JP2005312291A

JP2005312291A - 容量性負荷を充電するための回路及び制御方法

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Publication number: JP2005312291A
Application number: JP2005111233A
Authority: JP
Inventors: Seeteck Tan; シーテック・タン; Vlad Mihail Popescu-Stanesti; ヴラド・ミハイル・ポプエスク−スタネスティ
Original assignee: O2Micro Inc
Current assignee: O2Micro Inc
Priority date: 2004-04-21
Filing date: 2005-04-07
Publication date: 2005-11-04
Also published as: TW200606605A; US7411374B2; US20050237032A1; KR20060045649A; SG116595A1; KR100702713B1; TWI263122B

Abstract

【課題】電流の漏れ及び電力消失を最小にするコンデンサ充電回路及び充電制御方法を提供する。
【解決手段】コンデンサ充電回路は、電力伝達回路と、電力スイッチング制御回路と、電圧測定回路とを備える。電力伝達回路は、電源からコンデンサに電力を伝達する。電力スイッチング制御回路は、電力が電力伝達回路に与えられるようにするスイッチングを制御する。電圧測定回路は、コンデンサを充電するのを停止するべき時を決定するために出力電圧を間接的に測定する。
【選択図】図２Ａ

Description

関連出願の相互参照
この出願は、２００４年４月２１日に提出された米国仮出願シリアル番号第６０／５６３，９０２並びに２００４年４月２２日に提出された米国仮出願シリアル番号第６０／５６４，３９５の恩恵を主張するものであり、その双方とも、参照によりここに完全に組み込まれる。

本発明は、容量性負荷を充電することに関し、特に、電力の切換え及び給電を制御するコンデンサ充電回路に関する。

コンデンサ充電回路は、例えば、従来の光フラッシュ・システムにおける容量性負荷を充電するために用いられる。従来のコンデンサ充電回路において、電源から容量性負荷に電力を給電するのを制御するために、電力スイッチがターン・オン及びターン・オフされる。変化する負荷条件または出力電圧要件の下で、出力電圧が監視され、そして出力電圧及び負荷要件をかなえるために、切換えもしくはスイッチングが調整される。

従来のコンデンサ充電回路１０の一例が図１に示されている。この回路１０において、電力は変圧器１４を介してコンデンサ（Ｃ_ｏｕｔ）１２に与えられる。電力スイッチ１６が付勢されたとき、変圧器１４の一次コイルに電流が流れる。電力スイッチ１６が消勢されたとき、変圧器１４に蓄えられたエネルギがコンデンサ１２に運ばれる。出力電圧Ｖ_ｏｕｔは、変圧器１４の二次コイルを通して、分圧器２０（Ｒ１及びＲ２）を介して監視される。Ｖ_ｏｕｔを監視するこの方法の１つの欠点は、抵抗Ｒ１及びＲ２を通して流れる漏れ電流に起因するコンデンサ・エネルギの損失である。

電力スイッチ１６は、比較器２４、２６の出力に結合されたラッチ１８により付勢及び消勢され、一次コイル電流Ｉ_ｐｒｉ及び二次コイル電流Ｉ_ｓｅｃに応答して電力スイッチ１６の付勢を制御する。一次コイル電流Ｉ_ｐｒｉが限界を超えると、スイッチ１６は消勢され、そして変圧器１４のエネルギがコンデンサ１２に運ばれる。電流保護及び充電制御のために一次コイル電流Ｉ_ｐｒｉを制限するこの方法は、変圧器１４の一次側において感知抵抗３０を用いている。電流保護及び充電制御のこの方法の１つの欠点は、抵抗Ｒ_ｐｒｉに起因した電力消失である。変圧器１４の二次側にも感知抵抗３２が用いられ、そして二次コイル電流Ｉ_ｓｅｃが限界以下に降下すると、スイッチ１６が新しい充電サイクルを開始するために付勢される。

従って、電流の漏れ及び電力消失を最小にするコンデンサ充電回路及び充電制御方法が必要とされている。

請求される主題の実施形態の特徴及び長所は、以下の詳細な説明が進行するにつれ明白となるであろう。図において、同様の数字は、同様の要素を示す。

図示の実施形態を参照して以下の詳細な説明が行なわれるけれども、その多くの代替、変更及び変形が当業者には明白であろう。従って、主題は広範に見られるものであり、特許請求の範囲に述べられてものだけに限定されるということを意図している。

一般に、コンデンサ充電回路は、電力給電スイッチング・サイクルを開始することによって容量性負荷を充電するものであり、該電力給電スイッチング・サイクルの間、電力が、ＯＮ時間と称される一定期間中にスイッチング・オンされる。一定期間またはＯＮ時間が満了した後、電力はスイッチング・オフされる。コンデンサ充電回路は、もう１つの電力給電スイッチング・サイクルを開始すべき時を決定するために、電圧レベルを監視する。コンデンサ充電回路は、また、コンデンサの充電を停止すべき時を決定するために出力電圧レベルを間接的に監視する。

