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特開2022-80852多出力電力コンバーターシステムにおけるパフォーマンスを高めるためのパルスシェアリング制御
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022080852
(43)【公開日】2022-05-30
(54)【発明の名称】多出力電力コンバーターシステムにおけるパフォーマンスを高めるためのパルスシェアリング制御
(51)【国際特許分類】
H02M 3/28 20060101AFI20220523BHJP
【ＦＩ】
H02M3/28 V
【審査請求】未請求
【請求項の数】22
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2021179892
(22)【出願日】2021-11-03
(31)【優先権主張番号】16/951,156
(32)【優先日】2020-11-18
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】501315784
【氏名又は名称】パワー・インテグレーションズ・インコーポレーテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100100181
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 正博
(72)【発明者】
【氏名】イ リ
(72)【発明者】
【氏名】アントニウス ヤコブス ヨハネス ヴェルナー
(72)【発明者】
【氏名】ディヴィッド マイケル ヒュー マシューズ
【テーマコード（参考）】
5H730
【Ｆターム（参考）】
5H730AS01
5H730AS02
5H730AS11
5H730BB43
5H730DD04
5H730DD41
5H730EE02
5H730EE07
5H730EE19
5H730EE73
5H730EE77
5H730FD01
5H730FD11
5H730FD31
5H730FF01
5H730FF09
5H730FG12
(57)【要約】 （修正有）
【課題】パルスシェアリング伝達を使用して可聴ノイズを減らす方法及び多出力電力コンバーターシステムを提供する。
【解決手段】多出力電力コンバーターシステム１００のパルスシェアリング制御は、スイッチングサイクル中に、エネルギーパルスを、パルスシェアリング伝達を使用して１つより多いポート（すなわち出力）に提供する。パルスシェアリング伝達は、低調波に起因した可聴ノイズを減らすこと及び１つ又は複数の二次電流の二乗平均平方根電流を減らすことによりパフォーマンスを高める。一次電流を介してエネルギー伝達要素にエネルギー供給するために、一次スイッチが閉じられる。エネルギーは、第１の二次電流を介して第１の回路経路における第１の負荷ポート間及び第２の二次電流を介して第２の回路経路における第２の負荷ポート間でシェアされる。
【選択図】図１Ａ
【解決手段】多出力電力コンバーターシステム１００のパルスシェアリング制御は、スイッチングサイクル中に、エネルギーパルスを、パルスシェアリング伝達を使用して１つより多いポート（すなわち出力）に提供する。パルスシェアリング伝達は、低調波に起因した可聴ノイズを減らすこと及び１つ又は複数の二次電流の二乗平均平方根電流を減らすことによりパフォーマンスを高める。一次電流を介してエネルギー伝達要素にエネルギー供給するために、一次スイッチが閉じられる。エネルギーは、第１の二次電流を介して第１の回路経路における第１の負荷ポート間及び第２の二次電流を介して第２の回路経路における第２の負荷ポート間でシェアされる。
【選択図】図１Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
スイッチング周期中における多出力電力コンバーターシステムにおけるパルスシェアリング制御の方法であって、前記方法が、
一次電流を介してエネルギー伝達要素にエネルギー供給するために一次スイッチを閉じることと、
前記一次スイッチを開くことと、
第１の二次電流を介して第１の回路経路における第１の負荷ポートにエネルギーを伝達することと、
スイッチング遷移時点を決定することと、
前記スイッチング遷移時点において、第２の二次電流を介して第２の回路経路における第２の負荷ポートにエネルギーを伝達することと、
を含む、方法。
一次電流を介してエネルギー伝達要素にエネルギー供給するために一次スイッチを閉じることと、
前記一次スイッチを開くことと、
第１の二次電流を介して第１の回路経路における第１の負荷ポートにエネルギーを伝達することと、
スイッチング遷移時点を決定することと、
前記スイッチング遷移時点において、第２の二次電流を介して第２の回路経路における第２の負荷ポートにエネルギーを伝達することと、
を含む、方法。
【請求項2】
前記スイッチング周期が、不連続伝導モード（ＤＣＭ）スイッチング周期である、
請求項１に記載の方法。
請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記第１の負荷ポートが、定電流（ＣＣ）ポートである、
請求項１に記載の方法。
請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記第１の負荷ポートが、定電圧（ＣＶ）ポートである、
請求項１に記載の方法。
請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記第１の負荷ポートの電圧が、前記第２の負荷ポートの電圧より高い、
請求項１に記載の方法。
請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記スイッチング遷移時点において、前記第２の二次電流を介して前記第２の回路経路における前記第２の負荷ポートにエネルギーを伝達することが、３ボルトから４０ボルトの間の電圧を提供することを含む、
請求項１に記載の方法。
請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記第１の二次電流を介して前記第１の回路経路における前記第１の負荷ポートにエネルギーを伝達することが、３ボルトから１００ボルトの間の電圧を提供することを含む、
請求項１に記載の方法。
請求項１に記載の方法。
【請求項8】
前記第１の二次電流を介して前記第１の回路経路における前記第１の負荷ポートにエネルギーを伝達することが、少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）に前記第１の二次電流を提供することを含む、
請求項１に記載の方法。
請求項１に記載の方法。
【請求項9】
前記スイッチング遷移時点において、前記第２の二次電流を介して前記第２の負荷ポートにエネルギーを伝達することが、二次スイッチを閉じることを含む、
請求項１に記載の方法。
請求項１に記載の方法。
【請求項10】
前記スイッチング遷移時点において、前記第２の二次電流を介して前記第２の負荷ポートにエネルギーを伝達することが、フォワードピン信号を測定することを含む、
請求項９に記載の方法。
請求項９に記載の方法。
【請求項11】
前記フォワードピン信号が、二次巻線電圧である、
請求項１０に記載の方法。
請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
一次巻線と複数の二次巻線とを備えるエネルギー伝達要素であって、前記一次巻線が、第１の電源からエネルギーを受信するように構成された、前記エネルギー伝達要素と、
前記一次巻線に電気的に結合された一次スイッチであって、スイッチングサイクルに従ってスイッチングするように構成された前記一次スイッチと、
第１の負荷ポートに電気的に結合された第１の回路経路と、
第２の負荷ポートに電気的に結合された第２の回路経路と、
前記第１の回路経路における第１の二次電流を提供した後に、前記スイッチングサイクル中に、スイッチング遷移時点において、前記第２の回路経路における第２の二次電流を提供するように構成された二次制御装置と、
を備える、多出力電力コンバーターシステム。
前記一次巻線に電気的に結合された一次スイッチであって、スイッチングサイクルに従ってスイッチングするように構成された前記一次スイッチと、
第１の負荷ポートに電気的に結合された第１の回路経路と、
第２の負荷ポートに電気的に結合された第２の回路経路と、
前記第１の回路経路における第１の二次電流を提供した後に、前記スイッチングサイクル中に、スイッチング遷移時点において、前記第２の回路経路における第２の二次電流を提供するように構成された二次制御装置と、
を備える、多出力電力コンバーターシステム。
【請求項13】
前記スイッチングサイクルが、不連続伝導モード（ＤＣＭ）スイッチングサイクルである、
請求項１２に記載の多出力電力コンバーターシステム。
請求項１２に記載の多出力電力コンバーターシステム。
【請求項14】
前記第１の負荷ポートが、定電流（ＣＣ）ポートである、
請求項１２に記載の多出力電力コンバーターシステム。
請求項１２に記載の多出力電力コンバーターシステム。
【請求項15】
前記第１の負荷ポートが、定電圧（ＣＶ）ポートである、
請求項１２に記載の多出力電力コンバーターシステム。
請求項１２に記載の多出力電力コンバーターシステム。
【請求項16】
前記第１の負荷ポートの電圧が、前記第２の負荷ポートの電圧より高い、
請求項１２に記載の多出力電力コンバーターシステム。
請求項１２に記載の多出力電力コンバーターシステム。
【請求項17】
前記第２の負荷ポートが、定電圧（ＣＶ）ポートである、
請求項１２に記載の多出力電力コンバーターシステム。
請求項１２に記載の多出力電力コンバーターシステム。
【請求項18】
前記第２の負荷ポートが、３ボルトから４０ボルトの間の電圧を受信するように構成された、
請求項１２に記載の多出力電力コンバーターシステム。
請求項１２に記載の多出力電力コンバーターシステム。
【請求項19】
前記第１の負荷ポートが、３ボルトから１００ボルトの間の電圧を受信するように構成された、
請求項１２に記載の多出力電力コンバーターシステム。
請求項１２に記載の多出力電力コンバーターシステム。
【請求項20】
前記第１の回路経路が、少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）に前記第１の二次電流を提供するように構成された、
