JP7141917B2 - 電源制御装置、およびllc共振コンバータ - Google Patents
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Description
入力電圧が一端に印加される第1スイッチング素子と、
前記第1スイッチング素子の他端に一端が接続される第2スイッチング素子と、
前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子とが接続される第1接続ノードと、前記第2スイッチング素子の他端との間に直列に接続される1次巻線および共振コンデンサと、
を有するLLC共振コンバータを駆動制御する電源制御装置であり、
前記LLC共振コンバータの出力電圧を帰還した帰還電圧に基づいて上側オフ閾値および下側オフ閾値を生成するオフ閾値生成回路と、
前記上側オフ閾値および前記下側オフ閾値のそれぞれに共振電流検出信号を合算する帰還電流合算回路と、
前記帰還電流合算回路による合算後の上側オフ閾値と共振電圧検出信号とを比較して前記第1スイッチング素子をオフするための上側オフ信号を出力する上側コンパレータと、
前記帰還電流合算回路による合算後の下側オフ閾値と共振電圧検出信号とを比較して前記第2スイッチング素子をオフするための下側オフ信号を出力する下側コンパレータと、
を有する電源制御装置としている(第1の構成)。
第1抵抗と、
第2抵抗と、
前記第1抵抗の一端と前記第2抵抗の一端とが接続される第2接続ノードに第1所定電圧を印加する第1電圧印加部と、
前記帰還電圧に基づき、前記第1抵抗の他端に流す第1出力電流および前記第2抵抗の他端に流す第2出力電流を生成する出力電流生成回路と、
を有し、
前記帰還電流合算回路は、前記共振電流検出信号に基づき、前記第1抵抗の他端からシンク電流を吸い込むとともに、前記第2抵抗の他端へソース電流を吐き出すこととしてもよい(第2の構成)。
前記第1スイッチング素子のオンへの切替えの際に前記共振電流検出信号をホールドする第1サンプルホールド部と、
前記第1サンプルホールド部の出力と前記共振電流検出信号との差分に応じた前記シンク電流を出力する第1トランスコンダクタンスアンプと、
前記第2スイッチング素子のオンへの切替えの際に前記共振電流検出信号をホールドする第2サンプルホールド部と、
前記第2サンプルホールド部の出力と前記共振電流検出信号との差分に応じた前記ソース電流を出力する第2トランスコンダクタンスアンプと、
を有することとしてもよい(第3の構成)。
前記第1レベルシフト回路の入力端に入力端が接続される平均検出部と、
前記ピーク検出部の出力と前記平均検出部の出力とが入力されるOR回路と、
前記OR回路の出力に応じて前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子をオフとしてスイッチングを停止させる第1制御部と、
をさらに有することとしてもよい(第5の構成)。
前記コンパレータの出力に応じて前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子のオンへの切替えを禁止する第2制御部と、
をさらに有することとしてもよい(第6の構成)。
第1トランジスタと、
前記第1トランジスタの一端に接続される第3抵抗と、
前記帰還電圧と、前記第1トランジスタと前記第3抵抗とが接続される第3接続ノードの電圧とが入力されて前記第1トランジスタを駆動する第1エラーアンプと、
前記第1トランジスタに流れる電流を入力として前記第1出力電流を生成する上側カレントミラーと、
前記上側カレントミラーの出力電流を入力として前記第2出力電流を生成する下側カレントミラーと、
を有することとしてもよい(第7の構成)。
前記第1所定電圧は、レベルシフト後の前記共振電圧検出信号の中心電圧と同じであることとしてもよい(第9の構成)。
前記帰還電圧が生じる帰還外部端子に一端が第4接続ノードにて接続され、第2所定電圧が他端に印加される第4抵抗と、
第1コンデンサを接続可能な設定外部端子に定電流を流す第1定電流源と、
シンク電流を出力する第3トランスコンダクタンスアンプと、
を有し、
前記第3トランスコンダクタンスアンプの一方の入力端は、前記設定外部端子に接続され、
前記第3トランスコンダクタンスアンプの他方の入力端および出力端は、前記第4接続ノードに接続されることとしてもよい(第10の構成)。
前記共振電流検出信号は、前記第2コンデンサと前記第5抵抗とが接続される第6接続ノードに生成されることとしてもよい(第11の構成)。
前記共振電圧検出信号は、前記第3コンデンサと前記第4コンデンサとが接続される第7接続ノードに生成されることとしてもよい(第12の構成)。
前記共振電流検出信号を印加可能な第1外部端子と、前記共振電圧検出信号を印加可能な第2外部端子とは、前記ICパッケージの同一辺に沿って配置される同レベル耐圧の端子群に含まれることとしてもよい(第13の構成)。
非接続端子である第4外部端子と、
を前記同一辺においてさらに有し、
