(57)【要約】      （修正有）【課題】スイッチング・レギュレータから一時的なピーク電力を供給できるようにする。【解決手段】スイッチング・レギュレータは電源入力１０５と電源のエネルギー伝達要素１２５の間に結合されるスイッチ１２０を含む。コントローラ１４５は電源の出力から受信されるフィードバック信号１５５を入力し、電源の出力を調整するために、フィードバック信号１５５に応答してスイッチ１２０をオン／オフさせる。コントローラ１４５は発振器をもち、コントローラ１４５に発振信号を供給する。発振信号は、電源出力における第１の中程度負荷状態の下では第１の周波数で発振し、電源出力における第２のピーク負荷状態の下では第２の周波数で発振する。【選択図】図１
2006136193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源の入力と出力の間に結合されているエネルギー伝達要素と電源の入力との間に結合されるスイッチと、
前記スイッチの制御端子に結合されるコントローラ回路であって、そのコントローラ回路は、前記電源の出力レベルを表すフィードバック信号を受信するように結合され、前記コントローラ回路は、前記電源の前記出力レベルを調整するためにスイッチング周波数で前記スイッチをオン／オフし、前記コントローラ回路は、前記電源の前記入力とは実質的に無関係の最大スイッチング周波数を有し、その最大スイッチング周波数は、負荷が中程度電力レベルしきい値を超えない場合は、第１のスイッチング周波数に制限され、前記負荷が前記中程度電力レベルしきい値より大きい場合は、前記第１のスイッチング周波数より高い第２のスイッチング周波数に制限されるコントローラ回路と
を含むスイッチング・レギュレータ回路。
【請求項２】
前記コントローラ回路が、集積回路に含まれる請求項１に記載のスイッチング・レギュレータ回路。
【請求項３】
前記コントローラ回路と前記スイッチが、モノリシック集積回路上に統合される請求項１に記載のスイッチング・レギュレータ回路。
【請求項４】
前記電源出力における前記負荷が前記中程度電力レベルしきい値より大きい間に、前記スイッチング・レギュレータの温度が実質的に上昇しないようなごく短い持続時間の間だけ、前記電源出力における前記負荷が前記中程度電力レベルしきい値より大きくなる請求項１に記載のスイッチング・レギュレータ回路。
【請求項５】
前記スイッチング・レギュレータの前記温度を実質的に上昇させない時間間隔で、前記電源出力における前記負荷が前記中程度電力レベルしきい値より大きくなることがある請求項４に記載のスイッチング・レギュレータ回路。
【請求項６】
前記コントローラ回路が、前記電源の前記出力レベルを調整するために前記スイッチに結合されるパルス幅変調器を含む請求項１に記載のスイッチング・レギュレータ回路。
【請求項７】
前記コントローラ回路が、前記電源の前記出力レベルを調整するために、選択されたスイッチング周期の間前記電力スイッチを動作不能にする請求項１に記載のスイッチング・レギュレータ回路。
【請求項８】
前記スイッチの前記最大スイッチング周波数が、前記コントローラ回路によって受信される外部負荷要求信号に応答して調整される請求項１に記載のスイッチング・レギュレータ。
【請求項９】
前記コントローラ回路が、前記スイッチの前記最大スイッチング周波数を調整するために、前記スイッチの電流を感知するピーク負荷検出回路をさらに含む請求項１に記載のスイッチング・レギュレータ回路。
【請求項１０】
前記コントローラ回路が、前記スイッチを前記第２のスイッチング周波数に切替えている持続時間を制限する時限回路を含む請求項４に記載のスイッチング・レギュレータ。
【請求項１１】
電源の入出力間に結合されるエネルギー伝達要素と前記電源の入力との間に結合されるスイッチと、
