特表 2024-526330 スイッチモード電力変換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-07-17

(54)【発明の名称】スイッチモード電力変換器

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20240709BHJP

【ＦＩ】

H02M3/155 H

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024501660

(86)(22)【出願日】2022-06-27

(85)【翻訳文提出日】2024-02-29

(86)【国際出願番号】 EP2022067574

(87)【国際公開番号】W WO2023285124

(87)【国際公開日】2023-01-19

(31)【優先権主張番号】PCT/CN2021/106351

(32)【優先日】2021-07-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(31)【優先権主張番号】21195328.6

(32)【優先日】2021-09-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

【公序良俗違反の表示】

（特許庁注：以下のものは登録商標）

１．ＤＡＬＩ

(71)【出願人】

【識別番号】516043960

【氏名又は名称】シグニファイ ホールディング ビー ヴィ

【氏名又は名称原語表記】ＳＩＧＮＩＦＹ ＨＯＬＤＩＮＧ Ｂ．Ｖ．

【住所又は居所原語表記】Ｈｉｇｈ Ｔｅｃｈ Ｃａｍｐｕｓ ４８，５６５６ ＡＥ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ，Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ

(74)【代理人】

【識別番号】100163821

【弁理士】

【氏名又は名称】柴田 沙希子

(72)【発明者】

【氏名】ツァン フイ

(72)【発明者】

【氏名】ツォウ ユーフェイ

(72)【発明者】

【氏名】ウー ジャンリャン

【テーマコード（参考）】

5H730

【Ｆターム（参考）】

5H730AA15

5H730AS02

5H730AS04

5H730AS05

5H730AS11

5H730BB13

5H730BB15

5H730BB57

5H730DD04

5H730FD31

5H730FG05

(57)【要約】

スイッチモード電力変換器は、高電圧入力電力を受け取る入力端子と、出力電力を供給する出力端子とを有する。変換器は、ハイサイド／フロート主電源スイッチと、電流検出抵抗器と、エネルギ蓄積構成要素とを有する。接地電流設定に従って、電流を、高電圧入力と基準電圧電位との間に接続されるバイアス抵抗器を介して駆動するよう電流源回路を制御するために、電流設定回路が使用される。ハイサイド電源スイッチは、ハイサイド／フロート制御回路によって、電流検出抵抗器及びバイアス抵抗器の直列接続の両端の電圧の検知に基づいて制御される。従って、トランス又はオプトカプラなどの複雑なレベルシフタ回路を使用せずに、接地電流設定がハイサイド制御回路に送信される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

高電圧電位及び基準電圧電位を持つ入力電力を受け取る対の入力端子と、
出力電力を供給する対の出力端子と、
エネルギ蓄積構成要素と、
前記高電圧電位及び前記エネルギ蓄積構成要素に接続される主電源スイッチであって、交互に、前記エネルギ蓄積構成要素の、前記高電圧電位との結合、及び前記高電圧電位からの分離をするよう適合される主電源スイッチと、
変換された電流を検出する電流検出抵抗器と、
前記基準電圧電位を参照される電流設定制御信号を受信するための入力を有する電流設定回路と、
前記高電圧電位に結合されるノードと、前記基準電圧電位に結合されるノードとの間に接続されるバイアス抵抗器と、
前記電流設定制御信号に依存する電流を前記バイアス抵抗器を介して前記基準電圧電位へ駆動するための、前記バイアス抵抗器及び前記基準電圧電位に結合される電流源回路と、
前記電流検出抵抗器及び前記バイアス抵抗器の直列接続の両端の電圧を検知し、それに応じて前記電源スイッチを制御するための制御回路であって、前記直列接続の低電位端部に接続されるハイグランド端子を有する制御回路とを有するスイッチモード電力変換器。

【請求項2】

前記制御回路の電流検知端子が、前記直列接続の高電位端部に接続される請求項１に記載の変換器。

【請求項3】

前記バイアス抵抗器が、前記電流検出抵抗器と前記エネルギ蓄積構成要素との間の接合部に接続される請求項１又は２に記載の変換器。

【請求項4】

前記対の出力端子のうちの一方が、前記基準電圧電位に接続される請求項１乃至３のいずれか一項に記載の変換器。

【請求項5】

前記電流源回路及び前記バイアス抵抗器が、電流経路を規定し、前記電流源回路が、前記電流経路内の電流であって、前記バイアス抵抗器が、前記電流に比例するバイアス電圧を生成し、前記電流検出抵抗器の両端の電圧に前記バイアス電圧を加えて、前記制御回路によって検知される電圧をもたらすよう適合されるような電流を制御するための制御トランジスタを有し、前記バイアス電圧が、前記電流設定を表し、前記電流検出抵抗器の両端の前記電圧が、フィードバック制御信号である請求項１乃至４のいずれか一項に記載の変換器。

【請求項6】

前記バイアス抵抗器が、前記高電圧電位に結合されるが可変電圧振幅を持つノードに接続され、前記電流源回路が、前記制御トランジスタの電圧振幅を安定させるために前記制御トランジスタの電流流入端子に接続されるローパスフィルタを有する請求項５に記載の変換器。

【請求項7】

前記制御トランジスタが、高電圧のスイッチを有する、又は
前記電流経路が、電圧閾値構成要素を更に有し、前記制御トランジスタが、前記高電圧のスイッチと比べて低電圧のスイッチを有する請求項５又は６に記載の変換器。

