JP2013150456A - Dc/dc converter and control circuit for the same, and power supply device, power supply adapter, and electronic equipment using the dc/dc converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、DC/DCコンバータに関する。 The present invention relates to a DC / DC converter.
テレビや冷蔵庫をはじめとするさまざまな家電製品は、外部からの商用交流電力を受けて動作する。ラップトップ型コンピュータ、携帯電話端末やPDA(Personal Digital Assistants)をはじめとする電子機器も、商用交流電力によって動作可能であり、あるいは商用交流電力によって、機器に内蔵の電池を充電可能となっている。こうした家電製品や電子機器(以下、電子機器と総称する)には、商用交流電圧をAC/DC(交流/直流)変換する電源装置(インバータ)が内蔵され、あるいはインバータは、電子機器の外部の電源アダプタ(ACアダプタ)に内蔵される。 Various home appliances such as TVs and refrigerators operate by receiving commercial AC power from the outside. Electronic devices such as laptop computers, mobile phone terminals, and PDAs (Personal Digital Assistants) can also be operated with commercial AC power, or the built-in battery can be charged with commercial AC power. . Such home appliances and electronic devices (hereinafter collectively referred to as electronic devices) have built-in power supply devices (inverters) for converting AC / DC (AC / DC) commercial AC voltage, or the inverters are external to the electronic devices. Built in the power adapter (AC adapter).
図1は、インバータの基本構成を示すブロック図である。インバータ1rは主としてヒューズ2、入力キャパシタCi、フィルタ4、ダイオード整流回路6、平滑キャパシタCsおよびDC/DCコンバータ10rを備える。
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of an inverter. The
商用交流電圧VACは、ヒューズ2および入力キャパシタCiを介してフィルタ4に入力される。フィルタ4は、商用交流電圧VACのノイズを除去する。ダイオード整流回路6は、商用交流電圧VACを全波整流するダイオードブリッジ回路である。ダイオード整流回路6の出力電圧は、平滑キャパシタCsによって平滑化され、直流電圧VINに変換される。
Commercial AC voltage V AC is input to the filter 4 through a
絶縁型のDC/DCコンバータ10rは、入力端子P1に直流電圧VINを受け、それを降圧して、目標値に安定化された出力電圧VOUTを出力端子P2に接続される負荷(不図示)に供給する。
The insulated DC /
DC/DCコンバータ10rは、制御回路100r、出力回路200、フィードバック回路210を備える。出力回路200は、トランスT1、第1ダイオードD1、第1出力キャパシタCo1、スイッチングトランジスタM1、検出抵抗RSを含む。出力回路200のトポロジーは一般的なものであるため、説明を省略する。
The DC /
スイッチングトランジスタM1がスイッチングすることにより、入力電圧VINが降圧され、出力電圧VOUTが生成される。そして制御回路100rは、スイッチングトランジスタM1のスイッチングのデューティ比を調節することにより、出力電圧VOUTを目標値に安定化させるとともに、トランスT1の1次巻線W1に流れるコイル電流Ipを制御する。
When the switching transistor M1 is switched, the input voltage VIN is stepped down and an output voltage VOUT is generated. The
検出抵抗RSは、トランスT1の1次巻線W1およびスイッチングトランジスタM1と直列に設けられる。検出抵抗RSには、1次巻線W1およびスイッチングトランジスタM1に流れる電流Ipに比例した電圧降下(検出電圧)VSが発生する。制御回路100rは、検出電圧VSにもとづいて、1次巻線W1に流れる電流Ipを制御する。
The detection resistor RS is provided in series with the primary winding W1 of the transformer T1 and the switching transistor M1. A voltage drop (detection voltage) V S proportional to the current Ip flowing through the primary winding W1 and the switching transistor M1 is generated in the detection resistor R S. The
図2は、本発明者らが検討したDC/DCコンバータ10rの構成を示す回路図である。フィードバック回路210は、出力電圧VOUTに応じたフィードバック電圧VFBを生成し、制御回路100rのフィードバック端子(FB端子)に供給する。フィードバック回路210は、シャントレギュレータ212およびフォトカプラ214を含む。シャントレギュレータ212は、出力電圧VOUTと所定の目標値の誤差がゼロとなるようにレベルが調節されるフィードバック信号S11を生成し、フォトカプラ214の発光ダイオードに供給する。フォトカプラ214のフォトトランジスタ(あるいはフォトトランジスタ)は、発光ダイオードからの光信号S12を、フィードバック信号S11に応じたフィードバック電圧VFBに変換する。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of the DC /
トランスT1の1次側には、1次巻線W1に加えて補助巻線W3が設けられる。補助巻線W3、第2ダイオードD2、第2出力キャパシタCo2は、第2のDC/DCコンバータを形成する。スイッチングトランジスタM1のスイッチングに応じて、第2出力キャパシタCo2には、直流電圧VCCが発生する。直流電圧VCCは、制御回路100rの電源端子VCC(VCC端子)に供給される。
In addition to the primary winding W1, an auxiliary winding W3 is provided on the primary side of the transformer T1. The auxiliary winding W3, the second diode D2, and the second output capacitor Co2 form a second DC / DC converter. In response to switching of the switching transistor M1, a DC voltage VCC is generated in the second output capacitor Co2. DC voltage V CC is supplied to the
制御回路100rは、スイッチングトランジスタM1、パルス変調器102、ドライバ104、電流制限回路120を備える。スイッチングトランジスタM1のドレインは、ドレイン端子DRAINに、そのソースは、検出端子(SOURCE端子)に接続される。DRIAN端子は、1次巻線W1と接続され、SOURCE端子には、検出抵抗RSが外付けされる。
The
パルス変調器102は、フィードバック電圧VFBおよび検出電圧VSを受ける。パルス変調器102は、フィードバック電圧VFBに応じてデューティ比が調節されるパルス信号SPWMを生成する。パルス変調器102は、スイッチングトランジスタM1に流れるコイル電流Ipに比例した検出電圧VSに応じて、スイッチングトランジスタM1をオフするタイミングを制御する。こうしたパルス変調器102としては、たとえば平均電流モード、ピーク電流モードの変調器が知られている。ドライバ104は、パルス信号SPWMに応じてスイッチングトランジスタM1をスイッチングする。
電流制限回路120は、検出電圧VSをしきい値電圧VCUR_LIMと比較することにより過電流状態を検出し、過電流状態においてスイッチングトランジスタM1のスイッチングを停止する保護回路である。
The current limiting
たとえばピーク電流モードのパルス変調器102は、所定の周期ごとにアサートされるセット信号に応じて、パルス信号SPWMを、スイッチングトランジスタM1のオンに対応するレベル(オンレベル)に遷移させる。回路が正常であれば、スイッチングトランジスタM1がオンすると、コイル電流Ipが時間とともに一定の傾きで上昇する。そして、検出電圧VSをフィードバック電圧VFBと比較し、検出電圧VSがフィードバック電圧VFBまで上昇すると、言い換えれば、コイル電流Ipが、フィードバック電圧VFBに応じたピーク電流レベルに達すると、パルス信号SPWMを、スイッチングトランジスタM1のオフに対応するレベル(オフレベル)に遷移させる。次にセット信号がアサートされると、パルス信号SPWMは再びオンレベルに遷移する。
For example, the
図2のDC/DCコンバータ10rでは、検出抵抗RSが制御回路100rに外付けされ、埃の付着などを原因として検出抵抗RSの両端間がショートすると、コイル電流Ipが検出できなくなる。具体的には、検出電圧VSがコイル電流IPの大きさにかかわらずに0Vとなるため、パルス信号SPWMがオンレベルを維持し続ける。このとき、電流制限回路120による回路保護もかからない。その結果、スイッチングトランジスタM1は、予め定められた最大デューティ比(たとえば75%)でスイッチングし続けることになり、スイッチングトランジスタM1および1次巻線W1に大電流が流れる。やがて、図1のヒューズ2が切れることにより回路保護がかかり、あるいはヒューズ2が切れる前に、回路の信頼性に悪影響が及ぶおそれがある。
In the DC /
この問題を解決するために、検出抵抗RSを制御回路100rに内蔵することも考えられる。制御回路100rに検出抵抗RSを内蔵すれば、埃などによってショートすることが無くなるからである。しかしながら、検出電圧VSを制御回路100rに内蔵すると、インバータ1rの設計者が、DC/DCコンバータ10rの電力を変更できなくなるという別の問題が生ずる。
In order to solve this problem, it is conceivable to incorporate the detection resistor RS in the
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、検出抵抗のショートに対する信頼性を高めたDC/DCコンバータの提供にある。 The present invention has been made in view of these problems, and one of the exemplary purposes of an embodiment thereof is to provide a DC / DC converter with improved reliability against a short circuit of a detection resistor.
