Ｄｃ−ｄｃ電圧変換器の時分割多重化

专利摘要:
装置は、ＤＣ−ＤＣ電圧変換器を含む。ＤＣ−ＤＣ電圧変換器は、複数の出力端対を有し、時分割多重化方式で出力端対の両端に電圧を印加するように構成される。
公开号:JP2011510609A
申请号:JP2010544316
申请日:2009-01-21
公开日:2011-03-31
发明作者:チェン，ガン；デュケ，デヴィッド，エー．；リフ，ローランド
申请人:アルカテル−ルーセント ユーエスエー インコーポレーテッド；
IPC主号:H02M3-155

专利说明:

[0001] 本発明は、一般に直流−直流（ＤＣ−ＤＣ）電圧変換器、ならびにＤＣ−ＤＣ電圧変換器を使用する装置および方法に関する。]
背景技術

[0002] 本項では、本発明をよりよく理解することに役立つ態様を紹介する。したがって、本項の記述は、この観点から読まれるべきであり、何が従来技術であるかまたは何が従来技術でないかについて認めたものと理解されるべきではない。]
[0003] 様々な型のＤＣ−ＤＣ電圧変換器がある。ＤＣ−ＤＣ電圧変換器の例には、降圧ＤＣ−ＤＣ電圧変換器、昇圧ＤＣ−ＤＣ電圧変換器、昇降圧ＤＣ−ＤＣ電圧変換器、チュック（ｃｕｋ）ＤＣ−ＤＣ電圧変換器、フライバックＤＣ−ＤＣ電圧変換器、およびフォワードＤＣ−ＤＣ電圧変換器が含まれる。典型的なＤＣ−ＤＣ電圧変換器は、１つまたは複数のインダクタ、１つまたは複数のキャパシタ、スイッチング回路、およびＤＣ電圧源を含む。]
[0004] ここで、スイッチング回路は、ほぼ周期的に接続を開閉する。その例には、交流（ＡＣ）により制御されるトランジスタ・スイッチが含まれる。ここで、閉回路またはパスは、ＤＣ電流を伝導し、開回路またはパスは、ＤＣ電流を伝導しない。]
[0005] ＤＣ−ＤＣ電圧変換器において、スイッチング回路は、出力電圧がスイッチング回路のデューティ・サイクルおよびＤＣ電源電圧によって決まる平均値を有する、ほぼ定常状態にＤＣ−ＤＣ電圧変換器を導く。定常状態では、あるＤＣ−ＤＣ電圧変換器はＤＣ電源電圧を昇圧し、あるＤＣ−ＤＣ電圧変換器はＤＣ電源電圧を降圧し、別のあるＤＣ−ＤＣ電圧変換器はＤＣ電源電圧を昇圧するまたは降圧することができる。]
[0006] あるデバイスは、調整されたＤＣ電源により駆動される必要がある電子部品のアレイを含む。各ＤＣ−ＤＣ電圧変換器が電子部品のうちの対応する１つを駆動するＤＣ−ＤＣ電圧変換器のアレイにより、調整されたＤＣ電源を実現することができる。]
先行技術

[0007] 米国特許出願第１２／−−−−−−号（整理番号：Ｇ．Ｃｈｅｎｇ １３−２３）、名称「ＭＵＬＴＩ−ＣＯＬＯＲ ＬＩＧＨＴ ＳＯＵＲＣＥ」
米国特許出願第１２／−−−−−−号（整理番号：Ｇ．Ｃｈｅｎｇ １２−２２）、名称「ＤＩＦＦＵＳＥＲＣＯＮＦＩＧＵＲＡＴＩＯＮ ＦＯＲ ＡＮＩＭＡＧＥ ＰＲＯＪＥＣＴＯＲ」
米国特許出願第１２／−−−−−−号（整理番号：Ｇ．Ｃｈｅｎｇ １１−２１）、名称「ＳＹＳＴＥＭＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＦＯＲ ＣＯＬＯＲ−ＣＯＭＰＥＮＳＡＴＩＮＧ Ａ ＶＩＤＥＯ ＳＩＧＮＡＬＨＡＶＩＮＧ ＲＥＤＵＣＥＤ ＣＯＭＰＵＴＡＴＩＯＮＡＬ ＲＥＱＵＩＲＥＭＥＮＴＳ」
米国特許出願第１１／７１３，２０７号
米国特許出願第１１／６８１，３７６号
米国特許出願第１１／７１３，１５５号
米国特許出願第１１／７１３，４８３号]
[0008] 様々な実施形態は、アレイの個々の電子部品の間でそれ自体の出力電圧を時分割多重化するように構成されたＤＣ−ＤＣ電圧変換器を提供する。]
[0009] １つの実施形態では、ＤＣ−ＤＣ電圧変換器を含む第１の装置が特徴づけられる。ＤＣ−ＤＣ電圧変換器は、複数の出力端対を有し、時分割多重化方式で出力端対の両端に電圧を印加するように構成される。]
[0010] 第１の装置のある実施形態では、ＤＣ−ＤＣ電圧変換器は、複数のシャント回路パスをさらに含む。各シャント回路パスは、出力端対のうちの対応する１つの出力端間を接続し、スイッチを途中に有する。一部のかかる実施形態では、ＤＣ−ＤＣ電圧変換器は、シャント回路パス上のスイッチを動作させるように構成された電子コントローラをさらに含むことができる。電子コントローラは、動作中のある時間にスイッチのうちの１つだけを開くように構成されることができる。一部のかかる実施形態では、シャント回路パスは、電気的に直列に接続されることができる。]
[0011] 第１の装置の別の実施形態では、ＤＣ−ＤＣ電圧変換器は、並列に接続された回路パスをさらに含む。各回路パスは、出力端対のうちの対応する１つを途中に有し、制御可能なスイッチを途中に有する。]
[0012] 第１の装置のある実施形態は、複数の光源を含む。各光源は、出力端対のうちの対応する１つの間に接続される。一部のかかる実施形態では、一部の光源は、例えば、光放出ダイオードであり、各光源は、異なる色、例えば、赤、緑、および青の光を放出するように構成される。]
