(57)【要約】【課題】高電圧電源回路の方法および装置を開示すること。【解決手段】本発明の諸態様による装置は、ＡＣ入力電圧を受け取るように結合される電源回路の入力端子に結合された整流器回路を有する電源回路を含む。スイッチモード・パワー・コンバータ回路が、整流器回路に結合されて、整流された入力電圧を受け取って、整流された入力電圧に応答して調節された出力電圧を生成する。スイッチが、整流器回路とスイッチモード・パワー・コンバータ回路間に結合される。感知回路が、ＡＣ入力電圧を検出するために結合される。スイッチは、感知回路に応答して切り替えられるように結合される。スイッチは、ＡＣ入力電圧の絶対値が第１しきい値を超える時にオフに切り替えられるように結合される。スイッチは、ＡＣ入力電圧の絶対値が第２しきい値未満である時にオンに切り替えられるように結合される。【選択図】図２
2008022698.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源回路であって、
ＡＣ入力電圧を受け取るように結合された前記電源回路の入力端子に結合された整流器回路と、
整流された入力電圧に応答して調整された出力電圧を生成するために、前記整流された入力電圧を受け取るために前記整流器回路に結合されたスイッチモード・パワー・コンバータ回路と、
前記整流器回路と前記スイッチモード・パワー・コンバータ回路間に結合されたスイッチと、
前記ＡＣ入力電圧を検出するように結合された感知回路と
を含み、前記スイッチは、前記感知回路に応答して切り替えられるように結合され、前記スイッチは、前記ＡＣ入力電圧の絶対値が第１しきい値を超える時にオフに切り替えられるように結合され、前記スイッチは、前記ＡＣ入力電圧の前記絶対値が第２しきい値未満である時にオンに切り替えられるように結合される
電源回路。
【請求項２】
前記感知回路は、前記ＡＣ入力電圧を検出するために前記電源回路の前記入力端子に結合される請求項１に記載の電源回路。
【請求項３】
前記感知回路は、前記スイッチをターン・オフするために、前記ＡＣ入力電圧の前記絶対値が前記第１しきい値を超える時を検出するように前記スイッチモード・パワー・コンバータ回路の入力端子に結合され、前記感知回路は、前記スイッチをターン・オンするために、前記ＡＣ入力電圧の前記絶対値が前記第２しきい値未満である時を検出するように前記電源回路の前記入力端子に結合される請求項１に記載の電源回路。
【請求項４】
前記スイッチモード・パワー・コンバータ回路の入力端子間の電圧は、前記ＡＣ入力電圧の前記絶対値と実質的に等しい請求項３に記載の電源回路。
【請求項５】
前記感知回路は、前記ＡＣ入力電圧の前記絶対値を検出するために前記整流器回路の出力端子に結合される請求項１に記載の電源回路。
【請求項６】
前記整流器回路の前記出力端子間の電圧は、前記ＡＣ入力電圧の前記絶対値と実質的に等しい請求項５に記載の電源回路。
【請求項７】
前記整流器回路の前記出力端子間の電圧は、前記ＡＣ入力電圧の大きさを表す請求項５に記載の電源回路。
【請求項８】
前記スイッチは、前記感知回路に応答して前記スイッチモード・パワー・コンバータの入力端子間の最大電圧を制限するためにオンからオフに切り替えられるように結合される請求項５に記載の電源回路。
【請求項９】
前記感知回路は、前記スイッチをターン・オフするために、前記ＡＣ入力電圧の前記絶対値が前記第１しきい値を超える時を検出するように前記スイッチモード・パワー・コンバータ回路の入力端子に結合され、前記感知回路は、前記スイッチをターン・オンするために、前記ＡＣ入力電圧の前記絶対値が前記第２しきい値未満である時を検出するように前記スイッチ間に結合される請求項１に記載の電源回路。
【請求項１０】
前記スイッチがオフの時の前記スイッチ間の電圧は、前記ＡＣ入力電圧の前記絶対値と前記スイッチモード・パワー・コンバータの入力端子間の電圧との差に実質的に等しい請求項９に記載の電源回路。
【請求項１１】
前記スイッチがオンの時の前記スイッチ間の電圧は、実質的に０である請求項１に記載の電源回路。
【請求項１２】
前記第１、第２しきい値は、実質的に等しい請求項１に記載の電源回路。
【請求項１３】
前記第１しきい値は、前記第２しきい値より大きい請求項１に記載の電源回路。
【請求項１４】
前記スイッチモード・パワー・コンバータは、フライバック・コンバータ、フォワード・コンバータ、バック・コンバータ、ＳＥＰＩＣコンバータ、またはＣｕｋコンバータのうちの１つである請求項１に記載の電源回路。
【請求項１５】
前記スイッチは、半導体スイッチを含む請求項１に記載の電源回路。
【請求項１６】
前記半導体スイッチは、バイポーラ・トランジスタ、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）、またはゲート・ターン・オフ・サイリスタのうちの１つである請求項１５に記載の電源回路。
【請求項１７】
前記スイッチは機械式スイッチである請求項１に記載の電源回路。
