JP2012139101A - スイッチング制御回路及びスイッチング電源装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スイッチング制御用IC202のフィードバック端子FBには、帰還回路12から帰還信号が入力される。このフィードバック端子FBとグランド端子との間にはコンデンサC4及びツェナーダイオードD4が接続されている。ツェナーダイオードD4は選択的に接続される外部回路であり、この外部回路の有無によって、過電流動作時のフィードバック端子FBの電圧が変化する。復帰/ラッチ判別回路26は、フィードバック端子FBの電圧を検知して、過電流動作状態での自動復帰方式とラッチ方式を切り替える。
【選択図】図5
Description
図1は特許文献1に示されているスイッチング電源装置の回路図である。図1において、スイッチング電源装置101は、1次巻線127と2次巻線129を有するトランス105、ダイオード117とコンデンサ119による整流平滑回路、ツェナーダイオード121とフォトカプラ113、及び抵抗123による帰還回路と、集積回路103を備えている。
前記複数の外部端子には、外部から内部へ電源電圧を印加する電源端子と、外部から内部へ電圧信号を入力する入力端子と、内部から外部へ電圧信号を出力する出力端子と、を含み、
前記複数の外部端子のうち少なくとも一つの外部端子は機能兼用外部端子であり、当該機能兼用外部端子の信号に基づいて、前記電力変換回路の第1の動作パラメータ又は第1の動作モード情報の設定、若しくは前記スイッチング素子の第1の制御を行う、第1の動作状態設定手段と、
前記機能兼用外部端子の外部に接続される、抵抗素子又は半導体素子を少なくとも含む外部回路に誘起される電圧を判定対象信号として検出し、当該判定対象信号に応じて、前記電力変換回路の第2の動作パラメータ又は第2の動作モード情報の設定を行う、第2の動作状態設定手段と、
を前記半導体集積回路の内部に備える。
図2は第1の実施形態に係るPFCコンバータ301の回路図である。
このPFCコンバータ301は本発明のスイッチング制御装置の一例であり、本発明のスイッチング制御回路に相当するスイッチング制御用IC201を備えている。
スイッチング制御用IC201の電源端子VCCとグランド端子GND間にはノイズ除去用及び電圧安定化用のコンデンサC2が接続されている。
前記入力電圧検出端子Vdetに入力される電圧は、入力電圧検出端子Vdetに接続される、抵抗R2,R3による入力電圧検出回路の抵抗分圧比で変化する。したがって、入力電圧検出端子Vdetに接続される抵抗R2又はR3の値を選定することによって、スイッチング周波数を選択できる。すなわち、入力電圧検出端子VdetがPFCコンバータへの入力電圧波形の入力端子とスイッチング周波数の設定端子を兼ねることになる。
図5は第2の実施形態に係るDC−DCコンバータ302の回路図である。
このDC−DCコンバータ302は本発明のスイッチング制御装置の一例であり、本発明のスイッチング制御回路に相当するスイッチング制御用IC202を備えている。
駆動信号生成回路22は、駆動回路11を介して第1のスイッチング素子Q1及び第2のスイッチング素子Q2を所定のスイッチング周波数でオン/オフする。これにより、DC−DCコンバータ302は電流共振コンバータとして動作する。
3.3V〜 : 過電流保護動作の範囲(自動復帰(ヒカップ)方式)
5.0V〜 : 過電流保護動作の範囲(ラッチ方式)
このようにして、DC−DCコンバータ302の過電流保護機能として、ラッチ方式と自動復帰方式の二つの方式のスイッチング制御用ICを備える必要がない。そのため、在庫数が低減し、部品の標準化を推進でき、コスト低減を図ることができる。
このように、オペアンプやトランジスタのような能動素子を外部回路に備えていてもよい。
図9は、第3の実施形態に係るDC−DCコンバータに備えられるスイッチング制御用IC200の内部の構成をブロック化して表した図である。この図9は、後に示す別の実施形態でも参照する。
