JP7425792B2 - 出力電圧範囲が広い絶縁型コンバータのためのバイアス電力レギュレータ回路 - Google Patents

出力電圧範囲が広い絶縁型コンバータのためのバイアス電力レギュレータ回路 Download PDF

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Description

絶縁型コンバータは、一次巻線及び二次巻線を備える電力変圧器を用いて、入力回路と出力回路との間に完全なガルバニック絶縁を提供するコンバータを指す。いくつかの絶縁型コンバータは、二次巻線とは分離された補助巻線を備える電力変圧器を用いて、一つ又は複数の絶縁型コンバータスイッチに対する制御回路要素（例えば、パルス幅変調コントローラ）に電力（バイアス供給電圧）を供給する。出力電圧範囲が広い絶縁型コンバータ（ＵＳＢ電力送達アダプタ又は発光ダイオードドライバ）の場合、使用し得るバイアス供給電圧を電力変圧器の補助巻線から制御回路要素に直接提供することは困難である。これは、出力電圧範囲が広いシナリオにおいて、使用し得るバイアス供給電圧を提供するには何らかのレギュレーション回路が必要であり、コンバータのコスト、サイズ、及び電力消費量を増加させてしまうためである。電力変圧器の補助巻線を用いて絶縁型コンバータの制御回路要素に電力を供給するための以前のレギュレーション回路の選択肢は、損失が多く、高出力電圧条件においてより高整流の正補助巻線電圧を扱うためにより高い定格電圧を用いることで、コントローラコストを増加させる。
少なくとも１つの例によれば、システムが、一次巻線、二次巻線、及び補助巻線を備える電力変圧器を有する絶縁型コンバータを含む。絶縁型コンバータは、一次巻線に結合される第１のスイッチと、第１のスイッチに結合されるスイッチコントローラを含む。また、絶縁型コンバータは、補助巻線及びスイッチコントローラに結合されるバイアス電力レギュレータ回路を含み、バイアス電力レギュレータ回路は第２のスイッチを含む。バイアス電力レギュレータ回路は、第２のスイッチのスイッチング周波数を変調する第１のモードのセットに基づいて、及び第２のスイッチがオフのままである第２のモードに基づいて、バイアス供給出力電圧をスイッチコントローラに提供するように構成される。
少なくとも１つの例によれば、電力変圧器を備える絶縁型コンバータのための制御回路が補助巻線を有する。制御回路は、バイアス供給入力ノード及びバイアス供給出力ノードを含む。制御回路はまた、バイアス供給出力ノードに結合されるパルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラを含む。制御回路はまた、バイアス供給入力ノードとバイアス供給出力ノードとの間にバイアス電力レギュレータ回路を含む。バイアス電力レギュレータ回路は、バイアス供給入力ノードとバイアス供給出力ノードとの間に順方向経路を含む。バイアス電力レギュレータ回路はまた、順方向経路と接地ノードとの間に結合されるスイッチを含む。バイアス電力レギュレータ回路は、スイッチの制御端子に結合される変調回路要素も含む。バイアス電力レギュレータ回路はまた、変調回路要素に結合されるモードコントローラを含む。
少なくとも１つの例によれば、集積回路が、絶縁型コンバータスイッチ制御ノード、補助巻線ノード、及びバイアス供給電圧ノードを含む。集積回路はまた、バイアス供給電圧ノード及び絶縁型コンバータスイッチ制御ノードに結合される、絶縁型コンバータスイッチコントローラを含む。集積回路はまた、補助巻線ノード及びバイアス供給電圧ノードに結合される、バイアス電力レギュレータ回路を含み、バイアス電力レギュレータ回路はスイッチを含む。バイアス電力レギュレータ回路は、スイッチのスイッチング周波数を変調する複数の変調モードに基づいて、及びスイッチがオフのままである順方向モードに基づいて、バイアス供給電圧を絶縁型コンバータスイッチコントローラに提供するように構成される。
少なくとも１つの例によれば、集積回路が、バイアス供給入力ノード及びバイアス供給出力ノードを含む。集積回路はまた、バイアス供給入力ノードとバイアス供給出力ノードとの間にバイアス電力レギュレータ回路を含む。バイアス電力レギュレータ回路はスイッチを含む。また、バイアス電力レギュレータ回路は、バイアス供給入力ノードにおける電圧レベルがバイアス供給入力閾値より高い場合にスイッチのスイッチング周波数を変調することに基づいて、及び、バイアス供給入力ノードにおける電圧レベルがバイアス供給入力閾値より大きくない場合にスイッチがオフである順方向経路を使用することに基づいて、バイアス供給出力電圧をバイアス供給出力ノードに提供するように構成される。
いくつかの例に従った絶縁型コンバータを示す図である。
いくつかの例に従ったバイアス電力レギュレータ回路を示す概略図である。
いくつかの例に従った別のバイアス電力レギュレータ回路を示す概略図である。
いくつかの例に従ったシステムを示す概略図である。
いくつかの例に従った、バイアス電力レギュレータ回路及び絶縁型コンバータ構成要素を示す図である。
いくつかの例に従った、バイアス電力レギュレータ回路の一定ピーク電流変調モードの特徴を示す一連のグラフである。
いくつかの例に従った、一定ピーク電流変調モードに関する波形を示すタイミング図である。
いくつかの例に従った、バイアス電力レギュレータ回路のサバイバルモード動作に関する波形を示すタイミング図である。
いくつかの例に従った、バイアス電力レギュレータ回路の一定オフ時間変調モードに関する波形を示すタイミング図である。
本明細書において、補助巻線を備える電力変圧器を有する絶縁型コンバータのためのバイアス電力レギュレータオプションを記載する。記載する例において、スイッチを備えるバイアス電力レギュレータ回路が、（一つ又は複数の絶縁型コンバータスイッチを制御するために）補助巻線と絶縁型コンバータスイッチコントローラとの間に置かれる。バイアス電力レギュレータ回路は、補助巻線から取得されるバイアス供給入力電圧（本明細書ではＶＢＩＮと呼ぶ）に基づいて、バイアス供給電圧（本明細書ではＶＶＤＤと呼ぶ）を絶縁型コンバータスイッチコントローラに供給する。いくつかの例において、バイアス電力レギュレータ回路は、ＶＢＩＮ及びＶＶＤＤなどのその動作状態に基づいて、異なるモード又はオプションを用いてＶＶＤＤを絶縁型コンバータスイッチコントローラに提供する。いくつかの例において、モード変更は、その動作状態（例えば、負荷、サバイバルモード、起動など）に基づいて一次コントローラによって行われる。
バイアス電力レギュレータ回路の第１のモード又はオプションを、本明細書では順方向モードと称する。順方向モードにおいて、バイアス電力レギュレータ回路のスイッチはオフのままであり、補助巻線と絶縁型コンバータスイッチコントローラとの間の順方向経路が用いられる。順方向モードは、ＶＢＩＮがバイアス供給入力閾値（ＶＢＩＮ＿ＴＨ）より高いときに用いられる。
