(57)【要約】  フライバック及びバックブーストコンバータ２１、２２において、歪を減少させると共に歪力率を上昇させるために、当該コンバータのスイッチ３を制御するためのコントローラ２により発生される制御信号を調整する装置１が導入される。該装置１は、当該コンバータに給電する電圧源４からの電圧信号の振幅の増加／減少に応答して、スイッチ３の導通時間の期間を増加／減少させる。このようにして、グリッド及び電力発生機における望ましくない損失が回避される。当該コンバータは、相対的に安価な単段コンバータである。好ましくは、上記期間は上記電圧信号の振幅及び設計パラメータの和に実質的に比例する。これらの設計パラメータは、出力電圧等の他の電圧信号の振幅を含み得る。装置１は、一定の期間しか生成することができないコントローラ２、及び調整可能な外部エレメントを介して調整可能な期間を生成することができるコントローラ２に対して設けられる。【選択図】  図１
2014507929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンバータのスイッチを制御するためのコントローラにより発生されるべき制御信号を調整する装置であって、前記コントローラは電圧信号を供給するための電圧源に接続されるべきフライバックコンバータ又はバックブーストコンバータを有し、当該装置が、前記コントローラに接続されるべき回路であって、前記電圧信号の振幅の増加に応答して前記スイッチの導通時間の期間を増加させる一方、前記電圧信号の振幅の減少に応答して前記スイッチの導通時間の期間を減少させる回路を有する装置。
【請求項２】
前記スイッチの導通時間の期間が前記電圧信号の振幅と設計パラメータとの和に実質的に比例する請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記設計パラメータが他の電圧信号の振幅を有し、前記コンバータが前記スイッチに結合された一次コイル及び負荷に結合されるべき二次コイルを備えたトランスを有する前記フライバックコンバータである場合、前記他の電圧信号は前記一次コイルの巻線数により乗算されると共に前記二次コイルの巻線数により除算された該二次コイルの出力電圧を有し、前記コンバータが前記スイッチに結合されると共に負荷に接続されるべきコイルを有するバックブーストコンバータである場合、前記他の電圧信号が前記コイルの入力部の巻線数により乗算されると共に前記コイルの出力部の巻線数により除算された該コイルの出力電圧を有する請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記コントローラが前記スイッチの導通時間の期間が固定されているタイプのものであり、前記回路が、前記電圧信号を入力するための入力端子と、前記コントローラの制御入力端子に結合されるべき出力端子と、共通端子と、第１抵抗、第２抵抗及び第１電圧規定エレメントの第１直列接続並びに第３抵抗及び第２電圧規定エレメントの第２直列接続の並列接続と、電流通過エレメントとを有し、前記並列接続が前記入力端子及び前記出力端子に結合され、前記電流通過エレメントが前記出力端子及び前記共通端子に結合される請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記電圧規定エレメントの各々がダイオード又はツェナーダイオードを有し、前記電流通過エレメントが第４抵抗を有する請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記コントローラが前記スイッチの導通時間の期間がグランドに接続された外部エレメントにより定められるタイプのものであり、該外部エレメントの値の増加の結果として前記スイッチの導通時間の期間が増加され、該外部エレメントの値の減少の結果として前記スイッチの導通時間の期間が減少される請求項３に記載の装置。
【請求項７】
前記外部エレメントが外部抵抗であり、前記回路が、前記電圧信号を入力する入力端子と、前記コントローラの制御入力端子に結合されるべき出力端子と、共通端子と、前記コントローラの電源端子に結合されるべき他の端子と、前記入力端子に結合された第１抵抗、電圧規定エレメント及び前記共通端子に結合された第２抵抗の第１直列接続と、制御電極が前記電圧規定エレメントと前記第２抵抗との間の接続点に結合され、第１主電極が前記共通端子に結合され、且つ、第２主電極が第３抵抗を介して前記他の端子に結合された第１トランジスタとを有し、該第１トランジスタの前記第２主電極は第２トランジスタの制御電極に結合され、該第２トランジスタの第１主電極は前記共通端子に結合され、該第２トランジスタの第２主電極は第４抵抗及び第５抵抗の第２直列接続を介して前記共通端子に結合され、前記第