フィードバック端子FBの電圧が1V以下のときに、図9において、最大ブランキング周波数設定回路230により、フィードバック端子FBの電圧が1Vから0.4Vまでの変化に対して、発振を継続する発振期間とスイッチング動作が停止する停止期間の割合を変化させ、発振期間の割合を1から0まで線形的に変化するように設定されている。このため、負荷が軽くなってフィードバック端子FBの電圧が低下するに伴い、発振期間の割合は減少し、間欠発振の待機モードとなる。これにより軽負荷での損失低減に対応できる。
図10は第4の実施形態に係るDC−DCコンバータ304の回路図である。
このDC−DCコンバータ304は本発明のスイッチング制御装置の一例であり、本発明のスイッチング制御回路に相当するスイッチング制御用IC200を備えている。
以上の繰り返しによって、OUT端子の出力電圧を矩形波状に変化させる。
図11は第5の実施形態に係るDC−DCコンバータ305の回路図である。
このDC−DCコンバータ305は本発明のスイッチング制御装置の一例であり、本発明のスイッチング制御回路に相当するスイッチング制御用IC200を備えている。
図12は第6の実施形態に係るDC−DCコンバータ306の回路図である。
このDC−DCコンバータ306は本発明のスイッチング制御装置の一例であり、本発明のスイッチング制御回路に相当するスイッチング制御用IC200を備えている。
図13は第7の実施形態に係るDC−DCコンバータ307の回路図である。
このDC−DCコンバータ307は本発明のスイッチング制御装置の一例であり、本発明のスイッチング制御回路に相当するスイッチング制御用IC207を備えている。
図15は第8の実施形態に係るPFCコンバータ308の回路図である。
このスイッチング制御装置308は、本発明のスイッチング制御回路に相当するスイッチング制御用IC208を備えている。
スイッチング制御用IC208の内部には、出力電圧を安定化するために、フィードバック端子FBに入力される出力電圧検出信号の電圧と基準電圧との差分を増幅する誤差増幅器411が設けられている。COMP端子は誤差増幅器411の出力に接続されていて、COMP端子に外付けされる抵抗R24及びコンデンサC24によって、誤差増幅器411の利得と出力信号の位相が設定される。
図17は第9の実施形態に係るDC−DCコンバータ309の回路図である。
このDC−DCコンバータ309は、本発明のスイッチング制御回路に相当するスイッチング制御用IC209を備えている。
図19は第10の実施形態に係るDC−DCコンバータ310の回路図である。
このDC−DCコンバータ310は本発明のスイッチング制御装置の一例であり、本発明のスイッチング制御回路に相当するスイッチング制御用IC210を備えている。
図20において、発振回路512の出力信号はANDゲート513及び出力ドライバ514を介してOUT端子から出力される。コンパレータ511はOUT端子の電圧が所定値以上であることを検出した場合に、発振回路512へ制御信号を出力して、スイッチング周波数を切り替える。例えば、OUT端子の電圧が所定値以上であるとき、所定値未満である場合よりもスイッチング周波数を10kHz低下させる。
図21は第11の実施形態に係るDC−DCコンバータ311の回路図である。
このDC−DCコンバータ311は本発明のスイッチング制御装置の一例であり、本発明のスイッチング制御回路に相当するスイッチング制御用IC211を備えている。
VREF端子には、VC電圧検出回路14及びトランジスタQ4からなる外付け回路が接続されている。
図22において、VREF端子の第1の機能は基準電圧を外部へ出力することである。このVREF端子の第2の機能は、過電流検知時にラッチ動作させるか、自動復帰させるかを選択する機能である。
以上に示した各実施形態で幾つかのタイプのコンバータを示したが、コンバータの1次側は電流共振型に限らない。また、2次側はフライバック型以外にフォワード型であってもよい。また、ハーフブリッジ型、フルブリッジ型等に適用することもできる。
