JP2006514528A - スイッチモード電源装置用の制御回路 - Google Patents
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Abstract
Description
Claims (33)
- 一次制御スイッチモード電源装置の出力電力を制御するための制御回路において、前記スイッチモード電源装置は、一次側スイッチ(T10)および補助巻線(104)を有するトランス(101)を含み、前記一次側スイッチ(T10)のオープン後、電圧パルスが誘導され、
前記制御回路(100)は、前記一次側スイッチのオープンの時期に対してサンプリング時期を規定するサンプリング信号(112)を発生させるための回路装置(300)と、
制御変数を発生させるための前記サンプリング信号(112)に応じて前記電圧パルスの高さをサンプリングして記憶するためのサンプルおよびホールド装置(108)と、
前記制御変数を参照値(reference value)と比較するとともに、この比較の結果によって前記出力電力を調整するための制御装置とを含み、
前記回路装置(300)は、前記電圧パルスの持続時間(408)に基づいて前記サンプリング時期を決定するようにした、制御回路。 - 前記回路装置(300)は、前記電圧パルスの前記持続時間(408)を決定するために、前記一次側スイッチ(T10)をクローズするための制御信号(VG)および前記トランス(101)にエネルギーがないかどうかを示す減磁信号(VDemag)を受信する方法で相互接続されていることを特徴とする、請求項1に記載の制御回路。
- 前記回路装置(300)は、
定電流源(301)と、
前記定電流源(301)で充電される第1コンデンサ(C1)と、
前記第1コンデンサ(C1)と並列に接続される第2コンデンサ(C2)と、
前記2個のコンデンサ(C1,C2)の各々の一端子に接続され、前記2個のコンデンサ(C1,C2)の電圧が等しい場合、前記サンプリング信号(112)を出力できる、コンパレータ(302)を含むことを特徴とする、請求項1または2に記載の制御回路。 - 前記回路装置(300)は、前記第1(C1)および第2(C2)コンデンサの充電および放電のタイミングを調整するために、複数のスイッチ(S1〜S4)を含むことを特徴とする、請求項3に記載の制御回路。
- 前記定電流源(301)と前記第1コンデンサ(C1)との間に第1スイッチ(S1)が配置され、
前記第2コンデンサ(C2)を短絡させるための第2スイッチ(S2)は前記第2コンデンサ(C2)と並列に配置され、前記第2スイッチ(S2)は前記サンプリング信号(112)で制御可能であり、
前記第1(C1)および前記第2(C2)コンデンサは各々の一端子で共通接地電位に接続され、各々の他端子の間には第3スイッチ(S3)が配置されており、
前記第1コンデンサ(C1)を短絡させるための第4スイッチ(S4)は前記第1コンデンサ(C1)と並列に配置されていることを特徴とする、請求項4に記載の制御回路。 - 前記一次側スイッチ(T10)に対する前記制御信号(VG)は、前記スイッチがクローズしているときは高電位にあり、前記スイッチがオープンしているときは低電位にあり、前記減磁信号(VDemag)は、前記補助巻線(104)での電圧が所定閾値以下であるときは高電位にあり、前記補助巻線(104)での電圧が所定閾値以上であるときは低電位にあることを特徴とする、請求項2〜5のいずれかに記載の制御回路。
- 前記回路装置(300)は、前記複数のスイッチを前記電圧パルスの持続時間によって制御するために少なくとも1つの出力端を含む制御装置(304)をさらに含むことを特徴とする、請求項4〜6のいずれかに記載の制御回路。
- 前記制御装置(304)は第1(FF1)および第2(FF2)RSフリップ・フロップを含み、
前記第1RSフリップ・フロップ(FF1)は、そのセット入力端で否定スイッチオン信号に接続されるとともに、そのリセット入力端で前記減磁信号に接続され、前記第2RSフリップ・フロップ(FF2)は、そのセット入力端で前記減磁信号に接続されるとともに、そのリセット入力端で前記スイッチオン信号に接続され、
前記第1RSフリップ・フロップ(FF1)の出力は前記第1スイッチ(S1)を制御し、さらに前記第3スイッチ(S3)を制御するためのNORゲート(306)と接続されるとともに、その出力端で前記第4スイッチ(S4)を制御するANDゲート(308)の否定入力端と接続されており、
