JP7404905B2 - スイッチング制御回路、及び電源回路 - Google Patents

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Description

本発明は、スイッチング制御回路、及び電源回路に関する。
絶縁型の電源回路は、例えば、交流電圧を整流した整流電圧が印加される1次コイル、2次コイル、補助コイルを有するトランスを含み、1次コイルに流れる電流を制御するトランジスタをスイッチングすることにより、2次側に目的レベルの出力電圧を生成する。
このような電源回路のトランジスタを制御する制御回路は、交流電圧が遮断されると、トランジスタを定電流制御し、整流電圧を平滑化するコンデンサを放電することがある(例えば、特許文献1)。
米国特許第5999539号明細書
ところで、電源回路のトランジスタを制御する制御回路には、一般に補助コイルに生じる電圧を電源電圧として動作する。したがって、交流電圧が遮断され、補助コイルに生じる電圧が低下すると、制御回路は動作できなくなる。そして、コンデンサに電荷が蓄積されているままになると、電源装置の修理を行う者がその電荷で感電する恐れがある。
本発明は、上記のような従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、入力電圧が遮断される際に、適切に、コンデンサを放電することが可能なスイッチング制御回路を提供することにある。
前述した課題を解決する本発明にかかるスイッチング制御回路の第1の態様は、入力電圧を平滑化する第1コンデンサと、前記第1コンデンサの電圧が印加され、1次側に設けられた1次コイル、2次側に設けられた2次コイル、及び補助コイルを含むトランスと、前記補助コイルからの電圧が印加される第2コンデンサと、前記1次コイルに流れるインダクタ電流を制御するトランジスタと、を含む電源回路の前記トランジスタをスイッチング制御するスイッチング制御回路であって、前記入力電圧が供給されている場合、または前記入力電圧の供給が停止され、前記第2コンデンサの電圧が第1レベルに到達したという第1条件が満たされる場合、第1制御信号を出力し、前記入力電圧の供給が停止され、前記第1条件が満たされた後、前記第2コンデンサの電圧が前記第1レベルより高い第2レベルに到達したという第2条件が満たされる場合、第2制御信号を出力する制御回路と、前記第1制御信号に基づいて、前記トランジスタをスイッチング制御するための第1駆動信号を出力する第1駆動回路と、前記第2制御信号に基づいて、前記トランジスタのオン抵抗を制御して前記第1コンデンサの電荷を引き抜くための第2駆動信号を出力する第2駆動回路と、を備える。
前述した課題を解決する本発明にかかるスイッチング制御回路の第2の態様は、入力電圧を平滑化する第1コンデンサと、前記第1コンデンサの電圧が印加され、1次側に設けられた1次コイル、2次側に設けられた2次コイル、及び補助コイルを含むトランスと、前記補助コイルからの電圧が印加される第2コンデンサと、前記1次コイルに流れるインダクタ電流を制御するトランジスタと、を含む電源回路の前記トランジスタをスイッチング制御するスイッチング制御回路であって、前記入力電圧が供給されている場合、第1制御信号を出力し、前記入力電圧の供給が停止される場合、第2制御信号を出力する制御回路と、前記第1制御信号に基づいて、前記トランジスタをスイッチング制御するための第1駆動信号を出力する第1駆動回路と、前記第2制御信号に基づいて、前記トランジスタのオン抵抗を所定周期ごとに制御し前記インダクタ電流を間欠的に流して前記第1コンデンサの電荷を引き抜くための第2駆動信号を出力する第2駆動回路と、を備える。
