JP2011234611A

JP2011234611A - 絶縁された電源変換器の出力電圧の変化を検出するための装置および方法

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Publication number: JP2011234611A
Application number: JP2011093920A
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Inventors: b djenguerian Alex; アレックス・ビー・ジェンゲリアン; B O'dell Arthur; アーサー・ビー・オデール; Seon Wu Hen; ヘンソン・ウ
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Priority date: 2010-04-29
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2011-11-17
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Abstract

【課題】出力電圧における変化を検出するために電源変換器に用いられるコントローラを提供する。
【解決手段】コントローラ144は、スイッチング信号を生成するための駆動回路104を備えている。スイッチング信号は電源スイッチ108に接続され、電源変換器１００の入力から出力へのエネルギーの転送を制御する。出力電圧センサは、駆動回路に接続され、第１および第２パルスサンプラ回路を有している。第１パルスサンプラ回路は、フィードバック信号における１回目のフィードバック信号のリンギング電圧１１０の第２ピークを表す第１ピーク電圧を捕捉するように接続されている。第２パルスサンプラ回路は、フィードバック信号における２回目のフィードバック信号のリンギング電圧の第２ピークを表す第２ピーク電圧を捕捉するように接続されている。出力電圧センサは、第１および第２ピーク電圧に応じて駆動回路に変化信号を出力するように接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、概して、絶縁された電源変換器の出力電圧の変化を検出することに関し、詳細には、絶縁された電源変換器のバイアス巻線からリンギング電圧を検出して、出力電圧の変化を検出することに関する。

携帯電話、パーソナル携帯情報機器（ＰＤＡ）、ラップトップなどのような多くの電気装置は、比較的低電圧の直流電源によって駆動される。電源は、通常、高電圧交流電源として壁面コンセントを通して供給される。一般にスイッチング電源変換器と呼ばれる装置は、通常、高電圧交流電源を低電圧直流電源に変換するために用いられる。特定のアプリケーションにおいて、電気装置は、電源変換器から供給される一定出力電圧および／または最小動作電圧を必要とする可能性がある。動作において、電源変換器は、電源変換器の出力で一定電圧を維持するために、コントローラを用いて、電源変換器の入力側から出力側にエネルギーを転送するスイッチを制御することができる。

電源変換器の１つの特性は、電源変換器の入力と出力の間の直流電気の絶縁を提供することであってもよく、これは、電流が電源変換器の入力側から出力側に流れることを可能にする直流電流経路がないことを意味する。一例において、電源変換器は、例えば結合されたインダクタのようなエネルギー転送素子を備えていてもよく、それは、電源変換器の入力側を出力側から直流電気的に絶縁する。動作中、電源変換器は、出力電圧を調整するために、センサに接続されたコントローラを用いて電源変換器の出力からフィードバックを供給することにより、電源変換器の出力での出力電圧を調整することができる。詳細には、コントローラは、センサからのフィードバック情報に応じてスイッチをオンおよびオフに制御して、例えば電源線のような入力電源から出力へ絶縁素子を通してエネルギーパルスを転送することによって、電源変換器の出力での出力電圧を調整することができる。

１つのタイプの電源変換器は、一次側制御電源変換器であってもよい。このタイプの電源変換器は、直流電気的に絶縁された電源変換器の出力側に間接的に結合されたフィードバックメカニズムを用いる。一例において、一次側制御電源変換器は、出力巻線に磁気的に結合されたバイアス巻線を用いて出力電圧を検出することができる。

本発明の非限定的かつ非網羅的な実施形態が、以下の図に関して記載されている。そこにおいて、特に明記しない限り、様々な図の全体にわたって、同じ参照番号は同じ部分を指す。

本発明の教示による駆動回路および出力電圧センサ（ＯＶＳ）を有するコントローラを備えている電源変換器の一例を一般的に示している概略図である。本発明の教示による一例としてのコントローラを更に示しているブロック図である。本発明の教示による一例としてのコントローラ内の信号の例としての波形を示している。本発明の教示による一例としての出力電圧センサの概略図を一般的に示している。

電源変換器の絶縁された出力の出力電圧の変化を検出するための方法および装置が開示される。以下の説明において、多数の具体的な詳細は、本発明の完全な理解を提供するために記載される。しかし、具体的な詳細が本発明を実施するために用いられる必要はないことは、当業者にとって明らかである。他の例において、周知の材料または方法は、本発明を不明瞭にすることを避けるために詳述しなかった。