１つの例示的応用によれば、コンデンサ充電回路は、カメラの光フラッシュのための高電圧を発生するために用いられる。コンデンサ充電回路は、デジタル・カメラのようなデジタル装置のための電力管理システムの構成要素であって良い。当業者は、コンデンサ充電回路が他の応用及び装置に用いられ得るということを認識するであろう。ここでの任意の実施形態において用いられるように、「回路」は、例えば、ハードワイヤード回路、プログラマブル回路、状態マシン回路、及び／またはプログラマブル回路によって実行される命令を格納するファームウエアを、単一にまたは何等かの組み合わせで含む。ここでの任意の実施形態で用いられる「集積回路」は、例えば、半導体集積回路チップのような半導体装置及び／またはマイクロ電子デバイスを意味し得る。

図２Ａは、容量性負荷を充電するためのコンデンサ充電回路１００の一実施形態を示す。例示的なコンデンサ充電回路１００は、電力伝達回路１０１、電力スイッチング制御回路１０２及び電圧測定回路１０４を含む。バッテリのような電源１０６は、電力伝達回路１０１、電力スイッチング制御回路１０２及び電圧測定回路１０４に結合される。容量性負荷もしくはコンデンサ１１２は、電力伝達回路１０１に結合される。電力スイッチング制御回路１０２及び／または電圧測定回路１０４は、個別の構成要素であっても良く、または集積回路として実施されても良い。以下に説明する回路の例示的な実施形態は、特定の形態または設計を有するけれども、当業者は、ここに説明する機能を行なうために、他の回路形態及び設計が用いられ得るということを認識するであろう。

例示的な電力伝達回路１０１は、反対極性で一次及び二次コイルまたは巻線を有するフライバック変圧器のような変圧器１１４を含む。変圧器１１４の一次巻線が電源１０６によって付勢されるときに変圧器１１４に電力が与えられる。変圧器１１４が電源１０６によってもはや付勢されないとき、変圧器１１４からコンデンサ１１２にエネルギが伝達され、それによりコンデンサ１１２を充電する。出力ダイオード１０８が、コンデンサ１１２と変圧器１１４との間に結合され得て、電力が変圧器１１４に与えられている間に、コンデンサ１１２が変圧器１１４を通して放電されるのを阻止する。

電力スイッチング制御回路１０２は、電力給電スイッチング・サイクルを開始することによって変圧器１１４への電源１０６のスイッチングを制御し、該電力給電スイッチング・サイクルの間、電力が、一定期間またはＯＮ時間（Ｔ_ｏｎ）中にスイッチング・オンされる。一定のＯＮ時間中、電力スイッチング制御回路１０２は、変圧器１１４の一次巻線を横切る電流にかかわりなく、変圧器１１４への電力給電を維持する。電圧測定回路１０４は、コンデンサ１１２を充電するのを停止すべき時を決定するために、出力電圧を間接的に測定する。

例示的な電力スイッチング制御回路１０２は、スイッチ１１６がフリップ・フロップまたはラッチ１１８によって付勢される時に、電力が変圧器１１４に給電されるようにする電力スイッチ１１６を含む。ラッチ１１８は、一定のＯＮ時間中にスイッチ１１６を付勢し、一定のＯＮ時間が満了する時に、スイッチ１１６を消勢する。スイッチングを制御するために、例示的な電力スイッチング回路１０２は、また、一定のＯＮ時間発生器回路１２０、切断導通モード（ＤＣＭ）検出回路１３０、及び過電流（ＯＣＰ）回路１４０をも含む。一定のＯＮ時間発生器回路１２０は、電力給電スイッチング・サイクルの一定のＯＮ時間を決定する。ＤＣＭ検出回路１３０は、例えば、変圧器１１４内の磁束が急落（コラプス）した時、切断導通モードの発生を検出する。ＯＣＰ回路１４０は、スイッチ１１６がスイッチングＯＮされた時に、過度の電流に帰結し得る変圧器１１４における電流レベル（すなわち、過電流状態）を検出することによって過電流保護を提供する。

