JP2007014196A

JP2007014196A - スイッチング電源における故障の検出方法と検出装置

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Publication number: JP2007014196A
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Inventors: Stefan Baurle; ステファン・ボール; William M Polivka; ウィリアム・エム・ポリブカ
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Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2007-01-18
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Abstract

【課題】スイッチング電源が、出力がその調整値未満になるモードで動作している間に、スイッチング電源のフィードバック回路の故障を検出する技法を提供する。
【解決手段】電源は、出力がその調整値未満の間に、フィードバック信号がなければ、ある特定のスイッチング周波数で最大電力を供給する。故障時間の期間中にフィードバック信号が生じないと、故障保護回路によって平均出力電力が大幅に低減させる。フィードバック信号が生じない場合、電源は、故障時間の終了前に、スイッチング周波数を上げ、出力を調整値まで増加させることにより、最大出力電力を増加させる。出力が調整値に達する時、フィードバック信号が生じると、もとのスイッチング周波数が回復し、出力は無調整値に戻る。故障時間の終了時にフィードバック信号が生じなければ、故障保護回路が出力電力の大幅低減を行う。
【選択図】図６

Description

本発明は、一般に、電子回路に関するものであり、詳細には、本発明は、スイッチ・モード電源に関するものである。

スイッチング電源の一般的な用途はバッテリの充電である。バッテリ・チャージャの出力電力は、通常、調整電圧及び調整電流を生じるように制御される。電圧は、ある出力電流範囲にわたって、最高電圧と最低電圧の間で調整される。電流は、ある出力電圧範囲にわたって、最大電流と最小電流の間で調整される。調整は、出力電圧または出力電流がある調整値を超えるとすぐに電源の出力を低下させるフィードバック信号によって実施される。この電源は、一般に、フィードバック信号が生じない場合、過剰出力電圧または過剰出力電流を阻止する故障保護機能を備えている。故障保護機能がなければ、フィードバック信号の喪失を生じる故障によって、出力電圧または出力電流がバッテリまたは電源に損傷を与えるのに十分なほど増加する。従って、フィードバック信号がなければ、一般に、電源は、フィードバック信号が回復するまで、平均電圧と平均電流が大幅に低減する自動再始動サイクルで動作する。

一般に、バッテリ・チャージャは、通常、調整出力電流から調整出力電圧へ急激に遷移する。すなわち、デカルト座標にプロットされる出力電圧と出力電流の軌跡が、通常、最大出力電力に対応する遷移点に急な角を備えている。

調整電圧と調整電流の間で急激な遷移を示すバッテリ・チャージャの設計を実施すると、所望の機能をもたらすのに、必要以上にコストのかかる製品が生じる。調整電圧と調整電流との間の無調整遷移を設計することによって、バッテリ・チャージャのコストを削減し、かつ全ての要件を満たすことが可能になることがある。無調整遷移領域における出力電圧と出力電流は、スイッチング・レギュレータの固有出力特性によって制約され、一般に、ある特定の出力電圧と出力電流に関する最大出力電力曲線に従うことになる。

コストの低下を実現するため、スイッチング・レギュレータは、レギュレータが、調整出力電圧と調整出力電流との間に無調整遷移を生じさせて、電圧と電流がその指定の境界内に保たれるようにする制御回路で動作するように設計される。出力電圧と出力電流との指定の境界内における無調整遷移を適正に設計すると、最大出力電力が低下し、より大きい出力電力を保証するコンポーネントより低コストのコンポーネントを利用することが可能になる。制御回路は、負荷が要求する電流に従って、調整電圧、調整電流、または、無調整遷移を生じるようにスイッチング・レギュレータを動作させる。

フィードバック信号が生じないのに応答する故障保護機能によって、無調整遷移領域における持続的動作に対する障害が提示される。電源が無調整遷移領域で動作する場合、出力電圧と出力電流はその調整値を大幅に下回るので、フィードバック信号はほぼゼロになる。設計により、電源は、無調整遷移領域において最大出力電力を生じるように動作する。故障保護機能によって、電源は、一般に、起動後の通常の負荷条件下において、出力電圧または出力電流をゼロから調整値にするのに必要なほんの短い時間の間に、フィードバック信号なしで、最大出力電力を生じることが可能になる。通常の起動後にフィードバック信号が生じなければ、電源は自動再始動サイクルに入る。

