(57)【要約】ポータブル機器に電力を供給する電力アダプタは、本線入力電力を受ける入力回路（２１）と、電力スイッチ装置（２５）と、電力インダクタンス（２４）と、ポータブル機器のための供給電力を供給するよう電力インダクタンスへ結合される出力回路（２２）と、ポータブル機器の供給電力要件に従って電力スイッチ装置を制御するコントローラ（２６）とを備える。アダプタは、電力インダクタンスへ磁気結合される測定インダクタンス（２７）を備え、コントローラは、電力インダクタンスの磁性状態を示す測定信号を検出する測定入力部（２８）を有する。コントローラは、電力スイッチ装置を制御することに応答して磁性状態に基づき供給電力要件を検出する。有利に、種々のポータブル機器が適切な電力により給電され得る。
2015507461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源装置へ接続されているポータブル機器のための供給電力に本線入力電力を適応させる電源装置であって、
前記本線入力電力を受け、入力供給電力を供給する入力回路と、
前記入力供給電力へ結合される電力スイッチ装置と、
前記電力スイッチ装置へ結合される電力インダクタンスと、
前記ポータブル機器のための前記供給電力を供給するよう前記電力インダクタンスへ結合される出力回路と、
前記ポータブル機器の供給電力要件に従って前記電力スイッチ装置を制御するコントローラと、
前記電力インダクタンスへ磁気結合される測定インダクタンスと
を有し、
前記コントローラは、前記電力インダクタンスの磁性状態を示す測定信号を検出するための、前記測定インダクタンスへ結合される測定入力部を有し、前記コントローラは、前記電力スイッチ装置を制御することに応答して前記磁性状態に基づき前記供給電力要件を検出するよう配置される、
電源装置。
【請求項２】
前記コントローラは、単一集積回路であり、
制御信号を前記電力スイッチ装置へ供給する出力部と、
前記供給電力要件を検出し、前記ポータブル機器の前記検出された供給電力要件に従って前記電力スイッチ装置を制御するファームウェアを含むプロセッサと
を有する、
請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記磁性状態は、減磁状態であり、前記コントローラは、該減磁状態に基づき減磁時間を決定するよう配置される、
請求項１に記載の電源装置。
【請求項４】
前記コントローラは、前記減磁時間及び前記電力スイッチ装置がオンされるパワーオン時間に基づき出力電流を決定するよう配置される、
請求項２又は３に記載の電源装置。
【請求項５】
前記コントローラは、更に、前記電力スイッチ装置がオフされる付加的なパワーオフ時間に基づき前記出力電流を決定するよう配置され、前記付加的なパワーオフ時間は、前記減磁時間の終了から前記パワーオン時間の開始まで設けられる、
請求項４に記載の電源装置。
【請求項６】
前記コントローラは、前記電力インダクタンスを通る電流を検出する入力部を有し、前記パワーオン時間の間に前記電力インダクタンスを通る前記電流に依存して前記パワーオン時間を決定するよう配置される、
請求項４に記載の電源装置。
【請求項７】
前記コントローラは、更に、前記パワーオン時間を該パワーオン時間と前記減磁時間との比に依存させることによって前記出力電流を決定するよう配置される、
請求項４乃至６のうちいずれか一項に記載の電源装置。
【請求項８】
前記測定入力部は、前記コントローラが前記出力回路からの反射出力電圧を評価することを可能にするために前記測定信号の測定電圧を測定するよう配置される、
請求項１に記載の電源装置。
【請求項９】
前記コントローラは、前記電力スイッチ装置のパワーオン時間及び前記測定電圧に基づき出力電圧を決定するよう配置される、
請求項８に記載の電源装置。
【請求項１０】
前記コントローラは、前記測定電圧に基づき前記供給電力要件を検出するよう配置される、
請求項８又は９に記載の電源装置。
【請求項１１】
前記コントローラは、前記出力回路からの出力電流を入力電流と該出力電流との間の所定比に基づき評価するために、パワーオン時間の間に前記電力インダクタンスを通る電流を検出するよう配置される、
請求項１に記載の電源装置。
【請求項１２】
前記コントローラは、
電力スイッチ周波数に依存する前記コントローラの供給電圧が所定レベルに保たれるように前記電力スイッチ周波数を低下レベルに設定することと、
前記電力スイッチ装置がオフされる所定のパワーオフ時間が後に続く、前記電力スイッチ装置がオンされる所定のパワーオン時間と
のうちの少なくとも１つによってスタンバイモードを保証するよう配置される、
請求項１に記載の電源装置。
【請求項１３】
前記コントローラは、
前記検出された供給電力要件に依存するタイマ制御と、
前記出力回路からの反射出力電圧を示す前記測定信号に基づく出力電圧制御と、
減磁時間を示す前記測定信号に基づく出力電流制御と
のうちの少なくとも１つに基づき、トリクル充電が前記ポータブル機器へ供給する充電モードの終了を適用するよう配置される、
請求項１に記載の電源装置。
【請求項１４】
前記コントローラは、前記出力回路の供給電力出力部で、前記ポータブル機器の電子回路が作動可能であるために必要とされる作動電圧を下回るタイプ測定電圧を生成し、且つ、前記ポータブル機器の前記供給電力要件を決定するために、前記ポータブル機器によって引き込まれるタイプ測定電流を検出するよう配置される、
請求項１に記載の電源装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のうちいずれか一項に記載の電源装置とともに使用するためのポータブル機器であって、
前記電源装置へ接続される電源入力部を有し、
前記電源入力部は、該電源入力部で、当該ポータブル機器の電子回路が作動可能であるために必要とされる作動電圧を下回るタイプ測定電圧を供給する場合に、タイプ測定電流が、当該ポータブル機器の前記供給電力要件を示して前記電源装置から引き込まれるように、抵抗素子を設けられる、
