(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電圧を出力電圧に変換し、該出力電圧を負荷に供給する電力変換器であって、スイッチ（ＳＷ３）及びスイッチ（ＳＷ４）を含む第１組のスイッチを含むバック変換回路及びスイッチ（ＳＷ５）及びスイッチ（ＳＷ６）を含む第２組のスイッチを含むブースト変換回路を含み、前記第２組のスイッチが前記第１組のスイッチとは別個であり、且つ、該第１組のスイッチから独立に制御することができる電力変換器と、
バック変換モードにおいて、前記電力変換器から前記負荷への前記バック変換回路を介しての電力の供給を、前記第１組のスイッチのスイッチング動作を対応するパルス幅変調制御信号をそれぞれ用いて制御することにより、及び前記第２組のスイッチをオフすることにより、制御し、
ブースト変換モードにおいて、前記電力変換器から前記負荷への前記ブースト変換回路を介しての電力の供給を、前記第２組のスイッチのスイッチング動作を対応するパルス幅変調制御信号をそれぞれ用いて制御することにより、及び前記第１組のスイッチをオフすることにより制御する、制御ユニットと、
を有し、
前記制御ユニットは、
前記バック変換モードにおいて、前記スイッチ（ＳＷ３）のオフ時間が前記スイッチ（ＳＷ４）の対応するオン時間よりも長くなるように前記パルス幅変調制御信号のそれぞれを制御し、
前記ブースト変換モードにおいて、前記スイッチ（ＳＷ６）のオフ時間が前記スイッチ（ＳＷ５）の対応するオン時間よりも長くなるように前記パルス幅変調制御信号のそれぞれを制御し、
前記制御ユニットが、前記入力電圧のサンプル値及び前記出力電圧のサンプル値を入力すると共に、前記入力電圧のサンプル値と前記出力電圧のサンプル値との比較の結果に基づいて、前記バック変換モード又は前記ブースト変換モードを選択する、
装置。
【請求項２】
入力電圧を出力電圧に変換し、該出力電圧を負荷に供給する電力変換器と、
前記電力変換器の動作を制御する制御ユニットと、を有し、
前記電力変換器は、
スイッチ（ＳＷ３）及びスイッチ（ＳＷ４）を含む第１組のスイッチを含むバック変換回路と、
スイッチ（ＳＷ５）及びスイッチ（ＳＷ６）を含む第２組のスイッチを含むブースト変換回路と、
前記スイッチ（ＳＷ３）に並列接続された第１のバイパススイッチ及び前記スイッチ（ＳＷ６）に並列接続された第２のバイパススイッチを含む第３組のスイッチと、
前記第１のバイパススイッチ、前記スイッチ（ＳＷ３）及び前記スイッチ（ＳＷ４）の接点と前記スイッチ（ＳＷ５）、前記スイッチ（ＳＷ６）及び前記第２のバイパススイッチの接点との間に配置されたインダクタと、
を有し、
前記第１組のスイッチと前記第２組のスイッチとはそれぞれ独立に制御することができ、
前記制御ユニットは、
バック変換モードにおいて、前記電力変換器から前記負荷への前記バック変換回路を介しての電力の供給を、前記第１組のスイッチのスイッチング動作を対応するパルス幅変調制御信号をそれぞれ用いて制御することにより、並びに前記第２組のスイッチ及び前記第１のバイパススイッチをオフする一方で前記第２のバイパススイッチをオンすることにより、制御し、
ブースト変換モードにおいて、前記電力変換器から前記負荷への前記ブースト変換回路を介しての電力の供給を、前記第２組のスイッチのスイッチング動作を対応するパルス幅変調制御信号をそれぞれ用いて制御することにより、並びに前記第１組のスイッチ及び前記第２のバイパススイッチをオフする一方で前記第１のバイパススイッチをオンすることにより、制御し、
直接変換モードにおいて、前記電力変換器から前記負荷への電力の供給を、前記第１組のスイッチ及び前記第２組のスイッチをオフする一方で前記第３組のスイッチをオンすることにより、制御し、
前記制御ユニットが、前記入力電圧のサンプル値及び前記出力電圧のサンプル値を入力すると共に、前記入力電圧のサンプル値と前記出力電圧のサンプル値との比較の結果に基づいて、前記バック変換モード、前記ブースト変換モード又は前記直接変換モードを選択する、
装置。
【請求項３】
前記制御ユニットが、前記入力電圧のサンプル値、前記出力電圧のサンプル値、前記電力変換器へ供給される入力電流のサンプル値及び前記電力変換器により供給される出力電流のサンプル値を入力すると共に、前記負荷に対する電力の供給を前記入力電圧のサンプル値、前記出力電圧のサンプル値、前記入力電流のサンプル値及び前記出力電流のサンプル値に基づいて制御する、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記制御ユニットが、前記入力電圧のサンプル値、前記出力電圧のサンプル値、前記入力電流のサンプル値及び前記出力電流のサンプル値をデジタル値に変換する複数のアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）を含む、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記制御ユニットが前記入力電圧と前記出力電圧とを相互に比較する回路を含み、前記制御ユニットが前記電力変換器の動作モードを該比較の結果に基づいて選択する、請求項３に記載の装置。
【請求項６】
前記制御ユニットが、前記電力変換器から前記負荷への前記バック変換回路を介しての電力の供給を、前記第１組のスイッチにおける前記スイッチの少なくとも１つを前記対応するパルス幅変調制御信号のスイッチング周波数及びデューティサイクルでスイッチングすると共に、該スイッチング周波数及びデューティサイクルの少なくとも一方を前記入力電圧のサンプル値と前記出力電圧のサンプル値との間の差に応じて調整することにより制御する、請求項３に記載の装置。
【請求項７】
前記制御ユニットが、前記電力変換器から前記負荷への前記ブースト変換回路を介しての電力の供給を、前記第２組のスイッチにおける前記スイッチの少なくとも１つを前記対応するパルス幅変調制御信号のスイッチング周波数及びデューティサイクルでスイッチングすると共に、該スイッチング周波数及びデューティサイクルの少なくとも一方を前記入力電圧のサンプル値と前記出力電圧のサンプル値との間の差に応じて調整することにより制御する、請求項３に記載の装置。
【請求項８】
前記制御ユニットが、前記入力電圧が前記出力電圧と零ボルト以上の第１固定電圧との和より大きい場合に前記電力変換器から前記負荷への電力の供給を、前記第１組のスイッチのスイッチング動作を制御することにより、及びオフされた前記第２組のスイッチの少なくとも１つを第１のバイパススイッチを介してバイパスすることにより制御する一方、前記入力電圧が前記出力電圧より小さい場合に前記電力変換器から前記負荷への電力の供給を、前記第２組のスイッチのスイッチング動作を制御することにより、及びオフされた前記第１組のスイッチの少なくとも１つを第２のバイパススイッチを介してバイパスすることにより制御する、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記第１固定電圧が１ボルト未満である、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記制御ユニットが、更に、前記出力電圧が前記入力電圧と前記第１固定電圧との間の差より大きく、且つ、前記入力電圧と第２固定電圧との和より小さい場合に前記電力変換器を直接変換モードで動作するように制御する請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
入力電圧を出力電圧に変換し、該出力電圧を負荷に供給する方法であって、