４抵抗と前記第５抵抗との間の接続点が前記出力端子に結合される請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記外部エレメントは外部コンデンサであり、前記回路が、前記電圧信号を入力する入力端子と、前記コントローラの制御入力端子に結合されるべき出力端子と、共通端子と、前記入力端子に結合された第１抵抗、電圧規定エレメント及び前記共通端子に結合された第２抵抗の第１直列接続と、制御電極が前記電圧規定エレメントと前記第２抵抗との間の接続点に結合され、第１主電極が前記共通端子に結合され、且つ、第２主電極が第１コンデンサ及び第２コンデンサの第２直列接続を介して前記共通端子に結合されたトランジスタとを有し、前記第１コンデンサと前記第２コンデンサとの間の接続点が前記出力端子に結合された請求項６に記載の装置。
【請求項９】
コンバータのスイッチを制御するための制御信号を発生するコントローラであって、前記コンバータは電圧信号を供給する電圧源に接続されるべきフライバックコンバータ又はバックブーストコンバータを有し、当該コントローラが請求項１に記載の制御信号を調整する装置を有するコントローラ。
【請求項１０】
請求項１に記載の装置を有するフライバックコンバータ又はバックブーストコンバータ。
【請求項１１】
請求項９に記載のコントローラを有するフライバックコンバータ又はバックブーストコンバータ。
【請求項１２】
請求項１０に記載のフライバックコンバータ又はバックブーストコンバータを有すると共に、負荷を更に有する機器。
【請求項１３】
請求項１１に記載のフライバックコンバータ又はバックブーストコンバータを有すると共に、負荷を更に有する機器。
【請求項１４】
電圧信号を供給する電圧源に接続されるべきフライバックコンバータ又はバックブーストコンバータを有するコンバータのスイッチを制御するための制御信号を調整する方法であって、前記電圧信号の振幅の増加に応答して前記スイッチの導通時間の期間を増加させる一方、前記電圧信号の振幅の減少に応答して前記スイッチの導通時間の期間を減少させるステップを有する方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法のステップを実行するコンピュータプログラム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のコンピュータプログラムを記憶して持つ媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンバータのスイッチを制御するためのコントローラにより発生されるべき制御信号を調整する装置であって、該コンバータが電圧信号を供給する電圧源に接続されるべきフライバックコンバータ又はバックブーストコンバータを有する装置に関する。
【０００２】
本発明は、コントローラ、フライバックコンバータ又はバックブーストコンバータ、機器、方法、コンピュータプログラム製品及び媒体にも関する。
【０００３】
上記の機器の例は、ランプ、他の消費者用製品及び他の業務用製品である。
【背景技術】
【０００４】
米国特許出願公開第2010/0308733号公報は、定電力オフライン発光ダイオードドライバのための装置及び方法を開示している。単段集積回路は、発光ダイオード電流を感知する必要性をなくすために発光ダイオード源を定電力モードで駆動する一方、高力率を達成するためにラインゼロ交差の近傍でインダクタ電流の波形を再整形する。
【０００５】
米国特許出願公開第2010/0308733号公報の図６から、当該装置及び方法は相対的に低い歪力率（distortion power factor）という不利益を被ることが分かる。このような相対的に低い歪力率は相対的に大きな歪に対応する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、相対的に高い歪力率を有するように、コンバータのスイッチを制御するためのコントローラにより発生されるべき制御信号を調整する装置を提供することである。このような相対的に高い歪力率は、相対的に小さな歪に対応する。
【０００７】
本発明の他の目的は、コントローラ、フライバックコンバータ又はバックブーストコンバータ、機器、方法、コンピュータプログラム製品及び媒体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１態様によれば、コンバータのスイッチを制御するためのコントローラにより発生されるべき制御信号を調整する装置であって、上記コントローラは電圧信号を供給するための電圧源に接続されるべきフライバックコンバータ又はバックブーストコンバータを有し、当該装置が、上記コントローラに接続されるべき回路であって、上記電圧信号
