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JP6326947B2 - Isolated DC power supply - Google Patents

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JP6326947B2 JP2014097824A JP2014097824A JP6326947B2 JP 6326947 B2 JP6326947 B2 JP 6326947B2 JP 2014097824 A JP2014097824 A JP 2014097824A JP 2014097824 A JP2014097824 A JP 2014097824A JP 6326947 B2 JP6326947 B2 JP 6326947B2
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Description

本発明は、絶縁型直流電源装置に関し、特に出力電圧切り替え機能を備えた絶縁型直流電源装置に利用して有効な技術に関する。   The present invention relates to an insulated DC power supply device, and more particularly to a technique effective when used in an insulated DC power supply device having an output voltage switching function.

直流電源装置には、交流電源を整流し平滑する整流・平滑回路と、該回路で整流、平滑された直流電圧を降圧して所望の電位の直流電圧に変換するDC−DCコンバータなどで構成された絶縁型AC−DCコンバータ(ACアダプタ)がある。
近年、マイコン周辺機器等の多様化に伴い、AC−DCコンバータに対して、例えば20V/5Aや5V/2Aのような複数の出力電力の直流電圧のいずれかに切り替えて使用できる機能を有することが望まれており、例えばUSB−PD仕様において要求されている。
The DC power supply device includes a rectification / smoothing circuit that rectifies and smoothes the AC power supply, and a DC-DC converter that steps down the DC voltage rectified and smoothed by the circuit and converts it to a DC voltage having a desired potential. There is an isolated AC-DC converter (AC adapter).
In recent years, with the diversification of microcomputer peripheral devices, etc., the AC-DC converter has a function that can be used by switching to any one of a plurality of output power DC voltages such as 20V / 5A and 5V / 2A. For example, it is required in the USB-PD specification.

ところで、従来の絶縁型直流電源装置は、例えば20V/5Aのような大きな出力電力と5V/2Aのような小さな出力電力を出力したい場合、電力効率を高めるためにそれぞれトランスの巻数比や電流検出用抵抗の値などの回路定数が最適となるように別々に設計されていた。具体的には、出力電力が低い場合には電流検出用抵抗を大きな値に、出力電力が高い場合には電流検出用抵抗を小さな値に設定することが行われていた。したがって、何らの対策もせずに1つの直流電源装置で複数の出力電力のいずれかに切り替えるように構成した場合には、出力電力によっては著しく電力効率が低下したり、軽負荷から重負荷まで広い範囲で制御を行う場合、偏った制御となってしまうおそれがあった。   By the way, when a conventional isolated DC power supply device wants to output a large output power such as 20 V / 5 A and a small output power such as 5 V / 2 A, for example, the transformer turns ratio and current detection are performed to increase power efficiency. It was designed separately so that the circuit constants such as the resistance value were optimized. Specifically, when the output power is low, the current detection resistor is set to a large value, and when the output power is high, the current detection resistor is set to a small value. Therefore, when it is configured to switch to any one of a plurality of output powers with one DC power supply without taking any countermeasures, the power efficiency may be significantly reduced depending on the output power, or it may be wide from light loads to heavy loads. When the control is performed in the range, there is a possibility that the control becomes uneven.

例えば、スイッチング制御方式の電源装置には、軽負荷時はスイッチング素子を間欠的に動作させる間欠発振モードを有する制御IC(半導体集積回路)を使用するものがあるが、そのような制御ICを使用した電源装置において複数の出力電力の切り替えを行なうように構成した場合、低出力電力の動作時に軽負荷から重負荷までの全範囲で間欠発振モードの制御となってしまう。その結果、出力電圧のリップルが大きくなってしまうという問題がある。
そこで、スイッチング素子と直列に接続されている電流検出用の抵抗と並列に切り替え用の抵抗を設け、出力電力を切り替える際には、制御ICに帰還する電流検出値のレベルを切り替えるようにした直流電源装置に関する発明が提案されている(例えば特許文献1参照)。
For example, some switching control type power supply devices use a control IC (semiconductor integrated circuit) having an intermittent oscillation mode in which a switching element is operated intermittently at light loads. Such a control IC is used. When the power supply apparatus is configured to switch a plurality of output powers, the intermittent oscillation mode is controlled over the entire range from a light load to a heavy load during operation of low output power. As a result, there is a problem that the ripple of the output voltage becomes large.
Therefore, a switching resistor is provided in parallel with the current detection resistor connected in series with the switching element, and when switching the output power, the level of the current detection value fed back to the control IC is switched. An invention relating to a power supply device has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開2000−358375号公報JP 2000-358375 A

しかしながら、特許文献1に開示されている電源装置は、外部信号によって電流検出用抵抗と並列に設けた調整用抵抗の接続状態を切り換えるようにしており、その外部信号の出力タイミングつまり切換ポイントは、負荷(回路1)の軽重に応じて任意的に設定変更するとしているものの、自ら負荷の軽重を判定して切換え信号を生成することについては特許文献1に記載されていない。しかも、特許文献1の電源装置は、絶縁型直流電源装置ではなくスイッチングレギュレータであり、本願とは発明の対象が異なる。   However, the power supply device disclosed in Patent Document 1 switches the connection state of the adjustment resistor provided in parallel with the current detection resistor by an external signal, and the output timing of the external signal, that is, the switching point is Although the setting is arbitrarily changed according to the weight of the load (circuit 1), Patent Document 1 does not describe that the switching signal is generated by determining the weight of the load. And the power supply device of patent document 1 is not an insulation type DC power supply device but a switching regulator, and the object of the invention is different from the present application.

本発明は上記のような背景の下になされたもので、その目的とするところは、電圧変換用のトランスを備え一次側巻線に流れる電流をオン、オフして出力を制御する絶縁型直流電源装置において、複数の出力電圧のいずれかを選択して切り替えるように構成した場合に、選択された出力電圧が大きいか小さいかによって電力効率が著しく異なったり、偏った制御が実行されてしまうのを防止することができる技術を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、出力電圧が大きいか小さいかを自ら判定して電流検出用抵抗の調整用抵抗の接続状態を切り替えることができる絶縁型直流電源装置を提供することにある。
The present invention has been made in the background as described above, and its object is to provide an insulation type direct current circuit that includes a voltage conversion transformer and controls the output by turning on and off the current flowing through the primary winding. In the power supply device, when one of a plurality of output voltages is selected and switched, the power efficiency differs significantly depending on whether the selected output voltage is large or small, or biased control is executed. It is an object of the present invention to provide a technique capable of preventing the above-described problem.
Another object of the present invention is to provide an insulated DC power supply device that can determine whether the output voltage is large or small by itself and switch the connection state of the adjustment resistor of the current detection resistor.

