(57)【要約】高効率固定周波数共振モード・コンバータの一部を形成する低費用駆動回路である。駆動回路は、自己同期し、ＭＯＳＦＥＴトランジスタ（Ｑ１、Ｑ２）出力段をＤＣ−ＤＣコンバータにおける一次巻線（２０）の共振電流に同期させるのに比較的低費用の構成要素を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定周波数共振コンバータと共に用いる低費用自己同期駆動回路であって、
ａ）一組の接続されたトランジスタ・スイッチと、
ｂ）トランジスタに接続されるコンパレータ回路装置と、
ｃ）一次および二次巻線を有する変圧器と、
ｄ）変圧器の一次および二次巻線に接続される一組のダイオードと、
ｅ）変圧器の二次巻線に結合され、コンパレータにバイアスを提供する追加の同期巻線とを含む前記駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
アメリカ国市民であり、アメリカ合衆国カリフォルニア州サザンオークス市の住民であるマイケル・アーチャーは、新規で有用な「改良固定周波数共振コンバータ」を発明し、以下がその特許出願であり、この願書の提出時に自己が知っている発明の実施の態様が１つ含まれていることが示される。
【０００２】
（関連する出願との相互参照）
本出願は、２００３年２月４日に出願された同一出願人によるアメリカ国仮特許出願第６０／４４５，１９８号に基づく優先権を主張する。
【背景技術】
【０００３】
（発明の背景）
ＤＣ−ＤＣコンバータは、今日、比較的普及していて、種々の応用に用いられ、とりわけ、フォワード・コンバータに関係するトポロジ、ハーフ・ブリッジおよびフル・ブリッジ回路装置、並びにフォワード・コンバータにおいて用いられているが、例えば、一次ＭＯＳＦＥＴスイッチのような一次スイッチと電流が強制的に同期関係とされている。
【０００４】
ＤＣ−ＤＣコンバータに関係する応用の多くは、負荷制御および効率のポイントがかなり重要なコンピュータにおける低電圧システムで用いられている。これらの用途のうち典型的なものには、デスク・トップおよびノートブック・コンピュータが含まれている。これらの環境での応用は、有益であり、これは、一次スイッチの駆動ロジックと同期スイッチの駆動ロジックとを共通の接地または電圧差動を参照するからである。典型的には、１２から２０ボルトの電圧が共通の基準で５ボルトまたはそれ未満へと下げられる。
【０００５】
世界ＡＣ電圧標準（９０ＶＡＣ−２６４ＶＡＣ）からＡＣ−ＤＣ変換を行うのに用いられるパワーコンバータは、前述した通常の低電圧型ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて用いられる同期アプローチには、比較的束縛されていない。この理由は、様々であるが、最も重要な問題の中には、境界成分における厳密なクリアランス要件と共に３，０００ＶＡＣの誘電体破壊電圧を決定する安全負荷ライン境界によって分離される一次段と同期して二次段を駆動することが複雑であるというものがある。必要な情報で、この境界を越えることは、可能であるが、かなり費用がかかる傾向にある。
【０００６】
前記のことに加えて、そのコンバータは、それに対応する低電圧ＤＣ−ＤＣのものよりもずっと高い電圧で動作しており、コンバータが強制整流を用いているときは、さらに困難な問題が数多く生じる。強制整流の不都合は、低電圧分野の業界で用いられている通常のアプローチにおいても見出される。最も重大なのは、主要な変圧器からの漏れインダクタンスの効果を制御することであり、この漏れインダクタンスは、パワー電流、電圧および駆動信号を歪ませるように作動する。その効果によって、固有のタイミング問題が引き起こされるが、これは、一次電流が同期スイッチのタイミングを困難にし始める前に、漏れエネルギを激減しなければならないからである。
【０００７】
汎用ラインの範囲から離れて動作する非常に高効率のＡＣ−ＤＣコンバータに対する必要性が存在している。この必要性は、デスクトップおよびノートブック・コンピュータ、とりわけ高密度デスクトップおよびノートブック・コンピュータの激増で最高潮に達している。このハードウエアの価格は、近年、市場で低下し、新しい設計に挑むのを困難にしている。これに、エネルギの浪費を削減するためのより厳しい対策が課せられているという事実が重なって、設計の問題が追加される。このように、高効率のＡＣ−ＤＣコンバータを得るための費用効果の高い解決策に対する必要性が明らかに存在している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
（発明の目的）
本発明の主要な目的の１つは、高密度デスクトップおよびノートブック・コンピュータで用いられる高効率のＡＣ−ＤＣコンバータを提供することである。
【０００９】
本発明の別の目的は、エネルギの使用において高効率であり、低価格の周波数共振モード・コンバータを可能とする前述のタイプのＡＣ−ＤＣコンバータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（発明の概要）
高周波共振コンバータは、定められた周波数で動作するもので、とりわけ負荷電流が主パワー変圧器の一次および二次巻線の間を通るようになっている。加えて、その動作は、正弦波で行われ、電流は、本質的にゼロである電流ポイントで始まり、かつ、終わる。本発明によって、パワー変換サイクルが終わる前であっても、エネルギの破損フィールドの激減で、磁気漏れインダクタンスに関係する問題が取り除かれる。換言すると、パワー変換サイクルが短時間持続し、フィールド・エネルギの漏れが可能となる。
【００１１】
