JP2018113857A - パワーコンバータで用いるためのコントローラ、およびパワーコンバータ - Google Patents
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Abstract
Description
開示の分野
本発明は概してパワーコンバータに関し、より具体的にはスイッチモードパワーコンバータのためのコントローラに関する。
電子機器は動作するのに電力を用いる。スイッチモードパワーコンバータは、それらが高効率、小型および軽量であるために、今日の電子機器の多くへの電力供給に一般的に用いられている。従来のコンセントは高圧交流電流を与える。スイッチングパワーコンバータにおいて、高圧交流(ac)入力は、エネルギ転送要素を通して十分に調整された直流(dc)出力を与えるように変換される。動作の際、デューティサイクル(典型的には全スイッチング周期に対するスイッチのオン時間の比率)を変える、スイッチング周波数を変える、またはスイッチモードパワーコンバータ中のスイッチの単位時間当たりのパルスの数を変えることによって所望の出力を与えるようにスイッチを利用する。
対応する参照符号は、図面のいくつかの図を通して対応する構成要素を示す。当業者は
、簡潔さおよび明瞭性のために図中の要素が図示され、必ずしも縮尺通りに描かれていないことを認めるであろう。たとえば、図中の要素のいくつかの寸法は、本発明のさまざまな実施形態の理解を深めるのを助けるために、他の要素に対して誇張されていることがある。また、本発明のこれらのさまざまな実施形態がより妨げられずに見えるのを容易にするために、商業的に実現可能な実施形態で有用または必要な、一般的であるが十分に理解されている要素をしばしば描いていない。
オフ制御では、コントローラは、イネーブルされたサイクルの間スイッチをオンし、スイッチ中の電流が一旦電流限界しきい値に達するとスイッチをオフする。一般的に、論理状態の形態のイネーブル信号を利用してパワーコンバータの出力を表わすことが有利であり得る。というのも、イネーブル信号は出力を表わすアナログ信号よりもノイズ耐性がより高いことがあるからである。しかしながら、サイクルのイネーブルおよびディスエーブルにより、パワーコンバータの有効スイッチング周波数が可聴ノイズ範囲に入ってしまうことがある。さらに、二乗平均平方根(RMS)電流は、オン/オフ制御を用いるパワーコンバータについてより高いことがあり、そのためパワーコンバータの効率がより劣ることがある。
134、フィードバック信号136、イネーブル信号UEN138、スイッチ電流ID14
0、電流検知信号142、駆動信号144、および電流限界しきい値信号UILIM_TH14
8を図示する。図1に図示される例示的なスイッチモードパワーコンバータ100は、本発明の教示から有利であり得るスイッチモードパワーコンバータの単なる一例であるフライバック構成で結合される。スイッチモードパワーコンバータの他の公知のトポロジおよび構成も本発明の教示から有利であり得ることが認められる。
102はエネルギ転送要素T1 104に結合される。いくつかの例では、エネルギ転送要素T1 104は結合されたインダクタであり得る。他の例では、エネルギ転送要素T1 104は変圧器であり得る。図1の例では、エネルギ転送要素T1 104は、2つの巻線、すなわち1次巻線106および2次巻線108を含む。NPおよびNSは、それぞれ1次巻線106および2次巻線108の巻数である。図1の例では、1次巻線106は入力巻線と考えられてもよく、2次巻線108は出力巻線と考えられてもよい。1次巻線106はパワースイッチS1 110にさらに結合され、これは次に入力帰還111にさらに結合される。さらに、クランプ回路112がエネルギ転送要素T1 104の1次巻線106の両端に結合される。
0、出力電流IO132、またはその2つの組合せのいずれかとして与えられてもよい。
成をさらに含む。検知回路120は、出力量UO134を検知するように、かつ出力量UO134を表わすフィードバック信号UFB136を与えるように結合される。フィードバック信号UFB136は電圧信号または電流信号であり得る。一例では、検知回路120は、エネルギ転送要素T1 104に含まれる付加的な巻線からの出力量を検知し得る。別の例では、コントローラ124とイネーブル回路122との間またはイネーブル回路122と検知回路120との間に直流絶縁(図示せず)が存在し得る。直流絶縁は、光カプラ、コンデンサ、または磁気結合などのデバイスを用いることによって実現可能である。さらなる例では、検知回路120は、パワーコンバータ100の出力からの出力量UO134
を検知するのに分圧器を利用してもよい。一般的に、出力量UO134は、出力電圧VO130、出力電流IO132、またはその2つの組合せのいずれかである。
であってもよく、イネーブルイベントは、イネーブル信号UEN138がしきい値を交差して示され得る。
40を表わし得る。電流検知信号142は電圧信号または電流信号であり得る。さらに、コントローラ124は、駆動信号144をパワースイッチS1 110に与えてさまざまなスイッチングパラメータを制御して、パワーコンバータ100の入力からパワーコンバータ100の出力へのエネルギの転送を制御する。そのようなパラメータの例は、パワースイッチS1 110のスイッチング周波数、スイッチング周期、デューティサイクル、またはそれぞれのオンおよびオフ時間を含み得る。
では、電流限界しきい値生成器128は、イネーブル信号UEN138のイネーブルイベント間の時間に応答して電流限界しきい値信号UILIM_TH148を変更するように結合され
る。一例では、電流限界しきい値信号UILIM_TH148はランプ信号であってもよく、イ
ネーブルイベント間の時間に従うランプ信号を用いて駆動信号144を変調してパワーコンバータの出力を調整し得る。
1 110の各々のオン時間の終了後の固定期間の後に、電流限界しきい値発生器128は、電流限界しきい値範囲内で、パワースイッチS1 110を通る電流が電流限界しきい値に達するまで減少速度で電流限界しきい値信号UILIM_TH148を減少させるように
結合される。一例では、電流限界しきい値信号UILIM_TH148は電圧信号または電流信