スイッチ（ＳＷ３）及びスイッチ（ＳＷ４）を含む第１組のスイッチを含むバック変換回路とスイッチ（ＳＷ５）及びスイッチ（ＳＷ６）を含む第２組のスイッチを含むブースト変換回路とを含む電力変換器であって、前記第２組のスイッチが、前記第１組のスイッチとは別個であり、且つ、該第１組のスイッチから独立に制御することができる当該電力変換器の入力電圧、出力電圧、入力電流及び出力電流をサンプリングするステップと、
前記電力変換器から前記負荷へ電力を供給するステップと、
を有し、
前記電力変換器から前記負荷へ電力を供給するステップが、
前記入力電圧が前記出力電圧に基づくバック閾電圧より大きい場合に、前記電力変換器から負荷への電力の供給を、前記第１組のスイッチのスイッチング動作を対応するパルス幅変調制御信号をそれぞれ用いて制御することにより、及び前記第２組のスイッチをオフすることにより制御するステップと、
前記入力電圧が前記出力電圧より小さい場合に前記電力変換器から前記負荷への電力の供給を、前記第２組のスイッチのスイッチング動作を対応するパルス幅変調制御信号をそれぞれ用いて制御することにより、及び前記第１組のスイッチをオフすることにより制御するステップと、
を有し、
前記スイッチ（ＳＷ３）のオフ時間が前記スイッチ（ＳＷ４）の対応するオン時間よりも長くなるように前記パルス幅変調制御信号のそれぞれを制御し、
前記スイッチ（ＳＷ６）のオフ時間が前記スイッチ（ＳＷ５）の対応するオン時間よりも長くなるように前記パルス幅変調制御信号のそれぞれを制御する、
方法。
【請求項１２】
入力電圧を出力電圧に変換し、該出力電圧を負荷に供給する方法であって、
インダクタ、スイッチ（ＳＷ３）及びスイッチ（ＳＷ４）を含む第１組のスイッチ、スイッチ（ＳＷ５）及びスイッチ（ＳＷ６）を含む第２組のスイッチ、並びに第１のバイパススイッチ及び第２のバイパススイッチを含む第３組のスイッチを含む電力変換器の入力電圧、出力電圧、入力電流及び出力電流をサンプリングするステップと、
前記電力変換器から前記負荷へ電力を供給するステップと、
を有し、
前記電力変換器から前記負荷へ電力を供給するステップが、
前記入力電圧が前記出力電圧に基づくバック閾電圧より大きい場合に、前記電力変換器から負荷への電力の供給を、前記第１組のスイッチのスイッチング動作を対応するパルス幅変調制御信号をそれぞれ用いて制御することにより、並びに前記第２組のスイッチ及び前記第１のバイパススイッチをオフする一方で前記第２のバイパススイッチをオンすることにより、バック変換モードで制御するステップと、
前記入力電圧が前記出力電圧に基づくブースト閾電圧より小さい場合に、前記電力変換器から前記負荷への電力の供給を、前記第２組のスイッチのスイッチング動作を対応するパルス幅変調制御信号をそれぞれ用いて制御することにより、並びに前記第１組のスイッチ及び前記第２のバイパススイッチをオフする一方で前記第２のバイパススイッチをオンすることにより、ブースト変換モードで制御するステップと、
前記入力電圧が前記バック閾電圧と前記ブースト閾電圧との間にある場合に、前記電力変換器から前記負荷への電力の供給を、前記第１組のスイッチ及び前記第２組のスイッチをオフする一方で前記第３組のスイッチをオンすることにより、直接変換モードで制御するステップと、
を有し、
前記第１のバイパススイッチが、前記第１組のスイッチにおけるスイッチ（ＳＷ３）に並列接続され、第２のバイパススイッチが、前記第２組のスイッチにおけるスイッチ（ＳＷ６）に並列接続され、
前記インダクタが、前記第１のバイパススイッチ、前記スイッチ（ＳＷ３）及び前記スイッチ（ＳＷ４）の接点と前記スイッチ（ＳＷ５）、前記スイッチ（ＳＷ６）及び前記第２のバイパススイッチの接点との間に配置されている、
方法。
【請求項１３】
前記電力変換器から負荷への電力の供給を制御するステップが、オフされた前記第２組のスイッチの少なくとも１つと並列に配置される第１のバイパススイッチをオンすることにより前記第２組のスイッチにおける前記オフされたスイッチの少なくとも１つをバイパスするステップを更に有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記電力変換器から前記負荷へ電力を供給するステップが、前記パルス幅変調制御信号の各々の周波数及びデューティサイクルの一方を、前記入力電圧と前記出力電圧との間の差に応じて調整するステップを有する、請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記電力変換器から負荷への電力の供給を制御するステップが、オフされた前記第１組のスイッチの少なくとも１つと並列に配置される第２のバイパススイッチをオンすることにより前記第１組のスイッチにおける前記オフされたスイッチの少なくとも１つをバイパスするステップを更に有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記電力変換器から前記負荷へ電力を供給するステップが、前記パルス幅変調制御信号の各々の周波数及びデューティサイクルの一方を、前記入力電圧と前記出力電圧との間の差に応じて調整するステップを有する、請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記バック閾電圧は、前記出力電圧と第１固定電圧との和であり、前記第１固定電圧が１ボルト未満である、請求項１１又は１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［０００１］本発明は，広くは電力変換器に関する。更に詳細には、ここに開示される種々の発明的方法及び装置は、別個のバック及びブースト変換回路を備えたバック・ブーストコンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
［０００２］通常、電力変換器は典型的に３つの分類、即ちバックコンバータ、ブーストコンバータ及びバック・ブーストコンバータ、のうちの１つに属する。
【０００３】
［０００３］バックコンバータは降圧ＤＣ／ＤＣコンバータである。即ち、バックコンバータは高いＤＣ入力電圧を低いＤＣ電圧に変換するもので、一般的にスイッチングモード電源である。通常、バックコンバータは非常に効率的なものであり得るが、電圧源から入力される入力電圧が負荷に供給されるべき出力電圧より大きい場合、狭い範囲の入力電圧において動作する。
【０００４】
［０００４］ブーストコンバータは昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータである。即ち、ブーストコンバータは低いＤＣ入力電圧を高いＤＣ出力電圧に変換するもので、これも一般的にスイッチングモード電源である。通常、ブーストコンバータは簡単な回路構造を有するもので、入力端子に小さなリップル電流を供給することができる。しかしながら、バックコンバータと同様に、ブーストコンバータは、電圧源から入力される入力電圧が負荷に供給されるべき出力電圧より大きい場合、狭い範囲の入力電圧において動作する。
【０００５】
［０００５］バック・ブーストコンバータは、入力電圧の大きさが出力電圧の大きさよりも大きいか又は小さいかの何れでもあり得る一種のＤＣ／ＤＣコンバータである。言い換えると、バック・ブーストコンバータはバックコンバータ機能及びブーストコンバータ機能の両方を含む。
【０００６】
［０００６］従来のバック・ブーストコンバータにおいて、バック機能及びブースト機能は別個でも又は互いに独立してもおらず、スイッチングデバイス（例えば、MOSFET、ダイオード等）等の幾つかの重要な部品を共有しているので、別個に制御し又は最適化することはできない。従来のバック・ブーストコンバータは、効率、限られた範囲の入力及び出力電圧、並びに適用することが可能な用途の数の点で幾つかの限界を示す。
【０００７】