この明細書全体にわたる「一実施形態」、「実施形態」、「一例」または「例」に対する言及は、実施形態または例と関連して記載された特定の特徴、構成または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれていることを意味する。従って、この明細書の全体にわたる様々な場所における「一実施形態において」、「実施形態において」、「一例」または「例」という句の出現は、全てが、必ずしも同じ実施形態または例を指しているというわけではない。さらに、特定の特徴、構成または特性は、１つ以上の実施形態または例における任意の適切な組合せ及び／又は下位の組合せに組み込まれ得る。特定の特徴、構成または特性は、記載されている機能を提供する集積回路、電子回路、組合せ論理回路、または他の適切な素子内に含まれ得る。加えて、これと共に提供されている図面が、この分野の通常の技術を有する人に対する説明のためであり、図面が必ずしも一定の比率で描かれているわけではないことは、認められる。

図１は、電源とも呼ばれ得る電源変換器１００の一例を一般的に示している概略図であり、本発明の教示による駆動回路１０４および出力電圧センサ（ＯＶＳ）１０６を有するコントローラ１０２を備えている。一例において、コントローラ１０２は、集積回路に含まれていてもよい。示したように、電源変換器１００は、入力端子１０３で直流入力電圧V_INを受け取る。エネルギー転送素子１１６が、電源変換器１００の入力端子１０３と出力端子１１８の間に接続されている。この例において、エネルギー転送素子１１６は、入力端子１０３を、出力電圧V_OUTを維持する出力端子１１８から直流電気的に絶縁している。エネルギー転送素子１１６によって出力端子１１８から直流電気的に絶縁された入力端子１０３により、電流が電源変換器１００の入力側から出力側に流れることを可能にする直流電流経路はない。示したように、入力帰還（return）１２９は、入力端子１０３に接続された入力側に対する基準であり、出力帰還１３１は、出力端子１１８に接続された出力側に対する基準である。一実施形態において、エネルギー転送素子１１６は、入力巻線１２２および出力巻線１２４を有している。「入力巻線」は「一次巻線」と呼ばれることもあり、「出力巻線」は「二次巻線」と呼ばれることもある。示したように、クランプ回路１２５が、エネルギー転送素子１１６の入力巻線１２２に接続されていて、入力巻線１２２に接続されている電源スイッチ１０８の両端の最高電圧を制限する。

図示した例に示されているように、コントローラ１０２は、入力巻線１２２および入力帰還１２９に接続された電源スイッチ１０８に接続されている。一例において、電源スイッチ１０８およびコントローラ１０２は、同じモノリシックデバイス内に集積され得る。他の例では、電源スイッチ１０８は、ハイブリッドデバイス内に集積されたコントローラ１０２と共にパッケージされたディスクリートのスイッチであってもよい。動作において、電源スイッチ１０８は、エネルギー転送素子１１６を通して入力端子１０３から出力端子１１８へのエネルギーの転送を制御して、電源スイッチ１０８をオン状態とオフ状態の間でスイッチングすることによって電源変換器１００の出力を調整するように接続されている。詳細には、電源スイッチ１０８がオンのとき、スイッチ電流I_SWが入力巻線１２２を通して流れ、電源スイッチ１０８がオフのとき、スイッチ電流I_SWが電源スイッチ１０８を通して流れることが実質的に阻止される。一例において、電源スイッチ１０８は、トランジスタ、例えば、高電圧の金属酸化膜半導体の電界効果トランジスタ（MOSFET）である。他の様々な例において、コントローラ１０２は、以下のものに限定されるわけではないが、オン／オフ制御、電流制限レベルを変化させることを伴うオン／オフ制御、パルス幅変調（ＰＷＭ）等を含む、任意の様々な調節方法を用いるための特徴を有していてもよい。

一例において、エネルギー転送素子１１６は、更に、出力整流器１２６が導通して二次電流I_SECが出力巻線１２４を通して流れることを可能にする時の出力電圧V_OUTを表すことができる、反映（reflected）電圧V_REFLECTを提供するバイアス巻線１３６を有している。一例において、反映電圧V_REFLECTは、電源スイッチ１０８がオフである時間の少なくとも一部の間の出力電圧V_OUTを表すことができる。示したように、ノード１１１でのリンギング電圧１１０は、反映電圧V_REFLECTの変えられたバージョンであり得る。示したように、ノード１１１でのリンギング電圧１１０は、コントローラ１０２によって正の状態を保つようにクランプされる。詳細には、反映電圧V_REFLECTが負になると、ノード１１１の電圧は、コントローラ１０２のダイオード基板を順方向バイアスすることによって実質的にゼロにクランプされ、反映電圧V_REFLECTが正になると、ノード１１１の電圧は、反映電圧マイナス直流電圧オフセットになる。

一例において、電源スイッチ１０８がオン状態からオフ状態に移行すると、スイッチ電流I_SWITCHが電源スイッチ１０８を通って流れることが実質的に阻止され、入力巻線１２２に蓄積されていたエネルギーが出力巻線１２４に転送され、出力電圧V_OUTを表す反映電圧V_REFLECTが供給される。反映電圧V_REFLECTの一部は、バイアス巻線１３６の巻数が出力巻線１２４の巻数と同じ比率であることによって、出力電圧V_OUTと比例し得る。バイアス巻線１３６は、時々「補助」巻線と呼ばれることがある。

