(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換器用コントローラであって
電力スイッチを切り換えて、電力変換器の出力を調整するスイッチング制御装置と、
前記コントローラの単一の端子から信号を受信するように結合されたセンサとを備え、
前記単一の端子からの信号は、前記電力スイッチのオン時間の少なくとも一部の間前記電力変換器の線間入力電圧を表し、前記単一の端子からの信号は、前記電力スイッチのオフ時間の少なくとも一部の間前記電力変換器の出力電圧を表し、
前記スイッチング制御装置は、前記センサに応答して前記電力スイッチを切り換え、
前記センサは、フィードバック信号が線間入力電圧を表しているときにはサンプル入力線間電圧信号を出力し、フィードバック信号が前記電力変換器の出力を調整するための出力電圧を表しているいるときにはサンプル出力電圧信号を出力するように構成される、電力変換器用コントローラ。
【請求項２】
前記センサは、前記電力スイッチのオフ時間の該一部の間、前記単一の端子からの信号をサンプリングするように結合される、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項３】
前記センサは、前記電力スイッチがオン時間からオフ時間に遷移した後の第１の時間の間、前記単一の端子からの信号のサンプリングを遅延させるように結合される、請求項２に記載のコントローラ。
【請求項４】
前記センサは、前記電力スイッチのオン時間のその一部の間、前記単一の端子からの信号をサンプリングするように結合される、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項５】
前記センサは、前記電力スイッチがオフ時間からオン時間に遷移した後の第２の時間の間、前記単一の端子からの信号のサンプリングを遅延させるように結合される、請求項４に記載のコントローラ。
【請求項６】
前記信号は、第１の信号と第２の信号を含み、
前記第１の信号は、前記電力変換器の出力電圧を表す電圧であり、
前記第２の信号は、前記電力変換器の線間入力電圧を表す電流である、請求項１に記載
のコントローラ。
【請求項７】
前記コントローラは、電力変換器用集積回路コントローラである、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項８】
前記電力スイッチは、前記集積回路コントローラに集積される、請求項７に記載のコントローラ。
【請求項９】
端子と、
電力スイッチを切り換えて、電力変換器の出力を調整するスイッチング制御装置と、
前記端子と前記スイッチング制御装置との間に結合され、集積コントローラの端子における電圧を検知するように結合されたセンサとを備え、
検知された電圧は、前記電力変換器の出力電圧を表し、
前記センサは、前記集積コントローラの端子における電流を検知するようにさらに結合され、
検知電流は、前記電力変換器の入力電圧を表し、
前記スイッチング制御装置は、前記センサに応答して電力スイッチを切り換え、
前記センサは、入力線間電圧に応答してサンプル入力線間電圧信号を出力し、前記電力変換器の出力を調整するための出力電圧に応答してサンプル出力電圧信号を出力するように構成される、電力変換器用コントローラ。
【請求項１０】
前記スイッチング制御装置は、前記電力スイッチをオン時間とオフ時間との間で切り換え、
前記センサは、前記電力スイッチのオフ時間の少なくとも一部の間、前記端子における電圧をサンプリングし、電力スイッチのオン時間の少なくとも一部の間、前記端子における電流をサンプリングするように結合される、請求項９に記載のコントローラ。
【請求項１１】
前記センサは、前記電力スイッチのオン時間の少なくとも一部の間、前記端子をある電圧に固定するように結合される、請求項１０に記載のコントローラ。
【請求項１２】
前記コントローラは、電力変換器用集積回路コントローラである、請求項９に記載のコントローラ。
【請求項１３】
前記電力スイッチは、集積回路コントローラに集積される、請求項１２に記載のコントローラ。
【請求項１４】
電力変換器用コントローラであって、
電力スイッチを切り換えて、電力変換器の出力を調整するスイッチング制御装置と、
前記コントローラの端子から信号を受信するように結合されたセンサとを備え、
前記端子からの信号は、前記電力スイッチのオン時間の少なくとも一部の間、前記電力変換器の線間入力電圧を表し、
前記端子からの信号は、前記電力スイッチのオフ時間の少なくとも一部の間、前記電力変換器の出力電圧を表し、
前記センサは、前記電力スイッチのオフ時間の該一部の間、前記端子からの信号をサンプリングし、サンプル出力電圧信号を生成するように結合され、
前記センサは、前記電力スイッチのオン時間の該一部の間、前記端子からの信号をサンプリングし、サンプル入力線間電圧信号を生成するように結合され、
前記コントローラは、
