JP2000358363A - Apparatus and method for multi-phase voltage conversion - Google Patents
Apparatus and method for multi-phase voltage conversionInfo
- Publication number
- JP2000358363A JP2000358363A JP2000145686A JP2000145686A JP2000358363A JP 2000358363 A JP2000358363 A JP 2000358363A JP 2000145686 A JP2000145686 A JP 2000145686A JP 2000145686 A JP2000145686 A JP 2000145686A JP 2000358363 A JP2000358363 A JP 2000358363A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- phase
- circuit
- output
- boost
- input
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 30
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title description 9
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 30
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 7
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 7
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 7
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 10
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 5
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 3
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000012886 linear function Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
- H02M3/02—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC
- H02M3/04—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters
- H02M3/10—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M3/145—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/155—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/156—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
- H02M3/158—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
- H02M3/1584—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Description
【0001】(優先権の主張)本出願は、同時係属出願
中の「Polyphase Switch ModeP
ower Converter」と題する、1999年
5月17日出願の米国仮特許出願第60/134,45
2号、および「Polyphase Switch M
ode Converter」と題する、1999年6
月9日出願の米国仮特許出願第60/138,339号
の優先権を主張するものであって、これらの出願の開示
全体は、本明細書中で参考として援用する。[0001] This application is a co-pending application of the "Polyphase Switch Mode P"
US Provisional Patent Application No. 60 / 134,45, filed May 17, 1999, entitled "Power Converter".
No. 2 and "Polyphase Switch M
Ode Converter ", June 1999
No. 60 / 138,339, filed on May 9, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.
【0002】[0002]
【発明の属する技術分野】本発明は、概して電力変換の
分野に関し、特に多相スイッチモード電力変換システム
および方法に関する。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to the field of power conversion, and more particularly to a polyphase switch mode power conversion system and method.
【0003】[0003]
【従来の技術】特にバックおよびブースト変換器を含む
多様なスイッチモード電力変換回路は、周知の技術であ
る。バック変換器は、直流(DC)電圧をあるレベルか
ら別の低いレベルへと下げるように作動し、その一方
で、ブースト変換器は、DC電圧をあるレベルから高い
レベルへと上げるように作動する。これらの変換器回路
は周知であり、比較的単純で、かつ非常に効率的に作動
するが、電界効果トランジスタ(FET)および絶縁ゲ
ートバイポーラトランジスタ(IBGT)のような、使
用される半導体のスイッチングデバイスの定格により、
電力処理能力に限界がある。このため、高電力レベルで
の作動では、多数のスイッチングデバイスが並列で作動
することが要求され得る。同様に、インダクタは、生産
が容易かつ小型でさらに経済的であることが要求される
ため、比較的高電力レベルで作動するよう設計された変
換器回路において、並列スイッチングデバイスおよび並
列インダクタの両方を使用することは、一般的なことで
ある。この構成要素の並列作動により、所望の高電力レ
ベルでの作動が可能となる一方で、構成要素の並列作動
は、これらの変換器の入力および出力端子にて生成され
る高レベルのリップル電流および電圧を下げることはな
い。2. Description of the Related Art A variety of switch mode power conversion circuits including buck and boost converters are well known in the art. Buck converters operate to reduce the direct current (DC) voltage from one level to another lower level, while boost converters operate to increase the DC voltage from one level to a higher level. . These converter circuits are well known and operate relatively simply and very efficiently, but the semiconductor switching devices used, such as field effect transistors (FETs) and insulated gate bipolar transistors (IBGTs) According to the rating of
Power handling capacity is limited. Thus, operation at high power levels may require multiple switching devices to operate in parallel. Similarly, inductors are required to be easy to produce, small in size and more economical, so that in a converter circuit designed to operate at relatively high power levels, both parallel switching devices and parallel inductors are used. Use is common. The parallel operation of the components allows operation at the desired high power level, while the parallel operation of the components results in high levels of ripple current and at the input and output terminals of these converters. It does not lower the voltage.
【0004】電力配電、変圧器、モータおよび発電器の
ような回転機械における多相作動の利点は、長い間理解
されてきた。3相の電力配電は、3相のモータ、発電
器、整流器、バッテリ充電器および電源の使用と同様に
一般的である。多相電力が、モータおよび発電器のより
滑らかな作動を提供することは長い間公知であり、理解
されてきた。なぜならば、ちょうど6つのシリンダーエ
ンジンが、同等のパワーを有する2つのシリンダーエン
ジンよりも本質的にスムーズであることと同様に、サイ
クル毎の電力パルスが2つではなく6つあるからであ
る。整流器、バッテリ充電器および電源のようなDC出
力を生成するデバイスの場合、多相電力を使用すること
は、特に有利である。なぜならば、位相の重複部分はス
ムーズで、低いリップルDC出力電圧および電流を達成
するために、DC出力をフィルターする必要性を大幅に
減少させるからである。[0004] The benefits of multi-phase operation in rotating machinery such as power distribution, transformers, motors and generators have long been understood. Three-phase power distribution is as common as the use of three-phase motors, generators, rectifiers, battery chargers and power supplies. It has long been known and understood that polyphase power provides smoother operation of motors and generators. This is because there are six instead of two power pulses per cycle, just as a six cylinder engine is inherently smoother than a two cylinder engine of equal power. For devices that produce a DC output, such as rectifiers, battery chargers and power supplies, using polyphase power is particularly advantageous. This is because the phase overlap greatly reduces the need to filter the DC output to achieve a smooth, low ripple DC output voltage and current.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】従来の技術において、
位相ごとに多相電力システムと接続した複数のスイッチ
モード変換器を使用することは、一般的であった。例え
ば、3つの変換器が、3相電力システムに使用されてき
た。この3相電力システムの3つの位相は、すべて単一
の出力に寄与する。残念ながら、単相の場合、同様の利
点は見られなかった。SUMMARY OF THE INVENTION In the prior art,
It has been common to use multiple switch mode converters connected to a polyphase power system for each phase. For example, three converters have been used in three-phase power systems. All three phases of this three-phase power system contribute to a single output. Unfortunately, similar advantages were not seen with the single phase.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】前述のような観点から、
本発明は、スタガー位相関係において、多様な電圧変換
器回路を作動することにより、第1の電圧レベルから第
2の電圧レベルまでDC電圧を変換するシステムおよび
方法を提供する。リップル電圧およびリップル電流が最
小限である最も滑らかな作動は、各変換器が、作動中に
直前かつ直後の変換器から同等に位相シフトする場合に
得られる。フルサイクルが電気角度360°から成ると
仮定し、使用される変換器の数が「N」である場合、各
変換器は隣接する変換器から360/N°で位相シフト
する。例えば、3つの変換器が使用される場合(N=
3)、各変換器は隣接する変換器から120°で位相シ
フトする。4つの位相は90°の位相シフトとなる等、
リップルが大幅に減少するだけでなく、変換器が作動す
る周波数のN倍の周波数のリップルは、必要とされるあ
らゆるフィルタリングをさらに単純化しそして減少させ
る。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above,
The present invention provides a system and method for converting a DC voltage from a first voltage level to a second voltage level by operating various voltage converter circuits in a staggered phase relationship. The smoothest operation with minimum ripple voltage and ripple current is obtained when each converter is equally phase shifted during operation from the immediately preceding and following converters. Assuming a full cycle consists of 360 electrical degrees, and if the number of transducers used is "N", each transducer will be phase shifted by 360 / N from its neighbor. For example, if three transducers are used (N =
3) Each converter is phase shifted by 120 ° from the adjacent converter. The four phases have a 90 ° phase shift, etc.
Not only is ripple greatly reduced, but ripple at a frequency N times the frequency at which the converter operates further simplifies and reduces any filtering required.
【0007】本発明はまた、DC電圧を変換させる方法
として見ることもできる。この点に関する方法には、概
して以下の工程が含まれる。すなわち、並列方向におい
て多数の電圧変換器回路を配列する工程と、制御回路と
共に多数の位相信号を発生させる工程と、各位相信号を
それぞれの電圧変換器回路に付与する工程とを含み、こ
れにより、電圧変換器回路は出力波形を発生できる。本
方法は、事前に定義された位相間隔により位相信号をオ
フセットする工程をさらに含み得る。[0007] The invention can also be viewed as a method of converting a DC voltage. Methods in this regard generally include the following steps. That is, including a step of arranging a number of voltage converter circuits in a parallel direction, a step of generating a number of phase signals together with a control circuit, and a step of applying each phase signal to each voltage converter circuit, The voltage converter circuit can generate an output waveform. The method may further include offsetting the phase signal by a predefined phase interval.
【0008】本発明の電圧を変換するためのシステム
は、並列に構成された複数のブースト回路と;力率補正
回路および少なくとも1つの遅延回路を含む制御回路
と;を備え、該力率補正回路および該少なくとも1つの
遅延回路は、互いに対して位相シフトされた複数の位相
信号を集合的に生成するように構成されており、該位相
信号の各々は該ブースト回路の各1つに印加されること
により、対応するブースト回路出力を駆動する。[0008] A system for converting a voltage according to the present invention comprises a plurality of boost circuits configured in parallel; a control circuit including a power factor correction circuit and at least one delay circuit; And the at least one delay circuit is configured to collectively generate a plurality of phase signals that are phase shifted with respect to each other, each of the phase signals being applied to a respective one of the boost circuits. This drives the corresponding boost circuit output.
【0009】前記力率補正回路および前記少なくとも1
つの遅延回路によって生成される前記位相信号は、所定
の位相間隔で同相にオフセットされていてもよい。The power factor correction circuit and the at least one
The phase signals generated by the two delay circuits may be offset in phase at a predetermined phase interval.
【0010】前記力率補正回路および前記少なくとも1
つの遅延回路によって生成される前記位相信号は、前記
各ブースト回路を非連続モードで駆動してもよい。The power factor correction circuit and the at least one
The phase signals generated by the two delay circuits may drive each of the boost circuits in a discontinuous mode.
【0011】前記力率補正回路および前記少なくとも1
つの遅延回路によって生成される前記位相信号は、前記
各ブースト回路を臨界導電モードで駆動してもよい。The power factor correction circuit and the at least one
The phase signals generated by the two delay circuits may drive each of the boost circuits in a critical conduction mode.
【0012】前記位相信号のうちの1つは、前記力率補
正回路によって生成されるマスター位相信号であり、該
位相信号のうちの少なくとも1つは、前記少なくとも1
つの遅延回路によって生成されるスレーブ信号であって
もよい。[0012] One of the phase signals is a master phase signal generated by the power factor correction circuit, and at least one of the phase signals is the master phase signal.
It may be a slave signal generated by two delay circuits.
【0013】前記ブースト回路の各々は、制御入力、電
源入力、およびスイッチ出力を有するスイッチングデバ
イスであって、該スイッチ出力はコモンに電気的に結合
されたスイッチングデバイスと;該ブースト回路の入力
と該電源入力との間に電気的に結合されたインダクタ
と;該電源入力と該ブースト回路の出力との間に電気的
に結合されたダイオードと;をさらに備えていてもよ
い。Each of the boost circuits is a switching device having a control input, a power input, and a switch output, the switch output being a switching device electrically coupled to a common; An inductor electrically coupled between the power input and a diode electrically coupled between the power input and the output of the boost circuit may be further provided.
【0014】前記力率補正回路はさらに、前記ブースト
回路のうちの1つのスイッチング入力に電気的に結合さ
れたマスター位相出力を含んでもよい。[0014] The power factor correction circuit may further include a master phase output electrically coupled to a switching input of one of the boost circuits.
