(57)【要約】      （修正有）【課題】照明用ＬＥＤドライバのトライアック調光のための無損失集積ブリーダのための方法および装置を提供する。【解決手段】スイッチモード電源１００のためのコントローラ１３８は、ゼロ交差検出器、駆動論理およびオン時間延長ブロックを含む。ゼロ交差検出器は、電源１００の入力電圧のゼロ交差の前に第１の信号を生成するように結合される。駆動論理は、フィードバック信号に応答して駆動論理出力信号を生成するためのものであり、駆動論理出力信号は初期オン時間を表わす。オン時間延長ブロックは、駆動論理出力信号に応答して駆動信号を生成するようにゼロ交差検出器および駆動論理に結合される。駆動信号は、電源１００のフィルタコンデンサから電荷を除去するようにスイッチのスイッチングを制御する。駆動信号は、初期オン時間と延長されたオン時間との和に等しいスイッチの全オン時間を表わし、延長されたオン時間は第１の信号に応答する。【選択図】図１
2011167060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチモード電源のためのコントローラであって、
前記電源の入力電圧のゼロ交差の前に第１の信号を生成するように結合されるゼロ交差検出器と、
前記電源の出力を表わすフィードバック信号に応答して駆動論理出力信号を生成するように結合されるべき駆動論理とを備え、前記駆動論理出力信号は初期オン時間を表わし、さらに
前記駆動論理出力信号に応答して駆動信号を生成するように前記ゼロ交差検出器および前記駆動論理に結合されるオン時間延長ブロックを備え、前記駆動信号は、前記電源のフィルタコンデンサから電荷を除去するように前記コントローラに結合されるべきスイッチのスイッチングを制御するものであり、前記駆動信号は、前記初期オン時間と延長されたオン時間との和に等しい前記スイッチの全オン時間を表わし、前記延長されたオン時間は前記第１の信号に応答する、コントローラ。
【請求項２】
前記第１の信号は、前記電源の前記入力電圧の前記ゼロ交差について前提条件が存在するか否かを示す前提条件信号である、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項３】
前記オン時間延長ブロックは、前記前提条件がもはや存在しないことを前記前提条件信号が示すまで、または前記全オン時間がゼロ交差時間しきい値に達するまで、前記スイッチの前記延長されたオン時間を増大するように適合される、請求項２に記載のコントローラ。
【請求項４】
前記オン時間延長ブロックは、前記ゼロ交差時間しきい値を表わす期間を含むゼロ交差パルス信号を受けるように結合される、請求項３に記載のコントローラ。
【請求項５】
前記ゼロ交差検出器は、前記電源の前記入力電圧がゼロ交差電圧しきい値未満であることに応答して前記第１の信号を生成する、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項６】
前記ゼロ交差検出器は、前記スイッチを通って流れるスイッチ電流がゼロ交差電流しきい値未満であることに応答して前記第１の信号を生成する、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項７】
前記ゼロ交差検出器は、ゼロ交差条件が存在することを示すゼロ交差信号を生成するように結合され、前記駆動論理は、前記ゼロ交差信号および前記フィードバック信号に応答して前記駆動論理出力信号を生成する、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項８】
前記コントローラおよび前記スイッチは集積回路に含まれる、請求項１に記載のコントローラ。
【請求項９】
前記コントローラは、スイッチモード電源のための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１０】
スイッチモード電源のためのコントローラであって、
前記電源の入力電圧のゼロ交差の前に第１の信号を生成するように結合されるゼロ交差検出器と、
前記電源の出力を表わすフィードバック信号に応答して駆動論理出力信号を生成するように結合されるべき駆動論理とを備え、前記駆動論理出力信号は初期オン時間を表わし、さらに
前記電源に含まれるスイッチのスイッチングを制御するように駆動信号を生成するラッチを有するオン時間延長ブロックを備え、前記ラッチは前記駆動論理出力信号に応答してセットされるように結合され、前記駆動信号は、前記電源のフィルタコンデンサから電荷を除去するように前記コントローラに結合されるべきスイッチのスイッチングを制御するものであり、前記駆動信号は、前記初期オン時間と延長されたオン時間との和に等しい前記スイッチの全オン時間を表わし、前記延長されたオン時間は前記第１の信号に応答する、コントローラ。
【請求項１１】
前記第１の信号は、前記電源の前記入力電圧の前記ゼロ交差について前提条件が存在するか否かを示す前提条件信号である、請求項１０に記載のコントローラ。
【請求項１２】
前記ラッチは、前記前提条件がもはや存在しないことを前記前提条件信号が示すか、または前記全オン時間がゼロ交差時間しきい値に達した場合のいずれかにリセットされるように結合される、請求項１１に記載のコントローラ。
【請求項１３】
前記ラッチは、前記駆動論理出力信号に応答してリセットされるようにさらに結合される、請求項１２に記載のコントローラ。
【請求項１４】
前記オン時間延長ブロックは、ゼロ交差時間しきい値を表わす期間を含むゼロ交差パルス信号を受け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１５】
前記ゼロ交差検出器は、前記電源の前記入力電圧がゼロ交差電圧しきい値未満であることに応答して前記第１の信号を生成する、請求項１０に記載のコントローラ。
【請求項１６】
前記ゼロ交差検出器は、前記スイッチを通って流れるスイッチ電流がゼロ交差電流しきい値未満であることに応答して前記第１の信号を生成する、請求項１０に記載のコントローラ。
【請求項１７】
前記ゼロ交差検出器は、ゼロ交差条件が存在することを示すゼロ交差信号を生成するように結合され、前記駆動論理は、前記ゼロ交差信号および前記フィードバック信号に応答して前記駆動論理出力信号を生成する、請求項１０に記載のコントローラ。
【請求項１８】
前記コントローラおよび前記スイッチは集積回路に含まれる、請求項１０に記載のコントローラ。
【請求項１９】
前記コントローラは、スイッチモード電源のための集積回路コントローラである、請求項１０に記載のコントローラ。
【請求項２０】
スイッチモード電源であって、
スイッチと、
前記スイッチに結合され、入力電圧に応答して出力を生成するように結合されるエネルギ転送要素と、
前記エネルギ転送要素および前記スイッチの両端に結合されるフィルタコンデンサと、
前記入力電圧に応答して前記出力を調整するように結合されるコントローラとを備え、前記コントローラは、
前記入力電圧のゼロ交差の前に第１の信号を生成するように結合されるゼロ交差検出器と、
前記電源の出力を表わすフィードバック信号に応答して駆動論理出力信号を生成するように結合されるべき駆動論理とを含み、前記駆動論理出力信号は初期オン時間を表わし、さらに前記コントローラは、
前記駆動論理出力信号に応答して駆動信号を生成するように前記ゼロ交差検出器および前記駆動論理に結合されるオン時間延長ブロックを含み、前記駆動信号は、前記フィルタコンデンサから電荷を除去して前記フィルタコンデンサの電圧が前記入力電圧の大きさに実質的に従うように前記フィルタコンデンサの前記電圧をプルダウンするように前記コントローラに結合されるべきスイッチのスイッチングを制御するものであり、前記駆動信号は、前記初期オン時間と延長されたオン時間との和に等しい前記スイッチの全オン時間を表わし、前記延長されたオン時間は前記第１の信号に応答する、スイッチモード電源。
【請求項２１】
前記入力電圧が前記エネルギ転送要素から切り離されて前記入力電圧を調節する時間量を制御するように、前記エネルギ転送要素と前記電源の入力との間に結合される調光器回路をさらに備える、請求項２０に記載の電源。
【請求項２２】
前記調光器回路はトライアック調光器回路である、請求項２１に記載の電源。
【請求項２３】
前記トライアック調光器回路は、前記トライアック調光器回路がオフしないようにする最小保持電流を含み、前記オン時間延長ブロックは、前記トライアック調光器回路を通る電流が前記最小保持電流を下回らないように前記トライアック調光器回路を通る前記電流を維持するように構成される、請求項２２に記載の電源。
【請求項２４】
前記電源の前記出力は、発光ダイオードのアレイを含む負荷に結合されるものである、請求項２０に記載の電源。
【請求項２５】
前記第１の信号は、前記電源の前記入力電圧の前記ゼロ交差について前提条件が存在するか否かを示す前提条件信号である、請求項２０に記載の電源。
【請求項２６】
前記オン時間延長ブロックは、前記前提条件がもはや存在しないことを前記前提条件信号が示すまで、または前記全オン時間がゼロ交差時間しきい値に達するまで、前記スイッチの前記延長されたオン時間を増大するように適合される、請求項２５に記載の電源。
【請求項２７】
前記オン時間延長ブロックは、ゼロ交差時間しきい値を表わす期間を含むゼロ交差パルス信号を受けるように結合される、請求項２０に記載の電源。
【請求項２８】
前記ゼロ交差検出器は、前記電源の前記入力電圧がゼロ交差電圧しきい値未満であることに応答して前記第１の信号を生成する、請求項２０に記載の電源。
【請求項２９】
前記ゼロ交差検出器は、前記スイッチを通って流れるスイッチ電流がゼロ交差電流しきい値未満であることに応答して前記第１の信号を生成する、請求項２０に記載の電源。
【請求項３０】
前記ゼロ交差検出器は、ゼロ交差条件が存在することを示すゼロ交差信号を生成するように結合され、前記駆動論理は、前記ゼロ交差信号および前記フィードバック信号に応答して前記駆動論理出力信号を生成する、請求項２０に記載の電源。
【請求項３１】
前記コントローラおよび前記スイッチは集積回路に含まれる、請求項２０に記載の電源。
【請求項３２】
前記コントローラは集積回路コントローラである、請求項２０に記載の電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
１．発明の分野
本発明は一般的に電源に関し、より特定的にはスイッチモード電源のためのコントローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
２．関連技術の検討
電子機器は動作するのに電力を用いる。スイッチモード電源は、それらが高効率、小型および軽量であるために、今日の電子機器の多くへの電力供給に一般的に用いられている。従来のコンセントは高圧交流電流を与える。スイッチング電源において、高圧交流（ａｃ）入力は、エネルギ転送要素を通して十分に調整された直流（ｄｃ）出力を与えるように変換される。スイッチモード電源制御回路は通常、出力を検知し、これを閉ループで制御することによって出力調節を行なう。動作の際、スイッチモード電源中のスイッチのデューティサイクル（典型的には全スイッチング周期に対するスイッチのオン時間の比率）を変化させることによって所望の出力を与えるようにスイッチを利用する。
【０００３】
効率、サイズ、重量、およびコストなどの要件は、スイッチモード電源を設計する際に通常考慮される。典型的に、スイッチモード電源のスイッチングを制御するコントローラは、入力端子、出力端子、または両方として機能し得るさまざまな端子を有する集積回路として設計される。スイッチモード電源のスイッチがコントローラと一体化される場合、集積回路の２つの端子がスイッチの２つの端に対応する。集積回路のさまざまな端子を、フィードバック端子、機能プログラム端子、またはコントローラ用入力電圧検知端子として利用してもよい。スイッチモード電源のいくつかの適用例について、ａｃ入力電圧を検知してａｃ入力電圧のゼロ交差を判定する。一般的に、ａｃ入力電圧は本明細書中ではライン入力電圧とも称される。ゼロ交差は一般的にａｃ入力電圧がゼロ電圧と交差するときを指す。換言すると、ゼロ交差は、ａｃ入力電圧が正から負にまたは負から正に符号を変えるときを指す。ライン入力電圧のゼロ交差をさまざまな適用例に用い得る。ライン入力電圧のゼロ交差を、ａｃライン周波数を判定するのに用いてもよく、または電源のコントローラの内部クロックを更新するのに用いてもよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
