JP2018007515A - 絶縁型のdc/dcコンバータならびにその一次側コントローラ、制御方法、それを用いた電源アダプタおよび電子機器 - Google Patents
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Abstract
Description
ΔIS=(VOUT+VF)/LS×TOFF
となる。起動直後では出力電圧VOUTが低いため、オフ時間TOFFにおける二次電流ISの傾きが小さく、したがって減少幅ΔISが小さい。そのためオフ時間TOFFの間に、二次電流ISはゼロまで低下しない。
スイッチングトランジスタのオフ時間において、補助巻線には出力電圧に実質的に比例する電圧が発生する。そこで補助巻線の電圧を監視することで、低電圧状態を検出できる。
低電圧状態において、パルス信号のパルス幅すなわちオン時間を狭めることにより、オン時間における一次巻線の電流の増加幅を小さくできる。これにより、低電圧状態の電流を低減できる。
TP1=TOSCxM
カウンタ334は、低電圧状態において、発振信号S5のN周期(N>M)を、セット信号SSETの周期TP2とする。
TP2=TOSCxN
実施の形態では、低電圧状態におけるパルス信号SPWMの周期TP2を一定としたが、出力電圧VOUTに応じて変化させてもよい。図7(a)は、第1変形例に係る低電圧状態検出回路310およびセット信号生成回路320のブロック図である。低電圧状態検出回路310は、サンプルホールド回路316およびアンプ318を含む。サンプルホールド回路316は、スイッチングトランジスタM1のオフ時間におけるZT端子の電圧VZTをサンプリングし、ホールドする。アンプ318は、必要に応じてサンプルホールド回路316の出力電圧V1を増幅する。セット信号生成回路320は、アンプ318の出力電圧V2に応じた周波数fOSCで発振する。図7(b)は、出力電圧VOUTとセット信号SSETの周波数fOSCの関係を示す図である。
実施の形態では、パルス信号SPWMの周期を変化させることで、オフ時間を引き延ばし、低電圧状態における電流不連続モードを実現した。これに対して第2変形例では、パルス信号SPWMの周期を一定としつつ、低電圧状態においてオン時間を短くすることで電流不連続モードを実現する。図8は、第2変形例に係る一次側コントローラ300bの回路図である。パルス幅変調器302bは、非低電圧状態において、オン時間TONが二次側からのフィードバック信号に応じて調節されるパルス信号SPWMを生成する。またパルス幅変調器302bは低電圧状態において、オン時間がフィードバック信号VFBと無関係である狭パルス信号を生成する。強制リセット回路340は、低電圧状態において、セット信号SSETのアサートから所定時間経過後に、強制リセット信号S6をアサートする。強制リセット信号S6は、ORゲート342を通過してロジック回路324に入力される。
実施の形態では、低電圧状態検出回路310が補助巻線W3の電圧を監視することとしたがその限りではない。FB信号は出力電圧VOUTと目標電圧の誤差を表すため、出力電圧VOUTを間接的に表しているといえる。そこで低電圧状態検出回路310は、FB信号を利用して低電圧状態を監視してもよい。あるいは、トランスT1の二次側に、出力電圧VOUTとしきい値VLを比較するコンパレータを配置し、コンパレータの出力を、フォトカプラ204とは別のフォトカプラで一次側コントローラ300に送信してもよい。
実施の形態では、ダイオード整流型のDC/DCコンバータを説明したが、本発明は同期整流型のDC/DCコンバータにも適用可能である。またスイッチングトランジスタM1は、一次側コントローラ300の外部に設けられてもよい。
最後にDC/DCコンバータ200の用途を説明する。DC/DCコンバータ200は、ACアダプタや電子機器の電源ブロックに好適に利用されるAC/DCコンバータ100に利用できる。
Claims (17)
- 絶縁型のDC/DCコンバータの一次側のスイッチングトランジスタを制御する一次側コントローラであって、
前記DC/DCコンバータの出力電圧が所定値より低い低電圧状態を検出する低電圧状態検出回路と、
