(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソースからの入力信号を負荷宛ての出力信号に変換するコンバータであって、前記コンバータは、制御信号に応答して前記出力信号の振幅を制御するスイッチを含み、前記出力信号の前記振幅の検出に応答して前記制御信号を生成する制御ループをさらに含み、前記制御ループは、
前記出力信号の前記振幅の前記検出に応答して、前記出力信号の前記振幅が基準振幅を超える又は下回る第１の時間間隔の第１の数を計数する第１の回路と、
前記第１の回路からの計数結果を制御値を有する前記制御信号にするように制御及びスケーリングする第２の回路と、
前記第１の時間間隔の前記第１の数が基準数以上であることに応答して前記第２の回路を無効化し、第１又は第２の制限値を有する前記制御信号を生成する第３の回路と、
を含む、コンバータ。
【請求項２】
前記制御信号は、前記出力信号の前記振幅がそれぞれ最小又は最大になる前記第１又は第２の制限値を有する、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項３】
前記基準数は、第２の時間間隔内にある第１の時間間隔の総数を含む、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項４】
前記出力信号がＤＣ電圧信号であり、前記入力信号が所定のポイントを含むＤＣ電圧信号又は所定のポイントを含むＡＣ電圧信号であり、前記第２の時間間隔が２つの所定のポイント間にある時間間隔である、請求項３に記載のコンバータ。
【請求項５】
前記計数結果が、前記第１の時間間隔の第１の数を前記第１の時間間隔の総数で除算したものに等しい除算結果に比例する、請求項３に記載のコンバータ。
【請求項６】
前記除算結果が、エラー結果に適合される、請求項５に記載のコンバータ。
【請求項７】
前記第２の回路は、前記エラー結果に関する制御を実施し、前記エラー結果をスケーリングし、制御されスケーリングされたエラー結果は前記制御値を有する前記制御信号を表す、請求項６に記載のコンバータ。
【請求項８】
前記第１の回路、前記第２の回路及び前記第３の回路がマイクロコントローラの一部であり、前記第１の時間間隔が前記マイクロコントローラの１周期、又は前記マイクロコントローラ内で、前記マイクロコントローラにより、若しくは前記マイクロコントローラを介して生成される別の時間間隔である、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項９】
前記制御ループは、前記出力信号の前記振幅を検出し前記マイクロコントローラの第１のバイナリ入力宛ての第１のバイナリ信号を生成する第１の検出器をさらに含む、
請求項８に記載のコンバータ。
【請求項１０】
前記制御ループは、前記入力信号若しくはその整流バージョンの振幅又は位相を検出し前記マイクロコントローラの第２のバイナリ入力宛ての第２のバイナリ信号を生成する第２の検出器をさらに含む、
請求項８に記載のコンバータ。
【請求項１１】
前記コンバータは、力率補正器を含む、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項１２】
請求項１に記載のコンバータを含み、前記コンバータから前記出力信号を受信する負荷をさらに含む、デバイス。
【請求項１３】
ソースからの入力信号を負荷宛ての出力信号に変換するコンバータを制御するための方法であって、前記コンバータは、制御信号に応答して前記出力信号の振幅を制御するスイッチを含み、前記出力信号の前記振幅の検出に応答して前記制御信号を生成する制御ループをさらに含み、前記制御ループにおいて、
前記出力信号の前記振幅の前記検出に応答して、前記出力信号の前記振幅が基準振幅を超える又は下回る第１の時間間隔の第１の数を計数するステップと、
前記第１のステップからの計数結果を制御値を有する前記制御信号にするように制御及びスケーリングするステップと、
第１の時間間隔の前記第１の数が基準数以上であることに応答して前記第２のステップを無効化し、第１又は第２の制限値を有する前記制御信号を生成するステップと
を含む、方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法の前記ステップを実行する、コンピュータプログラム。
