JP6578111B2 - 絶縁型のｄｃ／ｄｃコンバータおよびそのフィードバック回路、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

Description

本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータに関する。

テレビや冷蔵庫をはじめとするさまざまな家電製品は、外部からの商用交流電力を受けて動作する。ラップトップ型コンピュータ、携帯電話端末やタブレット端末をはじめとする電子機器も、商用交流電力によって動作可能であり、あるいは商用交流電力によって、機器に内蔵の電池を充電可能となっている。こうした家電製品や電子機器（以下、電子機器と総称する）には、商用交流電圧をＡＣ／ＤＣ（交流／直流）変換する電源装置（ＡＣ／ＤＣコンバータ）が内蔵される。あるいは電子機器の外部の電源アダプタ（ＡＣアダプタ）にＡＣ／ＤＣコンバータが内蔵される場合もある。

図１は、本発明者が検討したＡＣ／ＤＣコンバータ１００ｒの基本構成を示すブロック図である。ＡＣ／ＤＣコンバータ１００ｒは主としてフィルタ１０２、整流回路１０４、平滑キャパシタ１０６およびＤＣ／ＤＣコンバータ２００ｒを備える。

商用交流電圧Ｖ_ＡＣは、ヒューズおよび入力キャパシタ（不図示）を介してフィルタ１０２に入力される。フィルタ１０２は、商用交流電圧Ｖ_ＡＣのノイズを除去する。整流回路１０４は、商用交流電圧Ｖ_ＡＣを全波整流するダイオードブリッジ回路である。整流回路１０４の出力電圧は、平滑キャパシタ１０６によって平滑化され、直流電圧Ｖ_ＩＮに変換される。

絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータ２００ｒは、入力端子Ｐ１に直流電圧Ｖ_ＩＮを受け、それを降圧して、目標値に安定化された出力電圧Ｖ_ＯＵＴを、出力端子Ｐ２および接地端子Ｐ３の間に接続される負荷（不図示）に供給する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２００ｒは、１次側コントローラ２０２、フォトカプラ２０４、シャントレギュレータ２０６、出力回路２１０およびその他の回路部品を備える。出力回路２１０は、１次巻線Ｗ１、２次巻線Ｗ２を有するトランスＴ１と、ダイオードＤ１と、出力キャパシタＣ１と、スイッチングトランジスタＭ１と、を含む。出力回路２１０のトポロジーは、一般的なフライバックコンバータのそれであるため、説明を省略する。

スイッチングトランジスタＭ１がスイッチングすることにより、入力電圧Ｖ_ＩＮが降圧され、出力電圧Ｖ_ＯＵＴが生成される。そして１次側コントローラ２０２は、スイッチングトランジスタＭ１のスイッチングのデューティ比を調節することにより、出力電圧Ｖ_ＯＵＴを目標値に安定化させる。

シャントレギュレータ２０６のカソード端子は、フォトカプラ２０４の入力側の発光素子（発光ダイオード）と接続され、そのカソード端子は接地される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２００ｒの出力電圧Ｖ_ＯＵＴは、抵抗Ｒ１、Ｒ２により分圧される。シャントレギュレータ２０６の入力端子（ＲＥＦ端子）には、分圧された電圧（電圧検出信号）Ｖ_{ＯＵＴ＿Ｓ}が入力される。シャントレギュレータ２０６は、電圧検出信号Ｖ_{ＯＵＴ＿Ｓ}と所定の基準電圧Ｖ_ＲＥＦ（不図示）の誤差を増幅し、誤差に応じた誤差電流Ｉ_ＥＲＲを、フォトカプラ２０４の入力側の発光ダイオードから引き込む（シンク）。

フォトカプラ２０４の出力側の受光素子（フォトトランジスタ）には、２次側の誤差電流Ｉ_ＥＲＲに応じたフィードバック電流Ｉ_ＦＢが流れる。このフィードバック電流Ｉ_ＦＢが、抵抗およびキャパシタにより平滑化され、１次側コントローラ２０２のフィードバック（ＦＢ）端子に入力される。１次側コントローラ２０２は、ＦＢ端子の電圧（フィードバック電圧）Ｖ_ＦＢにもとづいてスイッチングトランジスタＭ１のデューティ比を調節する。

特開２０１０−０７４９５９号公報

本発明者らは、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータについて検討した結果、以下の課題を認識するに至った。
図１のＤＣ／ＤＣコンバータ２００ｒでは、２次側の過電圧状態、温度異常、過電流状態などが発生したときに、回路保護手段が存在しない。図２は、本発明者らが検討したＤＣ／ＤＣコンバータ２００ｓの回路図である。ＤＣ／ＤＣコンバータ２００ｓは、図１のＤＣ／ＤＣコンバータ２００ｒに加えて、２次側に設けられた保護回路２０８とフォトカプラ２０５を備える。保護回路２０８は、過電圧状態、温度異常、過電流状態などを検出すると、フォトカプラ２０５の入力側の発光素子を駆動する。フォトカプラ２０５が駆動されると、フォトカプラ２０５の出力側の受光素子に電流が流れる。１次側コントローラ２０２ｓはフェイル検出端子ＦＡＩＬを備え、フォトカプラ２０５に電流が流れると、スイッチングトランジスタＭ１のスイッチングを停止する。