照明の適用例のための調光の１つの種類において、トライアック調光器回路は典型的に、ａｃ入力電圧の一部を除去して、白熱灯に供給される電圧および電流の量を制限する。これは位相調光として公知である。なぜなら、度で測定されるａｃ入力電圧の周期の分数の観点で、電圧が失われる位置を指定することがしばしば便利であるからである。一般的に、ａｃ入力電圧は正弦波形であり、ａｃ入力電圧の周期はフルラインサイクルと称される。したがって、ａｃ入力電圧の周期の半分はハーフラインサイクルと称される。ａｃ入力電圧の全周期は３６０度であり、ハーフラインサイクルは１８０度を有する。典型的に、位相角とは、各々のハーフラインサイクルの（０度の基準から）何度を調光器回路が除去するかの尺度である。位相角調光は変更されたａｃライン電圧を直接に受ける白熱灯とはうまく機能するが、これは典型的に発光ダイオード（ＬＥＤ）ランプについては問題を生じる。ＬＥＤランプは、ａｃ電力線から調整された電流および電圧を与えるための調整された電源を必要とする。従来の調整された電源は典型的に、ａｃ入力電圧の歪を無視するように設計されている。それらの目的は、低入力電圧のために完全に電源が遮断されるまで、一定の調整された出力を送達することである。したがって、従来の調整された電源はＬＥＤランプを調光しないであろう。ＬＥＤランプ用の電源が所望の態様でトライアック調光器回路からの電圧を認識しかつこれに応答するように特に設計されなければ、トライアック調光器はＬＥＤランプのちらつき、高い位相角でのＬＥＤランプの点滅、およびＬＥＤランプのカラーシフトなどの許容できない結果を生じやすい。このように、電源は、ａｃ入力電圧を直接に検知してａｃ入力電圧が調光回路によりいつ遮断されるかを判定することによってトライアック調光器回路に応答するように設計される、改良された従来の電源コントローラを含み得る。典型的に、ａｃ入力電圧は、従来のコントローラの集積回路の外部の回路構成によって直接に検知される。検知されたａｃ入力電圧は、検知されたａｃ入力電圧を受ける専用の端子において、または複数の機能を果たす別の端子において、改良された従来のコントローラの集積回路によって受けられ得る。
【０００５】
ＬＥＤランプと共にトライアック調光回路を用いる際の別の困難はトライアック自体の特徴に由来する。トライアックは、制御されたａｃスイッチとして振舞う半導体構成要素である。換言すると、これは、スイッチを閉じさせるトリガ信号を制御端子で受けるまで、ａｃ電圧に対する開いたスイッチとして振舞う。スイッチは、スイッチを通る電流が保持電流と称される値を上回る限りは閉じたままである。大部分の白熱灯はａｃ電力源から十分以上の電流を取得して、トライアックの信頼性ある一貫した動作を可能にする。しかしながら、ａｃ電力源からＬＥＤランプを駆動する効率的な電源によって取得される低電流は、ａｃライン周期の予測される部分の間トライアックを導通した状態に保つには十分でない可能性がある。したがって、従来の電源コントローラ設計は通常、トライアックがトリガされた後にトライアックを導通した状態に保つために電源の入力から十分な余分電流を取得するために、時にはブリーダ回路と呼ばれるダミー負荷を含む電源に頼る。一般的に、従来のブリーダ回路は、従来の電源コントローラの集積回路の外部のものである。しかしながら、従来の電源コントローラの外部の従来のブリーダ回路の使用により余分の構成要素の使用が必要となり、これはコストおよび効率における関連の不利を伴ってしまう。
【０００６】
電源の設計についての別の重要な考慮点は、ａｃ入力電圧波形に対するａｃ電力源から引き込まれる）入力電流の形および位相である。ａｃ電力源の電圧波形は公称では正弦波である。しかしながら、多くのスイッチング電源がａｃ電力源に対して与える非線形負荷により、電源によってａｃ電力源から引き込まれる電流の波形は非正弦波であるおよび／またはａｃ入力電圧と位相がずれている。これは、ａｃ電源分配システムにおける損失の増大に繋がり、世界の多くの地域では、電源によって引き込まれる入力電流が正弦波でありかつａｃ入力電圧波形と位相が確実に合うように電源の製造者に強制する、法律で定められたまたは自発的な要件の主題に今やなっている。
【０００７】
このような入力電流波形の補正は力率改善（ＰＦＣ）と称され、しばしば、力率改善機能を実行するように特別に設計された、電源への入力段を必要とする。入力ａｃ電流および電圧波形が正弦波でありかつ完全に位相が合っていれば、電源の力率は１である。換言すると、力率改善された入力は、ａｃ源両端への可変抵抗の結合と同等の負荷をａｃ源に与えるであろう。ａｃ源電圧に対する入力電流の高調波歪および／または位相のずれが増大するにつれ、力率は１を下回っていく。力率の要件は典型的に０．９よりも大きな力率を要件とし、入力電流波形の高調波含有量についての要件を有することがある。
【０００８】
電源の力率を増大させる一般的な方法は、ａｃ源電圧と位相を合わせつつ理想的な正弦波形に近い入力電流波形を確立する昇圧コンバータまたはフライバックコンバータの使用を含む。電源の力率を増大させる別の方法はブリーダ回路を利用することである。スイッチモード電源は典型的に、スイッチモード電源のスイッチを通る高周波電流をフィルタリングするフィルタコンデンサを含む。ブリーダ回路はフィルタコンデンサの放電を容易にし得、これは、フィルタコンデンサ両端の電圧がａｃ入力電圧の正の大きさに実質的に従うようにフィルタコンデンサに対する電圧をプルダウンするのを助ける。このように、ブリーダ回路は、ａｃ源電圧と位相を合わせつつ理想的な正弦波形に近い入力電流波形を確立するのを助ける。しかしながら、多数の適用例については、従来のブリーダ回路は典型的に、電源コントローラの集積回路の外部の回路である。典型的に、従来のブリーダ回路は、電源の入力で結合される抵抗器によって実現される。しかしながら、以上述べたように、従来の電源コントローラの外部の従来のブリーダ回路を使用すると余分の構成要素を用いる必要があるため、コストおよび効率の点で関連の不利を伴ってしまう。
【０００９】
本発明のいくつかの実施例の上記および他の局面、特徴および利点が以下の図面と関連して提示される以下のより特定的な説明からより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例に従うコントローラを利用する例示的なスイッチング電源を図示する機能ブロック図である。
【図２Ａ】本発明の実施例に従う、図１のスイッチング電源の例示的な整流された入力電圧波形を図示する図である。
【図２Ｂ】本発明の実施例に従う、図２Ａの例示的な整流された入力電圧の一部と、対応するゼロ交差信号とを図示する図である。
【図３】本発明の実施例に従う、連続導通モード（ＣＣＭ）および不連続導通モード（ＤＣＭ）で動作するスイッチング電源の例示的なスイッチ電流波形を図示する図である。
【図４Ａ】本発明の実施例に従う、ＤＣＭで動作するスイッチング電源の例示的なスイッチ電流波形と対応するゼロ交差信号とを図示する図である。
【図４Ｂ】本発明の実施例に従う、ＤＣＭで動作するスイッチング電源のスイッチ電流波形と、対応するゼロ交差信号との別の例を図示する図である。
【図５】本発明の実施例に従う、例示的なスイッチ電流波形と、対応するゼロ交差信号とを図示する図である。
【図６】本発明の実施例に従う調光器回路およびコントローラを利用する例示的なスイッチング電源を図示する機能ブロック図である。
【図７Ａ】本発明の実施例に従う、図６のスイッチング電源の例示的な整流された入力電圧波形を図示する図である。
【図７Ｂ】本発明の実施例に従う、図７Ａの例示的な整流された入力電圧の一部と、対応するゼロ交差信号とを図示する図である。
【図８Ａ】本発明の実施例に従う、スイッチング電源の別の例示的な整流された入力電圧波形を図示する図である。
【図８Ｂ】本発明の実施例に従う、図８Ａの例示的な整流された入力電圧の一部と、対応するゼロ交差信号とを図示する図である。
【図９Ａ】本発明の実施例に従うコントローラの機能ブロック図である。
【図９Ｂ】本発明の実施例に従う、図９Ａのコントローラのオン時間延長ブロックの機能ブロック図である。
【図１０】本発明の実施例に従う、図９Ａおよび図９Ｂのコントローラおよびオン時間延長ブロックの信号のさまざまな波形を図示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
詳細な説明
図面のいくつかの図を通して、対応の参照番号は対応の構成要素を示す。当業者は、図中の要素が簡潔さおよび明瞭さのために図示されており、かつ縮尺通りに必ずしも描かれていないことを認めるであろう。たとえば、図中の要素のうちいくつかの寸法は、本発明のさまざまな実施例の理解を向上させるのを助けるために他の要素に対して誇張されているかもしれない。また、商業的に見込みのある実施例で有用なまたは必要な、一般的であるが十分に理解される要素は、本発明のこれらのさまざまな実施例のより妨げられない見方を容易にするために、示されていないことがしばしばある。
【００１２】
照明用ＬＥＤドライバのトライアック調光のための無損失集積ブリーダのための方法および装置の実施例が本明細書中に記載される。以下の説明では、実施例の完全な理解を与えるため、数多くの具体的な詳細を述べる。しかしながら、具体的な詳細のうち１つ以上がなくても、または他の方法、構成要素、材料などを用いて、本明細書中に記載の技術を実践可能であることを当業者は認識するであろう。他の事例では、ある局面を曖昧にすることを回避するため、周知の構造、材料または動作を詳細に示したり説明したりしていない。
【００１３】
この明細書を通じて、「一実施例」、「ある実施例」、「一例」、または「ある例」に対する参照は、実施例または例と関連して説明される特定的な特徴、構造、または特性が本発明の少なくとも一実施例に含まれることを意味する。したがって、「一実施例では」、「ある実施例では」、「一例」、または「ある例」という、この明細書を通じてさまざまな場所に現われる文言は、必ずしも同じ実施例または例をすべて指しているわけではない。さらに、特定的な特徴、構造、または特性は、１つ以上の実施例または例において任意の好適な組合せおよび／または副次的組合せで組合されてもよい。さらに、ここで与えられる図は当業者への説明目的のためのものであり、図面は必ずしも縮尺通りに描かれているわけではないことが認められる。
【００１４】
スイッチモード電源のいくつかの適用例について、ｄｃ入力電圧を検知して、ａｃ入力電圧のゼロ交差を判定する。発光ダイオード（ＬＥＤ）の位相調光適用例については、電源コントローラがライン入力電圧のゼロ交差の持続時間を検知するであろう。ａｃ入力電圧のゼロ交差の持続時間の判定は、電源コントローラに調光器回路が利用されていることを示し、したがって電源の出力が調整される量を変更する。本発明の実施例については、電源コントローラはオン時間延長を利用してスイッチのオン時間を延長し、これによりライン入力電圧のゼロ交差の判定が容易になる。
【００１５】
さらに、トライアック調光回路を利用するＬＥＤの位相調光適用例については、ブリーダ回路を利用して、電源の入力から余分の電流を取得してトライアック調光器回路のトライアックを導通した状態に保つのを助け得る。トライアックは、制御されたａｃスイッチとして振舞う半導体構成要素である。換言すると、これは、スイッチを閉じるトリガ信号を制御端子で受けるまでは、ａｃ電圧に対する開いたスイッチとして振舞う。スイッチは、スイッチを通る電流が保持電流と称される値を上回る限りは閉じたままである。大部分の白熱灯は、ａｃ電力源から十分以上の電源を取得してトライアックの信頼性ある一貫した動作を可能にする。しかしながら、ａｃ電力源からの、ＬＥＤを駆動する効率的な電源によって取得される低電流は、ａｃライン周期の予測される部分の間トライアックを導通した状態に保つには十分でない可能性がある。ブリーダ回路を利用して、電源の入力から余分の電流を取得してトライアック調光器回路のトライアックを導通した状態に保つのを助け得る。一般的に、ブリーダ回路は電源コントローラの外部のものである。しかしながら、本発明の実施例については、スイッチのオン時間を延長するために電源コントローラによって利用されるオン時間延長はブリーダ回路としても機能し得る。オン時間延長により、電源のスイッチはその意図されるオン時間よりも長い間オンのまま留まることができる。このように、フィルタコンデンサからより多くの電荷が除去され、余分の電流が電源の入力から取得される。
【００１６】
力率改善（ＰＦＣ）目的のためにブリーダ回路も利用してもよい。電源の力率を増大させる１つの方法はブリーダ回路を利用することである。スイッチモード電源は典型的に、スイッチモード電源のスイッチを通る高周波電流をフィルタリングするフィルタコンデンサを含む。ブリーダ回路はフィルタコンデンサの放電を容易にし得、フィルタコンデンサ両端の電圧がａｃ入力電圧の正の大きさに実質的に従うようにフィルタコンデンサに対する電圧をプルダウンするのを助ける。このように、ブリーダ回路は、ａｃ源電圧と位相を合わせつつ理想的な正弦波形に近い入力電流波形を確立するのを助ける。しかしながら、多数の適用例については、ブリーダ回路は典型的に電源コントローラの集積回路の外部の回路である。典型的に、ブリーダ回路は、電源の入力で結合される抵抗器によって実現される。この解決策は望ましくないであろう。なぜならブリーダ回路は（熱の形態で）エネルギを損失するであろうからであり、またブリーダ回路のために余分の構成要素を用いる必要があるため、コストおよび効率の点で関連の不利を伴ってしまうからである。しかしながら、本発明の実施例については、スイッチのオン時間を延長するために電源コントローラにより利用されるオン時間延長もブリーダ回路として機能し得る。意図されるオン時間を過ぎてスイッチのオン時間を延長することにより、フィルタコンデンサからより多くの電荷が除去され、フィルタコンデンサ両端の電圧がａｃ入力電圧の正の大きさに従う。
【００１７】
