JP2018126058A - 同期フライバック変換器における使用のための二次コントローラ、電力変換器、および同期フライバック変換器を制御する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
開示の分野
本発明は一般に、電力変換器の制御に関する。より具体的には、本発明の例はスイッチモード電力変換器の制御に関する。
スイッチモード電力変換器は、たとえばモバイル電子デバイスに一般的に用いられる充電器といった、動作のために調整された直流(dc)源を必要とする家庭用または産業用の器具に広く用いられている。オフラインのac−dc変換器は、低周波数(たとえば、50Hzまたは60Hz)の高電圧ac(交流)入力電圧を必要なレベルのdc出力電圧に変換する。さまざまなタイプのスイッチモード電力変換器が、それらの良好に調節された出力、高効率、小さいサイズ、ならびに安全および保護機構により、一般的になっている。スイッチモード電力変換器の一般的なトポロジは特に、共振タイプを含む、フライバック、フォワード、ブースト、バック、ハーフブリッジ、およびフルブリッジを含む。
以下の記載において、本発明の完全な理解を提供するよう、多くの特定の詳細を記載する。しかしながら、当業者であれば、これらの特定の詳細は本発明を実施するのに用いられることが必要でないということが明らかであろう。他の例では、周知の材料または方法は、本発明を不明瞭にすることを回避するように詳細に記載されない。
出力電圧VO120を所望の電圧レベルに調整するよう電力変換器100の回路を制御するために一次コントローラ180および二次コントローラ140を含む。一例では、同期フライバックスイッチモード電力変換器100は、スタートアップ期間の後、所望の電圧レベルに出力電圧VO120を調整し得る。スタートアップ期間は、同期フライバックスイッチモード電力変換器100に入力電圧VIN102が導入されたときから一次コントローラ180および二次コントローラ140が出力電圧VO120を調整するよう動作を開始するまでの期間であってもよい。この例示的な同期フライバックスイッチモード電力変換器100において、出力電圧VO120におけるリップルを平滑化するよう出力キャパシタC1 116がこの出力に結合される。
ラ180は第2の集積回路ダイに含まれており、二次コントローラ140は第3の集積回路ダイに含まれる。一次コントローラ180を含むダイは、二次コントローラ140を含むダイからガルバニック絶縁される。したがって、一次コントローラ180は、二次コントローラ140からガルバニック絶縁される。
150がオンになってすぐ後、一次電流ISW130が実質的に0であることである。より高い負荷では、同期フライバックスイッチモード電力変換器100は典型的に、スイッチング装置S1 150がオンになったすぐ後で0でない値を有する一次電流ISW130を有することにより識別される連続的な導電モードで動作する。
流を伝達する)よう同期整流回路126を制御し得る。
で、同期フライバックスイッチモード電力変換器100の出力に伝達される。二次電流は、出力電圧VO120が増加すると(すなわち、より多くのエネルギーが同期フライバックスイッチモード電力変換器100の出力に伝達されると)、減少し得る。スイッチS2
127における電流が実質的に二次電流と同じであるので、スイッチS2 127の両端の電圧降下はさらに減少し得る。これにより、順電圧VF167(およびクランプされた順電圧VCF166)が、出力帰還部122に対して負の値が小さくなる。一例では実質的に0Vである。一例では、制御回路160は、クランプされた順電圧VCF166が実質的に0Vになると、スイッチS2 127をオフにし得る。
150がオン状態に遷移するまで負のしきい電圧よりも低いままであり得る。結果として、制御回路160は、スイッチング装置S1 150がオン状態に遷移する前にスイッチS2 127をオフにするよう、クランプされた順電圧VCF166を用い得ない。示される例では、連続的な導電モードにおいて、制御回路160は、駆動信号UPD146が、一次コントローラ180がスイッチング装置S1 150をイネーブルにするべきであると示す論理ハイ信号になると、スイッチS2 127をオフにする。なお、駆動信号UPD146は、一次コントローラ180がスイッチング装置S1 150をイネーブルにするべきであることを示すが、一次コントローラ180は、二次コントローラ140から駆動信号UPD146の遅延されたバージョン(すなわち遅延駆動信号UDPD148)を受け取る前にスイッチング装置S1 150をオン状態に遷移しない。この態様で制御回路160は、動作の非連続的な導電モードおよび連続的な導電モードの両方において、スイッチング装置S1 150およびスイッチS2 127が同時にオン状態にならないことを確実にする。
