(57)【要約】      （修正有）【課題】昇圧型ＬＥＤドライバ用の出力電圧範囲を倍化する負電源回路を備えた、電源回路を提供する。【解決手段】電源回路１００は、調整された正電源回路１０２と、調整されていない負電源回路１０４と、を備える。調整された正電源回路１０２は、入力回路ノードから入力エネルギーを受け取るように配置されたインダクタ１０６と、スイッチ回路ノードで該インダクタ１０６に結合されたスイッチ回路１０８と、該スイッチ回路１０８に結合された制御回路１１０と、を含む。制御回路１１０は、スイッチ回路１０８の起動を制御して、調整された回路ノードで電圧を調整し、かつ、正出力回路ノードで正出力電圧を生成する。調整されていない負電源回路１０４は、スイッチ回路１０８のスイッチ回路ノードに動作可能に結合され、かつ、負出力回路ノードで負電源電圧を生成するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源回路であって、
調整された正電源回路であって、
入力回路ノードから入力エネルギーを受け取るように配置されたインダクタと、
スイッチ回路ノードで前記インダクタに結合されたスイッチ回路と、
前記スイッチ回路に結合された制御回路であって、前記スイッチ回路の起動を制御して、調整された回路ノードで電圧を調整し、かつ、正出力回路ノードで正出力電圧を生成するように構成されている、制御回路と、を含む、調整された正電源回路と、
前記スイッチ回路ノードに動作可能に結合され、かつ、負出力回路ノードで負電源電圧を生成するように構成されている、調整されていない負電源回路と、
を備える、電源回路。
【請求項２】
前記調整された正電源回路が、スイッチング電力コンバータ回路を含み、前記調整されていない負電源回路が、負電荷ポンプ回路を含む、請求項１に記載の電源回路。
【請求項３】
前記スイッチ回路が、
起動されたときに、前記インダクタを充電するように構成されている、前記スイッチ回路ノードに結合された第１のトランジスタと、
起動されたときに、前記インダクタから前記調整された回路ノードに電荷を転送するように構成されている、前記スイッチ回路ノードに結合された第２のトランジスタと、を含み、
前記調整されていない負電源回路が、
前記スイッチ回路ノードと前記負出力ノードとの間に配置されたスイッチングコンデンサを含み、
前記第１のトランジスタの起動が、調整されていない負電圧を前記負出力回路ノードに提供する、請求項２に記載の電源回路。
【請求項４】
前記第２のトランジスタの起動が、前記スイッチングコンデンサを前記調整された回路ノードの前記電圧に充電し、前記第１のトランジスタの前記起動が、前記負出力回路ノードで、負極性の前記調整された回路ノードの前記電圧を生成する、請求項３に記載の電源回路。
【請求項５】
前記調整された正電源回路が、スイッチング電力コンバータ回路を含み、前記調整されていない負電源回路が、チュックコンバータ回路を含む、請求項１に記載の電源回路。
【請求項６】
前記スイッチ回路が、
起動されたときに、前記インダクタを充電するように構成されている、前記スイッチ回路ノードに結合された第１のトランジスタと、
起動されたときに、前記インダクタから前記調整された回路ノードに電荷を転送するように構成されている、前記スイッチ回路ノードに結合された第２のトランジスタと、を含み、
前記調整されていない負電源回路が、
前記スイッチ回路ノードと前記負出力ノードとの間に配置されたスイッチングコンデンサおよび負電源インダクタを含む、請求項５に記載の電源回路。
【請求項７】
前記調整された正電源回路が、昇圧型コンバータ回路を含む、請求項１に記載の電源回路。
【請求項８】
入力回路ノードを含み、
前記スイッチ回路が、
起動されたときに、前記インダクタを充電するように構成されている、前記スイッチ回路ノードに結合された第１のトランジスタと、
起動されたときに、前記インダクタから前記調整された回路ノードに電荷を転送するように構成されている、前記スイッチ回路ノードに結合された第２のトランジスタと、を含み、
前記調整された回路ノードと回路グラウンドまでの間の調整された電圧（Ｖｏｕｔ）が、１−前記第１のトランジスタの前記起動のデューティサイクル（Ｄ）の逆数が乗算された、前記入力回路ノードにおける電圧（Ｖｉｎ）に等しく、即ち、Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ／（１−Ｄ）であり、回路グラウンドと前記負出力回路ノードとの間の前記電圧が、前記調整された電圧のマイナス（−Ｖｏｕｔ）に等しい、請求項７に記載の電源回路。
【請求項９】
前記調整された回路ノードと前記正出力回路ノードとの間に配置されたパルス幅変調（ＰＷＭ）スイッチ回路を含み、
前記制御回路が、前記ＰＷＭスイッチ回路の起動を変調して、負荷が前記正出力回路ノードと前記負出力回路ノードとの間に結合されたときに、負荷電流を制御するように構成されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の電源回路。
【請求項１０】
電源回路を動作させる方法であって、
前記電源回路の入力回路ノードで提供されるエネルギーを使用して、インダクタを充電することと、
前記電源回路のスイッチ回路ノードに結合されたスイッチ回路を使用して、前記インダクタの前記充電を制御することによって、調整された回路ノードで、調整された電圧を生成することと、
前記調整された電圧を使用して、正出力回路ノードで、正出力電圧を生成することと、   
前記スイッチ回路ノードの前記電圧を使用して、負出力回路ノードで、調整されていない負電源電圧を生成することと、を含む、方法。
【請求項１１】
前記調整されていない負電源電圧を前記生成することが、負充電ポンプを使用して、前記調整されていない負電源電圧を生成することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記スイッチ回路ノードに結合された第１のトランジスタを起動させて、前記インダクタを充電することと、
前記スイッチ回路ノードに結合された第２のトランジスタを起動させて、電荷を前記インダクタから前記調整された回路ノードに移動させることと、