さらに、典型的にａｃ入力電圧は、従来のコントローラの集積回路の外部の回路構成によって直接に検知される。検知されたａｃ入力電圧は、検知されたａｃ入力電圧を専用に受ける端子において、または複数の機能を果たす別の端子において、従来のコントローラによって受けられてもよい。しかしながら、付加的な端子はスイッチモード電源の従来のコントローラに不要なコストおよびサイズを付加してしまう。従来のコントローラの集積回路の外部の回路構成はスイッチモード電源にもコストを付加してしまう。本発明の実施例では、入力電圧は、スイッチモード電源のスイッチを通る電流を用いて間接的に検知され得る。その結果、スイッチの一方端がａｃ入力電圧を間接的に検知するのにも既に用いられている端子を用いれば、ａｃ入力電圧を単に検知するだけの専用の端子の必要性をなくし、かつａｃ入力電圧を検知するための外部回路構成の必要性もなくすであろう。
【００１８】
まず図１を参照して、例示的なスイッチング電源１００の機能ブロック図を図示する。これは、ａｃ入力電圧ＶAC１０２、ブリッジ整流器１０４、整流された電圧ＶRECT１０６、エネルギ転送要素Ｔ１  １０８、エネルギ転送要素Ｔ１  １０８の１次巻線１１０、エネルギ転送要素Ｔ１  １０８の２次巻線１１２、スイッチＳ１  １１４、入力帰還１１６、クランプ回路１１８、フィルタコンデンサＣF１２０、整流器Ｄ１  １２２、出力コンデンサＣ１  １２４、出力量ＵO、出力電圧ＶO、出力電流ＩO、フィードバック回路１２８、フィードバック信号ＵFB１３０、コントローラ１３８、駆動信号１４０、電流検知入力信号１４２、およびスイッチ電流ＩD１４４を含む。図１にはスイッチング電源１００に結合された負荷１２６も図示する。図１に図示される例示的なスイッチング電源１００は、本発明の教示から利するであろうスイッチング電源トポロジの一例であるフライバックレギュレータとして一般的に構成される。しかしながら、スイッチング電源レギュレータの他の公知のトポロジおよび構成も本発明の教示から利するであろうことが認められる。
【００１９】
スイッチング電源１００は未調整入力電圧から負荷１２６に出力電力を与える。一例では、入力電圧はａｃ入力電圧ＶAC１０２である。別の例では、入力電圧は整流された電圧ＶRECT１０６などの整流されたａｃ入力電圧である。示されるように、ブリッジ整流器１０４はａｃ入力電圧ＶAC１０２を受け、整流された電圧ＶRECT１０６を生成する。ブリッジ整流器１０４はさらにエネルギ転送要素Ｔ１  １０８に結合する。本発明のいくつかの実施例では、エネルギ転送要素Ｔ１  １０８は結合されたインダクタであり得る。他の実施例では、エネルギ転送要素Ｔ１  １０８は変圧器であり得る。図１の例では、エネルギ転送要素Ｔ１  １０８は、２つの巻線、すなわち１次巻線１１０と２次巻線１１２とを含む。しかしながら、エネルギ転送要素Ｔ１  １０８は２つよりも多くの巻線を有してもよいことが認められるべきである。１次巻線１１０はスイッチＳ１  １１４にさらに結合され、これは次に入力帰還１１６にさらに結合される。一実施例では、スイッチＳ１  １１４は、金属酸化物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り得る。別の例では、コントローラ１３８は、モノリシック集積回路として実現されてもよく、または個別の電気的要素もしくは個別のおよび集積された要素の組合せによって実現されてもよい。コントローラ１３８およびスイッチＳ１  １１４はハイブリッドまたはモノリシック集積回路のいずれかとして製造される集積回路１４６の一部を形成し得る。
【００２０】
さらに、図１の実施例のクランプ回路１１８は、エネルギ転送要素Ｔ１  １０８の１次巻線１１０の両端に結合されて図示される。フィルタコンデンサＣF１２０は１次巻線１１０およびスイッチＳ１  １１４の両端に結合し得る。換言すると、フィルタコンデンサＣF１２０はブリッジ整流器１０４および入力帰還１１６に結合し得る。エネルギ転送要素Ｔ１  １０８の２次巻線１１２は整流器Ｄ１  １２２に結合される。図１の例では、整流器Ｄ１  １２２はダイオードとして例示される。しかしながら、いくつかの実施例では、整流器Ｄ１  １２２は、同期整流器として用いられるトランジスタであってもよい。出力コンデンサＣ１  １２４および負荷１２６の両者とも図１では整流器Ｄ１  １２２に結合されて示される。出力が負荷１２６に与えられ、調整された出力電圧ＶO、調整された出力電流ＩO、またはこの２つの組合せのいずれかとして与えられ得る。
【００２１】
スイッチモード電源１００はさらに、出力量ＵOとして例示される出力を調整する回路構成を備える。一般的に、調整された出力量ＵOは出力電圧ＶO、出力電流ＩO、またはその２つの組合せのいずれかである。フィードバック回路１２８は、スイッチモード電源１００の出力量ＵOを検知するように結合され、フィードバック信号ＵFB１３０を生成する。他の実施例では、フィードバック信号ＵFB１３０は、出力量ＵOを表わす変圧器の入力側で１つ以上の量を検知することから導出され得る。フィードバック回路１２８は、コントローラ１３８がフィードバック信号ＵFB１３０を受けるように、コントローラ１３８の端子にさらに結合される。コントローラ１３８は、電流検知入力信号１４２を受けるための端子をさらに含む。電流検知入力信号１４２は、スイッチＳ１  １１４のスイッチ電流ＩD１４４を表わす。さらに、スイッチＳ１  １１４はコントローラ１３８から駆動信号１４０を受ける。
【００２２】
動作の際、図１のスイッチング電源１００は、ａｃ入力電圧ＶAC１０２などの未調整入力から負荷１２６への出力電力を与える。ブリッジ整流器１０４がａｃ入力電圧ＶAC１０２を受け、整流された電圧ＶRECT１０６を生成する。フィルタコンデンサＣF１２０はスイッチＳ１  １１４からの高周波電流をフィルタリングする。他の適用例については、フィルタコンデンサＣF１２０は、ｄｃ電圧がエネルギ転送要素Ｔ１  １０８に印加されるように十分に大きいものであってもよい。しかしながら、力率改善（ＰＦＣ）を有する電源については、小さなフィルタコンデンサＣF１２０を利用して、エネルギ転送要素Ｔ１  １０８に印加される電圧が整流された電圧ＶRECT１０６に実質的に従うことを可能にし得る。そのため、フィルタコンデンサＣF１２０の値は、フィルタコンデンサＣF１２０の電圧が入力ライン電圧の各々のハーフラインサイクルの間実質的に０に達するように選択され得る。または、換言すると、フィルタコンデンサＣF１２０の電圧は、ａｃ入力電圧ＶAC１０２の正の大きさに実質的に従う。その結果、コントローラ１３８がゼロ交差条件を検出し得る。また、さらに論じられるように、コントローラ１３８が利用するオン時間延長によりフィルタコンデンサＣF１２０からより多くの電荷が除去される。その結果、フィルタコンデンサＣF１２０の放電は１次巻線１１０の電圧をプルダウンするのを助け、これはコントローラ１３８がａｃ入力電圧ＶAC１０２のゼロ交差を検出するのを助け得る。
【００２３】
スイッチング電源１００はエネルギ転送要素Ｔ１  １０８を利用して１次巻線１１０と２次巻線１１２との間で電圧を転送する。クランプ回路１１８は１次巻線１１０に結合されて、スイッチＳ１  １１４の最大電圧を制限する。スイッチＳ１  １１４は駆動信号１４０に応答して開閉される。閉じたスイッチは電流を導通し得、オンと考えられる一方で、開いたスイッチは電流を導通することができず、オフと考えられることが一般的に理解される。いくつかの実施例では、スイッチＳ１  １１４はトランジスタであり得、スイッチＳ１  １１４およびコントローラ１３８は集積回路１４６の一部を形成し得る。動作の際、スイッチＳ１  １１４のスイッチングにより、整流器Ｄ１  １２２において脈動電流が生成する。整流器Ｄ１  １２２の電流は出力コンデンサＣ１  １２４によってフィルタリングされ、負荷１２６において実質的に一定の出力電圧ＶO、出力電流ＩO、またはその２つの組合せを生成する。いくつかの実施例では、負荷１２６はＬＥＤアレイである。
【００２４】
フィードバック回路１２８は、電源１００の出力量ＵOを検知して、コントローラ１３８にフィードバック信号ＵFB１３０を与える。フィードバック信号ＵFB１３０は電圧信号または電流信号であってもよく、出力量ＵOに関する情報をコントローラ１３８に与える。さらに、コントローラ１３８は、スイッチＳ１  １１４中のスイッチ電流ＩD１４４を中継する電流検知入力信号１４２を受ける。スイッチ電流ＩD１４４は、たとえば、個別の抵抗器の両端の電圧、またはトランジスタが導通しているときのトランジスタの両端の電圧など、さまざまな態様で検知され得る。コントローラ１３８は、電流検知入力信号１４２が示すスイッチ電流ＩD１４４を利用して、ａｃ入力電圧ＶAC１０２のゼロ交差を判定する。さらに論じられるように、コントローラ１３８は次に、ａｃ入力電圧ＶAC１０２のゼロ交差についての情報を表わすゼロ交差信号を生成する。また、以下にさらに説明されるように、コントローラ１３８はスイッチＳ１  １１４のオン時間延長を利用して、ａｃ入力電圧ＶAC１０２がいつゼロ交差条件にあるのかを判定する。ゼロ交差信号を用いて、コントローラの内部周波数を較正したり、またはいつ位相調光回路が利用されるかを判定したりしてもよい。
【００２５】
コントローラ１３８は駆動信号１４０を出力し、さまざまなシステム入力に応答してスイッチＳ１  １１４を動作させ、出力量ＵOを所望の値に実質的に調整する。一実施例では、駆動信号１４０は、論理ハイおよび論理ローのセクションの長さが変化する矩形パルス波形であり得る。論理ハイの値が閉じたスイッチに対応し、論理ローが開いたスイッチに対応する。別の実施例では、駆動信号１４０は実質的に長さが固定された論理ハイ（またはオン）パルスを備え、かつ発振器サイクルの数毎にオンのパルスの数を変化させることによって調整され得る。
【００２６】
次に図２Ａを参照して、図１のスイッチング電源の整流された電圧ＶRECT１０６の例示的な波形の図を図示する。これは、ハーフラインサイクル２０２、ゼロ交差電圧しきい値２０４、ピーク電圧ＶP２０５、および部分２０６を含む。図２Ｂは、例示的な整流された電圧ＶRECT１０６の部分２０６および対応のゼロ交差信号２０８を図示する。
【００２７】
一般的に、ａｃ入力電圧ＶAC１０２は正弦波形であり、ａｃ入力電圧ＶAC１０２の周期がフルラインサイクルと称される。数学的には、ＶAC（ｔ）＝ＶPｓｉｎ（２πｆLｔ）である。式中、ＶP２０５がａｃ入力電圧ＶAC１０２のピーク電圧であり、ｆLがライン入力電圧の周波数である。または、換言すると、ｆLはａｃ入力電圧ＶAC１０２のライン周波数である。フルラインサイクルはライン周波数ｆLの逆数である、または数学的にはフルラインサイクル＝１／ｆLであることが認められるべきである。以上で言及したように、整流された電圧ＶRECT１０６は、ブリッジ整流器１０４への入力がａｃ入力電圧ＶAC１０２である場合の、ブリッジ整流器１０４の結果的な出力である。図２Ａに示される例示的な整流された電圧ＶRECT１０６については、ブリッジ整流器１０４は、ブリッジ整流器１０４の出力が正の大きさとなるように、または数学的にはＶRECT＝｜ＶAC｜＝｜ＶPｓｉｎ（２πｆLｔ）｜となるように、ａｃ入力電圧ＶAC１０２を変換した。その結果、整流された電圧ＶRECT１０６はハーフラインサイクル２０２をすべて繰返す。図２Ａはゼロ交差電圧しきい値ＶZC２０４も図示する。いくつかの実施例については、ゼロ交差電圧しきい値ＶZC２０４は実質的に０に等しい。他の実施例については、ゼロ交差電圧ＶZC２０４は、整流された電圧ＶRECT１０６のピーク電圧ＶP２０５の実質的に５分の１である。たとえば、整流された電圧ＶRECT１０６のピーク電圧ＶP２０５が実質的に１２５Ｖに等しい場合、ゼロ交差電圧しきい値ＶZC２０４は実質的に２５Ｖに等しい。別の実施例では、ゼロ交差電圧しきい値ＶZC２０４は、整流された電圧ＶRECT１０６のピーク電圧ＶP２０５の実質的に４分の１である。ゼロ交差電圧しきい値ＶZC２０４の値がゼロ電圧に近づくにつれ、ゼロ交差信号２０８がより正確になることが認められるべきである。しかしながら、整流された電圧ＶRECT１０６の値がゼロ電圧に近づくにつれ、コントローラ１３８の実施例については、整流された電圧ＶRECT１０６の値を検知することがより難しくなるであろう。特に、コントローラ１３８は、整流された電圧ＶRECT１０６がゼロ電圧にあるまたはその近くにある場合、電流検知入力信号１４２が与えるスイッチ電流ＩD１４４を通して整流された電圧ＶRECT１０６の値を検知するのにいくらかの困難を有し得る。このように、コントローラ１３８の実施例は、整流された電圧ＶRECT１０６の値がゼロ電圧にあるまたはその近くにある場合にゼロ交差条件の検知を可能にするように、ゼロ交差電圧しきい値ＶZC２０４の非ゼロの値を有し得る。さらに、整流された電圧ＶRECT１０６は、部分的にはフィルタコンデンサＣF１２０の選択された値により、ゼロに達しないかもしれない。
【００２８】
