JP6819200B2 - スイッチング電源装置および制御ic - Google Patents
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Description
A=(1/2)×Coss×Vds2×fsw×(tsw-on/tburst)
+Vcc×Qg×fsw×(tsw-on/tburst)
として求められる。またスイッチング素子Qの連続スイッチング動作時におけるスイッチング損失Bは、スイッチング素子Qのスイッチング停止期間tsw-offがゼロ(0)であるから、上式において(tsw-on=tburst)として計算することができる。
トランスの一次巻線に流れる主電流をオン・オフするSiC-MOS-FETからなる主スイッチング素子と、
この主スイッチング素子に並列に設けられ前記トランスの一次巻線に流れる主電流をオン・オフするSi-MOS-FETからなる副スイッチング素子と、
前記トランスの二次巻線から得られる出力電圧の電圧値に応じて前記主スイッチング素子および前記副スイッチング素子のオン・オフを制御する制御回路とを具備し、
前記制御回路は、前記トランスの補助巻線に生起される電圧がダイオードとコンデンサからなる整流平滑回路を介して前記制御回路の電源端子に印加される電圧である補助電圧を電源電圧として動作し、前記出力電圧の電圧値に応じて前記制御回路が生成する制御信号に従って前記主スイッチング素子および前記副スイッチング素子をオン・オフ駆動するドライブ回路と、
前記補助電圧が第一閾値よりも大きい第一状態のとき、前記ドライブ回路が前記主スイッチング素子のオン・オフを制御するよう決定し、前記補助電圧が前記第一閾値よりも小さい第二状態のとき、前記ドライブ回路が前記主スイッチング素子のスイッチング制御を止めつつ前記副スイッチング素子のオン・オフを制御するよう決定するイネーブル制御回路とを含むことを特徴としている。
なお前記制御回路は集積回路化して制御ICとして実現することができる。
Q スイッチング素子
Q-m,Q-m1,Q-m2 主スイッチング素子(SiC-MOS-FET)
Q-s,Q-s1,Q-s2 副スイッチング素子(Si-MOS-FET)
Drv-m 主ドライブ回路
Drv-s 副ドライブ回路
1 スイッチング電源装置
1a,1b 装置本体
2 制御回路
3 出力電圧検出回路
10 イネーブル制御回路
21 発振器
22 PWM制御用の比較器
32 周波数低減回路
Claims (20)
- トランスの一次巻線に流れる主電流をオン・オフするSiC-MOS-FETからなる主スイッチング素子と、
この主スイッチング素子に並列に設けられ、前記主電流をオン・オフするSi-MOS-FETからなる副スイッチング素子と、
前記トランスの二次巻線から得られる出力電圧の電圧値に応じて前記主スイッチング素子および前記副スイッチング素子のオン・オフを制御する制御回路とを具備し、
前記制御回路は、前記トランスの補助巻線に生起される電圧がダイオードとコンデンサからなる整流平滑回路を介して前記制御回路の電源端子に印加される電圧である補助電圧を電源電圧として動作し、前記出力電圧の電圧値に応じて前記制御回路が生成する制御信号に従って前記主スイッチング素子および前記副スイッチング素子をオン・オフ駆動するドライブ回路と、
前記補助電圧が第一閾値よりも大きい第一状態のとき、前記ドライブ回路が前記主スイッチング素子のオン・オフを制御するよう決定し、前記補助電圧が前記第一閾値よりも小さい第二状態のとき、前記ドライブ回路が前記主スイッチング素子のスイッチング制御を止めつつ前記副スイッチング素子のオン・オフを制御するよう決定するイネーブル制御回路とを含むことを特徴とするスイッチング電源装置。 - 前記主スイッチング素子は、負荷電力容量を満たす大電力容量のSiC-MOS-FETであって、前記副スイッチング素子は前記主スイッチング素子に比較して小電力容量のSi-MOS-FETである請求項1に記載のスイッチング電源装置。
- 前記副スイッチング素子は、前記制御回路と共に集積回路化が可能な小電力容量のSi-MOS-FETからなる請求項2に記載のスイッチング電源装置。