前述した課題を解決する本発明にかかる電源回路は、入力電圧を平滑化する第1コンデンサと、前記第1コンデンサの電圧が印加され、1次側に設けられた1次コイル、2次側に設けられた2次コイル、及び補助コイルを含むトランスと、前記補助コイルからの電圧が印加される第2コンデンサと、前記1次コイルに流れるインダクタ電流を制御するトランジスタと、前記入力電圧が供給されている場合、または前記入力電圧の供給が停止され、前記第2コンデンサの電圧が第1レベルに到達したという第1条件が満たされる場合、第1制御信号を出力し、前記入力電圧の供給が停止され、前記第1条件が満たされた後、前記第2コンデンサの電圧が前記第1レベルより高い第2レベルに到達したという第2条件が満たされる場合、第2制御信号を出力する制御回路と、前記第1制御信号に基づいて、前記トランジスタをスイッチング制御するための第1駆動信号を出力する第1駆動回路と、前記第2制御信号に基づいて、前記トランジスタのオン抵抗を制御して前記第1コンデンサの電荷を引き抜くための第2駆動信号を出力する第2駆動回路と、を備える。
本発明によれば、入力電圧が遮断される際に、適切に、コンデンサを放電することが可能なスイッチング制御回路を提供することができる。
電源回路10の構成の一例を示す図である。 スイッチング制御回路40の構成の一例を示す図である。 遮断検出回路52の構成の一例を示す図である。 第1駆動回路55の構成の一例を示す図である。 第2駆動回路57の構成の一例を示す図である。 スイッチング制御回路40の動作の一例を示す図である。 第2駆動回路57の動作の一例を示す図である。
本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
=====本実施形態=====
<電源回路10>
図1は、本発明の一実施形態である電源回路10の構成の一例を示す図である。電源回路10は、入力電圧である交流電圧Vacから目的レベルの出力電圧Voutを生成し、負荷11に供給する、フライバック方式の電源回路である。電源回路10は、全波整流回路20、コンデンサ21,26,32、ダイオード22,23,25,31、抵抗24,29、制御ブロック27、NMOSトランジスタ28、トランス30、定電圧回路33、及び発光ダイオード34を含んで構成される。
全波整流回路20は、印加された交流電圧Vacを全波整流し、コンデンサ21に整流電圧Vbulkを印加する。コンデンサ21は、全波整流回路20からの整流電圧Vbulkを平滑化する。なお、コンデンサ21は、「第1コンデンサ」に相当する。
トランス30は、1次側に設けられ、一端が全波整流回路20と接続される1次コイルL1と、1次コイルL1に磁気的に結合され、2次側に設けられた2次コイルL2と、1次コイルL1に磁気的に結合される補助コイルL3を含んで構成される。ここで、2次コイルL2に生じる電圧は、1次コイルL1に生じる電圧とは極性が逆になるよう、2次コイルL2は巻かれている。このため、2次コイルL2には、1次コイルL1の巻数と、2次コイルL2の巻数の巻数比に応じ、1次コイルL1とは逆極性の出力電圧Voutが生じる。
また、補助コイルL3に生じる電圧は、1次コイルL1に生じる電圧とは極性が逆になるよう、補助コイルL3は巻かれている。このため、補助コイルL3には、1次コイルL1の巻数と、補助コイルL3の巻数の巻数比に応じ、1次コイルL1とは逆極性の補助コイル電圧が生じる。また、ダイオード25は、トランス30の補助コイルL3からの電流を整流し、コンデンサ26に供給する。したがって、NMOSトランジスタ28のスイッチングが開始されると、コンデンサ26は、ダイオード25からの電流により充電される。以下、本実施形態では、コンデンサ26の電圧を、電圧Vccとする。
NMOSトランジスタ28は、負荷11に供給する電力を制御する素子である。NMOSトランジスタ28は、後述するスイッチング制御回路40の端子OUTから出力された駆動信号Vdrv1又は駆動信号Vdrv2に応じて制御される。これにより、NMOSトランジスタ28は、1次コイルL1のインダクタ電流を変化させる。そして、1次コイルL1のインダクタ電流が変化すると、2次コイルL2、補助コイルL3に生じる電圧が変化する。その結果、交流電圧Vacが供給されている場合、本実施形態では、2次コイルL2には、目的レベルの出力電圧Voutが生成され、補助コイルL3には、補助コイル電圧が生じ、電圧Vccの電圧レベルは、所定の電圧レベルVcc_normとなる。