前記センサと前記スイッチング制御装置との間に結合され、出力調整信号を前記スイッチング制御装置に出力するように結合された出力レギュレータをさらに備え、
前記スイッチング制御装置は、出力調整信号に応答して前記電力スイッチを切り換えて、前記電力変換器の出力電圧を調整する、電力変換器用コントローラ。
【請求項１５】
前記センサは、前記電力スイッチのオン時間の少なくとも一部の間、前記端子をある電圧に固定するように結合される、請求項１４に記載のコントローラ。
【請求項１６】
前記センサと前記スイッチング制御装置との間に結合され、前記サンプル入力線間電圧信号に応答して、電力制限信号を前記スイッチング制御装置に出力して、前記電力変換器の入力電力を制限するように結合された電力制限器をさらに備える、請求項１４に記載のコントローラ。
【請求項１７】
前記センサと前記スイッチング制御装置との間に結合され、自動再起動信号を前記スイッチング制御装置に出力して、自動再起動モードになることを前記スイッチング制御装置に対して指示するように結合された自動再起動検出器をさらに備え、
前記自動再起動信号は、前記サンプル出力電圧信号に応答する、請求項１４に記載のコントローラ。
【請求項１８】
前記センサと前記スイッチング制御装置との間に結合され、前記サンプル入力線間電圧信号と線間電圧閾値とに応答して、線間低電圧信号を前記スイッチング制御装置に出力するように結合された線間低電圧検出器をさらに備える、請求項１４に記載のコントローラ。
【請求項１９】
前記コントローラは、電力変換器用集積回路コントローラである、請求項１４に記載のコントローラ。
【請求項２０】
前記電力スイッチは、集積回路コントローラに集積される、請求項１９に記載のコントローラ。
【請求項２１】
電力変換器用コントローラであって、
電力スイッチを切り換えて、電力変換器の出力を調整するスイッチング制御装置と、
前記コントローラの一端子から信号を受信するように結合されたセンサとを備え、
前記一端子からの信号は、前記電力スイッチのオン時間の少なくとも一部の間、前記電力変換器の線間入力電圧を表し、
前記一端子からの信号は、前記電力スイッチのオフ時間の少なくとも一部の間、前記電力変換器の出力電圧を表し、
前記センサは、前記電力スイッチのオン時間のその一部の間、前記一端子からの信号をサンプリングし、サンプル入力線間電圧信号を生成するように結合され、
前記センサは、前記電力スイッチのオフ時間のその一部の間、前記一端子からの信号をサンプリングし、サンプル出力電圧信号を生成するように結合され、
前記コントローラは、
前記センサと前記スイッチング制御装置との間に結合され、前記サンプル出力電圧信号に応答して、一定電流信号を前記スイッチング制御装置に出力して、前記電力変換器の出力電流を調整するように結合された一定電流レギュレータをさらに備える、電力変換器用コントローラ。
【請求項２２】
前記センサは、前記電力スイッチのオフ時間の少なくとも一部の間サンプル電圧まで充電されるコンデンサを含み、
前記サンプル電圧は、前記電力スイッチのオフ時間の少なくとも一部の間、前記一端子における電圧を実質的に表す、請求項２１に記載のコントローラ。
【請求項２３】
前記センサは、前記一端子と前記コンデンサとの間に結合されて、前記コンデンサの前記一端子における電圧を反射するバッファ回路をさらに備える、請求項２２に記載のコントローラ。
【請求項２４】
前記センサと前記スイッチング制御装置との間に結合され、前記サンプル入力線間電圧信号に応答して、電力制限信号を前記スイッチング制御装置に出力して、前記電力変換器の入力電力を制限するように結合された電力制限器をさらに備える、請求項２１に記載のコントローラ。
【請求項２５】
前記センサと前記スイッチング制御装置との間に結合され、前記サンプル入力線間電圧信号と線間電圧閾値に応答して、線間低電圧信号を前記スイッチング制御装置に出力するように結合された線間低電圧検出器をさらに備える、請求項２１に記載のコントローラ。
【請求項２６】
前記センサと前記スイッチング制御装置との間に結合され、自動再起動信号を前記スイッチング制御装置に出力して、自動再起動モードになることを前記スイッチング制御装置に対して指示するように結合された自動再起動検出器をさらに備え、
前記自動再起動信号は、前記サンプル出力電圧信号に応答する、請求項２１に記載のコントローラ。
【請求項２７】
前記コントローラは、電力変換器用集積回路コントローラである、請求項２１に記載のコントローラ。
【請求項２８】
前記電力スイッチは、集積回路コントローラに集積される、請求項２７に記載のコントローラ。
【請求項２９】
電力変換器の電力スイッチがオフ状態のときは前記電力変換器の出力電圧を表す電圧を受け取るように結合され、前記電力スイッチがオン状態のときは前記電力変換器の入力線間電圧を表す電流を受け取るようにさらに結合されたフィードバック端子と、
