(57)【要約】【課題】方法は電力供給器のエネルギ転送要素に含まれるシールド巻線の巻数を計算することを含む。【解決手段】当該計算は、電力供給器の入力導体において低ノイズ電流を得るようになされる。この方法はさらに、シールド巻線についての巻数を増加させることと、電力供給器を動作させることと、実質的にノイズ電流を低減するようシールドインピーダンスの値を調節することとを含む。装置は、エネルギ転送要素とシールドインピーダンスとを有する電力供給器を含む。このエネルギ転送要素は、エネルギ転送要素の外側で終端する端部を有するシールド巻線を含む。シールドインピーダンスは、シールド巻線の当該外側で終端する端部と電力供給器の入力導体との間に結合される。シールドインピーダンスは、入力導体においてノイズ電流を実質的に低減するようゼロではない有限のインピーダンス値を有する。【選択図】図２
2010115107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
方法であって、
電力供給器のエネルギ転送要素に含まれるシールド巻線の巻数を計算することを含み、前記シールド巻線の前記巻数は、前記電力供給器が前記電力供給器の入力導体において低いノイズ電流を有するよう計算され、前記方法はさらに、
前記シールド巻線についての巻数を前記計算された巻数より大きくなるように増加させることと、
前記電力供給器を動作させることと、
前記入力導体における前記ノイズ電流を実質的に低減させるよう、前記シールド巻線と前記電力供給器の入力導体との間に結合されるインピーダンスの値を調節することとを含む、方法。
【請求項２】
前記シールド巻線についての巻数を前記計算された巻数よりも大きくなるように増加させることは、ゼロのインピーダンス値で動作する電力供給器のために、前記電力供給器の入力導体における前記ノイズ電流を増加させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電力供給器の前記入力導体において低いノイズ電流を達成するよう前記シールド巻線の前記巻数を計算することは、ゼロのインピーダンス値で動作する電力供給器のために、前記電力供給器の入力導体において実質的にゼロのノイズ電流を達成するよう前記シールド巻線の巻数を計算することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記インピーダンスの値を調整することは、
前記電力供給器の前記入力導体と出力導体との間の電圧波形を観察することと、
前記シールド巻線と前記電力供給器の入力導体との間に結合される前記インピーダンスの値を、前記電圧波形が極性を反転させるまで調節することとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記電圧波形が極性を反転させた後、前記電圧波形の振幅を低減するよう前記インピーダンスの値を調節することをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記電圧波形の振幅を低減するよう前記インピーダンスの値を調節することは、前記電力供給器の入力導体において実質的にゼロのノイズ電流を達成するよう前記インピーダンスの値を調節することを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記電圧波形が極性を反転させた後、前記電圧波形の振幅が最も低い振幅になるまで前記インピーダンスの値を調節することをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記入力導体と前記出力導体との間の前記電圧波形を観察することは、前記シールド巻線と前記入力導体との間に結合される前記インピーダンスなしで前記電圧波形を観察することを含み、前記方法はさらに、前記電圧波形の観察の後で、前記シールド巻線と前記入力導体との間に前記インピーダンスを挿入することをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記シールド巻線の前記計算された巻数は１０未満であり、前記巻数を増加させることは、約１または２だけ巻数を増加させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記シールド巻線の前記計算された巻数が１０より多く、前記巻数を増加させることは前記巻数を約１０％から約２０％の範囲で増加させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記計算された巻数を有するシールド巻線は第１の電圧を作り出し、前記増加された巻数を有するシールド巻線は第２の電圧を作り出し、前記第２の電圧は前記第１の電圧より大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