本発明のある態様は、DC/DCコンバータの制御回路に関する。DC/DCコンバータは、トランスおよびトランスの1次巻線の電流経路上に設けられたスイッチングトランジスタを有する。制御回路は、1次巻線の電流経路上に設けられ、その一端が接地される外付けの検出抵抗の他端を接続するための検出端子と、DC/DCコンバータの出力電圧に応じたフィードバック電圧を受けるフィードバック端子と、DC/DCコンバータの出力電圧が目標値に近づくようにデューティ比が調節されるパルス信号を生成するパルス変調器であって、検出端子に生ずる検出電圧にもとづいて、パルス信号を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させるパルス変調器と、パルス信号にもとづいてスイッチングトランジスタをスイッチングするドライバと、パルス信号が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てから判定時間経過後における検出電圧を所定のしきい値電圧と比較し、検出電圧の方が高いときにアサートされるショート検出信号を生成するショート検出回路と、を備える。制御回路は、ショート検出信号がアサートされると、スイッチングトランジスタのスイッチングを停止する。 One embodiment of the present invention relates to a control circuit for a DC / DC converter. The DC / DC converter includes a transformer and a switching transistor provided on a current path of a primary winding of the transformer. The control circuit is provided on the current path of the primary winding, one end of which is grounded, a detection terminal for connecting the other end of the external detection resistor, and a feedback corresponding to the output voltage of the DC / DC converter A pulse modulator that generates a pulse signal whose duty ratio is adjusted so that the output voltage of the DC / DC converter approaches a target value, and receives a voltage based on the detection voltage generated at the detection terminal. Pulse modulator that transitions signal to off level corresponding to switching transistor off, driver that switches switching transistor based on pulse signal, and judgment after pulse signal transitions to on level corresponding to switching transistor on The detected voltage after the passage of time is compared with a predetermined threshold voltage, and the detected voltage It is provided with a short-circuit detecting circuit for generating a short-circuit detection signal is asserted when high. The control circuit stops switching of the switching transistor when the short detection signal is asserted.
検出抵抗がショートされず、正常であるとき、トランスの1次巻線に流れるコイル電流は、時間とともに一定の傾きで増大し、したがって検出抵抗の両端間に生ずる検出電圧も、コイル電流に比例して時間とともに増大する。検出電圧VSは、スイッチングトランジスタがオンしてからの経過時間をTON、DC/DCコンバータの入力電圧をVIN、1次巻線のインダクタンスをL1、検出抵抗の抵抗値をRSと書くとき、式(1)で与えられる。
VS=VIN/L1×TON×RS …(1)
つまり、検出抵抗が正常であるときに、パルス信号がオンレベルに遷移してから判定時間経過後における検出電圧は、非ゼロのレベルを有するはずである。反対に、検出抵抗がショートした状態ではコイル電流は増大しても、検出電圧は増大せず、したがってパルス信号がオンレベルに遷移してから判定時間経過後における検出電圧は、ゼロ付近を維持し、しきい値電圧より低くなる。
したがって、この態様の制御回路によれば、スイッチングトランジスタがオンしてから判定時間経過後の検出電圧をしきい値電圧と比較することにより、検出抵抗のショートの有無を検出することができ、検出抵抗のショートに対する信頼性を高めることができる。
When the detection resistor is not short-circuited and is normal, the coil current flowing in the primary winding of the transformer increases with a certain slope with time, and therefore the detection voltage generated across the detection resistor is also proportional to the coil current. Increase over time. For the detection voltage V S , the elapsed time after the switching transistor is turned on is written as T ON , the input voltage of the DC / DC converter is written as V IN , the inductance of the primary winding is L1, and the resistance value of the detection resistor is written as R S. Is given by equation (1).
V S = V IN / L1 × T ON × R S (1)
That is, when the detection resistance is normal, the detection voltage after the determination time has elapsed after the pulse signal has transitioned to the on level should have a non-zero level. On the other hand, even if the coil current increases in the state where the detection resistor is short-circuited, the detection voltage does not increase. , Lower than the threshold voltage.
Therefore, according to the control circuit of this aspect, it is possible to detect the presence or absence of a short circuit of the detection resistor by comparing the detection voltage after the determination time has elapsed after the switching transistor is turned on with the threshold voltage. The reliability against a short circuit of the resistor can be increased.
ショート検出回路は、パルス信号がオンレベルに遷移してから判定時間経過後にアサートされるウィンドウ信号を生成するウィンドウ信号生成部と、その入力端子に検出電圧が入力され、ウィンドウ信号がアサートされる期間、オン状態となるスイッチと、スイッチの出力端子から出力される電圧と、所定のしきい値電圧を比較する第1コンパレータと、を含み、第1コンパレータの比較結果に応じてショート検出信号を生成してもよい。 The short detection circuit includes a window signal generation unit that generates a window signal that is asserted after the determination time has elapsed since the pulse signal transitioned to the on level, and a period during which the detection voltage is input to the input terminal and the window signal is asserted. A switch that is turned on, a voltage output from the output terminal of the switch, and a first comparator that compares a predetermined threshold voltage, and generates a short detection signal according to the comparison result of the first comparator May be.
ウィンドウ信号生成部は、三角波またはのこぎり波の周期信号を、判定時間に応じたしきい値電圧と比較する第2コンパレータと、を含み、第2コンパレータの比較結果に応じてウィンドウ信号を生成してもよい。 The window signal generation unit includes a second comparator that compares a triangular wave or sawtooth wave periodic signal with a threshold voltage corresponding to the determination time, and generates a window signal according to the comparison result of the second comparator. Also good.
パルス変調器は、ピーク電流モードのパルス幅変調器であってもよい。 The pulse modulator may be a peak current mode pulse width modulator.
パルス変調器は、スロープ補償用の周期信号が重畳された検出電圧をフィードバック電圧と比較し、検出電圧が高くなるとアサートされるリセット信号を生成するパルス幅変調コンパレータと、リセット信号と、所定の周期ごとにアサートされるセット信号と、を受け、リセット信号がアサートされると第1レベルに遷移し、セット信号がアサートされると第2レベルに遷移するパルス信号を生成するRSフリップフロップと、を含んでもよい。 The pulse modulator compares a detection voltage on which a periodic signal for slope compensation is superimposed with a feedback voltage, generates a reset signal that is asserted when the detection voltage becomes high, a reset signal, a predetermined period, An RS flip-flop that generates a pulse signal that transitions to a first level when the reset signal is asserted and transitions to a second level when the set signal is asserted. May be included.
パルス変調器は、平均電流モードのパルス幅変調器であってもよい。 The pulse modulator may be an average current mode pulse width modulator.
パルス変調器は、検出電圧とフィードバック電圧の誤差を増幅・平均化した誤差電圧を生成する誤差増幅器と、誤差電圧を所定の周期を有する三角波またはのこぎり波の周期信号と比較し、比較結果に応じたパルス信号を生成するパルス幅変調コンパレータと、を含んでもよい。 The pulse modulator compares the error voltage with a triangular wave or sawtooth wave periodic signal with a predetermined period and an error amplifier that generates an error voltage by amplifying and averaging the error between the detection voltage and the feedback voltage. And a pulse width modulation comparator that generates a pulse signal.