ポータブル機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置へ接続されているポータブル機器のための供給電力に本線入力電力を適応させる電源装置であって、本線入力電力を受け、入力供給電力を供給する入力回路と、入力供給電力へ結合される電力スイッチ装置と、電力スイッチ装置へ結合される電力インダクタンスと、ポータブル機器のための供給電力を供給するよう電力インダクタンスへ結合される出力回路と、ポータブル機器の供給電力要件に従って電力スイッチ装置を制御するコントローラとを有する電源装置に関する。
【０００２】
本発明は、充電式ポータブル機器、例えば、携帯電話機又はシェーバーのような屋内電気器具のための供給電力又はバッテリ充電電力に本線電力を適応させるための電力アダプタ、例えば、ウォールアダプタの分野に関する。
【背景技術】
【０００３】
消費者機器への供給電力及び／又は充電式ポータブル機器のためのバッテリ充電電力を供給するよう本線電力を適応させるウォールアダプタは、よく知られている。そのようなウォールアダプタは、例えば、携帯電話機又はシェーバーのような可搬型の充電式機器を充電するために、長きにわたり使用されてきた。そのようなポータブル機器は、利用可能な本線電力、通常、交流１１０ボルト又は２３０ボルトへ入力側で接続されるべきウォールアダプタを伴う顧客へ納品される。アダプタの出力側は、夫々のポータブル機器に適した、すなわち、そのポータブル機器の供給電力要件に従う供給電圧及び／又は電流を供給する。一般的に、そのようなアダプタは、本線入力電力を受けて、入力供給電力を電力コンバータ回路へ供給する入力回路を備える。そのような回路は、入力供給電力へ結合される電力スイッチ装置と、電力スイッチ装置へ結合される電力インダクタンスとを備える。更に、出力回路が、ポータブル機器のための供給電力を供給するよう電力インダクタンスへ結合される。コントローラは、電力スイッチ装置を制御する、すなわち、電力スイッチ装置をスイッチ周波数で規則的にオン及びオフして電力インダクタンスにおいて入力電流パルスを生成するために、含まれる。出力回路は、例えば、電力インダクタンスへ磁気結合される二次インダクタンスを介して、電力インダクタンスから出力電流を引き込む。様々な構成要素及びスイッチングの制御は、ポータブル機器の供給電力要件に従って設計される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的なユーザに関し、多数のポータブル機器は、やはり多数のウォールアダプタを必要とすることが知られている。ある程度、幾つかの出力電力要件は、ＵＳＢのような標準化された供給電力要件に従うことができるが、実際には、多くの異なるアダプタが使用されている。更に、アダプタは、必要とされる出力電力へユーザによって調整されるよう設定スイッチを設けられてよく、あるいは、電力アダプタは、異なるポータブル機器へ接続するよう複数の出力部を有してよい。しかし、そのような既知のアダプタは、複雑で、比較的高価であり、誤った方法で接続又は設定される場合にユーザエラーを起こしやすく、ポータブル機器への損傷をもたらすことさえある。
【０００５】
本発明の目的は、種々のポータブル機器のための供給電力を供給可能な単一のアダプタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的のために、本発明の第１の態様に従って、技術分野の項で記載されるような電源装置は、電力インダクタンスへ磁気結合される測定インダクタンスを有し、コントローラは、電力インダクタンスの磁性状態を示す測定信号を検出するための、測定インダクタンスへ結合される測定入力部を有し、コントローラは、電力スイッチ装置を制御することに応答して磁性状態に基づき供給電力要件を検出するよう配置される。
【０００７】
測定は、電力インダクタンスの磁性状態が測定インダクタンスを介してコントローラによってモニタされるという効果を奏する。測定信号は、測定インダクタンスを介して生成され、コントローラによってコントローラ入力部を介して検出される。電力インダクタンスの磁性状態、特に、入力供給電力から電力スイッチ装置を介して電力インダクタンスを通る入力電流によって生成される磁束による磁性状態と、その結果生じた、例えば、変圧器を構成するよう一次の電力インダクタンスへ磁気結合される二次インダクタンスを通る、出力回路への出力電流による磁性状態とは、コントローラによって検出される。検出された磁性状態に基づき、コントローラは、その時点で接続されているポータブル機器によって引き起こされる電力ドレイン、例えば、供給電流及び／又は供給電圧を評価する。有利に、電源装置は、種々のポータブル機器に適した電源装置を構成し、該電源装置は、夫々の接続されているポータブル機器にそれの検出された供給電力要件に従って給電するよう電力スイッチ装置の制御を自動調整する。例えば、電源装置は、２，３の異なるタイプのポータブル機器に好適であってよい。例えば、３つの異なるタイプは、３つの異なる供給電力要件を持っている。実際の装置タイプは、電力インダクタンスの磁性状態を介して検出される、出力回路を作動させることへの被接続機器の夫々の応答に基づき、検出される。
【０００８】
任意に、コントローラは、単一集積回路であり、制御信号を電力スイッチ装置へ供給する出力部と、供給電力要件を検出し、ポータブル機器の検出された供給電力要件に従って電力スイッチ装置を制御するファームウェアを含むプロセッサとを有する。単一集積回路は、種々の設定の電力要件に適合するための電源装置の機能の容易なプログラミングを可能にする。有利に、同じハードウェアは、具体的なポータブル機器の組のために、その具体的な組に含まれる異なるポータブルアプライアンス機器のための必要とされる供給電力を供給するウォールアダプタを構成するようプログラミングされてよい。
【０００９】
任意に、磁性状態は、減磁状態である。減磁状態は、入力供給電力から電力インダクタンスを通る入力電流による磁化が電力スイッチ装置を介してオンされる期間の後、且つ、入力が供給されないが出力電流が出力回路のために生成される更なる期間の後、達成される。減磁状態が達成される場合に、電流はもはや流れていない。
【００１０】
任意に、コントローラは、減磁状態に基づき減磁時間を決定するよう配置される。減磁時間は、出力側で流れる電流の程度を示すものである。
