JP5016268B2 - スイッチング電源における最大スイッチ電流を制限する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は全体として電子回路に関し、より具体的には、本発明は、スイッチング・モードの電源に関する。

スイッチング電源内部のスイッチは、過電圧、過電流、または電圧と電流の特定の組合せから損傷を被る可能性がある。瞬間的な電圧と電流は、安全な動作領域として決められた境界内に留まってスイッチに対する損傷を防止しなければならない。したがって、スイッチング電源のためのコントローラは、スイッチを保護する目的と、出力を調整する目的で、通常測定された電圧と電流を供給する。

現実のデバイスの矛盾する要件と限界により、コントローラがすべての条件下でスイッチを保護するのに必要な量を測定することは、不可能または非現実的であることが多い。スイッチにかかる最大電圧は、通常、入力電圧の単純な測定から推定することができるのに対して、スイッチ内の電流の測定は、通常、はるかに難しい。

コントローラは、通常、スイッチング期間内のある時間にスイッチ電流の測定をマスクして、過電流の偽の指示を回避しなければならない。さらに、過電流の検出と適切な応答の間に、常にいくらかの遅延が存在する。このため、従来の方法は、ある過渡的な装荷の条件、または障害の条件の下で、スイッチを損傷から保護することができない可能性がある。

本発明を、例として、限定としてではなく、添付の図に詳細に示す。

電源内部で利用することができる電源調整器の諸実施形態を開示する。以下の説明では、本発明の徹底的な理解をもたらすために、多数の特定の詳細を提示する。しかし、その特定の詳細が、本発明を実施するのに使用されなくてもよいことが当業者には明白となろう。実施に関連する周知の方法は、本発明を不明瞭にするのを避けるために、詳細に説明していない。

明細書全体で、「一実施形態」または「実施形態」について述べることは、その実施形態に関連して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。このため、本明細書全体の様々な箇所における「一実施形態の場合」または「ある実施形態では」という句の出現は、必ずしもすべて、同一の実施形態について述べていない。さらに、特定の特徴、構造、特性は、１つまたは複数の実施形態において、任意の適切な形で組み合わせられることが可能である。

スイッチング電源のスイッチ内の過電流を防止する技術を開示する。例えば、スイッチング電源内部の電力トランジスタに対する、電源の安全な動作領域外の諸条件からの損傷を防止する方法および装置を開示する。電源が、低い出力電圧を有する起動中、または過負荷中、パワースイッチ内の過電流に応答する従来の技術は、各スイッチング期間内に電流がより高くなるのを防止することができない。というのは、立上りブランキング時間と電流制限遅延時間により、スイッチの最小オン時間が課されるのに対して、低出力電圧は、コントローラが、スイッチの最小オフ時間を要求するようにさせるからである。スイッチ内の電流を直接に測定する従来の技術の抱える諸問題を克服するため、開示する方法は、時間の測定を、スイッチ内の過電流の間接的な指示として使用する。例えば、１つの開示する技術は、スイッチ内の電流ではなく、スイッチの導通時間を測定して、制御されていない増加する電流の条件を認識する。短い導通時間は、過度のスイッチ電流を暗示する。１回または複数回の短い導通時間に対する応答は、オフ時間を事実上、延長して、スイッチの次のオン時間より前に、電流が安全値まで減少することを可能にする、次のスイッチング期間内の遅延である。

例示するため、図１は、本発明の教示による、ピーク・スイッチ電流を制限する電源の一実施形態に関する、電源の機能ブロック図を全体的に示す。図１に示される例示的な電源のトポロジはフライバック調整器である。スイッチング調整器の多くのトポロジと構成が存在し、図１に示したフライバック・トポロジは、説明の目的で与えられており、他のタイプのトポロジも、本発明の教示に従って使用されてもよいことが理解されよう。

