JP7279852B2 - 集積回路、電源装置 - Google Patents
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Description
この出願は、2020年4月15日に出願された日本特許出願、特願2020-072964に基づく優先権を主張し、その内容を援用する。
<<<電源装置10の概要>>>
図1は、電源装置10の一例を示す図である。電源装置10は、AC-DCコンバータ11と、DC-DCコンバータ12と、負荷13と、から構成される。AC-DCコンバータ11は、ノードN1,N2に印加される交流電圧Vacから出力電圧Vout1を生成する。DC-DCコンバータ12は、ノードN3,N4に印加される出力電圧Vout1から出力電圧Vout2を生成する。負荷13は、ノードN5,N6に接続され、出力電圧Vout2が印加される。負荷13は、例えば、直流電圧で動作する電子機器である。また、設定信号Sigは、DC-DCコンバータ12からAC-DCコンバータ11へ通信される。
図2は、本発明の電源装置10に含まれるDC―DCコンバータ12の構成を示す図である。DC-DCコンバータ12は、所定の入力電圧Vout1から、目的レベルの出力電圧Vout2を負荷13に生成するLLC電流共振型のコンバータである。
制御ブロック25は、制御IC40、コンデンサ50~53、抵抗54,55、ダイオード56、及びフォトトランジスタ57を含む。
図3は、制御IC40の構成を示す図である。制御IC40は、起動回路61、負荷検出回路62、設定信号出力回路63、発振回路64、駆動回路65を含む。なお、ここでは、端子GNDは省略されている。
図4は、AC-DCコンバータ11の構成を示す図である。AC-DCコンバータ11は、商用電源の交流電圧Vacから目的レベルの出力電圧Vout1を生成する昇圧チョッパー型の電源回路である。
図5は、力率改善IC75の構成の一例を示す図である。力率改善IC75は、駆動回路90、信号検出回路91、及び起動回路92を含んで構成される。なお、図5において、便宜上、図4と異なる位置に端子を描いているが、夫々の端子に接続される配線、素子等は、図4及び図5で同じである。
駆動回路90は、出力電圧Vout1に応じた帰還電圧Vfb_bに基づいて、NMOSトランジスタ76をオンオフする駆動信号Vdrを生成する回路である。駆動回路90は、ゼロ電流検出回路100、遅延回路101、パルス回路102、ターンオンタイマ回路103、OR回路104,113、誤差増幅回路110、発振回路111、コンパレータ112、SRフリップフロップ120,及びバッファ回路121を含んで構成される。
図6は、信号検出回路91の一例を示す図である。信号検出回路91は、コンパレータ130、検出回路131、OR回路132,135、ヒステリシスコンパレータ133、AND回路134を含み、設定信号Sigが入力される端子FBの電圧Vfb_bを検出し、設定信号Sigのパルス幅に基づいて、設定信号Sigを検出する。
“パルス幅T1”の設定信号Sigが入力されると、コンパレータ130は“H”レベルの信号Vspを出力し、カウンタ141~143はカウントを開始し、SRフリップフロップ144~146はリセットされ“L”レベルの信号Q1~Q3を出力する。
“パルス幅T2”の設定信号Sigが入力される場合、信号Q1は“H”レベルとなり、信号Q2,Q3は“L”レベルとなり、信号S1は“L”レベルとなり、信号S2は“L”レベルとなり、信号Vsbは“L”レベルとなる。
“パルス幅T3”の設定信号Sigが入力される場合、信号Q1,Q2は“H”レベルとなり、信号Q3は“L”レベルとなる。信号S1は“L”レベルとなり、信号S2は“H”レベルとなる。信号Vsbはヒステリシスコンパレータ133が出力する信号Vc2の論理レベルと同じ論理レベルとなる。
“パルス幅T4”の期間、端子FBの短絡状態が発生すると、信号Vspは“パルス幅T4”の間、“H”レベルとなる。この場合、信号Q1~Q3は“H”レベルとなり、信号S1,S2は“L”レベルとなり、結果、信号Vsbは“L”レベルとなる。また、信号Vspが“H”レベルである間は、駆動回路90はNMOSトランジスタ76のスイッチングを停止する。信号Vspが“L”レベルとなり、“短絡モード”から復帰すると、駆動回路90は、“短絡モード”以前のモードにかかわりなく、“連続モード”で動作する。
