JP5314137B2 - 電圧変換器を有する電源ユニット - Google Patents
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Description
特表2008−507944公報は、スタンバイ時の電力消費を低減するシステム及び方法を開示している。この文献は電源ユニットを開示しており、その電源ユニット内には、SMPS制御器(電源制御回路)と、IR受信器と、上記SMPS制御器の起動を制御するデコーダとが、スタンバイ・モードにおいて二次側の電力供給を完全に停止させるために、電圧変換器の一次側に設けられる、ことが記載されている。この文献の主たる目的は上記IR受信器とSMPS制御器の直列配置に関する。この電圧変換器の一次経路に電流を提供する整流器とフィルタ手段による持続電流によって直接供給される電源ユニットの一次側の赤外線検出器とデコーダの配置により、この文献のシステムはスタンバイ時の電力消費を1W以下に低減できる。が、なお400mW程度の電力を消費するという不都合を有している。
‐赤外線(IR)リモート・コントロール
‐センサ(外部温度、圧力、磁界、光等々)
‐RF信号。
‐コンピュータ信号
‐ホーム・ネットワークが生成する信号。
‐時間ベース(たとえばプログラマブル・タイマ)
‐センサ(内部温度、圧力、磁気等)。
−主整流器(BR1)を含む入力回路と、
−前記電圧変換器の一次部分のコントローラであって、該一次部分の一次電力経路を流れる電気エネルギをコントロールする第1コントローラと、
−少なくとも一つの外部制御信号の受信手段であって、該外部制御信号に応答して、前記電気設備またはデバイスを極低電圧モード(電力低下モード)からウェイクアップするウェイクアップ信号をその出力に提供する受信手段、またはウェイクアップ信号を生成する生成手段と、
−電源コントローラと一次供給電圧生成手段とを含む電力管理ユニットと
を備えている。
前記一次供給電圧生成手段は、前記第1コントローラ、前記受信手段または生成手段及び前記電源コントローラに給電するよう構成されるとともに、前記受信手段または生成手段及び電源コントローラを含む前記電源ユニットの部分と前記第1コントローラに並列に給電する電圧低減ユニット(第1の電圧低減回路)の第1の出力を含むことを特徴とし、
前記電圧低減ユニットは前記電気設備またはデバイスに給電する電気的供給ソースからAC電力信号を受信するよう構成されるとともに、容量性分圧段によって形成され、前記第1コントローラと電源ユニットの前記部分に並列に給電する中間電圧キャパシタを充電するための整流器を有する電気設備またはデバイスに関する。
‐『パワーダウン』モード(最小電力モード、変換器への給電、出力への給電がない)
‐『スタンバイ』モード(すべての二次電圧が利用可能であるが、軽負荷とする)
‐『スタートアップ』モード(より高い電流が12V給電で利用可能、たとえばハード・ドライブのスタートアップ段階)
‐活動モード(完全な機能、通常の動作)。
本発明に従った一次側に構成された電子ユニットへの給電のための一次給電電圧生成の異なる要素のための好ましい電子回路について述べる。
●初期スタートアップの加速(第1の電圧低減回路によって提供される電流より高い電流を用いた『LVストレージ・キャパシタ』の充電)
●入力電圧が切断された後、またはあらかじめ決定済みの時間期間が満了した後のHVストレージ・キャパシタの放電。
●『Bulk+』電圧を測定する電圧分圧器の提供(Q30がディセーブルされる場合のみ)。
本発明の特定の特徴によれば、電源コントローラが本発明に従った電源ユニットの一次部分(一次側)の中に実装される。第1の実施例においては、この電源コントローラが専用の状態マシンによって形成される。別の実施例においては、電源コントローラがプログラマブル回路によって形成される。好ましくは、これらの状態マシンおよびプログラマブル回路が低電力設計を有する。
●スタートアップ給電のコントロール
●次に挙げるアナログ値の測定
‐給電電圧(中間電圧)
‐HVストレージ・キャパシタの電圧(Bulk+)
●次の場合における『パワーダウン・モード』からのウェイクアップ
‐赤外線リモート・コントロールの『電源オン』の受信、および/または
‐『電源』押しボタンの押下げ
‐プログラマブル・タイマの満了
●次の場合における『パワーダウン・モード』への変更
‐赤外線リモート・コントロールの『電源オフ』の受信および/または