圧レベルまでしか帯電され得ないからである。したがって、二次コントローラ140は、遅延駆動信号UDPD148を一次コントローラ180に送り得ず、同期整流回路126の制御スイッチS2 127への制御信号UCR164を作り出し得ない。したがって、スタートアップの際、スイッチS2 127はオフ状態のままであり得、一次コントローラ180は、二次コントローラ140から遅延駆動信号UDPD148を受け取ることなくスイッチング装置S1 150の状態を制御し得る。なおスイッチS2 127はスタートアップの間、オフ状態のままであり得るが、同期整流回路126のダイオードは、二次巻線電圧VS113が負の電圧になると電流を伝達し得、したがって同期フライバックスイッチモード電力変換器100の一次側から二次側へのエネルギー伝達を可能にする。この態様で、同期フライバックスイッチモード電力変換器100の二次側におけるエネルギーは、スタートアップの間に増加し得、二次コントローラ140を動作するのに十分であるレベルに到達する。
ネーブル信号USREN254は論理ローになる。
346について論理ハイを生成しない。もちろん、駆動信号UPD346からの論理ハイがなければ、遅延駆動信号UDPD348も論理ローのままであり、一次コントローラ180はスイッチング装置S1 150をオン状態に遷移しない。
127をオフにする)制御信号UCR364の立下りエッジによって、ワンショット回路258がワンショット信号UONE357上に、ラッチ256をリセットするパルスを生成する。
は、非連続的な導電モード(図3A)および連続的な導電モード(図3B)の両方において、スイッチS2 127のスイッチングを一次コントローラ180に協調させて制御するよう構成される。これにより、スイッチング装置S1 150および同期整流回路126のスイッチS2 127は確実に同時にオンされない。
Claims (22)
- 同期フライバック変換器における使用のための二次コントローラであって、
前記同期フライバック変換器の二次巻線電圧を示す入力信号に対するしきい値の比較に応答して比較信号を生成するよう結合される比較器と、
前記同期フライバック変換器の一次側に結合されるように第1のスイッチを制御するために駆動信号を生成するよう結合される駆動回路とを含み、前記駆動信号は前記同期フライバック変換器の出力を示すフィードバック信号に応答して前記駆動回路によって生成されるよう結合されており、前記二次コントローラはさらに、
前記駆動回路および前記比較器に結合される論理回路網を含み、前記論理回路網は、前記駆動信号と前記比較信号とに応答して第2のスイッチを制御するために制御信号を生成するよう結合されており、前記第2のスイッチは、前記同期フライバック変換器の二次側に結合される、二次コントローラ。 - 前記論理回路網は前記駆動信号に応答してセットされるとともに前記制御信号に応答してリセットされるよう結合されるラッチを含み、前記論理回路網は前記ラッチのラッチ出力に応答して前記制御信号を生成するよう結合される、請求項1に記載の二次コントローラ。
- 前記駆動信号を受け取るとともに遅延駆動信号を生成するよう前記駆動回路に結合される遅延回路をさらに含み、前記ラッチは前記遅延駆動信号に応答してセットされるよう前記遅延回路に結合される、請求項2に記載の二次コントローラ。
- 前記論理回路網は、前記駆動信号と、前記比較信号と、前記ラッチ出力とに応答して前記制御信号を生成するよう結合されるANDゲートを含む、請求項2に記載の二次コントローラ。
- 前記ラッチに結合されるとともに前記制御信号を受け取るよう結合されるワンショット回路をさらに含み、前記ワンショット回路は前記制御信号に応答して前記ラッチをリセットするよう結合される、請求項2に記載の二次コントローラ。
- 前記ワンショット回路は、前記制御信号の立下りエッジに応答して前記ラッチをリセットするよう結合される、請求項5に記載の二次コントローラ。
- 前記入力信号は、前記同期フライバック変換器のエネルギー伝達要素の二次巻線に結合される巻線感知回路によって生成される、請求項1に記載の二次コントローラ。
- 前記駆動回路によって受け取られるよう結合されるクロック信号を生成するように結合される発振器をさらに含み、前記駆動回路は前記クロック信号に応答して前記駆動信号を生成するよう結合される、請求項1に記載の二次コントローラ。
- 電力変換器であって、
