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公開番号2025092375
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-19
出願番号2024096761
出願日2024-06-14
発明の名称パルススキップを有するスイッチングモード電力コンバータ及びその制御方法
出願人ダイオーズインコーポレイテッド
代理人個人,個人,個人
主分類H02M 3/155 20060101AFI20250612BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】軽負荷のときにより効率的な電力変換を提供するために、スイッチングモード電源のための技術及びメカニズムを提供する。
【解決手段】制御回路は、入力電圧V_INと出力電圧V_OUTとを有する電力コンバータに連結されている。制御回路は、電流源とグランドとの間に接続されたキャパシタを含む。電流源は、電力コンバータのPWMコントローラのパルス幅変調(PWM)信号がハイのときには電流αV_IN又はα(V_IN-V_OUT)でキャパシタを充電し、PWM信号がローのときには電流α(-V_OUT)又はα(V_IN-V_OUT)でキャパシタを放電する、ように構成される。αは予め構成された定数である。制御回路は、電力コンバータの現在のスイッチングサイクルが終了する前に、キャパシタの両端の電圧が閾値未満に低下したときには、パルスをスキップするようにPWMコントローラをトリガするように構成される。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
入力電圧Ｖ
ＩＮ
と出力電圧Ｖ
ＯＵＴ
とを有する電力コンバータに連結された制御回路であって、前記制御回路は、
電流源と、
前記電流源とグランドとの間に接続されたキャパシタであって、前記電流源は、前記電力コンバータのＰＷＭコントローラのパルス幅変調（ＰＷＭ）信号がハイのときにはα（Ｖ
ＩＮ
－Ｖ
ＯＵＴ
）に等しい電流で前記キャパシタを充電し、前記ＰＷＭコントローラの前記ＰＷＭ信号がローのときにはα（－Ｖ
ＯＵＴ
）に等しい電流で前記キャパシタを放電する、ように構成され、αは予め構成された定数である、キャパシタと、
を含み、
前記制御回路は、前記電力コンバータの現在のスイッチングサイクルが終了する前に前記キャパシタの両端の電圧がスキップ閾値未満に低下したときには、１パルス（又は複数パルス）をスキップするように前記ＰＷＭコントローラをトリガするように構成される、
制御回路、
を含む、回路。
続きを表示（約 2,000 文字）【請求項２】
前記電流源は、
電流αＶ
ＩＮ
を有する第１の電流源であって、前記第１の電流源は、前記第１の電流源の電流が流れる方向が前記第１の電流源から前記キャパシタへとして前記キャパシタの第１の端子に接続される、第１の電流源と、
電流αＶ
ＯＵＴ
を有する第２の電流源であって、前記第２の電流源は、前記第２の電流源の電流が流れる方向が前記キャパシタの前記第１の端子から前記グランドへとして前記キャパシタの前記第１の端子と前記グランドとの間に接続され、前記第２の電流源は、前記キャパシタと並列に接続される、第２の電流源と、
を含む、請求項１に記載の回路。
【請求項３】
前記制御回路は、前記第１の電流源と前記キャパシタの前記第１の端子との間に接続された第１のスイッチであって、前記第１のスイッチは、前記ＰＷＭ信号がハイのときにスイッチオンするように構成される、第１のスイッチ、をさらに含む、請求項２に記載の回路。
【請求項４】
前記制御回路は、前記キャパシタの前記第１の端子と前記グランドとの間に前記キャパシタと並列に接続された第２のスイッチであって、前記第２のスイッチは、前記キャパシタの両端の前記電圧をゼロに設定するように構成される、第２のスイッチ、をさらに含む、請求項２に記載の回路。
【請求項５】
前記制御回路は、
前記キャパシタの前記第１の端子に接続された入力端子を有するスキップ回路であって、前記スキップ回路は、前記現在のスイッチングサイクルが終了する前に前記キャパシタの両端の前記電圧が前記スキップ閾値未満に低下したときに、１スイッチングパルス（又は複数スイッチングパルス）をスキップすることを示すスキップ信号を出力するように構成される、スキップ回路、
をさらに含む、請求項１に記載の回路。
【請求項６】
前記電力コンバータと前記スキップ回路との間に接続されたドライバであって、前記ドライバは前記スキップ信号に基づいて、１パルス（又は複数パルス）について前記電力コンバータの電力スイッチをスイッチオンすることをスキップするように制御するように構成された、ドライバ、
をさらに含む、請求項５に記載の回路。
【請求項７】