シールド電流を実質的に一次ノイズ電流と等しくする量だけ前記第２の電圧を低減するよう前記インピーダンスの値を調節することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
低いノイズ電流を達成するよう前記シールド巻線の巻数を計算することは、前記エネルギ転送要素の電力巻線における巻数と同様の巻数を有するよう前記シールド巻線を設計することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記エネルギ転送要素は、前記エネルギ転送要素に対して外部からアクセス可能なシールド端子を含み、前記インピーダンスは、前記シールド端子と前記電力供給器の入力導体との間に結合される、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記入力導体および前記出力導体は前記電力供給器の非スイッチング導体である、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
電力供給器であって、
第１の端部と第２の端部とを有するシールド巻線を含むエネルギ転送要素を含み、前記第１の端部は前記エネルギ転送要素に対して内側で終端され、前記第２の端部は、前記エネルギ転送要素に対して外側で終端され、前記電力供給器はさらに、
前記シールド巻線の前記第２の端部と前記電力供給器の入力導体との間に結合されるシールドインピーダンスを含み、前記入力導体においてノイズ電流を実質的に減少させるよう、前記シールドインピーダンスはゼロでない有限のインピーダンス値を有する、電力供給器。
【請求項１７】
前記エネルギ転送要素はさらに、
第１の外部端子と、
第２の外部端子と、
前記第１の外部端子と前記第２の外部端子との間に結合される電力巻線と、
前記シールド巻線の前記第２の端部に結合される第３の外部端子とを含み、前記シールドインピーダンスは、前記第３の外部端子と前記入力導体との間に結合される、請求項１６に記載の電力供給器。
【請求項１８】
前記入力導体は前記電力供給器の非スイッチング導体である、請求項１６に記載の電力供給器。
【請求項１９】
前記シールド巻線は平衡巻線を含む、請求項１６に記載の電力供給器。
【請求項２０】
前記シールド巻線は相殺巻線を含む、請求項１６に記載の電力供給器。
【請求項２１】
前記シールド巻線は平衡巻線と相殺巻線とを含む、請求項１６に記載の電力供給器。
【請求項２２】
前記シールドインピーダンスはキャパシタを含む、請求項１６に記載の電力供給器。
【請求項２３】
前記電力供給器はａｃ−ｄｃ電力供給器である、請求項１６に記載の電力供給器。
【請求項２４】
前記シールド巻線は電圧を作り出し、前記シールドインピーダンスの値は、シールド電
流を実質的に一次ノイズ電流と等しくする量だけ前記電圧を低減するよう構成される、請求項１６に記載の電力供給器。
【請求項２５】
前記シールドインピーダンスを有する前記電力供給器の前記入力導体と出力導体との間で観察される電圧波形は、前記シールドインピーダンスが取除かれた場合に前記入力導体と前記出力導体との間で観察される電圧波形の極性の反転したものである、請求項１６に記載の電力供給器。
【請求項２６】
前記シールドインピーダンスを有する前記電力供給器の前記入力導体と出力導体との間で観察される前記電圧波形の振幅は、前記電圧波形の最も小さい振幅である、請求項２５に記載の電力供給器。
【請求項２７】
前記シールド巻線は、シールドインピーダンスの値がゼロである電力供給器においてノイズ電流を実質的にゼロに低減するよう構成される第１の巻数を有し、前記シールド巻線は、前記シールドインピーダンスの値がゼロである前記電力供給器においてゼロよりも大きくなるように前記ノイズ電流を増加させるよう構成される付加的な第２の巻数を有する、請求項１６に記載の電力供給器。
【請求項２８】
前記エネルギ転送要素の前記シールドインピーダンスは、前記シールド巻線における前記付加的な第２の巻数の増加されたノイズ電流を実質的に低減するよう構成されるゼロではない有限のシールドインピーダンス値を有する、請求項２７に記載の電力供給器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
この開示は一般的には電力供給器に関し、特定的には、電力供給器をスイッチングする際においてコモンモードノイズ電流を低減させるための方法および装置に関するが、これらに限定されない。
