JP2017529051A - 絶縁型コンバータにおけるコンスタント・オン・タイム(cot)制御 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、本願の共通出願人によって2014年9月19日に提出された中国(CN)特許出願第201410483711.9号、および2014年12月7日に提出された米国(US)特許出願第14/562,735号に優先権を主張する。中国特許出願第201410483711.9号および米国特許出願第14/562,735号の開示全体を引用により本文書に援用する。
Claims (19)
- 入力電圧を受け取る入力端子に接続されるコンスタント・オン・タイム(COT)絶縁型コンバータであって、
一次側及び二次側を含む変圧器であって、前記一次側が前記入力端子に接続され、前記二次側が負荷に接続され、出力信号が前記負荷に印加される変圧器と、
前記変圧器の前記二次側及び前記負荷に接続されるプロセッサであって、第1の所定基準電圧、低閾値周波数、及び高閾値周波数を与えられ、前記出力信号を受信し、前記出力信号から第1の検出電圧と第2の検出電圧とを順次捕捉し、前記第1の検出電圧が前記第1の基準電圧未満であるとき、第1のパルス信号と前記第1のパルス信号と同一の周波数の第1のクロック信号とを同期して生成し、その後、前記第2の検出電圧が前記第1の基準電圧未満であるとき、前記第1のクロック信号の少なくとも1つの周波数、前記低閾値周波数、及び前記高閾値周波数に基づいて、第2のパルス信号と前記第2のパルス信号と同一の周波数の第2のクロック信号とを同期して生成するプロセッサと、
前記プロセッサと前記変圧器の前記一次側及び前記二次側とにそれぞれ接続され、前記第1のパルス信号と前記第2のパルス信号とを前記変圧器の前記一次側に順次送信する少なくとも1つの結合素子と、
前記変圧器の前記一次側及び前記結合素子に接続されるドライバであって、前記第1のパルス信号と前記第2のパルス信号とを順次受信し増幅して、第1のデジタル信号と第2のデジタル信号とを順次生成するドライバと、
前記変圧器の前記一次側及び前記ドライバに接続される第1の電子スイッチであって、前記第1のデジタル信号と前記第2のデジタル信号とを順次受信して、それに応じてオン/オフ状態を変更し、前記入力端子から前記入力電圧を受け取る前記変圧器を制御することによって前記出力信号を調節する第1の電子スイッチと、
を備える、コンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータ - 前記ドライバが、前記入力電圧を受け取る前記入力端子にさらに接続されて、前記第1の電子スイッチに送信される第3のパルス信号を生成し、前記第1の電子スイッチが前記第3のパルス信号に応じてオン/オフ状態を変更し、前記入力端子から前記入力電圧を受け取る前記変圧器を制御することによって、前記負荷に印加される前記出力信号を生成し、前記プロセッサが、前記変圧器の制御下で前記第1のパルス信号及び前記第2のパルス信号を生成し、前記ドライバが、前記第1のパルス信号の受信時、前記第3のパルス信号の生成を停止する、請求項1に記載のコンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータ。
- 前記第3のパルス信号が高電圧レベル信号であるとき、前記第1の電子スイッチがオンになり、前記変圧器がエネルギーを貯蔵し、前記第3のパルス信号が低電圧レベル信号であるとき、前記第1の電子スイッチがオフになり、前記変圧器がエネルギーを解放して、前記負荷に印加される前記出力信号を生成し、前記プロセッサが、前記出力信号に基づいて前記第1のパルス信号及び前記第2のパルス信号を生成する、請求項2に記載のコンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータ。
- 前記第1の電子スイッチのオン/オフ状態の期間が、前記第1のパルス信号が負から正に変化する瞬間、前記第1のパルス信号が正から負に変化する瞬間、前記第2のパルス信号が負から正に変化する瞬間、及び前記第2のパルス信号が正から負に変化する瞬間によって決定される、請求項1に記載のコンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータ。
- 前記第1のクロック信号の前記少なくとも1つの周波数が前記低閾値周波数より低いとき、前記第1のデジタル信号によって制御される前記第1の電子スイッチのオンタイム期間が前記第2のデジタル信号によって制御される前記第1の電子スイッチのオンタイム期間よりも長く、前記第1のクロック信号の前記少なくとも1つの周波数が前記高閾値周波数より高いとき、前記第1のデジタル信号によって制御される前記第1の電子スイッチのオンタイム期間が前記第2のデジタル信号によって制御される前記第1の電子スイッチのオンタイム期間よりも短い、請求項1に記載のコンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータ。
