JP5253304B2 - エネルギ伝達エレメントの入力にわたる電圧から導かれた電流に応答するための回路および方法 - Google Patents
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Description
3および直流(DC)出力155を有するフライバック・コンバータを含んでいる。AC入力103は、抵抗105を介して整流器107に結合される。一実施形態の抵抗105は、可融性抵抗であり、低コスト化のためにフューズに代えて故障保護に使用される。別の実施形態においては、抵抗105に代えてフューズ等が使用される。整流器107は、AC入力103からのACをDCに変換し、一実施形態においては、その後それが、整流器107の両端に並列に結合されたキャパシタ113および115によってフィルタリングされる。一実施形態においては、インダクタ109がキャパシタ113とキャパシタ115との間に結合されており、電源101によって生成される電磁妨害雑音(EMI)のフィルタリングを行うπフィルタが構成されている。一実施形態においてはさらに、キャパシタ113と115の間に抵抗111がインダクタ109と並列に結合されており、EMIスペクトルのピークを生じる可能性のあるインダクタ109のインダクタ共振のダンピングを行う。
れており、エネルギを蓄積し、かつ高周波をバイパスさせる。
りキャパシタ137の両端の電圧が、ツェナー・ダイオード135のツェナー電圧とトランジスタ133のベース‐エミッタ電圧VBEの合計を超えると、トランジスタ133がオンに切り替わる。このトランジスタ133がオンに切り替わると、電気端子125がトランジスタ133を介して低電圧に引き込まれることによって、電源レギュレータ121のスイッチングがディスエーブルされる。
に図示されるように、電源201の一実施形態は、AC入力203およびDC出力255を有するフライバック・コンバータである。AC入力203は、抵抗205を介して整流器207に結合される。整流器207は、AC入力203からのACをDCに変換し、一実施形態においては、その後それが整流器207の両端に並列に結合されたキャパシタ213、215によってフィルタリングされる。一実施形態においては、キャパシタ213と215の間にインダクタ209および抵抗211が並列に結合されている。
るパワー・スイッチ365を含んでいる。一実施形態においては、パワー・スイッチ365が酸化金属半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)である。一実施形態においてはパワー・スイッチ365がnチャンネルMOSFETで、そのドレインが端子323に、そのソースが端子329にそれぞれ結合される。一実施形態においては、端子323が正の入力電源レールに結合される構成となり、端子329が電源のエネルギ伝達エレメントに結合される構成となる。
201のための制御ループ補償も提供している。別の実施形態においては、電源レギュレータ321の回路へ電力を供給するために使用されるバイアス電流が端子323から引き出すことができる。その実施形態においては、エネルギの蓄積および高周波バイパスのために、別のバイアス供給電気端子(図示せず)と端子329の間にキャパシタが結合されることもある。
トランスの巻き線比、および1次巻き線261のインダクタンスによって決定される。ここで、エネルギ伝達エレメント245のトランスに関して巻き線比ならびに1次インダクタンスを適正に選択し、かつ抵抗239の値を適正に選択することによって、電源レギュレータ321の電力範囲内において、出力電圧および一定電流値の任意の組み合わせが選択可能になることが認識される。
