JP2018050451A

JP2018050451A - スイッチング周波数がジッタ周波数に近づくときにジッタ周波数を変調すること

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Publication number: JP2018050451A
Application number: JP2017175201A
Authority: JP
Inventors: ミンファムジャオ; Minh Pham Giao; エムウォングランス; M Wong Lance
Original assignee: Power Integrations Inc
Current assignee: Power Integrations Inc
Priority date: 2016-09-16
Filing date: 2017-09-12
Publication date: 2018-03-29
Anticipated expiration: 2037-09-12
Also published as: US20200218298A1; US20180074531A1; CN107834822A; CN107834822B; US10088854B2; US11079778B2; US20190011943A1; EP3300236A1; EP3300236B1; US20210333811A1; US11487311B2; US10585444B2; JP6968638B2

Abstract

【課題】スイッチング周波数がジッタ周波数に近づくときにジッタ周波数を変調する。【解決手段】電力変換装置１００において使用される制御装置１３２は、スイッチ制御装置１３８からドライブ信号１４４を受信して、ジッタ信号１４１を生成するように結合されたジッタ生成器回路１４０を含む。スイッチ制御装置１３８は、エネルギー伝達素子１１４に結合された電力スイッチ１３４に結合される。スイッチ制御装置１３８は、電力スイッチ１３４を通るドレイン電流１４２を表す電流検出信号１３６を受信するように結合される。スイッチ制御装置１３８は、電流検出信号１３６とジッタ信号１４１とに応答して、電力スイッチ１３４のスイッチングを制御するドライブ信号１４４を生成するように結合されて、電力変換装置１００の入力から電力変換装置１００の出力へのエネルギーの伝達を制御する。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に規定された、２０１６年９月１５日に出願された米国仮特許出願第６２／３９４，９３０号、および、２０１６年９月１６日に出願された米国仮特許出願第６２／３９５，９４２号に基づく優先権を主張し、両出願が参照により全体として本明細書に組み込まれる。

本発明は、概して、電力変換装置に関し、特に、制御装置内におけるジッタ信号の変調に関する。

電子デバイス（例えば、携帯電話、タブレット、ノートパソコンなど）は、動作に電力を使用する。現在の多くの電子機器に給電するために、高効率、小寸法、および軽量であることを理由にスイッチング電力変換装置が一般的に使用される。従来の壁のコンセント差込口は、高電圧の交流を提供する。スイッチング電力変換装置において、高電圧の交流電流（ＡＣ：ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔ）入力が変換され、エネルギー伝達素子を通して負荷に、適切に調節された直流電流（ＤＣ：ｄｉｒｅｃｔｃｕｒｒｅｎｔ）出力を提供する。動作時、スイッチがオンとオフとに切り替えられて、デューティ比（典型的には、総スイッチング周期に対するスイッチのオン期間の比）を変化させることにより、スイッチング周波数を変化させることにより、またはスイッチング電力変換装置内におけるスイッチの単位時間あたりのオン／オフパルスの数を変化させることにより、所望の出力を提供する。

以下の図を参照しながら、本発明の非限定的かつ非網羅的な実施形態が説明され、異なる図の中の同様な参照符号は、別段の指定がない限り、同様な部分を示す。

本発明の教示に従った、スイッチ制御装置とジッタ生成器とを含む電力変換装置を描いた概略図である。本発明の教示に従った、ジッタ生成器回路の一例を示す概略図である。本発明の教示に従った、タイマー回路の一例を示す概略図である。本発明の教示に従った、ジッタ信号、保持信号、充電信号、および放電信号を示す波形の一例を描いた例示的なタイミング図である。本発明の教示に従った、ジッタ信号と変調されたジッタ信号とを示す波形の一例を描いた例示的なタイミング図である。本発明の一例に従った、ジッタ周波数を変調するための例示的な工程を描いたフロー図である。本発明の教示に従った、スイッチ制御装置およびジッタ生成器を含む一次制御装置と二次制御装置とを含む電力変換装置を描いた概略図である。

図面中の複数の図にわたり、対応する参照符号が、対応する構成要素を示す。当業者は、図中の要素が簡潔かつ明確であるように描かれることと、必ずしも一定の縮尺で描かれないこととを理解すると考えられる。例えば、図中のいくつかの要素の寸法は、本発明の様々な実施形態をより理解しやすくするために、他の構成要素より誇張される場合があり得る。さらに、市販に適した実施形態において有用または必要な、一般的だがよく理解される要素は、多くの場合、本発明に係るこれらの様々な実施形態の図が見づらくなるのを防ぐために、描かれない。

ジッタ生成器を含むスイッチ制御装置を含む制御装置を含む例示的な電力変換装置が、本明細書において説明される。以下の説明では、本発明を十分に理解できるように、多くの特定の詳細事項を記載する。しかし、本発明を実施する際に特定の詳細事項を必ずしも使用する必要がないことが、当業者には明らかだと考えられる。他の例では、よく知られた材料または方法については、本発明が理解しにくくなるのを防ぐために、詳細には説明されない。

