(57)【要約】  電力コンバータ（１）は、第１及び第２の電力コンバータ入力（ＩＮ１，ＩＮ２）間でＤＣ入力電圧（ＶＩＮ）を受けるとともに、入力電圧（ＶＩＮ）よりも高いレベル又は入力電圧（ＶＩＮ）と反対の極性を有する適合入力電圧を供給するための出力（Ｏ１；Ｏ２，Ｏ３）を有する電圧レベル増大回路（３）を備えている。ダウンコンバータ（２）は、第１及び第２のダウンコンバータ入力（ＩＮ３，ＩＮ４）と、第１のノード（Ｎ１）と第１のダウンコンバータ入力（ＩＮ３）との間に配置される主電流経路を有する制御スイッチ（Ｓ１）と、第１のノード（Ｎ１）と負荷（ＬＯ）との間に配置されるインダクタ（Ｌ）と、第１のノード（Ｎ１）と第２のダウンコンバータ入力（ＩＮ４）との間に配置される同期スイッチ（Ｓ２）とを有している。コントローラ（４）は、入力電圧（ＶＩＮ）又は適合入力電圧を第１のノード（Ｎ１）に対して又は第１若しくは第２のダウンコンバータ入力（ＩＮ３，ＩＮ４）に対して結合するために制御スイッチ（Ｓ１）及び電圧レベル増大回路（３）のスイッチ（Ｓ２，Ｓ４；Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８）を制御する。
2008520177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＣ入力電圧を受けるために第１及び第２の電力コンバータ入力間に結合されるとともに、前記入力電圧よりも高いレベル又は前記入力電圧と反対の極性を有する適合入力電圧を供給するための出力を有する電圧レベル増大回路と、
第１及び第２のダウンコンバータ入力と、第１のノードと前記第１のダウンコンバータ入力との間に配置される主電流経路を有する制御スイッチと、前記第１のノードと負荷との間に配置されるインダクタと、前記第１のノードと前記第２のダウンコンバータ入力との間に配置される同期スイッチと、を有するダウンコンバータと、
前記入力電圧又は前記適合入力電圧を前記第１のノードに対して又は前記第１若しくは第２のダウンコンバータ入力に対して結合するために、前記制御スイッチ及び前記電圧レベル増大回路のスイッチを制御するコントローラと、
を備えることを特徴とする電力コンバータ。
【請求項２】
前記電圧レベル増大回路は、電圧乗算器の一部を構成していることを特徴とする請求項１に記載の電力コンバータ。
【請求項３】
前記電圧レベル増大回路は、
前記第１の電力コンバータ入力と第２のノードとの間に配置された主電流経路を有する第１の制御可能なスイッチと、
前記第２のノードと前記第２の電力コンバータ入力との間に配置された主電流経路を有する第２の制御可能なスイッチと、
前記第１のノードと前記第２のノードとの間に配置されたキャパシタと、
を備え、
前記コントローラは、前記制御スイッチ又は前記第１の制御可能なスイッチ若しくは前記第２の制御可能なスイッチのうちの一方を動作させて、前記入力電圧又は前記適合入力電圧をそれぞれ前記第１のノードに対して供給することを特徴とする請求項１に記載の電力コンバータ。
【請求項４】
前記コントローラは、二つの動作段階を与えるために、第１の制御信号を前記第１の制御可能なスイッチに対して供給し、第２の制御信号を前記第２の制御可能なスイッチに対して供給し、第３の制御信号を前記制御スイッチに対して供給するように構成されており、
第１の段階では、前記キャパシタを充電し且つ前記入力電圧を前記第１のノードに対して供給するために、前記第１の制御可能なスイッチが開き、前記第２の制御可能なスイッチ及び前記制御スイッチが閉じられ、
第２の段階では、前記適合入力電圧を前記第１のノードに対して供給するために、前記制御スイッチ及び前記第２の制御可能なスイッチが開き、前記第１の制御可能なスイッチが閉じられる、
ことを特徴とする請求項３に記載の電力コンバータ。
【請求項５】
前記コントローラは、二つの動作段階を与えるために、第１の制御信号を前記第１の制御可能なスイッチに対して供給し、第２の制御信号を前記第２の制御可能なスイッチに対して供給し、第３の制御信号を前記制御スイッチに対して供給し、第４の制御信号を前記同期スイッチに対して供給するように構成されており、
第１の段階では、前記インダクタが前記負荷と並列に結合されている間に前記キャパシタを充電するために、前記第１の制御可能なスイッチ及び前記同期スイッチが閉じられ、前記第２の制御可能なスイッチ及び前記制御スイッチが開かれ、
第２の段階では、前記適合入力電圧を前記第１のノードに対して供給するために、前記第１の制御可能なスイッチ、前記制御スイッチ及び前記同期スイッチが開き、前記第２の制御可能なスイッチが閉じられる、
ことを特徴とする請求項３に記載の電力コンバータ。
【請求項６】
前記コントローラは、前記第１の段階及び前記第２の段階において前記電力コンバータを断続的に動作させるように構成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の電力コンバータ。
【請求項７】
前記電圧レベル増大回路は、
前記第１の電力コンバータ入力と第２のノードとの間に配置された主電流経路を有する第１の制御可能なスイッチと、
前記第１のノードと前記第２のノードとの間に配置されたバッテリと、
を備え、
前記コントローラは、前記制御スイッチ又は前記第１の制御可能なスイッチのいずれかを動作させて、前記入力電圧又は前記適合入力電圧をそれぞれ前記第１のノードに対して供給するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電力コンバータ。
【請求項８】
前記電圧レベル増大回路は、
第２のノードと前記第２の電力コンバータ入力との間に配置された主電流経路を有する第２の制御可能なスイッチと、
前記第１のノードと前記第２のノードとの間に配置されたバッテリと、
を備え、
前記コントローラは、前記制御スイッチ又は前記第２の制御可能なスイッチのいずれかを動作させて、前記入力電圧又は前記適合入力電圧をそれぞれ前記第１のノードに対して供給するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電力コンバータ。
【請求項９】
前記第１及び第２のダウンコンバータ入力は、前記ＤＣ入力電圧を受けるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の電力コンバータ。
【請求項１０】
前記電圧レベル増大回路は、
前記第１の電力コンバータ入力と第２のノードとの間に配置された主電流経路を有する第１の制御可能なスイッチと、
前記第２のノードと前記第２の電力コンバータ入力との間に配置された主電流経路を有する第２の制御可能なスイッチと、
前記第１の電力コンバータ入力と前記第１のダウンコンバータ入力との間に配置された主電流経路を有する第３の制御可能なスイッチと、
前記第２の電力コンバータ入力と前記第２のダウンコンバータ入力との間に配置された主電流経路を有する第４の制御可能なスイッチと、
前記第１のダウンコンバータ入力と第３のノードとの間に配置された主電流経路を有する第５の制御可能なスイッチと、
