(57)【要約】  電源スイッチ（１）の保護回路を動作させる方法は、電源スイッチ（１）のオンに応答して開始する第１及び第２のタイミングウインドウを使用する。第２のタイミングウインドウは第１のタイミングウインドウより大きい。第１のタイミングウインドウの間、前記方法によって第１の保護回路（８）の動作を妨げ、第２のタイミングウインドウの間、前記方法によって第２の保護回路（１０）の動作妨げる。第１のタイミングウインドウの終了時に、但し第２のタイミングウインドウの終了前に、前記方法によって第１の保護回路（８）を動作させ、第２のタイミングウインドウの終了時に前記方法によって第２の保護回路（１０）を動作させる一方で、好ましくは第１の保護回路（８）の動作を妨げる。実施態様において、第１の保護回路（８）は電源スイッチ（１）のラッチ型巻線短絡保護をもたらし、第２の保護回路は電源スイッチ（１）の非ラッチ型過電流保護をもたらす。前記方法を実施する装置は第１及び第２の保護回路の動作を制御するブランキング信号を発生させる。
2008543252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源スイッチ（１）のための保護回路を動作させる方法であって、
前記電源スイッチ（１）がオンにされたことに応答して、第１のタイミングウインドウ及び第１のタイミングウインドウより大きい第２のタイミングウインドウを開始することと、
前記第１のタイミングウインドウの間に第１の保護回路の動作を妨げることと、
前記第２のタイミングウインドウの間に第２の保護回路の動作を妨げることと、
前記第１のタイミングウインドウの終了時に、但し前記第２のタイミングウインドウの終了前に、前記第１の保護回路を動作させることと、
前記第２のタイミングウインドウの終了時に前記第２の保護回路を動作させることとを含む前記保護回路を動作させる方法。
【請求項２】
前記第１の保護回路が、第１の所定の基準レベルが検出されたことに応答して、前記電源スイッチ（１）をオフにする故障保護回路を含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記故障保護回路が、前記電源スイッチ（１）がリセットなしでは再びオンにできないようにラッチ型保護をもたらす請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記第１の保護回路を動作させるステップが、センス抵抗を通して前記第１の保護回路のコンパレータ（８）に電圧に対応する信号を与えることを含み、前記コンパレータが電圧信号と前記第１の基準レベルを比較する請求項２又は３記載の方法。
【請求項５】
前記第１の保護回路のコンパレータ（８）が、電圧信号が前記第１の基準レベルより大きい（か、又は該第１の基準レベルと等しい）と決定した場合に、前記第１の保護回路が前記電源スイッチ（１）をオフにする請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記第１の保護回路が電源スイッチをオフにした場合に、前記方法が、さらに、リセット信号に応答して、前記電源スイッチ（１）を再びオンにすることを含む請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記第１の保護回路の動作を妨げるステップが前記第１の保護回路のコンパレータ（８）にブランキング信号を与えることを含む請求項４、５又は６記載の方法。
【請求項８】
前記第２の保護回路が、第２の所定の基準レベルを検出するのに応答して、前記電源スイッチ（１）をオフにする過電流保護回路を含む請求項２〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記過電流保護回路が非ラッチ型保護をもたらす請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の保護回路を動作させるステップが、センス抵抗を通して前記第２の保護回路のコンパレータ（１０）に電圧に対応する信号を与えることを含み、前記コンパレータ（１０）が電圧信号と前記第２の基準レベルを比較する請求項８又は９記載の方法。
【請求項１１】