前記第１のトランジスタを起動させるときに、負の調整されていない電圧を前記負出力回路ノードに提供することと、を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２のトランジスタを起動させることが、前記スイッチングコンデンサを前記調整された回路ノードの前記電圧まで充電し、前記第１のトランジスタを前記起動させることが、前記負出力回路ノードで、負極性の前記調整された回路ノードの前記電圧を生成する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記の前記調整されていない負電源電圧を生成することが、チュックコンバータ回路を使用して、前記調整されていない負電源電圧を生成することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記調整された電圧を前記生成することが、昇圧コンバータ回路を使用して、前記調整された電圧を生成することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記スイッチ回路ノードに結合された第１のトランジスタを起動させて、前記インダクタを充電することと、
前記スイッチ回路ノードに結合された第２のトランジスタを起動させて、前記インダクタから前記調整された回路ノードに電荷を移動させることと、を含み、
前記調整された電圧を前記生成することが、１−前記第１のコンデンサの前記起動のデューティサイクル（Ｄ）の逆数が乗算された、前記入力回路ノードにおける電圧（Ｖｉｎ）に等しい、前記調整された回路ノードと回路グラウンドの間の調整された電圧（Ｖｏｕｔ）、即ち、Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ／（１−Ｄ）を生成することを含み、
前記調整されていない負電源電圧を前記生成することが、負極性の前記調整された電圧（−Ｖｏｕｔ）に等しい、回路グラウンドと前記負出力回路ノードとの間の前記調整されていない負電源電圧を生成することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記電源回路のＰＷＭスイッチ回路の起動を変調して、負荷が前記正出力回路ノードと前記負出力回路ノードとの間に結合されたときに、負荷電流を制御することを含む、請求項１０〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
発光ダイオード（ＬＥＤ）ドライバであって、
調整された正電源回路であって、
入力回路ノードから入力エネルギーを受け取るように配置されたインダクタと、
スイッチ回路ノードで前記インダクタに結合されたスイッチ回路と、
前記スイッチ回路に結合された制御回路であって、前記スイッチ回路の起動を制御して、調整された回路ノードで電圧を調整し、かつ、正出力回路ノードで正出力電圧を生成するように構成されている、制御回路と、を含む、調整された正電源回路と、
前記スイッチ回路ノードに動作可能に結合され、かつ、負出力回路ノードで負電源電圧を生成するように構成されている、調整されていない負電源回路と、
前記調整された回路ノードと前記正出力回路ノードとの間に配置されたパルス幅変調（ＰＷＭ）スイッチ回路と、
前記ＰＷＭスイッチに動作可能に結合された負荷電流検知回路素子と、を備え、
前記制御回路が、前記ＰＷＭスイッチ回路の起動を変調して、負荷が前記正出力回路ノードと前記負出力回路ノードとの間に結合されたときに、負荷電流を制御するようにさらに構成されている、ＬＥＤドライバ。
【請求項１９】
前記調整された正電源回路が、スイッチング電力コンバータ回路を含み、前記調整されていない負電源回路が、負電荷ポンプ回路を含む、請求項１８に記載のＬＥＤドライバ。
【請求項２０】
前記調整された正電源回路が、スイッチング電力コンバータ回路を含み、前記調整されていない負電源回路が、チュックコンバータ回路を含む、請求項１８に記載のＬＥＤドライバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本文書は、集積回路に関し、特に、入力電圧から調整された電圧を提供する電力コンバータ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子システムは、調整された電源を必要とする装置を含むことができる。電力コンバータ回路は、負荷に調整された電圧を提供するために使用することができる。しかしながら、一般的に、電力コンバータ回路が生成し回路負荷に送達することができる電圧には実用限界が存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本開示は、概して、電力コンバータ回路およびそれらを動作させる方法に関する。いくつかの態様では、電源回路は、調整された正電源回路と、調整されていない負電源回路と、を含む。調整された正電源回路は、入力回路ノードから入力エネルギーを受け取るように配置されたインダクタと、スイッチ回路ノードで該インダクタに結合されたスイッチ回路と、該スイッチ回路に結合された制御回路と、を含む。制御回路は、スイッチ回路の起動を制御して、調整された回路ノードで電圧を調整し、かつ、正出力回路ノードで正出力電圧を生成する。調整されていない負電源回路は、スイッチ回路ノードに動作可能に結合され、かつ、負出力回路ノードで負電源電圧を生成する。
【０００４】
いくつかの態様では、発光ダイオード（ＬＥＤ）ドライバは、調整された正電源回路と、調整されていない負電源回路と、調整された回路ノードと正出力回路ノードとの間に配置されたパルス幅変調（ＰＷＭ）スイッチ回路と、該ＰＷＭスイッチに結合された負荷電流検知回路素子と、を含む。調整された正電源回路は、入力回路ノードから入力エネルギーを受け取るように配置されたインダクタと、スイッチ回路ノードで該インダクタに結合されたスイッチ回路と、該スイッチ回路に結合された制御回路と、を含む。制御回路は、スイッチ回路の起動を制御して、調整された回路ノードで電圧を調整し、かつ、正出力回路ノードで正出力電圧を生成する。調整されていない負電源回路は、スイッチ回路ノードに動作可能に結合され、かつ、負出力回路ノードで負電源電圧を生成する。制御回路は、ＰＷＭスイッチ回路の起動を調節して、負荷が正出力回路ノードと負出力回路ノードとの間に結合されたときに負荷電流を制御する。