‐『電源』押しボタンの押下げ(たとえば、短い操作)、および/または
‐主コントローラからの命令(たとえば、プログラムされた録画の終了後)
●次の内容に応じたDC/DC変換器の一次側のイネーブル/ディセーブル
‐給電電圧(中間電圧)
‐HVストレージ・キャパシタの電圧
‐温度(μC内部測定値)
‐過負荷リスタート後の最小オフ時間
●DC/DCコントロールの一次側のためのPWM信号(周波数およびデューティ・サイクル)の提供、特に
‐ソフト・スタート(デューティ・サイクルが漸増する)の提供
‐最大デューティ・サイクル(たとえば、入力電圧に応じた)の定義
‐最終的な周波数のジタリング(EMIの最適化)
‐従来的な『スタンバイ』モードの間の『バースト・モード』動作の提供
●IR受信機モジュールからの信号の受信およびデコード
●『パワーダウン』モードの間におけるIR受信機モジュールの周期的な再給電
●ウェイクアップ・タイマ(主コントローラからロードされる)を含むRTC(リアル‐タイム・クロック)の提供
●主コントローラからの次に挙げるデータの受信
‐コントロール・フラグ(たとえば『オン/オフ』、『手動オフのイネーブル』、『ウェイクアップ確認応答』、『スタンバイ』)
‐RTCのセット
‐ウェイクアップ・タイマのロード
●主コントローラへの次に挙げるデータの送信
‐状態フラグ
‐IR受信されたデータ
‐RTC/ウェイクアップ・タイマの設定の読取り
●オプションのPFCのコントロール。
赤外線(IR)リモート・コントロール受信機モジュール(好ましくは低電力タイプ)を電源コントローラの入力として使用できる。これは、『パワーダウン』モードからのウェイクアップのための可能性のあるセンサ・デバイスである。実施例においては、これがセットトップ・ボックスの唯一の受信機モジュールであり、すべての命令の受信に使用されるとし得る。この場合においては、IRが主コントローラへ送信されなければならないデータを受信する。
この実施態様においては、一次側に配置された電源コントローラと二次側に配置されたSTBデバイスの少なくとも主コントローラの間におけるデータ転送のために一次側と二次側の間に双方向絶縁インターフェースが構成されている。
一次部分のコントロール・ユニットを図10に示す。このコントロール回路は、第1の電圧低減回路によって生成される12ボルトの給電信号および電源コントローラから切換え信号(S_CPP)を受信する第1の部分100を有する。この切換え信号は、DC‐DC変換器の一次部分のオンまたはオフに使用される。S_CPPは、部分102内の増幅素子、部分104内のIC51C、IC51DおよびトランジスタのペアQ50/51のイネーブルおよびディセーブルを行う。部分100は、本発明に特有のものであり、システムのパワーダウン・モードの間にわたる変換器の一次および二次部分の完全な遮断を可能にする。第1の部分100から出る電力ラインは、モノフロップ回路102へ接続され、この回路はまた、入口においてPWM信号(S_PWM)も受信する。この信号は、少なくとも特定の機能モードにおいてDC‐DC変換器を通って流れる電流の変調に使用される。電力ラインおよびモノフロップ回路の比較器の出力は、通常の電流モードPWMコントローラ(たとえばUC3844等)の機能をエミュレートする回路部分104に入力される。この実施態様においては、次に示す機能が電源コントローラによって引継がれる。
●最大デューティ・サイクル定義およびソフト・スタートを含む発振器
●従来的な『スタンバイ』モードの間の『バースト・モード』動作(スタンバイ入力電力を低減可能)
●12V給電電圧の切換え
●過電圧保護を含む給電電圧の管理
●出力過負荷の場合におけるリスタートの定義済みサイクリング
●基準電圧源
●『パワーダウン』モードにおける入力電力が約10mWまたはそれより低い(たとえば4〜5mW)。
●『スタンバイ』モードにおける入力電力が1W未満(出力負荷が0.6Wより低い場合)であり、これは実際の『エナジースター』要件に対応する。
●活動モードにおける効率が最小で80%である。DC/DC変換器の一次部分の電力部分を図11に示す。この回路は、逆バイアスを伴うフライバック変換器の概念に基づいている。
DC/DC変換器の二次電力部分を図12に示す。
本発明に従ったこの電源ユニットまたはシステムは、そのほかの多様な応用、たとえばDVDプレーヤおよび『平面TV』のために使用することも可能である。
