JP2002125328A - 一定周波数の電流波形を用いてコンデンサを充電するためのシステム及び方法 - Google Patents
一定周波数の電流波形を用いてコンデンサを充電するためのシステム及び方法Info
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Abstract
ための手段を提供する。 【解決手段】電流(109)がコンデンサ(108)に
加えられる充電シーケンスの間、固定周波数電流(10
9)波形のデューティサイクルを、コンデンサ(10
8)の電圧状態に基づいて動的に制御して、エネルギー
をコンデンサ(108)に送ることが可能な効率に従っ
てエネルギーの伝送を変更する。これによって、コンデ
ンサの充電シーケンスが最適化され、高電圧コンデンサ
(108)を充電する速度が上がる。パルス化電圧源
(102)が、一定周波数及び調整可能なデューティサ
イクルを有する電圧パルス(122)をトランス(11
4)の一次巻線(104)に供給する。トランス(11
4)に所定量のエネルギーが蓄積されると、トランス
(114)は、電流109を生成してコンデンサ(10
8)を充電するよう制御される。
Description
サの充電に関するものであり、とりわけ、高電圧コンデ
ンサに充電するための方法及び装置に関するものであ
る。
0,000を超える死亡の原因であり、米国における主
たる救急医療の1つになっている。世界的規模では、急
性心拍停止により、これよりはるかに多くの人が毎年亡
くなっている。最も一般的で、生命を脅かす結果となる
心臓発作の1つが、一般に心室細動と呼ばれる心臓不整
脈の発生である。心室細動状態になると、心筋は、十分
な量の血液を身体及び脳に送ることができなくなる。脳
への血液及び酸素が欠乏すると、犠牲者に脳障害、麻
痺、または、死をもたらす可能性がある。
り切る確率は、有効な医療処置が施されるスピードによ
って決まる。症状の発現から約4分以内に、迅速な心肺
蘇生術により細動除去が行われると、生き残る確率は、
50%に近いか、50%を超える可能性がある。従っ
て、最初の危険な数分以内に、細動除去を素早く施すこ
とは、急性心拍停止による死亡を阻止するために、救急
医療処置の最も重要な要素の1つであると考えられる。
序な心収縮を阻止し、正常な心臓の律動を回復するため
に用いられる電気ショックである。心臓に対してこうし
た電気ショックを施すため、患者の胸部にデフィブリレ
ータ・パッドが取り付けられ、適正な振幅及び形状の電
気インパルスが、パッドを介して患者に加えられる。デ
フィブリレータ(細動除去器)は、何年も前から知られ
ているが、一般に複雑であり、訓練を受けた作業員でな
ければ使用するのが難しいものである。
いられる携帯用の移動可能な自動及び半自動外部デフィ
ブリレータ(一般に、AED)が開発された。携帯用デ
フィブリレータによって、従来のデフィブリレータより
も早く患者に適切な医療ケアを施すことが可能になり、
生存の確率が高くなる。こうした携帯用デフィブリレー
タは、第1反応者による使用のために利用可能な、職
場、家庭、航空機等のアクセス可能な場所に運ぶか、保
管することが可能である。最近のテクノロジの進歩によ
って、最小限の訓練しか受けていない者でも、一般的な
携帯用デフィブリレータを操作して、急性心拍停止の発
現に後続する危険な最初の数分間に、犠牲者を救護する
ことが可能である。
な医療処置を施さなければならない。時間を浪費するデ
フィブリレータ操作の1つは、電気ショックを生じさせ
るためのエネルギーを供給する高電圧コンデンサの充電
である。あいにく、従来のAEDでは、高電圧コンデン
サに効率のよい充電が行えないので、治療を施すための
準備を行う貴重な時間が浪費されることになる。このた
め、利用可能な最短時間内に患者に施すことが可能な複
数ショックの回数が制限されることになる。
は、迅速かつ効率的に高電圧コンデンサに充電すること
が可能なデフィブリレータを提供することにある。
定周波数波形を有する電流を用いることによって、高電
圧コンデンサに充電するためのシステム及び方法であ
る。電流がコンデンサに繰り返し給与される充電シーケ
ンスの間、固定周波数電流波形のデューティ・サイクル
は、コンデンサ電圧に基づいて動的に制御される。より
詳しくは、コンデンサに対するエネルギーの伝達速度
が、コンデンサにエネルギーを供給することが可能な効
率によって修正される。これによって、高電圧コンデン
サの充電速度が増す。所望の用途に従って、代替のまた
は追加の重要な利点を実現することが可能である。例え
ば、本発明を実施するシステムによれば、より小形のコ
ンポーネント、より小エネルギーの電源、より高インピ
ーダンスの電源、または、その任意の適切な組み合わせ
を使用して、従来のシステムに匹敵する充電時間を達成
することができる。
トランスのような磁気素子を介して、電源から高電圧コ
ンデンサに伝達される。例えば、パルス化電源によれ
ば、一定周波数及び調整可能なデューティ・サイクルを
有する電圧パルスがフライバック・トランスの一次巻線
に供給される。当初は、トランス・コアにはエネルギー
が蓄積されていない。結果として、初期電圧パルスのデ
ューティ・サイクルは、トランス・コアに貯えられるエ
ネルギーを蓄積するのに十分な持続時間になる。トラン
ス・コアに蓄積されたエネルギー量が増すと、トランス
は、コンデンサに充電する電流を発生するように制御さ
れる。電流の振幅は、固定周波数でデューティ・サイク
ルが可変の波形を有している。
ーの初期蓄積直後において、電流振幅波形のデューティ
・サイクルはかなりのものである。二次巻線の位相は、
一次巻線の位相とずれているため(フライバック・トラ
ンス)、こうした電流振幅波形を生じさせる電圧波形の
デューティ・サイクルは、かなり小さい。こうしたやり
方でトランスを駆動すると、トランス・コアの蓄積エネ
ルギーが維持され、同時に、コンデンサにエネルギーを
伝達するのに十分な時間が二次巻線に与えられる(コン
デンサ電圧が最小限のため、二次巻線は、時間効率のよ
いやり方でエネルギーの伝達ができない)ことになる。
コンデンサ電圧が増すと、電流波形のデューティ・サイ
クルは、電圧波形のデューティ・サイクルの増大に応答
して減少することになる。こうしたエネルギーの伝達を
生じさせることが可能な速度は、コンデンサ電圧の増大
につれて上昇するので、これによって、エネルギー伝達
速度が最適化されることになる。従って、エネルギーが
トランス・コアからコンデンサに伝達されると、これに
伴って、電源からトランス・コアへのエネルギー伝達が
生じる。この動作モードによって、トランス・コアによ
る連続したエネルギー蓄積が保証されるので、本明細書
では、この動作モードを「連続モード」と呼ぶ。
述べ、併せて、要約した態様のそれぞれについて実施可
能な実施例を示す。当然明らかなように、要約される実
施態様は、必ずしも、互いに包括的あるいは排他的とい
うわけではなく、矛盾せず、別様の可能性のある同じま
たは異なる態様に関して、任意のやり方で組み合わせる
ことが可能である。主として高性能のコンデンサ充電シ