【０００５】
本節は、本特許出願の主題の概要を提供することが意図されている。本発明の排他的または網羅的な説明を提供することは意図されていない。詳細な説明は、本特許出願に関する更なる情報を提供するために含まれている。
【０００６】
例えば、本願は以下の項目を提供する。
（項目１）
電源回路であって、
調整された正電源回路であって、
入力回路ノードから入力エネルギーを受け取るように配置されたインダクタと、
スイッチ回路ノードで上記インダクタに結合されたスイッチ回路と、
上記スイッチ回路に結合された制御回路であって、上記スイッチ回路の起動を制御して、調整された回路ノードで電圧を調整し、かつ、正出力回路ノードで正出力電圧を生成するように構成されている、制御回路と、を含む、調整された正電源回路と、
上記スイッチ回路ノードに動作可能に結合され、かつ、負出力回路ノードで負電源電圧を生成するように構成されている、調整されていない負電源回路と、
を備える、電源回路。
（項目２）上記調整された正電源回路が、スイッチング電力コンバータ回路を含み、上記調整されていない負電源回路が、負電荷ポンプ回路を含む、上記項目に記載の電源回路。
（項目３）        
上記スイッチ回路が、
起動されたときに、上記インダクタを充電するように構成されている、上記スイッチ回路ノードに結合された第１のトランジスタと、
起動されたときに、上記インダクタから上記調整された回路ノードに電荷を転送するように構成されている、上記スイッチ回路ノードに結合された第２のトランジスタと、を含み、
上記調整されていない負電源回路が、
上記スイッチ回路ノードと上記負出力ノードとの間に配置されたスイッチングコンデンサを含み、
上記第１のトランジスタの起動が、調整されていない負電圧を上記負出力回路ノードに提供する、上記項目のいずれか一項に記載の電源回路。
（項目４）
上記第２のトランジスタの起動が、上記スイッチングコンデンサを上記調整された回路ノードの上記電圧に充電し、上記第１のトランジスタの上記起動が、上記負出力回路ノードで、負極性の上記調整された回路ノードの上記電圧を生成する、上記項目のいずれか一項に記載の電源回路。
（項目５）
上記調整された正電源回路が、スイッチング電力コンバータ回路を含み、上記調整されていない負電源回路が、チュックコンバータ回路を含む、上記項目のいずれか一項に記載の電源回路。
（項目６）
上記スイッチ回路が、
起動されたときに、上記インダクタを充電するように構成されている、上記スイッチ回路ノードに結合された第１のトランジスタと、
起動されたときに、上記インダクタから上記調整された回路ノードに電荷を転送するように構成されている、上記スイッチ回路ノードに結合された第２のトランジスタと、を含み、
上記調整されていない負電源回路が、
上記スイッチ回路ノードと上記負出力ノードとの間に配置されたスイッチングコンデンサおよび負電源インダクタを含む、上記項目のいずれか一項に記載の電源回路。
（項目７）
上記調整された正電源回路が、昇圧型コンバータ回路を含む、上記項目のいずれか一項に記載の電源回路。
（項目８）        
入力回路ノードを含み、
上記スイッチ回路が、
起動されたときに、上記インダクタを充電するように構成されている、上記スイッチ回路ノードに結合された第１のトランジスタと、
起動されたときに、上記インダクタから上記調整された回路ノードに電荷を転送するように構成されている、上記スイッチ回路ノードに結合された第２のトランジスタと、を含み、
上記調整された回路ノードと回路グラウンドまでの間の調整された電圧（Ｖｏｕｔ）が、１−上記第１のトランジスタの上記起動のデューティサイクル（Ｄ）の逆数が乗算された、上記入力回路ノードにおける電圧（Ｖｉｎ）に等しく、即ち、Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ／（１−Ｄ）であり、回路グラウンドと上記負出力回路ノードとの間の上記電圧が、上記調整された電圧のマイナス（−Ｖｏｕｔ）に等しい、上記項目のいずれか一項に記載の電源回路。
（項目９）        
上記調整された回路ノードと上記正出力回路ノードとの間に配置されたパルス幅変調（ＰＷＭ）スイッチ回路を含み、
上記制御回路が、上記ＰＷＭスイッチ回路の起動を変調して、負荷が上記正出力回路ノードと上記負出力回路ノードとの間に結合されたときに、負荷電流を制御するように構成されている、上記項目のいずれか一項に記載の電源回路。
（項目１０）
電源回路を動作させる方法であって、
上記電源回路の入力回路ノードで提供されるエネルギーを使用して、インダクタを充電することと、
上記電源回路のスイッチ回路ノードに結合されたスイッチ回路を使用して、上記インダクタの上記充電を制御することによって、調整された回路ノードで、調整された電圧を生成することと、
上記調整された電圧を使用して、正出力回路ノードで、正出力電圧を生成することと、   
上記スイッチ回路ノードの上記電圧を使用して、負出力回路ノードで、調整されていない負電源電圧を生成することと、を含む、方法。
（項目１１）
上記調整されていない負電源電圧を上記生成することが、負充電ポンプを使用して、上記調整されていない負電源電圧を生成することを含む、上記項目に記載の方法。
（項目１２）       
上記スイッチ回路ノードに結合された第１のトランジスタを起動させて、上記インダクタを充電することと、
上記スイッチ回路ノードに結合された第２のトランジスタを起動させて、電荷を上記インダクタから上記調整された回路ノードに移動させることと、
上記第１のトランジスタを起動させるときに、負の調整されていない電圧を上記負出力回路ノードに提供することと、を含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１３）