［０００７］従って、バック変換モード及びブースト変換モードで動作することが可能な電力変換器を提供することが望ましい。また、多くの異なる用途において広い入力及び出力電圧の範囲にわたり高い効率で動作することが可能な電力変換器を提供することが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
［０００８］本開示は、電力変換器のための発明的方法及び装置に向けられたものである。例えば、幾つかの実施態様において、電力変換器には別個に且つ独立に制御することができるバック変換回路及びブースト変換回路が設けられる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
［０００９］通常、一態様において、本発明は入力電圧を出力電圧に変換すると共に該出力電圧を負荷に供給するように構成された電力変換器と、該電力変換器の動作を制御するように構成された制御ユニットとを含む装置に関するものである。上記電力変換器は、第１組のスイッチを含むバック変換回路及び第２組のスイッチを含むブースト変換回路を含み、前記第２組のスイッチは前記第１組のスイッチとは別個であり、且つ、該第１組のスイッチから独立に制御することができる。前記制御ユニットは、バック変換モードにおいて前記電力変換器から前記負荷への前記バック変換回路を介しての電力の供給を前記第１組のスイッチのスイッチング動作を制御することにより制御する一方、ブースト変換モードにおいて前記電力変換器から前記負荷への前記ブースト変換回路を介しての電力の供給を前記第２組のスイッチのスイッチング動作を制御することにより制御する。
【００１０】
［００１０］１以上の実施態様において、前記制御ユニットは、前記入力電圧のサンプル値、前記出力電圧のサンプル値、前記電力変換器へ供給される入力電流のサンプル値及び前記電力変換器により供給される出力電流のサンプル値を入力するように構成されると共に、前記負荷に対する電力の供給を前記入力電圧のサンプル値、前記出力電圧のサンプル値、前記入力電流のサンプル値及び前記出力電流のサンプル値に基づいて制御するように構成される。
【００１１】
［００１１］これら実施態様の１つのオプション的フィーチャによれば、前記制御ユニットは、前記入力電圧のサンプル値、前記出力電圧のサンプル値、前記入力電流のサンプル値及び前記出力電流のサンプル値をデジタル値に変換するように構成された複数のアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）を含む。これら実施態様の他のオプション的フィーチャによれば、前記制御ユニットは、前記入力電圧と前記出力電圧とを相互に比較するように構成された回路を含み、該制御ユニットは前記電力変換器の動作モードを該比較の結果に基づいて選択する。これら実施態様の更に他のオプション的作フィーチャによれば、前記制御ユニットは、前記電力変換器から前記負荷への前記バック変換回路を介しての電力の供給を、前記第１組のスイッチにおけるスイッチの少なくとも１つを或るスイッチング周波数及びデューティサイクルでスイッチングすると共に、該スイッチング周波数及びデューティサイクルの少なくとも一方を前記入力電圧のサンプル値と前記出力電圧のサンプル値との間の差に応じて調整することにより制御するように構成される。これら実施態様の更に他のオプション的フィーチャによれば、前記制御ユニットは、前記電力変換器から前記負荷への前記ブースト変換回路を介しての電力の供給を、前記第２組のスイッチにおけるスイッチの少なくとも１つを或るスイッチング周波数及びデューティサイクルでスイッチングすると共に、該スイッチング周波数及びデューティサイクルの少なくとも一方を前記入力電圧のサンプル値と前記出力電圧のサンプル値との間の差に応じて調整することにより制御するように構成される。
【００１２】
［００１２］１以上の実施態様において、前記制御ユニットは、前記入力電圧が前記出力電圧と零ボルト以上の第１固定電圧との和より大きい場合に前記電力変換器から前記負荷への電力の供給を前記第１組のスイッチのスイッチング動作を制御することにより制御する一方、前記入力電圧が前記出力電圧より小さい場合に前記電力変換器から前記負荷への電力の供給を前記第２組のスイッチのスイッチング動作を制御することにより制御するように構成される。
【００１３】
［００１３］これら実施態様の１つのオプション的フィーチャによれば、前記第１固定電圧は１ボルト未満である。これら実施態様の他のオプション的フィーチャによれば、前記制御ユニットは、更に、前記出力電圧が前記入力電圧と前記第１固定電圧との間の差より大きく、且つ、前記入力電圧と第２固定電圧との和より小さい場合に前記電力変換器を直接変換モードで動作させるように制御するよう構成される。
【００１４】
［００１４］概して、一態様において、本発明は、第１組のスイッチを含むバック変換回路と第２組のスイッチを含むブースト変換回路とを含む電力変換器の入力電圧、出力電圧、入力電流及び出力電流をサンプリングするステップであって、前記第２組のスイッチが前記第１組のスイッチとは別個であり、且つ、該第１組のスイッチから独立に制御することができるステップと；前記入力電圧が前記出力電圧と零ボルト以上の第１固定電圧との和より大きい場合に前記電力変換器から負荷への電力の供給を前記第１組のスイッチのスイッチング動作を制御することにより制御するステップと；前記入力電圧が前記出力電圧より小さい場合に前記電力変換器から前記負荷への電力の供給を前記第２組のスイッチのスイッチング動作を制御することにより制御するステップと；を有する方法に関するものである。
【００１５】
［００１５］１以上の実施態様において、前記電力変換器から負荷への電力の供給を前記バック変換回路の前記第１組のスイッチのスイッチング動作を制御することにより制御するステップは、前記第１組のスイッチにおける１以上のスイッチに１以上の制御信号を供給するステップと、該１以上の制御信号をパルス幅変調するステップとを有する。
【００１６】
［００１６］この実施態様の１つのオプション的フィーチャによれば、前記１以上の制御信号をパルス幅変調するステップは、これらパルス幅変調された制御信号の各々の周波数及びデューティサイクルの一方を、前記入力電圧と前記出力電圧との間の差に応じて調整するステップを有する。
【００１７】
［００１７］１以上の他の実施態様において、前記電力変換器から負荷への電力の供給を前記ブースト変換回路の前記第２組のスイッチのスイッチング動作を制御することにより制御するステップは、前記第２組のスイッチにおける１以上のスイッチに１以上の制御信号を供給するステップと、該１以上の制御信号をパルス幅変調するステップとを有する。この実施態様の１つのオプション的フィーチャによれば、前記１以上の制御信号をパルス幅変調するステップは、これらパルス幅変調された制御信号の各々の周波数及びデューティサイクルの一方を、前記入力電圧と前記出力電圧との間の差に応じて調整するステップを有する。
【００１８】
［００１８］１以上の実施態様において、前記第１固定電圧は１ボルト未満である。
【００１９】
