(57)【要約】【課題】本開示は、ガルバニックアイソレータおよびＤＣ／ＤＣコンバータに関する。【解決手段】絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータについて説明する。ＤＣ／ＤＣコンバータは、ある電圧から別の電圧に直流（ＤＣ）信号を変換する装置である。絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータは、２つの電圧領域を分離する電気絶縁バリアを越えて変換を行う。ある電圧から別の電圧に変換され、ある電圧領域から別の電圧領域に転送される信号は、電力信号であり得る。アイソレータを介してある電圧領域から別の電圧領域に電力信号を転送し、アイソレータを越えて電力フィードバック信号を戻す、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータが説明される。アイソレータは、いくつかの状況ではトランスである。【選択図】図１
2018113852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次側回路と、
二次側回路と、
前記一次側回路に結合された一次コイル、および前記二次側回路に結合された二次コイルを有するトランスであり、前記一次コイルと前記二次コイルは絶縁バリアによって分離されている、トランスと、を備え、
前記一次側回路は前記トランスを介して前記二次側回路に電力信号を供給するように構成され、前記二次側回路は前記トランスを介して前記一次側回路にフィードバック信号を供給するように構成された、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項２】
前記二次側回路が、前記トランスの前記二次コイルに結合され、符号化信号である前記フィードバック信号を生じるように構成されたエンコーダを備える、請求項１に記載の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項３】
前記一次側回路が、前記トランスの前記一次コイルに結合され、前記フィードバック信号を受け取って復号化するように構成されたデコーダを備える、請求項２に記載の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項４】
前記一次側回路がタンク回路および論理トリガー回路をさらに備え、前記論理トリガー回路が前記デコーダと前記タンク回路との間に結合される、請求項３に記載の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項５】
前記一次側回路が集積回路であり、前記トランスが前記一次側回路と同じ基板上に集積されたマイクロトランスである、請求項１に記載の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項６】
前記一次側回路が前記電力信号をパルス周波数変調（ＰＦＭ）信号として生成するように構成される、請求項１に記載の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項７】
前記一次側回路は共振駆動回路を含み、前記二次側回路は、前記一次側回路が前記電力信号を供給しているときを検出するように構成された発振検出器を備える、請求項１に記載の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項８】
前記二次側回路が、前記発振検出器の出力信号に応じて前記二次コイルに切り替え可能に結合されたエンコーダを備える、請求項７に記載の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項９】
絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを動作させる方法であって、
前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの一次側回路からトランスを介して前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの二次側回路に電力信号を転送することと、
前記二次側回路から前記トランスを介して前記一次側回路に電力制御フィードバック信号を転送することと、を含む、方法。
【請求項１０】
