一定の最大電力を維持するように電流制限および周波数を微調整する方法および装置
【課題】 電源を微調整する方法および装置を開示すること。
【解決手段】 一定の最大電力を維持するために、電流制限（Ｉｐ）および周波数（ｆ）を微調整する方法および装置。本発明の一形態では、ピーク電流制限検出閾値および動作周波数を有する電源レギュレータを開示する。ピーク電流制限閾値または動作周波数は、具体的には、電源制御器ごとに、Ｉｐｍ・ｆｎの積を実質的に一定に維持するように調節され、ここでｍが実質的に２に等しく、かつｎが実質的に１に等しい。本発明の別の形態では、電源レギュレータが、制御閾値電流を有する制御回路を具備する。ピーク電流制限閾値または動作周波数は、具体的には、電源制御器ごとに、Ｉｐｍ・ｆｎの積を制御閾値電流で割った値を実質的に一定に維持するように調整され、ここでｍが実質的に２に等しく、かつｎが実質的に１に等しい。
【解決手段】 一定の最大電力を維持するために、電流制限（Ｉｐ）および周波数（ｆ）を微調整する方法および装置。本発明の一形態では、ピーク電流制限検出閾値および動作周波数を有する電源レギュレータを開示する。ピーク電流制限閾値または動作周波数は、具体的には、電源制御器ごとに、Ｉｐｍ・ｆｎの積を実質的に一定に維持するように調節され、ここでｍが実質的に２に等しく、かつｎが実質的に１に等しい。本発明の別の形態では、電源レギュレータが、制御閾値電流を有する制御回路を具備する。ピーク電流制限閾値または動作周波数は、具体的には、電源制御器ごとに、Ｉｐｍ・ｆｎの積を制御閾値電流で割った値を実質的に一定に維持するように調整され、ここでｍが実質的に２に等しく、かつｎが実質的に１に等しい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に電源に関し、さらに詳細には最大供給電力の精度を高めるために電源を微調整することに関する。
【背景技術】
【０００２】
関連出願
本出願は、「一定の最大電力を維持するように電流制限および周波数を微調整する方法および装置」と題された２００１年８月３１日出願の米国仮特許出願第６０／３１６，５８３号に対して優先権を主張する。
【０００３】
セル方式携帯無線電話、パーソナル・デジタル・アシスタント（ＰＤＡ）などのほとんどのバッテリ式携帯用電子製品は、バッテリを充電するために、定電圧および定電流（ＣＣ／ＣＶ）特性を有する、低電力の交流（ＡＣ）／直流（ＤＣ）充電器電源が必要である。知られている電源では、ピーク電流制限閾値および動作周波数が製造時に別々に微調整される。それらの２つのパラメータは、相互にどんな関連もなく、それらに固有の規格値を有する。他に知られている電源では、抵抗器およびコンデンサのような要素の許容差が、ピーク電流制限閾値および動作周波数に影響を及ぼし、そのために最大供給電力にも影響することになる個別の解決法を用いる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電源を微調整する方法および装置を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの態様では、電源レギュレータが、ピーク電流制限検出閾値および動作周波数を有する。一実施態様では、ピーク電流制限閾値または動作周波数が、電源制御器ごとに、ピーク電流制限の二乗と動作周波数との積を一定に維持するように特定的に調節される。一実施態様では、電源レギュレータを使用してフライバック・コンバータを実現する。別の実施態様では、電源レギュレータを使用してバック・コンバータを実現する。一実施態様では、電源レギュレータが、すべての動作条件下で、実質的に一定の周波数で動作する。別の実施態様では、電源レギュレータが、固定範囲の動作条件下で、実質的に一定の周波数で動作する。
【０００６】
本発明の別の態様では、電源レギュレータが、ピーク電流制限検出閾値および動作周波数を有する。ピーク電流制限閾値および／または動作周波数が、電源レギュレータごとにピーク電流制限の二乗と動作周波数との積を実質的に一定に維持するように、電源の製造時に調節される。一実施態様では、電源レギュレータを使用してフライバック・コンバータを実現する。別の実施態様では、電源レギュレータを使用してバック・コンバータを実現する。一実施態様では、電源レギュレータが、すべての動作条件下で、実質的に一定の周波数で動作する。別の実施態様では、電源レギュレータが、固定範囲の動作条件下で、実質的に一定の周波数で動作する。
【０００７】
本発明のさらに別の態様では、電源入力と電源出力を含む切換方式電源である。電源レギュレータが、電源入力および電源出力に接続されている。エネルギー変換要素がさらに電源出力に接続される。この電源レギュレータは、ピーク・エネルギー変換要素入力電流を検出するための動作周波数および閾値を有する。一実施態様では、電源レギュレータの
動作周波数および／またはピーク電流検出閾値が、電源レギュレータごとに、ピーク電流制限の二乗と動作周波数との積を実質的に一定に維持するように調節される。一実施態様では、切換方式電源がフライバック・コンバータである。別の実施態様では、切換方式電源がバック・コンバータである。一実施態様では、電源レギュレータが、すべての動作条件下で、実質的に一定の周波数で動作する。別の実施態様では、電源レギュレータが、固定範囲の動作条件下で、実質的に一定の周波数で動作する。
【０００８】
本発明のさらに別の態様では、切換方式電源が、電源入力および電源出力を含む。電源レギュレータが、電源入力およびエネルギー変換要素入力に接続されている。一実施態様では、切換方式電源が実質的に最大出力電力を供給しているときに、電源レギュレータが固定動作周波数を有する。一実施態様では、電源レギュレータが、ピーク・エネルギー変換要素電流を検出するための閾値を有する。
一実施態様では、電源レギュレータの動作周波数および／またはピーク電流検出閾値が、電源レギュレータごとに、ピーク電流制限の二乗と動作周波数との積を実質的に一定に維持するように、電源の製造時に調節される。一実施態様では、切換方式電源が、フライバック・コンバータである。別の実施態様では、切換方式電源が、バック・コンバータである。
【０００９】
本発明の他の特徴および利点は、以下に示す詳細な説明および図から明らかになろう。
詳細な本発明を例によって示すが、添付図に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の教示による電源レギュレータの一実施形態を例示するブロック図である。
