JP4972112B2 - 低雑音感度を維持しつつ高パルス幅変調を生成するスイッチ・モード電源のための方法および装置 - Google Patents
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Description
本出願は、2001年11月13日出願の、「Method And Apparatus For A Switch Mode Power Supply That Generates A High Pulse WidthModulation While Maintaining Low Noise Sensitivity」という名称の米国仮出願第60/335,158号に対する優先権を主張するものである。
電圧レベル信号は、スイッチング雑音の影響を緩和するために、RC網によってフィルタリングされている。このフィルタリングされた電圧レベル信号が、内部発振器の鋸歯状波形と比較され、デューティ・サイクル波形が生成される。分路レギュレータ電流が大きくなると、デューティ・サイクルが小さくなる。発振器からのクロック信号がラッチをセットし、それによりパワー・スイッチがターン・オンされる。パルス幅変調器によってラッチがリセットされ、パワー・スイッチがターン・オフされる。したがってパルス幅変調器の利得は、抵抗の両端を流れる電流を関数とした、抵抗の両端間の電圧レベルの勾配である。したがって抵抗値がPWMの利得になっている。利得を大きくするために(制御電流を関数としたデューティ・サイクルの勾配を大きくするために)必要なことは、単純に抵抗の値を大きくすることだけであるが、単純に抵抗値を大きくすることにより、回路はますます雑音に敏感になる。
電源の出力特性が、ほぼ一定の出力電圧の供給からほぼ一定の出力電流の供給へ変化するポイントにおける入力電圧に無関係に、実質的に一定の電源出力電流を維持するための方法および装置の実施形態を開示する。以下の説明においては、本発明を完全に理解するために、多数の特定の詳細が示されている。しかしながら、本発明を実践するために特定の詳細を使用する必要がないことについては、当分野の技術者には明らかであろう。したがって本発明を明確にするために、良く知られている材料あるいは方法については、その詳細は省略されている。
下すると、パワー・スイッチの電流制限を小さくする。電流制限は、抵抗135の両端間の電圧の関数として減少し、出力負荷電流をほぼ一定に維持している。コンデンサ175は、レギュレータ回路のバイパス・コンデンサであり、また、コンデンサ140は、パワー・スイッチがオフ状態にある場合に、ダイオード130を介してサイクル毎に供給される反射電圧のための蓄積エレメントである。また、ダイオード130およびコンデンサ140は電圧クランプとして作用し、漏れインダクタンス・スパイクからパワー・スイッチを保護している。エネルギー伝達エレメント120の二次側では、整流器110がスイッチされたエネルギーを整流し、蓄積エレメント105が、DC出力100に利用することができるエネルギーを蓄積している。
30は、パワー・スイッチのゲートにゲート−接地抵抗が追加された場合の、制御電流410を関数としたデューティ・サイクルをプロットしたものである。いずれの曲線においても、制御電流410が制御電流閾値(IDCS無しまたはIDCS有り)を超えると、デューティ・サイクルの縮小が生じている。抵抗を追加することによって、デューティ・サイクルの縮小開始に必要な制御電流の閾値が大きくなるが、ゼロ・デューティ・サイクルでは抵抗はそれ以上電流を導かないため、デューティ・サイクルの縮小端における制御電流のレベルは、曲線420および430の両方で同じである。したがってゼロ・デューティ・サイクルでは、抵抗は何ら影響力を有していないため、その結果としてPWM利得が増加することになる。
では、抵抗610には実質的に電流は流れない。この帰還電流信号はトランジスタ647を使用して抽出される。制御回路549の比較器657の負の入力部の電圧は、抽出された帰還電圧信号644である。この抽出された帰還電圧644は、電流源645閾値を超過した分路レギュレータ電流信号に基づいてデューティ・サイクルを変調している。分路レギュレータ電流が電流源645閾値未満になり、例えば制御端子545の電圧が調整電圧未満になると、比較器657の負の入力部の電圧がハイを維持し、比較器657の出力がローを維持する。分路レギュレータを流れる電流が増加すると、比較器657の負の入力部の電圧が直線的に減少する。比較器657の出力は、分路レギュレータ電流によって決定されるサイクルの間にハイになる。比較器657の出力がハイになると、ORゲート659の出力がハイになり、ラッチ663がリセットされる。
サが充電される。また、自動再始動カウンタ625の出力もローになり、それによりパワー・スイッチ547がスイッチ状態からディセーブルになる。一実施形態では、自動再始動カウンタ625は、出力を再びイネーブルにすべく、例えば最大8サイクルの放電/充電をカウントするように設計されている。
105 蓄積エレメント、
110、210 整流器、
120、220 エネルギー伝達エレメント、
130、230、260、330、360 ダイオード、
135、235、245、335、610、633、635、637、699 抵抗、
140、175、205、240、270、275、305、370、375 コンデンサ、
150 レギュレータ回路(コントローラ)、
310、693 ノード、
380 誘導エネルギー蓄積エレメント、
503 充電回路、
509 制御端子レギュレータ回路(分路レギュレータ・ブロック)、
541 ドレイン端子、
542 ゲート端子、
543 ソース端子、
545 制御端子(結合電気制御端子)、
547 パワー・スイッチ、
549 パワー・スイッチ制御回路、
601、605、629、641、643、647 トランジスタ、
609、615、669 インバータ、
611、613、665 NANDゲート、
625 自動再始動カウンタ、
627、639、657、671 比較器、
644 帰還電圧信号、
645 電流源、
659 ORゲート、
661 ANDゲート、
663 ラッチ、
