JPWO2020213399A1 - スイッチング制御回路、スイッチング制御方法 - Google Patents

スイッチング制御回路、スイッチング制御方法 Download PDF

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Abstract

入力電圧が印加されるインダクタに流れるインダクタ電流と、前記入力電圧から生成される出力電圧と、に基づいて、前記インダクタ電流を制御するトランジスタをスイッチングするスイッチング制御回路であって、前記スイッチング制御回路が非絶縁型の第1電源回路に用いられることを示す第1信号が入力されると、前記出力電圧に応じた帰還電圧と、基準電圧と、に基づいて、前記出力電圧のレベルと第1レベルとの誤差に応じた第1誤差電圧を出力する第1誤差電圧出力回路と、前記スイッチング制御回路が絶縁型の第2電源回路に用いられることを示す第2信号が入力されると、前記出力電圧のレベルと第2レベルとの誤差に応じた誤差信号に基づいて、第2誤差電圧を出力する第2誤差電圧出力回路と、前記スイッチング制御回路が前記第1電源回路に用いられる際、前記インダクタ電流と、前記第1誤差電圧と、に基づいて前記トランジスタをスイッチングし、前記スイッチング制御回路が前記第2電源回路に用いられる際、前記インダクタ電流と、前記第2誤差電圧と、に基づいて前記トランジスタをスイッチングする駆動回路とを備える。

Description

本発明は、スイッチング制御回路、およびスイッチング制御方法に関する。
一般的な電源回路は、出力電圧のレベルを検出し、入力電圧から目的レベルの出力電圧を生成している(例えば、特許文献1)
(例えば、特許文献1)。
特開2014−82924号公報
ところで、電源回路には、入力側と、出力側との間が絶縁されていない非絶縁型の電源回路と、入力側と、出力側との間が絶縁されている絶縁型の電源回路とがある。非絶縁型の電源回路では、出力電圧は分圧抵抗等により検出できるが、絶縁型の電源回路では、出力電圧を検出するためには、例えば、シャントレギュレータやフォトカプラを用いる必要がある。
このように、電源回路が非絶縁型か絶縁型かで、出力電圧を検出する素子や構成が異なるため、電源回路を制御する制御回路を、非絶縁型の電源回路と、絶縁型の電源回路とに共通して用いることは困難であった。
本発明は、上記のような従来の問題に鑑みてなされたものであって、非絶縁型の電源回路と、絶縁型の電源回路とに用いることができるスイッチング制御回路を提供することを目的とする。
前述した課題を解決する本発明の第1の態様は、入力電圧が印加されるインダクタに流れるインダクタ電流と、前記入力電圧から生成される出力電圧と、に基づいて、前記インダクタ電流を制御するトランジスタをスイッチングするスイッチング制御回路であって、前記スイッチング制御回路が非絶縁型の第1電源回路に用いられることを示す第1信号が入力されると、前記出力電圧に応じた帰還電圧と、基準電圧と、に基づいて、前記出力電圧のレベルと第1レベルとの誤差に応じた第1誤差電圧を出力する第1誤差電圧出力回路と、前記スイッチング制御回路が絶縁型の第2電源回路に用いられることを示す第2信号が入力されると、前記出力電圧のレベルと第2レベルとの誤差に応じた誤差信号に基づいて、第2誤差電圧を出力する第2誤差電圧出力回路と、前記スイッチング制御回路が前記第1電源回路に用いられる際、前記インダクタ電流と、前記第1誤差電圧と、に基づいて前記トランジスタをスイッチングし、前記スイッチング制御回路が前記第2電源回路に用いられる際、前記インダクタ電流と、前記第2誤差電圧と、に基づいて前記トランジスタをスイッチングする駆動回路と、を備えることを特徴とする。
本発明の第2の態様は、入力電圧が印加されるインダクタに流れるインダクタ電流と、前記入力電圧から生成される出力電圧と、に基づいて、前記インダクタ電流を制御するトランジスタをスイッチングするスイッチング制御回路であって、前記スイッチング制御回路は集積回路であり、前記スイッチング制御回路が非絶縁型の第1電源回路に用いられる際、前記出力電圧に応じた帰還電圧が印加され、前記スイッチング制御回路が絶縁型の第2電源回路に用いられる際、所定レベルの電圧が印加される第1端子と、前記第1端子の電圧に基づいて、前記スイッチング制御回路が前記第1電源回路に用いられるか、前記第2電源回路に用いられるかを判定する判定回路と、を含むことを特徴とする。
本発明の第3の態様は、入力電圧が印加されるインダクタに流れるインダクタ電流と、前記入力電圧から生成される出力電圧と、に基づいて、前記インダクタ電流を制御するトランジスタをスイッチングするスイッチング制御方法であって、電源回路が非絶縁型の第1電源回路であることを示す第1信号が入力されると、前記出力電圧に応じた帰還電圧と、基準電圧と、に基づいて、前記出力電圧のレベルと第1レベルとの誤差に応じた第1誤差電圧を出力し、前記電源回路が絶縁型の第2電源回路であることを示す第2信号が入力されると、前記出力電圧のレベルと第2レベルとの誤差に応じた誤差信号に基づいて、第2誤差電圧を出力し、前記電源回路が前記第1電源回路である際、前記インダクタ電流と、前記第1誤差電圧とに基づいて前記トランジスタをスイッチングし、前記電源回路が前記第2電源回路である際、前記インダクタ電流と、前記第2誤差電圧とに基づいて前記トランジスタをスイッチングすること、を特徴とする。
本発明によれば、非絶縁型の電源回路と、絶縁型の電源回路とに用いることができるスイッチング制御回路を提供することができる。
スイッチング制御IC10の一例を示す図である。 判定回路33の一例を示す図である。 非絶縁型の電源回路20の一例を示す図である。 電源回路20の起動時の動作を説明するための図である。 スイッチング制御IC10の一部の構成を示す図である。 電源回路20の動作を説明するための図である。 絶縁型の電源回路21の一例を示す図である。 電源回路21の起動時の動作を説明するための図である。 スイッチング制御IC10の一部の構成を示す図である。 電源回路21の動作を説明するための図である。 スイッチング制御IC12の一例を示す図である。 電圧出力回路602aの一例を示す図である。 電源回路22の構成の一例を示す図である。 電源回路22の起動時の波形の一例を示す図である。 電圧出力回路602bの構成の一例を示す図である。 電圧出力回路602cの構成の一例を示す図である。 スイッチング制御IC13の一例を示す図である。 スイッチング制御IC14の一例を示す図である。 スイッチング制御IC15の一例を示す図である。 スイッチング制御IC16の一例を示す図である。 スイッチング制御IC17の一例を示す図である。 マスク回路660の一例を示す図である。 電源回路20の動作を説明するための図である。 電源回路22の動作を説明するための図である。
関連出願の相互参照
この出願は、2019年4月19日に出願された日本特許出願、特願2019−079860に基づく優先権を主張し、その内容を援用する。
本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
=====本実施形態=====
<<<スイッチング制御IC10の構成>>>
図1は、本発明の一実施形態であるスイッチング制御IC10の構成を示す図である。スイッチング制御IC10(スイッチング制御回路)は、スイッチング制御IC10が、非絶縁型の電源回路、または絶縁型の電源回路に用いられるかを判定し、判定結果に応じて電源回路の動作を制御する集積回路である。具体的には、スイッチング制御IC10は、非絶縁型のスイッチング電源回路に用いられる際、出力電圧に応じた帰還電圧に基づいて動作する。一方、スイッチング制御IC10は、絶縁型のスイッチング電源回路に用いられる際、出力電圧の目的レベルからの誤差を示す電流に基づいて動作する。
スイッチング制御IC10は、端子VCC,ZCD,A,B,OUTを有する。なお、スイッチング制御IC10には、例えば、接地電圧が印加されるGND端子や他の端子が設けられるが、便宜上、ここでは省略されている。
端子VCCは、スイッチング制御IC10を動作させるための電源電圧Vccが印加される端子である。
端子ZCDは、スイッチング制御IC10が用いられる電源回路のインダクタ電流を検出するための端子である。
端子A(第1端子)は、スイッチング制御IC10が用いられる電源回路が、非絶縁型か、絶縁型かを判定するための電圧が印加される端子である。また、スイッチング制御IC10が非絶縁型の電源回路に用いられる場合、端子Aには、電源回路の出力電圧に応じた帰還電圧が印加される。なお、端子Aの電圧を、電圧Vaとする。
端子B(第2端子)は、スイッチング制御IC10が非絶縁型の電源回路に用いられる場合、位相補償用の素子が接続され、スイッチング制御IC10が絶縁型の電源回路に用いられる場合、フォトトランジスタが接続される端子である。また、詳細は後述するが、フォトトランジスタに流れる電流は、出力電圧の目的レベルからの誤差を示す誤差信号に相当する。なお、端子Bの電圧を、電圧Vbとする。
端子OUTは、スイッチング素子のスイッチングを制御する駆動信号Vdrが印加される端子である。
スイッチング制御IC10は、電源回路30、電圧検出回路31,32、判定回路33、コンパレータ40,45、パルス回路41、発振回路42、誤差増幅回路43、誤差電圧出力回路44、及び駆動回路46を含む。
電源回路30は、スイッチング制御IC10の外部から印加される電源電圧Vccに基づいて、スイッチング制御IC10の内部の回路を動作させるための電源電圧Vddを生成する回路(例えば、シリーズレギュレータ)である。なお、スイッチング制御IC10に含まれる回路のうち、電源電圧Vddが供給される回路は、電源回路30、及び駆動回路46のバッファ回路71(後述)以外の回路である。本実施形態では、駆動回路46のバッファ回路71は、電源電圧Vccに基づいて動作する。
電圧検出回路31は、電源電圧Vddのレベルが、所定レベルXとなったか否かを検出する回路である。なお、「所定レベルX」とは、電源電圧Vddが立ち上がったことを示すレベルであり、電源電圧Vddの目的レベルが5Vである場合、「所定レベルX」は、例えば4.5Vである。また、電圧検出回路31は、電源電圧Vddのレベルが上昇し、所定レベルXとなると、信号UVLOのレベルをハイレベル(以下、“H”レベル)から、ローレベル(以下、“L”レベル)へと変化させる。なお、本実施形態において、電源電圧Vddのレベルが、所定レベルXとなる際の電源電圧Vccのレベルは、「所定レベルVt1」であることとする。
電圧検出回路32は、電源電圧Vccのレベルが、スイッチング制御IC10の内部の回路の動作を開始させる「所定レベルVt2」となったか否かを検出する回路である。電圧検出回路32は、電源電圧Vccのレベルが上昇し、所定レベルVt2となると、信号ENBのレベルを“H”レベルから、“L”レベルへと変化させる。なお、本実施形態では、上述したレベルVt1は、所定レベルVt2より低い。このため、電源電圧Vccがゼロから上昇すると、まず、電圧検出回路31が、信号UVLOを“L”レベルに変化させ、その後、電圧検出回路32が、信号ENBを“L”レベルに変化させる。なお、図1では省略されているが、本実施形態では、信号UVLO,ENBは、スイッチング制御IC10の各回路に入力されている。
判定回路33は、端子Aの電圧Vaに基づいて、スイッチング制御IC10が非絶縁型の電源回路に用いられるか、絶縁型の電源回路に用いられるかを判定する回路である。図2は、判定回路33の構成の一例を示す図であり、判定回路33は、コンパレータ50、Dフリップフロップ51を含む。