【請求項１５】
請求項１４に記載の前記コンピュータプログラムを格納して含む、媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力信号を出力信号に変換するコンバータに関する。本発明はまた、デバイス、方法、コンピュータプログラム製品、及び媒体に関する。このようなコンバータの例はブーストコンバータである。
【背景技術】
【０００２】
ＷＯ２０１３／１５２３７４Ａ２は、制御信号に応答して出力信号の振幅を制御するスイッチと、出力信号の振幅の検出に応答して制御信号を生成する制御ループとを有するコンバータを含む力率補正回路を開示している。加えて、制御ループは、出力信号の振幅の正確なアナログ値又は正確なデジタル値を受信し、これに応答して制御信号を生成する回路を含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、改善されたコンバータを提供することである。本発明の更なる目的は、デバイス、改善された方法、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】
【０００４】
第１の態様によれば、入力信号を出力信号に変換するコンバータであって、制御信号に応答して出力信号の振幅を制御するスイッチを含み、出力信号の振幅の検出に応答して制御信号を生成する制御ループをさらに含み、制御ループは、
−出力信号の振幅が基準振幅を超える又は下回る第１の時間間隔の第１の数を計数する第１の回路と、
−第１の回路からの計数結果を制御値を有する制御信号に変換する第２の回路と、
−第１の時間間隔の第１の数が基準数以上であることに応答して第２の回路を無効化し、第１又は第２の制限値を有する制御信号を生成する第３の回路と、
を含むコンバータが提供される。
【０００５】
コンバータは入力信号を出力信号に変換する。コンバータは、制御信号に応答して出力信号の振幅を制御する１つ以上のスイッチを含む。制御信号は、１つ以上のスイッチを直接制御する信号であるか、又は１つ以上のスイッチをインターフェースを介して間接的に制御する信号である。出力信号の振幅の制御は、出力信号の振幅のより直接的な制御を含むか、又は、いずれも出力信号の振幅の制御をもたらす、別の出力信号の振幅の制御若しくは出力信号を介して供給される電力量の制御を含む。コンバータはさらに、出力信号の振幅の検出に応答して制御信号を生成する制御ループを含む。加えて、制御ループは、出力信号の振幅の検出に応答して、出力信号の振幅が基準振幅を超える（又は下回る）第１の時間間隔の第１の数を計数する第１の回路を含む。制御ループはさらに、第１の回路からの計数結果を制御値を有する制御信号に変換する第２の回路を含む。制御ループはさらに、第１の時間間隔の第１の数が基準数以上であることに応答して第２の回路を無効化し、第１又は第２の制限値を有する制御信号を生成する第３の回路を含む。
【０００６】
出力信号の（例えば即時）振幅が基準振幅を超える（又は下回る）第１の時間間隔の第１の数を計数する第１の回路を有する制御ループを導入したこと、計数結果を（定常）制御値を有する制御信号に変換する第２の回路を制御ループに設けたこと、及び第１の時間間隔の第１の数が基準数以上である場合に第２の回路を無効化し、第１又は第２の（無効化）制限値を有する制御信号を生成する第３の回路を制御ループに設けたことにより、制御ループへの入力として出力信号の振幅の正確なアナログ値又は正確なデジタル値を使用する必要はもはやなくなるため、大きな改善となる。
【０００７】
第１、第２及び第３の回路は制御ループのフィードバック部の一部を構成し、個別の回路、より大規模な回路の一部、又は１つ以上の回路で実行される機能として実現される。
【０００８】
コンバータの一実施形態は、出力信号の振幅がそれぞれ最小又は最大になる第１又は第２の制限値を有する制御信号により規定される。出力信号の振幅が基準振幅を超える第１の時間間隔の第１の数が基準数以上である場合は、出力信号の振幅は最小値を取得するはずである。出力信号の振幅が基準振幅を下回る第１の時間間隔の第１の数が基準数以上である場合は、出力信号の振幅は最大値を取得するはずである。
【０００９】