【請求項8】

前記電圧閾値構成要素が、ツェナーダイオードを有し、前記制御トランジスタが、前記低電圧のスイッチとしての低電圧ＭＯＳＥＦＥＴである請求項７に記載の変換器。

【請求項9】

前記電流設定回路が、前記制御トランジスタのための制御電圧を蓄積するための出力蓄積コンデンサを備えるバッファを有し、前記バッファの正入力が、前記電流設定制御信号を受信するよう適合され、前記バッファの負入力が、前記電流経路内の第２電流検出構成要素であって、前記第２電流検出構成要素を通る電流を検知するための第２電流検出構成要素に接続される請求項５乃至８のいずれか一項に記載の変換器。

【請求項10】

前記エネルギ蓄積構成要素が、インダクタ有する請求項１乃至９のいずれか一項に記載の変換器。

【請求項11】

ハイサイドスイッチバックコンバータを有し、前記インダクタが、前記主スイッチと前記出力端子のうちの１つとの間で前記電流検出抵抗器と直列にあり、前記電流検出抵抗器が、前記バックコンバータの充電フェーズにおいて前記インダクタを流れるピーク電流を検出するよう適合される請求項１０に記載の変換器。

【請求項12】

ハイサイドスイッチバックブーストコンバータを有する請求項１０に記載の変換器。

【請求項13】

前記インダクタが、前記主電源スイッチ及び前記基準電圧電位に結合され、正の出力端子が、前記基準電圧電位に結合され、負の出力端子が、前記電流検出抵抗器を介して前記主電源スイッチに結合され、前記電流検出抵抗器が、前記バックブーストコンバータのフリーホイールフェーズにおいて前記負荷へ流れるフリーホイール電流を検出するよう適合される請求項１２に記載の変換器。

【請求項14】

ブーストコンバータと、
前記ブーストコンバータにカスケード接続される、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載のハイサイドスイッチコンバータとを有する非絶縁ＬＥＤドライバ。

【請求項15】

請求項１４に記載の非絶縁ＬＥＤドライバと、
前記対の出力端子に接続されるＬＥＤ装置とを有する照明ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スイッチモード電力変換器に関し、とりわけ、出力電流レベルの設定を可能にするスイッチモード電力変換器に関する。

【背景技術】

【0002】

照明ドライバは、一般に、照明負荷に電流を供給するためにスイッチモード電力変換器を使用する。例えば調光制御を実施するために、電流レベルを制御することができることが望ましい。

【0003】

スイッチモード電源においては、負荷は、多くの場合、グランド電位に接続される必要がある。この要件を満たすために、スイッチモード電力変換器の幾つかのトポロジの場合、主電源スイッチは、高電圧電位に配置される必要がある。これは、しばしばハイサイドスイッチングと呼ばれる。しかしながら、低電圧構成要素及び低電圧制御信号で電流制御回路を実施することが望ましく、「低電圧」という用語は、それがグランド電位を参照される（referred to）ことを意味する。例えば、カスケード接続ブーストコンバータ及びハイサイドバックコンバータトポロジなどの非絶縁ＬＥＤドライバにおいては、電流設定制御は、ハイサイドバック段の出力電流を設定するために使用されるが、低電圧の電流設定信号で出力電流を設定することが必要とされる。このことは、この低電圧の電流設定制御信号が、ハイサイド（高電圧側）電源スイッチ（例えばＭＯＳパワートランジスタ）を制御するために変換器の高電圧側に変換されることを必要とする。

【0004】

この目的のために高電圧レベルシフトＩＣを使用することが知られているが、これは相対的に高価な回路である。設定信号を高電圧側回路に伝達するために近距離無線通信（wireless near field communication）を使用することも知られている。これも高価な回路オプションである。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

それ故、スイッチモード電力変換器の低電圧制御信号と高電圧側制御回路との間の通信を提供するための低電圧制御信号及び低コストソリューションに対するニーズがある。

【0006】

CN104427716Aは、トランス又はオプトカプラによって形成されるレベルシフタ回路を開示しており、主電源スイッチがオフであるときに調光信号をハイサイドコントローラに送信する回路を提案している。CN111954342Aは、接地ＰＷＭ信号（grounded PWM signal）をハイサイド駆動制御回路のための別のＰＷＭ信号にシフトするロジックレベルシフタを開示している。US20120262082A1は、ハイサイドとグランドと間のトランジスタを使用して、ハイサイド電流信号を、接地タイマ回路のための接地信号に変換することを開示している。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、請求項によって規定されている。

【0008】

スイッチモード電力変換器に２つの検出構成要素を設けることが、発明の概念です。変換器の主エネルギ蓄積構成要素を流れる電力を検出するために、電流検出抵抗器が、前記変換器の主電源スイッチと直列にある。これは、供給される電力のフィードバックのために、及び前記主電源スイッチの高周波スイッチングのタイミングの制御のために、使用される。第２検出構成要素は、前記変換器の高電圧側と基準電圧電位との間に直列に接続されるバイアス抵抗器である。電流源回路は、電流設定制御信号に基づいて前記バイアス抵抗器を通る電流を設定し、前記電流設定制御信号も、前記基準電圧電位を参照される。前記バイアス抵抗器と前記電流設定制御信号との両方が、前記基準電圧電位を参照されることから、例えばレベルシフタを使用せずに、前記バイアス抵抗器を通る電流を制御することに困難はない。主電源スイッチは、前記電流検出抵抗器及び前記バイアス抵抗器の両端の電圧の検知に基づいて制御される。従って、前記バイアス電圧は、低電圧電流設定信号を使用して生成され、前記電源スイッチの高電圧側制御回路によって検知される。このことは、低電圧側制御信号と高電圧側制御回路と間の通信を提供するための低コストのやり方を提供する。