前記フィードバック端子に結合され、前記電力スイッチのオン状態の間に前記フィードバック端子で受け取られた電流をサンプリングし、受け取られた電流に応答して、サンプル入力線間電圧信号を生成するとともに、前記電力スイッチのオフ状態の間に前記フィードバック端子で受け取られた電圧をサンプリングし、受け取られた電圧に応答して、サンプル出力電圧信号を生成するように結合されたセンサと、
前記電力変換器の出力を調整するためにオン状態とオフ状態の間の前記電力スイッチの切換を制御するための駆動信号を出力するように結合されたスイッチング制御装置とを備え、
前記スイッチング制御装置は、前記サンプル入力線間電圧信号及び前記サンプル出力電圧信号に応答して前記電力スイッチを切り換える、電力変換器用コントローラ。
【請求項３０】
前記センサは、前記電力スイッチのオン状態の時間の少なくとも一部の間、前記フィードバック端子を入力線間電圧に固定するように結合される、請求項２９に記載のコントローラ。
【請求項３１】
前記電力スイッチは、前記コントローラに集積される、請求項２９に記載のコントローラ。
【請求項３２】
前記センサは、駆動信号に応答して、前記電力スイッチのオン状態の間に前記フィードバック端子において受け取られた電流をサンプリングし、
前記センサは、駆動信号に応答して、前記電力スイッチのオフ状態の間に前記フィードバック端子において受け取られた電圧をサンプリングする、請求項２９に記載のコントローラ。
【請求項３３】
前記サンプル入力線間電圧信号は、受け取られた電流に実質的に比例するサンプル電流である、請求項２９に記載のコントローラ。
【請求項３４】
前記コントローラは、電力変換器用集積回路コントローラである、請求項２９に記載のコントローラ。
【請求項３５】
前記電力スイッチは、集積回路コントローラに集積される、請求項３４に記載のコントローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
先行出願の参照
本出願は、２００７年４月６日に出願された「電力変換器コントローラの単一の端子から複数の電圧値を検知するための方法及び装置」という名称の米国仮出願第６０／９２２，１３３号の有益性を主張するものである。
【０００２】
本発明は、広くは電力変換器に関し、より詳細には、電力変換器の入力電圧と出力電圧を検知することに関する。
【背景技術】
【０００３】
携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ラップトップ等の多くの電気器具は、比較的低電圧のＤＣ電力の電源によって電力が供給される。電力は、一般に、高電圧ＡＣ電力として壁付コンセントを通じて供給されるため、典型的には電力変換器と称する器具は、高電圧ＡＣ電力を低電圧ＤＣ電力に変換することが必要である。低電圧ＤＣ電力は、電力変換器によって器具に直接提供されてもよく、エネルギーを器具に提供するが、蓄積されたエネルギーが尽きると充電が必要となる充電式電池を充電するのに使用されてもよい。典型的には、電池は、電池が必要とする一定電流と一定電圧の要件を満たす電力変換器を含む電池充電器で充電される。作動中、電力変換器は、広くは負荷と称される電池のような電気器具に供給される出力電力を調整するためのコントローラを使用する。より具体的には、そのコントローラは、負荷に供給される電力を調整するために、電力変換器の出力のフィードバック情報を提供するセンサに結合される。コントローラは、電力線のような入力電力源から出力にエネルギー・パルスを転送するために、センサからのフィードバック情報に応答して、電力スイッチをオン・オフさせるように制御することによって負荷への電力を調整する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電力変換器制御回路は多くの目的及び用途に使用されている。集積制御回路の外側の部品の数を減少させて、用途に求められるすべての特徴を与えることができる制御回路機能が求められる。この外部部品数の減少は、可搬性を向上させるための電力変換器の小型化を可能にし、電力変換器の設計を仕上げるのに必要な設計サイクルの数を減少させるとともに、最終製品の信頼性を向上させることができる。また、部品数の減少により、電力変換器の動作のエネルギー効率を向上させ、かつ電力変換器のコストを低減させることができる。調整能を向上させ、電力変換器におけるさらなる故障状態を検知するいくつかの例示的なさらなる特徴は、入力線間電圧の検知に依存する。顧客要件を満たすために、入力線間電圧を検知することが必要になる場合もある。しかし、入力線間電圧を検知する既知の回路は、コントローラの外側の部品を増加させる。統合された解決策は、入力線間電圧を検知するのに必要な個別の部品を取り除くことであるが、入力線間電圧を検知する回路の集積化は、さらなる端子の必要性をもたらし、集積コントローラのサイズ、コスト、複雑さを増大させることになる。
【特許文献１】米国仮出願第６０／９２２，１３３号
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
