JP6792027B2 - スイッチングコンバータの制御回路 - Google Patents
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Description
本発明者はさらに、スイッチングコンバータのインダクタやキャパシタ等の回路定数によっては、スイッチングコンバータが正常であっても、スイッチングコンバータの起動直後にインダクタに大きな電圧が印加され、電流検出信号が高速に上昇する場合があることを認識した。そこで、起動時間よりも判定時間を長くとり、異常判定を行なうことで、起動時の誤検出を防止できる。
所定サイクル数を起動時間よりも長く設定し、異常判定を行なうことで、起動時の誤検出を防止できる。
上述の異常検出技術は、ソフトスイッチングを行なう疑似共振(QR:Quasi-Resonant)動作モードにおいて特に有効である。
これにより、インダクタの電流がゼロとなったことを検知できる。
これにより、インダクタの電流がゼロとなったことを検知できる。
上述の異常検出技術は、ハードスイッチングを行なう動作モードにも適用可能である。
「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。
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。
そこで実施の形態では、異常検出回路214が、異常検出期間τ1中の比較信号S15のアサートが、所定の判定時間τ3、連続して発生すると異常と判定することとした。これにより、起動時間よりも判定時間τ3を長くとり、異常判定を行なうことで、起動時の誤検出を防止できる。
図7は、第1変形例に係るスイッチングコンバータ100aの回路図である。出力回路102は図3と同様である。第1変形例に係る制御回路200aでは、調光設定値(第1しきい値)VADIMとしきい値電圧(第2しきい値)VTHは等しく、電流リミットコンパレータ202と第2コンパレータ212は、単一のコンパレータを共有して構成され、また電流リミットコンパレータ202の出力は、リセットパルスS11と比較信号S15を兼ねている。この変形例によればコンパレータの個数を減らすことができ、回路面積を小さくできる。
第2変形例では異常検出回路214の処理が上述のそれと異なる。第2変形例において異常検出回路214は、異常検出期間中の比較信号S15のアサートが、所定サイクル数Nにわたり連続すると、異常と判定する。
異常検出回路214は、起動開始から所定時間、異常検出を無効としてもよい。これにより、起動直後の異常の誤検出を防止できる。
異常検出のための第1時間τ1と、LEBのための第2時間τ2は等しくてもよい。この場合、第1タイマー回路216と第2タイマー回路236とを共有することができ、回路面積を小さくできる。図9は、第4変形例に係る制御回路200bの回路図である。この変形例ではLEB回路210と異常検出回路214は、タイマー回路236(216)を共有する。
図10は、第5変形例に係るスイッチングコンバータ100bの回路図である。このスイッチングコンバータ100bは、キャパシタC11、抵抗R10に代えて、インダクタL1と結合された補助巻線L2を備える。制御回路200bのZT端子には、補助巻線L2に生ずる電圧VL2に応じた電圧VZTが入力される。ゼロ電流検出回路(セットパルス発生器)204は、補助巻線L2の電圧VZTが所定のしきい値電圧VZEROとクロスすると、セットパルスS13をアサートする。この構成によっても、疑似共振モードを実現できる。
実施の形態では、疑似共振モードのスイッチングコンバータ100を説明したが、本発明はそれには限定されず、他励方式にも適用可能である。この場合、セットパルス発生器204は、スイッチングトランジスタM1がターンオンしてから所定のオフ時間TOFFの経過後に、セットパルスS13をアサートするタイマー回路で構成すればよい。
本実施の形態において、ロジック回路のハイレベル、ローレベルの論理値の設定は一例であって、インバータなどによって適宜反転させることにより自由に変更することが可能である。
実施の形態では、LED光源502がLEDストリングである場合を説明したが、負荷の種類は特に限定されない。
Claims (22)
- スイッチングコンバータの制御回路であって、
電流検出信号を受ける電流検出端子と、
前記電流検出信号が第1しきい値を超えると、リセットパルスをアサートする第1コンパレータと、
セットパルスをアサートするセットパルス発生器と、
前記セットパルスおよび前記リセットパルスを受け、出力パルスを生成するロジック回路と、
