特許5933548 | 知財ポータル「IP Force」

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ フィンシックス　コーポレイションの特許一覧

特許5933548超高周波スイッチングセルベースの電力変換器

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

目に優しい文字サイズ小中大 PDF Top

< >

1
2
3
4
5
6
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
7
27
28

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5933548

(24)【登録日】2016年5月13日

(45)【発行日】2016年6月8日

(54)【発明の名称】超高周波スイッチングセルベースの電力変換器

(51)【国際特許分類】

H02M 3/00 20060101AFI20160526BHJP

【ＦＩ】

H02M3/00 H

H02M3/00 U

H02M3/00 W

【請求項の数】30

【全頁数】55

(21)【出願番号】特願2013-524991(P2013-524991)

(86)(22)【出願日】2011年8月18日

(65)【公表番号】特表2013-534403(P2013-534403A)

(43)【公表日】2013年9月2日

(86)【国際出願番号】US2011048326

(87)【国際公開番号】WO2012024542

(87)【国際公開日】20120223

【審査請求日】2014年8月13日

(31)【優先権主張番号】61/392,329

(32)【優先日】2010年10月12日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】61/374,998

(32)【優先日】2010年8月18日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】61/374,993

(32)【優先日】2010年8月18日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】513037591

【氏名又は名称】フィンシックスコーポレイション

【氏名又は名称原語表記】ＦＩＮＳＩＸＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田誠

(74)【代理人】

【識別番号】100142907

【弁理士】

【氏名又は名称】本田淳

(72)【発明者】

【氏名】サグネリ、アンソニーディ．

(72)【発明者】

【氏名】ファン、ジェ−ウォンジョージ

(72)【発明者】

【氏名】バークハート、ジャスティンマイケル

(72)【発明者】

【氏名】チェン、フレッド

【審査官】鈴木重幸

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３−１６４１５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８−２７８６３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００３−５２６３１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０−１７８６１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８−０１７６６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３−１３４７９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 Glaser, J.S. ; Nasadoski, J. ; Heinrich, R.，A 900W, 300V to 50V Dc-dc Power Converter with a 30MHz Switching Frequency，Applied Power Electronics Conference and Exposition, 2009. APEC 2009. Twenty-Fourth Annual IEEE ，IEEE，２００９年２月１９日，P.1121-P.1128

【文献】 Pilawa-Podgurski, R.C.N. ; Rivas, J.M. ; Anderson, D.I. ; Perreault, D.J.，Very-High-Frequency Resonant Boost Converters，Power Electronics, IEEE Transactions，IEEE，２００９年６月１２日，Vol.24, No.6，P.1654-P.1665

【文献】 Perreault, D.J. ; Jingying Hu ; Rivas, J.M. ; Yehui Han ; Leitermann, O. ; Pilawa-Podgurski, R.C.N. ; Sagneri, A. ; Sullivan, C.R.，Opportunities and Challenges in Very High Frequency Power Conversion，Applied Power Electronics Conference and Exposition, 2009. APEC 2009. Twenty-Fourth Annual IEEE，IEEE，２００９年２月１９日，P.1-P.14

【文献】 Rivas, J.M. ; Jackson, D. ; Leitermann, O. ; Sagneri, A.D. ; Yehui Han ; Perreault, D.J.，Design Considerations for Very High Frequency dc-dc Converters，Power Electronics Specialists Conference, 2006. PESC '06. 37th IEEE ，IEEE，２００６年６月２２日，P.1-P.11

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ１／００− ３／４４

Ｇ０５Ｆ１／１２− １／５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

スタックトセルソフトスイッチング可能電力変換器であって、
複数のスタックトパワーセルにおいて電力入力を受信するように、及び複数のスタックトパワーセルのうち前記電力入力を処理することによってアクティブにされたパワーセルから出力を提供するように構成されている、複数のスタックトパワーセルと、
前記複数のスタックトパワーセルのうちの１以上のスタックトパワーセルについての前記電力入力に基づくアクティブ化を制御するように構成されている、コントローラと、
アクティブにされた前記パワーセルから前記出力を受信するように、及び前記出力を組み合わせて組み合わされた出力とし、その組み合わされた出力を負荷に送達するように構成されている、出力段と、
１つの端子を有するコンデンサであって、前記端子は、前記複数のスタックトパワーセルの第１パワーセルの第１電力入力端子と、前記複数のスタックトパワーセルの第２パワーセルの第２電力入力端子との間に接続されている、コンデンサと、
を備える、
電力変換器。

【請求項2】

前記複数のスタックトパワーセルは、直列接続に構成される、請求項１に記載の電力変換器。

【請求項3】

前記複数のスタックトパワーセルは、並列接続に構成される、請求項１に記載の電力変換器。

【請求項4】

５メガヘルツ（ＭＨｚ）を超えるスイッチング周波数を有する、請求項１に記載の電力変換器。

【請求項5】

ＶＨＦのレンジにおけるスイッチング周波数を有する、請求項４に記載の電力変換器。

【請求項6】

所与の出力電力に関して、単一のセル電力変換器によって提供される出力密度よりも出力密度を低くする高い電力変換効率を有する、請求項１に記載の電力変換器。

【請求項7】

ＰＣＢ内のインダクタ及び変圧器のうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項１に記載の電力変換器。

【請求項8】

バラクタで制御されるネットワークチューニングをさらに含む、請求項１に記載の電力変換器。

【請求項9】

共振形スイッチングを実行するようにさらに構成される、請求項１に記載の電力変換器。

【請求項10】

ラップトップと共に用いるように適合される、請求項１に記載の電力変換器。

【請求項11】

ＡＣライン電源コード組立体に一体化される、請求項１に記載の電力変換器。

【請求項12】

移動電話と共に用いるように適合される、請求項１に記載の電力変換器。

【請求項13】

無線基地局に一体化される、請求項１に記載の電力変換器。

【請求項14】

ＡＣ入力又はＤＣ入力を受信してＤＣ出力を提供するように適合される、請求項１に記載の電力変換器。

【請求項15】

前記コントローラは、前記電力入力に基づいてアクティブにされる前記複数のスタックトパワーセルの数を制御するように構成されている、請求項１に記載の電力変換器。

【請求項16】

前記コントローラは、前記電力入力の大きさに基づいて、前記１以上のスタックトパワーセルのアクティブ化を制御するように構成されている、請求項１に記載の電力変換器。

【請求項17】

前記コントローラは、前記電力入力の電圧に基づいて、前記１以上のスタックトパワーセルのアクティブ化を制御するように構成されている、請求項１に記載の電力変換器。

【請求項18】

前記コントローラは、前記電力入力の電圧に基づいてアクティブにされる前記複数のスタックトパワーセルの数を制御するように構成されている、請求項１７に記載の電力変換器。

【請求項19】

前記コントローラは、前記電力入力の電圧がしきい値を横切るとき、前記複数のスタックトパワーセルのうちアクティブにされていない１以上のパワーセルをアクティブ化するように構成されている、請求項１７に記載の電力変換器。

【請求項20】

前記電力入力はＡＣ電源入力であり、前記コントローラは、前記ＡＣ電源入力の電圧に基づいて前記スタックトパワーセルの１以上のアクティブ化を制御するように構成される、請求項１８に記載の電力変換器。

【請求項21】

前記ＡＣ電源入力の電圧が前記ＡＣ電源入力の１サイクルの間に変化すると、前記コントローラは、前記スタックトパワーセルの１以上のアクティブ化を制御するように構成される、請求項２０に記載の電力変換器。

【請求項22】

前記コントローラは、パワーセルに関連付けられているスイッチを制御することによってそのパワーセルのアクティブ化を行うように構成される、請求項１に記載の電力変換器。

【請求項23】

前記コンデンサの前記端子は、前記コンデンサの第１端子であり、前記コンデンサはさらにグランドに接続されるように構成されている第２端子を備える、請求項１に記載の電力変換器。

【請求項24】

前記コンデンサを流れる電流は、少なくとも前記第１パワーセルを制御することによって制御される、請求項１に記載の電力変換器。

【請求項25】

スタックトセルソフトスイッチング可能電力変換器を使用して電力を変換する方法であって、
複数のスタックトパワーセルのうち１以上のパワーセルにおいて電力入力を受信するように接続されている複数のスタックトパワーセルを提供する工程であって、前記複数のスタックトパワーセルの第１パワーセルの第１電力入力端子と、前記複数のスタックトパワーセルの第２パワーセルの第２電力入力端子との間にコンデンサの端子が接続されている、工程と、
前記電力入力に基づいて、前記複数のスタックトパワーセルのうちの１以上のスタックトパワーセルをアクティブ化する工程と、
アクティブにされた前記パワーセルから出力を提供するように、前記複数のスタックトパワーセルのうちアクティブにされたパワーセルによって前記電力入力を処理する工程と、
パワーセルのソフトスイッチングを実行するように、アクティブにされたスタックトパワーセルを制御する工程と、
出力段において、アクティブにされた前記パワーセルから出力を受信する工程と、
前記出力を組み合わせて組み合わされた出力を生成する工程と、
組み合わされた前記出力を負荷に送達する工程と、を備える、
方法。

【請求項26】

前記複数のスタックトパワーセルのうち少なくとも２つを直列に接続する工程をさらに備える、請求項２５に記載の方法。

【請求項27】

前記複数のスタックトパワーセルのうち少なくとも２つを並列に接続する工程をさらに備える、請求項２５に記載の方法。

【請求項28】

前記スタックトセルソフトスイッチング可能電力変換器を５メガヘルツ（ＭＨｚ）を超えるスイッチング周波数で動作させる工程をさらに備える、請求項２５に記載の方法。

【請求項29】

前記スタックトセルソフトスイッチング可能電力変換器は、ＶＨＦのレンジにおけるスイッチング周波数で動作する、請求項２８に記載の方法。

【請求項30】

前記スタックトセルソフトスイッチング可能電力変換器は、所与の出力電力に関して、単一のセル電力変換器によって提供される出力密度よりも出力密度を低くする高い電力変換効率を有する、請求項２５に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願への相互参照
本出願は、そのそれぞれの全体が参照により本明細書に組み込まれる、以下の米国特許仮出願、すなわち、２０１０年８月１８日に出願された米国特許出願第６１／３７４，９９３号、２０１０年８月１８日に出願された米国特許出願第６１／３７４，９９８号、及び２０１０年１０月１２日に出願された米国特許出願第６１／３９２，３２９号に基づく優先権を主張するものである。

【0002】

本明細書で説明される方法及びシステムは、超高周波電力変換技術、技法、方法、アプリケーション、及びシステムに関する。

【背景技術】

【0003】

スイッチング電源（ｓｗｉｔｃｈｅｄ−ｍｏｄｅｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ）（ＳＭＰＳ）のスイッチング周波数を増加させることは、出力密度を増加させ且つ過渡性能を改善する手段として広く追求されている目標である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国特許出願公開第２００７／０１７１６８０号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来の電力変換器のトポロジー（昇圧、降圧、フライバックなど）を用いてスイッチング周波数を増加させることは、結果的に著しく低下した効率を伴う。さらに、スイッチング周波数を増加させる際に、出力密度は最適なスイッチング周波数に到達するまで増加し、到達した時点で、出力密度は再び減少し始める。したがって、従来のソリューションは、需要を満足させるには不足があるように見える。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本明細書で説明される方法及びシステムは、チップスケールのコンポーネントを用いる次世代超高周波（ＶＨＦ、３０〜３００ＭＨｚ）電源アーキテクチャを備えることができる。基礎的なＶＨＦ変換技術及び方法と、ソリッドステート照明用途などに関する例示的な利点が、本明細書で説明される方法及びシステムによって可能にされる幾つかの向上に照らして本明細書で概説される。ＡＣ−ＤＣとＤＣ−ＤＣとの両方のコアＶＨＦコンバータアーキテクチャのさらなる用途が図面及び関連する説明で列挙される。これらの要素は共に基本的な革新及び方法の説明とこれらの革新に関する様々な有用且つ有益な用途との両方を提供する。

【0007】

全般照明用途のためのＡＣ−ＤＣコンバータであるライン接続されるＬＥＤドライバの場合、利点は、１０倍を超える体積減少、かなり低いコスト、より高い信頼性、高い集積度、高い効率、及び非常に高速の過渡応答を含む幾つかである。これらの特徴を総合すれば、Ａ１９、ＭＲ１６、ＧＵ１０、及び種々のＰＡＲ型のようなレトロフィットランプ、並びにソリッドステート照明器具の両方に適したＬＥＤドライバ・システムの有用なアレイの基礎となる。しかしながら、発明的な超高周波チップスケール電源アーキテクチャの用途は、ＬＥＤ及び／又はソリッドステートドライバに限定されない。この技術は、本明細書で説明される幾つかの利点から恩恵を受ける可能性があるあらゆる用途に用いられてもよい。

【0008】

本明細書で説明されるＶＨＦ電源アーキテクチャの独自の特徴は、かなり少ないコンポーネントを用いながら非常に高い出力密度、高い性能、及び高い過渡応答をもつ電力変換器を可能にする。これは、サイズとコストが重要な関心事であるソリッドステート照明及び携帯型モバイル装置のような多くのスペースでの用途、並びにより簡単且つ少ないコンポーネントによる最高の出力密度及び改善された信頼性に関心がもたれる軍事及び産業用途を可能にする。１つの例示的な用途は、サイズ、重量、及び過渡性能が重要な条件であるレーダ、特に、戦闘機上の空中迎撃レーダである。現在の電力変換器システムは、送信中のレーダによって要求される過渡を持続させるために、大きく重いコンデンサーバンクを必要とする。本明細書で説明される本発明を用いることによって、これらのコンデンサは、もはや過渡の考慮事項によってサイズ設定される必要はなく、正しくはリップルのみによってサイズ設定される。これは、メイン電力段の減少と共同してバルクエネルギー貯蔵部の劇的な減少を可能にする。この特徴の組は、このような高性能軍事用途での明らかな利点を提供するであろう。

【0009】

レトロフィットランプスペースでは、幾つかの必要条件があり、まず第１には低コストに対する要件であり、同じくらい重要なのは小さいサイズであり、一方、高い性能（効率）、高い信頼性、及びフルレンジの機能が、特定のランプタイプ及び意図される対象市場に応じてそれぞれ強い関心をもたれる。いずれの場合にも、既存の電力変換器技術は、ＳＳＬランプを商業的成功に推し進めるのに必要な所望の特徴の不足に陥る。この分野での本明細書で説明される発明的な技術は、これらの不足のそれぞれに対処し、ランプ製造業者に有力なパッケージを提供する。

【0010】

一態様では、本発明は、高周波スイッチング電力変換器を提供する。高周波スイッチング電力変換器は、入力信号を連続して受信するためにフレキシブルに接続され且つ出力を提供する複数のソフトスイッチング可能パワーセルを含んでもよい。高周波スイッチング電力変換器は、フレキシブル接続を構成するための及び入力信号を受信するようにパワーセルを制御するためのコントローラをさらに含んでもよい。一実施形態では、複数のパワーセルのそれぞれは、コントローラによって別々に制御可能であってもよい。さらに、複数のパワーセルのうちの一部は、パラレル出力で構成されてもよい。さらに、複数のセルのうちの少なくとも１つは、１つ又は複数のスイッチトキャパシタを含んでもよい。別の実施形態では、複数のセルのうちの少なくとも１つは、少なくとも１つのスイッチトキャパシタとＤＣ／ＤＣ調整コンバータとを含んでもよい。

【0011】

高周波スイッチング電力変換器はまた、複数のパワーセルのうちの一部から出力を受信して組み合わされた出力を提供するための及び組み合わされた出力を負荷に送達するための出力段を含んでもよい。出力段は、複数の一次巻線を伴う少なくとも１つの変圧器を含んでもよい。さらに、複数の一次巻線のそれぞれは、複数のパワーセルのうちの１つからの出力を受信してもよい。出力段は、複数のコンデンサをさらに含んでもよく、そのそれぞれの入力は、複数のセルのうちの１つからの出力に接続されてもよい。さらに、複数のコンデンサのそれぞれの出力は、組み合わされた出力を提供するために並列に接続されてもよい。一実施形態では、出力段は、複数のパワーセルのパラレル出力の組合せの構成を容易にしてもよい。ＤＣ／ＤＣ調整コンバータは、少なくとも１つのスイッチトキャパシタと出力段との間に配置されてもよい。

【0012】

一実施形態では、高周波スイッチング電力変換器は、各組が少なくとも１つの出力を提供する、スタックトセルの複数の組を含んでもよい。さらに、スタックトセルの複数の組のうちの一部は、パラレル出力を提供するように構成されてもよい。高周波スイッチング電力変換器は、磁気コア材料、バラクタで制御されるネットワークチューニング、共振形スイッチングなどを伴う又は伴わないＰＣＢエッチングされたインダクタ及び／又は変圧
器をさらに含んでもよい。別の実施形態では、高周波スイッチング電力変換器は、ラップトップと共に用いるように適合されてもよく、ディスプレイ画面モジュールに一体化されてもよく、ＡＣライン電源コード組立体に一体化されてもよく、移動電話と共に用いるように適合されてもよく、無線基地局に一体化されてもよく、電気自動車に一体化されてもよく、航空機搭載レーダなどと共に用いるように適合されてもよい。

【0013】

別の態様では、本発明は、スタックトセルスイッチング電力変換器を提供する。スタックトセルスイッチング電力変換器は、ＤＣ入力信号を連続して受信するためにフレキシブルに接続され且つＤＣ出力を提供してもよい複数のスタックトパワーセルを含んでもよい。スタックトセルスイッチング電力変換器はまた、フレキシブル接続を構成するためのコントローラを含んでもよい。コントローラは、ＤＣ入力信号を受信するように複数のスタックトパワーセルを制御してもよく、共振形スイッチングを容易にする可能性がある。さらに、スタックトセルスイッチング電力変換器は、複数のスタックトパワーセルのうちの一部のそれぞれからの出力を組み合わせて組み合わされたＤＣ出力を負荷に送達するための出力段を含んでもよい。

【0014】

一実施形態では、スタックトセルスイッチング電力変換器は、磁気コア材料、バラクタで制御されるネットワークチューニング、共振形スイッチングなどを伴う又は伴わないＰＣＢエッチングされたインダクタ及び／又は変圧器を含んでもよい。別の実施形態では、スタックトセルスイッチング電力変換器は、ラップトップと共に用いるように適合されてもよく、ディスプレイ画面モジュールに一体化されてもよく、ＡＣライン電源コード組立体に一体化されてもよく、移動電話と共に用いるように適合されてもよく、無線基地局に一体化されてもよく、電気自動車に一体化されてもよく、航空機搭載レーダなどと共に用いるように適合されてもよい。

【0015】

また別の態様では、本発明は、スタックトセルソフトスイッチング可能電力変換器を提供する。スタックトセルソフトスイッチング可能電力変換器は、入力信号を受信する及び出力を提供するためにフレキシブルに接続される複数のスタックトパワーセルを含んでもよい。さらに、スタックトセルソフトスイッチング可能電力変換器は、フレキシブル接続を構成するためのコントローラを含んでもよい。コントローラは、入力信号を受信するように複数のスタックトパワーセルを制御してもよく、パワーセルのソフトスイッチングを容易にする可能性がある。スタックトセルソフトスイッチング可能電力変換器はまた、複数のスタックトパワーセルのうちの一部のそれぞれから出力を受信するための及び組み合わされた出力を負荷に送達するための出力段を含んでもよい。

【0016】

一実施形態では、スタックトセルソフトスイッチング可能電力変換器は、磁気コア材料、バラクタで制御されるネットワークチューニング、共振形スイッチングなどを伴う又は伴わないＰＣＢエッチングされたインダクタ及び／又は変圧器を含んでもよい。別の実施形態では、スタックトセルソフトスイッチング可能電力変換器は、ラップトップと共に用いるように適合されてもよく、ディスプレイ画面モジュールに一体化されてもよく、ＡＣライン電源コード組立体に一体化されてもよく、移動電話と共に用いるように適合されてもよく、無線基地局に一体化されてもよく、電気自動車に一体化されてもよく、航空機搭載レーダなどと共に用いるように適合されてもよい。

【0017】

さらに別の態様では、本発明は、シリコンベースのスタックトセルスイッチング電力変換器を提供する。シリコンベースのスタックトセルスイッチング電力変換器は、５０Ｖよりも大きいピーク振幅をもつ入力信号を受信するために及び複数のシリコンパワーセルのそれぞれから出力を提供するために直列スタックに構成される複数のシリコンパワーセルを含んでもよい。シリコンベースのスタックトセルスイッチング電力変換器は、入力信号を受信するように複数のシリコンパワーセルを制御するためのコントローラをさらに含ん
でもよい。コントローラは、５ＭＨｚを超える周波数でのシリコンベースのスタックトセルスイッチング電力変換器のスイッチングを容易にする可能性がある。さらに、シリコンベースのスタックトセルスイッチング電力変換器は、複数のシリコンパワーセルのうちの一部から出力を受信するための及び組み合わされた出力を負荷に送達するための出力段を含んでもよい。

【0018】

一実施形態では、シリコンベースのスタックトセルスイッチング電力変換器は、磁気コア材料、バラクタで制御されるネットワークチューニング、共振形スイッチングなどを伴う又は伴わないＰＣＢエッチングされたインダクタ及び／又は変圧器を含んでもよい。別の実施形態では、シリコンベースのスタックトセルスイッチング電力変換器は、ラップトップと共に用いるように適合されてもよく、ディスプレイ画面モジュールに一体化されてもよく、ＡＣライン電源コード組立体に一体化されてもよく、移動電話と共に用いるように適合されてもよく、無線基地局に一体化されてもよく、電気自動車に一体化されてもよく、航空機搭載レーダなどと共に用いるように適合されてもよい。