前記第２の保護回路のコンパレータ（１０）が、電圧信号が前記第２の基準レベルより大きい（か、又は該第２の基準レベルと等しい）と決定した場合に、前記第２の保護回路が前記電源スイッチ（１）をオフにする請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記第２保護回路が前記電源スイッチをオフにした場合に、前記方法が、さらに、次のスイッチングサイクルの開始により、前記電源スイッチ（１）を再びオンにすることを含む請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記第２の保護回路の動作を妨げるステップが、前記第２の保護回路のコンパレータ（１０）にブランキング信号を与えることを含む請求項１０〜１２項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の保護回路を動作させると同時に、前記方法が、前記第１の保護回路の動作を妨げることを含む請求項１〜１３項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の基準レベルが前記第２の基準レベルより小さいか、又は該第２の基準レベルと等しい請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記第２の基準レベルを用いて、前記電源スイッチの変圧器を介して一次電流ピークを制御する請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記電源スイッチ（１）がLIGBTである請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
電源スイッチを保護するための装置であって、
電源スイッチ（１）のソースに接続されたセンス抵抗（R1）と、
センス抵抗にわたる電圧レベルを検出し、電圧が第１又は第２の基準レベルのそれぞれを越える場合に始動させるための第１の電源保護回路（８）及び第２の電源保護回路（１０）とを備え、前記装置は、さらに、
第１のタイミングウインドウ、及び第１のタイミングウインドウより大きい第２のタイミングウインドウを前記電源スイッチ（１）がオンにされたことに応答して開始するための回路と、
前記第１のタイミングウインドウの間に前記第１の保護回路（８）の動作を妨げるための回路と、
前記第２のタイミングウインドウの間に前記第２の保護回路（１０）の動作を妨げるための回路と、
前記第１のタイミングウインドウの終了時に、但し前記第２のタイミングウインドウの終了前に、前記第１の保護回路（８）を動作させるための回路と、
前記第２のタイミングウインドウの終了時に前記第２の保護回路を動作させるための回路とを備える前記電源スイッチを保護するための装置。
【請求項１９】
さらに、前記電源スイッチ（１）を通る電流を制限するフィードバックステージを備える請求項１８記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、電流レベルを測定し、保護される必要があるスイッチモード電源（SMPS）及び他の種類の電力コンバータにおいて実施可能な電源スイッチの電流保護方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高い電流信号を検出した際に電源スイッチをオフにするために電流保護回路が電源スイッチと共に使用されている。図１は、従来の電流保護配置を図示し、図２及び３は、それぞれ関連したブランキング信号及びタイミング信号を図示する。典型的には、図３に図示されているように、２つの異なる保護電流／電圧の基準レベルがラッチ型保護及びサイクル・バイ・サイクル（非ラッチ型）保護のために使用されている。より低いレベルが通過する際には、電源スイッチが、過電流保護（Over Current Protection、OCP）と通常呼ばれている保護によってオフにされる。OCP保護は非ラッチ型であるので、電源スイッチは、次のスイッチングサイクルにおいて再びオンにされる。より高いレベルが通過した際には、電源スイッチは巻線短絡保護（Short Winding Protection、SWP）と通常呼ばれている異なる保護によってもオフにされる。SWP保護はラッチ型であるので、電源スイッチはコントロール回路がリセットされるまでオフのままである。
【０００３】