図１の電源の例に示されるとおり、エネルギー伝達要素Ｔ１ １２５が、電源の未調整の入力電圧Ｖ_IN１０５と、出力における負荷１６５との間に結合される。パワースイッチＳ１ １２０が、エネルギー伝達要素１２５の入力における１次巻線１７５に結合されて、未調整の入力電圧Ｖ_IN１０５から電源の出力における負荷１６５へのエネルギーの伝達を調整する。パワースイッチＳ１ １２０によって受信され、パワースイッチＳ１ １２０のスイッチングを制御する駆動信号１５６を生成するようにコントローラ１４５が結合されている。以下に説明するとおり、コントローラ１４５は、パワースイッチＳ１を感知して、パワースイッチＳ１ １２０の１つまたは複数の連続的な短いオン時間のしきい値回数の出現を検出する短いオン時間検出器も含む。一実施形態の場合、周波数調整器も、コントローラ１４５内に含まれて、短いオン時間検出器に結合される。周波数調整器は、一実施形態の場合、短いオン時間検出器に応答して、コントローラ内部に含まれる発振器の発振周波数を調整するのに使用される。

図１の例では、エネルギー伝達要素Ｔ１ １２５は、２つの巻線を有する変圧器として示されている。１次巻線１７５は、インダクタンスＬ_Pを有するＮ_Pの巻数を有する。２次巻線はＮ_Sの巻数を有する。一般に、変圧器は、２つより多くの巻線を有することが可能であり、追加の巻線は、追加の負荷に電力を供給すること、またはバイアス電圧を供給すること、または負荷における電圧を感知することなどを行う。

クランプ回路１１０が、エネルギー伝達要素Ｔ１ １２５の１次巻線１７５に結合されて、パワースイッチＳ１ １２０にかかる最大電圧を制御する。前述したとおり、パワースイッチＳ１ １２０は、コントローラ回路１４５によって生成される駆動信号１５６で、オンとオフのスイッチングを行う。一実施形態の場合、スイッチＳ１ １２０は、例えば、パワー酸化金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）などのトランジスタである。一実施形態の場合、コントローラ１４５は、集積回路と独立の電気部品を含む。スイッチＳ１ １２０の動作により、整流器Ｄ１ １３０内に脈動電流が生じ、その電流が、キャパシタＣ１ １３５によって濾波されて、実質的に一定の出力電圧Ｖ_Oを生じるか、または負荷１６５に実質的に一定の出力電流Ｉ_Oを生じさせる。

調整されるべき出力量は、一般に、出力電圧Ｖ_O、出力電流Ｉ_O、または、この２つの組合せであるＵ_O１５０である。フィードバック回路１６０が、出力量Ｕ_O１５０に結合されて、コントローラ１４５への入力であるフィードバック信号Ｕ_FB１５５を生成する。コントローラ１４５への別の入力が、スイッチＳ１ １２０内の電流Ｉ_D１１５を感知する電流感知信号１４０である。例えば、変流器、または、例えば、独立の抵抗器の両端の電圧、または、例えば、トランジスタが導通している際のトランジスタの両端の電圧などの、切り換えられる電流を測定する多くの知られている方法のいずれかを使用して、電流Ｉ_D１１５を測定することができる。コントローラは、電流感知信号１４０を使用して、出力Ｕ_O１５０を調整すること、またはスイッチＳ１ １２０に対する損傷を防止することができる。

また、図１は、理想的な条件下における、パワースイッチＳ１ １２０を通る電流Ｉ_D１１５に関する例示的な波形も示す。パワースイッチＳ１ １２０は、コントローラ１４５からの駆動信号１５６内のパルスに応答して、時間ｔ_ONにわたって導通する。パワースイッチＳ１ １２０は、コントローラ１４５からの駆動信号１５６に応答して、オフ時間ｔ_OFFにわたって開く。導通時間ｔ_ON中、電流は、スイッチＳ１ １２０が導通している際に変圧器Ｔ１ １２５の１次巻線１７５のインダクタンスＬ_Pの両端に印加される入力電圧Ｖ_IN１０５に応答して、初期電流Ｉ_VALから最終電流Ｉ_PEAKまで、時間とともに直線的に増加する。

