JP2023039050A - Switching control circuit and power supply circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スイッチング制御回路、及び電源回路に関する。 The present invention relates to switching control circuits and power supply circuits.
LLC電流共振型のコンバータを制御するスイッチング制御回路は、共振電流に基づいて負荷の状態を検出する負荷検出回路を含むことがある(例えば、特許文献1,2)。
A switching control circuit that controls an LLC current resonance type converter may include a load detection circuit that detects the state of the load based on the resonance current (for example,
ところで、上述した負荷検出回路は、共振電流に基づいて負荷の状態を表す検出電圧を生成する。また、一般に、負荷検出回路は、共振電流を所定の利得で増幅して検出電圧を生成する。このため、利得が大きい場合、検出電圧が飽和してしまうことがある。一方、利得を小さくすると、共振電流が小さい場合に、検出電圧の検出が困難になることがある。 By the way, the load detection circuit described above generates a detection voltage representing the state of the load based on the resonance current. Also, in general, the load detection circuit amplifies the resonance current with a predetermined gain to generate a detection voltage. Therefore, when the gain is large, the detected voltage may be saturated. On the other hand, if the gain is reduced, it may become difficult to detect the detection voltage when the resonance current is small.
本発明は、上記のような従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、負荷の状態を精度良く検出できるスイッチング制御回路を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a switching control circuit capable of accurately detecting the state of a load.
前述した課題を解決する本発明にかかるスイッチング制御回路は、1次コイル及び2次コイルを含むトランスと、前記1次コイルの電流を制御する第1及び第2トランジスタと、前記1次コイル及び第1コンデンサを含む共振回路と、を含み目的レベルの出力電圧を2次側に生成する電源回路の前記第1及び第2トランジスタ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、前記電源回路において第1期間流れる共振電流に応じた第1電圧を、設定信号に基づいた周期で平均化し、前記電源回路の負荷に流れる負荷電流を示す第2電圧として出力する平均化回路と、前記負荷電流が増加すると前記周期を長くする前記設定信号を、前記第2電圧に基づいて出力する設定回路と、前記出力電圧に応じた帰還電圧と、前記第2電圧と、前記設定信号とに基づいて、前記第1及び第2トランジスタを駆動するための駆動信号を出力する駆動信号出力回路と、を含む。 A switching control circuit according to the present invention for solving the above-described problems includes a transformer including a primary coil and a secondary coil, first and second transistors for controlling the current of the primary coil, the primary coil and the secondary coil. a resonant circuit including a capacitor, and a switching control circuit for controlling switching of the first and second transistors of a power supply circuit for generating an output voltage of a target level on a secondary side, wherein the first transistor in the power supply circuit comprises: an averaging circuit for averaging a first voltage corresponding to a resonant current flowing for a period with a period based on a set signal and outputting a second voltage indicating a load current flowing in a load of the power supply circuit; a setting circuit for outputting the setting signal for lengthening the cycle based on the second voltage; a feedback voltage corresponding to the output voltage; a feedback voltage corresponding to the output voltage; and a drive signal output circuit that outputs a drive signal for driving the second transistor.
前述した課題を解決する本発明にかかる電源回路は、1次コイル及び2次コイルを含むトランスと、前記1次コイルの電流を制御する第1及び第2トランジスタと、前記1次コイル及び第1コンデンサを含む共振回路と、前記第1及び第2トランジスタのスイッチングを制御するスイッチング制御回路と、を含み目的レベルの出力電圧を2次側に生成する電源回路であって、前記スイッチング制御回路は、前記電源回路において第1期間流れる共振電流に応じた第1電圧を、設定信号に基づいた周期で平均化し、前記電源回路の負荷に流れる負荷電流を示す第2電圧として出力する平均化回路と、前記負荷電流が増加すると前記周期を長くする前記設定信号を、前記第2電圧に基づいて出力する設定回路と、前記出力電圧に応じた帰還電圧と、前記第2電圧と、前記設定信号とに基づいて、前記第1及び第2トランジスタを駆動するための駆動信号を出力する駆動信号出力回路と、を含む。 A power supply circuit according to the present invention for solving the above-described problems includes a transformer including a primary coil and a secondary coil, first and second transistors for controlling the current of the primary coil, the primary coil and the first A power supply circuit for generating an output voltage of a target level on a secondary side, comprising: a resonance circuit including a capacitor; and a switching control circuit for controlling switching of the first and second transistors, wherein the switching control circuit comprises: an averaging circuit for averaging a first voltage corresponding to a resonance current flowing in the power supply circuit for a first period with a period based on a setting signal and outputting a second voltage indicating a load current flowing in a load of the power supply circuit; a setting circuit for outputting the setting signal for lengthening the cycle when the load current increases based on the second voltage; a feedback voltage corresponding to the output voltage; the second voltage; and the setting signal. a drive signal output circuit for outputting a drive signal for driving the first and second transistors according to the first and second transistors.
本発明によれば、負荷の状態を精度良く検出できるスイッチング制御回路を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a switching control circuit that can accurately detect the state of a load.
本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。 At least the following matters will become apparent from the descriptions of this specification and the accompanying drawings.
=====本実施形態=====
<<<スイッチング電源回路10a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10aの構成の一例を示す図である。スイッチング電源回路10a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電流共振型の電源回路である。
=====This Embodiment=====
<<<outline of switching