【0009】

本発明による例によれば、
高電圧電位及び基準電圧電位を持つ入力電力を受け取る対の入力端子と、
出力電力を供給する対の出力端子と、
エネルギ蓄積構成要素と、
前記高電圧電位及び前記エネルギ蓄積構成要素に接続される主電源スイッチであって、交互に、前記エネルギ蓄積構成要素の、前記高電圧電位との結合、及び前記高電圧電位からの分離をするよう適合される主電源スイッチと、
変換された電流を検出する電流検出抵抗器と、
前記基準電圧電位を参照される電流設定制御信号を受信するための入力を有する電流設定回路と、
前記高電圧電位に結合されるノードと、前記基準電圧電位に結合されるノードとの間に接続されるバイアス抵抗器と、
前記電流設定制御信号に依存する電流を前記バイアス抵抗器を介して前記基準電圧電位へ駆動するための、前記バイアス抵抗器及び前記基準電圧電位に結合される電流源回路と、
前記電流検出抵抗器及び前記バイアス抵抗器の直列接続の両端の電圧を検知し、それに応じて前記電源スイッチを制御するための制御回路であって、前記直列接続の低電位端部に接続されるハイグランド端子（high ground terminal）を有する制御回路とを有するスイッチモード電力変換器が提供される。

【0010】

このスイッチモード電力変換器は、電流設定制御信号を受信し、これを前記主電源スイッチの制御回路に伝達する電流設定回路を有する。前記電流設定回路は、例えば、（例えば、５Ｖの供給電圧であり、グランドを参照される）低電圧制御回路であるのに対して、前記制御回路は、前記主電源スイッチに（例えば、４００Ｖのオーダの）高電圧制御信号を供給するための高電圧側回路である。前記電力変換器は、第１（ハイサイド）検出構成要素を通る電流に重畳されるバイアス電流を、高電位と基準（グランド）との間で生成することによって、相対的に低い電圧の領域から相対的に高い電圧の領域に前記制御信号を伝達する。前記バイアス電流、及び前記電流検出抵抗器によって検知される電流は、前記高電圧制御回路によって測定される。バイアス構成要素は、前記基準電位に結合され、前記電流設定信号も、前記基準電位を参照されることから、それらは共通接地されており（co-grounded）、レベルシフタ又はオプトカプラを使用せずに、前記電流設定信号を使用して前記バイアス構成要素を通る電流を設定することは容易である。

【0011】

前記制御回路は、検知される、前記主電源スイッチと直列の電流に基づいて、前記電源スイッチを制御する（故に、電流検知に基づくリアルタイム制御が可能にする）だけでなく、検知される電流源電流にも基づいて、前記電源スイッチを制御する（故に、前記電流設定に基づく制御も可能にする)。

【0012】

このことは、電流設定情報を電圧側から高電圧側主制御回路に伝達するための非常に低コストの回路を可能にする。

【0013】

実施形態においては、前記制御回路の電流検知端子は、前記直列接続の高電位端部に接続される。

【0014】

従って、１つの電流レベルしか検知される必要がない。それは、前記電流設定に基づいているＤＣ成分と、動的フィードバック制御信号である可変成分とを有する。

【0015】

前記バイアス抵抗器は、前記電流検出抵抗器と前記エネルギ蓄積構成要素との間の接合部に接続される。

【0016】

前記対の出力端子のうちの一方は、好ましくは、前記基準電圧電位に接続される。従って、回路の高電圧部分及び低電圧部分に対する共通の基準（グラウンド）がある。

【0017】

例えば、前記電流源回路及び前記バイアス抵抗器が、電流経路を規定し、前記電流源回路は、前記電流経路内の電流であって、前記バイアス抵抗器が、前記電流に比例するバイアス電圧を生成し、前記電流検出抵抗器の両端の電圧に前記バイアス電圧を加えて、前記制御回路によって検知される電圧をもたらすよう適合されるような電流を制御するための制御トランジスタを有する。前記バイアス電圧は、前記電流設定を表し、前記電流検出抵抗器の両端の前記電圧は、フィードバック制御信号である。

【0018】

前記バイアス抵抗器は、前記高電圧電位に結合されるが可変電圧振幅を持つノードに接続されてもよく、前記電流源回路は、前記制御トランジスタの電圧振幅を安定させるために前記制御トランジスタの電流流入端子に接続されるローパスフィルタを有する。

【0019】

これは、フィルタをかけて、（可変振幅をもたらす）主スイッチの高周波スイッチングを除去し、故に、前記電流源回路は、定電流源としてより安定して制御されることができ、前記高周波電流フィードバック信号の上にＤＣバイアスを供給する。

【0020】

前記制御トランジスタは、高電圧のスイッチを含み得る。代替的に、前記電流経路は、電圧閾値構成要素を更に有してもよく、前記制御トランジスタは、（代替の前記高電圧のスイッチと比べて）低電圧のスイッチを有する。

【0021】

従って、前記制御トランジスタは、その端子間の高い電圧差を許容することがある、あるいは、前記電流源が、より低い電圧の構成要素、前記制御トランジスタで実施されることができるように、電圧ステップ（voltage step）を使用可能にするために、電圧閾値構成要素が使用される。