［００１９］概して、更に他の態様において、本発明はバック変換モード及びブースト変換モードで動作することが可能なバック・ブースト（電力）コンバータと、制御ユニットとを有する装置に関するものである。前記バック・ブーストコンバータは、入力ノードと；出力ノードと；第１端子及び第２端子を有する第１スイッチであって、これら第１端子及び第２端子の間の電流経路を制御するために当該第１スイッチを選択的に開閉するための制御端子を有し、前記第１端子が前記入力ノードに接続された第１スイッチと；前記第１スイッチの第２端子と接地点との間に接続された第１コンデンサと；第１端子及び第２端子を有する第２スイッチであって、これら第１端子及び第２端子の間の電流経路を制御するために当該第２スイッチを選択的に開閉するための制御端子を有し、前記第１端子が前記第１スイッチの第２端子及び前記第１コンデンサに接続された第２スイッチと；第１端子及び第２端子を有する第３スイッチであって、これら第１端子及び第２端子の間の電流経路を制御するために当該第３スイッチを選択的に開閉するための制御端子を有し、且つ、前記第２スイッチと並列に接続された第３スイッチと；第１端子及び第２端子を有する第４スイッチであって、これら第１端子及び第２端子の間の電流経路を制御するために当該第４スイッチを選択的に開閉するための制御端子を有し、前記第１端子が前記第２及び第３スイッチの第２端子に接続され、前記第２端子が接地点に接続された第４スイッチと；第１端子及び第２端子を有し、前記第１端子が前記第２、第３及び第４スイッチの第２端子に接続されたインダクタと；第１端子及び第２端子を有する第５スイッチであって、これら第１端子及び第２端子の間の電流経路を制御するために当該第５スイッチを選択的に開閉するための制御端子を有し、前記第１端子が前記インダクタの第２端子に接続され、前記第２端子が接地点に接続された第５スイッチと；第１端子及び第２端子を有する第６スイッチであって、これら第１端子及び第２端子の間の電流経路を制御するために当該第６スイッチを選択的に開閉するための制御端子を有し、前記第１端子が前記インダクタの第２端子及び前記第５スイッチの第１端子に接続された第６スイッチと；第１端子及び第２端子を有する第７スイッチであって、これら第１端子及び第２端子の間の電流経路を制御するために当該第７スイッチを選択的に開閉するための制御端子を有し、且つ、前記第６スイッチと並列に接続された第７スイッチと；前記第６及び第７スイッチの第２端子と接地点との間に接続された第２コンデンサと；第１端子及び第２端子を有する第８スイッチであって、これら第１端子及び第２端子の間の電流経路を制御するために当該第８スイッチを選択的に開閉するための制御端子を有し、前記第１端子が前記第２コンデンサ並びに前記第６及び第７スイッチの第２端子に接続され、前記第２端子が前記出力ノードに接続された第８スイッチと；を有する。前記制御ユニットは、前記第１ないし第８スイッチの制御端子の対応するものに第１ないし第８制御信号を供給して前記第１ないし第８スイッチのスイッチング動作を制御し、前記バック・ブーストコンバータを前記ブースト変換モード及び前記バック変換モードのうちの一方で選択的に動作させるように構成される。
【００２０】
［００２０］１以上の実施態様において、前記制御ユニットが前記バック・ブーストコンバータを前記バック変換モードで動作するように制御する場合、前記制御ユニットは、前記第１スイッチをオンするために前記第１制御信号を供給し、前記第２スイッチをオフするために前記第２制御信号を供給し、前記第３スイッチを交互にオン及びオフするために前記第３制御信号を第１周波数及び第１デューティサイクルを持つ第１パルス幅変調信号として供給し、前記第４スイッチを交互にオン及びオフするために前記第４制御信号を前記第１周波数及び第２デューティサイクルを持つ第２パルス幅変調信号として供給し、前記第５スイッチをオフするために前記第５制御信号を供給し、前記第６スイッチをオフするために前記第６制御信号を供給し、前記第７スイッチをオンするために前記第７制御信号を供給し、前記第８スイッチをオンするために前記第８制御信号を供給する。
【００２１】
［００２１］１以上の実施態様において、前記制御ユニットが前記バック・ブーストコンバータを前記ブースト変換モードで動作するように制御する場合に、前記制御ユニットは、前記第１スイッチをオンするために前記第１制御信号を供給し、前記第２スイッチをオンするために前記第２制御信号を供給し、前記第３スイッチをオフするために前記第３制御信号を供給し、前記第４スイッチをオフするために前記第４制御信号を供給し、前記第５スイッチを交互にオン及びオフするために前記第５制御信号を第１周波数及び第１デューティサイクルを持つ第１パルス幅変調信号として供給し、前記第６スイッチを交互にオン及びオフするために前記第６制御信号を前記第１周波数及び第２デューティサイクルを持つ第２パルス幅変調信号として供給し、前記第７スイッチをオフするために前記第７制御信号を供給し、前記第８スイッチをオンするために前記第８制御信号を供給する。
【００２２】
［００２２］１以上の実施態様において、前記制御ユニットは、前記入力ノードにおける入力電圧、前記入力ノードを経る入力電流、前記出力ノードにおける出力電圧及び前記出力ノードを経る出力電流を表すデジタル値を供給するように構成された複数のアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）を含み、該制御ユニットは、前記第１ないし第８スイッチの制御端子の対応するものに対し前記第１ないし第８制御信号を発生して前記第１ないし第８スイッチのスイッチング動作を制御し、前記バック・ブーストコンバータを前記デジタル値に応じて前記ブースト変換モード及び前記バック変換モードのうちの一方で選択的に動作させる。
【００２３】
［００２３］この実施態様の１つのオプション的フィーチャによれば、前記制御ユニットは、前記入力電圧が前記出力電圧と零ボルト以上の第１固定電圧との和より大きい場合に前記バック・ブーストコンバータを前記バック変換モードで動作させる一方、前記入力電圧が前記出力電圧より小さい場合に前記バック・ブーストコンバータを前記ブースト変換モードで動作させ、前記出力電圧が前記入力電圧と前記第１固定電圧との間の差より大きく、且つ、前記入力電圧より小さい場合に前記バック・ブーストコンバータを直接変換モードで動作させるように構成される。
【００２４】
［００２４］本開示の目的のために本明細書で使用される場合、“ＬＥＤ”なる用語は、如何なる発光（エレクトロルミネッセント）ダイオード又は電気信号に応答して放射を発生することが可能な他のタイプの電荷注入／接合型システムをも含むものと理解されるべきである。従って、ＬＥＤなる用語は、これらに限定されるものではないが、電流に応答して光を放出する種々の半導体型構造体、発光ポリマ、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、エレクトロルミネッセント・ストリップ等を含む。特に、ＬＥＤなる用語は、赤外スペクトル、紫外スペクトル及び可視スペクトルの種々の部分（通常、約３８０ナノメートルから約７８０ナノメートルまでの放射波長を含む）の１以上において放射を発生するように構成することができる全てのタイプの発光ダイオード（半導体及び有機発光ダイオードを含む）を指す。ＬＥＤの幾つかの例は、これらに限定されるものではないが、種々のタイプの赤外ＬＥＤ、紫外ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、黄色ＬＥＤ、琥珀色ＬＥＤ、橙色ＬＥＤ及び白色ＬＥＤを含む（後に更に説明する）。例えば、実質的に白色光を発生するように構成されたＬＥＤ（例えば、白色ＬＥＤ）の一構成例は、組み合わせで実質的に白色光を形成するように混ざり合うような、異なるスペクトルのエレクトロルミネッセンスを各々放出する複数のダイを含むことができる。他の構成例では、白色光ＬＥＤは、第１スペクトルを持つエレクトロルミネッセンスを別の第２のスペクトルに変換する蛍光体材料に関連され得る。この構成の一例において、相対的に短い波長及び狭い帯域幅のスペクトルを持つエレクトロルミネッセンスは上記蛍光体材料を“ポンピング”し、該蛍光体材料は幾らか広いスペクトルを持つ一層長い波長の放射を放出する。
【００２５】