556とDC出力555の間に結合されているツェナー・ダイオードのツェナー電圧の合計の間における差の電圧に応じたものとなる。ここで認識されようが、別の実施形態においては、ツェナー・ダイオード554を、基準電圧を提供する別の部品に代えて出力レギュレーション電圧を決定することも可能である。一実施形態においては、図5に示されるように、入力LED 556の両端に結合される抵抗553を通って流れる電流を用いてツェナー・ダイオード554がバイアスされ、ツェナー・ダイオード554の動的インピーダンスが改善される。一実施形態においては、キャパシタ537の両端に結合された抵抗540および539の組み合わせが分圧器を構成し、エネルギ伝達エレメント545の入力における1次巻き線561の両端間の電圧V1 557が、出力トランジスタ541の電圧定格を超えないことを保証している。
49を介して2次巻き線763に結合されている。一実施形態においては、電源レギュレータ721の電気端子725が低インピーダンス電流検出端子であり、それが抵抗740、および抵抗739とフォト・カプラの出力トランジスタ741の並列の組み合わせを通る電流を検出する。電流検出端子725に流れ込む電流は、1次巻き線761の両端間の電圧V1 757、つまりエネルギ伝達エレメント745の入力から導かれる。
756とDC出力755の間に結合されているツェナー・ダイオードのツェナー電圧の合計の間における差の電圧に応じたものとなる。一実施形態においては、ツェナー・ダイオード754が、入力LED 756の両端に結合される抵抗753を通って流れる電流を用いてバイアスされ、ツェナー・ダイオード754の動的インピーダンスが改善される。ここで認識されようが、別の実施形態においては、ツェナー・ダイオード754を、基準電圧を提供する別の部品に代えて出力レギュレーション電圧を決定することも可能である。一実施形態においては、抵抗740および739の組み合わせが分圧器を構成し、エネルギ伝達エレメント745の入力における1次巻き線761の両端間の電圧V1 757が、出力トランジスタ741の電圧定格を超えないことを保証している。
定される。一実施形態においては、フォト・カプラの入力LED 756の設計上の選択肢によって、電源701の最大電力より低い出力電力における出力電圧値が決定される。特性曲線804は、一実施形態の出力特性を示しており、それにおいては、最大出力電力における出力電流が、抵抗739および740の設計上の選択肢によって決定される出力電流よりも大きくなる。この出力特性曲線804は、この実施形態においては、最大出力電力能力に到達するまで、抵抗739および740の設計上の選択肢によって決定される値を超えて出力電流が増加し、それに到達すると、抵抗739および740の設計上の選択肢によって決定される値まで出力電流が減少することを示している。
Claims (24)
- フライバックコンバータ電源回路であって、
第1の電気端子と第2の電気端子との間に結合されるパワー・スイッチと、
1次巻き線および2次巻き線を有するエネルギ伝達エレメントとを含み、前記1次巻き線は、前記パワー・スイッチの前記第1の電気端子に結合され、前記2次巻き線は、前記フライバックコンバータ電源回路の出力に結合され、前記フライバックコンバータ電源回路は、さらに、
前記第2の電気端子に結合される電源レールと、
前記エネルギ伝達エレメントおよび前記パワー・スイッチに結合される制御回路とを含み、前記制御回路は、前記フライバックコンバータ電源回路の前記出力を調整するために、前記エネルギ伝達エレメントの前記1次巻き線の両端間の反射電圧から導かれ、前記パワー・スイッチがオフのとき前記2次巻き線から反射される信号に応じて前記パワー・スイッチのスイッチングを行ない、前記フライバックコンバータ電源回路は、さらに、
前記制御回路に電力を供給するためにバイアス電流を与えるように構成される回路を含み、前記バイアス電流は、前記パワー・スイッチがオフのとき、前記エネルギ伝達エレメントの前記1次巻き線の両端に発生する誘導漏れ電圧スパイクをもたらす電流を含む、フライバックコンバータ電源回路。 - フォト・カプラをさらに含み、前記フォト・カプラは、
前記エネルギ伝達エレメントおよび前記フライバックコンバータ電源回路の前記出力に結合される発光ダイオード(LED)と、
前記制御回路に結合され、前記発光ダイオードから発せられる光に応答するトランジスタとを含む、請求項1に記載のフライバックコンバータ電源回路。 - 前記出力トランジスタを通る電流が、前記制御回路によって受け取られるように結合され、かつ、前記エネルギ伝達エレメントにわたる電圧から導かれる信号に応じたものである、請求項2に記載のフライバックコンバータ電源回路。