【0015】前記少なくとも1つの遅延回路は、位相入
力および少なくとも1つのスレーブ出力を有し、該少な
くとも1つのスレーブ出力は、前記ブースト回路のうち
の対応する1つのスイッチング入力に電気的に結合され
ていてもよい。[0015] The at least one delay circuit has a phase input and at least one slave output, the at least one slave output being electrically coupled to a corresponding switching input of the boost circuit. You may.
【0016】前記スイッチングデバイスはさらに、絶縁
ゲートバイポーラトランジスタを含んでもよい。[0016] The switching device may further include an insulated gate bipolar transistor.
【0017】本発明の電圧を変換するための方法は、並
列に構成された複数のブースト回路と;複数の位相信号
のうちの第1の位相信号を生成するための力率補正手段
と;複数の位相信号のうちの少なくとも1つの第2の位
相信号を生成するための少なくとも1つの遅延手段とを
包含し、該位相信号は互いに対して位相シフトされてお
り、該位相信号の各々は該ブースト回路の各1つに印加
されることにより、対応するブースト回路出力を駆動す
る。A method for converting a voltage according to the present invention includes a plurality of boost circuits configured in parallel; a power factor correction means for generating a first phase signal of the plurality of phase signals; At least one delay means for generating a second phase signal of at least one of said phase signals, said phase signals being phase shifted with respect to each other, each of said phase signals being Applied to each one of the circuits to drive the corresponding boost circuit output.
【0018】前記位相信号を所定の位相間隔でオフセッ
トするための手段をさらに包含してもよい。The apparatus may further include means for offsetting the phase signal at a predetermined phase interval.
【0019】本発明の電圧を変換するための方法であっ
て、複数のブースト回路を並列に電気的に結合するステ
ップと;力率補正回路および少なくとも1つの遅延回路
を含む制御回路によって互いに対して位相シフトされた
複数の位相信号を集合的に生成するステップであって、
該位相信号の各々は該ブースト回路の各1つに印加され
ることにより、対応するブースト回路出力を駆動するス
テップと;を包含する。A method for converting voltages according to the present invention, comprising: electrically coupling a plurality of boost circuits in parallel; and a control circuit including a power factor correction circuit and at least one delay circuit with respect to each other. Collectively generating a plurality of phase shifted phase signals,
Driving each of the phase signals to a respective one of the boost circuits to drive a corresponding boost circuit output.
【0020】前記位相信号を所定の位相間隔でオフセッ
トするステップをさらに包含してもよい。The method may further include the step of offsetting the phase signal at a predetermined phase interval.
【0021】前記位相信号によって前記各ブースト回路
を非連続モードで駆動するステップをさらに包含しても
よい。[0021] The method may further include driving each of the boost circuits in the discontinuous mode by the phase signal.
【0022】前記位相信号によって前記各ブースト回路
を臨界導電モードで駆動するステップをさらに包含して
もよい。The method may further include driving each of the boost circuits in the critical conduction mode according to the phase signal.
【0023】前記力率補正回路および少なくとも1つの
遅延回路を含む制御回路によって複数の位相信号を集合
的に生成するステップは、該力率補正回路によってマス
ター位相信号を生成するステップと;前記少なくとも1
つの遅延回路によってスレーブ信号を生成するステップ
と;をさらに包含してもよい。The step of collectively generating a plurality of phase signals by the control circuit including the power factor correction circuit and at least one delay circuit includes the step of generating a master phase signal by the power factor correction circuit;
Generating a slave signal by two delay circuits.
【0024】前記ブースト回路を提供するステップであ
って、制御入力、電源入力、およびスイッチ出力を有す
るスイッチングデバイスであって、該スイッチ出力がコ
モンに電気的に結合されたスイッチングデバイスを提供
するステップと;該ブースト回路の入力および該電源入
力にインダクタを電気的に結合するステップと;該電源
入力と該ブースト回路の出力との間にダイオードを電気
的に結合するステップと;を包含するステップを、さら
に包含してもよい。Providing the boost circuit, comprising: providing a switching device having a control input, a power input, and a switch output, wherein the switch output is electrically coupled to common. Electrically coupling an inductor to the input of the boost circuit and the power supply input; and electrically coupling a diode between the power supply input and the output of the boost circuit. It may further include.
【0025】前記ブースト回路のうちの1つのスイッチ
ング入力に電気的に結合されたマスター位相出力を、前
記力率補正回路から提供するステップをさらに包含して
もよい。[0025] The method may further comprise providing a master phase output from the power factor correction circuit electrically coupled to a switching input of one of the boost circuits.
【0026】前記少なくとも1つの遅延回路の位相入力
および少なくとも1つのスレーブ出力を提供するステッ
プであって、該少なくとも1つのスレーブ出力は、前記
ブースト回路のうちの対応する1つのスイッチング入力
に電気的に結合されている、ステップをさらに包含して
もよい。Providing a phase input of the at least one delay circuit and at least one slave output, the at least one slave output being electrically connected to a corresponding switching input of the boost circuit. Steps that are combined may further be included.
【0027】前記制御入力を有するスイッチングデバイ
スを提供するステップは、絶縁ゲートバイポーラトラン
ジスタを提供するステップをさらに包含してもよい。[0027] Providing a switching device having the control input may further include providing an insulated gate bipolar transistor.
【0028】本発明のその他の特徴および利点は、以下
の図面および詳細な説明を読むことにより当業者に明ら
かとなるであろう。すべての追加的特徴および利点は、
本発明の範囲内において本明細書中に含まれる。Other features and advantages of the present invention will become apparent to one with skill in the art upon reading the following figures and detailed description. All additional features and benefits are
Included herein within the scope of the present invention.
【0029】[0029]
【発明の実施の形態】本発明は、以下の図面を参照する
ことにより、さらに理解されるものである。図面中の構
成要素は、必ずしも一定の縮尺で示されてはおらず、代
わりに本発明の原理がわかりやすく図示されることに重
点が置かれている。さらに、図面中における同様の参照
番号は、いくつかの図面にわたって対応する部分を示
す。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention can be better understood with reference to the following drawings. The components in the drawings are not necessarily shown to scale, emphasis instead being placed upon clearly illustrating the principles of the invention. Moreover, like reference numerals in the figures indicate corresponding parts throughout the several views.
【0030】図1を参照すると、従来技術によるバック
(buck)変換器回路10が示されている。バック変
換器回路10は回路図形式で示されており、電界効果ト
ランジスタ(FET)として示されているスイッチング
デバイス16を含む。スイッチングデバイス16、およ
び他の図を参照して示される相当するスイッチングデバ
イスは、電界効果トランジスタとして示され得るが、任
意のこのようなスイッチングデバイスが他の任意の適切
なスイッチングデバイス(例えば、バイポーラトランジ
スタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、もしくは他
の種々のデバイス)を含み得ることは言うまでもない。Referring to FIG. 1, a prior art buck converter circuit 10 is shown. Buck converter circuit 10 is shown in schematic form and includes a switching device 16 shown as a field effect transistor (FET). Switching device 16, and corresponding switching devices shown with reference to the other figures, may be shown as field effect transistors, but any such switching device may be replaced by any other suitable switching device (eg, a bipolar transistor). , Insulated gate bipolar transistors, or various other devices).
【0031】図1によると、入力電圧が入力12と回路
の入力および出力の両方に対して共通のものであるコモ
ン接続14との間に印加される。トランジスタ16は、
制御回路(図示せず)によりオンおよびオフに切換えら
れ、通常、出力24において得られる出力電圧は、入力
電圧のレベルよりも低い、所望のレベルにある。トラン
ジスタ16が「オン」の場合、電流は入力電圧ソースか
ら、インダクタ20を介し、そして出力24とコモン1
4との間に接続された負荷(図示せず)を介して流れ
る。電流がインダクタを流れると、エネルギーがインダ
クタの磁界に蓄積される。制御回路により定められたあ
る期間の後、トランジスタは「オフ」となる。このと
き、インダクタフィールドに蓄積されたエネルギーは、
電流がインダクタ、負荷を介し、そしてダイオード18
を介して、蓄積されたエネルギーが使用され尽くすま
で、あるいはトランジスタが再度「オン」となるまで流
れ続けるように強いる。インダクタフィールドにおける
エネルギーが消耗される前にトランジスタ16が再度オ
ンとなった場合、インダクタを通る電流がゼロまで下が
ることがないため、回路は連続モードで作動することに
なる。この回路は、不連続モードでもまた作動してもよ
く、この場合インダクタ電流は、各サイクル中のある期
間の間、ゼロまで下がることが可能である。さらに、こ
の回路は臨界導電モードで作動することができ、この場
合インダクタ電流は、次のサイクルを開始し、インダク
タ電流を直ちに増加させるために、ただトランジスタが
再度「オン」となる前にゼロまで下がることが可能であ
る。According to FIG. 1, an input voltage is applied between an input 12 and a common connection 14, which is common to both the input and output of the circuit. Transistor 16
Switched on and off by a control circuit (not shown), the output voltage obtained at output 24 is typically at a desired level, which is lower than the level of the input voltage. When transistor 16 is "on," current flows from the input voltage source through inductor 20 and to output 24 and common 1
4 flows through a load (not shown) connected between the power supply 4. As current flows through the inductor, energy is stored in the inductor's magnetic field. After a period of time defined by the control circuit, the transistor turns "off". At this time, the energy stored in the inductor field is
Current flows through the inductor, the load, and the diode 18
To force the stored energy to continue flowing until it is exhausted or until the transistor is turned "on" again. If transistor 16 is turned on again before the energy in the inductor field is depleted, the circuit will operate in continuous mode, since the current through the inductor will not drop to zero. The circuit may also operate in a discontinuous mode, in which case the inductor current may fall to zero for a period of time during each cycle. In addition, the circuit can operate in critical conduction mode, in which the inductor current just reaches zero before the transistor is turned "on" again in order to start the next cycle and immediately increase the inductor current. It is possible to go down.
【0032】図2を参照すると、図1の回路において存
在する2つの波形のグラフが示される。例示を目的とし
て、この波形は、1対4のステップダウンの電圧によ
る、連続モードで作動する回路を表すものが選択されて
おり、これは例えば、48ボルトのDC入力および12
ボルトのDC出力を有する回路である。波形30は、図
1のトランジスタ16、ダイオード18とインダクタ2
0との間の接合部における電圧を表す。この点は、トラ
ンジスタがオンのとき、入力電圧ソース12の電位まで
上がり、トランジスタがオフのとき、ダイオード18の
導通のために、ゼロよりも低い接合部まで下がる。連続
モードの動作において、24における出力電圧は、電圧
30の平均値と等しくなり、12ボルトの出力と48ボ
ルトの入力に対して、デューティサイクル(すなわちオ
ン時間およびオフ時間の合計に対する時間的なトランジ
スタの割合)は、1/4もしくは25%となる。Referring to FIG. 2, there is shown a graph of two waveforms present in the circuit of FIG. For the purpose of illustration, this waveform has been chosen to represent a circuit operating in continuous mode with a voltage of one to four step-downs, for example, a 48 volt DC input and 12 volts.
Circuit with DC output of volts. Waveform 30 corresponds to transistor 16, diode 18 and inductor 2 of FIG.
Represents the voltage at the junction between zero and zero. This point rises to the potential of the input voltage source 12 when the transistor is on, and falls to a junction below zero due to conduction of the diode 18 when the transistor is off. In continuous mode of operation, the output voltage at 24 will be equal to the average value of the voltage 30, and for a 12 volt output and a 48 volt input, the duty cycle (ie, the temporal transistor relative to the sum of on and off times) Is 1/4 or 25%.
