JP2018102113A - Isolation synchronous rectification type dc/dc converter, power adapter and electronic apparatus, control method of dc/dc converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、絶縁同期整流型DC/DCコンバータに関する。 The present invention relates to an isolated synchronous rectification type DC / DC converter.
AC/DCコンバータをはじめとする様々な電源回路に、フライバック型のDC/DCコンバータが利用される。図1(a)は、ダイオード整流型のフライバックコンバータ200Rの回路図であり、図1(b)は、同期整流型のフライバックコンバータ200Sの回路図である。
Flyback DC / DC converters are used in various power supply circuits including AC / DC converters. FIG. 1A is a circuit diagram of a diode rectification
図1(a)のフライバックコンバータ200Rは、その入力端子P1に入力電圧VINを受け、所定の目標電圧に安定化された直流の出力電圧VOUTを生成し、出力端子P2と接地端子P3の間に接続される負荷(不図示)に供給する。トランスT1の一次巻線W1には、スイッチングトランジスタM1が接続され、二次巻線W2には、ダイオードD1が接続される。出力キャパシタC1は、出力端子P2に接続される。 The flyback converter 200R in FIG. 1A receives an input voltage VIN at its input terminal P1, generates a DC output voltage VOUT stabilized at a predetermined target voltage, and outputs an output terminal P2 and a ground terminal P3. To a load (not shown) connected between the two. A switching transistor M1 is connected to the primary winding W1 of the transformer T1, and a diode D1 is connected to the secondary winding W2. The output capacitor C1 is connected to the output terminal P2.
フィードバック回路(シャントレギュレータ回路ともいう)206は、出力電圧VOUTとその目標電圧VOUT(REF)の誤差に応じた電流IERRで、フォトカプラ204の発光素子を駆動する。フォトカプラ204の受光素子には、誤差に応じたフィードバック電流IFBが流れる。一次側コントローラ(Primary Controller)202のフィードバック(FB)ピンにはフィードバック電流IFBに応じたフィードバック信号VFBが発生する。一次側コントローラ202は、フィードバック信号VFBに応じたデューティ比(あるいは周波数)を有するパルス信号を発生し、スイッチングトランジスタM1を駆動する。
A feedback circuit (also referred to as a shunt regulator circuit) 206 drives a light emitting element of the
図1(a)のダイオード整流型のフライバックコンバータでは、ダイオードD1において、Vf×IOUTの電力損失が発生する。Vfは順方向電圧であり、IOUTは負荷電流である。Vf=0.5V、IOUT=10Aとすると、電力損失は5Wとなる。そのため、多くの用途において、ダイオードD1を冷却するための放熱板やヒートシンクが必要となる。 In a flyback converter diode rectification type in FIG. 1 (a), in the diode D1, the power loss of the Vf × I OUT occurs. Vf is a forward voltage, and IOUT is a load current. If Vf = 0.5V and I OUT = 10A, the power loss is 5W. Therefore, in many applications, a heat sink or a heat sink for cooling the diode D1 is required.
図1(b)のフライバックコンバータ200Sは、図1(a)のダイオードD1に代えて、同期整流トランジスタM2および同期整流コントローラ(同期整流ICともいう)300Sを備える。同期整流コントローラ300Sは、一次側のスイッチングトランジスタM1のスイッチングと同期して、同期整流トランジスタM2をスイッチングする。
A flyback converter 200S in FIG. 1B includes a synchronous rectification transistor M2 and a synchronous rectification controller (also referred to as a synchronous rectification IC) 300S instead of the diode D1 in FIG. The
同期整流型のフライバックコンバータでは、同期整流トランジスタM2の損失は、RON×IOUT 2となる。RONは同期整流トランジスタM2のオン抵抗であり、RON=5mΩ、IOUT=10Aとすると、損失は0.5Wとなりダイオード整流型に比べて大きく低減する。したがって理論上、同期整流型では、放熱板やヒートシンクが不要であり、あるいは簡略化できる。 In the synchronous rectification type flyback converter, the loss of the synchronous rectification transistor M2 is R ON × I OUT 2 . R ON is the on-resistance of the synchronous rectification transistor M2, and when R ON = 5 mΩ and I OUT = 10 A, the loss is 0.5 W, which is greatly reduced compared to the diode rectification type. Therefore, theoretically, in the synchronous rectification type, a heat sink and a heat sink are unnecessary or can be simplified.
本発明者らは、図1(b)の同期整流型コンバータについて検討した結果、以下の課題を認識するに至った。 As a result of studying the synchronous rectification converter of FIG. 1B, the present inventors have recognized the following problems.
フライバックコンバータ200Sには、信頼性を高めるために、過電圧保護(OVP:Over Voltage Protection)回路390などの保護回路が設けられる。たとえばOVP回路390は、フィードバック回路206に内蔵され、過電圧状態において、フォトカプラ204の発光素子に電流IOVPを供給する。
The
図2は、図1(b)のフライバックコンバータ200Sの動作波形図である。時刻t0より前は正常状態であり、出力電圧VOUTはその目標値VOUT(REF)に安定化されている。時刻t0に、何らかの異常が発生し、出力電圧VOUTが目標値VOUT(REF)から逸脱し、上昇し始める。
FIG. 2 is an operation waveform diagram of the
時刻t1に出力電圧VOUTが過電圧しきい値VOVPを超えると、OVP回路390は、フォトカプラ204の発光素子に電流IOVPを供給する状態となり、その状態で固定(ラッチ)される。その結果、フィードバック電流IFBが増加、フィードバック信号VFBが低下し、スイッチングトランジスタM1のスイッチングが停止する。
When the output voltage V OUT at time t 1 exceeds the overvoltage threshold V OVP, OVP circuit 390, a state for supplying a current I OVP to the light emitting element of the
スイッチングトランジスタM1のスイッチングが停止すると、出力キャパシタC1の充電が停止するため、出力電圧VOUTは時間ともに低下していく。フィードバック回路206は、出力電圧VOUTを電源電圧VCCとして受ける。したがってOVP回路390は、出力電圧VOUTが低下すると、動作不能となり電流IOVPを維持できなくなる。たとえばフィードバック回路206には、図示しないUVLO(Under Voltage Lock Out)回路が内蔵されており、VCC<VUVLOとなると、フィードバック回路206のOVP状態をリセットするように構成されている。
When the switching of the switching transistor M1 is stopped, charging of the output capacitor C1 is stopped, so that the output voltage VOUT decreases with time. The
出力電圧VOUTすなわち電源電圧VCCの低下により、時刻t2に電流IOVP(および電流IERR)がゼロとなると、フィードバック電流IFBもゼロとなり、フィードバック信号VFBが上昇し、スイッチングトランジスタM1のスイッチングが再開する。スイッチングの再開によって出力電圧VOUTは再び上昇し始める。 The decrease in the output voltage V OUT That power supply voltage V CC, the current I OVP (and current I ERR) becomes zero to time t 2, the feedback current I FB becomes zero, the feedback signal V FB rises, the switching transistor M1 Switching resumes. By restarting switching, the output voltage VOUT begins to rise again.
過電圧の要因が残っていると、出力電圧VOUTは再び過電圧しきい値VOVPまで到達する。フライバックコンバータ200Sは、動作、停止を時分割で交互に繰り返すこととなる(間欠モードという)。
If the cause of the overvoltage remains, the output voltage VOUT reaches the overvoltage threshold V OVP again. The
フライバックコンバータ200Sを構成する回路素子、具体的には同期整流トランジスタM2やスイッチングトランジスタM1の発熱が問題となる場合がある。図2の間欠モードでは、動作期間に発熱して温度が上昇し、停止期間において温度が緩和される。したがって停止期間が短いと、回路素子の温度がどんどん上昇していく。
There is a case where the heat generation of the circuit elements constituting the
なお、ここでは過電圧保護を説明したが、その他の保護回路についても同様の問題が生じうる。 Although overvoltage protection has been described here, the same problem can occur with other protection circuits.
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、発熱を抑制したDC/DCコンバータの提供にある。 The present invention has been made in view of such a problem, and one of exemplary purposes of an embodiment thereof is to provide a DC / DC converter that suppresses heat generation.
1. 本発明のある態様は、絶縁同期整流型のDC/DCコンバータに関する。DC/DCコンバータは、一次巻線および二次巻線を有するトランスと、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、トランスの二次巻線に流れる電流によって充電される出力キャパシタと、発光素子および受光素子を含むフォトカプラと、出力キャパシタに生ずる出力電圧に応じた検出電圧が基準電圧に近づくように、フォトカプラの発光素子を駆動するフィードバック回路と、フォトカプラの受光素子と接続され、受光素子の状態にもとづくフィードバック信号に応じてスイッチングトランジスタを制御する一次側コントローラと、異常状態を検出すると活性化し、発光素子を駆動する保護回路と、出力キャパシタとは別に設けられた電源キャパシタを含み、電源キャパシタに生ずる電源電圧を、保護回路およびフォトカプラの発光素子のアノードに供給する補助電源回路と、を備える。 1. One embodiment of the present invention relates to an isolated synchronous rectification type 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, an output capacitor charged by a current flowing through the secondary winding of the transformer, and light emission A photocoupler including an element and a light receiving element, and a feedback circuit for driving the light emitting element of the photocoupler, and a light receiving element of the photocoupler so that a detection voltage corresponding to an output voltage generated in the output capacitor approaches a reference voltage; A primary side controller that controls the switching transistor according to a feedback signal based on the state of the light receiving element, a protection circuit that is activated when an abnormal state is detected and drives the light emitting element, and a power supply capacitor provided separately from the output capacitor The power supply voltage generated in the power supply capacitor And a auxiliary power supply circuit for supplying to the anode of the light-emitting element of the coupler.
この態様によると、出力電圧VOUTが低下した後も、保護回路の電源電圧が維持されるため、発光素子を駆動した状態を長く維持できる。これにより、間欠モードで動作する際に、熱緩和時間を長くでき、発熱を抑制できる。 According to this aspect, since the power supply voltage of the protection circuit is maintained even after the output voltage VOUT has decreased, the state where the light emitting element is driven can be maintained for a long time. Thereby, when operating in the intermittent mode, the heat relaxation time can be lengthened and heat generation can be suppressed.
保護回路は、異常状態を検出すると、リセットされるまで異常検出信号のアサート状態を維持する異常検出回路と、異常検出信号のアサート状態においてオン状態となるトランジスタと、を含み、異常検出回路に電源電圧が供給されてもよい。 The protection circuit includes an abnormality detection circuit that maintains an assertion state of the abnormality detection signal until reset when it detects an abnormal state, and a transistor that is turned on in the assertion state of the abnormality detection signal. A voltage may be supplied.