図２のＤＣ／ＤＣコンバータ２００ｓによれば、２次側において生ずる異常から回路を保護できる。しかしながら、異常の発生を１次側に通知するために、フィードバック用のフォトカプラ２０４とは別に、フェイル通知用のフォトカプラ２０５が必要となり、コストが高くなる。

また１次側コントローラ２０２には追加のＦＡＩＬ端子が必要となる。一般の１次側コントローラにはこのような端子は設けられないため、カスタム設計したＩＣが必要となり、コスト増の要因となり得る。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、簡易あるいは安価な構成で、２次側の異常を検出し、異常発生時には回路を保護可能なＤＣ／ＤＣコンバータの提供にある。

本発明のある態様は、絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータの２次側に配置されるフィードバック回路に関する。ＤＣ／ＤＣコンバータは、１次巻線および２次巻線を有するトランスと、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、トランスの２次巻線と接続される整流素子と、フォトカプラと、フォトカプラの出力側と接続され、フォトカプラからのフィードバック信号に応じてスイッチングトランジスタをスイッチングする１次側コントローラと、フォトカプラを駆動するフィードバック回路と、を備える。フィードバック回路は、使用においてＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧に応じた電圧検出信号を受ける入力端子と、使用においてフォトカプラの入力側と接続される出力端子と、使用において接地される接地端子と、電圧検出信号とその目標電圧の誤差を増幅し、出力端子を介してフォトカプラの入力側から誤差に応じた第１電流を引き込むシャントレギュレータと、ＤＣ／ＤＣコンバータの２次側の異常が検出されると、出力端子を介してフォトカプラの入力側から第２電流を引き込む保護回路と、を備え、単一のモジュールにパッケージ化される。

フォトカプラは、出力電圧のフィードバック制御のための第１電流に加えて、回路保護のための第２電流によって駆動される。異常が検出されたときに第２電流によりフォトカプラを駆動することにより、１次側のスイッチングトランジスタのデューティ比がゼロとなるようにフィードバックがかかり、回路が保護される。この態様によれば、フィードバック用のフォトカプラを利用して、２次側の異常を１次側に通知でき、回路保護用のフォトカプラが不要となる。また１次側コントローラにも追加のピン（端子）が不要である。

保護回路は、その一端が出力端子に接続され、その他端が接地端子に接続され、その制御端子に、異常が検出されたときにターンオンするよう接続される保護用トランジスタを含んでもよい。
異常が検出されると、保護用トランジスタがオンすることで、フォトカプラに第２電流を供給することができる。

ＤＣ／ＤＣコンバータは、２次側に配置され、異常を検出するとアサートされる異常検出信号を生成する異常検出回路をさらに備えてもよい。フィードバック回路は、使用において異常検出信号が入力される検出端子をさらに備えてもよい。保護回路は、異常検出信号がアサートされると、第２電流を引き込んでもよい。

異常検出回路は、ＤＣ／ＤＣコンバータの２次側の過電圧状態、高温状態の少なくとも一方を検出可能に構成されてもよい。

フィードバック回路は、２次側の異常の有無を判定し、異常を検出すると異常検出信号をアサートする異常検出回路をさらに備えてもよい。保護回路は、異常検出信号がアサートされると、第２電流を引き込んでもよい。

フィードバック回路は、使用においてＤＣ／ＤＣコンバータの２次側の状態を示す検出信号が入力される検出端子をさらに備えてもよい。異常検出回路は、検出端子の電気的状態にもとづいて異常の有無を判定してもよい。

フィードバック回路は、使用においてＤＣ／ＤＣコンバータの２次側の状態を示す検出信号が入力される検出端子と、検出端子の電圧を所定のしきい値電圧と比較し、比較結果を示す異常検出信号を生成する異常検出コンパレータと、をさらに備えてもよい。保護回路は、異常検出信号がアサートされると、第２電流を引き込んでもよい。

検出端子には、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧に応じた過電圧検出信号が入力されてもよい。異常検出コンパレータは、過電圧状態を検出してもよい。

検出端子には温度検出素子が接続されてもよい。異常検出コンパレータは、高温異常を検出してもよい。

シャントレギュレータは、電圧検出信号とその目標電圧の誤差を増幅する差動アンプと、その一端が出力端子と接続され、その他端が接地端子と接続され、その制御端子に差動アンプの出力信号が入力される出力トランジスタと、を含んでもよい。

本発明の別の態様は、絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータに関する。ＤＣ／ＤＣコンバータは、１次巻線および２次巻線を有するトランスと、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、トランスの２次巻線と接続される整流素子と、フォトカプラと、フォトカプラの出力側と接続され、フォトカプラからのフィードバック信号に応じてスイッチングトランジスタをスイッチングする１次側コントローラと、フォトカプラを駆動する上述のいずれかのフィードバック回路と、を備えてもよい。

