JP6113527B2 - Dc/dcコンバータおよびその制御回路、それを用いた電源装置、電源アダプタおよび電子機器 - Google Patents
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Description
「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。制御回路を1つのIC(Integrated Circuit)として集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。
同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
制御回路2は、ひとつの半導体基板上に一体集積化された機能ICであり、図1に示す補助端子(ZT端子)、FB端子、CS端子、GND端子、OUT端子、VCC端子、VH端子に加えて、周波数設定端子(FBST端子)を有する。図4には、FB端子、OUT端子、CS端子、FBST端子のみが示され、残りの端子は省略される。
バーストコンパレータ52は、フィードバック電圧VFBを所定のしきい値電圧VBURSTと比較し、フィードバック電圧VFBがしきい値電圧VBURSTより高くなると、比較信号S1をアサートし、フィードバック電圧VFBがしきい値電圧VBURSTより低くなると比較信号S1をネゲートする。バーストコンパレータ52は、しきい値電圧VBURSTが2値で遷移するヒステリシスコンパレータであってもよい。
τFMAX=CFBST×VTIME/Ic
ANDゲート74は、比較信号S1とマスク信号S2の論理積に応じたセット信号S5を生成し、RSフリップフロップ77のセット端子に入力する。インバータ75は、比較信号S1を反転する。ワンショット回路76は、回路動作の安定化のために設けられ、インバータ75の出力のパルス幅を引き延ばし、RSフリップフロップ77のリセット端子に出力する。RSフリップフロップ77の出力は、バースト制御信号SBURSTとなる。
制御回路2の利点は、図2の比較技術に係る制御回路との対比によって明確となる。
これにより、軽負荷状態における消費電力を低減し、あるいは、トランスT1の音鳴きを防止することができる。
プラグ902は、図示しないコンセントから商用交流電圧VACを受ける。インバータ100は、筐体804内に実装される。インバータ100により生成された直流出力電圧VOUTは、同じ筐体904内に搭載される、マイコン、DSP(Digital Signal Processor)、電源回路、照明機器、アナログ回路、デジタル回路などの負荷に供給される。
図4において、電流源62が生成する電流Icを外部から設定可能としてもよいし、しきい値電圧VTIMEを外部から設定可能としてもよい。これらの設定は、外部のマイコンからの制御命令によって行ってもよいし、制御用のピン(端子)を制御回路2に設け、そのピンの状態によって変更可能としてもよい。
図8は、第2の変形例に係る制御回路2aの構成を示す回路図である。
図8の制御回路2aは、図4の制御回路2と比べて最大周波数設定回路54の構成が異なっている。図8の最大周波数設定回路54aは、リップルカウンタ90、タイマー制御部92を備える。
実施の形態では、シャントレギュレータ(誤差増幅器)212がトランスT1の2次側に設けられる場合を説明したが、この誤差増幅器は、1次側に設けてもよく、さらには制御回路2に内蔵してもよい。
実施の形態で説明した回路は、各信号のアサートをハイレベル、ネゲートをローレベルに割り当てた正論理(ハイアクティブ)系で構成されるが、それらを負論理系で構成してもよいし、正論理系と負論理系を組み合わせて構成してもよい。
Claims (19)
- DC/DCコンバータの制御回路であって、
前記DC/DCコンバータは、
1次巻線および2次巻線を有するトランスと、
トランスの1次巻線の電流経路上に設けられたスイッチングトランジスタと、
を有しており、
前記制御回路は、
