(57)【要約】  一般に、電源はスタンバイ中に主電源の一部を切る能力を備えていない。このため、動作電源に加えてスタンバイ電源が使用される。本発明によれば、フォワードコンバータが設けられ、その整流器回路にスイッチが含まれる。このため、整流器回路は選択的にオンとオフに切り替えられる。これはこのようなフォワードコンバータの主出力をスタンバイ時にオフに切り替えることが有益である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の出力を有する第１の整流器回路、および、第２の出力を有する第２の整流器回路を備え、
第１のスイッチが前記第１の整流器回路内に設けられ、
第２のスイッチが前記第２の整流器回路内に設けられ、
前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチを切り替えることにより、前記第１の出力および前記第２の出力が選択的にオフに切り替えられる、
フォワードコンバータ。
【請求項２】
第３の整流器回路が設けられ、
前記第３の整流器回路が結合インダクタによって前記第１の整流器回路に接続される、
請求項１に記載のフォワードコンバータ。
【請求項３】
前記第１の整流器回路および前記第２の整流器回路がそれぞれ巻線を有し、
前記第１の整流器回路および前記第２の整流器回路の前記巻線が同じ変圧器に関連付けられる、
請求項１に記載のフォワードコンバータ。
【請求項４】
前記フォワードコンバータが装置への接続に適合させられ、
前記第１のスイッチが閉じ、前記第２のスイッチが開くとき、前記第１の整流器が前記装置への動作電圧を供給し、
前記第１のスイッチが開き、前記第２のスイッチが閉じるとき、前記第２の整流器が前記装置へのスタンバイ電圧を供給する、
請求項１に記載のフォワードコンバータ。
【請求項５】
前記フォワードコンバータがＰＣ電源の一部であり、前記装置がＰＣである、請求項４に記載のフォワードコンバータ。
【請求項６】
前記フォワードコンバータが装置への接続に適合させられ、
前記第１のスイッチが閉じ、前記第２のスイッチが開くとき、前記第１の整流器が前記装置の動作電圧を供給し、
前記第１のスイッチが開き、前記第２のスイッチが閉じるとき、前記第２の整流器が前記装置のスタンバイ電圧を供給し、
第４の整流器回路が設けられ、
第３のスイッチが前記第４の整流器回路と前記第２の整流器回路との間の接続部に設けられ、
前記第１の整流器回路が前記動作電圧を供給するとき、動作中に前記第３のスイッチが閉じ、
前記第２の整流器回路が前記スタンバイ電圧を供給するとき、動作中に前記第３のスイッチが開く、
請求項１に記載のフォワードコンバータ。
【請求項７】
前記第１のスイッチが双方向スイッチである、請求項１に記載のフォワードコンバータ。
【請求項８】
第１の出力を有する第１の整流器回路、および、第２の出力を有する第２の整流器回路を備え、
第１のスイッチが前記第１の整流器回路内に設けられ、
第２のスイッチが前記第２の整流器回路内に設けられた、
フォワードコンバータを動作させる方法であって、
前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチを切り替えることにより、前記第１の出力および前記第２の出力を選択的にオフに切り替えるステップを含む方法。
【請求項９】
第３の整流器回路が設けられ、
結合インダクタによって前記第３の整流器回路および前記第１の整流器回路を動作させるステップをさらに含む、
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１のスイッチが閉じ、前記第２のスイッチが開くとき、前記第１の整流器が装置への動作電圧を供給し、
前記第１のスイッチが開き、前記第２のスイッチが閉じるとき、前記第２の整流器が前記装置へのスタンバイ電圧を供給する、
請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記フォワードコンバータが装置への接続に適合させられ、
前記第１のスイッチが閉じ、前記第２のスイッチが開くとき、前記第１の整流器が前記装置への動作電圧を供給し、
前記第１のスイッチが開き、前記第２のスイッチが閉じるとき、前記第２の整流器が前記装置へのスタンバイ電圧を供給し、
第４の整流器回路が設けられ、第３のスイッチが前記第４の整流器回路と前記第２の整流器回路との間の接続部に設けられ、