ＤＣ／ＤＣコンバータは、フライバック型であってもよいし、フォワード型であってもよい。

本発明の別の態様は、電源装置（ＡＣ／ＤＣコンバータ）に関する。電源装置は、商用交流電圧をフィルタリングするフィルタと、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、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、直流入力電圧を降圧し、負荷に供給する上述のＤＣ／ＤＣコンバータと、を備える。

本発明の別の態様は、電子機器に関する。電子機器は、負荷と、商用交流電圧をフィルタリングするフィルタと、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、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、直流入力電圧を降圧し、負荷に供給する上述のＤＣ／ＤＣコンバータと、を備える。

本発明の別の態様は、ＡＣアダプタに関する。ＡＣアダプタは、商用交流電圧をフィルタリングするフィルタと、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、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、直流入力電圧を降圧し、直流出力電圧を生成する上述のＤＣ／ＤＣコンバータと、を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明のある態様によれば、絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、簡易なあるいは安価な構成で２次側の異常を検出し、異常発生時には回路を保護できる。

本発明者が検討したＡＣ／ＤＣコンバータの基本構成を示すブロック図である。 本発明者らが検討したＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。 第１の実施の形態に係るフィードバック集積回路を備えるＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。 図３のＤＣ／ＤＣコンバータの第１の動作波形図である。 図３のＤＣ／ＤＣコンバータの第２の動作波形図である。 図３のフィードバックＩＣの具体的な回路図である。 第２の実施の形態に係るフィードバックＩＣを備えるＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。 フィードバックＩＣの構成を示す回路図である。 変形例に係るフィードバックＩＣの回路図である。 第３の実施の形態に係るフィードバックＩＣの回路図である。 ＡＣ／ＤＣコンバータを備えるＡＣアダプタを示す図である。 図１２（ａ）、（ｂ）は、ＡＣ／ＤＣコンバータを備える電子機器を示す図である。 図１３（ａ）、（ｂ）は、第３変形例に係るフィードバックＩＣの回路図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合や、部材Ａと部材Ｂが、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。
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。

（第１の実施の形態）
図３は、第１の実施の形態に係るフィードバック集積回路（フィードバックＩＣ）４００を備えるＤＣ／ＤＣコンバータ２００の回路図である。このＤＣ／ＤＣコンバータ２００は、図１のＤＣ／ＤＣコンバータ２００ｒと同様に、ＡＣ／ＤＣコンバータに使用可能である。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２００は、出力回路２１０、１次側コントローラ２０２、フォトカプラ２０４、フィードバックＩＣ４００および異常検出回路４５０を備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ２００の基本構成は図１のＤＣ／ＤＣコンバータ２００ｒの構成と同様である。

フィードバックＩＣ４００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００の２次側に配置され、出力電圧Ｖ_ＯＵＴがその目標電圧に近づくように、フォトカプラ２０４を駆動する。

フィードバックＩＣ４００は、シャントレギュレータの入力（ＳＨ＿ＩＮ）端子、シャントレギュレータの出力（ＳＨ＿ＯＵＴ）端子、接地（ＧＮＤ）端子、を備え、ひとつの半導体基板に集積化され、単一のパッケージに収容されている。ＳＨ＿ＩＮ端子は、使用においてＤＣ／ＤＣコンバータ２００の出力電圧Ｖ_ＯＵＴに応じた電圧検出信号Ｖ_{ＯＵＴ＿Ｓ}を受ける。ＳＨ＿ＯＵＴ端子は、使用においてフォトカプラ２０４の入力側の発光ダイオードと接続される。ＧＮＤ端子は使用において接地される。

フィードバックＩＣ４００は、基準電圧源４０２、シャントレギュレータ４１０、保護回路４２０を備える。基準電圧源４０２は、所定の基準電圧Ｖ_ＲＥＦを生成する。シャントレギュレータ４１０は、電圧検出信号Ｖ_{ＯＵＴ＿Ｓ}とその目標電圧Ｖ_ＲＥＦの誤差を増幅し、誤差に応じた第１電流Ｉ_{ＳＩＮＫ１}をＳＨＯＵＴ端子を介してフォトカプラ２０４の入力側から引き込む（シンク）。

保護回路４２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００の２次側の異常が検出されると、第２電流Ｉ_{ＳＩＮＫ２}をＳＨ＿ＯＵＴ端子を介してフォトカプラ２０４の入力側の発光ダイオードから引き込む。

本実施の形態において、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００は、２次側に配置され、異常を検出するとアサート（たとえばハイレベル）される異常検出信号Ｓ１１を生成する異常検出回路４５０をさらに備える。異常検出回路４５０が検出対象とする異常は特に限定されないが、たとえば出力電圧Ｖ_ＯＵＴの過電圧異常、負荷電流の過電流電流、出力端子Ｐ２のショート異常、オープン異常、高温（過熱）異常などが例示され、異常検出回路４５０はそれらの少なくともひとつを検出対象とする。異常検出回路４５０の構成は特に限定されず、公知技術を用いればよい。