本発明は、添付の図面において、制限のためではなく、例証のために詳細に図解されている。

電源に利用可能な電源レギュレータの実施形態が開示される。以下の説明において、本発明の完全な理解が得られるように、多くの具体的詳細が提示される。しかし、通常の当該技術者には明らかなように、その具体的詳細は、本発明の実施に用いることが必要というわけではない。本発明を曖昧にしないように、実施に関連した周知の方法については詳述しなかった。

本明細書全体を通じて、「１つの実施形態」または「ある実施形態」に対する言及は、本発明の少なくとも１つの実施形態に、その実施形態に関連して解説されるある特定の特徴、構造、または、特性が含まれることを意味している。従って、本明細書全体を通じて現れる「実施形態の１つ」または「ある実施形態」という言い回しは、必ずしも、全てが同じ実施形態に言及するものではない。さらに、特定の特徴、構造、または、特性は、任意の適合するやり方で、１つ以上の実施形態と組み合わせることが可能である。

従来の解決法より低コストで、バッテリ・チャージャの要件を満たすことができるようにし、電源に対するフィードバックの喪失による故障の保護を伴う無調整動作モードを提供する技法が開示される。本発明の実施形態は、フィードバック信号が生じないのに応答する故障保護回路で、電源が無調整遷移領域において動作できるようにする方法及び／または装置を対象とするものである。例証のため、図１には、本発明の教示によるバッテリ・チャージャである電源レギュレータの実施形態の１つを含む電源の実施形態の１つの機能ブロック図が示されている。図１に例示の電源のトポロジは、フライバック・レギュレータとして既知である。スイッチング・レギュレータには多くのトポロジや構成があり、図１に示すフライバック・トポロジが、本発明の教示に従って、他のタイプのトポロジにも適用可能な、本発明のある実施形態の原理を例証するために提示されたものであることは明らかである。

図１の電源は、無調整入力電圧Ｖ_IN１０５から負荷１６５に出力電圧を供給する。実施形態の１つでは、負荷１６５は、充電式バッテリである。入力電圧Ｖ_IN１０５は、エネルギ伝達素子Ｔ１１２５及びスイッチＳ１１２０に結合される。図１の例の場合、エネルギ伝達素子Ｔ１１２５は、電源の入力と電源の出力の間に結合されている。図１の例では、エネルギ伝達素子Ｔ１１２５は２つの巻線を備えた変圧器として示されている。一般に、変圧器は、追加の負荷に電力を供給したり、バイアス電圧をかけたり、負荷の電圧を検知したりするための追加の巻線を設けた３つ以上の巻線を備えることができる。スイッチＳ１１２０の最大電圧を制御するため、クランプ回路１１０が、エネルギ伝達素子Ｔ１１２５の一次巻線に結合されている。スイッチＳ１１２０は、本発明の教示によるコントローラ回路１４５の実施形態の１つに応答して、オン／オフされる。実施形態の１つでは、スイッチＳ１１２０は、例えば、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）のようなトランジスタである。実施形態の１つでは、コントローラ１４５には、集積回路と、個別電気部品が含まれている。スイッチＳ１１２０の動作によって、整流器Ｄ１１３０に脈動電流が生じ、コンデンサＣ１１３５によってフィルタがかけられて、負荷１６５にほぼ一定の出力電圧Ｖ_Oまたはほぼ一定の出力電流Ｉ_Oが生じることになる。

調整すべき出力量は、一般に、出力電圧Ｖ_O、出力電流Ｉ_O、または、両方の組み合わせとすることが可能なＵ_O１５０である。調整量は、必ずしも固定されておらず、フィードバック信号に応答して、所望の変化をするように調整することが可能である。後述するように、出力量Ｕ_O１５０は、無調整の場合でも、所望の変化が可能である。フィードバック信号に応答しない出力は無調整である。フィードバック回路１６０は、出力量Ｕ_O１５０に結合されて、コントローラ１４５の入力になるフィードバック信号Ｕ_FBを送り出す。コントローラ１４５に対するもう１つの入力は、スイッチＳ１１２０における電流Ｉ_D１１５を検知する電流検知信号１４０である。例えば、電流変圧器の場合のようなスイッチされる電流、または、例えば、個別抵抗器両端の電圧、または、トランジスタが導通している場合の、トランジスタ両端における電圧を測定するための多くの既知方法の任意のものを用いて、電流Ｉ_D１１５を測定することが可能である。