制御回路１０２の一実施形態において、ＤＣＭが発生し過電流状態が発生しない時、もう１つの電力給電スイッチング・サイクルが開始され、そしてスイッチ１１６は、一定のＯＮ時間発生器回路１２０によって決定された一定のＯＮ時間の間スイッチング・オンされる。一実施形態において、電力スイッチング制御回路１０２は、ＤＣＭ検出回路１３０及びＯＣＰ回路１４０の双方に結合された論理ゲート１４４（例えば、ＡＮＤゲート）を含み、電力給電スイッチング・サイクルを開始する点火（ｆｉｒｅ）信号またはスイッチング制御信号を提供する。この図示された実施形態において、論理ゲート１４４は、ＤＣＭが発生したことを示すＤＣＭ出力信号（例えば、ＤＣＭ＝１）が受信されたとき、及び過電流が発生しなかったことを示すＯＣＰ出力信号（ＯＣＰ＝１）が受信されたとき、点火信号（ＦＩＲＥ＝１）を提供する。

制御回路１０２の図示された実施形態において、論理ゲート１４４によって与えられるＦＩＲＥ信号は、スイッチ１１６を付勢するようラッチ１１８をセットすることによって、及びスイッチ１１６に対し一定のＯＮ時間を維持するよう一定のＯＮ時間発生器回路１２０をトリガすることによって、もう１つの電力給電スイッチング・サイクルを開始する。一定のＯＮ時間発生器回路１２０によって決定された一定のＯＮ時間が満了した後、一定のＯＮ時間発生器回路１２０は、スイッチを消勢するようラッチ１１８をリセットする。

電力スイッチング制御回路１０２は、また、電圧測定回路１０４、ＤＣＭ検出回路１３０及びＯＣＰ回路１４０に与えられるブランキング期間信号を発生するためのブランキング期間発生器１５０をも含む。ブランキング期間信号は、例えば、スイッチが最初に消勢された時に電圧スパイクによって生じる誤った信号を阻止するよう、回路の出力を一時的に不能にするまたは遅延する（すなわち、ブランキング期間中）ように用いられ得る。当業者は、ブランキング期間を発生することができる種々の回路形態を認識するであろう。

図２Ｂは、コンデンサ充電回路１００’のもう１つの実施形態を示す。この実施形態によれば、コンデンサ充電回路１００’は、低速充電モード及び高速充電モードで動作し得る。低速充電モードにおいては、上述したように、電力給電スイッチング・サイクルは、ＤＣＭが発生した時（すなわち、変圧器における磁束が急落（コラプス）した時）並びに過電流状態が発生しない時（すなわち、変圧器における電流レベルがセット・レベル以下である時）に開始される。高速充電モードにおいては、電力給電スイッチング・サイクルは、ＤＣＭを検出することなく、過電流状態が発生しない時にのみ開始され得る。

一実施形態における低速／高速充電モードを履行するために、電力スイッチング制御回路１０２’は、ＤＣＭ検出回路１３０と論理ゲート１４４との間に論理ゲート１３１（例えば、ＯＲゲート）を含み得る。論理ゲート１３１は、例えば、外部制御回路からＳＬＯＷ／ＦＡＳＴコマンドを受ける。この実施形態において、論理ゲート１４４は、ＯＣＰ出力信号（ＯＣＰ＝１）が受信された時、及びＤＣＭ出力信号が与えられるか（ＤＣＭ＝１）またはＳＬＯＷ／ＦＡＳＴコマンドが高速充電モードを示すか（ＳＬＯＷ／ＦＡＳＴ＝１）のいずれかである時、に点火信号（ＦＩＲＥ＝１）を提供する。換言すれば、高速充電モードにおいては、ＤＣＭ信号は無視され得、そしてＦＩＲＥ信号は、ＤＣＭが発生されない場合でも（例えば、ＤＣＭ＝０）、ＯＣＰ出力信号のみに基づいて発生され得る。

図３は、電圧測定回路１０４の一実施形態を示す。電圧測定回路１０４は、測定された電圧が所定のレベルに達したとき、コンデンサ１１２の充電を停止する。例示的な電圧測定回路１０４は、スイッチ１１６がオフである時にフライバック・パルスを測定することによって変圧器１１４の一次コイルを介する出力電圧Ｖ_ｏｕｔを間接的に測定する。一層詳細には、例示的な電圧測定回路１０４は、ノード１１７におけるスイッチ電圧Ｖ_ＳＷ及び電源電圧Ｖ_ＢＡＴを受信して、基準電圧Ｖ_ＲＥＦと比較される測定電圧Ｖ_Ｒ２を決定する。この実施形態において、共通のゲート増幅器１６０は、フライバック電圧を測定電圧ＶＲ２に変換するためのレベル・シフタとして用いられ得る。測定電圧ＶＲ２は、以下の式に従って表現され得る。

ここに、Ｒ１及びＲ２は、それぞれ抵抗１６２、１６４の抵抗値であり、Ｎは、一次対二次の変圧器巻数比であり、そしてＶ_ｏｕｔ／Ｎは、フライバック電圧を表す。

共通ゲート増幅器１６０は、正チャンネルの金属酸化物半導体（ＰＭＯＳＭ２）を用いて履行され得る。電圧測定回路１０４は、Ｍ１及びＭ２のゲート・ソース電圧Ｖ_ＧＳが等しくなるようにＩ_２＝Ｉ_３であることを確実にするためにバイアス回路１６６を含み得る。これらの条件下で、共通ゲート増幅器１６０（ＰＭＯＳＭ２）のソースにおける電圧は、ソース電圧Ｖ_ＢＡＴに等しい。

