JP5785710B2 - Dc/dcコンバータならびにそれを用いた電源装置および電子機器 - Google Patents
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Description
図1は、本発明者が検討したDC/DCコンバータ100rの構成を示す図である。DC/DCコンバータ100rの具体的構成を当業者によく知られた一般的な技術とみなしてはならない。
VCC=VOUT×ND/NS
ここで、NSは2次コイルL2の巻き数、NDは補助コイルL3の巻き数である。
この場合、回路面積やコストの増大を抑えることができる。
この態様によれば、負荷によってモードの切りかえが制御され、さらに各モードに応じて選択回路を適切な状態に設定できる。
この態様では、分圧回路の分圧比に応じて、出力電圧を切りかえることができる。
この態様によれば、負荷によってモードの切りかえが制御され、さらに各モードに応じて選択回路を適切な状態に設定できる。
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ない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
電子機器1は、たとえばテレビや冷蔵庫、エアコンなどの家電製品やコンピュータである。電子機器1は、マイコン2、信号処理回路4、DC/DCコンバータ100、整流回路102を備える。電子機器1は、互いに絶縁される1次側と2次側に分けられている。整流回路102およびDC/DCコンバータ100の半分は1次側に配置され、電子機器1の半分と、マイコン2、信号処理回路4は2次側に配置される。
補助コイルL3のタップTP(第1端子N3aともいう)には、2次コイルL2に生ずる電圧VSに第1係数(巻き線比ND1/Ns)を乗じた第1電圧VD1が発生する。また補助コイルL3の一端(第2端子N3b)には、2次コイルL2に生ずる電圧VSに第1係数より大きな第2係数(ND2/NS)を乗じた第2電圧VD2が発生する。本実施の形態では、NS:ND1:ND2=1:1:2とする。
VCC1=ND1/NS×VOUT …(1)
また、第2経路14が有効となるスタンバイモードにおいて、第2出力キャパシタCo2の電圧VCC2は、式(2)で与えられる。
VCC2=ND2/NS×VOUT …(2)
分圧回路26は、DC/DCコンバータ100の出力電圧VOUTを分圧比Kにて分圧する。シャントレギュレータ22は、分圧された出力電圧VOUT’(=VOUT×K)と、所定の基準電圧VREFの誤差を増幅し、誤差に応じた電流IFBを出力する。シャントレギュレータ22の出力電流IFBの経路には、フォトカプラ24の入力側の発光ダイオードが設けられる。フォトカプラ24は、出力電圧VOUT’と基準電圧VREFの誤差に応じたフィードバック信号VFBを、制御回路10のFB端子に出力する。抵抗R21、R22は、フォトカプラ24の発光ダイオードを適切にバイアスするために設けられる。
分圧回路26の分圧比をKとするとき、フィードバックによって、出力電圧VOUTは、
VOUT=VREF/K …(1)
を満たすように安定化される。
K1=R1/R2=R1/R2a
となる。スタンバイモードではスイッチSW3がオンし、分圧比K2は
K2=R1/R2=R2/(R2a//R2b)
となる。「//」は、並列抵抗の合成インピーダンスを示す。
1.通常モード
通常モードにおいてマイコン2はSTB信号をネゲート(ローレベル)する。このとき、分圧回路26の分圧比は第1の値K1に設定され、出力電圧VOUTは12Vとなるようにフィードバックがかかる。
スタンバイモードにおいてマイコン2はSTB信号をアサートする。このとき、分圧回路26の分圧比は第2の値K2に設定され、出力電圧VOUTは6Vとなるようにフィードバックがかかる。マイコン2の消費電力は、その電源電圧VOUTとその動作電流の積で与えられるところ、マイコン2の電源電圧VOUTを低下させることにより、消費電力を低下させることができる。
選択回路16は、第2出力キャパシタCo2と補助コイルL3のタップTPとの間に、第2ダイオードD2と直列に設けられた第2スイッチ(SW2)をさらに備えてもよい。この場合、制御回路10には、第2スイッチSW2を制御するためのMASK2端子を追加すればよい。図3のスイッチ制御部70は、スタンバイモードにおいて第2スイッチSW2がオフするように、STB信号に応じてMASK2端子の状態を制御する。
