(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変圧器に基づく電力変換システムであって、
一次および二次コイルを備えた小型変圧器と、
選択的に前記一次コイルを通る電流路をイネーブルおよびディスエーブルするように前記一次コイルと結合されているエネルギースイッチと、
前記エネルギースイッチの起動を制御するために前記エネルギースイッチと結合されている発振器と、
二次側回路ループからのフィードバック制御信号に応じて前記発振器を選択的にイネーブルおよびディスエーブルする、前記発振器と結合されているフィードバックスイッチと、
を具備し、
前記一次コイルは、一次側回路ループの要素の１つであり、
前記二次コイルは、前記二次側回路ループの要素の１つであり、
前記エネルギースイッチは、小型変圧器の供給電圧とグランドの間の電流路に提供される小型変圧器制御スイッチのみであり、
前記小型変圧器をわたる電力変換により確立される電圧をテストするために、前記二次側回路ループに提供されるフィードバック回路をさらに具備し、
前記フィードバック回路は、前記フィードバックスイッチへのフィードバック制御信号を生成し、
前記フィードバック回路は、
電圧比較器と、
コイルの対を有するフィードバック小型変圧器と、
を具備し、
それぞれのコイルは前記一次側および二次側回路ループのそれぞれに提供されており、
前記一次側回路ループの前記コイルは、前記フィードバックスイッチと結合されていることを特徴とする電力変換システム。
【請求項２】
前記二次側回路ループは、
前記一次側回路ループのグランドから直流的に絶縁された第２接地電位に結合されている負荷デバイスと、 
前記二次コイルを前記負荷デバイスと結合するダイオードと、
を具備することを特徴とする請求項１に記載の電力変換システム。
【請求項３】
前記エネルギースイッチおよび前記フィードバックスイッチは、双方ともトランジスタであり、
前記エネルギースイッチのトランジスタは、前記フィードバックスイッチのトランジスタよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の電力変換システム。
【請求項４】
前記フィードバック制御信号は、前記発振器の発振周波数よりも低い周波数で動作することを特徴とする請求項１に記載の電力変換システム。
【請求項５】
前記一次側回路ループは、集積回路の共通基板に提供されることを特徴とする請求項１に記載の電力変換システム。
【請求項６】
前記一次および二次コイルは、集積回路の基板層上に提供されることを特徴とする請求項１に記載の電力変換システム。
【請求項７】
前記一次コイルは、前記一次側回路ループの供給電圧に直接結合されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換システム。
【請求項８】
変圧器に基づく電力変換システムであって、
電力用変圧器により一緒に結合されている電気的に絶縁された回路ループの対を具備し、
一次側回路ループは、供給電圧から第１グランドへ延びていると共に、電力用変圧器の一次コイルと、第１電流路を選択的にイネーブルおよびディスエーブルするための単一のエネルギースイッチと、を備えている第１電流路と、
前記供給電圧から前記第１グランドへ延びていると共に、発振器と、第２電流路を選択的にイネーブルおよびディスエーブルするためのフィードバックスイッチと、を備えている第２電流路と、
を具備し、
前記エネルギースイッチの制御端子は、前記発振器の出力と結合されており、
二次側回路ループは、前記電力用変圧器の二次コイルと、負荷デバイスと、を具備し、
前記電力用変圧器にわたる電力変換により確立された電圧をテストする、前記二次側回路ループに提供されるフィードバック回路をさらに具備し、
前記フィードバック回路は、前記フィードバックスイッチへのフィードバック制御信号を生成し、
前記フィードバック回路は、
電圧比較器と、
コイルの対を備えているフィードバック小型変圧器と、
を具備し、
それぞれのコイルは、前記第１および二次側回路ループのそれぞれに提供され、
前記一次側回路ループの前記コイルは、前記フィードバックスイッチと結合されていることを特徴とする電力変換システム。
【請求項９】
前記二次側回路ループは、
前記二次コイルにより形成されるループ内に提供されるダイオードと、