- 前記ドライブ回路は、前記制御信号に従って前記主スイッチング素子をオン・オフする主駆動信号を生成する主ドライブ回路と、
前記制御信号に従って前記副スイッチング素子をオン・オフする副駆動信号を生成する副ドライブ回路とを並列に備えることを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源装置。 - 前記イネーブル回路は、前記第一状態のとき前記主ドライブ回路の動作を許可すると共に前記副ドライブ回路の動作を禁止し、
前記第二状態のとき前記主ドライブ回路の動作を禁止すると共に前記副ドライブ回路の動作を許可するイネーブル信号を生成することを特徴とする請求項4に記載のスイッチング電源装置。 - 前記ドライブ回路は、前記制御信号に従って前記副スイッチング素子をオン・オフする副駆動信号を生成する副ドライブ回路と、
この副ドライブ回路が生成した前記副駆動信号に従って前記主スイッチング素子をオン・オフする主駆動信号を生成する主ドライブ回路とを備えることを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源装置。 - 前記イネーブル回路は、前記第一状態のとき前記主ドライブ回路の動作を許可し、
前記第二状態のとき前記主ドライブ回路の動作を禁止するイネーブル信号を生成することを特徴とする請求項6に記載のスイッチング電源装置。 - 前記制御回路は、負荷の消費電力量が小さくなるに伴って前記主スイッチング素子または前記副スイッチング素子のオン・オフを制御するスイッチング周波数を最大スイッチング周波数から第1のスイッチング周波数まで低減制御し、
前記第1のスイッチング周波数での前記主スイッチング素子または前記副スイッチング素子の連続スイッチング駆動時における前記負荷の消費電力量が所定の電力閾値を下回ったとき、前記主スイッチング素子または前記副スイッチング素子のスイッチング周波数を前記第1のスイッチング周波数から更に低減させるスイッチング周波数制御手段を備えたものである請求項1に記載のスイッチング電源装置。 - 前記制御回路は、負荷の消費電力量が小さくなるに伴って前記主スイッチング素子または前記副スイッチング素子のオン・オフを制御するスイッチング周波数を最大スイッチング周波数から第1のスイッチング周波数まで低減制御するスイッチング周波数低減手段と、
前記第1のスイッチング周波数での前記主スイッチング素子または前記副スイッチング素子の連続スイッチング駆動時における前記負荷の消費電力量が所定の電力閾値を下回ったとき、前記主スイッチング素子または前記副スイッチング素子を所定の周期毎に所定期間に亘ってバースト状にスイッチング駆動するバースト駆動制御手段とを備えたものである請求項1に記載のスイッチング電源装置。 - 前記スイッチング周波数低減手段は、前記スイッチング周波数を最大スイッチング周波数から前記第1のスイッチング周波数まで低減制御することで、前記トランスの二次巻線から得られる出力電圧の電圧値および前記補助電圧の電圧値をそれぞれ低減し、前記イネーブル制御回路による前記主スイッチング素子のオン・オフ駆動を停止させるものである請求項8または9に記載のスイッチング電源装置。
- 前記負荷の消費電力量を判定する前記所定の電力閾値は、前記第1のスイッチング周波数での前記副スイッチング素子の連続スイッチング駆動時における前記トランスの二次巻線から得られる出力電圧の電圧値を判定する待機モード設定用電圧閾値である請求項8または9に記載のスイッチング電源装置。
- 前記主スイッチング素子および前記副スイッチング素子のそれぞれは、前記トランスの一次巻線に直列に接続され、電源端子と接地端子との間に設けられてフライバック形のコンバータを形成したものである請求項1に記載のスイッチング電源装置。
- 前記主スイッチング素子は、直列に接続されて主ハーフブリッジ回路を形成し、前記制御信号を受けて互いに相反してオン・オフする第1の主スイッチング素子と第2の主スイッチング素子とからなり、