号であり得る。図示されるように、駆動回路126は電流限界しきい値信号UILIM_TH1
48に応答して駆動信号144も出力する。
は出力帰還117から直流絶縁される。換言すると、入力帰還111と出力帰還117との間に印加されるdc電圧は実質的にゼロの電流を発生するであろう。したがって、1次巻線106に電気的に結合される回路は、2次巻線108に電気的に結合される回路から直流絶縁される。たとえば、直流絶縁は、コントローラ124とイネーブル回路122との間またはイネーブル回路122と検知回路120との間に、光カプラ、容量カプラ、または磁気カプラを用いることによって実現可能である。
110上の最大電圧を制限する。図1に示される例示的なパワーコンバータ100では、クランプ回路112は、パワースイッチS1 110がオフした後に1次巻線106の漏れインダクタンスによって生じる電圧スパイクを制限する。パワースイッチS1 110は、コントローラ124から受信される駆動信号144に応答して開閉されて、パワーコンバータ100の入力からパワーコンバータ100の出力へのエネルギの転送を制御する。閉じたスイッチは電流を導通し得、オンと考えられる一方で、開いたスイッチは電流を導通することができず、オフと考えられることが一般的に理解される。図1の例では、パワースイッチS1 110はコントローラ124に応答して電流ID140を制御して、
パワーコンバータ100の特定される性能を満たす。いくつかの例では、パワースイッチS1 110はトランジスタであり得、コントローラ124は集積回路および/または別々の電気構成要素を含んでもよい。一例では、コントローラ124およびパワースイッチS1 110は単一の集積回路中にともに含まれる。一例では、集積回路はモノリシック集積回路である。別の例では、集積回路はハイブリッド集積回路である。
線108の巻数NSである比率である。パワースイッチS1 110のスイッチングは、
整流器D1 114において脈動電流も発生させる。整流器D1 114中の電流は出力コンデンサC1 116によってフィルタリングされて、負荷118において実質的に一定の出力電圧VO130、出力電流IO132、またはその2つの組合せを発生させる。
100の出力を表わすフィードバック信号UFB136をイネーブル回路122に与える。イネーブル回路122はフィードバック信号UFB136を受信し、イネーブル信号UEN138を発生させる。イネーブル信号UEN138はパワーコンバータ100の出力を表わし、(イネーブルイベントを用いて)コントローラ124に情報を与えてパワースイッチS1 110をイネーブルまたはディスエーブルする。さらに、イネーブル信号UEN138のイネーブルイベント間の時間はパワーコンバータ出力に応答する。例では、イネーブルイベントは、出力量UO134またはフィードバック信号UFB136がしきい値を下回る
と生成され得る。一例では、イネーブル信号UEN138は、イネーブルイベントとしてパルスを利用して(イネーブル信号は論理ハイ値に増大し、論理ロー値に減少する)パワースイッチS1 110を制御し得る。
受信する。スイッチ電流ID140は、たとえば、別々の抵抗器両端の電圧、またはトラ
ンジスタが導通している場合はトランジスタ両端の電圧など、さまざまなやり方で検知され得る。コントローラ124は、さまざまな入力に応答して、駆動信号144を出力してパワースイッチS1 110を動作させて、出力量UO134を所望の値に実質的に調整
する。検知回路120、イネーブル回路122、およびコントローラ124を用いることにより、パワーコンバータ100の出力は本発明の教示に従って閉ループ中で調整される。
では、駆動回路126は、イネーブル信号UEN138が論理ハイ値にパルスを発するとパワースイッチS1 110をオンする。一例では、駆動回路126は、電流検知信号142で表わされるスイッチ電流ID140が電流限界しきい値信号UILIM_TH148に達するとパワースイッチS1 110をオフする。一例では、駆動信号144は、論理ハイおよび論理ローのセクションの長さが異なる矩形パルス波形である。駆動信号144は電圧信号または電流信号であり得る。一例では、パワースイッチS1 110は、駆動信号144が論理ハイである場合にオンであり、パワースイッチS1 110は、駆動信号144が論理ローである場合にオフである。
ように、電流限界しきい値信号UILIM_TH148は、電流限界しきい値範囲内で、パワー
スイッチS1 110のオン時間の終了後の固定期間の間、増大速度で増大する。換言すると、電流限界しきい値信号UILIM_TH148は、電流限界しきい値範囲内で、パワース
イッチS1 110のオン時間の終わりに、固定された量だけ増大する。このように、一例では、電流限界しきい値信号UILIM_TH148は最大電流限界しきい値を超えて増大す
ることはない。固定期間の後、電流限界しきい値信号UILIM_TH148は、電流限界しき
い値範囲内で減少速度で減少する。一例では、電流限界しきい値信号UILIM_TH148は
、電流検知信号142が示すスイッチ電流ID140が電流限界しきい値信号UILIM_TH148に達するまで、または電流限界しきい値信号UILIM_TH148が最小電流限界しきい
値に達するまで、減少する。
い値信号UILIM_TH148は、パワーコンバータ100の出力に結合される負荷の範囲に
亘ってイネーブル信号UEN138のイネーブルイベント間の時間に応答する。別の例では、電流限界しきい値信号UILIM_TH148はランプ信号であってもよく、イネーブルイベ
ント間の時間に従うランプ信号を用いて駆動信号144を変調してパワーコンバータの出力を調整してもよい。このように、本発明の教示に従う例は、パワーコンバータ100の出力を表わす論理信号またはデジタルイネーブル信号の利点を留保しつつ、増大した効率を有し得、かつ可聴ノイズを発生する可能性を低減し得る。
界しきい値ILIM250の最も高い値に対応する100%電流限界264がさらに図示される。というのも、電流限界しきい値ILIM250は可変であり、パワースイッチS1 110がオフした後の固定期間減少し始めるからである。一例では、固定期間は実質的にゼロである。さらに、電流限界しきい値範囲265は、最小電流限界しきい値ITH_MIN258