前記負荷デバイスと、
をさらに具備することを特徴とする請求項８に記載の電力変換システム。
【請求項１０】
前記エネルギースイッチおよび前記フィードバックスイッチは、双方ともトランジスタであり、
前記エネルギースイッチのトランジスタは、前記フィードバックスイッチのトランジスタよりも大きいことを特徴とする請求項８に記載の電力変換システム。
【請求項１１】
前記フィードバック制御信号は、前記発振器の発振周波数よりも低い周波数で動作することを特徴とする請求項８に記載の電力変換システム。
【請求項１２】
変圧器に基づく電力変換システムであって、
一次および二次コイルを有する小型変圧器と、
前記一次コイルを通る電流路を選択的にイネーブルおよびディスエーブルする、前記一次コイルと結合されているエネルギースイッチと、
前記エネルギースイッチの起動を制御する前記エネルギースイッチと結合されている発振器と、
二次側回路ループからのフィードバック制御信号に応じて、前記発振器を選択的にイネーブルおよびディスエーブルする、前記発振器と結合されているフィードバックスイッチと、
を具備し、
前記一次コイルは、一次側回路ループの要素の１つであり、
前記二次コイルは、前記二次側回路ループの要素の１つであり、
前記一次コイルは、前記一次側回路ループの供給電圧に直接結合されており、
前記小型変圧器にわたる電力変換により確立された電圧をテストする、前記二次側回路ループに提供されるフィードバック回路をさらに具備し、
前記フィードバック回路は、前記フィードバックスイッチへのフィードバック制御信号を生成し、
前記フィードバック回路は、
電圧比較器と、
コイルの対を備えているフィードバック小型変圧器と、
を具備し、
それぞれのコイルは、前記第１および二次側回路ループのそれぞれに提供され、
前記一次側回路ループの前記コイルは、前記フィードバックスイッチと結合されていることを特徴とする電力変換システム。
【請求項１３】
変圧器に基づく電力変換システムであって、
一次および二次コイルを備えている小型変圧器を具備しており、
前記一次および二次コイルのそれぞれは、それぞれのコイルをサブコイルの対に分けるセンタータップを有しており、
前記一次コイルは、一次側回路ループの要素の１つであり、
前記二次コイルは、二次側回路ループの要素の１つであり、
前記一次側回路ループは、
供給電圧から第１グランドへ延びていると共に、それぞれ前記一次コイルのサブコイルと、電流路を選択的にイネーブルおよびディスエーブルするための単一のエネルギースイッチと、を備えている第１及び第２電流路と、
前記供給電圧から前記第１グランドへ延びていると共に、発振器と、第３電流路を選択的にイネーブルおよびディスエーブルするフィードバックスイッチと、を備えている第３電流路と、
前記エネルギースイッチのそれぞれに結合されている出力対を備えている前記発振器と、
を具備し、
前記二次側回路ループは、
前記小型変圧器の二次コイルと、
負荷デバイスと、
を具備し、
前記小型変圧器をわたる電力変換により確立される電圧をテストするために、前記二次側回路ループに提供されるフィードバック回路をさらに具備し、
前記フィードバック回路は、前記フィードバックスイッチへのフィードバック制御信号を生成し、
前記フィードバック回路は、
電圧比較器と、
コイルの対を備えているフィードバック小型変圧器と、
を具備し、
それぞれのコイルは、前記一次側および二次側回路ループのそれぞれに提供されており、
前記一次側回路ループの前記コイルは、前記フィードバックスイッチと結合されていることを特徴とする変圧器に基づく電力変換システム。
【請求項１４】
前記一次コイルのサブコイルは、前記サブコイルが電流を運ぶ場合に、互いに反対の方向の磁束を生成する向きの複数のらせん巻き線を備えていることを特徴とする請求項１３に記載の電力変換システム。
【請求項１５】
前記二次側回路ループは、
前記一次側回路ループのグランドから直流的に絶縁された第２グランド電位と結合されている負荷デバイスと、
前記二次コイルと、前記負荷デバイスと、を結合するダイオードと、
を具備することを特徴とする請求項１３に記載の電力変換システム。
【請求項１６】
前記エネルギースイッチと前記フィードバックスイッチは、双方ともトランジスタであり、
前記エネルギースイッチのトランジスタは、前記フィードバックスイッチのトランジスタよりも大きいことを特徴とする請求項１３に記載の電力変換システム。
