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公開番号2025093872
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-24
出願番号2024197767
出願日2024-11-12
発明の名称ゼロ電圧スイッチングを達成するための二次スイッチの制御
出願人パワー・インテグレーションズ・インコーポレーテッド
代理人個人
主分類H02M 3/28 20060101AFI20250617BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】フライバックコンバーターにおいて、二次スイッチのゼロ電圧スイッチングを可能にするための二次スイッチの使用に関する。
【解決手段】フライバックコンバーターの二次スイッチ(例えば、同期整流器)のゼロ電圧スイッチング(ZVS)についての方法であり、二次側制御装置が、一次スイッチのZVSを達成するために必要な二次スイッチ保持期間をスイッチング周期中に動的に計算することを可能にし、スイッチング周期中に充電期間および放電期間を測定することにより、一次側から二次側への通信を必要とせずに、必要な二次スイッチ保持期間を決定することができる。
【選択図】図3A
特許請求の範囲【請求項１】
電力コンバーターにおける一次スイッチのスイッチングサイクル中に動的にスイッチングする方法であって、前記方法が、
前記一次スイッチを閉じることと、
前記一次スイッチがオンである間に充電期間を測定することと、
前記一次スイッチを開くことと、
二次巻線に流れる電流の放電期間を測定することと、
アイドルリンギング周期を決定することと、
前記充電期間、前記放電期間、および前記アイドルリンギング周期に関連して保持持続期間を計算することと、
前記保持持続期間にわたって二次スイッチを閉じることと、
を含む、方法。
続きを表示（約 940 文字）【請求項２】
前記二次スイッチがオンである間に前記放電期間を測定するために、前記方法は、
前記二次スイッチを閉じることと、
前記二次スイッチを開くことと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記二次スイッチが、同期整流器であるか、または
前記二次スイッチが、補助的なＮチャネル電界効果トランジスタ（ＮＦＥＴ）または補助的なバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）である、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記電力コンバーターは、フライバックコンバーターである、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項５】
比較器を使用して前記アイドルリンギング周期を決定することをさらに含む、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項６】
前記アイドルリンギング周期に関連して開リンギング持続期間を決定することと、
前記開リンギング持続期間の後に前記スイッチングサイクルを完了することと、
をさらに含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項７】
前記開リンギング持続期間は、前記アイドルリンギング周期の１／４に実質的に等しい、
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記一次スイッチを閉じることは、
二次制御装置から一次制御装置に送信された信号に応答して前記一次スイッチを閉じることを含む、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項９】
前記一次スイッチがオンである間に前記充電期間を測定することは、
充電タイマを使用して前記充電期間を測定することと、
前記二次制御装置から前記一次制御装置に送信された前記信号に応答して前記充電タイマを開始することと、
を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記二次スイッチがオンである間に前記放電期間を測定することは、
放電タイマを使用して前記放電期間を測定することを含む、
請求項１または２に記載の方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
[0001]本出願は、２０２３年１２月８日に出願された米国仮出願第６３／６０７，９６０号の利益を主張し、その全体が参照により組み込まれる。
続きを表示（約 1,900 文字）【０００２】
[0002]本発明は、二次スイッチによるゼロ電圧スイッチングに関し、より詳細には、フライバックコンバーターにおいてゼロ電圧スイッチングを可能にするための二次スイッチの使用に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]携帯電話、ラップトップなどのような多くの電子デバイスは、電源から得られる直流（ＤＣ）電力によって電力供給される。従来の壁コンセントは、一般に、消費者向け電子デバイスの電源として使用するために調節されたＤＣ電力に変換する必要がある高電圧交流（ＡＣ）電力を供給する。スイッチング式電源（ＳＭＰＳ）とも呼ばれるスイッチング式電力コンバーターは、それらの高い効率、小さいサイズ、および軽量さを理由として一般的に使用されている。
【０００４】
[0004]多くの電子デバイスは、複数の負荷を有し、動作するために１つより多いＤＣ電源を必要とする。例えば、オーディオ電子デバイスは、５ボルトで動作するシステムコンポーネントと、１２ボルトから２０ボルトの間で動作するオーディオコンポーネントとを有することができる。これらの用途では、多出力電力コンバーターが、ＡＣ電力を複数のＤＣ電力出力に変換して、調節されたＤＣ電力を複数の負荷、すなわちシステムコンポーネントおよびオーディオコンポーネントの各々に提供する。いくつかの用途では、調節されたＤＣ電力出力は、調節された定電流（ＣＣ）出力および／または調節された定電圧（ＣＶ）出力である。
【発明の概要】
【０００５】
[0005]電力コンバーター、電力コンバーターシステム、多出力（複数出力）電力コンバーター、および多出力電力コンバーターシステムでは、スイッチング損失を低減することによって、効率を改善することができる。例えば、ゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）スイッチングサイクルに従って一次スイッチをスイッチングすることによって、スイッチング損失を改善（すなわち、低減）することができる。
【０００６】
[0006]ゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）は、スイッチング中に一次スイッチの電圧を有利に低減することができる。理想的には、ＺＶＳは、一次スイッチがオンになったときに一次スイッチにかかる電圧を実質的にゼロになるように（例えば、ゼロボルトに近づくように）制御することができる。例えば、一次スイッチが電力電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）として実現される場合、ＺＶＳは、ＦＥＴがオンになったときにＦＥＴのドレイン対ソース電圧が実質的にゼロになるように制御することによって実施されてもよい。
【０００７】
[0007]ＺＶＳサイクルに従って一次側スイッチをスイッチングする試みは、一次側から二次側への通信を想定したシステムに限定されてきた。例えば、同期整流器（ＳＲ）電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）は、一次スイッチに関する情報（例えば、状態条件、一次電圧、一次電流）に基づいて、スイッチングサイクル中に第２の時間で戦略的にスイッチングされて、一次スイッチのＺＶＳを達成することができる。残念ながら、現行の技術水準の電力コンバーターおよび電力コンバーターシステムでは、一次側から二次側への通信が利用できない場合がある。
【０００８】
[0008]したがって、一次側から二次側への通信を有するという制約なしに、電力コンバーターおよび電力コンバーターシステムにおいて一次スイッチＺＶＳを利用する必要がある。
【０００９】
[0009]一次スイッチのゼロ電圧スイッチングを達成するために二次スイッチ（例えば、同期整流器および／またはＳＲＦＥＴ）を制御することを本明細書で説明する。本方法は、二次側制御装置が必要な二次スイッチ保持期間（すなわち、二次スイッチオン期間）を計算することを可能にする。一次スイッチが導通しているときにフォワードピン電圧を測定することによって、またはスイッチングサイクルの放電期間と充電期間との比を測定することによって、一次側から二次側への通信を必要とせずに、必要な二次スイッチ保持期間を決定することができる。
【００１０】
[0010]ゼロ電圧スイッチングを達成するように二次スイッチを制御する非限定的かつ非網羅的な実施形態が、以下の図を参照して説明され、特に明記されない限り、同様の参照符号は様々な図を通して同様の部分を指す。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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