JP2007020392A

JP2007020392A - スイッチング電源における障害条件に対する条件付き応答のための方法および装置

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Publication number: JP2007020392A
Application number: JP2006187642A
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Inventors: Stefan Baurle; ステファン・ボール; Alex B Djenguerian; アレックス・ビイ・ジェングリアン; Kent Wong; ケント・ウォン
Original assignee: Power Integrations Inc
Current assignee: Power Integrations Inc
Priority date: 2005-07-07
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2007-01-25
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Also published as: US7405954B2; EP1742337A2; US20070242488A1; JP5314111B2; US20070008749A1; CN1929230A; CN101800417A; CN1929230B; US7245510B2; US7518889B2; US20090251931A1; US7859865B2; CN101800417B; EP1742337A3; JP4987370B2; US20080259653A1; JP2012044865A

Abstract

【課題】電力変換装置の出力を調整する技術を提供すること。
【解決手段】電力変換装置が電力変換装置の入力と出力の間に結合されたエネルギー伝達要素を含む。電力変換装置内に含まれるスイッチがエネルギー伝達要素の入力に結合される。電力変換装置はスイッチに結合されたコントローラ回路も含む。コントローラ回路は電力変換装置の出力を表すフィードバック信号を受け取り、かつ、電力変換装置入力電圧を表す信号を受け取るように結合される。コントローラ回路は、スイッチのスイッチングを制御して、フィードバック信号に応答して電力変換装置の出力に調整された出力パラメータを提供する。コントローラ回路は、電力変換装置入力電圧が閾値レベルを超えている場合、電力変換装置出力パラメータの調整が失われたことの検出に応答して、電力変換装置をオフ状態にラッチする。また、コントローラ回路は、電力変換装置出力パラメータが調整されている間、電力変換装置入力電圧を表す信号に反応しない。
【選択図】図２

Description

本発明は、概ね、電子回路に関し、より具体的には、本発明は、障害条件に応答する回路に関する。

オフラインのスイッチング電源は、一般に、出力電圧および／または電流などの出力パラメータを調整するために制御ループを使用する。安全上の理由で、それらの電源は、例えば、調整が失われ、電力変換装置が、温度閾値を超えた障害条件が生じた場合に、システム全体を保護するのに役立つ手段を設けることが、しばしば、必要である。さもなければ、出力回路、または接続された負荷が、あるいは最悪のケースでは、出力もしくは電力変換装置容器に触れている人が、そのような条件下で傷つけられる可能性がある。

しかし、調整が失われること、または温度閾値を超えることは、電源において様々な原因を有する。第１に、調整が失われることは、制御ループにおける欠陥部品によって生じることがある。一例が、電源の出力側、つまり、２次側から、入力側、つまり１次側に、絶縁バリアを越えてフィードバック信号を結合するために通常使用される、不良の光結合器である。

第２に、調整が失われることは、出力過負荷条件または出力短絡条件によって生じることがある。出力過負荷条件のケースでは、電源が、要求される電力をもはや供給することができなくなると、出力電圧はその調整値を下回って低下する。出力短絡条件のケースでは、出力電圧は０近くまで低下する。両方のケースで、要求される電力は電源の能力を超える。調整は失われる。

また、調整が失われることは、例えば、電源が、電線から抜かれた場合などの、通常の電源切断中にも生じることがある。交流（ＡＣ）入力電圧が、取り外されると、電源への入力電圧が最終的にあまりにも低下して、変換装置が出力電力を供給することができなくなり、調整が失われるからである。調整が失われることの、この最後の原因に関する別の例が、ＡＣ入力電圧またはライン入力電圧の一時的な低下である。ＡＣ電圧が低下した条件下で、電力変換装置内部の様々な部品の温度には、通常、さらなる熱ストレスがかかり、これにより、個々の部品、または変換装置全体が、安全な温度閾値を超えることになる可能性がある。

本発明を、例として、限定としてではなく、添付の図に詳細に示す。

本発明の教示による障害条件に対する条件付き応答が存在する電源の実施形態の例を開示する。以下の説明では、本発明の徹底的な理解をもたらすために、多数の特定の詳細を提示する。しかし、その特定の詳細が、本発明を実施するのに使用されなくてもよいことが当業者には明白となろう。実施に関連する周知の方法は、本発明を不明瞭にするのを避けるために、詳細に説明していない。

本明細書全体で、「一実施形態」または「実施形態」について述べることは、その実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。このため、本明細書全体の様々な箇所における「一実施形態の場合」または「ある実施形態では」という句の出現は、必ずしもすべて、同一の実施形態について述べていない。さらに、以下に説明され、かつ／または図面に示される特定の特徴、構造、特性、組み合わせ、および／または部分的組み合わせは、本発明の教示による１つまたは複数の実施形態において、任意の適切な形で組み合わせられることが可能である。

一実施形態の場合、一部の応用例では、本発明の教示によれば、電源内の障害条件に対する条件付き応答が提供される。例示的な応用例がプリンタ用の電源である。一部の状況下で、電源は、例えば、調整が失われたことが検出された場合、または、例えば、温度閾値を超えた場合、ラッチ・オフしなければならない。それらの状況には、出力短絡、または出力過負荷が含まれ、あるいは、電源入力電圧が、通常の動作範囲内にありながら、不良の部品に起因する壊れた制御ループが含まれ、つまり、電源の通常の動作規格を満たすように電源の設計内に設定された閾値を超えることが含まれる。自動的な再起動の試みは、全く行われてはならない。さもなければ、インクジェット・プリンタ内部の用紙を運んでいるモータが、例えば、用紙が詰まった場合、損傷を受ける可能性がある。しかし、通常の電源切断中、または欠けているライン・サイクル中、または長い低入力電圧期間中、障害条件に応答するラッチング・シャットダウンは回避されなければならない。この条件下で、自動的再起動は、入力電圧が、電源の通常の動作範囲内に再び戻った場合に望ましい。