他に指定がなければ、それぞれの図の全体を通して同様の参照番号が同様の部分を指す以下の図を参照しながら本発明の非限定的か非網羅的な実施形態と具体例を説明する。
【０００６】
電力変換器における電圧の検知に関連する例を開示する。以下の説明において、本発明を十分に理解するために、多くの具体的詳細が記載されている。しかし、本発明を実施するために具体的詳細を採用する必要がないことは当業者に明らかになるであろう。本発明を不明瞭にすることを避けるために、実施に関連する良く知られた方法の詳細な説明を省略した。
【０００７】
本明細書全体を通じての「一実施形態」、「実施形態」、「一実施例」又は「実施例」とは、実施形態に関して記載されている特定の特徴、構造又は特性が本発明の少なくとも１つの実施形態又は実施例に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体の様々な箇所における「一実施形態」、「実施形態」、「一実施例」又は「実施例」という語句は、すべて同一の実施形態を指すとは限らない。特定の特徴、構造又は特性を例えば１つ又は複数の実施形態又は実施例における任意の好適な組合せ及び／又は部分的組合せに組み合わせることができる。
【０００８】
以下に論述するように、本発明の教示に従って、同一の端子からの入力線間電圧及び出力電圧を検知する検知回路を含む例示的な電力変換器用集積コントローラを開示する。出力電圧が、検知された入力線間電圧及び出力電圧に応答して、コントローラによって調整される様々な応用例に、開示された電力変換器及び方法の例を用いることができる。
【０００９】
例示すると、図１は、本発明の教示に従って、コントローラ１０２を含む電源とも称される電力変換器１００の例を概略的に示す概略図である。一例では、コントローラ１０２は集積回路に含まれる。示されるように、電源１００は、図示された例では無調整の入力線間電圧ＶLINE１０５に結合される入力１０４にＤＣ電流を受け取る。エネルギー転送素子１１６は、その例では、出力電圧ＶOUT１２０に対応する出力端子１１８から入力１０４を電気的に絶縁する。入力１０４がエネルギー転送素子１１６によって出力端子１１８から電気的に絶縁されると、電流を電力変換器１００の入力側から出力側に流すためのＤＣ電流路が存在しなくなる。一例では、エネルギー転送素子１１６は、入力巻線１２２と出力巻線１２４を含む。「入力巻線」は、「一次巻線」とも称され、「出力巻線」は、「二次巻線」とも称される。示されるように、クランプ回路１２６は、エネルギー転送素子１１６の入力巻線１２２に結合されて、コントローラ１０２の最大電圧を制限する。一例では、クランプ回路１２６は、抵抗器１２８、コンデンサ１３０、整流器１３１を含む。
【００１０】
図示された例に示されるように、コントローラ１０２は、第１の端子１３３と入力戻り１２９に結合された第２の端子１３４の間に結合された電力スイッチ１３２を含む。一例では、入力戻り１２９と出力戻り１４９が結合されている。
【００１１】
一例では、第１の端子１３３は、「ドレイン端子」と称され、第２の端子１３４は、「ソース端子」と称される。電力スイッチ１３２は、オン状態とオフ状態の間で電力スイッチ１３２を切り換えることによって電源１００の出力を調整するために、入力端子１０４から出力端子１１８へのエネルギー転送素子１１６を介するエネルギーの転送を制御するように結合されている。より具体的には、電力スイッチ１３２がオンのときは、スイッチ電流ＩSWITCH１３５は、入力巻線１２２を流れ、電力スイッチ１３２がオフのときは、スイッチ電流ＩSWITCH１３５は、電力スイッチ１３２を流れることが実質的に防止される。一例では、電力スイッチ１３２は、例えば、高電圧金属酸化物半導体電界効果型トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）のようなトランジスタである。図１に示される例において、電力スイッチ１３２は、コントローラ１０２内に含まれていることがわかるであろう。例えば、一例では、コントローラ１０２は、電力スイッチ１３２を含むモノリシック集積回路である。しかし、図２の例においては、電力スイッチ１３２は、その代わりに、コントローラ１０２に結合された、すなわちそれによって制御される個別の外部デバイスであり、集積コントローラとともに混成デバイスに一括された個別のスイッチである。他の様々な例において、コントローラ１０２は、オン／オフ制御、変動する電流限界レベルを伴うオン／オフ制御又はパルス幅変調（ＰＷＭ）等を含むが、それに限定されない様々な制御方法のいずれかを採用する特徴を含むことができる。
【００１２】