［００２５］また、ＬＥＤなる用語はＬＥＤの物理的及び／又は電気的パッケージのタイプを限定するものではないと理解されるべきである。例えば、ＬＥＤは、前述したように異なるスペクトルの放射を各々放出するように構成された複数のダイ（例えば、個別に制御することが可能であるか又は可能でない）を有する単一の発光デバイスを指し得る。また、ＬＥＤは、当該ＬＥＤの一体部分と見なされる蛍光体と関連され得る（例えば、幾つかのタイプの白色ＬＥＤ）。一般的に、ＬＥＤなる用語は、パッケージ化ＬＥＤ、非パッケージ化ＬＥＤ、表面実装ＬＥＤ、チップオンボードＬＥＤ、何らかのタイプのケース及び／又は光学素子（例えば、拡散レンズ）を含むＬＥＤ等を指すことができる。
【００２６】
［００２６］“光源”なる用語は、これらに限定されるものではないが、ＬＥＤ型光源（先に定義したような1以上のＬＥＤを含む）、白熱光源（例えば、フィラメント電球、ハロゲン電球等）、蛍光光源、燐光光源、高輝度放電光源（例えば、ナトリウム蒸気、水銀蒸気及び金属ハライド電球）、レーザ、他のタイプのエレクトロルミネッセント光源、熱発光光源（例えば、炎）、キャンドル発光光源（例えば、ガスマントル、炭素アーク放射光源）、光ルミネッセント光源（例えば、ガス放電光源）、電子飽和を使用するカソード発光光源、電流発光光源、結晶発光光源、電波発光光源及び発光ポリマを含む種々の放射光源の何れか1以上を指すと理解されたい。
【００２７】
［００２７］“照明ドライバ”は、ここでは、電力を１以上の光源に対し該光源に光を放出させる形態で供給する装置を指す。特に、照明ドライバは電力を第１の形態（例えば、ＡＣ主電源、一定のＤＣ電圧等）で入力することができると共に、該ドライバが駆動する光源（例えば、ＬＥＤ光源）の要件に調整された第２の形態で電力を供給する。
【００２８】
［００２８］“照明ユニット”なる用語は、ここでは、同一又は異なるタイプの１以上の光源を含む装置を指すために使用されている。所与の照明ユニットは、光源（又は複数の光源）のための種々の取付配置、エンクロージャ／ハウジング配置及び形状、並びに／又は電気的及び機械的接続構造の何れかを有することができる。更に、所与の照明ユニットは、オプションとして、当該光源（又は複数の光源）の動作に関係する種々の他の部品（例えば、制御回路、照明ドライバ等）に関連され得る（例えば、含む、結合される及び／又は一緒にパッケージ化される）。“ＬＥＤ型照明ユニット”とは、上述したような１以上のＬＥＤ型光源を単独で又は他の非ＬＥＤ型光源との組み合わせで含む照明ユニットを指す。
【００２９】
［００２９］“コントローラ”なる用語は、ここでは、電力変換器の動作に関係する種々の装置を広く記述するために使用されている。コントローラは、ここで述べる種々の機能を果たすために、多数の形態で（例えば、専用のハードウェアによる等）実施化することができる。“プロセッサ”は、ここで述べる種々の機能を実行するために、ソフトウェア（例えば、マイクロコード）を用いてプログラムすることができる１以上のマイクロプロセッサを使用するコントローラの一例である。コントローラは、プロセッサを使用するか又は使用しないで実施化することができ、幾つかの機能を実行するための専用のハードウェアと、他の機能を実行するためのプロセッサ（例えば、1以上のプログラムされたマイクロプロセッサ及び関連する回路）との組み合わせとして実施化することもできる。本開示の種々の実施態様で使用することが可能なコントローラ部品の例は、これらに限定されるものではないが、通常のマイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）及びフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）を含む。
【００３０】
［００３０］エレメントが他のエレメントに“接続される”又は“結合される”と言及される場合、該エレメントは上記他のエレメントに直接的に接続することができるか若しくは結合することができ、又は介在エレメントが存在し得ると理解される。対照的に、エレメントが他のエレメントに“直接接続される”又は“直接結合される”と言及される場合、介在エレメントは存在しない。
【００３１】
［００３１］上述した概念及び後に詳述する追加の概念の全ての組み合わせ（斯かる概念が互いに矛楯しない限り）は、ここに開示される本発明の主題の一部であると意図されることに注意すべきである。特に、この開示の最後に現れる請求項に記載の主題の全ての組み合わせは、ここに開示される本発明の主題の一部であると意図される。また、参照により本明細書に組み込まれる何れかの文献にも現れる、ここで明示的に使用される用語は、ここに開示される特定の概念と最も一貫性のある意味が付与されるべきであると理解されるべきである。
【００３２】
［００３２］尚、図面において同様の符号は、異なる図を通して、同様の部分を概して示している。また、各図は必ずしも寸法通りではなく、代わりに本発明の原理を解説するに当たり概して誇張されている。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】［００３３］図１は、バック・ブーストコンバータを含む装置の一実施態様を示す。
【図２】［００３４］図２は、バック・ブーストコンバータのための制御ユニットの一実施態様を示す。
【図３】［００３５］図３は、バック・ブーストコンバータの一実施態様の第１動作モード（例えば、バック変換モード）のための制御信号のタイミングを示すタイミング図である。
【図４】［００３６］図４は、バック・ブーストコンバータの一実施態様の第２動作モード（例えば、ブースト変換モード）のための制御信号のタイミングを示すタイミング図である。
【図５】［００３７］図５は、バック・ブーストコンバータの一実施態様の第３動作モード（例えば、直接変換モード）のための制御信号のタイミングを示すタイミング図である。
【図６】［００３８］図６は、バック・ブーストコンバータの一実施態様に関する種々の動作モードの間の移行を図示した状態図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
［００３９］前述したように、従来のバック・ブースト電力コンバータは効率、限られた範囲の入力及び出力電圧並びに適用することが可能な用途の数の点で幾つかの限界を示す。従って、出願人は、多くの異なる用途において広い範囲の入力及び出力電圧にわたり一層高い効率でバック変換モード及びブースト変換モードにおいて動作することが可能なバック・ブーストコンバータを提供することが有益であろうことを認識及び理解した。
【００３５】
［００４０］上記に鑑みて、本発明の種々の実施態様及び構成は、バック変換動作のために使用される１以上のスイッチがブースト変換動作のために使用される１以上のスイッチから分離されると共に該スイッチに対して独立に制御することができるようなバック・ブーストコンバータに向けられたものである。
【００３６】
［００４１］図１はバック・ブーストコンバータを含む装置１００の一実施態様を示す。装置１００は電力変換器（バック・ブーストコンバータ）１１０及び制御ユニット１２０を有している。
【００３７】