前記副スイッチング素子は、直列に接続されて副ハーフブリッジ回路を形成し、前記制御信号を受けて互いに相反してオン・オフする第1の副スイッチング素子と第2の副スイッチング素子とからなり、
前記主ハーフブリッジ回路および前記副ハーフブリッジ回路のそれぞれは、前記トランスの一次巻線とインダクタとコンデンサとを直列に接続したLLC電流共振回路に対して並列に設けられるものである請求項1に記載のスイッチング電源装置。 - 前記第一閾値は、前記SiC-MOS-FETがその低オン抵抗性能を発揮することができなくなるゲート電圧である所定の電圧閾値に対応する請求項1〜13のいずれかに記載のスイッチング電源装置。
- トランスの一次巻線に流れる主電流をオン・オフするSiC-MOS-FETからなる主スイッチング素子と、この主スイッチング素子に並列に設けられ前記主電流をオン・オフするSi-MOS-FETからなる副スイッチング素子とを、前記トランスの二次巻線から得られる出力電圧の電圧値に応じてオン・オフを制御する制御ICであって、
前記トランスの補助巻線に生起される電圧がダイオードとコンデンサからなる整流平滑回路を介して前記制御ICの電源端子に印加される電圧である補助電圧を電源電圧として動作し、前記出力電圧の電圧値に応じて前記制御ICが生成する制御信号に従って前記主スイッチング素子および前記副スイッチング素子をオン・オフ駆動するドライブ回路と、
前記補助電圧が第一閾値よりも大きい第一状態のとき、前記ドライブ回路が前記主スイッチング素子のオン・オフを制御するよう決定し、前記補助電圧が前記第一閾値よりも小さい第二状態のとき、前記ドライブ回路が前記主スイッチング素子のスイッチング制御を止めつつ前記副スイッチング素子のオン・オフを制御するよう決定するイネーブル制御回路とを含むことを特徴とする制御IC。 - 前記主スイッチング素子は、負荷電力容量を満たす大電力容量のSiC-MOS-FETであって、前記副スイッチング素子は前記主スイッチング素子に比較して小電力容量のSi-MOS-FETである請求項15に記載の制御IC。
- 負荷の消費電力量が小さくなるに伴って前記主スイッチング素子または前記副スイッチング素子のオン・オフを制御するスイッチング周波数を最大スイッチング周波数から第1のスイッチング周波数まで低減制御し、
前記第1のスイッチング周波数での前記主スイッチング素子または前記副スイッチング素子の連続スイッチング駆動時における前記負荷の消費電力量が所定の電力閾値を下回ったとき、前記主スイッチング素子または前記副スイッチング素子のスイッチング周波数を前記第1のスイッチング周波数から更に低減させるスイッチング周波数制御手段を備えたものである請求項15に記載の制御IC。 - 負荷の消費電力量が小さくなるに伴って前記主スイッチング素子または前記副スイッチング素子のオン・オフを制御するスイッチング周波数を最大スイッチング周波数から第1のスイッチング周波数まで低減制御するスイッチング周波数低減手段と、
前記第1のスイッチング周波数での前記主スイッチング素子または前記副スイッチング素子の連続スイッチング駆動時における前記負荷の消費電力量が所定の電力閾値を下回ったとき、前記主スイッチング素子または前記副スイッチング素子を所定の周期毎に所定期間に亘ってバースト状にスイッチング駆動するバースト駆動制御手段とを備えたものである請求項15に記載の制御IC。 - 前記スイッチング周波数低減手段は、前記スイッチング周波数を最大スイッチング周波数から前記第1のスイッチング周波数まで低減制御することで、前記トランスの二次巻線から得られる出力電圧の電圧値および前記補助電圧の電圧値をそれぞれ低減し、前記イネーブル制御回路による前記主スイッチング素子のオン・オフ駆動を停止させるものである請求項17または18に記載の制御IC。
- 前記負荷の消費電力量を判定する前記所定の電力閾値は、前記第1のスイッチング周波数での前記副スイッチング素子の連続スイッチング駆動時における前記トランスの二次巻線から得られる出力電圧の電圧値を判定する待機モード設定用電圧閾値である請求項17または18に記載の制御IC。
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