【背景技術】
【０００２】
背景情報
携帯電話、携帯情報端末（personal digital assistants；ＰＤＡ）、ラップトップなどといった多くの電気装置はｄｃ電力源を必要とする。電力は通常高電圧のａｃ電力として壁の差込口から供給されるので、この高電圧のａｃ電力を、多くの電気機器のために利用可能なｄｃ電力に変換するために、典型的には電力供給器と呼ばれる装置が必要になる。さらに、電力供給器はしばしば、安全機関の要件に合致するよう、あるタイプの電気的絶縁を高電圧ａｃ電力源とｄｃ電力との間に与えなければならない。利用可能なｄｃ電力は、電力供給器によって装置に直接的に与えられ得るか、または、再充電可能なバッテリを充電し、当該バッテリが立ち代わって装置にエネルギを与えるよう用いられ得る。しかし、バッテリは蓄積したエネルギが尽きると充電が必要となる。動作において、電力供給器は、コントローラを用いて、負荷とも一般的に呼ばれ得る電気装置に供給される出力電力を調節し得る。このコントローラは、負荷へのエネルギの転送を調節する。一例では、コントローラは、電力スイッチを制御して、センサからのフィードバック情報に応答してオンおよびオフに切換え、高電圧ａｃ電源から出力へとエネルギパルスを転送し得る。
【０００３】
電力供給器におけるすべての導体は、電界を通って、電力供給器の外部のスペースに電気的に結合される。電界における任意の２つの点の間には電圧差が存在する。したがって、電力供給器におけるすべての導体と、当該電力供給器の外側の任意の基準位置との間の電圧が存在する。この任意の基準位置はしばしば、アースグランドと呼ばれ、ときに単純にアースまたはグランドと呼ばれる。導体とアースとの間の電圧は、正、負、またはゼロであり得る。
【０００４】
電界および関連する電圧の結合は、電気回路において、典型的に浮遊容量として示される。導体とアースとの間の電圧が値を変化させると、当該電圧は、浮遊容量において、導体をアースに結合する変位電流を作り出す。大きな割合の電圧変化により、かなりの変位電流が作り出され得る。この変位電流と呼ばれる電流は伝導電流と異なる。変位電流は、空間において、導体における電荷の動きと均等である変化する電界である。導体における電荷の動きである電流は伝導電流と呼ばれる。
【０００５】
ｄｃ電流は、時間に対して一定の値を有する。対照的に、ａｃ電流は時間とともに変動する値である。一般的な電流はｄｃ電流とａｃ電流との合計であり得る。伝導電流は、ｄｃ電流とａｃ電流との合計であり得る。しかしながら、変位電流はただａｃ電流のみである。なぜならば、ａｃ電流は変化する電界に対して均等であるからである。
【０００６】
電流は閉路の中を流れる。言い換えれば、ある場所を離れるすべての電流について、同じ場所に戻る同じ大きさの電流が必ず存在する。この閉路の法則は、変位電流および伝導電流の両方に当てはまる。ある電流閉路は、変位電流および伝導電流の両方を含み得る。
【０００７】
電力供給器は典型的に、規制機関によって指定された制限に合致するよう、その入力導体においてノイズ電流を制限しなければならない。２つ以上の導体において同時に同じ大
きさおよび方向（電力供給器に向かう方向または電力供給器から離れる方向）を有する電流は、コモンモード電流と呼ばれる。２つの導体において、大きさが同じであるが方向が異なる電流は差動電流と呼ばれる。
【０００８】
入力導体におけるコモンモード電流は一般的に、電力供給器が受取る電力に寄与しないノイズ電流である。その一方、入力電圧源によって与えられる差動電流は、電力供給器が受取る電流を供給する。コモンモード電流は主に、電力供給器における高電圧の高速スイッチングから発生する。変化する電圧によって作り出される変位電流は、電力供給器の入力導体を含む路上のその元々の場所に戻るので、規制機関によって制限されるノイズ電流に寄与する。
【０００９】
コモンモード電流を低減する１つの方法は、入力導体に誘導的な構成要素を配置することである。これらの構成要素はときに、コモンモードインダクタまたはコモンモードチョークと呼ばれる。コモンモードインダクタは、共通の磁心上に２つ以上の巻線を有する。当該磁心において、巻線は入力導体にて、同じ方向に流れるコモンモードノイズ電流に対して対抗し、その一方電力供給器に電力を与える差動電流には取るに足らないほどの対抗しか与えない。入力導体におけるコモンモードインダクタの利用に対する好ましい代替例は、電力節約の目的のために電力供給器に既に存在するエネルギ転送要素に特別の巻線を加えることである。
【００１０】