- 前記パワー・スイッチが、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)を含む、請求項1から3のいずれかに記載のフライバックコンバータ電源回路。
- 前記MOSFETが、ソース端子を前記エネルギ伝達エレメントに結合し、ドレイン端子を前記電源レールに結合し、かつゲート端子を前記制御回路に結合したnチャンネルMOSFETである、請求項4に記載のフライバックコンバータ電源回路。
- 前記パワー・スイッチのオフ・サイクルの間に前記1次巻き線と並列に結合される第1のキャパシタをさらに含み、前記第1のキャパシタは、前記パワー・スイッチのオン・サイクルの間は前記1次巻き線から切り離され、前記制御回路が前記第1のキャパシタに結合されており、
前記1次巻き線にわたる前記電圧から導かれる前記信号が、前記2次巻き線の両端間の電圧に応じたものとなる、請求項1に記載のフライバックコンバータ電源回路。 - 前記制御回路が、前記パワー・スイッチに結合されるパルス幅変調器を含み、前記パルス幅変調器が、前記エネルギ伝達エレメントにわたる前記電圧から導かれる前記信号に応じて前記パワー・スイッチをパルス幅変調する、請求項1から6のいずれかに記載のフライバックコンバータ電源回路。
- 前記制御回路が、前記パワー・スイッチに結合されるオン/オフ制御回路を含み、前記オン/オフ制御回路が、前記パワー・スイッチによって受け取られるように結合された制御信号の周期を、前記エネルギ伝達エレメントにわたる前記電圧から導かれる前記信号に応じて調整する、請求項1から7のいずれかに記載のフライバックコンバータ電源回路。
- 前記エネルギ伝達エレメントにわたる前記電圧から導かれる前記信号がしきい値を超えたことに応答して、前記制御回路が前記パワー・スイッチのスイッチングをディスエーブルする、請求項1から8のいずれかに記載のフライバックコンバータ電源回路。
- 前記制御回路および前記パワー・スイッチが3つの電気端子しか有していないシングル・モノリシック・チップ上に含まれる、請求項1から9のいずれかに記載のフライバックコンバータ電源回路。
- 前記回路の出力を調整するための前記エネルギ伝達エレメントにわたる前記電圧から導かれる前記信号の制御は、前記エネルギ伝達エレメントの入力における前記電圧から導かれる電流を含む、請求項1から10のいずれかに記載のフライバックコンバータ電源回路。
- フライバックコンバータ電源を動作させるための方法であって、
入力電源レールとエネルギ伝達エレメントのエネルギ伝達エレメント入力との間に結合されるスイッチのスイッチングを行うステップを含み、前記エネルギ伝達エレメントは、エネルギ伝達エレメント入力およびエネルギ伝達エレメント出力を含み、前記方法はさらに、
前記スイッチがオンのとき、前記エネルギ伝達エレメント入力から前記エネルギ伝達エレメント出力へのエネルギの伝達をスイッチングするステップと、
前記スイッチがオフのとき、信号を前記エネルギ伝達エレメント出力から前記エネルギ伝達エレメント入力に反射させるステップと、
前記フライバックコンバータ電源の出力を調整するために、前記エネルギ伝達エレメント出力からの前記反射信号に応じて、前記エネルギ伝達エレメント入力および前記スイッチに結合される制御回路で前記スイッチのスイッチングを制御するステップと、
前記制御回路に電力を供給するためにバイアス電流を与えるステップとを含み、前記バイアス電流は、前記スイッチがオフのとき、前記エネルギ伝達エレメント入力の両端に発生する誘導漏れスパイクをもたらす電流を含む、方法。 - 前記エネルギ伝達エレメント入力において、前記反射信号に応じて電流を受け取るステップを含み、
