JP2017175753A - 絶縁同期整流型dc/dcコンバータ、同期整流回路、電源アダプタおよび電子機器、制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】絶縁同期整流型のDC/DCコンバータ200が提供される。フィードバック回路206は、DC/DCコンバータ200の出力電圧VOUTが目標電圧に近づくように、第1フォトカプラ204の発光素子を駆動する。一次側コントローラ202は、第1フォトカプラ204の受光素子と接続され、フィードバック信号VFB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。同期整流コントローラ300は、同期整流トランジスタM2を制御する。保護回路310は、同期整流トランジスタM2のスイッチング不能状態を検出すると、一次側コントローラ202にスイッチングトランジスタM1のスイッチングの停止を指示する。
【選択図】図2
Description
同期整流トランジスタがオンであるときの電圧降下は、ボディダイオードの順方向電圧よりも低い。そこで、電圧降下と順方向電圧の間に第1しきい値電圧を設けることで、同期整流トランジスタのスイッチングの有無を判定できる。
同期整流トランジスタのスイッチングが停止すると、1次側のスイッチングトランジスタのスイッチング周波数が変動し、同期整流トランジスタのドレインソース間電圧の周波数がそれに追従する。この態様によれば、同期整流トランジスタのスイッチングの有無を判定できる。
これにより、ゲート端子の短絡などを検出できる。
保護回路により第1フォトカプラを駆動すると、フィードバック回路によるフィードバック制御が無効となり、1次側のフィードバック電流が増大し、フィードバック電圧が0V付近まで低下する。これによりスイッチングトランジスタのスイッチングを停止させることができる。
「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。回路を1つのチップ上に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。
同期整流トランジスタM2がスイッチングトランジスタM1と同期してスイッチングする正常状態では、DC/DCコンバータ200は同期整流型のフライバックコンバータとして動作する。
保護回路310は、同期整流トランジスタM2がオンすべき期間において、そのドレインソース間電圧VDSの絶対値が第1しきい値電圧VTH1を超えるときに、スイッチング不能状態と判定する。第1しきい値電圧VTH1は、同期整流トランジスタM2に二次巻線W2の二次電流ISが流れたときの電圧降下RON×ISより大きく、ボディダイオードD2の順方向電圧Vfより小さく定められる。
保護回路310は、同期整流トランジスタM2のドレインソース間電圧VDSが第2しきい値電圧VTH2とクロスする周波数が、所定の範囲から逸脱したときに、スイッチング不能状態と判定する。
同期整流トランジスタM2のスイッチングが停止すると、1次側のスイッチングトランジスタM1のスイッチング周波数が変動し、同期整流トランジスタM2のドレインソース間電圧VDSの周波数がそれに追従する。第2の検出方法によれば、1次側のスイッチング周波数にもとづいて、同期整流トランジスタのスイッチングの有無を判定できる。
図4は、第3の検出方法に対応する同期整流コントローラ300および保護回路310の回路図である。保護回路310は、同期整流トランジスタM2のゲート端子の信号(ゲートパルスS23)と同期整流コントローラ300の内部信号との整合性にもとづいて、スイッチング不能状態を判定してもよい。保護回路310は同期整流コントローラ300と同じICチップに集積化されている。
実施の形態では、第2フォトカプラ312によって、保護回路310から一次側コントローラ202に、スイッチング不能状態を通知したが、通知手段はそれに限定されない。フォトカプラに代えて、パルストランスなどのトランスを利用してもよい。
あるいは第2フォトカプラ312を省略してもよい。保護回路310は、スイッチング不能状態を検出すると、第1フォトカプラ204の発光素子を駆動してもよい。保護回路310により第1フォトカプラ204を駆動すると、フィードバック回路206によるフィードバック制御が無効となり、1次側のフィードバック電流IFBが増大し、フィードバック電圧VFBが0V付近まで低下する。これによりスイッチングトランジスタM1のスイッチングを停止させることができる。
同期整流トランジスタM2は、二次巻線W2よりも低電位側(接地端子P3側)に設けられてもよい。
続いて、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。DC/DCコンバータ200は、AC/DCコンバータ100に用いることができる。図7は、DC/DCコンバータ200を備えるAC/DCコンバータ100の回路図である。
プラグ902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904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。
Claims (19)
- 絶縁同期整流型のDC/DCコンバータであって、
一次巻線および二次巻線を有するトランスと、
前記トランスの一次巻線と接続されるスイッチングトランジスタと、
前記トランスの二次巻線と接続される同期整流トランジスタと、
発光素子および受光素子を含む第1フォトカプラと、
前記DC/DCコンバータの出力電圧が目標電圧に近づくように、前記第1フォトカプラの前記発光素子を駆動するフィードバック回路と、
前記第1フォトカプラの前記受光素子と接続され、前記第1フォトカプラからのフィードバック信号に応じて前記スイッチングトランジスタをスイッチングする一次側コントローラと、
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と、