障害条件の原因の性質を検出することができない制御システムの問題に対処する方法と装置を本明細書で開示する。障害条件を検出した後、設計者は、入力電圧が閾値レベルを超えている場合のラッチング・シャットダウンと、障害条件が、入力電圧が閾値レベルを下回っていることに起因する場合のヒステリシス再起動シャットダウンまたは自動再起動シャットダウンの間で選択を行うことができる。例えば、一実施形態の場合、電源は、入力電圧が、閾値レベルを超えて再び上昇した場合、再起動の試みを開始する。一実施形態の場合、電源コントローラが、障害条件の性質を区別し、本発明の教示に従って障害条件が検出された後に受け取られるさらなる情報に応じて、異なるアクションを決めることができる。一実施形態の場合、これは、障害条件検出と入力電圧感知の両方が、集積回路コントローラ回路の単一のピン上で実行されることを可能にするという利点を有し、障害条件の検出の後、入力電圧が閾値を超えている場合、集積回路がオフ条件にラッチされる。

図１Ａは、本発明の教示にしたがって障害条件を検出するために、電力変換装置のコントローラ回路に複数の入力１８０の１つまたは複数が結合された電力変換装置の例を示す。複数の入力１８０に含まれる信号は、電力変換装置に障害が存在することを示すことが可能であり、そのような信号には、ライン入力電圧を表す信号、電源の調整された出力パラメータ、および／または熱信号の１つまたは複数が含まれるが、それらには限定されない。例えば、電源の調整された出力パラメータを表す信号は、電力変換装置の出力パラメータの調整が失われたという、電力変換装置における障害条件を示すのに使用できる。同様に、熱信号は、電力変換装置内部の部品の温度を表し、したがって、電力変換装置において熱障害条件が存在することを示すのに使用できる。したがって、本発明の教示によれば、例えば、ＡＣ入力電圧またはＤＣバス（バルク）電圧を表す信号を含め、複数の入力１８０は、障害条件をまず検出し、次に、その障害条件の理由を特定するのに使用される。以下に説明するとおり、ある実施形態に関する電力変換装置の様々な例が、本発明の教示によれば、検出された障害条件に応答して条件付き応答を有するように結合される。

図示した例に示されるとおり、ＡＣライン電圧Ｖ_IN１０５が、ブリッジ整流器ＢＲ１１１０によって整流され、バルク・キャパシタＣ１１１５によって平滑化される。電力は、エネルギー伝達要素Ｔ１１３０の入力に結合された電源スイッチＳ１１２５のスイッチングに応答して、エネルギー伝達要素Ｔ１１３０を介して負荷１５５に供給される。図１Ａの例では、エネルギー伝達要素Ｔ１１３０は、変圧器として示されている。変圧器出力電圧は、整流器Ｄ１１３５とキャパシタＣ２１４０によって整流され、平滑化される。出力電圧Ｖ_O１５０、出力電流Ｉ_O１４５、あるいはＶ_O１５０とＩ_O１４５の組み合わせなどの出力パラメータは、フィードバック回路１６５とコントローラ１７５を介して調整される。

一実施形態の場合、フィードバック回路１６５は、電源の出力を感知するために、電源の出力に直接に結合されている。一実施形態の場合、フィードバック回路１６５は、フィードバック信号Ｕ_FB１７０を生成するために、出力電圧Ｕ_O１６０の表現を基準電圧Ｕ_REF１８５と比較する。このフィードバック信号Ｕ_FB１７０は、電圧Ｖ_O１５０または出力電流Ｉ_O１４５などの出力パラメータを調整するために、コントローラ１７５によって処理される。一実施形態の場合、フィードバック信号Ｕ_FBは、電圧Ｖ_O１５０または出力電流Ｉ_O１４５などの出力パラメータの調整が失われたことを検出する手段となる複数の入力１７０の１つであってもよい。図示するとおり、コントローラ１７５は、電源スイッチＳ１１２５のスイッチングを制御するように結合されて、電力変換装置の出力パラメータを調整する駆動信号１７６を生成する。一実施形態の場合、入力ライン感知回路１５２の出力１５１がコントローラ１７５への複数の入力１８０の１つである。一実施形態の場合、ライン感知回路１５２の機能は、ＡＣ入力電圧Ｖ_IN１０５の大きさを監視することである。

