JP7141916B2 - Power controller and LLC resonant converter - Google Patents
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Description
本発明は、LLC共振コンバータ用の電源制御装置に関する。 The present invention relates to power supply controllers for LLC resonant converters.
従来、DC/DCコンバータの一種として、LLC共振型のDC/DCコンバータ(以下、LLC共振コンバータ)が存在する。LLC共振コンバータは絶縁型のスイッチング電源回路である。 Conventionally, as one type of DC/DC converter, there is an LLC resonance type DC/DC converter (hereinafter referred to as LLC resonance converter). The LLC resonant converter is an isolated switching power supply circuit.
従来、LLC共振コンバータには、軽負荷時の効率を向上させるべく、意図的にスイッチング停止期間を設けるバースト動作を行うものがあった。すなわち、バースト動作では、スイッチング動作が間欠的に行われる。バースト動作を行うLLC共振コンバータの一例は、特許文献1に開示されている。 Conventional LLC resonant converters have been known to perform burst operation in which a switching stop period is intentionally provided in order to improve efficiency at light load. That is, in burst operation, switching operation is performed intermittently. An example of LLC resonant converter with burst operation is disclosed in US Pat.
特許文献1のLLC共振コンバータは、次のようなLLC制御用ICにより制御される。当該LLC制御用ICは、LLC共振コンバータの2次側における出力電圧を帰還した帰還電圧(フィードバック電圧)に応じた周波数で発振する電圧制御型発振器(VCO)を有し、当該VCOの発振出力に基づいてLLC共振コンバータのスイッチング素子をスイッチング駆動する。
The LLC resonant converter of
上記LLC制御用ICは、バースト動作設定回路と、当該バースト動作設定回路の出力に基づいて、VCOの発振出力を通過させるスイッチング動作状態および発振出力を遮断するスイッチング停止状態を切替える制御回路と、をさらに有する。 The LLC control IC includes a burst operation setting circuit, and a control circuit for switching between a switching operation state in which the oscillation output of the VCO is passed and a switching stop state in which the oscillation output is cut off based on the output of the burst operation setting circuit. have more.
上記バースト動作設定回路は、補正回路と、当該補正回路から出力される閾値電圧と帰還電圧とを比較するコンパレータと、を有する。スタンバイモードでは、上記コンパレータからの出力レベル(H/L)に応じて上記制御回路のスイッチング動作状態とスイッチング停止状態が切替えられる。上記補正回路は、LLC共振コンバータの前段側に位置するPFC(力率改善回路)の出力電圧であるバルク電圧に基づいて上記閾値電圧を生成する。 The burst operation setting circuit has a correction circuit and a comparator that compares a threshold voltage output from the correction circuit and a feedback voltage. In the standby mode, the switching operation state and the switching stop state of the control circuit are switched according to the output level (H/L) from the comparator. The correction circuit generates the threshold voltage based on the bulk voltage, which is the output voltage of a PFC (power factor correction circuit) located on the front stage side of the LLC resonant converter.
しかしながら、上記特許文献1では、帰還電圧が閾値電圧を下回るときに、上記コンパレータの出力レベルがLowとなって、制御回路からの発振信号の出力が停止されるスイッチング停止状態となる。このとき、電流共振が突然停止されるので、LLC共振コンバータにおける絶縁用のトランスに音鳴きが発生する虞があった。
However, in
そこで、本発明は、バースト動作において、LLC共振コンバータにおけるトランスの音鳴きを抑制することができる電源制御装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a power supply control device capable of suppressing the ringing of a transformer in an LLC resonance converter during burst operation.
上記目的を達成するために本発明の一態様は、
入力電圧が一端に印加される第1スイッチング素子と、
前記第1スイッチング素子の他端に一端が接続される第2スイッチング素子と、
前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子とが接続される第1接続ノードと、前記第2スイッチング素子の他端との間に直列に接続される1次巻線および共振コンデンサと、
を有するLLC共振コンバータを駆動制御する電源制御装置であり、
前記LLC共振コンバータの出力電圧を帰還した帰還電圧に基づいて上側オフ閾値および下側オフ閾値を生成するオフ閾値生成回路と、
前記上側オフ閾値および前記下側オフ閾値のそれぞれに共振電流検出信号を合算する帰還電流合算回路と、
前記帰還電流合算回路による合算後の上側オフ閾値と共振電圧検出信号とを比較して前記第1スイッチング素子をオフするための上側オフ信号を出力する上側コンパレータと、
前記帰還電流合算回路による合算後の下側オフ閾値と共振電圧検出信号とを比較して前記第2スイッチング素子をオフするための下側オフ信号を出力する下側コンパレータと、
前記帰還電圧と第1閾値および第2閾値とを比較するヒステリシスコンパレータと、
を有し、
前記帰還電圧が前記第2閾値を超えたことを前記ヒステリシスコンパレータにより検出されると、前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子によるスイッチング動作状態に移行され、前記スイッチング動作状態中に前記帰還電圧が前記第1閾値を超えたことを前記ヒステリシスコンパレータにより検出されると、所定期間の間、前記帰還電流合算回路による合算量が変更され、前記所定期間が経過したときにスイッチング停止状態へ移行する、電源制御装置としている(第1の構成)。
In order to achieve the above object, one aspect of the present invention is
a first switching element to one end of which an input voltage is applied;
a second switching element having one end connected to the other end of the first switching element;
a primary winding and a resonant capacitor connected in series between a first connection node where the first switching element and the second switching element are connected, and the other end of the second switching element;
A power supply control device that drives and controls an LLC resonance converter having
an off-threshold generation circuit that generates an upper off-threshold and a lower off-threshold based on a feedback voltage obtained by feeding back the output voltage of the LLC resonant converter;
a feedback current summing circuit for summing a resonance current detection signal to each of the upper off-threshold and the lower off-threshold;
an upper comparator that compares the upper off threshold after summation by the feedback current summing circuit with the resonance voltage detection signal and outputs an upper off signal for turning off the first switching element;
a lower comparator that compares the lower off threshold after summing by the feedback current summing circuit with the resonance voltage detection signal and outputs a lower off signal for turning off the second switching element;
a hysteresis comparator that compares the feedback voltage with first and second thresholds;
has
When the hysteresis comparator detects that the feedback voltage exceeds the second threshold value, the switching operation state is shifted to the switching operation state by the first switching element and the second switching element, and the feedback voltage is switched during the switching operation state. exceeds the first threshold value, the summed amount by the feedback current summing circuit is changed for a predetermined period of time, and when the predetermined period of time elapses, switching is switched to a stopped state. , a power control device (first configuration).
また、上記第1の構成において、前記オフ閾値生成回路は、
第1抵抗と、
第2抵抗と、
前記第1抵抗の一端と前記第2抵抗の一端とが接続される第2接続ノードに第1所定電圧を印加する第1電圧印加部と、
前記帰還電圧に基づき、前記第1抵抗の他端に流す第1出力電流および前記第2抵抗の他端に流す第2出力電流を生成する出力電流生成回路と、
を有し、
前記帰還電流合算回路は、前記共振電流検出信号に基づき、前記第1抵抗の他端からシンク電流を吸い込むとともに、前記第2抵抗の他端へソース電流を吐き出すこととしてもよい(第2の構成)。
Further, in the above first configuration, the off-threshold generation circuit includes:
a first resistor;
a second resistor;
a first voltage application unit that applies a first predetermined voltage to a second connection node to which one end of the first resistor and one end of the second resistor are connected;
an output current generating circuit for generating a first output current flowing through the other end of the first resistor and a second output current flowing through the other end of the second resistor based on the feedback voltage;
has
The feedback current summing circuit may draw a sink current from the other end of the first resistor and discharge a source current to the other end of the second resistor based on the resonance current detection signal (second configuration ).
また、上記第2の構成において、前記所定期間の間、前記シンク電流および前記ソース電流の電流量が通常のN倍(N>1)とされることとしてもよい(第3の構成)。 Further, in the second configuration, the amounts of the sink current and the source current may be N times (N>1) the normal amount during the predetermined period (third configuration).
また、上記第2の構成において、前記所定期間の間、前記シンク電流が吸い込まれるラインから定電流を引く第1定電流源と、前記所定期間の間、前記ソース電流が吐き出されるラインへ定電流を加える第2定電流源と、をさらに有することとしてもよい(第4の構成)。 In the second configuration, a first constant current source draws a constant current from a line into which the sink current is drawn during the predetermined period, and a constant current is supplied to a line through which the source current is discharged during the predetermined period. (fourth configuration).
また、上記第2から第4のいずれかの構成において、前記帰還電流合算回路は、
前記第1スイッチング素子のオンへの切替えの際に前記共振電流検出信号をホールドする第1サンプルホールド部と、
前記第1サンプルホールド部の出力と前記共振電流検出信号との差分に応じた前記シンク電流を出力する第1トランスコンダクタンスアンプと、
前記第2スイッチング素子のオンへの切替えの際に前記共振電流検出信号をホールドする第2サンプルホールド部と、
前記第2サンプルホールド部の出力と前記共振電流検出信号との差分に応じた前記ソース電流を出力する第2トランスコンダクタンスアンプと、
を有することとしてもよい(第5の構成)。
In any one of the second to fourth configurations, the feedback current summing circuit may
a first sample and hold unit that holds the resonance current detection signal when the first switching element is switched on;
a first transconductance amplifier that outputs the sink current according to the difference between the output of the first sample-and-hold unit and the resonance current detection signal;
a second sample and hold unit that holds the resonance current detection signal when the second switching element is switched on;
a second transconductance amplifier that outputs the source current according to the difference between the output of the second sample-and-hold unit and the resonance current detection signal;
(fifth configuration).
また、上記第5の構成において、前記帰還電流合算回路は、前記共振電流検出信号をレベルシフトし、レベルシフト後の前記共振電流検出信号を前記第1サンプルホールド部、前記第1トランスコンダクタンスアンプ、前記第2サンプルホールド部、および、前記第2トランスコンダクタンスアンプへ出力する第1レベルシフト回路を有することとしてもよい(第6の構成)。 In the fifth configuration, the feedback current summing circuit level-shifts the resonance current detection signal, and outputs the level-shifted resonance current detection signal to the first sample-and-hold section, the first transconductance amplifier, A first level shift circuit that outputs to the second sample-hold section and the second transconductance amplifier may be provided (sixth configuration).
また、上記第2から第6のいずれかの構成において、前記出力電流生成回路は、
第1トランジスタと、
前記第1トランジスタの一端に接続される第3抵抗と、
前記帰還電圧と、前記第1トランジスタと前記第3抵抗とが接続される第3接続ノードの電圧とが入力されて前記第1トランジスタを駆動する第1エラーアンプと、
前記第1トランジスタに流れる電流を入力として前記第1出力電流を生成する上側カレントミラーと、
前記上側カレントミラーの出力電流を入力として前記第2出力電流を生成する下側カレントミラーと、
を有することとしてもよい(第7の構成)。
In any one of the second to sixth configurations, the output current generation circuit may
a first transistor;
a third resistor connected to one end of the first transistor;
a first error amplifier that receives the feedback voltage and the voltage of a third connection node where the first transistor and the third resistor are connected to drive the first transistor;
an upper current mirror that receives the current flowing through the first transistor and generates the first output current;
a lower current mirror that receives the output current of the upper current mirror and generates the second output current;
(seventh configuration).
また、上記第2から第7のいずれかの構成において、前記第1電圧印加部は、第2基準電圧を入力されるボルテージフォロアであることとしてもよい(第8の構成)。 In any one of the second to seventh configurations, the first voltage application section may be a voltage follower to which a second reference voltage is input (eighth configuration).
また、上記第2から第8のいずれかの構成において、前記共振電圧検出信号をレベルシフトして前記上側コンパレータおよび前記下側コンパレータのそれぞれに出力する第2レベルシフト回路をさらに有し、
前記第1所定電圧は、レベルシフト後の前記共振電圧検出信号の中心電圧と同じであることとしてもよい(第9の構成)。
In any one of the second to eighth configurations, further comprising a second level shift circuit for level-shifting the resonance voltage detection signal and outputting it to each of the upper comparator and the lower comparator,
The first predetermined voltage may be the same as the center voltage of the resonance voltage detection signal after level shifting (ninth configuration).