請求項１２に記載の多出力電力コンバーターシステム。
請求項１２に記載の多出力電力コンバーターシステム。
【請求項21】
前記二次制御装置が、パルスシェアリング制御回路を備える、
請求項１２に記載の多出力電力コンバーターシステム。
請求項１２に記載の多出力電力コンバーターシステム。
【請求項22】
前記パルスシェアリング制御回路が、前記第１の二次電流のパルス幅と前記第２の二次電流のパルス幅とを決定するように構成された、
請求項２１に記載の多出力電力コンバーターシステム。
請求項２１に記載の多出力電力コンバーターシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、多出力電力コンバーターにおけるパルスシェアリング制御に関し、特に、多出力電力コンバーターシステムにおいてパルスシェアリング伝達を使用して可聴ノイズを減らすことに関する。
【背景技術】
【0002】
例えば携帯電話、ラップトップなどの多くの電子デバイスが、電源から取得された直流電流（ＤＣ：ｄｉｒｅｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）の電力により給電される。従来の壁のコンセントは、概して、消費者向け電子デバイスのための電源として使用されるために調節されたＤＣ電力に変換される必要がある高電圧の交流電流（ＡＣ：ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ）電力を伝送する。スイッチング式電源（ＳＭＰＳ：ｓｗｉｔｃｈ ｍｏｄｅ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ）とも呼ばれるスイッチング式電力コンバーターは、それらの高効率さ、小さいサイズ、および軽量さを理由として、高電圧ＡＣ電力を調節されたＤＣ電力に変換するために一般的に使用されている。
【0003】
多くの電子デバイスは複数の負荷を含み、動作するために１つより多いＤＣ電源を必要とする。例えば、オーディオ電子デバイスは、５ボルトで動作するシステムコンポーネントと、１２ボルトから２０ボルトの間で動作するオーディオコンポーネントとを含み得る。これらの用途では、多出力電力コンバーターはＡＣ電力を複数のＤＣ電力出力に変換して、複数の負荷、すなわちシステムコンポーネントおよびオーディオコンポーネントの各々に調節されたＤＣ電力を提供する。幾つかの用途では、調節されたＤＣ電力出力は、調節された定電流（ＣＣ：ｃｏｎｓｔａｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）出力および／または調節された定電圧（ＣＶ：ｃｏｎｓｔａｎｔ ｖｏｌｔａｇｅ）出力である。
【発明の概要】
【0004】
多出力電力コンバーターシステムにおけるパルスシェアリングの非限定的かつ非網羅的な実施形態が、以下の図を参照しながら説明され、異なる図の中の同様の参照符号は別段の指定がない限り同様の部分を示す。
【図面の簡単な説明】
【0005】
【発明を実施するための形態】
【0006】
図面中の複数の図にわたり、対応する参照符号が対応するコンポーネントを示す。当業者は、図中の要素が簡潔かつ明確であるように描かれること、および、一定の縮尺で描かれるとは限らないことを理解する。例えば、図中の幾つかの要素の寸法は、本明細書における教示の様々な実施形態をより理解しやすくするために他の要素より誇張される場合がある。更に、市販に適した実施形態において有用なまたは必要な、一般的だが良く理解される要素は、多くの場合、多出力電力コンバーターシステムにおけるパルスシェアリングのこれらの様々な実施形態の図が見づらくならないように図示されていない。
【0007】
以下の説明では、多出力電力コンバーターシステムにおけるパルスシェアリングの十分な理解を提供するために多くの具体的な詳細事項が記載される。しかし、本明細書における教示を実施するために特定の詳細事項が使用されるとは限らないことが当業者に明らかである。他の例において、本開示を不明瞭にしないために、よく知られた材料または方法は詳細には説明されていない。
【0008】
本明細書中での、「一実施形態」、「実施形態」、「一例」、または「例」についての言及は、多出力スイッチング式電力コンバーターシステムの実施形態または例との関連で説明される特定の特徴、構造、または特性が少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書中の様々な場所における「一実施形態において」、「実施形態において」、「一例」、または「例」といった表現の使用は、すべてが同じ実施形態または例に関連するとは限らない。更に、特定の特徴、構造、または特性は、１つまたは複数の実施形態または例において、任意の適切な組み合わせ、および／または部分的組み合わせで組み合わされてもよい。特定の特徴、構造、または特性は、説明される機能を提供する集積回路、電子回路、論理回路、または他の適切なコンポーネントに含まれ得る。加えて、本明細書とともに提供される図が当業者への説明を目的としていること、および図面が一定の縮尺で描かれるとは限らないことが理解される。
【0009】
本出願に関する文脈において、トランジスタが「オフ状態」または「オフ」であるとき、トランジスタは電流を遮断する、および／または実質的に電流を流さない。逆に、トランジスタが「オン状態」または「オン」であるとき、トランジスタは実質的に電流を流すことができる。例示として、１つの実施形態において、高電圧トランジスタは第１の端子であるドレインと第２の端子であるソースとの間において高電圧がサポートされるＮチャネル金属－酸化物－半導体（ＮＭＯＳ：Ｎ－ｃｈａｎｎｅｌ ｍｅｔａｌ－ｏｘｉｄｅ－ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：ｆｉｅｌｄ－ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を備える。幾つかの実施形態において、集積型制御装置回路が、負荷に提供されるエネルギーを調節するときに電力スイッチを駆動するために使用され得る。更に、本開示の目的において、「グランド」または「グランド電位」は、基準電圧または基準電位を表し、この基準電圧または基準電位に対して、電子回路または集積回路（ＩＣ：ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）のすべての他の電圧または電位が規定され、または測定される。更に、パワーエレクトロニクス理論（すなわち、電力がエネルギーの変化レートに関連する）によると、「電力」伝達は「エネルギー」伝達により暗示され得、逆に、「エネルギー」伝達は「電力」伝達により暗示され得る。
【0010】
上述のように、多出力電力コンバーターは、複数の負荷に調節されたＤＣ電力を提供するために使用されてもよい。負荷は、ディスクリート型半導体デバイス、マイクロプロセッサ、制御装置、混合型信号回路コンポーネントなどを包含する受動負荷および／または能動負荷であり得る。調節されたＤＣ電力を提供することにおいて、多出力電力コンバーターは、定電流（ＣＣ）出力への出力電流を調節し、および／または、定電圧（ＣＶ）出力への出力電圧を調節し得る。更に、システム電圧は、多出力電力コンバーターが電力をどのように提供するかに関連して規定され得る。例えば、多出力電力コンバーターは、約５０ボルトで動作するＣＣ出力、１２ボルトに調節されたＣＶ出力、および５ボルトに調節されたＣＶ出力を提供し得る。
【0011】
本明細書において更に詳しく説明されるように、電力は、スイッチングサイクルに従ってエネルギー伝達要素（例えば変圧器）を介して一次側から二次側に伝達され得る。例えば、一次スイッチはスイッチングサイクルに従ってスイッチングし得、この場合において、一次巻線はスイッチングサイクルの一部にわたって入力電力を受信し、１つまたは複数の二次巻線がスイッチングサイクルの別の部分にわたって電力を提供する。スイッチングサイクルの完了前に二次側巻線における電流（すなわち二次電流）が実質的にゼロまで小さくなるように電力が伝達されるとき動作モードは不連続伝導モード（ＤＣＭ：ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅ）と呼ばれ得る。代替的に、スイッチングサイクルの完了前に二次側巻線における電流がゼロまで小さくならないように電力（すなわちエネルギー）が伝達されるとき、動作モードは連続伝導モード（ＣＣＭ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅ）と呼ばれ得る。
【0012】
更に、１つのスイッチングサイクル（すなわち１つのスイッチング周期）中に、電力（すなわちエネルギー）は多出力のうちの選択されたものに伝達され得る。エネルギー伝達のこの形態は１パルス伝達または１パルス制御と分類され得、この場合において、二次電流は電力需要に基づいて選択された出力に流れる。一例として、多出力電力コンバーターシステムは、２つの出力、すなわちＣＣ出力およびＣＶ出力に合計４０ワット（４０Ｗ）の電力を送達するように構成され得る。ＣＣ出力が２０Ｗを要求しており、ＣＶ出力が２０Ｗを要求している場合、多出力電力コンバーターシステムは、第１のスイッチングサイクル中にＣＣ出力にエネルギーを伝達し得、後続のスイッチングサイクル中にＣＶ出力にエネルギーを伝達し得る。スイッチングサイクル（周期）が６０キロヘルツ（６０ｋＨｚ）の高調波周波数をもつ周期的なものである場合、エネルギー（すなわち電力）パルスは、ＣＣ出力とＣＶ出力との間において４０Ｗを一様に分割するように、３０ｋＨｚの低調波周波数において一様に多重化され得る。
【0013】
しかし、電力に対する需要が複数の出力間で不均一に変動する場合、１パルス伝達は問題となり得る。例えば、ＣＣ出力が３０Ｗを要求しており、ＣＶ出力が１０Ｗを要求している場合、多出力電力コンバーターシステムは、ＣＶ出力の低調波周波数を基本スイッチング周波数の約４分の１に変え得る。基本スイッチング周波数が６０ｋＨｚである場合、ＣＶ出力の低調波は１５ｋＨｚになる。これは、変圧器を振動させ、可聴帯域内の１５ｋＨｚにおける望ましくないノイズを出射させる。したがって、１パルス伝達の代替案を開発する必要性が存在する。
【0014】
