JP6570623B2 - 絶縁型コンバータにおけるコンスタント・オン・タイム（ｃｏｔ）制御 - Google Patents

絶縁型コンバータにおけるコンスタント・オン・タイム（ｃｏｔ）制御 Download PDF

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Description

優先権の主張
本願は、本願の共通出願人によって２０１４年９月１９日に提出された中国（ＣＮ）特許出願第２０１４１０４８３０５４．８号、および２０１４年１２月７日に提出された米国（ＵＳ）特許出願第１４／５６２，７２９号に優先権を主張する。中国特許出願第２０１４１０４８３０５４．８号および米国特許出願第１４／５６２，７２９号の開示全体を引用により本文書に援用する。
本発明は絶縁型コンバータに関し、特に、出力電圧を調節するコンスタント・オン・タイム制御を実行する絶縁型コンバータに関する。
最近の技術進歩と共に、日常生活の様々な需要を満たすために電子製品が開発されてきた。これらの製品は異なる電源および電圧要件を有する各種電子コンポーネントから成るため、壁からのＡＣ電源を各電子コンポーネントにとって適した電圧に変換して、適切な動作を確保する必要がある。
従来のＡＣ／ＤＣコンバータは、絶縁型分圧器設計を実現する。ＡＣ電源を整流器に接続した後、変圧器を使用して、高電圧ＡＣ電力を装置が使用可能な低電圧ＤＣ電力に変換することができる。図１に示すように、従来の電力コンバータは、電子スイッチ１２に接続される一次側と負荷１４に接続される二次側とを含む変圧器１０と、出力コンデンサ１５と、プロセッサ１８に接続される分圧器１６と、を含む。フォトカプラ２０を通じて、プロセッサ１８は、電子スイッチ１２に接続されて切替状態を制御するコントローラ２２に接続される。電圧が負荷１４に印加されると、分圧器１６は負荷からフィードバック電圧を取得し、アナログ信号を生成するプロセッサ１８にそのフィードバック電圧を送信した後、フォトカプラ２０を通じて二次側から一次側のコントローラ２２に伝送する。コントローラ２２は、このアナログ信号に応じて電子スイッチ１２のオン／オフ状態を変更する。プロセッサ１８はＴＬ４３１（３端子プログラマブル分路調整器）とＶＭ（電圧モード）補償回路を備えるため、ゼロ／ポール補償を使用してループゲインと帯域幅を補償し、負荷電圧のリップル信号を低減することで、システム全体を安定化させる。しかしながら、コントローラ２２は一次側に位置するために、負荷電圧を直接検出することができない。また、負荷のフィードバック電圧から生成された信号をコントローラ２２に送信する際にＴＬ４３１およびＶＭ補償回路では遅延が生じ、その結果、負荷電圧が迅速に安定化しない。さらに、連続電流モード（ＣＣＭ）では、二次側に同期整流器を有するときは制御が困難である。こうした背景で、本発明の実施形態が生じる。
本発明の実施形態について添付図面を参照してより詳細に説明する。しかしながら、添付図面は単に説明と例示のためのものであり、発明の範囲を限定するものではない。
図１は、従来の絶縁型コンバータの回路図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係る絶縁型コンバータの回路図である。 図３Ａは、フィードバック電圧ＤＶまたは検出電圧ＤＳと制御信号の波形を示す。 図３Ｂは、フィードバック電圧ＤＶまたは検出電圧ＤＳと別の制御信号の波形を示す。 図４は、本発明の第２の実施形態に係る絶縁型コンバータの回路図である。 図５は、本発明の第３の実施形態に係る絶縁型コンバータの回路図である。 図６は、本発明の第４の実施形態に係る絶縁型コンバータの回路図である。 図７は、分圧器を含み、コントローラ、出力コンデンサ、負荷、変圧器に接続される電気信号抽出器の回路図である。 図８は、抵抗器を含み、コントローラ、出力コンデンサ、負荷、変圧器に接続される別の電気信号抽出器の回路図である。 図９は、コントローラとドライバの間の電流の流れを示す回路図である。 図１０は、フィードバック電圧ＤＶ、第２のデジタル信号Ｄ１、ＲＸ、ＴＸ信号の波形を示す。 図１１は、コントローラ、コンデンサ、ドライバのパッケージ構造の概略図である。 図１２は、本発明の第５の実施形態に係る絶縁型コンバータの回路図である。 図１３は、本発明の第５の実施形態のＤ、Ｍ、ＤＩ、ＤＳ信号の波形を示す。 図１４は、本発明の第６の実施形態に係る絶縁型コンバータの回路図である。 図１５は、本発明の第７の実施形態に係る絶縁型コンバータの回路図である。 図１６は、本発明の検出電圧と制御信号の波形を示す。 図１７は、Ｄ１信号、ＴＸ信号、ＲＸ信号の波形を示す。 図１８は、本発明の第８の実施形態に係る絶縁型コンバータの回路図である。 図１９は、本発明の第８の実施形態に係る絶縁型コンバータのオンタイムレギュレータおよび他のコンポーネントの内部回路図である。 図２０は、本発明の第８の実施形態に係るＤＥ、Ｐ２、ｃｌｋ、Ｐ３信号の波形を示す。 図２１は、本発明の第９の実施形態に係る絶縁型コンバータの回路図である。 図２２は、本発明の第９の実施形態に係るオンタイムレギュレータおよび他のコンポーネントの内部回路図である。 図２３は、本発明の第９の実施形態に係るＤＥ１、Ｐ１、ｃｌｋ１、ＤＥ２、Ｐ２、ｃｌｋ２、Ｐ４信号の波形を示す。 図２４は、本発明の第９の実施形態に係るＤＯＷＮ、ＬＤ、Ｂ１、Ｂ２、ＵＰ、Ｆ、ＩＯの波形を示す。
図２は、本発明の第１の実施形態に係る絶縁型コンバータの回路図である。コンスタント・オン・タイム（ＣＯＴ）絶縁型コンバータは、入力端子２６に接続されて入力電圧ＶＩＮを受信する。該コンバータは変圧器２８を備え、該変圧器は一次側で入力端子２６に接続され、二次側でダイオード２９を通じて出力コンデンサ３０および負荷３１に接続される。ダイオード２９のアノードは変圧器２８の二次側に接続され、カソードは出力コンデンサ３０と負荷３１に接続される。変圧器２８の二次側と負荷３１はプロセッサ３２に接続され、該プロセッサは起動電圧Ｓと、負荷３１を介して出力電圧ＶＯまたは出力電流ＩＯとを受け取ることで、制御信号Ｃを生成する。変圧器２８の一次側と二次側との間の送信媒体は、電気、磁気、圧電素子または光であってもよい。したがって、プロセッサ３２は、コンデンサ、変圧器、圧電素子、または光結合素子などの少なくとも１つの結合素子３４に接続されて、制御信号Ｃを一次側に送信する。変圧器２８の一次側と結合素子３４は、入力端子２６に接続されるドライバ３６に接続される。ドライバ３６は結合素子３４を通じて制御信号Ｃを受信し、制御信号Ｃを増幅して、第１のデジタル信号Ｄ１を生成する。ドライバ３６は回路保護機能も含む。変圧器２８の一次側とドライバ３６はＮ−チャネルＭＯＳＦＥＴまたはバイポーラ接合トランジスタなどの電子スイッチ３８に接続され、電子スイッチは第１のデジタル信号Ｄ１を受信して、それに応じてオン／オフ状態を変更し、ダイオード２９を通じて入力電圧ＶＩＮから変圧器２８を介して生成される出力電圧ＶＯおよび出力電流ＩＯを制御する。電子スイッチがオン／オフ状態を維持する期間は、制御信号Ｃが負から正に変化し、その後正から負に変化する期間によって決定され、たとえば、制御信号Ｃはパルス信号であるため、制御信号Ｃが負から正に変化すると、第１の電子スイッチ３８はオンになり、信号が低下して正から負に変化しオン状態が終了するまでその状態を維持する。スイッチはオフになり、信号が負から正に変化して再びオンになるまでオフ状態を維持する。また、ドライバ３６は入力端子２６から入力電圧ＶＩＮを受け取り、電子スイッチ３８への第１のパルス信号Ｐ１を生成して、スイッチのオン／オフ状態を変更することで、変圧器２８を経て負荷３１を介して出力電圧ＶＯおよび出力電流ＩＯを制御する。ドライバ３６はさらに起動電圧Ｓをプロセッサ３２に供給して、制御信号Ｃを生成する。ドライバ３６は、結合素子３４を介して制御信号Ｃを受信すると、第１のパルス信号Ｐ１の生成を停止する。
プロセッサ３２は、信号抽出器４０とコントローラ４２を備える。電気信号抽出器４０は、低電位ＶＳＳ、変圧器２８の二次側、負荷３１に接続されて、出力電流ＩＯに対応するフィードバック電圧ＤＶまたは検出電圧ＤＳを捕捉する。コントローラ４２は結合素子３４、変圧器２８の二次側、信号抽出器４０に接続される。コントローラ４２は信号抽出器４０から起動電圧Ｓとフィードバック電圧ＤＶまたは検出電圧ＤＳを受け取り、制御信号Ｃを生成する。図２および図３Ａを参照すると、コントローラ４２は所定基準電圧を供給されるため、フィードバック電圧ＤＶが基準電圧未満であるとき、制御信号Ｃは少なくとも１サイクルを有する第２のパルス信号Ｐ２である、すなわち、図３Ａに示すように、複数のサイクルの波形が期間Ｔ１内に発生する。各第１の半サイクルの第２のパルス信号Ｐ２は高電圧レベルであり、各第２の半サイクルの第２のパルス信号Ｐ２は低電圧レベルである。フィードバック電圧ＤＶが基準電圧より大きい、すなわち、期間Ｔ２内であるとき、制御信号Ｃは低電圧レベルである。同様に、検出電圧ＤＳが基準電圧未満であるとき、制御信号Ｃは少なくとも１サイクルの第２のパルス信号Ｐ２である。各第１の半サイクルでは、第２のパルス信号Ｐ２は高電圧レベルであり、各第２の半サイクルでは、第２のパルス信号Ｐ２は低電圧レベルである。検出電圧ＤＳが基準電圧より大きい、すなわち、期間Ｔ２内であるとき、制御信号Ｃは低電圧レベルである。
図３Ｂに示すように、フィードバック電圧ＤＶが基準電圧未満であるとき、制御信号Ｃは、コントローラ４２の所定期間Ｔｍｉｎ内で単サイクルの第２のパルス信号Ｐ２を送信する。第１の半サイクルでは、第２のパルス信号Ｐ２は高電圧レベルであり、第２の半サイクルでは、第２のパルス信号Ｐ２は低電圧レベルであり、高電圧レベルの期間は二次側のコントローラ４２によって決定される。所定期間Ｔｍｉｎ内で、フィードバック電圧ＤＶが基準電圧より大きいとき、フィードバック電圧ＤＶが基準電圧未満となるまで、制御信号Ｃは次の第２のパルス信号Ｐ２を送信しない。同様に、検出電圧ＤＳが基準電圧未満であるとき、制御信号Ｃは、コントローラ４２の所定期間Ｔｍｉｎ内の波形のように単サイクルの第２のパルス信号Ｐ２を送信する。第１の半サイクルでは、第２のパルス信号Ｐ２は高電圧レベルであり、第２の半サイクルでは、第２のパルス信号Ｐ２は低電圧レベルであり、高電圧レベルの期間は二次側のコントローラ４２によって決定される。所定期間Ｔｍｉｎ内で、検出電圧ＤＳが基準電圧より大きいとき、検出電圧ＤＳが基準電圧未満になるまで、制御信号Ｃは次の第２のパルス信号Ｐ２を送信しない。