パルス変調器は、オフ時間固定モードのパルス変調器であってもよい。 The pulse modulator may be a pulse modulator in a fixed off-time mode.
パルス変調器は、スロープ補償用の周期信号が重畳された検出電圧をフィードバック電圧と比較し、検出電圧が高くなるとアサートされるオフ信号を生成するパルス幅変調コンパレータと、オフ信号がアサートされてから所定のオフ時間の間、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となり、その後、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となるパルス信号を生成するオフ時間固定回路と、を含んでもよい。 The pulse modulator compares the detection voltage on which the periodic signal for slope compensation is superimposed with the feedback voltage, and generates a OFF signal that is asserted when the detection voltage increases, and the OFF signal is asserted. There may be included an off-time fixed circuit that generates a pulse signal that has an off level corresponding to the switching transistor being turned off for a predetermined off time and then having an on level corresponding to the switching transistor being turned on.
制御回路は、ひとつの半導体基板上に一体集積化されてもよい。
「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。
制御回路を1つのIC(Integrated Circuit)として集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。
The control circuit may be integrated on a single semiconductor substrate.
“Integrated integration” includes the case where all of the circuit components are formed on a semiconductor substrate and the case where the main components of the circuit are integrated. A resistor, a capacitor, or the like may be provided outside the semiconductor substrate.
By integrating the control circuit as one integrated circuit (IC), the circuit area can be reduced and the characteristics of the circuit elements can be kept uniform.
本発明の別の態様は、DC/DCコンバータに関する。DC/DCコンバータは、1次巻線および2次巻線を有するトランスと、トランスの1次巻線と接続されるスイッチングトランジスタと、アノードが2次巻線と接続される第1ダイオードと、一端が接地され、他端が第1ダイオードのカソードと接続された第1出力キャパシタと、第1出力キャパシタに生ずる出力電圧に応じたフィードバック電圧を生成するフィードバック回路と、フィードバック電圧を受け、スイッチングトランジスタをスイッチングする上述のいずれかの態様の制御回路と、を備えてもよい。 Another aspect of the present invention relates to a DC / DC converter. The DC / DC converter includes a transformer having a primary winding and a secondary winding, a switching transistor connected to the primary winding of the transformer, a first diode whose anode is connected to the secondary winding, and one end Is connected to the cathode of the first diode, a feedback circuit for generating a feedback voltage corresponding to the output voltage generated in the first output capacitor, a feedback voltage, and a switching transistor. And a control circuit according to any one of the above aspects that performs switching.
フィードバック回路は、出力電圧を分圧した電圧と所定の目標値の誤差がゼロとなるようにレベルが調節されるフィードバック信号を生成するシャントレギュレータと、その1次側の発光素子がフィードバック信号によって制御されるフォトカプラと、を含んでもよい。フォトカプラの2次側の受光素子に生ずる信号が、フィードバック電圧として制御回路に供給されてもよい。 The feedback circuit is a shunt regulator that generates a feedback signal whose level is adjusted so that an error between a voltage obtained by dividing the output voltage and a predetermined target value becomes zero, and a light emitting element on the primary side is controlled by the feedback signal. A photocoupler. A signal generated in the light receiving element on the secondary side of the photocoupler may be supplied to the control circuit as a feedback voltage.
トランスは、その1次側に設けられた補助巻線をさらに有してもよい。DC/DCコンバータは、アノードが補助巻線と接続される第2ダイオードと、一端が接地され、他端が第2ダイオードのカソードと接続された第2出力キャパシタと、をさらに備えてもよい。制御回路の電源端子には、第2出力キャパシタに生ずる直流電圧が供給されてもよい。 The transformer may further include an auxiliary winding provided on the primary side thereof. The DC / DC converter may further include a second diode having an anode connected to the auxiliary winding, and a second output capacitor having one end grounded and the other end connected to the cathode of the second diode. A DC voltage generated in the second output capacitor may be supplied to the power supply terminal of the control circuit.
本発明のさらに別の態様は、電源装置に関する。電源装置は、商用交流電圧をフィルタリングするフィルタと、フィルタの出力電圧を全波整流するダイオード整流回路と、ダイオード整流回路の出力電圧を平滑化し、直流入力電圧を生成する平滑キャパシタと、直流入力電圧を降圧し、負荷に供給する上述のいずれかの態様のDC/DCコンバータと、を備える。 Yet another embodiment of the present invention relates to a power supply apparatus. The power supply device includes a filter that filters commercial AC voltage, a diode rectifier circuit that full-wave rectifies the output voltage of the filter, a smoothing capacitor that smoothes the output voltage of the diode rectifier circuit and generates a DC input voltage, and a DC input voltage The DC / DC converter according to any one of the above-described aspects is provided.
本発明の別の態様は、電子機器に関する。電子機器は、負荷と、商用交流電圧をフィルタリングするフィルタと、フィルタの出力電圧を全波整流するダイオード整流回路と、ダイオード整流回路の出力電圧を平滑化し、直流入力電圧を生成する平滑キャパシタと、直流入力電圧を降圧し、負荷に供給する上述のいずれかの態様のDC/DCコンバータと、を備える。 Another embodiment of the present invention relates to an electronic device. The electronic device includes a load, a filter that filters commercial AC voltage, a diode rectifier circuit that full-wave rectifies the output voltage of the filter, a smoothing capacitor that smoothes the output voltage of the diode rectifier circuit and generates a DC input voltage, A DC / DC converter according to any one of the above-described aspects, which steps down a DC input voltage and supplies the voltage to a load.
本発明の別の態様は、電源アダプタに関する。電源アダプタは、商用交流電圧をフィルタリングするフィルタと、フィルタの出力電圧を全波整流するダイオード整流回路と、ダイオード整流回路の出力電圧を平滑化し、直流入力電圧を生成する平滑キャパシタと、直流入力電圧を降圧し、直流出力電圧を生成する上述のいずれかの態様のDC/DCコンバータと、を備える。 Another aspect of the present invention relates to a power adapter. The power adapter includes a filter for filtering commercial AC voltage, a diode rectifier circuit for full-wave rectification of the output voltage of the filter, a smoothing capacitor for smoothing the output voltage of the diode rectifier circuit and generating a DC input voltage, and a DC input voltage And the DC / DC converter according to any one of the above-described aspects that generate a DC output voltage.
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。 Note that any combination of the above-described constituent elements and the constituent elements and expressions of the present invention replaced with each other among methods, apparatuses, systems, and the like are also effective as an aspect of the present invention.
本発明のある態様によれば、検出抵抗のショートに対する信頼性を高めることができる。 According to an aspect of the present invention, it is possible to improve the reliability of the detection resistor against a short circuit.
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。 The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate. The embodiments do not limit the invention but are exemplifications, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.
本明細書において、「部材Aが、部材Bと接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合や、部材Aと部材Bが、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。
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。
In this specification, “the state in which the member A is connected to the member B” means that the member A and the member B are physically directly connected, or the member A and the member B are electrically connected. The case where it is indirectly connected through another member that does not affect the state is also included.
Similarly, “the state in which the member C is provided between the member A and the member B” refers to the case where the member A and the member C or the member B and the member C are directly connected, as well as an electrical condition. It includes the case of being indirectly connected through another member that does not affect the connection state.