【請求項１７】
前記フィードバック制御信号は、前記発振器の発振周波数よりも低い周波数で動作することを特徴とする請求項１３に記載の電力変換システム。
【請求項１８】
前記一次側回路ループは、集積回路の共通基板に提供されることを特徴とする請求項１３に記載の電力変換システム。
【請求項１９】
前記一次および二次コイルは、集積回路の基板層上に提供されることを特徴とする請求項１３に記載の電力変換システム。
【請求項２０】
前記一次コイルは、一次側回路ループの供給電圧に直接結合されていることを特徴とする請求項１３に記載の電力変換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気的なアイソレータに関する。より詳しくは、第１アイソレータループから第２アイソレータループへの電力転送を提供する小型変圧器（microtransformer）に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力転送のための小型変圧器の使用が、例えば、本発明と同一発明者による米国特許出願第2006/0120115A1号において開示されており、それらは参照により組み込まれている。かかる電力変換システムは、電力が供給される一次側回路ループと、電力が供給されていない他の二次側回路ループとの間で電力転送を行う電力用変圧器を具備している。前記電力用変圧器は、スイッチ制御される要素の１つであり、発振するタンク回路は、効果的に維持するために高周波数で理想的な動作をする。既知の設計（design）において、少なくとも２つの交差結合スイッチが、持続可能な発振を維持するのに必要である。前記タンクスイッチング周波数は、前記スイッチのサイズと、前記電力用変圧器の巻き線のインダクタンスにより制限される。寄生容量は、前記スイッチサイズが大きくなるにつれ増加し、前記タンクスイッチング周波数を制限する。
【０００３】
フィードバック経路は、前記一次側回路ループの動作を制御し、前記二次側回路ループに供給される電力が所定のノルム（norms）内に収まることを確実にするように、前記回路ループ間に提供されている。前記フィードバック経路は、供給電圧(VDD)から前記タンクへの電流路に備えられているフィードバックスイッチを具備している。このフィードバックスイッチは、前記回路における所望しない電力消費の原因となる。さらに、前記フィードバック経路は、所望する前記タンク回路のスイッチング周波数よりもかなり低い周波数において大体は動作する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願第2006/0120115号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電力変換効率および電力節約(conservation)は、電力変換システムのために重要な検討事項である。したがって発明者は、既知のシステムにおいてタンクスイッチング周波数を増加させ、またスイッチに基づく損失を減少させるという、小型変圧器に基づく電力変換システムの分野における必要性について認識している。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
変圧器に基づく電力変換システムは、一次および二次コイルを備えた小型変圧器と、選択的に前記一次コイルを通る電流路をイネーブルおよびディスエーブルするように前記一次コイルと結合されているエネルギースイッチと、前記エネルギースイッチの起動を制御するために前記エネルギースイッチと結合されている発振器と、前記二次側回路ループからのフィードバック制御信号に応じて前記発振器を選択的にイネーブルおよびディスエーブルする、前記発振器と結合されているフィードバックスイッチと、を具備し、前記一次コイルは、一次側回路ループの要素の１つであり、前記二次コイルは、二次側回路ループの要素の１つであり、前記エネルギースイッチは、小型変圧器の供給電圧とグランドの間の電流路に提供される小型変圧器制御スイッチのみであることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１実施形態にしたがう電力変換システムの回路図である。
