JP2016116414A - 絶縁型のdc/dcコンバータ、それを用いた電源装置、電源アダプタおよび電子機器、フィードバックアンプ集積回路 - Google Patents

絶縁型のdc/dcコンバータ、それを用いた電源装置、電源アダプタおよび電子機器、フィードバックアンプ集積回路 Download PDF

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弘基 菊池
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学 大山
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Akira Shimizu
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Abstract

【課題】待機時の消費電力を低減する。【解決手段】フィードバックアンプIC400は、フォトカプラ204の入力側と接続され、DC/DCコンバータ200の出力電圧VOUTが低下するほど増加する誤差電流IERRを発生する。1次側コントローラ202は、フィードバック(FB)端子を有し、FB端子の電圧VFBが高いほど、大きなデューティ比でスイッチングトランジスタM1をスイッチングする。非反転型フィードバック回路208は、フォトカプラ204の出力側およびFB端子と接続され、フォトカプラ204の出力側に流れるフィードバック電流IFBが増加するほど、FB端子の電圧VFBを上昇させる。【選択図】図2

Description

本発明は、DC/DCコンバータに関する。
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、携帯電話端末やタブレット端末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(AC/DCコンバータ)が内蔵される。あるいは電子機器の外部の電源アダプタ(ACアダプタ)にAC/DCコンバータが内蔵される場合もある。
図1は、本発明者が検討したAC/DCコンバータ100rの基本構成を示すブロック図である。AC/DCコンバータ100rは主としてフィルタ102、整流回路104、平滑キャパシタ106およびDC/DCコンバータ200rを備える。
商用交流電圧VACは、ヒューズおよび入力キャパシタ(不図示)を介してフィルタ102に入力される。フィルタ102は、商用交流電圧VACのノイズを除去する。整流回路104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。整流回路104の出力電圧は、平滑キャパシタ106によって平滑化され、直流電圧VINに変換される。
絶縁型のDC/DCコンバータ200r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。
DC/DCコンバータ200rは、1次側コントローラ202、フォトカプラ204、シャントレギュレータ206、出力回路210およびその他の回路部品を備える。出力回路210は、トランスT1、ダイオードD1、出力キャパシタC1、スイッチングトランジスタM1、を含む。出力回路210のトポロジーは、一般的なフライバックコンバータのそれであるため、説明を省略する。
トランスT1の1次巻線W1と接続される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1次側コントローラ202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。
DC/DCコンバータ200rの出力電圧VOUTは、抵抗R1、R2により分圧される。シャントレギュレータ206は、分圧された電圧(電圧検出信号)Vと所定の基準電圧VREF(不図示)の誤差を増幅し、誤差に応じた誤差電流IERRを、フォトカプラ204の入力側の発光素子(発光ダイオード)から引き込む(シンク)。
フォトカプラ204の出力側の受光素子(フォトトランジスタ)には、2次側の誤差電流IERRに応じたフィードバック電流IFBが流れる。このフィードバック電流IFBが、抵抗およびキャパシタにより平滑化され、1次側コントローラ202のフィードバック(FB)端子に入力される。1次側コントローラ202は、FB端子の電圧(フィードバック電圧)VFBにもとづいてスイッチングトランジスタM1のデューティ比を調節する。
近年の省エネ化の要請から、軽負荷あるいは無負荷状態(待機状態、スタンバイ状態ともいう)の消費電力を極力低減したAC/DCコンバータ100rが望まれている。この要請に応えるべくDC/DCコンバータ200rは、待機時においていわゆるバーストモード(PFMモードともいう)で動作する。バーストモードにおいて1次側コントローラ202は、1回、あるいは複数回、スイッチングトランジスタM1をスイッチングし、出力電圧VOUTを目標レベルよりも上昇させ、その後、出力電圧VOUTが目標レベルに応じて定められた下限レベルに低下するまでの間、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。これにより、スイッチングトランジスタM1をスイッチングさせるための電力(たとえばスイッチングトランジスタM1のゲート容量の充放電に要する電力)を低減し、効率が高められる。