前記第２のダウンコンバータ入力と前記第３のノードとの間に配置された主電流経路を有する第６の制御可能なスイッチと、
前記第１のノードと前記第３のノードとの間に配置されたキャパシタと、
を備え、
前記コントローラは、周期的に、
（ｉ）前記キャパシタを充電して、前記第２のノードの電圧に対してプラスの電圧を前記第３のノードにおいて得るとともに、前記キャパシタを前記第１のダウンコンバータ入力に対して接続して、前記第１のダウンコンバータ入力における電圧を前記ＤＣ入力電圧よりも上まで増大させる、
又は、
（ｉｉ）前記キャパシタを充電して、前記第２のノードの電圧に対してマイナスの電圧を前記第３のノードにおいて得るとともに、前記キャパシタを前記第２のダウンコンバータ入力に対して接続して、前記第２のダウンコンバータ入力における電圧を低下させる、
ために、前記第１乃至第６の制御可能なスイッチを制御するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電力コンバータ。
【請求項１１】
前記コントローラは、負荷により求められるステップを表す負荷ステップ信号を受け取るための入力を有し、前記負荷ステップ信号が所定の値を超える場合に前記適合入力電圧を前記第１のノードに対して供給することを特徴とする請求項１に記載の電力コンバータ。
【請求項１２】
前記負荷ステップ信号は、前記負荷の両端間の前記電力コンバータの出力電圧、又は、時間に関して微分された前記出力電圧、前記出力電圧と基準電圧との間の差を示すエラー電圧、前記インダクタを流れる電流、又は、前記求められたステップを示す前記負荷の回路中に存在する信号であることを特徴とする請求項１１に記載の電力コンバータ。
【請求項１３】
前記コントローラは、負荷の両端間の前記電力コンバータの出力電圧の所望の出力電圧ステップを表す命令信号を受け取るための入力を有し、前記出力電圧のステップ又はその微分が所定の値を超える場合に前記適合入力電圧を前記第１のノードに対して供給することを特徴とする請求項１に記載の電力コンバータ。
【請求項１４】
前記コントローラは、負荷の両端間の前記電力コンバータからの出力電圧を受けるための入力を有し、前記出力電圧と前記入力電圧との間の差が所定の値よりも小さくなる場合又は前記出力電圧のレベルが低下して前記所定の値を下回る場合に前記適合入力電圧を前記第１のノードに対して供給することを特徴とする請求項１に記載の電力コンバータ。
【請求項１５】
前記ダウンコンバータは、前記第１のノードと、前記インダクタに接続されていない前記負荷の端部との間に配置された更なるスイッチング素子を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の電力コンバータ。
【請求項１６】
前記電圧レベル増大回路は、
前記第１の電力コンバータ入力と第２のノードとの間に配置された主電流経路を有する第１の制御可能なスイッチと、
前記第１の電力コンバータ入力と前記第１のダウンコンバータ入力との間に配置された主電流経路を有する第２の制御可能なスイッチと、
前記第２のノードと前記第１のダウンコンバータ入力との間に配置され、そのマイナス極が前記第２のノードに結合されたバッテリと、
を備え、
前記第２の電力コンバータ入力と前記第２のダウンコンバータ入力とが互いに接続され、前記コントローラは、前記第２の制御可能なスイッチ又は前記第１の制御可能なスイッチのいずれかを動作させて、前記入力電圧、又は、前記ＤＣ入力電圧と前記バッテリのバッテリ電圧との合計である前記適合入力電圧をそれぞれ前記第１のダウンコンバータ入力に対して供給することを特徴とする請求項１に記載の電力コンバータ。
【請求項１７】
前記電圧レベル増大回路は、
前記第２の電力コンバータ入力と第２のノードとの間に配置された主電流経路を有する第１の制御可能なスイッチと、
前記第２の電力コンバータ入力と前記第２のダウンコンバータ入力との間に配置された主電流経路を有する第２の制御可能なスイッチと、
前記第２のノードと前記第２のダウンコンバータ入力との間に配置され、そのプラス極が前記第２のノードに結合されたバッテリと、
を備え、
前記第１の電力コンバータ入力と前記第１のダウンコンバータ入力とが互いに接続され、前記コントローラは、前記第２の制御可能なスイッチ又は前記第１の制御可能なスイッチのいずれかを動作させて、前記入力電圧、又は、前記バッテリの電圧である前記適合入力電圧をそれぞれ前記第２のダウンコンバータ入力に対して供給することを特徴とする請求項１に記載の電力コンバータ。
【請求項１８】
請求項１に記載の電力コンバータと、前記入力電圧（ＶＩＮ）を前記電力コンバータに対して供給するためのバッテリと、前記電力コンバータにより供給される前記出力電圧を受けるための増幅器と、を備えることを特徴とするモバイル装置。
【請求項１９】
アクティブモードと、アイドルモード、スリープモード又はスタンバイモードのうちの少なくとも一つとを含む種々の動作モードを有する無線送信システムであって、請求項１８に記載の少なくとも一つのモバイル装置と、前記少なくとも一つのモバイル装置と通信するための基地局と、を備えることを特徴とする無線送信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力コンバータ、そのような電力コンバータを備えるモバイル装置、及び、そのようなモバイル装置を備える無線送信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ダウンコンバータ又はバックコンバータは、技術的に良く知られている。ダウンコンバータは、インダクタを入力電圧と負荷との間に周期的に接続する制御スイッチを備えている。同期整流器（一般に同期スイッチとも称される）又はダイオードは、制御スイッチが開かれるときにインダクタを流れる電流を負荷へと導通させる。制御スイッチが閉じられ且つダイオード又は同期スイッチが開かれると、インダクタの電流が増大する。これは、入力電圧が出力電圧よりも高いレベルを有し、エネルギがインダクタ内に蓄えられるからである。制御スイッチが開かれ且つダイオード又は同期スイッチが閉じられると、インダクタが負荷と並列に接続されるとともに、インダクタの電流が減少し、インダクタに蓄えられたエネルギは、負荷へ供給されるため、減少する。
【０００３】
ダウンコンバータの欠点は、出力電圧レベルが入力電圧レベルに近い場合にインダクタのエネルギの増大がほんのわずかになる可能性があり、また、出力電圧レベルがゼロに近い場合にインダクタのエネルギの減少がほんのわずかになる可能性があるという点である。両方の状況において、ダウンコンバータは、負荷に対して十分なエネルギを供給することができず、それにより、ダウンコンバータの動的挙動が悪化する。ダウンコンバータは、出力電圧が入力電圧に近い場合又はゼロに近い場合、負荷により求められるエネルギのステップに迅速に追従することができない。同様に、ダウンコンバータは、出力電圧が入力電圧に近い場合又はゼロに近い場合、出力電圧の求められたレベル変化に迅速に追従することができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、改良された動的挙動を有するダウンコンバータを備える電力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】
