JP2021191062A - スイッチング制御回路、llcコンバータ - Google Patents
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Abstract
Description
<<<スイッチング電源回路10の概要>>>
図1は、本発明の一実施形態であるスイッチング電源回路10の構成を示す図である。スイッチング電源回路10は、所定の入力電圧Vinから、目的レベルの出力電圧Voutを負荷11に生成するLLCコンバータである。
制御ブロック25は、制御IC40、電流検出回路50、フォトトランジスタ51、及びコンデンサ52を含む。
ところで、本実施形態のスイッチング電源回路10では、NMOSトランジスタ22,23がスイッチングされる際には、NMOSトランジスタ22,23がともにオフとなるデッドタイムが設定されている。しかしながら、スイッチング電源回路10において、例えば共振外れが発生した場合に、電源側から接地側へと貫通電流が流れることがある。以下、スイッチング電源回路10において発生する貫通電流について説明する。
図2は、状態(A)電源側のNMOSトランジスタ22がオンした後、状態(C)接地側のNMOSトランジスタ23がオンする際に流れる貫通電流の一例を示す図であり、スイッチング電源回路10のトランス24、コンデンサ21、トランス24の2次側の回路の等価回路10aを示す。
上述した貫通電流は、スイッチング電源回路10が通常動作をしている場合以外に、例えば、スイッチング電源回路10の起動時、負荷急変の発生時、または、直流電源Vdcの急変時等の過渡的な状態により発生することがある。ここで、図5及ぶ図6を参照しつつ、スイッチング電源回路10の起動時等に発生する貫通電流を説明する。
なお、図7は、状態(N)電源側のNMOSトランジスタ22がオンした後、状態(P)接地側のNMOSトランジスタ23がオンする際に流れる貫通電流の一例を示す図である。等価回路10aは、図2、図3、図5の場合と同様であるため、説明を省略する。
図9は、制御IC40の一例を示す図である。制御IC40は、電圧Vis及び電圧Vfbに基づいて、NMOSトランジスタ22,23をスイッチングする回路であり、判定回路61、駆動信号出力回路62、タイミング信号出力回路63、駆動回路64、抵抗65を含んで構成される。
図10は、タイミング信号出力回路63がタイミング信号tim1,tim2を生成するタイミングの一例を示す図である。なお、ここでは、スイッチング電源回路10が通常動作している際の共振電流Icrの波形を例示している。
図11は、制御IC40の動作の一例を表すフローチャートを示す図である。
まず、モードA又はBにおける制御IC40の動作の概略を示す。スイッチング電源回路10がモードA動作する場合、共振電流Icrがゼロに近づいたことをコンパレータ82,83が示すと、制御IC40は、NMOSトランジスタ22,23のうちオンされている一方をオフし、デッドタイム経過後、他方をオンする。なお、共振電流Icrがゼロに近づいたか否かを検出するために、駆動信号生成回路84は、信号th2が“L”レベルであり、かつ、信号th3が“H”レベルであるかを判定する。
始めに、パルス幅出力回路81は、出力電圧Voutに応じた電圧Vfbに応じて“パルス幅T0”を出力する(S1)。そして、駆動信号生成回路84は、駆動信号Vdrv1又はVdrv2を“H”レベルにする(S2)。その後、駆動信号生成回路84及びタイミング信号出力回路63は、“H”レベルにされた“パルス幅T0”をカウントする(S3)。
スイッチング電源回路10がモードBで動作する場合(S5:No)、駆動信号生成回路84は、“パルス幅T0”をカウント完了したかを判定する(S11)。
スイッチング電源回路10がモードAで動作する場合(S5:Yes)、駆動信号生成回路84は、共振電流Icrがほぼゼロになったか、すなわち、コンパレータ82が“L”レベルの信号th2を出力し、コンパレータ83が“H”レベルの信号th3を出力しているかを判定する(S21)。
図12は、スイッチング電源回路10の起動時の制御IC40の動作の一例を示すタイミングチャートを示す図である。なお、図12は、図5及び図6で説明したスイッチング電源回路10の動作時の貫通電流を抑制するための制御IC40の動作について説明するための図である。図7及び図8で説明したスイッチング電源回路10の動作時の貫通電流を抑制するための制御IC40の動作は同様であるためここでは説明を省略する。
図13は、スイッチング電源回路10が通常動作している場合のタイミングチャートを示す図である。なお、図13は、図2から図4で説明したスイッチング電源回路10の動作時の貫通電流を抑制するための制御IC40の動作について説明するための図である。なお、図12の場合と同様に、以下では、制御IC40の動作を説明するために必要となる、信号th1,th2,th3の変化タイミングに時刻を付し、特定の時刻の信号th1,th2,th3の状態のみに関して説明する。
(1)以上、本実施形態のスイッチング電源回路10について説明した。判定回路61は、スイッチング電源回路10の共振電流Icrに基づいて、モードAまたはモードBの何れかの動作モードでスイッチング電源回路10が動作するかを判定する。また、駆動信号出力回路62は、NMOSトランジスタ22またはNMOSトランジスタ23に貫通電流が流れないよう、判定された動作モードに基づいて、NMOSトランジスタ22およびNMOSトランジスタ23をスイッチングする駆動信号Vdrv1,Vdrv2を出力する。判定回路61が、共振電流Icrに基づいて、動作モードを判定することで、スイッチング電源回路10の動作によらず貫通電流を効果的に抑制するスイッチング制御回路を提供することができる。
10a 等価回路
11 負荷
20,21,32,52,C1 コンデンサ
22,23 NMOSトランジスタ
24 トランス