特開2010−074959号公報
本発明者らは、図1のAC/DCコンバータ100rについて検討した結果、以下の課題を認識するに至った。
DC/DCコンバータ200rがバーストモードで動作する間、出力電圧VOUTは目標レベルより高くなる期間が大部分を占め、したがって、フォトカプラ204の入力側に流れる誤差電流IERRは大きくなり、またフォトカプラ204の出力側に流れる電流IFBも大きくなる。これらの電流IERR,IFBは損失であり、AC/DCコンバータ100rの効率を悪化させる。
本発明はかかる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、待機時の消費電力を低減可能なDC/DCコンバータの提供にある。
本発明のある態様は、絶縁型の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、トランスの2次巻線と接続される整流素子と、フォトカプラと、フォトカプラの入力側と接続され、DC/DCコンバータの出力電圧が低下するほど増加する誤差電流を発生するフィードバックアンプと、フィードバック端子を有し、フィードバック端子の電圧が高いほど、大きなデューティ比でスイッチングトランジスタをスイッチングする1次側コントローラと、フォトカプラの出力側およびフィードバック端子と接続され、フォトカプラの出力側に流れるフィードバック電流が増加するほど、フィードバック端子の電圧を上昇させる非反転型フィードバック回路と、を備える。
この態様によると、バーストモードで動作する待機状態(軽負荷あるいは無負荷状態)において、フォトカプラの入力側、出力側それぞれに流れる電流を低減することができ、効率を高めることができる。
非反転型フィードバック回路は、フィードバック端子と接地の間の設けられた抵抗を含んでもよい。フォトカプラは、フィードバック端子に、フィードバック電流をソースするように接続されてもよい。
整流素子は、同期整流トランジスタを含んでもよい。DC/DCコンバータは、同期整流トランジスタを制御する同期整流コントローラをさらに備えてもよい。
DC/DCコンバータは、フライバック型であってもよいし、フォワード型であってもよい。
本発明の別の態様は、電源装置(AC/DCコンバータ)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DC/DCコンバータと、を備える。
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DC/DCコンバータと、を備える。
本発明の別の態様は、ACアダプタに関する。AC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DC/DCコンバータと、を備える。
本発明のさらに別の態様は、絶縁型のDC/DCコンバータの2次側に配置されるフィードバックアンプ集積回路に関する。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、トランスの2次巻線と接続される整流素子と、フォトカプラと、フィードバック端子を有し、前記フィードバック端子の電圧に応じたデューティ比でスイッチングトランジスタをスイッチングする1次側コントローラと、フィードバック端子と接続され、フォトカプラの出力側に流れるフィードバック電流が増加するほど、フィードバック端子の電圧を上昇させる非反転型フィードバック回路と、フィードバックアンプ集積回路と、を備える。フィードバックアンプ集積回路は、フォトカプラの入力側に接続される出力端子と、DC/DCコンバータの出力電圧に応じた検出信号を受ける入力端子と、接地端子と、基準電圧を生成する基準電圧源と、非反転入力端子に検出信号が入力され、反転入力端子に基準電圧が入力された差動アンプと、その制御端子が差動アンプの出力と接続され、その第1端子が出力端子と接続され、その第2端子が接地端子と接続された出力トランジスタと、を備え、単一のモジュールにパッケージ化される。
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。
本発明のある態様によれば、DC/DCコンバータの待機時の消費電力を低減できる。
本発明者が検討したAC/DCコンバータの基本構成を示すブロック図である。 第1の実施の形態に係るAC/DCコンバータの回路図である。 図3(a)、(b)は、非反転型フィードバック回路の構成例を示す回路図である。 第2の実施の形態に係るAC/DCコンバータの回路図である。 図5(a)〜(c)は、1次側コントローラの構成例を示す回路図である。 AC/DCコンバータを備えるACアダプタを示す図である。 図7(a)、(b)は、AC/DCコンバータを備える電子機器を示す図である。