【００１１】
任意に、コントローラは、減磁時間及び電力スイッチ装置がオンされるパワーオン時間に基づき出力電流を決定するよう配置される。出力電流は、パワーオン時間の間電力スイッチをオンし、その後に減磁時間の間電力スイッチをオフすることによって、平均して生成される。
【００１２】
任意に、コントローラは、更に、前記電力スイッチ装置がオフされる付加的なパワーオフ時間に基づき前記出力電流を決定するよう配置され、その付加的なパワーオフ時間は、減磁時間の終了からパワーオン時間の開始まで設けられる。出力電流は、パワーオン時間の間電力スイッチをオンし、その後に減磁時間の間電力スイッチをオフし、次のサイクルのために電力スイッチ装置をアクティブにする前に付加的なパワーオフ時間の間オフ状態を保つことによって、平均して生成される。
【００１３】
任意に、コントローラは、電力インダクタンスを通る電流を検出する入力部を備え、パワーオン時間の間に電力インダクタンスを通る電流に依存してパワーオン時間を決定するよう配置される。電力インダクタンスを通る電流は、コントローラの更なる測定入力部を介して測定される。例えば、デジタル測定入力部は、所定の電流が達成されることを検出することができ、あるいは、電圧測定入力部は、測定回路を介して所定範囲における電流を検出することができる。
【００１４】
任意に、コントローラは、更に、パワーオン時間をパワーオン時間と減磁時間との比に依存させることによって出力電流を決定するよう配置される。有利に、コントローラによる調整は、一次のパワーオン時間と、二次のパワーオフ時間、例えば、減磁時間との比に依存してパワーオン時間又はピーク電流を調整することによって、より正確になる。
【００１５】
任意に、測定入力部は、コントローラが出力回路からの反射出力電圧を評価することを可能にするために測定信号の測定電圧を測定するよう配置される。測定電圧は、出力電圧が出力回路から測定インダクタンスへ反射されるので、出力電圧に対する既知の関係を持っている。有利に、出力電圧は、反射電圧を測定する場合に導き出され得る。任意に、コントローラは、電力スイッチ装置のパワーオン時間及び測定電圧に基づき出力電圧を決定するよう配置される。出力電圧は、測定電圧に基づきパワーオン時間を制御することによって設定される。
【００１６】
任意に、コントローラは、測定電圧に基づき電源要件を検出するよう配置される。
【００１７】
任意に、コントローラは、出力回路からの出力電流を入力電流と出力電流との間の所定比に基づき評価するために、パワーオン時間の間に電力インダクタンスを通る電流を検出するよう配置される。所定比は、変圧器を構成する一次インダクタンス及び二次インダクタンスの比から、及び／又は電力インダクタンスと出力電流との間に配置される更なる回路部品から、決定されてよい。
【００１８】
任意に、コントローラは、電力スイッチ周波数に依存する前記コントローラの供給電圧が所定レベルに保たれるように電力スイッチ周波数を低下レベルに設定することと、電力スイッチ装置がオフされる所定のパワーオフ時間が後に続く、前記電力スイッチ装置がオンされる所定のパワーオン時間とのうちの少なくとも１つによって、スタンバイモードを保証するよう配置される。スタンバイモードは、例えば、ポータブル機器が接続されてないために、供給電力が実質的にゼロであると検出される場合にトリガされてよい。
【００１９】
任意に、コントローラは、
検出された供給電力要件に依存するタイマ制御と、
出力回路からの反射出力電圧を示す測定信号に基づく出力電圧制御と、
減磁時間を示す測定信号に基づく出力電流制御と
のうちの少なくとも１つに基づき、トリクル充電がポータブル機器へ供給する充電モードの終了を適用するよう配置される。
【００２０】
有利に、トリクル充電は、接続されているポータブル機器のバッテリがもはや充電を必要としないことを示す適切な制御メカニズムに基づき、駆動される。
【００２１】
本発明に従う装置及び方法の更なる好適実施形態は、添付の特許請求の範囲において与えられる。特許請求の範囲の開示は、参照により明細書中で援用される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】シェーバーへ接続されるウォールアダプタを示す。
【図２】電源装置のための電力変換回路を示す。
【図３】定電流制御のための変圧器の一次及び二次電流を示す。
【図４】スタートアップスイッチを備える電源装置のための電力変換回路を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の上記及び他の態様は、更に、一例として下記の記載において記載される実施形態及び添付の図面から明らかであり、それらを参照して説明される。
【００２４】
図面は、単に概略であり、実寸通りではない。図面において、すでに記載された要素に対応する要素は、同じ参照符号を付されている。
【００２５】
図１は、シェーバーへ接続されるウォールアダプタを示す。図は、本線電力を供給するソケット、例えば、コンセントへ接続するための本線コネクタ１２を備える電源装置１０を示す。電源装置１０は、ポータブル機器１５、例えば、シェーバーのための供給電力を供給するよう電源コネクタ１１を介して接続される出力回路を備える。電源装置１０は、電源装置１０へ接続されているポータブル機器１５のための供給電力に本線入力電力を適応させるものである。電源装置１０は、例えば、図２を参照して以下で記載されるような、電力変換のための回路を有する。
【００２６】
ウォールアダプタは、多くの異なるバージョンで提供される。例えば、よく知られているブランドのシェーバー及びグルーマーに関し、現在、異なる出力特性を有する３タイプのウォールアダプタが使用される：
タイプ１：  ７０ミリアンペアの定電流出力
タイプ２：  ８ボルトの定電圧出力
タイプ３：  １５ボルトの定電圧出力
出力特性は、対応するポータブル機器の電力要件に合う。例えば、定電流バージョンのタイプ１は、バッテリを直接充電することを要するポータブル機器に使用される。故に、更なる充電用エレクトロニクスは機器内に必要とされない。
【００２７】