前記スイッチの制御端子に結合されるコントローラ回路であって、前記コントローラ回路は、前記電源の出力レベルを表すフィードバック信号を受信するように結合され、前記コントローラ回路は、出力電力が変化したときに前記電源の前記出力レベルを調整するために前記スイッチをオン／オフし、かつ前記コントローラ回路は、前記出力電力が中程度電力しきい値を下回ったときに第１の最大スイッチング周波数を有し、前記出力電力が前記中程度電力しきい値を上回ったときに第２の最大スイッチング周波数を有するコントローラ回路と
を含むスイッチング・レギュレータ回路。
【請求項１２】
前記スイッチのスイッチング周波数は、前記出力電力が前記中程度電力しきい値を下回り、かつスタンバイまたは無負荷電力しきい値を上回るときには、実質的に一定である請求項１１に記載のスイッチング・レギュレータ回路。
【請求項１３】
前記スイッチング周波数は、前記出力電力が前記中程度電力しきい値レベルを上回ったときには、前記出力レベルを調整するために、前記第２の最大スイッチング周波数まで変化する請求項１２に記載のスイッチング・レギュレータ。
【請求項１４】
前記実質的に一定のスイッチング周波数は、前記第１の最大スイッチング周波数にほぼ等しい請求項１２に記載のスイッチング・レギュレータ回路。
【請求項１５】
前記コントローラ回路が前記第２の最大スイッチング周波数を有する間の時間幅を制限する時限回路を前記コントローラ回路が含む請求項１１に記載のスイッチング・レギュレータ回路。
【請求項１６】
前記コントローラ回路が、前記電源の前記出力レベルを調整するために、選択されたスイッチング周期の間、前記電力スイッチを動作不能にする請求項１１に記載のスイッチング・レギュレータ回路。
【請求項１７】
電源の入力と前記電源のエネルギー伝達要素との間に結合されるスイッチと、
前記電源の出力から受信されるフィードバック信号に応答し、前記電源の出力を調整するために、前記フィードバック信号に応答して前記スイッチをオン／オフするパルス幅変調器と、
前記スイッチの最大スイッチング周波数を決定するために前記パルス幅変調器に発振信号を供給する発振器であって、前記発振信号は、前記電源出力における第１の中程度負荷状態の下では、第１の周波数で発振し、前記電源出力における第２のピーク負荷状態の下では、第２の周波数で発振する発振器とを含む、スイッチング・レギュレータ。
【請求項１８】
前記第１の負荷状態は、電源出力負荷が第１の中程度負荷しきい値より小さいときに発生し、前記第２の負荷状態は、前記電源出力負荷が第２の負荷しきい値より大きいときに発生する請求項１７に記載のスイッチング・レギュレータ。
【請求項１９】
前記スイッチと前記パルス幅変調器に結合され、前記スイッチを流れる電流を制限する電流制限回路をさらに含む請求項１７に記載のスイッチング・レギュレータ。
【請求項２０】
前記発振器は、前記第１の周波数で発振するか、それとも前記第２の周波数で発振するかを示す周波数切替え信号を受信するように結合される請求項１７に記載のスイッチング・レギュレータ。
【請求項２１】
前記周波数切替え信号は、前記スイッチング・レギュレータによって受信される外部負荷要求信号に応答する請求項２０に記載のスイッチング・レギュレータ。
【請求項２２】
前記電流制限回路に結合され、その電流制限回路に応答してピーク負荷状態を検出するピーク負荷検出回路をさらに含む請求項１９に記載のスイッチング・レギュレータ。
【請求項２３】
前記発振信号が前記第２の周波数で発振する持続時間を制限するために、前記発振器に結合される時限回路をさらに含む請求項１７に記載のスイッチング・レギュレータ。
【請求項２４】
前記第２の負荷状態は、前記第１の負荷状態よりもはるかに低頻度でしか発生しない請求項１７に記載のスイッチング・レギュレータ。
【請求項２５】
前記第２の周波数は、前記第１の周波数より大きい請求項１７に記載のスイッチング・レギュレータ。
【請求項２６】
電源出力を調整する方法であって、
電源出力の出力レベルを表すフィードバック信号を受信するステップと、
前記電源の入力から前記電源出力へのエネルギー流を調整するために、前記フィードバック信号に応答してスイッチをオン／オフするステップと、
前記電源出力における負荷のピーク負荷状態を検出するステップと、
