JP4846107B2

JP4846107B2 - Power supply controller and its configuration

Info

Publication number: JP4846107B2
Application number: JP2001047884A
Authority: JP
Inventors: ジェファーソン・ダブリュー・ホール; ウィルソン・ディー・ペイス; クリストファー・ガス
Original assignee: Semiconductor Components Industries LLC
Current assignee: Semiconductor Components Industries LLC
Priority date: 2001-02-23
Filing date: 2001-02-23
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2021-02-23
Also published as: JP2002262562A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に電子回路に関し、更に詳しくはＡＣ信号を調整されたＤＣ信号へ変換するスイッチング電源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
全てではないが大抵の電子装置は、適切な動作のために適当なレベルのＤＣ電圧を必要とする。ＤＣ電圧は典型的にはＡＣ電源、例として壁面ソケットに電源を接続することにより導かれる。壁面ソケットで利用可能なＡＣ電圧は、全波整流ダイオード・ブリッジによってＤＣバルク電圧に変換される。ＤＣバルク電圧は、さらにスイッチング電源により調整されたＤＣ出力電圧へ変換される。
【０００３】
スイッチング電源は、エネルギ変換要素として、変圧器または形状に依存するインダクタを用いる。例えば、フライバック型の電源は、変圧器の主巻線の一方側に結合された電力スイッチング・トランジスタを有する。電力スイッチング・トランジスタは、レギュレータの規制に従ってオン・オフを行い、変圧器の磁界中にエネルギを交互に蓄積し、２次巻線に蓄積エネルギを転送する。変圧器の２次巻線は、２次巻線の両端に結合されたシャント・コンデンサの両端にエネルギ転送の関数として出力電圧を生成する。コンデンサの両端電圧は、スイッチング電源のＤＣ出力電圧を与える。
【０００４】
ＤＣ出力電圧は、与えられた負荷に応じて増大しまた減少する。負荷を増加させるとＤＣ出力電圧は減少し、負荷を減少させるとＤＣ出力電圧は増大する。ＤＣ出力電圧またはそれを表す値がレギュレータ回路に戻され、スイッチング電力の供給が負荷変動に対し補償するのを可能にする。負荷が増加するにつれ、ＤＣ出力電圧が低下することにより、電力トランジスタが磁界により多くのエネルギを蓄積するためにより長い時間オンのままにになる。付加的なエネルギが電力トランジスタのオフの期間２次巻線へ転送され、増加した負荷に供給してＤＣ出力電圧を再確立する。負荷が減少するにつれ、ＤＣ出力電圧は増大し、それはレギュレータが磁界中により少ないエネルギを蓄えるためにより短時間だけオンのままにする。電力トランジスタのオフ時間中、２次巻線へのエネルギ転送が減少することにより、電源は減少した負荷に調整されかつＤＣ出力電圧をその安定状態値に戻す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
１つの従来技術であるスイッチング電源は、単一の入力ピンに対して結合フィードバックおよび電源を含む集積レギュレータ回路を有する。集積レギュレータ回路は、チップ内に分離回路を有し、フィードバックおよび電源信号を分ける。フィードバックおよび電源信号を単一ピン上に結合することにより、集積レギュレータをより少ないピンで済ませることができる。しかしながら、多くの事例において、十分な数の利用可能なピンがあり、それは単一ピン上にフィードバックおよび電源信号を結合することを必要としなくなる。集積レギュレータ回路の設計は、フィードバックおよび電源が別々のピンに伝えられることで単純化される。フィードバックおよび電源が単一のピン上に伝えられる応用では、その分離回路により、付随する必要性および利点なしに、集積回路中に不必要な複雑さをもたらす。
【０００６】
このように、動作電圧およびフィードバック入力ピンを完全に分離し、複雑な分離回路を必要としない集積レギュレータ回路に対する必要性が存在する。その回路は、またその回路は過度な動作電圧を制限し、それにより低電圧回路が集積レギュレータ回路内で用いることができる。
【０００７】
【実施例】
図１は、従来のスイッチング電源５０を示し、それはＡＣライン電圧を受け、それを規制されたＤＣ動作電圧へ変換する。具体的には、ＡＣライン電圧は全波整流ダイオード・ブリッジ５２によってＤＣバルク電圧に変換される。コンデンサ５４はＤＣバルク電圧を濾波し、変圧器５８の主巻線はそのＤＣバルク電圧を受電する。電力トランジスタ９０は誘導電流を変圧器５８の主巻線に導き、変圧器の磁界に蓄積されるエネルギの量を制御する。電力トランジスタ９０がフライバック・モードの構成で動作する場合、誘導電流は主巻線を通して流れ、変圧器５８の磁界中にエネルギを蓄える。電力トランジスタ９０が非導通の場合、磁界中に蓄えられたエネルギは２次巻線に移動し、コンデンサ６２がその２次巻線の両端に結合され、ＤＣ出力電圧Ｖ_OUTを与える。