夫々の異なる機器は異なる電源出力特性を必要とするので、これまでは、３タイプのウォールアダプタが使用されてきた。目下のシステムは、接続されている負荷の電力要件に従ってその出力特性を自動設定する単一の万能ウォールアダプタを提案する。提案は、接続されているポータブル機器の供給電力要件を検出することができ、出力電力、例えば、充電式バッテリのための充電制御を適切に設定する低価格のインテリジェント・アダプタ回路を提起する。従って、シェーバー／グルーマーのような、多数の低電圧ポータブル機器は、この万能アダプタによって給電され得る。
【００２８】
アダプタは、本線入力電力を受けて、入力供給電力を供給する入力回路と、入力供給電力を、通常、より低い電圧にある、出力供給電力へ変換するフライバックコンバータとを含む。コンバータは、入力供給電力へ結合される電力スイッチ装置と、電力スイッチ装置へ結合される電力インダクタンスと、ポータブル機器のための供給電力を供給するよう電力インダクタンスへ結合される出力回路とを含む。特に、電源装置は、ポータブル機器の供給電力要件に従って電力スイッチ装置を制御するコントローラを含む。コントローラは、制御信号を電力スイッチ装置へ供給する出力部と、供給電力要件を検出し、ポータブル機器の検出された供給電力要件に従って電力スイッチ装置を制御するファームウェアを含むプロセッサとを有する単一集積回路であってよい。そのようなコントローラは、低価格／少ピン数のマイクロコントローラであってよく、後述されるように、フライバックコンバータを制御し且つ検出された電力要件に従ってコンバータの出力特性を設定する。
【００２９】
測定インダクタンスが、電力インダクタンスへ磁気結合される。例えば、電力インダクタンス及び出力回路へ結合される二次インダクタンスによって形成される変圧器における補助巻線である。コントローラは、電力インダクタンスの磁性状態を示す測定信号を検出するための、測定インダクタンスへ結合される測定入力部を有する。測定インダクタンスの機能はまた、コントローラの測定入力部へ適切に結合される場合に、電力インダクタンスの一部によって、又は電力インダクタンス自体によって構成されてよいことが知られる。変圧器における補助巻線は、変圧器の減磁時間及び／又は出力電圧を測定するために使用される。それらのパラメータを用いて、コントローラは、次のことができる：
・接続されている機器のタイプを区別すること；
・対応する出力特性を制御すること；
・アダプタが本線に接続される場合にアプライアンス機器の接続又は断接を検出すること；
・閾時間値と比較される減磁時間に基づきタイマを起動すること；
・バッテリの直接充電のために定電流出力特性を設定すること；
・バッテリの過充電を防ぐよう充電電流を所定レベルへ下げること；
・極めて低い電力消費のために無負荷／スタンバイモードにおいて充電電流をオフすること；
・所定のフレキシブル・シグナリングパターンによりシグナリングＬＥＤを制御すること。
【００３０】
機器の接続を検出し、接続されている機器のタイプを区別する機能は、検出モードにおいて出力電力を設定することに基づく。検出モードにおいて、接続されている機器の電力ドレインは、所定の検出パターンに従って出力を設定することに応答して測定インダクタンスでの測定信号の電圧を測定することに基づき、評価される。検出パターンにおいて、出力電圧及び／又は電流は、夫々の測定レベルのシーケンスに設定される。夫々の測定レベルで、出力回路は、以下で詳細に記載されるように、電力スイッチ装置をオフし、夫々の所定の期間に、又は電力インダクタンスを通る所定の入力電流が検出されるまでオンすることによって、駆動される。夫々の測定レベルでの結果として得られる出力電流及び／又は電圧は、電力インダクタンスを夫々の測定レベルで駆動する場合に、検出される。電流が出力部から引き込まれるよう現れない場合は、コントローラは、ポータブル機器が接続されていないことを検出する。
【００３１】
出力電流が検出される場合に、アプライアンス機器は、アダプタへ接続されていると検出され、その後に、接続されている機器の電力要件は、上記の検出パターンへの接続されている機器の応答に基づき評価される。特に、測定レベルは、最初に、接続されている機器に損傷を与えることを防ぐために低電圧が得られるよう設定される。夫々の測定レベルでの検出された結果として得られる出力電圧及び／又は電流のシーケンスは、様々な異なるポータブル機器の期待されるシーケンスと比較され、特定の電力要件を持っている特定の機器タイプは、一致がコントローラによって見つけられる場合に検出される。上記の検出パターンは、電源装置によってサポートされる複数の異なるポータブル機器タイプ、例えば、３つの異なるタイプを区別するよう設計される。従って、区別される必要がある異なる機器のタイプが少ない場合には、１又は２つの測定レベルのみで十分であり、一方、１０個の異なるポータブル機器を区別するためには、測定レベルの拡大されたシーケンスが必要である。検出パターンは、例えば、異なるタイプの充電式バッテリ又は接続されるバッテリの夫々の充電レベルを詳細に区別するよう、検出された応答に依存して異なる測定レベルサブシーケンスへの分岐を含んでよい。
【００３２】
図２は、電源装置のための電力変換回路を示す。回路は、提案されるように複数の異なる電力要件を自動検出するのに適したコンバータ回路の実施例である。入力回路２１は、端子Ｌ及びＮで本線入力電力を受けるよう設けられ、整流ダイオードＤ１並びに抵抗Ｒ１及びコイルＬ１と、キャパシタＣ２とを介して入力供給電力を供給する。電力スイッチ装置２５、すなわち、トランジスタＱ２は、電力インダクタンス２４、すなわち、一次コイル２４を介して入力供給電力へ結合されている。出力回路２２は、図解的に充電式バッテリ２３によって示されているポータブル機器のための供給電力を供給するよう、二次コイルを介して電力インダクタンス２４へ結合される。コントローラ２６は、ポータブル機器の供給電力要件に従って出力電力を生成するよう電力スイッチ装置２５を制御する出力部３０を備える。
【００３３】
