(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】
(24)【登録日】2024-04-15
(45)【発行日】2024-04-23
(54)【発明の名称】調整電流電源
(51)【国際特許分類】
G05F 1/10 20060101AFI20240416BHJP
【FI】
G05F1/10 R
(21)【出願番号】P 2021528036
(86)(22)【出願日】2019-07-02
(86)【国際出願番号】 IL2019050733
(87)【国際公開番号】W WO2020021526
(87)【国際公開日】2020-01-30
【審査請求日】2022-06-28
(32)【優先日】2018-07-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(32)【優先日】2018-07-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】521035808
【氏名又は名称】ヒーラブルス リミテッド
【氏名又は名称原語表記】HEALABLES, Ltd.
【住所又は居所原語表記】Bizmax Technology Centre, 15 Ha-Tsvi, 9438622 Jerusalem ISRAEL
(74)【代理人】
【識別番号】100169904
【氏名又は名称】村井 康司
(74)【代理人】
【識別番号】100216150
【氏名又は名称】香山 良樹
(74)【代理人】
【識別番号】100120662
【氏名又は名称】川上 桂子
(74)【代理人】
【識別番号】100216770
【氏名又は名称】三品 明生
(74)【代理人】
【識別番号】100217364
【氏名又は名称】田端 豊
(72)【発明者】
【氏名】セーン、 イェフーダ
【審査官】栗栖 正和
(56)【参考文献】
【文献】米国特許第06522919(US,B1)
【文献】米国特許出願公開第2012/0081016(US,A1)
【文献】国際公開第2008/044383(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G05F 1/10
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
抵抗性負荷に調整電流を供給するための調整電流源装置であって、
前記調整電流源は、
入力電圧を提供する一次電気エネルギー源と、
入力電圧を受け取り、電力出力ポイントから調整可能電圧を供給する昇圧器であって、前記調整可能電圧は前記昇圧器の制御ポイントにおける制御信号を介して制御可能である、昇圧器と、
所定の調整負荷電流に従って抵抗性負荷を流れる電流を調整する電流調整器と、
前記電流調整器の電圧降下測定値を得るために前記電流調整器の両端の電圧降下を測定し、電圧降下に従って制御ポイントを介して昇圧器を制御するためのコントローラと、
初期出力電圧値と、増分出力電圧変化値と、第1の調整器電圧降下閾値と、第2の調整器電圧降下閾値と、を含むパラメータ集合と、
を含
み、
第1の調整器電圧降下閾値は、第2調整器電圧降下閾値よりも小さく、
電圧降下に従って制御ポイントを介して昇圧器を制御することは、初期出力電圧値、増分出力電圧変化値、第1の調整器電圧降下閾値、および第2の調整器電圧降下閾値に応じて、制御ポイントを介して昇圧器を制御するステップ、を含み、
前記増分出力電圧変化値は、前記初期出力電圧値に等しく、
電圧降下に従って制御ポイントを介して昇圧器を制御することは、前記電流調整器の電圧降下測定値を第2の調整器電圧降下閾値と比較し、前記電流調整器の電圧降下測定値が第2の調整器電圧降下閾値より大きい場合、第2の制御信号を昇圧器に送り、前記出力電圧から増分出力電圧変化値を引いた値に等しい低減出力電圧を抵抗性負荷に出力するステップ、をさらに含み、
前記昇圧器は、前記第2の制御信号としてのシャットダウン信号によって信号を送られると、前記シャットダウン信号の時間は前記昇圧器の動作を停止させてゼロボルト出力を供給させるシャットダウンポイント、をさらに含む、
調整電流
源装置。
【請求項2】
前記昇圧器の前記電力出力ポイントと局所接地との間に接続されたコンデンサ
、
をさらに備える、
請求項
1に記載の調整電流源装置。
【請求項3】
前記昇圧器および前記コンデンサの電力出力ポイントからの接続にダイオード
、
をさらに備える、
請求項
2に記載の調整電流源装置。
【請求項4】
前記昇圧器の前記電力出力ポイントと局所接地との間に接続されたコンデンサ
、
をさらに備える、
請求項
1に記載の調整電流源装置。