図3は、実施の形態に係る制御回路を備えるDC/DCコンバータ10の構成を示す回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a configuration of the DC /
DC/DCコンバータ10は、制御回路100、出力回路200、フィードバック回路210を備える。
出力回路200およびフィードバック回路210の構成は図2のそれと同様である。
The DC /
The configurations of the
以下、制御回路100の構成を説明する。
制御回路100は、ひとつの半導体基板上に一体集積化された機能ICであり、入出力端子として、検出端子(SOURCE端子)、スイッチング端子(DRAIN端子)、電源端子(VCC端子)、フィードバック端子(FB端子)を有する。
Hereinafter, the configuration of the
The
SOURCE端子には、検出抵抗RSの一端が接続される。検出抵抗RSの他端は接地される。VCC端子には、第2出力キャパシタCo2に生ずる直流電圧VCCが供給される。FB端子には、フィードバック回路210により生成される、DC/DCコンバータ10の出力電圧VOUTに応じたフィードバック電圧VFBが入力される。
One end of the detection resistor RS is connected to the SOURCE terminal. The other end of the detection resistor RS is grounded. The VCC terminal, a DC voltage V CC generated in the second output capacitor Co2 is supplied. A feedback voltage V FB generated by the
本実施の形態では、スイッチングトランジスタM1は制御回路100に集積化される。スイッチングトランジスタM1はNチャンネルMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)であり、そのドレインがDRAIN端子と接続され、そのソースがSOURCE端子に接続される。スイッチングトランジスタM1は制御回路100に外付けされてもよい。
In the present embodiment, the switching transistor M1 is integrated in the
制御回路100は、少なくともSOURCE端子の検出電圧VSおよびフィードバック電圧VFBにもとづいて、DC/DCコンバータ10のスイッチングトランジスタM1のスイッチングのデューティ比を調節することにより、直流出力電圧VOUTを目標レベルに安定化する。
The
制御回路100は、主として、スイッチングトランジスタM1、パルス変調器102、ドライバ104、オシレータ106、マスク回路108、ショート検出回路110を備える。
The
抵抗R11は、SOURCE端子と所定のハイレベル電圧の間に設けられる。検出抵抗RSがオープン故障した場合、抵抗R11によってSOURCE端子がハイレベル電圧にプルアップされる。また抵抗R12は、FB端子とハイレベル電圧の間に設けられる。 The resistor R11 is provided between the SOURCE terminal and a predetermined high level voltage. When the detection resistor RS has an open failure, the SOURCE terminal is pulled up to a high level voltage by the resistor R11. The resistor R12 is provided between the FB terminal and the high level voltage.
パルス変調器102は、DC/DCコンバータ10の出力電圧VOUTが目標値に近づくようにデューティ比が調節されるパルス信号SPWMを生成する。パルス変調器102は、SOURCE端子に生ずる検出電圧VSにもとづいて、パルス信号SPWMをスイッチングトランジスタM1のオフに対応するレベル(オフレベル)に遷移させる。
The
検出電圧VSには、スイッチングトランジスタM1がオンした直後、スパイク状のノイズが重畳される。このノイズによってスイッチングトランジスタM1が誤ってオフするのを防止するために、マスク回路108が設けられる。マスク回路108は、スイッチングトランジスタM1がオンした直後、所定のマスク時間の間、検出電圧VSの変化を無効化(マスク)する。
Immediately after the switching transistor M1 is turned on, spike-like noise is superimposed on the detection voltage V S. In order to prevent the switching transistor M1 from being erroneously turned off by this noise, a
ドライバ104は、パルス信号SPWMにもとづいてスイッチングトランジスタM1をスイッチングする。
The
オシレータ106は、所定の周波数で発振し、制御回路100の各ブロックが同期すべきクロック信号、および/または、三角波あるいはのこぎり波の周期信号を生成する。
The
ショート検出回路110は、パルス信号SPWMがオンレベルに遷移してから、所定の判定時間τ1経過後における検出電圧VSを所定のしきい値電圧VTHと比較する。そして検出電圧VSの方がしきい値電圧VTHよりも高いときにアサート(たとえばハイレベル)されるショート検出信号S_SHRTを生成する。判定時間τ1は、スイッチングトランジスタM1の最大オン時間TON_MAXと同じか、それより短く設定される。最大オン時間TON_MAXは、スイッチングトランジスタM1のスイッチング周期Tpに、スイッチングトランジスタM1の最大デューティ比(たとえば75%)を乗じた時間である。判定時間τ1は、たとえばスイッチング周期Tpの50%の時間としてもよい。
The
制御回路100は、ショート検出信号S_SHRTがアサートされると、スイッチングトランジスタM1のスイッチングを停止する。たとえばパルス変調器102は、ショート検出信号S_SHRTがアサートされると、パルス信号SPWMを、スイッチングトランジスタM1のオフに対応するオフレベルに固定する。
When the short detection signal S_SHRT is asserted, the
これらの構成に加えて制御回路100は、スターター回路112、クランプ回路114、レギュレータ116、UVLO回路118、電流制限回路120、過電圧保護コンパレータ122、フィルタ124、過負荷保護コンパレータ126、フィルタ128、バーストコンパレータ130をさらに備える。
In addition to these configurations, the
スターター回路112は、制御回路100の起動時に、起動電流Icを生成し、それをVCC端子を介して第2出力キャパシタCo2に供給する。これによりスイッチングトランジスタM1がスイッチングしない状態において、第2出力キャパシタCo2を充電でき、電源電圧VCCを起動できる。なおスターター回路112に代えて、第2出力キャパシタCo2と入力端子P1の間にプルアップ用の抵抗を設けてもよい。
The
UVLO(Under Voltage Lock Out)回路118は、VCC端子の電圧VCCを所定のしきい値VUVLOと比較する。しきい値VUVLOは、たとえば13.5Vと8.5Vのヒステリシスを有する。VCC>VUVLOが検出されると、低電圧ロックアウトが解除され、制御回路100の動作が開始する。レギュレータ116は、低電圧ロックアウトが解除されると、電源電圧VCCを降圧し、安定化された内部基準電圧VREGを生成する。制御回路100の各ブロックは、内部基準電圧VREGが供給されると動作可能となる。
UVLO (Under Voltage Lock Out)
クランプ回路114は、ドライバ104の出力電圧、つまりスイッチングトランジスタM1のゲート電圧VGのハイレベルを、所定レベル以下にクランプするために設けられる。クランプ回路114を設けることにより、ゲート耐圧が低いスイッチングトランジスタM1を用いることができる。
また、スイッチングトランジスタM1をスイッチングするためには、スイッチングトランジスタM1のゲート容量を充放電する必要があるところ、クランプ回路114によってゲート電圧VGの振幅を制限することにより、充放電電流を低減することができ、制御回路100の消費電力を低減できる。
The
Further, in order to switch the switching transistor M1, where it is necessary to charge and discharge the gate capacitance of the switching transistor M1, by limiting the amplitude of the gate voltage V G by the
電流制限回路120は、マスク回路108から出力される検出電圧VS’を所定のしきい値VOCPと比較し、VS’>VOCPのときアサート(ハイレベル)される過電流保護(OCP)信号S_OCPを生成する。制御回路100は、OCP信号S_OCPがアサートされると、スイッチングトランジスタM1のスイッチングを停止する。
Current limiting
過電圧保護コンパレータ122は、電源電圧VCCを所定のしきい値VOVP(たとえば27.5V)と比較し、VCC>VOVPのときアサート(ハイレベル)される過電圧保護(OVP)信号S_OVPを生成する。OVP信号S_OVPは、ある時定数(たとえば100μs)を有するフィルタ124によってフィルタリングされる。OVP信号S_OVPがアサートされる状態が100μs以上持続すると、制御回路100は、スイッチングトランジスタM1のスイッチングを停止する。
出力端子P2に接続される負荷が重い、つまり出力電流が大きい過負荷状態では、出力電圧VOUTが低下し、フィードバック電圧VFBが上昇する。過負荷保護コンパレータ126は、フィードバック電圧VFBをしきい値VOLPと比較し、VFB>VOLPのときアサート(ハイレベル)される過負荷保護(OLP)信号S_OLPを生成する。OLP信号S_OLPは、ある時定数(たとえば64ms)を有するフィルタ128によってフィルタリングされる。OVP信号S_OLPがアサートされる状態が64ms以上持続すると、制御回路100は、スイッチングトランジスタM1のスイッチングを停止する。その後、所定時間(たとえば512ms)が経過すると、制御回路100はスイッチングトランジスタM1のスイッチングを再開する。
In an overload state in which the load connected to the output terminal P2 is heavy, that is, the output current is large, the output voltage VOUT decreases and the feedback voltage VFB increases. The