前記第4外部端子は、前記端子群と前記第3外部端子との間に配置されることとしてもよい(第14の構成)。
図1は、本発明の一実施形態に係るAC/DCコンバータ5の構成を示す回路図である。AC/DCコンバータ5は、大きく分けて、前段側の力率改善回路(PFC)51と、後段側のLLC共振コンバータ52と、から構成される。なお、AC/DCコンバータ5は、民生機器(TV、PC、サーバー等)電源、LED照明電源、産業機器電源、OA機器(レーザプリンター等)電源など、各種の電源に適用される。
次に、電源制御IC2における帰還経路構成について詳述する。図2は、電源制御IC2におけるスイッチングのオフタイミングを決定する構成を要部的に示す概略図である。
次に、上述したオフ閾値生成回路21の具体的な構成例について述べる。図3は、オフ閾値生成回路21の一構成例を示す回路図である。
次に、上述した帰還電流合算回路22の具体的な構成例について述べる。図6は、帰還電流合算回路22の一構成例を示す回路図である。
図10の回路図に示すように、電源制御IC2において、上述したオフ閾値生成回路21と帰還電流合算回路22とは接続される。より具体的には、接続ノードNHとトランスコンダクタンスアンプ222の出力端が接続ノードNH2で接続され、接続ノードNLとトランスコンダクタンスアンプ223の出力端が接続ノードNL2で接続される。
図13は、電源制御IC2の変形例を示す回路図である。図13に示す電源制御IC2は、上述した図10に示す構成に加えて、コンパレータ26と、ピーク検出部27と、平均検出部28と、OR回路29と、コントローラ30(制御部)と、を有する。
ここで、電源制御IC2(図1)の端子配置について述べる。なお、以下では、端子を1番ピン~16番ピンと記載して説明する。
2 電源制御IC
21 オフ閾値生成回路
211 出力電流生成回路
22 帰還電流合算回路
221 エラーアンプ
222、223 トランスコンダクタンスアンプ
23 DCレベルシフト回路
24 上側コンパレータ
25 下側コンパレータ
26 コンパレータ
27 ピーク検出部
28 平均検出部
29 OR回路
30 コントローラ
5 AC/DCコンバータ
51 力率改善回路
52 LLC共振コンバータ
DB ダイオードブリッジ
L1 インダクタ
D1~D5 ダイオード
M1 スイッチング素子
R1~R8 抵抗
C1~C9 コンデンサ
Z1 ツェナーダイオード
Q1、Q2 スイッチング素子
Cr 共振コンデンサ
Tr トランス
Np 1次巻線
Ns1、Ns2 2次巻線
Na 補助巻線
D11、D12 ダイオード
PC フォトカプラ
P1 発光素子
P2 受光素子
SR シャントレギュレータ
C10 出力コンデンサ
R11、R12 抵抗
Claims (15)
- 入力電圧が一端に印加される第1スイッチング素子と、
前記第1スイッチング素子の他端に一端が接続される第2スイッチング素子と、
前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子とが接続される第1接続ノードと、前記第2スイッチング素子の他端との間に直列に接続される1次巻線および共振コンデンサと、
を有するLLC共振コンバータを駆動制御する電源制御装置であり、
前記LLC共振コンバータの出力電圧を帰還した帰還電圧に基づいて上側オフ閾値および下側オフ閾値を生成するオフ閾値生成回路と、
前記上側オフ閾値および前記下側オフ閾値のそれぞれに共振電流検出信号を合算する帰還電流合算回路と、
前記帰還電流合算回路による合算後の上側オフ閾値と共振電圧検出信号とを比較して前記第1スイッチング素子をオフするための上側オフ信号を出力する上側コンパレータと、
前記帰還電流合算回路による合算後の下側オフ閾値と共振電圧検出信号とを比較して前記第2スイッチング素子をオフするための下側オフ信号を出力する下側コンパレータと、
を有する、電源制御装置。 - 前記オフ閾値生成回路は、
第1抵抗と、
第2抵抗と、
前記第1抵抗の一端と前記第2抵抗の一端とが接続される第2接続ノードに第1所定電圧を印加する第1電圧印加部と、
前記帰還電圧に基づき、前記第1抵抗の他端に流す第1出力電流および前記第2抵抗の他端に流す第2出力電流を生成する出力電流生成回路と、
を有し、
前記帰還電流合算回路は、前記共振電流検出信号に基づき、前記第1抵抗の他端からシンク電流を吸い込むとともに、前記第2抵抗の他端へソース電流を吐き出す、請求項1に記載の電源制御装置。 - 前記帰還電流合算回路は、
前記第1スイッチング素子のオンへの切替えの際に前記共振電流検出信号をホールドする第1サンプルホールド部と、
前記第1サンプルホールド部の出力と前記共振電流検出信号との差分に応じた前記シンク電流を出力する第1トランスコンダクタンスアンプと、
前記第2スイッチング素子のオンへの切替えの際に前記共振電流検出信号をホールドする第2サンプルホールド部と、
前記第2サンプルホールド部の出力と前記共振電流検出信号との差分に応じた前記ソース電流を出力する第2トランスコンダクタンスアンプと、