前記DC/DCコンバータの出力電圧に応じたフィードバック電圧を受け、少なくとも前記フィードバック電圧にもとづいて、前記DC/DCコンバータの出力電圧が目標値に近づくようにパルス変調されるパルス信号を生成するパルス変調器と、
前記パルス信号にもとづいて前記スイッチングトランジスタを駆動するドライバと、
前記スイッチングトランジスタをスイッチングすべきスイッチング期間においてアサートされ、前記スイッチングトランジスタのスイッチングを停止すべき停止期間においてネゲートされるバースト制御信号を生成するバースト制御回路と、
を備え、
前記バースト制御回路は、
前記フィードバック電圧を所定のしきい値電圧と比較し、前記フィードバック電圧が前記しきい値電圧より高くなるとアサートされ、前記フィードバック電圧が前記しきい値電圧より低くなるとネゲートされる比較信号を生成するバーストコンパレータと、
前記比較信号のアサートを契機として時間測定を開始し、開始から所定の時間の経過までの間ネゲートされ、経過後にアサートされるマスク信号を生成する最大周波数設定回路と、
(i)前記比較信号がネゲートされると前記バースト制御信号をネゲートし、(ii)前記マスク信号がアサートされ、かつ前記比較信号がアサートされると前記バースト制御信号をアサートするロジック部と、
を備え、
前記パルス変調器は、
前記スイッチングトランジスタに流れる電流に応じた検出電圧が前記フィードバック電圧に達するとアサートされるリセット信号を生成するリセット信号生成部と、
セット信号を生成するセット信号生成部と、
前記バースト制御信号がアサートされる間、前記セット信号および前記リセット信号を通過し、前記バースト制御信号がネゲートされる間前記セット信号および前記リセット信号が無効化するマスク回路と、
前記マスク回路を通過した前記セット信号および前記リセット信号に応じて前記パルス信号を生成するフリップフロップと、
を含むことを特徴とする制御回路。 - 前記最大周波数設定回路は、
時間測定開始から前記所定の時間の経過後にアサートされるタイマー信号を生成するタイマー回路と、
前記タイマー信号がアサートされると、前記マスク信号をアサートし、前記バースト制御信号がアサートされると前記タイマー回路に時間測定を開始させるタイマー制御部と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の制御回路。 - 前記所定の時間は、設定可能であることを特徴とする請求項2に記載の制御回路。
- 前記タイマー回路は、
一端の電位が固定されたタイマー用キャパシタと、
前記タイマー用キャパシタを充電する電流源と、
前記タイマー用キャパシタの電圧を所定のしきい値電圧と比較し、前記タイマー用キャパシタの電圧が前記しきい値電圧より高くなると、前記タイマー信号をアサートするタイマー用コンパレータと、
前記タイマー用キャパシタと並列に設けられた放電スイッチと、
を含み、
前記タイマー制御部は、前記タイマー信号がアサートされると、前記マスク信号をアサートし、前記バースト制御信号がアサートされると前記放電スイッチをオフするとともに前記マスク信号をネゲートすることを特徴とする請求項3に記載の制御回路。 - 前記タイマー用キャパシタは、前記制御回路が集積化される半導体チップに外付けされることを特徴とする請求項4に記載の制御回路。
- 前記タイマー回路は、クロック信号をカウントし、カウント値が所定値に達すると前記タイマー信号をアサートするカウンタを含むことを特徴とする請求項3に記載の制御回路。
- 前記ロジック部は、
前記比較信号と前記マスク信号の論理積を生成するANDゲートと、
前記ANDゲートの出力に応じてセットされ、前記比較信号の反転信号に応じてリセットされ、前記バースト制御信号を出力するRSフリップフロップと、
を含むことを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の制御回路。 - 前記DC/DCコンバータは、
前記スイッチングトランジスタの経路上に設けられた検出抵抗をさらに有し、前記検出抵抗の電圧降下が、前記検出電圧であることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の制御回路。 - 前記セット信号生成部は、所定の周期で前記セット信号をアサートすることを特徴とする請求項8に記載の制御回路。
