(57)【要約】【課題】スイッチモード電源装置において、入力フィルタコンデンサおよびスイッチモード電源装置自体を損傷から保護することができる。【解決手段】電源スイッチと、負荷に調整された出力電圧および電流を供給するように上記電源スイッチを制御するためのスイッチ制御部とを備えるスイッチモード電源装置の入力フィルタ回路の制御回路に関する。フィルタ制御回路とも呼ばれる上記制御回路は入力端子における高電圧サージを検出し、上記入力フィルタ回路内のコンデンサを入力リターンから切断する。態様によっては、上記制御回路は、上記スイッチ制御部と集積化することができる。さらに、上記制御回路は、起動時に上記スイッチ制御部に電源を供給することができる。【選択図】図３
2020174523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源装置であって、
入力端子を介して入力電圧を受信するように接続され、入力リターンを基準とする一次側の一次巻線と、
前記一次巻線に接続された補助巻線と、
出力電圧、出力電流、および出力電力を負荷に供給するように接続され、出力リターンを基準とする二次側の二次巻線と、
前記一次側の電源スイッチと、
主制御回路およびフィルタ制御回路を含むスイッチ制御部と、
前記出力電圧を検知するように接続されたフィードバック回路と、
前記入力端子に接続され、過電圧保護（ＯＶＰ）しきい電圧信号を生成するための第１および第２の抵抗器を含む、ＯＶＰ回路と、
第１の端子を有し、前記第１の端子で前記入力電圧を受信するように接続された入力フィルタコンデンサと、
を備え、
前記主制御回路は、通常モードの間、スイッチ制御信号を介して前記電源スイッチのスイッチング動作を制御し、
前記フィルタ制御回路は、前記入力端子での安全電圧の検出に応答して前記入力フィルタコンデンサを前記入力リターンに接続し、
前記フィルタ制御回路は、さらに、前記入力端子での過電圧の検出に応答して前記入力フィルタコンデンサを前記入力リターンから切断し、
前記フィルタ制御回路は、さらに、前記入力端子での過電圧の検出に応答してスイッチ駆動信号を介して前記電源スイッチのスイッチング動作をオフにする、
電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電源装置であって、前記フィルタ制御回路は、さらに、
前記入力フィルタコンデンサの第２の端子と前記入力リターンとの間に接続されたフィルタトランジスタと、
基準電圧を生成するように接続された電圧レギュレータと、
前記基準電圧と前記ＯＶＰしきい電圧信号とを比較し、過電圧（ＯＶ）検出信号を生成するように構成された過電圧比較器と、
第１の電流源と、
前記ＯＶ検出信号を比較するように接続され、さらに、コンデンサ駆動信号およびスイッチ駆動信号を生成するように接続された論理部と、
前記コンデンサ駆動信号を受信するように接続されたバッファと、
前記バッファを介して前記コンデンサ駆動信号を受信し、オンオフ信号を生成するように接続されたゲート制御素子と、
を備え、
前記論理部は、
前記ＯＶ検出信号が非アクティブのとき、前記フィルタトランジスタを前記オンオフ信号によりオンにして前記入力フィルタコンデンサを前記入力リターンに接続し、
前記ＯＶ検出信号がアクティブのとき、前記フィルタトランジスタを前記オンオフ信号によりオフにして前記入力フィルタコンデンサを前記入力リターンから切断する、電源装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電源装置であって、前記ゲート制御素子は、前記オンオフ信号を介して前記フィルタトランジスタのゲート駆動を調整するように接続された第２の電流源または可変抵抗器である、電源装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電源装置であって、
前記フィルタ制御回路は、さらに、前記ＯＶＰしきい電圧を介して前記入力端子における過電圧を検出するように接続され、
前記ＯＶＰしきい電圧が前記基準電圧以上である場合に前記ＯＶ検出信号がアクティブとなり、前記ＯＶＰしきい電圧が前記基準電圧より低い場合に前記ＯＶ検出信号が非アクティブとなる、電源装置。
【請求項５】
請求項２に記載の電源装置であって、前記スイッチ制御部は、前記補助巻線を介して供給電圧を受け取るように接続され、前記供給電圧は低しきい電圧および高しきい電圧を有する、電源装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電源装置であって、さらに、前記入力端子に接続された高電圧（ＨＶ）起動回路を備える、電源装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電源装置であって、
前記フィルタ制御回路は、起動時に、前記補助巻線からの供給電圧が高しきい電圧以下である場合に、前記ＨＶ起動回路から電流を供給する前記第１の電流源をオンにすることによって、前記ＨＶ起動回路を介して前記スイッチ制御部に電源を供給し、
前記論理部は、さらに、前記補助巻線からの供給電圧が前記高しきい電圧よりも高い場合に、前記ＨＶ起動回路から電流を供給する前記第１の電流源をオフにする、電源装置。
【請求項８】
請求項５に記載の電源装置であって、前記フィルタ制御回路は、起動時に、前記一次巻線を介して前記スイッチ制御部に電源を供給する、電源装置。
【請求項９】
請求項８に記載の電源装置であって、
前記論理部は、起動時に、前記補助巻線からの供給電圧が前記高しきい電圧以下である場合に、前記一次巻線から電流を供給する前記第１の電流源をオンにすることによって、前記スイッチ制御部に電源を供給し、
前記論理部は、さらに、前記補助巻線からの供給電圧が前記高しきい電圧よりも高い場合に、前記一次巻線から電流を供給する前記第１の電流源をオフにする、電源装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の電源装置であって、前記安全電圧は０ボルトから４００ボルトの範囲内にあり、過電圧の値は４００ボルトより高い、電源装置。
【請求項１１】
入力端子を介して入力電圧を受信するように接続され、入力リターンを基準とする一次側の一次巻線、ならびに前記一次巻線に接続された補助巻線、ならびに出力電圧、出力電流、および出力電力を負荷に供給するように接続され、出力リターンを基準とする二次側の二次巻線、ならびに前記一次側の電源スイッチ、ならびに主制御回路およびフィルタ制御回路を含むスイッチ制御部、ならびに前記出力電圧を検知するように接続されたフィードバック回路、ならびに第１および第２の抵抗器を有する過電圧保護（ＯＶＰ）回路、ならびに第１の端子を有し、前記第１の端子で前記入力電圧を受信するように接続された入力フィルタコンデンサを備える電源装置のための方法であって、前記方法は、
前記主制御回路により、通常モードの間、スイッチ制御信号を介して前記電源スイッチのスイッチング動作を制御し、
前記ＯＶＰ回路により、ＯＶＰしきい電圧を生成し、
前記フィルタ制御回路により、前記入力端子での安全電圧の検出に応答して前記入力フィルタコンデンサを前記入力リターンに接続し、
前記フィルタ制御回路により、さらに、前記入力端子での過電圧の検出に応答して前記入力フィルタコンデンサを前記入力リターンから切断し、
前記フィルタ制御回路により、さらに、前記入力端子での過電圧の検出に応答してスイッチ駆動信号を介して前記電源スイッチのスイッチング動作をオフにする、
ステップを含む、
方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、前記フィルタ制御回路は、さらに、前記入力フィルタコンデンサの第２の端子と前記入力リターンとの間に接続されたフィルタトランジスタ、ならびに基準電圧を生成するように接続された電圧レギュレータ、ならびに前記基準電圧と前記ＯＶＰしきい電圧信号とを比較し、過電圧（ＯＶ）検出信号を生成するように構成された過電圧比較器、ならびに第１の電流源、ならびに前記ＯＶ検出信号を受信し、さらに、コンデンサ駆動信号およびスイッチ駆動信号を生成するように接続された論理部、ならびに前記コンデンサ駆動信号を受信するように接続されたバッファ、ならびに前記バッファを介して前記コンデンサ駆動信号を受信し、オンオフ信号を生成するように接続されたゲート制御素子を備え、
前記ＯＶ検出信号が非アクティブのとき、前記入力フィルタコンデンサを前記入力リターンに接続するために前記フィルタトランジスタを前記オンオフ信号によりオンにし、