回路における１つ以上のコンポーネントの制限により、全ての電源設計において、スイッチには、超えることのできない最大電流限界Ｉ_MAXがある。全てのスイッチには、固有の電流制限があるが、スイッチング電源のコントローラは、通常、スイッチがその設計の最大電流限界を超えないようにする。

図１には、コントローラが出力量Ｕ_O１５０を調整するために調節可能なパラメータを示すため、電流Ｉ_D１１５の波形例が例示されている。電流Ｉ_D１１５の最大値はＩ_MAXであり、スイッチング周期はＴ_Sであり、デューティ比はＤである。コントローラは、一般に、デューティ比を１００％未満の最大値Ｄ_MAXに制限する。

実施形態の１つでは、コントローラ１４５は、スイッチＳ１１２０を操作して、出力Ｕ_O１５０をほぼその所望の値に調整する。実施形態の１つでは、出力Ｕ_O１５０は、出力電圧または出力電流の大きさに応答して、出力電圧から出力電流に変化する。実施形態の１つでは、コントローラ１４５に、ほぼ規則的なスイッチング周期Ｔ_Sを決める発振器が含まれている。実施形態の１つでは、調整は、スイッチング周期内におけるスイッチの導通時間を制御することによって実施される。各スイッチング周期における、スイッチを閉じるスイッチング周期部分が、スイッチのデューティ比Ｄである。実施形態の１つでは、調整はスイッチの最大電流Ｉ_MAXの制御によって実施される。もう１つの実施形態では、調整は、スイッチング周期Ｔ_Sの制御によって実施される。

実施形態の１つでは、コントローラ１４５は、フィードバック信号Ｕ_FBが生じないか、または、低すぎて、出力の調整に影響を与えることができない場合、その最大電流またはその最大デューティ比でスイッチＳ１を動作させ、調整を加えない出力Ｕ_O１５０が送り出されるようにする。低すぎて、出力の調整に影響を与えることができないフィードバック信号Ｕ_FBは、フィードバック信号が生じないのと同等である。無調整出力Ｕ_Oの値は、ある特定の１組の動作条件に関する回路の最大電力供給能力によって決まる。瞬時出力電力Ｐ_Oは、出力電圧Ｖ_Oと出力電流Ｉ_Oとの積である。

実施形態の１つでは、コントローラ１４５には、低減させた平均出力電圧と低減させた平均出力電流で電源を動作させて、フィードバック信号がコントローラに到達するのを妨げる故障による損傷を回避する保護機能が含まれている。実施形態の１つでは、保護機能は自動再始動サイクルである。自動再始動サイクルにおける実施形態の１つでは、コントローラ１４５によって、電源スイッチＳ１１２０は、出力Ｕ_Oがフィードバック信号Ｕ_FB１５５を生じるのに十分な長さの持続時間にわたって無調整で動作させられ、許されたスイッチング期間中に、出力がフィードバック信号Ｕ_FBを生じない場合、ある長い時間間隔にわたってスイッチングの生じない状態が後続する。自動再始動サイクルは、フィードバック信号Ｕ_FB１５５が適正な調整基準を満たすまで繰り返される。

フィードバック信号ＵＦＢ１５５に応答しない場合、パラメータＩ_MAX、Ｄ、Ｔ_Sを固定することもでき、あるいは、例えば、入力電圧Ｖ_IN１０５または負荷１６５といった他の量の変化に応答して、変化させることも可能である。実施形態の１つでは、こうした変化は、フライバック・トポロジのような電力変換装置のトポロジに固有の特性によって決まる。例えば、固定量Ｖ_IN１０５、Ｉ_MAX、Ｔ_Sに関して、デューティ比Ｄは、出力電圧ＶＯの既知関数である。従って、レギュレータの実施形態の１つは、出力が、本発明の教示に従ってフィードバック信号によって調整されない場合、所望の挙動を示すように設計することが可能である。後述のように、コントローラ１４５に含まれる発振器の実施形態の１つは、一時的に高周波数でスイッチし、回路の最大出力電力供給能力を高めるように構成される。

