(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源入力の両端間に結合された第１および第２のコンデンサを含む一連の直列コンデンサと、
第１のコンデンサの両端間に結合された第１のトランジスタであって、第１の基準電圧を受け取るために結合された制御端子を有する第１のトランジスタと、
第２のコンデンサの両端間に結合された第２のトランジスタであって、第２の基準電圧を受け取るために結合された制御端子を有する第２のトランジスタと、
互いに異なる第１および第２の基準電圧を提供するために前記第１および第２のトランジスタに結合された抵抗分圧回路網と
を備え、
第１および第２のコンデンサが、第１のコンデンサと第２のコンデンサの間の接続点で前記一連の直列コンデンサに結合され、前記第１および第２のトランジスタが、前記一連の直列コンデンサにおける漏れ電流アンバランスのバランスを取るためにブリード電流を提供するように適合されている
回路。
【請求項２】
抵抗分圧回路網が、第１および第２のトランジスタの当該の制御端子に結合された少なくとも２つの抵抗器を備える請求項１に記載の回路。
【請求項３】
第１および第２のトランジスタが、前記一連の直列コンデンサの第１のコンデンサと第２のコンデンサの間にある接続点に結合され、第１および第２のトランジスタが、接続点での電圧を入力基準範囲内に維持するように適合されている請求項１に記載の回路。
【請求項４】
前記ブリード電流が、前記一連の直列コンデンサにおける漏れ電流アンバランスと実質的に等しい請求項１に記載の回路。
【請求項５】
前記ブリード電流が、接続点での電圧が入力基準範囲内の電圧に固定されて維持されるときに実質的にゼロに等しくなる請求項１に記載の回路。
【請求項６】
第１および第２のトランジスタが、シンクソース・フォロア回路構成で結合されている請求項１に記載の回路。
【請求項７】
シンクソース・フォロア回路が、前記一連の直列コンデンサの両端間に印加された電圧の一部である入力基準を受け取るように結合された請求項６に記載の回路。
【請求項８】
前記入力基準が、上側および下側基準電圧を含む範囲の電圧であり、上側および下側基準電圧がそれぞれ、前記一連の直列コンデンサの両端間に印加された電圧の一部からオフセットされている請求項７に記載の回路。
【請求項９】
前記一連の直列コンデンサの両端間に印加された電圧の一部からの上側および下側基準電圧のオフセットがゼロである請求項８に記載の回路。
【請求項１０】
第１および第２のトランジスタがバイポーラ接合トランジスタを備える請求項６に記載の回路。
【請求項１１】
第１および第２のトランジスタがＰＮＰトランジスタおよびＮＰＮトランジスタを備える請求項１０に記載の回路。
【請求項１２】
さらに、第１のトランジスタを介するブリード電流を制限するために第１のトランジスタのコレクタに結合された第１の抵抗器を備え、さらに、第２のトランジスタを介するブリード電流を制限するために第２のトランジスタのコレクタに結合された第２の抵抗器を備える請求項１１に記載の回路。
【請求項１３】
前記回路が、電源回路内に含まれた能動回路である請求項１に記載の回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本出願は、「Ｍｅｔｈｏｄ  Ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｆｏｒ  Ｂａｌａｎｃｉｎｇ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｃａｐａｃｉｔｏｒ  Ｌｅａｋａｇｅ  Ｃｕｒｒｅｎｔ」という名称の２００１年１１月２７日出願の米国仮特許出願第６０／３３３４５３号に対する優先権を請求する。
【０００２】
本出願はまた、「Ｍｅｔｈｏｄ  Ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｆｏｒ  Ｂａｌａｎｃｉｎｇ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｃａｐａｃｉｔｏｒ  Ｌｅａｋａｇｅ  Ｃｕｒｒｅｎｔ」という名称の２００１年１１月３０日出願の米国仮特許出願第６０／３３５２３４号に対する優先権も請求する。
【０００３】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に回路に関し、より詳細には、本発明は、直列コンデンサを含む回路に関する。
【０００４】
【従来の技術】