- 前記セット信号生成部は、前記リセット信号がアサートされてから所定のオフ時間経過後に前記セット信号をアサートすることを特徴とする請求項8に記載の制御回路。
- 前記セット信号生成部は、前記トランスに蓄えられたエネルギーが実質的にゼロになると、前記セット信号をアサートすることを特徴とする請求項8に記載の制御回路。
- 前記トランスは、1次側に設けられた補助巻線をさらに有し、
前記制御回路は、前記補助巻線の一端の電圧が入力される補助端子をさらに備え、
前記セット信号生成部は、(i)前記補助端子の電圧を所定のしきい値電圧と比較し、前記補助端子の電圧が前記しきい値電圧とクロスするたびにアサートされるボトム検出信号を生成し、(ii)前記ボトム検出信号のアサートされる回数が、カウント設定値に達するたびに前記セット信号をアサートすることを特徴とする請求項8に記載の制御回路。 - 前記トランスは、1次側に設けられた補助巻線をさらに有し、
前記制御回路は、前記補助巻線の一端の電圧が入力される補助端子をさらに備え、
前記セット信号生成部は、(i)前記補助端子の電圧を所定のしきい値電圧と比較し、前記補助端子の電圧が前記しきい値電圧とクロスするたびにアサートされるボトム検出信号を生成し、(ii)前記ボトム検出信号がアサートされてから、所定時間経過後に前記セット信号をアサートすることを特徴とする請求項8に記載の制御回路。 - ひとつの半導体基板上に一体集積化されることを特徴とする請求項1から13のいずれかに記載の制御回路。
- 1次巻線、2次巻線および補助巻線を有するトランスと、
前記トランスの1次巻線と接続されるスイッチングトランジスタと、
アノードが前記2次巻線と接続される第1ダイオードと、
一端が接地され、他端が前記第1ダイオードのカソードと接続された第1出力キャパシタと、
アノードが前記補助巻線と接続される第2ダイオードと、
一端が接地され、他端が前記第2ダイオードのカソードと接続された第2出力キャパシタと、
前記第1出力キャパシタに生ずる出力電圧に応じたフィードバック電圧を生成するフィードバック回路と、
前記フィードバック電圧を受け、前記スイッチングトランジスタをスイッチングする請求項1から14のいずれかに記載の制御回路と、
を備えることを特徴とするDC/DCコンバータ。 - 前記フィードバック回路は、
前記出力電圧を分圧した電圧と所定の目標値の誤差がゼロとなるようにレベルが調節されるフィードバック信号を生成するシャントレギュレータと、
その1次側の発光素子が前記フィードバック信号によって制御されるフォトカプラと、
を含み、前記フォトカプラの2次側の受光素子に生ずる信号が、前記フィードバック電圧として前記制御回路に供給されることを特徴とする請求項15に記載のDC/DCコンバータ。 - 商用交流電圧をフィルタリングするフィルタと、
前記フィルタの出力電圧を全波整流するダイオード整流回路と、
前記ダイオード整流回路の出力電圧を平滑化し、直流入力電圧を生成する平滑キャパシタと、
前記直流入力電圧を降圧し、負荷に供給する請求項15または16に記載のDC/DCコンバータと、
を備えることを特徴とする電源装置。 - 負荷と、
商用交流電圧をフィルタリングするフィルタと、
前記フィルタの出力電圧を全波整流するダイオード整流回路と、
前記ダイオード整流回路の出力電圧を平滑化し、直流入力電圧を生成する平滑キャパシタと、
前記直流入力電圧を降圧し、前記負荷に供給する請求項15または16に記載のDC/DCコンバータと、
を備えることを特徴とする電子機器。 - 商用交流電圧をフィルタリングするフィルタと、
前記フィルタの出力電圧を全波整流するダイオード整流回路と、
前記ダイオード整流回路の出力電圧を平滑化し、直流入力電圧を生成する平滑キャパシタと、
前記直流入力電圧を降圧し、直流出力電圧を生成する請求項15または16に記載のDC/DCコンバータと、
を備えることを特徴とする電源アダプタ。
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