の振幅の増加に応答して上記スイッチの導通時間の期間（持続時間）を増加させる一方、
上記電圧信号の振幅の減少に応答して上記スイッチの導通時間の期間を減少させる回路を
有するような装置が提供される。
【０００９】
電圧源からの電圧信号の（瞬時的）振幅が増加した場合にフライバックコンバータ又は
バックブーストコンバータのスイッチの導通時間の期間を増加させる一方、電圧源からの
電圧信号の（瞬時的）振幅が減少した場合に該スイッチの導通時間の期間を減少させるこ
とにより、上記フライバックコンバータ又はバックブーストコンバータは増加された歪力
率を有することになる。フライバックコンバータ又はバックブーストコンバータの歪を減
少させることにより、グリッド及び電力発生機における望ましくない損失は防止される。
【００１０】
当該装置は、更に、単段フライバックコンバータ又は単段バックブーストコンバータの
一部を形成するという点で有利である。このような単段コンバータは相対的に安価である
。力率回路及び電力調整回路を有する二段解決策によれば、同様に歪は減少され得るが、
これら二段解決策は相対的に高価となる。
【００１１】
一実施態様によれば、当該装置は、上記スイッチの導通時間の期間が上記電圧信号の振
幅と設計パラメータとの和に実質的に比例することにより規定される。上記電圧信号の（
瞬時的）振幅と（相対的に一定の）設計パラメータとの和に実質的に比例してフライバッ
クコンバータ又はバックブーストコンバータのスイッチの導通時間の期間を増加及び減少
させることにより、歪は更に減少される。
【００１２】
ここで、実質的にとは、５０％〜１５０％、好ましくは７５％〜１２５％、更に好まし
くは９０％〜１１０％、最も好ましくは１００％と定義される。更に、上記期間は上記和
にステップ状に及び／又はヒステリシスを伴って実質的に比例することができる。
【００１３】
一実施態様によれば、当該装置は、前記設計パラメータが他の電圧信号の振幅を有し、
前記コンバータが前記スイッチに結合された一次コイル及び負荷に結合されるべき二次コ
イルを備えたトランスを有するフライバックコンバータである場合、該他の電圧信号は上
記一次コイルの巻線数により乗算されると共に上記二次コイルの巻線数により除算された
該二次コイルの出力電圧を有し、前記コンバータが前記スイッチに結合されると共に負荷
に接続されるべきコイルを有するバックブーストコンバータである場合、上記他の電圧信
号が上記コイルの入力部の巻線数により乗算されると共に上記コイルの出力部の巻線数に
より除算された該コイルの出力電圧を有することにより規定される。当該コンバータに供
給される平均入力電流Ｉinは、該コンバータに供給される電圧信号の瞬時振幅Ｕin(t)と
該コンバータにより負荷に供給される出力電圧Ｕoutの振幅をｎ（フライバックコンバータの場合、ｎは一次コイルの巻線数を二次コイルの巻線数により除算したものに等しく、バックブーストコンバータの場合、ｎはコイルの入力部の巻線数を該コイルの出力部の巻線数により除算したものに等しい）により乗算したものとの積、及び当該フライバックコンバータ又はバックブーストコンバータのスイッチの導通時間の期間Ｄ(t)を上記電圧信号の瞬時振幅Ｕin(t)と出力電圧Ｕoutの振幅をｎにより乗算したものとの和により除算したものに比例することがわかる。歪を減少させるためには、上記平均入力電流Ｉinが上記電圧信号の瞬時振幅Ｕin(t)に相対的に比例しなければならない。これを実現するために、上記期間Ｄ(t)は上記電圧信号の瞬時振幅Ｕin(t)と出力電圧Ｕoutの振幅をｎにより乗算したものとの和に相対的に比例しなければならない。
【００１４】
ここで、相対的にとは、５０％〜１５０％、好ましくは７５％〜１２５％、より好ましくは９０％〜１１０％、最も好ましくは１００％と定義される。更に、上記期間は上記和にステップ状に及び／又はヒステリシスを伴って相対的に比例することができる。
【００１５】
期間Ｄ(t)が電圧信号の瞬時振幅Ｕin(t)とｎにより乗算された出力電圧Ｕoutの振幅との和に相対的に比例しなければならないという事実は、最大の改善を生じる最適な状況である。しかしながら、本発明は、この実施態様に限定されるものではない。即ち、電圧信号の瞬時振幅Ｕin(t)が増加又は減少した場合の各々における期間Ｄ(t)の前記増加又は減少で、既に、歪力率は実質的に改善／上昇する。
【００１６】