一実施形態の場合、コントローラ１４５は、出力Ｕ_O１５０を、所望される値に実質的に調整するようにスイッチＳ１ １２０を操作する。一実施形態の場合、コントローラ１４５は、出力Ｕ_O１５０が、所望される値に満たない場合、スイッチＳ１ １２０の導通時間ｔ_ONを増加する。一実施形態の場合、コントローラ１４５は、出力Ｕ_O１５０が、所望される値を超えている場合、スイッチＳ１ １２０の導通時間ｔ_ONを減少させる。一実施形態の場合、コントローラ１４５は、スイッチＳ１ １２０が導通する際、スイッチＳ１ １２０の一定の導通時間ｔ_ONを維持し、出力Ｕ_O１５０を調整するのに、オフ時間ｔ_OFFが調整される。一実施形態の場合、スイッチング期間をスキップして、オフ時間ｔ_OFFに対する個々の調整が行われる。

一実施形態の場合、コントローラ１４５が、駆動信号１５６でスイッチＳ１ １２０の動作を調整して、安全な動作領域外の動作を防止する。一実施形態の場合、コントローラ１４５は、電流Ｉ_D１１５が電流制限Ｌ_LIMITを超えた場合、スイッチＳ１ １２０の導通時間ｔ_ONを減らす。一実施形態の場合、コントローラ１４５は、電流Ｉ_D１１５が電流限度Ｉ_LIMITを超えた場合、オフ時間ｔ_OFFを増加させる。

図２は、スイッチＳ１ ２２０内で測定される電流Ｉ_D２１５への浮遊キャパシタンスの寄与を示す。ノード２３５においてスイッチＳ１に結合されたキャパシタＣ_P２１０とＣ_DS２３０によって表される浮遊キャパシタンスの帯電と放電により、スイッチＳ１ ２２０がオンになった後、短い時間にわたって電流Ｉ_D２１５が増加する。図３は、変圧器Ｔ１ ２２５の１次巻線２７５のインダクタンスＬ_Pにかかる電圧Ｖ_P２７０を示す。一実施形態の場合、電圧Ｖ_Pは、オン時間ｔ_ON中、大きさＶ_INを有して正である。一実施形態の場合、電圧Ｖ_Pは、オフ時間ｔ_OFF中、大きさＶ_ORを有して負である。電圧Ｖ_Pの極性の急な反転により、スイッチＳ１ ２２０の初期電流Ｉ_VALに立上り電流が加えられる。図２、図３の波形は、理想的な初期電流Ｉ_VALより大きいピーク立上り電流Ｉ_LEPEAKを示す。一実施形態の場合、ピーク立上り電流Ｉ_LEPEAKは最終電流Ｉ_PEAKよりも大きい。すべての現実的な回路内に存在する浮遊キャパシタンスにより、コントローラは、出力を調整する能力、またはスイッチを保護する能力を阻害される可能性がある、高い立上り電流が生じることがある。スイッチ電流Ｉ_D２１５の大きさに応答して、出力を調整する、またはスイッチを保護するコントローラは、出力の調整、またはスイッチの安全な動作に有意に関係していない立上り電流にも応答する。立上り電流からの干渉を回避するため、コントローラは、立上りブランキング時間ｔ_LEBの後まで、スイッチ内の電流の測定を、通常、マスクする。導通時間ｔ_ONに対する立上りブランキング時間ｔ_LEBの関係が、図３に示されている。

立上りブランキング時間ｔ_LEBは、電流Ｉ_Dが、コントローラに見えるようになる前に、浮遊キャパシタンスからの電流の寄与が無視できるほど小さくなるのを保証するだけ十分に長い。また、図３は、Ｉ_Dが、ｔ_LEBの後、Ｉ_LIMITに達する時点と、スイッチが導通するのを止める時点との間の差である電流制限遅延時間ｔ_dも示す。電流制限遅延時間ｔ_dは、常に存在する。というのは、現実的な回路は、瞬時に応答することはできないからである。有限の電流制限遅延時間ｔ_dにより、導通時間ｔ_ONの終りのピーク電流Ｉ_PEAKが、電流制限Ｉ_LIMITよりも大きくなるという結果が生じる。

