JP2016021867A - Dc/dcコンバータならびにそれを用いた電源装置および電子機器 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明者が検討したDC/DCコンバータ100rの構成を示す図である。DC/DCコンバータ100rの具体的構成を当業者によく知られた一般的な技術とみなしてはならない。
VCC=VOUT×ND/NS
ここで、NSは2次コイルL2の巻き数、NDは補助コイルL3の巻き数である。
この態様によれば、第1状態において、ハイ電圧端子から電源端子の間を流れる充電電流を、第1電流源が生成する電流レベルに制限することができる。また第2状態では、充電電流は、実質的にゼロにでき、第3状態では、電源端子の電圧が高くなるほど充電電流を減らすことができる。
同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
電子機器1は、たとえばテレビや冷蔵庫、エアコンなどの家電製品やコンピュータである。電子機器1は、マイコン2、信号処理回路4、DC/DCコンバータ100、整流回路102を備える。電子機器1は、互いに絶縁される1次側と2次側に分けられている。整流回路102およびDC/DCコンバータ100の一部は1次側に配置され、DC/DCコンバータ100の別の部分と、マイコン2、信号処理回路4は2次側に配置される。
VCC=ND/NS×VOUT …(1)
分圧回路26の分圧比をKとするとき、フィードバックによって、出力電圧VOUTは、
VOUT=VREF/K …(2)
を満たすように安定化される。
たとえば制御回路10は、第1出力キャパシタCo1に生ずる出力電圧VOUT、スイッチングトランジスタM1(1次コイルL1)に流れる電流IM1および補助コイルL3の一端N3に生ずる電圧VDに応じて、スイッチング信号OUTを発生する。
第2状態φ2において、バイパススイッチSW1および第1電流源CS1がともにオフとなる。これにより、充電電流ICHGが実質的にゼロとなる。
第3状態φ3においては、少なくともバイパススイッチSW1がオンする。これにより、電流制限回路40は導通状態となり、充電用トランジスタM2に流れる電流IM2が、充電電流ICHGとして第2出力キャパシタCo2に供給される。本実施の形態では、第3状態φ3において第1電流源CS1はオフであるものとする。
たとえば図3のオン信号生成部54として、コンパレータに代えて、所定のオフ時間Toffを測定するタイマ回路を用いてもよい。エネルギーの放出に要する時間をあらかじめ見積もることにより、オフ時間Toffを固定することも可能である。この場合、エネルギー効率の悪化と引き替えに、回路を簡略化できる。
Claims (15)
- その一端に入力電圧が印加される1次コイル、2次コイルおよび前記1次コイル側に設けられた補助コイルを有するトランスと、
その一端の電位が固定され、その他端が出力端子に接続された第1出力キャパシタと、
前記第1出力キャパシタの他端と前記2次コイルの一端との間に、そのカソードが前記第1出力キャパシタ側となる向きで設けられた第1ダイオードと、
前記1次コイルの経路上に設けられたスイッチングトランジスタと、
その一端の電位が固定された第2出力キャパシタと、
前記第2出力キャパシタの他端と前記補助コイルの一端との間に、そのカソードが前記第2出力キャパシタ側となる向きで設けられた第2整流素子と、
前記スイッチングトランジスタのオン、オフを制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記第2出力キャパシタの他端と接続される電源端子と、
前記入力電圧が入力されるハイ電圧端子と、
前記ハイ電圧端子と前記電源端子の間に設けられた、ノーマリオンとなるようバイアスされたNチャンネルMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である充電用トランジスタと、
前記充電用トランジスタのソースと接続される第1端子、前記電源端子と接続される第2端子、前記第1端子と前記第2端子の間に設けられるバイパススイッチを有し、(i)前記電源端子の電圧が所定の第1しきい値電圧より低い第1状態において、前記バイパススイッチはオフであり、前記ハイ電圧端子から前記電源端子へと前記充電用トランジスタを経由して流れる充電電流を制限し、(ii)前記電源端子の電圧が前記第1しきい値電圧より高く定められた第2しきい値電圧より高い第2状態において、前記バイパススイッチはオフであり、前記充電電流を実質的にゼロに低減し、(iii)前記電源端子の電圧が前記第1しきい値電圧より高く、前記第2しきい値電圧より低い第3状態において、前記バイパススイッチがオンである電流制限回路と、