実施の形態では、通常モードとスタンバイモードとで、第1スイッチSW1を固定的にオン、またはオフとする場合を説明したが、本発明はそれには限定されない。この変形例において選択回路16は、第1スイッチSW1および第2スイッチSW2を備える。また、各モードにおいて有効とされる経路上のスイッチを、スイッチング信号OUTと同期してスイッチングする。
たとえばスイッチSW1、SW2は、トランスファゲートで構成してもよい。また第1スイッチSW1と第3ダイオードD3は入れ替えてもよいし、第2スイッチSW2と第2ダイオードD2は入れ替えてもよい。
実施の形態では、トランスT1の補助コイルL3が単一の巻き線で構成される場合を説明したが本発明はそれに限定されない。図6は、変形例に係るトランスT1の構成を示す回路図である。
補助コイルL3は、2つのコイルL3a、L3bを含む。一方のコイルL3aの一端が第1端子N3aであり、他方のコイルL3bの一端が第2端子N3bである。この構成では、コイルL3a、L3bそれぞれの巻き数をND1、ND2とすればよい。
つまり補助コイルL3は、2次コイルL2の電圧VSに対して異なる係数を乗じた第1電圧VD1、第2電圧VD2を生成できればよく、他の構成であってもよい。
たとえば図3のオン信号生成部54として、コンパレータに代えて、所定のオフ時間Toffを測定するタイマ回路を用いてもよい。エネルギーの放出に要する時間をあらかじめ見積もることにより、オフ時間Toffを固定することも可能である。この場合、エネルギー効率の悪化と引き替えに、回路を簡略化できる。
Claims (14)
- 1次コイル、2次コイルおよび前記1次コイル側に設けられた補助コイルを有するトランスであって、前記補助コイルは、前記2次コイルに生ずる電圧に第1係数を乗じた第1電圧を発生する第1端子と、前記2次コイルに生ずる電圧に前記第1係数より大きな第2係数を乗じた第2電圧を発生する第2端子とを有している、トランスと、
一端の電位が固定され、他端が出力端子に接続された第1出力キャパシタと、
前記第1出力キャパシタの他端と前記2次コイルの一端との間に、カソードが前記第1出力キャパシタ側となる向きで設けられた第1ダイオードと、
前記1次コイルの経路上に設けられたスイッチングトランジスタと、
一端の電位が固定された第2出力キャパシタと、
前記第2出力キャパシタの他端と前記補助コイルの前記第1端子との間に、カソードが前記第2出力キャパシタ側となる向きで設けられた第2整流素子と、
前記第2出力キャパシタの他端と前記補助コイルの前記第2端子との間に、カソードが前記第2出力キャパシタ側となる向きで設けられた第3整流素子と、
電源端子に前記第2出力キャパシタに生ずる電圧を受け、前記スイッチングトランジスタのオン、オフを制御する制御回路と、
前記出力端子の出力電圧が第1レベルとなる第1モードと、前記出力電圧が前記第1レベルより低い第2レベルとなる第2モードと、を切り替えるモード切替回路と、
前記第1モードにおいて、前記モード切替回路から前記制御回路に入力される制御信号に応じて前記第2整流素子を含む第1経路を選択し、前記第2モードにおいて、前記制御信号に応じて前記第3整流素子を含む第2経路を選択する選択回路と、
を備えることを特徴とするDC/DCコンバータ。 - 前記補助コイルは、巻き線の途中にタップが設けられたひとつのコイルを含み、前記タップが前記第1端子であり、その一端が前記第2端子であることを特徴とする請求項1に記載のDC/DCコンバータ。
- 前記補助コイルは、2つのコイルを含み、一方のコイルの一端が前記第1端子であり、他方のコイルの一端が前記第2端子であることを特徴とする請求項1に記載のDC/DCコンバータ。
- 前記第1、第2モードの切りかえは、本DC/DCコンバータの負荷によって制御され、かつ前記負荷は、前記制御信号を生成可能に構成され、
本DC/DCコンバータは、前記負荷からの前記制御信号を、前記トランスの2次側から1次側に伝送する制御用フォトカプラをさらに備え、
前記選択回路は、前記制御信号にもとづき制御されることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のDC/DCコンバータ。 - 前記出力電圧と所定の基準電圧との誤差に応じた誤差信号を生成する誤差増幅器と、