また、上記第1から第9のいずれかの構成において、カウンターをさらに有し、
前記所定期間は、前記カウンターによって前記第1スイッチング素子の駆動信号および前記第2スイッチング素子の駆動信号の個数を所定個数だけカウントする期間であることとしてもよい(第10の構成)。
Further, in any one of the first to ninth configurations, further comprising a counter,
The predetermined period may be a period during which the counter counts the number of drive signals for the first switching element and the number of the drive signals for the second switching element by a predetermined number (tenth configuration).
また、上記第1から第10のいずれかの構成において、前記LLC共振コンバータは、前記1次巻線と前記共振コンデンサとが接続される第2接続ノードに一端が接続される第1コンデンサと、前記第1コンデンサの他端に接続される第3抵抗と、をさらに有し、
前記共振電流検出信号は、前記第1コンデンサと前記第3抵抗とが接続される第3接続ノードに生成されることとしてもよい(第11の構成)。
In any one of the first to tenth configurations, the LLC resonance converter includes a first capacitor having one end connected to a second connection node where the primary winding and the resonance capacitor are connected; a third resistor connected to the other end of the first capacitor,
The resonance current detection signal may be generated at a third connection node where the first capacitor and the third resistor are connected (eleventh configuration).
また、上記第1から第11のいずれかの構成において、前記LLC共振コンバータは、前記1次巻線と前記共振コンデンサとが接続される第2接続ノードに一端が接続される第2コンデンサと、前記第2コンデンサの他端に接続される第3コンデンサと、をさらに有し、
前記共振電圧検出信号は、前記第2コンデンサと前記第3コンデンサとが接続される第4接続ノードに生成されることとしてもよい(第12の構成)。
In any one of the first to eleventh configurations, the LLC resonance converter includes a second capacitor having one end connected to a second connection node where the primary winding and the resonance capacitor are connected; a third capacitor connected to the other end of the second capacitor,
The resonance voltage detection signal may be generated at a fourth connection node where the second capacitor and the third capacitor are connected (twelfth configuration).
また、ICパッケージとしての上記第1から第12のいずれかの構成である電源制御装置であり、前記共振電流検出信号を印加可能な第1外部端子と、前記共振電圧検出信号を印加可能な第2外部端子とは、前記ICパッケージの同一辺に沿って配置される同レベル耐圧の端子群に含まれることとしてもよい(第13の構成)。 Further, the power supply control device is any one of the first to twelfth configurations as an IC package, and includes a first external terminal to which the resonance current detection signal can be applied and a second external terminal to which the resonance voltage detection signal can be applied. The two external terminals may be included in a group of terminals with the same level of withstand voltage arranged along the same side of the IC package (13th configuration).
また、上記第13の構成において、前記入力電圧を生成するための交流電圧の印加端にダイオードを介して接続可能な第3外部端子と、非接続端子である第4外部端子と、を前記同一辺においてさらに有し、前記第4外部端子は、前記端子群と前記第3外部端子との間に配置されることとしてもよい(第14の構成)。 Further, in the thirteenth configuration, the third external terminal connectable via a diode to the application end of the AC voltage for generating the input voltage and the fourth external terminal which is a non-connection terminal are the same. A side may further include the fourth external terminal, and the fourth external terminal may be arranged between the terminal group and the third external terminal (14th configuration).
また、本発明の別態様は、上記いずれかの構成の電源制御装置を含むLLC共振コンバータである。 Another aspect of the present invention is an LLC resonant converter including the power control device having any one of the above configurations.
本発明の電源制御装置によると、バースト動作において、LLC共振コンバータにおけるトランスの音鳴きを抑制することができる。 According to the power supply control device of the present invention, it is possible to suppress the ringing of the transformer in the LLC resonance converter in the burst operation.
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<1.AC/DCコンバータの全体構成>
図1は、本発明の一実施形態に係るAC/DCコンバータ5の構成を示す回路図である。AC/DCコンバータ5は、大きく分けて、前段側の力率改善回路(PFC)51と、後段側のLLC共振コンバータ52と、から構成される。なお、AC/DCコンバータ5は、民生機器(TV、PC、サーバー等)電源、LED照明電源、産業機器電源、OA機器(レーザプリンター等)電源など、各種の電源に適用される。
<1. Overall configuration of AC/DC converter>
FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of an AC/
力率改善回路51は、昇圧チョッパー回路として構成され、ダイオードブリッジDBと、インダクタL1と、ダイオードD1と、コンデンサC1と、スイッチング素子M1と、抵抗R1と、抵抗R2と、PFC制御IC1と、を有する。
The power
ダイオードブリッジDBの入力端には、交流電圧Vacが印加される。ダイオードブリッジDBの出力端は、インダクタL1の一端に接続される。インダクタL1の他端は、ダイオードD1のアノードに接続される。インダクタL1とダイオードD1との接続ノードは、nチャネルMOSFETとして構成されるスイッチング素子M1のドレインに接続される。スイッチング素子M1のソースは、グランド電位の印加端に接続される。ダイオードD1のカソードは、コンデンサC1の一端に接続される。コンデンサC1の他端は、グランド電位の印加端に接続される。 An AC voltage Vac is applied to the input end of the diode bridge DB. The output end of diode bridge DB is connected to one end of inductor L1. The other end of inductor L1 is connected to the anode of diode D1. A connection node between the inductor L1 and the diode D1 is connected to the drain of the switching element M1 configured as an n-channel MOSFET. The source of the switching element M1 is connected to the ground potential application terminal. The cathode of diode D1 is connected to one end of capacitor C1. The other end of the capacitor C1 is connected to the ground potential application end.
PFC制御IC1は、スイッチング素子M1のオンオフ駆動を制御する。スイッチング素子M1がオンされると、インダクタL1にエネルギーが蓄積され、スイッチング素子M1がオフされると、インダクタL1からダイオードD1を介して出力側へ電流が流れ、インダクタL1のエネルギーが解放される。 The PFC control IC1 controls on/off driving of the switching element M1. When the switching element M1 is turned on, energy is stored in the inductor L1, and when the switching element M1 is turned off, current flows from the inductor L1 to the output side through the diode D1, releasing the energy in the inductor L1.
PFC制御IC1は、ダイオードD1のカソード側に発生する力率改善回路51の出力電圧(=Vin)を抵抗R1,R2によって分圧した後の電圧を帰還されることで、PWM(パルス幅変調)制御によってスイッチング素子M1を駆動する。これにより、インダクタL1を流れるインダクタ電流のピークは、インダクタL1の入力側の入力電圧VIと同じ波形となり、力率改善を図ることができる。
The
力率改善回路51の出力としての入力電圧VinはLLC共振コンバータ52に入力される。LLC共振コンバータ52は、入力電圧Vinを出力電圧Voutに変換する。LLC共振コンバータ52は、スイッチング素子Q1,Q2と、トランスTrと、共振コンデンサCrと、ダイオードD11,D12と、シャントレギュレータSRと、フォトカプラPCと、抵抗R11,R12と、出力コンデンサC10と、電源制御IC2と、を有する。
An input voltage Vin as an output of the power
LLC共振コンバータ52は、その他にも、抵抗R3~R8と、コンデンサC2~C9と、ダイオードD2~D5と、ツェナーダイオードZ1と、を有する。
LLC
電源制御IC(電源制御装置)2は、LLC共振コンバータ52の駆動制御を行う。電源制御IC2は、外部との電気的接続を確立するための各種外部端子を有する。より具体的には、電源制御IC2は、VH端子(1番ピン)と、非接続端子(2番ピン)と、PFC_IN端子(3番ピン)と、FB端子(4番ピン)と、SET_SS端子(5番ピン)と、ILLC端子(6番ピン)と、VLLC端子(7番ピン)と、SW端子(8番ピン)と、REG端子(9番ピン)と、VCC端子(10番ピン)と、LO端子(11番ピン)と、GND端子(12番ピン)と、非接続端子(13番ピン)と、HGND端子(14番ピン)と、HO端子(15番ピン)と、HVCC端子(16番ピン)と、を有する。
A power control IC (power control device) 2 controls the driving of the
スイッチング素子Q1、Q2は、ともにnチャネルMOSFETとして構成される。スイッチング素子Q1のドレインには、入力電圧Vinが印加される。スイッチング素子Q1のソースは、スイッチング素子Q2のドレインに接続される。スイッチング素子Q2のソースは、グランド電位の印加端に接続される。 The switching elements Q1 and Q2 are both configured as n-channel MOSFETs. An input voltage Vin is applied to the drain of the switching element Q1. The source of switching element Q1 is connected to the drain of switching element Q2. The source of the switching element Q2 is connected to the ground potential application end.
トランスTrは、1次巻線Npと、2次巻線Ns1,Ns2と、補助巻線Naと、を有する。スイッチング素子Q1とQ2とが接続される接続ノードNsは、1次巻線Npの一端に接続される。1次巻線Npの他端は、共振コンデンサCrの一端に接続される。共振コンデンサCrの他端は、スイッチング素子Q2のソースに接続される。 The transformer Tr has a primary winding Np, secondary windings Ns1 and Ns2, and an auxiliary winding Na. A connection node Ns to which switching elements Q1 and Q2 are connected is connected to one end of primary winding Np. The other end of the primary winding Np is connected to one end of the resonant capacitor Cr. The other end of resonance capacitor Cr is connected to the source of switching element Q2.
2次巻線Ns1の一端は、ダイオードD11のアノードに接続される。2次巻線Ns2の一端は、ダイオードD12のアノードに接続される。2次巻線Ns1の他端とNs2の他端とが接続される接続ノードは、グランド電位が印加される印加端GNDに接続される。 One end of secondary winding Ns1 is connected to the anode of diode D11. One end of secondary winding Ns2 is connected to the anode of diode D12. A connection node where the other end of the secondary winding Ns1 and the other end of the secondary winding Ns2 are connected is connected to an application end GND to which a ground potential is applied.
ダイオードD11のカソードは、ダイオードD12のカソードに接続される。ダイオードD11のカソードは、コンデンサC10の一端とともに、出力端子OUTに接続される。コンデンサC10の他端は、印加端GNDに接続される。このように、LLC共振コンバータ52における2次側は、整流平滑回路として構成される。出力電圧Voutは、出力端子OUTに生成される。
The cathode of diode D11 is connected to the cathode of diode D12. The cathode of the diode D11 is connected to the output terminal OUT together with one end of the capacitor C10. The other end of the capacitor C10 is connected to the application end GND. Thus, the secondary side of
また、出力端子OUTと印加端GNDとの間には、抵抗R11,R12が直列に接続される。出力端子OUTと印加端GNDとの間には、その他として、フォトカプラPCに含まれる発光素子P1と、シャントレギュレータSRと、が配置される。出力端子OUTは、発光素子P1のアノードに接続される。発光素子P1のカソードは、シャントレギュレータSRのカソードに接続される。シャントレギュレータSRのアノードは、印加端GNDに接続される。 Resistors R11 and R12 are connected in series between the output terminal OUT and the application terminal GND. A light-emitting element P1 included in the photocoupler PC and a shunt regulator SR are arranged between the output terminal OUT and the application terminal GND. The output terminal OUT is connected to the anode of the light emitting element P1. A cathode of the light emitting element P1 is connected to a cathode of the shunt regulator SR. The anode of the shunt regulator SR is connected to the application terminal GND.
シャントレギュレータSRは、出力電圧Voutを抵抗R11,R12によって分圧した後の分圧電圧と、基準電圧とを比較し、上記分圧電圧の基準電圧との誤差に応じた電流をカソード・アノード間に発生させる。発生した電流によって発光素子P1は発光する。これにより、出力電圧Voutが低いほど(負荷が重いほど)発光素子P1の発光量が少なくなる帰還動作が行われる。 The shunt regulator SR compares the divided voltage obtained by dividing the output voltage Vout by the resistors R11 and R12 with a reference voltage, and supplies a current between the cathode and the anode according to the difference between the divided voltage and the reference voltage. to occur. The generated current causes the light emitting element P1 to emit light. As a result, a feedback operation is performed in which the lower the output voltage Vout (the heavier the load), the smaller the light emission amount of the light emitting element P1.
フォトカプラPCに含まれる受光素子P2は、発光素子P1から出力される光を受光する。受光素子P2の一端は、電源制御IC2のFB端子に接続され、他端はグランド電位の印加端に接続される。受光素子P2に流れる電流によってFB端子に帰還電圧Vfbが生成される。このような構成により、出力電圧Voutは、帰還電圧Vfbとして帰還される。 A light receiving element P2 included in the photocoupler PC receives light output from the light emitting element P1. One end of the light receiving element P2 is connected to the FB terminal of the power supply control IC2, and the other end is connected to the ground potential application end. A feedback voltage Vfb is generated at the FB terminal by the current flowing through the light receiving element P2. With such a configuration, the output voltage Vout is fed back as the feedback voltage Vfb.