[0013] 別の１つの実施形態では、ＤＣ−ＤＣ電圧変換器およびＤＣ−ＤＣ電圧変換器を共有するように接続された複数の電子的負荷装置を含む第２の装置が特徴づけられる。ＤＣ−ＤＣ電圧変換器は、電子コントローラおよび複数の回路パスを有する。電子的負荷装置は、回路パスのうちの対応する１つの中に接続される、または回路パスの対応する１つの一部である。各回路パスは、スイッチを途中に含み、コントローラは、回路パスのスイッチを動作させるように接続される。]
[0014] 第２の装置のある実施形態では、電子コントローラは、駆動動作中のある時間にスイッチのうちの１つだけを開くように構成される。]
[0015] 第２の装置のある実施形態では、各回路パスは、電子的負荷装置のうちの対応する１つのためのシャント回路パスであり、回路パスは、電気的に直列に接続される。]
[0016] 第２の装置のある実施形態では、回路パスは、電気的に並列に接続され、電子的負荷装置は、回路パスのうちの対応する１つの一部である。]
[0017] 第２の装置のある実施形態では、ＤＣ−ＤＣ電圧変換器は、昇圧ＤＣ−ＤＣ電圧変換器、降圧ＤＣ−ＤＣ電圧変換器、昇降圧ＤＣ−ＤＣ電圧変換器、およびＣＵＫ ＤＣ−ＤＣ電圧変換器のうちの１つである。]
[0018] 第２の装置のある実施形態では、複数の光源をさらに含む。各光源は、電子的負荷装置のうちの１つである。]
[0019] 第２の装置のある実施形態では、ＤＣ−ＤＣ電圧変換器は、第１の電子的負荷装置の両端に第１の電圧を印加し、第２の電子的負荷装置の両端に別の第２の電圧を印加するように構成される。]
[0020] 別の１つの実施形態では、複数の電子部品を電気的に駆動する方法が特徴づけられる。本方法は、ＤＣ−ＤＣ電圧変換器が時分割多重化方式で電子部品の両端に電圧を印加する共有方式でＤＣ−ＤＣ電圧変換器を動作させるステップを含む。]
[0021] 本方法のある実施形態では、動作させるステップは、ＤＣ−ＤＣ電圧変換器に、電子部品のうちの１つの両端に第１の電圧を印加させ、電子部品のうちの別の１つの両端に異なる第２の電圧を印加させるステップを含む。]
[0022] 本方法のある実施形態では、動作させるステップは、ＤＣ−ＤＣ電圧変換器が電子部品のうちの１つに電圧を印加しないときに、電子部品のうちのそれぞれ１つの両端のシャント回路パスを閉じるステップを含む。]
[0023] 本方法のある実施形態では、動作させるステップは、電子部品のうちの１つに電圧を印加するときに、電子部品のうちの１つを有する回路パスを閉じ、いずれか別の電子部品を有する１つまたは複数の回路パスを開くことを同時に行うステップを含む。かかる実施形態では、回路パスは、並列に接続される。]
[0024] ある実施形態では、本方法は次に、電子部品が駆動されていない間にキャパシタを放電させるステップと、その後、動作させるステップを繰り返すステップをさらに含む。キャパシタの電荷は、動作させるステップ中に電子部品を駆動する。]
図面の簡単な説明

[0025] ＤＣ電圧源ならびに誘導回路素子、容量回路素子およびスイッチング回路素子が複数の電子的負荷装置により時間的に共有される昇圧ＤＣ−ＤＣ電圧変換器の実施形態に関する回路図である。
ＤＣ電圧源ならびに誘導回路素子、容量回路素子およびスイッチング回路素子が複数の電子的負荷装置により時間的に共有される降圧ＤＣ−ＤＣ電圧変換器の実施形態に関する回路図である。
ＤＣ電圧源ならびに誘導回路素子、容量回路素子およびスイッチング回路素子が複数の電子的負荷装置により時間的に共有される代替の降圧ＤＣ−ＤＣ電圧変換器の実施形態に関する回路図である。
ＤＣ電圧源ならびに誘導回路素子、容量回路素子およびスイッチング回路素子が複数の電子的負荷装置により時間的に共有される昇降圧ＤＣ−ＤＣ電圧変換器の実施形態に関する回路図である。
ＤＣ電圧源ならびに誘導回路素子、容量回路素子およびスイッチング回路素子が複数の電子的負荷装置により共有される代替の昇降圧ＤＣ−ＤＣ電圧変換器の実施形態に関する回路図である。
ＤＣ電圧源ならびに誘導回路素子、容量回路素子およびスイッチング回路素子が複数の電子的負荷装置により時間的に共有されるＣＵＫ ＤＣ−ＤＣ電圧変換器の実施形態に関する回路図である。
図１〜６のＤＣ−ＤＣ電圧変換器の出力ドライバ回路パスの直列型実施形態を説明する回路図である。
図１〜６のＤＣ−ＤＣ電圧変換器の出力ドライバ回路パスの並列型実施形態を説明する回路図である。
図７〜８の出力ドライバ回路パスの具体例の３端子スイッチに関する回路を図示する。
図１〜６のＤＣ−ＤＣ電圧変換器のコントローラの一実施形態を説明する回路図である。
ＤＣ−ＤＣ電圧変換器、例えば図１〜６のＤＣ−ＤＣ電圧変換器を動作させる方法を説明するタイミング図である。