【０００５】
本発明の第１の態様は、請求項１に記載の電力コンバータを提供する。本発明の第２の態様は、そのような電力コンバータを備える請求項１８に記載のモバイル装置を提供する。本発明の第３の態様は、そのようなモバイル装置を備える請求項１９に記載の無線送信システムを提供する。有利な実施の形態が従属請求項に規定されている。
【０００６】
本発明の第１の態様に係る電力コンバータは、ダウンコンバータと電圧レベル増大回路とを備えている。電圧レベル増大回路は、第１及び第２の電力コンバータ入力間に存在する電力コンバータ入力電圧を受けるとともに、入力電圧よりも高いレベルを有し又はダウンコンバータの入力電圧と反対の極性を有する適合入力電圧を供給する。
【０００７】
ダウンコンバータは、第１の電力コンバータ入力とインダクタとの間に配置される主電流経路を有する制御スイッチを備えている。インダクタの自由端は、出力電圧がその両端間に供給されなければならない負荷に対して接続されている。電圧レベル増大回路及びダウンコンバータの制御スイッチを制御して、入力電圧若しくは適合入力電圧を、インダクタに対して、又は、インダクタに接続されていない制御スイッチの主電流経路の端子に対して結合するコントローラを、電力コンバータは、更に備えている。ダウンコンバータは、第２の電力コンバータ入力とインダクタとの間に配置された主電流経路を有する同期スイッチを更に備えている。同期スイッチは、制御可能な半導体スイッチ又はダイオードであってもよい。同期スイッチが制御可能である場合、コントローラは良く知られた態様で同期スイッチを動作させなければならない。
【０００８】
入力電圧がインダクタに対して供給される場合、電力コンバータは、従来の技術のダウンコンバータと同様に動作している。高い適合入力電圧がインダクタ又は端子に対して供給される場合には、出力電圧レベルが入力電圧レベルに近いときにダウンコンバータの動的挙動が改善される。これは、インダクタの両端間の電圧差が増大されたからである。電圧差の増大により、インダクタのエネルギ変化を速くすることができ、それにより、負荷に対して高速に応答することができる。適合入力電圧が入力電圧と反対の極性を有している場合には、出力電圧レベルがゼロに近いときにダウンコンバータの動的挙動が改善される。この場合も先と同様に、インダクタの両端間の電圧差が大きくなり、それにより、インダクタのエネルギ変化を速くすることができ、その結果、負荷のエネルギ消費量の変化に対して素早く応答することができる。
【０００９】
電圧レベル増大回路の構成に応じて、インダクタの両端間の電圧を少なくとも一時的に高めることができ、また、速い負荷変動又は出力電圧の所望の速い過渡現象に対する応答が改善される。
【００１０】
本発明に係る実施の一形態において、電圧レベル増大回路は、良く知られた電圧乗算器（電圧増倍器）の一部を構成する。そのような電圧乗算器は、キャパシタ及びスイッチを備える少なくとも一つの領域を有している。スイッチは、充電モード中にキャパシタが所定のレベルまで充電され且つ入力電圧よりも高い電圧を一時的に得るために充電されたキャパシタが入力電圧と直列に切り換えられるように動作させられる。また、充電されたキャパシタを使用して、入力電圧と反対の極性を有する電圧を一時的に供給することもできる。電圧乗算器の出力電圧のレベルは、それが含んでいる上記領域の数によって決まる。良く知られた電圧乗算器は、それらの出力に、出力電圧を保持するキャパシタを有しており、このキャパシタは、本発明においては存在しない。
【００１１】
本発明に係る実施の一形態において、電圧レベル増大回路は、一つのキャパシタと、既知のダウンコンバータに対して付加されなければならない二つのスイッチとを備えている。ダウンコンバータの二つのスイッチは、電圧乗算器の動作においても使用される。この実施の形態は、最小量の付加的な構成要素を用いてダブル入力電圧又は逆入力電圧をインダクタに対して供給することができるという利点を有している。損失に起因して、電圧乗算器により供給される電圧レベルは、ダブルレベル又は逆レベルよりも幾分小さい。また、キャパシタの両端間の電圧は、その放電期間中に若干下がる場合がある。
【００１２】
本発明に係る実施の一形態において、電力コンバータは、電圧乗算器のキャパシタがほぼ入力電圧のレベルまで充電される第１の段階を有している。第２の段階において、電力コンバータは、実質的にダブル入力電圧がインダクタに対して供給されるように電圧乗算器のキャパシタを入力電圧と直列に切り換える。従って、電力コンバータの出力電圧が入力電圧に近い場合であっても、インダクタの両端間には十分な電圧差が存在する。
【００１３】
本発明に係る実施の一形態において、電力コンバータは、電圧乗算器のキャパシタがほぼ入力電圧のレベルまで充電される第１の段階を有している。第２の段階において、電力コンバータは、実質的に入力電圧であるが極性が反対の電圧がインダクタに対して供給されるように電圧乗算器のキャパシタをグランドと直列に切り換える。従って、電力コンバータの出力電圧がゼロに近い場合であっても、インダクタの両端間には、十分な電圧差が存在する。
【００１４】
本発明に係る実施の一形態では、キャパシタの代わりに、付加的なバッテリを使用して、入力電圧よりも高い電圧又は反対の極性を有する電圧がインダクタに対して供給される。しかしながら、その出力電圧を異なる極性で供給するために使用できるようにバッテリを接続することは、キャパシタを用いた場合ほど簡単ではない。
【００１５】
本発明に係る実施の一形態では、電圧レベル増大回路及びダウンコンバータの両方がそれらの対応する入力においてＤＣ入力電圧を受ける。
【００１６】
本発明に係る実施の一形態において、電圧レベル増大回路は、第１の電力コンバータ入力と第２のノードとの間に配置された主電流経路を有する第１の制御可能なスイッチを備えている。第２の制御可能なスイッチは、第２のノードと第２の電力コンバータ入力との間に配置された主電流経路を有している。第３の制御可能なスイッチは、第１の電力コンバータ入力と第１のダウンコンバータ入力との間に配置された主電流経路を有している。第４の制御可能なスイッチは、第２の電力コンバータ入力と第２のダウンコンバータ入力との間に配置された主電流経路を有している。第５の制御可能なスイッチは、第１のダウンコンバータ入力と第３のノードとの間に配置された主電流経路を有している。第６の制御可能なスイッチは、第２のダウンコンバータ入力と第３のノードとの間に配置された主電流経路を有している。キャパシタは、第１のノードと第３のノードとの間に配置されている。コントローラは、第１乃至第６の制御可能なスイッチを制御して、第１又は第２の動作モードのいずれかを得る。