LLC共振コンバータ52では、トランスTrの結合係数を小さくすることで漏れインダクタンスを大きくし、漏れインダクタンスと励磁インダクタンスを利用する。漏れインダクタンスは、共振用インダクタとして利用される。なお、1次巻線Npに直列に共振用インダクタを別途接続するようにしてもよい。
In the
上側のスイッチング素子Q1と下側のスイッチング素子Q2は、それぞれゲート駆動信号GH,GLによって相補的にオンオフされる。なお、ここでの「相補的」とは、双方のスイッチング素子がオフとなる期間であるデッドタイムを含むスイッチング動作も含む。また、スイッチング素子Q1,Q2ともにオンデューティは略50%である。 The upper switching element Q1 and the lower switching element Q2 are complementarily turned on and off by gate drive signals GH and GL, respectively. Note that the term “complementary” here includes a switching operation including a dead time, which is a period during which both switching elements are turned off. Also, the on-duty of both the switching elements Q1 and Q2 is approximately 50%.
ダイオードブリッジDBの一方の入力端は、ダイオードD2のアノードに接続され、他方の入力端は、ダイオードD3のアノードに接続される。ダイオードD2,D3のカソード同士は、抵抗R3の一端に接続される。抵抗R3の他端は、VH端子に接続される。これにより、交流電圧Vacは、ダイオードD2,D3によって全波整流されてVH端子に入力される。VH端子は、起動時に後述するコンデンサC8に充電を行って電源制御IC2を起動するために用いられる。 One input of diode bridge DB is connected to the anode of diode D2 and the other input to the anode of diode D3. The cathodes of diodes D2 and D3 are connected to one end of resistor R3. The other end of resistor R3 is connected to the VH terminal. As a result, the AC voltage Vac is full-wave rectified by the diodes D2 and D3 and input to the VH terminal. The VH terminal is used to charge a capacitor C8, which will be described later, to start the power supply control IC2 at startup.
PFC_IN端子は、抵抗R1とR2との接続ノードに接続される。 A PFC_IN terminal is connected to a connection node between the resistors R1 and R2.
SET_SS端子は、コンデンサC5の一端に接続される。コンデンサC5の他端は、グランド電位の印加端に接続される。抵抗R7は、コンデンサC5と並列に接続される。SET_SS端子は、ソフトスタート設定用に用いられる。なお、ソフトスタートについては、後述する。 The SET_SS terminal is connected to one end of the capacitor C5. The other end of the capacitor C5 is connected to the ground potential application end. Resistor R7 is connected in parallel with capacitor C5. The SET_SS terminal is used for soft start setting. Soft start will be described later.
1次巻線Npと共振コンデンサCrとの接続ノードN1は、コンデンサC3の一端に接続される。コンデンサC3の他端は、抵抗R6の一端に接続される。抵抗R6の他端は、グランド電位の印加端に接続される。ILLC端子は、コンデンサC3と抵抗R6との接続ノードに接続される。ILLC端子には、共振電流を電圧信号に変換した共振電流検出信号VISが生成される。 A connection node N1 between the primary winding Np and the resonance capacitor Cr is connected to one end of the capacitor C3. The other end of capacitor C3 is connected to one end of resistor R6. The other end of the resistor R6 is connected to the ground potential application end. The ILLC terminal is connected to a connection node between capacitor C3 and resistor R6. A resonance current detection signal VIS obtained by converting the resonance current into a voltage signal is generated at the ILLC terminal.
接続ノードN1は、コンデンサC4の一端にも接続される。コンデンサC4の他端は、コンデンサC6の一端に接続される。コンデンサC6の他端は、グランド電位の印加端に接続される。VLLC端子は、コンデンサC4とC6との接続ノードに接続される。VLLC端子には、共振電圧検出信号VCRが生成される。 The connection node N1 is also connected to one end of the capacitor C4. The other end of capacitor C4 is connected to one end of capacitor C6. The other end of the capacitor C6 is connected to the ground potential application end. The VLLC terminal is connected to a connection node between capacitors C4 and C6. A resonance voltage detection signal VCR is generated at the VLLC terminal.
接続ノードNsは、コンデンサC2の一端に接続される。コンデンサC2の他端は、抵抗R4の一端に接続される。抵抗R4の他端は、抵抗R5の一端に接続される。抵抗R5の他端は、グランド電位の印加端に接続される。抵抗R4とR5との接続ノードは、SW端子に接続される。SW端子には、ツェナーダイオードZ1のカソードが接続される。ツェナーダイオードZ1のアノードは、グランド電位の印加端に接続される。 The connection node Ns is connected to one end of the capacitor C2. The other end of capacitor C2 is connected to one end of resistor R4. The other end of resistor R4 is connected to one end of resistor R5. The other end of the resistor R5 is connected to the ground potential application end. A connection node between the resistors R4 and R5 is connected to the SW terminal. The SW terminal is connected to the cathode of the Zener diode Z1. The anode of the Zener diode Z1 is connected to the ground potential application end.
接続ノードNsに発生するスイッチ電圧SWは、スイッチング素子Q1,Q2が双方オフのときに寄生容量の充電または放電によって、0Vから入力電圧Vinまで立ち上がる、または入力電圧Vinから0Vまで立ち下がる。SW端子には、このようなスイッチ電圧SWの立上り、および立下りを検出したスイッチ電圧検出信号VSWが生成される。なお、ツェナーダイオードZ1は、スイッチ電圧検出信号VSWが負となる場合に、スイッチ電圧検出信号VSWを順方向電圧によってクランプする。 The switch voltage SW generated at the connection node Ns rises from 0V to the input voltage Vin or falls from the input voltage Vin to 0V due to charging or discharging of the parasitic capacitance when the switching elements Q1 and Q2 are both off. A switch voltage detection signal VSW that detects the rise and fall of such switch voltage SW is generated at the SW terminal. Note that the Zener diode Z1 clamps the switch voltage detection signal VSW with a forward voltage when the switch voltage detection signal VSW becomes negative.
REG端子は、コンデンサC9の一端に接続される。コンデンサC9の他端は、グランド電位の印加端に接続される。REG端子には、内部電圧Vregが生成される。 The REG terminal is connected to one end of capacitor C9. The other end of the capacitor C9 is connected to the ground potential application end. An internal voltage Vreg is generated at the REG terminal.
VCC端子は、コンデンサC8の一端に接続される。コンデンサC8の他端は、グランド電位の印加端に接続される。補助巻線Naの一端は、グランド電位の印加端に接続される。補助巻線Naの他端は、抵抗R8を介してダイオードD5のアノードに接続される。ダイオードD5のカソードは、VCC端子とコンデンサC8との接続ノードに接続される。これにより、補助巻線Naにより発生した電圧は、ダイオードD5およびコンデンサC8によって整流平滑され、VCC端子に生成される電源電圧Vccとなる。電源電圧Vccは、PFC制御IC1の電源としても用いられる。 The VCC terminal is connected to one end of capacitor C8. The other end of the capacitor C8 is connected to the ground potential application end. One end of the auxiliary winding Na is connected to the ground potential application end. The other end of auxiliary winding Na is connected to the anode of diode D5 via resistor R8. The cathode of diode D5 is connected to the connection node between the VCC terminal and capacitor C8. Thereby, the voltage generated by the auxiliary winding Na is rectified and smoothed by the diode D5 and the capacitor C8 to become the power supply voltage Vcc generated at the VCC terminal. The power supply voltage Vcc is also used as a power supply for the PFC control IC1.
LO端子は、スイッチング素子Q2のゲートに接続される。スイッチング素子Q2のゲートは、LO端子から出力されるゲート駆動信号GLによって駆動される。GND端子は、グランド電位の印加端に接続される。 The LO terminal is connected to the gate of switching element Q2. A gate of the switching element Q2 is driven by a gate drive signal GL output from the LO terminal. The GND terminal is connected to the ground potential application terminal.
HGND端子は、接続ノードNsに接続される。コンデンサC7は、HVCC端子とHGND端子との間に接続される。ダイオードD4のアノードは、REG端子とコンデンサC9との接続ノードに接続される。ダイオードD4のカソードは、HVCC端子に接続される。コンデンサC7およびダイオードD4は、スイッチング素子Q1のオン用にドレイン電圧(=Vin)よりも高い電圧のゲート駆動信号GHを生成するブートストラップに用いられる。 The HGND terminal is connected to the connection node Ns. A capacitor C7 is connected between the HVCC terminal and the HGND terminal. The anode of diode D4 is connected to the connection node between the REG terminal and capacitor C9. The cathode of diode D4 is connected to the HVCC terminal. A capacitor C7 and a diode D4 are used for bootstrapping to generate a gate drive signal GH having a voltage higher than the drain voltage (=Vin) for turning on the switching element Q1.
HO端子は、スイッチング素子Q1のゲートに接続される。スイッチング素子Q1のゲートは、HO端子から出力されるゲート駆動信号GHによって駆動される。 The HO terminal is connected to the gate of switching element Q1. A gate of the switching element Q1 is driven by a gate drive signal GH output from the HO terminal.
<2.帰還経路構成>
次に、電源制御IC2における帰還経路構成について詳述する。図2は、電源制御IC2におけるスイッチングのオフタイミングを決定する構成を要部的に示す概略図である。
<2. Return path configuration>
Next, the configuration of the feedback path in the power
図2に示すように、電源制御IC2は、オフ閾値生成回路21と、帰還電流合算回路22と、DCレベルシフト回路23と、上側コンパレータ24と、下側コンパレータ25と、を有する。
As shown in FIG. 2 , the power
オフ閾値生成回路21は、FB端子に生成される帰還電圧Vfbに基づいて上側オフ閾値VTHHおよび下側オフ閾値VTHLを生成する。帰還電流合算回路22は、ILLC端子に生成される共振電流検出信号VISを上側オフ閾値VTHHに合算して上側オフ閾値VTHH’を生成し、共振電流検出信号VISを下側オフ閾値VTHLに合算して下側オフ閾値VTHL’を生成する。
The off-
DCレベルシフト回路23は、VLLC端子に生成される共振電圧検出信号VCRをレベルシフトし、レベルシフト後の共振電圧検出信号VCR’を出力する。上側コンパレータ24の非反転入力端(+)には共振電圧検出信号VCR’が入力され、反転入力端(-)には上側オフ閾値VTHH’が入力される。上側コンパレータ24は、共振電圧検出信号VCR’が上側オフ閾値VTHH’を上回ったタイミングで、LowからHighへ切替えた上側オフ信号H_OFFを出力する。このとき、スイッチング素子Q1がオンからオフとされる。
The DC
一方、下側コンパレータ25の反転入力端には共振電圧検出信号VCR’が入力され、非反転入力端には下側オフ閾値VTHL’が入力される。下側コンパレータ25は、共振電圧検出信号VCR’が上側オフ閾値VTHH’を下回ったタイミングで、LowからHighへ切替えた下側オフ信号H_OFFを出力する。このとき、スイッチング素子Q2がオンからオフとされる。
On the other hand, the resonance voltage detection signal VCR' is input to the inverting input terminal of the
このような帰還構成によってスイッチング素子Q1,Q2のオフタイミングが決定され、出力電圧Voutは目標値と一致するように制御される。特に本実施形態では、帰還経路に共振電流の情報が含まれるので、LLC共振コンバータ52の負荷応答が高速となり、位相補償設計が容易となる。
This feedback configuration determines the off timing of the switching elements Q1 and Q2, and controls the output voltage Vout to match the target value. Particularly in this embodiment, since the feedback path includes information on the resonance current, the load response of the
<3.オフ閾値生成回路の構成>
次に、上述したオフ閾値生成回路21の具体的な構成例について述べる。図3は、オフ閾値生成回路21の一構成例を示す回路図である。
<3. Configuration of OFF Threshold Generation Circuit>
Next, a specific configuration example of the off-
図3に示すオフ閾値生成回路21は、出力電流生成回路211と、抵抗R21と、定電流源CI21と、トランスコンダクタンスアンプTA21と、抵抗R212と、抵抗R213と、オペアンプA21と、を有する。
The off-
抵抗R21の一端には、所定の電源電圧V21が印加され、他端は、FB端子に接続される。受光素子P2に流れる電流に応じて抵抗R21に電流が流れ、帰還電圧Vfbが生成される。 A predetermined power supply voltage V21 is applied to one end of the resistor R21, and the other end is connected to the FB terminal. A current flows through the resistor R21 according to the current flowing through the light receiving element P2, and the feedback voltage Vfb is generated.