【図２】本発明の他の実施形態にしたがう電力変換システムの回路図である。
【図３】本発明の一実施形態にしたがう小型変圧器の巻き線である。
【図４】本発明の一実施形態にしたがう小型変圧器である。
【図５】本発明の一実施形態にしたがう発振器の回路図である。
【図６】本発明の一実施形態にしたがう発振器の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の実施形態は、一次コイルが、単一のエネルギースイッチを具備する電流路に提供されている変圧器に基づく電力変換システムを提供する。発振器は、前記エネルギースイッチの制御入力に結合されている。この設計は、前記一次コイルにより占められている電流路に単一スイッチが提供されているため、従来の設計と比べて、スイッチに基づく損失を一定に保つ。前記設計は、前記エネルギースイッチに関する寄生容量が前記発振器により生成される電荷転送と協働するので、改善された変換効率も提供する。さらに、フィードバックスイッチは、前記タンク回路により占められている電流路から除去可能であり、より高いスイッチング周波数という点に寄与する。
【０００９】
図１は、本発明の一実施形態に従う電力変換装置１００を示している。前記電力変換装置１００は、小型変圧器（power microtransformer）１３０により互いに結合されている一次側および二次側回路ループ１１０，１２０を具備している。前記小型変圧器１３０は、前記回路ループ１１０，１２０間の電気的アイソレーションを提供するが、本明細書で論じられるように、前記一次側回路ループ１１０は、前記二次側回路ループ１２０の電力を生成することを可能にする。したがって前記回路ループ１１０，１２０は、電気的に絶縁された基底基準を有しつつ互いに直流的に絶縁されている。
【００１０】
第１実施形態にしたがう電源電圧VDDは、前記一次側回路ループ１１０に電力を供給する。前記小型変圧器の一次コイル１３０．１の第１端子は、前記電源電圧VDDに結合されうる。前記一次コイル１３０．１の第２端子は、トランジスタスイッチSW1(本明細書において「エネルギースイッチ」と呼ぶ)のソースに結合される。前記エネルギースイッチSW1のソースは、グランドに結合してもよい。
【００１１】
同様に、発振器１４０は、前記電源電圧VDDに結合されている。前記発振器１４０の出力は、エネルギースイッチSW1のゲートに接続されている。前記発振器１４０は、また「フィードバックスイッチ」と呼ぶ第２スイッチSW2のソースにも結合されている。前記フィードバックスイッチSW2のソースは、グランドに結合しても良い。前記フィードバックスイッチSW2のゲートは、フィードバックアイソレータ変圧器１５０と結合され、前記二次側回路ループ１２０から前記一次側回路ループ１１０へ、制御信号をパスする。前記制御信号に応じて、前記フィードバックスイッチSW2は、前記発振器１４０を選択的に起動または停止する。
【００１２】
前記二次側回路ループ１２０は、前記小型変圧器の二次コイル１３０．２と、ダイオード１６０と、負荷回路１７０と、比較器１８０と、を具備している。前記小型変圧器１３０は、前記二次側回路ループ１２０に電流を誘導し、前記ダイオード１６０を通って前記負荷１７０に供給される。前記電流は、前記負荷回路１７０にわたり電位を生じさせる。前記比較器１８０は、前記負荷１７０にわたる前記電位をテストし、前記電位が動作上の必要条件を超過または下回ったならばフィードバック制御信号を生じさせる。前記比較器１８０は、前記フィードバックアイソレータ変圧器１５０に結合され、前記制御信号を前記一次側回路ループ１１０に供給する。
【００１３】
動作の間、前記フィードバックスイッチSW2は、前記発振器１４０をアクティブ状態とインアクティブ状態間で制御する。前記アクティブ状態において、前記発振器１４０は、前記エネルギースイッチSW1のゲートへの発振している駆動信号を生成し、前記エネルギースイッチSW1が前記小型変圧器１３０の前記一次コイル１３０．１を前記駆動信号の周波数においてオンおよびオフにスイッチする。前記発振の周波数は、通常前記フィードバック信号の周波数よりもより高く、前記小型変圧器１３０が前記二次側回路ループ１２０へ電力を供給するための高周波数においてスイッチされることを可能にするが、比較的遅いフィードバック制御信号が前記二次側回路ループ１２０から前記一次側回路ループ１１０へ戻ることを許容する。