前記電流検出信号が、前記第1しきい値以下である第2しきい値を超えると、比較信号をアサートする第2コンパレータと、
前記比較信号がアサートされると異常と判定する異常検出回路と、
を備え、
前記出力パルスは、前記セットパルスがアサートされると、第1レベルに遷移し、(ii)前記リセットパルスがアサートされると、前記第1レベルと相補的な第2レベルに遷移することを特徴とする制御回路。 - スイッチングコンバータの制御回路であって、
スイッチングトランジスタと同一経路に設けられ、前記スイッチングトランジスタのオン期間に電流が流れる箇所に配置された検出抵抗と接続されるべき電流検出端子と、
前記電流検出端子に発生する電流検出信号が第1しきい値を超えると、リセットパルスをアサートする第1コンパレータと、
前記スイッチングトランジスタをターンオンすべきタイミングでセットパルスをアサートするセットパルス発生器と、
前記セットパルスおよび前記リセットパルスを受け、出力パルスを生成するロジック回路であって、(i)前記出力パルスは、前記セットパルスがアサートされると、前記スイッチングトランジスタのオンに対応するオンレベルに遷移し、(ii)前記リセットパルスがアサートされると、前記スイッチングトランジスタのオフに対応するオフレベルに遷移するものである、ロジック回路と、
前記電流検出信号が第2しきい値を超えると、比較信号をアサートする第2コンパレータと、
前記比較信号にもとづいて異常の有無を判定する異常検出回路と、
を備えることを特徴とする制御回路。 - 前記リセットパルスを所定期間、マスクするマスク回路をさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載の制御回路。
- 前記所定期間は、スイッチングトランジスタの最小オン時間にもとづいていることを特徴とする請求項3に記載の制御回路。
- 前記第1しきい値と前記第2しきい値は等しく、前記第1コンパレータおよび前記第2コンパレータは、単一のコンパレータを共有しており、前記リセットパルスと前記比較信号は同一であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の制御回路。
- 前記異常検出回路は、スイッチングトランジスタのターンオンの直後を含む異常検出期間中に、前記比較信号のアサートが、所定の判定時間、連続して発生すると、異常と判定することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の制御回路。
- 前記異常検出回路は、
前記スイッチングトランジスタがターンオンしてから第1時間の間、アサートされる第1タイマー信号を生成する第1タイマー回路と、
前記第1タイマー信号と前記比較信号を受け、中間判定信号を出力する中間判定部であって、(i)前記中間判定信号は、前記第1タイマー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、アサートされ、(ii)前記中間判定信号は、前記第1タイマー信号がネゲートされ、かつ前記比較信号がアサートされるとネゲートされるものである、中間判定部と、
前記中間判定信号が前記判定時間、連続してアサートされると、最終判定信号をアサートする最終判定部と、
を含むことを特徴とする請求項6に記載の制御回路。 - 前記異常検出回路は、スイッチングトランジスタがターンオンしてから第1時間の経過までの異常検出期間中に、前記比較信号のアサートが、所定サイクル数にわたり連続すると、異常と判定することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の制御回路。
- 前記異常検出回路は、
前記スイッチングトランジスタがターンオンしてから前記第1時間の間、アサートされる第1タイマー信号を生成する第1タイマー回路と、
前記第1タイマー信号と前記比較信号を受け、中間判定信号を出力する中間判定部であって、(i)前記中間判定信号は、前記第1タイマー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、アサートされ、(ii)前記中間判定信号は、前記第1タイマー信号がネゲートされ、かつ前記比較信号がアサートされるとネゲートされるものである、中間判定部と、
前記中間判定信号と前記出力パルスと、を受け、前記中間判定信号がアサートされる期間に、前記出力パルスが前記所定サイクル数、オンレベルに遷移すると、最終判定信号をアサートする最終判定部と、
を含むことを特徴とする請求項8に記載の制御回路。 - 前記中間判定部は、
前記第1タイマー信号と前記比較信号を受け、前記第1タイマー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、アサートされる異常検出信号を出力する第1ゲートと、