バイアス電力レギュレータ回路の第２のモード又はオプションを、本明細書では一定オフ時間変調モードと称する。一定オフ時間変調モードにおいて、バイアス電力レギュレータ回路のスイッチは、一定オフ時間（例えば、２５０ｎｓ）を用いてオン／オフ変調される。いくつかの例において、一定オフ時間変調モードは、ＶＢＩＮがＶＢＩＮ＿ＴＨより低いか又はＶＢＩＮ＿ＴＨに等しいとき、及び、絶縁型コンバータが軽負荷状態にあるときに用いられる。一定オフ時間変調モード（一種の連続伝導モード）の場合、ＶＶＤＤが絶縁型コンバータスイッチコントローラの低電圧誤差防止（ＵＶＬＯ:undervoltage lockout）閾値を下回るのを避けるために、ＶＶＤＤのための電力送達は迅速である。一定オフ時間変調モードが、ＶＶＤＤをＵＶＬＯオフ閾値より上に維持するために、補助巻線においてある程度のＶＢＩＮ（例えば、最小ＶＢＩＮレベルより大きく、ＶＢＩＮ＿ＴＨよりも低い）が必要とされる。したがって、いくつかの例において、絶縁型コンバータスイッチコントローラは、絶縁型コンバータが軽負荷状態にある間、エネルギーパルスを補助巻線に提供するために絶縁型コンバータスイッチを周期的に動作させるように構成される。このようにして、一定オフ時間変調モードでのバイアス電力レギュレータ回路は、絶縁型コンバータが軽負荷状態にある間、ＶＶＤＤをＵＶＬＯオフ閾値より上に維持することができる。
絶縁型コンバータの軽負荷状態の間の絶縁型コンバータスイッチコントローラ及び／又はバイアス電力レギュレータ回路の動作を、本明細書では（絶縁型コンバータスイッチコントローラがシャットダウンしないように保つためにＶＶＤＤがＵＶＬＯオフ閾値より上であることを保証するための）サバイバルモード動作と称する。一例において、サバイバルモード動作は、絶縁型コンバータの軽負荷状態の間、絶縁型コンバータスイッチコントローラが、エネルギーパルスのタイミング及び／又は持続時間を制御するための信号をバイアス電力レギュレータ回路から受信することに関与する。別の例において、サバイバルモード動作は、絶縁型コンバータスイッチコントローラが、バイアス電力レギュレータ回路からの通信なしに、絶縁型コンバータの軽負荷状態の間、エネルギーパルスのタイミング及び／又は持続時間を制御するようにプログラミングされるか又はその他の方式で調整可能であることに関与する。
バイアス電力レギュレータ回路の第３のモード又はオプションを、本明細書では一定ピーク電流変調モードと称する。一定ピーク電流変調モードにおいて、バイアス電力レギュレータ回路のスイッチは、ＶＶＤＤをターゲット基準電圧で維持するためにオン／オフ変調される。いくつかの例において、一定ピーク電流変調モードは、補助巻線におけるＶＢＩＮがＶＢＩＮ＿ＴＨより低いか又はＶＢＩＮ＿ＴＨに等しいとき、及び、絶縁型コンバータが軽負荷状態にないときに用いられる。一定ピーク電流変調モードの場合、バイアス電力レギュレータ回路と共に含まれるインダクタのピーク磁化電流は一定である。そのため、バイアス電力レギュレータ回路のスイッチのスイッチング周波数は、一定ピーク電流変調モード動作の間の絶縁型コンバータのＶＢＩＮ又は出力電圧（ＶＯＵＴ）の関数である。これはＶＢＩＮがＶＯＵＴに比例するためである。必要に応じて、絶縁型コンバータスイッチコントローラにＶＶＤＤを提供するために、バイアス電力レギュレータ回路を第１、第２、及び第３のモード間で切り替える。様々な絶縁型コンバータ並びにバイアス電力レギュレータ回路及び関連波形を、図面を参照して下記で説明する。
図１は、いくつかの例に従った絶縁型コンバータ１００を示す図である。図示されるように、絶縁型コンバータ１００は、電力変圧器１０５とスイッチ（ＱＬ）とを含み、スイッチ（ＱＬ）は、第１の電流端子、第２の電流端子、及び制御端子を備える。より具体的に言えば、ＱＬの第１の電流端子は電力変圧器１０５の一次巻線（ＮＰ）に結合され、ＱＬの第２の電流端子は接地ノード１１８に結合される。また、ＱＬの制御端子は、パルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラ１１０（絶縁型コンバータスイッチコントローラの一例）に結合される。また、図１は、入力供給電圧（ＶＩＮ）ノード１１４、スイッチノード１１２、及び、ＶＩＮノード１１４とスイッチノード１１２との間のクランプ回路１０８を示し、クランプ回路１０８は、ＶＩＮノード１１４とスイッチノード１１２との間の電圧差を制限する。また、絶縁型コンバータ１００の出力ノード１０４とＰＷＭコントローラ１１０との間にフィードバックループ１０６があり、出力ノード１０４は、ダイオード（Ｄ１）を介して電力変圧器１０５の二次巻線（ＮＳ）に結合される。出力ノード１０４において、負荷（図示せず）による使用のため、出力キャパシタ（ＣＯＵＴ）が出力電圧（ＶＯＵＴ）をストアする。
図１の例において、電力変圧器１０５は、バイアス供給ノード１１６を備えるバイアス供給回路１０２の一部である補助巻線（ＮＡＵＸ）も含む。図示されるように、バイアス供給回路１０２は、第１の（例えば、頂部）プレートを備えるキャパシタ（ＣＶＤＤ）も含み、第１のプレートは、バイアス供給ノード１１６に結合され、ダイオード（Ｄ２）を介してＮＡＵＸに結合される。ＣＶＤＤの第２の（例えば、底部）プレートが一次接地ノードに結合される。動作において、バイアス供給回路１０２は、バイアス供給電圧（ＶＶＤＤ）をＰＷＭコントローラ１１０に提供する。絶縁型コンバータ１００のトポロジーは、バイアス供給回路１０２によるＰＷＭコントローラ１１０への電力供給を可能にする。しかしながら、ＶＯＵＴ変動のあるシナリオの場合、バイアス供給回路１０２は適切なＶＶＤＤを供給することができない可能性がある。
一例として、ＰＷＭコントローラ１１０が１０ＶのＵＶＬＯオフ閾値を有し、ＮＡＵＸ＝ＮＳ、及びＶＶＤＤ＝ＶＯＵＴ＝３．３Ｖ～２１Ｖである場合、ＶＶＤＤが低過ぎる可能性があり、絶縁型コンバータ１００が開始できなくなる（ＰＷＭコントローラ１１０がオフになる）。別の例において、ＶＯＵＴ＝３．３Ｖ～２１Ｖに対し、ＮＡＵＸ＝４×ＮＳ及びＶＶＤＤ＝１３．２Ｖ～８４Ｖである場合、ＶＶＤＤが高過ぎる可能性があり、その結果、待機電力に対するダメージとなり、より高い定格電圧を有する絶縁型コンバータスイッチコントローラのコスト増加となり得る。
図２は、いくつかの例に従ったバイアス供給回路２００を示す概略図である。バイアス供給回路２００は、図１について論じたＶＯＵＴ変動の問題に対して、線形レギュレータの解決策を提供する。図示されるように、バイアス供給回路２００は、補助巻線（ＮＡＵＸ１）に結合される、レジスタ（Ｒ１）及びダイオード（Ｄ３）を含む。キャパシタ（Ｃ１）が、ＮＡＵＸから受け取った電荷をストアし、電荷は、ノード２０２においてＶＶＤＤを提供するためにパス素子（ＱＬＤＯ）を用いてレギュレートされる。図示されるように、バイアス供給回路２００は、第１の電流端子とＱＬＤＯの制御端子との間に結合される第２のレジスタ（Ｒ２）も含む。また、ＱＬＤＯの制御端子と接地ノードとの間にツェナーダイオード（ＺＤ１）が結合される。ノード２０２において、絶縁型コンバータスイッチコントローラによる使用のために、キャパシタ（ＣＶＤＤ）を用いてＶＶＤＤをストアする。絶縁型コンバータ１００などの絶縁型コンバータにおけるバイアス供給回路１０２の代わりに、バイアス供給回路２００が用いられる場合、ＶＯＵＴ変動は許容可能になる。しかしながら、線形レギュレータの解決策の電力損失は、システム効率を大幅に悪化させる。また、熱に関する問題を解決するために大型のＱＬＤＯが必要になり、コスト及びフットプリントサイズが増加する。