なお、NMOSトランジスタ28は、「トランジスタ」に相当し、「トランジスタ」は、NMOSトランジスタに限定されず、バイポーラトランジスタ等、他の半導体素子であってもよい。また、コンデンサ26は、「第2コンデンサ」に相当する。
抵抗29は、NMOSトランジスタ28のソース端子と、接地と、の間に設けられ、NMOSトランジスタ28がオンとなると、1次コイルL1のインダクタ電流を、電圧Vrに変換する。
ダイオード22,23、抵抗24は、電圧Vhを生成し、後述するスイッチング制御回路40内の遮断検出回路52と伴に交流電圧Vacを検出するために設けられている。
ダイオード31は、トランス30の2次コイルL2からの電流を整流し、コンデンサ32に供給する。コンデンサ32は、ダイオード31からの電流により充電されるため、コンデンサ32の端子間には出力電圧Voutが発生する。
定電圧回路33は、一定の直流電圧を生成する回路であり、例えば、シャントレギュレータを用いて構成される。
発光ダイオード34は、出力電圧Voutと、定電圧回路33の出力との差に応じた強度の光を発光する素子であり、後述するフォトトランジスタ41とともに、フォトカプラを構成する。本実施形態では、出力電圧Voutのレベルが高くなると、発光ダイオード34からの光の強度は強くなる。
<<制御ブロック27>>
制御ブロック27は、NMOSトランジスタ28を制御する回路である。制御ブロック27は、スイッチング制御回路40、フォトトランジスタ41、コンデンサ42,44、抵抗43,45,46,48、及びダイオード47を含んで構成される。
スイッチング制御回路40は、端子VH,VCC,OUT,CS,FB,GNDを有する。また、端子VCCには、電圧Vccが印加され、端子VHには、交流電圧Vacを検出するための電圧Vhが印加され、端子GNDは、接地に接続されている。
端子FBは、出力電圧Voutに応じた帰還電圧Vfbが発生する端子であり、フォトトランジスタ41、及びコンデンサ42が接続される。フォトトランジスタ41は、発光ダイオード34からの光の強度に応じた大きさのバイアス電流I1を、端子FBから接地へと流し、コンデンサ42は、端子FBと、接地との間のノイズを除去するために設けられる。このため、フォトトランジスタ41は、シンク電流を生成するトランジスタとして動作する。
端子CSには、ローパスフィルタを構成する抵抗43及びコンデンサ44が接続され、ローパスフィルタは、電圧Vrの高周波ノイズを抑制した電圧Vcsを生成する。
端子OUTには、NMOSトランジスタ28のゲート電圧Vgの、立ち上がり時の傾きと、立下り時の傾きと、を変えるための素子が接続される。具体的には、端子OUTには、抵抗45と、抵抗45と直列に一端が接続され、他端がNMOSトランジスタ28のゲート端子に接続される抵抗46と、アノードがNMOSトランジスタ28のゲート端子に接続され、カソードが抵抗45に接続されるダイオード47と、が接続される。その結果、ゲート電圧Vgの立ち上がりの傾きは、小さくなり、ゲート電圧Vgの立下りの傾きは、大きくなる。
また、抵抗48は、NMOSトランジスタ28のゲート端子をプルダウンするための抵抗であり、抵抗29を介して接地に接続されている。
<スイッチング制御回路40>
図2は、スイッチング制御回路40の構成の一例を示す図である。ここでは、便宜上、端子GNDは省略されている。また、電圧Vccは、スイッチング制御回路40の内部電源51で生成される電源電圧Vddを生成するために使用され、スイッチング制御回路40が動作するためにも使用される。