コンパレータ50は、非絶縁型の電源回路と、絶縁型の電源回路と、を判別するための基準電圧Vref1と、電圧Vaと、を比較する。ここで、スイッチング制御IC10が非絶縁型の電源回路に用いられる場合、端子Aには、出力電圧に応じた帰還電圧Vfbが印加される。一方、スイッチング制御IC10が絶縁型の電源回路に用いられる場合、スイッチング制御IC10は、端子Aの電圧Vaを用いずに動作する。このため、絶縁型の電源回路の電圧Vaのレベルを、非絶縁型の電源回路の電圧Vaの範囲(帰還電圧Vfbの変化する電圧範囲)の外に設定することにより、両者を区別できる。
例えば、非絶縁型の電源回路に帰還電圧Vfbが、例えば0〜3Vの範囲で変化する場合、絶縁型の電源回路の電圧Vaを、0〜3Vの外の所定レベル(例えば、5.4V)とすることで、端子Vaの電圧に基づいて、両者を区別できる。
本実施形態では、非絶縁型の電源回路に帰還電圧Vfbの電圧範囲(例えば、0〜3V)と、絶縁型の電源回路の電圧Va(例えば、5.4V)とを判別するために、帰還電圧Vfbの電圧範囲より高く、絶縁型の電源回路の電圧Vaより低い基準電圧Vref1(例えば、4V)を用いる。
したがって、コンパレータ50は、基準電圧Vref1と、電圧Vaとを比較することにより、スイッチング制御IC10が用いられる電源回路が、非絶縁型であるか、絶縁型であるかを判定することが可能となる。
Dフリップフロップ51は、スイッチング制御IC10が起動されると、コンパレータ50の比較結果を保持する回路である。Dフリップフロップ51は、R入力に、信号UVLOが入力され、CK入力に、信号ENBが入力される。このため、電源電圧Vccが上昇し、電圧検出回路31が、信号UVLOを“L”レベルに変化させると、Dフリップフロップ51のリセットは解除される。その後、電源電圧Vccが更に上昇し、電圧検出回路32が、信号ENBを“L”レベルに変化させると、D入力に入力されたコンパレータ50の比較結果が保持される。そして、Dフリップフロップ51に保持された比較結果は、Q出力から信号S1として出力される。
なお、本実施形態では、スイッチング制御IC10が非絶縁型の電源回路に用いられると判定されると、“L”レベルの信号S1(第1信号)が出力され、スイッチング制御IC10が絶縁型の電源回路に用いられると判定されると、“H”レベルの信号S1(第2信号)が出力される。
コンパレータ40は、いわゆるゼロ電流検出回路であり、端子ZCDの電圧Vzcdに基づいて、電源回路のインダクタ電流IL(後述)が、ゼロになったか否かを検出する。ここで、「ゼロ」とは、例えば、インダクタ電流ILがほぼゼロとなる電流値(例えば、0.1mA)であることとする。このため、コンパレータ40は、電圧Vzcdと、例えば0.1mAの電流に応じた基準電圧Vref2と、を比較し、インダクタ電流ILがゼロであることを検出する。なお、コンパレータ40は、インダクタ電流ILがゼロであることを検出すると、信号Vc2を“L”レベルに変化させる。
パルス回路41は、インダクタ電流ILがゼロであることが検出され、信号Vc2が“L”レベルになると、“H”レベルのパルス信号Vpを出力する。
発振回路42は、“H”レベルのパルス信号Vpが入力する毎に、振幅が徐々に大きくなるランプ波Vrを出力する。
誤差増幅回路43(第1誤差電圧出力回路)は、スイッチング制御IC10が非絶縁型の電源回路に用いられると判定された際、電源回路の出力電圧を目的レベルにするための誤差電圧Ve1を出力する。具体的には、誤差増幅回路43は、“L”レベルの信号S1が入力されると、電圧Vaと、所定の基準電圧Vref3との誤差を増幅して誤差電圧Ve1(第1誤差電圧)を出力する。
また、誤差増幅回路43は、“H”レベルの信号S1が入力されると、誤差電圧Ve1の出力を停止する。なお、基準電圧Vref3は、非絶縁型の電源回路の出力電圧Vout1の目的レベルに応じて定められる電圧である。また、誤差電圧Ve1の停止は、例えば、誤差増幅回路43の出力がハイインピーダンス状態になることにより実現される。
誤差電圧出力回路44(第2誤差電圧出力回路)は、スイッチング制御IC10が絶縁型の電源回路に用いられると判定された際、電源回路の出力電圧を目的レベルにするための誤差電圧Ve2を出力する回路であり、抵抗60、スイッチ61を含む。なお、詳細は後述するが、スイッチング制御IC10が絶縁型の電源回路に用いられる際、端子Bには、出力電圧の目的レベルからの誤差に応じた電流を発生させるフォトトランジスタが接続される。
一端に電源電圧Vddが印加された抵抗60と、端子Bとの間には、スイッチ61が設けられている。そして、抵抗60に直列接続されたスイッチ61は、“H”レベルの信号S1が入力されると、オンし、“L”レベルの信号S1が入力されると、オフする。
このため、“H”レベルの信号S1が入力され、スイッチ61がオンとなると、フォトトランジスタ(後述)の電流が抵抗60に流れる。そして、抵抗60からは、出力電圧の目的レベルからの誤差に応じた誤差電圧Ve2(第2誤差電圧)が出力される。一方、“L”レベルの信号S1が入力され、スイッチ61がオフとなると、誤差電圧Ve2の出力は停止される。
このように、誤差増幅回路43は、“L”レベルの信号S1が入力された場合に誤差電圧Ve1を出力し、誤差電圧出力回路44は、“H”レベルの信号S1が入力された場合に誤差電圧Ve2を出力する。このため、本実施形態では、誤差増幅回路43と、誤差電圧出力回路44とのうち、何れか一方のみが動作し、出力電圧の誤差に応じた電圧を出力することになる。なお、端子Bに印加される電圧は、電圧Vbであるため、信号S1が“L”レベルの際、電圧Vbは、誤差電圧Ve1となり、信号S1が“H”レベルの際、電圧Vbは、誤差電圧Ve2となる。
コンパレータ45は、端子Bの電圧Vbと、ランプ波Vrとの大小を比較して、比較結果として信号Vc3を出力する。ここでは、電圧Vbがコンパレータ45の反転入力端子に印加され、ランプ波Vrがコンパレータ45の非反転入力端子に印加されている。このため、ランプ波Vrのレベルが電圧Vbのレベルより低い場合、信号Vc3は“L”レベルとなり、ランプ波Vrのレベルが電圧Vbのレベルより高くなると信号Vc3は“H”レベルとなる。
駆動回路46は、パルス信号Vpが出力されると、スイッチング素子(後述)をオンし、コンパレータ45の比較結果である信号Vc3が“H”レベルとなると、スイッチング素子をオフする。駆動回路46は、SRフリップフロップ70、バッファ回路71を含む。
SRフリップフロップ70のS入力には、パルス信号Vpが入力され、R入力には、信号Vc3が入力される。このため、SRフリップフロップ70のQ出力は、パルス信号Vpが“H”レベルになると“H”レベルとなる。一方、信号Vc3が“H”レベルになると、Q出力は、“L”レベルになる。
バッファ回路71は、SRフリップフロップ70のQ出力に基づいて、スイッチング素子を駆動するための駆動信号Vdrを出力する。具体的には、バッファ回路71は、Q出力が“H”レベルになると、“H”レベルの駆動信号Vdrを出力し、Q出力が“L”レベルになると、“L”レベルの駆動信号Vdrを出力する。
<<<非絶縁型の電源回路の一例>>>
図3は、非絶縁型の電源回路20の構成の一例を示す図である。電源回路20(第1電源回路)は、商用電源の交流電圧Vacから目的レベルV1(例えば、400V)の出力電圧Vout1を負荷11に生成する昇圧チョッパー型のAC−DCコンバータである。なお、負荷11は、例えば、DC−DCコンバータやマイコン等の電子機器である。
電源回路20は、スイッチング制御IC10、全波整流回路100、コンデンサ101,102,106,132,133、トランス103、抵抗104,120,121,122,131、ダイオード105,107、及びNMOSトランジスタ108を含んで構成される。
スイッチング制御IC10は、図1で説明した制御ICであり、電源回路20の力率を改善しつつ、出力電圧Vout1のレベルが目的レベルV1(第1レベル)となるよう、NMOSトランジスタ108のスイッチングを制御する。
全波整流回路100は、印加される所定の交流電圧Vacを全波整流し、電圧Vrec1として、コンデンサ101に出力する。なお、交流電圧Vacは、例えば、100〜240V、周波数が50〜60Hzの電圧である。
コンデンサ101は、電圧Vrec1を平滑化するため、平滑化された電圧Vrec1がトランス103の主コイルL1に印加される。なお、主コイルL1(インダクタ)に印加される電圧が、入力電圧に相当する。
トランス103は、主コイルL1と、主コイルL1に磁気的に結合された補助コイルL2とを有する。ここで、本実施形態では、補助コイルL2に生じる電圧が、主コイルL1に生じる電圧とは極性が逆になるよう、補助コイルL2は巻かれている。
補助コイルL2の一端と、端子ZCDとの間には、抵抗104が設けられているため、端子ZCDには、補助コイルL2で発生する電圧Vz1が、電圧Vzcdとして印加される。
また、補助コイルL2の一端と、接地との間には、ダイオード105及びコンデンサ106が設けられているため、コンデンサ106は、電圧Vz1により充電される。そして、本実施形態では、コンデンサ106の充電電圧Vx1が、スイッチング制御IC10の電源電圧Vccとして供給される。
コンデンサ102は、主コイルL1、ダイオード107、及びNMOSトランジスタ108とともに昇圧チョッパー回路を構成する。このため、コンデンサ102の充電電圧が直流の出力電圧Vout1となる。
NMOSトランジスタ108は、負荷11への電力を制御するためのスイッチング素子である。なお、本実施形態では、NMOSトランジスタ108は、MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタであることとしたがこれに限られない。NMOSトランジスタ108は、電力を制御できるトランジスタであれば、例えば、バイポーラトランジスタであっても良い。
抵抗120,121は、出力電圧Vout1を分圧する分圧回路を構成し、NMOSトランジスタ108をスイッチングする際に用いられる帰還電圧Vfbを生成する。なお、抵抗120,121が接続されるノードに生成される帰還電圧Vfbは、端子Aに印加される。このため、電源回路20においては、端子Aの電圧Vaは、帰還電圧Vfbとなる。
抵抗122は、電源回路20の起動時に起動抵抗として機能する。抵抗131及びコンデンサ132、並びにコンデンサ133は、電源回路20のフィードバックループを安定させるための位相補償用の素子であり、端子Bと、接地との間に設けられている。
==非絶縁型の電源回路の動作==
図4は、電源回路20の起動時の動作を説明するための図である。なお、ここでは、電源電圧Vccは、電圧Vx1となり、電圧Vaは、帰還電圧Vfbとなる。
まず、時刻t0において電源回路20に交流電圧Vacが供給されると、全波整流回路100により全波整流された電圧Vrec1が、起動抵抗122を介して、コンデンサ106に印加される。この結果、コンデンサ106の充電電圧Vx1が上昇するため、端子VCCの電源電圧Vcc(=Vx1)も上昇する。
また、電圧Vrec1が高くなると、ダイオード107を介してコンデンサ102が充電されるため、出力電圧Vout1が上昇する。この結果、出力電圧Vout1を分圧した帰還電圧Vfbも上昇する。なお、この際、出力電圧Vout1は、交流電圧Vacの実効値より高くなることはない。したがって、帰還電圧Vfbも、交流電圧Vacの実効値を、抵抗120,121で分圧した値より高くなることはない。つまり、スイッチング制御IC10がスイッチング制御を開始する前においては、帰還電圧Vfbが変化する範囲は、ゼロから、交流電圧Vacの実効値を、抵抗120,121で分圧した電圧値までとなる。