前記第１の整流器回路が前記動作電圧を供給するとき前記第３のスイッチが動作中に閉じ、前記第２の整流器回路が前記スタンバイ電圧を供給するとき前記第３のスイッチが開くように、前記第３のスイッチを動作させるステップをさらに含む、
請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力変換の分野に関係する。特に、本発明はフォワードコンバータおよびフォワードコンバータを動作させる方法に関係する。
【背景技術】
【０００２】
フォワードコンバータは、整流器回路が関連付けられた複数の出力に給電することがよくある。これらの整流器回路は、絶縁変圧器の一部を形成する巻線が設けられる。さらに、これらの整流器は、いわゆる結合インダクタの一方の巻線に接続され、結合コンダクタが他の整流器回路との磁気結合を達成する。各整流器回路は異なる出力電圧を供給する。これらの多出力は、結合出力インダクタを使用してクロスレギュレーションを介してレギュレートされることができる。各出力はその固有のインダクタに接続されることができる。
【０００３】
さらに、整流器回路のそれぞれは、その固有の整流器ダイオードおよびフリーホイーリングダイオードを備えることができる。複数の整流器回路のうちの出力電圧の一つは、一時側スイッチを用いて発生されたデューティサイクルによって直接的にレギュレートされることができる。その他の整流器回路の出力電圧はその後にクロスレギュレートされることができる。これらのその他の出力電圧のレギュレーションを改善するため、出力インダクタが上述のように結合されることができる。
【０００４】
出力インダクタの結合に起因して、フォワードコンバータ全体が完全にオンに切り替えられるか、または、完全にオフに切り替えられる。その結果、スタンバイモード（すなわち、スタンバイ電圧）がフォワードコンバータによって提供されるべきであり、その間にすべての他の電圧がゼロ（または、少なくとも非常に低い電圧）でなければならない場合に問題が発生し得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は改良されたフォワードコンバータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載された本発明の典型的な実施形態によれば、第１の出力を有する第１の整流器回路、および、第２の出力を有する第２の整流器回路を含むフォワードコンバータが提供される。第１のスイッチが第１の整流器回路に設けられ、第２のスイッチが第２の整流器回路に設けられる。本発明の態様によれば、第１のスイッチおよび第２のスイッチを切り替えることにより、第１の出力および第２の出力が選択的にオフに切り替えられる。
【０００７】
換言すれば、第１の整流器回路が第１の電圧を出力し、第２の整流器が第２の電圧を出力するように適合し、これらの整流器回路のうちのいずれか一方が完全にオフに切り替えられることができ、もう一方がそれぞれの電圧を供給する。
【０００８】
請求項２に記載された本発明の別の典型的な実施形態によれば、結合インダクタを用いて第１の整流器回路に接続された第３の整流器回路が設けられる。
【０００９】
これは、第３の整流器回路の出力電圧をクロスコントロールまたはクロスレギュレーションさせ、その上、一方で第１および第３の整流器回路と他方で第２の整流器回路を選択的にオフに切り替えることが有益である。
【００１０】
請求項３に記載された本発明の別の典型的な実施形態によれば、第１および第２の整流器回路の巻線は同じ変圧器に関連付けられる。
【００１１】
請求項４に記載された本発明の別の典型的な実施形態によれば、フォワードコンバータは装置に接続するため適合させられる。第１のスイッチが閉じ、すなわち、導通し、第２のスイッチが開き、すなわち、導通しないとき、第１の整流器はその装置に動作電圧を供給し、第１のスイッチが開き、第２のスイッチが閉じるとき、第２の整流器はスタンバイ電圧をその装置に供給する。これは、たとえば、装置のスタンバイモード中に、その装置に動作電圧を供給する第１の整流器回路が完全にオフに切り替えられるようにさせることが有益である。これは、その装置に必要なセキュリティを保証することが有益である。さらに、これによって、スタンバイ電源および動作電源が共に１台のフォワードコンバータに組み込まれ、このことが、上記のように、それぞれの電圧の完全な遮断を可能にするので、多くの場合に使用される別個のスタンバイ電源は必要でなくなり得る。これは、電源に必要なスペースを縮小させることが有益である。さらに、これは、電源に関連したコストの削減も可能にし得る。