- 前記プロセッサに前記第1のパルス信号に対応する低閾値、高閾値、及び初期値と計数条件とが与えられ、前記計数条件によると、前記第1のクロック信号の少なくとも1つの周波数が前記低閾値周波数より低いとき、前記初期値が1増加し、前記第1のクロック信号の少なくとも1つの周波数が前記高閾値周波数より高いとき、前記初期値が1減少し、前記第1のクロック信号の前記少なくとも1つの周波数が複数の周波数を備える場合、前記プロセッサが、前記計数条件にしたがい、前記低閾値周波数又は前記高閾値周波数のいずれかで前記第1のクロック信号の前記少なくとも1つの周波数の各周波数を評価して、合計値を取得し、前記高閾値より大きい合計値は前記高閾値に置き代えられ、前記低閾値より小さい合計値は前記低閾値に置き代えられ、前記初期値、前記低閾値、前記高閾値、及び合計値はすべてゼロより大きい又はゼロと等しく、前記プロセッサが前記合計値に基づいて前記第2のパルス信号を生成する、請求項5に記載のコンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータ。
- 前記合計値が前記初期値より大きいとき、前記第1のデジタル信号によって制御される前記第1の電子スイッチのオンタイム期間が、前記第2のデジタル信号によって制御される前記第1の電子スイッチのオンタイム期間よりも長く、前記合計値が前記初期値未満であるとき、前記第1のデジタル信号によって制御される前記第1の電子スイッチのオンタイム期間が、前記第2のデジタル信号によって制御される前記第1の電子スイッチのオンタイム期間よりも短く、前記合計値が前記初期値に等しいとき、前記第1のデジタル信号によって制御される前記第1の電子スイッチのオンタイム期間が、前記第2のデジタル信号によって制御される前記第1の電子スイッチのオンタイム期間に等しい、請求項6に記載のコンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータ。
- 前記合計値と前記初期値との差が増大するとき、前記第1の電子スイッチが前記第1のデジタル信号によって制御されるオンタイム期間と前記第1の電子スイッチが前記第2のデジタル信号によって制御されるオンタイム期間とが異なる、請求項7に記載のコンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータ。
- 前記初期値、前記低閾値、前記高閾値、及び前記合計値がすべて少なくとも1バイナリビットによって表される、請求項8に記載のコンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータ。
- 前記プロセッサが、
前記変圧器の前記二次側及び前記負荷に接続され、前記出力信号を受信して、前記第1の検出電圧と前記第2の検出電圧とを順次捕捉する電子信号抽出器と、
前記結合素子、前記変圧器の前記二次側、及び前記電子信号抽出器に接続されるコントローラであって、前記コントローラが、前記第1の所定基準電圧、前記計数条件、前記低閾値周波数、前記高閾値周波数、前記初期値、前記低閾値、及び前記高閾値を与えられ、前記第1の検出電圧と前記第2の検出電圧とを順次受け取り、前記第1の検出電圧が前記第1の所定基準電圧未満であるとき、前記コントローラが前記第1のパルス信号及び前記第1のクロック信号を生成し、前記コントローラが、前記計数条件に応じて前記第1のクロック信号の前記少なくとも1つの周波数の各周波数を評価して、前記低閾値周波数又は前記高閾値周波数を利用する合計値を取得した後、前記第2の検出電圧が前記第1の所定基準電圧未満であるとき、前記コントローラが前記合計値に基づいて、前記第2のパルス信号及び前記第2のクロック信号を生成し、前記第2のクロック信号が、前記第2のパルス信号が負から正に変化するとき、正パルス信号であり、他の期間はすべて低レベル信号である、コントローラと、
前記コントローラに接続されるオンタイムレギュレータであって、前記合計値及び前記第2のクロック信号を受け取り、それに応じて第4のパルス信号を生成し、前記第4のパルス信号が前記第2のパルス信号を制御して、前記第4のパルス信号が負から正に変化するとき、正から負に変更するオンタイムレギュレータと、
