JPH06245503A - 安定化電源コンバータの一次側コントローラ - Google Patents

安定化電源コンバータの一次側コントローラ

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JPH06245503A
JPH06245503A JP5345525A JP34552593A JPH06245503A JP H06245503 A JPH06245503 A JP H06245503A JP 5345525 A JP5345525 A JP 5345525A JP 34552593 A JP34552593 A JP 34552593A JP H06245503 A JPH06245503 A JP H06245503A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 周波数減少回路との組合せで過電流の防止を
制御する安定化電源コンバータの一次側コントローラを
提供することにある。 【構成】 安定化電源コンバータの一次側コントローラ
はモノシリック集積回路で、従来の電流モードパルス幅
変調コントローラと比べて、ピン数が少なくてすむ。こ
のコントローラは規定電流値に達したとき、時間周期を
広げる電流制限保護機能を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、安定化電源コンバー
タ、特に詳しくはそれに採用されているパワーコントロ
ーラに関する。
【０００２】
【従来の技術】安定化電源コンバータ内で電力変換と安
定化の両方を行う種々の方法が従来より知られている。
スイッチモード動作は通常のパワーコンバージョンの技
術である。パルス幅変調（ＰＷＭ）は一般にスイッチモ
ード・パワーコンバータ内で安定化させるために用いら
れている。パワーデバイスのスイッチングを制御するた
め変動情報を使用するデバイスはパワーコントローラと
して知られている。パワーコントロール法で使用頻度の
高いものの１つは電流モード制御として知られている。
この制御法では、コンバータの電流がモニターされると
同時に変動情報が電流レベルの制御に用いられる。その
電流レベルで、パワーデバイスがスイッチング周期の間
ターンオフされる。一般に使用されている従来の電流モ
ード・パワーコントローラは３８４２コントローラとし
て知られている。これは８ピンパッケージとして入手で
き、次のようなピン機能を持ち、特定のピンの表記が入
力か出力かのいずれかで記載されている。 ピン１… 補償（出力） ピン２… 帰還（入力） ピン３… 電流検出（入力） ピン４… 発振器のタイミング（入力） ピン５… グランド ピン６… 駆動回路（出力） ピン７… 供給線（入力） ピン８… 電圧基準（出力） 図２は、従来の３８４２コントローラが応用回路にどの
ように組み込まれているかを例示したものである。オプ
トカプラの一方の部品であるオプトトランジスタのみが
示され、他方は多くの場合、誤差信号により駆動される
オプトＬＥＤである。トグルラッチ回路がオプションを
表示するために点線で示されている。これが備え付けら
れると、デューティサイクルが５０％以下に制限され
る。コントローラでこのオプションを含むものは３８４
４コントローラとして知られているが、その他の仕様は
３８４２コントローラと同じである。以下の説明で、特
に注意を促さない限り、用語３８４２は３８４２コント
ローラか又は３８４４コントローラのいずれかを指すも
のとする。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】図示例の３８４２コン
トローラの欠点の１つは、３８４２に組み込まれている
演算増幅器が多分実践的に必要となる雑音ろ過コンデン
サと共に低利得（すなわち１〜５）の反転増幅器として
のみ使用されていることである。３８４２は非絶縁出力
を調整するのに適しており、演算増幅器はそのような目
的に合っている。３８４２の基準ピンは、ここでは充電
電流をタイミング抵抗ＲＴを介してタイミングコンデン
サＣＴに供給する以外に何の目的も無く、かなり効率の
悪い用い方である。デューティ比が５０％以上になった
とき低調波発信をさせないようにするスロープ補償が図
１の３８４２コントローラを用いた回路例では行われて
いない。スロープ補償には数個の外部部品が必要であ
る。電流モード制御のパワーコンバータでよく見かける
望ましくない状態は、特に高いスイッチング周波数で動
作しているときに、出力電流が短絡出力状態で設定値を
実質上越えるおそれがあることである。図２の従来回路
では、設定値がピン１の制御電圧に比例する。制御され
る電流信号に比例した電圧信号がピン３に印加される。
コンバータで過負荷あるいは短絡出力が起きた場合、各
スイッチングサイクルで電流信号が最大制御電圧に匹敵
する値に達しコンバータの主パワースイッチのターンオ
フを開始する。回路遅延のため、内外両方の主パワース
イッチのターンオフは電流信号が制御値を越えた瞬間正
確には一致しない。むしろ、数１００ナノ秒程度遅れ
る。その遅延時間とクロック周期との比はコンバータの
パワースイッチの達成可能な最小デューティ比を事実上
制限する。電流波形が全てのスイッチングサイクルで制
御値を行き過ぎたとしても、３８４２はデューティ比を
