JP4620835B2 - パルス幅変調制御装置 - Google Patents
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- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はパルス幅変調（ＰＷＭ）制御装置に関し、より特定的には排他的ではないがスイッチドモード（ｓｗｉｔｃｈｅｄ−ｍｏｄｅ）電源を制御するために使用されるそのような装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スイッチドモード電源（Ｓｗｉｔｃｈｅｄ−Ｍｏｄｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｉｅｓ：ＳＭＰＳ）は数多くの家庭用および産業用の用途においてますます多用されるようになってきている。テレビジョンまたはコンピュータ用のモニタ装置のような用途においては、そのような用途は数多くの動作状態またはモードを必要とするであろう。装置に電源が供給されていない場合、あるいは主スイッチまたはマスタスイッチがオフになっている場合、第１の「オフ」モードが生じ、装置が電源投入されて通常の動作を行なっている場合に第２の「オン」モードが生じ、かつ装置が給電状態に留まっているが低減された機能および低減された電力消費を有する場合に第３のモード、スタンバイモードと称される、が生じる。
スタンバイモードはテレビジョンにおいてはリモートコントロール装置の「オフ」スイッチによって生じることができ、これは典型的にはテレビジョンを完全にオフには切り替えないが、テレビジョン内のある回路が給電された状態に留まることができるようにし、したがってもしリモートコントロール装置の「オン」ボタンが押圧されれば、テレビジョンは「オン」モードに戻ることになる。
【０００３】
スタンバイモードの間に前記ＳＭＰＳによって消費される電力を低減する必要があり、したがって主電源の電気の使用を低減することが必要とされる。現在、スタンバイモードの間の電力消費を１ワットのオーダーの値まで低減したいという目標がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
バーストモードＳＭＰＳが知られており、これはスタンバイモードにおいて効率的な電力消費を有する。しかしながら、ＰＷＭ制御装置はバーストモードＳＭＰＳのためには容易には実施できない。ＰＷＭ制御装置はそれらの動作の「バースト」的性質のため多くのノイズを発生し、かつそれらは多数の接続および外部部品を必要とし、したがって数多くの接続ピンを有する半導体パッケージ、および数多くの部品を有する大きなプリント回路基板につながることになる。
【０００５】
したがって、必要なことは低減された数の個別部品、低減されたピン数および寸法、並びにスタンバイモードにおいて低い電力消費を備えたＳＭＰＳのためのＰＷＭ制御装置である。
【０００６】
この発明は前述の不都合を除去する電源を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ノーマルモードおよびスタンバイモードを有するスイッチドモード電源とともに使用するためのパルス幅変調制御装置であって、前記電源によって供給される電流量を示す信号を受けるよう構成された第１の入力、前記第１の入力に結合され、前記電源によって供給される電流量を示す前記信号における過電流状態が生じた場合に過電流信号を提供するための過電流決定手段、前記電源から電力を受けるよう結合された回路から調整出力がある場合に調整信号を受けるよう構成された第２の入力、そして前記スイッチドモード電源がスタンバイモードにあるかノーマルモードにあるかを決定するために前記過電流信号と前記調整信号とを比較するための論理手段、を具備することを特徴とするパルス幅変調制御装置が提供される。
【０００８】
これによって、低減された数の個別部品、低減されたピン数および寸法、並びにスタンバイモードにおいて低い電力消費を備えたＳＭＰＳが提供される。
【０００９】
さらに、前記装置への動作電源の状態を決定するための手段を具備し、前記論理手段はさらに前記スイッチドモード電源がスタンバイモードにあるかノーマルモードにあるかを決定するのに使用するために、前記動作電源の状態を示す信号を受けるよう構成されると好都合である。
【００１０】
前記論理手段は前記過電流および調整信号をラッチするよう構成されたラッチ手段を具備すると好都合である。
【００１１】
さらに、前記第１の入力に結合された選択的に切替え可能な電流源を含み、スタンバイモードの間に、前記切換え可能な電流源は前記第１の入力における電圧を増大するよう切換えられ、それによって前記過電流状態に対するしきい値レベルを低減するができる。
【００１２】
前記パルス幅変調制御装置は、３つの制御ピンを有すると好都合である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して本発明の例示的な実施形態を説明する。
図１を参照すると、テレビジョンのような、高い電圧の電源を必要とする家庭用の装置または電気器具（ａｐｐｌｉａｎｃｅ）に見られる、スイッチドモード電源構成またはスイッチドモード電源部（ＳＭＰＳ）５が示されている。この種の典型的な家庭用の装置は動作のスタンバイモード（ｓｔａｎｄｂｙ ｍｏｄｅ）の特徴的機能を含み、それによって該装置はオンに留まっているが、低減された機能および低減された電力消費を備えたモードとなる。ＳＭＰＳ構成５はＰＷＭ制御回路１０、主電源構成部２０、変圧器構成３０、およびマイクロプロセッサ並びに電圧調整（ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ）構成４０を含む。
【００１４】
後に図２を参照してさらに説明する、ＰＷＭ制御回路１０は８つの接続ピンを有する半導体パッケージとして集積されている。
【００１５】