多出力電力コンバーターにおけるパフォーマンスを高めるためのパルスシェアリング制御が本明細書において説明されている。スイッチングサイクル中に、エネルギーパルスが、パルスシェアリング伝達を使用して１つより多いポート（すなわち出力）に提供される。パルスシェアリング伝達は、低調波に起因した可聴ノイズを減らすことにより、および、ＣＣ／ＣＶ出力のうちの１つまたは複数に対する二乗平均平方根電流（ｒｏｏｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ ｃｕｒｒｅｎｔ）を減らすことによりパフォーマンスを高め得る。一次電流を介してエネルギー伝達要素にエネルギー供給するために、一次スイッチが閉じられる。エネルギーは、第１の二次電流を介して第１の回路経路において第１の負荷ポート間で、および、第２の二次電流を介して第２の回路経路において第２の負荷ポート間でシェアされ得る。
【0015】
図１Ａは、本明細書における教示による多出力電力コンバーターシステム１００を示す。多出力電力コンバーターシステム１００は、エネルギー伝達要素１０２、二次スイッチブロック１０４、複数の負荷１０６、二次制御装置１０８、一次制御装置１０９、クランプ１１０、および一次スイッチ１５２を含む。エネルギー伝達要素１０２は、一次巻線１１２、および、二次巻線１１４、１１６、１１８を含む。二次スイッチブロック１０４は、ダイオード１２６、および二次スイッチ１１９、１２２、１２５を含む。
【0016】
多出力電力コンバーターシステム１００は、整流されたＡＣライン電圧ＶＩＮから導出された入力電力を、複数の出力電圧ＶＯ１～ＶＯ３および二次電流ＩＳ１～ＩＳ３を含む出力パワーに変換し得る。代替的に、および追加的に、入力電力は、高電圧電源から導入され得る。複数の負荷１０６は、調節されたＤＣ電力ポートであり得るＣＣ／ＣＶ３ポート、ＣＣ／ＣＶ２ポート、およびＣＣ／ＣＶ１ポートと、二次グランド戻りポートＳＲＴＮとを含む。
【0017】
更に、ＣＣ／ＣＶ３ポートは、ＣＣ／ＣＶ３ポートにおける負荷状態に応じて、定電流（ＣＣ）ポート（すなわち二次電流ＩＳ３が一定に制御される）、および／または、定電圧（ＣＶ）ポート（すなわち、出力電圧ＶＯ３が一定に制御される）であり得る。ＣＣ／ＣＶ２ポートは、ＣＣ／ＣＶ２ポートにおける負荷状態に応じて、定電流（ＣＣ）ポート（すなわち、二次電流ＩＳ２が一定に制御される）、および／または、定電圧（ＣＶ）ポート（すなわち、出力電圧ＶＯ２が一定に制御される）であり得、ＣＣ／ＣＶ１ポートは、ＣＣ／ＣＶ１ポートにおける負荷状態に応じて、定電流（ＣＣ）ポート（すなわち、二次電流ＩＳ１が一定に制御される）、および／または、定電圧（ＣＶ）ポート（すなわち、出力電圧ＶＯ１が一定に制御される）であり得る。
【0018】
例えば１つの実施形態において、ＣＣ／ＣＶ３ポートがＣＣポートであり得、二次電流ＩＳ３が調節負荷電流であり得るとともに、出力電圧ＶＯ３は、ＣＣ／ＣＶ３ポートの負荷により少なくとも部分的に決定される。更に、ＣＣ／ＣＶ１ポートおよびＣＣ／ＣＶ２ポートはＣＶポートであり得、この場合において、出力電圧ＶＯ１および出力電圧ＶＯ２が調節される。二次グランド戻りポートＳＲＴＮは、二次グランドＲＴＮに電気的に結合され得る。
【0019】
１つの実施形態において、出力電圧ＶＯ１～ＶＯ３は、エネルギー伝達要素１０２により少なくとも部分的に決定され得る。例えば、一次巻線１１２に対する二次巻線１１４、１１６、１１８の巻線比、および、変圧器構成（例えばスタックされた二次巻線）は、最高電圧ＣＣ／ＣＶ３ポート（例えば４０ボルトより高い電圧）に対応して構成され得る。ＣＣ／ＣＶ１ポートおよびＣＣ／ＣＶ２ポートは、より低い電圧（例えば３ボルトから４０ボルトの間の電圧）に調節され得る。１つの実施形態においてＣＣ／ＣＶ２ポートは、より低い電圧に調節された出力電圧ＶＯ２（例えば２０ボルト）を伴うＣＶポートであり得、ＣＣ／ＣＶ１ポートは、最低電圧（例えば５ボルト）に調節された出力電圧ＶＯ１を伴うＣＶポートであり得る。
【0020】
代替的に、および追加的に、出力電圧ＶＯ１～ＶＯ３は、二次スイッチ１１９、１２２、１２５の動作により決定され得る。例えば、出力電圧ＶＯ３が出力電圧ＶＯ２未満であるように、二次スイッチ１１９が制御され得る。
【0021】
図示されているように、二次巻線１１４、１１６、および１１８は変圧器「ドット」表記に従ってスタックされた（すなわち直列の）構成により電気的に結合されている。示されるように、二次スイッチ１１９は、二次巻線１１８の「ドット」端子と回路経路１１１におけるＣＣ／ＣＶ３ポートとの間に電気的に結合されている。二次スイッチ１２２は、二次巻線１１６の「ドット」端子と回路経路１１３におけるＣＣ／ＣＶ２ポートとの間に電気的に結合されており、二次スイッチ１２５は、二次巻線１１４の「ドット」端子と回路経路１１５におけるＣＣ／ＣＶ１ポートとの間に電気的に結合されている。更に、ダイオード１２６は、二次巻線１１４の第２の端子と回路経路１１７における二次グランド戻りポートＳＲＴＮとの間に電気的に結合されている。
【0022】
更に示されるように、一次巻線１１２および一次スイッチ１５２は、一次グランドＧＮＤに対して整流されたＡＣライン電圧ＶＩＮを受信するように入力端子１０１と１０３との間に接続され得る。スイッチングサイクル（すなわちスイッチング周期）中に、一次スイッチ１５２が閉じられ（すなわち伝導し）、一次巻線１１２は、一次電流ＩＳＷを増やす（すなわち、上昇させる）ことによりエネルギー供給され得る。磁気学および変圧器の理論によると、一次スイッチ１５２が開けられたとき（すなわち、伝導状態から遮断状態への遷移）、一次巻線１１２内のエネルギーは、二次巻線１１４、１１６、１１８のうちの１つまたは複数に伝達され得る。
【0023】
一次制御装置１０９は一次スイッチ１５２の制御端子（例えばゲート）に一次制御信号ＶＣＳを提供する。この手法により、一次制御装置１０９は、一次巻線１１２にエネルギー供給するために一次電流ＩＳＷを制御する。一次検出要素１５４は、一次電流ＩＳＷの最大値をローカルに調節するために一次制御装置に検出信号ＳＥＮＳを提供し得、更に、クランプ１１０は、スイッチ電圧ＶＳＷを制限する（すなわちクランプする）ように一次巻線１１２と並列接続され得る。図示されているように、一次制御装置１０９は、一次グランドＧＮＤを基準とする信号（例えばスイッチ電圧ＶＳＷおよび一次制御信号ＶＣＳ）を使用して動作するように構成され得る。
【0024】
二次制御装置１０８は、複数の負荷１０６からフィードバック信号ＦＢ１～ＦＢ３を受信し、信号ＦＬを通して一次制御装置１０９と通信し、二次スイッチブロック１０４に制御信号ＳＥＬ１～ＳＥＬ３を提供する。図示されているように、二次制御装置１０８は、二次グランドＲＴＮを基準とする信号（例えばフィードバック信号ＦＢ１～ＦＢ３および複数の出力電圧ＶＯ１～ＶＯ３）を使用して動作するように構成され得る。したがって、信号ＦＬは、一次グランドＧＮＤを基準とする一次制御装置１０９との通信を可能にするために、光結合された、磁気結合された、および／または容量結合された信号ＦＬであり得る。
【0025】
本明細書において説明されているように、二次制御装置１０８は、回路経路（例えば回路経路１１１、回路経路１１３、および／または回路経路１１５）を選択することにより、複数の負荷１０６に対するエネルギー（すなわち電力）の伝達を選択的に制御する（すなわちスイッチングする）ために、１つまたは複数の制御信号ＳＥＬ１～ＳＥＬ３を提供し得る。図示されているように、二次制御装置１０８は、二次スイッチ１２５、１２２、１１９に制御信号ＳＥＬ１、ＳＥＬ２、ＳＥＬ３をそれぞれ提供する。制御信号ＳＥＬ１、ＳＥＬ２、ＳＥＬ３は、ひいては、オン状態またはオフ状態において動作するようにスイッチ１２５、１２２、１１９をそれぞれゲーティングし得る。
【0026】
スイッチングサイクル中に、二次スイッチ１１９が閉じている（すなわち、オン状態において動作する）とともに、二次スイッチ１２５、１２２の両方が開いている（すなわち、両方がオフ状態において動作する）とき、エネルギーは回路経路１１１における二次電流ＩＳ３を介して伝達され得る。図示されているように、回路経路１１１は、二次スイッチ１１９を含んだ、および、複数の負荷１０６のＣＣ／ＣＶ３ポートに電気的に結合されたスイッチング式回路経路である。代替的に、二次スイッチ１２２が閉じている（すなわちオン状態において動作する）とともに、二次スイッチ１２５、１１９が開いている（すなわちオフ状態において動作する）とき、エネルギーは、回路経路１１３における二次電流ＩＳ２を介して伝達され得る。図示されているように、回路経路１１３は、二次スイッチ１２２を含んだ、および、複数の負荷１０６のＣＣ／ＣＶ２ポートに電気的に結合されたスイッチング式回路経路である。代替的に、二次スイッチ１２５が閉じている（すなわちオン状態において動作する）とともに、二次スイッチ１２２、１１９が開いている（すなわちオフ状態において動作する）とき、エネルギーは、回路経路１１５における二次電流ＩＳ１を介して伝達され得る。図示されているように、回路経路１１５は二次スイッチ１２５を含んだ、および、複数の負荷１０６のＣＣ／ＣＶ１ポートに電気的に結合されたスイッチング式回路経路である。
【0027】
本明細書における教示によると、二次制御装置１０８はパルスシェアリング制御回路１５３を含む。パルスシェアリング制御回路１５３は、二次スイッチブロック１０４に制御信号ＳＥＬ１、ＳＥＬ２、ＳＥＬ３のうちの１つまたは複数を提供することにより、複数の負荷１０６の異なるポートに対するエネルギーシェアリングを可能にし得る（すなわち制御し得る）。エネルギーは、回路経路１１１、回路経路１１３、および／または回路経路１１５においてシェアされ得る。例えば、スイッチングサイクル中に、エネルギーは、まず二次電流ＩＳ３を介してエネルギーを伝達することと、次に二次電流ＩＳ２を介してエネルギーを伝達することとにより、複数の負荷１０６のＣＣ／ＣＶ３ポートとＣＣ／ＣＶ２ポートとの両方にシェアされ得る。
【0028】
図１Ｂは、図１Ａの実施形態による多出力電力コンバーターシステム１００を示す。一次スイッチ１５２は、Ｎ型電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１５２ｂを使用して実現される。二次スイッチ１１９はダイオード１２０により置換されている。図示されているように、ダイオード１２０は、二次巻線１１８の「ドット」端子と回路経路１１１におけるＣＣ／ＣＶ３ポートとの間に電気的に結合されている。出力電圧ＶＯ３が必然的に複数の出力電圧ＶＯ１～ＶＯ３のうちの最高のものである用途では、二次スイッチ１１９は、スイッチブロック１０４を有益に簡略化するために、および制御信号ＳＥＬ３を不要とするためにダイオード１２０により置き換えられ得る。