比較器１６８は、測定電圧Ｖ_Ｒ２を基準電圧Ｖ_ＲＥＦと比較し、そして測定電圧Ｖ_Ｒ２が基準電圧Ｖ_ＲＥＦに達したかまたはそれを超えた場合には停止充電信号を提供する。停止充電信号は、例えば、ラッチ（図示せず）をリセットし得、これは、新しい開始コマンドが受信されるまで充電を阻止するよう、制御回路１０２におけるラッチ１１８をリセットしたままに保ち得る。例として、もし、Ｖ_ＲＥＦ＝１．５，Ｒ２／Ｒ１＝０．１，及びＮ＝２０ならば、コンデンサ１１２は、３００Ｖまで充電され、次に、充電は停止されるであろう。

充電が停止されているこの期間の間、コンデンサにかかる電圧は、ダイオード１０８及び／またはコンデンサ１１２の固有の漏れ電流に起因して衰え（ドループし）得る。再度充電を開始するために、マイクロプロセッサまたは関連の外部の制御回路は、コンデンサを横切る許容可能な電圧減衰（ドループ）を考慮して、所定の期間の後にコンデンサ充電回路１００を起動し得る。例えば、ラッチ１１８のリセットは、電力給電スイッチング・サイクルが再度開始されるのを許容するために停止される。コンデンサ充電回路のＯＮ−ＯＦＦサイクルは、マイクロプロセッサまたは関連の外部制御回路のタイミングに依存する再生速度を決定し得る。

光フラッシュの適用において、マイクロプロセッサまたは関連の外部制御回路は、フラッシュを生成するようコンデンサ１１２の放電を開始し得る。その後、マイクロプロセッサまたは関連の外部制御回路は、電力給電スイッチング・サイクルが、コンデンサ１１２の充電を行なうために開始されるのを許容するよう、再度、コンデンサ充電回路１００を起動し得る。

図４は、ＤＣＭ検出回路１３０及び過電流保護回路１４０の一実施形態を示す。変圧器１１４内の磁束が完全に急落（コラプス）してしまい、かつフライバック電圧がゼロに等しい時、切断導通モード（ＤＣＭ）が変圧器１１４内に生じる。ＤＣＭ検出するために、ＤＣＭ検出回路１３０は、スイッチ電圧Ｖ_ＳＷ及び電源電圧Ｖ_ＢＡＴを受信し、そしてフライバック電圧が所定の閾値よりも小さいか否かを決定する。スイッチ電圧Ｖ_ＳＷは、低電圧プロセスのトランジスタのゲート遮断電圧よりも高いかもしれないので、ＤＣＭ検出回路１３０は、電圧Ｖ_ＳＷをさらなる処理のために安全なレベルまで減衰するよう抵抗分圧器１３４を含み得る。

ＤＣＭ検出回路１３０は、スイッチ電圧Ｖ_ＳＷと電源電圧Ｖ_ＢＡＴとを比較し、ＤＣＭが発生したことを示す出力信号を提供する比較器１３２を含み得る。例示的なＤＣＭ検出回路１３０は、バイアス電流Ｉ_{ｂｉａｓ１}及びＩ_{ｂｉａｓ２}を受信し、そして以下の式に従った比較を行なう。

従って、スイッチ電圧が電源電圧にほぼ等しい時（Ｖ_ＳＷ＝Ｖ_ＢＡＴ）、比較器１３２は、ＤＣＭが発生したということを示すＤＣＭ出力信号（すなわち、ＤＣＭ＝１）を提供する。

出力電圧はＶ_ＯＵＴが０Ｖに近接している時の初期の充電期間の間、フライバック・パルスの振幅は小さく、かつＤＣＭ閾値よりも小さくあり得る。ＤＣＭ検出回路１３０は、かかる小さい電圧を適切に検出することができ得ず、結果として、ＤＣＭが発生しなかったとしてもＤＣＭ出力信号（ＤＣＭ＝１）を提供し得る。電力給電スイッチング・サイクルがこれらの条件下で開始されるならば、変圧器１１４における一次電流が創成され得、そしてスイッチ１１６及び変圧器１１４の電流限界を超え得る。