上記目的を達成するため本発明は、
電圧変換用のトランスと、該トランスの一次側巻線に電流を流すためのスイッチング素子と、前記トランスの一次側巻線に流れる電流を検出するための電流検出素子と、該電流検出素子により変換された電圧と前記トランスの二次側からのフィードバック電圧が入力されることで前記スイッチング素子をオン、オフ制御する駆動パルスを生成し出力する一次側制御回路と、出力電圧に基づいて前記一次側制御回路へ供給するフィードバック電圧を生成するフィードバック電圧生成手段を含む二次側回路と、を有する絶縁型直流電源装置であって、
前記トランスは、前記二次側巻線と同一極性の電圧を誘起する補助巻線を備え、
前記トランスの一次側には、
前記電流検出素子により変換された電圧が入力される前記一次側制御回路の電流検出端子と、前記電流検出素子の電圧取り出し側の端子との間に接続された抵抗素子と、
前記抵抗素子を介して前記電流検出素子と並列に接続された1または2以上の抵抗調整用素子を備えた切替手段と、が設けられ、
前記切替手段は、前記補助巻線に誘起される電圧の電位に応じて前記抵抗調整用素子の電流経路を切り替えて、前記一次側制御回路へ入力される電圧を変化させるように構成した。
In order to achieve the above object, the present invention
Transformer for voltage conversion, switching element for flowing current to the primary winding of the transformer, current detection element for detecting current flowing to the primary winding of the transformer, and conversion by the current detection element And a primary side control circuit for generating and outputting a drive pulse for controlling on and off of the switching element by inputting a voltage and a feedback voltage from a secondary side of the transformer, and the primary side based on an output voltage A secondary side circuit including a feedback voltage generating means for generating a feedback voltage to be supplied to the control circuit;
The transformer includes an auxiliary winding that induces a voltage having the same polarity as the secondary winding,
On the primary side of the transformer,
A resistance element connected between a current detection terminal of the primary side control circuit to which a voltage converted by the current detection element is input, and a voltage extraction side terminal of the current detection element;
Switching means comprising one or more resistance adjusting elements connected in parallel with the current detection element via the resistance element;
The switching means is configured to change a voltage input to the primary side control circuit by switching a current path of the resistance adjusting element according to a voltage potential induced in the auxiliary winding.

ここで、上記「電流経路を切り替えて」には、抵抗調整用素子に電流を流さないようにすることが含まれる。
上記のような構成を有する絶縁型直流電源装置によれば、複数の出力電圧のいずれかを選択して切り替えた場合に、電流検出用抵抗を最適化したのと同等の結果が得られるため、選択された出力電圧が大きいか小さいかによって電力効率が著しく異なったり、偏った制御が実行されてしまうのを防止することができる。
Here, “switching the current path” includes preventing current from flowing through the resistance adjustment element.
According to the insulation type DC power supply device having the above configuration, when selecting and switching one of a plurality of output voltages, a result equivalent to the optimization of the current detection resistor can be obtained. It is possible to prevent the power efficiency from being remarkably different depending on whether the selected output voltage is large or small, or uneven control to be executed.

また、一次側制御回路の電流検出端子と電流検出素子の電圧取り出し側の端子との間に接続された抵抗素子(入力抵抗素子)を設けて、該抵抗素子を介して電流検出素子と並列に接続された1または2以上の抵抗調整用素子を備えた切替手段を設けているため、抵抗調整用素子に大きな電流が流れないようにしてスイッチングノイズを低減することができる。これとともに、電流検出端子に入力される電圧は2つの直列抵抗の抵抗比で決定されることになるため、使用する抵抗素子の抵抗値にばらつきがあっても、抵抗比が所定の値になるように設定することで、抵抗調整用素子として抵抗値の精度の高い高価なものを使用しなくても電流検出端子に入力される電圧の精度を高くすることができる。   Also, a resistance element (input resistance element) connected between the current detection terminal of the primary side control circuit and the voltage extraction side terminal of the current detection element is provided, and in parallel with the current detection element via the resistance element Since the switching means including one or two or more resistance adjustment elements connected is provided, switching noise can be reduced by preventing a large current from flowing through the resistance adjustment element. At the same time, since the voltage input to the current detection terminal is determined by the resistance ratio of the two series resistors, the resistance ratio becomes a predetermined value even if the resistance values of the resistance elements used vary. By setting in this way, it is possible to increase the accuracy of the voltage input to the current detection terminal without using an expensive element with high resistance value accuracy as the resistance adjustment element.

ここで、望ましくは、前記切替手段は、
前記補助巻線の一方の端子に接続された整流・平滑回路の出力端と接地点との間に接続された分圧回路と、
前記抵抗調整用素子と直列形態に接続され前記分圧回路で分圧された電圧によってオン状態またはオフ状態にされるスイッチ手段と、を備え、
前記トランスの二次側から出力すべき電圧の値に応じて、
二次側から出力すべき電圧が第1の値である場合に前記スイッチ手段がオン状態にされ、二次側から出力すべき電圧が第2の値である場合に前記スイッチ手段がオフ状態にされるように、前記分圧回路の分圧比が設定されているように構成する。
このような構成によれば、切替手段を比較的簡単な回路で実現することができ、素子数の増加を抑えるとともに所望の機能を有する回路を容易に設計することができる。
Here, preferably, the switching means includes:
A voltage dividing circuit connected between the output terminal of the rectifying / smoothing circuit connected to one terminal of the auxiliary winding and a ground point;
Switch means connected in series with the resistance adjusting element and turned on or off by a voltage divided by the voltage dividing circuit,
Depending on the voltage value to be output from the secondary side of the transformer,
The switch means is turned on when the voltage to be output from the secondary side is the first value, and the switch means is turned off when the voltage to be output from the secondary side is the second value. As described above, the voltage dividing ratio of the voltage dividing circuit is set.
According to such a configuration, the switching means can be realized by a relatively simple circuit, and an increase in the number of elements can be suppressed and a circuit having a desired function can be easily designed.

また、望ましくは、前記フィードバック電圧生成手段は、
前記トランスの二次側の電圧を分圧する直列形態の分圧用抵抗素子と、
前記分圧用抵抗素子のいずれかの素子と並列に接続された1または2以上の抵抗調整素子および該抵抗調整素子に接続された二次側切替手段と、を備え、前記分圧用抵抗素子により分圧された電圧に基づいて前記一次側制御回路へ供給するフィードバック電圧を生成し、
前記二次側切替手段は、外部からの信号に基づいて前記抵抗調整素子の電流経路を切り替えて、前記一次側制御回路へ供給される前記フィードバック電圧を変化させるようにする。
Preferably, the feedback voltage generation means includes
A voltage dividing resistor element in series for dividing the voltage on the secondary side of the transformer;
One or two or more resistance adjusting elements connected in parallel with any one of the voltage dividing resistance elements, and secondary-side switching means connected to the resistance adjusting elements, and the voltage dividing resistance elements Generating a feedback voltage to be supplied to the primary side control circuit based on the compressed voltage;
The secondary side switching means switches the current path of the resistance adjusting element based on an external signal, and changes the feedback voltage supplied to the primary side control circuit.

このような構成によれば、一次側制御回路は、出力電圧の切替え信号を受けることなく、フィードバック電圧が変化したことに基づいて出力電圧が切り替わったことを認識することができ、切り替え後の出力電圧に応じた制御を自動的に行うことができるとともに、出力電圧の切替え信号を二次側から一次側制御回路へ供給するためのフォトカプラのような伝達手段を設ける必要がない。   According to such a configuration, the primary-side control circuit can recognize that the output voltage has been switched based on the change in the feedback voltage without receiving the output voltage switching signal, and the output after switching. Control according to the voltage can be automatically performed, and there is no need to provide a transmission means such as a photocoupler for supplying an output voltage switching signal from the secondary side to the primary side control circuit.

