JP2012039871A - 電源の給電能力を増加させる方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源の入力から電源の出力へのエネルギーの伝達を調整するようにスイッチのオン期間を延長する技術を提供すること。
【解決手段】１つの例示的な集積回路は、電源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。スイッチが、エネルギー伝達要素の入力に結合される。コントローラが、スイッチに結合されて、電源の出力から受け取られるフィードバックに応答して、電源の入力から電源の出力へのエネルギーの伝達を調整するようにスイッチのスイッチングを制御する。コントローラは、第１の電源動作条件範囲に応答して、スイッチの最大オン期間を第１の最大オン期間に制限し、第２の電源動作条件範囲に関して、第２の最大オン期間に制限するように結合される。
【選択図】図２

Description

本発明は、全体的に電子回路に関し、より具体的には、本発明は、電源の給電能力を増加させる電子回路に関する。

電子デバイスは、電力を使用して動作する。スイッチング電源が、一般に、今日の多くの電子デバイスにクリーンで安定した電力を供給するために使用されている。知られているスイッチング電源では、ダイオード整流器とキャパシタを使用して、高電圧の交流（ＡＣ）信号を高電圧の直流（ＤＣ）信号に変換する。高電圧ＤＣ信号は、エネルギー伝達要素によって受け取られ、次いで、より低いＤＣ出力電圧に変換され、その電圧が、負荷に結合され、または、例えば、電子デバイスに電力を供給するのに使用される。

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、電源の給電能力が増加される、電源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。 本発明の教示による、電源の給電能力が増加される、電源内部に含まれる集積回路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、様々な条件下におけるオン時間延長を伴なうコントローラ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、フィードバックが失われた場合に、遅延カウント期間の後、オン時間延長を伴なうコントローラの一部分の実施形態に関する詳細な例示的な概略図である。 本発明の教示による、一定のオン時間延長を伴なうコントローラ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、一定のオン時間延長を伴なうコントローラの一部分の実施形態に関する詳細な例示的な概略図である。

電源の給電能力を増加させる電子回路の諸実施形態を開示する。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、組合せ、および／または部分的組合せは、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。

図１は、本発明の教示による、電源の給電能力が増加している、電源１０１内部に含まれる集積回路１０３の実施形態に関する例示的な概略図である。図１に示した電源のトポロジは、フライバック調整器として知られる、例示的なスイッチング調整器である。スイッチング調整器の多くのトポロジと構成が存在し、図１に示したフライバック・トポロジは、本発明の教示に従って他のタイプのトポロジにも適用されることが可能な、本発明の実施形態の諸原理を例示するために与えられていることが理解されよう。

図１では、電源１０１は、電源１０１の入力１０７と出力１０９の間に結合されたエネルギー伝達要素１０５を含む。図示された例示的なエネルギー伝達要素１０５は、入力における１次巻線１２７と、出力における２次巻線１２９とを含む２つの巻線を有する変圧器である。他の例では、エネルギー伝達要素１０５は、本発明の教示に従って、異なる数の巻線を含むことも可能である。図示した例では、入力１０７は、未調整のレンジの広い高電圧（ＨＶ）直流（ＤＣ）入力であり、出力１０９は、負荷１３４に結合されたＤＣ出力である。

図示するとおり、集積回路１０３は、１次巻線１２７に結合される。一実施形態の場合、集積回路１０３は、集積回路１０３のドレインＤ端子とソースＳ端子の間に結合された内部スイッチを含むスイッチング調整器である。また、内部コントローラ回路も、この例では、集積回路１０３内部に含まれて、スイッチのスイッチングを制御する。別の実施形態では、内部スイッチは、本発明の教示に従って、集積回路１０３とは別個の外部スイッチであることも可能であることに留意されたい。

動作の際、集積回路１０３内部のスイッチは、エネルギー伝達要素１０５を介する入力１０７から出力１０９へのエネルギーの伝達を調整するようにスイッチングさせられる。一実施形態の場合、図１の集積回路１０３内部のスイッチの動作は、出力における整流ダイオード１１７内に脈動電流を生じさせ、その電流が、キャパシタ１１９によって濾波されて、ＤＣ出力１０９における実質的に一定の出力電圧が生じさせるか、または負荷１３４に実質的に一定の出力電流を生じさせる。出力１０９においてツェナー・ダイオード１２１と抵抗器１２３とを含むフィードバック回路を使用して、光結合器１１３を介して集積回路１０３にフィードバック信号が与えられる。光結合器１１３は、電源１０１の入力１０７と出力１０９の間で、絶縁をもたらす。図示した例に示すとおり、集積回路１０３は、イネーブルＥＮ端子を介して出力１０９からフィードバック信号を受け取る。ＥＮ端子を介して受け取られるフィードバック信号は、本発明の教示に従って、集積回路１０３によって、電源１０１の出力１０９を調整するのに使用される。

一実施形態の場合、キャパシタＣ１１１も、集積回路１０３のバイパスＢＰ端子に結合される。図示した例では、キャパシタＣ１１１は、通常の動作中に、集積回路１０３に供給減結合機能を与えるのに利用される。例えば、集積回路１０３内の内部回路が、多機能キャパシタＣ１１１から電力またはバイアス電流を受けて、出力１０９を調整しながら、通常の動作中に回路を動作させる。