異常検出信号は、電源電圧が解除しきい値を下回るとネゲートされてもよい。
異常検出信号は、そのアサート後、所定時間経過後にネゲートされてもよい。
The abnormality detection signal may be negated when the power supply voltage falls below the release threshold.
The abnormality detection signal may be negated after a predetermined time elapses after the assertion.
保護回路は、過電圧保護回路であってもよい。 The protection circuit may be an overvoltage protection circuit.
補助電源回路は、出力キャパシタから電源キャパシタへの充電経路をさらに含んでもよい。 The auxiliary power supply circuit may further include a charging path from the output capacitor to the power supply capacitor.
充電経路は、DC/DCコンバータの出力ラインから電源キャパシタに向かう電流を許容し、逆向きの電流を阻止する整流素子を含んでもよい。 The charging path may include a rectifying element that allows a current from the output line of the DC / DC converter to the power supply capacitor and blocks a reverse current.
充電経路は、アノードがDC/DCコンバータの出力ライン側、カソードが電源キャパシタ側となる向きで設けられたダイオードを含んでもよい。 The charging path may include a diode provided such that the anode is on the output line side of the DC / DC converter and the cathode is on the power supply capacitor side.
2.1 本発明の別の態様は、絶縁同期整流型のDC/DCコンバータに使用される二次側コントローラに関する。二次側コントローラは、フォトカプラの発光素子と接続されるべき制御出力ピンと、電源電圧を受けるべき電源ピンと、DC/DCコンバータの出力電圧に応じた検出電圧を受けるべき制御入力ピンと、検出電圧と基準電圧の誤差を増幅し、誤差に応じた電流をフォトカプラの発光素子に供給するフィードバック回路と、制御出力ピンから電源ピンへ給電するための給電経路と、を備える。 2.1 Another aspect of the present invention relates to a secondary controller used in an isolated synchronous rectification type DC / DC converter. The secondary-side controller includes a control output pin to be connected to the light emitting element of the photocoupler, a power supply pin to receive a power supply voltage, a control input pin to receive a detection voltage corresponding to the output voltage of the DC / DC converter, a detection voltage, A feedback circuit that amplifies an error of the reference voltage and supplies a current corresponding to the error to the light emitting element of the photocoupler, and a power supply path for supplying power from the control output pin to the power supply pin.
この態様によると、電源ピンにオープン異常が発生したとしても、二次側コントローラの電源ラインには、給電経路を介して制御出力ピンの電圧が供給されるため、二次側コントローラは、これを電源電圧として動作を維持できる。これにより、信頼性を高めることができる。 According to this aspect, even if an open abnormality occurs in the power supply pin, since the voltage of the control output pin is supplied to the power supply line of the secondary controller via the power feeding path, the secondary controller Operation can be maintained as a power supply voltage. Thereby, reliability can be improved.
給電経路は、整流素子を含んでもよい。給電経路は、アノードが制御出力ピン側、カソードが電源ピン側となる向きで設けられたダイオードを含んでもよい。 The power supply path may include a rectifying element. The power supply path may include a diode provided with an orientation in which the anode is on the control output pin side and the cathode is on the power supply pin side.
二次側コントローラは、異常状態を検出すると発光素子を駆動する保護回路をさらに備えてもよい。保護回路の少なくとも一部に、電源ピンの電源電圧が供給されてもよい。
これにより、電源ピンにオープン異常が発生した場合に、保護回路による保護機能が失われるのを防止できる。
The secondary controller may further include a protection circuit that drives the light emitting element when an abnormal state is detected. The power supply voltage of the power supply pin may be supplied to at least a part of the protection circuit.
Thereby, when an open abnormality occurs in the power supply pin, it is possible to prevent the protection function by the protection circuit from being lost.
保護回路は、過電圧状態を検出すると活性化し、発光素子を駆動するよう構成されてもよい。電源ピンに供給される電源電圧は、DC/DCコンバータの停止状態において、出力電圧よりも遅く低下してもよい。
過電圧状態が発生すると、発光素子が駆動され、一次側のスイッチングが停止し、出力電圧が低下する。出力電圧が低下すると、保護回路による発光素子の駆動が解除される。そうすると、一次側のスイッチングが再開する。過電圧状態が持続すると、DC/DCコンバータは間欠的な動作モードに移行する。
ここで、出力電圧が低下した後も、電源ピンの電源電圧が維持されるため、発光素子を駆動した状態を長く維持できる。つまり、DC/DCコンバータの停止期間を長くできる。これにより、間欠モードで動作する際に、熱緩和時間を長くでき、発熱を抑制できる。
The protection circuit may be configured to activate upon detecting an overvoltage condition and drive the light emitting element. The power supply voltage supplied to the power supply pin may decrease later than the output voltage when the DC / DC converter is stopped.
When the overvoltage state occurs, the light emitting element is driven, the primary side switching is stopped, and the output voltage is lowered. When the output voltage decreases, the driving of the light emitting element by the protection circuit is released. Then, the primary side switching resumes. When the overvoltage state continues, the DC / DC converter shifts to an intermittent operation mode.
Here, since the power supply voltage of the power supply pin is maintained even after the output voltage is lowered, the state where the light emitting element is driven can be maintained for a long time. That is, the stop period of the DC / DC converter can be lengthened. Thereby, when operating in the intermittent mode, the heat relaxation time can be lengthened and heat generation can be suppressed.
保護回路は、過電圧状態を検出すると、異常検出信号をアサートする過電圧検出コンパレータと、異常検出信号をラッチするラッチ回路と、発光素子と接続され、ラッチ回路の出力に応じてオン状態となる保護トランジスタと、を含んでもよい。 When the overvoltage state is detected, the protection circuit is connected to the overvoltage detection comparator that asserts the abnormality detection signal, the latch circuit that latches the abnormality detection signal, and the light emitting element, and is a protection transistor that is turned on according to the output of the latch circuit And may be included.
フィードバック回路は、検出電圧と基準電圧の誤差を増幅するエラーアンプと、制御出力ピンと接続され、エラーアンプの出力信号に応じて駆動されるパストランジスタと、を含んでもよい。 The feedback circuit may include an error amplifier that amplifies an error between the detection voltage and the reference voltage, and a pass transistor that is connected to the control output pin and is driven according to an output signal of the error amplifier.
DC/DCコンバータの二次側の同期整流トランジスタを駆動する同期整流コントローラと同一パッケージに収容されてもよい。 The synchronous rectification controller that drives the synchronous rectification transistor on the secondary side of the DC / DC converter may be housed in the same package.
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、上述のいずれかの二次側コントローラを備える。 Another aspect of the present invention relates to a DC / DC converter. The DC / DC converter includes any one of the secondary-side controllers described above.
2.2 本発明の別の態様もまた、絶縁同期整流型のDC/DCコンバータに関する。このDC/DCコンバータは、一次巻線および二次巻線を有するトランスと、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、トランスの二次巻線に流れる電流によって充電される出力キャパシタと、発光素子および受光素子を含むフォトカプラと、DC/DCコンバータの出力電圧に応じた検出電圧が基準電圧に近づくように、フォトカプラの発光素子を駆動するフィードバック回路と、フォトカプラの受光素子と接続され、受光素子の状態にもとづくフィードバック信号に応じてスイッチングトランジスタを制御する一次側コントローラと、同期整流トランジスタを駆動する同期整流コントローラと、異常状態を検出すると活性化し、発光素子を駆動する保護回路と、出力キャパシタとは別に設けられた電源キャパシタを含み、電源キャパシタに生ずる電源電圧を、保護回路の少なくとも一部の電源ラインに供給する補助電源回路と、フォトカプラの発光素子のカソードと電源ラインの間に設けられた整流素子と、を備える。 2.2 Another aspect of the present invention also relates to an isolated synchronous rectification type 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, an output capacitor charged by a current flowing in the secondary winding of the transformer, Connected to a photocoupler including a light emitting element and a light receiving element, a feedback circuit for driving the light emitting element of the photocoupler so that a detection voltage corresponding to the output voltage of the DC / DC converter approaches a reference voltage, and the light receiving element of the photocoupler A primary side controller that controls the switching transistor in response to a feedback signal based on the state of the light receiving element, a synchronous rectifying controller that drives the synchronous rectifying transistor, and a protection circuit that is activated when an abnormal state is detected and that drives the light emitting element. A power supply capacitor provided separately from the output capacitor Look, a power supply voltage generated in the power source capacitor, and at least part of the auxiliary power supply circuit for supplying to the power supply line of the protection circuit, and a rectifying element provided between the cathode and the power supply line of the light emitting element of the photocoupler.
この態様によると、補助電源回路から電源ラインへの電源経路が遮断されたとしても、電源ラインには、整流素子を介してフォトカプラの発光素子のカソードから電圧が供給されるため、保護回路の動作を維持できる。これにより、信頼性を高めることができる。 According to this aspect, even if the power supply path from the auxiliary power supply circuit to the power supply line is interrupted, voltage is supplied to the power supply line from the cathode of the light emitting element of the photocoupler via the rectifier element. It can maintain operation. Thereby, reliability can be improved.
電源電圧は、DC/DCコンバータの停止状態において、出力電圧よりも遅く低下してもよい。
これにより、間欠動作の停止期間の長さを延ばすことができる。
The power supply voltage may drop later than the output voltage when the DC / DC converter is stopped.
Thereby, the length of the intermittent operation stop period can be extended.
フォトカプラの発光素子のアノードには、補助電源回路からの電源電圧が供給されてもよい。
これにより異常状態における間欠動作時に、停止期間中の出力電圧を0Vもしくはその近傍まで下げることができる。
A power supply voltage from an auxiliary power supply circuit may be supplied to the anode of the light emitting element of the photocoupler.
As a result, during intermittent operation in an abnormal state, the output voltage during the stop period can be lowered to 0 V or in the vicinity thereof.
整流素子はダイオードであってもよい。 The rectifying element may be a diode.
保護回路は、異常状態を検出すると、リセットされるまで異常検出信号のアサートを維持する異常検出回路と、異常検出信号のアサート状態においてオン状態となるトランジスタと、を含んでもよい。異常検出回路に電源電圧が供給されてもよい。 The protection circuit may include an abnormality detection circuit that maintains assertion of the abnormality detection signal until reset when it detects an abnormal state, and a transistor that is turned on in the assertion state of the abnormality detection signal. A power supply voltage may be supplied to the abnormality detection circuit.
異常検出信号は、電源電圧が解除しきい値を下回るとネゲートされてもよい。 The abnormality detection signal may be negated when the power supply voltage falls below the release threshold.