図３のフィードバック回路４００は、使用において異常検出信号Ｓ１１が入力される検出（ＦＡＩＬ＿ＤＥＴ）端子をさらに備える。保護回路４２０は、異常検出信号Ｓ１１がアサートされると、第２電流Ｉ_{ＳＩＮＫ２}を引き込む。回路の安定動作のため、保護回路４２０は、異常検出信号Ｓ１１のアサート状態が所定のタイマー時間τ_{ＴＩＭＥＲ}持続すると、第２電流Ｉ_{ＳＩＮＫ２}を引き込む。

保護回路４２０は、異常検出信号Ｓ１１が一旦アサートされた後、回路が外部からリセットされるまで、異常検出信号Ｓ１１の状態をラッチし、第２電流Ｉ_{ＳＩＮＫ２}を引き込み続けてもよい（タイマーラッチ）。

あるいは保護回路４２０はオートリスタート機能を備え、異常検出信号Ｓ１１が一旦アサートされると、所定のリスタート時間の経過後に、第２電流Ｉ_{ＳＩＮＫ２}の引き込みを停止してもよい（オートリスタート）。保護回路４２０は、タイマーラッチとオートリスタートが、レジスタやヒューズの値に応じて切り替え可能に構成されてもよい。

以上がフィードバックＩＣ４００およびそれを備えるＤＣ／ＤＣコンバータ２００の構成である。続いてその動作を説明する。
図４は、図３のＤＣ／ＤＣコンバータ２００の第１の動作波形図である。図４には、オートリスタート機能を備えるフィードバックＩＣ４００の動作が示される。

時刻ｔ０より前は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００は正常である。正常状態では異常検出信号Ｓ１１はネゲート（ローレベル）であり、第２電流Ｉ_{ＳＩＮＫ２}はゼロである。正常状態では、出力電圧Ｖ_ＯＵＴが目標値に近づくように、シャントレギュレータ４１０によって第１電流Ｉ_{ＳＩＮＫ１}の電流量が調節される。フォトカプラ２０４が生成するフィードバック電流Ｉ_ＦＢは、第１電流Ｉ_{ＳＩＮＫ１}と第２電流Ｉ_{ＳＩＮＫ２}の合計電流に応じており、正常状態ではＩ_{ＳＩＮＫ２}＝０であるから、第１電流Ｉ_{ＳＩＮＫ１}に応じている。１次側において、フィードバック電流Ｉ_ＦＢに応じてフィードバック電圧Ｖ_ＦＢが生成される。１次側コントローラ２０２は、フィードバック電圧Ｖ_ＦＢに応じたデューティ比で、スイッチングトランジスタＭ１をスイッチングする。その結果、出力電圧Ｖ_ＯＵＴはその目標値に近づくようにフィードバック制御される。

時刻ｔ１に異常が検出され、異常検出信号Ｓ１１がアサート（ハイレベル）される。それから所定時間τ_{ＴＩＭＥＲ}経過後の時刻ｔ１に、第２電流Ｉ_{ＳＩＮＫ２}がフォトカプラ２０４の発光ダイオードに供給され、フィードバック電流Ｉ_ＦＢが増加する。フィードバック電流Ｉ_ＦＢが増加すると、１次側コントローラ２０２のＦＢ端子に接続されるキャパシタＣ_ＦＢが放電され、フィードバック電圧Ｖ_ＦＢが０Ｖ付近まで低下する。その結果、スイッチングトランジスタＭ１のスイッチングのデューティ比も０付近まで低下していき、やがてスイッチングが停止する。

時刻ｔ１から、オートリスタート期間τ_ＡＲの経過後の時刻ｔ２に、保護回路４２０は第２電流Ｉ_{ＳＩＮＫ２}をゼロに戻す。このとき、図４に示すように異常検出信号Ｓ１１がネゲートされていれば、その後は通常の動作に復帰する。時刻ｔ２において異常検出信号Ｓ１１が依然としてアサートされていれば、再び第２電流Ｉ_{ＳＩＮＫ２}によりフォトカプラ２０４が駆動され、スイッチングトランジスタＭ１のスイッチングが停止する。

図５は、図３のＤＣ／ＤＣコンバータ２００の第２の動作波形図である。図５には、ラッチ機能を備えるフィードバックＩＣ４００の動作が示される。時刻ｔ０以前の動作は、図４のそれと同様である。

保護回路４２０が異常検出信号Ｓ１１をラッチする構成では、時刻ｔ０に異常検出信号Ｓ１１がアサートされた後、時間τ_{ＴＩＭＥＲ}経過後に、第２電流Ｉ_{ＳＩＮＫ２}が流れ始める。その後、第２電流Ｉ_{ＳＩＮＫ２}は流れ続け、スイッチングトランジスタＭ１のスイッチングの停止状態が持続し、出力電圧Ｖ_ＯＵＴが低下し続ける。フィードバックＩＣ４００は出力電圧Ｖ_ＯＵＴを電源として動作するため、出力電圧Ｖ_ＯＵＴが動作電圧に応じた低電圧ロックアウト電圧Ｖ_ＵＶＬＯまで下がると、フィードバックＩＣ４００が動作不能となる（時刻ｔ２）。その結果、第２電流Ｉ_{ＳＩＮＫ２}が流れなくなり、スイッチングトランジスタＭ１のスイッチングが再開し、出力電圧Ｖ_ＯＵＴが上昇し始める。