出力電流生成回路211は、帰還電圧Vfbに基づいて上側出力電流IoHおよび下側出力電流IoLを生成する回路である。出力電流生成回路211は、一例として、エラーアンプEA21と、トランジスタM21と、抵抗R211と、上側カレントミラーPMと、下側カレントミラーNMと、を有する。
The output
エラーアンプEA21の一方の非反転入力端には、帰還電圧Vfbが印加され、他方の非反転入力端には、所定の基準電圧V211が印加される。エラーアンプEA21の出力端は、nチャネルMOSFETとして構成されるトランジスタM21のゲートに接続される。トランジスタM21のソースは、抵抗R211を介してグランド電位の印加端に接続される。トランジスタM21のソースと抵抗R211との接続ノードN211は、エラーアンプEA21の反転入力端に接続される。 A feedback voltage Vfb is applied to one non-inverting input terminal of the error amplifier EA21, and a predetermined reference voltage V211 is applied to the other non-inverting input terminal. The output terminal of the error amplifier EA21 is connected to the gate of the transistor M21 configured as an n-channel MOSFET. The source of the transistor M21 is connected to the ground potential application end via the resistor R211. A connection node N211 between the source of the transistor M21 and the resistor R211 is connected to the inverting input terminal of the error amplifier EA21.
エラーアンプEA21は、二つの非反転入力端に印加される電圧のうち高い方の電圧を反転入力端の電圧と比較する。これにより、帰還電圧Vfbが基準電圧V211より高い場合は、接続ノードN211の電圧は帰還電圧Vfbとなるように制御され、そうでない場合は、接続ノードN211の電圧は基準電圧V221となるように制御される。従って、基準電圧V211は、接続ノードN211の電圧の最低値を規定する。 The error amplifier EA21 compares the higher one of the voltages applied to the two non-inverting inputs with the voltage at the inverting input. Thereby, when the feedback voltage Vfb is higher than the reference voltage V211, the voltage of the connection node N211 is controlled to be the feedback voltage Vfb, and otherwise, the voltage of the connection node N211 is controlled to be the reference voltage V221. be done. Therefore, the reference voltage V211 defines the lowest value of the voltage of the connection node N211.
トランジスタM21のドレインは、上側カレントミラーPMの入力端に接続される。上側カレントミラーPMの一方の出力端は、下側カレントミラーNMの入力端に接続され、他方の出力端は、抵抗R212の一端と接続ノードNHで接続される。下側カレントミラーNMの出力端は、抵抗R213の一端と接続ノードNLで接続される。 The drain of transistor M21 is connected to the input end of upper current mirror PM. One output end of upper current mirror PM is connected to the input end of lower current mirror NM, and the other output end is connected to one end of resistor R212 at connection node NH. An output end of the lower current mirror NM is connected to one end of the resistor R213 at a connection node NL.
接続ノードN211の電圧に応じて抵抗R211を介して電流I211が流れる。上側カレントミラーPMは、電流I211を入力として電流I212および上側出力電流IoHを出力する。下側カレントミラーNMは、電流I212を入力として下側出力電流IoLを出力する。 Current I211 flows through resistor R211 according to the voltage of connection node N211. Upper current mirror PM receives current I211 and outputs current I212 and upper output current IoH. The lower current mirror NM receives the current I212 and outputs the lower output current IoL.
抵抗R212と抵抗R213との接続ノードNCは、オペアンプA21の出力端に接続される。オペアンプA21の非反転入力端には、所定の基準電圧V212が印加される。オペアンプA21の出力端は、オペアンプA21の反転入力端に接続される。このように、オペアンプA21によってボルテージフォロアが構成されるので、接続ノードNCには、基準電圧V212と同じ電圧Vncが生成される。 A connection node NC between the resistor R212 and the resistor R213 is connected to the output terminal of the operational amplifier A21. A predetermined reference voltage V212 is applied to the non-inverting input terminal of the operational amplifier A21. The output terminal of the operational amplifier A21 is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier A21. Since the voltage follower is configured by the operational amplifier A21 in this way, the same voltage Vnc as the reference voltage V212 is generated at the connection node NC.
接続ノードNHには、上側出力電流IoHに応じた抵抗R212での電圧降下分だけ電圧Vncよりも高い電圧が上側オフ閾値VTHH(図2)として生成される。接続ノードNLには、下側出力電流IoLに応じた抵抗R213での電圧降下分だけ電圧Vncよりも低い電圧が下側オフ閾値VTHL(図2)として生成される。 At the connection node NH, a voltage higher than the voltage Vnc by the voltage drop across the resistor R212 corresponding to the upper output current IoH is generated as the upper OFF threshold VTHH (FIG. 2). At the connection node NL, a voltage lower than the voltage Vnc by the voltage drop across the resistor R213 corresponding to the lower output current IoL is generated as the lower OFF threshold VTHL (FIG. 2).
これにより、図4に模式的に示すように、帰還電圧Vfbが高くなる程、上側オフ閾値VTHHと下側オフ閾値VTHLとの乖離が電圧Vnc(=V212)を中心として大きくなる。 As a result, as schematically shown in FIG. 4, the higher the feedback voltage Vfb, the greater the deviation between the upper off-threshold value VTHH and the lower off-threshold value VTHL around the voltage Vnc (=V212).
また、図3に示す構成では、トランスコンダクタンスアンプTA21の非反転入力端は、SET_SS端子に接続される。トランスコンダクタンスアンプTA21とSET_SS端子との接続ノードには、定電流源CI21による定電流が流れ込む。トランスコンダクタンスアンプTA21の出力端は、FB端子と抵抗R21との接続ノードに接続されるとともに、トランスコンダクタンスアンプTA21の反転入力端に接続される。トランスコンダクタンスアンプTA21は、出力端へシンク電流IS21を吸い込むのみであり、出力端からのソース電流の吐出しはしない。 Further, in the configuration shown in FIG. 3, the non-inverting input terminal of the transconductance amplifier TA21 is connected to the SET_SS terminal. A constant current from the constant current source CI21 flows into the connection node between the transconductance amplifier TA21 and the SET_SS terminal. The output terminal of the transconductance amplifier TA21 is connected to the connection node between the FB terminal and the resistor R21, and is also connected to the inverting input terminal of the transconductance amplifier TA21. The transconductance amplifier TA21 only sinks the sink current IS21 to the output terminal and does not discharge the source current from the output terminal.
このようなトランスコンダクタンスアンプTA21を用いた構成は、ソフトスタートを目的としており、図5のタイミングチャートも参照してソフトスタートについて述べる。図5において示す出力電圧Voutの波形および帰還電圧Vfb1の波形は、ソフトスタート機能を仮に設けない場合を示す。この場合、タイミングtsで電源制御IC2が起動すると、帰還電圧Vfb1は0Vから電源電圧V21まで立上り、出力電圧Voutが0Vから上昇する。
The configuration using such a transconductance amplifier TA21 is intended for soft start, and the soft start will be described with reference to the timing chart of FIG. The waveform of the output voltage Vout and the waveform of the feedback voltage Vfb1 shown in FIG. 5 show the case where the soft start function is not provided. In this case, when the power
そして、出力電圧Voutが目標値REFに達したタイミングteで帰還電圧Vfb1は安定値まで低下するが、その低下に時間がかかるので、出力電圧Voutには図5に示すようにオーバーシュートOSが発生する。 At the timing te when the output voltage Vout reaches the target value REF, the feedback voltage Vfb1 drops to a stable value, but the drop takes time, so an overshoot OS occurs in the output voltage Vout as shown in FIG. do.
これに対して、本実施形態では、起動するタイミングtsより定電流源CI21によるSET_SS端子に外付けされたコンデンサC5への充電が開始され、SET_SS端子に生じる電圧Vss(図5)が上昇を開始する。このとき、帰還電圧Vfb(図5ではVfb2)が電圧Vssよりも高くなろうとしても、トランスコンダクタンスアンプTA21によるシンク電流IS21の吸込みによって、帰還電圧Vfbは電圧Vssと一致するように制御される。従って、電圧Vssと帰還電圧Vfbは一致しつつ上昇する。 On the other hand, in this embodiment, the constant current source CI21 starts charging the capacitor C5 externally connected to the SET_SS terminal from the start timing ts, and the voltage Vss (FIG. 5) generated at the SET_SS terminal starts to rise. do. At this time, even if the feedback voltage Vfb (Vfb2 in FIG. 5) tries to become higher than the voltage Vss, the sink current IS21 is absorbed by the transconductance amplifier TA21 so that the feedback voltage Vfb is controlled to match the voltage Vss. Therefore, the voltage Vss and the feedback voltage Vfb increase while matching.
そして、帰還電圧Vfbが安定値Vsに達すると、以降、電圧Vssがさらに上昇しても、帰還電圧Vfbは安定値Vsを維持するので、電圧Vssと帰還電圧Vfbは乖離する。このとき、出力電圧Voutのオーバーシュートは抑制される。 After the feedback voltage Vfb reaches the stable value Vs, even if the voltage Vss further increases, the feedback voltage Vfb maintains the stable value Vs, so that the voltage Vss and the feedback voltage Vfb diverge. At this time, the overshoot of the output voltage Vout is suppressed.
<4.帰還電流合算回路の構成>
次に、上述した帰還電流合算回路22の具体的な構成例について述べる。図6は、帰還電流合算回路22の一構成例を示す回路図である。
<4. Configuration of Feedback Current Summing Circuit>
Next, a specific configuration example of the above feedback current summing
図6に示す帰還電流合算回路22は、抵抗R221~R224と、エラーアンプ221と、コンデンサC221と、トランスコンダクタンスアンプ222と、コンデンサC222と、トランスコンダクタンスアンプ223と、スイッチSW221と、スイッチSW222と、を有する。
The feedback current summing
所定の電源電圧V22の印加端とILCC端子との間には、抵抗R221と抵抗R222が直列に接続される。抵抗R221とR222との接続ノードは、エラーアンプ221の非反転入力端に接続される。エラーアンプ221の出力端と、グランド電位の印加端との間には、抵抗R223とR224とが直列に接続される。抵抗R223とR224との接続ノードは、エラーアンプ221の反転入力端に接続される。
A resistor R221 and a resistor R222 are connected in series between the terminal to which the predetermined power supply voltage V22 is applied and the ILCC terminal. A connection node between the resistors R221 and R222 is connected to the non-inverting input terminal of the
これにより、例えば抵抗R221とR222の抵抗比を1:1とし、R223とR224の抵抗比も1:1とすると、図7に示す0Vを中心とした共振電流検出信号VISに対して、エラーアンプ221の出力端には、電源電圧V22と同じ電圧(図7では一例として2V)を中心とした共振電流検出信号VIS’が生成される。すなわち、共振電流検出信号VISは、共振電流検出信号VIS’にレベルシフトされる。 As a result, for example, if the resistance ratio between the resistors R221 and R222 is 1:1 and the resistance ratio between the resistors R223 and R224 is also 1:1, the error amplifier At the output end of 221, a resonance current detection signal VIS' centered at the same voltage as the power supply voltage V22 (2 V as an example in FIG. 7) is generated. That is, the resonance current detection signal VIS is level-shifted to the resonance current detection signal VIS'.
エラーアンプ221の出力端は、トランスコンダクタンスアンプ222の反転入力端に接続されるとともに、スイッチSW221を介してトランスコンダクタンスアンプ222の非反転入力端に接続される。スイッチSW221とトランスコンダクタンスアンプ222との接続ノードには、コンデンサC221の一端が接続される。コンデンサ221の他端は、グランド電位の印加端に接続される。スイッチSW221とコンデンサ221は、サンプルホールド回路を構成する。
The output terminal of the
図8のタイミングチャートに示すように、ゲート駆動信号GHがLowからHighへ切替えられてスイッチング素子Q1がオフからオンへ切替えられるタイミングt81において、スイッチSW221はオンからオフへ切替えられるので、トランスコンダクタンスアンプ222の非反転入力端に生じる電圧V222は、切替えたタイミングでの共振電流検出信号VIS’の値にホールドされる。一方、トランスコンダクタンスアンプ222の反転入力端には、共振電流検出信号VIS’がそのまま入力される(図8の破線)。 As shown in the timing chart of FIG. 8, at timing t81 when the gate drive signal GH is switched from Low to High and the switching element Q1 is switched from off to on, the switch SW221 is switched from on to off. A voltage V222 generated at the non-inverting input terminal of 222 is held at the value of the resonance current detection signal VIS' at the switching timing. On the other hand, the resonance current detection signal VIS' is directly input to the inverting input terminal of the transconductance amplifier 222 (broken line in FIG. 8).