異常検出信号は、そのアサート後、所定時間経過後にネゲートされてもよい。 The abnormality detection signal may be negated after a predetermined time elapses after the assertion.
保護回路は、過電圧保護回路であってもよい。異常検出回路は、ヒステリシスコンパレータを含んでもよい。 The protection circuit may be an overvoltage protection circuit. The abnormality detection circuit may include a hysteresis comparator.
補助電源回路は、出力キャパシタから電源キャパシタへの充電経路をさらに含んでもよい。充電経路は、DC/DCコンバータの出力ラインから電源キャパシタに向かう電流を許容し、逆向きの電流を阻止する整流素子を含んでもよい。 The auxiliary power supply circuit may further include a charging path from the output capacitor to the power supply capacitor. The charging path may include a rectifying element that allows a current from the output line of the DC / DC converter to the power supply capacitor and blocks a reverse current.
充電経路は、アノードがDC/DCコンバータの出力ライン側、カソードが電源キャパシタ側となる向きで設けられたダイオードを含んでもよい。 The charging path may include a diode provided such that the anode is on the output line side of the DC / DC converter and the cathode is on the power supply capacitor side.
同期整流コントローラ、フィードバック回路および保護回路は、ひとつのパッケージに収容されていてもよい。 The synchronous rectification controller, the feedback circuit, and the protection circuit may be housed in one package.
フィードバック回路と保護回路は、同一チップに集積化されていてもよい。
「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。
The feedback circuit and the protection circuit may be integrated on the same chip.
“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, and some resistors are used to adjust circuit constants. And a capacitor may be provided outside the semiconductor substrate. By integrating the circuit on one chip, the circuit area can be reduced and the characteristics of the circuit elements can be kept uniform.
同期整流コントローラ、フィードバック回路および保護回路は、同一チップに集積化されていてもよい。 The synchronous rectification controller, the feedback circuit, and the protection circuit may be integrated on the same chip.
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て負荷に供給する上述のいずれかのDC/DCコンバータと、を備えてもよい。 Another embodiment of the present invention relates to an electronic device. Electronic equipment includes a load, a diode rectifier circuit that full-wave rectifies the commercial AC voltage, a smoothing capacitor that generates a DC input voltage by smoothing the output voltage of the diode rectifier circuit, and steps down the DC input voltage and supplies it to the load Any of the above-described DC / DC converters may be provided.
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て負荷に供給する上述のいずれかのDC/DCコンバータと、を備えてもよい。 Another aspect of the present invention relates to a power adapter. The power adapter includes a diode rectifier circuit that full-wave rectifies a commercial AC voltage, a smoothing capacitor that generates a DC input voltage by smoothing an output voltage of the diode rectifier circuit, and supplies the load by stepping down the DC input voltage. Any one of the DC / DC converters may be provided.
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.
さらに、この項目(課題を解決するための手段)の記載は、すべての欠くべからざる特徴を説明するものではなく、したがって、記載されるこれらの特徴のサブコンビネーションも、本発明たり得る。 Furthermore, the description of this item (means for solving the problem) does not explain all the essential features, and thus the sub-combinations of these features described can also be the present invention.
本発明のある態様によれば、DC/DCコンバータの信頼性を高めることができる。 According to an aspect of the present invention, the reliability of a DC / DC converter can be increased.
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ず、あるいは機能を阻害し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 other members that do not affect the state or inhibit the function is also included.
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ず、あるいは機能を阻害しない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。 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, This includes cases where the connection is indirectly made through other members that do not affect the connection state or inhibit the function.
本明細書において参照する波形図やタイムチャートの縦軸および横軸は、理解を容易とするために適宜拡大、縮小したものであり、また示される各波形も、理解の容易のために簡略化され、あるいは誇張もしくは強調されている。 The vertical and horizontal axes of the waveform diagrams and time charts referred to in this specification are enlarged or reduced as appropriate for easy understanding, and each waveform shown is also simplified for easy understanding. Or exaggerated or emphasized.
図3は、第1の実施の形態に係る絶縁型のDC/DCコンバータ200の回路図である。DC/DCコンバータ200は、フライバックコンバータであり、その入力端子P1に入力電圧VINを受け、所定の目標電圧に安定化された直流の出力電圧VOUTを生成し、出力端子P2と接地端子P3の間に接続される負荷(不図示)に供給する。
FIG. 3 is a circuit diagram of the insulation type DC /
トランスT1は、一次巻線W1、二次巻線W2を有する。一次巻線W1の一端は入力端子P1と接続され、直流の入力電圧VINを受ける。スイッチングトランジスタM1のドレインは、トランスT1の一次巻線W1の他端と接続される。スイッチングトランジスタM1のソースと接地ラインの間には、電流検出用のセンス抵抗が挿入されてもよい。 The transformer T1 has a primary winding W1 and a secondary winding W2. One end of the primary winding W1 is connected to the input terminal P1 and receives a DC input voltage VIN . The drain of the switching transistor M1 is connected to the other end of the primary winding W1 of the transformer T1. A sense resistor for current detection may be inserted between the source of the switching transistor M1 and the ground line.
同期整流トランジスタM2およびトランスT1の二次巻線W2は、出力端子P2と接地端子P3の間に直列に設けられる。出力キャパシタC1は、出力端子P2と接地端子P3の間に接続される。 The synchronous rectification transistor M2 and the secondary winding W2 of the transformer T1 are provided in series between the output terminal P2 and the ground terminal P3. The output capacitor C1 is connected between the output terminal P2 and the ground terminal P3.
一次側コントローラ202は、フォトカプラ204の受光素子と接続される。一次側コントローラ202のフィードバック(FB)端子には、フォトカプラ204の受光素子に流れるフィードバック電流IFBに応じたフィードバック信号VFBが現れる。
The
一次側コントローラ202は、フィードバック信号VFBに応じたデューティ比(または周波数)を有するパルス信号を生成して出力(OUT)端子から出力し、スイッチングトランジスタM1を駆動する。一次側コントローラ202の構成や制御方式は特に限定されない。たとえば一次側コントローラ202は、電流モードの変調器であってもよい。
The primary-
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。たとえば同期整流コントローラ300は、同期整流トランジスタM2のドレインソース間電圧VDS2にもとづいて、制御パルスを生成し、制御パルスに応じたゲートパルスを同期整流トランジスタM2のゲートに供給する。同期整流コントローラ300の構成や動作も特に限定されず、公知技術を用いればよい。
The
二次側コントローラ400は、制御入力(SH_IN)ピン、制御出力(SH_OUT)ピン、電源(VCC)ピン、接地(GND)ピンを備え、ひとつのパッケージに収容されている。SH_INピンには、出力電圧VOUTに応じた検出電圧VOUTSが入力される。たとえば検出電圧VOUTSは、抵抗R11,R12によって出力電圧VOUTを分圧した電圧である。SH_OUTピンは、フォトカプラ204の発光素子と接続される。GNDピンは接地端子P3(接地ライン)と接続される。
The secondary-
DC/DCコンバータ200の2次側には、補助電源回路210が設けられる。補助電源回路210は、出力キャパシタC1とは別に設けられた電源キャパシタC2を含み、電源キャパシタC2に生ずる電源電圧VCCが、二次側コントローラ400のVCCピンに供給される。補助電源回路210は、補助電源回路210と電源キャパシタC2の間に設けられた充電経路212を含む。充電経路212は、DC/DCコンバータ200の出力ライン208から電源キャパシタC2に向かう電流を許容し、逆向きの電流を阻止する整流素子を含んでもよい。整流素子は、アノードがDC/DCコンバータ200の出力ライン208側、カソードが電源キャパシタC2側となる向きで設けられたダイオードD2を含んでもよい。または整流素子はスイッチ(トランジスタ)であってもよい。
An auxiliary
DC/DCコンバータ200の動作中、電源キャパシタC2は、出力電圧VOUTと実質的に同電位に充電され、したがってVCCピンには、出力電圧VOUTと実質的に同電位の電源電圧VCCが供給される。
During operation of the DC /
またフォトカプラ204の発光素子のアノードは、抵抗R3を介して電源キャパシタC2と接続されている。つまり発光素子には、補助電源回路210からの電源電圧VCCが供給されている。
The anode of the light emitting element of the
DC/DCコンバータ200のスイッチング動作が停止すると、出力キャパシタC1は、負荷電流によって放電され、時間とともに低下する。一方、電源キャパシタC2は、フォトカプラ204の順電流および二次側コントローラ400のVCCピンに流れる電流によって放電される。電源キャパシタC2の容量は、DC/DCコンバータ200の停止状態において、電源電圧VCCが出力電圧VOUTよりも遅く低下するように定められる。
When the switching operation of the DC /
二次側コントローラ400は、電源ライン402、フィードバック回路410、保護回路420を備え、それらはひとつの半導体基板に集積化されている。電源ライン402は、VCCピンと接続される。フィードバック回路410および保護回路420は、電源ライン402の電源電圧VCCを受けて動作する。
The secondary-
フィードバック回路410はいわゆるシャントレギュレータであり、検出電圧VOUTSが基準電圧VREFに近づくように、言い換えれば出力電圧VOUTがその目標値VOUT(REF)に近づくように、フォトカプラ204の発光素子を駆動する。具体的にはフィードバック回路410は、検出電圧VOUTSと基準電圧VREFの誤差に応じた電流IPCによりフォトカプラ204の発光素子を駆動する。
The