【0033】トランジスタ16がオンの場合、波形32
で示されるインダクタ電流は、エネルギーがインダクタ
の磁界に蓄積されるにつれて、最小値から最大値へラン
プアップ(ramp up)する。トランジスタ16が
オフの場合、インダクタ電流は、示されるようにその最
小値までランプダウン(ramp down)する。特
定の例において、最小値はゼロに近づけて(しかし常に
ゼロよりも上に)選択されているため、回路は連続導電
モードではあるがほぼ臨界導電の点で作動する。回路の
所望の出力はスムーズなDC電圧であるが、インダクタ
を通る電流は、のこぎり波形であることに注目された
い。図1に示されるキャパシタ22は、インダクタ電流
のAC(リップル)成分のためのパスを設ける目的を果
たす。回路の出力におけるリップル電圧の量は、リップ
ル電流、キャパシタの大きさ、およびリップル周波数の
関数となる。インダクタ電流の平均DC成分は、図2の
破線34で示される。図1に示す出力キャパシタ22を
通過しなければならないリップル電流は、DC電流34
と実インダクタ電流32との差である。図1に示す回路
および図2の波形は、従来技術を反映しており、周知で
あるため理解される。When the transistor 16 is on, the waveform 32
The inductor current ramps up from a minimum to a maximum as energy is stored in the magnetic field of the inductor. When transistor 16 is off, the inductor current ramps down to its minimum as shown. In certain instances, the circuit operates in a continuous conduction mode, but near critical conduction point, since the minimum value is selected close to zero (but always above zero). Note that while the desired output of the circuit is a smooth DC voltage, the current through the inductor is a sawtooth waveform. The capacitor 22 shown in FIG. 1 serves the purpose of providing a path for the AC (ripple) component of the inductor current. The amount of ripple voltage at the output of the circuit is a function of the ripple current, the size of the capacitor, and the ripple frequency. The average DC component of the inductor current is shown by dashed line 34 in FIG. The ripple current that must pass through the output capacitor 22 shown in FIG.
And the actual inductor current 32. The circuit shown in FIG. 1 and the waveforms in FIG. 2 reflect the prior art and are well known and will be understood.
【0034】図3を参照すると、従来技術によるブース
ト(boost)変換器40が示される。入力電圧は、
出力54とコモン44との間において生成される。例示
を目的として、変換器が1対3ステップアップ比率(こ
れは例えば、12ボルトの入力および36ボルトの出
力)を有すると仮定する。すでに説明したバック変換器
の場合のように、ブースト変換器は連続モード、不連続
モード、または臨界導電モードで作動し得る。動作にお
いて、トランジスタ48は制御回路(図示せず)によ
り、通常、出力54における電圧レベルに応答してオン
またはオフとなり、トランジスタ48がオンの場合、電
流は入力42からインダクタ46およびトランジスタ4
8を介して流れる。上述のバック変換器回路10(図
1)による場合のように、トランジスタ48が「オン」
のとき、インダクタの磁界に蓄積されたエネルギーが増
加するにつれて、インダクタ46の電流は増加する。ト
ランジスタ48が「オフ」のとき、電流は入力からイン
ダクタ46を介して流れ、その後ダイオード50を介し
て出力54へ流れ続ける。キャパシタ52は、AC(リ
ップル)成分のためのパスを設けるブースト変換器回路
40の、出力54およびコモン44にわたって接続され
る。Referring to FIG. 3, a boost converter 40 according to the prior art is shown. The input voltage is
Generated between output 54 and common 44. For purposes of illustration, assume that the transducer has a one-to-three step-up ratio (eg, a 12 volt input and a 36 volt output). As in the case of the buck converter described above, the boost converter may operate in a continuous mode, a discontinuous mode, or a critical conduction mode. In operation, transistor 48 is turned on or off by a control circuit (not shown), typically in response to a voltage level at output 54, and when transistor 48 is on, current flows from input 42 to inductor 46 and transistor 4
Flow through 8. Transistor 48 is "on" as in the buck converter circuit 10 (FIG. 1) described above.
At this time, the current in the inductor 46 increases as the energy stored in the magnetic field of the inductor increases. When transistor 48 is “off”, current flows from the input through inductor 46 and then continues to flow through diode 50 to output 54. Capacitor 52 is connected across output 54 and common 44 of boost converter circuit 40, which provides a path for the AC (ripple) component.
【0035】図4によると、トランジスタ48(図
3)、ダイオード50(図3)、およびインダクタ46
(図3)の接合部における電圧波形60、ならびにイン
ダクタ電流波形62、および波形64により示されるイ
ンダクタ46を介する電流の平均(すなわちDC成分)
が示される。電圧60は、トランジスタ48がオンのと
き、ゼロ近くまで低下する。同時に、インダクタ電流6
2は、トランジスタ48がオフの時点で到達する最大値
までランプアップする。この例において、インダクタ電
流はトランジスタ48を流れることはできず、ダイオー
ド50を介して出力54へ、そしてそこから負荷(図示
せず)へ流れなければならない。バック変換器回路10
(図1)による場合のように、ブースト変換器回路40
の動作は、当該分野において周知である。Referring to FIG. 4, transistor 48 (FIG. 3), diode 50 (FIG. 3) and inductor 46
The average (ie, DC component) of the current through inductor 46 as shown by voltage waveform 60 at the junction of FIG. 3 and inductor current waveforms 62 and 64.
Is shown. Voltage 60 drops to near zero when transistor 48 is on. At the same time, the inductor current 6
2 ramps up to the maximum value reached when transistor 48 is off. In this example, the inductor current cannot flow through transistor 48 and must flow through diode 50 to output 54 and from there to the load (not shown). Buck converter circuit 10
The boost converter circuit 40, as in the case according to FIG.
Is well known in the art.
【0036】図5を参照すると、本発明の実施形態によ
る多相バック変換器70が示される。多相バック変換器
70は、位相シフトした関係において作動する2つのバ
ック変換器72および74を含む。バック変換器72お
よび74の各々は、図1および図2に関して説明したよ
うに作動する。バック変換器72および74は、コモン
78に関して1つの入力76を用い、1つの出力80を
生成する。バック変換器72および74は、制御回路8
2により駆動し、バック変換器72および74が相互に
180度の位相差をもって作動する。制御回路82は、
個別部品により実現されてもよく、あるいは図7を参照
しながらより詳細に説明されるような集積回路であって
もよい。Referring to FIG. 5, a polyphase buck converter 70 according to an embodiment of the present invention is shown. Polyphase buck converter 70 includes two buck converters 72 and 74 operating in a phase shifted relationship. Each of the buck converters 72 and 74 operates as described with respect to FIGS. Buck converters 72 and 74 use one input 76 with respect to common 78 and produce one output 80. Buck converters 72 and 74 are connected to control circuit 8.
2 and the buck converters 72 and 74 operate 180 degrees out of phase with each other. The control circuit 82
It may be realized by discrete components or may be an integrated circuit as described in more detail with reference to FIG.
【0037】図6によると、多相バック変換器70(図
5)の位相シフト動作を図示する、多数の波形のグラフ
が示される。多相バック変換器70の動作についての以
下の説明は、1対4の電圧ステップダウン比率を仮定す
る。波形90および94は、バック変換器72および7
4における電圧波形をそれぞれ表し、これらは各々のト
ランジスタ、ダイオード、およびインダクタの接合部に
おいて得られたものである。波形90および94は、波
形30(図2)にほぼ対応している。同様に、波形92
および96は、2つのバック変換器72および74にお
けるインダクタ電流波形であり、それぞれが波形32
(図2)に対応している。従来技術によると、2倍の電
力レベルにおけるバック変換器回路10(図1)の動
作、または2つの並列なこのような回路の動作は、波形
98により示されるような2倍のインダクタ電流とな
る。本発明によると、多相構成(すなわち、説明したよ
うなシフトした位相)における2つのバック変換器72
および74の動作は、個々のインダクタ電流92および
96の合計である、波形100で示される合成電流とな
る。波形102は、多相バック変換器70の出力の平均
(すなわちDC成分)を示す。Referring to FIG. 6, there is shown a graph of a number of waveforms illustrating the phase shifting operation of the polyphase buck converter 70 (FIG. 5). The following description of the operation of the polyphase buck converter 70 assumes a 1 to 4 voltage step down ratio. Waveforms 90 and 94 are buck converters 72 and 7
4 respectively represent the voltage waveforms obtained at the junction of each transistor, diode and inductor. Waveforms 90 and 94 substantially correspond to waveform 30 (FIG. 2). Similarly, waveform 92
And 96 are the inductor current waveforms in the two buck converters 72 and 74, each with waveform 32
(FIG. 2). According to the prior art, operation of buck converter circuit 10 (FIG. 1) at twice the power level, or operation of two such circuits in parallel, results in twice the inductor current as shown by waveform 98. . According to the invention, two buck converters 72 in a polyphase configuration (ie, shifted phase as described).
The operation of and 74 results in a composite current shown by waveform 100, which is the sum of the individual inductor currents 92 and 96. Waveform 102 shows the average of the output of polyphase buck converter 70 (ie, the DC component).
【0038】波形100が、従来技術を表す波形98よ
りも、よりスムーズであり、有意により低いAC電流成
分(すなわちリップル)を有することは明らかである。
さらに、本発明を用いることにより、リップルの大きさ
が低減されるだけでなく、周波数もまた2倍となり、そ
してこれ自体はスムーズなDC入力および出力電流を得
るためにこのリップルをフィルタにかけることを容易に
する。リップル周波数における増加は、用いられる位相
の数の一次関数であり、N個の位相がある場合、リップ
ル周波数はNで掛け合わされる。リップルの大きさにお
ける低減は、位相の数の関数のみならず、変換器の電圧
変換比率の関数でもある。It is clear that waveform 100 is smoother and has a significantly lower AC current component (ie, ripple) than waveform 98 representing the prior art.
Furthermore, by using the present invention, not only is the magnitude of the ripple reduced, but the frequency is also doubled, and as such, filtering this ripple to obtain smooth DC input and output currents To facilitate. The increase in ripple frequency is a linear function of the number of phases used, and if there are N phases, the ripple frequency is multiplied by N. The reduction in the magnitude of the ripple is not only a function of the number of phases, but also of the voltage conversion ratio of the converter.
【0039】図7によると、本発明の実施形態による多
相ブースト変換器110が示される。多相ブースト変換
器110は、2つの位相を含むが、本発明の原理によ
り、より大きな数の位相が用いられ得る。DC電圧は、
入力112とコモン114との間に印加される。インダ
クタ118、トランジスタ122、およびダイオード1
36から構成される第1のブースト回路は、第1の位相
として作動し、インダクタ120、トランジスタ12
4、およびダイオード138から構成される第2のブー
スト回路は、第2の位相として作動する。第2の位相
は、第1の位相から180度(すなわち2分の1サイク
ル)シフトしている。出力電圧は、コモン114に関し
て出力142において生成される。入力キャパシタ11
6は、入力リップル電流フローのためのパスを設けるの
に対し、出力キャパシタ140は、出力リップル電流フ
ローのためのパスを設け、出力をフィルタにかける。Referring to FIG. 7, there is shown a polyphase boost converter 110 according to an embodiment of the present invention. The polyphase boost converter 110 includes two phases, but a larger number of phases may be used in accordance with the principles of the present invention. The DC voltage is
Applied between input 112 and common 114. Inductor 118, transistor 122, and diode 1
36 operates as a first phase, the inductor 120, the transistor 12
4, and a second boost circuit composed of a diode 138 operates as a second phase. The second phase is shifted 180 degrees (ie, one half cycle) from the first phase. An output voltage is generated at output 142 with respect to common 114. Input capacitor 11
6 provides a path for input ripple current flow, while output capacitor 140 provides a path for output ripple current flow and filters the output.