トランスコンダクタンスアンプ222は、非反転入力端の電圧と反転入力端の電圧との差分ΔVHに比例した電流値のシンク電流I222を吸い込む。従って、図8に示すように、タイミングt81から差分ΔVHが大きくなるにつれて、シンク電流I222が大きくなる。
The
ゲート駆動信号GHがHighからLowへ切替えられてスイッチング素子Q1がオンからオフへ切替えられるタイミングt82において、スイッチSW221はオフからオンへ切替えられる。これにより、電圧V222は、共振電流検出信号VIS’と一致する。従って、差分ΔVHがゼロとなり、シンク電流I222は流れなくなる。 At timing t82 when the gate drive signal GH is switched from High to Low and the switching element Q1 is switched from ON to OFF, the switch SW221 is switched from OFF to ON. As a result, the voltage V222 matches the resonance current detection signal VIS'. Therefore, the difference ΔVH becomes zero, and the sink current I222 stops flowing.
一方、エラーアンプ221の出力端は、トランスコンダクタンスアンプ223の反転入力端に接続されるとともに、スイッチSW222を介してトランスコンダクタンスアンプ223の非反転入力端に接続される。スイッチSW222とトランスコンダクタンスアンプ223との接続ノードには、コンデンサC222の一端が接続される。コンデンサ222の他端は、グランド電位の印加端に接続される。スイッチSW222とコンデンサ222は、サンプルホールド回路を構成する。
On the other hand, the output terminal of the
図9のタイミングチャートに示すように、ゲート駆動信号GLがLowからHighへ切替えられてスイッチング素子Q2がオフからオンへ切替えられるタイミングt91において、スイッチSW222はオンからオフへ切替えられるので、トランスコンダクタンスアンプ223の非反転入力端に生じる電圧V223は、切替えたタイミングでの共振電流検出信号VIS’の値にホールドされる。一方、トランスコンダクタンスアンプ223の反転入力端には、共振電流検出信号VIS’がそのまま入力される(図9の破線)。 As shown in the timing chart of FIG. 9, at timing t91 when the gate drive signal GL is switched from Low to High and the switching element Q2 is switched from off to on, the switch SW222 is switched from on to off. A voltage V223 generated at the non-inverting input terminal of 223 is held at the value of the resonance current detection signal VIS' at the switching timing. On the other hand, the resonance current detection signal VIS' is directly input to the inverting input terminal of the transconductance amplifier 223 (broken line in FIG. 9).
トランスコンダクタンスアンプ223は、非反転入力端の電圧と反転入力端の電圧との差分ΔVLに比例した電流値のソース電流I223を吐出す。従って、図9に示すように、タイミングt91から差分ΔVLが大きくなるにつれて、ソース電流I223が大きくなる。
The
ゲート駆動信号GLがHighからLowへ切替えられてスイッチング素子Q2がオンからオフへ切替えられるタイミングt92において、スイッチSW222はオフからオンへ切替えられる。これにより、電圧V223は、共振電流検出信号VIS’と一致する。従って、差分ΔVLがゼロとなり、ソース電流I223は流れなくなる。 At timing t92 when the gate drive signal GL is switched from High to Low and the switching element Q2 is switched from ON to OFF, the switch SW222 is switched from OFF to ON. As a result, the voltage V223 matches the resonance current detection signal VIS'. Therefore, the difference ΔVL becomes zero, and the source current I223 stops flowing.
<5.スイッチング素子のオフタイミング決定>
図10は、電源制御IC2のより具体的な内部構成を示す回路図である。図10に示すように、電源制御IC2において、上述したオフ閾値生成回路21と帰還電流合算回路22とは接続される。より具体的には、接続ノードNHとトランスコンダクタンスアンプ222の出力端が接続ノードNH2で接続され、接続ノードNLとトランスコンダクタンスアンプ223の出力端が接続ノードNL2で接続される。
<5. Determining Off Timing of Switching Element>
FIG. 10 is a circuit diagram showing a more specific internal configuration of the power supply control IC2. As shown in FIG. 10, in the power
上側オフ閾値VTHH’(図2)は、接続ノードNH2に生成され、下側オフ閾値VTHL’(図2)は、接続ノードNL2に生成される。 An upper off-threshold VTHH' (FIG. 2) is generated at the connection node NH2, and a lower off-threshold VTHL' (FIG. 2) is generated at the connection node NL2.
上側オフ閾値VTHH’は、シンク電流I222が流れない場合は、上側出力電流IoHがそのまま抵抗R212に流れ、上側オフ閾値VTHH’は上側オフ閾値VTHHと一致する。シンク電流I222の流れる量が大きくなるほど、抵抗R212に流れる電流が減るので、上側オフ閾値VTHH’は上側オフ閾値VTHHより低下する。 When the sink current I222 does not flow, the upper off-threshold VTHH' matches the upper off-threshold VTHH because the upper output current IoH flows through the resistor R212 as it is. As the amount of the sink current I222 flowing increases, the current flowing through the resistor R212 decreases, so the upper off-threshold VTHH' becomes lower than the upper off-threshold VTHH.
下側オフ閾値VTHL’は、ソース電流I223が流れない場合は、下側出力電流IoLがそのまま抵抗R213に流れ、下側オフ閾値VTHL’は下側オフ閾値VTHLと一致する。ソース電流I223の流れる量が大きくなるほど、抵抗R213に流れる電流が減るので、下側オフ閾値VTHL’は下側オフ閾値VTHLより上昇する。 When the source current I223 does not flow, the lower output current IoL flows through the resistor R213 as it is, and the lower OFF threshold VTHL' matches the lower OFF threshold VTHL. As the amount of the source current I223 flowing increases, the current flowing through the resistor R213 decreases, so that the lower off-threshold VTHL' rises above the lower off-threshold VTHL.
ここで、図10に示すように、DCレベルシフト回路23(図2)は、電源電圧V23の印加端とグランド電位の印加端との間での抵抗R231と抵抗R232との直列接続によって構成される。抵抗R231とR232との接続ノードN23は、VLLC端子に接続される。 Here, as shown in FIG. 10, the DC level shift circuit 23 (FIG. 2) is configured by series connection of resistors R231 and R232 between the application terminal of the power supply voltage V23 and the application terminal of the ground potential. be. A connection node N23 between the resistors R231 and R232 is connected to the VLLC terminal.
このようなDCレベルシフト回路23により、VLLC端子に生成される0Vを中心とした共振電圧検出信号VCRは、電源電圧V23を抵抗R231,R232によって分圧した電圧を中心とした共振電圧検出信号VCR’へレベルシフトされる。
The resonance voltage detection signal VCR centered on 0 V generated at the VLLC terminal by the DC
接続ノードN23は、上側コンパレータ24の非反転入力端に接続されるとともに、下側コンパレータ25の反転入力端に接続される。また、接続ノードNH2は、上側コンパレータ24の反転入力端に接続され、接続ノードNL2は、下側コンパレータ25の非反転入力端に接続される。これにより、上側コンパレータ24は、共振電圧検出信号VCR’と上側オフ閾値VTHH’とを比較し、比較結果として上側オフ信号H_OFFを出力する。また、下側コンパレータ25は、共振電圧検出信号VCR’と下側オフ閾値VTHL’とを比較し、比較結果として下側オフ信号L_OFFを出力する。
The
上側コンパレータ24の出力端は、AND回路A1の一方の入力端に接続される。AND回路A1の他方の入力端は、立下りエッジ検出部27の出力端に接続される。立下りエッジ検出部27の出力は、スイッチング動作状態では、Highであるので、AND回路A1の出力は、上側オフ信号H_OFFのレベルに応じたものとなる。AND回路A1の出力端は、上側DフリップフロップDHのリセット端子に接続される。上側DフリップフロップDHのQ出力端子からゲート駆動信号GHが出力される。ゲート駆動信号GHは、HO端子を介してスイッチング素子Q1のゲートに印加される。
An output terminal of the
これにより、共振電圧検出信号VCR’が上側オフ閾値VTHH’を上回ると、上側コンパレータ24によって上側オフ信号H_OFFがHighへ切替えられ、上側DフリップフロップDHがリセットされ、ゲート駆動信号GHがLowへ切替えられ、スイッチング素子Q1はオフへ切替えられる。
As a result, when the resonance voltage detection signal VCR' exceeds the upper OFF threshold value VTHH', the
下側コンパレータ25の出力端は、AND回路A2の一方の入力端に接続される。AND回路A2の他方の入力端は、立下りエッジ検出部27の出力端に接続される。後述のように立下りエッジ検出部27の出力は、スイッチング動作状態では、Highであるので、AND回路A2の出力は、下側オフ信号H_OFFのレベルに応じたものとなる。AND回路A2の出力端は、下側DフリップフロップDLのリセット端子に接続される。下側DフリップフロップDLのQ出力端子からゲート駆動信号GLが出力される。ゲート駆動信号GLは、LO端子を介してスイッチング素子Q2のゲートに印加される。
The output terminal of the
これにより、共振電圧検出信号VCR’が下側オフ閾値VTHL’を下回ると、下側コンパレータ25によって下側オフ信号L_OFFがHighへ切替えられ、下側DフリップフロップDLがリセットされ、ゲート駆動信号GLがLowへ切替えられ、スイッチング素子Q2はオフへ切替えられる。
As a result, when the resonance voltage detection signal VCR' falls below the lower-side OFF threshold value VTHL', the lower-
<6.スイッチング素子のオンタイミング決定>
また、図10に示すように、電源制御IC2は、スイッチングのオンタイミングを制御するための構成を有する。オンタイミング制御部26は、上側オン信号QHと下側オン信号QLを出力する。AND回路A3の一方の入力端には、上側オン信号QHが入力され、他方の入力端には、最小デッドタイム部DT1の出力がインバータIV1を介して入力される。
<6. Determining ON Timing of Switching Element>
Also, as shown in FIG. 10, the power
AND回路A3の出力端は、OR回路OR1の一方の入力端に接続される。OR回路1の他方の入力端には、立上りエッジ検出部28の出力端が接続される。スイッチング動作状態では、立上りエッジ検出部28の出力はLowであるので、OR回路OR1の出力は、AND回路A3の出力レベルに応じたものとなる。OR回路OR1の出力端は、上側DフリップフロップDHのクロック端子に接続される。
An output terminal of the AND circuit A3 is connected to one input terminal of the OR circuit OR1. The other input terminal of the
最小デッドタイム部DT1は、ゲート駆動信号GLのLowへの切替えを検出すると、カウントを開始し、最小デッドタイムに相当する所定期間をカウントすると、Lowへ切替えた出力をインバータIV1に入力させる。オンタイミング制御部26によって上側オン信号QHがHighへ切替えられても、未だ上記所定期間がカウントされていない場合は、インバータIV1からAND回路A3へ入力される信号はLowであるので、AND回路A3の出力はLowで維持される。その後、上記所定期間がカウントされると、インバータIV1の出力がHighへ切替えられるので、AND回路A3の出力はHighへ切替えられる。なお、上記所定期間のカウント後に上側オン信号QHがHighへ切替えられた場合は、その時点でAND回路A3の出力はHighへ切替えられる。
When the minimum dead time unit DT1 detects that the gate drive signal GL is switched to Low, it starts counting, and after counting a predetermined period corresponding to the minimum dead time, inputs the output switched to Low to the inverter IV1. Even if the on-
AND回路A3の出力がHighへ切替えられると、上側DフリップフロップDHのQ出力端子から出力されるゲート駆動信号GHはHighへ切替えられ、スイッチング素子Q1はオンへ切替えられる。このように、スイッチング素子Q2がオフとなってからスイッチング素子Q1がオンとなるまでのデッドタイム(同時オフ期間)が調整され、当該デッドタイムは最小デッドタイム以上に確保される。 When the output of the AND circuit A3 is switched to High, the gate drive signal GH output from the Q output terminal of the upper D flip-flop DH is switched to High, and the switching element Q1 is switched to ON. In this way, the dead time (simultaneous OFF period) from when the switching element Q2 is turned off until when the switching element Q1 is turned on is adjusted, and the dead time is ensured to be equal to or longer than the minimum dead time.