たとえばフィードバック回路410は、エラーアンプ412およびパストランジスタ(pass transistor)414を含む。エラーアンプ412は、検出電圧VOUTSと基準電圧VREFの誤差を増幅する。パストランジスタ414はたとえばPチャンネルMOSFETであり、そのソースがSH_OUTピンと接続され、ゲートがエラーアンプ412の出力と接続される。パストランジスタ414には、エラーアンプ412の出力信号、すなわち検出電圧VOUTSと基準電圧VREFの誤差に応じた電流IPCが流れる。パストランジスタ414はNチャンネルであってもよい。またPNP型あるいはPNP型のバイポーラトランジスタであってもよい。
For example, the
エラーアンプ412の電源は、SH_OUTピンからとってもよい。この場合、保護回路420が電源ライン402から電源供給される。
The power supply of the
保護回路420は、異常状態を検出すると、フォトカプラ204の発光素子に電流を供給する。異常が発生すると、フォトカプラ204の発光素子に流れる順電流が増加し、フィードバック電流IFBが増加し、フィードバック電圧VFBが低下し、スイッチングトランジスタM1のスイッチングが停止して回路が保護される。
When the
特に限定されないが、本実施の形態では異常状態は過電圧状態であり、保護回路420は、過電圧状態を検出すると、フォトカプラ204に電流IOVPを供給するOVP回路である。
Although not particularly limited, in this embodiment, the abnormal state is an overvoltage state, and the
保護回路420は、異常検出回路421および保護トランジスタ426を含む。異常検出回路421は、異常状態(ここでは過電圧状態)を検出すると、リセットされるまで異常検出信号SOVP’のアサート状態を維持する。保護トランジスタ426は、異常検出信号SOVP’のアサート状態においてオン状態となる。
The
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。
The above is the configuration of the DC /
図4は、図3のDC/DCコンバータ200の動作波形図である。時刻t0より前は正常状態であり、出力電圧VOUTはその目標値VOUT(REF)に安定化されている。時刻t0に、何らかの異常が発生し、出力電圧VOUTが目標値VOUT(REF)から逸脱し、上昇し始める。出力電圧VOUTの上昇とともに、電源電圧VCCが上昇する。
FIG. 4 is an operation waveform diagram of the DC /
そして時刻t1に出力電圧VOUTが過電圧しきい値VOVPを超えると、保護回路420は、フォトカプラ204の発光素子に電流IOVPを供給する状態となり、その状態で固定(ラッチ)される。その結果、フィードバック電流IFBが増加、フィードバック信号VFBが低下し、スイッチングトランジスタM1のスイッチングが停止する。
When the output voltage V OUT exceeds the overvoltage threshold V OVP at time t 1 , the
スイッチングトランジスタM1のスイッチングが停止すると、出力キャパシタC1の充電が停止するため、出力電圧VOUTは時間ともに低下していき、二次側コントローラ400に供給される電源電圧VCCも低下していく。時刻t2に出力電圧VOUTが0Vまで低下する。一方、電源電圧VCCは出力電圧VOUTより遅く低下する。
When the switching of the switching transistor M1 stops, the charging of the output capacitor C1 stops, so that the output voltage VOUT decreases with time and the power supply voltage VCC supplied to the
時刻t3に二次側コントローラ400のVCCピンの電圧VCC’が解除しきい値VUVLOまで低下すると保護回路420の保護状態が解除され、IOVPがゼロとなる。その結果、フィードバック電流IFBもゼロとなり、フィードバック信号VFBが上昇し、スイッチングトランジスタM1のスイッチングが再開する。スイッチングの再開によって出力電圧VOUTは再び上昇し、電源電圧VCCも上昇する。
When the voltage V CC ′ of the VCC pin of the
過電圧の要因が残っていると、出力電圧VOUTは再び目標電圧VOUT(REF)を超えて上昇する。そして、出力電圧VOUTが過電圧しきい値VOVPを超えると、再び保護状態となる。DC/DCコンバータ200は、過電圧の要因が継続する間、動作、停止を時分割で交互に繰り返す。
If the cause of the overvoltage remains, the output voltage VOUT rises again exceeding the target voltage VOUT (REF) . When the output voltage VOUT exceeds the overvoltage threshold value V OVP , the protection state is entered again. The DC /
以上がDC/DCコンバータ200の動作である。このDC/DCコンバータ200によれば、間欠モードにおける停止期間を、図1(b)のフライバックコンバータ200Sに比べて長くすることができる。上述したように、回路素子は動作期間に発熱して温度が上昇し、停止期間において温度が緩和されるところ、停止期間を長くすることにより回路素子の温度上昇を抑制できる。
The above is the operation of the DC /
DC/DCコンバータ200の別の利点は、比較技術との対比によって明確となる。比較技術では、二次側コントローラ400のVCCピンは、出力ライン208と接続され、出力電圧VOUTが電源電圧として使用される。
Another advantage of the DC /
比較技術の動作を説明する。図5は、比較技術に係るDC/DCコンバータの動作波形図である。 The operation of the comparison technique will be described. FIG. 5 is an operation waveform diagram of the DC / DC converter according to the comparative technique.
時刻t0に、何らかの異常が発生し、出力電圧VOUTが目標値VOUT(REF)から逸脱し、上昇し始める。出力電圧VOUTの上昇とともに、電源電圧VCCが上昇する。 At time t 0 , some abnormality occurs, and the output voltage V OUT deviates from the target value V OUT (REF) and starts to rise. As the output voltage VOUT rises, the power supply voltage VCC rises.
そして時刻t1に出力電圧VOUTが過電圧しきい値VOVPを超えると、保護回路420は、フォトカプラ204の発光素子に電流IOVPを供給する状態となり、その状態で固定(ラッチ)される。その結果、フィードバック電流IFBが増加、フィードバック信号VFBが低下し、スイッチングトランジスタM1のスイッチングが停止する。
When the output voltage V OUT exceeds the overvoltage threshold V OVP at time t 1 , the
スイッチングトランジスタM1のスイッチングが停止すると、出力キャパシタC1の充電が停止するため、出力電圧VOUTは時間ともに低下していき、二次側コントローラ400に供給される電源電圧VCCも低下していく。電源電圧VCCは出力電圧VOUTより遅く低下する。
When the switching of the switching transistor M1 stops, the charging of the output capacitor C1 stops, so that the output voltage VOUT decreases with time and the power supply voltage VCC supplied to the
時刻t2に出力電圧VOUT、すなわちフォトカプラ204の発光素子のカソード電圧が、とある電圧レベルまで低下すると、保護電流IOVPが減少し、発光素子の輝度が低下する。これによりフィードバック電流IFBが減少し、フィードバック電圧VFBが上昇し、スイッチングトランジスタM1がスイッチングする。スイッチングトランジスタM1のスイッチングにより、出力電圧VOUTがわずかに上昇すると、保護電流IOVPがわずかに増加し、スイッチングトランジスタM1のスイッチングが停止し、あるいはそのスイッチングのデューティ比が小さくなる。
When the output voltage V OUT , that is, the cathode voltage of the light emitting element of the
このように比較技術では、過電圧状態の停止区間において、出力電圧VOUTが完全に0Vまで低下せずに、ある電圧レベルで平衡状態となり、スイッチングトランジスタM1のスイッチングも完全には停止しない。以上が比較技術の動作である。 As described above, in the comparative technique, in the stop period of the overvoltage state, the output voltage VOUT is not completely reduced to 0V, and is in an equilibrium state at a certain voltage level, and the switching of the switching transistor M1 is not completely stopped. The above is the operation of the comparison technique.
実施の形態に係るDC/DCコンバータ200によれば、出力電圧VOUTが低下しても、フォトカプラ204の発光素子の発光が維持されるため、図4に示すように、スイッチングトランジスタM1の停止状態を維持できる。
According to the DC /
本発明の一側面、図3のブロック図や回路図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、回路に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本発明の範囲を狭めるためではなく、発明の本質や回路動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な構成例や変形例を説明する。 It is understood as one aspect of the present invention, the block diagram and circuit diagram of FIG. 3, or extends to various devices and circuits derived from the above description, and is not limited to a specific configuration. In the following, more specific configuration examples and modifications will be described in order to help understand the essence and circuit operation of the invention and clarify them, not to narrow the scope of the present invention.
(第1構成例)
図6は、DC/DCコンバータの第1構成例(200A)を示す回路図である。
(First configuration example)
FIG. 6 is a circuit diagram showing a first configuration example (200A) of the DC / DC converter.
保護回路420Aは、過電圧保護(OVP:Over Voltage Protection)回路である。二次側コントローラ400Aの過電圧保護(OVP)ピンには、抵抗R31を介して電源電圧VCCが供給される。OVPピンには、外付けの抵抗R31と内蔵の抵抗R32によって電源電圧VCCを分圧した電圧VCC’が発生する。なお抵抗R32は外付け部品であってもよい。
The
上述のようにDC/DCコンバータ200Aのスイッチング動作中は、VCC≒VOUTであるから、VCCピンの電圧VCC’は、出力電圧VOUTに応じた電圧となる。保護回路420Aは、OVPピンの電圧VCC’が所定の過電圧しきい値VOVPを超えると、電流IOVPを発生して、フォトカプラ204を駆動する。
As described above, during the switching operation of the DC /
保護回路420Aは、OVPピンの電圧VCC’が、所定の過電圧しきい値VOVPを超えると、リセットされるまでの間、フォトカプラ204の駆動状態を維持するように構成される。
The
保護回路420Aは、異常検出回路421、保護トランジスタ426を備える。異常検出回路421は、異常状態(ここでは過電圧状態)を検出すると、リセットされるまで異常検出信号SOVPのアサート状態を維持する。保護トランジスタ426は、異常検出信号SOVPのアサート状態においてオン状態となる。
The
異常検出回路421は、過電圧検出コンパレータ422およびラッチ回路424を含む。過電圧検出コンパレータ422は、OVPピンの電圧VCC’を過電圧しきい値VOVPと比較し、過電圧状態(VCC’>VOVP)を検出すると、比較信号SOVP’をアサート(たとえばハイレベル)する。ラッチ回路424は、比較信号SOVP’をラッチする。ラッチ回路424はフリップフロップを含んでもよい。保護トランジスタ426はSH_OUTピンを介してフォトカプラ204の発光素子と接続され、ラッチ回路424の出力SOVPに応じてオン状態となる。
二次側コントローラ400Aは、UVLO(Under Voltage Lock Out)回路430を備えてもよい。UVLO回路430は、VCC’<VUVLOとなると、解除信号SRESETをアサート(たとえばローレベル)し、ラッチ回路424をリセットするリセット回路である。UVLO回路430によって、保護回路420AのOVP状態が解除されると、保護トランジスタ426がオフとなり、電流IOVPが停止する。
The secondary-
二次側コントローラ400Aにおいて、フィードバック回路410、保護回路420Aには、電源ライン402を介して電源電圧VCCが供給される。
In the
給電経路404は、SH_OUTピンからVCCピンへと片方向で給電するよう構成される。たとえば給電経路404は整流素子を含んでもよい。整流素子は、アノードがSH_OUTピン側、カソードがVCCピン(電源ライン402)側となる向きで設けられたダイオードを含む。
The
以上がDC/DCコンバータ200Aの構成である。続いてその動作を説明する。図7は、図6のDC/DCコンバータ200Aの動作波形図である。
The above is the configuration of the DC /
時刻t0より前は正常状態であり、出力電圧VOUTはその目標値VOUT(REF)に安定化されている。時刻t0に、何らかの異常が発生し、出力電圧VOUTが目標値VOUT(REF)から逸脱し、上昇し始める。 Prior to time t 0, the state is normal, and the output voltage V OUT is stabilized at the target value V OUT (REF) . At time t 0 , some abnormality occurs, and the output voltage V OUT deviates from the target value V OUT (REF) and starts to rise.