Q1,Q2…スイッチング素子
Q3,Q4…トランジスタ
SR…シャントレギュレータ
SS…ソフトスタート端子
SW…スイッチ
T…トランス
Vdet…入力電圧検出端子
ZT…極性検出端子
11…駆動回路
12…帰還回路
13…同期信号発生回路
14…VC電圧検出回路
21,22…駆動信号生成回路
23…過電流検出回路
24…遅延回路
25…定電流回路
26…ラッチ判別回路
27…発振回路
28…選択回路
29…待機モード動作回路
30…制御方式選択回路
200〜202…スイッチング制御用IC
204…スイッチング制御用IC
207〜211…スイッチング制御用IC
227…待機モード選択回路
301,302…PFCコンバータ
304〜311…DC−DCコンバータ
Claims (33)
- 複数の外部端子を有し、スイッチング電源装置の電力変換回路に設けられてスイッチング素子を制御する半導体集積回路を備えたスイッチング制御回路であって、
前記複数の外部端子には、外部から内部へ電源電圧を印加する電源端子と、外部から内部へ電圧信号を入力する入力端子と、内部から外部へ電圧信号を出力する出力端子と、を含み、
前記複数の外部端子のうち少なくとも一つの外部端子は機能兼用外部端子であり、当該機能兼用外部端子の信号に基づいて、前記電力変換回路の第1の動作パラメータ又は第1の動作モード情報の設定、若しくは前記スイッチング素子の第1の制御を行う、第1の動作状態設定手段と、
前記機能兼用外部端子の外部に接続される、抵抗素子又は半導体素子を少なくとも含む外部回路に誘起される電圧を判定対象信号として検出し、当該判定対象信号に応じて、前記電力変換回路の第2の動作パラメータ又は第2の動作モード情報の設定を行う、第2の動作状態設定手段と、
を前記半導体集積回路の内部に備えた、スイッチング制御回路。 - 前記機能兼用外部端子に入力される信号の一つは、前記スイッチング制御回路の動作により前記電力変換回路から入力される出力電圧検出信号であり、
前記第1の動作状態設定手段は、前記出力電圧検出信号に応じて出力電圧の安定化制御のための動作パラメータを設定し、
前記第2の動作状態設定手段は、前記電力変換回路の電力変換動作以外の期間での前記判定対象信号に応じて、前記出力電圧の安定化以外の、前記第2の動作パラメータ又は第2の動作モード情報の設定、若しくは前記スイッチング素子の第2の制御を行う、請求項1に記載のスイッチング制御回路。 - 前記機能兼用外部端子に入力される信号の一つは、前記スイッチング制御回路の動作により前記電力変換回路に流れる電流によって生じる電流検出用信号であり、
前記第1の動作状態設定手段は、前記電流検出用信号に応じて過電流制御の動作パラメータ又は動作モードを設定し、
前記第2の動作状態設定手段は、前記スイッチング素子のオン期間又はオフ期間のうち、前記電力変換回路の動作上不要な期間での前記判定対象信号に応じて前記過電流制御以外の前記電力変換回路の第2の動作パラメータ又は第2の動作モード情報の設定、若しくは前記スイッチング素子の第2の制御を行う、請求項1に記載のスイッチング制御回路。 - 前記機能兼用外部端子に入力される信号の一つは入力電源電圧の波形信号であり、
前記第1の動作状態設定手段は、前記波形信号に応じて前記スイッチング素子の第1の制御を行い、
前記第2の動作状態設定手段は、前記判定対象信号の電圧波高値と基準電圧との比較結果に応じて、前記電力変換回路の前記スイッチング素子のスイッチング周波数の設定を行う、請求項1に記載のスイッチング制御回路。 - 前記機能兼用外部端子に入力される信号の一つは、前記スイッチング制御回路を動作させるために前記出力端子から出力される電圧パルスの周波数を定める周波数設定信号であり、
前記第1の動作状態設定手段は、前記周波数設定信号の電圧最大値に応じて、前記機能兼用外部端子から出力される電圧パルスの周波数を定め、