また、望ましくは、前記抵抗調整素子を2以上備え、
前記二次側切替手段が、外部からの信号に基づいて前記2以上の抵抗調整素子の電流経路を切り替えることにより、複数の電圧の中のいずれか1つを選択して出力可能に構成する。
このような構成によれば、出力電圧を3段階以上の電圧値のいずれかに切り替えて出力させることができる。
Desirably, two or more resistance adjusting elements are provided,
The secondary side switching unit is configured to select and output any one of a plurality of voltages by switching current paths of the two or more resistance adjusting elements based on an external signal.
According to such a configuration, the output voltage can be switched to any one of three or more voltage values for output.

また、望ましくは、前記二次側回路には、外部装置との間で信号を送受信する通信手段と、前記二次側回路で生成された直流電圧を出力するための端子との間に接続された容量素子と、が設けられ、
前記通信手段は、前記容量素子を介して交流信号で外部装置と通信可能に構成する。
かかる構成によれば、直流電圧を出力するための端子とは別に通信用の端子を設けることなく外部装置と通信を行うことができ、該通信機能を用いて外部より二次側回路から出力すべき電圧値に関する情報を取得することができる。
Preferably, the secondary side circuit is connected between a communication means for transmitting / receiving a signal to / from an external device and a terminal for outputting a DC voltage generated by the secondary side circuit. A capacitive element, and
The communication means is configured to be able to communicate with an external device using an AC signal via the capacitive element.
According to such a configuration, it is possible to communicate with an external device without providing a communication terminal separately from a terminal for outputting a DC voltage, and output from the secondary circuit from the outside using the communication function. Information on the power value can be acquired.

本発明によれば、電圧変換用のトランスを備え一次側巻線に流れる電流をオン、オフして出力を制御する絶縁型直流電源装置において、複数の出力電圧のいずれかに切り替えるように構成した場合に、選択された出力電圧が大きいか小さいかによって電力効率が著しく異なったり、偏った制御が実行されてしまうのを防止することができる。また、出力電圧が大きいか小さいかを自ら判定して電流検出用抵抗の調整用抵抗の接続状態を切り替えることができる絶縁型直流電源装置を実現することができるという効果がある。   According to the present invention, an insulation type DC power supply device that includes a voltage conversion transformer and controls the output by turning on and off the current flowing in the primary winding is configured to switch to one of a plurality of output voltages. In this case, it is possible to prevent power efficiency from being remarkably different depending on whether the selected output voltage is large or small, or uneven control to be performed. In addition, there is an effect that it is possible to realize an isolated DC power supply device that can determine whether the output voltage is large or small and switch the connection state of the adjustment resistor of the current detection resistor.

本発明に係る絶縁型直流電源装置としてのAC−DCコンバータの一実施形態を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows one Embodiment of the AC-DC converter as an insulation type DC power supply device which concerns on this invention. 図1に示す実施形態のAC−DCコンバータにおける切替回路の具体例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the specific example of the switching circuit in the AC-DC converter of embodiment shown in FIG. 実施形態のAC−DCコンバータにおける二次側制御回路の具体例を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows the specific example of the secondary side control circuit in the AC-DC converter of embodiment. 実施形態のAC−DCコンバータの第1の変形例を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows the 1st modification of the AC-DC converter of embodiment. 実施形態のAC−DCコンバータの第2の変形例を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows the 2nd modification of the AC-DC converter of embodiment. 本発明を適用したAC−DCコンバータの第2の実施形態を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows 2nd Embodiment of the AC-DC converter to which this invention is applied.

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明を適用した絶縁型直流電源装置としてのAC−DCコンバータの一実施形態を示す回路構成図である。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing an embodiment of an AC-DC converter as an insulated DC power supply device to which the present invention is applied.

この実施形態のAC−DCコンバータは、コモンモードコイルなどからなるノイズ遮断用のフィルタ11と、交流電圧(AC)を整流するダイオード・ブリッジ回路12と、整流後の電圧を平滑する平滑用コンデンサC1と、一次側巻線Npと二次側巻線Nsおよび補助巻線Nbとを有する電圧変換用のトランスT1と、このトランスT1の一次側巻線Npと直列に接続されたNチャネルMOSFETからなるスイッチングトランジスタSW1と、該スイッチングトランジスタSW1を駆動する一次側制御回路13を有する。この実施形態では、一次側制御回路13は、単結晶シリコンのような1個の半導体チップ上に半導体集積回路(制御用IC)として形成されている。   The AC-DC converter according to this embodiment includes a noise blocking filter 11 including a common mode coil, a diode bridge circuit 12 that rectifies an alternating voltage (AC), and a smoothing capacitor C1 that smoothes the rectified voltage. And a voltage converting transformer T1 having a primary winding Np, a secondary winding Ns and an auxiliary winding Nb, and an N-channel MOSFET connected in series with the primary winding Np of the transformer T1. A switching transistor SW1 and a primary side control circuit 13 for driving the switching transistor SW1 are included. In this embodiment, the primary side control circuit 13 is formed as a semiconductor integrated circuit (control IC) on one semiconductor chip such as single crystal silicon.

上記補助巻線Nbは、二次側巻線Nsと同一極性となる方向に巻いたコイルであり、二次側巻線Nsに誘起される交流電圧と同相で巻数比に比例した交流電圧が誘起されるように構成されている。
トランスT1の二次側には、二次側巻線Nsと直列に接続された整流用ダイオードD2と、このダイオードD2のカソード端子と二次側巻線Nsの他方の端子との間に接続された平滑用コンデンサC2とが設けられ、一次側巻線Npに間歇的に電流を流すことで二次側巻線Nsに誘起される交流電圧を整流し平滑することによって、一次側巻線Npと二次側巻線Nsとの巻数比に応じた直流電圧を出力する。また、二次側には、一次側のスイッチング動作で生じたスイッチングリップル・ノイズ等を遮断するためのフィルタを構成するコイルL3およびコンデンサC3が設けられており、このフィルタ用コイルL3と出力端子OUT1との間に、出力遮断用MOSトランジスタQ2とアイソレーション用コイルL4が直列に接続され、これらの素子を介して出力端子OUT1より直流電圧Voutが出力される
The auxiliary winding Nb is a coil wound in a direction having the same polarity as the secondary winding Ns, and induces an AC voltage in phase with the AC voltage induced in the secondary winding Ns and proportional to the turn ratio. It is configured to be.
The secondary side of the transformer T1 is connected between the rectifying diode D2 connected in series with the secondary winding Ns, and the cathode terminal of the diode D2 and the other terminal of the secondary winding Ns. Smoothing capacitor C2 is provided, and by rectifying and smoothing the AC voltage induced in the secondary winding Ns by passing a current intermittently through the primary winding Np, the primary winding Np A DC voltage corresponding to the turn ratio with the secondary winding Ns is output. The secondary side is provided with a coil L3 and a capacitor C3 that constitute a filter for cutting off switching ripple, noise, and the like generated by the switching operation on the primary side. The filter coil L3 and the output terminal OUT1 The output cutoff MOS transistor Q2 and the isolation coil L4 are connected in series, and the DC voltage Vout is output from the output terminal OUT1 through these elements.

