JP2020048333A - 電源制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、絶縁型スイッチング電源を備えた電子機器の全体構成を示す図である。本構成例の電子機器Xは、絶縁型スイッチング電源1と、絶縁型スイッチング電源1から電力供給を受けて動作する負荷2と、を有する。
図2は、電源IC100の一構成例を示す図である。本構成例の電源IC100には、コンパレータ101〜108と、スタータ109と、コントローラ110と、RSフリップフロップ111と、ドライバ112と、ゲイン調整部113と、スロープ補償部114と、加算部115と、オシレータ116と、最大デューティ設定部117と、抵抗118と、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ119が集積化されている。
次に、トランジスタN1のオンデューティ制御について簡単に説明する。先述の通り、Vod>VoREFであるときには、両者の差分値(=|Vod−VoREF|)が大きいほど駆動電流ILEDが増大するので、帰還電流Ifbも増大する。帰還電流Ifbが増大すると、帰還電圧Vfbが低下して基準電圧Vrefとの交差タイミングが早まる。従って、オフタイミング信号S6の立上りタイミングが早くなり、リセット信号S10の立上りタイミングが早くなる。その結果、PWM信号S11(延いてはゲート信号G1)の立下りタイミングが早くなり、トランジスタN1のオンデューティDonが小さくなるので、直流出力電圧Voが低下する。
次に、電源IC100の動作モード切替について説明する。先にも述べたように、コントローラ110は、軽負荷検出信号S2、無負荷検出信号S3、及び、即時復帰検出信号S4に基づいて、消費電力の異なる複数の動作モードを切り替える機能を備えている。
図5は、コントローラ110の第1構成例を示す図である。本構成例のコントローラ110は、電源IC100の動作モード切替に関連する機能ブロックとして、エッジ検出部aと、第1タイマ部bと、第2タイマ部cと、動作モード切替部dと、を含む。
図6は、軽負荷モード(MODE2)における電源IC100の内部動作状態を示す図である。本図中の×印で示すように、軽負荷モード(MODE2)では、コンパレータ101及び107と、コントローラ110の一部(=過電圧検出信号S1と過負荷検出信号S7の信号処理に関連する機能部)が動作を停止し、それぞれの消費電流が削減される。
図8は、無負荷モード(MODE3)における電源IC100の内部動作状態を示す図である。本図中の×印で示すように、無負荷モード(MODE3)では、先の軽負荷モード(MODE2)と同様の消費電流低減が行われるほか、さらに、トランジスタN1のバースト停止期間において、コンパレータ101〜103、コンパレータ106〜108、オシレータ116、最大デューティ設定部117、並びに、コントローラ110のほぼ全ての部分(=即時復帰検出信号S4とバースト検出信号S5の信号処理に関連する機能部以外)が動作を停止し、それぞれの消費電流が削減される。
図10は、コントローラ110の第2構成例を示す図である。本構成例のコントローラ110は、無負荷モード(MODE3)のバースト制御に関連する機能ブロックとして、バースト制御部eを含む。
図11は、無負荷モード(MODE3)におけるバースト制御の一例を示すタイミングチャートであり、上から順に、帰還電圧Vfb、パワーセーブ信号PS、バースト停止信号STOP、ゲート信号G1、センス電圧Vcs、帰還電流Ifb、及び、電源電圧Vccが描写されている。
図12は、ゲイン調整部113の一構成例を示す図である。本構成例のゲイン調整部113は、複数の動作モード毎にトランジスタN1に流れる一次電流Ipのピーク電流値を切り替えるピーク電流切替部として機能する回路ブロックであり、抵抗R9〜R12と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタN2及びN3と、否定論理和演算器NORと、インバータINVと、を含む。
上記では、電源IC100の動作モード毎に一次電流Ipのピーク電流値を切り替える構成を例に挙げたが、ピーク電流切替(ゲイン調整)は、必ずしも電源IC100の動作モード切替と組み合わせて実施する必要はなく、軽負荷検出時に一次電流Ipのピーク電流値を引き上げることにより、軽負荷時(待機時)の高効率化を実現することができる。
図13は、パッケージレイアウトの一例を示す図(XZ平面図)である。本図の電源IC100では、第1チップ100aと第2チップ100bがアイランド100c上に実装されている。
一次巻線L1のインダクタンスをLpとし、スイッチング周波数をFswとした場合、トランジスタN1の消費電力Pは、次の(1)式で表される。
図15は、最小オン幅設定部の第1実施例を示す図である。本実施例の最小オン幅設定部120は、電流源121及び122と、論理積演算器123と、キャパシタ124と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ125と、インバータ段126と、可変抵抗127及び128と、コンパレータ129と、を含む。