本明細書中での、「一実施形態（ｏｎｅｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「一実施形態（ａｎｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「一例（ｏｎｅｅｘａｍｐｌｅ）」、または「一例（ａｎｅｘａｍｐｌｅ）」についての言及は、実施形態または例との関連で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。従って、本明細書中の様々な場所で使用する「一実施形態において（ｉｎｏｎｅｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「一実施形態において（ｉｎａｎｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「一例（ｏｎｅｅｘａｍｐｌｅ）」、または「例（ａｎｅｘａｍｐｌｅ）」という語句は、すべてが同じ実施形態または例に関するとは限らない。さらに、特定の特徴、構造または特性は、１つまたは複数の実施形態または例において、任意の適切な組み合わせ、および／または部分的組み合わせで組み合わされ得る。特定の特徴、構造または特性は、説明される機能を提供する集積回路、電子回路、結合論理回路、または他の適切な構成要素に含まれ得る。加えて、本明細書と共に提供される図が当業者への説明を目的としていることと、図面が必ずしも一定の縮尺で描かれるわけではないこととが理解される。

説明のために、図１は、例示的な電力変換装置１００の機能ブロック図を示し、電力変換装置１００は、ＡＣ入力電圧Ｖ_ＡＣ１０２、整流器１０４、整流された電圧Ｖ_ＲＥＣＴ１０６、入力コンデンサＣ_ＩＮ１０８、クランプ回路１１０、エネルギー伝達素子Ｔ１１１４、エネルギー伝達素子Ｔ１１１４の一次巻線１１２、エネルギー伝達素子Ｔ１１１４の二次巻線１１６、電力スイッチＳ１１３４、入力戻り１１７、整流器Ｄ１１１８、出力戻り１１９、出力コンデンサＣ１１２０、負荷１２６、検出回路１３０、および制御装置１３２を含むように示される。図１は、出力電圧Ｖ_Ｏ１２４、出力電流Ｉ_Ｏ１２２、出力量Ｕ_Ｏ１２８、フィードバック信号Ｕ_ＦＢ１３１、電流検出信号１３６、およびドレイン電流Ｉ_Ｄ１４２をさらに示す。制御装置１３２は、スイッチ制御装置１３８およびジッタ生成器１４０、ならびにノード１４５をさらに含む。さらに、制御装置１３２は、ジッタ信号Ｕ_ＪＴＲ１４１、および駆動信号１４４をさらに含む。

図１に示される例示的なスイッチング電力変換装置１００は、フライバック構成で結合され、これは、本発明の教示による利益を享受し得るスイッチング電力変換装置の一例にすぎない。スイッチング電力変換装置の他のよく知られたトポロジーおよび構成も本発明の教示による利益を享受し得ることが理解される。加えて、図１に示される例示的な電力変換装置は、絶縁電力変換装置である。非絶縁電力変換装置も本発明の教示による利益を享受し得ることが理解されなければならない。

電力変換装置１００は、未調節入力電圧から負荷１２６に出力電力を提供する。一実施形態において、入力電圧は、ＡＣ入力電圧Ｖ_ＡＣ１０２である。他の一実施形態において、入力電圧は、整流された電圧Ｖ_ＲＥＣＴ１０６などの整流されたＡＣ入力電圧である。整流器１０４は、整流された電圧Ｖ_ＲＥＣＴ１０６を出力する。一実施形態において、整流器１０４は、ブリッジ整流器であり得る。整流器１０４は、エネルギー伝達素子Ｔ１１１４にさらに結合する。本発明のいくつかの実施形態において、エネルギー伝達素子Ｔ１１１４は、結合インダクタであり得る。他の実施形態において、エネルギー伝達素子Ｔ１１１４は、変圧器であり得る。さらなる一例において、エネルギー伝達素子Ｔ１１１４は、インダクタであり得る。図１に示す例において、エネルギー伝達素子Ｔ１１１４は、一次巻線１１２と二次巻線１１６との２つの巻線を含む。しかし、エネルギー伝達素子Ｔ１１１４が、２つを上回る巻線を含み得ることが理解されなければならない。図１に示す例において、一次巻線１１２が入力巻線とみなされ得、二次巻線１１６が出力巻線とみなされ得る。一次巻線１１２は、電力スイッチＳ１１３４にさらに結合され、電力スイッチＳ１１３４は、入力戻り１１７にさらに結合される。

加えて、図１に示す例において、クランプ回路１１０は、エネルギー伝達素子Ｔ１１１４の一次巻線１１２をまたいで結合されるように示される。入力コンデンサＣ_ＩＮ１０８は、一次巻線１１２と電力スイッチＳ１１３４とをまたいで結合され得る。言い換えると、入力コンデンサＣ_ＩＮ１０８は、整流器１０４と入力戻り１１７とに結合され得る。