第１の実施形態の動作起動モードを以下説明する。まず、ドライバ３６は、入力端子２６から入力電圧ＶＩＮを受け取り、電子スイッチ３８に送信される第１のパルス信号Ｐ１を生成することによって、負荷３１を介して出力電圧ＶＯおよび出力電流ＩＯを制御するためにスイッチのオン／オフ状態を変更する。出力電圧ＶＯと出力電流ＩＯは、ダイオード２９を通じて変圧器２８を介して生成される。起動電圧Ｓは変圧器２８を介してコントローラ４２にも送られる。その後、電気信号抽出器４０は、出力電圧ＶＯまたは出力電流ＩＯに対応する検出電圧ＤＳからフィードバック電圧ＤＶを取得し、フィードバック電圧ＤＶをコントローラ４２に送り、該コントローラは、フィードバック電圧ＤＶまたは検出電圧ＤＳと起動電圧Ｓとに基づき制御信号Ｃを生成する。制御信号Ｃが負から正に変化する瞬間と制御信号Ｃが正から負に変化する瞬間との間の期間が、電子スイッチ３８のオン／オフ状態の期間を決定する。結合素子３４は、二次側から一次側のドライバ３６まで制御信号Ｃを送信する。ドライバ３６は制御信号Ｃを受信すると、制御信号Ｃを増幅して第１のデジタル信号Ｄ１を生成し、第１のパルス信号Ｐ１の生成を停止する。最後に、電子スイッチ３８は第１のデジタル信号Ｄ１を受信し、それに応じてオン／オフ状態を変更して、入力電圧ＶＩＮを受信する変圧器２８を制御することによって、ダイオード２９を回して出力電圧ＶＯと出力電流ＩＯを調節する。従来技術では、ゲイン余裕および位相余裕を補償して、装置の出力電圧の安定性を確保するために補償回路を必要とする。本発明はいかなる補償回路も必要としないため、ゲイン余裕および位相余裕の調節に関する複雑な技術を使用しなくてもよい。そのうえ、本発明は、出力電圧ＶＯまたは出力電流ＩＯを直接検出し、二次側からの情報を用いて一次側に情報を送信して、一次側のスイッチがオンまたはオフになる時間を決定することで、出力電圧と出力電流を瞬時に調節して高速負荷過渡応答を達成することができる。さらに、本発明は結合素子を使用して、出力電圧または出力電流からの情報を二次側から一次側を送信するため、エンコーダまたはデコーダ部も符号化または復号化技術も使用する必要がなく、一次側の信号と二次側の信号を有効に隔離しつつ、二次側で出力電圧ＶＯおよび出力電流ＩＯを独立的に調節する。
図４は、本発明の第２の実施形態に係る絶縁型コンバータの回路図である。図４を参照すると、システムの効率を向上させるため、第２の電子スイッチ４４、たとえば、Ｎ−チャネルパワーＭＯＳＦＥＴは、同期整流器として図２のダイオード２９と置き換えられる。本実施形態では、変圧器２８の二次側は、負荷３１に直接接続される。さらに、第２の電子スイッチ４４が変圧器２８の二次側と負荷３１との間に接続され、コントローラ４２に接続される。コントローラ４２は、制御信号Ｃを生成すると、フィードバック電圧ＤＶまたは検出電圧ＤＳと起動電圧Ｓに応じて第２のデジタル信号Ｄ２も生成し、第２のデジタル信号Ｄ２を第２の電子スイッチ４４に送信して第２の電子スイッチ４４のオン／オフ状態を変更する。その結果、第２の電子スイッチ４４が第１の電子スイッチ３８と反対のオン／オフ状態となる。あるいは、第１の電子スイッチ３８と第２の電子スイッチ４４の両方がオフとなるため、変圧器２８は入力電圧ＶＩＮを受け取って出力電圧ＶＯと出力電流ＩＯを調節する。
図４のシステムの起動モード動作を以下の通り説明する。まず、ドライバ３６は、入力端子２６から入力電圧ＶＩＮを受け取り、第１の電子スイッチ３８へ第１のパルス信号Ｐ１を生成するため、スイッチ３８のオン／オフ状態がそれに応じて変更されて、変圧器２８に印加される入力電圧ＶＩＮを制御し、第２の電子スイッチ４４を介して、負荷３１を介して出力電圧ＶＯと出力電流ＩＯを生成する。さらに、起動電圧Ｓが変圧器２８を介してコントローラ４２に印加される。その後、電気信号抽出器４０は出力電流ＩＯに対応する出力電圧ＶＯまたは検出電圧ＤＳのフィードバック電圧ＤＶを取得し、起動電圧Ｓを受け取るコントローラ４２に送ることによって、制御信号Ｃと第２のデジタル信号Ｄ２を生成する。第１の電子スイッチ３８のオン／オフ状態の期間は、制御信号Ｃが負から正に変化する瞬間と、制御信号Ｃが正から負に変化する瞬間との間の期間によって決定される。第２の電子スイッチ４４が第２のデジタル信号Ｄ２を受信し、オン／オフ状態を変更し、結合素子３４が制御信号Ｃを二次側から一次側のドライバ３６に送信する。ドライバ３６は制御信号Ｃを受信すると、制御信号Ｃを増幅して第１のデジタル信号Ｄ１を生成し、第１のパルス信号Ｐ１の生成を停止する。最後に、第１の電子スイッチ３８は第１のデジタル信号Ｄ１を受信し、それに応じてオン／オフ状態を切り替えて、入力電圧ＶＩＮを受け取る変圧器２８を制御することによって、出力電圧ＶＯと出力電流ＩＯを調節する。
図５は、本発明の第３の実施形態に係る絶縁型コンバータの回路図である。図５を参照すると、起動電圧Ｓは、図２に示すような変圧器２８の代わりにコントローラ４２に接続される外部回路４６によってコントローラ４２に印加される。動作時、出力電圧ＶＯおよび出力電流ＩＯが負荷３１を介して既に印加されており、外部回路４６がコントローラ４２に起動電圧Ｓを既に供給していると仮定すると、電気信号抽出器４０は、出力電流ＩＯに対応する出力電圧ＶＯまたは検出電圧ＤＳのフィードバック電圧ＤＶを取得し、コントローラ４２に送る。起動電圧Ｓと共に、出力電流ＩＯに対応する出力電圧ＶＯまたは検出電圧ＤＳのフィードバック電圧ＤＶを受け取ると、コントローラ４２はそれに応じて制御信号Ｃを生成し、第１の電子スイッチ３８のオン／オフ状態の期間は、制御信号Ｃが負から正に変化する瞬間と正から負に変化する瞬間との間の期間によって決定される。次に、結合素子３４が、二次側から一次側のドライバ３６まで制御信号Ｃを送信する。ドライバ３６は制御信号Ｃを受信し増幅して第１のデジタル信号Ｄ１を生成し、第１のデジタル信号Ｄ１を第１の電子スイッチ３８に送信し、次いでオン／オフ状態を変更して、入力電圧ＶＩＮを受け取る変圧器２８を制御することによって、ダイオードを介して出力電圧ＶＯと出力電流ＩＯを調節する。
図６は、本発明の第４の実施形態に係る絶縁型コンバータの回路図である。図６に示すように、起動電圧Ｓは、図４に示す変圧器２８の代わりに外部回路４６によってコントローラ４２に印加される。動作時、出力電圧ＶＯおよび出力電流ＩＯが負荷３１を介して既に印加されており、外部回路４６がコントローラ４２に起動電圧Ｓを既に供給していると仮定すると、電気信号抽出器４０は、出力電流ＩＯに対応する出力電圧ＶＯまたは検出電圧ＤＳのフィードバック電圧ＤＶを取得し、コントローラ４２に送る。起動電圧Ｓと共に、出力電流ＩＯに対応する出力電圧ＶＯまたは検出電圧ＤＳのフィードバック電圧ＤＶを受け取ると、コントローラ４２はそれに応じて制御信号Ｃと第２のデジタル信号Ｄ２を生成し、第１の電子スイッチ３８のオン／オフ状態の期間は、制御信号Ｃが負から正に変化する瞬間と正から負に変化する瞬間との間の期間によって決定される。第２の電子スイッチ４４は第２のデジタル信号Ｄ２を受信してオン／オフ状態を変更し、結合素子３４は制御信号Ｃを二次側から一次側のドライバ３６に送信する。ドライバ３６は制御信号Ｃを受信し増幅して、第１のデジタル信号Ｄ１を生成し、第１の電子スイッチ３８に送信する。したがって、電子スイッチ３８はオン／オフ状態を切り替えて、入力電圧ＶＩＮを受け取る変圧器２８を制御することによって出力電圧ＶＯと出力電流ＩＯを調節する。
図７および図８は、電気信号抽出器４０の別の回路図である。図７に示すように、電気信号抽出器４０は、ダイオード２９を介して変圧器２８の二次側に接続される分圧器４８の形状である、あるいは、変圧器２８の二次側に直接接続することができ、出力電圧ＶＯのフィードバック電圧ＤＶを捕捉することができる。図８に示すように、電気信号抽出器４０は、ダイオード２９を介して変圧器２８の二次側に接続される抵抗器５０である、あるいは、変圧器２８の二次側に直接接続することもできる。出力電流ＩＯが抵抗器５０を流れると、検出電圧ＤＳが抵抗器５０を介して生成される。
図９を参照すると、ドライバ３６は、比較器５２の正入力端子に接続される比較器５２および抵抗器５４を含み、抵抗器５４の他端は接地される。コントローラ４２は、切替制御回路５６、バイアス回路５８、緩衝器６０、インバータ６２、第３の電子スイッチ６４、第４の電子スイッチ６６を含む。切替制御回路５６は緩衝器６０とインバータ６２に接続され、それぞれ第３の電子スイッチ６４と第４の電子スイッチ６６に接続される。バイアス回路５８は第３の電子スイッチ６４に接続される。第３の電子スイッチ６４と第４の電子スイッチ６６は、結合素子３４を介して抵抗器５４に接続される。抵抗器５４と比較器５２の正入力間の信号をＲＸ信号と称し、結合素子３４と第３の電子スイッチ６４間の信号を信号ＴＸと称する。切替制御回路５６は、緩衝器６０とインバータ６２を通じて、オン／オフ状態が反対になるように第３の電子スイッチ６４と第４の電子スイッチ６６を制御する。フィードバック電圧ＤＶがコントローラ４２の基準電圧より小さいとき、切替制御回路５６は緩衝器６０およびインバータ６２を介して、第３の電子スイッチ６４をオンにし、第４の電子スイッチ６６をオフにする結果、電流がバイアス回路５８によって、第３の電子スイッチ６４、結合素子３４、抵抗器５４、結合素子３４を通って低電位ＶＳＳまで送られる。比較器５２はＲＸ信号を受信することによって、第１のデジタル信号Ｄ１を生成する。所与の期間後、切替制御回路５６は緩衝器６０およびインバータ６２を介して、第３の電子スイッチ６４をオフにし、第４の電子スイッチ６６をオンにするため、電流は結合素子３４、抵抗器５４、結合素子３４、第４の電子スイッチ６６を順次流れる。ＲＸ信号、ＴＸ信号、フィードバック電圧ＤＶ、第１のデジタル信号Ｄ１の波形を図１０に示す。図面に示すように、フィードバック電圧ＤＶが基準電圧より低いとき、デジタル信号Ｄ１の高電圧レベルは非常に短い遅延時間で生成される。