【0022】

前記電圧閾値構成要素は、ツェナーダイオードを有してもよく、前記制御トランジスタは、前記低電圧のスイッチとしての低電圧ＭＯＳＥＦＥＴである。

【0023】

前記電流設定回路は、前記制御トランジスタのための制御電圧を蓄積するための出力蓄積コンデンサを備えるバッファを有してもよく、前記バッファの正入力は、前記電流設定制御信号を受信するよう適合され、前記バッファの負入力は、前記電流経路内の第２電流検出構成要素であって、前記第２電流検出構成要素を通る電流を検知するための第２電流検出構成要素に接続される。

【0024】

前記エネルギ蓄積コンデンサは、例えば、インダクタを有する。

【0025】

ハイサイドスイッチバックコンバータの場合は、前記インダクタは、前記主スイッチと前記出力端子のうちの１つとの間で前記電流検出抵抗器と直列にある。前記電流検出抵抗器は、前記バックコンバータの充電フェーズにおいて前記インダクタを流れるピーク電流を検出するよう適合される。前記基準電圧電位と前記主電源スイッチの出力との間にはダイオードが設けられる。これらは、バックコンバータアーキテクチャのよく知られている設計特性である。

【0026】

ハイサイドスイッチバックブーストコンバータの場合は、前記インダクタは、前記主電源スイッチ及び前記基準電圧電位に結合され、正の出力端子は、前記基準電圧電位に結合され、負の出力端子は、前記電流検出抵抗器を介して前記主電源スイッチに結合される。この場合には、前記電流検出抵抗器は、前記バックブーストコンバータのフリーホイールフェーズ（freewheeling phase）において前記負荷へ流れるフリーホイール電流を検出するよう適合される。

【0027】

本発明は、
ブーストコンバータと、
前記ブーストコンバータにカスケード接続される、上記で規定されているハイサイドスイッチバックコンバータとを有する非絶縁ＬＥＤドライバも提供する。

【0028】

本発明は、
上記で規定されている非絶縁ＬＥＤドライバと、
前記対の出力端子に接続されるＬＥＤ装置とを有する照明ユニットも提供する。

【0029】

下記の実施形態を参照して、本発明のこれら及び他の態様を説明し、明らかにする。

【図面の簡単な説明】

【0030】

本発明のより良い理解のために、及び本発明がどのようにして実施され得るかをより明確に示すために、ここで、ほんの一例として、添付図面を参照する。

【図1】低電圧回路から高電圧制御回路に電流設定信号を渡すためにオプトカプラが使用されるバックコンバータアーキテクチャを示す。

【図2】低電圧回路から高電圧制御回路に電流設定信号を渡すために近距離無線通信が使用されるバックコンバータアーキテクチャを示す。

【図3】本発明によるスイッチモード電力変換器の第１例を示す。

【図4】低電圧スイッチを使用可能にするための電圧閾値構成要素の追加使用を示す。

【図5】本発明によるスイッチモード電力変換器の第２例を示す。

【図6】ＬＥＤ装置に電力を供給するハイサイドスイッチバックコンバータ及びブーストコンバータを有する非絶縁ＬＥＤドライバを示す。

【発明を実施するための形態】

【0031】

図を参照して本発明について説明する。

【0032】

詳細な説明及び特定の例は、装置、システム及び方法の例示的な実施形態を示しているが、説明の目的のためのものでしかなく、本発明の範囲を限定しようとするものではないことは理解されたい。本発明の装置、システム及び方法のこれら及び他の特徴、態様及び利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲及び添付の図面からよりよく理解されるようになるだろう。図は、単に概略的なものに過ぎず、縮尺通りには描かれていないことは、理解されたい。図の全体を通して、同じ参照符号は、同じ又は同様のパーツを示すために使用されていることも、理解されたい。

【0033】

本発明は、高電圧入力電力を受け取る入力端子と、出力電力を供給する出力端子とを有するスイッチモード電力変換器を提供する。変換器は、主電源スイッチと、電流検出抵抗器と、エネルギ蓄積構成要素とを有する。電流を、高電圧入力と基準電圧電位との間に接続されるバイアス抵抗器を介して駆動するよう電流源回路を制御するために、電流設定回路が使用される。電源スイッチは、電流検出抵抗器及びバイアス抵抗器の両端の電圧の検知に基づいて制御される。

【0034】

上述のように、低電圧回路から主電源スイッチの高電圧制御回路に電流設定信号を伝達するための或る既知のソリューションは、オプトカプラを使用するものである。

【0035】

図１は、この手法を示している。図１は、高電圧電位Ｉｎ及び基準電圧電位ＧＮＤを持つ入力電力を受け取る対の入力端子を有するバックコンバータアーキテクチャを示している。対の出力端子ＬＥＤ＋、ＬＥＤ－は、ＬＥＤ照明負荷に出力電力を供給する。

【0036】

バックコンバータアーキテクチャは、標準的なものであり、高電圧電位入力Ｉｎと出力ＬＥＤ＋との間に、電流検出抵抗器Ｒｓ及びインダクタＬ１（エネルギ蓄積構成要素）と直列に主電源スイッチＱ１を有する。主電源スイッチＱ１は、インダクタＬ１を交互に高電圧電位Ｉｎに結合したり高電圧電位Ｉｎから分離したりする。ダイオードＤ１は、主電源スイッチＱ１がオフであるときに、インダクタＬ１を通る出力への電流経路を提供する。

【0037】

（０乃至１０Ｖの調光電圧などの）アナログ低電圧電流設定信号又は（ＤＡＬＩなどの）デジタル低電圧電流設定信号が、低電圧制御回路１０によって受信される。コンバータ回路１２は、信号を、オプトカプラ１４を駆動するために使用されるＰＷＭ信号に変換する。オプトカプラ１４からの出力信号は、主電源スイッチＱ１の主高電圧制御回路１６によって受信される。この高電圧制御回路は、電流レベルを設定するために使用されるＤＩＭピンを有する。