本発明によると、同期巻線がＭＯＳＦＥＴパワー段に電圧を供給するタイプの二次パワー巻線の上に積み重ねられる。この加えられた同期巻線が簡単なワンショットのスタートを開始するのに用いられる。そのワンショットは、好ましくは低費用コンパレータで作られ、ＭＯＳＦＥＴソースとパワー巻線出力とを参照して作動される。前述した余分の同期巻線によって、そのコンパレータにバイアスが提供される。主変圧器の電圧が、その変圧器の一方の側で接地電圧に対して正であるとき、回路は、ＭＯＳＦＥＴゲートに正の電圧を供給する巻線に接続される。これによって、ＭＯＳＦＥＴゲートに電圧が誘起されるか、オンされる。加えて、この動作は、通常、一次スイッチと同期する関係にあって、それは、同期巻線がスイッチ、すなわちＭＯＳＦＥＴトランジスタによって駆動される一次巻線と同位相であるからである。
【００１２】
正しい位相にある一次ＭＯＳＦＥＴスイッチがオンである間のみ、同期電圧が利用可能であるので、二次同期ＭＯＳＦＥＴを異なる位相としておくことは、不可能である。コントローラのエラーの可能性がいかにあろうとも、このことは、真であり、かつ、ゲートを充電する乾電圧が利用可能でないので、これは真である。同期巻線は、ワンショットを開始し、時間通りのプログラミング以外にいかなる時定数を加える必要性も不要としており、かつ生産誤差のプログラミングを確実にしている。
【００１３】
本発明によって、独特で新規な改良された固定周波数共振コンバータが提供され、上記で確認された目的およびその他の目的が全て満たされるが、それが実施される形態を考慮することで、より完全に明らかとなる。これらの形態の１つがより完全に添付図面に例示されていて、かつ、以下の発明の詳細な説明に記述されている。しかしながら、添付図面およびこの詳細な説明は、発明の一般的な原理を例示する目的のためだけに示されていることを理解すべきである。
【００１４】
（好ましい実施例の詳細な説明）
ここで、従来技術、とりわけ図１を参照すると、簡単な発振器１０で動作する一組のＭＯＳＦＥＴトランジスタまたはスイッチＱ１、Ｑ２が存在していることが認められる。一次巻線１４および二次巻線１６を有し、ダイオードが整流器Ｄ１、Ｄ２として作用している主パワー変圧器１２が存在している。
【００１５】
さらに図１を参照すると、整流器Ｄ１、Ｄ２がその回路の下または図の下に示されている波形で動作しているのを見ることができる。この同じ波形図は、ゲートＱ１、Ｑ２が動作しているときも示している。実際、Ｑ２のゲートには、ダイオードＤ２が導通しているときに電圧が加わっている。同様にＱ１のゲートも、ダイオードＤ１が動作しているときに動作している。
【００１６】
図１の回路装置における問題の１つは、ＭＯＳＦＥＴスイッチの制御であり、すなわち、それを同期してオフにしたりオンにしたりすることである。この回路装置は、本質的に世界のどこでも用いられることを認識しなければならない。加えて、ユーザを３，０００ボルトの大きな電圧源から保護する絶縁がなければならない。前述したことに加えて、図１に例示されるような従来技術の装置は、効率的に動作しない。実際、図３には、ハーフおよびフル・ブリッジ装置およびフォワード・コンバータが備わり、一次スイッチと同期の関係で電流を強制整流する装置が示されている。
【実施例】
【００１７】
図４には、本発明の固定周波数共振コンバータが示されている。このコンバータは、ＭＯＳＦＥＴスイッチＱ１、Ｑ２を同様に用いる。この場合、一次巻線２０における電流は、主変圧器２４の二次巻線２２、３０、４５、５０の電流と相互に結合される。図５を参照すると、電流で生成される半サイン波形が本質的にゼロで始まり、かつ、終わるのを見ることができる。この装置を用いると、エネルギの漏れフィールドは、パワー変換サイクルが終わる前に激減される。
【００１８】
ゲートＱ３で示される波形は、本質的にはコンパレータ２８の出力である。簡単に言うと、発明は、非常に簡単なコンパレータのみが用いられている点で独特である。ダイオードＤ１、Ｄ３が同期スイッチＱ１、Ｑ２と共に用いられ、スイッチＱ１、Ｑ２と同期関係にある。図５をさらに参照すると、４０で示される短い期間があり、その間に、フォワード共振電流が終わって、ダイオードＤ１、Ｄ３が動作するということを見ることができる。ＩＣ１（２８）、ＩＣ２（６０）に対するワンショット・タイミングが完了して後、Ｑ３およびＱ４に存在する固有ダイオード（すなわち、固有ダイオードＤｉ３およびＤｉ４）は、共振サイクルの終りまで残りの負荷電流を流し続け、そうすると、コンパレータＩＣ１（２８）およびＩＣ２（６０）に高い精度が必要とされることもなくなる。
【００１９】
このようにユニークで新規な改良された固定周波数共振コンバータが例示され、記述され、これによって、求められている目的および利点の全てが満たされている。この明細書および添付図面を考慮すると、多くの変形、修正、変更、その他の用法およびアプリケーションが当業者には明らかになることが理解される。したがって、発明の精神および範囲から逸脱しないその変形、修正、変更、他の用法および応用は、いずれも、かつ、全て本発明によってカバーされるものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来技術による周波数共振モード・コンバータの概略回路図である。
【図２】図１の回路装置によって生成される一連の波形図である。
【図３】従来技術による周波数共振コンバータの一形態の概略図である。
【図４】本発明の好ましい固定周波数共振モード・コンバータの概略回路図である。
【図５】図４の装置により生成される概略波形図である。
【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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【国際調査報告】
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