と最大電流限界しきい値ITH_MAX256との間の値の範囲であり、電流限界しきい値生成
器は電流限界しきい値ILIM250を変更し得る。
い値ITH_MIN258へ第1の減少速度で減少する。電流限界しきい値ILIM250は時間t1260に最小電流限界しきい値ITH_MIN258に達する。電流限界しきい値ILIM250が
一旦最小電流限界しきい値ITH_MIN258に減少すると、電流限界しきい値ILIM250は
減少を止め、最小電流限界しきい値ITH_MIN258と実質的に等しくなる。
い値ITH_MIN258へ第2の減少速度で減少する。電流限界しきい値ILIM250は時間t2262に最小電流限界しきい値ITH_MIN258に達する。最小電流限界しきい値ITH_MIN258に一旦到達すると、電流限界しきい値ILIM250は減少を止め、最小電流限界しきい値ITH_MIN258と実質的に等しくなる。第1の関係252および第2の関係254は、
時間に対して実質的に線形に減少する電流限界しきい値ILIM250を図示する。しかしながら、例は、電流限界しきい値ILIM250が非線形であるおよび/または単調である関係も含んでもよい。たとえば、関係は、二次、指数関数的、または区分線形であってもよい。さらなる例は、電流限界しきい値ILIM250が一連の減少段階を含み得る関係も含んでもよい。一連の減少段階は実質的に線形に減少するまたは非線形に減少するものであってもよい。
される関係を利用して、電流限界しきい値信号UILIM_TH148がどのようにイネーブル
信号UEN138および/または駆動信号144に応答するかを定めてもよい。
なグラフ201を図示する。描かれる例では、電流限界しきい値信号UILIM_TH248、
スイッチ電流ID240、およびイネーブル信号UEN238は、図1について以上で論じ
た電流限界しきい値信号UILIM_TH148、スイッチ電流ID140、およびイネーブル信号UEN138のそれぞれの例である。さらに、第1の関係252を利用して、電流限界しきい値信号UILIM_TH248がイネーブル信号UEN238にどのように応答するかを定め
てもよい。
しきい値範囲265内で、最大電流限界しきい値ITH_MAX256から減少する。例では論
理ハイ値にパルスを発するイネーブル信号UEN238で示されるイネーブル信号UEN238でイネーブルイベントが起こると(換言すると、イネーブルパルスが受信されると)、パワースイッチS1 110がオンし、スイッチ電流ID240が増大し始める。スイッ
チ電流ID240が電流限界しきい値信号UILIM_TH248に達すると、パワースイッチS1 110がオフされ、スイッチ電流ID240がゼロに立下がる。さらに、電流限界し
きい値信号UILIM_TH248は、パワースイッチS1 110がオフされるのに応答して
増大する。一例では、電流限界しきい値信号UILIM_TH248は最大電流限界しきい値ITH_MAX256に増大する。しかしながら、他の例では、電流限界しきい値信号UILIM_TH2
48は電流限界しきい値範囲265内で固定量だけ増大する。図2Bに図示される例では、電流限界しきい値信号UILIM_TH248が一旦最大電流限界しきい値ITH_MAX256に達すると、電流限界しきい値信号UILIM_TH248が再び減少し始める。図2Bに示される
例では、別のイネーブルパルスはイネーブル信号UEN238から受信されず、そのため、電流限界しきい値信号UILIM_TH248は、電流限界しきい値範囲265内で最小電流限
界しきい値ITH_MIN258に減少する。図2Bは、イネーブル信号UEN238中のイネー
ブルイベントが受信されず、したがってパワースイッチS1 110がオンしなかったならば電流限界しきい値範囲265内で電流限界しきい値信号UILIM_TH248がどのよう
に減少したであろうかを示す破線253も図示する。
る例では比較器368によってリセットされるように結合されるラッチ366を含んで示される。例では、ラッチ366は、比較器の出力がラッチ366のR入力に結合される一方で、イネーブル信号UEN338をそのS入力で受信するように結合される。駆動信号344はラッチ366から出力される。示されるように、駆動信号344はラッチ366のQ出力から出力される。さらに論じるように、ラッチ366のQ出力はイネーブル信号UEN338が論理ハイであれば論理ハイである。一例では、イネーブル信号UEN338は、論理ハイ値に遷移し、迅速に論理ロー値に立下がる矩形のパルス波形である。一例では、イネーブル信号UEN338の論理ハイパルスの発生がイネーブルイベントと称されることがある。イネーブルイベントがラッチ366のS入力で受信されると、駆動信号344は論理ハイ値に遷移する。論理ハイ値がラッチ366のR入力で受信されると、駆動信号344は論理ロー値に遷移する。
知信号342は、比較器368の非反転入力で受信される一方で、電流限界しきい値信号UILIM_TH348は、比較器368の反転入力で受信される。駆動信号344は、電流検
知信号342が電流限界しきい値信号UILIM_TH348に達すると論理ロー値に遷移する
。以上で言及したように、一例では、電流検知信号342はスイッチ電流ID140を表
わす。そのため、駆動信号344は、電流検知信号342で表わされるスイッチ電流ID
140が電流限界しきい値信号UILIM_TH348に達すると論理ロー値に遷移する。一例
では、駆動信号344は、論理ハイおよび論理ローのセクションの長さが異なる矩形パルス波形である。一例では、駆動信号344が論理ハイである時間の長さは、パワースイッチS1 110のオン時間(tON)に対応し、駆動信号344が論理ローである時間の長さはパワースイッチS1 110のオフ時間(tOFF)に対応する。さらに、駆動信号3
44の立上がりエッジ間の時間の長さはスイッチング周期TSと称されることがある。
電流限界しきい値生成器328から出力される。
信するようにコンデンサ380に結合される。図示されるように、比較器382はその非反転入力で電流限界しきい値信号UILIM_TH348を受信する一方で、比較器384はそ
の反転入力で電流限界しきい値信号UILIM_TH348を受信する。比較器382はその反