【0040】ブースト変換器回路は、制御回路82(図
5)と同様の方法における制御回路134により駆動す
る。制御回路134は、示されるようにトランジスタ1
22および124をレジスタ126および128を介し
て作動させ、多相ブースト変換器110の出力電圧を、
レジスタ130および132を含むフィードバック分圧
器に応答して調節する。制御回路134は、当該分野に
おいて周知であるプッシュプルインバータアプリケーシ
ョンを意図した両端パルス幅変調変換器であり得る。こ
れは例えば、Unitrode Corporatio
nにより製造された「Current Mode PW
M Controller」(モデル番号UC1846
/7)であり、これは97年1月付けのUnitrod
eの刊行物である「Current Mode PWM
Controller」(モデル番号UC1864/
7)の主題である。Unitrodeのコントローラの
動作および接続についてのさらなる詳細は、本明細書中
で参考として援用する上述の刊行物において提供され
る。The boost converter circuit is driven by control circuit 134 in a manner similar to control circuit 82 (FIG. 5). The control circuit 134 operates as shown in FIG.
22 and 124 are activated via the registers 126 and 128, and the output voltage of the polyphase boost converter 110 is
The adjustment is made in response to a feedback voltage divider that includes resistors 130 and 132. The control circuit 134 can be a double-ended pulse width modulation converter intended for push-pull inverter applications, which are well known in the art. This is, for example, Unitode Corporation
"Current Mode PW
M Controller "(model number UC1846
/ 7), which is Unitrod dated January 1997.
e, "Current Mode PWM"
Controller "(model number UC1864 /
This is the subject of 7). Further details regarding the operation and connection of the Unitode controller are provided in the aforementioned publications, which are incorporated herein by reference.
【0041】次に図8を参照して、多相ブースト(bo
ost)変換器110(図7)の適切な(pertin
ent)波形を示す。例示目的で、多相ブースト変換器
110を1:2の変換比で動作させ、出力電圧が入力電
圧の2倍になるように想定する。デューティサイクル5
0%、すなわち各サイクルの期間の半分の間トランジス
タをオンにするか、または導電状態にする連続モード動
作によってこれを達成できる。電圧波形150および1
52は、一般的に電圧波形60に対応する(図4)。イ
ンダクタ電流波形154および156は、電流波形62
に対応する(図4)。波形158は、電流波形154お
よび156の和である。多相ブースト変換器110の2
つのブースト変換器は、180度の位相分離を伴う50
%のデューティサイクルにおいて動作するので、電流波
形154も同じ割合で上昇し、同時に電流波形156は
降下する。逆の場合も同様である。この結果、これらの
電流の和である電流波形158は、AC成分すなわちリ
ップルを含まない。Next, referring to FIG. 8, the multi-phase boost (bo
ost) of the converter 110 (FIG. 7).
ent) shows the waveform. For illustrative purposes, assume that the polyphase boost converter 110 is operated at a conversion ratio of 1: 2 and that the output voltage is twice the input voltage. Duty cycle 5
This can be achieved by continuous mode operation, where the transistor is turned on or conducting for 0%, ie half of the period of each cycle. Voltage waveforms 150 and 1
52 generally corresponds to the voltage waveform 60 (FIG. 4). The inductor current waveforms 154 and 156 correspond to the current waveform 62
(FIG. 4). Waveform 158 is the sum of current waveforms 154 and 156. Polyphase boost converter 110-2
One boost converter has 50 with 180 degree phase separation.
Operating at a% duty cycle, current waveform 154 also rises at the same rate, while current waveform 156 falls. The same applies to the opposite case. As a result, current waveform 158, which is the sum of these currents, does not include an AC component or ripple.
【0042】図9を参照して、例えば臨界導電モードで
動作する4つのブースト変換回路40(図3)を使用す
る多相ブースト変換器において発生するリップル電流の
グラフを示し、本発明の原理のさらなる説明を提供す
る。グラフは、完全な2サイクルの期間、すなわち72
0度の間に4つのブースト変換器のインダクタ電流16
0、162、164および166を含む。一般的に、本
実施例の多相ブースト変換器の各インダクタを流れる電
流は、最低値0アンペアから最高値8アンペアまでラン
プし、また0アンペアに戻る。これらの4つの電流を加
えることで、合成電流すなわち実効電流である波形16
8を生成する。従来技術の実施によると、単一の変換器
でも4つの並列変換器でも、16アンペアの平均DC成
分を生成するのに0〜32アンペアの電流ランプを必要
とし、ピークピーク32アンペアのACすなわちリップ
ル電流成分を生成する。Referring to FIG. 9, there is shown a graph of the ripple current generated in a multi-phase boost converter using, for example, four boost converter circuits 40 (FIG. 3) operating in the critical conduction mode to illustrate the principles of the present invention. Provides further explanation. The graph shows a period of two complete cycles, ie, 72
Inductor current 16 of four boost converters during 0 degree
0, 162, 164 and 166. Generally, the current flowing through each inductor of the multi-phase boost converter of this embodiment ramps from a minimum of 0 amps to a maximum of 8 amps and back to 0 amps. By adding these four currents, a waveform 16 which is a composite current, that is, an effective current is obtained.
8 is generated. According to prior art implementations, either a single converter or four parallel converters requires a current ramp of 0 to 32 amps to produce an average DC component of 16 amps and a peak to peak 32 amps AC or ripple. Generate a current component.
【0043】本発明によると、合成電流168は、所望
どおり16アンペアの平均(DC)成分を有するが、A
C(リップル)電流成分はピークピーク2アンペアに低
減されている。互いに均等に位相シフトした多相構成に
おける4つのブースト変換回路40の動作は、望ましく
ないリップル電流成分を16分の1に低減した。さら
に、リップル電流の周波数は4倍に増加した。出力フィ
ルタキャパシタ140(図7)と同様の、多相ブースト
変換器の出力に位置する出力フィルタキャパシタのイン
ピーダンスは、周波数に反比例するので、リップル電流
の周波数の4倍増は、フィルタとしてのキャパシタの効
率を4倍に増大させる。これがリップルの大きさの16
分の1への低減と組み合わされれば、従来技術の変換器
と比較したとき、所与のフィルタキャパシタにより64
分の1にリップルを低減する。換言すれば、フィルタキ
ャパシタのサイズが64分の1に低減され得るがリップ
ルは従来技術と同一に保たれる。According to the present invention, the resultant current 168 has a mean (DC) component of 16 amps as desired,
The C (ripple) current component is reduced to 2 amps peak to peak. The operation of the four boost converters 40 in a multi-phase configuration evenly shifted in phase with each other has reduced the undesirable ripple current component by a factor of 16. In addition, the frequency of the ripple current has increased fourfold. Since the impedance of the output filter capacitor located at the output of the polyphase boost converter, similar to output filter capacitor 140 (FIG. 7), is inversely proportional to frequency, a four-fold increase in the frequency of the ripple current is due to the efficiency of the capacitor as a filter. Is increased 4 times. This is the ripple size 16
Combined with a reduction by a factor of one, when compared to prior art converters, 64
Reduce ripple by a factor of one. In other words, the size of the filter capacitor can be reduced by a factor of 64, but the ripple remains the same as in the prior art.
【0044】多相ブースト変換器110(図7)を参照
して説明した制御回路134(図7)は、2相動作での
実施には有用であるが、2相より多い場合、追加のトラ
ンジスタおよびインダクタに対する励振信号を生成する
ための追加の回路を必要とする。一般的に、N相が使用
される場合、各相に1つずつ、N個の位相励振信号が必
要である。これらの位相励振信号は単一のマスタ制御信
号から導かれ得る。マイクロプロセッサ制御器の使用も
含め、この望ましい結果を達成し得る数多くの回路構成
が存在することは明白である。そのような回路の1つ
は、図10を参照して説明する、マスタ励振信号からの
スレーブ励振信号を導くためのデジタルシフトレジスタ
に依存する回路を含むが、この回路は、適切な位相励振
信号を生成する目的のために使用され得る唯一の回路で
はない。The control circuit 134 (FIG. 7) described with reference to the polyphase boost converter 110 (FIG. 7) is useful for implementation in two-phase operation, but if more than two phases, additional transistors And an additional circuit for generating an excitation signal for the inductor. Generally, when N phases are used, N phase excitation signals are required, one for each phase. These phase excitation signals can be derived from a single master control signal. Obviously, there are numerous circuit configurations that can achieve this desired result, including the use of a microprocessor controller. One such circuit includes a circuit described with reference to FIG. 10 that relies on a digital shift register to derive a slave excitation signal from a master excitation signal, which circuit includes a suitable phase excitation signal. Is not the only circuit that can be used for the purpose of generating
【0045】図10を参照して、本発明による4相ブー
スト変換回路170の模式図を示す。詳細には、図10
は、力率修正回路としての本発明の使用を示す。力率修
正回路は当該分野では周知であり、典型的には入力電流
が常に入力電圧に比例するような様態で変換器の入力電
流を変調するブースト変換器を使用する。例えば入力電
圧が整流化された正弦波形である場合、変換器の入力電
圧もまた、整流化された正弦波形である。この様態で、
変換器入力の力率は修正されるか、または変換器が抵抗
型負荷であるかのようになる。そのような力率修正回路
は、例えばアメリカ合衆国イリノイ州Schaumbu
rgのMotorola,Inc.により製造された力
率制御回路であり、「Power Factor Co
ntrollers」Model Nos.MC342
62/MC33262(1996)と題され、本願に参
照としてその全体を援用するMotorola,In
c.により発行されたデータシートに記載された型番M
C34262などの、本目的のために特別に製造された
集積回路制御デバイスにより典型的に制御される。Referring to FIG. 10, a schematic diagram of a four-phase boost conversion circuit 170 according to the present invention is shown. For details, see FIG.
Shows the use of the present invention as a power factor correction circuit. Power factor correction circuits are well known in the art and typically use a boost converter that modulates the input current of the converter in such a way that the input current is always proportional to the input voltage. For example, if the input voltage is a rectified sine waveform, the input voltage of the converter is also a rectified sine waveform. In this manner,
The power factor at the transducer input is modified or as if the transducer were a resistive load. Such a power factor correction circuit is known, for example, from Schaumbu, Illinois, USA
rg Motorola, Inc. Is a power factor control circuit manufactured by Power Factor Co.
ntrollers "Model Nos. MC342
62 / MC33262 (1996), Motorola, Ind., Which is incorporated herein by reference in its entirety.
c. Model number M described in the data sheet issued by
It is typically controlled by an integrated circuit control device specially manufactured for this purpose, such as C34262.
【0046】再び図10を参照して、4相ブースト変換
回路170は、先に述べた力率制御器175、Moto
rola型番MC34262を使用(feature)
する力率制御回路174と、単純化した概略形式で示さ
れた関連構成要素とを含む。図10の要素またはデバイ
スにおいて、製造業者の刊行物を参照するもの、または
参照したものに関しては、参照要素に対する製造業者の
ピン番号を図に示した。これには、製造業者のピン番号
1、3、4、5および7で示される力率制御器175を
含む。省略されているピンは、単に供給電圧またはコモ
ンに接続されているのみであり、従って図には示されて
いない。Referring again to FIG. 10, four-phase boost conversion circuit 170 includes power factor controller 175 and Moto
Uses Rola model number MC34262 (feature)
Power factor control circuit 174 and associated components shown in simplified schematic form. In the elements or devices of FIG. 10, where reference is made to, or for reference to, the manufacturer's publication, the manufacturer's pin number for the reference element is indicated in the figure. This includes a power factor controller 175, indicated by the manufacturer's pin numbers 1, 3, 4, 5 and 7. The omitted pins are simply connected to the supply voltage or common and are therefore not shown in the figure.