【0038】

ピーク電圧入力は、例えば、４１０Ｖ（ｄｃ）である。制御ＩＣ１６は、検知抵抗器Ｒｓの両端の電圧を検知し、制御ＩＣのＨＧＮＤ端子も、高電圧であり、基準電圧電位ＧＮＤから浮いている。従って、電流検出抵抗器の一方の側におけるＨＧＮＤ電圧も、約４１０Ｖの振幅に達する可能性がある。このことは、制御ＩＣが高電圧範囲内で動作する必要があることを意味する。この理由ために、低圧電流設定回路は、制御ＩＣに直接信号を印加することができない。従って、低電圧側からの電流設定信号は、オプトカプラによって高電圧側に伝達される。この回路には、アナログ／ＰＷＭコンバータ１２及びオプトカプラ１４の追加コストという問題がある。

【0039】

上述のように、低電圧回路から主電源スイッチの高電圧制御回路に電流設定信号を伝達するための別の既知のソリューションは、図２において示されているような近距離無線通信などの無線通信を使用するものである。

【0040】

図２は、この場合も先と同様に、主電源スイッチＱ１、電流検出抵抗器Ｒｓ、インダクタＬ１及びダイオードＤ１を備えるバックコンバータを示している。

【0041】

電流設定回路は、ＰＷＭ出力信号を生成するＮＦＣ回路２０を含む。フィルタ回路２２は、このＰＷＭ信号をＤＣ電圧レベルに変換する。これは、抵抗分割器（resistor divider）Ｒａ、Ｒｂによってバイアス電圧を生成する。高電圧制御回路１６の電流検知入力における電圧は、もはや電流検出抵抗器Ｒｓの両端の電圧だけではなく、主電源スイッチＱ１とＤＣ電流設定電圧との間の分圧器Ｒａ、Ｒｂから生じる成分を含む。電流検知信号ＩＳＥＮを適切に解釈することによって、出力電流が独立して設定されることができる。

【0042】

しかしながら、この回路は、無線通信回路の追加コストを有する。

【0043】

図３は、本発明によるスイッチモード電力変換器の例を示している。図３は、説明の目的のためだけに、バックコンバータアーキテクチャ、とりわけ、ハイサイドスイッチバックコンバータを示している。

【0044】

図１及び２のバックコンバータアーキテクチャの場合は、回路は、高電圧電位Ｉｎ及び基準電圧電位ＧＮＤを持つ入力電力を受け取る対の入力端子と、照明負荷ＬＥＤに出力電力を供給する対の出力端子ＬＥＤ＋、ＬＥＤ－とを有する。バックコンバータは、高電圧入力Ｉｎと正の出力ＬＥＤ＋との間に直列に、主電源スイッチＱ１、(第１)電流検出構成要素Ｒｓ及びエネルギ蓄積インダクタＬ１を有する。

【0045】

コンバータは、基準電圧電位ＧＮＤを参照される電流設定制御信号（「電流設定」）を受信するための入力３１を有する低電圧（例えば５Ｖ供給）電流設定回路３０を更に有する。

【0046】

電流設定回路３０の出力３２は、電流源回路４０に供給される。電流設定回路３０の出力は、電流源回路４０の制御電圧である。電流源回路４０は、電流設定制御信号に依存する電流を生成する。この電流は、高電圧入力Ｉｎと基準電位との間の電流経路に沿って流れる。とりわけ、電流経路は、（ｉ）第１電流検出抵抗器ＲｓとインダクタＬ１との間のノードＮ１と、（ｉｉ）基準電位ＧＮＤとの間に延在する。電流経路は、バイアス抵抗器Ｒ１と、電流源回路４０自体と、以下で述べる第２電流検出抵抗器Ｒ２とを有する。電流経路は、高電圧側において、他の可能なポイントに接続することができ、基準電位側においても、他の可能なポイントに接続することができることに留意されたい。

【0047】

電流源回路４０は、電流経路における電流を制御するための制御トランジスタＭ１と、フィルタ抵抗器Ｒ３及びフィルタコンデンサＣ１を含むフィルタとを有する。電流経路は、フィルタ抵抗器Ｒ３と、トランジスタＭ１とを有する（即ち、トランジスタＭ１のドレイン及びソースが電流経路に沿って接続される）。バイアス抵抗器Ｒ１は、流れる電流に比例するバイアス電圧を、その２つの端子間に生成する。

【0048】

フィルタＲ３、Ｃ１は、ローパスフィルタであり、制御トランジスタＭ１の電流流入端子（この例においてはドレイン）に接続される。前記フィルタは、フィルタをかけて、主スイッチＱ１の高周波スイッチングを除去することによって、制御トランジスタＭ１のドレインの電圧振幅を安定させる。従って、電流源回路は、定電流源として機能し、高周波電流フィードバック信号の上にバイアスを供給する。

【0049】

電流設定回路３０は、バッファＵ１を有し、バッファＵ１は、その正入力において電流設定入力を受け取り、第２電流検出抵抗器Ｒ２を介してグランド基準に接続されるその負入力を有する。

【0050】

従って、バッファＵ１は、流れる実際の電流の測定値と、電流設定を比較し、故に、フィードバックループが実施される。流れる電流が、電流設定に対応するよう安定しているとき、電流源回路４０の制御トランジスタＭ１の対応するゲート・ソース間電圧が出力蓄積コンデンサＣ２に蓄積され、それによって、負帰還を使用する調整によるアナログ電流制御を提供する。