エネルギー伝達素子Ｔ１１１４の二次巻線１１６は、整流器Ｄ１１１８に結合される。図１に示す例において、整流器Ｄ１１１８は、ダイオードとして例示される。図１において、出力コンデンサＣ１１２０と負荷１２６の両方が、整流器Ｄ１１１８に結合されるように示される。出力は、負荷１２６に提供され、調節対象出力電圧Ｖ_Ｏ１２４、調節対象出力電流Ｉ_Ｏ１２２、またはその２つの組み合わせとして提供され得る。

電力変換装置１００は、出力量Ｕ_Ｏ１２８として例示される出力を調節する回路をさらに備える。概して、出力量Ｕ_Ｏ１２８は、出力電圧Ｖ_Ｏ１２４、出力電流Ｉ_Ｏ１２２、またはその２つの組み合わせである。検出回路１３０は、出力量Ｕ_Ｏ１２８を検出するように、および、出力量Ｕ_Ｏ１２８を表すフィードバック信号Ｕ_ＦＢ１３１を提供するように結合される。フィードバック信号Ｕ_ＦＢ１３１は、電圧信号または電流信号であり得る。一例において、検出回路１３０は、エネルギー伝達素子Ｔ１１１４内に含まれる別の巻線から出力量Ｕ_Ｏ１２８を検出し得る。

他の一例において、制御装置１３２と検出回路１３０との間にガルバニック直流絶縁（図示せず）が存在し得る。ガルバニック直流絶縁は、光結合器、コンデンサ、または磁気結合などのデバイスを使用することにより実装され得る。さらなる一例において、検出回路１３０は、分圧器を使用して、電力変換装置の出力１００からの出力量Ｕ_Ｏ１２８を検出し得る。

スイッチ制御装置１３８は、検出回路１３０に結合され、検出回路１３０からフィードバック信号Ｕ_ＦＢ１３１を受信する。スイッチ制御装置１３８は、電流検出信号１３６を受信する端子をさらに含み、電力スイッチＳ１１３４に駆動信号Ｕ_Ｄ１４４を提供する。電流検出信号１３６は、電力スイッチＳ１１３４内のドレイン電流Ｉ_Ｄ１４２を表し得る。電流検出信号１３６は、電圧信号または電流信号であり得る。加えて、スイッチ制御装置１３８は、電力スイッチＳ１１３４に駆動信号Ｕ_Ｄ１４４を提供して、様々なスイッチングパラメータを制御し、電力変換装置１００の入力から電力変換装置１００の出力へのエネルギーの伝達を制御する。このようなパラメータの例は、スイッチング周波数、スイッチング周期、デューティ比、または電力スイッチＳ１１３４のオン期間およびオフ期間のそれぞれを含み得る。図示された例に示されるように、ジッタ生成器１４０は、スイッチ制御装置１３８からドライブ信号Ｕ_Ｄ１４４を受信して、ジッタ信号Ｕ_ＪＴＲ１４１を生成するように結合される。

動作時、スイッチング周波数がジッタ周波数に近づくときに、ジッタ信号Ｕ_ＪＴＲ１４１が変調される。一例において、変調は周波数変調であり、これにより、ジッタ信号の周波数が変更され、振幅は同じまま残る。どのようにしてジッタ信号Ｕ_ＪＴＲ１４１が変調されるかの詳細な説明が、図２において説明される。

図２は、本発明の教示に従ったジッタ生成器回路２４０の一例を示す概略図である。ジッタ生成器回路２４０が図１に示すジッタ生成器回路１４０の一例であり得ることが理解され、従って、以下で参照される同様に命名および番号付けされた要素が、上述のものと同様に結合され、上述のものと同様に機能し得ることが理解される。ジッタ生成器回路２４０は、ドライブ信号Ｕ_Ｄ２４４を受信して、ジッタ信号Ｕ_ＪＴＲ２４１を出力するように結合される。ジッタ生成器回路２４０は、タイマー回路２４６、比較器２４８、電流源２５０および２５２、電圧源Ｖ_ＣＣ２５４、第２のスイッチＳ２２５５、第３のスイッチＳ３２５７、ローカル戻り２５６、コンデンサＣ_ＪＴＲ２５８、第１の論理ゲート２６０、第２の論理ゲート２６１、インバーター２６６、第４のスイッチ２６７、および第５のスイッチ２６８を含む。図２は、第１の電圧基準Ｖ_{ＲＥＦ＿Ｔ}２６３と第２の電圧基準Ｖ_{ＲＥＦ＿Ｂ}２６４とをさらに含む。