時刻ｔ３に出力電圧Ｖ_ＯＵＴが低電圧ロックアウト電圧Ｖ_ＵＶＬＯより高くなると、フィードバックＩＣ４００がパワーオンリセットされる。このとき、図５に示すように異常検出信号Ｓ１１のアサートが解除されていれば、その後は通常の動作に復帰する。時刻ｔ３において異常検出信号Ｓ１１が依然としてアサートされていれば、再び第２電流Ｉ_{ＳＩＮＫ２}によりフォトカプラ２０４が駆動され、スイッチングトランジスタＭ１のスイッチングが停止する。

以上がＤＣ／ＤＣコンバータ２００の動作である。続いてその利点を説明する。本実施の形態では、フィードバックＩＣ４００に保護回路４２０を内蔵し、２次側に異常が発生すると、保護回路４２０によってフォトカプラ２０４を第２電流Ｉ_{ＳＩＮＫ２}で駆動することとした。これにより異常が発生したときにはフィードバック電流Ｉ_ＦＢが増大し、１次側コントローラ２０２に入力されるフィードバック電圧Ｖ_ＦＢを、スイッチングトランジスタＭ１のデューティ比がゼロとなる方向に変化させることができる。したがって図２のＤＣ／ＤＣコンバータ２００ｓにおいて必要であったフォトカプラ２０５が不要となり、回路構成を簡素化し、またコストを下げることができる。

図６は、図３のフィードバックＩＣ４００の具体的な回路図である。シャントレギュレータ４１０は、差動アンプ４１２および出力トランジスタ４１４を備える。出力トランジスタ４１４は、その一端がＳＨ＿ＯＵＴ端子に、その他端がＧＮＤ端子と接続される。差動アンプ４１２は、ＳＨ＿ＩＮ端子に入力される電圧検出信号Ｖ_{ＯＵＴ＿Ｓ}とその目標電圧Ｖ_ＲＥＦの誤差を増幅する。出力トランジスタ４１４の制御端子には、差動アンプ４１２の出力信号が入力される。

出力トランジスタ４１４はたとえばＰチャンネルＭＯＳＦＥＴあるいはＰＮＰ型バイポーラトランジスタであってもよい。この場合、差動アンプ４１２の反転入力端子（−）にＶ_{ＯＵＴ＿Ｓ}が、非反転入力端子（＋）にＶ_ＲＥＦが入力される。

反対に出力トランジスタ４１４はＮチャンネルＭＯＳＦＥＴあるいはＮＰＮ型バイポーラトランジスタであってもよい。この場合、差動アンプ４１２の反転入力端子（−）にＶ_ＲＥＦを、非反転入力端子（＋）にＶ_{ＯＵＴ＿Ｓ}を入力すればよい。

保護回路４２０は、保護用トランジスタ４２２、ラッチ／オートリスタート回路４２４を備える。

保護用トランジスタ４２２は、ＳＨ＿ＯＵＴ端子とＧＮＤ端子の間に設けられる。ラッチ／オートリスタート回路４２４は、ＦＡＩＬ＿ＤＥＴ端子からの異常検出信号Ｓ１１を受ける。ラッチ機能付きの保護回路４２０の場合、ラッチ／オートリスタート回路４２４は、異常検出信号Ｓ１１がアサートされた状態がある判定時間持続すると、その状態をラッチし、保護用トランジスタ４２２をオンし続ける。保護用トランジスタ４２２がＮチャンネルＭＯＳＦＥＴあるいはＮＰＮ型バイポーラトランジスタである場合、ラッチ／オートリスタート回路４２４は、異常検出信号Ｓ１１がアサートされると、保護用トランジスタ４２２のゲート電圧をハイレベルとし、あるいは保護用トランジスタ４２２のベースに電流を供給する。

オートリスタート機能付きの保護回路４２０の場合、ラッチ／オートリスタート回路４２４は、異常検出信号Ｓ１１がアサートされると、保護用トランジスタ４２２をオンし、それからオートリスタート時間の経過後に、異常検出信号Ｓ１１の状態の如何にかかわらず、保護用トランジスタ４２２のオンを解除する。

保護用トランジスタ４２２は、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴあるいはＰＮＰ型バイポーラトランジスタで構成してもよい。

なお、フィードバックＩＣ４００の、シャントレギュレータ４１０、保護回路４２０それぞれの構成は、図６のそれらには限定されず、当業者にはそれらにさまざまな変形例が存在しうること、また変形例も本発明の範囲に含まれることが理解される。