一次巻線および二次巻線を有するエネルギー伝達要素と、
前記一次巻線と前記電力変換器の入力とに結合される第1のスイッチと、
前記エネルギー伝達要素を介して前記電力変換器の入力から前記電力変換器の出力までのエネルギーの伝達を制御するために前記第1のスイッチのスイッチングを制御するよう結合される二次コントローラとを含み、前記二次コントローラは、
前記二次巻線の二次巻線電圧を示す入力信号に対するしきい値の比較に応答して比較信号を生成するよう結合される比較器と、
前記第1のスイッチを制御するために駆動信号を生成するよう結合される駆動回路と
を含み、前記駆動信号は前記電力変換器の出力を示すフィードバック信号に応答して前記駆動回路によって生成されるよう結合されており、前記二次コントローラはさらに、
前記駆動回路および前記比較器に結合される論理回路網を含み、前記論理回路網は、前記駆動信号と前記比較信号とに応答して第2のスイッチを制御するために制御信号を生成するよう結合されており、前記第2のスイッチは、前記電力変換器の二次側に結合される、電力変換器。 - 前記論理回路網は前記駆動信号に応答してセットされるとともに前記制御信号に応答してリセットされるよう結合されるラッチを含み、前記論理回路網は前記ラッチのラッチ出力に応答して前記制御信号を生成するよう結合される、請求項9に記載の電力変換器。
- 前記二次コントローラは前記駆動信号を受け取るとともに遅延駆動信号を生成するよう前記駆動回路に結合される遅延回路をさらに含み、前記ラッチは前記遅延駆動信号に応答してセットされるよう前記遅延回路に結合される、請求項10に記載の電力変換器。
- 前記第1のスイッチのスイッチングは前記遅延駆動信号に応答して制御されるよう結合される、請求項11に記載の電力変換器。
- 前記論理回路網は、前記駆動信号と、前記比較信号と、前記ラッチ出力とに応答して前記制御信号を生成するよう結合されるANDゲートを含む、請求項10に記載の電力変換器。
- 前記ラッチに結合されるとともに前記制御信号を受け取るよう結合されるワンショット回路をさらに含み、前記ワンショット回路は前記制御信号に応答して前記ラッチをリセットするよう結合される、請求項10に記載の電力変換器。
- 前記ワンショット回路は、前記制御信号の立下りエッジに応答して前記ラッチをリセットするよう結合される、請求項14に記載の電力変換器。
- 前記入力信号は、前記二次巻線に結合される巻線感知回路によって生成される、請求項9に記載の電力変換器。
- 前記二次コントローラは前記駆動回路によって受け取られるよう結合されるクロック信号を生成するように結合される発振器をさらに含み、前記駆動回路は前記クロック信号に応答して前記駆動信号を生成するよう結合される、請求項9に記載の電力変換器。
- 同期フライバック電力変換器を制御する方法であって、
前記同期フライバック電力変換器のエネルギー伝達要素の二次巻線の二次巻線電圧を示す入力信号としきい値を比較するステップと、
前記しきい値を前記入力信号と比較するステップに応答して、前記二次巻線に結合される第2のスイッチをイネーブルにするステップと、
複数のイベントの少なくとも1つに応答して、前記第2のスイッチをディセーブルにするステップとを含み、前記複数のイベントは、前記入力信号が前記しきい値に到達することと、駆動信号が前記エネルギー伝達要素の一次巻線に結合される第1のスイッチをイネーブルにするレベルを有することとを含み、前記第1のスイッチは、前記エネルギー伝達要素を介して前記同期フライバック電力変換器の入力から前記同期フライバック電力変換器の出力までのエネルギーの伝達を制御する、方法。 - 前記第2のスイッチをイネーブルにするステップは、前記駆動信号に応答してラッチをセットするステップを含み、前記第2のスイッチをディセーブルにするステップは前記ラ
ッチをリセットするステップを含む、請求項18に記載の方法。 - 前記ラッチをセットするステップは、前記ラッチが前記遅延駆動信号に応答してセットされるように前記駆動信号を遅延するステップを含む、請求項19に記載の方法。
- 前記ラッチをリセットするステップは、前記第2のスイッチをイネーブルおよびディセーブルにする制御信号の立下りエッジを検出するステップを含み、前記ラッチは、前記制御信号の前記立下りエッジを検出するステップに応答してリセットされる、請求項19に記載の方法。
- クロック信号と、前記同期フライバック電力変換器の出力とに応答して前記駆動信号を生成するステップをさらに含む、請求項18に記載の方法。
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