［００４２］電力変換器１１０は、入力ノード１０５及び出力ノード１１５を有している。入力ノード１０５は、電圧源１０に接続され、該電圧源１０から入力電圧Ｖinを入力する。出力ノード１１５は、負荷２０に接続され、該負荷２０に出力電圧Ｖoutを供給する。電力変換器１１０は、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、第３スイッチＳＷ３、第４スイッチＳＷ４、第５スイッチＳＷ５、第６スイッチＳＷ６、第７スイッチＳＷ７、第８スイッチＳＷ８、第１コンデンサＣ１、第２コンデンサＣ２及びインダクタＬ１も有している。電力変換器１１０は、第１及び第２電流感知ユニットＩ１及びＩ２、並びに電圧サンプリング抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４も有している。幾つかの実施態様において、第１〜第８スイッチＳＷ１〜ＳＷ８はトランジスタであり、特定の実施態様では金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）である。幾つかの実施態様において、第１コンデンサＣ１、第２コンデンサＣ２、インダクタＬ１並びに電圧サンプリング抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４等の素子の１以上は、同様の素子の複数の直列又は並列接続の組み合わせにより実現することができる（例えば、Ｃ１は並列の２、３又は４個のコンデンサにより実現することができ、Ｌ１は直列の２つのインダクタであり得る、等である）。
【００３８】
［００４３］制御ユニット１２０は、電圧サンプリング抵抗Ｒ１及びＲ２によりサンプリングされた入力電圧Ｖin；電圧源１０により入力ノード１０５に供給され、第１電流感知ユニットＩ１によりサンプリングされた入力電流；電圧サンプリング抵抗Ｒ３及びＲ４によりサンプリングされた出力電圧Ｖout；並びに当該電力変換器１１０により負荷２０に供給され、第２電流感知ユニットＩ２によりサンプリングされた出力電流；の各サンプル値を入力する。これらのサンプル値に応答して、制御ユニット１２０は８個のスイッチＳＷ１〜ＳＷ８の切り換え状態を制御するための８個のスイッチ制御信号ＶＡ、ＶＢ、ＶＣ、ＶＤ、ＶＥ、ＶＦ、ＶＧ及びＶＨを発生し、当該電圧変換器１１０に入力ノード１０５における入力電圧Ｖinを出力ノード１１５における出力電圧Ｖoutに変換させる。特に、制御ユニット１２０は、ＶＡを第１スイッチＳＷ１に；ＶＢを第２スイッチＳＷ２に；ＶＣを第３スイッチＳＷ３に；ＶＤを第４スイッチＳＷ４に；ＶＥを第５スイッチＳＷ５に；ＶＦを第６スイッチＳＷ６に；ＶＧを第７スイッチＳＷ７に；ＶＨを第８スイッチＳＷ８に供給する。制御ユニット１２０の特定の実施態様の更なる詳細は、図２を参照して後述する。
【００３９】
［００４４］電力変換器１１０は、バック・ブーストコンバータであり（バック及びブーストコンバータと称することもできる）、後に詳述するようにバック変換モード及びブースト変換モードで動作することができる。電力変換器１１０は、互いに独立に制御することが可能な、バック変換回路及びブースト変換回路を含んでいる。電力変換器１１０は、入力ノード１０５における入力電圧Ｖinを出力ノード１１５に出力電圧Ｖoutとして伝達する直接変換モードも含む。
【００４０】
［００４５］上記バック変換回路は第３及び第４スイッチＳＷ３及びＳＷ４を含む第１組のスイッチを有し、これらスイッチは当該電力変換器１１０がバック変換モードで動作するようにパルス幅変調（ＰＷＭ）信号に応答して切り換えられる。上記第３及び第４スイッチＳＷ３及びＳＷ４は、バック変換モードを実現するためにＣ１、Ｃ２、Ｌ１及びＳＷ７と一緒に動作する。該バック変換モードにおいて、第１、第７及び第８スイッチＳＷ１、ＳＷ７及びＳＷ８はオンされたままとなる一方、第２、第５及び第６スイッチＳＷ２、ＳＷ５及びＳＷ６はオフされたままとなる。幾つかの実施態様において、バック変換モードでは上記スイッチは以下の順序に従って制御される。即ち、（１）第１スイッチＳＷ１をオンする；（２）第５及び第６スイッチＳＷ５及びＳＷ６をオフする；（３）第２スイッチＳＷ２をオフする；（４）第７スイッチＳＷ７をオンする；（５）第８スイッチＳＷ８をオンする；（６）第３及び第４スイッチＳＷ３及びＳＷ４を、入力電圧Ｖinを出力電圧Ｖoutに変換するためにデューティサイクル及び／又は周波数を調整し又は変化させることが可能なＰＷＭ信号により駆動する。このように、全ての８個のスイッチＳＷ１〜ＳＷ８はバック変換モードを実施するために適切な設定を有さねばならないように見えるが、入力電圧Ｖinを出力電圧Ｖoutに変換するための電圧バック効果を実現するのは、制御ユニット１２０からのＰＷＭ制御信号に応答した第３及び第４スイッチＳＷ３及びＳＷ４の特別なスイッチング動作である。
【００４１】
［００４６］ブースト変換回路は第５及び第６スイッチＳＷ５及びＳＷ６を含む第２組のスイッチを有する。上記第５及び第６スイッチＳＷ５及びＳＷ６は、ブースト変換モードを実現するためにＣ１、Ｃ２、Ｌ１及びＳＷ２と一緒に動作する。該ブースト変換モードにおいて、第１及び第８スイッチＳＷ１及びＳＷ８はオンされたままとなる一方、第３及び第４スイッチＳＷ３及びＳＷ４はオフされたままとなる。幾つかの実施態様において、ブースト変換モードでは上記スイッチは以下の順序に従って制御される。即ち、（１）第１スイッチＳＷ１をオンする；（２）第３及び第４スイッチＳＷ３及びＳＷ４をオフする；（３）第７スイッチＳＷ７をオフする；（４）第２スイッチＳＷ２をオンする；（５）第８スイッチＳＷ８をオンする；（６）第５及び第６スイッチＳＷ５及びＳＷ６を、入力電圧Ｖinを出力電圧Ｖoutに変換するためにデューティサイクル及び／又は周波数を調整し又は変化させることが可能なＰＷＭ信号により駆動する。このように、全ての８個のスイッチＳＷ１〜ＳＷ８はブースト変換モードを実施するために適切な設定を有さねばならないように見えるが、入力電圧Ｖinを出力電圧Ｖoutに変換するための電圧ブースト効果を実現するのは、制御ユニット１２０からのＰＷＭ制御信号に応答した第５及び第６スイッチＳＷ５及びＳＷ６の特別なスイッチング動作である。
【００４２】
［００４７］直接変換回路は第２及び第７スイッチＳＷ２及びＳＷ７を含む第３組のスイッチを有し、これらスイッチは当該電力変換器１１０が直接変換モードで動作するためにオンされる。上記第２及び第７スイッチＳＷ２及びＳＷ７は、直接変換モードを実現するためにＣ１、Ｃ２及びＬ１と一緒に動作する。該直接変換モードにおいて、第１、第２、第７及び第８スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ７及びＳＷ８はオンされたままとなる一方、第３、第４、第５及び第６スイッチＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５及びＳＷ６はオフされたままとなる。
【００４３】
［００４８］第１スイッチＳＷ１は当該電力変換器１１０に対して入力逆転保護を提供する一方、第８スイッチＳＷ８は当該電力変換器１１０に対して出力逆転保護を提供すると共に、種々の条件の下で当該電力変換器１１０をオン又はオフに切り換えるために使用することもできる。
【００４４】
［００４９］動作時において、該電力変換器１１０の出力電圧Ｖoutは入力電圧Ｖinより小さく、等しく又は大きくなり得る。例えば、入力電圧Ｖinは、電圧が一定ではなく、代わりに環境条件に依存して著しく変化し得るような電圧源１０（例えば、太陽電池パネル）から供給され得る一方、出力電圧Ｖoutは負荷２０の性質により決定され得る（例えば、負荷２０は実質的に一定の電圧を有する電池を有し得る）。この場合、制御ユニット１２０は当該電力変換器１１０を、入力電圧Ｖinが出力電圧Ｖoutより大きいか、等しいか又は小さいかに依存して異なるモードで動作させる必要がある。
【００４５】
［００５０］理論的に、制御ユニット１２０は装置１００を、入力ノード１０５における入力電圧Ｖinが出力ノード１１５における出力電圧Ｖoutより小さい場合にブースト変換モードで動作させ；入力電圧Ｖinが出力電圧Ｖoutに等しい場合に直接変換モードで動作させ；入力電圧Ｖinが出力電圧Ｖoutより大きい場合にバック変換モードで動作させるように第１〜第８スイッチＳＷ１〜ＳＷ８を制御しなければならない。