図２Ｂは例示的な整流された電圧ＶRECT１０６の部分２０６および対応のゼロ交差信号２０８を図示する。コントローラ１３８は、ａｃ入力電圧ＶAC１０２および整流された電圧ＶRECT１０６の値を検知してゼロ交差信号２０８を生成する。整流された電圧ＶRECT１０６がゼロ交差電圧しきい値ＶZC２０４未満である場合、ゼロ交差信号２０８は、ゼロ交差条件が存在することを示す状態に変化する。ゼロ交差信号２０８は、整流された電圧ＶRECT１０６がゼロ交差電圧しきい値ＶZC２０４を上回るまではその状態から変化しない。図２Ｂに示される例については、ゼロ交差信号２０８は、論理ハイおよび論理ローのセクションを有する矩形パルス波形である。整流された電圧ＶRECT１０６がゼロ交差電圧しきい値ＶZC２０４未満である場合、ゼロ交差信号２０８の値は論理ハイである。整流された電圧ＶRECT１０６がゼロ交差電圧しきい値ＶZC２０４を上回る場合、ゼロ交差信号２０８の値は論理ローである。ゼロ交差信号２０８がゼロ交差条件が存在すると示す時間の長さはゼロ交差パルス幅ＴZ２１０で示される。図２Ｂに示される例については、ゼロ交差パルス幅ＴZは、ゼロ交差信号２０８が論理ハイである時間の長さを示す。
【００２９】
図２Ａに示される整流された電圧ＶRECT１０６は、正の大きさまたは数学的にはＶRECT＝｜ＶAC｜＝｜ＶPｓｉｎ（２πｆLｔ）｜であるａｃ入力電圧ＶAC１０２である。整流された電圧ＶRECT１０６の値が０に近い電圧である時間は、ａｃ入力電圧ＶAC１０２の値が交差ゼロ電圧、したがって「ゼロ交差」という用語に近い場合に対応する。換言すると、整流された電圧ＶRECT１０６がいつ０に近い電圧であるかを検出することは、ａｃ入力電圧ＶAC１０２がいつゼロ電圧と交差するかを検出することに対応する。図２Ｂに示されるように、整流された電圧ＶRECT１０６がゼロ交差電圧しきい値ＶZC２０４未満である場合、ゼロ交差信号２０８はハイのパルスを出力し、コントローラ１３８にゼロ交差条件を示す。換言すると、−ＶZC＜ＶAC（ｔ）＜ＶZCである場合、ゼロ交差信号２０８はハイのパルスを出力してゼロ交差条件を示す。本発明の実施例については、コントローラ１３８はスイッチＳ１  １１４のオン時間延長を利用して、ａｃ入力電圧ＶAC１０２のゼロ交差を判定する。
【００３０】
図３にさまざまな動作モードのスイッチ電流を図示する。図１のスイッチモード電源の例示的なスイッチ電流波形の図を図示する。これは、スイッチング周期ＴS３０４、スイッチオン時間ｔON３０６、スイッチオフ時間ｔOFF３０８、台形３１０、および三角形３１２を含む。図３は、コントローラが連続導通モード（ＣＣＭ）および不連続導通モード（ＤＣＭ）の両方で動作している時間についてのスイッチ電流ＩD３０２の一般的な波形を図示する。スイッチ電流ＩD３０２の一般的な波形は、図１に図示されるスイッチ電流ＩD１４４の例を表わす。
【００３１】
任意のスイッチング周期ＴS３０４の間、スイッチＳ１  １１４はコントローラ１３８からの駆動信号１４０に応答して導通し、出力量ＵOを調整し得る。スイッチング周期ＴS３０４は、スイッチオン時間ｔON３０６およびスイッチオフ時間ｔOFF３０８の２つの時間のセクションに分けられ得る。スイッチオン時間ｔON３０６は、スイッチＳ１  １１４が導通し得るスイッチング周期ＴS３０４の部分を示す。スイッチオフ時間ｔOFF３０８は、スイッチＳ１  １１４が導通することができないスイッチング周期ＴS３０４の残余の部分を示す。図３の電流波形は２つの基本的な動作モードを図示する。台形３１０は連続導通モード（ＣＣＭ）の特徴である一方で、三角形３１２は不連続導通モード（ＤＣＭ）の特徴である。ＣＣＭの間、スイッチ電流ＩD３０２は、スイッチオン時間ｔON３０６の開始直後は実質的に非ゼロである。ＤＣＭでは、スイッチ電流ＩD３０２は、スイッチオン時間ｔON３０６の開始直後は実質的にゼロである。スイッチオフ時間ｔOFF３０８の間、スイッチ電流ＩD３０２はＣＣＭおよびＤＣＭの両方について実質的にゼロである。本発明の実施例に従うスイッチング電源１００は、ＣＣＭまたはＤＣＭのいずれかで動作し得る。
【００３２】
次に図４Ａを参照して、例示的なスイッチ電流波形および結果的に生じるゼロ交差信号４３２の図を図示する。これは、スイッチ電流ＩD１４４、電流リミットしきい値ＩLIM４０２、ゼロ交差電流しきい値ＩZC４０４、スイッチングサイクルＴ-2４０６からＴ8４２６、およびゼロ交差パルスＴZ４３４を含む。図４Ａは、電源１００が不連続導通モード（ＤＣＭ）で動作している時間に亘るスイッチ電流ＩD１４４の一般的な波形の一例を実証する。一般的に、スイッチングサイクルＴ-2４０６からＴ8４２６の各々はスイッチング周期ＴS３０４を有する。本発明のいくつかの実施例では、スイッチング周期ＴS３０４は一定の時間の長さであり得る。本発明の他の実施例では、コントローラ１３８はスイッチング周期ＴS３０４の長さを変えてもよい。本発明のさらなる実施例では、スイッチング周期ＴS３０４（およびしたがってスイッチング周波数ｆS、ここで
【００３３】
【数１】
2011167060.tif 000003
【００３４】
）および意図されるスイッチオン時間ｔON３０６はすべて１つのハーフラインサイクル２０２の間一定に維持される。
【００３５】
本発明の実施例については、コントローラ１３８は、スイッチＳ１  １１４のオン時間延長を利用して、ａｃ入力電圧ＶAC１０２がいつゼロ電圧と交差したかを判定する。図４Ａは、いくつかのスイッチングサイクルＴ-2４０６からＴ8４２６に亘るスイッチ電流ＩD１４４の例を図示する。電流リミットしきい値ＩLIM４０２は、スイッチＳ１  １１４について許される最大電流を定める。スイッチ電流ＩD１４４が電流リミットしきい値ＩLIM４０２に達すれば、スイッチＳ１  １１４はスイッチングサイクルの残余の間オフする。スイッチ電流ＩD１４４がある時間量までにゼロ交差電流しきい値ＩZC４０４に達しない場合、図５に関してさらに論じられるように、可能なゼロ交差条件が存在し得る。
【００３６】
Ｎは、コントローラ１３８がゼロ交差条件が確かに存在すると判定する前に可能なゼロ交差条件として検出する連続したスイッチングサイクルの数であり、ゼロ交差信号４３２は、非ゼロ交差条件を示す状態からゼロ交差条件を示す状態に変化することが認められるべきである。さらに、ゼロ交差信号４３２がゼロ交差条件が存在すると示している場合、コントローラはＮ個の連続スイッチングサイクル待機して、コントローラ１３８がゼロ交差信号４３２の状態を変化させる前にゼロ交差条件が存在しないと決定できるようにして非ゼロ交差条件を示す。コントローラ１３８はＮ個の連続したスイッチングサイクル待機して、ゼロ交差条件の誤った検出に繋がり得る如何なるノイズリンギングもなくし得る。たとえば、Ｎが（図４Ｂに示されるように）４に等しい場合、コントローラ１３８は、可能なゼロ交差条件が４個の連続したスイッチングサイクルの間起こると、ゼロ交差条件が存在すると判定する。別の例では、Ｎが（図４Ａに示されるように）１に等しい場合、コントローラ１３８は、可能なゼロ交差条件の最初の事象でゼロ交差条件が存在すると判定する。Ｎの値は、部分的に電源１００の入力での予測されるノイズ量により、選択され得る。Ｎの値が小さいほど、コントローラ１３８はゼロ交差条件が存在するか存在しないかをより迅速に判定するが、ゼロ交差条件の判定は電源１００の入力におけるノイズの影響をより受けやすくなり得る。このように、ゼロ交差信号４３２はゼロ交差条件を誤って示したり、またはａｃ入力電圧ＶAC１０２の非ゼロ交差条件を誤って示したりし得る。しかしながら、Ｎの値は、ゼロ交差条件が存在するとコントローラ１３８が検出できないほど大きくなってはならない。なぜなら、整流された電圧ＶRECT１０６はゼロ交差電圧しきい値ＶZC２０４よりも下に降下し、次にＮの値に達する前にゼロ交差電圧しきい値ＶZC２０４よりも上に上昇しているからである。
【００３７】
一実施例では、ゼロ交差信号４３２の論理ローの値はゼロ交差条件が存在しないことを示す一方で、ゼロ交差信号４３２の論理ハイの値はゼロ交差条件が存在することを示す。別の実施例では、ゼロ交差信号４３２の論理ハイの値はゼロ交差条件が存在しないことを示す一方で、ゼロ交差信号４３２の論理ローの値はゼロ交差信号が存在することを示す。
【００３８】
図４Ａに示される例について、Ｎは１に等しく、コントローラ１３８は、可能なゼロ交差条件の最初の事象でゼロ交差条件が存在すると判定し、同じスイッチングサイクルの間にゼロ交差信号４３２の状態を変化させる。図４Ａの例では、ゼロ交差信号４３２は、スイッチＳ１  １１４がオフし、スイッチ電流ＩD１４４がゼロ電流に降下すると、ゼロ交差条件を示す状態に変化する。スイッチングサイクルＴ-2４０６、Ｔ-1４０８、およびＴ0４１０で、スイッチ電流ＩD１４４はゼロ交差電流しきい値ＩZC４０４を超え、その結果コントローラ１３８は非ゼロ交差条件を検出する。図４Ａの例については、ゼロ交差条件が存在しない場合、ゼロ交差信号４３２は論理ローの値である。しかしながら、スイッチングサイクルＴ1４１２で、スイッチ電流ＩD１４４は、ある時間量内でゼロ交差電流しきい値ＩZC４０４に達しない。Ｎは図４Ａの例では１に等しいので、コントローラ１３８はａｃ入力電圧ＶAC１０２についてゼロ交差条件が存在すると判定する。その結果、ゼロ交差信号４３２は、スイッチングサイクルＴ1４１２の間にゼロ交差条件を示す状態に変化する。
【００３９】
スイッチングサイクルＴ2４１４からＴ6４２２の間、スイッチ電流ＩD１４４は依然としてゼロ交差電流しきい値ＩZC４０４に達せず、コントローラ１３８はａｃ入力電圧ＶAC１０２のゼロ交差条件が存在し続けていると判定する。その結果、ゼロ交差信号４３２は論理ハイの値に留まる。スイッチングサイクルＴ7４２４で、スイッチ電流ＩD１４４はゼロ交差電流しきい値ＩZC４０４を超え、コントローラ１３８はゼロ交差条件が存在しないと判定する。Ｎは１に等しいので、ゼロ交差信号４３２はスイッチングサイクルＴ7４２４の間に論理ローの値に変化する。図４Ａの例については、ゼロ交差信号４３２は、スイッチＳ１  １１４がスイッチングサイクルＴ7４２４の間オフし、スイッチ電流ＩD１４４がゼロ電流に降下すると、非ゼロ交差条件を示す状態に変化する。図４Ａに示されるように、ゼロ交差パルス幅ＴZ４３４は、ゼロ交差信号４３２がゼロ交差条件を示す時間の長さである。
【００４０】
次に図４Ｂを参照して、例示的なスイッチ電流波形および結果的に生じるゼロ交差信号４３２の別の図を図示する。これは、スイッチ電流ＩD１４４、電流リミットしきい値ＩLIM４０２、ゼロ交差電流しきい値ＩZC４０４、スイッチングサイクルＴ0４１０からＴ10４３０、ゼロ交差パルス幅ＴZ４３４、および遅延時間ｔX４３６を含む。図４Ｂは、電源１００がＤＣＭで動作している時間に亘るスイッチ電流ＩD１４４の一般的な波形の一例を実証する。図４Ｂは図４Ａに示されるのと同じスイッチ電流ＩD１４４も図示するが、図４ＢについてはＮが４に等しく、また図４Ｂは、（図４Ａに示されるようなスイッチングサイクルＴ-2からＴ8よりもむしろ）スイッチングサイクルＴ0からＴ10を示す。コントローラ１３８は、ゼロ交差条件が確かに存在すると判定し、ゼロ交差信号４３２がゼロ交差条件を示す状態に変化する前に、可能なゼロ交差条件の後の４個の連続したスイッチングサイクル待機する。さらに、ゼロ交差信号４３２がゼロ交差条件が存在すると示す場合、コントローラ１３８は、コントローラ１３８がゼロ交差信号４３２の状態を変化させて非ゼロ交差条件を示す前に、非ゼロ交差条件を有する４個の連続したスイッチングサイクル待機する。コントローラ１３８は、４個の連続したスイッチングサイクルの間待機して、いずれのノイズリンギングもなくし、かつゼロ交差条件が確かに存在することを確実にする。図４ＢはＮが４に等しいと図示するが、Ｎはいずれの正の整数であってもよい。しかしながら、Ｎの値は、ゼロ交差条件が存在するとコントローラ１３８が検出できないほど大きくなってはならない。なぜなら、スイッチ電流ＩD１４４はゼロ交差電流しきい値ＩZC４０４よりも下に降下し、次にＮの値に達する前にゼロ交差電流しきい値ＩZC４０４よりも上に上昇しているからである。
【００４１】
スイッチングサイクルＴ0４１０で、スイッチ電流ＩD１４４はゼロ交差電流しきい値ＩZC４０４を超え、その結果、コントローラ１３８はゼロ交差条件が存在すると判定せず、ゼロ交差信号４３２は論理ローの値に留まる。スイッチングサイクルＴ1４１２の間、スイッチ電流ＩD１４４はある時間量内でゼロ交差電流しきい値ＩZC４０４に達せず、コントローラ１３８は可能なゼロ交差条件が存在すると判定するが、ゼロ交差信号４３２は依然として論理ローの値に留まる。なぜなら、コントローラ１３８はゼロ交差条件が存在すると判定する前に可能なゼロ交差条件の４個の連続したスイッチングサイクル待機するからである。図４Ｂの例から、スイッチ電流ＩD１４４も、スイッチングサイクルＴ2４１４からＴ4４１８のある時間量内でゼロ交差電流しきい値ＩZC４０４に達しない。スイッチングサイクルＴ4４１８は、可能なゼロ交差条件が存在する４番目の連続したスイッチングサイクルである。したがって、コントローラ１３８は、ゼロ交差条件がａｃ入力電圧ＶAC１０２について確かに存在すると判定し、ゼロ交差信号４３２は、ゼロ交差条件が存在すると示す状態に変化する。図４Ｂに示される例については、ゼロ交差信号４３２は、論理ローの値から論理ハイの値に遷移する。しかしながら、ゼロ交差信号４３２は遅延時間ｔX４３６の終わりまで論理ハイの値に遷移しない。遅延時間ｔX４３６は、コントローラ１３８がゼロ交差条件が確かに存在すると判定するのと、コントローラ１３８がゼロ交差信号４３２を更新するのとの間の時間の長さを示す。一実施例では、ゼロ交差信号が更新する遅延時間ｔX４３６は、数Ｎを実現するのに用いられるフィルタによるものであり得る。さらなる実施例では、遅延時間ｔX４３６は次のスイッチングサイクルまでゼロ交差信号４３２の更新を遅延させ得る。図４Ａに戻ると、遅延時間ｔX４３６は実質的に０に等しい。本発明の実施例については、ゼロの遅延時間ｔX４３６が好ましいであろう。しかしながら、ゼロの遅延時間ｔX４３６を含むコントローラ１３８の実施例は、付加的な回路構成（図示せず）を要件とし得る。このように、コントローラ１３８のいくつかの実施例は、コストおよび／または回路の複雑さを低減するため、非ゼロ遅延時間ｔX４３６を含み得る。