立上りブランキング時間ｔ_LEBと電流制限遅延ｔ_dにより、通常のコントローラが、スイッチ電流Ｉ_Dを制限することが不可能になる可能性がある。図４は、出力が、調整された値に満たない場合に、通常のコントローラを有するスイッチング電源に生じる可能性がある望ましくない状況を示す。図４では、出力における過負荷により、スイッチ電流Ｉ_Dが、スイッチング期間ごとにＩ_LIMITを超える。また、過負荷により、出力電圧Ｖ_Oが、調整された値よりはるかに低く低下する。コントローラは、立上りブランキング時間ｔ_LEBの終りにスイッチ電流Ｉ_Dを測定し、スイッチは、電流制限遅延時間ｔ_dの後に開く。Ｉ_LIMITより大きいＩ_Dの検出により、ｔ_LEBにｔ_dを足した合計を下回ってオン時間ｔ_ONが減らされる可能性はない。本発明の一実施形態の場合、ｔ_LEBにｔ_dを足した合計にほぼ等しいオン時間を有する短いオン時間、または、例えば、駆動信号のパルス幅を、スイッチのオン時間と見なすことができる。

図４は、任意のスイッチング期間（ｎ）において、オン時間中にスイッチ電流Ｉ_Dとして現れる電流（寄生キャパシタンスからの電流を除く）が、オン時間中に、量ΔＩ_ONだけ増加してＩ_PEAKに達し、次いで、オフ時間中に量ΔＩ_OFFだけＩ_PEAKから減少することを示す。電流の変化は、数式１および数式２による入力電圧と出力電圧に関係する。

図４から、すべての連続するパルス時間またはスイッチング期間に関して、ΔＩ_ON＞ΔＩ_OFFである場合、次のスイッチング期間（ｎ＋１）のピーク電流は、現在のスイッチング期間（ｎ）におけるピーク電流よりも大きくなる。出力電圧Ｖ_Oを調整された値よりも大幅に低くする過負荷条件により、制御回路が、オフ時間ｔ_OFFを可能な限り小さくすることできる。数式２は、一定のｔ_OFFまたは小さくされたｔ_OFFでＶ_Oが低減されることにより、ΔＩ_OFFが小さくなることを示す。数式１は、立上りブランキング時間ｔ_LEBと電流制限遅延時間ｔ_dが、ΔＩ_ONに最小値を課すことを示す。したがって、通常の制御方法は、出力の過負荷中、ΔＩ_ONが、ΔＩ_OFFよりも大きくなることができる。ΔＩ_ONが、ΔＩ_OFFよりも大きい場合、例えば、ｔ_LEBにｔ_dを足した合計に時間がほぼ等しい、いくつかの短いオン時間が存在する、ほんの少数の連続するスイッチング期間の後に、電流と電圧は、スイッチの安全な動作領域を外れることができる。コントローラは、スイッチの動作を安全な動作領域内に保つために、スイッチング期間の少ない数内に応答なければならない。本発明のある実施形態の場合、ｔ_LEBにｔ_dを足した合計にほぼ等しいオン時間を有する、スイッチの１つまたは複数の連続する短いオン時間の出現は、障害条件を示す可能性がある。

以下に説明するとおり、パワースイッチＳ１ １２０または２２０の１つまたは複数の連続する短いオン時間のしきい値数の出現を検出する短いオン時間検出器が、本発明のある実施形態の場合、含まれる。一実施形態の場合、しきい値数は１に等しい。別の実施形態の場合、しきい値数は、設計に依存して、２以上であってもよい。パワースイッチＳ１ １２０または２２０において、１つまたは複数の連続する短いオン時間のしきい値数の出現が検出された場合、本発明の教示によれば、駆動信号の次のパルスが遅延され、これにより、パワースイッチＳ１ １２０または２２０を流れるスイッチ電流Ｉ_Dの開始値Ｉ_VALを減らすようにΔＩ_OFFが増加されて、スイッチ電流Ｉ_Dが電流制限を超える可能性を小さくする。