前記スキップ回路と前記ドライバとの間に接続された遅延回路をさらに含み、前記遅延回路は、
前記スキップ回路の出力端子に接続された第１の入力端子と、前記ドライバに接続された出力端子とを有するＡＮＤゲートと、
前記スキップ回路の前記出力端子に接続された入力端子と、前記ＡＮＤゲートの第２の入力端子に接続された出力端子とを有し、前記ＡＮＤゲートの前記第２の入力端子での入力が反転される、ワンショットタイマと、
を含み、
前記ワンショットタイマは、前記スキップ信号によって、予め設定された時間に従って計時をスタートするようにトリガされ、前記ドライバは、前記現在のスイッチングサイクルが終了する前に前記ワンショットタイマが満了したときに、１パルス（又は複数パルス）について前記電力スイッチをスイッチオンすることをスキップするように構成される、
請求項６に記載の回路。
【請求項８】
前記スキップ閾値がゼロであるか、又はゼロより大きい、請求項１に記載の回路。
【請求項９】
１パルス（又は複数パルス）をスキップするように電力コンバータのパルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラを制御するための方法であって、前記電力コンバータのスイッチングサイクルにおいて、
前記ＰＷＭコントローラのＰＷＭ信号がハイのときにはα（Ｖ
ＩＮ
－Ｖ
ＯＵＴ
）に等しい電流でキャパシタを充電することであって、αは予め構成された定数であり、前記電力コンバータは入力電圧Ｖ
ＩＮ
と出力電圧Ｖ
ＯＵＴ
とを有する、充電することと、
前記ＰＷＭコントローラの前記ＰＷＭ信号がローのときにはα（－Ｖ
ＯＵＴ
）に等しい電流で前記キャパシタを放電することと、
前記スイッチングサイクルが終了する前に、前記キャパシタの両端の電圧がスキップ閾値未満に低下したことを検出したときには、１パルス（又は複数パルス）をスキップするように前記ＰＷＭコントローラをトリガすることと、
を含む方法。
【請求項１０】
前記スイッチングサイクルが終了する前に、前記キャパシタの両端の前記電圧が前記スキップ閾値未満に低下したことを検出したときには、パルスをスキップすることを示すスキップ信号を生成すること、
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
[0001]本開示は、一般に、電源に関し、特定の実施形態においては、パルススキップを有するスイッチングモード電力コンバータのための技術及びメカニズム並びにその制御方法に関する。
続きを表示（約 3,000 文字）【背景技術】
【０００２】
[0002]スイッチングモード電源、又はスイッチモード電源は、入力電力源、例えば入力電圧からの電力の調整された出力を提供するために広く使用されている。出力電力の調整は、典型的には、スイッチングモード電源の出力電圧をフィードバックすることによって提供され、それに基づいて入力電圧がコントローラ、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラによってスイッチオン及びオフされる。しかしながら、スイッチングモード電源では、出力負荷が小さくなるにつれて、総電力消費に対してＰＷＭコントローラによって消費される電力の比率が著しく大きくなり、出力負荷が軽いときには効率が低いという結果をもたらす。軽負荷のときにより効率的な電力変換を提供するために、スイッチングモード電源のための技術及びメカニズムを開発することが望まれる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
[0003]技術的利点は、一般に、パルススキップを有するスイッチングモード電力コンバータ及びその制御方法を説明する本開示の実施形態によって達成される。
【０００４】
[0004]本開示の一態様によれば、入力電圧Ｖ
ＩＮ
と出力電圧Ｖ
ＯＵＴ
とを有する電力コンバータに連結された制御回路を含む回路が提供される。制御回路は、電流源と、電流源とグランドとの間に接続されたキャパシタとを含む。電流源は、電力コンバータのＰＷＭコントローラのパルス幅変調（ＰＷＭ）信号がハイのときにはα（Ｖ
ＩＮ
－Ｖ
ＯＵＴ
）に等しい電流でキャパシタを充電し、ＰＷＭコントローラのＰＷＭ信号がローのときにはα（－Ｖ
ＯＵＴ
）に等しい電流でキャパシタを放電、するように構成され、αは予め構成された定数である。前記制御回路は、電力コンバータの現在のスイッチングサイクルが終了する前に、キャパシタの両端の電圧がスキップ閾値未満に低下したときには、パルスをスキップするようにＰＷＭコントローラをトリガするように構成される。
【０００５】