出力電圧VOUTの上昇とともに、電源電圧VCCおよびOVPピンの電圧VCC’が上昇する。そして時刻t1に電圧VCC’が過電圧しきい値VOVPを超えると、保護回路420は、フォトカプラ204の発光素子に電流IOVPを供給する状態となり、その状態で固定(ラッチ)される。その結果、フィードバック電流IFBが増加、フィードバック信号VFBが低下し、スイッチングトランジスタM1のスイッチングが停止する。
As the output voltage VOUT increases, the power supply voltage VCC and the voltage V CC ′ of the OVP pin increase. When the voltage V CC ′ exceeds the overvoltage threshold V OVP at time t 1 , the
スイッチングトランジスタM1のスイッチングが停止すると、出力キャパシタC1の充電が停止するため、出力電圧VOUTは時間ともに低下していき、二次側コントローラ400Aに供給される電源電圧VCCも低下していく。時刻t2に出力電圧VOUTが0Vまで低下する。一方、電源電圧VCCは出力電圧VOUTより遅く低下する。
When the switching of the switching transistor M1 is stopped, the output for the charging of the capacitor C1 is stopped, the output voltage V OUT will decrease both time, will also decrease supply voltage V CC is supplied to the
時刻t3にOVPピンの電圧VCC’がUVLO電圧VUVLOまで低下すると保護回路420Aの保護状態が解除され、IOVPがゼロとなる。その結果、フィードバック電流IFBもゼロとなり、フィードバック信号VFBが上昇し、スイッチングトランジスタM1のスイッチングが再開する。スイッチングの再開によって出力電圧VOUTは再び上昇し、電源電圧VCCも上昇する。
Time t 3 to the voltage of the OVP pin V CC 'is released protection state of the
過電圧の要因が残っていると、出力電圧VOUTは再び目標電圧VOUT(REF)を超えて上昇する。そして、OVPピンの電圧VCC’が過電圧しきい値VOVPを超えると、再び保護状態となる。DC/DCコンバータ200Aは、過電圧の要因が継続する間、動作、停止を時分割で交互に繰り返す。以上がDC/DCコンバータ200Aの動作である。
If the cause of the overvoltage remains, the output voltage VOUT rises again exceeding the target voltage VOUT (REF) . Then, when the voltage V CC ′ of the OVP pin exceeds the overvoltage threshold V OVP , the protection state is entered again. The DC /
図6のDC/DCコンバータ200Aによれば、停止期間の長さを長くすることにより、同期整流トランジスタM2の異常発熱を防止でき、信頼性を高めることができる。
According to the DC /
さらにDC/DCコンバータ200Aによれば、VCCピンにオープン異常が発生した場合であっても、電源ライン402には、SH_OUTピンから給電経路404を介して電圧が供給される。これによりフィードバック回路410および保護回路420Aは動作を継続することができ、信頼性を高めることができる。
Further, according to the DC /
(変形例)
図8(a)、(b)は、図3の二次側コントローラの変形例(400B,400C)の回路図である。図8(a)の二次側コントローラ400Bにおいて、保護回路420Bは、オートリセット回路428を備える。オートリセット回路428もまた、電源ライン402の電圧VCCを受けて動作する。
(Modification)
FIGS. 8A and 8B are circuit diagrams of modified examples (400B and 400C) of the secondary-side controller of FIG. In the
オートリセット回路428は、タイマー回路を含み、保護回路420BがOVP状態となってから所定時間の経過後に、ラッチ回路424をリセットする。この変形例によれば、オートリセット回路428が測定する時間に応じて、停止期間を設定できる。
The auto-
図8(b)の二次側コントローラ400Cでは、保護回路420Cは、ヒステリシスコンパレータ423および保護トランジスタ426を含む。ヒステリシスコンパレータ423は、OVPピンの電圧VCC’を、VOVPとVUVLOの二値で変化するしきい値電圧と比較し、比較結果に応じた異常検出信号SOVPを生成する。この構成によれば、図5の動作を実現できる。
In the secondary-
(第2構成例)
図9は、DC/DCコンバータの第2構成例(200D)を示す回路図である。DC/DCコンバータ200Dにおいて、二次側コントローラ400Dには、フィードバック回路410、保護回路420に加えて、同期整流コントローラ300Dが同一パッケージに収容されている。それらは同一の半導体基板(ダイ、チップ)に集積化されてもよいし、複数のダイに分割して集積化されてもよい。
(Second configuration example)
FIG. 9 is a circuit diagram showing a second configuration example (200D) of the DC / DC converter. In the DC /
SOURCEピンは、同期整流コントローラ300Dのグランド端子である。GATEピンおよびDRAINピンは、同期整流トランジスタM2のゲートおよびドレインと結線される。同期整流コントローラ300Dにもまた、電源ライン402から電源電圧VCCが供給される。図8(a)、(b)の変形例に係る二次側コントローラ400B,400Cに、同期整流コントローラ300Dを内蔵してもよい。
The SOURCE pin is a ground terminal of the
以下、第1の実施の形態に関連する変形例について説明する。 Hereinafter, modified examples related to the first embodiment will be described.
(第1変形例)
保護回路420は、過電圧保護回路に限定されない。たとえば同期整流トランジスタM2がスイッチングできないスイッチング不能状態を検出し、スイッチング不能状態において活性化状態となり、フォトカプラ204の発光素子を駆動してもよい。たとえば保護回路420は、二次側コントローラ400のGATEピンのオープン異常を検出してもよいし、二次側コントローラ400のDRAINピンのオープン異常を検出してもよい。
(First modification)
The
(第2変形例)
実施の形態では同期整流型のフライバックコンバータを例としたが、ダイオード整流型のフライバックコンバータにも本発明は適用可能である。また本発明は、LLCコンバータにも本発明は適用可能である。
(Second modification)
In the embodiment, the synchronous rectification type flyback converter is taken as an example, but the present invention can also be applied to a diode rectification type flyback converter. The present invention can also be applied to an LLC converter.
(第3変形例)
給電経路404の構成は、図2に示すようなダイオードには限定されず、SH_OUTピンの電圧の方がVCCピンの電圧より高いときにオン、そうでないときにオフするスイッチで構成してもよい。
(Third Modification)
The structure of the
(第4変形例)
補助電源回路210の構成は、図3等のそれに限定されない。たとえば、補助電源回路210を、出力電圧VOUTを入力とする昇圧型のチャージポンプで構成し、その出力電圧をVCCピンに供給してもよい。
(Fourth modification)
The configuration of the auxiliary
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態で解決しようとする課題を説明する。本発明者らは、図1(b)のDC/DCコンバータ200Sについて検討した結果、以下の課題を認識するに至った。フィードバック回路206の電源(VCC)ピンには、出力電圧VOUT(またはそれを起源とする電源電圧VCC)が供給され、フィードバック回路206の内部回路は、この出力電圧VOUTを電源電圧として動作する。
(Second Embodiment)
The problem to be solved by the second embodiment will be described. As a result of examining the DC /
VCCピンが基板から外れたり、基板上の配線が断線したりすると(これらをオープン異常という)、出力電圧VOUTがVCCピンに供給されなくなり、フィードバック回路206が動作不能となり、ひいては出力電圧VOUTが制御不能となる。
If the VCC pin is disconnected from the board or the wiring on the board is disconnected (these are called open abnormalities), the output voltage VOUT is not supplied to the VCC pin, the
同様の問題は、同期整流トランジスタM2および同期整流コントローラ300に代えて、整流ダイオードを備えるダイオード整流型のフライバックコンバータや、LLCコンバータにおいても生じうる。以下で説明する第2の実施の形態に係るDC/DCコンバータ200によれば、この問題が解決される。
A similar problem may occur in a diode rectification type flyback converter including an rectifier diode or an LLC converter instead of the synchronous rectification transistor M2 and the
図10は、第2の実施の形態に係る絶縁型のDC/DCコンバータ200の回路図である。DC/DCコンバータ200は、フライバックコンバータであり、その入力端子P1に入力電圧VINを受け、所定の目標電圧に安定化された直流の出力電圧VOUTを生成し、出力端子P2と接地端子P3の間に接続される負荷(不図示)に供給する。
FIG. 10 is a circuit diagram of an insulation type DC /
トランスT1は、一次巻線W1、二次巻線W2を有する。一次巻線W1の一端は入力端子P1と接続され、直流の入力電圧VINを受ける。スイッチングトランジスタM1のドレインは、トランスT1の一次巻線W1の他端と接続される。スイッチングトランジスタM1のソースと接地ラインの間には、電流検出用のセンス抵抗が挿入されてもよい。 The transformer T1 has a primary winding W1 and a secondary winding W2. One end of the primary winding W1 is connected to the input terminal P1 and receives a DC input voltage VIN . The drain of the switching transistor M1 is connected to the other end of the primary winding W1 of the transformer T1. A sense resistor for current detection may be inserted between the source of the switching transistor M1 and the ground line.
同期整流トランジスタM2およびトランスT1の二次巻線W2は、出力端子P2と接地端子P3の間に直列に設けられる。出力キャパシタC1は、出力端子P2と接地端子P3の間に接続される。 The synchronous rectification transistor M2 and the secondary winding W2 of the transformer T1 are provided in series between the output terminal P2 and the ground terminal P3. The output capacitor C1 is connected between the output terminal P2 and the ground terminal P3.
