JP2009284667A - Power supply device, its control method, and semiconductor device - Google Patents

Power supply device, its control method, and semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2009284667A
JP2009284667A JP2008134507A JP2008134507A JP2009284667A JP 2009284667 A JP2009284667 A JP 2009284667A JP 2008134507 A JP2008134507 A JP 2008134507A JP 2008134507 A JP2008134507 A JP 2008134507A JP 2009284667 A JP2009284667 A JP 2009284667A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
switching element
circuit
secondary side
power supply
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2008134507A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Eita Kinoshita
英太 木下
Ichiro Tamaki
一郎 田牧
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kawasaki Microelectronics Inc
Original Assignee
Kawasaki Microelectronics Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kawasaki Microelectronics Inc filed Critical Kawasaki Microelectronics Inc
Priority to JP2008134507A priority Critical patent/JP2009284667A/en
Publication of JP2009284667A publication Critical patent/JP2009284667A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power supply device that also suppresses costs for achieving the power supply device without using a special element, its control method, and a semiconductor device for control that has a simple circuit configuration and a smaller number of connection terminals with the outside. <P>SOLUTION: The power supply device is configured such that a secondary-side circuit performs rectification of an output voltage by using a secondary-side switching element of the synchronous rectification method. Timing to turn on or off the secondary-side switching element is detected on the basis of a signal appearing in an auxiliary winding provided in the secondary-side circuit or a signal appearing in a tap of a secondary winding. A drive signal for controlling an operation of the secondary-side switching element is generated on the basis of the detected timing so as to control the operation of the secondary-side switching element by the drive signal. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、絶縁型の電源装置に関し、特に、AC−DCコンバータのように、2次側回路が同期整流方式で出力電圧の整流を行う電源装置と、これをスイッチング制御する方法およびその制御用半導体装置(IC)に関する。   The present invention relates to an insulating power supply device, and in particular, a power supply device in which a secondary side circuit rectifies an output voltage by a synchronous rectification method, such as an AC-DC converter, a method for controlling the switching, and a control device for the same The present invention relates to a semiconductor device (IC).

フライバック型AC−DCコンバータなどの電源装置において、2次側回路の出力電圧の整流は、ショットキーダイオードが広く用いられている。   In power supply devices such as flyback AC-DC converters, Schottky diodes are widely used for rectification of the output voltage of the secondary circuit.

ところが、このダイオードは、それが有する順方向降下電圧Vfのために、伝導損が発生し、AC−DCコンバータの電力変換効率の低下をもたらす。この変換効率の低下を避けるため、ダイオードに代えて、順方向降下電圧とオン時抵抗の小さいMOSFETその他の制御スイッチング素子を用い、これを、ダイオードの動作を模するように適切な制御方法で駆動する、同期整流という回路方式が用いられるようになってきた。   However, this diode causes a conduction loss due to the forward voltage drop Vf it has, resulting in a reduction in power conversion efficiency of the AC-DC converter. In order to avoid this reduction in conversion efficiency, instead of a diode, a MOSFET or other control switching element having a forward voltage drop and a low on-time resistance is used, and this is driven by an appropriate control method to simulate the operation of the diode. Therefore, a circuit system called synchronous rectification has been used.

しかしながら、ダイオード整流であれば複雑な制御回路は不要であったが、同期整流方式で制御するには、専用の駆動回路方式を採用する必要がある。これは1次側の制御スイッチング素子と2次側の制御スイッチング素子の駆動信号がタイミング的に重畳し同時にオンすると、2次側回路で「短絡現象」が発生し、回路を破壊する虞がある大電流が流れてしまうためである。これを回避するように制御するための制御用ICは複雑となり、またこれを外部と接続するための端子数も増大する傾向にあった。   However, if the diode rectification is used, a complicated control circuit is not necessary. However, in order to control by the synchronous rectification method, it is necessary to adopt a dedicated drive circuit method. This is because when the drive signals of the primary side control switching element and the secondary side control switching element are superimposed at the same time and turned on at the same time, a “short circuit phenomenon” may occur in the secondary side circuit and the circuit may be destroyed. This is because a large current flows. The control IC for controlling to avoid this has become complicated, and the number of terminals for connecting it to the outside tends to increase.

これに対し、従来技術の第1の例として、特許文献1には、集積同期整流器パッケージを実現するための技術が開示されている。同文献において、2次側同期整流回路を制御するICは、2次側制御スイッチング素子(被制御スイッチング素子)のドレインとソース間の電圧を検知するための2端子と、制御スイッチング素子の駆動端子VGateと、電源端子Vccと、グランド端子GNDの合わせて5端子を有する。   On the other hand, as a first example of the prior art, Patent Document 1 discloses a technique for realizing an integrated synchronous rectifier package. In the same document, an IC for controlling the secondary side synchronous rectifier circuit includes two terminals for detecting a voltage between the drain and the source of the secondary side control switching element (controlled switching element), and a drive terminal for the control switching element. VGate, power supply terminal Vcc, and ground terminal GND have a total of five terminals.

また、従来技術の第2の例として、特許文献2は、同期整流ACDCコンバータにおいて、2次側制御スイッチング素子のオフタイミングをデジタル制御で行うことを開示している。本開示例において制御用ICは、2次側制御スイッチング素子をオンするタイミングを検知するための検知端子と、制御スイッチング素子の駆動端子と、同期整流のスイッチング周期をあらかじめ設定するための抵抗を接続する端子と、グランド端子と、本開示例には示されていない電源端子の5端子を有する。   As a second example of the prior art, Patent Document 2 discloses that in the synchronous rectification ACDC converter, the off-timing of the secondary side control switching element is performed by digital control. In the present disclosure, the control IC connects a detection terminal for detecting the timing for turning on the secondary side control switching element, a drive terminal for the control switching element, and a resistor for setting a switching cycle of synchronous rectification in advance. Terminal, a ground terminal, and five power supply terminals not shown in the present disclosure.

さらに、従来技術の第3の例として、特許文献3においては、1次側のスイッチング素子の駆動信号を2次側の制御用ICに伝達して、2次側の制御スイッチング素子を制御することが開示されている。同文献において、制御用ICは、最も簡単な回路構成例の場合(特許文献3のFig.1)、1次側のスイッチング素子の駆動信号の検知端子と、2次側制御スイッチング素子の駆動端子と、グランド端子と、開示例には明示されていない電源端子の4端子を有する必要がある。   Further, as a third example of the prior art, in Patent Document 3, a drive signal for the primary side switching element is transmitted to the secondary side control IC to control the secondary side control switching element. Is disclosed. In the same document, in the case of the simplest circuit configuration example (FIG. 1 of Patent Document 3), the control IC has a drive signal detection terminal for the primary side switching element and a drive terminal for the secondary side control switching element. In addition, it is necessary to have four terminals, that is, a ground terminal and a power supply terminal that is not explicitly shown in the disclosed example.

従来技術の第4の例として、特許文献4には、フライバック型でトランスの補助巻線から2次側制御スイッチング素子の駆動タイミングを制御する例が示されている。ところが、この例では、確かに2次側制御スイッチング素子のオンするタイミングは補助巻線信号から生成されているが、オフのタイミングは、タイミングコンデンサと呼ばれる容量に充電電流を流し、その電圧が所定の閾値を超えたところで、オフさせるという方法を採用している。   As a fourth example of the prior art, Patent Document 4 shows an example of controlling the drive timing of the secondary side control switching element from the auxiliary winding of the transformer in a flyback type. However, in this example, the turn-on timing of the secondary side control switching element is certainly generated from the auxiliary winding signal. However, at the turn-off timing, a charging current is supplied to a capacitor called a timing capacitor, and the voltage is predetermined. The method of turning off when the threshold value is exceeded is adopted.

従来技術の第5および第6の例として、特許文献5および6にも、フライバック型でトランスの補助巻線から2次側制御スイッチング素子の駆動タイミングを制御する例が示されている。ところが、この例も、そのオフタイミングを決めるに当たっては、2次側回路の電流値を検知するためにカレントトランスを用いており、この部品がフライバック型AC−DCコンバータ全体に占める経済的費用の割合は小さくない。   As fifth and sixth examples of the prior art, Patent Documents 5 and 6 also show examples of controlling the drive timing of the secondary side control switching element from the auxiliary winding of the transformer in the flyback type. However, in this example as well, in determining the off timing, a current transformer is used to detect the current value of the secondary circuit, and this component contributes to the economic cost of the entire flyback AC-DC converter. The ratio is not small.