主電源構成部２０は、フィルタ２１、ノード（ｎｏｄｅ）２５に整流された信号を提供するよう構成されたダイオードブリッジ２２およびバルク容量２３を具備している。さらに他のノード２６は、ダイオード２７を介して、ＰＷＭ制御回路１０のピン８に対しフィルタ２１から直接信号を供給する。
【００１６】
前記変圧器構成または構造部３０は磁気コア３１、該コアの一方の側に配置された１次巻線３２および補助巻線３３を有する。該１次巻線３２はノード２５に結合された１つのノード、および後にさらに説明するクランプ用トランジスタ１８に結合された別のノードを有する。前記補助巻線３３はグランドに結合された１つのノードおよびさらに別のノードを有し、該さらに別のノードは抵抗１４を介してＰＷＭ制御回路１０のピン１に結合され、かつ蓄積容量１６を備えたダイオード１５を介してＰＷＭ制御回路１０のピン６に結合されている。
【００１７】
前記コアの他方の側には高電圧２次巻線３５および低電圧２次巻線３６ａ，３６ｂ，３６ｃおよび３６ｄが配置されている。高電圧巻線３５は通常の動作モードの間に例えば電気器具（図示せず）の適切な高電圧部品に高電圧の電源、例えば１００Ｖ程度（〜１００Ｖ）、を提供するよう構成されている。前記低電圧巻線３６ａ，３６ｂ，３６ｃおよび３６ｄは電気器具の種々の低電圧部品に低い電圧の電源、例えば１０Ｖ程度（〜１０Ｖ）、を提供するよう構成されている。２次巻線３６ｄは、電圧調整の目的でも設けられている、マイクロプロセッサ並びに電圧調整構成４０のための低電圧電源を提供するよう結合されており、これについては後にさらに説明する。
【００１８】
前記マイクロプロセッサ並びに電圧調整構成４０は、他の機能（図示せず）に加えて、ＳＭＰＳの動作のスタンバイモード（およびノーマルモード）の管理を制御するよう構成されたマイクロプロセッサ４５を有する。変圧器構成または構造３０の２次側に供給される電源が所望の電圧レベルに到達した時、調整用ダイオード（ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）４７と直列の光カプラ構成により電圧または電流の調整あるいはレギュレーション（ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ）が達成される。
【００１９】
調整用ダイオード４７のブレークダウン電圧は高電圧巻線３５の出力に結合された、抵抗４１と出力レベル可変抵抗器４２の分圧回路によって調整可能である。このようにして、前記調整用ダイオードは抵抗４１と出力レベル可変抵抗器４２の抵抗分圧構成によって得られる電圧に従って電流を導通する。この電流は光カプラ構成の発光ダイオード（ＬＥＤ）４６を流れ、その光起電または光電セル１７に信号を誘起する。前記光電セル１７は蓄積容量１６とＰＷＭ制御回路１０のピン３の間に結合されている。
【００２０】
ＰＷＭ制御１０がピン３を介して光電セル１７から調整信号を受けた時、ＰＷＭ制御回路１０のピン５からの信号がクランプ用トランジスタ１８をターンオンし、該クランプ用トランジスタ１８は１次巻線３２の両方のノードをダイオード１９と抵抗３４のクランプネットワークを介してノード２５にクランプする。このようにして、クランプ用トランジスタ１８は電源スイッチまたは電力用スイッチとして作用する。
【００２１】
電気器具がスタンバイモードに切り替わった時、該電気器具の高電圧部品はもはや電力を必要としない。マイクロプロセッサ４５はトランジスタ３７をターンオンすることにより変圧器構成３０の２次巻線を再配列または再構成し（ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒｅｓ）、これは高電圧巻線３５をダイオード構成３７を介して効果的に２次巻線３６ｄの整流された電圧にクランプする。マイクロプロセッサはまたトランジスタ４９をターンオンし、これは第２のツェナーダイオード４８をＬＥＤ４６の経路に効果的に挿入し、したがってスタンバイモードにおける電圧調整の手段を提供し、２次巻線３６ｄの整流された電圧は、調整用ダイオード４７のブレークダウン値とＬＥＤ４６およびトランジスタ４９の電圧降下を加えたものを越えないように強制される。
【００２２】
次に図２をも参照すると、ＰＷＭ制御回路１０のブロック図が示されている。概略的に、３つの制御ピン、すなわちピン１，２および３、はＳＭＰＳを制御するために使用される全ての必要な可変信号のための入力を提供する。ピン１はゼロ電流検出入力および負電圧クランプを提供する。ピン２は過電流保護をスタンバイピーク電流制限値と組み合わせる。ピン３は電流検知電圧（レギュレーション：ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ）入力をスタンバイレギュレーションと組み合わせる。
【００２３】
残りのピンは電源および出力の接続を提供する。ピン４はグランドに接続され、ピン５はクランプ用トランジスタ１８の電力または電源スイッチ構成を駆動し、ピン６は補助容量１６を介して補助巻線３３（Ｖｃｃ）に結合され、そしてピン８は主電源構成２０のノード２６（高電圧）に結合される。ピン７は非接続とされ、それはピン８（高電圧）およびピン６（Ｖｃｃ）との間のアイソレーションを改善するためである。
【００２４】
電圧調整は次のようにして行なわれる。制御ブロック１３０はピン３から前記調整用信号または調整信号を受けるよう結合されている。これはＰＷＭ制御ブロック１４０を介して、駆動制御ブロック１５０に対し出力の所望のデューティサイクルを通知するために使用され、この出力は次にそれに従ってクランプ用トランジスタ１８の電源スイッチ構成を制御するために出力バッファ１９０を駆動するのに使用される。
【００２５】
スタンバイモードおよびノーマルモードはスタンバイ管理ブロックによって検出され、該スタンバイ管理ブロックは消磁ブロック（ｄｅｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ ｂｌｏｃｋ）１１０からの入力（ピン１）、電流検知ブロック１２０（ピン２）、および制御ブロック１３０からの入力（駆動制御ブロック１５０を介してピン３により）を受ける。モード検出は図５を参照して後にさらに説明する。