図３は、いくつかの例に従った別のバイアス供給回路３００を示す概略図である。図示されるように、バイアス供給回路３００は、２つの補助巻線（Ｎａｕｘ１及びＮａｕｘ２）及び２つのレギュレーション経路３０４及び３０６を含む。第１のレギュレーション経路３０４は、バイアス供給回路２００の線形レギュレータの解決策について記載した構成要素を含む。第２のレギュレーション経路３０６は、第３のレジスタ（Ｒ３）及びダイオード（Ｄ４）を含む。ノード３０２において、絶縁型コンバータスイッチコントローラが使用するために、ＶＶＤＤが利用可能である。バイアス供給回路３００を用いると、高出力電圧状態におけるレギュレータ損失は低減されるが、低出力電圧状態のままである。また、Ｎａｕｘ１及びＮａｕｘ２を形成するための変圧器巻線構造は複雑さを増加させる。
図４は、いくつかの例に従ったシステム４００を示す図である。図４の例において、システム４００は、図１の絶縁型コンバータ１００について提示したトポロジーと同様のトポロジーを備える絶縁型コンバータ４０１を含む。図示されるように、絶縁型コンバータ４０１は、電圧トランス４０５とスイッチ（ＱＬ１）とを含み、スイッチ（ＱＬ１）は、第１の電流端子、第２の電流端子、及び制御端子を備える。より具体的に言えば、ＱＬ１の第１の電流端子は電圧トランス４０５の一次巻線（ＮＰ１）に結合され、ＱＬ１の第２の電流端子は接地ノード４１８に結合される。また、ＱＬ１の制御端子はＰＷＭコントローラ４１０（絶縁型コンバータスイッチコントローラの一例）に結合される。図４の例において、ＰＷＭコントローラ４１０は、ＶＶＤＤがＵＶＬＯオフ閾値を下回って下がった場合にＰＷＭコントローラ４１０をシャットダウンするためのＵＶＬＯ回路４１３を含む。また、図４は、ＶＩＮノード４１４、スイッチノード４１２、及び、ＶＩＮノード４１４とスイッチノード４１２との間のクランプ回路４０８を示し、クランプ回路４０８は、ＶＩＮノード４１４とスイッチノード４１２との間の電圧差を制限する。また、絶縁型コンバータ４０１の出力ノード４０４とＰＷＭコントローラ４１０との間にフィードバックループ４０６があり、出力ノード４０４は、ダイオード（Ｄ５）を介して電力変圧器４０５の二次巻線（ＮＳ１）に結合される。出力ノード４０４において、負荷（ＲＬＯＡＤ）による使用のために、出力キャパシタ（ＣＯＵＴ）が出力電圧（ＶＯＵＴ）をストアする。異なる例において、ＲＬＯＡＤは、ＵＳＢ ＰＤアダプタ、ＬＥＤドライバ、又は別の負荷に対応する。
図４の例において、電力変圧器４０５は補助巻線（ＮＡＵＸ１）も含む。図示されるように、ＮＡＵＸ１は、ダイオード（Ｄ６）を介してバイアス供給入力（ＶＢＩＮ）ノード４１６に結合され、ＶＢＩＮノード４１６においてキャパシタ（ＣＢＩＮ）によってストアされる。システム４００において、スイッチ（Ｑ１）を備えるバイアス電力レギュレータ回路４２２が、ＶＢＩＮノード４１６とＰＷＭコントローラ４１０との間に結合される。動作において、バイアス電力レギュレータ回路４２２は、ＶＢＩＮ及び様々な動作モードに基づいて、ＶＶＤＤをＰＷＭコントローラ４１０に供給するように構成される。
いくつかの例において、バイアス電力レギュレータ回路４２２の動作モードは、ＶＢＩＮが閾値（ＶＢＩＮ＿ＴＨ）より高いときにバイアス電力レギュレータ回路４２２の順方向経路４２８を用いる、順方向モードを含む。順方向モードにおいて、Ｑ１はオフのままであり、ＶＶＤＤはＶＢＩＮに従う。バイアス電力レギュレータ回路４２２の別の動作モードは、ＶＢＩＮがＶＢＩＮ＿ＴＨより低いか又はＶＢＩＮ＿ＴＨに等しいとき、及び、絶縁型コンバータ４０１が軽負荷状態であるときに用いられる、一定オフ時間変調モードである。一定オフ時間変調モードにおいて、Ｑ１は、ＶＶＤＤをＰＷＭコントローラ４１０のＵＶＬＯオフ閾値より上に保つように選択される一定オフ時間（例えば、２５０ｎｓ）に基づいてオン／オフ変調される。一定オフ時間変調は、ＶＶＤＤがＵＶＬＯオフ閾値より上のままであるように、バイアス電力レギュレータ回路４２２のＶＶＤＤノード４３０にエネルギーを即時に渡すために用いられる一種の連続伝導モード（ＣＣＭ）である。一定オフ時間変調モードが用いられるとき、絶縁型コンバータ４０１のＰＷＭコントローラ４１０は、ＮＡＵＸ１がエネルギーを受け取り、ＶＢＩＮが十分に高いように、周期的制御パルスをＱＬ１に提供する。ＰＷＭコントローラ４１０のこれらの動作は、ＶＯＵＴレギュレーションとは分離され、本明細書ではサバイバルモード動作と称する。いくつかの例において、ＰＷＭコントローラ４１０のサバイバルモード動作は、（例えば、サバイバルモード動作の間にＰＷＭコントローラ４１０によって提供される制御パルスのタイミング及び／又は持続時間を指示するための）バイアス電力レギュレータ回路４２２からの通信に関与する。他の例において、ＰＷＭコントローラ４１０の動作は、サバイバルモードの間にＰＷＭコントローラ４１０によって提供される制御パルスのタイミング及び／又は持続時間がＶＶＤＤをＵＶＬＯオフ閾値より上に保つように、プログラミング又は調整される。
バイアス電力レギュレータ回路４２２の第３の動作モードは、ＶＢＩＮがＶＢＩＮ＿ＴＨより低いか又はＶＢＩＮ＿ＴＨに等しく、絶縁型コンバータ４０１が軽負荷状態にないときに用いられる、一定ピーク電流変調モードである。一定ピーク電流変調モードにおいて、ＶＶＤＤはターゲット基準電圧にレギュレートされる。この第３の動作モード（一定ピーク電流変調モード）は、一種の非連続伝導モード（ＤＣＭ）である。
図４の例において、順方向モードに用いられる順方向経路４２８はインダクタ（ＬＢ）を含み、インダクタ（ＬＢ）は、ＶＢＩＮノード４１６に結合される第１の端部とダイオード（ＤＢ）のアノードに結合される第２の端部とを備える。ＤＢのカソードはバイアス電力レギュレータ回路４２２のＶＶＤＤノード４３０に結合され、ＰＷＭコントローラ４１０による使用のため、キャパシタ（ＣＶＤＤ）がＶＶＤＤノード４３０におけるＶＶＤＤをストアする。ＶＢＩＮがＶＢＩＮ＿ＴＨより高いとき順方向経路４２８が用いられ、Ｑ１はオフのままであり、ＶＶＤＤはダイオードドロップと共にＶＢＩＮに従う。
順方向モード及び他のモード（例えば、一定オフ時間変調モード及び一定ピーク電流変調モード）をサポートするために、バイアス電力レギュレータ回路４２２は制御回路４２３を含む。図４の例において、制御回路４２３は、変調回路要素４２４及びモードコントローラ４２６を含む。図示されるように、変調回路要素４２４はＱ１の制御端子に結合される。一方、Ｑ１の第１の電流端子は、ＤＢのアノードに及びＬＢの第２の端部に結合される。また、Ｑ１の第２の電流端子は、レジスタ（Ｒ４）を介して接地ノードに結合される。
図４の例において、制御回路４２３は、サポートされたモード（順方向モード、一定オフ時間変調モード、及び一定ピーク電流変調モード）を用いてＱ１を制御するように構成され、異なるサポートモードの選択は、ＶＢＩＮ、ＶＶＤＤ、及び絶縁型コンバータ４０１の負荷状態に依存する。本明細書で記載するように、順方向モードは、ＶＢＩＮがＶＢＩＮ＿ＴＨより高いときに用いられる。また、一定オフ時間変調モードは、ＶＢＩＮがＶＢＩＮ＿ＴＨより低いか又はＶＢＩＮ＿ＴＨに等しいとき、及び、絶縁型コンバータ４０１が軽負荷状態にあるときに用いられる。また、一定ピーク電流変調モードは、ＶＢＩＮがＶＢＩＮ＿ＴＨより低いか又はＶＢＩＮ＿ＴＨに等しいとき、及び、絶縁型コンバータ４０１が軽負荷状態にないときに用いられる。