【請求項5】
前記昇圧器および前記コンデンサの電力出力ポイントからの接続にダイオード
、
をさらに備える、
請求項
4に記載の調整電流源装置。
【請求項6】
抵抗性負荷に調整された電流を供給する方法であって、
前記抵抗性負荷に所定の負荷電流を流すために電流調整器の初期化を行う工程と、
前記抵抗性負荷に初期出力電圧を出力するために昇圧器の初期化を行う工程であって、 前記昇圧器は一次電気エネルギー源から入力電圧を受け取り、前記昇圧器出力電圧は制御信号に応じて制御可能であり、当該工程は第1の制御信号を前記昇圧器に送ることを含む、工程と、
前記電流調整器の電圧降下測定値を得るために、前記電流調整器の電圧降下を測定する工程と、
前記電流調整器の電圧降下測定値を所定の上限閾値と比較し、前記電流調整器の電圧降下測定値が上限閾値より大きい場合、第2の制御信号を昇圧器に送り、前記出力電圧から増分出力電圧変化値を引いた値に等しい低減出力電圧を抵抗性負荷に出力する工程と、
前記電流調整器の電圧降下測定値を所定の下限閾値と比較し、前記電流調整器の電圧降下測定値が下限閾値より小さい場合、第3の制御信号を昇圧器に送り、前記出力電圧に増分出力電圧変化値を加えた値に等しい増加出力電圧を出力する工程と
、
を含
み、
前記増分出力電圧変化値は前記初期出力電圧に等しく、
前記第2の制御信号はシャットダウン信号であり、前記昇圧器は、前記シャットダウン信号の時間は動作を停止する、
方法。
【請求項7】
抵抗性負荷に調整電流を供給するための調整電流源装置であって、
一次電気エネルギー源と、
昇圧器と、
電流調整器と、
請求項
6に記載の方法を実行するように構成されたコントローラと、
を含む
、
調整電流源装置。
【請求項8】
抵抗性負荷に調整電流を供給するための調整電流源装置であって、
一次電気エネルギー源と、
昇圧器と、
電流調整器と、
請求項
6に記載の方法を実行するように構成されたコントローラと、
を含む
、
調整電流源装置。
【請求項9】
抵抗性負荷に調整電流を供給するための調整電流源装置であって、
一次電気エネルギー源と、
昇圧器と、
電流調整器と、
請求項
6に記載の方法を実行するように構成されたコントローラと、
を含む
、
調整電流源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
[関連出願の相互参照]
本出願は、「定電流電源システム」と題する、2018年7月25日に出願された米国仮特許出願第62/703,244号、および「バーストモード定電流電源システム」と題する、2018年7月25日に前述の出願と同時に出願された米国仮特許出願第62/703,256号の利益を主張する。
【0002】
本発明は、調整電流源に基づく電力装置およびシステムに関する。
【背景技術】
【0003】
バッテリや電源コンセントなどの電源は、通常、特定の場合に直接印加できる調整電圧を提供する。対照的に、調整電流は、典型的には広範囲に変化する抵抗を有する生物学的負荷および類似の負荷にしばしば必要とされる。
【0004】
図1は、調整電流源100のための単純な従来構成のブロック図である。一次電気エネルギー源105は、ローカル(シャーシ)接地107に対して測定される電圧V
inを供給し、この電圧V
inは、昇圧器110の入力111に接続されて、電力出力ポイント112においてより高い電圧V
out108を提供する。V
out108は、可変抵抗R
varを有する外部負荷150の1つのリードに接続される出力端子135に接続される。調整電流源100の別の出力端子130は、外部負荷150の他のリード線に接続される。外部負荷150を介して調整電流I
load140を駆動することが望ましい。したがって、出力端子130は、その内部抵抗を自動的に変化させることによって調整電流I
load140を通すように調整される、電流調整器(電流レギュレータ)120に接続される。その結果、変化する調整電圧降下V
reg145が、電流調整器120の両端に現れ、これはR
varの値の変化と共に変化する。
【0005】
周知のように、電流調整器120は外部負荷150によって利用されずに無駄になる電力P=Vreg*Iloadを消費するので、電流源100のような構成は非常に非効率的である。
【0006】
公知の主電源定電流電源は、パルス幅変調(PWM)のような機構を作動させるためにフィードバックが使用される電流調整器を統合している。いくつかの構成はこの技術に基づいているが、別個の電流調整器を備えた別個の昇圧器(および/または調整器)を提供するものではない。
【0007】