比較器２４８は、コンデンサＣ_ＪＴＲ２５８の一端部に結合された第１の入力を含み、第２の入力は、電圧基準に結合される。一例において、電圧基準は、第１の電圧基準Ｖ_{ＲＥＦ＿Ｔ}２６３または第２の電圧基準Ｖ_{ＲＥＦ＿Ｂ}２６４である。電圧基準の値は、比較器２４８の出力に応答して選択される。

ジッタ生成器回路２４０は、比較器２４８の反転出力に結合された第１の入力と、タイマー回路２４６の保持信号Ｕ_Ｈ２６５に結合された第２の入力とを含む第１の論理ゲート２６０をさらに含む。一例において、保持信号Ｕ_Ｈ２６５は、アクティブロー信号である。第１の論理ゲート２６０は、第２のスイッチ２５５に結合された電流源Ｉ_ＣＨＧ２５０を有効化または無効化して、コンデンサＣ_ＪＴＲ２５８を充電するように結合される。第１の入力を含む第２の論理ゲート２６１は、比較器２４８の出力に結合され、第２の入力は、保持信号Ｕ_Ｈ２６５に結合される。第２の論理ゲート２６１は、電流源Ｉ_ＤＩＳ２５２に結合された第３のスイッチ２５７を有効化または無効化して、コンデンサＣ_ＪＴＲ２５８を放電するように結合される。

動作時、比較器２４８は、ジッタ信号Ｕ_ＪＴＲ２４１が第１の電圧基準Ｖ_{ＲＥＦ＿Ｔ}２６３と第２の電圧基準Ｖ_{ＲＥＦ＿Ｂ}２６４とのいずれかより大きいか否かを判定する。ジッタ信号Ｕ_ＪＴＲ２４１が、第１の電圧基準Ｖ_{ＲＥＦ＿Ｔ}２６３未満である場合、コンデンサＣ_ＪＴＲ２５８が、第１の電流源Ｉ_ＣＨＧ２５０により充電されるように結合され、ジッタ信号Ｕ_ＪＴＲ２４１が第２の電圧基準Ｖ_{ＲＥＦ＿Ｂ}２６４より大きい場合、コンデンサＣ_ＪＴＲ２５８が、第２の電流源Ｉ_ＤＩＳ２５２により放電されるように結合される。タイマー回路２６５により生成された保持信号Ｕ_Ｈ２６５は、規定の閾値周波数Ｆ_ＴＨ未満の周波数でドライブ信号Ｕ_Ｄ２４４のパルスが検出されたとき、コンデンサＣ_ＪＴＲ２５８の充電を停止するか、または規定の閾値周波数Ｆ_ＴＨ未満でドライブ信号Ｕ_Ｄ２４４のパルスが検出されたとき、コンデンサＣ_ＪＴＲ２５８の放電を停止するように結合される。タイマー回路２４６の論理ハイは、タイマーが時間満了していないことを示すとともに、論理ローのタイマー回路は、タイマーが時間満了したことを示す。

放電信号Ｕ_ＤＣＨ２６２は、スイッチ２６７に結合されて、第２の電圧基準を比較器２４８の反転入力に結合する。さらに、放電信号は、コンデンサＣ_ＪＴＲ２５８を放電する第３のスイッチＳ３２５７を開閉する論理ゲート２６１の入力に結合される。タイマー回路２４６は、ドライブ信号Ｕ_Ｄ２４４に応答して、ドライブ信号Ｕ_Ｄ２４４のパルスが、一例において、規定の閾値周波数Ｆ_ＴＨとして知られ得る第１の閾値周波数未満の周波数で検出されたか否かを示す保持信号Ｕ_Ｈ２６５を生成するように結合される。

加えて、放電信号Ｕ_ＤＣＨ２４８は、充電信号Ｕ_ＣＨ２５９を生成するインバーター２６６に結合される。充電信号Ｕ_ＣＨ２５９は、スイッチ２６８に結合されて、第１の電圧基準を比較器２４８の反転入力に結合する。充電信号Ｕ_ＣＨ２５９は、コンデンサＣ_ＪＴＲ２５８を充電する第２のスイッチＳ２２５５を開閉する論理ゲート２６０の入力に結合される。ジッタ信号Ｕ_ＪＴＲ２４１が第１の電圧基準Ｖ_{ＲＥＦ＿Ｔ}２６３より大きいとき、放電信号Ｕ_ＤＣＨ２６２が論理ハイに遷移する。インバーター２６６が充電信号Ｕ_ＣＨ２５９を論理ローに遷移させ、論理ゲート２６０がスイッチ２５５を開く。充電信号Ｕ_ＣＨ２５９は、さらに第５のスイッチ２６８を開く。放電信号Ｕ_ＤＣＨ２６２は、第２の電圧基準Ｖ_{ＲＥＦ＿Ｂ}２６４に結合された第４のスイッチ２６７を閉じる。論理ゲート２６１は、放電信号Ｕ_ＤＣＨ２６２と保持信号Ｕ_Ｈ２６５とを受信するように結合される。論理ゲート２６１に応答して、第３のスイッチ２５７が閉じる。