図１１の方法を説明するフローチャートである。
異なる電子的負荷装置の間で出力電圧を時間的に共有するＤＣ−ＤＣ電圧変換器、例えば図１〜６のＤＣ−ＤＣ電圧変換器を動作させる方法を説明する図である。] 図１ 図１１ 図２ 図３ 図４ 図５ 図６ 図７ 図８
実施例

[0026] 図においては、類似の参照番号は、実質的に同じ機能および／または構造を有する構成を指す。]
[0027] 一部の図では、ある構成の相対的寸法が、図に示された構造をより明確に説明するために誇張されることがある。]
[0028] 図面および例示的な実施形態の詳細な説明ではいくつかの実施形態を記載しているが、本発明は、別の形態をとることができ、図面および例示的な実施形態の詳細な説明に記載されたものに限定されない。]
[0029] 様々な実施形態は、ＤＣ−ＤＣ電圧変換器が時間的に多重化される方式で電子部品を駆動することが可能なシステムおよび方法を提供する。ＤＣ−ＤＣ電圧変換器の回路の本質的な部分は、異なる電子部品を駆動するために時間的に共有される。時間的に共有される部品は、例えば、（１つまたは複数の）インダクタ、（１つまたは複数の）キャパシタ、スイッチング回路、およびＤＣ電圧源を含むことができる。このような共有化構成により、一部のかかるＤＣ−ＤＣ電圧変換器は、より簡潔な構造で、かつ／または各電子部品が対応するＤＣ−ＤＣ電圧変換器によって駆動されるシステムよりも低コストで構築されることが可能である。]
[0030] 本明細書の様々な実施形態は、例えば多色光源、例えば、異なる色の３つのダイオード、レーザおよび／またはレーザ・ダイオードを有する光源を駆動でき、例えば、Ｇａｎｇ ＣｈｅｎおよびＲｏｌａｎｄ Ｒｙｆによる「ＭＵＬＴＩ−ＣＯＬＯＲ ＬＩＧＨＴ ＳＯＵＲＣＥ」という名称の同時出願された米国特許出願第１２／−−−−−−号（整理番号：Ｇ．Ｃｈｅｎｇ １３−２３）、Ｇａｎｇ ＣｈｅｎおよびＲｏｌａｎｄ Ｒｙｆによる「ＤＩＦＦＵＳＥＲＣＯＮＦＩＧＵＲＡＴＩＯＮ ＦＯＲ ＡＮＩＭＡＧＥ ＰＲＯＪＥＣＴＯＲ」という名称の同時出願された米国特許出願第１２／−−−−−−号（整理番号：Ｇ．Ｃｈｅｎｇ １２−２２）、および／またはＧａｎｇ ＣｈｅｎおよびＲｏｌａｎｄ Ｒｙｆによる「ＳＹＳＴＥＭＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＦＯＲ ＣＯＬＯＲ−ＣＯＭＰＥＮＳＡＴＩＮＧ Ａ ＶＩＤＥＯ ＳＩＧＮＡＬＨＡＶＩＮＧ ＲＥＤＵＣＥＤ ＣＯＭＰＵＴＡＴＩＯＮＡＬ ＲＥＱＵＩＲＥＭＥＮＴＳ」という名称の同時出願された米国特許出願第１２／−−−−−−号（整理番号：Ｇ．Ｃｈｅｎｇ １１−２１）のような多色画像投影機および／または画像投影方法において使用することができる。上記の３つの特許出願は、本出願と同日に出願され、その全体が参照により本明細書中に組み込まれている。]
[0031] 本明細書の様々な実施形態は、Ｒａｎｄｙ Ｃ．Ｇｉｌｅｓ他により２００７年３月２日に出願された米国特許出願第１１／７１３，２０７号、Ｖｌａｄｉｍｉｒ Ａ．Ａｋｓｙｕｋ他により２００７年３月２日に出願された米国特許出願第１１／６８１，３７６号、Ｖｌａｄｉｍｉｒ Ａ．Ａｋｓｙｕｋ他により２００７年３月２日に出願された米国特許出願第１１／７１３，１５５号、および／またはＧａｎｇ Ｃｈｅｎ他により２００７年３月２日に出願された米国特許出願第１１／７１３，４８３号に記載されたような、光学的投影機、光学的投影方法、ならびに／またはスペックル減少方法および／もしくは装置において使用される多色光源を駆動するためにも使用することができる。これら４つの特許出願も、その全体が参照により本明細書中に組み込まれている。]
[0032] 本明細書の様々な別の実施形態は、多様な別の種類の電子部品、例えば、個々に駆動することが可能な電子部品のアレイを駆動するために使用することができる。例えば、様々な実施形態は、一定ＤＣ電圧条件下および／または一定ＤＣ電流条件下で電子部品を駆動するための装置および方法を提供する。これらの実施形態が、例えば、多色光源の光放出部のドライバおよび駆動することに限定することは意図されていない。]
[0033] 図１〜６は、出力ドライバ回路パス１２および電子コントローラ１４を含むＤＣ−ＤＣ電圧変換器１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆを図示する。] 図１ 図２ 図３ 図４ 図５ 図６