ステム及び方法を目指した、本発明のこれら開示の態様
は、単なる例示のための態様であって、それらに限定す
るためのものではない。
形を有する電流を用いて、高電圧コンデンサを充電する
ためのシステムが開示される。
デンサ充電システムが開示される。このシステムは、固
定周波数振幅を備えた電流パルスを発生する。本発明の
この態様の場合、電流パルスがコンデンサに繰り返し加
えられる充電シーケンスにおいて、固定周波数電流波形
のデューティ・サイクルは、高電圧コンデンサの電圧に
基づいて動的に制御される。
デンサに充電するためのシステムが開示される。本発明
のこの態様の場合、このシステムは、フライバック・ト
ランスと、パルス化電源を備える。フライバック・トラ
ンスは、コア、一次巻線、及び、二次巻線を備える。パ
ルス化電源は、一定周波数で、デューティ・サイクルの
調整が可能な波形を有する電圧を一次巻線に供給する。
電圧波形の初期デューティ・サイクルは、トランス・コ
アにある量の蓄積エネルギーを蓄積するのに十分な持続
時間を有しており、その後、電圧波形が連続して一次コ
イルに加えられる。電圧波形のデューティ・サイクル
は、高電圧コンデンサの瞬時電圧の上昇に応答して、充
電シーケンス中に、かなり小さい値からかなり大きい値
にまで増大する。
圧コンデンサに充電するためのシステムが開示される。
本発明のこの態様では、このシステムは、トランスと、
パルス化電源を備える。トランスは、コア、一次巻線、
及び、二次巻線を備える。コンデンサは、二次巻線の両
端間に電気的に結合されている。パルス化電源は、一定
周波数で、デューティ・サイクルの調整が可能な波形を
有する電圧を一次巻線に供給する。
デンサの充電時に、エネルギーがトランス・コアに連続
して蓄積されるように、動的に修正される。すなわち、
充電シーケンスの個々のサイクルにおいて、充電システ
ムが、パルス化電源からトランス・コアにエネルギーを
伝達して、トランス・コアから高電圧コンデンサに前回
伝達されたエネルギーを補充する。
デンサ充電システムが開示される。本発明のこの態様で
は、このシステムは、コンデンサに接続されたコンデン
サ充電器と、コンデンサとコンデンサ充電器の間に電気
的に接続され、挿入されたダイオードを備える。ダイオ
ードは、陰極がコンデンサに接続され、陽極がコンデン
サ充電器に接続されている。コンデンサ充電器は、振幅
が固定周波数でデューティ・サイクルが可変の波形を有
する電流を発生することによって、コンデンサに充電す
る。
ンデンサ充電システムは、両端間にコンデンサが接続さ
れた磁気素子と、磁気素子の一方のノードに接続された
パルス化電源を備え、磁気素子の他方のノードはアース
に接続されている。パルス化電源は、ほぼ一定の周波数
及び可変デューティ・サイクルで、第1の電圧とこの第
1の電圧より低い第2の電圧との間で遷移する充電電圧
を一次巻線に供給する。
ることが可能である。かかる実施例では、トランスは、
コア、一次巻線、及び、一次巻線と異相の二次巻線を備
える。ここで、コンデンサは、二次巻線の両端間に接続
されている。ある特定の実施例の場合、コンデンサ充電
器は、他方の一次巻線のノードとアースの間に直列に接
続された電流センサを備える。電流センサは、一次巻線
に流れる電流を表す振幅を有する電圧を発生する。充電
器は、パルス化電源と電流センサに操作可能に結合され
た制御回路を備える。制御回路は、パルス化電源にデュ
ーティ・サイクル調整信号を供給し、電流振幅信号に基
づいて充電電圧波形のデューティ・サイクルを調整す
る。
デンサを充電するためのコンデンサ充電器が開示され
る。この充電器は、コンデンサ充電トランスと、充電回
路を備える。トランスは、一次巻線と二次巻線を有する
コアを備える。高電圧コンデンサは、ダイオードを介し
て、二次巻線の両端間に電気的に接続されている。充電
回路は、一次巻線に接続されて、一次巻線の両端間に電
圧を印加することにより、電流を二次巻線に流してトラ
ンスのコアに絶えずエネルギーが蓄積されるようにす
る。二次巻線の電流によって、トランス・コアから高電
圧コンデンサにエネルギーが伝達される。
に充電するための方法が開示される。この方法は、その
振幅が固定周波数波形を有する電流をコンデンサに供給
するステップを含む。実施態様の1つでは、固定周波数
電流波形のデューティ・サイクルが変化させられる。こ
の方法には、さらに、固定周波数で、デューティ・サイ
クルが可変である電圧波形でトランスの一次巻線を駆動
するステップと、一次巻線を流れる電流を検知するステ
ップと、一次巻線を流れる電流が所定の値に達すると、
電圧波形のデューティ・サイクルを調整するステップ、
を含めることができる。
くつかの利点が得られ、従来技術のいくつかの欠点が克
服される。本発明の全ての実施態様が同じ利点を共有し
ているわけではなく、同じ利点を共有する実施態様が、
あらゆる状況下において共有するわけではない。これ
は、本発明によって、高エネルギー・コンデンサに対す
る急速なエネルギーの伝達という上述の利点を含む、数
多くの利点が得られるということである。コンデンサに
加えられる固定周波数の電流パルスのデューティ・サイ
クルを調整すると、従来技術に比較してコンデンサに迅
速にエネルギーを伝達することが可能になる。さらに、
本発明によれば、コンデンサ充電トランスの二次巻線が
そのエネルギーのほぼ全てをコンデンサに伝達してしま
った場合に、それを検知する必要がなくなる。さらに、
本発明によれば、トランスの二次巻線からのセンサ入力
に基づいて、トランスの一次巻線の電流を調整するため
の複雑なフィードバック回路要素を備える必要もなくな
る。本発明のこれら及びその他の特徴及び利点、並び
に、本発明の種々の実施態様の構造及び動作について
は、添付の図面を参照して詳細に後述する。
的に示されている。本発明の上記及び他の特徴及び利点
は、添付図面と共に以下の説明を参照することによって
より良く理解されよう。図面において、同じ参照数字
は、同一または機能的に類似の要素を示している。さら
に、参照数字の一番左側の1つまたは2つの数は、その
参照数字が最初に現れる図面を特定している。
めのシステム及び方法に関するものである。図1Aは、
本発明の実施態様の1つによるコンデンサ充電システム
の高レベルのブロック図である。コンデンサ充電システ
ム100は、振幅が固定周波数波形を有するところの電
流109を発生する。電流109が高電圧コンデンサ1
08に給与される充電シーケンスにおいて、固定周波数
電流波形のデューティ・サイクルは、コンデンサ108
にエネルギーを供給することが可能な速度に従ってエネ
ルギー伝達特性に修正を加えるため、動的に制御され
る。
は、磁気素子を利用して、高電圧コンデンサにエネルギ
ーを伝達することが可能である。図1Bは、磁気素子を
利用した本発明のコンデンサ充電システム100の実施
態様の1つに関するブロック図である。この例示的な実
施態様の場合、コンデンサ充電システム100には、か
かる磁気素子のようなトランス114が含まれている。
しかし、本開示から明らかになるように、本発明の教示
に従って、他の磁気素子並びに他の電流発生器を利用す