スイッチング制御回路40は、電圧Vh,Vcc,Vfb,Vcsに基づいてNMOSトランジスタ28を駆動する駆動信号Vdrv1/Vdrv2を出力する回路である。
スイッチング制御回路40は、内部電源51、遮断検出回路52、ヒステリシスコンパレータ53、制御回路54、第1駆動回路55、抵抗56、第2駆動回路57、及びコンパレータ58を含んで構成される。また、例えば、内部電源51、第1駆動回路55及び第2駆動回路57には、電圧Vccが供給されており、内部電源51は、電圧Vccに基づいて電源電圧Vddを生成する。
遮断検出回路52は、電圧Vhに基づいて、交流電圧Vacのレベルを検出する。具体的には、遮断検出回路52は、交流電圧Vacが供給されている場合、ローレベル(以下、“L”レベルとする)である信号Svhdetを出力し、交流電圧Vacが遮断される場合、ハイレベル(以下、“H”レベルとする)である信号Svhdetを出力する回路である。なお、遮断検出回路52の詳細は後述する。
ヒステリシスコンパレータ53は、基準電圧VREF1から生成される、閾値電圧VREFH,VREFLと、電圧Vccと、を比較して信号Scmpを出力する回路である。具体的には、ヒステリシスコンパレータ53は、電圧Vccが上昇し、高い閾値電圧である電圧VREFHより高くなると、信号Scmpを “H”レベルに変化させる。
一方、ヒステリシスコンパレータ53は、電圧Vccが低下し、低い閾値電圧である電圧VREFL(電圧VREFL<電圧VREFH)より低くなると、信号Scmpを“L”レベルに変化させる。本実施形態では、高い閾値電圧である電圧VREFHは、所定の電圧レベルVcc_normよりも低い電圧とする。なお、“L”レベルが、「第1論理レベル」に相当し、“H”レベルが、「第2論理レベル」に相当する。
制御回路54は、信号Svhdet,Scmpに基づいて、後述する第1駆動回路55または第2駆動回路57のいずれか一方を動作させるための制御信号Senを出力する。具体的には、制御回路54は、信号Svhdetが“L”レベルである場合、制御信号Senを“H”レベルとし、信号Svhdetが“H”レベルとなり、電圧Vccが電圧VREFLに到達したという条件(以下、「第1条件」とする)が満たされる場合、制御信号Senを“H”レベルとする。一方、第1条件が満たされた後、電圧Vccが、電圧VREFLより高い電圧VREFHに到達したという条件(以下、「第2条件」とする)が満たされる場合、制御信号Senを“L”レベルとする。また、制御回路54は、交流電圧Vacの供給が停止され、かつ、第1条件になる前の状態である条件(以下、「第3条件」とする)が満たされる場合、“L”レベルである制御信号Senを出力する。
なお、制御回路54は、交流電圧Vacが供給されている場合、“H”レベルである制御信号Senを出力し、交流電圧Vacの供給が停止される場合、“L”レベルである制御信号Senを出力してもよい。
したがって、制御信号Senが“H”レベルである場合、後述する第1駆動回路55が動作し、制御信号Senが“L”レベルである場合、後述する第2駆動回路57及びコンパレータ58が動作する。なお、“H”レベルである制御信号Senは、「第1制御信号」に相当し、“L”レベルである制御信号Senは、「第2制御信号」に相当する。また、電圧VREFLは、「第1レベル」に相当し、電圧VREFHは、「第2レベル」に相当する。
第1駆動回路55は、制御信号Senが“H”レベルである時、電圧Vfbに基づいて、NMOSトランジスタ28をスイッチング制御する駆動信号Vdrv1を出力する回路である。電圧Vfbは、フォトトランジスタ41が流すバイアス電流I1が抵抗56に流れることによって電源電圧Vddから電圧降下した電圧である。なお、電源電圧Vddは、スイッチング制御回路40の内部電源51によって生成される電源電圧である。また、第1駆動回路55の詳細については、後述する。なお、駆動信号Vdrv1は、「第1駆動信号」に相当する。