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。
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。
(第1の実施の形態)
図2は、第1の実施の形態に係るAC/DCコンバータ100の回路図である。AC/DCコンバータ100は、フィルタ102、整流回路104、絶縁型のDC/DCコンバータ200を備える。
絶縁型のDC/DCコンバータ200は、1次側コントローラ202、フォトカプラ204、出力回路210、非反転型フィードバック回路208、同期整流コントローラ300、フィードバックアンプIC(集積回路)400を備える。出力回路210は、フライバック同期整流型のトポロジーを有し、トランスT1、スイッチングトランジスタM1、同期整流トランジスタM2、出力キャパシタC1を備える。本実施の形態において同期整流トランジスタM2は、トランスT1の2次巻線W2よりも高電位側(出力端子P2側)に挿入されている。
トランスT1の補助巻線W4、ダイオードD4、キャパシタC4は、同期整流トランジスタM2のソースを基準として、外部電源電圧VCC1を生成する。同期整流コントローラ300は、DC/DCコンバータ200の2次側に配置され、同期整流トランジスタM2をスイッチングする。外部電源電圧VCC1は、同期整流コントローラ300の電源(VCC)端子に供給される。同期整流コントローラ300の接地(GND)端子は、同期整流トランジスタM2のソースと接続される。同期整流コントローラ300のVD端子には、同期整流トランジスタM2のドレイン電圧Vが入力される。OUT端子には同期整流トランジスタM2のゲートが接続される。なお同期整流トランジスタM2は、同期整流コントローラ300に内蔵されてもよい。
同期整流コントローラ300による同期整流トランジスタM2の制御方式は特に限定されないが、たとえば同期整流コントローラ300は、少なくとも同期整流トランジスタM2の両端間電圧、つまりドレインソース間電圧VDSにもとづいてパルス信号を生成し、パルス信号にもとづいて同期整流トランジスタM2をスイッチングしてもよい。
具体的には同期整流コントローラ300は、ドレインソース間電圧VDSと、2つの負のしきい値電圧VTH1、VTH2にもとづいてパルス信号を生成することができる。2つのしきい値は、VTH1<VTH2<0となるよう定められる。たとえばVTH1=−50mV、VTH2=−10mVである。同期整流コントローラ300は、ドレインソース電圧VDSが負の第1しきい値VTH1より低くなると、パルス信号を、同期整流トランジスタM2のオンを指示するレベル(オンレベル、たとえばハイレベル)とし、その後、ドレインソース間電圧VDSがVTH2より高くなると、同期整流トランジスタM2のオフを指示するレベル(オフレベル、たとえばローレベル)とする。駆動回路は、こうして生成されるパルス信号にもとづいて同期整流トランジスタM2を駆動する。
フィードバックアンプIC(集積回路)400は、DC/DCコンバータ200の2次側に配置され、出力電圧VOUTに応じた誤差電流IERRを生成し、フォトカプラ204を介して1次側コントローラ202に供給する。フィードバックアンプIC400は、エラーアンプ410およびダイオードD2、基準電圧源416を備え、ひとつのモジュールにパッケージ化される。
フィードバックアンプIC400のVO端子には、出力電圧VOUTに応じた電圧検出信号Vが入力される。GND端子は、トランスT1の2次側の接地ラインと接続される。フォトカプラ接続端子(PC)端子には、フォトカプラ204の入力側の発光素子(発光ダイオード)のカソードが接続される。
基準電圧源416は、基準電圧VREFを生成する。エラーアンプ410は、DC/DCコンバータ200の出力電圧VOUTに応じた電圧検出信号Vとその目標電圧VREFの誤差を増幅し、誤差に応じた電流IERRを、PC端子を介してフォトカプラ204から引き込む(シンク)。
本実施の形態において、フィードバックアンプIC400は、DC/DCコンバータ200の出力電圧VOUTが低下するほど、つまり電圧検出信号Vが低下するほど、誤差電流IERRを増加させる。つまり図1のAC/DCコンバータ100rのシャントレギュレータ206とは反対の動作を行なう。