無負荷状態の間、それは例えばエネルギーが実質的に出力端子１１８に接続された負荷によって引き込まれない時に起こるが、電源変換器１００の出力側に供給されるエネルギーは最小限でよく、従って出力整流器１２６の導通時間を減らす。一例において、出力整流器１２６の短い導通時間の間、例えば漏れインダクタンスのような寄生素子およびエネルギー転送素子１１６に接続された素子によって生じる他の寄生が、リンギング電圧１１０の『第１』ピークの全期間の間、生成され得る。結果として、リンギング電圧１１０の『第１』ピークは、かなりの歪み成分を持ち得る。本発明の教示によれば、リンギング電圧１１０の『第２』ピークのサンプリングは、それは一例においてより少ない歪みを持ち得るが、出力電圧V_OUTのより正確な表現を提供し得る。代替実施形態では、本発明の教示に従って『第３』『第４』または任意のその後のピークもサンプリングされ得る。

図１に示した例の説明を続けると、バイアス巻線１３６は、第１および第２抵抗１４０および１４２を有する分圧器に接続されていて、コントローラ１０２のフィードバック端子１４４が、第１および第２抵抗１４０および１４２の間のノード１１１に接続されている。一例において、第１および第２抵抗１４０および１４２のための値は、所望の出力電圧V_OUTを設定するために選ばれ得る。フィードバック信号U_FBは、コントローラ１０２の出力電圧センサＯＶＳ１０６によって受信され、電源スイッチ１０８がオフされる時のリンギング電圧１１０を受信する。

動作において、コントローラ１０２は、図示した例ではダイオードを含む出力整流器１２６内で脈動電流を発生させ、それはキャパシタ１５４によってフィルタリングされ、実質的に一定の出力電圧V_OUTを発生する。動作において、出力電圧センサＯＶＳ１０６は、リンギング電圧１１０の『第２』ピークを検出して、出力電圧V_OUTの変化を判定する。一例において、出力電圧センサ１０６は、出力電圧V_OUTを調整するために用いることはできないが、本発明の教示による無負荷状態から負荷状態への移行の間の出力端子１１８での出力電圧V_OUTの有意の変化を判定するために用いることはできる。コントローラ１０２が、出力端子１１８に負荷が接続された時に、出力電圧V_OUTを実質的に一定の出力電圧V_OUTに調整するために、出力電圧センサＯＶＳ１０６以外の追加の既知の回路（図示せず）を有していてもよいことは認められ得る。他の例では、出力電圧センサＯＶＳ１０６は、出力電圧V_OUTを調整するために用いることもできる。更に示されているように、駆動回路１０４は、出力電圧V_OUTの変化を示し得る出力電圧センサ１０６からの変化信号U_CHGを受信するように接続されている。次に、コントローラ１０２の駆動回路１０４は、電源の供給を増やすように電源スイッチ１０８をスイッチングするスイッチング信号U_SWを出力することによって応答することができ、出力電圧V_OUTが、負荷によって要求される最小限の出力電圧以下に下がるのを防止するのを助ける。

図２は、本発明の教示による例としてのコントローラ２００を更に一般的に示しているブロック図である。一例において、コントローラ２００は、図１のコントローラ１０２を置き換えることができる。示したように、コントローラ２００は、駆動回路２０４および出力電圧センサ（ＯＶＳ）２０６を有している。更に示したように、出力電圧センサ２０６は、例えば図１に示したバイアス巻線１３６のようなバイアス巻線からフィードバック信号U_FBを受信することができる。一例において、フィードバック信号U_FBは、電源変換器の出力電圧V_OUTを表す減衰振動のリンギング電圧１１０を有している。動作において、出力電圧センサ２０６は、フィードバック信号U_FBに応じて出力電圧変化信号U_CHGを出力する。駆動回路２０４は、出力電圧センサ２０６に接続されていて、信号U_CHGに応じてスイッチング信号を出力し、電源変換器の出力電圧が下がり過ぎるのを防止するのを助ける。