図２は、本発明の教示による、電源の給電能力が増加される、電源２０１内部に含まれる集積回路２０３の実施形態に関する別の例示的な概略図である。図示するとおり、図２の電源２０１は、図１の電源１０１と類似点を共有する。例えば、電源２０１は、電源２０１の入力２０７と出力２０９の間に結合されたエネルギー伝達要素２０５を含む。図示される例示的なエネルギー伝達要素２０５は、入力における１次巻線２２７と、出力における２次巻線２２９と、バイアス巻線２３１とを含む３つの巻線を有する変圧器である。図示した例では、整流器２１５が、入力１０７から交流（ＡＣ）信号を受け取り、整流して、整流された信号を生成するように結合され、その整流された信号が、キャパシタ２２５で濾波されて、１次巻線２２７に未調整のＨＶ ＤＣ入力信号が与えられる。図示するとおり、出力２０９は負荷２３４に結合される。

図２に示した例では、集積回路２０３は、集積回路２０３のドレインＤ端子とソースＳ端子の間に結合された内部スイッチ２３７を含むスイッチング調整器である。また、内部コントローラ回路２３９も、この例では、集積回路２０３内部に含まれて、スイッチのスイッチングを制御する。別の例では、内部スイッチ２３７は、本発明の教示に従って、集積回路２０３とは別個の外部スイッチであることも可能であることに留意されたい。

動作の際、集積回路２０３内部のスイッチ２３７は、エネルギー伝達要素２０５を介する入力２０７から出力２０９へのエネルギーの伝達を調整するようにスイッチングさせられる。一実施形態の場合、スイッチ２３７の動作は、出力における整流ダイオード２１７内に脈動電流を生じさせ、その電流が、キャパシタ２１９によって濾波されて、出力２０９に実質的に一定の出力電圧を生じさせるか、または負荷２３４に実質的に一定の出力電流を生じさせる。出力２０９におけるツェナー・ダイオード２２１と抵抗器２２３とを含むフィードバック回路を使用して、光結合器２１３を介して集積回路２０３にフィードバック信号が与えられる。バイアス電流が、バイアス巻線２３１から光結合器２１３に与えられる。バイアス電流は、整流ダイオード２３３で整流され、キャパシタ２３５で濾波される。光結合器２１３は、電源２０１の入力２０７と出力２０９の間で、絶縁をもたらす。図示した例に示すとおり、集積回路２０３は、制御Ｃ端子を介して出力２０９からフィードバック信号を受け取る。制御Ｃ端子を介して受け取られるフィードバック信号は、本発明の教示に従って、集積回路２０３によって、電源２０１の出力２０９を調整するのに使用される。

一実施形態の場合、キャパシタＣ２１１も集積回路２０３の制御Ｃ端子に結合される。図示した例では、キャパシタＣ２１１は、例えば、集積回路２０３に集積回路供給減結合機能を与えること、および通常の動作中のフィードバック・ループ補償を含め、複数の目的に利用される。例えば、集積回路２０３内の内部回路が、制御Ｃ端子を介して多機能キャパシタＣ２１１から電力またはバイアス電流を受けて、出力２０９を調整しながら、通常の動作中に回路を動作させる。

図１、図２にそれぞれ示された例示的な電源１０１、２０１に関して、電源動作周波数を設定する内部発振器が、コントローラ１０３、２０３のそれぞれの内部に含まれる。調整回路のタイプに依存して、発振器は、例えば、固定周波数パルス幅変調器（ＰＷＭ）タイプの調整回路内部のスイッチのスイッチング周波数、またはオン／オフ・タイプの調整回路内部のスイッチの動作の最大周波数を制御することができる。例えば、一実施形態の場合、本発明の教示に従って、図１のコントローラ１０３は、オン／オフ調整器であり、図２のコントローラ２０３はＰＷＭ調整回路である。

図１のコントローラ１０３に関するオン／オフ調整器の場合、スイッチの最大オン時間は、コントローラ１０３のＢＹＰＡＳＳ端子ＢＰに結合されたキャパシタＣ１１１が、全体的なスイッチング期間の残りの期間中に充電されるので、通常の動作条件下では制限される。通常の電源動作条件において、コントローラ１０３のＢＹＰＡＳＳ端子ＢＰに結合されたキャパシタＣ１１１を充電するのに十分な時間が存在するのを確実にするため、スイッチがオフである各スイッチング・サイクル中の最小期間が存在する。例えば、知られているオン／オフ・コントローラでは、スイッチの最大オン時間は、コントローラの内部発振器から生成される最大デューティ・サイクル信号によって決まる。知られているＰＷＭタイプの調整回路では、スイッチング期間内の最大オン時間は、制御ループを安定させるタスクを単純化するように、通常、制限される。さらに、フライバック変換器内部で使用される通常の知られている調整器では、周期中の限られた最大オン時間、つまり、最大デューティ・サイクルが、エネルギー伝達要素の入力巻線と出力巻線の間の非常に大きい巻数比の必要性を抑える実際的なエネルギー伝達要素設計をもたらすのに役立つように使用され、これが、電源動作におけるさらなる損失につながる。