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a switching
スイッチング電源回路10aは、コンデンサ20,21,22,32、抵抗23、NMOSトランジスタ24,25、トランス26、制御ブロック27、ダイオード30,31、定電圧回路33、及び発光ダイオード34を含んで構成される。
The switching
コンデンサ20は、入力電圧Vinが印加される電源ラインと、接地側のグランドラインとの間の電圧を安定化させ、ノイズ等を除去する。なお、入力電圧Vinは、所定レベルの直流電圧である。コンデンサ21は、1次コイルL1、2次コイルL2,L3との間にある漏れインダクタンス(リーケージインダクタンス)と共振回路を構成する、いわゆる共振コンデンサである。なお、コンデンサ21は、「第1コンデンサ」に相当する。
The
コンデンサ22及び抵抗23は、コンデンサ21に流れる共振電流Icrを分流して検出する検出回路を構成し、直列接続されたコンデンサ22及び抵抗23は、コンデンサ21に並列に接続される。
The
また、抵抗23は、共振電流Icrを分流した電流に基づいて電圧Visを生成する。したがって、電圧Visは、共振電流Icrに応じた電圧となる。なお、共振電流Icrが図1に示す矢印の方向に流れる場合の共振電流Icrを正の共振電流Icrと称し、この場合の電圧Visは正の電圧であるものとする。また、共振電流Icrが矢印の方向に流れる、すなわち共振電流Icrが1次コイルL1、コンデンサ22、抵抗23の順に流れる場合、共振電流Icrの方向は、正である。また、共振電流Icrが矢印の方向と逆の方向に流れる、すなわち共振電流Icrが抵抗23、コンデンサ22、1次コイルL1の順に流れる場合、共振電流Icrの方向は、負である。
Also, the
NMOSトランジスタ24は、ハイサイド側のパワートランジスタであり、NMOSトランジスタ25は、ローサイド側のパワートランジスタである。具体的には、NMOSトランジスタ24,25は、入力電圧Vinが印加されるノードと接地電圧が印加されるノードとの間に直列に接続される。なお、本実施形態では、スイッチング素子としてNMOSトランジスタ24,25が用いられているが、例えば、PMOSトランジスタ、バイポーラトランジスタであっても良い。また、NMOSトランジスタ24は、「第1トランジスタ」に相当し、NMOSトランジスタ25は、「第2トランジスタ」に相当する。
The
トランス26は、1次コイルL1、2次コイルL2,L3、補助コイルLaを備えており、1次コイルL1と、2次コイルL2,L3と、補助コイルLaとの間は絶縁されている。トランス26においては、1次側の1次コイルL1の両端の電圧の変化に応じて、2次側の2次コイルL2,L3と、補助コイルLaとに電圧が発生する。
The
また、1次コイルL1は、一端にNMOSトランジスタ24のソースと、NMOSトランジスタ25のドレインが接続され、他端にNMOSトランジスタ25のソースがコンデンサ21を介して接続されている。
One end of the
したがって、NMOSトランジスタ24,25のスイッチングが開始されると、2次コイルL2,L3及び補助コイルLaの夫々の電圧が変化することになる。なお、1次コイルL1と、2次コイルL2,L3とは、異極性で電磁結合され、1次コイルL1と、補助コイルLaとは、同極性で電磁結合されている。
Therefore, when the
制御ブロック27は、NMOSトランジスタ24,25のスイッチングを制御するための回路ブロックであり、詳細は後述する。
The
ダイオード30,31は、2次コイルL2,L3の電圧を整流し、コンデンサ32は、整流された電圧を平滑化する。この結果、コンデンサ32には、平滑化された出力電圧Voutが生成される。なお、出力電圧Voutは、目的レベルの直流電圧となる。
定電圧回路33は、一定の直流電圧を生成する回路であり、例えば、シャントレギュレータを用いて構成される。
The
発光ダイオード34は、出力電圧Voutと、定電圧回路33の出力との差に応じた強度の光を発光する素子であり、後述するフォトトランジスタ52とともに、フォトカプラを構成する。本実施形態では、出力電圧Voutのレベルが高くなると、発光ダイオード34からの光の強度は強くなる。
The
<<<制御ブロック27>>>
制御ブロック27は、制御IC40a、ダイオード50、コンデンサ51,53,54、及びフォトトランジスタ52、抵抗55を含む。なお、制御IC40aは、「スイッチング制御回路」に相当する。
<<<
制御IC40aは、NMOSトランジスタ24,25のスイッチングを制御する集積回路であり、端子VCC,GND,FB,IS,CA,HO,LO,VSを有する。
The
端子VCCは、制御IC40aを動作させるための電源電圧Vccが印加される端子である。端子VCCには、ダイオード50のカソードと、一端が接地されたコンデンサ51とが接続される。そして、トランス26の補助コイルLaからの電圧でコンデンサ51が充電され、電圧Vccとなる。なお、制御IC40aは、図示しない端子を介して交流入力を整流した入力電圧Vinの分圧電圧が印加されて起動され、起動された後は、電源電圧Vccに基づいて動作する。
A terminal VCC is a terminal to which a power supply voltage Vcc is applied for operating the
端子GNDは、接地電圧が印加される端子であり、例えばスイッチング電源回路10aが設けられる装置の筐体等に接続される。
A terminal GND is a terminal to which a ground voltage is applied, and is connected to, for example, a housing of a device in which the switching
端子FBは、出力電圧Voutに応じた帰還電圧Vfbが発生する端子であり、フォトトランジスタ52、及びコンデンサ53が接続される。フォトトランジスタ52は、発光ダイオード34からの光の強度に応じた大きさのバイアス電流I1を、端子FBから接地へと流し、コンデンサ53は、端子FBと、接地との間のノイズを除去するために設けられる。このため、フォトトランジスタ52は、シンク電流を生成するトランジスタとして動作する。
A terminal FB is a terminal for generating a feedback voltage Vfb corresponding to the output voltage Vout, and is connected to a
端子ISは、1次コイルL1の共振電流の電流値を検出するための端子である。ここで、コンデンサ22、及び抵抗23が接続されるノードには、1次コイルL1の共振電流の電流値に応じた電圧が発生する。このため、端子ISには、1次コイルL1の共振電流の電流値に応じた電圧Visが印加される。なお、電圧Visは、「第1電圧」に相当する。
A terminal IS is a terminal for detecting the current value of the resonance current of the primary coil L1. Here, a voltage corresponding to the current value of the resonance current of the primary coil L1 is generated at the node to which the
端子CAは、1次コイルL1の共振電流に基づいて生成され、スイッチング電源回路10aの入力電力に応じた電圧Vcaが印加される端子である。なお、詳細は後述するが、端子CAには、コンデンサ54及び抵抗55が接続されている。また、電圧Vcaは、「第2電圧」に相当し、コンデンサ54は、「第2コンデンサ」に相当する。
A terminal CA is a terminal to which a voltage Vca generated based on the resonance current of the primary coil L1 and corresponding to the input power of the switching
端子HOは、NMOSトランジスタ24を駆動する駆動信号Vdr1が出力される端子であり、NMOSトランジスタ24のゲートが接続される。
A terminal HO is a terminal to which a driving signal Vdr1 for driving the
端子LOは、NMOSトランジスタ25を駆動する駆動信号Vdr2が出力される端子であり、NMOSトランジスタ25のゲートが接続される。
A terminal LO is a terminal to which a driving signal Vdr2 for driving the
端子VSは、NMOSトランジスタ24のソース端子と、NMOSトランジスタ25のドレイン端子とが接続される接続ノードの電圧が印加される端子であり、NMOSトランジスタ24がオンすると、入力電圧Vinが印加され、NMOSトランジスタ25がオンすると、接地電圧が印加される。なお、端子VSは、「第1端子」に相当する。
A terminal VS is a terminal to which a voltage of a connection node to which the source terminal of the
また、端子VSの電圧Vsの電位は、端子VSに入力電圧Vinが印加されている際に、NMOSトランジスタ24をオンするためのブートストラップ回路(不図示)の出力電圧の基準の電位となる。
The potential of the voltage Vs of the terminal VS is the reference potential of the output voltage of a bootstrap circuit (not shown) for turning on the
<<<制御IC40aの詳細>>>
図2は、制御IC40aの一例を示す図である。制御IC40aは、共振電流Icrの大きさに基づいてNMOSトランジスタ24,25をスイッチングする集積回路である。そして、制御IC40aは、抵抗60,63,64、駆動信号出力回路61、設定回路62、平均化回路65、過負荷検出回路66を含んで構成される。なお、ここでは、端子VCCは便宜上省略されている。
<<<details of the
FIG. 2 is a diagram showing an example of the
==抵抗60==
抵抗60は、フォトトランジスタ52からのバイアス電流I1に基づいて、帰還電圧Vfbを生成する。なお、抵抗60の一端には、所定の電圧Vddが印加され、他端は、端子FBに接続されている。このため、抵抗60の抵抗値を“R”とすると、端子FBに生じる帰還電圧Vfbは、式(1)で表される。
==
Vfb=Vdd-R×I1・・・(1)
上述したように、本実施形態では、出力電圧Voutの上昇に応じて、バイアス電流I1の電流値は増加する。このため、出力電圧Voutが上昇すると、帰還電圧Vfbは低下することになる。
Vfb=Vdd−R×I1 (1)
As described above, in this embodiment, the current value of the bias current I1 increases as the output voltage Vout increases. Therefore, when the output voltage Vout increases, the feedback voltage Vfb decreases.