図４の例において、モードコントローラ４２６は、軽負荷信号をＰＷＭコントローラ４１０から受信することと、パルス要求信号をＰＷＭコントローラ４１０に送信することとを含む様々な動作を一定ピーク電流変調モードの間に行なう。一定ピーク電流変調モードは、ＶＶＤＤをＰＷＭコントローラ４１０のＵＶＬＯオフ閾値より上に保つために用いられるため、一定オフ時間変調モードの間のモードコントローラ４２６及び／又はＰＷＭコントローラ４１０の動作は、サバイバルモード動作と称する（ＰＷＭコントローラ４１０は、サバイバルモード動作がないとオフになる）。他の例において、ＰＷＭコントローラ４１０は、モードコントローラ４２６からのパルス要求信号なしにサバイバルモード動作を提供するようにプログラミングされ得る。
図４の例において、一定ピーク電流変調モード動作は、ＶＶＤＤとＱ１の第２の電流端子において感知される電流との関数である。いくつかの例において、一定ピーク電流変調モード動作の間に変調回路要素４２４によって用いられる電流感知電圧値（ＶＢＣＳ）を提供するために、Ｑ１の第２の電流端子とＲ４との間に電流感知回路４３２が置かれる。
いくつかの例において、ＰＷＭコントローラ４１０及びバイアス電力レギュレータ回路４２２は、市販製品（例えば、集積回路ダイ又はパッケージチップ）としてパッケージングされるか又は他の方式で組み合わせられる。他の例において、ＰＷＭコントローラ４１０及びバイアス電力レギュレータ回路４２２は、別々の市販製品（例えば、集積回路ダイ又はパッケージチップ）である。
図５は、いくつかの例に従ったバイアス電力レギュレータ回路５００（図４のバイアス電力レギュレータ回路４２２の一例）を示す図である。図示されるように、バイアス電力レギュレータ回路５００は、図４において論じた順方向経路４２８を提供するためにＬＢ及びＤＢを含む。バイアス電力レギュレータ回路５００はＱ１も含み、Ｑ１はＬＢとＤＢとの間のスイッチノード５４０に結合される。バイアス電力レギュレータ回路５００はまた、Ｑ１を制御するための制御回路４２３Ａ（図４の制御回路４２３の一例）を含む。制御回路４２３Ａは、順方向モード（Ｑ１はオフ）、一定オフ時間変調モード（Ｑ１は一定オフ時間を用いてオン／オフ変調される）、又は一定ピーク電流変調モード（Ｑ１はターゲット基準及び電流感知値を用いてオン／オフ変調される）を選択するように構成され、異なるモード間の選択は、閾値（ＶＢＩＮ＿ＴＨ）に対するＶＢＩＮに基づき、また、関連する絶縁型コンバータの負荷状態に基づく。
図示されるように、図５の制御回路４２３Ａは、ＶＢＩＮノード５３８（ＶＢＩＮノード４１６の一例）に結合される変調オン／オフコントローラ５３４を含む。ＶＢＩＮがＶＢＩＮ＿ＴＨより高いとき、変調オン／オフコントローラ５３４から出力されるイネーブル信号５４４はアサート解除され、結果としてＱ１はオフになる。Ｑ１がオフのままであり、ＶＢＩＮがＶＢＩＮ＿ＴＨより高い間、バイアス電力レギュレータ回路５００の順方向モードが用いられる。
制御回路４２３Ａは、ＶＢＩＮがＶＢＩＮ＿ＴＨより高くないときに用いるための、一定オフ時間変調回路５０２及び一定ピーク電流変調回路５１２も含む。このような場合、変調オン／オフコントローラ５３４は、アサートされたイネーブル信号５４４を出力する。図５を図４と比較すると、一定オフ時間変調回路５０２、一定ピーク電流変調回路５１２、及び変調オン／オフコントローラ５３４は、図４の変調回路要素４２４に対応する。また、図５の制御回路４２３Ａにおいて表される他の構成要素（例えば、ＡＮＤゲート５３２、ドライバ５３６、Ｓ－Ｒラッチ５３０、及びＯＲゲート５１４）も、図４の変調回路要素４２４の一部と見なされ得る。
図５の例において、変調オン／オフコントローラ５３４から出力されるイネーブル信号５４４は、ＡＮＤゲート５３２に入力される。ＡＮＤゲート５３２への他方の入力は、一定オフ時間変調回路５０２又は一定ピーク電流変調回路５１２のいずれかからの制御信号５４２である。イネーブル信号５４４及び制御信号５４２が高であるとき、ＡＮＤゲート５３２の出力は、高であり、ドライバ５３６に送られるバイアスＰＷＭ（ＢＰＷＭ）信号に対応する。図５において、ドライバ５３６は、基準電圧（ＶＲＥＦ）に基づいてＱ１に駆動信号を提供し、駆動信号のタイミングはＢＰＷＭに基づく。
図５の例において、制御信号５４２は、Ｓ－Ｒラッチ５３０によって提供されるラッチされた制御信号である。図示されるように、Ｓ－Ｒラッチ５３０に対するＲ入力は、一定ピーク電流変調回路５１２の第１の出力５５０（十分な電力フローが使用可能であることを示す）によって提供され、一方、Ｓ－Ｒラッチ５３０に対するＳ入力は、ＯＲゲート５１４によって提供され、ＯＲゲート５１４は、第１の入力が一定ピーク電流変調回路５１２の第２の出力５５２に結合され、第２の入力が一定オフ時間変調回路５０２の出力５５４に結合される。
図示されるように、一定ピーク電流変調回路５１２の第１の出力５５０は、コンパレータ５２２及びＡＮＤゲート５２０によって生成される。より具体的に言えば、コンパレータ５２２は、感知電流値ＶＢＣＳ（Ｑ１を介する電流フローを示す）を感知電流閾値（ＶＢＣＳＴ）と比較し、ＶＢＣＳは電流感知回路５３７から提供される。ＶＢＣＳがＶＢＣＳＴより高いとき、コンパレータ５２２の出力は高である。ＶＢＣＳがＶＢＣＳＴより高くない場合、コンパレータ５２２の出力は低である。図示されるように、コンパレータ５２２の出力は、ＡＮＤゲート５２０への入力の１つである。ＡＮＤゲート５２０への他方の入力は制御信号（ｔＢＬＥＢ）であり、ｔＢＬＥＢは、ｔＢＬＥＢの持続時間の間、コンパレータ５２２の出力をブランキングするために用いられる、ＢＰＷＭパルスから導出されるワンショットパルスである。ＡＮＤゲート５２０の出力は、一定ピーク電流変調回路５１２の第１の出力５５０である。
一定ピーク電流変調回路５１２の第２の出力５５２は、ＶＤＤフィードバック回路５１８及び電圧制御発振器（ＶＣＯ）５１６によって生成される。図示されるように、ＶＤＤフィードバック回路５１８への入力は、（バイアス電力レギュレータ回路５００のＶＶＤＤノード５６０からの）ＶＶＤＤと、基準電圧（ｋ×ＶＲＥＦ、ｋはスケーリングファクタ）とを含む。ＶＤＤフィードバック回路５１８の出力は、比較結果（ＶＣＯＭＰ）であり、ＶＣＯ５１６によって提供される第２の出力５５２の周波数を調整するために用いられる。
図５の例において、一定オフ時間変調回路５０２の出力は、インバータ５０８、オフ時間（ＴＯＦＦ）遅延回路５０６、及びＡＮＤゲート５０４を用いて提供される。図示されるように、インバータ５０８への入力はＢＰＷＭ信号である。ＴＯＦＦ遅延回路５０６は、インバータ５０８の出力を受け取り、所定のＴＯＦＦ値に基づいて出力を提供する。ＴＯＦＦ遅延回路５０６の出力は、ＡＮＤゲート５０４への入力の１つである。ＡＮＤゲート５０４への他方の入力は、モードコントローラ４２６Ａによって提供される。より具体的に言えば、図５の例において、モードコントローラ４２６ＡはＡＮＤゲート５６２及びコンパレータ５６４を含む。図示されるように、コンパレータ５６４への入力は、ＶＶＤＤノード５６０からのＶＶＤＤと、ＶＶＤＤ閾値（ＶＶＤＤ（ＴＨ））とを含む。コンパレータ５６４の出力信号（ＩＮＴ＿ＳＴＯＰ）は、ＶＶＤＤがＶＶＤＤ（ＴＨ）より低くなったことを示し、したがって、本明細書で記載するようにＶＶＤＤをＵＶＬＯオフ閾値より上に保つためのパルスが必要である。ＩＮＴ＿ＳＴＯＰが高であり、絶縁型コンバータの軽負荷状態が存在するとき、ＡＮＤゲート５６２の出力信号５６６は高である。図示されるように、ＡＮＤゲート５６２の出力信号５６６はＡＮＤゲート５０４に提供され、これは、一定オフ時間変調回路５０２の出力が高であるときに制御する。ＡＮＤゲート５０４の出力において、「Ｖｘ」ノードが標示され、Ｖｘノードに対応する代表的なＶｘ信号が図９に示される。