そして、時刻t1において、電源電圧Vcc(=Vx1)が上昇し、所定レベルVt1となると、電圧検出回路31は、信号UVLOを“L”レベルに変化させる。この結果、Dフリップフロップ51のリセットは解除される。
また、時刻t2において、電源電圧Vcc(=Vx1)が更に上昇し、所定レベルVt2となると、電圧検出回路32は、信号ENBを“L”レベルに変化させる。
ここで、判定回路33のコンパレータ50の電圧Vref1は、例えば、交流電圧Vacの実効値を、抵抗120,121で分圧した値より高くなるよう、設定されている。このため、時刻t2において、Dフリップフロップ51は、コンパレータ50からの“L”レベルの比較結果を保持するため、信号S1のレベルは、“L”レベルの状態が維持される。
この結果、図1のスイッチング制御IC10では、誤差増幅回路43と、誤差電圧出力回路44のうち、図5に示すように、誤差増幅回路43のみが動作することになる。なお、図5においては、理解を容易にするため、誤差電圧出力回路44を省略している。
また、時刻t2に信号ENBが“L”レベルになると、誤差増幅回路43を含むスイッチング制御IC10の各回路の動作が開始される。この結果、誤差増幅回路43は、電圧Va(=Vfb)と、基準電圧Vref3との誤差に応じた誤差電圧Ve1を出力し、誤差電圧Ve1が上昇することになる。なお、詳細は後述するが、電源回路20において、帰還電圧Vfbのレベルと、基準電圧Vref3のレベルとが一致するよう、誤差増幅回路43は動作する。このため、時刻t2以降、電圧Va(=Vfb)は上昇し、基準電圧Vref3となる。
図6は、電源回路20が起動した後の動作を説明するための図である。なお、電源回路20の起動のタイミングは、例えば、時刻t2に信号ENBが“L”レベルとなり、スイッチング制御IC10の各回路の動作が開始するタイミングである。
まず、時刻t10にパルス信号Vpが出力されると、駆動信号Vdr1が“H”レベルになり、NMOSトランジスタ108はオンする。この結果、インダクタ電流IL1は増加する。また、パルス信号Vpが出力されると、発振回路42からのランプ波Vrの振幅が増加する。
そして、時刻t11に、ランプ波Vrの振幅レベルが電圧Vb(=Ve1)のレベルより高くなると、コンパレータ45は、信号Vc3を“H”レベルに変化させる。この結果、SRフリップフロップ70はリセットされ、信号Vdr1も“L”レベルとなる。
信号Vdr1がLレベルとなると、NMOSトランジスタ108はオフするため、インダクタ電流ILは徐々に減少する。また、NMOSトランジスタ108がオフすると、主コイルL1の入力側(電圧Vrec1側)の電圧が、主コイルL1の出力側(出力電圧Vout1側)より低くなるため、一端が接地された補助コイルL2の他端の電圧Vz1は正となる。この結果、電圧Vzcd(=Vz1)は、基準電圧Vref2より高くなるため、コンパレータ40からの信号Vc2は“H”レベルになる。
そして、時刻t12にインダクタ電流IL1がほぼゼロとなると、主コイルL1に磁気結合された補助コイルL2の電圧Vz1は急激に低下する。この結果、時刻t13に、電圧Vz1は、基準電圧Vref2より低くなり、コンパレータ40からの信号Vc2は“L”レベルになる。
コンパレータ40からの信号Vc2が“L”レベルになると、パルス信号Vpが出力されるため、NMOSトランジスタ108はオンする。そして、時刻t13以降、時刻t10〜t13までの動作が繰り返される。
==フィードバック制御と力率改善==
ここで、電源回路20において、出力電圧Vout1が目的レベルV1(例えば、400V)から高くなると、帰還電圧Vfbは上昇する。この結果、誤差電圧Ve1は低下し、NMOSトランジスタ108がオンする期間は短くなるため、出力電圧Vout1は低下する。一方、出力電圧Vout1が目的レベルV1から低くなると、帰還電圧Vfbは低下する。この結果、誤差電圧Ve1は上昇し、NMOSトランジスタ108がオンする期間は長くなるため、出力電圧Vout1は上昇する。このように、電源回路20においては、出力電圧Vout1は、目的レベルV1になるよう、フィードバック制御されている。
したがって、電源回路20が所定の交流電圧Vacから目的レベルV1の出力電圧Vout1を生成し、一定の負荷に電力を供給している際、帰還電圧Vfbは一定となる。この結果、誤差増幅回路43から出力される誤差電圧Ve1も一定になるため、NMOSトランジスタ108がオンする期間(例えば、時刻t10〜t11までの期間)も一定となる。
そして、NMOSトランジスタ108がオンする際に、交流電圧Vacを整流した電圧Vrec1のレベルが高くなると、インダクタ電流IL1の電流値も大きくなる。この結果、インダクタ電流IL1のピークの波形は電圧Vrec1と同じ波形となり、力率が改善される。したがって、電源回路20は、PFC(Power Factor Correction:力率改善)回路として動作する。このように、スイッチング制御IC10は、非絶縁型の電源回路20に所望の動作をさせることができる。
<<<絶縁型の電源回路の一例>>>
図7は、絶縁型の電源回路21の構成の一例を示す図である。電源回路21(第2電源回路)は、商用電源の交流電圧Vacから目的レベルV2(例えば、15V)の出力電圧Vout2を負荷11に生成するフライバック方式のAC−DCコンバータである。
電源回路21は、全波整流回路300、コンデンサ301,306、トランス302、NMOSトランジスタ303、制御ブロック304、ダイオード305、定電圧回路307、及び発光ダイオード308を含んで構成される。
全波整流回路300は、印加される所定の交流電圧Vacを全波整流し、電圧Vrec2として、コンデンサ301に出力する。
コンデンサ301は、電圧Vrec2を平滑化するため、平滑化された電圧Vrec2はトランス302に印加される。
トランス302は、1次コイルL10(インダクタ)、2次コイルL11、補助コイルL12を備えており、1次コイルL10と、2次コイルL11と、補助コイルL12との間は絶縁されている。トランス302においては、1次側の1次コイルL10の両端の電圧の変化に応じて、2次側の2次コイルL11に電圧が発生し、1次コイルL10の電圧の変化に応じて、1次側の補助コイルL12の電圧が発生する。
また、1次コイルL10の一端には、NMOSトランジスタ303のドレインが接続されているため、NMOSトランジスタ303のスイッチングが開始されると、2次コイルL11と、補助コイルL12の夫々の電圧が変化することとなる。なお、1次コイルL10と、2次コイルL11とは、逆極性で電磁結合されており、2次コイルL11と、補助コイルL12とは、同極性で電磁結合されている。
制御ブロック304は、NMOSトランジスタ303のスイッチングを制御するための回路ブロックであり、詳細は後述する。
ダイオード305は、2次コイルL11の電圧を整流し、コンデンサ306は、整流された電圧を平滑化する。この結果、コンデンサ306には、平滑化された出力電圧Vout2が生成される。なお、出力電圧Vout2は、目的レベルV2(第2レベル)の直流電圧(例えば、15V)となる。
定電圧回路307は、一定の直流電圧を生成する回路であり、例えば、シャントレギュレータを用いて構成される。
発光ダイオード308は、出力電圧Vout2と、定電圧回路307の出力との差に応じた強度の光を発光する素子であり、後述するフォトトランジスタ530とともに、フォトカプラを構成する。本実施形態では、出力電圧Vout2のレベルが高くなると、発光ダイオード308からの光の強度は強くなる。
<<<制御ブロック304>>>
制御ブロック304は、スイッチング制御IC10、コンデンサ500、ダイオード501,510、抵抗502,511,520、ツェナーダイオード521、及びフォトトランジスタ530を含む。
スイッチング制御IC10は、図1で説明した、NMOSトランジスタ303のスイッチングを制御する集積回路である。
端子VCCには、一端が接地されたコンデンサ500の他端と、ダイオード501のカソードと、ダイオード510のカソードと、が接続されている。このため、コンデンサ500は、ダイオード501からの電流と、ダイオード510からの電流により充電される。そして、コンデンサ500の充電電圧Vx2が、スイッチング制御IC10を動作させる電源電圧Vccとなる。なお、ダイオード510からの電流は、スイッチング制御IC10が起動した後に発生するため、ダイオード501からの電流により発生する充電電圧Vx2に基づいて、スイッチング制御IC10は起動する。
端子ZCDと、補助コイルL12との間には、抵抗511が接続されている。このため、補助コイルL12で発生する電圧Vz2が、電圧Vzcdとして端子ZCDに印加される。また、上述のように、補助コイルL12は、1次コイルL10と逆極性の電圧を発生させる。このため、1次コイルL10に流れるインダクタ電流IL2が減少している際には、補助コイルL12は、正の電圧Vz2を発生させ、1次コイルL10に流れるインダクタ電流IL2が増加している際には、補助コイルL12は、負の電圧Vz2を発生させる。
端子Aには、充電電圧Vx2が一端に印加される抵抗520の他端と、ツェナーダイオード521のカソードと、が接続されている。このため、充電電圧Vx2が十分高くなると、端子Aに印加される電圧Vaは、ツェナーダイオード521の降伏電圧Vz0(例えば、5.1V)になる。
端子Bは、出力電圧Vout2のレベルと、目的レベルV2との誤差を示す誤差電圧が発生する端子であり、フォトトランジスタ530が接続される。フォトトランジスタ530は、発光ダイオード308からの光の強度に応じた大きさのバイアス電流Ibを、端子Bから接地へと流す。このため、フォトトランジスタ530は、シンク電流を生成するトランジスタとして動作する。なお、端子Bと、接地との間には、ノイズを除去するためのコンデンサ等の素子が設けられても良い。
端子OUTは、NMOSトランジスタ303のゲートが接続されるため、NMOSトランジスタ303は、駆動信号Vdr2によりスイッチングされる。
==絶縁型の電源回路の動作==
図8は、電源回路21の起動時の動作を説明するための図である。なお、ここでは、電源電圧Vccは、電圧Vx2となる。
まず、時刻t20において電源回路21に交流電圧Vacが供給され、電圧Vrec2が生じると、コンデンサ500は、ダイオード501を介して充電される。この結果、コンデンサ500の充電電圧Vx2は上昇し、結果的に端子VCCの電源電圧Vcc(=Vx2)も上昇する。
また、電源電圧Vcc(=Vx2)が高くなると、電圧Vaも上昇し、時刻t21に電圧Vaが、コンパレータ50の基準電圧Vref1より高くなる。この結果、コンパレータ50の信号Vc1は“H”レベルに変化する。なお、本実施形態では、電源回路21の起動時に、電圧Vaが基準電圧Vref1より高くなるよう、抵抗520の抵抗値、ツェナーダイオード521の降伏電圧Vz0が選択されている。
また、電源電圧Vccが更に上昇し、時刻t22に電圧Vaが降伏電圧Vz0より高くなると、電圧Vaは、降伏電圧Vz0でクランプされる。なお、本実施形態では、降伏電圧Vz0(例えば、5.4V)は、基準電圧Vref1より高い電圧としているため、ツェナーダイオード521がオンすると、必ず電圧Vaは、基準電圧Vref1より高くなる。
そして、時刻t23において、電源電圧Vcc(=Vx2)が上昇し、所定レベルVt1となると、電圧検出回路31は、信号UVLOを“L”レベルに変化させる。この結果、Dフリップフロップ51のリセットは解除される。