前記第2RSフリップ・フロップ(FF2)の出力端は前記NORゲート(306)の第2入力端と接続されるとともに、さらに前記ANDゲート(308)の第2入力端と接続されていることを特徴とする、請求項7に記載の制御回路。 - 請求項1〜8のいずれかに記載の制御回路を有する一次制御スイッチモード電源装置において、前記一次側スイッチ(T10)は電子スイッチ、好ましくはパワーバイポーラトランジスタである、一次制御スイッチモード電源装置。
- 一次制御スイッチモード電源装置の出力電力を制御するための制御変数をサンプリングする時期を決定するサンプリング信号を生成する回路装置において、前記スイッチモード電源装置は、一次側スイッチ(T10)および補助巻線(104)を有するトランス(101)を含み、前記一次側スイッチ(T10)のオープン後、電圧パルスが誘導され、前記回路装置(300)は、
定電流源(301)と、
前記定電流源(301)で充電される第1コンデンサ(C1)と、
前記第1コンデンサ(C1)と並列に接続される第2コンデンサ(C2)と、
前記2個のコンデンサ(C1,C2)の各々の一端子に接続され、前記2個のコンデンサ(C1,C2)の電圧が等しい場合、前記サンプリング信号(112)を出力できる、コンパレータ(302)を含むことを特徴とする、回路装置。 - 前記回路装置(300)は、前記第1(C1)および第2(C2)コンデンサの充電および放電のタイミングを調整するために、複数のスイッチ(S1〜S4)を含むことを特徴とする、請求項10に記載の回路装置。
- 前記定電流源(301)と前記第1コンデンサ(C1)との間に第1スイッチ(S1)が配置され、
前記第2コンデンサ(C2)を短絡させるための第2スイッチ(S2)は前記第2コンデンサ(C2)と並列に配置され、前記第2スイッチ(S2)は前記サンプリング信号(112)で制御可能であり、
前記第1(C1)および前記第2(C2)コンデンサは各々の一端子で共通接地電位に接続され、各々の他端子の間には第3スイッチ(S3)が配置されており、
前記第1コンデンサ(C1)を短絡させるための第4スイッチ(S4)は前記第1コンデンサ(C1)と並列に配置されていることを特徴とする、請求項11に記載の回路装置。 - 前記電圧パルスの持続時間(408)についての情報を含む少なくとも1つの入力信号に応じて前記複数のスイッチ(S1〜S4)を制御するために少なくとも1つの出力端を含む制御装置(304)をさらに含むことを特徴とする、請求項11または12に記載の回路装置。
- 前記入力信号(VG)は、前記一次側スイッチ(T10)に対する制御信号と、前記補助巻線(104)での電圧が所定閾値以下であるときは高電位にあり、前記補助巻線(104)での電圧が所定閾値以上であるときは低電位にある減磁信号(VDemag)とで構成されていることを特徴とする、請求項13に記載の回路装置。
- 前記制御装置(304)は第1(FF1)および第2(FF2)RSフリップ・フロップを含み、
前記第1RSフリップ・フロップ(FF1)は、そのセット入力端で否定スイッチオン信号に接続されるとともに、そのリセット入力端で前記減磁信号に接続され、前記第2RSフリップ・フロップ(FF2)は、そのセット入力端で前記減磁信号に接続されるとともに、そのリセット入力端で前記スイッチオン信号に接続され、
前記第1RSフリップ・フロップ(FF1)の出力端は前記第1スイッチ(S1)を制御し、また、前記第3スイッチ(S3)を制御するためのNORゲート(306)と接続されるとともに、その出力端で前記第4スイッチ(S4)を制御するANDゲート(308)の否定入力端と接続されており、
前記第2RSフリップ・フロップ(FF2)の出力は前記NORゲート(306)の第2入力端と接続されるとともに、さらに前記ANDゲート(308)の第2入力端と接続されていることを特徴とする、請求項14に記載の回路装置。 - トランスと一次側スイッチを有する一次制御スイッチモード電源装置の電力を制御する方法において、前記トランスは、前記一次側スイッチのオープン後、電圧パルスが誘導される補助巻線を含み、前記方法は、
1開閉サイクル中に、制御変数を発生させるための前記スイッチのオープン後、サンプリング時期を規定するサンプリング信号に応じて、前記電圧パルスの高さをサンプリングして記憶するステップと、
前記制御変数を参照値(reference value)と比較し、この比較の結果によって前記出力電力を調整するステップを含み、
前記サンプリング時期は、前の開閉サイクル中の前記補助巻線での前記電圧パルスの持続時間に基づいて決定される、方法。 - さらに、次の開閉サイクルに対してサンプリング信号が生成されることを特徴とする、請求項16に記載の方法。
- 前記サンプリング時期は、前記一次スイッチが前記電圧パルスの持続時間の固定分数、好ましくは2/3でオープンする時期に関して決定されることを特徴とする、請求項16または17に記載の方法。
