JP6791658B2 - 絶縁同期整流型dc/dcコンバータ、電源アダプタおよび電子機器 - Google Patents
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Description
同期整流トランジスタのドレインの電圧は、スイッチングトランジスタのスイッチングに応じて周期的に変動するため、第1信号には、この変動成分が含まれる。この保護回路によれば、第2信号を生成することで、変動成分を除去でき、温度に依存する直流成分を抽出できる。
ビアホールの熱伝導率は十分に高いため、この態様によっても、同期整流トランジスタの温度を正確に測定できる。また、プリント基板の利用効率を高めることができる。
プリント配線を熱伝導率が十分高くなるように設計できる場合には、同期整流トランジスタの温度を正確に測定できる。
過熱状態においてフォトカプラを駆動することにより、一次側コントローラのスイッチングのデューティ比を減少させ、あるいはスイッチングを停止させることができる。
平滑キャパシタに、スイッチングトランジスタのスイッチングにともなう変動成分が除去され、温度に依存した直流電圧を発生させることができる。
フォトカプラの駆動により、一次側コントローラのスイッチングのデューティ比が減少し、あるいはスイッチングが停止すると、二次側の出力電圧、すなわち発光素子のカソード電位が低下する。そしてラッチ回路が非活性化されると、一次側コントローラのスイッチングが再開する。つまり、過熱状態が持続したときに、DC/DCコンバータを間欠動作させることができる。
このDC/DCコンバータ200によれば、温度検出素子の一端と同期整流トランジスタの内部のFETのドレインとの間が、電気的配線を介して接続される。電気的配線は金属であり、その熱伝導率は、パッケージの樹脂やプリント基板の樹脂のそれらに比べて高い。したがって温度検出素子242と同期整流トランジスタM2の内部のFETの熱結合を高められ、同期整流トランジスタM2の内部のFETの熱が、素早く温度検出素子242に伝達する。これにより温度検出素子242によって、同期整流トランジスタM2の温度を、少ない遅延で正確に測定することができる。
S2=VD×R11/(RTH+R11) …(1)
ここでドレイン電圧の平均値VDは、出力電圧VOUTに応じた一定値をとる。温度が上昇すると、RTHが低下し、したがって第2信号S12の電圧レベルは上昇する。この保護回路240によれば、同期整流トランジスタM2の温度と正の相関を有する直流電圧に相当する第2信号S12を得ることができる。保護回路240は、平滑キャパシタ106に生ずる電圧(S2)と所定のしきい値電圧の比較結果にもとづいて、過熱状態を判定する。
第1トランジスタQ11はNPN型バイポーラトランジスタであり、制御端子(ベース)に第2信号S12を受け、一端(エミッタ)が接地される。第2抵抗R12は、第1トランジスタQ11のベースと接地(エミッタ)の間に設けられる。第2トランジスタQ12は、PNP型バイポーラトランジスタであり、制御端子(ベース)が第1トランジスタQ11の他端(コレクタ)と接続され、一端(コレクタ)が第1トランジスタQ11のベースと接続され、他端(エミッタ)がフォトカプラ204の発光素子と接続されている。第3抵抗R13は、第2トランジスタQ12のベースとフォトカプラ204の発光素子の間に設けられる。第1トランジスタQ11、第2トランジスタQ12は、FETであってもよい。
図9(a)〜(c)は、保護回路240の変形例を示す回路図である。図9(a)の保護回路240aは、第1信号S11を平滑化し、第2信号S12を生成するローパスフィルタ262を含む。図9(b)の保護回路240bは、第1信号S11を積分して第2信号S12を生成する積分器264を含む。図9(c)の保護回路240cは、第1信号S11をピークホールドし、第2信号S12を生成するピークホールド回路266を含む。
温度検出素子242としては、NTCサーミスタのほか、PTC(Positive Temperature Coefficient)サーミスタや熱電対を用いてもよい。
保護回路240による過熱状態における保護の方法は特に限定されない。たとえば保護回路240は過熱状態を検出すると、フォトカプラ204とは別に設けられたエラー通知用のフォトカプラを駆動して、過熱状態を一次側コントローラ202に通知してもよい。通知を受けた一次側コントローラ202は、スイッチングトランジスタM1のスイッチングを停止してもよい。
保護回路240による過熱状態における保護の方法は特に限定されない。たとえば保護回路240は過熱状態を検出すると、フォトカプラ204とは別に設けられたエラー通知用のフォトカプラを駆動して、過熱状態を一次側コントローラ202に通知してもよい。通知を受けた一次側コントローラ202は、スイッチングトランジスタM1のスイッチングを停止してもよい。
保護回路240の、第2信号S12にもとづく過熱状態を判定するための構成も特に限定されない。たとえば保護回路240は、第2信号S12をしきい値電圧と比較する電圧コンパレータと、電圧コンパレータの出力をラッチするラッチ回路と、を含んでもよい。