図５の例において、一定オフ時間変調回路５０２は、絶縁型コンバータの軽負荷状態が存在し、ＶＢＩＮがＶＢＩＮ＿ＴＨに等しいか又はＶＢＩＮ＿ＴＨより低いときに、Ｑ１の変調を制御する。例えば、モードコントローラ４２６ＡのＡＮＤゲート５６２への軽負荷信号入力が高であり、ＶＢＩＮがＶＢＩＮ＿ＴＨに等しいか又はＶＢＩＮ＿ＴＨより低い場合、一定オフ時間変調回路５０２は、Ｑ１に対するアクティブ変調コントローラである。そうではなく、モードコントローラ４２６ＡのＡＮＤゲート５６２への軽負荷信号入力が低であり、ＶＢＩＮがＶＢＩＮ＿ＴＨに等しいか又はＶＢＩＮ＿ＴＨより低い場合、一定ピーク電流変調回路５１２は、Ｑ１に対するアクティブ変調コントローラである。
図５の例において、モードコントローラ４２６Ａは、サバイバルモード動作を行なうために、絶縁型コンバータのためのＰＷＭコントローラ（例えば、図４のＰＷＭコントローラ４１０）と通信している。図示されるように、こうしたサバイバルモード動作は、ＰＷＭコントローラからの軽負荷信号の受信、並びにＰＷＭコントローラへのパルス要求信号の提示に関与し得る。
図６は、いくつかの例に従った、バイアス電力レギュレータ回路（例えば、図４におけるバイアス電力レギュレータ回路４２２、又は図５におけるバイアス電力レギュレータ回路５００）の一定ピーク電流変調モードの特徴を示すグラフ６００Ａ～６００Ｃ及び６１０Ａ～６１０Ｃのセットである。グラフ６００Ａにおいて、ＶＢＩＮに対するＩＢＣＳＴの値が示される。本明細書で用いられる場合、ＩＢＣＳＴはブーストのピーク電流であり、すなわち、スイッチがオフされているときにブーストスイッチにおいて達するピーク電流、すなわち、記載される一定ピーク電流変調モードと一定オフ時間変調モードとの両方の特徴、である。
図示されるように、ＩＢＣＳＴは、一定ピーク電流変調モードの間、第１の一定の値（例えば、０．３Ａ）のままであり、ＶＢＩＮがＶＢＩＮ＿ＴＨより大きくなると（順方向モードが開始すると）ゼロまで下がる。グラフ６００Ｂにおいて、ＶＢＩＮに対するＱ１のスイッチ周波数の値（ｆＢＳＷ）が示される。図示されるように、ｆＢＳＷは、ＶＢＩＮが増加するにつれて線形に減少する。ＶＢＩＮがＶＢＩＮ＿ＴＨより大きくなると（順方向モードが開始すると）、ｆＢＳＷはゼロまで下がる。グラフ６００Ｃにおいて、ＶＢＩＮに対するＶＶＤＤの値が表わされる。図示されるように、ＶＢＩＮが増加する際、ＶＶＤＤは定常である。ＶＢＩＮがＶＢＩＮ＿ＴＨより大きくなると（順方向モードが開始すると）、ＶＢＩＮは線形に増加する。グラフ６００Ａ～６００Ｃの例において、ＶＢＩＮは３Ｖから２１Ｖの間で変動するように示される。他の例において、ＶＢＩＮの範囲は変動し得る。
グラフ６１０Ａにおいて、ＩＶＤＤに対するＩＢＣＳＴの値が示される。図示されるように、ＩＶＤＤが増加する際、ＩＢＣＳＴは一定の値（例えば、０．３Ａ）のままである。グラフ６１０Ｂにおいて、ＩＶＤＤに対するｆＢＳＷの値が示される。図示されるように、ＩＶＤＤが増加するにつれて、ｆＢＳＷは（例えば、最小値から最大値へ）線形に増加する。グラフ６１０Ｃにおいて、ＩＶＤＤに対するＶＶＤＤの値が示される。図示されるように、ＩＶＤＤが増加する際、ＶＶＤＤは定常（例えば、この例では１５Ｖ）のままである。グラフ６１０Ａ～６１０Ｃの例において、ＩＶＤＤは最小と最大との間で変動するように示される。異なる例において、ＩＶＤＤの範囲は変動し得る。
図７は、いくつかの例に従った一定ピーク電流変調モードに関する波形を示すタイミング図７００である。示される波形は、ＶＢＰＷＭ、ＶＢＳＷ、ＩＢＣＳＴ、及びＶＢＣＳについてのものである。タイミング図７００に示されるように、ＶＢＰＷＭについての波形は、ｆＢＳＷに基づく周期を有するパルス幅変調信号を表す。また、ＶＢＰＷＭが高いときＶＢＳＷ（図５におけるスイッチノード５４０における電圧）は低く、ＶＢＰＷＭが低いとき発振する。ＶＢＰＷＭが初期的に低くなると、ブーストスイッチ内の電流はオフになり、ブーストインダクタにおける電流がブーストスイッチからブーストダイオードへ移動する際、ＶＢＳＷはＶＶＤＤよりわずかに上の小電圧まで上昇する。インダクタ電流は、ＶＶＤＤとＶＢＩＮとの間の電圧差の関数としてゼロまで減衰する。電流がゼロまで減衰すると、ＶＢＳＷ上の電圧は共振を開始する。
また、ＩＢＣＳＴは定常のままとして示される。最終的に、ＶＢＰＷＭが高であるときＶＢＣＳは線形に増加し、ＶＢＰＷＭが低であるとき低いままであるように示される。また、ＶＢＰＷＭの低から高への各遷移において、ＶＢＣＳ内に小さなパルスが示される。一定ピーク電流変調モードでは、インダクタのピーク磁化電流は一定であるため、所与のレギュレータ入力電圧（ＶＢＩＮ）についてオン時間は一定である。また、ｆＢＳＷは、絶縁型コンバータの出力負荷に依存して変動し得る。
図８は、いくつかの例に従った、バイアス電力レギュレータ回路（例えば、図４におけるバイアス電力レギュレータ回路４２２、又は図５におけるバイアス電力レギュレータ回路５００）のサバイバルモード動作に関する波形を示すタイミング図８００である。タイミング図８００において、絶縁型コンバータ出力電流（ＩＯＵＴ）が高（重負荷）から、軽負荷状態に対応する低（軽負荷）へ向かうように示される。軽負荷状態に応答して、絶縁型コンバータのＶＯＵＴは増加し始める。また、ＶＦＢは高レベルから閾値８０２を下回る低いレベルへと線形に減少する。ＶＦＢが閾値８０２を下回ると、軽負荷信号がアサートされる。
また、タイミング図８００は離間したＰＷＭ信号を示す。初期的に、ＰＷＭ信号のタイミングはフィードバックループ（例えば、フィードバックループ４０６）に基づく。軽負荷状態に達すると、フィードバックループに基づくＰＷＭ信号は、軽負荷状態が終了するまでに停止する。軽負荷状態の間、ＰＷＭ信号は、（エネルギーをＮＡＵＸ１に渡し、次いでこれを、ＰＷＭコントローラ４１０をオンに保つために、バイアス電力レギュレータ回路によってレギュレートするために）本明細書において記載するサバイバルモード動作の一部として周期的にアサートされる。また、タイミング図８００は、示される持続時間を通じて低いままであるＶＢＩＮ波形を示す。またＶＶＤＤは、軽負荷状態の間に低下する前に高で開始する。サバイバルモード動作の間、ＶＶＤＤは強制的にＶＶＤＤ（ＴＨ）より上のままとされ、ＶＶＤＤ（ＴＨ）はＵＶＬＯオフ閾値より上に設定される。また、サバイバルモードに関するパルス要求信号（ＩＮＴ＿ＳＴＯＰ）がタイミング図８００に示される。ＩＮＴ＿ＳＴＯＰパルスは、例えばモードコントローラ（例えば、図４におけるモードコントローラ４２６、又は図５におけるモードコントローラ４２６Ａ）によって、ＰＷＭコントローラ（例えば、図４におけるＰＷＭコントローラ４１０）に提供されて、たとえ絶縁型コンバータについて軽負荷状態が存在する場合であっても、サバイバルモード動作のためにエネルギーパルスを提供するために、ＰＷＭコントローラに一時的にスイッチ（例えば、ＱＬ１）をオンにするように指示する。