図２には、本発明の教示に従って動作するスイッチング電源の実施形態の１つによる出力電圧と出力電流の境界が示されている。電源の出力は、内側境界２０５と外側境界２１０の間の実線領域２１５内に限定される。外側境界２１０は、最大出力電圧Ｖ_OMAXと最大出力電流Ｉ_OMAXに対する線の交点２００における最大出力電力Ｐ_MAXを決める最大出力電圧Ｖ_OMAXと最大出力電流Ｉ_OMAXを設定する。実線領域２１５内の出力特性を有する電源は、最大出力電力Ｐ_MAX未満で外側境界２１０と内側境界２０５の間で動作する。こうした電源は、一般に、Ｐ_MAXでの動作が可能なものよりコストが低くなる。

図３には、本発明の教示にしたがって動作するスイッチング電源の実施形態の１つに関する出力電圧と出力電流の特性が示されている。出力電圧と出力電流は、３つの異なる線分を含む曲線を辿る。各線分は、異なる動作領域に対応する。出力電圧は調整電圧領域の線分３００に沿って調整される。出力電流は調整電流領域の線分３２０に沿って調整される。出力電圧と出力電流が無調整遷移領域の線分３１０に沿って無調整であり、線分３１０は、フィードバックがない場合の、電源に関するある特定の入力電圧と、ある特定のスイッチング周波数における最大出力電力を表している。図示のように、出力電圧と出力電流は、指定の境界３３０と３５０の範囲内にある。

実施形態の１つでは、スイッチング電源は、フィードバック信号が生じない場合に、最大出力電力の持続的供給を阻止する保護機能を備えている。実施形態の１つでは、故障検出期間Ｔ_FAULTを超える時間にわたってフィードバック信号が生じなければ、電源は、平均出力電力を大幅に低減させる自動再始動モードに入る。従って、この保護機能によれば、時間Ｔ_FAULTを超える期間にわたって、電源が無調整最大電力の線分３１０に従って動作することができなくなる。

本発明の実施形態によれば、Ｔ_FAULTよりわずかに短い時間にわたってフィードバックが生じない場合に、短時間だけ電源の最大出力電力量を増加させることによって、自動再始動保護機能によって課せられる制限が克服される。最大出力電力が増加すると、出力電圧または出力電流が、それぞれ、線分３１０に沿ったその値からＶ_REGまたはＩ_REGの調整値まで上昇する。フィードバック回路要素に故障がなければ、フィードバック信号によって、コントローラは、自動再始動モードに入るのを回避して、出力電力を線分３１０に沿ったそのもとの値にリセットする。

図４Ａ、図４Ｂには、フィードバック信号がない場合の無調整状態から、出力電力の一時的増加に応答して、フィードバック信号を強制する調整状態への動作点の移動が例示されている。これらの図には、本発明の教示によるスイッチング電源のある実施形態の出力電圧と出力電流の軌跡が示されている。出力電圧は線分４００に沿って調整される。出力電流は線分４２０に沿って調整される。出力電圧と出力電流が線分４１０に沿って無調整である。実施形態の１つでは、出力電力が増加すると、図４Ａにおける移動４４０で例示のように、動作点４３０が、無調整動作４１０の線分上におけるその位置から調整電流４５０に移動する。実施形態の１つでは、出力電力が増加すると、図４Ｂにおける移動４７０で例示のように、動作点４３０が、無調整動作４１０の線分上におけるその位置から調整電圧４６０に移動する。電源回路及び負荷の特定の特性によって、その最大出力電力の増加に応答して、無調整動作線分４１０から調整電圧４６０または調整電流４５０へ移動する際の、動作点の実際の経路が決まる。

スイッチング電源の最大出力電力は、最大スイッチ電流Ｉ_MAXと、スイッチング周期Ｔ_Sの逆数であるスイッチング周波数ｆ_Sによって設定される。コンポーネントの能力の限界によって、通常、Ｉ_MAXの増加が妨げられるが、通常は、その最適値を大幅に超えてスイッチング周波数を高くすることが可能である。スイッチング周波数の最適値は、一般に、他の設計制約条件の範囲内において最高の効率が得られるように選択される。短時間であれば、より高い周波数での動作による効率の低下は、通常、ごくわずかである。従って、スイッチング周波数を一時的に高くすると、ほとんど不利益を生じることなく、スイッチング電源の最大出力電力を増加させることが可能になる。