また、AND回路A4の一方の入力端には、下側オン信号QLが入力され、他方の入力端には、最小デッドタイム部DT2の出力がインバータIV2を介して入力される。AND回路A4の出力端は、下側DフリップフロップDLのクロック端子に接続される。 The lower ON signal QL is input to one input terminal of the AND circuit A4, and the output of the minimum dead time section DT2 is input to the other input terminal via the inverter IV2. The output terminal of the AND circuit A4 is connected to the clock terminal of the lower D flip-flop DL.
最小デッドタイム部DT2は、ゲート駆動信号GHのLowへの切替えを検出すると、カウントを開始し、最小デッドタイムに相当する所定期間をカウントすると、Lowへ切替えた出力をインバータIV2に入力させる。オンタイミング制御部26によって下側オン信号QLがHighへ切替えられても、未だ上記所定期間がカウントされていない場合は、インバータIV2からAND回路A4へ入力される信号はLowであるので、AND回路A4の出力はLowで維持される。その後、上記所定期間がカウントされると、インバータIV2の出力がHighへ切替えられるので、AND回路A4の出力はHighへ切替えられる。なお、上記所定期間のカウント後に下側オン信号QLがHighへ切替えられた場合は、その時点でAND回路A4の出力はHighへ切替えられる。
When the minimum dead time unit DT2 detects that the gate drive signal GH is switched to Low, it starts counting, and after counting a predetermined period corresponding to the minimum dead time, inputs the output switched to Low to the inverter IV2. Even if the lower ON signal QL is switched to High by the ON-
AND回路A4の出力がHighへ切替えられると、下側DフリップフロップDLのQ出力端子から出力されるゲート駆動信号GLはHighへ切替えられ、スイッチング素子Q2はオンへ切替えられる。このように、スイッチング素子Q1がオフとなってからスイッチング素子Q2がオンとなるまでのデッドタイムが調整され、当該デッドタイムは最小デッドタイム以上に確保される。 When the output of the AND circuit A4 is switched to High, the gate drive signal GL output from the Q output terminal of the lower D flip-flop DL is switched to High, and the switching element Q2 is switched to ON. In this manner, the dead time from when the switching element Q1 is turned off until when the switching element Q2 is turned on is adjusted, and the dead time is ensured to be equal to or longer than the minimum dead time.
<7.オンタイミング制御部の構成>
次に、オンタイミング制御部26の具体的な構成について説明する。図11は、オンタイミング制御部26の一構成例を示す回路図である。
<7. Configuration of ON Timing Control Unit>
Next, a specific configuration of the on-
図11に示すように、オンタイミング制御部26は、トランジスタ261と、コンパレータ262,263と、インバータ264,265と、Dフリップフロップ266,267と、AND回路268,269と、を有する。
As shown in FIG. 11 , the on-
nチャネルMOSFETで構成されるトランジスタ261のドレインは、SW端子に接続される。トランジスタ261のゲートには、基準電圧V261が印加される。トランジスタ261のソースは、コンパレータ262の非反転入力端とともにコンパレータ263の反転入力端に接続される。
The drain of the
コンパレータ262の反転入力端には、基準電圧V262が印加される。コンパレータ262の出力端は、インバータ264の入力端に接続される。インバータ264の出力端は、Dフリップフロップ266のクロック端子に接続される。コンパレータ263の非反転入力端には、グランド電位が印加される。コンパレータ263の出力端は、インバータ265の入力端に接続される。インバータ265の出力端は、Dフリップフロップ267のクロック端子に接続される。
A reference voltage V262 is applied to the inverting input terminal of the
インバータ264の出力端は、AND回路269の一方の入力端に接続される。インバータ265の出力端は、AND回路268の一方の入力端に接続される。AND回路268,269の各他方の入力端には、図10に示すカウンター29から出力される出力CTが入力される。AND回路268の出力端は、Dフリップフロップ266のリセット端子に接続される。AND回路269の出力端は、Dフリップフロップ267のリセット端子に接続される。
The output end of
Dフリップフロップ266のQ出力端子から上側オン信号QHが出力され、Dフリップフロップ267のQ出力端子から下側オン信号QLが出力される。
The Q output terminal of the D flip-
オンタイミング制御部26の動作について、図12に示すタイミングチャートを用いて説明する。なお、図12には、上段より順にスイッチ電圧SW、スイッチ電圧検出信号VSW、上側オン信号QH、下側オン信号QLを示す。
The operation of the on-
スイッチング素子Q2がオンからオフとなることにより、スイッチング素子Q1,Q2の双方がオフとなったタイミングt121で、共振電流による寄生容量の充電により、スイッチ電圧SWは0Vから上昇を開始する。そして、タイミングt122で、スイッチ電圧SWは、入力電圧Vin(以下、一例として400Vとする)に到達する。このとき、タイミングt121で、スイッチ電圧検出信号VSWは、0Vから抵抗R4,R5により分圧された後の所定の
電圧Vin’まで立上り、タイミングt122で0Vまで立ち下がる。
At timing t121 when both the switching elements Q1 and Q2 are turned off by turning off the switching element Q2, the switch voltage SW starts rising from 0 V due to the charging of the parasitic capacitance by the resonance current. Then, at timing t122, the switch voltage SW reaches the input voltage Vin (hereinafter, 400 V as an example). At this time, at timing t121, the switch voltage detection signal VSW rises from 0V to a predetermined voltage Vin' after being divided by resistors R4 and R5, and falls to 0V at timing t122.
トランジスタ261は、ドレインに入力されるスイッチ電圧検出信号VSWを基準電圧V261からゲート・ソース間の閾値電圧Vgsだけ低い所定電圧以下に制限する。従って、電圧Vin’のスイッチ電圧検出信号VSWは、上記所定電圧に制限される。コンパレータ262は、制限後の信号と基準電圧V262を比較する。これにより、タイミングt121では、コンパレータ262の出力はHighに切替えられ、AND回路269の出力はLowに切替えられる。なお、後述のように、スイッチング動作状態では、出力CTはHighであるので、AND回路268,269の出力は、インバータ265,264の出力レベルに応じたものとなる。従って、Dフリップフロップ267がリセットされ、下側オン信号QLはLowへ切替えられる。
The
そして、タイミングt122では、インバータ264の出力がHighへ切替えられ、Dフリップフロップ266から出力される上側オン信号QHはHighへ切替えられる。これにより、スイッチ電圧SWが400Vに達したときにスイッチング素子Q1がオンとされるので、スイッチング素子Q1のハードスイッチングを回避できる。
Then, at timing t122, the output of the
タイミングt122以降、スイッチ電圧SWは400Vを維持し、タイミングt123でスイッチング素子Q1がオフとされることによりスイッチング素子Q1,Q2の双方がオフとなる。このとき、共振電流によって寄生容量の放電が開始され、スイッチ電圧SWは400Vから下降を開始する。そして、タイミングt124でスイッチ電圧SWは、0Vに到達する。このとき、タイミングt123で、スイッチ電圧検出信号VSWは、0VからツェナーダイオードZ1のクランプによる-Vf(Vf:順方向電圧)まで立ち下がり、タイミングt124で0Vまで立ち上がる。 After timing t122, the switch voltage SW is maintained at 400 V, and the switching element Q1 is turned off at timing t123, thereby turning off both the switching elements Q1 and Q2. At this time, the resonance current starts discharging the parasitic capacitance, and the switch voltage SW starts falling from 400V. Then, at timing t124, the switch voltage SW reaches 0V. At this time, the switch voltage detection signal VSW falls from 0V to -Vf (Vf: forward voltage) by clamping the Zener diode Z1 at timing t123, and rises to 0V at timing t124.
これにより、タイミングt123では、コンパレータ263の出力はHighに切替えられ、AND回路268の出力はLowに切替えられる。従って、Dフリップフロップ266がリセットされ、上側オン信号QHはLowへ切替えられる。そして、タイミングt124では、インバータ265の出力がHighへ切替えられ、Dフリップフロップ267から出力される下側オン信号QLはHighへ切替えられる。これにより、スイッチ電圧SWが0Vに達したときにスイッチング素子Q2がオンとされるので、スイッチング素子Q2のハードスイッチングを回避できる。
As a result, at timing t123, the output of the
タイミングt124以降、スイッチ電圧SWは0Vを維持し、タイミングt125でスイッチング素子Q2がオフとなることによりスイッチング素子Q1,Q2が双方オフとなると、上述したようにスイッチ電圧SWは0Vから上昇を開始する。 After timing t124, the switch voltage SW is maintained at 0 V, and when the switching element Q2 is turned off at timing t125 and both the switching elements Q1 and Q2 are turned off, the switch voltage SW starts rising from 0 V as described above. .
<8.スイッチング動作状態での波形例>
ここで、図13は、LLC共振コンバータ52の負荷が軽負荷である場合の各信号波形を示すタイミングチャートである。図14は、LLC共振コンバータ52の負荷が重負荷である場合の各信号波形を示すタイミングチャートである。図13および図14ともに、上段から順に、共振電圧検出信号VCR、共振電圧検出信号VCR’、共振電流検出信号VIS、および、ゲート駆動信号GH,GLを示す。なお、共振電圧検出信号VCR’は、上側オフ閾値VTHH’および下側オフ閾値VTHL’と併せて示す。
<8. Waveform example in switching operation>
Here, FIG. 13 is a timing chart showing each signal waveform when the load of the
また、共振電圧検出信号VCR’は、共振電圧検出信号VCRに対して中心を0Vから2Vへレベルシフトした例としている。すなわち、電源電圧V23(図10)を4Vとして、抵抗R231と抵抗R232の抵抗比を1:1とした場合である。また、電圧Vnc(=V212)を例として2Vとしている。 Also, the resonance voltage detection signal VCR' is an example in which the center of the resonance voltage detection signal VCR is level-shifted from 0V to 2V. That is, this is the case where the power supply voltage V23 (FIG. 10) is 4V and the resistance ratio between the resistors R231 and R232 is 1:1. Also, the voltage Vnc (=V212) is set to 2V as an example.
図14に示す重負荷の場合は、図13に示す軽負荷の場合に比べて、帰還電圧Vfbの値が高いので、上側オフ閾値VTHHと下側オフ閾値VTHLとの乖離が大きくなる。図13および図14ともに、ゲート駆動信号GHがオンレベル(High)へ切替えられると、シンク電流I222が流れ始め、上側オフ閾値VTHH’が低下する。そして、共振電圧検出信号VCR’が上側オフ閾値VTHH’を上回ったタイミングでゲート駆動信号GHがオフレベル(Low)へ切替えられる。また、図13および図14ともに、ゲート駆動信号GLがオンレベル(High)へ切替えられると、ソース電流I223が流れ始め、下側オフ閾値VTHL’が上昇する。そして、共振電圧検出信号VCR’が下側オフ閾値VTHL’を下回ったタイミングでゲート駆動信号GLがオフレベル(Low)へ切替えられる。 In the heavy load case shown in FIG. 14, the value of the feedback voltage Vfb is higher than in the light load case shown in FIG. In both FIGS. 13 and 14, when the gate drive signal GH is switched to the ON level (High), the sink current I222 begins to flow and the upper OFF threshold VTHH' is lowered. Then, the gate drive signal GH is switched to the off level (Low) at the timing when the resonance voltage detection signal VCR' exceeds the upper off threshold value VTHH'. Also, in both FIGS. 13 and 14, when the gate drive signal GL is switched to the ON level (High), the source current I223 begins to flow and the lower OFF threshold VTHL' rises. Then, the gate drive signal GL is switched to the off level (Low) at the timing when the resonance voltage detection signal VCR' falls below the lower off threshold VTHL'.
<9.バースト動作>
また、図10に示す電源制御IC2は、バースト動作を行うための構成を有する。具体的には、電源制御IC2は、コンパレータCP1と、カウンター29と、立下りエッジ検出部27と、立上りエッジ検出部28と、OR回路OR2を有する。
<9. Burst operation>
Also, the power
コンパレータCP1の非反転入力端は、FB端子に接続される。コンパレータCP1は、FB端子に生じる帰還電圧Vfbを第1閾値th1および第2閾値th2と比較するヒステリシスコンパレータである。第1閾値th1<第2閾値th2であり、第1閾値th1は例えば0.1V、第2閾値th2は例えば0.15Vに設定される。 A non-inverting input terminal of the comparator CP1 is connected to the FB terminal. The comparator CP1 is a hysteresis comparator that compares the feedback voltage Vfb generated at the FB terminal with the first threshold th1 and the second threshold th2. First threshold th1<second threshold th2, the first threshold th1 is set to 0.1 V, and the second threshold th2 is set to 0.15 V, for example.
