(57)【要約】本発明は、手段（２）を形成するＤＣ／ＤＣコンバータを有する直流電圧コンバータに関するものである。本発明は、さらに、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに始動電圧を提供することができる手段（７）を形成するエネルギ貯蔵器を有する装置として特徴付けられている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＣ／ＤＣコンバータを形成する手段（２）と、
エネルギ貯蔵器を形成するとともに前記ＤＣ／ＤＣコンバータに始動電圧を供給できる手段（７）とを有し、
入力信号（Ｖｅ）をサンプリングするとともに、前記コンバータ手段（２）によって使用可能な電圧の発生を検出する閾値検出手段（４）とをさらに有することで特徴づけられた直流電圧コンバータ装置であって、
前記手段（４）は、前記入力信号が前記閾値よりも大きいときに、貯蔵器を形成する前記手段（７）が電圧を前記コンバータに提供することを容認するものであることを特徴とする直流電圧コンバータ装置。
【請求項２】
前記手段（４）は、前記入力電圧（Ｖｅ）と基準電圧（ＶＲＥＦ）とを比較する手段（１２）を有する請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記閾値検出手段（４）は、前記入力電圧を定期的にサンプリングする手段（１０）を有する請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記入力電圧が閾値よりも大きいときに起動されるクロック回路（６）をさらに有し、
前記クロック回路は、前記コンバータ（２）を起動させるパルスを出す請求項１から３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記コンバータが意図する動作を実行しているときに、エネルギ貯蔵器を形成する前記手段を再充電する手段（４，８）をさらに有する請求項１から４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
ＰＩＤタイプの制御に関連したパルス変調を使用する制御手段（２２）を有する請求項１から５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記コンバータによって生成された電圧が閾値を超えているとき、エネルギ貯蔵器を形成する前記手段が前記コンバータにもはや電力を供給しない状態となるように、エネルギ貯蔵器を形成する前記手段を切断する手段をさらに有する請求項１から６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
アップコンバータフィルタを形成する手段（２０）と制御手段（２２）とを有する請求項１から７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
エネルギ貯蔵器を形成する前記手段（７）は、マイクロバッテリを有する請求項１から８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
エネルギ貯蔵器を形成する前記手段（７）は、機械的コンバータを有する請求項１から９のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低入力電圧を使用する低電力コンバータの分野に関するものである。
【０００２】
また、本発明は、電子装置のためのモニリシック・アナログ集積回路の分野に関するものであり、特にいわゆるスイッチング電圧コンバータに関するものである。本発明に関する装置は、例えば０．５Ｖから１５Ｖまでの広範囲に渡って変化する電圧源に接続され、例えば３．３Ｖの設定されかつ制御された電圧を出力することができ、電力を電子回路に供給することができる。
【背景技術】
【０００３】
低電圧コンバータの応用としては、特に、いわゆる通信対象物およびモバイル対象物に電力を供給することが挙げられる。
【０００４】
これらのコンバータでは、電子回路に電力を供給するのに適当な電圧を、電池またはバッテリの別個の構成から得ることが可能である。
【０００５】
各種の専門メーカーのカタログおよび電圧コンバータの供給業者は、そのような装置について説明する。
【０００６】
特に、ＳＩＩ−ＩＣが言及されていることが挙げられる（http://www.sii-ic.com/参照）。
【０００７】
他のメーカーは、ＭＡＸＩＭである（http://www.maxim-ic.com）。このメーカーのアプリケーション・ノート「ＡＮ７１０」では、このタイプの装置の動作を説明する（http://www.maxim-ic.com/appnotes number/710参照）。
【０００８】
これらの従来の装置の最高なものでも、約０．９Ｖ以上の電圧が変換できるだけである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