図９および図１１を参照すると、小型システムを実現するため、ドライバ３６、コントローラ４２、結合素子３４は１つのパッケージに組み込むことができる。図１１で示すように、パッケージは共に積層される第１の半導体チップ６８、誘電体層７０、第２の半導体チップ７２を含む。第１の半導体チップ６８はコントローラ部４２を含み、第２の半導体チップ７２はドライバ３６を含み、結合素子、たとえば、コンデンサは、第１の半導体チップ６８上の伝導層、誘電体層７０、第２の半導体チップ７２上の伝導層によって形成され、第１の半導体チップ６８と第２の半導体チップ７２の伝導層は金属層またはリードフレームとすることができる。結合素子３４が変圧器、圧電素子、または光結合素子であるとき、プリント回路版の実装面積と部品表（ＢＯＭ）コストを低減するため、類似の方法を使用して、結合素子をパッケージ構造に組み込むことができる。
図８では、電気信号抽出器４０は抵抗器５０である。コントローラ４２の基準電圧を２５０ｍＶと仮定すると、抵抗器５０を通る出力電流ＩＯのＤＣ成分は２．５アンペアである。つまり、正確な制御信号Ｃを出力するため、抵抗器５０の抵抗は０．１オームに設定しなければならない。しかしながら、抵抗器５０は主出力路に配置されるため、大きくしすぎることができない。さもなければ出力効果の損失が増加する。抵抗器が小さすぎると、コントローラ４２の基準電圧も小さくしなければならない。さもなければ、正確な制御出力信号Ｃを得るために、出力電流ＩＯのリップル信号を決定することができない。しかしながら、コントローラ４２の基準電圧が非常に小さく設定されると、回路設計が困難になるだろう。
図１２は、本発明の第５の実施形態に係る絶縁型コンバータの回路図である。図１２を参照すると、コンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータは入力端子７４に接続されて、入力電圧ＶＩＮを受け取る。このコンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータは一次側と二次側とを有する変圧器７６を備え、一次側は入力端子７４に接続され、二次側はダイオード７７、負荷７８、出力コンデンサ７９に接続される。ダイオード７７のアノードは変圧器７６の二次側に接続され、カソードは負荷７８と出力コンデンサ７９に接続される。変圧器７６の二次側にリップル信号が発生して、負荷７８を介して出力電圧ＶＯと出力電流ＩＯが生じる。このリップル信号はＡＣ成分とＤＣ成分を有する。リップル信号電圧の平均値は、ＤＣ成分の電圧値である。ＡＣ成分の電圧値は、リップル信号の電圧からＤＣ成分の電圧値を減算することによって得られる。ダイオード７７のカソード、変圧器７６の二次側と負荷７８はプロセッサ８０に接続され、プロセッサ８０はＡＣ成分の出力ＡＣ電圧Ａとリップル信号の出力電流ＩＯとを捕捉する。プロセッサ８０は、基準電圧が予め設定され、プロセッサ８０は出力電流ＩＯを処理電圧Ｋに変換する。出力電流ＩＯはＡＣ／ＤＣ信号であるため、処理電圧ＫもＡＣ／ＤＣ電圧信号であり、ＤＣ成分はＡＣ成分よりもずっと大きい。したがって、処理電圧ＫはＡＣ成分とＤＣ成分を含み、その平均電圧値はＤＣ成分の電圧値である。プロセッサ８０はフィードバック電圧ＤＶのＤＣ成分の電圧値を減算するフィルタ９２を利用することによって、ＡＣ成分のＡＣ電圧Ａを取得する。プロセッサ８０は予め処理電圧ＫのＤＣ成分の電圧値を、基準電圧と等しく、あるいは基準電圧よりもわずかに高く設定し、ＡＣ電圧Ａおよび処理電圧Ｋに応じて制御信号Ｃを生成する。たとえば、プロセッサ８０はＡＣ電圧Ａと処理電圧Ｋを結合して制御電圧ＣＶを生成し、これに基づき、基準電圧は制御信号Ｃを生成する。一次側と二次側間の送信媒体は電気、磁気、圧電、光コンポーネントとすることができる。プロセッサ８０はコンデンサ、変圧器、圧電素子、または光結合素子などの少なくとも１つの結合素子８２に接続され、結合素子８２は変圧器７６の一次側と二次側に接続されて、二次側から一次側に制御信号Ｃを送信する。入力端子７４、変圧器７６の一次側、結合素子８２はドライバ８４に接続されて、制御信号Ｃを受け取り、増幅してデジタル信号Ｄを送信する。変圧器７６の一次側とドライバ８４は、Ｎ−チャネルＭＯＳＦＥＴまたはバイポーラ接合トランジスタなどの電子スイッチ８６に接続され、該スイッチはデジタル信号Ｄを受信し，それに応じてオン／オフ状態を変更して、変圧器７６によって受け取られる入力電圧ＶＩＮを制御した後、ダイオード７７を介して出力電圧ＶＯおよび出力電流ＩＯを調節する。電子スイッチ８６のオン／オフ状態の期間は、制御信号Ｃが負から正に変化する瞬間と制御信号Ｃが正から負に変化する瞬間とによって決定される。たとえば、制御信号Ｃがクロック信号であれば、クロック信号が負から正に変化すると、クロック信号が正から負に変化するまで、電子スイッチ８６はオンになりその状態を維持する。すなわち、電子スイッチ８６のオン状態が終了し、電子スイッチ８６はオフになり、クロック信号が再び負から正に変化するまでオフ状態を維持する。つまり、電子スイッチ８６のオフ状態が終了して、再度オンになる。
ドライバ８４は入力端子７４から入力電圧ＶＩＮを受け取り、電子スイッチ８６に対して第１のパルス信号Ｐ１を生成し、電子スイッチ８６のオン／オフ状態を変更することで、変圧器７６によって受け取られる入力電圧ＶＩＮを制御して、ダイオード７７を通じてリップル信号、出力電圧ＶＯ、出力電流ＩＯを生成する。その後、プロセッサ８０は制御信号Ｃを生成し、結合素子８２を通じて制御信号Ｃをドライバ８４に送信するため、ドライバ８４は第１のパルス信号Ｐ１の生成を停止する。
図３Ｂおよび図１２を参照すると、プロセッサ８０は、電流−電圧コンバータ８８、分圧器９０、フィルタ９２、加算器９４、コントローラ９６を備える。電流−電圧コンバータ８８は負荷７８に接続され、出力電流ＩＯを取得して処理電圧Ｋに変換する。分圧器９０は低電位ＶＳＳ、ダイオード７７のカソード、変圧器７６の二次側、負荷７８に接続される。分圧器９０は出力電圧ＶＯを受け取り、フィードバック電圧ＤＶを捕捉する。フィルタ９２は分圧器９０に接続されて、フィードバック電圧ＤＶを受け取り、フィルタリングしてＡＣ電圧Ａを生成する。加算器９４はフィルタ９２と電流−電圧コンバータ８８に接続されて、ＡＣ電圧Ａと処理電圧Ｋを受け取り、結合して制御電圧ＣＶを生成する。所定基準電圧と所定期間Ｔｍｉｎを有するコントローラ９６は、低電位ＶＳＳ、結合素子８２、加算器９４、変圧器７６の二次側、負荷７８に接続されて、制御電圧ＣＶを受け取り、基準電圧で制御信号Ｃを生成する。所定期間Ｔｍｉｎ内で制御電圧ＣＶが基準電圧未満であるとき、制御信号Ｃは少なくとも１サイクルの第２のパルス信号Ｐ２であり、第２のパルス信号の各第１の半サイクルの電圧は高電圧レベルであり、各第２の半サイクルの電圧は低電圧レベルである。その後、所定期間Ｔｍｉｎの最後で、制御電圧ＣＶが基準電圧より大きいとき、制御信号Ｃは低電圧レベルである。電流−電圧変換器８８は抵抗器９８および増幅器１００を備える。抵抗器９８は負荷７８と低電位ＶＳＳに接続され、出力電流ＩＯが抵抗器９８を流れて、抵抗器９８を渡る検出電圧ＤＳを生成する。増幅器１００は加算器９４、負荷７８、抵抗器９８に接続され、検出電圧ＤＳを受け取り、増幅して、処理電圧Ｋを生成する。
本実施形態の動作時、まず、ドライバ８４が入力端子７４から入力電圧ＶＩＮを受け取り、電子スイッチ８６に第１のパルス信号Ｐ１を生成することによって、電子スイッチ８６のオン／オフ状態が変更され、変圧器７６によって受け取られる入力電圧ＶＩＮを制御して、ダイオード７７を介して変圧器７６の二次側にリップル信号を生成すると同時に、負荷７８を介して出力電圧ＶＯと出力電流ＩＯを生成し、変圧器７６を介してコントローラ９６に電力を供給する。その後、出力電流は抵抗器９８を流れて、抵抗器９８を介して検出電圧ＤＳを生成する。また、分圧器９０は出力電圧ＶＯを受け取り、出力電圧ＶＯのフィードバック電圧ＤＶを捕捉する。増幅器１００が検出電圧ＤＳを受け取り増幅して、処理電圧Ｋを生成する一方、フィルタ９２はフィードバック電圧ＤＶを受け取りフィルタリングしてＡＣ電圧Ａを生成する。その後、加算器９４はＡＣ電圧Ａを受け取り、処理電圧Ｋと結合させて制御電圧ＣＶを生成する。コントローラ９６は制御電圧ＣＶを受け取り、基準電圧で制御信号Ｃを生成する。たとえば、制御電圧ＣＶが基準電圧未満であるとき、所定期間Ｔｍｉｎ内の制御信号Ｃは、少なくとも１サイクルの第２のパルス信号Ｐ２である。その後、所定期間Ｔｍｉｎの最後で、制御電圧ＣＶが基準電圧より大きいとき、制御信号Ｃは低電圧レベルである。コントローラ９６は、制御信号Ｃの負から正への変化と正から負への変化の間の期間を使用して、電子スイッチ８６のオン／オフ状態の期間を設定する。結合素子８２が、二次側から一次側のドライバ８４まで制御信号Ｃを送信する。ドライバ８４は制御信号Ｃを受信すると、第１のパルス信号Ｐ１の生成を停止し、制御信号Ｃを増幅してデジタル信号Ｄを生成する。最後に、電子スイッチ８６はデジタル信号Ｄを受信して、それに応じてオン／オフ状態を変更し、変圧器７６によって受け取られる入力電圧ＶＩＮを制御した後、ダイオード７７を介して出力電圧ＶＯと出力電流ＩＯを調節する。
図１３は、電子スイッチ８６を通る電流Ｍ、ダイオード７７を通る電流ＤＩ、デジタル信号Ｄ、検出電圧ＤＳの波形を示す。リップル信号のＡＣ電圧Ａ信号はフィードバック電圧ＤＶから生成されるが、検出電圧ＤＳまたは二次ダイオード電流ＤＩから取得することもできる。また、図８および基準電圧と出力電流ＩＯの初期設定を参照すると、抵抗器５０の抵抗は０．１オームに設定しなければならない。しかしながら、本実施形態では、分圧器９０、フィルタ９２、加算器９４、増幅器１００を使用することによって、抵抗器９８の抵抗は、２５ｍＶの基準電圧と２．５アンペアの出力電流ＩＯのＤＣ成分に合致するように１０ミリオームに設定することができる。よって、出力効率の損失が低減され、コントローラ９６の基準電圧を非常に小さく設定する必要がないため、コントローラ９６の回路を設計しやすい。
図１４は、本発明の第６の実施形態に係る絶縁型コンバータの回路図である。電流−電圧コンバータ８８が抵抗器９８と増幅器１００から成る第５の実施形態と異なり、本実施形態では、電流−電圧コンバータ８８は負荷７８に接続されて出力電流ＩＯを取り出すホール素子であり、適切な磁界を調節することによって、出力電流ＩＯは処理電圧Ｋに変換される。システムの他のコンポーネントは第５の実施形態と同じである。