特開2005−143287号公報JP 2005-143287 A 米国特許第6418039号明細書U.S. Pat. No. 6418039 米国特許第7345896号明細書US Pat. No. 7,345,896 特開2005−151768号公報JP 2005-151768 A 特表2005−525069号公報JP 2005-525069 gazette 特表2004−514390号公報JP-T-2004-514390

上記に示した特許文献1および2においては、フライバック型AC−DCコンバータの制御用ICの回路構成が複雑になるために外部との接続端子が多くなるという問題があった。   In the above-mentioned Patent Documents 1 and 2, there is a problem that the number of connection terminals to the outside increases because the circuit configuration of the control IC of the flyback AC-DC converter is complicated.

また、特許文献3においては、特別なカップリング素子を用いる必要があるため、電源回路を構成する費用が上昇するという問題があった。特許文献3の開示例を実現するためには、1次側のスイッチング素子の駆動信号を非絶縁で2次側に伝達するためのカップリング素子が必要となる。このカップリング素子として、一般に同文献の開示例に示されたパルストランスあるいはフォトカプラが使用される。これらのカップリング素子のフライバック型AC−DCコンバータ全体に占める、経済的費用の割合は小さくない。   Moreover, in patent document 3, since it was necessary to use a special coupling element, there existed a problem that the cost which comprises a power supply circuit rose. In order to realize the disclosed example of Patent Document 3, a coupling element for transmitting the drive signal of the switching element on the primary side to the secondary side in a non-insulating manner is necessary. As the coupling element, a pulse transformer or a photocoupler shown in the disclosure example of the same document is generally used. The ratio of the economic cost to the whole flyback AC-DC converter of these coupling elements is not small.

特許文献4においては、オフタイミングをタイミングコンデンサへの充電量を元にした検知電圧から生成している。このため、高い効率を保ちつつ、「短絡現象」を避けるのが難しいという問題があった。   In Patent Document 4, the off timing is generated from a detection voltage based on the amount of charge to the timing capacitor. For this reason, there is a problem that it is difficult to avoid the “short-circuit phenomenon” while maintaining high efficiency.

特許文献5および6でも、オフタイミングを決めるためにカレントトランスという部品を用いる。このため、AC−DCコンバータを構成する費用が高くなってしまうという問題があった。   In Patent Documents 5 and 6, a component called a current transformer is used to determine the off timing. For this reason, there existed a problem that the expense which comprises an AC-DC converter will become high.

本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解消し、特別な素子を用いず、実現するための費用も抑えることができる電源装置と、その制御方法、ならびに、回路構成が簡単で外部との接続端子数も少ない制御用の半導体装置を提供することにある。   An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, to use a power supply device that does not use a special element and can reduce the cost for the realization, a control method thereof, and a circuit configuration that is simple and external. An object of the present invention is to provide a control semiconductor device with a small number of connection terminals.

上記目的を達成するために、本発明は、2次側回路が同期整流方式の2次側スイッチング素子を用いて出力電圧の整流を行う電源装置の動作を制御する半導体装置であって、
前記2次側回路が有する補助巻線に現れる信号、もしくは、2次巻線のタップに現れる信号に基づいて、前記補助巻線に現れる信号もしくは2次巻線のタップに現れる信号の立上りおよび立下りのタイミングを検知し、この検知したタイミングに基づいて、前記2次側スイッチング素子の動作を制御する駆動信号を生成するスイッチング制御回路を備えていることを特徴とする半導体装置を提供するものである。
To achieve the above object, the present invention provides a semiconductor device for controlling the operation of a power supply device in which a secondary side circuit rectifies an output voltage by using a synchronous rectification type secondary side switching element,
Rise and rise of a signal appearing in the auxiliary winding or a signal appearing in the tap of the secondary winding based on a signal appearing in the auxiliary winding of the secondary circuit or a signal appearing in the tap of the secondary winding Provided is a semiconductor device comprising a switching control circuit that detects a downstream timing and generates a drive signal for controlling the operation of the secondary side switching element based on the detected timing. is there.

ここで、前記スイッチング制御回路は、前記補助巻線に現れる信号、もしくは、2次巻線のタップに現れる信号の電圧が第1の参照電圧を上回ったことを検出し、前記2次側スイッチング素子をオンとすべきタイミングを検知するオン検知回路と、前記補助巻線に現れる信号、もしくは、2次巻線のタップに現れる信号の電圧が第2の参照電圧を下回ったことを検出し、前記2次側スイッチング素子のオフとすべきタイミングを検知するオフ検知回路とを備えていることが好ましい。   Here, the switching control circuit detects that the voltage of the signal appearing in the auxiliary winding or the signal appearing in the tap of the secondary winding exceeds the first reference voltage, and the secondary-side switching element Detecting that the voltage of a signal appearing in the auxiliary winding or a signal appearing in the tap of the secondary winding is lower than a second reference voltage; It is preferable to include an off detection circuit that detects a timing at which the secondary side switching element should be turned off.

また、前記オン検知回路は、前記補助巻線に現れる信号、もしくは、2次巻線のタップに現れる信号の電圧と前記第1の参照電圧とを比較する第1のコンパレータと、前記電源装置の1次側回路の1次側スイッチング素子のオン期間立下りと、前記2次側スイッチング素子のオン期間の立上りが重畳しないように、前記コンパレータの出力信号を遅延する第1の遅延回路とを備えていることが好ましい。   The ON detection circuit includes: a first comparator that compares a voltage of a signal appearing in the auxiliary winding or a signal appearing in a tap of a secondary winding with the first reference voltage; and A first delay circuit that delays the output signal of the comparator so that the on-period falling of the primary-side switching element of the primary-side circuit and the rising of the on-period of the secondary-side switching element do not overlap. It is preferable.

同様に、前記オフ検知回路は、前記補助巻線に現れる信号、もしくは、2次巻線のタップに現れる信号の電圧と前記第2の参照電圧とを比較する第2のコンパレータと、前記電源装置の1次側回路の1次側スイッチング素子のオン期間立上りと、前記2次側スイッチング素子のオン期間の立下りが重畳しないように、前記コンパレータの出力信号を遅延する第2の遅延回路とを備えていることが好ましい。   Similarly, the off detection circuit includes a second comparator that compares a voltage of a signal appearing in the auxiliary winding or a signal appearing in a tap of a secondary winding with the second reference voltage, and the power supply device. A second delay circuit that delays the output signal of the comparator so that the rise of the on-period of the primary-side switching element of the primary-side circuit and the fall of the on-period of the secondary-side switching element do not overlap. It is preferable to provide.

また、前記オフ検知回路は、前記補助巻線に現れる信号、もしくは、2次巻線のタップに現れる信号を微分して前記第2のコンパレータに供給する微分回路を備えていることが好ましい。   The off detection circuit preferably includes a differentiation circuit that differentiates a signal appearing in the auxiliary winding or a signal appearing in the tap of the secondary winding and supplying the differentiated signal to the second comparator.

あるいは、前記スイッチング制御回路は、前記第1および第2のコンパレータの出力信号の少なくとも一方に基づいて、オンおよびオフとすべきタイミングの周期を計測して前記電源装置の発振周波数を計算し、前記発振周波数に応じて、前記第1および第2の遅延回路による遅延時間又は前記オン検知回路もしくはオフ検知回路の参照電圧を調整する周波数検出回路を備えていることが好ましい。   Alternatively, the switching control circuit calculates an oscillation frequency of the power supply device by measuring a cycle of timing to be turned on and off based on at least one of the output signals of the first and second comparators, It is preferable that a frequency detection circuit for adjusting a delay time by the first and second delay circuits or a reference voltage of the on detection circuit or the off detection circuit according to an oscillation frequency is provided.

また、本発明は、2次側回路が同期整流方式の2次側スイッチング素子を用いて出力電圧の整流を行う電源装置であって、
前記2次側スイッチング素子の動作が、上記のいずれかに記載の半導体装置から供給される駆動信号により制御されることを特徴とする電源装置を提供する。
Further, the present invention is a power supply device in which the secondary side circuit rectifies the output voltage using a synchronous rectification type secondary side switching element,
An operation of the secondary side switching element is controlled by a drive signal supplied from any of the semiconductor devices described above.