【００１７】
通常の動作モードでは、第３及び第４の制御可能なスイッチが閉じられ、ダウンコンバータがその入力においてＤＣ入力電圧を受ける。キャパシタＣの両側でスイッチの両方が導通していなければ、これにより短絡が引き起こされるため、電圧レベル増大回路の他のスイッチの状態は関係がない。
【００１８】
他の動作モードでは、キャパシタが周期的に充電され、それにより、第２のノードの電圧に対してプラスの電圧が第３のノードで得られるとともに、キャパシタが第１のダウンコンバータ入力に対して接続されて、この第１のダウンコンバータ入力の電圧がＤＣ入力電圧よりも上まで増大させられる。従って、キャパシタの充電期間中には、第２、第３、第４及び第５のスイッチが閉じられ、一方、他のスイッチが開く。キャパシタの両端間の電圧は、ＤＣ入力電圧に対して加えられるとともに、第１及び第５のスイッチが閉じられ且つ第２、第３、第６のスイッチが開かれるときに、第１のダウンコンバータ入力に対して供給される。
【００１９】
更なる動作モードでは、キャパシタが周期的に充電され、それにより、第２のノードの電圧に対してマイナスの電圧が第３のノードで得られるとともに、キャパシタが第２のダウンコンバータ入力に対して接続されて、この第２のダウンコンバータ入力の電圧が低下させられる。従って、キャパシタの充電期間中には、第１、第３、第４及び第６のスイッチが閉じられ、一方、他のスイッチが開く。キャパシタの両端間の電圧は、第２及び第６のスイッチが閉じられ且つ第１、第４、第５のスイッチが開かれるときにグランドと第２のダウンコンバータ入力との間に供給される。
【００２０】
本発明に係る実施の一形態では、負荷によって求められる電力のステップが所定値よりも大きい場合にだけ適合入力電圧がインダクタに対して供給される。その結果、適合された電圧は、必要な場合にだけ使用される。
【００２１】
本発明に係る実施の一形態において、負荷により求められる電力のステップ（負荷ステップとも称される）は、出力電圧、微分された出力電圧、出力電圧と基準電圧との間の差である差電圧、インダクタを流れる電流、又は、負荷を形成する回路に存在する信号を監視することによって決定される。
【００２２】
負荷ステップは、出力電圧の変化をもたらす。これは、インバータが負荷ステップに対して直ちに応答できないからである。従って、出力電圧を直接に監視することにより、又は、出力電圧と基準電圧との間の差を監視することにより、又は、出力電圧の微分を監視することにより、負荷ステップを検出することができる。また、負荷ステップは、インダクタを流れる電流の変化を引き起こし、従って、この電流を監視して負荷ステップを検出することもできる。電流モード制御ダウンコンバータの場合には、設定された電流レベルが任意に変化することができる。この変化は、インダクタを流れる電流によって直ちに追従されない。設定電流レベルとインダクタ電流との間の差を使用して増大動作（ブースト動作）を開始することができる。負荷ステップが負荷の回路によって検出され、又は、負荷の回路によって予め知られている場合には、この回路によって生成される信号を使用することができる。
【００２３】
本発明に係る実施の一形態において、電力コンバータは、その出力電圧がどのように変化するべきかを示す入力を有している。例えば、そのような入力信号は、携帯電話にその送信電力を変化させるように命令する基地局から受信されてもよい。あるいは、そのような入力信号は、増幅されなければならない音声信号の電力エンベロープから知られてもよい。携帯電話における最適なエネルギ消費量に到達するため、送信増幅器に対して供給される電力コンバータの出力電圧は、実際の送信電力に最適に対応するように制御される。入力信号のレベル又は入力信号の変化が所定値を超えることが検出される場合には、適合入力電圧がダウンコンバータのインダクタに対して供給される。
【００２４】
本発明に係る実施の一形態では、電力コンバータの出力電圧が所定の値よりも入力電圧又はゼロの方に近い場合に、適合入力電圧がインダクタに対して供給される。
【００２５】
本発明に係る実施の一形態において、ダウンコンバータのための電源電圧は、ＤＣ入力電圧であるか、又は、ＤＣ入力電圧が増大されるようにＤＣ入力電圧とバッテリ電圧との和である。あるいは、ダウンコンバータのための電源電圧は、ＤＣ入力電圧であるか、又は、ダウンコンバータのための電圧がＤＣ入力電圧の極性に対して極性を変化させるようにバッテリ電圧である。
【００２６】
本発明のこれらの態様及び他の態様は、後述する実施の形態から明らかであり、これらの実施の形態を参照しながら上記態様について説明するが、本発明は、これらの実施の形態に限定されない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
各図において、同じ参照符号を有する要素は、同一であり且つ同一の機能を果たす。
【００２８】
図１は、従来の技術のダウンコンバータ（周波数逓降変換器）の回路図を示している。ダウンコンバータ１は、ＤＣ入力電圧ＶＩＮを受けるための入力端子ＩＮ１，ＩＮ２と、出力電圧ＶＯを負荷ＬＯに対して供給するための出力端子ＯＮ１，ＯＮ２とを有している。説明を簡単にするため、平滑キャパシタＣが負荷ＬＯの一部であるとみなされる。ＤＣ入力電圧ＶＩＮは、整流回路を介して、バッテリにより又はコンセント電源等のＡＣ電源により供給されてもよい。ダウンコンバータは、入力端子ＩＮ１とノードＮ１との間に配置された制御可能なスイッチＳＷを備えている。通常、制御可能なスイッチＳＷは、バイポーラトランジスタ又はＦＥＴ等の半導体スイッチである。制御可能なスイッチＳＷは、一般に制御スイッチと称される。ダイオードＤは、ノードＮ１に接続されたカソードと、他の入力端子ＩＮ２に接続されたアノードとを有している。ダイオードＤの代わりに、一般に同期スイッチ又はシンクスイッチと称される制御可能なスイッチを使用することもできる。ノードＮ１と負荷ＬＯとの間にはインダクタＬが配置されている。インダクタＬは、トランスのコイル又は巻線であってもよい。負荷ＬＯは、バッファキャパシタＣとインピーダンスＺとの並列構成を備えているとみなされる。インピーダンスＺは、電力コンバータの出力から電流を引き出す回路を表している。負荷ＬＯの両端間の電圧が、出力電圧ＶＯである。
【００２９】
この従来の技術のダウンコンバータは良く知られているため、その動作については簡単にしか説明しない。出力電圧ＶＯは、入力電圧のレベル以下の所定のレベルで安定するものとする。これは、そうでなければ、電力コンバータがダウンコンバータでなくなるからである。また、構成要素は理想的なものであると仮定する。スイッチＳＷが閉じられると、ノードＮ１における電圧が入力電圧と等しくなり、従って、ダイオードＤが遮断する。インダクタＬの両端間の電圧差ＶＩＮ−ＶＯに起因して、電流ＩＬは、スイッチＳＷが開かれる瞬間まで線形的に増大する。インダクタＬを流れる電流ＩＬは、直ちにその流れを停止することができず、そのため、ノードＮ１における電圧は、ダイオードＤが導通を開始するまで減少する。このとき、インダクタＬの両端間の電圧−ＶＯに起因して、インダクタを流れる電流ＩＬは、スイッチＳＷが再び閉じられる瞬間まで線形的に減少する。