を備えることを特徴とするDC/DCコンバータ。 - 前記電流制限回路は、
所定の電流を前記電源端子に供給する第1電流源と、
をさらに含み、
前記第1状態において、前記バイパススイッチがオフ、前記第1電流源がオンとなり、
前記第2状態において、前記バイパススイッチおよび前記第1電流源がともにオフとなり、
前記電源端子の電圧が、前記第1しきい値電圧より高く前記第2しきい値電圧より低い第3状態において、少なくとも前記バイパススイッチがオンすることを特徴とする請求項1に記載のDC/DCコンバータ。 - その一端に入力電圧が印加される1次コイル、2次コイルおよび前記1次コイル側に設けられた補助コイルを有するトランスと、
その一端の電位が固定され、その他端が出力端子に接続された第1出力キャパシタと、
前記第1出力キャパシタの他端と前記2次コイルの一端との間に、そのカソードが前記第1出力キャパシタ側となる向きで設けられた第1ダイオードと、
前記1次コイルの経路上に設けられたスイッチングトランジスタと、
その一端の電位が固定された第2出力キャパシタと、
前記第2出力キャパシタの他端と前記補助コイルの一端との間に、そのカソードが前記第2出力キャパシタ側となる向きで設けられた第2整流素子と、
前記スイッチングトランジスタのオン、オフを制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記第2出力キャパシタの他端と接続される電源端子と、
前記入力電圧が入力されるハイ電圧端子と、
前記ハイ電圧端子と前記電源端子の間に設けられた、ノーマリオンとなるようバイアスされたNチャンネルMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である充電用トランジスタと、
(i)前記電源端子の電圧が所定の第1しきい値電圧より低い第1状態において、前記ハイ電圧端子から前記電源端子へと前記充電用トランジスタを経由して流れる充電電流を制限し、(ii)前記電源端子の電圧が前記第1しきい値電圧より高く定められた第2しきい値電圧より高い第2状態において、前記充電電流を実質的にゼロに低減し、(iii)前記電源端子の電圧が前記第1しきい値電圧より高く、前記第2しきい値電圧より低い第3状態において、前記第1状態において制限された充電電流より大きい前記充電電流が流れる、電流制限回路と、
を備えることを特徴とするDC/DCコンバータ。 - 前記電流制限回路は、
前記ハイ電圧端子と前記電源端子の間の、前記充電電流の経路上に設けられたバイパススイッチと、
所定の電流を前記電源端子に供給する第1電流源と、
を含み、
前記第1状態において、前記バイパススイッチがオフ、前記第1電流源がオンとなり、
前記第2状態において、前記バイパススイッチおよび前記第1電流源がともにオフとなり、
前記電源端子の電圧が、前記第1しきい値電圧より高く前記第2しきい値電圧より低い第3状態において、少なくとも前記バイパススイッチがオンすることを特徴とする請求項3に記載のDC/DCコンバータ。 - 前記第3状態において、前記電源端子の電圧が低いほど大きな充電電流が発生することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のDC/DCコンバータ。
- 前記制御回路は、
前記電流制限回路の出力と前記電源端子の間に、カソードが前記電源端子側となる向きで設けられた第3ダイオードをさらに備えることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のDC/DCコンバータ。 - 前記第1電流源は、
基準電流の経路上に設けられた第1トランジスタと、
前記第1トランジスタとカレントミラー回路を形成するように接続され、前記ハイ電圧端子と前記電源端子の間に設けられた第2トランジスタと、
前記ハイ電圧端子と前記電源端子の間に、前記第2トランジスタと直列に設けられた制御スイッチと、
を含むことを特徴とする請求項2または4に記載のDC/DCコンバータ。 - 前記バイパススイッチは、