転入力で最大電流限界しきい値UTH_MAX356も受信する一方で、比較器384はその非反転入力で最小電流限界しきい値UTH_MIN358を受信する。図示される例では、ANDゲート386および388の両方の入力の1つに小さな丸で図示されるように、ANDゲート386および388はそれぞれ、比較器382および384の反転された出力を受信するように結合される。
で電流源372によって充電される。一例では、コンデンサ380の両端の電圧(すなわち電流限界しきい値信号UILIM_TH348)が増大する量は、電流源372が与える電流
ICの大きさおよびワンショット信号OS390が論理ハイである時間の量(すなわち、
固定期間)に比例する。特に、電流限界しきい値信号UILIM_TH348が増大する量は、
コンデンサ380の容量で除算した電流ICの大きさと固定期間との間の積に実質的に等
しい。または数学的には、
ICの大きさおよびコンデンサ380の容量に比例する。
が最大電流限界しきい値UTH_MAX356に到達するかすれば、論理ローに遷移する。充電信号CHG392が論理ロー値になると、スイッチS2 374が開き、コンデンサ380はもはや電流源372によって充電されなくなる。
よびコンデンサ380の容量に比例する。一例では、増大速度の大きさは減少速度の大きさよりも大きい。
論理ロー値に遷移する。放電信号DIS394が論理ロー値になると、スイッチS3 378が開き、コンデンサ380はもはや電流源376によって放電されなくなる。
400に記載される波形は、一例では、ワンショット信号OS490が論理ハイである各々の固定期間の間の電流限界しきい値信号UILIM_TH448の固定された増大量は電流限
界しきい値範囲465よりも小さく、そのため電流限界しきい値生成器328が最小電流限界しきい値UTH_MIN458から最大電流限界しきい値UTH_MAX456まで電流限界しき
い値信号UILIM_TH448を変更し得る前にパワースイッチS1 110の複数の連続ス
イッチングサイクルが起こることを図示する。たとえば、図4に示される例では、3つの連続スイッチング周期を利用して、最小電流限界しきい値UTH_MIN458から最大電流限界しきい値UTH_MAX456へ電流限界しきい値信号UILIM_TH448を変更する。(図示
しない)他の例では、各々の固定期間の間の電流限界しきい値信号UILIM_TH448は、
最小電流限界しきい値UTH_MIN458から最大電流限界しきい値UTH_MAX456まで変化し得る。
号UILIM_TH448は最小電流限界しきい値UTH_MIN458に実質的に等しい。(イネー
ブル信号UEN438が論理ハイ値に遷移することによって示されるように)イネーブルイベントがラッチ366によって受信され、駆動信号444は論理ハイ値に遷移する。したがってこれはパワースイッチS1 110をオンする。(スイッチ電流ID140を表わ
す)電流検知信号442がゼロから増大し始める。スイッチ電流ID140および電流検
知信号442が増大する速度はパワーコンバータの入力電圧VINに比例する。電流検知信号442が電流限界しきい値信号UILIM_TH448に達すると、比較器368の出力が論
理ハイ値に遷移し、これはラッチ366をリセットし、駆動信号444を論理ロー値に遷移させて、パワースイッチS1 110がオフされる。示されるように、駆動信号444が論理ハイである時間はパワースイッチS1 110のオン時間(tON)と称され、駆動信号444が論理ローである時間はパワースイッチS1 110のオフ時間(tOFF)と
称され得る。パワースイッチが一旦オフされると、電流検知信号442はゼロに立下がる。
S490は、固定期間の間、論理ハイ値に遷移する。スイッチング周期T1の間、電流限
界しきい値信号UILIM_TH448の値は、固定期間全体の間、最大電流限界しきい値UTH_MAX456よりも小さい。そのため、比較器382の出力は論理ローであり、充電信号C
HG392は、ワンショット信号OS490が論理ハイである限り、論理ハイである。スイッチS2 374が閉じられ、コンデンサは電流源372によって充電される。その結果、電流限界しきい値信号UILIM_TH448は、充電信号CHG392が論理ハイである
限り、増大する。
465内で、パワースイッチのオン時間tONの終了後の固定期間の間、増大速度で増大する。図3に戻って、電流限界しきい値信号UILIM_TH448の増大速度は、電流源372
が与える電流ICおよびコンデンサ380の容量に実質的に比例する。特に、電流限界し
きい値信号UILIM_TH448が増大し得る最大量は、コンデンサ380の容量で除算され
る電流ICの大きさと固定期間との積に実質的に等しい。図示される例に示されるように
、電流限界しきい値信号UILIM_TH448が増大し得る最大量は電流限界しきい値範囲4
65よりも小さい。
値が最小電流限界しきい値UTH_MIN458よりも大きい限り、論理ローである。そのため
、ANDゲート388から出力される放電信号DIS494は、反転されたワンショット信号
小電流限界しきい値UTH_MIN458に達するまで、論理ハイである。図示されるように、電流限界しきい値信号UILIM_TH448は、電流検知信号442が電流限界しきい値信号
UILIM_TH448に達するまで、減少速度で減少する。図3に戻って、減少速度は、電流
源376が与える電流IDISおよびコンデンサ380の容量に実質的に比例する。
論理ハイ値に遷移することによって示されるように)別のイネーブルイベントが受信され、これがラッチ366をセットし、駆動信号444を論理ハイ値に遷移させ、こうしてパワースイッチS1 110をオンする。電流検知信号442が(依然として減少している)電流限界しきい値信号UILIM_TH448に達すると、比較器368の出力は論理ハイ値
に遷移し、これはラッチ366をリセットし、駆動信号444を論理ロー値に遷移させ、こうしてパワースイッチS1 110をオフする。
間、オン時間tONの終わりに論理ハイ値に遷移する。スイッチング周期T1と同様に、ス
