(57)【要約】バックアップ電源へのスイッチングのためのシステムおよび方法が提供される。１つのそのようなシステムは、閾値検出器回路（１０２）、第１の電源へのアクセスを可能とするための、少なくとも第１のトランジスタを備える第１のスイッチング回路（１０８−２）、および第２の電源へのアクセスを可能とするための、少なくとも第２のトランジスタを備える第２のスイッチング回路（１０８−１）を備え、閾値検出器は、第１の電源によって提供される電圧が所定の閾値よりも下に低下することに応答して、第２のスイッチング回路が第２の電源にアクセスすることを可能とするように構成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
閾値検出器回路と、
バックアップ電源へのアクセスを可能とするための、少なくとも第１のトランジスタを備える第１のスイッチング回路と、
を備える、システムであって、
該閾値検出器は、主電源によって提供される電圧が所定の閾値よりも下に低下することに応答して、該第１のスイッチング回路が該バックアップ電源へのアクセスを可能とするように構成される、システム。
【請求項２】
主電源へのアクセスを可能とするための、少なくとも１個のトランジスタを備える第２のスイッチング回路をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記閾値検出器は、主電源によって提供される電圧が前記所定の閾値よりも上に上昇することに応答して、前記第２のスイッチング回路が第２の電源へのアクセスを可能とするように構成される、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１のスイッチング回路と前記閾値検出器との間に結合された反転スイッチをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記反転スイッチは、少なくとも１個のトランジスタを備える、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記反転スイッチと前記閾値検出器との間に結合されたインバータをさらに備える、請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記インバータはコンパレータを備える、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記第１のスイッチング回路は、前記第１のトランジスタと結合された第２のトランジスタを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１のトランジスタのエミッタは、前記第２のトランジスタのコレクタと結合される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１および第２のトランジスタのそれぞれのコレクタおよびエミッタの間の電流は、前記バックアップ電源へのアクセスを終了させる、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第１および第２のトランジスタのそれぞれのコレクタおよびエミッタの間の電流に対する抵抗（ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）は、前記バックアップ電源へのアクセスを可能とする、請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
主電圧の所定の閾値よりも下への低下を検出するステップと、
該主電圧の該低下を検出することに応答して、少なくとも第１のトランジスタがバックアップ電圧へのアクセスを提供することを可能とするステップと、
を包含する方法。
【請求項１３】
前記主電圧の前記低下を検出することに応答して、少なくとも第２のトランジスタが前記主電圧へのアクセスを終了させることを可能とすること、をさらに包含する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記主電圧の前記所定の閾値よりも上への上昇を検出することと、
前記主電圧の前記上昇を検出することに応答して、少なくとも第２のトランジスタが前記主電圧へのアクセスを提供することを可能とすることと、
をさらに包含する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記主電圧の前記上昇を検出することに応答して、少なくとも第１のトランジスタが前記バックアップ電圧へのアクセスを終了させることを可能とすること、をさらに包含する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