コンバータ回路は、ここで記載されるように、電力スイッチ装置２５を制御することに応答して磁性状態に基づき供給電力要件を検出するよう配置される。そのために、電力変換回路装置は、電力インダクタンス２４へ磁気結合される測定インダクタンス２７を更に含む。コントローラ２６は、電力インダクタンス２４の磁性状態を示す測定信号を検出するための、測定インダクタンス２７へ結合されている測定入力部２８を有する。コントローラ２６は、電力スイッチ装置２５を制御することに応答して磁性状態に基づき供給電力要件を検出するよう、例えば、ファームウェアを介して、配置される。
【００３４】
電力変換回路装置は、動作電力をコンバータへ供給する局所供給回路を更に含む。例において、変圧器における更なる巻線が設けられ、電力インダクタンス２４によって生成されるエネルギから電力を導き出す。電力は、ダイオードＤ７及びＤ６並びにコイルＬ５及びキャパシタＣ３によって整流され、適切なコントローラ供給電圧Ｖｃｃ、例えば、５ボルトを供給するようツェナーダイオードＤ２によって最大化される。
【００３５】
電力変換回路装置は、電力インダクタンス２５において所定レベルのインダクタンス電流を測定抵抗Ｒ５及びトランジスタＱ３を介して検出する電流検出入力部２９を更に含んでよい。代替的に、電流測定回路は、例えば、電圧検知入力部と、電力インダクタンス２４におけるインダクタンス電流に関連した適切な測定電圧とを供給することによって、所定の範囲において実際のインダクタンス電流を測定するよう設けられてよい。そのような実施形態では、コントローラは、パワーオン時間の間に電力インダクタンス２４を通る電流に依存してパワーオン時間を決定するよう配置される。
【００３６】
例となる回路において、マイクロコントローラは、フライバックコンバータの高電圧ＮＰＮトランジスタ（Ｑ２）を直接制御する。一次ピーク電流は、電流入力部ＰｅａｋＣｕｒ２９を介してＲ５及びＱ３により測定される。Ｑ２をオンした後、ピーク電流検出は、ＰｅａｋＣｕｒ入力部をポーリングすることによって行われる。ピークレベルが検出された場合は、Ｑ２はオフされる。より高いピーク電流は、検出とＱ２のターンオフとの間にソフトウェア遅延を挿入することによって調整され得る。電力スイッチ装置Ｑ２は、減磁が検出された後にオンされてよい。より低い平均電流は、減磁が検出された後に付加的なパワーオフ時間を含めることによって達成されてよく、より高い平均電流は、検出された減磁時間よりも短いオフ時間を設定することによって達成されてよい。減磁検出は、二次ストロークの間、すなわち、電力スイッチ装置Ｑ２がオフされる場合に、ＤｅＭａｇ入力部と称される測定入力部２８をポーリングすることによって行われる。任意に、ＤｅＭａｇ入力部は、マイクロコントローラのアナログ入力部であってよく、これによって、反射出力電圧が二次ストロークの間に測定され得る。このパラメータを用いて、定出力電圧特性は、電力スイッチ装置Ｑ２を適切に制御することによって設定され得る。
【００３７】
図３は、定電流制御のための変圧器の一次及び二次電流を示す。図において、第１電流曲線３１は、定出力電流のための電力要件、例えば、直接にバッテリへの電源接続を有するポータブル機器、が検出される動作の間の電流を示す。一次ストローク時間ｔｐと称される曲線の第１期間の間、電力スイッチ装置はオンされ、電力インダクタンスにおける電流は、ゼロから、破線によって示される値Ｉｐｅａｋ＿ｐｒｉｍへ増大する。その後に、電力スイッチ装置は、二次ストローク時間ｔｓと称される曲線の第２期間にオフされ、電力インダクタンスへ磁気結合される二次巻線における電流は、破線によって示される最大値Ｉｐｅａｋ＿ｓｅｃからゼロへ減少する。電流がゼロに達する時点で、磁性状態は、減磁されていると見なされ、電力スイッチ装置のターンオフから減磁状態に達するまでの期間は、減磁時間と称される。
【００３８】
一次電流と二次電流との間の比は、実質的に変圧器比によって決定されることが知られる。実際の電流は、二次ストロークの間に二次巻線の両端にある出力電圧の効果によって低減される。出力電圧は、測定インダクタンスのような、磁気結合される更なるインダクタンスへ反射される。コントローラに電圧検知入力部を設けることによって、反射電圧は測定可能であり、その電圧は、変圧器比により実際の出力電圧に対して所定の比率を有する。
【００３９】
図３は、破線によって示されている更なる曲線３２を示す。その曲線は、減磁時間の後の更なる期間、すなわち、ｔｏｆｆと称される付加的なパワーオフ時間を含む更なる電流制御を示す。パワーオフ時間の間、電力スイッチはオフされたままである。コントローラは、更に、付加的なパワーオフ時間に基づき出力電流を決定するよう配置される。付加的なパワーオフ時間は、検出された電力要件によって必要とされるように、平均出力電流を低減するか又は出力電圧を低減するよう、減磁時間の終了からパワーオフ時間の開始まで設けられる。
【００４０】
基本の電流制御は、出力電流が入力電流をＩｐｅａｋの最大値へ増大するよう制御することによって最大化される所謂境界モードにおいてコンバータを制御することである。Ｉｐｅａｋ＿ｓｅｃは一定であり且つｔｓはｔｐよりずっと長いので、出力電流はほとんどバッテリ電圧と無関係である。任意に、調整は、ピーク電流をある程度ｔｐ／ｔｓ比に依存させることによって、より正確にされ得る。これは、コントローラにおけるソフトウェアにおいて実施されてよい。従って、コントローラは、更に、パワーオン時間をパワーオン時間と減磁時間との比に依存させることによって出力電流を決定するよう配置される。
【００４１】
出力電力を調整する正確な方法は、電流が次の式に従って一定レベルに制限され得る原理に基づく：
Ｉａｖｇ＝Ｉｐｅａｋ・ｎ・（ｔｓ／（ｔｓ＋ｔｐ＋ｔｏｆｆ））・（１／２）
Ｉｐｅａｋ：一定の所定値であり、又は電流設定点を制限するよう調整可能である。
ｎ：変圧器構成において固定され且つ予め決定される。
ｔｓ：コントローラの測定入力部及びソフトウェアを介して測定される。
ｔｐ：コントローラの測定入力部及びソフトウェアを介して測定される。
ｔｏｆｆ：充電器の設定点に電流を制限するようコントローラによって調整される。
この方法は、より多くのプロセッサ時間を消費するが、最も正確な電流制御を提供する。
【００４２】
更に、ｔｐ／ｔｓ比に基づき、負荷検出も可能である。負荷は、具体的な所定電圧レベルで具体的な特性を有する。１又はそれ以上の具体的な電圧レベルを供給する場合に出力電流を検出することによって、異なる機器タイプが区別され得る。
