(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
調整された負荷電流を負荷に送達するための回路において、
調整されたＤＣ出力電圧を送達するために電圧のフィードバックができる誘導性ＤＣコンバータと、
前記誘導性ＤＣコンバータに接続した負荷と直列接続を成し、且つ前記ＤＣ出力電圧と独立して負荷電流を調整するための、少なくとも一つの電流源手段と、
前記電流源手段の電圧降下の大きさを表す前記フィードバックの信号を、前記誘導性ＤＣコンバータに接続させる前記電圧降下の信号監視手段と
を備え、
前記信号監視手段で前記誘導性ＤＣコンバータが前記フィードバックの信号に対して応答して、前記電流源手段の動作に充分必要な電圧を得るための前記ＤＣ出力電圧の大きさを与え、前記負荷に直列接続した電流源手段をバイアスし、
さらに、
前記電流源手段が外部制御信号を受けとるために接続された制御端子を有し、前記外部制御信号は、前記負荷電流を「オン」または「オフ」とするために前記電流源手段を「オン」または「オフ」の状態に切換える第１の外部制御信号、及び前記ＤＣ出力電圧に独立して前記負荷電流を変調する第２の外部制御信号から成る複数の外部制御信号の内、前記第１及び第２いずれかの外部制御信号であることを特徴とする回路。
【請求項２】
前記外部制御信号は、前記電流源手段が「オフ」状態にあるときに前記電流源手段の電圧降下のフィードバックを無視することを特徴とする請求項１に記載の回路。
【請求項３】
前記負荷が、選択的に相互接続された複数の個々の負荷を含む複合負荷であることを特徴とする請求項１に記載の回路。
【請求項４】
前記電流源手段は、複数の電流源手段からなり、前記複数の電流源手段のそれぞれに１以上の負荷からなる群に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、調整された電流を出力する誘導性ＤＣコンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＣ／ＤＣコンバータは、入力端で連続的なＤＣ電圧を受理し、出力端に通常は異なる値の連続的なＤＣ電圧へと効率よく変換する回路である。入力電圧は、一定であっても可変的であってもよい。リニア調整器が、その利用分野について合理的な効率を提供しない場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータが用いられる。例えば、新しいバッテリが、初期電圧Ｕ０を有し、放電につれて０．６Ｕ０まで減少する場合、リニア調整器が提供できる
最大調整電圧は、０．６Ｕ０未満である。多くの利用分野でリニア調整が受容できないというになる。さらに、バッテリが新品である場合、その電圧はＵ０であり、出力電圧は０．６Ｕ０より低い。これはすなわち、バッテリにより送達される、電力のほぼ半分がリニア調整器の中で消散され、効率は６０％未満となり、このためリニア調整器は多くの応用分野において受容不可能なものとなっている。
【０００３】
リニア調整器とは異なり、ＤＣ入力電圧の切換えを伴うＤＣ／ＤＣコンバータ技術が数多く存在している。このようなコンバータトポロジーの例としては、出力電圧が入力電圧よりも大きい逓昇又は昇圧コンバータ、出力電圧が入力電圧よりも小さい逓降又は降圧バックコンバータ、昇降圧コンバータなどが含まれる。これらの回路について効率、応答時間、動作範囲などを改善するために数多くの試みがなされてきた。基本的に、これらの回路は、電圧入力を受理し、これを効率よく調整済み電圧出力に変換する。
【０００４】
ＤＣ／ＤＣコンバータとは異なり、ＡＣ／ＤＣコンバータは、入力端で交流電圧を受理し、出力端でそれを効率よく直流電圧に変換する。利用分野に応じてＡＣ／ＤＣコンバータのアーキテクチャは数多く考えられる。一般に、変圧器がＡＣ一次電圧信号を受理し、ＡＣ二次電圧信号を生成し、この信号は次に、整流、ろ過及び調整を受けて、所望の出力電圧を提供する。入力信号の周波数が全体的効率を許容しないものであるか、性能、実用的デバイス値あるいはコストの観点で問題となる場合には、入力信号をまず最初に整流しろ過し、続いてＤＣ／ＤＣコンバータによって所望の調整済み出力を生成することができる。これらの先行技術のアーキテクチャは、例えば性能、コスト、サイズ、実現の容易さなどを最適化する目的で、さまざまな方法で組合わせることができる。
【０００５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ又はＡＣ／ＤＣコンバータ（以下ＤＣコンバータと呼ぶ）の出力端における性能パラメータが、出力電圧よりもむしろ出力電流に左右されるような利用分野が出現している。ＤＣコンバータ回路が１以上の誘導子を用いる場合、それは本明細書では誘導性ＤＣコンバータと呼ばれる。ＤＣコンバータは、基本的に電圧源である。出力電流を制御するためには、前記出力電流を検知し、対応する信号をＤＣコンバータにフィードバックされ、出力電流が所望の値となる出力電圧を調整する。その性能が負荷電圧ではなく負荷電流により本質的に左右される負荷の例としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）がある。画像形成デバイスコイル、ソレノイドアクチュエータ、バルブなどが、電流により駆動される負荷のさらなる例である。ＬＥＤの発光出力は本質的に、ＬＥＤ内を流れる電流により左右される。定電流で温度が変動する場合、ダイオードを横断する順方向電圧降下は変動する。そのため、ダイオードに対して定電圧を印加しても、発光出力は、ダイオード電流に追従し、温度と共に変動する。一方、ＬＥＤに定電流を供給すると、定発光が出力される。
【０００６】