前記検出されたピーク負荷状態の間、前記スイッチの最大スイッチング周波数を一時的に増加させるステップと
を含む方法。
【請求項２７】
前記電源入力から前記電源出力への前記エネルギー流を調整するために前記フィードバック信号に応答して前記スイッチをオン／オフするステップが、前記スイッチを開閉する制御信号をパルス幅変調するステップを含む請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記スイッチを流れる電流を検出するステップをさらに含む請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記スイッチを流れる前記電流を電流制限しきい値より小さい量に制限するステップをさらに含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記スイッチを流れる前記検出された電流に応答して前記ピーク負荷状態を検出するステップをさらに含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
外部負荷要求信号に応答して前記ピーク負荷状態を識別するステップをさらに含む請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
前記検出されたピーク負荷状態の間、前記スイッチの前記最大スイッチング周波数を一時的に増加させるステップが、前記スイッチを前記増加させた最大スイッチング周波数を最高とする周波数でオン／オフさせ得る持続時間を制限するステップを含む請求項２６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、電子回路に関し、より詳細には、本発明は、スイッチモード電源に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くのタイプ電子機器は、通常の動作において、様々な電力量を使用する。電源に要求される電力の範囲は、極めて広くなり、例えば、数ミリワットから約１００ワットまでの広がりをもつ。プリンタ、デジタル・ビデオ・ディスク（ＤＶＤ）レコーダ、機械的動作の高速起動を必要とするその他の製品などの機器では、通常、広い範囲の負荷がかかる。例えば、ＤＶＤディスクが連続的に回転しているとき、またはプリンタのプリンタ・ヘッドがページ幅を左右に動いているときには、一般に、中程度の継続的な出力電力が、長い持続時間にわたって必要とされる。しかし、例えば、プリンタ・ヘッドの動きの方向を反転させるため、または起動時にディスクの回転を定格速度にまで上昇させるためなどに、頻度は少ないが、比較的短時間に、最大またはピーク出力電力を必要とすることがある。音楽などダイナミック・レンジの広い信号を増幅する機器は、例えば、数桁の範囲にわたる電力を要求することもある。
【０００３】
これらの応用例向けの電源の設計者は、要件が衝突し合うであろう効率性、サイズ、コストとの調整を図りつつ、広い範囲の電力を供給することを求められる。最大またはピーク必要電力を供給可能な電源は、継続的な中程度の電力レベルに対しては過大である部品の使用を必要とする。同一電源から供給される継続的な中程度の電力と持続時間の短いピーク電力の要件を共に満たそうとする努力は、通常、負荷の範囲が限定されている場合に必要とされるよりも大きく、重く、高コストの設計になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００４】
本発明を、添付の図面を用い、限定を意図することなく、例によって詳細に説明する。
【０００５】
電源で利用できる電源レギュレータの実施形態を開示する。以下の説明では、本発明の完全な理解を提供するために、数々の具体的な詳細について説明する。しかし、本発明を実施するのに、その具体的な詳細を必ずしも利用する必要がないことは、当業者には明らかであろう。本発明の実施に関係する周知の方法は、本発明が不明瞭になることを避けるため、詳しくは説明しない。
【０００６】