一実施態様によれば、当該装置は、前記コントローラが前記スイッチの導通時間の期間が固定されているタイプのものであり、前記回路が、前記電圧信号を入力するための入力端子と、上記コントローラの制御入力端子に結合されるべき出力端子と、共通端子と、第１抵抗、第２抵抗及び第１電圧規定エレメント（voltage defining element）の第１直列接続並びに第３抵抗及び第２電圧規定エレメントの第２直列接続の並列接続と、電流通過エレメントとを有し、上記並列接続が上記入力端子及び出力端子に結合され、上記電流通過エレメントが上記出力端子及び上記共通端子に結合されることにより規定される。上記スイッチの固定された期間の導通時間を生じさせるコントローラに対しては、上記第１、第２及び第３抵抗、上記第１及び第２電圧規定エレメント並びに上記電流通過エレメントを有するクランプ回路を、期間Ｄ(t)を前記電圧信号の瞬時振幅Ｕin(t)にステップ状に追従／近似させるために使用することができる。より多くのステップ及び／又は異なるサイズのステップも排除されるべきではない。
【００１７】
一実施態様によれば、当該装置は、前記電圧規定エレメントの各々がダイオード又はツェナーダイオードを有し、前記電流通過エレメントが第４抵抗を有することにより規定される。
【００１８】
一実施態様によれば、当該装置は、前記コントローラが前記スイッチの導通時間の期間がグランド（接地）に接続された外部エレメントにより定められるタイプのものであり、該外部エレメントの値の増加の結果として上記スイッチの導通時間の期間が増加され、該外部エレメントの値の減少の結果として上記スイッチの導通時間の期間が減少されることにより規定される。外部エレメントに依存した上記スイッチの導通時間の期間を生じるコントローラの場合、この外部エレメントの大きさ／値を期間Ｄ(t)を調整するために変化させることができる。
【００１９】
一実施態様によれば、当該装置は、前記外部エレメントが外部抵抗であり、前記回路が、前記電圧信号を入力する入力端子と、前記コントローラの制御入力端子に結合されるべき出力端子と、共通端子と、前記コントローラの電源端子に結合されるべき他の端子と、上記入力端子に結合された第１抵抗、電圧規定エレメント及び上記共通端子に結合された第２抵抗の第１直列接続と、制御電極が上記電圧規定エレメントと第２抵抗との間の接続点に結合され、第１主電極が上記共通端子に結合され、且つ、第２主電極が第３抵抗を介して上記他の端子に結合された第１トランジスタとを有し、該第１トランジスタの上記第２主電極は第２トランジスタの制御電極に結合され、該第２トランジスタの第１主電極は上記共通端子に結合され、該第２トランジスタの第２主電極は第４抵抗及び第５抵抗の第２直列接続を介して上記共通端子に結合され、該第４抵抗と第５抵抗との間の接続点が前記出力端子に結合されることにより規定される。
【００２０】
一実施態様によれば、当該装置は、前記外部エレメントが外部コンデンサであり、前記回路が、前記電圧信号を入力する入力端子と、前記コントローラの制御入力端子に結合されるべき出力端子と、共通端子と、上記入力端子に結合された第１抵抗、電圧規定エレメント及び上記共通端子に結合された第２抵抗の第１直列接続と、制御電極が上記電圧規定エレメントと上記第２抵抗との間の接続点に結合され、第１主電極が上記共通端子に結合され、且つ、第２主電極が第１コンデンサ及び第２コンデンサの第２直列接続を介して上記共通端子に結合されたトランジスタとを有し、上記第１コンデンサと第２コンデンサとの間の接続点が上記出力端子に結合されることにより規定される。
【００２１】
本発明の第２態様によれば、コンバータのスイッチを制御するための制御信号を発生するコントローラが提供され、上記コンバータは電圧信号を供給する電圧源に接続されるべきフライバックコンバータ又はバックブーストコンバータを有し、当該コントローラは上記制御信号を前述したように調整する装置を有する。
【００２２】
本発明の第３態様によれば、前述したような装置を有するフライバックコンバータ又はバックブーストコンバータが提供される。
【００２３】
本発明の第４態様によれば、前述したようなコントローラを有するフライバックコンバータ又はバックブーストコンバータが提供される。
【００２４】
本発明の第５態様によれば、前述したような装置を備えたフライバックコンバータ又はバックブーストコンバータを有すると共に、更に負荷を有する機器が提供される。
【００２５】
本発明の第６態様によれば、前述したようなコントローラを備えたフライバックコンバータ又はバックブーストコンバータを有すると共に、更に負荷を有する機器が提供される。
【００２６】
本発明の第７態様によれば、電圧信号を供給する電圧源に接続されるべきフライバックコンバータ又はバックブーストコンバータを有するコンバータのスイッチを制御するための制御信号を調整する方法であって、上記電圧信号の振幅の増加に応答して上記スイッチの導通時間の期間を増加させる一方、上記電圧信号の振幅の減少に応答して上記スイッチの導通時間の期間を減少させるステップを有する方法が提供される。