モバイル電子装置の開発とそれらの消費電力の削減とを考慮に入れると、その課題は、１．５Ｖの一般的なものである<<Ｒ３>>のような、通常の電池とは別の電源を見出して提案をすることである。
【００１０】
他の課題は、それらの電源がほぼ完全に放電されるまで使用すること、およびそれらの電源をいかなる場合でも０．９Ｖ未満まで使用することを可能にすることである。
【００１１】
したがって、その課題は、０．９Ｖより低い電圧の電源について通常数十ｍＶまで使用可能として、技術的および経済的な利益を持っている回路を提供することである。
【００１２】
従来のコンバータを動作させるための閾値電圧は、集積回路に組み込まれた能動素子（ＭＯＳタイプ・トランジスタ）の物理的特性から生じる。
【００１３】
低入力電圧を使用する装置の探究が実行される。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータを形成する手段を有する直流電圧変換装置に関するものであり、エネルギまたは電圧を提供する補足的手段をさらに有することで特徴付けられている。前記補足的手段は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力に始動電圧を提供するためのエネルギまたは電圧貯蔵器を形成する。
【００１５】
本発明によれば、エネルギ貯蔵器（例えば充電式バッテリ）は、コンバータの始動に必要な電圧をそのコンバータに提供するために使用される。
【００１６】
この貯蔵器の電圧は、前記コンバータを<<始動(started)>>することができる例えば電子構造の手段に印加されることとしてもよい。
【００１７】
前記コンバータは、始動後に、前記エネルギ貯蔵器の電圧よりも大きい出力電圧によって前記エネルギ貯蔵器を充電することができる。
【００１８】
このように、コンバータを始動させることができるので、例えば１０ｍＶと０．１Ｖまたは０．５Ｖとの間の低入力電圧を使用することができ、これらの低入力電圧は、前記エネルギ貯蔵器の寄与によって、またはエネルギを提供する補足的手段によって補填される。前記コンバータは、次には、電子回路に電力を供給するために、例えば３．３Ｖの設定制御電圧を出力することが可能となる。
【００１９】
また、本発明は、入力電圧を閾値と比較する手段と、比較手段を有効にする手段と、前記比較手段が有効でないときに前記比較の結果のレベルを維持する手段とを有する予備回路を提供する。
【００２０】
前記コンバータが長時間待機状態に置かれる場合に対応するために、前記予備回路は極めて低い消費電力であることが望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態を示す。<<ＤＣ／ＤＣコンバータ>>ブロック２は、例えばパルス変調のアップコンバータ・フィルタを具備する。
【００２２】
手段４は、閾値検出のための予備回路を形成する。
【００２３】
これは、望ましくは、極めて低い消費電力の回路であり、例えば、前記コンバータによって使用可能な電源の発生を検出するために、入力電圧Ｖｅを定期的にサンプリングする機能がある。
【００２４】
この電源を検出した後、クロック回路６が起動される。
【００２５】
その他の点では、電力を供給するまたはエネルギ貯蔵器を形成する内部手段７が、例えばバッテリまたは内部マイクロバッテリとして、具備されている。
【００２６】
これらの手段７は、入力電圧Ｖｅが不十分であるとき、前記コンバータ２を始動させる。
【００２７】
図１において、リファレンス<<ＶｂａｔｔまたはＶｄｄ>>はコンバータ２が手段７またはＶｄｄのいずれかによって電力を供給されることを示し、その選択はスイッチ手段によって実行される。
【００２８】
コンバータが始動した後に、そのコンバータは、外部電子回路によって外部で使用可能な電圧Ｖｏｕｔを供給する。
【００２９】
この電圧は、前記コンバータによって供給され、例えばそれらのその後の使用を考慮して手段７を再充電するために、さらに内部で使用可能であり、特にコンバータ２が起動している間にそれらが放電されている場合に、さらに内部で使用可能である。
【００３０】
この再充電は、充電制御手段８によって実行することができる。
【００３１】
制御装置のための内部の前記マイクロバッテリまたは再充電回路を切断するための外部回路のような、他の改良点を追加することができる。
【００３２】
図２に示されているものは、予備回路手段４の実施形態である。
【００３３】
これらの手段は、前記手段７によってまたは前記出力電圧Ｖｄｄによって供給された入力電圧によって電力を供給される。
【００３４】
それらでは、コンバータ２を始動可能にするために、例えば、前記入力電圧Ｖｅと基準電圧閾値Ｓ１とを比較することによって、この入力電圧が前記閾値Ｓ１よりも十分に高いまたは大きいときを、検出することができる。