寄生容量から生じる放電電流ピークにより電源スイッチがオンにされた際に生じる可能性がある保護の誤った始動を避けるために、「前縁ブランキングウインドウ（leading edge blanking window、tleb）」と呼ばれるタイムウインドウを電源スイッチをオンにした時点で直ちに使用する。タイムウインドウtlebの間に、保護が、図２に示すようなブランキング信号によって始動するのを妨げるか、又は「ブランク状態（blanked）」にされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、上述したように、SWPの基準レベルは、２つのタイプの保護を識別するために、OCPの対応する基準レベルより高い。以下で説明するように、適切に保護が機能するためには、より高いSWPの基準レベルを越えた場合に、最初にSWP保護が確実に始動するようにOCPコンパレータへの入力信号をいくらか遅延させる必要がある。例えば、図４に示すような変圧器巻線の短絡などの故障状態が生じた際にSWP基準レベルを越える可能性があり、その結果として、電源スイッチへの負荷として漏れインダクタンス（leaking inductance）が生じる。このことによって、スイッチを介して非常に急な電流上昇が引き起こされる。図５は、従来の手法を用いたこのような状況において生じる関連した信号を図示する。図５に図示されるように、SWP及びOCPのコンパレータが、tlebの時間帯が終了した後に直ちに活性化状態となるので、時間を遅延させているにもかかわらず、未だOCP保護がSWP保護の前に始動する可能性がある。
【０００５】
特に、図５を参照すれば、tlebの時間帯が終了した後、センス抵抗上の電圧を直接SWPコンパレータに供給する一方で、OCPコンパレータへの入力をRC-ネットワークを用いて遅延させる。この遅延は、従来、SWPコンパレータに最初に始動する機会を与えるために使用されている。しかしながら、スイッチを介した非常に急な電流上昇の例においては、図５に示すような変圧器巻線の短絡などの特定の故障状態のために、センス抵抗上に存在する大きい入力信号及び（必要な）低いOCP基準レベル（SWP基準レベルについて）によって、OCP保護が最初に始動し（時間taにおいて）、従って電源スイッチがオフになる。その後、SWP基準レベルを越え、理論的には、これは後の時間（tb）においてSWPコンパレータによって検出されるが、スイッチが既にOCP保護によってオフとされているので、SWP保護が時間tbにおいて始動しない。しかしながら、OCP保護は非ラッチ型保護であるので、次のスイッチング・サイクルにおいてスイッチが再びオンにされ、サイクルが繰り返される。その結果として、各スイッチング周期においてスイッチが負荷を受ける（stressed）。
【０００６】
この問題の解決方法の一つは、RCネットワークの時定数を増加させ、それによってOCPコンパレータへの入力を遅延させることである。しかしながら、時定数の増加によって、OCP回路の正常な操作に関連する問題が生じる。特に、図６を参照すれば、OCPコンパレータはセンス抵抗上の電圧を測定すべきものである。図６では、t=800nsにおいて、実際の入力は0.4ボルトである。しかしながら、200nsの遅延を用いることによって、OCPコンパレータの入力への0.3ボルトのみ入力シグナルの遅延が生じる。従って、遅延の値を大きくすると、センス抵抗上の実際の電圧の測定が不正確となるおそれがある。
【０００７】
本発明は、電源スイッチの従来の電流保護に伴う問題に対処する従来のものに代わる新しい技術を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の態様において、本発明は、電源スイッチのための保護回路を動作させる方法を提供し、該方法は：電源スイッチのオンに応答して、第１のタイミングウインドウ及び第１のタイミングウインドウより大きい第２のタイミングウインドウを開始することと；第１のタイミングウインドウの間に、第１の保護回路の動作を妨げることと；第２のタイミングウインドウの間に、第２の保護回路の動作を妨げることと；第１のタイミングウインドウの終了時に、但し第２のタイミングウインドウの終了前に第１の保護回路を動作させることと、第２のタイミングウインドウの終了時に第２の保護回路を動作させることとを含む。
【０００９】
OCP及びSWP保護に２つの異なるタイムウインドウを与えることによって、非ラッチ型のOCP保護に優先して故障状態が生じた際にラッチ型のSWP保護が確実に始動するようにすることができる。言い換えると、このことによって、ラッチ型保護が優先して始動するので電源スイッチが繰り返し負荷を受けないようにする。
【００１０】
有利には、新規方法を用いることによって、横型の絶縁ゲートバイポーラトランジスター（Lateral Insulated Gate Bipolar Transistors (LIGBTs)）などの高い電流に対しより敏感である新しいタイプの電源スイッチを変圧器巻線の短絡などの故障状態から保護することができる。