ることも可能である。
105、一次巻線104、及び、二次巻線106が含ま
れている。図1Bに示す特定の実施態様の場合、一次巻
線104及び二次巻線106は、フライバック・トラン
スを形成しており、従って、極性表示記号118及び1
20によって示されるように、位相がずれている。下記
の説明は、フライバック・トランス114を駆動して、
固定周波数でデューティ・サイクルが可変の電流波形1
09を発生するためのシステム100のさまざまな実施
態様及びコンポーネントについて述べたものである。こ
うした電流は、二次巻線106を流れて、フライバック
・ダイオード107を介して二次巻線106の両端間に
接続されたコンデンサ108にエネルギーを伝達する。
れ、トランス・コア105に蓄積されるエネルギーが増
大すると、電流109は、二次巻線106からコンデン
サ108に流れなくなる。逆に、電流が一次巻線104
に流れないときは、電流109は、二次巻線106から
コンデンサ108に流れ、コンデンサ108が充電され
ることになる。従って、電流が一次巻線104に流れる
場合には、一次巻線104によって、電源からトランス
・コア105にエネルギーが伝達され、逆に、電流10
9が二次巻線106に流れる場合には、二次巻線106
によって、トランス・コア105からコンデンサ108
にエネルギーが送られることになる。
トランス114の一次巻線104と直列に接続されたパ
ルス化電圧源102が含まれている。フライバック・ト
ランスを利用する実施態様の場合、電流波形109は、
一次巻線104の両端間における電圧を制御することに
よって発生する。従って、この実施態様の場合、パルス
化電圧源102によって、周波数はほぼ一定で、デュー
ティ・サイクルの調整が可能な充電電圧波形122が発
生する。しかし、最初は、トランス・コアにエネルギー
が蓄積されていない。結果として、初期電圧パルスのデ
ューティ・サイクルは、トランス・コア105に貯えら
れるエネルギーを蓄積するのに十分な持続時間のものに
なる。所定の量のエネルギーがトランス・コア105に
蓄積されると、トランス114は、本発明の教示に従っ
て制御され、コンデンサ108に充電する電流109を
発生する。本発明によれば、電流109の振幅は、固定
周波数と、好ましくは、デューティ・サイクルが可変の
波形を有する。
おけるエネルギーの初期蓄積の直後における電流波形1
09のデューティ・サイクルはかなり大きい。二次巻線
106は一次巻線104と位相がずれているため、充電
電圧波形122のデューティ・サイクルはかなり小さく
なる。例えば、ある実施態様では、デューティ・サイク
ルは約0.5〜4パーセントである。これによって、ト
ランス・コア105に蓄積されたエネルギーが維持さ
れ、同時に、コンデンサ108にエネルギーを伝達する
のに十分な時間が二次巻線106に与えられることにな
る(コンデンサ電圧が最小限のため、二次巻線106
は、時間効率のよいやり方でエネルギーを伝達すること
ができない)。かかる伝達を行うことが可能な速度は、
コンデンサ電圧の増大につれて上昇するので、コンデン
サ電圧が増すと、電流波形109のデューティ・サイク
ルは減少し、エネルギー伝達が最適化されることにな
る。例示的な実施態様では、これは、充電電圧122の
デューティ・サイクルが対応して増大することに応答し
て生じる。従って、エネルギーがトランス・コア105
からコンデンサ108に伝達されると、これに伴って、
電源からトランス・コアへのエネルギー伝達が生じるこ
とになる。充電シーケンス中、トランス・コア105は
連続してエネルギーを蓄積するので、本明細書では、こ
の動作モードを「連続モード」と呼ぶ。
線104とアース112の間に直列に接続された電流セ
ンサ110が含まれている。電流センサ110は、一次
巻線104を流れる電流124を表す電流振幅信号12
5を制御回路116に対して送り出す。さらに詳細に後
述するように、制御回路116は、パルス化電圧源10
2にデューティ・サイクル調整信号115を供給するこ
とによって、充電電圧122のデューティ・サイクルを
調整する。パルス化電圧源102は、信号115に応答
して、充電電圧波形122のデューティ・サイクルを調
整する。詳細に後述するように、例示的な実施態様で
は、デューティ・サイクルは、一次電流124が所定の
レベルを超えるか、または、それより小さいかの関数と
して、パルス化電圧源102によって制御されるが、代
替実施態様では、追加または代替の制御条件も考慮する
ことが可能である。
200の別の実施態様に関するブロック図である。この
実施態様の場合、パルス化電圧源102には、定電圧源
204、及び、電圧源204と一次巻線104の間に直
列に接続されたスイッチング要素202が含まれてい
る。定電圧源204は、バッテリー、直流電源等のよう
な任意の電源とすることが可能である。1つの好適な実
施態様においては、電圧源204はリチウム・バッテリ
ーである。
サイクル調整信号115に応答して、電圧源204と一
次巻線104間における電気的接続を中断し、電圧信号
122、従って、二次電流109のデューティ・サイク
ルに所望の変更を施す。スイッチング要素202に、予
測される一次電流124に対して小さな直列抵抗を提供
するスイッチを設けて、スイッチング要素202の両端
間における電圧降下が最小限になるようにするのが好ま
しい。これによって、電圧源204によって発生するほ
ぼ全ての電圧を一次巻線104に印加することが可能に
なる。
ッチされた充電電圧波形122にオーバシュート及びリ
ンギングが生じないようにするのに十分滑らかな立ち上
がり及び立ち下がりエッジを有するスイッチング波形を
提供するのが好ましい。さらに、スイッチング要素20
2は、コンデンサ充電トランス114のコア105の過
充電及び飽和を実質的に回避するのに十分な速さの(信
号115に応答した)ターン・オフ時間を特徴とするの
が好ましい。当業者には明らかなように、今後開発され
るスイッチング要素202の他の多くの実施例を本発明
に従って利用することが可能である。
100(図1)の別の実施態様を示すブロック図であ
り、以下では、コンデンサ充電システム300という。
コンデンサ充電システム300には、パルス化電圧源1
02の特定の実施態様が含まれている。ここで、パルス
化電圧源102には、クロック発生器304と、クロッ
ク発生器304からの入力及び制御回路116からの入
力を有するスイッチング要素302が含まれている。ク
ロック発生器304は、ほぼ一定した周波数を有するク
ロック信号310をスイッチング要素302に供給す
る。クロック信号310の周波数は、周波数選択ライン
309によって示すように、複数の異なる周波数から選
択することが可能である。次に、クロック信号310の
周波数を調整して、本明細書で説明するように、エネル
ギー伝達を最適化することが可能である。
は、一次巻線104に印加される充電電圧122の周波
数に比例する。本発明の実施例の1つでは、電圧源20
4はバッテリー・パックである。バッテリーは、特定の
化学的性質を有しており、所定のメーカによって製造さ