本明細書の全体において、「一実施形態」への言及は、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。したがって、本明細書の様々な場所に現れる「一実施形態では」という句は、必ずしもすべて同じ実施形態について言及するものではない。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、任意の適切な方法で組み合わせることができる。
【０００７】
図１に、本発明の教示による、電源レギュレータの一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・レギュレータとして知られている。スイッチング・レギュレータのトポロジと構成には多くのものが存在し、図１に示されたフライバック・トポロジは、本発明の教示によるその他のタイプのトポロジにも適用可能な本発明の一実施形態の原理を説明するために用いられていることが理解されよう。図１の電源は、調整されていない入力電圧ＶIN１０５から、負荷１６５に出力電力供給する。入力電圧ＶIN１０５は、エネルギー伝達要素Ｔ１  １２５とスイッチＳ１  １２０に結合される。図１の例では、エネルギー伝達要素Ｔ１  １２５は、電源入力と電源出力の間に結合される。図１の例では、エネルギー伝達要素Ｔ１  １２５は、２つの巻線をもつ変圧器として示されている。クランプ回路１１０は、スイッチＳ１  １２０での最大電圧を制御するために、エネルギー伝達要素Ｔ１  １２５の１次巻線に結合される。スイッチＳ１  １２０は、本発明の教示によるコントローラ回路１４５の一実施形態に応答して、スイッチをオン、オフする。本発明の一実施形態では、スイッチＳ１  １２０は、例えば、パワーＭＯＳＦＥＴ（酸化金属半導体電界効果トランジスタ）などのトランジスタである。本発明の一実施形態では、コントローラ１４５は、集積回路と個別の電気部品を含む。スイッチＳ１  １２０の動作によって整流器Ｄ１  １３０にパルス電流を発生させ、この電流がコンデンサＣ１  １３５によってフィルタリングされて、負荷１６５にほぼ一定の出力電圧ＶOまたは出力電流ＩOを生成する。
【０００８】
調整された出力量は、ＵO１５０であり、通常出力電圧ＶOか出力電流ＩO、またはそれらの組み合わせである。フィードバック回路１６０は、出力量ＵO１５０に結合されて、コントローラ１４５への入力となるフィードバック信号ＵFB１５５を発生させる。コントローラ１４５への別の入力は、スイッチＳ１  １２０における電流ＩD１１５を感知する電流感知信号１４０である。例えば、変流器、個別抵抗の電圧、トランジスタが通電状態の場合のトランジスタ電圧など、スイッチング電流を測定するための多く周知の方法のいずれかを使用して、電流ＩD１１５を測定することができる。
【０００９】
本発明の一実施形態では、コントローラ１４５は、出力ＵO１５０が希望値にほぼ調整されるように、スイッチＳ１  １２０を動作させる。一実施形態では、コントローラ１４５は、ほぼ一定のスイッチング周期を決める発振器を含む。一実施形態では、調整は、スイッチング周期内のスイッチ通電時間の制御によって達成される。各スイッチング周期において、スイッチが閉じられている時間に相当するスイッチング期間の分数が、スイッチのデューティ比である。これから説明するように、コントローラ１４５に含まれる発振器の一実施形態は、本発明の教示に従って、一時的なピーク負荷状態に適応するために、一時的により高い周波数に切り替わるように構成される。
【００１０】