第2の動作状態設定手段は、前記判定対象信号の電圧最低値と基準電圧との比較結果に応じて、前記周波数を定める動作以外の、前記第2の動作パラメータ又は第2の動作モード情報の設定、若しくは前記スイッチング素子の第2の制御を行う、請求項1に記載のスイッチング制御回路。 - 前記機能兼用外部端子に入力される信号の一つは、前記スイッチング制御回路を動作させるために前記出力端子から出力される電圧パルスのパルス幅を定めるパルス幅設定信号であり、
前記第1の動作状態設定手段は、前記電力変換回路の動作開始から定常動作までの起動時間での前記パルス幅設定信号に応じて、前記機能兼用外部端子から出力される電圧パルスのパルス幅を定め、
第2の動作状態設定手段は、前記電力変換回路の定常動作時の前記判定対象信号に応じて、前記パルス幅の設定以外の、前記第2の動作パラメータ又は第2の動作モード情報の設定、若しくは前記スイッチング素子の第2の制御を行う、請求項1に記載のスイッチング制御回路。 - 前記機能兼用外部端子に入力される信号の一つは、前記スイッチング制御回路を動作させるために、前記機能兼用外部端子から出力される電圧パルスの開始又は停止を決定する電圧パルス出力制御信号であり、
前記第1の動作状態設定手段は、前記電圧パルス出力制御信号に応じて前記機能兼用外部端子から出力される電圧パルスの開始又は停止を決定し、
第2の動作状態設定手段は、前記判定対象信号に応じて、前記スイッチング素子のスイッチング周波数の設定を行う、請求項1に記載のスイッチング制御回路。 - 前記機能兼用外部端子に入力される信号の一つは、前記電力変換回路から出力される電圧が過電圧であるか否かを示す過電圧検出信号であり、
前記第1の動作状態設定手段は、前記過電圧検出信号に応じて過電圧保護動作を行い、
前記第2の動作状態設定手段は、前記過電圧検出信号が通常範囲よりさらに高い設定電圧を超えたときの前記判定対象信号に応じて、過電圧の出力を直ちに停止する、請求項1に記載のスイッチング制御回路。 - 前記機能兼用外部端子に入力される信号の一つは、前記スイッチング制御回路の動作により、前記電力変換回路から出力される帰還信号電圧の利得と位相を補償するための補償信号であり、
前記第1の動作状態設定手段は、前記補償信号に応じて帰還信号電圧の利得と位相を補償し、
前記第2の動作状態設定手段は、前記電力変換回路の動作開始前の、もしくは動作開始から定常動作までの起動時間での前記判定対象信号に応じて、前記補償信号に応じた帰還信号電圧の利得と位相の補償以外の、前記第2の動作パラメータ又は第2の動作モード情報の設定、若しくは前記スイッチング素子の第2の制御を行う、請求項1に記載のスイッチング制御回路。 - 前記機能兼用外部端子に入力される信号の一つは、前記スイッチング制御回路の動作により、前記電力変換回路のインダクタ又はトランスに流れる電流又は生成される電圧の極性が変化することを示す極性反転タイミング信号であり、
前記第1の動作状態設定手段は、前記極性反転タイミング信号に応じて前記スイッチング制御回路を制御し、
前記第2の動作状態設定手段は、前記判定対象信号の電圧波高値と基準電圧との比較結果に応じて、前記極性反転タイミング信号に応じた前記スイッチング制御回路の制御以外の第2の動作パラメータ又は第2の動作モード情報の設定、若しくは前記スイッチング素子の第2の制御を行う、請求項1に記載のスイッチング制御回路。 - 前記機能兼用外部端子から出力される信号は、前記スイッチング制御回路を動作させるために、前記スイッチング素子の制御端子の電圧を制御するスイッチング素子制御信号であり、
前記第1の動作状態設定手段は、前記スイッチング素子制御信号を前記スイッチング素子へ与え、
前記第2の動作状態設定手段は、前記判定対象信号に応じて、前記スイッチング素子のスイッチング周波数の設定を行う、請求項1に記載のスイッチング制御回路。 - 前記機能兼用外部端子から出力される信号は、前記スイッチング制御回路を動作させるために発生される基準電圧信号であり、
前記第1の動作状態設定手段は、前記基準電圧信号を出力し、