【００４３】
任意に、上記の電源装置において、コントローラは、出力回路の供給電力出力部で、ポータブル機器の電子回路が作動可能であるために必要とされる作動電圧を下回るタイプ測定電圧を生成し、且つ、ポータブル機器の供給電力要件を決定するために、ポータブル機器によって引き込まれるタイプ測定電流を検出するよう配置される。
【００４４】
任意に、機器タイプ検出は、異なる機器タイプの入力接続に並列な具体的な異なる抵抗値を与えることによって増強される。機器接続検出後、コントローラは、次いで、最初に、出力電圧を所定の低電圧、すなわち、上記のタイプ測定電圧に設定する。この低出力電圧で、機器内の如何なるエレクトニクスも作動することができず、従って、負荷電流は主として、付加された抵抗によって定義される。ｔｐ／ｔｓ比を用いて、マイクロコントローラは、次いで、機器を区別し、適切な出力特性を設定することができる。
【００４５】
任意に、上記の電源装置とともに使用するためのポータブル機器は、次のように、タイプ検出のための夫々の異なる特性を与えられてよい。夫々のポータブル機器の電源入力部は、抵抗素子を設けられ、それにより、電源入力部で具体的なタイプ測定電圧を供給する場合に、夫々のタイプ測定電流が電源装置から引き込まれ、そのポータブル機器の供給電力要件を示す。
【００４６】
任意に、電源装置は、充電式バッテリのための充電制御の終了を提供してよい。従って、コンバータ供給電力制御に加えて、コントローラはまた、充電制御の付加的な統合された終了を提供してよい。幾つかの原理は、充電プロセスの終了を検出し、又は少なくとも合理的に予測するために、使用され得る。
【００４７】
任意に、充電の終了はタイマ制御される。タイマは、プログラム可能な又は所定の充電期間を有効にするよう設定される。充電期間の終了に到達する場合に、供給電力のための設定点は、トリクル充電レベルに設定される。ｔｏｆｆ時間制御を介して、充電電流はトリクルレベルへ低減される。
【００４８】
代替的に、充電の終了は電圧制御される。反射電圧情報は、充電電流を終了又は低減するよう設定点と比較するために使用される。
【００４９】
更に、二次ストローク時間は制御され得る。ｔｓ情報は、充電電流を終了又は低減するよう設定点と比較するために使用される。
【００５０】
更に、スタンバイ又は低電力モードが設けられてよい。システムにおいて、スタンバイ／無負荷電力は、コントローラの局所電源電圧のみが適切に機能するために保たれるレベルへスイッチング周波数を下げることによって、最小限にされ得る。局所供給電圧レベルは、コントローラの更なる電圧入力部を介して検出可能であり、電圧が閾値を下回る場合に、フライバックコンバータは、コントローラのための正確な最低供給電圧を保つよう起動される。代替的に、固定のオン／オフ時間、すなわち、比較的長いオフ時間が、コントローラ局所供給電圧を保つために使用され得る。いずれの場合も、コントローラは、Ｒ３しかＣ３で適切な電圧を保つために必要とされないレベルへ電流消費を下げるようスタンバイモードに入ることができる。そのようなモードで、ｔｓ情報は、所定の時間インターバルでコントローラを通常の動作へ切り替えることによって、規則的に更新されてよい。
【００５１】
スタートアップ電力は、次のようにコンバータ回路へ供給されてよい。コンバータの起動は、バッファキャパシタＣ３へ結合されているＲ３のような、入力電力への抵抗を介して、コントローラ電源Ｖｃｃへ初期電力を供給することによって、行われてよい。その後に、フォワード・コンバータ回路（Ｌ５、Ｄ６及びＤ７）がアクティブにされ、更にコントローラをアクティブにするために十分な供給電流を供給する。図２における局所電源回路は、一次ストロークの間Ｄ７を介してアクティブであり、従って、局所供給電力は、コンバータの出力が短絡される場合でさえ利用可能である。
【００５２】
図４は、スタートアップスイッチを備える電源装置のための電力変換回路を示す。電力変換回路は、付加的なスタートアップスイッチＳ１  ４１を除いて、図２により記載された回路と等しい。スイッチＳ１は、キャパシタＣ３からの供給電圧とコントローラ電源Ｖｃｃとの間に結合されている。図２のツェナーダイオードＤ２は、コントローラ電源Ｖｃｃへ直接結合されるツェナーダイオード４２によって置換されている。良定義の起動は、次のように、Ｓ１にシュミットトリガスイッチを用いることによって与えられる。Ｒ３を介して、バッファキャパシタＣ３は、特定の閾レベルへ充電される。電圧が具体的な閾レベルを超える場合に、バッファキャパシタＣ３における電圧は、コントローラの供給ピンＶｃｃへＳ１によって接続される。この場合に、コントローラは直ぐに、そのプログラムを実行し始めることができる。適切なリセットが保証され、また、バッファキャパシタＣ３は、フォワード／コンバータの動作の前の短期間に又はそれと並行して動作するよう十分に充電される。供給電圧は、Ｃ３における入力電圧がＳ１の下限閾レベルを過ぎる場合に、Ｓ１によってオフされる。従って、システムの良定義の停止が保証される。上記のシステムは、高インピーダンスＲ３及び、従って、本線供給からの低スタンバイ電流を使用する利点を有する。インピーダンス値は、起動時間及び、更に、最小の無負荷電力を決定づける。従って、任意に、電源装置は、本線電力から抵抗を介して充電されるキャパシタと、そのキャパシタとコントローラの電源入力部との間のスタートアップスイッチとを備え、スタートアップスイッチは、所定の閾電圧に依存してオンされる。任意に、スタートアップスイッチは、マイクロコントローラにおいて実装される。
【００５３】
本発明は主に、入力として本線１００〜２５０ボルトを用いる実施形態によって説明されてきたが、本発明はまた、４〜１６ボルト直流電圧のための車用供給コンバータのような他の入力電圧にも適する。
【００５４】
本発明は、プログラム可能な構成要素を用いて、ハードウェア及び／又はソフトウェアにおいて実施されてよい点が留意されるべきである。本発明を実施する方法は、特に、１又はそれ以上のタイプ測定電圧を供給することに基づき電源要件を決定するための、上述されたようにシステムのために定義される機能に対応するステップを有する。
【００５５】