例示的なＯＣＰ回路１４０は、過電流状態が変圧器に生じた時スイッチ１１６の付勢を阻止することによって、一次電流がスイッチ１１６及び変圧器１１４の電流限界を超えるのを阻止する。ＯＣＰ回路１４０は、バイアス電流Ｉ_{ｂｉａｓ３}及びI_{ｂｉａｓ４}並びに抵抗Ｒ_ｓｅｃを横切って測定された過電流保護電圧Ｖ_ＯＣＰを受信する。ＯＣＰ回路１４０は、変圧器１１４における電流レベルが、以下の式に従って決定されるように、或るレベルを超えたか否かを、電圧ＶＯＣＰに基づいて決定することにより、過電流状態を検出する比較器１４２を含む。

従って、変圧器の二次巻線における過電流レベルは、

である。変圧器の一次巻線における対応の電流レベルは、

である。

もし変圧器の二次巻線における電流レベルがＩ_{ｓｅｃ＿ｖａｌｌｅｙ}以下に落ちるならば、比較器１４２は、過電流状態ではないことを示すＯＣＰ出力信号（すなわち、ＯＣＰ＝１）を提供する。

図５は、一定のＯＮ時間発生器回路１２０の一実施形態を示す。上述したように、ＦＩＲＥ信号は、スイッチ１１６をＯＮに駆動する、フリップ・フロップまたはラッチ１１８をＯＮにセットし、そして、一定ＯＮ時間発生器回路１２０をトリガする。図示された実施形態によれば、一定のＯＮ時間発生器回路１２０は、ＦＩＲＥ信号を受信するラッチ１２１を含む。一定のＯＮ時間発生器回路１２０は、電圧源Ｖ_ＢＡＴを受信し、該電圧源Ｖ_ＢＡＴは、分圧されて、ＮＭＯＳトランジスタに接続された演算増幅器１２２の回りに創設された電流発生器に与えられる。Ｖ_ＢＡＴに比例するＮＭＯＳトランジスタのドレインにおける電流は、電流ミラー１２３に送られる。ＦＩＲＥ信号がラッチ１２１をトグル（ｔｏｇｇｌｅ）した時、その出力信号ＣＨＡＲＧＥは、スイッチ１２４を駆動して、電流ミラー１２３によってミラー化された電流をコンデンサ１２５に向ける。コンデンサ１２５は、Ｖ_ＢＡＴに比例する電流

で充電される。

コンデンサ１２５にかかる電圧は、初期のＶ_{ＲＡＭＰＬ}レベルからＶ_{ＲＡＭＰＨ}レベルまで増加する。比較器１２８は、コンデンサ電圧がＶ_{ＲＡＭＰ＿Ｈ}レベルに達した時を検出し、そしてラッチまたはフリップ・フロップ１１８及び１２９をリセットする信号ＰＫ＿ＤＥＴＥＣＴを出力する。フリップ・フロップ１２９は、コンデンサ充電回路をＯＮにスイッチし（切換え）、そしてラッチ１２１をリセットする。コンデンサ１２５が放電された後、比較器１２７は、フリップ・フロップ１２９をセットし、それを新しいサイクルのために準備する。フリップ・フロップ１１８のＱ出力は、ＦＩＲＥ信号がそれをセットした瞬間から、ＰＫ＿ＤＥＴＥＣＴ信号によってそれがリセットされるまで、高にセットされる。結果のＯＮ時間ｔ_ｏｎは、

となる。従って、ＯＮ時間は、電圧源Ｖ_ＢＡＴに逆比例する。

スイッチ１１６と変圧器１１４の一次巻線とを通る対応の電流変動は、

であり、ここに、ΔＩ_Ｐは、変圧器の一次巻線を通る電流変動であり、Ｌ_Ｐは変圧器の一次インダクタンスであり、そしてＫ_ＯＮは定数であり、

である。変圧器の一次巻線を通るピーク電流は、

である。

例示的なＯＣＰ回路１４０は過電流状態中の充電を阻止し、一定のＯＮ時間発生器回路１２０は電流変動定数を維持するので、電力スイッチング制御回路１０２は、一次電流限界を直接監視することを必要とせず、通常のコンデンサ充電回路で用いられる感知抵抗は、除去され得る。

例示的な実施形態は、一定のＯＮ時間発生器回路１２０に対する一構成を示したが、当業者なら、一定のＯＮ時間を提供するために他の構成も可能であることを認識するであろう。