出力端子P2に接続される負荷が軽い、つまり出力電流が小さい軽負荷状態では、出力電圧VOUTが上昇し、フィードバック電圧VFBが低下する。バーストコンパレータ130は、フィードバック電圧VFBをしきい値VBURSTと比較し、VFB<VBURSTのときアサート(ハイレベル)される軽負荷検出信号S_BURSTを生成する。軽負荷検出信号S_BURSTがアサートされると、制御回路100は、スイッチングトランジスタM1のスイッチングを停止する。
In a light load state where the load connected to the output terminal P2 is light, that is, the output current is small, the output voltage VOUT increases and the feedback voltage VFB decreases. The
図4は、パルス変調器102の構成例を示す回路図である。図4のパルス変調器102は、ピーク電流モードの変調器であり、補償器140、加算器142、PWMコンパレータ144、ロジック回路146、RSフリップフロップ148を備える。
補償器140は検出電圧VS’をフィルタリングするフィルタである。加算器142は、スロープ補償用の周期信号VRAMPを、検出電圧VS’に重畳する。PWM(パルス幅変調)コンパレータ144は、フィードバック電圧VFBを、周期信号VRAMPが重畳された検出電圧VS’と比較し、VS’>VFBとなるとアサート(ハイレベル)されるリセット信号SRSTを生成する。
FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the
The
RSフリップフロップ148のセット端子には、所定の周期Tpごとにアサート(ハイレベル)されるセット信号SSETが入力され、その出力信号であるパルス信号SPWMは、セット信号SSETがアサートされるたびに、オンレベルに遷移する。セット信号SSETは、図3のオシレータ106によって生成されてもよいし、オシレータ106と同期したロジック回路146が生成してもよい。
A set signal S SET that is asserted (high level) every predetermined period Tp is input to the set terminal of the RS flip-
RSフリップフロップ148のリセット端子には、PWMコンパレータ144から出力されるリセット信号SRSTが入力され、リセット信号SRSTがアサートされるたびに、パルス信号SPWMはオフレベルに遷移する。
The reset signal S RST output from the
最大デューティ設定回路138は、パルス信号SPWMがオンレベルに遷移してから、所定の最大オン時間経過後にアサート(ハイレベル)される最大デューティ信号S_MAXDUTYを生成する。
The maximum
ロジック回路146は、リセット信号SRSTと最大デューティ信号S_MAXDUTYのうち、先にアサートされた信号にもとづいてRSフリップフロップ148をリセットする。たとえばリセット信号SRSTと最大デューティ信号S_MAXDUTYの論理和を生成するORゲートOR1の出力を、RSフリップフロップ148のリセット端子に入力してもよい。
ロジック回路146には、ショート検出信号S_SHRTが入力される。たとえばロジック回路146は、ショート検出信号S_SHRTがアサートされると、セット信号SSETをローレベルに固定し、パルス信号SPWMをローレベルに固定してもよい。
The
またロジック回路146には、上述した信号S_OVP1、S_OCP、S_OLP、S_BUSRTが入力される。ロジック回路146は、各信号に応じて、適切な保護処理を実行する。
Further, the above-described signals S_OVP1, S_OCP, S_OLP, and S_BUSRT are input to the
図5は、パルス変調器102の別の構成例を示す回路図である。図5のパルス変調器102は、平均電流モードのパルス幅変調器であり、平均回路150、誤差増幅器152、PWMコンパレータ154を備える。
誤差増幅器152は、検出電圧VS’とフィードバック電圧VFBの誤差を増幅・平均化した誤差電圧VERRを生成する。平均回路150は、位相補償および平均化のために設けられたフィルタである。
FIG. 5 is a circuit diagram illustrating another configuration example of the
The
PWMコンパレータ154は、誤差電圧VERRを所定の周期Tpを有する三角波またはのこぎり波の周期信号VOSCと比較し、比較結果に応じたパルス信号SPWMを生成する。パルス変調器102はさらに、ショート検出信号S_SHRTをはじめとする信号を受けるロジック回路146を備え、各信号の状態に応じた処理を行う。
The
図6は、パルス変調器102の別の構成例を示す回路図である。図6のパルス変調器102は、オフ時間固定モードのパルス変調器であり、補償器156、加算器158、PWMコンパレータ160、オフ時間固定回路162を備える。補償器156は、検出電圧VS’をフィルタリングするフィルタである。加算器158は、スロープ補償用の周期信号VRAMPを検出電圧VS’に重畳する。PWMコンパレータ160は、フィードバック電圧VFBを、周期信号VRAMPが重畳された検出電圧VS’と比較し、VS’>VFBとなるとアサート(ハイレベル)されるオフ信号SOFFを生成する。オフ時間固定回路162は、オフ信号SOFFがアサートされてから所定のオフ時間TOFFの間、オフレベルとなり、その後、オンレベルとなるパルス信号SPWMを生成する。オフ時間固定回路162の構成は特に限定されず、たとえば、ワンショットマルチバイブレータやタイマー回路で構成できる。
FIG. 6 is a circuit diagram showing another configuration example of the
図4から図6に示すようにパルス変調器102にはさまざまな形式が存在し、本発明はそれらに対して適用可能であるが、以下では、パルス変調器102は図4に示すピーク電流モードであるとして説明を続ける。
As shown in FIGS. 4 to 6, there are various types of
図7は、ショート検出回路110の構成例を示す回路図である。図7には、ショート検出回路110に加えて、オシレータ106、最大デューティ設定回路138が示される。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration example of the
オシレータ106は、キャパシタC11、定電流源CS1、放電スイッチSW1、コンパレータ168を含む。キャパシタC11の一端は接地される。定電流源CS1は所定の定電流でキャパシタC11を充電する。コンパレータ168は、キャパシタC11の電圧VC11を所定のしきい値電圧VMAXと比較し、VC11>VMAXのときアサートされる放電信号S21を生成する。放電スイッチSW1は、キャパシタC11と並列に設けられ、放電信号S21がアサートされるとオンし、キャパシタC11を放電する。
The
放電信号S21は、周期Tpの周期信号であり、セット信号SSETとして利用される。またキャパシタC11の電圧VC11は、周期Tpののこぎり波信号となる。 The discharge signal S21 is a periodic signal having a period Tp, and is used as the set signal S SET . The voltage V C11 of the capacitor C11 becomes a sawtooth signal with a period Tp.
最大デューティ設定回路138は、のこぎり波信号VC11を所定のしきい値電圧VMAXDUTYと比較するコンパレータを含む。最大デューティ信号S_MAXDUTYは、VC11>VMAXDUTYとなるとハイレベルとなる。つまり、スイッチングトランジスタM1がオンしてから、しきい値電圧VMAXDUTYに応じた最大オン時間TON_MAX経過後にアサートされる。
Maximum
のこぎり波信号VC11は、ショート検出回路110に供給される。ショート検出回路110は、ウィンドウ信号生成部170、スイッチ172、第1コンパレータ174、抵抗R13、タイマーラッチ回路176を備える。
The sawtooth wave signal V C11 is supplied to the
ウィンドウ信号生成部170は、パルス信号SPWMがオンレベルに遷移してから判定時間τ1経過後にアサートされるウィンドウ信号S_WINを生成する。ウィンドウ信号生成部170は、第2コンパレータ178、インバータ180、ANDゲート182を含む。インバータ180はリセット信号SRSTを反転し、スイッチングトランジスタM1がオンする期間アサートされる信号#SRSTを生成する。ANDゲート182は、第2コンパレータ178の出力信号S_WIN’と、信号#SRSTとの論理積を生成し、ウィンドウ信号S_WINとして出力する。
スイッチ172はたとえばトランスファゲートであり、その入力端子に検出電圧VS’を受ける。スイッチ172の制御端子にはウィンドウ信号S_WINが入力され、ウィンドウ信号S_WINがアサートされる期間、オン状態となる。第1コンパレータ174は、スイッチ172の出力端子から出力される電圧と、所定のしきい値電圧VTHを比較する。第1コンパレータ174の出力信号SCMPは、検出抵抗RSのショート状態においてアサート(ハイレベル)される。
抵抗R13は、スイッチ172の出力端子の電位Viをハイレベル電圧にプルアップする。これにより、スイッチ172がオフのとき、第1コンパレータ174の反転入力端子の電位Viがハイレベル電圧にプルアップされ、第1コンパレータ174の出力信号SCMPがネゲートされる。
The resistor R13 pulls up the potential Vi of the output terminal of the
タイマーラッチ回路176は、所定の期間τ2、第1コンパレータ174の出力信号SCMPのアサートが連続して検出されるとき、ショート検出信号S_SHRTをアサートし、その値をラッチする。期間τ2はたとえば100μsに設定される。別の観点から言えば、タイマーラッチ回路176は、所定の回数、連続して第1コンパレータ174の出力信号SCMPのアサートが検出されるとき、ショート検出信号S_SHRTをアサートし、その値をラッチする。
スイッチングトランジスタM1のスイッチング周期Tp=15μs(65kHz)のとき、6〜7周期にわたって連続してショート検出信号S_SHRTのアサートが検出されると、ショート検出信号S_SHRTがアサートされる。
The
When the switching cycle of the switching transistor M1 is Tp = 15 μs (65 kHz) and the assertion of the short detection signal S_SHRT is detected continuously over 6 to 7 cycles, the short detection signal S_SHRT is asserted.