また、トランスT1の二次側には、出力電圧Voutに比例したフィードバック電圧を一次側制御用IC13へ伝達するフォトカプラの発光側素子としてのフォトダイオード15aと、出力電圧Voutに応じて上記フォトダイオード15aを駆動する二次側制御回路20とが設けられている。
そして、トランスT1の一次側には、上記一次側制御用IC13のフィードバック端子FBと接地点との間に接続されフォトダイオード15aからの信号を受信する受光側素子としてのフォトトランジスタ15bが設けられている。一次側制御用IC13は、フィードバック端子FBへのフィードバック電圧VFBに応じて、スイッチング素子SW1のオン時間を制御する。
Further, on the secondary side of the transformer T1, a photodiode 15a as a light-emitting side element of a photocoupler that transmits a feedback voltage proportional to the output voltage Vout to the primary-side control IC 13, and the photodiode according to the output voltage Vout A secondary side control circuit 20 for driving 15a is provided.
The primary side of the transformer T1 is provided with a phototransistor 15b as a light receiving side element that is connected between the feedback terminal FB of the primary side control IC 13 and a ground point and receives a signal from the photodiode 15a. Yes. The primary side control IC 13 controls the ON time of the switching element SW1 according to the feedback voltage VFB to the feedback terminal FB.

また、この実施形態のAC−DCコンバータの一次側には、上記補助巻線Nbと直列に接続された整流用ダイオードD0と、このダイオードD0のカソード端子と接地点GNDとの間に接続された平滑用コンデンサC0とからなる整流平滑回路16が設けられ、該整流平滑回路16で整流、平滑された電圧が上記一次側制御用IC13の電源電圧端子VCC1に印加されている。これとともに、ダイオード・ブリッジ回路12で整流される前の電圧または整流された後の直流電圧が、ダイオードD1および抵抗R1を介して一次側制御用IC13の高圧起動端子VCC0に印加され、電源起動時の補助巻線Nbに電圧が誘起される前に一次側制御用IC13を動作させることができるように構成されている。   The primary side of the AC-DC converter of this embodiment is connected between the rectifying diode D0 connected in series with the auxiliary winding Nb and between the cathode terminal of the diode D0 and the ground point GND. A rectifying / smoothing circuit 16 including a smoothing capacitor C0 is provided, and a voltage rectified and smoothed by the rectifying / smoothing circuit 16 is applied to the power supply voltage terminal VCC1 of the primary side control IC 13. At the same time, the voltage before being rectified by the diode bridge circuit 12 or the DC voltage after being rectified is applied to the high voltage starting terminal VCC0 of the primary side control IC 13 via the diode D1 and the resistor R1. The primary side control IC 13 can be operated before a voltage is induced in the auxiliary winding Nb.

さらに、本実施形態においては、スイッチングトランジスタSW1のソース端子と接地点GNDとの間に電流検出用の抵抗Rsnsが接続されているとともに、スイッチングトランジスタSW1と電流検出用抵抗Rsnsとの接続ノードN1と、一次側制御用IC13の電流検出端子CSとの間に抵抗R2が接続され、抵抗R2を介して電流検出用抵抗Rsnsで生じた電圧が一次側制御用IC13の電流検出端子CSに印加されている。一次側制御用IC13は、電流検出端子CSの電圧すなわち電流検出用抵抗Rsnsに流れる電流の変化に応じて、スイッチング素子SW1のオフタイミングを制御する。また、電流検出端子CSと接地点との間には、コンデンサC4が接続されており、上記入力用の抵抗R2とコンデンサC4とによって、高周波成分を除去もしくは低減するローパスフィルタが構成されている。   Further, in the present embodiment, a current detection resistor Rsns is connected between the source terminal of the switching transistor SW1 and the ground point GND, and a connection node N1 between the switching transistor SW1 and the current detection resistor Rsns The resistor R2 is connected to the current detection terminal CS of the primary side control IC 13, and the voltage generated at the current detection resistor Rsns is applied to the current detection terminal CS of the primary side control IC 13 via the resistor R2. Yes. The primary-side control IC 13 controls the off timing of the switching element SW1 according to the voltage of the current detection terminal CS, that is, the change in the current flowing through the current detection resistor Rsns. Further, a capacitor C4 is connected between the current detection terminal CS and the ground point, and the input resistor R2 and the capacitor C4 constitute a low-pass filter that removes or reduces high-frequency components.

なお、本実施例の一次側制御用IC13における電流検出端子CSの電圧およびフィードバック端子FBの電圧に基づくスイッチング素子SW1の制御信号の生成の仕方は、従来の一般的な一次側制御用ICと同様であるので、一次側制御用IC13の内部回路の具体的な構成については、図示及び説明を省略する。
本実施形態のAC−DCコンバータにおいては、電流検出用抵抗Rsnsの抵抗値が、二次側の出力電圧Voutが5Vのように小さい場合に最適となるように設定されている。そして、電流検出端子CSと抵抗R2との接続ノードN2と接地点との間に、電流検出用抵抗Rsnsの見掛け上の抵抗値を切り替えるための切替回路14が設けられている。
Note that the method of generating the control signal of the switching element SW1 based on the voltage of the current detection terminal CS and the voltage of the feedback terminal FB in the primary side control IC 13 of this embodiment is the same as that of a conventional general primary side control IC. Therefore, the illustration and description of the specific configuration of the internal circuit of the primary side control IC 13 are omitted.
In the AC-DC converter of the present embodiment, the resistance value of the current detection resistor Rsns is set to be optimal when the output voltage Vout on the secondary side is as small as 5V. A switching circuit 14 for switching the apparent resistance value of the current detection resistor Rsns is provided between the connection node N2 between the current detection terminal CS and the resistor R2 and the ground point.

図2には、上記切替回路14の具体的な回路例が示されている。
図2に示すように、切替回路14は、電流検出端子CSと接地点との間に、抵抗R3およびスイッチとして機能するMOSトランジスタQ1が直列形態に接続されている。さらに、前記補助巻線Nbに誘起される電圧を平滑して一次側制御用IC13の動作電圧を生成する平滑用コンデンサC0と並列に、整流用ダイオードD0のカソード端子と接地点GNDとの間に接続された分圧用の抵抗R4,R5が設けられ、該抵抗R4とR5の接続ノードN3の電位が、上記スイッチMOSトランジスタQ1のゲート端子に印加されるように構成されている。
なお、抵抗R4とR5の抵抗比は、二次側の出力電圧Voutが小さい場合にはノードN3の電位によってスイッチMOSトランジスタQ1がオンされないような値に設定されている。したがって、出力電圧Voutが小さい場合には抵抗R3には電流が流れず、電流検出用抵抗Rsnsで生じた電圧がそのまま一次側制御用IC13の電流検出端子CSに印加される。
FIG. 2 shows a specific circuit example of the switching circuit 14.
As shown in FIG. 2, in the switching circuit 14, a resistor R3 and a MOS transistor Q1 functioning as a switch are connected in series between a current detection terminal CS and a ground point. Further, in parallel with the smoothing capacitor C0 for smoothing the voltage induced in the auxiliary winding Nb and generating the operating voltage of the primary side control IC 13, between the cathode terminal of the rectifying diode D0 and the ground point GND. Connected voltage dividing resistors R4 and R5 are provided, and the potential of the connection node N3 of the resistors R4 and R5 is applied to the gate terminal of the switch MOS transistor Q1.
Note that the resistance ratio between the resistors R4 and R5 is set to such a value that the switch MOS transistor Q1 is not turned on by the potential of the node N3 when the output voltage Vout on the secondary side is small. Therefore, when the output voltage Vout is small, no current flows through the resistor R3, and the voltage generated at the current detection resistor Rsns is applied to the current detection terminal CS of the primary side control IC 13 as it is.