電力供給器におけるエネルギ転送要素は、ときにトランスフォーマと呼ばれ、磁心上に複数の巻線を有する誘導的な構成要素である。動作の間、当該トランスフォーマは電力供給器の入力側（一次側と呼ばれる）と電力供給器の出力側（二次側と呼ばれる）との間でのエネルギの転送を可能にする。トランスフォーマはさらに、電力供給器の入力と出力との間にガルバニック絶縁を与える。ガルバニック絶縁は、入力導体と出力導体との間をｄｃ電流が流れるのを防止する特性である。電力変換のために必要な巻線は電力巻線である。「特別な巻線」は、電力変換機能に関与しない付加的な巻線である。シールディング機能および電力変換機能の両方を与え得る巻線は、たとえば制御回路の構成要素を動作させるようバイアス電圧を与えるバイアス巻線であり、特別な巻線ではなく電力巻線と考えられる。
【００１１】
特別な巻線はしばしば、平衡巻線および相殺巻線と呼ばれる。これらはときに、シールド巻線の一般的なカテゴリ内に含まれ、動作するために電力供給器に必要とされる電力変換巻線とは異なる。特別な巻線の目的は、電力供給器の入力導体を含まない路への変位電流を制限することである。変位電流がエネルギ転送要素内に残り、均等な伝導電流がエネルギ転送要素の端子をはるかに超えないことが望ましい。これらの特別な巻線は、適切な位置に適切な強度で電界を導入し、所望の路を取るように変位電流を導くことによりそれらの目的を達成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
電力供給器においてコモンモード電流を低減する目的のためにシールド巻線を含むエネルギ転送要素を設計および構成する周知の方法が開発されてきた。これらの方法は、当該エネルギ転送要素の巻線の巻数が少ない場合に困難に直面する。これらの従来の方法は、シールド巻線が電力変換巻線の巻数に近い整数の巻数を有する場合に最も効果的である。
【００１３】
出力電圧に対する入力電圧の比が非常に大きいまたは非常に小さい電力供給器への適用の場合、電力巻線は１または２の巻数と同じぐらい少ない巻数しか有し得ない。このような場合、従来のシールド巻線に、変位電流の所望な低減を達成するのに必要な巻数を与えることは不可能となり得る。シールド巻線が作り出す電界が小さすぎる場合、当該巻線は
あまり効果的ではなくなる。シールド巻線が作り出す電界が大きすぎる場合、この巻線は、コモンモード電流の減少ではなく増加を引起し得る。
【００１４】
この発明の非限定的かつ非網羅的な実施例が以下の図面を参照して記載される。さまざまな図を通じて、別の態様で特定されていなければ、同様の参照符号は同様の部分を指す。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の教示に従った例示的なａｃ−ｄｃ電力供給器を示す概略図である。
【図２】本発明の教示に従った例示的なエネルギ転送要素の中における浮遊キャパシタンスおよびノイズ電流をより詳細に示す、図１のａｃ−ｄｃ電力供給器の例示的な部分の概略図である。
【図３】本発明の教示に従った、例示的な電力供給器における例示的な電圧および電流を示す例示的な簡略化された電気回路モデルの概略図である。
【図４】本発明の教示に従った例示的な方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
詳細な説明
エネルギ転送要素において変位電流を調節するための方法および装置の例をここで記載する。以下の記載では、多くの具体的な詳細が記載され、実施例の完全な理解を提供する。しかしながら、当業者ならば、これらの具体的な詳細の１つ以上なくても、または他の方法、構成要素、材料などを用いて、ここで記載した技術が実施され得るということを認識するであろう。別の例では、周知の構造、材料、または動作はある局面を不明確にするのを避けるよう詳細には示されないか、または記載されない。
【００１７】
この明細書を通じて、「一実施例」、「実施例」、「一例」または「例」に対する参照は、実施例または例と関連し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ということを意味する。したがって、「一実施例では」、「ある実施例では」、「一例」、または「ある例」という、この明細書を通じてさまざまな場所に現れるこれらのフレーズは、必ずしも同じ実施例または例をすべて指しているわけではない。さらに、これらの特定の特徴、構造、または特性は１つ以上の実施例または例において任意の好適なコンビネーションおよび／またはサブコンビネーションで組合されてもよい。さらに、ここで与えられる図面は、当業者への説明目的のためであり、当該図面は必ずしも尺度決めされて描かれているわけではないということが理解される。