【請求項１８】
前記機械式スイッチはリレーである請求項１７に記載の電源回路。
【請求項１９】
前記感知回路と前記スイッチ間に結合された駆動回路をさらに含み、前記駆動回路は、前記感知回路に応答して前記スイッチをオンまたはオフに駆動するように結合される請求項１に記載の電源回路。
【請求項２０】
前記スイッチモード・パワー・コンバータの入力端子間の電圧は、前記スイッチがオフの時に調節されない請求項１に記載の電源回路。
【請求項２１】
前記整流器回路は第１、第２の出力を含み、前記スイッチモード・パワー・コンバータ回路は第１、第２の入力を含み、前記整流器回路の前記第１出力は、前記スイッチモード・パワー・コンバータ回路の前記第１入力に結合され、前記スイッチは、前記整流器回路の前記第２出力と前記スイッチモード・パワー・コンバータ回路の前記第２入力間に結合される請求項１に記載の電源回路。
【請求項２２】
整流器回路を用いて電源回路の入力端子で受け取るＡＣ入力電圧を整流することと、
前記整流器回路からの整流された入力電圧を受け取るように結合されたスイッチモード・パワー・コンバータ回路を用いて、前記電源回路の出力端子に、調節された出力電圧を生成することと、
前記ＡＣ入力電圧の絶対値が第１しきい値を超える時に、前記整流器回路と前記スイッチモード・パワー・コンバータ回路との間に結合されたスイッチをオフに切り替えることと、
前記ＡＣ入力電圧の前記絶対値が第２しきい値未満である時に、前記整流器回路と前記スイッチモード・パワー・コンバータ回路との間に結合された前記スイッチをオンに切り替えることと
を含む、電源を調節する方法。
【請求項２３】
感知回路を用いて前記電源回路の前記入力端子で前記ＡＣ入力電圧を感知することをさらに含む請求項２２に記載の電源を調節する方法。
【請求項２４】
前記整流器回路と前記スイッチモード・パワー・コンバータ回路との間に結合された前記スイッチをオフに切り替えることは、前記スイッチモード・パワー・コンバータの入力端子で前記ＡＣ入力電圧を感知することを含み、前記整流器回路と前記スイッチモード・パワー・コンバータ回路との間に結合された前記スイッチをオンに切り替えることは、前記電源回路の入力端子で前記ＡＣ入力電圧を感知することを含む請求項２２に記載の電源を調節する方法。
【請求項２５】
感知回路を用いて前記整流器回路の出力端子で前記ＡＣ入力電圧の前記絶対値を感知することをさらに含む請求項２２に記載の電源を調節する方法。
【請求項２６】
前記整流器回路の前記出力端子間の電圧は、前記ＡＣ入力電圧の大きさを表す請求項２５に記載の電源を調節する方法。
【請求項２７】
前記スイッチモード・パワー・コンバータの入力端子間の最大電圧を制限することをさらに含む請求項２５に記載の電源を調節する方法。
【請求項２８】
前記整流器回路と前記スイッチモード・パワー・コンバータ回路との間に結合された前記スイッチをオフに切り替えることは、前記スイッチモード・パワー・コンバータの入力端子で前記ＡＣ入力電圧を感知することを含み、前記整流器回路と前記スイッチモード・パワー・コンバータ回路との間に結合された前記スイッチをオンに切り替えることは、前記スイッチ間の電圧を感知することを含む請求項２２に記載の電源を調節する方法。
【請求項２９】
前記スイッチがオフの時の前記スイッチ間の電圧は、前記ＡＣ入力電圧の前記絶対値と前記スイッチモード・パワー・コンバータの入力端子間の電圧との差と実質的に等しい請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１、第２しきい値は実質的に等しい請求項２２に記載の方法。
【請求項３１】
前記第１しきい値は前記第２しきい値より大きい請求項２２に記載の方法。
【請求項３２】
前記スイッチを切り替える時に駆動回路を用いて前記スイッチを駆動することをさらに含む請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には電源に関し、より具体的には、本発明は、高電圧ＡＣ入力電圧で動作する能力を有する電源に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡＣ／ＤＣ電源のある種の応用例では、時々、電源が通常の動作電圧範囲の外で動作することが望ましい。通常、全世界で動作するように設計されるＡＣ／ＤＣ電源は、８５〜２６５ＶＡＣ  ｒｍｓの間のＡＣ入力電圧と共に動作するように設計される。しかし、インドや中国などの新興市場では、ＡＣ入力電圧が、ある種の条件の下で長い時間にわたって４２０ＶＡＣもの高さになる可能性がある。
【０００３】