再度図４を参照すると、起動モード中、第１の電子スイッチ３８がドライバ３６によって生成される第１のパルス信号Ｐ１を受け取るため、スイッチのオン／オフ状態が変更されて、変圧器２８によってコントローラ４２に供給される電力を制御することで、コントローラ４２は制御信号Ｃおよび第２のデジタル信号Ｄ２を同期生成する。理論上、第１の電子スイッチ３８と第２の電子スイッチ４４は、オン／オフ状態が反対になるように、制御信号Ｃと第２のデジタル信号Ｄ２をそれぞれ受信する。しかしながら、結合部材３４がダメージを負っている場合、二次側から一次側に制御信号Ｃを送信することができない。ドライバ３６は制御信号Ｃを受信しないため、第１の電子スイッチ３８への第１のパルス信号Ｐ１を生成し続ける。その結果、第１の電子スイッチ３８と第２の電子スイッチ４４が同期することができず、同時にオンになり、システム全体にダメージを及ぼす場合がある。
上述の問題は、本発明の第７の実施形態に係る図１５のシステムによって解決される。図１５に示すように、コンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータは入力端子１０２に接続されて、入力電圧ＶＩＮを受け取る。コンスタント・オン・タイムコンバータは、入力端子１０２に接続される一次側と出力コンデンサ１０５に接続される二次側を有する変圧器１０４と、出力電圧ＶＯおよび出力電流ＩＯを、介して印加する負荷１０６とを備える。変圧器１０４の一次側と入力端子１０２はドライバ１０８に接続されて、入力電圧ＶＩＮを受け取ることによって順次複数の起動信号Ｗを生成する。ドライバ１０８は、コンデンサ、変圧器、圧電素子、または光結合素子などの少なくとも１つの結合素子１１０に接続され、結合素子１１０は変圧器１０４の一次側と二次側に接続されて、起動信号Ｗを二次側に送信する。結合素子１１０、変圧器１０４の二次側、低電位ＶＳＳ、出力コンデンサ１０５、負荷１０６はプロセッサ１１２に接続され、該プロセッサが出力電圧ＶＯまたは出力電流ＩＯと起動信号Ｗとを受け取り、制御信号Ｃを生成し、結合素子１１０を介してドライバ１０８に送信することによって、ドライバ１０８は制御信号Ｃを増幅して第１のデジタル信号Ｄ１を生成する。変圧器１０４の一次側とドライバ１０８はＮ−チャネルＭＯＳＦＥＴまたはバイポーラ接合トランジスタなどの第１の電子スイッチ１１４に接続され、第１のデジタル信号Ｄ１を受信して、それに応じてオン／オフ状態を変更し、入力端子１０２から変圧器１０４によって受け取られる入力電圧ＶＩＮを制御することによって出力電圧ＶＯと出力電流ＩＯを調節する。具体的には、第１の電子スイッチ１１４がオンになるとき、変圧器１０４はエネルギーを貯蔵し始めるため出力電圧は低下する。第１の電子スイッチ１１４がオフになると、変圧器１０４がエネルギーを解放し始めるため、出力電圧は増大する。また、第１の電子スイッチ１１４のオン／オフ期間は、二次側の制御信号Ｃが負から正に交差する瞬間と、制御信号Ｃが正から負に交差する瞬間とによって決定される。たとえば、制御信号Ｃがクロック信号である場合、制御信号Ｃが負から正に交差すると、第１の電子スイッチ１１４はオンになり、クロック信号が正から負に交差するまでオン状態を維持する。このとき、第１の電子スイッチのオン状態が終了してオフになり、クロック信号が負から正に交差するまでオフ状態を維持する。すなわち、オフ状態が終了すると、第１の電子スイッチ１１４は再びオンになる。ドライバ１０８は入力端子１０２から入力電圧ＶＩＮを受け取り、第１の電子スイッチ１１４に対して第１のパルス信号Ｐ１を生成する。したがって、第１の電子スイッチ１１４はそれに応じてオン／オフ状態を変更して、変圧器１０４によって受け取られる入力電圧ＶＩＮを制御し、負荷１０６を流れる出力電圧ＶＯと出力電流ＩＯを生成し、変圧器１０４を介して、プロセッサ１１２に電力を供給して制御信号Ｃを生成する。第１の電子スイッチ１１４がオンになると、変圧器１０４はエネルギーを貯蔵し、出力コンデンサ１０５はエネルギーをプロセッサ１１２に供給して、制御信号Ｃを生成し、出力電圧ＶＯと出力電流ＩＯを生成する。第１の電子スイッチ１１４がオフになると、変圧器１０４は貯蔵されたエネルギーを出力コンデンサ１０５に解放し始め、エネルギーをプロセッサ１１２に供給して制御信号Ｃを生成する結果、変圧器１０４は出力電圧ＶＯと出力電流ＩＯを生成する。次に、ドライバ１０８は、結合素子１１０を介して制御信号Ｃを受信すると、第１のパルス信号Ｐ１と起動信号Ｗの生成を停止する。
図１５では、プロセッサ１１２は、電気信号抽出器１１６およびコントローラ１１８を備える。電気信号抽出器１１６は、低電位ＶＳＳ、変圧器１０４の二次側、負荷１０６に接続されて、出力電流ＩＯに対応する出力電圧ＶＯまたは検出電圧ＤＥを捕捉する。コントローラ１１８は結合素子１１０、変圧器１０４の二次側、電気信号抽出器１１６に接続されて、検出電圧ＤＥと起動信号Ｗを受け取り、次いで、検出電圧信号ＤＥおよび起動信号Ｗに基づき制御信号Ｃを生成する。図１５および図１６を参照すると、コントローラ１１８は基準電圧が予め決定され、検出電圧ＤＥが基準電圧より小さいとき、所定期間Ｔｍｉｎ内の制御信号Ｃは、少なくとも１サイクルの第２のパルス信号Ｐ２であり、第２のパルス信号Ｐ２の各第１の半サイクルの電圧は高電圧レベルであり、各第２の半サイクルの電圧は低電圧レベルである。その後、所定期間Ｔｍｉｎの最後で、検出電圧ＤＥが基準電圧より大きいとき、制御信号Ｃは低電圧レベルである。
Ｎ−チャネルＭＯＳＦＥＴなどの第２の電子スイッチ１２０は、変圧器１０４の二次側、負荷１０６、コントローラ１１８、低電位ＶＳＳ、電気信号抽出器１１６に接続される。コントローラ１１８は、制御信号Ｃを生成すると、検出電圧信号ＤＥおよび起動信号Ｗに基づき第２の電子スイッチ１２０に対して第２のデジタル信号Ｄ２も生成することによって、第２の電子スイッチ１２０のオン／オフ状態を変更する結果、第１の電子スイッチ１１４と第２の電子スイッチ１２０は反対のオン／オフ状態をとる、あるいは両方ともオフになる。したがって、変圧器１０４は入力電圧ＶＩＮを受け取り、出力電圧ＶＯと出力電流ＩＯを調節する。
第７の実施形態の起動動作を以下のとおり説明する。第１に、ドライバ１０８は入力端子１０２から入力電圧ＶＩＮを受け取り、第１の電子スイッチ１１４に対して第１のパルス信号Ｐ１を生成することによって、それに応じて電子スイッチ１１４のオン／オフ状態を変更して、変圧器１０４によって受け取られる入力電圧ＶＩＮを制御し、第２の電子スイッチ１２０を通じて負荷１０６上に出力電圧ＶＯと出力電流ＩＯを生成する。一方、第１のパルス信号Ｐ１に基づき、第１の電子スイッチ１１４は変圧器１０４を介してエネルギーをコントローラ１１８に提供し、ドライバ１０８は入力電圧を使用して起動信号Ｗを生成する。その後、電気信号抽出器１１６は出力電流ＩＯに対応する出力電圧ＶＯまたは検出電圧ＤＥを捕捉して、コントローラ１１８に送信する。コントローラ１１８は結合素子１１０を通じて起動信号Ｗと、検出電圧ＤＥとを受け取り、変圧器１０４によって供給されるエネルギーでそれに応じて制御信号Ｃおよび第２のデジタル信号Ｄ２を生成し、制御信号Ｃが負から正を交差する瞬間と制御信号が正から負を交差する瞬間との間の期間を使用して、第１の電子スイッチ１１４の切替オン／オフ状態の期間を決定する。その後、第２の電子スイッチ１２０は第２のデジタル信号Ｄ２を受信して、オン／オフ状態を変更し、結合素子１１０は二次側から一次側のドライバ１０８に制御信号Ｃを送信する。ドライバ１０８は、制御信号Ｃを受信すると、第１のパルス信号Ｐ１および起動信号Ｗの生成を停止し、制御信号Ｃを増幅して第１のデジタル信号Ｄ１を生成する。最後に、第１の電子スイッチ１１４は第１のデジタル信号Ｄ１を受け取り、それに応じてオン／オフ状態を変更して、変圧器１０４によって受け取られる入力電圧ＶＩＮを制御することによって出力電圧ＶＯと出力電流ＩＯを調節する。
図１５および図１７を参照すると、結合素子１１０とドライバ１０８間の信号はＲＸ信号と称され、結合部材１１０とコントローラ１１８間の信号はＴＸ信号と称され、ＴＸ信号は制御信号Ｃも表す。期間Ｔ１中、ＲＸ信号は複合起動信号Ｗを表し、コントローラ１１８はまだ起動信号Ｗを受信していないため、ＴＸ信号は生成されない。次に、期間Ｔ２では、コントローラ１１８は起動信号Ｗを受け取るため、制御信号Ｃを生成して、結合素子１１０を通じてドライバ１０８に送信する。したがって、このとき、信号ＲＸはＴＸ信号と同期化される。一方、結合素子１１０がダメージを負っている場合、結合素子１１０を通じてコントローラ１１８に起動信号Ｗを送信することができない。コントローラ１１８は、起動信号Ｗを受け取らない場合、制御信号Ｃと第２のデジタル信号Ｄ２を生成することができないため、システム全体が動作しないので、システムへのダメージが回避される。
図２では、システムが不連続モードで動作する際、第１の電子スイッチ３８の切替周波数は式（１）によって表される。
ただし、ＶＩＮは入力電圧であり、ＶＯは出力電圧であり、ＩＯは出力電流であり、Ｌは変圧器２８のインダクタンスであり、ｔｏｎは第１の電子スイッチ３８がオンになるときのオン期間である。負荷３１が変更されないとき、ｔｏｎも変更されなければ、切替周波数ｆは入力電圧ＶＩＮに反比例する。よって、入力電圧ＶＩＮが増大すると、切替周波数はそれに応じて低下する。しかしながら、切替周波数が低すぎるとき、変圧器２８は飽和し、インダクタンスが生じず、焼損することになる。