さらに、本発明は、2次側回路が同期整流方式の2次側スイッチング素子を用いて出力電圧の整流を行うフライバック型電源装置の動作を制御する方法であって、
前記2次側回路が有する補助巻線に現れる信号、もしくは、2次巻線のタップに現れる信号に基づいて、前記2次側スイッチング素子をオンおよびオフとすべきタイミングを検知し、
この検知したタイミングに基づいて、前記2次側スイッチング素子の動作を制御する駆動信号を生成し、
前記駆動信号により前記2次側スイッチング素子の動作を制御することを特徴とする制御方法を提供する。
Furthermore, the present invention is a method for controlling the operation of a flyback type power supply device in which the secondary side circuit rectifies the output voltage using a synchronous rectification type secondary switching element,
Based on a signal appearing in the auxiliary winding of the secondary side circuit or a signal appearing in the tap of the secondary winding, the timing at which the secondary side switching element should be turned on and off is detected,
Based on the detected timing, a drive signal for controlling the operation of the secondary side switching element is generated,
There is provided a control method characterized in that the operation of the secondary side switching element is controlled by the drive signal.

本発明によれば、トランスの2次側回路の補助巻線ないしは2次側巻線のタップに現れる信号に基づいて、2次側回路のスイッチング素子をオンおよびオフとすべきタイミングを検知して駆動信号を生成するので、これを実現する2次側回路の制御ICを、電源端子、グランド端子、スイッチング素子の駆動端子、スイッチング素子のオンおよびオフのタイミング検知端子、の4端子からなる簡単な構成で実現することができる。   According to the present invention, the timing at which the switching element of the secondary side circuit should be turned on and off is detected based on the signal appearing at the auxiliary winding of the secondary side circuit of the transformer or the tap of the secondary side winding. Since the drive signal is generated, the control IC of the secondary circuit that realizes this is a simple circuit consisting of four terminals: a power supply terminal, a ground terminal, a switching element drive terminal, and a switching element on / off timing detection terminal. It can be realized with a configuration.

また、本発明によれば、パルストランスやフォトカプラ等の特別な回路要素を追加することなく、2次側回路のスイッチング素子のオンとオフのタイミング検知を行うことが出来るので、フライバック型電源装置を経済的に製造することが出来る。   Further, according to the present invention, it is possible to detect the ON / OFF timing of the switching element of the secondary side circuit without adding a special circuit element such as a pulse transformer or a photocoupler. The device can be manufactured economically.

以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の電源装置、および、その制御方法ならびに制御用の半導体装置を詳細に説明する。   Hereinafter, a power supply device, a control method thereof, and a semiconductor device for control will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.

図1は、本発明の電源装置の構成を表す第1の実施形態の概略図である。同図に示す電源装置10は、フライバック型のAC−DCコンバータであり、図1中、左側に示す1次側回路12と、同右側に示す2次側回路14とによって構成されている。2次側回路14は、通常使用される整流ダイオードの代わりに、同期整流方式のスイッチング素子Tr2のオンオフにより出力電圧の整流が行われる。   FIG. 1 is a schematic diagram of a first embodiment showing a configuration of a power supply device of the present invention. A power supply device 10 shown in the figure is a flyback type AC-DC converter, and includes a primary side circuit 12 shown on the left side and a secondary side circuit 14 shown on the right side in FIG. The secondary side circuit 14 rectifies the output voltage by turning on and off the synchronous rectification switching element Tr2 instead of the normally used rectifier diode.

本電源装置10はトランス16を有する。このトランス16は、1次側回路12が有する1次巻線(インダクタ)L1と、2次側回路14が有する2次巻線(インダクタ)L2と、同じく2次側回路14が有する補助巻線(インダクタ)L2auxを有する。当業者には明らかなように、1次巻線L1に接続する各回路要素は、電気的に2次巻線L2から絶縁されていなければならない。   The power supply device 10 includes a transformer 16. The transformer 16 includes a primary winding (inductor) L1 included in the primary side circuit 12, a secondary winding (inductor) L2 included in the secondary side circuit 14, and an auxiliary winding similarly included in the secondary side circuit 14. (Inductor) L2aux is included. As will be apparent to those skilled in the art, each circuit element connected to the primary winding L1 must be electrically isolated from the secondary winding L2.

電源装置10は、1次側回路12のVin端子とPrimary Return端子との間に与えられる電力エネルギ(AC電源)を受け取る。そして、後述する制御を経て、2次側回路14のVout端子とグランド端子との間から、これに接続される負荷の大小にかかわらず、その出力電圧(DC電源)として、Vout端子とグランド端子との間の電圧が所望の一定電圧値となるように制御される。   The power supply apparatus 10 receives electric power energy (AC power supply) applied between the Vin terminal of the primary side circuit 12 and the Primary Return terminal. Then, through the control described later, the Vout terminal and the ground terminal are used as the output voltage (DC power supply) between the Vout terminal and the ground terminal of the secondary side circuit 14 regardless of the magnitude of the load connected thereto. Is controlled so as to have a desired constant voltage value.

1次巻線L1の非ドット側端子には1次側の電流をスイッチングするスイッチング素子Tr1が接続されている。このスイッチング素子Tr1は、1次側のスイッチング制御回路18によりスイッチングされ、1次巻線L1を流れる電流を必要なオン時間とオフ時間をもって制御する。このスイッチング素子として望ましいのは、MOS(Metal Oxide Semiconductor)と呼ばれるトランジスタである。   A switching element Tr1 for switching the primary current is connected to the non-dot side terminal of the primary winding L1. The switching element Tr1 is switched by the primary side switching control circuit 18 and controls the current flowing through the primary winding L1 with the required on time and off time. A transistor called a MOS (Metal Oxide Semiconductor) is desirable as the switching element.

このスイッチング素子Tr1は、当業者には明らかなように、バイポーラトランジスタやその他のスイッチング素子でも構わない。また、このスイッチング素子を制御するスイッチング制御回路18は、望ましくは、疑似共振モード用の制御回路である。そしてこの場合は、図1に示すように、共振用のキャパシタC1をスイッチング素子Tr1と並列に接続する。   As will be apparent to those skilled in the art, the switching element Tr1 may be a bipolar transistor or other switching element. The switching control circuit 18 that controls the switching element is desirably a control circuit for a pseudo resonance mode. In this case, as shown in FIG. 1, a resonance capacitor C1 is connected in parallel with the switching element Tr1.

なお、スイッチング制御回路18は、電源装置10を不連続モード制御または臨界モード制御するものであれば、一般的なPWM(パルス幅変調)制御用装置であっても構わない。スイッチング制御回路18によるスイッチング素子の制御は公知の方法で行われる。   The switching control circuit 18 may be a general PWM (pulse width modulation) control device as long as it controls the power supply device 10 in discontinuous mode control or critical mode control. Control of the switching element by the switching control circuit 18 is performed by a known method.

2次側回路14には、1次側回路12とは別の同期整流用のスイッチング素子Tr2が、2次巻線L2のドット側端子に接続される。なお、この2次巻線L2の線巻き方向は、電源装置10がフライバック型であるため、1次巻線L1と逆方向である。スイッチング素子Tr2は、その内部に一般にソースドレイン間電流経路と並列に接続されたボディダイオードBdyDiを有する。このスイッチング素子Tr2のゲート端子には、2次側のスイッチング制御回路20から駆動信号が与えられ、そのオンおよびオフが制御される。   In the secondary side circuit 14, a switching element Tr2 for synchronous rectification different from the primary side circuit 12 is connected to the dot side terminal of the secondary winding L2. The winding direction of the secondary winding L2 is opposite to that of the primary winding L1 because the power supply device 10 is a flyback type. The switching element Tr2 has a body diode BdyDi generally connected in parallel with the source-drain current path. A drive signal is applied to the gate terminal of the switching element Tr2 from the switching control circuit 20 on the secondary side, and its on and off are controlled.

ここで、本発明の半導体装置(IC)は、2次側のスイッチング制御回路20を含むものであり、2次側の制御スイッチング素子Tr2の動作(オン、オフ)を制御するものである。   Here, the semiconductor device (IC) of the present invention includes the secondary-side switching control circuit 20 and controls the operation (ON, OFF) of the secondary-side control switching element Tr2.

電源装置10は、2次巻線L2の非ドット側端子とグランド端子間にキャパシタC2を有し、Vout端子とグランド端子間にリップル除去用のキャパシタC3を有する。また出力電圧を安定化させるよう1次側のスイッチング制御回路18にフィードバックをかけるため、3端子シャントレギュレータShunt Reg.と、フォトカプラPhoto Couplerが使用される。フォトカプラPhoto Couplerの発光ダイオード22は、Vout端子における出力電圧の高低に応じた電圧を生成する、直列接続された分割抵抗R1,R2の内、R2の両端に接続されている。   The power supply device 10 has a capacitor C2 between the non-dot side terminal of the secondary winding L2 and the ground terminal, and has a ripple removing capacitor C3 between the Vout terminal and the ground terminal. In order to provide feedback to the primary side switching control circuit 18 so as to stabilize the output voltage, a three-terminal shunt regulator Shunt Reg. And a photocoupler Photo Coupler is used. The light emitting diode 22 of the photocoupler Photo Coupler is connected to both ends of R2 among the series-connected divided resistors R1 and R2 that generate a voltage corresponding to the output voltage level at the Vout terminal.