前記二次側回路のエンコーダを使用して、前記電力制御フィードバック信号を符号化信号として生成することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記一次側回路のデコーダを使用して、前記電力制御フィードバック信号を受け取り、復号化することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記デコーダの出力に結合された論理トリガー回路を使用して、前記一次側回路のタンク回路をトリガーすることをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記トランスの一次コイルが配置された基板上に前記電力信号を生成することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記一次側回路を使用して、前記電力信号をパルス周波数変調信号として生成することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記一次側回路からの前記電力信号の前記転送のタイミングを前記二次側回路で監視することと、前記電力信号の転送中断中に前記電力制御フィードバック信号の前記転送を行うことと、をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
共通のアイソレータ上で電力信号およびフィードバック信号を転送するための絶縁型電力転送システムであり、
相互に絶縁されている一次巻線および二次巻線を有するトランスと、
前記一次巻線に結合され、電力信号を生成するように構成された駆動回路と、
前記二次巻線に結合され、前記二次巻線によって受け取られた前記一次巻線からの前記電力信号を整流するように構成された、整流回路と、
前記二次巻線に結合され、前記二次巻線にフィードバック信号を供給するように構成された、フィードバック回路と、を備える、絶縁型電力転送システム。
【請求項１７】
前記フィードバック回路が、前記二次巻線に結合され、符号化信号である前記フィードバック信号を生じるように構成されたエンコーダを備える、請求項１６に記載の絶縁型電力転送システム。
【請求項１８】
前記一次巻線に結合され、前記フィードバック信号を受け取って復号化するように構成された、デコーダをさらに備える、請求項１７に記載の絶縁型電力転送システム。
【請求項１９】
前記駆動回路と前記トランスが、同じ基板上にモノリシックに集積される、請求項１６に記載の絶縁型電力転送システム。
【請求項２０】
前記フィードバック回路が、前記駆動回路の状態を検出し、前記駆動回路の前記状態に応じて前記フィードバック回路の状態を変更するように構成された、検出器をさらに備える、請求項１６に記載の絶縁型電力転送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ガルバニックアイソレータおよびＤＣ／ＤＣコンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
回路コンポーネント間のガルバニック絶縁、ならびに絶縁バリアを越えたデータおよび電力の伝達は、安全性および／またはデータの完全性に対する考慮のために提供されることがある。いくつかの絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータには、トランスの一次巻線を駆動し、絶縁バリアを越えて、トランスの二次巻線に電力を伝導するドライバが含まれている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータについて説明する。ＤＣ／ＤＣコンバータは、ある電圧から別の電圧に直流（ＤＣ）信号を変換する装置である。絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータは、２つの電圧領域を分離する電気絶縁バリアを越えて変換を行う。ある電圧から別の電圧に変換され、ある電圧領域から別の電圧領域に転送される信号は、電力信号であり得る。アイソレータを介してある電圧領域から別の電圧領域に電力信号を転送し、アイソレータを越えて電力フィードバック信号を戻す、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータが説明される。アイソレータは、いくつかの状況ではトランスである。
【０００４】
特定の実施形態では、一次側回路と、二次側回路と、一次側回路に結合された一次コイル、および二次側回路に結合された二次コイルを有するトランスとを備え、一次コイルと二次コイルが絶縁バリアによって分離されている、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータが提供される。一次側回路は、トランスを介して二次側回路に電力信号を供給するように構成され、二次側回路は、トランスを介して一次側回路にフィードバック信号を供給するように構成される。
【０００５】