【００３５】
この閾値は、最小動作電圧（例えば４０ｍＶ）である。
【００３６】
この回路４が設置されていない場合、例えば、手段７（エネルギ貯蔵器）が完全に放電されて、前記システムは０．８Ｖよりも高い入力電圧Ｖｅの場合のみ起動する状態が生じる。
【００３７】
前記予備回路の消費量を制限するために、サンプリングまたは周期的な手段で前記入力電圧のモニタリングを実行することとしてもよい。
【００３８】
図２に示すように、例えば予備回路は、比較器１２１による手段１２を有する。比較器１２１は、前記入力電圧Ｖｅと、手段１２０によって生成され供給される基準電圧ＶＲＥＦと前記入力電圧Ｖｅとを比較する。この比較は、許可信号ＡＣＴによって定期的に可能になることとしてもよい。
【００３９】
前記入力電圧Ｖｅが前記電圧閾値よりも高い場合、手段４は、例えばクロック６を制御することによって、コンバータ２を起動させる信号Ｓを生成する（図１）。
【００４０】
そして、電圧蓄電器７によって前記コンバータ２に直接電力を供給することができる。
【００４１】
手段４は、入力電圧Ｖｅがこの閾値よりも高いとき、その電圧を貯蔵器７に供給することを許可することのみを行う。前記閾値を越えていることは入力電圧の増加を示し、前記コンバータの電力供給にしたがった評価基準が手段７によって適度に引き起こされる。
【００４２】
前記入力電圧が再び閾値Ｓ１の下まで低下した場合、もはや前記コンバータを動かさないようにするために、前記手段７は再び切断される。
【００４３】
また、コンバータ２によって生成された電圧Ｖｄｄが動作中に他の閾値（例えば、約１ボルト）を越える場合、それらが切断される。
【００４４】
手段１０は、許可信号ＡＣＴを生成する。
【００４５】
手段１０は、例えば、基準電流を出力する手段１０１と、発振器手段１０２と、ＡＣＴ信号を形成する手段１０３とを有する。
【００４６】
特に２つの許可信号ＡＣＴの間に、手段１４において、前記手段１２が無効にされたとき、比較結果のレベルを維持することが可能である。これらの手段は、例えば、Ｄフリップフロップなどのデジタル・フリップフロップを有する。
【００４７】
前記手段１０および手段１４は、恒久的に動作することが可能である。そして、望ましくは、それらができるだけ低消費電力になるように設計される。
【００４８】
数１０ナノアンペアオーダーの電流で、２Ｖ以下の前記許可信号ＡＴＣが生成することができるとともに、電流消費レベルは（手段１４において）約数ナノアンペアに維持できる。これは、エネルギ貯蔵器としてのマイクロバッテリ電源７の使用に好都合である。
【００４９】
このブロックの使用許可が頻繁に行われるので、前記比較手段１２に容認された消費電流量は、さらに小さい。
【００５０】
例えば、比較手段１２は、２ｐＡ消費して、毎時に１秒間有効にされるものとしてもよい。
【００５１】
図２において、リファレンス<<Vbatt/Vdd supply>>は、前記システムの別個の構成要素が手段７またはＶｄｄのいずれかによって電力を供給することを示し、その選択はスイッチ手段によって実行される。
【００５２】
図３は、コンバータ手段２および充電手段８の一実施形態を示す。
【００５３】
コンバータ手段２は、Ｖｄｄを制御する手段２２（例えば、ＰＩＤ<<比例積分微分：Proportional Integral Derivative>>タイプの制御に関連したパルス変調またはパルス密度制御手段による制御手段）とともにアップコンバータフィルタを形成する手段２０を有するものとしてもよい。
【００５４】
前記手段２２は、手段２４を介して、スイッチ２５へ信号を発信することができる。この信号は、このスイッチを開閉させる。
【００５５】
前記手段２０は、さらにインダクタ２６Ｌおよびコンデンサ２８Ｃを有する。これらの構成要素の両方が外付けのものであってもよい。
【００５６】
ＲＣ構成要素は、コンバータ手段２０から出力電圧Ｖｄｄを供給するための外部回路を意味する。
【００５７】
図３のこれらの別個の手段は、本<<Alimentation a decoupage>>（スイッチング電源）、ＩＴＵ、ＢＴＳ、Ecoles d'Ingenieurs, Cours 2nd Edition, M.Cirard, H.Angelis and M.Girard, Ed. Dunod, Collection Science Sup., published on 18.11.03で説明されているように動作する。
【００５８】
Ｖｄｄ信号が閾値Ｓ１よりも大きいとき、上記で説明したように、クロック回路手段６（図１）によって形成されるクロック信号が手段４の制御にしたがって制御手段２２に供給される。手段２２は、このクロック信号と、前記外部電圧Ｖｅまたは前記手段７からの電圧のいずれかによる前記コンバータへの電力供給とによって始動することができる。
【００５９】