【0019】

また別の態様では、本発明は、低出力密度スタックトセルスイッチング電力変換器を提供する。低出力密度スタックトセルスイッチング電力変換器は、５０Ｖよりも大きいピーク振幅をもつ入力信号を連続して受信し及び出力を提供するように構成される複数のパワーセルを含んでもよい。さらに、低出力密度スタックトセルスイッチング電力変換器は、入力信号を受信するように複数のパワーセルを構成するためのコントローラを含んでもよい。コントローラは、５ＭＨｚを超える周波数での低出力密度スタックトセルスイッチング電力変換器のスイッチングを容易にする可能性がある。低出力密度スタックトセルスイッチング電力変換器はまた、複数のパワーセルのうちの一部から出力を受信するための及び組み合わされた出力を負荷に送達するための出力段を含んでもよい。一実施形態では、低出力密度スタックトセルスイッチング電力変換器は、実質的に同一の機能を提供する単一のセル電力変換器によって提供される出力密度よりも低い場合がある出力密度を提供してもよい。

【0020】

一実施形態では、低出力密度スタックトセルスイッチング電力変換器は、磁気コア材料、バラクタで制御されるネットワークチューニング、共振形スイッチングなどを伴う又は伴わないＰＣＢエッチングされたインダクタ及び／又は変圧器を含んでもよい。別の実施形態では、低出力密度スタックトセルスイッチング電力変換器は、ラップトップと共に用いるように適合されてもよく、ディスプレイ画面モジュールに一体化されてもよく、ＡＣライン電源コード組立体に一体化されてもよく、移動電話と共に用いるように適合されてもよく、無線基地局に一体化されてもよく、電気自動車に一体化されてもよく、航空機搭載レーダなどと共に用いるように適合されてもよい。

【0021】

さらに別の態様では、本発明は、スタックトシリコンセルスイッチング電力変換器を提供する。スタックトシリコンセルスイッチング電力変換器は、５０Ｖよりも大きいピーク振幅をもつ入力信号を受信する及び複数の出力を提供するために直列スタックに構成される複数のシリコン電力変換器セルを含んでもよい。さらに、スタックトシリコンセルスイッチング電力変換器は、６０Ｖを超える入力信号を受信するシリコン電力変換器セルがないことを保証するように複数のシリコン電力変換器セルを制御するためのコントローラを含んでもよい。コントローラは、５ＭＨｚを超える周波数でのスタックトシリコンセルスイッチング電力変換器のスイッチングを容易にする可能性がある。さらに、スタックトシリコンセルスイッチング電力変換器は、複数のシリコン電力変換器セルのうちの一部のそれぞれからの出力を組み合わせて組み合わされた出力を負荷に送達するための出力段を含んでもよい。

【0022】

一実施形態では、スタックトシリコンセルスイッチング電力変換器は、磁気コア材料、
バラクタで制御されるネットワークチューニング、共振形スイッチングなどを伴う又は伴わないＰＣＢエッチングされたインダクタ及び／又は変圧器を含んでもよい。別の実施形態では、スタックトシリコンセルスイッチング電力変換器は、ラップトップと共に用いるように適合されてもよく、ディスプレイ画面モジュールに一体化されてもよく、ＡＣライン電源コード組立体に一体化されてもよく、移動電話と共に用いるように適合されてもよく、無線基地局に一体化されてもよく、電気自動車に一体化されてもよく、航空機搭載レーダなどと共に用いるように適合されてもよい。

【0023】

また別の態様では、本発明は、スタックトシリコンセルスイッチング電力変換器を提供する。スタックトシリコンセルスイッチング電力変換器は、５０Ｖよりも大きいピーク振幅をもつ入力信号を受信する及び複数の出力を提供するために直列スタックに構成される複数のシリコン電力変換器セルを含んでもよい。スタックトシリコンセルスイッチング電力変換器は、２０Ｖ未満の入力信号も６０Ｖを超える入力信号も受信するシリコン電力変換器セルがないことを保証するように複数のシリコン電力変換器セルを制御するためのコントローラをさらに含んでもよい。コントローラは、５ＭＨｚを超える周波数でのスタックトシリコンセルスイッチング電力変換器のスイッチングを容易にする可能性がある。スタックトシリコンセルスイッチング電力変換器はまた、複数のシリコン電力変換器セルのうちの一部のそれぞれからの出力を組み合わせて組み合わされた出力を負荷に送達するための出力段を含んでもよい。

【0024】

一実施形態では、スタックトシリコンセルスイッチング電力変換器は、磁気コア材料、バラクタで制御されるネットワークチューニング、共振形スイッチングなどを伴う又は伴わないＰＣＢエッチングされたインダクタ及び／又は変圧器を含んでもよい。別の実施形態では、スタックトシリコンセルスイッチング電力変換器は、ラップトップと共に用いるように適合されてもよく、ディスプレイ画面モジュールに一体化されてもよく、ＡＣライン電源コード組立体に一体化されてもよく、移動電話と共に用いるように適合されてもよく、無線基地局に一体化されてもよく、電気自動車に一体化されてもよく、航空機搭載レーダなどと共に用いるように適合されてもよい。

【0025】

さらに別の態様では、本発明は、ＶＨＦ電力変換器を提供する。ＶＨＦ電力変換器は、スイッチトキャパシタ段を含んでもよい。スイッチトキャパシタ段は、複数のコンデンサ間で入力電圧を分けるための複数のスイッチトキャパシタを含んでもよい。ＶＨＦ電力変換器は、バイパススイッチをさらに含んでもよい。バイパススイッチは、入力電圧とスイッチトキャパシタ段の出力との間で選択してもよい。さらに、バイパススイッチの制御は、入力電圧に基づいていてもよい。ＶＨＦ電力変換器はまた、入力電圧を出力電圧に変換するためのＶＨＦ調整段を含んでもよい。スイッチトキャパシタ段にバイパススイッチが後続してもよく、バイパススイッチはＶＨＦ調整段にさらに接続されてもよい。

【0026】

一実施形態では、ＶＨＦ電力変換器は、磁気コア材料、バラクタで制御されるネットワークチューニング、共振形スイッチングなどを伴う又は伴わないＰＣＢエッチングされたインダクタ及び／又は変圧器を含んでもよい。別の実施形態では、ＶＨＦ電力変換器は、ラップトップと共に用いるように適合されてもよく、ディスプレイ画面モジュールに一体化されてもよく、ＡＣライン電源コード組立体に一体化されてもよく、移動電話と共に用いるように適合されてもよく、無線基地局に一体化されてもよく、電気自動車に一体化されてもよく、航空機搭載レーダなどと共に用いるように適合されてもよい。

【0027】

別の態様では、本発明は、ＶＨＦ電力変換器から補助出力に送達される平均電力を制御する方法を提供する。方法は、第１の相でＶＨＦ電力変換器のインバータから発生する場合があるＡＣ電力を整流し、これを補助電力ポートに提供することを含んでもよい。補助電力ポートは、１つ又は複数の電力を与えられるデバイスのゲートを駆動させるのに必要
とされる電力を供給するのに用いられてもよい。一実施形態では、電力を与えられるデバイスは、ＬＥＤベースの照明ユニットであってもよい。補助電力ポートはまた、ＶＨＦ電力変換器の一部に電力を提供するのに用いられてもよい。

【0028】

方法は、第２の相で補助電力ポートからＡＣ電力を発生させ、これをＶＨＦ電力変換器に提供することをさらに含んでもよい。第１の相での補助電力の発生と第２の相でのＡＣ電力の発生との間のスイッチングは、ＶＨＦ電力変換器から送達される平均電力の制御を容易にするために制御されてもよい。一実施形態では、方法は、電力を負荷に提供するためのＶＨＦ電力変換器の制御ループから独立している場合がある補助電力制御ループにおいて補助整流器を制御することをさらに含んでもよい。幾つかの実施形態では、補助電力制御ループは、フィードフォワード制御ループであってもよい。

【0029】

別の態様では、本発明は方法を提供する。方法は、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルに印加されるべき変化する入力電圧信号を受信することを含んでもよい。複数の直列スタックト高周波電力変換器セルは、変化する入力電圧信号から出力をもたらすことができる。一実施形態では、変化する入力電圧信号は、ＡＣライン信号であってもよい。さらに、出力は、ＤＣ電圧、定電流などであってもよい。一実施形態では、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルの個々のセルは、変化する入力電圧信号の振幅が変化する際に異なる判定された振幅でアクティブ化されてもよい。複数の直列スタックト高周波電力変換器セルの個々のセルは、変化する入力電圧信号の判定された振幅が減少する際に異なる振幅で非アクティブ化されてもよい。さらに、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルの個々のセルは、変化する入力電圧信号の判定された振幅が減少する際に異なる判定された振幅でバイパスされてもよい。

【0030】

別の実施形態では、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルのそれぞれは、別々に制御可能であってもよい。また、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルのうちの一部は、パラレル出力で構成されてもよい。複数の直列スタックト高周波電力変換器セルのうちの少なくとも１つは、１つ又は複数のスイッチトキャパシタを含んでもよい。さらに、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルのうちの少なくとも１つは、少なくとも１つのスイッチトキャパシタとＤＣ／ＤＣ調整コンバータとを含んでもよい。ＤＣ／ＤＣ調整コンバータは、少なくとも１つのスイッチトキャパシタと直列に配置されてもよい。

【0031】

方法は、変化する入力電圧信号の振幅を判定することをさらに含んでもよい。方法はまた、変化する入力電圧信号の振幅に基づいて出力をもたらすように直列スタックト高周波電力変換器セルを制御することを含んでもよい。制御は、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルをソフトスイッチングすることを含んでもよい。さらに、制御は、変化する入力電圧信号の瞬間振幅、変化する入力電圧信号の局所平均などに基づいていてもよい。

【0032】

一実施形態では、制御は、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルに関する少なくとも１つの高周波電力変換器セルのバイパス機能を動作させることを含んでもよい。制御は、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルの効率を最低効率閾値よりも上に維持することをさらに含んでもよい。別の実施形態では、最低効率閾値は、７０パーセント、７５パーセント、８０パーセントなどであってもよい。さらに、制御は、受動スイッチトキャパシタ電圧バランシングを含んでもよい。方法は、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルのパラレル出力の組合せの構成を容易にする可能性がある出力段をさらに含んでもよい。

【0033】

また別の態様では、本発明は方法を提供する。方法は、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルに印加されるべき変化する入力電圧信号を受信することを含んでもよい。複数の直列スタックト高周波電力変換器セルは、変化する入力電圧信号から出力をもたらす
ことができる。一実施形態では、変化する入力電圧信号は、ＡＣライン信号であってもよい。さらに、出力は、ＤＣ電圧、定電流などであってもよい。一実施形態では、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルの個々のセルは、変化する入力電圧信号の振幅が変化する際に異なる判定された振幅でアクティブ化されてもよい。複数の直列スタックト高周波電力変換器セルの個々のセルは、変化する入力電圧信号の判定された振幅が減少する際に異なる振幅で非アクティブ化されてもよい。さらに、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルの個々のセルは、変化する入力電圧信号の判定された振幅が減少する際に異なる判定された振幅でバイパスされてもよい。

【0034】

【0035】

【0036】

【0037】

さらに別の態様では、本発明は方法を提供する。方法は、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルに印加されるべき変化する入力電圧信号を受信することを含んでもよい。複数の直列スタックト高周波電力変換器セルは、変化する入力電圧信号から出力をもたらすことができる。一実施形態では、変化する入力電圧信号は、ＡＣライン信号であってもよい。さらに、出力は、ＤＣ電圧、定電流などであってもよい。一実施形態では、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルの個々のセルは、変化する入力電圧信号の振幅が変化する際に異なる判定された振幅でアクティブ化されてもよい。複数の直列スタックト高周波電力変換器セルの個々のセルは、変化する入力電圧信号の判定された振幅が減少する際に異なる振幅で非アクティブ化されてもよい。さらに、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルの個々のセルは、変化する入力電圧信号の判定された振幅が減少する際に異なる判定された振幅でバイパスされてもよい。

【0038】

別の実施形態では、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルのそれぞれは、別々に制御可能であってもよい。また、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルのうちの一部は、パラレル出力で構成されてもよい。複数の直列スタックト高周波電力変換器セルのうちの少なくとも１つは、１つ又は複数のスイッチトキャパシタを含んでもよい。さらに、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルのうちの少なくとも１つは、少なくとも１
つのスイッチトキャパシタとＤＣ／ＤＣ調整コンバータとを含んでもよい。ＤＣ／ＤＣ調整コンバータは、少なくとも１つのスイッチトキャパシタと直列に配置されてもよい。

【0039】

【0040】

一実施形態では、制御は、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルに関する少なくとも１つの高周波電力変換器セルのバイパス機能を動作させることを含んでもよい。制御は、上回る複数の直列スタックト高周波電力変換器セルの効率を最低効率閾値よりも上に維持することをさらに含んでもよい。別の実施形態では、最低効率閾値は、７０パーセント、７５パーセント、８０パーセントなどであってもよい。さらに、制御は、受動スイッチトキャパシタ電圧バランシングを含んでもよい。方法は、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルのパラレル出力の組合せの構成を容易にする可能性がある出力段をさらに含んでもよい。さらに、フィードバックは出力電流の測定値であってもよい。

【0041】

また別の態様では、本発明は方法を提供する。方法は、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルに印加されるべき変化する入力電圧信号を受信することを含んでもよい。複数の直列スタックト高周波電力変換器セルは、出力をもたらすことができる。入力電圧は、複数のセルのうちのいずれか１つによって持続可能な場合がある電圧よりも高い場合がある。一実施形態では、変化する入力電圧信号は、ＡＣライン信号であってもよい。さらに、出力は、ＤＣ電圧、定電流などであってもよい。一実施形態では、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルの個々のセルは、変化する入力電圧信号の振幅が変化する際に異なる判定された振幅でアクティブ化されてもよい。複数の直列スタックト高周波電力変換器セルの個々のセルは、変化する入力電圧信号の判定された振幅が減少する際に異なる振幅で非アクティブ化されてもよい。さらに、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルの個々のセルは、変化する入力電圧信号の判定された振幅が減少する際に異なる判定された振幅でバイパスされてもよい。

【0042】

【0043】

方法はまた、セルによって持続可能な場合がある電圧を超える入力の一部を受信する場合があるセルがないように複数の電力変換器セルの一部の間で入力電圧を分配するために、直列スタックト高周波電力変換器セルを制御することを含んでもよい。制御は、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルをソフトスイッチングすることを含んでもよい。さらに、制御は、変化する入力電圧信号の瞬間振幅、変化する入力電圧信号の局所平均などに基づいていてもよい。

【0044】

一実施形態では、制御は、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルに関する少なくとも１つの高周波電力変換器セルのバイパス機能を動作させることを含んでもよい。制御は、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルの効率を最低効率閾値よりも上に維持することをさらに含んでもよい。別の実施形態では、最低効率閾値は、７０パーセント、７
５パーセント、８０パーセントなどであってもよい。さらに、制御は、受動スイッチトキャパシタ電圧バランシングを含んでもよい。方法は、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルのパラレル出力の組合せの構成を容易にする可能性がある出力段をさらに含んでもよい。さらに、複数のセルの各セルはシリコンベースのものであってもよい。

【0045】

【0046】

【0047】

方法は、出力電圧の平均を求めることをさらに含んでもよい。方法はまた、求めた平均に基づいて変化する入力電圧から出力をもたらすように直列スタックト高周波電力変換器セルを同期的に制御することを含んでもよい。制御は、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルをソフトスイッチングすることを含んでもよい。さらに、制御は、変化する入力電圧信号の瞬間振幅、変化する入力電圧信号の局所平均などに基づいていてもよい。

【0048】

【0049】

別の態様では、本発明は方法を提供する。方法は、単一の入力電圧信号をソフトスイッチト高周波電力変換器において受信することを含んでもよい。ソフトスイッチト高周波電力変換器は複数の出力値をもたらしてもよい。複数の出力値は個々に制御可能であってもよい。さらに、複数の出力値は電流出力値及び電圧出力値から個々に選択されてもよい。一実施形態では、単一の入力電圧信号は、ＡＣ入力、ＤＣ入力、定電圧、変化する電圧などであってもよい。方法は、第１の負荷に関する第１の時間間隔の間に第１の出力及び第２の負荷に関する第２の時間間隔の間に第２の出力をもたらすようにソフトスイッチト高周波電力変換器を制御することをさらに含んでもよい。方法はまた、第１の時間間隔の間の第２の負荷のバイパス及び第２の時間間隔の間の第１の負荷のバイパスを容易にするために少なくとも１つの負荷アイソレーション制御信号を提供することを含んでもよい。

【0050】

一実施形態では、第１の出力は、電流及び電圧のうちの１つであってもよい。さらに、第１の出力は、第１の時間間隔の間に調整されてもよい。別の実施形態では、第２の出力は、電流及び電圧のうちの１つであってもよい。さらに、第２の出力は、第２の時間間隔の間に調整されてもよい。幾つかの実施形態では、第１の時間間隔及び第２の時間間隔のうちの少なくとも１つの間の電圧出力は、実質的に定電圧であってもよい。さらに、負荷の各部分は、異なる出力電圧、実質的に定電流、異なる電流などを受けてもよい。単一の入力電圧信号からの電力は、出力間で時分割多重化されてもよい。さらに、第１の負荷及び第２の負荷のうちの少なくとも１つは一連のＬＥＤの一部であってもよい。また、各時間間隔の間に提供される出力は、実質的に一定の色温度の光出力の達成を容易にするために別個のＬＥＤを駆動してもよい。

【0051】

また別の態様では、本発明は方法を提供する。方法は、単一の入力電圧信号を複数の直列スタックト高周波電力変換器セルを含むソフトスイッチト高周波電力変換器において受信することを含んでもよい。ソフトスイッチト高周波電力変換器は複数の出力値をもたらしてもよい。複数の直列スタックト高周波電力変換器セルのそれぞれは、別々に制御可能であってもよい。さらに、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルのうちの一部は、パラレル出力で構成されてもよい。一実施形態では、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルのうちの少なくとも１つは、１つ又は複数のスイッチトキャパシタを含んでもよい。別の実施形態では、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルのうちの少なくとも１つは、少なくとも１つのスイッチトキャパシタとＤＣ／ＤＣ調整コンバータとを含んでもよい。ＤＣ／ＤＣ調整コンバータは、少なくとも１つのスイッチトキャパシタと直列に配置されてもよい。

【0052】

方法は、第１の負荷に関する第１の時間間隔の間に第１の出力及び第２の負荷に関する第２の時間間隔の間に第２の出力をもたらすようにソフトスイッチト高周波電力変換器セルを制御することをさらに含んでもよい。方法はまた、第１の時間間隔の間の第２の負荷のバイパス及び第２の時間間隔の間の第１の負荷のバイパスを容易にするために少なくとも１つの負荷アイソレーション制御信号を提供することを含んでもよい。制御は、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルをソフトスイッチングすることを含んでもよい。制御はまた、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルに関する少なくとも１つの高周波電力変換器セルのバイパス機能を動作させることを含んでもよい。

【0053】

さらに、制御は、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルの効率を最低効率閾値よりも上に維持することを含んでもよい。一実施形態では、最低効率閾値は、７０パーセント、７５パーセント、８０パーセントなどであってもよい。制御は、受動スイッチトキャパシタ電圧バランシングをさらに含んでもよい。一実施形態では、方法は、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルのパラレル出力の組合せの構成を容易にする可能性がある出力段を含んでもよい。

【0054】

一実施形態では、第１の出力は、電流及び電圧のうちの１つであってもよい。第１の出力は、第１の時間間隔の間に調整されてもよい。別の実施形態では、第２の出力は、電流及び電圧のうちの１つであってもよい。第２の出力は、第２の時間間隔の間に調整されてもよい。さらに、複数の出力値は個々に制御可能であってもよい。複数の出力値は電流出力値及び電圧出力値から個々に選択されてもよい。一実施形態では、単一の入力電圧信号は、ＡＣ入力、ＤＣ入力、定電圧、変化する電圧などであってもよい。

【0055】

別の実施形態では、第１の時間間隔及び第２の時間間隔のうちの少なくとも１つの間の電圧出力は、実質的に定電圧であってもよい。さらに、負荷の各部分は、異なる出力電圧、実質的に定電流、異なる電流などを受けてもよい。第１の負荷及び第２の負荷のうちの
少なくとも１つは一連のＬＥＤの一部であってもよい。各時間間隔の間に提供される出力は、実質的に一定の色温度の光出力の達成を容易にするために別個のＬＥＤを駆動してもよい。

【0056】

さらに別の態様では、本発明は方法を提供する。方法は、出力ポート上で複数の出力値をもたらすために単一の入力電圧信号をソフトスイッチト高周波電力変換器において受信することを含んでもよい。方法は、第１の時間間隔の間に第１の出力及び第２の時間間隔の間に第２の出力をもたらすようにソフトスイッチト高周波電力変換器を制御することをさらに含んでもよい。制御は、ソフトスイッチト高周波電力変換器の効率を最低効率閾値よりも上に維持することを含んでもよい。一実施形態では、最低効率閾値は、７０パーセント、７５パーセント、８０パーセントなどであってもよい。制御は、受動スイッチトキャパシタ電圧バランシングをさらに含んでもよい。一実施形態では、第１の出力は、電流及び電圧のうちの１つであってもよい。第１の出力は、第１の時間間隔の間に調整されてもよい。別の実施形態では、第２の出力は、電流及び電圧のうちの１つであってもよい。第２の出力は、第２の時間間隔の間に調整されてもよい。

【0057】

さらに、複数の出力値は個々に制御可能であってもよい。複数の出力値は電流出力値及び電圧出力値から個々に選択されてもよい。単一の入力電圧信号は、ＡＣ入力、ＤＣ入力、定電圧、変化する電圧などであってもよい。第１の時間間隔及び第２の時間間隔のうちの少なくとも１つの間の電圧出力は、実質的に定電圧であってもよい。方法はまた、一連のＬＥＤを出力ポートに実質的に並列に接続することを含んでもよい。一連のＬＥＤは、実質的に一定の色温度の光の達成を容易にするために、第１の時間間隔の間にソフトスイッチト高周波電力変換器と共に回路を形成するようにＬＥＤの第１の部分を制御可能であってもよく、且つ第２の時間間隔の間にソフトスイッチト高周波電力変換器と共に回路を形成するようにＬＥＤの第２の部分を制御可能であってもよいように構成されてもよい。