イッチング周期T2の間、電流限界しきい値信号UILIM_TH448の値は、ワンショット信号OS490が論理ハイである固定期間全体の間、最大電流限界しきい値UTH_MAX456よりも小さい。そのため、充電信号CHG492は、固定期間全体の間、論理ハイであり、固定期間の後にワンショット信号OS490が論理ロー値に遷移すると論理ロー値に遷移する。または、換言すると、充電信号CHG492はワンショット信号OS490に実質的に従う。固定期間の終わりに(すなわち、ワンショット信号OS490が論理ロー値に遷移し、反転されたワンショット信号
流限界しきい値UTH_MIN458または電流検知信号442が電流限界しきい値信号UILIM_TH448に達するまで、減少速度で減少する。示される例では、電流限界しきい値信号
UILIM_TH448は、電流検知信号442が電流限界しきい値信号UILIM_TH448に達するまで減少する。
ントが受信され、電流限界しきい値信号UILIM_TH448は依然として減少速度で減少し
ている。スイッチング周期T3はスイッチング周期T2と同様である。しかしながら、ワンショット信号OS490の固定期間の終わりに、電流限界しきい値信号UILIM_TH448
は最大電流限界しきい値UTH_MAX456に到達したばかりである。固定期間の終わりに、電流限界しきい値信号UILIM_TH448は減少し始める。
い値信号UILIM_TH448は依然として減少速度で減少している。駆動信号444は論理
ハイ値に遷移し、パワースイッチがオンされる。電流検知信号442が電流限界しきい値信号UILIM_TH448に達すると、比較器368の出力は論理ハイ値に遷移し、駆動信号
444は論理ロー値に遷移し、パワースイッチがオフされる。
に論理ハイ値に遷移する。スイッチング周期T4の間のオン時間tONの終了時、電流限界
しきい値信号UILIM_TH448の値は最大電流限界しきい値UTH_MAX456よりも小さい
。そのため、比較器382の出力は論理ローであり、充電信号CHG492は論理ハイである。スイッチS2 374はオンされ、電流限界しきい値信号UILIM_TH448が増大
し始める。
信号UILIM_TH448は、固定期間の終了前に最大電流限界しきい値UTH_MAX456に達
する(すなわちワンショット信号OS490が依然として論理ハイである)。電流限界しきい値信号UILIM_TH448が最大電流限界しきい値UTH_MAX456に達したとき、比較
器382の出力は論理ハイであり、充電信号CHG492は論理ロー値に遷移する。そのため、スイッチS2 374がオフされ、コンデンサ380はもはや電流源372によって充電されなくなる。図5にさらに図示されるように、電流限界しきい値信号UILIM_TH
448は、ワンショット信号OS490が論理ハイ値である固定期間の残余の間、最大電流限界しきい値UTH_MAX456と実質的に等しいままである。または、換言すると、電流限界しきい値信号UILIM_TH448は、ワンショット信号OS490が論理ロー値に遷移
するまで最大電流限界しきい値UTH_MAX456と実質的に等しい。
大きいからである。その結果、放電信号DIS494は論理ハイであり、スイッチS3 378が閉じられ、電流限界しきい値信号UILIM_TH448は、電流検知信号442が電
流限界しきい値信号UILIM_TH448に達するかまたは電流限界しきい値信号UILIM_TH448が最小電流限界しきい値UTH_MIN458に達するまで減少する。図4に示される例では、スイッチング周期T5、T6、T7、およびT8について示される波形は、以上で論じたスイッチング周期T4について記載した波形と同様である。
クランプされる例を図示する。(駆動信号544が論理ロー値に遷移することによって示されるような)パワースイッチS1 100のオン時間の終わりに、ワンショット信号OS590は論理ハイ値に遷移する。以上で言及したように、ワンショット信号OS590が論理ハイである時間の長さは固定期間と称されることがある。固定期間の開始時、電流限界しきい値信号UILIM_TH548は最大電流限界しきい値UTH_MAX556よりも小さく
、比較器382の出力は論理ローである。そのため、ワンショット信号OS590が論理ハイ値に遷移すると、充電信号CHG592は論理ハイ値に遷移する。スイッチS2 374が閉じられ、電流限界しきい値信号UILIM_TH548が増大する。
0の固定期間の終了前に最大電流限界しきい値UTH_MAX556に達する。比較器382の出力は論理ハイ値に遷移し、その結果充電信号CHG592は論理ロー値に遷移する。電流限界しきい値信号UILIM_TH548は、ワンショット信号OS590の固定期間の残余
の間最大電流限界しきい値UTH_MAX556と実質的に等しい。ワンショット信号OS590が一旦論理ロー値に遷移すると、反転されたワンショット信号
ここで図6を参照して、図3のコントローラ300の信号のさまざまな例示的な波形のタイミング図600を示す。以下で参照する、同様に名称および番号を付与された要素は上述のように結合されかつ機能することを認めるべきである。さらに、タイミング図600で記載される波形は、電流限界しきい値信号UILIM_TH648が電流限界しきい値範囲
665内で最小電流限界しきい値UTH_MIN658にクランプされ得る例を図示する。電流限界しきい値範囲665は、最小電流限界しきい値UTH_MIN658と最大電流限界しきい値UTH_MAX656との間の値の範囲であり、電流限界しきい値生成器328が電流限界しきい値信号UILIM_TH648を変更し得る。
パワースイッチがオンされる。電流検知信号642が電流限界しきい値信号UILIM_TH6
48に達すると、駆動信号644は論理ロー値に遷移し、パワースイッチがオフされる。スイッチング周期TNは、上述のスイッチング周期T4からT8と同様である。示される例
では、電流限界しきい値信号UILIM_TH648は、電流限界しきい値範囲665内で最大
電流限界しきい値UTH_MAX656へ増大し、放電信号DIS694が論理ハイ値に遷移すると減少し始める。
信号UILIM_TH648は依然として減少している。駆動信号644は論理ハイ値に遷移し
、パワースイッチS1 110がオンされる。電流検知信号642で表わされるスイッチ電流ID140が電流限界しきい値信号UILIM_TH648に達すると、駆動信号644は論理ロー値に遷移し、パワースイッチS1 110がオフされる。以前に論じたように、電流限界しきい値信号UILIM_TH648は駆動信号644のオン時間(tON)の終わりに増