【００１２】
請求項５に記載された本発明の別の典型的な実施形態によれば、フォワードコンバータはＰＣ電源の一部であり、装置はＰＣである。
【００１３】
請求項６に記載された本発明の別の典型的な実施形態によれば、第３のスイッチが、共通出力インダクタによって第１の整流器回路に接続された整流器回路と第２の整流器回路との間に設けられる。第３のスイッチの代わりに、たとえば、ショットキーダイオードのようなダイオード、または、リニアコントローラが設けられてもよい。本発明のこの典型的な実施形態の態様によれば、このスイッチは、第１の整流器回路が動作電圧を供給するときに動作中に閉じ、第２の整流器回路がスタンバイ電圧を供給するときに動作中に開く。
【００１４】
請求項７に記載された本発明の別の典型的な実施形態によれば、第１のスイッチは双方向スイッチである。たとえば、第１の整流器のダイオードと第１のスイッチが、このような双方向スイッチによって置き換えられるか、または、実施される。さらに、本発明のこの典型的な実施形態の態様によれば、結合インダクタによって第１の整流器に接続された各整流器は、ダイオード、または、ＭＯＳＦＥＴのような同期整流器が設けられてもよい。
【００１５】
請求項８に記載された本発明の別の典型的な実施形態の態様によれば、第１および第２の整流器回路に設けられた第１および第２のスイッチを動作させることにより、第１および第２の整流器回路の第１および第２に出力が選択的にオフに切り替えられる、フォワードコンバータの動作のための方法が提供される。
【００１６】
これは、複数の出力電圧、ここでは、たとえば、２個の電圧を供給するフォワードコンバータを、これらの電圧が互いに完全に別々に与えられるように、すなわち、一方の電圧が供給され、その間に、もう一方の電圧を供給する整流器回路が完全にオフに切り替えられるように、動作させることが有益である。
【００１７】
請求項９から１１は、本発明による方法のさらなる典型的な実施形態を提供する。
【００１８】
本発明の典型的な実施形態の要旨として、スイッチがフォワードコンバータの整流器回路に設けられ、選択された整流器回路の選択的なオフへの切り替えを可能にする。これによって、たとえば、フォワードコンバータの主出力がスタンバイ中に完全にオフに切り替えられ、一方、同じフォワードコンバータの整流器回路がスタンバイ電源を保証する。
【００１９】
本発明のこれらの態様およびその他の態様は以下に記載された実施形態から明白になり、この実施形態を参照して説明される。
【００２０】
本発明の別の典型的な実施形態は、添付図面を参照して、以下に記載される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１および２を通じて、同じ参照番号が同じ要素または対応する要素に使用される。
【００２２】
図１は、本発明の第１の典型的な実施形態によるフォワードコンバータの簡略化された回路表現を示す。参照番号２は電圧源のような電源を表し、その電源の一方側は変圧器４の一次巻線に直接的に接続され、そのもう一方側はスイッチ６を介してインダクタ４の他の側に接続される。一次巻線４は、第１の整流器回路８の巻線１０および別の整流器回路４６の巻線３４と共に変圧器を形成し、変圧器の一次側巻線と二次側巻線の巻線比が対応する変圧比を表す。
【００２３】
第１の整流器回路８は、第１のダイオード１２および参照番号１６によって表されたスイッチＳ１を介してインダクタ１８に接続された巻線１０を備える。インダクタ１８はさらに、電解コンデンサ（Ｅｌｋｏ）を介して、Ｅｌｋｏ２０と、スイッチＳ１とインダクタ１８の間にある点と、の間に配置されたさらなるダイオード１４に接続される。ダイオード１４のアノードは、巻線１０に接続される。第１の整流器回路１８の出力電圧はＥｌｋｏ２０の両端間で取得される。
【００２４】
図１から分かるように、インダクタ１８はさらなる整流器回路のインダクタ１８に接続される。図１では、インダクタ１８は、第２の整流器回路２６のインダクタ１８と、第３の整流器回路３２のインダクタ１８とに接続される。このようなインダクタ１８の結合は出力インダクタ結合と呼ばれ、図においては参照番号６０によって表される。