【０００８】
通常動作モードでは、抵抗７８およびツェナー・ダイオード８０を通して電流が流れる。ダイオード７６および光検出トランジスタ８２は協働して動作し、光学的に結合してコンデンサ６２からレギュレータ回路７０の結合フィードバックおよび電源端８６に情報をフィードバックする。ＤＣ出力電圧（Ｖ_OUT）は、典型的には出力負荷に応じて予め定める規制閾値(regulation threshold)のわずかに上あるいは下のいずれかで動作する。出力負荷が比較的大きく、Ｖ_OUTが規制閾値より低くなる場合、抵抗７８の両端の電圧は、光ダイオード７６がより小さい順方向バイアスとなり、それによりトランジスタ８２の導電性が低くなりまたより小さいフィードバック信号の印加をもたらす。規制閾値より上にＶ_OUTが増加すると、光ダイオード７６はより強い順方向バイアスとなりトランジスタ８２がより強い導電性を帯びかつフィードバック信号がより強くなる。
【０００９】
ＤＣ出力電圧の変動がもたらすフィードバック情報は、ダイオード７６によってトランジスタ８２に光学的に戻され、レギュレータ回路７０の電源端子８６と結合される。このように、結合されたフィードバックおよび電源信号は、電源端子８６に印加される。レギュレータ回路７０は、内部分離回路を用い、集積回路に電力を供給する電源を、パルス幅変調を制御し電力トランジスタ９０へのゲート駆動信号を生成するフィードバック信号から、分離する。電力トランジスタ９０は変圧器５８を通して送られたエネルギ量を制御し、Ｖ_OUTを規制するために必要なデューティ・サイクルでそれをオンおよびオフする。
【００１０】
図２は、スイッチング電源９６の好適な実施例を示す。具体的には、スイッチング電源９６は、ＡＣ線電圧を受け、それを規制したＤＣ動作電圧に変換する。ＡＣ線電圧は全波整流ダイオード・ブリッジ９８によってＤＣバルク電圧へ変換される。コンデンサ１００はＤＣバルク電圧を濾波し、そのＤＣバルク電圧を変圧器１０４の主巻線が受電する。電力トランジスタ４４は、変圧器１０４の主巻線を通して誘導電流を導き、変圧器の磁界中に蓄積されたエネルギ量を制御し、スイッチング・レギュレータ回路１８によって制御された規制サイクルで動作する。電力トランジスタ４４がフライバック・モードの構成で動作する場合、誘導電流は主巻線を通して流れ、変圧器１０４の磁界中にエネルギを蓄積する。電力トランジスタ４４が非導通の場合、磁界中に蓄えられたエネルギは２次巻線に伝えられ、そこで２次巻線の両端に結合されたコンデンサ１０８はＤＣ出力電圧（Ｖ_OUT）を生成する。ダイオード１０６は電流が２次巻線に逆流するのを防ぐ。
【００１１】
Ｖ_OUT変動に応じて、フィードバック情報が結合され、フィードバック回路１１６によってレギュレーション回路１１８に戻される。その情報は、光学的な光放出ダイオード（ＬＥＤ）１２０によってトランジスタ１４のベースに戻され、レギュレータ回路１１８のフィードバック端子１２上で受信される。フィードバック端子１２はトランジスタ１４のエミッタに接続される。受信したフィードバック情報は、スイッチング・レギュレータ１８内のパルス幅変調を制御し、電力トランジスタ４４へのゲート駆動信号を生成する。電力トランジスタ４４は変圧器１０４のエネルギ量を制御し、Ｖ_OUTを規制するために必要なデューティ・サイクルでそれをオンおよびオフする。電力トランジスタ４４の具体的な形態は、低電圧ＭＯＳＦＥＴを直列にした高電圧ＪＦＥＴである。低電圧ＭＯＳＦＥＴのゲートは、駆動信号を受信し、高電圧ＪＦＥＴのドレインは変圧器１０４に接続される。
【００１２】
電源端子１０で付属巻線１１１からの電力の供給を受ける。ダイオード１１０，抵抗１１２，およびコンデンサ１１４は付属巻線１１１に接続される。電源端子１０はトランジスタ１４のコレクタに接続される。
【００１３】
通常の動作状態では、抵抗１２２およびツェナー・ダイオード１２４を通して電流が流れる。ＬＥＤ１２０および光検出トランジスタ１４は、コンデンサ１０８からの情報を、Ｖ_OUT変動に応じて、レギュレータ回路１１８のフィードバック端子１２へ戻すために動作する。ＬＥＤが順方向バイアスされる場合、そのときＬＥＤを通して流れる電流は、電流の流れに比例する光子(photons)量を生成する。その光子はトランジスタ１４の光検出ベースで受光し、それを導電性にする。トランジスタ１４はそのコレクタからエミッタへ電流を流す。ＬＥＤ１２０が順方向バイアスでない場合、ＬＥＤ１２０から光子は放出されず、トランジスタ１４を非導通にする。
【００１４】