3端子シャントレギュレータShunt Reg.は、抵抗R2とグランドとの間に接続されている。3端子シャントレギュレータShunt Reg.は、Vout端子とグランド端子との間に直列に接続された抵抗R3,R4の接点の電位を参照電位とし、3端子シャントレギュレータShunt Reg.のカソード端子を一定値にするように働く。上記の構成にすることで、一般に発光ダイオード22の耐圧以上の電圧であるVout端子の出力電圧が、発光ダイオード22の両端に直接印加される事を避けることができる。   Three-terminal shunt regulator Shunt Reg. Are connected between the resistor R2 and the ground. Three-terminal shunt regulator Shunt Reg. Is a reference potential that is the contact potential of resistors R3 and R4 connected in series between the Vout terminal and the ground terminal, and a three-terminal shunt regulator Shunt Reg. It works to keep the cathode terminal of a constant value. With the above configuration, it is possible to avoid that the output voltage of the Vout terminal, which is generally a voltage higher than the withstand voltage of the light emitting diode 22, is applied directly to both ends of the light emitting diode 22.

なお、3端子シャントレギュレータShunt Reg.のカソード端子と、抵抗R3,R4の接点との間に直列に接続されたキャパシタC4と抵抗R5は、Vout端子の出力電圧がリップルを含むため、抵抗R3とR4の接点に接続して、この電位を安定化するために用いられる。   Note that a three-terminal shunt regulator Shunt Reg. The capacitor C4 and the resistor R5 connected in series between the cathode terminal of the resistor R3 and the resistor R4 are connected to the contacts of the resistors R3 and R4 because the output voltage of the Vout terminal includes ripples. Used to stabilize the potential.

フォトカプラPhoto Couplerには、発光ダイオード22に対置する形でフォトトランジスタ24が設けられており、Vout端子の出力電圧の高低に応じて光量の変わる発光ダイオード22からの発光を受光する。フォトトランジスタ24の電流経路のインピーダンスは、発光の多寡に応じて変化する。このように、Vout端子の出力電圧の高低に応じてフィードバック信号が生成され、さらにこれは既知の接続方法により1次側のスイッチング制御回路18にフィードバックされる。   The photocoupler Photo Coupler is provided with a phototransistor 24 so as to face the light emitting diode 22 and receives light emitted from the light emitting diode 22 whose light amount changes according to the output voltage of the Vout terminal. The impedance of the current path of the phototransistor 24 changes according to the amount of light emission. Thus, a feedback signal is generated according to the level of the output voltage at the Vout terminal, and this is further fed back to the primary side switching control circuit 18 by a known connection method.

なお、フォトカプラPhoto Couplerの発光ダイオード22は2次側回路14に、一方、フォトトランジスタ24は1次側回路12に属しており、互いに電気的には絶縁されている。   The light emitting diode 22 of the photocoupler Photo Coupler belongs to the secondary side circuit 14, while the phototransistor 24 belongs to the primary side circuit 12 and is electrically insulated from each other.

本実施形態において、2次側回路14の補助巻線L2auxは、2次側のスイッチング制御回路20に、スイッチング素子Tr2をオンおよびオフとすべきタイミングを検出させるための信号と、2次側のスイッチング制御回路20に対する電源電圧を供給する。補助巻線L2auxは2次巻線L2と同方向すなわち1次巻線L1と反対方向の線巻き方向である。この補助巻線L2auxの非ドット側端子と2次側のスイッチング制御回路20の信号検知端子DETの間には抵抗R7が接続されている。   In the present embodiment, the auxiliary winding L2aux of the secondary side circuit 14 includes a signal for causing the secondary side switching control circuit 20 to detect the timing when the switching element Tr2 should be turned on and off, and the secondary side circuit 14 A power supply voltage for the switching control circuit 20 is supplied. The auxiliary winding L2aux is in the same direction as the secondary winding L2, that is, the winding direction opposite to the primary winding L1. A resistor R7 is connected between the non-dot side terminal of the auxiliary winding L2aux and the signal detection terminal DET of the secondary side switching control circuit 20.

また、補助巻線L2auxの非ドット側端子と2次側のスイッチング制御回路20の電源電圧端子Vccの間には、ダイオードDi2と抵抗R2が直列に接続され、Vcc端子に正の電圧が供給される。   Further, a diode Di2 and a resistor R2 are connected in series between the non-dot side terminal of the auxiliary winding L2aux and the power supply voltage terminal Vcc of the secondary side switching control circuit 20, and a positive voltage is supplied to the Vcc terminal. The

なお、1次側回路12から2次側回路14への電力エネルギ伝達が一時的に途切れても、2次側のスイッチング制御回路20が、ある一定の期間は正常に動作するように、Vcc端子にはキャパシタC5がグランド端子との間に接続されている。これにより、Vcc端子が、2次側のスイッチング制御回路20が動作するのに必要な電圧以上の電圧に保たれるようにされている。   It should be noted that even if the transmission of power energy from the primary side circuit 12 to the secondary side circuit 14 is temporarily interrupted, the Vcc terminal is set so that the secondary side switching control circuit 20 operates normally for a certain period. The capacitor C5 is connected between the ground terminal. As a result, the Vcc terminal is kept at a voltage higher than the voltage required for the secondary side switching control circuit 20 to operate.

次に、本発明の電源装置の制御方法に従って、図1に示す電源装置10の動作を説明する。   Next, the operation of the power supply apparatus 10 shown in FIG. 1 will be described according to the method for controlling the power supply apparatus of the present invention.

図3(a)〜(e)は、図1に示す電源装置の動作を表すタイミングチャートである。本電源装置10はフライバック方式の場合について説明しているため、まず1次側のスイッチング素子Tr1がオンとなり、ドレイン電流が増加するとともにトランスが励磁され、電流エネルギがトランスに蓄えられる(図3(b))。1次側のスイッチング素子Tr1はオンしているため、そのドレイン電圧Vdsは0V近辺で推移する(図3(a))。このとき、トランス巻線方向が反対方向であるので、2次側のスイッチング素子Tr2には電流は流れない。   3A to 3E are timing charts showing the operation of the power supply device shown in FIG. Since the power supply device 10 is described for the flyback system, first, the primary side switching element Tr1 is turned on, the drain current increases, the transformer is excited, and current energy is stored in the transformer (FIG. 3). (B)). Since the primary side switching element Tr1 is on, its drain voltage Vds changes around 0V (FIG. 3A). At this time, since the transformer winding direction is the opposite direction, no current flows through the switching element Tr2 on the secondary side.

1次側のスイッチング素子Tr1のオン期間が終わって電流エネルギのトランスへの蓄積が終わると、次は、2次巻線L2から電流が流れ出す。その電流値は、流れ始めで最大となり、エネルギ放出とともに減少する(図3(d))。この電流経路には、2次側のスイッチング素子Tr2とこれに並列に内蔵されているボディダイオードBdyDiがあるため、電流の流れ始めはまずボディダイオードBdyDiを介して電流が流れる。   When the ON period of the switching element Tr1 on the primary side ends and the accumulation of current energy in the transformer ends, the current flows out from the secondary winding L2. The current value reaches its maximum at the start of flow and decreases with the release of energy (FIG. 3 (d)). In this current path, since there is the secondary side switching element Tr2 and the body diode BdyDi incorporated in parallel therewith, the current first flows through the body diode BdyDi.

この状態のままでは、ボディダイオードBdyDiの順方向電圧降下と内部抵抗による損失が発生するため、電流の流れ始めからできるだけ早い時期に、2次側のスイッチング素子Tr2のゲートをオンにする事が必要である。   In this state, the forward voltage drop of the body diode BdyDi and the loss due to the internal resistance occur, so it is necessary to turn on the gate of the secondary side switching element Tr2 as early as possible from the start of the current flow. It is.