【００２７】
本発明の第８態様によれば、上述した方法のステップを実行するコンピュータプログラム製品が提供される。
【００２８】
本発明の第９態様によれば、上述したコンピュータプログラム製品を記憶及び有する媒体が提供される。
【００２９】
ｎにより乗算された出力電圧Ｕout及び瞬時電圧信号Ｕin(t)の和に期間Ｄ(t)が相対的に比例すべきであるというのが洞察であり得る。
【００３０】
基本的なアイデアは、前記コンバータに供給される電圧信号の振幅の増加／減少に応答して、該コンバータのスイッチの導通時間の期間も増加／減少されるべきであるというものである。
【００３１】
相対的に高い歪力率を持つ、コンバータのスイッチを制御するためのコントローラにより発生されるべき制御信号を調整する装置を提供するという課題が解決された。
【００３２】
他の利点は、当該装置が相対的に安価な単段フライバックコンバータ又は単段バックブーストコンバータの一部を形成することである。
【００３３】
本発明の上記及び他の態様は、後述する実施態様から明らかとなり、斯かる実施態様を参照して解説されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、フライバックコンバータを示す。
【図２】図２は、バックブーストコンバータを示す。
【図３】図３は、第１の装置を示す。
【図４】図４は、期間Ｄ(t)対電圧信号の振幅Ｕin(t)を、理想的な状況Ｘ及び近似された状況Ｙに関して示す。
【図５】図５は、入力電流及び補償無しの場合の歪（上側の２つのグラフ）並びに入力電流及び補償した場合の歪（下側の２つのグラフ）を示す。
【図６】図６は、第２の装置を示す。
【図７】図７は、第３の装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１には、フライバックコンバータ２１が示されている。該フライバックコンバータ２１は、電圧信号を供給する電圧源４に接続された、トランス５，６の一次コイル５とスイッチ３と抵抗８との直列接続を有している。該フライバックコンバータ２１は、制御信号を介して上記スイッチ３を制御するための、上記電圧源４に接続されたコントローラ２を更に有している。該フライバックコンバータ２１は、上記制御信号を調整するための装置１を更に有している。更に、該装置１は、電圧源４に接続することができると共に、コントローラ２に接続された回路を有している。該回路は、上記電圧信号の振幅の増加に応答してスイッチ３の導通時間の期間を増加させる一方、上記電圧信号の振幅の減少に応答してスイッチ３の導通時間の期間を減少させる。
【００３６】
トランス５，６の二次コイル６は、ダイオード１２を介して、負荷１０とコンデンサ１１との並列接続に接続されている。負荷１０は、例えば、１以上の発光ダイオードを有している。負荷１０の両端間には、該負荷１０に関する情報を前記コントローラ２に帰還するための演算増幅器１３が接続されている。
【００３７】
他の例として、前記電圧源４は、フライバックコンバータ２１から部分的に外部に又は完全に外部に配置することができると共に、１以上の整流ダイオード及び１以上のフィルタを有することができる。他の例として、負荷１０及び／又はコンデンサ１１及び／又はダイオード１２は、フライバックコンバータ２１の外部に配置することができる。他の例として、装置１はコントローラ２の一部を形成することができる。スイッチ３は如何なる種類のスイッチとすることもできる。抵抗８は、オプションであり、電流制限機能を有すると共に、何れかの位置に配置することができ、及び／又はスイッチ３に統合することもできる。
【００３８】
図２には、バックブーストコンバータ２２が示されている。このコンバータは、図１に示したものとは、トランス５，６が単一のコイル７に置換されている点のみで相違する。スイッチ３及び負荷１０は、コイル７の端部端子に接続されているが、他の例として、スイッチ３及び／又は負荷１０はコイル７の中間端子に結合することもできる。
【００３９】
従来技術において既知のように、フライバックコンバータ２１及びバックブーストコンバータ２２に関しては、３つの動作モードが存在する。即ち、電流連続モード（continuous conduction mode）、電流不連続モード（discontinuous conduction mode）及び境界モード（遷移モード又は臨界導通モードとも称される）である。斯かるモードの名前は、一次及び二次コイル５，６における合成電流又はコイル７における電流を示す。電流連続モードでは、この電流は常に流れており、スイッチングサイクルの間においてゼロになることはない。電流不連続モードにおいては、上記電流はスイッチングサイクルの相当の部分の間においてゼロになる。境界モードでは、上記合成電流がゼロになる又は上記電流がゼロになる時点で新たなスイッチングサイクルが開始される。