しかし、例えば、一時的に非常に低い入力電圧などの、ある条件下では、本発明の教示に従って、スイッチのはるかに長いオン時間を許すことが有利である。ある実施形態の場合、ＡＣ電圧波形が欠けている１つまたは複数の半サイクルに起因して入力電圧が低下する異常な条件の間、非常に低い入力電圧が存在する可能性がある。また、電源バルク・キャパシタが、入力ＡＣ電圧波形から充電される期間の合間に、バルク・キャパシタ電圧が低下する。この低下は、最低のＡＣ電圧周波数においてより大きくなる。というのは、バルク・キャパシタを充電する合間の期間がより長くなるからである。最小入力電圧条件と最小入力電圧周波数条件は、通常、エネルギー伝達要素を定義するのに使用される最悪ケースの設計基準である。知られている固定最大デューティ・サイクル・コントローラで、それらの電源動作条件を許すことは、残りの一連の電源動作条件に関して、電源設計を危うくする。

以下に説明するとおり、図１の例示的な電源１０１、または図２の例示的な電源２０１のような実施形態の電源の給電能力は、入力電圧が低い電源動作条件を認識することによって向上させられる。ある実施形態の場合、調整回路に結合されたスイッチの最大オン期間、つまり、デューティ・サイクルは、本発明の教示にしたがって延長させられる。一実施形態の場合、スイッチは、スイッチを通って流れる電流がしきい値に達するまで、オンのままにされる。そのしきい値に達すると、コントローラ内部の発振器回路は、発振器周期を延長するように制御される。スイッチ電流しきい値に達すると、一実施形態の場合、本発明の教示に従って、最小オフ時間が維持されて、電源の出力にエネルギーが供給される。

別の実施形態において説明するとおり、調整回路に結合されたスイッチの最大オン期間、つまり、デューティ・サイクルは、第１の最大オン期間より大きい、第２の絶対最大（またはＡｂｓ ｍａｘ）オン期間まで、またはスイッチを通って流れる電流が、しきい値に達するまで、延長される。この例では、第２の最大オン期間は、何らかの理由で、電流が、長い期間にわたってしきい値に達することができない場合の保護として含められ、長い期間にわたってしきい値に達しないことは、スイッチにおける過度のワット電力損を生じさせて、スイッチ内で非常に急速な温度上昇をもたらす可能性がある。以上の条件下で、スイッチは、一実施形態の場合、スイッチの中を流れている電流に関わらず、オフにされて、スイッチが保護されることを確実にする。

例示するため、本発明の教示による、様々な条件下で、オン時間延長を伴なう調整器またはコントローラ３３９によって制御されるように結合されたスイッチ３３７を含む集積回路３０３の実施形態に関する例示的な概略図を全体的に示す、図３に注目されたい。一実施形態の場合、コントローラ３３９は、スイッチ３３７を除き、少なくとも、図３に示された諸要素のすべてを含む。一実施形態の場合、スイッチ３３７は、集積回路３０３内部に含まれず、回路３０３とは別個の外部スイッチである。一実施形態の場合、コントローラ３３９とスイッチ３３７は、単一のパッケージ内部に密閉される。一実施形態の場合、集積回路３０３は、コントローラ３３９とスイッチ３３７とを含むモノリシックの集積回路である。一実施形態の場合、スイッチ３３７は、パワー酸化金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である。

図３の例示的な集積回路３０３は、図１の集積回路１０３に対応し、また、本発明の教示に従って、図２の集積回路２０３と多くの類似点を共有していることを理解されたい。したがって、図３に示された例の諸要素は、本発明の教示に従って、適切な形で図１および／または図２の諸要素と組み合わせられることが可能である。詳細には、一実施形態の場合、ドレインＤ端子３４１は、１次巻線１２７または２２７のようなエネルギー伝達要素に結合され、ソースＳ端子３４３は接地に結合され、イネーブル端子３４７は、例えば、出力１０９などの、電源の出力からフィードバック信号を受け取るように結合される。キャパシタＣ１１１が、バイパスＢＰ端子３４５とソースＳ端子３４３の間に結合されている。

通常の動作では、バイパスＢＰ端子３４５に結合されたキャパシタは、キャパシタが、バイパス・ピン不足電圧比較器３７１によって判定される、十分なレベルまで充電されるまで、調整器３５９を介して初期設定中に充電される。キャパシタが十分に充電されたことを比較器３７１が感知した後、ＡＮＤゲート３７３がイネーブルにされて、駆動信号３９１がスイッチ３３７に出力され、それに応じて、自動再起動カウンタ３６９がリセットされて、集積回路３０３の通常の動作が可能になる。通常の動作中、スイッチ３３７は、駆動信号３９１に応答してスイッチングさせられる。集積回路３０３内の温度が過度になった場合、熱シャットダウン回路３６５が、ＡＮＤゲート３７３をディセーブルにして、これにより、駆動信号３９１がスイッチ３３７に出力されることもディセーブルにされ、これにより、スイッチ３３７がスイッチングすることがディセーブルにされる。

スイッチ３３７が、通常の動作中に電源出力を調整するようにスイッチングすることがイネーブルにされると、電源の出力からのフィードバックが、ＥＮＡＢＬＥ信号３８７が生成されるイネーブル端子３４７を介して受け取られる。図示するとおり、通常の動作中、ＥＮＡＢＬＥ信号３８７は、本発明の教示に従って、電流源を介してバイパスＢＰ端子から供給されるバイアス電流を使用して生成される。ＥＮＡＢＬＥ信号３８７が、電源出力から受け取られたフィードバックに応答してアクティブである場合、ラッチ３７５が、ＡＮＤゲート３８１とＯＲゲート３８５を介してセットさせられる。したがって、発振器３６７からのＣＬＯＣＫ信号３５５が、ラッチ３７５をセットさせ、ラッチ３７５から、ＡＮＤゲート３７３を介して駆動信号３９１が生成される。