図９は、いくつかの例に従った、バイアス電力レギュレータ回路（例えば、図４におけるバイアス電力レギュレータ回路４２２、又は図５におけるバイアス電力レギュレータ回路５００）の一定オフ時間変調モードに関する波形を示すタイミング図９００である。タイミング図９００において、一定オフ時間変調モードを用いる強制ＣＣＭシナリオが示される。より具体的に言えば、絶縁型コンバータＰＷＭ波形が、ＩＮＴ＿ＳＴＯＰ波形、ＶＸ波形、ＶＢＳＷ波形、ＶＶＤＤ波形、ＵＶＬＯオフ閾値、ＶＢＩＮ波形、及びＩＬＢ波形と共に示される。
図示されるように、ＩＮＴ＿ＳＴＯＰがアサートされる間に生じる３つのＰＷＭパルスがタイミング図９００に示される。図９００において、ＶＸは図５におけるＡＮＤゲート５０４の出力に対応する。一方、ＶＢＳＷは、バイアス供給変調回路のスイッチノード（例えば、スイッチノード５４０）における電圧に対応する。タイミング図９００において、ＶＶＤＤはＶＶＤＤ（ＴＨ）より下に下がっているように示されるが、ＵＶＬＯオフ閾値より下ではない。ＶＶＤＤがＶＶＤＤ（ＴＨ）より下に下がることに応答して、ＶＶＤＤをＵＶＬＯオフ閾値より上に保つために一定オフ時間変調モード動作が用いられる。経時的に、ＶＢＩＮはＰＷＭパルスに起因して増加する。また、ＩＬＢは、バイアス電力レギュレータ回路（例えば、図４及び図５におけるＬＢ）の順方向経路インダクタ内の電流（例えば、ＬＢ）を示す。図示されるように、平均のＩＬＢは、ＶＶＤＤをＵＶＬＯオフ閾値より上に保つためのエネルギーを即時に提供するために、一定オフ時間変調モードの間、より高いままである。
いくつかの例において、システム（例えば、システム４００）が、負荷（例えば、図４におけるＲＬＯＡＤ）と、負荷に結合される絶縁型コンバータ（例えば、図４における絶縁型コンバータ４０１）とを含む。絶縁型コンバータは、電力変圧器（例えば、図４における電力変圧器４０５）を含み、電力変圧器は、一次巻線（例えば、図４におけるＮＰ１）、二次巻線（例えば、図４におけるＮＳ１）、及び補助巻線（例えば、図４におけるＮＡＵＸ１）を備える。また、システムは、一次巻線に結合される第１のスイッチ（例えば、図４におけるＱＬ１）と、第１のスイッチに結合されるスイッチコントローラ（例えば、図４におけるＰＷＭコントローラ４１０）とを含む。また、システムは、補助巻線及びスイッチコントローラに結合される、バイアス電力レギュレータ回路（図４におけるバイアス電力レギュレータ回路４２２、又は図５におけるバイアス電力レギュレータ回路５００）を含み、バイアス電力レギュレータ回路は第２のスイッチ（例えば、図４及び図５におけるＱ１）を含む。バイアス電力レギュレータ回路は、第２のスイッチのスイッチング周波数を変調する第１のモードセットに基づいて、及び、第２のスイッチがオフのままである順方向モードに基づいて、バイアス供給出力電圧（例えば、図４におけるＶＶＤＤ）をスイッチコントローラに提供するように構成される。
いくつかの例において、バイアス電力レギュレータ回路は、補助巻線によって提供されるバイアス供給入力電圧（例えば、図４におけるＶＢＩＮ）が閾値（例えば、ＶＢＩＮ＿ＴＨ）より低いとき、第１のモードセットのうちの１つを選択するように構成されるモードコントローラ（例えば、図４におけるモードコントローラ４２６）を含む。いくつかの例において、モードコントローラは、第１のモードセットの一定オフ時間変調オプションを選択するように、及び、絶縁型コンバータが軽負荷状態にある間に、スイッチコントローラ（例えば、図４におけるＰＷＭコントローラ４１０）にパルスを提供するよう指示するように構成される。いくつかの例において、一定オフ時間変調オプションは、バイアス供給出力電圧（例えば、図４におけるＶＶＤＤ）をスイッチコントローラのＵＶＬＯオフ閾値より上に保つために用いられる。いくつかの例において、スイッチコントローラは、軽負荷信号をモードコントローラに提供するように構成され、モードコントローラは、軽負荷信号がアサートされる間に、周期的パルス要求（例えば、図４におけるパルス要求信号、又は図５、図８、及び図９におけるＩＮＴ＿ＳＴＯＰ）をスイッチコントローラに提供するように構成される。いくつかの例において、モードコントローラは、絶縁型コンバータが軽負荷状態にないときに、第１のモードセットのうちの一定ピーク電流変調オプションを選択するように構成される。いくつかの例において、バイアス電力レギュレータ回路は、一定ピーク電流変調オプションを用いてバイアス供給出力電圧をターゲット基準（例えば、図５におけるＶＲＥＦ）に維持しながら、第２のスイッチ（例えば、図４及び図５におけるＱ１）のスイッチング周波数を調整するように構成される。異なる例において、負荷はＵＳＢ ＰＤアダプタ、ＬＥＤドライバ、又は別の負荷である。
いくつかの例において、補助巻線を有する電力変圧器を備える絶縁型コンバータ（例えば、図４における電力変圧器４０５を備える絶縁型コンバータ４０１）のための制御回路が、バイアス供給入力ノード（例えば、図４におけるＶＢＩＮノード４１６、又は図５におけるＶＢＩＮノード５３８）を含む。また、制御回路は、バイアス供給出力ノード（例えば、図４におけるＶＶＤＤノード４３０、又は図５におけるＶＶＤＤノード５６０）を含む。制御回路はまた、バイアス供給出力ノードに結合されるＰＷＭコントローラ（例えば、図４におけるＰＷＭコントローラ４１０）を含む。また、制御回路は、バイアス供給入力ノードとバイアス供給出力ノードとの間にバイアス電力レギュレータ回路（例えば、図４におけるバイアス電力レギュレータ回路４２２、又は図５におけるバイアス電力レギュレータ回路５００）を含む。バイアス電力レギュレータ回路は、バイアス供給入力ノードとバイアス供給出力ノードとの間に順方向経路（例えば、図４及び図５における順方向経路４２８）を含む。また、バイアス電力レギュレータ回路は、順方向経路と接地ノードとの間に結合されるスイッチ（例えば、図４及び図５におけるＱ１）を含む。バイアス電力レギュレータ回路はまた、スイッチの制御端子に結合される変調回路要素（例えば、図４における変調回路要素４２４、図５における一定ピーク電流変調回路５１２、及び図５における一定オフ時間変調回路５０２）を含む。また、バイアス電力レギュレータ回路は、変調回路に結合されるモードコントローラ（図４におけるモードコントローラ４２６、又は図５におけるモードコントローラ４２６Ａ）を含む。
いくつかの例において、モードコントローラは、ＰＷＭコントローラに結合され、ＰＷＭコントローラから軽負荷信号を受信するように構成される。いくつかの例において、モードコントローラは、軽負荷信号がアサートされる間に、ＰＷＭコントローラにパルス要求を送信するように構成される。いくつかの例において、モードコントローラは、軽負荷信号がアサートされ、バイアス供給入力ノードにおける電圧レベルが閾値より低い間に、変調回路の一定オフ時間変調モードを選択するように構成される。いくつかの例において、一定オフ時間変調モードにおいて用いられる一定オフ時間が、バイアス供給出力ノードにおけるバイアス供給出力電圧を、ＰＷＭコントローラについてのＵＶＬＯオフ閾値より高く保つ。いくつかの例において、モードコントローラは、軽負荷信号がアサートされないとき、及びバイアス供給入力ノードにおける電圧レベルが閾値より低いとき、変調回路要素の一定ピーク電流変調モードを選択するように構成される。いくつかの例において、バイアス電力レギュレータ回路は、一定ピーク電流変調モードを用いてバイアス供給出力ノードにおけるバイアス供給出力電圧をターゲット基準（例えば、図５におけるＶＲＥＦ）に維持しながら、スイッチのスイッチング周波数を調整するように構成される。いくつかの例において、バイアス電力レギュレータ回路は、バイアス供給入力ノードにおける電圧レベルが閾値より高い場合にスイッチがオフにされる、順方向経路を使用するように構成される。