上記第２のトランジスタを起動させることが、上記スイッチングコンデンサを上記調整された回路ノードの上記電圧まで充電し、上記第１のトランジスタを上記起動させることが、上記負出力回路ノードで、負極性の上記調整された回路ノードの上記電圧を生成する、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１４）
上記の上記調整されていない負電源電圧を生成することが、チュックコンバータ回路を使用して、上記調整されていない負電源電圧を生成することを含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１５）
上記調整された電圧を上記生成することが、昇圧コンバータ回路を使用して、上記調整された電圧を生成することを含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１６）       
上記スイッチ回路ノードに結合された第１のトランジスタを起動させて、上記インダクタを充電することと、
上記スイッチ回路ノードに結合された第２のトランジスタを起動させて、上記インダクタから上記調整された回路ノードに電荷を移動させることと、を含み、
上記調整された電圧を上記生成することが、１−上記第１のコンデンサの上記起動のデューティサイクル（Ｄ）の逆数が乗算された、上記入力回路ノードにおける電圧（Ｖｉｎ）に等しい、上記調整された回路ノードと回路グラウンドの間の調整された電圧（Ｖｏｕｔ）、即ち、Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ／（１−Ｄ）を生成することを含み、
上記調整されていない負電源電圧を上記生成することが、負極性の上記調整された電圧（−Ｖｏｕｔ）に等しい、回路グラウンドと上記負出力回路ノードとの間の上記調整されていない負電源電圧を生成することを含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１７）
上記電源回路のＰＷＭスイッチ回路の起動を変調して、負荷が上記正出力回路ノードと上記負出力回路ノードとの間に結合されたときに、負荷電流を制御することを含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１８）
発光ダイオード（ＬＥＤ）ドライバであって、
調整された正電源回路であって、
入力回路ノードから入力エネルギーを受け取るように配置されたインダクタと、
スイッチ回路ノードで上記インダクタに結合されたスイッチ回路と、
上記スイッチ回路に結合された制御回路であって、上記スイッチ回路の起動を制御して、調整された回路ノードで電圧を調整し、かつ、正出力回路ノードで正出力電圧を生成するように構成されている、制御回路と、を含む、調整された正電源回路と、
上記スイッチ回路ノードに動作可能に結合され、かつ、負出力回路ノードで負電源電圧を生成するように構成されている、調整されていない負電源回路と、
上記調整された回路ノードと上記正出力回路ノードとの間に配置されたパルス幅変調（ＰＷＭ）スイッチ回路と、
上記ＰＷＭスイッチに動作可能に結合された負荷電流検知回路素子と、を備え、
上記制御回路が、上記ＰＷＭスイッチ回路の起動を変調して、負荷が上記正出力回路ノードと上記負出力回路ノードとの間に結合されたときに、負荷電流を制御するようにさらに構成されている、ＬＥＤドライバ。
（項目１９）
上記調整された正電源回路が、スイッチング電力コンバータ回路を含み、上記調整されていない負電源回路が、負電荷ポンプ回路を含む、上記項目に記載のＬＥＤドライバ。
（項目２０）
上記調整された正電源回路が、スイッチング電力コンバータ回路を含み、上記調整されていない負電源回路が、チュックコンバータ回路を含む、上記項目のいずれか一項に記載のＬＥＤドライバ。
（摘要）
電源回路は、調整された正電源回路と、調整されていない負電源回路と、を備える。調整された正電源回路は、入力回路ノードから入力エネルギーを受け取るように配置されたインダクタと、スイッチ回路ノードで該インダクタに結合されたスイッチ回路と、該スイッチ回路に結合された制御回路と、を含む。制御回路は、スイッチ回路の起動を制御して調整された回路ノードで電圧を調整し、かつ、正出力回路ノードで正出力電圧を生成するように構成されている。調整されていない負電源回路は、該スイッチ回路ノードに動作可能に結合され、かつ、負出力回路ノードで負電源電圧を生成するように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図面（必ずしも原寸に比例して描かれていない）において、同じ番号で異なる図の類似した構成要素を記述することができる。異なる添え字を有する同じ番号で類似した構成要素の異なる例を表すことができる。図面は、概して、例としてであって、限定しない方法で、本文書で説明される様々な実施形態を例示する。
【図１】図１は、一態様における電源回路のブロック図である。
【図２】図２は、一態様における別の実施例の電源回路の回路図である。
【図３】図３は、一態様における更なる実施例の電源回路の回路図である。
【図４】図４は、一態様における発光ドライバ（ＬＥＤ）ドライバのブロック図である。
【図５】図５は、一態様における電源回路を動作させる方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
電力コンバータ回路は、電子システム用の回路電源である、調整された電圧を提供するために使用することができる。いくつかの電力コンバータ回路は、入力電圧を調整された出力電圧に変換するスイッチング電力コンバータ回路である。昇圧型コンバータ、即ち、ブーストコンバータの場合、調整された電圧への変換は、電力コンバータ回路の入力電圧より高い調整された出力電圧を提供することができる。従来の昇圧型コンバータの実装形態では、生成することができる電圧に実用限界があり、これは、電力コンバータを使用することができる用途の数を低下させ得る。
【０００９】
例えば、従来の、最大デューティ比ＤＭＡＸが固定された単一段昇圧型スイッチングモードコンバータでは、最大出力電圧ＶＯＵＴ，ＭＡＸは、下式となる。