【0047】力率制御回路174に加えて、4相ブース
ト変換回路170は、図に示すように、クロック発振器
172、第1のシフトレジスタ178、第2のシフトレ
ジスタ176、カウンタ180、および4相ブースト変
換器188をさらに含む。4相ブースト変換器188
は、図に示すように、個別のインダクタ202、20
4、206および208、ならびらにトランジスタ21
0、212、214および216を有する個別のブース
ト変換器を含む。個別のブースト変換器により4相ブー
スト変換器188を図示しているが、4相ブースト変換
器188を、本発明の原理により4相バック(buc
k)変換器と置き換え得ることが理解される。In addition to the power factor control circuit 174, the four-phase boost converter 170 includes a clock oscillator 172, a first shift register 178, a second shift register 176, a counter 180, and a four-phase It further includes a boost converter 188. Four-phase boost converter 188
Are, as shown, individual inductors 202, 20
4, 206 and 208, as well as transistor 21
It includes a separate boost converter having 0, 212, 214 and 216. Although a four-phase boost converter 188 is illustrated with a separate boost converter, the four-phase boost converter 188 may be replaced by a four-phase buck (buc) in accordance with the principles of the present invention.
k) It is understood that it can be replaced by a transducer.
【0048】力率制御器175を参照して、ピン3が変
換器入力190に接続され、ピン1(VFBK)が変換
器出力194に接続され、ピン5(ゼロ)がカウンタの
出力回路に接続され、出力ピン7がシフトレジスタ17
8およびマスタ位相の第1のインダクタ202に対する
トランジスタ210のためのドライバに接続され、参照
した要素のすべての回路が回路コモン192に接続され
ている。力率制御器175の動作は、Motorola
刊行物と同様に説明されるが、断続的導電モードで動作
し、電圧または電流ではなくクロック回路により決定さ
れた一定のマスタサイクル周波数で励振されるところの
み異なる。これは、臨界導電モード、すなわちサイクル
のインダクタ電流がゼロ電圧に到達するのと同時に制御
器の励振出力が発生するモードにおいて、Motoro
la刊行物に記載された力率制御器175の動作と対照
をなす。Referring to power factor controller 175, pin 3 is connected to converter input 190, pin 1 (VFBK) is connected to converter output 194, and pin 5 (zero) is connected to the output circuit of the counter. The output pin 7 is connected to the shift register 17
8 and connected to the driver for transistor 210 for the first inductor 202 in the master phase, and all circuits of the referenced elements are connected to circuit common 192. The operation of the power factor controller 175 is based on Motorola
Described similarly to the publications, they operate in an intermittent conduction mode and differ only in that they are excited at a constant master cycle frequency determined by the clock circuit rather than by voltage or current. This is because in the critical conduction mode, i.e., when the excitation output of the controller is generated at the same time that the inductor current of the cycle reaches zero voltage, the Motoro
This contrasts with the operation of the power factor controller 175 described in the La publication.
【0049】クロック信号は、当該分野で周知のよう
に、バッファRC発振器を達成するために接続された1
6進法のインバータ回路から構成される、クロック発信
器172から得られる。クロック発振器172からのク
ロック信号は、例えばアメリカ合衆国イリノイ州Sch
aumburgのMotorola,Inc.により製
造された12ビットバイナリカウンタ型番MC1404
0Bなどの従来のデジタルカウンタである制御カウンタ
180を励振する。この12ビットバイナリカウンタ
は、刊行物Motorola CMOS Logic
Data(1995)の主題となっている。他の適切な
カウンタも当該分野において周知であって市販されてお
り、12ビットバイナリカウンタ型番MC14040B
は実施例として挙げている。The clock signal is connected to one connected to achieve a buffered RC oscillator, as is well known in the art.
It is obtained from a clock generator 172 composed of a hexadecimal inverter circuit. The clock signal from the clock oscillator 172 is, for example, Sch, Illinois, USA
Motorola, Inc. of Aumburg. 12-bit Binary Counter Model No. MC1404
A control counter 180, which is a conventional digital counter such as OB, is excited. This 12-bit binary counter is based on the publication Motorola CMOS Logic.
Data (1995). Other suitable counters are well known in the art and are commercially available, and are 12-bit binary counters model number MC14040B.
Are given as examples.
【0050】図10に示すように、カウンタ180の選
択された出力は、論理回路186に結合され、これによ
り、カウンタ180から開始パルスが獲得され、クロッ
ク発振器172からの一定の所定数のクロックサイクル
のあとで力率制御器175のピン7の出力が起動され
る。従って、マスタサイクルは、本明細書に説明される
ように、互いにシフトした4相に関わるが、カウンタ1
80は、力率制御器175への出力を介してそれぞれ後
続するマスタ位相のみを起動する。As shown in FIG. 10, the selected output of counter 180 is coupled to logic 186 to obtain a start pulse from counter 180 and to provide a predetermined number of clock cycles from clock oscillator 172. After that, the output of pin 7 of the power factor controller 175 is activated. Thus, the master cycle involves four phases shifted with respect to each other, as described herein, but the counter 1
80 activates only each subsequent master phase via an output to power factor controller 175.
【0051】典型的な位相動作では、力率制御回路17
4の出力が増幅器によりバッファされて、ブースト変換
回路40(図3)のトランジスタ48(図3)を励振す
るのに使用され、インダクタ46(図3)を充電する。
4相ブースト変換回路170では、力率制御器175の
ピン7の出力が二重バッファパッケージ184に含まれ
る2つの増幅器のうちの1つによりバッファされる。二
重バッファパッケージ184は、例えばアメリカ合衆国
イリノイ州SchaumburgのMotorola,
Inc.により製造された二重バッファパッケージ型番
MC34152を含み得る。この増幅器パッケージはM
otorolaの刊行物「High Speed Du
al MOSFET Drivers」MC34152
〜MC34152,(1996)の主題となっている。
他の適切なバッファも当該分野において周知であって市
販されており、二重バッファパッケージ型番MC341
52は実施例として挙げている。増幅器の出力は、図に
示すようにトランジスタ210を励振するのに使用され
る。In a typical phase operation, the power factor control circuit 17
4 is buffered by an amplifier and used to excite transistor 48 (FIG. 3) of boost conversion circuit 40 (FIG. 3) to charge inductor 46 (FIG. 3).
In the four-phase boost converter 170, the output at pin 7 of the power factor controller 175 is buffered by one of the two amplifiers contained in the double buffer package 184. Double buffer package 184 is available, for example, from Motorola, Schaumburg, Illinois, USA.
Inc. May be included. This amplifier package is M
otorola's publication "High Speed Du"
al MOSFET Drivers "MC34152
~ MC34152 (1996).
Other suitable buffers are well known in the art and are commercially available, and are available in a dual buffer package model number MC341.
Reference numeral 52 is given as an example. The output of the amplifier is used to excite transistor 210 as shown.
【0052】力率制御器175からの出力は、マスタサ
イクルのマスタ位相または第1の位相と呼ばれる。制御
器174の出力もまた、第1のシフトレジスタ178の
データ入力Dを励振する。第1および第2のシフトレジ
スタ178および176は、例えばアメリカ合衆国イリ
ノイ州SchaumburgのMotorola,In
c.により製造され、Motorola Inc.によ
り刊行されその全体を参照として本願に援用する「Du
al 64−Bit Static Shift Re
gister」(1995)に記載された単一のDua
l 64−Bit Static Shift Res
ister型番MC14517Bに含まれ得る。従っ
て、第1および第2のシフトレジスタ178および17
6は、別個の部品として図示されているが、実際には便
宜上同一の集積回路内に含まれている。図示するよう
に、第1および第2のシフトレジスタ178および17
6は、一般的に、残りのトランジスタ212、214、
および216に印加される個別の位相信号を遅延させる
ように機能する。当業者には周知のように、マスタ位相
信号から遅延された位相信号を生成するためには、第1
および第2のシフトレジスタ178および176に代え
て他の多くの要素が存在することが理解される。The output from power factor controller 175 is called the master phase or first phase of the master cycle. The output of the controller 174 also excites the data input D of the first shift register 178. The first and second shift registers 178 and 176 are, for example, Motorola, In of Schaumburg, Illinois, USA
c. Manufactured by Motorola Inc. "Du, published by U.S.A. and incorporated herein by reference in its entirety.
al 64-Bit Static Shift Re
gister "(1995).
l 64-Bit Static Shift Res
It may be included in the interter model number MC14517B. Therefore, the first and second shift registers 178 and 17
6 are shown as separate components, but are actually included in the same integrated circuit for convenience. As shown, first and second shift registers 178 and 17
6 generally comprises the remaining transistors 212, 214,
And 216 function to delay the individual phase signals applied to them. As is well known to those skilled in the art, to generate a delayed phase signal from a master phase signal, a first
It will be appreciated that there are many other elements in place of the second shift registers 178 and 176.
【0053】まとめると、図10に示すシフトレジスタ
178は、そのデータ入力Dにおいて信号を受け取り、
クロック発振器172からのクロック信号の各サイクル
毎にこの信号をデジタルにシフトし、これにより、受信
した信号を遅延する。この遅延またはシフトされた信号
は、この信号の処理を行う遅延段の数に応じて、図示し
た第1および第2のビットシフトレジスタ178および
176のピン1、6、2、5、15、10、14および
11において得ることができる。より長くした遅延を得
るためには、第1および第2のビットシフトレジスタ1
78および176と同様に、以降のシフトレジスタの入
力がそれより前のシフトレジスタの出力の1つに接続さ
れるように、シフトレジスタ176および178をカス
ケード接続すればよい。図示したように、第1のシフト
レジスタ178は、16、32、48および64クロッ
クサイクル分の出力遅延を提供し、第2のシフトレジス
タ176は、前者に遅延を加え、これにより、80、9
6、112および128クロックサイクル分の遅延を生
じる。In summary, shift register 178 shown in FIG. 10 receives a signal at its data input D,
This signal is digitally shifted on each cycle of the clock signal from clock oscillator 172, thereby delaying the received signal. The delayed or shifted signal is applied to pins 1, 6, 2, 5, 15, 10, 10 of the illustrated first and second bit shift registers 178 and 176, depending on the number of delay stages that process the signal. , 14 and 11. To obtain a longer delay, the first and second bit shift registers 1
As with 78 and 176, shift registers 176 and 178 may be cascaded such that the input of the subsequent shift register is connected to one of the outputs of the earlier shift register. As shown, the first shift register 178 provides an output delay of 16, 32, 48 and 64 clock cycles, and the second shift register 176 adds a delay to the former, thereby providing 80, 9
This results in a delay of 6, 112 and 128 clock cycles.