負荷インピーダンスが線形であるかぎり、そのフィードバック信号として負荷電流を用いるＤＣコンバータは、原理的に、負荷電流を有効に調整できる。しかしながら、インピーダンスが非常に大きいか，又は非常に小さい場合、（ａ）電流を検知し、かつ／又は（ｂ）ＤＣコンバータに適正なフィードバック信号レベルを提供することは困難になる可能性がある。負荷の小さな電圧変動が負荷の大きな電流変動を誘発する場合、先行技術のＤＣコンバータを用いて負荷電流を調整することはむずかしくなる。非線形負荷インピーダンスは、さらに一層重要で、かつより困難な負荷電流調整となる。ＬＥＤに限らず、すべての半導体ダイオードが、ダイオードの両端電圧に対する非線形な指数的電流特性を示す。すなわち、ダイオードの両端電圧のわずかな変動が、その中を流れる電流の大きな変動を生み出す。コンポーネント及びさらに複雑な負荷を含めて、他の数多くの負荷が、非線形特性あるいはインピーダンスを示す。
【０００７】
しかし、負荷電流を調整することが望まれる場合、電圧調整済み出力をもつＤＣコンバータで直接負荷を駆動するというマイナスの影響が存在する。あらゆるＤＣ調整器は、パワーアップ時において及び負荷が変わるときにオーバーシュート又はアンダーシュートを示すことになる。これは、ある程度まで削減できるが除去できない、制御ループの固有の特徴である。ＤＣコンバータの出力端での電圧のオーバーシュート又はアンダーシュートは、負荷電流内に反映され、これにより負荷電流調整を劣化させる。
【０００８】
ＤＣコンバータを用いて直接非線形負荷を駆動する場合に、もう１つのマイナスの影響が見られる。ダイオード負荷の場合、デバイス内の初期電流は、印加された電圧がその特定のダイオードにおける順方向電圧降下値に達するまで、ほとんどゼロである。これが起こるまで、ＤＣコンバータは、負荷内に全く電流が存在しないと検知し、ある非ゼロ値にその電流を調整しようとする。したがって、ＤＣコンバータは出力電圧を激しく増大させるが、電流はなおもゼロである。ＤＣ調整器が最大出力パワーに達した状態で、電圧がダイオードをオンに切換えるのに充分高くなるまでそのプロセスは継続する。実際、つねに、ダイオードインピーダンスは指数的であるが、すべての実用的用途について、対応する電流レベルは非常に低いものであることから、順方向電圧がダイオードの全動作電流範囲についてほぼ一定に維持し、ある一定の値に達するまで、ダイオード内へと流れる電流は全く存在しない。実際には、ダイオード両端電圧は、電流が増大するにつれてわずかに増大するが、指数的特性は、非常に大きい電流変動を非常にわずかな電圧変動へと形を変えさせる。したがって、ダイオード内の電流の全実用範囲は、ダイオードの両端の非常に小さい電圧範囲に対応する。すなわち、電圧は、ダイオードがオンであるときほぼ一定である。この例では、ダイオードがオンに切換わった時点で、ＤＣコンバータフィードバックループは最大出力パワーで動作しており、負荷内に感知できる電流の流れがひとたび存在すると調整を再開するのに時間が必要となることから、負荷電流内に大きなオーバーシュートが発生する確率が非常に高い。例えば、ループ応答に対する周波数補償は、より緩慢なループ応答、ひいてはより遅いループ応答、そしてその結果ＤＣコンバータはより低い調整性能となる。
【発明の開示】
【０００９】
本発明により、出力電圧を調整する代りに出力電流を調整するための誘導性ＤＣコンバータを提供できる点で有利であると思われる。１以上の電流源が負荷と直列に接続され、制御回路に応答して誘導性ＤＣコンバータと共に機能する。
【００１０】
出力電流から誘導性ＤＣコンバータの電圧フィードバックループを分離すると、出力電流の優れた調整が提供される。この分離は、電圧フィードバックループの応答が出力電流応答に変換されるのを妨げる。
【００１１】
当該ＤＣコンバータはまた、出力電流からＤＣコンバータフィードバックループを分離することで、所望の出力電流調整性能を維持しながら誘導性ＤＣコンバータについての性能要求における多大な軽減が可能となり、これによりその製造コストが削減されるという点でも有利である。当該誘導性ＤＣコンバータを先行技術のＤＣコンバータと同じ性能レベルで利用する場合、出力電流調整の著しい改善が結果としてもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１〜４は、誘導性ＤＣコンバータにより制御された出力電流を負荷に送達する先行技術を示している。図１〜図４に示された場合のいずれにおいても、フィードバック信号ＦＢにより表わされた出力電流情報は、誘導性ＤＣコンバータＤＣＣに入力される。それに応答して、誘導性ＤＣコンバータＤＣＣは出力電圧を調節し、これにより出力電流は意図された値に調整される。負荷を流れる電流は、多様な方法で検知され得、そのいくつかの例が図１〜図４に示されている。負荷の電流を検知するための最も一般的な方法は、負荷と直列接続された検知抵抗器Rsenseを通す方法である。
【００１３】
誘導性ＤＣコンバータ電圧調整（フィードバック）ループの一例が、ＤＣ／ＤＣ ＰＷＭ（パルス幅変調）コンバータの場合について、図５に示されている。出力電流（負荷インピーダンスＺload中の電流）の絶対値情報は、フィードバック信号ＦＢを用いて誘導性ＤＣコンバータ調整ループに入力され、それが直接的に誘導性ＤＣコンバータ電圧ループの応答に影響を与えるということが容易に観察できる。出力電流レベルの尺度がフィードバック信号として用いられるとしても、その動作の結果が誘導性ＤＣコンバータ出力端における電圧の制御であることから、ループは電圧フィードバックループである、ということに言及しておくべきである。この状況は、誘導性ＤＣコンバータの調整ループの特定の構造とは無関係であり、その特定され、網羅的でない例が図５に示されている。
【００１４】