図１Ｂは、図１Ａの電力変換装置と多くの類似点を共有するが、エネルギー伝達要素１９７の一部を形成するバイアス巻線１８８が追加されている電力変換装置の例を示す。図１Ａの回路と共通して、ＡＣライン電圧Ｖ_IN１９０は、ブリッジ整流器ＢＲ１１９２によって整流されて、バルク・キャパシタＣ１１９３で平滑化される。電力は、エネルギー伝達要素Ｔ１１９７の入力に結合された電源スイッチＳ１１９６のスイッチングに応答して、エネルギー伝達要素Ｔ１１９７を介して負荷１６４に供給される。図示した例に示されるとおり、電源スイッチＳ１１９６は、コントローラ１８７から受け取られる駆動信号１７３に応答してスイッチングさせられる。図示した例では、コントローラ１９７は、フィードバック回路１８３からのフィードバック信号Ｕ_FB１８２を含む複数の入力１８１を受け取るように結合される。一例の場合、フィードバック回路１８３は、基準電圧Ｕ_REF１８６を受け取るように結合される。図１Ｂの例では、エネルギー伝達要素Ｔ１１９７は変圧器として示されている。変圧器出力電圧は、整流器Ｄ１１９８とキャパシタＣ２１９９によって整流され、平滑化される。出力電圧Ｖ_O１６２または出力電流Ｉ_O１６３などの出力パラメータは、フィードバック回路１８３とコントローラ１８７を介して調整される。しかし、図１Ｂの回路は、コントローラ１８７に電力供給し、かつ／またはフィードバック回路１８３に対する出力電圧１６２を表す出力信号を生成する低電圧電源として使用できるバイアス巻線１８８を有する。バイアス巻線信号１８９が、フィードバック回路１８３に結合されるケースでは、信号１８４はもはや要求されず、代わりに、コントローラ１８７が、スイッチ１９６をスイッチングして、バイアス巻線信号１８９を調整するように適応する。フィードバック回路１８３内部の回路配線に依存して、調整されるバイアス巻線信号は、バイアス巻線１８８の両端の電圧、またはバイアス巻線１８８の両端の電圧から引き出された電流である。したがって、図１Ｂの回路内で、電力変換装置出力パラメータ、Ｖ_O１６２の調整が失われたことは、バイアス巻線によって生成されたバイアス巻線出力信号１８９を感知することによって検出される。

図２は、様々な障害条件の下における動作の流れ図を示す。電源の起動時に、ブロック２１０で、ＡＣ入力電圧が、起動閾値レベルを超えているかどうかがまず確認される。このブロックは、電源への入力電圧が、要求される出力パラメータの調整を維持するだけ十分に高いことを確かめる。

入力電圧が十分に高いとすぐに、ブロック２２０によってスイッチングが開始される。本開示では、スイッチングという用語は、例えば、図１ＡのスイッチＳ１１２５のような、電源スイッチの動作を指し、電力変換装置出力負荷にエネルギーを供給するアクションを表すのに使用される。

電源が、スイッチングを開始すると、ブロック２３０が、制御ループを常時、監視して、調整される出力パラメータが、依然、調整されているかどうかを確認する。代替の実施形態では、本発明の教示によれば、ブロック２３０は、代わりに、例えば、図１ＡのスイッチＳ１１２５のような、電力変換装置電源スイッチ、またはエネルギー伝達要素、あるいは電力変換装置内部の他の任意の部品の１つまたは複数の温度を監視することもできることが理解されよう。その場合、ブロック２３０において行われる判定は、温度が監視されている部品または部品群が、温度閾値を下回っているかどうかである。

温度閾値を超えた場合、そのことによって、ブロック２４０に示すとおり、電力変換装置のスイッチングが停止される。しかし、残りの説明では、調整が失われることは、障害条件の指示として使用される。

調整が失われると、ブロック２４０で示されるとおり、スイッチングが終了し、ラッチが設定される。スイッチングは、調整が失われると即時に終了されることも、または非常に高い遷移負荷条件などの、調整が短い期間にわたって失われることが可能な、電力変換装置の通常の動作中の条件を考慮に入れるために、調整が失われた時点からある期間の後に終了されることも可能である。

調整が失われた後、調整が失われたことが、本明細書では、再起動閾値レベルと呼ばれる閾値を、ＡＣライン電圧が下回ったことに起因していたかどうかを、ブロック２５０が検出する。ＡＣライン電圧が、その再起動閾値レベルを超えている場合、調整が失われたことの原因は、壊れた制御ループ、または出力過負荷、または短絡であると考えられる。これらすべてのケースで、電源はラッチ・オフされる。

例えば、再起動閾値レベルを下回っているなどの、ＡＣ入力が十分に高くない場合、ラッチは、ブロック２６０に示されるとおり、リセットされる。その場合、通常の電力切断またはＡＣライン低下が、調整が失われたことの原因である可能性があり、再起動の試みが許される。

この例では、ブロック２８０における判定で、ＡＣ入力電圧が、起動閾値を超えて再び上昇した時、電力変換装置が再起動しようと試みるまでのオフ期間をブロック２７０が確立する。一実施形態の場合、オフ期間は０でもよく、すると、電源動作は、ブロック２８０に示されるとおり、入力電圧レベルが起動閾値を超えた場合、即時に再起動する。ブロック２５０の存在により、スイッチングが停止された後、ＡＣラインが、確実に継続的に監視される。一実施形態の場合、入力電圧起動閾値レベルと入力電圧再起動閾値レベルは実質的に等しい。一実施形態の場合、ブロック２１０を使用する回路と、ブロック２８０を使用する回路とは同一であり、その場合、本発明の教示によれば、ブロック２７０後の処理は、ブロック２８０の代わりに、ブロック２１０に進む。前述の例では、電力変換装置が、ブロック２３０の「ＮＯ」の出力に相当する調整された状態にある場合、動作は、本発明の教示によれば、電力変換装置入力電圧に反応しない。調整が失われて初めて、入力電圧が、ブロック２５０で再び感知される。

図３は、本発明の教示による実施形態に関する変換装置３００の図である。図示した例に示されるとおり、フィードバック信号とＡＣライン電圧感知信号が、コントローラ３４０の１つのフィードバック端子ＥＮ３９０上で結合されて、コントローラＵ１３４０への入力の数が減らされ、したがって、システム費用が低減される。別の実施形態では、フィードバックとＡＣライン電圧感知は、コントローラＵ１３４０の別々の端子に印加されることも可能である。