【0058】

さらに、一連のＬＥＤにおける各ＬＥＤは、異なる出力電圧、実質的に定電流、異なる電流などを受けてもよい。さらに、単一の入力電圧信号からの電力は、出力間で時分割多重化されてもよい。ソフトスイッチト高周波電力変換器は、出力ポートの時分割多重化を用いてもよい。

【0059】

別の態様では、本発明は方法を提供する。方法は、出力ポート上で複数の出力値をもたらすために単一の入力電圧信号をソフトスイッチト高周波電力変換器において受信することを含んでもよい。方法は、第１のマザーボード回路負荷に関する第１の時間間隔の間に第１の出力及び第２のマザーボード回路負荷に関する第２の時間間隔の間に第２の出力を出力するようにソフトスイッチト高周波電力変換器を制御することをさらに含んでもよい。制御は、複数のソフトスイッチト高周波電力変換器の効率を最低効率閾値よりも上に維持することを含んでもよい。一実施形態では、最低効率閾値は、７０パーセント、７５パーセント、８０パーセントなどであってもよい。

【0060】

制御は、受動スイッチトキャパシタ電圧バランシングをさらに含んでもよい。一実施形態では、第１の出力は、電流及び電圧のうちの１つであってもよい。第１の出力は、第１の時間間隔の間に調整されてもよい。別の実施形態では、第２の出力は、電流及び電圧のうちの１つであってもよい。第２の出力は、第２の時間間隔の間に調整されてもよい。さらに、複数の出力値は個々に制御可能であってもよい。複数の出力値は電流出力値及び電圧出力値から個々に選択されてもよい。一実施形態では、単一の入力電圧信号は、ＡＣ入力、ＤＣ入力、定電圧、変化する電圧などであってもよい。

【0061】

さらに、第１の時間間隔及び第２の時間間隔のうちの少なくとも１つの間の電圧出力は、実質的に定電圧であってもよい。方法はまた、第１の時間間隔の間のコンバータからの
第２のマザーボード回路負荷の接続解除及び第２の時間間隔の間のソフトスイッチト高周波電力変換器からの第１のマザーボード回路負荷の接続解除を容易にするために、少なくとも１つの出力を提供することを含んでもよい。一実施形態では、第１のマザーボード回路負荷及び第２のマザーボード回路負荷は、異なる出力電圧、実質的に定電流、異なる電流などを受けてもよい。さらに、単一の入力電圧信号からの電力は、出力間で時分割多重化されてもよい。

【0062】

また別の態様では、本発明は方法を提供する。方法は、出力上に複数の電圧をもたらすために単一の入力電圧信号をソフトスイッチト高周波電力変換器において受信することを含んでもよい。方法は、少なくとも１つの色が変化するＬＥＤを出力に接続することをさらに含んでもよい。方法はまた、少なくとも１つの色が変化するＬＥＤから第１の時間間隔の間に第１の色及び第２の時間間隔の間に第２の色をもたらすようにソフトスイッチト高周波電力変換器を制御することを含んでもよい。さらに、制御は、ソフトスイッチト高周波電力変換器の効率を最低効率閾値よりも上に維持することを含んでもよい。一実施形態では、最低効率閾値は、７０パーセント、７５パーセント、８０パーセントなどであってもよい。制御は、受動スイッチトキャパシタ電圧バランシングをさらに含んでもよい。

【0063】

一実施形態では、第１の色は、第１の時間間隔の間に調整されてもよい。別の実施形態では、第２の色は、第２の時間間隔の間に調整されてもよい。複数の電圧は個々に制御可能であってもよい。複数の電圧は電流出力値及び電圧出力値から個々に選択されてもよい。一実施形態では、単一の入力電圧信号は、ＡＣ入力、ＤＣ入力、定電圧、変化する電圧などであってもよい。さらに、第１の時間間隔及び第２の時間間隔のうちの少なくとも１つの間の電圧出力は、実質的に定電圧であってもよい。

【0064】

幾つかの実施形態では、少なくとも１つの色が変化するＬＥＤにおける各ＬＥＤは、異なる出力電圧、実質的に定電流、異なる電流などを受けてもよい。さらに、単一の入力電圧信号からの電力は、出力間で時分割多重化されてもよい。さらに、ソフトスイッチト高周波電力変換器は、出力ポートの時分割多重化を用いてもよい。

【0065】

別の態様では、本発明は、システムを提供する。システムは、ＬＥＤベースのライトを駆動するように適合されたＶＨＦ電力変換器を含んでもよい。ＶＨＦ電力変換器は、少なくとも１つのソフトスイッチト電力変換器セルと少なくとも１つのインダクタを含んでもよい。各インダクタは、１マイクロヘンリーを超えないインダクタンス値を含んでもよい。一実施形態では、少なくとも１つのインダクタはＰＣＢエッチングベースのインダクタであってもよい。さらに、少なくとも１つのソフトスイッチト電力変換器セルはシリコンベースのものであってもよい。少なくとも１つのソフトスイッチト電力変換器セルは５ＭＨｚ以上でスイッチングしてもよい。

【0066】

また別の態様では、本発明は、システムを提供する。システムは、ＬＥＤベースのライトを駆動するように適合されたＶＨＦ電力変換器を含んでもよい。電力変換器は、少なくとも１つのソフトスイッチト電力変換器セルと少なくとも１つのインダクタを含んでもよい。各インダクタは、５マイクロヘンリーを超えないインダクタンス値を含んでもよい。一実施形態では、少なくとも１つのインダクタはＰＣＢエッチングベースのインダクタであってもよい。さらに、少なくとも１つのソフトスイッチト電力変換器セルはシリコンベースのものであってもよい。少なくとも１つのソフトスイッチト電力変換器セルは５ＭＨｚ以上でスイッチングしてもよい。

【0067】

さらに別の態様では、本発明は、システムを提供する。システムは、ＬＥＤベースのライトを駆動するように適合された高効率ＶＨＦ電力変換器を含んでもよい。電力変換器は、少なくとも１つのソフトスイッチト電力変換器セルと複数の電子部品を含んでもよい。
さらに、複数の電子部品のうちのいずれも１マイクロヘンリーを超えるインダクタンス値を有さない場合がある。一実施形態では、少なくとも１つのインダクタはＰＣＢエッチングベースのインダクタであってもよい。さらに、少なくとも１つのソフトスイッチト電力変換器セルはシリコンベースのものであってもよい。少なくとも１つのソフトスイッチト電力変換器セルは５ＭＨｚ以上でスイッチングしてもよい。

【0068】

別の態様では、本発明は、システムを提供する。システムは、スタックトセル高効率ソフトスイッチトＡＣ−ＤＣ電力変換器を含んでもよい。電力変換器は、少なくとも１つのソフトスイッチト電力変換器セルと複数の電子部品を含んでもよい。さらに、複数の電子部品のうちのいずれも１マイクロヘンリーを超えるインダクタンス値を有さない場合がある。さらに、少なくとも１つのソフトスイッチト電力変換器セルはシリコンベースのものであってもよい。少なくとも１つのソフトスイッチト電力変換器セルは５ＭＨｚ以上でスイッチングしてもよい。

【0069】

別の態様では、本発明は、システムを提供する。システムは、ラインＡＣ−ＤＣ変換のための高効率ソフトスイッチト電力変換器を含んでもよい。電力変換器は、複数の電子部品を含んでもよい。さらに、複数の電子部品のうちのいずれも５マイクロヘンリーを超えるインダクタンス値を有さない場合がある。さらに、少なくとも１つのソフトスイッチト電力変換器セルはシリコンベースのものであってもよい。少なくとも１つのソフトスイッチト電力変換器セルは５ＭＨｚ以上でスイッチングしてもよい。

【0070】

また別の態様では、本発明は、スタックトセルスイッチング電力変換器を提供する。スタックトセルスイッチング電力変換器は、ＡＣ入力信号を連続して受信するためにフレキシブルに接続され且つＤＣ出力を提供する複数のスタックトパワーセルを含んでもよい。スタックトセルスイッチング電力変換器は、ＤＣ入力信号を受信するように複数のスタックトパワーセル及びフレキシブル接続を構成するための及び全共振形スイッチングを容易にするためのコントローラをさらに含んでもよい。スタックトセルスイッチング電力変換器はまた、複数のスタックトパワーセルのうちの一部のそれぞれから出力を並列に受信するための及び組み合わされたＤＣ出力を負荷に送達するための１つ又は複数の出力同期整流器を含んでもよい。さらに、複数のスタックトパワーセルのそれぞれは、別々に制御可能であってもよい。一実施形態では、複数のスタックトパワーセルのうちの一部は、パラレル出力で構成されてもよい。

【0071】

スタックトセルスイッチング電力変換器は、複数のスタックトパワーセルのパラレル出力の組合せの構成を容易にする可能性がある出力段をさらに含んでもよい。さらに、複数のスタックトパワーセルのうちの少なくとも１つは、１つ又は複数のスイッチトキャパシタを含んでもよい。複数のスタックトパワーセルのうちの少なくとも１つは、少なくとも１つのスイッチトキャパシタとＤＣ／ＤＣ調整コンバータとを含んでもよい。ＤＣ／ＤＣ調整コンバータは、少なくとも１つのスイッチトキャパシタと直列に配置されてもよい。

【0072】

一実施形態では、制御は、複数のスタックトパワーセルのソフトスイッチングを含んでもよい。制御は、複数のスタックトパワーセルに関する少なくとも１つのパワーセルのバイパス機能を動作させることをさらに含んでもよい。制御はまた、コンバータ効率を最低効率閾値よりも上に維持することを含んでもよい。別の実施形態では、最低効率閾値は、７０パーセント、７５パーセント、８０パーセントなどであってもよい。さらに、制御は、受動スイッチトキャパシタ電圧バランシングを含んでもよい。

【0073】

さらに別の態様では、本発明は、ＡＣ−ＤＣ変換する方法を提供する。方法は、ＡＣ入力信号を受信する及びそこからＤＣ信号を出力するために複数の全共振形スイッチングＶＨＦ電力変換器セルを直列スタックに配置することを含んでもよい。複数の全共振形スイ
ッチングＶＨＦ電力変換器セルのそれぞれは、別々に制御可能であってもよい。さらに、複数の全共振形スイッチングＶＨＦ電力変換器セルの一部は、パラレル出力で構成されてもよい。出力は、実質的に可視光のちらつきがない状態でＬＥＤベースのライトに電力を与えることを容易にする可能性がある。一実施形態では、出力は、実質的にリップルのない電圧を含んでもよい。さらに、出力に伝搬するＡＣ周波数調波（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｈａｒｍｏｎｉｃｓ）は実質的にない場合がある。

【0074】

方法は、複数の全共振形スイッチングＶＨＦ電力変換器セルの少なくとも一部からのＤＣ信号出力を並列に接続して組み合わされた出力を生成することをさらに含んでもよい。方法はまた、組み合わされた出力を同期的に整流することを含んでもよい。さらに、方法は、全共振形スイッチングを容易にするために複数の全共振形スイッチングＶＨＦ電力変換器セルを制御することと、同期整流のために出力整流器を制御することを含んでもよい。一実施形態では、方法は、複数の全共振形スイッチングＶＨＦ電力変換器セルのパラレル出力の組合せの構成を容易にする可能性がある出力段をさらに含んでもよい。さらに、複数の全共振形スイッチングＶＨＦ電力変換器セルのうちの少なくとも１つは、１つ又は複数のスイッチトキャパシタを含んでもよい。

【0075】

別の実施形態では、複数の全共振形スイッチングＶＨＦ電力変換器セルのうちの少なくとも１つは、少なくとも１つのスイッチトキャパシタとＤＣ／ＤＣ調整コンバータとを含んでもよい。ＤＣ／ＤＣ調整コンバータは、少なくとも１つのスイッチトキャパシタと直列に配置されてもよい。制御は、複数の全共振形スイッチングＶＨＦ電力変換器セルのソフトスイッチングを含んでもよい。さらに、制御は、複数の全共振形スイッチングＶＨＦ電力変換器セルに関する少なくとも１つのパワーセルのバイパス機能を動作させることを含んでもよい。制御はまた、コンバータ効率を最低効率閾値よりも上に維持することを含んでもよい。

【0076】

一実施形態では、最低効率閾値は、７０パーセント、７５パーセント、８０パーセントなどであってもよい。制御はまた、受動スイッチトキャパシタ電圧バランシングを含んでもよい。出力は、実質的に可視光のちらつきがない状態でＬＥＤベースのライトに電力を与えることを容易にする可能性がある。出力は、実質的にリップルのない電圧を含んでもよい。さらに、出力に伝搬するＡＣ周波数調波は実質的にない場合がある。

【0077】

別の態様では、本発明は、ＤＣ−ＤＣ変換する方法を提供する。方法は、ＤＣ入力信号を受信し及びそこからＤＣ信号を出力するために、複数の全共振形スイッチングＶＨＦ電力変換器セルを直列スタックに配置することを含んでもよい。複数の全共振形スイッチングＶＨＦ電力変換器セルのそれぞれは、別々に制御可能であってもよい。さらに、複数の全共振形スイッチングＶＨＦ電力変換器セルの一部は、パラレル出力で構成されてもよい。方法は、複数の全共振形スイッチングＶＨＦ電力変換器セルの少なくとも一部からのＤＣ信号出力を並列に接続して組み合わされた出力を生成することをさらに含んでもよい。方法はまた、組み合わされた出力を同期的に整流することを含んでもよい。さらに、方法は、共振形スイッチングを容易にするために複数の全共振形スイッチングＶＨＦ電力変換器セルを制御することを含んでもよい。方法は、同期整流のために出力整流器を制御することをさらに含んでもよい。

【0078】

一実施形態では、方法は、複数の全共振形スイッチングＶＨＦ電力変換器セルのパラレル出力の組合せの構成を容易にする可能性がある出力段を含んでもよい。さらに、複数の全共振形スイッチングＶＨＦ電力変換器セルのうちの少なくとも１つは、１つ又は複数のスイッチトキャパシタを含んでもよい。複数の全共振形スイッチングＶＨＦ電力変換器セルのうちの少なくとも１つは、少なくとも１つのスイッチトキャパシタとＤＣ／ＤＣ調整コンバータとを含んでもよい。ＤＣ／ＤＣ調整コンバータは、少なくとも１つのスイッチ
トキャパシタと直列に配置されてもよい。

【0079】

さらに、複数の全共振形スイッチングＶＨＦ電力変換器セルの制御は、複数の全共振形スイッチングＶＨＦ電力変換器セルのソフトスイッチングを含んでもよい。複数の全共振形スイッチングＶＨＦ電力変換器セルの制御は、複数の全共振形スイッチングＶＨＦ電力変換器セルに関する少なくとも１つのパワーセルのバイパス機能を動作させることを含んでもよい。さらに、複数の全共振形スイッチングＶＨＦ電力変換器セルの制御は、コンバータ効率を最低効率閾値よりも上に維持することを含んでもよい。一実施形態では、最低効率閾値は、７０パーセント、７５パーセント、８０パーセントなどであってもよい。複数の全共振形スイッチングＶＨＦ電力変換器セルの制御はまた、受動スイッチトキャパシタ電圧バランシングを含んでもよい。

【0080】

また別の態様では、本発明は、ＤＣ−ＤＣ変換する方法を提供する。方法は、ＤＣ入力信号を受信し及びそこからＤＣ信号を出力するために、複数の全共振形スイッチングＶＨＦ電力変換器セルを直列スタックに配置することを含んでもよい。方法は、組み合わされた出力を生成するために、複数のコンバータセルの少なくとも一部からのＤＣ信号出力を並列に接続することをさらに含んでもよい。方法はまた、組み合わされた出力を同期的に整流することを含んでもよい。さらに、方法は、共振形スイッチングを容易にするために電力変換器セルを制御することを含んでもよい。さらにまた、方法は、共振形スイッチングを容易にするために電力変換器セルを制御することを含んでもよい。複数の全共振形スイッチングＶＨＦ電力変換器セルのそれぞれは、別々に制御可能であってもよい。さらに、複数の全共振形スイッチングＶＨＦ電力変換器セルの一部は、パラレル出力で構成されてもよい。

【0081】

一実施形態では、方法は、複数の全共振形スイッチングＶＨＦ電力変換器セルのパラレル出力の組合せの構成を容易にする可能性がある出力段をさらに含んでもよい。複数の全共振形スイッチングＶＨＦ電力変換器セルのうちの少なくとも１つは、１つ又は複数のスイッチトキャパシタを含んでもよい。さらに、複数の全共振形スイッチングＶＨＦ電力変換器セルのうちの少なくとも１つは、少なくとも１つのスイッチトキャパシタとＤＣ／ＤＣ調整コンバータとを含んでもよい。ＤＣ／ＤＣ調整コンバータは、少なくとも１つのスイッチトキャパシタと直列に配置されてもよい。

【0082】

別の実施形態では、複数の全共振形スイッチングＶＨＦ電力変換器セルの制御は、複数の全共振形スイッチングＶＨＦ電力変換器セルのソフトスイッチングを含んでもよい。複数の全共振形スイッチングＶＨＦ電力変換器セルの制御は、複数の全共振形スイッチングＶＨＦ電力変換器セルに関する少なくとも１つのパワーセルのバイパス機能を動作させることを含んでもよい。さらに、複数の全共振形スイッチングＶＨＦ電力変換器セルの制御は、コンバータ効率を最低効率閾値よりも上に維持することを含んでもよい。一実施形態では、最低効率閾値は、７０パーセント、７５パーセント、８０パーセントなどであってもよい。複数の全共振形スイッチングＶＨＦ電力変換器セルの制御はまた、受動スイッチトキャパシタ電圧バランシングを含んでもよい。さらに、出力は、実質的に可視光のちらつきがない状態でＬＥＤベースのライトに電力を与えることを容易にする可能性がある。出力は、実質的にリップルのない電圧を含んでもよい。

【0083】

本発明の別の態様では、マルチパス力率補正方法が提供される。方法は、電圧が変化する入力から出力への複数のエネルギー伝達経路を提供することを含んでもよい。方法はまた、複数のエネルギー伝達経路のうちの少なくとも１つの入力で１つ又は複数のエネルギー貯蔵ネットワークに利用可能な入力エネルギーの第１のフラクションを送達することを含んでもよい。さらに、方法は、利用可能な入力エネルギーの第２のフラクションを出力に送達することを含んでもよい。さらに、方法は、実質的に一定の出力を出力するのを容
易にするため及び入力から引き込まれるエネルギーを制御するために第１のフラクション及び第２のフラクションを調節することを含んでもよい。

【0084】

一実施形態では、制御は、複数のエネルギー経路を備えるＶＨＦ電力変換器の制御を含んでもよい。さらに、複数のエネルギー経路の一部は、複数のソフトスイッチト電力変換器セルを含んでもよい。力率補正は、インターリーブされた電力変換器セルのうちの少なくとも１つのスイッチングを含んでもよい。スイッチングは力率１をもたらしてもよい。さらに、複数のエネルギー経路の一部は、複数のソフトスイッチトスタックトセル電力変換器を含んでもよい。スタックトセル電力変換器の一部は、共通のノードに接続されてもよい。一実施形態では、電力変換器は５ＭＨｚよりも上で動作してもよい。

【0085】

本発明のまた別の態様では、ＶＨＦスイッチング電力変換器が提供される。ＶＨＦスイッチング電力変換器は、ＡＣライン入力信号を受信してＬＥＤに電力を与えるのに適した出力を提供するように構成される少なくとも１つのパワーセルを含んでもよい。少なくとも１つのパワーセルのそれぞれは、別々に制御可能であってもよい。さらに、少なくとも１つのパワーセルのうちの一部は、パラレル出力で構成されてもよい。ＶＨＦスイッチング電力変換器はまた、入力信号を受信するように少なくとも１つのパワーセルを構成するための及び５ＭＨｚを超える周波数での電力変換器のスイッチングを容易にするためのコントローラを含んでもよい。さらに、ＶＨＦスイッチング電力変換器は、少なくとも１つのパワーセルからの出力を受信するための及び組み合わされた出力をＬＥＤに送達するための出力段を含んでもよい。

【0086】

一実施形態では、ＶＨＦスイッチング電力変換器は、少なくとも１つのパワーセルのパラレル出力の組合せの構成を容易にする可能性がある出力段をさらに含んでもよい。少なくとも１つのパワーセルは、１つ又は複数のスイッチトキャパシタを含んでもよい。さらに、少なくとも１つのパワーセルは、少なくとも１つのスイッチトキャパシタとＤＣ／ＤＣ調整コンバータとを含んでもよい。ＤＣ／ＤＣ調整コンバータは、少なくとも１つのスイッチトキャパシタと直列に配置されてもよい。コントローラは、少なくとも１つのパワーセルをソフトスイッチングする。一実施形態では、最低効率閾値は、７０パーセント、７５パーセント、８０パーセントなどであってもよい。さらに、少なくとも１つのパワーセルの制御は、受動スイッチトキャパシタ電圧バランシングを含んでもよい。ＶＨＦスイッチング電力変換器は、５ＭＨｚよりも上で動作してもよい。さらに、ＬＥＤベースのライトに電力を与えることは電解コンデンサの使用を必要としない可能性がある。

【0087】

本発明の別の態様では、ＬＥＤに電力を与える方法が提供される。方法は、少なくとも１つのＶＨＦスイッチングパワーセルによりＡＣライン入力信号を受信することを含んでもよい。方法は、ＬＥＤに電力を与えるのに適したＤＣ出力を提供するために５ＭＨｚを超える周波数でパワーセルを動作させることをさらに含んでもよい。方法はまた、組み合わされた出力を提供するために少なくとも１つのＶＨＦスイッチングパワーセルからの出力を受信することを含んでもよい。さらに、方法は、組み合わされた出力をＬＥＤに送達することを含んでもよい。少なくとも１つのパワーセルのそれぞれは、別々に制御可能であってもよい。少なくとも１つのＶＨＦスイッチングパワーセルの一部は、パラレル出力で構成されてもよい。