【0029】
二次スイッチ１２２は、Ｎ型ＦＥＴ１２２ｂを使用して実現され、図示されているように、二次スイッチ１２２は、二次巻線１１６の「ドット」端子と回路経路１１３におけるＣＣ／ＣＶ２ポートとの間においてダイオード１２１に電気的に結合されている。二次スイッチ１２５はＮ型ＦＥＴ１２５ｂを使用して実現されており、二次スイッチ１２５ｂは二次巻線１１４の「ドット」端子と回路経路１１５におけるＣＣ／ＣＶ１ポートとの間において電気的に結合されている。二次ダイオード１２６は、示されるように、二次巻線１１４と回路経路１１７における二次側ＲＴＮとの間に結合されたＮ型ＦＥＴ１２６ｂにより置換されている。当業者が理解し得るように、ＦＥＴ１２６ｂは、ダイオード１２６の代わりとして同期整流器として動作するように構成され得る。例えば、Ｎ型ＦＥＴ１２６ｂは、同期整流器として動作するように、制御信号Ｖｃｒによりオンおよびオフにスイッチングされ得る。
【0030】
Ｎ型ＦＥＴ１５２ｂ、１２２ｂ、１２５ｂ、１２６ｂは、集積型および／またはディスクリート型電力ＦＥＴであり得る。１つの実施形態において、Ｎ型ＦＥＴ１５２ｂ、１２２ｂ、１２５ｂ、１２６ｂは、エンハンスメント型ＦＥＴであり得る。
【0031】
複数の負荷１０６は、二次制御装置１０８にフィードバック信号ＦＢ１、ＦＢ２、ＦＢ３をそれぞれ提供し得るフィードバックネットワーク１４０、１３６、１３２を含む。更に、複数の負荷１０６は、第１の負荷１４２、第２の負荷１３８、および第３の負荷１４８にそれぞれ電気的に結合されたフィルタコンデンサＣ１～Ｃ３を含む。定常状態において図１Ｂの多出力電力コンバーターシステム１００は、第１の負荷１４２、第２の負荷１３８、および第３の負荷１４８に送達される電力を調節するように構成され得る。
【0032】
例えば、フィードバックネットワーク１４０、１３６、１３２は、出力電圧ＶＯ１、ＶＯ２、ＶＯ３の閉ループ調節のためのフィードバック信号ＦＢ１、ＦＢ２、ＦＢ３をそれぞれ提供するための分圧器ネットワークを備え得る。定常状態において、フィードバック信号ＦＢ１、ＦＢ２、ＦＢ３は、それぞれ、出力電圧ＶＯ１、ＶＯ２、ＶＯ３に由来する、または出力電圧ＶＯ１、ＶＯ２、ＶＯ３からサンプリングされた電圧であり得る。この手法により、第１の負荷１４２に送達される電力は、ＣＶ出力（すなわち調節出力電圧ＶＯ１）として調節され得る。第２の負荷１３８に送達される電力は、ＣＶ出力（すなわち調節出力電圧ＶＯ２）として調節され得、第３の負荷１４８に送達される電力は、ＣＶ出力（すなわち調節出力電圧ＶＯ３）として調節され得る。
【0033】
上述のように、二次制御装置１０８は、信号ＦＬ（例えば磁気結合信号ＦＬ）を介して一次制御装置１０９と通信し得る。例えば、信号ＦＬを使用して、一次制御装置１０９は、パワーグッド状態を示すために二次制御装置１０８にハンドシェイクを送信し得る。代替的に、および追加的に、信号ＦＬを使用して、二次制御装置１０８は、より多くのエネルギー伝達の要求を送信し得る。要求に応答して、一次制御装置１０９は、一次スイッチ１５２を閉じるように、および一次巻線１１２にエネルギー供給するように一次制御信号ＶＣＳを変化させ得る。
【0034】
図示されているように、二次制御装置１０８は、フォワードピン信号ＦＷおよびフィードバック信号ＦＢ１～ＦＢ３を受信し得、二次制御装置１０８は、制御信号ＳＥＬ１、ＳＥＬ２、およびＶＣｒを提供し得る。本明細書において説明されているように、制御信号ＳＥＬ１、ＳＥＬ２は、回路経路（例えば回路経路１１１、回路経路１１３、および／または回路経路１１５）を選択することにより、複数の負荷１０６に対するエネルギー（すなわち電力）の伝達を選択的に制御する（すなわちスイッチングする）ために使用され得る。更に、制御信号ＶＣｒは、同期整流器として動作するようにＮ型ＦＥＴ１２６ｂのゲートを駆動するために使用され得る。
【0035】
上述のように、フィードバック信号ＦＢ１～ＦＢ３は、ＣＶ出力の閉ループ制御のために二次制御装置１０８内において使用されるサンプリングされた（すなわち測定された）信号であり得る。しかし、当業者が理解し得るように、他の構成も可能である。例えば、本明細書において説明されているように、二次制御装置１０８はＣＣ出力の閉ループ制御を提供するように更に構成され得る。
【0036】
図示されているように、フォワードピン電圧ＶＦＷＤはノード１２３に存在し得、任意選択的な受動コンポーネント（すなわち抵抗器ＲＷ）が、二次制御装置１０８にフォワードピン信号ＦＷを提供するために、ノード１２３において二次巻線１１４と間に電気的に結合され得る。幾つかの実施形態において、フォワードピン信号ＦＷはフォワードピン電圧ＶＦＷＤに等しいものであり得る一方で、他の実施形態において、フォワードピン信号ＦＷはフォワードピン電圧ＶＦＷＤに対して減衰させられ得る。
【0037】
図１Ｃは、図１Ａの別の実施形態による多出力電力コンバーターシステム１００を示す。図１Ｃの実施形態は、負荷１４８がＬＥＤストリング１８３～１８４により置換されていること、および、電流検出要素１８２がフィードバック信号ＦＢ３を提供するために負荷電流ＩＬ３をサンプリングすることを除いて、図１Ｂの実施形態と同様である。定常状態において、図１Ｃの多出力電力コンバーターシステム１００は、ＣＣ出力（すなわち調節負荷電流ＩＬ３）としてＬＥＤストリング１８３～１８４に伝送される電力を調節するように構成され得る。
【0038】
更に、複数の負荷１０６が、複数の並列接続された発光ダイオード（ＬＥＤ：ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）ストリング１８３～１８４、第１の負荷１４２、および第２の負荷１３８を含む。図示されているように、ＬＥＤストリング１８３～１８４は負荷電流ＩＬ３を要求し（すなわち受信し）、フィードバック信号ＦＢ３が負荷電流ＩＬ３を直接サンプリングするように示されているが、他の構成も可能である。例えば、負荷電流ＩＬ３は、負荷電流ＩＬ３を直接サンプリングする代わりに、ＬＥＤストリング電流ＩＬ３Ａ～ＩＬ３Ｂをサンプリングすることにより調節され得、ＬＥＤストリング電流ＩＬ３Ａ～ＩＬ３Ｂが総負荷電流ＩＬ３を調節するために二次制御装置１０８により使用され得る。
【0039】
１つの実施形態において、ＬＥＤストリング電流ＩＬ３Ａ～ＩＬ３Ｂは、総負荷電流ＩＬ３を制御する手段として出力電圧ＶＯ３を調節するために二次制御装置１０８により使用され得る。更に、複数の負荷１０６が２つのＬＥＤストリング１８３、１８４を含むものとして示されているが、２つより多いまたは少ないＬＥＤストリング１８３、１８４を含む他の構成も可能である。
【0040】
更に、当業者が理解し得るように、図１Ａ～図１Ｃの実施形態は非限定的であり、他の構成が、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）および／または逆極性（例えばＰチャネルＦＥＴ）を包含する集積型および／またはディスクリート型半導体コンポーネントを使用して実現されてもよい。更に、能動デバイスは、シリコン、シリコンゲルマニウム、窒化ガリウムなどに基づく材料加工を使用して実現され得る。
【0041】
図２Ａは、一実施形態によるパルスシェアリング制御回路１５３を含む二次制御装置１０８の簡略化された概略的なシンボルを示す。本明細書において説明されているように、二次制御装置１０８は、フィードバック信号ＦＢ１～ＦＢ３およびフォワード電圧信号ＦＷを受信し得、制御信号ＳＥＬ１、ＳＥＬ２を提供し得、信号ＦＬを使用して通信する。本明細書における教示によると二次制御装置１０８は、パルスシェアリング制御回路１５３を含み得る。パルスシェアリング制御回路１５３を使用することにより、二次制御装置１０８は、回路経路（例えば回路経路１１１、回路経路１１３、および／または回路経路１１５）を選択することにより、複数の負荷１０６に対するエネルギー（すなわち電力）の伝達を選択的に制御する（すなわちスイッチングする）ために制御信号ＳＥＬ１、ＳＥＬ２を提供し得る。
【0042】
図２Ｂは、パルスシェアリング実施形態によるスイッチング周期Ｔ１～Ｔ５中の波形２０１～２０８を示す。波形２０１～２０８はそれぞれ、フォワードピン信号ＦＷ、信号ＦＬ、制御信号ＳＥＬ２、制御信号ＳＥＬ１、二次電流ＩＳ２、二次電流ＩＳ１、二次電流ＩＳ３、および一次電流ＩＳＷのＤＣＭ定常状態波形であり得る。更に、波形２０１～２０８はＤＣＭ定常状態波形であり得るが、他の波形も可能である。例えば、本明細書における教示は、ＣＣＭにも適用可能であり得る。
【0043】
時点ｔ１ａ～ｔ５ａにおいて、信号ＦＬがローからハイに遷移して、二次制御装置１０８から一次制御装置１０９に要求を通信する。信号ＦＬに応答して、一次制御装置１０９は、一次スイッチ（例えば一次スイッチ１５２、１５２ｂ）を閉じ得る。
【0044】
したがって、時点ｔ１ｂ～ｔ５ｂにおいて一次スイッチ（例えば一次スイッチ１５２、１５２ｂ）が開く（すなわちオフに切り替わる）まで、時点ｔ１ａ～ｔ５ａにおいて一次電流ＩＳＷの波形２０８が増加し始める。時間インターバルｔｐｒ１～ｔｐｒ５は、一次スイッチ１５２が閉状態に留まる持続期間（例えば５マイクロ秒）を示し得、これにより、一次巻線１１２が一次電流ＩＳＷによりエネルギー供給される。１つの実施形態において、一次制御装置１０９は、時間インターバルｔｐｒ１～ｔｐｒ５を決定し得る。例えば、時点ｔ１ｂにおいて一次制御装置１０９は、検出信号ＳＥＮＳに応答して一次スイッチ１５２をオフに切り替え得、この場合において、一次制御装置１０９は一次電流ＩＳＷのピーク値を、所望の（すなわち目標の）ピーク電流（例えば波形２０８のピーク電流ＩＳＷＡ）に制限する。
【0045】
スイッチング周期Ｔ１中に、時点ｔ１ｂにおいて、一次スイッチ１５２が開き、一次巻線１１２から二次巻線１１４、１１６、１１８のうちの１つまたは複数にエネルギーが伝達し得る。スイッチング周期Ｔ１中、制御信号ＳＥＬ１、ＳＥＬ２は、波形２０４および２０３により示されるように論理ロー（例えば０ボルト）である。したがって、スイッチング周期Ｔ１中、時間インターバルｔｐｒ１中に一次巻線１１２において受信されたエネルギーは、回路経路１１１において伝達され得、波形２０７により示されるように、エネルギーは、時間インターバルｔｓｃ１中に低下することが示されている二次電流ＩＳ３を介して伝達され得る。
【0046】