特定の実施形態では、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを動作させる方法が提供され、この方法は、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの一次側回路からトランス上で絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの二次側回路に電力信号を転送することと、二次側回路からトランス上で一次側回路に電力制御フィードバック信号を転送することとを含む。
【０００６】
特定の実施形態では、電力信号およびフィードバック信号を共通アイソレータ上で転送するための、絶縁型電力転送システムが提供される。このシステムは、相互に絶縁されている、一次巻線および二次巻線を有するトランスと、一次巻線に結合され、電力信号を生成するように構成された駆動回路と、二次巻線に結合され、二次巻線によって受け取られた一次巻線からの電力信号を整流するように構成された整流回路とを備える。このシステムは、二次巻線に結合され二次巻線にフィードバック信号を供給するように構成された、フィードバック回路をさらに備える。
【０００７】
本出願の種々の態様および実施形態が、以下の図面を参照して説明される。これらの図は、必ずしも正しい縮尺で描かれていないことを理解されたい。複数の図に見えるアイテムは、それらが見えるすべての図において、同じ参照番号によって示されている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】電力信号およびフィードバック信号を転送するアイソレータを有する、本出願の実施形態に係る絶縁型電力転送システムを示す。
【図２】共通アイソレータを使用して電力信号およびフィードバック信号を転送する、本出願の実施形態に係る絶縁型電力転送システムのより詳細な表現を示し、図１の絶縁型電力転送システムの実施を表す。
【図３】電力信号およびフィードバック信号を転送するアイソレータを有する、絶縁型電力転送システムの実施形態を示し、図１の絶縁型電力転送システムの実施を表す。
【図４】共通アイソレータ上で電力信号およびフィードバック信号を転送することを含み、本明細書で説明される絶縁型電力転送システムによって使用され得る、本出願の実施形態に係る絶縁型電力転送方法のフローチャートを示す。
【図５Ａ】本明細書で説明されるタイプの絶縁型電力転送システムの、二次側回路に対する時間の関数としての出力電圧の例を示す。
【図５Ｂ】本出願の実施形態に係る絶縁型電力転送システムのシステムタイミング図を示す。
【図６】共通基板上に製造されたコンポーネントを有する、本出願の実施形態に係る絶縁型電力転送システムを示す。
【図７】いくつかの実施形態に係る、携帯型電子デバイス設定における装置の例示的な用途を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本出願の態様は、一次側から二次側への電力信号、および二次側から一次側へのフィードバック信号の両方を転送するのに、単一の通信チャネルを使用する絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを提供する。両方のタイプの信号を転送するのに、単一の共通の通信チャネルを使用することにより、異なるタイプの信号に対して別々の通信チャネルを使用するのと比較して、ＤＣ／ＤＣコンバータのコンポーネントおよびスペースを低減することができる。
【００１０】
いくつかの実施形態では、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータは、トランスを使用して一次側と二次側との間で信号を転送する。一次側の回路および二次側の回路は、トランス上で、一次側から二次側への電力信号、および二次側から一次側へのフィードバック信号の転送を可能にするのに十分な方法で、トランスに結合され得る。したがって、電力信号、およびそれに対応するフィードバック信号を転送するのに複数のトランスを使用することを回避することができる。トランスは、少なくともいくつかの状況において、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータのうちで最も高価なコンポーネントであるため、単一のトランス上で電力信号、およびそれに対応するフィードバック信号を転送することにより、大幅なコスト節減をもたらすことができる。
【００１１】
図１は、本出願の実施形態に係る絶縁型電力転送システム１００を示し、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを表すことができる。絶縁型電力転送システム１００は、電力信号とフィードバック信号の両方を反対方向に転送するアイソレータを含む。図示された例では、システム１００は、一次側回路１１０、二次側回路１２０、および絶縁バリア１３１を橋絡するアイソレータ１３０を含むことができる。一次側回路１１０は、アイソレータ１３０を通じて電力信号１３２を二次側回路１２０に転送することができる。二次側回路１２０は、アイソレータ１３０を通じてフィードバック信号１３４を一次側回路１１０に転送し、二次側回路１２０によって受け取られた、一次側回路１１０からの電力信号に関する情報を提供することができる。フィードバック信号は、二次側回路への配電を制御するために一次側回路に情報を提供するので、電力制御フィードバック信号を意味することができる。