図１８〜２０は、様々な入力電圧に対する切替周波数の変更度を低減して、システムへのダメージを回避することができる本発明の第８の実施形態を示す。本発明のコンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータは入力端子１２２に接続されて、入力電圧ＶＩＮを受け取る。このコンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータは、一次側と二次側とを有する変圧器１２４を備え、一次側は入力端子１２２に接続され、二次側は負荷１２８と並列に出力コンデンサ１２６に接続される。ドライバ１３０は入力端子１２２に接続されて、入力電圧ＶＩＮを受け取り、第１のパルス信号Ｐ１を生成する。ドライバ１３０と変圧器１２４の一次側はＮ−チャネルＭＯＳＦＥＴまたはバイポーラ接合トランジスタなどの第１の電子スイッチ１３２に接続され、該スイッチは第１のパルス信号Ｐ１を受信して、それに応じてオン／オフ状態を変更することで、変圧器１２４によって受け取られる入力電圧ＶＩＮを制御して、負荷１２８を介して出力電圧ＶＯおよび出力電流ＩＯを生成すると共に、変圧器１２４の二次側で生成される入力電圧ＶＩＮを含むサンプリング電圧ＳＭも制御する。プロセッサ１３４は変圧器１２４の二次側と負荷１２８との間に接続され、第１の基準電圧ＶＲ１と期間Ｔｍｉｎが予め設定される。プロセッサ１３４は出力電圧ＶＯまたは出力電流ＩＯとサンプリング電圧ＳＭを受け取り、出力電流ＩＯまたは出力電圧ＶＯに対応する検出電圧ＤＥを捕捉する。検出電圧ＤＥが第１の基準電圧ＶＲ１未満であるとき、プロセッサ１３４はサンプリング電圧ＳＭの入力電圧ＶＩＮに応じて、所定期間Ｔｍｉｎ内に第２のパルス信号Ｐ２を生成する。この第２のパルス信号Ｐ２は少なくとも１サイクルであり、各第１の半サイクルの電圧は高電圧レベルであり、各第２の半サイクルは低電圧レベルである。プロセッサ１３４とドライバ１３０は結合素子１３６に接続され、該結合素子はコンデンサ、変圧器、圧電素子、または光結合素子とすることができる。結合素子１３６は一次側と二次側の間に配置され、結合素子１３６は一次側のドライバ１３０で第２のパルス信号Ｐ２を送信して、ドライバ１３０が第１のパルス信号Ｐ１を生成するのを停止する。ドライバ１３０は第２のパルス信号Ｐ２をさらに増幅して第１のデジタル信号Ｄ１を生成し、第１のデジタル信号Ｄ１を第１の電子スイッチ１３２に送信する。第１の電子スイッチ１３２はそれに応じてオン／オフ状態を変更して、入力端子１２２から変圧器１２４によって受け取られる入力電圧ＶＩＮを制御し、出力電圧ＶＯと出力電流ＩＯを調節する。第１の電子スイッチ１３２のオン／オフ状態の期間は、二次側の第２のパルス信号Ｐ２が負から正に交差する瞬間と、正から負に交差する瞬間とによって決定される。たとえば、第２のパルス信号Ｐ２がクロック信号であるとき、パルス信号Ｐ２が負から正に交差する時点で、第１の電子スイッチ１３２はオンになり、クロック信号が正から負に交差するまでオン状態を維持する。すなわち、第１の電子スイッチのオン状態が終了しオフになる。第１の電子スイッチは、クロック信号が負から正に交差するまでオフ状態を維持するため、第１の電子スイッチ１３２は再びオンになる。第１の電子スイッチ１３２のオン／オフ状態の期間は入力電圧ＶＩＮに依存する第２のパルス信号Ｐ２に依存するため、入力電圧ＶＩＮが高いほど、第１の電子スイッチ１３２がオン状態を維持する時間が短くなり、入力電圧が低いほど、第１の電子スイッチ１３２がオン状態を維持する時間が長くなるように、第２のパルス信号Ｐ２と入力電圧ＶＩＮの設定を調節することができる。
図１８に示すように、プロセッサ１３４は、電気信号抽出器１３８、オンタイムレギュレータ１４０、コントローラ１４２を備える。電気信号抽出器１３８は低電位ＶＳＳ、変圧器１２４の二次側、負荷１２８に接続されて、出力電圧ＶＯまたは出力電流ＩＯを受け取り、検出電圧ＤＥを抽出する。オンタイムレギュレータ１４０は変圧器１２４の二次側に接続されて、サンプリング電圧ＳＭを受け取り捕捉する。コントローラ１４２は、低電位ＶＳＳ、オンタイムレギュレータ１４０、結合素子１３６、変圧器１２４の二次側、電気信号抽出器１３８に接続される。コントローラ１４２は第１の基準電圧ＶＲ１と期間Ｔｍｉｎを予め設定され、検出電圧ＤＥを受け取る。検出電圧ＤＥが第１の基準電圧ＶＲ１未満であるとき、コントローラ１４２は所定期間Ｔｍｉｎに対応する第２のパルス信号Ｐ２とクロック信号ｃｌｋを生成する。システムが不連続モードで動作しているとき、第１の電子スイッチ１３２の切替周波数は式（２）によって表される。
ただし、ＶＩＮは入力電圧であり、ＶＯは出力電圧であり、ＩＯは出力電流であり、Ｌは変圧器１２４のインダクタンスであり、ｔｏｎは第１の電子スイッチ１３２がオン状態を維持する時間である。切替周波数が低すぎるときに変圧器２８が飽和するのを回避するため、本実施形態では、入力電圧が高いほど、第１の電子スイッチ１３２のオンタイムが短くなり、その逆もまた可であるため、異なる入力電圧ＶＩＮにより切替周波数の変化を低減させる。
クロック信号ｃｌｋは、第２のパルス信号Ｐ２が負から正に交差するときは正パルス信号であり、他のときは低レベル信号である。オンタイムレギュレータ１４０はクロック信号ｃｌｋを受信し、入力電圧ＶＩＮと共に、第３のパルス信号Ｐ３を生成してコントローラ１４２に送信する結果、第３のパルス信号Ｐ３が負から正に変化すると、第２のパルス信号Ｐ２が正から負に変化し、少なくとも所定期間Ｔｍｉｎの終了まで負状態を維持し、次いで、クロック信号が次の正パルス信号として発生すると、第２のパルス信号Ｐ２が再び負から正に変化する。Ｎ−チャネルＭＯＳＦＥＴなどの第２の電子スイッチ１４４は変圧器１２４の二次側と負荷１２８との間、さらにはコントローラ１４２に接続される。コントローラ１４２は、第２のパルス信号Ｐ２を生成すると、それに応じて第２の電子スイッチ１４４に対して第２のデジタル信号Ｄ２を生成する結果、第１の電子スイッチ１３２と第２の電子スイッチ１４４のオン／オフ状態が反対となる、あるいは両方ともオフとなる。入力電圧ＶＩＮを捕捉するため、オンタイムレギュレータ１４０は変圧器１２４の二次側の任意のノードに接続することができる。たとえば、第２の電子スイッチ１４４と変圧器１２４の間に接続することができ、第２の電子スイッチ１４４がオフであるとき、オンタイムレギュレータ１４０は第２の電子スイッチ１４４と変圧器１２４との間でサンプリング電圧ＳＭを受け取る。
図１９に示すように、オンタイムレギュレータ１４０は、サンプルホルダ１４６、従属電流源１４８、第３の電子スイッチ１５０、コンデンサ１５２、比較器１５４を備える。サンプルホルダ１４６は変圧器１２４の二次側に接続されて、サンプリング電圧ＳＭを受け取り捕捉する。従属電流源１４８はサンプルホルダ１４６に接続されて、サンプリング電圧ＳＭを受け取って、サンプリング電圧ＳＭの入力電圧ＶＩＮに基づき従属電流を生成する。入力電圧が高いときに第１の電子スイッチのオン状態時間を短くする、あるいはその逆を達成するために、従属電流源は、入力電圧が高いほど従属電流を高くし、入力電圧が低いほど従属電流を低くするように設計される。第３の電子スイッチ１５０は、コントローラ１４２とクロック信号ｃｌｋを受信する従属電流源１４８とに接続され、正パルス信号が発生するときにオンとなるが、他のときはオフとなる。コンデンサ１５２は第３の電子スイッチ１５０と並列に接続され、第３の電子スイッチ１５０のオン／オフ状態に応じて従属電流を受け取る従属電流源１４８と直列に接続されて、従属電圧ＰＶを貯蔵する。コンデンサ１５２は比較器１５４とコントローラ１４２を制御し、負入力端子で第２の基準電圧ＶＲ２を、正入力端子で従属電圧ＰＶを受信することによって、第３のパルス信号Ｐ３を生成する。
図１８のシステムの動作の起動モードを以下の通り説明する。第１に、ドライバ１３０は入力端子１２２から入力電圧ＶＩＮを受け取り、第１の電子スイッチ１３２に対する第１のパルス信号Ｐ１を生成して、それに応じてオン／オフ状態を変更し、変圧器１２４によって受け取られる入力電圧ＶＩＮを制御することで、第２の電子スイッチ１４４を介して負荷１２８上で出力電圧ＶＯと出力電流ＩＯを生成する。一方、第１のパルス信号Ｐ１は第１の電子スイッチ１３２のオン／オフ状態を変更して、変圧器１２４の二次側で生成された入力電圧ＶＩＮを含むサンプリング電圧ＳＭを制御する。第１のパルス信号Ｐ１が高レベル信号であるとき、第１の電子スイッチ１３２はオンになり、変圧器１２４がエネルギーを貯蔵する一方、出力コンデンサ１２６はエネルギーを供給して、出力電圧ＶＯと出力電流ＩＯを生成する。第１のパルス信号Ｐ１が低レベル信号であるとき、第１の電子スイッチ１３２がオフになり、変圧器１２４がエネルギーを解放して出力電圧ＶＯ、出力電流ＩＯ、サンプリング電圧ＳＭを生成する一方、エネルギーは出力コンデンサ１２６に貯蔵される。
その後、電子信号抽出器１３８は、出力電圧ＶＯまたは出力電流ＩＯのいずれかに対応する検出電圧ＤＥを捕捉して、その検出電圧をコントローラ１４２に送る。コントローラ１４２は検出電圧ＤＥを受け取り、検出電圧ＤＥが第１の基準電圧ＶＲ１未満であるとき、コントローラ１４２は所定期間Ｔｍｉｎ中、第２のパルス信号Ｐ２とそれに対応するクロック信号ｃｌｋとを生成するとともに、第２のパルス信号Ｐ２に応じて第２のデジタル信号Ｄ２を生成し、第２の電子スイッチ１４４に送信して該スイッチのオン／オフ状態を変更する。一方、オンタイムレギュレータ１４０は動作を開始し、第２の電子スイッチ１４４はオフ状態である。第１のサンプルホルダ１４６はサンプリング電圧ＳＭを受け取るため、サンプリング電圧ＳＭから入力電圧ＶＩＮを捕捉する。その後、従属電流源１４８は入力電圧ＶＩＮを受け取り、それに応じて従属電流を生成する。クロック信号ｃｌｋは正パルス信号であるため、第２のパルス信号Ｐ２が負から正に変化し、低レベル信号であり、第３の電子スイッチ１５０は、クロック信号ｃｌｋを受信すると、正パルス信号が発生するときのみオンとなり、それ以外のときはオフ状態を維持する。言い換えると、第２のパルス信号Ｐ２の開始時、第３の電子スイッチ１５０はオンになるため、コンデンサ１５２の電圧はゼロとなり、従属電流はコンデンサ１５２を従属電圧ＰＶまで充電する。最後に、比較器１５４は、第２の基準電圧ＶＲ２と従属電圧ＰＶを受け取って第３のパルス信号Ｐ３を生成する。従属電圧ＰＶが第２の基準電圧ＶＲ２に等しいとき、第３のパルス信号Ｐ３は負から正に変化し、次にコントローラ１４２が第２のパルス信号Ｐ２を正から負に変化させると、第２のパルス信号Ｐ２は所定期間Ｔｍｉｎの最後まで負状態を維持し、クロック信号ｃｌｋの正パルス信号が発生すると、第２のパルス信号Ｐ２が負から正に変化する。第２のパルス信号Ｐ２は結合素子１３６を通じて二次側から一次側のドライバ１３０に送信されるため、ドライバ１３０は第１のパルス信号Ｐ１の生成を停止する。最後に、ドライバ１３０は第２のパルス信号Ｐ２を増幅し、第１のデジタル信号Ｄ１を生成し、第１の電子スイッチ１３２に送信して、それに応じてオン／オフ状態を変更し、変圧器１２４によって受け取られる入力電圧ＶＩＮを制御することによって、出力電圧ＶＯと出力電流ＩＯを調節する。具体的には、第１のデジタル信号Ｄ１が低レベル信号であるとき、第１の電子スイッチ１３２はオフ状態であるため、変圧器１２４は出力電圧ＶＯと出力電流ＩＯを増大させる。第１のデジタル信号Ｄ１が高レベル信号であるとき、第１の電子スイッチ１３２はオンになり、変圧器１２４が出力電圧ＶＯと出力電流ＩＯを減少させる。