次に、上記切替回路14内のスイッチMOSトランジスタQ1の動作について説明する。
前述したように、補助巻線Nbには、二次側巻線Nsに誘起される交流電圧に比例した大きさの交流電圧が誘起される。そのため、二次側の出力レベルが切り替えられて出力電圧Voutが変化すると、補助巻線Nbに誘起される電圧もこれに比例して変化することとなる。また、抵抗R4とR5の抵抗比は、二次側の出力電圧Voutが小さい場合にはノードN3の電位によってスイッチMOSトランジスタQ1がオンされないような値に設定されているので、出力電圧Voutが小さい場合にはQ1はオフである。この状態で、二次側の出力レベルが高い方へ切り替えられて出力電圧Voutが高くなったとすると、補助巻線Nbに誘起される電圧も高くなる。
Next, the operation of the switch MOS transistor Q1 in the switching circuit 14 will be described.
As described above, an AC voltage having a magnitude proportional to the AC voltage induced in the secondary winding Ns is induced in the auxiliary winding Nb. Therefore, when the output level on the secondary side is switched and the output voltage Vout changes, the voltage induced in the auxiliary winding Nb also changes in proportion to this. The resistance ratio between the resistors R4 and R5 is set to such a value that the switch MOS transistor Q1 is not turned on by the potential of the node N3 when the output voltage Vout on the secondary side is small, so that the output voltage Vout is small. In some cases, Q1 is off. In this state, when the output level on the secondary side is switched to a higher level and the output voltage Vout increases, the voltage induced in the auxiliary winding Nb also increases.

本実施例では、出力電圧Voutが12Vに変化されるとノードN3の電位によってスイッチMOSトランジスタQ1がオンされるように抵抗R4とR5の抵抗比が設定されている。そのため、抵抗R3に電流が流れ、一次側制御用IC13の電流検出端子CSには、電流検出用抵抗Rsnsの電圧を抵抗R2とR3の抵抗比で分圧したような電圧が印加され、電流検出電圧(電流検出端子CSの電圧)は低くなる。したがって、抵抗R2とR3の抵抗比を適宜設定することで、電流検出端子CSに印加される電流検出用抵抗Rsnsの電圧を調整することができ、間接的に電流検出用抵抗Rsnsを最適化したのと同等の結果が得られる。   In this embodiment, the resistance ratio of the resistors R4 and R5 is set so that the switch MOS transistor Q1 is turned on by the potential of the node N3 when the output voltage Vout is changed to 12V. Therefore, a current flows through the resistor R3, and a voltage obtained by dividing the voltage of the current detection resistor Rsns by the resistance ratio of the resistors R2 and R3 is applied to the current detection terminal CS of the primary side control IC 13 to detect the current. The voltage (the voltage at the current detection terminal CS) becomes low. Therefore, by appropriately setting the resistance ratio of the resistors R2 and R3, the voltage of the current detection resistor Rsns applied to the current detection terminal CS can be adjusted, and the current detection resistor Rsns is indirectly optimized. A result equivalent to is obtained.

また、本実施例では、電流検出用抵抗Rsnsで検出された電圧が入力される電流検出端子CSとノードN1との間に上記入力用の抵抗R2が設けられていることにより、切替回路14を構成する抵抗R3に流れる電流を小さくすることができる。つまり、電力損失を抑えるため電流検出用抵抗Rsnsはその抵抗値が小さく設定されるため、抵抗R2を設けずに、トランジスタQ1をオンさせて電流検出用抵抗Rsnsと並列に設けられた抵抗R3に電流を流すことで、所望のレベルの電圧を電流検出端子CSに入力させる場合、抵抗R3の抵抗値を小さくしなければならず、それによって、Q1をオン、オフに伴って大きなスイッチングノイズが発生してしまう。一方、抵抗R2を設けた実施例のような構成によれば、電流検出端子CSに入力される電圧は2つの直列抵抗R2,R3の抵抗比で決定されることになるため、抵抗R2の抵抗値を大きくすることで抵抗R3に大きな電流が流れないようにしてスイッチングノイズを低減することができるとともに、電流検出端子に入力される電圧は2つの直列抵抗の抵抗比で決定されることになるため、使用する抵抗素子の抵抗値にばらつきがあっても、抵抗比が所定の値になるように設定することで、抵抗調整用素子(R2,R3)として抵抗値の精度の高い高価なものを使用しなくても電流検出端子に入力される電圧の精度を高くすることができる。   In the present embodiment, the switching resistor 14 is provided by providing the input resistor R2 between the node N1 and the current detection terminal CS to which the voltage detected by the current detection resistor Rsns is input. It is possible to reduce the current flowing through the constituting resistor R3. That is, since the resistance value of the current detection resistor Rsns is set to be small in order to suppress power loss, the transistor R1 is turned on without providing the resistor R2, and the resistor R3 provided in parallel with the current detection resistor Rsns. When a voltage of a desired level is input to the current detection terminal CS by passing a current, the resistance value of the resistor R3 must be reduced, thereby generating a large switching noise when the Q1 is turned on / off. Resulting in. On the other hand, according to the configuration of the embodiment in which the resistor R2 is provided, the voltage input to the current detection terminal CS is determined by the resistance ratio of the two series resistors R2 and R3. By increasing the value, switching noise can be reduced by preventing a large current from flowing through the resistor R3, and the voltage input to the current detection terminal is determined by the resistance ratio of the two series resistors. Therefore, even if the resistance values of the resistance elements to be used vary, by setting the resistance ratio to be a predetermined value, the resistance adjustment elements (R2, R3) are expensive with high accuracy of the resistance value. The accuracy of the voltage input to the current detection terminal can be increased without using the.

次に、本実施形態のAC−DCコンバータの二次側制御回路20について説明する。
本実施形態のAC−DCコンバータは、USB規格のUSB−PD仕様に対応したAC−DCコンバータであり、二次側のフィルタ用のコイルL3と出力端子OUT1との間に設けられ、二次側に誘起された電力の出力を遮断したり許容したりするためのスイッチとして機能するMOSトランジスタQ2およびアイソレーション用コイルL4と、出力端子OUT1に接続されるUSB機器30に設けられる通信用チップ31と通信するための通信機能および上記MOSトランジスタQ2をオン、オフ制御する機能等を有する通信&制御回路21とが設けられている。
Next, the secondary side control circuit 20 of the AC-DC converter of this embodiment will be described.
The AC-DC converter according to the present embodiment is an AC-DC converter compatible with the USB-PD specification of the USB standard, and is provided between the secondary-side filter coil L3 and the output terminal OUT1. A MOS transistor Q2 and an isolation coil L4 that function as a switch for cutting off or permitting the output of the electric power induced by the signal, and a communication chip 31 provided in the USB device 30 connected to the output terminal OUT1. A communication & control circuit 21 having a communication function for communication and a function for on / off control of the MOS transistor Q2 is provided.