負荷インピーダンスＺload内を流れる出力電流は、各々出力電流調整にマイナスの影響をもつ２つの要素、すなわち誘導性ＤＣコンバータ調整（電圧）ループ応答及び負荷Zloadの電圧−電流特性（インピーダンス）によって影響を受ける。誘導性ＤＣコンバータ調整ループ応答は、誘導性ＤＣコンバータ出力電圧のオーバシュート（又はアンダシュート）を導き、誘導性ＤＣコンバータ出力電圧は負荷インピーダンス内の電流変動へと形を変える。調整ループ応答は、ある程度まで改善できるものの、原則的には、それは決して除去されることがない。負荷のインピーダンス特性は、出力電圧変動がいかに出力電流に変換されるかを決定する。負荷インピーダンス特性は、制御可能な要因ではなく、各利用分野において、駆動される特定の負荷により左右される。先行技術では、ここで簡単に説明されてきたように、誘導性ＤＣコンバータによる出力電流のより優れた調整は可能ではない。
【００１５】
本発明は、誘導性ＤＣコンバータによる負荷電流の調整に関する上述の固有の課題に対する解決法を提供する。本発明において提案されている解決法は、出力電流値と誘導性ＤＣコンバータ調整ループの間の直接的関係を打ち破るものである。本発明で提案されている解決法は、出力電流の値に対する負荷インピーダンス特性の影響を排除する。
【００１６】
図６は、本発明で提案されている方法の一実施形態を示している。負荷Zload及び電流源Isrcは、直列接続され、誘導性ＤＣコンバータＤＣＣの出力電圧Voutによってパワーを供給されている。負荷電流Iloadは、電流源Isrcにより制御される。誘導性ＤＣコンバータＤＣＣは、電流源Isrcを適切な動作条件下に保つべく充分な出力電圧Ｖoutを提供することにより、負荷及び電流源と一緒にバイアスするという役目しかもたない。誘導性ＤＣコンバータの出力は電圧出力であることから、これは、誘導性ＤＣコンバータが果たす機能である。本発明においては、誘導性ＤＣコンバータは、負荷電流 Iloadのレベルを直接制御せず、負荷インピーダンスZloadは、負荷電流Iloadに対し一次効果を全くもたない。先行技術において、負荷電流Iloadを調整する役目を有していたのは、誘導性ＤＣコンバータ電圧調整ループであった。その上、先行技術においては、可変的又は非線形負荷インピーダンスZloadが、出力電流調整を著しく劣化させるような電位を有していた。本発明によって提案された解決法は、誘導性ＤＣコンバータ出力電圧（Ｖout）とは独立し、負荷インピーダンス（Zload）からも独立し、かつ負荷（Ｉsrc）と直列の電流源の性能及び出力インピーダンスにのみ依存する負荷電流Iloadの調整である。本発明においては、負荷電流（Iload）調整は、誘導性ＤＣコンバータ電圧調整ループ応答の変動に対し免疫をもち、負荷インピーダンスZloadの変動又は非線形性の影響を受けない。
【００１７】
本発明によれば、誘導性ＤＣコンバータの役目は、例えば電流源 Isrcの電圧降下を監視することにより、負荷／電流源を合わせて適切にバイアスするように、出力電圧を調整することにある。
【００１８】
先行技術においては、基準信号（電圧か電流のいずれか）及び負荷電流を検知する信号は、両方共、フィードバックループ内で用いられ、誘導性ＤＣコンバータの出力電圧、ひいてはこれを通して負荷の電流を調整される。先行技術においては、基準信号は、誘導性ＤＣコンバータフィードバックループ及び負荷インピーダンスが間に入ってのみ負荷電流調整を制御する。誘導性ＤＣコンバータフィードバックループ応答及び負荷インピーダンス特性の両方共が、負荷電流調整に影響を及ぼす。本発明によれば、電流源ＩsrCの電圧降下がフィードバック信号ＦＢの構成要素となる。先行技術とは異なり、本発明においては、フィードバック信号ＦＢは、調整すべきパラメータである負荷電流Ｉloadの大きさを追随しない。本発明は、先行技術とは異なり、誘導性ＤＣコンバータフィードバックループと負荷電流調整の間の関係を打ち破る。本発明によれば、誘導性ＤＣコンバータフィードバックループにより用いられる基準信号は、それが電圧又は電流のいずれの基準であれ、負荷電流の調整に影響を及ぼさない。本発明においては、フィードバック信号ＦＢは、電流源Ｉsrcの両端電圧である。フィードバック信号ＦＢが伝達する負荷電流Ｉloadについての唯一の情報は、負荷電流が調整されない可能性がある場合、又は電流源Ｉsrcの適切な動作について必要な条件が提供されていない場合、すなわち電流源Ｉsrcが適切に動作するのに充分な電圧高さ（それ自身の電圧）をもたない場合に負荷に流れない可能性がある場合、その状況をフラグづけするためのものである。この状況は先行技術においても本発明によって提供されている状況においても全く同じように発生し得るが、フィードバック信号ＦＢは２つの場合において非常に異なる役割を果たしている。先行技術では、フィードバック信号ＦＢは、負荷電流（Ｉload）レベル情報を伝達し、負荷電流Ｉloadを調整するために用いられる。本発明により提案された解決法においては、フィードバック信号ＦＢは、電流源Ｉsrcの状態についての二進「機能／無機能」情報のみを伝達し、一方負荷電流Ｉloadの実際の調整は直列電流源Ｉsrcの担当として完全に委ねられる。
【００１９】
本発明においては、負荷電流調整の基準が電流源Ｉsrc自体であることから、いかなる中間伝達機能も介入することがないため、負荷電流調整はそのための基準と同等である。
【００２０】
図７は、図５に示されたＰＷＭコア回路の同じ例を示しているが、この回路は本発明を適用している。図７に示されているＰＷＭコア回路の例では、電流源Ｉsrcは、負荷と直列であり、図６と同じ電流源Ｉsrcである。
【００２１】