いくつかの例において、集積回路が、バイアス供給入力ノード（例えば、図４におけるＶＢＩＮノード４１６、又は図５におけるＶＢＩＮノード５３８）、及び、バイアス供給出力ノード（例えば、図４におけるＶＶＤＤノード４３０、又は図５におけるＶＶＤＤノード５６０）を含む。集積回路は、バイアス供給入力ノード（例えば、図４におけるＶＢＩＮノード４１６、又は図５におけるＶＢＩＮノード５３８）とバイアス供給出力ノード（例えば、図４におけるＶＶＤＤノード４３０、又は図５におけるＶＶＤＤノード５６０）との間に、バイアス電力レギュレータ回路（例えば、図４におけるバイアス電力レギュレータ回路４２２、又は図５におけるバイアス電力レギュレータ回路５００）も含み、バイアス電力レギュレータ回路はスイッチ（例えば、図４及び図５におけるＱ１）を含む。バイアス電力レギュレータ回路は、バイアス供給入力ノード（例えば、ＶＢＩＮ）における電圧レベルがバイアス供給入力閾値（例えば、ＶＢＩＮ＿ＴＨ）より高い場合にスイッチのスイッチング周波数を変調することに基づいて、及び、バイアス供給入力ノードにおける電圧レベルがバイアス供給入力閾値より大きくない場合にスイッチがオフとなった順方向経路を用いることに基づいて、バイアス供給出力電圧をバイアス供給出力ノードに提供するように構成される。
いくつかの例において、バイアス電力レギュレータ回路は、スイッチのスイッチング周波数を変調するために複数の変調モードを提供するように構成される変調回路要素（例えば、変調回路要素４２４、図５における一定オフ時間変調回路５０２、図５における一定ピーク電流変調回路５１２、及び／又は、図５における制御回路４２３Ａの他の構成要素）を含む。バイアス電力レギュレータ回路は、複数の変調モードのうちの１つを選択するように構成されるモードコントローラ（例えば、図４におけるモードコントローラ４２６、又は図５におけるモードコントローラ４２６Ａ）も含む。
いくつかの例において、複数の変調モードのうちの１つが一定オフ時間変調モードであり、そのモードでは、モードコントローラは、絶縁型コンバータの負荷状態が負荷閾値よりも軽い間に、及び、バイアス供給入力ノードからのバイアス供給入力電圧がバイアス供給入力閾値よりも低い間に、一定オフ時間変調モードを選択するように構成される。いくつかの例において、複数の変調モードのうちの１つが一定ピーク電流変調モードであり、そのモードでは、モードコントローラは、絶縁型コンバータの負荷状態が負荷閾値よりも軽くない間に、及び、バイアス供給入力ノードにおけるバイアス供給入力電圧がバイアス供給入力閾値に等しいか又はバイアス供給入力閾値よりも低い間に、一定ピーク電流変調モードを選択するように構成される。いくつかの例において、絶縁型コンバータスイッチコントローラは、軽負荷信号をモードコントローラに提供するように構成され、モードコントローラは、軽負荷信号がアサートされる間に、周期的パルス要求を絶縁型コンバータスイッチコントローラに提供するように構成される。
変調回路要素及び関連する制御方式は、広範な出力電圧を備える絶縁型コンバータの広範な補助巻線電圧（ＶＢＩＮを得るために用いられる）を、ＰＷＭコントローラに対して利用し得るバイアス供給出力電力（ＶＶＤＤ）に変換するものであるため、記載されるバイアス電力レギュレータ回路の例は以前のバイアス電力レギュレータとは異なる。対照的に、他のバイアス電力レギュレータは、損失の多い線形レギュレータ及び／又は複数の補助巻線を含む。
本明細書で記載するように、本明細書で記載するモード（例えば、順方向モード、一定オフ時間変調モード、及び一定ピーク電流変調モード）を備えるバイアス電力レギュレータ回路は、他のバイアス電力レギュレータよりも電力効率がよい。また、記載するバイアス電力レギュレータ回路は、ＵＳＢ ＰＤアダプタ又はＬＥＤドライバなどのデバイスをサポートするための広い出力電圧範囲を備える絶縁型コンバータのためのフットプリントがより小さい（より低コストでより小さいサイズの解決策）。本明細書で記載するように、一定ピーク電流変調及び一定オフ時間変調をサポートする変調回路要素は、広い出力範囲のためのＶＶＤＤレギュレーションを維持するのを助け、過渡事象において高速の電力送達を提供する。このようにして、絶縁型コンバータの主ＰＷＭコントローラは、信頼性の高いバイアス電力源を得ることができる。また、本明細書で記載するように、サバイバルモード動作を用いて、バイアス供給入力ノードへのエネルギー送達（バイアスレギュレータに同時にエネルギーを移動させること）を自動的に作り出し得、これによって、絶縁型コンバータが軽負荷動作に入るときにバイアス供給出力電力がＵＶＬＯオフ閾値より下に下がらないようにする。
本明細書で記載するバイアス電力レギュレータ回路オプションを用いると、バイアス電力レギュレータオプションの間の電力損失が低減し、システム効率が向上する。また、レギュレータ構成要素サイズは、他のバイアス電力レギュレータに比べて減少する（より小さなＰＣＢフットプリント）。また、電力変圧器の補助巻線構造はシンプルになる。また、本明細書で記載するバイアス電力レギュレータ回路を用いて、より広い範囲の動作及び高速の遷移応答が可能である。
本記載において、「結合」という用語は、本記載と一貫した機能関係を可能にする接続、通信、又は信号経路を網羅し得る。例えば、デバイスＡが或るアクションを行うためにデバイスＢを制御するための信号を生成する場合、第１の例において、デバイスＡはデバイスＢに結合されるか、又は第２の例において、デバイスＡは介在する構成要素Ｃを介してデバイスＢに結合され、この場合、介在する構成要素Ｃは、デバイスＡとデバイスＢとの間の機能関係を実質的に変更せず、デバイスＢは、デバイスＡにより生成される制御信号を介してデバイスＡによって制御されることになる。
特許請求の範囲内で、記載する実施形態における改変が可能であり、また他の実施形態が可能である。

Claims (20)

  1. １次巻線と補助巻線とを有する電力変圧器と前記１次巻線に結合されるコンバータスイッチとを含む絶縁型コンバータを制御するように適合される制御回路であって、
    ＰＷＭ入力と前記コンバータスイッチに結合されるＰＷＭ出力とを有するパルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラと、
    前記補助巻線に結合されるバイアス供給入力と前記ＰＷＭコントローラに結合されるバイアス供給出力とを有するバイアス電力レギュレータであって、前記ＰＷＭコントローラにバイアス供給電圧を提供するように構成され、
    前記バイアス供給入力と前記バイアス供給出力との間の順方向経路と、
    前記順方向経路と接地端子との間に結合されるスイッチであって、制御端子を有するスイッチと、
    前記スイッチの制御端子に結合される変調回路要素であって、変調モードに応答して前記スイッチのスイッチング周波数を調整するように構成される、前記変調回路要素と、