図示した例では、ラッチ３７５は、発振器３６７からのデューティ・サイクル最大ＤＣ_MAX信号３９５に応答して、スイッチ３３７を通る電流が、ＡＮＤゲート３７７とＯＲゲート３８３を介して電流制限比較器３８９によって識別される、ピーク電流制限レベルを超えたことに応答して、またはＡｂｓ Ｍａｘ ＯＮ ＴＩＭＥタイマ３５３からの出力信号に応答して、ＯＲゲート３８３の出力によってリセットされる。ＯＲゲート３５７は、休止回路３４９の出力が高である場合、ＤＣ_MAX信号によるラッチ３７５のリセットを阻止する。図示する例では、立上りブランキング回路３７９も結合されて、駆動信号３９１の各パルスの立上り中、電流制限信号を一時的にディセーブルにする。

動作の際、休止回路３４９が、本発明の教示に従って、いくつかの可能な理由の１つで、発振器３６７を休止させることができる。それらの理由の一部、またはすべては、オプションであり、したがって、それらの理由の一部、またはすべてが、本発明の様々な実施形態による様々な組合せを使用して、すべて使用されても、使用されなくてもよい。例えば、一例では、休止回路３４９は、電源入力電圧に応答する信号３６１を受け取るように結合される。一実施形態の場合、電源入力電圧が低過ぎることを信号３６１が示す場合、休止回路３４９は、発振器３６７が休止させ、発振器３６７のデューティ・サイクル最大ＤＣ_MAX信号３９５が、ラッチ３７５をリセットすることを阻止する。これにより、例えば、スイッチ３３７の中を流れる電流が、電流制限比較器３８９によって決められたしきい値に達したことに起因して、ＡＮＤゲート３７７が高になるまで、スイッチ３３７のオン時間が延長される。電源入力電圧が、低過ぎないことを信号３６１が示す場合、休止回路は、本発明の教示に従って、発振器３６７を発振させ、発振器３６７のデューティ・サイクル最大ＤＣ_MAX信号３９５が、ラッチ３７５をリセットする。一実施形態の場合、休止回路３４９は、電源の入力に応答する信号３６１に応答するときのみ、アクティブにされる。一実施形態の場合、発振器３６７の周波数は、本発明の教示に従って、フィードバック信号またはイネーブル信号３８７とは無関係である。

別の例では、自動再起動カウンタ３６９があるカウント値に達し、これにより、フィードバック信号またはＥＮＡＢＬＥ信号３８７が失われたこと、または過度な時間にわたってアイドルであったことが示される。一実施形態の場合、この状況により、休止回路３４９が、その後の各スイッチング・サイクルで、発振器３６７を休止させることが生じる。フィードバック信号またはＥＮＡＢＬＥ信号３８７が失われることは、本発明の教示に従って、電源への入力電圧が低過ぎ、したがって、延長されたオン時間によってもたらされる追加の給電能力が要求されることの兆しである。

一実施形態の場合、休止回路３４９が、発振器３６７を休止させた後、発振器３６７は、本発明の教示に従って、いくつかの形で再起動される。例えば、一例では、発振器３６７は、スイッチ３３７の中を流れる電流が、再起動回路３５１によっても受け取られるＡＮＤゲート３７７の出力によって示されるしきい値に達すると、再起動回路３５１を介して再起動させられる。

一実施形態の場合、絶対最大ＯＮ ＴＩＭＥタイマ回路３５３が、スイッチ３３７がオンにされると開始されるタイマを含む。図３に示した例では、絶対最大ＯＮ ＴＩＭＥタイマ回路３５３は、駆動信号３９１を検出するように結合されて、駆動信号３９１が、スイッチ３３７をオンにした場合に、そのことを検出する。別の例では、絶対最大ＯＮ ＴＩＭＥタイマ回路３５３は、スイッチ３３７がオンにされた際に、そのことを感知するために、スイッチ３３７を通る電流、またはスイッチ３３７の両端の電圧を検出するように結合されてもよい。再起動回路３５１は、絶対最大ＯＮ ＴＩＭＥタイマ回路３５３に結合されて、Ａｂｓ Ｍａｘ ＯＮ ＴＩＭＥタイマ回路３５３の出力によってシグナルされる絶対最大オン時間に達すると、あるいは、スイッチ３３７の中の電流が、電流制限比較器３８９に従ってしきい値に達すると、発振器３６７を再起動するように結合される。一実施形態の場合、Ａｂｓ Ｍａｘオン時間は、例えば、電源入力電圧信号３６１が余りにも低く、スイッチ３３７の中の電流が、比較器３８９による電流制限しきい値に決して達しない場合の、セーフティネットとして実施されることも可能である。

説明し、図示したとおり、発振器３６７を休止させることにより、発振器３６７の周波数が、事実上、低減させられることに留意されたい。別の実施形態では、休止回路３４９は、本発明の教示により、発振器３６７を完全に停止させる、または休止させるのではなく、本発明の教示により、発振器３６７の発振を減速させるのに使用されることも可能であることを理解されたい。