ＶＯＵＴ，ＭＡＸ＝ＶＩＮ／（１−ＤＭＡＸ）
最大で２ＭＨｚまでの高いスイッチング周波数（ｆＳＷ）、５０ナノ秒（５０ｎｓ）の最少スイッチオン時間、９０％ＤＭＡＸの、昇圧型コンバータでは、達成可能なＶＯＵＴ，ＭＡＸは、３ＶのＶＩＮで約３０ボルト（３０Ｖ）である。しかしながら、昇圧型コンバータの最大オン時間の限界により、従来の昇圧型コンバータは、６０Ｖまたはそれ以上のＶＯＵＴを必要とする用途をサポートすることができない。
【００１０】
加えて、スイッチが電解効果トランジスタ（ＦＥＴ）である昇圧型コンバータでは、グラウンドに対して高いＶＯＵＴを達成するために高い定格電圧のＦＥＴおよびダイオードが必要とされる。高電圧スイッチは、その寄生容量が増大され得、全体の電子システムのサイズおよびコストを増大させ得る。
【００１１】
また、高電圧レベルシフタが、高電圧スイッチに対してより高い駆動電圧をサポートするために、昇圧型コンバータ回路用の制御器に組み込まれる必要があり得る。レベルシフタの追加は、スイッチゲートドライバに高い伝搬遅延をもたらし、再度システムのサイズおよびコストの増大に寄与し得る。これは、単一のチップに組み込まれたスイッチおよび制御器を備えるモノリシック昇圧型コンバータに特に当てはまる。製作プロセスの装置の最大定格が、達成可能な出力電圧を制限し得る。高電圧昇圧型コンバータは、また、チップサイズを増大させるＶＯＵＴでのＩＣチップ上の高い静電放電（ＥＳＤ）クランプ電圧を要求し得る。高電圧を実装することができるモノリシック昇圧型コンバータは、一般的に、チップサイズおよびコストの増大を伴う。さらに、高電圧レベルは、安全性を損ない得、より広い物理的なボード間隔を必要とし得る。
高電圧電力コンバータを実装することに対するこれらの課題は、正出力電圧および負出力電圧を生成する電源回路を使用し、正出力電圧と負出力電圧との間に負荷を動作可能に結合することによって対処することができる。これは、電源回路の回路素子に要求される定格を低減させる。
【００１２】
図１は電源回路１００のブロック図である。電源回路は、調整された正電源回路１０２と、調整されていない負電源回路１０４と、を含む。調整された正電源回路１０２は、入力回路ノード（ＶＩＮ）から入力エネルギーを受け取るように回路に配置されたインダクタ１０６を含む。調整された正電源回路１０２は、スイッチ回路ノードでインダクタに結合されたスイッチ回路１０８と、該スイッチ回路に結合された制御回路と、を含む。制御回路１１０は、スイッチ回路の起動を制御して、調整された回路ノード（ＶＯＵＴ）で電圧を調整し、かつ、正出力回路ノード（ＶＰＯＳ）で正出力電圧を生成する。
【００１３】
調整されていない負電源回路は、スイッチ回路ノードに動作可能に結合され、かつ、負出力回路ノード（ＶＮＥＧ）で負電源電圧を生成する。いくつかの実施形態では、ＶＰＯＳでの電圧は、調整された電圧ＶＯＵＴであり、ＶＮＥＧでの電圧は、負極性の調整された電圧−ＶＯＵＴである。これは、２ＶＯＵＴが回路のグラウンドに対して生成される場合に、回路素子に何も要求することなく、回路負荷を跨いで２ＶＯＵＴの電圧を生成する。
【００１４】
図２は、電源回路２００の別の実施例の回路図である。電源回路は、調整された正電源回路２０２と、調整されていない負電源回路２０４と、を含む。調整された正電源回路２０２は、スイッチング電力コンバータ回路を含む。スイッチング電力コンバータ回路は、インダクタ２０６と、スイッチ回路ノード（ＳＷ）に動作可能に結合されたスイッチ回路と、を含む。スイッチ回路は、上部スイッチ（ＭＴ）と、下部スイッチ（ＭＢ）と、を含む。スイッチは、ＦＥＴであってよい。図２の実施例では、スイッチング電力コンバータ回路は、昇圧型コンバータである。変形形態では、スイッチング電力コンバータ回路は、降圧型（バック）コンバータである。
【００１５】
調整されていない負電源回路２０４は、スイッチ回路ノードに結合された負電荷ポンプ回路を含む。負電荷ポンプ回路は、スイッチングコンデンサまたはフライコンデンサＣＦと、ダイオードＤ１、Ｄ２と、を含む。
【００１６】
ＭＢが起動しているとき、インダクタは、充電される。ＭＢが起動している間の時間は、デューティ比Ｄの「オン時間」を定義する。ＭＴが起動している（オンの）とき、電荷がインダクタから調整された回路ノードＶＯＵＴおよび正出力回路ノード（ＶＰＯＳ）に移動される。ＭＢおよびＭＴのデューティサイクリングは、調整された回路ノードで、入力回路ノード（ＶＩＮ）の電圧に（１−第１のトランジスタの起動のデューティサイクル（Ｄ））の逆数が乗算されたものに等しい調整された電圧ＶＯＵＴ、即ち、ＶＯＵＴ＝ＶＩＮ／（１−Ｄ）を生成する。（降圧型コンバータ回路では、調整された電圧ＶＯＵＴは、ＶＯＵＴ＝Ｄ・ＶＩＮとなるであろう。）
ＭＴが起動しているとき、電荷がインダクタから調整された回路ノードＶＯＵＴおよび正出力回路ノードＶＰＯＳに移動され、コンデンサＣＦが正のＶＰＯＳレベルまで充電され、回路ノードＶＮが回路グラウンドにある。ＭＴが起動を止める（オフになる）とき、ＭＢが起動して（オンになり）、スイッチ回路ノードＳＷが回路グラウンドに引き寄せられ、回路ノードＳＷに接続されたＣＦの終端が突然グラウンドに変わる。ＣＦは、変化に抵抗しその電荷を維持するので、回路ノードＶＮの電圧は、グラウンドからほぼ（−ＶＯＵＴ）の電圧まで変化し、調整されていない負電源電圧がＶＮＥＧで生成される。ＭＢの起動フェーズの間、ＣＦは放電され、電流が負荷からＣＦまで流れ、調整されていない負電源を生成する。
【００１７】
昇圧型スイッチング電力コンバータ回路、９０％の最大デューティ比、および３Ｖの入力電圧では、調整された電圧ＶＯＵＴは、約３０Ｖである。ＶＰＯＳ＝３０ＶおよびＶＮＥＧ＝−３０Ｖでは、約６０Ｖが回路負荷を跨いで生成される。スイッチＭＴによるＶＰＯＳの電圧降下、およびダイオードＤ１によるＶＮＥＧの電圧降下が生じるであろう。ダイオードＤ１およびＤ２によるＶＮＥＧの電圧降下が生じるであろう。ＶＮＥＧの絶対値は、Ｄ１およびＤ２によるＶＯＵＴより小さな２つのダイオードの電圧降下である。
【００１８】