前記同期整流トランジスタのスイッチング不能状態を検出すると、前記一次側コントローラに前記スイッチングトランジスタのスイッチングの停止を指示する保護回路と、
を備えることを特徴とするDC/DCコンバータ。 - 前記保護回路は、
前記同期整流トランジスタがオンすべき期間において、そのドレインソース間電圧の絶対値が第1しきい値電圧を超えるときに、前記スイッチング不能状態と判定することを特徴とする請求項1に記載のDC/DCコンバータ。 - 前記保護回路は、
前記同期整流トランジスタのドレインソース間電圧が第2しきい値電圧とクロスする周波数が、所定の範囲から逸脱したときに、前記スイッチング不能状態と判定することを特徴とする請求項1または2に記載のDC/DCコンバータ。 - 前記保護回路は、前記同期整流トランジスタのゲート端子の信号と前記同期整流コントローラの内部信号との整合性にもとづいて、前記スイッチング不能状態を判定す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。
- 前記保護回路と接続される発光素子および前記一次側コントローラと接続される受光素子を有する第2フォトカプラをさらに備え、
前記保護回路は、前記スイッチング不能状態を検出すると、前記第2フォトカプラの発光素子を駆動し、
前記一次側コントローラは、前記第2フォトカプラの前記受光素子に電流が流れると、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請求項1から4のいずれかに記載のDC/DCコンバータ。 - 前記保護回路と接続される一次巻線および前記一次側コントローラと接続される二次巻線を有するパルストランスをさらに備え、
前記保護回路は、前記スイッチング不能状態を検出すると、前記パルストランスの一次巻線を駆動し、
前記一次側コントローラは、前記パルストランスの前記二次巻線の状態にもとづいて、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請求項1から4のいずれかに記載のDC/DCコンバータ。 - 前記保護回路は、前記スイッチング不能状態を検出すると、前記第1フォトカプラの前記発光素子を駆動す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。
- 負荷と、
商用交流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子機器。 - 商用交流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アダプタ。 - 絶縁同期整流型のDC/DCコンバータの2次側に配置され、同期整流トランジスタを制御する同期整流回路であって、
前記同期整流トランジスタのドレインソース間電圧にもとづいて、制御パルスを生成するパルス発生器と、
前記制御パルスにもとづいて前記同期整流トランジスタを駆動するドライバと、
前記同期整流トランジスタのスイッチング不能状態を検出する検出回路と、
前記スイッチング不能状態の検出を、前記DC/DCコンバータの1次側に配置される一次側コントローラに通知する通知回路と、
を備えることを特徴とする同期整流回路。 - 前記検出回路は、
前記同期整流トランジスタがオンすべき期間において、そのドレインソース間電圧が第1しきい値電圧を超えるときに、前記スイッチング不能状態と判定することを特徴とする請求項10に記載の同期整流回路。 - 前記検出回路は、
前記同期整流トランジスタのドレインソース間電圧が第2しきい値電圧とクロスする周波数が、所定の範囲から逸脱したときに、前記スイッチング不能状態と判定することを特徴とする請求項10または11に記載の同期整流回路。 - 前記検出回路は、
前記同期整流トランジスタのゲート端子の信号と前記同期整流回路の内部信号との整合性にもとづいて、前記スイッチング不能状態を判定することを特徴とする請求項10から12のいずれかに記載の同期整流回路。 - 前記通知回路と前記一次側コントローラとは、第2フォトカプラまたはパルストランスを介して接続されることを特徴とする請求項10から13のいずれかに記載の同期整流回路。
- ひとつの半導体基板に一体集積化されることを特徴とする請求項10から14のいずれかに記載の同期整流回路。
- 絶縁同期整流型のDC/DCコンバータの制御方法であって、
前記DC/DCコンバータの出力電圧が目標電圧に近づくように、第1フォトカプラの発光素子を駆動するステップと、
前記第1フォトカプラの受光素子に流れるフィードバック電流にもとづいて、スイッチングトランジスタをスイッチングするステップと、
同期整流トランジスタの両端間の電圧にもとづいて制御パルスを生成するステップと、
前記制御パルスに応じて前記同期整流トランジスタをスイッチングするステップと、
前記同期整流トランジスタのスイッチング不能状態を検出するステップと、
前記スイッチング不能状態において、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ステップと、
を備えることを特徴とする制御方法。 - 前記スイッチング不能状態を検出するステップは、前記同期整流トランジスタがオンすべき期間において、そのドレインソース間電圧が第1しきい値電圧を超えるときに、前記スイッチング不能状態と判定することを特徴とする請求項16に記載の制御方法。
- 前記スイッチング不能状態を検出するステップは、前記同期整流トランジスタのドレインソース間電圧が第2しきい値電圧とクロスする周波数が、所定の範囲から逸脱したときに、前記スイッチング不能状態と判定することを特徴とする請求項16または17に記載の制御方法。
- 前記スイッチング不能状態を検出するステップは、前記同期整流トランジスタのゲート端子の信号と前記制御パルスもしくはそれに応じた内部信号との整合性にもとづいて、前記スイッチング不能状態を判定することを特徴とする請求項16から18のいずれかに記載の制御方法。
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