- 前記サンプリング信号を発生させるステップは、
前記スイッチがオープンした後、前記第1コンデンサを充電するステップと、
前記第1コンデンサでの電圧を、前記第1コンデンサと並列に接続できる第2コンデンサでの電圧と比較するステップと、
この比較で両方のコンデンサでの電圧が等しいという結果が得られた場合、前記サンプリング信号を出力するステップを含むことを特徴とする、請求項16〜18のいずれかに記載の方法。 - 前記第2コンデンサは前記サンプリング信号の出力後に充電されることを特徴とする、請求項19に記載の方法。
- 前記第1コンデンサは、前記電圧パルスが終わるまで、定電流源から充電されることを特徴とする、請求項19または20に記載の方法。
- 前記第1および前記第2コンデンサは前記電圧パルスが終わるとき並列に接続されており、したがって、前記第2コンデンサは前記第1コンデンサで充電され、両コンデンサには同一電圧が存在していることを特徴とする、請求項19〜21のいずれかに記載の方法。
- 前記コンデンサはそれぞれ分離しており、前記第1コンデンサは、前記一次側スイッチがクローズしたときに放電されることを特徴とする、請求項19〜22のいずれかに記載の方法。
- 前記電圧パルスの始まりは、前記一次側スイッチに対する前記制御信号が低電位になることで規定され、前記電圧パルスの終わりは、減磁信号の立ち上がりで規定され、前記減磁信号は、前記補助巻線での電圧が所定閾値以下のときに高電位にあり、前記補助巻線での電圧が所定閾値以上のときに低電位にあることを特徴とする、請求項16〜23のいずれかに記載の方法。
- 前記出力電力を調節するステップは、前記一次側スイッチがオープンする時間を適用することを特徴とする、請求項16〜24のいずれかに記載の方法。
- 前記一次側スイッチはパワーバイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ(FET)または絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)であることを特徴とする、請求項16〜25のいずれかに記載の方法。
- 前記電圧パルスの高さをサンプリングして記憶するステップは、サンプルおよびホールド素子(S&H)で実行されることを特徴とする、請求項16〜26のいずれかに記載の方法。
- トランスおよび一次側スイッチを有する一次制御スイッチモード電源装置の出力電力を制御する方法において、前記トランスは補助巻線を含み、前記一次側スイッチのオープン後に第1電圧パルスが誘導され、前記一次側スイッチのクローズ後に第2電圧パルスが誘導され、前記方法は、
1開閉サイクル中に、制御変数を生成するための前記第1電圧パルスの高さをサンプリングして記憶するステップと、
前記制御変数を参照値(reference value)と比較し、この比較の結果によって前記出力電力を調整するステップと、
前記第2電圧パルスの高さをサンプリングして、この高さを閾値と比較し、この比較から前記閾値を逸脱していることがわかると、前記スイッチモード電源装置の安全な動作方式を設定するステップを含む、方法。 - 前記安全な動作方式を設定するステップは、前記一次側スイッチを制御するドライバをオフに切り換えることを含むことを特徴とする、請求項28に記載の方法。
- トランスおよび一次側スイッチを有する一次制御スイッチモード電源装置であって、前記トランスは補助巻線を含み、前記一次側スイッチのオープン後に第1電圧パルスが誘導され、前記一次側スイッチのクローズ後に第2電圧パルスが誘導される装置において、前記装置は請求項28または29に記載の方法を実施できることを特徴とする、一次制御スイッチモード電源装置。
- トランスおよび一次側スイッチを有する一次制御スイッチモード電源装置の出力電力を制御する方法において、前記一次側スイッチはドライバで制御可能であり、前記方法は、 前記トランスの一次巻線を流れる電流を検出するステップと、
検出された電流を第1閾値および第2閾値と比較するステップと、
検出された電流が前記第1閾値を逸脱しているときに、前記ドライバを高インピーダンス状態に切り換えるステップと、
検出された電流が前記第2閾値を逸脱しているときに、前記一次側スイッチをオープンするステップを含む、方法。 - 前記第1閾値は、前記第2閾値の80%に達していることを特徴とする、請求項31に記載の方法。
- 前記ドライバはプッシュ・プルドライバであることを特徴とする、請求項31または32に記載の方法。
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