図３に示された例では、コントローラＵ１３４０は、Ｄ端子とＳ端子の間に結合されたスイッチを含む。コントローラＵ１３４０内部にスイッチを含めることにより、システム費用を低減させることができる。別の実施形態では、スイッチは、本発明の教示によれば、コントローラＵ１３４０の外部にあることも可能である。ＡＣライン電圧Ｖ_IN３０５は、ブリッジ整流器ＢＲ１３１０とＤＣバルク・キャパシタＣ１３３５によって整流され、平滑化される。エネルギー伝達要素Ｔ１３５０が、コントローラＵ１３４０に組み込まれたスイッチとともに、負荷３７５へのエネルギーの供給を調整するように結合される。変圧器Ｔ１３５０出力電圧は、整流器Ｄ１３５５とキャパシタＣ２３６０によって整流され、平滑化される。

図示する例では、調整された出力パラメータは出力電圧Ｖ_O３６５である。出力電圧調整閾値が、ツェナー・ダイオードＤ４３８０と光結合器Ｕ２３８５ＬＥＤの順電圧降下によって設定される。光結合器Ｕ２３８５は、集積回路Ｕ１３４０のフィードバック端子ＥＮ３９０に、絶縁バリアを越えてフィードバック信号を結合する。この例では、出力パラメータの調整が失われることは、フィードバック端子ＥＮ３９０へのフィードバック信号が失われることによって示される。前述したとおり、このように調整が失われることは、例えば、電力変換装置の出力における出力短絡条件または過負荷条件に起因することが可能である。さらに、図３は、調整が失われることを生じさせることができる回路３９５を示す。一実施形態の場合、感知−クローバー回路３９５が出力電流Ｉ_O３７０の大きさを感知して、Ｉ_O３７０が閾値を超えた場合、またはある期間にわたって閾値を超えた場合、電力変換装置の出力の両端に実質的な短絡を印加するクローバー回路をトリガする電流感知回路を含む。したがって、回路３９５によって、出力負荷条件に基づき、調整が失われることが生じる。このタイプの回路は、例えば、プリンタ用の電力変換装置内部で使用して、調整が失われることをそれ自体が生じさせることはないが、それでも、プリンタの製造業者によって設定された最大電力供給規格を超えるので、望ましくない負荷条件を検出することができる。その負荷条件が、実質的に０であることも可能な、ある期間にわたって存在する場合、電力変換装置がラッチ・オフすることが望ましい。感知−クローバー回路３９５は、この機能を提供し、この障害条件が生じる閾値を電力変換装置設計者が設定することができる。

キャパシタＣ４３４５は、コントローラＵ１３４０の内部電源のためのバイパスとして作用する。図３の例では、コントローラＵ１３４０は、フィードバック端子ＥＮ３９０から流れ出るフィードバック電流信号に応答するように適応させられる。他の諸実施形態では、コントローラ３４０は、本発明の教示によれば、端子ＥＮ３９０におけるフィードバック電圧に応答するように適応させられることも可能である。さらに別の実施形態では、コントローラ３４０は、フィードバック端子ＥＮ３９０に流れ込むフィードバック電流信号に応答するように適応されることも可能である。コントローラ３４０は、そのフィードバック電流信号が、コントローラ３４０内部の回路によって決められた閾値を超えた場合に、そのことを検出する。コントローラ３４０は、フィードバック端子ＥＮ３９０におけるフィードバック電流信号を調整するために、エネルギー伝達要素３５０経由のエネルギー伝達を制御するように適応させられる。一実施形態の場合、コントローラ３４０は、ＯＮ／ＯＦＦ制御スキームを使用して、その調整を実現する。他の諸実施形態では、コントローラ３４０は、本発明の教示によれば、パルス幅変調器（ＰＷＭ）電圧モードもしくはＰＷＭ電流モード、または共振モードもしくは準共振モードの制御を使用して、その調整を実現することもできる。

図３に示す例に示されるとおり、部品３１５、３２０、３３０、３２５が、図１Ａに示されるライン感知ブロック１５２の図１Ａに示される例のような、ライン感知回路を構成する。ＡＣ入力電圧Ｖ_IN３０５は、整流器Ｄ３３１５とキャパシタＣ３３２５によって整流され、平滑化される。キャパシタ３２５は、ＡＣ入力のピーク値まで充電され、時の経過につれて抵抗器３３０と抵抗器３２０によって放電させられる。キャパシタ３２５、抵抗器３３０、抵抗器３２０の相対値により、ダイオード３１５が導通していない場合に、時間にわたるキャパシタ３２５の両端の電圧の値が決まる。

例えば、一例では、キャパシタ３２５は３３ｎＦという値を有し、抵抗器３３０は６．８メガオームという値を有し、抵抗器３２０は１０メガオームという値を有する。その場合、値のこの組み合わせの時定数は約１３２ミリ秒である。時定数は、ＡＣライン電圧周波数が６０ヘルツである場合に、通常およそ１６．６ミリ秒であるＡＣ電圧波形のサイクルより、はるかに長くなるように選択される。したがって、１３２ミリ秒の時定数の選択により、３２５の両端の電圧は、ＡＣライン・サイクルに挟まれた間は高く保たれるが、ＡＣ入力電圧が切断された、または低下した場合は、比較的急速に放電されることを確実にする。キャパシタ３２５、抵抗器３３０、抵抗器３２０の値はすべて、依然、本発明の教示を役立てながら、キャパシタ３２５を放電させるのにかかる時間を増やすように、または減らすように、大きくする、または小さくすることもできる。