上記通信&制御回路21は、通信用チップ、デコーダ、CPU(マイクロプロセッサ)など2以上のICによって構成しても良い。アイソレーション用コイルL4を設けることで、後述のように、出力端子OUT1を介してUSB−PD規格のVbusを介して通信を行うように構成した際に、通信信号(ディジタル信号)によるフィードバック電圧VFBへの影響を低減することができる。なお、通信&制御回路21へ制御信号を直接入力する場合には、アイソレーション用コイルL4を省略することができる。   The communication & control circuit 21 may be composed of two or more ICs such as a communication chip, a decoder, and a CPU (microprocessor). By providing the isolation coil L4, as will be described later, when the communication is performed via the output terminal OUT1 via the USB-PD standard Vbus, the feedback voltage VFB by the communication signal (digital signal) is provided. The influence on can be reduced. Note that when the control signal is directly input to the communication & control circuit 21, the isolation coil L4 can be omitted.

また、二次側制御回路20には、出力電圧Voutを分圧して一次側制御用IC13へ供給するフィードバック電圧VFBを生成するための直列抵抗R11,R12と、該抵抗R11,R12で分圧された電圧を受けて上記フォトダイオード15aを駆動する電流引き抜き用の誤差アンプ22aと、逆流防止用のダイオードD21とが設けられている。
そして、上記フィードバック電圧VFBを生成するための分圧抵抗R11,R12のうち抵抗R12と並列に、調整用の抵抗R13,R14が設けられ、調整用抵抗R13,R14にはMOSトランジスタなどからなるスイッチS13,S14が接続され、該スイッチS13,S14は通信&制御回路21によってオンまたはオフ状態に制御されるように構成されている。
Further, the secondary side control circuit 20 divides the output voltage Vout and divides the voltage by the series resistors R11 and R12 for generating the feedback voltage VFB supplied to the primary side control IC 13 and the resistors R11 and R12. An error amplifier 22a for current extraction that drives the photodiode 15a in response to the applied voltage and a diode D21 for preventing backflow are provided.
Of the voltage dividing resistors R11 and R12 for generating the feedback voltage VFB, adjusting resistors R13 and R14 are provided in parallel with the resistor R12. The adjusting resistors R13 and R14 are switches made of MOS transistors or the like. S13 and S14 are connected, and the switches S13 and S14 are configured to be controlled to be turned on or off by the communication & control circuit 21.

さらに、フォトダイオード15aを駆動する第2の電流引き抜き用の誤差アンプ22bと、逆流防止用のダイオードD22と、出力端子OUT2と接地点との間に接続された出力電流検出用のセンス抵抗Rsns2とが設けられ、該センス抵抗Rsns2で変換された電圧が抵抗R10を介して誤差アンプ22bの反転入力端子に入力されるとともに、誤差アンプ22bの非反転入力端子には基準電圧Vrefを抵抗R20とR21とで分圧した電圧が入力されている。また、抵抗R21と並列に調整用の抵抗R23,R24が設けられ、調整用抵抗R23,R24にはスイッチS23,S24が接続され、S23,S24は通信&制御回路21によってオンまたはオフ状態に制御されるように構成されている。   Further, a second current extracting error amplifier 22b for driving the photodiode 15a, a backflow preventing diode D22, and a sense resistor Rsns2 for detecting an output current connected between the output terminal OUT2 and the ground point, The voltage converted by the sense resistor Rsns2 is input to the inverting input terminal of the error amplifier 22b via the resistor R10, and the reference voltage Vref is applied to the resistors R20 and R21 at the non-inverting input terminal of the error amplifier 22b. The voltage divided by is input. Further, adjustment resistors R23 and R24 are provided in parallel with the resistor R21, and switches S23 and S24 are connected to the adjustment resistors R23 and R24, and S23 and S24 are controlled to be turned on or off by the communication & control circuit 21. It is configured to be.

上記調整用抵抗のうちR13とR14は出力電圧調整用、R23とR24は出力電流調整用であり、電力の供給を受ける機器の側から要求される出力電圧と出力電流の値に応じて、スイッチS13,S14とS23,S24のオン、オフ状態が決定される。S13とS14のいずれかオン状態されると、分圧抵抗R11とR12の接続ノードの電位が下がり、一次側制御用IC13へ供給されるフィードバック電圧VFBの電位が下がることによって、一次側制御用IC13は要求される電圧が切り替わったことを認識することができ、要求された電圧が出力されるようにスイッチング素子SW1を駆動する。そして、一次側の回路では、フィードバック電圧の電位が変化したことに応じて、前述したように補助巻線Nbに誘起される電圧が変化し、自動的に切替回路14内のスイッチMOSトランジスタQ1(図2)のオン、オン状態が切り替わって電流検出用抵抗(Rsns)の見掛け上の抵抗値が切り替わるようになる。   Of the adjusting resistors, R13 and R14 are for adjusting output voltage, and R23 and R24 are for adjusting output current. Depending on the value of output voltage and output current required from the device receiving power supply, the switches The on / off states of S13, S14 and S23, S24 are determined. When one of S13 and S14 is turned on, the potential at the connection node of the voltage dividing resistors R11 and R12 decreases, and the potential of the feedback voltage VFB supplied to the primary side control IC 13 decreases, whereby the primary side control IC13. Can recognize that the required voltage has been switched, and drives the switching element SW1 to output the required voltage. In the primary circuit, the voltage induced in the auxiliary winding Nb changes as described above in response to the change in the potential of the feedback voltage, and the switch MOS transistor Q1 ( The apparent resistance value of the current detection resistor (Rsns) is switched by switching between the on and on states in FIG.

一方、スイッチS23とS24のいずれかオン状態されると、分圧抵抗R20とR21の接続ノードの電位すなわち誤差アンプ22bの非反転入力端子の電圧が下がり、一次側制御用IC13へ供給されるフィードバック電圧VFBの電位が下がることによって、一次側制御用IC13は要求される電流が切り替わったことを認識することができ、要求された電流が出力されるようにスイッチング素子SW1を駆動する。
なお、この実施形態では、一次側の回路は、二次側制御回路20において出力電流調整用抵抗R23,R24の電流経路が切り替わってフィードバック電圧VFBの電位が変化しても切替回路14内のスイッチMOSトランジスタQ1(図2)のオン、オン状態を切り替えることはない、つまり電流検出用抵抗(Rsns)の見掛け上の抵抗値が切り替わることがないように、各回路や素子の定数が設定されている。出力電流の増減は、出力電圧の増減と異なり電流検出用抵抗(Rsns)の抵抗値を変えることなく切り替えても電力効率等が大きく変化することがないような回路定数の設計が可能なためである。
On the other hand, when one of the switches S23 and S24 is turned on, the potential of the connection node of the voltage dividing resistors R20 and R21, that is, the voltage of the non-inverting input terminal of the error amplifier 22b is lowered, and the feedback supplied to the primary side control IC 13 As the voltage VFB decreases, the primary side control IC 13 can recognize that the required current has been switched, and drives the switching element SW1 so that the required current is output.
In this embodiment, the primary circuit is a switch in the switching circuit 14 even when the current path of the output current adjusting resistors R23 and R24 is switched in the secondary control circuit 20 and the potential of the feedback voltage VFB changes. The constants of each circuit and element are set so that the MOS transistor Q1 (FIG. 2) is not switched on and off, that is, the apparent resistance value of the current detection resistor (Rsns) is not switched. Yes. The increase / decrease in the output current is because, unlike the increase / decrease in the output voltage, it is possible to design circuit constants such that the power efficiency does not change greatly even if switching without changing the resistance value of the current detection resistor (Rsns). is there.