前記誤差増幅器からの前記誤差信号を受け、前記誤差信号に応じたフィードバック信号を前記トランスの2次側から1次側に伝送するフィードバック用フォトカプラと、
をさらに備え、
前記制御回路は、前記フィードバック信号にもとづき、前記スイッチングトランジスタのオン、オフを制御することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のDC/DCコンバータ。 - 前記出力電圧を切りかえ可能な分圧比により分圧して前記誤差増幅器に出力する分圧回路をさらに備え、
前記分圧回路の分圧比は、前記第1、第2モードに応じて切りかえられることを特徴とする請求項5に記載のDC/DCコンバータ。 - 前記分圧回路の分圧比は、本DC/DCコンバータの負荷によって切りかえられ、かつ前記負荷は、モードを示す制御信号を生成可能に構成され、
本DC/DCコンバータは、前記負荷からの前記制御信号を、前記トランスの2次側から1次側に伝送する制御用フォトカプラをさらに備え、
前記選択回路は、前記制御信号にもとづき制御されることを特徴とする請求項6に記載のDC/DCコンバータ。 - 前記選択回路は、前記第2出力キャパシタの他端と前記補助コイルの前記第2端子との間に、前記第3整流素子と直列に設けられた第1スイッチを含むことを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載のDC/DCコンバータ。
- 1次コイル、2次コイルおよび前記1次コイル側に設けられた補助コイルを有するトランスであって、前記補助コイルは、前記2次コイルに生ずる電圧に第1係数を乗じた第1電圧を発生する第1端子と、前記2次コイルに生ずる電圧に前記第1係数より大きな第2係数を乗じた第2電圧を発生する第2端子とを有している、トランスと、
一端の電位が固定され、他端が出力端子に接続された第1出力キャパシタと、
前記第1出力キャパシタの他端と前記2次コイルの一端との間に、カソードが前記第1出力キャパシタ側となる向きで設けられた第1ダイオードと、
前記1次コイルの経路上に設けられたスイッチングトランジスタと、
一端の電位が固定された第2出力キャパシタと、
前記第2出力キャパシタの他端と前記補助コイルの前記第1端子との間に、カソードが前記第2出力キャパシタ側となる向きで設けられた第2整流素子と、
前記第2出力キャパシタの他端と前記補助コイルの前記第2端子との間に、カソードが前記第2出力キャパシタ側となる向きで設けられた第3整流素子と、
前記出力端子の出力電圧が第1レベルとなる第1モードにおいて、前記第2整流素子を含む第1経路を選択し、前記出力電圧が前記第1レベルより低い第2レベルとなる第2モードにおいて、前記第3整流素子を含む第2経路を選択する選択回路と、
電源端子に前記第2出力キャパシタに生ずる電圧を受け、前記スイッチングトランジスタのオン、オフを制御する制御回路と、
を備え、
前記選択回路は、
前記第2出力キャパシタの他端と前記補助コイルの前記第2端子との間に、前記第3整流素子と直列に設けられた第1スイッチと、
前記第2出力キャパシタの他端と前記補助コイルの前記第1端子との間に、第2整流素子と直列に設けられた第2スイッチと、
を含むことを特徴とするDC/DCコンバータ。 - 1次コイル、2次コイルおよび前記1次コイル側に設けられた補助コイルを有するトランスであって、前記補助コイルは、前記2次コイルに生ずる電圧に第1係数を乗じた第1電圧を発生する第1端子と、前記2次コイルに生ずる電圧に前記第1係数より大きな第2係数を乗じた第2電圧を発生する第2端子とを有している、トランスと、
一端の電位が固定され、他端が出力端子に接続された第1出力キャパシタと、
前記第1出力キャパシタの他端と前記2次コイルの一端との間に、カソードが前記第1出力キャパシタ側となる向きで設けられた第1ダイオードと、
前記1次コイルの経路上に設けられたスイッチングトランジスタと、
一端の電位が固定された第2出力キャパシタと、
前記第2出力キャパシタの他端と前記補助コイルの前記第1端子との間に、カソードが前記第2出力キャパシタ側となる向きで設けられた第2整流素子と、
前記第2出力キャパシタの他端と前記補助コイルの前記第2端子との間に、カソードが前記第2出力キャパシタ側となる向きで設けられた第3整流素子と、
前記出力端子の出力電圧が第1レベルとなる第1モードにおいて、前記第2整流素子を含む第1経路を選択し、前記出力電圧が前記第1レベルより低い第2レベルとなる第2モードにおいて、前記第3整流素子を含む第2経路を選択する選択回路と、