したがって、電流源100の単純性および信頼性を依然として保持する昇圧電圧を利用する、より効率的な調整電流源を有することが望ましい。この目的は、本発明の実施形態によって達成される。
【発明の概要】
【0008】
本発明の実施形態によって提供されるような調整電流を適用することは、多種多様な治療シナリオにおける医学的および生物学的応用において特に有用である。特定の治療領域には、これらに限定されないが、以下のものが含まれる。
筋骨格系、皮膚および軟部組織の問題、
椎間板性、筋膜性、靭帯性または椎間関節痛を含む急性および亜急性の脊髄痛、
骨盤痛、
胸郭出口症候群、
四肢関節痛、急性および/または慢性、
変形性関節症、関節リウマチ、滑液包炎、
痛風、急性および/または慢性、
トリガ点痛、
負傷、急性および/または慢性(軟部組織損傷を含む)、
運動後の筋肉痛、
新たな疼痛または慢性疼痛を伴う骨折、
関節変性および/または脊椎/椎間板の問題を含む筋膜痛、
皮膚創傷治癒、アレルギー反応、
トレーニングの回復、鎮静、またはパフォーマンス、
リンパ浮腫、
サルコペニア、
皮膚皮肉の脂肪および/またはシワの減少、
電気穿刺、
神経:脳と中枢神経系の問題、
三叉神経痛、
神経根障害、
神経腫、
線維筋痛、
視床痛、
帯状疱疹:病変部の疼痛軽減、
PTSD(心的外傷後ストレス障害)の改善、
帯状疱疹後神経痛、
末梢神経障害、
脳震盪および/または脳霧を伴う脳損傷、
下垂体、後脳、中脳または髄質の亜急性損傷、
うつ病、
リラクゼーションや睡眠の問題、
手根管症候群、
パーキンソン病、
オピオイド嗜癖:予防と離脱症状の軽減、
内部臓器の問題、
肝臓に関する問題:毒性、肝臓障害、線維症、
膵臓の支持とインスリン抵抗性、
胃、食道、胆のう、小腸/大腸(便秘を含む)を含む消化管の問題、
腎結石の問題を含む腎臓のサポート、
肺のサポート、気管支炎、
尿管癒着、
副腎のサポート、
子宮出血、子宮筋腫の問題、
感冒/膿瘻、
一般的な炎症。
【発明を実施するための形態】
【0009】
本発明の実施形態は、調整電圧の昇圧器に結合された調整電流源と、そのためのコントローラとを提供する。コントローラは負荷抵抗の変化を感知し、それに応じて、昇圧器の動作パラメータを調整して、電力損失の低減による効率の向上をもたらす。
【0010】
したがって、本発明の一実施形態によれば、抵抗性負荷に調整電流を供給するための調整電流源装置が開示されている。前記調整電流源は、(a)入力電圧を供給する一次電気エネルギー源と、(b)入力電圧を受け取り、電力出力ポイントから調整可能電圧を供給する昇圧器であって、前記調整可能電圧は前記昇圧器の制御ポイントにおいて制御信号を介して制御可能である昇圧器と、(c)所定の調整負荷電流に従って抵抗性負荷を流れる電流を調整する電流調整器と、(d)前記電流調整器の両端の電圧降下を測定し、前記電圧降下に従って前記制御ポイントを介して前記昇圧器を制御するコントローラと、を含む。
【0011】
さらに、本発明の別の実施形態によれば、抵抗性負荷に調整電流を供給するための方法が開示されている。前記方法は、(a)所定の負荷電流を抵抗性負荷に流すために電流調整器を初期化するステップと、(b)初期出力電圧を抵抗性負荷に出力するために昇圧器を初期化するステップであって、前記昇圧器は一次電気エネルギー源からの入力電圧を受け取り、前記昇圧器出力電圧は制御信号に従って制御可能であり、前記初期化ステップは第1の制御信号を前記昇圧器に送る、ステップと、(c)電流調整器の電圧降下を測定して、電流調整器の電圧降下測定値を得るステップと、(d)前記電流調整器の電圧降下測定値を所定の上限閾値と比較するステップと、(e)前記電流調整器の電圧降下測定値が前記上限閾値よりも大きい場合に、第2の制御信号を前記昇圧器に送って、低減出力電圧を抵抗性負荷に出力するステップであって、前記低減出力電圧は前記出力電圧から増分出力電圧変化値を引いた値に等しい、ステップと、(f)電流調整器の電圧降下測定値を所定の下限閾値と比較するステップと、(g)電流調整器の電圧降下測定値が下限閾値よりも小さい場合、第3の制御信号を昇圧器に送って増加出力電圧を出力するステップとを含む。前記増加出力電圧は、出力電圧に増分出力電圧変化値を加えたものと等しい。
【図面の簡単な説明】
【0012】
開示される主題は添付の図面と共に読まれるとき、以下の詳細な説明を参照することによって最もよく理解され得る。
【
図1】
図1は、調整電流源のための従来構成のブロック図である。
【
図2a】
図2aは、本発明の一実施形態による調整電流源のブロック図である。
【
図2b】
図2bは、
図2aの調整電流源に関連する一実施形態による調整電流源のブロック図である。
【
図2c】