スイッチング周期Ｔ２～Ｔ４中、時間インターバルｔｓｃ２～ｔｓｃ４において、回路経路１１１、１１５においてエネルギーがシェアされ得る。波形２０６～２０７により示されるように、時点ｔ２ｂ～ｔ４ｂにおいて、エネルギーは、二次電流ＩＳ３を介して回路経路１１１においてまず伝達され得、次に、二次電流ＩＳ３を介して回路経路１１５においてシェアされる。本明細書における教示によると、二次制御装置１０８は、二次スイッチ１２５を選択する（すなわち閉じる）ように制御信号ＳＥＬ１を提供し得、図示されているように、二次スイッチ１２５を閉じるために、スイッチング周期Ｔ２～Ｔ４中に制御信号ＳＥＬ１がローからハイに遷移する。
【0047】
スイッチング周期Ｔ５中、時間インターバルｔｓｃ５において、回路経路１１１、１１３においてエネルギーがシェアされ得る。波形２０５、２０７により示されるように、時点ｔ５ｂにおいて、エネルギーは、二次電流ＩＳ３を介して回路経路１１１においてまず伝達され得、次に、二次電流ＩＳ２を介して回路経路１１３においてシェアされる。本明細書における教示によると、二次制御装置１０８は、二次スイッチ１２２を選択する（すなわち閉じる）ように制御信号ＳＥＬ２を提供し得、図示されているように、期間Ｔ５中に、二次スイッチ１２２を閉じるために、制御信号ＳＥＬ２がローからハイに遷移する。
【0048】
上述のように、パルスシェアリング制御回路１５３を含む二次制御装置１０８は、フォワードピン信号ＦＷを使用し得る。波形２０１に示されるように、フォワードピン信号ＦＷは、期間ｔｐｒ１～ｔｐｒ５中に実質的に一定の電圧振幅Ｖ１に遷移し、期間ｔｓｃ１～ｔｓｃ５中に実質的に一定の電圧振幅Ｖ２に遷移し、期間ｔｒｎｇ１～ｔｒｎｇ５中に変動する「リンギング」状態に遷移する。ここまでに示されているように、時点ｔ１ａ～ｔ５ａにおいて始まる期間ｔｐｒ１～ｔｐｒ５は、エネルギーが一次電流ＩＳＷにより一次巻線１１２にいつ提供されるかを示し、時点ｔ１ｂ～ｔ５ｂから始まる期間ｔｓｃ１～ｔｓｃ５は、エネルギーが回路経路１１１、１１３、１１５のうちの１つまたは複数においていつ伝達するかを示す。時点ｔ１ｃ～ｔ５ｃから始まる期間ｔｒｎｇ１～ｔｒｎｇ５は不連続伝導モード（ＤＣＭ）スイッチング周期（スイッチングピリオド）を示すが、ここまでにも説明されているように、本明細書における教示はＤＣＭに限定されず、ＣＣＭに適用されてもよい。フォワードピン信号ＦＷは実質的に一定の識別可能な電圧振幅Ｖ１、Ｖ２に遷移するので、パルスシェアリング制御回路１５３を含む二次制御装置１０８は、電圧振幅Ｖ１、Ｖ２に少なくとも部分的に基づいてスイッチングサイクルを表し、および／または区別し得る。
【0049】
図２Ｃは、１パルス伝達実施形態によるスイッチング周期Ｔ６～Ｔ１０中の波形２６６～２６８を示す。波形２６６～２６８はそれぞれ、信号ＦＬ、二次電流ＩＳ１、および二次電流ＩＳ３のＤＣＭ定常状態波形であり得る。時点ｔ７ａ～ｔ１１ａにおいて、信号ＦＬがローからハイに遷移して、二次制御装置１０８から一次制御装置１０９に要求を通信する。信号ＦＬに応答して、一次制御装置１０９は一次スイッチ１５２を閉じ得る。
【0050】
波形２６６～２６８は１パルス伝達を示し、この場合において、エネルギーは回路経路１１１、１１３、１１５のうちの選択された１つにおいて伝達される。スイッチング周期Ｔ６、Ｔ８、Ｔ９中に、制御信号ＳＥＬ１、ＳＥＬ２が、二次スイッチ１２５、１２２をオフに切り替えるために提供され得る。この手法により、エネルギーは、期間ｔｓｃ６、ｔｓｃ８、ｔｓｃ９にわたって、波形２６７に示されるように、二次電流ＩＳ３を介して回路経路１１１のみにおいて伝達され得る。スイッチング周期Ｔ７、Ｔ１０中に、制御信号ＳＥＬ１、ＳＥＬ２が、二次スイッチ１２５をオンに切り替えるために提供され得る（すなわち、制御信号ＳＥＬ１がハイであり、制御信号ＳＥＬ２がローである）。この手法により、エネルギーは、期間ｔｓｃ７、ｔｓｃ１０にわたって、波形２６８に示されるように、二次電流ＩＳ１を介して回路経路１１５のみにおいて伝達され得る。
【0051】
上述のように、１パルス伝達を使用する多出力電力コンバーターシステムは、可聴ノイズをもたらし得る。本明細書における教示によると、パルスシェアリング制御回路１５３を含む二次制御装置１０８が、パルスシェアリングを実施することにより可聴ノイズを軽減するために使用され得る。
【0052】
図２Ｄは、パルスシェアリング実施形態によるスイッチング周期Ｔ１１～Ｔ１５中の波形２７１～２７２を示しており、図２Ｅは、波形２７１～２７２のスイッチング周期Ｔ１１を示している。波形２７１～２７２はそれぞれ、信号ＦＬ、および、二次電流ＩＳ３と重ね合わされた二次電流ＩＳ１のＤＣＭ定常状態波形であり得る。時点ｔ２０ａ～ｔ２４ａにおいて、信号ＦＬがローからハイに遷移して、二次制御装置１０８から一次制御装置１０９に要求を通信する。それに応答して、一次制御装置１０９は、一次スイッチ１５２を閉じ得る。
【0053】
波形２７１～２７２はシェア式パルス伝達を示し、この場合において、エネルギーは回路経路１１１、１１３、１１５のうちの１つまたは複数において伝達される。スイッチング周期Ｔ１１～Ｔ１５中に、制御信号ＳＥＬ１、ＳＥＬ２は最初にオフであり得、したがって、エネルギーがまず二次電流ＩＳ３を介して回路経路１１１において伝達される。次に、スイッチング周期Ｔ１１～Ｔ１５中に二次スイッチ１２５をオンに切り替えるように制御信号ＳＥＬ１、ＳＥＬ２が提供され得る（すなわち、制御信号ＳＥＬ１がハイとなり、制御信号ＳＥＬ２がローとなる）。見てわかるように、時間インターバルｔｓｃ１１～ｔｓｃ１５中に、エネルギーは、まず、二次電流ＩＳ３を介して回路経路１１１において伝達され得、次に、二次電流ＩＳ１を介して回路経路１１５において伝達され得る。
【0054】
図２Ｅを参照すると、信号ＦＬ（すなわち波形２７１）が、時点ｔ２０ａにおいてローからハイに遷移し得、一次スイッチ１５２を閉じるように要求を通信する。二次電流ＩＳ３と二次電流ＩＳ１とを重ね合わせた波形２７２により示されるように、二次電流ＩＳ３は、パルス幅Ｔｓ３およびピーク電流ＩＳ３Ａをもち、二次電流ＩＳ１は、パルス幅Ｔｓ１およびピーク電流ＩＳ１Ａをもつ。パルスシェアリングは、時点ｔ２０ｂから始まり、時点ｔ２０ｃにおいて終了する時間インターバルｔｓｃ１１にわたって発生する。
【0055】
本明細書における教示によると、パルスシェアリング制御回路１５３を含む二次制御装置１０８は、回路経路１１１、１１３、１１５（二次電流ＩＳ１～ＩＳ３）のシェアされたパルスのうちの１つまたは複数のパルス幅を制御し得る。例えば、図２Ｅを参照すると、パルスシェアリング制御回路１５３を含む二次制御装置１０８は、パルス幅Ｔｓ３とパルス幅Ｔｓ１とを変えるように遷移時点ｔ２０ｓを調節し得る。
【0056】
本明細書において説明されているように、パルスシェアリング伝達は、低調波周波数を高めること、および／または、可聴帯域より上方に低調波周波数を動かすことにより、可聴ノイズを有益に減らし得る。例えば、図２Ｆは、負荷電流に対する、デシベル（ｄＢ）を単位とした可聴ノイズのグラフ２８１～２８２を示す。グラフ２８２が１パルス伝達を使用した図２Ｃの実施形態に対応し得るのに対し、グラフ２８１はシェア式パルス伝達を使用した図２Ｄの実施形態に対応し得る。図示されているようにパルスシェアリングが実現された場合、負荷電流の関数としての可聴ノイズと可聴ノイズ変化（感度）との両方が改善される（低減される）。例えば、シェア式パルス伝達に対応するグラフ２８１の極大値２８４、極小値２８３、および変化２８５がそれぞれ、１パルス伝達に対応したグラフ２８２の極大値２８７、極小値２８６、および変化２８８に対して低減される（すなわち改善される）。パルスシェアリング伝達は、二乗平均平方根電流に起因した損失を減らすことにより、コンバーター効率を更に改善し得る。例えば、図２Ｅを参照すると、低調波周波数を高めるようにパルス幅Ｔｓ１、Ｔｓ３が変えられるので、ピーク電流ＩＳ１Ａ、ＩＳ３Ａ、および、二次電流ＩＳ１および／または二次電流ＩＳ３の二乗平均平方根が小さくされ得る。
【0057】
図２Ｂ～図２Ｅは、エネルギーがまず二次電流ＩＳ３を介して回路経路１１１において伝達され得るパルスシェアリングを示しているが（例えば時間インターバルｔｓｃ１１～ｔｓｃ１５を参照されたい）、他のパルスシェアリング置換例も可能である。
【0058】
例えば、図２Ｇは、別のパルスシェアリング実施形態によるスイッチング周期Ｔ３０～Ｔ３４中の波形２９１～２９８を示す。波形２９１～２９８は、それぞれ、フォワードピン信号ＦＷ、信号ＦＬ、制御信号ＳＥＬ２、制御信号ＳＥＬ１、二次電流ＩＳ２、二次電流ＩＳ１、二次電流ＩＳ３、および一次電流ＩＳＷのＤＣＭ定常状態波形であり得る。スイッチング周期Ｔ３０～Ｔ３４中にエネルギーがまず二次電流ＩＳ２を介して回路経路１１３において伝達され得ることを除いて、波形２９１～２９８は波形２０１～２０８と同様である。
【0059】
スイッチング周期Ｔ３１～Ｔ３３中にエネルギーは、回路経路１１３、１１５においてシェアされ得る。波形２９５～２９７により示されるように、エネルギーは、まず、二次電流ＩＳ２を介して回路経路１１３において伝達され得、次に、二次電流ＩＳ１を介して回路経路１１５においてシェアされる。波形２９３、２９４に示されるように、制御信号ＳＥＬ２がハイに振られた（制御信号ＳＥＬ１がローに振られた）とき、二次スイッチ１２２が伝導し、エネルギーが二次電流ＩＳ２を介して回路経路１１３において伝達され得る。同様に、制御信号ＳＥＬ１がハイに振られたとき（制御信号ＳＥＬ２がローに振られたとき）、二次スイッチ１２５が伝導し、エネルギーが二次電流ＩＳ１を介して回路経路１１５において伝達され得る。
【0060】
スイッチング周期Ｔ３４中にエネルギーは、回路経路１１３、１１１においてシェアされ得る。波形２９５～２９７により示されるように、エネルギーは、まず、二次電流ＩＳ２を介して回路経路１１３において伝達され得、次に、二次電流ＩＳ３を介して回路経路１１１においてシェアされる。波形２９３、２９４に示されるように、制御信号ＳＥＬ２がハイに振られた（制御信号ＳＥＬ１がローに振られた）とき、二次スイッチ１２２が伝導し、エネルギーが二次電流ＩＳ２を介して回路経路１１３において伝達され得る。次に、制御信号ＳＥＬ１とＳＥＬ２との両方がローに振られたとき、二次スイッチ１２２、１２５が電流の流れを阻止する。したがって、ダイオード１２０が伝導し（すなわち順バイアスされ）得、エネルギーが二次電流ＩＳ３を介して回路経路１１１において伝達され得る。
【0061】
図２Ｂから図２Ｇはパルスシェアリングを示すが、この場合において、エネルギーはまず１つの回路経路において伝達され得、次に、別の回路経路において、他のパルスシェアリング置換例、例えば例として１つのスイッチングサイクル中に２つより多い回路経路間のパルスシェアリングが可能であることが認識される。