図５には、理論的最大出力電力と、電流制限スイッチを備えたスイッチング電源のスイッチング周波数との関係がグラフで示されている。図５の波形は、異なる形状の電流によって表示された２つの基本動作モードを例示している。三角形５３０は、不連続導通モード（ＤＣＭ）の特性を示しており、一方、台形５４０は、連続導通モード（ＣＣＭ）の特性を示している。

ある特定の最大スイッチ電流Ｉ_MAXに関して、スイッチング電源の最大出力電力は、スイッチング周波数の２つの単純な関数によって表わされる。
Ｐ＝（Ｐ_MAXDCM／ｆ_SMAXDCM）ｆ_S ０≦ｆ_S≦ｆ_SMAXDCM 式１
及び
Ｐ＝Ｐ_MAXDCM（２−ｆ_SMACDCM／ｆ_S）ｆ_S≧ｆ_SMAXDCM 式２
ここで、ｆ_Sはスイッチング周波数であり、Ｐ_MAXDCMは不連続導通モードにおける最大電力であり、ｆ_SMAXDCMは、スイッチの電流がＩ_MAXに達するのを可能にする不連続導通モードにおける最大スイッチング周波数である。Ｐ_MAXDCMとｆ_SMAXDCMの値は、当該技術者には明らかなように、回路のコンポーネントの値によって決まる。従って、それらは、この式における制約条件である。

図５には、ゼロ周波数と不連続導通モードにおける最大周波数であるｆ_SMAXDCMとの間の領域５１０における、式１によって表わされる線形関係が示されている。線形領域５１０において、出力電力は、スイッチング周波数ｆ_Sに正比例する。不連続導通モードにおける最大電力は、スイッチング周波数ｆ_SMAXDCMにおけるＰ_MAXDCMである。

領域５２０では、ｆ_SMAXDCMを超える周波数で、電源は連続導通モードで動作する。連続導通モードにおいて、電力曲線は、Ｐ_MAXDCMの２倍の最大値に近づく、式２によって表わされる双曲線の一部をなす。図５に示すように、スイッチング周波数が高くなると、出力電力が増加する。

図６は、本発明の教示に従って、無調整出力で動作するスイッチング電源に関して故障検出を行う方法の実施形態の１つを表わすフローチャートを例示したものである。図示のように、スイッチング周波数は、ブロック６０５において２つの値の低い方に設定され、ブロック６１０において、故障タイマがリセットされる。ブロック６１５において、フィードバック信号Ｕ_FBが測定される。

ブロック６２０によって示されるように、フィードバック信号ＵＦＢが生じると、それぞれ、ブロック６２５、６１０によって示されるように、スイッチング周波数は低いままで、故障タイマがリセットされる。フィードバック信号Ｕ_FBが生じなければ、ブロック６３０によって示されるように、故障タイマのリセット以降の時間が、故障時間Ｔ_FAULT未満の時間Ｔ_CHECKと比較される。

Ｔ_CHECKとＴ_FAULTとの間において、電源は、フィードバック・チェック操作で、フィードバック回路の動作を検査する。ブロック６３５、６４０、６１５、６２０によって示されるように、フィードバック・チェック操作によって、スイッチング周波数が上昇して、２つの値の高い方になり、その結果、出力電力が増加して、出力電圧または出力電流が調整値まで上昇する。出力電力の増加に応答して、フィードバック信号が生じると、スイッチング周波数は低い方の値まで低下し、故障タイマがリセットされる。ブロック６４０、６４５によって示されるように、故障時間Ｔ_FAULTの後、フィードバック信号が生じない場合、電源は自動再始動サイクルに入る。自動再始動サイクルは、フィードバック信号が生じるまで続行される。

図７Ａには、本発明の教示による集積回路の実施形態の１つが例示されている。実施形態の１つにおいて、スイッチング電源用コントローラの実施形態の１つの機能要素が示されている。例えば、図７Ａには、パワー・トランジスタ・スイッチ７５０、発振器７４０、自動再始動カウンタ７１０を含む集積回路７００の機能ブロック図が示されている。集積回路７００が電源において動作状態にある実施形態では、動作可能／不足電圧端子７４５が、パワー・トランジスタ７５０がスイッチすべきか否かを指示するフィードバック信号を受信する。フィードバック信号が生じないのは、フィードバック回路の故障または所望の無調整動作モードを示す可能性がある。集積回路は、発振器７４０と共に自動再始動カウンタ７１０を利用し、スイッチ７５０の所望の動作を選択する。