主電圧の所定の閾値よりも下への低下を検出する手段と、
該主電圧の該低下を検出することに応答して、少なくとも第１のトランジスタがバックアップ電圧へのアクセスを提供することを可能とする手段と、
を備える、システム。
【請求項１７】
前記主電圧の前記低下を検出することに応答して、少なくとも第２のトランジスタが前記主電圧へのアクセスを終了させることを可能とする手段、をさらに備える、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
閾値検出器回路と、
バックアップ電源へのアクセスを可能とするための、少なくとも第１のトランジスタを備える第１のスイッチング回路と、
主電源へのアクセスを可能とするための、少なくとも１個のトランジスタを備える第２のスイッチング回路と、
該第１のスイッチング回路と該閾値検出器との間に結合される反転スイッチと、
該反転スイッチと該閾値検出器との間に結合されるインバータと、
を備える、システムであって、
該閾値検出器は、主電源によって提供される電圧が所定の閾値よりも下に低下することに応答して、該第１のスイッチング回路が該バックアップ電源へのアクセスを可能とするように構成され、
該閾値検出器は、主電源によって提供される電圧が所定の閾値よりも上に上昇することに応答して、該第２のスイッチング回路が第２の電源へのアクセスを可能とするように構成される、システム。
【請求項１９】
バックアップ電源へのアクセスを可能とするための閾値検出回路であって、
第１の入力電圧を受信するための第１の入力接続と、第２の入力電圧を受信するための第２の入力接続と、出力電圧を提供するための出力接続と、を有するコンパレータと、
該第１の入力接続と該出力接続との間に直列に結合される、第１の抵抗器および第１のコンデンサと、
該第１の入力接続と該出力接続との間に結合され、第１の抵抗器および該第１のコンデンサの直列結合と並列に結合される、第２の抵抗器と、
を備える、閾値検出回路。
【請求項２０】
前記閾値検出回路は、主電源によって提供される電圧が所定の閾値よりも下に低下することに応答して、第１のスイッチング回路が前記バックアップ電源へのアクセスを可能とするように構成される、請求項１９に記載の閾値検出回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は該してバックアップ電源の供給に関し、より詳細には、バックアップ電源へのスイッチングためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ほとんどの今日の電子装置は一定値の電源を必要とする。電源供給が停止したときには、負荷電圧が所定の閾値よりも下に低下しないように、バックアップ電源へのスイッチングが瞬時になされなければならない。一般的にダイオードが「ＯＲ」構成（すなわち、主電源またはバックアップ電源のいずれもが負荷に電力を供給する）の中で使用される。しかしながら、多数の用途が狭い電圧の許容値を有し、ダイオードによる損失は非常に大きい。それ故に、バックアップ電源の設置に関連するこれらのおよび／またはその他の問題点に対処するためのシステムおよび方法に対するニーズが存在する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
発明の実施形態は、最終用途のエレクトロニクスのＤＣ入力に、持続的な電力供給を可能とする。該実施形態は、主電源およびバックアップ電源を有する用途において有用である。主電源が停止した場合には、主電源に替わってバックアップ電源が負荷に対して供給される。この実施形態において使用されるスイッチは、損失の極めて少ないものであり、極めて少ない電圧の低下で高い電流を負荷に給電することができる。
【０００４】
１つの電源と別の電源との間のスイッチングのための条件は、主電源の電圧レベル（ＶＰ）である。ＶＰが比較回路によって設定された閾値よりも下に低下する場合には、負荷はバックアップ電源によって給電される。逆に、ＶＰが閾値よりも上に上昇する場合には、負荷は主電源装置によって給電される。
【０００５】
抵抗の少ない電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）がスイッチとして使用され得、閾値検出回路によって制御され得る。ＦＥＴを使用することは、ダイオードの損失を克服するためにより高電圧の電源を所有する必要が無く、商業上「既製」の電源を使用することを可能とする。
【０００６】