【0062】
図３は、一実施形態によるパルスシェアリング制御回路１５３を示す。パルスシェアリング制御回路１５３は、要求比較器回路３０２、基準／シェア比較器回路３０４、パルスシェアリング論理回路３０６、放電タイミング回路３０８、およびスイッチ積分器３１０を含む。要求比較器回路３０２は、フィードバック信号ＦＢ１～ＦＢ３を受信し、パルスシェアリング論理回路３０６に論理信号ＵＲＥＱ１～ＵＲＥＱ３を提供する。基準／シェア比較器回路３０４は、フィードバック信号ＦＢ１～ＦＢ３を受信し、パルスシェアリング論理回路３０６に論理信号ＵＳＨＡＲＥ１～ＵＳＨＡＲＥ３を提供する。放電タイミング回路３０８はフォワードピン信号ＦＷを受信し、スイッチ積分器３１０に論理信号ＵＤＩＳを提供し、スイッチ積分器３１０はパルスシェアリング論理回路３０６から論理信号ＵＰ、ＤＷＮを受信する。パルスシェアリング論理回路３０６は、制御信号ＳＥＬ１、ＳＥＬ２を生成し得、放電タイミング回路３０８に制御信号ＳＥＬ１、ＳＥＬ２を更に提供する。
【0063】
上述のように、パルスシェアリング制御回路１５３を含む二次制御装置１０８は、パルス幅（例えばパルス幅Ｔｓ１、Ｔｓ３）を変えるためにスイッチ遷移時点（例えば遷移時点ｔ２０ｓ）を調節し得る。放電タイミング回路３０８は、エネルギーが二次巻線１１４、１１６、１１８にいつ伝達されているかを表すためにフォワードピン信号ＦＷを使用し得る。例えば、放電タイミング回路３０８は、波形２０１の電圧振幅Ｖ１、Ｖ２に少なくとも部分的に基づいてＤＣＭスイッチングサイクルを表すことに応答して、論理信号ＵＤＩＳを提供し得る。スイッチング遷移時点ＳＷＴ（例えば遷移時点ｔ２０ｓ）は、論理信号ＵＰ、ＤＷＮ、およびＵＳＷＴにより少なくとも部分的に決定され得る。例えば、論理信号ＵＰは、スイッチング遷移時点ＳＷＴを大きくする、および／またはインクリメントするために使用され得るのに対し、論理信号ＤＷＮは、スイッチング遷移時点ＳＷＴを小さくする、および／またはデクリメントするために使用され得る。
【0064】
更に、パルスシェアリング制御回路１５３を含む二次制御装置１０８は、複数の負荷１０６の需要（例えば電力需要）に少なくとも部分的に基づいてパルスをいつシェアするかを決定し得る。この点について、要求比較器回路３０２および基準／シェア比較器回路３０４は、それぞれ、複数の負荷１０６からの需要を示す論理信号ＵＲＥＱ１～ＵＲＥＱ３、および、論理信号ＵＳＨＡＲＥ１～ＵＳＨＡＲＥ３を提供し得る。パルスシェアリング論理回路３０６は、続いて、論理信号ＵＲＥＱ１～ＵＲＥＱ３および論理信号ＵＳＨＡＲＥ１～ＵＳＨＡＲＥ３の関数として制御信号ＳＥＬ１、ＳＥＬ２を生成し得る。例えば、図４Ａおよび図４Ｂは、フィードバック信号ＦＢ１～ＦＢ３およびオフセット（例えば５ミリボルトから１００ミリボルトのオフセット）に少なくとも部分的に基づいて、論理信号ＵＲＥＱ１～ＵＲＥＱ３および論理信号ＵＳＨＡＲＥ１～ＵＳＨＡＲＥ３をそれぞれ提供する要求比較器回路３０２および基準／シェア比較器回路３０４を説明している。
【0065】
図４Ａは、一実施形態による要求比較器回路３０２を示す。要求比較器回路３０２は、アナログ信号比較結果に応答して論理信号ＵＲＥＱ１～ＵＲＥＱ３をそれぞれ提供する比較器４０１～４０３を備える。比較器４０１は、反転端子においてフィードバック信号ＦＢ１を受信し、フィードバック信号ＦＢ１を非反転端子における基準電圧ＶＲＥＦＡと比較する。比較器４０２は反転端子においてフィードバック信号ＦＢ２を受信し、フィードバック信号ＦＢ２を非反転端子における基準電圧ＶＲＥＦＢと比較する。比較器４０３は、反転端子においてフィードバック信号ＦＢ３を受信し、フィードバック信号ＦＢ３を非反転端子における基準電圧ＶＲＥＦＣと比較する。１つの実施形態において、信号ＦＬ（例えば波形２０２）により通信される要求情報は、論理信号ＵＲＥＱ１～ＵＲＥＱ３により少なくとも部分的に決定され得る。例えば、図２Ｇにおけるスイッチング周期Ｔ３１の直前に、論理信号ＵＲＥＱ２は、フィードバック信号ＦＢ２が基準電圧ＶＲＥＦＢ未満に低下したことに応答してハイに振られ得る。したがって、スイッチング周期Ｔ３１中に、信号ＦＬの波形２９２は、論理信号ＵＲＥＱ２に少なくとも部分的に基づいて要求を示す。
【0066】
図４Ｂは、一実施形態による基準／シェア比較器回路３０４を示す。基準／シェア比較器回路３０４は、アナログ信号比較結果に応答して論理信号ＵＳＨＡＲＥ１～ＵＳＨＡＲＥ３をそれぞれ提供する比較器４１１～４１３を備える。比較器４１１は、反転端子においてフィードバック信号ＦＢ１を受信し、フィードバック信号ＦＢ１を非反転端子における基準電圧ＶＲＥＦ１と比較する。比較器４１２は、反転端子においてフィードバック信号ＦＢ２を受信し、フィードバック信号ＦＢ２を非反転端子における基準電圧ＶＲＥＦ２と比較する。比較器４１３は、反転端子においてフィードバック信号ＦＢ３を受信し、フィードバック信号ＦＢ３を非反転端子における基準電圧ＶＲＥＦ３と比較する。
【0067】
アナログ基準電圧ＶＲＥＦ１は、基準電圧ＶＲＥＦＡ（例えば１．２ボルト）と第１のオフセットＶＯＳ１（例えば５ミリボルトから１００ミリボルト）との和により決定され得る。基準電圧ＶＲＥＦ２は、基準電圧ＶＲＥＦＢに第２のオフセットＶＯＳ２（例えば５ミリボルトから１００ミリボルト）を加えたものにより決定され得、基準電圧ＶＲＥＦ３は、基準電圧ＶＲＥＦＣに第３のオフセットＶＯＳ３（例えば５ミリボルトから１００ミリボルト）を加えたものにより決定され得る。１つの実施形態において、基準電圧ＶＲＥＦ３が複数の負荷１０６のＣＣ／ＣＶ３ポートのＣＣおよび／またはＣＶ調節を提供することに関連した基準であり得るとともに、基準電圧ＶＲＥＦ１およびＶＲＥＦ２は、複数の負荷１０６のＣＣ／ＣＶ１ポートおよびＣＣ／ＣＶ２ポートのＣＶ調節をそれぞれ提供することに関連した基準であり得る。
【0068】
上述のように、パルスシェアリング論理回路３０６は、パルスをいつシェアするかを決定し得る。更に、パルスシェアリング論理回路３０６は、第１のオフセットＶＯＳ１と第２のオフセットＶＯＳ２と第３のオフセットＶＯＳ３との関数としてパルスをいつシェアするかを決定し得る。例えば、図２Ｇのスイッチング周期Ｔ３１中に、二次電流ＩＳ１を介して回路経路１１５においてエネルギーをシェアするための条件は、論理信号ＵＳＨＡＲＥ１と論理信号ＵＲＥＱ１との両方に基づき得る。スイッチング周期Ｔ３１中に、論理信号ＵＳＨＡＲＥ１は、フィードバック信号ＦＢ１が基準電圧ＶＲＥＦ１未満に低下したことに応答してハイに振られ得、同時に、論理信号ＵＲＥＱ１はローに留まり、フィードバック信号ＦＢ１が第１のオフセットＶＯＳ１以下ぶん基準電圧ＶＲＥＦＡより高いことを示し得る。
【0069】
図５は、一実施形態によるパルスシェアリング論理回路３０６を示す。パルスシェアリング論理回路３０６は、状態機械５０２と組み合わせ論理部５０４とを含む。状態機械５０２は、論理信号ＵＲＥＱ１～ＵＲＥＱ３、論理信号ＵＳＨＡＲＥ１～ＵＳＨＡＲＥ３を受信し、論理信号ＵＰ、ＤＷＮ、ＣＶ１Ｓ、ＣＶ２Ｓ、ＣＶ３Ｓ、ＣＶ１３Ｓ、ＣＶ２３Ｓを提供する。
【0070】
１つの実施形態において、状態機械５０２は、パルスシェアリングアルゴリズムを使用した論理信号ＣＶ１Ｓ、ＣＶ２Ｓ、ＣＶ３Ｓ、ＣＶ１３Ｓ、ＣＶ２３Ｓを生成し得る（例えば、後述のパルスシェアリングアルゴリズム６００を参照されたい）。
【0071】
論理信号ＣＶ１Ｓ、ＣＶ２Ｓ、ＣＶ３Ｓ、ＣＶ１３Ｓ、ＣＶ２３Ｓは、エネルギーがスイッチング周期中にどのように伝達されるかを少なくとも部分的に決定し得る。例えば、論理信号ＣＶ１Ｓ、ＣＶ２Ｓ、およびＣＶ３Ｓは、１パルス制御（すなわち「フルパルス」制御）を押し進める「フルパルス」論理信号であり得る。上述のように、１パルス制御中、回路経路１１１、１１３、または１１５のうちの選択された１つにおいてのみエネルギーが伝達され、回路経路１１１、１１３、または１１５は、二次スイッチ１２２、１２５の制御によりスイッチング周期中に選択され得る。代替的に、および追加的に、論理信号ＣＶ１３Ｓ、ＣＶ２３Ｓは、スイッチング周期中のパルスシェアリングに役立つ「シェアードパルス」論理信号であり得る。例えば、論理信号ＣＶ１３Ｓは、二次電流ＩＳ３を介して回路経路１１１において、および、二次電流ＩＳ１を介して回路経路１１５においてエネルギーがシェアされることをもたらすための論理信号であり得る。論理信号ＣＶ２３Ｓは、二次電流ＩＳ３を介して回路経路１１１において、および二次電流ＩＳ２を介して回路経路１１３においてエネルギーがシェアされることをもたらす論理信号であり得る。
【0072】
組み合わせ論理部５０４は、論理信号ＣＶ１Ｓ、ＣＶ２Ｓ、ＣＶ３Ｓ、ＣＶ１３Ｓ、ＣＶ２３Ｓ、論理信号ＵＳＷＴを受信し、制御信号ＳＥＬ１、ＳＥＬ２を提供する。
【0073】
組み合わせ論理部５０４は、ＡＮＤゲート５１２、５１５、５１６、５１９、およびＯＲゲート５１４、５１８を含む。ＡＮＤゲート５１２、ＯＲゲート５１４、およびＡＮＤゲート５１５の論理部により論理的に示されているように、制御信号ＳＥＬ１は、論理信号ＣＶ３Ｓの否定（ＮＯＴ）と論理信号Ｂ１との論理ＡＮＤであり得る。論理信号Ｂ１は、論理信号ＣＶ１Ｓと論理信号Ａ１との論理ＯＲであり得、論理信号Ａ１は、論理信号ＵＳＷＴと論理信号ＣＶ１３Ｓとの論理ＡＮＤであり得る。同様に、ＡＮＤゲート５１６、ＯＲゲート５１８、およびＡＮＤゲート５１９の接続により論理的に示されているように、制御信号ＳＥＬ２は、論理信号ＣＶ３Ｓの否定（ＮＯＴ）と論理信号Ｂ２との論理ＡＮＤであり得る。論理信号Ｂ２は、論理信号ＣＶ２Ｓと論理信号Ａ２との論理ＯＲであり得、論理信号Ａ２は、論理信号ＵＳＷＴと論理信号ＣＶ１３Ｓとの論理ＡＮＤであり得る。
【0074】
図６Ａは、一実施形態によるスイッチングサイクル中のパルスシェアリングアルゴリズム６００に対するフローチャートを示す。パルスシェアリングアルゴリズムは、エネルギーの要求に対応した判断ステップ６０２から始まる。例えば、複数の負荷１０６のＣＣ／ＣＶ１ポートまたはＣＣ／ＣＶ２ポートがその調節電圧未満に低下した場合、より多くのエネルギーが要求され得る。代替的に、ＣＣ／ＣＶ３ポートが調節負荷電流ＩＬ３を提供するためにより多くのエネルギーを要求している場合、需要が存在し得る。より多くのエネルギーに対する需要が「ＹＥＳ」に対応しており、この場合において、パルスシェアリングアルゴリズムは後続の判断ステップ６０４に進み得る。代替的に、「ＮＯ」は判断ステップ６０２に留まることを示す（すなわち、判断ステップ６０２を繰り返す）。