【００１１】
好ましくは、第１の保護回路は故障状態に対する保護をもたらし、第２の保護回路は一時的な電気的状態に対する保護をもたらす。例えば、第１の保護回路は巻線の短絡の保護又は他のラッチ型保護をもたらしてもよく、第２の保護回路は過電流の保護又は他の非ラッチ型保護をもたらしてもよい。
【００１２】
一実施態様において、前記方法は、さらに第１の保護回路の動作を妨げる一方で第２の保護回路を動作させることを含む。これによって、第１及び第２の保護回路を始動させる一方で、第２の保護回路が第２のタイミングウインドウの終了後に第１の保護回路に優先して始動するようにするように同じ基準レベルを規定することが可能となる。
【００１３】
第２の態様において、本発明は、電源スイッチを保護するための装置を提供し、該装置は、電源スイッチのソースに接続されたセンス抵抗と；センス抵抗にわたる電圧レベルを検出し、電圧が第１又は第２の基準レベルのそれぞれを越える場合に始動させるための第１の電源保護回路及び第２の電源保護回路とを備え、該装置は、さらに、第１のタイミングウインドウ及び第１のタイミングウインドウより大きい第２のタイミングウインドウを電源スイッチがオンにされたこと応答して開始するための回路と；第１のタイミングウインドウの間に第１の保護回路の動作を妨げるための回路と；第２のタイミングウインドウの間に第２の保護回路の動作を妨げるための回路と；第１のタイミングウインドウの終了時に、但し第２のタイミングウインドウの終了前に、第１の保護回路を動作させるための回路と；第２のタイミングウインドウの終了時に第２の保護回路を動作させるための回路とを備える。
【００１４】
本発明の他の好ましい任意選択的な特徴及び利益は以下の詳細な説明及び特許請求の範囲にて明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施態様を、例を用いて、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図において、同一又は同等の特徴は同様の符号を有する。
【００１７】
本発明は、概して、２つのタイムウインドウを導入することによって電流の急上昇から電源スイッチを保護するための仕組みを提供し、２つのタイムウインドウの一つは一時的な非故障状態からの保護に関連するOCP又はサイクル・バイ・サイクル保護のためのものであり、もう一つは変圧器巻線の短絡などの故障からの保護に関連するSWP又はラッチ型保護のためのものである。
【００１８】
図７は、本発明の一実施態様による保護の仕組みにおけるタイミング信号を図示する。図１２及び図１３を参照して下記に説明されているように、電源スイッチがオンにされた後すぐに、ブランキング信号の発生によって、両保護が、動作することができない「ブランクの状態」となる。このブランキングは、先行技術のように、スパイクが生じることによる誤った始動を妨げるためにもたらされるものである。しかしながら、ゼロ電圧スイッチングを利用する共振コンバータなどのいくつかの他の実施態様においては、電流ピークの発生がなく、従ってそのような前縁ブランキングウインドウが必要ではない。
【００１９】
図７に図示されるように、電源スイッチがt1においてオンとなった後に、第１のタイミングウインドウt（leb，swp）（共振コンバータの場合、この時間はゼロであってもよい）によって、SWP回路が時間t2まで始動できないようにする。第１のタイミングウインドウの後、時間t2において、SWP保護回路を始動させることができる一方で、OCP保護回路は「ブランク状態」のままである。従って、時間t1において電源スイッチがオンになった後のOCP保護回路のための第２のタイミングウインドウt（leb，OCP）は、第１のタイミングウインドウより長い。第２のタイミングウインドウの間、OCP保護回路は時間t3（t3>t2）まで「ブランク状態」であり、従って、時間t3の後にOCP保護回路を始動させることが可能である。図示の実施態様では、時間t3においてSWP保護回路が再びブランク状態となって、該SWP保護回路がOCP保護回路に優先して始動できないようにしている。しかしながら、以下に述べる状況によっては、このSWP保護回路の追加のブランキングが必要でない場合がある。
【００２０】
本発明における保護の仕組みを図８及び９を参照して例によってさらに説明する。
【００２１】