フォトカプラ204は、発光素子および受光素子を含む。発光素子は、抵抗R21,R22によってバイアスされている。
一次側コントローラ202は、フォトカプラ204の受光素子と接続される。一次側コントローラ202のフィードバック(FB)端子には、フォトカプラ204の受光素子に流れるフィードバック電流IFBに応じたフィードバック信号VFBが現れる。
The
一次側コントローラ202は、フィードバック信号VFBに応じたデューティ比(または周波数)を有するパルス信号を生成して出力(OUT)端子から出力し、スイッチングトランジスタM1を駆動する。一次側コントローラ202の構成や制御方式は特に限定されない。たとえば一次側コントローラ202は、電流モードの変調器であってもよい。
The primary-
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。たとえば同期整流コントローラ300は、同期整流トランジスタM2のドレインソース間電圧VDS2にもとづいて、制御パルスを生成し、制御パルスに応じたゲートパルスを同期整流トランジスタM2のゲートに供給する。同期整流コントローラ300の構成や動作も特に限定されず、公知技術を用いればよい。
The
続いて二次側コントローラ400の構成を説明する。
二次側コントローラ400は、制御入力(SH_IN)ピン、制御出力(SH_OUT)ピン、電源(VCC)ピン、接地(GND)ピンを備え、ひとつのパッケージに収容されている。SH_INピンには、出力電圧VOUTに応じた検出電圧VOUTSが入力される。たとえば検出電圧VOUTSは、抵抗R11,R12によって出力電圧VOUTを分圧した電圧である。SH_OUTピンは、フォトカプラ204の発光素子と接続される。GNDピンは接地端子P3(接地ライン)と接続される。VCCピンには、電源電圧VCCが供給される。図10では、電源電圧VCCとして出力電圧VOUTが利用されるが、後述のようにその限りではない。
Next, the configuration of the
The secondary-
二次側コントローラ400は、電源ライン402、給電経路404、フィードバック回路410、保護回路420を備え、それらはひとつの半導体基板に集積化されている。電源ライン402は、VCCピンと接続される。フィードバック回路410および保護回路420は、電源ライン402の電源電圧VCCを受けて動作する。
The secondary-
給電経路404は、SH_OUTピンからVCCピンへと片方向で給電するよう構成される。たとえば給電経路404は整流素子を含んでもよい。整流素子は、アノードがSH_OUTピン側、カソードがVCCピン(電源ライン402)側となる向きで設けられたダイオードを含む。
The
フィードバック回路410はいわゆるシャントレギュレータであり、検出電圧VOUTSが基準電圧VREFに近づくように、言い換えれば出力電圧VOUTがその目標値VOUT(REF)に近づくように、フォトカプラ204の発光素子を駆動する。具体的にはフィードバック回路410は、検出電圧VOUTSと基準電圧VREFの誤差に応じた電流IPCによりフォトカプラ204の発光素子を駆動する。
The
たとえばフィードバック回路410は、エラーアンプ412およびパストランジスタ(pass transistor)414を含む。エラーアンプ412は、検出電圧VOUTSと基準電圧VREFの誤差を増幅する。パストランジスタ414はたとえばPチャンネルMOSFETであり、そのソースがSH_OUTピンと接続され、ゲートがエラーアンプ412の出力と接続される。パストランジスタ414には、エラーアンプ412の出力信号、すなわち検出電圧VOUTSと基準電圧VREFの誤差に応じた電流IPCが流れる。パストランジスタ414はNチャンネルであってもよい。またPNP型あるいはPNP型のバイポーラトランジスタであってもよい。
For example, the
エラーアンプ412の電源は、SH_OUTピンからとってもよい。この場合、保護回路420が電源ライン402から電源供給される。
The power supply of the
保護回路420は、異常状態を検出すると、フォトカプラ204の発光素子に電流を供給する。異常が発生すると、フォトカプラ204の発光素子に流れる順電流が増加し、フィードバック電流IFBが増加し、フィードバック電圧VFBが低下し、スイッチングトランジスタM1のスイッチングが停止して回路が保護される。
When the
特に限定されないが、本実施の形態では異常状態は過電圧状態であり、保護回路420は、過電圧状態を検出すると、フォトカプラ204に電流IOVPを供給するOVP回路である。
Although not particularly limited, in this embodiment, the abnormal state is an overvoltage state, and the
以上がDC/DCコンバータ200の構成である。続いてその利点を説明する。
VCCピンがプリント基板から外れたり、VCCピンと出力ライン208を結ぶ配線が断線すると、電源ライン402への電源電圧VCCの供給が遮断される。そうすると、SH_OUTピンから給電経路404を介して、電源ライン402に代替の電源電圧が供給される。これにより、電源ライン402から電力供給を受ける回路ブロック(410,420)の動作を維持できる。
The above is the configuration of the DC /
Dislodged VCC pin from the printed circuit board, the wiring is disconnected connecting VCC pin and the
このように第2の実施の形態に係る二次側コントローラ400によれば、信頼性を高めることができる。
Thus, according to the
本発明は、図10のブロック図や回路図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、回路に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本発明の範囲を狭めるためではなく、発明の本質や回路動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な構成例や変形例を説明する。 The present invention is understood as the block diagram and circuit diagram of FIG. 10 or extends to various devices and circuits derived from the above description, and is not limited to a specific configuration. In the following, more specific configuration examples and modifications will be described in order to help understand the essence and circuit operation of the invention and clarify them, not to narrow the scope of the present invention.
(第1構成例)
図11は、DC/DCコンバータ200の第1構成例(200A)を示す回路図である。図11のDC/DCコンバータ200Aの2次側には、補助電源回路210が設けられる。補助電源回路210は、出力キャパシタC1とは別に設けられた電源キャパシタC2を含み、電源キャパシタC2に生ずる電源電圧VCCが、二次側コントローラ400AのVCCピンに供給される。補助電源回路210は、補助電源回路210と電源キャパシタC2の間に設けられた充電経路212を含む。充電経路212は、DC/DCコンバータ200Aの出力ライン208から電源キャパシタC2に向かう電流を許容し、逆向きの電流を阻止する整流素子を含んでもよい。整流素子は、アノードがDC/DCコンバータ200Aの出力ライン208側、カソードが電源キャパシタC2側となる向きで設けられたダイオードD2を含んでもよい。または整流素子はスイッチ(トランジスタ)であってもよい。
(First configuration example)
FIG. 11 is a circuit diagram showing a first configuration example (200A) of the DC /
DC/DCコンバータ200の動作中、電源キャパシタC2は、出力電圧VOUTと実質的に同電位に充電され、したがってVCCピンには、出力電圧VOUTと実質的に同電位の電源電圧VCCが供給される。
During operation of the DC /
また図11において、フォトカプラ204の発光素子のアノードは、抵抗を介して電源キャパシタC2と接続されている。つまり発光素子には、補助電源回路210からの電源電圧VCCが供給されている。
In FIG. 11, the anode of the light emitting element of the
DC/DCコンバータ200Aのスイッチング動作が停止すると、出力キャパシタC1は、負荷電流によって放電され、時間とともに低下する。一方、電源キャパシタC2は、フォトカプラ204の順電流および二次側コントローラ400AのVCCピンに流れる電流によって放電される。電源キャパシタC2の容量は、DC/DCコンバータ200Aの停止状態において、電源電圧VCCが出力電圧VOUTよりも遅く低下するように定められる。
When the switching operation of the DC /
保護回路420Aは、過電圧保護(OVP:Over Voltage Protection)回路である。二次側コントローラ400Aの過電圧保護(OVP)ピンには、抵抗R31を介して電源電圧VCCが供給される。OVPピンには、外付けの抵抗R31と内蔵の抵抗R32によって電源電圧VCCを分圧した電圧VCC’が発生する。なお抵抗R32は外付け部品であってもよい。
The
上述のようにDC/DCコンバータ200Aのスイッチング動作中は、VCC≒VOUTであるから、VCCピンの電圧VCC’は、出力電圧VOUTに応じた電圧となる。保護回路420Aは、OVPピンの電圧VCC’が所定の過電圧しきい値VOVPを超えると、電流IOVPを発生して、フォトカプラ204を駆動する。
As described above, during the switching operation of the DC /
保護回路420Aは、OVPピンの電圧が、所定の過電圧しきい値VOVPを超えると、リセットされるまでの間、フォトカプラ204の駆動状態を維持するように構成される。
The
保護回路420Aは、異常検出回路421、保護トランジスタ426を備える。異常検出回路421は、異常状態(ここでは過電圧状態)を検出すると、リセットされるまで異常検出信号SOVPのアサート状態を維持する。保護トランジスタ426は、異常検出信号SOVPのアサート状態においてオン状態となる。
The
異常検出回路421は、過電圧検出コンパレータ422およびラッチ回路424を含む。過電圧検出コンパレータ422は、OVPピンの電圧VCC’を過電圧しきい値VOVPと比較し、過電圧状態(VCC’>VOVP)を検出すると、比較信号SOVP’をアサート(たとえばハイレベル)する。ラッチ回路424は、比較信号SOVP’をラッチする。ラッチ回路424はフリップフロップを含んでもよい。保護トランジスタ426はSH_OUTピンを介してフォトカプラ204の発光素子と接続され、ラッチ回路424の出力SOVPに応じてオン状態となる。
二次側コントローラ400Aは、UVLO(Under Voltage Lock Out)回路430を備えてもよい。UVLO回路430は、VCC’<VUVLOとなると、解除信号SRESETをアサート(たとえばローレベル)し、ラッチ回路424をリセットするリセット回路である。UVLO回路430によって、保護回路420AのOVP状態が解除されると、保護トランジスタ426がオフとなり、電流IOVPが停止する。
The secondary-
二次側コントローラ400Aにおいて、フィードバック回路410、保護回路420Aには、電源ライン402を介して電源電圧VCCが供給される。
In the
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によれば、VCCピンにオープン異常が発生した場合であっても、電源ライン402には、SH_OUTピンから給電経路404を介して電圧が供給される。これによりフィードバック回路410、保護回路420Aは動作を継続することができ、信頼性を高めることができる。
The above is the configuration of the DC /
According to the DC /
DC/DCコンバータ200Aによれば、図10のDC/DCコンバータ200において生じうる別の問題が解決される。図10に示すように、VCCピンに出力電圧VOUTを直接供給した構成(第1比較技術)の過電圧保護について説明する。
According to the DC /
図12は、第1比較技術に係るDC/DCコンバータ200の動作波形図である。時刻t0より前は正常状態であり、出力電圧VOUTはその目標値VOUT(REF)に安定化されている。時刻t0に、何らかの異常が発生し、出力電圧VOUTが目標値VOUT(REF)から逸脱し、上昇し始める。
FIG. 12 is an operation waveform diagram of the DC /
時刻t1に出力電圧VOUTが過電圧しきい値VOVPを超えると、保護回路420は、フォトカプラ204の発光素子に電流IOVPを供給する状態となり、リセットされるまでの間、その状態で固定(ラッチ)される。その結果、フィードバック電流IFBが増加、フィードバック信号VFBが低下し、スイッチングトランジスタM1のスイッチングが停止する。
When the output voltage V OUT exceeds the overvoltage threshold V OVP at time t 1 , the
スイッチングトランジスタM1のスイッチングが停止すると、出力キャパシタC1の充電が停止するため、出力電圧VOUTは時間ともに低下していき、二次側コントローラ400に供給される電源電圧VCCも低下していく。したがって保護回路420は、出力電圧VOUTが低下すると、動作不能となり電流IOVPを維持できなくなる。
When the switching of the switching transistor M1 stops, the charging of the output capacitor C1 stops, so that the output voltage VOUT decreases with time and the power supply voltage VCC supplied to the
出力電圧VOUTすなわち電源電圧VCCの低下により、時刻t2に電流IOVP(および電流IERR)がゼロとなると、フィードバック電流IFBもゼロとなり、フィードバック信号VFBが上昇し、スイッチングトランジスタM1のスイッチングが再開する。スイッチングの再開によって出力電圧VOUTは再び上昇し始める。 The decrease in the output voltage V OUT That power supply voltage V CC, the current I OVP (and current I ERR) becomes zero to time t 2, the feedback current I FB becomes zero, the feedback signal V FB rises, the switching transistor M1 Switching resumes. By restarting switching, the output voltage VOUT begins to rise again.