前記第2の動作状態設定手段は、前記電力変換回路の動作開始前の前記判定対象信号に応じて、前記基準電圧信号の出力以外の前記第2の動作パラメータ又は第2の動作モード情報の設定、若しくは前記スイッチング素子の第2の制御を行う、請求項1に記載のスイッチング制御回路。 - 前記機能兼用外部端子から出力される信号は、前記電力変換回路の動作状態が正常であるか否かを示す動作状態信号であり、
前記第1の動作状態設定手段は、前記動作状態信号を出力し、
前記第2の動作状態設定手段は、前記判定対象信号に応じて、前記スイッチング素子のスイッチング周波数の設定を行う、請求項1に記載のスイッチング制御回路。 - 内部に電流供給回路を備え、該電流供給回路により、前記外部回路が接続された前記機能兼用外部端子に電流を通電する、請求項1〜13のいずれかに記載のスイッチング制御回路。
- 前記半導体素子はツェナーダイオードである、請求項1〜14のいずれかに記載のスイッチング制御回路。
- 前記半導体素子はトランジスタである、請求項1〜14のいずれかに記載のスイッチング制御回路。
- 前記半導体素子はオペアンプである、請求項1〜14のいずれかに記載のスイッチング制御回路。
- 前記第2の動作パラメータは前記スイッチング素子のスイッチング周波数である、請求項1〜17のいずれかに記載のスイッチング制御回路。
- 前記第2の動作パラメータは前記スイッチング素子のスイッチング周波数の最高値又は最低値の制限値である、請求項1〜17のいずれかに記載のスイッチング制御回路。
- 前記第2の動作パラメータは、前記スイッチング制御回路の動作により前記電力変換回路に流れる電流によって生じる過電流検出用信号を基に過負荷状態を判定するための閾値である、請求項1〜17のいずれかに記載のスイッチング制御回路。
- 前記第2の動作パラメータは、前記電力変換回路から出力される電圧が過電圧であるか否かを示す過電圧検出信号を基に過電圧状態を判定するための閾値である、請求項1〜17のいずれかに記載のスイッチング制御回路。
- 前記第2の動作パラメータは、前記電力変換回路の起動を判定する起動閾値又は前記電力変換回路の停止を判定する停止閾値である、請求項1〜17のいずれかに記載のスイッチング制御回路。
- 前記第2の動作パラメータは、前記スイッチング素子のオン時間の制限値である、請求項1〜17のいずれかに記載のスイッチング制御回路。
- 前記第2の動作パラメータは、前記スイッチング素子を駆動するパルスの時比率の制限値である、請求項1〜17のいずれかに記載のスイッチング制御回路。
- 前記第2の動作モード情報は、前記電力変換回路の出力制御方式の区別に関する情報である、請求項1〜17のいずれかに記載のスイッチング制御回路。
- 前記第2の動作モード情報は、過負荷状態での動作モードの区別に関する情報である、請求項1〜17のいずれかに記載のスイッチング制御回路。
- 前記第2の動作モード情報は、過電圧状態での動作モードの区別に関する情報である、請求項1〜17のいずれかに記載のスイッチング制御回路。
- 前記第2の動作モード情報は、軽負荷状態での動作モードの区別に関する情報である、請求項1〜17のいずれかに記載のスイッチング制御回路。
- 前記出力制御方式は、出力電圧一定制御、出力電流一定制御、又は出力電力一定制御のいずれかである、請求項25に記載のスイッチング制御回路。
- 前記過負荷状態における動作モードは、発振期間と停止期間を繰り返す自動復帰モード又は発振が停止するラッチモードのいずれかである、請求項26に記載のスイッチング制御回路。
- 前記過電圧状態における動作モードは、発振期間と停止期間を繰り返す自動復帰モード又は発振が停止するラッチモードのいずれかである、請求項27に記載のスイッチング制御回路。
- 前記軽負荷状態における動作モードは、発振期間と停止期間を繰り返す間欠発振モード又は前記スイッチング素子のスイッチング周波数を低減して不連続電流モードで動作する周波数低減モードのいずれかである、請求項28に記載のスイッチング制御回路。
- 請求項1〜32のいずれかに記載のスイッチング制御回路が前記電力変換回路に備えられたスイッチング電源装置。
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