【００２６】
スタンバイモードが始まった時、マイクロプロセッサ４５は上に述べたように変圧器構成３０の２次側を再構成する。変圧器構成３０の再構成により、調整用信号Ｖｐｗｍは効果的に高電圧巻線３５を１０Ｖのオーダの電圧レベルに調整する。全ての２次巻線の電圧は低減され、これは次に補助巻線３３に流れる電流を制御回路１０への電力を維持するのに必要なものより低く低下させる。この時点で、電力はバルク容量１６から排出され、これはＶｃｃがゆっくり低下するようにさせる。
【００２７】
次に図３をも参照すると、スタンバイモードの間におけるＶｃｃのふるまいに関して、ＰＷＭ制御回路１０の３つの動作フェーズを図示するグラフが示されている。
【００２８】
第１のフェーズ、いわゆるスタートアップフェーズ、２１５においては、補助巻線３３によってＰＷＭ制御回路１０に給電するためには不十分な電流が供給される。これによって、後にさらに説明するように、Ｖｃｃが第２の低電圧または下限電圧レベル（ｕｎｄｅｒｖｏｌｔａｇｅ ｌｅｖｅｌ）２６０より低くなる（例えば、前記構成がターンオンされた時、または前に説明したようにスタンバイモードにある時）。この第１のフェーズ２１０の間に、スタートアップ電流源１８０はノード２６およびダイオード２７を介してフィルタ２１から電流を直接引き出し、かつ該電流を蓄積容量１６に供給し、これはＶｃｃが、Ｖｃｃがスタートアップしきい値２４０（Ｖｃｃ管理ブロック１７０内で決定されかつ検出される）に到達するまでこのフェーズの間に定常的に上昇するようにさせる（ライン２１０）。
【００２９】
第２のフェーズ、いわゆる作動フェーズ（ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｈａｓｅ）、２２５においては、ＰＷＭ制御回路１０は通常動作を行ない、Ｖｃｃから電流を流す。もし装置がノーマルモードにあれば、Ｖｃｃは第１の低電圧または下限電圧レベル２５０かまたはそれより高くなり、かつ回路１０は通常動作を続ける。スタンバイモードでは、Ｖｃｃは補助巻線３３から供給される不十分な電流のため、Ｖｃｃが第１の下限電圧レベル２５０に到達するまで低下する（ライン２２０）。
【００３０】
第３のフェーズ、いわゆるラッチドオフフェーズ（ｌａｔｃｈｅｄ−ｏｆｆ ｐｈａｓｅ）２３５においては、スタートアップ電流源１２０と同様に、ＰＷＭ制御回路１０はオフに切り換えられる。したがって、この第３のフェーズにおいては、Ｖｃｃから非常に少しの電流が流れるのみであり、したがってＶｃｃはそれが前記第２の下限電圧レベル２６０に到達するまで非常にゆっくりと低下するのみであり、第２の下限電圧レベル２６０に到達すると、スタートアップ電流源は再びターンオンされ、再び第１のフェーズ２１５に戻る。
【００３１】
前記第１、第２および第３のフェーズ、それぞれ２１５，２２５および２３５、はＶｃｃ管理ブロック１７０によって制御され、該Ｖｃｃ管理ブロック１７０はそれらのフェーズになったことを示す信号を生成する。
【００３２】
次に図４を参照すると、ＰＷＭ制御回路１０の過電流制限機能部の例示的なブロック図が示されている。ピン２は比較器３２０の非反転入力に結合されており、かつスイッチ３１５を介して電流源３１０に結合されている。比較器３２０の反転入力は過電流保護しきい値電圧を受けるよう構成されている。このようにして、ピン２の電圧が該しきい値電圧を越えれば、比較器の出力は、過電流状態を示す、信号を発生することになる。
【００３３】
ピン２はさらに第１の抵抗３４０を介して分圧された電位３４５のポイントに接続されている。分圧電位ポイント３４５は電源スイッチまたは電力スイッチ（クランプ用トランジスタ１８）を介して１次巻線３２にかつ第２の抵抗３５０を介してグランドに接続されている。
【００３４】
前記スイッチ３１５はＡＮＤゲート３３０の出力に応じてスイッチングされまたは切り換えられ、ＡＮＤゲート３３０はスタンバイ入力信号および作動フェーズ入力信号を受けるよう結合されている。したがって、回路１０がスタンバイモードにある場合は、電流源３１０はピン２に接続されるようスイッチングされ、それによって、第２の抵抗３５０および第１の抵抗３４０を介して電流を流すためにさらなる電流源を導入し、したがってピン２の電圧を上昇させる。このようにして、スタンバイモードの間は、過電流保護しきい値は、ピン２の電圧をわざと（ａｒｔｉｆｉｃｉａｌｌｙ）上昇させることにより、効果的に低減されかつ第１の抵抗３４０の値によって設定またはプログラムすることができる。第１の抵抗３４０は部分的にまたは全体的にＰＷＭ制御回路１０と集積回路化することができる。
【００３５】
次に図５を参照すると、前記スタンバイブロックの一部を形成するラッチ構成４００が示されている。該ラッチ構成４００は第１のラッチ４１０、第２のラッチ４４０、第１のＡＮＤゲート４２０および第２のＡＮＤゲート４３０を有する。
【００３６】
前記第１のラッチ４１０は前記電流検知ブロック１２０から得られる過電流信号によってセットされ、かつ制御ブロック１３０およびＰＷＭ制御ブロック１４０から得られるレギュレーション信号または調整信号（ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｓｉｇｎａｌ：Ｒｐｗｍ）によってリセットされる。Ｒｐｗｍは通常モードの定常状態の間に電源の供給を終了させるパルス信号である。
【００３７】
前記第１のラッチ４１０の値または出力は第１のＡＮＤゲート４２０へとクロック入力され（ｃｌｏｃｋｅｄ）、前記第１のＡＮＤゲート４２０はまたＶｃｃ管理ブロック１７０からスタートアップフェーズ信号を受ける。
【００３８】
前記第１のラッチ４１０の反転された値すなわち反転出力は第２のＡＮＤゲート４３０にクロック入力され、該第２のＡＮＤゲート４３０はまたＶｃｃ管理ブロック１７０からラッチオフフェーズ信号を受ける。
【００３９】