図３は、本発明の教示に従ったタイマー回路３４６の一例を示す概略図である。タイマー回路３４６が、図２に示すタイマー回路２４６の一例であり得ることが理解され、従って、以下で参照される同様に命名および番号付けされた要素が、上述のものと同様に結合され、上述のものと同様に機能し得ることが理解される。

図３の例に示されるように、タイマー回路３４６は、ドライブ信号Ｕ_Ｄ３４４に応答して、ドライブ信号Ｕ_Ｄ３４４のパルスが規定の閾値周波数Ｆ_ＴＨ未満の周波数で検出されたか否かを示す保持信号Ｕ_Ｈ３６５を生成するように結合される。タイマー回路３４６は、ローカル戻り３５６、インバーター３７０、スイッチ３７２、電位Ｖ_Ｐ３７４、電流源３７６、コンデンサＣ_Ｐ２３７８、スイッチ３７９、比較器３８０、およびワンショット回路３８１を含む。

比較器３８０の１つの入力は、コンデンサＣ_Ｐ２３７８の一端部に結合され、比較器３８０の他方の入力は、電圧基準Ｖ_ＲＥＦ３７７に結合される。スイッチングサイクルごとの開始時において、コンデンサＣ_Ｐ２３７８が完全に放電される。

動作時、ワンショット回路３８１は、ドライブ信号Ｕ_Ｄ３４４を受信するように結合される。ワンショット回路３８１の出力は、スイッチ３７９を開閉するインバーター３７０に結合される。スイッチ３７９がオフであるとき、スイッチ３７２がオンであり、コンデンサＣ_Ｐ２３７８が、ローカル戻り３５６に放電される。コンデンサＣ_Ｐ２３７８は、スイッチ３７９がオンに切り替わる前に、完全に放電されなければならない。スイッチ３７９がオンであり、かつ、スイッチ３７２がオフである場合、電位Ｖ_Ｐ３７４を伴う電流源３７６が、コンデンサＣ_Ｐ２３７８を充電する。コンデンサＣ_Ｐ２３７８のサイズおよび／もしくは電流源３７６の値、ならびに／または、電圧Ｖ_ＲＥＦ３７７の値は、規定の閾値周波数Ｆ_ＴＨに対応する固定期間Ｔ_ＦＴＨに対して選択され得る。コンデンサＣ_Ｐ２３７８の電圧が電圧基準Ｖ_ＲＥＦ３７７を上回ったとき、保持信号Ｕ_Ｈ３６５が論理ローに遷移する。

他の一例において、タイマー回路３４６は、前述のアナログ回路の代わりにデジタル回路として実装され得る。タイマー回路３４６は、クロック入力をもつデジタルカウンターを含み得る。

図４は、本発明の教示に従った上述の例から理解され得るジッタ信号、保持信号、充電信号、および放電信号を示す波形の一例を描いた例示的なタイミング図である。第１のタイミング図は、ジッタ信号Ｕ_ＪＴＲ４４１を示す。第１のタイミング図における太線の波形は、変調されたジッタ波形４８４を示す。第２のタイミング図は、第１のタイミング図に示されるジッタ信号Ｕ_ＪＴＲ４４１の拡大図を示す。第３のタイミングは、ジッタ生成器回路により生成された保持信号Ｕ_Ｈ４６５を示す。第４のタイミング図は、充電信号Ｕ_ＣＨ４５９を示す。第５のタイミング図は、放電信号Ｕ_ＤＣＨ４６２を示す。

一例において、ジッタ信号波形は、三角波形であり得る。他の例において、ジッタ信号波形は、のこぎり波形であり得る。さらなる一例において、ジッタ信号波形は、周期的な波形である。概して、変調されたジッタ信号は、元のジッタ信号と同じ振幅と、より遅い周波数とをもつ。変調されたジッタ信号Ｕ_ＪＴＲ４４１は、可変電流制限値、周波数、オン期間Ｔ_ＯＮ、およびオフ期間Ｔ_ＯＦＦなどのパラメータを調節するために使用され得る。充電期間ｔ_ＣＨ４８２にわたるタイミング図に示されるように、時間ｔ１から時間ｔ２の間、ジッタ生成器が正の傾きをもつジッタ信号を生成する。タイマー回路は、保持信号Ｕ_Ｈ４６５に対して論理ハイを生成する。コンデンサＣ_ＪＴＲの電圧が第１の閾基準Ｖ_{ＲＥＦ＿Ｔ}未満であるとき、充電信号Ｕ_ＣＨ４５９は、論理ハイである。放電信号Ｕ_ＤＣＨ４６２は、論理ローである。時間ｔ２から時間ｔ３において、保持信号Ｕ_Ｈ４６５が保持期間ｔ_Ｈ４８６にわたって論理ローに遷移する。ジッタ信号Ｕ_ＪＴＲ４４１は、保持期間ｔ_Ｈ４８６にわたって平らまたはゼロの傾きをもつ。充電信号Ｕ_ＣＨ４５９は論理ハイであるが、保持信号Ｕ_Ｈ４６５はジッタ信号Ｕ_ＪＴＲ４４１の充電を保持する。言い換えると、保持信号Ｕ_Ｈ４６５は、伝搬から充電信号Ｕ_ＣＨ４５９をゲートする。一例において、充電期間ｔ_ＣＨ５８２と保持期間ｔ_Ｈ４８６とは同一ではない。保持期間ｔ_Ｈ４８６は閾値周期に対するスイッチング周期の間の差分として変動し得る。放電信号Ｕ_ＤＣＨ４６２は、論理ローである。