[0034] 種々のＤＣ−ＤＣ電圧変換器１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆは、異なる出力特性および入力特性を有する。ＤＣ−ＤＣ電圧変換器１０Ａは、ＤＣ電圧源１６の電圧を昇圧する昇圧型ＤＣ−ＤＣ電圧変換器になっている。ＤＣ−ＤＣ電圧変換器１０Ｂ〜１０Ｃは、ＤＣ電圧源１６の電圧を降圧する降圧型ＤＣ−ＤＣ電圧変換器である。ＤＣ−ＤＣ電圧変換器１０Ｄ〜１０Ｅは、例えば、ＤＣ電圧源１６の電圧を昇圧するまたは降圧するように動作することが可能な昇降圧ＤＣ−ＤＣ電圧変換器である。ＤＣ−ＤＣ電圧変換器１０Ｆは、例えばＤＣ電圧源１６の電圧を昇圧するまたは降圧するように動作することが可能であり、ＤＣ電圧源１６から出力ドライバ回路パス１２への電流の流れを時間的に平滑化することが可能なＣＵＫ ＤＣ−ＤＣ電圧変換器になっている。]
[0035] 出力ドライバ回路パス１２は、接点αとβを有し、その両端にＤＣ−ＤＣ電圧変換器１０Ａ〜１０Ｆが出力電圧ＶＯを印加する。出力ドライバ回路パス１２は、Ｎ個の電子的負荷装置のアレイを時分割多重化方式で出力電圧ＶＯにより駆動するように電子コントローラ１４によって動作される。出力ドライバ回路パス１２は、第１の形態または第２の形態を有することができる。第１の形態では、出力ドライバ回路パス１２は、制御可能な回路パスの直列に接続されたアレイを含み、各電子的負荷装置は、制御可能な回路パスのうちの対応する１つの両端間に接続される。第２の形態では、出力ドライバ回路パス１２は、制御可能な回路パスの並列に接続されたアレイを含み、各回路パスは電子的負荷装置のうちの対応する１つを含む。]
[0036] 電子コントローラ１４は、出力ドライバ回路パス１２を制御する。具体的に、電子コントローラ１４は、出力ドライバ回路パス１２がアレイの電子的負荷装置のうちの１つを選択的に駆動し、特定の時間にアレイの他の電子的負荷装置を選択的に駆動しないように構成された回路要素を含む。そのように、電子コントローラ１４は、出力ドライバ回路パス１２に、例えば電子的負荷装置のうちの１つだけが任意のある時間に駆動されるように、時分割多重化方式で電子的負荷装置を駆動させることができる。]
[0037] 各ＤＣ−ＤＣ電圧変換器１０Ａ〜１０Ｆは、また、ＤＣ電圧源１６、１つまたは複数の従来型のインダクタ１８、１つまたは複数の従来型のキャパシタ２０、１つまたは複数のダイオード２２、および従来型のスイッチング回路２４をも含む。ＤＣ電圧源１６は、プリセットＤＣ電源電圧ＶＳを供給する。（１つまたは複数の）インダクタ１８および（１つまたは複数の）キャパシタ２０は、ＤＣ−ＤＣ電圧変換器１０Ａ〜１０Ｆの過渡特性およびその不連続モードと連続モード定常状態動作領域との間の境界に影響を及ぼし得る形態の従来型の回路デバイスである。１つまたは複数のダイオード２２は、やはり従来型の回路デバイス、例えばショットキー・ダイオードである。スイッチング回路２４は、事前選択された頻度でそれ自体の入力端Ｉと出力端Ｏとの間の電気的接続を開閉するように構成され、それにより定常状態動作が実現されたときにＤＣ−ＤＣ電圧調整器１０Ａ〜１０ＦがＤＣ電源電圧ＶＳをほぼ一定のＤＣ出力電圧ＶＯに変換することを可能にする。具体例のスイッチング回路２４は、スイッチング電圧源およびスイッチを含み、スイッチの制御入力端、例えば図９に示されたような電界効果型トランジスタ・スイッチのゲートまたはバイポーラ・トランジスタ・スイッチのベースは、スイッチング電圧源によって駆動される。スイッチング電圧源は、交流（ＡＣ）用部品、例えば、のこぎり波用部品を含み、スイッチング回路２４のデューティ値Ｄの調整を可能にするＤＣ用部品を含むことができる。ここにおいて、スイッチング回路の動作周期、すなわち開と閉の周期、の全長に対する、スイッチング回路が閉である周期ごとの時間の比が、スイッチング回路のデューティ値Ｄである。] 図９
[0038] ある実施形態において、電子コントローラ１４は、スイッチング回路２４のデューティ値Ｄを制御および／もしくは調整することができ、ならびに／または出力ドライバ回路パス１２からの電圧値フィードバックに基づいてスイッチング回路２４のデューティ値を自動調節することができる。例えば、電子コントローラ１４は、スイッチング回路内のスイッチング・トランジスタの制御入力端、例えば、ＦＥＴスイッチのゲートまたはバイポーラ・トランジスタ・スイッチのベースにＤＣオフセットを印加するように接続し、それによりスイッチング回路２４のデューティ値Ｄを調節することができる。]
[0039] 商業的に入手可能な集積回路（ＩＣ）は、スイッチング回路２４および電子コントローラ１４の部品として適している。例えば、１６３０ ＭｃＣａｒｔｈｙ Ｂｌｖｄ．，Ｍｉｌｐｉｔａｓ，ＣＡ ９５０３５−７４１７のＬｉｎｅａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ（ｗｗｗ．ｌｉｎｅａｒ．ｃｏｍ）は、識別番号ＬＴ３５１８、ＬＴ３４７７およびＬＴ３４７８を有する製品を販売し、これらの製品は、スイッチング回路２４および電子コントローラ１４の部品として適している。一部のかかるＩＣは、スイッチング回路２４を調整するために、例えば、図７〜８に示したようなセンス・レジスタＲＳによる電圧降下をフィードバックするためのフィードバック入力端ＦＩを有することができる。スイッチング回路２４は、出力ドライバ回路１２の電流を下記に述べるようにプリセット値に安定化させる方式でそれ自体のデューティ値を調節するためにかかるフィードバック電圧を使用することができる。一部のかかるＩＣは、さらにスイッチング回路２４のデューティ値Ｄを調整するためにＤＣバイアス電圧を印加するための制御入力端（ＣＩ）をも有することができる。] 図７ 図８