【００１２】
一次側回路１１０は、二次側回路１２０に信号を伝導するための、任意の適切な回路であってもよい。例えば、一次側回路１１０は、二次側回路１２０の動作を制御するように構成された制御回路であってもよい。一次側回路は、とりわけ、ドライバ、クロック回路、および発電回路などの信号生成回路を含むことができる。信号生成回路は共振ドライバを含んでもよい。少なくともいくつかの実施形態では、一次側回路１１０は電力信号生成器を含む。
【００１３】
二次側回路１２０は、一次側回路から電力信号を受け取るための、任意の適切な回路とすることができる。いくつかの実施形態では、二次側回路は、一次側回路から受け取った交流電流（ＡＣ）信号を整流するための、整流器を含むことができる。例を図２および図３に示し、以下にさらに説明する。
【００１４】
アイソレータ１３０は、トランス、マイクロトランス、またはガルバニック絶縁および信号転送を提供する、他の適切なコンポーネントであってもよい。例えば、図１に示すように、アイソレータ１３０は、一次巻線１３６および二次巻線１３８を含むトランスであってもよい。一次巻線（または「コイル」）および二次巻線は、誘電体層、またはガルバニック絶縁を提供する他の適切な材料および構造であり得る、絶縁バリア１３１によって分離されてもよい。いくつかの実施形態では、一次巻線および二次巻線は微細加工されてもよい。したがって、いくつかの実施形態では、一次側回路および／または二次側回路は、アイソレータ１３０と同じ基板（例えば、シリコン基板）上に微細加工することができる。
【００１５】
アイソレータ１３０は通信チャネルを表し、一次側回路１１０と二次側回路１２０との間の信号の交換を可能にすることを理解されたい。したがって、絶縁型電力転送システム１００は、電力信号およびフィードバック信号の両方を同じ（または「共通」）通信チャネル上で転送する電力転送システムの例を表す。
【００１６】
図２は、共通アイソレータを使用して電力信号１３２およびフィードバック信号１３４を転送する、絶縁型電力転送システムのより詳細な表現を示し、図１の絶縁型電力転送システムの実施例を表す。絶縁型電力転送システム２００は、デコーダ２１０およびドライバ２２０を含む一次側回路１１０と、エンコーダ２３０および整流器２４０を含む二次側回路１２０とを含む。必要に応じて、一次側回路１１０および／または二次側回路１２０に追加のコンポーネントを含めることができる。
【００１７】
デコーダ２１０は、エンコーダ２３０によって送られたメッセージを復号化するように構成される、任意のデコーダシステムであってもよい。したがって、デコーダ２１０とエンコーダ２３０は、アイソレータ１３０を越えて転送される信号の適切な符号化／復号化を可能にする、相補的な回路またはデバイスのペアとして構成されてもよい。いくつかの実施形態では、エンコーダ２３０は、パルス周波数変調（ＰＦＭ）信号を符号化して、フィードバック信号１３４の状態でデコーダ２１０に送るように構成される。一実施形態では、エンコーダ２３０は、ＰＦＭ信号の立ち上がりエッジを２つのパルスに符号化し、ＰＦＭ信号の立ち下がりエッジを単一のパルスに符号化することができるが、他のＰＦＭ符号化方式も可能である。デコーダ２１０は、例として、これらのタイプの符号化信号を復号化するように構成することができる。
【００１８】
エンコーダは、フィードバック信号１３４を一次側回路に供給するように構成された、フィードバック回路であってもよく、またはその一部を構成してもよい。いくつかの実施形態では、フィードバック回路は追加のコンポーネントを含み、その例を図３に示し、以下にさらに説明する。
【００１９】
ドライバ２２０は、アイソレータ１３０上で電力および／または他の信号を生成および転送するのに適した、任意のドライバ回路とすることができる。いくつかの実施形態では、ドライバ２２０は発振器を含む。一例が図３に示され、以下にさらに説明される。
【００２０】
整流器２４０は、アイソレータ１３０上で転送される電力を整流するのに適した、任意の整流回路であればよい。整流器２４０は、任意数の平滑化段および／またはフィルタリング段を含むことができる。一例が図３に示され、以下にさらに説明する。少なくともいくつかの実施形態では、整流器２４０は、図３に示すＤＣ電圧を出力する。
【００２１】