そのために利用するのが補助巻線L2auxである。これに抵抗R7を介して2次側のスイッチング制御回路20のDET端子が接続されているが、この部分の電圧変化は、2次巻線L2に電流が流れる間はハイレベルとなり、2次巻線L2の電流が流れ終わる、すなわち2次巻線L2からエネルギ放出が終了するとローレベルとなる(図3(c))。そこで、2次側のスイッチング制御回路20は、このDET端子の信号を検知して、2次側のスイッチング素子Tr2のゲートの駆動信号を生成する(図3(e))。   For this purpose, the auxiliary winding L2aux is used. The DET terminal of the switching control circuit 20 on the secondary side is connected to this via a resistor R7. The voltage change in this portion becomes a high level while a current flows through the secondary winding L2, and the secondary winding. When the current of the line L2 finishes flowing, that is, when the energy emission from the secondary winding L2 ends, the level becomes low (FIG. 3C). Therefore, the secondary-side switching control circuit 20 detects the signal at the DET terminal and generates a drive signal for the gate of the secondary-side switching element Tr2 (FIG. 3 (e)).

図2は、2次側のスイッチング制御回路の構成を表すブロック図である。2次側のスイッチング制御回路20は、DET端子に接続されたオン検知回路26およびオフ検知回路28と、そのそれぞれの出力信号がセット端子Sとリセット端子Rに入力されたRSフリップフロップ30と、その出力が接続され、DRV端子から2次側のスイッチング素子Tr2のゲートの駆動信号を出力するドライバ32と、Vcc端子に接続され、本制御回路20で使用される電圧を生成する内蔵電圧レギュレータ34とによって構成されている。   FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the secondary side switching control circuit. The switching control circuit 20 on the secondary side includes an ON detection circuit 26 and an OFF detection circuit 28 connected to the DET terminal, an RS flip-flop 30 in which respective output signals are input to the set terminal S and the reset terminal R, The output is connected, and a driver 32 that outputs a drive signal for the gate of the secondary side switching element Tr2 from the DRV terminal, and a built-in voltage regulator 34 that is connected to the Vcc terminal and generates a voltage used in the control circuit 20 are provided. And is composed of.

内蔵電圧レギュレータ34は、この2次側のスイッチング制御回路20の内部で使用される電源電圧(2次側回路14の制御スイッチング素子を駆動するドライバ32の電源電圧を含む)や参照電圧Von,refおよびVoff,refを生成するために用いられる。DET端子に接続されたオン検知回路26やオフ検知回路28がそれぞれ、オンタイミング、オフタイミングを検知してから、端子DRVにオン信号、オフ信号が出力されるまでの遅延時間は、一般に50nsecから1000nsecであるが、好ましくは100nsecから200nsecである。   The built-in voltage regulator 34 includes a power supply voltage (including a power supply voltage of the driver 32 that drives the control switching element of the secondary side circuit 14) used in the secondary side switching control circuit 20 and a reference voltage Von, ref. And Voff, ref are used to generate. The delay time from when the ON detection circuit 26 and the OFF detection circuit 28 connected to the DET terminal detect the ON timing and the OFF timing, respectively, until the ON signal and the OFF signal are output to the terminal DRV is generally from 50 nsec. Although it is 1000 nsec, Preferably it is 100 nsec to 200 nsec.

オン検知回路26は、ヒステリシス付コンパレータ36と遅延回路38を有する。コンパレータ36は、DET端子に入力される信号の電圧が参照電圧Von,refを上回ったことを検出し、スイッチング素子Tr2のオンタイミングを検知する。遅延回路38はコンパレータ36の後段に設けられており、コンパレータ36の出力信号(すなわち、端子DRVから出力される信号の立上り)を遅延時間Delay1(図3(e)参照)だけ遅延して、1次側のスイッチング素子Tr1のオン期間立下りと、2次側のスイッチング素子Tr2のオン期間の立上りが重畳して、いわゆるReverse Conduction(逆方向導通)の状態に陥り、本電源装置10から損失が発生することを回避する。この重畳を回避するために設けられるのが、図3(e)の遅延時間Delay1である。   The on detection circuit 26 includes a comparator 36 with hysteresis and a delay circuit 38. The comparator 36 detects that the voltage of the signal input to the DET terminal has exceeded the reference voltages Von and ref, and detects the ON timing of the switching element Tr2. The delay circuit 38 is provided after the comparator 36, and delays the output signal of the comparator 36 (that is, the rising edge of the signal output from the terminal DRV) by a delay time Delay1 (see FIG. 3E). The fall of the on-period of the switching element Tr1 on the secondary side and the rise of the on-period of the switching element Tr2 on the secondary side overlap, resulting in a so-called Reverse Conduction (reverse conduction) state. Avoid that happening. A delay time Delay 1 shown in FIG. 3E is provided to avoid this superposition.

このオン検知回路26により図3(c)に示す信号の立上りが検知されると、オン検知回路26の出力信号により後段のRSフリップフロップ30がセットされ、その出力がドライバ32により駆動されて、端子DRVの出力信号がハイレベルとなり、2次側のスイッチング素子Tr2がオンされる。   When the rising edge of the signal shown in FIG. 3C is detected by the on detection circuit 26, the subsequent stage RS flip-flop 30 is set by the output signal of the on detection circuit 26, and its output is driven by the driver 32. The output signal of the terminal DRV becomes high level, and the secondary side switching element Tr2 is turned on.

一方、オフ検知回路28は、ヒステリシス付コンパレータ40と遅延回路42を有する。コンパレータ40は、DET端子からの信号の電圧が参照電圧Voff,refを下回ったことを検出し、スイッチング素子Tr2のオフタイミングを検知する。遅延回路42はコンパレータ40の後段に設けられており、オン検知回路26の場合と同様に、コンパレータ40の出力信号(すなわち、端子DRVから出力される信号の立下り)を遅延時間Delay2(図3(e)参照)だけ遅延して、2次側のスイッチング素子Tr2のオン期間最後の立下りと、1次側のスイッチング素子Tr1のオン期間立上りが重畳せず、かつ、2次側回路からのエネルギ放出が十分行われるようなオン期間を確保するように、オフタイミングが調整される。これがすなわち、図3(e)に示す、デッドタイムDead Timeと遅延時間Delay2の期間を設けるということである。デッドタイムDead Timeを設けることは、2次側回路14の「短絡現象」を回避するために特に必須である。   On the other hand, the off detection circuit 28 includes a comparator 40 with hysteresis and a delay circuit 42. The comparator 40 detects that the voltage of the signal from the DET terminal is lower than the reference voltages Voff and ref, and detects the off timing of the switching element Tr2. The delay circuit 42 is provided in the subsequent stage of the comparator 40, and the output signal of the comparator 40 (that is, the falling edge of the signal output from the terminal DRV) is used as the delay time Delay2 (FIG. (See (e)), the last falling of the on-period of the switching element Tr2 on the secondary side does not overlap with the rising of the on-period of the switching element Tr1 on the primary side, and The off timing is adjusted so as to ensure an on period during which energy is sufficiently discharged. This means that a period of dead time Dead Time and delay time Delay2 shown in FIG. 3 (e) is provided. Providing the dead time Dead Time is particularly essential in order to avoid the “short circuit phenomenon” of the secondary circuit 14.

このオフ検知回路28により図3(c)に示す信号の立下りが検知されると、オフ検知回路28の出力信号によりRSフリップフロップ30がリセットされ、その出力がドライバ32により駆動されて、端子DRVの出力信号がローレベルとなり、2次側のスイッチング素子Tr2がオフされる。   When the fall of the signal shown in FIG. 3C is detected by the off detection circuit 28, the RS flip-flop 30 is reset by the output signal of the off detection circuit 28, and the output is driven by the driver 32, and the terminal The DRV output signal becomes low level, and the secondary side switching element Tr2 is turned off.

例えば、上記実施形態の電源装置10により、2次側回路14が同期整流方式で制御されるフライバック型電源装置の2次側制御が可能になる。そして2次側出力の整流は、その順方向電圧により損失の発生するダイオードの代わりに、オン抵抗の低いスイッチング素子Tr2が用いられて行われるため、損失を最小限にした、電源装置を構成することができる。   For example, the power supply device 10 of the above embodiment enables secondary side control of a flyback type power supply device in which the secondary side circuit 14 is controlled by a synchronous rectification method. The secondary output rectification is performed by using the switching element Tr2 having a low on-resistance instead of the diode that generates a loss due to the forward voltage, so that a power supply device that minimizes the loss is configured. be able to.