図６は、ＳＬＯＷ充電モード（すなわち、切断導通モード）で動作する電力スイッチング制御回路１０２’及び電力スイッチング制御回路１０２の実施形態と関連した種々の波形を示す。スイッチが一定のＯＮ時間（ｔ_ｏｎ）中に付勢される時、スイッチ電圧Ｖ_ＳＷはゼロに降下し、一次電流Ｉ_ＰＲＩは増加する。一定のＯＮ時間の後、スイッチは消勢され、一次電流Ｉ_ＰＲＩはゼロに降下し、そしてスイッチ電圧Ｖ_ＳＷは増加する。一次誘導磁束を補償するために、電流Ｉ_ＳＥＣが二次巻線に流れ始め、最初は、Ｉ_ＳＥＣ＝Ｉ_{ＰＲＩ＿ＰＫ}／Ｎである。ＯＦＦ時間中、二次電流Ｉ_ＳＥＣは減少する。変圧器内の磁束が急落（コラプス）し、フライバック電圧がゼロに等しい（すなわち、Ｖ_ＳＷ＝Ｖ_ＢＡＴ）時、ＤＣＭ出力信号が発生される（ＤＣＭ＝１）。過電流状態が生じない限り、過電流保護信号が発生される（ＯＣＰ＝１）。ＯＣＰ＝１及びＤＣＰ＝１である時、スイッチは、もう１つのＯＮ時間期間（ｔ_ｏｎ）の間、再度付勢されるであろう。Ｖ_ｏｕｔがゼロに近接している初期の充電期間中にフライバック電圧がＤＣＭ閾値以下に降下するという理由でＤＣＭ出力信号２００が発生されたならば、スイッチは、ＯＣＰ＝０である場合には付勢されないであろう。この実施形態においては、電圧スパイクによって生じる誤った信号を阻止するために最初にスイッチが消勢される時、ブランキング期間（ＢＰ）が生じる。

図７は、ＦＡＳＴ充電モード（すなわち、連続電流動作）で動作する電力スイッチング制御回路１０２’の実施形態に関連する種々の波形を示す。ＦＡＳＴ充電モード中、スイッチは、ＯＣＰ＝１である場合にのみ、ＯＮ時間期間（ｔ_ｏｎ）の間付勢されるであろう。結果として、スイッチは、二次電流Ｉ_ＳＥＣがセット・レベルＩ_{ｖａｌｌｅｙ}に降下した時にＤＣＭが生じる前に付勢される。スイッチが付勢された時、一次巻線における対応の電流Ｉ_ＰＲＩは、Ｎ×Ｉ_{ｖａｌｌｅｙ}であり、それにより、連続電流動作を提供する。

要約すれば、コンデンサ充電回路は、電源から容量性負荷に電力を伝達するよう構成された電力伝達回路と、一定のＯＮ時間の間電力が電力伝達回路に与えられるように、電力伝達回路への電源のスイッチングを制御するよう構成された電力スイッチング制御回路と、容量性負荷を充電するのを停止すべき時を決定するために電力伝達回路の出力電圧を測定するように構成された電圧測定回路とを備える。容量性負荷を充電する方法は、変圧器における切断導通モードを検出するために変圧器を監視することと、変圧器における過電流状態を検出するために変圧器を監視することとを含む。切断導通モードが検出されるか及び／または過電流状態が検出されないならば、電力給電スイッチング・サイクルが開始される。電力給電スイッチング・サイクルは、一定のＯＮ時間を有し、それにより、電力は、前記一定のＯＮ時間中に変圧器に対しＯＮにスイッチングされ、そして電力は、一定のＯＮ時間が満了した時ＯＦＦにスイッチングされる。出力電圧は、前記容量性負荷を充電するのを停止するべき時を決定するために測定される。

従って、コンデンサ充電回路は、電流漏れ及び電力消失を最小にすることによって、容量性負荷を一層効率的に充電する。

ここで用いられてきた用語及び表現は、説明の用語としてであり、制限の用語としてではなく、かかる用語及び表現の使用において、示されかつ記載された特徴（またはその部分）の何等かの等価物を排除することを意図するものではない。特許請求の範囲内で種々の変更が可能であることを認識すべきである。他の変更、変形、及び代替物も可能である。従って、特許請求の範囲はこのような全ての等価物を包含するよう意図されている。

従来のコンデンサ充電回路を示す回路図である。本発明の一実施形態と一致するコンデンサ充電回路を示す回路図である。本発明のもう１つの実施形態と一致するコンデンサ充電回路を示す回路図である。コンデンサ充電回路に用いられる出力電圧測定回路の一実施形態を示す回路図である。コンデンサ充電回路に用いられるか電流保護（ＯＣＰ）回路及び切断導通モード（ＤＣＭ）の一実施形態を示す回路図である。コンデンサ充電回路に用いられる一定のＯＮ時間発生器回路の一実施形態を示す回路図である。電力スイッチング制御回路の動作の１つのモード中の波形を示すタイミング図である。電力スイッチング制御回路の動作のもう１つのモード中の波形を示すタイミング図である。