【００１８】
図１における例示的な概略図１００は、本発明の教示に従って、電力供給器１００の要素、電圧、および電流を示す。一般的な浮遊インピーダンスＺPE  １４２、ＺTE  １５０、およびＺSE  １５４は、電力供給器１００のさまざまな部分とアース基準１５６との間の結合を示す。浮遊インピーダンスＺPE  １４２、ＺTE  １５０、およびＺSE  １５４は、典型的にはキャパシタンスによって占められるが、同様に誘導および抵抗要素を含んでもよい。図１に示される電流（たとえば１０６および１０８）はノイズ電流である。図１は、電力供給器１００によって受取られるとともに供給される電力に寄与する電流を示していない。
【００１９】
図１の例に示されるように、ａｃ入力電圧ＶACは、ライン端子１０２と中性端子１０４との間の電力供給器１００の入力に加えられる。全波ブリッジ整流器１０５が、このａｃ入力電圧ＶACを受取り、ｄｃ入力キャパシタ１１２上にてｄｃ入力電圧ＶDC  １１４を作り出す。一例では、ｄｃ入力キャパシタ１１２の導体は電力供給器１００の入力導体と考えられる。ｄｃ入力電圧ＶDC  １１４は電力巻線（すなわち、エネルギ転送要素１１６の一次巻線１１８）とスイッチＳ１  １４４に結合される。一例では、スイッチＳ１  １４
４はコントローラ回路の制御の下で開閉する。コントローラ回路は、この発明の特徴を不明確にするのを避けるよう示されていない。
【００２０】
エネルギ転送要素１１６は、エネルギ転送要素の内側の巻線を終端させる内部終端部を有し、エネルギ転送要素の外部の巻線を終端させる外部終端部を有する。内部端子は、エネルギ転送要素の外部の回路に伝導電流を運ばず、当該回路から伝導電流を運ばない。内部終端部は、エネルギ転送要素の外側からはアクセス可能である必要はない。外部終端部は、エネルギ転送要素の外側からアクセス可能である。外部終端部は、エネルギ転送要素の外側の回路に伝導電流を運ぶか、または当該回路から伝導電流を運ぶ。一例では、外部終端部は、トランスフォーマの外部の回路に伝導電流を運ぶかまたは当該回路から伝導電流を運ぶトランスフォーマの外部のピン、ポスト、またはパッドであってもよい。一例では、内部端子が、トランスフォーマの外部の回路に伝導電流を運ばないかまたは当該回路から伝導電流を運ばないトランスフォーマの外部ピン、ポスト、またはパッドに機械的に結合され得る。トランスフォーマの製造において、トランスフォーマの外部ピン、ポスト、またはパッドを用いて、伝導電流を運ばないことになる巻線の一端を固定するのがときに便利である。このような終端部は、この開示において内部終端部である。図１は、巻線１１８が、２つの外部終端部（すなわち、端子１０１および端子１０３）を有し、巻線１２０が１つの内部終端部と１つの外部終端部１１７とを有し、巻線１２２が１つの内部終端部と１つの外部終端部１１７とを有し、巻線１２４が２つの外部終端部（すなわち端子１０７および端子１０９）を有することを示す。
【００２１】
エネルギ転送要素１１６の二次巻線１２４は整流器１２８に結合され、負荷１３４による使用のために出力キャパシタ１３０上に出力電圧ＶO  １３２を作り出す。エネルギ転送要素１１６は、高い透磁率を有する材料のコア１２６を含む。一例では、コア１２６の材料はフェライトである。巻数がＮＰである一次巻線１１８と巻数がＮSである二次巻線１２４とに加えて、エネルギ転送要素１１６は巻数がＮPである平衡巻線１２０と、巻数がＮCである相殺巻線１２２とを含む。「平衡」および「相殺」という用語は、エネルギ転送要素１１６内の電界に対するシールド巻線（すなわち平衡巻線１２０および相殺巻線１２２）の動作をさらに示すとともに、異なるタイプのシールド巻線の存在を認識するようこの開示において用いられる。
【００２２】
図１に示された例では、平衡巻線１２０の一端と相殺巻線１２２の一端とが外部端子（たとえば外部終端部１１７）にて結合される。外部終端部１１７は、エネルギ転送要素１１６の外部であるシールドインピーダンスＺSHIELD  １１０の一端に結合される。シールドインピーダンスＺSHIELD  １１０の他端は、一次巻線１１８の非スイッチング端部に結合される。他の例では、シールドインピーダンスＺSHIELD  １１０は、シールド巻線の外部終端部と、たとえばｄｃ入力キャパシタ１１２のいずれかの端部のようなスイッチングではない任意の入力導体との間に結合され得る。
【００２３】