[0005]本開示の別の態様によれば、１パルス（又は複数パルス）をスキップするように電力コンバータのパルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラを制御するための方法が提供される。方法は、電力コンバータのスイッチングサイクルにおいて、ＰＷＭコントローラのＰＷＭ信号がハイのときにはα（Ｖ
ＩＮ
－Ｖ
ＯＵＴ
）に等しい電流でキャパシタを充電することであって、αは予め構成された定数であり、電力コンバータは入力電圧Ｖ
ＩＮ
と出力電圧Ｖ
ＯＵＴ
とを有する、充電することと、ＰＷＭコントローラのＰＷＭ信号がローのときには、α（－Ｖ
ＯＵＴ
）に等しい電流でキャパシタを放電することと、スイッチングサイクルが終了する前に、キャパシタの両端の電圧がスキップ閾値未満に低下したことを検出したときには、１パルス（又は複数パルス）をスキップするようにＰＷＭコントローラをトリガすることと、を含む。
【０００６】
[0006]本開示の別の態様によれば、電力コンバータの入力ノードと出力ノードとの間に接続された電力スイッチとインダクタとを含み、入力ノードは入力電圧Ｖ
ＩＮ
を有し、出力ノードは出力電圧Ｖ
ＯＵＴ
を提供する、電力コンバータと、電力コンバータに連結され、ＰＷＭモードで動作するように電力コンバータを制御するように構成されたパルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラと、ＰＷＭコントローラに連結された制御回路と、を含む装置が提供される。制御回路は、電流源と、電流源とグランドとの間に接続されたキャパシタであって、電流源は、ＰＷＭコントローラのＰＷＭ信号がハイのときにはαＶ
ＩＮ
又はα（Ｖ
ＩＮ
－Ｖ
ＯＵＴ
）に等しい電流でキャパシタを充電し、ＰＷＭコントローラのＰＷＭ信号がローのときにはα（－Ｖ
ＯＵＴ
）又はα（Ｖ
ＩＮ
－Ｖ
ＯＵＴ
）に等しい電流でキャパシタを放電する、ように構成され、αは予め構成された定数である、キャパシタとを含む。制御回路は、電力コンバータの現在のスイッチングサイクルが終了する前に、電流源とキャパシタとの共通ノードの電圧がスキップ閾値未満に低下したときには、１パルス（又は複数パルス）について電力スイッチをスイッチオンすることをスキップするようにＰＷＭコントローラをトリガするように構成される。
【０００７】
[0007]本開示及びその利点のより完全な理解のために、ここで、添付の図面と併せて以下の説明が参照される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
一例示的な従来のスイッチングモード電源の概略図である。
本開示の実施形態に係る、一例示的なスイッチングモード電源の概略図である。
本開示の実施形態に係る、図２のスイッチングモード電源の動作を示す例示的な波形の図である。
本開示の実施形態に係る、別の例示的なスイッチングモード電源の概略図である。
本開示の実施形態に係る、図４のスイッチングモード電源の動作を示す例示的な波形の図である。
本開示の実施形態に係る、別の例示的なスイッチングモード電源の概略図である。
本開示の実施形態に係る、パルスをスキップするように電力コンバータのパルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラを制御するための一例示的な方法のフローチャートである。
本開示の実施形態に係る、一例示的な装置である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
[0016]異なる図において対応する数字及び記号は一般的に、別途指示されない限り、対応する部分を指す。図面は、実施形態の関連する態様を明確に図示するために描かれており、必ずしも一定の縮尺で描かれていない。
【００１０】
[0017]本開示の実施形態の作製及び使用が以下に詳細に論じられる。ただし、当然のことながら、本明細書に開示される概念は多種多様な具体的な文脈で具現化されることができること、及び本明細書で論じられる具体的な実施形態は単に例示的にすぎず、特許請求の範囲を限定する役割を果たすものではない。さらに、添付の特許請求の範囲によって定義される本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、本明細書においてさまざまな変更、置換及び修正が行われることができることが理解されるべきである。さらに、以下に記載される実施形態のうちの１つ又は複数からの１つ又は複数の特徴が、明示的に記載されていない代替の実施形態を作成するために組み合わせられてもよく、そうした組合せに適した特徴は、本開示の範囲内であると理解される。したがって、添付の特許請求の範囲は、任意のそうした修正又は実施形態を包含することが意図されている。
（【００１１】以降は省略されています）

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