本発明において提案されている回路配置は、誘導性ＤＣコンバータＤＣＣについての性能要求を著しく軽減し、負荷電流（Ｉload）調整に対するいかなるマイナスの影響もない。この結果、回路はさらに単純になり、実現はさらに容易になり、コンポーネントはより安価になり、ある場合ではサイズか小さくなる。負荷の電流（Ｉload）に対しては、出力電圧（Ｖout）の二次効果しかなく、このため、先行技術の回路に比べて、負荷の電流（Ｉload）をはるかに厳密に調整が可能である。これは、負荷電流 Ｉloadに対する誘導性ＤＣコンバータ（ＤＣＣ）出力電圧Ｖoutの影響が、電流源Ｉsrcの出力インピーダンスに対しＶoutがもつ影響に制限されていることを理由としている。しかし、電流源Ｉsrcの出力インピーダンスは、負荷インピーダンス Ｚloadよりはるかに大きくすることができ、通常はそうなっている。その結果、負荷電流（Ｉload）レベルに対する出力電圧（Ｖout）の変動の影響は、負荷電流Ｉloadを決定するために出力電圧Ｖoutが負荷インピーダンス Ｚloadに印加される先行技術と比較して、本発明では著しく低減される。
【００２２】
ここで、負荷と直列である検知抵抗が、フィードバックを目的として使用された場合に、それ自身の電圧降下を招くということに言及しておくことが重要である（図１、図５）。検知抵抗の電圧降下は、主に雑音耐性及びその他の実用上の問題のため、過度に小さくすることはできない。通常数分の１ボルトである。１ボルトレベル未満で動作できる基本電流源に加えて、非常に低い電圧（小さい「ヘッドルーム」）での動作を可能にする「振幅の広い」電流源回路アーキテクチャが存在し、こうして、負荷（電流源 Isrc）に対して直列の要素は誘導性ＤＣコンバータの全体的効率に対しマイナスの影響を及ぼすことがなくなっている。電流源の電圧降下は、一般に、直列検知抵抗の電圧降下と整合することになる。
【００２３】
図８は、本発明の１実施形態を示しており、電流源回路が誘導性ＤＣコンバータ（ＤＣＣ）出力端に接続され、負荷Ｚloadが電流源とグランドの間に接続されている。ここでも、上述のものと同じ原理が適用され、フィードバック信号ＦＢは、電流源Ｉsrcの電圧降下のみを監視し、負荷電流（Iload）大きさを追跡しない。負荷電流 Iloadの調整は、本発明によると、負荷電流調整のための基準である負荷電流 Ｉsrcに完全に委ねられる。負荷電流Ｉloadは、電流源Ｉsrcのそれ自体の電圧降下（充分なヘッドルーム）が適切に動作するのに充分である時点で直ちに調整状態にある。
【００２４】
図９は、本発明によって提案される方法のもう１つの利点を例示している。先行技術は、誘導性ＤＣコンバータ出力電圧Ｖoutを通して負荷（Ｉload）を流れる電流を制御する。負荷電流Ｉloadを変えるためには、出力電圧Ｖoutを変えなくてはならず、これには、誘導性ＤＣコンバータ電圧調整ループが関与し、その結果、ループ応答は負荷電流Ｉloadへと変換される。本発明は、誘導性ＤＣコンバータ調整ループ応答が負荷電流（Ｉload）レベルに影響を及ぼすようにすることなく、負荷電流（Ｉload）制御を可能にする。その上、先行技術は、負荷電流Ｉloadをオン／オフ切替えするために、負荷と直列に補足的デバイス（スイッチ）を必要とする。本発明は、負荷（Ｉload）中の電流をオン／オフ切替えするためＩsrc電流源自体の使用を可能にしている。図９では、電流源Ｉsrc の端子Ｃtrがこの特徴を表わしている。負荷電流レベルＩloadは、Ｃtr（制御）端子を通して、電流源Ｉsrcにより制御可能である。適切な信号がＣtrピンに印加されると、負荷電流Ｉloadは、誘導性ＤＣコンバータ出力（Ｖout）とは独立して任意に変調可能である。電流源Ｉsrcの電流が、動作中のいつ何時であれゼロとなり、かつ制御信号Ｃtrも誘導性ＤＣコンバータＤＣＣに送られた場合、電流源Ｉsrcが無能化された時点で誘導性ＤＣコンバータがフィードバック信号ＦＢを無視する。この特徴は、図９に、制御信号Ｃtrと誘導性ＤＣコンバータＤＣＣの間の破線の接続により表わされている。処理のために誘導性ＤＣコンバータＤＣＣに制御信号を送る有用性は、各々の特定利用分野について評価されるべきものである。電流源Ｉsrcが無能化された場合、ＦＢノードの誘導性ＤＣコンバータ負荷が無視できるものであるなら（一般には真と仮定される）、フィードバックノードＦＢは浮動している。このことから、誘導性ＤＣコンバータは、正常な動作中と同じ電圧を維持するためにフィードバックノードＦＢを決定する出力電圧Ｖoutを提供することができる。一方で、これは、誘導性ＤＣコンバータＤＣＣが正常な動作中に有する値とは異なるレベルに出力電圧Ｖoutをシフトさせる可能性がある。関与する特定の回路及びタイミングに応じて、正常な動作（電流源Ｉsrcについて必要とされる非ゼロ電流）が再開するとき、もし電流源Ｉsrcが無能化された時間に出力条件が無視された場合に、誘導性ＤＣコンバータ出力Ｖoutをその正常な動作値に安定させることに比べて、電流源が無効化され何らかの異なる値に調整された後、誘導性ＤＣコンバータＤＣＣが出力Ｖoutを正常動作値に安定させる方がより長い時間がかかるかもしれない。いずれの場合でも、本発明で提案されている方法では、回路が、正しい出力状態に直接ターゲティングさせる。電流源が無能化されている時間中フィードバック信号ＦＢを無視すること、又は電流源が無能化されているという事実を無視すること、という２つの場合について、出力端において異なる安定化時間につながるという可能性がある。この考察は、誘導性ＤＣコンバータＤＣＣに対し制御信号Ｃtrを送るか送らないかの決定を行なうにあたっての負荷必要条件、回路の複雑さなどに関するその他の考察と釣合いをとるべきものである。
【００２５】