【００４０】
コントローラ２は、スイッチ３を、負荷１０に供給される出力電圧Ｕoutが出力電流Ｉout及び入力電圧Ｕin(t)（電圧源４により供給される前記電圧信号）とは無関係に一定となるように制御する。更に、スイッチ３の導通時間の期間Ｄ(t)も制御される。更に、出力電流Ｉout又は出力電力のうちの、当該応用用途において必要とされる何れかを制御することもできる。発光ダイオードの応用例に対しては、通常、出力電流Ｉoutが制御される。全スイッチング期間を、Ｔ(t)として参照する。負荷１０を経る出力電流Ｉoutは、コンデンサ１１により平滑化され、実質的に直流である。当該コンバータの入力電流Ｉin(t)（前記電圧源４により供給される電流）は、高周波スイッチング事象を伴い、従ってスイッチングサイクルに対して時間依存性のものである。該入力電流は、コントローラ２が当該コンバータのパラメータを所定の値に維持するためにＤ(t)を調整する場合にＵin(t)の変化にも従う。平均入力電流Ｉav-in(t)は、時間変化的入力電圧Ｕin(t)と同一の周波数又は周期を有する。この応用例の場合、Ｕin(t)は、通常、１００Ｈｚ又は１２０Ｈｚの周波数（整流された主電圧）で変化するが、当該コンバータのスイッチング事象は例えば５０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲内の周波数を有し得る。出力電圧Ｕout及び平均出力電流Ｉav-outは、各々、直流出力電圧及び直流出力電流であり、これらは時間に依存しないと仮定する。一次コイル５又はコイル７のインダクタンスはＬとする。この場合、（スイッチング損失及び導通損失を無視すると）、
Ｄ(t)＝Ｔ(t)＊Ｕout／(Ｕout＋Ｕin(t))
Ｉpeak-coil(t)＝Ｄ(t)＊Ｕin(t)／Ｌ
Ｉav-in(t)＝(Ｄ(t)／Ｔ(t))＊Ｉpeak-coil(t)/２＝Ｄ(t)２＊Ｕin(t)／(２＊Ｔ(t)＊Ｌ)
を導くことができる。これは、
Ｉav-in(t)＝Ｄ(t)＊Ｕin(t)＊Ｕout／(２＊Ｌ＊(Ｕout＋Ｕin(t)))
に変換することができる。トランス比がｎ：１である場合、ＵoutはｎＵoutとなる。一般的な場合、これは、
Ｉav-in(t)＝Ｄ(t)＊Ｕin(t)＊ｎＵout／(２＊Ｌ＊(ｎＵout＋Ｕin(t)))
となる。これは、相対的に一定した出力電圧Ｕout及び相対的に一定した出力電流を持つ境界モードの単段フライバックコンバータに対して有効である。該単段フライバックコンバータが力率コントローラとしても動作しなければならない場合、Ｉav-in(t)がＵin(t)に実質的に比例して変化することが必要となる。このことは、Ｄ(t)＊ｎＵout／(２＊Ｌ＊(ｎＵout＋Ｕin(t)))が相対的に一定でなければならないという要件につながる。ｎＵout及びＬは相対的に一定であるので、Ｄ(t)は、Ｕin(t)に、
Ｄ(t)＝constant＊(ｎＵout＋Ｕin(t))
に従って依存する必要がある。
【００４１】
この構成を当該コンバータにおいて実施化することができる場合、可能な最小の歪を達成することができる。
【００４２】
実際の場合、偏差が許容されるが、それでも歪の大幅な改善につながる。上記から、コントローラ２が２つの仕事を有し得ることが明らかであろう。即ち、歪を低減するためにＤ(t)を調整すること、及び出力パラメータ（Ｕout若しくはＩout、又はこれらの組み合わせ）を既定値の近くに維持するためにＤ(t)の平均値を調整することである。
【００４３】
従って、好ましくは、スイッチ３の導通時間の期間Ｄ(t)は前記電圧信号の振幅Ｕin(t)と設計パラメータとの和に実質的に比例するようにする。更に、好ましくは、上記設計パラメータは他の電圧信号の振幅を有するものとし、その場合において、当該コンバータがスイッチ３に結合された一次コイル５を備えると共に負荷１０に結合されるべき二次コイル６を備えるトランス５，６を有するフライバックコンバータ２１である場合、上記他の電圧信号は、一次コイル５の巻線数により乗算されると共に二次コイル６の巻線数により除算される該二次コイル６の出力電圧を有し、当該コンバータがスイッチ３に結合されると共に負荷１０に結合されるべきコイル７を有するバックブーストコンバータ２２である場合、上記他の電圧信号は、コイル７の入力部の巻線数により乗算されると共にコイル７の出力部の巻線数により除算される該コイル７の出力電圧を有する（上記コイル７が端部端子を有し、中間端子を有さない場合、該コイル７の上記入力部及び出力部は互いに且つ当該コイル７に等しい）。
【００４４】