また、時刻t24において、電源電圧Vcc(=Vx2)が更に上昇し、所定レベルVt2となると、電圧検出回路32は、信号ENBを“L”レベルに変化させる。信号ENBが“L”レベルになると、Dフリップフロップ51は、コンパレータ50からの“H”レベルの比較結果を保持するため、信号S1のレベルは、“H”レベルに変化する。
この結果、図1のスイッチング制御IC10では、誤差増幅回路43と、誤差電圧出力回路44のうち、図9に示すように、誤差電圧出力回路44のみが動作することになる。なお、誤差増幅回路43の出力はハイインピーダンス状態となるため、端子Bの電圧Vbに、誤差増幅回路43の出力が影響を及ぼすことはない。
また、時刻t24に信号ENBが“L”レベルになると、誤差電圧出力回路44のスイッチ61がオンとなるため、抵抗60の誤差電圧Ve2は、Ve2=Vdd−R×Ibとなる。なお、ここでは、抵抗60の抵抗値を“R”とし、フォトトランジスタ530のバイアス電流Ibの電流値を“Ib”としている。また、スイッチ61のオン抵抗値は十分小さいため、端子Bの電圧Vbは、誤差電圧Ve2となる。
図10は、電源回路21が起動した後の動作を説明するための図である。なお、電源回路21の起動のタイミングは、例えば、時刻t24に信号ENBが“L”レベルとなり、スイッチング制御IC10の各回路の動作が開始するタイミングである。
まず、時刻t30にパルス信号Vpが出力されると、駆動信号Vdr2が“H”レベルになり、NMOSトランジスタ303はオンする。この結果、インダクタ電流IL2は増加する。また、パルス信号Vpが出力されると、発振回路42からのランプ波Vrの振幅が増加する。NMOSトランジスタ303はオンした時、2次コイルL11は逆極性で電磁結合されているため、ダイオード305はオフとなり、トランス302にエネルギーが蓄えられる。
そして、時刻t31に、ランプ波Vrの振幅レベルが電圧Vb(=Ve2)のレベルより高くなると、コンパレータ45は、信号Vc3を“H”レベルに変化させる。この結果、SRフリップフロップ70はリセットされ、信号Vdr2も“L”レベルとなる。
信号Vdr2がLレベルとなると、NMOSトランジスタ303はオフする。すると、インダクタ電流IL2は急激に減少し、一端が接地された補助コイルL12の他端の電圧Vz2は正となる。また、トランス302に蓄えられたエネルギーが2次コイルL11からダイオード305を通じて出力される。この結果、電圧Vzcd(=Vz2)は、基準電圧Vref2より高くなるため、コンパレータ40から信号Vc2は“H”レベルになる。
そして、時刻t32に2次コイルL11のインダクタ電流IL3がほぼゼロとなると、主コイルL10に磁気結合された補助コイルL12の電圧Vz2は急激に低下する。この結果、時刻t33に、電圧Vzcd(=Vz2)は、基準電圧Vref2より低くなり、コンパレータ40の信号Vc2は“L”レベルになる。
信号Vc2が“L”レベルになると、パルス信号Vpが出力され、NMOSトランジスタ303はオンする。そして、時刻t33以降、時刻t30〜t33までの動作が繰り返される。なお、インダクタ電流IL3がほぼゼロになるタイミングは、インダクタ電流IL2の電流値に応じて変化する。このため、スイッチング制御IC10は、インダクタ電流IL2に基づいて、NMOSトランジスタ303をオンすることになる。
==フィードバック制御==
ここで、負荷11が軽負荷となると、出力電圧Vout2は目的レベルV2より上昇する。この際、定電圧回路307のシャントレギュレータ(不図示)に流れる電流が増加するため、発光ダイオード308の電流も増加する。そして、フォトトランジスタ530が、発光ダイオード308からの光の増幅度に応じて、バイアス電流Ibを増加させるため、誤差電圧Ve2(=Vb)は低下する。この結果、NMOSトランジスタ303がオンする期間は短くなるため、出力電圧Vout2は低下する。
一方、出力電圧Vout2が目的レベルV2から低くなると、上述とは逆に発光ダイオード308の電流は減少する。この結果、バイアス電流Ibは減少し、誤差電圧Ve2(=Vb)は上昇する。したがって、NMOSトランジスタ303がオンする期間は長くなり、出力電圧Vout2は上昇する。このように、電源回路21においては、出力電圧Vout2は、目的レベルV2になるよう、フィードバック制御されている。したがって、スイッチング制御IC10は、絶縁型の電源回路21に所望の動作をさせることができる。
===電源回路にソフトスタートをさせるスイッチング制御IC===
<<<スイッチング制御IC12の構成>>>
図11は、絶縁型の電源回路が起動される際に、電源回路をソフトスタートさせるスイッチング制御IC12の一例を示す図である。ここで、「ソフトスタート」とは、電源回路が起動される際に、スイッチングされるトランジスタに大きな電流が流れることを抑制することをいう。また、本実施形態では、「スイッチング制御ICが起動する」とは、例えば、スイッチング制御ICの信号ENBが“L”レベルとなり、スイッチング制御IC10の各回路の動作が開始することをいう。
スイッチング制御IC12は、図1のスイッチング制御IC10に対し、ターンオンタイマ600、OR回路601、電圧出力回路602を加え、コンパレータ45の代わりのコンパレータ603を含む回路である。なお、本実施形態では、共通の回路、素子には共通の符号が付されており、便宜上、例えば、一部の回路や素子(例えば、端子VCC、電源回路30、電圧検出回路31,32)を省略して説明する。このため、ここでは、スイッチング制御IC10に含まれない回路を中心に説明する。
ターンオンタイマ600は、電源回路の起動時や、交流電圧Vacが遮断され、パルス回路41からのパルス信号Vp1が出力されない場合に、スイッチングトランジスタをオンするためのパルス信号Vp2を出力する。具体的には、パルス信号Vp1が所定期間出力されない場合、ターンオンタイマ600は、“H”レベルのパルス信号Vp2を所定周期毎に出力する。
OR回路601は、パルス信号Vp1,Vp2の何れかが“H”レベルになると、スイッチングトランジスタをオンするためのパルス信号Vp3を出力する。
電圧出力回路602は、スイッチング制御IC12が絶縁型の電源回路に用いられると判定されたことを示す“H”レベルの信号S1が入力されると、レベルが徐々に上昇する電圧Voを出力する。図12は、電圧出力回路602の一実施形態である電圧出力回路602aの一例を示す図である。電圧出力回路602aは、クロック生成回路700、チャージポンプ701を含んで構成される。なお、電圧出力回路602が出力する電圧Voは、「第1電圧」に相当する。
クロック生成回路700は、所定周波数のクロック信号CLKを出力し、チャージポンプ701は、“H”レベルの信号S1が入力されると、クロック信号CLKに基づいて、電圧Voを生成する。具体的には、チャージポンプ701は、信号S1が“H”レベルになると、電圧Voを、0Vから所定の電圧(例えば、電源電圧Vdd)まで、徐々に上昇させる。
コンパレータ603は、2つの反転入力に印加された電圧のうち何れか低い電圧と、非反転入力に印加された電圧との比較結果を出力する、いわゆる3入力のコンパレータである。したがって、コンパレータ603は、電圧Vb,Voのうち低い電圧と、ランプ波Vrとの大小を比較し、比較結果を信号Vc4として出力する。なお、詳細は後述するが、電圧Vbが生成される端子Bには、例えば、フォトトランジスタ530、コンデンサ531が接続される。
なお、詳細は後述するが、電圧出力回路602は、スイッチング制御IC12が絶縁型の電源回路に用いられた際にのみ動作する。このため、電圧Vbが生成される端子Bには、例えば、フォトトランジスタ530、コンデンサ531が接続されることとして説明する。
図13は、スイッチング制御IC12が絶縁型の電源回路22に用いられた場合の構成の一例を示す図である。電源回路22は、電源回路21と同様に商用電源の交流電圧Vacから目的レベルV2(例えば、15V)の出力電圧Vout2を負荷11に生成するフライバック方式のAC−DCコンバータである。電源回路22は、電源回路21に含まれる素子等に加え、スイッチング制御IC12の端子Bに接続されるコンデンサ531と、1次コイルL10の電流を還流させるダイオード550、コンデンサ551、及び抵抗552を含んで構成される。
コンデンサ531は、スイッチング制御IC12がソフトスタート動作をする際に用いられるとともに、端子Bに発生するノイズを除去するコンデンサである。
ダイオード550は、NMOSトランジスタ303がオフの際、1次コイルL10の電流を還流させるダイオード550である。ダイオード550のカソードには、コンデンサ551と、抵抗552とが接続されている。このため、ダイオード550がオンすると、コンデンサ551、抵抗552の夫々のインピーダンスに応じた電流が、1次コイルL10へと還流される。
図14は、スイッチング制御IC12を用いる電源回路22の起動時の波形の一例を示す図である。ここで、図14の時刻t50は、例えば、電源電圧Vcc(=Vx2)が所定レベルVt2まで上昇したタイミング(図8の時刻t24)でこととする。なお、図8では、便宜上、信号S1が“H”レベルになる時刻t24において、端子Bの電圧Vbは、直ちにVdd−R×Ibまで低下することとしたが、実際の電圧Vbは、例えば図14で示すよう、徐々に低下する。
まず、時刻t50において、スイッチング制御IC12の信号ENBが“L”レベルとなり、スイッチング制御IC10が起動すると、スイッチング制御IC10の各回路が動作を開始する。そして、図11の判定回路33が“H”レベルの信号S1を出力すると、誤差電圧出力回路44のスイッチ61はオンとなる。ただし、このタイミングにおいては、電源回路22の2次側に電力が送られていないため、出力電圧Vout2は0Vである。したがって、フォトトランジスタ530のバイアス電流Ibはゼロであるため、電圧Vbのレベルは、電源電圧Vddとなる。また、時刻t50に信号S1が“H”レベルになると、電圧出力回路602は、電圧Voを0Vから上昇させる。
そして、時刻t51になると、ターンオンタイマ600は、“H”レベルのパルス信号Vp2を出力するため、パルス信号Vp3も“H”レベルとなる。この結果、駆動信号Vdr2は“H”レベルとなり、NMOSトランジスタ303はオンする。また、発振回路42は、“H”レベルのパルス信号Vp3が入力する毎に、振幅が徐々に大きくなるランプ波Vrを出力するため、時刻t51のタイミングで、ランプ波Vrの振幅は大きくなる。
時刻t52に、ランプ波Vrが、電圧Vb(ここでは、電圧Vo)より大きくなると、コンパレータ603は、“H”レベルの信号Vc4を出力するため、駆動信号Vdr2は、“L”レベルとなり、NMOSトランジスタ303はオフする。
また、時刻t53になると、ターンオンタイマ600は、“H”レベルのパルス信号Vp2を出力する。この結果、駆動信号Vdr2は、“H”レベルに変化するとともに、NMOSトランジスタ303はオンする。また、このタイミングにおいて、ランプ波Vrの振幅は徐々に増加し、時刻t54となると、コンパレータ603は、“H”レベルの信号Vc4を出力するため、駆動信号Vdr2は、“L”レベルとなる。ここで、電圧出力回路602は、時刻t50から電圧Voのレベルを、徐々に上昇させているため、NMOSトランジスタ303がオンする期間T1も徐々に長くなる。したがって、電源回路22は、ソフトスタートされることになる。