==駆動信号出力回路61==
駆動信号出力回路61は、NMOSトランジスタ24,25を駆動するための駆動信号Vdr1,Vdr2を出力する。具体的には、駆動信号出力回路61は、帰還電圧Vfbと、電圧Vcaと、後述の間引き数Nとに基づいて、駆動信号Vdr1,Vdr2を出力する。駆動信号出力回路61は、発振回路70、検出回路71、駆動回路72を含んで構成される。
==Drive
The drive
===発振回路70===
発振回路70は、入力される帰還電圧Vfbに基づいて、NMOSトランジスタ24,25のスイッチングするための発振信号Voscを駆動回路72に出力する電圧制御発振回路である。発信信号Voscは、例えば、ハイレベル(以下、“H”レベルと称する。)のデューティ比が、50%となる信号である。なお、発振回路70は、電圧Vfbのレベルが低くなると、高い周波数の発振信号Voscを出力する。なお、発振信号Voscは、「第2発振信号」に相当する。
===
The
===検出回路71===
検出回路71は、電圧Vcaと、間引き数Nとに基づいて、負荷11の状態を示す信号Vloadを駆動回路72及び過負荷検出回路(OLP)66に出力する。なお、信号Vloadは、アナログ・デジタル変換器(不図示)によってデジタル値に変換された電圧Vcaと、間引き数Nとから換算された数ビットのデジタル値を示す信号である。
===
The
また、検出回路71の詳細と、電圧Vca、間引き数N及び信号Vloadの関係の詳細とは、後述する。
Further, the details of the
===駆動回路72===
駆動回路72は、発信信号Voscと、検出回路71からの信号Vloadとに基づいて、NMOSトランジスタ24,25を駆動する。なお、駆動回路72の詳細は後述する。
===
The
==設定回路62==
設定回路62は、電圧Vcaに基づいて電圧Visに対する電圧Vcaの増加率(または、利得)を制御する間引き数Nを出力する。具体的には、設定回路62は、後述の平均化回路65に間引き数Nに基づいた周期(以下、周期TAと称する。)で電圧Visを平均化させ、電圧Vcaとして出力させる。なお、負荷電流Ioutが増加し、電圧Vcaが上昇すると、周期TAを長くするよう、設定回路62は、間引き数Nを増加させる。一方、負荷電流Ioutが減少し、電圧Vcaが低下すると、周期TAを短くするよう、設定回路62は、間引き数Nを減少させる。
== Setting
The setting
設定回路62は、図3に示すように、コンパレータ80,82、基準電圧回路81,83、出力回路84を含んで構成される。コンパレータ80,82は、電圧Vcaのレベルを所定レベルVca_h又は所定レベルVca_lと比較するコンパレータであり、その比較結果に基づいて、後述の出力回路84は、間引き数Nを設定する。
The setting
===コンパレータ80,82===
電圧Visの振幅が増加することにより電圧Vcaのレベルが所定レベルVca_hを超えると、コンパレータ80は、“H”レベルの比較結果を出力する。一方、電圧Vcaのレベルが所定レベルVca_hより低い場合、コンパレータ80は、“L”レベルの比較結果を出力する。なお、所定レベルVca_hは、電源電圧Vddに基づいて動作する基準電圧回路81によって出力される。
===
When the amplitude of the voltage Vis increases and the level of the voltage Vca exceeds the predetermined level Vca_h, the
また、電圧Visの振幅が減少することにより電圧Vcaのレベルが所定レベルVca_lより低くなると、コンパレータ82は、“H”レベルの比較結果を出力する。一方、電圧Vcaのレベルが所定レベルVca_lより高い場合、コンパレータ82は、“L”レベルの比較結果を出力する。なお、所定レベルVca_lは、電源電圧Vddに基づいて動作する基準電圧回路83によって出力される。また、本実施形態において、所定レベルVca_lは、所定レベルVca_h(例えば、5V)の半分となるレベル(例えば2.5V)である。
Further, when the amplitude of the voltage Vis decreases and the level of the voltage Vca becomes lower than the predetermined level Vca_l, the
また、コンパレータ80は、「第1比較回路」に相当し、コンパレータ82は、「第2比較回路」に相当する。また、所定レベルVca_hは、「第1基準電圧」に相当し、所定レベルVca_lは、「第2基準電圧」に相当する。また、基準電圧回路81は、「第1基準電圧出力回路」に相当し、基準電圧回路83は、「第2基準電圧出力回路」に相当する。
Further, the
===出力回路84===
出力回路84は、コンパレータ80,82の比較結果に基づいてカウント値を変化させ、間引き数Nとして出力するアップダウンカウンタである。具体的には、コンパレータ80が“H”レベルの比較結果を出力すると、出力回路84は、間引き数Nをインクリメントする。一方、コンパレータ82が“H”レベルの比較結果を出力すると、出力回路84は、間引き数Nをデクリメントする。ただし、間引き数Nが0である場合において、コンパレータ82が“H”レベルの比較結果を出力しても、出力回路84は、間引き数Nをデクリメントしない。
===
The
なお、詳細は後述するが、間引き数Nがインクリメントされると、平均化回路65が平均化する周期(周期TA)は2倍となる。一方、間引き数Nがデクリメントされると、平均化回路65が平均化する周期(周期TA)は1/2倍となる。なお、間引き数Nは、「設定信号」に相当する。
Although the details will be described later, when the thinning number N is incremented, the cycle (cycle TA) averaged by the averaging
==抵抗63,64==
図2に戻り、抵抗63,64は、電圧Vsを分圧し、接続点に電圧Vs_divを生成する。なお、NMOSトランジスタ24がオンし、NMOSトランジスタ25がオフすると、電圧Vsは、入力電圧Vinとなり、NMOSトランジスタ24がオフし、NMOSトランジスタ25がオンすると、電圧Vsは、接地電圧となる。つまり、NMOSトランジスタ24,25のオンオフにより、電圧Vsは、入力電圧Vinと、接地電圧との何れかの電圧となる。これに伴い、NMOSトランジスタ24,25のオンオフにより、電圧Vs_divは、入力電圧Vinに応じた電圧と、接地電圧との間で変化することになる。
==
Returning to FIG. 2, the
==平均化回路65==
平均化回路65は、電圧Vs_divに応じたタイミングで電圧Visを平均化し電圧Vcaを出力する。具体的には、平均化回路65は、共振電流Icrが正の方向に流れることで生じる正の電圧Visを、電圧Vs_divに応じたタイミングと、間引き数Nとに基づいた周期TAで平均化する。そして、平均化回路65は、平均化された電圧を、負荷電流Ioutを示す電圧Vcaとして出力する。
== Averaging
The averaging
平均化回路65は、図4に示すように、コンパレータ90、制御回路91、充放電回路92を含んで構成される。
The averaging
===コンパレータ90===
コンパレータ90は、入力電圧Vinと、接地電圧との間で変化する電圧Vsと同様に変化する信号clkを出力する回路である。具体的には、NMOSトランジスタ24がオンし、電圧Vs_divが、基準電圧Vrefより高い電圧の場合、コンパレータ90は、“H”レベルの信号clkを出力する。一方、NMOSトランジスタ25がオンし、電圧Vs_divが、基準電圧Vrefより低い電圧の場合、コンパレータ90は、“L”レベルの信号clkを出力する。
===
The
また、上述のように、NMOSトランジスタ24がオンすると、共振電流Icrは正の方向に流れ、NMOSトランジスタ25がオンすると、共振電流Icrは負の方向に流れる。したがって、共振電流Icrが正の方向に流れる場合、信号clkは、“H”レベルとなり、共振電流Icrが負の方向に流れる場合、信号clkは、“L”レベルとなる。なお、コンパレータ90は、「発振信号出力回路」に相当し、信号clkは、「第1発振信号」に相当する。
Further, as described above, when the
また、“H”レベルの信号clkが出力される期間は、「第1期間」に相当し、“L”レベルの信号clkが出力される期間は、「第2期間」に相当する。 The period during which the "H" level signal clk is output corresponds to the "first period", and the period during which the "L" level signal clk is output corresponds to the "second period".