示されるように、エネルギー転送素子１１６は補助巻線１３６をさらに含む。補助巻線１３６は、スイッチ電流ＩSWITCH１３５が入力巻線を流れているときは入力線間電圧ＶLINE１０５を表し、二次電流ＩSECONDARY１３７が出力巻線１２４を流れているときは出力電圧ＶOUT１２０を表す反射電圧ＶREFLECT１３８を出力する。一例では、反射電圧ＶREFLECT１３８は、電力スイッチ１３２がオンの時間の少なくとも一部にわたって入力線間電圧ＶLINE１０５を表し、電力スイッチ１３２がオフの時間の少なくとも一部にわたって出力電圧ＶOUT１２０を表す。運転中に、電力スイッチ１３２がオンになると、スイッチ電流ＩSWITCH１３５が入力巻線１２２を流れ、反射電圧ＶREFLECT１３８は入力線間電圧ＶLINE１０５に比例する電圧を表す。反射電圧ＶREFLECT１３８は、入力巻線１２２の巻数に対する補助巻線１３６の巻数と同じ割合で、入力線間電圧ＶLINE１０５に比例する。巻数比と電圧比の間に存在する例示的な関係を以下に示す。
ＶREFLECT／ＶLINE＝ＮA／ＮI                    （１）
（式中、ＮAは、補助巻線１３６の巻数であり、ＮIは、入力巻線１２２の巻数である。）電力スイッチ１３２がオン状態からオフ状態に遷移すると、スイッチ電流ＩSWITCH１３５は、電力スイッチ１３２を流れるのを実質的に防止され、入力巻線１２２に蓄積されたエネルギーは、出力巻線１２４に転送されて、反射電圧ＶREFLECT１３８が、出力電圧ＶOUT１２０に比例する電圧を表すようになる。反射電圧ＶREFLECT１３８は、出力巻線１２４の巻線数に対する補助巻線１３６の巻数に対する比と同じ割合で、出力電圧ＶOUT１２０に比例する。巻数比と電圧比の間に存在することができる例示的な関係を以下に示す。
ＶREFLECT／（ＶOUT＋ＶF）＝ＮA／ＮO            （２）
（式中、ＮAは、補助巻線１３６の巻数であり、ＮOは、出力巻線１２４の巻数であり、ＶFは、それがバイアスされているときの整流器１５２の電圧である。）ＶFがＶOUTに対して無視できる場合は、式を以下のように単純化することができる。
ＶREFLECT／ＶOUT）≒ＮA／ＮO                    （３）
【００１３】
図１に示される例の説明を続けると、補助巻線１３６は、第１の抵抗器１４０と第２の抵抗器１４２を含む電圧分割器に結合され、フィードバック端子１４４が第１と第２の抵抗器１４０、１４２の間のノードに結合されている。一例では、第１及び第２の抵抗器１４０、１４２の値を所望の出力電圧ＶOUT１２０に基づいて選択する。フィードバック信号１４６は、コントローラ１０２によって受信され、電力スイッチ１３２がオンのときは反射入力線間電圧を表し、電力スイッチ１３２がオフのときは反射出力線間電圧を表す。示されるように、バイパス端子１４８は、バイパス・コンデンサ１５０に結合される。運転中に、コントローラ１０２は、図示された実施例では、ダイオードである整流器１５２で脈動電流を生成する。脈流は、実質的に一定の出力電圧ＶOUT１２０を生成するためにコンデンサ１５４によって濾過される。
【００１４】
図２は、本発明の教示に従って、図１の例示的なコントローラ１０２をさらに説明する機能構成図である。示されるように、センサ２０２は、フィードバック信号１４６に応答してサンプル入力線間電圧信号２０４とサンプル出力電圧信号２０６を出力する。より具体的には、電力スイッチ１３２がオンのときは、フィードバック信号１４６は、入力線間電圧ＶLINE１０５を表す順方向情報を提供し、電力スイッチ１３２がオフのときは、フィードバック信号１４６は、出力電圧ＶOUT１２０を表すフィードバック情報を提供する。したがって、センサ２０２は、フィードバック信号１４６が入力線間電圧ＶLINE１０５を表すときはサンプル入力線間電圧信号２０４を出力し、フィードバック信号１４６が出力電圧ＶOUT１２０を表すときはサンプル出力電圧信号２０６を出力する。示されるように、スイッチング制御ブロック２０８は、電力スイッチ１３２をオン状態とオフ状態の間で切り換える駆動信号２１０を出力する。駆動信号２１０は、また、センサ２０２が反射電圧ＶREFLECT１３８を検知するとき、又はセンサ２０２が入力線間電圧ＶLINE１０５を検知するときのタイミングを決定するために、センサ２０２に出力される。
【００１５】
次に、センサ２０２の出力に、選択的に応答する例示的な機能を説明する。出力レギュレータ２１２は、サンプル出力電圧信号２０６に応答して、出力調整信号２１４を出力する。より具体的には、出力レギュレータ２１２は、サンプル出力電圧信号に応答して出力電圧ＶOUT１２０を調整する特定の制御技術を採用する。例えば、制御技術は、オン／オフ制御又はパルス幅変調等を含んでいてもよい。
【００１６】