【図２】本発明の教示による電源レギュレータの一実施形態の、デューティー・サイクルと制御端子に進入する電流（Ｉｃ）との関係を例示する図である。
【図３】本発明の開示による電源レギュレータの別の実施形態の、デューティー・サイクルと制御端子に進入する電流（Ｉｃ）との関係を例示する図である。
【図４】本発明の開示による、相対的に定電圧および定電流特性を有する電源の一実施形態を例示する略図である。
【図５】本発明の教示による電源の一実施形態の、入力電流と出力電圧の関係を例示する図である。
【図６】本発明の教示による、相対的に定電圧および定電流特性を有する電源の別の実施形態を例示する略図である。
【図７】本発明の教示による、周波数の微調整またはピーク電流制限閾値の微調整のために使用するトリム回路ブロックの一実施形態の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
電源の最大供給電力の精度を高めるために電源を微調節する方法および装置の実施形態を開示する。以下の説明では、本発明の完全な理解に供するために、特定の細部を数多く説明する。しかし、その特定の細部を使用して、本発明を実施する必要がないことは当業者にとって明らかであろう。他の例では、本発明が不明瞭になることを避けるために、よく知られている材料または方法を詳細に説明する。
【００１２】
本明細書を通じて、「一実施形態」または「ある実施形態」という場合は、その実施形態に関連して説明される具体的な特徴、構造または特性が、本発明の少なくとも一実施形態に含まれていることを意味する。よって、本明細書を通じて様々な箇所で「一実施形態では」または「ある実施形態では」という文言が現れるが、それは、必ずしもすべて同一の実施形態に言及しているとは限らない。さらに、具体的な特徴、構造または特性は、１つまたは複数の実施形態において任意適切な形態で組合せることが可能である。
【００１３】
様々な実施形態では、振動周波数ｆとピーク電流制限閾値Ｉｐの二乗との積が、電源レギュレータごとに、一定または実質的に一様であるように、レギュレータの内部に設定されたピーク電流制限閾値Ｉｐおよび動作周波数ｆを微調整することによって最大供給電力を制御するようにした、低コストの統合した解決法が提供される。別個の動作周波数ｆおよび別個のピーク電流制限閾値Ｉｐを決めるのではなく、それら２つが、相互に従属し合って、それらが一緒になってＡＣ／ＤＣまたはＤＣ／ＤＣ電源での最大供給電力を決定する。
【００１４】
一実施形態では、断続的動作で働くように設計されている切換方式電源における最大供給電力が、変圧器の一次インダクタンス、動作周波数ｆおよびピーク電流制限閾値Ｉｐによって決定される。一実施形態では、最大供給電力を実質的に一定に維持するように、動作周波数ｆおよびピーク電流制限閾値Ｉｐは、次式、すなわち、
Ｉｐｍ・ｆｎ （数式１）
の積が実質的に一定であるように調整される。一実施形態では、ピーク電流制限閾値Ｉｐの二乗と動作周波数ｆとの積が一定であるように、ｍが実質的に２に等しく、かつｎが実質的に１に等しい。動作周波数ｆおよびピーク電流制限閾値Ｉｐは、製造時に微調整可能である。本発明の様々な実施形態を使用して、バッテリ充電器に相対的に正確な定電圧および定電流特性を供給することができる。
【００１５】
例示すると、図１は、本発明の開示による電源レギュレータ３２１の一実施形態を例示するブロック図である。一実施形態では、３個の電気端子しか有していない単一のモノリシック・チップに電源レギュレータ３２１が含まれる。電源レギュレータ３２１は、ドレイン端子３２３とソース端子３２９の間で接続されている電力開閉器３６５を具備する。一実施形態では、電力開閉器３６５は、酸化金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である。
【００１６】
図１の実施形態で示すように、電源レギュレータ３２１はまた、制御端子３２５を通る過剰制御電流を感知するように接続されている制御電流センサ３６９を具備する。過剰制御電流は、総制御端子電流からレギュレータの供給電流を減じたものである。したがって、総制御端子電流は、過剰制御電流から導くことができる。制御端子３２５を介して受取る電流は、調整するために電源レギュレータ３２１が接続された、図４の電源のエネルギー変換要素から反射された電圧に対応する。
【００１７】
一実施形態では、電力開閉器３６５が、制御端子３２５を介して受取る電流に応答して切換えられる。制御回路３６７が、制御電流センサ３６９と電力開閉器３６５に接続されている。一実施形態では、制御回路３６７が、図４の電源の出力調整をするために、電力開閉器３６５のデューティー・サイクルおよびピーク電流制限閾値Ｉｐを変える。したがって、電力開閉器が、電源出力を調整するために電力供給を可能および不能にするように、制御回路３６７によって開閉される。そのようにすることで、制御端子電流が制御閾値電流を超えると、制御回路３６７が電力開閉器３６５のデューティー・サイクルを変化させる。一実施形態では、制御端子電流が制御閾値電流を超えると、制御回路３６７がデューティー・サイクルを減少させる。一実施形態では、制御端子電流が同じ制御閾値電流よりも低いと、制御回路３６７がピーク電流制限閾値Ｉｐを減少させる。
【００１８】
一実施形態では、電流制限コンパレータ３６８が、開閉器３６５の電流を閾値と比較する。開閉器３６５の電流がコンパレータの閾値を超えると、スイッチング・サイクルの残存周期に関して、開閉器が即座に遮断される。一実施形態では、ピーク電流制限閾値トリム・ブロック３７０が、電流制限コンパレータのピーク電流閾値Ｉｐを制御閾値電流に設定する。制御端子電流が制御閾値電流よりも減少すると、ピーク電流制限閾値Ｉｐが減少
する。一実施形態では、電源レギュレータ３２１はまた、制御端子３２５、ドレイン端子３２３および制御回路３６７に接続されている起動回路３７１を含む。電源レギュレータ３２１はまた、発振器回路３７３と、その発振器回路３７３の動作周波数をプログラムする周波数トリム回路３７２とを含む。一実施形態では、動作周波数ｆを有する振動信号を供給する発振器３７３が接続されている。制御回路３６７がそれを受信して電力開閉器３６５を切換える。一実施形態では、発振器３７３から受信した振動信号に応答して、電力開閉器３６５が切換えられる。