本発明は添付の図面を参照することによってより良く理解され得る。図面の中の構成要素は必ずしも尺度に従って描かれておらず、その代わりに本発明の原理を明確に示すために強調されている。図面の中で、同じ参照番号は複数の図面を通じて対応する部品を指定する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下は添付の６つの図面についての詳細な記載であり、それらは本発明の好適な実施形態を示す。図１は電力スイッチング回路の実施形態を表し、図２〜図５は電力スイッチング回路の構成要素の例を表し、図６は電圧供給回路の例を示す。しかしながら、本発明は多くの異なる形で具体化され得、ここに明らかにされる実施形態に限定されると解釈されるべきでないことに注意する。さらに、ここに与えられる全ての例は、限定されないものとして意図され、発明に関する記載内容の明確化を助けるために提供される。
【０００８】
図１は発明の実施形態に従った電力スイッチング回路１００を表すブロック図である。電力スイッチング回路１００は、一定値のＤＣ電源を必要とする多数の電子デバイスに使用され得る。限定されない例として、特に、電力スイッチング回路１００は信号の周波数を増加するように構成されたアップコンバータデバイスに使用され得る。
【０００９】
図１に示されるように、電力スイッチング回路１００は電圧ＶＢおよびＶＰと結合される閾値検出器１０２を含む。閾値検出器１０２は電圧ＶＢおよび電圧ＶＰを比較し、電圧ＶＢおよび電圧ＶＰが所定の値の中にあるか否かに応答して、反転スイッチ１０６−１および反転スイッチ１０６−２を接続しまたは切断するように動作する。反転スイッチ１０６−１および反転スイッチ１０６−２は相補的な動きで接続し、または切断するように構成される。言い換えれば、反転スイッチ１０６−１が接続するときには、反転スイッチ１０６−２は切断し、またその逆である。
【００１０】
インバータ１０４は反転スイッチ１０６−１を、反転スイッチ１０６−２に対して相補的な動きで動作することを可能とする。代替の実施形態においては、インバータ１０４は閾値検出器１０２と反転スイッチ１０６−２との間に結合され得る。好適な実施形態においては、反転スイッチ１０６−１および反転スイッチ１０６−２は、閾値検出器１０２の出力の対応する変化の後、図４のＲ１２およびＣ２によって設定される期間、切断される。このような期間は数マイクロ秒と１００ミリ秒以上との間で、Ｒ１２およびＣ２の値に依存して変化し得る。一実施形態においては、特に、期間は３０ミリ秒であり得る。この遅延したスイッチングは電力スイッチング回路１００の一定値の電圧出力を維持するために実施される。
【００１１】
反転スイッチ１０６−１および反転スイッチ１０６−２は、バックアップ電源スイッチ１０８−１および主電源スイッチ１０８−２と、それぞれ結合される。バックアップ電源スイッチ１０８−１および主電源スイッチ１０８−２は、電源ＶＢおよび電源ＶＰとそれぞれ結合され得る。
【００１２】
１００が動作中であるときには、電圧ＶＰがある閾値の中にある場合には、電圧ＶＯは実質的に電圧ＶＰと等しく、そうでない場合には電圧ＶＯは電圧ＶＢと等しい。この方法で、主電源が停止したときには、バックアップ電源が負荷に対して供給され得る。
【００１３】
図２Ａは図１に示された閾値検出器１０２の実施形態を表すブロック図である。閾値検出器１０２は入力として主電圧ＶＰおよびバックアップ電圧ＶＢを受信し、出力として電圧Ｖ３を提供する。閾値検出器１０２はコンパレータＡ１を含み、それは接続２０１および２０２を経由して入力を受信し、接続２０６を経由して出力を提供する。接続２０１はノード２０３および２０４と結合される。抵抗器Ｒ２がノード２０３とグラウンドとの間に結合され、一方では抵抗器Ｒ１がノード２０３とバックアップ電圧ＶＢとの間に結合される。抵抗器Ｒ１およびＲ２は、バックアップ電圧ＶＢのうちの所定の割合を接続２０１に提供するように構成される。
【００１４】
抵抗器Ｒ３は接続２０２と主電圧ＶＰとの間に結合される。抵抗器Ｒ４はノード２０４と２０５との間にコンデンサＣ１と直列に結合される。抵抗器Ｒ５はノード２０４とノード２０５との間に（すなわち、Ｒ４およびコンデンサＣ１と並列に）結合される。ノード２０５は接続２０６と結合される。抵抗器Ｒ６は接続２０６と供給電圧ＶＳとの間に結合される。
【００１５】
閾値検出器１０２が動作中であるときには、主電圧ＶＰがバックアップ電圧ＶＢの所定の割合よりも大きい場合には、電圧Ｖ３は「ロー」である。反対に、主電圧ＶＰがバックアップ電圧ＶＢの所定の割合よりも小さい場合には、電圧Ｖ３は「ハイ」である。この所定の割合は抵抗器Ｒ１およびＲ２の相対的な値、および抵抗器Ｒ４およびＲ５、およびコンデンサＣ１を含むフィードバックネットワーク、に基づく。好適にも、抵抗器Ｒ５は「ヒステリシス」の定常状態成分を設定し、一方では抵抗器Ｒ４およびコンデンサＣ１は遷移「ヒステリシス」効果を生成する。
【００１６】