前記ＯＶ検出信号がアクティブのとき、前記入力フィルタコンデンサを前記入力リターンから切断するために前記フィルタトランジスタを前記オンオフ信号によりオフにする、方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、前記ゲート制御素子は、前記オンオフ信号を介して前記フィルタトランジスタのゲート駆動を調整するように接続された第２の電流源または可変抵抗器であり、前記方法は、さらに、前記オンオフ信号で前記フィルタトランジスタのゲート駆動を調整することにより、前記入力フィルタトランジスタのオンおよびオフを切り替える、方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の方法であって、前記フィルタ制御回路により、前記ＯＶＰしきい電圧の検出に応答して、前記入力端子における過電圧を検出する、方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、前記ＯＶＰしきい電圧が前記基準電圧以上であればＯＶ検出信号をアクティブにし、前記ＯＶＰしきい電圧が前記基準電圧より低ければＯＶ検出信号を非アクティブにする、方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、さらに、入力端子に接続された高電圧（ＨＶ）起動回路を備える、方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって、さらに、
起動時に、前記補助巻線からの供給電圧が高しきい電圧以下である場合に、前記ＨＶ起動回路から電流を供給する前記第１の電流源をオンにすることによって、前記ＨＶ起動回路を介して前記スイッチ制御部に電源を供給し、
さらに、前記補助巻線からの供給電圧が前記高しきい電圧よりも高い場合に、前記ＨＶ起動回路から電流を供給する前記第１の電流源をオフにする、方法。
【請求項１８】
請求項１５に記載の方法であって、前記フィルタ制御回路は、起動時に、前記一次巻線を介して前記スイッチ制御部に電源を供給する、方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、さらに、
起動時に、前記補助巻線からの供給電圧が高しきい電圧以下である場合、前記一次巻線から電流を供給する前記第１の電流源をオンにすることによって、前記スイッチ制御部に電源を供給し、
さらに、前記補助巻線からの供給電圧が前記高しきい電圧よりも高い場合に、前記一次巻線から電流を供給する前記第１の電流源をオフにする、方法。
【請求項２０】
請求項１１に記載の方法であって、前記安全電圧は０ボルトから４００ボルトの範囲内にあり、過電圧値は４００ボルトより高い、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は一般に、パワーマネジメント、パワーエレクトロニクス、および産業用電力製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流直流および直流直流電源装置を含む種々のタイプのスイッチモード電源装置は、低電圧および高電圧用途における多くのエレクトロニクスシステムにおいて広く使用されている。スイッチモード電源装置（以下、ＳＭＰＳとも称する）、特に交流直流タイプのＳＭＰＳで一般的に使用される構成要素は、整流された交流入力電圧から交流成分を除去するために使用される入力フィルタコンデンサである。しかしながら、交流直流ＳＭＰＳは、雷サージ、配線不良、又は電源ライン変動の場合、非常に高い電圧に頻繁にさらされるので、時には入力フィルタコンデンサ及びＳＭＰＳ全体としても容易に損傷することがある。このような高電圧損傷からＳＭＰＳを保護する１つの方法は、より高い降伏電圧に耐えることができるより高い電圧定格を有するフィルタコンデンサを使用することである。フィルタコンデンサの降伏電圧定格が高くなるほど、電源装置が耐えることができる電圧サージの電圧値が高くなる。さらに、使用されるフィルタコンデンサの数または容量が大きいほど、電源装置が耐えることができる高電圧サージのエネルギーが大きくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、より高い電圧定格を有するフィルタコンデンサはしばしば、より高いコストおよびより大きな基板サイズとなる。
【０００４】
そこで、入力フィルタコンデンサおよび電源装置に、それらのサイズまたはコストを大幅に増加させることなく、高電圧保護を提供できる解決策が望まれている。その他の課題および新規な特徴は、本明細書および図面の記載から明らかになる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態に係る制御回路は、ＳＭＰＳの入力フィルタコンデンサおよびＳＭＰＳ全体を過電圧サージから保護するために使用することができる、制御回路に関係する。種々の実施形態において、当該制御回路は、過電圧事象の際に上記入力フィルタコンデンサを切断することができるトランジスタを含み得る。
【発明の効果】
【０００６】
一実施形態によれば、当該制御回路はＳＭＰＳに過電圧保護を提供することができ、同時に、顧客の材料費および回路基板サイズを低減することができる。本実施形態のこれらおよび他の態様および特徴は、添付の図面と併せて以下の具体的な実施形態の記載を検討することにより、当業者には明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、従来のフィルタとスイッチ制御部とを含む、従来の交流直流ＳＭＰＳ（１００）のブロック図の一例を示す。
【図２】図２は、図１のＳＭＰＳと共に典型的に使用される別の従来のフィルタ回路を含むＳＭＰＳを示す部分図である。
【図３】図３は、本開示の実施形態１によるフィルタ制御回路を含むＳＭＰＳの一例を示す部分図である。
【図４】図４は、本開示の実施形態２によるフィルタ制御回路を含むＳＭＰＳの一例を示す図である。
【図５】図５は、本開示の実施形態１によるフィルタ制御回路の実装例を示すＳＭＰＳの部分図である。
【図６】図６は、本開示の実施形態２によるフィルタ制御回路の実装例を示すＳＭＰＳの部分図である。
【図７】図７は、本開示の一実施形態による、図１のスイッチ制御部を制御する制御回路の一動作方法を示す流れ図の一例である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
ここで、本実施形態を、当業者が本実施形態および当業者に明らかな代替の形態を実施できるように、本実施形態の一例として提供される図面を参照して詳細に説明する。特に、以下の図面および実施形態の例は、本実施形態の範囲を単一の実施形態に限定することを意図するものではなく、説明または図示された素子の一部または全部を交換することによる他の実施形態も可能である。さらに、本実施形態のいくつかの要素が既知の構成要素を使用して部分的にまたは完全に実装され得る場合、既知の構成要素については、本実施形態を理解するために必須の部分のみを説明し、他の部分の詳細な説明は、本実施形態を明確にするため省略する。ソフトウェアで実装されるものとして説明される実施形態はそれに限定されるべきではなく、本明細書で特に指定されない限り、当業者には明らかなように、ハードウェアで実装される実施形態、またはソフトウェアとハードウェアの組合せた実装形態が含まれ、その逆も同様である。本明細書では単一の構成要素を示す実施形態はそれに限定されると見なされるべきではなく、むしろ、本明細書で特に明記しない限り、本開示には複数の同じ構成要素を含む他の実施形態も包含されることが意図され、その逆もまた同様である。さらに、出願人は明細書又はクレームのいかなる用語についても、明示的にそのように記載されていない限り、珍しい又は特別な意味が与えられることを意図していない。さらに、本実施形態は、例示として本明細書で言及される既知の構成要素に対する現在および将来の既知の均等物を包含する。
【０００９】
本開示の実施形態は、過電圧時において、例えば、ＳＭＰＳの入力フィルタコンデンサおよびＳＭＰＳ全体を保護するための制御回路およびその方法に関し、さらに、ＳＭＰＳに含まれるスイッチ制御部にスタートアップ電圧を提供するための装置および方法を開示する。
【００１０】
フライバック変換器はオフライン交流直流用途に広く使用されているので、開示する実施形態はオフライン交流直流フライバック型ＳＭＰＳに関して説明するが、これらはフォワード、ハーフブリッジ、フルブリッジ、プッシュプル、等の他の種類のＳＭＰＳにも使用することができる。
【００１１】