次に、通信&制御回路21の具体的な機能と動作について説明する。
本実施形態のAC−DCコンバータの二次側出力端子OUT1は、USB規格で規定するVバス(VBUS)に接続される。そこで、通信&制御回路21は、カップリングコンデンサC11を介して出力端子OUT1に接続されるとともに、USB機器側の通信用チップ31もカップリングコンデンサC12を介してVバス端子VBusに接続され、交流信号によるシリアル通信が行えるように構成されている。
Next, specific functions and operations of the communication & control circuit 21 will be described.
The secondary output terminal OUT1 of the AC-DC converter of this embodiment is connected to a V bus (VBUS) defined by the USB standard. Therefore, the communication & control circuit 21 is connected to the output terminal OUT1 via the coupling capacitor C11, and the communication chip 31 on the USB device side is also connected to the V bus terminal VBus via the coupling capacitor C12. It is configured to perform serial communication using signals.

通信&制御回路21は、出力端子OUT1にUSB機器が接続されたことを検出すると、上記通信機能を使用して通信用チップ31と通信を行い、USB機器30が必要とする電圧/電流を取得する。そして、取得した値に基づいてスイッチS13,S14のオン、オフ状態を決定し、制御する信号を出力する。そして、出力電圧Voutが要求された電圧になると、MOSトランジスタQ2をオン状態に制御して、出力端子OUT1に接続されているUSB機器へ電力を供給する。
本実施形態のAC−DCコンバータにおいては、上記のような構成を採用することで、例えば5V/2A(10W)、12V/3A(36W)、12V/5A(60W)、20V/3A(60W)、20V/5A(100W)のような複数の出力電圧/出力電流の中からいずれかを選択して出力できるようになっている。
When the communication & control circuit 21 detects that the USB device is connected to the output terminal OUT1, the communication & control circuit 21 communicates with the communication chip 31 using the communication function and acquires the voltage / current required by the USB device 30. To do. Based on the acquired value, the on / off states of the switches S13 and S14 are determined, and a signal for control is output. When the output voltage Vout reaches the required voltage, the MOS transistor Q2 is controlled to be turned on, and power is supplied to the USB device connected to the output terminal OUT1.
In the AC-DC converter of the present embodiment, by adopting the above-described configuration, for example, 5V / 2A (10W), 12V / 3A (36W), 12V / 5A (60W), 20V / 3A (60W) , 20V / 5A (100W) such as a plurality of output voltages / output currents can be selected and output.

次に、上記実施形態のAC−DCコンバータの変形例について説明する。
第1の変形例は、図4に示すように、図2に示す分圧用の抵抗R4をツェナーダイオードD4に置き換えたものである。なお、それ以外の構成は、図1に示すAC−DCコンバータと同じであり、動作も図1に示すAC−DCコンバータとほぼ同じである。
Next, a modification of the AC-DC converter of the above embodiment will be described.
As shown in FIG. 4, the first modification is obtained by replacing the voltage dividing resistor R4 shown in FIG. 2 with a Zener diode D4. The rest of the configuration is the same as that of the AC-DC converter shown in FIG. 1, and the operation is almost the same as that of the AC-DC converter shown in FIG.

第2の変形例は、図5に示すように、一次側回路において図2に示す分圧用の抵抗R4,R5とスイッチMOSトランジスタQ2とからなる切替回路を2組設けたものである。なお、図5の切替回路14における分圧用の抵抗R4,R5の抵抗比と抵抗R4’,R5’の抵抗比は異なる値に設定される。また、抵抗R3とR3’の抵抗値も異なる値に設定される。
本変形例のように、調整用の抵抗と該抵抗の電流経路を切り替える切替手段を2組設けることによって、例えば出力電圧のレベルが5V、12V、20Vのように3段階あるような場合に、各出力レベルに応じて電流検出端子CSに印加される電流検出電圧を調整することができ、電流検出用抵抗Rsnsを最適化したのと同等の結果が得られるという利点がある。
As shown in FIG. 5, the second modification is provided with two sets of switching circuits including voltage dividing resistors R4 and R5 and a switch MOS transistor Q2 shown in FIG. Note that the resistance ratio of the voltage dividing resistors R4 and R5 and the resistance ratio of the resistors R4 ′ and R5 ′ in the switching circuit 14 of FIG. 5 are set to different values. Further, the resistance values of the resistors R3 and R3 ′ are also set to different values.
As in this modification, by providing two sets of switching resistors for switching the adjustment resistor and the current path of the resistor, for example, when the output voltage level has three stages such as 5V, 12V, and 20V, The current detection voltage applied to the current detection terminal CS can be adjusted according to each output level, and there is an advantage that the same result as that obtained by optimizing the current detection resistor Rsns can be obtained.

次に、本発明に係るAC−DCコンバータの第2の実施形態について説明する。
第2の実施形態は、図6に示すように、ダイオード・ブリッジ回路12とトランスT1との間に、力率改善用IC41と、該力率改善用IC41によってオン、オフ制御されるスイッチング素子SW2と、該スイッチング素子SW2と直列に接続された電流検出用抵抗Rsなどからなる力率改善回路40を設けたものである。
本実施形態のように力率改善回路を設けることによって、例えば出力電圧のレベルに応じてトランスを切り替えるようなことをせずに、それぞれトランスの定数を最適設定したAC−DCコンバータに近い電力効率を得ることができるという利点がある。
Next, a second embodiment of the AC-DC converter according to the present invention will be described.
In the second embodiment, as shown in FIG. 6, between the diode bridge circuit 12 and the transformer T1, a power factor improving IC 41 and a switching element SW2 that is on / off controlled by the power factor improving IC 41. And a power factor correction circuit 40 including a current detection resistor Rs connected in series with the switching element SW2.
By providing the power factor correction circuit as in the present embodiment, for example, without switching the transformer according to the level of the output voltage, the power efficiency close to the AC-DC converter in which the transformer constant is optimally set. There is an advantage that can be obtained.

なお、上記力率改善回路40は、出力電力が大きい場合に高効率となるようにトランスの巻数比が設計されている場合には出力電力が小さい動作時に力率改善回路を動作させ、出力電力が小さい場合に高効率となるようにトランスの巻数比が設計されている場合には出力電力が大きい動作時に力率改善回路を動作させるようにしても良い。これにより、力率改善回路を設けたことに伴う消費電力の増加を抑制しつつコンバータの電力効率を高めることができる。   The power factor improving circuit 40 operates the power factor improving circuit when the output power is low when the turn ratio of the transformer is designed so that the efficiency is high when the output power is large. When the transformer turns ratio is designed so that the efficiency is high when the output power is small, the power factor correction circuit may be operated when the output power is large. Thereby, the power efficiency of the converter can be increased while suppressing an increase in power consumption accompanying the provision of the power factor correction circuit.

以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。例えば、前記実施形態では、トランスの二次側の整流回路としてダイオード整流方式の回路を示して説明したが、二次側の整流回路として同期整流方式の回路を使用してもよい。
また、前記実施形態では、二次側制御回路がカップンリングコンデンサを介した交流信号による外部装置との通信で、出力すべき電圧の値を取得するようにしたものを説明したが、直流信号や無線による通信で出力すべき電圧の値を取得するように構成しても良い。
Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment, the present invention is not limited to the embodiment. For example, in the above-described embodiment, the diode rectification type circuit is illustrated as the secondary side rectification circuit of the transformer, but a synchronous rectification type circuit may be used as the secondary side rectification circuit.
In the above embodiment, the secondary control circuit has been described to acquire the value of the voltage to be output in communication with an external device using an AC signal via a coupling capacitor. Alternatively, a voltage value to be output by wireless communication may be acquired.