（例１：OCP保護の始動（図８））
過電流保護又はサイクル・バイ・サイクル保護は、一時的な電流の急上昇により高電流が電源スイッチを通過するのを防ぐことが望ましい。このような状況において、センス抵抗上の電圧が、典型的にはOCP保護の始動を通常引き起こす高電圧まで比較的ゆっくりとランプアップする。図８に図示されるように、このような状況において、センス抵抗上の電圧が、時間t3の後に本発明におけるOCP保護回路についてのOCP基準レベルへランプアップする。時間t3の後にOCPブランキング信号が除去されるので、OCP保護回路は時間t4にて始動して、図８に図示されるように、電源スイッチゲートドライブを切る。注目すべきは、t2からt3までの時間の間に、センス抵抗上の電圧がSWPの基準レベルより低いため、SWP保護回路が始動しないことである。OCP保護が電源スイッチを非ラッチ型保護でオフにするので、電源スイッチが次のスイッチングサイクルの開始の時点で再びオンにされる。
【００２２】
この仕組みを用いて、変圧器において一次ピーク電流を制御し、従って変圧器５の二次側（secondary side）に移動したエネルギー及び出力電圧を制御することができることは当業者であれば理解できる。特に、変圧器５の一次巻線を貫流する電流が電源スイッチ１も貫流するので、OCP基準レベルの選択は、変圧器の望ましい一次ピーク電流レベルに対応していてもよい。この場合、ピーク電流レベルに達した際に、電源スイッチ／変圧器がOCP保護回路１０によってオフにされる。従って、OCP基準レベルは固定値である必要はなく、出力電圧を制御するためにスイッチングサイクルにおける一次ピーク電流と同等の値として定めることができる。
【００２３】
（例２：SWP保護の始動（図９））
SWP保護又はラッチ型保護は、電力コンバータの配置に存在する故障によって生じた電流の急上昇により高電流が電源スイッチを通過するのを防ぐことが望ましい。故障状態では、図９に示すように、センス抵抗上の電圧が典型的には急速にランプアップする。従って、センス抵抗上の電圧が時間t5（t2<t5<t3）においてSWP基準レベルに達する。このようにして、SWP保護回路が始動して、図９に図示されるように、電源スイッチゲートドライブをオフにする。注目すべきは、電源スイッチが時間t3の前にオフにされるので、OCPブランキングが除去された際に、OCP保護回路が始動するのを妨げることである。このようにして、SWPラッチ型保護が生じ、従って、電源スイッチを制御回路のリセットによってのみ再びオンにすることができる。
【００２４】
上記の例で示されるように、OCP保護回路及びSWP保護回路のための２つの別個のタイミングウインドウを使用することによって、OCP及びSWPのコンパレータについて異なる電圧の基準レベルを定める必要がない。したがって、図８及び９に図示される例では、OCP及びSWPの基準レベルが同一である。他の実施態様において、OCP及びSWPの基準レベルが異なっていてもよい。
【００２５】
注目すべきは、上記好ましい実施態様のように、同一の基準レベルをOCP及びSWPに用いた場合、SWP保護回路が第２のタイミングウインドウの終了後に動作できないようにし、従って、OCP（非ラッチ型）保護が一時的な高電流状態の場合に始動することが重要であることである。しかしながら、基準レベルが異なる場合、第２のタイミングウインドウの終了後のSWP保護回路のブランキングが必ずしも必須であるとは限らない。例えば、SWP基準レベルがOCP基準レベルより大きい場合、OCP保護回路が最初に始動するのでSWP保護が第２のタイミングウインドウの終了後にブランク状態となる必要はない。このステージでの故障、すなわちSWPの状況の場合には、OCP保護がSWP保護の応答の前に電源スイッチをオフにするが、次のスイッチングサイクルでは、SWPがラッチ型保護をもたらすので、SWP保護が電源スイッチをオフにし、オフにし続ける。それに対して、SWP基準レベルがOCP基準レベルより低いか、OCP基準レベルと同一である場合、第２のタイミングウインドウが終了した後にSWP保護回路が動作するのを妨げる必要がある。そうしないと、SWP保護がOCP保護の代わりに始動し、それによって先行技術と関連する上述した問題が生じる可能性がある。
【００２６】