フィードバック回路１１６は、典型的にはアノードおよびカソードを有するＬＥＤ１２０，２つの端子を有する抵抗１２２，アノードおよびカソードを有するダイオード１２４，および２つの導通端子と１つの制御端子を有する光検出トランジスタ１４から構成される。ＬＥＤ１２０のアノードはコンデンサ１０８の第1端子に結合され、ＬＥＤ１２０のカソードはダイオード１２４のカソードに接続され、ダイオード１２４のアノードは接地電位を受けるために結合される。抵抗１２２の第1端子は、ＬＥＤ１２０のアノードに結合され、第２端子はＬＥＤのカソードに結合される。トランジスタ１４のドレインはレギュレータ回路１１８の電源端子１０に接続される。トランジスタ１４のソースは、レギュレータ回路１１８のフィードバック端子１２に接続され、トランジスタ１４の制御端子はＬＥＤ１２０からのフィードバック情報を受けるために結合される。電源端子１０は、電源を受ける外部ピンを示す。フィードバック端子１２は、フィードバック情報を受ける外部ピンである。
【００１５】
レギュレータ回路１１８は次のものから構成される。レギュレータ回路１１８の電源端子１０は、Ｖ_CCリミッタ１６に結合され、電源端子１０における動作電圧を規制する。スタートアップ回路１７は電源端子１０に結合され、スタートまたはリスタートの間、その回路のスタートを行う。スタートアップ回路１７は米国特許5,477,175として実現され、ここに参考として組み入れられる。高電圧端子（ＨＶ）は、電力トランジスタ４４のドレインに結合され、変圧器１０４の主巻線上の高電圧を結合する。ＨＶ端子はレギュレータ回路１１８の外部ピンである。スイッチング・レギュレータ回路１８は、レギュレータ回路１１８のフィードバック端子１２からフィードバック信号を受信し、駆動信号を電力トランジスタ４４に供給する。スイッチング・レギュレータ回路１８は、発振器３８，比較器４０，抵抗３９およびラッチ駆動回路４２から成る。発振器３８は出力信号を発生する。比較器４０は、発振器３８の出力信号を受信するために結合し、またフィードバック端子１２上のフィードバック信号を受信するために結合する。ラッチ駆動回路４２は比較器４０からの出力を受け、出力として電力トランジスタ４４に駆動信号を提供する。電力トランジスタ４４は、レギュレータ回路１１８のＨＶに結合されたドレイン，接地電位２８に結合されたソースおよびスイッチング・レギュレータ回路１８からの出力駆動信号を受けるために結合されたゲートを有する。抵抗３９はフィードバック端子１２上のフィードバック信号を受信するために結合された第1端子、および接地電位２８に結合された第２端子を有する。レギュレータ回路１１８は、従来の典型的には高電圧集積回路製造プロセスを用いる集積回路として実現される。
【００１６】
ＤＣ出力電圧Ｖ_OUTは、出力負荷に応じて、典型的には予め定める規制閾値周辺で動作する。規制閾値は、順方向バイアス時のＬＥＤの両端電圧にツェナー・ダイオード１２４の両端電圧を加えた電圧で設定される。Ｖ_OUTを規制閾値より低くさせるぐらい出力負荷が比較的大きい場合、抵抗１２２の両端の電圧は、ＬＥＤ１２０が順方向にあまり強くバイアスされなくなり、トランジスタ１４がより非導電性（フィードバックはより少なくなる）を帯びるようになる。規制閾値より上にＶ_OUTが増加することによりＬＥＤ１２０はより順方向にバイアスされることになる。電流はＬＥＤ１２０を通って流れ、その電流に比例する光子量を生成する。トランジスタ１４のベースに与えられた光子はそれを十分に導電性にして、トランジスタ１４を通して流れる電流に変化を起こさせる。トランジスタ１４中の電流の流れが変化すると、抵抗３９の両端にＶ_FBとして示される電圧降下が生まれる。電圧Ｖ_FBは比較器４０の第1端子に現われ、比較器４０の第２端子には発振器３８からの信号が与えられる。これら２つの信号は、比較器４０の入力に印加され、電力トランジスタ４４のオン時間を制御する出力を与える。比較器４０に対するデューティ・サイクルの変化は、電力トランジスタ４４のオン時間に変化を与え、規制のためのＶ_OUTに必要な変化を提供して、２次巻線へエネルギ転送の変化となる。Ｖ_OUTが規制閾値より大きくかつフィードバック信号が存在する場合、その時フィードバック・ループは、フィードバック端子１２により高い電圧を与え、スイッチング・レギュレータ回路１８は電力トランジスタ４４へのゲート駆動信号およびデューティ・サイクルを減少させる。上述したように、Ｖ_OUTは規制閾値に保持される。ゲート駆動信号およびデューティ・サイクルを減らすことにより、電力トランジスタ４４が導通している平均時間量が減少する。従って、電力トランジスタ４４をより長い期間オフに保持することにより、変圧器１０４の磁界中に蓄積される付加エネルギが少なく蓄えられる。結果として、２次巻線へ転送されるエネルギは少なくなり、それによりＶ_OUTは低下する。このように、スイッチング・レギュレータ回路１８は、フィードバック信号に応答してゲート駆動信号を電力トランジスタ４４のゲートに供給し、Ｖ_OUTを規制するために必要な限りで電力トランジスタをオンおよびオフする。
【００１７】
図３は、電源端子１０における動作電圧の供給を制限するＶ_CCリミッタ１６を示す。フィードバック信号はフィードバック端子１２で受け取られ、別の動作電圧の供給がレギュレータ回路１１８の電源端子１０で受電される。動作電圧の供給は、電圧変動を受ける付加巻線から集積回路へ分配される。このように、電源端子１０は電圧の制限を必要とする。
【００１８】