エラーアンプ410は、オープンコレクタあるいはオープンドレイン形式の出力段を有しており、出力トランジスタ412および差動アンプ414を含む。差動アンプ414は、その反転入力端子(−)に電圧検出信号Vを、その非反転入力端子(+)に基準電圧VREFを受ける。出力段のトランジスタ412のコレクタ(あるいはドレイン)はPC端子と接続され、そのエミッタ(あるいはソース)はGND端子と接続される。出力トランジスタ412の制御端子(ベースあるいはゲート)は、差動アンプ414の出力と接続される。トランジスタ412のベース電流あるいはゲート電圧は、電圧検出信号Vと基準電圧VREFの誤差に応じた差動アンプ414の出力によって調節される。この構成により、出力トランジスタ412に流れる誤差電流IERRは、電圧検出信号Vが高くなるほど減少する。
本実施の形態では、トランジスタ412のコレクタとPC端子には、回路保護あるいは電圧のレベルシフトを目的としてダイオードD2が挿入されるが、別の実施の形態において省略してもよい。
図1のシャントレギュレータ206は、非反転極性のトランスコンダクタンスアンプ(V/I変換器)とみなすことができるのに対して、図2のフィードバックアンプIC400は、全体としてみたときに、反転極性のトランスコンダクタンスアンプとみなすことができる。
1次側コントローラ202は、フィードバック(FB)端子を有し、FB端子の電圧VFBが高いほど、大きなデューティ比でスイッチングトランジスタM1をスイッチングする。1次側コントローラ202は公知技術を用いればよく、その構成は特に限定されない。
非反転型フィードバック回路208は、フォトカプラ204の出力側および1次側コントローラ202のFB端子と接続される。非反転型フィードバック回路208は、フォトカプラ204の出力側に流れるフィードバック電流IFBが増加するほど、FB端子の電圧VFBを上昇させる。
図3(a)、(b)は、非反転型フィードバック回路208の構成例を示す回路図である。図3(a)の非反転型フィードバック回路208は、フィードバック抵抗R11、キャパシタC11、および信号ライン207を含む。フィードバック抵抗R11およびキャパシタC11は、1次側コントローラ202のFB端子と接地の間に直列に設けられる。信号ライン207は、FB端子と、フォトカプラ204の出力側のフォトトランジスタのエミッタと接続される。
フォトカプラ204の出力側に流れるフィードバック電流IFBが増加すると、キャパシタC11が充電され、またフィードバック抵抗R11の電圧降下が増大し、フィードバック電圧VFBが高くなる。
1次側コントローラ202は、デューティコントローラ220およびドライバ222を含む。デューティコントローラ220は、フィードバック電圧VFBに応じたデューティ比を有するパルス信号SPWMを生成する。デューティコントローラ220は、電圧モード、あるいは電流モードの変調器で構成することができ、特に限定されない。デューティコントローラ220は、DC/DCコンバータ200の負荷電流が実質的にゼロあるいは非常に小さい無負荷状態あるいは軽負荷状態において、バーストモードで動作するよう構成される。ドライバ222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。1次側コントローラ202は、キャパシタC11の電荷を放電する抵抗R12を含んでもよい。あるいは抵抗R12は1次側コントローラ202に外付けされ、非反転型フィードバック回路208の一部であってもよい。
図3(b)の非反転型フィードバック回路208は、図3(a)の非反転型フィードバック回路208に加えて、カレントミラー回路CM1を含む。カレントミラー回路CM1の入力は、フォトカプラ204のフォトトランジスタのコレクタと接続され、その出力は、信号ライン207を介してフィードバック抵抗RFBと接続される。カレントミラー回路CM1によって、フォトカプラ204の出力側に流れるフィードバック電流IFBがコピーされ、その出力電流IFB’がフィードバック抵抗RFBに電圧降下VFBを発生させる。
当業者によればここに例示される回路以外にも、同様の機能を奏する非反転型フィードバック回路208を構成しうることが理解される。
以上がDC/DCコンバータ200の構成である。続いてその動作を説明する。
電圧検出信号Vが基準電圧VREFより高くなると出力トランジスタ412が引き込む電流IERRは減少し、フォトカプラ204の出力側の受光素子(フォトトランジスタ)の電流IFBも減少する。このときフィードバック電圧VFBは非反転型フィードバック回路208によって低下し、したがってスイッチングトランジスタM1のデューティ比(オン時間)は低下し、電圧検出信号Vが基準電圧VREFに近づく方向(低下)にフィードバックがかかる。
反対に電圧検出信号Vが基準電圧VREFより低くなると出力トランジスタ412が引き込む電流IERRは増加し、受光素子の電流IFBも増加する。このときフィードバック電圧VFBは増大し、したがってスイッチングトランジスタM1のデューティ比が増大し、電圧検出信号Vが基準電圧VREFに近づく方向(上昇)にフィードバックがかかる。このようにしてDC/DCコンバータ200の出力電圧VOUTはその目標レベルに安定化される。