===制御回路91====
制御回路91は、間引き数Nと、信号clkとに基づいて信号sw_ctrlを出力する。具体的には、制御回路91は、信号clkに対して、電圧Vcaに応じた間引き数Nに基づいて、信号clkに含まれる“H”レベルの信号を間引き、信号sw_ctrlとして出力する。
===
The
言い換えると、制御回路91は、間引き数Nに基づいて、制御信号sw_ctrlが“H”レベルとなる周期を短縮又は伸長する。また、信号sw_ctrlは、後述の充放電回路92が電圧Vcaを生成する際の電圧Visに対する電圧Vcaの増加率を制御する。
In other words, the
なお、制御回路91が間引き数Nに基づいてどのように信号sw_ctrlを出力するかは、後述する。なお、制御回路91は、「制御信号出力回路」に相当し、信号sw_ctrlは、「制御信号」に相当する。また、“H”レベルは「第1論理レベル」に相当し、“L”レベルは、「第2論理レベル」に相当する。
How the
===充放電回路92===
充放電回路92は、端子ISで検出された、1次コイルL1の共振電流に応じた電圧Visを、端子CAに接続されたコンデンサ54で平均化し、負荷電流Ioutを示す電圧Vcaとして出力する。
=== Charge/
The charging/discharging
なお、充放電回路92は、制御回路91からの信号sw_ctrlに基づいて、正の共振電流Icrに基づく電圧Visを平均化する。
Note that the charge/
具体的には、充放電回路92は、信号sw_ctrlに基づいて、ノードAの電圧を端子ISの電圧Vis又は接地電圧に切り替える。そして、充放電回路92は、端子CAに接続されるコンデンサ54を、抵抗103を介して充電又は放電し、電圧Vcaを出力する。
Specifically, the charge/
なお、1次コイルL1の共振電流Icrの電流値は、スイッチング電源回路10aの入力電力に応じて増加する。また、スイッチング電源回路10aの入力電力は、負荷11で消費される電力に応じて増加する。このため、電圧Vcaは、負荷11の状態が重負荷になるほど(つまり。負荷11の負荷電流Ioutが増加するほど)高くなる。
The current value of the resonance current Icr of the primary coil L1 increases according to the input power of the switching
充放電回路92は、スイッチ100,102、インバータ101、抵抗103を含んで構成される。
The charge/
スイッチ100は、制御回路91が“H”レベルの信号sw_ctrlを出力するとオンされる素子である。スイッチ100がオンすると、スイッチ100,102が接続されるノードAの電圧Vaは、端子ISの電圧Visとなる。
The
スイッチ102は、制御回路91が“L”レベルの信号sw_ctrlを出力し、インバータ101が“H”レベルの信号を出力するとオンされる素子である。そして、スイッチ102がオンすると、ノードAの電圧Vaは、接地電圧となる。
The
そして、ノードAと端子CAの間には抵抗103が接続され、抵抗103は、端子CAに接続されるコンデンサ54と伴に、“時定数τ”で動作するRC積分回路を構成する。ここで、抵抗103の抵抗値をR1とし、コンデンサ54の容量値をC1とすると、“時定数τ”=R1×C1となる。なお、“時定数τ”は、NMOSトランジスタ24,25を駆動する駆動信号Vdr1,Vdr2の周期よりも十分に長いものとする。
A
したがって、制御回路91が“H”レベルの信号sw_ctrlを出力すると、充放電回路92は、負荷11の消費電力に応じた正の共振電流Icrに基づく電圧Visで抵抗103を介してコンデンサ54を充電する。
Therefore, when the
一方、制御回路91が“L”レベルの信号sw_ctrlを出力すると、充放電回路92は、接地電圧で抵抗103を介してコンデンサ54を放電する。
On the other hand, when the
これにより、充放電回路92は、電圧Visを平均化し、負荷電流Ioutを示す電圧Vcaを出力することができる。
Thereby, the charging/discharging
また、抵抗55,103は分圧回路を構成する。したがって、抵抗55の抵抗値が大きい場合、コンデンサ54に印加される電圧は大きくなり、その結果、電圧Visに対する電圧Vcaの増加率は大きくなる。
Also,
一方、抵抗55の抵抗値が小さい場合、コンデンサ54に印加される電圧は、抵抗55の抵抗値が大きい場合と比較して相対的に小さくなり、その結果、電圧Visに対する電圧Vcaの増加率は小さくなる。なお、端子CAに抵抗55が接続されていなくともよい。
On the other hand, when the resistance value of the
<<出力回路84及び平均化回路65の動作>>
図5は、出力回路84の動作の一例を示すフローチャートである。また、図6は、制御回路91が間引き数Nに応じてどのような信号sw_ctrlを出力するかを説明する図である。図5において、まず、制御IC40aの起動時において、出力回路84は、間引き数Nを0に設定する(S100)。
<<Operation of
FIG. 5 is a flow chart showing an example of the operation of the
そして、間引き数Nが0である場合、制御回路91は、図6の(A)に示すように信号sw_ctrlを出力する。具体的には、間引き数Nが0である場合、制御回路91は、信号clkを信号sw_ctrlとして出力する。
When the thinning number N is 0, the
この時、電圧Visに対する電圧Vcaの増加率は、抵抗55で定まる増加率となり、この増加率を1.0倍のゲインとする。そして、出力回路84は、電圧Vcaのレベルが所定レベルVca_hとなるまで、図7に示すようにゲインを1.0倍とする。
At this time, the rate of increase of the voltage Vca with respect to the voltage Vis becomes the rate of increase determined by the
そして、ゲインが1.0倍である場合、共振電流Icrが正の方向に流れるたびに、図4の充放電回路92は、電圧Visを端子CAに印加する。そのため、電圧Visが大きくなるにつれて、電圧Vcaは、図7に示すように抵抗55で定まる増加率で大きくなる。
When the gain is 1.0 times, the charge/
そして、図5に示すように、コンパレータ80は、電圧Vcaのレベルが所定レベルVca_hより低いかを比較する(S110)。
Then, as shown in FIG. 5, the
電圧Vcaのレベルが所定レベルVca_hより低いことを、コンパレータ80が示す(S110:Yes)と、出力回路84は間引き数Nを0のままとする。
When the
一方、コンパレータ80が、電圧Vcaのレベルが所定レベルVca_hより高いことを示す(S110:No)と、出力回路84は、間引き数Nを1に設定する(S120)。
On the other hand, when the
そして、間引き数Nが1である場合、制御回路91は、図6の(B)に示すように信号sw_ctrlを出力する。具体的には、間引き数Nが1である場合、制御回路91は、“H”レベルの信号clkが2回入力される間に、信号clkに含まれる“H”レベルの信号を1回間引き、“H”レベルの信号sw_ctrlを1回出力する。したがって、周期TAは、間引き数Nが0である場合の周期に対して2倍の周期となる。
When the thinning number N is 1, the
この時、電圧Visに対する電圧Vcaの増加率は、抵抗55で定まる増加率の半分となり、この増加率を0.5倍のゲインとする。すなわち、ゲインは、周期TAに応じて決定される。そして、出力回路84は、電圧Vcaのレベルが所定レベルVca_hとなるまで、図7に示すようにゲインを0.5倍とする。
At this time, the rate of increase of the voltage Vca with respect to the voltage Vis is half the rate of increase determined by the
そして、ゲインが0.5倍である場合、共振電流Icrが正の方向に2回流れるたびに、図4の充放電回路92は、電圧Visを端子CAに印加する。そのため、電圧Visが大きくなるにつれて、電圧Vcaは、図7に示すように抵抗55で定まる増加率の1/2倍の増加率で大きくなる。
When the gain is 0.5 times, the charge/
この場合、周期TAは、間引き数Nが0である場合の2倍となるため、図7に示すように、電圧Vcaのレベルは、所定レベルVca_lまで低下する。これは、周期TAが2倍となり、所定の期間の間に正の電圧Visが平均化される回数が1/2倍になったためである。 In this case, the period TA is double that when the thinning number N is 0, so the level of the voltage Vca drops to the predetermined level Vca_l as shown in FIG. This is because the period TA is doubled and the number of times the positive voltage Vis is averaged over a predetermined period is halved.
そして、図5に示すように、コンパレータ80,82は、電圧Vcaのレベルが所定レベルVca_hより低く、所定レベルVca_lより高いかを比較する(S130)。
Then, as shown in FIG. 5,
電圧Vcaのレベルが所定レベルVca_hより低く、所定レベルVca_lより高いことを、コンパレータ80,82が示す(S130:Yes)と、出力回路84は間引き数Nを1のままとする。
When the
電圧Vcaのレベルが所定レベルVca_lより低いことを、コンパレータ82が示すと、出力回路84は、間引き数Nを0に設定する(S100)。
When the
この場合、周期TAは、間引き数Nが1である場合の1/2倍となるため、図7に示すように、電圧Vcaのレベルは、所定レベルVca_hまで上昇する。これは、周期TAが1/2倍となり、所定の期間の間に正の電圧Visが平均化される回数が2倍になったためである。 In this case, the period TA is 1/2 that when the thinning number N is 1, so the level of the voltage Vca rises to the predetermined level Vca_h as shown in FIG. This is because the period TA is halved and the number of times the positive voltage Vis is averaged during a given period is doubled.
そして、間引き数Nが0(すなわち、ゲインが1.0倍)となると、共振電流Icrが正の方向に流れるたびに、図4の充放電回路92は、電圧Visを端子CAに印加する。そのため、電圧Visが大きくなるにつれて、電圧Vcaは、抵抗55で定まる増加率で大きくなる。そして、間引き数Nが1(すなわち、ゲインが0.5倍)である場合の増加率と比較して、間引き数Nが0(すなわち、ゲインが1.0倍)である場合の増加率は、図7に示すように2倍の増加率となる。
Then, when the thinning number N becomes 0 (that is, the gain is 1.0 times), the charging/discharging
また、図5に示すように、電圧Vcaのレベルが所定レベルVca_hより高いことを、コンパレータ80が示すと、出力回路84は、間引き数Nを2に設定する(S140)。
Further, as shown in FIG. 5, when the
そして、間引き数Nが2である場合、制御回路91は、図6の(C)に示すように信号sw_ctrlを出力する。具体的には、間引き数Nが2である場合、制御回路91は、“H”レベルの信号clkが4回入力される間に、信号clkに含まれる“H”レベルの信号を3回間引き、“H”レベルの信号sw_ctrlを1回出力する。したがって、周期TAは、間引き数Nが1である場合の周期に対して2倍の周期となる。
Then, when the thinning number N is 2, the
この時、電圧Visに対する電圧Vcaの増加率は、抵抗55で定まる増加率の1/4の増加率となり、この増加率を0.25倍のゲインとする。そして、出力回路84は、電圧Vcaのレベルが所定レベルVca_hとなるまで、図7に示すようにゲインを0.25倍とする。
At this time, the rate of increase of the voltage Vca with respect to the voltage Vis is 1/4 of the rate of increase determined by the
そして、ゲインが0.25倍である場合、共振電流Icrが正の方向に4回流れるたびに、図4の充放電回路92は、電圧Visを端子CAに印加する。そのため、電圧Visが大きくなるにつれて、電圧Vcaは、図7に示すように抵抗55で定まる増加率の1/4倍の増加率で大きくなる。
When the gain is 0.25 times, the charging/discharging
そして、図5に示すように、コンパレータ82は、電圧Vcaのレベルが所定レベルVca_lより高いかを比較する(S150)。
Then, as shown in FIG. 5, the
電圧Vcaのレベルが所定レベルVca_lより高いことを、コンパレータ82が示す(S150:Yes)と、出力回路84は間引き数Nを2のままとする。
When the
電圧Vcaのレベルが所定レベルVca_lより低いことを、コンパレータ82が示す(S150:No)と、出力回路84は、間引き数Nを1に設定する(S120)。
When the
この場合、周期TAは、間引き数Nが2である場合の1/2倍となるため、図7に示すように、電圧Vcaのレベルは、所定レベルVca_hまで上昇する。 In this case, the period TA is 1/2 that when the thinning number N is 2, so the level of the voltage Vca rises to the predetermined level Vca_h as shown in FIG.