前記第２のラッチ４４０は第２のＡＮＤゲート４３０の出力によってセットされ、かつ第１のＡＮＤゲート４２０の出力によってリセットされる。
【００４０】
スタンバイモードの決定は次のようにして行なわれる。ラッチオフフェーズ２３５はＶｃｃが第１の下限電圧レベル２５０より低く減衰した時に生じ、これは補助巻線３３に不十分な電力が展開されることによって生じる。２つの理由によってこれが生じる。
ａ）障害状態、例えば過負荷、が生じ、コントローラ１０がＳＭＰＳを効果的にオフに切り換えるようにさせる場合。
ｂ）上に述べたようにマイクロプロセッサ４５によってスタンバイモードに入る場合。
【００４１】
後者の場合、変更または再構成（ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）の瞬間に存在する過剰電圧により、作動フェーズ２２５の終わりに調整信号を受けることになる。したがって、第１のラッチ４１０はローの値になり、その反転出力はハイになり、第２のＡＮＤゲート４３０への２つの入力も同様になり、結果として第２のラッチ４４０がセットされ、したがってスタンバイモードを示すことになる。
【００４２】
同様に、ノーマルモードの決定は次のようにして行なわれる。ＰＷＭ制御回路１０が既にスタンバイモードにあるものと仮定すると、電流源３１０はオンに切り換えられ、比較器３２０の電圧しきい値レベルを効果的に低下させる。したがって、マイクロプロセッサ４５がノーマルモードに再び入ることを決定し、かつそれにしたがって２次巻線を再構成する時、多量の電流が次に要求されることになる。これは、過電流保護信号と共に、過電流保護によって引き続くオン時間が終了することにつながりかつスイッチングフェーズの終わりに調整またはレギュレーションがない、したがって調整信号がない、ことになる。このようにして、第１のラッチ４１０はハイの値によってラッチされ、かつその結果第１のＡＮＤゲート４２０の出力は次のスタートアップフェーズの間にハイになる。これは第２のラッチ４４０がリセットされることにつながり、ＰＷＭ制御回路１０内のスタンバイモードを効果的に打ち消し、かつノーマルモードに戻る。
【００４３】
上で述べた実施形態とは異なる実施形態が可能なことが理解されるべきである。例えば、本装置は任意の形式のＳＭＰＳと共に、固定されたまたは可変周波数で、かつ電流モードまたは電圧モードで使用することができる。ＳＭＰＳの詳細な構成は上で述べたものと異なるが、それでもＰＷＭ制御回路１０が実質的に上で述べたように動作することができるであろう。
【００４４】
マイクロプロセッサおよびレギュレーション構成４０は説明したものと異なる構成とすることもできる。例えば、調整用ダイオード４７は演算増幅器と置き換えることができる。
【００４５】
さらに、前記ラッチ構成４００は実質的に同じ機能を行なう別の論理構成に置き換えることができる。例えば、前記第１のＡＮＤゲート４２０はラッチドオフフェーズ信号を受けるよう構成することができ、かつ前記第２のＡＮＤゲートはその場合前記スタートアップ信号を受けることになり、前記ラッチの動作に対して適切な変更を行なえばよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態に係わるスイッチドモード電源を示すブロック回路図である。
【図２】図１のスイッチドモード電源の一部を形成するＰＷＭ制御回路を示すブロック図である。
【図３】図２のＰＷＭ制御回路の動作フェーズを示すグラフである。
【図４】図２のＰＷＭ制御回路の１つのピンに組み合わされた２つの機能部分を示すブロック回路図である。
【図５】図２のＰＷＭ制御回路の２つのピンを使用したモード選択機能部分を示すブロック回路図である。
【符号の説明】
５ スイッチドモード電源構造（ＳＭＰＳ）
１０ ＰＷＭ制御回路
２０ 主電源構造
３０ 変圧器構造
４０ マイクロプロセッサおよびレギュレーション構造
２１ ＲＦＩフィルタ
２２ ダイオードブリッジ
２３ バルク容量
３２ １次巻線
３３ 補助巻線
１８ クランプ用トランジスタ
１４，３４，４１ 抵抗
３５ 高電圧２次巻線
３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ 低電圧２次巻線
４５ マイクロプロセッサ
４７ 調整用ダイオード
４２ 可変抵抗器
４６ 発光ダイオード
１７ 光電セル
１６ 蓄積容量
１５，１９，２７ ダイオード
３７，４９ トランジスタ
１１０ 消磁ブロック
１２０ 電流検知ブロック
１３０ 制御ブロック
１４０ ＰＷＭ制御部
１５０ 駆動制御部
１６０ スタンバイ管理ブロック
１７０ Ｖｃｃ管理部
１８０ スタートアップ電流源
１９０ 出力バッファ
【発明の属する技術分野】
この発明はパルス幅変調（ＰＷＭ）制御装置に関し、より特定的には排他的ではないがスイッチドモード（ｓｗｉｔｃｈｅｄ−ｍｏｄｅ）電源を制御するために使用されるそのような装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スイッチドモード電源（Ｓｗｉｔｃｈｅｄ−Ｍｏｄｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｉｅｓ：ＳＭＰＳ）は数多くの家庭用および産業用の用途においてますます多用されるようになってきている。テレビジョンまたはコンピュータ用のモニタ装置のような用途においては、そのような用途は数多くの動作状態またはモードを必要とするであろう。装置に電源が供給されていない場合、あるいは主スイッチまたはマスタスイッチがオフになっている場合、第１の「オフ」モードが生じ、装置が電源投入されて通常の動作を行なっている場合に第２の「オン」モードが生じ、かつ装置が給電状態に留まっているが低減された機能および低減された電力消費を有する場合に第３のモード、スタンバイモードと称される、が生じる。