【0051】

電流は、Ｉ＝Ｖｃｕｒｒｅｎｔ＿ｓｅｔｔｉｎｇ／Ｒ２に設定される。

【0052】

検出バイアス抵抗器Ｒ１は、電流源回路によって調整される電流に比例した電圧を、検出バイアス抵抗器Ｒ１の両端に生成する。

【0053】

主電源スイッチＱ１のための高電圧制御回路１６は、第１電流検出抵抗器Ｒｓ及びバイアス抵抗器Ｒ１の両端の合計電圧（combined voltage）を検知する。従って、バイアス抵抗器Ｒ１の両端のバイアス電圧が、電流検出抵抗器Ｒｓの両端の電圧に加えられて、制御回路１６によって検知される電圧をもたらす。バイアス電圧は、電流設定を表すのに対して、電流検出抵抗器の両端の電圧は、主電源スイッチＱ１の高周波スイッチングのタイミングを制御するためのフィードバック制御信号である。それ故、全体として、制御ＩＣ１６は、主電源スイッチＱ１の高周波スイッチングのタイミングを制御するためのフィードバック制御信号の一部として電流設定を取り込み、検出抵抗器Ｒｓを通過する実際の電力は、電流設定によってバイアスされ、従って、電流設定によって調節されることができる。

【0054】

従って、電流設定回路３０は、電流設定制御信号「電流設定」を受信し、第１（ハイサイド）検出構成要素Ｒｓを通る電流に重畳されるバイアス電流を、（ノードＮ１における）高電位と基準（グランド）との間で生成することによって、これを、主電源スイッチの制御回路１６に伝達する。バイアス電流、及び電流検出抵抗器Ｒｓによって検知される電流は、高電圧制御回路１６によって測定される。

【0055】

バイアス抵抗器Ｒ１は、基準電位ＧＮＤに結合されており、電流設定信号も、基準電位を参照される。この共通のグランド電位は、電流設定信号によってバイアス抵抗器Ｒ１を通る電流を設定することが容易であることを意味する。より具体的には、電流設定回路３０が、電流源回路４０を直接駆動することができ、なぜなら、それらが共通接地されているからである。

【0056】

電源スイッチＱ１の動作のタイミングは、検知される、主電源スイッチと直列の電流に基づいて、制御される。このことは、電流検出フィードバックに基づいた高周波スイッチングのリアルタイム制御を可能にする。しかしながら、高速スイッチングの時間枠においては一定である、電流源電流によって生成される検知電流が、電流設定に基づいた制御を可能にする。電流設定に基づいているＤＣ成分と、動的フィードバック制御信号である可変成分とを備える１つの電流レベルのみが検知される。

【0057】

電流源の制御トランジスタＭ１は、高電圧電位Ｉｎと基準電圧電位ＧＮＤとの間で高電圧を受ける可能性があることから、高電圧スイッチを有する可能性があるが、上述のように、高電圧スイッチの駆動は、依然としてグランドを参照され、駆動方式を実施することを容易にする。代替実施形態においては、図４において示されているように、電流源回路４０は、ツェナーダイオードなどの電圧閾値構成要素Ｚ１を電流経路に追加することもある。この場合には、ツェナーダイオードは、ツェナーダイオードの両端の電圧をクランプし、電流源が、低電圧構成要素、とりわけ制御トランジスタＭ１で実施されることができるように、電圧ステップを使用可能にする。例えば、制御トランジスタＭ１は、相対的に低い電圧のスイッチ（例えば、６０ＶのＭＯＳＦＥＴ）を含み得る。

【0058】

上記の例は、バックコンバータである。バックコンバータにおいては、電流検出抵抗器Ｒｓは、バックコンバータの充電フェーズにおいてインダクタＬ１を流れるピーク電流を検出する。しかしながら、本発明は、他のコンバータトポロジに適用されてもよい。

【0059】

図５は、バックブースト回路を示している。図３のバックコンバータ回路と同じ構成要素が使用されており、前記構成要素には、同じ参照番号が付与されている。この場合には、インダクタＬ１が、（主電源スイッチＱ１と電流検出抵抗器Ｒｓとの間の）高電圧側ノードＮ２とグランドとの間にあり、ダイオードＤ１が、出力ＬＥＤ－と直列にある。

【0060】

この回路においては、出力端子ＬＥＤ＋及びＬＥＤ－が反転されており、故に、正の出力端子ＬＥＤ＋がグランドである。

【0061】

電流経路は、この場合も先と同様に、バイアス抵抗器Ｒ１と、（図３と同じである）電流源回路４０と、第２検出構成要素Ｒ２とを有する。電流設定回路３０も、図３と同じである。電流経路は、インダクタＬ１と並列にある。主制御回路１６は、この場合も先と同様に、電流検出抵抗器Ｒｓ及びバイアス抵抗器Ｒ１の直列組み合わせの両端の電圧を検出する。

【0062】

ハイサイドスイッチバックブーストコンバータの場合は、電流検出抵抗器Ｒｓは、バックブーストコンバータのフリーホイールフェーズにおいて負荷へ流れるフリーホイール電流を検出する。図３における実施形態と同様に、電流源回路は、バイアス抵抗器Ｒ１を通る、電流設定に対応する電流を伝導し、検出構成要素Ｒｓの電圧の制御回路の入力は、バイアス抵抗器Ｒ１における電圧によってバイアスされ／バイアス抵抗器Ｒ１における電圧を加えられ、従って、ＬＥＤ及び検出構成要素Ｒｓへの実際の出力は調節される。