【００１４】
実際には、前記エネルギースイッチSW1が前記小型変圧器１３０を制御するパワースイッチであるため、前記エネルギースイッチは、他のトランジスタスイッチ（例えば、前記フィードバックスイッチSW2)と比べて比較的大きく（例えば、10,000ミクロン以上の幅)作られる。前記エネルギースイッチSW1は、したがって、比較的大きいゲートキャパシタンスを有しており、キャパシタCpでモデル化されている。通常、大きな寄生容量を有するスイッチは、高周波数でスイッチされた場合に大きな電力消費の原因となりうる。しかし、図１の実施形態において、前記エネルギースイッチSW1の前記ゲートの発振器１４０への結合は、動作中において、前記エネルギースイッチSW1の前記寄生容量に有利に使用される。起動された場合、前記発振器１４０は、前記スイッチゲートに電荷を駆動する（drive）共振周波数で動作し、前記共振周波数における前記スイッチゲートからの戻り電荷（return charge）を受け取る。前記エネルギースイッチSW1の前記寄生容量は、本物のキャパシタのように動作し、前記発振器が電荷を前記ゲートに駆動する場合には、発振の第１段階の間電荷を蓄積(accumulates)し、前記発振器が電荷を受け取る場合には、発振の次の段階において前記発振器へ電荷が戻る。前記エネルギースイッチSW1の前記寄生容量による電力損失は、それゆえ、最小化される。
【００１５】
他の利点として、図１の前記設計は、前記一次コイル１３０．１と前記エネルギースイッチSW1により閉じられている電流路からフィードバックスイッチSW2を取り除く。この設計は、この電流路におけるスイッチの数を最小化し、その結果、前記経路におけるスイッチに基づく損失を減少させる。さらに前記一次コイル１３０．１に適用される前記スイッチング周波数は、前記フィードバックスイッチSW2のスイッチング周波数によりもはや限定されない。
【００１６】
さらなる利点として、図１の前記設計は、変圧器のスイッチング周波数が、前記電力用変圧器１３０のための巻き線のインダクタンスに、もはや依存しないため、変圧器のスイッチング周波数を最適化することが可能となる。前記発振器周波数は、前記エネルギースイッチのサイズに依存するが、それによるものほど影響しない。
【００１７】
図１および本明細書の記載において、前記負荷回路１７０は、説明のしやすさのために図１においてキャパシタとして示されている。もちろん、それに限定されない。回路設計者は、前記電力変換装置１００を使用するための実施の必要性にしたがって負荷１７０として動作する他の構成要素を導入してもよい。例えば、前記負荷１７０は、フィルタリングのためのキャパシタや他の所望の構成要素を備えている複数構成回路（multi-component circuit）であってもよい。前記負荷にわたり確立される電圧は、ＤＣ電圧であると予想しえ、それゆえ、キャパシタは、電流を吸い込まない(not draw)。
【００１８】
これまでの説明において、前記フィードバックスイッチSW2は、前記発振器１４０とグランドとの間に結合されるように示されているが、前記発振器とＶＤＤとの間に提供されてもよい。前記ＳＷ２の配置は、前記発振器により占められているＶＤＤからグランドへの経路のどこかに提供される限りは図１の設計において重要でなく、前記エネルギースイッチSW1は、前記フィードバックスイッチSW2がオープン時は、オフに維持され、そうでなければ、前記発振器１４０は、停止（de-activated）される。
【００１９】
図２は、本発明の他の実施形態に従う電力変換器２００を示している。図２の前記電力変換器２００は、異なる電圧を使用するシステムにおけるアプリケーションを見つける。前記電力変換器２００は、小型変圧器２３０により一緒に結合されている一次側および二次側回路ループ２１０，２２０も備えている。前記小型変圧器の一次および二次コイル２３０．１，２３０．２は、それぞれ巻き線の対（図２においてaおよびbでラベルされている）をそれぞれのセンタータップとともに具備しており、以下で説明されるように、それぞれの回路ループ２１０，２２０に結合されている。前記小型変圧器２３０は、前記回路ループ２１０，２２０間において電気的アイソレーションを提供するが、本明細書で説明されるように、前記一次側回路ループ２１０が前記二次側回路ループ２２０のための電力を生成することを可能とする。