図２の例に示すように、出力電圧センサ２０６は、互いに接続された第１パルスサンプラ回路２０８、第１サンプル信号生成器２１０、第２パルスサンプラ回路２１２、第２サンプル信号生成器２１４、および比較回路２１６を有している。動作において、出力電圧センサは、出力電圧V_OUTの変化がいつ起こるかを検出するために用いられる。例示のために、第１サンプル信号生成器２１０は、駆動回路２０４から制御信号U_CON1を受信するように接続され、出力電圧V_OUTを表すフィードバック信号U_FBの第１サンプリングを開始する。動作において、駆動回路２０４は、フィードバック信号U_FBに変化がある時に検出のプロセスを起動する制御信号U_CON1を生成する。一例において、制御信号U_CON1は、最小のエネルギーが電源変換器の出力に転送されている、電源変換器が負荷状態から無負荷状態に最初に移行する時に生成される。動作において、第１サンプル信号生成器２１０は、ウィンドウ上でサンプリングを行う第１パルスサンプラ回路２０８に第１サンプルパルス信号U_FSPを出力して、図１に示したフィードバック信号U_FBにおける１回目のリンギング電圧１１０の『第２』ピークを表す第１ピーク電圧を捕捉する。示したように、第１パルスサンプラ回路２０８は、第１サンプルパルス信号U_FSPに応じて、フィードバック信号U_FBにおけるリンギング電圧１１０の『第２』ピークを表す第１ピーク電圧を捕捉する。動作において、第１パルスサンプラ回路は、フィードバック信号U_FBにおける１回目のリンギング電圧１１０の『第２』ピークのピーク電圧を表す第１ピーク電圧信号U_PK1を出力する。

同様に、第２サンプル信号生成器２１４は、駆動回路２０４から制御信号U_CON2を受信して、フィードバック信号U_FBの第２サンプリングを開始する。動作において、駆動回路２０４は、フィードバック信号U_FBが制御信号U_CON1に応じて以前に捕捉された時と比較して変化したかどうかを検出するために、制御信号U_CON2を生成する。一例において、制御信号U_CON2は、電源変換器のコントローラが、例えば無負荷状態から負荷状態への移行の間のような、いつ現在の状態が初期状態からはずれたかを検出するために、初期状態からの出力電圧V_OUTのフィードバック状態を現在の状態と比較したい時に、生成される。動作において、第２サンプル信号生成器２１４は、ウィンドウ上でサンプリングを行う第２サンプル信号生成器２１４に第２サンプルパルス信号U_SSPを出力して、図１に示したフィードバック信号U_FBにおける２回目のリンギング電圧１１０の『第２』ピークを表す第２ピーク電圧を捕捉する。示したように、第２パルスサンプラ回路２１２は、第２サンプルパルス信号U_SSPに応じて、フィードバック信号U_FBにおけるリンギング電圧１１０の『第２』ピークを表す第２ピーク電圧を捕捉する。動作において、第２パルスサンプラ回路２１２は、フィードバック信号U_FBにおける２回目のリンギング電圧１１０の『第２』ピークのピーク電圧を表す第２ピーク電圧信号U_PK2を出力する。

示したように、比較回路２１６は、フィードバック信号U_FBにおける１回目のリンギング電圧１１０の『第２』ピークのピーク電圧を表す第１ピーク電圧信号U_PK1を受信するように接続されている。比較回路２１６は、また、フィードバック信号U_FBにおける２回目のリンギング電圧１１０の『第２』ピークのピーク電圧を表す第２ピーク電圧信号U_PK2を受信するように接続されている。動作において、比較回路２１６は、ピーク電圧信号U_PK1およびU_PK2に応じて電圧変化信号U_CHGを出力する。一例において、比較回路２１６は、ピーク電圧信号U_PK1をU_PK2と比較して、出力電圧V_OUTに変化があるかどうかを判定する。図示した例では、リセット信号U_RESETが、第１パルスサンプラ回路２０８によって受信され、第１ピーク電圧信号U_PK1を例えばゼロのような初期値にリセットする。動作において、リセット信号U_RESETは、フィードバック信号U_FBが第１パルスサンプラ回路２０８によってサンプリングされ得る前に、駆動回路２０４によって出力される。一例において、リセット信号U_RESETは、出力電圧変化信号U_CHGに応じて出力されてもよく、出力電圧センサ２０６の初期状態をリセットする。

図３は、本発明の教示による例としてのコントローラ２００内の例としての信号波形を示している。示したように、電源変換器の４つの『イネーブル（enabled）』スイッチングサイクル（「ＥＳＷ」）が示されている。開示のため、イネーブルスイッチングサイクルは、電源スイッチ１０８のスイッチングが起こって、電源変換器１００の出力に電力を供給するサイクルとして定義され得る。図３に示したように、第１イネーブルスイッチングサイクル1^st ESW CYCLEで、駆動信号U_SWは、電源スイッチ１０８が、全スイッチングサイクル1^st ESW CYCLEのうちの一部だけの間、導通することを許可している。これは、1^st ESW CYCLEの間、少量の電力だけが電源変換器１００の出力に転送されるという結果になり得る。示したように、スイッチ電流I_SWは、オン状態の間、電源スイッチ１０８を通る電流を表している。一例において、スイッチ電流I_SWは、指定された値に制限される。フィードバック信号U_FBは、電源スイッチ１０８がディスエーブルにされ、エネルギーが二次巻線１２４に転送された後にノード１１１で発生するリンギング電圧１１０を示している。更に示したように、第１ピーク電圧信号U_PK1は、第１イネーブルスイッチングサイクル1^st ESW CYCLEの間におけるリンギング電圧の『第２』ピークのピーク電圧PK_Aを表している。更に示したように、第１サンプルパルス信号U_FSPは、第１イネーブルスイッチングサイクル1^st ESW CYCLEの間のリンギング電圧の『第２』ピークの継続期間の間、ロウ信号である。一例において、第１サンプルパルス信号U_FSPがロウ値である時、フィードバック信号U_FBのサンプリングを許可する。