この説明の中で提案されているところの電源ユニットは、現在の実施態様に関して次に示す主要な恩典/利点を有する。
●『パワーダウン』モードにおけるエネルギ消費が実質的により低い(特に10mWより低い)
●『グリーン・パワー』要件のための現在および将来的な標準(すなわち、『エナジースター』/『ブルー・エンジェル』)の実現
‐『パワーダウン』モードにおいては実質的にこれらの制限より低い
‐『スタンバイ』モードにおける制限より低い
●『パワーダウン』モードの間は通常動作へのリスタートの可能性を維持し、次によってトリガされる
‐赤外線(IR)リモート・コントロール、または
‐正面からアクセス可能な押しボタン、または
‐プログラマブル・タイマ(内部リアル‐タイム・クロック)
●二次側のデバイスまたは設備にバッテリまたは『スーパーキャップ/ゴールドキャップ』がまったく不要(特にリアル‐タイム・クロック用)
●この概念は多くの応用への適応が容易である。
Claims (20)
- 電気設備またはデバイスの一次側と二次側をそれぞれ定める一次部分と二次部分を有した、電圧変換器を備えた電源ユニットを含む電源設備またはデバイスであって、前記電源ユニットは、その一次側に、
−主整流器(BR1)を含む入力回路と、
−前記電圧変換器の一次部分のコントローラであって、該一次部分の一次電力経路を流れる電気エネルギをコントロールする第1コントローラと、
−少なくとも一つの外部制御信号の受信手段であって、該外部制御信号に応答して、前記電気設備またはデバイスを極低電圧モード(電力低下モード)からウェイクアップするウェイクアップ信号をその出力に提供する受信手段、またはウェイクアップ信号を生成する生成手段と、
−電源コントローラと一次供給電圧生成手段とを含む電力管理ユニットと
を備え、前記電源コントローラは前記ウェイクアップ信号を受信し少なくとも一つの第1制御信号を前記第1コントローラに提供するよう構成され、前記電気設備またはデバイスが極低電力モードにある場合には、この第1制御信号によって、前記一次電力経路内の電気エネルギーをオフにして前記電圧変換器の二次部分に給電がされることがないようにするとともに、前記電源コントローラが前記受信手段または生成手段から前記ウェイクアップ信号を受信した場合には前記一次電力経路内の電気エネルギーをオンにして二次部分への給電を可能にするよう構成されており、
前記一次供給電圧生成手段は、前記第1コントローラ、前記受信手段または生成手段及び前記電源コントローラに給電するよう構成されるとともに、前記受信手段または生成手段及び電源コントローラを含む前記電源ユニットの部分と前記第1コントローラに並列に給電する電圧低減ユニット(第1の電圧低減回路)の第1の出力を含むことを特徴とし、
前記電圧低減ユニットは前記電気設備またはデバイスに給電する電気的供給ソースからAC電力信号を受信するよう構成されるとともに、容量性分圧段によって形成され、前記第1コントローラと電源ユニットの前記部分に並列に給電する中間電圧キャパシタを充電するための整流器を有することを特徴とする電気設備またはデバイス。 - 前記電圧低減ユニット(第1の電圧低減回路)が2つの二重ダイオード、1つのツェナー・ダイオードおよび入口抵抗(1つまたは複数)およびキャパシタ(1つまたは複数)だけを有する回路によって形成されており、前記入口抵抗はより高いレベルの入力電圧高調波またはライン遷移が生じる場合の電流制限に必要であることを特徴とする請求項1記載の電気設備またはデバイス。
- 前記極低電力モード中、前記電圧変換器の一次部分がシャットダウンされることを特徴とする請求項1または2記載の電気設備またはデバイス。
- 前記第1コントローラが、前記第1コントローラの一次部分においてエネルギー供給をオン・オフするための切替回路(100)を備えることを特徴とする請求項3記載の電気設備またはデバイス。
- 前記極低電力モード中、前記受信手段がその活動のための平均電力を最小限に維持するために、短時間間隔でのみ電力供給されることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載の電気設備またはデバイス。
- 前記電源コントローラは前記電源ユニットのいくつかの機能を管理する請求項1から5のいずれか1項記載の電気設備またはデバイス。