時間ｔ４から時間ｔ５の間、放電期間ｔ_ＤＣＨ４８８にわたって、ジッタが負の傾きをもつジッタ信号を生成する。タイマー回路は、保持信号Ｕ_Ｈ４６５の論理ハイ信号を生成する。ジッタ生成器のコンデンサＣ_ＪＴＲの電圧Ｕ_ＪＴＲ４４４が第２の閾値基準Ｖ_{ＲＥＦ＿Ｂ}より大きいとき、放電信号Ｕ_ＤＣＨ４６２は論理ハイである。充電信号Ｕ_ＣＨ４５９は、論理ローである。時間ｔ５から時間ｔ６において、保持期間ｔ_Ｈ４８６にわたって、保持信号が論理ローに遷移する。一例において、充電期間後の保持期間は、放電充電期間後の保持期間に等しい。他の一例において、充電期間と放電期間とが等しい一方で、保持期間は異なり得る。保持期間ｔ_Ｈ４８６中、ジッタ信号Ｕ_ＪＴＲ４４１は、傾きゼロで平らである。放電信号Ｕ_ＤＣＨ４６２が論理ハイであるが、保持信号Ｕ_Ｈ４６５は、ジッタ信号Ｕ_ＪＴＲ４４１の充電を保持する。一例において、放電期間ｔ_ＤＣＨ４８８と保持期間ｔ_Ｈ４８６とは、相互に異なり得る。充電信号Ｕ_ＣＨ４５９は、論理ローである。

時間ｔ７から時間ｔ８において、ジッタ信号Ｕ_ＪＴＲ４４１の正の傾きは、時間ｔ１から時間ｔ２の間に説明されたものに等しい。時間ｔ８から時間ｔ９において、ジッタ信号４４１の平らな傾きは、時間ｔ２から時間ｔ３の間に説明されたものに等しい。時間ｔ１０から時間ｔ１１において、ジッタ信号Ｕ_ＪＴＲ４４１の負の傾きは、時間ｔ４から時間ｔ５の間に説明されたものに等しい。時間ｔ１１から時間ｔ１２において、ジッタ信号Ｕ_ＪＴＲ４４１の平らな傾きは、時間ｔ５から時間ｔ６において説明されたものに等しい。

図５は、本発明の教示に従った、ジッタ信号Ｕ_ＪＴＲ５４１と変調されたジッタ信号５９０とを示す波形の一例を描いた他の例示的なタイミング図である。第１のタイミング図は、ジッタ信号Ｕ_ＪＴＲ５４１を示す。一例において、ジッタ信号Ｕ_ＪＴＲ５４１の波形は、のこぎり波形である。第１のタイミング図は、太線の波形として示される変調されたジッタ信号５９０をさらに示す。図示された例に示されるように、変調されたジッタ信号５９０は、元のジッタ信号Ｕ_ＪＴＲ５４１と同じ振幅をもつが、スイッチング周波数が低くされたとき、より低い周波数をもつ。ジッタ信号Ｕ_ＪＴＲ５４１に対する充電期間ｔ_ＣＨ５８２は、常に同じである。概して、充電期間と放電期間とが等しい一方で、保持期間が異なり得る。ジッタ信号Ｕ_ＪＴＲ５４１がピーク振幅に達すると、ジッタ信号は、降下してゼロに戻る。

図６は、本発明の一例に従った、ジッタ周波数を変調するための例示的な工程を描いたフロー図である。工程６００において一部またはすべての工程ブロックが現れる順序は、限定とみなされてはならない。むしろ、本開示の利益を受ける当業者は、プロセスブロックのうちのいくつかが、示されない様々な順序で実行され得ること、または、さらには並列に実行され得ることを理解すると考えられる。

工程６００は、開始ブロック６０２から始まり、判定ブロック６０４に続く。判定ブロック６０４において、駆動信号が受信されなければならない。駆動信号が受信されない場合、工程６００は、判定ブロック６０８に進む。駆動信号が受信された場合、工程６００は、ブロック６０６に進む。ブロック６０６において、タイマー回路が再始動されて有効化される。工程６００は、判定ブロック６０４に戻る。