スイッチＳ１  １４４のスイッチングにより、スイッチング電圧ＶS１  １４６が作り出される。このスイッチング電圧ＶS１  １４６は、浮遊インピーダンスＺPE  １４２、ＺTE  １５０、およびＺSE  １５４においてそれぞれノイズ電流ＩCM  １４０、ＩTE  １４８、およびＩSE  １５２を作り出す。浮遊インピーダンスは一般的には、キャパシタンス、インダクタンス、および抵抗を含み得る。電流ＩCM  １４０、ＩTE  １４８、およびＩSE  １５２といったノイズ電流と当該ノイズ電流の路とを作り出す結合の性質は、この開示において以下で詳細が説明された後で明らかとなるであろう。
【００２４】
図１を引続き参照して、浮遊インピーダンスＺPE  １４２におけるノイズ電流ＩCM  １４０は、入力導体１６０におけるノイズ電流ＩCML  １０６と、中性入力導体１６２におけるノイズ電流ＩCMN  １０８とを形成するよう分割する。高周波数のノイズ電流に対し
て短絡回路として本質的に電圧源が現れ、これによりライン端子１０２および中性端子１４０が本質的にノイズ電流ＩCM  １４０に対して共通になる。したがって、一例では、ノイズ電流ＩCM  １４０はノイズ電流ＩCML  １０６とノイズ電流ＩCMN  １０８との合計である。
【００２５】
ノイズ電流ＩCM  １４０は、回路構成要素の値によって、浮遊インピーダンスＺTE  １５０におけるノイズ電流ＩTE  １４８、浮遊インピーダンスＺSE  １５４におけるノイズ電流ＩSE  １５２、および外部シールドインピーダンスＺSHIELD  １１０におけるノイズ電流ＩSHIELD  １３８に関係付けられる。これにより、外部シールドインピーダンスＺSHIELD  １１０の両端に亘って電圧ＶZSH  １３６が作り出される。一例では、回路構成要素の値は、ノイズ電流ＩCM  １４０の大きさを、規制要件に合致するレベルにまで低減するように選択される。
【００２６】
構成要素のいくつかの値は、電力節約のための要件によって固定され、浮遊量の値は通常設計者の管理下にないが、構成要素の他の値は、電力節約機能に実質的に影響を与えることなくノイズ電流ＩCM  １４０の大きさに影響を与えるよう広い範囲に亘って調節され得る。たとえば、平衡巻線１２０の巻数ＮB、相殺巻線１２２の巻数ＮC、および外部シールドインピーダンスＺSHIELD  １１０の値は、設計者の裁量で、ノイズ電流ＩCM  １４０を受入可能なレベルにまで低減するよう調節され得る。
【００２７】
図２は、エネルギ転送要素１１６内における、浮遊キャパシタンスおよびノイズ電流の付加的な詳細とともに、図１の部分を示す概略図２００である。図２において明らかであるのは、一次巻線１１８上の電圧ＶP、平衡巻線１２０上の電圧ＶB、平衡巻線１２２上の電圧ＶC、および二次巻線１２４上の電圧ＶSの極性である。巻線１１８、１２０、１２２、および１２４上の電圧の大きさは、当業者にはわかるように、当該巻線上の巻数の比に比例する。したがって、巻線１１８、１２０、１２２、および１２４上の電圧の波形は、同じ形状を有し、すべての巻線上において同時に遷移が起こる。
【００２８】
図２はさらに、巻線１１８、１２０、１２２、および１２４と、コア１２６と、浮遊インピーダンスＺTE  １５０とをアース基準１５６に結合するエネルギ転送要素１１６の内部浮遊キャパシタンス２２０、２３０、２４０、および２５０を示す。図２から、エネルギ転送要素１１６の巻線上のスイッチング電圧が、アースに対する浮遊キャパシタンス２２０、２３０、２４０、および２５０ならびに浮遊インピーダンスＺTE  １５０を含む閉路においてどのように変位電流および伝導電流を作り出すことができるか容易にわかる。たとえば、一次巻線１１８上の電圧ＶPは、変位電流としてキャパシタンス２２０を通過する伝導電流ＩPE  ２１０を作り出し得、これにより変位電流ＩTE  １４８に寄与するとともに変位電流ＩCM  １４０により戻る。キャパシタンス２２０、２３０、２４０、および２５０は、エネルギ転送要素１１６の構造に亘って変位電流を結合する実際の分散キャパシタンスの集中したものを示すということが理解される。
【００２９】
図３は、図２に示される電力供給器１００の部分の単純な電気回路モデル３００の一例である。電圧源３３０、３２０、３１０、および３４５はそれぞれ、エネルギ転送要素１１６の巻線１１８、１２０、１２２、および１２４上の電圧を示す。キャパシタ３３５、３２５、３１５、および３４０はそれぞれ、エネルギ転送要素１１６の浮遊キャパシタンス２２０、２３０、２４０、および２５０を示す。
【００３０】
図３は、電力供給器の入力上の非スイッチング導体と、電力供給器の出力上の非スイッチング導体との間で計測される電圧である電圧ＶPS  ３０５を特定する。たとえば、ＶPS
３０５は、ｄｃ入力キャパシタ１１２の一端と、図１における出力キャパシタ１３０の一端との間の電圧であり得る。
【００３１】