Ｖ_CCリミッタ１６は、典型的な値として１０μＡの定電流Ｉ₂₀を一対の差動トランジスタ２２，２４に提供する。トランジスタ２２は、ｐ型ＭＯＳＦＥＴトランジスタで、定電流Ｉ₂₀の一部を受け取るドレイン，差電流Ｉ₁を提供するソースおよび参照電圧を受けるゲートを有する。参照電圧（Ｖ_ref）は典型的には１．２５ボルトで動作する。トランジスタ２４は、ｐ型ＭＯＳＦＥＴトランジスタで、定電流Ｉ₂₀の残りの一部を受けるために結合されたドレイン，差電流Ｉ₂を提供するソースおよび抵抗３２，３４および電源端子１０からの動作電圧を含む抵抗ネットワークによって分圧された電圧レベルを受けるゲートを有する。抵抗３２は、電源端子１０に結合された端子と、トランジスタ２４のゲートに結合された端子と、を有する。抵抗３４は、トランジスタ２４のゲートに結合された端子と、電源端子２８に結合された端子と、を有する。トランジスタ対２６，３０は電流ミラー形状を構成する。トランジスタ２６はトランジスタ２２からの差電流Ｉ₁を受けるために結合されたドレイン，電源端子２８に結合されたソースおよびドレインに接続されたゲートを有するダイオード接続で動作するように設定される。トランジスタ３０は、トランジスタ２４からの差電流Ｉ₂を受けるために結合されたドレイン，電源端子２８に結合されたソースおよびトランジスタ２６のゲートに接続されたゲートを有する。電流ミラー形状は、トランジスタ３６に電流を生成するための電圧を供給し、電源端子１０における動作電圧の変動を減少維持する。トランジスタ３６は、電源端子１０における動作電圧を受電するために結合されるドレイン，電源端子２８に結合されたソースおよびトランジスタ２６のゲートに接続されたゲートを有する。
【００１９】
典型的な動作では、電源端子１０の動作電圧が特定のレベルを超える場合、トランジスタ２４のゲートでの電圧も、抵抗３２，３４でできた電圧分割ネットワークに基づくレベルに比例して、増加する。電流ミラー形状はトランジスタ３６のゲートに電圧を供給し、トランジスタ２６中の電流値のｎ倍にトランジスタ３６の導通電流を増加させる。ｎの典型的な値は５００である。トランジスタ３６を通る導電電流の増加により、電源端子１０での増加した動作電圧が打ち消され、それにより動作電圧レベルが所望のレベルに戻される。電源端子１０での動作電圧が特定のレベルを下回って減少する場合、トランジスタ２４のゲートでの電圧も、抵抗３２，３４でできた電圧分割ネットワークに基づくレベルに比例して、減少する。電流ミラー形状はトランジスタ３６のゲートに電圧を供給し、トランジスタ３６中の導電電流をトランジスタ２６中の電流のｎ倍に減少させる。トランジスタ３６を通る導電電流の減少により、電源端子１０での減少した動作電圧が打ち消され、それにより動作電圧レベルが所望のレベルに戻される。
【００２０】
要約すると、本発明は電源の応用で使用するスイッチング電源９６を示す。スイッチング・レギュレータ回路１８はフィードバック信号をＶ_OUT変動に応答するフィードバック信号を受ける。フィードバック信号は、集積レギュレータ回路１１８のフィードバック端子１２で受け、ゲート駆動信号を電力トランジスタ４４に供給する。電力トランジスタ４４は、ゲート駆動信号に応答して変圧器１０４の主巻線を通して誘導電流を導き、スイッチング電源９６のＶ_OUT変動を低減させる。
【００２１】
Ｖ_CCリミッタ１６は、集積レギュレータ回路１１８の電源端子１０での動作電圧を受け取る。動作電圧は、典型的には、電源からの不必要な電圧変動を有しており、電圧の制限を必要としている。用いられるようなＶ_CCリミッタ１６は、安定した動作電圧を提供するとともに、集積レギュレータ回路がフィードバックと動作電圧のための別々のピンを有することができる。従来技術と対比すると、実施例は集積レギュレータ回路内に多くの付加回路を必要とするものではなく、フィードバック信号を電圧信号から分離する。さらに、別々のフィードバックおよび動作ピンを持つことにより、フィードバックをプログラムするために、外部抵抗を抵抗３９と並行に用いることができる。
【００２２】
以上のように、実施例は、レギュレータ回路の複雑さを抑え、ダイのサイズを小さくすることによってよりコストに効果的な解決を提供し、所望なら光結合器および付加巻線構成を用いる選択を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の電源の概略図を示す。
【図２】Ｖ_CCリミッタを含むスイッチング電源の概略図を示す。
【図３】図２に含められたＶ_CCリミッタの概略図を示す。
【符号の説明】
１０電源端子
１２フィードバック端子
１４トランジスタ
１６Ｖ_CCリミッタ
１７スタートアップ回路
１８スイッチング・レギュレータ回路
３８発振器
４２ラッチ駆動回路
４４電力トランジスタ
９６スイッチング電源
１０４変圧器
１１６フィードバック回路
１２０ＬＥＤ
１２４ツェナー・ダイオード[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates generally to electronic circuits, and more particularly to switching power supplies that convert AC signals to conditioned DC signals.