れる。いくつかのバッテリーは、他のバッテリーよりも
必要な放電電流が少ない。例えば、いくつかのメーカ
は、バッテリー・パックに内部温度ヒューズを含めてい
る。こうしたバッテリーからの電流の放電が速すぎる
と、バッテリー・パックの温度が急速に上昇する可能性
がある。こうなると、温度ヒューズが切れ、バッテリー
・パックが使用できなくなる。さらに、バッテリーの化
学的性質によっては、他のバッテリーよりも強く、迅速
な放電が可能である。例えば、ニッケル・カドミウム・
バッテリーは、リチウム・バッテリーに比べて迅速で、
強い放電を可能にする。従って、リチウム・バッテリー
を使用して、コンデンサ108に充電するときは、リチ
ウム・バッテリーが使用中に切れないようにするため
に、より低いクロック周波数が用いられる。従って、本
発明の好適な実施態様では、クロック発生器304は、
装着されたバッテリー・パックの電流限界に合わせて設
計された周波数を発生する。
310の周波数は、現在利用されているバッテリー・パ
ックのタイプに基づいて、クロック発生器304によっ
て決定される。この実施態様では、クロック発生器30
4は、バッテリー化学的性質信号(バッテリーケミスト
リ信号)306及びバッテリー識別信号308を入力と
して受信するのが好ましい。バッテリー化学的性質信号
306は、装着されたバッテリー・パックの化学的性質
を表示し、一方、バッテリー識別信号308は、装着さ
れたバッテリー・パックのメーカを識別する。この情報
に基づいて、クロック発生器304は、クロック信号3
10の周波数を調整する。
替実施態様のブロック図であり、以下では、コンデンサ
充電回路400という。コンデンサ充電回路400に
は、制御論理回路402と、オン/オフ回路要素404
を含むスイッチング要素302が含まれている。この実
施態様の場合、スイッチング要素302は、一次巻線1
04と電圧源204の間ではなく、一次巻線104と電
流センサ110の間に電気的に挿入されている。制御論
理回路402は、クロック発生器304によって生成さ
れるクロック信号310、及び、制御回路116によっ
て生成されるデューティ・サイクル調整信号115を受
信する。制御論理回路402は、これらの入力に基づい
て、オン/オフ回路要素404に可変デューティ・サイ
クル制御信号406を供給する。制御論理回路402
は、オン/オフ回路要素404に「オン」信号を加え
て、クロック信号310の状態変化またはデューティ・
サイクル調整信号115の状態変化が生じるまで、電流
124が一次巻線104を流れることができるようにす
る。例示の実施態様の場合、「オン」信号は、正電圧す
なわち論理1である。「オフ」信号は、「オン」信号の
逆、つまりは、0に近い電圧すなわち論理0である。
の実施態様に従って、デューティ・サイクル調整信号1
15を制御するために、任意の数の要素を考慮すること
が可能である。この実施態様では、制御回路116は、
電流振幅信号125によって、一次電流124が所定の
値に達したことが表示されると、デューティ・サイクル
調整信号115の状態を変化させる。制御回路116に
よるこの状態の変化によって、制御論理回路402は、
クロック信号310の「オン」・クロック・サイクルに
おいてオン/オフ回路要素404を早期に「オフ」にす
る。電流センサ110からの信号125により、電流レ
ベルが最大電流レベルより低いことが示されると、制御
回路116は、信号115の状態を変化させ、その初期
状態に戻す。これによって、制御論理回路402は、ク
ロック信号310の次の「オン」周期に応答して、オン
/オフ回路要素404を「オン」にする。当業者には明
らかなことであるが、本発明のこの態様に修正を施すこ
とによって、「オン」状態が論理0で、「オフ」状態が
論理1になる、負の論理システムが得られる。
純化した略回路図である。この実施態様では、オン/オ
フ回路要素404には、スイッチング・トランジスタ5
02が含まれており、電流センサ110には、センス抵
抗器504が含まれている。この実施例では、クロック
信号310は、可変デューティ・サイクル制御信号40
6が、各充電サイクル中に単一パルスを生じ、そのデュ
ーティ・サイクルがクロック信号310のデューティ・
サイクルによって決まることを保証するため、セット・
リセット・フリップ・フロップ510によりゲート処理
される。
準506に結合された電圧コンパレータ508が含まれ
ている。センス抵抗器504からの電圧は、好ましくは
フィルタ516を介して、電圧コンパレータ508のも
う1つの入力に結合される。制御論理回路402には、
セット・リセット・フリップ・フロップ510とAND
ゲート514が含まれている。スイッチ・トランジスタ
502は、一次巻線104とセンス抵抗器504の間に
直列に接続され、センス抵抗器504は電気アース11
2に接続されている。電圧コンパレータ508の出力
は、フリップ・フロップ510のリセット入力に接続さ
れている。クロック信号310は、フリップ・フロップ
510のセット入力に接続され、ANDゲート514の
入力にも接続されている。フリップ・フロップ510の
Q出力は、ANDゲート514の第2の入力に結合され
ている。ANDゲート514の出力、すなわち、可変デ
ューティ・サイクル制御信号406によって、スイッチ
ング・トランジスタ502の制御入力が駆動される。
グ・トランジスタ502に送られる信号406が制御さ
れる。S−Rフリップ・フロップ510のQ出力が論理
1の場合、ゲート514は、クロック信号310をスイ
ッチング・トランジスタ502のゲートに送る。従っ
て、スイッチング・トランジスタ502は、クロック信
号310と同相の電圧パルスを生じるよう作動する。フ
リップ・フロップ510からのQ出力が論理0の場合、
ゲート514は、論理0を出力し、スイッチング・トラ
ンジスタ502をオフにして、電流124が流れないよ
うにする。電圧コンパレータ508のコンパレータ出力
の状態が変化すると、論理0が生じ、フリップ・フロッ
プ510のQ出力が論理0にリセットされる。これが起
こるのは、一次巻線104を通る電流124が、センス
抵抗器504の両端間の電圧が電圧基準506を超える
ポイントまで増大する時である。
ルタ516によって、センス抵抗器504の両端間に生
じる電圧が電圧コンパレータ508の第1の入力に結合
される。コンデンサ充電トランス114の一次巻線10
4がオンになると、巻線の漏れインダクタンスによっ
て、電圧が増加した瞬間に電流スパイクが生じることに
なる。フィルタ516は、信号の残りの部分に実質上影
響を与えないように、このスパイクを除去するように設
計されている。本発明の実施態様の1つでは、フィルタ
516は、少なくともクロック信号310の周波数に等
しいコーナ周波数を有する単極R−Cローパスフィルタ
である。当業者には明らかなように、他のフィルタを用
いることも可能である。例えば、アクティブ・アナログ
ローパスフィルタ、スイッチト・キャパシタ・フィル
タ、または、デジタル・フィルタを用いることが可能で
ある。実施態様の1つでは、デジタル・ブランキング・