【００１９】
図２は、電源レギュレータ３２１の一実施形態の制御端子に進入する電流（Ｉｃ）とデューティー・サイクルとの関係を例示する図である。この図では、２つの異なる動作領域が示されている。第１の領域では、制御端子に進入する電流（Ｉｃ）が、制御閾値電流よりも小さく、かつデューティー・サイクルが最大であり、電源レギュレータ３２１が電流制御モードで動作する。このモードでは、ピーク電流制限閾値Ｉｐが、電源の出力における電流を調整するように減少する。制御端子に進入する電流が増加する第２の領域では、デューティー・サイクルを調節することによって、出力電圧が制御される。
【００２０】
図３は、電源レギュレータ３２１の一実施形態の制御端子に進入する電流（Ｉｃ）とピーク電流制限閾値Ｉｐとの関係を例示する図である。ピーク電流制限閾値Ｉｐは、電源レギュレータ３２１の制御端子に進入する電流（Ｉｃ）が増加するにつれて増加する。
【００２１】
図４は、相対的に定電圧および定電流特性を有するフライバック電源の一実施形態を例示する図である。フィードバック情報が、電源レギュレータ３２１の制御端子に供給される。制御端子の電流は、抵抗器２３５の両端の電圧に比例し、その電圧は出力電圧２００に応答する。抵抗器２３５の両端の電圧が制御閾値電流を設定するのに必要な電圧を超えて増加すると、電源レギュレータ３２１が、電源レギュレータ３２１内に含まれている集積電力酸化金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）のデューティー・サイクルを減少させる。この部分では、出力が定電圧モードにある。抵抗器２３５の両端の電圧が、制御閾値電流を設定するのに必要な電圧よりも低くなると、電源レギュレータ３２１が、集積電力ＭＯＳＦＥＴのピーク電流制限閾値Ｉｐを減少させる。ピーク電流制限閾値Ｉｐは、出力負荷電流を調整するように、抵抗器２３５の両端の電圧に応じて減少する。
【００２２】
図５は、本発明の開示による電源の一実施形態の出力電流と出力電圧の関係を例示する図である。曲線４００で分かるように、電源は、実質的に定電流および定電圧特性を示す。すなわち、出力電流が増加すると、出力電圧は、出力電流が出力電流閾値に達するまで、実質的に一定のままである。出力電流がその出力電流閾値に達すると、出力電圧は、出力電圧の降下の全域にわたって出力電流が実質的に一定に留まるように減少する。本発明の定出力電圧および定出力電流特性は、バッテリ充電器の応用例などに適切であることが分かる。
【００２３】
図６は、相対的に定電圧および定電流特性を有するバック・コンバータ電源６０１の一実施形態を示す。フィードバック情報が、電源レギュレータ３２１の制御端末に供給される。制御端末での電流は、抵抗器６０３の両端の電圧に比例し、その電圧はＤＣ出力６００電圧に応答する。抵抗器６０３の両端の電圧が制御閾値電流を設定するのに必要な電圧を超えると、電源レギュレータ３２１が、電源レギュレータ３２１内に含まれている集積電力酸化金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）のデューティー・サイクルを減少させる。この部分では、出力が定電圧モードにある。抵抗器６０３の両端の電圧が、制御閾値電流を設定するのに必要な電圧よりも低くなると、電源レギュレータ３２１は、集積電力ＭＯＳＦＥＴのピーク電流制限閾値Ｉｐを減少させる。そのピーク電流制限閾値Ｉｐは、出力負荷電流を調整するように、抵抗器６０３の両端の電圧に応じて減少する。
【００２４】
図７は、本発明の教示による、周波数の微調整またはピーク電流制限閾値Ｉｐの微調整のために使用されるトリム回路ブロックの一実施形態の略図である。この回路では、Ｉｒｅｆが基準電流ソースであり、Ｉｔｒｉｍが微調整された電流ソースである。Ｉｔｒｉｍは、Ｉｒｅｆの電流ミラーである。電流ミラーの比率は、微調整されるツェナーダイオードが多くなるにつれて変化する。例えば、ツェナーダイオード７５０が微調整されないと、ツェナーダイオードの電圧降下がトランジスタを介してどんな伝導も禁止するので、トランジスタ７３０は実際には開いている。ツェナーダイオード７５０が微調整（短絡）されると、トランジスタ７３０が伝導して、トランジスタ７２０と並列になり、それによって電流ミラーの比率を変化させる。
【００２５】
発振器周波数ブロックに対して、Ｉｔｒｉｍがコンデンサの充電および再充電に使用される。電流制限コンパレータに関しては、Ｉｔｒｉｍを使用して、そのコンパレータの閾値を設定することができる。一実施形態では、ピーク電流制限閾値Ｉｐを最初に微調整する。次いで、ピーク電流制限閾値Ｉｐの二乗と動作周波数ｆの積が一定であるように、その測定電流制限によって、標的周波数または動作周波数ｆを調節する。この方法によって、電源の出力負荷に一定の供給電力が供給される。
【００２６】
さらに別の実施形態では、Ｉｐｍ・ｆｎの積を制御閾値電流で割った値が一定であるように、ピーク電流制限閾値Ｉｐおよび制御閾値電流に基づいて、動作周波数ｆを調節することができる。制御閾値電流は、電源の出力電圧に追従するので、この方法によって、その出力電圧に関する供給電力が本質的に補償され、電源出力特性の最大出力電力で一定の電源出力電流が得られる。
【００２７】
以上の詳細な説明において、その特定の例示的な実施形態を参照して、本発明の方法および装置を説明してきた。しかし、本発明の広範なその趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変形および変更がそれらになされ得ることは明らかである。したがって、本明細書および図は、制限的ではなく、例示的であると考える。
【符号の説明】
【００２８】
２００ 出力電圧、２３５、６０３ 抵抗器、３２１ 電源レギュレータ、３２３ ドレイン端子、３２５ 制御端子、３２９ ソース端子、３６５ 電力開閉器、３６７ 制御回路、３６８ 電流制御コンパレータ、３６９ 制御電流センサ、３７０ ピーク電流制限閾値トリム・ブロック、３７２ 周波数トリム回路、３７３ 発振器回路、４００ 曲線、６００ ＤＣ出力、６０１ バック・コンバータ電源、７２０、７３０ トランジスタ、７５０ ツェナーダイオード。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に電源に関し、さらに詳細には最大供給電力の精度を高めるために電源を微調整することに関する。
【背景技術】