【００４６】
［００５１］しかしながら、電力変換器１１０における斯かるスイッチの両端間の小さな電圧降下、及び恐らくはヒステリシスを設けたいという要望により、実際には、制御ユニット１２０は装置１００を出力電圧Ｖoutの周辺の小さな範囲の入力電圧Ｖinにわたって直接変換モードで動作させる。
【００４７】
［００５２］従って、実際には、制御ユニット１２０は電力変換器１１０を、入力電圧Ｖinがバック閾電圧より大きい場合はバック変換モードで；入力電圧Ｖinがブースト閾電圧より小さい場合はブースト変換モードで；入力電圧Ｖinが上記ブースト閾電圧とバック閾電圧との間にある場合は直接変換モードで；動作させるように制御する。幾つかの実施態様において、上記バック閾電圧は出力電圧Ｖoutと第１固定電圧との和に等しい。一般的に、該第１固定電圧は相対的に小さく、例えば１ボルト未満、特には０.５ボルトである。幾つかの実施態様において、上記第１閾電圧は零であり得る。上記ブースト閾電圧は出力電圧Ｖoutと第２固定電圧との差に等しい。幾つかの実施態様において、上記第２固定電圧は零であり得、その場合該ブースト閾電圧は出力電圧Ｖoutに等しい。
【００４８】
［００５３］図２は、バック・ブーストコンバータ用の制御ユニットの一実施態様２００を示す。該制御ユニット２００は、図１の制御ユニット１２０の一実施態様であり得る。該制御ユニット２００は、複数のアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）２１２、２１４、２１６及び２１８；比較器２２０；コントローラ２３０；クロック発生器２４０；汎用入力／出力（ＧＰＩＯ）インターフェース２５０；並びにパルス幅変調（ＰＷＭ）発生器２６０を含む。
【００４９】
［００５４］汎用プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等のプロセッサを有し得るコントローラ２３０は、クロック／タイマ回路２３２を含む。コントローラ２３０がプログラマブルプロセッサを有する実施態様において、該コントローラは、更に、上記プロセッサに後に詳述するような電力変換器１１０等の電力変換器の動作を制御するためのアルゴリズムを実行させるコード又は命令を含んだメモリ装置を有することができる。
【００５０】
［００５５］ＧＰＩＯインターフェース２５０は、第１、第２、第７及び第８制御信号ＶＡ、ＶＢ、ＶＧ及びＶＨを出力する。ＰＷＭ発生器２６０は第３、第４、第５及び第６制御信号ＶＣ、ＶＤ、ＶＥ及びＶＦを出力し、これら信号は、後に詳細に説明するように、バック変換モード又はブースト変換モードを実施するための可変デューティサイクル及び／又は周波数を持つＰＷＭ信号である。ＰＷＭ発生器２６０は、例えば第３、第４、第５及び第６のＰＷＭ制御信号ＶＣ、ＶＤ、ＶＥ及びＶＦの各々に対して１つのＰＷＭ回路のように、独立に動作し得る幾つかのＰＷＭ回路を含むことができる。
【００５１】
［００５６］制御ユニット２００の動作を、該制御ユニット２００が装置１００の制御ユニット１２０として使用されるような特定の実施態様において説明する。
【００５２】
［００５７］動作時において、ＡＤＣ２１２、２１４、２１６及び２１８は、入力電圧（例えば図１の電圧サンプリング抵抗Ｒ１及びＲ２によりサンプリングされた入力電圧Ｖin）；入力電流（例えば図１の電圧源１０により入力ノード１０５に供給され、第１電流感知ユニットＩ１によりサンプリングされた入力電流）；出力電圧（例えば図１の電圧サンプリング抵抗Ｒ３及びＲ４によりサンプリングされた出力電圧Ｖout）；及び出力電流（例えば電力変換器１１０により負荷２０に供給され、第２電流感知ユニットＩ２によりサンプリングされた出力電流）のサンプル値を入力する。入力された斯かるサンプリング電圧及びサンプリング電流に応答して、ＡＤＣ２１２、２１４、２１６及び２１８は、これらのアナログ入力サンプル値を表すデジタル値を生成する。比較器２２０は、上記のサンプリングされた入力電圧を表すデジタル値と上記のサンプリングされた出力電圧を表すデジタル値とを比較して比較信号をコントローラ２３０に供給し、該比較信号はコントローラ２３０が電力変換器１１０をバック変換モード、ブースト変換モード又は直接変換モードで動作するように制御すべきかを決定することを可能にする。
【００５３】
［００５８］上述したように、サンプリングされた入力電圧とサンプリングされた出力電圧との比較に応じて、コントローラ２３０は電力変換器１１０をバック変換モード、ブースト変換モード又は直接変換モードで動作するように制御すべきかを決定する。特に、入力電圧Ｖinがバック閾電圧（例えば、出力電圧Ｖout＋小さな第１固定電圧）より大きい場合、コントローラ２３０は電力変換器１１０がバック変換モードで動作すべきであると判定する。入力電圧Ｖinがブースト閾電圧（例えば、出力電圧Ｖout）より小さい場合、コントローラ２３０は電力変換器１１０がブースト変換モードで動作すべきであると判定する。入力電圧Ｖinがブースト閾電圧とバック閾電圧との間である場合、コントローラ２３０は電力変換器１１０が直接変換モードで動作すべきであると判定する。
【００５４】
［００５９］コントローラ２３０は、電力変換器１１０の上記選択された動作モードに従って、ＧＰＩＯインターフェース２５０に第１、第２、第７及び第８制御信号ＶＡ、ＶＢ、ＶＧ及びＶＨを出力させると共に、ＰＷＭ発生器２６０に第３、第４、第５及び第６制御信号ＶＣ、ＶＤ、ＶＥ及びＶＦを出力させる。
【００５５】
［００６０］前述したように、ユニット２００は図１の制御ユニット１２０の一実施態様であり得る。しかしながら、図１の制御ユニット１２０の他の実施態様も可能であると理解されるべきである。幾つかの実施態様において、比較器２２０は省略することができ、コントローラ２３０自体がサンプリングされた入力電圧及びサンプリングされた出力電圧のデジタル値を比較することができる。他の実施態様において、ＡＤＣ２１２及び２１４並びに比較器２２０は、上記のサンプリングされた入力及び出力電圧を比較するアナログ比較器、及び該比較結果をデジタル値に変換する後続の単一のＡＤＣにより置換することができる。他の構成も可能である。
【００５６】
［００６１］図３は、第１動作モード、特にはバック変換モードのための制御信号のタイミングを示すタイミング図である。図３に示されるように、コントローラ２３０が電力変換器１１０はバック変換モードで動作すべきであると判定した場合、該コントローラ２３０は、ＧＰＩＯインターフェース２５０に第１、第７及び第８出力信号ＶＡ、ＶＧ及びＶＨをハイレベルで出力させて第１、第７及び第８スイッチＳＷ１、ＳＷ７及びＳＷ８をオンにする一方、第２出力信号ＶＢをローレベルで出力させて第２スイッチＳＷ２をオフに維持する。また、コントローラ２３０はＰＷＭ発生器２６０にＰＷＭ信号ＶＣ及びＶＤを発生させて、入力ノード１０５における入力電圧Ｖinを出力ノード１１５における出力電圧Ｖoutに変換するためのバック変換モードに適した周波数及びデューティサイクルで第３及び第４スイッチＳＷ３及びＳＷ４のスイッチング動作を制御する。この際に、ＰＷＭ発生器２６０は第５及び第６制御信号ＶＥ及びＶＦをローレベルで出力して、第５及び第６スイッチＳＷ５及びＳＷ６をオフ状態に維持する。クロック発生器２４０は、制御ユニット２００における動作のタイミングを制御するためのクロック信号を供給し、特に上記ＰＷＭ信号ＶＣ及びＶＤの周波数及びデューティサイクルを発生するために使用することができる。コントローラ２３０は、出力ノード１１５に供給される出力を調整するために上記ＰＷＭ信号ＶＣ及びＶＤの周波数及びデューティサイクルの少なくとも１つを変化させ又は調整することができる。
