JP5509182B2

JP5509182B2 - スイッチング電源における出力電力を制限する方法および装置

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Description

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

電子機器の電源に関する通常の要件は、電源が出力電力を制限することである。出力電力を制限する１つの理由は、人身傷害を防止するための安全機関の要件を満たすためである。出力電力を制限する別の理由は、過負荷による電子コンポーネントの損傷を回避するためである。

電源は、通常、指定された時間にわたって出力が調整されなくなった場合に応答する自己保護回路を有する。しかし、出力電力が制限されないと、負荷に障害が発生することにより、出力が調整されても、損傷を生じさせたり、規制上の要件を超える電力が消費される可能性がある。このため、自己保護機能は、電源が、余りにも多くの電力を供給する可能性がある場合、効果がないことがある。

スイッチング電源の出力電力を制限する一般的な方法は、電源の入力における電源スイッチ内の電流を制限することである。最大出力電力はスイッチ内のピーク電流に関する。電気回路の応答に本来備わった遅延により、スイッチ内のピーク電流に関する所望される制限と、スイッチ内の実際の最大ピーク電流の間に差が生じる。その差がより高い入力電圧でより大きくなり、より高い入力電圧では、低い入力電圧のときより最大出力電力が大きくなる。

以下に説明するとおり、電源のスイッチ内の電流を制限することにより、スイッチング電源からの電力が本発明の諸実施態様に従って制限される。一実施態様の場合、スイッチが、電源のエネルギー伝達要素に結合されて、スイッチのスイッチングを制御して、電源の出力を調整する駆動信号をコントローラが生成する。コントローラは、スイッチを通る電流を可変の電流制限値に制限するように駆動信号を調整するための電流リミタを含む。一実施態様の場合、電源の入力ライン電圧に基づく電流リミタが、可変の電流制限値を設定する。例えば、可変の電流制限は、公称入力ライン電圧、または、低い入力ライン電圧に対する公称電流制限値までである。しかし、入力ライン電圧が、比較的高い場合、可変の電流制限は、本発明の教示によれば、低い電流制限値に設定される。一実施態様の場合、コントローラは、電流が２つの値の間を移行するのにどれだけの時間がかかるかを測定することにより、入力電圧の大きさを推定し、次いで、それに応じて、可変の電流制限を調整する。

本発明においては、スイッチに関する可変の電流制限値を電源の入力電圧に応じて調整し、電流が電流制限に達する時点と、スイッチがオフになる時点との間の遅延を補償する。より高い入力電圧に対する低い電流制限値により、高い入力電圧での過度の出力電力が防止される。一実施態様の場合、電源が不連続導通モードで動作している場合、入力電圧は、ゼロの電流の初期値から電流制限に達するのにかかる時間の測定から、間接的に算出される。一般に、設計は、要求される出力電力を供給することができ、スイッチ内の所望の最大ピーク電流と、スイッチ内の実際の最大ピーク電流との間の差を補償することにより、入力電圧の動作範囲を超える最大出力電力を制限することもできる。

以下に説明するとおり、設計の諸要件を満たす、スイッチ内の所望の最大ピーク電流の適切な調整を算出するのに、時間の測定が使用される。スイッチに関する電流制限しきい値が、スイッチの導通中の時間の測定に応答して調整されて、スイッチ内の実際のピーク電流に対する入力ライン電圧の望ましくない影響を補償する。例えば、スイッチのスキップされたスイッチング・サイクル後の第１のスイッチング・サイクル中に、過電流条件が識別されると、本発明のある実施態様では比較的高い入力ライン電圧が示される。

以下に説明するとおり、電源は、スキップされたスイッチング・サイクル後の第１のスイッチング・サイクルにおいて、不連続の導通オペレーション・モードで動作する。その状況では、エネルギー伝達要素内のエネルギーは、スイッチが、次のスイッチング・サイクルでオンになる前に、通常、０になる。したがって、エネルギー伝達要素内のエネルギーが、スイッチング・サイクルの始めに最初に０であって、この第１のスイッチング・サイクル中に過電流条件が生じた場合、本発明の教示によれば、高い入力ライン条件が示され、それに応じて、可変の電流制限がより低い値に設定される。他方、スイッチのスキップされたスイッチング・サイクル後の第１のスイッチング・サイクルで、過電流条件が識別されなかった場合、本発明の教示によれば、電源の入力ライン電圧は、公称である、または、比較的低いものと見なされ、それに応じて、可変電流制限が公称値に設定される。