【0088】

一実施形態では、方法は、少なくとも１つのＶＨＦスイッチングパワーセルのパラレル出力の組合せの構成を容易にする可能性がある出力段をさらに含んでもよい。少なくとも１つのＶＨＦスイッチングパワーセルは、１つ又は複数のスイッチトキャパシタを含んでもよい。少なくとも１つのＶＨＦスイッチングパワーセルは、少なくとも１つのスイッチトキャパシタとＤＣ／ＤＣ調整コンバータとを含んでもよい。ＤＣ／ＤＣ調整コンバータは、少なくとも１つのスイッチトキャパシタと直列に配置されてもよい。

【0089】

本発明のまた別の態様では、スタックトセルソフトスイッチング可能電力変換器が提供される。スタックトセルソフトスイッチング可能電力変換器は、ＡＣ入力信号を受信し及びＬＥＤに電力を与えるのに適した出力を提供するためにフレキシブルに接続される複数のスタックトパワーセルを含んでもよい。スタックトセルソフトスイッチング可能電力変換器はまた、入力信号（ｓｉｇｎ）を受信するようにパワーセル及びフレキシブル接続を構成するためのコントローラを含んでもよい。さらに、スタックトセルソフトスイッチング可能電力変換器は、複数のスタックトパワーセルのうちの一部のそれぞれから出力を受信するための及び組み合わされたＤＣ出力をＬＥＤに送達するための出力段を含んでもよい。

【0090】

一実施形態では、複数のスタックトパワーセルのそれぞれは、別々に制御可能であってもよい。さらに、複数のスタックトパワーセルのうちの一部は、パラレル出力で構成されてもよい。スタックトセルソフトスイッチング可能電力変換器は、複数のスタックトパワーセルのパラレル出力の組合せの構成を容易にする可能性がある出力段をさらに含んでもよい。複数のスタックトパワーセルは、１つ又は複数のスイッチトキャパシタを含んでもよい。さらに、複数のスタックトパワーセルは、少なくとも１つのスイッチトキャパシタとＤＣ／ＤＣ調整コンバータとを含んでもよい。ＤＣ／ＤＣ調整コンバータは、少なくとも１つのスイッチトキャパシタと直列に配置されてもよい。

【0091】

別の実施形態では、少なくとも１つのパワーセルを動作させるコントローラは、少なくとも１つのパワーセルのバイパス機能を有してもよい。さらに、コントローラは、コンバータ効率を最低効率閾値よりも上に維持してもよい。最低効率閾値は、７０パーセント、７５パーセント、８０パーセントなどであってもよい。コントローラは、受動スイッチトキャパシタ電圧バランシングのために構成されてもよい。さらに、ＬＥＤベースのライトに電力を与えることは、スタックトパワーセルにおける少なくとも１つのセルの動作を制御することを含んでもよい。電力を与えることは、スタックトパワーセルにおける少なくとも１つのセルをパルス幅変調することを含んでもよい。さらに、電力を与えることは、力率補正を含んでもよい。

【0092】

一態様では、本発明は方法を提供する。方法は、複数の直列スタックト超高周波電力変換器セルに印加されるべき入力電圧信号を受信することを含んでもよい。複数の直列スタックト超高周波電力変換器セルは、出力電圧又は電流をもたらすことができる。方法はまた、出力電流を判定することを含んでもよい。方法は、出力電流を制御するためにパルス幅変調を通じて複数の直列スタックト高周波電力変換器セルのうちの一部を制御することをさらに含んでもよい。複数の直列スタックト超高周波電力変換器セルのそれぞれは、別々に制御可能であってもよい。複数の直列スタックト超高周波電力変換器セルの一部は、パラレル出力で構成されてもよい。

【0093】

一実施形態では、方法は、複数の直列スタックト超高周波電力変換器セルのパラレル出力の組合せの構成を容易にする可能性がある出力段を含んでもよい。さらに、複数の直列スタックト超高周波電力変換器セルのうちの少なくとも１つは、１つ又は複数のスイッチトキャパシタを含んでもよい。複数の直列スタックト超高周波電力変換器セルのうちの少なくとも１つは、少なくとも１つのスイッチトキャパシタとＤＣ／ＤＣ調整コンバータとを含んでもよい。ＤＣ／ＤＣ調整コンバータは、少なくとも１つのスイッチトキャパシタと直列に配置されてもよい。複数の直列スタックト超高周波電力変換器セルの制御は、複数の直列スタックト超高周波電力変換器セルのソフトスイッチングを含んでもよい。

【0094】

さらに、複数の直列スタックト超高周波電力変換器セルの制御は、複数の直列スタックト超高周波電力変換器セルに関する少なくとも１つのパワーセルのバイパス機能を動作さ
せることを含んでもよい。複数の直列スタックト超高周波電力変換器セルの制御は、コンバータ効率を最低効率閾値よりも上に維持することを含んでもよい。最低効率閾値は、７０パーセント、７５パーセント、８０パーセントなどであってもよい。さらに、複数の直列スタックト超高周波電力変換器セルの制御は、受動スイッチトキャパシタ電圧バランシングを含んでもよい。

【0095】

本発明の別の態様では、米国２５セント硬貨５枚よりも大きくないバウンディングボックス内で高アイソレーションＡＣ−ＤＣ電力変換を提供するためのシステムが提供される。システムは、ＡＣ入力信号を受信する及びＤＣ出力を提供するように配置されるパワーセルを含んでもよい。システムはまた、入力信号を受信するようにパワーセルを構成するためのコントローラを含んでもよい。さらに、システムは、パワーセルから出力を受信するための及びアイソレートされた出力を負荷に送達するための出力段を含んでもよい。一実施形態では、コントローラはパワーセルをソフトスイッチングしてもよい。さらに、コントローラは、パワーセルに関するパワーセルのバイパス機能を動作させてもよい。コントローラは、コンバータ効率を最低効率閾値よりも上に維持してもよい。最低効率閾値は、７０パーセント、７５パーセント、８０パーセントなどであってもよい。一実施形態では、コントローラは、受動スイッチトキャパシタ電圧バランシングのために構成されてもよい。米国２５セント硬貨５枚よりも大きくないバウンディングボックスは、４０５０立法ミリメートル未満の体積を含んでもよい。

【0096】

また別の態様では、本発明は、米国２５セント硬貨５枚よりも大きくないバウンディングボックス内で高アイソレーションＡＣ−ＤＣ電力変換を提供するためのシステムを含んでもよい。システムは、ＡＣ入力信号を受信する及びＤＣ出力を提供するように配置されるソフトスイッチング可能パワーセルを含んでもよい。システムは、入力信号を受信するようにソフトスイッチング可能パワーセルを構成するためのＶＨＦスピードコントローラをさらに含んでもよい。また、システムは、ソフトスイッチング可能パワーセルからの出力を受信するための及びアイソレートされた出力を負荷に送達するための変圧器段を含んでもよい。ＶＨＦスピードコントローラは、ソフトスイッチング可能パワーセルをソフトスイッチングしてもよい。さらに、ＶＨＦスピードコントローラは、パワーセルに関するソフトスイッチング可能パワーセルのバイパス機能を動作させてもよい。ＶＨＦスピードコントローラは、コンバータ効率を最低効率閾値よりも上に維持してもよい。一実施形態では、最低効率閾値は、７０パーセント、７５パーセント、８０パーセントなどであってもよい。さらに、ＶＨＦスピードコントローラは、受動スイッチトキャパシタ電圧バランシングのために構成されてもよい。

【0097】

さらに別の態様では、本発明は、米国２５セント硬貨５枚よりも大きくないバウンディングボックス内で高アイソレーションＡＣ−ＤＣ電力変換を提供するためのシステムを提供する。システムは、入力信号を連続して受信するためにフレキシブルに接続され且つ出力を提供する複数のソフトスイッチング可能パワーセルを含んでもよい。システムはまた、入力信号を受信するように複数のソフトスイッチング可能パワーセル及びフレキシブル接続を構成するためのコントローラを含んでもよい。さらに、システムは、複数のソフトスイッチング可能パワーセルのうちの一部から出力を受信するための及び組み合わされたアイソレートされた出力を負荷に送達するための変圧器段を含んでもよい。複数のソフトスイッチング可能パワーセルのそれぞれは、別々に制御可能であってもよい。さらに、複数のソフトスイッチング可能パワーセルのうちの一部は、パラレル出力で構成されてもよい。

【0098】

一実施形態では、システムは、複数のソフトスイッチング可能パワーセルのパラレル出力の組合せの構成を容易にする可能性がある出力段をさらに含んでもよい。複数のソフトスイッチング可能パワーセルは、１つ又は複数のスイッチトキャパシタを含んでもよい。
複数のソフトスイッチング可能パワーセルは、少なくとも１つのスイッチトキャパシタとＤＣ／ＤＣ調整コンバータとを含んでもよい。ＤＣ／ＤＣ調整コンバータは、少なくとも１つのスイッチトキャパシタと直列に配置されてもよい。さらに、コントローラは、ソフトスイッチング可能パワーセルをソフトスイッチングしてもよい。コントローラは、パワーセルに関するソフトスイッチング可能パワーセルのバイパス機能を動作させてもよい。コントローラはまた、コンバータ効率を最低効率閾値よりも上に維持してもよい。一実施形態では、最低効率閾値は、７０パーセント、７５パーセント、８０パーセントなどであってもよい。コントローラは、受動スイッチトキャパシタ電圧バランシングのために構成されてもよい。さらに、米国２５セント硬貨５枚よりも大きくないバウンディングボックスは、４０５０立法ミリメートル未満の体積を含んでもよい。

【0099】

別の態様では、本発明は、米国２５セント硬貨５枚よりも大きくないバウンディングボックス内でＡＣソースから任意に小さいリップルを備えるＤＣ出力を提供するための電力変換器を提供する。電力変換器は、入力信号を受信する及び出力を提供するように配置されるパワーセルを含んでもよい。電力変換器はまた、入力信号を任意に小さいリップルを備える出力に変換するようにパワーセルを制御するためのコントローラを含んでもよい。さらに、電力変換器は、任意に小さいリップルの提供を容易にするためにコントローラに出力の表現を提供するためのフィードバック経路を含んでもよい。コントローラは、パワーセルをソフトスイッチングしてもよい。コントローラは、パワーセルに関するパワーセルのバイパス機能を動作させてもよい。コントローラは、コンバータ効率を最低効率閾値よりも上に維持してもよい。

【0100】

一実施形態では、最低効率閾値は、７０パーセント、７５パーセント、８０パーセントなどであってもよい。コントローラはまた、受動スイッチトキャパシタ電圧バランシングのために構成されてもよい。さらに、米国２５セント硬貨５枚よりも大きくないバウンディングボックスは、４０５０立法ミリメートル未満の体積を含んでもよい。

【0101】

本発明は、米国２５セント硬貨５枚よりも大きくないバウンディングボックス内でＡＣソースから任意に小さいリップルを備えるＤＣ出力を提供するためのＶＨＦ電力変換器をさらに提供する。ＶＨＦ電力変換器は、入力信号を受信する及び出力を提供するように配置されるソフトスイッチング可能パワーセルを含んでもよい。ＶＨＦ電力変換器は、入力信号を任意に小さいリップルを備える出力に変換するようにパワーセルを制御するためのＶＨＦ周波数コントローラをさらに含んでもよい。さらに、ＶＨＦ電力変換器は、任意に小さいリップルの提供を容易にするためにコントローラに出力の表現を提供するためのフィードバック経路を含んでもよい。コントローラは、パワーセルをソフトスイッチングしてもよい。コントローラは、パワーセルに関するパワーセルのバイパス機能を動作させてもよい。

【0102】

一実施形態では、コントローラは、コンバータ効率を最低効率閾値よりも上に維持してもよい。最低効率閾値は、７０パーセント、７５パーセント、８０パーセントなどであってもよい。さらに、コントローラは、受動スイッチトキャパシタ電圧バランシングのために構成されてもよい。別の実施形態では、米国２５セント硬貨５枚よりも大きくないバウンディングボックスは、４０５０立法ミリメートル未満の体積を含んでもよい。

【0103】

本発明のさらに別の態様では、米国２５セント硬貨５枚よりも大きくないバウンディングボックス内でＡＣソースから少なくとも２ワットのＤＣ出力電力を提供するための高効率ＶＨＦ電力変換器が提供される。高効率ＶＨＦ電力変換器は、入力信号を受信する及び出力を提供するためにコンバータの中に配置されるソフトスイッチング可能パワーセルを含んでもよい。高効率ＶＨＦ電力変換器は、少なくとも７０パーセントの変換効率で入力信号から少なくとも２ワットの電力をもたらすようにパワーセルを制御するためのＶＨＦ
周波数コントローラをさらに含んでもよい。コントローラは、パワーセルをソフトスイッチングしてもよい。さらに、コントローラは、パワーセルに関するパワーセルのバイパス機能を動作させてもよい。

【0104】

一実施形態では、コントローラは、コンバータ効率を最低効率閾値よりも上に維持してもよい。最低効率閾値は、７０パーセント、７５パーセント、８０パーセントなどであってもよい。コントローラは、受動スイッチトキャパシタ電圧バランシングのために構成されてもよい。一実施形態では、米国２５セント硬貨５枚よりも大きくないバウンディングボックスは、４０５０立法ミリメートル未満の体積を含んでもよい。

【0105】

別の態様では、本発明は、米国２５セント硬貨５枚よりも大きくないバウンディングボックス内でＡＣソースから少なくとも２ワットのＤＣ出力電力を提供するための高効率ＶＨＦ電力変換器を提供する。高効率ＶＨＦ電力変換器は、入力信号を受信する及び出力を提供するためにコンバータの中に配置されるソフトスイッチング可能パワーセルを含んでもよい。さらに、高効率ＶＨＦ電力変換器は、少なくとも７５パーセントの変換効率で入力信号から少なくとも２ワットの電力をもたらすようにパワーセルを制御するためのＶＨＦ周波数コントローラを含んでもよい。コントローラは、パワーセルをソフトスイッチングしてもよい。

【0106】

一実施形態では、コントローラは、パワーセルに関するパワーセルのバイパス機能を動作させてもよい。コントローラは、コンバータ効率を最低効率閾値よりも上に維持してもよい。最低効率閾値は、７０パーセント、７５パーセント、８０パーセントなどであってもよい。コントローラは、受動スイッチトキャパシタ電圧バランシングのために構成されてもよい。一実施形態では、米国２５セント硬貨５枚よりも大きくないバウンディングボックスは、４０５０立法ミリメートル未満の体積を含んでもよい。

【0107】

本発明のさらに別の態様では、米国２５セント硬貨３枚よりも大きくないバウンディングボックス内で少なくとも５０ワットのＤＣ出力電力を提供するための高効率ＶＨＦ電力変換器が提供される。高効率ＶＨＦ電力変換器は、入力信号を受信し及び少なくとも５０ワットの電力を出力に提供するためにコンバータの中に配置される複数の直列スタックトソフトスイッチング可能パワーセルを含んでもよい。高効率ＶＨＦ電力変換器はまた、入力信号から少なくとも５０ワットの電力をもたらすように複数のパワーセルを制御するためのＶＨＦ周波数コントローラを含んでもよい。一実施形態では、米国２５セント硬貨３枚よりも大きくないバウンディングボックスは、２４３０立法ミリメートル未満の体積を含んでもよい。

【0108】

本発明のまた別の態様では、米国２５セント硬貨１枚よりも大きくないバウンディングボックス内で少なくとも１５ワットの出力電力を提供するための高効率ＶＨＦ電力変換器が提供される。高効率ＶＨＦ電力変換器は、入力信号を受信し及び少なくとも１５ワットの電力を出力に提供するためにコンバータの中に配置される複数の直列スタックトソフトスイッチング可能パワーセルを含んでもよい。さらに、高効率ＶＨＦ電力変換器は、入力信号から少なくとも１５ワットの電力をもたらすように複数のパワーセルを制御するためのＶＨＦ周波数コントローラを含んでもよい。一実施形態では、米国２５セント硬貨１枚よりも大きくないバウンディングボックスは、８１０立法ミリメートル未満の体積を含んでもよい。

【0109】

本明細書で説明される方法及びシステムの一態様では、制御する方法は、電力変換器セルが変化する入力から出力をもたらすことができる、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルに印加されるべき変化する入力電圧信号を受信すること、入力電圧の平均を求めること、及び求めた平均に基づいて変化する入力電圧から出力をもたらすように直列スタ
ックト高周波電力変換器セルを同期的に制御することを含んでもよい。

【0110】

本明細書で説明される方法及びシステムの一態様では、制御する方法は、電力変換器セルが変化する入力から出力をもたらすことができる、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルに印加されるべき変化する入力電圧信号を受信すること、入力電流の平均を求めること、及び求めた平均に基づいて変化する入力電圧から出力をもたらすように直列スタックト高周波電力変換器セルを同期的に制御することを含んでもよい。

【0111】

本明細書で説明される方法及びシステムの一態様では、制御する方法は、電力変換器セルが変化する入力から出力をもたらすことができる、複数の直列スタックト高周波電力変換器セルに印加されるべき変化する入力電圧信号を受信すること、出力電流の平均を求めること、及び求めた平均に基づいて変化する入力電圧から出力をもたらすように直列スタックト高周波電力変換器セルを同期的に制御することを含んでもよい。

【0112】

本明細書で説明される方法及びシステムの一態様では、スタックトセルＶＨＦ電力変換器を制御する方法は、コンバータへの入力電圧を感知すること、感知した入力電圧に基づいて少なくとも１つのスタックトセルに関するバイパス機能を調節すること、入力電流を感知すること、出力電流を感知すること、及び感知した入力電流及び感知した出力電流のうちの１つに少なくとも部分的に基づいて入力電流及び出力電流を制御するために少なくとも１つのスタックトセルの動作を調節することを含んでもよい。

【0113】

本明細書で説明される方法及びシステムの一態様では、スタックトセルＶＨＦ電力変換器を制御する方法は、コンバータへの入力電圧を感知すること、感知した入力電圧に基づいて少なくとも１つのスタックトセルに関するバイパス機能を調節すること、入力電流を感知すること、出力電圧及び出力電流のうちの少なくとも１つを感知すること、及び感知した入力電圧、感知した入力電流、出力電圧、及び感知した出力電流のうちの１つに少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つの他のスタックトセルへの入力電圧を制御するために少なくとも１つのスタックトセルの動作を調節することを含んでもよい。

【0114】

本発明のこれらの及び他のシステム、方法、目的、特徴、及び利点は、好ましい実施形態の以下の詳細な説明及び図面から当業者には明らかであろう。本明細書に記述されるすべての文書は、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。

【0115】

本発明及びその或る実施形態の以下の詳細な説明は、以下の図面を参照することで理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0116】

【図1】スイッチングＤＣ／ＤＣコンバータの基本構造を示す図である。

【図2】直列に装荷される共振整流器と接合されるクラスＥインバータを示す図である。

【図3】ＡＣ／ＤＣコンバータの電流波形及び電圧波形を示す図である。

【図4】負荷が減少する際のＺＶＳの損失を表わす波形を示す図である。

【図5】抵抗圧縮ネットワークを示す図である。

【図6】Φ_２インバータのトポロジーを示す図である。

【図7】図６の回路のスイッチにわたる電圧波形を示す図である。

【図8】オン・オフ変調コンバータの概略を示す図である。

【図9】複数の入力電圧に対するインバータの電圧及び整流器の電圧を示す図である。

【図10】整流器デュアル回路に接続されるクラスＥインバータを示す図である。

【図11】整流器デュアル回路に接続されるΦ_２インバータを示す図である。

【図12】直列スタックトセルの実施形態の種々の構成を示す図である。

【図13】ＶＨＦコンバータシステムの２つの実施形態を示す図である。

【図14】スイッチトキャパシタ段とこれに後続するＶＨＦ段に基づくスイッチトセルを示す図である。

【図15】直列スタックトセルＶＨＦコンバータを示す図である。

【図16】１３７．５ＶＡＣ入力の１つの整流されたサイクルのタイムライン図である。

【図17】入力電流制御ループ及び出力電流制御ループを示す図である。

【図18】例示的なＶＨＦコンバータのアーキテクチャのブロック図である。

【図19】ＭＲ１６照明用途に用いるのに適している可能性があるＶＨＦコンバータの実施形態を示す図である。

【図20】ｂｉ−ｐｈａｓｅ補助電力回路を示す図である。

【図21】力率１を達成する電流波形と共に整流されたＡＣ電圧の波形を示す図である。

【図22】力率補正の１つの実装を例証するブロック図である。

【図23】図２２の力率補正の実施形態に関する単一のＡＣラインサイクルにわたるシミュレートされた波形を示す図である。

【図24】力率補正回路のスイッチ・ネットワークの実施形態を示す図である。

【図25】図２４の実施形態に関する完全なＡＣサイクルにわたるサンプル波形を示す図である。

【図26】基本調波に加えて奇数調波を含む例となる電流波形が提示される図である。

【図27】ＶＨＦコンバータのマルチチャネル実施形態を示す図である。

【図28】白熱電球を複数のＬＥＤライトと交換するためのＶＨＦコンバータの適用を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0117】

スイッチング電源（ＳＭＰＳ）のスイッチング周波数を増加させることは、出力密度を増加させ且つ過渡性能を改善する手段として広く追求されている目標である。しかしながら、従来の電力変換器のトポロジー（昇圧、降圧、フライバックなど）を用いてスイッチング周波数を増加させることは、結果的に著しく低下した効率を伴う。さらに、スイッチング周波数を増加させる際に、出力密度は最適なスイッチング周波数に到達するまで増加し、到達した時点で、出力密度は再び減少し始める。従来技術の縛りを打開してコンバータの体積当たりの増加した電力を送達しながら効率的な高周波動作を可能にする新しい電力変換器のアーキテクチャが本明細書で説明される。