瞬時出力電力ＰOは、出力電圧ＶOに出力電流ＩOを掛けたものである。負荷は、出力電力ＰOを引き出すが、この電力は時間とともに突然変化することがある。図２に、本発明の教示による電源レギュレータによって調整される、典型的な負荷の出力電力需要のグラフを示す。図２の電力要求の顕著な特徴は、電力が大部分の時間は中程度レベルＰM未満であり、僅かの間ＰMを上回り、ごく稀に短い持続時間にわたってより高いピーク・レベルＰPEAKまで上昇していることである。この説明では、中程度の電力レベルＰMは、電源の熱設計を一般に決定する出力電力レベルを表している。したがって、本発明の教示による電源の実施形態は、この中程度の出力電力を継続的に供給し、電源の様々な部品がそれぞれの熱定格を超えないように設計される。したがって、この説明では、この中程度の電力レベルは、電源の適用において必要とされることが多い動作状態である、無負荷またはスタンバイなどの非常に低い出力電力動作状態よりはるかに高い。この開示では、無負荷とは、電源の出力負荷が完全に除去された状態をいう。この開示では、スタンバイとは、例えば、ＤＶＤアプリケーションにおいて、ＤＶＤプレーヤがリモート・コントローラからの起動信号を待機している場合のような、電源の出力負荷が非常に低い電力しか要求していない状態をいう。これらの無負荷やスタンバイ状態は、一般に、本明細書で説明した中程度の電力レベルＰMより著しく低い。一例として、ＤＶＤプレーヤでは、ピーク出力電力要求は、２０ワットとすることができ、継続的な中程度の出力電力要求は、１０ワットとすることができ、スタンバイ出力電力は、０．５ワット未満とすることができる。無負荷やスタンバイ状態は、当業者には周知のように、出力電力需要が無負荷またはスタンバイ電力のしきい値を下回った場合に実施される、バースト・モードや非常に低いスイッチング周波数など、その他の長い持続時間または継続的な電源動作モードを必要とすることがある。ピーク電力ＰPEAK需要の持続時間は、通常、１秒よりもはるかに短く、スイッチング・レギュレータの電気部品の熱時定数よりもかなり低い。したがって、多くのアプリケーションでは、ピーク電力を供給するスイッチング・レギュレータの能力は、部品の熱限界によって制限されない。レギュレータのピーク電力は部品の最大電流やスイッチング周波数によって制限される。
【００１１】
すべてのレギュレータ設計のスイッチは、回路の１つまたは複数の部品の制限によって超えることができない最大電流限界ＩMAXを有する。すべてのスイッチは、本来的に電流制限を受けるが、スイッチング・レギュレータのコントローラは、通常、スイッチが設計上の最大電流限界を超えないように予防する。
【００１２】
図３には、スイッチング・レギュレータのスイッチにおける、スイッチング周期Ｔ１とＴ２に対応する２つのスイッチング周波数での電流ＩDの波形が示されている。どちらの電流も、同じ最大値ＩMAXを有する。レギュレータは、どちらの周波数でも、同じ入力電圧と出力電圧で動作する。波形の測定値は、図３に示す例では、より高い周波数でのレギュレータの動作は、より低い周波数での動作よりも約６０％大きな出力電力を供給することを示している。
【００１３】
また、図３の波形は電流の異なる形状によって示される２つの基本的な動作モードを示している。図３Ａの三角形の形状は、不連続伝導モード（discontinuos conduction mode:ＤＣＭ）の特徴を示し、図３Ｂの台形の形状は、連続伝導モード（continuos conduction mode:ＣＣＭ）の特徴を示している。
【００１４】
最大スイッチ電流ＩMAXが与えられた場合、スイッチング・レギュレータの最大出力電力は、以下に示すスイッチング周波数の２つの簡単な関数によって表される。
【００１５】
【数１】
2006136193.tif 000003
および
【００１６】
【数２】
2006136193.tif 000004
ただし、ｆSは、スイッチング周波数、ＰMAXDCMは、不連続伝導モードにおける最大電力、ｆSMAXDCMは、スイッチ電流がＩMAXに達することを可能にする不連続伝導モードにおける最大スイッチング周波数である。ＰMAXDCMとｆSMAXDCMの値は、当業者であれば理解されるように、回路部品の値によって決定される。そのため、これらの値は上記の式では定数になる。
【００１７】
図４は、電流制限スイッチを有するスイッチング・レギュレータの理論最大出力電力とスイッチング周波数の間の関係を示したグラフである。この関係は、式１に示すように、周波数０から不連続伝導モードにおける最大周波数ｆSMAXDCMの間の領域４１０では、１次式で表される。線形領域４１０では、出力電力は、スイッチング周波数ｆSと直接的な比例関係にある。不連続伝導モードにおける最大電力は、スイッチング周波数において、最大電力ＰMAXDCMとなる。