タイマーラッチ回路176は、第1フリップフロップ184、第2フリップフロップ186、インバータ188、遅延インバータ190を含む。
第1フリップフロップ184の入力端子(D)には、ハイレベル電圧が入力され、クロック信号には、第1コンパレータ174の出力信号SCMPが入力される。第1フリップフロップ184のリセット端子(反転論理)には、インバータ188および遅延インバータ190を経由したパルス信号SPWM’が入力される。パルス信号SPWM’は、パルス信号SPWMを遅延した信号となる。
第2フリップフロップ186の入力端子(D)には、第1フリップフロップ184の出力信号Q1が入力され、そのクロック端子には、インバータ188により反転されたパルス信号#SPWMが入力される。タイマー回路192は、所定の期間τ2、第2フリップフロップ186の出力信号Q2が連続してハイレベルとなると、ショート検出信号S_SHRTをアサート(ハイレベル)する。
The
The input terminal of the first flip-flop 184 (D), a high level voltage is input, to the clock signal, the output signal S CMP of the
The output signal Q1 of the first flip-
以上が制御回路100の構成である。続いてその動作を、検出抵抗RSのショート異常の有無に分けて説明する。
The above is the configuration of the
図8は、図3の制御回路100における検出抵抗RSがショートしていないときの動作波形図である。時刻t0にセット信号SSETがアサートされると、パルス信号SPWMがオンレベルとなり、スイッチングトランジスタM1がオンして、コイル電流Ipが流れ始める。それとともに検出電圧VS’は一定の傾きで上昇する。
時刻t1にリセット信号SRSTがアサートされると、パルス信号SPWMがオフレベルとなりスイッチングトランジスタM1がオフし、コイル電流Ipがゼロとなる。時刻t2にセット信号SSETがアサートされると、スイッチングトランジスタM1がオンする。制御回路100は時刻t0〜t2の動作を繰り返す。
FIG. 8 is an operation waveform diagram when the detection resistor RS is not short-circuited in the
When the reset signal SRST is asserted at time t1, the pulse signal SPWM is turned off, the switching transistor M1 is turned off, and the coil current Ip becomes zero. When the set signal S SET is asserted at time t2, the switching transistor M1 is turned on. The
図8の動作状態では、スイッチングトランジスタM1がオンしてから判定時間τ1が経過する前に、リセット信号SRSTがアサートされる。したがって、ウィンドウ信号S_WINはアサートされず、スイッチ172はオフを維持する。その結果、第1コンパレータ174の反転入力端子の電位Viはハイレベル電圧を維持し、したがって第1コンパレータ174の出力信号SCMPはアサートされない。
In the operation state of FIG. 8, the reset signal SRST is asserted before the determination time τ1 elapses after the switching transistor M1 is turned on. Therefore, the window signal S_WIN is not asserted, and the
図9は、図3の制御回路100における検出抵抗RSがショートしたときの動作波形図である。
時刻t0にセット信号SSETがアサートされると、パルス信号SPWMがオンレベルとなり、スイッチングトランジスタM1がオンして、コイル電流Ipが流れ始める。検出抵抗RSがショートしているため、検出電圧VS’は上昇せず、したがってリセット信号SRSTはアサートされず、スイッチングトランジスタM1がオンし続ける。
その後、時刻t4に最大デューティ信号S_MAXDUTYがアサートされると、リセット信号SRSTがアサートされ、スイッチングトランジスタM1がオフする。このように検出抵抗RSがショートすると、スイッチングトランジスタM1は最大デューティ比でスイッチングする。
FIG. 9 is an operation waveform diagram when the detection resistor RS is short-circuited in the
When the set signal S SET is asserted at time t0, the pulse signal S PWM is turned on, the switching transistor M1 is turned on, and the coil current Ip starts to flow. Since the detection resistor RS is short-circuited, the detection voltage V S ′ does not rise, and therefore the reset signal S RST is not asserted, and the switching transistor M1 continues to be turned on.
Thereafter, if the maximum duty signal S_MAXDUTY is asserted at time t4, the reset signal S RST is asserted, the switching transistor M1 is turned off. When the detection resistor RS is short-circuited in this way, the switching transistor M1 switches at the maximum duty ratio.
時刻t0から判定時間τ1経過後に、ウィンドウ信号S_WINがアサートされると、スイッチ172がオンし、第1コンパレータ174の反転入力端子の電圧Viが、検出電圧VS’と等しくなる。このとき、Vi<VTH(VS’<VTH)あるため、第1コンパレータ174の出力信号SCMPはアサートされる。
When the window signal S_WIN is asserted after the determination time τ1 has elapsed from time t0, the
検出抵抗RSがショートする間は、第1コンパレータ174の出力信号SCMPは周期的にアサートされる。この状態が期間τ2、持続すると、スイッチングトランジスタM1のスイッチングが停止され、回路が保護される。
While detection resistor R S is short, the output signal S CMP of the
コンセントからプラグが抜かれ、交流電圧VACの供給が停止すると、制御回路100は初期化され、前回のショート検出信号S_SHRTも消去される。その後、再び交流電圧VACが供給されると、制御回路100が起動する。このとき、検出抵抗RSのショート異常が解消していれば、制御回路100は通常動作する。ショート異常が継続していれば、再びショート検出信号S_SHRTがアサートされ、回路保護が図られる。
When the plug is removed from the outlet and the supply of the AC voltage VAC is stopped, the
図10は、図7のタイマーラッチ回路176の動作波形図である。タイマーラッチ回路176によれば、ショート異常がある期間τ2連続して発生したことを検出できる。
FIG. 10 is an operation waveform diagram of the
このように、実施の形態に係る制御回路100によれば、検出抵抗のショートに対する信頼性を高めることができる。以上が制御回路100およびDC/DCコンバータ10の動作である。続いて、DC/DCコンバータ10の用途を説明する。
As described above, according to the
DC/DCコンバータ10は、図1に示すインバータ(電源装置)1に好適に利用できる。そして、インバータ1は、ACアダプタや電子機器の電源ブロックに好適に利用される。
The DC /
図11は、インバータ1を備えるACアダプタ800を示す図である。ACアダプタ800は、プラグ802、筐体804、コネクタ806を備える。プラグ802は、図示しないコンセントから商用交流電圧VACを受ける。インバータ1は、筐体804内に実装される。インバータ1により生成された直流出力電圧VOUTは、コネクタ806から電子機器810に供給される。電子機器810は、ノートPC、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話、携帯オーディオプレイヤなどが例示される。
FIG. 11 is a diagram illustrating an
図12(a)、(b)は、インバータ1を備える電子機器900を示す図である。図12(a)、(b)の電子機器900はディスプレイ装置であるが、電子機器900の種類は特に限定されず、オーディオ機器、冷蔵庫、洗濯機、掃除機など、電源装置を内蔵する機器であればよい。
プラグ902、図示しないコンセントから商用交流電圧VACを受ける。インバータ1は、筐体804内に実装される。インバータ1により生成された直流出力電圧VOUTは、同じ筐体904内に搭載される、マイコン、DSP(Digital Signal Processor)、電源回路、照明機器、アナログ回路、デジタル回路などの負荷に供給される。
12A and 12B are diagrams illustrating an
Plug 902, receives a commercial AC voltage V AC from the wall outlet (not shown). The
以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。 The present invention has been described based on the embodiments. This embodiment is an exemplification, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are within the scope of the present invention. is there. Hereinafter, such modifications will be described.