【００３０】
通常、制御スイッチＳＷのデューティサイクルは、負荷ＬＯにより引き出される電流とは無関係に、出力電圧ＶＯが所望の固定値又は変数値で安定するように制御される。従って、例えば、負荷ステップが生じ且つインピーダンスＺにより引き出される電流が増大する場合には、出力電圧ＶＯが減少する傾向になる。この減少は、インダクタＬの平均電流が増大し且つ更に高い量のエネルギが負荷ＬＯへ移動させられるようにスイッチＳＷの長いオン時間により相殺される。出力電圧Ｖｏｕｔを所望の値で安定させるために多くの制御トポロジー（ｔｏｐｏｌｏｇｙ）が知られている。選択される制御トポロジーは、本発明には関係がない。また、負荷ＬＯによって消費される電力は安定していてもよいが、出力電圧ＶＯは変化しなければならず、又は、消費電力が変化しつつ出力電圧ＶＯも変化しなければならない。例えば、携帯機器において、ダウンコンバータの出力電圧ＶＯは、バッテリのエネルギの最適な使用を得るために、その電力供給源として出力電圧ＶＯを受ける増幅器により伝達されるべき出力電力に対応して変化される。低い出力電力が伝達されなければならない場合には、出力電力ＶＯが対応する低いレベルを有していなければならず、高い出力電力が伝達されなければならない場合には、出力電圧ＶＯが対応する高いレベルを有していなければならない。
【００３１】
そのような従来の技術のダウンコンバータは、動的挙動が出力電圧ＶＯのレベルに大きく依存するという欠点を有している。出力電圧ＶＯが入力電圧ＶＩＮに近いレベルを有している場合には、出力電力を増大させるために比較的長い時間を要する。これは、インダクタＬの両端間の電圧差が小さいため、インダクタＬを流れる電流ＩＬを十分に増大させるために長い時間がかかるからである。同様に、出力電圧ＶＯがゼロに近い場合には、インダクタＬの両端間の小さい電圧差に起因してインダクタＬを流れる電流ＩＬを十分に減少させるのに長い時間がかかるため、出力電力を減少させるのに比較的長い時間を要する。
【００３２】
図２は、本発明の実施の一形態に係る電力コンバータの回路図を示している。図２は、図１に示されるものと同じダウンコンバータを示しており、この場合、制御スイッチＳＷがＳ１で示され、ダイオードＤが制御可能なスイッチＳ２と置き換えられている。また、負荷ＬＯ及びＤＣ入力電圧源ＶＩＮは、図１に示される負荷ＬＯ及び入力電圧源ＶＩＮとそれぞれ同じである。図２のダウンコンバータ２は、図１に示されるダウンコンバータと同じ態様で動作する。
【００３３】
電力コンバータは、入力電圧ＶＩＮを受けるために入力ＩＮ１，ＩＮ２に接続された入力と、ノードＮ１に接続された出力Ｏ１とを有する電圧レベル増大回路３を更に備えている。
【００３４】
コントローラ４は、電圧レベル増大回路３の出力電圧又は入力電圧ＶＩＮがノードＮ１に対して供給されるように、電圧レベル増大回路３及びダウンコンバータ２のスイッチＳ１，Ｓ２を制御する。スイッチＳ１が閉じられ且つ電圧レベル増大回路３がノードＮ１の電圧に影響を与えない場合には、入力電圧ＶＩＮがノードＮ１に対して供給される。他のモードでは、適合入力電圧とも称される電圧レベル増大回路３の出力電圧が出力Ｏ１においてノードＮ１に対して供給され、スイッチＳ１が開かれる。従って、ノードＮ１においては、入力電圧ＶＩＮと適合入力電圧との間で選択を行うことができる。
【００３５】
ダウンコンバータのスイッチングサイクルとは、スイッチＳ１が開かれる二つの連続する瞬間同士の間の経過時間のことである。スイッチＳ１が閉じられているときのスイッチングサイクル中の時間は、スイッチＳ１のオン時間と称される。スイッチＳ１が開かれているときのスイッチングサイクル中の時間は、スイッチＳ１のオフ時間と称される。スイッチング周期は、同じスイッチングサイクルにおけるオン時間とオフ時間との合計である。
【００３６】
電圧レベル増大回路３は、電圧ＶＩＮと同じ極性を有し且つ電圧ＶＩＮよりも大きい電圧を供給し得る。例えば、入力電圧ＶＩＮがプラスの極性を有している場合には、スイッチＳ１を閉じて入力電圧ＶＩＮをノードＮ１に対して供給するのではなく、電圧レベル増大回路は、入力電圧ＶＩＮよりも高いレベルを有するプラス電圧をノードＮ１に対して供給する。これは、負荷電流が増大し且つ可能な限り速い応答が必要とされる場合、又は、出力電圧ＶＯが可能な限り短い時間内で増大しなければならない場合、又は、出力電圧ＶＯが入力電圧ＶＩＮのレベルに近い場合に有利である。電圧レベル増大回路３は、入力電圧ＶＩＮの極性と反対の極性を有する電圧を供給してもよい。この場合、スイッチＳ２を閉じてノードＮ１をグランドに接続するのではなく、電圧レベル増大回路は、反対の極性を有する電圧をノードＮ１に対して供給する。これは、負荷電流が減少し且つ可能な限り速い応答が必要とされる場合、又は、出力電圧ＶＯが可能な限り短い時間内で減少しなければならない場合、又は、出力電圧ＶＯがグランドレベルに近い場合に有利である。
【００３７】
実施の一形態において、電圧レベル増大回路３は、スイッチＳ３と、スイッチＳ４と、キャパシタＣとを備えている。スイッチＳ３は、端子ＩＮ１とノードＮ２との間に配置された主電流経路と、コントローラ４から制御信号ＳＣ３を受け取るための制御電極とを有している。キャパシタは、ノードＮ２とノードＮ１との間に配置されている。コントローラ４は、ダウンコンバータが動作するべきモードを決定する入力信号ＩＳを受け取る。総ての動作モードにおいて総ての構成要素が理想的なものであると仮定する。例えば、スイッチの主電流経路のインピーダンスは無視される。
【００３８】
第１のモードでは、入力電圧ＶＩＮがノードＮ１に対して供給される。スイッチＳ１，Ｓ２は、ダウンコンバータにおける通常通りに動作させられる。スイッチＳ３，Ｓ４は、キャパシタＣが浮いてノードＮ１の電圧に影響を与えないように、連続的に開かれてもよい。キャパシタＣの電荷には、影響は及ばない。
【００３９】
第２のモードでは、スイッチＳ４がスイッチＳ１に同期して閉じられ得る。この場合、スイッチＳ１，Ｓ４が閉じられるとキャパシタＣが充電され、それにより、キャパシタＣの両端間の電圧ＶＣが、スイッチＳ１が閉じられるときのノードＮ１の電圧と等しくなる。従って、電圧ＶＣがＶＩＮと同一になる。スイッチＳ４は、スイッチＳ１のオン時間の一部の間に亘って閉じられてもよい。スイッチＳ１，Ｓ４が開かれると、充電されたキャパシタＣが浮いて、電圧ＶＩＮがノードＮ１に供給される。
【００４０】