図２Ｂは、抵抗器Ｒ４およびコンデンサＣ１によって生成される遷移ヒステリシス効果の、限定されない例を示すグラフ２１０である。抵抗器Ｒ５によって生成される閾値の設定値もまた示されている。設定値はレベル２１５および２１６として与えられる。グラフ２１０は時間軸２１２および電圧軸２１１を有する。この例に示されるように、主電圧ＶＰが０Ｖからその定常状態の出力レベル２２０にまで増加するときに、閾値２１４は遷移期間ｔ１の後に、レベル２１５からレベル２１６にまで低下する。反対に、主電圧ＶＰが定常状態出力レベル２２０から０Ｖに低下すると、閾値２１４は遷移期間ｔ２（ここではｔ２はｔ１と等しい）の後に、レベル２１６からレベル２１５にまで増加する。この遷移ヒステリシス（遷移期間ｔ１およびｔ２を有する）は、電源の間の急速なスイッチングに対して保護する。このような急速なスイッチングは電源負荷が０％からフルロードにまで変化するときに起こり得る。
【００１７】
図３は、図１に示されたインバータ１０４の実施形態を表すブロック図である。インバータ１０４は電圧Ｖ３を受け取り電圧Ｖ４を出力する。インバータ１０４はコンパレータＡ２を含み、それは接続３０１および３０２を経由して入力を受け取り、接続３０３を経由して出力を提供する。抵抗器Ｒ７が接続３０１とグラウンドとの間に結合され、一方では抵抗器Ｒ８が接続３０１からＶＳに接続される。これは抵抗器Ｒ７およびＲ８の値に基づいて、電圧ＶＳをより低い値に分割する。接続３０２は電圧Ｖ３と結合される。３０１における電圧が３０２における電圧よりも大きいときには、接続３０３における電圧をほぼＶＳにまで引き上げるために、抵抗器Ｒ９が使用される。インバータ１０４が動作中であるときには、電圧Ｖ３が「ハイ」のときには電圧Ｖ４は「ロー」であり、またその逆である。
【００１８】
図４は、図１に示された反転スイッチ１０６（例えば、反転スイッチ１０６−１または反転スイッチ１０６−２）の実施形態を表すブロック図である。反転スイッチ１０６は接続４０１で電圧Ｖ３または電圧Ｖ４と結合され、接続４０２で出力電圧Ｖ５と結合される。
【００１９】
反転スイッチ１０６はトランジスタＱ１およびＱ２を含み、それらは次のように結合される。すなわち、トランジスタＱ１のエミッタはトランジスタＱ２のコレクタと結合され、トランジスタＱ１のコレクタは接続４０２と結合され、抵抗器Ｒ１０はトランジスタＱ１のベースと接続４０１との間に結合され、抵抗器Ｒ１２はトランジスタＱ２のベースと接続４０１との間に結合され、トランジスタＱ２のエミッタはグラウンドと結合され、コンデンサＣ２はトランジスタＱ２のベースとグラウンドとの間に結合され、抵抗器Ｒ１１はトランジスタＱ１のコレクタと供給電圧ＶＳとの間に結合される。トランジスタＱ１およびＱ２は、例えば、特に、バイポーラｎｐｎトランジスタであり得る。
【００２０】
反転スイッチ１０６が動作中であるときには、接続４０１における電圧の値は、トランジスタＱ１およびＱ２がオン（すなわち、それらのそれぞれのコレクタとエミッタとの間で導通している）であるか、を決定する。接続４０１での電圧が「ハイ」のときには、トランジスタＱ１およびＱ２はオンにされ、またその逆である。トランジスタＱ１およびＱ２がオンのときには、電圧Ｖ５は「ロー」であり、またその逆である。コンデンサＣ２は、接続４０１での電圧が「ロー」から「ハイ」に遷移する時間と、トタンジスタＱ２がオンになる時間との間の、短い遅延（例えば、特に、３０ミリ秒）を発生する。接続４０１における「ハイ」から「ロー」への遷移は、瞬時にトランジスタＱ１をオフにし、それはトランジスタＱ２をオフにするときの遅延にかかわらず、電圧Ｖ５を「ハイ」に遷移させる。この「瞬時のオン−遅延されたオフ」のスイッチングは、新しい供給がロードされる間に以前の供給が完全に排出されることによって、電力スイッチング回路１００のより一定値を保つ電圧出力を可能とする。
【００２１】
図２〜図４に示された回路に使用され得る抵抗器およびコンデンサの値は、例えば、特に、以下のとおりであり得る。
【００２２】
【表１】
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表１に参照された抵抗器およびコンデンサに対して、多くの代替の値が、所望の実行に対応して使用され得る。
【００２３】
図５は、図１に示された電源スイッチ１０８（例えば、バックアップ電源スイッチ１０８−１または主電源スイッチ１０８−２）の実施形態を表すブロック図である。電源スイッチ１０８は接続５０２で電圧ＶＰまたは電圧ＶＢと結合され、接続５０３に電圧Ｖ６を出力する。
【００２４】
電源スイッチ１０８はトランジスタＱ３およびＱ４を含み、それらは次のように結合される。すなわち、トランジスタＱ３およびＱ４のゲートは電圧Ｖ５と結合され、トランジスタＱ３およびＱ４のドレインは相互に結合され、トランジスタＱ３のソースは接続５０２と結合され、トランジスタＱ４のソースは接続５０３と結合される。