[0040] スイッチング回路２４のデューティ値Ｄは、定常状態動作におけるＤＣ−ＤＣ電圧変換器のＤＣ出力電圧ＶＯとそのＤＣ電源電圧ＶＳとの関係をほぼ規定する。連続電流モードでは、ＤＣ−ＤＣ電圧変換器１０Ａ〜１０Ｆの（１つまたは複数の）インダクタの電流は、ゼロにはならない。具体例のＤＣ−ＤＣ電圧変換器１０Ａ〜１０Ｆについて、ＶＯとＶＳとの関係は、定常状態動作における連続電流モードに関して下記の表１に示されている。]
[0041] そのように、ＤＣ−ＤＣ電圧変換器１０Ａ〜１０Ｆの種々の実施形態では、所望の出力電圧ＶＯを生成するために表１の関係と実質的に矛盾しない方式で動作するようにスイッチング回路２４のデューティ値Ｄを調節するために電子コントローラ１４を使用することができる。]
[0042] ＤＣ−ＤＣ電圧変換器１０Ａ〜１０Ｆにおいて、出力ドライバ回路パス１２は、例えば、図７に示したような直列実施形態１２Ｓでも、図８に示したような並列実施形態１２Ｐでもよい。どちらの実施形態１２Ｓ、１２Ｐにおいても、Ｎ個の別個の電子的負荷装置ＬＤ１、ＬＤ２、．．．、ＬＤＮは、対応する回路パスＣＰ１、ＣＰ２、．．．、ＣＰＮの中に接続され、または前記回路パスＣＰ１、．．．、ＣＰＮの一部を形成する。電子的負荷装置ＬＤ１、．．．、ＬＤＮは、時間インターリーブ方式、すなわち時分割多重化方式でＤＣ−ＤＣ電圧変換器１０Ａ〜１０Ｆによって駆動される。ここで、整数Ｎは、２以上、例えば２、３、４または５である。] 図７ 図８
[0043] 図７を参照して、直列実施形態１２Ｓでは、図１〜６の出力ドライバ回路パス１２を形成するように回路パスＣＰ１、．．．、ＣＰＮを直列に接続する。各回路パスＣＰ１、ＣＰ２、．．．、ＣＰＮは、スイッチＳ１、Ｓ２、．．．、ＳＮをその途中に含むシャント回路パスである。電子的負荷装置ＬＤ１、．．．、ＬＤＮは、対応する回路パスＣＰ１、．．．、ＣＰＮの両端を接続する。したがって、回路パスＣＰ１、．．．、ＣＰＮの端の各対は、直列実施形態１２ＳではＤＣ−ＤＣ電圧変換器１０Ａ〜１０Ｆの出力端の対として機能する。スイッチＳ１、Ｓ２、．．．、ＳＮは、そこに印加される制御電圧に応じてシャント回路パスを開閉する。制御電圧は、対応する回路パスＣＰ１、．．．、ＣＰＮが１つの値に対して開であり別の値に対して閉である２つの値のうちの１つを有するように設定される。それゆえ、出力電流は、パスのスイッチＳ１、．．．、ＳＮが閉である場合に実質的に回路パスＣＰ１、．．．、ＣＰＮだけを経由して流れ、パスのスイッチＳ１、．．．、ＳＮが開である場合に実質的に対応する電子的負荷装置ＬＤ１、．．．、ＬＤＮだけを経由して流れる。] 図１ 図２ 図３ 図４ 図５ 図６ 図７
[0044] 直列実施形態１２Ｓの一般的な駆動動作中に、電子コントローラ１４は、制御線束ＣＢの制御線ＣＬ１、ＣＬ２、．．．、ＣＬＮを介してスイッチＳ１、Ｓ２、．．．、ＳＮに制御電圧を印加する。制御電圧は、対応する回路パスＣＰ１、ＣＰ２、．．．、ＣＰＮのうちのどれが開にされ、どれが閉にされるかを決める。具体的に、電子コントローラ１４は典型的には、駆動動作の間にスイッチＳ１、．．．、ＳＮのうちのＮ−１個を同時に閉にし、残りの１つのスイッチＳ１、．．．、ＳＮを開にするように１セットの制御電圧を印加する。それゆえ、Ｎ個の電子的負荷装置ＬＤ１、．．．、ＬＤＮのうちの１つだけが、直列実施形態１２Ｓでは任意のある時間においてＤＣ−ＤＣ電圧変換器１０Ａ〜１０Ｆの出力電圧ＶＯにより一般的に駆動される。電子コントローラ１４は、電子的負荷装置ＬＤ１、．．．、ＬＤＮのうちの別の１つが異なる時間において駆動されるように制御電圧のセットの形態を代える。すなわち、電子コントローラ１４は、電子的負荷装置ＬＤ１、．．．、ＬＤＮの駆動を時分割多重化する方式で出力ドライバ回路パス１２Ｓを制御する。]
[0045] 図８を参照して、並列実施形態１２Ｐでは、図１〜６の出力ドライバ回路パス１２を形成するように回路パスＣＰ１、．．．、ＣＰＮを並列に接続する。各回路パスＣＰ１、ＣＰ２、．．．、ＣＰＮは、対応するスイッチＳ１、Ｓ２、．．．、ＳＮおよび対応する電子的負荷装置ＬＤ１、ＬＤ２、．．．、ＬＤＮを途中に含む。それゆえ、各回路パスＣＰ１、．．．、ＣＰＮ上の２つの点は、並列実施形態１２ＰにおけるＤＣ−ＤＣ電圧変換器１０Ａ〜１０Ｆの出力端の対として機能する。スイッチＳ１、．．．、ＳＮは、印加される制御電圧に応じて開閉する。すなわち、各制御電圧は、対応する回路パスＣＰ１、．．．、ＣＰＮが１つの値に対して開であり別の値に対して閉であるような２つの値のうちの１つを有する。出力駆動電流は、同じ回路パスＣＰ１、．．．、ＣＰＮ上のスイッチＳ１、．．．、ＳＮが閉である場合にだけ電子的負荷装置ＬＤ１、．．．、ＬＤＮのうちの１つに流れる。] 図１ 図２ 図３ 図４ 図５ 図６ 図８