上述のように、判定ブロック６０４において駆動信号が受信されず、工程６００が判定ブロック６０８に続いた場合、判定ブロック６０８において、タイマーの現在のステータスが確認される。タイマーが時間満了していない場合、工程６００がブロック６１０に進み、ジッタ生成器のコンデンサを充電または放電する。次に、タイマーが時間満了となるまで、工程６００は、判定ブロック６０４に戻り、次に、判定ブロック６０８に戻る。判定ブロック６０８において確認されたときに、タイマーが時間満了となると、工程６００は、ブロック６１２に進む。ブロック６１２において、ジッタ生成器のコンデンサを充電／放電する保持信号が有効化される。次に、工程６００は、判定ブロック６０４に戻る。

図７は、本発明の教示に従った、スイッチ制御装置およびジッタ生成器を含む一次制御装置と二次制御装置とを備える電力変換装置を描いた概略図である。図示された例に示されるように、電力変換装置７００は、入力コンデンサＣ_ＩＮ７０８、クランプ回路７１０、エネルギー伝達素子Ｔ１７１４、入力戻り７１７、出力戻り７１９、出力コンデンサＣ１７２０、出力整流器７２１、負荷７２６、検出回路７３０、および制御装置７３２をさらに含む。図７に、入力電圧Ｖ_ＩＮ７０２、出力電圧Ｖ_Ｏ７２４、出力電流Ｉ_Ｏ７２２、出力量Ｕ_Ｏ７２８、および二次ドライブ信号７９６がさらに示される。出力整流器は、電力変換装置７００の出力を整流するように結合されたスイッチを備える同期整流器回路７２１である。

制御装置７３２は、一次制御装置７３３および二次制御装置７９２、ならびに一次制御装置７３３と二次制御装置７９２との間の通信リンク７９８を含むものとしてさらに図示される。一例において、一次制御装置７３３と二次制御装置７９２とは、モノリシック回路として形成され得る。図示されるように、一次制御装置７３３は、以前の図に示されるジッタ生成器回路７４０とスイッチ制御装置７３８とをさらに含む。二次制御装置７９２は、電力変換装置の出力を整流するために同期整流器回路７２１により受信されるように結合された二次制御信号７９６を生成するように結合される。

他の一例において、ジッタ生成器７４０は、一次制御装置７３３の代わりに二次制御装置７９２上に実装されて、出力スイッチング周波数に対して同じ効果をもたらし得る。

本発明に関して示される例についての上述の説明は、要約で説明される事項を含め、網羅的であることも、開示される形態そのものへの限定であることも意図されない。本発明の特定の実施形態および例が、本明細書において例示を目的として説明されるが、本発明のより広い趣旨および範囲から逸脱することなく様々な同等な変更が可能である。実際、具体的で例示的な電圧、電流、周波数、出力範囲値、時間などが説明のために提示されることと、本発明の教示に従った他の実施形態および例において他の値も使用し得ることとが理解される。

前述の詳細な説明を考慮して、本発明の例に対してこれらの変更が適用され得る。後述の請求項で使用される用語は、本発明を明細書と請求項とに開示される特定の実施形態に限定するように解釈されてはならない。むしろ、範囲は、後述の請求項により完全に定義されなければならず、確立された請求項の解釈の原則に従って解釈されなければならない。従って、本明細書および図は、限定するものではなく例示的なものとみなされる。