電源では、ＡＣ入力電圧は、通常、ＤＣ電圧を生成するために整流器回路によって整流され、このＤＣ電圧は、電源内のスイッチモード・パワー・コンバータ(switchmode power converter)ステージの入力に印加される。整流された４２０ＶＡＣ  ｒｍｓ信号は、ほぼ６００ＶのピークＤＣ電圧を生成する。この高いＤＣ電圧は、すべての回路がこの高電圧条件について定格されなければならないので、スイッチモード・パワー・コンバータ回路のコストを大幅に引き上げる。具体的に言うと、８５〜２６５ＶＡＣ  ｒｍｓ供給に関して４００Ｖについて通常定格される入力キャパシタを、電圧定格において少なくとも６００Ｖに高めなければならない。これは、通常、整流器回路の出力端子にまたがって、２つの４００Ｖキャパシタを直列に接続することによって達成される。この直列配置で同一の実効キャパシタンスを達成するために、各キャパシタは、それらが置換する単一の４００Ｖキャパシタのキャパシタンス値を２倍にもしなければならない。
【０００４】
したがって、電源回路のコストは、この例では、大きい追加入力キャパシタの追加によって大幅に引き上げられる。必要な追加キャパシタによって占められるスペースも、小さいエンクロージャや軽さが重要な要件であるセル電話機充電応用向けのＡＣ／ＤＣ電源などの多くの応用では、容認できない。
【０００５】
本発明の非限定的で非網羅的な実施形態を、図面を参照して説明するが、図面では、そうではないと指定されない限り、類似する符号が、さまざまな図面を通じて類似する部品を指す。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
高電圧電源回路を実施する装置および方法の例を開示する。次の説明では、本発明の完全な理解をもたらすために、多数の具体的な詳細を示す。しかし、この具体的な詳細が、本発明を実践するために使用される必要がないことは、当業者には明白であろう。実施に関する周知の方法は、本発明を不明瞭にすることを避けるために、詳細には説明しない。
【０００７】
本明細書全体を通じて、「一実施形態」または「実施形態」への言及は、その実施形態に関して説明される特定の特徴、構造、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体のさまざまな場所での句「一実施形態で」または「実施形態で」の出現は、必ずしもすべてが同一の実施形態に言及するものではない。さらに、特定の特徴、構造、または特性を、たとえば１つまたは複数の実施形態で適切な組合せおよび／または副組合せに組み合わせることができる。
【０００８】
本発明の教示による高電圧電源回路およびそのような回路を実施する方法を、これから説明する。本発明の実施形態は、高電圧電源回路を生成する方法および装置を伴う。
【０００９】
図１に、電源回路１００のブロック図を全体的に示す。図からわかるように、電源回路１００は、電源入力端子１０１、１０２を含み、これらは、ＡＣ入力電圧１９１を受け取るように結合される。入力端子１９２、１９３を有する整流器回路１０３が、電源入力端子１０１、１０２に結合される。整流器回路１０３は、出力端子１２０、１２１を有し、出力端子１２０、１２１は、スイッチモード・パワー・コンバータ１０４の入力端子１４０、１４１に結合される。図示の例では、整流器回路１０３を、たとえば、全波整流器回路または半波整流器回路などの、それらに限定されない、複数の一般的に使用される整流器回路の１つとすることができる。スイッチモード・コンバータ回路１０４は、たとえばフライバック・コンバータ、フォワード・コンバータ、バック・コンバータ、ＳＥＰＩＣコンバータ、Ｃｕｋコンバータ、または類似物などであるがこれらに限定されない複数の一般的に使用される回路構成の１つとすることができ、出力端子１０５、１０６でスイッチモード・コンバータ１０４の出力を調節するのに複数の制御方式のいずれかを使用することができる。これらの制御方式には、電圧モード・パルス幅変調（ＰＷＭ）、電流モードＰＷＭ、オン／オフ、ヒステリシス的、共鳴、準共鳴、自励発振（このタイプの制御を使用するスイッチモード・コンバータを、しばしばＲＣＣコンバータと称する）を含めることができるが、これらに限定はされない。
【００１０】
図２は、本発明の教示による電源回路２００の１つの例を全体的に示すブロック図である。図からわかるように、電源回路２００は、ＡＣ入力電圧２９１を受け取るように結合された入力端子２０１、２０２を含む。整流器回路２０３は、電源入力端子２０１、２０２に結合された入力端子２９２、２９３を有する。整流器回路２０３は、出力端子２２０、２２１を有する。出力端子２２０は、スイッチモード・パワー・コンバータ２０４の第１入力端子２４０に結合される。出力端子２２１は、スイッチ２０７の第１端子２４３に結合される。スイッチモード・コンバータ２０４の第２入力端子２４１は、スイッチ２０７の第２端子２４２に結合される。
【００１１】