電力変換器の１つの機能は、整流された交流（ＡＣ）電力をレギュレートされた直流（ＤＣ）出力に変換することである。図１は、入力から電力変換器１０１までに含まれる要素を示す。ダイオード・ブリッジＢＲ１  １０５が、ＡＣ入力を整流する。直列コンデンサＣ１  １０７、Ｃ２  １０９が、ダイオード・ブリッジＢＲ１  １０５の出力電圧を滑らかにするためにダイオード・ブリッジＢＲ１  １０５の両端間に結合されている。直列コンデンサは例えば１１５ＶＡＣまたは２３０ＶＡＣなど複数の異なる入力電圧を使用して動作するように構成される多くの電源に共通である。図示されるように、スイッチＳＷ１  １１１が、ダイオード・ブリッジＢＲ１  １０５と、直列コンデンサＣ１  １０７、Ｃ２  １０９の間にある接続点１１３との間に結合される。例えば２３０ＶＡＣで動作するとき、このスイッチＳＷ１  １１１は開かれる。例えば１１５ＶＡＣで動作するとき、スイッチＳＷ１  １１１は閉じられる。
【０００５】
抵抗器Ｒ１  １１５、Ｒ２  １１７は、図示されるように直列コンデンサＣ１１０７、Ｃ２  １０９の両端間に結合されて、電源が２３０ＶＡＣ入力として構成されるときに、直列コンデンサＣ１  １０７、Ｃ２  １０９の両端間にほぼ等しい電圧を維持し、かつ直列コンデンサＣ１  １０７、Ｃ２  １０９の両端間に電圧のバランスさせるのに必要なブリード電流を提供する。１１５ＶＡＣ動作中、２つの直列コンデンサＣ１  １０７とＣ２  １０９は、入力電圧ダブラ回路の一部として機能する。しかし、２３０ＶＡＣ用に構成されるとき、２つの直列コンデンサＣ１  １０７とＣ２  １０９は、抵抗器Ｒ１  １１５、Ｒ２  １１７によって提供されるもの以外に中心点電圧へのＤＣ接続を有さない。抵抗器Ｒ１１１５、Ｒ２  １１７を用いないと、２つの直列コンデンサＣ１  １０７とＣ２  １０９の中心点電圧は、コンデンサ漏れ電流によって理想的な１／２ＤＣ入力から逸脱する場合があり、これにより一方のコンデンサが、もう一方のコンデンサよりも大きな電圧ストレスを有する可能性がある。実際、コンデンサの１つに過電圧ストレスがかかり、損傷が加えられる可能性がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、抵抗器Ｒ１  １１５とＲ２  １１７は、ブリード電流を提供することによってバランスの問題に対する解決策を提供する。Ｒ１  １１５、Ｒ２  １１７の抵抗値は、効果的になるように、直列コンデンサＣ１  １０７とＣ２  １０９の間での最悪の場合の漏れ電流アンバランスよりも数倍大きいブリード電流を確立するのに十分低くしなければならない。これには、抵抗器が、２つのコンデンサ間の差分電流によって損失される実際の電力よりもはるかに大きい電流を損失する必要がある。したがって、抵抗器Ｒ１  １１５、Ｒ２  １１７は、整流ＡＣ電力を受け取るように結合された電源変換器の多くの待機または出力無負荷要件に対する大きな入力電力消費をもたらす。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
直列コンデンサの漏れ電流のバランスを取るのに必要なブリード電流を大幅に低減する能動回路が開示されている。この能動回路は、コンデンサが電圧ダブラ動作するように構成されているときに、この構成にはブリード電流が必要ないので、ブリード電流を切断するように設計することもできる。一実施態様では、回路が、コンデンサ間で切り換えられて、漏れ電流のバランスを取るのに必要なブリード電流を提供する。一実施態様では、２つのコンデンサ間の接続点での電圧が、２つの基準電圧の数ボルト範囲内に留められる。一実施態様では、ブリード電流が、２つの直列コンデンサ間の漏れ電流の差に実質的に等しい。一実施態様では、能動回路がシンクソース・フォロア回路を含む。一実施態様では、シンクソース・フォロア回路が入力部を含み、各入力部が、直列コンデンサ間に印加される電圧の一部だけオフセットされた電圧を基準とし、シンクソース・フォロア回路の出力部は、２つの直列コンデンサ間の接続点に結合される。一実施態様では、オフセットが非常に低い値に制限され、実質的にゼロのこともある。一実施態様では、シンク・フォロア回路は、ＮＰＮバイポーラ・トランジスタを含むソース・フォロア回路に結合されたＰＮＰバイポーラ・トランジスタを含む。一実施態様では、抵抗器は、バイポーラ・トランジスタによって伝導されるピーク電流を制限するために、各バイポーラ・トランジスタのコレクタと直列に接続される。一実施態様では、能動回路が電源回路として使用される。
【０００８】