LLC共振コンバータ52の出力電圧Voutが目標電圧以下となると、帰還電圧Vfbが第2閾値th2を上回り、コンパレータCP1の出力BSTがHighに切替えられる。すると、カウンター29は、Highに切替えた出力CTを立上りエッジ検出部28およびオンタイミング制御部26に出力する。立上りエッジ検出部28は、出力CTの立上りを検出すると、LowからHighへ立ち上げ後に瞬時にLowへ立ち下げた出力をOR回路OR1へ出力する。これにより、上側DフリップフロップDHから出力されるゲート駆動信号GHがHighへ切替えられ、スイッチング動作状態へ移行する。また、このとき、オンタイミング制御部6においては、Highに立ち上がった出力CTにより、AND回路268,269に入力されるインバータ265,264の出力が有効となる。
When the output voltage Vout of the LLC
また、上記のように出力BSTがHighに切替えられると、トランスコンダクタンスアンプ222はシンク電流I222を通常の電流量に設定し、トランスコンダクタンスアンプ223はソース電流I223を通常の電流量に設定する。
Also, when the output BST is switched to High as described above, the
そして、出力電圧Voutが上昇して目標電圧を上回ると、帰還電圧Vfbは下降を開始する。帰還電圧Vfbが第1閾値th1を下回ると、出力BSTがLowへ切替えられる。すると、カウンター29は、ゲート駆動信号GH,GLがそれぞれ入力されるOR回路OR2の出力に基づき、ゲート駆動信号のパルス数をカウント開始する。
Then, when the output voltage Vout rises and exceeds the target voltage, the feedback voltage Vfb starts to drop. When the feedback voltage Vfb falls below the first threshold th1, the output BST is switched to Low. Then, the
また、上記のように出力BSTがLowへ切替えられると、トランスコンダクタンスアンプ222はシンク電流I222を通常のn倍の電流量に設定し、トランスコンダクタンスアンプ223はソース電流I223を通常のn倍の電流量に設定する。なお、nは、1より大きな値であり、例えば3に設定される。
When the output BST is switched to Low as described above, the
そして、カウンター29は、m個のパルスをカウントすると、出力CTをLowへ切替える。なお、mは例えば4~32のいずれかの値とでき、その一例としては8とされる。すると、立下りエッジ検出部27は、出力CTの立下りを検出し、HighからLowへ立ち下げ後に瞬時にHighへ立ち上げた出力をAND回路A1,A2へ出力する。これにより、上側DフリップフロップDHおよび下側DフリップフロップDLはリセットされ、ゲート駆動信号GH,GLはLowとされ、スイッチング停止状態へ移行する。このとき、Lowへ切替えられた出力CTにより、オンタイミング制御部26においては、AND回路268,269の出力がLowとされ、上側オン信号QHおよび下側オン信号QLはLowとされ、ゲート駆動信号GH,GLがHighとなることを防ぐ。
When the counter 29 counts m pulses, it switches the output CT to Low. Note that m can be any value from 4 to 32, for example, 8. Then, the falling
そして、出力電圧Voutが低下して目標電圧以下となると、帰還電圧Vfbが第2閾値th2を上回り、上述のように再びスイッチング動作状態へ移行する。このように、間欠的にスイッチング動作が行われるバースト動作が行われる。 Then, when the output voltage Vout drops and becomes equal to or lower than the target voltage, the feedback voltage Vfb exceeds the second threshold th2, and the state shifts to the switching operation state again as described above. In this manner, a burst operation is performed in which switching operations are performed intermittently.
図15は、シンク電流I222およびソース電流I223を通常の電流量とした場合での共振電圧検出信号VCR’に対する上側オフ閾値VTHH’および下側オフ閾値VTHL’を示したタイミングチャートである。また、図16は、シンク電流I222およびソース電流I223を通常のn倍の電流量とした場合での共振電圧検出信号VCR’に対する上側オフ閾値VTHH’および下側オフ閾値VTHL’を示したタイミングチャートである。 FIG. 15 is a timing chart showing the upper off-threshold VTHH' and the lower off-threshold VTHL' with respect to the resonance voltage detection signal VCR' when the sink current I222 and the source current I223 are normal current amounts. FIG. 16 is a timing chart showing the upper off-threshold value VTHH' and the lower off-threshold value VTHL' with respect to the resonance voltage detection signal VCR' when the sink current I222 and the source current I223 are n times the normal amount. is.
図16に示すように、シンク電流I222およびソース電流I223を通常のn倍の電流量とした場合では、上側オフ閾値VTHH’の下降速度および下側オフ閾値VTHL’の上昇速度が高くなり、オフタイミングが早まって、スイッチング周波数が高くなる。本実施形態では、上述のように、出力BSTがLowへ切替えられてもすぐに出力CTはLowとならず、m個分のゲート駆動信号のパルスが出力される間、シンク電流I222およびソース電流I223を通常のn倍の電流量とされ、スイッチング周波数を高くする。これにより、共振電流を徐々に減少させることができ、トランスTrに生じる音鳴きを抑制できる。 As shown in FIG. 16, when the sink current I222 and the source current I223 are n times the normal current amount, the lower off-threshold value VTHH' falls faster and the lower off-threshold value VTHL' rises faster. The timing is advanced and the switching frequency is increased. In this embodiment, as described above, even if the output BST is switched to Low, the output CT does not become Low immediately, and the sink current I222 and the source current I223 is made n times the normal current amount, and the switching frequency is increased. As a result, the resonance current can be gradually reduced, and the ringing that occurs in the transformer Tr can be suppressed.
また、本実施形態の効果を説明するために、比較例との比較を示す。図18は、比較例に係る電源制御IC2の構成を示す回路図である。図18の構成では、本実施形態に係る構成(図10)との相違点として、コンパレータCP1の出力BSTを直接的に立下りエッジ検出部27、立上りエッジ検出部28、およびオンタイミング制御部26に入力させる。
Moreover, in order to explain the effect of this embodiment, a comparison with a comparative example will be shown. FIG. 18 is a circuit diagram showing the configuration of the power
このような比較例に係る構成によるバースト動作を示すタイミングチャートを図19に示す。図19では、上段より順に、ゲート駆動信号GH,GL、出力BST、共振電圧検出信号VCR’、共振電流I_LLC、および帰還電圧Vfbを示す。なお、共振電圧検出信号VCR’は、上側オフ閾値VTHH’および下側オフ閾値VTHL’と併せて示す。 FIG. 19 shows a timing chart showing a burst operation with such a configuration according to the comparative example. FIG. 19 shows gate drive signals GH, GL, output BST, resonance voltage detection signal VCR', resonance current I_LLC, and feedback voltage Vfb in order from the top. Note that the resonance voltage detection signal VCR' is shown together with the upper off-threshold value VTHH' and the lower off-threshold value VTHL'.
タイミングt191で帰還電圧Vfbが第2閾値を上回り、出力BSTがHighに切替えられると、立上りエッジ検出部28によってゲート駆動信号GHがHighとされ、スイッチング動作状態へ移行する。そして、帰還電圧Vfbが下降してタイミングt192で第1閾値th1を下回ると、出力BSTがLowへ切替えられる。すると、立下りエッジ検出部27によってゲート駆動信号GH,GLがLowとされ、スイッチング停止状態へ移行する。
When the feedback voltage Vfb exceeds the second threshold at timing t191 and the output BST is switched to High, the gate drive signal GH is set to High by the rising
この場合、スイッチング停止状態への移行時に共振電流I_LLCが急激に減少し、トランスTrでの音鳴きの原因となる。 In this case, the resonance current I_LLC abruptly decreases at the time of transition to the switching stop state, which causes noise in the transformer Tr.
これに対して、本実施形態の構成(図10)によるバースト動作を示すタイミングチャートを図17に示す。なお、図17においては、出力BSTに加えて出力CTも図示している。本実施形態では、タイミングt171でスイッチング動作状態へ移行した後、タイミングt172で出力BSTがLowへ切替わっても、出力CTはHighに維持され、カウンタ29によってゲート駆動信号GH,GLのカウントが開始される。m(ここでは8)個のゲート駆動信号のパルスがカウントされると、タイミングt173で出力CTがLowに切替えられ、ゲート駆動信号GH,GLがLowとされ、スイッチング停止状態へ移行する。 On the other hand, FIG. 17 shows a timing chart showing burst operation by the configuration (FIG. 10) of this embodiment. Note that FIG. 17 also shows the output CT in addition to the output BST. In this embodiment, even if the output BST switches to Low at timing t172 after transitioning to the switching operation state at timing t171, the output CT is maintained at High, and the counter 29 starts counting the gate drive signals GH and GL. be done. When m (here, 8) pulses of the gate drive signal are counted, the output CT is switched to Low at timing t173, the gate drive signals GH and GL are set to Low, and the switching is stopped.
ゲート駆動信号のカウントの間(タイミングt172~t173)、トランスコンダクタンスアンプ222,223による電流量が増加され、スイッチング周波数が高くなり、共振電流I_LLCは徐々に減少する。これにより、トランスTrに生じる音鳴きを抑制することができる。
During counting of the gate drive signal (timing t172 to t173), the amount of current by the
<10.変形例>
図20は、一変形例に係る電源制御IC2の構成を示す回路図である。図20に示す変形例の構成では、図10に示す構成との相違点として、定電流源CI222,CI223を設けている。
<10. Variation>
FIG. 20 is a circuit diagram showing the configuration of the power
定電流源CI222は、トランスコンダクタンスアンプ222によりシンク電流I222を吸い込むラインから定電流を引く。定電流源CI223は、トランスコンダクタンスアンプ223によりソース電流I223を吐き出すラインへ定電流を加える。
Constant
出力BSTがHighの場合は、定電流源CI222,CI223は電流を流さず、出力VSTがLowの場合に、定電流源CI222,CI223は定電流を流す。これにより、帰還電圧Vfbが第1閾値th1を下回って出力BSTがLowへ切替えられたときに、シンク電流I222およびソース電流I223に対して定電流が付加されることで、上側オフ閾値VTHH’の下降量および下側オフ閾値VTHL’の上昇量が増加し、オフタイミングが早まり、スイッチング周波数が高くなる。すなわち、図10に示した構成とは異なる方法で、スイッチング周波数を高めることができる。 When the output BST is High, the constant current sources CI222 and CI223 do not flow current, and when the output VST is Low, the constant current sources CI222 and CI223 flow constant current. As a result, when the feedback voltage Vfb falls below the first threshold th1 and the output BST is switched to Low, a constant current is added to the sink current I222 and the source current I223, thereby increasing the upper OFF threshold VTHH'. The amount of fall and the amount of rise of the lower-side off-threshold VTHL' are increased, the off-timing is advanced, and the switching frequency is increased. That is, the switching frequency can be increased by a method different from the configuration shown in FIG.
<11.電源制御ICの端子配置>
ここで、電源制御IC2(図1)の端子配置について述べる。なお、以下では、端子を1番ピン~16番ピンと記載して説明する。
<11. Terminal Arrangement of Power Supply Control IC>
Here, the terminal arrangement of the power control IC 2 (FIG. 1) will be described. In the following description, the terminals are described as the 1st pin to the 16th pin.
図1は、ICパッケージとしての電源制御IC2を上面から視た図である。電源制御IC2では、ICチップが支持体(銅フレーム等)に固着される。ICチップは、リードフレーム(銅フレーム等)とAuワイヤ等により接続される。図1に示す1番ピン~16番ピンは、リードフレームとして構成される。支持体、ICチップ、およびリードフレームは、モールド樹脂等の封止材によって封止される。
FIG. 1 is a top view of a power
上面から視て矩形状の電源制御IC2において、第1辺に沿って1番~8番ピンが順に配置され、第1辺と対向する第2辺に沿って9番~16番ピンが順に配置される。なお、1番~8番ピンは、16番~9番ピンと一対一に対向する。
In the
1番、および14番~16番ピンは、例えば400V程度まで上昇する電圧が印加される端子であり、高耐圧の端子である。2番~8番ピンは、低耐圧(例えば10V以下)の端子である。9番~11番ピンは、中耐圧(例えば40V以下)の端子である。 The 1st and 14th to 16th pins are terminals to which a voltage rising up to about 400 V, for example, is applied, and are high withstand voltage terminals. The 2nd to 8th pins are terminals with a low withstand voltage (for example, 10 V or less). The 9th to 11th pins are terminals with a medium withstand voltage (for example, 40 V or less).
