JP5977950B2 - Dc/dcコンバータおよびその制御回路、それを用いた電源装置、電源アダプタおよび電子機器 - Google Patents
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VS=VIN/L1×TON×RS …(1)
つまり、検出抵抗が正常であるときに、パルス信号がオンレベルに遷移してから判定時間経過後における検出電圧は、非ゼロのレベルを有するはずである。反対に、検出抵抗がショートした状態ではコイル電流は増大しても、検出電圧は増大せず、したがってパルス信号がオンレベルに遷移してから判定時間経過後における検出電圧は、ゼロ付近を維持し、しきい値電圧より低くなる。
したがって、この態様の制御回路によれば、スイッチングトランジスタがオンしてから判定時間経過後の検出電圧をしきい値電圧と比較することにより、検出抵抗のショートの有無を検出することができ、検出抵抗のショートに対する信頼性を高めることができる。
「一体集積化」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。
制御回路を1つのIC(Integrated Circuit)として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。
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。
出力回路200およびフィードバック回路210の構成は図2のそれと同様である。
制御回路100は、ひとつの半導体基板上に一体集積化された機能ICであり、入出力端子として、検出端子(SOURCE端子)、スイッチング端子(DRAIN端子)、電源端子(VCC端子)、フィードバック端子(FB端子)を有する。
また、スイッチングトランジスタM1をスイッチングするためには、スイッチングトランジスタM1のゲート容量を充放電する必要があるところ、クランプ回路114によってゲート電圧VGの振幅を制限することにより、充放電電流を低減することができ、制御回路100の消費電力を低減できる。
補償器140は検出電圧VS’をフィルタリングするフィルタである。加算器142は、スロープ補償用の周期信号VRAMPを、検出電圧VS’に重畳する。PWM(パルス幅変調)コンパレータ144は、フィードバック電圧VFBを、周期信号VRAMPが重畳された検出電圧VS’と比較し、VS’>VFBとなるとアサート(ハイレベル)されるリセット信号SRSTを生成する。
誤差増幅器152は、検出電圧VS’とフィードバック電圧VFBの誤差を増幅・平均化した誤差電圧VERRを生成する。平均回路150は、位相補償および平均化のために設けられたフィルタである。
スイッチングトランジスタM1のスイッチング周期Tp=15μs(65kHz)のとき、6〜7周期にわたって連続してショート検出信号S_SHRTのアサートが検出されると、ショート検出信号S_SHRTがアサートされる。
第1フリップフロップ184の入力端子(D)には、ハイレベル電圧が入力され、クロック信号には、第1コンパレータ174の出力信号SCMPが入力される。第1フリップフロップ184のリセット端子(反転論理)には、インバータ188および遅延インバータ190を経由したパルス信号SPWM’が入力される。パルス信号SPWM’は、パルス信号SPWMを遅延した信号となる。
第2フリップフロップ186の入力端子(D)には、第1フリップフロップ184の出力信号Q1が入力され、そのクロック端子には、インバータ188により反転されたパルス信号#SPWMが入力される。タイマー回路192は、所定の期間τ2、第2フリップフロップ186の出力信号Q2が連続してハイレベルとなると、ショート検出信号S_SHRTをアサート(ハイレベル)する。
時刻t1にリセット信号SRSTがアサートされると、パルス信号SPWMがオフレベルとなりスイッチングトランジスタM1がオフし、コイル電流Ipがゼロとなる。時刻t2にセット信号SSETがアサートされると、スイッチングトランジスタM1がオンする。制御回路100は時刻t0〜t2の動作を繰り返す。
時刻t0にセット信号SSETがアサートされると、パルス信号SPWMがオンレベルとなり、スイッチングトランジスタM1がオンして、コイル電流Ipが流れ始める。検出抵抗RSがショートしているため、検出電圧VS’は上昇せず、したがってリセット信号SRSTはアサートされず、スイッチングトランジスタM1がオンし続ける。
その後、時刻t4に最大デューティ信号S_MAXDUTYがアサートされると、リセット信号SRSTがアサートされ、スイッチングトランジスタM1がオフする。このように検出抵抗RSがショートすると、スイッチングトランジスタM1は最大デューティ比でスイッチングする。
プラグ902、図示しないコンセントから商用交流電圧VACを受ける。インバータ1は、筐体804内に実装される。インバータ1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。
Claims (17)
- トランスおよび前記トランスの1次巻線の電流経路上に設けられたスイッチングトランジスタを有するDC/DCコンバータの制御回路であって、
前記1次巻線の電流経路上に設けられ、その一端が接地される外付けの検出抵抗の他端を接続するための検出端子と、
前記DC/DCコンバータの出力電圧に応じたフィードバック電圧を受けるフィードバック端子と、
前記DC/DCコンバータの出力電圧が目標値に近づくようにデューティ比が調節されるパルス信号を生成するパルス変調器であって、前記検出端子に生ずる検出電圧にもとづいて、前記パルス信号を前記スイッチングトランジスタのオフに対応するオフレベルに遷移させるパルス変調器と、
前記パルス信号にもとづいて前記スイッチングトランジスタをスイッチングするドライバと、
前記パルス信号が前記スイッチングトランジスタのオンに対応するオンレベルに遷移してから判定時間経過後における前記検出電圧を所定のしきい値電圧と比較し、前記検出電圧の方が低いときにアサートされるショート検出信号を生成するショート検出回路と、
を備え、
前記ショート検出信号がアサートされると、前記スイッチングトランジスタのスイッチングを停止し、
前記ショート検出回路は、