さらに、本発明は、前述したようなUSB−PD仕様で規定されている5V、12V、20Vのような複数の出力電圧を切り替えて出力するAC−DCコンバータに限定されず、マルチ出力のAC−DCコンバータ一般に広く適用することができる。   Furthermore, the present invention is not limited to an AC-DC converter that switches and outputs a plurality of output voltages such as 5V, 12V, and 20V defined in the USB-PD specification as described above, and a multi-output AC-DC. It can be widely applied to DC converters in general.

12 ダイオード・ブリッジ回路(整流回路)
13 一次側制御回路(一次側制御用IC)
14 切替回路
15a フォトカプラの発光側ダイオード
15b フォトカプラの受光側トランジスタ
20 二次側制御回路
21 通信&制御回路
30 USB機器
31 通信用チップ
12 Diode bridge circuit (rectifier circuit)
13 Primary side control circuit (Primary side control IC)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 14 Switching circuit 15a Light emitting side diode of photocoupler 15b Light receiving side transistor of photocoupler 20 Secondary side control circuit 21 Communication & control circuit 30 USB device 31 Communication chip

Claims (5)

電圧変換用のトランスと、該トランスの一次側巻線に電流を流すためのスイッチング素子と、前記トランスの一次側巻線に流れる電流を検出するための電流検出素子と、該電流検出素子により変換された電圧と前記トランスの二次側からのフィードバック電圧が入力されることで前記スイッチング素子をオン、オフ制御する駆動パルスを生成し出力する一次側制御回路と、出力電圧に基づいて前記一次側制御回路へ供給するフィードバック電圧を生成するフィードバック電圧生成手段を含む二次側回路と、を有する絶縁型直流電源装置であって、
前記トランスは、前記二次側巻線と同一極性の電圧を誘起する補助巻線を備え、
前記トランスの一次側には、
前記電流検出素子により変換された電圧が入力される前記一次側制御回路の電流検出端子と、前記電流検出素子の電圧取り出し側の端子との間に接続された抵抗素子と、
前記抵抗素子を介して前記電流検出素子と並列に接続された1または2以上の抵抗調整用素子を備えた切替手段と、が設けられ、
前記切替手段は、前記補助巻線に誘起される電圧の電位に応じて前記抵抗調整用素子の電流経路を切り替えて、前記一次側制御回路へ入力される電圧を変化させることを特徴とする絶縁型直流電源装置。
Transformer for voltage conversion, switching element for flowing current to the primary winding of the transformer, current detection element for detecting current flowing to the primary winding of the transformer, and conversion by the current detection element And a primary side control circuit for generating and outputting a drive pulse for controlling on and off of the switching element by inputting a voltage and a feedback voltage from a secondary side of the transformer, and the primary side based on an output voltage A secondary side circuit including a feedback voltage generating means for generating a feedback voltage to be supplied to the control circuit;
The transformer includes an auxiliary winding that induces a voltage having the same polarity as the secondary winding,
On the primary side of the transformer,
A resistance element connected between a current detection terminal of the primary side control circuit to which a voltage converted by the current detection element is input, and a voltage extraction side terminal of the current detection element;
Switching means comprising one or more resistance adjusting elements connected in parallel with the current detection element via the resistance element;
The switching means switches the current path of the resistance adjusting element according to the potential of the voltage induced in the auxiliary winding, and changes the voltage input to the primary side control circuit. Type DC power supply.
前記切替手段は、
前記補助巻線の一方の端子に接続された整流・平滑回路の出力端と接地点との間に接続された分圧回路と、
前記抵抗調整用素子と直列形態に接続され前記分圧回路で分圧された電圧によってオン状態またはオフ状態にされるスイッチ手段と、を備え、
前記トランスの二次側から出力すべき電圧の値に応じて、
二次側から出力すべき電圧が第1の値である場合に前記スイッチ手段がオン状態にされ、二次側から出力すべき電圧が第2の値である場合に前記スイッチ手段がオフ状態にされるように、前記分圧回路の分圧比が設定されていることを特徴とする請求項1に記載の絶縁型直流電源装置。
The switching means is
A voltage dividing circuit connected between the output terminal of the rectifying / smoothing circuit connected to one terminal of the auxiliary winding and a ground point;
Switch means connected in series with the resistance adjusting element and turned on or off by a voltage divided by the voltage dividing circuit,
Depending on the voltage value to be output from the secondary side of the transformer,
The switch means is turned on when the voltage to be output from the secondary side is the first value, and the switch means is turned off when the voltage to be output from the secondary side is the second value. The insulated DC power supply device according to claim 1, wherein a voltage dividing ratio of the voltage dividing circuit is set.
前記フィードバック電圧生成手段は、
前記トランスの二次側の電圧を分圧する直列形態の分圧用抵抗素子と、
前記分圧用抵抗素子のいずれかの素子と並列に接続された1または2以上の抵抗調整素子および該抵抗調整素子に接続された二次側切替手段と、を備え、前記分圧用抵抗素子により分圧された電圧に基づいて前記一次側制御回路へ供給するフィードバック電圧を生成し、
前記二次側切替手段は、外部からの信号に基づいて前記抵抗調整素子の電流経路を切り替えて、前記一次側制御回路へ供給される前記フィードバック電圧を変化させることを特徴とする請求項1または2に記載の絶縁型直流電源装置。
The feedback voltage generating means includes
A voltage dividing resistor element in series for dividing the voltage on the secondary side of the transformer;
One or two or more resistance adjusting elements connected in parallel with any one of the voltage dividing resistance elements, and secondary-side switching means connected to the resistance adjusting elements, and the voltage dividing resistance elements Generating a feedback voltage to be supplied to the primary side control circuit based on the compressed voltage;
2. The secondary side switching unit switches the current path of the resistance adjusting element based on an external signal, and changes the feedback voltage supplied to the primary side control circuit. 2. The insulated DC power supply device according to 2.
前記抵抗調整素子を2以上備え、
前記二次側切替手段が、外部からの信号に基づいて前記2以上の抵抗調整素子の電流経路を切り替えることにより、複数の電圧の中のいずれか1つを選択して出力可能に構成されていることを特徴とする請求項3に記載の絶縁型直流電源装置。
Comprising two or more resistance adjusting elements,
The secondary side switching means is configured to be able to select and output any one of a plurality of voltages by switching current paths of the two or more resistance adjusting elements based on an external signal. The insulated direct-current power supply device according to claim 3.
前記二次側回路には、外部装置との間で信号を送受信する通信手段と、前記二次側回路で生成された直流電圧を出力するための端子との間に接続された容量素子と、が設けられ、
前記通信手段は、前記容量素子を介して交流信号で外部装置と通信可能に構成されていることを特徴とする請求項4に記載の絶縁型直流電源装置。
In the secondary side circuit, a capacitive element connected between a communication means for transmitting / receiving a signal to / from an external device and a terminal for outputting a DC voltage generated in the secondary side circuit, Is provided,
The insulated DC power supply device according to claim 4, wherein the communication unit is configured to be able to communicate with an external device through an AC signal through the capacitive element.
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