フィルタが用いられる。デジタル・ブランキング・フィ
ルタは、センス抵抗器における波形のサンプリングを行
い、電流スパイクが通過したと判定するまで、コンパレ
ータに低出力を供給する。デジタル・フィルタは、その
後、減衰または位相歪みを生じることなく、電圧信号を
通過させる。別の実施態様では、デジタル・ブランキン
グ・フィルタは、所定の時間期間にわたって、波形の振
幅を無視する。所定の時間が経過すると、ブランキング
・フィルタは、減衰を生じることなく、電圧信号を通過
させる。
パレータ508は、状態を変化させる速度、スイッチン
グ・プロセス中に生じるオーバシュートの量に基づいて
選択することが可能である。コンパレータ508は、そ
の応答時間が電流124の増大する速度より速いことが
重要である。コンパレータ508の応答時間が電流の増
大より遅いと、電流は、選択された最大値に達した後も
増大し続けることになる。一次巻線に印加される電圧の
次のサイクルにおいて、一次電流124が、電圧基準5
06を超えている可能性のある初期値から増大する。こ
れによって、コンパレータ508は状態を変化させるこ
とになるが、一次巻線104に蓄積されるエネルギー
は、一次巻線104を流れる一次電流が連続して加えら
れるために増大している。従って、蓄積されたエネルギ
ーは、トランスが飽和するか、MOSFETスイッチン
グ・トランジスタ502が、大電流のために降伏する
か、あるいは、予測を超える電流降伏によって、他のコ
ンポーネントに過度のストレスが加えられるまで、各後
続サイクルを通して増加し続ける。本発明の好ましい実
施態様の1つでは、電圧コンパレータ408は、Max
im,Inc.製のMax998コンパレータである。
他のコンポーネントであるMOSFETスイッチング・
トランジスタ502は、一次巻線104を通る選択され
た最大一次電流124をスイッチするのに十分な電流容
量を有することが好ましく、一次巻線104に印加され
る電圧の遷移時に、インダクタンスによって生じる過渡
電流に耐える得ることが必要である。本発明の実施態様
の1つでは、MOSFETスイッチング・トランジスタ
502は、International Rectif
ier,Inc.製のIRF2807トランジスタであ
る。
の代替実施態様を示すものである。以下では、このシス
テムをコンデンサ充電システム600という。充電シス
テム600の場合、クロック信号310は、制御論理回
路601のANDゲート610の第1の入力に結合され
ている。バッテリー電圧不足(または、バッテリー電圧
低下)及びコンデンサ過電圧保護回路602によって、
ANDゲート610に第2の入力が供給される。バッテ
リー電圧信号604は、任意の周知の技法を用いて決定
することが可能である。コンデンサ電圧信号606は、
コンデンサ108の両端間に接続される入力を受信する
コンデンサ電圧測定回路608によって発生される。コ
ンデンサ電圧測定回路608は、任意の周知の方法で実
施可能である。
06が適正な制限内の場合、電圧コンディション信号6
15が、保護回路602によって発生する。電圧コンデ
ィション信号615は、ANDゲート610に供給され
る。これによって、ANDゲート610は論理0を出力
する。この信号は、ANDゲート614を介して伝搬
し、MOSFETドライバ604をオフにする。MOS
FETドライバ604は、さらに、MOSFETスイッ
チング・トランジスタ502に対する電流供給を停止
し、それをオフにして、一次巻線回路を開く。
限内の場合、クロック信号310が、ANDゲート61
4及びS−Rフリップ・フロップ510のS入力に送ら
れる。この実施態様の場合、第3の入力が、充電イネー
ブル信号613からANDゲート614に供給される。
充電イネーブル信号613の論理0によって、ANDゲ
ート614に論理0が供給され、MOSFETドライバ
604がオフになる。Q出力と充電イネーブル信号61
3の両方によって、ANDゲート614に論理1が供給
されると、クロック信号310がMOSFETドライバ
604の入力に送られる。この結果、MOSFETドラ
イバ604は、クロック信号310と同相のMOSFE
Tスイッチング・トランジスタ502をオンにする。上
述のように、フリップ・フロップ510がリセットされ
ると、すなわち、Q出力が論理0に変化すると、AND
ゲート614は、論理0をMOSFETドライバ604
の入力に出力する。これによって、MOSFETスイッ
チング・トランジスタ502がオフになり、MOSFE
Tスイッチング・トランジスタ502に供給される電圧
パルスが中断される。
502は、トランジスタがオフになるときに、一次巻線
104の漏れインダクタンスを放電するための電流経路
を形成するために、そのドレインとソースの間に接続さ
れた過渡抑制ダイオード(サージサプレッサーダイオー
ド)607を備えている。これは、一次巻線104の漏
れインダクタンスによって、MOSFETスイッチング
・トランジスタ502を破壊するのに十分な高さの電圧
が発生するのを阻止するためである。
測定回路608は、現在の又は今後開発される任意の周
知の方法で実施可能である。かかる実施は、当業者には
明らかであり、従って、本明細書ではこれ以上説明しな
い。
02と呼ぶ、制御論理回路601の別の実施態様の概略
図である。図6に示す実施態様の場合と同様、信号40
6は、各充電サイクルにおける単一パルスであり、その
最大デューティ・サイクルがクロック信号310のデュ
ーティ・サイクルによって決まることを保証するため、
セット・リセット・フリップ・フロップ510によっ
て、クロック信号310にゲート処理が施される。この
実施態様の場合、S−Rフリップ・フロップ716は、
NORゲート710、708によって実施される。セッ
ト(S)及びリセット(R)入力は、それぞれ、NAN
Dゲート712及び706からの信号を受信する。S−
Rフリップ・フロップ716のQ出力及びNANDゲー
ト712の出力は、FETドライバ714を駆動するた
めにNORゲート704に供給され、次に、FETドラ
イバ714によって、可変デューティ・サイクル制御信
号406が発生する。この実施態様の場合、FETドラ
イバ714は、正論理によって制御される。すなわち、
信号705が論理「高」の場合、ドライバ714はオン
になり、信号705が論理「低」の場合、ドライバ71
4はオフになる。
しきい値に向かって増大する間、フリップ・フロップ7
16の状態は不変のままである。一次電流124が、し
きい値を超えると、デューティ・サイクル調整信号11
5は、「高」状態から「低」状態に変化する。これは、
NANDゲート706によって反転され、NORゲート
708には「高」状態値が加えられることになる。これ
によって、フリップ・フロップ716は強制的に状態を
変化させられ、従って、NORゲート704には「高」
状態信号が加えられる。この結果、NORゲート704
の出力が、強制的に「低」状態にされ、FETドライバ
714に対する駆動信号が終了する。このため、FET
スイッチ502がオフになり、電流はトランス114の
一次巻線104に流れなくなる。上述のように、これに