図４は、本発明の教示による、フィードバックが失われた場合、遅延カウント期間の後、オン時間延長を伴なう、例えば、コントローラ３３９のようなコントローラの一部分の実施形態に関するさらなる詳細を示す例示的な概略図４３９である。詳細には、一実施形態の場合、概略図４３９は、概ね、本発明の教示に従って、さらなる詳細を伴なう、Ａｂｓ Ｍａｘ ＯＮ ＴＩＭＥタイマ回路３５３を伴なわないコントローラ３３９の諸部分であることを理解されたい。図示した例では、パワースイッチの最大オン時間は、電源調整回路に結合されたフィードバック信号が、パワースイッチの最大オン時間の延長が要求されることを示す範囲内にある場合、延長される。パワースイッチは、例えば、図２のパワースイッチ２３７、または図３のパワースイッチ３３７に対応する。

例えば、コントローラに結合されたフィードバック信号が失われることは、最大オン時間延長が要求されることが可能な範囲を示す。というのは、それにより、電源が、電源の出力に結合された負荷によって要求される出力電力を、もはや供給できないことを示すからである。そのような条件は、電源への入力電圧が、標準の最大スイッチ・オン期間が、負荷に十分なエネルギーを供給するには、余りにも低く降下しすぎたことの結果であろう。一実施形態の場合、最大オン期間は、ある期間にわたって、スイッチの最大オン時間の延長が要求されることを示す範囲にフィードバック信号が入っている場合、延長される。

例えば、フィードバック信号が失われた場合、スイッチの最大オン期間は、例えば、ある期間の後、あるカウント値に達する調整回路内部のカウンタを使用することにより、その条件が、ある期間にわたって存在するまで、延長されない。これにより、例えば、単に、電源の出力における負荷の変動に起因して、フィードバック信号が一時的に失われる、通常の電源動作条件の下で、最大オン期間が延長されることが回避される。それらの通常の動作条件の下では、スイッチの最大オン時間を延長することにより、より高い実効（ＲＭＳ）電流が生じることがあり、したがって、スイッチ内で、より高い熱応力が生じることがあり、これは、それらの条件が、長い期間にわたって続く可能性がある通常の動作中、望ましくない。

例示すると、図４の概略図４３９が、ＣＬＯＣＫ信号４５５とＤＣ_MAXバー信号４９５を生成する発振器４６７を含む。図示する例では、再起動回路４５１は、ＣＬＯＣＫ信号４５５、ＤＣ_MAXバー信号４９５、イネーブル信号４８７、過電流信号４８９、休止信号に応答する再起動信号を生成するように結合される。図示する例では、再起動回路４５１は、電源によって受け取られるように結合される駆動信号４９１も生成するラッチ４７５を含む。図示する例では、駆動信号４９１は再起動信号と同一の信号である。また、休止信号を生成し、自動再起動カウンタ４６９に応答してセットされ、イネーブル信号４８７に応答してリセットされる休止回路４４９も含まれる。図４の諸要素は、図３に示された諸要素に対応することを理解されたい。例えば、発振器４６７は、発振器３６７に対応し、再起動回路４５１は、再起動回路３５１に対応し、休止回路４４９は、休止回路３４９に対応し、自動再起動回路４６９は、自動再起動回路３６９に対応する。

動作の際、通常、発振器４６７のタイミング・キャパシタＣ１は、ヒステリシス比較器４９９の出力においてＤＣ_MAXバー信号４９５が生成されるまで、パワースイッチのオン時間中、トランジスタＱ２を介して充電される。トランジスタＱ２は、その後、ヒステリシス比較器４９９の出力が高になると、オフにされる。インバータ・ゲート４９７が、トランジスタＱ４を同時にオンにする。図示するとおり、次に、トランジスタＱ５、Ｑ３で決まるカレントミラーが、ヒステリシス比較器４９９の出力が極性を再び変えるまで、発振器４６７のタイミング・キャパシタＣ１を放電させる。このプロセスが繰り返されて、発振器４６７の発振信号が得られる。タイミング・キャパシタＣ１を放電させる時間により、パワースイッチの最小オフ時間と呼ばれるものが設定される。パワースイッチの最小オフ時間により、電源オン時間中に、例えば、図１のエネルギー蓄積要素１０５、または図２のエネルギー蓄積要素２０５のようなエネルギー蓄積要素の中に蓄積されたエネルギーが、電源出力に伝達されることが可能になる。したがって、一実施形態の場合、オン期間の後には、本発明の教示に従って、実質的にすべての通常の電源動作条件の下で、タイミング・キャパシタＣ１を放電させる時間によって確立される固定の最小オフ期間が続く。

前述したプロセスは、トランジスタＱ１がオンにされている限り続く。トランジスタＱ１がオフにされた場合、本発明の教示に従って、タイミング・キャパシタＣ１は、放電させられず、発振器４６７は休止させられる。図示するとおり、休止回路４４９が休止信号を生成し、再起動回路４５１が再起動信号を生成する。休止信号と再起動信号は、本発明の教示に従って、制御トランジスタＱ１に結合されて、発振器４６７を休止させ、かつ／または再起動させる。図示する例では、休止信号と再起動信号がともに高である場合、トランジスタＱ１はオフであり、発振器４６７は休止させられる。休止信号と再起動信号のいずれかが低になった場合、トランジスタＱ１は再びオンになり、発振器４６７は、もはや休止させられない。図示した例では、休止信号は、ＤＣ_MAX信号４９５が、パワースイッチをオフにすることになる再起動回路４５１のラッチ４７５のリセットを行うことを阻止するようにも送られることに留意されたい。図４の例では、休止信号は、Ｑ３がオンであり、Ｑ２がオフである場合、Ｃ１が、さもなければ、放電する時間中にだけ、発振器を休止させることができる。Ｃ１が、Ｑ２を通って流れる電流によって充電されている間、休止信号は、発振器４６７の動作に全く影響を与えない。

