範囲値、時間などは説明の目的で提供されており、他の値も本発明の教示に従って他の実施例および例において利用されてもよいことを理解されたい。

これらの変更は、上記の詳細な説明に鑑みて、この発明の例に対してなされることができる。以下の特許請求の範囲の中で用いられる用語は、明細書および特許請求の範囲に開示されている具体的な実施例にこの発明を限定するように解釈すべきではない。むしろ、その範囲は専ら以下の特許請求の範囲によって決まり、特許請求の範囲は、確立されたクレーム解釈の原理に従って解釈される。したがって、本明細書および図面は、限定的ではなく例示的であると見なされる。

１０２キャパシタンス、１２８制御回路、１３０スイッチ、１６０電気エネルギ源

Claims

回路であって、
パワーコンバータの入力に結合される制御回路を備え、前記制御回路は、電気エネルギ源が前記パワーコンバータの入力に結合されたかどうかを検出するために結合され、前記回路はさらに、
前記制御回路に結合され、かつ、前記パワーコンバータの前記入力に結合されたスイッチを備え、
前記制御回路は、前記電気エネルギ源が前記パワーコンバータの前記入力に結合される第１の動作モードにおいて前記スイッチを駆動するように結合され、
前記スイッチは、前記第１の動作モードにおいて前記パワーコンバータの前記入力から前記パワーコンバータの出力へのエネルギの流れを調整するように駆動され、
前記制御回路は、前記電気エネルギ源が前記パワーコンバータの前記入力から分離される第２の動作モードにおいて前記スイッチを駆動するように結合され、
前記パワーコンバータの前記入力の入力端子間に結合されたキャパシタンスは、前記電気エネルギ源が前記パワーコンバータの前記入力端子から分離されたときから最大期間未満の期間のうちに、前記スイッチによってしきい電圧に放電され、前記制御回路は、前記第１の動作モードにおいて高い平均インピーダンスを有するように前記スイッチを駆動するように結合される、回路。
前記スイッチは、前記回路の始動局面中に、前記回路の動作のための開始電流を提供するように結合される、請求項１に記載の回路。
前記パワーコンバータの出力は、電気的、光学的または機械的エネルギを提供するように結合される、請求項１に記載の回路。
前記スイッチは、スタンバイ状態を提供するようにオフ状態に駆動される、請求項１に記載の回路。
前記スイッチは、力率改善制御回路の機能を実行するように駆動される、請求項１に記載の回路。
前記最大期間は、前記電気エネルギ源が前記パワーコンバータの前記入力から分離される前の前記パワーコンバータの入力と前記パワーコンバータの出力との間のエネルギの流れの量の影響を受けない、請求項１に記載の回路。
前記回路を通る電流の流れは、前記第１の動作モードでは３０μＡ未満である、請求項１に記載の回路。
回路であって、
パワーコンバータの入力に結合された制御回路を備え、前記制御回路は、電気エネルギ源が前記パワーコンバータの前記入力の入力端子間に結合されたかどうかを検知するために結合され、前記回路はさらに、
前記制御回路に結合され、かつ、前記パワーコンバータの前記入力の前記入力端子に結合されたスイッチを備え、前記制御回路は、前記電気エネルギ源が前記パワーコンバータの前記入力の前記入力端子間に結合されたときに高い平均インピーダンスを有するように前記スイッチを駆動するように結合され、前記制御回路は、前記電気エネルギ源が前記パワーコンバータの前記入力の前記入力端子から分離されたときから最大期間未満の期間のうちに、前記パワーコンバータの前記入力の入力端子間に結合されたキャパシタンスをしきい電圧未満に放電するように前記スイッチを駆動するように結合され、
前記スイッチは、前記回路の始動局面中に、前記回路の動作のために前記スイッチを通って流れる開始電流を提供するように結合されて構成される、回路。
前記パワーコンバータの前記入力の前記入力端子間に結合された前記キャパシタンスは、１つ以上のＸキャパシタを備える、請求項１または８に記載の回路。
前記制御回路および前記スイッチは、集積回路に含まれる、請求項１または８に記載の回路。
前記スイッチは、前記パワーコンバータの整流回路の出力の両端に結合される、請求項１または８に記載の回路。
前記電気エネルギ源は、交流電圧源である、請求項８に記載の回路。
前記パワーコンバータは、ブーストコンバータ、フライバックコンバータ、フォワードコンバータ、ＬＬＣコンバータのうちの１つである、請求項１に記載の回路。
前記しきい電圧は、安全超低電圧（ＳＥＬＶ）レベルである、請求項１に記載の回路。