スタンバイモードはテレビジョンにおいてはリモートコントロール装置の「オフ」スイッチによって生じることができ、これは典型的にはテレビジョンを完全にオフには切り替えないが、テレビジョン内のある回路が給電された状態に留まることができるようにし、したがってもしリモートコントロール装置の「オン」ボタンが押圧されれば、テレビジョンは「オン」モードに戻ることになる。
【０００３】
スタンバイモードの間に前記ＳＭＰＳによって消費される電力を低減する必要があり、したがって主電源の電気の使用を低減することが必要とされる。現在、スタンバイモードの間の電力消費を１ワットのオーダーの値まで低減したいという目標がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
バーストモードＳＭＰＳが知られており、これはスタンバイモードにおいて効率的な電力消費を有する。しかしながら、ＰＷＭ制御装置はバーストモードＳＭＰＳのためには容易には実施できない。ＰＷＭ制御装置はそれらの動作の「バースト」的性質のため多くのノイズを発生し、かつそれらは多数の接続および外部部品を必要とし、したがって数多くの接続ピンを有する半導体パッケージ、および数多くの部品を有する大きなプリント回路基板につながることになる。
【０００５】
したがって、必要なことは低減された数の個別部品、低減されたピン数および寸法、並びにスタンバイモードにおいて低い電力消費を備えたＳＭＰＳのためのＰＷＭ制御装置である。
【０００６】
この発明は前述の不都合を除去する電源を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ノーマルモードおよびスタンバイモードを有するスイッチドモード電源とともに使用するためのパルス幅変調制御装置であって、前記電源によって供給される電流量を示す信号を受けるよう構成された第１の入力、前記第１の入力に結合され、前記電源によって供給される電流量を示す前記信号における過電流状態が生じた場合に過電流信号を提供するための過電流決定手段、前記電源から電力を受けるよう結合された回路から調整出力がある場合に調整信号を受けるよう構成された第２の入力、そして前記スイッチドモード電源がスタンバイモードにあるかノーマルモードにあるかを決定するために前記過電流信号と前記調整信号とを比較するための論理手段、を具備することを特徴とするパルス幅変調制御装置が提供される。
【０００８】
これによって、低減された数の個別部品、低減されたピン数および寸法、並びにスタンバイモードにおいて低い電力消費を備えたＳＭＰＳが提供される。
【０００９】
さらに、前記装置への動作電源の状態を決定するための手段を具備し、前記論理手段はさらに前記スイッチドモード電源がスタンバイモードにあるかノーマルモードにあるかを決定するのに使用するために、前記動作電源の状態を示す信号を受けるよう構成されると好都合である。
【００１０】
前記論理手段は前記過電流および調整信号をラッチするよう構成されたラッチ手段を具備すると好都合である。
【００１１】
さらに、前記第１の入力に結合された選択的に切替え可能な電流源を含み、スタンバイモードの間に、前記切換え可能な電流源は前記第１の入力における電圧を増大するよう切換えられ、それによって前記過電流状態に対するしきい値レベルを低減するができる。
【００１２】
前記パルス幅変調制御装置は、３つの制御ピンを有すると好都合である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して本発明の例示的な実施形態を説明する。
図１を参照すると、テレビジョンのような、高い電圧の電源を必要とする家庭用の装置または電気器具（ａｐｐｌｉａｎｃｅ）に見られる、スイッチドモード電源構成またはスイッチドモード電源部（ＳＭＰＳ）５が示されている。この種の典型的な家庭用の装置は動作のスタンバイモード（ｓｔａｎｄｂｙ ｍｏｄｅ）の特徴的機能を含み、それによって該装置はオンに留まっているが、低減された機能および低減された電力消費を備えたモードとなる。ＳＭＰＳ構成５はＰＷＭ制御回路１０、主電源構成部２０、変圧器構成３０、およびマイクロプロセッサ並びに電圧調整（ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ）構成４０を含む。
【００１４】
後に図２を参照してさらに説明する、ＰＷＭ制御回路１０は８つの接続ピンを有する半導体パッケージとして集積されている。
【００１５】
主電源構成部２０は、フィルタ２１、ノード（ｎｏｄｅ）２５に整流された信号を提供するよう構成されたダイオードブリッジ２２およびバルク容量２３を具備している。さらに他のノード２６は、ダイオード２７を介して、ＰＷＭ制御回路１０のピン８に対しフィルタ２１から直接信号を供給する。
【００１６】
前記変圧器構成または構造部３０は磁気コア３１、該コアの一方の側に配置された１次巻線３２および補助巻線３３を有する。該１次巻線３２はノード２５に結合された１つのノード、および後にさらに説明するクランプ用トランジスタ１８に結合された別のノードを有する。前記補助巻線３３はグランドに結合された１つのノードおよびさらに別のノードを有し、該さらに別のノードは抵抗１４を介してＰＷＭ制御回路１０のピン１に結合され、かつ蓄積容量１６を備えたダイオード１５を介してＰＷＭ制御回路１０のピン６に結合されている。
【００１７】
前記コアの他方の側には高電圧２次巻線３５および低電圧２次巻線３６ａ，３６ｂ，３６ｃおよび３６ｄが配置されている。高電圧巻線３５は通常の動作モードの間に例えば電気器具（図示せず）の適切な高電圧部品に高電圧の電源、例えば１００Ｖ程度（〜１００Ｖ）、を提供するよう構成されている。前記低電圧巻線３６ａ，３６ｂ，３６ｃおよび３６ｄは電気器具の種々の低電圧部品に低い電圧の電源、例えば１０Ｖ程度（〜１０Ｖ）、を提供するよう構成されている。２次巻線３６ｄは、電圧調整の目的でも設けられている、マイクロプロセッサ並びに電圧調整構成４０のための低電圧電源を提供するよう結合されており、これについては後にさらに説明する。
【００１８】