図３の回路モデルの分析は、十分な大きさの電圧源ＶB  ３２０およびＶC  ３１０について、ノイズ電流ＩCM  １４０をゼロにするよう外部シールドインピーダンスＺSHIELD  １１０の値が調節され得るということを示す。一例では、シールド巻線は、エネルギ転送要素に対して内部の一次巻線１１８に結合されるシールド巻線１２０および１２２を有する従来の構成のために必要とされる電圧よりも高い電圧を作り出すよう設計される。図２の例では、外部シールドインピーダンスＺSHIELD  １１０は、シールド電流ＩSHIELD  １３８を一次ノイズ電流ＩPE  ２１０と実質的に等しくするのに必要な量である電圧ＶZSH
１３６だけ、シールド巻線からのより高い電圧を低減する。
【００３２】
図３は、一次巻線１１８の巻数ＮPよりも二次巻線１２４の巻数ＮSがはるかに小さい実際の場合の電圧ＶPS  ３０５の波形の例を含む。ノイズ電流ＩCM  １４０を実質的にゼロにするよう外部シールドインピーダンスＺSHIELD  １１０を調節するために電圧ＶPSの波形が用いられ得るということが、回路モデルの分析または検討のいずれかからわかり得る。
【００３３】
外部シールドインピーダンスＺSHIELD  １１０が無限であり、これによりノイズ電流ＩCM  １４０から電圧源ＶB  ３２０およびＶC  ３１０の影響を効果的に取除く場合、電圧ＶPS  ３０５の波形は電圧源３３０、３２０、３１０、および３４５上の電圧源ＶP，ＶB，ＶCおよびＶｓの波形の負の値にそれぞれなる。電圧源３２０および３１０上の電圧源ＶBおよびＶCが十分に大きい場合、外部シールドインピーダンスＺSHIELD  １１０の有限値はシールド電流ＩSHIELD  １３８を実質的に一次ノイズ電流ＩPE  ２１０と等しくするよう選択され得、これによりノイズ電流ＩCM  １４０を実質的にゼロにする。ノイズ電流ＩCM  １４０がゼロの場合、電圧ＶPS  ３０５は、浮遊インピーダンスＺSE  １５４およびＺTE  １５０の値に依存するとともにＶSに比例する波形を有する、ゼロとＶSとの間の値である。
【００３４】
実質的にゼロのノイズ電流ＩCM  １４０に対応する値から、外部シールドインピーダンスＺSHIELD  １１０の値のさらなる低減により、ノイズ電流ＩCM  １４０が負の方向に増加することになり、さらにＶSに比例する波形で電圧ＶPS  ３０５の大きさが増加する。したがって、電圧ＶPS  ３０５の波形は、電流の直接的な計測なしに、実質的にゼロのノイズ電流ＩCM  １４０を達成するよう実験的に外部シールドインピーダンスＺSHIELD  １１０の値を調節するのに有用である。
【００３５】
所望より高い外部シールドインピーダンスＺSHIELD  １１０の値は、電圧ＶP、ＶB，ＶC、およびＶSの波形と反対の極性である電圧ＶPS  ３０５についての波形を作り出す。所望より低い外部シールドインピーダンスＺSHIELD  １１０の値は、電圧ＶPS  ３０５について、電圧ＶP、ＶB，ＶC、およびＶSの波形と同じ極性である波形を作り出す。本発明の教示に従うと、外部シールドインピーダンスＺSHIELD  １１０の所望の値は、電圧ＶPS  ３０５について、反対の極性の波形を作り出す２つの値の間に存在し得る。さらに、シールドインピーダンスＺSHIELD  １１０についての好ましい値は、電圧ＶPS  ３０５の最小の大きさを導き得る。
【００３６】
外部シールドインピーダンスＺSHIELD  １１０の所望の値は、実質的にゼロのインピーダンスで起こる大きさと、実質的に無限のインピーダンスで起こる大きさとから、入力導体（たとえば入力導体１６０および１６２）におけるコモンモードノイズ電流を実質的に低減するゼロではない有限値である。
【００３７】
一例では、外部シールドインピーダンスＺSHIELD  １１０の所望の値は、キャパシタを用いて実現される。当業者ならば、キャパシタの値が低いほどインピーダンスの値が高く
なるということを理解するであろう。言い換えれば、より小さい値のキャパシタンスはより大きなインピーダンスを有する。外部シールドインピーダンスＺSHIELD  １１０の所望の値には、電圧ＶPS  ３０５の波形が極性を反転させるまで、インピーダンスの値を徐々に増加させるまたは徐々に減少させることのいずれかによって到達され得るということが理解される。
【００３８】