【００５７】
［００６２］図４は、第２動作モード、特にはブースト変換モードのための制御信号のタイミングを示すタイミング図である。図４に示されるように、コントローラ２３０が電力変換器１１０はブースト変換モードで動作すべきであると判定した場合、該コントローラ２３０は、ＧＰＩＯインターフェース２５０に第１、第２及び第８出力信号ＶＡ、ＶＢ及びＶＨをハイレベルで出力させて第１、第２及び第８スイッチＳＷ１、ＳＷ２及びＳＷ８をオンにする一方、第７出力信号ＶＧをローレベルで出力させて第７スイッチＳＷ７をオフに維持する。また、コントローラ２３０はＰＷＭ発生器２６０にＰＷＭ信号ＶＥ及びＶＦを発生させて、入力ノード１０５における入力電圧Ｖinを出力ノード１１５における出力電圧Ｖoutに変換するためのブースト変換モードに適した周波数及びデューティサイクルで第５及び第６スイッチＳＷ５及びＳＷ６のスイッチング動作を制御する。この際に、ＰＷＭ発生器２６０は第３及び第４制御信号ＶＣ及びＶＤをローレベルで出力して、第３及び第４スイッチＳＷ３及びＳＷ４をオフ状態に維持する。クロック発生器２４０は、制御ユニット２００における動作のタイミングを制御するためのクロック信号を供給し、特に上記ＰＷＭ信号ＶＥ及びＶＦの周波数及びデューティサイクルを発生するために使用することができる。コントローラ２３０は、出力ノード１１５に供給される出力を調整するために上記ＰＷＭ信号ＶＥ及びＶＦの周波数及びデューティサイクルの少なくとも１つを変化させ又は調整することができる。
【００５８】
［００６３］図５は、第３動作モード、特には直接変換モードのための制御信号のタイミングを示すタイミング図である。図５に示されるように、コントローラ２３０が電力変換器１１０は直接変換モードで動作すべきであると判定した場合、該コントローラ２３０は、ＧＰＩＯインターフェース２５０に第１、第２、第７及び第８出力信号ＶＡ、ＶＢ、ＶＧ及びＶＨをハイレベルで出力させて第１、第２、第７及び第８スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ７及びＳＷ８をオンにする。この際に、コントローラ２３０はＰＷＭ発生器２６０に第３、第４、第５及び第６制御信号ＶＣ、ＶＤ、ＶＥ及びＶＦをローレベルで出力させて、第３、第４、第５及び第６スイッチＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５及びＳＷ６をオフ状態に維持する。
【００５９】
［００６４］図６は、バック・ブーストコンバータの一実施態様に関する種々の動作モードの間の移行を説明した状態図を示す。図６に示されるように、ＴＨ１はバック変換モードと直接変換モードとの間の入力電圧Ｖinの遷移点であるバック閾値であり、ＴＨ２は直接変換モードとブースト変換モードとの間の入力電圧Ｖinの遷移点であるブースト閾値である。入力ノード１０５における入力電圧Ｖinが増加すると、電力変換器１１０は動作モードを、ブースト変換モード→直接変換モード→バック変化モードの順序に従って変化させる。入力電圧Ｖinが減少している場合、電力変換器１１０は動作モードを、バック変換モード→直接変換モード→ブースト変化モードの順序に従って変化させる。
【００６０】
［００６５］上述した装置１００は、例えば、太陽電池電力コントローラ及びインバータ；異なる電池（例えば、リチウムイオン電池、鉛酸電池、Ni-MH電池及びリン酸鉄リチウム電池等）に対して高い効率の充電機能を備える電池充電器； 照明ドライバ、例えばＬＥＤ型照明ユニット又は他の光源を使用する他の照明ユニットのための定電流ＬＥＤドライバ；消費者向け電子装置、健康管理装置等に含まれ得る汎用ＤＣ／ＤＣコンバータ等を含む種々の装置又はアプリケーションに使用することができる。
【００６１】
［００６６］以上、本発明の幾つかの実施態様を本明細書において説明及び図示したが、当業者であれば、ここに説明した機能を実行し、及び／又はここで述べた結果及び／又は利点の1以上を得るための種々の他の手段及び／又は構成に容易に想到するであろう。このような変更及び／又は修正の各々は、ここに述べた本発明の実施態様の範囲内であると見なされる。もっと一般的に言うと、当業者であれば、ここに述べた全てのパラメータ、寸法、材料及び構成は例示的なものであることを意味し、実際のパラメータ、寸法、材料及び／又は構成は、本発明の教示が用いられる特定の用途に依存するであろうことを容易に理解するであろう。当業者であれば、ここで述べた本発明の特定の実施態様に対する多くの均等物を認識し、又は通例の実験を用いるだけで確認することができるであろう。従って、上述した実施態様は例示としてのみ提示されたものであり、添付請求項及びその均等物の範囲内で、本発明の実施態様は、特定的に説明及び請求項に記載したもの以外で実施することができると理解されるべきである。本開示の発明的実施態様は、ここで述べた各フィーチャ、システム、物品、材料、キット及び／又は方法に向けられたものである。更に、２以上の斯様なフィーチャ、システム、物品、材料、キット及び／又は方法の如何なる組み合わせも、このようなフィーチャ、システム、物品、材料、キット及び／又は方法が相互に矛楯しないならば、本開示の発明の範囲内に含まれるものである。
【００６２】
［００６７］ここで定められ及び使用された全ての定義は、辞書の定義、参照により組み込まれた文献における定義及び／又は定義された用語の通常の意味を規制すると理解されるべきである。
【００６３】
［００６８］本明細書及び請求項で使用される単数形は、そうでないと明示しない限り、“少なくとも１つの”を意味すると理解されるべきである。
【００６４】
［００６９］明細書及び請求項に使用される“及び／又は”なる語句は、そのように結合されたエレメントの“何れか一方又は両方”を、即ち或る場合には接続的に存在し、他の場合には分離的に存在するエレメントを意味すると理解されるべきである。“及び／又は”で記載された複数のエレメントは、同様の方法で、即ち、そのように連結されたエレメントの“１以上”と見なされるべきである。“及び／又は”なる語句により特別に識別されたエレメント以外の他のエレメントも、該特別に識別されたエレメントに関係するか又は関係しないかに拘わらず、オプションとして存在し得る。
【００６５】
［００７０］本明細書及び請求項で使用される場合、１以上のエレメントのリストを参照する“少なくとも１つの”なる語句は、該エレメントのリストにおけるエレメントの何れか１以上から選択された少なくとも１つのエレメントを意味するものであり、該エレメントのリスト内の各及び全エレメントの少なくとも１つを必ずしも含むものではなく、該エレメントのリスト内のエレメントの如何なる組み合わせをも除くものではないと理解されるべきである。この定義は、上記“少なくとも１つの”なる語句が参照する上記エレメントのリスト内で識別されるエレメント以外のエレメントが、上記の識別されたエレメントに関係するか又は関係しないかに拘わらず、オプションとして存在することも可能にする。
【００６６】
［００７１］明確にそうでないと示さない限り、請求項に記載された２以上のステップ又は動作を含む如何なる方法においても、該方法のステップ又は動作の順序は、これらステップ又は動作が記載された順序に必ずしも限定されるものではないと理解されるべきである。また、請求項の括弧内に記載された符号（もし、あるなら）は、便宜のためにのみ設けられたものであり、如何なる形でも当該請求項を限定するものとみなしてはならない。
【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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