【００１８】
周波数がｆSMAXDCMより大きい領域４２０では、レギュレータは、連続伝導モードで動作する。連続伝導モードでは、電力は、式２に示すように、ＰMAXDCMの２倍の最大値に漸近する双曲線で表される。図４は、スイッチング周波数が高くなるほど、出力電力も高くなることを示している。残念ながら、各スイッチング・サイクルで電力が消費されるので、スイッチング周波数が高くなるほど、損失も高くなる。したがって、本発明の一実施形態では、スイッチング・レギュレータは、必要出力電力を供給するのに最低限必要なスイッチング周波数から最大周波数までで動作し、最大周波数は、サイズとコスト上の制約を満たしつつ、出力電力需要に応じて変化する。
【００１９】
本発明の一実施形態では、スイッチング・レギュレータは、出力電力が中程度の電力ＰMより低いときに、第１の最大スイッチング周波数をもち、出力電力が中程度の電力ＰMより高いときに、著しく高い第２の最大スイッチング周波数をもつ。図５に、本発明の一実施形態による、出力電力とスイッチング周波数の間の関係を示す。図５Ａの出力電力要求が中程度の電力ＰMを上回った場合、図５Ｂのスイッチング周波数は、低い値ｆS1からより高い値ｆS2に切り替わる。
【００２０】
周波数の切替えは、図５Ｂに示すように、不連続な一段階とすることができ、あるいは中間的なピーク電力レベルに対応する複数の不連続な段階を含むこともでき、あるいは図６Ｂに示すように、特別な負荷の要件に合った電力需要を満たすように連続的に変化することもできる。２つの周波数の間での段階の切り替わりは、典型的な仕様を満たすのに通常は適している。本発明の一実施形態では、スイッチング周波数の変化は、レギュレータの最大電力能力だけを調整し、出力の調整は、スイッチの通電時間などの異なる変数の調整を通して達成される。別の実施形態では、周波数の切替えは、出力電力要求が中程度レベルＰMを上回った場合は、出力を調整するために、周波数を最大値ｆS2まで変化させることができるが、負荷の状態が中程度レベルＰMと無負荷またはスタンバイの著しく低い電力との間にある場合は、周波数は値ｆS1に固定される。出力電力要求が中程度レベルＰMと無負荷またはスタンバイの著しく低い電力との間にある場合、出力の調整は、スイッチの通電時間など、スイッチング周波数以外の変数の調整を通して達成することができる。本発明の一実施形態では、出力電力要求が中程度レベルＰMを上回った場合に用いられる調整技法とは独立に、出力電力要求が無負荷またはスタンバイ状態の動作を示す下側しきい値を下回った場合には、周波数をｆS1より低い値に変化させることができる。バースト動作などその他の周知の技法を利用して、無負荷またはスタンバイにおける電源の電力消費を低減させることもできる。出力電力要求が無負荷またはスタンバイ状態を示す下側しきい値を上回っている場合、その際の調整技法には、当業者に知られているように、ＰＷＭ電流モードもしくは電圧モード、オン／オフ制御、または準共振制御が含まれる。
【００２１】
稀に短い持続時間だけ高い最大周波数に切り替わることによって、中程度の出力電力でスイッチング損失を増やす犠牲を払うことなく、またより高い電流を流せるより大きな部品を使用する必要なく、必要ピーク出力電力能力が提供される。したがって、部品とスイッチング周波数は、スイッチング・レギュレータが中程度の電力ＰMを供給するときに、すべての要件を満たすように最適化することができる。その後、式１と式２によって示される図４の関係を用いて、より低い出力電力向けに最適化された設計からピーク電力ＰPEAKを供給するのに必要な周波数増加を決定することができる。
【００２２】