- 前記電源ユニットが、前記第1電圧低減器に続く電圧低減ユニットの第2出力(第2電圧低減器)を有し、前記電源コントローラ及び前記受信手段または生成手段に供給する低電圧を提供することを特徴とする、請求項1から6のいずれか1項に記載の電気設備またはデバイス。
- 前記第2電圧低減器が、低電流ツェナー・ダイオード(D40)、前記ツェナー・ダイオードと直列に構成された抵抗(R40)、およびこれら2つの素子と並列の低電圧を提供するキャパシタ(C40)と直列に構成されたトランジスタ(Q40)を有する回路であって、前記トランジスタのベースが前記抵抗と前記ツェナー・ダイオードの間に接続される回路によって形成されることを特徴する、請求項7に記載の電気設備またはデバイス。
- 前記電源コントローラ及び前記受信手段または生成手段が前記第2電圧低減器によって並列に給電されることを特徴とする、請求項7または8に記載の電気設備またはデバイス。
- 前記受信手段が、外部コントロール・インターフェース、センサ、受信機および/またはスイッチを有し、該スイッチが前記第1の外部コントロールを受入れるために前記一次側に構成されることを特徴とする、請求項1から9のいずれか1項に記載の電気設備またはデバイス。
- 前記ウェイクアップ信号の生成手段が時間ベースに関連付けされ、この時間ベースが、前記極低電力モードにおいて活動的であり、前記電源コントローラが、決定済みの時間期間を測定するために構成され、その期間の後に前記ウェイクアップ信号が生成されることを特徴とする、請求項1から10のいずれか1項に記載の電気設備またはデバイス。
- 前記電源コントローラは前記電圧変換器の一次部分の前記第1コントローラに第2の制御信号を提供するよう構成されており、該第2の制御信号により、前記極低電力モード以外の少なくとも一つの作用モードにおいて前記一次電力経路を流れる電流を調整して、前記電気設備またはデバイスの二次側に供給される電力を調整することを特徴とする、請求項1から11のいずれか1項に記載の電気設備またはデバイス。
- 前記電源ユニットが前記一次電力経路と前記中間電圧キャパシタとの間に配置されたスタートアップ給電回路をさらに有し、このスタートアップ供給回路により前記中間電圧キャパシタの初期チャージを該中間電圧キャパシタによって前記電圧変換器の一次部分がスタートアップされるスタートアップモードに加速することを特徴とする、請求項1から12のいずれか1項に記載の電気設備またはデバイス。
- 前記電源ユニットが、前記電気的供給ソースによって前記電気設備またはデバイスの給電中断に続く少なくともある遅れの後に、前記一次電力経路に並列にこの電源ユニットの主整流器の後に配置された高電圧ストレージ・キャパシタを放電する放電回路をさらに含むことを特徴とする、請求項1から13のいずれか1項に記載の電気設備またはデバイス。
- 前記スタートアップ供給回路と放電回路がともに同じ電気回路ブロック(図6)により形成されることを特徴とする、請求項13及び14に記載の電気設備またはデバイス。
- 前記一次側に配置された電源コントローラと前記二次側に配置された少なくとも一つのメインコントローラとの間でデータ送信するため該一次側と二次側の間に双方向絶縁インタフェースを設けたことを特徴とする、請求項1から16のいずれか1項に記載の電気設備またはデバイス。
- 前記入力回路が少なくとも第1のキャパシタをメイン整流器のAC側に、少なくとも第2のキャパシタをそのDC側に有し、前記第1のキャパシタが前記入力回路内に並列抵抗が必要なくなるように選択された最大値を有することを特徴とする、請求項1から16のいずれか1項に記載の電気設備またはデバイス。
- 前記電源ユニットは前記一次電力経路に配置される電力ファクタコントローラ(PFC)をさらに有し、前記電源コントローラが必要なときに少なくともそれをイネーブルするため前記電力ファクタコントローラをも制御することを特徴とする、請求項1から17のいずれか1項に記載の電気設備またはデバイス。
- 前記電力ファクタコントローラが中間電圧が給電されることを特徴とする、請求項18に記載の電気設備またはデバイス。
- 前記電気的供給ソースがカットオフされるとき、前記電力管理ユニットにおいて、追加のバッテリまたは大容量キャパシタ(スーパーキャップ/ゴールドキャップ)を伴うことなく、この電気設備またはデバイスの現在の状態を維持できることを特徴とする、請求項1から19のいずれか1項に記載の電気設備またはデバイス。
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