[0002]
[Prior art]
Most, but not all, electronic devices require a suitable level of DC voltage for proper operation. The DC voltage is typically derived by connecting the power source to an AC power source, such as a wall socket. The AC voltage available at the wall socket is converted to a DC bulk voltage by a full wave rectifier diode bridge. The DC bulk voltage is further converted into a DC output voltage regulated by a switching power supply.
[0003]
Switching power supplies use transformers or shape dependent inductors as energy conversion elements. For example, a flyback power supply has a power switching transistor coupled to one side of the transformer main winding. The power switching transistor turns on and off in accordance with regulator regulations, alternately stores energy in the magnetic field of the transformer, and transfers the stored energy to the secondary winding. The secondary winding of the transformer generates an output voltage as a function of energy transfer across the shunt capacitor coupled across the secondary winding. The voltage across the capacitor provides the DC output voltage of the switching power supply.
[0004]
The DC output voltage increases and decreases depending on the applied load. When the load is increased, the DC output voltage decreases, and when the load is decreased, the DC output voltage increases. The DC output voltage or a value representing it is returned to the regulator circuit, allowing the supply of switching power to compensate for load variations. As the load increases, the DC output voltage decreases, causing the power transistor to remain on for a longer time to store more energy in the magnetic field. Additional energy is transferred to the secondary winding during the power transistor off period to supply the increased load to re-establish the DC output voltage. As the load decreases, the DC output voltage increases, which keeps the regulator on for a shorter time to store less energy in the magnetic field. By reducing energy transfer to the secondary winding during the power transistor off time, the power supply is regulated to a reduced load and returns the DC output voltage to its steady state value.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
One prior art switching power supply has an integrated regulator circuit that includes coupled feedback and a power supply for a single input pin. The integrated regulator circuit has a separation circuit in the chip and separates feedback and power supply signals. By combining the feedback and power signals on a single pin, the integrated regulator can be done with fewer pins. However, in many cases, there are a sufficient number of available pins, which do not require combining feedback and power signals on a single pin. The design of the integrated regulator circuit is simplified by the feedback and power being transferred to separate pins. In applications where feedback and power are transmitted on a single pin, the isolation circuit introduces unnecessary complexity in the integrated circuit without the attendant need and advantage.
[0006]
Thus, there is a need for an integrated regulator circuit that completely separates the operating voltage and feedback input pins and does not require complex isolation circuits. The circuit, and the circuit limits excessive operating voltages, so that low voltage circuits can be used in integrated regulator circuits.
[0007]
【Example】
FIG. 1 shows a conventional switching power supply 50 that receives an AC line voltage and converts it to a regulated DC operating voltage. Specifically, the AC line voltage is converted to a DC bulk voltage by a full wave rectifier diode bridge 52. Capacitor 54 filters the DC bulk voltage, and the main winding of transformer 58 receives the DC bulk voltage. The power transistor 90 directs the induced current to the main winding of the transformer 58 and controls the amount of energy stored in the transformer magnetic field. When the power transistor 90 operates in a flyback mode configuration, the induced current flows through the main winding and stores energy in the magnetic field of the transformer 58. When power transistor 90 is non-conducting, the energy stored in the magnetic field is transferred to the secondary winding, and capacitor 62 is coupled across the secondary winding to provide a DC output voltage _VOUT .
[0008]
In the normal mode of operation, current flows through resistor 78 and zener diode 80. The diode 76 and the photodetection transistor 82 operate in cooperation and are optically coupled to feed back information from the capacitor 62 to the coupled feedback and power supply 86 of the regulator circuit 70. The DC output voltage (V _OUT ) typically operates either slightly above or below a predetermined regulation threshold depending on the output load. When the output load is relatively large and _VOUT is below the regulation threshold, the voltage across resistor 78 causes the photodiode 76 to be less forward biased, thereby reducing the conductivity of transistor 82 and less feedback. This results in the application of a signal. As V _OUT increases above the regulation threshold, the photodiode 76 becomes stronger forward biased and the transistor 82 becomes more conductive and the feedback signal becomes stronger.