【0075】
次の判断ステップ６０４は、多出力電力コンバーターシステム１００がパルスシェアリングを有効にしたか否かを判定する。条件が偽である（すなわち「ＮＯ」と判定した）場合、「フルパルス」状態（すなわち、１パルス制御）が存在し、パルスシェアリングアルゴリズム６００はステップ６０６に進む。ステップ６０６は、１パルス制御を使用して動作することに対応する。例えば、制御信号ＳＥＬ１、ＳＥＬ２が、スイッチング周期（例えばスイッチング周期Ｔ６～Ｔ１０のうちの任意の１つ）中に、回路経路１１１、１１３、または１１５のうちの１つだけにおいてエネルギー伝達を可能にするように、論理信号ＣＶ１Ｓ、ＣＶ２Ｓ、および／またはＣＶ３Ｓが振られ得る。ステップ６０６の完了後に、スイッチングアルゴリズムは判断ステップ６０２に戻る。
【0076】
判断ステップ６０６における条件が真である（すなわち、「ＹＥＳ」と判定した）場合、パルスシェアリングアルゴリズム６００は判断ステップ６０８に進む。
【0077】
次の判断ステップ６０８は、複数の負荷１０６のＣＣ／ＣＶ１ポートまたはＣＣ／ＣＶ２ポートからのエネルギー需要に対する状態を判定する。例えば、出力電圧ＶＯ１が適切に調節されていないことを示すように、比較器４０１が状態を変化させた（すなわち、論理信号ＵＲＥＱ１が状態を変化させた）場合、判断ステップ６０８における条件は真となる（すなわち、「ＹＥＳ」と判定する）。または、出力電圧ＶＯ２が適切に調節されていないことを示すように、比較器４０２が状態を変化させた（すなわち、論理信号ＵＲＥＱ２が状態を変化させた）場合、判断ステップ６０８における条件は真となる（すなわち、「ＹＥＳ」と判定する）。
【0078】
判断ステップ６０８における条件が真である（すなわち「ＹＥＳ」と判定した）場合、パルスシェアリングアルゴリズム６００はサブルーチン６１０に進み、そうでない場合、パルスシェアリングアルゴリズム６００はサブルーチン６１２に進む。パルスシェアリングアルゴリズム６００は、複数の負荷１０６のＣＣ／ＣＶ１ポートまたはＣＣ／ＣＶ２ポートにエネルギーをどのように提供するか、および、エネルギーがＣＣ／ＣＶ３ポートとシェアされ得るか否かを決定するために、サブルーチン６１０を使用し得る。代替的に、パルスシェアリングアルゴリズム６００は、複数の負荷１０６のＣＣ／ＣＶ３ポートにエネルギーがどのように提供され得るか、および、エネルギーがＣＣ／ＣＶ１ポートまたはＣＣ／ＣＶ２ポートとシェアされ得るか否かを決定するためにサブルーチン６１２を使用し得る。
【0079】
図６Ｂは、図６Ａのフローチャートによるサブルーチン６１０を示す。開始時、サブルーチン６１０は判断ステップ６１４に進む。判断ステップ６１４はフィードバック信号ＦＢ３を基準電圧ＶＲＥＦ３と比較する（例えば比較器４１３を参照されたい）。結果（例えば、論理信号ＵＳＨＡＲＥ３）が真である（すなわち「ＹＥＳ」と判定した）場合、サブルーチン６１０は判断ステップ６１５に進む。判断ステップ６１４の結果が偽である（すなわち「ＮＯ」と判定した）場合、サブルーチン６１０は判断ステップ６１９に進む。
【0080】
判断ステップ６１５は、ＣＣ／ＣＶ１ポートがエネルギーを受信しなければならないか否か、または、ＣＣ／ＣＶ２ポートがエネルギーを受信しなければならないか否かを判定するために、複数の負荷１０６のＣＣ／ＣＶ１ポートからのエネルギー需要を特定する。例えば、出力電圧ＶＯ１が適切に調節されていないことを示すように、比較器４０１が状態を変化させた（すなわち、論理信号ＵＲＥＱ１が状態を変化させた）場合、判断ステップ６１５における条件は真となる（すなわち「ＹＥＳ」と判定する）。ステップ６１５における条件が真である場合、サブルーチン６１０はステップ６１６に進み、そうでない場合、サブルーチン６１０はステップ６１７に進む。
【0081】
ステップ６１６は、複数の負荷１０６のＣＣ／ＣＶ３ポートとＣＣ／ＣＶ１ポートとの両方とエネルギーをシェアすることに対応し得る。幾らかのエネルギーがまず二次電流ＩＳ３を介して回路経路１１１において伝達し、次に、二次電流ＩＳ１を介して回路経路１１５において伝達するように（例えばスイッチング周期Ｔ２～Ｔ４を参照されたい）、制御信号ＳＥＬ１が二次スイッチ１２５を閉じるために二次スイッチブロック１０４に提供され得る。
【0082】
ステップ６１７は、複数の負荷１０６のＣＣ／ＣＶ３ポートとＣＣ／ＣＶ２ポートとの両方に対してエネルギーをシェアすることに対応し得る。幾らかのエネルギーがまず二次電流ＩＳ３を介して回路経路１１１において伝達し、次に二次電流ＩＳ２を介して回路経路１１３において伝達するように（例えばスイッチング周期Ｔ５を参照されたい）、制御信号ＳＥＬ２が二次スイッチ１２２を閉じるために二次スイッチブロック１０４に提供され得る。
【0083】
ステップ６１６の後に、およびステップ６１７の後に、サブルーチン６１０はステップ６１８に進む。ステップ６１８中に、サブルーチン６１０は、デジタルおよび／またはアナログ領域においてスイッチング遷移時点ＳＷＴを調節し得る（例えば小さくし得る）。スイッチング遷移時点ＳＷＴは、例えば遷移時点ｔ２０ｓといったスイッチング時点であり得、これは、ひいてはパルス幅Ｔｓ３を短くするために小さくなり得る（例えば図２Ｅを参照されたい）。ステップ６１８の後に、サブルーチン６１０は、パルスシェアリングアルゴリズム６００の判断ステップ６０２に戻る。
【0084】
判断ステップ６１９は、ＣＣ／ＣＶ１ポートがエネルギーを受信しなければならないか否か、または、ＣＣ／ＣＶ２ポートがエネルギーを受信しなければならないか否かを判定するために、複数の負荷１０６のＣＣ／ＣＶ１ポートからのエネルギー需要を特定する。例えば、出力電圧ＶＯ１が適切に調節されていないことを示すように、比較器４０１が状態を変化させた（すなわち、論理信号ＵＲＥＱ１が状態を変化させた）場合、判断ステップ６１９における条件は真となる（すなわち「ＹＥＳ」と判定する）。ステップ６１９における条件が真である場合、サブルーチン６１０はステップ６２１に進み、そうでない場合、サブルーチン６１０はステップ６２０に進む。
【0085】
ステップ６２１は、複数の負荷１０６のＣＣ／ＣＶ１ポートにフルパルスを提供することに対応し得る。例えば、エネルギーは、二次電流ＩＳ１を介して回路経路１１５のみにおいて伝達され得る。制御信号ＳＥＬ１は、スイッチング周期中に二次スイッチ１２５を閉じるために二次スイッチブロック１０４に提供され得る（例えばスイッチング周期Ｔ７を参照されたい）。
【0086】
ステップ６２０は、複数の負荷１０６のＣＣ／ＣＶ２ポートにフルパルスを提供することに対応し得る。例えば、エネルギーは、二次電流ＩＳ２を介して回路経路１１３のみにおいて伝達され得る。制御信号ＳＥＬ２は、スイッチング周期中に二次スイッチ１２２を閉じるために二次スイッチブロック１０４に提供され得る。
【0087】
ステップ６２０の後に、およびステップ６２１の後に、サブルーチン６１０はステップ６２２に進む。ステップ６２２はステップ６１８と同様であり得るが、サブルーチン６１０は、判断ステップ６１４の状態に従って、より大きい量ぶんスイッチング遷移時点ＳＷＴを調節し得る（例えば小さくし得る）。すなわち、フィードバック信号ＦＢ３は基準電圧ＶＲＥＦ３以上である。ステップ６２２の後に、サブルーチン６１０はパルスシェアリングアルゴリズム６００の判断ステップ６０２に戻る。
【0088】
図６Ｃは、図６Ａのフローチャートによるサブルーチン６１２を示す。開始時、サブルーチン６１２は判断ステップ６２５に進む。判断ステップ６２５は、フィードバック信号ＦＢ１を基準電圧ＶＲＥＦ１と比較し（例えば比較器４１１を参照されたい）、フィードバック信号ＦＢ２を基準電圧ＶＲＥＦ２と比較する（例えば比較器４１２を参照されたい）。判断ステップ６２５の条件は、複数の負荷１０６のＣＣ／ＣＶ１ポートがエネルギーを要求していること、および、ＣＣ／ＣＶ２ポートがエネルギーを要求していないことに対応し得る。判断ステップ６２５の条件が真の場合、サブルーチン６１２は、サブルーチン６１０のステップ６１６と機能的に同等であり得るステップ６３０に進む。そうでない場合、サブルーチン６１２は判断ステップ６２６に進む。
【0089】
判断ステップ６２６は、フィードバック信号ＦＢ１を基準電圧ＶＲＥＦ１と比較し（例えば比較器４１１を参照されたい）、フィードバック信号ＦＢ２を基準電圧ＶＲＥＦ２と比較する（例えば比較器４１２を参照されたい）。判断ステップ６２６の条件は、複数の負荷１０６のＣＣ／ＣＶ１ポートがエネルギーを要求していること、およびＣＣ／ＣＶ２ポートがエネルギーを要求していることに対応し得る。判断ステップ６２６の条件が真の場合、サブルーチン６１２は判断ステップ６２９に進み、そうでない場合、サブルーチン６１２は判断ステップ６２７に進む。
【0090】
判断ステップ６２９は以前の要求が複数の負荷１０６のＣＣ／ＣＶ１ポートにエネルギーを提供するものであるか否かを判定する。判断ステップ６２９の条件が真の場合、サブルーチン６１２はステップ６３０に進み、そうでない場合、サブルーチン６１２はステップ６３２に進む。
【0091】
判断ステップ６２７は、フィードバック信号ＦＢ１を基準電圧ＶＲＥＦ１と比較し（例えば比較器４１１を参照されたい）、フィードバック信号ＦＢ２を基準電圧ＶＲＥＦ２と比較する（例えば比較器４１２を参照されたい）。判断ステップ６２７の条件は、複数の負荷１０６のＣＣ／ＣＶ１ポートがエネルギーを要求していないこと、および、ＣＣ／ＣＶ２ポートがエネルギーを要求していることに対応し得る。判断ステップ６２７の条件が真の場合、サブルーチン６１２は、サブルーチン６１０のステップ６１７と機能的に同等であり得るステップ６３２に進む。そうでない場合、サブルーチン６１２は判断ステップ６２８に進む。
【0092】
ステップ６２８は、複数の負荷１０６のＣＣ／ＣＶ３ポートにフルパルスを提供することに対応し得る。例えば、エネルギーは、二次電流ＩＳ３を介して回路経路１１１のみにおいて伝達され得る。制御信号ＳＥＬ１、ＳＥＬ２は、スイッチング周期中に二次スイッチ１２２、１２５の両方を開くために二次スイッチブロック１０４に提供され得る（例えばスイッチング周期Ｔ６、Ｔ８、Ｔ９を参照されたい）。
【0093】