大し始める。スイッチング周期TN+1の間、電流限界しきい値信号UILIM_TH648の値は最大電流限界しきい値UTH_MAX656よりも小さく、電流限界しきい値信号UILIM_TH6
48は、ワンショット信号OSの固定期間全体の間、増大する。そのため、充電信号CHG692は、ワンショット信号OSが論理ハイである限り、論理ハイである。
ら、電流限界しきい値信号UILIM_TH648が最小電流限界しきい値UTH_MIN658に達
すると、比較器384の出力は論理ハイ値に遷移し、放電信号DIS694は論理ロー値に遷移し、電流限界しきい値信号UILIM_TH648は最小電流限界しきい値UTH_MIN65
8に実質的に等しいままである。電流限界しきい値信号UILIM_TH648は、駆動信号6
44の次のオン時間の終わりまで最小電流限界しきい値UTH_MIN658にクランプされたままである。示される例では、電流限界しきい値信号UILIM_TH648は、スイッチング
周期TN+2の間のオン時間(tON)の終わりに増大し始める。
限界しきい値UTH_MAX756のいずれかにクランプする。
される電流ミラーは最大電流限界しきい値UTH_MAX756を基準とする。
よって形成される電流ミラーは最小電流限界しきい値UTH_MIN758を基準とする。例では、選択信号796は、パワーコンバータの入力電圧VINに応答して、電流源776のIDISの大きさを選択し得る。たとえば、一例では、選択信号796は、VIN102の第1の入力電圧値に応答してIDISの第1の大きさを設定し得、選択信号796は、VIN102の第2の入力電圧値に応答してIDISの第2の大きさを設定し得る。一例では、より低い入力電圧VINはより大きなIDISの大きさに対応し得る。
減少する。
達すると、トランジスタ795および797によって形成される電流ミラーはもはや、電流源772が与える電流ICをミラーリングすることができず、コンデンサ780を充電
するのに与える電流がより少なくなる。同様のことが、コンデンサ780の両端の電圧(すなわち、電流限界しきい値信号UILIM_TH748)が最小電流限界しきい値UTH_MIN7
58に達する際に言える。このように、コンデンサ780の両端の電圧が最大電流限界しきい値UTH_MAX756または最小電流限界しきい値UTH_MIN758に近づくと、電流限界しきい値信号UILIM_TH748が増大するまたは減少する速度が遅くなる。または、換言
すると、電流限界しきい値信号UILIM_TH748の増大速度および減少速度の両者の大き
さが小さくなる。一例では、電流ミラーが電流ICおよびIDISを正しくミラーリングする
ことができなくなる点(電流限界しきい値信号UILIM_TH748の増大速度および減少速
度が減少し始める点)はそれぞれ、トランジスタ795、797、798、および799のチャネル幅とチャネル長さとの間の比率に部分的に依存する。最終的に、電流限界しきい値生成器728は、電流限界しきい値信号UILIM_TH748を、最小電流限界しきい値
UTH_MIN758または最大電流限界しきい値UTH_MAX756のいずれかにクランプする。
848が電流限界しきい値範囲内で最大電流限界しきい値UTH_MAX856および最小電流限界しきい値UTH_MIN858にクランプされる例を図示する。(イネーブル信号838のパルスによって示されるように)イネーブルイベントが受信され、駆動信号844は論理ハイ値に遷移し、パワースイッチS1 110がオンされる。電流検知信号842で表わされるスイッチ電流ID140が電流限界しきい値信号UILIM_TH848に達すると、駆動信号844は論理ロー値に遷移し、パワースイッチS1 110がオフされる。オン時間の終わりに、充電信号CHG892は論理ハイ値に遷移し、放電信号DIS894は論理ロー値に遷移する。スイッチS2 774が閉じられ、電流限界しきい値信号UILIM_TH
848が増大する。以上で言及したように、充電信号CHG892が論理ハイである時間の長さは固定期間と称されることがある。
流限界しきい値UTH_MAX756に近づくと、トランジスタ795および797によって形成される電流ミラーは電流源772が与える電流ICをもはやミラーリングすることがで
きず、コンデンサ780を充電するのに与える電流がより少なくなる。そのため、電流限界しきい値信号UILIM_TH848の増大速度は、最大電流限界しきい値UTH_MAX856に
より近い電流限界しきい値信号UILIM_TH848のカーブした特性によって示されるよう
に減少する。カーブした特性の形状は、トランジスタ795および797のチャネル幅とチャネル長さとの間の比率によって部分的に決まり得る。電流限界しきい値信号UILIM_TH848が最大電流限界しきい値UTH_MAX856に一旦達すると、トランジスタ795お
よび797によって形成される電流ミラーが与える電流は実質的になくなり、電流限界しきい値信号UILIM_TH848は最大電流限界しきい値UTH_MAX856で実質的にクランプ
される。
範囲865内で減少し始める。しかしながら、電流限界しきい値信号UILIM_TH848が
最小電流限界しきい値UTH_MIN858に近づくにつれ、トランジスタ798および799によって形成される電流ミラーは、電流源776が与える電流IDISをもはやミラーリングすることができず、コンデンサ780を放電するのに与える電流がより少なくなる。そのため、電流限界しきい値信号UILIM_TH848の減少速度の大きさは、最小電流限界しき
い値UTH_MIN858により近い電流限界しきい値信号UILIM_TH848のカーブした特性
によって示されるように減少する。カーブした特性の形状は、トランジスタ798および798のチャネル幅とチャネル長さとの間の比率によって部分的に決まり得る。電流限界しきい値信号UILIM_TH848が一旦最小電流限界しきい値UTH_MIN858に達すると、
トランジスタ798および799によって形成される電流ミラーが与える電流が実質的になくなり、電流限界しきい値信号UILIM_TH848は最小電流限界しきい値UTH_MIN85
8で実質的にクランプされる。
Claims (38)