図示された例に示されるように、随意の自動再起動検出器２１６は、スイッチング制御ブロック２０８が自動再起動モードになることを示す自動再起動信号２１８を選択的に出力する。より具体的には、自動再起動は、出力過負荷、出力短絡又は開ループ状態等の（ただし、それに限定されない）故障状態時にコントローラ１０２によって始められる動作モードである。例えば、一例では、出力電圧ＶOUT１２０が一定時間にわたって一定の閾値を下回るときに、自動再起動モードになる。コントローラ１０２が自動再起動モードで動作しているときは、電源１００は、故障状態による損傷を回避するために、低い出力電圧と低い平均出力電流で動作する。自動再起動モード時は、負荷が規格内であれば出力電圧ＶOUT１２０を自動再起動閾値より大きくするのに十分に長い時間にわたってスイッチングが無調整とされた後に、出力がスイッチングの許可時間中に閾値に達しない場合はスイッチングのない比較的長い間隔が続く。自動再起動モードが、このスイッチングのパターンを繰り返した後に、出力電圧ＶOUT１２０が自動再起動閾値に達するまで、手動介入することなくスイッチングのない間隔が続く。
【００１７】
図示された例に示されるように、随意の一定電流レギュレータ２１９は、サンプルされた出力電圧信号２０６に応答して、一定電流信号２２０をスイッチング制御ブロック２０８に出力する。より具体的には、電力変換器１００が電流調整モードにあるときは、スイッチング制御ブロック２０８は、出力端子１１８における出力電流を調整する。
【００１８】
示されるように、随意の電力制限器２２１も含まれ、サンプル入力線間電圧２０４と電流検知信号２２３を受信するように結合される。電力制限器２２１は、電力制限信号２２２をスイッチング制御ブロック２０８に出力する。特に、電力制限器２２１は、サンプル入力電圧信号２０４と電流センサ２２４からの電流検知信号２２３に応答して、電源１００への入力電力を制限する。一例では、電流検知信号２２３は、電力スイッチ１３２における切換電流ＩSWITCH１３５の検知に応答して生成される。例えば、電流変換器、又は個別の抵抗器の電圧、又はトランジスタが導通しているときのトランジスタの電圧の如き切換電流ＩSWITCH１３５を測定する多くの既知の手段のいずれかを電流センサ２２４として実装することができる。図示された例において、電流センサ２２４は、電力スイッチ１３２とソース端子１３４の間のノードで電力スイッチ１３２に結合される。別の例において、本発明の教示に従って、電流センサ２２４を電力スイッチ１３２とドレイン端子１３３の間のノードに結合できることが理解できるであろう。
【００１９】
例に示されるように、随意の線間低電圧検出器２２５が、サンプル入力線間電圧信号２０４を受信するように結合され、線間低電圧信号２２６をスイッチング制御ブロック２０８に出力するように結合される。より具体的には、線間低電圧検出器２２５は、サンプル入力線間電圧信号２０４に応答して、線間電圧ＶLINE１０５が線間電圧閾値を下回るときを判断する。
【００２０】
図３は、本発明の教示に従って、センサ２０２の例を示す概略図３００である。示されるように、フィードバック端子１４４は、フィードバック信号１４６をセンサ２０２に供給するように結合されている。図４に示されるように、一例において電力スイッチ１３２のオフ状態を表す、駆動信号２１０が低いときの少なくとも一部にわたって、フィードバック端子１４４におけるフィードバック電圧ＶFBは、出力電圧ＶOUT１２０を表す。一例において、電力スイッチ１３２のオン状態を表す、駆動信号２１０がハイのときの少なくとも一部にわたって、フィードバック端子は、入力戻り１２９に対して０ボルトに固定される。別の例においては、駆動信号２１０がハイで、電力スイッチ１３２のオフ状態を表すこともできることが理解されるであろう。
【００２１】
図３の例の説明を続けると、概略図３００は、フィードバック信号１４６を受信して、サンプル出力電圧信号２０６とサンプル入力線間電圧信号２０４を生成するように結合されるセンサを示す。内部電圧源３０２は、整合させられたｐ−チャネル・トランジスタＴ1３０６とＴ2３０８を含むバッファ回路３０４に電流を供給する第１の電流源３０３に結合される。本明細書で用いられているように、トランジスタは、ｎ−チャネル又はｐ−チャネル・トランジスタであってもよい。ｎ−チャネルとｐ−チャネル・トランジスタは、ｎ−チャネル・トランジスタをオンにする信号がｐ−チャネル・トランジスタをオフにするように、相補的な機能又は反対の機能を発揮する。アナログ信号については、ｎ−チャネル・トランジスタにより多くの電流を導通させる信号が、ｐ−チャネル・トランジスタにより少ない電流を導通させることになる。ｎ−チャネル・トランジスタは、トランジスタが電流を導通するようにゲートとソースの間に正の電圧を必要とする。ｐ−チャネル・トランジスタは、トランジスタが導通するために、ゲートとソースの間に負の電圧を必要とする。ｎ−チャネル・トランジスタは、ｎ−チャネル・トランジスタのゲートとソースの間の正の電圧がトランジスタの閾値電圧より小さいときに、ｎ−チャネル・トランジスタの電流の流れを実質的に防止する。ｎ−チャネル・トランジスタのゲートとソースの間の電圧が、トランジスタの閾値電圧より大きくなると、より多くの電流が、ｎ−チャネル・トランジスタを流れることが可能になる。逆に、ｐ−チャネル・トランジスタは、ｐ−チャネル・トランジスタのゲートとソースの間の負の電圧が、トランジスタの負の閾値電圧より負性が小さい（より０に近い）ときは、ｐ−チャネル・トランジスタの電流の流れを防止する。ｐ−チャネル・トランジスタのゲートとソースの間の負の電圧が、トランジスタの負の閾値電圧より負性が大きくなると、より多くの電流が、ｐ−チャネル・トランジスタを流れることが可能になる。