【００４２】
スイッチングサイクルＴ5４２０およびＴ6４２２の間、スイッチ電流ＩD１４４は依然としてゼロ交差電流しきい値ＩZC４０４に達しておらず、コントローラはａｃ入力電圧ＶAC１０２のゼロ交差条件が存在し続けていると判定し、ゼロ交差信号４３２は論理ハイの値に留まる。スイッチングサイクルＴ7４２４で、スイッチ電流ＩD１４４はａｃ入力電圧ＶAC１０２のゼロ交差条件がもはや存在していない可能性があることを示すある期間内にゼロ交差電流しきい値ＩZC４０４を超えるが、コントローラ１３８は、ａｃ入力電圧ＶAC１０２がもはやゼロ交差条件にないと判定する前に、スイッチ電流ＩD１４４がゼロ交差条件がもはや存在しない可能性があることを示す４個の連続したスイッチングサイクル待機する。スイッチングサイクルＴ8４２６からＴ10４３０の間、スイッチ電流ＩDはある期間内にゼロ交差電流しきい値ＩZC４０４を超える。スイッチングサイクルＴ10４３０は、ゼロ交差条件がもはや存在しない可能性がある４番目の連続したスイッチングサイクルであり、コントローラ１３８はゼロ交差条件が存在しないと判定する。その結果、ゼロ交差信号４３２は、ゼロ交差条件が存在しないと示す状態に変化する。しかしながら、ゼロ交差信号４３２は、遅延時間ｔX４３６の終わりまで論理ローの値に遷移しない。遅延時間ｔX４３６は、コントローラ１３８がゼロ交差条件が存在しないことを判定するのと、コントローラ１３８がゼロ交差信号４３２を更新するのとの間の時間の長さを示す。さらなる実施例では、遅延時間ｔX４３６は、次のスイッチングサイクルまでゼロ交差信号４３２の更新を遅延させ得る。図４Ｂに示されるように、ゼロ交差パルス幅ＴZ４３４は、ゼロ交差信号４３２がゼロ交差条件が存在することを示す時間の長さである。
【００４３】
次に図５を参照して、例示的なスイッチ電流波形および結果として生じるゼロ交差信号５３２の別の図を図示する。これは、スイッチ電流ＩD１４４、ゼロ交差電流しきい値ＩZC５０４、ゼロ交差時間しきい値ｔZC５０６、スイッチングサイクルＴM５０８からＴM+3５１４、およびゼロ交差パルス幅ＴZ５３４を含む。さらに、各々のスイッチングサイクルＴM５０８からＴM+3５１４の間に、スイッチＳ１  １１４のオン時間ｔONおよび延長されたオン時間ｔONXが存在する。一般的に、スイッチングサイクルＴM５０８からＴM+3５１４の各々はスイッチング周期ＴS３０４を有する。本発明のいくつかの実施例では、スイッチング周期ＴS３０４は一定の時間の長さであり得る。本発明の他の実施例では、コントローラ１３８はスイッチング周期ＴS３０４の長さを変え得る。図５に示される例示的なゼロ交差信号５３２については、Ｎの値は２であり、遅延時間ｔXは実質的に０に等しい。
【００４４】
本発明の一実施例では、コントローラ１３８は、スイッチＳ１  １１４のオン時間延長を利用して、ａｃ入力電圧ＶAC１０２についてゼロ交差条件が存在するかどうかを判定する。さらに論じられるように、コントローラ１３８は無損失集積ブリーダ回路としてスイッチＳ１  １１４のオン時間延長も利用する。コントローラ１３８は、スイッチ電流ＩD１４４がゼロ交差時間しきい値ｔZC５０６内にゼロ交差電流しきい値ＩZC５０４に達しない場合にゼロ交差条件が存在すると判定する。スイッチ電流ＩD１４４がスイッチＳ１  １１４の初期オン時間ｔONの間にゼロ交差電流しきい値ＩZC５０４に達しない場合、コントローラ１３８はゼロ交差電流しきい値ＩZC５０４に達するまでまたは延長されたオン時間ｔONXがゼロ交差時間しきい値ｔZC５０６に達するまで、オン時間ｔONを延長する。オン時間ｔONが延長される時間量は、延長されたオン時間ｔONXと称される。いくつかの実施例については、ゼロ交差時間しきい値ｔZC５０６は実質的に５μｓに等しい。ゼロ交差時間しきい値ｔZC５０６の値を選択する際、ゼロ交差時間しきい値ｔZC５０６は最小の意図されるオン時間ｔONよりも長くあるべきであるが、スイッチング周期ＴS３０４よりも大幅に長くなってはならない。一般的に、コントローラ１３８は、ゼロ交差時間しきい値ｔZC５０６の値がより大きくなると、スイッチ電流ＩD１４４をより正確に検知し得る。
【００４５】
スイッチングサイクルＴM５０８で、スイッチ電流ＩD１４４は、スイッチＳ１  １１４の初期オン時間ｔON内にゼロ交差電流しきい値ＩZC５０４に達しない。スイッチＳ１  １１４をオフする代わりに、スイッチＳ１  １１４はオンのままであり、スイッチのオン時間ｔONは、スイッチ電流ＩD１４４がゼロ交差電流しきい値ＩZC５０４に達するまたは全オン時間（たとえばオン時間ｔONと延長されたオン時間ｔONXとの和）がゼロ交差時間しきい値ｔZC５０６に達するまで、延長される。スイッチングサイクルＴM５０８の間、オン時間ｔONは延長されたオン時間ｔONXだけ延長されるが、スイッチ電流ＩD１４４は、オン時間ｔONと延長されたオン時間ｔONXとの和がゼロ交差時間しきい値ｔZC５０６に達する前にゼロ交差電流しきい値ＩZC５０４に達する。その結果、スイッチＳ１  １１４は、スイッチ電流ＩD１４４がゼロ交差電流しきい値ＩZC５０４に達しスイッチ電流ＩD１４４が実質的に０に降下するときにオフされる。コントローラ１３８はゼロ交差条件を検出せず、その結果、ゼロ交差信号５３２は非ゼロ交差条件を示す。
【００４６】
スイッチングサイクルＴM+1５１０で、スイッチ電流ＩD１４４は初期オン時間ｔON内にゼロ交差電流しきい値ＩZC５０４に達せず、コントローラ１３８は延長されたオン時間ｔONXだけオン時間ｔONを延長する。図示されるように、スイッチ電流ＩD１４４は延長されたオン時間ｔONXの間にゼロ交差電流しきい値ＩZC５０４に達する。スイッチングサイクルＴM５０８とは異なり、スイッチ電流ＩD１４４は、オン時間ｔONと延長されたオン時間ｔONXとの和がゼロ交差時間しきい値ｔZC５０６に実質的に等しくなったときにゼロ交差電流しきい値ＩZC５０４に達する。コントローラ１３８はゼロ交差条件を検出せず、ゼロ交差信号５３２は論理ローの値に留まる。
【００４７】
スイッチングサイクルＴM+2５１２で、スイッチ電流ＩD１４４は初期オン時間ｔON内にゼロ交差電流しきい値ＩZC５０４に達せず、コントローラ１３８は延長されたオン時間ｔONXだけオン時間ｔONを延長する。以上で言及されたように、コントローラ１３８は、延長されたオン時間ｔONXがゼロ交差時間しきい値ｔZC５０６に達しかつスイッチ電流ＩD１４４がゼロ交差電流しきい値ＩZC５０４未満であるときに、スイッチＳ１  １１４をオフする。図５に示される例では、スイッチ電流ＩD１４４は初期オン時間ｔON内にゼロ交差電流しきい値ＩZC５０４に達せず、コントローラ１３８はスイッチＳ１  １１４のオン時間を延長する。オン時間ｔONは、スイッチ電流ＩD１４４がゼロ交差電流しきい値ＩZC５０４に達するまでまたは延長されたオン時間ｔONXがゼロ交差時間しきい値ｔZC５０６に達するまで延長される。スイッチングサイクルＴM+2５１２の間に、延長されたオン時間ｔONXは、スイッチ電流１４４がゼロ交差電流しきい値ＩZC５０４に達しないうちにゼロ交差時間しきい値ｔZC５０６に達する。その結果、コントローラ１３８は可能なゼロ交差条件が存在し得ると判定する。しかしながら、ゼロ交差信号５３２は状態を変化させない。なぜなら、コントローラ１３８は、ゼロ交差条件が存在すると判定する前に可能なゼロ交差条件の２つの連続するスイッチングサイクル待機するからである。
【００４８】
スイッチングサイクルＴM+3５１４で、スイッチ電流ＩD１４４は初期オン時間ｔON内にゼロ交差電流しきい値ＩZC５０４に達せず、コントローラ１３８は延長されたオン時間ｔONXだけオン時間ｔONを延長する。スイッチングサイクルＴM+2５１２と同様に、スイッチ電流ＩD１４４は、延長されたオン時間ｔONXがゼロ交差時間しきい値ｔZC５０６に達する前にゼロ交差電流しきい値ＩZC５０４に達しない。このように、スイッチングサイクルＴM+3５１４は、可能なゼロ交差条件を有する２番目の連続したスイッチングサイクルである。その結果、コントローラ１３８はゼロ交差条件が存在すると判定し、ゼロ交差信号５３２は状態を変化させる。
【００４９】
ゼロ交差電流しきい値ＩZC５０４およびゼロ交差時間しきい値ｔZC５０６は、ゼロ交差電圧しきい値ＶZC２０４に対応するように選択される。以上で言及されたように、コントローラ１３８は、スイッチ電流ＩD１４４がゼロ交差時間しきい値ｔZC５０６までにゼロ交差電流しきい値ＩZC５０４に達しないときにゼロ交差条件を検出する。ゼロ交差電流しきい値ＩZC５０４およびゼロ交差時間しきい値ｔZC５０６は、ゼロ交差条件が、ゼロ交差電圧しきい値ＶZC２０４を下回る、整流された電圧ＶRECT１０６の値に対応するように固定される。換言すると、ゼロ交差電流しきい値ＩZC５０４およびゼロ交差時間しきい値ｔZC５０６は、ゼロ交差条件が正のゼロ交差電圧しきい値ＶZC２０４と負のゼロ交差電圧しきい値ＶZC２０４との間に降下するａｃ入力電圧ＶAC１０２の値、または数学的には−ＶZC＜ＶAC（ｔ）＜ＶZC、に対応するように固定される。
【００５０】
スイッチＳ１  １１４がオンであるときのスイッチＳ１  １１４の電圧と電流との間の関係は
【００５１】
【数２】
2011167060.tif 000004
【００５２】
として表現され得る。式中、ＬPが１次巻線１１０のインダクタンスである。ＤＣＭで動作する電源１００については、いずれのスイッチングサイクルの間のこの関係も
【００５３】
【数３】
2011167060.tif 000005
【００５４】
としてさらに表わされ得る。式中、ＩPEAKはスイッチ電流ＩD１４４のピーク値である。しかしながら、１つのスイッチングサイクルにおいては、ＶACの値は、オン時間ｔONが入力電圧ＶAC１０２の周期に対して小さいために一定であると考えられ得る。以上で言及されたように、ゼロ交差電流しきい値ＩZC５０４およびゼロ交差時間しきい値ｔZC５０６は固定され、スイッチＳ１  １１４がＤＣＭでオンであるときのスイッチＳ１  １１４の電圧と電流との間の関係、または数学的には
【００５５】
【数４】
2011167060.tif 000006
【００５６】
を利用して、ゼロ交差電圧しきい値ＶZC２０４に対応するように選択され得る。
スイッチＳ１  １１４がオンである時間が長いほど、フィルタコンデンサＣF１２０からより多くの電荷が除去される。このように、ゼロ交差時間しきい値ｔZC５０６を定めるようにコントローラ１３８が利用するオン時間延長により、オン時間延長なしのコントローラよりも、フィルタコンデンサＣF１２０からより多くの電荷が除去され得る。その結果、フィルタコンデンサＣF１２０の放電は、力率改善（ＰＦＣ）によりコントローラ１３８を助け得る１次巻線１１０における電圧をプルダウンし、かつａｃ入力電圧ＶAC１０２のゼロ交差を検出するのを助ける。以上言及されたように、従来のスイッチング電源においては、ブリーダ回路は、電源１００のフィルタコンデンサＣF１２０の放電を容易にし、かつエネルギ転送要素Ｔ１  １０８の１次巻線１１０の電圧をプルダウンするのを助けるように設けられる。しかしながら、従来のブリーダ回路は典型的に集積回路コントローラの外部のものである。コントローラ１３８の集積回路１４６の外部の回路構成はスイッチモード電源に不要なコストを追加し得る。さらに、典型的なブリーダ回路（すなわち抵抗器）は熱の形態でエネルギを損失し、スイッチモード電源の効率を低下させてしまう。コントローラ１３８が利用するオン時間延長は電源１００にコントローラ１３８と共に集積されるブリーダ回路を設ける。このように、オン時間延長ブロック９０４は本明細書中で、コントローラ１３８内部の（すなわちその中に集積される）ブリーダ回路と称され得る。さらに、オン時間延長によりより多くの電流が１次巻線を流れることが可能になるので、伝統的なブリーダによって損失されたであろうエネルギは電源１００の出力に転送される。このように、コントローラ１３８が利用するオン時間延長は無損失ブリーダ回路として働く。さらに、スイッチング周期ＴS３０４（およびしたがってスイッチング周波数ｆS、なお
【００５７】
【数５】
2011167060.tif 000007
【００５８】
）および意図されるスイッチオン時間ｔONが１つのハーフラインサイクル２０２の間一定であると、コントローラ１３８によるオン時間延長は適合的な放出（bleeding）も可能にする。なぜなら、延長されたオン時間ｔONXの値は変化し得るからである。以上言及されたように、ＤＣＭで動作する電源１００については、スイッチＳ１  １１４の電圧と電流との間の関係は