【0054】互いに対して等しく間隔を空けた望ましい
4つの位相を得るためには、力率制御器175によって
マスタ位相出力信号を発生し、これを遅延なしでトラン
ジスタ210に直接印加して第1の位相を開始する。こ
のマスタ位相出力信号を、第1のシフトレジスタ178
のデータ入力Dにも印加して、カスケード接続された第
1および第2のシフトレジスタ178および176の3
2、64および96クロックサイクルの遅延出力を設定
する。このようにして、各位相は、隣接する位相から3
2クロックサイクル分ずらされる。第1および第2のシ
フトレジスタ178および176の選択された出力は、
マスタ位相に関して上述したように、バッファ回路18
2および184の増幅器段によってバッファリングされ
る。マスタ位相と同様に、これらのスレーブ位相のそれ
ぞれは、4相ブースト変換器188のトランジスタ21
2、214または216の1つを駆動する。上記のよう
に、4相ブースト変換器188は、インダクタ202、
204、206および208を含む4つのブースト変換
器を含む。各位相のインダクタは、それぞれ、トランジ
スタスイッチ210、212、214および216を有
し、それぞれ、ダイオード219によって出力に接続さ
れている。これらのトランジスタスイッチを順次オンオ
フして4相出力を提供し、これにより、本発明による4
相力率補正ブースト回路が実現される。To obtain the desired four phases equally spaced from one another, a master phase output signal is generated by power factor controller 175 and applied directly to transistor 210 without delay to the first phase. Start the phase. This master phase output signal is supplied to the first shift register 178
Of the cascaded first and second shift registers 178 and 176.
Set delay outputs of 2, 64 and 96 clock cycles. In this way, each phase is 3
It is shifted by two clock cycles. Selected outputs of the first and second shift registers 178 and 176 are:
As described above with respect to the master phase, the buffer circuit 18
Buffered by two and 184 amplifier stages. As with the master phase, each of these slave phases is connected to transistor 21 of four-phase boost converter 188.
Drive one of 2, 214 or 216. As described above, the four-phase boost converter 188 includes the inductor 202,
It includes four boost converters including 204, 206 and 208. Each phase inductor has a respective transistor switch 210, 212, 214 and 216, each connected to the output by a diode 219. These transistor switches are sequentially turned on and off to provide a four-phase output, thereby providing a four-phase output
A phase power factor correction boost circuit is realized.
【0055】図11を参照して、4相ブースト変換器回
路170を示す。図11において、4相ブースト変換器
回路170は、図10に示すものと同じ構成要素を有
し、力率制御器175はより詳細に図示され、図にある
ように全波整流器224が付加されている。力率制御器
175は、ラッチ駆動部材217、コンパレータ22
6、乗算器222、およびサイクル平均化回路および誤
差増幅器回路225を含むいくつかの部材を備えてい
る。トランジスタスイッチ210のための制御器175
のピン7上の駆動出力は、ラッチ駆動部材217内にラ
ッチをセットすることによりラッチされ、トランジスタ
スイッチ210のデューティオン時間の間はハイであ
り、ラッチ駆動部材をリセットするとオフになる。ピン
7の出力は、カウンタ180による次のマスタサイクル
の開始までの間はオフのままである。Referring to FIG. 11, a four-phase boost converter circuit 170 is shown. 11, the four-phase boost converter circuit 170 has the same components as shown in FIG. 10, with the power factor controller 175 shown in more detail, with the addition of a full-wave rectifier 224 as shown. ing. The power factor controller 175 includes a latch driving member 217, a comparator 22
6, a multiplier 222, and several components including a cycle averaging circuit and an error amplifier circuit 225. Controller 175 for transistor switch 210
The drive output on pin 7 is latched by setting a latch in latch drive member 217, which is high during the duty-on time of transistor switch 210 and off when the latch drive member is reset. The output of pin 7 remains off until the start of the next master cycle by counter 180.
【0056】ピン7上の制御器の出力は、第1のシフト
レジスタ178のD入力にも接続されている。これによ
り、トランジスタ210が「オン」状態にある間に、複
数の論理「1」を第1のシフトレジスタ178にクロッ
キングすることが可能になる。トランジスタ210が
「オフ」状態にあるときには、ゼロが第1のシフトレジ
スタ178にクロッキングされる。従って、トランジス
タ212、214および216は、それらのトランジス
タ212、214および216の各ドライバが接続され
た各出力段を通してシフトされる「1」によってオンに
なり、トランジスタ212、214および216は、再
びゼロが現れたときに各段においてオフになる。The output of the controller on pin 7 is also connected to the D input of the first shift register 178. This allows multiple logic “1” s to be clocked into first shift register 178 while transistor 210 is in the “on” state. When transistor 210 is in the “off” state, a zero is clocked into first shift register 178. Thus, transistors 212, 214 and 216 are turned on by a "1" shifted through each output stage to which the driver of each of the transistors 212, 214 and 216 is connected, and transistors 212, 214 and 216 are again zeroed Turns off at each stage when appears.
【0057】力率制御器175から第1のシフトレジス
タ178および第1の位相トランジスタスイッチ210
への出力は、トランジスタ210を流れるインダクタ電
流が閾値を超えるとオフになる。この閾値は、力率制御
器175のピン3における入力から乗算器222によっ
て導出された電圧によって決定される。ピン3におい
て、乗算器222は、各ブースト変換器にその入力を提
供する全波整流器224の全波ヘイバーサインをモニタ
リングする。乗算器222はまた、サイクル平均化回路
および誤差増幅器回路225からの入力を有する。サイ
クル平均化回路および誤差増幅器回路225は、複数の
処理サイクルにわたって変換器出力からのフィードバッ
クを平均化し、これにより、出力電圧誤差を表す誤差信
号を提供する。サイクル平均化および誤差回路225の
入力は、フィードバック電圧が設定される制御器のピン
1に接続されている。乗算器の出力は、この入力と、平
均化および誤差信号回路とから導出された各信号の積で
ある。From the power factor controller 175 to the first shift register 178 and the first phase transistor switch 210
Is turned off when the inductor current flowing through transistor 210 exceeds a threshold. This threshold is determined by the voltage derived by multiplier 222 from the input at pin 3 of power factor controller 175. At pin 3, multiplier 222 monitors the full wave haver sine of full wave rectifier 224, which provides its input to each boost converter. Multiplier 222 also has an input from cycle averaging and error amplifier 225. A cycle averaging circuit and error amplifier circuit 225 averages the feedback from the converter output over a plurality of processing cycles, thereby providing an error signal representing an output voltage error. The input of the cycle averaging and error circuit 225 is connected to pin 1 of the controller where the feedback voltage is set. The output of the multiplier is the product of this input and each signal derived from the averaging and error signal circuit.
【0058】第1の位相インダクタ202の電流を乗算
器によって決定される閾値電圧と比較するために、第1
の位相トランジスタスイッチ210のソース回路内の接
地基準抵抗器(ground referenced
resistor)R7を流れる電流が、制御器175
の端子CS、ピン4上の入力を設定する。ピン4は、図
示したように、トランジスタ210および抵抗器R7の
間の点において、トランジスタ210のソース回路に接
続されている。端子CSは、コンパレータ回路226に
接続されている。コンパレータ回路226において、抵
抗器R7を流れる電流から導出された電圧が、乗算器2
22によって設定された閾値電圧と比較される。電流セ
ンス電圧が閾値を上回る場合、ラッチされた駆動出力を
リセットしてトランジスタ210をオフにする。To compare the current in the first phase inductor 202 with a threshold voltage determined by the multiplier, the first
Ground reference resistor in the source circuit of the phase transistor switch 210 of FIG.
The current flowing through R7 is controlled by the controller 175.
Terminal CS, input on pin 4 is set. Pin 4 is connected to the source circuit of transistor 210 at a point between transistor 210 and resistor R7, as shown. The terminal CS is connected to the comparator circuit 226. In the comparator circuit 226, the voltage derived from the current flowing through the resistor R7
22 is compared with the threshold voltage set. If the current sense voltage is above the threshold, the latched drive output is reset and transistor 210 is turned off.
【0059】上記のMotorolaタイプの力率制御
器175の場合、ピン5(ゼロ)におけるゼロ電流モニ
タリング処理は、通常、ピン4における電流センス入力
とともに行われ、これにより、ピン5における入力がピ
ン7における制御器からの駆動出力を開始する臨界動作
モードを提供する。これは、ピン4における電流ピーク
が乗算器222によって設定された閾値レベルを上回っ
たときに、インダクタ電流がゼロに下降し、その後、駆
動出力を終了し、これにより、スイッチをオフにすると
きに起こる。In the case of the Motorola type power factor controller 175 described above, the zero current monitoring process at pin 5 (zero) is typically performed with the current sense input at pin 4 so that the input at pin 5 is Provides a critical mode of operation for initiating a drive output from the controller at. This is because when the current peak at pin 4 exceeds the threshold level set by the multiplier 222, the inductor current falls to zero, and then terminates the drive output, thereby turning off the switch. Occur.
【0060】本発明は、制御器ピン5に入力を提供する
電流回路構成を使用しない。代わりに、クロックカウン
タ180の出力がピン5に印加され、これにより、マス
タ位相トランジスタ210への駆動出力をオンにする動
作を開始する。このとき、他のトランジスタ212、2
14および216は、いずれも、第1の位相トランジス
タ210のスレーブとして、遅延されたクロック信号に
よってオンオフされる。上記のように、カウンタのカウ
ントは次のマスタサイクルの開始を数クロックカウント
分だけ遅延し、これにより、マスタ位相について、トラ
ンジスタスイッチの不連続な動作モードを保証する。The present invention does not use a current circuit configuration that provides an input to controller pin 5. Instead, the output of clock counter 180 is applied to pin 5, thereby initiating an operation to turn on the drive output to master phase transistor 210. At this time, the other transistors 212, 2
Both 14 and 216 are turned on and off by the delayed clock signal as slaves of the first phase transistor 210. As described above, the counting of the counter delays the start of the next master cycle by a few clock counts, thereby ensuring a discontinuous mode of operation of the transistor switch for the master phase.
【0061】好適な実施形態において、カウンタ180
は、所定のカウントにおいて、論理回路186からの出
力を、正のパルスの形態で提供する。この正のパルス
は、好ましくは、複数のカウントサイクルにわたる。こ
のパルスのトレーリングエッジがゼロに下降したとき、
このパルスはゼロスタート増幅器230によって検出さ
れる。上記の力率制御器175に関するMotorol
aの刊行物に記載されているように、ゼロスタート増幅
器230は、基本的には、約1および1.5ボルトの正
のバイアスを負の入力側に有するコンパレータである。
この検出によって、制御器からの駆動出力が、トランジ
スタ210をオンにして、次のマスタクロックを開始す
る。上記のように、カウンタ出力のための論理回路構成
からのパルスの幅は、好ましくは、数クロック信号にわ
たるものであり、これにより、マスタサイクル間に遅延
を導入して、マスタサイクルについて不連続な動作を保
証し、これにより、マスタ位相およびスレーブ位相につ
いて不連続な動作を保証する。従って、連続するカウン
タパルスのトレーリングエッジ間の期間は、臨界動作の
ために必要であろうクロックパルスよりも大きくなる。
良好な力率補正を提供するためには、マスタサイクル内
で等しく間隔を空けることに加えて、位相変換器が、実
質的に同じ充電特性および放電特性を有するべきである
ことに留意されたい。In the preferred embodiment, the counter 180
Provides the output from logic circuit 186 in the form of a positive pulse at a given count. This positive pulse preferably spans multiple counting cycles. When the trailing edge of this pulse falls to zero,
This pulse is detected by the zero start amplifier 230. Motorol related to the above power factor controller 175
As described in publication a, the zero-start amplifier 230 is basically a comparator having a positive bias of about 1 and 1.5 volts on the negative input.
With this detection, the drive output from the controller turns on transistor 210 and starts the next master clock. As mentioned above, the width of the pulse from the logic circuitry for the counter output preferably spans several clock signals, thereby introducing a delay between master cycles and having discontinuities for the master cycle. Operation is guaranteed, thereby ensuring discontinuous operation for the master phase and the slave phase. Thus, the period between the trailing edges of successive counter pulses will be larger than the clock pulses that would be required for critical operation.
Note that to provide good power factor correction, in addition to being equally spaced within the master cycle, the phase converter should have substantially the same charge and discharge characteristics.