（第２の実施の形態）
図７は、第２の実施の形態に係るフィードバックＩＣ４００ａを備えるＤＣ／ＤＣコンバータ２００ａの回路図である。第２の実施の形態に係るフィードバックＩＣ４００ａは、第１の実施の形態の異常検出回路４５０の機能の一部、あるいは全部を備えている。

フィードバックＩＣ４００ａは、ＦＡＩＬ端子に代えて、使用においてＤＣ／ＤＣコンバータ２００の２次側の状態を示す検出信号Ｖ_ＳＥＮが入力される検出（ＳＥＮ）端子をさらに備える。異常検出回路４３０は、ＳＥＮ端子に入力される検出信号Ｖ_ＳＥＮにもとづいて、２次側の異常の発生の有無を判定し、異常を検出すると異常検出信号Ｓ１２をアサートする。

異常検出回路４３０が検出対象とする異常は特に限定されず、たとえば出力電圧Ｖ_ＯＵＴの過電圧異常、負荷電流の過電流電流、出力端子Ｐ２のショート異常、オープン異常、高温（過熱）異常などが例示され、異常検出回路４３０はそれらの少なくともひとつを検出対象とする。

図７には過電圧検出が例示される。図７のＤＣ／ＤＣコンバータ２００ａは、抵抗Ｒ３，Ｒ４を備える。抵抗Ｒ３，Ｒ４は、出力電圧Ｖ_ＯＵＴを分圧し、過電圧検出用の信号Ｖ_ＳＥＮを生成する。異常検出回路４３０は、信号Ｖ_ＳＥＮを過電圧検出用のしきい値電圧Ｖ_ＯＶＰと比較することにより、過電圧状態を検出してもよい。

図８は、フィードバックＩＣ４００ａの構成を示す回路図である。異常検出回路４３０は、所定のしきい値電圧Ｖ_ＴＨを生成する電圧源４３４と、ＳＥＮ端子の電圧Ｖ_ＳＥＮをしきい値電圧Ｖ_ＴＨと比較し、比較結果を示す異常検出信号Ｓ１２を生成する異常検出コンパレータ４３２を含む。保護回路４２０は、異常検出信号Ｓ１２がアサート（たとえばハイレベル）されると、第２電流Ｉ_{ＳＩＮＫ２}を引き込む。

上述したように異常検出回路４３０は過電圧検出回路であってもよい。この場合ＳＥＮ端子には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００の出力電圧Ｖ_ＯＵＴに応じた過電圧検出信号Ｖ_ＳＥＮが入力される。電圧源４３４が生成するしきい値電圧Ｖ_ＴＨは、過電圧検出用のしきい値電圧Ｖ_ＯＶＰである。異常検出コンパレータ４３２は、Ｖ_ＳＥＮ＞Ｖ_ＯＶＰのときに、異常検出信号Ｓ１２をアサートする。なお、図７の抵抗Ｒ３，Ｒ４は、フィードバックＩＣ４００ａに内蔵されてもよい。この場合、ＳＥＮ端子は出力端子Ｐ２と接続される。

図８のフィードバックＩＣ４００ａのＳＥＮ端子に、負荷電流に応じた検出信号Ｖ_ＳＥＮを入力すれば、過電流保護回路が実現できる。あるいはしきい値電圧Ｖ_ＴＨを適切に定めることで、オープン故障やショート故障などの異常を検出することも可能である。

図９は、変形例に係るフィードバックＩＣ４００ａの回路図である。図９のフィードバックＩＣ４００ａは高温異常を検出し、高温時に動作停止する機能（サーマルシャットダウン機能）を備える。ＳＥＮ端子には、温度検出素子であるサーミスタ４５２が接続される。

異常検出回路４３０ａは、異常検出コンパレータ４３２、電圧源４３４に加えて、サーミスタ４５２をバイアスするためのバイアス回路４３６を備える。バイアス回路４３６は、電流Ｉｃを供給する電流源であってもよいし、抵抗であってもよい。バイアス回路４３６はフィードバックＩＣ４００ａの外部に外付けされてもよい。この場合、フィードバックＩＣ４００ａの構成は、図８のそれと同じである。

サーミスタ４５２が正の温度特性を有するＰＴＣ(Positive Temperature Coefficient)サーミスタである場合、温度が上昇するほど、ＳＥＮ端子の電圧Ｖ_ＳＥＮは上昇する。ＳＥＮ端子の電圧Ｖ_ＳＥＮが、温度しきい値に応じて定められたしきい値電圧Ｖ_ＴＨを超えると、異常検出信号Ｓ１２がアサートされる。サーミスタ４５２は、ＮＴＣ (Negative Temperature Coefficient)サーミスタであってもよく、この場合、異常検出コンパレータ４３２の入力を入れ代えてもよい。

第２の実施の形態によれば、異常検出回路４３０ａをフィードバックＩＣ４００ａに集積化することにより、図３の構成に比べて、外付けの回路部品をさらに減らすことができ、回路構成を簡略化し、コストを下げることができる。