【００５９】
【数６】
2011167060.tif 000008
【００６０】
と表わせ得る。意図されるスイッチオン時間ｔONが全ハーフラインサイクル２０２の間一定であれば、スイッチ電流のピーク値ＩPEAKはａｃ入力電圧ＶAC１０２の値に依存する。このように、ａｃ入力電圧ＶACの値が高いほど、スイッチ電流のピーク値ＩPEAKがゼロ交差電流しきい値ＩZC５０４を上回る見込みがより高くなる。さらに、ａｃ入力電圧ＶAC１０２の値がより高いほど、スイッチ電流ＩD１４４がより迅速にゼロ交差電流しきい値ＩZC５０４に到達する。このように、コントローラ１３８は、オン時間延長によって与えられる放出の量がａｃ入力電圧ＶAC１０２の値に適合するようにａｃ入力電圧ＶAC１０２の値に応答して延長されたオン時間ｔONXの量を変化させることによって適合的な放出を提供し得る。
【００６１】
次に図６を参照して、調光器回路６０８を利用する例示的なスイッチング電源の機能ブロック図を示す。これは、ａｃ入力電圧ＶAC１０２、エネルギ転送要素Ｔ１  １０８、エネルギ転送要素Ｔ１  １０８の１次巻線１１０、エネルギ転送要素Ｔ１  １０８の２次巻線１１２、スイッチＳ１  １１４、入力帰還１１６、クランプ回路１１８、フィルタコンデンサＣF１２０、コントローラ１３８、駆動信号１４０、電流検知入力信号１４２、およびスイッチ電流ＩD１４４を含む。さらに、スイッチング電源は、整流器６０４、整流された電圧ＶRECT６０６、調光器回路６０８、調光器出力電圧ＶDO６１０、および入力電流ＩIN６１２をさらに含む。図６に示されるスイッチング電源は、図１に示されるスイッチング電源１００に調光器回路６０８が追加されたものと同様であることが認められるべきである。
【００６２】
エネルギ転送要素Ｔ１  １０８、エネルギ転送要素Ｔ１  １０８の１次巻線１１０、エネルギ転送要素Ｔ１  １０８の２次巻線１１２、スイッチＳ１  １１４、入力帰還１１６、クランプ回路１１８、フィルタコンデンサＣF１２０、コントローラ１３８、駆動信号１４０、電流検知入力信号１４２、およびスイッチ電流ＩD１４４は上述のように結合しかつ機能する。調光器回路６０８はａｃ入力電圧ＶAC１０２に結合し、調光器出力電圧ＶDO６１０を生成する。調光器回路６０８は整流器６０４にさらに結合する。整流器６０４は調光器出力電圧ＶDO６１０を受け、整流された電圧ＶRECT６０６を出力する。図６に示されるように、整流器６０４はフィルタコンデンサＣF１２０の両端に結合される。本発明のいくつかの実施例については、整流器６０４は図１に図示されるようなブリッジ整流器である。
【００６３】
調光器回路６０８は、電源に結合された負荷１２６が発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイである場合に利用され、電源に送達される電力の量を制限し得る。その結果、ＬＥＤアレイである負荷に送達される電流が制限され、ＬＥＤアレイが薄暗くなる。一実施例では、調光器回路６０８は位相調光器回路である。別の実施例では、トライアック調光器回路が調光器回路６０８として利用され得る。トライアック調光器は、ａｃ入力電圧ＶAC１０２がゼロ電圧と交差する際に、電源からａｃ入力電圧ＶAC１０２を切り離す。所与の時間量の後、トライアック調光器は、電源にａｃ入力電圧ＶAC１０２を再接続する。求められる調光量に依存して、トライアック調光器は、ａｃ入力電圧ＶAC１０２が電源から切り離される時間量を制御する。一般的に、より多くの調光は、トライアック調光器がａｃ入力電圧ＶAC１０２を切り離すより長い期間に対応する。トライアック調光器回路を利用するＬＥＤの位相調光適用例について、トライアックは、最小保持電流がトライアック自体をオフしないようにすることを要件とする。本発明の実施例に従うと、コントローラ１３８は、トライアックを通る電流（すなわちＩIN６１２）がトライアックの保持電流を下回らないことを確実にするのを助ける無損失集積ブリーダ回路としてスイッチＳ１  １１４のオン時間延長を利用する。図７Ａおよび図７Ｂは、整流された電圧ＶRECT６０６およびその後のゼロ交差信号の例を図示する。
【００６４】
図７Ａは、図６に示される整流された電圧ＶRECT６０６の例示的な波形を図示し、これは、ハーフラインサイクル７０２、ゼロ交差電圧しきい値７０４、ピーク電圧ＶP７０５、および部分７０６を含む。図７Ｂは、整流された電圧ＶRECT６０６の部分７０６および対応のゼロ交差信号７０８を図示する。ハーフラインサイクル７０２、ゼロ交差電圧しきい値ＶZC７０４、およびゼロ交差信号７０８は、図２Ａおよび図２Ｂのハーフラインサイクル２０２、ゼロ交差電圧しきい値ＶZC２０４、およびゼロ交差信号２０８のさらなる例である。
【００６５】
以上論じたように、ａｃ入力電圧ＶAC１０２は、フルラインサイクルと称されるａｃ入力電圧ＶAC１０２の周期の正弦波形である。数学的にはＶAC（ｔ）＝ＶPｓｉｎ（２πｆLｔ）である。式中、ＶP７０５はａｃ入力電圧ＶAC１０２のピーク電圧であり、ｆLはライン入力電圧の周波数である。整流された電圧ＶRECT６０６は、ブリッジ整流器６０４および調光回路６０８の結果的な出力である。図７Ａの例については、整流された電圧ＶRECT６０６の各々のハーフラインサイクル７０２の開始時の電圧レベルは、調光器回路６０８がａｃ入力電圧ＶAC１０２を電源から切り離すときに対応するゼロに実質的に等しい。調光器回路６０８がａｃ入力電圧ＶAC１０２を電源に再接続する際、整流された電圧ＶRECT６０６はａｃ入力電圧ＶAC１０２の正の大きさに実質的に従う。または、数学的にはＶRECT＝｜ＶDO｜である。
【００６６】
図２Ａと同様に、いくつかの実施例については、ゼロ交差電圧しきい値ＶZC７０４は実質的に０に等しい。他の実施例については、ゼロ交差電圧しきい値ＶZC７０４は、整流された電圧ＶRECT６０６のピーク電圧ＶP７０５の実質的に５分の１である。一例では、整流された電圧ＶRECT６０６のピーク電圧ＶP７０５が１２５Ｖに実質的に等しい場合、ゼロ交差電圧しきい値ＶZC７０４は実質的に２５Ｖに等しい。別の実施例では、ゼロ交差電圧しきい値ＶZC７０４は、整流された電圧ＶRECT６０６のピーク電圧ＶP７０５の実質的に４分の１である。ゼロ交差電圧しきい値ＶZC７０４の値がゼロ電圧に近づくにつれ、ゼロ交差信号７０８がより正確になることが認められるべきである。しかしながら、図２Ａに関して以上論じたように、ゼロ交差電圧しきい値ＶZC７０４について非ゼロの値が選択されてもよい。
【００６７】
図７Ｂは、整流された電圧ＶRECT６０６の部分７０６および対応のゼロ交差信号７０８を図示する。本発明の実施例は、スイッチＳ１  １１４のオン時間延長を利用して、ゼロ交差信号７０８を生成する。整流された電圧ＶRECT６０６がゼロ交差電圧しきい値ＶZC７０４未満である場合、ゼロ交差信号７０８はゼロ交差条件が存在すると示す。ゼロ交差信号７０８は、論理ハイおよび論理ローのセクションを有する矩形パルス波形である。図７Ｂに図示される例については、整流された電圧ＶRECT６０６がゼロ交差電圧しきい値ＶZC７０４未満である場合、ゼロ交差信号７０８の値は論理ハイである。整流された電圧ＶRECT６０６がゼロ交差電圧しきい値ＶZC７０４よりも大きい場合、ゼロ交差信号７０８の値は論理ローである。本発明の実施例については、コントローラ１３８はスイッチＳ１  １１４のオン時間延長を利用して、ａｃ入力電圧ＶAC１０２のゼロ交差を判定する。
【００６８】
図２Ｂについて以上で言及されたように、整流された電圧ＶRECT６０６がいつゼロ電圧に近いかを検出することは、ａｃ入力電圧ＶAC１０２がいつゼロ電圧と交差するかを検出することに対応する。図７Ｂに示されるゼロ交差信号７０８と図２Ｂに示されるゼロ交差信号２０８とを比較すると、図７Ｂのゼロ交差パルスＴZ７１０は、調光器回路６０８によるａｃ入力電圧ＶAC１０２の切り離しのために、図２Ｂのゼロ交差パルスＴZ２１０よりも長くなっている。以上で言及されたように、調光量は、調光器回路６０８が電源からａｃ入力電圧ＶAC１０２を切り離す時間の長さに対応する。調光器回路６０８がａｃ入力電圧ＶAC１０２を電源から切り離した状態に保つ時間が長いほど、整流された電圧ＶRECT６０６が実質的にゼロ電圧に等しい時間が長くなる。その結果、ゼロ交差パルスＴZ７１０の長さは、調光器回路６０８が与える調光量に対応する。
【００６９】
次に図８Ａを参照して、整流された電圧ＶRECT８０１の別の例示的な波形を図示する。これは、ハーフラインサイクル８０２、ゼロ交差電圧しきい値ＶZC８０４、ピーク電圧ＶP８０５、および部分８０６を含む。図８Ｂは、整流された電圧ＶRECT８０１の部分８０６および対応のゼロ交差信号８０８を図示する。
【００７０】
整流された電圧ＶRECT８０１の例示的な波形は、図７Ａに示される整流された電圧ＶRECT６０６と同様である。図７Ａの例では、整流された電圧ＶRECT６０６は、調光器回路６０８および整流器６０４を通過したａｃ入力電圧ＶAC１０２の結果である。図６、図７Ａおよび図７Ｂに関して言及したように、整流された電圧ＶRECT６０６は、すべてのハーフラインサイクル８０２の開始時にａｃ入力電圧ＶAC１０２を切り離すトライアック調光器などの調光器回路６０８の結果である。しかしながら、図８Ａおよび図８Ｂに図示される整流された電圧ＶRECT８０１は、すべてのハーフラインサイクル８０２の終わりにａｃ入力電圧ＶAC１０２を切り離す調光器回路６０８の結果である。その結果、整流された電圧ＶRECT８０１は、ハーフラインサイクル８０２の終わりにゼロ電圧に実質的に等しくなる。ハーフラインサイクル８０２の開始時に、整流された電圧ＶRECT８０１は、調光器回路６０８が電源からａｃ入力電圧ＶAC１０２を切り離すまで、ａｃ入力電圧ＶAC１０２の正の大きさに実質的に従う。整流された電圧ＶRECT８０１の値は次に、次のハーフラインサイクルの開始時まで、実質的にゼロ電圧まで放電する。
【００７１】
図８Ｂは整流された電圧ＶRECT８０１の部分８０６および対応のゼロ交差信号８０８を図示する。ａｃ入力電圧ＶAC１０２は、スイッチ電流ＩD１４４を通して間接的に検知されてゼロ交差信号８０８を生成する。整流された電圧ＶRECT８０１がゼロ交差電圧しきい値ＶZC８０４未満である場合、ゼロ交差信号８０８はゼロ交差条件が存在すると示す。本発明の実施例については、コントローラ１３８はスイッチＳ１  １１４のオン時間延長を利用して、ａｃ入力電圧ＶAC１０２のゼロ交差を判定する。
【００７２】
図８Ｂに示されるゼロ交差信号８０８と図２Ｂに示されるゼロ交差信号２０８とを比較すると、図８Ｂのゼロ交差パルスＴZ８１０は、調光器回路６０８によるａｃ入力電圧ＶAC１０２の切り離しにより、図２Ｂのゼロ交差パルスＴZ２１０よりも長くなっている。図８Ｂに示されるゼロ交差信号８０８と図７Ｂに示されるゼロ交差信号７０８とを比較すると、図８Ｂのゼロ交差パルスＴZ８１０は、図７Ｂに示されるようなハーフラインサイクル８０２の開始時ではなく、ハーフラインサイクル８０２の終わりに向けて生じる。
【００７３】
次に図９Ａを参照して、コントローラ９３８の機能ブロック図を図示する。これは、フィードバック信号ＵFB９３０、駆動信号９４０、電流検知信号９４２、駆動論理ブロック９０２、オン時間延長ブロック９０４、ゼロ交差検出器９０６、ゼロ交差信号９０８、およびゼロ交差時間しきい値パルスＺＣＰ９２４を含む。ゼロ交差検出器９０６は、クロック信号９１０、比較器９１４、参照信号９１６、ＡＮＤゲート９１７、Ｓ−Ｒラッチ９１８、フリップフロップ９２２、およびオプションのゼロ交差フィルタ９２６をさらに含む。コントローラ９３８、フィードバック信号ＵFB９３０、駆動信号９４０、および電流検知信号９４２は、図１および図６に図示されるコントローラ１３８、フィードバック信号ＵFB１３０、駆動信号１４０、および電流検知信号１４２の例である。さらに、ゼロ交差信号９０８は、図２、図４Ａ、図４Ｂ、図７Ｂ、および図８Ｂに示されるゼロ交差信号の一例である。一例では、駆動論理ブロック９０２およびオン時間延長ブロック９０４は本明細書中では駆動信号生成器と総称され得る。駆動論理出力ＤＬＯ９５０、ゼロ交差時間しきい値パルスＺＣＰ９２４、および比較器出力ＣＯ９５２という信号表記も図９Ａおよび図９Ｂに示される。それぞれの信号の波形は図１０に図示する。
【００７４】
コントローラ９３８、フィードバック信号ＵFB９３０、駆動信号９４０、および電流検知信号９４２は上述のように結合しかつ機能する。コントローラ９３８内では、駆動論理ブロック９０２は、オン時間延長ブロック９０４およびゼロ交差検出器９０６に結合する。駆動論理ブロック９０２は電流検知信号９４２およびフィードバック信号ＵFB９３０を受け、オン時間延長ブロック９０４へ駆動論理出力ＤＬＯ９５０を出力する。駆動論理ブロック９０２はゼロ交差検出器９０６にさらに結合し、ゼロ交差信号９０８を受ける。ゼロ交差検出器９０６は電流検知信号９４２に結合しかつこれを受ける。さらに説明されるように、ゼロ交差検出器９０６は電流検知信号９４２を受け、駆動論理ブロック９０２にゼロ交差信号９０８を出力する。
【００７５】