[0009]
Feedback information resulting from fluctuations in the DC output voltage is optically returned to transistor 82 by diode 76 and coupled to power supply terminal 86 of regulator circuit 70. In this way, the combined feedback and power signal is applied to the power terminal 86. The regulator circuit 70 uses an internal separation circuit to separate a power supply that supplies power to the integrated circuit from a feedback signal that controls pulse width modulation and generates a gate drive signal to the power transistor 90. The power transistor 90 controls the amount of energy delivered through the transformer 58 and turns it on and off at the duty cycle required to regulate V _OUT .
[0010]
FIG. 2 shows a preferred embodiment of the switching power supply 96. Specifically, the switching power supply 96 receives the AC line voltage and converts it into a regulated DC operating voltage. The AC line voltage is converted to a DC bulk voltage by a full wave rectifier diode bridge 98. Capacitor 100 filters the DC bulk voltage and the main winding of transformer 104 receives the DC bulk voltage. The power transistor 44 conducts an induced current through the main winding of the transformer 104, controls the amount of energy stored in the transformer magnetic field, and operates in a regulated cycle controlled by the switching regulator circuit 18. When power transistor 44 operates in a flyback mode configuration, the induced current flows through the main winding and stores energy in the magnetic field of transformer 104. When power transistor 44 is non-conducting, the energy stored in the magnetic field is transferred to the secondary winding, where capacitor 108 coupled across the secondary winding produces a DC output voltage (V _OUT ). The diode 106 prevents current from flowing back into the secondary winding.
[0011]
In response to the V _OUT variation, the feedback information is combined and returned to the regulation circuit 118 by the feedback circuit 116. That information is returned to the base of transistor 14 by an optical light emitting diode (LED) 120 and received on feedback terminal 12 of regulator circuit 118. The feedback terminal 12 is connected to the emitter of the transistor 14. The received feedback information controls the pulse width modulation in the switching regulator 18 and generates a gate drive signal to the power transistor 44. Power transistor 44 controls the amount of energy in transformer 104 and turns it on and off at the duty cycle required to regulate V _OUT . A specific form of the power transistor 44 is a high voltage JFET in which low voltage MOSFETs are connected in series. The gate of the low voltage MOSFET receives the drive signal and the drain of the high voltage JFET is connected to the transformer 104.
[0012]
The power supply terminal 10 receives power from the attached winding 111. The diode 110, the resistor 112, and the capacitor 114 are connected to the attached winding 111. The power supply terminal 10 is connected to the collector of the transistor 14.
[0013]
Under normal operating conditions, current flows through resistor 122 and zener diode 124. The LED 120 and the photodetection transistor 14 operate to return information from the capacitor 108 to the feedback terminal 12 of the regulator circuit 118 in response to V _OUT variations. When an LED is forward biased, the current flowing through the LED then produces a photons quantity that is proportional to the current flow. The photon is received by the photodetection base of transistor 14 and makes it conductive. Transistor 14 conducts current from its collector to its emitter. If LED 120 is not forward biased, no photons are emitted from LED 120, rendering transistor 14 non-conductive.
[0014]
The feedback circuit 116 typically comprises an LED 120 having an anode and a cathode, a resistor 122 having two terminals, a diode 124 having an anode and a cathode, and a light detection transistor 14 having two conduction terminals and one control terminal. Is done. The anode of LED 120 is coupled to the first terminal of capacitor 108, the cathode of LED 120 is connected to the cathode of diode 124, and the anode of diode 124 is coupled to receive ground potential. A first terminal of resistor 122 is coupled to the anode of LED 120 and a second terminal is coupled to the cathode of the LED. The drain of the transistor 14 is connected to the power supply terminal 10 of the regulator circuit 118. The source of transistor 14 is connected to feedback terminal 12 of regulator circuit 118 and the control terminal of transistor 14 is coupled to receive feedback information from LED 120. The power supply terminal 10 indicates an external pin that receives power. The feedback terminal 12 is an external pin that receives feedback information.
[0015]
The regulator circuit 118 is composed of the following. The power supply terminal 10 of the regulator circuit 118 is coupled to the V _CC limiter 16 and regulates the operating voltage at the power supply terminal 10. The start-up circuit 17 is coupled to the power supply terminal 10 and starts the circuit during start or restart. Start-up circuit 17 is implemented as US Pat. No. 5,477,175, which is hereby incorporated by reference. The high voltage terminal (HV) is coupled to the drain of power transistor 44 and couples the high voltage on the main winding of transformer 104. The HV terminal is an external pin of the regulator circuit 118. The switching regulator circuit 18 receives a feedback signal from the feedback terminal 12 of the regulator circuit 118 and supplies a drive signal to the power transistor 44. The switching regulator circuit 18 includes an oscillator 38, a comparator 40, a resistor 39, and a latch drive circuit 42. The oscillator 38 generates an output signal. Comparator 40 is coupled to receive the output signal of oscillator 38 and is coupled to receive the feedback signal on feedback terminal 12. The latch drive circuit 42 receives the output from the comparator 40 and provides a drive signal to the power transistor 44 as an output. Power transistor 44 has a drain coupled to HV of regulator circuit 118, a source coupled to ground potential 28, and a gate coupled to receive an output drive signal from switching regulator circuit 18. Resistor 39 has a first terminal coupled to receive a feedback signal on feedback terminal 12 and a second terminal coupled to ground potential 28. Regulator circuit 118 is implemented as an integrated circuit using conventional, typically high voltage integrated circuit manufacturing processes.
