JP6514910B2 - 絶縁同期整流型dc/dcコンバータ、同期整流コントローラ、それを用いた電源装置、電源アダプタおよび電子機器 - Google Patents
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Description
補助電源回路は、フィルタ回路を含んでもよい。フィルタ回路は、キャパシタと抵抗を含んでもよい。
この構成によれば、ダイオードおよびオフ用トランジスタのゲート容量がピークホールド回路を構成し、したがって同期整流トランジスタのドレイン電圧が跳ね上がると、オフ用トランジスタのゲート電圧が高い電圧レベルに維持され、オフ用トランジスタをオンに固定できる。
同期整流コントローラの電源端子に十分な直流電圧が供給されると、パルス発生器およびドライバが動作可能となるため、同期整流トランジスタのオフ固定を解除してパルス信号に応じて同期整流トランジスタをスイッチングすることで、DC/DCコンバータを同期整流モードで動作させることができる。
オフ用トランジスタをオフすることで、同期整流トランジスタのゲート電圧の固定を解除できる。
「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。
回路を1つのチップ上に集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。
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、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
図4は、図3のDC/DCコンバータ200の動作波形図である。時刻t0にスタート信号STARTがアサート(ハイレベル)され、DC/DCコンバータ200の起動が指示されると、1次側コントローラ202は、スイッチングトランジスタM1のゲート電圧VG_Pをスイッチングし始める。スイッチングトランジスタM1のスイッチングに応じて、1次側のドレイン電圧VD_Pおよび2次側のドレイン電圧VD_Sがスイッチングする。
キャパシタC11は、オフ用トランジスタM3の制御端子(ゲート)に接続される。ダイオードD11は、オフ用トランジスタM3の制御端子(ゲート)とVD端子の間に、カソードがゲート側となる向きで設けられる。
図6は、図5の同期整流コントローラ300の動作波形図である。
続いて、実施の形態で説明したDC/DCコンバータ200の用途を説明する。
図7は、AC/DCコンバータ100を備えるACアダプタ800を示す図である。ACアダプタ800は、プラグ802、筐体804、コネクタ806を備える。プラグ802は、図示しないコンセントから商用交流電圧VACを受ける。AC/DCコンバータ100は、筐体804内に実装される。AC/DCコンバータ100により生成された直流出力電圧VOUTは、コネクタ806から電子機器810に供給される。電子機器810は、ノートPC、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話、携帯オーディオプレイヤなどが例示される。
プラグ902は、図示しないコンセントから商用交流電圧VACを受ける。AC/DCコンバータ100は、筐体804内に実装される。AC/DCコンバータ100により生成された直流出力電圧VOUTは、同じ筐体904内に搭載される、マイコン、DSP(Digital Signal Processor)、電源回路、照明機器、アナログ回路、デジタル回路などの負荷に供給される。
実施の形態では、同期整流コントローラ300を、同期整流トランジスタM2が2次巻線W2より低電位側に配置されるプラットフォームで使用したが本発明はそれには限定されない。同期整流コントローラ300は、同期整流トランジスタM2が2次巻線W2より高電位側、すなわち出力端子P2側に配置されるプラットフォームにも使用可能である。
出力電圧VOUTの電圧レベルが、パルス発生器304、ドライバ306の動作電圧に近い場合、同期整流コントローラ300の内部電源回路302は省略してもよい。
図10(a)、(b)は、第3変形例に係る同期整流コントローラ300aの回路図である。ドライバ306は、ハイサイドトランジスタM21およびローサイドトランジスタM22を含む出力段307と、パルス信号S1に応じてハイサイドトランジスタM21、ローサイドトランジスタM22を駆動するプリドライバ308を含む。この変形例において、オフ固定回路320aは、ドライバ306の出力段307のローサイドトランジスタM22を強制的にオンすることにより、同期整流トランジスタM2をオフに固定する。