コンバータの一実施形態は、第２の時間間隔内にある第１の時間間隔の総数を含む基準数により規定される。計数、変換及び無効化は、好ましくは、少なくとも１０個の第１の時間間隔、より好ましくは少なくとも１００個の第１の時間間隔等を含む第２の時間間隔毎に行われる。
【００１０】
コンバータの一実施形態は、出力信号がＤＣ電圧信号であること、入力信号が所定のポイントを含むＤＣ電圧信号又は所定のポイントを含むＡＣ電圧信号であること、及び第２の時間間隔が２つの所定のポイント間にある時間間隔であることにより規定される。例えばＤＣ電圧信号中のゼロ値及びＡＣ電圧信号中のゼロ交差等の所定のポイントは、第２の時間間隔を規定するのに好適である。所定のレベル等の他の所定のポイントが排除されるべきではない。
【００１１】
コンバータの一実施形態は、計数結果が第１の時間間隔の第１の数を第１の時間間隔の総数で除算したものに等しい除算結果に比例することにより規定される。したがって、このような除算結果は、第１の時間間隔の第１の数が多くとも基準数に等しい場合には０と１との間の値を有する。
【００１２】
コンバータの一実施形態は、除算結果がエラー結果に適合されることにより規定される。このようなエラー結果は除算結果から１／２を引くことにより得られ、したがって、エラー結果は−１／２と＋１／２との間の値を有する。
【００１３】
コンバータの一実施形態は、制御値を有する制御信号を表すようにエラー結果を制御及びスケーリングするように構成された第２の回路により規定される。通常、エラー結果に対する、例えば比例積分制御又は比例積分微分制御等の制御は、第２の回路内のフィードバックループ等の独自の制御ループを有し、スケーリングは、第２の回路内の別のフィードバックループ等の別の制御ループを介して行われる。例えば別のフィードバック型制御等のエラー結果に対する別の種類の制御を行うように構成された他の種類の第２の回路が排除されるべきではない。
【００１４】
コンバータの一実施形態は、第１の回路、第２の回路及び第３の回路がマイクロコントローラの一部であること、及び第１の時間間隔がマイクロコントローラの１周期、又はマイクロコントローラ内で、マイクロコントローラにより、若しくはマイクロコントローラを介して生成される別の時間間隔であることにより規定される。マイクロコントローラの１周期、又はマイクロコントローラ内で、マイクロコントローラにより、若しくはマイクロコントローラを介して生成される別の時間間隔は、第１の時間間隔を規定するのに好適である。マイクロコントローラは任意の種類のコントローラ及び任意の種類のプロセッサであり得る。
【００１５】
コンバータの一実施形態は、出力信号の振幅を検出し、マイクロコントローラの第１のバイナリ入力宛ての第１のバイナリ信号を生成する第１の検出器をさらに含む制御ループにより規定される。第１の検出器は、例えばコンパレータ又は演算増幅器等を含み、制御ループのフィードバック部の一部を構成する。コンパレータの形をとる第１の検出器は、例えばＷＯ０２／０５８２１７Ａ２に開示されている。出力信号の振幅は、例えば即時振幅である。
【００１６】
コンバータの一実施形態は、入力信号又はその整流バージョンの振幅又は位相を検出し、マイクロコントローラの第２のバイナリ入力宛ての第２のバイナリ信号を生成する第２の検出器をさらに含む制御ループにより規定される。第２の検出器は、例えばコンパレータ、演算増幅器又は位相検出器等を含み、制御ループのフィードフォワード部の一部を構成する。入力信号の振幅は、例えば即時振幅である。
【００１７】
コンバータの一実施形態は、力率補正器を含むコンバータにより規定される。力率補正器は、例えばＷＯ２０１３／１５２３７４Ａ２に開示されている。
【００１８】
第２の態様によれば、上で規定されたコンバータを含み、コンバータから出力信号を受信する負荷をさらに含むデバイスが提供される。このようなデバイスの例は、ランプ、他の消費者製品及び専門的製品である。
【００１９】
第３の態様によれば、入力信号を出力信号に変換するコンバータを制御するための方法が提供され、コンバータは、制御信号に応答して出力信号の振幅を制御するスイッチを含み、出力信号の振幅の検出に応答して制御信号を生成する制御ループをさらに含み、方法は、制御ループにおいて、
−出力信号の振幅の検出に応答して出力信号の振幅が基準振幅を超える又は下回る第１の時間間隔の第１の数を計数するステップと、