- パワーコンバータで用いるためのコントローラであって、
駆動信号を生成してパワースイッチのスイッチングを制御してパワーコンバータ入力からパワーコンバータ出力へのエネルギの転送を制御するように結合される駆動回路と、
前記パワーコンバータ出力に応答するイネーブルイベントを含むイネーブル信号を受信するための入力とを備え、前記駆動回路は、前記イネーブルイベントに応答して前記パワースイッチをオンし、パワースイッチ電流が電流限界しきい値に達するのに応答して前記パワースイッチをオフするように結合され、さらに
前記駆動信号を前記駆動回路から受信し、前記イネーブル信号の前記イネーブルイベントに応答して前記電流限界しきい値を変更するように結合される電流限界しきい値生成器を備える、コントローラ。 - 前記イネーブル信号の連続するイネーブルイベント間の時間は前記パワーコンバータ出力に応答する、請求項1に記載のコントローラ。
- 前記イネーブルイベントは前記イネーブル信号における1つの論理状態から別の論理状態への遷移を含む、請求項1に記載のコントローラ。
- 前記電流限界しきい値生成器は、前記パワーコンバータ出力に結合される出力負荷の範囲に亘る前記イネーブル信号の連続するイネーブルイベント間の時間に応答して前記電流限界しきい値を変更するように結合される、請求項1に記載のコントローラ。
- 前記電流限界しきい値生成器は、前記パワースイッチの各々のオン時間の終了に応答して、電流限界しきい値範囲内で、固定された増大量だけ前記電流限界しきい値を増すように結合される、請求項1に記載のコントローラ。
- 前記固定された増大量は前記電流限界しきい値範囲よりも小さいため、前記パワースイッチの複数のスイッチングサイクルは、前記電流限界しきい値生成器に、前記電流限界しきい値範囲の最小電流限界しきい値から最大電流限界しきい値まで前記電流限界しきい値を変えさせなければならない、請求項5に記載のコントローラ。
- 前記電流限界しきい値生成器は、前記パワースイッチの各々のオン時間の終了に応答して、前記電流限界しきい値を最大電流限界しきい値まで増すように結合される、請求項1に記載のコントローラ。
- 前記電流限界しきい値生成器は、連続するイネーブルイベント間の時間が長くなるにつれて、電流限界しきい値範囲内で前記電流限界しきい値を減少させるように結合される、請求項1に記載のコントローラ。
- 前記電流限界しきい値生成器は、前記パワースイッチの各々のオン時間の終了に応答して、電流限界しきい値範囲内で、固定期間の間固定された増大量だけ前記電流限界しきい値を増すように結合される、請求項1に記載のコントローラ。
- 前記固定期間は実質的にゼロである、請求項9に記載のコントローラ。
- 前記電流限界しきい値生成器は、前記パワースイッチの各々のオン時間の前記終了後の前記固定期間の後、前記電流限界しきい値範囲内で、減少速度で前記電流限界しきい値を減少させ始めるように結合される、請求項9に記載のコントローラ。
- 前記減少速度は前記パワーコンバータ入力に結合される入力電圧に応答して調節される、請求項11に記載のコントローラ。
- 前記減少速度は、前記入力電圧に応答して第1の一定の減少速度および第2の一定の減少速度のうち1つから選択される、請求項12に記載のコントローラ。
- 前記駆動回路は、前記駆動信号を生成するように結合されかつ前記イネーブルイベントに応答してセットされるように結合されるラッチを含み、前記駆動回路は、前記パワースイッチ電流を表わす電流検知信号と前記電流限界しきい値との比較に応答して前記ラッチをリセットするように結合される比較器をさらに含む、請求項1に記載のコントローラ。
- 前記電流限界しきい値生成器は、ワンショットパルスを生成して固定期間を定めるように結合される単安定マルチバイブレータを含み、前記単安定マルチバイブレータは、前記パワースイッチの各々のオン時間の終了に応答して、前記駆動信号を受信して前記ワンショットパルスを生成するように結合される、請求項1に記載のコントローラ。
- パワーコンバータで用いるためのコントローラであって、
駆動信号を生成してパワースイッチのスイッチングを制御してパワーコンバータ入力からパワーコンバータ出力へのエネルギの転送を制御するように結合される駆動回路と、
前記パワーコンバータ出力に応答するイネーブルイベントを含むイネーブル信号を受信するための入力とを備え、前記駆動回路は、前記イネーブルイベントに応答して前記パワースイッチをオンするように結合され、前記駆動回路は、パワースイッチ電流が電流限界しきい値に達するのに応答して前記パワースイッチをオフするように結合され、さらに
前記駆動回路から前記駆動信号を受信して前記電流限界しきい値を生成するように結合される電流限界しきい値生成器を備え、前記電流限界しきい値生成器は、前記パワースイッチの各々のオン時間の終了後の固定期間の間、電流限界しきい値範囲内で増大速度で前記電流限界しきい値を増すように結合され、前記電流限界しきい値生成器は、パワースイッチ電流が前記電流限界しきい値に達するまで、前記固定期間の後、前記電流限界しきい値範囲内で減少速度で前記電流限界しきい値を減少させるように結合される、コントローラ。 - 前記駆動回路は、前記駆動信号を生成するように結合されかつ前記イネーブルイベントに応答してセットされるように結合されるラッチを含み、前記駆動回路は、前記パワースイッチ電流を表わす電流検知信号と前記電流限界しきい値との比較に応答して前記ラッチをリセットするように結合される比較器をさらに含む、請求項16に記載のコントローラ。
- 前記電流限界しきい値生成器は、ワンショットパルスを生成して固定期間を定めるように結合される単安定マルチバイブレータを含み、前記単安定マルチバイブレータは、前記パワースイッチの各々のオン時間の終了に応答して前記駆動信号を受信して前記ワンショットパルスを生成するように結合される、請求項16に記載のコントローラ。
- 前記電流限界しきい値生成器は前記電流限界しきい値を生成するように結合されるコンデンサを含み、前記コンデンサは、前記電流限界しきい値が前記電流限界しきい値範囲内にあれば前記固定期間の間第1の電流源によって充電されるように結合され、前記コンデンサは、前記電流限界しきい値が前記電流限界しきい値範囲内にあれば前記固定期間の後に第2の電流源によって放電されるように結合される、請求項16に記載のコントローラ。