先に述べたように、ＳＭＰＳは、今日の電子システムにおいて広く使用されている。それらは、主に、それらの優れた効率、軽量、および低容積のために人気がある。電源装置の信頼性は、電子システムの寿命を大きく決定する。パーソナルコンピュータの場合、故障の９０％は、ＳＭＰＳ関連の問題に起因し得る。このように、電力供給システムは、高い信頼性を提供することが期待されている。
【００１２】
典型的なスイッチモード電源システムは、入力整流器と、入力フィルタと、電力スイッチと、電力変圧器と、出力整流器と、出力フィルタと、制御回路といった重要部品を有する。
【００１３】
スイッチング電源装置における入力フィルタは、典型的には３つの主要な目的を有する。第１の目的は、スイッチング源によって発生する電磁干渉（ＥＭＩ）が電力線に到達し、他の機器に影響を及ぼすことを防止することである。入力フィルタの第２の目的は、交流入力が正弦波においてその最低値に近いとき、または瞬間的に遮断されるとき、および入力応答が主トランジスタスイッチングの変動に追従できないとき、短期間の間、電源を供給することである。第３の目的は、整流された交流電圧を電力変圧器の最適な入力電圧レンジのために平滑化するとともに、ＭＯＶ（金属酸化物バリスタ）のような他の装置の助けを借りて、電力線から一定レベルの過電圧が高感度回路に到達することを制限することである。しかし、従来の入力フィルタ回路は、その電圧定格を超える高電圧サージによって容易に損傷を受ける可能性があるコンデンサを含む。以下に説明するように、実施形態のある態様によれば、フィルタ制御回路は、ＳＭＰＳの入力フィルタに使用されるコンデンサを保護する。
【００１４】
図１は、交流直流ＳＭＰＳ（１００）のブロック図の一例を示す。ＳＭＰＳ（１００）は、フライバック型ＳＭＰＳである。ＳＭＰＳ（１００）は入力端子ＡＣ１（１０４）、ＡＣ２（１０６）を介して交流入力電圧Ｖａｃ（１０２）を受け取り、出力電圧Ｖｏｕｔ（１３９）および負荷ＬＯＡＤ（１４６）への出力電流Ｉｏｕｔ（１１１）を生成するように接続される。ＳＭＰＳ（１００）の一次側は入力リターン（１０１）を基準とし、ＳＭＰＳ（１００）の二次側はグランド（１０３）を基準とする。一次側を入力側と呼び、二次側を出力側と呼ぶこともある。ＳＭＰＳ（１００）は、図示するように、一次巻線または入力巻線とも呼ばれる第１の一次側インダクタＬ１（１２６）と、補助巻線またはバイアス巻線とも呼ばれる第２の一次側インダクタＬ３（１３０）と、二次巻線または出力巻線とも呼ばれる二次側インダクタＬ２（１２８）とを有する、変圧器Ｔ１（１１３）とも呼ばれるエネルギー伝達素子を含む。
【００１５】
また、図１には、入力整流回路（１０８）、入力フィルタ回路（１１０）、第１の電圧クランプ回路ＣＬＡＭＰ１（１１６）、第２の電圧クランプ回路ＣＬＡＭＰ２（１１８）、ドレイン端子Ｄ（１３１）およびソース端子Ｓ（１３３）およびゲート端子Ｇ（１３５）を有する電源スイッチＳ１（１２０）、スイッチ制御部Ｕ１（１２２）、電流検知抵抗器Ｒｓｅｎｓｅ（１２４）、任意選択であるスイッチング周波数プログラミング抵抗器Ｒｆｓｅｔ（１１５）、出力整流ダイオードＤ１（１４２）、出力フィルタコンデンサＣ３（１４４）、フィードバック回路（１４８）も示されている。電流検知抵抗器Ｒｓｅｎｓｅ（１２４）は、電源スイッチＳ１（１２０）内に集積化されてもよい。第２の電圧クランプ回路ＣＬＡＭＰ２（１１８）は入力整流回路（１０８）の前または後に置くことができ、典型的には、金属酸化物バリスタＭＯＶ（１３８）を含む。
【００１６】
図１はまた、整流された直流電圧Ｖｄｃ（１０９）、一次巻線Ｌ１（１２６）における一次電圧Ｖｐ（１１９）、二次巻線Ｌ２（１２８）における二次電圧Ｖｓ（１２１）、バイアス巻線Ｌ３（１３０）におけるバイアス電圧ＶＢ（１２３）、一次電流Ｉｐ（１０５）、二次電流Ｉｓ（１０９）、バイアス電流Ｉｂ（１０７）、およびスイッチ電流ＩＤ（１３７）、フィードバック電圧信号Ｖｆｂ（１２９）、スイッチ制御信号（１２５）、および電流検知信号（１２７）を含む電圧、電流、および信号を示す。
【００１７】
電源スイッチＳ１（１２０）は、一次巻線または結合インダクタＬ１（１２６）に接続されるので、一次スイッチとも呼ばれる。より具体的には電源スイッチＳ１（１２０）のドレイン端子Ｄ（１３１）が一次巻線Ｌ１（１２６）に接続され、ソース端子Ｓ（１３３）は電流検知抵抗器Ｒｓｅｎｓｅ（１２４）を介して入力リターン（１０１）に接続される。
【００１８】
ＳＭＰＳ（１００）では、最初に、交流入力電圧Ｖａｃ（１０２）が入力整流回路（１０８）によって整流される。交流入力電圧Ｖａｃ（１０２）は、単相構成では約８５〜２６５Ｖ、または三相構成では約２４０Ｖ／３８０Ｖ／４８０Ｖであり得ることが当業者には理解されよう。入力整流回路（１０８）は、交流直流整流のために当技術分野で一般に使用される標準ブリッジ整流回路であってもよい。直流電圧Ｖｄｃ（１０９）は入力リターン（１０１）に対して正であり、出力電圧Ｖｏｕｔ（１３９）は、出力リターンとなるグランド（１０３）に対して正であることに留意されたい。入力フィルタ回路（１１０）は、直流電圧Ｖｄｃ（１０９）と入力リターン（１０１）との間に接続され、図示されるように、コンデンサＣ１（１１２）およびＣ２（１１４）を含む、従来の容量性フィルタ回路である。
【００１９】
当業者であれば、ＳＭＰＳ（１００）の通常動作中に、スイッチ制御部Ｕ１（１２２）は、スイッチ制御信号（１２５）を生成して、電源スイッチＳ１（１２０）をオンまたはオフにすることが理解されよう。当技術分野で周知のように、通常動作は、連続モード、不連続モード、または準共振動作モードなどを含むことができる。電源スイッチＳ１（１２０）は、スイッチ制御部Ｕ１（１２２）からゲート端子Ｇ（１３５）でスイッチ制御信号（１２５）を受信することに応答して開閉する。電源スイッチＳ１（１２０）は、オン時には閉じ、オフ時には開く。電源スイッチＳ１（１２０）がオンである時間の間、一次側インダクタＬ１（１２６）はエネルギーを蓄積するために充電され、一次電圧Ｖｐ（１１９）が一次側インダクタＬ１（１２６）の両端に生成される。電源スイッチＳ１（１２０）がオフにされると、一次側インダクタＬ１（１２６）に蓄積されたエネルギーは、一次側インダクタＬ１（１２６）に結合された二次側インダクタＬ２（１２８）を介して二次側に転送される。このエネルギー転送の結果、二次側インダクタＬ２（１２８）に二次電圧Ｖｓ（１２１）が発生し、これが出力整流ダイオードＤ１（１４２）によって更に調整され、出力フィルタコンデンサ（１４４）によって平滑化され、負荷ＬＯＡＤ（１４６）で出力電圧Ｖｏｕｔ（１３９）、出力電流Ｉｏｕｔ（１１１）として現れる。
【００２０】
一例では、スイッチ制御部Ｕ１（１２２）が電流検知信号（１２７）およびフィードバック電圧信号Ｖｆｂ（１２９）に応答して、スイッチ制御信号（１２５）を介して電源スイッチＳ１（１２０）のスイッチングを制御する。
【００２１】
より具体的には、電流検知抵抗器Ｒｓｅｎｓｅ（１２４）を使用して、電源スイッチＳ１（１２０）内の電流を検知し、スイッチ制御部Ｕ１（１２２）によって受信される電流検知信号（１２７）を生成することができる。前述のように、スイッチ制御部Ｕ１（１２２）は、電流検知信号（１２７）に応答して、電源スイッチＳ１（１２０）のスイッチング周波数を制御する。スイッチング周波数プログラミング抵抗器Ｒｆｓｅｔ（１１５）の値も、電源スイッチＳ１（１２０）のスイッチング周波数を設定するのを補助し得る。
【００２２】
電圧クランプ回路ＣＬＡＭＰ１（１１６）は、一次巻線Ｌ１（１２６）の両端間に接続される。一次巻線Ｌ１（１２６）を流れる一次電流Ｉｐ（１０５）によって蓄積されたエネルギーは、相互の磁気結合が不完全なため、全てが他の巻線に伝達されるわけではない。一次巻線Ｌ１（１２６）の場合、他の巻線に伝達できないエネルギーは、一次巻線Ｌ１（１２６）の両端間に接続された電圧クランプ回路ＣＬＡＭＰ１（１１６）によって受け取られる。電圧クランプ回路ＣＬＡＭＰ１（１１６）は、一次巻線Ｌ１（１２６）の両端間の電圧を制限して、電源スイッチＳ１（１２０）を過剰な電圧による破損から保護する。電圧クランプ回路ＣＬＡＭＰ１（１１６）は、既存の技術で利用可能な任意の電圧クランプ回路とすることができる。
【００２３】
また、一次巻線Ｌ１（１２６）との磁気結合のために、バイアス巻線Ｌ３（１３０）の両端にバイアス電圧ＶＢ（１２３）が生成されることも理解されよう。さらに、ＳＭＰＳ（１００）は出力整流器としての出力整流ダイオードＤ１（１４２）と、出力フィルタとしての出力フィルタコンデンサＣ３（１４４）とを備え、これらの両方は出力電圧Ｖｏｕｔ（１３９）内の交流成分を除去するのに役立ち得る。