−第１のステップからの計数結果を制御値を有する制御信号に変換するステップと、
−第１の時間間隔の第１の数が基準数以上であることに応答して第２のステップを無効化し、第１又は第２の制限値を有する制御信号を生成するステップと
を含む。
【００２０】
第４の態様によれば、上で規定され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。
【００２１】
第５の態様によれば、上で規定されたコンピュータプログラム製品を格納して含む媒体が提供される。
【００２２】
洞察した点は制御ループ内のアナログデジタルコンバータを回避できる点である。基本的な考え方は、出力信号の振幅が基準振幅を超える（又は下回る）第１の時間間隔の第１の数を計数すべきこと、及びコンバータを制御するための基準として計数結果を使用すべきことである。
【００２３】
改善されたコンバータを提供するための問題点は解決されている。更なる利点は、制御ループが簡便、低コスト及び頑強なことである。
【００２４】
本発明のこれら及び他の態様は、以下に説明される実施形態から明らかであり、以下に説明される実施形態を参照して理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、コンバータの一実施態様を示す。
【図２】図２は、マイクロコントローラの一実施形態を示す。
【図３】図３は、第１の回路の一実施形態を示す。
【図４】図４は、第１の波形を示す。
【図５】図５は、第２の波形を示す。
【図６】図６は、第３の波形を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１には、コンバータ１の一実施形態が示されている。コンバータ１の入力は電源等のソース５の出力に結合される。コンバータ１の第１及び第２の出力は負荷６に結合される。コンバータ１は、例えば４つのダイオードを含む整流ブリッジ１１を含む。整流ブリッジ１１の入力はコンバータ１の入力を形成する。代替的に、整流ブリッジ１１は、ソース５とコンバータ１との間のコンバータ１の外部に位置してもよい。整流ブリッジ１１の第１の出力はインダクタ１２の第１の側に結合される。インダクタ１２の第２の側は、ダイオード１３の第１の側（アノード）と、ここではトランジスタの形をとるスイッチ１４の第１の主接点とに結合される。ダイオード１３の第２の側（カソード）はコンデンサ１６の第１の側に結合され、コンバータ１の第１の出力を形成する。整流ブリッジ１１の第２の出力は、スイッチ１４の第２の主接点とコンデンサ１６の第２の側とに結合され、コンバータ１の第２の出力を形成する。
【００２７】
コンバータ１はさらに、場合によりインターフェース１５を介してスイッチ１４を制御するマイクロコントローラ２を含む制御ループ２〜４を含む。マイクロコントローラ２の第１の入力は、コンパレータ又は演算増幅器等の第１の検出器３の出力に結合される。第１の検出器３の第１の入力はコンバータ１の第１の出力に結合され、第１の検出器３の第２の入力は基準振幅を表す信号を受信する。マイクロコントローラ２の第２の入力は、コンパレータ、演算増幅器、又は位相検出器等の第２の検出器４の出力に結合される。第２の検出器４の第１の入力は整流ブリッジ１１の第１の出力に結合され、第２の検出器４の第２の入力は別の基準振幅を表す信号を受信する。代替的に、第２の検出器４の第１の入力は整流ブリッジ１１の入力に結合されてもよい。
【００２８】
したがって、コンバータ１はソース５からの入力信号を負荷６宛ての出力信号に変換し、制御信号に応答して出力信号の振幅を制御するスイッチ１４を含む。コンバータ１はさらに、出力信号の振幅の検出に応答して制御信号を生成する制御ループを含む。この制御ループは、例えばマイクロコントローラ２を含む。
【００２９】
図２には、マイクロコントローラ２の一実施形態が示されている。マイクロコントローラ２は、例えば第１の検出器３により行われる出力信号の振幅の検出に応答して、出力信号の振幅が基準振幅を超える又は下回る第１の時間間隔の第１の数を計数する第１の回路２１を含む。マイクロコントローラ２は、第１の回路２１からの計数結果を制御値を有する制御信号に変換する第２の回路２２を含む。マイクロコントローラ２は、第１の時間間隔の第１の数が基準数以上であることに応答して第２の回路２２を無効化し、第１又は第２の制限値を有する制御信号を生成する第３の回路２３を含む。