前記ハイ電圧端子と前記電源端子の経路上に設けられたNPN型バイポーラトランジスタである第3トランジスタと、
前記第3トランジスタのベース電流を制御するバイアス回路と、
を含むことを特徴とする請求項2または4に記載のDC/DCコンバータ。 - 前記バイアス回路は、
前記第3トランジスタのベースコレクタ間に設けられた、NPN型バイポーラトランジスタである第4トランジスタと、
前記第3トランジスタのベースと接地端子の間に設けられた第2電流源と、
前記第4トランジスタのベースに電流を供給する第3電流源と、
前記第4トランジスタのベースと接地端子の間に設けられた第1スイッチと、
前記第4トランジスタのベースと接地端子の間に直列に設けられた第2スイッチおよび第4ダイオードと、
を含むことを特徴とする請求項8に記載のDC/DCコンバータ。 - 前記電流制限回路は、
前記電源端子の電圧を前記第1しきい値電圧と比較し、比較結果を示す第1検出信号を生成する第1コンパレータと、
前記電源端子の電圧を前記第2しきい値電圧と比較し、比較結果を示す第2検出信号を生成する第2コンパレータと、
をさらに含み、
前記第1スイッチは、前記第1検出信号が、前記電源端子の電圧が前記第1しきい値電圧より低いことを示すときにオンとなり、
前記第2スイッチは、前記第2検出信号が、前記電源端子の電圧が前記第2しきい値電圧より高いことを示すときにオンとなることを特徴とする請求項9に記載のDC/DCコンバータ。 - 前記バイパススイッチは、前記第2検出信号が、前記電源端子の電圧が前記第2しきい値電圧より低いことを示すときにオンとなることを特徴とする請求項10に記載のDC/DCコンバータ。
- 前記電流制限回路は、
前記電源端子の電圧を前記第1しきい値電圧と比較し、比較結果を示す第1検出信号を生成する第1コンパレータと、
前記電源端子の電圧を前記第2しきい値電圧と比較し、比較結果を示す第2検出信号を生成する第2コンパレータと、
をさらに含み、前記電流制限回路の状態は、前記第1、第2検出信号にもとづき制御されることを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載のDC/DCコンバータ。 - その一端に入力電圧が印加される1次コイル、2次コイルおよび前記1次コイル側に設けられた補助コイルを有するトランスと、
その一端の電位が固定され、その他端が出力端子に接続された第1出力キャパシタと、
前記第1出力キャパシタの他端と前記2次コイルの一端との間に、そのカソードが前記第1出力キャパシタ側となる向きで設けられた第1ダイオードと、
前記1次コイルの経路上に設けられたスイッチングトランジスタと、
その一端の電位が固定された第2出力キャパシタと、
前記第2出力キャパシタの他端と前記補助コイルの一端との間に、そのカソードが前記第2出力キャパシタ側となる向きで設けられた第2整流素子と、
前記スイッチングトランジスタのオン、オフを制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記第2出力キャパシタの他端と接続される電源端子と、
前記入力電圧が入力されるハイ電圧端子と、
前記ハイ電圧端子と前記電源端子の間に設けられ、起動時において、前記電源端子に接続される前記第2出力キャパシタに充電電流を供給する充電回路であって、(i)前記電源端子の電圧が、所定の第1しきい値電圧より高く、所定の第2しきい値電圧より低いとき、前記電源端子の電圧が低いほど大きな充電電流を発生し、(ii)前記電源端子の電圧が、前記第2しきい値電圧より高いとき、前記充電電流を実質的にゼロに低減し、(iii)前記電源端子の電圧が前記第1しきい値電圧より低いとき、前記充電電流を所定のリミット電流に制限する充電回路と、
を備えることを特徴とするDC/DCコンバータ。 - 商用交流電圧を直流電圧に変換するAC/DCコンバータと、
前記直流電圧を受け、それを降圧した電圧を負荷に供給する請求項1から13のいずれかに記載のDC/DCコンバータと、
を備えることを特徴とする電源装置。 - マイコンと、
その出力電圧を前記マイコンに供給する請求項1から13のいずれかに記載のDC/DCコンバータと、
を備えることを特徴とする電子機器。
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