また、図４の例では、自動再起動カウンタ４６９が、コントローラ設計において設定された値までカウントすることができた場合、休止回路４４９が、設定され、これにより、高の休止信号が生成される。イネーブル信号４８７パルスが、コントローラに結合されたフィードバック信号から検出されるといつでも、そのことは、電源出力が、再び調整されていることを示す。その時点で、オン時間延長は、本発明の教示に従って、もはや要求されない。したがって、本発明の教示に従って、休止回路４４９から出力される休止信号は、低にリセットされ、これにより、トランジスタＱ１が再びオンにされ、これにより、タイミング・キャパシタＣ１が、通常どおり充電され、放電されることが可能になり、発振器４６７が、通常どおり発振することが可能になる。

図５は、本発明の教示による、一定のオン時間延長を伴なって、調整器またはコントローラ５３９によって制御されるように結合されたスイッチ５３７を含む集積回路５０３の実施形態に関する別の例示的な概略図である。一実施形態の場合、コントローラ５３９は、スイッチ５３７を除き、少なくとも、図５に示された諸要素のすべてを含む。一実施形態の場合、スイッチ５３７は、集積回路５０３内部に含まれず、回路５０３とは別個の外部スイッチである。一実施形態の場合、コントローラ５３９およびスイッチ５３７は、単一のパッケージ内部に密閉される。一実施形態の場合、集積回路５０３は、コントローラ５３９とスイッチ５３７とを含むモノリシックの集積回路である。一実施形態の場合、スイッチ５３７は、電力ＭＯＳＦＥＴである。

図３の集積回路３０３のように、本発明の教示に従って、図５の例示的な集積回路５０３も、図１の集積回路１０３に対応し、図２の集積回路２０３と多くの類似点を共有し、図３の集積回路３０３と多くの類似点を共有することが理解されよう。したがって、図５に示された例の諸要素は、本発明の教示に従って、適切な形で図１、図２、および／または図３の諸要素と組み合わせられることが可能である。詳細には、一実施形態の場合、ドレインＤ端子５４１が、１次巻線１２７または２２７のようなエネルギー伝達要素に結合され、ソースＳ端子５４３が、接地に結合され、エネルギー／不足電圧（ＥＮ／ＵＶ）端子５４７が、例えば、出力１０９のような、電源の出力からのフィードバック信号を受け取るように結合される。キャパシタＣ２１１が、バイパスＢＰ端子５４５とソースＳ端子５４３の間に結合されることが可能である。

通常の動作の際、バイパスＢＰ端子５４５に結合されたキャパシタは、バイパス・ピン不足電圧比較器５７１による判定により、キャパシタが十分なレベルまで充電されるまで、初期設定中に調整器５５９を介して充電される。キャパシタが十分に充電されたことを比較器５７１が感知した後、ＡＮＤゲート５７３がイネーブルにされて、駆動信号５９１が、スイッチ５３７に出力され、自動再起動カウンタ５６９が、それに応じてリセットされ、集積回路５０３の通常の動作を可能にする。通常の動作中、スイッチ５３７は、駆動信号５９１に応答してスイッチングさせられる。集積回路５０３内の温度が、過度になった場合、熱シャットダウン回路５６５が、ＡＮＤゲート５７３をディセーブルにし、これにより、駆動信号５９１が、スイッチ５３７に出力されることもディセーブルにされ、これにより、スイッチ５３７が、スイッチングすることがディセーブルにされる。

通常の動作中に、電源出力を調整するために、スイッチ５３７がスイッチングさせられると、電源の出力からのフィードバックが、ＥＮＡＢＬＥ信号５８７が生成されるイネーブル端子５４７を介して受け取られる。図示するとおり、通常の動作中、本発明の教示に従って、電流源を介してバイパスＢＰ端子から供給されるバイアス電流を使用して、ＥＮＡＢＬＥ信号５８７が生成される。ＥＮＡＢＬＥ信号５８７が、電源出力から受け取られたフィードバックに応答してアクティブである場合、ラッチ５７５が、ＡＮＤゲート５８１とＯＲゲート５８５を介してセットされる。したがって、発振器５６７からのＣＬＯＣＫ信号５５５が、ラッチ５７５をセットし、ラッチ５７５から、ＡＮＤゲート５７３を介して駆動信号５９１が生成される。

見ることができるとおり、図３の集積回路３０３の発振器３６７とは異なり、ラッチ５７５をリセットするように図５の発振器５６７から外部に出力されるデューティ・サイクル最大ＤＣ_MAX信号は、全く存在しない。代わりに、ラッチ５７５は、Ａｂｓ Ｍａｘ ＯＮ ＴＩＭＥタイマ回路５５３からの信号に応答して、あるいはＡＮＤゲート５７７とＯＲゲート５８３を介して電流制限比較器５８９によって識別される、ピーク電流制限レベルを超えた、スイッチ５３７を通る電流に応答してリセットされる。図示する例では、立上りブランキング回路５７９も、駆動信号５９１の各パルスの立上り中、電流制限信号を一時的にディセーブルにするように結合される。