絶縁型電力転送システム２００の動作の例として、ドライバ２２０は、アイソレータ１３０の一次巻線１３６を越えて、電力信号１３２を一定期間駆動することができる。二次巻線１３８は電力信号を受け取り、整流器２４０はそれを二次側回路１２０の出力電圧に変換することができる。固定された時間が経過した後、一次側回路１１０は電力信号１３２の伝導を停止することができる。出力電圧が一定の閾値を下回ると、エンコーダ２３０は、アイソレータ１３０を通じてフィードバック信号１３４を一次側回路１１０に送ることができる。デコーダ２１０は、フィードバック信号１３４を復号化し、一次側回路１１０が電力信号１３２の伝達を再び開始できるようにすることができる。
【００２２】
エンコーダ２３０およびデコーダ２１０は、アイソレータ１３０を越えて情報を送るための、任意の適切なペアであり得る。この情報は、一次側回路１１０が活性化されるべきであることを示す、単一の信号であってもよい。他の実施形態では、エンコーダ２３０は、デコーダ２１０に送ることが可能な信号のセットのうちの、１つ以上の信号を符号化することができる。そのセットは、一次側回路１１０をオフにする命令、一次側回路１１０のターンオン時間を変更する命令、または一次側回路１１０が使用できる他の情報を表す信号を含むことができる。他のコンポーネントは、デコーダ２１０と共に使用されて、１セットの信号から１つ以上の信号を解釈するのを助け、一次側回路１１０によって、またはそれと共に使用されるようにすることができる。
【００２３】
図３は、電力信号および対応するフィードバック信号の両方を転送するために単一のアイソレータを使用する、絶縁型電力転送システムの１つの可能な実施を示す。絶縁型電力転送システム３００は、図１および図２の絶縁型電力転送システム１００および２００の例示的な実施を表す。
【００２４】
絶縁型電力転送システム３００の一次側回路１１０は、ドライバ３２０と、ラッチ３０２およびテールトランジスタ３０４を通じてドライバ３２０に接続された、デコーダ２１０とを含むことができる。図２のドライバ２２０の非限定的な例を表すドライバ３２０は、アイソレータ１３０の一次巻線１３６に接続された、１ペアの交差結合トランジスタ３０６ａおよび３０６ｂを備えることができる。ドライバ３２０内の交差結合トランジスタ３０６ａおよび３０６ｂの寄生容量は、アイソレータ１３０の一次側インダクタと併せて、ＬＣタンク回路として機能することができる。交差結合３０６は、アイソレータ１３０の一次側インダクタの寄生抵抗を相殺するために、負性抵抗をさらに生成することができる。ドライバ３２０には任意のＬＣタンク回路が使用され得るので、交差結合トランジスタ３０６ａおよび３０６ｂの使用は、ドライバ３２０の制限とみなされるべきではない。
【００２５】
絶縁型電力転送システム３００は、デコーダ２１０およびラッチ３０２に結合された、単安定フリップフロップ３２１をさらに備える。以下でさらに説明するように、ラッチは、デコーダ２１０および単安定フリップフロップ３２１から受け取られる入力に基づいて、テールトランジスタ３０４の動作を制御する。ラッチ３０２は、ドライバの動作をトリガーする、論理トリガー回路の非限定的な例を表す。別の実施形態では、他の論理回路、より一般的には、他のタイプの回路を使用することができる。
【００２６】
ラッチ３０２からの出力信号は、テールトランジスタ３０４をオンおよびオフにして、ドライバ３２０を有効にする。ラッチ３０２がドライバ３２０を有効にするか無効にするかは、デコーダ２１０によって受け取られ復号化されるフィードバック信号に依存する。デコーダ２１０は、ドライバ３２０の発振が低いときにアイソレータ１３０の一次側インダクタを監視し、エンコーダ２３０からの信号を検出することができる。ラッチ３０２はＳＲラッチとして示されているが、デコーダ２１０および単安定フリップフロップ３２１からの信号の組み合わせがテールトランジスタ３０４の動作を制御できるように、任意の論理ゲートによって実施されてもよい。テールトランジスタは、ドライバ２２０のＬＣタンク回路を制御し、それによって一次側回路１１０から二次側回路１２０への電力の転送を制御することができる。
【００２７】
図３の非限定的な例において、二次側回路１２０は、比較器３１２、発振検出器３１４、および論理ゲート３１６を介してエンコーダ２３０に接続された整流器２４０を含むものとして示されている。エンコーダ２３０は、スイッチ３１８ａおよび３１８ｂの１ペアを通じて、整流器２４０および／またはアイソレータ１３０に接続することができる。
【００２８】
この例では、整流器２４０は、フルブリッジ整流器３０８と、出力電圧Ｖｏｕｔを平滑化するためのフィルタ３１０とを含むことができる。フルブリッジ整流器は、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、およびＤ４を備えることができる。フィルタ３１０は、コンデンサＣＯＵＴと、抵抗ＲＬ、ＲＦ１、ＲＦ２とを含むことができる。しかし、本明細書で説明される種々の態様は、任意の特定のタイプの整流器またはフィルタを有する絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータに限定されないので、任意の適切な整流器を使用することができ、任意の数およびタイプのフィルタを使用することができる。