また、NMOSトランジスタ303がスイッチングされ、電源回路22の2次側に電力が供給されると、出力電圧Vout2のレベルは徐々に高くなる。出力電圧Vout2のレベルが高くなると、発光ダイオード308からの光の強度も強くなるため、端子Bを介して流れるバイアス電流Ibも増加する。この結果、例えば、信号ENBが“L”レベルとなり、NMOSトランジスタ303スイッチングが開始されると、誤差電圧Ve2(=Vdd−R×Ib)は低下する。そして、誤差電圧Ve2が、電圧Voより低くなる時刻55以降、コンパレータ603は、誤差電圧Ve2と、ランプ波Vrとの大小を比較し、駆動信号Vdr2を“L”レベルに変化させることになる。
時刻t55以降、例えば、スイッチング制御IC12は、上述した図10の動作を行うため、出力電圧Vout2は、目的レベルV2になるよう制御される。したがって、スイッチング制御IC12は、絶縁型の電源回路22に通常の動作をさせることができる。このように、スイッチング制御IC12は、スイッチング制御IC12が起動された時刻t50から、時刻t55までの期間において、徐々にNMOSトランジスタ303がオンする期間T1を長くすることができる。したがって、時刻t50〜55までの所定期間は、いわゆるソフトスタート期間Tsとなる。
なお、本実施形態において、ソフトスタート期間Ts以降において、NMOSトランジスタ303がオンする期間T2(第2期間)は、ソフトスタート期間Tsにおいて、NMOSトランジスタ303がオンする期間T1(第1期間)より長い。このため、本実施形態では、電源回路22が起動する際、NMOSトランジスタ303に大きな電流が流れることを確実に防ぐことができる。
また、本実施形態のチャージポンプ701は、例えば、“L”レベルの信号S1が入力されると、電源電圧Vddのレベルの電圧Voを出力するよう、設計されている。このため、スイッチング制御IC12が、非絶縁型の電源回路に用いられる場合、コンパレータ603は、誤差増幅回路43と、ランプ波Vrとの電圧を比較することになるため、コンパレータ603は、電圧出力回路602aの影響を受けることはない。
==電圧出力回路の他の実施形態==
図15は、離散的に変化する電圧Voを出力する電圧出力回路602bの構成の一例を示す図である。電圧出力回路602bは、カウンタ702、及びDAC(Digital to Analog Converter)703を含んで構成される。
カウンタ702は、ソフトスタート期間Tsにおいて、カウント値CNTを、所定間隔で“1”だけインクリメントする回路である。具体的には、カウンタ702は、“H”レベルの信号S1が入力されると、ソフトスタート期間Ts(例えば、数ms〜10msの期間)において、カウント値CNTを、“0”から“7”まで変化させる。なお、カウンタ702は、例えば、信号ENBが“L”レベルになるとリセットが解除される。
DAC703は、カウント値CNTの増加に応じてレベルが上昇する電圧Voを出力する回路である。例えば、DAC703は、カウント値CNTが“0”の場合、“0”Vの電圧Voを出力する。そして、カウント値が“1”インクリメントすると、“Vdd/7”だけ電圧Voを増加させる。この結果、DAC703は、カウント値CNTが“7”となると、電圧Voを、電源電圧Vddまで上昇させることになる。したがって、このような電圧出力回路602bを用いる場合であっても、電源回路をソフトスタートさせることができる。
なお、DAC703は、“L”レベルの信号S1が入力されると、カウント値CNTに関わらず、電源電圧Vddのレベルの電圧Voを、出力するよう、設計されている。このため、電圧出力回路602bを用いるスイッチング制御IC12が、非絶縁型の電源回路に用いられる場合、コンパレータ603は、電圧出力回路602bの影響を受けることはない。
図16は、電圧出力回路602cの構成の一例を示す図である。電圧出力回路602cは、放電回路704、スイッチ706,709、電流源705、コンデンサ707、及び抵抗708を含んで構成される。
放電回路704は、信号ENBが“H”レベルの時にコンデンサ707の放電動作を行い、信号ENBが“L”レベルとなると放電動作をやめる。電流源705は、“H”レベルの信号S1が入力されてスイッチ706がオンとなると、所定の電流で、コンデンサ707を充電する。ここでは、電流源705の電流と、コンデンサ707の容量とで定まる電圧Voは、例えば、ソフトスタート期間Tsで、0Vから、ほぼ電源電圧Vddまで上昇するよう、定められる。したがって、このような電圧出力回路602cを、電圧出力回路602aの代わりに用いる場合であって、スイッチング制御IC12は、電源回路をソフトスタートさせることができる。なお、スイッチ706は、“L”レベルの信号S1が入力されると、オフする。
スイッチ709は、“L”レベルの信号S1が入力されるとオンするため、コンデンサ707の電圧Voは、抵抗708を介して電源電圧Vddにプルアップされる。このため、電圧出力回路602cを用いるスイッチング制御IC12が、非絶縁型の電源回路に用いられる場合、コンパレータ603は、電圧出力回路602cの影響を受けることはない。
なお、スイッチング制御IC12において、コンパレータ40、パルス回路41、ターンオンタイマ600、及びOR回路601は、「第1タイミング信号出力回路」に相当し、コンパレータ603は、「第2タイミング信号出力回路」に相当する。
<<<スイッチング制御IC13の構成>>>
図17は、絶縁型の電源回路をソフトスタートさせるスイッチング制御IC13の一例を示す図である。スイッチング制御IC13は、図1のスイッチング制御IC10に対し、ターンオンタイマ600、OR回路601、タイマ610、インバータ611、AND回路612、及び充電回路613を加えた回路である。ターンオンタイマ600等は上述している回路と同じであるため、ここでは、タイマ610等について説明する。
タイマ610は、スイッチング制御IC13が絶縁型の電源回路に用いられることを示す“H”レベルの信号S1が入力されると、ソフトスタート期間Tsの計時を開始する。そして、タイマ610は、“H”レベルの信号S1が入力されてから、ソフトスタート期間Tsを計時すると、タイマ610の出力を、“L”レベルから“H”へと変化させる。なお、タイマ610は、スイッチング制御IC13が絶縁型の電源回路に用いられることを示す“L”レベルの信号S1が入力されると、“L”レベルの信号を出力する。
インバータ611は、タイマ610の出力の論理レベルを反転し、AND回路612は、信号S1と、インバータ611の出力との論理積を演算し、充電回路613に出力する。本実施形態におけるAND回路612は、信号S1が“H”レベルとなり、ソフトスタート期間Tsが経過するまでは、“H”レベルの信号を出力し、ソフトスタート期間Tsが経過すると、“L”レベルの信号を出力する。
充電回路613は、AND回路612から“H”レベルの信号が出力されている期間において、端子Bに接続された素子(例えば、コンデンサ531)を充電する回路であり、所定の電流を生成する電流源720、及びスイッチ721を含んで構成される。
スイッチ721は、AND回路612からの入力される信号が“H”レベルとなるとオンし、“L”レベルとなるとオフする。このため、本実施形態では、信号S1が“H”レベルとなり、ソフトスタート期間Tsが経過するまでは、充電回路613が動作し、ソフトスタート期間Tsが経過すると、誤差電圧出力回路44が動作する。
このようなスイッチング制御IC13が、図13の電源回路22に用いられた場合、信号S1が“H”レベルとなり、ソフトスタート期間Tsが経過するまでは、電流源720の電流でコンデンサ531が充電されるため、電圧Vbは徐々に高くなる。したがって、この期間において、コンパレータ45は、徐々に高くなる電圧Vbと、ランプ波Vrとの大小を比較することになるため、NMOSトランジスタ303がオンされる期間は徐々に長くなる。
そして、ソフトスタート期間Tsが経過すると、電圧Vbは、誤差電圧Ve2となるため、コンパレータ45は、誤差電圧Ve2で定まる電圧Vbと、ランプ波Vrとの大小を比較する。したがって、例えば、スイッチング制御IC13は、上述した図10の動作を行うため、出力電圧Vout2は、目的レベルV2になるよう制御される。
なお、スイッチング制御IC13において、コンパレータ40、パルス回路41、ターンオンタイマ600、及びOR回路601は、「第1タイミング信号出力回路」に相当する。また、タイマ610、インバータ611、AND回路612、及び充電回路613は、「電圧出力回路」に相当し、コンパレータ45は、「第2タイミング信号出力回路」に相当する。
<<<スイッチング制御IC14の構成>>>
図18は、絶縁型の電源回路をソフトスタートさせるスイッチング制御IC14の一例を示す図である。スイッチング制御IC14は、図1のスイッチング制御IC10に対し、ターンオンタイマ600、OR回路601、タイマ610、及び制御回路620を加えた回路である。ターンオンタイマ600等は上述している回路と同じであるため、ここでは、制御回路620について説明する。
制御回路620は、スイッチング制御IC14が絶縁型の電源回路に用いられる場合、誤差増幅回路43をソフトスタート期間Tsだけ、定電流源として動作させる回路である。具体的には、制御回路620は、信号S1と、タイマ610の出力とに基づいて、トランスコンダクタンスアンプである誤差増幅回路43を制御する。例えば、信号S1が“H”レベルである場合、制御回路620は、信号S1が“H”レベルとなってからソフトスタート期間Tsが経過するまで、誤差増幅回路43に所定の電流を出力せる。そして、制御回路620は、信号S1が“H”レベルとなってからソフトスタート期間Tsが経過すると、誤差増幅回路43の出力をハイインピーダンス状態とする。一方、制御回路620は、信号S1が“L”レベルである場合、誤差増幅回路43に誤差電圧Ve1を出力させる。
このような制御回路620を用いることにより、誤差増幅回路43は、ソフトスタート期間Tsにおいて、電圧Vbを徐々に高くすることができる。この期間において、コンパレータ45は、徐々に高くなる電圧Vbと、ランプ波Vrとの大小を比較することになるため、電源回路22は、起動時にソフトスタートすることになる。
なお、スイッチング制御IC14において、コンパレータ40、パルス回路41、ターンオンタイマ600、及びOR回路601は、「第1タイミング信号出力回路」に相当する。また、タイマ610、制御回路620、及び誤差増幅回路43は、「電圧出力回路」に相当し、コンパレータ45は、「第2タイミング信号出力回路」に相当する。
<<<スイッチング制御IC15の構成>>>
図19は、絶縁型の電源回路をソフトスタートさせるスイッチング制御IC15の一例を示す図である。スイッチング制御IC15は、図1のスイッチング制御IC10に対し、ターンオンタイマ600、OR回路601、タイマ630、及び発振回路631を加えた回路である。ターンオンタイマ600、及びOR回路601は上述した回路と同じであるため、ここでは、タイマ630、及び発振回路631を中心に説明する。
タイマ630は、信号S1が“H”レベルであり、スイッチング制御IC15が絶縁型の電源回路に用いられる場合、ソフトスタート期間Tsの計時を開始する。発振回路631は、信号S1が“H”レベルである場合、パルス信号Vp3が入力される毎に、タイマ630の出力に応じた傾きを有するランプ波Vrを出力する。具体的には、発振回路631は、ソフトスタート期間Tsにおいて、傾きが徐々に緩やかになる(または、小さくなる)三角波状のランプ波Vrを出力する。そして、発振回路631は、信号S1が“H”レベルとなってから、ソフトスタート期間Tsが経過すると、ランプ波Vrの傾きを緩やかにすることを停止し、所定の傾きのランプ波Vrを出力する。