【００２２】
図３に示されるように、トランジスタＴ2３０８のゲートがそのドレインに結合される。第２の電流源３１０が、トランジスタＴ2３０８からのシンク電流に結合される。運転中、トランジスタＴ1３０６のゲートにおける電圧は、入力戻り１２９に対してフィードバック端子１４４における電圧に等しい。図示された例における整合させられたトランジスタＴ1３０６とＴ2３０８の構成では、トランジスタＴ2３０８のゲートにおける電圧は、入力戻り１２９に対してフィードバック端子１４４における電圧に実質的に等しい。示されるように、ｎ−チャネル・トランジスタＴ3３１３が、トランジスタＴ2３０８のゲートと電圧端子３１４との間に結合され、それは、入力戻り３２１に対するサンプルされた出力電圧ＶSAMPLE３１５に対応する。
【００２３】
運転中、サンプル出力電圧信号２０６は、入力戻り３２１に対してサンプルされた出力電圧ＶSAMPLE３１５を表す。示されるように、コンデンサ３１６は、出力クロック信号ＣＬＫOUT３１８がハイのときに、トランジスタＴ3３１３がオンになり、電流をコンデンサ３１６へ、かつコンデンサ３１６から流して、サンプルされた出力電圧ＶSAMPLE３１５を再調整して、フィードバック端子１４４における電圧を整合させるように、電圧端子３１４に結合される。出力クロック信号ＣＬＫOUT３１８がローのときは、トランジスタＴ3３１３が「オフ」になり、コンデンサ３１６が、帯電又は放電が防止される。別の例において、トランジスタＴ3３１３を、ＣＬＫOUT３１８がローのときにオンになるように設計することが可能であり、Ｔ3３１３を、ＣＬＫOUT３１８がハイのときにオフになるように設計することが可能であることが理解できるであろう。出力クロック信号ＣＬＫOUT３１８は駆動信号２１０から誘導される。図４に示されるように、出力クロック信号ＣＬＫOUT３１８は、駆動信号２１０の立ち下がりエッジから時間ｔ1後にパルス化するパルス信号である。換言すれば、電力スイッチ１３２がオン状態からオフ状態に遷移してから時間ｔ1後にパルス化するパルス信号である。
【００２４】
再び図３に示される例を参照すると、出力クロック信号ＣＬＫOUT３１８がハイである間に、サンプルされた出力電圧ＶSAMPLE３１５がフィードバック端子１４４における電圧に合わせて調整される。より具体的には、出力クロック信号ＣＬＫOUT３１８のパルスは、入力戻り１２９に対して、コンデンサ３１６をフィードバック端子１４４における電圧まで帯電又は放電させることを可能にする時間にわたってハイになっている。その例において、出力サンプル電圧ＶSAMPLE３１５は、反射電圧ＶREFLECT１３８が出力電圧ＶOUT１２０を表す時間中である時間遅延ｔ1の後に調整される。
【００２５】
再び図３の例示的なセンサ２０２を参照すると、内部電圧源３０２は、電流をｎ−チャネル・トランジスタＴ4３３２に供給する第３の電流源３３０に結合される。示されるように、トランジスタＴ4３３２のゲートは、ｎ−チャネル・トランジスタＴ5３３４のゲートに結合される。ｐ−チャネル・トランジスタＴ6３３６は、内部電圧源３０２とトランジスタＴ5３３４の間に結合される。図４に示されるように、反射電圧ＶREFLECT１３８が０以下のときは、フィードバック端子は、入力戻り１２９に対して、約０ボルトに固定され、入力線間電圧ＶLINE１０５を表す負の内部電流ＩINT３３８が、補助巻線１３６からトランジスタＴ6３３６とＴ5３３４に流れる。一例では、内部電流ＩINT３３８は、反射電圧ＶREFLECT１３８に応答して、大きさが変化する。
【００２６】
図示された例に示されるように、ｐ−チャネル・トランジスタ３４０Ｔ7が、トランジスタＴ6３３６のゲートとトランジスタＴ8３４２のゲートとの間に結合される。コンデンサ３４８が、内部電圧源３０２とｐ−チャネル・トランジスタＴ8３４２のゲートとの間に結合される。示されるように、インバータ３４４の出力が、トランジスタＴ7３４０のゲートに結合される。インバータ３４４の入力は、入力ラインクロック信号ＣＬＫLINE３４６を受信するように結合される。図４に示されるように、入力ラインクロック信号ＣＬＫLINE３４６は、駆動信号２１０の立ち上がりエッジから時間ｔ2後にパルス化するパルス信号である。換言すれば、入力ラインクロック信号ＣＬＫLINE３４６は、電力スイッチ１３２が、オフ状態からオン状態に推移してから時間ｔ2後にパルス化するパルス信号である。
【００２７】
