JP2008533967A - 電気的負荷に電圧を供給する電圧コンバータ装置、及び、方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
電圧コンバータは、入力電圧が供給される入力と、直列回路の第1の接続箇所に接続される出力と、を備え、電気的負荷及びカレント・シンクを接続する手段を備える。その出力電圧は入力電圧及び現在の倍率に基づく。直列回路は、第2の接続箇所を基準電位の接続箇所に接続している。
予測ユニットは、入力電圧から発生される信号が供給される第1のサンプリング入力を有する。選択可能の一組の倍率より選択される新たな倍率の値に基づき、接続される電気的負荷に流れる負荷電圧の降圧に基づいた電圧コンバータへの補正電圧と、入力電圧より発生される信号に基づいて、予測するカレント・シンク電圧を決定するために設定される。
コンパレータは、予測するカレント・シンク電圧を供給する予測ユニットに接続される。その出力の倍率を設定する電圧コンバータのコントロール入力に接続される。予測するカレント・シンク電圧と、所定の閾値とを比較するために設定される。予測するカレント・シンク電圧が所定の閾値を超えた場合には新たな倍率を出力する。
UCORR_NEW = f (Iout; RCP_NEW) 数1
内部抵抗RCPは、順番に、倍率mの関数である。予測の場合、予測する内部抵抗RCP_NEWは、従って、新たな倍率mNEWの関数である。
UOUT_PRES = UIN ・ mPRES - UCORR_PRES = ULOAD + USINK_PRES 数2
ここで、UOUT_PRESは現在の出力電圧であり、UINは電圧コンバータの入力電圧であり、mPRESは現在の倍率であり、UCORR_PRESは出力電圧の負荷に依存する降圧を考慮した現在の補正電圧であり、ULOADは負荷電圧であり、USINK_PRESは現在の倍率mPRESに基づく現在のカレント・シンク電圧である。理想的な電圧コンバータにおいては、UCORR = 0 Vが成り立つ。負荷電流なしの場合、これは可能である。しかし、負荷電流が増加すると、補正電圧は著しく増加する。
UOUT_NEW = UIN ・ mNEW - UCORR_NEW = ULOAD + USINK_NEW 数3
ここで、UOUT_NEWは電圧コンバータからの新たな出力電圧であり、mNEWは新たな倍率であり、UCORR_NEWは新たな倍率の補正電圧であり、USINK_NEWは予測カレント・シンク電圧である。
USINK_NEW = UIN ・ mNEW - ULOAD - UCORR_NEW 数4
予測ユニットは、数4を使用して予測カレント・シンク電圧USINK_NEWを、コンパレータに通過する。USINK_NEWが所定の閾値UMINよりも高い場合、mNEWが、負荷に十分な電力が供給されるための新たな倍率である。コンパレータは新たな倍率mNEWを電圧コンバータに送り、それによって動作される。
外部的な所定値としての負荷電圧から、負荷電圧を測定なしに、効果的に新たなカレント・シンク電圧が計算される。
開発の一つとして、また、この値を設定する手段はメモリであってもよい。
電圧コンバータは、入力電圧に接続する第1の入力を有し、そして、直列回路の第1の接続箇所に接続する出力を有し、電気的負荷とカレント・シンクとを接続する手段を備える。この電圧コンバータは、入力電圧と現在の倍率とに依存する出力電圧を出力する。
この直列回路は基準電位の接続箇所に接続する第2の接続箇所を有する。
予測カレント・シンク電圧は、倍率の選択可能な値の一組から選択される新たな倍率に基づいて、入力電圧から発生する信号に基づいて、接続される電気的負荷に流れて降圧する負荷電圧に基づいて、そして、電圧コンバータの補正電圧に基づいて、決定される。
予測カレント・シンク電圧は、予め定めることができる閾値と比較され、予測カレント・シンク電圧が予め定めることができる閾値を超える場合、電圧コンバータの制御入力に新たな倍率が出力される。
非常に高い電力の使用効率。
簡単な実用性。電圧コンバータに対する追加的な外部制御の必要がない。
必要とされる回路は、アナログ回路で実現できる。従って、マイクロ・コントローラやプロセッサ・コアを使用する必要はない。
装置を設計し、製造するときには、負荷の特性を知る必要はない。
フォールト有りとして検出された直列回路は、倍率の設定に影響しない。
2 電気的負荷
2’ 追加の電気的負荷
2’’ 追加の電気的負荷
3 カレント・シンク
3’ 追加のカレント・シンク
3’’ 追加のカレント・シンク
4 基準電位
5 予測ユニット
6 コンパレータ
7 フォールト有りと検出された直列回路でオフの直列回路に関する情報を記憶するメモリ
8 選択可能な倍率を記憶するメモリ
9 予め定めることができる閾値を記憶するメモリ
10 予め定めることができる負荷電流を記憶するメモリ
11 新たな及び現在の倍率と入出力電圧と、過去の入出力電圧と、現在と予測と過去のカレント・シンク電圧を記憶するメモリ
12 直列回路における、電気的負荷とカレント・シンクの間の接続ノード
12’ 追加の接続ノード
12’’ 追加の接続ノード
13 バス配線
Ef 効率