図２に示されているように、電源回路２００は、感知回路２０８をも含み、感知回路２０８は、電源入力端子２０１、２０２間の電圧を感知または検出するように結合された電圧感知回路である。この例では、感知回路２０８は、駆動回路２１２に結合され、駆動回路２１２は、感知回路２０８によって感知された電圧の大きさに応じて、スイッチ２０７をオンまたはオフに駆動するように結合される。図示の例では、スイッチ２０７は、入力端子２０１、２０２間の電圧２９１の絶対値が第１しきい値を超える時にオフになるように結合される。１つの例で、第１しきい値は、感知回路２０８の設計によって決定される。さらに、この感知回路は、入力端子２０１、２０２間の電圧２９１の絶対値が第２しきい値未満の時にスイッチがオンになるように、スイッチ２０７に結合される。この例では、スイッチ２０７は、入力端子２０１、２０２間の電圧２９１の絶対値が第１しきい値を超える時と入力端子２０１、２０２間の電圧２９１の絶対値が第２しきい値未満になる時との間の期間の持続時間にわたってオフになる。このオフ状態の間に、スイッチ２０７は、周期的にオンとオフに切り替えられるのではなく、電流制限状態であるのではなく、この時間全体にわたってオフ状態である。
【００１２】
１つの例で、第１、第２しきい値は、感知回路２０８を単純にするために、実質的に等しいものとすることができる。しかし、もう１つの例では、入力電圧値にあるヒステリシスを設けることができ、ここで、第１しきい値電圧レベルは、第２電圧しきい値レベルより高い。そのような例を、下で、図４Ａ、４Ｂに示された例に関してより詳細に説明する。図２に示された例に戻ると、スイッチ２０７がオフの時のスイッチ２０７の第１、第２端子２４３、２４２間の電圧は、電源入力端子２０１、２０２間の電圧の絶対値と、スイッチモード・コンバータ２０４の第１、第２端子２４０、２４１間の電圧との差と実質的に等しい。この例では、スイッチモード・コンバータ２０４の入力端子２４０、２４１間の電圧は、絶対に感知回路２０８でセットされた第１しきい値電圧値を超えない。したがって、入力電圧２９１がこの第１しきい値を超える状態では、スイッチ２０７は、スイッチモード・コンバータ２０４を保護し、代わりに、過剰電圧が、スイッチ２０７がオフである間にスイッチ２０７間で低下する。
【００１３】
入力端子２４０、２４１間に結合された、しばしばスイッチモード・コンバータのバルク・キャパシタと呼ばれるキャパシタは、図示されていないが、これを図２に示された例に含めることができることに留意されたい。バルク・キャパシタは、スイッチ２０７がオフである間に動作を継続するために、スイッチモード・コンバータ２０４用のエネルギを蓄えることができる。したがって、スイッチモード・パワー・コンバータ２０４は、スイッチモード・コンバータ２０４が動作するのに十分にスイッチモード・コンバータ２０４バルク・キャパシタが充電されるのに十分オフ状態の期間が短い限り、スイッチ２０７がオンまたはオフのどちらであろうとも、正常に動作し続ける。これは、通常は簡単に達成される。というのは、入力端子２０１、２０２間のＡＣ入力電圧が、入力ＡＣ電圧２９１の半サイクルごとに通常は２〜３ミリ秒のみという短い期間の間に、第１しきい値電圧レベルを超え、第２しきい値レベルの上のままになるからである。したがって、図２に示された例は、スイッチモード・コンバータ２０４を、第１しきい値電圧レベルまでの入力電圧だけについて設計することを可能にする。というのは、スイッチ２０７が、電源入力端子２０１、２０２間の電圧がしきい値を超える時にスイッチモード・パワー・コンバータ２０４の第１、第２入力端子２４０、２４１間の最大電圧を制限するように結合されるからである。
【００１４】
１つの例で、図２の感知回路２０８は、破線の接続２２３によって示されるように、整流器回路の出力端子２２１を基準とすることができる。しかし、整流器回路２０３の出力端子２２１と入力端子２９３との間の電圧は、電流が標準的なダイオード整流回路を用いて出力端子２２１から入力端子２９３に流れている時に、通常は１Ｖ以下なので、感知回路２０８の基準を、図２の接続２２２によって示されているように、入力端子２０２からとることもできる。
【００１５】
１つの例で、図２のブロック図に示されたスイッチ２０７は、入力電圧２９１の絶対値が第１、第２のしきい値電圧レベル未満である時に、継続的にオンになる。通常の電源設計では、第１、第２のしきい値電圧レベルは、電源２００が使用される地理的領域の通常動作ＡＣ入力電圧より多少上になるようにセットされる。たとえば、公称ＡＣ線間電圧が２３０ＶＡＣ  ｒｍｓである時の地理において、感知回路２０８を、第１しきい値レベルが４５０Ｖという入力電圧２９１の絶対値になるように設計することができ、この４５０Ｖは、３１８ＶＡＣ  ｒｍｓ  ＡＣ入力電圧の近似ピーク電圧である。この例では、第２しきい値レベルは、たとえば４２５Ｖなど、第１しきい値電圧レベル以下の電圧レベルにセットすることができる。したがって、この例では、ＡＣ入力電圧２９１が３１８ＶＡＣ  ｒｍｓを超えて上昇する時に限って、スイッチ２０７が、本発明の教示に従って、ＡＣ入力波形のうちで、電圧２９１の絶対値が４５０Ｖの第１しきい値レベルを超え、４２５Ｖの第２電圧しきい値レベルの上のままになる部分について、オン状態からオフ状態に切り替えられる。１つの例で、スイッチ２０７に使用できるスイッチのタイプは、非常に柔軟であり、バイポーラ・トランジスタ、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、または絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）などの半導体スイッチとすることができる。