【００２５】
図１から分かるように、整流器回路２６は、さらなるダイオード２２およびさらなるＥｌｋｏ２４を含む。同様に、第３の整流器３２はさらなるダイオード２８およびさらなるＥｌｋｏ３０を含む。
【００２６】
さらに、第４の整流器回路４６が設けられる。結合された出力インダクタを除いて、第４の整流器回路４６は、第１の整流器回路８と同じ回路配置を有し、変圧器の第２の巻線を同様に収容する。詳細には、第４の整流器回路４６は（巻線４と共に変圧器を形成する）巻線３４を含み、その巻線３４はダイオード３６およびスイッチ４０を介して別のインダクタ４２に接続される。さらに、インダクタ４２はＥｌｋｏ４４を介してダイオード３８のアノードに接続され、そのダイオード３８のカソードは、参照番号４０によって表されたスイッチＳ２とインダクタ４２との間に接続される。ダイオード３８のアノードはさらに巻線３４に接続される。
【００２７】
第１、第２および第３の整流器８、２６および３２は、それらの出力電圧がＥｌｋｏｓ２０、２４および３０の両端間で取得され、装置の動作電圧を供給するため適合する。第４の整流器回路４６は、その出力電圧がＥｌｋｏ４４の両端間で取得され、典型的にスタンバイ動作のための、装置の一つの電源電圧を供給するように適合する。
【００２８】
図１から分かるように、すべての主出力（すなわち、第１、第２および第３の整流器回路８、２６および３２のＥｌｋｏｓ２０、２４および３０の両端間の電圧）は、（インダクタ１８、すなわち、共通巻線１８に結合された）１個の二次巻線を介して供給される。第１および第４の整流器回路８および４６において、それらの巻線１０および３４はインダクタ４と共に変圧器を形成し、それぞれが整流器ダイオード１２および３６の後ろにスイッチを含む。参照番号１６および４０によって表されたこれらのスイッチを選択的に切り替えることにより、装置の動作電源を保証する第１、第２および第３の整流器回路８、２６および３２は、オフに切り替えられ、第４の整流器回路４６のスイッチＳ２を閉じた状態に保つことにより、スタンバイ電源が第３の整流器回路４６によって保証される。このため、動作中に電力を供給する同じフォワードコンバータによるスタンバイ電源の供給は保証され、すべての他の出力は完全にオフに切り替えられる。
【００２９】
本発明の一態様によれば、スイッチＳ１およびＳ２は、スイッチ６の切り替えによって決まるデューティサイクルのあらゆるサイクルを切り替えるため適合し、または、スイッチＳ１およびＳ２はスタティックスイッチとして適合する。
【００３０】
本発明のこの典型的な実施形態のさらなる態様によれば、スイッチＳ１（参照番号１６）は高周波スイッチである。その場合、スイッチＳ１は、スイッチ６の切り替えによって決まるデューティサイクルのスイッチング周期毎に切り替わる。これは、第４の整流器回路４６と独立に、第１、第２および第３の整流器回路８、２６および３２の出力（すなわち、出力電圧）をコントロールすなわちレギュレートさせる。したがって、結合されていない出力のコントロール、すなわち、デューティサイクルスイッチＳ２による出力整流器回路４６のコントロールはすべての場合に不要であるにもかかわらず、すべての出力がコントロールすなわちレギュレートされる。
【００３１】
当然ながら、スイッチＳ２を使用することにより、第４の整流器回路４６の出力電圧もまたコントロールされ、デューティサイクルは主出力、すなわち、第１、第２および第３の整流器回路８、２６および３２の出力電圧をレギュレートする。
【００３２】
本発明のこの典型的な実施形態のさらなる態様によれば、高周波スイッチは、たとえば、主スイッチ（ここではスイッチＳ１）のゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）を引き起こすアクティブクランプのようなリセットスキームと組み合わせて使用される。
【００３３】
本発明のこの典型的な実施形態のさらなる態様によれば、整流器ダイオード、すなわち、整流器回路８、２６および３２内のダイオード１４、２２および２８と、さらに整流器回路４６内のダイオード３８は、ＭＯＳＦＥＴのような同期整流器素子によって置換される。
【００３４】