よって、トランス114の二次巻線106は、コンデン
サ108の充電を開始できるようになる。クロック信号
310が非アサートされると、ラッチ716がセットさ
れる。過電流しきい値に達すると、ラッチ716はリセ
ットされ、制御信号パルスが終了する。
ード・オフに従って選択される。トランス114の所望
の特性の1つは、巻数比が高いことである。こうしたト
ランスの場合、かなり低い印加または入力電圧のわりに
は、高出力電圧が得られる。さらに、開示したコンデン
サ充電システム100の場合、トランス114の巻線
は、極性が逆である。この結果、一次巻線104にエネ
ルギーが蓄積されている間、トランスの二次巻線106
には電流がほとんど流れないか、または、全く流れな
い。一次巻線104が、その充電サイクルを完了してオ
フになると、二次巻線106が、上述のように、コンデ
ンサ108にエネルギーを伝達することになる。トラン
ス114のサイズ及び充電クロック信号310の最適周
波数を選択する場合には、いくつかの要素を考慮すべき
である。例えば、トランス114のコア105内に蓄積
されるエネルギーは、一次巻線104のインダクタンス
とそれに印加される電圧の両方の関数である。一般に、
トランス114のコア105が大きくなるほど、それを
取り巻く磁界内に蓄積可能なエネルギーも増大する。さ
らに、トランス114の磁気コア105が飽和する電流
が存在し、この値を超える電流を給与すると、回路の性
能は改善されない。一般に、トランスのコアが大きくな
るほど、飽和電流が大きくなる。従って、トランス11
4の選択は、システムの物理的要件と電気的要件のバラ
ンスをとることが必要になる場合が多い。トランスが大
きくなると、より大きい電流を利用することが可能にな
り、従って、小形のトランスに比べてサイクル当たりよ
り高い速度(または、レート)でエネルギーを伝達する
ことになるので、より低い周波数を使用することが可能
になる。これによって、支援コンポーネントに対する要
求が減少し、支援コンポーネントは、例えば、より低い
速度で動作することが可能になる。しかし、トランスが
大きくなると、多量のスペースを占有し、重量が増すこ
とになり、大電流が通ると、発生する熱が増大し、電気
的な妨害雑音を生じる可能性がある。一方、トランスが
小さくなると、等価なエネルギー量を伝達するために、
より高い周波数が必要になる。これは、トランスが小さ
くなると、利用する電流が少なくなり、従って、サイク
ル当たりより低い速度(レート)でエネルギーを伝達す
ることになるためである。しかし、より高い周波数を利
用して、等価なエネルギー伝達速度を実現するには、寄
生特性、ノイズ感度等のため、さらに複雑にならざるを
得なくなる。本発明の実施態様の1つでは、トランス1
14は、Lpが約8μHで、巻数比が1:38(一次:
二次)である。
つに従って生成される典型的な波形が示されている。こ
の典型的な波形には、一次巻線104を流れる一次電流
124(図8A)、二次巻線106を流れる二次電流1
26(図8B)、及び、一次巻線104に印加される充
電電圧122(図8C)が含まれている。各波形の2サ
イクルを示しているが、各サイクルの組は、別々の時間
間隔間に挿入された一連のドットで示される、充電シー
ケンス中の異なる時間に発生する。
5には最小限のエネルギーが蓄積されているか、また
は、全く蓄積されていない。所望の量のエネルギーをト
ランス・コア105に蓄積するため、充電シーケンスの
呼び出し直後に、一次電流124がゼロから所定の最大
値Imaxまでランプ状に(すなわち、ある勾配で)増大
する。図8A〜8Cに示す波形は、トランス・コア10
5のエネルギーの初期蓄積に引き続いて生じる。この波
形は、本発明の固定周波数でデューティ・サイクルが可
変の電流波形109のデューティ・サイクルが変化する
状態を示している。これらの図では、コンデンサ108
が、二次巻線106の両端間に接続されているので、電
流波形109は、二次電流109と同じであることに留
意されたい。
ーティ・サイクルを制御して、コンデンサの両端間にお
ける電圧、すなわち、コンデンサに対するエネルギー伝
達速度が低い場合には、より長い持続時間にわたって、
また、コンデンサ電圧の上昇時には、より短い持続時間
にわたって、二次電流109がコンデンサ108に給与
されるようにする。コンデンサ108に伝達されるエネ
ルギーは、トランス・コア105に蓄積される。エネル
ギーがトランス・コア105に伝達される速度は、図8
Aの一次電流波形の一定の勾配によって示されるよう
に、充電シーケンス全体にわたってほぼ一定である。一
方、トランス・コア105からコンデンサ108へのエ
ネルギー伝達速度は、コンデンサ電圧の上昇につれて速
くなる。これは、図8Bの二次電流波形の負の勾配の増
大によって示されている。
クルは、エネルギー伝達の平衡を実現するように調整さ
れ、これにより、トランスは充電シーケンス全体を通じ
て連続伝導動作モードに維持される。充電サイクル中に
各巻線を流れる電流は、トランス114の巻数比nの関
数である。一般に、一次電流124は、巻数比と直前の
サイクルの終了時における二次電流126との積にほぼ
等しい。一次電流124は、充電サイクルの第1の部分
において、この値からImaxまでランプ状に増大する。
同様に、各充電サイクルついて、二次電流126は、す
ぐに生じる一次電流124を巻数比で割った値に等し
い。二次電流126は、充電サイクルの残りの部分にお
いて、この値からより低いある値までランプ状に減少す
る。
t1に始まり、時間t2に終了する持続時間t4にわたっ
て、一次巻線104に印加される。時間t2において、
一次電流124は、所定の最大値Imaxに達する。これ
に応答して、パルス化電圧源102が、充電電圧波形1
22の立ち下がりエッジによって示すように時間t2に
おいてオフになる。この時点において、一次巻線電流1
24は、ゼロまで減少し、二次巻線106の二次電流1
26は、Imax/nのレベルまで増大する。ここで、n
は、トランス114の巻数比である。二次電流126
は、トランス・コア105に蓄積されたエネルギーがコ
ンデンサ108に伝達されると、減少し始める。これ
は、持続時間t5にわたって生じる。上述のように、こ
の実施態様の場合、二次巻線106は、一次巻線104
と位相が異なっており、従って、一次巻線104が充電
中でないときは、エネルギーを伝達する、すなわち、時
間期間t 4及び時間期間t5は、充電電圧122の1周期
によって画定される1充電サイクルの間に生じる。
次電流126の減少速度、すなわち、時間期間t5にお
ける二次電流波形126の勾配の大きさに比例する。こ
の時間期間において、二次電流126は、Imax/nか
らIslに減少する。時間期間t5は、定周波数クロック
信号310の周波数の選択によって決まる。時間t3に
おいて、定周波数クロック信号(不図示)は、状態を変
化させ、図8Cに示すように、一次巻線104に主充電
電圧122を印加する。これによって、電流が一次巻線
104に流れ、二次巻線106の放電が停止される。こ
れは、ゼロ電流値からではなく、初期条件n*Islから