【0063】

従って、図５は、本発明の構成は様々な回路トポロジに適用され得ることを示している。

【0064】

図６は、第１ＰＦＣ段として、ブーストコンバータ５０を有し、第２段として、ブーストコンバータにカスケード接続される、上記のようなハイサイドスイッチバックコンバータ５２を有する非絶縁ＬＥＤドライバを示している。照明ユニットは、ドライバの出力端子にＬＥＤ装置５４を接続することによって形成される。

【0065】

当業者は、請求項記載の発明の実施において、図面、明細及び添付の特許請求の範囲の研究から、開示されている実施形態に対する変形を、理解し、達成することができる。特許請求の範囲において、「有する」という単語は、他の要素又はステップを除外せず、単数形表記は、複数性を除外しない。

【0066】

単に、或る特定の手段が、相互に異なる従属請求項において挙げられているという事実は、これらの手段の組み合わせは有利になるようには使用されることができないことを示すものではない。

【0067】

特許請求の範囲又は明細書において「～するよう適合される」という用語が使用されている場合には、「～するよう適合される」という用語は、「～するよう構成される」という用語と同等であるよう意図されていることに留意されたい。

【0068】

特許請求の範囲における如何なる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【手続補正書】

【提出日】2024-02-29

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

高電圧電位及び基準電圧電位を持つ入力電力を受け取る対の入力端子と、
出力電力を供給する対の出力端子と、
エネルギ蓄積構成要素と、
前記高電圧電位及び前記エネルギ蓄積構成要素に接続される主電源スイッチであって、交互に、前記エネルギ蓄積構成要素の、前記高電圧電位との結合、及び前記高電圧電位からの分離をするよう適合される主電源スイッチと、
変換された電流を検出する電流検出抵抗器と、
前記基準電圧電位を参照される電流設定制御信号を受信するための入力を有する電流設定回路と、
前記高電圧電位に結合されるノードと、前記基準電圧電位に結合されるノードとの間に接続されるバイアス抵抗器と、
前記電流設定制御信号に依存する電流を前記バイアス抵抗器を介して前記基準電圧電位へ駆動するための、前記バイアス抵抗器と前記基準電圧電位との間に結合される電流源回路と、
前記電流検出抵抗器及び前記バイアス抵抗器の直列接続の両端の電圧を検知し、それに応じて前記電源スイッチを制御するための制御回路であって、前記直列接続の低電位端部に接続されるハイグランド端子を有する制御回路とを有するスイッチモード電力変換器。

【請求項2】

前記制御回路の電流検知端子が、前記直列接続の高電位端部に接続される請求項１に記載の変換器。

【請求項3】

前記バイアス抵抗器が、前記電流検出抵抗器と前記エネルギ蓄積構成要素との間の接合部に接続される請求項１に記載の変換器。

【請求項4】

前記対の出力端子のうちの一方が、前記基準電圧電位に接続される請求項１に記載の変換器。

【請求項5】

前記電流源回路及び前記バイアス抵抗器が、電流経路を規定し、前記電流源回路が、前記電流経路内の電流であって、前記バイアス抵抗器が、前記電流に比例するバイアス電圧を生成し、前記電流検出抵抗器の両端の電圧に前記バイアス電圧を加えて、前記制御回路によって検知される電圧をもたらすよう適合されるような電流を制御するための制御トランジスタを有し、前記バイアス電圧が、前記電流設定を表し、前記電流検出抵抗器の両端の前記電圧が、フィードバック制御信号である請求項１に記載の変換器。

【請求項6】

前記バイアス抵抗器が、前記高電圧電位に結合されるが可変電圧振幅を持つノードに接続され、前記電流源回路が、前記制御トランジスタの電圧振幅を安定させるために前記制御トランジスタの電流流入端子に接続されるローパスフィルタを有する請求項５に記載の変換器。

【請求項7】

前記制御トランジスタが、高電圧のスイッチを有する、又は
前記電流経路が、電圧閾値構成要素を更に有し、前記制御トランジスタが、前記高電圧のスイッチと比べて低電圧のスイッチを有する請求項５に記載の変換器。

【請求項8】

前記電圧閾値構成要素が、ツェナーダイオードを有し、前記制御トランジスタが、前記低電圧のスイッチとしての低電圧ＭＯＳＥＦＥＴである請求項７に記載の変換器。

【請求項9】

前記電流設定回路が、前記制御トランジスタのための制御電圧を蓄積するための出力蓄積コンデンサを備えるバッファを有し、前記バッファの正入力が、前記電流設定制御信号を受信するよう適合され、前記バッファの負入力が、前記電流経路内の第２電流検出構成要素であって、前記第２電流検出構成要素を通る電流を検知するための第２電流検出構成要素に接続される請求項５に記載の変換器。

【請求項10】

前記エネルギ蓄積構成要素が、インダクタ有する請求項１に記載の変換器。

【請求項11】

ハイサイドスイッチバックコンバータを有し、前記インダクタが、前記主スイッチと前記出力端子のうちの１つとの間で前記電流検出抵抗器と直列にあり、前記電流検出抵抗器が、前記バックコンバータの充電フェーズにおいて前記インダクタを流れるピーク電流を検出するよう適合される請求項１０に記載の変換器。

【請求項12】

ハイサイドスイッチバックブーストコンバータを有する請求項１０に記載の変換器。

【請求項13】

前記インダクタが、前記主電源スイッチ及び前記基準電圧電位に結合され、正の出力端子が、前記基準電圧電位に結合され、負の出力端子が、前記電流検出抵抗器を介して前記主電源スイッチに結合され、前記電流検出抵抗器が、前記バックブーストコンバータのフリーホイールフェーズにおいて前記負荷へ流れるフリーホイール電流を検出するよう適合される請求項１２に記載の変換器。