===検出回路71===
図2に戻り、上述したように、検出回路71は、電圧Vcaと、間引き数Nとに基づいて、負荷11の状態を示す信号Vloadを駆動回路72及び過負荷検出回路(OLP)66に出力する。
===
Returning to FIG. 2, as described above, the
具体的には、検出回路71は、間引き数Nに基づいて変化する電圧Vcaと、間引き数Nとに基づいて負荷11の状態を検出し、信号Vloadとして駆動回路72及び過負荷検出回路66に出力する。
Specifically, the
なお、信号Vloadは、上述のように数ビットのデジタル値を示す信号であり、図8に示すように、電圧Vis及び間引き数Nに応じて定まる電圧Vcaを、間引き数Nに応じて換算した信号である。すなわち、信号Vloadは、間引き数Nにより、電圧Visに対する増加率が変化する電圧Vcaを、電圧Visに対する増加率が一定となる電圧値(例えば、破線で示す。)に換算した信号である。 Note that the signal Vload is a signal indicating a digital value of several bits as described above, and as shown in FIG. is a signal. That is, the signal Vload is a signal obtained by converting the voltage Vca whose rate of increase with respect to the voltage Vis changes depending on the thinning number N into a voltage value (indicated by a dashed line, for example) whose rate of increase with respect to the voltage Vis is constant.
また、検出回路71は、負荷11の状態が重負荷となると、負荷11の状態が重負荷であることを示す信号Vloadを出力する。一方、検出回路71は、負荷11の状態が軽負荷となると、負荷11の状態が軽負荷であることを示す信号Vloadを出力する。なお、信号Vloadは、「検出結果」に相当する。
Further, when the
なお、「負荷11の状態が重負荷」とは、例えば、負荷11に流れる負荷電流Ioutの電流値が所定値(例えば、1A)以上の場合を指す。また、「負荷11の状態が軽負荷」とは、例えば、負荷11に流れる負荷電流Ioutの電流値が所定値(例えば、1A)より小さい場合を指す。また、「負荷11の状態が無負荷」とは、負荷11に流れる負荷電流Ioutの電流値が極めて小さいか、0(ゼロ)Aである場合を指す。また、負荷11の状態が重負荷か軽負荷かを判定するための負荷電流Ioutの電流値は、例えば、1Aであると説明したが、この電流値は、様々に設定され得る。この設定は信号Vloadを受ける駆動回路72が、信号Vloadを判別するためのデジタル的な閾値を設定することで様々に変化させられる。重負荷か軽負荷かの判別は、駆動回路72が信号Vloadを用いて判別する。
Note that “the state of the
===駆動回路72===
駆動回路72は、発信信号Voscと、検出回路71からの信号Vloadとに基づいて、図1のNMOSトランジスタ24,25を駆動する。具体的には、駆動回路72は、負荷11の状態が重負荷を示す信号Vloadに基づいて、発信信号Voscに応じて、図9に示すように駆動信号Vdr1,Vdr2が交互に“H”レベルになるような連続的なスイッチング動作でNMOSトランジスタ24,25をスイッチングする。この場合、駆動回路72は、間欠的にスイッチング動作を停止しない。
===
Drive
また、駆動回路72は、負荷11の状態が軽負荷を示す信号Vloadに基づいて、発信信号Voscに応じて、図10に示すように連続的なスイッチング動作と、間欠的にスイッチング動作が停止される停止動作とが繰り返されるようNMOSトランジスタ24,25をスイッチングする。
Further, the
また、図9,10においては、駆動回路72が、発信信号Voscに応じた50%のデューティ比で生成され、交互に“H”レベルとなる駆動信号Vdr1,Vdr2を出力するように描かれている。しかしながら、実際は、駆動回路72は、デッドタイムを有し、発信信号Voscに応じた約50%のデューティ比で生成され、交互に“H”レベルとなる駆動信号Vdr1,Vdr2を出力する。なお、図10において、スイッチング動作時、駆動信号Vdrv1,Vdrv2のパルス数が同じに書いてあるが、これは単なる例示であり、パルス数が異なっていてもよい。
9 and 10, the
ここで、「デッドタイム」とは、例えば、“H”レベルの駆動信号Vdr1がローレベル(以下、“L”レベルと称する。)となってから、駆動信号Vdr2が“H”レベルとなるまでの期間を指し、駆動信号Vdr1,Vdr2の双方が“L”レベルとなる期間である。 Here, the "dead time" means, for example, the period from when the "H" level driving signal Vdr1 becomes low level (hereinafter referred to as "L" level) to when the driving signal Vdr2 becomes "H" level. , and is a period during which both the drive signals Vdr1 and Vdr2 are at the "L" level.
==過負荷検出回路(OLP)66==
過負荷検出回路(OLP)66は、検出回路71からの信号Vloadに基づいて負荷11の状態が過負荷であるか否かを検出(すなわち、判定)する。具体的には、過負荷検出回路66は、負荷11の状態を示す信号Vloadの値、すなわち負荷電流Ioutの値が所定値以上であることに基づいて、負荷11の状態が過負荷となっていることを検出する。なお、負荷11の状態が過負荷であるか否かを検出するためのしきい値は、様々に設定され得る。この設定は信号Vloadを受ける過負荷検出回路66が、信号Vloadを判別するためのデジタル的な閾値を設定することで様々に変化させられる。過負荷か否かは、過負荷検出回路66が信号Vloadを用いて判別する。
== Overload Detection Circuit (OLP) 66 ==
An overload detection circuit (OLP) 66 detects (that is, determines) whether or not the
そして、負荷11の状態が過負荷であることを検出すると、過負荷検出回路66は、駆動回路72にNMOSトランジスタ24,25をオフさせる信号оlpを出力する。なお、過負荷検出回路66は、「判定回路」に相当する。
When detecting that the
<<制御IC40aの動作>>
==間引き数Nが0である場合==
図11は、間引き数Nが0である場合の制御IC40aの動作の一例を示す図である。
<<Operation of
==When the thinning number N is 0==
FIG. 11 is a diagram showing an example of the operation of the
時刻t0において、制御IC40aの駆動回路72が“L”レベルの駆動信号Vdr2を出力し、NMOSトランジスタ25はオフする。
At time t0, the
その後、負の共振電流Icrにより、端子VSの電圧Vsは、上昇し、時刻t1において、入力電圧Vinの半分の電圧となる。これに伴い、図2の抵抗63,64は、電圧Vsに応じた電圧Vs_divを生成し、図4のコンパレータ90は、“H”レベルの信号clkを出力する。また、間引き数Nが0であるため、制御回路91は、信号clkを信号sw_ctrlとして出力する。
After that, the negative resonance current Icr causes the voltage Vs of the terminal VS to rise and become half the input voltage Vin at time t1. Accordingly, the
この時、図4のスイッチ100は、“H”レベルの信号sw_ctrlに基づいてオンされ、ノードAの電圧Vaは、電圧Visとなる。
At this time, the
時刻t0からデッドタイムが経過した時刻t2において、駆動回路72が“H”レベルの駆動信号Vdr1を出力し、NMOSトランジスタ24はオンする。そして、正の方向に流れる共振電流Icrに応じた電圧Visは正となる。
At time t2 when the dead time has elapsed from time t0, the
駆動回路72が“L”レベルの駆動信号Vdr1を出力した後の時刻t3において、正の共振電流Icrにより、端子VSの電圧Vsは、低下し、入力電圧Vinの半分の電圧となる。これに伴い、図2の抵抗63,64は、電圧Vsに応じた電圧Vs_divを生成し、図4のコンパレータ90は、“L”レベルの信号clkを出力する。
At time t3 after the
この時、図4のスイッチ102は、“L”レベルの信号sw_ctrlに基づいてオンされ、ノードAの電圧Vaは、接地電圧となる。そして、時刻t4以降、同様の動作が繰り返される。そのため、周期TAは、時刻t1から時刻t4までの期間となり、充放電回路92は、電圧Visに基づいて電圧Vcaを出力する。この結果、上述したように、電圧Vcaは、電圧Visの大きさに対してゲイン1.0倍で出力される。
At this time, the
==間引き数Nが1である場合==
図12は、間引き数Nが1である場合の制御IC40aの動作の一例を示す図である。
==When the thinning number N is 1==
FIG. 12 is a diagram showing an example of the operation of the
時刻t10から時刻t13までの動作は、図11の時刻t0から時刻t3までの動作と同様である。なお、電圧Visは、図11の場合の2倍の電圧であるものとする。 The operation from time t10 to time t13 is the same as the operation from time t0 to time t3 in FIG. Note that the voltage Vis is assumed to be twice the voltage in the case of FIG.