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。

本発明の教示による、出力電力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。スイッチのピーク電流に関するスイッチング電源の一実施形態に関する送電容量のグラフである。本発明の教示によるスイッチング電源の一実施形態に関するスイッチ内の電流の波形を示す図である。本発明の教示による、出力電力を制限することができる電源のスイッチ内の電流のパラメータと共にタイミング信号のパラメータを示す図である。本発明の教示によるスイッチング電源の出力電力を制限する方法を示す流れ図である。本発明の一実施形態の動作を示す、スイッチング電源のスイッチ内の電流の波形と共にタイミング信号を示す図である。集積回路内部に電源スイッチを含める本発明の一実施形態の機能ブロック図である。

電源において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。

本明細書全体で、「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、または特性は、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。

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方法の実施形態を含む電源の機能ブロック図を示す。図１に示された電源のトポロジは、フライバック調整器として知られている。スイッチング調整器の多くのトポロジや構成が存在し、図１に示したフライバック・トポロジは、本発明の教示に従って他のタイプのトポロジにも適用される本発明の実施形態の諸原理を例示するために与えられていることを理解されたい。

図１の電源の例に示されるとおり、エネルギー伝達要素Ｔ１１２５が、未調整の入力電圧Ｖ_IN１０５と、電源の出力における負荷１６５との間に結合されている。スイッチＳ１１２０が、エネルギー伝達要素１２５の入力の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。駆動信号１５７を生成するコントローラ１４５が、電源スイッチＳ１１２０によってその信号が受け取られるように結合され、スイッチＳ１１２０のスイッチングを制御するように結合される。図１の例では、エネルギー伝達要素Ｔ１１２５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したり、バイアス電圧を供給したり、または負荷における電圧を感知したりする。

クランプ回路１１０が、エネルギー伝達要素Ｔ１１２５の１次巻線１７５に結合されて、スイッチＳ１１２０にかかる最大電圧を制御する。一実施形態では、スイッチＳ１１２０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。一実施形態では、コントローラ１４５は、集積回路や個別の電気部品を含む。スイッチＳ１１２０の動作により、整流器Ｄ１１３０内に脈動電流が生じ、その電流が、キャパシタＣ１１３５によって濾波されて、実質的に一定の出力電圧Ｖ_Oが生じるか、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。また、コントローラ１４５は、スイッチＳ１１２０内の電流Ｉ_D１５５を感知する電流感知１４０を受け取るように結合された電流センサも含む。例えば、変流器、または、例えば、個別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、スイッチングさ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_D１５５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Ｓ１１２０に対する損傷を防止することができる。

図１は、電流Ｉ_D１１５に関する例示的な波形も示している。任意のスイッチング期間Ｔ_S１９０中、スイッチＳ１１２０は、コントローラ１４５からの駆動信号１５７に応答して導通して、出力Ｕ_O１５０を調整する。電流Ｉ_D１１５が、スイッチング期間Ｔ_S１９０の始めから時間ｔ_ON１８０の後、電流制限値Ｉ_PEAK１９５に達すると、スイッチＳ１１２０は、オフになり、スイッチング期間Ｔ_S１９０の残りである時間ｔ_OFF１８５の間オフのままになる。電流波形は、２つの基本動作モードを示す。台形１７０は、連続導通モード（ＣＣＭ）の波形であるのに対して、三角形１７５は、不連続導通モード（ＤＣＭ）の波形である。

図２は、ピーク電流Ｉ_PEAK１９０が、どのように図１の電源の最大出力電力に関係しているかを示す。ＤＣＭでは、出力電力はＩ_PEAKの２乗で増加する。ＣＣＭでは、出力電力は、Ｉ_PEAKに対して直線的に増加する。電流制限値Ｉ_PEAKは、電源の出力電力を制限するのに役立つように使用される。電流制限値Ｉ_PEAKを制限することの難しさは、電流が制限に達する時点と、スイッチがオフになる時点との間に常に遅延が存在することである。