前記マイクロプロセッサ並びに電圧調整構成４０は、他の機能（図示せず）に加えて、ＳＭＰＳの動作のスタンバイモード（およびノーマルモード）の管理を制御するよう構成されたマイクロプロセッサ４５を有する。変圧器構成または構造３０の２次側に供給される電源が所望の電圧レベルに到達した時、調整用ダイオード（ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）４７と直列の光カプラ構成により電圧または電流の調整あるいはレギュレーション（ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ）が達成される。
【００１９】
調整用ダイオード４７のブレークダウン電圧は高電圧巻線３５の出力に結合された、抵抗４１と出力レベル可変抵抗器４２の分圧回路によって調整可能である。このようにして、前記調整用ダイオードは抵抗４１と出力レベル可変抵抗器４２の抵抗分圧構成によって得られる電圧に従って電流を導通する。この電流は光カプラ構成の発光ダイオード（ＬＥＤ）４６を流れ、その光起電または光電セル１７に信号を誘起する。前記光電セル１７は蓄積容量１６とＰＷＭ制御回路１０のピン３の間に結合されている。
【００２０】
ＰＷＭ制御１０がピン３を介して光電セル１７から調整信号を受けた時、ＰＷＭ制御回路１０のピン５からの信号がクランプ用トランジスタ１８をターンオンし、該クランプ用トランジスタ１８は１次巻線３２の両方のノードをダイオード１９と抵抗３４のクランプネットワークを介してノード２５にクランプする。このようにして、クランプ用トランジスタ１８は電源スイッチまたは電力用スイッチとして作用する。
【００２１】
電気器具がスタンバイモードに切り替わった時、該電気器具の高電圧部品はもはや電力を必要としない。マイクロプロセッサ４５はトランジスタ３７をターンオンすることにより変圧器構成３０の２次巻線を再配列または再構成し（ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒｅｓ）、これは高電圧巻線３５をダイオード構成３７を介して効果的に２次巻線３６ｄの整流された電圧にクランプする。マイクロプロセッサはまたトランジスタ４９をターンオンし、これは第２のツェナーダイオード４８をＬＥＤ４６の経路に効果的に挿入し、したがってスタンバイモードにおける電圧調整の手段を提供し、２次巻線３６ｄの整流された電圧は、調整用ダイオード４７のブレークダウン値とＬＥＤ４６およびトランジスタ４９の電圧降下を加えたものを越えないように強制される。
【００２２】
次に図２をも参照すると、ＰＷＭ制御回路１０のブロック図が示されている。概略的に、３つの制御ピン、すなわちピン１，２および３、はＳＭＰＳを制御するために使用される全ての必要な可変信号のための入力を提供する。ピン１はゼロ電流検出入力および負電圧クランプを提供する。ピン２は過電流保護をスタンバイピーク電流制限値と組み合わせる。ピン３は電流検知電圧（レギュレーション：ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ）入力をスタンバイレギュレーションと組み合わせる。
【００２３】
残りのピンは電源および出力の接続を提供する。ピン４はグランドに接続され、ピン５はクランプ用トランジスタ１８の電力または電源スイッチ構成を駆動し、ピン６は補助容量１６を介して補助巻線３３（Ｖｃｃ）に結合され、そしてピン８は主電源構成２０のノード２６（高電圧）に結合される。ピン７は非接続とされ、それはピン８（高電圧）およびピン６（Ｖｃｃ）との間のアイソレーションを改善するためである。
【００２４】
電圧調整は次のようにして行なわれる。制御ブロック１３０はピン３から前記調整用信号または調整信号を受けるよう結合されている。これはＰＷＭ制御ブロック１４０を介して、駆動制御ブロック１５０に対し出力の所望のデューティサイクルを通知するために使用され、この出力は次にそれに従ってクランプ用トランジスタ１８の電源スイッチ構成を制御するために出力バッファ１９０を駆動するのに使用される。
【００２５】
スタンバイモードおよびノーマルモードはスタンバイ管理ブロックによって検出され、該スタンバイ管理ブロックは消磁ブロック（ｄｅｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ ｂｌｏｃｋ）１１０からの入力（ピン１）、電流検知ブロック１２０（ピン２）、および制御ブロック１３０からの入力（駆動制御ブロック１５０を介してピン３により）を受ける。モード検出は図５を参照して後にさらに説明する。
【００２６】
スタンバイモードが始まった時、マイクロプロセッサ４５は上に述べたように変圧器構成３０の２次側を再構成する。変圧器構成３０の再構成により、調整用信号Ｖｐｗｍは効果的に高電圧巻線３５を１０Ｖのオーダの電圧レベルに調整する。全ての２次巻線の電圧は低減され、これは次に補助巻線３３に流れる電流を制御回路１０への電力を維持するのに必要なものより低く低下させる。この時点で、電力はバルク容量１６から排出され、これはＶｃｃがゆっくり低下するようにさせる。
【００２７】
次に図３をも参照すると、スタンバイモードの間におけるＶｃｃのふるまいに関して、ＰＷＭ制御回路１０の３つの動作フェーズを図示するグラフが示されている。
【００２８】
第１のフェーズ、いわゆるスタートアップフェーズ、２１５においては、補助巻線３３によってＰＷＭ制御回路１０に給電するためには不十分な電流が供給される。これによって、後にさらに説明するように、Ｖｃｃが第２の低電圧または下限電圧レベル（ｕｎｄｅｒｖｏｌｔａｇｅ ｌｅｖｅｌ）２６０より低くなる（例えば、前記構成がターンオンされた時、または前に説明したようにスタンバイモードにある時）。この第１のフェーズ２１０の間に、スタートアップ電流源１８０はノード２６およびダイオード２７を介してフィルタ２１から電流を直接引き出し、かつ該電流を蓄積容量１６に供給し、これはＶｃｃが、Ｖｃｃがスタートアップしきい値２４０（Ｖｃｃ管理ブロック１７０内で決定されかつ検出される）に到達するまでこのフェーズの間に定常的に上昇するようにさせる（ライン２１０）。