【０００２】
関連出願
本出願は、「一定の最大電力を維持するように電流制限および周波数を微調整する方法および装置」と題された２００１年８月３１日出願の米国仮特許出願第６０／３１６，５８３号に対して優先権を主張する。
【０００３】
セル方式携帯無線電話、パーソナル・デジタル・アシスタント（ＰＤＡ）などのほとんどのバッテリ式携帯用電子製品は、バッテリを充電するために、定電圧および定電流（ＣＣ／ＣＶ）特性を有する、低電力の交流（ＡＣ）／直流（ＤＣ）充電器電源が必要である。知られている電源では、ピーク電流制限閾値および動作周波数が製造時に別々に微調整される。それらの２つのパラメータは、相互にどんな関連もなく、それらに固有の規格値を有する。他に知られている電源では、抵抗器およびコンデンサのような要素の許容差が、ピーク電流制限閾値および動作周波数に影響を及ぼし、そのために最大供給電力にも影響することになる個別の解決法を用いる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電源を微調整する方法および装置を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの態様では、電源レギュレータが、ピーク電流制限検出閾値および動作周波数を有する。一実施態様では、ピーク電流制限閾値または動作周波数が、電源制御器ごとに、ピーク電流制限の二乗と動作周波数との積を一定に維持するように特定的に調節される。一実施態様では、電源レギュレータを使用してフライバック・コンバータを実現する。別の実施態様では、電源レギュレータを使用してバック・コンバータを実現する。一実施態様では、電源レギュレータが、すべての動作条件下で、実質的に一定の周波数で動作する。別の実施態様では、電源レギュレータが、固定範囲の動作条件下で、実質的に一定の周波数で動作する。
【０００６】
本発明の別の態様では、電源レギュレータが、ピーク電流制限検出閾値および動作周波数を有する。ピーク電流制限閾値および／または動作周波数が、電源レギュレータごとにピーク電流制限の二乗と動作周波数との積を実質的に一定に維持するように、電源の製造時に調節される。一実施態様では、電源レギュレータを使用してフライバック・コンバータを実現する。別の実施態様では、電源レギュレータを使用してバック・コンバータを実現する。一実施態様では、電源レギュレータが、すべての動作条件下で、実質的に一定の周波数で動作する。別の実施態様では、電源レギュレータが、固定範囲の動作条件下で、実質的に一定の周波数で動作する。
【０００７】
本発明のさらに別の態様では、電源入力と電源出力を含む切換方式電源である。電源レギュレータが、電源入力および電源出力に接続されている。エネルギー変換要素がさらに電源出力に接続される。この電源レギュレータは、ピーク・エネルギー変換要素入力電流を検出するための動作周波数および閾値を有する。一実施態様では、電源レギュレータの
動作周波数および／またはピーク電流検出閾値が、電源レギュレータごとに、ピーク電流制限の二乗と動作周波数との積を実質的に一定に維持するように調節される。一実施態様では、切換方式電源がフライバック・コンバータである。別の実施態様では、切換方式電源がバック・コンバータである。一実施態様では、電源レギュレータが、すべての動作条件下で、実質的に一定の周波数で動作する。別の実施態様では、電源レギュレータが、固定範囲の動作条件下で、実質的に一定の周波数で動作する。
【０００８】
本発明のさらに別の態様では、切換方式電源が、電源入力および電源出力を含む。電源レギュレータが、電源入力およびエネルギー変換要素入力に接続されている。一実施態様では、切換方式電源が実質的に最大出力電力を供給しているときに、電源レギュレータが固定動作周波数を有する。一実施態様では、電源レギュレータが、ピーク・エネルギー変換要素電流を検出するための閾値を有する。
一実施態様では、電源レギュレータの動作周波数および／またはピーク電流検出閾値が、電源レギュレータごとに、ピーク電流制限の二乗と動作周波数との積を実質的に一定に維持するように、電源の製造時に調節される。一実施態様では、切換方式電源が、フライバック・コンバータである。別の実施態様では、切換方式電源が、バック・コンバータである。
【０００９】
本発明の他の特徴および利点は、以下に示す詳細な説明および図から明らかになろう。
詳細な本発明を例によって示すが、添付図に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の教示による電源レギュレータの一実施形態を例示するブロック図である。
【図２】本発明の教示による電源レギュレータの一実施形態の、デューティー・サイクルと制御端子に進入する電流（Ｉｃ）との関係を例示する図である。
【図３】本発明の開示による電源レギュレータの別の実施形態の、デューティー・サイクルと制御端子に進入する電流（Ｉｃ）との関係を例示する図である。
【図４】本発明の開示による、相対的に定電圧および定電流特性を有する電源の一実施形態を例示する略図である。
【図５】本発明の教示による電源の一実施形態の、入力電流と出力電圧の関係を例示する図である。
【図６】本発明の教示による、相対的に定電圧および定電流特性を有する電源の別の実施形態を例示する略図である。
【図７】本発明の教示による、周波数の微調整またはピーク電流制限閾値の微調整のために使用するトリム回路ブロックの一実施形態の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
電源の最大供給電力の精度を高めるために電源を微調節する方法および装置の実施形態を開示する。以下の説明では、本発明の完全な理解に供するために、特定の細部を数多く説明する。しかし、その特定の細部を使用して、本発明を実施する必要がないことは当業者にとって明らかであろう。他の例では、本発明が不明瞭になることを避けるために、よく知られている材料または方法を詳細に説明する。
【００１２】
本明細書を通じて、「一実施形態」または「ある実施形態」という場合は、その実施形態に関連して説明される具体的な特徴、構造または特性が、本発明の少なくとも一実施形態に含まれていることを意味する。よって、本明細書を通じて様々な箇所で「一実施形態では」または「ある実施形態では」という文言が現れるが、それは、必ずしもすべて同一の実施形態に言及しているとは限らない。さらに、具体的な特徴、構造または特性は、１つまたは複数の実施形態において任意適切な形態で組合せることが可能である。