例示するため、図３は、遅延が、どのようにスイッチ内のピーク電流に影響を与えるかを示す。図３に示された例では、Ｉ_PMAXはＩ_Dの所望の最大値である。Ｉ_PMAXという同一の値である電流制限しきい値Ｉ_LIMIT1を有するコントローラは、Ｉ_DがＩ_LIMIT1を超えたとき、スイッチをオフにするアクションを行う。不可避な時間遅延ｔ_dによって、遅延ｔ_dに依存し、かつ、Ｉ_DがＩ_LIMIT1を超えた後、どれだけ速く変化するかにも依存する量ΔＩ_DELAYだけ、Ｉ_DがＩ_LIMIT1を超える。電流制限Ｌ_LIMIT1は、所望されるＩ_PMAXより大きいピーク電流Ｉ_PEAK1をもたらす。遅延ｔ_dとＩ_Dの変化の速度が既知であれば、ΔＩ_DELAYの追加でもＩ_PMAXより少ないピーク電流Ｉ_PEAK2となるように、電流制限がより低い値Ｉ_LIMIT2に補償することが可能である。

遅延を補償するために、低い電流制限値を使用することの面倒な問題は、一般に、ΔＩ_DELAYが、低い入力電圧においてより、高い入力電圧においてより大きいことである。Ｉ_Dは、入力電圧が高である場合、より大きい速度で増加するためである。したがって、高い入力電圧において、単一の補償された電力制御Ｉ_LIMIT2を使用して、最大出力電力を所望される値に制限する電源は、低い入力電圧において、所望の最大出力電力に満たない電力を有することになる。実際、電力を制限する回路が、Ｉ_PEAK2のような、ピーク電流に関する１つだけの所望される制限を有する場合、高い入力電圧において最大電力に関する要件を満たす設計は、低い入力電圧において、要求される電力を供給することができないであろう。

一実施形態の場合、電源は、本発明の教示によれば、低い入力電圧において、第１の補償された電流制限Ｉ_LIMIT1を使用し、高い入力電圧において、第２の補償された電流制限Ｉ_LIMIT2を使用して、広い範囲の入力電圧にわたって、最大出力電力を所望される値に制限することができる。

図４は、本発明の一実施形態に関して、電流Ｉ_Dと共に使用されて、電流制限が、Ｉ_LIMIT1となるか、またはＩ_LIMIT2となるかを判定する例示的なタイミング信号を示す。詳細には、図４は、スイッチ電流Ｉ_Dの２つの完全なスイッチング期間Ｔ１とＴ２を、タイミング信号Ｉ_LIM、Ｉ_LIMMAX、Ｄ_MAXと共に示す。図４では、電流制限信号Ｉ_LIMは、Ｉ_Dが、電流制限よりも大きい場合はいつでも、高である。信号Ｉ_LIMMAXは、電流信号Ｉ_LIMと比較されて、電流制限が、Ｉ_LIMIT1となるか、またはＩ_LIMIT2となるかが判定されるタイミング基準である。信号Ｄ_MAXは、スイッチの最大オン時間を設定する。スイッチは、Ｄ_MAXが高である場合、強制的にオフにされる。

図５は、本発明の教示による、図４のタイミング信号を使用する電源コントローラの一実施形態に関する流れ図である。流れは、スイッチがオフであるブロック５０５で始まる。ブロック５１０が、公称電流制限を設定し、この電流制限は、一実施形態の場合、図４でＩ_LIMIT1に相当し、公称入力電圧、または、低い入力電圧により適している。ブロック５１５が、フィードバック信号ＵFBを解釈して、次のスイッチング期間において、スイッチがオンになるべきか、またはオフのままであるべきかが判定される。スイッチがイネーブルにされる場合、ブロック５２０が、ブロック５２５でオンになるようにスイッチに指示する。スイッチがイネーブルにされない場合、ブロック５２０は、ブロック５４５でオフであるようにスイッチに指示する。

スイッチがオンになると、電流制限信号Ｉ_LIMの状態がブロック５３５で評価される。スイッチのオン時間が、ブロック５４０で、最大許容オン時間と比較される。ブロック５４５は、Ｉ_LIMが高い場合、またはオン時間が最大オン時間ｔ_DMAXを超えた場合、スイッチを即時にオフにする。スイッチがオフになった後、ブロック５５０が、スイッチがオンであった際に、動作モードがＣＣＭであったか、またはＤＣＭであったかに依存して、流れを誘導する。モードは、スイッチがオンになる前に、エネルギー伝達要素内のエネルギーが０になる場合、ＤＣＭである。一実施形態では、スイッチがディセーブルにされた単一のスイッチング期間で、エネルギーを０まで減少させるのに十分である。したがって、一実施形態では、ブロック５５０は、先行するスイッチング期間中にスイッチがイネーブルにされていたか否かについての記憶を有して、現在のスイッチング期間の始めに動作モードを決める。