発振器７４０は、自動再始動カウンタ７１０からの信号に従って、異なるスイッチング周波数でクロック信号７３５を発生する。クロック信号７３５は、例えば、平均値が１３２ｋＨｚの公称スイッチング周波数を有している。公称スイッチング周波数は、自動再始動カウンタ７１０から受信するジッタ信号７３０に応答して、例えば、±４ｋＨｚの周波数変調によって平均値に関する変調が施される。周波数変調は、一般に、公称スイッチング周波数の平均よりはるかに低い。ジッタ信号７３０によって、例えば、１ｋＨｚのジッタ変調速度で公称スイッチング周波数が変調される。ジッタ変調速度は、一般に、ジッタ変調をはるかに下回る。フィードバック・チェック周波数は、自動再始動カウンタ７１０からのループ・チェック信号７２０に応答して選択される、公称値の２倍である。故障周波数は、自動再始動カウンタ７１０からの故障存在信号７１５に応答して選択される。故障周波数は、一般に、公称スイッチング周波数の５％である。

図７Ａには、動作可能／ライン不足電圧信号７０５、クロック信号７３５、リセット信号７２５を受信する自動再始動カウンタ７１０が示されている。自動再始動カウンタ７１０は、ジッタ信号７３０、フィードバック・チェック信号７２０、故障存在信号７１５を送り出す。図７Ｂには、本発明の教示による自動再始動カウンタ７１０の実施形態の１つに関する詳細が示されている。図示のように、自動再始動カウンタ７１０には、論理ゲート７６０、７７５、７８０、７６５、７７０を備えた、１４ビット２進カウンタ７５５が含まれている。

自動再始動カウンタ７１０は、フィードバック回路の動作検査のための、及び故障検出時における動作自動再開のためのスイッチング周波数変更のタイミングを提供する。２進カウンタ７５５から出力される１４ビットは、Ｑ₁を最下位ビットとし、Ｑ₁₄を最上位ビットとして、Ｑ₁〜Ｑ₁₄で表示されている。４つのビットＱ₄、Ｑ₅、Ｑ₆、Ｑ₇は、ジッタ信号７３０を構成している。４つの最上位ビットＱ₁₁、Ｑ₁₂、Ｑ₁₃、Ｑ₁₄は、故障タイマを構成している。ビットＱ₁₁〜Ｑ₁₄は、論理ゲート７７５、７６５、７８０、７２０によって復号され、フィードバック信号７２０及び故障存在信号７１５が生じる。リセット入力７２５によって、カウンタのビットＱ₈〜Ｑ₁₄だけがゼロにリセットされる。ビットＱ₁〜Ｑ₇は、カウンタ７５５がジッタ出力７３０に関するタイミングを維持できるようにするため、リセットされない。

表７８５に示すように、公称スイッチング周波数の平均が１３２ｋＨｚの場合、故障タイマが端子７４５にフィードバック信号が生じることによって、より短い時間でリセットされない限り、フィードバック・チェック信号７２０が、故障タイマのリセットから約３８．８ミリ秒後にアサートされる。故障タイマが、端子７４５にフィードバック信号が生じることによって、より短い時間でリセットされない限り、フィードバック・チェック信号７２０によって、約１１．６ミリ秒のフィードバック・チェック時間にわたって、発振器の周波数が倍になる。故障タイマが、フィードバック・チェック時間内にフィードバック信号が生じることによってリセットされなければ、自動再始動カウンタ７１０によって、故障存在信号７１５がアサートされる。故障存在信号７１５によって、発振器の周波数は、その公称値の約５％の故障周波数まで低下する。端子７４５にフィードバック信号が生じると、故障タイマがリセットされ、発振器が公称スイッチング周波数にリセットされる。

以上の詳細な説明では、特定の典型的な実施形態に関連して、本発明の方法及び装置の解説が行われた。しかしながら、本発明のより広い精神及び範囲から逸脱することなく、それらにさまざまな修正及び変更を加えることができるのは明らかである。本明細書及び図は、従って、制限ではなく例証とみなされる。