図１０は、本発明の一実施形態を示しており、電流源により生成された電流（つまり負荷電流）が直接検知される。結果として得られた電流検知フィードバック信号ＦＢＣは負荷電流を制御するために誘導性ＤＣコンバータＤＣＣに直接送られないものの（なぜなら、誘導性ＤＣコンバータＤＣＣは負荷電流を直接制御しないが、電流源Ｉsrcはそれを直接制御するため）、信号送り及び／又は決定を目的として、電流検知フィードバック信号ＦＢＣを誘導性ＤＣコンバータＤＣＣに送ることが可能である。この接続は、図１０に破線で表わされている。図１０には、電流源Ｉsrc及び電流ミラーＩmirを有する電流ミラー配置が示されている。図１０でＳensと呼ばれている検知信号は、処理のためにローカルループに適用され、電流フィードバック信号ＦＢＣを生じる。専用ローカルループに提供された基準は、それが電圧又は電流のいずれであれ、電流源Ｉsrcのフィードバック制御された電流レベルを確保するために使用できる。あるいは、フィードバックループは例えば温度又は電圧の変動などを補償するために、基準なしで動作でき、その場合電流の検知は必要とされない。これは単に、電流源Ｉsrc内の電流レベルを局所的に調整する特殊でかつ非網羅的な一例にすぎない。ここで、本質的に、電流源は単純な基本的電流源でもよく、あるいは、より複雑な電流源回路でもよく、さらに電流検知用基準信号などを利用することも可能である、という点に言及しておくことも重要である。あらゆる場合において、本発明で開示されている方法及び回路に関係するすべての考察は、基本的電流源から複雑な電流源回路に至るまで、電流源回路がとる特定の方式とは無関係に、あてはまる。電流源回路がその電流レベルを導出する特定の様式は、本発明の視野外であり、それが本発明内で開示されている方法又はいずれかの回路に影響を及ぼすことはない。本発明全体を通して、本文及び／又は図面中に現われる電流源及び電流源回路は、互いの代りとなることができ、それらが現われる状況の如何にかかわらず同等に任意の複雑性及び設計をもつことができ、その２つのうちの一方に対する言及は、もう一方に対する言及でもある（電流源回路の代りの電流源又はその逆）。本発明全体を通して、電流源及び電流シンクはつねに互いを意味し、電流源という語は、電圧源内で電流源として用いられ、電流の流れの方向を示すために使用されてはいない。
【００２６】
本発明による電流源Ｉsrcに関する重要な側面について記しておくことは価値あることである。負荷Ｉsrcと直列の電流源は、本発明の下で網羅されている方法及び回路にとって、負荷電流調整のための基準信号を表わす。先行技術とは異なり、本発明においては、負荷電流調整のための基準は、電流源又は電流源回路（Ｉsrc）が負荷（Ｚload）と直列であるから、直接、負荷電流を決定づける。この考察については、すでに上述した。これらの基準信号（電圧又は電流）が生成される方式は本発明の視野外であるものの、図１０中に表わされた回路例は、基準信号を生成するための考えられるさらに数多くのもののうちの１つのやり方を示している。本発明のためにそして図１０において、必要とされる基準信号は、負荷（Ｚload）と直列の電流源（Ｉsrc）の電流である。図１０中に示されている回路例は、電流源Ｉsrcにより生成される電流が、基準信号及びフィードバックループ制御によって、意図された値をもつことを保証している。基準信号は、図１０ではＲefと呼称される。例えばすべてのフィードバックループが電流の絶対値を制御することなく１以上のパラメータを補償している場合は、図１０に示されている回路例の基準信号Ｒefはなくてもよい。これらの状況についての例としては、温度補償、電圧供給補償などがある。ここでもまた、基準信号を生成する数多くの方法が存在し、それらは本発明の視野外にあり、基準信号が生成される方法は、本発明に開示されている方法にも回路にも影響を及ぼさない。
【００２７】
図１０に示されている回路に関するもう１つの重要な考察をここで行なうことができる。電流源（又は上記説明されているように、電流源回路）によって生成された電流は、図１０中Ｃtrで示される制御信号により制御及び／又は変調され得る。この制御信号Ｃtrが電流源Ｉsrc（又は上記説明されているように、電流源回路Ｉsrc）により生成されるべき広範囲の電流を結果としてもたらす場合には、その適正な動作のために必要とされる電流源の電圧降下は、電流レベルと共に変動し得る。誘導性ＤＣコンバータＤＣＣは、適切な動作条件下で、つねに（すなわち最悪の条件下でさえ）、電流源Ｉsrcを保つための、充分な電圧Ｖoutを出力端に提供するような形でセットされ得る。しかしながら、適切な動作のために必要とされる電流源Ｉsrcの電圧降下の変動は、効率の点で、幾分かの利点と結び付く。電流源Ｉsrcにより生成される（から要求される）電流を監視することにより、誘導性ＤＣコンバータＤＣＣは、電流源Ｉsrcにより生成される電流の各々の値について、電流源Ｉsrcの適切な動作に必要とされる最小電圧を、適応して提供することができる。この適応性は、電流フィードバック信号ＦＢＣが誘導性ＤＣコンバータＤＣＣに送られる場合、又はある種の状況下で制御信号Ｃtrが誘導性ＤＣコンバータＤＣＣに送られる場合に、動的に行なうことができる。電流レベルが電流源Ｉsrc内にあるかを動的に見極めるための充分な情報を制御信号Ｃtrが担持している場合、制御信号Ｃtrは適切な動作のために電流源Ｉsrcに提供される電圧を充分に適応させる。電流源Isrcの電流を動的に（「実時間で」）追跡できない特別な条件、すなわち回路又は負荷による遅延などが存在する場合には、効率を増大させるために、電流源Isrc中の電流を検知しなければならない。各々の場合において、これらの動作を実施することにより加わる複雑性、コストなどは、適切な動作のために必要とされる最小のヘッドルームで電流源を動作させることによって得られる利点と潜在的な効率の増大とを比較して検討されなくてはならない。