オン時間が二次側からのフィードバック信号に応じて調節されるパルス信号を生成するパルス幅変調器と、
を備え、前記低電圧状態における前記パルス信号の周期が、前記出力電圧が前記所定値より高い非低電圧状態における前記パルス信号の周期よりも長いことを特徴とする一次側コントローラ。 - 絶縁型のDC/DCコンバータの一次側のスイッチングトランジスタを制御する一次側コントローラであって、
前記DC/DCコンバータの出力電圧が所定値より低い低電圧状態を検出する低電圧状態検出回路と、
オン時間が二次側からのフィードバック信号に応じて調節されるパルス信号を生成するパルス幅変調器と、
を備え、
前記低電圧状態における前記パルス信号のオフ時間が、前記出力電圧が前記所定値より高い非低電圧状態における前記パルス信号のオフ時間よりも長いことを特徴とする一次側コントローラ。 - 絶縁型のDC/DCコンバータの一次側のスイッチングトランジスタを制御する一次側コントローラであって、
前記DC/DCコンバータの出力電圧が所定値より低い低電圧状態を検出する低電圧状態検出回路と、
オン時間が二次側からのフィードバック信号に応じて調節されるパルス信号を生成するパルス幅変調器と、
を備え、前記低電圧状態において前記パルス信号がオンレベルに遷移するタイミングを、前記出力電圧が前記所定値より高い非低電圧状態よりも遅らせることを特徴とする一次側コントローラ。 - 前記パルス幅変調器は、
前記フィードバック信号に応じてアサートされるリセット信号を生成するリセット信号生成回路と、
周期的なセット信号を生成するセット信号生成回路と、
前記セット信号に応答してオンレベル、前記リセット信号に応答してオフレベルに遷移する前記パルス信号を生成するロジック回路と、
を含み、
前記低電圧状態における前記セット信号の周期が、前記非低電圧状態における前記セット信号の周期よりも長いことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の一次側コントローラ。 - 前記セット信号生成回路は、
所定の周波数で発振するオシレータと、
前記非低電圧状態において、前記オシレータからの発振信号のM周期(Mは自然数)を、前記セット信号の周期とし、前記低電圧状態において、前記発振信号のN周期(N>M)を、前記セット信号の周期とするカウンタと、
を含むことを特徴とする請求項4に記載の一次側コントローラ。 - 前記セット信号生成回路は、可変周波数のオシレータを含み、前記オシレータの発振周波数が、前記低電圧状態において前記出力電圧に応じた検出信号に応じていることを特徴とする請求項4に記載の一次側コントローラ。
- 前記DC/DCコンバータは、一次巻線、二次巻線および補助巻線を有するトランスを含み、
前記低電圧状態検出回路は、前記スイッチングトランジスタがオフ時間における前記補助巻線の両端間電圧にもとづいて、前記出力電圧を監視することを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の一次側コントローラ。 - 前記スイッチングトランジスタは、前記一次側コントローラと同一パッケージに収容されることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の一次側コントローラ。
- 前記リセット信号生成回路は、前記スイッチングトランジスタに流れる電流を示す電流検出信号を、前記フィードバック信号と比較するリセットコンパレータを含み、
前記リセット信号は、前記リセットコンパレータの出力信号に応じていることを特徴とする請求項4に記載の一次側コントローラ。 - 絶縁型のDC/DCコンバータの一次側のスイッチングトランジスタを制御する一次側コントローラであって、
前記DC/DCコンバータの出力電圧が所定値より低い低電圧状態を検出する低電圧状態検出回路と、
前記出力電圧が前記所定値より高い非低電圧状態において、オン時間が二次側からのフィードバック信号に応じて調節されるパルス信号を生成し、前記低電圧状態において、前記オン時間が前記フィードバック信号と無関係である狭パルス信号を生成するパルス幅変調器と、