第２ピーク電圧信号U_PK2は、第２イネーブルスイッチングサイクル2^nd ESW CYCLEの間におけるフィードバック信号U_FBのリンギング電圧の『第２』ピークのピーク電圧PK_Aを表している。一例において、第２ピーク電圧信号U_PK2は、その後の電圧リンギングがサンプリングされ得るように、特定の時間遅延t_D後にリセットされる。更に示したように、第２サンプルパルス信号U_SSPは、2^nd ESW CYCLEのリンギング電圧の『第２』ピークの継続期間の間、ロウ信号である。

図示した例に示すように、第１イネーブルスイッチングサイクル1^st EWS CYCLEにおけるリンギング電圧の『第２』ピークの値を、第２イネーブルスイッチングサイクル2^nd ESW CYCLEにおけるリンギング電圧の『第２』ピークの値と比較した時に、出力電圧における検出可能な変化はなかった。従って、この例では、図２の比較回路２１６から出力される電圧変化信号U_CHGは、第１および第２イネーブルスイッチングサイクル間で、変化しない。示したように、第１イネーブルスイッチングサイクル1^st EWS CYCLEと第２イネーブルスイッチングサイクル2^nd EWS CYCLEとの間に、いくつかの『ディスエーブル（disabled）』スイッチングサイクルがあってもよい。これは、図３に示したように、ごくわずかな電力しか出力に供給されることを要求されない無負荷状態のために起こり得る。

更に図３の例に示したように、いくつかの『ディスエーブル』スイッチングサイクルは、第２イネーブルスイッチングサイクル2^nd EWS CYCLEと第３イネーブルスイッチングサイクル3^rd EWS CYCLEとの間に起こり得る。この例に示したように、出力電圧V_OUTは、第３イネーブルスイッチングサイクル3^rd EWS CYCLEの直前の短い時間に著しく低下する。この例において、これは、おそらく、出力電圧V_OUTが低下する時に、無負荷状態から負荷状態への変化を示している。図３に示した例としての第３イネーブルスイッチングサイクル3^rd EWS CYCLEの間の第２ピーク電圧信号U_PK2は、ピーク電圧PK_Bを表している。この時点で、第１および第２ピーク電圧信号U_PK1（電圧PK_Aを表す）およびU_PK2（電圧PK_Bを表す）が互いと比較され、差が測定される。それに応じて、図２の比較回路２１６から出力されるU_CHG信号は変化し、駆動回路２０４に対して電源変換器１００の出力電圧V_OUTが変化したことを知らせる。このようにして、コントローラ１０２は、本発明の教示に従って、電源変換器１００の出力電圧V_OUTの変化が起こったことを判断して、電源変換器の出力に対するエネルギーの供給を調整することができる。

図４は、本発明の教示による一例としての出力電圧センサの概略図を一般的に示している。一例において、電圧センサ４００は、図１中の出力電圧センサ１０６または図２中の出力電圧センサ２０６を置き換えることができる。示したように、出力電圧センサ４００は、第１サンプル信号生成器ＳＧ１４０２、第２サンプル信号生成器ＳＧ２４０４、第１パルスサンプラ回路４０６、第２パルスサンプラ回路４０８、および比較回路４１０を有している。図示した例に示すように、第１パルスサンプラ回路４０６は、第１ｐチャネルトランジスタ４１４に接続された電流源４１２を有している。動作において、第１サンプルパルス信号U_FSPがロウになると、トランジスタ４１４はオンし、電流源４１２からの一定電流I_CSがトランジスタ４１４およびバイポーラ接合トランジスタ４１６およびｐチャネルトランジスタ４１８を通って流れることを許可する。示したように、トランジスタ４１８のゲートはフィードバック信号U_FBを受信して、トランジスタ４１８のソースにおける電圧を制御する。更に示したように、バイポーラ接合トランジスタ４２０がトランジスタ４１６のベースに接続されていて、これによりトランジスタ４２０のエミッタにおける電圧はトランジスタ４１６のエミッタにおける電圧に実質的に追従し、これはトランジスタ４１８のゲートにおけるフィードバック信号U_FBの電圧を表している。トランジスタ４１６のエミッタにおける電圧は、フィードバック信号U_FBの電圧とｐチャネルトランジスタ４１８のゲート−ソース間電圧との合計である。