【００１３】
様々な実施形態では、振動周波数ｆとピーク電流制限閾値Ｉｐの二乗との積が、電源レギュレータごとに、一定または実質的に一様であるように、レギュレータの内部に設定されたピーク電流制限閾値Ｉｐおよび動作周波数ｆを微調整することによって最大供給電力を制御するようにした、低コストの統合した解決法が提供される。別個の動作周波数ｆおよび別個のピーク電流制限閾値Ｉｐを決めるのではなく、それら２つが、相互に従属し合って、それらが一緒になってＡＣ／ＤＣまたはＤＣ／ＤＣ電源での最大供給電力を決定する。
【００１４】
一実施形態では、断続的動作で働くように設計されている切換方式電源における最大供給電力が、変圧器の一次インダクタンス、動作周波数ｆおよびピーク電流制限閾値Ｉｐによって決定される。一実施形態では、最大供給電力を実質的に一定に維持するように、動作周波数ｆおよびピーク電流制限閾値Ｉｐは、次式、すなわち、
Ｉｐｍ・ｆｎ （数式１）
の積が実質的に一定であるように調整される。一実施形態では、ピーク電流制限閾値Ｉｐの二乗と動作周波数ｆとの積が一定であるように、ｍが実質的に２に等しく、かつｎが実質的に１に等しい。動作周波数ｆおよびピーク電流制限閾値Ｉｐは、製造時に微調整可能である。本発明の様々な実施形態を使用して、バッテリ充電器に相対的に正確な定電圧および定電流特性を供給することができる。
【００１５】
例示すると、図１は、本発明の開示による電源レギュレータ３２１の一実施形態を例示するブロック図である。一実施形態では、３個の電気端子しか有していない単一のモノリシック・チップに電源レギュレータ３２１が含まれる。電源レギュレータ３２１は、ドレイン端子３２３とソース端子３２９の間で接続されている電力開閉器３６５を具備する。一実施形態では、電力開閉器３６５は、酸化金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である。
【００１６】
図１の実施形態で示すように、電源レギュレータ３２１はまた、制御端子３２５を通る過剰制御電流を感知するように接続されている制御電流センサ３６９を具備する。過剰制御電流は、総制御端子電流からレギュレータの供給電流を減じたものである。したがって、総制御端子電流は、過剰制御電流から導くことができる。制御端子３２５を介して受取る電流は、調整するために電源レギュレータ３２１が接続された、図４の電源のエネルギー変換要素から反射された電圧に対応する。
【００１７】
一実施形態では、電力開閉器３６５が、制御端子３２５を介して受取る電流に応答して切換えられる。制御回路３６７が、制御電流センサ３６９と電力開閉器３６５に接続されている。一実施形態では、制御回路３６７が、図４の電源の出力調整をするために、電力開閉器３６５のデューティー・サイクルおよびピーク電流制限閾値Ｉｐを変える。したがって、電力開閉器が、電源出力を調整するために電力供給を可能および不能にするように、制御回路３６７によって開閉される。そのようにすることで、制御端子電流が制御閾値電流を超えると、制御回路３６７が電力開閉器３６５のデューティー・サイクルを変化させる。一実施形態では、制御端子電流が制御閾値電流を超えると、制御回路３６７がデューティー・サイクルを減少させる。一実施形態では、制御端子電流が同じ制御閾値電流よりも低いと、制御回路３６７がピーク電流制限閾値Ｉｐを減少させる。
【００１８】
一実施形態では、電流制限コンパレータ３６８が、開閉器３６５の電流を閾値と比較する。開閉器３６５の電流がコンパレータの閾値を超えると、スイッチング・サイクルの残存周期に関して、開閉器が即座に遮断される。一実施形態では、ピーク電流制限閾値トリム・ブロック３７０が、電流制限コンパレータのピーク電流閾値Ｉｐを制御閾値電流に設定する。制御端子電流が制御閾値電流よりも減少すると、ピーク電流制限閾値Ｉｐが減少
する。一実施形態では、電源レギュレータ３２１はまた、制御端子３２５、ドレイン端子３２３および制御回路３６７に接続されている起動回路３７１を含む。電源レギュレータ３２１はまた、発振器回路３７３と、その発振器回路３７３の動作周波数をプログラムする周波数トリム回路３７２とを含む。一実施形態では、動作周波数ｆを有する振動信号を供給する発振器３７３が接続されている。制御回路３６７がそれを受信して電力開閉器３６５を切換える。一実施形態では、発振器３７３から受信した振動信号に応答して、電力開閉器３６５が切換えられる。
【００１９】
図２は、電源レギュレータ３２１の一実施形態の制御端子に進入する電流（Ｉｃ）とデューティー・サイクルとの関係を例示する図である。この図では、２つの異なる動作領域が示されている。第１の領域では、制御端子に進入する電流（Ｉｃ）が、制御閾値電流よりも小さく、かつデューティー・サイクルが最大であり、電源レギュレータ３２１が電流制御モードで動作する。このモードでは、ピーク電流制限閾値Ｉｐが、電源の出力における電流を調整するように減少する。制御端子に進入する電流が増加する第２の領域では、デューティー・サイクルを調節することによって、出力電圧が制御される。
【００２０】
図３は、電源レギュレータ３２１の一実施形態の制御端子に進入する電流（Ｉｃ）とピーク電流制限閾値Ｉｐとの関係を例示する図である。ピーク電流制限閾値Ｉｐは、電源レギュレータ３２１の制御端子に進入する電流（Ｉｃ）が増加するにつれて増加する。
【００２１】
図４は、相対的に定電圧および定電流特性を有するフライバック電源の一実施形態を例示する図である。フィードバック情報が、電源レギュレータ３２１の制御端子に供給される。制御端子の電流は、抵抗器２３５の両端の電圧に比例し、その電圧は出力電圧２００に応答する。抵抗器２３５の両端の電圧が制御閾値電流を設定するのに必要な電圧を超えて増加すると、電源レギュレータ３２１が、電源レギュレータ３２１内に含まれている集積電力酸化金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）のデューティー・サイクルを減少させる。この部分では、出力が定電圧モードにある。抵抗器２３５の両端の電圧が、制御閾値電流を設定するのに必要な電圧よりも低くなると、電源レギュレータ３２１が、集積電力ＭＯＳＦＥＴのピーク電流制限閾値Ｉｐを減少させる。ピーク電流制限閾値Ｉｐは、出力負荷電流を調整するように、抵抗器２３５の両端の電圧に応じて減少する。