図３は、電源回路３００の別の実施例の回路図である。電源回路は、調整された正電源回路３０２と、調整されていない負電源回路３０４と、を含む。図２の実施例でのように、調整された正電源回路３０２は、昇圧型スイッチング電力コンバータ回路であってよく、インダクタ３０６と、制御回路３１０と、スイッチ回路ノード（ＳＷ）に動作可能に結合されたスイッチＭＴおよびＭＢを含むスイッチ回路と、を含むことができる。
【００１９】
調整されていない負電源回路３０４は、チュックコンバータ回路を含む。チュックコンバータ回路は、スイッチングコンデンサまたはフライコンデンサＣＦと、ダイオードＤ１と、インダクタ３１２と、を含む。チュックコンバータ回路は、ＶＮＥＧで負出力電圧を生成する。制御回路は、調整された回路ノードＶＯＵＴで電圧を調整し、ＶＮＥＧで生成される負電圧は、調整されない。チュックコンバータ回路は、デューティ比（Ｄ）が乗算された調整された出力電圧の負の値に等しい負出力電圧、即ち、ＶＮＥＧ＝−（ＶＯＵＴ・Ｄ）を生成する。調整された電源回路は昇圧型電力スイッチングコンバータであるので、図２の実施例でのように、ＶＯＵＴ＝ＶＩＮ／（１−Ｄ）である。図１〜３の電源回路の実施例は、入力電圧よりもはるかに高い電圧を必要とする出力負荷を駆動することが可能であることが分かる。
【００２０】
図４は、電源回路を含む発光ドライバ（ＬＥＤ）ドライバ回路４００のブロック図である。ＬＥＤドライバ回路は、調整された正電圧供給回路４０２と、調整されていない負電源回路４０４と、を含む。調整された正電圧供給回路４０２は、調整された回路ノードＶＯＵＴＯＵＴで調整された電圧を生成する昇圧型電力コンバータ回路を含むことができる。調整されていない負電源回路４０４は、図２のように負電荷ポンプ回路か、または図３の実施例のチュックコンバータ回路のどちらかであってよい。ＶＰＯＳからＶＮＥＧまでの負荷を跨ぐ正味の電圧は６０Ｖより大きくなることができるので、ＬＥＤドライバ回路は、各ＬＥＤが３Ｖの電圧降下を加えても２０個より多い直列接続されたＬＥＤを駆動することができる。
【００２１】
ＬＥＤドライバ回路４００は、また、調整された回路ノードＶＯＵＴと正出力回路ノードＶＰＯＳとの間に配置されたパルス幅変調（ＰＷＭ）スイッチ回路Ｍ１と、ＰＷＭスイッチに結合された負荷電流検知回路素子４１４と、を含む。ある実施形態では、負荷電流検知回路素子４１４は、負荷電流に比例する電圧を生成する検知抵抗器である。制御回路４１０は、ＰＷＭスイッチ回路の起動を調節して負荷電流を制御する。これは、正出力回路ノードと負出力回路ノードとの間に接続された一連のＬＥＤ４１６に調光能力を提供することができる。
【００２２】
完璧を期するために、図５は、電源回路を動作させる方法５００のフロー図である。５０５で、インダクタが、電源回路の入力回路ノードで提供されるエネルギーを使用して充電される。５１０で、調整された電圧が、電源回路のスイッチ回路ノードに結合されたスイッチ回路を使用してインダクタの充電を制御することにより調整された回路ノードで生成される。調整された電圧は、昇圧型スイッチ電力コンバータ回路を使用して生成され得る。調整された電圧ＶＯＵＴは、（１−第１のトランジスタの起動のデューティサイクル（Ｄ））の逆数が乗算された入力回路ノード（ＶＩＮ）での電圧に等しく、即ち、ＶＯＵＴ＝ＶＩＮ／（１−Ｄ）となり得る。変形形態では、調整された電圧は、降圧型スイッチ電力コンバータ回路を使用して生成され得、調整された電圧ＶＯＵＴは、ＶＯＵＴ＝Ｄ・ＶＩＮとなるであろう。
【００２３】
５１５で、正出力電圧が、調整された電圧を使用して正出力回路ノードで生成され、５２０で、調整されていない負電源電圧が、スイッチ回路ノードの電圧を使用して負出力回路ノードで生成される。調整されていない負電源電圧は、負電荷ポンプ回路またはチュックコンバータ回路を使用して生成され得る。
【００２４】
いくつかの態様では、正出力電圧および調整されていない負電源電圧は、直列に接続された一連のＬＥＤを駆動するために使用され得る。駆動することができるＬＥＤの数は、ブーストコンバータの定格電圧に依存する。以前に説明した、ＶＰＯＳ＝３０Ｖ、ＶＮＥＧ＝−３０Ｖであり、回路負荷を跨いで約６０Ｖが生成された実施例の場合、ブーストコンバータは、２０〜２５個の一連のＬＥＤを駆動するために使用され得る。ブーストコンバータがＶＰＯＳ＝６０ＶおよびＶＮＥＧ＝−６０Ｖを生成する場合は、約１２０Ｖが回路負荷を跨いで生成され、生成された電圧の範囲は、約４０個の一連のＬＥＤを駆動するために使用され得る。より高い電圧範囲は、より多くの数のＬＥＤを駆動することができる。
【００２５】
本明細書で説明した装置および方法は、従来の昇圧型スイッチモードコンバータ回路の限界を克服することが分かる。これらの回路は、従来手法の出力の２倍（２ＶＯＵＴ）の用途をサポートすることができる。回路素子の定格は、ＶＯＵＴとなる必要があるだけである。電源回路のスイッチ（ＭＴ、ＭＢ、およびＰＷＭスイッチＭ１）、コンデンサ、ならびにダイオードの定格が４０Ｖの場合は、これらの電源回路は、８０Ｖを生成するために使用され得る。これは、８０Ｖ回路に要求される面積を低減させる。他の実施例では、定格３０Ｖの回路素子が、６０Ｖ回路を実装するために使用され得、あるいは、定格６０Ｖの回路素子が、１２０Ｖ回路を実装するために使用され得る。加えて、生成された電圧範囲のわずか半分に対してＥＳＤ保護が必要になる。４０Ｖの定格のブーストコンバータの実施例の場合、４０Ｖのみに対するＥＳＤ保護が必要であり、８０Ｖの完全な電圧範囲に対するＥＳＤ保護は要求されない。
【００２６】
（追加の説明および態様）
第１の態様（態様１）は、調整された正電源回路と調整されていない負電源回路とを備える（電源回路などの）主題を含むことができる。調整された正電源回路は、入力回路ノードから入力エネルギーを受け取るように配置されたインダクタと、スイッチ回路ノードで該インダクタに結合されたスイッチ回路と、該スイッチ回路に結合された制御回路と、を含む。制御回路は、スイッチ回路の起動を制御して調整された回路ノードで電圧を調整し、かつ、正出力回路ノードで正出力電圧を生成するように構成されている。調整されていない負電源回路は、スイッチ回路ノードに動作可能に結合され、かつ、負出力回路ノードで負電源電圧を生成するように構成されている。