一方、発振回路631は、信号S1が“L”レベルであり、スイッチング制御IC15が非絶縁型の電源回路に用いられる場合、タイマ630の出力に関わらず、パルス信号Vp3が入力される毎に、所定のランプ波Vrを出力する。ところで、駆動回路46は、ランプ波Vrが電圧Vbより大きくなると、スイッチングトランジスタ(例えば、NMOS303)をオフする。したがって、発振回路631からのランプ波Vrの傾きが緩やかになると、スイッチングトランジスタがオンとなる期間は徐々に長くなる。したがって、このようは発振回路631を用いることにより、スイッチング制御IC15は、絶縁型の電源回路をソフトスタートさせることができる。
なお、スイッチング制御IC15において、コンパレータ40、パルス回路41、ターンオンタイマ600、及びOR回路601は、「第1タイミング信号出力回路」に相当し、コンパレータ45は、「第2タイミング信号出力回路」に相当する。
<<<スイッチング制御IC16の構成>>>
図20は、非絶縁型の電源回路をソフトスタートさせるスイッチング制御IC16の一例を示す図である。スイッチング制御IC16は、図1のスイッチング制御IC10に対し、ターンオンタイマ600、OR回路601、及び放電回路650を加えた回路である。ターンオンタイマ600、及びOR回路601は上述した回路と同じであるため、ここでは、放電回路650を説明する。なお、ここでは、スイッチング制御IC16は、例えば、図3に示す電源回路20に用いられることとする。
放電回路650は、スイッチング制御IC16が起動し、例えば非絶縁型の電源回路に用いられることを示す“L”レベルの信号S1が入力されると、端子Bに接続された、コンデンサ132,133を一定時間だけ放電する。これにより、電圧Vbは、0Vまで低下することになる。
その後、誤差増幅回路43が、コンデンサ132,133を充電すると、電圧Vbは、0Vから徐々に高くなるため、スイッチングトランジスタであるNMOSトランジスタ108がオンとなる期間も徐々に長くなる。したがって、このような構成を用いることにより、スイッチング制御IC16は、非絶縁型の電源回路20をソフトスタートさせることができる。
===マスク回路を含むスイッチング制御IC===
<<<スイッチング制御IC17の構成>>>
例えば、図3、図7の電源回路20,21において、スイッチングトランジスタがオフされ、トランス103,302に流れる電流が変化すると、端子ZCDにノイズが発生することがある。このような場合、図1のスイッチング制御IC10のコンパレータ40は、端子ZCDのノイズにより、信号Vc2を“H”レベルに変化させてしまうことがある。そして、ノイズにより、信号Vc2が“H”レベルとなると、スイッチング制御IC10は、スイッチングトランジスタを誤ったタイミングでオンしてしまうことになる。なお、ここでスイッチングトランジスタとは、例えば、NMOSトランジスタ108,303である。
図21は、スイッチングトランジスタを正確なタイミングでオンできるスイッチング制御IC17の一例を示す図である。スイッチング制御回路IC17は、図1のスイッチング制御IC10に加え、マスク回路660を含んで構成される。
マスク回路660は、スイッチングトランジスタがオフしてから、電源回路の構成に応じた所定期間、コンパレータ40の信号Vc2をマスクして出力する回路である。具体的には、マスク回路660は、スイッチング制御IC17が非絶縁型の電源回路に用いられる場合、信号Vcを、マスク期間Tm1だけマスクし、スイッチング制御IC17が絶縁型の電源回路に用いられる場合、信号Vcを、マスク期間Tm2(>Tm1)だけマスクする。
マスク回路660は、図22に示すよう、期間設定回路750、及び論理回路751を含んで構成される。期間設定回路750は、信号S1に応じたマスク期間を設定するための回路であり、NMOSトランジスタ800、スイッチ801、コンデンサ802,803、及び電流源804を含んで構成される。
NMOSトランジスタ800は、駆動回路46に含まれるSRフリップフロップ70のQ出力が“H”レベルとなると、オンし、Q出力が“L”レベルとなると、オフする。スイッチ801は、スイッチング制御IC17が絶縁型の電源回路に用いられることを示す“H”レベルの信号S1が入力されると、オンし、スイッチング制御IC17が非絶縁型の電源回路に用いられることを示す“L”レベルの信号S1が入力されると、オフする。
したがって、コンデンサ802と、電流源804とが接続されたノードの電圧Vcapは、NMOSトランジスタ800がオフされる間、上昇する。本実施形態では、スイッチ801がオフしている状態で、SRフリップフロップ70のQ出力が“L”レベルとなってから、電圧Vcapが、“H”レベルとなる期間を、「マスク期間Tm1(第1マスク期間)」とする。また、スイッチ801がオンしている状態で、SRフリップフロップ70のQ出力が“L”レベルとなってから、電圧Vcapが、“H”レベルとなる期間を、「マスク期間Tm2(第2マスク期間)」とする。なお、スイッチ801がオンしている状態のマスク期間Tm2は、マスク期間Tm1より長くなる。
論理回路751は、信号Vc2を、マスク期間Tm1,Tm2だけマスクする回路であり、インバータ810、AND回路811,812を含んで構成される。ここで、SRフリップフロップ70のQ出力が“L”レベルである場合、インバータ810の出力は“H”レベルとなる。したがって、AND回路811は、スイッチングトランジスタがオフされたから、電圧Vcapが“H”レベルとなるまで、“L”レベルの信号Vmを出力する。したがってこの間、AND回路812は、信号Vcのレベルに関わらず、“L”レベルの信号Vmaskを出力する。一方、電圧Vcapが“H”レベルとなると、信号Vmも“H”レベルとなるため、AND回路812は、信号Vc2と同じ論理レベルの信号Vmaskを出力することができる。
<<<スイッチング制御IC17の動作>>>
==スイッチング制御IC17が非絶縁型の電源回路に用いられる場合==
図23は、スイッチング制御IC17が、図3の非絶縁型の電源回路20に用いられた際の動作を説明するための図である。なお、非絶縁型の電源回路に用いられるスイッチング制御IC17の基本的な回路の動作は図6で説明しているため、ここでは、マスク回路660に関連する回路の動作を中心に説明する。
時刻t70において、パルス回路41が“H”レベルのパルス信号Vpを出力すると、SRフリップフロップ70のQ出力は“H”レベルになるため、図3のNMOSトランジスタ108はオンする。この結果、NMOSトランジスタ108のドレイン−ソース間の電圧Vds1は、ほぼゼロとなる。また、このタイミングにおいて、電圧Vzcd(=Vz1)は、基準電圧Vref2より低いため、コンパレータ40からは、“H”レベルの信号Vc2が出力される。
ただし、時刻t70においては、SRフリップフロップ70のQ出力は“H”レベルであるため、図22のマスク回路660のNMOSトランジスタ800はオンする。したがって、マスク回路660の信号Vmと、信号Vmaskは、ともに“L”レベルとなる。
時刻t71に、コンパレータ45からの信号Vc3に基づいて、SRフリップフロップ70のQ出力が“L”レベルになると、NMOSトランジスタ108はオフする。この結果、電圧Vds1、及び電圧Vzcdは“H”レベルに変化する。ところで、NMOSトランジスタ108がオフすると、ダイオード107がオンし、NMOSトランジスタ108に流れる電流は急激に小さくなる。この結果、電圧Vds及び電圧Vzcdには、リンギングノイズが発生する。
そして、電圧Vzcdにリンギングノイズが発生し、電圧Vzcdが、基準電圧Vref2より低くなると、信号Vc2は“H”レベルに変化してしまう。しかしながら、時刻t71にNMOSトランジスタ108がオフされてから、マスク期間Tm1が経過する時刻t72までは、信号Vmは“L”レベルである。したがって、時刻t71〜t72の間において、信号Vc2はマスクされ、マスク回路660からは、“L”レベルの信号Vmaskが出力され続ける。なお、時刻t71から、マスク期間Tm1だけ経過した時刻t72になると、信号Vmは“H”レベルとなる。
そして、時刻t73にインダクタ電流IL1がほぼゼロとなると、主コイルL1に磁気結合された補助コイルL2の電圧Vz1は急激に低下する。この結果、時刻t73に、電圧Vzcdは、基準電圧Vref2より低くなり、コンパレータ40からの信号Vc2は“H”レベルになる。このタイミングにおいて、信号Vmは、“H”レベルであるため、信号Vmaskも“H”レベルとなる。この結果、時刻t74において、パルス回路41が“H”レベルのパルス信号Vpを出力するため、NMOSトランジスタ108はオンされる。以降、時刻t70〜t74までの動作が繰り返される。
このように、本実施形態のマスク回路660は、NMOSトランジスタ108がオフした時刻t71から、マスク期間Tm1が経過する時刻t72までの間に、信号Vc2をマスクすることができる。したがって、スイッチング制御IC17は、リンギングノイズに関わらず、所望のタイミングでNMOSトランジスタ108をオンすることができる。
==スイッチング制御IC17が絶縁型の電源回路に用いられる場合==
図24は、スイッチング制御IC17が、図13の絶縁型の電源回路22に用いられた際の動作を説明するための図である。なお、絶縁型の電源回路に用いられるスイッチング制御IC17の基本的な回路の動作は図10で説明しているため、ここでは、マスク回路660に関連する回路の動作を中心に説明する。
時刻t80において、パルス回路41が“H”レベルのパルス信号Vpを出力すると、SRフリップフロップ70のQ出力は“H”レベルになるため、図13のNMOSトランジスタ303はオンする。この結果、NMOSトランジスタ303のドレイン−ソース間の電圧Vds2は、ほぼゼロとなる。また、このタイミングにおいて、電圧Vzcd(=Vz2)は、基準電圧Vref2より低いため、コンパレータ40からは、“H”レベルの信号Vc2が出力される。
ただし、時刻t80においては、SRフリップフロップ70のQ出力は“H”レベルであるため、図22のマスク回路660のNMOSトランジスタ800はオンする。したがって、マスク回路660の信号Vmと、信号Vmaskは、ともに“L”レベルとなる。
時刻t81に、SRフリップフロップ70のQ出力が“L”レベルになると、NMOSトランジスタ303はオフする。この結果、電圧Vds2、及び電圧Vzcdは“H”レベルに変化する。ところで、NMOSトランジスタ303がオフすると、1次コイルL10のエネルギーは、2次側の2次コイルL11に送られるとともに、ダイオード550、コンデンサ551、及び抵抗552を介して還流する。この結果、絶縁型の電源回路22において、NMOSトランジスタ303がオフすると、NMOSトランジスタ303に流れる電流は急激に小さくなる。また、本実施形態におういては、図13のNMOSトランジスタ303のオフ時の電流の変化は、図3のNMOSトランジスタ108のオフ時の電流の変化より大きくなる。この結果、電圧Vds2及び電圧Vzcdには、非常に大きなリンギングノイズが発生する。
そして、電圧Vzcdにリンギングノイズが発生し、電圧Vzcdが、基準電圧Vref2より低くなると、信号Vc2は“H”レベルに変化してしまう。しかしながら、時刻t81にNMOSトランジスタ303がオフされてから、マスク期間Tm2が経過する時刻t82までは、信号Vmは“L”レベルである。したがって、時刻t81〜t82の間において、信号Vc2はマスクされ、マスク回路660からは、“L”レベルの信号Vmaskが出力され続ける。なお、時刻t81から、マスク期間Tm2だけ経過した時刻t82になると、信号Vmは“H”レベルとなる。