駆動論理ブロック９０２はフィードバック信号ＵFB９３０、電流検知信号９４２およびゼロ交差信号９０８を利用して、駆動信号９４０の状態およびコントローラ９３８の状態に関する情報をオン時間延長ブロック９０４に与える駆動論理出力信号ＤＬＯ９５０を生成する。オン時間延長ブロック９０４はゼロ交差検出器９０６にさらに結合し、本明細書中では比較器出力ＣＯ９５２（すなわち前提条件信号）と称される比較器９１４の出力を受ける。さらに、オン時間延長ブロック９０４はゼロ交差時間しきい値パルスＺＣＰ９２４を受ける。ゼロ交差時間しきい値パルスＺＣＰ９２４は、論理ハイおよび論理ローのセクションを有する矩形パルス波形である。論理ローのセクションの長さはゼロ交差時間しきい値ｔZC５０６に実質的に等しく、ゼロ交差時間しきい値パルスＺＣＰ９２４の連続した立下がりエッジ同士の間の時間の長さはスイッチング周期ＴSに実質的に等しい。
【００７６】
オン時間延長ブロック９０４は、受けた駆動論理出力ＤＬＯ９５０、ゼロ交差時間しきい値パルスＺＣＰ９２４および比較器出力ＣＯ９５２を利用して、駆動信号９４０を出力する。以上で言及されたように、駆動信号９４０は、電源のスイッチ（たとえば図１のスイッチＳ１  １１４）のスイッチングを制御するのに利用される。ゼロ交差検出器９０６のフリップフロップ９２２も駆動信号９４０を受ける。さらに、オン時間延長ブロック９０４は、図５に関して論じたオン時間延長を実現する。
【００７７】
駆動論理ブロック９０２は、電流検知信号９４２からのスイッチ電流ＩD１４４に関する情報およびフィードバック信号ＵFB９３０からの出力量ＵOに関する情報を、ゼロ交差信号９０８とともに受ける。この情報を利用して、駆動論理ブロック９０２は、意図される駆動信号に関する情報を与えて、スイッチＳ１  １１４のオンおよびオフを制御する。一例では、駆動論理ブロック９０２は電流検知信号９４２を利用して、いつスイッチ電流ＩD１４４が電流リミットしきい値ＩLIM４０２に達して、スイッチＳ１  １１４をオフするかを判定し得る。オン時間延長ブロック９０４は、比較器出力ＣＯ９５２およびゼロ交差時間しきい値パルスＺＣＰ９２４とともに、駆動論理出力ＤＬＯ９５０を受ける。さらに論じられるように、比較器出力ＣＯ９５２およびゼロ交差時間しきい値パルスＺＣＰ９２４の値に依存して、オン時間延長ブロック９０４は、駆動論理ブロック９０２が与える意図される駆動信号のオン時間を延長し得る。
【００７８】
ゼロ交差検出器９０６は、電流検知信号９４２および参照信号９１６を受ける比較器９１４をさらに含む。図９Ａの例では、比較器９１４は、比較器９１４の非反転入力で電流検知信号９４２を受け、比較器９１４の反転入力で参照信号９１６を受ける。このように、一実施例では、電流検知信号９４２が参照信号９１６未満であること（およびしたがって、比較器９１４の出力がローであること）が電源のゼロ交差条件の前提条件の存在を（すなわちゼロ交差条件が存在し得ると）示す。電流検知信号９４２および参照信号９１６は電流信号または電圧信号であり得る。電流検知信号９４２はスイッチ電流ＩD１４４に関する情報を与える。電流検知信号９４２が電流信号である場合、参照信号９１６はゼロ交差電流しきい値ＩZC４０４であり得、比較器９１４は電流比較器である。以上で言及されたように、スイッチ電流ＩD１４４は、たとえば個別の抵抗器の両端の電圧またはトランジスタが導通しているときのトランジスタの両端の電圧などのさまざまな態様で検知され得る。それらの例については、電流検知信号９４２は電圧信号である。電流検知信号９４２が電圧信号である場合、参照信号９１６はゼロ交差電流しきい値ＩZC４０４に対応する参照電圧であり、比較器９１４は電圧比較器である。
【００７９】
比較器９１４はＡＮＤゲート９１７およびオン時間延長ブロック９０４にさらに結合される。比較器９１４の出力はオン時間延長ブロック９０４によって受けられる。ＡＮＤゲート９１７はゼロ交差時間しきい値パルスＺＣＰ９２４を受けるようにも結合される。比較器出力ＣＯ９５２を受けるＡＮＤゲート９１７の入力に結合される丸印は、ＡＮＤゲート９１７が反転された比較器出力ＣＯ９５２を受けるように、比較器９１４とＡＮＤゲート９１７との間に反転器が結合されることを示す。たとえば、ＡＮＤゲート９１７の出力は、ゼロ交差時間しきい値パルスＺＣＰ９２４が論理ハイの値にありかつ比較器出力ＣＯ９５２が論理ローの値にある場合、論理ハイの値にある。
【００８０】
Ｓ−Ｒラッチ９１８は、本明細書中ではＳ−Ｒラッチ９１８のＲ入力とも称されるリセット入力でＡＮＤゲート９１７の出力を受ける。さらに、Ｓ−Ｒラッチ９１８は、本明細書中ではＳ入力とも称されるセット入力でクロック信号９１０を受ける。クロック信号９１０はスイッチング周期ＴSに関する情報を与え、いくつかの実施例では、発振器（図示せず）から入来し得る。クロック信号９１０は、論理ハイおよび論理ローのセクションの長さが変化する矩形パルス信号である。クロック信号９１０の連続した立上がりエッジ同士の間の時間の長さがスイッチング周期ＴSに実質的に等しい。クロック信号９１０が一旦論理ハイの値のパルスを出力すると、クロック信号９１０は論理ローの値に素早く立下がる。このように、Ｓ−Ｒラッチ９１８はクロック信号９１０の立上がりエッジでセットされる。しかしながら、Ｓ−Ｒラッチ９１８は、ＡＮＤゲート９１７の出力が論理ハイの値にあるとリセットする。換言すると、電流検知信号９４２によって与えられるスイッチ電流ＩD１４４が参照信号９１６によって与えられるゼロ交差電流しきい値ＩZC４０４を超えていないことを比較器出力ＣＯ９５２が示すと、ラッチ９１８はリセットする。図９Ａの例では、Ｓ−Ｒラッチ９１８の出力はＱバー出力から取得される。このように、Ｓ−Ｒラッチ９１８がセットされると、Ｓ−Ｒラッチ９１８の出力は論理ローの値である。Ｓ−Ｒラッチ９１８がリセットされると、Ｓ−Ｒラッチの出力は論理ハイの値である。
【００８１】
フリップフロップ９２２はＳ−Ｒラッチ９１８に結合し、Ｓ−Ｒラッチ９１８の出力を受ける。一実施例では、フリップフロップ９２２はＤフリップフロップである。フリップフロップ９２２はＤ入力でラッチ９１８の出力を受ける。さらに、フリップフロップ９２２はクロック入力で駆動信号９４０を受ける。駆動信号９４０は、論理ハイおよび論理ローのセクションの長さが変化する矩形パルス波形である。一実施例では、閉じている（すなわちオンの）スイッチＳ１  １１４は駆動信号９４０の論理ハイの値に対応する一方で、開いている（すなわちオフの）スイッチＳ１  １１４は駆動信号９４０の論理ローの値に対応する。フリップフロップ９２２のクロック入力に結合された丸印は、フリップフロップ９２２が駆動信号９４０の立下がりエッジで更新することを示す。換言すると、フリップフロップ９２２の出力は、スイッチＳ１  １１４がオフするときに更新する。フリップフロップ９２２はゼロ交差フィルタ９２６にさらに結合される。図示されるように、ゼロ交差フィルタ９２６はフリップフロップ９２２の出力を受け、ゼロ交差信号９０８を出力する。フリップフロップ９２２の出力はゼロ交差信号９０８に実質的に等しいが、ゼロ交差フィルタ９２６は、フリップフロップ９２２の出力のノイズを低減するように結合される。さらに、ゼロ交差フィルタ９２６は、Ｎ個の連続したスイッチングサイクルが可能なゼロ交差条件を有していなければゼロ交差条件が存在するとゼロ交差信号９０８が示さないようにして、以上で論じたように数Ｎを実現する。しかしながら、Ｎが１に等しい場合は、ゼロ交差フィルタ９２６はゼロ交差検出器９０６から省略されてもよい。
【００８２】
スイッチング周期ＴSの開始時に電流検知信号９４２は参照信号９１６未満であり、したがって比較器９１４の出力は論理ローである。換言すると、スイッチング周期ＴSの開始時に、スイッチ電流ＩD１４４はゼロ交差電流しきい値ＩZC４０４未満である。以上で言及したように、一実施例では、ゼロ交差電流しきい値ＩZC４０４は非ゼロの値であり、その結果、比較器９１４は、ａｃ入力電圧ＶAC１０２のゼロ交差の前に前提条件信号（すなわち比較器出力９５２）を出力する。クロック信号９１０は、スイッチング周期ＴSの開始時に論理ハイの値のパルスを出力し、Ｓ−Ｒラッチ９１８の出力は論理ローの値にセットされる。クロック信号９１０は迅速に論理ローの値のパルスを出力し、Ｓ−Ｒラッチ９１８は以前の値を保持する。この例については、Ｓ−Ｒラッチ９１８は論理ローの値を保持する。
【００８３】
フリップフロップ９２２はスイッチＳ１  １１４が開く（すなわちオフになる）と更新する。換言すると、フリップフロップ９２２は、フリップフロップ９２２の出力を更新して、駆動信号９４０の立下がりエッジでフリップフロップ９２２のＤ入力を反映する。一般的に、Ｄフリップフロップはクロック入力の立上がりエッジで更新する。しかしながら、フリップフロップ９２２のクロック入力における丸印が反転器を示す場合、フリップフロップ９２２は駆動信号９４０の立下がりエッジで更新する。
【００８４】
電流検知信号９４２によって与えられるスイッチ電流ＩD１４４が、ゼロ交差時間しきい値パルスＺＣＰ９２４によって与えられるゼロ交差時間しきい値ＴM+3に達する前に（または換言すると、ゼロ交差時間しきい値パルスＺＣＰ９２４が論理ハイの値に遷移する前に）参照信号９１６によって与えられるゼロ交差電流しきい値ＩZC４０４を超えなければゼロ交差条件が検出され、ＡＮＤゲート９１７の出力は論理ハイの値である。ＡＮＤゲート９１７の論理ハイの出力はＳ−Ｒラッチ９１８をリセットし、Ｓ−Ｒラッチ９１８の出力は論理ハイの値である。駆動信号９４０の立下がりエッジでフリップフロップ９２２が更新し、フリップフロップ９２２の出力はＳ−Ｒラッチ９１８の論理ハイの出力を転送する。一例では、フリップフロップ９２２の出力はゼロ交差フィルタ９２６によってフィルタリングされ、結果的に得られるゼロ交差信号９０８は論理ハイの値である。一実施例では、ゼロ交差フィルタ９２６の出力は、図４Ｂに関して論じられたように、遅延時間ｔX４３６の後で更新される。別の実施例では、ゼロ交差フィルタ９２６の出力は次のスイッチングサイクルで更新される。さらに、ゼロ交差フィルタ９２６は、ゼロ交差検出器９０６がゼロ交差条件が存在すると決定する前に可能なゼロ交差条件を有するＮ個の連続したスイッチングサイクルを実現してもよい。一例では、ゼロ交差フィルタ９２６は、フリップフロップ９２２の出力が論理ハイの値である連続したスイッチングサイクルの数を数える論理回路を含んでもよい。このように、ゼロ交差フィルタ９２６は、図４Ｂを参照して上述されたように、Ｎ回の可能なゼロ交差条件が生じた後でのみゼロ交差条件の存在を示すゼロ交差信号９０８を出力してもよい。一例では、ゼロ交差フィルタ９２６はフリップフロップおよびマルチプレクサを利用して数Ｎを実現してもよい。別の例では、ゼロ交差フィルタ９２６はカウンタを利用して数Ｎを実現してもよい。いくつかの例では、図４Ｂに関して論じられた遅延時間ｔX４３６は、ゼロ交差フィルタ９２６に利用される構成要素によるものであってもよい。本発明の実施例については、ゼロの遅延時間ｔX４３６が好ましいであろう。しかしながら、ゼロの遅延時間ｔX４３６を含むコントローラ１３８の実施例は付加的な回路構成を要件とし得る。このように、コントローラ１３８のいくつかの実施例は、コストおよび／または回路の複雑さを低減するために、非ゼロ遅延時間ｔX４３６を含んでもよい。
【００８５】
電流検知信号９４２によって与えられるスイッチ電流ＩD１４４が、ゼロ交差時間しきい値パルスＺＣＰ９２４によって与えられるゼロ交差時間しきい値ｔZCに達する前に（または換言すると、ゼロ交差時間しきい値パルスＺＣＰ９２４が論理ハイの値に遷移する前に）参照信号９１６によって与えられるゼロ交差電流しきい値ＩZC４０４を超えるとゼロ交差条件が検出されず、ＡＮＤゲート９１７の出力は論理ローの値である。Ｓ−Ｒラッチ９１８はリセットされず、Ｓ−Ｒラッチ９１８の論理ローの値は駆動信号９４０の立下がりエッジでフリップフロップ９２２の出力に転送される。一例では、フリップフロップ９２２の出力はゼロ交差フィルタ９２６によってフィルタリングされ、結果的に得られるゼロ交差信号９０８は論理ローの値にある。一例では、ゼロ交差フィルタ９２６は、図４Ｂに関して論じられたように、遅延時間ｔX４３６の後にその出力を更新する。別の例では、ゼロ交差フィルタ９２６の出力は次のスイッチングサイクルで更新される。さらに、ゼロ交差フィルタ９２６は、ゼロ交差検出器９０６がゼロ交差条件がもはや存在しないと決定する前に非ゼロ交差条件を有するＮ個の連続したスイッチングサイクルを実現してもよい。たとえば、ゼロ交差フィルタ９２６は、フリップフロップ９２２の出力が論理ローの値である連続したスイッチングサイクルの数を数える論理回路を含んでもよい。このように、一例では、ゼロ交差フィルタ９２６は、図４Ｂを参照して上述されたように、非ゼロ交差条件を有するＮ個のスイッチングサイクルの後でのみ、ゼロ交差条件がもはや存在しないことを示すゼロ交差信号９０８を出力してもよい。
【００８６】
次に図９Ｂを参照して、オン時間延長ブロック９０４のブロック図を図示する。これは、ゼロ交差時間しきい値パルスＺＣＰ９２４、駆動信号９４０、駆動論理出力ＤＬＯ９５０、比較器出力ＣＯ９５２、オプションの単安定マルチバイブレータ９５４、反転器９６４、Ｓ−Ｒラッチ９５８、ＯＲゲート９６０、立下がりエッジ遅延９６１、およびＡＮＤゲート９６８を含む。さらに、図９Ｂは、信号表記Ａ  ９６２、Ｂ  ９７０、Ｃ  ９５６、および反転された駆動論理出力