- 前記第2の電流源は前記パワーコンバータ入力に結合される入力電圧に応答するように
結合される、請求項19に記載のコントローラ。 - 前記第2の電流源は、前記入力電圧の第1の値に応答して第1の速度で前記コンデンサを放電するように結合され、前記第2の電流源は、前記入力電圧の第2の値に応答して第2の速度で前記コンデンサを放電するように結合される、請求項19に記載のコントローラ。
- 前記第1の電流源は前記コンデンサと最大電流限界しきい値参照電圧との間に結合される第1の電流ミラーを含み、前記第2の電流源は前記コンデンサと最小電流限界しきい値参照電圧との間に結合される第2の電流ミラーを含む、請求項19に記載のコントローラ。
- 前記第1の電流ミラーは前記コンデンサと前記最大電流限界しきい値参照電圧との間に結合されるp型金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)を含み、前記第2の電流ミラーは前記コンデンサと前記最小電流限界しきい値参照電圧との間に結合されるn型MOSFETを含む、請求項22に記載のコントローラ。
- 固定された前記増大速度と前記固定期間との積は前記電流限界しきい値範囲よりも小さいため、前記パワースイッチの複数のスイッチングサイクルは、前記電流限界しきい値生成器に、前記電流限界しきい値範囲の最小電流限界しきい値から最大電流限界しきい値へ前記電流限界しきい値を変えさせなければならない、請求項16に記載のコントローラ。
- 前記増大速度の大きさは前記減少速度の大きさよりも実質的に大きい、請求項16に記載のコントローラ。
- パワーコンバータであって、
パワースイッチを介してパワーコンバータ入力に結合され、パワーコンバータ出力に結合されるエネルギ転送要素と、
前記パワーコンバータ出力に応答するイネーブルイベントを含むイネーブル信号を生成するように結合されるイネーブル回路と、
前記パワースイッチに結合されて前記パワースイッチのスイッチングを制御して前記パワーコンバータ出力を調整するコントローラとを備え、前記コントローラは
前記イネーブル信号とパワースイッチ電流を表わす電流検知信号とを受信して駆動信号を生成して前記パワー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回路を含み、前記駆動回路は、前記イネーブルイベントに応答して前記パワースイッチをオンし、前記パワースイッチ電流が電流限界しきい値に達するのに応答して前記パワースイッチをオフするように結合され、前記コントローラはさらに
前記イネーブル信号の前記イネーブルイベントに応答して、前記駆動回路から前記駆動信号を受信して前記電流限界しきい値を変更するように結合される電流限界しきい値生成器を含む、パワーコンバータ。 - 前記イネーブル信号の連続するイネーブルイベント間の時間差は前記パワーコンバータ出力に結合される負荷に応答する、請求項26に記載のパワーコンバータ。
- 前記電流限界しきい値生成器は、前記パワーコンバータ出力に結合される出力負荷の範囲に亘る前記イネーブル信号の連続するイネーブルイベント間の時間に応答して前記電流限界しきい値を変更するように結合される、請求項26に記載のパワーコンバータ。
- 前記電流限界しきい値生成器は、前記パワースイッチの各々のオン時間の終了に応答して、電流限界しきい値範囲内で、固定された増大量だけ前記電流限界しきい値を増すよう
に結合される、請求項26に記載のパワーコンバータ。 - 前記固定された増大量は前記電流限界しきい値範囲よりも小さいため、前記パワースイッチの複数のスイッチングサイクルは、前記電流限界しきい値生成器に、前記電流限界しきい値範囲の最小電流限界しきい値から最大電流限界しきい値まで前記電流限界しきい値を変えさせなければならない、請求項29に記載のパワーコンバータ。
- 前記電流限界しきい値生成器は、前記パワースイッチの各々のオン時間の終了に応答して、前記電流限界しきい値を最大電流限界しきい値まで増すように結合される、請求項26に記載のパワーコンバータ。
- 前記電流限界しきい値生成器は、連続するイネーブルイベント間の時間が増すにつれて、電流限界しきい値範囲内で前記電流限界しきい値を減少させるように結合される、請求項26に記載のパワーコンバータ。
- 前記電流限界しきい値生成器は、前記パワースイッチの各々のオン時間の終了後の固定期間の後、前記電流限界しきい値範囲内で、減少速度で前記電流限界しきい値を減少させ始めるように結合される、請求項26に記載のパワーコンバータ。
- 前記減少速度は前記パワーコンバータ入力に結合される入力電圧に応答して調節される、請求項33に記載のパワーコンバータ。
- 前記減少速度は、前記入力電圧に応答して第1の一定の減少速度および第2の一定の減少速度のうち1つから選択される、請求項34に記載のパワーコンバータ。
- 前記駆動回路は、前記駆動信号を生成するように結合されかつ前記イネーブルイベントに応答してセットされるように結合されるラッチを含み、前記駆動回路は、前記電流検知信号と前記電流限界しきい値との比較に応答して前記ラッチをリセットするように結合される比較器をさらに含む、請求項26に記載のパワーコンバータ。
- 前記電流限界しきい値生成器は、ワンショットパルスを生成して固定期間を定めるように結合される単安定マルチバイブレータを含み、前記単安定マルチバイブレータは、前記パワースイッチの各々のオン時間の終了に応答して、前記駆動信号を受信して前記ワンショットパルスを生成するように結合される、請求項26に記載のパワーコンバータ。
- 前記電流限界しきい値生成器は前記電流限界しきい値を生成するように結合されるコンデンサを含み、前記コンデンサは、前記電流限界しきい値が電流限界しきい値範囲内にあれば前記パワースイッチの各々のオン時間の終了後の固定期間の間第1の電流源によって充電されるように結合され、前記コンデンサは、前記電流限界しきい値が前記電流限界しきい値範囲内にあれば前記固定期間後に第2の電流源によって放電されるように結合される、請求項26に記載のパワーコンバータ。
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