動作において、第１サンプル信号生成器ＳＧ１４０２は、制御信号U_CON1を受信すると、カウントを開始し、それが予め決められたカウント数に達した後に、第１サンプルパルス信号U_FSPを出力する。電源変換器の特定の設計パラメータのために、第１サンプル信号生成器ＳＧ１４０２は、第１サンプルパルスU_FSPがフィードバック信号U_FBにおけるリンギング電圧の第２ピークの間に生成されるように、特定のカウント数を持つように設計され得る。一例において、第１サンプル信号生成器ＳＧ１４０２は、第１サンプルパルスU_FSPがフィードバック信号U_FBにおけるリンギング電圧の第２ピークの間に生成されるような電源変換器の様々な設計パラメータのために、様々なカウント数に設定され得る。動作において、第１サンプルパルス信号U_FSPは、トランジスタ４１４および４２２によって受信され、リンギング電圧の『第２』ピークのサンプリングを可能にする。第１サンプルパルス信号U_FSPがロウになると、キャパシタ４２４は、フィードバック信号U_FBにおけるリンギング電圧の『第２』ピークのピーク電圧まで充電される。トランジスタ４２２がオフすると、キャパシタ４２４は、フィードバック信号U_FBにおけるリンギング電圧の『第２』ピークのピーク電圧を保存する。

動作において、第２サンプル信号生成器ＳＧ２４０４は、第２制御信号U_CON2を受信すると、カウントを開始して、それが予め決められたカウント数に達した後に、第２サンプルパルス信号U_SSPを出力する。電源変換器の特定の設計パラメータのために、第２サンプル信号発生器ＳＧ２４０４は、フィードバック信号U_FBにおけるリンギング電圧の第２ピークの間に第２サンプルパルスU_SSPが生成されるように、特定のカウント数を持つように設計され得る。一例において、第２サンプル信号発生器ＳＧ２４０４は、電源変換器の様々な設計パラメータのために、フィードバック信号U_FBにおけるリンギング電圧の第２ピークの間に第２サンプルパルスU_SSPが生成されるように、様々なカウント数に設定され得る。示したように、第２パルスサンプラ回路４０８は、ｐチャネルトランジスタ４２８に接続された電流源４２６を有している。動作において、第２サンプルパルス信号U_SSPがロウになると、トランジスタ４２８がオンして、電流がトランジスタ４２８およびバイポーラ接合トランジスタ４３０およびｐチャネルトランジスタ４３２を通って流れることを許可する。示したように、トランジスタ４３２のゲートは、フィードバック信号U_FBを受信して、トランジスタ４３２のソースにおける電圧を制御する。更に示したように、バイポーラ接合トランジスタ４３４がトランジスタ４３０のベースに接続されていて、これによりトランジスタ４３４のエミッタにおける電圧は、トランジスタ４３０のエミッタにおける電圧に実質的に追従し、これはトランジスタ４３２のゲートにおけるフィードバック信号U_FBを表す。トランジスタ４３０のエミッタにおける電圧は、フィードバック信号U_FBの電圧とｐチャネルトランジスタ４３２のゲート−ソース間電圧との合計である。

動作において、第２サンプルパルス信号U_SSPが、トランジスタ４２８および４３６によって受信され、リンギング電圧の『第２』ピークのサンプリングを可能にする。第２サンプルパルス信号U_SSPがロウになると、キャパシタ４３８は、フィードバック電圧U_FBにおけるリンギング電圧の『第２』ピークのピーク電圧まで充電される。トランジスタ４３６がオフすると、キャパシタ４３８は、フィードバック電圧U_FBにおけるリンギング電圧の『第２』ピークのピーク電圧を保存する。図示した例では、キャパシタ４３８は、リセット回路４４０およびｎチャネルトランジスタ４４２によって設定される予め決められた時間遅延t_D後にリセットされ、その後のフィードバック電圧サンプルを受信する。一例において、第１パルスサンプラ回路４０６内の全ての素子のサイズは、第２パルスサンプラ回路４０８内のそれぞれの素子のサイズと同一である。

一例において、第１パルスサンプラ回路４０６は、初期状態における出力電圧をサンプリングすることができ、第２パルスサンプラ回路４０８は、初期状態から出力電圧の変化があったかどうかを判定するために、周期的に出力電圧をサンプリングすることができる。示したように、比較回路４１０は、ｎチャネルトランジスタ４４４のゲートで、第１パルスサンプラ回路４０６によってサンプリングされたピーク電圧を表す電圧V_FBPK1を受信する。比較回路４１０は、また、ｎチャネルトランジスタ４４６のゲートで、第２パルスサンプラ回路４０８によってサンプリングされたピーク電圧を表す電圧V_FBPK2を受信する。