図７に、本発明の教示による、スイッチング・レギュレータ用のコントローラの一実施形態を示す。コントローラ７００は、電流制限信号７３０と、クロック信号７３５と、フィードバック信号７４０とを受信するパルス幅変調器７２０を含む。コントローラは、スイッチング・レギュレータのスイッチＳ１  ７１５を操作して、出力ＵO７６０を所望の値に調整する。本発明の一実施形態では、コントローラは、電源の入力とは実質的に独立の最大スイッチング周波数を用いて、スイッチＳ１  ７１５を操作する。一実施形態では、コントローラ７００は集積回路を含む。一実施形態では、コントローラ７００は集積回路に含まれる。一実施形態では、コントローラ７００とスイッチＳ１  ７１５が、モノリシック集積回路上に統合される。
【００２３】
電流制限比較器７２５は、スイッチＳ１  ７１５の電流に比例する電流感知信号７０５を受信する。電流感知信号７０５が、スイッチＳ１  ７１５の最大許容電流に対応する基準値ＩMAX７１０を超えた場合、電流制限信号７３０は論理ロー・レベルから論理ハイ・レベルに変化する。電流制限信号７３０が論理ハイ・レベルになると、パルス幅変調器７２０がスイッチＳ１を開く。パルス幅変調器７２０は、電流制限信号７３０がローの場合であっても、出力ＵOを調整するために、スイッチＳ１  ７１５を開くことができる。
【００２４】
発振器７４５からのクロック信号７３５が、スイッチング周波数とスイッチング周期を確立する。発振器７４５は、周波数切替え入力７５０における信号に応答して、クロック信号７３５の周波数を変化させる。周波数切替え入力７５０は、負荷の電力要求に対応する負荷要求信号７５５を受信する。中程度レベルを超えた電力は、スイッチング周波数を増加させる。本発明の様々な実施形態では、負荷要求信号７５５は、負荷を直接感知することができ、あるいは負荷の増加を予想した外部システムのコマンドとすることができる。一実施形態では、負荷要求信号７５５は、個々の実施形態に応じて、所定の期間にわたるフィードバック信号７４０の喪失またはフィードバック信号７４０の大きさを感知することによって発生させることができるが、それによって、スイッチング・レギュレータの中程度電力ＰMの負荷能力が超えられたことも示される。その場合には、電力要求がいつスイッチング・レギュレータの中程度電力ＰMの負荷能力を超えたかを感知するために、負荷要求信号７５５がフィードバック信号７４０と結合される。
【００２５】
図８に、外部負荷要求信号を受信しないコントローラ８００の一実施形態を示す。代わりに、コントローラ８００は、負荷要求を決定するために、スイッチＳ１  ８１５の電流を感知する。図８のコントローラ８００は、電流制限信号８３０と、クロック信号８３５と、フィードバック信号８４０とを受信するパルス幅変調器８２０を含む。コントローラは、スイッチング・レギュレータのスイッチＳ１  ８１５を操作して、出力ＵO８８０を希望値に調整する。
【００２６】
電流制限比較器８２５は、スイッチＳ１  ８１５の電流に比例する電流感知信号８０５を受信する。電流感知信号８０５が、スイッチＳ１  ８１５の最大許容電流に対応する基準値ＩMAX８１０を超えた場合、電流制限信号８３０が、論理ロー・レベルから論理ハイ・レベルに変化して、パルス幅変調器８２０がスイッチＳ１を開く。パルス幅変調器８２０は、電流制限信号８３０がローの場合であっても、出力を調整するために、スイッチＳ１  ８１５を開くことができる。
【００２７】
発振器８４５からのクロック信号８３５はスイッチング周波数を確定する。発振器８４５は、周波数切替え入力８５０における信号に応答して、クロック信号８３５の周波数を変化させる。図８の実施形態では、周波数は、２つの値の間で切り替わる。スイッチング周波数は、周波数切替え入力８５０における周波数切替え信号が論理ロー・レベルのとき、低いほうの値をとる。スイッチング周波数は、周波数切替え信号が論理ハイ・レベルのとき、高いほうの値をとる。
【００２８】