ステップ６３０の後に、およびステップ６３２の後に、サブルーチン６１０はステップ６３５に進む。ステップ６３５中に、サブルーチン６１２は、デジタルおよび／またはアナログ領域においてスイッチング遷移時点ＳＷＴを調節し得る（例えば、大きくし得る）。スイッチング遷移時点ＳＷＴは、例えば遷移時点ｔ２０ｓといったスイッチング時点であり得、これは、ひいてはパルス幅Ｔｓ３を延ばすために大きくされ得る。ステップ６３５の後に、サブルーチン６１２は、パルスシェアリングアルゴリズム６００の判断ステップ６０２に戻る。
【0094】
ステップ６２８の後に、サブルーチン６１２はステップ６３４に進む。ステップ６３４はステップ６３５と同様であり得るが、サブルーチン６１２は、判断ステップ６２５～６２７の条件に従って、より大きい量ぶんスイッチング遷移時点ＳＷＴを調節し得る（例えば大きくし得る）。すなわち、ステップ６２８の需要はＣＣ／ＣＶ３ポートにフルパルスを提供する。ステップ６３４の後に、サブルーチン６１２は、パルスシェアリングアルゴリズム６００の判断ステップ６０２に戻る。
【0095】
図７は、一実施形態による多出力電力コンバーターシステム１００におけるパルスシェアリング制御に対する概念的なフロー図７００を示す。ステップ７０２は、スイッチング周期中に一次スイッチ１５２をオンに切り替えることに対応する（例えば、時点ｔ２ａにおけるスイッチング周期Ｔ２、および／または、時点ｔ５ａにおけるスイッチング周期Ｔ５）。ステップ７０４は、（例えば、時点ｔ２ｂにおいて、および／または、時点ｔ５ｂにおいて）一次スイッチ１５２をオフに切り替えることに対応する。ステップ７０６は、第１の負荷ポート（例えば複数の負荷１０６のＣＣ／ＣＶ３ポート、ＣＣ／ＣＶ２ポート、およびＣＣ／ＣＶ１ポートのうちの任意の１つ）にエネルギーを伝達することに対応し得る。エネルギーは、第１の二次電流（例えば二次電流ＩＳ３）を介して第１の回路経路（例えば回路経路１１１）において伝達され得る。ステップ７０８は、スイッチング遷移時点ＳＷＴを決定することに対応し得る（例えば、サブルーチン６１０のステップ６１８、および／または、ステップ６３５またはサブルーチン６１２を参照されたい）。スイッチング遷移時点ＳＷＴ（例えば図２Ｅの遷移時点ｔ２０ｓ）において、エネルギーが、第２の回路経路（例えば回路経路１１５）において伝達され得る。ステップ７１０は、第２の二次電流（例えば二次電流ＩＳ１）を介して第２の回路経路を介してエネルギーを伝達することに対応し得る。この手法により、エネルギーは、二次側の第２の負荷ポート（例えば複数の負荷１０６のＣＣ／ＣＶ１ポートまたはＣＣ／ＣＶ２ポート）とシェアされ得る。
【0096】
多出力電力コンバーターシステム１００は対応する二次電流ＩＳ１～ＩＳ３を伴う多出力ＶＯ１～ＶＯ３を提供するためのスイッチング式構成（例えばフライバック構成）を示すが、より多くの、またはより少ない多出力を伴う他の構成も可能である。例えば、本明細書における教示は、複数の二次巻線を含む変圧器を使用したフォワードコンバーターおよび／または他のコンバータートポロジーにも適用可能であり得る。
【0097】
説明および例示的な図面において、独立して制御されるＣＣ／ＣＶ多出力の概念が主にエネルギー伝達要素（例えば変圧器）における二次巻線の直列結合とともに示されていることが理解される。しかし、それは限定とみなされてはならず、用途および多出力の各々における負荷電力要求に基づいて、独立して調節されるＣＶ／ＣＣ出力が、本明細書の教示に従って独立して制御される、および調節される出力の全てのための共通戻り線を使用した、直列巻線、並列巻線、または直列巻線と並列巻線との両方の任意の結合の組み合わせにより構成されてもよいことが理解される。
【0098】
提案されるコンバータートポロジーは複数の別々に調節される定電圧および／または定電流出力を伴う用途を対象とする単一段多出力フライバックコンバーターの一例である。このような製品に対する例示的な対象は、例えば４０～５０Ｖの電圧降下を伴う調節された調節可能な（例えば調光する）定電流出力を必要とするバックライトＬＥＤの並列なストリング（例えばアレイ）のためのＣＣ制御される出力と、各出力に対して厳しい調節精度要件を満たさなければならない論理部、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ：ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｓｅｒｉａｌ ｂｕｓ）、およびオーディオに給電するための１つまたは複数のＣＶ制御される出力とを含むモニターおよびテレビ用途を包含し得る。
【0099】
要約で説明される事項を含む本開示の示される例の上述の説明は、網羅的であることを意図したものではなく、開示される形態そのものへの限定であることを意図したものでもない。多出力電力コンバーターシステムにおける可聴ノイズを減らすための特定の実施形態および例が本明細書において例示を目的として説明されるが、本開示のより広い趣旨および範囲から逸脱することなく様々な同等な変更が可能である。実際、具体的で例示的な電圧、電流、周波数、出力範囲値、時間などが説明のために提示されること、および、他の値が本明細書の教示に従って他の実施形態および例において使用されてもよいことが理解される。
【0100】
本発明は請求項において規定されるが、本発明が代替的に以下の例により規定され得ることが理解されなければならない。
【0101】
例１：スイッチング周期中における多出力電力コンバーターシステムにおけるパルスシェアリング制御の方法であって、方法が、一次電流を介してエネルギー伝達要素にエネルギー供給するために一次スイッチを閉じることと、一次スイッチを開くことと、第１の二次電流を介して第１の回路経路における第１の負荷ポートにエネルギーを伝達することと、スイッチング遷移時点を決定することと、スイッチング遷移時点において、第２の二次電流を介して第２の回路経路における第２の負荷ポートにエネルギーを伝達することと、を含む、方法。
【0102】
例２：スイッチング周期が、不連続伝導モード（ＤＣＭ）スイッチング周期である、例１に記載の方法。
【0103】
例３：第１の負荷ポートが、定電流（ＣＣ）ポートである、前述の例のいずれか１つに記載の方法。
【0104】
例４：第１の負荷ポートが、定電圧（ＣＶ）ポートである、前述の例のいずれか１つに記載の方法。
【0105】
例５：第１の負荷ポートの電圧が、第２の負荷ポートの電圧より高い。前述の例のいずれか１つに記載の方法。
【0106】
例６：スイッチング遷移時点において、第２の二次電流を介して第２の回路経路における第２の負荷ポートにエネルギーを伝達することが、３ボルトから４０ボルトの間の電圧を提供することを含む、前述の例のいずれか１つに記載の方法。
【0107】
例７：第１の二次電流を介して第１の回路経路における第１の負荷ポートにエネルギーを伝達することが、３ボルトから１００ボルトの間の電圧を提供することを含む、前述の例のいずれか１つに記載の方法。
【0108】
例８：第１の二次電流を介して第１の回路経路における第１の負荷ポートにエネルギーを伝達することが、少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）に第１の二次電流を提供することを含む。前述の例のいずれか１つに記載の方法。
【0109】
例９：スイッチング遷移時点において、第２の二次電流を介して第２の負荷ポートにエネルギーを伝達することが、二次スイッチを閉じることを含む、前述の例のいずれか１つに記載の方法。
【0110】
例１０：スイッチング遷移時点において、第２の二次電流を介して第２の負荷ポートにエネルギーを伝達することが、フォワードピン信号を測定することを含む、前述の例のいずれか１つに記載の方法。
【0111】
例１１：フォワードピン信号が、二次巻線電圧である、前述の例のいずれか１つに記載の方法。
【0112】
例１２：一次巻線と複数の二次巻線とを備えるエネルギー伝達要素であって、一次巻線が、第１の電源からエネルギーを受信するように構成された、エネルギー伝達要素と、一次巻線に電気的に結合された、および、スイッチングサイクルに従ってスイッチングするように構成された一次スイッチと、第１の負荷ポートに電気的に結合された第１の回路経路と、第２の負荷ポートに電気的に結合された第２の回路経路と、第１の回路経路における第１の二次電流を提供するように、および、次に、スイッチングサイクル中に、スイッチング遷移時点において、第２の回路経路における第２の二次電流を提供するように構成された二次制御装置とを備える、多出力電力コンバーターシステム。
【0113】
例１３：スイッチングサイクルが、不連続伝導モード（ＤＣＭ）スイッチングサイクルである、前述の例のいずれか１つに記載の多出力電力コンバーターシステム。
【0114】
例１４：第１の負荷ポートが、定電流（ＣＣ）ポートである、前述の例のいずれか１つに記載の多出力電力コンバーターシステム。
【0115】
例１５：第１の負荷ポートが、定電圧（ＣＶ）ポートである、前述の例のいずれか１つに記載の多出力電力コンバーターシステム。
【0116】
例１６：第１の負荷ポートの電圧が、第２の負荷ポートの電圧より高い、前述の例のいずれか１つに記載の多出力電力コンバーターシステム。
【0117】
例１７：第２の負荷ポートが、定電圧（ＣＶ）ポートである、前述の例のいずれか１つに記載の多出力電力コンバーターシステム。
【0118】
例１８：第２の負荷ポートが、３ボルトから４０ボルトの間の電圧を受信するように構成されたポートである、前述の例のいずれか１つに記載の多出力電力コンバーターシステム。
【0119】
例１９：第１の負荷ポートが、３ボルトから１００ボルトの間の電圧を受信するように構成された、前述の例のいずれか１つに記載の多出力電力コンバーターシステム。
【0120】
例２０：第１の回路経路が、少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）に第１の二次電流を提供するように構成された、前述の例のいずれか１つに記載の多出力電力コンバーターシステム。
【0121】
例２１：二次制御装置が、パルスシェアリング制御回路を備える前述の例のいずれか１つに記載の多出力電力コンバーターシステム。
【0122】
例２２：パルスシェアリング制御回路が、第１の二次電流のパルス幅と第２の二次電流のパルス幅とを決定するように構成された、前述の例のいずれか１つに記載の多出力電力コンバーターシステム。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図2F】
【図2G】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図7】
【外国語明細書】