再び図３を参照すると、入力ラインクロック信号ＣＬＫLINE３４６がハイのときは、トランジスタＴ7３４０はオンであり、電流をコンデンサ３４８へ、かつコンデンサ３４８から流して、トランジスタＴ8３４２のゲートにおける電圧を調整して、トランジスタＴ6３３６のゲートにおける電圧を整合させる。より具体的には、入力ラインクロック信号ＣＬＫLINE３４６のパルスは、入力戻り１２９に対して、コンデンサ３４８をトランジスタＴ6３３６のゲートにおける電圧まで帯電又は放電させることを可能にする時間にわたってハイになっている。トランジスタＴ6３３６のゲートにおける電圧は、内部電流ＩINT３３８の大きさによって決定される。入力ラインクロック信号ＣＬＫLINE３４６がローのときは、トランジスタＴ7３４０はオフであり、電流がコンデンサ３４８に、かつコンデンサ３４８から流れるのを実質的に防止する。別の例において、トランジスタＴ7３４０を、ＣＬＫLINE３４６がローのときにオンになるように設計することが可能であり、トランジスタＴ7３４０を、ＣＬＫLINE３４６がハイのときにオフになるように設計することが可能であることは理解できるであろう。トランジスタＴ6３３６のゲートにおける電圧は、トランジスタ３４２Ｔ8のゲートにおける電圧に実質的に等しいため、トランジスタ３４０Ｔ7がオンのときに、内部電流ＩINT３３８に比例するサンプル電流ＩSAMPLE３５０がトランジスタ３４２Ｔ8を流れることになる。より具体的には、電流ＩSAMPLE３５０に対する電流ＩINT３３８の比例関係は、図示された例におけるトランジスタＴ8３４２に対するトランジスタＴ6３３６のサイズの比例関係に基づく。運転中、抵抗器のような（ただし、それに限定されない）抵抗素子を使用することによって、ＩSAMPLE３５０を電圧値に変換することができ、ＩSAMPLE３５０は、サンプル入力線間電圧信号２０４を表す。
【００２８】
再び図４を参照すると、クロック信号ＣＬＫLINE３４６は、電力スイッチ１３２がオンになってから時間遅延ｔ2後にハイになる。補助巻線１３６は、電力スイッチ１３２がオンになった直後に入力電圧を必ずしも正確に反射しないため、時間遅延ｔ2は、ＩSAMPLE３５０が内部電流ＩINT３３８に比例するように調整される前に生じる。
【００２９】
図５は、本発明の教示に従って、集積電源コントローラの同一の端子上の出力電圧と線間電圧を検知するための例示的な方法を概略的に説明する流れ図５００である。ブロック５０５で処理が開始され、ブロック５１０において、電力スイッチ１３２がオンになる。ブロック５２０で反射入力線間電圧を検知する前に、ブロック５１５において時間遅延ｔ2が生じる。ブロック５２５において、サンプル入力線間電圧信号２０４が出力される。ブロック５３０において、電力スイッチ１３２がオフになる。ブロック５４０で反射出力線間電圧を検知する前に、ブロック５３５において時間遅延ｔ1が生じる。ブロック５４５においてサンプル出力電圧信号２０６が出力され、ブロック５５０において処理が完了する。
【００３０】
要約書に記載されているものを含めて、本発明の図解例の上記説明は、網羅的であること、又は開示された厳密な形態に限定されることを意図するものではない。本発明の具体的な実施形態と具体例が例示を目的として本明細書に記載されているが、本発明のより広い主旨と範囲を逸脱することなく、様々な同等の変更が可能である。具体的な電圧、電流、周波数、電力範囲値、時間等は、説明を目的として提示されていること、本発明の教示に従って、他の実施形態及び具体例に他の値を採用してもよいことが理解できるであろう。
【００３１】
これらの変更を、上記詳細な説明に鑑みて、本発明の例に加えることができる。請求項に用いられている用語は、本発明を明細書と請求項に開示された具体的な実施形態に限定するものと解釈されるべきではない。むしろ、範囲は、請求項の解釈の確定された理論に従って解釈されるべきである請求項によって専ら決定づけられるべきである。よって、本明細書及び図面は、限定的ではなく、例示的なものと見なされるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の教示に従って、コントローラを含む例示的な電力変換器を概略的に示す概略図である。
【図２】本発明の教示に従って、例示的なコントローラを概略的に示す機能構成図である。
【図３】本発明の教示に従って、例示的なセンサを示す概略図である。
【図４】本発明の教示に従って、例示的なセンサに伴う例示的な電圧波形及びクロック信号を概略的に示す図である。
【図５】本発明の教示に従って、同一の端子上で出力電圧及び入力線間電圧を検知するための例示的な方法を概略的に示す流れ図である。
【符号の説明】
【００３３】
１００  電力変換器
１０２  コントローラ
１１６  エネルギー転送素子
１１８  出力端子
１２２  入力巻線
１２４  出力巻線
１２６  クランプ回路
１２８  抵抗器
１２９  入力戻り
１３０  コンデンサ
１３１  ダイオード
１３２  電力スイッチ
【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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