図2cは、
図2bの調整電流源に関連する、本発明の別の実施形態による調整電流源のブロック図である。
【
図3】
図3は、本発明の別の実施形態による、調整電流を供給するための方法のフローチャートである。
【0013】
説明を簡単かつ明確にするために、図に示される要素は必ずしも一定の縮尺で描かれておらず、いくつかの要素の寸法は他の要素に対して誇張されている場合がある。加えて、参照番号は対応するまたは類似する要素を示すために、図面の間で繰り返されてもよい。
【0014】
[詳細な説明]
図2aは、本発明の一実施形態による調整電流源200aのブロック図である。一次電気エネルギー源205は、ローカル(シャーシ)接地207に対して測定される入力電圧V
inを供給し、これは、昇圧器210の入力211に接続されて、電力出力ポイント212において調整可能電圧V
out208を提供する。特に、電圧V
outは、電圧V
inよりも大きくてもよい。V
out208が可変抵抗R
varを有する外部抵抗性負荷250の一方のリードに接続される出力端子235に接続される。調整電流源200aの別の出力端子230が外部負荷250の他方のリードに接続される。外部負荷250を介して調整電流I
load240を駆動することが望ましい。これにより、出力端子230は、その内部抵抗を自動的に変化させることによって、所定の調整負荷電流I
load240を通過させるように調整された電流調整器220に接続される。その結果、変化する調整器電圧降下V
reg245が、電流調整器220の両端に現れ、これはR
varの値の変化とともに変化する。
【0015】
この実施形態によれば、コントローラ225はVreg245を感知し、それに従って昇圧器210の制御ポイント213に制御信号を出力し、昇圧器210は、出力電圧Vout208を調整する。
【0016】
コントローラ225は、パラメータセット260に従って出力電圧208を調整する。パラメータセット260は、
初期出力電圧値Vout-init262、
出力電圧値ΔV264の増分変化、
第1の調整器電圧降下閾値Vreg-thresh-lower266、および
第2の調整器電圧降下閾値Vreg-thresh-upper268、を含む。
【0017】
なお、Vreg-thresh-lower<Vreg-thresh-upperである。
【0018】
コントローラ225は、
図3に示される方法に関連して以下の議論で開示されるような手順に従って、パラメータセット260を利用して出力電圧208の調整を行う。
【0019】
要するに、本発明の関連する実施形態は次のように制御を提供する。昇圧器210が外部負荷Rvar250を介して所望の電流Iload240を駆動するために、コントローラ225によって(制御ポイント213を介して)最初に設定された電圧Vout208をVout-init262に供給する。外部負荷Rvar250を流れる電流は、電流調整器220によってIload240に制限される。コントローラ225は、電圧降下Vreg245を継続的に監視し、Vreg245が閾値Vreg-thresh-upper268を超える場合、これは、過剰な電力が電流調整器220によって消費されていること、および電流源200aが非効率的に動作していることを示す指標とみなされる。これに応じて、コントローラ225は、昇圧器210に信号を送り、減少電圧Vout-ΔVoutを出力することにより、電圧降下Vreg245の低下、つまり、電力損失の抑制をもたらす。Vreg245の検知は連続的に繰り返され、Vreg245が閾値Vreg-thresh-upper268をなお超える場合、VoutをVout-ΔVoutへ低減させることは、Vreg245が閾値Vreg-thresh-upper268を超えなくなるまで繰り返される。
【0020】
外部負荷抵抗Rvar250が増加し、例えば、電圧降下Vreg245が閾値Vreg-thresh-lower266より低い値に低下した場合、コントローラ225は昇圧器210(再び、制御ポイント213を介して)へ信号を送り、上昇電圧Vout+ΔVを出力する。Vreg245の検出が進む間、Vreg245がまだ閾値Vreg-thresh-lower266を下回っている場合、VoutからVout+ΔVoutへの上昇は、Vreg245が閾値Vreg-thresh-lower266を下回らなくなるまで繰り返される。Vreg245がVreg-thresh-lower266より下でもなく、Vreg-thresh-upper268より上でもない場合、Voutに変更は行われない。
【0021】