そして、時刻t83に補助コイルL12に流れる電流がゼロとなると、補助コイルL12の電圧Vz2は急激に低下するこの結果、時刻t83に、電圧Vzcdは、基準電圧Vref2より低くなり、コンパレータ40からの信号Vc2は“H”レベルになる。このタイミングにおいて、信号Vmは、“H”レベルであるため、信号Vmaskも“H”レベルとなる。この結果、時刻t84において、パルス回路41が“H”レベルのパルス信号Vpを出力するため、NMOSトランジスタ303はオンされる。以降、時刻t80〜t84までの動作が繰り返される。
このように、本実施形態のマスク回路660は、NMOSトランジスタ303がオフした時刻t81から、マスク期間Tm2が経過する時刻t82までの間に、信号Vc2をマスクすることができる。したがって、スイッチング制御IC17は、リンギングノイズに関わらず、所望のタイミングでNMOSトランジスタ303をオンすることができる。
なお、スイッチング制御IC17において、信号Vc2(第1タイミング信号)を出力するコンパレータ40は、「第1タイミング信号出力回路」に相当する。また、信号Vc3(第2タイミング信号)を出力するコンパレータ45は、「第2タイミング信号出力回路」に相当する。また、本実施形態では、例えば、パルス回路41を用いず、マスク回路660の信号Vmaskが直接駆動回路46に入力されても良い。
===まとめ===
以上、本実施形態のスイッチング制御IC10について説明した。スイッチング制御IC10の駆動回路46は、信号S1が“L”レベルの場合、誤差増幅回路43の誤差電圧Ve1に基づいてトランジスタのスイッチングを行い、信号S1が“H”レベルの場合、誤差電圧出力回路44の誤差電圧Ve2に基づいてトランジスタのスイッチング制御を行う。したがって、スイッチング制御IC10は、非絶縁型の電源回路20と、絶縁型の電源回路21との何れにも用いることができる。
また、信号S1が“H”レベルの場合、誤差増幅回路43は、誤差電圧Ve1の出力を停止する。このため、駆動回路46は、誤差電圧Ve1の影響を受けず、トランジスタのスイッチングを行うことができる。なお、本実施形態では、誤差増幅回路43は、出力をハイインピーダンス状態とすることにより、誤差電圧Ve1の出力を停止している。このため、例えば、誤差増幅回路43と、コンパレータ45の反転入力端子との間にスイッチ等(不図示)を設ける必要はない。
また、信号S1が“L”レベルの場合、誤差電圧出力回路44は、誤差電圧Ve2の出力を停止する。このため、駆動回路46は、誤差電圧Ve2の影響を受けず、トランジスタのスイッチングを行うことができる。
また、誤差電圧出力回路44は、フォトトランジスタ530からのバイアス電流Ibを変換して誤差電圧Ve2を生成する抵抗60を含む。抵抗60の抵抗値は自由に選択できるため、バイアス電流Ibから、誤差増幅電圧Ve2を生成する際の変換利得(ゲイン)の調整が容易となる。このため、電源回路21の帰還ループを安定させることができる。
また、スイッチング制御IC10は、例えば、信号S1の代わりに、“H”レベルまたは“L”レベルの信号を記憶するEPROM等のメモリを有し、メモリに記憶された情報に基づいて、誤差電圧Ve1,Ve2を選択させても良い。ただし、このような場合、スイッチング制御IC10が電源回路に利用される前のタイミングで、利用者がメモリの情報を書き込む必要がある。本実施形態のスイッチング制御IC10には、端子Aの電圧Vaに基づいて、スイッチング制御IC10が用いられている電源回路が、非絶縁型か、絶縁型かを判定する判定回路33が設けられている。したがって、スイッチング制御IC10は、利用者が操作等することなく、電源回路が、非絶縁型か、絶縁型かを判定できるため、利用者の手間を軽減できる。
また、判定回路33は、図8に示すように、電圧Vaが所定レベルの降伏電圧Vz0となった後のタイミング(例えば、時刻t24)で、電源回路が、非絶縁型か絶縁型かを判定している。このため、本実施形態では、精度良く、電源回路が、非絶縁型か絶縁型かを判定することができる。
また、判定回路33は、信号ENBが“L”レベルとなるタイミング(例えば、時刻t24)で電源回路が、非絶縁型か絶縁型かを判定している。スイッチング制御IC10では、信号ENBが“L”がなった後に、トランジスタのスイッチングが開始される。このため、本実施形態では、トランジスタのスイッチングが開始されるまでに、非絶縁型、または絶縁型の電源回路に適した回路を選択できる。
また、非絶縁型の電源回路20の場合、端子Bには誤差電圧Ve1を生成するための位相補償用の素子が接続される。また、絶縁型の電源回路21の場合、端子Bにはフォトトランジスタ530が接続される。
また、スイッチング制御IC12〜16は、起動してからソフトスタート期間Tsすると、ソフトスタート期間Tsが経過する前よりも、スイッチングトランジスタがオンされる期間を長くする。このため、電源回路20〜22が起動される際、スイッチングトランジスタに大きな電流が流れることを防ぐことができる。
また、スイッチング制御IC12〜16は、ソフトスタート期間Tsにおいて、例えば、図14に例示するよう、スイッチングトランジスタをオンする期間T1を徐々に長くする。このため、スイッチング制御IC12〜16は、より安全に電源回路20〜22を起動することができる。
また、スイッチング制御IC12のコンパレータ603は、電圧Vo及び誤差電圧Ve2のうち、何れか低い電圧に基づいて、NMOSトランジスタ303をオフするタイミングを定める。このような、3入力のコンパレータ603を用いることにより、電圧Voから誤差電圧Ve2への切り替えをスムーズに行うことができる。
また、例えばスイッチング制御IC13のように、ソフトスタート期間Tsが経過すると、コンパレータ45が比較する電圧を、電圧Voから、誤差電圧Ve2へと切り替えても良い。
また、電圧Voを用いることなく、ソフトスタート期間Tsにおいて、スイッチング制御IC15の発振回路631に、ランプ波Vrの傾きを変化させても良い。このような構成を用いる場合であっても、安全に電源回路を起動することができる。
また、スイッチング制御IC16においては、スイッチング制御IC16が起動されると、放電回路650が端子Bのコンデンサ132,133を放電する。このような構成を用いることにより、絶縁型の電源回路のソフトスタートを実行することができる。
また、スイッチング制御IC17のマスク回路660は、スイッチングトランジスタがオフされてから、電源回路の型式に応じたマスク期間Tm1,Tm2だけ信号Vc2をマスクする。したがって、スイッチング制御IC17は、所望のタイミングでスイッチングトランジスタをオンすることができる。
また、スイッチング制御IC17が絶縁型の電源回路に用いられる際のノイズは、非絶縁型の電源回路に用いられる際のノイズより大きくなることがある。このため、本実施形態では、スイッチング制御IC17が絶縁型の電源回路に用いられる際のマスク期間Tm2を、スイッチング制御IC17が非絶縁型の電源回路に用いられる際のマスク期間Tm1よりも長くしている。これにより、スイッチング制御IC17は、より正確なタイミングでスイッチングトランジスタがオンすることができる。
上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。また、本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更や改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれるのはいうまでもない。
例えば、電源回路21において、電圧Vaを発生させるため、抵抗520と、ツェナーダイオード521とを用い、帰還電圧の変化範囲を超える電圧Vaを設定したが、これに限られない。例えば、つまり、ツェナーダイオード521の代わりに抵抗を用い、電圧Vx2を2つの抵抗で分圧し、分圧した電圧を電圧Vaとしても良い。
また、上述のように、電源回路20の起動時に、帰還電圧Vfbは、交流電圧Vacの実効値を、抵抗120,121で分圧した値となる。このため、電源回路21において、交流電圧Vacの実効値を、抵抗120,121で分圧した値より小さい電圧値を出力する素子(例えば、ダイオードの順方向電圧である0.7V)を用いて、電圧Vaを生成することとしても良い。このような場合、交流電圧Vacの実効値を抵抗120,121で分圧した値と、ダイオードの順方向電圧である0.7Vとの間に、基準電圧Vref1を設定することにより、判定回路33は、電源回路が非絶縁型、または絶縁型であるかを判定することができる。
例えば、誤差電圧出力回路44において、抵抗60の代わりに、線形領域で動作するMOSトランジスタを用いても良い。
また、スイッチング制御IC10は、インダクタ電流ILがゼロになると、トランジスタをオンするモード(いわゆる、臨界モード)で動作する回路であるが、例えば、インダクタ電流ILが連続的に変化するモード(いわゆる、連続モード)で動作する回路であっても良い。
また、電源回路21は、フライバック方式の電源回路であるが、これに限られず、例えば、フォワード方式、プッシュプル方式、ハーフブリッジ方式、フルブリッジ方式、チョッパー方式であっても良い。
また、本実施形態では、便宜上、絶縁型の電源回路のソフトスタートを行うための回路(例えば、電圧出力回路602、コンパレータ603)と、絶縁型の電源回路のソフトスタートを行うための回路(例えば、放電回路650)と、マスク回路とが別々の実施形態で説明されたが、スイッチング制御ICは、全てを含むことが好ましい。このようなスイッチング制御ICを用いることにより、電源回路をソフトスタートさせつつ、スイッチングトランジスタを所望のタイミングでスイッチングできることになる。
10 スイッチング制御IC
20,21 電源回路
31,32 電圧検出回路
33 判定回路
40,45,603 コンパレータ
41 パルス回路
42 発振回路
43 誤差増幅回路
44 誤差電圧出力回路
46 駆動回路
100,300 全波整流回路
101,102,106,132,133,301,306,500,531,551,707,802,803 コンデンサ
103,302 トランス
105,107,305,501,510,550 ダイオード
108,303 NMOSトランジスタ
104,120,122,131,502,511,520,552,708 抵抗
304 制御ブロック
307 定電圧回路
308 発光ダイオード
521 ツェナーダイオード
530 フォトトランジスタ
600 ターンオンタイマ
601 OR回路
602 電圧出力回路
610,630 タイマ
611,810 インバータ
612,811,812 AND回路
613 充電回路
620 制御回路
631 発振回路
650 放電回路
660 マスク回路
700 クロック生成回路
701 チャージポンプ
702 カウンタ
703 DAC
704 放電回路
705,804 電流源
706,709,801 スイッチ
750 期間設定回路
751 論理回路

Claims (19)

  1. 入力電圧が印加されるインダクタに流れるインダクタ電流と、前記入力電圧から生成される出力電圧と、に基づいて、前記インダクタ電流を制御するトランジスタをスイッチングするスイッチング制御回路であって、