時刻t14において、負の共振電流Icrにより、端子VSの電圧Vsは、上昇し、入力電圧Vinの半分の電圧となる。これに伴い、図2の抵抗63,64は、電圧Vsに応じた電圧Vs_divを生成し、図4のコンパレータ90は、“H”レベルの信号clkを出力する。しかしながら、間引き数Nが1であるため、制御回路91は、信号clkを信号sw_ctrlとして出力しない。したがって、ノードAの電圧Vaは接地電圧のままである。
At time t14, the negative resonance current Icr causes the voltage Vs of the terminal VS to rise to half the input voltage Vin. Accordingly, the
制御IC40aの駆動回路72が“L”レベルの駆動信号Vdr1を出力した後の時刻t15において、正の共振電流Icrにより、端子VSの電圧Vsは、低下し、入力電圧Vinの半分の電圧となる。これに伴い、図2の抵抗63,64は、電圧Vsに応じた電圧Vs_divを生成し、図4のコンパレータ90は、“L”レベルの信号clkを出力する。
At time t15 after the
この時、図4のスイッチ102は、“L”レベルの信号sw_ctrlに基づいてオンされ、ノードAの電圧Vaは、接地電圧のままとなる。そして、時刻t16以降、同様の動作が繰り返される。そのため、周期TAは、時刻t11から時刻t16までの期間となり、充放電回路92は、電圧Visに基づいて電圧Vcaを出力する。この結果、上述したように、電圧Vcaは、電圧Visの大きさに対してゲイン0.5倍で出力される。
At this time, the
<<設定回路62の変形例>>
上述した実施形態においては、電圧Vcaのレベルが所定レベルVca_hを超え、間引き数Nがインクリメントされる度に、周期TAは2倍となる。そして、周期TAが2倍となることで、電圧Vcaのレベルは所定レベルVca_hの半分のレベルである所定レベルVca_lとなる。
<<Modified Example of Setting
In the above-described embodiment, the period TA is doubled each time the level of the voltage Vca exceeds the predetermined level Vca_h and the thinning number N is incremented. By doubling the period TA, the level of the voltage Vca becomes a predetermined level Vca_l that is half the level of the predetermined level Vca_h.
このような場合、電圧Vcaがノイズの影響を受け、変動すると、間引き数Nのインクリメント又はデクリメントが頻繁に発生する可能性がある。したがって、ノイズの影響を抑制するため、所定レベルVca_lの代わりに、所定レベルVca_lより低い所定レベルVca_l_deltaを用いることがある。以下では、設定回路62の変形例として、所定レベルVca_l_deltaを用いた場合の設定回路62の動作が説明される。
In such a case, if the voltage Vca is affected by noise and fluctuates, the thinning number N may be incremented or decremented frequently. Therefore, in order to suppress the influence of noise, a predetermined level Vca_l_delta lower than the predetermined level Vca_l may be used instead of the predetermined level Vca_l. As a modified example of the setting
図13~図15は、設定回路62の変形例を用いた場合に制御IC40aにおける電圧Vcaと電圧Visとの関係を示す図である。
13 to 15 are diagrams showing the relationship between the voltage Vca and the voltage Vis in the
具体的には、図3に示す設定回路62では、基準電圧回路83は、所定レベルVca_h(例えば、5V)の半分のレベルを所定レベルVca_l(例えば、2.5V)として出力していた。しかしながら、設定回路62の変形例においては、基準電圧回路83は、所定レベルVca_hの半分のレベルより低いレベルを所定レベルVca_l_delta(例えば、2.4V)として出力する。
Specifically, in the
このような場合に、制御IC40aがどのように電圧Vcaを出力するかを以下に説明する。なお、図13は、負荷11の状態が無負荷から重負荷へ変化する場合の動作を示し、図14は、負荷11の状態が重負荷から無負荷へ変化する場合の動作を示す。また、図15は、図13と図14とを合わせて描いた図である。
How the
まず、図13を用いて、負荷11の状態が無負荷から重負荷へ変化する場合について説明する。設定回路62が、“0”の間引き数Nを出力している際に、電圧Visが増加すると、平均化回路65は、徐々に大きくなる電圧Vcaを出力する。そして、電圧Vcaのレベルが所定レベルVca_hとなるまで、設定回路62は、“0”の間引き数Nを出力する。
First, a case where the state of the
その後、更に電圧Visが増加すると、平均化回路65は、更に大きな電圧Vcaを出力する。そのため、設定回路62は、“1”の間引き数Nを出力する。この結果、電圧Vcaのレベルは、所定レベルVca_lまで低下する。
After that, when the voltage Vis further increases, the averaging
そして、電圧Visが増加するにつれて、設定回路62は、間引き数Nを増加させる。間引き数Nが増加するごとに、電圧Vcaのレベルは、所定レベルVca_lまで低下する。
Then, the setting
つぎに、図14を用いて、負荷11の状態が重負荷から無負荷へ変化する場合について説明する。設定回路62が、例えば、“2”の間引き数Nを出力している際に、電圧Visが減少すると、平均化回路65は、徐々に小さくなる電圧Vcaを出力する。そして、電圧Vcaのレベルが所定レベルVca_l_deltaとなるまで、設定回路62は、“2”の間引き数Nを出力する。
Next, a case where the state of the
その後、更に電圧Visが減少すると、平均化回路65は、更に小さな電圧Vcaを出力する。そのため、設定回路62は、“1”の間引き数Nを出力する。この結果、電圧Vcaのレベルは、所定レベルVca_hの下のレベルVca_xまで上昇する。
After that, when the voltage Vis further decreases, the averaging
そして、電圧Visが減少するにつれて、設定回路62は、間引き数Nを減少させる。間引き数Nが減少するごとに、電圧Vcaのレベルは、所定レベルVca_hの下のレベルVca_xまで上昇する。これにより、設定回路62は、間引き数Nを切り替えた直後に再度元の間引き数Nを出力しない。そのため、設定回路62は、間引き数Nのインクリメント又はデクリメントを頻繁に繰り返すことがなくなり、電圧Vcaのノイズの影響が抑制される。
Then, as the voltage Vis decreases, the setting
また、図15に示すように、設定回路62の変形例においては、電圧Visが増加する時、すなわち負荷11の状態が重負荷に向かう時、電圧Vcaのレベルが所定レベルVca_hとなると、間引き数Nは変化する。そして、間引き数Nが変化すると、電圧Vcaのレベルは所定レベルVca_lまで低下する。
As shown in FIG. 15, in the modification of the setting
一方、同じく図15に示すように、電圧Visが減少する時、すなわち負荷11の状態が軽負荷に向かう時、電圧Vcaのレベルが所定レベルVca_l_deltaとなると、間引き数Nは変化する。そして、間引き数Nが変化すると、電圧VcaのレベルはレベルVca_xまで上昇する。
On the other hand, as shown in FIG. 15, when the voltage Vis decreases, that is, when the
以上から、間引き数Nが変化する際の電圧Vcaのレベルと、間引き数Nが変化した際に電圧Vcaが到達するレベルとが、負荷11の状態が重負荷に向かう際と、軽負荷に向かう際とで異なる。このため、電圧Visがノイズにより変動したとしても、間引き数Nが頻繁に変動したり、電圧Vcaが同様に変動したりすることを抑制できる。