所望電圧が制御装置２２によって出力することができる。また、Ｖｄｄが所定の閾値Ｓ２に達するとき、手段７を切断することが好ましい。そのとき、ＤＣ／ＤＣコンバータはＶＤＤによって電力供給される。
【００６０】
前記手段８は、前記装置が動作している間に、例えばマイクロバッテリなどの前記手段７を充電するための手段である。
【００６１】
手段８は、最大有効出力電流に対応するように構成されている。確かに、どのような電子回路であっても、予め設定された状態で動作するように設計されている。したがって、それらが<<構成されている(adapted)>>ものであることが記載されている。例えば、それらはカレントミラーを有する。
【００６２】
この図３では、リファレンス<<Vbatt or Vdd>>は、前記手段８，２２が手段７またはＶｄｄのどちらかによって電力供給されることを示し、その選択はスイッチ手段によって実行される。
【００６３】
例えば図１に示す１つの装置などは、入力電圧Ｖｅが不十分である場合、コンバータ手段を始動することを考慮して、エネルギ貯蔵手段７を使用する。
【００６４】
したがって、これらの手段７は、このコンバータを始動するための電圧を生成することが可能である。
【００６５】
そして、一実施形態としては、その出力電圧Ｖｄｄがその入力電圧よりも大きいことを利用して再充電することとしてもよい。
【００６６】
例えば、これらの手段７は、図３に関連づけて上述した具体例のようなバッテリまたはマイクロバッテリである。
【００６７】
マイクロバッテリは、例えば「http://www.cea-tachnologies.com/energie/67-201.html」に示されたものに匹敵する方法を使用して作成することができる。そのような方法で、２から２．５Ｖの電圧を持つバッテリを作成することが可能である。
【００６８】
例えば、図６にそのようなマイクロバッテリを示す。
【００６９】
そのマイクロバッテリは、シリコン基板５０と、プラチナの電流コレクタ５２と、チタニウム硫化物電極５４と、ＬＩＰＯＮ(<<リチウム燐酸窒素酸化物>>)電解物５５と、メタルリチウム電極５６とを有する。その階層は、基板上にＰＶＤ技術によって蒸着されるとともに、合計して約１０マイクロメータの厚さになる。そのマイクロバッテリの表面積は約数ｍｍ２である。
【００７０】
本発明に係る装置が集積回路として製造される場合、前記バッテリはその集積回路の製造工程で集積される構成部品としてもよい。そのとき、ユーザはそのバッテリを目視できない。
【００７１】
手段７は、（例えば構成材料を選択することによって）無視し得る自己放電率を持つように、意図的に製造することができる。
【００７２】
この場合、それらはそれらが製造されたら直ちに充電されることができるとともに、入力電圧Ｖｅが不十分なとき、予備回路４が有効になるのを待つことができる。
【００７３】
入力として使用可能な電圧Ｖｅがある場合に限り、その電圧Ｖｅがコンバータ２の動作を始動させ、その他の場合は、前記コンバータを始動するためにエネルギ貯蔵器７に頼る。
【００７４】
そこで、入力電圧Ｖｅが不十分である場合、例えば上述の手段１２によって実行された比較を考慮して、前記エネルギ貯蔵器７は、前記コンバータを始動するために充電される。
【００７５】
さらに、前記手段７は、例えば電子カード上に、その回路が位置決めされたときに、および、あらゆる適切な時期に、充電されることとしてもよく、前記閾値を超えた十分な入力電圧Ｖｅでコンバータ２を始動して、これにより前記コンバータの出力電圧によって手段７の再充電を提供することとしてもよく、特定の再充電入力によって、手段７を充電することとしてもよい。この動作は、前記バッテリが急速に再充電される場合があるので、時間についてさらに限定される。
【００７６】
最終的に、バッテリに関する具体例は出されたが、手段２を始動するための電圧は、バッテリ以外の何か他のものによって、例えば機械的コンバータ（例えば圧縮されたストリング(string)）によって、提供されることとしてもよい。
【００７７】
前記エネルギ貯蔵器は、例えば、バッテリまたはマイクロバッテリであるとともに、望ましくは再充電可能なものである。前記装置は、前記コンバータの出力電圧によって電力供給される上述の再充電システムを有することとしてもよい。前記バッテリまたはマイクロバッテリは、集積化されていることが好ましい。
【００７８】
図４Ａ−４Ｄおよび図５Ａ−５Ｃによって示された以下の実施形態は、４０ｍＶの入力検出閾値および１．２Ｖの所望電圧Ｖｄｄの状態として、上記で説明したシステムを現す。手段７（ここでは、マイクロバッテリ）の定格電圧は、１．５Ｖである。
【００７９】
図４Ａ−４Ｄは、入力電圧Ｖｅ、電源手段７の端子上の電圧、外側へ出力された電源電圧、手段４および手段２（予備手段およびコンバータ手段）の電源電圧、それぞれの電圧の経時変化を示す。
【００８０】
図５Ａ−５Ｃは、外部回路Ｒｃの消費電流と、前記バッテリの充電電流（バッテリに入る電流）と、前記バッテリの消費電流（バッテリの流出電流）との各電流の経時変化を示す。