第2駆動回路57は、制御信号Senが“L”レベルである時、NMOSトランジスタ28が流すインダクタ電流で、コンデンサ21を放電する回路である。具体的には、第2駆動回路57は、後述するコンパレータ58からの信号Sstopと、電圧Vcsと、に基づいて、NMOSトランジスタ28のオン抵抗を制御してコンデンサ21の電荷を引き抜くための駆動信号Vdrv2を出力する回路である。また、第2駆動回路57の詳細については、後述する。なお、駆動信号Vdrv2は、「第2駆動信号」に相当する。
コンパレータ58は、コンデンサ21の放電が完了したか否かを判定する回路である。具体的には、コンパレータ58は、制御信号Senが“L”レベルである際に、駆動信号Vdrv2の電圧を、基準電圧VREF2と比較して、NMOSトランジスタ28を駆動する駆動信号Vdrv2の出力を第2駆動回路57に停止させるための信号Sstopを出力する回路である。また、制御信号Senが“L”レベルである際に、インダクタ電流が流れなくなると、第2駆動回路57は、駆動信号Vdrv2を基準電圧VREF2より高くして、インダクタ電流を更に流して電圧Vcsを上昇させる。これにより、コンパレータ58は、“H”レベルである信号Sstopを出力する。一方、コンパレータ58は、制御信号Senが“H”レベルである際に、“L”レベルである信号Sstopを出力する。なお、コンパレータ58は、「判定回路」に相当する。
<遮断検出回路52>
図3は、遮断検出回路52の構成の一例を示す図である。遮断検出回路52は、電圧Vhを分圧した電圧Vhdivを基準電圧VREF3と比較することで、交流電圧Vacの遮断を検出する回路であり、抵抗61,62、コンデンサ63、コンパレータ64、及びタイマ65を含んで構成される。
なお、「遮断」とは、例えば、交流電圧Vacが電源回路10に供給されず、全波整流回路20に印加されていないことをいう。
抵抗61,62は、分圧回路を構成し、電圧Vccより低くなるように電圧Vhを分圧して電圧Vhdivを生成する。コンデンサ63は、電圧Vhdivを平滑化する。
コンパレータ64は、電圧Vhdivと、基準電圧VREF3を比較して信号Svhcompを出力する。そして、コンパレータ64は、交流電圧Vacが供給され、電圧Vhdivが基準電圧VREF3より高い場合、“L”レベルである信号Svhcompを出力する。一方、コンパレータ64は、交流電圧Vacが遮断され、電圧Vhdivが基準電圧VREF3より低い場合、“H”レベルである信号Svhcompを出力する。
タイマ65は、信号Svhcompが“H”レベルである期間が所定期間以上である場合、“H”レベルである信号Svhdetを出力する。一方、タイマ65は、信号Svhcompが“L”レベルである場合、または、信号Svhcompが“H”レベルである期間が、所定期間未満である場合、“L”レベルである信号Svhdetを出力する。
<第1駆動回路55>
図4は、第1駆動回路55の構成の一例を示す図である。第1駆動回路55は、制御信号Senが“H”レベルである場合、電圧Vfbに基づいて、NMOSトランジスタ28をスイッチング制御するための駆動信号Vdrv1を出力する回路である。また、第1駆動回路55は、PWM回路71、及びバッファ72を含んで構成される。
PWM回路71は、目的レベルの出力電圧Voutに応じた基準電圧と、入力される電圧Vfbとを比較して、NMOSトランジスタ28を駆動するための発信信号Voscを出力する。
以下では、制御信号Senが“H”レベルである場合のPWM回路71の動作について説明する。PWM回路71は、出力電圧Voutが目的レベルより高く、電圧Vfbが目的レベルの出力電圧Voutに応じた基準電圧より低くなる場合、NMOSトランジスタ28をオンする期間を短くする発信信号Voscを出力する。その結果、1次コイルL1に流れるインダクタ電流が減少し、出力電圧Voutが低下する。