From the above, the level of the voltage Vca when the thinning number N changes and the level to which the voltage Vca reaches when the thinning number N changes are different when the state of the
<<平均化回路65の変形例>>
図16は、平均化回路65の変形例である平均化回路67の一例を示す図である。なお、図16において、図4と同一の対象には同一の参照符号を付している。
<<Modified Example of Averaging
FIG. 16 is a diagram showing an example of an averaging
平均化回路67は、レベルシフト回路(LS)110、バイアス回路(BIAS)111、バッファ回路112を更に含んでいる。そして、レベルシフト回路110は、端子ISとスイッチ100との間に設けられ、0V(ゼロボルト)を中心に変化する電圧Vaのレベルをシフトする。
The averaging
なお、レベルシフト回路110は、電圧Visの中心レベルが所定レベルとなるよう、電圧Visをシフトする。ここで、「所定レベル」は、例えば、電源電圧Vdd(例えば、5V)の半分のレベル(Vdd/2=2.5V)である。
The
また、レベルシフト回路110は、例えば、高電圧側に電源電圧Vddが印加され、低電圧側に電圧Visが印加された分圧回路である。
Also, the
バイアス回路111は、端子GNDとスイッチ102との間に設けられ、接地電圧のレベルに所定電圧(例えば、1V)を印加する。また、バイアス回路111は、例えば、所定電圧を生成する電圧源である。
The
バッファ回路112は、ノードAの電圧Vaを増幅し、抵抗103を介して電圧Vcaとして出力する。また、バッファ回路112は、例えば、複数のオペアンプ等で構成される演算回路である。これにより、平均化回路67は、電圧Visに応じたレベルシフト回路110からの電圧と、バイアス回路111からの所定電圧とに基づいて平均化でき、電圧Vcaのレベルを所望の範囲で出力できる。
=====その他の実施形態=====
<<<スイッチング電源回路10bの概要>>>
図17は、スイッチング電源回路10aの変形例であるスイッチング電源回路10bの一例を示す図である。なお、図17では、図1と同一の対象には同一の参照符号が付されている。そのため、同一の対象については説明しない。
===== Other Embodiments =====
<<<outline of switching
FIG. 17 is a diagram showing an example of a switching
また、スイッチング電源回路10bは、補助巻線Laに生じる電圧を分圧する抵抗56,57を更に備える。抵抗56,57の接続点には、電圧Vvwが生じる。そして、制御IC40bは、端子VWを更に備え、電圧Vvwは、制御IC40bの端子VWに印加される。なお、制御IC40bは、端子VWに印加される電圧Vvwを、いわゆる共振外れを抑制するために用いる。
The switching
ここで、1次コイルL1と、補助コイルLaとは、同極性で電磁結合されている。そのため、1次コイルL1に正の方向の共振電流Icrが流れている際に、補助コイルLaに生じる電圧は、正の電圧となる。これにより、NMOSトランジスタ24がオンし、電圧Vsが入力電圧Vinとなる際に、補助コイルLaも正の電圧を発生させることとなる。そのため、電圧Vvwは、電圧Vsと同じ極性及び位相で変化する。
Here, the primary coil L1 and the auxiliary coil La are electromagnetically coupled with the same polarity. Therefore, when the positive resonance current Icr flows through the primary coil L1, the voltage generated in the auxiliary coil La is a positive voltage. As a result, when the
<<<制御IC40bの詳細>>>
図18は、制御IC40bの一例を示す図である。図18においては、図2と同一の対象については同一の参照符号を付している。そして、同一の対象については改めて説明しない。
<<<details of the
FIG. 18 is a diagram showing an example of the
図18の平均化回路65は、信号sw_ctrlを生成するために、電圧Vsの代わりに、電圧Vvwを用いる。その他の制御IC40bの回路は、制御IC40aの回路と同様に動作する。これにより、制御IC40bは、電圧Vvwを電圧Vsの代わりに用いて制御IC40aと同様の動作を実現することができる。なお、端子VWは、「第2端子」に相当する。
Averaging
===まとめ===
以上、本実施形態のスイッチング電源回路10aについて説明した。制御IC40aは、平均化回路65、設定回路62、駆動信号出力回路61を備える。制御IC40aは、電圧Visが大きくなる、すなわち、負荷電流Ioutが増加するにつれて電圧Vcaの増加率を変更する。そして、制御IC40aは、負荷11の状態が無負荷に近い場合、最も大きな増加率で電圧Vcaを出力するため、電圧Visが小さい場合であっても、負荷11の状態を精度よく検出できるようになる。したがって、制御IC40aは、負荷の状態を精度良く検出できる。
===Summary===
The switching
また、設定回路62は、コンパレータ80,82、出力回路84を備える。これにより、制御IC40aは、電圧Vcaの変化に応じて間引き数Nを決めることができ、電圧Vcaの増加率を変更することができる。
The setting
また、出力回路84は、電圧Vcaに基づいて周期TAを変化させるよう間引き数Nを出力する。これにより、制御IC40aは、電圧Vcaに基づいて電圧Vcaの増加率を変更することができる。
Further, the
また、設定回路62は、基準電圧回路81,83を更に備える。これにより、制御IC40aは、間引き数Nを精度良く変更できる。
The setting
また、出力回路84は、アップダウンカウンタである。これにより、出力回路84は、簡易な回路で間引き数Nを出力することができる。
Also, the
また、平均化回路65は、コンパレータ90、制御回路91、充放電回路92を備える。平均化回路65は、間引き数Nに基づいて信号sw_ctrlを生成することで、周期TAを変化させ、電圧Vcaの増加率を変更することができる。
The averaging
また、制御IC40aは、端子VSを有する。そして、制御IC40aの平均化回路65は、電圧Vsに基づいて信号sw_ctrlを生成することで、正の電圧である電圧Visから電圧Vcaを出力することができる。
The
また、制御IC40bは、補助コイルLaからの電圧を受ける端子VWを有する。そして、制御IC40bの平均化回路65は、電圧Vvwに基づいて、制御IC40aの平均化回路65と同様に正の電圧である電圧Visから電圧Vcaを出力することができる。
The
また、駆動信号出力回路61は、発振回路70、検出回路71、駆動回路72を備える。検出回路71は、間引き数Nと、電圧Vcaとに基づいて信号Vloadを出力する。これにより、駆動回路72は、負荷11の状態に応じてNMOSトランジスタ24,25をスイッチングすることができる。
The drive
また、制御IC40aは、過負荷検出回路66を備える。そして、過負荷検出回路66が負荷11の状態が過負荷であることを示す信号оlpを出力すると、駆動回路72は、NMOSトランジスタ24,25をオフする。これにより、制御IC40aは、負荷11を保護することができる。
The
上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。また、本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更や改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれるのはいうまでもない。 The above-described embodiments are intended to facilitate understanding of the present invention, and are not intended to limit and interpret the present invention. Further, the present invention can be modified and improved without departing from its spirit, and it goes without saying that the present invention includes equivalents thereof.