過電圧の要因が残っていると、出力電圧VOUTは再び過電圧しきい値VOVPまで到達する。DC/DCコンバータ200Sは、動作、停止を時分割で交互に繰り返すこととなる(間欠モードという)。
If the cause of the overvoltage remains, the output voltage VOUT reaches the overvoltage threshold V OVP again. The DC /
DC/DCコンバータ200を構成する回路素子、具体的には同期整流トランジスタM2やスイッチングトランジスタM1の発熱が問題となる場合がある。図12の間欠モードでは、動作期間に発熱して温度が上昇し、停止期間において温度が緩和される。したがって停止期間が短いと、回路素子の温度がどんどん上昇していく。以上が第1比較技術において生じうる問題点である。
There is a case where heat generation of the circuit elements constituting the DC /
続いて、図11のDC/DCコンバータ200Aの過電圧保護の動作を説明する。
図13は、図11のDC/DCコンバータ200Aの動作波形図である。
時刻t0より前は正常状態であり、出力電圧VOUTはその目標値VOUT(REF)に安定化されている。時刻t0に、何らかの異常が発生し、出力電圧VOUTが目標値VOUT(REF)から逸脱し、上昇し始める。
Next, the overvoltage protection operation of the DC /
FIG. 13 is an operation waveform diagram of the DC /
Prior to time t 0, the state is normal, and the output voltage V OUT is stabilized at the target value V OUT (REF) . At time t 0 , some abnormality occurs, and the output voltage V OUT deviates from the target value V OUT (REF) and starts to rise.
出力電圧VOUTの上昇とともに、電源電圧VCCおよびOVPピンの電圧VCC’が上昇する。そして時刻t1に電圧VCC’が過電圧しきい値VOVPを超えると、保護回路420は、フォトカプラ204の発光素子に電流IOVPを供給する状態となり、その状態で固定(ラッチ)される。その結果、フィードバック電流IFBが増加、フィードバック信号VFBが低下し、スイッチングトランジスタM1のスイッチングが停止する。
As the output voltage VOUT increases, the power supply voltage VCC and the voltage V CC ′ of the OVP pin increase. When the voltage V CC ′ exceeds the overvoltage threshold V OVP at time t 1 , the
スイッチングトランジスタM1のスイッチングが停止すると、出力キャパシタC1の充電が停止するため、出力電圧VOUTは時間ともに低下していき、二次側コントローラ400Aに供給される電源電圧VCCも低下していく。時刻t2に出力電圧VOUTが0Vまで低下する。一方、電源電圧VCCは出力電圧VOUTより遅く低下する。
When the switching of the switching transistor M1 is stopped, the output for the charging of the capacitor C1 is stopped, the output voltage V OUT will decrease both time, will also decrease supply voltage V CC is supplied to the
時刻t3にOVPピンの電圧VCC’がUVLO電圧VUVLOまで低下すると保護回路420Aの保護状態が解除され、IOVPがゼロとなる。その結果、フィードバック電流IFBもゼロとなり、フィードバック信号VFBが上昇し、スイッチングトランジスタM1のスイッチングが再開する。スイッチングの再開によって出力電圧VOUTは再び上昇し、電源電圧VCCも上昇する。
Time t 3 to the voltage of the OVP pin V CC 'is released protection state of the
過電圧の要因が残っていると、出力電圧VOUTは再び目標電圧VOUT(REF)を超えて上昇する。そして、OVPピンの電圧VCC’が過電圧しきい値VOVPを超えると、再び保護状態となる。DC/DCコンバータ200Aは、過電圧の要因が継続する間、動作、停止を時分割で交互に繰り返す。
If the cause of the overvoltage remains, the output voltage VOUT rises again exceeding the target voltage VOUT (REF) . Then, when the voltage V CC ′ of the OVP pin exceeds the overvoltage threshold V OVP , the protection state is entered again. The DC /
以上がDC/DCコンバータ200Aの動作である。このDC/DCコンバータ200Aによれば、間欠モードにおける停止期間を、図10のDC/DCコンバータ200に比べて長くすることができる。上述したように、回路素子は動作期間に発熱して温度が上昇し、停止期間において温度が緩和されるところ、停止期間を長くすることにより回路素子の温度上昇を抑制できる。
The above is the operation of the DC /
停止期間の長さは、出力電圧VOUTの低下速度とは無関係に、適切な温度範囲に収まるように、電源キャパシタC2の容量値にもとづいて決定することができる。 The length of the stop period can be determined based on the capacitance value of the power supply capacitor C2 so as to be within an appropriate temperature range regardless of the rate of decrease of the output voltage VOUT .
一方、第1比較技術においても、停止期間中のキャパシタC1の放電電流が十分に小さい場合には、図12の停止期間が長くなる。したがってそのような場合には、二次側コントローラ400の電源ピンに、出力ライン208から供給してもよい。
On the other hand, also in the first comparative technique, when the discharge current of the capacitor C1 during the stop period is sufficiently small, the stop period of FIG. 12 becomes long. Accordingly, in such a case, the power supply pin of the
図11のDC/DCコンバータ200Aは、図10のDC/DCコンバータ200に比べてのさらに以下の利点を説明する。この利点を明確化するために、フォトカプラ204の発光素子を図10のように、出力ライン208と接続した構成(第2比較技術という)の動作を説明する。
The DC /
この第2比較技術では、異常状態(たとえば過電圧状態)において保護回路420がフォトカプラ204を駆動すると、順電流および出力電流によって出力キャパシタC1が放電されるため、出力電圧VOUTが低下する。出力電圧VOUTが低下すると、フォトカプラ204の順電流(IOVP)が減少して発光が停止し、一次側の動作が再開し、出力電圧VOUTが上昇し、フォトカプラ204が発光可能となる。この動作を繰り返すことにより、過電圧状態において、出力電圧VOUTが0Vより高いとある電圧レベルで平衡する。
In the second comparison technique, when the
アプリケーションによっては、停止期間において一次側のスイッチングを完全に停止し、出力電圧VOUTを完全に0Vまで低下させたい場合もある。これが第2比較技術において生じうる問題点である。 Depending on the application, it may be desired to completely stop the switching on the primary side during the stop period and to reduce the output voltage VOUT to 0V completely. This is a problem that may occur in the second comparison technique.
図11のDC/DCコンバータ200Aによれば、フォトカプラ204の発光素子には、補助電源回路210からの電源電圧VCCが供給される。電源電圧VCCは、出力電圧VOUTより遅く低下するため、フォトカプラ204の順電流は、出力電圧VOUTが0Vまで低下した後、電源電圧VCCが十分に小さくなるまで流れ続ける。これにより、停止期間において、スイッチングトランジスタM1のスイッチングを完全に停止し、出力電圧VOUTをゼロVまで低下させることができる。
According to the DC /
(変形例)
図14(a)、(b)は、図11の二次側コントローラ400Aの変形例(400B,400C)の回路図である。図14(a)の二次側コントローラ400Bにおいて、保護回路420Bは、オートリセット回路428を備える。オートリセット回路428もまた、電源ライン402の電圧VCCを受けて動作する。
(Modification)
14A and 14B are circuit diagrams of modified examples (400B, 400C) of the secondary-
オートリセット回路428は、タイマー回路を含み、保護回路420BがOVP状態となってから所定時間の経過後に、ラッチ回路424をリセットする。この変形例によれば、オートリセット回路428が測定する時間に応じて、停止期間を設定できる。
The auto-
図14(b)の二次側コントローラ400Cでは、保護回路420Cは、ヒステリシスコンパレータ423および保護トランジスタ426を含む。ヒステリシスコンパレータ423は、OVPピンの電圧VCC’を、VOVPとVUVLOの二値で変化するしきい値電圧と比較し、比較結果に応じた異常検出信号SOVPを生成する。この構成によれば、図13の動作を実現できる。
In the
(第2構成例)
図15は、DC/DCコンバータの第2構成例(200D)を示す回路図である。DC/DCコンバータ200Dにおいて、二次側コントローラ400Dには、フィードバック回路410、保護回路420に加えて、同期整流コントローラ300Dが同一パッケージに収容されている。それらは同一の半導体基板(ダイ、チップ)に集積化されてもよいし、複数のダイに分割して集積化されてもよい。
(Second configuration example)
FIG. 15 is a circuit diagram showing a second configuration example (200D) of the DC / DC converter. In the DC /
SOURCEピンは、同期整流コントローラ300Dのグランド端子である。GATEピンおよびDRAINピンは、同期整流トランジスタM2のゲートおよびドレインと結線される。同期整流コントローラ300Dにもまた、電源ライン402から電源電圧VCCが供給される。図14(a)、(b)の変形例に係る二次側コントローラ400B,400Cに、同期整流コントローラ300Dを内蔵してもよい。
The SOURCE pin is a ground terminal of 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.
(第1変形例)
保護回路420は、過電圧保護回路に限定されない。たとえば同期整流トランジスタM2がスイッチングできないスイッチング不能状態を検出し、スイッチング不能状態において活性化状態となり、フォトカプラ204の発光素子を駆動してもよい。たとえば保護回路420は、二次側コントローラ400のGATEピンのオープン異常を検出してもよいし、二次側コントローラ400のDRAINピンのオープン異常を検出してもよい。
(First modification)
The
(第2変形例)
実施の形態では同期整流型のフライバックコンバータを例としたが、ダイオード整流型のフライバックコンバータにも本発明は適用可能である。また本発明は、LLCコンバータにも本発明は適用可能である。
(Second modification)
In the embodiment, the synchronous rectification type flyback converter is taken as an example, but the present invention can also be applied to a diode rectification type flyback converter. The present invention can also be applied to an LLC converter.