【0118】

高効率無線周波数（ＲＦ）送信器用途のためのソフトスイッチング共振インバータが開発されている。これらの技術は、１００ＭＨｚを超えるスイッチング周波数で効率的なＤＣ／ＤＣコンバータを形成するように適合されている。このタイプのコンバータの基本構造が図１に示される。インバータ段は、入力からＤＣ電力を取り込み、ＲＦＡＣ電力を変圧ネットワークに送達する。変圧ネットワークは、受動コンポーネント及び／又は変圧器のいずれかを用いてＡＣ信号を適切なレベルにスケール変更する。整流器は、変圧ネットワークからＡＣ電力を取り込み、コンバータがこれをＤＣに戻す。

【0119】

ＶＨＦでの効率的な動作に適するインバータは、ゼロ電圧スイッチングを達成するために共振及び負荷の特徴を用いる。共振整流器のトポロジーがしばしば用いられ、説明される感知機能におけるインピーダンスとしてモデル化することができる。変圧段は、インバータ及び整流器のインピーダンスの間のインピーダンス整合を生じるのに役立ち、必要な場合に適切な電圧及び電流レベルシフト及びアイソレーションを提供する。変圧段は、受動変圧ネットワーク、従来の変圧器、広帯域又は伝送線路変圧器、若しくは類似した手段
から実現することができる。このタイプのコンバータの例は、クラスＥインバータを図２に示された直列装荷共振整流器と接合することによって形成される。このコンバータがＶＨＦでの高効率で動作するためには、周波数と共に成長する３つの一次損失機構、すなわち、スイッチング時の電圧及び電流の重なりに起因する及びコンデンサの放電に起因するスイッチング損失、ゲート・コンデンサのサイクルにつき１回の充電及び放電に起因するゲーティング損失、及び磁性材料における損失が克服されなければならない。スイッチング損失は、ゼロ電圧スイッチング（ｚｅｒｏ−ｖｏｌｔａｇｅｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）（ＺＶＳ）で動作することによって克服される。図３の波形に示すように、回路の共振コンポーネントは、スイッチＳ_１が開にされるときにスイッチ（Ｖ_Ｄ（ｔ））にわたる電圧が自然に上昇し（ｒｉｎｇｕｐ）、次いで後の既知の時間期間にゼロに戻って、犠牲なしにスイッチをオンに戻す機会が与えられることになるように、明確に同調（ｔｕｎｅ）される。スイッチング損失を克服することで、ゲートに蓄えられたエネルギーの一部をこれを地面に放電するのではなく回収するために共振ゲート駆動方式を用いること、又はゲーティング損失が全コンバータ損失のうちの小さい割合であるようにトランジスタのサイズを最適化することのいずれかによって、ゲート・コンデンサのサイクルにつき１回の充電及び放電から生じるゲーティング損失が緩和される。最後に、スイッチング損失及びゲーティング損失が最小になることで、高透磁性コア材料をなくすことができ且つ空芯磁石又は低透磁性ＲＦ磁性材料が用いられるようにコンバータを十分に高い周波数で動作させることによって、磁性材料における損失は、回避される。

【0120】

図２の回路は、従来の電力変換器回路がＶＨＦで動作するのを禁止する主な周波数依存損失機構のすべてを克服するが、これは多数の欠点を有する。第１に、スイッチＳ_１は、入力電圧の約３．６倍のピーク電圧応力を乗り切らなければならない。トランジスタの降伏電圧の増加は、結果的に増加したオン状態抵抗及び増加した寄生容量をもたらすことが良く知られている。このタイプのコンバータの性能は、オン状態抵抗とデバイス出力容量の二乗との積に直接関連することが示されている。したがって、より低いピーク電圧応力をもつトポロジーは、典型的にデバイス損失にあまり悩まされないであろう。第２に、最小出力電力は、スイッチＳ_１の寄生ドレイン−ソース容量によって制限される。さらに、回路は、非常に狭い負荷範囲にわたるＺＶＳでのみ動作することができる。共振コンポーネントのクオリティファクタ（Ｑ）は負荷抵抗によって設定されるため、ＺＶＳは、単一の負荷に対してのみ得られる。負荷が変化する際に、回路は、非同調（ｄｅ−ｔｕｎｅｄ）されることになり、ＺＶＳが失われる。この影響は図４で実証され、負荷が減少する際にＺＶＳの損失が観測される。図５に示された抵抗圧縮ネットワークは、負荷の変化に対する同調されたインバータ回路の敏感さを低減させるために採用することができるマッチング／変圧受動ネットワークである。これらの欠点は、ピーク電圧応力を低下させ且つ出力電力とデバイス容量との密接な結合を打ち壊すためにより高次の共振ネットワークを使用する多数の他のトポロジーの開発につながった。こうしたトポロジーの例は、図６に示されたΦ_２コンバータである。

【0121】

Φ_２は、スイッチにわたる電圧波形を図７に示すように入力電圧のおよそ２倍のピーク値をもつほぼ方形波に形状設定するために、マルチ共振ネットワークを用いる。これは、デバイス損失を減らす、より低電圧のトランジスタが用いられることを可能にする。しかしながら、付加的な共振コンポーネントが必要とされ、コンバータの複雑さ（潜在的にはサイズ）が増加する。Φ_２に加えて、コンバータの波形の形状に対する付加的な制御を達成するために回路の複雑さを増加させる類似の戦略を採用する多数の他のコンバータトポロジーが存在する。しかしながら、Φ_２は、付加的な複雑さと性能との間の良好なバランスをとるので好ましい実施形態と考えられる。抵抗圧縮ネットワークはコンバータをＺＶＳの損失なしに広い負荷範囲にわたって動作できるようにするが、これは調整する手段を提供しない。パルス幅変調（ＰＷＭ）は、電力変換器回路を制御するために通例用いられる技術である。しかしながら、コンバータは特定のデューティサイクルでＺＶＳを達成す
るように設計されるので、ＶＨＦでのＰＷＭ制御は実用的ではない。周波数変調は、制御する方法を提供するが、しかしながら、ゲーティングからの損失及びＺＶＳを達成するのに必要とされる共振電流を提供することからの損失が電力と共に小さくならないので、広い負荷範囲にわたって高効率を維持するのが課題である。

【0122】

広い負荷範囲にわたる高効率を達成する方法は、図８に示されるオン／オフ変調である。この技術は、コンバータをフルパワーで動作するように設計し、次いで、コンバータのスイッチング周波数よりも低い周波数でコンバータをオン及びオフに変調することによって平均送達電力を調整することで、エネルギー変換機能及び調整機能を分離する。この技術により、コンバータの共振コンポーネントはスイッチング周波数に対するサイズにされ、入力及び出力フィルタ・コンポーネントは変調周波数に対するサイズにされる。抵抗圧縮ネットワークとオン／オフ変調を通じて制御されるコンバータとを含めることは、コンバータの入力電圧及び出力電圧範囲を増加させる。

【0123】

図１の整流器段はダイオードを用いて古典的に実現されるが、同期整流器を構築するためにトランジスタを用いることもできる。制御されないスイッチを制御されるスイッチに交換することは、サイクル内でスイッチをオン及びオフにするための適正な時間を知る要件を付加する。これは、図２のコンバータの入力電圧を変化させ、整流器のデューティサイクル及び位相がインバータに対して変化することを観測することによって図９で実証される。これまで導入されたソフトスイッチング共振インバータトポロジーのすべては、整流器として動作するデュアル回路を有する。図１０及び図１１は、それらのそれぞれの整流器デュアル回路に接続されるクラスＥインバータとΦ_２インバータとの両方の概略を示す。これらの例では、変圧ネットワークは、簡単なインピーダンスであるだけでなく、ダイオード整流器、より複雑な受動変圧ネットワーク、従来の変圧器、広帯域又は伝送線路変圧器、又は類似の手段と共に設けられるコンバータと同様に用いることもできる。

【0124】

オン／オフ変調を通じて制御されるコンバータにおける同期整流器を設計するときの一次タスクは、所望のスイッチング波形を達成するために、整流器のスイッチ及びインバータのスイッチのデューティサイクル並びにインバータと整流器との間の位相シフトを制御することである。これは、以下の方法を通じて達成されてもよい。

【0125】

１．所望のスイッチング波形をもたらす入力電圧及び出力電圧の関数としてインバータのスイッチ及び整流器のスイッチに関するデューティサイクル並びにインバータと整流器との間の位相シフトを判定する。ＺＶＳは、入力電圧と出力電圧のすべての組合せに対して必ずしも得られるわけではないため、ＺＶＳが得られない場合のコンバータへのコンバータ損失及び／又は損傷を最小にするために所望の波形が選ばれる。用いられるコンバータのトポロジーに応じて、これは異なる方法を用いて行うことができる。それらの動作を説明するソリューションに関して閉じられるコンバータでは、デューティサイクル及び位相シフトは、式の解析から判定することができる。トポロジーに関するこうした式の組が存在しない場合、シミュレーションはパラメータにわたって又は数値コンバータソリューションを通してスイープする。

【0126】

２．所望のデューティサイクル及び位相シフトが入力電圧及び出力電圧の関数として既知である場合、残りのタスクは、所望の伝達関数を実装する実用的なシステムを実現することである。これを達成する１つの方法は、スイッチング周波数よりも低い帯域幅で入力電圧及び出力電圧を読み出すことである。これは、デューティサイクル及び位相がＤＣ入力電圧及び出力電圧と共に調節されることを保証し、この場合、ＤＣを疎にという用語は、スイッチングサイクルに対してゆっくりと変化する局所平均を指すように意図される。

【0127】

３．測定した局所平均入力電圧及び出力電圧を用いて、インバータ回路及び整流器回路
のデューティサイクル並びにインバータと整流器との間の位相シフトが設定される。同期整流器はまた、コンバータが所望のスイッチング波形で動作することを保証することに加えて、調整もまたインバータと整流器との間の位相シフトの調節を通じて制御される、位相シフト制御システムを実装するのに用いることができる。

【0128】

メインスイッチングデバイスが集積された電力で製作される、ＶＨＦ電力変換器を構築することで、プロセスは、典型的に、適切なデバイスの選択肢を多くとも８０〜１００ボルトの降伏電圧を有するデバイスに制限する。このタイプの最良に設計された共振コンバータは、インバータの入力電圧の２倍であり且つ整流器の出力電圧の２倍であるピーク電圧応力を有するため、入力電圧と出力電圧は両方とも多くとも５０ボルト未満に制約される。しかしながら、より高い入力又は出力電圧を必要とする多くの用途が存在する。例えば、ＡＣラインから直接電力を与えられるシステムは、約１９０ボルトのピーク入力電圧及び３８０ボルトのピークデバイス応力を取り扱わなければならず、コンバータを集積度の低いデバイス又は外部デバイスのいずれかから構築させることになる。ここでは、より高い降伏電圧をもつデバイスを必要とせずにＶＨＦ共振ＤＣ／ＤＣコンバータのピーク入力電圧及び／又は出力電圧を引き延ばす方法及びシステムを説明する。単一のコンバータセルを用いるのではなく、コンバータを複数のコンバータセルから構築することができ、コンバータを直列に接続することによってピーク電圧が引き延ばされる。コンバータの入力と出力との両方が直列に接続される必要はないが、図１２に示すように、例えばピーク入力電圧を引き延ばすために、セルの入力を直列に接続し、それらの出力を並列に接続することができる。同様に、コンバータのピーク出力電圧だけを増加させるために、セルの出力を直列に接続し、入力を並列に接続することができる。さらに、特定のピーク電圧及び電力を達成するために入力及び／又は出力で直列及び並列の幾つかの組合せを用いることができる。直列にスタックされるインバータの組は、単一の直列スタックによって提供することができるよりも大きい電力を提供するために並列（例えばパラレル出力）に構成されてもよいことがさらに想像される。どのタイプの構成にするかの判断は、必要とされる量の出力電力を送達する要件に基づいてもよい。直列にスタックされるインバータを並列に構成することは、出力電力の送達要件を満足させる配置である可能性がある。

【0129】

マルチセルコンバータを形成するのに用いられるセルが本明細書で説明されることになり、サイズ、コスト、性能目標、入力電圧範囲制限などを含む種々の因子に応じて変化してもよい。特定のデバイスの降伏電圧に対するコンバータのピーク入力電圧及び／又は出力電圧の増加に加えて、コンバータがそれにわたって動作することができる範囲もまた増加させることができる。これは、マルチセルコンバータを構成するセルのサブセットだけを選択的に用いることによって達成されてもよい。例えば、マルチセルコンバータが、それぞれ２０〜３０ボルトの入力電圧範囲にわたって動作することができる５つのコンバータセルから形成される場合、すべてのセルが使用中であるとき、マルチセルコンバータは、１００ボルト〜１５０ボルトの電圧範囲にわたって動作することができる。しかしながら、直列スタックにおけるセルのサブセットを選択的に用いることによって、マルチセルコンバータは、２０〜１５０ボルトの入力電圧範囲にわたって動作することができる。マルチセルコンバータはさらに、アクティブセルがそれらの入力電圧及び出力電圧範囲内にとどまるように各セルに対する制御機能を含んでもよい。

【0130】

本開示では、ＡＣブリッジと共にカスケードされてＶＨＦスイッチング周波数で効率よく動作できるＡＣ／ＤＣコンバータを形成するＶＨＦソフトスイッチング共振ＤＣ／ＤＣコンバータ段を含むものとして、ＶＨＦコンバータの幾つかの実施形態が説明される。このＡＣ／ＤＣコンバータは、発光ダイオード、並びにラップトップ・コンピュータなどに電力を与えるのに用いられるＡＣ／ＤＣコンバータのようなスペースが制約された民生用装置を駆動するのに用いられてもよい。

【0131】

こうしたＶＨＦコンバータシステムの２つの類似した実施形態のブロック図が図１３に提示される。実施形態ＶＨＦ１３０２はエネルギー貯蔵部を含み、一方、実施形態ＶＨＦ１３０４は含まない。ＤＣ／ＤＣコンバータ段ＶＨＦ１３０８は、ＤＣ／ＤＣコンバータＶＨＦ１３０８に現れる線間電圧が広くしかしゆっくりとＤＣ電圧を変化させるように、ライン周波数よりもかなり高いスイッチング周波数で動作してもよい。段ＶＨＦ１３０８は、前述のＶＨＦ共振ＤＣ／ＤＣコンバータセル及び／又はその組合せを含むマルチセル構成のうちのいずれかから形成されてもよい。

【0132】

段の入力電圧範囲は、段が動作できるのはラインサイクルのどの部分かを決定する可能性がある。線間電圧が段の最小入力動作電圧よりも低いラインサイクルの一部に関して、出力電圧又は出力電流を特定のアプリケーション・システムによって指定されるあらゆるリップル限度内に維持するのにエネルギー貯蔵部が必要とされる場合がある。さらに、多くの用途では、ＡＣラインから電力を引き込む方法は、政府規格によって制約される。これは、段が出力電圧又は電流を指定されたリップル限度内に調整する能力をさらに低下させる可能性がある。出力リップルをその制限内に維持する１つの選択肢は、出力でのエネルギー貯蔵バッファを増加させることであるが、これは融通性を低下させ、且つ複雑さを増加させる可能性がある。

【0133】

代替的解決策は、負荷の調整及びリップルの減少を行うために第２のＤＣ／ＤＣコンバータ段をエネルギー貯蔵部とカスケードすることである。これは、ラインサイクル内で広くリップルに或る量のエネルギーが蓄えられることを可能にし、これにより、必要とされる総エネルギー貯蔵量を減らし、これは複雑さ、全体サイズ、及びコストを低減させる可能性がある。

【0134】

より大きい個別のコンポーネントの実施形態のサイズ、効率、及びコストの制限を克服する半導体プロセスでの実装に適した超高周波電力変換器が本明細書で説明される。ＶＨＦ電力変換器は、これまでＶＨＦコンバータ技術によって経済的に提供されてきた電力出力よりもはるかに大きい電力出力を提供しながら高周波動作の実質的な利点をもたらすように構成されてもよい。ＶＨＦ電力変換器は、本明細書で説明される場合の現在のＶＨＦ電力変換器によって与えられる性能、コスト、サイズ、及び効率レベルを達成しながらコンバータがあらゆる単一のセルによって許容される可能性がある入力電圧よりもはるかに高い入力電圧を受け入れることを可能にする、スイッチトスタックトセルのアーキテクチャを利用してもよい。

【0135】

ＶＨＦ電力変換器は、スイッチトキャパシタ段、及びこれに後続するスイッチトＶＨＦコンバータ段を含んでもよい、コアセルアーキテクチャを含んでもよい。スイッチトキャパシタ段は、制御可能な電圧を半分にする機能を提供することによって、各セルがより広い範囲の入力電圧を受け入れることを容易にする可能性がある。１つ又は複数のスイッチトキャパシタを採用することで、各コンデンサは、コンデンサ充電とコンデンサ放電とを交互にすることによって入力電圧の１／２まで充電することができる。したがって、６０Ｖのセルへの入力電圧は、スイッチトキャパシタ段を通じて半分の３０Ｖに分けられてもよい。スイッチトキャパシタの数は、低減した入力電流などのような種々の因子に依存する場合がある。スイッチトキャパシタ段の出力は、ＶＨＦコンバータ段が３０Ｖ以下を受け取るようにＶＨＦ電力変換器段に提供されてもよい。この概念は、３０Ｖを超えない、したがって、スイッチトキャパシタ段によって半分に分けられることからの恩恵を必ずしも受けない入力電圧をサポートするために、入力からＶＨＦコンバータへのスイッチト直接経路を提供することによってさらに強化されてもよい。一例では、スイッチトキャパシタベースのＶＨＦコンバータセルは、３０Ｖを超える電圧をＶＨＦ段に決して提供しない状態で１５Ｖから６０Ｖまでの入力電圧を受け入れてもよい。

【0136】

ＶＨＦコンバータがコンデンサ段＋ＶＨＦ段のような複数のスイッチトセルと共に構成されるときに、上記で説明されたセルは入力にわたって直列に構成され、コンバータへの入力電圧は、単一のセルにおけるＶＨＦ変換に必要とされる最小と同じくらいの小ささからセルの数によって決まる最大までの範囲であってもよい。一例では、上記で説明されたスイッチトキャパシタ段＋ＶＨＦ段のうちの４つを用いるＶＨＦコンバータは、最小の１５Ｖから最大ピークの２４０Ｖと同じくらいの大きさまでの入力範囲をサポートしてもよい。

【0137】

スイッチトキャパシタ段、及びこれに後続するＶＨＦ段に基づくスイッチトセルの例示的な実施形態が図１４に描かれる。この例示的なセルアーキテクチャは、一対のスイッチトキャパシタ充電回路１４０２及び１４０４を備えてもよく、各コンデンサにおけるエネルギーは、ＶＨＦ段入力スイッチ１４０８を介してＶＨＦ段１１０に提供されてもよい。１４０２のような各コンデンサ回路は、４つの直列スイッチングトランジスタと、上の２つの直列スイッチと下の２つの直列スイッチとの接合部の間に接続されるコンデンサとを備えてもよい。コンデンサは、スイッチを二相に動作させることによって交互に充電され及び放電されてもよい。第１の相では、上のスイッチと中間点の真下のスイッチが閉にされ、残りの２つのスイッチが開にされる。この相では、入力スイッチ１４０８を通してＶＨＦ段１４１０によって引き込まれるエネルギーがコンデンサを充電する。第２の相では、各スイッチの状態が逆にされ、入力スイッチ１４０８を通してＶＨＦ段１４１０によって引き込まれるエネルギーがコンデンサを放電する。ＶＨＦ段１４１０が両方の相において実質的に同じエネルギーを引き込むとき、スイッチトキャパシタ回路は、入力スイッチ１４０８を通してセル入力電圧１４１２の半分の電圧をＶＨＦ段１４１０に与える。スイッチトキャパシタ充電回路１４０４は、スイッチトキャパシタ充電回路１４０２と同様に動作する。スイッチトキャパシタ充電回路１４０２及び１４０４は、コンバータのＲＭＳ電流応力を減らすために反対の相と協調的に動作してもよい。図１４の例は、２つのスイッチトキャパシタ充電回路を含むが、しかしながら、例えば、異なるセル入力電圧１４１２を容易にするため、システム効率のトレードオフを行うことなどのために、あらゆる実用的な数のコンデンサ充電回路又はスイッチ構成が用いられてもよい。

【0138】

ＶＨＦ段入力スイッチ１４０８は、セル入力電圧１４１２と各スイッチコンデンサ充電回路１４０２及び１４０４の中心点との間で直列に接続される一対のスイッチを備えてもよい。２つのスイッチの接合点は、ＶＨＦ段１４１０への入力点であってもよい。ＶＨＦ段入力スイッチ１４０８は、ＶＨＦ段１４１０への入力としてセル入力１４１２又はスイッチトキャパシタコンバータからの電圧のいずれかの選択を容易にする可能性がある。ＶＨＦ段入力スイッチ１４０８における両方のスイッチが切／開の場合、ＶＨＦ段１４１０に電力は入力されないであろう。ＶＨＦ段入力スイッチ１４０８と一緒の２つのスイッチトキャパシタ回路１４０２及び１４０４の制御は、コンデンサ１４０２及び１４０４の充電を制御し、ＶＨＦ段入力スイッチ１４０８に提供される電源間で選択することによって、ＶＨＦ段１４１０が動作のために十分であるが安全動作電圧を超過しない電圧を受けることを保証するように協調してもよい。ＡＣセル入力電圧１４１２と共に図１４に描かれるセルの定常状態動作の例では、ＶＨＦ段入力スイッチ１４０８は、ＶＨＦ段１４１０をセル入力電圧１４１２に接続してもよく、一方、セル入力電圧１４１２は、ＶＨＦ段１４１０の入力電圧範囲内である。さらにまた、段入力スイッチ１４０８は、スイッチトキャパシタ回路を電源としてＶＨＦ段１４１０に接続してもよく、一方、スイッチトキャパシタ出力電圧は、ＶＨＦ段１４１０の入力電圧範囲内である。ＶＨＦ段１４１０に直接通電するためにセル入力電圧を選択することの一例は、セル入力電圧がＶＨＦ段１４１０の安全動作入力範囲内のＤＣ電圧である構成を含んでもよい。