第３のモードでは、第２のモードに関して説明した充電キャパシタＣを発端として、ノードＮ１の電圧が入力電圧ＶＩＮよりも高くなる場合には、スイッチＳ３が所定の時間にわたって閉じられ、そうでなければスイッチＳ１が閉じられ、スイッチＳ４が連続的に開かれる。従って、この場合、適合入力電圧がノードＮ１に対して供給される。適合入力電圧は、２×ＶＩＮに等しい。これは、キャパシタＣの両端間の電圧ＶＣが入力電圧ＶＩＮと直列に切り換えられるからである。通常通り、スイッチＳ３のオフ時間中にスイッチＳ２が閉じられる。スイッチＳ１が連続的に開かれている間は、スイッチＳ３が周期的に閉じられ、従って、キャパシタＣを充電することができないことに留意しなければならない。従って、高い電圧をノードＮ１に対して一時的に供給することしかできない。ダウンコンバータの総てのスイッチングサイクル後又は所定数のスイッチングサイクル後に第２のモードと第３のモードを交替することができる。
【００４１】
第４のモードでは、スイッチＳ３がスイッチＳ２に同期して閉じられ得る。この場合、スイッチＳ３，Ｓ２が閉じられるとキャパシタＣが充電され、それにより、キャパシタＣの両端間の電圧ＶＣが電圧ＶＩＮと等しくなるが、符号が反対になる。図２に示される例では、電圧ＶＣが−ＶＩＮに等しくなる。スイッチＳ３は、スイッチＳ２のオン時間の一部の間に亘って閉じられてもよい。スイッチＳ３，Ｓ４が開かれると、充電されたキャパシタＣが浮いて、電圧ＶＩＮがノードＮ１に供給される。
【００４２】
第５のモードでは、第４のモードに関して説明した充電キャパシタＣを発端として、ノードＮ１の電圧がグランドレベルよりも低くなる場合には、スイッチＳ４が所定の時間に亘って閉じられ、そうでなければスイッチＳ１が閉じられ、スイッチＳ３が連続的に開かれる。従って、この場合、適合入力電圧がノードＮ１に対して供給される。適合入力電圧は−ＶＩＮに等しい。これは、キャパシタＣの両端間の電圧ＶＣが、ゼロボルトであるとみなされるグランドレベルとノードＮ１との間で切り換えられるからである。通常通り、スイッチＳ４のオフ時間中にスイッチＳ１が閉じられる。スイッチＳ２が連続的に開かれている間は、スイッチＳ４が周期的に閉じられ、従って、キャパシタＣを−ＶＩＮまで充電することができないことに留意しなければならない。従って、マイナス電圧をノードＮ１に対して一時的に供給することしかできない。ダウンコンバータの総てのスイッチングサイクル後又は所定数のスイッチングサイクル後に第４のモードと第５のモードとを交替することができる。
【００４３】
モード間の切り換えは、入力信号ＩＳに基づいて制御回路４により制御される。入力信号ＩＳは多くの方法で得ることができる。例えば、負荷ステップに応じるため、出力電圧ＶＯ、出力電圧ＶＯと基準電圧（エラー電圧）との間の差、出力電圧ＶＯの微分、インダクタＬを流れる電流、又は、インダクタを流れる電流と目標値（先と同様に、エラー信号）との間の差が基準レベルを超えるかどうかがチェックされ得る。また、何の負荷ステップがいつ生じるかの予測が負荷ＬＯの回路Ｚから知られてもよく、例えば携帯送信器においては、送信電力が増大されなければならない時期が予め知られてもよい。
【００４４】
出力電圧ＶＯのレベルを変えなければならない場合には、入力信号ＩＳが出力電圧ＶＯの変化を指示する。例えば、携帯送信器においては、送信電力が増大されるべき時期、従って、送信増幅器の電源電圧が増大されなければならない時期が予め知られてもよい。
【００４５】
図３は、本発明の実施の一形態に係る他の電力コンバータの回路図を示している。図３に示される電力コンバータは、図２に示される電力コンバータに基づいている。違いは、キャパシタＣがバッテリＶｂに置き換えられた点である。この場合も先と同様に、ダウンコンバータは、入力信号ＩＳにより指示されるいくつかのモードでそれに応じてスイッチＳ１，Ｓ３，Ｓ４を制御することにより動作することができる。
【００４６】
第１のモードでは、ダウンコンバータにおける通常通りにスイッチＳ１，Ｓ２が周期的に開閉される。スイッチＳ３，Ｓ４は、連続的に開いている。バッテリＶｂは浮いており、ノードＮ１の電圧に影響を与えない。スイッチＳ１のオン時間中、入力電圧ＶＩＮがノードＮ１に対して供給される。
【００４７】
第２のモードでは、スイッチＳ１の代わりにスイッチＳ３が周期的に開閉され、スイッチＳ１は、ここでは連続的に開いている。この場合、入力電圧ＶＩＮとバッテリＶｂの電圧との合計がノードＮ１に対して供給される。バッテリＶｂが入力電圧ＶＩＮと同じ極性を有する電圧を供給する場合、ノードＮ１における電圧のレベルは、入力電圧ＶＩＮよりも大きいプラス又は入力電圧ＶＩＮよりも大きいマイナスになる。
【００４８】
第３のモードでは、スイッチＳ２の代わりにスイッチＳ４が周期的に開閉され、スイッチＳ２は、ここでは連続的に開いている。この場合、バッテリＶｂの電圧がノードに対して供給される。バッテリＶｂが入力電圧ＶＩＮと反対の極性を有する電圧を供給する場合、入力電圧がプラスの電位を有していれば、ノードＮ１はマイナスの電位を有する。０ボルトではなくマイナスの電圧がノードＮ１に存在するため、インダクタＬを流れる電流の減少は大きくなる。
【００４９】
キャパシタＣではなくバッテリＶｂを使用すると、比較的長い期間に亘ってノードＮ１の電圧を入力電圧ＶＩＮよりも上まで増大させることができ又はグランドレベル未満まで減少させることができるという利点がある。キャパシタの放電の問題が、事前に回避される。既に利用可能なスイッチを介して充電でき、電圧をノードＮ１に対して供給する必要がない期間に亘って付加的なスイッチにより充電することができ、あるいは、図示しない一般に知られるバッテリ充電手段により充電できる比較的小型の充電式バッテリを使用することができる。
【００５０】
図３に示される実施の形態は、いくつかの方法で適合され得る。入力電圧ＶＩＮ並びにグランドレベルよりも高い及び低い電圧の両方がそれぞれノードＮ１において必要とされる場合には、二つのバッテリが設けられてもよい。一方のバッテリは、ノードＮ１に供給される電圧を入力電圧ＶＩＮよりも上まで増大させるため、スイッチＳ３を介して入力電圧ＶＩＮと直列に接続することができる。他方のバッテリは、入力電圧ＶＩＮと反対の極性を有する電圧をノードＮ１で得るために、スイッチＳ４を用いてノードＮ１とグランドとの間に接続することができる。この場合、スイッチＳ３，Ｓ４は、もはやノードＮ２において互いに接続されない。あるいは、一つのバッテリを二つの極性でノードＮ１と一方のスイッチＳ３又はＳ４との間に接続することができる付加的なスイッチが導入されてもよい。入力電圧ＶＩＮよりも高い電圧又はグランドレベルよりも低い電圧だけが必要とされる場合には、関連する一方のスイッチＳ３又はＳ４を有する一つのバッテリが必要とされる。従って、入力電圧ＶＩＮよりも高い電圧だけがノードＮ１において必要とされる場合にはスイッチＳ４が省かれてもよく、また、任意的に、スイッチＳ２が図１に示されるダイオードに置き換えられてもよい。しかしながら、スイッチをダイオードに置き換えると効率が低下する場合がある。
【００５１】
図４は、本発明の実施の一形態に係る他の電力コンバータの回路図を示している。図２における場合と同じ参照符号を有する図４の要素は同じ機能を有している。図４では、図２のスイッチがＭＯＳＦＥＴトランジスタに置き換えられている。該当する場合には、ＭＯＳＦＥＴの固有ダイオードが示されている。スイッチＳ３，Ｓ４，Ｓ７，Ｓ８の固有のダイオード（図示せず）は、端子ＩＮ１へと向けられたそれらのカソードを有している。