(第3変形例)
給電経路404の構成は、図10に示すようなダイオードには限定されず、SH_OUTピンの電圧の方がVCCピンの電圧より高いときにオン、そうでないときにオフするスイッチで構成してもよい。
(Third Modification)
The configuration of the
(第4変形例)
上述の第2比較技術に関連した説明したように、異常状態において、出力電圧VOUTがとある電圧レベルで安定化しても問題が生じないアプリケーションにおいては、図11のフォトカプラ204の発光素子のアノードを、抵抗を介して出力ライン208と接続してもよい。
(Fourth modification)
As described in relation to the second comparative technique described above, in an application where no problem occurs even when the output voltage VOUT is stabilized at a certain voltage level in an abnormal state, the light-emitting element of the
(第5変形例)
二次側コントローラ400のVCCピンに供給される電源電圧は、出力電圧VOUTや図11の補助電源回路210が生成した電圧に限定されない。たとえば、補助電源回路210を、出力電圧VOUTを入力とする昇圧型のチャージポンプで構成し、その出力電圧をVCCピンに供給してもよい。
(5th modification)
The power supply voltage supplied to the VCC pin of the
なお、第1の実施の形態の任意の技術的特徴と、第2の実施の形態の任意の技術的特徴は、それらの阻害要因がない範囲において組み合わせることが可能であり、その組み合わせ技術も本発明の範囲に含まれる。 It should be noted that the arbitrary technical features of the first embodiment and the arbitrary technical features of the second embodiment can be combined within a range in which there are no obstruction factors, and the combination technique is also described in this book. It is included in the scope of the invention.
(用途)
続いて、第1、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。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16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。
(Use)
Subsequently, the application of the DC /
AC/DCコンバータ100は、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200を備える。フィルタ102は、交流電圧VACのノイズを除去する。整流回路104は、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。平滑キャパシタ106は、全波整流された電圧を平滑化し、直流電圧VINを生成する。DC/DCコンバータ200は直流電圧VINを受け、出力電圧VOUTを生成する。
The AC /
図17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、ラップトップコンピュータ、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. 17 is a diagram illustrating an
図18(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18(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。
18A and 18B are diagrams showing an
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。
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、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…一次巻線、W2…二次巻線、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…一次側コントローラ、204…フォトカプラ、210…補助電源回路、D2…ダイオード、C2…電源キャパシタ、400…二次側コントローラ、402…電源ライン、404…給電経路、410…フィードバック回路、412…エラーアンプ、414…パストランジスタ、420…保護回路、421…異常検出回路、422…過電圧検出コンパレータ、423…ヒステリシスコンパレータ、424…ラッチ回路、426…保護トランジスタ、428…オートリセット回路、430…UVLO回路、300…同期整流コントローラ、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, M1 ... switching transistor, M2 ... synchronous rectification transistor, C1 ... output capacitor, T1 ... transformer, W1 ... primary winding, W2 ... secondary winding, 100 ... AC / DC converter, DESCRIPTION OF
Claims (32)
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に流れる電流によって充電される出力キャパシタと、
発光素子および受光素子を含むフォトカプラと、
前記出力キャパシタに生ずる出力電圧に応じた検出電圧が基準電圧に近づくように、前記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、
前記フォトカプラの前記受光素子と接続され、前記受光素子の状態にもとづく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制御する一次側コントローラと、
異常状態を検出すると活性化し、前記発光素子を駆動する保護回路と、
前記出力キャパシタとは別に設けられた電源キャパシタを含み、前記電源キャパシタに生ずる電源電圧を前記保護回路および前記フォトカプラの前記発光素子のアノードに供給する補助電源回路と、
を備えることを特徴とするDC/DCコンバータ。 An insulated synchronous rectification type DC / DC converter,
A transformer having a primary winding and a secondary winding;
A switching transistor connected to the primary winding of the transformer;
An output capacitor charged by a current flowing through the secondary winding of the transformer;
A photocoupler including a light emitting element and a light receiving element;
A feedback circuit that drives the light emitting element of the photocoupler so that a detection voltage corresponding to an output voltage generated in the output capacitor approaches a reference voltage;
A primary controller that is connected to the light receiving element of the photocoupler and controls the switching transistor according to a feedback signal based on a state of the light receiving element;
A protection circuit that activates upon detection of an abnormal state and drives the light emitting element;
An auxiliary power supply circuit including a power supply capacitor provided separately from the output capacitor, and supplying a power supply voltage generated in the power supply capacitor to the anode of the light emitting element of the protection circuit and the photocoupler;
A DC / DC converter comprising:
異常状態を検出すると、リセットされるまで異常検出信号のアサート状態を維持する異常検出回路と、
前記異常検出信号のアサート状態においてオン状態となるトランジスタと、
を含み、前記異常検出回路に前記電源電圧が供給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。 The protection circuit is
When an abnormal state is detected, an abnormality detection circuit that maintains the asserted state of the abnormality detection signal until it is reset,
A transistor that is turned on in the asserted state of the abnormality detection signal;
The DC / DC converter according to claim 1, wherein the power supply voltage is supplied to the abnormality detection circuit.
前記2次側コントローラは、前記フィードバック回路に加えて、
前記フォトカプラの前記発光素子と接続されるべき制御出力ピンと、
電源電圧を受けるべき電源ピンと、
前記DC/DCコンバータの出力電圧に応じた検出電圧を受けるべき制御入力ピンと、
前記制御出力ピンから前記電源ピンへと給電するための給電経路と、
を備え、
前記フィードバック回路は、前記検出電圧と基準電圧の誤差を増幅し、前記誤差に応じた電流を前記フォトカプラの前記発光素子に供給することを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載のDC/DCコンバータ。 The feedback circuit is built in the secondary controller,
In addition to the feedback circuit, the secondary controller
A control output pin to be connected to the light emitting element of the photocoupler;
A power supply pin to receive the power supply voltage; and
A control input pin to receive a detection voltage according to the output voltage of the DC / DC converter;
A power supply path for supplying power from the control output pin to the power supply pin;
With
9. The feedback circuit according to claim 1, wherein the feedback circuit amplifies an error between the detection voltage and a reference voltage and supplies a current corresponding to the error to the light emitting element of the photocoupler. DC / DC converter.
前記保護回路の少なくとも一部に、前記電源ピンの前記電源電圧が供給されることを特徴とする請求項9から11のいずれかに記載のDC/DCコンバータ。 It is activated when an abnormal state is detected, and further comprises a protection circuit that drives the light emitting element,
12. The DC / DC converter according to claim 9, wherein the power supply voltage of the power supply pin is supplied to at least a part of the protection circuit.
前記電源ピンに供給される前記電源電圧は、前記DC/DCコンバータの停止状態において、前記出力電圧よりも遅く低下することを特徴とする請求項12に記載のDC/DCコンバータ。 When the overvoltage state is detected, the protection circuit is configured to maintain a state of driving the light emitting element until reset.
13. The DC / DC converter according to claim 12, wherein the power supply voltage supplied to the power supply pin decreases later than the output voltage when the DC / DC converter is stopped.
前記過電圧状態を検出すると、異常検出信号をアサートする過電圧検出コンパレータと、
前記異常検出信号をラッチするラッチ回路と、
前記発光素子と接続され、前記ラッチ回路の出力に応じてオン状態となる保護トランジスタと、
を含むことを特徴とする請求項13に記載のDC/DCコンバータ。 The protection circuit is
When detecting the overvoltage state, an overvoltage detection comparator that asserts an abnormality detection signal;
A latch circuit for latching the abnormality detection signal;
A protection transistor connected to the light emitting element and turned on in accordance with an output of the latch circuit;
The DC / DC converter according to claim 13, comprising:
監視対象の電圧が上側のしきい値を超えると異常検出信号をアサートし、前記監視対象の電圧が下側のしきい値を下回ると異常検出信号をネゲートするヒステリシスコンパレータと、
前記発光素子と接続され、前記異常検出信号に応じてオン状態となる保護トランジスタと、
を含むことを特徴とする請求項13に記載のDC/DCコンバータ。 The protection circuit is
A hysteresis comparator that asserts an abnormality detection signal when the monitored voltage exceeds the upper threshold, and negates the abnormality detection signal when the monitored voltage falls below the lower threshold;
A protection transistor connected to the light emitting element and turned on in response to the abnormality detection signal;
The DC / DC converter according to claim 13, comprising:
前記検出電圧と前記基準電圧の誤差を増幅するエラーアンプと、
前記制御出力ピンと接続され、前記エラーアンプの出力信号に応じて駆動されるパストランジスタと、
を含むことを特徴とする請求項9から15のいずれかに記載のDC/DCコンバータ。 The feedback circuit includes:
An error amplifier for amplifying an error between the detection voltage and the reference voltage;
A pass transistor connected to the control output pin and driven in accordance with an output signal of the error amplifier;
The DC / DC converter according to claim 9, comprising:
異常状態を検出すると、リセットされるまで異常検出信号のアサート状態を維持する異常検出回路と、
前記異常検出信号のアサート状態においてオン状態となるトランジスタと、
を含み、前記異常検出回路に前記電源電圧が供給されることを特徴とする請求項18から21のいずれかに記載のDC/DCコンバータ。 The protection circuit is
When an abnormal state is detected, an abnormality detection circuit that maintains the asserted state of the abnormality detection signal until it is reset,
A transistor that is turned on in the asserted state of the abnormality detection signal;
The DC / DC converter according to any one of claims 18 to 21, wherein the power supply voltage is supplied to the abnormality detection circuit.
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て負荷に供給する請求項1から28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 diode rectifier circuit for full-wave rectification of commercial AC voltage;
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 1 to 28, wherein the DC input voltage is stepped down and supplied to a load.
An electronic device comprising:
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て負荷に供給する請求項1から28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 diode rectifier circuit for full-wave rectification of commercial AC voltage;
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 1 to 28, wherein the DC input voltage is stepped down and supplied to a load.
A power adapter comprising:
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を制御するステップと、
トランスの二次巻線に流れる電流を整流して出力キャパシタを充電し、出力電圧を生成するステップと、
前記出力キャパシタとは別に設けられた電源キャパシタによって電源電圧を生成するステップと、
前記電源電圧を、フォトカプラの発光素子を駆動する二次側コントローラおよび前記発光素子のカソードに供給するステップと、
異常状態を検出すると、前記発光素子を駆動する状態を維持するステップと、
を備えることを特徴とする方法。 A method for controlling an isolated synchronous rectification type DC / DC converter, comprising:
Controlling a switching transistor connected to the primary winding of the transformer;
Rectifying the current flowing in the secondary winding of the transformer to charge the output capacitor and generating an output voltage;
Generating a power supply voltage by a power supply capacitor provided separately from the output capacitor;
Supplying the power supply voltage to a secondary-side controller that drives a light-emitting element of a photocoupler and a cathode of the light-emitting element;
Detecting an abnormal state, maintaining a state of driving the light emitting element;
A method comprising the steps of:
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