【００２４】
フィードバック回路（１４８）は、一実施形態では、抵抗器Ｒ６（１２６）、フォトカプラ（１２８）、抵抗器Ｒ７（１３２）、およびツェナーダイオードＤ４（１３０）を介して出力電圧Ｖｏｕｔ（１３９）を検知しフィードバック電圧Ｖｆｂ（１２９）を生成するように、接続される。スイッチ制御部Ｕ１（１２２）は、ＦＢ端子においてフィードバック電圧信号Ｖｆｂ（１２９）を受信するように接続される。一例では、スイッチ制御部Ｕ１（１２２）がフィードバック電圧信号Ｖｆｂ（１２９）にも応答して電源スイッチＳ１（１２０）のスイッチング周波数を制御するように構成される。スイッチ制御部Ｕ１（１２２）は、フィードバック電圧信号Ｖｆｂ（１２９）に対する基準電圧Ｖｒｅｆ、フィードバック高しきい電圧Ｖｆｂ＿ｈｉｇｈおよびフィードバック低しきい電圧Ｖｆｂ＿ｌｏｗを予め定義し、ＳＭＰＳ（１００）が動作しているときに、これらの値に対してフィードバック電圧信号Ｖｆｂ（１２９）を比較するように構成されてもよいことが理解されよう。典型的な実装では、フィードバック電圧信号Ｖｆｂ（１２９）の値がフィードバック低しきい電圧Ｖｆｂ＿ｌｏｗとフィードバック高しきい電圧Ｖｆｂ＿ｈｉｇｈとの間にある場合、ＳＭＰＳ（１００）は段落００１９に記載されるように通常モードで動作していると見なされ得る。フィードバック電圧信号Ｖｆｂ（１２９）がフィードバック低しきい電圧Ｖｆｂ＿ｌｏｗよりいつでも低い場合、電源スイッチＳ１（１２０）は、オフであるか、バーストモードまたは低周波数モードで動作することができる。電源スイッチＳ１（１２０）がオフになった後、フィードバック電圧信号Ｖｆｂ（１２９）は基準電圧Ｖｒｅｆとも比較されて、通常動作を再び開始することができる。さらに、フィードバック電圧信号Ｖｆｂ（１２９）がフィードバック高しきい電圧Ｖｆｂ＿ｈｉｇｈよりいつでも高い場合、ＳＭＰＳ（１００）は過負荷保護モードに入ることができる。先行技術には、これについていくつかの他の実装例がある。
【００２５】
種々の例では、電源スイッチＳ１（１２０）が金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴとも称する）、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴとも称する）、または絶縁型ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴとも称する）、または任意の他の適切なスイッチとすることができる。一例では、スイッチ制御部Ｕ１（１２２）が単一の集積回路（ＩＣと称する）として実装される。電源スイッチＳ１（１２０）はスイッチ制御部Ｕ１（１２２）とは別に示されているが、いくつかの例ではこれらの両方を単一のＩＣとして集積化することができる。
【００２６】
入力フィルタ回路（１１０）を再び参照すると、従来のフィルタ回路のいくつかの例では、コンデンサＣ１（１１２）およびＣ２（１１４）が通常、それぞれ４００Ｖまたは４５０Ｖの電圧定格を有する電解コンデンサであり得る。したがって、総定格降伏電圧は、２つの電圧の合計である８００Ｖまたは９００Ｖに実質的に等しい。従来のフィルタ回路では、異なる電圧定格のコンデンサをより多く直列に接続して、一連のコンデンサを形成し、ＳＭＰＳ（１００）が高い降伏電圧に耐えるようにすることができる。異なる例として、合計６００Ｖの降伏電圧を得るために、３つの２００Ｖ定格コンデンサを直列に接続することができる。電力計、屋外電力、三相電力のような用途、または配電網が不安定なユーザの場所、または電気自動車またはサーバのような高電圧バッテリまたは直流バス入力である場合、高い降伏電圧に耐えるために、コンデンサＣ１（１１２）およびＣ２（１１４）のような少なくとも２つのコンデンサを直列に接続することが非常に典型的である。一方、充電器またはアダプタのような屋内用途では通常、製造業者は入力フィルタとしてそのようなコンデンサを１つ配置するだけである。
【００２７】
図２は、図１の従来のＳＭＰＳ（１００）と共に典型的に使用される、従来の入力フィルタ回路の別の例の入力フィルタ回路（２１０）を含むＳＭＰＳ（１００）を示す部分図である。入力フィルタ回路（２１０）は、図１に示されるのと同様に、コンデンサＣ１（１１２）およびＣ２（１１４）を含む。さらに、コンデンサを製造する際の製造業者の公差定格に起因するコンデンサの両端間電圧の不均衡をなくすために、抵抗器Ｒ１（２０２）およびＲ２（２０４）が、コンデンサＣ１（１１２）およびＣ２（１１４）とそれぞれ並列に接続される。
【００２８】
理解されるように、より多くのコンデンサが入力フィルタ回路（２１０）に直列に追加される場合、抵抗器もより多く追加される必要がある。時には、製造公差に起因するコンデンサインピーダンスの不整合に起因して不均衡が生じ、この不均衡は、熱を引き起こす可能性がある。抵抗器Ｒ１（２０２）およびＲ２（２０４）は通常、このような不均衡によって引き起こされる熱を放散するため、嵩張る表面実装またはスルーホールタイプであり、これもまた、総ＢＯＭコストを増大させる。
【００２９】
このような従来の入力フィルタ回路では、これらのコンデンサの総降伏電圧定格が、取り得る直流電圧Ｖｄｃ（１０９）の最大値よりも高くなければならないことが理解されよう。直流電圧Ｖｄｃ（１０９）は入力する交流入力電圧Ｖａｃ（１０２）から直接整流されるので、交流入力における雷電圧または他のタイプのサージ、または電力線上の外乱／変動は、整流された直流電圧Ｖｄｃ（１０９）の突然の増加を引き起こす可能性がある。整流された直流電圧Ｖｄｃ（１０９）のこの突然の増加が、入力フィルタ回路のコンデンサの総降伏電圧定格よりも高い場合、入力フィルタ回路のコンデンサおよびＳＭＰＳシステムの潜在的な故障の原因となる可能性がある。
【００３０】
図１および図２に関して説明したように、交流直流電源装置と共に使用される従来の容量性入力フィルタ回路は、そのサイズおよび定格に依存して、高電圧損傷を受けやすい。さらに、それらを高電圧サージに耐えるようにするためには、それらの降伏電圧定格をより大きくする必要があり、これもまたそれらのサイズの増大につながる。要約すると、高い降伏電圧にも耐えることができる従来の容量性入力フィルタ回路は、コスト効率もサイズ効率も良くない。
【００３１】
従って、電源装置に使用される入力フィルタコンデンサを高電圧サージから保護し、コンデンサのいかなる損傷も回避する解決策が有用である。そのようなコンデンサが故障した場合、それらは通常、過熱し、発火および他の望ましくない結果を引き起こす可能性があり、したがって、コンデンサを保護することは電源装置全体を保護することになる。
【００３２】
以下の段落で説明するように、本実施形態は、交流直流電源装置を例として、入力フィルタ回路で使用されるコンデンサを保護するために使用され得る制御回路を開示する。上記制御回路は、従来のフィルタ回路における１つ以上のコンデンサを置き換えるために使用され得る。さらに、本実施形態は、上記制御回路と一緒に動作するように構成される過電圧防止回路の一例と、上記スイッチ制御部Ｕ１（１２２）の初期電源投入方法を開示する。
【００３３】
図３は、本開示の実施形態１によるフィルタ制御回路（３２６）を含むＳＭＰＳ（３００）の部分図である。ＳＭＰＳ（３００）はＳＭＰＳ（１００）と多くの共通の特徴、回路素子、および信号を共有し、これらは、図１に関して説明したような方法で機能するように構成され、接続される。より具体的には、ＳＭＰＳ（３００）が入力フィルタ回路（３１０）を含み、入力フィルタ回路（１１０）と同様の方法で接続されることに留意されたい。しかし、ＳＭＰＳ（３００）および特に入力フィルタ回路（３１０）は、以下に説明するように、いくつかの点で図１の対応するものとは異なる。
【００３４】
図３に示すように、ＳＭＰＳ（３００）は、入力フィルタ回路（３１０）に加えて、ＯＶＰ回路（３２０）、高電圧（ＨＶとも称する）起動回路（３３０）を含む。スイッチ制御部Ｕ１（３２２）は、主制御回路（３２４）と、フィルタ制御回路（３２６）と、フィルタトランジスタＱ１（３１４）とを備えている。図からわかるように、入力フィルタ回路（３１０）は、直流電圧Ｖｄｃ（１０９）に接続された第１の端子と、フィルタトランジスタＱ１（３１４）のドレイン端子（３１５）に接続された第２の端子とを有するコンデンサＣ１（３１２）を含む。フィルタ制御回路（３２６）は、フィルタトランジスタＱ１（３１４）の制御端子またはゲート端子Ｇ（３１７）に接続される。フィルタトランジスタＱ１（３１４）のソース端子Ｓ（３１９）は、入力リターン（１０１）に接続される。