【００２０】
第１実施形態に従う電源電圧ＶＤＤは、前記一次側回路ループ２１０に電力を供給する。前記小型変圧器の一次コイル２３０．１のセンタータップは、前記電源電圧ＶＤＤに結合されている。第１の一次コイル２３０．１．１の第２端子は、第１エネルギースイッチSW1.1のソースと結合されている。同様に、第２の一次コイル２３０．２．２の第２端子は、第２エネルギースイッチSW1.2のソースに結合されている。エネルギースイッチSW1.1、SW１.2の双方のドレインは、グランドに結合してもよい。
【００２１】
前記発振器２４０は、前記電源電圧VDDにも結合されている。前記発振器は、出力の対を備えており、それぞれ、エネルギースイッチSW1.1、SW１.2のそれぞれに結合されている。前記発振器２４０は、フィードバックスイッチSW2のドレインにも結合されてよい。前記フィードバックスイッチSW2のソースは、グランドに結合してもよい。前記フィードバックスイッチSW2のゲートは、フィードバックアイソレーション変圧器２５０に結合され、前記二次側回路ループ２２０から前記一次側回路ループ２１０へ、制御信号をパスする。前記制御信号に応じて、前記フィードバックスイッチSW2は、前記発振器２４０を選択的に起動または停止させる。
【００２２】
前記二次側回路ループ２２０は、前記小型変圧器の前記二次コイル２３０．２の巻き線２３０．２．１、２３０．２．１と、ダイオードの対２６０．１，２６０．２と、負荷回路２７０と、比較器２８０と、を具備している。動作の間、前記小型変圧器２３０は、前記二次側ループのそれぞれの巻線２３０．２．１，２３０．２．２に電流を誘導する。これらの電流は、それぞれのダイオード２６０．１，２６０．１を通って前記負荷２７０に供給される。図２の構成において、前記電流は、前記負荷２７０と前記比較器が結合されている共通ノードＮに供給される。電流は、前記ダイオード２６０．１，２６０．２によってノードＮから前記小型変圧器の前記二次側巻線２３０．２に戻ることを許容されない。前記電流は、前記負荷回路２７０にわたり電位を発生させる。前記比較器２７０は、前記負荷２７０にわたる前記電位をテストし、前記電位が動作要求を超過または下回るならば、フィードバック制御信号を発生させる。前記比較器２８０は、前記フィードバックアイソレータ２５０と結合され、前記一次側回路ループ２１０に前記制御信号を供給する。
【００２３】
動作の間、前記フィードバックスイッチSW2は、前記発振器２４０をアクティブ状態およびインアクティブ状態間で制御する。前記アクティブ状態において、前記発振器２４０は、前記エネルギースイッチSW１.1、SW１.2への発振駆動信号を生成し、これにより前記エネルギースイッチSW1.1、SW１.2が前記駆動信号の周波数において前記小型変圧器２３０の一次コイル２３０．１．１，２３０．１．２のオンおよびオフをスイッチさせる。前記２つのエネルギースイッチへの前記駆動信号は、お互いに位相がずれており、したがってエネルギースイッチは、前記一次コイル２３０．１．１，２３０．１．２のオンおよびオフもまた位相がずれてスイッチする。前記駆動信号の周波数は、通常、前記フィードバック信号の周波数よりもより高く、前記小型変圧器２３０が前記二次側回路ループ２２０へ電力供給するために高周波数でスイッチされることを許容するが、前記二次側回路ループ２２０から前記一次側回路ループ２１０へ戻される比較的遅いフィードバック制御信号を許容する。
【００２４】
実際には、前記エネルギースイッチSW１.1、SW１.2が一次コイル２３０．１．１，２３０．１．２のそれぞれを制御するパワースイッチであるため、前記エネルギースイッチは、他のトランジスタスイッチ（例えば、前記フィードバックスイッチSW2)と比べて比較的大きく作られる。前記エネルギースイッチSW１.1、SW１.2は、したがって、比較的大きいゲート容量を保持し、キャパシタCP1、CP2としてモデル化されている。通常、大きな寄生容量を伴うスイッチは、それが高周波数においてスイッチされる場合に大きな電力損失の原因となりうる。図２の前記実施形態において、しかし、前記エネルギースイッチ SW１.1、SW１.2のゲートは発振器２４０と結合されており、動作の間、前記エネルギースイッチSW１.1、SW１.2の前記寄生容量を有利に使用する。