ピーク負荷検出回路８５５は、電流制限信号８３０とクロック信号８３５を受信して、負荷が中程度レベルより大きい電力を必要としているかどうかを決定する。本発明の教示による個々のレギュレータ・トポロジ、制御方法、負荷の種類に応じて、ピーク負荷と中程度の負荷とを区別する多くの異なる技法の中からいずれかを選択することができる。例えば、ピーク負荷検出回路８５５は、電流制限されたスイッチング周期の数をカウントすることができ、あるいは例えば、ピーク負荷検出回路８５５は、電流制限されたスイッチング周期と電流制限されないスイッチング周期の特定の系列に応答することができる。
【００２９】
ピーク負荷検出回路８５５がピーク負荷イベントが発生したと決定した場合、ピーク・モード信号８６０が、論理ロー・レベルから論理ハイ・レベルに変化する。オプションの時限回路８６５をＡＮＤゲート８７５とともに使用して、ピーク電力出力の持続時間を制限または限定する。時限回路８６５は、過度に長い時間にわたって高負荷を要求する障害のせいで、レギュレータが損傷する危険性を低減させるために利用することができる。時限回路８６５は、ピーク・モード信号８６０が論理ハイ・レベルに変化したとき、出力８７０に論理ハイ・レベルを設定する。時限回路８６５の出力８７０は、ピーク負荷イベントの最長許容持続時間が経過した後、スイッチング周波数を低いほうの値に戻すことで論理ロー・レベルに変化する。本発明の他の実施形態では、本発明の教示による時限回路８６５の機能を実行するのに、その他の回路を利用することができる。
【００３０】
上述の詳細な説明では、本発明の方法および装置を、その具体的かつ例示的な実施形態を参照しながら説明した。しかし、本発明のより広範な主旨および範囲から逸脱することなく、それらに様々な修正や変更を施し得ることは明らかであろう。したがって、本明細書および添付の図面は、限定的なものではなく、説明的なものと見なされたい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の教示による、スイッチング・レギュレータを含むことができる電源の機能ブロック図である。
【図２】本発明の教示による、スイッチング・レギュレータに対する典型的な電力需要のグラフである。
【図３】本発明の教示による、スイッチング・レギュレータのスイッチにおける、２つのスイッチング周波数別の電流の波形を示した図である。
【図４】本発明の教示による、スイッチング周波数の関数としてのスイッチング・レギュレータの最大理論出力電力のグラフである。
【図５】本発明の教示による、スイッチング・レギュレータの一実施形態に対する電力需要および対応するスイッチング周波数のグラフである。
【図６】本発明の教示による、スイッチング・レギュレータの一実施形態に対する電力需要および代替の対応するスイッチング周波数のグラフである。
【図７】本発明の教示による、スイッチング・レギュレータ用コントローラの一実施形態の機能要素を示した図である。
【図８】本発明の教示による、スイッチング・レギュレータ用コントローラの別の実施形態を示した図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０５  入力電圧ＶIN、１１０  クランプ回路、１１５  電流ＩD、  １２０  スイッチＳ１、１２５  エネルギー伝達要素Ｔ１、１３０  整流器Ｄ１、１３５  コンデンサＣ１、１４０  電流感知信号、１４５  コントローラ回路、１５０  出力量ＵO、１５５  フィードバック信号ＵFB、１６０  フィードバック回路、１６５  負荷、７００  コントローラ、７０５  電流感知信号、７１０  基準値ＩMAX、７１５  スイッチＳ１、７２０  パルス幅変調器、７２５  電流制限比較器、７３０  電流制限信号、７３５  クロック信号、７４０  フィードバック信号、７４５  発振器、７５０  周波数切替え入力、７５５  負荷要求信号、７６０  出力ＵO
【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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【図８】
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