前記第1タイマー信号と前記比較信号を受け、前記第1タイマー信号がネゲートされ、かつ前記比較信号がアサートされると、アサートされる解除信号を出力する第2ゲートと、
クロック端子に前記異常検出信号を受け、リセット端子に前記解除信号を受け、中間判定信号を出力するフリップフロップであって、前記中間判定信号は前記異常検出信号がアサートされるとアサートされ、前記解除信号がアサートされるとネゲートされる、フリップフロップと、
を含むことを特徴とする請求項7または9に記載の制御回路。 - 前記最終判定部は、
キャパシタと、
前記中間判定信号がアサートされる間、前記キャパシタを充電する電流源と、
前記中間判定信号がネゲートされると前記キャパシタを放電するスイッチと、
前記キャパシタの電圧を所定のしきい値電圧と比較するコンパレータと、
を含むことを特徴とする請求項7に記載の制御回路。 - 前記最終判定部は、クロック端子に前記出力パルスが入力され、リセット端子に前記中間判定信号が入力されるカウンタを含むことを特徴とする請求項9に記載の制御回路。
- 前記異常検出回路は、起動開始から所定時間、異常検出を無効とすることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の制御回路。
- 前記マスク回路に規定される前記所定期間である第2時間は、前記異常検出回路による異常判定の期間を規定する第1時間と等しいことを特徴とする請求項3に記載の制御回路。
- 前記マスク回路は、
スイッチングトランジスタがターンオンしてから前記第2時間の間、アサートされる第2タイマー信号を生成する第2タイマー回路と、
前記第2タイマー信号と前記リセットパルスとを受け、マスク後のリセットパルスを生成する第3ゲートと、
を含むことを特徴とする請求項14に記載の制御回路。 - 前記第1しきい値と前記第2しきい値は等しく、前記第1コンパレータおよび前記第2コンパレータは、単一のコンパレータを共有しており、前記リセットパルスと前記比較信号は同一であることを特徴とする請求項14に記載の制御回路。
- 前記異常検出回路と前記マスク回路は、スイッチングトランジスタがターンオンしてから前記第2時間の間、所定レベルとなるタイマー信号を生成するタイマー回路を共有しており、
前記異常検出回路は、
前記タイマー信号と前記リセットパルスを受け、前記タイマー信号がアサートされ、かつ前記リセットパルスがアサートされると、アサートされる異常検出信号を出力する第1ゲートと、
前記タイマー信号と前記リセットパルスを受け、前記タイマー信号がネゲートされ、かつ前記リセットパルスがアサートされると、アサートされる解除信号を出力する第2ゲートと、
クロック端子に前記異常検出信号を受け、リセット端子に前記解除信号を受け、中間判定信号を出力するフリップフロップであって、前記中間判定信号は前記異常検出信号がアサートされるとアサートされ、前記解除信号がアサートされるとネゲートされる、フリップフロップと、
を含み、
前記マスク回路は、前記タイマー信号と前記リセットパルスを論理演算し、マスク後のリセットパルスを生成する第3ゲートを含むことを特徴とする請求項16に記載の制御回路。 - 前記セットパルス発生器は、前記スイッチングコンバータのインダクタに流れる電流が実質的にゼロとなると、前記セットパルスをアサートすることを特徴とする請求項1から17のいずれかに記載の制御回路。
- 前記スイッチングコンバータは、前記スイッチングコンバータのインダクタとスイッチングトランジスタの接続点と接地ラインの間に直列に設けられた第1キャパシタおよび第1抵抗をさらに備え、
前記セットパルス発生器は、前記第1抵抗の電位が所定のしきい値電圧がクロスすると、前記セットパルスをアサートすることを特徴とする請求項1から18のいずれかに記載の制御回路。 - 前記スイッチングコンバータは、前記スイッチングコンバータのインダクタと結合された補助巻線をさらに備え、
前記セットパルス発生器は、前記補助巻線の電圧が所定のしきい値電圧とクロスすると、前記セットパルスをアサートすることを特徴とする請求項1から18のいずれかに記載の制御回路。 - 前記セットパルス発生器は、スイッチングトランジスタがターンオンしてから所定のオフ時間の経過後に前記セットパルスをアサートすることを特徴とする請求項1から18のいずれかに記載の制御回路。
- 異常を検出すると、停止することを特徴とする請求項1から21のいずれかに記載の制御回路。
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