図５は、スイッチの動作を安全な動作領域内に保つ方法を表す流れ図である。一実施形態の場合、本発明の教示による、電源を調整するための方法は、電源の出力から受け取られたフィードバックに応答する駆動信号に応答して、電源の入力におけるエネルギー伝達要素に結合されたパワースイッチをスイッチングすることを含む。スイッチの、１つまたは複数の連続する短いオン時間のしきい値数の出現が検出された場合、本発明の教示によれば、駆動信号の次のパルスが、スイッチの、１つまたは複数の連続する短いオン時間のしきい値数のその出現に応答して、遅延される。

詳細には、一実施形態の場合、方法は、スイッチのオン時間を測定して、ピーク・スイッチ電流Ｉ_PEAKが、高くなり過ぎるのを防止するのに、代替の制御アクションが要求されるか否かを判定する。図５に示した方法では、短いオン時間は、しきい値オン時間ｔ_SHORTを超えない任意のオン時間ｔ_ONである。一実施形態の場合、ｔ_SHORTは、ｔ_LEBにｔ_dを足した合計より、わずかに大きい。短いオン時間の数をカウントする、短いオン時間カウンタは、コントローラが、ブロック５１０で次のスイッチング期間を始める前に、ブロック５０５でリセットされる。オン時間ｔ_ONは、ブロック５１５で測定され、ブロック５２０でしきい値オン時間ｔ_SHORTと比較される。オン時間ｔ_ONが、しきい値オン時間ｔ_SHORTより大きい場合、短いオン時間カウンタは、ブロック５０５でリセットされる。オン時間ｔ_ONが、しきい値オン時間ｔ_SHORTを超えていない場合、短いオン時間カウンタは、ブロック５２５で増分される。ブロック５３０で、短いオン時間カウンタのカウントが、最大カウント数Ｎ_MAXと比較される。連続する短いオン時間の数が、Ｎ_MAXより小さい場合、ブロック５１０で、次のスイッチング期間が、調整のための通常のオフ時間ｔ_OFFの後に始まる。短いオン時間の数が、Ｎ_MAXより小さくはない場合、ブロック５３５で、次のスイッチング期間の開始時間が遅延される。ブロック５３５で、１つまたは複数の連続する短いオン時間のしきい値数の出現が検出されることを理解されたい。連続する短いオン時間の数Ｎ_MAXは、特定のアプリケーションに合うように変更できる。一実施形態の場合、連続する短いオン時間の数Ｎ_MAXは、各アプリケーションに関して永久に固定される。一実施形態の場合、連続する短いオン時間の数Ｎ_MAXは、１である。一実施形態の場合、連続する短いオン時間の数Ｎ_MAXは、２である。一実施形態の場合、設計者によって選択された条件またはイベントに応答して、連続する短いオン時間の数Ｎ_MAXを電源の動作中に動的に変更することが可能である。

図６は、集積回路における本発明の方法の一実施形態を示す。集積回路６００は、ドレイン端子６０２とソース端子６４６に結合されたパワーＭＯＳＦＥＴスイッチ６２８を含む。スイッチ６２８は、ラッチ６３４から出力される駆動信号６５６に応答してスイッチングさせられるように結合される。端子６４８が、フィードバック信号Ｕ_FBを受け取る。一実施形態の場合、集積回路６００は、信号を受け取り、この例では説明されない諸機能を実行する複数の他の端子もオプションとして含むことが可能である。