【００２７】
態様２では、態様１の主題が、任意選択で、スイッチング電力コンバータ回路を含む調整された正電源回路と、負電荷ポンプ回路を含む調整されていない負電源回路と、を含む。
【００２８】
態様３では、態様２の主題が、任意選択で、起動されたときに、インダクタを充電するように構成されている、スイッチ回路ノードに結合された第１のトランジスタと、起動されたときに、インダクタから電荷を調整された回路ノードに移動するように構成されている、スイッチ回路ノードに結合された第２のトランジスタと、を含む、スイッチ回路を含む。調整されていない負電源回路は、任意選択で、スイッチ回路ノードと負出力ノードとの間に配置されたスイッチングコンデンサを含む。スイッチ回路の第１のコンデンサの活性化は、調整されていない負電圧を負出力回路ノードに提供する。
【００２９】
態様４では、態様３の主題が、任意選択で、第２のトランジスタの起動がスイッチングコンデンサを調整された回路ノードの電圧まで充電し、第１のトランジスタの起動が負出力回路ノードで負極性の調整された回路ノードの電圧を生成するスイッチ回路を含む。
【００３０】
態様５では、態様１の主題が、任意選択で、スイッチング電力コンバータ回路を含む調整された正電源回路と、チュックコンバータ回路を含む調整された正電源回路と、を含む。
【００３１】
態様６では、態様５の主題が、任意選択で、スイッチ回路ノードに結合され、起動されたときにインダクタを充電するように構成された第１のトランジスタと、スイッチ回路ノードに結合され、起動されたときにインダクタから調整された回路ノードに電荷を移動するように構成された第２のトランジスタと、を含む、スイッチ回路を含む。調整されていない負電源回路は、任意選択で、スイッチングコンデンサと、スイッチ回路ノードと負出力ノードとの間に配置された負電源インダクタと、を含む。
【００３２】
態様７では、態様１〜６の１つまたは任意の組み合わせの主題が、任意選択で、昇圧型コンバータ回路を含む、調整された正電源回路を含む。
【００３３】
態様８では、態様７の主題が、任意選択で、入力回路ノードと、起動されたときに、インダクタを充電するように構成されている、スイッチ回路ノードに結合された第１のトランジスタ、および起動されたときに、インダクタから電荷を調整された回路ノードに移動するように構成されている、スイッチ回路ノードに結合された第２のトランジスタを含む、スイッチ回路と、を含む。調整された回路ノードと回路グラウンドまでの間の調整された電圧（Ｖｏｕｔ）は、入力回路ノード（Ｖｉｎ）での電圧に（１−第１のトランジスタの起動のデューティサイクル（Ｄ））の逆数が乗算された電圧に等しく、即ち、Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ／（１−Ｄ）であり、回路グラウンドと負出力回路ノードとの間の電圧が、負の調整された電圧（−Ｖｏｕｔ）に等しい。
【００３４】
態様９では、態様１〜８の１つまたは任意の組み合わせの主題が、任意選択で、調整された回路ノードと正出力回路ノードとの間に配置されたパルス幅変調（ＰＷＭ）スイッチ回路を含む。制御回路は、任意選択で、ＰＷＭスイッチ回路の起動を調節して、負荷が正出力回路ノードと負出力回路ノードとの間に結合されたときに、負荷電流を制御するように構成される。
【００３５】
態様１０は、（制御回路の動作を制御するための行動を含む方法などの）主題を含み、または、任意選択で、態様１〜９の１つまたは任意の組み合わせに組み合わされて、電源回路の入力回路ノードで提供されるエネルギーを使用してインダクタを充電することと、電源回路のスイッチ回路ノードに結合されたスイッチ回路を使用してインダクタの充電を制御することで調整された回路ノードで調整された電圧を生成することと、調整された電圧を使用して正出力回路ノードで正出力電圧を生成することと、スイッチ回路ノードの電圧を使用して負出力回路ノードで調整されていない負電源電圧を生成することと、を含む、そのような主題を含むことができる。
【００３６】
態様１１では、態様１０の主題が、任意選択で、負電荷ポンプを使用して調整されていない負電源電圧を生成することを含む。
【００３７】
態様１２では、態様１０および１１の一方または両方の主題が、任意選択で、スイッチ回路ノードに結合された第１のトランジスタを起動させてインダクタを充電することと、スイッチ回路ノードに結合された第２のトランジスタを起動させて、電荷をインダクタから調整された回路ノードに移動させることと、第１のトランジスタを起動させるときに、調整されていない負電圧を負出力回路ノードに提供することと、を含む。
【００３８】
態様１３では、態様１２の主題が、任意選択で、第２のトランジスタを起動させて、スイッチングコンデンサを調整された回路ノードの電圧まで充電することと、第１のトランジスタを起動させて、負出力回路ノードで負極性の調整された回路ノードの電圧を生成することと、を含む。
【００３９】
態様１４では、態様１０、１２および１３の主題が、任意選択で、チュックコンバータ回路を使用して、調整されていない負電源電圧を生成することを含む。
【００４０】
態様１５では、態様１０から１４の１つまたは任意の組み合わせの主題が、任意選択で、昇圧型コンバータ回路を使用して、調整された電圧を生成することを含む。
【００４１】
態様１６では、態様１５の主題が、任意選択で、スイッチ回路ノードに結合された第１のトランジスタを起動させてインダクタを充電することと、スイッチ回路ノードに結合された第２のトランジスタを起動させて、電荷をインダクタから調整された回路ノードへ移動することと、を含む。調整された電圧を生成することは、任意選択で、調整された回路ノードと回路グラウンドまでの間に入力回路ノード（Ｖｉｎ）の電圧に（１−第１のトランジスタの起動のデューティサイクル（Ｄ））の逆数が乗算された電圧に等しい調整された電圧Ｖｏｕｔ、即ち、Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ／（１−Ｄ）を生成することを含む。調整されていない負電源電圧を生成することは、任意選択で、回路グラウンドと負出力回路ノードとの間に負極性の調整された電圧（−Ｖｏｕｔ）に等しい調整されていない負電源電圧を生成することを含む。