【００３０】
図３には、第１の回路２１の一実施形態が示されている。第１の回路２１は、出力信号の振幅が基準振幅を超える又は下回る第１の時間間隔の第１の数を計数するカウンタ７１又は計数機能を含む。カウンタ７１又は計数機能は、どれだけの第１の時間間隔が一定の第２の時間間隔内にあるか（第１の時間間隔の総数）を知っている（この場合は第２の検出器４を省略することができる）、又はこの情報を第２の検出器４の出力から得る。第１の回路２１は、第１の時間間隔の第１の数を例えば第２の時間間隔内にある第１の時間間隔の総数を含む基準数と比較するコンパレータ７２又は比較機能を含む。コンパレータ７２又は比較機能からの比較結果は第３の回路２３の制御に使用される。
【００３１】
第１の回路２１は、第１の時間間隔の第１の数を第２の時間間隔内にある第１の時間間隔の総数で除算する除算器７３又は除算機能を含む。したがって、除算結果は０と１の間の値を有する。第１の回路２１は、除算結果をエラー結果に適合させるアダプタ７４又は適合機能を含む。このようなエラー結果は除算結果から１／２を引くことにより得られる。したがって、エラー結果は−１／２と＋１／２の間の値を有する。このエラー結果は第２の回路２２に供給される。
【００３２】
図２に戻ると、第２の回路２２は、エラー結果と増幅器８３又は増幅機能からの出力信号とを乗算する乗算器８１又は乗算機能を含む。第２の回路２２は、乗算器８１又は乗算機能からの出力信号を受信し、入力信号を増幅器８３又は増幅機能及び第３の回路２３に供給する（比例、積分、場合により微分）コントローラ８２又は（比例、積分、場合により微分）制御機能を含む。このように、第１の回路２１からのエラー結果は、（コントローラ８２を介して）制御及び（乗算器８１及び増幅器８３を介して）スケーリングされ、制御値を有する制御信号を表す制御及びスケーリングされたエラー結果は第３の回路２３に供給される。他の種類の（フィードバック型）コントローラ８２及び他の種類の（フィードバック型）制御機能が排除されるべきではない。第３の回路２３は、例えば第１の回路２１からの比較結果に応答して、制御値を有し、第２の回路２２を発生源とする制御信号（第３の回路２３の左中の端子）を使用すべきか、第１又は第２の制限値を有する制御信号を使用すべきかを選択するセレクタ又は選択機能を含む。第１又は第２の制限値を有するこの制御信号によって、出力信号の振幅が最小又は最大になる、即ち（第３の回路２３の左上の端子の第１の制限値から生じる）最小振幅又は（第３の回路２３の左下の端子の第２の制限値から生じる）最大振幅をもたらす。
【００３３】
図１〜図３を考慮すると、出力信号の振幅が基準振幅を超える第１の時間間隔の第１の数が基準数以上である場合は、出力信号の振幅は最小値を取得するはずである。出力信号の振幅が基準振幅を下回る第１の時間間隔の第１の数が基準数以上である場合は、出力信号の振幅は最大値を取得するはずである。
【００３４】
好ましくは、計数、変換及び無効化は、少なくとも１０個の第１の時間間隔、より好ましくは少なくとも１００個の第１の時間間隔等を含む第２の時間間隔毎に行われる。通常、出力信号はＤＣ電圧信号であり、入力信号は、例えばゼロ値等の所定のポイントを含むＤＣ電圧信号、又は例えばゼロ交差等の所定のポイントを含むＡＣ電圧信号であり、したがって、第２の時間間隔は２つのゼロ値又は２つのゼロ交差等の２つの所定のポイント間にある時間間隔である。入力信号中のこれらのゼロ値及びゼロ交差は第２の時間間隔を規定するのに好適である。第２の時間間隔は、例えば１０ミリ秒の持続時間を有し、その結果第１の時間間隔は１ミリ秒又は０．１ミリ秒等の持続時間を有する。
【００３５】
図４には、第１の波形が示されている（横軸：時間（秒）、縦軸：電圧（ボルト））。この第１の波形は、コンバータ１の出力信号及び第１の検出器３に供給される入力信号である。また、４００ボルトの基準振幅が示されている。
【００３６】
図５には、第２の波形が示されている（横軸：時間（秒）、縦軸：電圧（ボルト））。この第２の波形は、第１の検出器３の出力信号及びマイクロコントローラ２に供給される入力信号である。この第２の波形は、コンバータの出力信号が基準振幅（図４に示された４００ボルト）よりも大きい場合は「１」で、それ以外の場合は「０」である。