なお、図2に示した実施形態において、2次側のスイッチング制御用半導体装置(2次側のスイッチング制御回路20)の回路構成では、参照電圧Von,refおよびVoff,refは当該2次側スイッチング制御用半導体装置の外部の回路構成によらず、容易に変更することが可能である。また、2次側制御スイッチング素子Tr2を駆動するドライバ32へ供給される2次側スイッチング素子Tr2の駆動電圧も、2次側制御スイッチング素子Tr2のトランジスタ特性に合わせて変更調整することが容易である。   In the embodiment shown in FIG. 2, in the circuit configuration of the secondary side switching control semiconductor device (secondary side switching control circuit 20), the reference voltages Von, ref and Voff, ref are the secondary side switching. The change can be easily made regardless of the circuit configuration outside the control semiconductor device. In addition, it is easy to change and adjust the drive voltage of the secondary side switching element Tr2 supplied to the driver 32 that drives the secondary side control switching element Tr2 according to the transistor characteristics of the secondary side control switching element Tr2. .

図4は、本発明の電源装置の構成を表す第2の実施形態の概略図である。同図に示す電源装置では、2次側のスイッチング制御回路20の電源端子Vccが、直列に接続されたダイオードDi2と抵抗R6を介して2次巻線L2の非ドット側端子に接続され、ここから電源供給を受ける。2次側のスイッチング制御回路20をこのような構成の電源装置で使用することも可能である。   FIG. 4 is a schematic diagram of the second embodiment showing the configuration of the power supply device of the present invention. In the power supply device shown in the figure, the power supply terminal Vcc of the secondary side switching control circuit 20 is connected to the non-dot side terminal of the secondary winding L2 through a diode Di2 and a resistor R6 connected in series. Receive power supply from It is also possible to use the secondary side switching control circuit 20 in the power supply device having such a configuration.

なお、図5および図6に、第3および第4の実施形態として、上記第1および第2の実施形態の変形例を示す。これらの例では、それぞれ、図1および図2に示す例のトランス16の2次側の補助巻線(図1、図4のL2aux)の代わりに、2次巻線L2の途中からタップを取り出し、ここに、ダイオードDi2や抵抗R6,R7を介して2次側のスイッチング制御回路20の電源端子Vccと検知端子DETを接続している。この構成であっても、第1および第2の実施形態で述べた電源動作は本質的には変わらない。   FIG. 5 and FIG. 6 show modifications of the first and second embodiments as the third and fourth embodiments. In these examples, taps are taken out from the middle of the secondary winding L2 instead of the secondary auxiliary winding (L2aux in FIGS. 1 and 4) of the transformer 16 of the example shown in FIGS. 1 and 2, respectively. Here, the power supply terminal Vcc of the secondary side switching control circuit 20 and the detection terminal DET are connected via a diode Di2 and resistors R6 and R7. Even with this configuration, the power supply operations described in the first and second embodiments are essentially unchanged.

なお、本発明による、フライバック型電源装置の2次側スイッチング制御用半導体装置とその制御方法は、当業者が容易に理解できる通り、いわゆる、不連続モード電源と、臨界モード電源に好適なものである。すなわち、2次側の補助巻線L2auxに現れる電圧を直接検知して2次側の制御スイッチング素子Tr2の制御を行うため、1次側のスイッチング制御の周波数が変化しても、効率を落とさず、かつ、短絡現象を起こさずに、オンタイミングとオフタイミングを決定することができる。   The semiconductor device for secondary side switching control of the flyback type power supply device and its control method according to the present invention are suitable for so-called discontinuous mode power supply and critical mode power supply, as those skilled in the art can easily understand. It is. That is, since the voltage appearing in the secondary side auxiliary winding L2aux is directly detected to control the secondary side control switching element Tr2, the efficiency is not reduced even if the frequency of the primary side switching control changes. In addition, the on-timing and off-timing can be determined without causing a short circuit phenomenon.

続いて、図7は、本発明の電源装置の構成を表す第5の実施形態の概略図である。同図に示す電源装置は、図1に示す3端子シャントレギュレータShunt Reg.を、2次側のスイッチング制御回路21に内蔵した例である。この場合、そのスイッチング制御回路21は、3端子シャントレギュレータShunt Reg.のカソード端子CATHと参照電圧検知端子REFの2端子を除いたグランド端子(アノード端子)を元々の制御用半導体装置のグランド端子と共用することにより、6端子で構成することが可能である。2次側のスイッチング制御回路21がこのような形で6端子のものとなっても、本特許の範囲内である。   Next, FIG. 7 is a schematic diagram of the fifth embodiment showing the configuration of the power supply device of the present invention. The power supply device shown in FIG. 3 is a three-terminal shunt regulator shown in FIG. Is incorporated in the secondary-side switching control circuit 21. In this case, the switching control circuit 21 includes a three-terminal shunt regulator Shunt Reg. By sharing the ground terminal (anode terminal) excluding the two terminals of the cathode terminal CATH and the reference voltage detection terminal REF with the ground terminal of the original control semiconductor device, it is possible to configure 6 terminals. Even if the switching control circuit 21 on the secondary side has six terminals in this manner, it is within the scope of this patent.

また、図8は、図2の2次側のスイッチング制御回路(2次側スイッチング制御用半導体装置)の変形例の構成を表すブロック図である。図2のオフ検知回路28との違いは、図8のオフ検知回路44では、DET端子からの信号が微分回路46に入力され、ここで微分された波形が、コンパレータ40に入り参照電圧Voff,refと比較されて、この参照電圧Voff,refを上回ったところで、2次側の制御スイッチング素子Tr2のオフタイミングであると検知するという点である。   FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a modified example of the secondary side switching control circuit (secondary side switching control semiconductor device) of FIG. A difference from the off detection circuit 28 of FIG. 2 is that in the off detection circuit 44 of FIG. 8, a signal from the DET terminal is input to the differentiation circuit 46, and the differentiated waveform enters the comparator 40 and the reference voltage Voff, Compared with ref, when it exceeds the reference voltages Voff, ref, it is detected that it is the off timing of the secondary control switching element Tr2.

図9は、図2の2次側のスイッチング制御回路の別の変形例の構成を表すブロック図である。図2の2次側スイッチング制御回路20との違いは、さらに、周波数検出回路48を備えている点である。この周波数検出回路48により、オン検知回路26のコンパレータ36およびオフ検知回路28のコンパレータ40の出力信号の少なくとも一方に基づいて、オンタイミングあるいはオフタイミングの周期を計測して本AC−DCコンバータの発振周波数を計算し、負荷変動に伴う発振周波数の変化からDET端子の電圧波形の変動を見込んで、発振周波数が変動しても、適切なタイミングで駆動できるように、図3に示した遅延時間Delay1あるいはDelay2を調整(変更)する機能を実現することが可能である。また、図9のVon,refやVoff,refの参照電圧を調整することによっても、遅延時間Delay1あるいはDelay2を調整(変更)することが可能である。この実施形態によれば、負荷変動があっても、AC−DCコンバータの変換効率をより高くするための、2次側制御スイッチング素子Tr2の駆動波形を生成することが可能となる。   FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of another modification of the secondary side switching control circuit of FIG. The difference from the secondary side switching control circuit 20 of FIG. 2 is that a frequency detection circuit 48 is further provided. The frequency detection circuit 48 measures the on-timing or off-timing period based on at least one of the output signals of the comparator 36 of the on-detection circuit 26 and the comparator 40 of the off-detection circuit 28 to oscillate the AC-DC converter. The delay time Delay1 shown in FIG. 3 is calculated so that the frequency is calculated and the fluctuation of the voltage waveform at the DET terminal is estimated from the change in the oscillation frequency due to the load fluctuation, so that the drive can be performed at an appropriate timing even if the oscillation frequency fluctuates. Alternatively, it is possible to realize a function of adjusting (changing) Delay2. Further, the delay time Delay1 or Delay2 can be adjusted (changed) by adjusting the reference voltages Von, ref, Voff, and ref in FIG. According to this embodiment, it is possible to generate the drive waveform of the secondary side control switching element Tr2 for increasing the conversion efficiency of the AC-DC converter even if there is a load fluctuation.

なお、本発明は、2次側回路が同期整流方式のスイッチング素子を用いて出力電圧の整流を行うフライバック型電源装置であればよく、その具体的な回路構成は図示例のものに限定されない。また、本発明の半導体装置は、2次側のスイッチング制御回路を含むものであればよく、その具体的な回路構成は図示例のものに限定されないが、その端子数は最少4端子で構成できるものである。   In the present invention, the secondary side circuit may be a flyback type power supply device that rectifies the output voltage using a synchronous rectification type switching element, and the specific circuit configuration is not limited to the illustrated example. . Further, the semiconductor device of the present invention only needs to include a secondary-side switching control circuit, and its specific circuit configuration is not limited to that of the illustrated example, but the number of terminals can be configured with a minimum of four terminals. Is.