[0016]
The DC output voltage V _OUT typically operates around a predetermined regulation threshold depending on the output load. The regulation threshold is set as a voltage obtained by adding the voltage across the Zener diode 124 to the voltage across the LED during forward bias. If the output load is relatively large enough to bring V _OUT below the regulation threshold, the voltage across resistor 122 will cause LED 120 to become less strongly biased in the forward direction, making transistor 14 less conductive (less feedback). It comes to take on. As V _OUT increases above the regulation threshold, the LED 120 is more forward biased. The current flows through the LED 120 and generates a photon quantity proportional to the current. Photons applied to the base of transistor 14 make it sufficiently conductive, causing a change in the current flowing through transistor 14. As the current flow in transistor 14 changes, a voltage drop is _created across resistor 39, shown as V _FB . The voltage V _FB appears at the first terminal of the comparator 40, and a signal from the oscillator 38 is applied to the second terminal of the comparator 40. These two signals are applied to the input of the comparator 40 and provide an output that controls the on-time of the power transistor 44. A change in the duty cycle for the comparator 40 will change the on-time of the power transistor 44 and provide the necessary change in _VOUT for regulation, resulting in a change in energy transfer to the secondary winding. If V _OUT is greater than the regulation threshold and a feedback signal is present, then the feedback loop provides a higher voltage at feedback terminal 12 and switching regulator circuit 18 reduces the gate drive signal and duty cycle to power transistor 44. Let As described above, V _OUT is held at the regulation threshold. By reducing the gate drive signal and duty cycle, the average amount of time that the power transistor 44 is conducting is reduced. Thus, by holding power transistor 44 off for a longer period, less additional energy is stored in the magnetic field of transformer 104. As a result, less energy is transferred to the secondary winding, thereby lowering V _OUT . Thus, the switching regulator circuit 18 supplies a gate drive signal to the gate of the power transistor 44 in response to the feedback signal, turning the power transistor on and off as much as necessary to regulate V _OUT .
[0017]
FIG. 3 shows a V _CC limiter 16 that limits the supply of the operating voltage at the power supply terminal 10. The feedback signal is received at the feedback terminal 12 and another supply of operating voltage is received at the power supply terminal 10 of the regulator circuit 118. The supply of operating voltage is distributed to the integrated circuit from additional windings that experience voltage fluctuations. As described above, the power supply terminal 10 requires voltage limitation.
[0018]
The V _CC limiter 16 provides a constant current I ₂₀ of 10 μA as a typical value to the pair of differential transistors 22 and 24. Transistor 22 is a p-type MOSFET transistor having a drain that receives a portion of constant current I ₂₀ , a source that provides differential current I ₁ , and a gate that receives a reference voltage. The reference voltage (V _ref ) typically operates at 1.25 volts. Transistor 24 is a p-type MOSFET transistor, a drain coupled to receive the remainder of constant current I ₂₀ , a source providing differential current I ₂ and resistors 32 and 34 and an operating voltage from power supply terminal 10. Having a gate for receiving a voltage level divided by a resistor network including; Resistor 32 has a terminal coupled to power supply terminal 10 and a terminal coupled to the gate of transistor 24. Resistor 34 has a terminal coupled to the gate of transistor 24 and a terminal coupled to power supply terminal 28. The transistor pair 26, 30 constitutes a current mirror shape. Transistor 26 is set to operate in a diode connection having a drain coupled to receive differential current I ₁ from transistor 22, a source coupled to power supply terminal 28, and a gate coupled to the drain. Transistor 30 has a drain coupled to receive differential current I ₂ from transistor 24, a source coupled to power supply terminal 28, and a gate coupled to the gate of transistor 26. The current mirror shape supplies a voltage for generating a current to the transistor 36, and keeps the fluctuation of the operating voltage at the power supply terminal 10 reduced. Transistor 36 has a drain coupled to receive an operating voltage at power supply terminal 10, a source coupled to power supply terminal 28, and a gate connected to the gate of transistor 26.
[0019]
In typical operation, when the operating voltage at power supply terminal 10 exceeds a certain level, the voltage at the gate of transistor 24 also increases in proportion to the level based on the voltage divider network made up of resistors 32 and 34. The current mirror shape supplies a voltage to the gate of transistor 36 and increases the conduction current of transistor 36 to n times the current value in transistor 26. A typical value for n is 500. The increased conduction current through transistor 36 cancels the increased operating voltage at power supply terminal 10, thereby returning the operating voltage level to the desired level. When the operating voltage at power supply terminal 10 decreases below a certain level, the voltage at the gate of transistor 24 also decreases in proportion to the level based on the voltage division network formed by resistors 32 and 34. The current mirror shape provides a voltage to the gate of transistor 36, reducing the conduction current in transistor 36 to n times the current in transistor 26. The reduction in conduction current through transistor 36 cancels the reduced operating voltage at power supply terminal 10, thereby returning the operating voltage level to the desired level.