図２および式（１）を参照すると、負荷３１が軽負荷であるとき、ＩＯは低下するため、切替周波数もそれに応じて低下する。切替周波数が２０−２０キロヘルツ（Ｈｚ）に達すると、人間の耳によって容易に検出することができる。この問題を回避するため、負荷３１が軽負荷であるときは常に、ｔｏｎを低減させる必要がある。これについて、図２１〜２３に示す本発明の第９の実施形態において説明する。
図２１に示すように、コンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータが入力端子１５６に接続され、入力電圧ＶＩＮを受け取り、入力端子１５６に接続される一次側と出力コンデンサ１６０に接続される二次側とを有する変圧器１５８を備え、変圧器１５８は低電位ＶＳＳと負荷１６２に接続され、出力電圧ＶＯと出力電流ＩＯを含む出力信号が負荷１６２を流れる。変圧器１５８の二次側と負荷１６２が、期間Ｔｍｉｎ、第１の基準電圧ＶＲ１、低閾値周波数、高閾値周波数が予め決定されたプロセッサ１６４に接続される。プロセッサ１６４は負荷１６２から出力信号を受信し、出力信号から第１の検出電圧ＤＥ１と第２の検出電圧ＤＥ２を順次捕捉する。第１の検出電圧ＤＥ１が第１の基準電圧ＶＲ１未満であるとき、プロセッサ１６４は、所定期間Ｔｍｉｎ内に第１のパルス信号Ｐ１と同一周波数の同期した第１のクロック信号ｃｌｋ１とを生成する。その後、第２の検出電圧ＤＥ２が第１の基準電圧ＶＲ１未満であるとき、第１のクロック信号ｃｌｋ１の少なくとも１つの周波数Ｆ、低閾値周波数、高閾値周波数に基づき、プロセッサ１６４は所定期間Ｔｍｉｎ内に第２のパルス信号Ｐ２と同期した同一周波数の第２のクロック信号ｃｌｋ２とを生成する。第２のパルス信号Ｐ２は少なくとも１サイクルであり、第２のパルス信号Ｐ２の各第１の半サイクルの電圧は高電圧レベルであり、各第２の半サイクルの電圧は低電圧レベルである。プロセッサ１６４は少なくとも１つの結合素子１６６に接続され、該結合素子はコンデンサ、変圧器、圧電素子、または光結合素子とすることができる。結合素子１６６は変圧器１５８の一次側と二次側の両方に接続され、二次側から一次側に第１のパルス信号Ｐ１と第２のパルス信号Ｐ２を順次送信する。変圧器１５８の一次側と結合素子１６６はドライバ１６８に接続され、該ドライバは第１のパルス信号Ｐ１と第２のパルス信号Ｐ２を順次受信して、それらの信号を増幅し、第１のデジタル信号Ｄ１と第２のデジタル信号Ｄ２をそれぞれ生成する。変圧器１５８の一次側とドライバ１６８は、Ｎ−チャネルＭＯＳＦＥＴまたはバイポーラ接合トランジスタなどの第１の電子スイッチ１７０に接続される。第１の電子スイッチ１７０は第１のデジタル信号Ｄ１と第２のデジタル信号Ｄ２を順次受信し、それに応じてオン／オフ状態を変更して、入力端子１５６から受け取る入力電圧ＶＩＮを制御することによって出力信号を調節する。第１の電子スイッチ１７０のオン／オフ状態の期間が、第１のパルス信号Ｐ１が負から正に変化する瞬間と第１のパルス信号Ｐ１が正から負に変化する瞬間との間、あるいは第２のパルス信号Ｐ２が負から正に変化する瞬間と第２のパルス信号Ｐ２が正から負に変化する瞬間との間として決定される。たとえば、第１のパルス信号Ｐ１はクロック信号であり、負から正に変化すると、第１の電子スイッチ１７０はオンになり、クロック信号が正から負に移行するまでオン状態を維持する。すなわち、オン状態が終了すると、電子スイッチ１７０がオフになり、クロック信号が負から正に変化するまでオフ状態を維持し、オフ状態が終了すると、電子スイッチ１７０が再びオンになる。同様に、第２のパルス信号Ｐ２はクロック信号であり、負から正に変化すると、第１の電子スイッチ１７０はオンになり、クロック信号が正から負に変化するまでオン状態を維持し、第１の電子スイッチ１７０のオン状態が終了すると、電子スイッチ１７０はオフになる。電子スイッチ１７０は、再度クロック信号が負から正に変化するまでオフ状態を維持する。すなわち、第１の電子スイッチ１７０のオフ状態が終了すると、電子スイッチ１７０が再度オンになる。
第１の電子スイッチ１７０が不連続モードで動作しているとき、切替周波数は式（３）によって表される。
ただし、ＶＩＮは入力電圧であり、ＶＯは出力電圧であり、ＩＯは出力電流であり、Ｌは変圧器１５８のインダクタンスであり、ｔｏｎは第１の電子スイッチ１７０のオン状態の時間である。切替周波数が人間の可聴域まで落ちてノイズ問題を引き起こすことを回避するため、唯一の周波数Ｆが低閾値周波数よりも低い、すなわち、第１の電子スイッチ１７０が第１のデジタル信号Ｄ１を受信し、オンになる場合、図２１の絶縁型コンバータの設計では、第１の電子スイッチ１７０のオンタイムｔｏｎを、第２のデジタル信号Ｄ２によって制御されるときよりも第１のデジタル信号Ｄ１によって制御されるときの方を長くすることができる。一方、Ｆが高閾値周波数より高い場合、第１のデジタル信号Ｄ１によって制御される電子スイッチ１７０のオンタイムｔｏｎは、第２のデジタル信号Ｄ２によって制御されるときの電子スイッチ１７０のオンタイムよりも短い。したがって、第１の電子スイッチ１７０が第１のデジタル信号Ｄ１を受信し、切替周波数が可聴域へ低下する場合、第２のデジタル信号Ｄ２を受信すると、切替周波数は可聴域外となり、ノイズ問題が解決される。
複数の周波数Ｆが存在するとき、プロセッサ１６４は、低閾値、高閾値、第１のパルス信号Ｐ１に対応する初期値、計数条件を含む複数の特徴を有する。計数条件によると、周波数Ｆが低閾値周波数未満であるとき、初期値は１だけ増加し、周波数Ｆが高閾値周波数より高いとき、初期値は１だけ減少する。プロセッサ１６４は低閾値周波数または高閾値周波数と計数条件を使用して、各周波数Ｆを順次評価して合計値を取得する。また、高閾値よりも大きい合計値は高閾値に切り捨てられ、低閾値未満である合計値は低閾値に切り上げられる。さらに、初期値、低閾値、高閾値、合計値はすべて、ゼロより大きい、またはゼロと等しく、少なくとも１以上のバイナリビットによって表される。たとえば、低閾値が００であり、高閾値が１１であり、初期値が００である場合、５つの周波数Ｆはそれぞれ、低閾値周波数より低く、高閾値周波数より高く、低閾値周波数より低く、高閾値周波数より高く、低閾値周波数より低く、その結果、合計値は０１となる。低閾値、高閾値、初期値は同じ値であるが、高閾値周波数よりも高い５つの異なる周波数Ｆを使用すると、合計値は低閾値よりも小さくなるため、合計値は００である。再度、同一のパラメータと、低閾値周波数よりも低い５つの異なる周波数Ｆのセットとを使用すると、合計値は高閾値よりも大きくなるため、合計値は１１である。
プロセッサ１６４は、合計値に応じて第２のパルス信号Ｐ２と第２のクロック信号ｃｌｋ２を生成する。同様に、切替周波数が可聴域内にあるときのノイズを低減するため、合計値が初期値よりも大きいとき、第１のデジタル信号Ｄ１によって制御される第１の電子スイッチ１７０のオンタイムは、第２のデジタル信号Ｄ２によって制御される第１の電子スイッチ１７０のオンタイムよりも長い。合計値が初期値未満であるとき、第１のデジタル信号Ｄ１によって制御される第１の電子スイッチ１７０のオンタイムは、第２のデジタル信号Ｄ２によって制御される第１の電子スイッチ１７０のオンタイムよりも短い。合計値が初期値に等しいとき、第１のデジタル信号Ｄ１によって制御される第１の電子スイッチ１７０のオンタイムは、第２のデジタル信号Ｄ２によって制御される第１の電子スイッチ１７０のオンタイムと等しい。また、合計値と初期値との差が大きいほど、第１のデジタル信号Ｄ１によって制御される第１の電子スイッチ１７０のオンタイムと第２のデジタル信号Ｄ２によって制御される第１の電子スイッチ１７０のオンタイムとの差が大きくなる。
ドライバ１６８は入力端子１５６に接続されて入力電圧ＶＩＮを受け取ることによって、第１の電子スイッチ１７０に対する第３のパルス信号Ｐ３を生成し、それに応じてスイッチ１７０のオン／オフ状態を変更して、入力端子１５６から入力電圧ＶＩＮを受け取る変圧器１５８を制御することによって、負荷１６２に出力信号を生成し、変圧器１５８を介してプロセッサ１６４による第１のパルス信号Ｐ１と第２のパルス信号Ｐ２の生成をさらに制御する。ドライバ１６８は第１のパルス信号Ｐ１を受け取ると、第３のパルス信号Ｐ３の生成を停止する。
プロセッサ１６４は、電気信号抽出器１７２、コントローラ１７４、オンタイムレギュレータ１７６を備える。電気信号抽出器１７２は低電位ＶＳＳ、変圧器１５８の二次側、負荷１６２に接続され、出力信号を受信して、第１の検出電圧ＤＥ１と第２の検出電圧ＤＥ２を順次捕捉する。コントローラ１７４は結合素子１６６、変圧器１５８の二次側、電気信号抽出器１７２に接続される。コントローラ１７４は、所定期間Ｔｍｉｎ、第１の基準電圧ＶＲ１、係数条件、低閾値周波数、高閾値周波数、初期値、低閾値、高閾値が予め設定され、第１の検出電圧ＤＥ１と第２の検出電圧ＤＥ２を順次受け取る。第１の検出電圧ＤＥ１が第１の基準電圧ＶＲ１未満であるとき、コントローラ１７４は所定期間Ｔｍｉｎ内に第１のパルス信号Ｐ１と第１のクロック信号ｃｌｋ１を生成し、低閾値周波数または高閾値周波数と計数条件とを使用して、合計値を得るために各周波数Ｆを時系列で評価する。その後、第２の検出電圧ＤＥ２が第１の基準電圧ＶＲ１未満であるとき、コントローラ１７４は合計値に基づき、所定期間Ｔｍｉｎ内に第２のパルス信号Ｐ２と第２のクロック信号ｃｌｋ２を生成する。第２のクロック信号ｃｌｋ２は、第２のパルス信号Ｐ２が負から正に変化するとき正パルス信号であり、さもなければ低値信号である。オンタイムレギュレータ１７６はコントローラ１７４に接続されて合計値と第２のクロック信号ｃｌｋ２を受信し、その後、合計値と第２のクロック信号ｃｌｋ２に基づき第４のパルス信号Ｐ４を生成するため、第４のパルス信号Ｐ４が負から正に変化すると、第２のパルス信号Ｐ２が正から負に変化し、所定期間Ｔｍｉｎの終了まで負状態を維持する。Ｎ−チャネルＭＯＳＦＥＴなどの第２の電子スイッチ１７８は、変圧器１５８の二次側と負荷１６２の間に接続され、低電位ＶＳとコントローラ１７４にも接続される。コントローラ１７４が第１のパルス信号Ｐ１または第２のパルス信号Ｐ２を生成すると、第３のデジタル信号Ｄ３も第２の電子スイッチ１７８に対して生成されて、第１の電子スイッチ１７０と第２の電子スイッチ１７８のオン／オフ状態を変更する結果、両スイッチは反対のオン／オフ状態となる、あるいは両方ともオフ状態となる。