本発明の方法を、図１０に図示されているものなどのLIGBT電源スイッチフライバックコンバータに利用するのが好都合である。本技術分野で既知であるように、LIGBTはMOSFETと比較してはるかに高い電流密度を有する。故障状態では、大きい電流値によって、LIGBTは負荷を受けるのにより敏感である。さらに、バイポーラのLIGBTはラッチアップ状態に入る危険がある。従って、集積LIGBTがあまり頑丈ではないので、集積MOSFETが通常は好ましい。しかしながら、LIGBTは、占有するダイ面積が少ないという利益を有する。従って、当然のことながら、本発明の手法を使用することによって、集積LIGBTを利用することができ、それによって必要とするダイ面積の低減による利益を受けることができる。
【００２７】
図１０は、本発明の実施態様におけるLIGBT電源スイッチを利用するフライバックコンバータにおける保護回路の実施を図示する。回路は、LIGBT電源スイッチ１を備え、そのゲートは、コントロールブロック３によって駆動される。センス抵抗R1がLIGBT 1のエミッタに接続されており、変圧器５の一次巻線がLIGBT 1のコレクタに接続されている。SWPコンパレータ８を備えるSWP保護回路とOCPコンパレータ１０を備えるOCP保護回路は、それぞれセンス抵抗１を通る電圧を検出し、各SWP／OCP基準レベルを越えた場合に始動する。SWP又はOCPの保護回路が始動した際に、コンパレータは、LIGBT 1をオフにするコントロールブロック３へ対応する信号を送る。これは、図１に示す従来の配置と類似している。
【００２８】
加えて、従来の配置に対して、図１０の実施態様の回路は、さらに局所フィードバック回路を備える。フィードバックステージの機能は、LIGBT電源スイッチを貫流することができる最大電流を制限することである（下記で説明する図１１の「電流制限レベル」）。センス抵抗R1上の電圧が過度に高くなった（電源スイッチ１を通る高すぎる電流による）際に、フィードバック回路が電源スイッチ１のゲートドライブを減少させる。従って、ドライバーステージの出力がフィードバック機構によって却下される。このように、高い電流への速い応答及び結果としてより速い電流の制限が達成され、それによって、LIGBTを通る電流がそうでない場合にはLIGBTを破壊する可能性がある非常に高いレベルに上昇するのを防ぐ。下記の図１１の説明から理解できるように、電流制限レベルが上記のSWP（故障）基準レベルである場合、タイミングウインドウt(leb，swp)の終了時にSWPが未だ検出され、電源スイッチがオフになる。SWPはラッチ型保護であるので、電源スイッチはオフのまま保たれる。従って、本発明による保護に仕組みによって、あまり頑丈ではないLIGBTを故障状態により生じる突然の高い電流から確実に保護する。
【００２９】
電流制限がアクティブになるレベル（図１０のVオフセットによって影響される）は、一定の電圧レベルである必要がない。該レベルは、入力電圧の実際のレベルなどの他のSMPSパラメータに依存して作ることができ、それによって自由度が増す。
【００３０】
図１１は、図１０の回路で生じる電流信号レベルのタイミング図を示す。図１１は、下記の変化を示す。
１：電流が「電流制限レベル」を越える。
２：電源スイッチのゲートドライブが減少して、電源スイッチを通る電流を制限する。
３：SWPブランキングが終了し、電流が既にSWPレベルを越えているのでSWPが検出される。
４：SWPの状態の検出の結果として電源スイッチがオフになる。
【００３１】
電源スイッチ１を通る電流の制限により、電源スイッチ１上の電圧が増加し始める。これは、dl/dtがゼロとなった際に誘導負荷よる電圧降下がゼロになることによって引き起こされる。一時的な高い電力レベルは、電源スイッチ内で消滅するが、これは非常に小さいタイムウインドウの間；すなわちウインドウt(leb，swp)の間＋オフにするのが遅延する間のみである。このタイムウインドウによってLIGBT内のエネルギーの消滅が制限されるので、このタイムウインドウの持続期間を制限することが肝心である。実際の解決方法では、t(leb，swp)の時間は約225nsである。反応するコンパレータのために別の100nsの遅延を追加すると、LIGBTを325nsでオフにすることができる。実験結果は、既に使用したLIGBT電力スイッチが消滅ピークを切り抜けていることを示した（800nsのパルス幅まで試験した）。
【００３２】
従って、図１１に図示する電流制限は、LIGBTを通る電流を制限し、それによって負荷と電位のラッチアップを防ぐ。電流制限は、典型的には、その状況の間の一時的な高い電力レベルのために数百ナノ秒の間持続する。永久的な故障状態の場合、新規な保護の仕組みが、SWP状態の場合にOCP保護ではなくSWP保護の始動によりLIGBTをオフにするようにする。SWP保護はラッチ保護であるので、LIGBTは再びオンにされず、故障状態を切り抜ける。