【００２２】
図５は、本発明の開示による電源の一実施形態の出力電流と出力電圧の関係を例示する図である。曲線４００で分かるように、電源は、実質的に定電流および定電圧特性を示す。すなわち、出力電流が増加すると、出力電圧は、出力電流が出力電流閾値に達するまで、実質的に一定のままである。出力電流がその出力電流閾値に達すると、出力電圧は、出力電圧の降下の全域にわたって出力電流が実質的に一定に留まるように減少する。本発明の定出力電圧および定出力電流特性は、バッテリ充電器の応用例などに適切であることが分かる。
【００２３】
図６は、相対的に定電圧および定電流特性を有するバック・コンバータ電源６０１の一実施形態を示す。フィードバック情報が、電源レギュレータ３２１の制御端末に供給される。制御端末での電流は、抵抗器６０３の両端の電圧に比例し、その電圧はＤＣ出力６００電圧に応答する。抵抗器６０３の両端の電圧が制御閾値電流を設定するのに必要な電圧を超えると、電源レギュレータ３２１が、電源レギュレータ３２１内に含まれている集積電力酸化金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）のデューティー・サイクルを減少させる。この部分では、出力が定電圧モードにある。抵抗器６０３の両端の電圧が、制御閾値電流を設定するのに必要な電圧よりも低くなると、電源レギュレータ３２１は、集積電力ＭＯＳＦＥＴのピーク電流制限閾値Ｉｐを減少させる。そのピーク電流制限閾値Ｉｐは、出力負荷電流を調整するように、抵抗器６０３の両端の電圧に応じて減少する。
【００２４】
図７は、本発明の教示による、周波数の微調整またはピーク電流制限閾値Ｉｐの微調整のために使用されるトリム回路ブロックの一実施形態の略図である。この回路では、Ｉｒｅｆが基準電流ソースであり、Ｉｔｒｉｍが微調整された電流ソースである。Ｉｔｒｉｍは、Ｉｒｅｆの電流ミラーである。電流ミラーの比率は、微調整されるツェナーダイオードが多くなるにつれて変化する。例えば、ツェナーダイオード７５０が微調整されないと、ツェナーダイオードの電圧降下がトランジスタを介してどんな伝導も禁止するので、トランジスタ７３０は実際には開いている。ツェナーダイオード７５０が微調整（短絡）されると、トランジスタ７３０が伝導して、トランジスタ７２０と並列になり、それによって電流ミラーの比率を変化させる。
【００２５】
発振器周波数ブロックに対して、Ｉｔｒｉｍがコンデンサの充電および再充電に使用される。電流制限コンパレータに関しては、Ｉｔｒｉｍを使用して、そのコンパレータの閾値を設定することができる。一実施形態では、ピーク電流制限閾値Ｉｐを最初に微調整する。次いで、ピーク電流制限閾値Ｉｐの二乗と動作周波数ｆの積が一定であるように、その測定電流制限によって、標的周波数または動作周波数ｆを調節する。この方法によって、電源の出力負荷に一定の供給電力が供給される。
【００２６】
さらに別の実施形態では、Ｉｐｍ・ｆｎの積を制御閾値電流で割った値が一定であるように、ピーク電流制限閾値Ｉｐおよび制御閾値電流に基づいて、動作周波数ｆを調節することができる。制御閾値電流は、電源の出力電圧に追従するので、この方法によって、その出力電圧に関する供給電力が本質的に補償され、電源出力特性の最大出力電力で一定の電源出力電流が得られる。
【００２７】
以上の詳細な説明において、その特定の例示的な実施形態を参照して、本発明の方法および装置を説明してきた。しかし、本発明の広範なその趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変形および変更がそれらになされ得ることは明らかである。したがって、本明細書および図は、制限的ではなく、例示的であると考える。
【符号の説明】
【００２８】
２００ 出力電圧、２３５、６０３ 抵抗器、３２１ 電源レギュレータ、３２３ ドレイン端子、３２５ 制御端子、３２９ ソース端子、３６５ 電力開閉器、３６７ 制御回路、３６８ 電流制御コンパレータ、３６９ 制御電流センサ、３７０ ピーク電流制限閾値トリム・ブロック、３７２ 周波数トリム回路、３７３ 発振器回路、４００ 曲線、６００ ＤＣ出力、６０１ バック・コンバータ電源、７２０、７３０ トランジスタ、７５０ ツェナーダイオード。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源を調整するための電源レギュレータであって、
第１端子と第２端子との間に接続された電力開閉器と、
前記電力開閉器に接続されると共に前記電力開閉器をオン・オフするように切り換えるように構成された制御回路と、
前記制御回路によって受信され、かつ電力開閉器を切り換えるために使用される振動信号の振動周波数をプログラムするように構成された周波数調節要素と、
前記電力開閉器に流れる電流に比較されるためのピーク電流制限閾値を設定するように構成されたピーク電流制限閾値調節要素と、
を有し、
前記制御回路は、さらに、ピーク電流制限閾値を前記電流と比較した結果を受信し、前記電力開閉器を流れる電流がピーク電流制限閾値を超えたのに応答して前記電力開閉器をオフとするように構成されていることを特徴とする電源レギュレータ。
【請求項２】
前記制御回路は、前記電力開閉器のデュティサイクルとピーク電流制限閾値との双方を変えるように構成されている請求項１記載の電源レギュレータ。
【請求項３】
前記制御回路が、
前記振動信号を受信するように接続された第１の入力と、
前記電力開閉器の電流をピーク電流制限閾値と比較した結果を受信する第２の入力とを有する請求項２記載の電源レギュレータ。
【請求項４】
回路であって、
電力トランジスタに接続された制御回路と、
前記制御回路に接続された発振器とを備え、前記制御回路は、前記発振器に応答して、前記電力トランジスタを切換え、
前記電力トランジスタおよび前記制御回路に接続され、前記電力トランジスタを流れる電流を制限する電流制限回路と、
前記発振器および前記電流制限回路に接続された調整回路とを備え、前記調整回路は、前記回路の製造中に、電源の最大供給電力値を決定するように調整され、それによって、前記電源の最大供給電力が他の電源の最大供給電力値と実質的に一定となる、回路。
【請求項５】
前記周波数調整回路は、
前記発振器に接続された周波数調整回路と、
前記電流制限回路に接続されたピーク電流制限閾値調整回路とを含む、請求項４記載の回路。
【請求項６】