起動される場合、前記発振器２４０は、共振周波数で動作し、前記スイッチのゲートに電荷を駆動し、前記共振周波数で前記スイッチのゲートから電荷を再び受け取る。前記エネルギースイッチSW１.1、SW１.2の前記寄生容量は、キャパシタとして動作し、前記発振器が前記ゲートに電荷を駆動する場合には、発振の第１段階の間、電荷を蓄積するが、前記発振器が電荷を受け取る場合には、発振の次の段階において前記電荷は、前記発振器に戻る。ここでも、スイッチＳＷ１．１に適用される前記駆動信号は、スイッチＳＷ１．２に適用される前記駆動信号に対して位相がずれている。図２の実施形態において、前記発振器は、他のスイッチＳＷ１．２へ電荷を駆動するので一方のスイッチ（例えばスイッチＳＷ１．１とする）から電荷を受け取る。逆もまた同様である。前記エネルギースイッチSW1.1、SW１.2,の前記寄生容量による電力損失は、したがって、最小化される。
【００２５】
他の利点として、図２の前記設計は、前記一次コイル２３０．１．１，２３０．１．２および前記エネルギースイッチSW1.1、SW1.2の双方により占められている電流路からフィードバックスイッチSW2を取り除く。この設計は、それぞれの電流路におけるスイッチの数を最小化し、結果として、それらにおけるスイッチに基づく損失を減少させる。さらに前記一次コイル２３０．１．１，２３０．１．２に適用される前記スイッチング周波数は、もはや、前記フィードバックスイッチSW2のスイッチング周波数によって制限されない。
【００２６】
さらなる利点として、図２の前記設計は、前記変圧器スイッチング周波数はもはや電力用変圧器２３０のための前記巻き線のインダクタンスに依存しないため、最適化された変圧器スイッチング周波数を許容する。前記発振器周波数は、前記エネルギースイッチのサイズに依存するが、それによる影響はそれほどでもない。
【００２７】
図３は、本発明の一実施形態にしたがうサブコイル３１０，３２０の対を備えた単一小型変圧器コイル３００のレイアウトを示している。図３の構成は、図２の前記一次コイルおよび前記二次コイルの繰り返しになりうる。この実施形態において、前記サブコイル３１０，３２０のそれぞれは、らせんループに構成されているコンダクタとして平面基板上に配置されている。図３は、分割された弧により前記らせんを示しているが、連続的ならせんと、正方形、長方形、または三角形に基づくらせんを含む他の幾何学的パターンを前記巻き線に使用してもよい。前記小型変圧器コイル３００は、他の回路要素と接続するための端子であるセンタータップ３３０を備えている。前記サブコイル３１０，３２０のそれぞれは、それぞれのサブコイルを他の回路要素に接続する他の端子３４０，３５０を備えている。動作の間、それぞれのサブコイル３１０，３２０は、方向を示す矢印３６０，３７０により示されている所定の方向へ電流を運ぶ。一実施形態に従って、それぞれのサブコイル３１０，３２０の巻き線は、図４に示されているようにそれらが電流を運ぶ場合には、それらが反対方向に磁束を生成するように向いている。
【００２８】
図４は、本発明の一実施形態に従うように構成されている小型変圧器（microtransformer）が概略的に図示されている。図４において、第１コイル４１０は、第１層（層１)に提供されている。前記第１コイル４１０は、サブコイル４１０．１，４１０．２の対を備えている。第２コイル４２０は、第２層（層２)に提供され、また第２のサブコイル４２０．１，４２０．２の対を備えている。前記第１層および第２層は、それぞれ、分離距離（separation distance）により空間が保たれている集積回路に提供されうる。これとは別に、第１コイル４１０は、誘電体層（接着層のような）が形成されている基板上にわたり提供され、前記第２コイル４２０は、前記誘電体層に提供されても良い。どちらの場合においても、前記第１および第２コイル４１０，４２０は、互いに電気的に絶縁されている。前記第１および第２コイルの前記サブコイルは、電磁束によりそれらをリンクするようにそれらのセンターに配置されうる。例えば、前記第１および第２コイルそれぞれの前記第１サブコイル４１０．１，４２０．１は、空間的に配置（spatially aligned）され、前記第２サブコイル４１０．２，４２０．２も空間的に配置される。
【００２９】