動作モードが、ＤＣＭではなかった場合、コントローラは、ブロック５１５で、フィードバック信号の解釈を続ける。動作モードが、ＤＣＭであった場合、流れは、ブロック５５５に向かう。ブロック５５５は、電流制限に達するのにかかる時間を基準時間ｔ_LIMMAXと比較する。現実的な回路における遅延は、電流制限に達するのにかかる時間ｔ_LIMの正確な測定を妨げるが、ｔ_LIMのおおよその測定には、それらの遅延を含む信号を測定するだけで十分である。一実施形態の場合、図３のオン時間ｔ_ONであるｔ_LIMと遅延ｔ_dの合計が、ブロック５５５で、基準時間ｔ_LIMMAXと比較するためのｔ_LIMの近似値として測定される。動作がＤＣＭである場合、電流は、本発明の教示によれば、入力電圧が高い場合にだけ、ｔ_LIMMAX未満で電流制限に達する。

電流制限に達するのにかかる時間が、ｔ_LIMMAX未満であった場合、コントローラは、ブロック５３０で、低減された電流制限を設定する。高い入力電圧に関する、低減された電流制限は、図４のＩ_LIMIT2に相当する。電流制限に達するのにかかる時間が、基準時間ｔ_LIMMAX未満ではなかった場合、コントローラは、ブロック５１０で、公称電流制限を設定する。また、基準時間ｔ_LIMMAX未満ではない条件は、電流が電流制限に達する前に、スイッチがオフになる場合にも当てはまり、コントローラが、ブロック５１０で、公称電流制限を設定する。

図６は、図５の流れ図による動作を例示するいくつかのスイッチング期間を示す。期間１で、電流制限が、公称入力電圧、または、低い入力電圧に適切な公称値Ｉ_LIMIT1に設定されていた際に、スイッチは高い入力電圧で動作する。高い入力電圧の高いピーク電流からの余剰エネルギーにより、期間２においてコントローラがスイッチをディセーブルにする。コントローラは、期間３において、電流制限に達するのにかかる短い時間から、高い入力電圧条件を検出し、期間４において、低減された電流制限Ｉ_LIMIT2を設定する。動作は、電流制限に達するのにかかる時間が、基準時間ｔ_LIMMAX未満ではないＤＣＭ動作の期間をコントローラが検出するまで、低減された電流制限で続く。期間ｎで、スイッチは、ディセーブルにされ、入力電圧が低い。コントローラは、ＤＣＭの期間において電流制限に達するのにかかる時間が、基準時間ｔ_LIMMAX未満ではなかったと判定している。したがって、コントローラは、期間（ｎ＋１）において電流制限を公称値Ｉ_LIMIT1に設定する。電流は、期間（ｎ＋１）において電流制限に達せず、したがって、スイッチは、最大オン時間だけオフにされ、電流制限はＩ_LIMIT1のままである。電源は、期間（ｎ＋２）と期間（ｎ＋３）において、低い入力電圧と電流制限Ｉ_LIMIT1で、ＣＣＭで動作する。

図７は、集積回路７００内部に電源スイッチ７３６を含む一実施形態を示す。電源スイッチ７３６は、ドレイン端子７０２とソース端子７５８の間に電流を流すＭＯＳＦＥＴである。集積回路内部の回路群が、ソース端子７５８を基準とする内部電圧Ｖ_CC７０５から電源が供給される。一実施形態の場合、ドレイン端子７０２が、内部電圧Ｖ_CC７０５を供給する。内部電圧Ｖ_CCは、当業者に知られているいくつかの技術により、ドレイン端子７０２から、または集積回路の異なる端子から供給される。