【００８１】
期間１（「０」と「ｔ１」との間）：
入力が設定閾値よりも小さく、かつ、電圧が設定閾値Ｓ１（ここではその閾値は４０ｍＶである）よりも小さいあいだは、予備手段４の部分だけが動作する（前記許可信号ＡＴＣの出力があり、出力レベルが維持され、前記比較器が定期的に動作する）。前記マイクロバッテリ７は、専ら前記予備回路に電力を供給して、消費が最小である。
【００８２】
期間２（「ｔ１」と「ｔ２」との間）：
前記入力電圧が設定閾値（４０ｍＶ）を超えたとき、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ手段は動作を開始する。前記手段２によって生成された前記出力電圧が安定してＳ２（例えば、１Ｖ）よりも大きくなった瞬間、前記マイクロバッテリ７は回路全体に電力を供給し続ける。軽減(reduced)期間は別として、消費量は重要でる。換言すれば、ｔ１からｔ２まで、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは前記バッテリからの電力を<<ポンプ(pump)>>し、そのバッテリの電圧は下がる（図４Ｂ）。ところが外部へ出力される電源電圧Ｖｄｄ（図４Ｃ）は上昇する。すなわち、予備回路およびコンバータ回路４の電源電圧が低下し（図４Ｄ）、Ｖｄｄが徐々に引き継ぐ。
【００８３】
期間３（ｔ＞ｔ２）：
出力された電源電圧Ｖｓ（＝Ｖｄｄ）（１．２Ｖ）は、ＤＣ／ＤＣコンバータを形成する手段２と外部回路とに電力を供給することが可能であり、マイクロバッテリ７を再充電することも可能である（図４Ｂ）。
【００８４】
したがって、本発明は、電源の電圧を電子回路で使用可能な電圧に変換でき、数十ｍＶ以下の非常に低い電圧で動作できる、例えばモノリシック集積回路タイプの、新しいデバイスを提供する。
【００８５】
このように、現在使用されているほとんどの電源はそれらがほぼ完全に放電されるまで利用されることができ、したがって節約をもたらす。
【００８６】
他方では、本発明は、低すぎる電圧のためのこれまで使用できなかった新しい電源の使用を容認する。
【００８７】
本発明にしたがった装置は、集積回路の生産に好適であり、その製造プロセスの中に一体化することができ、電子回路の設計者が新しく適用することまたは適用が難しい多少難解な回路の製造に関知する必要はない。
【００８８】
さらに、本発明は、電圧変換機能に通常使用される機能量を増加させない。
【００８９】
現在、上述のように、本発明は、数十ｍＶまでの非常に低い入力電圧を扱うことができるＤＣ／ＤＣコンバータを、設計者であって特に電子工学技術者に提供することができる。
【００９０】
最後に、上記実施形態によれば、充電を行う回路であって構造がモニリシック集積回路であるものを取得することができるとともに、コンバータのトランジスタの動作に十分な電圧を提供する集積化されたマイクロバッテリが利用可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明に係る装置を示す。
【図２】予備手段の一実施形態を示す。
【図３】コンバータおよび充電制御手段の一実施形態を示す。
【図４Ａ】本発明の例示的な実施形態を示す。
【図４Ｂ】本発明の例示的な実施形態を示す。
【図４Ｃ】本発明の例示的な実施形態を示す。
【図４Ｄ】本発明の例示的な実施形態を示す。
【図５Ａ】本発明の例示的な実施形態を示す。
【図５Ｂ】本発明の例示的な実施形態を示す。
【図５Ｃ】本発明の例示的な実施形態を示す。
【図６】マイクロバッテリの具体例を示す。
【符号の説明】
【００９２】
１  バッテリまたはＶｄｄ
２  ＤＣ／ＤＣコンバータ
４  予備回路（閾値検出手段）
６  クロック回路
８  充電制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2008507247.tif 000007
【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
2008507247.tif 000009
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2008507247.tif 000011
【図５Ｃ】
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【図６】
2008507247.tif 000013
【国際調査報告】
2008507247.tif 000014
2008507247.tif 000015
2008507247.tif 000016
2008507247.tif 000017
2008507247.tif 000018
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