前記発振器の動作周波数は、前記周波数調整回路に応答して決定され、ピーク電流制限閾値（Ip）は、前記ピーク電流制限閾値調整回路に応答して決定される、請求項４記載の回路。
【請求項７】
前記周波数調整回路および前記ピーク電流制限閾値調整回路は、前記電源の製造中に、ピーク電流制限閾値（Ip）の２乗と前記動作周波数との積が、他の電源のピーク電流制限閾値（Ip）の２乗と前記動作周波数との積と実質的に一定となるように、調整する、請求項６記載の回路。
【請求項８】
電源レギュレータの動作時に動作周波数（f）で前記電源レギュレータの電力開閉器を切換えるステップと、
前記電源レギュレータの動作中に前記電力開閉器を流れる電流をピーク電流制限閾値（Ip）未満に維持するように、前記電力開閉器を流れる電流を制御するステップとを備え、前記電源レギュレータによって調整される電源の最大供給電力値は、前記電源の調整によって制御され、それによって、前記動作周波数（f）と前記ピーク電流閾値（Ip）が実質的に互いに依存する、方法。
【請求項９】
前記電源の最大供給電力値は、他の電源の最大供給電力値と実質的に一定である、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記電源を調整するステップは、積Ｉpm・ｆnが実質的に一定となるように、動作周波数（f）およびピーク電流制限閾値（Ip）の少なくとも一方を、電源レギュレータの製造時に調節するステップを含む、請求項８記載の方法。
【請求項１１】
ｍが実質的に２に等しく、かつｎが実質的に１に等しい、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記電源を調整するステップは、
発振器に接続された周波数調整回路を調整するステップと、
電流制限回路に接続されたピーク電流制限閾値調整回路を調整するステップとを含む、請求項８記載の方法。
【請求項１３】
前記動作周波数（f）は、前記発振器の動作周波数であって、前記周波数調整回路に応答して決定され、前記ピーク電流制限閾値（Ip）は、ピーク電流制限閾値調整回路に応答して決定される、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記電源レギュレータの動作周波数（f）が、前記電源レギュレータの実質的にすべての動作条件下で、動作中は実質的に一定である、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
前記電源レギュレータの動作周波数（f）が、前記電源レギュレータの固定範囲の動作条件下で、動作中は実質的に一定である、請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
制御電流センサ回路で、制御端子を通る過剰制御電流を感知するステップと、
制御回路で、前記制御電流センサ回路、および回路の製造中に電源の出力を調整するために調整される調整回路に接続された発振器に応答してトランジスタを切換えるステップと、
前記回路の製造中に前記調整される調整回路に接続された電流制限回路で、前記トランジスタを通る電流を制限するステップとを備え、
前記電源の最大供給電力値は、前記回路の製造中の前記調整回路の前記調整によって決定される、方法。
【請求項１７】
前記電源の最大供給電力は、他の電源の最大供給電力と実質的に一定である、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記制御端子を通る前記過剰制御電流は、総制御端子電流から前記回路の供給電流を減じたものに実質的に等しい、請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
前記制御端子を通る前記制御電流は、前記電源のエネルギー変換要素から反射された電圧に応答する、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記回路の製造中に前記調整回路の前記調整は、前記発振器に接続された周波数調整回路を調整するステップと、
前記電流制限回路に接続されたピーク電流制限閾値調整回路を調整するステップとを含む、請求項１６記載の方法。
【請求項２１】
前記発振器の動作周波数（f）は、前記周波数調整回路に応答して決定され、ピーク電流制限閾値（Ip）は、前記ピーク電流制限閾値調整回路に応答して決定される、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記周波数調整回路および前記ピーク電流制限閾値調整回路は、前記電源の製造中に、ピーク電流制限閾値（Ip）の２乗と前記動作周波数（f）との積が、他の電源のピーク電流制限閾値（Ip）の２乗と前記動作周波数（f）との積と実質的に一定となるように、調整する、請求項２１記載の方法。
【請求項１】
電源を調整するための電源レギュレータであって、
第１端子と第２端子との間に接続された電力開閉器と、
前記電力開閉器に接続されると共に前記電力開閉器をオン・オフするように切り換えるように構成された制御回路と、
前記制御回路によって受信され、かつ電力開閉器を切り換えるために使用される振動信号の振動周波数をプログラムするように構成された周波数調節要素と、
前記電力開閉器に流れる電流に比較されるためのピーク電流制限閾値を設定するように構成されたピーク電流制限閾値調節要素と、
を有し、
前記制御回路は、さらに、ピーク電流制限閾値を前記電流と比較した結果を受信し、前記電力開閉器を流れる電流がピーク電流制限閾値を超えたのに応答して前記電力開閉器をオフとするように構成されていることを特徴とする電源レギュレータ。
【請求項２】
前記制御回路は、前記電力開閉器のデュティサイクルとピーク電流制限閾値との双方を変えるように構成されている請求項１記載の電源レギュレータ。
【請求項３】
前記制御回路が、
前記振動信号を受信するように接続された第１の入力と、
前記電力開閉器の電流をピーク電流制限閾値と比較した結果を受信する第２の入力とを有する請求項２記載の電源レギュレータ。
【請求項４】
回路であって、
電力トランジスタに接続された制御回路と、
前記制御回路に接続された発振器とを備え、前記制御回路は、前記発振器に応答して、前記電力トランジスタを切換え、
前記電力トランジスタおよび前記制御回路に接続され、前記電力トランジスタを流れる電流を制限する電流制限回路と、