ショート検出回路110の構成は、図7のそれには限定されず、その他の構成を用いてもよい。たとえばスイッチ172および抵抗R13に代えて、サンプルホールド回路を用いてもよい。また、タイマーラッチ回路176を省略して、第1コンパレータ174の出力信号SCMPをショート検出信号S_SHRTとして用いてもよい。
The configuration of the
実施の形態では、ウィンドウ信号生成部170、最大デューティ設定回路138などの、時間を測定する回路を、キャパシタの充放電により得られるのこぎり波信号を、しきい値電圧と比較する構成としたが、本発明はそれには限定されない。たとえば、それらの回路を、クロック信号をカウントするタイマー回路で構成してもよい。
In the embodiment, circuits that measure time, such as the window
実施の形態では、シャントレギュレータ(誤差増幅器)212がトランスT1の2次側に設けられる場合を説明したが、この誤差増幅器は、1次側に設けてもよく、さらには制御回路100に内蔵してもよい。
In the embodiment, the case where the shunt regulator (error amplifier) 212 is provided on the secondary side of the transformer T1 has been described. However, this error amplifier may be provided on the primary side, and further incorporated in the
すでに説明したように、パルス変調器102は、ピーク電流モードではなく、平均電流モードや、オフ時間固定モードであってもよい。
As already described, the
実施の形態で説明した回路は、各信号のアサートをハイレベル、ネゲートをローレベルに割り当てた正論理(ハイアクティブ)系で構成されるが、それらを負論理系で構成してもよいし、正論理系と負論理系を組み合わせて構成してもよい。 The circuit described in the embodiment is configured by a positive logic (high active) system in which each signal is asserted at a high level and a negate is allocated at a low level, but may be configured by a negative logic system, You may comprise combining a positive logic system and a negative logic system.
実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。 Although the present invention has been described using specific terms based on the embodiments, the embodiments only illustrate the principles and applications of the present invention, and the embodiments are defined in the claims. Many variations and modifications of the arrangement are permitted without departing from the spirit of the present invention.
P1…入力端子、P2…出力端子、Co1…第1出力キャパシタ、Co2…第2出力キャパシタ、D1…第1ダイオード、D2…第2ダイオード、T1…トランス、W1…1次巻線、W2…2次巻線、W3…補助巻線、M1…スイッチングトランジスタ、RS…検出抵抗、1…インバータ、2…ヒューズ、Ci…入力キャパシタ、4…フィルタ、6…ダイオード整流回路、Cs…平滑キャパシタ、10…DC/DCコンバータ、100…制御回路、200…出力回路、210…フィードバック回路、212…シャントレギュレータ、214…フォトカプラ、102…パルス変調器、104…ドライバ、106…オシレータ、108…マスク回路、110…ショート検出回路、112…スターター回路、114…クランプ回路、116…レギュレータ、118…UVLO回路、120…電流制限回路、122…過電圧保護コンパレータ、124…フィルタ、126…過負荷102保護コンパレータ、128…フィルタ、130…バーストコンパレータ、138…最大デューティ設定回路、140…補償器、142…加算器、144…PWMコンパレータ、146…ロジック回路、148…RSフリップフロップ、150…平均回路、152…誤差増幅器、154…PWMコンパレータ、156…補償器、158…加算器、160…PWMコンパレータ、162…オフ時間固定回路、170…ウィンドウ信号生成部、172…スイッチ、174…第1コンパレータ、176…タイマーラッチ回路、178…第2コンパレータ、180…インバータ、182…ANDゲート、184…第1フリップフロップ、186…第2フリップフロップ、188…インバータ、190…遅延インバータ、192…タイマー回路、800…ACアダプタ、802…プラグ、804…筐体、806…コネクタ、810,900…電子機器、902…プラグ、904…筐体。
P1 ... input terminal, P2 ... output terminal, Co1 ... first output capacitor, Co2 ... second output capacitor, D1 ... first diode, D2 ... second diode, T1 ... transformer, W1 ... primary winding, W2 ... 2 winding, W3 ... auxiliary winding, M1 ... switching transistors, R S ... detection resistor, 1 ... inverter, 2 ... fuse, Ci ... input capacitor, 4 ... filter, 6 ... diode rectifier, Cs ... smoothing capacitor, 10 ... DC / DC converter, 100 ... control circuit, 200 ... output circuit, 210 ... feedback circuit, 212 ... shunt regulator, 214 ... photocoupler, 102 ... pulse modulator, 104 ... driver, 106 ... oscillator, 108 ... mask circuit, 110 ...
Claims (18)
前記1次巻線の電流経路上に設けられ、その一端が接地される外付けの検出抵抗の他端を接続するための検出端子と、
前記DC/DCコンバータの出力電圧に応じたフィードバック電圧を受けるフィードバック端子と、
前記DC/DCコンバータの出力電圧が目標値に近づくようにデューティ比が調節されるパルス信号を生成するパルス変調器であって、前記検出端子に生ずる検出電圧にもとづいて、前記パルス信号を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させるパルス変調器と、
前記パルス信号にもとづいて前記スイッチングトランジスタをスイッチングするドライバと、
前記パルス信号が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てから判定時間経過後における前記検出電圧を所定のしきい値電圧と比較し、前記検出電圧の方が高いときにアサートされるショート検出信号を生成するショート検出回路と、
を備え、
前記ショート検出信号がアサートされると、前記スイッチングトランジスタのスイッチングを停止することを特徴とする制御回路。 A control circuit for a DC / DC converter having a transformer and a switching transistor provided on a current path of a primary winding of the transformer,
A detection terminal for connecting the other end of an external detection resistor provided on the current path of the primary winding and having one end grounded;
A feedback terminal for receiving a feedback voltage corresponding to the output voltage of the DC / DC converter;
A pulse modulator that generates a pulse signal whose duty ratio is adjusted so that an output voltage of the DC / DC converter approaches a target value, and the pulse signal is switched based on a detection voltage generated at the detection terminal. A pulse modulator that transitions to an off level corresponding to the transistor off;
A driver for switching the switching transistor based on the pulse signal;
The detected voltage is compared with a predetermined threshold voltage after the determination time has elapsed since the pulse signal transited to the on level corresponding to the on state of the switching transistor, and is asserted when the detected voltage is higher A short detection circuit for generating a short detection signal;
With
When the short detection signal is asserted, the control circuit stops switching of the switching transistor.
前記パルス信号がオンレベルに遷移してから判定時間経過後にアサートされるウィンドウ信号を生成するウィンドウ信号生成部と、
その入力端子に前記検出電圧が入力され、前記ウィンドウ信号がアサートされる期間、オン状態となるスイッチと、
前記スイッチの出力端子から出力される電圧と、所定のしきい値電圧を比較する第1コンパレータと、
を含み、前記第1コンパレータの比較結果に応じて前記ショート検出信号を生成することを特徴とする請求項1に記載の制御回路。 The short detection circuit includes:
A window signal generation unit that generates a window signal that is asserted after a determination time has elapsed since the pulse signal transitioned to an on level;
A switch that is turned on during a period in which the detection voltage is input to the input terminal and the window signal is asserted;
A first comparator that compares a voltage output from the output terminal of the switch with a predetermined threshold voltage;
The control circuit according to claim 1, wherein the short detection signal is generated according to a comparison result of the first comparator.