本発明は、基本的に以上のようなものである。
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
また、上記実施形態においては、フライバック型の電源装置の動作を制御する半導体装置について説明したが、本発明はこれに限定されず、フォワード型の電源装置の動作を制御する半導体装置についても適用される。
The present invention is basically as described above.
Although the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various improvements and modifications may be made without departing from the gist of the present invention.
In the above embodiment, the semiconductor device that controls the operation of the flyback power supply device has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is also applicable to a semiconductor device that controls the operation of the forward power supply device. Is done.

本発明の電源装置の構成を表す第1の実施形態の概略図である。It is the schematic of 1st Embodiment showing the structure of the power supply device of this invention. 図1に示す2次側のスイッチング制御回路の構成を表す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of a secondary side switching control circuit illustrated in FIG. 1. (a)〜(e)は、図1に示す電源装置の動作を表すタイミングチャートである。(A)-(e) is a timing chart showing operation | movement of the power supply device shown in FIG. 本発明の電源装置の構成を表す第2の実施形態の概略図である。It is the schematic of 2nd Embodiment showing the structure of the power supply device of this invention. 本発明の電源装置の構成を表す第3の実施形態の概略図である。It is the schematic of 3rd Embodiment showing the structure of the power supply device of this invention. 本発明の電源装置の構成を表す第4の実施形態の概略図である。It is the schematic of 4th Embodiment showing the structure of the power supply device of this invention. 本発明の電源装置の構成を表す第5の実施形態の概略図である。It is the schematic of 5th Embodiment showing the structure of the power supply device of this invention. 2次側のスイッチング制御回路の変形例を表すブロック図である。It is a block diagram showing the modification of the switching control circuit of a secondary side. 2次側のスイッチング制御回路の変形例を表す別のブロック図である。It is another block diagram showing the modification of the switching control circuit of a secondary side.

符号の説明Explanation of symbols

10 電源装置
12 1次側回路
14 2次側回路
16 トランス
18 1次側のスイッチング制御回路
20,21 2次側のスイッチング制御回路
22 発光ダイオード
24 フォトトランジスタ
26 オン検知回路
28,44 オフ検知回路
30 RSフリップフロップ
32 ドライバ
34 内蔵電圧レギュレータ
36,40 コンパレータ
38,42 遅延回路
46 微分回路
48 周波数検出回路
L1 1次巻線
L2 2次巻線
L2aux 補助巻線
Tr1 1次側のスイッチング素子
Tr2 2次側のスイッチング素子
BdyDi ボディダイオード
Shunt Reg. 3端子シャントレギュレータ
Photo Coupler フォトカプラ
R1〜R7 抵抗
C1〜C5 キャパシタ
Von,ref,Voff,ref 参照電圧
Delay1,Delay2 遅延時間
Dead Time デッドタイム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Power supply device 12 Primary side circuit 14 Secondary side circuit 16 Transformer 18 Primary side switching control circuit 20, 21 Secondary side switching control circuit 22 Light emitting diode 24 Phototransistor 26 On detection circuit 28, 44 Off detection circuit 30 RS flip-flop 32 Driver 34 Built-in voltage regulator 36, 40 Comparator 38, 42 Delay circuit 46 Differentiation circuit 48 Frequency detection circuit L1 Primary winding L2 Secondary winding L2aux Auxiliary winding Tr1 Primary side switching element Tr2 Secondary side Switching element BdyDi body diode Shunt Reg. 3-terminal shunt regulator Photo Coupler Photocoupler R1 to R7 Resistor C1 to C5 Capacitor Von, ref, Voff, ref Reference voltage Delay1, Delay2 Delay time Dead Time Dead time

Claims (8)

2次側回路が同期整流方式の2次側スイッチング素子を用いて出力電圧の整流を行う電源装置の動作を制御する半導体装置であって、
前記2次側回路が有する補助巻線に現れる信号、もしくは、2次巻線のタップに現れる信号に基づいて、前記補助巻線に現れる信号もしくは2次巻線のタップに現れる信号の立上りおよび立下りのタイミングを検知し、この検知したタイミングに基づいて、前記2次側スイッチング素子の動作を制御する駆動信号を生成するスイッチング制御回路を備えていることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device for controlling an operation of a power supply device in which a secondary side circuit rectifies an output voltage using a synchronous rectification type secondary switching element,
Rise and rise of a signal appearing in the auxiliary winding or a signal appearing in the tap of the secondary winding based on a signal appearing in the auxiliary winding of the secondary circuit or a signal appearing in the tap of the secondary winding A semiconductor device comprising: a switching control circuit that detects a downstream timing and generates a drive signal for controlling the operation of the secondary side switching element based on the detected timing.
前記スイッチング制御回路は、前記補助巻線に現れる信号、もしくは、2次巻線のタップに現れる信号の電圧が第1の参照電圧を上回ったことを検出し、前記2次側スイッチング素子をオンとすべきタイミングを検知するオン検知回路と、前記補助巻線に現れる信号、もしくは、2次巻線のタップに現れる信号の電圧が第2の参照電圧を下回ったことを検出し、前記2次側スイッチング素子のオフとすべきタイミングを検知するオフ検知回路とを備えていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The switching control circuit detects that the voltage of the signal appearing at the auxiliary winding or the signal appearing at the tap of the secondary winding exceeds the first reference voltage, and turns on the secondary switching element. An on-detection circuit for detecting a timing to be detected, a signal that appears in the auxiliary winding, or a signal that appears in the tap of the secondary winding is detected to be lower than a second reference voltage; The semiconductor device according to claim 1, further comprising an off detection circuit that detects a timing at which the switching element is to be turned off. 前記オン検知回路は、前記補助巻線に現れる信号、もしくは、2次巻線のタップに現れる信号の電圧と前記第1の参照電圧とを比較する第1のコンパレータと、前記電源装置の1次側回路の1次側スイッチング素子のオン期間立下りと、前記2次側スイッチング素子のオン期間の立上りが重畳しないように、前記コンパレータの出力信号を遅延する第1の遅延回路とを備えていることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。   The ON detection circuit includes a first comparator that compares a voltage of a signal appearing in the auxiliary winding or a signal appearing in a tap of a secondary winding with the first reference voltage, and a primary of the power supply device. A first delay circuit that delays the output signal of the comparator so that the on period falling of the primary side switching element of the side circuit and the rising of the on period of the secondary side switching element do not overlap. The semiconductor device according to claim 2. 前記オフ検知回路は、前記補助巻線に現れる信号、もしくは、2次巻線のタップに現れる信号の電圧と前記第2の参照電圧とを比較する第2のコンパレータと、前記電源装置の1次側回路の1次側スイッチング素子のオン期間立上りと、前記2次側スイッチング素子のオン期間の立下りが重畳しないように、前記コンパレータの出力信号を遅延する第2の遅延回路とを備えていることを特徴とする請求項2または3に記載の半導体装置。   The off detection circuit includes: a second comparator that compares a voltage of a signal appearing in the auxiliary winding or a signal appearing in a tap of a secondary winding with the second reference voltage; and a primary of the power supply device A second delay circuit that delays the output signal of the comparator so that the rise of the ON period of the primary side switching element of the side circuit and the fall of the ON period of the secondary side switching element do not overlap. The semiconductor device according to claim 2, wherein: 前記オフ検知回路は、前記補助巻線に現れる信号、もしくは、2次巻線のタップに現れる信号を微分して前記第2のコンパレータに供給する微分回路を備えていることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。   The off-detection circuit includes a differentiation circuit that differentiates a signal appearing in the auxiliary winding or a signal appearing in a tap of the secondary winding and supplying the differentiated signal to the second comparator. 5. The semiconductor device according to 4. 前記スイッチング制御回路は、前記第1および第2のコンパレータの出力信号の少なくとも一方に基づいて、オンおよびオフとすべきタイミングの周期を計測して前記電源装置の発振周波数を計算し、前記発振周波数に応じて、前記第1および第2の遅延回路による遅延時間又は前記オン検知回路もしくはオフ検知回路の参照電圧を調整する周波数検出回路を備えていることを特徴とする請求項2〜4のいずれかに記載の半導体装置。   The switching control circuit calculates an oscillation frequency of the power supply device by measuring a cycle of timing to be turned on and off based on at least one of the output signals of the first and second comparators, and the oscillation frequency 5. A frequency detection circuit for adjusting a delay time by the first and second delay circuits or a reference voltage of the on detection circuit or the off detection circuit according to A semiconductor device according to claim 1. 2次側回路が同期整流方式の2次側スイッチング素子を用いて出力電圧の整流を行う電源装置であって、
前記2次側スイッチング素子の動作が、請求項1〜6のいずれかに記載の半導体装置から供給される駆動信号により制御されることを特徴とする電源装置。
A power supply device in which a secondary side circuit rectifies an output voltage by using a secondary side switching element of a synchronous rectification type;
The operation of the secondary side switching element is controlled by a drive signal supplied from the semiconductor device according to claim 1.
2次側回路が同期整流方式の2次側スイッチング素子を用いて出力電圧の整流を行う電源装置の動作を制御する方法であって、
前記2次側回路が有する補助巻線に現れる信号、もしくは、2次巻線のタップに現れる信号に基づいて、前記2次側スイッチング素子をオンおよびオフとすべきタイミングを検知し、
この検知したタイミングに基づいて、前記2次側スイッチング素子の動作を制御する駆動信号を生成し、
前記駆動信号により前記2次側スイッチング素子の動作を制御することを特徴とする制御方法。
A method for controlling an operation of a power supply device in which a secondary side circuit rectifies an output voltage by using a secondary side switching element of a synchronous rectification method,
Based on a signal appearing in the auxiliary winding of the secondary side circuit or a signal appearing in the tap of the secondary winding, the timing at which the secondary side switching element should be turned on and off is detected,
Based on the detected timing, a drive signal for controlling the operation of the secondary side switching element is generated,
A control method comprising controlling an operation of the secondary side switching element by the drive signal.
JP2008134507A 2008-05-22 2008-05-22 Power supply device, its control method, and semiconductor device Withdrawn JP2009284667A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008134507A JP2009284667A (en) 2008-05-22 2008-05-22 Power supply device, its control method, and semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008134507A JP2009284667A (en) 2008-05-22 2008-05-22 Power supply device, its control method, and semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009284667A true JP2009284667A (en) 2009-12-03