【0062】マスタインダクタが、放電しないうちに、
再びオンになるようなサイクルであれば、連続的な動作
モードを得ることが可能であることが理解されるべきで
ある。当業者であれば、動作が連続であるか不連続であ
るかは、変換器のインダクタ値、動作周波数ならびに入
力電圧および出力電圧を含む様々なファクタの関数であ
ることが理解されるであろう。また、当業者であれば、
その他のモードのいずれかで本発明に従って動作する多
相ブーストまたはバック(buck)変換器を提供する
ことが可能であろう。Before the master inductor discharges,
It should be understood that a continuous operating mode can be obtained if the cycle turns on again. Those skilled in the art will appreciate that continuous or discontinuous operation is a function of various factors including the inductor value of the converter, the operating frequency, and the input and output voltages. . Also, if you are a person skilled in the art,
It would be possible to provide a polyphase boost or buck converter operating in accordance with the invention in any of the other modes.
【0063】また、第1および第2のシフトレジスタ1
78および176は、必要であれば8個の位相を駆動す
るだけの十分な出力を有しており、さらなるシフトレジ
スタをカスケード接続すればさらに多数の位相を駆動で
きることに留意されたい。例えば、高い電力レベルにお
いて、あるいは、特にスムーズな入力および出力電流が
要求される用途において、このような増加した多数の位
相が望ましい場合がある。The first and second shift registers 1
Note that 78 and 176 have enough output to drive eight phases if needed, and that more phases can be driven by cascading additional shift registers. For example, at high power levels, or in applications requiring particularly smooth input and output currents, such an increased number of phases may be desirable.
【0064】上記から分かるように、本発明によるスイ
ッチモード変換器の多相動作は、リップル電流を最小限
に抑えるだけでなく、図10および図11に示すよう
に、改良された力率補正回路を提供する改良物である。
さらに、本願に開示した多相スイッチモード変換器は、
力率補正にも有利に用いられ得る。As can be seen from the above, the polyphase operation of the switch mode converter according to the present invention not only minimizes the ripple current, but also, as shown in FIGS. 10 and 11, an improved power factor correction circuit. It is an improvement that provides.
Further, the polyphase switch mode converter disclosed in the present application is:
It can also be used advantageously for power factor correction.
【0065】複数の電圧変換器回路をスタガー位相関係
で動作させることにより、DC電圧を第1の電圧レベル
から第2の電圧レベルに変換するためのシステムおよび
方法が提供される。リップル電圧およびリップル電流が
最小になる最もスムーズな動作は、各変換器が直前の変
換器から等しく位相シフトされておりその動作に続くと
きに、得られる。フルサイクルが360電気角度からな
っているとすれば、用いられる変換器の数が「N」であ
れば、各変換器はその近隣に対して360/N度位相シ
フトされる。例えば、3つの変換器が用いられる場合
(N=3)、各変換器はその近隣に対して360/N度
位相シフトされる。例えば、3つの変換器が用いられる
場合(N=3)、各変換器はその近隣に対して120度
位相シフトされる。4つの位相であれば90度の位相シ
フトが得られるといった具合になり、非常に減少したリ
ップルが得られるだけでなく、変換器の動作周波数のN
倍の周波数のリップルが得られる、フィルタリングが必
要としても単純であり且つ少なくてすむ。A system and method are provided for converting a DC voltage from a first voltage level to a second voltage level by operating a plurality of voltage converter circuits in a staggered phase relationship. The smoothest operation with minimum ripple voltage and ripple current is obtained when each converter is equally phase shifted from the previous converter and follows that operation. Assuming that the full cycle consists of 360 electrical angles, if the number of transducers used is "N", each transducer will be phase shifted 360 / N degrees to its neighbors. For example, if three converters are used (N = 3), each converter is phase shifted 360 / N degrees with respect to its neighbors. For example, if three converters are used (N = 3), each converter is phase shifted 120 degrees with respect to its neighbors. With four phases, a 90 degree phase shift is obtained, and not only a very reduced ripple is obtained, but also the operating frequency N of the converter.
Double frequency ripple is obtained, and filtering is simpler and less required.
【0066】本発明の趣旨および原理から実質的に逸脱
することなく、上記した本発明の実施形態に対して多数
の変形および改変を行うことが可能である。そのような
変形および改変は、全て、本発明の範囲内に含まれるも
のとする。Many variations and modifications can be made to the above-described embodiments of the invention without departing substantially from the spirit and principles of the invention. All such variations and modifications are intended to be included within the scope of the present invention.
【0067】[0067]
【発明の効果】本発明のシステムおよび電圧を変換する
方法により、複数の電圧変換器回路をスタガー位相関係
で動作させることにより、DC電圧を第1の電圧レベル
から第2の電圧レベルに変換するためのシステムおよび
方法が提供される。The system and method of the present invention converts a DC voltage from a first voltage level to a second voltage level by operating a plurality of voltage converter circuits in a staggered phase relationship. Systems and methods are provided.
【図1】従来技術による従来のバック変換器回路の模式
図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a conventional buck converter circuit according to the prior art.
【図2】図1における回路の選択された波形のグラフで
ある。FIG. 2 is a graph of selected waveforms of the circuit in FIG.
【図3】従来技術による従来のブースト変換器回路の模
式図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a conventional boost converter circuit according to the prior art.
【図4】図3における回路の選択された波形のグラフで
ある。FIG. 4 is a graph of selected waveforms of the circuit in FIG.
【図5】本発明による2相バック変換器回路の模式図で
ある。FIG. 5 is a schematic diagram of a two-phase buck converter circuit according to the present invention.
【図6】図5における回路の選択された波形のグラフで
ある。FIG. 6 is a graph of a selected waveform of the circuit in FIG.
【図7】本発明による2相ブースト変換器回路の模式図
である。FIG. 7 is a schematic diagram of a two-phase boost converter circuit according to the present invention.
【図8】図7における回路の選択された波形のグラフで
ある。8 is a graph of a selected waveform of the circuit in FIG.
【図9】本発明による4相ブースト変換器回路の選択さ
れた波形のグラフである。FIG. 9 is a graph of selected waveforms of a four-phase boost converter circuit according to the present invention.
【図10】本発明による4相ブースト力率補正変換器回
路の模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram of a four-phase boost power factor correction converter circuit according to the present invention.
【図11】図10に対応する、制御器を拡張した図であ
る。11 is an expanded view of the controller corresponding to FIG.
70 多相バック変換器 72、74 バック変換器 76 入力 78 コモン 80 出力 82 制御回路 70 polyphase buck converter 72, 74 buck converter 76 input 78 common 80 output 82 control circuit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 500213845 580 Ternes Avenue, E lyria, Ohio 44035, Un ited States of Amer ica ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (71) Applicant 500213845 580 Turnes Avenue, Elyria, Ohio 44035, United States of America
Claims (20)
て、 並列に構成された複数のブースト回路と;力率補正回路
および少なくとも1つの遅延回路を含む制御回路と;を
備え、該力率補正回路および該少なくとも1つの遅延回
路は、互いに対して位相シフトされた複数の位相信号を
集合的に生成するように構成されており、該位相信号の
各々は該ブースト回路の各1つに印加されることによ
り、対応するブースト回路出力を駆動する、 システム。1. A system for converting a voltage, comprising: a plurality of boost circuits configured in parallel; and a control circuit including a power factor correction circuit and at least one delay circuit. The circuit and the at least one delay circuit are configured to collectively generate a plurality of phase signals that are phase shifted with respect to each other, each of the phase signals being applied to a respective one of the boost circuits. By driving the corresponding boost circuit output, the system.
1つの遅延回路によって生成される前記位相信号は、所
定の位相間隔で同相にオフセットされている、請求項1
に記載のシステム。2. The phase signal generated by the power factor correction circuit and the at least one delay circuit is offset in phase at a predetermined phase interval.
System.
1つの遅延回路によって生成される前記位相信号は、前
記各ブースト回路を非連続モードで駆動する、請求項1
に記載のシステム。3. The phase signal generated by the power factor correction circuit and the at least one delay circuit drives each of the boost circuits in a discontinuous mode.
System.
1つの遅延回路によって生成される前記位相信号は、前
記各ブースト回路を臨界導電モードで駆動する、請求項
1に記載のシステム。4. The system of claim 1, wherein the phase signal generated by the power factor correction circuit and the at least one delay circuit drives each of the boost circuits in a critical conduction mode.
補正回路によって生成されるマスター位相信号であり、
該位相信号のうちの少なくとも1つは、前記少なくとも
1つの遅延回路によって生成されるスレーブ信号であ
る、請求項1に記載のシステム。5. One of the phase signals is a master phase signal generated by the power factor correction circuit,
The system of claim 1, wherein at least one of the phase signals is a slave signal generated by the at least one delay circuit.
ッチングデバイスであって、該スイッチ出力はコモンに
電気的に結合されたスイッチングデバイスと;該ブース
ト回路の入力と該電源入力との間に電気的に結合された
インダクタと;該電源入力と該ブースト回路の出力との
間に電気的に結合されたダイオードと;をさらに備えて
いる、請求項1に記載のシステム。6. Each of the boost circuits is a switching device having a control input, a power input, and a switch output, the switch output being a switching device electrically coupled to a common; and an input of the boost circuit. 2. The power supply of claim 1, further comprising: an inductor electrically coupled between the power supply input; and a diode electrically coupled between the power supply input and an output of the boost circuit. System.
ト回路のうちの1つのスイッチング入力に電気的に結合
されたマスター位相出力を含む、請求項5に記載のシス
テム。7. The system of claim 5, wherein said power factor correction circuit further comprises a master phase output electrically coupled to a switching input of one of said boost circuits.
入力および少なくとも1つのスレーブ出力を有し、該少
なくとも1つのスレーブ出力は、前記ブースト回路のう
ちの対応する1つのスイッチング入力に電気的に結合さ
れている、請求項5に記載のシステム。8. The at least one delay circuit has a phase input and at least one slave output, the at least one slave output being electrically coupled to a corresponding switching input of the boost circuit. The system of claim 5, wherein the system is configured to:
縁ゲートバイポーラトランジスタを含む、請求項6に記
載のシステム。9. The system of claim 6, wherein said switching device further comprises an insulated gate bipolar transistor.
号のうちの第1の位相信号を生成するための力率補正手
段と;複数の位相信号のうちの少なくとも1つの第2の
位相信号を生成するための少なくとも1つの遅延手段と
を包含し、該位相信号は互いに対して位相シフトされて
おり、該位相信号の各々は該ブースト回路の各1つに印
加されることにより、対応するブースト回路出力を駆動
する、方法。10. A method for converting a voltage, comprising: a plurality of boost circuits configured in parallel; a power factor correction means for generating a first phase signal of the plurality of phase signals; At least one delay means for generating a second phase signal of at least one of the plurality of phase signals, the phase signals being phase shifted with respect to each other, wherein each of the phase signals is A method of driving a corresponding boost circuit output by being applied to each one of the boost circuits.
セットするための手段をさらに包含する、請求項10に
記載の方法。11. The method of claim 10, further comprising means for offsetting said phase signal by a predetermined phase interval.
と;力率補正回路および少なくとも1つの遅延回路を含
む制御回路によって互いに対して位相シフトされた複数
の位相信号を集合的に生成するステップであって、該位
相信号の各々は該ブースト回路の各1つに印加されるこ
とにより、対応するブースト回路出力を駆動するステッ
プと;を包含する、方法。12. A method for converting a voltage, the method comprising: electrically coupling a plurality of boost circuits in parallel; and controlling a phase with respect to each other by a control circuit including a power factor correction circuit and at least one delay circuit. Collectively generating a plurality of shifted phase signals, each of the phase signals being applied to a respective one of the boost circuits to drive a corresponding boost circuit output. Including, methods.