前記第2コンパレータの比較結果に応じてウィンドウ信号を生成することを特徴とする請求項2に記載の制御回路。 The window signal generation unit includes a second comparator that compares a periodic signal of a triangular wave or a sawtooth wave with a threshold voltage corresponding to the determination time,
The control circuit according to claim 2, wherein a window signal is generated according to a comparison result of the second comparator.
スロープ補償用の周期信号が重畳された前記検出電圧を前記フィードバック電圧と比較し、前記検出電圧が高くなるとアサートされるリセット信号を生成するパルス幅変調コンパレータと、
前記リセット信号と、所定の周期ごとにアサートされるセット信号と、を受け、前記リセット信号がアサートされると第1レベルに遷移し、前記セット信号がアサートされると第2レベルに遷移する前記パルス信号を生成するRSフリップフロップと、
を含むことを特徴とする請求項6に記載の制御回路。 The pulse modulator is
A pulse width modulation comparator that compares the detected voltage superimposed with a periodic signal for slope compensation with the feedback voltage and generates a reset signal that is asserted when the detected voltage increases;
The reset signal and a set signal that is asserted every predetermined period are received, and when the reset signal is asserted, the first level is transitioned, and when the set signal is asserted, the second level is transitioned. An RS flip-flop that generates a pulse signal;
The control circuit according to claim 6, further comprising:
前記検出電圧と前記フィードバック電圧の誤差を増幅・平均化した誤差電圧を生成する誤差増幅器と、
前記誤差電圧を所定の周期を有する三角波またはのこぎり波の周期信号と比較し、比較結果に応じた前記パルス信号を生成するパルス幅変調コンパレータと、
を含むことを特徴とする請求項8に記載の制御回路。 The pulse modulator is
An error amplifier that generates an error voltage obtained by amplifying and averaging an error between the detection voltage and the feedback voltage;
A pulse width modulation comparator that compares the error voltage with a periodic signal of a triangular wave or a sawtooth wave having a predetermined period, and generates the pulse signal according to a comparison result;
The control circuit according to claim 8, comprising:
スロープ補償用の周期信号が重畳された前記検出電圧を前記フィードバック電圧と比較し、前記検出電圧が高くなるとアサートされるオフ信号を生成するパルス幅変調コンパレータと、
前記オフ信号がアサートされてから所定のオフ時間の間、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となり、その後、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となる前記パルス信号を生成するオフ時間固定回路と、
を含むことを特徴とする請求項10に記載の制御回路。 The pulse modulator is
A pulse width modulation comparator that compares the detection voltage superimposed with a periodic signal for slope compensation with the feedback voltage and generates an off signal that is asserted when the detection voltage becomes high;
The off time is fixed to generate the pulse signal that becomes an off level corresponding to the switching transistor being turned off for a predetermined off time after the off signal is asserted, and then becomes an on level corresponding to the turning on of the switching transistor. Circuit,
The control circuit according to claim 10, comprising:
前記トランスの1次巻線と接続されるスイッチングトランジスタと、
アノードが前記2次巻線と接続される第1ダイオードと、
一端が接地され、他端が前記第1ダイオードのカソードと接続された第1出力キャパシタと、
前記第1出力キャパシタに生ずる出力電圧に応じたフィードバック電圧を生成するフィードバック回路と、
前記フィードバック電圧を受け、前記スイッチングトランジスタをスイッチングする請求項1から12のいずれかに記載の制御回路と、
を備えることを特徴とするDC/DCコンバータ。 A transformer having a primary winding and a secondary winding;
A switching transistor connected to the primary winding of the transformer;
A first diode having an anode connected to the secondary winding;
A first output capacitor having one end grounded and the other end connected to the cathode of the first diode;
A feedback circuit for generating a feedback voltage according to an output voltage generated in the first output capacitor;
The control circuit according to any one of claims 1 to 12, which receives the feedback voltage and switches the switching transistor;
A DC / DC converter comprising:
前記出力電圧を分圧した電圧と所定の目標値の誤差がゼロとなるようにレベルが調節されるフィードバック信号を生成するシャントレギュレータと、
その1次側の発光素子が前記フィードバック信号によって制御されるフォトカプラと、
を含み、前記フォトカプラの2次側の受光素子に生ずる信号が、前記フィードバック電圧として前記制御回路に供給されることを特徴とする請求項13に記載のDC/DCコンバータ。 The feedback circuit includes:
A shunt regulator that generates a feedback signal whose level is adjusted so that an error between a voltage obtained by dividing the output voltage and a predetermined target value becomes zero;
A photocoupler whose light-emitting element on the primary side is controlled by the feedback signal;
14. The DC / DC converter according to claim 13, wherein a signal generated in a light receiving element on the secondary side of the photocoupler is supplied to the control circuit as the feedback voltage.
前記DC/DCコンバータは、
アノードが前記補助巻線と接続される第2ダイオードと、
一端が接地され、他端が前記第2ダイオードのカソードと接続された第2出力キャパシタと、
をさらに備え、
前記制御回路の電源端子には、前記第2出力キャパシタに生ずる直流電圧が供給されることを特徴とする請求項13または14に記載のDC/DCコンバータ。 The transformer further has an auxiliary winding provided on the primary side thereof,
The DC / DC converter is
A second diode having an anode connected to the auxiliary winding;
A second output capacitor having one end grounded and the other end connected to the cathode of the second diode;
Further comprising
The DC / DC converter according to claim 13 or 14, wherein a DC voltage generated in the second output capacitor is supplied to a power supply terminal of the control circuit.
前記フィルタの出力電圧を全波整流するダイオード整流回路と、
前記ダイオード整流回路の出力電圧を平滑化し、直流入力電圧を生成する平滑キャパシタと、
前記直流入力電圧を降圧し、負荷に供給する請求項13から15のいずれかに記載のDC/DCコンバータと、
を備えることを特徴とする電源装置。 A filter for filtering commercial AC voltage;
A diode rectifier circuit for full-wave rectification of the output voltage of the filter;
A smoothing capacitor that smoothes the output voltage of the diode rectifier circuit and generates a DC input voltage;
The DC / DC converter according to any one of claims 13 to 15, wherein the DC input voltage is stepped down and supplied to a load.
A power supply apparatus comprising:
商用交流電圧をフィルタリングするフィルタと、
前記フィルタの出力電圧を全波整流するダイオード整流回路と、
前記ダイオード整流回路の出力電圧を平滑化し、直流入力電圧を生成する平滑キャパシタと、
前記直流入力電圧を降圧し、前記負荷に供給する請求項13から15のいずれかに記載のDC/DCコンバータと、
を備えることを特徴とする電子機器。 Load,
A filter for filtering commercial AC voltage;
A diode rectifier circuit for full-wave rectification of the output voltage of the filter;
A smoothing capacitor that smoothes the output voltage of the diode rectifier circuit and generates a DC input voltage;
The DC / DC converter according to any one of claims 13 to 15, wherein the DC input voltage is stepped down and supplied to the load.
An electronic device comprising:
前記フィルタの出力電圧を全波整流するダイオード整流回路と、
前記ダイオード整流回路の出力電圧を平滑化し、直流入力電圧を生成する平滑キャパシタと、
前記直流入力電圧を降圧し、直流出力電圧を生成する請求項13から15のいずれかに記載のDC/DCコンバータと、
を備えることを特徴とする電源アダプタ。 A filter for filtering commercial AC voltage;
A diode rectifier circuit for full-wave rectification of the output voltage of the filter;
A smoothing capacitor that smoothes the output voltage of the diode rectifier circuit and generates a DC input voltage;
The DC / DC converter according to any one of claims 13 to 15, wherein the DC input voltage is stepped down to generate a DC output voltage.
A power adapter comprising:
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