図４は、本発明の教示に従った、エネルギ転送要素１１６といったエネルギ転送要素において変位電流を調節する方法の例を示すフロー図４００である。ブロック４０５において開始した後、ブロック４１０において、低ノイズ電流のためにシールド巻線を有するエネルギ転送要素を設計する技術が用いられる。一例では、エネルギ転送要素の設計は、エネルギ転送要素のシールド巻線について巻数を計算することを含む。たとえば、あるシールド巻線についての巻数は、シールドインピーダンスがない電力供給器（たとえばゼロに等しいシールドインピーダンス値）が約ゼロのノイズ電流で動作するように計算され得る。これらの技術は、たとえば、パワーインテグレーション社（Power Integrations, Inc.）、サンノゼ（San Jose）、カリフォルニア（California）から入手可能なＰＩエキスパート・デザインソフトウェア・スイート（PI Expert Design Software Suite）v.6.6におけるＰＩトランスフォーマ・デザイナーツール（PI Transformer Designer tool）といったソフトウェアツールにおいて自動化され得る。
【００３９】
しかしながら、シールド巻線について計算された巻数が小さい（たとえば１０未満）ならば、シールド巻線における巻数をただ調節するだけではノイズ電流をなくすことは難しい場合がある。したがって、ブロック４１５では、シールド巻線の巻数が、確立された技術により計算された数を超えて増加される。１０未満の巻数の場合、典型的には１回または２回の巻の増加で十分である。１０より多い巻数の場合、典型的には１０％と２０％との間の増加で十分である。シールドインピーダンスのない電力供給器（たとえばゼロに等しいシールドインピーダンス値）の場合、シールド巻線における巻数の増加はノイズ電流の増加を引起し得る。したがって、ここで開示される例に従ったシールド巻線は、シールドインピーダンス値がゼロである電力供給器においてノイズ電流を実質的にゼロに低減するよう構成される第１の巻数を含み得る。さらに、このシールド巻線は、シールドインピーダンス値がゼロである電力供給器においてゼロより大きくノイズ電流を増加させるよう構成される付加的な第２の巻数を有し得る。このシールド巻線における巻数の増加によるノイズ電流の増加は、シールドインピーダンスの追加および調整（後述する）により、後で低減または除去され得る。
【００４０】
次いでブロック４２０では、エネルギ転送要素が、当該エネルギ転送要素のシールド端子にてシールド巻線の一端が外部からアクセス可能になるように構成される。ブロック４２５では、電力変換器がエネルギ転送要素と共に動作される。ブロック４３０では、電力供給器の入力および出力間の電圧の波形がシールド端子開回路により観察される。
【００４１】
ブロック４３５では、インピーダンス要素が、電圧波形が観察されている間に、電力供給器のシールド端子と入力導体との間に挿入される。インピーダンスは、この電圧波形が極性を反転し、シールド端子開回路と反対の極性になるまで小さな増加量で変化される。一例では、インピーダンス要素キャパシタである。他の例では、外部シールドインピーダンスＺSHIELD  １１０は、抵抗器、キャパシタ、およびインダクタといった異なるタイプの要素のネットワークを含んでもよい。
【００４２】
ブロック４４０では、インピーダンスは、シールド端子開回路とは反対の極性を有する電圧波形の最も低い振幅を与えるよう複数の許容値から選択される。このプロセスはブロック４４５において完了し得る。
【００４３】
要約書において記載されたものを含む、この発明の例示的な実施例の上記の記載は、この発明を開示されたそのままの形態に制限または限定するよう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この発明についての例はここでは例示的な目的のために記載されるが、当業者が認識するであろうように、この発明の範囲内でさまざまな修正例が可能である。
【００４４】
これらの修正例は、上記の詳細な説明に鑑みて、この発明に対してなされ得る。特許請求の範囲において用いられる用語は、当該明細書において開示される具体的な実施例にこの発明を限定するよう解釈されるべきではない。そうではなく、この発明の範囲は特許請求の範囲によって全体的に決定されるべきであり、特許請求の範囲は確立された請求項の解釈の原則に従って解釈されることになる。
【符号の説明】
【００４５】
１００  電力供給器、１１６  エネルギ転送要素、１２０，１２２  シールド巻線、１６０，１６２  入力導体、ＩCM  １４０，ＩTE  １４８，ＩSE  １５２  ノイズ電流、ＺSHIELD  １１０  シールドインピーダンス。
【図１】
2010115107.tif 000003
【図２】
2010115107.tif 000004
【図３】
2010115107.tif 000005
【図４】
2010115107.tif 000006