符号の説明

１００・・・コンデンサ充電回路、１０１・・・電力伝達回路、１０２・・・電力スイッチング制御回路、１０４・・・電圧測定回路、１０６・・・電源、１０８・・・出力ダイオード、１１２・・・容量性負荷、１１４・・・変圧器、１１６・・・電力スイッチ、１１８・・・ラッチ、１２０・・・一定のＯＮ時間発生器回路、１３０・・・切断導通モード（ＤＣＭ）検出回路、１４０・・・過電流（ＯＣＰ）回路、１４４・・・論理ゲート、１５０・・・ブランキング期間発生器。

Claims

容量性負荷を充電するためのコンデンサ充電回路であって、
電源から前記容量性負荷へ電力を伝達するよう構成された電力伝達回路と、
一定のＯＮ時間の間前記電力伝達回路に電力が与えられるように、前記電力伝達回路への前記電源のスイッチングを制御するよう構成された電力スイッチング制御回路と、
前記容量性負荷を充電するのを停止するべき時を決定するために、前記電力伝達回路の出力電圧を測定するよう構成された電圧測定回路と、
を備えたコンデンサ充電回路。
前記電力伝達回路は、変圧器を備える請求項１に記載のコンデンサ充電回路。
前記電圧測定回路は、前記変圧器のフライバック電圧を測定することによって前記出力電圧を間接的に測定するよう構成された請求項２に記載のコンデンサ充電回路。
前記電圧測定回路は、前記フライバック電圧を測定された電圧に変換するよう構成され、かつ前記測定された電圧を基準電圧と比較するよう構成された回路を備えた請求項３に記載のコンデンサ充電回路。
前記電力スイッチング制御回路は、前記電源を前記電力伝達回路にスイッチングするためのスイッチを備える請求項１に記載のコンデンサ充電回路。
前記電力スイッチング回路は、前記一定のＯＮ時間を決定するよう、かつ前記一定のＯＮ時間の間前記スイッチがオンに留まるのを許容するよう構成された一定のＯＮ時間発生器回路を備える請求項５に記載のコンデンサ充電回路。
前記一定のＯＮ時間は、電源電圧に逆比例する請求項６に記載のコンデンサ充電回路。
前記電力伝達回路は、変圧器を備える請求項６に記載のコンデンサ充電回路。
前記電力スイッチング制御回路は、前記変圧器における過電流状態の発生を検出するよう構成された過電流保護（ＯＣＰ）回路を備え、ここに、前記電力スイッチング制御回路は、過電流状態が発生しない場合にのみ前記スイッチをスイッチング・オンするように構成された請求項６に記載のコンデンサ充電回路。
前記電力スイッチング制御回路は、前記変圧器における切断導通モードの発生を検出するよう構成された切断導通モード（ＤＣＭ）検出回路を備え、ここに、前記電力スイッチング制御回路は、前記切断導通モードが発生した場合にのみ前記スイッチをスイッチング・オンするように構成された請求項９に記載のコンデンサ充電回路。
前記電力スイッチング回路は、前記スイッチをスイッチング・オンするようスイッチング制御信号を提供するために前記ＤＣＭ検出回路及び前記ＯＣＰ回路の少なくとも一方に応答するスイッチング制御ロジックを備える請求項１０に記載のコンデンサ充電回路。
前記スイッチング制御ロジックは、低速充電モードまたは高速充電モードを示す低速／高速コマンドを受信するよう構成され、ここに、前記スイッチング制御ロジックは、高速充電モード中に過電流状態が発生しない場合にのみ前記スイッチをスイッチング・オンするよう構成され、そして前記スイッチング制御ロジックは、低速充電モード中にＤＣＭが発生する場合かつ過電流状態が発生しない場合に前記スイッチをスイッチング・オンするよう構成された請求項１１に記載のコンデンサ充電回路。
ブランキング期間信号を発生するよう構成されたブランキング期間発生器をさらに備え、ここに、電力スイッチング制御回路及び前記電圧測定回路は、前記ブランキング期間信号を受信するよう構成されている請求項１に記載のコンデンサ充電回路。
電源から容量性負荷に電力を伝達するための変圧器に結合された前記容量性負荷を充電する方法であって、
前記変圧器における切断導通モードを検出するよう前記変圧器を監視し、
前記変圧器における過電流状態を検出するよう前記変圧器を監視し、
過電流状態が検出されない場合には、一定のＯＮ時間を有する電力給電スイッチング・サイクルを開始し、ここに、前記一定のＯＮ時間中前記変圧器に対し電力がＯＮにスイッチングされ、そして前記一定のＯＮ時間が満了した時電力がＯＦＦにスイッチングされ、
前記容量性負荷を充電するのを停止するべき時を決定するために出力電圧を測定する、
ようにした方法。
前記電力給電スイッチング・サイクルは、前記切断導通モードが発生した場合にのみ開始される請求項１４に記載の方法。