図２２に示すように、オンタイムレギュレータ１７６は、第１の電流源１８０、少なくとも１つの電流生成器１８２、第３の電子スイッチ１８４、コンデンサ１８６、比較器１８８を備える。第１の電流源１８０は第１の電流を生成し、電流生成器１８２はコントローラ１７４に接続されて、合計値のビットＢ１、Ｂ２を受け取り、それに応じて少なくとも１つの第２の電流またはゼロ電流を生成する。第３の電子スイッチ１８４は、コントローラ１７４、第１の電流源１８０、電流生成器１８２に接続される。第３の電子スイッチ１８４は第１のクロック信号ｃｌｋ１を受信し、第１のクロック信号ｃｌｋ１が正パルス信号であるとき瞬時にオンとなり、さもなければ残りの時間はオフになる。もしくは、第３の電子スイッチ１８４は第２のクロック信号ｃｌｋ２を受け取り、第２のクロック信号ｃｌｋ２が正パルス信号であるとき瞬時にオンとなり、さもなければ残りの時間はオフになる。コンデンサ１８６と第３の電子スイッチ１８４は並列接続されて、第１の電流源１８０と電流生成器１８２に接続される。第３の電子スイッチ１８４のオン／オフ状態に応じて、コンデンサ１８６は第１の電流と第２の電流またはゼロ電流とを受け取り、従属電圧を貯蔵する。比較器１８８の正入力端子はコンデンサ１８６に接続されて従属電圧を受け取り、負入力端子は第２の基準電圧ＶＲ２を受け取る一方、比較器１８８の出力端子はコントローラ１７４に接続される。比較器１８８は、コンデンサ１８６に貯蔵される従属電圧と第２の基準電圧ＶＲ２に応じて初期パルス信号ＰＳまたは第４のパルス信号Ｐ４を生成する。
別の実施形態では、オンタイムレギュレータ１７６は複数の電流源１８２を備え、合計値のビットＢ１、Ｂ２を受け取った後、複数の第２の電流をそれぞれ生成する。ビットが０のとき、対応する電流生成器１８２はゼロ電流を生成し、ビットが１のとき、対応する電流生成器１８２は第２の電流を生成して、その大きさは、合計値の複数のバイナリビットのうちのビットのバイナリパワーに対応する。図２２では、オンタイムレギュレータ１７６は２つの第２の電流をそれぞれ生成する２つの電流生成器１８２を備え、一方の電流生成器１８２は合計値の低ビットＢ１を受け取り、他方の電流生成器１８２は合計値の高ビットＢ２を受け取る。第１の電流は連続的に生成されるため、第２の電流は合計値が高いほど大きくなる。言い換えると、合計値が高いほど、コンデンサ１８６に貯蔵される従属電圧が第２の基準電圧ＶＲ２に達する時間は短くなり、高電圧レベルの第２のパルス信号Ｐ２の期間は短くなるため、第２のデジタル信号Ｄ２の受信後の第１の電子スイッチ１７０のオンタイムは短くなって、可聴域を回避し、ノイズ成分を低減する。
図２２に示すように、各電流生成器１８２は第４の電子スイッチ１９０と第２の電流源１９２を備える。第４の電子スイッチ１９０はコントローラ１７４、第３の電子スイッチ１８４、コンデンサ１８６に接続されて、１ビットの合計値を受け取り、それに応じてオン／オフ状態を変更する。第４の電子スイッチ１９０に接続される第２の電流源１９２は、電子スイッチ１９０のオン／オフ状態に応じて、第２の電流またはゼロ電流を生成する。
第９の実施形態の起動モード動作を以下のとおり説明する。第１に、ドライバ１６８は入力端子１５６から入力電圧ＶＩＮを受け取ることによって、第１の電子スイッチ１７０に対する第３のパルス信号Ｐ３を生成し、それに応じてオン／オフ状態を変更して変圧器１５８に送られる入力電圧ＶＩＮを制御することによって、第２の電子スイッチ１７８および電子信号抽出器１７２を介して負荷１６２上に出力信号を生成する。一方、変圧器１５８はコントローラ１７４にエネルギーを供給する。具体的には、第３のパルス信号Ｐ３が高電圧レベル信号であるとき、第１の電子スイッチ１７０がオンになるため変圧器１５８がエネルギーを貯蔵し、出力コンデンサ１６０がエネルギーを供給して出力信号を生成し、エネルギーをコントローラ１７４に供給する。第３のパルス信号Ｐ３が低電圧レベル信号であるとき、第１の電子スイッチ１７０はオフになるため、変圧器１５８がエネルギーを解放して出力信号を生成し、エネルギーをコントローラ１７４に供給する一方、エネルギーは出力コンデンサ１６０に貯蔵される。
その後、電子信号抽出器１７２は出力信号を受信し、対応する第１の検出電圧ＤＥ１を捕捉して、コントローラ１７４に送信する。コントローラ１７４は変圧器１５８とコンデンサ１６０によって供給されるエネルギーを用いて第１の検出電圧ＤＥ１を受け取り、第１の検出電圧ＤＥ１が第１の基準電圧ＶＲ１未満であるとき、コントローラ１７４は所定期間Ｔｍｉｎ内に第１のパルス信号Ｐ１と対応する第１のクロック信号ｃｌｋ１とを生成し、信号ｃｌｋ１をオンタイムレギュレータ１７６に送信する。また、コントローラ１７４は第１のパルス信号Ｐ１に応じて第３のデジタル信号Ｄ３を生成し、第３のデジタル信号Ｄ３を第２の電子スイッチ１７８に送信して、電子スイッチ１７８のオン／オフ状態を変更する。たとえば、初期値の２ビットＢＳ１、ＢＳ２二進数が００であり、低閾値が００であり、高閾値が１１であるとき、コントローラ１７４は初期値の２ビットＢＳ１、ＢＳ２をオンタイムレギュレータ１７６に同時に送信する。
オンタイムレギュレータ１７６内で、２つの第４の電子スイッチ１９０はそれぞれ０の初期値のビットＢＳ１またはＢＳ２を受け取るため、オフ状態である。開始時、第１のクロック信号ｃｌｋ１は正パルス信号であり、残りの時間では低電圧レベル信号であり、第１のパルス信号Ｐ１は負から正に移行し始めるため、第３の電子スイッチ１８４は瞬間的にオンになり、コンデンサ１８６を介する電圧をゼロにする。次いで、比較器１８８がコンデンサ１８６を介する電圧と第２の基準電圧ＶＲ２とを比較して、低レベル電圧で初期パルス信号Ｐ５を生成する。次に、第１の電流源１８０によって生成される第１の電流はコンデンサ１８６を充電し、コンデンサ１８６を介する電圧が第２の基準電圧ＶＲ２に達すると、最初のパルス信号ＰＳが負から正に変化して、第１のパルス波形信号Ｐ１を正から負に変化させ、少なくとも所定期間Ｔｍｉｎの最後まで負を維持し、その時点で第２のクロック信号ｃｌｋ２が発生する。この所定期間Ｔｍｉｎ内で、コントローラ１７４は、第１のクロック信号ｃｌｋ１の５つの周波数Ｆを時系列で捕捉する。低閾値周波数または高閾値周波数と係数条件とを用いて、コントローラ１７４は各周波数Ｆを順次評価し、５つの周波数Ｆすべてが低閾値周波数未満であることを発見するため、合計値の２ビットＢ１、Ｂ２は１１である。この５つの周波数Ｆは、第１のクロック信号ｃｌｋ１の単独サイクルまたは異なる複数サイクルから測定することができる。
その後、第１のパルス信号Ｐ１は結合素子１６６を通じて二次側から一次側のドライバ１６８に送信され、第１のパルス信号Ｐ１の受信時、第３のパルス信号Ｐ３の生成を停止する。最後に、ドライバ１６８が第１のパルス信号Ｐ１を増幅して、第１の電子スイッチ１７０に送信される第１のデジタル信号Ｄ１を生成することで、スイッチ１７０のオン／オフ状態がそれに応じて変更されて、変圧器１５８に送信される入力電圧ＶＩＮを制御することによって出力信号を調節する。具体的には、第１のデジタル信号Ｄ１が低電圧レベル信号であるとき、第１の電子スイッチ１７０がオフになり、変圧器１５８が出力信号を上昇させる。第１のデジタル信号Ｄ１が高電圧レベル信号であるとき、第１の電子スイッチ１７０がオンになり、変圧器１５８が出力信号を低下させる。
その後、電子信号抽出器１７２は出力信号を再度受信して、対応する第２の検出電圧ＤＥ２を取り出して、コントローラ１７４に送る。コントローラ１７４は、変圧器１５８と出力コンデンサ１６０によって供給されるエネルギーを用いて第２の検出電圧ＤＥ２を受け取り、第２の検出電圧ＤＥ２が第１の基準電圧ＶＲ１未満であるとき、コントローラ１７４は第２のパルス信号Ｐ２とそれに対応する第２のクロック信号ｃｌｋ２を所定期間Ｔｍｉｎ内に生成し、信号ｃｌｋ２をオンタイムレギュレータ１７６に送信する。また、コントローラ１７４は第２のパルス信号Ｐ２に応じて第３のデジタル信号Ｄ３を生成し、該信号を第２の電子スイッチ１７８に送信して、スイッチ１７８のオン／オフ状態を変更する。同時に、コントローラ１７４が、２ビットＢ１、Ｂ２の合計値をオンタイムレギュレータ１７６に送信する。
オンタイムレギュレータ１７６内で、２つの第４の電子スイッチ１９０から別個に受け取る合計値の２ビットＢ１、Ｂ２はそれぞれ１であるため、第４の電子スイッチ１９０は両方ともオンとなる。第２のクロック信号ｃｌｋ２は正パルス信号であり、残りの時間では低電圧レベル信号であるため、始動時には負から正に移行して、第３の電子スイッチ１８４を瞬間的にオンにする。したがって、コンデンサ１８６を介する電圧はゼロとなり、比較器１８８はコンデンサ１８６を介する電圧と第２の基準電圧ＶＲ２とを比較して、低レベル電圧で第４のパルス信号Ｐ４を生成する。次に、第１の電流源１８０によって生成される第１の電流と第２の電流源１９２によって生成される第２の電流がコンデンサ１８６を充電する。コンデンサ１８６を介する電圧が第２の基準電圧ＶＲ２に再び達すると、第４のパルス信号Ｐ４が負から正に変化して、第２のパルス信号Ｐ２を正から負に移行させ、少なくとも所定期間Ｔｍｉｎの最後まで負を維持する。第１の電流のみを受け取るときと比較して、コンデンサ１８６はより高速に第２の基準電圧ＶＲ２に達することができるため、第２のパルス信号Ｐ２が正から負に変化する瞬間は、第１のパルス信号Ｐ１が正から負に移行する瞬間よりも早い。つまり、高電圧レベルの第２のパルス信号の期間は第１のパルス信号ＰＩの期間よりも短い。