[0046] 並列実施形態１２Ｐの典型的な駆動動作中に、電子コントローラ１４は、制御線束ＣＢの制御線ＣＬ１、ＣＬ２、．．．、ＣＬＮを介してスイッチＳ１、Ｓ２、．．．、ＳＮに制御電圧を印加する。制御電圧は、対応する回路パスＣＰ１、．．．、ＣＰＮのうちのどれが閉にされるかを決める。具体的に、電子コントローラ１４は、スイッチＳ１、．．．、ＳＮのうちのＮ−１個を同時に開にし、残りの１つのスイッチＳ１、．．．、ＳＮを閉にする１セットの制御電圧を印加する。したがって、Ｎ個の電子的負荷装置ＬＤ１、．．．、ＬＤＮのうちの１つだけが、任意のある時間においてＤＣ−ＤＣ電圧変換器１０Ａ〜１０Ｆの出力電圧ＶＯにより一般的には駆動される。並列実施形態１２Ｐでは、電子コントローラ１４は、電子的負荷装置ＬＤ１、．．．、ＬＤＮのうちの別の１つが異なる時間において駆動されるように制御電圧のセットの状態を再び代える。すなわち、電子コントローラ１４は、電子的負荷装置ＬＤ１、．．．、ＬＤＮを駆動することを時分割多重化する方式で出力ドライバ回路パス１２を制御する。]
[0047] 出力ドライバ回路パス１２の並列実施形態１２Ｐでは、スイッチＳ０により制御される追加のシャント回路パスＣＰ０をオプションとして含むことができる。出力ドライバ回路パス１２の並列実施形態１２Ｐが電子的負荷装置ＬＤ１、．．．、ＬＤＮを通って何も電流を通過させずにシャント回路パスとして機能できるように、シャント回路パスＣＰ０は、電子コントローラ１４を介して制御線ＣＬ０に印加される制御電圧によって閉じられる。かかるシャンティングは、下記にさらに述べられるようにＤＣ−ＤＣ電圧変換器１０Ａ〜１０Ｆの（１つまたは複数の）キャパシタ２０の電荷を放電するために有用である。]
[0048] 出力ドライバ回路パス１２の直列実施形態１２Ｓおよび並列実施形態１２Ｐの両者は、例えば、約１オーム未満の小さなセンス・レジスタをオプションとして含むこともできる。ある実施形態では、ＤＣ−ＤＣ電圧変換器１０Ａ〜１０Ｆ内のＮ個の電子的負荷装置ＬＤ１、．．．、ＬＤＮへの出力電圧または出力電流のフィードバック制御または安定化を可能にするために、センス・レジスタ両端の電圧は、図１〜６のスイッチング回路２４のセンシング入力端ＦＩにフィードバックされる。具体的に、一部のＤＣ−ＤＣ電圧変換器１０Ａ〜１０Ｆは、そのようなフィードバック測定値に基づきそれ自体のデューティ値Ｄを変化させることができる。かかるフィードバック制御は、例えば、動作中の電子的負荷装置ＬＤ１、．．．、ＬＤＮにおける温度変動および／または変化を補償するために有用であり得る。] 図１ 図２ 図３ 図４ 図５ 図６
[0049] 図９は、図７〜８に示されたような、出力ドライバ回路パス１２の直列実施形態１２Ｓおよび並列実施形態１２ＰのスイッチＳ１、．．．、ＳＮに関する複数の例示的な形態を示す。スイッチＳ１、．．．、ＳＮは、制御入力端が電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）のゲートであるようなＦＥＴであってもよい。スイッチＳ１、．．．、ＳＮは、電界効果型トランジスタ・スイッチ回路であってもよい。スイッチＳ１、．．．、ＳＮは、また、制御入力がバイポーラ・トランジスタのベースであるようなバイポーラ・トランジスタ・スイッチであってもよい。スイッチＳ１、．．．、ＳＮの別の実施形態は、制御可能なＯＮ／ＯＦＦ型のスイッチ用の別の従来型の回路に基づくものであり得る。] 図７ 図８ 図９
[0050] 図１０は、図１〜６の電子コントローラ１４に関する具体例の一実施形態１４’を示す。電子コントローラ１４’は、デジタル・セレクタ回路３０を含み、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）３２、Ｍｘ１多重化装置（ＭＵＸ）３４、およびオプションのＮ対１ＯＲゲート３６をオプションとして含む。] 図１ 図１０ 図２ 図３ 図４ 図５ 図６
[0051] デジタル・セレクタ３０は、出力ドライバ回路パス１２のＮ個のスイッチＳ１〜ＳＮを動作させるＮ個のバイナリ値電圧のセットを生成する。具体的に、電圧の各セットは、Ｎ個のスイッチＳ１〜ＳＮに、１回に１つの電子的負荷装置ＬＤ１〜ＬＤＮにＤＣ−ＤＣ電圧変換器１０Ａ〜１０Ｆの出力電圧ＶＯを選択的に印加させる。デジタル・セレクタ３０は、Ｎ個の電子的負荷装置ＬＤ１〜ＬＤＮが駆動される順序およびタイミングを選択する。]