を備える、請求項9に記載のコンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータ。 - 前記変圧器の前記二次側と前記負荷との間に接続され、さらに前記コントローラに接続される第2の電子スイッチをさらに備え、前記コントローラが前記第1のパルス信号又は前記第2のパルス信号を生成するとき、前記コントローラはそれに応じて、前記第2の電子スイッチに送信される第3のデジタル信号をさらに生成し、前記第2の電子スイッチのオン/オフ状態を変更する結果、前記第1の電子スイッチと前記第2の電子スイッチと反対のオン/オフ状態となる、あるいは両方ともオフとなる、請求項10に記載のコンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータ。
- 前記第2の電子スイッチが、N−チャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタである、請求項11に記載のコンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータ。
- 前記オンタイムレギュレータが、
第1の電流を生成する第1の電流源と、
前記コントローラに接続されて前記合計値の前記ビットを受け取り、少なくとも1つの第2の電流又はゼロ電流を生成する少なくとも1つの電流生成器と、
前記コントローラ、前記第1の電流源、及び前記少なくとも1つの電流生成器に接続されて、前記第2のクロック信号を受け取る第3の電子スイッチであって、前記正パルスが発生する瞬間にオンになり、他の時間はオフ状態を維持する第3の電子スイッチと、
前記第3の電子スイッチと並列に接続され、前記第1の電流源及び前記電流生成器にさらに接続されるコンデンサであって、前記第3の電子スイッチのオン/オフ状態に応じて、受け取った第1の電流と前記第2の電流又は前記ゼロ電流とに基づいて従属電圧を貯蔵するコンデンサと、
前記コンデンサ及び前記コントローラに接続され、第2の所定基準電圧及び前記従属電圧を受け取り前記第4のパルス信号を生成する比較器と、
を備える、請求項10に記載のコンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータ。 - 前記初期値、前記低閾値、前記高閾値、及び前記合計値がすべて複数のバイナリビットによって表され、前記少なくとも1つの電流生成器が複数の電流生成器を備え、前記少なくとも1つの第2の電流が、受け取られる前記合計値の複数のバイナリビットに応じて前記複数の電流生成器によって生成される複数の第2の電流を備え、ビット0を受け取る対応電流生成器がゼロ電流を生成し、ビット1を受け取る対応電流生成器が、前記合計値の前記複数のバイナリビットのビットのバイナリパワーに対応する大きさを有する第2の電流を生成する、請求項13に記載のコンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータ。
- 前記電流生成器が、
前記コントローラ、前記第3の電子スイッチ、及び前記コンデンサに接続される第4の電子スイッチであって、前記合計値の少なくとも1つのバイナリビットを受信して,それに応じてオン/オフ状態を変更する第4の電子スイッチと、
前記第4の電子スイッチに接続される第2の電流源であって、前記第4の電子スイッチのオン/オフ状態に応じて前記第2の電流又は前記ゼロ電流を生成する第2の電流源と、
を備える、請求項13に記載のコンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータ。 - 前記第2のパルス信号が少なくとも1サイクルであり、前記第2のパルス信号の各サイクルが、第1の半サイクルで高レベル電圧を、第2の半サイクルで低レベル電圧を供給する、請求項1に記載のコンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータ。
- 前記第1の電子スイッチが、N−チャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ又はバイポーラ接合トランジスタである、請求項1に記載のコンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータ。
- 前記結合素子が、コンデンサ、変圧器、圧電素子、又は光結合素子である、請求項1に記載のコンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータ。
- 前記第1のデジタル信号又は前記第2のデジタル信号が高電圧レベル信号であるとき、前記第1の電子スイッチがオンになり、前記変圧器を制御して前記出力信号を減少させ、前記第1のデジタル信号又は前記第2のデジタル信号が低電圧レベル信号であるとき、それに応じて前記第1の電子スイッチがオフになり、前記変圧器を制御して前記出力信号を増大させる、請求項1に記載のコンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータ。
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