【００２９】
比較器３１２は、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧Ｖｏｕｔまたはその変化形（例えば、出力電圧の増幅形または分割形）を基準電圧ＶＲＥＦＬと比較するための、任意の適切な比較器であってもよい。この比較により、出力電圧を一定の許容範囲内または目標範囲内に維持することができる。
【００３０】
発振検出器３１４は、ドライバ３２０の動作に関連して、フィードバック信号が二次側回路１２０から一次側回路１１０にいつ転送されるかを制御するように構成される。発振検出器３１４は、比較器３１２と共にゲート３１６の入力に結合される。ゲート３１６からの出力信号は、エンコーダを有効または無効にするので、エンコーダが有効または無効になっているかは、比較器３１２および発振検出器３１４の状態に依存する。発振検出器３１４は、二次側回路１２０によって受け取られる電力の発振を検出するように構成されている。二次側回路１２０における電力の発振は、一次側回路１２０内のドライバ３２０の発振に直接対応する。このようにして、発振検出器３１４は、ドライバ３２０の状態を検出することができる。したがって、二次側回路１２０において電力の発振を検出することにより、一次側回路１１０が二次側回路１２０への電力転送を停止した時点で、発振検出器３１４はエンコーダ２３０を有効にして、二次側回路１２０の出力Ｖｏｕｔが最大許容レベル未満に留まることができるようにする。したがって、この例では、発振検出器は、ドライバ３２０の状態に基づいてフィードバック回路の状態を変更することができる。絶縁型電力システム３００は、発振器検出器３１４が二次側回路１２０の出力を監視して、フィードバック信号の供給をいつ有効または無効にするかを決定する例を示しているが、代替の構成も可能である。例えば、代替の実施形態では、発振検出器３１４は、二次側回路１２０の入力における発信を直接検出することができる。
【００３１】
いくつかの非限定的な実施形態ではアンドゲートであり得る論理ゲート３１６は、一実施形態では、ＶｏｕｔがＶｒｅｆｌよりも大きいときに比較器３１２の出力はハイになり、かつ、発振検出器３１４がドライバ３２０の発振は現在低いということを示す場合に、エンコーダ２３０を有効にする。エンコーダ２３０が有効にされると、スイッチ３１８ａおよび３１８ｂのうちの少なくとも１つ以上を接続し、符号化された信号を、アイソレータ１３０の二次側インダクタを越えて印加することができる。スイッチ３１８ａとアイソレータ１３０との間の接続は、コンデンサＣ１を含むことができる。スイッチ３１８ｂとアイソレータ１３０との間の接続は、コンデンサＣ２を含むことができる。
【００３２】
図４は、共通アイソレータ上で電力信号およびフィードバック信号を転送することを含む、本出願の一実施形態に係る電力転送方法４００のフローチャートを示す。図示された方法は、例として、図１〜３の絶縁型電力転送システムによって使用されてもよい。
【００３３】
方法４００は、絶縁型電力転送システムの一次側回路から二次側回路に電力信号を転送する、動作４０２から始めることができる。動作４０４において、電力信号の伝達は、少なくとも一時的に終了することができる。いくつかの実施形態では、一次側回路は、固定時間後に電力信号の伝導を停止することができる。また、一次側回路は、二次側回路の出力電圧が閾値電圧に達すると、二次側回路からのフィードバック信号の供給によって、または他の適切な方法で決定されるように、電力信号の伝達を停止することができる。
【００３４】
動作４０６において、二次側回路は、フィードバック信号を、符号化して、電力信号を転送するために使用されるのと同じアイソレータ上で一次側回路に伝導することができる。いくつかの実施形態では、二次側回路のエンコーダは、フィードバック信号を生成または符号化することができるが、すべての実施形態がこの点で限定されるわけではない。いくつかの実施形態では、二次側回路の出力電圧が基準電圧に達すると、フィードバック信号がアイソレータ上で転送される。いくつかの実施形態では、フィードバック信号はエンコーダによってＰＦＭ信号として符号化される。
【００３５】
動作４０８において、一次側回路は、二次側回路からのフィードバック信号を受け取り、復号化することができる。フィードバック信号は、二次側回路の電圧が基準電圧を超えているか、基準電圧を下回るかを示し、または、そうでなければ一次側回路からの電力信号の供給の変化を要求する動作状態を示すことができる。
【００３６】