負荷内の電流は、負荷電流調整のための基準である電流源（又は、以上で説明したように、電流源回路）Ｉsrcにより制御され、一方、電流検知は、誘導性ＤＣコンバータＤＣＣが全体的効率を改善するだけである。電流源により生成された電流が検知された時でも誘導性ＤＣコンバータＤＣＣは、負荷電流を直接制御せず、負荷電流は電流源Isrcによって制御される。本発明において記述されている方法が、負荷電流の検知を伴ってあるいは伴わないに関わらず自己を制御するため、障害状態を防ぐ目的で電流検知は必要でないという点を指摘しておくことが重要である。代りに、電流源（又は以上で説明したとおり、電流源回路）Ｉsrcの所要電流は変動することから、電流源Isrcの電圧降下が適切な動作に必要な最低値に適応して維持される場合、電流検知は、より優れた全体的効率を達成できる。
【００２８】
図１１は、本発明の一実施形態を示し、負荷の電流が電流源Isrcにより調整される一方で直列接続された個々の負荷が誘導性ＤＣコンバータにより駆動されている。付加的な出力コンデンサＣoutが示されている。これまでのすべての回路は、出力リップルを減少させ出力電圧Ｖoutを平滑化するため、１以上の付加的な出力コンデンサを有する可能性がある。制御信号Ｃtrと誘導性ＤＣコンバータＤＣＣの接続に関して、上記と同じ考察がここでもあてはまる。
【００２９】
図１２は、並列接続された個々の負荷が誘導性ＤＣコンバータＤＣＣによって駆動される本発明の実施形態を示している。負荷Ｚload（１）からＺload（ｎ）までの合計電流（Ｉload）は、各負荷Ｉload（１）〜Ｉload（ｎ）中の電流の和である。図１２に示されている回路は、合計負荷電流のみを調整し、各々の個別の負荷の合計負荷電流Ｉloadの中での割合は、そのインピーダンス及び全体的負荷インピーダンスにより決定づけられる。制御信号Ｃtrと誘導性ＤＣコンバータＤＣＣの接続に関して、上記と同じ考察がここでもあてはまる。
【００３０】
図１３は、本発明の一実施形態を示し、直列接続された個別の負荷の２つの平行な列が同じ誘導性ＤＣコンバータＤＣＣにより駆動されている。直列接続されたｎ個の個別負荷の第１の列（Ｚload（１）〜Ｚload（ｎ））は、その電流Ｉload１が電流源Isrc１により制御されている。直列に接続されたｍ個の個別の負荷の第２の列（Ｚload２（１）〜Ｚload２（ｍ））の電流Ｉload２は、電流源Isrc２により制御されている。１つの列の中の負荷の数ならびに負荷電流は、もう１つの列の中のそれぞれの値とは独立したものである。図１３において、各々の電流源からのフィードバック信号は、それぞれＦＢ１及びＦＢ２であり、誘導性ＤＣコンバータＤＣＣは、例えば適切な動作条件下に両方の電流源Isrc１及びＩsrc２を保つため（すなわち適切な動作に必要とされる電流源の電圧降下を提供するため）、充分な出力電圧（Ｖout）を提供しなければならない。２つの電源のいずれかについて外部制御端子（図１３中でＣtr１及びＣtr２で示される端子）が全く存在しない場合、そして１つの電流源がつねにもう１つの電流源よりもさらに厳しい要求を有する場合には、対応する最も要求の多いフィードバック信号のみが誘導性ＤＣコンバータＤＣＣに対し、必要とされる。どの電流源がより厳しい必要条件をもつかがわかっていない場合、又は動作中にそれが変わる可能性がある場合、誘導性ＤＣコンバータＤＣＣに対し両方のフィードバック信号が提供されなくてはならない。このとき出力電圧Ｖoutは、２つの電流源Ｉsrc１又はＩsrc２のうちの要求の多い方によって決定されることになる。さらにもう１つの考察、すなわち、制御信号Ｃtr１及び／又はＣtr２が電流を単にゼロでない値に変調するのではなく、電流を完全にオフ切換えすることを含む場合には、電流源の電流がゼロである時間中、誘導性ＤＣコンバータＤＣＣは対応するフィードバック信号を無視する。図１３では、この特徴は、誘導性ＤＣコンバータＤＣＣに対するＣtr１及びＣtr２の破線の接続により表わされている。制御信号Ｃtrと誘導性ＤＣコンバータＤＣＣの接続に関して、前述と同じ考察がここでもあてはまる。
【００３１】
本発明において開示されている方法は、すべての電流源を適切な動作条件下に保つため充分高い電圧を誘導性ＤＣコンバータＤＣＣが出力することを必要とする。電流源の１つが無能化され、もう一方がされていない場合、無能化された電流源の電圧は任意であり、したがって任意の条件が適切な動作条件となる。したがって、この状況（電流源のうちの１つが無能化されている）が、本発明に開示されている方法に従って動作する回路の効率に影響を及ぼさない。一般に、能動供給源を含む分岐負荷の電圧降下は、電流源の電圧降下に負荷の電圧降下を加えたものであり、一方、無能化された電流源と直列の分岐は、電流源の電圧降下のみかそれ以上を受ける。電流源が無能化された分岐にはいかなる電流も流れないことから、電流源の電圧が適切な動作のために必要な最小（これは無能化された電流源の場合ゼロである）よりも大きい場合であっても、効率の損失は全くありえない。この状況下での効率損失の可能性は、無能化された電流源又は電流源回路が、動作可能になった時点で、他の電流源についての適切な動作をする電圧降下に、活動状態の分岐の負荷の電圧降下を加えたものよりも大きい適切動作電圧降下を必要とする場合にのみ起こる。これが起こった場合、誘導性ＤＣコンバータＤＣＣが両方の電流源を適切な動作条件下に保つのに充分な電圧をなおも供給することになるため、活動状態の分岐の電圧降下は、必要以上に大きいものである。負荷には、適正にパワーが供給されるが、効率損失が存在する。この状況が発生するのを避けるため、無能化された電流源のフィードバック信号ＦＢを無視するため、無能化された電流源の対応するＣtr信号は、誘導性ＤＣコンバータＤＣＣに送られなくてはならない。本発明に開示された方法は、フェールプルーフ動作を提供し、ここでいったような普通でない場合においては、負荷にはつねに適正にパワーが供給されているものの、動作中に無能化される電流源からの制御信号Ｃtrを誘導性ＤＣコンバータＤＣＣに送ることによって効率が改善される。