線形に増大する一次電流波形124によって示されてい
る。ここで、nは、トランス114の巻数比である。
電圧が時間間隔t4及びt5におけるよりも高い、ある後
続時間におけるそれぞれの波形が示されている。この後
続時間t6において、定周波数クロック信号310の状
態が変化し、時間t6に始まり、時間t7に終了する持続
時間t9にわたって主充電電圧122(図8C)が一次
巻線104に印加される。時間t7において、一次電流
124が所定の最大値Im axに達する。これに応答し
て、パルス化電圧源102が、充電電圧波形122の立
ち下がりエッジによって示すように時間t7においてオ
フになる。この時点において、一次巻線電流124は、
ゼロまで減少し、二次巻線106の二次電流126は、
Imax/nのレベルまで増大する。二次電流126は、
トランス・コア105に蓄積されたエネルギーがコンデ
ンサ108に伝達されると、減少し始める。これは、持
続時間t10において生じ、その間に、二次電流126は
Imax/nからIs2まで減少する。時間間隔t5において
生じる二次波形との比較によって、二次電流126の勾
配の変化がわかる。この勾配の変化は、コンデンサ電圧
が上がると、現在可能なエネルギー伝達速度が上昇する
ことを反映している。結果として、二次電流126は、
Imax/nから、時間間隔t5より短い時間間隔t 10にお
けるIs1より小さいIs2まで減少する。
310の状態が変化し、図8Cに示すように、一次巻線
104に主充電電圧122が印加される。これによっ
て、一次巻線104に電流が流れ、二次巻線106の放
電が停止する。これは、初期条件n*Is2から線形に増
大する一次電流波形124によって示されている。ここ
で、nは、トランス114の巻数比である。
電圧が時間間隔t4、t5、及び、t 9、t10におけるよ
りも高い、さらに後のある時間におけるそれぞれの波形
が示されている。この後続時間t11において、時間t11
に始まり、時間t12に終了する持続時間t14にわたっ
て、主充電電圧122が、一次巻線104に印加され
る。時間t12において、一次電流124が所定の最大値
Imaxに達する。これに応答して、パルス化電圧源10
2が、時間t12においてオフになり、一次巻線電流12
4は、ゼロまで減少する。二次電流126は、時間t12
において、Imax/nのレベルまで増大する。二次電流
126は、トランス・コア105に蓄積されたエネルギ
ーがコンデンサ108に伝達されると、持続時間t15に
おいて、Ima x/nからIs3まで減少する。時間間隔t5
及びt10において生じる二次波形126との比較によっ
て、コンデンサ電圧のさらなる増大に起因するエネルギ
ー伝達速度の連続的な上昇を反映する、二次電流126
の勾配の連続的な変化がわかる。結果として、二次電流
126は、Imaxから、時間間隔t10より短い時間間隔
t15におけるIs2より小さいIs3まで減少する。時間t
13において、主充電電圧122が上昇して、一次巻線1
04に電流が流れ、二次巻線106には流れなくなる。
これが、初期条件n*Is3から線形に増大する一次電流
波形124によって示されている。
の時間、すなわち、持続時間t4、t 9、及び、t14は、
順次長くなる時間期間である。逆に、二次巻線106を
Imax/nからIs2まで放電させるための時間、すなわ
ち、持続時間t5、t10、及び、t15は、順次短くなる
時間期間である。これにより、トランス・コア105か
らコンデンサ108へのエネルギー伝達速度が増す場合
に、トランス・コア105が、充電シーケンス中、蓄積
されるエネルギー量を本質的に同じに保ち、その一方
で、コンデンサ108に迅速にエネルギーを伝達する、
ということが保証される。これが、本発明によるトラン
スの動作特性である、すなわち、連続動作モードにおい
て、トランス114から取り出されたエネルギーだけが
補充され、トランス114は、連続してエネルギーを蓄
積するように保持される。
ロセスを実行するためのフローチャートである。ステッ
プ902において、クロック信号がスイッチング要素に
加えられてパルス化電圧波形が生成される。ステップ9
04で、このパルス化電圧波形をコンデンサ充電トラン
スの一次巻線に加え、所定のしきい値に等しくなるまで
一次巻線の電流の検出を行う(ステップ906、90
8)。しきい値に達すると、ステップ910で電圧を遮
断する。ステップ912で、次の周波数サイクルの開始
を決定し、ステップ904で、再び、電圧をトランスの
一次巻線に供給する。
00は、任意の他の構成及び態様をとることができる。
例えば、上述の構成及びコンポーネントに加えて、また
はその代わりに、他の回路構成及びコンポーネントを使
用することが可能である。例えば、単一インダクタのよ
うな他の磁気素子を使用することができる。他の実施態
様では、電流調整器が用いられる。また、所定の動作条
件下において、デューティ・サイクルが、時間的に、長
時間と短時間との間を変動する可能性がある。これらの
動作条件は、例えば、クロック周波数、トランスのイン
ダクタンス、ピーク電流、コンデンサ電圧等の選択値に
よって生じる。本発明のコンデンサ充電器の開示された
実施態様によれば、最短時間で、かなりのエネルギーを
コンデンサ108に伝達することが可能になる。例え
ば、ある実施態様では、コンデンサ充電器によって、3
秒未満で、240ジュールまでコンデンサに蓄積するこ
とができる。
として、本明細書と同時に提出された代理人整理番号10
990390-1の「System and Method for Charging A Capac
itorUsing a Variable Frequency, Variable Duty Cycl
e Current Waveform」と題する米国実用特許出願に関す
るものであり、この出願の明細書は、参照によりその全
体が本明細書に組み込まれている。
示し、明細書で説明した実施態様にさまざまな変更及び
修正を施すことが可能であることは言うまでもない。従
って、上記説明に包含され、添付図面に示された全ての
内容は、例示のためのものであって、それらに限定する
ことを意図したものではない。本発明は、特許請求の範
囲に規定される事項及びその均等物によってのみ制限さ
れる。
の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。 1.コンデンサ充電システムにおいて、コンデンサ(1
08)に接続されたコンデンサ充電装置(100)であ
って、固定周波数で、デューティ・サイクルが可変の波
形である振幅を有する電流(109)を発生することに
よって、前記コンデンサ(108)に充電するよう製作
及び構成されたコンデンサ充電装置(100)と、前記
コンデンサ(108)と前記コンデンサ充電装置(10
0)の間に電気的に接続及び挿入されたダイオード(1
07)であって、陰極が前記コンデンサ(108)に接
続され、陽極が前記コンデンサ充電装置(100)に接
続された、ダイオード(107)を備える、コンデンサ
充電システム。 2.前記コンデンサ充電装置(100)が、磁気素子