【００３３】
図１２は、図７の実施態様の保護の仕組みを実施するための、詳細には電流保護回路の動作のためのタイムウインドウを生じさせるための回路配置の例を図示する。当業者であれば、他の回路の実現も可能であることが理解できる。
【００３４】
回路は、入力が「スイッチオン」電力コンバータの入力と第１のラッチ７に接続されており、出力が第２のラッチ９をセットすることができるANDゲート２を備える。第２のラッチ９は、第１のラッチ７がセットされず、入力信号（「スイッチオン」）がロジックハイである場合にのみセットすることができる。第２のラッチ９の第１（Q）の出力は、ドライバーステージを駆動し、すなわち電源スイッチ１のゲートを駆動する。加えて、第２のラッチ９の第１の出力は、第１及び第２のタイマー回路４、６を始動するようにも接続されている。第１及び第２のタイマー４、６はワンショット回路であり、各ワンショット回路の出力は、入力がロジックハイとなった後、所定の時間ロジックハイのままである。第１及び第２のタイマーは、異なるワンショット時間を有する。図７及び１２を参照すれば、第１のタイマー回路４は、SWP保護回路を制御し、タイミングウインドウt(leb，SWP)に相当する第１の所定の時間を有し、第２のタイマー回路６は、OCP保護回路を制御し、t(leb，OCP)に相当する第２の所定の時間を有する。従って、SWPブランキングが停止した際（時間t2）に第１のタイマー４が決定し、SWPブランキングが再び開始し、OCPブランキングが停止した際（時間t3）にタイマー６が決定する。
【００３５】
SWPブランキング信号は、第１のORゲート１２において第１及び第２のタイマー４、６の両方の出力信号を組み合わせることによって発生する。この第１のORゲート１２に第２ラッチ９の第２出力、第１のタイマー４の出力及びインバータ１５によってもたらされる第２のタイマー６の反転出力（inverted output）からの信号を供給する。SWPブランキング信号は、SWPコンパレータ８に供給される。ロジック信号のこのような組み合わせによって望ましいSWPブランキングウインドウを生じさせる。
【００３６】
OCPブランキング信号は、第２のORゲート１４において第１のタイマー６の出力と第２のラッチ９とを組み合わせることによって発生する。OCPブランキング信号は、OCPコンパレータ１０に供給される。これは、第２のタイマー６のワンショット時間がスイッチがオンにされた状況下で終了するとOCPブランキングが停止するようにするものである。
【００３７】
OCPコンパレータ１０が始動した場合、その出力が第３のORゲート１６を介して第２ラッチ９をリセットする。それによって、電源スイッチ１がドライバーを介してオフにされる。
【００３８】
SWPコンパレータ８が始動した場合、その出力が同様に第３のORゲート１６を介して第２ラッチ９をリセットし、再び電源スイッチ１がドライバーを介してオフにされる。SWPコンパレータ８の出力は第１のラッチ７もセットする。第１のラッチ７は、ANDゲート２への入力シグナルを無効にすることによって、次のスイッチングサイクルにおいて再びスイッチがオンにされるのを妨げる。第１のラッチ７は、リセット信号によってのみリセットすることができる。このように、SWP保護がラッチ型保護として提供される。
【００３９】
図１３に示すように、電源スイッチ１がオンにされた際に、第１及び第２のタイマー４、６が動き始め、各ORゲート１２、１４を介してSWP/OCP保護回路８、１０にブランキング信号を与えて、これらの保護回路が始動するのを妨げる。第１のタイマー４の終了により、SWPコンパレータ８へのブランキング信号が停止され、SWP保護回路が始動できる。第２のタイマー６の終了により、OCPコンパレータ１０へのブランキング信号が停止される一方で、同時にSWPコンパレータ８へのブランキング信号が再開され、それによって、OCP保護回路が始動できるようにする。
【００４０】
本明細書で説明した実施態様に多くの変更及び修正を加えてもよいことは当業者であれば理解できることである。そのような変更及び修正は、本技術分野で既に既知である同等の及び他の特徴を含み、本明細書で既に説明した特徴の代わりに又は当該特徴に加えて使用してもよい。
【００４１】