明らかなように、上記の記載は、明りょうさのために、異なる機能ユニット及びプロセッサを参照して本発明の実施形態を記載している。なお、異なる機能ユニット又はプロセッサの間の機能性の如何なる適切な分配も、本発明から逸脱することなしに使用されてよいことは明らかである。例えば、別個のユニット、プロセッサ又はコントローラによって実行されるよう表されている機能性は、同じ要素、プロセッサ又はコントローラによって実行されてよい。従って、具体的な機能ユニットへの言及は、狭義の論理的又は物理的構造又は体系を示すというよりむしろ、単に、記載される機能性を提供する適切な手段への言及として見なされるべきである。本発明は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア又はそれらの何らかの組み合わせを含む如何なる適切な形態においても実施可能である。
【００５６】
本明細書において、語「有する（comprising）」は、挙げられている以外の要素又はステップの存在を除外せず、要素の単称（a又はan）は、そのような要素の複数個の存在を除外せず、如何なる参照符号も特許請求の範囲の適用範囲を制限しないことが知られる。更に、本発明は、実施形態に制限されず、本発明は、上記の又は相互に異なる従属請求項において挙げられているありとあらゆる新規の特徴又は特徴の組み合わせにある。
【図１】
2015507461.tif 000003
【図２】
2015507461.tif 000004
【図３】
2015507461.tif 000005
【図４】
2015507461.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成26年7月23日(2014.7.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源装置へ接続されているポータブル機器のための供給電力に本線入力電力を適応させる電源装置であって、
前記本線入力電力を受け、入力供給電力を供給する入力回路と、
前記入力供給電力へ結合される電力スイッチ装置と、
前記電力スイッチ装置へ結合される電力インダクタンスと、
前記ポータブル機器のための前記供給電力を供給するよう前記電力インダクタンスへ結合される出力回路と、
前記ポータブル機器の供給電力要件に従って前記電力スイッチ装置を制御するコントローラと、
前記電力インダクタンスへ磁気結合される測定インダクタンスと
を有し、
前記コントローラは、前記電力インダクタンスの磁性状態を示す測定信号を検出するための、前記測定インダクタンスへ結合される測定入力部を有し、前記コントローラは、前記電力スイッチ装置を制御することに応答して前記磁性状態に基づき前記供給電力要件を検出するよう配置され、
前記ポータブル機器は、異なるタイプのポータブル機器のうちの１タイプであり、当該電源装置へ接続される電源入力部を有し、該電源入力部は、該電源入力部で、当該ポータブル機器の電子回路が作動可能であるために必要とされる作動電圧を下回るタイプ測定電圧を供給する場合に、タイプ測定電流が、前記ポータブル機器の前記供給電力要件を示して前記電源装置から引き込まれるように、抵抗素子を設けられ、
前記コントローラは、前記出力回路の供給電力出力部で前記タイプ測定電圧を生成し、且つ、前記ポータブル機器のタイプの前記供給電力要件を決定するために前記ポータブル機器によって引き込まれる前記タイプ測定電流を検出するよう配置される、
電源装置。
【請求項２】
前記コントローラは、単一集積回路であり、
制御信号を前記電力スイッチ装置へ供給する出力部と、
前記供給電力要件を検出し、前記ポータブル機器の前記検出された供給電力要件に従って前記電力スイッチ装置を制御するファームウェアを含むプロセッサと
を有する、
請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記磁性状態は、減磁状態であり、前記コントローラは、該減磁状態に基づき減磁時間を決定するよう配置される、
請求項１に記載の電源装置。
【請求項４】
前記コントローラは、前記減磁時間及び前記電力スイッチ装置がオンされるパワーオン時間に基づき出力電流を決定するよう配置される、
請求項３に記載の電源装置。
【請求項５】
前記コントローラは、更に、前記電力スイッチ装置がオフされる付加的なパワーオフ時間に基づき前記出力電流を決定するよう配置され、前記付加的なパワーオフ時間は、前記減磁時間の終了から前記パワーオン時間の開始まで設けられる、
請求項４に記載の電源装置。
【請求項６】
前記コントローラは、前記電力インダクタンスを通る電流を検出する入力部を有し、前記パワーオン時間の間に前記電力インダクタンスを通る前記電流に依存して前記パワーオン時間を決定するよう配置される、
請求項４に記載の電源装置。
【請求項７】
前記コントローラは、前記出力電流が入力電流をピーク電流値へ増大させるよう制御することによって最大限にされる境界モードにおいて前記電力スイッチ装置を制御し、且つ、更に、前記ピーク電流値を前記パワーオン時間と前記減磁時間との比に依存させることによって前記出力電流を決定するよう配置される、
請求項４乃至６のうちいずれか一項に記載の電源装置。
【請求項８】
前記測定入力部は、前記コントローラが前記出力回路からの反射出力電圧を評価することを可能にするために前記測定信号の測定電圧を測定するよう配置される、
請求項１に記載の電源装置。
【請求項９】
前記コントローラは、前記電力スイッチ装置のパワーオン時間及び前記測定電圧に基づき出力電圧を決定するよう配置される、
請求項８に記載の電源装置。
【請求項１０】
前記コントローラは、前記測定電圧に基づき前記供給電力要件を検出するよう配置される、
請求項８又は９に記載の電源装置。
【請求項１１】
前記コントローラは、前記出力回路からの出力電流を入力電流と該出力電流との間の所定比に基づき評価するために、パワーオン時間の間に前記電力インダクタンスを通る電流を検出するよう配置される、
請求項１に記載の電源装置。
【請求項１２】
前記コントローラは、
電力スイッチ周波数に依存する前記コントローラの供給電圧が所定レベルに保たれるように前記電力スイッチ周波数を低下レベルに設定することと、