図５に示された例示的な概略図では、スイッチ５３７の最大オン時間は、要求される場合、発振器５６７によって生成されるデューティ・サイクル最大ＤＣ_MAX信号が全く存在しないので、通常、常に拡張される。このため、電源コントローラ５３９は、すべての電源動作条件の下で、電流しきい値またはＡｂｓ Ｍａｘ ＯＮ時間に達するまで、スイッチ５３７がオンになったままとなる。その結果、本発明の教示に従って、スイッチ５３７のオン時間を延長するために、集積回路５０３、あるいは図３の休止回路３４９のような、対応する休止回路に対する外部信号は全く必要とされない。図５に示される例では、再起動回路５５１が、ＡＮＤゲート５７７の出力に結合される。図示した例では、再起動回路５５１は、本発明の教示に従って、Ａｂｓ Ｍａｘ ＯＮ ＴＩＭＥタイマ回路５５３によって示されるところにより、電流制限が、第１の最大オン時間内に電流制限しきい値に達しない場合、発振器５６７が、再び起動すべきであると再起動回路５５１が判定するまで、発振器５６７を常に休止させる。

したがって、図５の発振器５６７は、本発明の教示に従って、依然、固定の最大周波数、または固定の最小周期時間を有するが、可変の最小周波数を有する。スイッチング・サイクルは、電流しきい値に達した場合、あるいは、Ａｂｓ Ｍａｘ ＯＮ ＴＩＭＥタイマ回路５５３で判定されるＡｂｓ Ｍａｘ ＯＮ ＴＩＭＥ期間に達した場合にだけ、安全のために終了される。

図５に示された例示的な概略図では、Ａｂｓ Ｍａｘ ＯＮ ＴＩＭＥタイマ回路５５３とＯＲゲート５８３は、集積回路５０３のある実施形態の場合、必ずしも含まれないことが理解されよう。この例では、ＡＮＤゲート５７７の出力は、ＯＲゲート５８３の入力の代わりに、再起動回路５５１と、ラッチ５７５のリセット端子に直接に結合される。Ａｂｓ Ｍａｘ ＯＮ ＴＩＭＥタイマ回路５５３なしでは、再起動回路５５１からの再起動信号は、電流制限に達した場合にだけ生成される。別の実施形態の場合、再起動回路５５１は、ラッチ５７５をリセットする同一の信号を受け取るように結合されるので、そのラッチ５７５のＱ出力が、再起動回路の出力として発振器５６７に結合されて、ラッチ５７５自体が、再起動回路５５１となることも可能であることが理解されよう。

例示するため、本発明の教示による、一定のオン時間延長を伴なうコントローラ５３９の一部分の実施形態に関する詳細な例示的な概略図６３９である、図６に注目されたい。詳細には、一実施形態の場合、概略図６３９は、概ね、本発明の教示による、さらなる詳細を伴なうコントローラ５３９の諸部分であることが理解されよう。

図示するとおり、図６の概略図６３９は、ＣＬＯＣＫ信号６５５を生成する発振器６６７を含む。発振器６６７が正しく機能するために、内部デューティ・サイクル最大ＤＣ_MAXバー信号６９５が、やはり内部で生成されるが、ＤＣ_MAXバー信号６９５は、発振器６６７の外部の回路には結合されないことに留意されたい。図示する例では、再起動回路６５１が、ＣＬＯＣＫ信号６５５、イネーブル信号６８７、過電流信号６８９に応答する再起動信号を生成するように結合される。図示する例では、再起動回路６５１は、駆動信号６９１も生成するラッチ６７５を含み、信号６９１は、パワースイッチによって受け取られるように結合される。図示する例では、駆動信号６９１は、再起動信号と同一の信号である。図６の諸要素は、図５に示された諸要素に対応することが理解されよう。例えば、発振器６６７は発振器５６７に対応し、再起動回路６５１は再起動回路５５１に対応する。

動作の際、発振器６６７は、パワースイッチが、駆動信号６９１に応答してオンにされる間、自動的に休止させられる。詳細には、駆動信号６９１が、パワースイッチをオンにすると、駆動信号は、発振器６６７内部のトランジスタＱ１をオフにする。図４の発振器４６７と同様に、トランジスタＱ１がオフである場合、タイミング・キャパシタＣ１は、放電することを許されず、これにより、発振器６６７が休止させられることになる。図示するとおり、リセット回路６５１のラッチ６７５は、本発明の教示に従って、パワースイッチが、しきい値に達して、受け取られる過電流信号６８９に応答するときのみリセットされる。再起動回路６５１がリセットされると、本発明の教示に従って、トランジスタＱ２が、再びオンにされ、これにより、タイミング・キャパシタＣ１が、充放電させられ、これにより、発振器６６７が発振する。

したがって、スイッチの中を流れる電流が、例えば、ＤＣ_MAXバー信号が低である期間である、最大オン期間内にしきい値に達した場合、発振器６６７の発振器周期は固定である。したがって、この例では、発振器６６７は、例えば、スイッチの中を流れる電流が、内部で生成された最大オン期間中にしきい値に達しない場合である、第１の電源入力電圧条件範囲に関して、可変周波数であり、例えば、スイッチの中を流れる電流が、最大オン期間内にしきい値に達する場合である、第２の入力電圧条件範囲に関して固定である。