前記発振器および前記電流制限回路に接続された調整回路とを備え、前記調整回路は、前記回路の製造中に、電源の最大供給電力値を決定するように調整され、それによって、前記電源の最大供給電力が他の電源の最大供給電力値と実質的に一定となる、回路。
【請求項５】
前記周波数調整回路は、
前記発振器に接続された周波数調整回路と、
前記電流制限回路に接続されたピーク電流制限閾値調整回路とを含む、請求項４記載の回路。
【請求項６】
前記発振器の動作周波数は、前記周波数調整回路に応答して決定され、ピーク電流制限閾値（Ip）は、前記ピーク電流制限閾値調整回路に応答して決定される、請求項４記載の回路。
【請求項７】
前記周波数調整回路および前記ピーク電流制限閾値調整回路は、前記電源の製造中に、ピーク電流制限閾値（Ip）の２乗と前記動作周波数との積が、他の電源のピーク電流制限閾値（Ip）の２乗と前記動作周波数との積と実質的に一定となるように、調整する、請求項６記載の回路。
【請求項８】
電源レギュレータの動作時に動作周波数（f）で前記電源レギュレータの電力開閉器を切換えるステップと、
前記電源レギュレータの動作中に前記電力開閉器を流れる電流をピーク電流制限閾値（Ip）未満に維持するように、前記電力開閉器を流れる電流を制御するステップとを備え、前記電源レギュレータによって調整される電源の最大供給電力値は、前記電源の調整によって制御され、それによって、前記動作周波数（f）と前記ピーク電流閾値（Ip）が実質的に互いに依存する、方法。
【請求項９】
前記電源の最大供給電力値は、他の電源の最大供給電力値と実質的に一定である、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記電源を調整するステップは、積Ｉpm・ｆnが実質的に一定となるように、動作周波数（f）およびピーク電流制限閾値（Ip）の少なくとも一方を、電源レギュレータの製造時に調節するステップを含む、請求項８記載の方法。
【請求項１１】
ｍが実質的に２に等しく、かつｎが実質的に１に等しい、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記電源を調整するステップは、
発振器に接続された周波数調整回路を調整するステップと、
電流制限回路に接続されたピーク電流制限閾値調整回路を調整するステップとを含む、請求項８記載の方法。
【請求項１３】
前記動作周波数（f）は、前記発振器の動作周波数であって、前記周波数調整回路に応答して決定され、前記ピーク電流制限閾値（Ip）は、ピーク電流制限閾値調整回路に応答して決定される、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記電源レギュレータの動作周波数（f）が、前記電源レギュレータの実質的にすべての動作条件下で、動作中は実質的に一定である、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
前記電源レギュレータの動作周波数（f）が、前記電源レギュレータの固定範囲の動作条件下で、動作中は実質的に一定である、請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
制御電流センサ回路で、制御端子を通る過剰制御電流を感知するステップと、
制御回路で、前記制御電流センサ回路、および回路の製造中に電源の出力を調整するために調整される調整回路に接続された発振器に応答してトランジスタを切換えるステップと、
前記回路の製造中に前記調整される調整回路に接続された電流制限回路で、前記トランジスタを通る電流を制限するステップとを備え、
前記電源の最大供給電力値は、前記回路の製造中の前記調整回路の前記調整によって決定される、方法。
【請求項１７】
前記電源の最大供給電力は、他の電源の最大供給電力と実質的に一定である、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記制御端子を通る前記過剰制御電流は、総制御端子電流から前記回路の供給電流を減じたものに実質的に等しい、請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
前記制御端子を通る前記制御電流は、前記電源のエネルギー変換要素から反射された電圧に応答する、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記回路の製造中に前記調整回路の前記調整は、前記発振器に接続された周波数調整回路を調整するステップと、
前記電流制限回路に接続されたピーク電流制限閾値調整回路を調整するステップとを含む、請求項１６記載の方法。
【請求項２１】
前記発振器の動作周波数（f）は、前記周波数調整回路に応答して決定され、ピーク電流制限閾値（Ip）は、前記ピーク電流制限閾値調整回路に応答して決定される、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記周波数調整回路および前記ピーク電流制限閾値調整回路は、前記電源の製造中に、ピーク電流制限閾値（Ip）の２乗と前記動作周波数（f）との積が、他の電源のピーク電流制限閾値（Ip）の２乗と前記動作周波数（f）との積と実質的に一定となるように、調整する、請求項２１記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１８３１４５（Ｐ２００９−１８３１４５Ａ）
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２４２７９（Ｐ２００９−１２４２７９）
【出願日】平成２１年５月２２日（２００９．５．２２）
【分割の表示】特願２００２−２５２７４８（Ｐ２００２−２５２７４８）の分割
【原出願日】平成１４年８月３０日（２００２．８．３０）
【出願人】（５０１３１５７８４）パワー・インテグレーションズ・インコーポレーテッド (125)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２２日（２００９．５．２２）
【分割の表示】特願２００２−２５２７４８（Ｐ２００２−２５２７４８）の分割
【原出願日】平成１４年８月３０日（２００２．８．３０）
【出願人】（５０１３１５７８４）パワー・インテグレーションズ・インコーポレーテッド (125)
【Ｆターム（参考）】
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