【請求項14】

ブーストコンバータと、
前記ブーストコンバータにカスケード接続される、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載のハイサイドスイッチコンバータとを有する非絶縁ＬＥＤドライバ。

【請求項15】

請求項１４に記載の非絶縁ＬＥＤドライバと、
前記対の出力端子に接続されるＬＥＤ装置とを有する照明ユニット。

【手続補正書】

【提出日】2024-06-11

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

高電圧電位及び基準電圧電位を持つ入力電力を受け取る対の入力端子と、
出力電力を供給する対の出力端子と、
エネルギ蓄積構成要素と、
前記高電圧電位及び前記エネルギ蓄積構成要素に接続される主電源スイッチであって、交互に、前記エネルギ蓄積構成要素の、前記高電圧電位との結合、及び前記高電圧電位からの分離をするよう適合される主電源スイッチと、
変換された電流を検出する電流検出抵抗器と、
前記基準電圧電位を参照される電流設定制御信号を受信するための入力を有する電流設定回路と、
前記高電圧電位に結合されるノードと、前記基準電圧電位に結合されるノードとの間に接続されるバイアス抵抗器と、
前記電流設定制御信号に依存する電流を前記バイアス抵抗器を介して前記基準電圧電位へ駆動するための、前記バイアス抵抗器と前記基準電圧電位との間に結合される電流源回路と、
前記電流検出抵抗器及び前記バイアス抵抗器の直列接続の両端の電圧を検知し、それに応じて前記主電源スイッチを制御するための制御回路であって、前記直列接続の低電位端部に接続されるハイグランド端子を有する制御回路とを有するスイッチモード電力変換器。

【請求項2】

前記制御回路の電流検知端子が、前記直列接続の高電位端部に接続される請求項１に記載の変換器。

【請求項3】

前記バイアス抵抗器が、前記電流検出抵抗器と前記エネルギ蓄積構成要素との間の接合部に接続される請求項１に記載の変換器。

【請求項4】

前記対の出力端子のうちの一方が、前記基準電圧電位に接続される請求項１に記載の変換器。

【請求項5】

前記電流源回路及び前記バイアス抵抗器が、電流経路を規定し、前記電流源回路が、前記電流経路内の電流であって、前記バイアス抵抗器が、前記電流に比例するバイアス電圧を生成し、前記電流検出抵抗器の両端の電圧に前記バイアス電圧を加えて、前記制御回路によって検知される電圧をもたらすよう適合されるような電流を制御するための制御トランジスタを有し、前記バイアス電圧が、前記電流設定を表し、前記電流検出抵抗器の両端の前記電圧が、フィードバック制御信号である請求項１に記載の変換器。

【請求項6】

前記バイアス抵抗器が、前記高電圧電位に結合されるが可変電圧振幅を持つノードに接続され、前記電流源回路が、前記制御トランジスタの電圧振幅を安定させるために前記制御トランジスタの電流流入端子に接続されるローパスフィルタを有する請求項５に記載の変換器。

【請求項7】

前記制御トランジスタが、高電圧のスイッチを有する、又は
前記電流経路が、電圧閾値構成要素を更に有し、前記制御トランジスタが、前記高電圧のスイッチと比べて低電圧のスイッチを有する請求項５に記載の変換器。

【請求項8】

前記電圧閾値構成要素が、ツェナーダイオードを有し、前記制御トランジスタが、前記低電圧のスイッチとしての低電圧ＭＯＳＥＦＥＴである請求項７に記載の変換器。

【請求項9】

前記電流設定回路が、前記制御トランジスタのための制御電圧を蓄積するための出力蓄積コンデンサを備えるバッファを有し、前記バッファの正入力が、前記電流設定制御信号を受信するよう適合され、前記バッファの負入力が、前記電流経路内の第２電流検出構成要素であって、前記第２電流検出構成要素を通る電流を検知するための第２電流検出構成要素に接続される請求項５に記載の変換器。

【請求項10】

前記エネルギ蓄積構成要素が、インダクタを有する請求項１に記載の変換器。

【請求項11】

ハイサイドスイッチバックコンバータを有し、前記インダクタが、前記主電源スイッチと前記出力端子のうちの１つとの間で前記電流検出抵抗器と直列にあり、前記電流検出抵抗器が、前記バックコンバータの充電フェーズにおいて前記インダクタを流れるピーク電流を検出するよう適合される請求項１０に記載の変換器。

【請求項12】

ハイサイドスイッチバックブーストコンバータを有する請求項１０に記載の変換器。

【請求項13】

前記インダクタが、前記主電源スイッチ及び前記基準電圧電位に結合され、正の出力端子が、前記基準電圧電位に結合され、負の出力端子が、前記電流検出抵抗器を介して前記主電源スイッチに結合され、前記電流検出抵抗器が、前記バックブーストコンバータのフリーホイールフェーズにおいて負荷へ流れるフリーホイール電流を検出するよう適合される請求項１２に記載の変換器。

【請求項14】

ブーストコンバータと、
前記ブーストコンバータにカスケード接続される、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載のハイサイドスイッチコンバータとを有する非絶縁ＬＥＤドライバ。

【請求項15】

請求項１４に記載の非絶縁ＬＥＤドライバと、
前記対の出力端子に接続されるＬＥＤ装置とを有する照明ユニット。

【国際調査報告】