別の実施形態では、抵抗器３３０は、ダイオード３１５が導通していない場合に、時間と共に３２５の両端の電圧を所望される値とするのに、抵抗器３２０に流れ込む電流で十分であるため、抵抗器３３０は要求されない。本発明の教示が役立つ応用例は、通常、電源のユーザが、ＡＣ入力電圧を取り外すことによって電源をリセットできること、およびこのリセットが、通常、１秒から１０秒までの間の短い期間内に行われることを要する。

したがって、ＡＣ入力電圧が取り外された場合の、キャパシタ３２５の比較的急速な放電が、通常、値が非常に大きく、したがって、放電されるのに非常に長い期間がかかる可能性がある、キャパシタ３３５の両端の電圧を検出することにより、ライン電圧感知が、実現されない理由である。しかし、ある実施形態の代替の例では、入力電圧情報は、電源をリセットするのに、より長い期間が許容できる場合、キャパシタＣ１３３５の両端の電圧から引き出すことができる。そのような実施形態では、ダイオードＤ３３１５とキャパシタ３３２５は省かれ、抵抗器３２０は、フィードバック端子ＥＮ３９０と、キャパシタＣ１３３５の正端子における入力ＤＣレールとの間に結合される。Ｒ２３３０のような抵抗器は、その場合、キャパシタＣ１３３５の両端に結合して、キャパシタＣ１３３５の両端の電圧の時定数に影響を与え、したがって、入力電圧が取り外された場合に、電源をリセットするのにかかる時間に影響を与えることもできる。このタイプの実施形態が、使用されることが可能なケースの例は、電源に、ＡＣ電源ではなく、ＤＣ電源が供給される場合である。

キャパシタＣ３３２５の両端の電圧によって、電流が抵抗器３２０を通って流れる。図３の例では、コントローラＵ１３４０は、出力パラメータの調整が失われた後、抵抗器３２０を通って流れる電流の大きさを感知するように適応させられる。コントローラ３４０内部の回路が、本明細書で、ライン感知閾値電流と呼ばれるその電流の閾値を設定する。一実施形態の場合、その閾値未満の、抵抗器３２０に流れ込む電流は、本発明の教示によれば、要求されるエネルギーを電力変換装置が電力変換装置出力負荷に供給して、出力パラメータを調整された状態にするだけ、十分にＡＣ入力電圧が高くはないことを示すものとして解釈される。

出力過負荷または短絡に起因して調整が失われた場合、図２に示されるとおり、コントローラＵ１３４０が、光結合器３８５によってフィードバック端子ＥＮ３９０に結合されたフィードバック信号が失われたことを検出し、スイッチングを停止する。しかし、本発明の教示を役立てて、コントローラ３４０は、その調整が失われたことの原因を特定することができる。

例えば、フィードバック信号が失われたことの検出の後、抵抗器３２０を通って、コントローラ３４０のフィードバック端子ＥＮ３９０に流れ込む電流が、コントローラ３４０内部の回路によって設定されたライン感知閾値を超えている場合、コントローラ３４０はラッチ・オフ条件を開始する。このラッチ・オフ条件は、抵抗器３２０を通って流れる電流が、コントローラ３４０のライン感知閾値電流を下回るまで、ＡＣ入力電圧を取り外す、または低くすることによってリセットされる。コントローラ３４０のライン感知閾値電流は、例えば、５０ボルトないし１００ボルトのピーク電圧を有するＡＣ電圧に相当するレベルに、通常、設定されることが理解されよう。したがって、ラッチ・オフ条件をリセットするために、すなわち、内部起動シーケンスによってコントローラ３４０がリセットされることを強制し、コントローラ３４０のＢＰピンにおける供給電圧を放電させるために、Ｃ１３３５の両端の電圧を極めて低いレベルまで低減することは必要ない。代わりに、キャパシタＣ１３３５が、キャパシタＣ１３３５の両端に、依然、高い電圧を有する間に、ラッチ・オフ条件を迅速にリセットすることが可能である。前述したラッチ・オフ条件のリセットの後、次に、ＡＣ入力電圧が増加されて、フィードバック端子ＥＮ３９０に流れ込む電流がライン感知閾値を再び超えるようになると、電力変換装置がコントローラ３４０によって再起動される。この機能は、図２に示されるとおりである。したがって、図３の例は、起動閾値と再起動閾値が、図２に関連して説明したとおり、実質的に等しい場合の例である。前述した例では、調整が失われる前、抵抗器３２０を通って流れる電流は、感知されず、したがって、通常の動作中、コントローラの動作は、本発明の教示によれば、電力変換装置入力電圧を表すその信号の条件に反応しない。

一実施形態の場合、ある程度のヒステリシスが、ライン感知閾値電流レベルに適用されることが可能である。抵抗器３２０を通って流れる電流が、ライン感知閾値電流を下回る条件において、調整が失われたことが検出された後、コントローラ３４０は、オフ期間の終りに、抵抗器３２０を通って流れる電流が、感知閾値電流レベルを超えている場合に、コントローラが、電力変換装置を再起動しようと試みるまでのオフ期間を設定する。やはり、以上は、図２の流れ図と一致している。他の例では、ライン感知閾値は、依然、本発明の教示を役立てながら、電流閾値ではなく、電圧閾値であることも可能である。