【００２５】
電源スイッチ１０８は対応する電源スイッチと結合される（例えば、バックアップ電源スイッチ１０８−１（図１）は主電源スイッチ１０８−２と結合される）。電源スイッチ１０８が動作中であるときには、電圧Ｖ５は、接続５０２での電圧が電圧Ｖ６（接続５０３での電圧）と等しいかを、制御する。電圧Ｖ５がハイのときには、トランジスタＱ３およびＱ４はオンにされ、電圧Ｖ６は接続５０２での電圧と等しくなる。反対に、電圧Ｖ５がローのローのときには、トランジスタＱ３およびＱ４はオフにされ、電圧Ｖ６は対応する電源スイッチによって接続５０４に供給される電圧と等しくなる。
【００２６】
図６は、電圧供給回路６００の実施形態を表すブロック図である。電圧供給回路６００はダイオードＤ１およびＤ２を含む。ダイオードＤ１は接続６０１と６０３との間に結合され、ダイオードＤ２は接続６０２と６０３との間に結合される。電圧供給回路６００に対する入力として、電圧ＶＰおよびＶＢが接続６０１および６０２にそれぞれ提供される。電圧供給回路６００は接続６０３に電圧ＶＳを出力する。電圧ＶＳは電圧ＶＢまたは電圧ＶＰの、高い方と等しい。電圧ＶＢまたは電圧ＶＰを提供するために使用され得る電圧供給の例は、例えば、特に、電池、ＡＣ−ＤＣコンバータ、またはＤＣ／ＤＣコンバータを含む。
【００２７】
図７は、本発明の一実施形態に従った方法７００を表す流れ図である。ステップ７０１において、主電圧が負荷に提供される。次いで、ステップ７０２に示されるように、所定の閾値より低い主電圧の低下が検出される。主電圧の低下は、例えば、閾値検出器１０２（図２Ａ）と同一のまたは類似の方法で構成された回路を使用して検出され得る。
【００２８】
主電圧の低下に応答して、ステップ７０３に示されるように、少なくとも１個のトランジスタ（例えば、インライン（ｉｎ−ｌｉｎｅ）接続された）を有する第１の回路が負荷にバックアップ電圧を提供するために使用される。追加として、ステップ７０４に示されるように、少なくとも１個のトランジスタを有する第２の回路が負荷から主電圧を切断するために使用される。ステップ７０３および７０４をそれぞれ実行するために使用される第１および第２の回路は、例えば、各々が図５に示された電源スイッチ１０８と同一のまたは類似の方法で構成され得る。
【００２９】
代替の実施形態においては、図７に示されたステップは、当業者によって理解されるように、実質的に同時にまたは逆の順序を含んで、示されたまたは説明されたものとは異なる順序で、実行され得る。例えば、ステップ７０３および７０４は実質的に同時に実行され得る。さらに、発明の範囲は、図７に示されたものよりも少ないまたは追加されたステップを有する方法を含む。
【００３０】
本発明の以上記載された実施形態は、特に、実行の可能な例示に過ぎず、発明の原理の明確な理解を表す。上記の発明の実施形態に対して、発明の原理から実質的に逸脱することなく、多くの変更および修正がなされ得る。これらの全ての修正および変更は、本開示および本発明の範囲の中に含まれ、添付の請求項によって保護されることが意図される。追加として、本発明の範囲は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアで構成される媒体の中で具体化されるロジックにおいて、本発明の好適な実施形態の機能を具体化することを、含む。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に従った電力スイッチング回路を表すブロック図である。
【図２Ａ】図１に示された閾値検出器の例を表すブロック図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示された閾値検出器の内部の遷移ヒステリシス効果の限定されない例を示すグラフである。
【図３】図１に示されたインバータの例を表すブロック図である。
【図４】図１に示された反転スイッチの例を表すブロック図である。
【図５】図１に示された電源スイッチの例のブロック図である。
【図６】電圧供給回路の例を表すブロック図である。
【図７】本発明の一実施形態に従った方法を表すフロー図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007510393.tif 000009
【図６】
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【図７】
2007510393.tif 000011
【国際調査報告】
2007510393.tif 000012
2007510393.tif 000013
2007510393.tif 000014
2007510393.tif 000015