フィードバック端子７５４が、フィードバック信号Ｕ_FBを受け取る。変調器７５２が、フィードバック信号Ｕ_FBを解釈して、イネーブル信号７４４を高または低に設定する。発振器７５６が、スイッチ７３６のスイッチング期間の長さと最大オン時間をそれぞれ決めるクロック信号７４８とＤ_MAX信号７４６を提供する。スイッチ７３６は、Ｄ_MAX７４６が低である間オンである。スイッチ７３６は、Ｄ_MAX７４６が高である間オフである。イネーブル信号７４４が高である場合、ＡＮＤゲート７４０が、ラッチ７３８を設定して、スイッチング期間の始めに駆動信号７５７でスイッチ７３６をオンにする。スイッチ電流Ｉ_D７０６が電流制限を超えると、または信号Ｄ_MAX７４６が高になると、ＯＲゲート７４２が、ラッチ７３８をリセットして、駆動信号７５７でスイッチ７３６をオフにする。

スイッチ電流Ｉ_D７０６は、比較器７０４によって電流制限電圧Ｖ_ILIMITと比較される電圧Ｖ_IDとして感知される。電流源７２８、７３０を有する抵抗器７３２が、電流制限電圧Ｖ_ILIMITを生成する。電流源７３０は、ｐチャネル・トランジスタ７２４によってオンとオフのスイッチングが行われる。一実施形態では、電流源７３０は、電流源７２８の１０分の１である。このため、電流制限電圧Ｖ_ILIMITは、電流源７３０がオンにスイッチングされた場合、１０パーセント増加して、公称電流制限を、低減された電流制限よりも１０パーセント高くする。

ラッチ７３８によって出力される駆動信号７５７は、ＡＮＤゲート７０８によって受け取られる前に、立ち上がりブランキング時間ｔ_LEB遅延７３４だけ遅延させられる。ＡＮＤゲート７０８が、電流制限比較器７０４の出力と、立ち上がりブランキング時間遅延７３４の出力とを受け取り、過電流信号７６０を提供する。立ち上がりブランキング時間ｔ_LEB遅延７３４は、スイッチ７３６が、浮遊キャパシタンスをドレイン端子７０２に放電できるだけ十分に長い。ドレイン端子７０２における浮遊キャパシタンスの放電は、電流制限を一時的に超えるが、電源の出力とは無関係である高いドレイン電流Ｉ_D７０６を生じさせる可能性がある。立ち上がりブランキング時間ｔLEB遅延７３４が、スイッチ７３６がオンになった後、時間ｔ_LEB中に、過電流信号７６０が高になるのを防止する。図７の過電流信号７６０は、図４または図６の信号Ｉ_LIMに相当する。

フリップ・フロップ７５０が、スイッチング期間の始めのイネーブル信号７４４の状態を憶えている。フリップ・フロップ７５０は、毎スイッチング期間の始めに、Ｄ_MAX信号７４６のインバータ７２０からの出力によってクロック制御される。クロック制御されるイネーブル信号７４５の状態の、１つのスイッチング期間から次のスイッチング期間への変化が、ＸＯＲゲート７１６によって検出される。

ＸＯＲゲート７１６は、１つの入力に、遅延７１８をともなって、クロック制御されたイネーブル信号７４５を受け取り、クロック制御されたイネーブル信号７４５の変化が存在する場合はいつでも、ラッチ７１４を設定する。遅延７１８は、ラッチ７１４を設定する出力を提供するだけ十分に長い。一実施形態では、遅延７１８は、１０ナノ秒である。ラッチ７１４は、先行するスイッチング期間から、クロック制御されたイネーブル信号７４５の状態に変化があった場合にはいつでも、スイッチング期間の始めに設定される。
ラッチ７２６は、現在のスイッチング期間の始めにイネーブル信号７４４が高であった場合、セットされる。現在のスイッチング期間の始めにイネーブル信号７４４が、低であった場合、インバータ７２２がラッチ７２６をリセットする。

ラッチ７１４は、現在のスイッチング期間におけるＤＣＭ動作を示すためにセットされる。ＤＣＭは、ラッチ７１４の出力が高である場合に示される。ラッチ７２６は、電流制限を下げるように設定される。