なお、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
1p 一次回路系(GND1系)
1s 二次回路系(GND2系)
2 負荷
10 整流部
11 フィルタ
12 ダイオードブリッジ
13、14 キャパシタ
20 DC/DC変換部
100 電源IC(電源制御装置)
100a 第1チップ
100b 第2チップ
100c アイランド
101〜108 コンパレータ
109 スタータ
110 コントローラ
111 RSフリップフロップ
112 ドライバ
113 ゲイン調整部(ピーク電流切替部)
114 スロープ補償部
115 加算部
116 オシレータ
117 最大デューティ設定部
118 抵抗
119 Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ
120 最小オン幅設定部
121、122 電流源
123 論理積演算器
124 キャパシタ
125 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
126 インバータ段
127、128 可変抵抗
129 コンパレータ
12A オペアンプ
12B Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
12C 抵抗
12D カレントミラー
a エッジ検出部
a1 インバータ
a2〜a5 Dフリップフロップ
b 第1タイマ部
b1〜b4 タイマ
b5、b6 RSフリップフロップ
b7〜b10 インバータ
c 第2タイマ部
c1 タイマ
d 動作モード切替部
d1〜d3 Dフリップフロップ
d4 アップダウンカウンタ
e バースト制御部
e1 ワンショットパルス生成部
e2、e3 タイマ
e4 論理和演算器
AND 論理積演算器
C1〜C4 キャパシタ
D1〜D4 ダイオード
INV インバータ
L1 一次巻線
L2 二次巻線
L3 補助巻線
LED 発光ダイオード
N1〜N3 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
NOR 否定論理和演算器
OR 論理和演算器
PT フォトトランジスタ
PW 商用交流電源
R1〜R12 抵抗
REG シャントレギュレータ
TR トランス
T1〜T8 外部端子
W1〜W12 ワイヤ
X 電子機器
Claims (10)
- スイッチング電源の制御主体となる電源制御装置であって、
負荷に応じて出力スイッチの最小オン幅を設定する最小オン幅設定部を有することを特徴とする電源制御装置。 - 前記最小オン幅設定部は、前記負荷が軽いほど前記最小オン幅を大きくすることを特徴とする請求項1に記載の電源制御装置。
- 前記最小オン幅設定部は、
前記負荷に応じた傾きで変化する第1電圧を生成する第1電圧生成部と、
所定の第2電圧を生成する第2電圧生成部と、
前記第1電圧と前記第2電圧を比較することにより最小オン幅設定信号を生成するコンパレータと、
を含むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電源制御装置。 - 前記第1電圧生成部は、
その両端間電圧が前記第1電圧として出力されるキャパシタと、
前記負荷に応じて前記キャパシタの充電電流を生成する充電電流生成部と、
前記出力スイッチのオンタイミングで前記キャパシタを放電する放電スイッチと、
を含むことを特徴とする請求項3に記載の電源制御装置。 - 前記充電電流生成部は、
前記負荷に応じてオン/オフされる第1電流を生成する第1電流源と、
常にオンされる第2電流を生成する第2電流源と、
を含み、
前記第1電流と前記第2電流を足し合わせて前記充電電流を生成することを特徴とする請求項4に記載の電源制御装置。 - 前記充電電流生成部は、前記負荷への直流出力電圧とその目標値との差分値に応じた出力検出信号を電流信号に変換し、前記電流信号を前記充電電流として出力することを特徴とする請求項4に記載の電源制御装置。
- 前記充電電流生成部は、
電圧信号である前記出力検出信号を前記電流信号に変換する電圧/電流変換部と、
前記電流信号をミラーして前記充電電流を生成するカレントミラーと、
を含むことを特徴とする請求項6に記載の電源制御装置。 - 前記スイッチング電源は、絶縁型であり、前記最小オン幅が大きいほど前記出力スイッチに流れる一次電流のピーク電流値が引き上げられることを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載の電源制御装置。
- 請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の電源制御装置と、
前記電源制御装置により制御されるスイッチング出力段と、
を有することを特徴とするスイッチング電源。 - 請求項9に記載のスイッチング電源と、
前記スイッチング電源から電力供給を受けて動作する負荷と、
を有することを特徴とする電子機器。
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