【００１６】
さらに、スイッチがターン・オンされ、ターン・オフされる周波数は、ＡＣ電源周波数が、通常は地理的領域に応じて４７〜６０Ｈｚの範囲内なので、相対的に低い。したがって、ゲート・ターン・オフ・サイリスタなどの半導体スイッチまたはリレーなどの機械式スイッチさえ、いくつかの例で、本発明の教示によるスイッチ２０７に使用することができる。スイッチ２０７に使用されるスイッチのタイプにかかわりなく、スイッチ２０７がオンである時のスイッチ２０７間の電圧は、入力電圧２９１の大きさよりはるかに小さいので、実質的に０とみなすことができる。スイッチ２０７がオフである時には、スイッチ２０７の端子２４２、２４３間に実質的に０の電流が流れる。したがって、スイッチモード・パワー・コンバータ２０４の入力端子２４０、２４１間の電圧は、スイッチ２０７がオフである時には調節されない。
【００１７】
図３に、本発明の教示による電源回路３００のもう１つの例のブロック図を全体的に示す。図３のブロック図の例の電源回路３００は、多数の態様を、図２のブロック図の例の電源回路２００と共有する。しかし、例の電源回路３００では、例の感知回路が、複数の部分に分割され、これらの部分は、図３では感知回路３０８および３０９として符号を付けられている。したがって、感知回路３０８という符号を付けられた感知回路の部分は、電源入力端子３０１、３０２に結合されるが、感知回路３０９という符号を付けられた感知回路の部分は、スイッチモード・パワー・コンバータ回路３０４の入力端子３４０、３４１に結合される。この例では、スイッチモード・パワー・コンバータ回路３０４の入力端子３４０、３４１間の電圧は、実質的に、電源入力端子３０１、３０２間のＡＣ入力電圧の絶対値と等しい。
【００１８】
この例では、スイッチモード・パワー・コンバータ３０４の入力端子３４０、３４１間に現れる電圧が、感知回路部分３０９によって直接に感知され、感知回路部分３０９は、スイッチモード・コンバータ３０４の第１、第２入力端子３４０、３４１間の電圧が第１しきい値を超える時にスイッチ３０７をオン状態からオフ状態に切り替えるために、信号３１０を駆動回路３１２に供給する。この例では、スイッチ３０７は、感知回路部分３０８によって感知された電源入力端子３０１、３０２間の電圧の絶対値が第２しきい値未満である時にオンに切り替えられるように結合される。図３でスイッチ３０７をオン状態からオフ状態に切り替えるべき時を決定するための電圧感知は、図２に示された電源２００の例と比較して、感知回路部分３０８、３０９によって異なる位置で実行されるが、その結果は、スイッチモード・コンバータ３０４の入力端子３４０、３４１間の最大電圧が本発明の教示に従って制限されるという点で、同一である。
【００１９】
図４Ａに、本発明の教示による電源回路４００のもう１つの例のブロック図を全体的に示す。この図からわかるように、図４Ａのブロック図の例の電源回路４００は、多数の態様を、図２、図３に示された例の電源回路２００、３００と共有する。しかし、図４の電源回路４００では、感知回路４０８が、整流回路４０３の出力端子４２０、４２１間の電圧を感知するように結合される。したがって、この例では、スイッチ４０７は、本発明の教示に従って、整流器回路４０３の第１、第２出力端子４２０、４２１間の電圧が第１位しきい値を超える時にオフになるように結合される。
【００２０】
この例では、スイッチ４０７は、整流器回路４０３の第１、第２出力端子４２０、４２１間の電圧が第２しきい値未満の時にオンになるように結合される。さらに、整流回路４０３は、通常、２Ｖ未満の順方向での非常に低い電圧降下を有する単純なダイオード・ブリッジなので、電源４００の動作のために、整流回路４０３の出力端子４２０、４２１間の電圧も、本発明の教示に従って、電源入力端子４０１、４０２間のＡＣ入力電圧の絶対値と実質的に等しいとみなすことができる。
【００２１】
図４Ｂは、例の電源４００の動作中に観察されるはずの通常の波形４８０を全体的に示す。この例では、第１、第２しきい値電圧レベルが、図示のように単一の電圧しきい値レベル４８７と等しいと仮定する。ヒステリシスを用いる例では、第１、第２しきい値が、異なるはずである。この図に示されているように、ＡＣ入力電圧波形４９１は、ＡＣ入力電圧波形４９１の各半サイクル中に、期間４８１の間にしきい値電圧レベル４８７を超える。期間４８１中に、図４Ａのスイッチ４０７は、オフである。残りの時間の間には、スイッチ４０７をオンにする。
【００２２】