一実施形態の場合、電源入力電圧の値により、スイッチ内の電流が、最大オン期間中にしきい値に達するかどうかが決まる。というのは、電源入力電圧により、あるインダクタンス値を有する、図１の１次巻線１２７、または図２の１次巻線２２７などのエネルギー伝達要素１次巻線内の電流の変化率が決まるからである。電源入力電圧が高くなるほど、エネルギー伝達要素１次巻線１２７または２２７内の電流が、電流制限しきい値に達するのにかかる時間が短くなる。電源入力電圧が低い場合、パワースイッチを通って流れる電流が、しきい値に達するのに長い時間がかかる。

以上の詳細な説明では、本発明の方法および装置を、本発明の特定の例示的な実施形態に関連して説明してきた。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も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ものとする。

２０１ 電源、２０３ 集積回路、２０５ エネルギー伝達要素、２１１，２１９，２２５，２３５ キャパシタ、２１３ 光結合器、２１５ 整流器、２２１，２１７，２３３ ダイオード、２２３ 抵抗器、２２７，２２９，２３１ 巻線、２３７ スイッチ、２３９ コントローラ回路。

Claims (21)

1. 電源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、電源の前記出力から受け取られるフィードバック信号に応答して、前記スイッチのスイッチングを制御して、電源の前記入力から電源の前記出力へのエネルギーの伝達を調整するコントローラとを備え、
   前記コントローラは、電源動作条件の第１の範囲に応答して、前記スイッチの最大オン期間を第１の最大オン期間に制限するように結合されるとともに、前記電源動作条件の第２の範囲に対して、第２の最大オン期間に制限するように結合され、前記第２の最大オン期間は、前記コントローラの発振器の発振期間を延長することによって制御される、電源。
2. 前記電源動作条件は、電源の前記入力における電圧の値を含む、請求項１に記載の電源。
3. 前記電源動作条件は、電源の前記出力に結合された負荷の条件を含む、請求項１に記載の電源。
4. 前記電源動作条件は、前記フィードバック信号に関する条件範囲を含む、請求項１に記載の電源。
5. 前記電源動作条件は、前記フィードバック信号に関する前記条件範囲の期間を含む、請求項４に記載の電源。
6. 前記フィードバック信号に関する前記条件範囲は、前記フィードバック信号が失われることを含む、請求項４に記載の電源。
7. 前記コントローラを含む集積回路をさらに備える、請求項１に記載の電源。
8. 前記集積回路は、前記スイッチをさらに含む、請求項７に記載の電源。
9. 前記集積回路を囲む単一のパッケージをさらに備える、請求項８に記載の電源。
10. 前記集積回路は、モノリシックの集積回路である、請求項８に記載の電源。
11. 前記第２の最大オン期間は固定の期間である、請求項１に記載の電源。
12. 前記第２の最大オン期間は、前記スイッチ内を流れる電流が、電流しきい値を超えるのにかかる時間である、請求項１に記載の電源。
13. 前記オン期間の後に、すべての電源動作条件の下で、固定の最小オフ期間が続く、請求項１に記載の電源。
14. 電源のためのコントローラであって、
    前記コントローラは、
    再起動信号に応答するクロック信号を生成するように結合された発信器と、
    前記発信器に結合されるとともに、前記クロック信号に応答して前記電源の出力を調整するためのスイッチのスイッチングを制御するように結合される駆動信号生成器と、
    前記発信器に結合されて、前記スイッチを流れる電流に応答して前記再起動信号を生成する再起動回路とを備え、
    前記クロック信号は、前記電流が期間内に電流制限しきい値に到達した場合は、固定期間を有し、
    前記クロック信号は、前記電流が前記期間内に前記電流制限しきい値に到達しない場合は、固定オフ時間を含む可変期間を有する、コントローラ。
15. 前記再起動回路は、前記電流が前記期間内に前記電流制限しきい値に到達しない場合は、前記クロック信号のオン時間を延長するように結合される、請求項１４に記載のコントローラ。
16. 前記再起動回路は、前記電流が前記電流制限しきい値に到達するまで、前記クロック信号のオン時間を延長するように結合される、請求項１５に記載のコントローラ。
17. 前記再起動回路は、絶対最大オン時間まで、前記クロック信号のオン時間を延長するように結合される、請求項１５に記載のコントローラ。
18. 最大デューティサイクル信号が前記発信器から外部へ出力されない、請求項１４に記載のコントローラ。
19. 前記クロック信号のオン時間が絶対最大オン時間に到達したか否かを表わす信号を前記再起動回路に提供するように結合された絶対最大オン時間タイマと、
    前記スイッチを流れる電流が前記電流制限しきい値に到達したか否かを表わす信号を前記再起動回路に提供するように結合された電流制限比較器とをさらに備える、請求項１４に記載のコントローラ。
20. 前記クロック信号のオン時間は、前記再起動信号にのみ応答して、および、前記電流が前記電流制限しきい値に到達したときのみまたは前記クロック信号のオン時間が前記絶対最大オン時間に到達したときのみに終了される、請求項１９に記載のコントローラ。
21. 請求項１４〜２０のいずれかに従うコントローラを備える、電源。

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