セットするステップをさらに包含する、請求項12に記
載の方法。13. The method of claim 12, further comprising the step of offsetting the phase signal by a predetermined phase interval.
回路を非連続モードで駆動するステップをさらに包含す
る、請求項12に記載の方法。14. The method of claim 12, further comprising driving each of said boost circuits in a discontinuous mode with said phase signal.
回路を臨界導電モードで駆動するステップをさらに包含
する、請求項12に記載の方法。15. The method of claim 12, further comprising driving each of said boost circuits in a critical conduction mode with said phase signal.
つの遅延回路を含む制御回路によって複数の位相信号を
集合的に生成するステップは、 該力率補正回路によってマスター位相信号を生成するス
テップと;前記少なくとも1つの遅延回路によってスレ
ーブ信号を生成するステップと;をさらに包含する、請
求項12に記載の方法。16. The power factor correction circuit and at least one
Collectively generating a plurality of phase signals by a control circuit including one delay circuit; generating a master phase signal by the power factor correction circuit; and generating a slave signal by the at least one delay circuit. 13. The method of claim 12, further comprising:
であって、 制御入力、電源入力、およびスイッチ出力を有するスイ
ッチングデバイスであって、該スイッチ出力がコモンに
電気的に結合されたスイッチングデバイスを提供するス
テップと;該ブースト回路の入力および該電源入力にイ
ンダクタを電気的に結合するステップと;該電源入力と
該ブースト回路の出力との間にダイオードを電気的に結
合するステップと;を包含するステップを、さらに包含
する請求項12に記載の方法。17. The providing of the boost circuit, comprising: providing a switching device having a control input, a power input, and a switch output, wherein the switch output is electrically coupled to a common. Electrically coupling an inductor to the input of the boost circuit and the power input; and electrically coupling a diode between the power input and the output of the boost circuit. 13. The method of claim 12, further comprising:
ッチング入力に電気的に結合されたマスター位相出力
を、前記力率補正回路から提供するステップをさらに包
含する、請求項16に記載の方法。18. The method of claim 16 further comprising providing a master phase output from said power factor correction circuit electrically coupled to a switching input of one of said boost circuits.
入力および少なくとも1つのスレーブ出力を提供するス
テップであって、該少なくとも1つのスレーブ出力は、
前記ブースト回路のうちの対応する1つのスイッチング
入力に電気的に結合されている、ステップをさらに包含
する請求項16に記載の方法。19. Providing a phase input and at least one slave output of the at least one delay circuit, the at least one slave output comprising:
17. The method of claim 16, further comprising the step of electrically coupling to a switching input of a corresponding one of the boost circuits.
バイスを提供するステップは、絶縁ゲートバイポーラト
ランジスタを提供するステップをさらに包含する、請求
項17に記載の方法。20. The method of claim 17, wherein providing a switching device having a control input further comprises providing an insulated gate bipolar transistor.
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US13445299P | 1999-05-17 | 1999-05-17 | |
| US13833999P | 1999-06-09 | 1999-06-09 | |
| US60/138.339 | 1999-06-09 | ||
| US60/134.452 | 1999-06-09 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000358363A true JP2000358363A (en) | 2000-12-26 |
Family
ID=26832351
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000145686A Withdrawn JP2000358363A (en) | 1999-05-17 | 2000-05-17 | Apparatus and method for multi-phase voltage conversion |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000358363A (en) |
| GB (1) | GB2350244A (en) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002052706A1 (en) * | 2000-12-27 | 2002-07-04 | Infocus Systems, Inc. | Method and apparatus for cancelling ripple current in a lamp |
| JP2007195282A (en) * | 2006-01-17 | 2007-08-02 | Renesas Technology Corp | Power unit |
| JP2007202342A (en) * | 2006-01-27 | 2007-08-09 | Diamond Electric Mfg Co Ltd | Digital converter and control method thereof |
| JP2007288892A (en) * | 2006-04-14 | 2007-11-01 | Diamond Electric Mfg Co Ltd | Digital converter and control method thereof |
| JP2008167578A (en) * | 2006-12-28 | 2008-07-17 | Denso Corp | Power supply unit |
| CN100517929C (en) * | 2005-12-01 | 2009-07-22 | 技嘉科技股份有限公司 | Multi-phase DC-DC power converter with expansion circuit |
| JP2009219299A (en) * | 2008-03-12 | 2009-09-24 | Denso Corp | Device for controlling power conversion circuit, and power conversion system |
| CN102138278A (en) * | 2008-09-01 | 2011-07-27 | 三菱电机株式会社 | Inverter circuit, and motor drive control device, air conditioner, refrigerator, and induction heating cooker including the same |
| CN107264302A (en) * | 2016-04-05 | 2017-10-20 | 福特全球技术公司 | Charging system for Vehicular battery |
| CN111130327A (en) * | 2019-12-31 | 2020-05-08 | 洛阳隆盛科技有限责任公司 | Low-ripple direct-current voltage reduction circuit and voltage reduction method |
| JP2020167383A (en) * | 2019-03-29 | 2020-10-08 | 古河電気工業株式会社 | Control method of light emitting device, fiber laser device, integrated light emitting device, and light emitting element |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003041252A1 (en) * | 2001-11-05 | 2003-05-15 | Shakti Systems, Inc. | Multistage dc-dc converter |
| DE102005045889B4 (en) * | 2005-09-26 | 2008-11-20 | Continental Automotive Gmbh | Polyphase DC-DC controller and method for operating a polyphase DC-DC controller |
| US20230376434A1 (en) * | 2020-08-26 | 2023-11-23 | Google Llc | PLC In-band Control for Wearables and Hearables |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4384321A (en) * | 1980-04-29 | 1983-05-17 | California Institute Of Technology | Unity power factor switching regulator |
| US4467268A (en) * | 1980-04-30 | 1984-08-21 | Raytheon Company | Digitally controlled power supply |
| US4366531A (en) * | 1980-09-17 | 1982-12-28 | General Motors Corporation | Phase control for a multiple phase SCR chopper |
| FR2565434A1 (en) * | 1984-05-30 | 1985-12-06 | Inf Milit Spatiale Aeronaut | POWER CUTTING POWER SUPPLY |
| GB2176951B (en) * | 1985-06-27 | 1990-02-14 | Kevin Ogden | Improvements in and relating to high frequency switching |
| GB9206020D0 (en) * | 1992-03-19 | 1992-04-29 | Astec Int Ltd | Transition resonant convertor |
| US5793628A (en) * | 1997-04-30 | 1998-08-11 | Hewlett-Packard Company | Multi-phase pulse-width-modulation power converter |
| US5877610A (en) * | 1997-10-06 | 1999-03-02 | Northrop Grumman Corporation | Multiple cell boost converter |
-
2000
- 2000-05-17 JP JP2000145686A patent/JP2000358363A/en not_active Withdrawn
- 2000-05-17 GB GB0011765A patent/GB2350244A/en not_active Withdrawn
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002052706A1 (en) * | 2000-12-27 | 2002-07-04 | Infocus Systems, Inc. | Method and apparatus for cancelling ripple current in a lamp |
| US6476566B2 (en) | 2000-12-27 | 2002-11-05 | Infocus Systems, Inc. | Method and apparatus for canceling ripple current in a lamp |
| CN100517929C (en) * | 2005-12-01 | 2009-07-22 | 技嘉科技股份有限公司 | Multi-phase DC-DC power converter with expansion circuit |
| JP2007195282A (en) * | 2006-01-17 | 2007-08-02 | Renesas Technology Corp | Power unit |
| JP2007202342A (en) * | 2006-01-27 | 2007-08-09 | Diamond Electric Mfg Co Ltd | Digital converter and control method thereof |
| JP2007288892A (en) * | 2006-04-14 | 2007-11-01 | Diamond Electric Mfg Co Ltd | Digital converter and control method thereof |
| JP2008167578A (en) * | 2006-12-28 | 2008-07-17 | Denso Corp | Power supply unit |
| US7932685B2 (en) | 2008-03-12 | 2011-04-26 | Denso Corporation | Control apparatus for power conversion apparatus and power conversion system |
| JP2009219299A (en) * | 2008-03-12 | 2009-09-24 | Denso Corp | Device for controlling power conversion circuit, and power conversion system |
| CN102138278A (en) * | 2008-09-01 | 2011-07-27 | 三菱电机株式会社 | Inverter circuit, and motor drive control device, air conditioner, refrigerator, and induction heating cooker including the same |
| JP2013070614A (en) * | 2008-09-01 | 2013-04-18 | Mitsubishi Electric Corp | Converter circuit, and motor drive control device, air conditioner, refrigerator and induction heating cooker having the same |
| US8817506B2 (en) | 2008-09-01 | 2014-08-26 | Mitsubishi Electric Corporation | Converter circuit, and motor drive control apparatus, air-conditioner, refrigerator, and induction heating cooker provided with the circuit |
| CN107264302A (en) * | 2016-04-05 | 2017-10-20 | 福特全球技术公司 | Charging system for Vehicular battery |
| JP2020167383A (en) * | 2019-03-29 | 2020-10-08 | 古河電気工業株式会社 | Control method of light emitting device, fiber laser device, integrated light emitting device, and light emitting element |
| JP7370892B2 (en) | 2019-03-29 | 2023-10-30 | 古河電気工業株式会社 | Light emitting device, fiber laser device, integrated light emitting device, and control method for light emitting element |
| CN111130327A (en) * | 2019-12-31 | 2020-05-08 | 洛阳隆盛科技有限责任公司 | Low-ripple direct-current voltage reduction circuit and voltage reduction method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB0011765D0 (en) | 2000-07-05 |
| GB2350244A (en) | 2000-11-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3049427B2 (en) | Positive and negative pulse type high frequency switching power supply | |
| JP3164838B2 (en) | Switching circuit, conversion device using the same, and power factor improving power supply device | |
| CN111509972A (en) | Interleaved switched capacitor converter | |
| JP2004056997A (en) | High power factor transformer system and method therefor | |
| JP2000358363A (en) | Apparatus and method for multi-phase voltage conversion | |
| US12334815B2 (en) | Multi-phase interleaved power converters with improved current balancing | |
| JPH0515157A (en) | Power converter | |
| CN100407563C (en) | N-Phase Integrated Buck Converter | |
| JPH0851790A (en) | Control circuit for inductive load | |
| US6664774B2 (en) | Offset peak current mode control circuit for multiple-phase power converter | |
| JP4252269B2 (en) | Multi-output DC-DC converter | |
| WO2002025798A1 (en) | Step-up switching power supply device | |
| KR101041913B1 (en) | Multiphase Impedance Conversion Amplifier | |
| JP3806279B2 (en) | Discharge lamp lighting circuit | |
| JP2007526739A (en) | Switch mode power supply | |
| JP2003299356A (en) | Control method of DC / DC converter | |
| JP4107113B2 (en) | DC-DC converter | |
| JP2001309646A (en) | Switching power supply | |
| JP3252540B2 (en) | Inverter device | |
| JPH10155273A (en) | Switching mode rectifying circuit | |
| JP3246584B2 (en) | AC / DC converter | |
| JP3315592B2 (en) | Control method and control circuit of boost type three-phase full-wave rectifier | |
| JPH09182415A (en) | Large power step-up chopper circuit | |
| JP3767446B2 (en) | Variable output DC / DC converter | |
| JP3210894B2 (en) | Power supply device that outputs square waves |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070807 |