前記電力スイッチ装置がオフされる所定のパワーオフ時間が後に続く、前記電力スイッチ装置がオンされる所定のパワーオン時間と
のうちの少なくとも１つによってスタンバイモードを保証するよう配置される、
請求項１に記載の電源装置。
【請求項１３】
前記コントローラは、
前記検出された供給電力要件に依存するタイマ制御と、
前記出力回路からの反射出力電圧を示す前記測定信号に基づく出力電圧制御と、
減磁時間を示す前記測定信号に基づく出力電流制御と
のうちの少なくとも１つに基づき、トリクル充電が前記ポータブル機器へ供給する充電モードの終了を適用するよう配置される、
請求項１に記載の電源装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のうちいずれか一項に記載の電源装置とともに使用するためのポータブル機器であって、
当該ポータブル機器は、異なるタイプのポータブル機器のうちの１タイプであり、
前記電源装置へ接続される電源入力部を有し、
前記電源入力部は、該電源入力部で、当該ポータブル機器の電子回路が作動可能であるために必要とされる作動電圧を下回るタイプ測定電圧を供給する場合に、タイプ測定電流が、当該ポータブル機器のタイプの前記供給電力要件を示して前記電源装置から引き込まれるように、抵抗素子を設けられる、
ポータブル機器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
消費者機器への供給電力及び／又は充電式ポータブル機器のためのバッテリ充電電力を供給するよう本線電力を適応させるウォールアダプタは、よく知られている。そのようなウォールアダプタは、例えば、携帯電話機又はシェーバーのような可搬型の充電式機器を充電するために、長きにわたり使用されてきた。そのようなポータブル機器は、利用可能な本線電力、通常、交流１１０ボルト又は２３０ボルトへ入力側で接続されるべきウォールアダプタを伴う顧客へ納品される。アダプタの出力側は、夫々のポータブル機器に適した、すなわち、そのポータブル機器の供給電力要件に従う供給電圧及び／又は電流を供給する。一般的に、そのようなアダプタは、本線入力電力を受けて、入力供給電力を電力コンバータ回路へ供給する入力回路を備える。そのような回路は、入力供給電力へ結合される電力スイッチ装置と、電力スイッチ装置へ結合される電力インダクタンスとを備える。更に、出力回路が、ポータブル機器のための供給電力を供給するよう電力インダクタンスへ結合される。コントローラは、電力スイッチ装置を制御する、すなわち、電力スイッチ装置をスイッチ周波数で規則的にオン及びオフして電力インダクタンスにおいて入力電流パルスを生成するために、含まれる。出力回路は、例えば、電力インダクタンスへ磁気結合される二次インダクタンスを介して、電力インダクタンスから出力電流を引き込む。様々な構成要素及びスイッチングの制御は、ポータブル機器の供給電力要件に従って設計される。
欧州特許出願公開第１２１３８２３（Ａ２）号明細書（特許文献１）は、ＤＣ−ＤＣコンバータについて記載する。出力電圧の制御のために、出力電圧検出器回路は、フォトトランジスタへ結合されているＬＥＤを有する。それにより、コンバータは、所定の出力電圧を生成する。コンバータは、負荷検出のためにフライバック期間決定回路へ結合されている変圧器の三次巻線を更に備える。フライバック期間は、コンバータが通常負荷下又は光源負荷下のいずれにあるかを決定するために、２つのリファレンス期間と比較される。
米国特許出願公開第２０１１／０２２７５０６（Ａ１）号明細書（特許文献２）は、光源の電力制御について記載する。電力制御回路の負荷は、所定の光源である。
米国特許出願公開第２０１０／０１７６７７８（Ａ１）号明細書（特許文献３）は、自動電圧識別電源について記載する。電源の出力電流は、測定される電流の変動が安定するまで、プリセットされたシーケンスに従って１又はそれ以上のテスト電圧で測定される。
【特許文献１】欧州特許出願公開第１２１３８２３（Ａ２）号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１１／０２２７５０６（Ａ１）号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１０／０１７６７７８（Ａ１）号明細書
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上記の目的のために、本発明の第１の態様に従って、技術分野の項で記載されるような電源装置は、電力インダクタンスへ磁気結合される測定インダクタンスを有し、コントローラは、電力インダクタンスの磁性状態を示す測定信号を検出するための、測定インダクタンスへ結合される測定入力部を有し、コントローラは、電力スイッチ装置を制御することに応答して磁性状態に基づき供給電力要件を検出するよう配置され、ポータブル機器は、異なるタイプのポータブル機器のうちの１タイプであり、当該電源装置へ接続される電源入力部を有し、電源入力部は、その電源入力部で、ポータブル機器の電子回路が作動可能であるために必要とされる作動電圧を下回るタイプ測定電圧を供給する場合に、タイプ測定電流が、ポータブル機器の供給電力要件を示して電源装置から引き込まれるように、抵抗素子を設けられ、コントローラは、出力回路の供給電力出力部でタイプ測定電圧を生成し、且つ、ポータブル機器タイプの供給電力要件を決定するためにポータブル機器によって引き込まれるタイプ測定電流を検出するよう配置される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
任意に、コントローラは、出力電流が入力電流をピーク電流値へ増大させるよう制御することによって最大限にされる境界モードにおいてコンバータを制御するよう、且つ、更に、ピーク電流値をパワーオン時間と減磁時間との比に依存させることによって出力電流を決定するよう配置される。有利に、コントローラによる調整は、一次のパワーオン時間と、二次のパワーオフ時間、例えば、減磁時間との比に依存してパワーオン時間又はピーク電流を調整することによって、より正確になる。
【国際調査報告】
2015507461.tif 000007
2015507461.tif 000008