図７の実施形態では、最大オン時間信号Ｄ_MAX７４６は、過電流信号Ｉ_LIM７６０と比較されて、電力制御がＩ_LIMIT1となるか、またはＩ_LIMIT2となるかを判定するタイミング基準でもある。図７の実施形態では、ｔ_LIMMAX＝ｔ_DMAXであり、図４の信号Ｉ_LIMMAXと信号Ｄ_MAXが同一である実施形態を表す。しかし、別の実施形態の場合、ｔ_LIMMAXは、図４に示される例のように、本発明の教示によれば、ｔ_DMAXに必ずしも等しくなくてもよいことが理解されよう。ラッチ７２６は、検出された過電流条件が全く存在しない場合、またはＤ_MAX７４６が低である時間中に電流制限に達しない場合、セットされない。このため、電流源７３０は、本発明の教示によれば、過電流条件が検出されない場合、トランジスタ７２４によってオンにスイッチングされたままである。

図７は、イネーブル信号７４４に応答して、電源スイッチ７３６のスイッチング・サイクルをスキップすることができるスイッチング調整器を使用する、本発明の例のための集積回路７００を示すが、本発明の教示によれば、集積回路の他の例も、特許請求の範囲に含まれることは理解されよう。例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）調整回路も、本発明の教示によれば、範囲に含まれる。例えば、例示的なＰＷＭコントローラは、本発明の教示によれば、電流が、２つの値の間を移行するのにどれだけの時間がかかるかを測定することにより、入力電圧の大きさを推定し、次いで、可変の電流制限を調整する。

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および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。