更に減らすことができないので電流を設定値まで下げる
ことができない。その結果、コンバータの出力電流が所
定の最大値よりも実質的に大きくなり、出力電圧−電流
特性の形状や短絡回路電流の確定的な値が寄生回路のパ
ラメータ、すなわちトランスの巻線抵抗や漏れインダク
タンス、内外の時間遅れ、パワースイッチや出力トラン
ジスタの電圧降下の偶然の組み合せに依存して決まる。
最終的な結果として熱消費が多くなり、コンバータが機
能しなくなる。（出力電流が重過負荷や短絡出力で設定
値を越える現象を「短絡電流暴走」と呼んでいる。この
短絡電流暴走の詳細な説明や数学的な解析は、Ｒ．レデ
ルとＮ．Ｏ．ソッカル共著の文献で、ＰＥＳＣ‘８７レ
コード〔ＩＥＥＥカタログｎｏ．８７ＣＨ２４５９−
６〕，ｐｐ１０７−１１８の「スイッチングモードｄｃ
／ｄｃコンバータの過負荷防止法；分類、分析、及び改
良」に記載されている。）したがって、本発明の主たる
目的は、モノシリック集積回路で、上述した従来の３８
４２コントローラの欠点を解消した一次側コントローラ
を提供することにある。更に、本発明の他の目的は、モ
ノシリック集積回路で、ピン数を少なくして上述した従
来の３８４２コントローラと同等もしくは改良した機能
を備える一次側コントローラを提供することにある。更
に、本発明の他の目的は、規定電流値に達したときに周
期間隔を広げて電流を制限する保護機能を備えた一次側
コントローラを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する、安
定化電源コンバータ内のパワースイッチングデバイスに
駆動電圧パルスを制御印加するコントローラは、誤差信
号、電流検出信号、及び電流ランプ信号から成る正味帰
還信号を受信する単一加算点と、該単一加算点に接続さ
れて、前記正味帰還信号と第１基準電圧とを比較し、正
味帰還信号が第１基準電圧まで上昇したとき駆動電圧パ
ルスの終了を起動する第１比較手段、及び前記単一加算
点に接続されて、前記正味帰還信号と第２基準電圧とを
比較し正味帰還信号が第２基準電圧まで上昇したときに
過電流状態を検出する第２比較手段を有する周波数減少
回路とから成り、該周波数減少回路は過電流が検出され
たとき前記第２比較手段に応答して、駆動電圧パルスの
周期を長くしてパワースイッチングデバイスを過電流か
ら保護することを特徴とする。更に、上記目的を達成す
るコントローラは、更にクロック信号を発振し、また外
部タイミングコンデンサの充電用電流源を有する発振手
段、更に前記発振手段に接続されて前記発振手段より供
給される充電電流の一部を前記タイミングコンデンサか
ら吸い込む電流源を有する前記周波数減少回路、並びに
前記第２比較手段、前記発振手段、及び前記電流源に接
続された周波数減少ラッチ回路を備え、該周波数減少ラ
ッチ回路は前記第２比較手段の過電流状態の検出に応答
して発振手段により供給される充電電流の一部を外部タ
イミングコンデンサから電流源に吸い込ませて駆動電圧
パルスの周期を長くすることを特徴とする。
【０００５】
【作用及び実施例】以下、図１を参照して説明すると、
そこには本発明にかかる一次側コントローラ１０の詳細
な回路図が示されている。ここでのコントローラは、パ
ルス幅変調（ＰＷＭ）を介してパワーコンバータを制御
するために用いられている。一次側コントローラ１０は
従来の３８４２コントローラのようにトグルオプション
２３を備えていていもよいし、備えていなくてもよい。
幾つかの基本的な相違が従来の３８４２コントローラと
本発明の一次側コントローラ１０との間にある。一次側
コントローラ１０は、３８４２コントローラに備わって
いた演算増幅器が無いので１ピン少ない。一次側コント
ローラ１０は基準出力ピンが無いので、更に１ピン少な
い。帰還と電流検出機能は単一の入力ピン４で兼用され
ているので、更にもう１ピン少ない。一次側コントロー
ラ１０は電流ランプスロープ補償を有しており、これは
同じ４ピンを介してユーザにより大きさを変えることが
可能で、周波数減少回路との組合せで過電流の防止を制
御する。
【０００６】最も簡単な構成で、本発明にかかる一次側
コントローラ１０は６ピンの集積回路パッケージで実施
できる。ピン番号とそれに関連する機能は次の通りであ
る。 ピン１… 駆動回路（出力） ピン２… グランド ピン３… タイミングコンデンサ ピン４… 帰還／電流検出／ランプスロープ補償／過電
流保護 ピン５… グランド ピン６… Ｖcc供給電圧
【０００７】図１に示した応用回路では、図２の従来の
３８４２の回路例と同じで、低電圧ロックアウト（ＵＶ
Ｌ）１１は供給電圧Ｖccが１５ボルトのレベルに達する
まで一次側コントローラ１０の動作を止める。この点に
達したところで、バンドギャップ基準電圧回路１３がＵ
ＶＬ１１で活性化されることにより一次側コントローラ
１０の回路構成の残りの部分を動作可能にする。一次側
コントローラ１０はスイッチデバイス２０を流れる電流
を抵抗で検出して電流モード制御を行う。図示例で、新
規な構成は、ピン４の単一接続点で誤差信号と電流検出
信号を加算することである。一次側コントローラ１０は
またスロープ補償を達成するために、電流ランプ信号１
４を同一接続点に加算する。この正味帰還信号は電流制
御検出器１５によって公称１．１１ボルトの基準電圧と
比較される。正味帰還信号が１．１１ボルトの閾値に達