動作において、コンパレータ４４８は、トランジスタ４４４のソースにおけるV_FBPK1およびトランジスタ４４６のソースにおけるV_FBPK2を表す電圧に応じて電圧変化信号U_CHGを出力し、それは図１の駆動回路１０４または図２の駆動回路２０４によって受信されるように接続されている。一例において、V_FBPK1とV_FBPK2の差が、トランジスタ４４４に接続された抵抗Ｒ１の両端の電圧によって定められる閾値より大きい場合に、U_CHGは、出力電圧に有意の変化があったことを示す。上述したように、電圧変化信号U_CHGが、図１の駆動回路１０４または図２の駆動回路２０４に、出力電圧V_OUTに有意の変化があったことを知らせると、駆動回路は、本発明の教示に従って、出力電圧V_OUTが、出力に接続された負荷によって要求される最小限の出力電圧以下に落ちるのを防止するのを助けるために、エネルギー転送素子１１６を通しての電源変換器１００の入力から出力へのエネルギーの転送を増やすように、電源スイッチ１０８をスイッチングするスイッチング信号U_SWを出力することによって応答することができる。

要約に記載されていることを含む、本発明の図示された例の上記記載は、網羅的であること又は開示した正確な形に限定されることを意図していない。本発明の特定の実施形態および例は、例示目的のためにここに記載されていて、様々な等価な変更が、本発明のより広い精神および範囲から逸脱することなく、可能である。実際、特定の電圧、電流、周波数、電源範囲値、時間などは、説明目的のために提供されていて、他の値もまた、本発明の教示による他の実施形態および例の中で用いられ得ることは認められる。

これらの変更は、上記の詳細な説明に照らして、本発明の例に対してなされ得る。請求項の中で用いられている用語は、本発明を、明細書および請求項の中で開示されている特定の実施形態に限定すると解釈されるべきではない。むしろ、範囲は、完全に請求項によって決定されるべきであり、それは、請求項の解釈の確立した教義に従って解釈されるべきである。従って、本明細書および図面は、限定的ではなく例示的なものと見なされるべきである。

１００電源変換器
１０２コントローラ
１０４駆動回路
１０６出力電圧センサ（ＯＶＳ）
１０８電源スイッチ
１１６エネルギー転送素子
２０８第１パルスサンプラ回路
２１０第１サンプル信号生成器
２１２第２パルスサンプラ回路
２１４第２サンプル信号生成器
２１６比較回路