【００３７】
図６には、第３の波形が示されている（横軸：基準振幅を超える図４の正弦波の割合、縦軸：正弦波が基準振幅を超える時間の割合）。この第３の波形は第１の回路２１に存在する機能を表す。
【００３８】
制御信号は、例えばスイッチ１４のオンタイムを規定する。オンタイムの制御値は、ＤＣ電圧信号の形をとる出力信号の振幅を比較的小さな範囲で増減させる定常値である。オンタイムの第１又は第２の制限値は、ＤＣ電圧信号の形をとる出力信号の振幅に最小値又は最大値を与える極値である。この特定のコンバータ１では、最小オンタイムによって出力信号が最大振幅を取得し、最大オンタイムによって出力信号が最小振幅を取得する。代替的に、制御信号は、コンバータ１の周波数、出力電流の振幅、又は出力電力量等を規定してもよい。他の種類のコンバータも考えられ、排除されるべきではない。
【００３９】
好ましくは、第１の回路２１、第２の回路２２及び第３の回路２３は、他の種類の実施形態を排除することなくマイクロコントローラ２の一部である。第１の時間間隔は、マイクロコントローラ２の１周期、又はマイクロコントローラ２内で、マイクロコントローラ２により、若しくはマイクロコントローラ２を介して生成される別の時間間隔である。有利には、マイクロコントローラ２を使用する場合、出力信号の振幅を検出する第１の検出器３は、マイクロコントローラ２の第１のバイナリ入力宛ての第１のバイナリ信号を生成することができ、入力信号又はその整流バージョンの振幅又は位相を検出する第２の検出器４は、マイクロコントローラ２の第２のバイナリ入力宛ての第２のバイナリ信号を生成することができる。バイナリ入力を有するマイクロコントローラ２は比較的低コストである。第１及び第２の検出器３、４は比較的簡便かつ比較的低コストの検出器であり得る。
【００４０】
第１及び第２の要素は、第３の要素を媒介させることなく直接結合させること、及び第３の要素を介して間接結合させることができる。
【００４１】
要約すると、コンバータ１は、制御信号に応答してコンバータ出力信号の振幅を制御するスイッチ１４と、コンバータ出力信号の振幅の検出に応答して制御信号を生成する制御ループとを含む。制御ループは、振幅の簡便な検出に応答して、振幅が基準振幅を超える又は下回る第１の時間間隔の第１の数を計数し、計数結果を制御値を有する制御信号に変換し、第１の時間間隔の第１の数が基準数以上であることに応答して制御値を無効化して第１又は第２の制限値を有する制御信号を生成する回路２１〜２３を含む。振幅の複雑な検出はもはや必要ない。簡便な検出器３、４が、出力信号の振幅、及び入力信号又はその整流バージョンの振幅又は位相を検出し、回路２１〜２３を含むマイクロコントローラ２のバイナリ入力宛てのバイナリ信号を生成する。
【００４２】
本発明が添付図面及び上記の説明の中で詳細に例示され説明されてきたが、かかる例示及び説明は制限的ではなく説明的又は例示的と見なされるべきであり、本発明は開示された実施形態に限定されない。特許請求の範囲に記載の本発明を実施する際、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲を検討することにより、開示された実施形態に対する他の改変形態が当業者によって理解され、もたらされ得る。特許請求の範囲では、「含む」という語は他の要素又はステップを排除せず、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数形を排除しない。或る手段が互いに異なる従属請求項の中で列挙されているという単なる事実は、それらの手段の組合せが有利に使用され得ないことを示すものではない。特許請求の範囲の中の如何なる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈すべきではない。
【図１】
0006549695.tif 000002
【図２】
0006549695.tif 000003
【図３】
0006549695.tif 000004
【図４】
0006549695.tif 000005
【図５】
0006549695.tif 000006
【図６】
0006549695.tif 000007