上記の実施形態およびその説明は例示的かつ非限定的であり、他の実施形態は、追加の電圧制御スキームを提供することが理解される。
【0022】
図2bは、本発明の関連実施形態による調整電流源200bのブロック図である。この関連実施形態の機能的特徴は、
図2aのパラメータセット260の値にそれぞれ対応して、V
outーinit272、V
reg-thresh-lower276、およびV
reg-thresh-upper278を有するパラメータセット270を使用することである。しかしながら、電流源200bに関するこの関連実施形態ではΔV
out274がV
out-initに設定され、その結果、出力電圧をその初期値から低下させると、出力電圧は0ボルト(V
init-ΔV
out=0)に低下され、出力電圧を0ボルトから上昇させると、出力電圧はその初期値(0+ΔV
out=V
out-init)に復元される。すなわち、電流源200bは「バーストモード」で動作し、ここで、電圧は昇圧器210によって、外部負荷に断続的に供給される。
【0023】
外部負荷RVarを通る電流に連続性を持たせるために、出力端子235と局所接地207との間のコンデンサC280は、昇圧器210がVout-init272を出力したときに電荷を蓄積し、昇圧器210が0ボルト(Vout-init-ΔV)を出力したときに放電する。オプションのダイオード282は、昇圧器210がゼロボルトを出力するときに、コンデンサC280が外部負荷Rvarを通じて放電することを保証する。ダイオード282は、昇圧器210が浮動電力出力ポイント212を特徴とする場合には不要である。さらに、コンデンサC280はオプションであり、昇圧器210がフローティング容量安定化電力出力ポイントを特徴とする場合には必要ではない。
【0024】
図2bの構成は、放電中にコンデンサC280によって供給される電圧が実質的に低下し、V
out-init272よりも低くなり、これにより電力損失を抑制するという事実により、効率の改善を提供する。
【0025】
図2cは、本発明の別の関連する実施形態による調整電流源200cのブロック図である。調整電流源200cも、電流源200b(
図2b)と同様に「バーストモード」で動作するが、修正パラメータセット(
図2bのパラメータセット270として)を利用するのではなく、電流源200cは昇圧器210のシャットダウンポイント215を介して「バーストモード」で動作する。シャットダウンポイント215は制御ポイント213とは別個であり、区別される。シャットダウン信号がシャットダウンポイント215に印加される時間の間、昇圧器210は動作を停止し、電力出力ポイント212でゼロボルトを供給する。シャットダウン信号が除去されると、昇圧器210は、制御ポイント213における信号に従って、電力出力ポイント212における電圧の供給を再開する。コンデンサC280およびダイオード282に関する上記のコメントは、調整電流源200cにも適用される。
【0026】
図3は、本発明の一実施形態による、調整された電流を供給するための方法300のフローチャートである。関連する実施形態では、方法300は、調整電流源200aのコントローラ225(
図2a)によって実行される。
【0027】
初期化ステップ310では、電流調整器(例えば、
図2aの電流調整器220)は所望の外部負荷電流Iloadを通過させるように設定され、昇圧器(例えば、
図2aの昇圧器210)は電圧V
out-init262で出力電圧V
out208に設定される。次いで、調整ループ開始ポイント320の後、電流調整器上の電圧降下V
regがステップ321で測定される。判定ポイント322において、V
regの測定値がV
reg-thresh-upper268と比較され、V
regがV
reg-thresh-upper268より大きい場合、ステップ323において、電圧V
out208はV
out-ΔVに設定される。
【0028】
一方、VregがVreg-thresh-upper268以下である場合、本方法は判定ポイント324に進み、Vregの測定値がVreg-thresh-lower266と比較される。VregがVreg-thresh-lower268よりも小さい場合、ステップ325において、電圧Vout208はVout+ΔVに設定される。
【0029】
VregがVreg-thresh-upperより高くなく、Vreg-thresh-lowerより低くもない場合、Voutに変更は行われず、ループはVregを監視し続ける
【0030】
決定ポイント322および/または324が通過した後、調整ループ終了ポイント330において、制御は調整ループ開始ポイント320に戻り、実行が継続する。