別の実施態様では、能動回路を利用して直列コンデンサ内の漏れ電流のバランスを取るのに必要なブリード電流を大幅に低減する方法が開示されている。一実施態様では、必要なブリード電流は、直列コンデンサからの漏れ電流のバランスを取るのに必要なときにスイッチを入れられる。一実施態様では、能動回路からのブリード電流がオフに切り換えられ、直列コンデンサがダブラ動作するように構成されるときに実質的にゼロに等しくなる。一実施態様では、ブリード電流は、２つのコンデンサ間の漏れ電流の差に実質的に等しくなる。一実施態様では、能動回路は、２つの直列コンデンサ間の接続点に接続された出力電圧を入力基準電圧に関して維持するための手段を含む。一実施態様では、開示される方法が、電源回路に適用される。本発明の追加の特徴および利点は、以下に記載する詳細な説明および図面から明らかになろう。
【０００９】
本発明を例として詳細に例示し、添付図面に限定はしない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
能動コンデンサ漏れ電流のバランスを取る回路概略図の一実施形態を開示する。以下の説明では、本発明の完全な理解を与えるために多数の特定の詳細を記載する。しかし、本発明を実施するためにその特定の詳細を採用する必要はないことを当業者には理解されたい。いくつかの例では、本発明が曖昧になるのを避けるために、よく知られている材料または方法を詳細には説明していない。
【００１１】
本明細書を通じて、「一実施形態」または「１つの実施形態」に対する言及は、その実施形態に関連して説明する特定の特徴、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、本明細書を通じて様々な箇所で現れる用語「一実施形態では」または「１つの実施形態では」は、必ずしも全てが同じ実施形態に関連しているわけではない。さらに、特定の特徴、構造、または特性を、１つまたは複数の実施形態において任意の適切な様式で組み合わせることができる。
【００１２】
概要として、本発明の１つの実施形態によれば、直列コンデンサの漏れ電流のバランスを取ることに関連する入力電力損失が低減される。一実施形態では、本発明の教示による回路が、例えば１つのＰＮＰバイポーラ・トランジスタと１つのＮＰＮバイポーラ・トランジスタなど高電圧低電流トランジスタを使用して、直列コンデンサの電圧のバランスを能動的に取る。一実施形態では、トランジスタは、シンクソース電圧フォロア構成として構成されており、これらのトランジスタのベースは、３つの抵抗器を含む非常に高いインピーダンスをもち、低損失の抵抗分圧回路網を用いて、１／２ＤＣ入力電圧の前後に中心を取られたわずかに異なる、またはオフセットされた基準電圧に連結されている。２つのトランジスタのエミッタは共に、直列コンデンサ間の接続点に連結されて、能動シンクソース・ドライブを提供し、これは、この点での電圧を入力基準範囲内に留める。
【００１３】
例示の目的で、図２は、直列コンデンサの電圧のバランスを能動的に取るための本発明の教示による回路２０１の一実施形態を全体として示す。一実施形態では、回路２０１は、高電圧ＡＣ入力を整流し滑らかにする電力変換器または電源の一部である。例示した実施形態では、回路２０１は、例えば２３０ＶＡＣまたは１１５ＶＡＣ（しかしそれらに限定しない）など、電源または電力変換器に関する複数の異なる入力電圧に対応するように適合されている。図示した実施形態に示されるように、ダイオード・ブリッジＢＲ１  ２０５が、ＡＣ入力２０３電圧を整流するために結合され、直列コンデンサＣ１  ２０７、Ｃ２  ２０９が、整流された電圧を滑らかにするためにダイオード・ブリッジＢＲ１  ２０５の両端に結合されている。図示されるように、スイッチＳＷ１  ２１１が、ダイオード・ブリッジＢＲＩ２０５と、双方の直列コンデンサＣ１  ２０７、Ｃ２  ２０９の間の接続点２１３との間に結合されている。例えば２３０ＶＡＣで動作するとき、スイッチＳＷ１  ２１１は開かれている。例えば１１５ＶＡＣで動作するとき、スイッチＳＷ１  ２１１は閉じられて、Ｃ１  ２０７とＣ２  ２０９の直列結合の両端間の電圧を倍増させる。
【００１４】
図２のボックス２００内に図示されるように、シンクソース電圧フォロア回路の一実施形態が例示される。例示されたシンクソース電圧フォロア回路は、直列コンデンサＣ１  ２０７とＣ２  ２０９の両端間に結合された、直列に接続されている抵抗器Ｒ１  ２１５と、バイポーラＮＰＮトランジスタＱ１  ２１９と、バイポーラＰＮＰトランジスタＱ２  ２２１と、抵抗器Ｒ２  ２１７とを含む。トランジスタＱ１  ２１９とＱ２  ２２１の制御端子またはベースが抵抗器Ｒ５２２７によって接続され、したがって互いにわずかにオフセットされた入力基準電圧にバイアスされる。一実施形態では、入力基準電圧のオフセットの度合が、抵抗回路網によって与えられ、抵抗器Ｒ３  ２２３、Ｒ４  ２２５、およびＲ５  ２２７の選択によって支配される。