【0139】

直列スタックトセルＶＨＦコンバータの例示的な実施形態が図１５に描かれる。図１５の実施形態は、変圧器アイソレーションを通じて負荷を駆動するために、対に配置される
４つのスイッチトＶＨＦセルを含む。４つのスイッチトＶＨＦセルは、１２０ＶＡＣまでの整流されたＡＣ線間電圧を取り扱うために協調的に働く。セルのそれぞれは、入力電圧に基づいてアクティブにされる少なくとも１つの特定の機能を有する。セル１及び２は、ラインサイクル全体を通じて出力電力調整を提供する。セル３は、入力がおよそ１２５Ｖに達するまでバイパスされ、これを上回ると、セル３及び４にわたる入力電圧調整を提供する。セル４は、入力がおよそ８０Ｖに達するまでオフにされ、これを上回ると、スタック全体のための入力電流調整を提供する。

【0140】

図１６は、４つのセルのそれぞれがその少なくとも１つの特定の機能を行うためのサイクルの部分を想像するのを助ける、１３７．５ＶＡＣ入力の１つの整流されたサイクルのタイムライン図を提供する。図１６では、サイクルは、０から８０Ｖに上昇、８０から１２５Ｖに上昇、１２５Ｖよりも上で上昇及び降下、１２５から８０Ｖに降下、及び８０から０Ｖに降下の、５つの電圧ゾーンに分けられる。前述のように、セル１及び２は、サイクル全体を通して出力電力調整機能を提供する。０から８０Ｖに上昇ゾーンの間及び８０から０Ｖに降下ゾーンの間は、セル３はバイパスされ、セル４はオフにされる。８０から１２５Ｖに上昇及び１２５から８０Ｖに降下ゾーンの間は、セル３はバイパスされ、セル４は入力電流を調整する。１２５Ｖよりも上で上昇及び降下ゾーンの間は、セル３及び４にわたる入力電圧を調整するためにセル３がアクティブにされ、セル４は入力電流の調整を続行し、セル１及び２は出力電力の調整を続行する。図１６のタイムラインに同じく描かれるのは、セル１に関するＶ１、セル２に関するＶ２、セル３に関するＶ３、及びセル４に関するＶ４によって表される、各セル上に存在する典型的な電圧である。セルは、いずれのセルにも６０Ｖを超える電圧が決してかからないように制御される（切換えられる）。

【0141】

図１５に戻って参照すると、対に配置される４つのスイッチトセルに加えて、各対は、変圧器の複数の一次巻線を通じて負荷を駆動する。図１５の実施形態は２つの群に配置される４つのセルを含むので、２つの変圧器が描かれる。図１５の実施形態は、複数の一次巻線を伴う単一の変圧器を通じて接続されるセルの対を描いているが、代替的な実施形態は、セル毎に別個の変圧器のような他の配置を含むことができる。他のタイプのアイソレーション（例えば容量性）が可能であるが、変圧器アイソレーションはまた、コンバータエネルギーの貯蔵を容易にすることのような利点を提供する可能性がある。したがって、図１５に描かれるように、ＶＨＦスイッチト電力変換器は、複数の一次変圧器巻線を通じてマルチスイッチトセルの出力に接続される変圧器を通じて電力を送達するように構成されてもよい。また、変圧器回路への複数のこのように構成されたマルチスイッチトセルは、ＬＥＤベースのライトのような負荷を駆動するために実質的に並列に構成されてもよい。図１５の実施形態は、種々の機能上及び／又は性能上の目的の達成を容易にするために示された対の内の各セルの制御を協調させながら、及び／又は本明細書で説明される及び最新技術に精通する者によって他の方法で理解される場合の種々の機能上及び／又は性能上の目的を達成するためにセルの対のそれぞれの制御を協調させながら、各スイッチトセルを別々に制御することをさらに示す。

【0142】

図１５に描かれる実施形態はまた、少なくともＣＰＦＣとして表されるコンデンサの使用を通じて及び少なくともセル３の制御を通じて力率補正を容易にする。力率は、コンデンサＣＰＦＣが電力ＡＣラインサイクルの全体を通して充電し及び放電するように図１５のセル３を制御することによって補正されてもよい。図１６に描かれるＡＣラインサイクル部分では、コンデンサＣＰＦＣは、０〜８０Ｖに上昇する部分の間及び８０〜０Ｖに降下する部分の間、放電する。コンデンサＣＰＦＣは、サイクルの８０Ｖよりも上の上昇する部分及び降下する部分の間、充電する。

【0143】

図１６に示される選択された閾値は、単なる代表的なものであって、セルに関して選ば
れる製作技術、セルの数、スイッチング周波数、出力電力、ＣＰＦＣの容量値、及びこうした閾値に影響する可能性がある種々の他の設計選択肢に基づいて調節されてもよい。

【0144】

図１５のスタックトセル構成における各セルは、ＡＣサイクルの全体を通して各セルの適正な制御を容易にする制御帯域幅を必要とする可能性がある。システム内の調波（ｈａｒｍｏｎｉｃｓ）が概して１ｋＨｚである例では、セル１は１ＭＨｚレート、セル２及び３は１００ｋＨｚレート、及びセル４は１０ｋＨｚレートに制御されてもよい。この制御周波数における差異は、高効率の正確なセル電圧バランシングなどのための制御を可能にしてもよい。

【0145】

図１５の実施形態は、電圧スパイク、過電圧状態などからのＶＨＦコンバータ回路の保護を容易にするために、過電圧保護回路１５０４をさらに含む。保護回路１５０４は、それへの損傷又は過大応力を回避するためにコンバータ及び／又はコンバータのあらゆる要素又は要素の群への最大安全動作閾値を超える入力電圧が保護回路１５０４によって制限されるように制御されてもよい。

【0146】

ＬＥＤベースのライトのようなライトを駆動するための図１５のＶＨＦ電力変換器の用途では、位相カット型ライン入力スイッチ（例えば、従来の白熱電球の調光のためのトライアック）などによる調光は、ＶＨＦ電力変換器によって対処されてもよい。信頼できる位相カット調光のために、位相カット調光機能を通じて位相カット調光器に最小負荷が与えられることが必要とされる場合がある。これは、位相カット調光器が図１５のセル３によって制御されるスイッチ１５０２を通してＡＣ線間電圧を遮断するときに低いインピーダンスを与えるようにＶＨＦコンバータを制御すること、及び調光機能中に位相カット調光器がＡＣ線間電圧を流すときに最小保持電流を維持するようにＶＨＦコンバータを制御することによって達成されてもよい。

【0147】

ライトを調光するための位相カット調光器と共にＶＨＦコンバータを動作させる１つの手法は、ＶＨＦコンバータがＡＣライン導通角を検出し、コンデンサの充電、したがって出力電流を調節するためのものである。ＬＥＤベースの照明用途では、位相カット調光器によって必要とされる最小保持電流は、ＬＥＤに電力を与えるのに必要とされる電流よりも大きい場合がある。このシナリオでは、図１５のセル１及び２は、出力を調整するように制御されてもよく、図１５のセル３及び４は、必要とされる保持電流を引き込み、且つ出力電力を送達しないように制御されてもよく、図１５のスイッチ１５０２は、位相カット調光器がＡＣ線間電圧を遮断している間、出力電力を維持するためにＣＰＦＣを所望の値に充電するように制御されてもよい。導通角に基づいて制御方式を調節することによって、調光機能専用のコンポーネントを付加せずに、ＶＨＦ電力変換器による調光を達成することができる。これは、他のマルチコンポーネント調光ソリューションよりもこうしたＶＨＦソリューションのフットプリント及びコストを減らす。

【0148】

ＶＨＦコンバータ、特にマルチセルＶＨＦコンバータは、セル間の精密なクロック同期から恩恵を受ける可能性がある。マルチセルが出力整流器を共有するとき（セル１／３及び２／４に関して図１５に描かれるように）、整流器と対になった（ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ−ｐａｉｒｅｄ）セルのクロックは同期されてもよい。一般に、５００ｐｓ以上のセル−セル・クロック・スキューは、結果的にＶＨＦ周波数で動作するときのエネルギー損失に起因する効率の低下をもたらす可能性がある。セルは単一の集積回路内に実装されてもよいが、幾つかの用途は、付加的なスキューを導入する可能性があるプリント回路板トレースによって及び／又は付加的なコンポーネントを通じて接続される別個の集積回路とのセルの分離を要求する可能性がある。セルクロッキングの精密な同期に対処するために、ＶＨＦ回路トポロジーの全体を通して回路に関連する周波数スキューを調節するのに用いることができる基準クロックが提供されてもよい。さらに、位相スキューを生じたクロック
は、こうした分析から判定することができる場合がある磁束ピークをもたらす可能性があるので、クロック位相スキューは、セルのスイッチング並びにピーク及びヒル・クライミング・アルゴリズムと結合される変圧器によって発生する磁束を解析することから検出されてもよい。セルへのクロックは、単一の磁束ピークを検出することによって求められる場合があるセル−セル・クロック同期を改善する目的で、検出されたピークの解析に基づいて調節することができる。セルが整流器段を共有しない実施形態では、セル−セル・クロック同期に対する要求は低減される場合がある。

【0149】

高効率のＶＨＦ変換のために同じく重要である可能性があるクロック周波数の精度（例えば、繰り返し精度（ｒｅｐｅａｔａｂｉｌｉｔｙ））は、水晶発振器、複雑な校正アーキテクチャなどを使用せずに正確なクロックを容易にする可能性があるゼロ電圧感知（ＺｅｒｏＶｏｌｔａｇｅＳｅｎｓｉｎｇ）（ＺＶＳ）センサの使用によって達成されてもよい。回路が切換えられる直前に切換えられる回路のうちの１つ又は複数の入力の振幅（電圧）のスナップショットをとることによって、スイッチクロックが要望通りに精密に発生する（例えば入力電圧がゼロのとき）か否か判定することができる。スナップショット電圧は、クロック周波数を要望通りに調節するために位相ロックループなどを制御するのに用いられてもよい。ＶＨＦコンバータへの入力としてＡＣライン信号が用いられる用途では、クロックは、最初にＡＣライン入力と同期されてもよい。これは、およそ１０パーセント以内に概して制御されるＡＣライン入力のゼロ電圧交差を追跡するように位相ロックループを構成することによって、位相ロックループの効果的な使用を容易にする可能性がある。クロック周波数が複数のＡＣライン周波数にロックされると、コンバータが走り始めることができ、クロック周波数をさらに設定するのにＺＶＳセンサが用いられてもよい。本明細書で説明される場合のクロック期間調節及び／又はクロック同期に関する技術はさらに、大規模な生産又はテスト時間校正を必要とせずに、クロックに関連する問題に影響する可能性がある製造プロセスの変化及び温度に基づくドリフトを克服するのに用いられてもよい。

【0150】

同期整流器段を含むＶＨＦコンバータ構成では、同期整流のための特定の位相角の維持は、変換機能の効率的且つ正確な動作を含む利点を提供する可能性がある。同期整流器の位相角の検出及び制御は、位相角感知及び処理技術を通じて、例えば遅延ロックされたループなどの使用を通じてＶＨＦコンバータにおいて実装されてもよい。同期整流の位相角制御は、平均フィードフォワード感知、ゼロ電圧検出フィードバック、平均感知、感知した電圧変化に基づくデューティ比／クロック周波数／位相角調節などを含んでもよい。

【0151】

例えば図１５に描かれるスイッチトスタックトセルコンバータのアーキテクチャに基づくマルチセルＶＨＦコンバータは、クロック同期などのような種々の機能上及び性能上の目的を達成するためにセル及び関係するコンポーネントの協調的な動作を容易にするのに制御を含んでもよい。制御はさらに、入力電圧を出力電圧に変換することに関連したフィードバック、所定のパラメータ、学習したパラメータ、ユーザが提供したパラメータなどを含む種々のパラメータのうちのいずれかに基づいていてもよい。制御は、論理、状態マシン、マイクロコントローラなどのようなコントローラによって提供されてもよい。図１８は、制御を含むＶＨＦ電力変換器のブロック図を示す。コントローラは、或る程度の一定の入力電流、一定の出力電流、及びＡＣ線間電圧のような入力電圧の態様に基づくセル制御を達成するためにＶＨＦコンバータの制御を容易にする可能性がある。

【0152】

制御は、複数の制御ループに基づいていてもよく、その一部はネストされてもよい。ＬＥＤベースのライトに電力を与えるためのＶＨＦコンバータの一実施形態では、制御は、少なくとも２つの制御ループ、すなわち外部ループと、外部ループよりも速いサイクルタイムで動作し、ＶＨＦコンバータの各態様（例えば、セル・クロック、フィードバック・サンプラなど）を直接制御するために比例フィードバックを実装してもよい、内部ループ
とを含んでもよい。より遅い外部ループは、内部ループがＶＨＦコンバータを一定の入力電流を維持するように制御しているときの内部ループへの入力の提供を容易にする可能性がある。外部ループは、出力電流の平均もまた制御されることを保証するために、出力電流の平均の検出及びフィードバックを容易にする可能性がある。外部ループは、瞬間出力電流と基準出力電流との間の差異（例えば、前のＡＣラインサイクルからの出力電流の平均）を最初に積分（ｉｎｔｅｇｒａｔｅ）してもよい。この積分は、次いで、内部ループの基準値を生成するために処理される。

【0153】

必要とされる可能性があるあらゆる数の制御ループが、図１７に描かれるようなコントローラに実装されてもよい。一般に、ＶＨＦコンバータは、所望の入力電流及び所望の出力電流のうちの少なくとも１つを維持するように制御される。しかしながら、入力電流と出力電流との両方の制御は、高効率ＶＨＦ変換を保証するため、サーマルインパクトを管理するため、力率補正を行うことなどのために必要とされる場合がある。別の実施形態では、コントローラは、調光、線間電圧変化（通常のサイクル及び例外的な変化）、ＶＨＦコンバータ起動モード、定常状態モード、ライン過渡などの制御を含んでもよい。起動モードは、ＶＨＦコンバータへのパワーがオンにされる際のセルへの損傷の回避を容易にするために制御されてもよい。定常状態モードは、効率的な高品質の電力変換を容易にするために制御されてもよく、ライン過渡又は過電圧は、コンバータセル及び他のデバイスの保護を容易にするために例えば本明細書で説明される保護回路１７０４で制御されてもよい。調光は、本明細書で説明される場合の位相カットダイマーなどの動作の制御を必要とする可能性がある。

【0154】

図１７を参照すると、入力電流制御ループ及び出力電流制御ループが描かれる。図１５の説明で述べたように、セル１及び２は主として出力電流を制御し、セル３及び４は、主として入力電流を制御する。図１７の流れ図は、入力電流と出力電流との両方に関する制御フローの視覚化を提供する。入力電流（Ａ）と出力電流（Ｂ）は、基準入力電流１７０４に影響する可能性がある電力バランス１７０２に関するフィードバックを提供するために組み合わされてもよい。

【0155】

入力電流制御ループは、基準入力電流１７０４を含んでもよく、フィルタされた入力電流１７０８は、セル３及び４１７１２の制御に影響を及ぼすために組み合わされ及び例えば補償器１７１０を通じて処理されてもよい。

【0156】

出力電流制御ループは、基準出力１７１４と、セル１及び２１７２２の制御に影響を及ぼすために組み合わされ及び例えば補償器１７２０を通じて処理されてもよいフィルタされた出力電流１７１８とを含んでもよい。出力電流の制御は、入力電流（Ｅ）の感知された部分とセル１及び２１７２２の感知された部分とを組み合わせることをさらに含んでもよい。

【0157】

コンバータのセルは、入力電流、出力電流、及び電圧などの制御を提供するための一次手段としてオン及びオフに変調される。図１８では、ＰＷＭブロックは、種々のセル、パワーコアなどのパルス幅変調制御を提供する。ＰＷＭブロックはまた、ＬＥＤベースのライトのような負荷に与えられる出力電圧又は電流のパルス幅変調を可能にするためにコンバータ出力の全体的なＰＷＭ制御を提供してもよい。これは、ＬＥＤベースのライトのＰＷＭ動作がＬＥＤストリングの色、ＬＥＤの輝度などの調節を容易にする可能性がある用途において助けとなる可能性がある。出力のＰＷＭ制御は、従来の位相カット調光器によって制御されるコンバータ入力に応答したＬＥＤベースのライトの調光を容易にする可能性がある。

【0158】

本明細書で説明される場合の、ＡＣ−ＤＣコンバータ、ＶＨＦスタックトセル、ソフト
スイッチトコンバータなどのようなＶＨＦコンバータの制御は、入力電圧要件、出力電圧要件、瞬間入力電圧、平均出力電圧などに基づいていてもよい。ＡＣ−ＤＣＶＨＦコンバータでは、スタック制御は、図１５及び図１６に関して上記で説明されたようにＡＣサイクル全体にわたって変化する。前述のように、例えばコントローラによって実行されてもよい制御ループは、数は入力電圧の振幅及び／又は振幅の方向（上昇又は降下）と共に変化する可能性があるので、アクティブなセルの数を調節することを担当してもよい。一般に、制御は、アクティブなセルの数が入力電圧の測定値に比例することを保証することを試みてもよい。セルをアクティブ化すること（付加すること／オンにすること）は、入力電圧が上昇する際に適切である場合がある。セルを非アクティブ化すること（オフにすること／バイパスすること／除去すること）は、電圧が低下する際に適切である場合がある。制御は、或る目的を達成するためにセルのアクティブなスタックからのセルをスイッチ入／切してもよいセルのバイパス機能を含んでもよい。一例では、入力電圧が増加する際にセルバイパススイッチを開にすることは、より大きい入力電圧をサポートできるようにする可能性がある。別の例では、入力電圧が減少する際にセルバイパススイッチを閉にすることは、効率を維持し、且つスタックトセルの動作範囲内にとどまることを容易にする可能性がある。

【0159】

ＶＨＦコンバータの種々の機能、セル、スイッチなどの制御は、要素間の通信チャネルによって提供されてもよい。通信チャネルは、あらゆるタイプの物理的バスとして実装されてもよい非同期バスであってもよい。通信チャネルはアイソレートされてもよい。例は、レベルシフトバス、デジタルバス、容量結合、磁気結合、光学的結合などを含む。通信チャネルのインフラストラクチャは、コンバータの回路上の及び回路間の個々にアドレス可能なセル及びサブシステムを含んでもよい。通信チャネル上のメッセージングは、高／低優先度メッセージ、同報メッセージ、単一リスナメッセージなどを含んでもよい。

【0160】

図１９を参照すると、ＭＲ１６型照明電力用途に用いるのに適している可能性がある本明細書で説明される発明的なＶＨＦ電力変換器システムの実施形態、幾つかの付加的な制御に関連する技術が描かれる。ＰＷＭ、制御、入力及び出力感知などに加えて、インバータの及び／又は同期整流器のうちのいずれかの特徴が、感知され及び例えばクロック位相、スキュー、ゼロ電圧スイッチングなどを制御するために制御に用いられてもよい。図１９の実施形態では、ＤＩとして表わされるインバータの波形特徴及び／又はＤＲとして表わされる同期整流器の波形特徴が、感知され、閾値と比較され、及び個々のセル、ゲートドライバなどへのクロックを制御するのに用いるためにクロック制御論理に提供されてもよい。ＤＩ及び／又はＤＲを感知することは、製造変動、温度ドリフトなどの補償を容易にするためにクロックに関連する態様を動的に制御できるようにする可能性がある。図１９はまた、フルＡＣ線間電圧、入力電流感知１９０４、出力電流感知１９０８、コントローラ状態／入力感知１９１０などをサポートするためにディバイダ１９０２によって随意的に分けられる場合があるＶＨＦコンバータ入力電圧のサンプリングを含む種々の他の制御入力を描いている。

【0161】

ＶＨＦ電力変換器のスイッチ駆動ゲートに電力を与えることは、多大な量の駆動エネルギー（例えば数百ミリワット）を必要とする場合がある。半導体プロセスでは、スイッチ駆動ゲートは、０〜３ボルトの範囲内で駆動される必要がある場合があり、さらに典型的なＶＨＦ電力変換器は、１２０Ｖもの大きさのＡＣ入力を受ける場合がある。したがって、整流されたＡＣラインを、スイッチ駆動ゲートを駆動するのに必要とされる３ボルトに変換することは、場所、熱、効率などにおいて費用のかかる可能性がある。スイッチ駆動ゲートのための電源を必要とすることに加えて、ＶＨＦ電力変換器のためのデジタル論理はまた、例えばデジタル論理がＶＨＦ電力変換器を適正に制御する機能を保つのに常時電源を必要とする。デジタル論理のための及び／又はスイッチ駆動ゲート動作のための連続出力を提供するために、補助電源が提供されてもよい。この補助電力は、メインパワーを
必要とされる電圧付近に変換する専用ＶＨＦコンバータ回路によって提供されてもよい。

【0162】

補助電力のための専用ＶＨＦコンバータの実施形態は、常時電源を提供しながら上記の欠点の多くを克服するように設計されてもよい。こうした実施形態は、２つの制御される電力相、すなわち、（ｉ）補助電力負荷を駆動させる（エネルギーを補助電力サブシステムに送る）ためにエネルギー貯蔵部を提供する補助電力コンデンサを充電するのにメインＶＨＦ電力入力を用いる相、及び（ｉｉ）電力をメイン負荷に提供する（補助電力サブシステムからメイン電力変換器システムに電気エネルギーを送る）メインＶＨＦコンバータに戻すことができる電力を発生させるために補助電力コンデンサを放電する相、で機能してもよい。電力を補助電力サブシステムに送る時間と補助電力システムから一次ＶＨＦコンバータシステムに電力を送る時間との比が、提供される平均補助電力を決定する可能性がある。電力を補助電力システムに送ることと電力を補助電力システムの外に送ることとの間のスイッチングは、平均補助電力消費（位相、デューティサイクルなど）を管理するために調節されてもよい。補助電力を提供するための本明細書で説明されるように構成される専用ＶＨＦコンバータは、リニアレギュレータよりもかなり効率的であり、且つバック型（Ｂｕｃｋ−ｔｙｐｅ）コンバータよりもかなり小さい場合がある。