    前記変調回路要素に結合されるモードコントローラであって、前記変調回路要素の変調モードを選択するように構成される、前記モードコントローラと、
    を含む、前記バイアス電力レギュレータと、
    を含む、制御回路。
  2. 請求項１に記載の制御回路であって、
    前記モードコントローラが、前記絶縁型コンバータの軽負荷状態に応答して前記ＰＷＭコントローラから軽負荷信号を受信するように構成される、制御回路。
  3. 請求項２に記載の制御回路であって、
    前記モードコントローラが、前記バイアス供給出力の電圧に応答して前記ＰＷＭコントローラにパルス要求を送信するように更に構成される、制御回路。
  4. 請求項２に記載の制御回路であって、
    前記モードコントローラが、前記バイアス供給入力における電圧が閾値よりも低い間に、前記軽負荷信号に応答して前記変調回路要素の一定オフ時間変調モードを選択するように更に構成される、制御回路。
  5. 請求項４に記載の制御回路であって、
    前記バイアス電力レギュレータが、前記一定オフ時間変調モードにおいて、前記バイアス供給出力における電圧を前記ＰＷＭコントローラのための低電圧ロックアウト（ＵＶＬＯ）オフ閾値よりも高く維持するように構成される、制御回路。
  6. 請求項２に記載の制御回路であって、
    前記モードコントローラが、前記バイアス供給入力における電圧が閾値よりも低い間に、前記軽負荷信号がないことに応答して前記変調回路要素の一定ピーク電流変調モードを選択するように更に構成される、制御回路。
  7. 請求項６に記載の制御回路であって、
    前記バイアス電力レギュレータが、前記一定ピーク電流変調モードにおいて前記バイアス供給出力にターゲット基準を維持する間に前記スイッチのスイッチング周波数を調整するように構成される、制御回路。
  8. 請求項１に記載の制御回路であって、
    前記バイアス電力レギュレータが、前記バイアス供給入力における電圧が閾値よりも高い場合に、前記スイッチがオフにされる前記順方向経路を用いるように構成される、制御回路。
  9. 集積回路であって、
    バイアス供給入力とバイアス供給出力とを有するバイアス電力レギュレータであって、前記バイアス供給出力と基準電位との間に結合されるスイッチを含み、
    前記バイアス供給入力における電圧が入力閾値よりも高くない場合に前記スイッチのスイッチング周波数を変調し、
    前記バイアス供給入力における電圧が前記入力閾値よりも大きい場合に前記スイッチがオフである前記バイアス供給入力と前記バイアス供給出力との間の順方向経路を用いる、
    ことによって前記バイアス供給出力に電圧を提供するように構成される、前記バイアス電力レギュレータを含む、集積回路。
  10. 請求項９に記載の集積回路であって、
    前記バイアス電力レギュレータが、
    前記スイッチのスイッチング周波数を変調するために複数の変調モードを提供するように構成される変調回路要素と、
    前記複数の変調モードの１つを選択するように構成されるモードコントローラと、
    を更に含む、集積回路。
  11. 請求項１０に記載の集積回路であって、
    前記複数の変調モードの１つが一定オフ時間変調モードであり、
    前記モードコントローラが、バイアス電力レギュレータに結合される絶縁型コンバータの負荷が負荷閾値よりも小さく、前記バイアス供給入力における電圧が前記入力閾値よりも低い間に、前記一定オフ時間変調モードを選択するように更に構成される、集積回路。
  12. 請求項１０に記載の集積回路であって、
    前記複数の変調モードの１つが一定ピーク電流変調モードであり、
    前記モードコントローラが、バイアス電力レギュレータに結合される絶縁型コンバータの負荷が負荷閾値よりも小さく、前記バイアス供給入力における電圧が前記入力閾値よりも低い間に、前記一定ピーク電流変調モードを選択するように更に構成される、集積回路。
  13. 請求項１０に記載の集積回路であって、
    前記モードコントローラに結合され、絶縁型コンバータを制御するように適合されるスイッチコントローラを更に含み、
    前記モードコントローラが、前記スイッチコントローラからの前記絶縁型コンバータの軽負荷状態を示す軽負荷信号に応答して周期的パルス要求を前記スイッチコントローラに提供するように更に構成される、集積回路。
  14. 絶縁型コンバータであって、
    １次巻線と２次巻線と補助巻線とを有する電力変圧器と、
    前記１次巻線に結合される第１のスイッチと、
    前記第１のスイッチに結合されるスイッチコントローラと、
    前記補助巻線に結合される電圧入力と前記スイッチコントローラに結合される電圧出力とを有するバイアス電力レギュレータであって、前記電圧出力と基準電位との間に結合される第２のスイッチを含み、前記第２のスイッチのスイッチング周波数を変調する１組のモードと前記第２のスイッチがオフである前記電圧入力から前記電圧出力への順方向モードとに応答してバイアス供給出力電圧を前記スイッチコントローラに提供するように構成される、前記バイアス電力レギュレータと、
    を含む、絶縁型コンバータ。
  15. 請求項１４に記載の絶縁型コンバータであって、
    前記バイアス電力レギュレータが、前記補助巻線によって提供されるバイアス供給入力電圧が閾値よりも低い間に、前記１組のモードの１つを選択するように構成されるモードコントローラを更に含む、絶縁型コンバータ。
  16. 請求項１５に記載の絶縁型コンバータであって、
    前記モードコントローラが、前記１組のモードの中から一定オフ時間変調モードを選択し、前記絶縁型コンバータが軽負荷状態にある間に前記スイッチコントローラにパルスを提供するように指示するように更に構成され、
    前記バイアス電力レギュレータが、前記一定オフ時間変調モードにおいて前記バイアス供給出力電圧を前記スイッチコントローラのための低電圧ロックアウト（ＵＶＬＯ）オフ閾値よりも上に維持するように更に構成される、絶縁型コンバータ。
  17. 請求項１６に記載の絶縁型コンバータであって、
    前記スイッチコントローラが、軽負荷信号を前記モードコントローラに提供するように構成され、
    前記モードコントローラが、前記軽負荷信号に応答して周期的パルス要求を前記スイッチコントローラに提供するように更に構成される、絶縁型コンバータ。
  18. 請求項１５に記載の絶縁型コンバータであって、
    前記モードコントローラが、前記絶縁型コンバータが軽負荷状態にない間に、前記１組のモードの中から一定ピーク電流変調モードを選択するように更に構成され、
    前記バイアス電力レギュレータが、前記一定ピーク電流変調モードにおいて前記バイアス供給出力電圧をターゲット基準に維持する間に前記第２のスイッチのスイッチング周波数を調整するように更に構成される、絶縁型コンバータ。
  19. 請求項１４に記載の絶縁型コンバータであって、
    前記２次巻線がＵＳＢ電力送達アダプタを含む負荷に結合される、絶縁型コンバータ。
  20. 請求項１４に記載の絶縁型コンバータであって、
    前記２次巻線が発光ダイオード（ＬＥＤ）ドライバを含む負荷に結合される、絶縁型コンバータ。
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