【００５２】
電力コンバータは、ダウンコンバータ２と電圧レベル増大回路３とを備えている。電力コンバータの入力ＩＮ１，ＩＮ２は、ＤＣ入力電圧ＶＩＮを受ける。ダウンコンバータは、入力ＩＮ３，ＩＮ４を有するとともに、電力コンバータの出力に接続された負荷ＬＯに対して出力電圧ＶＯを供給する。この場合も先と同様に、動作を簡単にするため、平滑キャパシタが負荷ＬＯの一部であるとする。
【００５３】
ダウンコンバータ２は、図２に示されるダウンコンバータ２と同じトポロジーを有している。この場合、スイッチＳ１は、ここではその固有ダイオードＤ１を有するＭＯＳＦＥＴ  Ｓ１であり、スイッチＳ２は、ここではその固有ダイオードＤ２を有するＭＯＳＦＥＴ  Ｓ２である。
【００５４】
電圧レベル増大回路３は、ＭＯＳＦＥＴ  Ｓ３乃至Ｓ８とキャパシタＣとを備えている。ＭＯＳＦＥＴ  Ｓ３は、電力コンバータの入力ＩＮ１とノードＮ２との間に配置される主電流経路を有している。ＭＯＳＦＥＴ  Ｓ４は、ノードＮ２と電力コンバータの入力ＩＮ２との間に配置される主電流経路を有している。第３のＭＯＳＦＥＴ  Ｓ５は、電力コンバータの入力ＩＮ１とダウンコンバータの入力ＩＮ３との間に配置される主電流経路を有している。ＭＯＳＦＥＴ  Ｓ５は、固有ダイオードＤ５を有している。第４のＭＯＳＦＥＴ  Ｓ６は、電力コンバータの入力ＩＮ２とダウンコンバータの入力ＩＮ４との間に配置される主電流経路を有している。ＭＯＳＦＥＴ  Ｓ６は、固有ダイオードＤ６を有している。第５のＭＯＳＦＥＴ  Ｓ７は、ダウンコンバータの入力ＩＮ３とノードＮ３の間に配置される主電流経路を有している。第６のＭＯＳＦＥＴ  Ｓ８は、ダウンコンバータの入力ＩＮ４とノードＮ３の間に配置される主電流経路を有している。キャパシタＣは、ノードＮ１とノードＮ３との間に配置されている。
【００５５】
通常の動作モードでは、ＭＯＳＦＥＴ  Ｓ５及びＳ６が連続的に閉じられ、ダウンコンバータは、その入力ＩＮ３，ＩＮ４においてＤＣ入力電圧ＶＩＮを受ける。キャパシタＣの両側でＭＯＳＦＥＴの両方が導通していなければ、これにより短絡が引き起こされるため、電圧レベル増大回路３の他のＭＯＳＦＥＴの状態は関係がない。従って、ＭＯＳＦＥＴ  Ｓ３又はＳ４の一方のみと、ＭＯＳＦＥＴ  Ｓ７又はＳ８の一方のみとが同時に閉じられなければならない。スイッチＳ１，Ｓ２は、ダウンコンバータにおける通常通りに動作させられる。
【００５６】
他の動作モードにおいては、ノードＮ２の電圧に対してプラスの電圧をノードＮ３において得るために、キャパシタＣが周期的に充電される。キャパシタＣは、ダウンコンバータ入力ＩＮ３に対して周期的に接続され、それにより、このダウンコンバータ入力ＩＮ３における電圧がＤＣ入力電圧ＶＩＮを上回るまで増大させられる。従って、キャパシタＣの充電期間中に亘って、ＭＯＳＦＥＴ  Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７が閉じられ、一方、他のＭＯＳＦＥＴ  Ｓ３，Ｓ８が開かれる。キャパシタＣは、ほとんどの入力電圧ＶＩＮがノードＮ３とノードＮ２との間で生じるように充電される。ダウンコンバータ２は、充電期間中に通常モードで動作することができる。電圧増大（電圧ブースト）期間中、キャパシタＣの両端間の電圧は、ＤＣ入力電圧ＶＩＮに対して加えられるとともに、ＭＯＳＦＥＴ  Ｓ３，Ｓ７が閉じられ且つＭＯＳＦＥＴ  Ｓ４，Ｓ５，Ｓ８が開かれているときにダウンコンバータ入力ＩＮ３に対して供給される。また、増大期間中、ダウンコンバータ２は通常モードとして動作することができるが、プラス入力電圧ＶＩＮの代わりに、ここでは入力電圧ＶＩＮとキャパシタＣの両端間の電圧との合計がダウンコンバータ２に対して供給される。従って、実際には、ほぼ２×ＶＩＮがダウンコンバータ２に利用可能である。電圧増大期間はあまり長く継続しなくてよい。なぜなら、そうでなければ、キャパシタＣが非常に多量に放電させられるからである。キャパシタ内の電荷、従って、キャパシタの両端間の電圧は、充電期間と増大期間とを交互に行うことにより十分高く維持されなければならない。
【００５７】
更なる動作モードでは、ノードＮ２の電圧に対してマイナスの電圧をノードＮ３において得るために、キャパシタＣが周期的に充電される。キャパシタＣは、ダウンコンバータ入力ＩＮ４に対して周期的に接続され、それにより、この入力ＩＮ４における電圧が低下させられる。従って、キャパシタＣの充電期間中に亘って、ＭＯＳＦＥＴ  Ｓ３，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ８が閉じられ、一方、他のＭＯＳＦＥＴ  Ｓ４，Ｓ８が開かれる。キャパシタＣは、ほとんどの入力電圧ＶＩＮがノードＮ２とノードＮ３との間で生じるように充電される。ダウンコンバータ２は、充電期間中に通常モードで動作することができる。増大期間中、キャパシタＣの両端間の電圧は、ＭＯＳＦＥＴ  Ｓ３，Ｓ６，Ｓ７が開かれている間にＭＯＳＦＥＴ  Ｓ４，Ｓ８を閉じることによりグランドとダウンコンバータ入力ＩＮ４との間に供給される。また、増大期間中、ダウンコンバータ２は通常モードとして動作することができるが、プラス入力電圧ＶＩＮの代わりに、ここではキャパシタＣの両端間のマイナス電圧がダウンコンバータ２に対して供給される。キャパシタＣの両端間のマイナス電圧は入力電圧ＶＩＮにほぼ等しく、従って、この場合、ダウンコンバータ２にはＶＩＮではなく−ＶＩＮが供給される。
【００５８】
キャパシタの代わりにバッテリ（図示せず）が一つの極性で使用される場合には、バッテリの極性に応じて図４に示される回路を簡略化することができる。最初に、バッテリがノードＮ３にプラス極を有し、スイッチＳ６，Ｓ７が短絡回路に置き換えられ、スイッチＳ８が省かれるものとする。このとき、スイッチＳ５が連続的に閉じられ且つスイッチＳ３，Ｓ４の両方が開いている場合、バッテリは浮いており影響を与えない。電圧増大が必要とされる場合には、スイッチＳ３が閉じられ、スイッチＳ５が開かれる。この場合、入力電圧ＶＩＮを供給するバッテリと付加的なバッテリとが直列に配置され、比較的高い電圧が端子ＩＮ３に供給される。スイッチＳ４が閉じられ且つスイッチＳ５が開いている場合には、電力をダウンコンバータへ供給するために付加的なバッテリのみが使用される。これは、特に、負荷ＬＯが比較的低い電流をダウンコンバータから引き出している場合に該当し得る。また、両方のバッテリを並列に使用することもできるが、これは、供給されるバッテリ電圧が同一であり及び／又は一方のバッテリの電流が他方のバッテリに流れることを回避するために特定の回路が存在する場合にだけ可能である。付加的なバッテリが再充電不可能で且つ電圧増大のみが必要とされる場合には、スイッチＳ４も省くことができる。
【００５９】