m 倍率
UIN 電圧コンバータの入力電圧
UOUT 電圧コンバータの出力電圧
USINK カレント・シンク電圧
Claims (22)
- 電気的負荷(2)に電力を供給される電圧コンバータ(1)を有する装置であって、
前記電圧コンバータ(1)は、入力電圧を供給される入力と、直列回路の第1の接続箇所に接続される出力と、前記電気的負荷(2)とカレント・シンク(3)とを接続する手段と、前記直列回路は、基準電位(4)の接続箇所に接続される第2の接続箇所と、を備え、出力電圧は、前記入力電圧と現在の倍率とに依存し、
予測ユニット(5)は、前記入力電圧から発生される信号を供給される第1のサンプリング入力を有し、選択可能の一組の前記倍率より選択される新たな倍率に基づき、接続される前記電気的負荷に流れる負荷電圧の降圧に基づいた前記電圧コンバータの補正電圧と、そして前記入力電圧から発生する前記信号と、に基づいて、予測カレント・シンク電圧を決定するために設定され、
コンパレータ(6)は、前記予測カレント・シンク電圧を供給する前記予測ユニット(5)に接続され、前記新たな倍率を設定するために前記電圧コンバータ(1)の制御入力に接続される出力を有し、前記予測カレント・シンク電圧と所定の閾値とを比較するために新たな倍率が設定され、前記予測カレント・シンク電圧が前記所定の閾値を上回った場合、前記新たな倍率を出力する、
手段を備えることを特徴とする電圧コンバータを有する装置。 - 前記予測ユニット(5)は、下記の法則に基づいて前記予測カレント・シンク電圧を決定するために設定され、ここで、mNEWは、前記新たな倍率、UINは、前記入力電圧、USINK_NEWは、前記予測カレント・シンク電圧、ULOADは、前記負荷電圧そしてUCORR_NEWは、前記新たな倍率mNEWに基づく前記補正電圧を意味することを特徴とする請求項1に記載の装置。
USINK_NEW=UIN・mNEW−ULOAD−UCORR_NEW
- 追加の電気的負荷(2’)及び追加のカレント・シンク(3’)に接続する手段を備える少なくとも1個の追加の直列回路を備え、前記少なくとも1個の追加の直列回路は、前記電圧コンバータ(1)の前記出力に接続される第1の接続箇所を有し、前記基準電位(4)の接続箇所に接続される第2の接続箇所を有し、
前記予測ユニット(5)は、前記現在の倍率と、追加の負荷電圧と、前記補正電圧と、前記入力電圧と、に基づき、追加の予測カレント・シンク電圧を決定するために設定され、
前記コンパレータ(6)は、前記追加の予測カレント・シンク電圧を追加の所定の閾値と比較するために設定され、前記予測カレント・シンク電圧が前記所定の閾値を越え前記追加の予測カレント・シンク電圧が前記追加の所定の閾値を上回った場合、前記新たな倍率を出力する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の装置。 - 前記コンパレータ(6)は、前記選択可能の一組の前記倍率の値から選択する最小の倍率に設定するために設定され、電気的負荷(2、2’)と、前記電気的負荷(2、2’)に関連した所定の閾値と、を比較して、小さくも、等しくもない前記予測カレント・シンク電圧である、ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の装置。
- 前記コンパレータ(6)は、少なくとも一つの電気的負荷(2、2’)の現在のカレント・シンク電圧が、前記電気的負荷(2、2’)に関連した所定の閾値よりも小さくあり続ける場合、前記電圧コンバータ(1)のためにより大きい倍率を選択するよう設計されている、ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の装置。
- 前記コンパレータ(6)は、フォールトのある直列回路を検出する手段を有し、前記直列回路は、電気的負荷(2、2’)と前記カレント・シンク(3、3’)とを接続する手段に接続される電気的負荷(2、2’)を備え、
選択可能な前記倍率の値の一組から選択される最大の倍率に基づく前記現在のカレント・シンク電圧が前記電気的負荷(2、2’)に関連する所定の閾値よりも小さい場合に前記直列回路をフォールトとして検出する、
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の装置。 - 前記コンパレータ(6)は、どの直列回路がフォールトとして検出されたかに関する情報を記憶する手段を含む、ことを特徴とする請求項6に記載の装置。
- 前記コンパレータ(6)は、フォールトとして検出された前記直列回路の前記カレント・シンク(3、3’)と接続を断つ目的のために、遮断可能の前記カレント・シンク(3、3’)に接続されている制御出力を有する、ことを特徴とする請求項6又は7に記載の装置。
- 前記コンパレータ(6)は、降圧する入力電圧又は降圧する出力電圧、又は、少なくとも一つの直列回路の接続の確立を検出する手段を有し、
前記現在の倍率よりも大きい倍率が設定される必要があるか否かに関する予測を起動する手段を有する、
ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の装置。 - 前記コンパレータ(6)は、昇圧する入力電圧、又は、昇圧する出力電圧、又は、少なくとも一つの直列回路の遮断の確立を検出する手段を有し、
前記現在の倍率よりも小さい倍率が設定される必要があるか否かに関する予測を起動する手段を有する、
ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の装置。 - 前記電圧コンバータ(1)は、チャージ・ポンプである、ことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の装置。
- 電気的負荷(2)に電力を供給する電圧コンバータ(1)を有する装置を設定する方法であって、
入力電圧に接続する第1の入力と、直列回路の第1の接続箇所で接続された出力とを接続し、前記電気的負荷(2)とカレント・シンク(3)とを接続する手段を備え、
前記電圧コンバータは(1)は、前記入力電圧と、現在の倍率に依存する出力電圧を出力し、
前記直列回路を、基準電位(4)の接続箇所の第2の接続箇所に接続し、
選択可能な前記倍率の値の一組から選択する新たな倍率と、
前記入力電圧から発生する信号と、接続される前記電気的負荷に流れて降圧する負荷電圧と、そして補正電圧と、に基づいて、予測カレント・シンク電圧を決定し、そして、
前記予測カレント・シンク電圧を予め定めることが可能の閾値と比較し、前記予測カレント・シンク電圧が前記予め定める閾値を越える場合、前記新たな倍率を電圧コンバータ(1)の制御入力に出力する、
ステップを備えることを特徴とする電圧コンバータ装置の制御方法。 - 前記予測カレント・シンク電圧は、下記の法則に基づき、ここで、mNEWは、前記新たな倍率、UINは、前記入力電圧、ULOADは、前記負荷電圧、UCORR_NEWは、前記新たな倍率mNEWに基づく前記補正電圧を意味する、ことを特徴とする請求項12に記載の方法。
USINK_NEW=UIN・mNEW−ULOAD−UCORR_NEW
- 追加の電気的負荷(2’)と追加のカレント・シンク(3’)とを接続する手段を備え、第1の接続箇所で前記電圧コンバータ(1)の前記出力に接続し、第2の接続箇所で前記基準電位(4)の接続箇所に接続する、少なくともひとつの追加の直列回路を接続し、
前記新たな倍率に基づき、追加の負荷電圧に基づき、前記補正電圧に基づき、前記入力電圧から発生する前記信号に基づき、追加の予測カレント・シンク電圧を決定し、
前記追加の予測カレント・シンク電圧を、前記追加の電気的負荷(2’)に関連した追加の予め定めることが可能の閾値と比較し、
前記予測カレント・シンク電圧が前記予め定める閾値を越え前記追加の予測カレント・シンク電圧が前記追加の予め定める閾値を越える場合、前記新たな倍率を出力する、
ステップを備えることを特徴とする請求項12又は13に記載の方法。 - 前記新たに選択された倍率は、選択可能な一組の前記倍率の値から選択する最小の倍率に設定され、電気的負荷(2、2’)と、前記電気的負荷(2、2’)に関連する所定の閾値と、を比較して小さくも、等しくもない予測カレント・シンク電圧、であることを特徴とする請求項12乃至14のいずれか1項に記載の方法。
- 少なくとも1個の負荷(2、2’)の現在のカレント・シンク電圧が前記電気的負荷(2、2’)に関連する予め定める閾値よりも小さく有り続ける場合、前記新たに選択する倍率は、前記現在設定されている前記電圧コンバータ(1)の倍率よりも大きい倍率となる、ことを特徴とする請求項12乃至15のいずれか1項に記載の方法。
- 前記直列回路は、前記電気的負荷(2、2’)と前記カレント・シンク(3、3’)とを接続する手段に接続された前記電気的負荷(2、2’)を有し、選択可能な前記倍率の値の前記一組から選択する前記最大の倍率に基づく前記現在のカレント・シンク電圧が、前記電気的負荷(2、2’)に関連した前記予め定める閾値を下回ったままである場合、フォールトとして検出される、ことを特徴とする請求項12乃至16のいずれか1項に記載の方法。
- どの直列回路がフォールトあるものとして検出されたかに関する情報を記憶する、ことを特徴とする請求項17に記載の方法。
- 前記倍率を設定する場合、及び、フォールトを検出する場合には、それまでのステップにおいてフォールトがないものとして検出されている直列回路だけに前記倍率を設定し、フォールトを検出する際に考慮する、ことを特徴とする請求項17又は18に記載の方法。
- フォールトがあるものとして検出する直列回路の前記カレント・シンク(3、3’)は遮断される、ことを特徴とする請求項17乃至19の何れか1項に記載の方法。
- 降圧する入力電圧、又は、直列回路の接続の確立、又は、降圧する出力電圧は、前記現在の倍率よりも大きい倍率が設定する必要があるか否かの予測を伴う、ことを特徴とする請求項12乃至20のいずれか1項に記載の方法。
- 昇圧する入力電圧、又は、直列回路の遮断の確立、又は、昇圧する出力電圧は、前記現在の倍率よりも小さい倍率に設定する必要があるか否か予測を伴う、ことを特徴とする請求項12乃至20のいずれか1項に記載の方法。
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