１１０クランプ回路、１２０電源スイッチ、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

電源のための集積回路コントローラであって、前記コントローラは、
前記コントローラのフィードバック端子に結合されて、前記電源の出力の代表であるフィードバック信号を受けるとともに、前記フィードバック信号に応答して、第１および第２の論理状態を有するイネーブル信号を生成する変調器と、
前記変調器に結合されるとともに、前記電源の出力を調整するためにスイッチのスイッチングを制御するための駆動信号を生成するように適合される駆動信号生成器とを備え、
前記駆動信号生成器は、前記イネーブル信号が前記第１の論理状態の場合には、クロック信号のスイッチング期間の間に前記スイッチをイネーブルとし、
前記駆動信号生成器は、前記イネーブル信号が前記第２の論理状態の場合には、前記スイッチング期間の間に前記スイッチをイネーブルすることをスキップし、
前記コントローラは、
前記スイッチを流れる電流が可変電流制限を超える場合に、過電流信号をアサートするように結合される比較器をさらに備え、
前記駆動信号生成器は、前記過電流信号がアサートされると前記スイッチをディスエーブルとし、
前記コントローラは、
前記比較器に結合されて、前記可変電流制限を提供する可変電流制限生成器をさらに備え、
前記可変電流制限生成器は、前記スイッチング期間の間に、前記イネーブル信号が前記第２の論理状態にある場合は、前記可変電流制限を第１の電流制限に設定し、
前記可変電流制限生成器は、前記スイッチング期間の間に、前記イネーブル信号が前記第２の論理状態から前記第１の論理状態に遷移し、かつ前記過電流信号がアサートされた場合は、前記可変電流制限を第２の電流制限に設定し、
前記第１の電流制限は、前記第２の電流制限よりも大きい、集積回路コントローラ。
前記可変電流制限生成器は、前記スイッチング期間の開始において、前記イネーブル信号が前記第２の論理状態にある場合は、前記可変電流制限を前記第１の電流制限に設定し、
前記可変電流制限生成器は、前記スイッチング期間の開始において、前記イネーブル信号が前記第２の論理状態から前記第１の論理状態に遷移して、前記スイッチング期間の間に前記過電流信号がアサートされた場合は、前記可変電流制限を前記第２の電流制限に設定する、請求項１に記載の集積回路コントローラ。
前記可変電流制限生成器は、タイミング基準に到達する前に前記過電流信号がアサートされた場合は、前記可変電流制限を前記第２の電流制限に設定する、請求項１に記載の集積回路コントローラ。
前記駆動信号生成器に結合されて、前記クロック信号を生成するとともに、前記スイッチの最大オン時間が到来すると前記スイッチをディスエーブルにするような、最大デューティサイクル信号を前記駆動信号生成器に提供する発振器をさらに備える、請求項１に記載の集積回路コントローラ。
前記可変電流制限生成器は、前記スイッチの前記最大オン時間が到来する前に前記過電流信号がアサートされた場合にのみ、前記可変電流制限を前記第２の電流制限に設定する、請求項４に記載の集積回路コントローラ。
前記可変電流制限生成器は、前記変調器および前記発振器に結合されたフリップフロップをさらに含み、
前記フリップフロップは、前記最大デューティサイクル信号でクロックされて、前記スイッチング期間の開始において、前記イネーブル信号の状態を記憶し、
前記可変電流制限生成器は、前記スイッチング期間の開始において、前記イネーブル信号が前記第２の論理状態にある場合は、前記可変電流制限を前記第１の電流制限に設定し、
前記可変電流制限生成器は、前記スイッチング期間の開始において、前記イネーブル信号が前記第２の論理状態から前記第１の論理状態に遷移して、前記スイッチング期間の間に前記過電流信号がアサートされた場合は、前記可変電流制限を前記第２の電流制限に設定する、請求項４に記載の集積回路コントローラ。
前記可変電流制限は、可変電流制限電圧であり、
前記可変電流制限生成器は、
前記比較器の入力に結合された抵抗器を含み、前記抵抗器にかかる電圧は、前記可変電流制限電圧であり、
前記可変電流制限生成器は、
前記抵抗器にかかる前記可変電流制限電圧を生成するように結合された、第１の電流源および第２の電流源をさらに含み、
前記第１および第２の電流源の双方がオンである場合は、前記可変電流制限電圧は前記第１の電流制限であり、
前記第１の電流源がオフでかつ前記第２の電流源がオンである場合は、前記可変電流制限電圧は前記第２の電流制限である、請求項１に記載の集積回路コントローラ。
前記可変電流制限生成器は、前記スイッチング期間の間に、前記イネーブル信号が前記第２の論理状態から前記第１の論理状態に遷移し、かつ前記過電流信号がアサートされた場合に、前記第１の電流源をターンオフするように結合されるラッチをさらに含む、請求項７に記載の集積回路コントローラ。
前記ラッチは、前記スイッチング期間の間に、前記イネーブル信号が前記第２の論理状態にある場合は、前記第１の電流源をターンオンするように結合される、請求項８に記載の集積回路コントローラ。
前記スイッチは、前記集積回路コントローラに含まれる、請求項１に記載の集積回路コントローラ。
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の集積回路コントローラを備える、スイッチング電源。
電源調整器であって、
第１および第２の入力、ならびに出力を有する比較器を備え、
前記比較器の前記第１の入力は、スイッチの電流を検出するように適合され、
前記比較器の前記第２の入力は、可変電流制限値を検出するように適合され、
前記電源調整器は、
前記比較器の前記出力および前記スイッチに結合され、フィードバック信号に応答して電源の出力を調整するために、前記スイッチのスイッチングを制御するコントローラをさらに備え、
前記コントローラは、検出された前記スイッチを流れる電流が、検出された前記可変電流制限値より大きい場合は、前記スイッチをディスエーブルとし、
前記可変電流制限値は、前記スイッチのスキップされたスイッチングサイクル後に生じる第１のスイッチングサイクルの間に過電流状態がない場合は、前記電源の入力ライン電圧に応答して、前記コントローラによって第１の可変電流制限値に設定され、
前記可変電流制限値は、前記スイッチの前記スキップされたスイッチングサイクル後に生じる前記第１のスイッチングサイクルの間に前記過電流状態がある場合は、前記入力ライン電圧に応答して、前記コントローラによって第２の可変電流制限値に設定され、
前記スイッチの前記スイッチングサイクルの間に、前記スイッチの最大オン時間が生じる前に、前記スイッチを流れる電流が前記可変電流制限値を超えると前記過電流状態が生じ、
前記第１の可変電流制限値は、前記第２の可変電流制限値よりも大きい、電源調整器。
前記第１の可変電流制限値は、前記電源の公称入力ライン電圧または比較的低い入力ライン電圧に対応する、請求項１２に記載の電源調整器。
前記第２の可変電流制限値は、前記電源の比較的高い入力ライン電圧に対応する、請求項１２に記載の電源調整器。
前記スイッチの前記スキップされたスイッチングサイクル後に生じる前記第１のスイッチングサイクルは、前記電源の不連続導通動作モードに対応する、請求項１２に記載の電源調整器。
前記電源のエネルギ伝達要素におけるエネルギは、前記スイッチの前記スキップされたスイッチングサイクルの間はゼロになる、請求項１２に記載の電源調整器。
請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の電源調整器を備える、スイッチング電源。