【００３５】
図１に戻って参照すると、一実施形態では、フィルタ制御回路（３２６）は、フィルタトランジスタＱ１（３１４）と一緒に使用され、入力フィルタ回路（１１０）内のコンデンサＣ２（１１４）を置き換えることができる。フィルタトランジスタＱ１（３１４）のコストは、ほとんどの場合、入力フィルタコンデンサＣ２（１１４）に平衡用抵抗器Ｒ１およびＲ２を加えたものよりもはるかに低い。さらに、直列に接続された２つのコンデンサの実効容量値は半分に過ぎない。回路ＢＯＭの一例として、スイッチ制御部Ｕ１（３２２）を使用する場合、１つの１０ｕＦの入力フィルタコンデンサＣ１（１１２）およびフィルタトランジスタＱ１（３１４）のみを必要とする。これは、異なる制御部を使用する場合における、２つの２０ｕＦの入力フィルタコンデンサＣ１（１１２）およびＣ２（１１４）、抵抗器Ｒ１（２０２）およびＲ２（２０４）を使用するのと電気的に等価であり、したがって、かなりのコストおよびＢＯＭを節約する。いくつかの例ではフィルタ制御回路（３２６）およびフィルタトランジスタＱ１（３１４）がスイッチ制御部Ｕ１（１２２）と集積化されているため、ＢＯＭの費用はさらに低くなるが、他の実施形態ではディスクリート部品で実装され得る。フィルタ制御回路（３２６）は、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの任意の組合せで実装することもできる。他の例では、フィルタ制御回路（３２６）およびフィルタトランジスタＱ１（３１４）は、入力フィルタ回路または任意の他のタイプの適切な電源装置に含まれる複数のコンデンサを置き換えるために使用されてもよい。また、並列に接続された複数のトランジスタを使用して、１つの単一のフィルタトランジスタＱ１（３１４）を置き換えてもよい。
【００３６】
さらに説明するように、一例では、フィルタ制御回路（３２６）が直流電圧Ｖｄｃ（１０９）を検知することに応答して、フィルタトランジスタＱ１（３１４）を介して入力フィルタコンデンサＣ１（３１２）を接続または切断するように構成される。より具体的には、フィルタ制御回路（３２６）が通常（過電圧状態でない）動作中に入力フィルタコンデンサＣ１（３１２）を入力リターン（１０１）に接続し、過電圧事象において入力フィルタコンデンサＣ１（３１２）を入力リターン（１０１）から切断するように構成される。フィルタ制御回路（３２６）は、フィルタトランジスタＱ１（３１４）をそれぞれオンおよびオフにすることによって、入力フィルタコンデンサＣ１（３１２）を接続および切断するように接続される。
【００３７】
理解されるように、入力フィルタコンデンサＣ１（３１２）を入力リターン（１０１）から切断すると、ＳＭＰＳ回路から電気的に切断できるので、直流電圧Ｖｄｃ（１０９）が入力フィルタコンデンサＣ１（３１２）およびフィルタトランジスタＱ１（３１４）の降伏電圧の和よりも高くならない限り、過電圧から保護することができる。フィルタトランジスタＱ１（３１４）の降伏電圧は典型的な製造仕様から５００Ｖ、６００Ｖ、７００Ｖを適宜選択することができ、これは、それが置き換える入力フィルタコンデンサＣ２（１１４）の降伏電圧よりも高い。このように、フィルタ制御回路（３２６）は、高電圧サージを遮断し、高電圧サージが入力フィルタコンデンサＣ１（３１２）、スイッチ制御部Ｕ１（３２２）、およびＳＭＰＳ（３００）を損傷させないように構成される。
【００３８】
さらに、フィルタ制御回路（３２６）は、直流電圧Ｖｄｃ（１０９）を検知し、ＯＶＰ回路（３２０）を介して過電圧事象を検出するように構成される。フィルタ制御回路（３２６）のより詳細な動作については、図５および図６を参照して説明する。
【００３９】
スイッチ制御部Ｕ１（３２２）に含まれる主制御回路（３２４）は、図１に関して説明したように、高電圧サージがない通常動作モードの間、電源スイッチＳ１（１２０）のスイッチングを制御するように構成される。フィルタ制御回路（３２６）は、主制御回路（３２４）と並行に働き、高電圧サージを遮断する。さらに、通常動作モードからＯＶＰモード、またはその逆のモード変更をするために、フィルタ制御回路（３２６）は、主制御回路（３２４）と通信信号（３３３）を交換するように接続されてもよい。
【００４０】
種々の実施形態において、フィルタトランジスタＱ１（３１４）は、ＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、ＩＧＢＴ、または任意の他の好適なスイッチであってもよい。いくつかの実施形態では、フィルタ制御回路（３２６）は、複数のトランジスタが入力フィルタ回路（３１０）と一緒に、または、その一部として動作するように制御するために使用されてもよい。
スイッチ制御部Ｕ１（３２２）は、また、ＰＲＯ端子（３０１）、ＨＶ端子（３０３）、Ｖｃｃ端子（３０５）、Ｖｇ端子（３１１）、ＣＳ端子（３０７）、ＦＳＥＴ端子（３１３）、およびＦＢ端子（３０９）を有する。また、図示されるように、スイッチ制御部Ｕ１（３２２）の外部にあるコンデンサＣ２（３３１）がＶｃｃ端子（３０５）に接続される。コンデンサＣ２（３３１）は、Ｖｃｃ端子（３０５）から電源供給動作を維持するためのハウスキーピング電源として機能する。
【００４１】
ＨＶ起動回路（３３０）は、直流電圧Ｖｄｃ（１０９）とスイッチ制御部Ｕ１（３２２）のＨＶ端子（３０３）との間に接続される。ＯＶＰ回路（３２０）は、直流電圧Ｖｄｃ（１０９）と、スイッチ制御部Ｕ１（３２２）のＰＲＯ端子（３０１）とに接続される。一例では、ＯＶＰ回路（３２０）は、抵抗器Ｒ３（３２１）およびＲ４（３２３）を含むことができ、その値を使用して、直流電圧Ｖｄｃ（１０９）の過電圧を検知するためのしきい電圧を設定することができる。これについてのさらなる詳細は、本明細書において後述する。
【００４２】
ＨＶ起動回路（３３０）は、直流電圧Ｖｄｃ（１０９）の供給からスイッチ制御部Ｕ１（３２２）を起動するために使用され、抵抗器Ｒ５（３３２）を含むことができる。先に述べたように、スイッチ制御部Ｕ１（３２２）は、一定の供給電圧を必要とする集積回路であり得る。一例では、ＨＶ起動回路（３３０）は、スイッチ制御部Ｕ１（３２２）に初期電源電圧を供給することによる高速起動のために使用され得る。これについてのさらなる詳細は、本明細書において後述する。
【００４３】
図４は、本開示の実施形態２に係る、フィルタ制御回路（３２６）およびフィルタトランジスタＱ１（３１４）を含むＳＭＰＳ（３００）を示す部分図である。これと図３の実施形態との差は、実施形態２では、フィルタトランジスタＱ１（３１４）がスイッチ制御部Ｕ１（３２２）およびフィルタ制御回路（３２６）の外部にあることである。
【００４４】
図５は、本開示の実施形態１に係るフィルタ制御回路（３２６）の詳細を説明するＳＭＰＳ（３００）の部分図である。
【００４５】
図５に示すように、フィルタ制御回路（３２６）は、論理部（５０２）と、電圧レギュレータＶｓｕｐｐｌｙ（５０４）と、電流源Ｉｓｔａｒｔ（５０６）と、過電圧比較器（５０８）と、バッファまたはドライバ（５１０）と、フィルタトランジスタＱ１（３１４）のゲート駆動を調整してそれをオンまたはオフにするように接続されたゲート制御素子Ｉｇａｔｅ（５１２）とを含む。一例では、ゲート制御素子Ｉｇａｔｅ（５１２）は、調整可能なゲート駆動電流源または調整可能な抵抗器の両方であり得るように示されている。また、スイッチ制御部Ｕ１（３２２）に電力を供給するための内部バイアス（５０１）、基準電圧ＶＲＥＦ１（５０３）、過電圧検出信号Ｏｖｐ＿ｄｅｔ（５０５）、過電圧トリガ信号Ｏｖｐ＿ｔｒｉｇ（５０７）、コンデンサ駆動信号ｃａｐ＿ｄｒｉｖｅ（５０９）、およびオンオフ信号（５１１）を含む信号が示されている。上記の信号の全てと、フィルタ制御回路（３２６）の様々な部分との接続は、以下に詳細に説明する。
【００４６】
図示するように、ＯＶＰ回路（３２０）は、過電圧検出信号Ｏｖｐ＿ｄｅｔ（５０５）を過電圧（ＯＶとも称する）比較器（５０８）に供給するように接続される。さらに、ＯＶ比較器５０８が、過電圧検出信号Ｏｖｐ＿ｄｅｔ（５０５）と基準電圧ＶＲＥＦ１（５０３）との比較に基づいて過電圧トリガ信号Ｏｖｐ＿ｔｒｉｇ（５０７）を論理部（５０２）に出力するように接続される。
【００４７】
論理部（５０２）はコンデンサ駆動信号ｃａｐ＿ｄｒｉｖｅ（５０９）をバッファ（５１０）に出力するように接続され、バッファ（５１０）はフィルタトランジスタＱ１（３１４）をオンまたはオフにするように接続される。バッファまたはドライバ（５１０）はゲート制御素子Ｉｇａｔｅ（５１２）を介してコンデンサ駆動信号ｃａｐ＿ｄｒｉｖｅ（５０９）をバッファリングし、オンオフ信号ｏｎ＿ｏｆｆ（５１１）を制御する。