【００８７】
【数７】
2011167060.tif 000009
【００８８】
を図示する。それぞれの信号の波形は図１０に図示する。
ゼロ交差時間しきい値パルスＺＣＰ９２４、駆動信号９４０、駆動論理出力ＤＬＯ９５０、および比較器出力ＣＯ９５２は上述のように結合しかつ機能する。さらに、オン時間延長ブロック９０４は、任意的に、駆動論理出力ＤＬＯ９５０に結合しかつこれを受ける単安定マルチバイブレータ９５４を含んでもよい。上述のように、駆動論理出力ＤＬＯ９５０は、コントローラの状態に関する情報および意図される駆動信号をオン時間延長ブロック９０４に与える。駆動論理出力ＤＬＯ９５０は、論理ハイおよび論理ローのセクションの長さが変化する矩形パルス波形であり、連続した立上がりエッジ同士の間の時間の長さがスイッチング周期ＴSに実質的に等しい。単安定マルチバイブレータ９５４は駆動論理出力ＤＬＯ９５０を受け、駆動論理出力ＤＬＯ９５０の毎立上がりエッジにパルスを生成する。単安定マルチバイブレータ９５４の出力は信号Ｃ  ９５６と表記され、その例示的な波形が波形Ｃ  １０５６として図１０に図示される。単安定マルチバイブレータ９５４はＳ−Ｒラッチ９５８に結合する。図９Ｂに示される例については、単安定マルチバイブレータ９５４はＳ−Ｒラッチ９５８のＳ入力に結合する。Ｓ−Ｒラッチ９５８は、Ｓ入力で単安定マルチバイブレータ９５４の出力である信号Ｃ  ９５６を受ける。別の実施例では、信号Ｃ  ９５６は発振器（図示せず）によって生成されてもよい。
【００８９】
さらに、オン時間延長ブロック９０４は比較器出力９５２およびゼロ交差時間しきい値パルスＺＣＰ９２４に結合する。遅延時間ｔDだけ比較器出力９５２の立下がりエッジを遅延させる立下がりエッジ遅延９６１が比較器出力９５２を受ける。立下がりエッジ遅延９６１はＯＲゲート９６０にさらに結合し、ＯＲゲート９６０の一方の入力で信号ＣＯと表記される立下がりエッジ遅延９６１の出力を受ける。ＯＲゲート９６０の他方の入力はゼロ交差時間しきい値パルスＺＣＰ９２４を受ける。ＯＲゲート９６０はＡＮＤゲート９６８にさらに結合し、ＡＮＤゲート９６８の一方の入力が信号Ａ  ９６２と表記されるＯＲゲート９６０の出力を受ける。
【００９０】
さらに、ＡＮＤゲート９６８も反転器９６４に結合する。反転器９６４は駆動論理出力ＤＬＯ９５０に結合しかつこれを受ける。反転された駆動論理出力
【００９１】
【数８】
2011167060.tif 000010
【００９２】
が反転器９６４から出力され、ＡＮＤゲート９６８がこれを受ける。ＡＮＤゲート９６８はＳ−Ｒラッチ９５８のＲ入力にさらに結合する。Ｓ−Ｒラッチ９５８のＲ入力で信号Ｂ  ９７０と表記されるＡＮＤゲート９６８の出力を受ける。Ｓ−Ｒラッチ９５８はＳ入力およびＲ入力での値を利用して駆動信号９４０を出力する。
【００９３】
図９Ｂに示されるように、比較器出力ＣＯ９５２が、スイッチ電流ＩD１４４がゼロ交差電流しきい値ＩZC未満であると示す場合、ＯＲゲート９６０の出力は、ＡＮＤゲート９６８がＳ−Ｒラッチ９５８をリセットしないようにし得る。換言すると、比較器出力ＣＯ９５２が、スイッチ電流ＩD１４４がゼロ交差電流しきい値ＩZC未満であると示す場合、ＯＲゲート９６０の出力は、Ｓ−Ｒラッチ９５８が論理ローの値を出力しないようにし、こうしてスイッチＳ１  １１４のオン時間を延長し得る。図１０にさらに図示されるように、ＯＲゲート９６０の出力はＳ−Ｒラッチ９５８がリセットしないようにし、こうして比較器出力ＣＯ９５２が、スイッチ電流ＩD１４４がゼロ交差電流しきい値ＩZCに達したと示すか、またはゼロ交差時間電流しきい値ＺＣＰ９２４がゼロ交差時間しきい値ｔZCに達したと示すまで、スイッチＳ１  １１４のオン時間を延長する。しかしながら、スイッチ電流ＩD１４４が、駆動論理出力ＤＬＯ９５０が与える初期スイッチオン時間の間にゼロ交差電流しきい値ＩZCを超えれば、または換言すると駆動論理出力ＤＬＯ９５０が論理ハイの値にある場合、Ｓ−Ｒラッチ９５８は駆動論理出力ＤＬＯ９５０の立下がりエッジでリセットする。なぜなら、駆動論理出力ＤＬＯ９５０は、意図される駆動信号に関する情報を与え、ＡＮＤゲート９６８の出力は、その入力の両者ともが同時に論理ハイになるとＳ−Ｒラッチ９５８のリセットのみを行なうからである。図９Ａおよび図９Ｂに関して論じた信号のさまざまな波形を図１０に図示する。
【００９４】
次に図１０を参照して、図９Ａおよび図９Ｂに対応するさまざまな波形を図示する。図１０は、コントローラ９３８およびゼロ交差検出のためのオン時間延長を実現するオン時間延長ブロック９０４のさまざまな波形同士の間の差を図示する。例示的な波形ＩD１０４４、ＤＬＯ１０５０、
【００９５】
【数９】
2011167060.tif 000011
【００９６】
、ＣＯ１０５２、ＺＣＰ１０２４、Ａ  １０６２、Ｂ  １０７０、Ｃ  １０５６、および駆動信号１０４０は、スイッチ電流ＩD１４４、駆動論理出力ＤＬＯ９５０、反転器駆動論理出力
【００９７】
【数１０】
2011167060.tif 000012
【００９８】
、立下がりエッジ遅延比較器出力ＣＯ、ゼロ交差時間電流しきい値ＺＣＰ９２４、ならびに信号表記Ａ  ９６２、Ｂ  ９７０、Ｃ  ９５６、および駆動信号９４０に対応する。さらに、図１０は、スイッチングサイクル１００２、１００４、および１００６を図示する。図示されるように、各々のスイッチングサイクルはスイッチング周期ＴSを有する。
【００９９】
図１０に示される例については、すべてのスイッチングサイクルの開始時に、駆動論理出力ＤＬＯ１０５０は論理ハイの値にある。さらに、スイッチ電流ＩD１０４４がゼロ交差電流しきい値ＩZC未満であるため、比較器出力ＣＯ１０５２は論理ローの値にある。ゼロ交差時間しきい値パルスＺＣＰ１０２４は、すべてのスイッチングサイクルの開始時に論理ローの値にある。ＯＲゲート９６０の出力である波形Ａ  １０６２は論理ローの値にある。ＡＮＤゲート９６８は波形Ａ  １０６２の論理ローの値および（現在は論理ローの値にある）反転された駆動論理出力
【０１００】
【数１１】
2011167060.tif 000013
【０１０１】
を受け、その結果、波形Ｂ  １０７０はすべてのスイッチングサイクルの開始時に論理ローの値である。単安定マルチバイブレータ９５４は駆動論理出力ＤＬＯ１０５０を受け、波形Ｃ  １０５６で示される論理ハイのパルスを出力する。すべてのスイッチングサイクルの開始時に波形Ｃ  １０５６は論理ハイの値にある一方で、波形Ｂ  １０７０は論理ローの値にある。その結果、Ｓ−Ｒラッチ９５８は論理ハイの値にある駆動信号１０４０を出力し、スイッチＳ１  １１４がオンし、スイッチ電流ＩD１０４４が増加し始める。波形Ｃ  １０５６は論理ローの値に迅速に立下がり、Ｓ−Ｒラッチ９５８は以前の値を保持する。すべてのスイッチングサイクルの開始時に、Ｓ−Ｒラッチ９５８は論理ハイの値を保持し、スイッチＳ１  １１４はオンのままである。しかしながら、Ｓ−Ｒラッチ９５８は論理ローの値を出力し、したがってＲ入力の波形Ｂ  １０７０が論理ハイの値のパルスを出力するとスイッチＳ１  １１４をオフする。波形Ｂ  １０７０が論理ハイの値のパルスを出力するさまざまな条件を以下にさらに論じる。
【０１０２】
スイッチングサイクル１００２で、スイッチ電流ＩD１０４４は、駆動論理出力ＤＬＯ１０５０が与える初期オン時間ｔONの間にゼロ交差電流しきい値ＩZCを超える。または換言すると、スイッチ電流ＩD１０４４は、駆動論理出力ＤＬＯ１０５０の立下がりエッジの前にゼロ交差電流しきい値ＩZCを超える。スイッチ電流ＩD１０４４がゼロ交差電流しきい値ＩZCを超えると、比較器出力ＣＯ１０５２は論理ハイの値に遷移する。スイッチングサイクル１００２の間、比較器出力ＣＯ１０５２が論理ハイの値に遷移しても波形ＺＣＰ１０２４は依然として論理ローの値にあり、その結果、波形Ａ  １０６２は論理ハイの値に遷移する。例示的なスイッチングサイクル１００２について、波形Ｂ  １０７０は、駆動論理出力ＤＬＯ１０５０が論理ローの値に遷移すると論理ハイの値のパルスを出力する。なぜなら、ＡＮＤゲート９６８は、反転器９６４のために、反転された駆動論理出力
【０１０３】
【数１２】
2011167060.tif 000014
【０１０４】
を受けるからである。換言すると、波形Ｂ  １０７０は、反転された駆動論理出力
【０１０５】
【数１３】
2011167060.tif 000015
【０１０６】
が論理ハイの値に遷移すると論理ハイの値に遷移する。駆動論理出力ＤＬＯ１０５０の立下がりエッジで、波形Ｂは論理ハイの値に遷移し、Ｓ−Ｒラッチ９５８はリセットされ、駆動信号１０４０は論理ローの値に立下がる。このように、スイッチＳ１  １１４はオフし、スイッチ電流ＩD１０４４は実質的に０に降下する。スイッチ電流ＩD１０４４がゼロ交差電流しきい値ＩZCを下回ると、比較器出力ＣＯ１０５２は論理ローの値に立ち下がる。しかしながら、比較器出力ＣＯ１０５２の立下がりエッジは、立下がりエッジ遅延９６１により遅延時間ｔDだけ遅延される。
【０１０７】
スイッチングサイクル１００４で、スイッチ電流ＩD１０４４は、駆動論理出力ＤＬＯ１０５０が与える初期オン時間ｔONの間にゼロ交差電流しきい値ＩZCを超えず、コントローラはスイッチＳ１  １１４のオン時間を延長する。または換言すると、スイッチ電流ＩD１０４４は、駆動論理出力ＤＬＯ１０５０の立下がりエッジの前にゼロ交差電流しきい値ＩZCを超えず、比較器出力ＣＯ１０５２は論理ローの値に留まる。図１０に図示されるように、延長されたオン時間ｔONXは、駆動論理出力ＤＬＯ１０５０の立下がりエッジと、スイッチＳ１  １１４がオフするときとの間の時間の長さである。換言すると、延長されたオン時間ｔONXは、駆動論理出力ＤＬＯ１０５０の立下がりエッジと、駆動信号１０４０の立下がりエッジとの間の時間の長さである。さらに、スイッチ電流ＩD１０４４は、ゼロ交差時間しきい値パルスＺＣＰ１０２４の立上がりエッジの前にゼロ交差電流しきい値ＩZCを確かに超える。スイッチ電流ＩD１０４４がゼロ交差電流しきい値ＩZCを超えると、比較器出力ＣＯ１０５２は論理ハイの値のパルスを出力し、ＯＲゲート９６０は（論理ハイの値に遷移する波形Ａ  １０６２として図１０に図示される）論理ハイの値を出力する。ＡＮＤゲート９６８の一方の入力は波形Ａ  １０６２からの論理ハイの値を受け、ＡＮＤゲート９６８の他方の入力は反転された駆動論理出力
【０１０８】
【数１４】
2011167060.tif 000016
【０１０９】
からの論理ハイの値を受ける。その結果、波形Ｂ  １０７０は論理ハイの値に遷移し、ラッチ９５８をリセットする。駆動信号１０４０は論理ローの値に立下がり、スイッチＳ１  １１４をオフし、スイッチ電流ＩD１０４４は実質的に０に降下する。スイッチ電流ＩD１０４４がゼロ交差電流しきい値ＩZCを下回ると、比較器出力ＣＯ１０５２は論理ローの値に立下がる。しかしながら、比較器出力ＣＯ１０５２の立下がりエッジは、立下がりエッジ遅延９６１により、遅延時間ｔDだけ遅延される。
【０１１０】
スイッチングサイクル１００６で、スイッチ電流ＩD１０４４は、駆動論理出力ＤＬＯ１０５０が与える初期オン時間ｔONの間にゼロ交差電流しきい値ＩZCを超えず、コントローラはスイッチＳ１  １１４のオン時間を延長する。さらに、スイッチ電流ＩD１０４４は、ゼロ交差時間しきい値パルスＺＣＰ１０２４の立上がりエッジの前にゼロ交差電流しきい値ＩZCを超えない。示されるように、延長されたオン時間ｔONXは、駆動論理出力ＤＬＯ１０５０の立下がりエッジとスイッチＳ１  １１４がオフするときとの間の時間の長さである。比較器出力ＣＯ１０５２はスイッチングサイクル１００６全体の間論理ローの値に留まる。したがって、波形Ａはゼロ交差時間しきい値パルスＺＣＰ１０２４の立上がりエッジで論理ハイの値に遷移する。波形ＺＣＰ１０２４が論理ハイの値に遷移すると、波形Ｂ  １０７０は論理ハイの値に遷移し、次にＳ−Ｒラッチ９５８がリセットし、駆動信号１０４０が論理ローの値に立下がり、スイッチＳ１  １１４をオフし、スイッチ電流ＩD１０４４が実質的に０に降下する。
【０１１１】
本明細書中に開示された発明が、その具体的な実施例、例および適用例によって説明されたが、請求項に述べた発明の範囲から逸脱することなく、当業者によって本発明に対して数多くの修正および変形がなされ得る。
【符号の説明】
【０１１２】
１００  電源、１０２  ａｃ入力電圧、Ｓ１  １１４  スイッチ、１３８  コントローラ、９０２  駆動論理ブロック、９０４  オン時間延長ブロック、９０６  ゼロ交差検出器。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
2011167060.tif 000023
【図６】
2011167060.tif 000024
【図７Ａ】
2011167060.tif 000025
【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【外国語明細書】
2011167060000001.pdf