【００２９】
第２のフェーズ、いわゆる作動フェーズ（ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｈａｓｅ）、２２５においては、ＰＷＭ制御回路１０は通常動作を行ない、Ｖｃｃから電流を流す。もし装置がノーマルモードにあれば、Ｖｃｃは第１の低電圧または下限電圧レベル２５０かまたはそれより高くなり、かつ回路１０は通常動作を続ける。スタンバイモードでは、Ｖｃｃは補助巻線３３から供給される不十分な電流のため、Ｖｃｃが第１の下限電圧レベル２５０に到達するまで低下する（ライン２２０）。
【００３０】
第３のフェーズ、いわゆるラッチドオフフェーズ（ｌａｔｃｈｅｄ−ｏｆｆ ｐｈａｓｅ）２３５においては、スタートアップ電流源１２０と同様に、ＰＷＭ制御回路１０はオフに切り換えられる。したがって、この第３のフェーズにおいては、Ｖｃｃから非常に少しの電流が流れるのみであり、したがってＶｃｃはそれが前記第２の下限電圧レベル２６０に到達するまで非常にゆっくりと低下するのみであり、第２の下限電圧レベル２６０に到達すると、スタートアップ電流源は再びターンオンされ、再び第１のフェーズ２１５に戻る。
【００３１】
前記第１、第２および第３のフェーズ、それぞれ２１５，２２５および２３５、はＶｃｃ管理ブロック１７０によって制御され、該Ｖｃｃ管理ブロック１７０はそれらのフェーズになったことを示す信号を生成する。
【００３２】
次に図４を参照すると、ＰＷＭ制御回路１０の過電流制限機能部の例示的なブロック図が示されている。ピン２は比較器３２０の非反転入力に結合されており、かつスイッチ３１５を介して電流源３１０に結合されている。比較器３２０の反転入力は過電流保護しきい値電圧を受けるよう構成されている。このようにして、ピン２の電圧が該しきい値電圧を越えれば、比較器の出力は、過電流状態を示す、信号を発生することになる。
【００３３】
ピン２はさらに第１の抵抗３４０を介して分圧された電位３４５のポイントに接続されている。分圧電位ポイント３４５は電源スイッチまたは電力スイッチ（クランプ用トランジスタ１８）を介して１次巻線３２にかつ第２の抵抗３５０を介してグランドに接続されている。
【００３４】
前記スイッチ３１５はＡＮＤゲート３３０の出力に応じてスイッチングされまたは切り換えられ、ＡＮＤゲート３３０はスタンバイ入力信号および作動フェーズ入力信号を受けるよう結合されている。したがって、回路１０がスタンバイモードにある場合は、電流源３１０はピン２に接続されるようスイッチングされ、それによって、第２の抵抗３５０および第１の抵抗３４０を介して電流を流すためにさらなる電流源を導入し、したがってピン２の電圧を上昇させる。このようにして、スタンバイモードの間は、過電流保護しきい値は、ピン２の電圧をわざと（ａｒｔｉｆｉｃｉａｌｌｙ）上昇させることにより、効果的に低減されかつ第１の抵抗３４０の値によって設定またはプログラムすることができる。第１の抵抗３４０は部分的にまたは全体的にＰＷＭ制御回路１０と集積回路化することができる。
【００３５】
次に図５を参照すると、前記スタンバイブロックの一部を形成するラッチ構成４００が示されている。該ラッチ構成４００は第１のラッチ４１０、第２のラッチ４４０、第１のＡＮＤゲート４２０および第２のＡＮＤゲート４３０を有する。
【００３６】
前記第１のラッチ４１０は前記電流検知ブロック１２０から得られる過電流信号によってセットされ、かつ制御ブロック１３０およびＰＷＭ制御ブロック１４０から得られるレギュレーション信号または調整信号（ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｓｉｇｎａｌ：Ｒｐｗｍ）によってリセットされる。Ｒｐｗｍは通常モードの定常状態の間に電源の供給を終了させるパルス信号である。
【００３７】
前記第１のラッチ４１０の値または出力は第１のＡＮＤゲート４２０へとクロック入力され（ｃｌｏｃｋｅｄ）、前記第１のＡＮＤゲート４２０はまたＶｃｃ管理ブロック１７０からスタートアップフェーズ信号を受ける。
【００３８】
前記第１のラッチ４１０の反転された値すなわち反転出力は第２のＡＮＤゲート４３０にクロック入力され、該第２のＡＮＤゲート４３０はまたＶｃｃ管理ブロック１７０からラッチオフフェーズ信号を受ける。
【００３９】
前記第２のラッチ４４０は第２のＡＮＤゲート４３０の出力によってセットされ、かつ第１のＡＮＤゲート４２０の出力によってリセットされる。
【００４０】
スタンバイモードの決定は次のようにして行なわれる。ラッチオフフェーズ２３５はＶｃｃが第１の下限電圧レベル２５０より低く減衰した時に生じ、これは補助巻線３３に不十分な電力が展開されることによって生じる。２つの理由によってこれが生じる。
ａ）障害状態、例えば過負荷、が生じ、コントローラ１０がＳＭＰＳを効果的にオフに切り換えるようにさせる場合。
ｂ）上に述べたようにマイクロプロセッサ４５によってスタンバイモードに入る場合。
【００４１】
後者の場合、変更または再構成（ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）の瞬間に存在する過剰電圧により、作動フェーズ２２５の終わりに調整信号を受けることになる。したがって、第１のラッチ４１０はローの値になり、その反転出力はハイになり、第２のＡＮＤゲート４３０への２つの入力も同様になり、結果として第２のラッチ４４０がセットされ、したがってスタンバイモードを示すことになる。
【００４２】
同様に、ノーマルモードの決定は次のようにして行なわれる。ＰＷＭ制御回路１０が既にスタンバイモードにあるものと仮定すると、電流源３１０はオンに切り換えられ、比較器３２０の電圧しきい値レベルを効果的に低下させる。したがって、マイクロプロセッサ４５がノーマルモードに再び入ることを決定し、かつそれにしたがって２次巻線を再構成する時、多量の電流が次に要求されることになる。これは、過電流保護信号と共に、過電流保護によって引き続くオン時間が終了することにつながりかつスイッチングフェーズの終わりに調整またはレギュレーションがない、したがって調整信号がない、ことになる。このようにして、第１のラッチ４１０はハイの値によってラッチされ、かつその結果第１のＡＮＤゲート４２０の出力は次のスタートアップフェーズの間にハイになる。これは第２のラッチ４４０がリセットされることにつながり、ＰＷＭ制御回路１０内のスタンバイモードを効果的に打ち消し、かつノーマルモードに戻る。