上述のように、DC/DCコンバータ200の軽負荷状態あるいは無負荷状態となると、1次側コントローラ202はバーストモードで動作する。バーストモードでは、スイッチングトランジスタM1を1回、あるいは複数回、ターンオンさせ、出力電圧VOUTを上昇させ、その後、わずかな負荷電流あるいはリーク電流により出力キャパシタC1が放電され、出力電圧VOUTがある電圧レベルまで低下するまでの間、スイッチングが停止する。
つまりDC/DCコンバータ200がバーストモードで動作する待機状態においては、出力電圧VOUTが通常のスイッチング動作時に比べて相対的に高い状態を維持することとなる。図2のDC/DCコンバータ200では、待機状態において出力電圧VOUTが増大すると、フォトカプラ204の入力側に流れる誤差電流IERRが低減するとともに、フォトカプラ204の出力側のフィードバック電流IFBも減少する。
具体的には図1のDC/DCコンバータ200rにおいて、市販されるシャントレギュレータ206を用いた場合、待機時における誤差電流IERRは、数百マイクロAとなり、これが待機期間中、フォトカプラ204の入力側、出力側の双方で無駄に消費される。これに対して図2のDC/DCコンバータ200によれば、待機期間における誤差電流IERRを実質的にゼロ、あるいは数十マイクロA程度まで減らすことが可能である。
したがって待機状態におけるDC/DCコンバータ200の消費電力を、図1のそれに比べて大幅に減少することができ、効率を高めることができる。特に電源アダプタや多くの電子機器においては、DC/DCコンバータ200が無負荷状態で待機する期間が長いため、待機状態における効率を高めることは、有意義である。
(第2の実施の形態)
図4は、第2の実施の形態に係るAC/DCコンバータ100Aの回路図である。AC/DCコンバータ100Aは、フィルタ102、整流回路104、絶縁型のDC/DCコンバータ200Aを備える。
DC/DCコンバータ200Aについて、図2のDC/DCコンバータ200との相違点を中心に説明する。
絶縁型のDC/DCコンバータ200Aは、反転型の1次側コントローラ202A、フォトカプラ204、出力回路210、同期整流コントローラ300、フィードバックアンプIC400を備える。
フィードバックアンプIC400は、図2のそれと同様に、出力電圧VOUTに応じた誤差電流IERRを生成し、フォトカプラ204を介して1次側コントローラ202Aに供給する。本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様に、フィードバックアンプIC400は、DC/DCコンバータ200の出力電圧VOUTが低下するほど、つまり電圧検出信号Vが低下するほど、誤差電流IERRを増加させる。つまり図1のAC/DCコンバータ100rのシャントレギュレータ206とは反対の動作を行なう。フィードバックアンプIC400は、第1の実施の形態と同様に構成することができる。
フォトカプラ204のフォトトランジスタに流れるフィードバック電流IFBは、反転型フィードバック回路209によりフィードバック電圧VFBに変換される。反転型フィードバック回路209の構成は、たとえば図1のそれと同様に構成することができ、抵抗R21および位相補償用のキャパシタC21を含む。
1次側コントローラ202AのFB#端子の極性は、図1や図2の1次側コントローラ202のFB端子と逆である。明細書において信号や端子に付された#、および図面におけるバーは、反転を示す。1次側コントローラ202Aは、FB端子の電圧VFBが低いほど、大きなデューティ比でスイッチングトランジスタM1をスイッチングする。
図5(a)〜(c)は、1次側コントローラ202Aの構成例を示す回路図である。
図5(a)、(b)の1次側コントローラ202Aは、反転型デューティコントローラ221と、ドライバ222を備える。
反転型デューティコントローラ221は、フィードバック電圧VFBが高いほど、ローレベルの時間比率が大きくなるパルス信号SPWM#を生成する。ドライバ222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を駆動する。
図5(a)の反転型デューティコントローラ221は、反転アンプ224およびパルス変調器226を備える。反転アンプ224は、FB端子の電圧VFBを反転増幅する。パルス変調器226は、反転アンプ224の出力電圧VFB#にもとづきパルス信号SPWM#を生成する。パルス信号SPWM#のハイレベルの時間比率は、反転アンプ224の出力電圧VFB#が高いほど大きくなるよう調節される。
図5(b)の反転型デューティコントローラ221は、反転型パルス変調器227を含む。反転型パルス変調器227は、フィードバック電圧VFBにもとづきパルス信号SPWM#を生成する。パルス信号SPWM#のハイレベルの時間比率は、フィードバック電圧VFBが高いほど小さくなるよう調節される。