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10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904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。
Claims (14)
- 絶縁同期整流型のDC/DCコンバータであって、
一次巻線および二次巻線を有するトランスと、
前記トランスの一次巻線と接続されるスイッチングトランジスタと、
前記トランスの二次巻線と二次側の接地ラインの間に設けられる同期整流トランジスタと、
発光素子および受光素子を含むフォトカプラと、
前記DC/DCコンバータの出力電圧が目標電圧に近づくように、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前記受光素子と接続され、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一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同期整流コントローラと、
一端が前記同期整流トランジスタのドレインと接続される温度検出素子を含み、前記温度検出素子が発生する第1信号にもとづいて、前記同期整流トランジスタの過熱状態を検出する保護回路と、
を備えることを特徴とするDC/DCコンバータ。 - 前記保護回路は、前記第1信号の平均値、積分値、ピーク値のいずれかに応じている第2信号にもとづいて、前記同期整流トランジスタの過熱状態を検出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。
- 前記同期整流トランジスタは、面実装パッケージに収容されており、
前記温度検出素子の前記一端と前記同期整流トランジスタのドレイン電極は、はんだによって電気的かつ物理的に接続されていることを特徴とする請求項1または2に記載のDC/DCコンバータ。 - 前記同期整流トランジスタと前記温度検出素子は、プリント基板の異なる面に実装されており、
前記温度検出素子の前記一端は、前記同期整流トランジスタのドレイン電極と、ビアホールを介して接続されていることを特徴とする請求項1または2に記載のDC/DCコンバータ。 - 前記同期整流トランジスタと前記温度検出素子は、プリント基板の同一面に実装されており、
前記温度検出素子の前記一端は、前記同期整流トランジスタのドレイン電極と、プリント配線を介して接続されていることを特徴とする請求項1または2に記載のDC/DCコンバータ。 - 前記保護回路は、前記過熱状態を検出すると、前記フォトカプラの前記発光素子を駆動す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。
- 前記温度検出素子であり、一端が前記同期整流トランジスタのドレインと接続されるサーミスタと、
前記サーミスタの他端と前記接地ラインの間に設けられる第1抵抗と、
前記サーミスタの他端と前記接地ラインの間に設けられる平滑キャパシタと、
を含み、前記平滑キャパシタに生ずる電圧と所定のしきい値電圧の比較結果にもとづいて、過熱状態を判定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DC/DCコンバータ。 - 前記保護回路は、
前記過熱状態が検出されると活性化し、活性状態において前記フォトカプラを駆動し、その後、前記フォトカプラの前記発光素子のカソードの電位が低下すると自動的に非活性化状態となる、ラッチ回路を含むことを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載のDC/DCコンバータ。 - 前記保護回路は、
制御端子に前記第2信号を受け、一端が接地されるNPN型もしくはNチャンネルの第1トランジスタと、
前記第1トランジスタの制御端子と接地の間に設けられる第2抵抗と、
制御端子が前記第1トランジスタの他端と接続され、一端が前記第1トランジスタの制御端子と接続され、他端が前記フォトカプラの前記発光素子と接続され、PNP型もしくはPチャンネルの第2トランジスタと、
前記第2トランジスタの制御端子と前記フォトカプラの前記発光素子の間に設けられた第3抵抗と、
を含むことを特徴とする請求項2に記載のDC/DCコンバータ。 - 前記保護回路は、前記第1信号を平滑化し、前記第2信号を生成するフィルタを含むことを特徴とする請求項2に記載のDC/DCコンバータ。
- 前記保護回路は、前記第1信号をピークホールドし、前記第2信号を生成するピークホールド回路を含むことを特徴とする請求項2に記載のDC/DCコンバータ。
- 前記保護回路は、前記第1信号を積分し、前記第2信号を生成する積分器を含むことを特徴とする請求項2に記載の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1から12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。 - 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1から12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アダプタ。
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