    前記スイッチング制御回路が非絶縁型の第1電源回路に用いられることを示す第1信号が入力されると、前記出力電圧に応じた帰還電圧と、基準電圧と、に基づいて、前記出力電圧のレベルと第1レベルとの誤差に応じた第1誤差電圧を出力する第1誤差電圧出力回路と、
    前記スイッチング制御回路が絶縁型の第2電源回路に用いられることを示す第2信号が入力されると、前記出力電圧のレベルと第2レベルとの誤差に応じた誤差信号に基づいて、第2誤差電圧を出力する第2誤差電圧出力回路と、
    前記スイッチング制御回路が前記第1電源回路に用いられる際、前記インダクタ電流と、前記第1誤差電圧と、に基づいて前記トランジスタをスイッチングし、前記スイッチング制御回路が前記第2電源回路に用いられる際、前記インダクタ電流と、前記第2誤差電圧と、に基づいて前記トランジスタをスイッチングする駆動回路と、
    を備えることを特徴とするスイッチング制御回路。
  2. 請求項1に記載のスイッチング制御回路であって、
    前記第1誤差電圧出力回路は、
    前記第2信号が入力されると、前記第1誤差電圧の出力を停止すること、を特徴とするスイッチング制御回路。
  3. 請求項1または請求項2に記載のスイッチング制御回路であって、
    前記第2誤差電圧出力回路は、
    前記第1信号が入力されると、前記第2誤差電圧の出力を停止すること、を特徴とするスイッチング制御回路。
  4. 請求項3に記載のスイッチング制御回路であって、
    前記誤差信号は、前記出力電圧のレベルと前記第2レベルとの誤差に応じた電流であり、
    前記第2誤差電圧出力回路は、
    前記第2信号に基づいてオンし、前記第1信号に基づいてオフするスイッチと、
    前記スイッチがオンの際に、前記出力電圧のレベルと前記第2レベルとの誤差に応じた電流が流れることにより前記第2誤差電圧を生成する、前記スイッチに直列接続された抵抗と、
    を含むことを特徴とするスイッチング制御回路。
  5. 請求項1〜4の何れか一項に記載のスイッチング制御回路であって、
    前記スイッチング制御回路は集積回路であり、
    前記スイッチング制御回路が前記第1電源回路に用いられる際、前記帰還電圧が印加され、前記スイッチング制御回路が前記第2電源回路に用いられる際、所定レベルの電圧が印加される第1端子と、
    前記第1端子の電圧に基づいて、前記スイッチング制御回路が前記第1電源回路に用いられるか、前記第2電源回路に用いられるかを判定し、判定結果に応じて前記第1信号または前記第2信号を出力する判定回路と、
    を含むことを特徴とするスイッチング制御回路。
  6. 請求項5に記載のスイッチング制御回路であって、
    前記判定回路は、
    前記スイッチング制御回路が前記第2電源回路に用いられる際に前記第1端子の電圧が前記所定レベルとなった後に、前記第1端子の電圧に基づいて、前記スイッチング制御回路が前記第1電源回路に用いられるか、前記第2電源回路に用いられるかを判定すること、
    を特徴とするスイッチング制御回路。
  7. 請求項6に記載のスイッチング制御回路であって、
    前記判定回路は、
    前記スイッチング制御回路が前記第2電源回路に用いられる際に前記第1端子の電圧が前記所定レベルとなった後、前記トランジスタのスイッチングが開始されるまでに、前記第1端子の電圧に基づいて、前記スイッチング制御回路が前記第1電源回路に用いられるか、前記第2電源回路に用いられるかを判定すること、
    を特徴とするスイッチング制御回路。
  8. 請求項1〜7の何れか一項に記載のスイッチング制御回路であって、
    前記スイッチング制御回路は集積回路であり、
    前記スイッチング制御回路が前記第1電源回路に用いられる際、前記第1誤差電圧を生成するための素子が接続され、前記スイッチング制御回路が前記第2電源回路に用いられる際、前記誤差信号を生成するためのフォトトランジスタが接続される第2端子を有すること、
    を特徴とするスイッチング制御回路。
  9. 請求項1〜8の何れか一項に記載のスイッチング制御回路であって、
    前記駆動回路は、
    前記スイッチング制御回路が起動してから所定期間が経過するまで、前記トランジスタがオンされる期間が第1期間となるよう前記トランジスタをスイッチングし、前記所定期間が経過した後、前記トランジスタがオンされる期間が前記第1期間より長い第2期間となるよう前記トランジスタをスイッチングすること、
    を特徴とするスイッチング制御回路。
  10. 請求項9に記載のスイッチング制御回路であって、
    前記駆動回路は、
    前記スイッチング制御回路が起動してから前記所定期間が経過するまで、前記第1期間が徐々に長くなるよう、前記トランジスタをスイッチングすること、
    を特徴とするスイッチング制御回路。
  11. 請求項10に記載のスイッチング制御回路であって、
    前記インダクタ電流に応じた電圧に基づいて、前記トランジスタをオンするタイミングを示す第1タイミング信号を出力する第1タイミング信号出力回路と、
    前記スイッチング制御回路が起動してから前記所定期間が経過すると、前記第2誤差電圧のレベルより高くなる第1電圧を出力する電圧出力回路と、
    前記第1電圧及び前記第2誤差電圧のうちレベルの低い何れか一方の電圧に基づいて、前記トランジスタをオフするタイミングを示す第2タイミング信号を出力する第2タイミング信号出力回路と、
    を含み、
    前記駆動回路は、
    前記第1及び第2タイミング信号に基づいて、前記トランジスタをスイッチングすること、
    を特徴とするスイッチング制御回路。
  12. 請求項10に記載のスイッチング制御回路であって、
    前記インダクタ電流に応じた電圧に基づいて、前記トランジスタをオンするタイミングを示す第1タイミング信号を出力する第1タイミング信号出力回路と、
    前記スイッチング制御回路が起動すると、レベルが高くなる第1電圧を出力する電圧出力回路と、
    前記スイッチング制御回路が起動すると、前記第1電圧に基づいて、前記トランジスタをオフするタイミングを示す第2タイミング信号を出力し、前記スイッチング制御回路が起動してから前記所定期間が経過すると、前記第2誤差電圧に基づいて、前記第2タイミング信号を出力する第2タイミング信号出力回路と、
    を含み、
    前記駆動回路は、
    前記第1及び第2タイミング信号に基づいて、前記トランジスタをスイッチングすること、
    を特徴とするスイッチング制御回路。
  13. 請求項10に記載のスイッチング制御回路であって、
    前記インダクタ電流に応じた電圧に基づいて、前記トランジスタをオンするタイミングを示す第1タイミング信号を出力する第1タイミング信号出力回路と、
    三角波状の発振電圧を出力する発振回路と、
    前記発振電圧と、前記第2誤差電圧とに基づいて、前記トランジスタをオフするタイミングを示す第2タイミング信号を出力する第2タイミング信号出力回路と、
    を含み、
    前記発振回路は、
    前記スイッチング制御回路が起動してから前記所定期間が経過すると、前記トランジスタがオンされる期間が長くなるよう、前記発振電圧を変化させ、
    前記駆動回路は、
    前記第1及び第2タイミング信号に基づいて、前記トランジスタをスイッチングすること、
    を特徴とするスイッチング制御回路。
  14. 請求項9〜13の何れか一項に記載のスイッチング制御回路であって、
    前記スイッチング制御回路が起動すると、前記第1誤差電圧が印加されるコンデンサを所定期間放電する放電回路を含み、
    前記駆動回路は、
    前記インダクタ電流に応じた電圧に基づいて、前記トランジスタをオンし、前記コンデンサの充電電圧のレベルが高くなると、前記トランジスタがオンされる期間が長くなるよう、前記トランジスタをオフすること、
    を特徴とするスイッチング制御回路。
  15. 請求項1〜8の何れか一項に記載のスイッチング制御回路であって、
    前記インダクタ電流に応じた電圧に基づいて、前記トランジスタをオンするタイミングを示す第1タイミング信号を出力する第1タイミング信号出力回路と、
    前記第1信号に基づいて、前記トランジスタがオフされてから前記第1タイミング信号を第1マスク期間だけマスクして出力し、前記第2信号に基づいて、前記トランジスタがオフされてから前記第1タイミング信号を前記第1マスク期間とは異なる第2マスク期間だけマスクして出力するマスク回路と、
    を含み、
    前記駆動回路は、
    前記スイッチング制御回路が前記第1電源回路に用いられる際、前記マスク回路の出力と、前記第1誤差電圧と、に基づいて前記トランジスタをスイッチングし、前記スイッチング制御回路が前記第2電源回路に用いられる際、前記マスク回路の出力と、前記第2誤差電圧と、に基づいて前記トランジスタをスイッチングすること、
    を特徴とするスイッチング制御回路。
  16. 請求項15に記載のスイッチング制御回路であって、
    前記第1誤差電圧または前記第2誤差電圧の何れか一方と、三角波状の発振電圧とに基づいて、前記トランジスタをオフするためのタイミングを示す第2タイミング信号を出力する第2タイミング信号出力回路を含み、
    前記駆動回路は、
    前記マスク回路の出力と、前記第2タイミング信号とに基づいて、前記トランジスタをスイッチングすること、
    を特徴とするスイッチング制御回路。
  17. 請求項15または請求項16に記載のスイッチング制御回路であって、
    前記第2マスク期間は、前記第1マスク期間より長い期間であること、
    を特徴とするスイッチング制御回路。
  18. 入力電圧が印加されるインダクタに流れるインダクタ電流と、前記入力電圧から生成される出力電圧と、に基づいて、前記インダクタ電流を制御するトランジスタをスイッチングするスイッチング制御回路であって、
    前記スイッチング制御回路は集積回路であり、
    前記スイッチング制御回路が非絶縁型の第1電源回路に用いられる際、前記出力電圧に応じた帰還電圧が印加され、前記スイッチング制御回路が絶縁型の第2電源回路に用いられる際、所定レベルの電圧が印加される第1端子と、
    前記第1端子の電圧に基づいて、前記スイッチング制御回路が前記第1電源回路に用いられるか、前記第2電源回路に用いられるかを判定する判定回路と、
    を含むことを特徴とするスイッチング制御回路。
  19. 入力電圧が印加されるインダクタに流れるインダクタ電流と、前記入力電圧から生成される出力電圧と、に基づいて、前記インダクタ電流を制御するトランジスタをスイッチングするスイッチング制御方法であって、
    電源回路が非絶縁型の第1電源回路であることを示す第1信号が入力されると、前記出力電圧に応じた帰還電圧と、基準電圧と、に基づいて、前記出力電圧のレベルと第1レベルとの誤差に応じた第1誤差電圧を出力し、
    前記電源回路が絶縁型の第2電源回路であることを示す第2信号が入力されると、前記出力電圧のレベルと第2レベルとの誤差に応じた誤差信号に基づいて、第2誤差電圧を出力し、
    前記電源回路が前記第1電源回路である際、前記インダクタ電流と、前記第1誤差電圧とに基づいて前記トランジスタをスイッチングし、前記電源回路が前記第2電源回路である際、前記インダクタ電流と、前記第2誤差電圧とに基づいて前記トランジスタをスイッチングすること、
    を特徴とするスイッチング制御方法。
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