なお、停止モード、バーストモード、連続モードは制御IC40からの指示によるものであるが、短絡モードは力率改善IC75内での故障により発生するものである。よって力率改善IC75内では、停止モードと短絡モードを分けて検知する必要がある。停止モードに短絡モードよりも短いパルス幅で切り替わることで、短時間での連続モードへの復帰が可能となる。さらに力率改善IC75とセットで用いられるDC-DCコンバータに、制御IC40のような通信機能が無い場合でも短絡モードがあることで安全にスイッチングを停止できる。
図5に戻り、起動回路92は、整流電圧Vrec2が印加される端子VHの電圧でコンデンサ79を充電して電圧Vccを生成する。起動回路92は、起動時、交流電圧Vacが電源装置10に印加されると、オンし、電圧Vccが所定レベルとなるとオフし、所定レベルから一定のレベル分電圧Vccが低下すると再びオンする。また、DC-DCコンバータ12の起動が完了し、補助コイルL4からの電流でコンデンサ52が十分に充電されるようになると、起動回路92はオフする。
図9は、電源装置10が起動する場合のICの主要な波形の一例を示す図である。
時刻t0より前においては、交流電圧Vacが電源装置10に印加されていないものとする。そのため、制御IC40および力率改善IC75は、ともに動作しておらず、AC-DCコンバータ11の出力電圧Vout1およびDC-DCコンバータ12の出力電圧Vout2は、接地電圧となっている。
図10は、“連続モード”と、“バーストモード”と、の間で遷移した場合のICの主要な波形の一例を示す図である。図9は、“連続モード”から“バーストモード”へ遷移し、“バーストモード”から“連続モード”へ遷移する際に、NMOSトランジスタ76を駆動する、力率改善IC75の端子OUTの出力の変化を示す。
図11は、“短絡モード”となる場合のICの主要な波形の一例を示す図である。
(1)以上、本実施形態の電源装置10について説明した。力率改善IC75の信号検出回路91は、出力電圧Vout1に基づいて動作する制御IC40から出力される設定信号Sigを端子FBを介して検出する。また、端子FBは、出力電圧Vout1に応じた帰還電圧が印加される端子である。帰還電圧が印加される端子FBを介して、設定信号Sigを検出することで、通信専用の端子を用いずに設定信号Sigを検出することができる。つまり、他の用途に用いられる端子を、外部回路との通信用の端子として用いることができる集積回路を提供することができる。
11 AC-DCコンバータ
12 DC-DCコンバータ
13 負荷
20,21,32,50,51,52,53,71,74,79,83,84 コンデンサ
22,23,76,85 NMOSトランジスタ
24 トランス
25 制御ブロック
30,31,56,73,77,78 ダイオード
33 定電圧回路
34 発光ダイオード
54,55,80,81,82 抵抗
57 フォトトランジスタ
61,92 起動回路
62 負荷検出回路
63 設定信号出力回路
64 発振回路
65 駆動回路
70 全波整流回路
72 トランス
90 駆動回路
91 信号検出回路
100 ゼロ電流検出回路
101 遅延回路
102 パルス回路
103 ターンオンタイマ回路
104,113,132,135 OR回路
110 誤差増幅回路
111 発振回路
112,130 コンパレータ
120,144,145,146 SRフリップフロップ
121 バッファ回路
131 検出回路
133 ヒステリシスコンパレータ
134,147,148 AND回路
141,142,143 カウンタ
Claims (21)
- 電源回路に目的レベルの出力電圧を生成させるために、前記電源回路のトランジスタをスイッチングする集積回路であって、
前記出力電圧に応じた帰還電圧が印加される第1端子と、