動作４１０では、二次側回路からの信号を解釈し、次に信号に応じて動作する。いくつかの実施形態では、動作４１０において、デコーダ２１０は、論理ゲート３０２および／またはテールトランジスタ３０４の制御を通じて、一次側回路１１０が電力信号１３２を伝導することを可能にすることができる。他の実施形態では、二次側からの信号は、発振持続時間を遮断または変化させるなど、一次側回路によって異なる動作を引き起こす可能性がある。
【００３７】
方法４００の動作の順序は変更されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、動作４０６は動作４０４の前に行うことができる。他の代替形態もまた可能である。
【００３８】
図５Ａは、本出願の非限定的な実施形態に係る、絶縁型電力転送システムの二次側回路の出力電圧Ｖｏｕｔのソフトスタート時間（ＳＳＴ）始動および定常状態の波形を示す。説明目的のために、信号の進行は、図３の回路コンポーネントを参照して説明されるが、本明細書で説明される他の絶縁型電力転送システムは、いくつかの実施形態において同じ信号の進行を生じることができる。例えば、図示された電圧Ｖｏｕｔは、図３の二次側回路１２０によって提供されてもよい。図５Ａのｘ軸は、時刻（ｔ）を示す。
【００３９】
示されているように、ソフトスタート時間始動動作は、電力転送システムがオフ（ｔ＝０）のとき、Ｖｏｕｔがゼロで開始することができる。その後、Ｖｏｕｔは、オンとオフを繰り返すドライバ３２０に対応して段階的に増加することができる。すなわち、ドライバ３２０がオンであり、電力信号が一次側回路から二次側回路に転送されるときにＶｏｕｔが増加する。ドライバ３２０がオフであり、電力信号が一次側回路から二次側回路に転送されないときにＶｏｕｔは減少する。示された図では、電圧Ｖｏｕｔは、ドライバ３２０がオンとオフを繰り返すことに対応する鋸歯状パターンをとっている。信号の増加時間は、ドライバ３２０がオンである期間に対応して、図においてＴ１１と表示されており、単安定フリップフロップ３２１によって動作中固定されてもよい。いくつかの実施形態では、ソフトスタート時間（ＳＳＴ）の間、オフ時間Ｔ１２も同様に固定されてもよい。出力電圧Ｖｏｕｔは、ＳＳＴの間に、基準電圧レベルＶｒｅｆｌにまたはそれを超えるレベルに達するまで上昇し得る。
【００４０】
この時点で、電力転送システムは、オン時間Ｔ２１が固定されたままであり得る、定常動作期間に入ることができる。二次側回路１２０が出力電圧Ｖｏｕｔを監視するので、オフ時間Ｔ２２はもはや固定されなくてもよい。Ｖｏｕｔ≦Ｖｒｅｆｌであり、かつ、一次側回路１１０の発振がオフである場合、二次側回路１２０は、一次側回路１１０にパルスを送って、単安定フリップフロップ３２１を有効にし、ドライバ２２０に固定のオン時間Ｔ２１の間、電力転送を再開させることができる。固定オン時間Ｔ２１の終わりに、出力電圧Ｖｏｕｔは、電力転送が停止すると、基準電圧Ｖｒｅｆｌに向かって減衰し始める可能性がある。
【００４１】
図５Ｂは、定常状態動作中の電力転送システム３００の一実施形態のタイミング図を示す。タイミング図の波形は理想化されているため、システムの制限と考えるべきではない。ＯＳＣ  ＯＮ／ＯＦＦは、ドライバ３２０の発振の有効化を表すことができる。例えば、図３に示すように、Ａは比較器３１２の出力、Ｂは発振検出器３１４の出力、Ｃはデコーダ２１０の出力、Ｄは単安定フリップフロップ３２１の出力である。Ｖｏｕｔは、二次側回路１２０の出力電圧を表すことができる。ＥＮＣ／ＤＥＣは、エンコーダ２３０とデコーダ２１０との間の通信を表すことができる。いくつかの実施形態では、一次側回路１１０のドライバ２２０の発振が低い場合に発振検出器がハイになる可能性があるため、波形Ｂは、ＯＳＣ  ＯＮ／ＯＦＦの反転であり得る。
【００４２】
比較器３１２の出力である波形Ａは、Ｖｏｕｔが基準電圧Ｖｒｅｆｌよりも低いときにハイになり得る。他の実施形態では、異なる論理ゲート３１６を使用することができ、いくつかの実施形態では、波形Ａが、示された波形と比較して反転される論理ゲートを使用することができる。ＥＮＣ／ＤＥＣは、比較器３１２からの出力がハイになるとき、すなわち波形Ａが低電圧から高電圧に切り替わるときにハイになり得る。いくつかの実施形態では、ＥＮＣ／ＤＥＣは、波形Ａが高電圧から低電圧に切り替わるときにハイになり得る。デコーダ２１０はエンコーダ２３０からの通信を受け取ると出力するので、ＥＮＣ／ＤＥＣがハイになると、波形Ｃはハイになることができる。波形Ｄは、一次側回路１１０のサイクルを制御し得る、単安定フリップフロップ３２１のほぼ一定のクロックサイクルである。いくつかの実施形態では、波形は、高電圧レベルおよび低電圧レベルではなく、立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジに対して切り替わることができる。
【００４３】