【００４３】
上で述べた実施形態とは異なる実施形態が可能なことが理解されるべきである。例えば、本装置は任意の形式のＳＭＰＳと共に、固定されたまたは可変周波数で、かつ電流モードまたは電圧モードで使用することができる。ＳＭＰＳの詳細な構成は上で述べたものと異なるが、それでもＰＷＭ制御回路１０が実質的に上で述べたように動作することができるであろう。
【００４４】
マイクロプロセッサおよびレギュレーション構成４０は説明したものと異なる構成とすることもできる。例えば、調整用ダイオード４７は演算増幅器と置き換えることができる。
【００４５】
さらに、前記ラッチ構成４００は実質的に同じ機能を行なう別の論理構成に置き換えることができる。例えば、前記第１のＡＮＤゲート４２０はラッチドオフフェーズ信号を受けるよう構成することができ、かつ前記第２のＡＮＤゲートはその場合前記スタートアップ信号を受けることになり、前記ラッチの動作に対して適切な変更を行なえばよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態に係わるスイッチドモード電源を示すブロック回路図である。
【図２】図１のスイッチドモード電源の一部を形成するＰＷＭ制御回路を示すブロック図である。
【図３】図２のＰＷＭ制御回路の動作フェーズを示すグラフである。
【図４】図２のＰＷＭ制御回路の１つのピンに組み合わされた２つの機能部分を示すブロック回路図である。
【図５】図２のＰＷＭ制御回路の２つのピンを使用したモード選択機能部分を示すブロック回路図である。
【符号の説明】
５ スイッチドモード電源構造（ＳＭＰＳ）
１０ ＰＷＭ制御回路
２０ 主電源構造
３０ 変圧器構造
４０ マイクロプロセッサおよびレギュレーション構造
２１ ＲＦＩフィルタ
２２ ダイオードブリッジ
２３ バルク容量
３２ １次巻線
３３ 補助巻線
１８ クランプ用トランジスタ
１４，３４，４１ 抵抗
３５ 高電圧２次巻線
３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ 低電圧２次巻線
４５ マイクロプロセッサ
４７ 調整用ダイオード
４２ 可変抵抗器
４６ 発光ダイオード
１７ 光電セル
１６ 蓄積容量
１５，１９，２７ ダイオード
３７，４９ トランジスタ
１１０ 消磁ブロック
１２０ 電流検知ブロック
１３０ 制御ブロック
１４０ ＰＷＭ制御部
１５０ 駆動制御部
１６０ スタンバイ管理ブロック
１７０ Ｖｃｃ管理部
１８０ スタートアップ電流源
１９０ 出力バッファ
Claims (5)
- ノーマルモードおよびスタンバイモードを有するスイッチドモード電源とともに使用するためのパルス幅変調制御回路において、
外部から前記パルス幅変調制御回路への信号を受けるために構成された、前記パルス幅変調制御回路の第１の入力であって、前記信号は、前記スイッチドモード電源によって供給される電流量を示す、第１の入力と、
前記第１の入力に結合され、前記スイッチドモード電源によって供給される前記電流量を示す前記信号における過電流状態が生じた場合に過電流信号を形成するための前記パルス幅変調制御回路の過電流決定手段と、
前記スイッチドモード電源から電力を受けるために結合された回路からの調整信号を、外部から前記パルス幅変調制御回路へ受けるために構成された、前記パルス幅変調制御回路の第２の入力であって、前記スイッチドモード電源の前記回路は、前記パルス幅変調制御回路の外部にあり、かつ前記調整信号は、前記スイッチドモード電源の出力電圧を所望の値に調整するために用いられる、第２の入力と、
前記スイッチドモード電源がスタンバイモードにあるかノーマルモードにあるかを決定するために前記過電流信号と前記調整信号とを比較するための、前記パルス幅変調制御回路の論理手段と、
を具備することを特徴とするパルス幅変調制御回路。 - 前記パルス幅変調制御回路を動作させるための電流を供給する動作電源を形成するために構成された動作電源手段と、
前記動作電源の状態を決定するための管理手段であって、前記論理手段はさらに前記スイッチドモード電源がスタンバイモードにあるかノーマルモードにあるかを決定する際に使用するために、前記動作電源の状態を示す動作フェーズを示す信号を受けるために構成されている、管理手段と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のパルス幅変調制御回路。 - 前記論理手段は前記過電流および調整信号をラッチするために構成されたラッチ手段を具備することを特徴とする請求項１または２に記載のパルス幅変調制御回路。
- さらに、前記第１の入力に結合された選択的に切替え可能な電流源を含み、スタンバイモードの間に、前記切換え可能な電流源は前記第１の入力における電圧を増大させるために切換えられ、それによって前記過電流状態に対するしきい値レベルを低減させることを特徴とする請求項１〜３の内のいずれか１項に記載のパルス幅変調制御回路。
- ３つの制御ピンであって、前記第１の入力は、前記電流量を示す前記信号を受けるために形成される、前記３つの制御ピンの第１の制御ピンであり、前記第２の入力は、前記調整信号を受けるために形成される、前記３つの制御ピンの第２の制御ピンであり、ゼロ電流検出信号を受けるために形成され、前記３つの制御ピンの第３の制御ピンである前記パルス幅変調制御回路の第３の入力をさらに含む、３つの制御ピンを有することを特徴とする請求項１〜４の内のいずれか１項に記載のパルス幅変調制御回路。
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