また異常検出回路４３０ａをフィードバックＩＣ４００ａに集積化することで、ディスクリート部品や外付け回路部品で構成される異常検出回路４５０と比べて、異常検出の精度を高めることができる。

（第３の実施の形態）
図１０は、第３の実施の形態に係るフィードバックＩＣ４００ｂの回路図である。フィードバックＩＣ４００ｂは、図９のフィードバックＩＣ４００ａと同様に、サーマルシャットダウン機能を備える。異常検出回路４３０ｂの温度検出素子４３８は、フィードバックＩＣ４００ｂに集積化され、したがってＳＥＮ端子が省略されている。温度検出素子４３８はたとえばダイオードであり、その順方向電圧Ｖ_Ｆの温度特性（負の温度特性）が利用される。

この構成によれば、外付け部品が不要となり、ＳＥＮ端子あるいはＦＡＩＬ端子が不要となるため、さらにコストを下げることができる。

続いて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００の用途を説明する。
図１１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１００を備えるＡＣアダプタ８００を示す図である。ＡＣアダプタ８００は、プラグ８０２、筐体８０４、コネクタ８０６を備える。プラグ８０２は、図示しないコンセントから商用交流電圧Ｖ_ＡＣを受ける。ＡＣ／ＤＣコンバータ１００は、筐体８０４内に実装される。ＡＣ／ＤＣコンバータ１００により生成された直流出力電圧Ｖ_ＯＵＴは、コネクタ８０６から電子機器８１０に供給される。電子機器８１０は、ノートＰＣ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話、携帯オーディオプレイヤなどが例示される。

図１２（ａ）、（ｂ）は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１００を備える電子機器９００を示す図である。図１２（ａ）、（ｂ）の電子機器９００はディスプレイ装置であるが、電子機器９００の種類は特に限定されず、オーディオ機器、冷蔵庫、洗濯機、掃除機など、電源装置を内蔵する機器であればよい。
プラグ９０２は、図示しないコンセントから商用交流電圧Ｖ_ＡＣを受ける。ＡＣ／ＤＣコンバータ１００は、筐体８０４内に実装される。ＡＣ／ＤＣコンバータ１００により生成された直流出力電圧Ｖ_ＯＵＴ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。

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。

（第１変形例）
実施の形態では、ダイオード整流型のＤＣ／ＤＣコンバータ２００を説明したが、同期整流型のＤＣ／ＤＣコンバータにも本発明は適用可能である。同期整流型ＤＣ／ＤＣコンバータは、ダイオードＤ１に代えて同期整流トランジスタを備え、さらに同期整流トランジスタをスイッチングするための同期整流コントローラ（２次側コントローラ）を備える。フィードバックＩＣ４００は、２次側コントローラと単一のモジュールに内蔵されてもよい。

また実施の形態では、フライバックコンバータを説明したが、本発明はフォワードコンバータにも適用可能である。またスイッチングトランジスタや同期整流トランジスタの少なくとも一方は、バイポーラトランジスタやＩＧＢＴであってもよい。

（第２変形例）
フィードバックＩＣ４００は、複数の異常を検出可能であってもよい。つまり、上述した異常検出回路４３０は、複数個、任意に組み合わせてもよい。

図１３（ａ）、（ｂ）は、第３変形例に係るフィードバックＩＣの回路図である。図１３（ａ）のフィードバックＩＣ４００ｃは、複数の異常検出回路４３０＿１、４３０＿２および複数の検出端子ＳＥＮ＿１，ＳＥＮ＿２を備える。たとえば異常検出回路４３０＿１は過電圧検出、異常検出回路４３０＿２は高温異常を検出する。異常検出回路４３０＿１，４３０＿２からの異常検出信号Ｓ１２＿１，Ｓ１２＿２は、論理ゲート（たとえばＯＲゲート）４４０によって論理合成される。保護回路４２０は、論理ゲート４４０の出力がアサートされると、保護用トランジスタ４２２をオン状態とする。

図１３（ｂ）のフィードバックＩＣ４００ｄは、異常検出回路４３０ごとに、保護回路４２０が設けられる。

異常検出回路４３０＿１，４３０＿２それぞれに関して、第１の実施の形態から第３の実施の形態のいずれの構成としてもよい。つまり異常検出回路４３０を省略し、ＳＥＮ端子の代わりにＦＡＩＬ端子を設け、異常検出回路４５０を外付けしてもよい。あるいは図１０のようにＳＥＮ端子が省略されてもよい。