すると、ＰＷＭラッチ１７、ＡＮＤゲート１９、及び出
力駆動バッファ２１を通って回路例のピン１でスイッチ
デバイス２０に駆動パルスＤＲＶを供給するのを止める
ように処理する。ピン４の正味帰還信号は更に過電流検
出器１６で１，３６ボルトの基準値と比較される。この
閾値に達するようなことがあると、電流が実質的に制御
電流を越えていることを示すので周波数減少ラッチ１２
がスイッチング期間の残りの部分を処理するためにトリ
ガされる。周波数減少ラッチ１２は一次側コントローラ
１０のピン３の外側にある外部タイミングコンデンサ１
８から電流を吸い込む。この動作はスイッチング期間を
長くする役目を有し、これは過度の電流状態を解決する
鍵となっている。トグルラッチ２３は駆動パルスＤＲＶ
のデューティ比を５０％に制限するためにオプションで
備え付けられる。
【０００８】スイッチング期間を広げることは最小デュ
ーティ比を小さくするのに等しい効果がある。デューテ
ィ比を減少させることは電流限界条件のもとで電流限界
値や電力消費を比例して減少させることになる。図２の
従来の３８４２回路と比較すると、電流限界条件のもと
でパワーデバイス２０の電力消費が１／２の割合で減少
していることが判る。電流限界の障害が出力サイクルの
後半で起こると、消費電力の減少は、障害が出力サイク
ルの前半で起こるときよりも小さい。
【０００９】電流制限機能を持つ周波数減少回路は、図
１に示すように過電流検出器１６、周波数減少ラッチ１
２、及び１２５μＡ電流源２２で構成されている。駆動
パルスＤＲＶのサイクルの任意点で、障害が過電流検出
器１６により検出されても、周波数減少ラッチ１２は、
発振器２４により供給される２５０μＡの充電電流の一
部を１２５μＡの電流源２２に吸い込ませて、障害が起
こった駆動パルスＤＲＶのサイクル期間を広くさせる。
障害がサイクルの前半で起こった場合、周波数はほほ１
／２に減少させられる。障害がサイクルの後半で起こっ
た場合、周波数はほんの少しだけ減少する。周波数ラッ
チ１２は発振器２４で発生しているクロック信号ｆＣＬ
Ｋによりリセットされると共に一次側コントローラ１０
は障害を除去した後正常な状態に戻される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施例である一次側コントロ
ーラ回路とその一次側コントローラが採用されている応
用回路例を示した詳細図である。
【図２】従来の３８４２コントローラと従来例で採用さ
れている外部回路を示した概略図である。
【符号の説明】
１０ 一次側コントローラ １１ 低電圧ロックアウト １２ 周波数減少ラッチ １３ バンドギャップ基準電圧回路 １４ 電流ランプ信号 １５ 電流制御検出器 １６ 過電流検出器 １７ ＰＷＭラッチ １９ ＡＮＤゲート ２１ 出力駆動バッファ ２２ 電流源 ２３ トグルオプション ２４ 発振器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リチャード レドル スイス国 オンネンズ，シーエイチ 1756，デリイ−ラ−カブシェ （番地な し)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 安定化電源コンバータ内のパワースイ
    ッチングデバイスに駆動電圧パルスを制御印加するコン
    トローラであって、該コントローラは、 誤差信号、電流検出信号、及び電流ランプ信号から成る
    正味帰還信号を受信する単一加算点と、 該単一加算点に接続されて、前記正味帰還信号と第１基
    準電圧とを比較し、正味帰還信号が第１基準電圧まで上
    昇したとき駆動電圧パルスの終了を起動する第１比較手
    段、 及び前記単一加算点に接続されて、前記正味帰還信号と
    第２基準電圧とを比較し正味帰還信号が第２基準電圧ま
    で上昇したときに過電流状態を検出する第２比較手段を
    有する周波数減少回路とから成り、 該周波数減少回路は過電流が検出されたとき前記第２比
    較手段に応答して、駆動電圧パルスの周期を長くしてパ
    ワースイッチングデバイスを過電流から保護することを
    特徴とするコントローラ。
  2. 【請求項２】 前記コントローラは、更にクロック信
    号を発信し、また外部タイミングコンデンサの充電用電
    流源を有する発振手段、 更に前記発振手段に接続されて前記発振手段より供給さ
    れる充電電流の一部を前記タイミングコンデンサから吸
    い込む電流源を有する前記周波数減少回路、 並びに前記第２比較手段、前記発振手段、及び前記電流
    源に接続された周波数減少ラッチ回路を備え、 該周波数減少ラッチ回路は前記第２比較手段の過電流状
    態の検出に応答して発振手段により供給される充電電流
    の一部を外部タイミングコンデンサから電流源に吸い込
    ませて駆動電圧パルスの周期を長くすることを特徴とす
    る請求項１記載のコントローラ。
JP34552593A 1993-01-15 1993-12-22 安定化電源コンバータの一次側コントローラ Expired - Lifetime JP3694726B2 (ja)

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