図６の例では、変調器６２６が、端子６４８からのフィードバック信号Ｕ_FBを解釈して、イネーブル信号６６２が、高であるべきか、または低であるべきかを判定する。発振器６４０が、クロック信号６４４と最大オン時間信号Ｄ_MAX６６４を与える。図示した例では、発振器６４０は、ラッチ６３８の出力に結合されたＦＲＥＱ ＡＤＪ端子を含む。一実施形態の場合、発振器６４０の周波数は、ラッチ６３８の出力に応答して、より高い周波数から、より低い周波数に変化する。スイッチ６２８は、ＡＮＤゲート６３２とＯＲゲート６６６から信号を受け取るラッチ６３４から出力された駆動信号６５６に応答する。スイッチ６２８は、クロック６４４とイネーブル６６２がともに高である一方で、Ｄ_MAX６４４またはＯＶＥＲ ＣＵＲＲＥＮＴ６５８が低である場合、オンである。スイッチ６２８は、Ｄ_MAX６４４またはＯＶＥＲ ＣＵＲＲＥＮＴ６５８が高である場合、オフである。

図示する例では、連続するオン時間のしきい値数、または短いオン時間の最大数Ｎ_MAXは、２である。したがって、ラッチ６３８は、本発明の教示によれば、２つの連続する短いオン時間の後、発振器６４０が一時的により低い周波数で動作するようにさせることにより、次のスイッチング期間を遅延させる。より低い周波数は、より高い周波数と比べて、対応する、より長いオフ時間を有する。電流センサまたは電流リミタが、電流制限比較器６０４として実装され、比較器６０４は、ドレイン電流Ｉ_D６２４が、電流制限しきい値Ｉ_LIMITを超えた場合、ＮＡＮＤゲート６０６の第１の入力を論理高とする。スイッチ６２８が、スイッチング期間の始めでオンにされると、ＮＡＮＤゲート６０６の第２の入力が、ラッチ６３４からの駆動信号６５６の高の出力に応答して、立上りブランキング時間ｔ_LEB６２２の遅延の後、論理高の入力を受ける。一実施形態の場合、立上りブランキング時間ｔ_LEBは、約２２０ナノ秒である。

図６に示す例に示されるとおり、短いオン時間検出器は、本発明の教示によれば、反転されたＯＶＥＲ ＣＵＲＲＥＮＴ信号６５０、反転されたＯＮ信号６５４、遅延されたＯＮ信号６５２の入力から短いパルスを検出するＮＯＲゲート６１２で実現される。遅延されたＯＮ信号６５２は、アクティブな駆動信号６５６から、立上りブランキング時間ｔ_LEB６２２だけ遅延され、時間ｔ_d1６１０だけさらに遅延される。遅延時間ｔ_d1６１０は、電流制限比較器６０４の遅延より十分に大きくなるように選択されて、すべての短いオン時間の検出を保証する。一実施形態の場合、電流制限遅延時間ｔ_d1は約１００ナノ秒である。

図６の例では、ＡＮＤゲート６２４は、ｔ_LEBとｔ_d1の合計と少なくとも同じだけの長さの、長いパルスを検出する。ＮＯＲゲート６１２による短いパルスの検出により、ラッチ６１４がセットされる。ラッチ６１４は、ＡＮＤゲート６２４からの長いパルスの検出によってリセットされる。

図６の例では、短いオン時間検出器は、本発明の教示によれば、２つの連続する短いパルスの後にラッチ６３８をセットする第２の短いパルスの出現を検出するＮＯＲゲート６２０で実現されている。ＮＯＲゲート６２０は、ＮＯＲゲート６１２と同じ３つの信号６５０、６５２、６５４に加えて、第４の信号である駆動信号６５６を受ける。駆動信号６５６は、ラッチ６１４の出力に現れ、遅延ｔ_d2６１６だけ遅延され、インバータ６１８によって反転される。遅延ｔ_d2６１６は、ＮＯＲゲート６２０が第１の短いパルスを検出するのを防止するだけ十分に、遅延ｔ_d1６１０よりも大きい。一実施形態の場合、遅延ｔ_d2６１６は、２３０ナノ秒である。