例えば、図示した例はLIGBT電源スイッチを使用するものであるが、MOSFETスイッチを含めた任意の形態の電源スイッチを用いて保護方法を実施することができる。OCP保護とSWP保護とをより良く識別する利益は総ての形態の電源スイッチで生じる。また、図示したSMPSはフライバックコンバータであるが、バックコンバータ、フォワードコンバータ、共振コンバータを含めた、電力レベルを測定し、保護する必要がある総ての形態の電力コンバータを用いて保護方法を使用することができる。加えて、ブランキングウインドウの数は２つに制限されない。多数のブランキングウインドウを用いてもよく、用途に合うように同一の又は異なるコンパレータレベルを利用してもよい。
【００４２】
特許請求の範囲は、特定の特徴の組み合わせを対象とするものであるが、本発明の開示の範囲が、いずれの請求項に現在記載されているものと同様の発明に関するものであるか否かかかわらず、また本発明が達成するものと同様の技術問題のいずれも若しくは総てを緩和するか否かかかわらず、本明細書に明らかにもしくは暗に開示されているいずれの新規な特徴又はいずれの新規な特徴の組み合わせあるいはそれらを一般化したいずれのものも含むことは明らかである。
【００４３】
別個の実施態様に関連して記載されている特徴も、単独の実施態様にて組み合わせて提供してもよい。逆に、略して単独の実施態様に関連して記載されている種々の特徴も、別々に、又はいずれの適したサブコンビネーションにて提供してもよい。これによって、本出願人は、新しい請求の範囲を、本願もしくは本願に由来するいずれの更なる出願の手続処理の間にそのような特徴及び／又はそのような特徴の組み合わせとなるように作成することが可能であることを伝えるものである。
【００４４】
従って、本発明は、本明細書記載の実施態様に限定されるものではなく、特許請求の範囲よって定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は、先行技術におけるフライバックコンバータSMPSの一部を形成する電源スイッチを保護する保護回路の回路図である。
【図２】図２は、図１の保護回路の動作のタイミングを図示するタイミング図である。
【図３】図３は、電源スイッチがオンにされたことに応答しての図１の回路のセンス抵抗上の電圧における変化を図示するタイミング図である。
【図４】図４は、変圧器巻線の短絡（Shorted Transformer Winding）による故障状態における図１の回路を示す回路図である。
【図５】図５は、電源スイッチがオンにされたことに応答しての図４の回路におけるセンス抵抗上の電圧並びにOCP及びSWPの保護信号における変化を図示するタイミング図である。
【図６】図６は、OCP保護回路への入力を遅延させる、RCネットワークにおける時定数τの増大の効果を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明の好ましい実施態様における保護回路の動作を図示するタイミング図である。
【図８】図８は、本発明の好ましい実施態様の保護回路を実施する電源スイッチ回路のセンス抵抗上の電圧であって、OCP保護回路を動作させる電圧における変化を図示するタイミング図である。
【図９】図９は、図８のものに対応するが、SWP保護回路を動作させる電圧であるセンス抵抗上の電圧における変化のタイミング図である。
【図１０】図１０は、LIGBT電源スイッチをフライバックコンバータに用いた本発明の別の好ましい実施態様における保護回路の実施を図示する回路図である。
【図１１】図１１は、図１０のLIGBT電源スイッチのための保護回路と関連した信号を図示するタイミング図である。
【図１２】図１２は、図７に図示した保護の仕組みを実施するための回路の配置の例である。
【図１３】図１３は、図１２の回路の配置によって生じたブランキング信号のタイミング図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  電源スイッチ
２  ANDゲート
３  コントロールブロック
４  第１のタイマー
５  変圧器
６  第２のタイマー
７  第１のラッチ
８  第１の保護回路
９  第２のラッチ
１０  第２の保護回路
１２  第１のORゲート
１４  第２のORゲート
１５  インバータ
１６  第３のORゲート
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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