電源端子に前記第2出力キャパシタに生ずる電圧を受け、前記スイッチングトランジスタのオン、オフを制御する制御回路と、
を備え、
前記選択回路は、前記第2出力キャパシタの他端と前記補助コイルの前記第2端子との間に、前記第3整流素子と直列に設けられた第1スイッチを含み、
前記第1スイッチは、そのコレクタが前記第2出力キャパシタ側となるように配置されたPNP型バイポーラトランジスタを含むことを特徴とするDC/DCコンバータ。 - 1次コイル、2次コイルおよび前記1次コイル側に設けられた補助コイルを有するトランスであって、前記補助コイルは、前記2次コイルに生ずる電圧に第1係数を乗じた第1電圧を発生する第1端子と、前記2次コイルに生ずる電圧に前記第1係数より大きな第2係数を乗じた第2電圧を発生する第2端子とを有している、トランスと、
一端の電位が固定され、他端が出力端子に接続された第1出力キャパシタと、
前記第1出力キャパシタの他端と前記2次コイルの一端との間に、カソードが前記第1出力キャパシタ側となる向きで設けられた第1ダイオードと、
前記1次コイルの経路上に設けられたスイッチングトランジスタと、
一端の電位が固定された第2出力キャパシタと、
前記第2出力キャパシタの他端と前記補助コイルの前記第1端子との間に、カソードが前記第2出力キャパシタ側となる向きで設けられた第2整流素子と、
前記第2出力キャパシタの他端と前記補助コイルの前記第2端子との間に、カソードが前記第2出力キャパシタ側となる向きで設けられた第3整流素子と、
前記出力端子の出力電圧が第1レベルとなる第1モードにおいて、前記第2整流素子を含む第1経路を選択し、前記出力電圧が前記第1レベルより低い第2レベルとなる第2モードにおいて、前記第3整流素子を含む第2経路を選択する選択回路と、
電源端子に前記第2出力キャパシタに生ずる電圧を受け、前記スイッチングトランジスタのオン、オフを制御する制御回路と、
を備え、
前記選択回路は、前記第2出力キャパシタの他端と前記補助コイルの前記第2端子との間に、前記第3整流素子と直列に設けられた第1スイッチを含み、前記第3整流素子のカソードは前記第1スイッチにのみ接続されていることを特徴とするDC/DCコンバータ。 - 1次コイル、2次コイルおよび前記1次コイル側に設けられた補助コイルを有するトランスであって、前記補助コイルは、前記2次コイルに生ずる電圧に第1係数を乗じた第1電圧を発生する第1端子と、前記2次コイルに生ずる電圧に前記第1係数より大きな第2係数を乗じた第2電圧を発生する第2端子とを有している、トランスと、
一端の電位が固定され、他端が出力端子に接続された第1出力キャパシタと、
前記第1出力キャパシタの他端と前記2次コイルの一端との間に、カソードが前記第1出力キャパシタ側となる向きで設けられた第1ダイオードと、
前記1次コイルの経路上に設けられたスイッチングトランジスタと、
一端の電位が固定された第2出力キャパシタと、
前記第2出力キャパシタの他端と前記補助コイルの前記第1端子との間に、カソードが前記第2出力キャパシタ側となる向きで設けられた第2整流素子と、
前記第2出力キャパシタの他端と前記補助コイルの前記第2端子との間に、カソードが前記第2出力キャパシタ側となる向きで設けられた第3整流素子と、
電源端子に前記第2出力キャパシタに生ずる電圧を受け、前記スイッチングトランジスタのオン、オフを制御する制御回路と、
前記第2整流素子を含む第1経路と前記第3整流素子を含む第2経路のいずれか一方を、前記制御回路による制御に応じて選択する選択回路と、
を備えることを特徴とするDC/DCコンバータ。 - 商用交流電圧を直流電圧に変換するAC/DCコンバータと、
前記直流電圧を受け、それを降圧した電圧を負荷に供給する請求項1から12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装置。 - マイコンと、
その出力電圧を前記マイコンに供給する請求項1から12のいずれかに記載のDC/DCコンバータと、
を備え、
本電子機器の通常状態において、前記DC/DCコンバータは、前記第1レベルの前記出力電圧を生成し、
本電子機器のスタンバイ状態において、前記DC/DCコンバータは、前記第1レベルより低い前記第2レベルの出力電圧を生成することを特徴とする電子機器。
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