実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

１００…ＡＣ／ＤＣコンバータ、１０２…フィルタ、１０４…整流回路、１０６…平滑キャパシタ、２００…ＤＣ／ＤＣコンバータ、２０２…１次側コントローラ、２０４…フォトカプラ、２０６…シャントレギュレータ、２１０…出力回路、Ｍ１…スイッチングトランジスタ、Ｃ１…出力キャパシタ、Ｔ１…トランス、Ｗ１…１次巻線、Ｗ２…２次巻線、Ｓ１１，Ｓ１２…異常検出信号、４００…フィードバックＩＣ、４０２…基準電圧源、４１０…シャントレギュレータ、４１２…差動アンプ、４１４…出力トランジスタ、４２０…保護回路、４２２…保護用トランジスタ、４２４…ラッチ／オートリスタート回路、４３０…異常検出回路、４３２…異常検出コンパレータ、４３４…電圧源、４３６…バイアス回路、４５０…異常検出回路、４５２…サーミスタ、８００…ＡＣアダプタ、８０２…プラグ、８０４…筐体、８０６…コネクタ、８１０，９００…電子機器、９０２…プラグ、９０４…筐体。

Claims (16)

1. 絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータの２次側に配置されるフィードバック回路であって、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、
   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、
   前記トランスの２次巻線と接続される整流素子と、
   フォトカプラと、
   前記フォトカプラの出力側と接続され、前記フォトカプラからのフィードバック信号に応じて前記スイッチングトランジスタをスイッチングする１次側コントローラと、
   前記フォトカプラを駆動する前記フィードバック回路と、
   を備え、
   前記フィードバック回路は、
   使用において前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧に応じた電圧検出信号を受ける入力端子と、
   使用において前記フォトカプラの入力側と接続される出力端子と、
   使用において接地される接地端子と、
   前記電圧検出信号とその目標電圧の誤差を増幅し、前記出力端子を介して前記フォトカプラの入力側から、前記誤差に応じた第１電流を引き込むシャントレギュレータと、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータの２次側の異常が検出されるとアサートされる異常検出信号を監視するタイマーを含み、前記異常検出信号のアサートが所定の第１時間持続すると、前記出力端子を介して前記フォトカプラの入力側から第２電流を引き込む保護回路と、
   を備え、単一のモジュールにパッケージ化されることを特徴とするフィードバック回路。
2. 前記保護回路は、外部からリセットされるまで、前記第２電流の引き込みを持続することを特徴とする請求項１に記載のフィードバック回路。
3. 前記保護回路は、前記第２電流の引き込みを開始してから第２時間が経過すると、前記第２電流の引き込みを停止することを特徴とする請求項１に記載のフィードバック回路。
4. 前記保護回路は、その一端が前記出力端子に接続され、その他端が前記接地端子に接続され、異常が検出されたときにターンオンするよう接続される保護用トランジスタを含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のフィードバック回路。
5. 前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、２次側に配置され、異常を検出するとアサートされる前記異常検出信号を生成する異常検出回路をさらに備え、
   前記フィードバック回路は、使用において前記異常検出信号が入力される検出端子をさらに備え、
   前記保護回路は、前記異常検出信号がアサートされると、前記第２電流を引き込むことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のフィードバック回路。
6. 前記異常検出回路は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの２次側の過電圧状態、高温状態の少なくとも一方を検出可能に構成されることを特徴とする請求項５に記載のフィードバック回路。
7. 前記フィードバック回路は、２次側の異常の有無を判定し、異常を検出すると異常検出信号をアサートする異常検出回路をさらに備え、
   前記保護回路は、前記異常検出信号がアサートされると、前記第２電流を引き込むことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のフィードバック回路。
8. 前記フィードバック回路は、使用において前記ＤＣ／ＤＣコンバータの２次側の状態を示す検出信号が入力される検出端子をさらに備え、
   前記異常検出回路は、前記検出端子の電気的状態にもとづいて異常の有無を判定することを特徴とする請求項７に記載のフィードバック回路。
9. 前記フィードバック回路は、
   使用において前記ＤＣ／ＤＣコンバータの２次側の状態を示す検出信号が入力される検出端子と、
   前記検出端子の電圧を所定のしきい値電圧と比較し、比較結果を示す異常検出信号を生成する異常検出コンパレータと、
   をさらに備え、
   前記保護回路は、前記異常検出信号がアサートされると、前記第２電流を引き込むことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のフィードバック回路。
10. 前記検出端子には、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧に応じた過電圧検出信号が入力され、
    前記異常検出コンパレータは、過電圧状態を検出することを特徴とする請求項９に記載のフィードバック回路。
11. 前記検出端子には温度検出素子が接続され、
    前記異常検出コンパレータは、高温異常を検出することを特徴とする請求項９に記載のフィードバック回路。
12. 前記シャントレギュレータは、
    前記電圧検出信号とその目標電圧の誤差を増幅する差動アンプと、
    その一端が前記出力端子と接続され、その他端が前記接地端子と接続され、その制御端子に前記差動アンプの出力信号が入力される出力トランジスタと、
    を含むことを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のフィードバック回路。
13. 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、
    前記トランスの２次巻線と接続される整流素子と、
    フォトカプラと、
    前記フォトカプラの出力側と接続され、前記フォトカプラからのフィードバック信号に応じて前記スイッチングトランジスタをスイッチングする１次側コントローラと、
    前記フォトカプラを駆動する請求項１から１２のいずれかに記載のフィードバック回路と、
    を備えることを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。
14. 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１３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。
15. 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１３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。
16. 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１３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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