Claims

電源変換器に用いられるコントローラにおいて、
エネルギー転送素子および電源変換器の入力に接続されるべき電源スイッチによって受信されるように接続されたスイッチング信号を生成して、電源変換器の入力から出力へのエネルギーの転送を制御する駆動回路と、
前記駆動回路に接続され、かつ電源変換器の出力を表すフィードバック信号を受信するように接続された出力電圧センサとを備えていて、
前記出力電圧センサは、第１および第２パルスサンプラ回路を有していて、
前記第１パルスサンプラ回路は、フィードバック信号における１回目のフィードバック信号のリンギング電圧の第２ピークを表す第１ピーク電圧を捕捉するように接続されていて、
前記第２パルスサンプラ回路は、フィードバック信号における２回目のフィードバック信号のリンギング電圧の第２ピークを表す第２ピーク電圧を捕捉するように接続されていて、
前記出力電圧センサは、第１および第２ピーク電圧に応じて、駆動回路に変化信号を出力するように接続されていることを特徴とするコントローラ。
前記出力電圧センサは、第１ピーク電圧と第２ピーク電圧を比較するように接続された比較回路を更に有していて、
前記比較回路は、第１ピーク電圧と第２ピーク電圧の比較に応じて、駆動回路に変化信号を出力するように接続されていることを特徴とする請求項１に記載のコントローラ。
前記出力電圧センサは、第１サンプル信号生成器および第２サンプル信号生成器を更に有していて、
前記第１および第２サンプル信号生成器は、駆動回路から第１および第２制御信号を受信して、それぞれフィードバック信号における１回目および２回目のフィードバック信号の第１および第２サンプリングを開始するように接続されていて、
前記第１パルスサンプラ回路は、第１サンプル信号生成器に応じて、第１ピーク電圧を捕捉するように接続されていて、
前記第２パルスサンプラ回路は、第２サンプル信号生成器に応じて、第２ピーク電圧を捕捉するように接続されていることを特徴とする請求項１に記載のコントローラ。
前記フィードバック信号は、電源スイッチのオフ状態の間の電源の出力を表す反映信号であることを特徴とする請求項１に記載のコントローラ。
前記第１および第２パルスサンプラ回路は、第１および第２ピーク電圧をそれぞれ保存するように接続された第１および第２キャパシタをそれぞれ有していることを特徴とする請求項１に記載のコントローラ。
前記第２パルスサンプラ回路は、予め決められた時間遅延後に第２キャパシタをリセットするように接続されたリセット回路を有していることを特徴とする請求項５に記載のコントローラ。
電源変換器を制御する方法において、
電源スイッチをスイッチングして、電源変換器の入力から出力へのエネルギーの転送を制御するステップと、
電源変換器の出力を表すフィードバック信号を生成するステップと、
フィードバック信号における１回目のフィードバック信号のリンギング電圧の第２ピークを表す第１ピーク電圧を捕捉するステップと、
フィードバック信号における２回目のフィードバック信号のリンギング電圧の第２ピークを表す第２ピーク電圧を捕捉するステップと、
第１および第２ピーク電圧に応じて、電源変換器の入力から出力へのエネルギーの転送を変化させるステップとを有していることを特徴とする方法。
第１ピーク電圧と第２ピーク電圧の比較に応じて変化信号を生成するステップを更に有していて、エネルギーの転送の変化は、変化信号に応じることを特徴とする請求項７に記載の電源変換器を制御する方法。
予め決められた時間遅延後に第２ピーク電圧をリセットするステップを更に有していることを特徴とする請求項７に記載の電源変換器を制御する方法。
前記フィードバック信号を生成するステップは、電源変換器のエネルギー転送素子を通して電源変換器の出力電圧を反映するステップを有していることを特徴とする請求項７に記載の電源変換器を制御する方法。
前記フィードバック信号を生成するステップは、電源変換器の電源スイッチをオフにして、電源変換器のエネルギー転送素子を通して電源変換器の出力電圧を反映するステップを有していることを特徴とする請求項７に記載の電源変換器を制御する方法。
前記フィードバック信号を生成するステップは、短い導通時間の間、電源変換器の電源スイッチをオンにして、次にオフにすることにより、反映出力電圧においてリンギング波形が減衰振動になるステップを有していることを特徴とする請求項１１に記載の電源変換器を制御する方法。
電源変換器の入力と出力の間に接続されたエネルギー転送素子と、
エネルギー転送素子および電源変換器の入力に接続された電源スイッチと、
電源スイッチによって受信されるように接続されたスイッチング信号を生成するための駆動回路を有していて、電源変換器の入力から出力へのエネルギーの転送を制御するコントローラと、
コントローラに含まれていて、駆動回路に接続されている出力電圧センサとを備えていて、
前記出力電圧センサは、電源変換器の出力を表すフィードバック信号を受信するように接続されていて、
前記出力電圧センサは、第１および第２パルスサンプラ回路を有していて、
前記第１パルスサンプラ回路は、フィードバック信号における１回目のフィードバック信号のリンギング電圧の第２ピークを表す第１ピーク電圧を捕捉するように接続され、
前記第２パルスサンプラ回路は、フィードバック信号における２回目のフィードバック信号のリンギング電圧の第２ピークを表す第２ピーク電圧を捕捉するように接続され、
前記出力電圧センサは、第１および第２ピーク電圧に応じて駆動回路に変化信号を出力するように接続されていることを特徴とする電源変換器。
前記出力電圧センサは、第１ピーク電圧と第２ピーク電圧を比較するように接続された比較回路を更に有していて、
前記比較回路は、第１ピーク電圧と第２ピーク電圧の比較に応じて駆動回路に変化信号を出力するように接続されている
ことを特徴とする請求項１３に記載の電源変換器。
前記出力電圧センサは、第１サンプル信号生成器および第２サンプル信号生成器を更に有していて、
前記第１および第２サンプル信号生成器は、駆動回路から第１および第２制御信号を受信して、それぞれフィードバック信号における１回目および２回目のフィードバック信号の第１および第２サンプリングを開始するように接続されていて、
前記第１パルスサンプラ回路は、第１サンプル信号生成器に応じて第１ピーク電圧を捕捉するように接続されていて、
前記第２パルスサンプラ回路は、第２サンプル信号生成器に応じて第２ピーク電圧を捕捉するように接続されていることを特徴とする請求項１３に記載の電源変換器。
前記フィードバック信号は、電源スイッチのオフ状態の間の電源の出力を表すエネルギー転送素子を通して受信される反映信号であることを特徴とする請求項１３に記載の電源変換器。
前記第１および第２パルスサンプラ回路は、第１および第２ピーク電圧をそれぞれ保存するように接続された、第１および第２キャパシタをそれぞれ有していることを特徴とする請求項１３に記載の電源変換器。
前記第２パルスサンプラ回路は、予め決められた時間遅延後に第２キャパシタをリセットするように接続されたリセット回路を有していることを特徴とする請求項１７に記載の電源変換器。