図示するとおり、図３の回路例は、コントローラ３４０を使用し、コントローラ３４０は、コントローラＵ１３４０のＤ端子とＢＰ端子の間に結合されたコントローラＵ１３４０の内部調整回路から引き出される、バイパス・キャパシタ３４５に蓄積された電荷を使用して、内部回路に供給電流を与える。他の例では、コントローラＵ１３４０が動作するための供給電流を、エネルギー伝達要素３５０の一部を形成する低電圧バイアス巻線から引き出すことも可能であることが理解されよう。バイアス巻線を使用する例示的な実施形態では、バイアス巻線は、電源の出力を表す、コントローラＵ１３４０によって受け取られるように結合される信号を出力する。様々な例では、電源の出力を表し、コントローラＵ１３４０によって受け取られる、バイアス巻線によって出力される信号は、本発明の教示によれば、バイアス巻線の電圧、またはバイアス巻線から引き出される電流である。したがって、バイアス巻線も、変換装置３００の出力において調整が失われたことを検出するのに使用できる。適切に設計された変換装置では、バイアス巻線の両端に現れる電圧は、変換装置の出力電圧に実質的に比例する。このため、電力変換装置の出力における出力過負荷障害または短絡障害は、バイアス巻線電圧が閾値を下回って降下することによって感知できる。この動作は、図１Ｂの説明と一致している。代替として、開制御ループ条件が、例えば、光結合器３８５が開路として障害を生じた場合、結果の出力過電圧条件は、やはり、バイアス巻線電圧が閾値を超えて上昇することによって感知できる。バイアス巻線が使用されない、さらに別の例では、電力変換装置出力過電圧条件を、本発明の教示によれば、電力変換装置の出力において直接に感知でき、その障害条件を示す信号を電源コントローラに与えることが、特にその目的で使用される第２の光結合器を介して可能である。

図４は、本発明の教示による、障害条件に対する条件付き応答をもたらす回路の一例のブロック図４００を示す。図４に示された例示的な回路は、例えば、本発明の教示によれば、図３のコントローラＵ１３４０の内部制御回路、または図１Ａのコントローラ１７５およびスイッチＳ１１２５の一部を形成し、かつ／または図２の流れ図に示された動作の一部を形成する。

図示した例に示されるとおり、ＡＮＤゲート４１５が３つの入力信号を有する。通常の動作中、電源スイッチ４１８の各スイッチ・サイクルの始めに、発振器４１９がクロック・パルス４２１を生成する。図示した例に示されるとおり、発振器４１９の入力４２２は、ＭＯＳＦＥＴ４１１および／またはＭＯＳＦＥＴ４２５を介して、電流源４１２から電流を受け取るように結合される。発振器４１９に、電流源４１２から電流が供給されると、発振器４１９が発振する。障害条件が全く存在せず、ＥＮＡＢＬＥ信号４１３として内部で表現されるフィードバック信号が高であると想定すると、ＡＮＤゲート４１５の出力は、ＣＬＯＣＫ信号４２１の期間にわたって高になり、これにより、ラッチ、つまり、フリップ・フロップ４１７が設定されて、電源スイッチ４１８をオンにする。図示するとおり、フリップ・フロップ４１７が駆動信号４７６を生成し、その信号４７６をスイッチ４１８が受けて、電源スイッチ４１８のスイッチングを制御する。電源スイッチ４１８がオンのままである時間は、ＣＵＲＲＥＮＴＬＩＭＩＴバー信号４１４とＤＣ_MAX信号４２０によって決まる。それらの信号のいずれが低になることによっても、フリップ・フロップ４１７がリセットされ、電源スイッチ４１８のオン時間が終了する。

通常の動作中、ＥＮＡＢＬＥ信号４１３が、低になるたびに、カウンタ４０１が設定される。しかし、例えば、図３の回路において出力の調整が失われたことを示し、図２では、ブロック２３０の「ＹＥＳ」の出力に相当する、ＥＮＡＢＬＥ信号４１３が失われた障害条件の下では、カウンタ４０１は、ＥＮＡＢＬＥ信号４１３によって設定されることなしに、カウントすることを続ける。カウンタ４０１は、発振器４１９からの信号４０７を使用して、発振器周波数でクロック制御される。

一実施形態の場合、カウンタ４０１はダウン・カウンタであり、したがって、信号Ｑ₁₂、Ｑ₁₃、Ｑ₁₄が高で始まる条件から、それらの信号が低である条件までカウント・ダウンする。一実施形態の場合、カウンタ・ビットＱ₁ないしＱ₁₁も含められるが、図４には示していない。このため、カウンタ４０１のＱ₁₄出力が、高である通常の動作条件では、インバータ・ゲート４０９の出力は低であり、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ４２５はオンの状態に維持され、これにより、発振器が、電流源４１２によって電源供給されて、通常の形で動作することが可能になる。同一の条件の下では、ラッチ４１０へのＳ入力は高であり、したがって、ラッチ４１０のＱ出力は高であり、これにより、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ４１１がオフに保たれて、ＬＩＮＥＵＶ信号４０８の極性に関わらず、発振器の動作において全く役割を果たさないことが確実になる。したがって、通常の動作中、電力を調整している間のコントローラの動作は、本発明の教示によれば、電力変換装置入力電圧を表す信号の条件に反応しない。

しかし、障害条件の下では、Ｑ₁₄が低になるのにかかる期間にわたってカウンタ４０１がカウントしていた場合、回路は障害条件を認識する。Ｑ₁₄出力信号４０２が低になり、電力ＭＯＳＦＥＴ４１８がスイッチングされるのを阻止する。ＡＮＤゲート４１５出力が、ＡＮＤゲート４１５への他の入力信号に関わらず、低のままになるからである。これは、図２のブロック２４０に相当する。