【００４２】
態様１７では、態様１０から１６の１つまたは任意の組み合わせの主題が、任意選択で、電源回路のＰＷＭスイッチ回路の起動を調節して負荷が正出力回路ノードと負出力回路ノードとの間に結合されたときに負荷電流を制御することを含む。
【００４３】
態様１８は、（発光ダイオード（ＬＥＤ）ドライバ回路などの）主題を含み、または、任意選択で、態様１〜１７の１つまたは任意のものに組み合わされて、調整された正電源回路と、調整されていない負電源回路と、パルス幅変調（ＰＷＭ）スイッチ回路と、負荷電流検知回路素子と、を備える、そのような主題を含むことができる。調整された正電源回路は、入力回路ノードから入力エネルギーを受け取るように配置されたインダクタと、スイッチ回路ノードで該インダクタに結合されたスイッチ回路と、該スイッチ回路に結合された制御回路と、を含む。制御回路は、スイッチ回路の起動を制御して調整された回路ノードで電圧を調整し、かつ、正出力回路ノードで正出力電圧を生成するように構成されている。調整されていない負電源回路は、スイッチ回路ノードに動作可能に結合され、かつ、負出力回路ノードで負電源電圧を生成するように構成されている。ＰＷＭスイッチ回路は、調整された回路ノードと正出力回路ノードとの間に配置されており、負荷電流検知回路素子は、ＰＷＭスイッチに動作可能に結合されている。制御回路は、さらに、ＰＷＭスイッチ回路の起動を調節して、負荷が正出力回路ノードと負力回路ノードとの間に結合されたときに負荷電流を制御するように構成される。
【００４４】
態様１９では、態様１８の主題が、任意選択で、スイッチング電力コンバータ回路を含む調整された正電源回路と、負電荷ポンプ回路を含む調整されていない負電源回路と、を含む。
【００４５】
態様２０では、態様１８の主題が、任意選択で、スイッチング電力コンバータ回路を含む調整された正電源回路と、チュックコンバータ回路を含む調整されていない負電源回路と、を含む。
【００４６】
これらの非限定的な態様は、任意の並べ替えまたは組み合わせで組み合わせることができる。上記の詳細な説明は、詳細な説明の一部を形成する添付の図面への参照を含む。図面は、説明のために、本発明が実施されることができる具体的な実施形態を示す。これらの実施形態は、本明細書でおよび「実施例」または「態様」とも称される。本文書に参照された全ての出版物、特許文書は、あたかも個々に参照援用されているように、それらの全体が本明細書に参照援用されている。文書とこれまで参照援用してきたこれらの文書との間で使用法が矛盾する場合には、援用された参照文献の使用法は、本文書の使用法に対する捕足と見なされるべきであり、相いれない矛盾については、本文書の使用法が優先する。
【００４７】
本文書で、用語「ａ（１つの）」または「ａｎ（１つの）」は特許文書に見られるように、「１つの」または「１つを超える」を含むように使用され、「少なくとも１つの」または「１つもしくは複数の」のいかなる他の実例もしくは使用法とも無関係である。本文書で、用語「または」は、別段の指示がない限り、「ＡまたはＢ」が、「ＡだがＢではない」、「ＢだがＡではない」、ならびに「ＡおよびＢ」を含むような非排他的な「または」を指すように用いられる。添付の特許請求の範囲で、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」および「ｉｎ  ｗｈｉｃｈ」という用語は、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」および「ｗｈｅｒｅｉｎ」という用語それぞれの単純な英語の同等物として用いられる。また、以下の特許請求の範囲で、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」および「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」という用語は、開放型である。すなわち、システム、装置、物品、またはプロセスであって、請求項内でかかる用語の後に挙げられた要素に加えて要素を含むシステム、装置、物品、またはプロセスは、依然としてこの請求項の範囲に該当すると見なされる。さらに、以下の特許請求の範囲で、「第１の」、「第２の」、「第３の」等の用語は、単に標識として用いられ、それらの対象物に数的な要件を課すことは意図されていない。本明細書で説明された方法実施例は、少なくとも部分的に、機械またはコンピュータによって実施することができる。
【００４８】
上記の説明は例示的なものであり、制限するものではないことが意図されている。例えば、上記で説明した実施例（または、それらの１つ以上の態様）は、互いに組み合わせて用いてよい。他の実施形態は、上記の説明を検討する際に、例えば、当業者が用いることができる。要約書は、３７  Ｃ．Ｆ．Ｒ．§１．７２（ｂ）に適合するものであり、読者が技術的な開示の性質を速やかに確認できるように提供されている。要約書は、特許請求の範囲の範囲または意味を解釈または限定するために用いられないとの理解で提出されている。また、上記の詳細な説明で、様々な特徴をグループ化して本開示を簡素化し得る。これは、未請求の開示された特徴はどんな請求項にとっても本質的なものであることを意図していると解釈されるべきではない。そうではなく、発明の主題は、開示された特別な実施形態の全ての特徴よりも少ない特徴にあってよい。したがって、以下の特許請求の範囲は、各請求項がそれ自体別個の実施形態として自立して、詳細な説明に本明細書によって組み込まれている。本発明の範囲は、かかる特許請求の範囲が権利を与えた均等物の全範囲と同時に添付の特許請求の範囲を参照して決定されるべきである。
【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５】
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