図３には、スイッチ３の導通時間の期間Ｄ(t)が固定されるタイプのコントローラ２に対する第１の装置１が示されている。このようなコントローラ２の例は、Ｌ６５６２及びＭＣ３４２６２である。これらの集積回路は、図３に示されるような装置１に接続される乗算器入力端子の形態の制御入力端子を有する力率コントローラである。この装置１は、前記電圧信号を入力するための入力端子３１と、コントローラ２の制御入力端子に結合されるべき出力端子３２と、共通端子３３とを有している。この装置１は、更に、第１抵抗３４、第２抵抗３５及び第１電圧規定エレメント３６の第１直列接続並びに第３抵抗３７及び第２電圧規定エレメント３８の第２直列接続の並列接続と、電流通過エレメント３９とを有している。上記並列接続は入力端子３１と出力端子３２とに結合され、上記電流通過エレメント３９は出力端子３２と共通端子３３とに結合されている。好ましくは、上記電圧規定エレメント３６、３８の各々はダイオード、ツェナーダイオード又はそれ以上のものを有し、上記電流通過エレメント３９は第４抵抗を有する。この装置１の機能は図４を参照して説明される。
【００４５】
図４には、期間Ｄ(t)対電圧信号Ｕin(t)の振幅が、理想的な状況Ｘ及び近似的状況Ｙに関して示されている。前述したように、理想的な状況において、期間Ｄ(t)は電圧信号Ｕin(t)の振幅に対し該グラフに理想的状況Ｘに関して示されるように依存しなければならない。図３に示される装置１において、期間Ｄ(t)は電圧信号Ｕin(t)の振幅に対して該グラフに近似的状況Ｙに関して示されるように依存する。明らかなように、これは近似であり、該近似において理想的状況はステップ状に近似されている。より多くのステップ及び／又は他の大きさのステップも排除されるものではなく、図３に示した装置１に対する追加及び／又は変更により実現することができる。
【００４６】
図５には、従来のコンバータに関して入力電流及び補償がない場合の歪が上側の２つのグラフに示され、図３に示された装置１を有するコンバータに関して入力電流及び補償を伴う場合の歪が下側の２つのグラフに示されている。入力電流のグラフの水平尺度は２０ms／目盛であり、垂直尺度は両グラフに対して等しい。歪のグラフの水平尺度は２００Ｈｚ／目盛である一方、垂直尺度は対数的であって、各目盛は１０の倍数を表す。明らかなことに、上側のグラフにおいては、下側のグラフにおけるよりも多くの歪が存在する。例えば上側の歪図形における１５０Ｈｚでの第３高調波の一層大きな振幅（左から２番目のピーク）及び下側の歪図形における１５０Ｈｚでの第３高調波の一層小さな振幅（左から２番目のピーク）に注意されたい。
【００４７】
他の例として、コントローラ２はスイッチ３の導通時間の期間Ｄ(t)がグランド（接地点）に接続された外部エレメントにより定められるタイプのものであり、その場合、該外部エレメントの値が増加するとスイッチ３の導通時間の期間が増加され、該外部エレメントの値が減少するとスイッチ３の導通時間の期間が減少される。この外部エレメントは、例えば、抵抗（図６）又はコンデンサ（図７）であり得る。
【００４８】
図６には、第２の装置１が示されている。ここでは、上記外部エレメントはコントローラ２の制御入力端子に結合されるべき外部抵抗である。この外部抵抗は、図６に示された装置１により置換されるべきものである。この装置１は、前記電圧信号を入力するための入力端子４１と、コントローラ２の制御入力端子に結合されるべき出力端子４２と、共通端子４３と、コントローラ２の電源端子に結合されるべき他の端子４４とを有している。この装置１は、更に、入力端子４１に結合された第１抵抗４５、電圧規定エレメント４６及び共通端子４３に結合された第２抵抗４７の第１直列接続と、制御電極が電圧規定エレメント４６と第２抵抗４７との間の接続点に結合され、第１主電極が共通端子４３に結合され、且つ、第２主電極が第３抵抗４９を介して他の端子４４に結合されると共に第２トランジスタ５０の制御電極に結合された第１トランジスタ４８とを有し、上記第２トランジスタ５０の第１主電極は共通端子４３に結合され、第２主電極は第４抵抗５１及び第５抵抗５２の第２直列接続を介して共通端子４３に結合されている。上記第４抵抗５１と第５抵抗５２との間の接続点は出力端子４２に結合されている。この装置１は、前記電圧信号の増加（減少）に対して、出力端子４２と共通端子４３との間に存在する抵抗値を増加（減少）させる（より低い電圧信号の場合、出力端子４２を見ると抵抗５１及び５２の並列接続が見られ、より高い電圧信号の場合、抵抗５２のみが見られ、等々となる）。
【００４９】