図5(c)の1次側コントローラ202Aは、デューティコントローラ220および反転型ドライバ223を含む。デューティコントローラ220は、フィードバック電圧VFBが高いほど、ハイレベルの時間比率が大きくなるパルス信号SPWMを生成する。反転型ドライバ223は、パルス信号SPWMの反転信号SOUT#にもとづいてスイッチングトランジスタM1を駆動する。
当業者によればここに例示される回路以外にも、同様の機能を奏する反転型の1次側コントローラ202Aを構成しうることが理解される。
以上がDC/DCコンバータ200Aの構成である。このDC/DCコンバータ200Aによっても、第1の実施の形態と同様に、待機状態におけるDC/DCコンバータ200Aの消費電力を、図1のそれに比べて大幅に減少することができ、効率を高めることができる。
(用途)
続いて、第1あるいは第2の実施の形態で説明したDC/DCコンバータ200の用途を説明する。
図6は、AC/DCコンバータ100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。AC/DCコンバータ100は、筐体804内に実装される。AC/DCコンバータ100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。
図7(a)、(b)は、AC/DCコンバータ100を備える電子機器900を示す図である。図7(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。AC/DCコンバータ100は、筐体804内に実装される。AC/DCコンバータ100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。
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。
(第1変形例)
同期整流トランジスタM2は、2次巻線W2よりも接地側に設けられてもよい。この場合、同期整流コントローラ300の電源電圧は、出力電圧VOUTからとればよく、その接地電圧は、DC/DCコンバータ200の接地電圧とすればよい。またこの場合においても、同期整流トランジスタM2は同期整流コントローラ300に内蔵されてもよい。
(第2変形例)
実施の形態では、同期整流型のDC/DCコンバータ200について説明したが本発明はそれに限定されず、ダイオード整流型のDC/DCコンバータ200にも適用できる。
(第3変形例)
同期整流コントローラ300とフィードバックアンプIC400は、単一のパッケージにモジュール化されてもよい。
(第4変形例)
実施の形態では、フライバックコンバータを説明したが、本発明はフォワードコンバータにも適用可能である。この場合にはトランスT1の2次側に、複数の同期整流用のトランジスタが配置されることとなる。同期整流コントローラは、複数の同期整流トランジスタをスイッチングするよう構成された駆動回路302と、エラーアンプ410が、単一のパッケージにモジュール化される。あるいは、図2、図4、図5の同期整流コントローラを複数個、利用することで、フォワードコンバータに対応することもできる。またコンバータは疑似共振型であってもよい。
(第5変形例)
スイッチングトランジスタや同期整流トランジスタの少なくとも一方は、バイポーラトランジスタやIGBTであってもよい。
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。
100…AC/DCコンバータ、102…フィルタ、104…整流回路、106…平滑キャパシタ、200…DC/DCコンバータ、202…1次側コントローラ、204…フォトカプラ、206…シャントレギュレータ、208…非反転型フィードバック回路、209…反転型フィードバック回路、210…出力回路、220…デューティコントローラ、221…反転型デューティコントローラ、222…ドライバ、223…反転型ドライバ、224…反転アンプ、226…パルス変調器、227…反転型パルス変調器、M1…スイッチングトランジスタ、M2…同期整流トランジスタ、C1…出力キャパシタ、T1…トランス、W1…1次巻線、W2…2次巻線、300…同期整流コントローラ、400…フィードバックアンプIC、410…エラーアンプ、412…出力トランジスタ、414…差動アンプ、416…基準電圧源、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。

Claims (11)

  1. 絶縁型のDC/DCコンバータであって、
    1次巻線および2次巻線を有するトランスと、
    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、
    前記トランスの2次巻線と接続される整流素子と、
    フォトカプラと、
    前記フォトカプラの入力側と接続され、前記DC/DCコンバータの出力電圧が低下するほど増加する誤差電流を発生するフィードバックアンプと、
    フィードバック端子を有し、前記フィードバック端子の電圧が高いほど、大きなデューティ比で前記スイッチングトランジスタをスイッチングする1次側コントローラと、