実施の形態では、フライバックコンバータを説明したが、本発明はフォワードコンバータにも適用可能である。この場合にはトランスT1の2次側に、複数の同期整流用のトランジスタが配置されることとなる。同期整流コントローラは、複数の同期整流トランジスタをスイッチングするよう構成されてもよい。またコンバータは疑似共振型であってもよい。
スイッチングトランジスタや同期整流トランジスタの少なくとも一方は、バイポーラトランジスタやIGBTであってもよい。
Claims (23)
- 絶縁同期整流型のDC/DCコンバータの2次側に配置され、同期整流トランジスタを制御する同期整流コントローラであって、
前記DC/DCコンバータの2次側において生成される直流電圧を受ける電源端子と、
前記直流電圧を電源として動作し、前記同期整流トランジスタの両端間電圧にもとづいてパルス信号を生成するパルス発生器と、
前記直流電圧を電源として動作し、前記パルス信号に応じて前記同期整流トランジスタをスイッチングするドライバと、
前記同期整流トランジスタのドレイン電圧にもとづき、補助電源電圧を生成する補助電源回路と、
前記補助電源電圧を受けて動作し、前記同期整流トランジスタをオフに固定するオフ固定回路と、
を備え、
前記オフ固定回路は、前記直流電圧が所定電圧を超えると、前記同期整流トランジスタのオフでの固定を解除することを特徴とする同期整流コントローラ。 - 前記補助電源回路は、ピークホールド回路を含むことを特徴とする請求項1に記載の同期整流コントローラ。
- 前記ピークホールド回路は、
キャパシタと、
前記同期整流トランジスタのドレインと前記キャパシタの間に設けられ、カソードがキャパシタ側となる向きで設けられたダイオードと、
を含むことを特徴とする請求項2に記載の同期整流コントローラ。 - 前記補助電源回路は、フィルタ回路を含むことを特徴とする請求項1に記載の同期整流コントローラ。
- 前記オフ固定回路は、前記同期整流トランジスタのゲートソース間に設けられたオフ用トランジスタを含むことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の同期整流コントローラ。
- 前記オフ用トランジスタの制御端子には、前記補助電源電圧が入力されることを特徴とする請求項5に記載の同期整流コントローラ。
- 前記補助電源回路は、前記オフ用トランジスタの制御端子と前記同期整流トランジスタのドレインの間に、カソードがオフ用トランジスタの制御端子側となる向きで設けられたダイオードを含むことを特徴とする請求項5に記載の同期整流コントローラ。
- 絶縁同期整流型のDC/DCコンバータの2次側に配置され、同期整流トランジスタを制御する同期整流コントローラであって、
前記DC/DCコンバータの2次側において生成される直流電圧を受ける電源端子と、
前記直流電圧を電源として動作し、前記同期整流トランジスタの両端間電圧にもとづいてパルス信号を生成するパルス発生器と、
前記直流電圧を電源として動作し、前記パルス信号に応じて前記同期整流トランジスタをスイッチングするドライバと、
前記同期整流トランジスタのドレイン電圧にもとづき、補助電源電圧を生成する補助電源回路と、
前記補助電源電圧を受けて動作し、前記同期整流トランジスタをオフに固定するオフ固定回路と、
を備え、
前記オフ固定回路は、
前記同期整流トランジスタのゲートソース間に設けられたオフ用トランジスタと、
前記直流電圧が所定電圧を超えると、前記オフ用トランジスタをオフする解除回路と、 を含むことを特徴とする同期整流コントローラ。 - 前記解除回路は、前記オフ用トランジスタのゲートソース間に設けられ、その制御端子に、前記直流電圧が所定電圧を超えるとアサートされる解除信号が入力される解除用トランジスタを含むことを特徴とする請求項8に記載の同期整流コントローラ。
- 前記直流電圧に応じた電圧が所定のしきい値電圧を超えると、前記解除信号をアサートする低電圧ロックアウト回路をさらに備えることを特徴とする請求項9に記載の同期整流コントローラ。
- 前記オフ用トランジスタの制御端子には、前記補助電源電圧が入力されることを特徴とする請求項8から10のいずれかに記載の同期整流コントローラ。
- 前記補助電源回路は、前記オフ用トランジスタの制御端子と前記同期整流トランジスタのドレインの間に、カソードがオフ用トランジスタの制御端子側となる向きで設けられたダイオードを含むことを特徴とする請求項8から10のいずれかに記載の同期整流コントローラ。
- 絶縁同期整流型のDC/DCコンバータの2次側に配置され、同期整流トランジスタを制御する同期整流コントローラであって、
前記DC/DCコンバータの2次側において生成される直流電圧を受ける電源端子と、