【００３２】
図１４は、本発明の１実施形態を示し、誘導性ＤＣコンバータＤＣＣにより２つの平行な負荷群が駆動されている。第１群のｎ個の個別の負荷、Ｚload（１）〜Ｚload（ｎ）は、直列に接続される。この分岐を流れる電流Ｉload１は、電流源Isrc１により制御される。電流源Isrc１は、付加的な制御端子Ｃtr１を有し、その電流の制御及び／又は変調を可能にする。制御ピンＣtr１が、電流源Isrc１により生み出された電流をオフする場合には、誘導性ＤＣコンバータＤＣＣに対し制御信号Ｃtr１が送られ、電流源Isrc１が無能化された時点で、誘導性ＤＣコンバータＤＣＣが電流源Isrc１の動作条件を無視する。動作条件は、フィードバック信号ＦＢ１から抽出される。この特徴は、信号Ｃtr１と誘導性ＤＣコンバータＤＣＣの間の破線の接続により表わされている。制御信号Ｃtrと誘導性ＤＣコンバータＤＣＣの間の接続に関する前述の考察がここでもあてはまる。第２の負荷群Ｚload２（１）〜Ｚload２（ｍ）は、ｍ個の個別の負荷が並列に接続され、それぞれ負荷電流Ｉload２（１）〜Ｉload２（ｍ）が通過する。前記第２の負荷群を流れる電流の和はＩload２であり、それは電流源Isrc２によって制御される。電流Ｉload２（１）〜Ｉload２（ｍ）は、各々の個別の負荷インピーダンスとその並列接続のインピーダンスの比率及び電流Ｉload２によって決定される。電流源Isrc２は、付加的な制御端子Ｃtr２を有し、その電流の制御及び／又は変調を可能にする。制御ピンＣtr２が、電流源Isrc２により生み出された電流をオフにする場合には、誘導性ＤＣコンバータＤＣＣに対し制御信号Ｃtr２を送られ、電流源Isrc２が無能化された時点で、誘導性ＤＣコンバータＤＣＣが電流源Isrc２の動作条件を無視する。動作条件は、フィードバック信号ＦＢ２から抽出される。この特徴は、信号Ｃtr２と誘導性ＤＣコンバータＤＣＣの間の破線の接続により表わされている。制御信号Ｃtrと誘導性ＤＣコンバータＤＣＣの間の接続に関する前述の考察がここでもあてはまる。
【００３３】
図１５は、直列、並列、混合で接続された個別の負荷の１群である、より複雑な負荷の例を示す。これは、負荷が任意の形で接続された多数の個別負荷で構成され得ることを示す一例にすぎない。負荷が接続される特別の方法は、本発明に関連するいくつかの考察にとって無関係であるが、これらの負荷は、単純に単一の複合負荷として表現することができ、その伝達特性は、それに含まれる個別負荷の特性のネットワークの特性である。
【００３４】
図１６は、複合負荷が電圧及び／又は電流源、機能ブロックなどを含む、負荷複合性を膨らませた他の例を示している。ここでもまた、詳述された負荷構造はそれ自体、本発明に関するいくつかの考察にとって無関係であり、単純のために、このタイプの負荷を、その伝達特性がそれを表すネットワークの特性であるものとして単一の複合負荷として表わすことができる。単純のために、負荷の内部に存在する付加的な制御端子は、複合負荷記号で表わされていない。特定の動作の点で重要である場合には、それら及び負荷を、それが本来あるべきとおりに詳述されるように表現することができる。単純化された表現はここでは、負荷表現における詳細レベルの如何にかかわらず供述される原理を例示するときに、明確のために使用されている。電流源が複合負荷の特定の区分の電流を制御することができる一方で、複合負荷全体のための電流が別の電流源により制御される、ということは、言及に値する。マルチレベル電流制御は、複合負荷全体を通して任意に分布させることができる。制御信号（単複）Ｃtrと誘導性ＤＣコンバータＤＣＣの間の接続に関して、前述のものと同じ考察がここでもあてはまる。
【００３５】
図１７は、多数の並列な負荷群が誘導性ＤＣコンバータＤＣＣにより駆動されている本発明の一実施形態を示す。各分岐中の電流は、電流源によって別々に調整される。任意の数のこのような負荷群が、本発明において提案されている方法でカバーされる。図１７でＺload（１）〜Ｚload（ｎ）で示される各々の負荷は、直列、並列又は混合された形で接続されうる任意の数の負荷からなる複合負荷である。複合負荷Ｚload（１）は、それを流れる合計電流Ｉload（１）を有する。電流Ｉload（１）は電流源Isrc１によって制御される。電流源Isrc（１）は、その電流の変調及び／又は制御を可能にする付加的な制御端子Ｃtr（１）を有する。端子Ｃtr１が、動作中に電流源Isrc１により生成された電流をオフする場合には、誘導性ＤＣコンバータＤＣＣに制御信号Ｃrt１を供給し、電流源Isrc１の動作条件を無視し、電流源Isrc１が無能化されるときＦＢ（１）信号から条件が抽出される。この特徴は制御信号Ｃtr（１）と誘導性ＤＣコンバータＤＣＣの間の破線の接続により表わされている。同じ考察は、負荷の各々やすべての負荷の分岐、それの最後が複合負荷Ｚload（ｎ）として図１７に示されているものにあてはまる。複合負荷Ｚload（ｎ）には電流Ｉload（ｎ）が流れ、これは電流源Isrc（ｎ）により制御され、電流源Isrc（ｎ）は付加的な制御ピンＣtr（ｎ）を有している。制御ピンＣtr（ｎ）は誘導性ＤＣコンバータＤＣＣに付加的に接続される。制御信号Ｃtr（ｎ）は動作中、電流源Isrc（ｎ）により生み出された電流をオフする。これらが図１７に破線で表わされている。この特徴は、電流源Isrc（ｎ）が無能化された場合に誘導性ＤＣコンバータＤＣＣが電流源Isrc（ｎ）の動作条件を無視し、フィードバック信号ＦＢ（ｎ）によって監視される状況にしている。すべての複合負荷が同一であり同時に同じようにパワーの供給を受けるような特殊な場合においては、誘導性ＤＣコンバータＤＣＣにフィードバックされるＦＢ信号及びＣtr信号の数を削減することができる。本発明によれば、最終目的は、誘導性ＤＣコンバータＤＣＣに負荷電流源Ｉsrc（１）〜Ｉsrc（ｎ）の各々を適切にバイアスするのに充分な出力電圧を提供させることにある。負荷が互いに変動する場合には、最も要求の高いニーズのあるものについて充分なバイアスを提供するために、各電流源の動作条件を監視することが必要である。各々の電流源が同一の負荷で、同時に、同じ電流を生成する場合には、いずれかの電流源からピックアップされた単一のフィードバック信号ＦＢがすべての電流源を表し、共通の信号Ｃtrとして誘導性ＤＣコンバータＤＣＣにフィードバックされる（すべての電流源が同時に、同じ方法で動作する場合、電流源制御信号Ｃtrは共通である）。この配置が、監視中のフィードバック信号ＦＢをもつもの以外のあらゆる負荷の故障の検出できないということは言及に値する。負荷が異なり、連続的にパワーが供給され（電流源制御Ｃtr信号がない）、電流源の必要とされる最大の電圧降下の場所がわかっている場合、その特定の場所からのフィードバック信号ＦＢをその回路内のすべての電流源を代表するものとして使用し、誘導性ＤＣコンバータＤＣＣにフィードバックすることができる。ここでもまた、この設定は、任意の複合負荷内で��故障検出を可能にするものではない。その場所がわかっていない場合には、すべての負荷電流源（Ｉsrc（１）〜Ｉsrc（ｎ））を監視しなければならず（フィードバック信号ＦＢ（１）〜ＦＢ（ｎ））、誘導性ＤＣコンバータＤＣＣは、負荷のうちの最も要求の高いもののために充分な電圧を出力しなければならない。図１７に示されている配置は、これらの制御信号Ｃtr（１）〜Ｃtr（ｎ）のすべてを誘導性ＤＣコンバータＤＣＣにフィードバックすることのできる場合、各々の複合負荷分岐内の電流の独立した制御、変調などを可能にし、そのそれぞれのＣtr信号によって無能化されるあらゆる電流源の動作条件を無視できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】負荷インピーダンスが、グランドに接続された直列検知抵抗を含み、負荷に制御された出力電流を送達するための誘導性ＤＣコンバータを用いた先行技術の回路の図である。
【図２】図１のものに類似した先行技術の回路の図であって、直列探知抵抗が高く接続され、負荷インピーダンスの一端がグランドに接続されている図である。
【図３】グランドに接続された並列検知抵抗を利用する図１及び図２のものに類似した先行技術の回路の図である。
【図４】電流プローブのような、直列要素を使用することなく出力電流が検知される図１〜３のものに類似した先行技術の回路の図である。
【図５】パルス幅変調を用いる誘導性ＤＣコンバータ電圧調整（又はフィードバック）ループを示す先行技術の回路の図である。
【図６】電流源Isrcが負荷とグランドの間に接続され、制御された出力電流を負荷に出力するための誘導性ＤＣコンバータを用いた本発明による回路の図である。
【図７】本発明による誘導性ＤＣコンバータ電圧調整又はフィードバックループの回路図である。
【図８】電流源Isrcが負荷と誘導性ＤＣコンバータの出力端の間に接続され、負荷のもう一方の端子がグランドに接続され、制御された出力電流を負荷に出力するための誘導性ＤＣコンバータを用いた本発明による回路の図である。
【図９】電流源Isrcが、負荷電流Ｉload制御及び／又は変調するために利用できる制御端子Ｃtrを含み、制御された出力電流を負荷に出力するための誘導性ＤＣコンバータを用いた本発明による回路の図である。
【図１０】出力電流がフィードバックループによって制御される負荷に直列接続される電流源回路と、任意の基準端子Ｒefを有する電流源回路とを用い、制御された出力電流を負荷に出力するための誘導性ＤＣコンバータを用いた本発明による回路の図である。
【図１１】電流源Isrcのための付加的な制御ピンＣtrと、付加的な出力コンデンサＣoutを有する、制御された出力電流を多数の直列負荷の中に出力するための誘導性ＤＣコンバータを用いた本発明による回路の図である。
【図１２】電流源Isrcのための任意の制御ピンＣtrと、付加的な出力コンデンサＣoutを有する、制御された出力電流を多数の並列負荷の中に出力するための誘導性ＤＣコンバータを用いた本発明による回路の図である。
【図１３】各々一連の１以上の個別負荷からなる２つの並列の負荷群の中に制御された出力電流を送達するために誘導性ＤＣコンバータ及び電流源Isrc１及びＩsrc２を用いた本発明による回路の図である。
【図１４】一方が直列接続された１以上の個別負荷からなり、他方が並列接続された１以上の個別負荷からなる２つの並列の負荷群に制御された出力電流を出力するための誘導性ＤＣコンバータ及び電流源Ｉsrc１及びＩsrc２を用いた本発明による回路の図である。
【図１５】単純のために単一の複合負荷により象徴化することができる、個別負荷のより複雑なネットワークの回路図の一例である。
【図１６】電流及び電圧源ならびに機能ブロックを含む複合負荷の回路図の一例である。
【図１７】各々電流源回路と直列接続されている並列の複合負荷内に制御された出力電流を出力するための誘導性ＤＣコンバータを用いた本発明による回路の図である。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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