Ｑ₁₄が低になるとすぐに、インバータ４０９出力が高になり、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ４２５をオフにする。Ｑ₁₄が低になることに対するラッチ４１０の応答はＬＩＮＥＵＶ信号４０８の条件に依存する。

第１のケースで、ＬＩＮＥＵＶ信号４０８が高であり、例えば、図３の電源入力電圧３０５が閾値を下回っていることを知らせると、ラッチ４１０のＱ出力が低になり、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ４１１がオンになって、発振器が動作を続ける、つまり、発振を続けることができる。したがって、ＣＬＯＣＫＩＮＰＵＴ４０７が、クロック入力信号４２３をカウンタ４０１に与え続け、カウンタは、Ｑ₁₃およびＱ₁₂が、Ｑ₁₄（以上から、既に低である）と共に低になるまで、カウント・ダウンすることを続ける。共に低になった時点で、ＥＮＤＯＦＣＯＵＮＴ信号４０５が高になる。この第１のケースでは、ＬＩＮＥＵＶ信号も高であるので、ＮＡＮＤゲート４０４の出力が低になり、ＮＡＮＤゲート４０６へのＣＬＯＣＫＩＮＰＵＴ４０７が、カウンタ４０１への入力ＣＬＫ信号４２３に影響を与えることが阻止される。

したがって、カウンタ４０１は、ＬＩＮＥＵＶ信号４０８が低になるまで、その条件に保持され、これにより、例えば、図３の電源入力電圧３０８が閾値を超えて上昇したことが示される。この条件下では、ＮＡＮＤゲート４０４の出力が高になり、ＮＡＮＤゲート４０６へのＣＬＯＣＫＩＮＰＵＴ４０７は再び、発振器４１９の周波数で、カウンタ４０１への入力ＣＬＫ信号４２３をクロック制御する。すると、カウンタ４０１は、Ｑ₁ないしＱ₁₄が再び高になる次の状態までカウントし、カウントが再び開始する。Ｑ₁₄は、現時点で、高であるので、電源ＭＯＳＦＥＴ４１８は、ＥＮＡＢＬＥ４１３の状態、ならびにＡＮＤゲート４１５へのＣＬＯＣＫ４２１入力の状態に依存して、スイッチングすることを再び許される。以上の一連のイベントは、図２のブロック２８０の「ＹＥＳ」の出力、およびブロック２２０に相当する。

第２のケースでは、ＬＩＮＥＵＶ信号４０８は低であり、例えば、図３の電源入力電圧３０５が閾値を超えていることを知らせ、ラッチ４１０のＱ出力は高いままであり、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ４１１はオフであり、電流源４１２が発振器４１９に電源供給することが阻止される。したがって、発振器４１９は発振することを止め、したがって、ＣＬＯＣＫＩＮＰＵＴ４０７は、カウンタ４０１へのクロック入力信号４２３を全く生成しない。すると、カウンタ４０１は現在の状態に保持され、その条件を事実上ラッチする。したがって、この障害条件の下では、電力変換装置はオフ状態にラッチされる。図２では、このことは、システムを、このオフ状態にラッチするブロック２５０の「ＮＯ」の出力に相当する。この条件は、図２のブロック２５０の「ＹＥＳ」の出力に相当する、ＬＩＮＥＵＶ信号４０８が高になるまで、継続して存在する。

次に、図２のブロック２６０に相当するラッチ４１０のＱ出力が低にリセットされることが行われ、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ４１１が再びオンにされて、発振器４１９が動作できる。これにより、Ｑ₁₃およびＱ₁₂が、Ｑ₁₄と共に低になるまで、カウンタ４０１がカウント・ダウンをすることを続ける。その状態までカウント・ダウンする時間が図２のブロック２７０に相当する。その時間の終りに、ＥＮＤＯＦＣＯＵＮＴ信号４０５が高になる。ＬＩＮＥＵＶ信号が高である場合、ＮＡＮＤゲート４０４の出力が低になり、ＮＡＮＤゲート４０６へのＣＬＯＣＫＩＮＰＵＴ４０７が、カウンタ４０１への入力ＣＬＫ信号４２３に影響を与えることが阻止される。したがって、カウンタはその条件に保持される。このことは、図２のブロック２８０の「ＮＯ」の出力に相当する。

ＬＩＮＥＵＶ信号４０８が低になり、これにより、例えば、図３の電源入力電圧３０８が閾値を超えて上昇したことが示されると、ＮＡＮＤゲート４０４の出力が高になり、ＮＡＮＤゲート４０６へのＣＬＯＣＫＩＮＰＵＴ４０７は再び、カウンタ４０１への入力ＣＬＫ信号４２３を発振器４１９の周波数でクロック制御することができる。すると、カウンタ４０１は、Ｑ₁ないしＱ₁₄が再び高になる次の状態までカウントし、カウントが再び開始する。Ｑ₁₄は現時点で高であるので、電源ＭＯＳＦＥＴ４１８は、ＥＮＡＢＬＥ４１３の状態、ならびにＡＮＤゲート４１５へのＣＬＯＣＫ４２１入力の状態に依存して、スイッチングすることを再び許される。以上の一連のイベントは、図２のブロック２８０の「ＹＥＳ」の出力、およびブロック２２０に相当する。

以上の詳細な説明では、本発明の特定の例示的な実施形態に関連して、本発明の方法および装置を説明してきた。しかし、本発明のより広い趣旨および範囲を逸脱することなく、実施形態に様々な改変および変更を加えることができることが明白であろう。したがって、本明細書および図は、限定的ではなく、例示的であると見なされるべきである。