【００４８】
入力フィルタコンデンサＣ１（３１２）が過電圧事象からターンオフする必要があるとき、フィルタトランジスタＱ１（３１４）のゲート端子Ｇ（３１７）が大電流ドライバ／バッファ（５１０）から非常に強く駆動される場合、入力フィルタコンデンサＣ１（３１２）は非常に高速にターンオフし、そのピーク振幅が電源装置の寄生インダクタンス、入力フィルタコンデンサＣ１（３１２）の容量およびＥＳＲ、フィルタトランジスタＱ１（３１４）のオン時のソースドレイン間抵抗Ｒｄｓｏｎによって決定されるリンギングを引き起こす可能性があり、このリンギングは直流電源Ｖｄｃ（１０９）の最大値に追加され、ＨＶ端子（３０３）により残りのスイッチ制御部Ｕ１（３２２）を停止させるには高すぎる可能性がある。したがって、ゲート制御素子Ｉｇａｔｅ（５１２）は、それぞれの設計に適応するように調整可能とする必要がある。さらに、ゲート制御素子Ｉｇａｔｅ（５１２）は、上記リンギングが最小限に抑えられるように、入力フィルタコンデンサＣ１（３１２）を十分に遅くターンオフすることができる必要があり、また、過電圧保護速度に影響を与えないように、入力フィルタコンデンサＣ１（３１２）を十分に速くターンオフすることができる必要がある。この調整可能な特徴は、ＩＣ設計における固定値としてハードウェアで、またはソフトウェアで、またはそれらの任意の組み合わせで実現されてもよい。
【００４９】
論理部（５０２）が過電圧事象に応答して電源スイッチＳ１（１２０）をオフにするために、スイッチ駆動信号５１５を生成してもよい。再びＯＶＰ回路（３２０）を参照すると、抵抗器Ｒ３（３２１）およびＲ４（３２３）の値は、入力のＰＲＯ端子（３０１）からスイッチ制御部Ｕ１（３２２）により受信される過電圧検出信号Ｏｖｐ＿ｄｅｔ（５０５）を介して、過電圧トリガ電圧または過電圧しきい電圧を設定若しくは定義またはプログラムし得る設計上の考慮事項に従って選択されてもよい。ここで、基準電圧ＶＲＥＦ１（５０３）はフィルタ制御回路（３２６）内の過電圧しきい電圧の基準であり、フィルタ制御回路（３２６）内の固定値としてハードウェアで、またはソフトウェア若しくはそれらの任意の組み合わせで実現されてもよい。
【００５０】
先に説明したように、本開示の第１の態様では、フィルタ制御回路（３２６）が過電圧事象に応答してフィルタトランジスタＱ１（３１４）をオフにするように構成される。一例では、フィルタ制御回路（３２６）が、さらに、スイッチ制御信号（３２５）を無効にすることによって、電源スイッチＳ１（１２０）をオフにしてもよい。以下の段落は、フィルタ制御回路（３２６）の実際の動作をさらに詳細に説明する。
【００５１】
ＨＶ端子（３０３）がＳＭＰＳ（３００）のソフトスタートを開始した後、過電圧比較器（５０８）は過電圧検出信号Ｏｖｐ＿ｄｅｔ（５０５）を基準電圧ＶＲＥＦ１（５０３）と比較し、過電圧トリガ信号Ｏｖｐ＿ｔｒｉｇ（５０７）をアクティブ（Ｈｉｇｈ）または非アクティブ（Ｌｏｗ）にするように構成される。過電圧トリガ信号Ｏｖｐ＿ｔｒｉｇ（５０７）が非アクティブであり、過電圧がなく、ＳＭＰＳ（３００）が通常モードで動作することができる場合、論理部（５０２）は、コンデンサ駆動信号ｃａｐ＿ｄｒｉｖｅ（５０９）を有効にし、これはさらに、フィルタトランジスタＱ１（３１４）をオンにすることができる。一方、過電圧トリガ信号Ｏｖｐ＿ｔｒｉｇ（５０７）がアクティブである場合、論理部（５０２）はコンデンサ駆動信号ｃａｐ＿ｄｒｉｖｅ（５０９）を無効にすることができ、これはさらに、フィルタトランジスタＱ１（３１４）をオフにすることができる。フィルタトランジスタＱ１（３１４）をオンにすると、入力フィルタコンデンサＣ１（１１２）が入力リターン（１０１）に接続または結合され、フィルタトランジスタＱ１（３１４）をオフにすると、フィルタコンデンサＣ１（１１２）が入力リターン（１０１）から切断または分離される。一例では、アクティブな過電圧トリガ信号Ｏｖｐ＿ｔｒｉｇ（５０７）が論理値Ｈｉｇｈによって示され、非アクティブな過電圧トリガ信号Ｏｖｐ＿ｔｒｉｇ（５０７）は論理値Ｌｏｗによって示され、またはその逆であってよい。さらに、フィルタトランジスタＱ１（３１４）がオンになると、論理部（５０２）は、入力のＰＲＯ端子（３０１）を介して過電圧検出信号Ｏｖｐ＿ｄｅｔ（５０５）を常時監視するように構成される。過電圧事象が検出されたときはいつでも、論理部（５０２）、または広義には、フィルタ制御回路（３２６）がオンオフ信号ｏｎ＿ｏｆｆ（５１１）を介してフィルタトランジスタＱ１（３１４）をオフにするように、また、任意選択により、スイッチ駆動信号（５１５）を介して電源スイッチＳ１（１２０）をオフにするように構成される。このとき、ＳＭＰＳ（３００）は、通常動作モードまたは通常モードからＯＶＰモードに変更したとみなしてもよい。フィルタ制御回路（３２６）は通信信号（３３３）を介して主制御回路（３２４）とモード変更について通信してもよく、主制御回路（３２４）は過電圧が検出されなくなるまで、電源スイッチＳ１（１２０）の通常のスイッチング動作を一時的に停止してもよい。または主制御回路（３２４）がＯＶＰモードで電源スイッチＳ１（１２０）をオンにすることを依然として決定する場合、電源スイッチＳ１（１２０）は通常モードと同様のスイッチングを続けてもよいものの、電源装置は入力フィルタコンデンサの欠如により、通常よりも少ない負荷しか取ることができないだろう。
【００５２】
ＰＲＯ端子における電圧が、ＳＭＰＳ（３００）の安全動作範囲内の値まで徐々に低下すると、論理部（５０２）は主制御回路（３２４）に、電源スイッチＳ１（１２０）の通常のスイッチング動作を再開させることができる。このとき、ＳＭＰＳ（３００）は、ＯＶＰモードから通常モードに戻ったとみなしてよい。主制御回路（３２４）およびフィルタ制御回路（３２６）は、このモード変化について通信信号（３３３）を介して互いに通信してもよい。
【００５３】
例として、最初に、ＳＭＰＳ（３００）がまだ動作を開始しておらず、したがって、スイッチ制御部Ｕ１（３２２）も休止していると仮定し得る。直流電圧Ｖｄｃ（１０９）が４００Ｖであり、基準電圧ＶＲＥＦ１（５０３）が１Ｖであり、抵抗器Ｒ３（３２１）およびＲ４（３２３）の設計値の２つの比率が１／４００であると仮定すると、過電圧しきい電圧ｏｖｐ＿ｔｈｒは４００Ｖに設定される。ＳＭＰＳ（３００）の上記プログラム値の一例では、直流電圧Ｖｄｃ（１０９）が４００Ｖより低い場合、それは通常動作モードとみなされ、直流電圧Ｖｄｃ（１０９）が４００Ｖを超える場合、それはＯＶＰモードとみなされる。さらに、通常モードでは、過電圧比較器（５０８）が過電圧トリガ信号Ｏｖｐ＿ｔｒｉｇ（５０７）を非アクティブにし、フィルタトランジスタＱ１（３１４）をオンにする。対照的に、直流電圧Ｖｄｃ（１０９）の電圧が４００Ｖ以上である場合、過電圧比較器（５０８）は過電圧トリガ信号Ｏｖｐ＿ｔｒｉｇ（５０７）をアクティブにし、フィルタトランジスタＱ１（３１４）をオフにし、それによって入力フィルタコンデンサＣ１（３１２）を切断する。電圧レギュレータＶｓｕｐｐｌｙ（５０４）は、フィルタ制御回路（３２６）と集積化される必要はないことが理解されよう。これは、主制御回路（３２４）内に実装することもできる。電圧レギュレータＶｓｕｐｐｌｙ（５０４）は、フィルタ制御回路（３２６）および主制御回路（３２４）の両方、ならびにスイッチ制御部Ｕ１（３２２）全体に電源を供給する。
【００５４】
スイッチ制御部Ｕ１（３２２）は、一定の初期電圧および電流供給を必要とする集積回路であり得る。ここでは、ＨＶ起動回路（３３０）およびＶｃｃ端子（３０５）を介してスイッチ制御部Ｕ１（３２２）に電力を供給する方法について説明する。最初は、ＳＭＰＳ（３００）がまだ動作を開始していないと仮定してもよく、したがって、スイッチ制御部Ｕ１（３２２）も休止している。一例では、起動時、整流された直流電圧Ｖｄｃ（１０９）がＨＶ端子（３０３）に現れると、フィルタ制御回路（３２６）および主制御回路（３２４）は抵抗器Ｒ５（３３２）を介して電源を起動する。高電圧が直流電圧Ｖｄｃ（１０９）に現れると、電流源Ｉｓｔａｒｔ（５０６）は、ＨＶ端子（３０３）からの電流供給を開始でき、スイッチ制御部Ｕ１（３２２）の内部ＪＦＥＴ（図示されない）を介してＶｃｃ端子のコンデンサＣ２（３３１）を充電し、スイッチ制御部Ｕ１（３２２）の電源を起動する。バイアス巻線Ｌ３（１３０）上の反射電圧からＶｃｃ端子（３０５）の電圧が生成された後は、バイアス巻線Ｌ３（１３０）の電圧値が上記ＪＦＥＴ出力値よりも高いため、バイアス巻線Ｌ３（１３０）がスイッチ制御部Ｕ１（３２２）の電源供給を引き継ぎ、ＨＶ起動回路（３３０）は自然にオフになる。しかし、スイッチ制御部Ｕ１（３２２）が何らかの他の保護のためにスイッチしない場合、すなわちＶｃｃ端子（３０５）の電源供給が引き継がれない場合、コンデンサＣ２（３３１）はスイッチ制御部Ｕ１（３２２）の動作によって放電され、電流源Ｉｓｔａｒｔ（５０６）が再始動する。
