(57)【要約】双方向フライバックトポロジを記述する電源システムは、反対方向に機能する2つのフライバックコンバータを有する。電源ユニット(101)から装置(102)に流れる電流は、前記電源ユニットの本線入力(119)から2リードケーブル(116)を介して前記装置に供給される整流化された出力電流に変換される。反対方向には、前記装置に位置し2次スイッチ(115)を有する2次制御回路(120)は、過剰電流が前記電源ユニットにフィードバックされるようにし、1次制御回路(103)は、前記装置に供給される電流を安定させるように反応する。1次制御回路は、前記フィードバックから入力されるエネルギー量を最小化する働きをする。前記装置の過剰電流は、ロードされている電圧及び電流を監視することによって決定される。測定されたパラメータがあまりに高い場合、前記電源ユニットへのより多くのエネルギーの転送が実行される。
2005504500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源ユニット及び装置を含み、前記電源ユニットは、前記装置への2リードケーブルを介したエネルギー流れを制御するように構成された1次制御回路を有する、電源システムにおいて、当該システムは、前記装置に位置する2次制御回路を更に有し、前記2次制御回路は、前記電源ユニットから入力されたエネルギーの使用を監視して、過剰なエネルギーを前記2リードケーブルを介して前記電源ユニットにフィードバックするように構成される、ことを特徴とする電源システム。
【請求項２】
請求項1に記載の電源システムにおいて、前記2次制御回路は、電流を前記電源ユニットにフィードバックする同期整流器として作動するスイッチを有する、電源システム。
【請求項３】
請求項2に記載の電源システムにおいて、前記スイッチは電界効果トランジスタの形をとる、電源システム。
【請求項４】
装置に電気エネルギーを供給するように構成され、前記装置への2リードケーブルを介したエネルギー流れを制御するように構成された1次制御回路を有する電源ユニットにおいて、前記1次制御回路は、フィードバックエネルギーを前記2リードケーブルを介して前記装置から入力され、前記フィードバックエネルギーに応答して前記装置への前記エネルギー流れを制御するように構成される、ことを特徴とする電源ユニット。
【請求項５】
2リードケーブルを介して電源ユニットからエネルギーを入力されるように構成された装置において、当該装置は2次制御回路を有し、前記2次制御回路は、前記電源ユニットから入力されたエネルギーの使用を監視して、過剰なエネルギーを前記2リードケーブルを介して前記電源ユニットにフィードバックするように構成される、ことを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項5に記載の装置において、前記2次制御回路は、電流を前記電源ユニットにフィードバックする同期整流器として作動するスイッチを有する、装置。
【請求項７】
請求項6に記載の装置において、前記スイッチは電界効果トランジスタの形をとる、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、装置に電力を供給するように構成される電源システムであって、前記装置への電力潮流を2リードケーブルを介して制御するように構成された1次制御回路を有する電源ユニットを含むシステムに関する。更に、本発明は、それぞれ電力を供給して入力されるように構成された電源ユニット及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ツール、シェーバ、携帯コンピュータ及び移動通信端子等の、バッテリによって使用可能にされる電子機器のための現代のスイッチモード電源ユニット(SMPS)は、通常、電源引出し口に対する接続、接続された装置に出力される電流を制御するための制御回路、変圧器、及び、電子機器への接続等の重要な部品を含む多くの部品を有する。
【０００３】
ほとんどの電子装置において、ある程度特定の電子回路において実現される多くの設備が、種々の環境条件のための機能並びに装置の電子部品の安全性及び保護を保証するのに必要である。しかし、これらの設備は、少なくとも部分的には、既に電源ユニットに存在している制御回路の複製物である。
【０００４】
種々の状況の下で、従来技術に従う電源ユニットから電力を供給しつつ装置の機能を保証するには、装置の機能に関する情報を電源制御回路に供給することが必要である。このような情報は、例えば、装置のバッテリの充電レベル、又は、例えば電源ユニットにより供給される電流のレベルに変化を必要とする、装置の状況を表す他のいかなるパラメータに関するものであってもよい。このフィードバック情報は、通常、装置から電源ユニットへ、装置内部の電子回路を介して、また、ガルヴァーニ又は非ガルヴァーニ接続の形の専用の情報通信リードを介して、供給される。装置からフィードバックされる情報の処理は、電源ユニットの制御回路において実行される。言うまでもなく、これは制御回路の複雑性を追加することを引き起こす。
【０００５】
一部の場合において、例えば米国特許第5,859,524号に開示される装置において、装置の状態に関する情報は、電力を供給するのに用いられる2リード接続を介して電源ユニットにフィードバックされる。しかし、この情報フィードバックは、電力の供給の一時的な中断の間に実行される。即ち、米国特許第5,859,524号の電源ユニットから装置への電力供給は定期的に中断され、これらの中断の最中に、情報が、電源ユニットの制御回路にフィードバックされる。
【０００６】
従って、従来技術の電源システムに関連した欠点は、電流の流れを中断する必要性だけでなく、電源ユニットの制御回路の高い複雑性を含み、情報が装置から電源ユニットへフィードバックされるべきときに、効率を低下させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、上記のような従来技術の電力供給に関連した欠点を克服することである。この目的は、添付の請求の範囲の発明の態様で達成される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第1の側面によれば、本発明は、電力を装置に供給するように構成される電源システムに関する。本システムは、2リードケーブルを介した装置への電力潮流を制御するように構成された1次制御回路を有する電源ユニットを含む。システムは、装置内に位置する2次制御回路を更に有し、この2次制御回路は、電源ユニットから入力される電力の使用を監視して、過剰なエネルギーを2リードケーブルを介して電源ユニットにフィードバックするように構成されている。
【０００９】
換言すれば、本発明の第1の側面は、反対方向に機能する2つのフライバックコンバータを有する双方向フライバックトポロジを記述するシステムを提供する。電源ユニットから装置に流れるエネルギーパケット(即ち電流)は、電源ユニットの本線入力から2リードケーブルを介して装置に供給される整流化された出力電流に変換される。反対方向には、装置の2次制御回路は、過剰電流が電源ユニットにフィードバックさせられるようにして、1次制御回路は、装置に供給される電流を安定させるように反応する。実際は、1次制御回路は、フィードバックから入力されるエネルギー量を最小化する役目を果たす。装置の過剰電流は、電圧及び電流を監視することにより決定される。測定されたパラメータがあまりに高い場合、電源ユニットへのより多くのエネルギーの転送が実行される。
【００１０】
本発明は、装置中に2次制御回路を配置し、実際にはこの回路を装置中に既に存在する回路と組み合わせると特に有利であるという認識に基づく。従って、本発明によるシステムは、分割トポロジシステムの観点から説明可能である。電源ユニットからの電源の供給に関連する制御回路の不必要な複製が回避され、これにより、製造プロセスの複雑性及びコストが低減される。
【００１１】
他の利点は、第3の情報リード(例えばオプトカップラ)が回避されることができるので、装置から電源へのフィードバックが簡略化されるということである。
【００１２】
好適な実施例において、2次制御回路は、2リード接続と直列に接続されたスイッチを有する。スイッチは、装置の電圧及び電流の測定値に依存して開閉するように制御される。好適には、スイッチとしては逆バイアス電界効果トランジスタが使用される、即ち、トランジスタのボディダイオードの両端に逆バイアス電圧を印加することによって利用される。
【００１３】
双方向フライバックの態様で連続的に機能することによって、電源ユニットは装置にエネルギーパケットを送信し、装置は電源に過剰なエネルギーを返送する。これは、フライバック変換の各サイクルの最中に起こる。これを考慮すると、本発明の他の利点は、本発明が、従来技術のデバイスにおいて起こるようなシグナリングのための中断なしに、電源からの連続的な電力供給を可能にするということである。
【００１４】
本発明の第2の側面によれば、装置に電力を供給するように構成される電源ユニットが供給される。電源ユニットは、2リードケーブルを介した装置への電力潮流を制御し、前記2リードケーブルを介して装置からフィードバック電流を入力され、前記フィードバック電流に応答して装置への電力潮流を制御するように構成された1次制御ユニットを有する。
【００１５】
本発明の第2の側面による電源ユニットを提供することにより得られる利点は、電源システムと関連した上記の議論から明らかである。
【００１６】
本発明の第3の側面によれば、電源から2リードケーブルを介して電力を入力されるように構成された装置が提供される。装置は2次制御回路を有し、この回路は、電源ユニットから入力される電力の使用を監視して、電源ユニットに2リードケーブルを介して過剰なエネルギーをフィードバックするように構成される。
【００１７】
本発明の第2の側面による電源ユニットを提供することにより得られる利点は、電源システムと関連した上記の議論から明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明のこれらの及び他の側面は、以下で説明される実施例を参照して明らかにされる。
【００１９】
図1に電源システム100のブロック図が示される。このシステム100は、電源ユニット101を有する1次側と、この電源ユニット101に2リードケーブル116を介して接続された装置102を有する2次側とを含む。前記電源ユニット101は、1次制御回路103及び変圧器106を有し、更に、本線接続119及びフューズ107も有する。前記1次制御回路103は、整流器108、キャパシタ109,111及びEMIフィルタ110を含む。更に、この1次制御回路103は、1次制御ユニット112によって制御線117を介して制御される1次スイッチ113を含む。
【００２０】
前記装置102は、電気回路104及び2次制御回路120を有する。装置111は、電気カミソリ、移動電話又は携帯コンピュータ等の、別個の電源ユニットを必要とする如何なる種類の装置であってもよく、従って、充電式電池及び当該装置の特定の機能を実行するための他の回路を含む。
【００２１】
2次制御回路120は、2次制御ユニット105と、この2次制御ユニット105によって2次制御線118を介して制御される2次スイッチ115とを含む。2次制御ユニット105は、検出リード114を介して装置102の電気回路104内の電気的な状態を測定することができ、該回路104の測定された状態に応じて2次スイッチ115を制御する。例えば、電気回路104の電圧及び電流を測定することによって、回路104を循環しているエネルギーの過剰が確認される。測定された電圧及び電流が高すぎる場合、2次スイッチ115を制御している2次制御ユニット105はこのスイッチを閉じる、即ちスイッチオンし、電源ユニット101により多くのエネルギーが転送されることになる。
【００２２】
ここで、電源ユニット101及び装置102の回路の相互作用が、更に詳細に説明される。
【００２３】
変圧器106の入力において、整流化された直流電圧が利用可能である。1次制御回路112によって制御される1次スイッチ113は、1次側から2次側に、即ち、電源101から装置102に、変圧器106及び2リードケーブル116を通じて、エネルギーパッケージを伝達する。
【００２４】
装置の回路104の電気的な状態を測定することにより得られる情報に応じて、2次制御ユニット105は2次スイッチ115を制御する。好適な実施例において、2次スイッチ115は、2つの機能を持った電界効果トランジスタ(例えばMOSFET)である。第1に、スイッチ115がスイッチオンされると、即ち、該スイッチ115のボディダイオードが順方向バイアスされる(スイッチには最小電圧が印加される)と、スイッチ115は同期整流器として作動し、高い整流効率を生じる。
【００２５】
第2に、MOSFETスイッチを逆方向に用いることにより、2次側、即ち装置102の回路104を循環しているあらゆる過剰エネルギーは、電源101に戻ることとなる。
【００２６】
2次側は、1次側から受け取った過剰エネルギーを変圧器106を通じて送り返す。このように、電源ユニット101の出力電圧又は電流は安定し、システムの損失は最小化される。
【００２７】
ここで、1次制御ユニット112及び2次制御ユニット105の動作が説明される。最初のうちは、1次制御回路112は、1次スイッチ113を閉じ、線形的に上昇する電流が変圧器106の1次巻線で流れ、この1次巻線の磁気コアにエネルギーを蓄積する。検出及び制御が2次制御ユニット105によって実行され、ピーク電流レベルにおいて、1次スイッチ113はオフにされ、電流はフライバック動作により変圧器106の2次巻線に転送される。2次スイッチ115は、並列接続された内部ボディダイオード(図示せず)を含み、従来のフライバックコンバータと同様に、1次スイッチ113がオフにされたら伝導性になるように極性を持って接続される。
【００２８】
2次スイッチ115の両端にかかる電圧を測定することによって、該スイッチのボディダイオードが2次側回路104に電流を伝導しているときを検出することが可能である。この状態の下で、2次スイッチ115は直ちにオンにされる。その結果、電流はボディダイオードからMOSFETに転送され、これは、ボディダイオードよりも大幅に低い電圧降下を有するように選択される。このようにして、2次整流器の伝導損の低減が得られることができる。
【００２９】
1次スイッチ113がオフにされる、即ち開けられると、線形的に減少する電流が2次スイッチ115を通じて流れ、この電流は、変圧器106の磁気コアに蓄積されていたエネルギーから生じたものであり、ほぼ一定の電圧で、2次側回路104の貯蔵キャパシタに送出される。2次電流は、ゼロに到達すると、逆転して、負の極性で上昇を開始する。このとき、エネルギーは、2次貯蔵キャパシタから変圧器106のコアの中へ送り返される。対照的に、ダイオード整流を有する、以前のフライバックコンバータと比較すると、2次スイッチを通じる電流がゼロに到達したら、整流ダイオードは逆バイアスされ、従って、エネルギーは2次側に送出され、電流の流れは中断する。
【００３０】
2次制御ユニット105によって、2次回路104の電圧及び／又は電流は、安定な基準ソースと連続的に比較される。この比較からDC誤差電圧が生成され、これは、変圧器106の1次巻線に返送されるべきエネルギー量を決定する。より大きい誤差電圧は、2次スイッチ115がオフにされる前に負の電流ランプがより大きな程度に上昇することにつながる。このように、より多くのエネルギーが変圧器106のコアへ転送される。
【００３１】
2次スイッチ115がオフにされると、変圧器106においてフライバック動作が発生し、1次スイッチ113と逆平行極性(anti-parallel polarity)で接続された1次スイッチ113内のボディダイオードは、伝導性になる。変圧器106は、磁化インダクタンス及び巻線間キャパシタンスを有する。磁化インダクタンスに蓄積されるエネルギーは、巻線間キャパシタンスと共鳴して、変圧器巻線上に正弦波電圧を生成する。この電圧の振幅は、どれくらいのエネルギーが装置102から電源101に戻るかの基準である。システムを循環している過剰エネルギーの量を調整して、それにより効率を最大化するために、正弦波電圧の振幅が1次制御ユニット112によって測定され、1次スイッチ113がオフにされるピーク1次電流レベルを制御するのに反転して用いられ、これにより、システムを通じる電力の流れが中断する。
【００３２】
概略では、2次制御回路105は、装置102の回路104に送出される電流及び／又は電圧を、必要とされる正確なエネルギー量だけを取り、過剰なエネルギーを電源ユニット101に戻すことによって制御する。1次制御回路112は、装置102の回路が戻さなければならないエネルギー量を、低い固定したレベルに調整する。
【００３３】
上記をより詳細に要約すると、双方向フライバックトポロジを説明する電源システムは、反対方向に機能する2つのフライバックコンバータを有する。電源ユニット(101)から装置(102)に流れる電流は、電源ユニットの本線入力(119)から、装置に2リードケーブル(116)を介して給電される整流化された出力電流に変換される。反対方向には、装置内に位置し2次スイッチ(115)を有する2次制御回路(120)は、余分な電流が電源ユニットにフィードバックされるようにして、該電源ユニットで、1次制御回路(103)が装置に供給される電流を安定させるように反応する。1次制御回路は、フィードバックから受信されるエネルギー量を最小化するように働く。装置の過剰電流は、ロードされる装置の電圧及び電流を監視することによって決定される。測定されたパラメータが高すぎる場合、電源ユニットへのより多くのエネルギーの転送が実行される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明によるシステム、電源ユニット及び装置のブロック図を概略的に示す。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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