前記出力電圧に基づいて動作する外部回路から出力される設定信号を、前記第1端子を介して検出する信号検出回路と、
前記信号検出回路で検出された前記設定信号に基づいて、前記トランジスタを駆動する駆動回路と、
を備え、
前記設定信号は、前記駆動回路が動作するモードに応じて異なるパルス幅を有する信号であり、
前記信号検出回路は、
前記設定信号の前記パルス幅に基づいて、前記設定信号を検出する、
集積回路。 - 請求項1に記載の集積回路であって、
前記駆動回路は、
第1期間の前記パルス幅の前記設定信号に基づいて、前記トランジスタを連続的にスイッチングする第1モードで動作し、第2期間の前記パルス幅の前記設定信号に基づいて、前記トランジスタを間欠的にスイッチングする第2モードで動作する、
集積回路。 - 請求項2に記載の集積回路であって、
前記駆動回路は、
第3期間の前記パルス幅の前記設定信号に基づいて、前記トランジスタのスイッチングを停止する第3モードで動作する、
集積回路。 - 請求項2又は請求項3に記載の集積回路であって、
前記第1端子には、
前記設定信号に基づいて、前記パルス幅の期間に前記第1端子の電圧を変化させるスイッチが接続され、
前記信号検出回路は、
前記パルス幅の期間における前記第1端子の電圧の変化に基づいて、前記設定信号を検出する、
集積回路。 - 請求項4に記載の集積回路であって、
前記スイッチは、
前記パルス幅の期間に前記第1端子の電圧が接地電圧となるよう、前記第1端子の電圧を変化させる、
集積回路。 - 請求項5に記載の集積回路であって、
前記信号検出回路は、
前記第1端子の電圧が前記接地電圧であるか否かを判定する判定回路と、
前記第1端子の電圧が前記接地電圧であると判定される期間に応じて前記設定信号を検出する検出回路と、
を含み、
前記駆動回路は、
前記判定回路が前記第1端子の電圧が前記接地電圧であると判定すると、前記トランジスタのスイッチングを停止し、前記判定回路が前記第1端子の電圧が前記接地電圧でないと判定すると、前記検出回路の検出結果に応じたモードで動作する、
集積回路。 - 請求項6に記載の集積回路であって、
前記検出回路は、
前記第1端子の電圧が前記接地電圧であると判定される期間が、前記設定信号が取り得る前記パルス幅の期間より長くなる第1状態を検出し、
前記駆動回路は、
前記検出回路が前記第1状態を検出した後、前記判定回路が前記第1端子の電圧が前記接地電圧でないと判定すると、前記第1モードで動作する、
集積回路。 - 請求項1から7のいずれか一項に記載の集積回路であって、
前記電源回路において交流電圧を整流する整流回路からの電圧が印加される第2端子と、
前記第2端子の電圧に基づいて、前記集積回路の外部コンデンサを充電して前記集積回路の電源電圧を生成する起動回路と、
を更に備える、集積回路。 - 電源回路に目的レベルの出力電圧を生成させるために、前記電源回路のトランジスタをスイッチングする第1集積回路と、前記出力電圧に基づいて動作する第2集積回路と、を備える電源装置であって、
前記第2集積回路は、
設定信号を前記第1集積回路に出力する設定信号出力回路を含み、
前記第1集積回路は、
前記出力電圧に応じた帰還電圧が印加される第1端子と、
前記第2集積回路から出力される前記設定信号を、前記第1端子を介して検出する信号検出回路と、
前記信号検出回路で検出された前記設定信号に基づいて、前記トランジスタを駆動する駆動回路と、
を備え、
前記設定信号は、前記駆動回路が動作するモードに応じて異なるパルス幅を有する信号であり、
前記信号検出回路は、
前記設定信号の前記パルス幅に基づいて、前記設定信号を検出する、
電源装置。 - 電源回路に目的レベルの出力電圧を生成させるために、前記電源回路のトランジスタをスイッチングする集積回路であって、
前記出力電圧に応じた帰還電圧が印加される第1端子と、
前記出力電圧に基づいて動作する外部回路から出力されるとともに、前記帰還電圧とは異なる設定信号を、前記第1端子を介して検出する信号検出回路と、
前記信号検出回路で検出された前記設定信号に基づいて、前記トランジスタを連続的にスイッチングする第1モードで動作し、前記トランジスタを間欠的にスイッチングする第2モードで動作する駆動回路と、