図４は、サブコイルのセット間に生成される磁束を図示している。図示されているように、前記サブコイルの巻き線の向きは、サブコイル４１０．１／４２０．１の第１セットにより生成される磁束がサブコイル４１０．２／４２０．２の第２セットにより生成される磁束と反対の向きとなるように選択される。この設計は、前記サブコイルが局所的に強い磁束を生成することを可能とし、上述したようにコイル間での電力転送をもたらす。同時に、２つの磁束源の対立した向きは、前記コイルから離れた位置において放射される磁束の相殺をもたらしうる。したがって、図４の前記小型変圧器の設計は、前記コイルから離れた位置における電磁放射を減少させることになり、他の回路要素への干渉を減少させうる。
【００３０】
図５は、本発明の一実施形態に従う発振器５００の回路図である。前記発振器は、ノードN1およびN2を介して互いに平行に結合されているインダクタLおよびキャパシタCを備えている。発振器スイッチOsc1、Osc2の第１対が、前記ノードN1およびN2のそれぞれをVDDに結合するように示されている。前記発振器スイッチOsc1、Osc2は、図５に示されているように、VDDに直接結合されるか、または前記フィードバックスイッチSW2（ファントムで示されている)を通してVDDと結合されうる。発振器スイッチOsc1のゲートは、ノードN2と結合され、発振器スイッチOsc2のゲートは、ノードN1と結合されている。発振器スイッチOsc3、Osc4の第２対は、前記ノードN1およびN2をそれぞれグランドに結合するように提供されうる。前記発振器スイッチOsc3、Osc4は、図５に示されるように直接グランドに結合されるか、または、前記フィードバックスイッチSW2を通してグランドに結合されてもよい。発振器スイッチOsc3のゲートは、ノードN2と結合されており、発振器スイッチOsc4のゲートはノードN1と結合されている。この構成は、ノードN1、N2において前記インダクタLとキャパシタCの大きさに従うとともに、前記発振器スイッチOsc1-Osc4のスイッチングスピードに従って発振する電圧を生成する。ノードN1およびN2は、発振器出力として使用され、図１または図２の前記エネルギースイッチ(複数可)と結合されている。
【００３１】
図６は、本発明の他の実施形態に従う発振器６００の回路図である。前記発振器は、VDDと結合されるセンタータップを有するとともにサブインダクタL1.1およびL1.2を備えているインダクタを具備している。スイッチの対Osc5、Osc6は、前記L1.1およびL1.2のそれぞれの結合端末をグランドにする。前記スイッチは、交差結合され、対の片方の前記出力ノードN3、N4に結合されているゲートを備えている (例えば、Osc5の前記ゲートは、N4に結合され、Osc6の前記ゲートは、N3に結合される)。前記発振器６００は、ブリッジキャパシタ（bridging capacitor）C1も備えているが、前記交差結合されたスイッチOsc5、Osc6により提供される寄生容量によっては除外してもよい。この構成は、ノードN3、N4において発振電圧を生成する。ノードN3およびN4は、発振器出力として使用され、図１または図２の前記エネルギースイッチ(複数可)と結合される。
【００３２】
本発明のいくつかの実施形態が本明細書において具体的に図示されると共に説明されている。しかし、本発明の修正や変更は、上記技術によりカバーされており、本発明の精神と範囲を逸脱することなく添付の特許請求の範囲の権限内である。
【符号の説明】
【００３３】
１００      電力変換装置
１１０      一次側回路ループ
１２０      二次側回路ループ
１３０      小型変圧器
１４０      発振器
１５０      フィードバックアイソレータ変圧器
１６０      ダイオード
１７０      負荷回路
１８０      比較器
【図３】
0005577342.tif 000002
【図５】
0005577342.tif 000003
【図６】
0005577342.tif 000004
【図１】
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【図２】
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【図４】
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