１つの例で、スイッチ４０７が実際に図４Ｂの期間４８１以外のすべての時刻にオンのままになるかどうかは、図４Ａの感知回路４０８と駆動回路４１２の設計に依存する。たとえば、図４Ｂの期間４８８中に、入力電圧波形４９１は、期間４８９中に非常に低い電圧である。感知回路４０８と駆動回路４１２は、動作するままであるのに十分な供給電圧を有しない可能性がある。そうである場合には、駆動回路４１２は、スイッチ４０７をオン状態に維持することができない可能性があり、スイッチ４０７は、供給電圧波形４９１の絶対値が感知回路４０８と駆動回路４１２の動作を維持するのに十分になるまで、オフ状態に遷移することがある。スイッチ４０７が、そうでなければオン状態であるはずの期間４８９中に上の理由からオフ状態に遷移する場合であっても、この電源回路によってもたらされる利益の少なくとも一部が、本発明の教示に従って保持されることを諒解されたい。その理由は、期間４８９中のＶｓｉｎ  ４６２の値が、入力電圧４９１の絶対値より大きいので、この期間４８９中に、どの場合にも、電流がスイッチモード・パワー・コンバータ回路４０４の入力端子４４０に流れ込まないことである。スイッチ４０７のオフ時間４８１中に、スイッチ４０７の第１、第２端子４４３、４４２間の電圧すなわちＶｓｗ  ４６１は、整流器回路４０３の出力電圧Ｖｒｏｕｔ  ４６０とスイッチモード・パワー・コンバータ４０４の入力電圧Ｖｓｉｎ  ４６２との差と実質的に等しい。スイッチ４０７のオフ時間４８１中に、整流器回路４０３に流れ込む電流はなく、図４Ａの整流器出力電圧４６０は、ＡＣ入力電圧４９１の絶対値と実質的に等しい。
【００２３】
したがって、整流器出力電圧４６０は、電源入力端子４０１、４０２間の電圧の大きさを表す。したがって、図４Ａでは、スイッチ４０７がオフの時に、Ｖｓｗ  ４６１が、電源入力端子４０１、４０２間の電圧４９１の絶対値と、スイッチモード・パワー・コンバータ４０４の第１、第２入力端子４４０、４４１間の電圧４６２との差に実質的に等しい。図４Ｂの波形は、Ｖｓｉｎ  ４６２が、スイッチ４０７のオフ時間４８１中に低下するという事実をも示す。これは、Ｖｓｉｎ  ４６２が、期間４８１中に調節されないからである。期間４８１中の電圧波形４８６の傾きは、スイッチモード・パワー・コンバータ４０４の内部で端子４４０、４４１間に結合されたバルク・キャパシタ間の電圧と、出力端子４０５、４０６の負荷とによって決定され、これを、下で図６、図７の概略図でより詳細に説明する。
【００２４】
図５に、本発明の教示による電源回路５００のもう１つの例のブロック図を全体的に示す。図５の例の電源回路５００は、多数の態様を、図２、３、４に示された電源回路２００、３００、４００と共有する。しかし、図５の電源回路５００では、スイッチモード・パワー・コンバータ５０４の入力端子５４０、５４１間に現れる電圧が、感知回路部分５０９によって直接に感知され、感知回路部分５０９は、スイッチモード・コンバータ５０４の第１、第２入力端子５４０、５４１間の電圧が第１しきい値を超える時にスイッチ５０７をオン状態からオフ状態に切り替えるために、信号５１０を駆動回路５１２に供給する。
【００２５】
図示の例に示されているように、スイッチ５０７は、そのスイッチ５０７がオフである場合に、スイッチ５０７間の電圧が第２しきい値未満である時にオフ状態からオン状態に切り替えられるように結合される。図示の例に示されているように、感知回路部分５０８は、この機能性を達成するために、スイッチ５０７間の電圧を感知し、信号５１１を駆動回路５１２に供給する。図５でスイッチ５０７をオフ状態からオン状態に切り替えるべき時を決定するための電圧感知は、電源回路５００内で、図３に示された電源回路３００と異なる位置で実行されるが、その結果は、スイッチモード・コンバータ５０４の入力端子５４０、５４１間の最大電圧が制限されるという点で、同一である。
【００２６】
図６は、本発明の教示による電源回路６００の１つの例を全体的に示す概略図である。図６に示された例の電源回路６００が、図２に示された例の電源回路２００に対する類似性を有することに留意されたい。図６に示された例に示されているように、電源回路６００は、米国カリフォルニア州サンノゼのＰｏｗｅｒ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｓ，  Ｉｎｃ．社から入手できるＴｉｎｙＳｗｉｔｃｈパワー・コンバータ・デバイスを含むスイッチモード・パワー・コンバータ６０４を含む。この例では、感知回路６０８は、整流器回路６０３の入力端子６０１、６０２と出力端子６２１との間の電圧を感知し、これは、図２の整流器回路２０３の出力端子２２１への接続２２３と同等である。図示の例では、感知回路６０８は、ＡＣ入力端子６０１、６０２に直接に結合されているので、ＡＣ電圧感知回路である。ダイオードＤ５、Ｄ６は、入力端子６０１、６０２の電圧信号を整流し、この電圧を抵抗器Ｒ１、Ｒ２によって形成される抵抗分割回路に印加する。抵抗器Ｒ２の間の電圧が、トランジスタＱ１のベース・エミッタしきい値電圧を超える時に、信号６１１が、トランジスタＱ１をターン・オンし、トランジスタＱ１は、駆動回路６１２の一部を形成する。トランジスタＱ１のコレクタは、低にプルされ、これによって、スイッチ６０７のゲートが低にプルされ、スイッチ６０７がターン・オフする。図示の例では、駆動回路６１２は抵抗器Ｒ３をも含み、抵抗器Ｒ３は、トランジスタＱ１がオフの時にスイッチ６０７のゲートにプル・アップ信号を供給して、スイッチ６０７をターン・オンさせる。ツェナー・ダイオードＶＲ１は、スイッチ６０７のゲートに印加される最大プル・アップ電圧を制限するクランプを実現する。