Claims

電力変換装置において使用される制御装置であって、
スイッチ制御装置からドライブ信号を受信して、ジッタ信号を生成するように結合されたジッタ生成器回路と、
エネルギー伝達素子に結合された電力スイッチに結合された前記スイッチ制御装置であって、
前記スイッチ制御装置が、前記電力スイッチを通るドレイン電流を表す電流検出信号を受信するように結合され、
前記スイッチ制御装置が、前記電流検出信号と前記ジッタ信号とに応答して、前記電力スイッチのスイッチングを制御する前記ドライブ信号を生成して、前記電力変換装置の入力から前記電力変換装置の出力へのエネルギーの伝達を制御するように結合された、
前記スイッチ制御装置と、
を備える、制御装置。
前記ジッタ生成器が、前記ドライブ信号に応答して、前記ドライブ信号のパルスが第１の閾値周波数未満の周波数において検出されたか否かを示す保持信号を生成するように結合されたタイマー回路を含む、
請求項１に記載の制御装置。
前記ジッタ生成器回路が、前記ジッタ信号を生成するように結合されたコンデンサを含み、
前記コンデンサが、前記ジッタ信号が第１の電圧基準未満である場合に、第１の電流源により充電されるように結合され、
前記コンデンサが、前記ジッタ信号が第２の電圧基準より大きい場合に、第２の電流源により放電されるように結合された、
請求項２に記載の制御装置。
前記保持信号が、前記ドライブ信号のパルスが前記第１の閾値周波数未満の周波数において検出されたときに、前記コンデンサの充電を停止するように結合された、
請求項３に記載の制御装置。
前記保持信号が、前記ドライブ信号のパルスが前記第１の閾値周波数未満の周波数において検出されたときに、前記コンデンサの放電を停止するように結合された、
請求項３に記載の制御装置。
前記ジッタ信号が、三角波形である、
請求項１に記載の制御装置。
前記ジッタ信号が、のこぎり波形である、
請求項１に記載の制御装置。
前記ジッタ生成器回路が、
前記コンデンサの一端部に結合された第１の入力と電圧基準に結合された第２の入力とを含む比較器と、
前記比較器の反転出力に結合された第１の入力と前記タイマー回路の出力に結合された第２の入力とを含む第１の論理ゲートであって、
前記第１の論理ゲートが、第２のスイッチを有効化または無効化するように結合された、
前記第１の論理ゲートと、
前記比較器の出力に結合された第１の入力と前記タイマー回路の前記出力に結合された第２の入力とを含む第２の論理ゲートであって、
前記第２の論理ゲートが、有効化されるように、または第３のスイッチを無効化するように結合された、
前記第２の論理ゲートと、
を備える、
請求項３に記載の制御装置。
前記電圧基準の値が、前記比較器の前記出力に応答して、選択される、
請求項８に記載の制御装置。
電力変換装置であって、
前記電力変換装置の入力と電源の出力との間に結合されたエネルギー伝達素子と、
制御装置と、
を備え、
前記制御装置が、
スイッチ制御装置からドライブ信号を受信して、ジッタ信号を生成するように結合されたジッタ生成器回路と、
エネルギー伝達素子に結合された電力スイッチに結合された前記スイッチ制御装置と、
を含み、
前記スイッチ制御装置が、前記電力スイッチを通るドレイン電流を表す電流検出信号を受信するように結合され、
前記スイッチ制御装置が、前記電力スイッチのスイッチングを制御する前記ドライブ信号を生成するように結合された、
電力変換装置。
前記ジッタ生成器は、前記ドライブ信号に応答して、前記ドライブ信号のパルスが第１の閾値周波数未満の周波数において検出されたか否かを示す保持信号を生成するように結合されたタイマー回路を含む、
請求項１０に記載の電力変換装置。
前記ジッタ生成器回路が、前記ジッタ信号を生成するように結合されたコンデンサを含み、
前記コンデンサが、前記ジッタ信号が第１の電圧基準未満である場合に、第１の電流源により充電されるように結合され、
前記コンデンサが、前記ジッタ信号が第２の電圧基準より大きい場合に、第２の電流源により放電されるように結合された、
請求項１１に記載の電力変換装置。
前記保持信号が、前記ドライブ信号のパルスが前記第１の閾値周波数未満の周波数において検出されたときに、前記コンデンサの充電を停止するように結合された、
請求項１２に記載の電力変換装置。
前記保持信号が、前記ドライブ信号のパルスが前記第１の閾値周波数未満の周波数において検出されたときに、前記コンデンサの放電を停止するように結合された、
請求項１２に記載の電力変換装置。
前記ジッタ信号が、三角波形である、
請求項１０に記載の電力変換装置。
前記ジッタ信号が、のこぎり波形である、
請求項１０に記載の電力変換装置。
前記ジッタ生成器回路が、
前記コンデンサの一端部に結合された第１の入力と電圧基準に結合された第２の入力とを含む比較器と、
前記比較器の反転出力に結合された第１の入力と前記タイマー回路の出力に結合された第２の入力とを含む第１の論理ゲートであって、
前記第１の論理ゲートが、第２のスイッチを有効化または無効化するように結合された、
前記第１の論理ゲートと、
前記比較器の出力に結合された第１の入力と前記タイマー回路の前記出力に結合された第２の入力とを含む第２の論理ゲートであって、
前記第２の論理ゲートが、有効化されるように、または第３のスイッチを無効化するように結合された、
前記第２の論理ゲートと、
を備える、
請求項１２に記載の電力変換装置。
前記電圧基準の値が、前記比較器の前記出力に応答して、選択される、
請求項１７に記載の電力変換装置。
前記電源の前記出力に結合されて前記電源の前記出力を整流する整流器をさらに備える、
請求項１０に記載の電力変換装置。
前記整流器が、ダイオードを備える、
請求項１９に記載の電力変換装置。
前記整流器が、前記電力変換装置の前記出力を整流するように結合されたスイッチを備える同期整流器回路である、
請求項１９に記載の電力変換装置。
前記フィードバック信号に応答して、前記電力変換装置の出力を整流する前記同期整流器回路により受信されるように結合された二次制御信号を生成するように結合された二次制御装置をさらに備える、
請求項２１に記載の電力変換装置。