前記一定のＯＮ時間は電源伝津に逆比例する請求項１４に記載の方法。
前記出力電圧は、前記電力が与えられていない時に測定される請求項１４に記載の方法。
前記出力電圧は、前記変圧器のフライバック電圧を測定することによって間接的に測定される請求項１４に記載の方法。
前記出力電圧を測定することは、フライバック電圧を測定された電圧に変換すること、及び前記測定された電圧を基準電圧と比較することを含む請求項１４に記載の方法。
前記切断導通モードを検出するよう前記変圧器を監視することは、前記変圧器のフライバック電圧が所定の閾値以下である時を決定するために前記変圧器を監視することを含む請求項１４に記載の方法。
前記電力は、前記変圧器に結合されたスイッチを付勢するようラッチを設定することによってＯＮにスイッチングされ、そして前記電力は、前記スイッチを消勢するよう前記ラッチをリセットすることによってオフにスイッチングされる請求項１４に記載の方法。
前記電力給電スイッチング・サイクルを開始することは、一定のＯＮ時間発生器回路を用いて前記一定のＯＮ時間を決定することを含み、ここに、前記一定のＯＮ時間発生器回路は、前記スイッチが前記一定のＯＮ時間の間オンに留まるのを許容する請求項１４に記載の方法。
容量性負荷に電力を伝達する変圧器に電力が与えられるようにするスイッチングを制御するための電力スイッチング制御回路であって、
前記変圧器における切断導通モードを検出するよう構成された切断導通モード（ＤＣＭ）検出回路と、
前記変圧器における過電流状態を検出するよう構成された過電流保護（ＯＣＰ）回路と、
スイッチング制御信号を提供するために前記ＤＣＭ回路にかつ前記ＯＣＰ回路に結合されたスイッチング制御ロジックと、
前記スイッチング制御信号に応答して前記変圧器に電力をスイッチングするためのスイッチと、
前記ＤＣＭ検出回路及び前記ＯＣＰ回路に結合された一定のＯＮ時間発生器回路であって、一定のＯＮ時間を決定するようかつ前記スイッチが前記一定のＯＮ時間の間オンに留まるのを許容するよう構成された前記一定のＯＮ時間発生器回路と、
を備えた電力スイッチング制御回路。
前記スイッチング制御ロジックは、前記切断導通モードが検出された時かつ過電流状態が検出されない時、前記スイッチング制御信号を提供するよう構成された請求項２３に記載の電力スイッチング制御回路。
前記スイッチング制御ロジックは、過電流状態が検出されない場合にのみ前記スイッチング制御信号を提供するよう構成された請求項２３に記載の電力スイッチング制御回路。
前記スイッチング制御ロジックは、低速充電モード中に、前記切断導通モードが検出された時かつ過電流状態が検出されない時に、並びに高速充電モード中に過電流状態が検出されない場合にのみに、前記スイッチング制御信号を提供するよう構成された請求項２３に記載の電力スイッチング制御回路。
前記一定のＯＮ時間は、電源電圧に逆比例する請求項２３に記載の電力スイッチング制御回路。
ブランキング期間信号を発生するよう構成されたブランキング期間発生器をさらに備え、ここに、前記ＤＣＭ検出回路及び前記ＯＣＰ回路は、前記ブランキング期間信号を受信するよう構成された請求項２３に記載の電力スイッチング制御回路。
前記スイッチをスイッチング・オンするために前記スイッチと前記一定のＯＮ時間発生器回路との間に結合されたラッチをさらに備え、ここに、前記ラッチは、前記スイッチング制御信号に応答して前記スイッチを付勢するよう構成され、かつ前記ラッチは、前記一定のＯＮ時間が満了した後、前記一定のＯＮ時間発生器回路に応答して前記スイッチを消勢するよう構成された請求項２３に記載の電力スイッチング制御回路。
変圧器に接続された容量性負荷の充電を制御するための集積回路を備えた装置であって、該集積回路は、前記変圧器を監視して、一定のＯＮ時間を有する電力給電スイッチング・サイクルを開始するよう構成され、ここに、前記集積回路は、前記一定のＯＮ時間中に前記変圧器に対し電力ＯＮにスイッチングし、前記一定のＯＮ時間が満了したときに電力ＯＦＦにスイッチングするよう構成された装置。
前記集積回路は、低速充電モードまたは高速充電モードのいずれかを示すＳＬＯＷ／ＦＡＳＴコマンドを受信するよう構成された請求項３０に記載の装置。
前記集積回路は、前記変圧器における過電流状態を検出するようかつ過電流が生じないときに前記スイッチング・サイクルを開始するよう構成された請求項３０に記載の装置。
前記集積回路は、前記変圧器における切断導通モードを検出するよう、そして前記切断導通モードが生じかつ過電流が生じないときに前記スイッチング・サイクルを開始するよう構成された請求項３２に記載の装置。