いくつかの実施形態では、一次側回路１１０、二次側回路１２０および／またはアイソレータ１３０は、微細加工されてもよい。図６は、１つの例示的な微細加工システム６００を示す。微細加工システム６００は、一次側基板６０２および誘電体層６０４を含むことができる。一次側基板は、集積回路などの一次側回路６０６と、一次巻線６０８とを含むことができる。二次巻線６１４は、絶縁層６１２内に埋め込まれてもよい。
【００４４】
一次側回路６０６は、本明細書で説明される一次側回路のいずれか、またはＤＣ／ＤＣコンバータの他の適切な一次側回路であり得る。一次側回路６０６は、例えばシリコン回路を使用して微細加工されてもよい。一次側基板６０２は、とりわけ、シリコン基板または相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）基板であってもよい。
【００４５】
一次巻線６０８は、基板６０２の中または上に堆積され、所望の輪郭にパターン化された金属から形成されてもよい。一次巻線６０８は、一次側回路６０６に接続され、一次側回路６０６によって制御され得る。二次巻線６１４は、少なくともいくつかの実施形態では、一次巻線と同じタイプであってもよく、絶縁層６１２内に形成されてもよく、または絶縁層６１２によって覆われてもよい。二次巻線６１４は、別の基板（図示せず）上の二次側回路に結合することができる。
【００４６】
誘電体層６０４は、一次巻線と二次巻線との間にガルバニック絶縁を提供する任意の適切な誘電体とすることができる。例えば、酸化シリコン、ポリイミド、または他の材料を、単層または多層構成で使用することができる。
【００４７】
このように、図６は、マイクロトランスが、本明細書で説明されるタイプの電力転送システムの一次側回路と、モノリシックに集積され得る例を示す。
【００４８】
本明細書で説明された絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータは、種々の用途に使用することができる。例えば、自動車、家電、産業および健康用途はすべて、本明細書で説明した技術を利用することができる。
【００４９】
図７は、いくつかの実施形態に係る、携帯型電子デバイス設定における装置の例示的な用途を示す概略図である。絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ７０２は、携帯型電子デバイス７０４内で使用することができる。携帯型電子デバイス７０４は、スマートフォン、携帯情報端末（ＰＤＡ）、タブレット、または他の携帯デバイスであってもよい。他のこのような装置も、本明細書で説明されたタイプのＤＣ／ＤＣコンバータを使用することができる。
【００５０】
図７は、本出願の態様を組み込んだ携帯型電子デバイスの例を示しているが、他の用途も可能である。例えば、１つ以上の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータデバイスを自動車または医療機器に使用することができる。本出願の種々の実施形態は、コンパクトで費用効果の高いＤＣ／ＤＣ電力変換を提供するために実施されてもよい。
【００５１】
本明細書で説明された種々の態様は、種々の利益を提供することができる。そのような利点のいくつかは、本明細書において以前に説明されている。すべての実施形態があらゆる利益を提供するわけではなく、列挙されたもの以外の利益が提供されてもよい。いくつかの実施形態では、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータは、回路設計が単純化されて提供される。単純化された回路設計は、共通のアイソレータを使用して電力およびフィードバック信号を反対方向に転送することによって、プリント回路基板上のスペースを節約し、および／または製造コストを低減することができる。いくつかの実施形態は、ＰＦＭ制御を用いることでより効率的な電力となり得る。
【００５２】
「ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ（ほぼ）」および「ａｂｏｕｔ（約）」という用語は、いくつかの実施形態では目標値の±２０％以内、いくつかの実施形態では目標値の±１０％以内、いくつかの実施形態では目標値の±５％以内、いくつかの実施形態では目標値の±２％以内を意味するために使用されている。「ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ」および「ａｂｏｕｔ」という用語は、目標値を含むことができる。
【符号の説明】
【００５３】
１００  絶縁型電力転送システム
１１０  一次側回路
１２０  二次側回路
１３０  アイソレータ
１３１  絶縁バリア
１３２  電力信号
１３４  フィードバック信号
１３６  一次巻線
１３８  二次巻線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
2018113852000001.pdf