(114)であって、その両端間に前記コンデンサ(1
08)が接続されている、磁気素子(114)と、前記
磁気素子(114)のノードに接続されたパルス化電圧
源(102)であって、第1の電圧と該第1の電圧より
低い第2の電圧間において、ほぼ一定の周波数で、かつ
可変のデューティ・サイクルで遷移する充電電圧(12
2)を前記磁気素子(114)に供給するように製作及
び構成された、パルス化電圧源(102)を備える、上
項1のコンデンサ充電システム。 3.前記磁気素子(114)が、一次巻線(104)
と、前記一次巻線(104)と位相が異なる二次巻線
(106)とを有するフライバック・トランス(11
4)であり、前記コンデンサ(108)が前記二次巻線
(106)の両端間に接続されていることからなる、上
項2のコンデンサ充電システム。 4.前記コンデンサ充電装置(100)が、さらに、前
記一次巻線(104)の第2のノードに接続され、前記
一次巻線(104)を流れる電流(124)を表す電流
振幅信号(125)を発生するように製作及び構成され
た電流センサ(110)と、前記パルス化電圧源(10
2)及び前記電流センサ(110)に動作可能に結合さ
れ、前記パルス化電圧源(102)にデューティ・サイ
クル調整信号(115)を与えて、前記充電電圧波形
(112)のデューティ・サイクルを前記電流振幅信号
(125)に基づいて調整するように製作及び構成され
た制御回路(116)を備える、上項3のコンデンサ充
電システム。 5.前記パルス化電圧源(102)が、電圧を供給する
ための電圧源(204)と、前記電圧源(204)及び
前記一次巻線(104)に直列に接続されたスイッチン
グ要素(202)を備え、前記スイッチング要素(20
2)によって、前記一次巻線(104)に印加される前
記電圧(204)が制御されることからなる、上項3の
コンデンサ充電システム。 6.前記パルス化電圧源(102)が、さらに、前記ほ
ぼ一定周波数のクロック信号(310)を前記スイッチ
ング要素(302)に供給するクロック発生器(30
4)を備え、前記スイッチング要素(302)が、前記
クロック信号(310)に応答して、前記電圧パルス
(122)を前記一次巻線(104)に供給することか
らなる、上項5のコンデンサ充電システム。 7.前記制御回路(116)が、前記電流センサ(11
0)に接続されたコンパレータ(508)であって、第
1の入力で前記電流振幅信号(125)を受信し、第2
の入力が電圧基準(506)に接続されており、前記電
流センサ(110)によって、前記一次巻線(104)
の前記電流(124)が所定の量にほぼ等しいことが示
されると、前記デューティ・サイクル調整信号(11
5)の状態を変更するように製作及び構成されたコンパ
レータ(508)を備える、上項6のコンデンサ充電シ
ステム。 8.前記制御回路(116)が、さらに、前記コンパレ
ータ(508)の前記第1の入力と前記電流センサ(1
10)の間に挿入されたフィルタ(516)であって、
前記電流センサ(110)から前記電流振幅信号(12
5)を受信する入力と、前記コンパレータ(508)の
前記第1の入力に結合された出力とを有するフィルタ
(516)を備え、前記フィルタ(516)は、前記電
流振幅信号(125)の少なくとも1つの周波数を減衰
させることからなる、上項7のコンデンサ充電システ
ム。 9.前記制御回路(116)が、さらに、前記コンパレ
ータ(508)の前記出力に結合された第1の入力と、
前記クロック発生器(304)に結合された第2の入力
と、前記電圧パルス(122)の前記デューティ・サイ
クルを制御するために前記スイッチング要素に結合され
た出力を有する制御論理回路(402)であって、前記
第1の入力で前記デューティ・サイクル調整信号(11
5)を受信し、前記第2の入力で前記クロック信号(3
10)を受信することからなる、制御論理回路(40
2)を備える、上項8のコンデンサ充電システム。 10.コンデンサ(108)に充電するための方法であ
って、振幅が固定周波数波形を有する電流(109)を
コンデンサ(108)に供給するステップと、前記固定
周波数の電流(109)のデューティ・サイクルを変化
させるステップと、固定周波数でかつデューティ・サイ
クルが可変の電圧波形(122)によってトランス(1
14)の一次巻線を駆動するステップと、前記一次巻線
(104)を流れる電流(124)を検知するステップ
と、前記一次巻線(104)に流れる前記電流(12
4)が所定の値に達すると、前記電圧波形(122)の
デューティ・サイクルを調整するステップを含む、方
法。
定周波数波形を有するところの電流(109)加えるこ
とによって高電圧コンデンサ(108)を充電するため
のシステム及び方法である。電流(109)がコンデン
サ(108)に加えられる充電シーケンスの間、固定周
波数電流(109)波形のデューティサイクルを、コン
デンサ(108)の電圧状態に基づいて動的に制御し
て、エネルギーをコンデンサ(108)に送ることが可
能な効率に従ってエネルギーの伝送を変更する。これに
よって、コンデンサの充電シーケンスが最適化され、高
電圧コンデンサ(108)を充電する速度が上がる。一
般的には、エネルギーは、フライバック・トランス(1
14)のような磁気素子によって電源(204)からコ
ンデンサ(108)に伝送される。パルス化電圧源(1
02)が、一定周波数及び調整可能なデューティサイク
ルを有する電圧パルス(122)をトランス(114)
の一次巻線(104)に供給する。最初は、トランスの
コア(105)にはエネルギーは蓄積されていない。そ
の結果、初期の電圧パルスのデューティサイクルは、ト
ランスのコア(105)に蓄えられるエネルギーを蓄積
するのに十分な持続時間を有する。トランス(114)
に所定量のエネルギーが蓄積されると、トランス(11
4)は、電流109を生成してコンデンサ(108)を
充電するよう制御される。電流(109)の振幅は、固
定周波数で、かつ、デューティサイクルが可変の波形を
有する。
圧コンデンサを充電することが可能なデフィブリレータ
が得られる。
ステムの高レベルのブロック図である。
ブロック図である。
の1実施態様の略図である。
示す図である。
示す図である。
示す図である。
るフローチャートである。
Claims (1)
- 【請求項1】コンデンサ充電システムにおいて、 コンデンサ(108)に接続されたコンデンサ充電装置
(100)であって、固定周波数で、デューティ・サイ
クルが可変の波形である振幅を有する電流(109)を
発生することによって、前記コンデンサ(108)に充
電するよう製作及び構成されたコンデンサ充電装置(1
00)と、 前記コンデンサ(108)と前記コンデンサ充電装置
(100)の間に電気的に接続及び挿入されたダイオー
ド(107)であって、陰極が前記コンデンサ(10
8)に接続され、陽極が前記コンデンサ充電装置(10
0)に接続された、ダイオード(107)を備える、コ
ンデンサ充電システム。
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