10a,10b スイッチング電源回路
11 負荷
20,21,22,32,51,53,54 コンデンサ
23,55~57,60,63,64,103 抵抗
24,25 NMOSトランジスタ
26 トランス
27 制御ブロック
30,31,50 ダイオード
33 定電圧回路
34 発光ダイオード
52 フォトトランジスタ
61 駆動信号出力回路
62 設定回路
65 平均化回路
66 過負荷検出回路
67 平均化回路
70 発振回路
71 検出回路
72 駆動回路
80,82,90 コンパレータ
81,83 基準電圧回路
84 出力回路
91 制御回路
92 充放電回路
100,102 スイッチ
101 インバータ
110 レベルシフト回路
111 バイアス回路
112 バッファ回路
10a, 10b switching
Claims (11)
前記電源回路において第1期間流れる共振電流に応じた第1電圧を、設定信号に基づいた周期で平均化し、前記電源回路の負荷に流れる負荷電流を示す第2電圧として出力する平均化回路と、
前記負荷電流が増加すると前記周期を長くする前記設定信号を、前記第2電圧に基づいて出力する設定回路と、
前記出力電圧に応じた帰還電圧と、前記第2電圧と、前記設定信号とに基づいて、前記第1及び第2トランジスタを駆動するための駆動信号を出力する駆動信号出力回路と、
を含むスイッチング制御回路。 a transformer including a primary coil and a secondary coil; first and second transistors for controlling the current in the primary coil; and a resonant circuit including the primary coil and a first capacitor. A switching control circuit for controlling switching of the first and second transistors of a power supply circuit that generates on the secondary side,
an averaging circuit for averaging a first voltage corresponding to a resonance current flowing in the power supply circuit for a first period with a period based on a setting signal and outputting a second voltage indicating a load current flowing in a load of the power supply circuit;
a setting circuit that outputs the setting signal for lengthening the cycle when the load current increases based on the second voltage;
a drive signal output circuit that outputs a drive signal for driving the first and second transistors based on the feedback voltage corresponding to the output voltage, the second voltage, and the setting signal;
a switching control circuit including;
前記設定回路は、
前記第2電圧と、第1基準電圧とを比較する第1比較回路と、
前記第2電圧と、前記第1基準電圧より低い第2基準電圧とを比較する第2比較回路と、
前記第2電圧が前記第1基準電圧となると前記周期を長くする前記設定信号を出力し、前記第2電圧が前記第2基準電圧となると前記周期を短くする前記設定信号を出力する出力回路と、
を含むスイッチング制御回路。 A switching control circuit according to claim 1, wherein
The setting circuit is
a first comparison circuit that compares the second voltage and a first reference voltage;
a second comparison circuit that compares the second voltage with a second reference voltage that is lower than the first reference voltage;
an output circuit that outputs the setting signal that lengthens the period when the second voltage reaches the first reference voltage, and outputs the setting signal that shortens the period when the second voltage reaches the second reference voltage; ,
a switching control circuit including;
前記出力回路は、
前記第2電圧が前記第1基準電圧となると前記周期を2倍とする前記設定信号を出力し、前記第2電圧が前記第2基準電圧となると前記周期を1/2倍とする前記設定信号を出力する、
スイッチング制御回路。 A switching control circuit according to claim 2, wherein
The output circuit is
When the second voltage reaches the first reference voltage, outputting the setting signal which doubles the period, and when the second voltage reaches the second reference voltage, outputs the setting signal which halves the period. which outputs
switching control circuit.
前記第1基準電圧を出力する第1基準電圧出力回路と、
前記第1基準電圧のレベルの1/2倍より低いレベルの前記第2基準電圧を出力する第2基準電圧出力回路と、
を含むスイッチング制御回路。 A switching control circuit according to claim 3, wherein
a first reference voltage output circuit that outputs the first reference voltage;
a second reference voltage output circuit that outputs the second reference voltage at a level lower than half the level of the first reference voltage;
a switching control circuit including;
前記出力回路は、
前記第2電圧が前記第1基準電圧となるか、前記第2電圧が前記第2基準電圧となると、前記周期を示すカウント値を変化させ、前記カウント値を前記設定信号として出力するアップダウンカウンタである、
スイッチング制御回路。 The switching control circuit according to any one of claims 2 to 4,
The output circuit is
An up-down counter that changes a count value indicating the cycle and outputs the count value as the setting signal when the second voltage becomes the first reference voltage or the second voltage becomes the second reference voltage. is
switching control circuit.
前記平均化回路は、
前記第1期間と、第2期間とで論理レベルが変化する第1発振信号を出力する発振信号出力回路と、
前記第1発振信号と、前記設定信号とに基づいて、前記第1期間に第1論理レベルとなる制御信号を前記周期で出力する制御信号出力回路と、
前記第1論理レベルの前記制御信号に基づいて、前記第2電圧が生じる第2コンデンサを前記第1電圧で充電し、第2論理レベルの前記制御信号に基づいて、前記第2コンデンサを放電する充放電回路と、
を含むスイッチング制御回路。 The switching control circuit according to any one of claims 1 to 5,
The averaging circuit is
an oscillation signal output circuit that outputs a first oscillation signal whose logic level changes between the first period and the second period;
a control signal output circuit for outputting a control signal having a first logic level in the first period based on the first oscillation signal and the setting signal at the cycle;
based on the control signal at the first logic level, charging a second capacitor with the first voltage that produces the second voltage; and discharging the second capacitor based on the control signal at the second logic level. a charging and discharging circuit;
a switching control circuit including;
前記スイッチング制御回路は、前記第1トランジスタと、前記第2トランジスタとの接続ノードに接続される第1端子を有する集積回路であり、
前記発振信号出力回路は、前記第1端子の電圧に基づいて、前記第1発振信号を出力する、
スイッチング制御回路。 A switching control circuit according to claim 6,
The switching control circuit is an integrated circuit having a first terminal connected to a connection node between the first transistor and the second transistor,
The oscillation signal output circuit outputs the first oscillation signal based on the voltage of the first terminal.
switching control circuit.
前記トランスは、前記1次コイルまたは前記2次コイルに電磁結合された補助コイルを含み、
前記スイッチング制御回路は、前記補助コイルからの電圧が印加される第2端子を有する集積回路であり、
前記発振信号出力回路は、前記第2端子の電圧に基づいて、前記第1発振信号を出力する、
スイッチング制御回路。 A switching control circuit according to claim 6,
the transformer includes an auxiliary coil electromagnetically coupled to the primary coil or the secondary coil;
The switching control circuit is an integrated circuit having a second terminal to which the voltage from the auxiliary coil is applied,
The oscillation signal output circuit outputs the first oscillation signal based on the voltage of the second terminal.
switching control circuit.
前記駆動信号出力回路は、
前記帰還電圧に応じた周波数の第2発振信号を出力する発振回路と、
前記第2電圧と、前記設定信号とに基づいて、前記負荷の状態を検出する検出回路と、
前記検出回路の検出結果と、前記第2発振信号とに基づいて前記第1及び第2トランジスタを駆動する駆動回路と、
を含むスイッチング制御回路。 The switching control circuit according to any one of claims 1 to 8,
The drive signal output circuit is
an oscillation circuit that outputs a second oscillation signal having a frequency corresponding to the feedback voltage;
a detection circuit that detects the state of the load based on the second voltage and the setting signal;
a drive circuit that drives the first and second transistors based on the detection result of the detection circuit and the second oscillation signal;
a switching control circuit including;
前記検出回路の検出結果に基づいて、前記負荷電流が所定値以上であるか否かを判定する判定回路を含み、
前記駆動回路は、
前記負荷電流が前記所定値以上であることを前記判定回路が判定すると、前記第1及び第2トランジスタをオフする、
スイッチング制御回路。 A switching control circuit according to claim 9,
a determination circuit that determines whether the load current is equal to or greater than a predetermined value based on the detection result of the detection circuit;
The drive circuit is
turning off the first and second transistors when the determination circuit determines that the load current is equal to or greater than the predetermined value;
switching control circuit.
前記1次コイルの電流を制御する第1及び第2トランジスタと、
前記1次コイル及び第1コンデンサを含む共振回路と、
前記第1及び第2トランジスタのスイッチングを制御するスイッチング制御回路と、
を含み目的レベルの出力電圧を2次側に生成する電源回路であって、
前記スイッチング制御回路は、
前記電源回路において第1期間流れる共振電流に応じた第1電圧を、設定信号に基づいた周期で平均化し、前記電源回路の負荷に流れる負荷電流を示す第2電圧として出力する平均化回路と、
前記負荷電流が増加すると前記周期を長くする前記設定信号を、前記第2電圧に基づいて出力する設定回路と、
前記出力電圧に応じた帰還電圧と、前記第2電圧と、前記設定信号とに基づいて、前記第1及び第2トランジスタを駆動するための駆動信号を出力する駆動信号出力回路と、
を含む電源回路。 a transformer including a primary coil and a secondary coil;
first and second transistors for controlling current in the primary coil;
a resonant circuit including the primary coil and a first capacitor;
a switching control circuit that controls switching of the first and second transistors;
A power supply circuit for generating a target level output voltage on the secondary side, comprising:
The switching control circuit is
an averaging circuit for averaging a first voltage corresponding to a resonance current flowing in the power supply circuit for a first period with a period based on a setting signal and outputting a second voltage indicating a load current flowing in a load of the power supply circuit;
a setting circuit that outputs the setting signal for lengthening the cycle when the load current increases based on the second voltage;
a drive signal output circuit that outputs a drive signal for driving the first and second transistors based on the feedback voltage corresponding to the output voltage, the second voltage, and the setting signal;
Power supply circuit including.
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