前記直流電圧を電源として動作し、前記同期整流トランジスタの両端間電圧にもとづいてパルス信号を生成するパルス発生器と、
前記直流電圧を電源として動作し、前記パルス信号に応じて前記同期整流トランジスタをスイッチングするドライバと、
前記同期整流トランジスタのドレイン電圧にもとづき、補助電源電圧を生成する補助電源回路と、
前記補助電源電圧を受けて動作し、前記同期整流トランジスタをオフに固定するオフ固定回路と、
を備え、
前記オフ固定回路は、前記ドライバの出力段のローサイドトランジスタを強制的にオンすることにより、前記同期整流トランジスタをオフに固定することを特徴とする同期整流コントローラ。 - 絶縁同期整流型のDC/DCコンバータの2次側に配置され、同期整流トランジスタを制御する同期整流コントローラであって、
前記DC/DCコンバータの2次側において生成される直流電圧を受ける電源端子と、
前記直流電圧を電源として動作し、前記同期整流トランジスタの両端間電圧にもとづいてパルス信号を生成するパルス発生器と、
前記直流電圧を電源として動作し、前記パルス信号に応じて前記同期整流トランジスタをスイッチングするドライバと、
前記同期整流トランジスタのゲートソース間に設けられたオフ用トランジスタと、
前記オフ用トランジスタの制御端子と前記同期整流トランジスタのドレイン端子の間に、カソードが前記オフ用トランジスタの制御端子側となる向きで設けられたダイオードと、
前記オフ用トランジスタの前記制御端子と接地ラインの間に設けられ、前記直流電圧が所定電圧を超えるとオン状態となる解除用トランジスタと、
を備えることを特徴とする同期整流コントローラ。 - 前記オフ用トランジスタの前記制御端子と接続されたキャパシタをさらに備えることを特徴とする請求項14に記載の同期整流コントローラ。
- 前記オフ用トランジスタの前記制御端子と前記ドレイン端子の間に設けられた抵抗さらに備えることを特徴とする請求項14または15に記載の同期整流コントローラ。
- 前記直流電圧に応じた電圧を所定のしきい値電圧と比較し、前記直流電圧が前記しきい値を超えると、解除信号をアサートする低電圧ロックアウト回路をさらに備え、前記解除用トランジスタは、前記解除信号がアサートされるとターンオンすることを特徴とする請求項14から16のいずれかに記載の同期整流コントローラ。
- 前記電源端子の電圧にもとづき内部電源電圧を生成する内部電源回路をさらに備え、前記パルス発生器および前記ドライバは、前記内部電源電圧を電源として動作することを特徴とする請求項1から17のいずれかに記載の同期整流コントローラ。
- ひとつの半導体基板に一体集積化されたことを特徴とする請求項1から18のいずれかに記載の同期整流コントローラ。
- 絶縁同期整流型のDC/DCコンバータであって、
1次巻線および2次巻線を有するトランスと、
前記トランスの1次巻線と接続されるスイッチングトランジスタと、
前記トランスの2次巻線と接続される同期整流トランジスタと、
フォトカプラと、
前記フォトカプラの出力側と接続され、前記フォトカプラ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をスイッチングする1次側コントローラと、
前記同期整流トランジスタを制御する請求項1から19のいずれかに記載の同期整流コントローラと、
前記フォトカプラの入力側と接続され、前記DC/DCコンバータの出力電圧に応じた誤差電流を発生するシャントレギュレータと、
を備えることを特徴とするDC/DCコンバータ。 - 商用交流電圧をフィルタリングするフィルタと、
前記フィルタの出力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20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。 - 負荷と、
商用交流電圧をフィルタリングするフィルタと、
前記フィルタの出力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20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。 - 商用交流電圧をフィルタリングするフィルタと、
前記フィルタの出力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20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。
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