25 制御ブロック
30,31 ダイオード
33 定電圧回路
34 発光ダイオード
50 電流検出回路
51 フォトトランジスタ
61 判定回路
62 駆動信号出力回路
63 タイミング信号出力回路
64 駆動回路
65 抵抗
71,82,83 コンパレータ
72 モード判定回路
81 パルス幅出力回路
84 駆動信号生成回路
D1,D2 ダイオード
DT1,DT2 デッドタイム
40 制御IC
L1,L2,L3 コイル
L4,L5 インダクタ
N0,N1 ノード
R1 交流等価抵抗
Claims (10)
- 第1スイッチング素子と、前記第1スイッチング素子と並列に接続された第1還流ダイオードと、前記第1スイッチング素子および前記第1還流ダイオードと直列に接続された第2スイッチング素子と、前記第2スイッチング素子に並列に接続された第2還流ダイオードとを含むLLCコンバータの前記第1及び第2スイッチング素子のスイッチングを制御するスイッチング制御回路であって、
前記LLCコンバータの共振電流に基づいて、第1モードまたは第2モードの何れかの動作モードで前記LLCコンバータが動作するかを判定する判定回路と、
前記第1スイッチング素子または前記第2スイッチング素子に貫通電流が流れないよう、判定された前記動作モードに基づいて、前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子をスイッチングする駆動信号を出力する駆動信号出力回路と、
を備える、スイッチング制御回路。 - 請求項1に記載のスイッチング制御回路であって、
前記判定回路は、前記第1スイッチング素子がオンされる期間の第1タイミングにおける前記共振電流に基づいて、前記動作モードを判定する、スイッチング制御回路。 - 請求項2に記載のスイッチング制御回路であって、
前記判定回路は、前記第1タイミングにおける前記共振電流と、前記第2スイッチング素子がオンされる期間の第2タイミングにおける前記共振電流と、に基づいて、前記動作モードを判定する、スイッチング制御回路。 - 請求項3に記載のスイッチング制御回路であって、
前記第1タイミングは、前記第1スイッチング素子がオンされる期間の中心以後のタイミングであり、前記第2タイミングは、前記第2スイッチング素子がオンされる期間の中心以後のタイミングである、スイッチング制御回路。 - 請求項4に記載のスイッチング制御回路であって、
前記第1タイミングは、前記第1スイッチング素子がオンされる期間の中心のタイミングであり、前記第2タイミングは、前記第2スイッチング素子がオンされる期間の中心のタイミングである、スイッチング制御回路。 - 請求項3から請求項5のうちいずれか一項に記載のスイッチング制御回路であって、
前記第1タイミングを示す第1タイミング信号と、前記第2タイミングを示す第2タイミング信号と、を前記判定回路に出力するタイミング信号出力回路、
を更に備える、スイッチング制御回路。 - 請求項3から請求項6のうちいずれか一項に記載のスイッチング制御回路であって、
前記LLCコンバータは、前記第2スイッチング素子と並列に接続され、インダクタと容量素子が直列接続され、前記共振電流が流れる共振回路を有し、
前記判定回路は、
電源側の前記第1スイッチング素子と接地側の前記第2スイッチング素子との交点から前記共振回路に至るような前記共振電流の方向を正とし、前記共振回路から前記交点に至るような前記共振電流の前記方向を負とした場合に、前記共振電流の前記方向を検出する第1検出回路と、
前記第1タイミングにおいて、前記方向が負である場合、前記第1モードと判定し、前記方向が正である場合、前記第2モードと判定し、前記第2タイミングにおいて、前記方向が正である場合、前記第1モードと判定し、前記方向が負である場合、前記第2モードと判定するモード判定回路と、
を備える、スイッチング制御回路。 - 請求項1から請求項7のうちいずれか一項に記載のスイッチング制御回路であって、
前記駆動信号出力回路は、
前記LLCコンバータが前記第1モードで動作する場合、前記第1スイッチング素子又は前記第2スイッチング素子のうち一方のスイッチング素子をオフした後、前記共振電流の大きさが第1所定値より小さくなると、他方のスイッチング素子をオンし、
前記LLCコンバータが前記第2モードで動作する場合、前記共振電流の前記大きさが第2所定値より小さくなると、前記第1スイッチング素子又は前記第2スイッチング素子のうちオンしているスイッチング素子をオフする、
スイッチング制御回路。 - 請求項1から請求項7のうちいずれか一項に記載のスイッチング制御回路であって、
前記駆動信号出力回路は、
前記LLCコンバータが前記第1モードで動作する場合、前記第2スイッチング素子をオフした後、前記共振電流の電流値が第3所定値より小さくなると、前記第1スイッチング素子をオンし、
前記LLCコンバータが前記第2モードで動作する場合、前記共振電流の前記電流値が第4所定値より大きくなると、前記第2スイッチング素子をオフする、
スイッチング制御回路。 - LLCコンバータであって、
第1スイッチング素子と、
前記第1スイッチング素子に逆並列に接続される第1還流ダイオードと、
第2スイッチング素子と、
前記第2スイッチング素子に逆並列に接続される第2還流ダイオードと、
前記LLCコンバータの共振電流に基づいて、第1モードまたは第2モードの何れかの動作モードで前記LLCコンバータが動作するかを判定する判定回路と、
前記第1スイッチング素子または前記第2スイッチング素子に貫通電流が流れないよう、判定された前記動作モードに基づいて、前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子をスイッチングする駆動信号を出力する駆動信号出力回路と、
を備える、LLCコンバータ。
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