本発明の教示による障害条件に対する条件付き応答が存在する電力変換装置の実施形態に関する例示的な概略図である。本発明の教示による障害条件に対する条件付き応答が存在する電力変換装置の実施形態に関する別の例示的な概略図である。本発明の教示による電力変換装置における障害条件に対する条件付き応答が存在する実施形態に関する例示的な流れ図である。本発明の教示による障害条件に対する条件付き応答が存在する電力変換装置の実施形態に関する別の例示的な概略図である。本発明の教示による障害条件に対する条件付き応答が存在する電力変換装置内部に含まれる集積回路の実施形態に関する例示的な概略図である。

符号の説明

１１０、１３５、１９２、１９８整流器、１１５、１９３、１９９キャパシタ、１２５電源スイッチ、１３０、１９７エネルギー伝達要素、１５２感知回路、１５５、１６４負荷、１６５、１８３フィードバック回路、１７５、１８７コントローラ、１８８バイアス巻線

Claims

電力変換装置の入力と出力の間に結合されたエネルギー伝達要素と、
前記エネルギー伝達要素の前記入力に結合されたスイッチと、
前記スイッチに結合され、電力変換装置の前記出力を表すフィードバック信号を受け取るように結合され、電力変換装置入力電圧を表す信号を受け取るように結合されたコントローラ回路とを含み、そのコントローラ回路は、前記フィードバック信号に応答して電力変換装置の前記出力に調整された出力パラメータを提供するために前記スイッチのスイッチングを制御し、前記コントローラ回路は、前記電力変換装置入力電圧が閾値レベルを超えた場合、電力変換装置出力パラメータの調整が失われたことの検出に応答して、電力変換装置をオフ状態にラッチするように結合され、さらに、前記コントローラ回路は、前記電力変換装置出力パラメータが調整されている間、前記電力変換装置入力電圧を表す前記信号に反応しないことを特徴とする電力変換装置。
前記調整された出力パラメータは電力変換装置の前記出力における電圧を含む請求項１に記載の電力変換装置。
前記調整された出力パラメータは電力変換装置の前記出力における電流を含む請求項１に記載の電力変換装置。
前記調整された出力パラメータは電力変換装置の前記出力における電圧と電流の組み合わせを含む請求項１に記載の電力変換装置。
ラッチに結合されて、前記スイッチの前記スイッチングを制御する駆動信号を生成する発振器をさらに含む請求項１に記載の電力変換装置。
前記ラッチは、電力変換装置の前記入力における前記電圧が再起動閾値レベルを下回って低下すると、リセットされるように結合される請求項５に記載の電力変換装置。
前記ラッチがリセットされた後、電力変換装置の前記入力を表す前記信号が起動閾値レベルを超えて上昇すると、再起動するように電力変換装置が結合される請求項５に記載の電力変換装置。
前記再起動閾値レベルと前記起動閾値レベルは実質的に等しい請求項７に記載の電力変換装置。
前記電力変換装置出力パラメータの調整が前記失われたことは、前記コントローラ回路によって受け取られる前記フィードバック信号が失われたことによって検出される請求項１に記載の電力変換装置。
前記電力変換装置出力パラメータの調整が前記失われたことによって、過電圧閾値を超えたことに応答して、電力変換装置の前記出力における前記電圧が検出される請求項１に記載の電力変換装置。
前記過電圧閾値を超えている、電力変換装置の前記出力における前記電圧が、電力変換装置の前記出力において直接に検出される請求項１０に記載の電力変換装置。
前記エネルギー伝達要素が、電力変換装置の前記出力における電圧を表す出力信号を生成するバイアス巻線をさらに含み過電圧閾値を超えている、電力変換装置の前記出力における前記電圧が、前記バイアス巻線によって生成された前記出力信号を感知することによって検出される請求項１０に記載の電力変換装置。
前記エネルギー伝達要素が、電力変換装置の前記出力における電圧を表す出力信号を生成するバイアス巻線をさらに含み、前記電力変換装置出力パラメータの調整が前記失われたことが、前記バイアス巻線によって生成された前記出力信号を感知することによって検出される請求項１に記載の電力変換装置。
電力変換装置の入力と出力の間に結合されたエネルギー伝達要素と、
前記エネルギー伝達要素の前記入力に結合されたスイッチと、
前記スイッチのスイッチングを制御して、電力変換装置の前記出力に結合される負荷に供給される電力を調整するように前記スイッチに結合され、かつ電力変換装置における複数の障害条件を検出するようにいくつかの入力が適応させられた複数の入力を受け取るように結合されたコントローラ回路とを含み、
前記複数の入力の１つが電力変換装置入力電圧を表す信号を含み、前記コントローラ回路が、前記電力変換装置入力電圧が、第１の閾値レベルを超えて上昇した場合、電力変換装置における障害条件の検出に応答して、電力変換装置をオフ状態にラッチするように結合され、かつ前記コントローラ回路が、前記負荷に供給される電力を調整している間、前記電力変換装置入力電圧を表す前記信号に反応しないことを特徴とする電力変換装置。
前記電力変換装置の入力電圧が、第２の閾値を下回って低下し、その後、前記第１の閾値を超えて上昇すると再起動されるように前記電力変換装置が結合されている請求項１４に記載の電力変換装置。
前記第１の閾値と前記第２の閾値は実質的に等しい請求項１５に記載の電力変換装置。
前記複数の入力が、電力変換装置の出力パラメータの調整が失われたことを示す信号を含む請求項１４に記載の電力変換装置。
前記複数の信号が、電力変換装置内部の部品の温度を表す信号を含む請求項１４に記載の電力変換装置。