[0052] オプションのＤＡＣ３２は、そのＭ個の出力端のそれぞれに異なる電圧値を生成する。ここで、Ｍは、Ｎ以下である。ＤＡＣの各出力端は、Ｍｘ１ ＭＵＸ３４の入力端のうちの１つに接続される。Ｍｘ１ ＭＵＸ３４は、スイッチング回路２４のオプションの制御入力端ＣＩへ制御電圧を印加する出力端を有する。制御電圧は、例えば、トランジスタ・スイッチのゲートまたはベースに印加されるＤＣバイアスを固定することによりスイッチング回路２４のデューティ値Ｄを制御する。スイッチング回路２４のデューティ値Ｄを固定することによって、制御電圧は、図１〜６のＤＣ−ＤＣ電圧変換器１０Ａ〜１０Ｆのかかる実施形態の定常状態動作中の出力電圧ＶＯを決める。したがって、ＭＵＸ３４を制御することにより、デジタル・セレクタ３０は、例えば、ＤＣ−ＤＣ電圧変換器１０Ａ〜１０Ｆに、電子的負荷装置ＬＤ１〜ＬＤＮのうちの異なるものの両端に異なる出力電圧ＶＯを印加させる、または異なるものを通して異なる電流を送らせることができる。] 図１ 図２ 図３ 図４ 図５ 図６
[0053] 一代替実施形態では、１つのＤＡＣが、例えば、ＤＡＣ３２およびＭＵＸ３４に取って代わることができる。かかる実施形態では、デジタル・セレクタ３０は、スイッチング回路２４の制御入力端ＣＩに所望の電圧出力を提示するはずの１つのＤＡＣへ、対応するデジタル値を直接送るはずである。]
[0054] オプションのＮ対１ＯＲゲート３６は、スイッチング回路２４のオプションのイネーブル入力端へデジタル制御信号を与える。例えば、Ｎ対１ＯＲゲート３６は、図７および図８の電子的負荷装置ＬＤ１〜ＬＤＮのうちのどれかがＤＣ−ＤＣ電圧変換器１０Ａ〜１０Ｆによって駆動されるように設定されているときはいつでも、スイッチング回路２４をイネーブルにすることができる。当然ながら、他の実施形態は、出力ドライバ回路パス１２がそこに接続されたＮ個の電子的負荷装置のうちの１つを駆動するように設定されている場合に、スイッチング回路２４をイネーブルにする別の従来方法を使用することができる。] 図７ 図８
[0055] 図１１は、図１〜６のＤＣ−ＤＣ電圧変換器１０Ａ〜１０Ｆを動作させる具体例の方法３８に関するタイミング図である。この方法では、ＤＣ−ＤＣ電圧変換器１０Ａ〜１０Ｆは、図１２のフローチャートにより図示されるように駆動期間と緩和期間との間で交互に動作する。各駆動期間中に、電子コントローラ１４は、出力ドライバ回路パス１２をＮ個の電子的負荷装置、例えば図７および図８の負荷ＬＤ１〜ＬＤＮのうちの１つまたは複数の両端間に駆動電圧を印加するように設定し、また出力ドライバ回路パス１２が残りのＮ−１個の電子的負荷装置の両端に駆動電圧を印加しないように通常は設定する。ある実施形態では、電子コントローラ１４は複数の電子的負荷装置を連続して駆動することができる。例えば、電子コントローラ１４は、電子的負荷装置ＬＤ１〜ＬＤＮのＮ個全て、すなわち１回に１つの負荷、を駆動することができる。代替の実施形態では、電子コントローラ１４は、１つの駆動期間において１つだけの電子的負荷装置、または少なくともＮ個全部より少ない電子的負荷装置を駆動することができる。各緩和期間中に、電子コントローラ１４は、出力ドライバ回路パス１２がＮ個の電子的負荷装置のいずれにも駆動電圧を印加しないように設定する。その代わりに、これらの期間中に、電子コントローラ１４は、いずれの（１つまたは複数の）キャパシタ２０もいずれの電子的負荷装置を駆動せずに蓄積した電荷を放電できるように出力ドライバ回路パス１２を設定する。直列実施形態１２Ｓでは、電子コントローラ１４は、緩和期間中に全てのＮ個のスイッチＳ１〜ＳＮを閉じるはずである。並列実施形態１２Ｐでは、緩和期間中に、電子コントローラ１４は全てのＮ個のスイッチＳ１〜ＳＮを開きシャント回路パス用のスイッチＳ０を閉じるはずである。方法３８は、例えば、電子的負荷装置のうちのより多くのものを駆動するためにおよび／または同じ電子的負荷装置を再び駆動するために、駆動期間および緩和期間の実行を繰り返すことを含む。] 図１ 図１１ 図１２ 図２ 図３ 図４ 図５ 図６ 図７ 図８
[0056] 各緩和期間により、駆動されるべき次の電子的負荷装置の駆動にとって多すぎる電荷を（１つまたは複数の）キャパシタ２０が放電することが可能になる。そのような緩和期間を使用することにより、ＤＣ−ＤＣ電圧変換器１０Ａ〜１０Ｆは、１つまたは複数の電子的負荷装置が、他の（１つまたは複数の）電子的負荷装置を駆動するのに必要な電圧値および／または電流値により損傷を受けることがある、電子的負荷装置のアレイを駆動することができる。]
[0057] 適度な大きさのキャパシタ２０にとって、緩和期間は、駆動期間よりも短い程度の長さにさえすることができ、それにより相当量の駆動時間を無駄にしないようにすることができる。]