結合素子１６６を通じて、第２のパルス信号Ｐ２は二次側から一次側のドライバ１６８に送信され、そこで第２のパルス信号Ｐ２が増幅され、第２のデジタル信号Ｄ２を生成し、第１の電子スイッチ１７０に送信することで、電子スイッチ１７０のオン／オフ状態を変更し、それに応じて入力端子１５６から変圧器１５８に送信される入力電圧ＶＩＮを制御することによって出力信号を調節する。具体的には、第２のデジタル信号Ｄ２が低電圧信号であるとき、第１の電子スイッチ１７０がオフになり、変圧器１５８が出力信号を上昇させる。第２のデジタル信号Ｄ２が高レベル信号であるとき、第１の電子スイッチ１７０がオンになり、変圧器１５８が出力信号を低減させる。高レベルの第２のパルス信号Ｐ２の期間が第１のパルス信号Ｐ１の期間よりも短いため、高電圧レベルの第２のデジタル信号Ｄ２の期間が第１のデジタル信号Ｄ１の期間よりも短くなる結果、ｔｏｎが小さくなることによって、切替周波数ｆが可聴域に入ることを防止し、ノイズ成分を低減する。
上述の実施形態では、コントローラ１７４は変圧器１５８によって供給されるエネルギーを使用して動作を開始し、そのためにはドライバ１６８が入力電圧ＶＩＮを受け取り、第３のパルス信号Ｐ３を生成する必要があり、第３のパルス信号は第１の電子スイッチ１７０を切り替え、変圧器１５８を駆動して、コントローラ１７４が動作できるように二次側にエネルギーを供給する。しかしながら、外部回路が直接接続され、エネルギーをコントローラ１７４に供給する場合、第３のパルス信号Ｐ３を生成して第１の電子スイッチ１７０と変圧器１５８を駆動するためにドライバ１６８はもはや必要ではない。絶縁型コンバータは、電子信号抽出器１７２から出力信号を直接受信し、動作を開始することができる。
図２１、図２３、図２４を参照すると、図２４のアナログ波形図に示すように、正パルス波形ＤＯＷＮは合計値−１を表し、正パルス波形ＵＰは合計値＋１を表し、ＬＤの高レベル波形は軽負荷の負荷１６２を表し、Ｂ１またはＢ２の高レベル波形は値１を表し、Ｂ１またはＢ２の低レベル波形は値０を表す。図２１に示すように、負荷１６２が軽負荷であるとき、ＩＯは低下する。周波数Ｆが低閾値周波数未満であるとき、正パルス波形がＵＰで発生し、合計値のビットＢ１、Ｂ２が１と０の間で変化して、高レベル波形を形成し、可聴区域を回避する。周波数Ｆが高閾値周波数より高いとき、正パルス波形がＤＯＷＮで発生し、それにしたがって合計値のビットＢ１、Ｂ２が１と０の間で変化して、低レベル波形を形成する。
要約すると、本発明は二次側での情報を使用して、変圧器の一次側での電子スイッチのオン／オフ状態の期間を決定することによって、様々な目的を達成しながら出力信号を調節することができる。
上記は本発明の好適な実施形態の完全な説明であるが、様々な代替物、変形、等価物を使用することができる。したがって、発明の範囲は上記説明を参照して決定すべきではなく、全範囲の等価物と共に、添付の請求項を参照して決定すべきである。

Claims (14)

  1. 入力電圧を受け取る入力端子に接続されるコンスタント・オン・タイム（ＣＯＴ）絶縁型コンバータであって、
    一次側及び二次側を含む変圧器であって、前記一次側が前記入力端子に接続され、前記二次側が負荷に接続される変圧器と、
    前記変圧器の前記二次側及び前記負荷に接続されるプロセッサであって、前記負荷に印加される起動電圧と出力電圧又は出力電流とを受け取ることによって制御信号を生成するプロセッサと、
    前記プロセッサに接続され、前記変圧器の前記一次側及び前記変圧器にもそれぞれ接続される少なくとも１つの結合素子であって、前記変圧器の前記二次側から前記一次側に制御信号を送信する結合素子と、
    前記変圧器の前記一次側及び前記結合素子に接続されるドライバであって、前記制御信号を受け取り増幅して第１のデジタル信号を生成するドライバと、
    前記変圧器の前記一次側及び前記ドライバに接続される第１の電子スイッチであって、前記第１のデジタル信号を受け取り、それに応じてオン／オフ状態を変更し、前記変圧器を制御して前記入力端子から前記入力電圧を受け取ることによって前記出力電圧及び前記出力電流を調節し、前記第１の電子スイッチのオン／オフ状態の期間が、前記制御信号が負から正に変化する瞬間と前記制御信号が正から負に変化する瞬間とによって決定される第１の電子スイッチと、
    を備え、
    前記ドライバが前記入力端子に接続されて前記入力電圧を受け取ることによって、前記第１の電子スイッチに送信される第１のパルス信号を生成し、前記第１の電子スイッチが、前記第１のパルス信号に応じてオン／オフ状態を変更し、前記変圧器を制御して前記入力端子から前記入力電圧を受け取ることによって、前記負荷に印加される前記出力電圧及び前記出力電流を生成し、前記プロセッサが前記変圧器によって供給される起動電圧を受け取り、前記ドライバに送信される前記制御信号を生成することによって、前記制御信号の受信時、前記ドライバが前記第１のパルス信号の生成を停止する、コンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータ。
  2. 前記プロセッサが外部回路に接続されて、前記外部回路が前記起動電圧を前記プロセッサに供給する、請求項１に記載のコンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータ。
  3. 前記変圧器の前記二次側に接続されるアノードと、前記負荷に接続されるカソードとを含むダイオードをさらに備え、前記変圧器が前記入力電圧を受け取り、前記ダイオードを通じて前記出力電圧及び前記出力電流を調節する、請求項１に記載のコンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータ。
  4. 前記プロセッサが、
    前記変圧器の前記二次側及び前記負荷に接続される電子信号抽出器であって、前記出力電流に対応する前記出力電圧又は検出電圧のフィードバック電圧を捕捉する電子信号抽出器と、
    前記結合素子、前記変圧器の前記二次側、及び前記電子信号抽出器に接続されるコントローラであって、前記起動電圧、前記フィードバック電圧、又は前記検出電圧を受け取って、それに応じて前記制御信号を生成するコントローラと、
    を備える、請求項１に記載のコンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータ。
  5. 前記変圧器の前記二次側と前記負荷との間に接続され、さらに前記コントローラに接続された第２の電子スイッチをさらに備え、前記コントローラが前記制御信号を生成し、前記コントローラが、前記フィードバック電圧又は前記検出電圧と前記起動電圧とに基づいて、前記第２の電子スイッチに送信される第２のデジタル信号を生成して、前記第２の電子スイッチのオン／オフ状態を制御する結果、前記第１の電子スイッチと前記第２の電子スイッチとが反対のオン／オフ状態となる、あるいは両方ともオフ状態になる、請求項４に記載のコンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータ。
  6. 前記第２の電子スイッチが、Ｎ−チャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である、請求項５に記載のコンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータ。
  7. 前記コントローラに所定基準電圧が与えられ、前記フィードバック電圧が前記所定基準電圧未満であるとき、前記制御信号が少なくとも１サイクルの第２のパルス信号であり、前記第２のパルス信号の各サイクルが、第１の半サイクルで高レベル電圧を、第２の半サイクルで低レベル電圧を供給し、前記フィードバック電圧が前記所定基準電圧より大きいとき、前記制御信号が低レベル電圧である、請求項４に記載のコンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータ。
  8. 前記コントローラに所定基準電圧が与えられ、前記検出電圧が前記所定基準電圧未満であるとき、前記制御信号が少なくとも１サイクルの第２のパルス信号であり、前記第２のパルス信号の各サイクルが、第１の半サイクルで高レベル電圧を、第２の半サイクルで低レベル電圧を供給し、前記検出電圧が前記所定基準電圧より大きいとき、前記制御信号が低レベル電圧である、請求項４に記載のコンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータ。
  9. 前記電子信号抽出器が、前記出力電圧の分割部を捕捉して前記フィードバック電圧を提供する分圧器である、請求項４に記載のコンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータ。
  10. 前記電子信号抽出器が抵抗器であり、前記出力電流が前記抵抗器を流れて、前記抵抗器に前記検出電圧を生成する、請求項４に記載のコンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータ。
  11. 前記コントローラ、前記結合素子、及び前記ドライバがパッケージ構造に組み込まれる、請求項４に記載のコンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータ。
  12. 前記結合素子がコンデンサであり、前記パッケージ構造が、共に積層される第１の半導体チップ、誘電体層、及び第２の半導体チップを備え、前記コントローラが前記第１の半導体チップに形成され、前記ドライバが前記第２の半導体チップに形成され、前記コンデンサが前記第１の半導体チップ、前記誘電体層、及び前記第２の半導体チップによって形成される、請求項１１に記載のコンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータ。
  13. 前記第１の電子スイッチが、Ｎ−チャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ又はバイポーラ接合トランジスタである、請求項１に記載のコンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータ。
  14. 前記結合素子が、コンデンサ、変圧器、圧電素子、又は光結合素子である、請求項１に記載のコンスタント・オン・タイム絶縁型コンバータ。
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