【００２７】
図６に示された例では、整流器回路６０３は全波整流器である。整流器回路６０３の出力端子６２０、６２１は、スイッチモード・コンバータ６０４の第１端子６４０と、スイッチ６０７の第１スイッチ端子６４３とに結合される。スイッチモード・コンバータ６０４の第２入力端子６４１は、スイッチ６０７の第２端子６４２に結合される。図６の例の概略図は、前に述べたスイッチモード・コンバータ６０４のバルク・キャパシタＣ１を示す。キャパシタＣ１は、スイッチ６０７がオフである期間中にスイッチモード・コンバータ６０４の動作を維持するエネルギ・ストレージである。１つの例で、キャパシタＣ１は、スイッチモード・パワー・コンバータ６０４の動作中に、スイッチ６０７がオンである時でさえ使用される。これは、期間４８８について図４Ｂに示されているように、入力ＡＣ電圧４９１がバルク・キャパシタ電圧４８６未満の場合に、スイッチモード・パワー・コンバータ６０４が動作を継続するからである。したがって、このバルク・キャパシタＣ１は、スイッチ６０７が使用されない標準回路においてさえ使用され、したがって、本発明の教示によるバルク・キャパシタＣ１の使用に関連するコスト・ペナルティはない。
【００２８】
図７は、本発明の教示による電源回路７００のもう１つの例を全体的に示す概略図である。図７に示された例の電源回路７００が、図４Ａに示された例の電源回路４００に対する類似性を有することに留意されたい。図７に示された例に示されているように、電源回路７００は、米国カリフォルニア州サンノゼのＰｏｗｅｒ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｓ，  Ｉｎｃ．社から入手できるＴｉｎｙＳｗｉｔｃｈパワー・コンバータ・デバイスを含むスイッチモード・パワー・コンバータ７０４を含む。この例では、感知回路７０８は、整流器回路７０３の出力端子７２０、７２１間の電圧を感知し、信号７１１を駆動回路７１２に印加し、駆動回路７１２は、上でたとえば図６の電源回路６００に関して説明したものに似て、感知回路７０８の動作に従ってスイッチ７０７をオン、オフ駆動する。
【００２９】
図７の例に示されているように、電源回路７００は、スイッチ７０７間に結合されたコンポーネント７９０をも示す。このコンポーネント７９０は、スイッチ７０７がオフである時のスイッチ７０７間の最大電圧を制限する保護クランプ・コンポーネントである。クランプ・コンポーネント７９０は、たとえば雷サージ電圧試験が、スイッチ７０７がオフの条件の下で実行される、電源回路７００のいくつかの実施形態で使用することができる。これらの条件の下では、高電圧サージが、通常はＡＣ入力端子７０１、７０２間に印加される。通常のサージ電圧は、１０００から２０００Ｖの範囲内である。オフ状態のスイッチ７０７間の電圧は、入力端子７０１、７０２間の電圧と、スイッチモード・コンバータ７０４の入力端子７４０、７４１間の電圧との差なので、クランプ・コンポーネント７９０は、この例で、スイッチ７０７への損傷を避けるのを助けるために含まれる。
【００３０】
この例では、クランプ・コンポーネント７９０の選択によって決定されるしきい値電圧がスイッチ７０７間の電圧に達すると、クランプ・コンポーネント７９０によって、電流がクランプ・コンポーネント７９０とバルク・キャパシタＣ１を通って流れることができる。次に、バルク・キャパシタは、キャパシタＣ１間の非常に小さい追加の電圧上昇を伴ってサージ・エネルギを吸収し、これが、電源回路７００が耐サージ電圧試験に安全に合格することを可能にする。図示の例は、図７ではツェナー・ダイオードとして示しているが、コンポーネント７９０は、金属酸化物バリスタまたは他の半導体クランプ・コンポーネントとするか、抵抗器とキャパシタのスナバ・ネットワークに分割することさえでき、あるいは、本発明の教示による他の適切な技法とすることができる。
【００３１】
電源７００のある種の例の応用例の他の保護コンポーネントは、スイッチ７０７の第１端子７４３と整流器回路７０３の出力端子７２１の間に結合された任意選択の抵抗要素（図示せず）の使用であり、この抵抗要素は、高い入力電圧での電源ターン・オン中の突入電流を制限する。
【００３２】