図６の実施形態では、連続する第２の短いオン時間の検出により、ＮＯＲゲート６２０の出力６６０に論理高が与えられ、ラッチ６３８がセットされる。周波数調整器が、本発明の教示によれば、ラッチ６３８と、発振器６４０のＦＲＥＱ ＡＤＪ入力とで実現される。一実施形態の場合、ラッチ６３８がセットされると、発振器６４０は、本発明の教示によれば、より高い周波数から、より低い周波数に切り替わり、これにより、次のスイッチング期間の開始が遅延される。一実施形態の場合、発振器６４０は、本発明の教示によれば、ラッチ６３８をセットして、発振器６４０のＦＲＥＱ ＡＤＪ入力をアクティブにすることにより、駆動信号の次のパルスをスキップさせ、発振器６４０の周波数を事実上低くするように構成される。ラッチ６３８は、次のスイッチング期間の始めで、ＣＬＯＣＫ信号６４４によってリセットされる。次のパルスも短いパルスであった場合、ラッチ６３８が再びセットされ、発振器の周波数が低くされて、次のスイッチング期間の開始が遅延される。次のパルスが長いパルスであった場合、次のスイッチング期間の遅延は全く存在せず、図示した例では、ラッチ６３８をセットするのに、スイッチ６２８の２つの連続する短い時間が要求される。

以上の詳細な説明では、本発明の方法および装置を、本発明の特定の例示的な実施形態に関連して説明してきた。しかし、本発明のより広い趣旨および範囲を逸脱することなく、その実施形態に様々な改変や変更を加えることも可能であることが明白であろう。したがって、本明細書および図は、限定的ではなく、例示的であると見なされるものとする。

図１は、本発明の教示による、パワースイッチ内のピーク電流を制限することができるスイッチング電源の一実施形態の機能ブロック図である。 パワースイッチ内の電流への寄生キャパシタンスの寄与を示す、スイッチング電源の一実施形態の機能ブロック図のセクションである。 本発明の教示による、パワースイッチ内のピーク電流を制限することができるスイッチング電源の一実施形態からの電圧波形および電流波形を示す図である。 本発明の教示による、パワースイッチ内のピーク電流を制限しないスイッチング電源からの電流波形の重要なパラメータを示す図である。 本発明の教示による、パワースイッチ内のピーク電流を制限する方法を示す流れ図である。 本発明の教示による、含まれるパワースイッチ内のピーク電流を制限する集積回路の機能ブロック図である。

符号の説明

１１０ クランプ回路、１２０ パワースイッチ、１２５ エネルギー伝達要素、１３０ 整流器、１３５ キャパシタ、１４５ コントローラ回路、１６０ フィードバック回路、１６５ 負荷、１７５ 巻線

Claims (14)