【００５５】
したがって、ＨＶ起動回路（３３０）は高速起動を提供し、スタンバイ電力を節約できることが理解されよう。バイアス巻線Ｌ３（１３０）から供給されるＶｃｃ端子（３０５）の電源は、スイッチ制御部Ｕ１（３２２）が動作を開始した後は、高効率のハウスキーピング電源とみなすことができる。
【００５６】
図６は、本開示の実施形態２に係るフィルタ制御回路（３２６）の一実装例を示すＳＭＰＳ（３００）の部分図である。図からわかるように、実施形態２は、図５に関して説明したような方法で機能するように構成され、接続された実施形態１と、多くの一般的な特徴、回路素子、および信号を共有する。しかしながら、実施形態２は以下に述べるように、いくつかの点で実施形態１とは異なる。
【００５７】
第１に、電源スイッチＳ１（１２０）は、スイッチ制御部Ｕ１（３２２）と集積化される。電源スイッチＳ１（１２０）が集積化されているので、スイッチ制御部Ｕ１（３２２）は、電源スイッチＳ１（１２０）のドレイン端子Ｄ（１３１）が接続されるＤ端子（６０２）と、電源スイッチＳ１（１２０）のソース端子Ｓ（１３３）が接続されるＳ端子（６０４）と、を含む追加の端子を有し得ることが理解されよう。実施形態２では電源スイッチＳ１（１２０）が集積化されているけれども、直流電源Ｖｄｃ（１０９）の過電圧検知、フィルタトランジスタＱ１（３１４）および電源スイッチＳ１（１２０）のオンまたはオフは図５に関して説明したように行われる。
【００５８】
実施形態２が実施形態１と異なる第２の点は、図５に示されるようなＨＶ起動回路（３３０）もＨＶ端子（３０３）もないことである。したがって、スイッチ制御部Ｕ１（３２２）に電力を供給するための初期電源電圧は、直流電源Ｖｄｃ（１０９）の直接検知によっては生じ得ない。代わりに、電源起動時の初期電源電圧は、電源スイッチＳ１（１２０）のドレイン端子Ｄ（１３１）から一次巻線Ｌ１（１２６）を介して受け取られる。一例では、整流された直流電圧Ｖｄｃ（１０９）が上昇し始めると、実質的に同じ正の電圧が一次巻線Ｌ１（１２６）に一次電圧Ｖｐ（１１９）として現れ、ドレイン端子Ｄ（１３１）を介して検知され得、電流源Ｉｓｔａｒｔ（５０６）はその電圧から電流供給を始める。図５に関して説明したように、補助巻線Ｌ３（１３０）を介して受け取られたＶｃｃ端子（３０５）の電圧が少なくともＶｃｃ＿ｌｏｗに等しくなると、それを使用してスイッチ制御部Ｕ１（３２２）に電力を供給することができる。一例では、フィルタ制御回路（３２６）は、起動時にＤ端子（６０２）からスイッチ制御部Ｕ１（３２２）に供給電圧を提供し、さらに、Ｖｃｃ端子（３０５）の電圧が少なくともＶｃｃ＿ｌｏｗに等しいことを検知した後に、Ｖｃｃ端子（３０５）からスイッチ制御部Ｕ１（３２２）に電力を提供することを可能にする供給電圧選択機構を含むことができる。
【００５９】
高電圧入力ＪＦＥＴまたは他のタイプの高電圧レギュレータによりスイッチ制御部Ｕ１（３２２）を起動するための電流源Ｉｓｔａｒｔが生成される。いくつかの例では、電流源Ｉｓｔａｒｔ（５０６）がＨＶ端子（３０３）からのＪＦＥＴ（図示されない）によって生成され得る。上記ＪＦＥＴはスイッチ制御部Ｕ１（３２２）の内部にある。基本的に、上記ＪＦＥＴはノーマリーオン型電流制限スイッチである。直流電源Ｖｄｃ（１０９）に電圧が現れると、上記ＪＦＥＴは、スイッチ制御部Ｕ１（３２２）に電力を供給するためにオンになる。上記ＪＦＥＴは非常に高いオン抵抗を有するので、スイッチ制御部Ｕ１（３２２）に供給する電流を自己制限する。したがって、スイッチ制御部Ｕ１（３２２）への待機電力も制限される。
【００６０】
電流源Ｉｓｔａｒｔ（５０６）は、初期起動中にスイッチ制御部Ｕ１（３２２）全体に電源を供給する内部バイアス（５０１）である。しかし、Ｖｃｃ端子（３０５）が補助巻線Ｌ３からの電源を引き継ぐと、Ｖｃｃ端子（３０５）がＩｓｔａｒｔ（５０６）の代わりに内部バイアス（５０１）を供給する。直流電圧Ｖｄｃ（１０９）の電圧が十分に高くない場合、またはスイッチ制御部Ｕ１（３２２）の動作中にＶｃｃ端子（３０５）の電圧が十分に高くない場合、スイッチ制御部Ｕ１（３２２）はＵＶＬＯモードに入り、ＵＶＬＯ信号（５１３）を主制御回路（３２４）に送り、スイッチ制御部Ｕ１（３２２）を再起動することができる。
【００６１】
いくつかの実施形態では、スイッチ制御部Ｕ１（１２２）はまた、温度監視部を含んでもよい。ＳＭＰＳ（１００）の最大動作温度に比例する所定の電圧Ｖｔｍａｘがあってもよい。スイッチ制御部Ｕ１（１２２）は、任意の所与の時間において、ＳＭＰＳ（１００）の温度に比例する電圧Ｖｔを監視するように構成されてもよい。ＶｔがＶｔｍａｘを超える時間があれば、電源スイッチＳ１（１２０）をオフにすることができる。
【００６２】
なお、主制御回路（３２４）において、温度監視が最良に実装されることに留意されたい。それは、フィルタトランジスタＱ１（３１４）または電源スイッチＳ１（１２０）の温度を別々に監視することができる。
【００６３】
図７は、開示されるフィルタ制御回路が、本開示の一実施形態に係る図３または図４または図５または図６に示されるＳＭＰＳ（３００）の電源スイッチＳ１（１２０）およびフィルタトランジスタＱ１（３１４）を制御する方法（７００）の一例を示す流れ図である。流れ図は、７００から７４４までのプロセスブロックを含む。ブロック７００、７０２、７０４、７０６、７０８、７１０、７１２、７１４、７１６、７１８、７２０、７２２、７２４、７２６、７２８、７４４はＳＭＰＳ（３００）の通常モード動作に関連し、ブロック７１０、７３０、７３２、７３４、７３６、７３８、７４０、７４２は、本開示例に係るＳＭＰＳ（３００）の保護モードに関連する。
【００６４】
図からわかるように、ブロック７０２で開始した後、方法（７００）はブロック７０４に進む。
【００６５】
ブロック７０４において、スイッチ制御部Ｕ１（３２２）に初期電源電圧を供給するために、内部電流源をオンにすることができる。図５に戻って参照すると、電流源Ｉｓｔａｒｔ（５０６）は、ＨＶ端子（３０３）からの電流供給を開始することができる。図６に戻って参照すると、電流源Ｉｓｔａｒｔ（５０６）は、Ｄ端子（６０２）からの電流供給を開始することができる。電流源Ｉｓｔａｒｔ（５０６）は、Ｖｃｃが電圧を上昇させるまで、内部高電圧ＪＦＥＴ（図示されない）を介してコンデンサＣ２（３３１）を充電する。次に、方法（７００）はブロック７０６に進む。ブロック７０６では、Ｖｃｃ端子（３０５）の値がＶｃｃ＿ｈｉｇｈよりも高いかどうかをチェックすることができる。真の場合、方法（７００）はブロック７０８に進む。偽の場合、方法（７００）はブロック７０４に戻り、内部電流源Ｉｓｔａｒｔがスイッチ制御部Ｕ１（３２２）に電力を供給し続ける。ブロック７０６の状態が真である場合、補助巻線Ｌ３（１３０）がスイッチ制御部Ｕ１（３２２）に電力を供給していることを意味し、そうでない場合、補助巻線Ｌ３（１３０）は十分な電圧を供給しておらず、ＨＶ起動回路（３３０）がＨＶ端子（３０３）を介してスイッチ制御部Ｕ１（３２２）に電力を供給し続けることが理解されよう。
【００６６】
ブロック７０８において、補助巻線Ｌ３（１３０）は図５に関して説明したように、スイッチ制御部Ｕ１（３２２）への電力供給を開始することができる。次いで、ステップ７１０に進み、交流ライン上の過電圧をチェックする。
【００６７】
ブロック７１０において、ＰＲＯ端子（３０１）および過電圧比較器（５０８）による過電圧チェックを実行する。次に、方法（７００）は、ＳＭＰＳ（３００）の通常動作モードのためのブロック７１２に進む。
【００６８】
ブロック７１２において、フィルタトランジスタＱ１（３１４）は完全にオンになり、一方、電源スイッチＳ１（１２０）は、ターンオンデューティサイクルが徐々に増加するソフトスタートパターンに続いて、オンになる。方法（７００）は、ブロック７４４でフィードバック電圧Ｖｆｂ（３２９）を監視することに進み、同時にブロック７１４、７１６、および７１８に進む。ブロック７４４から、方法（７００）はまた、ＯＶＰモードのためのブロック７３４、７３８、および過熱保護のためのブロック７３２に同時に進む。