付加的なバッテリは、再充電可能であることが好ましい。再充電可能な充電式バッテリは、スイッチＳ５，Ｓ４の両方が閉じられ且つスイッチＳ３が開いているときに充電される。充電中に過剰な電流を供給するために付加的な回路が必要とされることがある。
【００６０】
あるいは、キャパシタＣに取って代わるバッテリがノードＮ３においてマイナス電圧を供給してもよい。この場合、スイッチＳ５，Ｓ８が短絡回路に置き換えられ、スイッチＳ７が省かれる。スイッチＳ６が開いているときにマイナスのバッテリ電圧をノードＮ３に対して供給することができるように、少なくともスイッチＳ４は、存在していなければならない。
【００６１】
図５は、モバイル装置を示している。モバイル装置ＭＡＰは、バッテリＢＡＴと、ダウンコンバータ１と、増幅器ＡＭＰと、アンテナＡＮＴとを備えている。バッテリＢＡＴは、入力電圧ＶＩＮをダウンコンバータ１に対して供給する。ダウンコンバータ１は、増幅器ＡＭＰに対して出力電圧を供給し、増幅器ＡＭＰは、送信されるべきアンテナ信号ＶａをアンテナＡＮＴに対して供給する。増幅器ＡＭＰに対して供給される出力電圧ＶＯは、バッテリＢＡＴの有効時間を最大限に利用するために望ましい又は必要な実際の送信電力に最適に適合していなければならない。従って、低い送信電力では低い出力電圧ＶＯが増幅器ＡＭＰに対して供給されなければならず、また、高い送信電力では高い出力電圧が増幅器ＡＭＰに対して供給されなければならない。本発明に係る改良されたダウンコンバータは、インダクタＬの両端間に存在する高い電圧に起因して、その出力電圧ＶＯを高速に変化させることができる。従って、本発明に係るダウンコンバータは、低い出力電圧へと速く切り換えることができ、それにより、電力が節約される。一方、高い電圧もそれが後に生成される場合にはやはり適時に存在し、これにより、電力が同様に節約される。更に、本発明に係るダウンコンバータは、負荷ステップに高速に反応する。
【００６２】
この用途において、電源システムは、数十キロヘルツの帯域幅を必要とする。
【００６３】
図示しないが、負荷ＬＯは、ラウドスピーカであってもよい。音声信号の電力エンベロープは知られているため、増幅器ＡＭＰの電源電圧を正しい瞬間に変化させることができる。この場合、モバイル装置ＭＡＰは、ＭＰ３プレーヤであってもよい。
【００６４】
図６は、無線送信システムを示している。無線システムは、基地局ＢＡＳと、いくつかの携帯機器（ハンドヘルド）ＭＡＰ１，ＭＡＰ２とを備えており、携帯機器のうちの二つが図示されている。携帯機器ＭＡＰ１，ＭＡＰ２は、いずれも図４の携帯機器ＭＡＰと同一であってもよい。携帯機器ＭＡＰ１，ＭＡＰ２は、基地局ＢＡＳを介して互いに通信する。基地局ＢＡＳは、システム内の通信を制御する。例えば、基地局ＢＡＳは、各携帯機器ＭＡＰ１，ＭＡＰ２から受け取る電力をチェックしてもよく、また、制御信号を携帯機器ＭＡＰ１，ＭＡＰ２に対して送信して基地局ＢＡＳが十分に強いがあまり強すぎない信号を受け取るように携帯機器の送信電力を適合させてもよい。強すぎる信号は、携帯機器ＭＡＰ１，ＭＡＰ２のバッテリを非常に速く消耗させてしまい、システム内に障害を引き起こす場合がある。例えば、携帯機器ＭＡＰ１，ＭＡＰ２が遠くに離れているため又は直接的な視野方向が妨げられているために受信電力があまりに低い場合には、送信の質が非常に低くなる。今日の無線通信システムでは、携帯機器ＭＡＰ１，ＭＡＰ２の送信出力電力を変化させるためには短いタイムスロットしか存在しない。送信増幅器ＡＭＰに供給される電圧ＶＯは、バッテリＢＡＴからの電力消費を最適化するためにこれらの短いタイムスロットの範囲内で変化させられるべきものである。
【００６５】
尚、前述した実施の形態は、例示であって本発明を限定するものではなく、また、当業者は、添付の請求項の範囲から逸脱することなく多くの他の実施の形態を案出することができる。
【００６６】
例えば、本発明に係るダウンコンバータは、負荷の変化に対して高速に応答する必要がある任意のシステム又は短い時間内に出力電圧を変化させなければならない任意のシステムで使用され得る。本発明に係るダウンコンバータは、携帯電話等の持ち運び可能なバッテリ給電式の機器において、又は、利用可能なエネルギが乏しく電力消費量が低いことが最も重要である他の状況において特に有用である。消費電力が多くの用途において問題となっていることから、本発明に係るダウンコンバータは、スタンドアロン型の集積回路（ＩＣ）において適用されてもよく、あるいは、システムオンチップ（ＳＯＣ）又はシステムインパッケージ（ＳｉＰ）に組み込まれてもよい。
【００６７】
図２に示される実施の形態は、１段階の電圧乗算器（電圧増倍器）だけを示しているが、最後の段階が図示の段階と同一である多段階の電圧乗算器を使用することもできる。あるいは、図３に示されるバッテリ等の入力電圧を増大する他の回路、又は、負荷ステップが生じるとき若しくは出力電圧がレベルを変化させなければならないときに電圧をノードＮ１に対して一時的に供給できれば済むだけの小型のモード切り換え電源を使用することもできる。
【００６８】
請求項中、括弧内の任意の参照符号は、請求項を限定するものと解釈されるべきではない。動詞「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及びその活用形の使用は、請求項に記載されている要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を排除するものではない。要素に先行する冠詞「一つの（ａ，ａｎ）」は、そのような要素の複数の存在を排除するものではない。本発明は、いくつかの別個の要素を備えるハードウェアによって実施されてもよく、また、適切にプログラムされたコンピュータによって実施されてもよい。いくつかの手段を列挙する装置の請求項においては、これらの手段のうちのいくつかがハードウェアの一つの同じ品目（ｉｔｅｍ）により具現化されてもよい。特定の手段が互いに異なる従属請求項中に記載されているという事実だけで、それらの手段の組み合わせを有利に使用することができないということを示唆するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】従来の技術のダウンコンバータの回路図を示している。
【図２】本発明の実施の一形態に係る電力コンバータの回路図を示している。
【図３】本発明の実施の一形態に係る他の電力コンバータの回路図を示している。
【図４】本発明の実施の一形態に係る他の電力コンバータの回路図を示している。
【図５】モバイル装置を示している。
【図６】無線送信システムを示している。
【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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【図６】
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【国際調査報告】
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