さらに、非常に正確なコントロールを許容し得る本発明の別の典型的な実施形態によれば、ダイオード１２とスイッチ１６は、双方向スイッチによって置換される。また、この典型的な実施形態は、ダイオード１４、２２、２８および／または３８の部分的あるいは全てがＭＯＳＦＥＴのような同期整流器素子によって置換される、上記の実施形態に組み合わせてもよい。
【００３５】
図２は本発明の第２の典型的な実施形態によるフォワードコンバータの簡略化された回路表現を示す。図２から分かるように、図２に表された本発明の第２の典型的な実施形態の回路配置は、参照番号５０によって表されたさらなるスイッチＳ３が第３の整流器回路３２と第４の整流器回路４６との間に設けられる点を除いて、図１に表された本発明の第１の典型的な実施形態の回路配置と類似する。図２において、スイッチＳ１は、正常動作中にオンにされ、すなわち、フォワードコンバータが、たとえば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）のような装置に動作電圧を供給するときにオンにされる。
【００３６】
第１、第２および第３の整流器回路８、２６および３２の出力電圧のコントロールまたはレギュレーションは、デューティサイクルのコントロールによって、すなわち、スイッチ６のスイッチングのコントロールによって達成される。この場合、結合されていないスタンバイ出力、すなわち、第４の整流器回路４６の出力はあまりよくレギュレートまたはコントロールされないので、参照番号５０によって表されるスイッチＳ３が設けられ、第１のグループの出力のうちの一つから第２のグループの出力のうちの一つまでを（原則的には、第１のグループのうちの複数から第２のグループのうちの複数まで、場合によっては、第１のグループのうちの一つから第２のグループのうちの複数までが可能である）第４の整流器回路４６に結合する。スイッチＳ２は、正常動作中に、すなわち、第１、第２および第３の整流器回路が出力電圧を供給する動作中にオフにされる。スタンバイ動作中に、すなわち、第１、第２および第３の整流器回路８、２６および３２が完全に遮断され、第４の整流器回路４６がスタンバイ電圧を供給するとき、スイッチＳ１およびＳ３は開かれ、一方、本発明のこの態様によれば、スタティックスイッチであるスイッチＳ２は閉じられる。
【００３７】
本発明の上記の典型的な実施形態の変形によれば、バーストモード、周波数低減などもまた良好な部分負荷効率を得るために可能である。
【００３８】
上記の典型的な実施形態の態様によれば、共通巻線１８に接続された整流器回路内のフリーホイーリングダイオードは同期整流器によって置換される。さらに、整流器回路内のその他のフリーホイーリングダイオードは同様に同期整流器によって置換される。これは、異なる出力電圧をコントロールまたはレギュレートするさらなる自由を許容し得る。その上、これは回路の効率を高めさせる。
【００３９】
上記の典型的な実施形態の別の態様によれば、グループは１台のスイッチによってクラスター化されることが分かり、それぞれのグループの選択的なオンとオフの切り替えを可能にする。上記のように単一出力がオフに切り替えられるように、単一出力にスイッチを設けることも可能である。したがって、第１のグループのあらゆる整流器回路をその固有のスイッチ（ダイオードとスイッチの組み合わせまたは双方向スイッチ）を用いて構築することも可能である。
【００４０】
上記の典型的な実施形態は、スタンバイ電源を主電源内に統合させ、装置の電源のため必要なコストを著しく削減することが有益である。これはＰＣ電源の場合に特に有益である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１の実施形態によるフォワードコンバータの簡略化された回路図である。
【図２】本発明の第２の実施形態によるフォワードコンバータの簡略化された回路図である。
【符号の説明】
【００４２】
２  電源
４  変圧器
６  スイッチ
８  第１の整流器回路
１０、３４  巻線
１２  第１のダイオード
１４、２２、２８、３８  ダイオード
１６  スイッチ
１８  インダクタ
２０、２４、３０  電解コンデンサ
２６  第２の整流器
３２  第３の整流器
３６  整流器ダイオード
４６  第４の整流器
【図１】
2007511193.tif 000003
【図２】
2007511193.tif 000004
【国際調査報告】
2007511193.tif 000005
2007511193.tif 000006