を有する、請求項2に記載の電源制御装置。 - 前記帰還電流合算回路は、前記共振電流検出信号をレベルシフトし、レベルシフト後の前記共振電流検出信号を前記第1サンプルホールド部、前記第1トランスコンダクタンスアンプ、前記第2サンプルホールド部、および、前記第2トランスコンダクタンスアンプへ出力する第1レベルシフト回路を有する、請求項3に記載の電源制御装置。
- 前記第1レベルシフト回路の入力端に入力端が接続されるピーク検出部と、
前記第1レベルシフト回路の入力端に入力端が接続される平均検出部と、
前記ピーク検出部の出力と前記平均検出部の出力とが入力されるOR回路と、
前記OR回路の出力に応じて前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子をオフとしてスイッチングを停止させる第1制御部と、
をさらに有する、請求項4に記載の電源制御装置。 - 前記第1サンプルホールド部、前記第1トランスコンダクタンスアンプ、前記第2サンプルホールド部、および、前記第2トランスコンダクタンスアンプのそれぞれの入力端に一方の入力端が接続され、他方の入力端に第1基準電圧が入力されるコンパレータと、
前記コンパレータの出力に応じて前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子のオンへの切替えを禁止する第2制御部と、
をさらに有する、請求項3から請求項5のいずれか1項に記載の電源制御装置。 - 前記出力電流生成回路は、
第1トランジスタと、
前記第1トランジスタの一端に接続される第3抵抗と、
前記帰還電圧と、前記第1トランジスタと前記第3抵抗とが接続される第3接続ノードの電圧とが入力されて前記第1トランジスタを駆動する第1エラーアンプと、
前記第1トランジスタに流れる電流を入力として前記第1出力電流を生成する上側カレントミラーと、
前記上側カレントミラーの出力電流を入力として前記第2出力電流を生成する下側カレントミラーと、
を有する、請求項2から請求項6のいずれか1項に記載の電源制御装置。 - 前記第1電圧印加部は、第2基準電圧を入力されるボルテージフォロアである、請求項2から請求項7のいずれか1項に記載の電源制御装置。
- 前記共振電圧検出信号をレベルシフトして前記上側コンパレータおよび前記下側コンパレータのそれぞれに出力する第2レベルシフト回路をさらに有し、
前記第1所定電圧は、レベルシフト後の前記共振電圧検出信号の中心電圧と同じである、請求項2から請求項8のいずれか1項に記載の電源制御装置。 - 前記オフ閾値生成回路は、
前記帰還電圧が生じる帰還外部端子に一端が第4接続ノードにて接続され、第2所定電圧が他端に印加される第4抵抗と、
第1コンデンサを接続可能な設定外部端子に定電流を流す第1定電流源と、
シンク電流を出力する第3トランスコンダクタンスアンプと、
を有し、
前記第3トランスコンダクタンスアンプの一方の入力端は、前記設定外部端子に接続され、
前記第3トランスコンダクタンスアンプの他方の入力端および出力端は、前記第4接続ノードに接続される、請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の電源制御装置。 - 前記LLC共振コンバータは、前記1次巻線と前記共振コンデンサとが接続される第5接続ノードに一端が接続される第2コンデンサと、前記第2コンデンサの他端に接続される第5抵抗と、をさらに有し、
前記共振電流検出信号は、前記第2コンデンサと前記第5抵抗とが接続される第6接続ノードに生成される、請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の電源制御装置。 - 前記LLC共振コンバータは、前記1次巻線と前記共振コンデンサとが接続される第5接続ノードに一端が接続される第3コンデンサと、前記第3コンデンサの他端に接続される第4コンデンサと、をさらに有し、
前記共振電圧検出信号は、前記第3コンデンサと前記第4コンデンサとが接続される第7接続ノードに生成される、請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の電源制御装置。 - ICパッケージとしての請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の電源制御装置であり、
前記共振電流検出信号を印加可能な第1外部端子と、前記共振電圧検出信号を印加可能な第2外部端子とは、前記ICパッケージの同一辺に沿って配置される同レベル耐圧の端子群に含まれる。 - 前記入力電圧を生成するための交流電圧の印加端にダイオードを介して接続可能な第3外部端子と、
非接続端子である第4外部端子と、
を前記同一辺においてさらに有し、
前記第4外部端子は、前記端子群と前記第3外部端子との間に配置される、請求項13に記載の電源制御装置。 - 請求項1から請求項14のいずれか1項に記載の電源制御装置を含むLLC共振コンバータ。
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