を備えることを特徴とする一次側コントローラ。 - 請求項1から10のいずれかに記載の一次側コントローラを備えることを特徴とする絶縁型のDC/DCコンバータ。
- 絶縁型のDC/DCコンバータであって、
一次巻線、二次巻線および補助巻線を有するトランスと、
前記一次巻線と接続されるスイッチングトランジスタと、
前記二次巻線に流れる電流を整流し、出力電圧を生成する二次側整流回路と、
発光素子および受光素子を含むフォトカプラと、
前記出力電圧と目標値の誤差に応じた電流で前記フォトカプラの前記発光素子を駆動するフィードバック回路と、
前記フォトカプラの受光素子に流れる電流に応じたフィードバック信号にもとづいて、前記スイッチングトランジスタを駆動する一次側コントローラと、
を備え、
前記一次側コントローラは、(i)前記補助巻線の両端間電圧が所定値より大きいときに、第1周期を有し、かつオン時間が前記フィードバック信号に応じて調節されるパルス信号に応じて前記スイッチングトランジスタを駆動し、(ii)前記補助巻線の両端間電圧が前記所定値より小さいときに、前記第1周期より長い第2周期を有し、かつオン時間が前記フィードバック信号に応じて調節されるパルス信号に応じて前記スイッチングトランジスタを駆動することを特徴とするDC/DCコンバータ。 - 負荷と、
商用交流電圧を全波整流するダイオード整流回路と、
前記ダイオード整流回路の出力電圧を平滑化し、直流入力電圧を生成する平滑キャパシタと、
前記直流入力電圧を降圧し、負荷に供給する請求項11または12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。 - 商用交流電圧を全波整流するダイオード整流回路と、
前記ダイオード整流回路の出力電圧を平滑化し、直流入力電圧を生成する平滑キャパシタと、
前記直流入力電圧を降圧し、負荷に供給する請求項11または12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アダプタ。 - 絶縁型のDC/DCコンバータの一次側のスイッチングトランジスタの制御方法であって、
前記DC/DCコンバータの出力電圧を所定値と比較するステップと、
前記出力電圧が前記所定値より高いとき、オン時間が二次側からのフィードバック信号に応じて調節され、第1周期を有するパルス信号を生成するステップと、
前記出力電圧が前記所定値より低いとき、オン時間が二次側からのフィードバック信号に応じて調節され、前記第1周期より長い第2周期を有するパルス信号を生成するステップと、
前記パルス信号に応じて、前記スイッチングトランジスタを駆動するステップと、
を備えることを特徴とする制御方法。 - 絶縁型のDC/DCコンバータの一次側のスイッチングトランジスタの制御方法であって、
前記DC/DCコンバータの出力電圧を所定値と比較するステップと、
前記出力電圧が前記所定値より高いとき、オン時間が二次側からのフィードバック信号に応じて調節され、第1周期を有するパルス信号を生成するステップと、
前記出力電圧が前記所定値より低いとき、オン時間が二次側からのフィードバック信号に応じて調節され、オフ時間が前記第1周期より長いパルス信号を生成するステップと、
前記パルス信号に応じて、前記スイッチングトランジスタを駆動するステップと、
を備えることを特徴とする制御方法。 - 絶縁型のDC/DCコンバータの一次側のスイッチングトランジスタの制御方法であって、
前記DC/DCコンバータの出力電圧を所定値と比較するステップと、
前記スイッチングトランジスタがターンオンするタイミングを規定するセット信号を生成するステップと、
二次側からのフィードバック信号に応じて、前記スイッチングトランジスタがターンオフするタイミングを規定するリセット信号を生成するステップと、
前記セット信号および前記リセット信号に応じて、パルス信号を生成するステップと、
前記パルス信号に応じて前記スイッチングトランジスタを駆動するステップと、
前記出力電圧が前記所定値より低いとき、前記セット信号の間隔を広げるステップと、
を備えることを特徴とする制御方法。
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