本発明の教示による故障保護によって、無調整遷移領域で動作可能なスイッチング電源の実施形態の１つに関する機能ブロック図である。本発明の教示による故障保護によって、無調整遷移領域で動作可能なスイッチング電源の実施形態の１つに関する出力電圧と出力電流の境界を示すダイアグラムである。本発明の教示による調整電圧と調整電流との間の無調整遷移を含む、電源からの出力電圧と出力電流との関係を示す図である。本発明の教示による、フィードバック信号が生じない場合の無調整状態から出力電力の一時的増加に応答してフィードバック信号を強制する調整状態への、電源の動作点の軌跡を示す図である。本発明の教示による、フィードバック信号が生じない場合の無調整状態から出力電力の一時的増加に応答してフィードバック信号を強制する調整状態への、電源の動作点の軌跡を示す図である。本発明の教示に従って、出力電力の一時的増加をスイッチング周波数の一時的上昇によっていかに実現できるかを例示した、スイッチング周波数の関数としてのスイッチング電源の理論的最大出力電力に関するグラフである。本発明の教示によるスイッチング電源のある実施形態に関する無調整動作での故障保護を行う方法の実施形態の１つに関するフローチャートである。本発明の教示によるスイッチング電源用のコントローラの実施形態の１つに関する機能要素を示す図である。本発明の教示によるスイッチング電源用のコントローラの実施形態の１つに含まれる自動再始動カウンタの実施形態の１つの詳細図である。

符号の説明

１１０クランプ回路、１２０スイッチＳ１、１２５エネルギ伝達素子Ｔ１、１３０整流器Ｄ１、１３５コンデンサＣ１、１４５コントローラ、１６０フィードバック回路、１６５負荷

Claims

電源のエネルギ伝達素子に結合されるスイッチと、
コントローラに結合され、前記電源の出力からフィードバック信号を受信するように結合されたフィードバック回路と、
前記スイッチと前記フィードバック回路に結合され、前記電源の出力において出力電圧と出力電流の組合せを調整するために前記スイッチのスイッチングを制御するコントローラと
を含み、
前記出力電圧と出力電流の組合せが、少なくとも１つの調整出力領域と１つの無調整出力領域が存在するように出力領域に対応し、
前記コントローラが、第２のスイッチング周波数が第１のスイッチング周波数より高い第１と第２のスイッチング周波数を有する発振器を含み、
前記コントローラが、さらに、適正なフィードバック信号のない期間を測定するための故障タイマを備えた故障検出回路を含み、
前記故障検出回路が、動作の故障モードと、動作のフィードバック・チェック・モードを有し、前記動作の故障モードでは、前記フィードバック信号が故障時間より長い間生じなければ、前記電源の出力における平均電力が大幅に低減し、前記動作のフィードバック・チェック・モードでは、前記フィードバック信号が前記故障時間より短い期間にわたって生じなければ、前記スイッチング周波数が、前記第１のスイッチング周波数から前記第２のスイッチング周波数に上昇することを特徴とする、
スイッチング・レギュレータ回路。
前記スイッチング・レギュレータがバッテリ・チャージャに含まれることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング・レギュレータ。
前記コントローラに、集積回路が含まれることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング・レギュレータ。
前記コントローラに、個別電気部品が含まれることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング・レギュレータ。
電源の出力から受信するフィードバック信号を測定して、前記電源の出力電力を制御するステップと、
第１の期間にわたって、適正なフィードバック信号が生じないと、無調整フィードバック・チェック・モードで前記電源を動作させるステップと、
前記第１の期間より長い第２の期間にわたって、適正なフィードバック信号が生じないと、無調整自動再始動モードで前記電源を動作させるステップと
を含む方法。
さらに、前記無調整フィードバック・チェック・モードの間、スイッチング周波数を上げるステップが含まれることを特徴とする請求項５に記載の方法。
さらに、前記適正なフィードバック信号が生じない時間期間を測定するステップが含まれることを特徴とする請求項５に記載の方法。
さらに、前記電源の出力電力を増加させることによって、前記電源の動作点を無調整状態から調整電流動作点に移動させるステップが含まれることを特徴とする請求項５に記載の方法。
さらに、前記電源の出力電力を増加させることによって、前記電源の動作点を無調整状態から調整電圧動作点に移動させるステップが含まれることを特徴とする請求項５に記載の方法。
さらに、前記電源のスイッチング周波数に応答して、前記電源の最大出力電力を調節するステップが含まれることを特徴とする請求項５に記載の方法。