図示の例では、感知回路７０８内の抵抗器Ｒ５は、前に述べたように第１電圧しきい値レベルと第２電圧しきい値レベルとを分離するために感知回路７０８内でヒステリシスを作成する任意選択のコンポーネントである。たとえば、感知回路７０８によって決定される。第１電圧しきい値レベルに達した時に、トランジスタＱ１が、ターン・オンし、前に述べたように、スイッチ７０７がオフに切り替えられる。これが発生する時に、スイッチ７０７間の電圧が上昇し、抵抗器Ｒ５を介して電流を供給して、トランジスタＱ１のベースに流れる電流をさらに増やす。したがって、抵抗器Ｒ５の接続は、トランジスタＱ１をオン状態からオフ状態に切り替えるために、整流器回路７０３の出力端子７２０、７２１間の電圧を第１しきい値電圧レベルより低くする。これは、第２電圧しきい値レベルを第１電圧しきい値レベルより低くし、したがって、あるヒステリシスが、電圧感知回路７０８の動作に導入される。これが、ヒステリシスの低コスト実施形態の１つの例にすぎないことと、本発明の教示に従ってヒステリシスを実施するのに使用できる多数の他の回路があることを諒解されたい。
【００３３】
図６、７に示された例の電源回路６００、７００は、本発明の教示による追加機能を実現するために、外部バイアス回路が感知回路６０８、７０８に追加されないという点で類似性を共有することを諒解されたい。したがって、本発明の教示によるスイッチモード・パワー・コンバータ６０４、７０４の出力から、感知回路６０８、７０８、スイッチ６０７、７０７または駆動回路６１２、７１２に電力を与えるという要件はない。スイッチ６０７、７０７の第１、第２端子間に結合されたバイアス手段に関する要件もない。実際に、この例では、図６のスイッチ６０７を駆動するのに必要な駆動電流は、本発明の教示によれば、完全に、入力端子６０１、６０２間で受け取られるように結合されたＡＣ入力電圧と整流器回路６０３の出力端子６２０、６２１間の電圧とから導出される。図７に示された例では、スイッチ７０７を駆動するのに必要な駆動電流は、本発明の教示によれば、完全に、整流器回路７０３の出力端子７２０、７２１間の電圧から導出される。さらに、どの例においても、本発明の教示による図６または図７の回路のいずれかの動作をトリップまたはアクティブ化するソレノイドに関する要件はない。
【００３４】
前述の詳細な説明では、本発明の方法および装置を、本発明の特定の例示的実施形態を参照して説明した。しかし、さまざまな修正や変更を、本発明のより広い趣旨および範囲から逸脱せずにこれらに対して行えることは明白であろう。したがって、本明細書および図面は、制限的ではなく例示的とみなされなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の教示に従ってＡＣ入力電圧を受け取るように設計された電源の例を全体的に示すブロック図である。
【図２】本発明の教示によるＡＣ入力端子間の電圧を感知する感知回路を有する、電源のスイッチモード・コンバータ・ステージに印加される電圧を制限するためにスイッチを使用する高電圧電源回路の例を全体的に示すブロック図である。
【図３】本発明の教示に従って、ＡＣ入力端子間の電圧とスイッチモード・パワー・コンバータの入力端子間の電圧を感知する感知回路を有する、電源のスイッチモード・パワー・コンバータ・ステージに印加される電圧を制限するためにスイッチを使用する高電圧電源回路の例を全体的に示すブロック図である。
【図４Ａ】本発明の教示に従って、整流器回路の出力での電圧を感知する感知回路を有する、電源のスイッチモード・パワー・コンバータ・ステージに印加される電圧を制限するためにスイッチを使用する高電圧電源回路の例を全体的に示すブロック図である。
【図４Ｂ】本発明の教示による回路動作中の、例の電圧波形を全体的に示し、主要な電圧の大きさを識別する図である。
【図５】本発明の教示に従って、スイッチ間の電圧とスイッチモード・パワー・コンバータの入力端子間の電圧を感知する感知回路を有する、電源のスイッチモード・コンバータ・ステージに印加される電圧を制限するためにスイッチを使用する高電圧電源回路の例を全体的に示すブロック図である。
【図６】本発明の教示に従ってＡＣ入力端子間の電圧を感知する感知回路を有する高電圧電源回路の例を全体的に示す概略図である。
【図７】整流器回路の出力での電圧を感知する感知回路を有する高電圧電源回路の例を全体的に示す概略図である。
【符号の説明】
【００３６】
１００  電源回路、１０１  電源入力端子、１０２  電源入力端子、１０３  整流器回路、１０４  スイッチモード・パワー・コンバータ、１０５  出力端子、１０６  出力端子、１２０  出力端子、１２１  出力端子、１４０  入力端子、１４１  入力端子、１９１  ＡＣ入力電圧、１９２  入力端子、１９３  入力端子
【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】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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