を備える集積回路。 - 請求項10に記載の集積回路であって、
前記外部回路は、通信機能を有し、
前記駆動回路は、
前記設定信号に基づいて、負荷が重負荷の場合に前記第1モードで動作し、前記負荷が軽負荷の場合に前記第2モードで動作する、
集積回路。 - 請求項10又は請求項11に記載の集積回路であって、
前記設定信号は、前記駆動回路が動作するモードに応じて異なるパルス幅を有する信号であり、
前記信号検出回路は、
前記設定信号の前記パルス幅に基づいて、前記設定信号を検出する、
集積回路。 - 請求項12に記載の集積回路であって、
前記駆動回路は、
第1期間の前記パルス幅の前記設定信号に基づいて、前記トランジスタを連続的にスイッチングする前記第1モードで動作し、第2期間の前記パルス幅の前記設定信号に基づいて、前記トランジスタを間欠的にスイッチングする前記第2モードで動作する、
集積回路。 - 請求項13に記載の集積回路であって、
前記駆動回路は、
第3期間の前記パルス幅の前記設定信号に基づいて、前記トランジスタのスイッチングを停止する第3モードで動作する、
集積回路。 - 請求項13又は請求項14に記載の集積回路であって、
前記第1端子には、
前記設定信号に基づいて、前記パルス幅の期間に前記第1端子の電圧を変化させるスイッチが接続され、
前記信号検出回路は、
前記パルス幅の期間における前記第1端子の電圧の変化に基づいて、前記設定信号を検出する、
集積回路。 - 請求項15に記載の集積回路であって、
前記スイッチは、
前記パルス幅の期間に前記第1端子の電圧が接地電圧となるよう、前記第1端子の電圧を変化させる、
集積回路。 - 請求項16に記載の集積回路であって、
前記信号検出回路は、
前記第1端子の電圧が前記接地電圧であるか否かを判定する判定回路と、
前記第1端子の電圧が前記接地電圧であると判定される期間に応じて前記設定信号を検出する検出回路と、
を含み、
前記駆動回路は、
前記判定回路が前記第1端子の電圧が前記接地電圧であると判定すると、前記トランジスタのスイッチングを停止し、前記判定回路が前記第1端子の電圧が前記接地電圧でないと判定すると、前記検出回路の検出結果に応じたモードで動作する、
集積回路。 - 請求項17に記載の集積回路であって、
前記検出回路は、
前記第1端子の電圧が前記接地電圧であると判定される期間が、前記設定信号が取り得る前記パルス幅の期間より長くなる第1状態を検出し、
前記駆動回路は、
前記検出回路が前記第1状態を検出した後、前記判定回路が前記第1端子の電圧が前記接地電圧でないと判定すると、前記第1モードで動作する、
集積回路。 - 請求項10から18のいずれか一項に記載の集積回路であって、
前記電源回路において交流電圧を整流する整流回路からの電圧が印加される第2端子と、
前記第2端子の電圧に基づいて、前記集積回路の外部コンデンサを充電して前記集積回路の電源電圧を生成する起動回路と、
を更に備える、集積回路。 - 電源回路に目的レベルの出力電圧を生成させるために、前記電源回路のトランジスタをスイッチングする第1集積回路と、前記出力電圧に基づいて動作する第2集積回路と、を備える電源装置であって、
前記第2集積回路は、
設定信号を前記第1集積回路に出力する設定信号出力回路を含み、
前記第1集積回路は、
前記出力電圧に応じた帰還電圧が印加される第1端子と、
前記第2集積回路から出力されるとともに、前記帰還電圧とは異なる前記設定信号を、前記第1端子を介して検出する信号検出回路と、
前記信号検出回路で検出された前記設定信号に基づいて、前記トランジスタを連続的にスイッチングする第1モードで動作し、前記トランジスタを間欠的にスイッチングする第2モードで動作する駆動回路と、
を備える電源装置。 - 請求項20に記載の電源装置であって、
前記第2集積回路は、通信機能を有し、
前記駆動回路は、
前記設定信号に基づいて、負荷が重負荷の場合に前記第1モードで動作し、前記負荷が軽負荷の場合に前記第2モードで動作する、
電源装置。
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