[0058] 方法３８において、必要な緩和の長さを最小にするように、駆動期間（ＤＰ）および緩和期間（ＲＰ）の列を配列することができる。例えば、ＤＰは、全ての電子的負荷装置が１回駆動される１周期の中で（１つまたは複数の）キャパシタ２０に蓄積された電荷が単調に増加するように順番に並べられることができる。かかる実施形態では、（１つまたは複数の）キャパシタは、周期全体の終わりにおいてのみ放電する。かかる実施形態は、例えば、全ての電子的負荷装置の１つの駆動周期が（１つまたは複数の）キャパシタ２０を放電するために緩和を実行せずに進行できるように、（１つまたは複数の）キャパシタ２０を放電する必要性をなくす。例えば、図８の並列実施形態１２Ｐでは、電子コントローラ１４は、例えば、Ｎ個全ての電子的負荷装置ＬＤ１〜ＬＤＮが駆動される周期の終わりに（１つまたは複数の）キャパシタを放電させるために出力ドライバ回路パス１２のスイッチＳ０を閉じるだけであるはずである。] 図８
[0059] 図１３は、複数のＮ個の電子的負荷装置を駆動する時間的に共有されたＤＣ−ＤＣ電圧変換器、例えば、図１〜６のＤＣ−ＤＣ電圧変換器１０Ａ〜１０Ｆ、を動作させる方法４０を図示する。方法４０は、負荷が時分割多重化方式で駆動されるように、時間期間の配列の間に複数の別個の電子的負荷装置の両端に駆動電圧を印加するようにＤＣ−ＤＣ電圧変換器を動作させることを含む（ステップ４２）。動作ステップ４２は、（１つまたは複数の）シャント回路パス、例えば、図７のＮ−１個の回路パスＣＰ１〜ＣＰＮ、を閉じることを含むことができ、対応する（１つまたは複数の）電子的負荷装置に印加した電流および電圧をバイパスさせる、すなわち（１つまたは複数の）負荷をその時間に駆動しないようにすることができる。動作ステップ４２は、対応する（１つまたは複数の）電子的負荷装置に印加した電流および電圧をバイパスさせるために、すなわち（１つまたは複数の）負荷をその時間に駆動しないように、例えば、図８のＮ−１個の回路パスＣＰ１〜ＣＰＮのＮ−１個のスイッチを開くことを代わりに含むことができる。動作ステップ４２では、１つの電圧が１つの電子的負荷装置の両端に印加され、異なる電圧が１つまたは複数の別の電子的負荷装置の両端に印加されてもよい。方法４０は、上記の方法３８において述べたようにそのような駆動期間とキャパシタ緩和期間とをインターリーブすることを含むことができる。] 図１ 図１３ 図２ 図３ 図４ 図５ 図６ 図７ 図８
[0060] ある実施形態では、図１〜１０のＤＣ−ＤＣ電圧変換器１０Ａ〜１０Ｆおよび図１１〜１３の方法３８、４０は、また、ある駆動期間において１より多くの電子的負荷装置を同時に駆動するように設定することができる。] 図１ 図１０ 図１１ 図１２ 図１３ 図２ 図３ 図４ 図５ 図６
[0061] 本発明は、明細書、図面、および特許請求の範囲に照らせば、当業者には明白であるはずの別の実施形態を含むように意図されている。]

权利要求:

請求項1
複数の出力端対を有し、時分割多重化方式で前記出力端対の両端に電圧を印加するように構成されたＤＣ−ＤＣ電圧変換器を含む装置。
請求項2
前記ＤＣ−ＤＣ電圧変換器は、複数のシャント回路パスをさらに含み、各シャント回路パスは前記対のうちの対応する１つの出力端間に接続され、スイッチを途中に有する、請求項１に記載の装置。
請求項3
前記ＤＣ−ＤＣ電圧変換器は、前記シャント回路パスの前記スイッチを動作させるように構成された電子コントローラをさらに含む、請求項２に記載の装置。
請求項4
前記シャント回路パスは、電気的に直列に接続される、請求項２に記載の装置。
請求項5
前記ＤＣ−ＤＣ電圧変換器は、並列に接続された回路パスをさらに含み、各回路パスは前記対のうちの対応する１つの前記出力端を途中に有し、制御可能なスイッチを途中に有する、請求項１に記載の装置。
請求項6
複数の光源をさらに含み、各光源は前記出力端対のうちの対応する１つの間に接続される、請求項１に記載の装置。
請求項7
複数の電子部品を駆動する方法であって、時分割多重化方式で前記電子部品の両端に電圧を印加するためにＤＣ−ＤＣ電圧変換器を動作させるステップを含む、方法。
請求項8
前記動作させるステップは、前記ＤＣ−ＤＣ電圧変換器に、前記電子部品のうちの１つの両端に第１の電圧を印加させ、前記電子部品のうちの別の１つの両端に異なる第２の電圧を印加させるステップを含む、請求項７に記載の方法。
請求項9
前記動作させるステップは、前記ＤＣ−ＤＣ電圧変換器が前記電子部品のうちの１つに電圧を印加しないときに、前記電子部品のうちの前記１つを横切るシャント回路パスを閉じるステップを含む、請求項７に記載の方法。
請求項10
前記動作させるステップは、前記ＤＣ−ＤＣ電圧変換器が前記電子部品のうちの１つに電圧を印加するときに、前記電子部品のうちの前記１つを有する回路パスを閉じ、任意の別の電子部品を有する１つまたは複数の回路パスを開くことを同時に行うステップを含み、前記回路パスは並列に接続される、請求項７に記載の方法。