【0163】

専用補助電力変換器の動作は、メインＶＨＦコンバータ段（例えばインバータ）の一部から発生したＡＣ電力を整流して、整流された電力を使用及び貯蔵のために補助出力に提供する第１の相と、蓄えた補助電力からＡＣ電力を発生させ、発生したＡＣ電力をメインＶＨＦコンバータに提供する第２の相との間で交番させることを含んでもよい。

【0164】

こうしたｂｉ−ｐｈａｓｅ補助電力回路が図２０に描かれる。初めに、最初の電源投入中（例えば、補助電力ＶＨＦ整流器が信頼性のある電源である前）の適正な動作を容易にするために、電源投入中に回路に電力を与えるためにリニアレギュレータ回路２００２が含まれてもよい。コンバータ制御論理及び電力回路が安定すると、リニアレギュレータは、電力総消費を減らすためにリニアレギュレータモニタ２００４を介して無効にされてもよい。

【0165】

エネルギー伝達方向は、補助電力専用コンバータに対するクロックソース２００８を選択することによって制御されてもよい。ＣＬＫＦＷＤ及びＣＬＫＲＥＶは、ＣＬＫＦＷＤによってクロックされるときに結果的にエネルギーが補助電力コンデンサ２０１０に伝達されるように補助ＶＨＦコンバータをＡＣサイクルの異なる相でクロックしてもよい。ＣＬＫＲＥＶによってクロックされるときに、エネルギーはコンデンサ２０１０から逆に戻されてもよい。補助電力ＶＤＤは、コンデンサ２０１０に蓄えられたエネルギーによるＣＬＲＥＶ動作中に維持されてもよい。

【0166】

力率補正（Ｐｏｗｅｒ−ＦａｃｔｏｒＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）（ＰＦＣ）は、ソースから引き込まれる無効電力の量を制限する電力変換技術である。真の電力と見かけの電力との比として定義される高い力率は、負荷が実質的に抵抗に見えるようにソースから引き込まれる電流を制御することによって達成される。ＰＦＣは、無効電力がＡＣグリッドに不必要に負荷をかける場合にＡＣメインに接続されるデバイスにしばしば採用される。図２１は、力率１を達成する電流波形と共に整流されたＡＣ電圧の波形を示す。この図から、ＡＣ／ＤＣＰＦＣコンバータが直面する重要な制限及び課題は、ＡＣソースから引き込まれる電力が１サイクルにつき２回ゼロに減少するので、エネルギーをＡＣライン周波数で２回バッファする必要性であることが簡単に観測される。

【0167】

エネルギー・バッファは、入力電力がゼロに低下する間、ＤＣ出力電力を維持するのに必要とされる場合がある。このエネルギー・バッファは、コンデンサとしてしばしば実現される。バッファを実装する簡単な方法は、単段ＰＦＣコンバータの出力にコンデンサを
含むことである。このコンデンサのサイズを増加させることによって任意に小さい出力リップルを得ることができる。しかしながら、多くのスペースが制約される用途では、コンデンサによって占領される体積が非常に大きい可能性があるため、これは禁じられる可能性がある。

【0168】

所与の出力電力に関して、その電圧がライン電力の関数としてのリップルを許される場合に、エネルギー・バッファ・コンデンサのサイズが減少される場合がある。しかしながら、この方法は、前に説明した単純な単段ＰＦＣソリューションとは両立しない。そのソリューションでは、コンデンサは出力にわたって直接接続され、負荷リップル電圧とコンデンサリップル電圧は同一である。ほとんどの負荷は非常に小さいリップルを伴う安定したＤＣ出力を必要とするので、第２のコンバータは、図１３に示されたように出力からリップルを除去するために第１のコンバータと直列にカスケードされてもよい。このような構成では、第１のコンバータの出力ポートは第２のコンバータの入力ポートに取り付けられ、この共通のポートはまた、コンデンサによって共有される。これは、コンデンサの電圧がリップルを生じている状態で純粋なＤＣ出力が得られることを可能にするが、システム効率が各段の効率の積であることに起因して効率に悩まされる。

【0169】

コンデンサのサイズを減らすためのさらに別の手法は、入力に位置するエネルギー貯蔵コンデンサと共に単段ＡＣ／ＤＣコンバータを含む。これは、エネルギーが線間電圧でバッファされ、コンデンサに蓄えられた総エネルギーがその端子電圧の二乗に比例することから、かなり小さい総容量を可能にする。これは、小さい容量も可能にしながら二段コンバータで経験される低い効率の問題を解決する。しかしながら、この手法の既存の例は、コンデンサが整流された線間電圧に直交する電流成分に寄与するため、低い力率（典型的に０．５以下）を有する。

【0170】

本明細書では、小さいエネルギー貯蔵コンデンサの使用により、任意に小さいリップル、高効率、及び高い力率を伴う十分に調整されたＤＣ出力を達成する、ＡＣ／ＤＣＰＦＣコンバータのアーキテクチャを説明する。アーキテクチャは、ソースから負荷への複数の単一コンバータ−セル経路を提供するように接続される複数のコンバータセルを使用する。これは、システムが高い力率を有するようにコンバータセルの入力側に接続されるエネルギー貯蔵コンデンサによって引き込まれる電流に対する制御を提供しながら高効率を可能にする。このコンデンサは、これを非常に小さくすることを可能にする実質的なリップルを伴う比較的高い電圧でエネルギーを蓄えることができる。以下で十分に説明される、結果として得られるコンバータは、最新技術のＰＦＣコンバータ技術を超える著しい前進である。

【0171】

図２２は、この開示の力率補正方法及びシステムの１つの実装を例証するブロック図を表す。この実装は、整流されたＡＣソースにわたって直列に接続される及び負荷にわたって並列に接続される、負荷にエネルギー伝達するための２つの経路と共に動作する。この実装はまた、エネルギー伝達経路のうちの１つへの入力と並列に容量性エネルギー貯蔵ネットワークを含む。エネルギー伝達経路は、ＡＣソースから引き込まれるエネルギーのフラクションが負荷に送達され、エネルギーの残りのフラクションがコンデンサに送達されるように制御される。図２２に示すように、エネルギー伝達経路１の入力電圧（Ｖ１）は、整流されたＡＣ電圧（ＶＬＩＮＥ）−コンデンサ電圧（ＶＣ）に等しい。経路１は整流器と直列であるため、この経路によって引き込まれる電力はＡＣソースから引き込まれる電流（ＩＬＩＮＥ）を設定する。コンデンサ電流（ＩＣ）は、ＩＬＩＮＥ電流とエネルギー伝達経路２（Ｉ２）によって引き込まれる電流との間の差異によって設定される。これは、負荷に送達される電力とコンデンサに送達される電力との比が制御されることを可能にする。

【0172】

このアーキテクチャでＡＣ／ＤＣＰＦＣを行う１つの方法は、ＡＣソースから所望のＰＦＣ電流波形を引き込むために経路１を制御することである。ＶＬＩＮＥとＶＣとの間の差異によって電圧Ｖ１が設定されるので、経路１は、入力電流を制御することによってＰＦＣを行うこと及び同時に出力を調整することができない。しかしながら、ラインサイクル全体にわたって、経路１によって引き込まれる瞬間電力が負荷に送達されるＤＣ出力電力以下である場合、経路２は、ＤＣ出力電力と経路１によって送達される電力との間の差異を供給することによって負荷に送達される電力を調整するのに用いることができる。ＡＣラインから引き込まれるエネルギーと負荷に送達されるエネルギーとの間のエネルギーの差異（例えば瞬間的差異）は、コンデンサによって自然に供給され又はためられる。

【0173】

図２３は、図２２のＰＦＣ実装に関する単一のＡＣラインサイクルにわたるシミュレートされた波形を表す。エネルギー伝達経路１は、ＶＬＩＮＥがＶＣよりも上に上昇するときに導通し始める。Ｐ１とＰ２との和がＡＣソースから引き込まれる平均電力に等しい場合に、純粋なＤＣ出力を得ることができる。この条件は、経路１が導通している状態で、

【数1】

である場合に満たされる。容量は、コンデンサの電圧がこの関係性を崩さないように選ばれなければならない。経路１は、ＶＬＩＮＥがＶＣよりも低く低下するときに導通しなくなる。経路２は、次いで、次の半分のラインサイクルでＶＬＩＮＥがＶＣよりも上に上昇するまでＤＣ出力電力を維持するためにコンデンサを放電し、ＶＣよりも上に上昇した時点でサイクルが繰り返される。

【0174】

この構成では、ラインサイクル全体を通して電流がＡＣソースから引き込まれない場合（すなわちＶＣがＶＬＩＮＥよりも大きい部分）があるので、力率１が得られない場合がある。力率が得られない場合があるが、図２３の波形は、多くの用途にとって十分な０．９５を超える力率を達成する。

【0175】

各エネルギー伝達経路を実装する１つの方法は、高周波スイッチング電源（ＳＭＰＳ）（例えば１ＭＨｚを超えるスイッチング周波数をもつ）の使用によるものである。負荷を供給するために各ＳＭＰＳの所望の平均出力を得るのにオン／オフ制御を用いることができる。

【0176】

力率補正の第２の実装は、力率１が得られる可能性があるように、前述の実装に加えてスイッチ・ネットワークを含む。図２４は、実装のブロック図を表す。エネルギー伝達経路１がＡＣサイクル全体を通して電流（例えば制御ＩＬＩＮＥ）を伝導することができるようにするために、図２４ではＳ１と付されるスイッチ・ネットワークが用いられる。ＶＣがＶＬＩＮＥよりも大きいＡＣサイクルの部分では、スイッチＳ１は、経路１の入力にわたる電圧が負に駆動されないようにコンデンサ及びエネルギー伝達経路２をバイパスするのに用いられる。これは、経路１がラインサイクル全体を通して電流を伝導することができるようにし、力率１が達成されてもよい。図２５は、この実装に関する完全なＡＣサイクルにわたるサンプル波形を表す。経路１は、ラインサイクル全体にわたってＩＬＩＮＥを制御できるようにするので、力率１を達成可能である。さらに、この実装は、ＩＬＩＮＥがＡＣサイクル全体を通して制御されるので、ＩＬＩＮＥの周波数成分が制約される用途で用いられるときに利点を有する。

【0177】

この開示の範囲内に入る本明細書で説明されるＰＦＣのアーキテクチャへの様々な変形が存在することが理解されるであろう。例えば、ＡＣソースから引き込まれる電流は実質的に正弦波である必要はない。多くの用途では、基本成分に加えて周波数成分を含むＡＣ
ソースから電流を引き込むことが容認できる。図２６では、基本調波に加えて奇数調波を含む例となる電流波形が提示される。電流波形は、ＡＣサイクル内でＡＣ電圧と同時にピークを生じない可能性がある形状を有する。結果として、純粋なＤＣ出力を維持するためのピーク最小コンデンサ電圧が低減される可能性がある。この低減したピークでは、ＶＣが最小を侵害せずにより広い範囲にわたるリップルを生じる可能性があるため、より小さい容量を用いることができる。

【0178】

さらに、例示的な実施形態は純粋なＤＣ出力を説明したが、時間と共に変化する出力（例えばＡＣ）を、本開示の範囲から逸脱することなく用いることができる。例えば、ＡＣソースの基本周波数に等しい基本周波数をもつリップルへの出力を可能にすることは、必要とされるコンデンサのサイズを減らす。さらに、多くの用途では、オン／オフ変調などを通じて出力を平均値に制御することが望ましい。１つのこうした用途は、ＬＥＤに送達される電力が変化する際に一貫した光放出特徴の組を達成することが望ましい照明又は他の用途のために１つ又は複数のＬＥＤを駆動することである。これは、ＬＥＤを特定の瞬間電力レベルで駆動させ、次いで、ＬＥＤのオン／オフ変調を通じて平均電力を制御することによって達成されてもよい（例えば、本明細書で説明される場合の高周波スイッチング電源のような）。これを出力にエネルギー伝達するための複数の経路と共に実装することは、経路のあらゆるサブセットが導通しているときに一定の出力電力が負荷に送達されるようにエネルギー伝達経路を制御することによって達成されてもよい。これを達成できる１つの方法は、エネルギー伝達経路の各サブセットのオンタイムをインターリーブすることである。結果として、各サブセットが所望の瞬間出力電力を送達してもよく、単一のサブセットだけが特定の瞬間に電力を送達してもよい。

【0179】

前述の実装は、２つのエネルギー伝達経路と容量性エネルギー貯蔵ネットワークの使用を含む。これについての範囲は、出力にエネルギーを伝達するための複数の経路へのこの技術の一般化を含み、エネルギー伝達経路は、エネルギーのフラクションを容量性エネルギー貯蔵ネットワークに及びエネルギーのフラクションを負荷に送達するように制御される。

【0180】

多くの電子システムは、単一の入力源から誘導される複数の調整された出力電圧又は電流を必要とする。例えば、携帯電話では、典型的に複数のバス電圧、すなわち、論理コア電圧、インターフェースのための中間電圧、及びＲＦ電力増幅器のために用いられる第３の電圧が存在する。幾つかの電話は、ＬＥＤカメラのフラッシュ又はディスプレイを駆動させるために同様に高い電圧又は電力出力を必要とする可能性がある。多くの複雑なシステムは類似した要件を有する。しばしば、これらは、それぞれが所望の出力のうちの１つをもたらす場合に、リニアモード又はスイッチモードのいずれであろうとも、数多くの独立したレギュレータを用いることによって満たされる。

【0181】

複数の出力の別の共通の理解は、変圧器上の複数のタップ又はインダクタ巻線を伴うスイッチング電源（ＳＭＰＳ）のような単一のコンバータである。巻線上の各点は、単一の調整された電圧に関連して所望の出力電圧を提供するのに用いることができる。これは、システムの全体的な複雑さ（典型的にサイズ）を減らすことの利点を有するが、１つの出力電圧の調整のみを可能にする。他のものは、出力電圧を負荷電流の関数にする変圧器リークインダクタンスのようなＡＣ側リアクタンスによって導入される変動を被る。

【0182】

上記で説明したようなマルチ出力コンバータにおける各タップの調整は、リニアポスト調整段によって達成されてもよい（必要な場合に）。低ドロップアウト（ｌｏｗ−ｄｒｏｐｏｕｔ）（ＬＤＯ）リニアレギュレータは、タップの間に挿入され、通常発生するドループの補償を提供する。これは効果的であるが、所望の各出力（既に調整されているものを除く）に対するＬＤＯの付加を必要とし、システムにコスト及び複雑さを付加する。適
正に機能するためにＬＤＯに対する幾らかの最小ドロップアウト電圧が必要とされるので、これはまた効率を低下させる。

【0183】

本明細書では、タップ付き（ｔａｐｐｅｄ）磁石構造体又はＬＤＯポスト調整段を付加せずに単一のコンバータを用いて複数の独立して調整される出力電圧及び／又は電流を生じることができる高効率コンバータシステムを説明する。提案されるコンバータシステムでは、単一のコンバータコアがタイムシェアに基づいて採用されるときに複数の出力が得られる可能性がある。これは、必要に応じて調整を及ぼすために、単一の電力段を負荷のいずれか１つに交互に接続することを可能にする。ほとんどの場合、これは、典型的なスイッチング周波数（１ＭＨｚ以下）で動作するＳＭＰＳシステムに関する手法を排除する、非常に高い帯域幅の電力段を必要とする可能性がある。本明細書で説明されるようなＶＨＦ電力変換器は、多くの出力が高帯域幅で供給されることを可能にする必要な帯域幅を有する可能性がある。

【0184】

図２７は、本明細書で説明されるように実装されるマルチタイムシェア出力を伴うＶＨＦ電力変換器の実装を示す。コンバータは、制御システムによって課されるスケジュールに従ってエネルギーを複数の負荷に交互に供給する高帯域幅コンバータであってもよい。コンバータシステムは、各負荷に送達される総平均電力並びに変調サイクル中にあらゆる所与の負荷に必要とされるピーク電力を供給することができてもよい。これはまた、最小出力電圧と最大出力電圧との間の差異によって設定される出力電圧範囲にわたって動作してもよい。

【0185】

１つの制御方法では、コントローラは、図２７に描かれるように各負荷（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３．．．）を同時に監視してもよい。コンバータは、次いで、ＴＭ／Ｎに等しい全変調期間ＴＭの均等なフラクションにわたってスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３．．．を通じて各負荷に接続され、この場合、Ｎは負荷の数である。あらゆる個々の負荷がコンバータセルに接続されるとき（以降、負荷ウィンドウと呼ぶ期間）に、コンバータは、ＴＭにわたる平均出力電圧又は電流がコントローラにアクセス可能な場合がある基準値に従って所望の値に維持されるように動作してもよい。これは、負荷ウィンドウ中にコンバータセルのオン・オフ変調デューティ比を変化させることによって達成されてもよい。負荷がより多くの電力を要求するのに伴って、デューティ比が増加されてもよく、逆もまた同様である。コントローラは、期間ＴＭにおけるすべての負荷ウィンドウを通してサイクルし、したがって、ＴＭ−ＴＭ／Ｎよりも長い期間にわたって未調整なままの負荷はない。ＴＭは、高性能の電力段では短い場合があるので、効果的な調整帯域幅は非常に高い場合がある。

【0186】

この調整方法は、電力段がピーク出力を最高平均負荷電力のＮ倍に等しくすることができるときに達成されてもよい。これは、コンバータセルが変調期間ＴＭの１／Ｎにわたってのみ電力を負荷に送達する可能性があることに由来する。一定の出力が望まれるときに、負荷Ｖ１、Ｖ２と並列に示される負荷コンデンサは、好ましくは少なくとも期間（Ｎ−１）ＴＭ／Ｎの間の出力を持続させるサイズにされる。

【0187】

別の制御方法は、コンバータ及びフィルタに対する要件を緩和させる。この方法では、負荷ウィンドウ期間は、各負荷の平均出力電力に従って動的にスケール変更されてもよい。これは、所与の平均負荷電力のためにコンバータに必要なピーク電力を減少させながらコンバータがより大きい負荷に電力を供給することにより多くの時間を費やせるようにする可能性がある。１つのこうした方法は、負荷ウィンドウ期間を負荷から要求される平均電力と正比例してスケール変更することである。これは、より高い負荷により長いウィンドウを与えるであろう。定常段では、これは、最小ピークコンバータ電力を必要とすることに対応する可能性がある。負荷ウィンドウスケーリング期間は、コンバータの制御ループ周波数のカットオフよりもかなり低い周波数で調節されてもよい。しかしながら、或る
場合には、これは、負荷ウィンドウ期間を負荷に関するコンバータのデューティ比にほぼ等しく又は等しくするのに有利であろう。

【0188】

図２７に描かれるコンバータに関して、異なる出力電圧をもつ３つの負荷を供給するときの動作が引き続き説明される。各出力は、例証する目的で固有の値とみなされるが、実際にはすべて同一である可能性がある。

【0189】

変調期間は、どの負荷がコンバータの出力に接続されるかによって定められる３つの別個の期間に分けられる。これらの期間のそれぞれは、それぞれの負荷スイッチ（Ｓ１−３）が閉じられ且つ他のスイッチが開かれたままであるときに生じる負荷ウィンドウである。この特定の例に関して、負荷ウィンドウは一定の長さであり、順次にアクティブになる。

【0190】

動作中に、マスター・コントローラが、各負荷の出力電圧を常時監視する。負荷ウィンドウがアクティブになるときに、コンバータの出力電圧は、必要とされる負荷電圧付近に迅速に上昇（又は降下）する可能性がある。コンバータは、次いで、出力電圧が変調期間全体にわたって所定の限度内に維持されるように負荷ウィンドウ期間のフラクションにわたって動作してもよい。負荷ウィンドウ期間のフラクションは、０から１までの範囲であってもよく、コントローラによって平均感知で判定されてもよい。１つの例となる制御方式では、各負荷は、ウィンドウのフラクションが標準ＰＷＭ制御方式と類似したデューティ比に対応することになる独立したウィンドウループによって制御される。主な違いは、例えばＴＷ／ＴＭのスケールファクタによってフラクションが実際のコンバータのオンタイムに関係していることである。

【0191】

マスター・コントローラが「次の」ウィンドウをアサートするとき、コンバータの制御は、「次の」ウィンドウループに基づいている。コンバータ出力は、「次の」出力電圧に直ちに変化してもよい。コンバータは、次いで、上記で説明したように適切なデューティ比で動作されてもよい。このサイクルは、マスター制御ループがアクティブ・ウィンドウを順次にシフトする際に継続的に繰り返されてもよい。

【0192】

ＶＨＦ電力段に固有の非常に小さいエネルギー貯蔵部のおかげで、新しい各負荷ウィンドウの開始時の出力電圧スルータイム（ｓｌｅｗｔｉｍｅ）は非常に短い場合がある。結果として、これは平均感知での制御システムに対する影響を実質的に有さない。代わりに、制御は、負荷出力コンデンサの時定数及びウィンドウ−ウィンドウ変調遅延によって支配される場合がある。これは、標準ＰＷＭ方式を直接適合させることができるようにする可能性がある。コンバータ出力が複数の負荷にわたってタイムシェアされる、多くの他の制御方式が可能である。これらは、ヒステリシス、平均電流モード制御、及びヒステリシス・オーバーライドを伴うＰＷＭを含む。