    前記フォトカプラの出力側および前記フィードバック端子と接続され、前記フォトカプラの出力側に流れるフィードバック電流が増加するほど、前記フィードバック端子の電圧を上昇させる非反転型フィードバック回路と、
    を備えることを特徴とするDC/DCコンバータ。
  2. 前記非反転型フィードバック回路は、前記フィードバック端子と接地の間の設けられた抵抗を含み、
    前記フォトカプラは、前記フィードバック端子に、前記フィードバック電流をソースするように接続されることを特徴とする請求項1に記載のDC/DCコンバータ。
  3. 前記非反転型フィードバック回路は、前記フィードバック端子と接地の間の設けられたキャパシタを含み、
    前記フォトカプラは、前記フィードバック端子に、前記フィードバック電流をソースするように接続されることを特徴とする請求項1に記載のDC/DCコンバータ。
  4. 前記フィードバックアンプは、
    基準電圧を生成する基準電圧源と、
    非反転入力端子に前記DC/DCコンバータの出力電圧に応じた検出信号が入力され、反転入力端子に前記基準電圧が入力された差動アンプと、
    その制御端子が前記差動アンプの出力と接続され、その第1端子が前記フォトカプラの入力側と接続され、その第2端子が接地端子と接続された出力トランジスタと、
    を備えることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のDC/DCコンバータ。
  5. 前記整流素子は、同期整流トランジスタを含み、
    前記DC/DCコンバータは、前記同期整流トランジスタを制御する同期整流コントローラをさらに備えることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のDC/DCコンバータ。
  6. フライバック型であることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のDC/DCコンバータ。
  7. フォワード型であることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のDC/DCコンバータ。
  8. 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、負荷に供給する請求項1から7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。
  9. 負荷と、
    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、負荷に供給する請求項1から6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。
  10. 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、負荷に供給する請求項1から6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。
  11. 絶縁型のDC/DCコンバータの2次側に配置されるフィードバックアンプ集積回路であって、
    前記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、
    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、
    前記トランスの2次巻線と接続される整流素子と、
    フォトカプラと、
    フィードバック端子を有し、前記フィードバック端子の電圧に応じたデューティ比で前記スイッチングトランジスタをスイッチングする1次側コントローラと、
    前記フィードバック端子と接続され、前記フォトカプラの出力側に流れるフィードバック電流が増加するほど、前記フィードバック端子の電圧を上昇させる非反転型フィードバック回路と、
    前記フィードバックアンプ集積回路と、
    を備え、
    前記フィードバックアンプ集積回路は、
    前記フォトカプラの入力側に接続される出力端子と、
    前記DC/DCコンバータの出力電圧に応じた検出信号を受ける入力端子と、
    接地端子と、
    基準電圧を生成する基準電圧源と、
    非反転入力端子に前記検出信号が入力され、反転入力端子に前記基準電圧が入力された差動アンプと、
    その制御端子が前記差動アンプの出力と接続され、その第1端子が前記出力端子と接続され、その第2端子が前記接地端子と接続された出力トランジスタと、
    を備え、単一のモジュールにパッケージ化されることを特徴とするフィードバックアンプ集積回路。
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