【００６９】
ブロック７１４において、フィードバック電圧Ｖｆｂ（３２９）がＶｆｂ＿ｌｏｗより低いかどうかをチェックする。真の場合、ＳＭＰＳ（３００）の動作はバーストモードまたは低周波数モードに入り、方法（７００）は、ブロック７２０に進む。偽の場合、方法（７００）はブロック７４４に戻り、フィードバック電圧Ｖｆｂ（３２９）を連続的に監視する。
【００７０】
ブロック７１６において、フィードバック電圧Ｖｆｂ（３２９）がＶｆｂ＿ｌｏｗとＶｆｂ＿ｈｉｇｈの間にあるかどうかをチェックし得る。真の場合、方法（７００）はブロック７２２に進み、通常動作（固定周波数または準共振スイッチングなど）を維持する。偽の場合、方法（７００）はブロック７４４に戻り、フィードバック電圧Ｖｆｂ（３２９）を監視する。
【００７１】
ブロック７１８において、フィードバック電圧Ｖｆｂ（１２９）がＶｆｂ＿ｈｉｇｈよりも大きいかどうかをチェックし得る。真の場合、電源装置は過負荷状態にあり、保護する必要がある。ここで、ブロック７２４に進み、電源スイッチＳ１（１２０）を一時的にオフにし得る。偽の場合、方法（７００）はブロック７４４に戻り、フィードバック電圧Ｖｆｂ（３２９）を監視する。
【００７２】
ブロック７２０では、バーストモードまたは低周波数動作モードをオンにする。ステップ７４４において、フィードバック電圧Ｖｆｂの監視を継続する。
【００７３】
ブロック７２２では、規則的な固定周波数または準共振または他のモードでスイッチ動作をする。そして、フィードバック電圧Ｖｆｂを監視し続ける。
【００７４】
ブロック７２４において、過負荷保護を起動し、電源スイッチＳ１を一時的にオフにする。次に、方法（７００）はブロック７２６に進む。
【００７５】
ブロック７２６では、タイマーが開始し得る。所定の時間が経過した後、方法（７００）はブロック７２８に進む。
【００７６】
ブロック７２８で、フィードバック電圧Ｖｆｂ（３２９）が安全マージンであるＶｆｂ＿ｈｉｇｈよりも低いかどうかを再びチェックし得る。フィードバック電圧Ｖｆｂ（３２９）が安全マージンであるＶｆｂ＿ｈｉｇｈより低い場合、過負荷状態が除去されたことを意味し、方法（７００）はブロック７４４に戻り、フィードバック電圧Ｖｆｂ（３２９）を監視する。フィードバック電圧Ｖｆｂ（３２９）が安全マージンであるＶｆｂ＿ｈｉｇｈより低くない場合、方法（７００）は過負荷が依然として続いていると判断し、ブロック７４０に進み、そこで、電源スイッチＳ１（１２０）のスイッチング動作をオフに維持する。
【００７７】
ブロック７３４では、ＯＶＰモードが検出されたかどうかをチェックし得る。例えば、図５及び図６に戻って参照すると、過電圧トリガ信号Ｏｖｐ＿ｔｒｉｇ（５０７）がアクティブであるか否かをチェックする。真の場合、方法（７００）はブロック７３６に進む。
【００７８】
ブロック７３６では、フィルタトランジスタＱ１（３１４）をオフにし得る。方法（７００）はブロック７４０に進み、電源スイッチＳ１（１２０）をオフにし、電源装置の再起動を完了させることができる。点線の経路は、任意選択であることを意味する。他の選択肢として、過電圧事象中に電源スイッチＳ１（１２０）の連続動作が所望される場合、ブロック７４４に進み、電源スイッチＳ１について何も行わない、こともあり得る。いずれの経路の選択も、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせとして実装することができる。
【００７９】
ブロック７４０では、過電圧を検出したので、フィルタトランジスタＱ１（３１４）をオフにすることができる。次に、方法（７００）はブロック７４２に進み、ブロック７０４で電源装置を再起動する。
【００８０】
ブロック７３８において、ＶｃｃがＯＶＰしきい電圧ＯＶＰ＿ｔｈｒよりも高いかどうかをチェックする。真ならば、それは、出力負荷が何らかの問題を有することを意味し、ブロック７４０に進み、次に、電源装置の再起動を実行する。偽の場合、方法（７００）はブロック７３８の始めに戻り、ＶｃｃがＯＶＰしきい電圧を超えるかどうかをチェックし続ける。
【００８１】
ブロック７４０において、電源スイッチＳ１（１２０）をオフにする。次に、方法（７００）はブロック７４２に戻る。
【００８２】
ブロック７４２において、Ｖｃｃは徐々にＶｃｃ＿ｈｉｇｈに減少し、その後、プロセスはブロック７０４に戻り、内部電流源を再びオンにする。
【００８３】
さらに、ブロック７３２において、温度監視をオンにし得る。次に、方法（７００）はブロック７３０に進み、ブロック７３２において、温度監視の電圧（Ｖｔ）が、ＳＭＰＳ（４００）の最大動作温度Ｖｔｍａｘ、または電源スイッチＳ１もしくはフィルタトランジスタＱ１の最大温度、またはその両方に関連する電圧を超えるかどうかをチェックすることができる。偽の場合、方法（７００）はブロック７３２の始めに戻り、温度監視の電圧Ｖｔが最大動作温度Ｖｔｍａｘを超えるかどうかをチェックし続ける。真の場合、方法（７００）はブロック７４０に進み、電源スイッチＳ１（１２０）のスイッチング動作をオフにする。
【００８４】
フィルタ制御回路の開示された実施形態は、スイッチモード電源装置に関して説明されてきたが、当業者であれば、他のタイプの電源装置に適用されてもよいことが理解されよう。
【００８５】
本実施形態は特にその好適なものに関連して記載してきたが、形態および細部における変更および修正が本開示の趣旨および範囲から逸脱することなくなされ得ることは当業者には容易に明らかであるはずである。追加の特許請求の範囲において、そのような変更および修正が包含されることを意図する。
【００８６】
上記の明細書では「電力変換器」および「電源装置」という用語が同じものを意味するために交換可能に使用されてもよい。「結合される」、「構成される」、「動作可能にする」という用語は同じものを意味するために交換可能に使用されてもよい。「変圧器」および「エネルギー伝達素子」という用語が同じものを意味するために交換可能に使用されてもよい。「巻線」および「インダクタ」という用語が同じものを意味するために交換可能に使用されてもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１００、３００  スイッチング電源装置（ＳＭＰＳ）
１０１  入力リターン
１０２  交流入力電圧Ｖａｃ
１０３  グランド
１０４  入力端子ＡＣ１
１０５  一次電流Ｉｐ
１０６  入力端子ＡＣ２
１０７  バイアス電流Ｉｂ
１０８  入力整流回路
１０９  直流電圧Ｖｄｃ
１１０、２１０、３１０  入力フィルタ回路
１１１  出力電流Ｉｏｕｔ
１１２、３１２  入力フィルタコンデンサＣ１
１１３  変圧器Ｔ１
１１４  入力フィルタコンデンサＣ２
１１５  スイッチング周波数プログラミング抵抗器Ｒｆｓｅｔ
１１６  電圧クランプ回路ＣＬＡＭＰ１
１１７  バイアス電流Ｉｂ
１１８  電圧クランプ回路ＣＬＡＭＰ２
１１９  一次電圧Ｖｐ
１２０  電源スイッチＳ１
１２１  二次電圧ＶＳ
１２３  バイアス電圧ＶＢ
１２４  電流検知抵抗器Ｒｓｅｎｓｅ
１２５、３２５  スイッチ制御信号
１２６  一次（入力）巻線Ｌ１
１２７、３２７  電流検知信号
１２８  二次（出力）巻線Ｌ２
１２９、３２９  フィードバック電圧信号Ｖｆｂ
１３０  補助（バイアス）巻線Ｌ３
１３１  電源スイッチＳ１のドレイン端子Ｄ
１３２  抵抗器Ｒ７
１３３  電源スイッチＳ１のソース端子Ｓ
１３５  電源スイッチＳ１のゲート端子Ｇ
１３７  スイッチ電流ＩＤ
１３８  金属酸化物バリスタ
１３９  出力電圧Ｖｏｕｔ
１４２  出力整流ダイオードＤ１
１４４  出力フィルタコンデンサＣ３
１４６  負荷ＬＯＡＤ
１４８  フィードバック回路
２０２  抵抗器Ｒ１
２０４  抵抗器Ｒ２
３０１  ＰＲＯ端子
３０３  ＨＶ端子
３０５  ＶＣＣ端子
３０７  ＣＳ端子
３０９  ＦＢ端子
３１１  Ｖｇ端子
３１３  ＦＳＥＴ端子
３１４  フィルタトランジスタＱ１
３１５  フィルタトランジスタＱ１のドレイン端子Ｄ
３１７  フィルタトランジスタＱ１のゲート端子Ｇ
３１９  フィルタトランジスタＱ１のソース端子Ｓ
３２０  ＯＶＰ回路
３２１  抵抗器Ｒ３
３２２  スイッチ制御部Ｕ１
３２３  抵抗器Ｒ４
３３０  ＨＶ起動回路
３３１  コンデンサＣ２
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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