図７には、第３の装置１が示されている。ここでは、前記外部エレメントはコントローラ２の制御入力端子に結合されるべき外部コンデンサである。この外部コンデンサは、図７に示された装置１により置換されるべきものである。この装置１は、前記電圧信号を入力するための入力端子６１と、コントローラ２の制御入力端子に結合されるべき出力端子６２と、共通端子６３とを有している。この装置１は、更に、入力端子６１に結合された第１抵抗６４、電圧規定エレメント６５及び共通端子６３に結合された第２抵抗６６の第１直列接続と、制御電極が電圧規定エレメント６５と第２抵抗６６との間の接続点に結合され、第１主電極が共通端子６３に結合され、且つ、第２主電極が第１コンデンサ６８及び第２コンデンサ６９の第２直列接続を介して共通端子６３に結合されたトランジスタ６７とを有している。上記第１コンデンサ６８と第２コンデンサ６９との間の接続点は出力端子６２に結合されている。この装置１は、前記電圧信号の増加（減少）に対して、出力端子６２と共通端子６３との間に存在する容量値を増加（減少）させる（より低い電圧信号の場合、出力端子６２を見るとコンデンサ６９のみが見られ、より高い電圧信号の場合、コンデンサ６８及び６９の並列接続が見られ、等々となる）。
【００５０】
図６及び図７の場合において、電圧規定エレメント４６、６５は、各々、ダイオード、ツェナーダイオード又はそれ以上のものを有し得る。また、装置１における更に多くの段及び／又は他の段が排除されるものではない。
【００５１】
尚、２つのエレメントは、これらの間に他のエレメントを備えずに直接的に接続／結合することができる一方、これらエレメントは間に他のエレメントを備えて間接的に接続／結合することもできる。また、トランジスタの代わりに、他の種類のスイッチを使用することもできる。また、他の種類の電圧規定エレメントも排除されるものではない。また、更なるエレメントが何処に存在することもできる。
【００５２】
本発明による装置を有するコンバータは、スイッチの導通時間の期間を、元の主電源信号のゼロ交差近傍においてのみならず、全主電源周期にわたって調整する。本発明による装置を有するコンバータは、下記の理由により有利である。即ち、該コンバータは、特に発光ダイオード等の照明用途に使用することが可能な単段コンバータである。該コンバータは、高い変位力率及び高い歪力率を有する。該コンバータは容易に調光器互換性のものとすることができる。該コンバータは良好な性能を有し、グリッド及び電圧発生機における損失を低減する。
【００５３】
要約すると、フライバックコンバータ及びバックブーストコンバータ２１、２２において歪を低減すると共に歪力率を上昇させるために、当該コンバータのスイッチ３を制御するためのコントローラ２により発生される制御信号を調整する装置１が導入される。該装置１は、当該コンバータに給電するための電圧源４からの電圧信号の振幅の増加／減少に応答して、スイッチ３の導通時間の期間を増加／減少させる。このようにして、グリッド及び電力発生機における望ましくない損失が防止される。当該コンバータは、相対的に安価な単段コンバータである。好ましくは、上記期間は、前記電圧信号の振幅及び設計パラメータの和に実質的に比例するものとする。これらの設計パラメータは、出力電圧等の他の電圧信号の振幅を含むことができる。装置１は、一定の期間のみを発生するコントローラ２及び調整可能な外部エレメントにより調整可能な期間を発生することが可能なコントローラ２に対して設けられる。
【００５４】
以上、本発明を図面及び上記記載において詳細に図示及び説明したが、このような図示及び説明は解説的又は例示的なものであり、限定するものではないと見なされるべきである。即ち、本発明は開示された実施態様に限定されるものではない。開示された実施態様に対する他の変形例は、当業者によれば、請求項に記載された本発明を実施するにあたり、図面、開示内容及び添付請求項の精査から理解し、実施することができる。尚、請求項において、“有する”なる文言は他の構成要素又はステップを排除するものではなく、単数形は複数を排除するものではない。また、特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これら手段の組み合わせは有利に使用することができないということを示すものではない。また、請求項における如何なる符号も、当該範囲を制限するものと見なしてはならない。
【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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【図７】
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【国際調査報告】
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