1. スイッチング電源のためのスイッチング調整回路であって、前記スイッチ電流が電流制限を越えるとき検出する前記比較器に応答して、かつ前記スイッチのオン時間が立上りブランキング期間と電流制限遅延時間との和に等しいときに前記スイッチのオフ時間を延長する発振器を備え、
   前記スイッチング電源のエネルギー伝達要素に結合されるスイッチと、
   前記スイッチによって受け取られるように結合されて前記スイッチを通るスイッチ電流を制御する駆動信号を生成するコントローラとを備え、
   前記コントローラは、
   立上りブランキング時間外で、前記スイッチ電流が電流制限を超えるときを検出するように結合される電流制限比較器と、
   発振器と、
   前記電流制限比較器および前記発振器に結合される周波数調整器とを含み、
   前記周波数調整器は、前記スイッチのそれぞれが前記立上りブランキング時間と電流制限遅延時間の合計に実質的に等しい１または複数の連続するオン時間内で、前記スイッチ電流が前記電流制限を超えることを検出する前記電流制限比較器に応答して、前記スイッチのオフ時間を延長するように前記発振器の発振周波数を調整し、
   前記周波数調整器は、前記電源の出力からのフィードバック信号とは独立に前記スイッチの前記オフ時間を延長する、スイッチング調整回路。
2. 前記コントローラが集積回路内部に含まれる、請求項１に記載のスイッチング調整回路。
3. 前記スイッチが前記集積回路内部に含まれる、請求項２に記載のスイッチング調整回路。
4. 前記コントローラが、前記スイッチによって受取られるように結合されて前記スイッチのスイッチングを制御して前記フィードバック信号に応答する前記電源の前記出力を調整する前記駆動信号を生成するように結合される、請求項１に記載のスイッチング調整回路。
5. 前記コントローラ内部に含まれ、前記電流制限比較器に結合される立上りブランキング回路をさらに備える、請求項１に記載のスイッチング調整回路。
6. スイッチング電源を調整するための方法であって、
   前記スイッチング電源の出力から受け取るフィードバックに応答する駆動信号に応答して、前記スイッチング電源の入力側でエネルギー伝達要素に結合されたスイッチをスイッチングするステップと、
   前記スイッチのオン時間を測定するステップと、
   前記スイッチの前記オン時間は短いオン時間か否かを判断するステップと、
   前記スイッチの、しきい値数の連続する短いオン時間の出現を検出するステップとを備え、前記しきい値数は、１または複数であり、前記スイッチの、しきい値数の連続する短いオン時間の出現を検出するステップは、前記１つまたは複数の連続する短いオン時間の各出現に対して短いオン時間カウンタを増分するステップを含み、
   前記スイッチの、前記しきい値数の連続する短いオン時間の前記出現に応答して、前記スイッチによって受け取られるように結合される駆動信号の次のパルスを遅延させるステップをさらに備える、スイッチング電源を調整するための方法。
7. 前記スイッチの、前記しきい値数の連続する短いオン時間の前記出現に応答して、前記駆動信号の前記次のパルスを遅延させるステップは、前記駆動信号が生成される元になる発振信号の周波数を調整するステップを含む、請求項６に記載の前記電源を調整するための方法。
8. 前記スイッチの、前記しきい値数の連続する短いオン時間の前記出現に応答して、前記駆動信号の前記次のパルスを遅延させるステップは、前記駆動信号内の次のパルスをスキップするステップを含む、請求項６に記載の前記電源を調整するための方法。
9. 前記スイッチの、前記しきい値数の連続する短いオン時間の前記出現を検出するステップは、立上りブランキング時間と電流制限遅延時間の合計にほぼ等しいオン時間を有する、前記駆動信号内のパルスを検出するステップを含む、請求項６に記載の前記電源を調整するための方法。
10. スイッチング電源であって、
    前記スイッチング電源の入力と出力の間に結合されたエネルギー伝達要素と、
    前記電源の前記入力から電源の前記出力へのエネルギーの伝達を調整するように前記エネルギー伝達要素の入力に結合されたスイッチと、
    前記スイッチによって受け取られて、前記スイッチを通るスイッチ電流を制御する駆動信号を生成するコントローラとを備え、
    前記コントローラは、
    発振器と、
    前記スイッチ電流が電流制限を超えるときを検出するように結合される電流制限比較器と、
    前記電流制限比較器および前記発振器とに結合される周波数調整器とを含み、
    前記周波数調整器は、前記電流制限比較器が、それぞれが前記立上りブランキング時間と電流制限遅延時間との和に等しい前記スイッチの１または複数の連続するオン時間内で、前記スイッチ電流が前記電流制限を越えたことを検出したことに応答して前記スイッチのオフ時間を延長するように前記発振器の発振周波数を調整し、
    前記発振器は、前記電源の出力からのフィードバック信号とは独立して前記スイッチの前記オフ時間を延長する、スイッチング電源。
11. 前記スイッチング電源の前記出力と、前記コントローラとの間に結合されて、前記スイッチング電源の前記出力から前記コントローラに前記フィードバック信号を供給するフィードバック回路をさらに備える、請求項１０に記載のスイッチング電源。
12. 前記コントローラを含む集積回路をさらに備える、請求項１０に記載のスイッチング電源。
13. 前記集積回路は、前記スイッチをさらに含む、請求項１２に記載のスイッチング電源。
14. 前記コントローラ内に含まれて前記電流制限比較器に結合される立上りブランキング回路をさらに備える、請求項１０記載の電源。

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