スイッチＳＷ１  ２１１が閉じられて、Ｃ１  ２０７とＣ２  ２０９の直列結合の両端間の電圧が倍増するとき、抵抗器２２７によって導入されるオフセットによって、トランジスタＱ１  ２１９とＱ２  ２２１が効果的に切断され、後続のＡＣ半サイクルでコンデンサ２０７と２０９に印加される電圧の真の電位差を補正することを回路が試みるのを防止する。一実施形態では、抵抗器Ｒ５が、実質的にゼロに等しい抵抗値を有する場合があり、これは、オフセットを低い値または実質的にゼロ値に制限し、バイポーラ・トランジスタＱ１  ２１９とＱ２  ２２１のベースを効果的に接続する短絡回路接続でＲ５  ２２７を置き換えられるという効果を有する。一実施形態では、抵抗器Ｒ３  ２２３、Ｒ４  ２２５、およびＲ５  ２２７の抵抗値が、図１のＲ１  １１５、Ｒ２  １１７よりもはるかに大きく、これは、図１のＲ１  １１５、Ｒ２  １１７に比べて、これらの抵抗器Ｒ３  ２２３、Ｒ４  ２２５、およびＲ５  ２２７での電力損失を低減する。
【００１５】
図２に例示される実施形態では、シンクソース・フォロア回路が、直列コンデンサＣ１  ２０７とＣ２  ２０９の直列構成間の接続点２１３に接続された出力を有する。接続点２１３におけるシンクソース・フォロアの出力での電圧が、抵抗分圧回路網Ｒ３  ２２３、Ｒ４  ２２５、およびＲ５  ２２７によって決まる上側または下側入力基準電圧よりも大きく逸脱した場合に、トランジスタＱ１  ２１９またはＱ２  ２２１がターン・オンする。このようにすると、接続点２１３でのシンクソース・フォロアの出力が、Ｒ３  ２２３、Ｒ４  ２２５、およびＲ５  ２２７によって決まる入力基準電圧範囲内に維持される。図２に示される実施形態では、Ｒ５  ２２７は、シンクソース・フォロアのトランジスタＱ１  ２１９およびＱ２  ２２１の制御端子またはベースにおける入力基準電圧をずらし、それによりトランジスタＱ１  ２１９のベースは、直列コンデンサのＤＣ入力の半分よりもわずかに低くなり、トランジスタＱ２  ２２１のベースは、直列コンデンサへのＤＣ入力の半分よりもわずかに高くなる。これは、スイッチＳＷ１  ２１１が閉じられた状態でダブラ動作するように直列コンデンサが構成されるときに、両トランジスタがオフになることを保証するためのものである。別の実施形態（図示せず）では、抵抗器Ｒ３  ２２３、Ｒ４  ２２５、およびＲ５  ２２７の選択によって決まる基準電圧が、直列コンデンサへのＤＣ入力電圧の半分ではなく、ＤＣ入力電圧の何らかの他の一部に中心を取られる。図２における抵抗器Ｒ１  ２１５、Ｒ２  ２１７は、Ｒ３  ２２３、Ｒ４  ２２５、およびＲ５  ２２７よりもはるかに低い抵抗値を有するように選択され、シンクソース・フォロアの電力損失を制限する。
【００１６】
図２に例示される実施形態は２つのコンデンサの直列を使用するが、この回路は、任意の数の直列コンデンサに適用することができ、その際、本発明の教示によれば、直列内のコンデンサの各対の間の接続点が、別個のシンクソース・フォロア回路の出力に接続されることを理解されたい。
【００１７】
したがって、図２に例示される実施形態は、直列コンデンサＣ１  ２０７、Ｃ２  ２０９の両端の電圧を能動的に制御し、トランジスタＱ１  ２１９またはＱ２  ２２１を、コンデンサ漏れオフセットの極性に依存してオンにすることができる。補正トランジスタＱ１  ２１９またはＱ２  ２２１によって提供されるこのブリード電流は、コンデンサＣ１  ２０７とＣ２  ２０９の漏れ電流アンバランス、したがってこの機能を実施するのに必要な最小値に実質的に等しくなる。その結果、バランス回路の損失は、実質的に最小値に維持される。
【００１８】
前述の詳細な説明では、本発明の方法および装置を、特定の例示実施形態を参照して説明した。しかし、本発明のより広範な趣旨および範囲を逸脱することなく様々な修正および変更を加えることができることは明らかであろう。したがって、本明細書および図面は、制限を加えるものではなく例示とみなすべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】直列コンデンサからのコンデンサ漏れ電流のバランスを取るための、知られている方法の回路概略図である。
【図２】本発明の教示に従って、直列コンデンサからのコンデンサ漏れ電流のバランスが取られた回路概略図の一実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１０３、２０３  入力
１０５、２０５  ダイオード・ブリッジ
１０７、１０９、２０７、２０９  コンデンサ
１１１、２１１  スイッチ
１１３、２１３  接続点
１１５、１１７、２２３、２２５、２２７  抵抗器
【図１】
0003893103.tif 000002
【図２】
0003893103.tif 000003