1番ピンは、交流電圧Vacの印加端から直接に電圧が入力されるので、隣接する2番ピンを非接続端子として3番ピンから分離している。 Since the voltage is directly input to the 1st pin from the terminal to which the AC voltage Vac is applied, the adjacent 2nd pin is used as a non-connecting terminal and is separated from the 3rd pin.
3番~8番ピンは、高耐圧の端子および中耐圧の端子との隣接ショートを避けるため、第1辺の紙面下方に一群として集めて配置している。 The 3rd to 8th pins are arranged as a group at the lower side of the paper on the first side in order to avoid adjacent short-circuiting between the high-voltage terminal and the medium-voltage terminal.
9番~11番ピンは、高耐圧の端子とのショートを避けるため、13番ピンを非接続端子としている。 As for the 9th to 11th pins, the 13th pin is used as a non-connection terminal in order to avoid a short circuit with a high withstand voltage terminal.
14番~16番ピンは、高耐圧の端子であるので、中耐圧の端子および低耐圧の端子との隣接ショートを避けるため、第2辺の紙面上方に一群として集めて配置している。但し、14番~16番ピン間の電圧差は例えば30V程度にしかならないので、当該ピンがショートしても問題はない。 Since the 14th to 16th pins are high voltage terminals, they are arranged as a group on the upper side of the paper on the second side in order to avoid adjacent short circuits between the intermediate voltage terminals and the low voltage terminals. However, since the voltage difference between the 14th to 16th pins is only about 30 V, there is no problem even if the pins are shorted.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨の範囲内であれば、実施形態は種々の変形が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, various modifications of the embodiments are possible within the scope of the present invention.
本発明は、各種機器の電源として用いられるLLC共振コンバータに利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for LLC resonance converters used as power sources for various devices.
1 PFC制御IC
2 電源制御IC
21 オフ閾値生成回路
211 出力電流生成回路
22 帰還電流合算回路
221 エラーアンプ
222、223 トランスコンダクタンスアンプ
23 DCレベルシフト回路
24 上側コンパレータ
25 下側コンパレータ
26 オンタイミング制御部
261 トランジスタ
262、263 コンパレータ
264、265 インバータ
266、267 Dフリップフロップ
268、269 AND回路
27 立下りエッジ検出部
28 立上りエッジ検出部
29 カウンター
5 AC/DCコンバータ
51 力率改善回路
52 LLC共振コンバータ
DB ダイオードブリッジ
L1 インダクタ
D1~D5 ダイオード
M1 スイッチング素子
R1~R8 抵抗
C1~C9 コンデンサ
Z1 ツェナーダイオード
Q1、Q2 スイッチング素子
Cr 共振コンデンサ
Tr トランス
Np 1次巻線
Ns1、Ns2 2次巻線
Na 補助巻線
D11、D12 ダイオード
PC フォトカプラ
P1 発光素子
P2 受光素子
SR シャントレギュレータ
C10 出力コンデンサ
R11、R12 抵抗
DH 上側Dフリップフロップ
DL 下側Dフリップフロップ
CP1 コンパレータ
A1~A4 AND回路
IV1、IV2 インバータ
OR1、OR2 OR回路
DT1、DT2 最小デッドタイム部
CI222、CI223 定電流源
1 PFC control IC
2 power control IC
21 OFF
Claims (15)
前記第1スイッチング素子の他端に一端が接続される第2スイッチング素子と、
前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子とが接続される第1接続ノードと、前記第2スイッチング素子の他端との間に直列に接続される1次巻線および共振コンデンサと、
を有するLLC共振コンバータを駆動制御する電源制御装置であり、
前記LLC共振コンバータの出力電圧を帰還した帰還電圧に基づいて上側オフ閾値および下側オフ閾値を生成するオフ閾値生成回路と、
前記上側オフ閾値および前記下側オフ閾値のそれぞれに共振電流検出信号を合算する帰還電流合算回路と、
前記帰還電流合算回路による合算後の上側オフ閾値と共振電圧検出信号とを比較して前記第1スイッチング素子をオフするための上側オフ信号を出力する上側コンパレータと、
前記帰還電流合算回路による合算後の下側オフ閾値と共振電圧検出信号とを比較して前記第2スイッチング素子をオフするための下側オフ信号を出力する下側コンパレータと、
前記帰還電圧と第1閾値および第2閾値とを比較するヒステリシスコンパレータと、
を有し、
前記帰還電圧が前記第2閾値を超えたことを前記ヒステリシスコンパレータにより検出されると、前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子によるスイッチング動作状態に移行され、前記スイッチング動作状態中に前記帰還電圧が前記第1閾値を超えたことを前記ヒステリシスコンパレータにより検出されると、所定期間の間、前記帰還電流合算回路による合算量が変更され、前記所定期間が経過したときにスイッチング停止状態へ移行する、電源制御装置。 a first switching element to one end of which an input voltage is applied;
a second switching element having one end connected to the other end of the first switching element;
a primary winding and a resonant capacitor connected in series between a first connection node where the first switching element and the second switching element are connected, and the other end of the second switching element;
A power supply control device that drives and controls an LLC resonance converter having
an off-threshold generation circuit that generates an upper off-threshold and a lower off-threshold based on a feedback voltage obtained by feeding back the output voltage of the LLC resonant converter;
a feedback current summing circuit for summing a resonance current detection signal to each of the upper off-threshold and the lower off-threshold;
an upper comparator that compares the upper off threshold after summation by the feedback current summing circuit with the resonance voltage detection signal and outputs an upper off signal for turning off the first switching element;
a lower comparator that compares the lower off threshold after summing by the feedback current summing circuit with the resonance voltage detection signal and outputs a lower off signal for turning off the second switching element;
a hysteresis comparator that compares the feedback voltage with first and second thresholds;
has
When the hysteresis comparator detects that the feedback voltage exceeds the second threshold value, the switching operation state is shifted to the switching operation state by the first switching element and the second switching element, and the feedback voltage is switched during the switching operation state. exceeds the first threshold value, the summed amount by the feedback current summing circuit is changed for a predetermined period of time, and when the predetermined period of time elapses, switching is switched to a stopped state. , power control unit.
第1抵抗と、
第2抵抗と、
前記第1抵抗の一端と前記第2抵抗の一端とが接続される第2接続ノードに第1所定電圧を印加する第1電圧印加部と、
前記帰還電圧に基づき、前記第1抵抗の他端に流す第1出力電流および前記第2抵抗の他端に流す第2出力電流を生成する出力電流生成回路と、
を有し、
前記帰還電流合算回路は、前記共振電流検出信号に基づき、前記第1抵抗の他端からシンク電流を吸い込むとともに、前記第2抵抗の他端へソース電流を吐き出す、請求項1に記載の電源制御装置。 The off-threshold generation circuit is
a first resistor;
a second resistor;
a first voltage application unit that applies a first predetermined voltage to a second connection node to which one end of the first resistor and one end of the second resistor are connected;
an output current generating circuit for generating a first output current flowing through the other end of the first resistor and a second output current flowing through the other end of the second resistor based on the feedback voltage;
has
2. The power supply control according to claim 1, wherein said feedback current summing circuit sucks a sink current from the other end of said first resistor and discharges a source current to the other end of said second resistor based on said resonance current detection signal. Device.
前記所定期間の間、前記ソース電流が吐き出されるラインへ定電流を加える第2定電流源と、
をさらに有する、請求項2に記載の電源制御装置。 a first constant current source that draws a constant current from a line into which the sink current is drawn during the predetermined period;
a second constant current source applying a constant current to the line from which the source current is discharged during the predetermined period;
3. The power control apparatus of claim 2, further comprising:
前記第1スイッチング素子のオンへの切替えの際に前記共振電流検出信号をホールドする第1サンプルホールド部と、
前記第1サンプルホールド部の出力と前記共振電流検出信号との差分に応じた前記シンク電流を出力する第1トランスコンダクタンスアンプと、
前記第2スイッチング素子のオンへの切替えの際に前記共振電流検出信号をホールドする第2サンプルホールド部と、
前記第2サンプルホールド部の出力と前記共振電流検出信号との差分に応じた前記ソース電流を出力する第2トランスコンダクタンスアンプと、
を有する、請求項2から請求項4のいずれか1項に記載の電源制御装置。 The feedback current summing circuit is
a first sample and hold unit that holds the resonance current detection signal when the first switching element is switched on;
a first transconductance amplifier that outputs the sink current according to the difference between the output of the first sample-and-hold unit and the resonance current detection signal;
a second sample and hold unit that holds the resonance current detection signal when the second switching element is switched on;
a second transconductance amplifier that outputs the source current according to the difference between the output of the second sample-and-hold unit and the resonance current detection signal;
5. The power control device according to any one of claims 2 to 4, comprising:
第1トランジスタと、
前記第1トランジスタの一端に接続される第3抵抗と、
前記帰還電圧と、前記第1トランジスタと前記第3抵抗とが接続される第3接続ノードの電圧とが入力されて前記第1トランジスタを駆動する第1エラーアンプと、
前記第1トランジスタに流れる電流を入力として前記第1出力電流を生成する上側カレントミラーと、
前記上側カレントミラーの出力電流を入力として前記第2出力電流を生成する下側カレントミラーと、
を有する、請求項2から請求項6のいずれか1項に記載の電源制御装置。 The output current generation circuit is
a first transistor;
a third resistor connected to one end of the first transistor;
a first error amplifier that receives the feedback voltage and the voltage of a third connection node where the first transistor and the third resistor are connected to drive the first transistor;
an upper current mirror that receives the current flowing through the first transistor and generates the first output current;
a lower current mirror that receives the output current of the upper current mirror and generates the second output current;
7. The power control device according to any one of claims 2 to 6, comprising:
前記第1所定電圧は、レベルシフト後の前記共振電圧検出信号の中心電圧と同じである、請求項2から請求項8のいずれか1項に記載の電源制御装置。 further comprising a second level shift circuit for level-shifting the resonance voltage detection signal and outputting it to each of the upper comparator and the lower comparator;
9. The power control device according to claim 2, wherein said first predetermined voltage is the same as a central voltage of said resonance voltage detection signal after level shifting.
前記所定期間は、前記カウンターによって前記第1スイッチング素子の駆動信号および前記第2スイッチング素子の駆動信号の個数を所定個数だけカウントする期間である、請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の電源制御装置。 further having a counter,
10. The predetermined period according to any one of claims 1 to 9, wherein the counter counts the number of drive signals for the first switching element and the number of drive signals for the second switching element by a predetermined number. A power control unit as described.
前記共振電流検出信号は、前記第1コンデンサと前記第4抵抗とが接続される第5接続ノードに生成される、請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の電源制御装置。 The LLC resonance converter includes a first capacitor having one end connected to a fourth connection node where the primary winding and the resonance capacitor are connected, and a fourth resistor connected to the other end of the first capacitor. , further having
11. The power control device according to claim 1, wherein said resonance current detection signal is generated at a fifth connection node where said first capacitor and said fourth resistor are connected.
前記共振電圧検出信号は、前記第2コンデンサと前記第3コンデンサとが接続される第6接続ノードに生成される、請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の電源制御装置。 The LLC resonance converter includes a second capacitor having one end connected to a fourth connection node where the primary winding and the resonance capacitor are connected, and a third capacitor having the other end connected to the second capacitor. , further having
12. The power control device according to claim 1, wherein said resonance voltage detection signal is generated at a sixth connection node where said second capacitor and said third capacitor are connected.
前記共振電流検出信号を印加可能な第1外部端子と、前記共振電圧検出信号を印加可能な第2外部端子とは、前記ICパッケージの同一辺に沿って配置される同レベル耐圧の端子群に含まれる。 The power supply control device according to any one of claims 1 to 12 as an IC package,
The first external terminal to which the resonance current detection signal can be applied and the second external terminal to which the resonance voltage detection signal can be applied are formed in a group of terminals having the same level of breakdown voltage and arranged along the same side of the IC package. included.
非接続端子である第4外部端子と、
を前記同一辺においてさらに有し、
前記第4外部端子は、前記端子群と前記第3外部端子との間に配置される、請求項13に記載の電源制御装置。 a third external terminal connectable via a diode to an application end of an AC voltage for generating the input voltage;
a fourth external terminal that is a non-connection terminal;
on the same side,
14. The power control device according to claim 13, wherein said fourth external terminal is arranged between said terminal group and said third external terminal.
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