Family

ID=41454512

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008134507A Withdrawn JP2009284667A (en) 2008-05-22 2008-05-22 Power supply device, its control method, and semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009284667A (en)

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011130625A (en) * 2009-12-21 2011-06-30 Canon Inc Power supply
JP2012205356A (en) * 2011-03-24 2012-10-22 Sharp Corp Rectification switch unit, rectification circuit, and switching power supply device
JP2012526367A (en) * 2010-06-04 2012-10-25 オプレント エレクトロニクス インターナショナル ピーティーイー エルティーディー Apparatus and method for driving LED
CN103199686A (en) * 2013-03-29 2013-07-10 朱汝庆 Switching power supply protective circuit
JP2015219675A (en) * 2014-05-16 2015-12-07 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Power distribution circuit for solar battery
JP2016116412A (en) * 2014-12-17 2016-06-23 ローム株式会社 Insulation type dc-dc converter, primary controller, synchronous rectifier controller, power supply unit having the same, power supply adapter and electronic apparatus
JP2016116413A (en) * 2014-12-17 2016-06-23 ローム株式会社 Insulation synchronous rectification type dc-dc converter, synchronous rectification controller, power supply unit having the same, power supply adapter and electronic apparatus, and control method for synchronous rectification transistor
JP2016163461A (en) * 2015-03-03 2016-09-05 ローム株式会社 Insulation synchronous rectification type dc/dc converter, secondary side controller, electric poser supply using them, electric power adaptor, and electronic device
JP2017038450A (en) * 2015-08-07 2017-02-16 ローム株式会社 Insulation synchronous rectification type dc/dc converter, synchronous rectification controller, power supply employing the same, power supply adapter, electronic apparatus, and control method for synchronous rectification controller
JP2017508284A (en) * 2014-02-14 2017-03-23 フィリップス ライティング ホールディング ビー ヴィ Transformer for providing power supply signal and data signal
WO2017067116A1 (en) * 2015-10-21 2017-04-27 无锡市芯茂微电子有限公司 Isolated synchronous rectifier control circuit, device using same, and control method thereof
JP2017118784A (en) * 2015-12-25 2017-06-29 キヤノン株式会社 Power source device and image forming apparatus
US10218283B2 (en) 2014-12-24 2019-02-26 Rohm Co., Ltd. Insulated synchronous rectification DC/DC converter
JP2019054678A (en) * 2017-09-19 2019-04-04 富士通株式会社 Synchronous rectification circuit and switching power supply

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011130625A (en) * 2009-12-21 2011-06-30 Canon Inc Power supply
JP2012526367A (en) * 2010-06-04 2012-10-25 オプレント エレクトロニクス インターナショナル ピーティーイー エルティーディー Apparatus and method for driving LED
JP2012205356A (en) * 2011-03-24 2012-10-22 Sharp Corp Rectification switch unit, rectification circuit, and switching power supply device
CN103199686A (en) * 2013-03-29 2013-07-10 朱汝庆 Switching power supply protective circuit
JP2017508284A (en) * 2014-02-14 2017-03-23 フィリップス ライティング ホールディング ビー ヴィ Transformer for providing power supply signal and data signal
JP2015219675A (en) * 2014-05-16 2015-12-07 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Power distribution circuit for solar battery
JP2016116412A (en) * 2014-12-17 2016-06-23 ローム株式会社 Insulation type dc-dc converter, primary controller, synchronous rectifier controller, power supply unit having the same, power supply adapter and electronic apparatus
JP2016116413A (en) * 2014-12-17 2016-06-23 ローム株式会社 Insulation synchronous rectification type dc-dc converter, synchronous rectification controller, power supply unit having the same, power supply adapter and electronic apparatus, and control method for synchronous rectification transistor
US10218283B2 (en) 2014-12-24 2019-02-26 Rohm Co., Ltd. Insulated synchronous rectification DC/DC converter
JP2016163461A (en) * 2015-03-03 2016-09-05 ローム株式会社 Insulation synchronous rectification type dc/dc converter, secondary side controller, electric poser supply using them, electric power adaptor, and electronic device
JP2017038450A (en) * 2015-08-07 2017-02-16 ローム株式会社 Insulation synchronous rectification type dc/dc converter, synchronous rectification controller, power supply employing the same, power supply adapter, electronic apparatus, and control method for synchronous rectification controller
JP2017536065A (en) * 2015-10-21 2017-11-30 ウーシー チップ ホープ マイクロエレクトロニクス リミテッドWuxi Chip Hope Micro−electronics Ltd. Separation type synchronous rectification control circuit, control device therefor, and separation type synchronous rectification control method
US9853563B2 (en) 2015-10-21 2017-12-26 Shenzhen Chip Hope Micro-Electronics Ltd. Isolated synchronous rectification control circuit, control device, and control method
WO2017067116A1 (en) * 2015-10-21 2017-04-27 无锡市芯茂微电子有限公司 Isolated synchronous rectifier control circuit, device using same, and control method thereof
JP2017118784A (en) * 2015-12-25 2017-06-29 キヤノン株式会社 Power source device and image forming apparatus
JP2019054678A (en) * 2017-09-19 2019-04-04 富士通株式会社 Synchronous rectification circuit and switching power supply

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5115317B2 (en) Switching power supply
JP2009284667A (en) Power supply device, its control method, and semiconductor device
JP5463759B2 (en) Switching power supply device and switching power supply control circuit
JP4399837B2 (en) Multi-output current resonance type DC-DC converter
JP4835087B2 (en) DC-DC converter
JP4735072B2 (en) Switching power supply
EP1215808B1 (en) A power supply circuit and method thereof to detect demagnitization of the power supply
US8988901B2 (en) Switching power supply device
US8625311B2 (en) Switching power supply apparatus including a plurality of switching elements
JP5928506B2 (en) Switching power supply
US8218340B2 (en) Switching power supply apparatus and primary side control circuit
KR20090084292A (en) Resonant converter
JP2008533960A (en) Switched mode power conversion device and operation method thereof
US8416597B2 (en) Control device for rectifiers of switching converters
CN108418435B (en) Synchronous rectification flyback DC-DC power supply conversion device
US9966863B2 (en) Switching power-supply circuit
JP2006191741A (en) Dc converter
US11664735B2 (en) Isolated power supply and control circuit thereof
CN111756247A (en) Switching power supply device
KR101265799B1 (en) Variable mode converter control circuit and half-bridge converter having the same
JP2008125217A (en) Switching power supply
JP4442226B2 (en) Synchronous rectifier circuit and power converter
US20240014741A1 (en) Insulated power supply apparatus and semiconductor device for power supply control
JP5644954B2 (en) Isolated switching power supply
US9564819B2 (en) Switching power supply circuit

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20110802