前記パルス信号がオンレベルに遷移してから判定時間経過後にアサートされるウィンドウ信号を生成するウィンドウ信号生成部と、
その入力端子に前記検出電圧が入力され、前記ウィンドウ信号がアサートされる期間、オン状態となるスイッチと、
前記スイッチの出力端子から出力される電圧と、所定のしきい値電圧を比較する第1コンパレータと、
を含み、前記第1コンパレータの比較結果に応じて前記ショート検出信号を生成することを特徴とする制御回路。 - 前記ウィンドウ信号生成部は、三角波またはのこぎり波の周期信号を、前記判定時間に応じたしきい値電圧と比較する第2コンパレータを含み、
前記第2コンパレータの比較結果に応じてウィンドウ信号を生成することを特徴とする請求項1に記載の制御回路。 - 前記ウィンドウ信号生成部は、前記スイッチングトランジスタがオンする期間アサートされる信号と、前記第2コンパレータの出力信号との論理積を生成するANDゲートをさらに含み、前記ANDゲートの出力を、前記ウィンドウ信号として出力することを特徴とする請求項2に記載の制御回路。
- 前記ショート検出回路は、前記第1コンパレータの出力信号のアサートが、所定時間または所定回数連続して検出されるとき、前記ショート検出信号をアサートするタイマーラッチ回路をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の制御回路。
- 前記パルス変調器は、ピーク電流モードのパルス幅変調器であ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制御回路。
- 前記パルス変調器は、
スロープ補償用の周期信号が重畳された前記検出電圧を前記フィードバック電圧と比較し、前記検出電圧が高くなるとアサートされるリセット信号を生成するパルス幅変調コンパレータと、
前記リセット信号と、所定の周期ごとにアサートされるセット信号と、を受け、前記リセット信号がアサートされると第1レベルに遷移し、前記セット信号がアサートされると第2レベルに遷移する前記パルス信号を生成するRSフリップフロップと、
を含むことを特徴とする請求項4に記載の制御回路。 - 前記パルス変調器は、平均電流モードのパルス幅変調器であ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制御回路。
- 前記パルス変調器は、
前記検出電圧と前記フィードバック電圧の誤差を増幅・平均化した誤差電圧を生成する誤差増幅器と、
前記誤差電圧を所定の周期を有する三角波またはのこぎり波の周期信号と比較し、比較結果に応じた前記パルス信号を生成するパルス幅変調コンパレータと、
を含むことを特徴とする請求項7に記載の制御回路。 - 前記パルス変調器は、オフ時間固定モードのパルス変調器であ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制御回路。
- 前記パルス変調器は、
スロープ補償用の周期信号が重畳された前記検出電圧を前記フィードバック電圧と比較し、前記検出電圧が高くなるとアサートされるオフ信号を生成するパルス幅変調コンパレータと、
前記オフ信号がアサートされてから所定のオフ時間の間、前記スイッチングトランジスタのオフに対応するオフレベルとなり、その後、前記スイッチングトランジスタのオンに対応するオンレベルとなる前記パルス信号を生成するオフ時間固定回路と、
を含むことを特徴とする請求項9に記載の制御回路。 - ひとつの半導体基板上に一体集積化されることを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載の制御回路。
- 1次巻線および2次巻線を有するトランスと、
前記トランスの1次巻線と接続されるスイッチングトランジスタと、
アノードが前記2次巻線と接続される第1ダイオードと、
一端が接地され、他端が前記第1ダイオードのカソードと接続された第1出力キャパシタと、
前記第1出力キャパシタに生ずる出力電圧に応じたフィードバック電圧を生成するフィードバック回路と、
前記フィードバック電圧を受け、前記スイッチングトランジスタをスイッチングする請求項1から11のいずれかに記載の制御回路と、
を備えることを特徴とするDC/DCコンバータ。 - 前記フィードバック回路は、
前記出力電圧を分圧した電圧と所定の目標値の誤差がゼロとなるようにレベルが調節されるフィードバック信号を生成するシャントレギュレータと、
その1次側の発光素子が前記フィードバック信号によって制御されるフォトカプラと、
を含み、前記フォトカプラの2次側の受光素子に生ずる信号が、前記フィードバック電圧として前記制御回路に供給されることを特徴とする請求項12に記載のDC/DCコンバータ。 - 前記トランスは、その1次側に設けられた補助巻線をさらに有し、
前記DC/DCコンバータは、
アノードが前記補助巻線と接続される第2ダイオードと、
一端が接地され、他端が前記第2ダイオードのカソードと接続された第2出力キャパシタと、
をさらに備え、
前記制御回路の電源端子には、前記第2出力キャパシタに生ずる直流電圧が供給されることを特徴とする請求項12または13に記載のDC/DCコンバータ。 - 商用交流電圧をフィルタリングするフィルタと、
前記フィルタの出力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、負荷に供給する請求項12から14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。 - 負荷と、
商用交流電圧をフィルタリングするフィルタと、
前記フィルタの出力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、前記負荷に供給する請求項12から14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。 - 商用交流電圧をフィルタリングするフィルタと、
前記フィルタの出力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、直流出力電圧を生成する請求項12から14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。
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