[0020]
In summary, the present invention shows a switching power supply 96 for use in power supply applications. The switching regulator circuit 18 receives a feedback signal that is responsive to the _VOUT variation. The feedback signal is received at the feedback terminal 12 of the integrated regulator circuit 118 and the gate drive signal is supplied to the power transistor 44. The power transistor 44 directs an induced current through the main winding of the transformer 104 in response to the gate drive signal to reduce V _OUT variation of the switching power supply 96.
[0021]
The V _CC limiter 16 receives the operating voltage at the power supply terminal 10 of the integrated regulator circuit 118. The operating voltage typically has unnecessary voltage fluctuations from the power supply and requires voltage limitation. The V _CC limiter 16 as used provides a stable operating voltage, and the integrated regulator circuit can have separate pins for feedback and operating voltage. In contrast to the prior art, the embodiment does not require many additional circuits in the integrated regulator circuit, but separates the feedback signal from the voltage signal. Further, by having separate feedback and operating pins, an external resistor can be used in parallel with resistor 39 to program the feedback.
[0022]
As described above, the embodiments provide a more cost effective solution by reducing the complexity of the regulator circuit and reducing the die size, and the choice of using an optical coupler and additional winding configuration if desired. provide.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a schematic diagram of a conventional power supply.
FIG. 2 shows a schematic diagram of a switching power supply including a V _CC limiter.
FIG. 3 shows a schematic diagram of the V _CC limiter included in FIG.
[Explanation of symbols]
10 power supply terminal 12 feedback terminal 14 transistor 16 V _CC limiter 17 start-up circuit 18 switching regulator circuit 38 oscillator 42 latch drive circuit 44 power transistor 96 switching power supply 104 transformer 116 feedback circuit 120 LED
124 Zener diode

Claims

A first power supply terminal of the regulator circuit for receiving an operating voltage for the regulator circuit ;
A feedback terminal of the regulator circuit ;
A first transistor having a first conduction terminal coupled to the first power supply terminal, a second conduction terminal coupled to the feedback terminal, and a control terminal coupled to receive a feedback signal;
A Vcc limiter coupled to the first power supply terminal to regulate the operating voltage and providing a stable operating voltage, the Vcc limiter comprising:
(A) a transistor pair including first and second transistors, wherein the transistor pair receives a first control terminal coupled to receive a reference signal and a signal indicative of the operating voltage a second control terminal coupled to said first conduction terminal of the first transistor, Ru is connected to provide a control signal, said transistor pair at the transistor pair, and (b) a current mirror configuration A first current mirror transistor coupled in series with the first current mirror transistor, the first current mirror transistor having a first conduction terminal and the first signal for receiving the control signal . 1 comprises a control terminal coupled to the first conduction terminal of the transistor, the second current mirror transistor, a second conduction of said transistor pairs A first conduction terminal coupled to the terminal, and the current mirror has a control terminal coupled to the first conduction terminal of the first transistor for receiving the control signal, and the stable operation further comprising a current mirror drive transistor having a second conduction terminal coupled to said first power supply terminal for providing a voltage,
Including a Vcc limiter,
A switching regulator circuit coupled to the feedback terminal to provide a regulator output signal;
A regulator circuit comprising:

A regulator circuit that regulates the power supply,
A switching regulator circuit coupled to a feedback terminal at a first pin of the regulator circuit for receiving a feedback signal for controlling the switching regulator circuit and providing a regulator output signal for regulating an output voltage of a power supply ; ,
A Vcc limiter coupled to a first power supply terminal at a second pin of the regulator to receive an operating voltage , wherein the operating voltage is different from the output voltage, and the Vcc limiter regulates the operating voltage. and, and provide a stable operating voltage to a portion of the first power supply terminal and the switching regulator circuit, before Symbol Vcc limiter,
A first control terminal, and a transistor pair that have the second control terminal coupled to receive a signal indicative of the operating voltage coupled to receive (a) the reference signal, the transistor A pair of transistors having a first conductive terminal coupled to provide a control signal and having a second conductive terminal ; and (b) coupled in series with said transistor pair in a current mirror configuration A current mirror having first and second current mirror transistors, the first current mirror transistor having a first conduction terminal and the first conduction terminal of the transistor pair for receiving the control signal and having a control terminal coupled to said second current mirror transistor, the first conduction terminal coupled to the second conduction terminal of said transistor pairs Comprising a child, and the current mirror first power supply for providing said combined control terminal to the first conduction terminal, and the stable operation voltage of the transistor pair for receiving the control signal current mirror having a driving transistor having a first conduction terminal coupled to the terminal, viewed contains a current through the driving transistor is N times the current through the first current mirror transistor, and the Vcc limiter ,
A regulator circuit comprising: