(57)【要約】本発明は、2つ以上の電力消費源のための電源を調整する方法であって、これら電力消費源のうちの少なくとも2つは、少なくともそれぞれの電圧調整器(21a、21b、22、...、2n)を介してそれぞれ直流電圧源(1)に接続されており、前記各電圧調整器(21a、21b、22、...、2n)は、前記直流電圧源(1)によって入力電圧(Uin,a、Uin,1b、Uin,2、...、Uin,n)を供給されると共に前記電力消費源のうちの1つに安定電圧(Uout,1a、Uout,1b、Uout,2、...、Uout,n)を供給する、方法に関する。電源を最適化して、高い電力損失及び損失熱を回避するために、a) 前記各電圧調整器(21a、21b、22、...、2n)について、少なくとも前記印加された入力電圧(Uin,1a、Uin,1b、Uin,2、...、Uin,n)と、当該電圧調整器(21a、21b、22、...、2n)のための特定の基準値(Vref,1a、Vref,1b、Vref,2、...、Vref,n)とに依存して制御信号が生成されることと、b) 前記入力電圧(Uin,1a、Uin,1b、Uin,2、...、Uin,n)は、前記生成された制御信号のうちの少なくとも1つの関数として前記直流電圧源(1)によって調整されることと、が提案される。
2005505230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
2つ以上の電力消費源のための電源を調整する方法であって、これら電力消費源のうちの少なくとも2つは、少なくともそれぞれの電圧調整器を介してそれぞれ直流電圧源に接続されており、前記各電圧調整器は、前記直流電圧源によって入力電圧を供給されると共に前記電力消費源のうちの1つに安定電圧を供給する、方法において、
−a) 前記各電圧調整器について、少なくとも前記印加される入力電圧と、当該電圧調整器のための特定の基準値とに依存して制御信号が生成されることと、
−b) 前記入力電圧は、前記生成された制御信号のうちの少なくとも1つの関数として前記直流電圧源によって調整されることと、
を特徴とする方法。
【請求項２】
請求項1に記載の方法において、前記電圧調整器のうちの少なくとも1つの前記基準値は、当該電圧調整器のために必要な前記入力電圧の最小セットポイント値であり、前記制御信号は、前記印加される入力電圧の実際値と前記入力電圧の前記最小セットポイント値との間の差の関数から決定される、ことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項1又は2に記載の方法において、前記電圧調整器のうちの少なくとも1つの前記基準値は、当該電圧調整器における入力電圧と出力電圧との間の差の最小セットポイント値であり、前記制御信号は、前記最小セットポイント値と、前記電圧調整器に印加される前記入力電圧と前記出力電圧との間に存在する前記差の実際値との関数から決定される、ことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項1乃至3の何れか1項に記載の制御方法において、前記電圧調整器のうちの少なくとも1つのための前記制御信号を生成するために誤差増幅器が用いられることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項1乃至4の何れか1項に記載の調整方法において、前記電圧調整器のうちの少なくとも1つのための前記制御信号を生成するためにヒステリシス調整器、特にシュミットトリガが用いられることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項1乃至5の何れか1項に記載の調整方法において、前記入力電圧は前記電圧調整器のうちの少なくとも1つでデジタル的に決定され、前記制御信号は、前記デジタル的に変換された入力電圧及びデジタル基準値の関数から生成されることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項1乃至6の何れか1項に記載の調整方法において、前記直流電圧源を調整するのに、前記電圧調整器の入力電圧の前記実際値又は前記電圧調整器の出力電圧と入力電圧との間の前記実際値が前記基準値に到達した又は該基準値よりも低くなった、前記電圧調整器のための制御信号が、正確に選択されることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項1乃至7の何れか1項に記載の調整方法において、前記直流電圧源を調整するための前記制御信号は、ダイオードネットワークによって選択されることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項1乃至8の何れか1項に記載の調整方法において、前記制御信号はデジタル的に評価されることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項1乃至9の何れか1項に記載の調整方法において、パワーパック、特に1次スイッチングモード電源ユニットが直流電圧源として用いられることを特徴とする方法。
【請求項１１】
2つ以上の電力消費源のための電源を調整する手段を有する回路装置であって、これら電力消費源のうちの少なくとも2つは、少なくともそれぞれの電圧調整器を介して直流電圧源に接続されており、前記各電圧調整器に、前記電力消費源に安定電圧を供給するように入力電圧が与えられる、装置において、
−a) 前記各電圧調整器について、少なくとも前記印加された入力電圧と、当該電圧調整器のための特定の基準値とに依存した制御信号の生成が与えられることと、
−b) 前記生成された制御信号のうちの少なくとも1つの関数として前記直流電圧源の前記入力電圧の調整が与えられることと、
を特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、2つ以上の電力消費源(power consumer)のための電源を調整する方法であって、これら電力消費源のうちの少なくとも2つは、少なくともそれぞれの電圧調整器を介して直流電圧源に接続されており、前記各電圧調整器は、前記直流電圧源によって入力電圧を供給されると共に前記電力消費源のうちの1つに安定電圧を供給する、方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
論理回路システムを構成する際に、μC及びDSP等の低供給電圧デジタル装置(いわゆる「低電圧論理素子」)が通常用いられる。電源は、中でも、本線から論理回路装置を分離すると共に本線電圧から低電圧への変換を引き継ぐことを意図されるパワーパックを使用する。パワーパックが単層プリント回路基板に配置可能なので、しばしば、装置とパワーパックとは別個のプリント回路基板に配置される一方で、論理回路は、多層プリント回路基板(いわゆるアプリケーションプリント回路基板)に取り付けられる。
【０００３】
しばしば、1つでなく複数の供給電圧がアプリケーションプリント回路基板に必要である。例えば、DSPのプロセッサユニットは1.8Vで動作する一方、他の回路素子は3.3Vが供給されなければならない。アプリケーションプリント回路基板上で、各々が異なった供給電圧で動作する複数のプロセッサも用いられてよい。更に、同じ供給電圧を必要とする装置は、プリント回路基板上の種々の箇所に位置しており、その位置で安定化された電圧を必要とする。加えて、しばしば、よく調整された供給電圧を必要とするアナログ素子もある。
【０００４】
冒頭段落に記載される型の方法を実行するための開示された回路装置において、パワーパックは、下流のローカル電圧調整器のための入力電圧源としての役割を果たす必要な二次電圧を提供する。その場合、二次電圧のうちの1つは、パワーパックを調整するために用いられる。
【０００５】
このような回路装置の重要な欠点は、選択された二次電圧が、下流の電圧調整器の全てが全ての可能な負荷状態の下で完璧に機能するのに十分なほどに高くなければならないということである。これに関連して、最も小さい電圧蓄積を有する電圧調整器は、負荷状態及び寄生素子(例えばライン抵抗)の関数として変化しうる。更に、全負荷が低消費電力であるときでさえ、電圧は同じ高レベルのままである。これは、全体的に過剰な電圧蓄積につながり、従って、熱として放散する過剰な電力損失につながる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、上述した電力損失が最小化される冒頭段落に記載される型の方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、冒頭段落に記載される型の方法において、
−a) 各電圧調整器について、少なくとも印加された入力電圧と、当該電圧調整器のための特定の基準値とに依存して制御信号が生成されることと、
−b) 前記入力電圧は、前記生成された制御信号のうちの少なくとも1つの関数として前記直流電圧源によって調整されることと、
により達成される。
【０００８】
以下では、直流電圧源は、直流電圧を供給するのに適したあらゆる電圧源を意味すると理解される。該電圧源は、例えばパワーパック又はコンバータであってよく、直流電圧源自身は直流電圧又は交流電圧によって供給されてよい。同時に、直流電圧源は1つ又は複数の直流電圧出力を有してもよく、同一の又は互いに異なった直流電圧がこれら種々の電圧出力に印加されること、及び、1つ以上の電力消費源がそれぞれの電圧出力から供給されることが可能である。
【０００９】
以下では、電力消費源は、個々のスイッチング素子又は個々の論理素子を意味すると理解されるが、代替的に、例えばアプリケーションプリント回路基板上の複数の回路素子及び／又は論理素子の装置であると、理解される。これらは、アナログ素子及びアセンブリも含む。
【００１０】
本発明によれば、電力消費源のうちの少なくとも2つについて、供給電圧が少なくともそれぞれの電圧調整器によって安定させられる。直流電圧源によって各電圧調整器の入力に供給される電圧及び当該電圧調整器について特有のそれぞれの基準値に従って、直流電圧源によって供給される電圧を調整するのに用いられる制御信号が生成される。電圧調整器のうちの1つの入力電圧があまりに低い場合、直流電圧源によって供給される電圧は上昇させられる。入力電圧が全て十分に高い場合、直流電圧源によって供給される電圧は低下させられることができる。
【００１１】
制御信号を生成するための基準として、それぞれの電圧調整器の動作点を表す実際値と基準値との間の差が形成される。調整器は、その調整器特性に従ってこの基準で別個の制御信号を生成する。次に、種々の電圧調整器のために生成される全ての制御信号は、互いに比較され、直流電圧源の出力電圧を調整するための制御信号が、最も低い電圧蓄積を有する電圧調整器に割り当てられるパワーパックの電圧調整のために選択されて用いられる。
【００１２】
電圧調整器に印加される入力電圧の関数としての直流電圧源の電圧調整に基づいて、直流電圧源によって供給される電圧のレベルに関して回路の特定の動作モードのために必要な蓄積を最小化しつつも、個々の電力消費源のための安定した供給電圧を保証することが可能である。このようにして、不必要な電力損失が回避されることができる。その結果としてより少ない廃熱が作成されることになるので、熱放散対策の設計に課される要件はより低い。これは、更に、個々の装置及び回路素子の信頼性に関する利点を生じる。
【００１３】
これから独立して、このようにして調整される直流電圧源は、入力電圧を変動させることに関しては重要でない電力消費源にも供給することができる。このような電力消費源は、直接(電圧調整器を挿入することなく)直流電圧源に接続されていてもよい。
【００１４】
好適には、電圧調整器のうちの少なくとも1つの基準として、当該電圧調整器のために必要な入力電圧について最小セットポイント値が用いられ、制御信号は、局所的に印加された入力電圧の実際値と入力電圧の最小セットポイント値との間の差の関数から決定される。最小入力電圧値は、同時に、電圧調整器の種類及び安定出力電圧のレベルに依存する。
【００１５】
本方法の他の好適な改良例において、電圧調整器のうちの少なくとも1つのための基準値として、最小セットポイント値は、前記電圧調整器における入力電圧と出力電圧との間の差についても用いられてもよく、制御信号は、上記最小セットポイント値と、前記電圧調整器に印加される入力電圧と出力電圧との間に存在する上記差の実際値との関数から決定されることができる。
【００１６】
電圧調整器のうちの1つのために制御信号を生成する好適なオプションは、演算増幅器を、電圧調整器の動作点の実際値についてのアナログ信号と、関連した基準値への信号とが加えられる誤差増幅器として用いることである。加えられた信号と演算増幅器の出力からタップされることができる制御信号との間の差は、調整器特性によって増幅される。電圧調整器のうちの1つのために制御信号を生成する他の好適なオプションは、電圧調整器の動作点の実際値についてのアナログ信号と、関連した基準値への信号とが印加されるヒステリシス調整器、特にシュミットトリガを用いることである。このようなヒステリシス調整器の場合、電圧調整器の動作点の実際の信号と、関連した基準値との間の差の下限が到達されたら制御信号が高く設定され、前記差の上限が到達されたら再び低く設定される。その結果として、それぞれの電圧調整器のための臨界電圧は、ウィンドウ内で監視されることができる。
【００１７】
制御信号を生成するための有利なオプションは、更に、電圧調整器の動作点のための実際値をA/D変換によってデジタル的に決定することと、制御信号がデジタル的に変換された入力電圧及びデジタル基準値の関数から生成されることとから成る。好適にはデジタル制御信号はこれらから生成されることができるが、制御信号は再びアナログ信号に変換されることもできる。
【００１８】
好適には、直流電圧源を調整するのに選択されるのは、正確に、前記電圧調整器の入力電圧の実際値又は該直流電圧源の出力電圧と入力電圧との間の実際値が基準値に到達した又は該基準値よりも低くなった制御信号である。この目的のために、好適には全ての制御信号は(それらがアナログであると仮定して)、ダイオードネットワークによって比較され、このダイオードネットワークにより、入力電圧が臨界にある電圧調整器のための制御信号が選択されて、パワーパックに接続されてパワーパックの出力電圧を調整する。
【００１９】
原理的には、特に制御信号がデジタルである場合には、制御信号をデジタル的に評価することも可能であるが、制御信号がA/D変換されたときにも可能である。電圧貯蓄が達成された又はそれより下に降下した電圧調整器のための制御信号を選択することが、単純な態様で可能であるのは、まさに制御信号をデジタル評価する場合である。
【００２０】
本方法の好適な実施例において、パワーパック、特に、1次スイッチングモード電源ユニットが直流電圧源として用いられる。スイッチングモード電源ユニットとして適切なのは、特に、消費電力がコンバータの1次側で調整されることができるAC／DCコンバータ及びDC/DCコンバータである。同時に、スイッチングモード電源ユニットの出力の電圧も調整されてもよい。
【００２１】
好適には、リニア電圧調整器、更にはスイッチング調整器が電圧調整器として用いられてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は、図面に示される実施例を参照して更に説明されるが、これらに限定されるものではない。
【００２３】
図1に示される回路図は、マスタパワーパック1を、入力が交流電圧電源に接続されておりn個の異なった電圧出力Udc1、Udc2、...、Udcnを有する電圧源として示す。
【００２４】
各電圧出力Udc1、Udc2、...、Udcnは、リニア調整器21a、21b、20、...、2nのうちの少なくとも1つの入力に接続されており、これらに入力電圧Uin,1a、Uin,1b、Uin,2、...、Uin,nを供給する。各電圧調整器は、電力消費源(ここでは示されない)に接続されており、これに安定化出力電圧Uout,1a、Uout,1b、Uout,2、...、Uout,nを供給する。
【００２５】
各電圧調整器の動作点の実際値In1a、In1b、In2、...、Innは、各電圧調整器21a、21b、22、...、2nからタップされる。上記実際値In1a、In1b、In2、...、Innは、例えば、示されるように、それぞれの印加された入力電圧Uin,1a、Uin,1b、Uin,2、...、Uin,nであってもよく、又は、代替的に、入力電圧Uin,1a、Uin,1b、Uin,2、...、Uin,nとその出力電圧Uout,1a、Uout,1b、Uout,2、...、Uout,nとの間の差値であってもよい。
【００２６】
ドライバ回路3、4において、各電圧調整器21a、21b、22、...、2nについて、当該電圧調整器に対して設定された実際値In1a、In1b、In2、...、Innと必要な基準値Vref,1、Vref,2、...、Vref,nとの間の差値が形成され、そこから各電圧調整器21a、21b、22、...、2nについて制御信号が生成される。それぞれの電圧調整器21a、21b、22、...、2nについての基準値は、例えば、必要な最小入力電圧についての値であってもよく、又は代替的には、それぞれの電圧調整器21a、21b、22、...、2nの入力電圧と出力電圧との間の差についての最小セットポイント値であってもよい。
【００２７】
上記の差値から、臨界値が決定され、従って、電圧蓄積が最も低い電圧調整器21a、21b、22、...、2nが決定される。次に、臨界値のために生成される制御信号がドライバ回路3、4によって選択されて、パワーパック1の出力電圧を調整するようにパワーパック1に接続される。
【００２８】
ドライバ回路3、4の設計に応じて、電圧調整器21a、21b、22、...、2nの動作点のための実際値In1a、In1b、In2、...、Innは、アナログ形式で処理されてもよく、又は、これら実際値は、電圧調整器21a、21b、22、...、2nの動作点の評価、更には制御信号の生成が、デジタル形式で実行されることができるように、デジタルに変換されてもよい。
【００２９】
図2に示されるアナログ回路装置は、図1に示される回路図に対応し、この場合はドライバ回路3、4はアナログ回路として設計されている。ここでリニア調整器として示される電圧調整器21、22、...、2nごとについて、ドライバ回路は、誤差増幅器又は演算増幅器31、32、...、3nを有し、該増幅器の入力には、それぞれの電圧調整器21、22、...、2nに印加される入力電圧Uin,1、Uin,2、...、Uin,n、更には関連した基準値Vref,1、Vref,2、...、Vref,nが、印加される。全ての演算増幅器の出力に配置されたダウンストリームは、ダイオード41、42、...、4nであり、全てのダイオードはダイオードネットワークを形成するように相互接続される。
【００３０】
演算増幅器は、それぞれの基準値が僅かに越えられる場合に、制御信号として肯定的な出力信号を供給する。ダイオードネットワーク41、42、...、4nは、パワーパック1を調整するための制御信号としての最も高い出力信号を通じてのみスイッチする。これは、電圧蓄積が臨界又は最も臨界の電圧調整器によって常に決定されることを保証する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の原理を表す回路図を示す。
【図２】本発明による方法を実行するための好適な回路装置を示す。
【図１】
2005505230.tif 000003
【図２】
2005505230.tif 000004
【国際公開パンフレット】
2005505230.tif 000005
2005505230.tif 000006
2005505230.tif 000007
2005505230.tif 000008
2005505230.tif 000009
2005505230.tif 000010
2005505230.tif 000011
2005505230.tif 000012
2005505230.tif 000013
2005505230.tif 000014
2005505230.tif 000015
2005505230.tif 000016
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005505230.tif 000017
【国際調査報告】
2005505230.tif 000018
2005505230.tif 000019
2005505230.tif 000020