前記電流は、フォト・カプラの出力トランジスタを通って前記制御回路で受け取られ、前記フォト・カプラは、前記エネルギ伝達エレメント出力および前記フライバックコンバータ電源の出力および前記制御回路に結合される出力トランジスタに結合される入力発光ダイオード(LED)を含む、請求項12に記載の方法。 - エネルギを前記エネルギ伝達エレメント入力から前記エネルギ伝達エレメント出力に伝達するステップは、エネルギを、前記エネルギ伝達エレメント入力に結合されるトランスの1次巻き線から前記エネルギ伝達エレメント出力に結合される前記トランスの2次巻き線に伝達するステップを含む、請求項12または13に記載の方法。
- 前記エネルギ伝達エレメント入力における前記エネルギ伝達エレメント出力からの前記反射信号は、前記1次巻き線の両端間の電圧であって前記スイッチがオフのとき前記2次巻き線から反射される、請求項14に記載の方法。
- 前記スイッチのスイッチングを行うステップは、ソース端子を前記エネルギ伝達エレメント入力に結合し、ドレイン端子を前記入力電源レールに結合し、かつゲート端子を前記制御回路に結合したnチャンネルMOSFETのスイッチングを行うステップを含む、請求項12から15のいずれかに記載の方法。
- 前記スイッチのオフ・サイクルの間に前記1次巻き線と並列に結合される第1のキャパシタを結合するステップと、
前記スイッチのオン・サイクルの間、前記第1のキャパシタを前記1次巻き線から切り離すステップとをさらに含み、
前記制御回路は、前記第1のキャパシタに結合され、
前記エネルギ伝達エレメント入力における前記エネルギ伝達エレメント出力からの前記反射信号は、前記エネルギ伝達エレメント出力の両端間の電圧に応じたものである、請求項14に記載の方法。 - 制御回路で前記スイッチのスイッチングを制御するステップは、前記エネルギ伝達エレメント入力における前記エネルギ伝達エレメント出力からの前記反射信号に応じて、前記スイッチに結合される前記制御回路に含まれるパルス幅変調器で前記スイッチをパルス幅変調するステップを含む、請求項12から17のいずれかに記載の方法。
- 制御回路で前記スイッチのスイッチングを制御するステップは、前記スイッチに結合される前記制御回路に含まれるオン/オフ制御回路で、前記スイッチによって受け取られるように結合された制御信号の周期を、前記エネルギ伝達エレメント入力における前記エネルギ伝達エレメント出力からの前記反射信号に応じて調整するステップを含む、請求項12から18のいずれかに記載の方法。
- 制御回路で前記スイッチのスイッチングを制御するステップは、前記エネルギ伝達エレメント入力における前記エネルギ伝達エレメント出力からの前記反射信号がしきい値を超えたことに応答して、前記スイッチのスイッチングをディスエーブルするステップを含む、請求項12から19のいずれかに記載の方法。
- 1次巻き線と2次巻き線とを有したエネルギー伝達エレメントと、前記1次巻き線と直列に接続されたスイッチとを有したスイッチ・モードフライバックコンバータ電源の出力調整方法において、
反射電圧を用いて前記スイッチのスイッチングを制御することを含み、前記反射電圧は、前記1次巻き線上にあり、前記スイッチがオフのとき前記2次巻き線からフィードバックとして反射され、それにより該スイッチ・モードフライバックコンバータ電源の出力を調整し、該出力は前記エネルギー伝達エレメントの前記2次巻き線からのフィードバックなしに調整され、前記方法は、さらに、
前記スイッチのスイッチングを制御する制御回路に電力を供給するためにバイアス電流を与えることを含み、前記バイアス電流は、前記スイッチがオフのとき、前記エネルギ伝達エレメントの前記1次巻き線の両端に発生する誘導漏れスパイクをもたらす電流を含む、方法。 - 前記スイッチングの制御が該スイッチのデューティ・サイクルを減少させることを含んでいる、請求項21に記載の方法。
- 前記スイッチ・モードフライバックコンバータ電源は発振器をさらに備えており、前記スイッチングの制御が前記発振器の所定のスイッチング・サイクルの間前記スイッチのスイッチングをディスエーブルすることを含んでいる、請求項21に記載の方法。
- 前記スイッチングの制御が、前記スイッチ・モードフライバックコンバータ電源の出力に結合されたフィードバック回路の使用なしに行われる、請求項21に記載の方法。
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