667 リーディングエッジ・ブランキング回路、
673 金属酸化膜電界効果トランジスタ(MOSFET、パワー・スイッチ)、
675 接合電界効果トランジスタ(JFET)。
Claims (18)
- 方法であって、
スイッチ・モード電源の出力を調整するためのレギュレータ回路の制御端子で、制御電流を受け取るステップを含み、前記制御電流は、
帰還電流を含み、前記帰還電流に応じて、パワー・スイッチがスイッチされるデューティ・サイクルを調整して前記出力を調整することができ、前記制御電流はさらに、
帰還電流を引き出すために制御電流から除去することのできる除去電流を含み、前記方法はさらに、
帰還電流を引き出すために、電流経路を用いて制御電流から除去電流を除去することによって、除去電流を超過した分の制御電流を引き出すステップと、
帰還電流に応じてパワー・スイッチがスイッチされるデューティ・サイクルを、パルス幅変調回路を用いて調整し、これにより、スイッチ・モード電源の出力を調整するステップと、
パワー・スイッチがスイッチされるデューティ・サイクルに応じて、電流経路に沿った流れを増加させることによって、パワー・スイッチがオンタイムの間に、レギュレータ回路の除去電流を増加させるステップとを含む、方法。 - 除去電流を増加させるステップは、パワー・スイッチがオンのときに、パワー・スイッチから除去電流の一部を接地端子へ導くステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 除去電流を増加させるステップは、パワー・スイッチのデューティ・サイクルの増大に応じて、除去電流を増加させるステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 帰還電流が電源出力の出力レベルに比例し、
パワー・スイッチのデューティ・サイクルに応じて電源出力を調整するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 電源出力を調整するステップが、ほぼ一定の出力電圧特性および出力電流特性を持たせるべく電源出力を調整するステップをさらに含む、請求項4に記載の方法。
- スイッチ・モード電源の出力を調整するためのレギュレータ回路の制御端子で、制御電流を受け取るステップを含み、前記制御電流は、
帰還電流を含み、前記帰還電流に応じて、パワー・スイッチがスイッチされるデューティ・サイクルを調整して前記出力を調整することができ、前記制御電流はさらに、
帰還電流を引き出すために制御電流から除去することのできる除去電流を含み、前記方法はさらに、
帰還電流を引き出すために、電流経路を用いて制御電流から除去電流を除去することによって、除去電流を超過した分の制御電流を引き出すステップと、
帰還電流に応じてパワー・スイッチがスイッチされるデューティ・サイクルを、パルス幅変調回路を用いて調整し、これにより、スイッチ・モード電源の出力を調整するステップと、
パワー・スイッチがスイッチされるデューティ・サイクルに応じて、電流経路に沿った流れを増加させることによって、パワー・スイッチがオンタイムの間に、レギュレータ回路の除去電流を減少させるステップとを含む、方法。 - 除去電流を減少させるステップは、パワー・スイッチがオンのときに、パワー・スイッチから除去電流の一部を接地端子へ導くステップを含む、請求項6に記載の方法。
- 除去電流を減少させるステップは、パワー・スイッチのデューティ・サイクルの減少に応じて、除去電流を減少させるステップを含む、請求項6に記載の方法。
- 帰還電流が電源出力の出力レベルに比例し、
パワー・スイッチのデューティ・サイクルに応じて電源出力を調整するステップをさらに含む、請求項6に記載の方法。 - 電源出力を調整するステップが、ほぼ一定の出力電圧特性および出力電流特性を持たせるべく電源出力を調整するステップをさらに含む、請求項9に記載の方法。
- 方法であって、
スイッチ・モード電源の出力を調整するためのレギュレータ回路の制御端子で、制御電流を受け取るステップを含み、前記制御電流は、
帰還電流を含み、前記帰還電流に応じて、パワー・スイッチがスイッチされるデューティ・サイクルを調整して前記出力を調整することができ、前記制御電流はさらに、
帰還電流を引き出すために制御電流から除去することのできるレギュレータ回路の消費電流を含み、前記消費電流はレギュレータ回路によって内部で消費され、前記方法はさらに、
帰還電流を引き出すために、レギュレータ回路を用いて消費電流を消費することによって、消費電流を超過した分の制御電流を引き出すステップと、
帰還電流に応じてパワー・スイッチがスイッチされるデューティ・サイクルを、パルス幅変調回路を用いて調整し、これにより、スイッチ・モード電源の出力を調整するステップと、
パワー・スイッチがスイッチされるデューティ・サイクルに応じて、パワー・スイッチがオンタイムの間に、レギュレータ回路による電流消費を増加させることによって、消費電流を増加させるステップとを含む、方法。 - レギュレータ回路の消費電流を増加させるステップは、パワー・スイッチがオンタイムの間、パワー・スイッチの制御端子から消費電流の一部を接地端子へ導くステップを含む、請求項11に記載の方法。
- レギュレータ回路の消費電流を増加させるステップは、パワー・スイッチのデューティ・サイクルの増大に応じて、消費電流を増加させるステップを含む、請求項11に記載の方法。
- 帰還電流が電源出力の出力レベルに比例し、
パワー・スイッチのデューティ・サイクルに応じて電源出力を調整するステップをさらに含む、請求項11に記載の方法。 - 電源出力を調整するステップが、ほぼ一定の出力電圧特性および出力電流特性を持たせるべく電源出力を調整するステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
- レギュレータ回路による電流消費を、抵抗器または電流源を用いて増加させる、請求項11に記載の方法。
- 電流経路は抵抗器または電流源を含む、請求項6に記載の方法。
- 電流経路は抵抗器または電流源を含む、請求項1に記載の方法。
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