【0193】

この方式の主な利点は、複数の十分に調整された出力を達成しながらコンバータのアーキテクチャ全体を簡素化できることである。これは、本明細書で説明されるような高帯域幅ＶＨＦコンバータによって可能にされる場合のこの技術のタイムシェアの態様に由来する。

【0194】

特定の関心ある１つの用途は、カラーシフト及び全体的な輝度の変調に作用を及ぼすための複数のＬＥＤストリングの制御に関するものである。この場合、コンバータは、電流レギュレータとして動作してもよい。各ストリングは、１つの負荷であってもよい。コンバータが各負荷ウィンドウを通してサイクルする際に、出力電流は、所望の値に調整されてもよく、電力段は、所望のストリング電圧を非常に迅速に自然に得てもよい。各段への電流は、この方式を用いて独立して調整することができるので、カラーシフトが簡単に達
成される可能性がある。マスター制御ループは、色温度と輝度が同時に満足される可能性があるように各ストリングに対する電流を設定してもよい。

【0195】

本明細書で説明されるＡＣ／ＤＣＶＨＦコンバータ段はまた、非常に高い制御帯域幅を有する可能性があるので、ＶＨＦＡＣ／ＤＣコンバータはこのように簡単に制御される可能性がある。結果は、単段における複数の出力ストリングの独立した調整を達成するコンバータシステムである。これは、各ストリングによって必要とされる電圧と整合させるために、調整されたＤＣレールとこれに後続するＤＣ／ＤＣコンバータであるコントローラの専用の組とを提供するのに別個のＡＣ／ＤＣ段を必要とする既存の技術と比べて遜色がない。ＬＥＤの場合に関しては、特に、ヒトの目の残像限界をはるかに超える変調周波数を維持することができるため、出力でホールドアップ・コンデンサを用いる必要はない場合がある。

【0196】

特定の関心ある別の用途は、複数の出力電圧を必要とする携帯型電子装置、例えば携帯電話である。この場合、各出力は、コンバータが他の負荷を供給しているときのインターバル中に出力を持続させるサイズにされるコンデンサによってバッファされる。この場合の動的ウィンドウイングを可能にすることで、負荷コンデンササイズを最小にすることができる。複数の電力段が等しい又はより大きい出力密度を有する可能性がある単一の制御可能な段に交換されてもよいため、システム全体のサイズがそれに関係なしに減少される可能性がある。

【0197】

本明細書で説明される場合のＶＨＦ電力変換器のアーキテクチャは、非常に高い効率で動作する可能性がある。適度な制御最適化を通じてＶＨＦソフトスイッチト電力変換器によって７０％以上の効率をかなえることができる。限られた用途ではより高い効率が望ましい場合があるが、本明細書で説明されるＶＨＦ電力変換器のアーキテクチャは、効率のための制御最適化により９０％以上の効率で動作する可能性がある。

【0198】

非常に高い効率はまた、スイッチモード電源の集積におけるしばしば重要な考慮事項である要求、すなわち効率ロスからの熱の蓄積を改善する可能性がある。結果は、所与の出力電力要件に関して従来のコンバータよりも単位体積（出力密度）あたりより少ない熱エネルギーを生じる非常に高効率のコンバータである可能性がある。５０％効率では、ＳＭＰＳは、入力から消費するエネルギーの半分を熱として放散させるはずである。一方、本明細書で説明されるソフトスイッチトセル技術などに基づく８０％効率のＶＨＦ電力変換器は、消費される電力のうちの２０パーセントを熱として放散させることにのみ関与する必要がある。

【0199】

ＶＨＦ電力変換器のサイズは、必要とされるコンポーネント技術によって影響される場合があり、したがってより速いスイッチング・レートが概してより小さいデバイスを可能にする。重要なコンポーネントサイズの考慮事項は、インダクタ及びコンデンサを含む。蓄えられるエネルギーの量及び質を低減させることによって、本明細書で説明される高効率ソフトスイッチングＶＨＦコンバータは、小口の（ｓｍａｌｌｖａｌｕｅ）（したがって小さいサイズの）インダクタ及びコンデンサと共に上手く且つ経済的に実装されてもよい。これらの２つのコンポーネントだけが本明細書で説明されるアーキテクチャ及びスイッチ制御技術の恩恵を受けるわけではないが、それらは概して顕著なサイズ因子である。磁気コア材料を伴う又は伴わない空芯プリント回路板エッチングベースのインダクタ及び／又は変圧器を使用できるようにすることによって、物理的デバイスサイズは本質的に模擬的である。本明細書で説明されるスタックトセル高効率ソフトスイッチトＶＨＦ電力変換器のアーキテクチャは、１マイクロヘンリーを超えるインダクタを必要とすることなくＬＥＤドライバ用途に適用されてもよい。同様に、本明細書で説明されるセルベースのアーキテクチャに基づくスイッチングＡＣ−ＤＣ電力変換器は、５マイクロヘンリーを超
えるインダクタなしに実装されてもよい。

【0200】

こうした小さいフォームファクタのデバイスは、出力での同期整流をさらに含む、スタックトセル・シリアル入力・パラレル出力・高効率全共振形スイッチングＶＨＦＡＣ−ＤＣ電力変換器として実装されてもよい。このような小さいフォームファクタのデバイスにおいてＶＨＦコンバータを用いることからの他の特徴及び／又は利点は、組込みＦＣＣエミッション・フィルタリング、落雷保護、ダイオードベースの入力整流器、電解コンデンサ不要、ＶＨＦ動作周波数、ＡＣソースから実質的に純粋なＤＣ出力を提供している間のＤＣエネルギー貯蔵が僅かであること又はないこと、可視光のちらつきなしにＬＥＤを駆動できること、出力リップルが実質的にないこと、出力に伝搬される２Ｆライン周波数が実質的にないことなどを含む可能性がある。小さいフォームファクタのＶＨＦコンバータは、ＡＣラインサイクル全体を通して実質的に一定の出力電力を送達できるようにするために、瞬間入力電圧から独立している出力電圧を発生させることをさらに含んでもよい。

【0201】

セラミック表面実装コンデンサ及びプリント回路板エッチング・インダクタ（個別のインダクタ及び／又は大きいコンデンサではなく）を使用できるようにすることによって、ＶＨＦ電力変換器の形状は、結果として実質的に平坦な形態となる可能性がある。こうした形態は、ラップトップディスプレイ画面、移動電話などのような小さなスペースに容易に一体化することができる。

【0202】

本明細書で説明される場合のＶＨＦセルベースの電力変換器のサイズの利点は、米国２５セント硬貨５枚よりも小さい体積（およそ４，０５０立法ミリメートル）のＡＣ−ＤＣ高アイソレーションコンバータの提供を容易にする可能性がある。この小体積で提供される可能性がある他の特徴は、実質的にリップルフリー（任意に小さいリップル）の出力、超高効率（例えば７５％を超える）などを提供することを含んでもよい。米国２５セント硬貨およそ３枚の体積（およそ２，４３０立法ミリメートル）では、本明細書で説明されるＶＨＦ変換技術及びアーキテクチャは、超ハイパワー５０Ｗ対応ＶＨＦ電力変換器（例えばラップトップ・コンピュータ用）を提供する可能性がある。代替的に、米国２５セント硬貨１枚よりも小さい体積（およそ８００立法ミリメートル）の超小型１５Ｗ対応ＶＨＦ電力変換器（例えばＬＥＤ駆動用）が提供されてもよい。

【0203】

ＬＥＤ照明は、本明細書で説明される発明的なＶＨＦコンバータセルベースのアーキテクチャによって制御され／電力を与えられてもよい。図２８を参照すると、白熱電球を多重ＬＥＤライト２８０２と交換するための回路が、本明細書で説明されるＶＨＦコンバータの技術及びアーキテクチャに基づいてＬＥＤドライバ２８０４と比較される。コンバータのサイズが実質的に減少するだけでなく、以前はＬＥＤドライバ２８０２によって占領されていたスペースをＬＥＤの放熱／冷却のために用いることができ、これにより同じサイズのパッケージ（例えば、Ａ１９型電球）からのかなり高ポテンシャルの光出力が可能となる。

【0204】

本明細書で説明されるＶＨＦセルベースの電力変換器方法及びシステムで可能な場合があるＬＥＤ照明コントローラは、ＬＥＤをパルス幅変調するためにＡＣ−ＤＣＶＨＦコンバータ、ＬＥＤをパルス幅変調するためにＶＨＦコンバータ、ＬＥＤをパルス幅変調するためにスタックトＶＨＦコンバータ、ＬＥＤに電力を与えるためにＡＣ−ＤＣＶＨＦスイッチングコンバータ、ＬＥＤに電力を与えるためにＶＨＦスイッチング電力変換器、ＬＥＤに電力を与えるためにスタックトセルＶＨＦコンバータ、電解コンデンサを使用せずにＬＥＤを駆動させるために５ＭＨｚよりも上で動作する電力変換器、ＬＥＤを制御するためにＶＨＦコンバータの電力変圧段をオン／オフサイクリングすること、パルス幅変調機構としてＶＨＦコンバータの変圧段を用いること、随意的な力率補正を伴うＬＥＤの
ＰＷＭ制御を含むスタックトセル・シリアル入力・パラレル出力・高効率ソフトスイッチング／全共振形スイッチングＶＨＦＬＥＤ電源を含んでもよい。

【0205】

本発明のＶＨＦ電力変換器は、ラップトップ電源、移動電話、スポーツ機器、家庭用器具、ＬＥＤベースのライト、無線基地局、電気車両、レーダシステム、兵士が携行する軍事用野外機器などに用いられてもよい。本明細書で説明されるＶＨＦ電力変換器は、デジタル電子装置などに電力を与えるために１２Ｖのようなより高い電圧が３Ｖのようなより低い電圧に変換される必要があるあらゆる用途に用いられてもよい。発明的なＶＨＦ電力変換器は、高速過渡応答を有してもよく、１２Ｖの直流（ＤＣ）から２４０Ｖの交流（ＡＣ）までのような非常に広範な入力を受け入れるように構成されてもよい。ここでの基準電圧は、単なる例示であって、異なる電圧及び電流タイプ（例えば１５ＶＡＣ入力、１２Ｖ出力）がＶＨＦコンバータによって用いられ及び／又は提供されてもよいことに注目されたい。さらに、本明細書で説明されるＶＨＦ電力変換器の方法及びシステムは、電子装置と共に用いるための非常に小さいサイズにされた電源の構成を可能にすることによって、製品設計者に顕著なサイズの利点を提供する可能性がある。

【0206】

発明的なＶＨＦ電力変換器又は他の電力回路からＤＣ電力を受信することができる電子装置の例は、手持ち式コンピュータ、小型の又は装着可能な装置、携帯できるコンピュータ、デスクトップコンピュータ、ルータ、アクセスポイント、無線通信機能をもつバックアップストレージ装置、移動電話、音楽プレーヤ、リモートコントロール、全地球測位システム装置、これらの装置のうちの１つ又は複数の機能を組み合わせた装置などを含む可能性がある。

【0207】

ラップトップは、プロセッサ、バス論理、周辺機器、ディスプレイのバックライトなどを動作させるのに時々必要とされるような種々のＤＣ電圧を提供するためにＤＣマザーボードの電力の変換を含む場合があるＶＨＦコンバータの使用のための幾つかの機会を与える可能性がある。これらの補助電力は、発明的なＶＨＦコンバータだけによって満たされる必要があるわけではなく、ＡＣラインからメイン電力変換器（例えば、ラップトップバッテリを充電するために）が提供してもよい。小さいサイズの電力変換器は、他の現代のソリューションよりも小さいスペースを必要とする可能性がある。例えば、ＶＨＦ電力変換器は内部にラップトップ又はバッテリ筐体をおいてもよいので、典型的にラインコードとインラインで見受けられるメインＡＣ−ＤＣ電源は、実質的により小さくされてもよく、又はさらには除去されてもよい。

【0208】

別のラップトップ用途は、発明的なＶＨＦ電力変換器をディスプレイのための（例えばディスプレイのバックライトのための）電源として用いることである。ＶＨＦ電力変換器によって与えられる高速過渡応答が、改善されたディスプレイ品質、輝度、鮮明度などを提供する可能性があるので、これは、ディスプレイの品質のために役立つ可能性がある。さらに、ＶＨＦ電力変換器の小さいサイズ要件は、これをディスプレイのハウジング（例えば、ラップトップの折り畳み式トップカバー）に組み込めるようにして、ラップトップシステムの組立ての複雑さを低減させる可能性がある。

【0209】

本明細書に記載されるように、電力変換器は、本明細書に記載の低電圧システムに電力を与えるための広範囲の入力を受信してもよく、且つ、ポータブルラジオ、双方向無線機、テレビ、オーディオ機器、装着可能なマイクロフォン、ヘッドセット、バーチャルリアリティ眼鏡類、拡張現実感ヘッドギアなどのような装置をさらに含む。これらの主として携帯可能なデバイスに加えて、移動電話の充電器、バッテリ充電器などのようなＡＣラインから電力を与えられる可能性がある他の小型デバイスは、本明細書で説明される発明的なＶＨＦコンバータの適用から恩恵を受ける可能性がある。他のＡＣラインの用途は、限定ではなしに、パームトップ、スマートフォン、全地球測位システム（ＧＰＳ）システム
、電気かみそりなどを充電することを含む。幾つかの実施形態では、本発明の電力変換器は、ハイパワーのラップトップからローパワーの携帯電話までの電力範囲で装置に電力を与えるのに用いられてもよい。

【0210】

さらに、電力変換器は、無線セキュリティ監視システム、省エネルギーランプ、及び他の家庭用器具に用いられてもよい。電力変換器は、家庭の標準ＡＣ供給電圧を無線セキュリティ監視システム、省エネルギーランプ、及び他の家庭用器具に必要とされるＤＣ電圧に変換してもよい。発明的なＶＨＦ電力変換器は、非常に広範な入力を受け入れる可能性があり、したがって、これは異なる電圧を必要とする異なる家庭用器具に採用することができる。さらに、ＶＨＦ電力変換器の小さいサイズ要件は、これをあらゆる家庭用器具に組み込めるようにする可能性がある。

【0211】

ＶＨＦ電力変換器は、ヘルメットカメラのようなスポーツ機器のために用いられてもよい。ヘルメットカメラはまた、メモリ、イメージセンサ、照明、無線などに電力を与えるために種々の電圧を必要とする場合がある。ＶＨＦ電力変換器の実施形態は、バッテリから供給される場合があるＤＣ電圧（例えば１８Ｖ）をヘルメットカメラの動作に必要とされる種々のＤＣ電圧に変換してもよい。本明細書で説明されるマルチチャネル機能を適用することで、適正な動作のために異なる電圧又は電流を必要とする各負荷（照明、センサ、無線など）を本明細書で説明される単一のマルチチャネルコンバータによって供給することができる。さらに、その小さいサイズにより、ＶＨＦ電力変換器は、ヘルメットカメラのハウジングの中に容易に嵌め込むことができ、コンバータによって電力を与えられる論理及び機能要素を含む場合があるプリント回路板に簡単に集積される可能性がある。

【0212】

発明的なＶＨＦ電力変換器は、ラップトップのディスプレイなどの背面照明のための電力を提供するためにディスプレイ画面モジュールに一体化されてもよい。ＶＨＦ電力変換器によって与えられる高速過渡応答は、改善されたディスプレイ品質、輝度、鮮明度などを提供する可能性があるので、これは、ディスプレイの品質のために役立つ可能性がある。さらに、ＶＨＦ電力変換器の小さいサイズ要件は、これをディスプレイ画面モジュールのハウジングに組み込めるようにして、ディスプレイ画面モジュールの組立ての複雑さを低減させる可能性がある。

【0213】

発明的なＶＨＦ電力変換器は、ＡＣ電源コードに一体化されてもよい。先に述べたように、発明的なＶＨＦ電力変換器は、広範囲の電力入力を受信してもよい。したがって、発明的なＶＨＦ電力変換器を有するＡＣ電源コードは、ほぼあらゆるタイプの電源（例えばＡＣラインコード、１２Ｖの車載充電器など）に接続されてもよい。典型的な用途では、ラインＡＣ電力は、低電圧安全性要件（例えば３０Ｖ未満）を満たす低電圧に変換されてもよい。小さいサイズの電力変換器は、典型的な５０Ｗラインコード・電力変換器が米国２５セント硬貨５枚よりも大きくない筐体（およそ４０５０立法ｍｍ）の中に配置されてもよいように他の現代のソリューションよりも小さいスペースを必要とする可能性がある。

【0214】

ＶＨＦ電力変換器の移動電話用途は、バッテリからのメイン電子装置電力、バックライト付きディスプレイを含む電話のディスプレイ、キーパッドの背面照明、カメラのフラッシュランプのための専用電力などを提供することを含む。本明細書で説明される発明的なＶＨＦ電力変換器によって与えられる高い集積度と、ＶＨＦ電力変換器との適合性がある簡素化されたＰＣＢベースの組み込みインダクタ機能は、メイン電子装置プリント回路板上の直接集積を提供する可能性がある。

【0215】

発明的なＶＨＦ電力変換器はまた、ＬＥＤベースの照明に用いられてもよい。既存の白熱照明器具と適合性のあるＬＥＤ照明製品は、標準ＡＣ線間電圧から動作する必要がある
。ＬＥＤ電球は、直流（ＤＣ）を使用する複数のダイオードを含む。発明的なＶＨＦ電力変換器は、標準ＡＣ電圧をＬＥＤ電球におけるダイオードによって必要とされるＤＣ電圧に変換してもよい。さらに、ＶＨＦ電力変換器の小さいサイズ要件は、これをＬＥＤベースの交換電球のベースに組み込めるようにして、ＬＥＤ電球の組立ての複雑さを減らし、且つＬＥＤの放熱のための多大な量の電球内部空間を提供する。

【0216】

各ライト／ライトの群に対する別個の出力値（電流又は電圧）を採用することによって輝度、色、オン／オフ（ブリンク）などに関して各ライト又はライトの群を個々に制御することができるようにＬＥＤストリングに電力を与えるために、発明的なＶＨＦ電力変換器のマルチチャネル実施形態が用いられてもよい。さらに、発明的なＶＨＦ電力変換器は、その小さいサイズのおかげでＬＥＤストリングの設計及びパッケージを改善する可能性がある。

【0217】

発明的なＶＨＦ電力変換器はまた、色が変化するＬＥＤに用いられてもよい。発明的なＶＨＦ電力変換器は、色光強度制御を提供してもよい。発明的なＶＨＦ電力変換器は、ＬＥＤ寿命を延ばすために、ＬＥＤ接合部の温度変化に対する色点（ｃｏｌｏｒｐｏｉｎｔ）メンテナンス及びＬＥＤデバイス温度の制限をさらに提供する可能性がある。

【0218】

発明的なＶＨＦ電力変換器はまた、無線基地局で用いられてもよい。発明的なＶＨＦ電力変換器は、入力電圧を無線基地局トランシーバによって必要とされる出力電圧又は電流に変換してもよい。発明的なＶＨＦ電力変換器は、その高速過渡応答時間、ＲＦエンベロープ・トラッキング出力、及び小さいサイズを通じて低電力ＲＦ用途のために役立つ可能性がある。

【0219】

ＶＨＦコンバータは、車両ベースの電子装置における様々な用途が見出される可能性がある。一実施形態では、電力変換器は、１２ＶＤＣ車載電力ポートの中に差し込まれてもよい携帯電話の充電器、ＧＰＳシステム、ｍｐ３プレーヤ、ステレオシステムなどのような車両の付属品に電力を与えるために用いられてもよい。発明的なＶＨＦ電力変換器は、ＧＰＳシステムのディスプレイユニットに電力を提供してもよい。これは、ＶＨＦ電力変換器によって与えられる高速過渡応答のために、結果的に改善されたディスプレイ品質、輝度、鮮明度などをもたらす可能性がある。さらに、ＶＨＦ電力変換器の小さいサイズ要件は、これをディスプレイユニットに組み込めるようにして、ＧＰＳシステムの組立ての複雑さを低減させる可能性がある。小さいサイズのおかげで、発明的なＶＨＦ電力変換器は、携帯電話の充電器、ＧＰＳシステム、ｍｐ３プレーヤ、及び車両のステレオシステムに一体化されてもよい。

【0220】

発明的なＶＨＦ電力変換器はまた、航空機搭載レーダに用いられてもよい。航空機搭載レーダは、航空機搭載レーダのサイズに対する主として設置上の制約における独自の設計課題を課す。発明的なＶＨＦ電力変換器の小さいサイズ要件は、これを航空機搭載レーダに組み込めるようにして、航空機搭載レーダの設置制約を解決する可能性がある。レーダシステムは、ＶＨＦ電力変換器の高速過渡応答能力と、広範な出力電圧機能、極めて低いリップル、高アイソレーションなどからさらに恩恵を受ける可能性がある。

【0221】

発明的なＶＨＦ電力変換器はまた、兵士が携行する軍事用野外機器に用いられてもよい。発明的なＶＨＦ電力変換器は、軍事用野外機器の要件通りに入力信号を出力信号（例えば電圧）に変換してもよく、効率的な電力管理の一助となる。軍事用野外機器は、暗視ゴーグル、ラップトップ、及びＧＰＳ、センサなどのような通信デバイスを含む可能性がある。ＶＨＦ電力変換器の小さいサイズ要件は、これを軍事用野外機器に組み込めるようにして、軍事用野外機器を軽量な、信頼性のある、及び携帯できるものにする可能性がある。さらに、発明的なＶＨＦ電力変換器は、各種の軍事用野外機器の電力需要に適応するこ
とができる単一電力変換器設計を軍事機器設計者に提供してもよい。

【0222】

本明細書で説明される発明的なＶＨＦコンバータの方法及びシステムは、非常に広い負荷範囲をサポートするためにバラクタベースのネットワークチューニングと組み合わされてもよい。こうした組合せは、負荷の関数としてのインピーダンスの変化の補償を容易にするために、共振及びＶＨＦオン／オフ・スイッチングのバラクタ制御を利用することができる。

【図1】