一方、PWM回路71は、出力電圧Voutが目的レベルより低く、電圧Vfbが目的レベルの出力電圧Voutに応じた基準電圧より高くなる場合、NMOSトランジスタ28をオンする期間を長くする発信信号Voscを出力する。その結果、1次コイルL1に流れるインダクタ電流が増え、出力電圧Voutが上昇する。
つまり、PWM回路71は、出力電圧Voutを目的レベルにするための発信信号Voscを出力する。
バッファ72は、制御信号Senが“H”レベルである場合に動作し、PWM回路71からの発信信号Voscに基づいて、電圧Vccに応じた振幅を有する駆動信号Vdrv1を出力する。また、バッファ72は、制御信号Senが“L”レベルとなると、出力をハイインピーダンスとする。
<第2駆動回路57>
図5は、第2駆動回路57の構成の一例を示す図である。第2駆動回路57は、NMOSトランジスタ28が流すインダクタ電流でコンデンサ21を放電する回路である。第2駆動回路57は、駆動信号生成回路81、及びタイマ85を含んで構成される。
駆動信号生成回路81は、信号Sstop,Soff及び電圧Vcsに基づいてNMOSトランジスタ28のオン抵抗を制御してコンデンサ21の電荷を引き抜くための駆動信号Vdrv2を生成する回路である。駆動信号生成回路81は、オペアンプ82、論理回路83、及びNMOSトランジスタ84を含んで構成される。
オペアンプ82は、電圧Vcs及び基準電圧VREF4に基づいて、NMOSトランジスタ28に流すインダクタ電流を定電流とする駆動信号Vdrv2を生成する回路である。また、オペアンプ82は、後述する論理回路83からの信号Sampが“H”レベルである場合に動作し、一方、信号Sampが“L”レベルである場合、動作しない。
まず、信号Sampが“H”レベルである場合のオペアンプ82の動作について説明する。オペアンプ82は、非反転入力端子に、基準電圧VREF4が印加され、反転入力端子に、NMOSトランジスタ28に流れるインダクタ電流に応じた電圧Vcsが印加される。
この結果、オペアンプ82は、反転入力端子の電圧Vcsが、非反転入力端子に印加された基準電圧VREF4となるよう、NMOSトランジスタ28のオン抵抗を制御してコンデンサ21の電荷を引き抜くための駆動信号Vdrv2を生成する。そのため、オペアンプ82は、インダクタ電流を、基準電圧VREF4に応じた所定値にする。
つぎに、信号Sampが“L”レベルとなる場合のオペアンプ82の動作について説明する。インダクタ電流が流れなくなり、駆動信号Vdrv2が基準電圧VREF2より高くなると、信号Sstopが“H”レベルとなり、後述する論理回路83は、“L”レベルである信号Sampを出力する。信号Sampが“L”レベルとなると、オペアンプ82は、動作しない。このとき、オペアンプ82は、出力をハイインピーダンスとする。
論理回路83は、信号Sen,Sstopに基づいて信号Sampを出力する回路である。具体的には、論理回路83は、制御信号Senが“L”レベルであり、信号Sstopが“L”レベルである場合、“H”レベルである信号Sampを出力する。一方、論理回路83は、制御信号Senが“H”レベルである場合、または、制御信号Senが“L”レベルであり、信号Sstopが“H”レベルとなる場合、“L”レベルである信号Sampを出力する。
NMOSトランジスタ84は、後述するタイマ85からの信号Soffに基づいて、駆動信号Vdrv2のレベルを接地電圧のレベルにする。
タイマ85は、制御信号Senが“L”レベルであり、信号Sstopが“L”レベルである場合、“所定周期T0”を繰り返し計時し、信号Soffを変化させる。具体的には、タイマ85は、“所定周期T0”のうち“第1期間P1”の間、または、制御信号Senが“H”レベルである場合、“L”レベルである信号Soffを出力する。このとき、NMOSトランジスタ84は、オフされ、駆動信号生成回路81は、駆動信号Vdrv2を生成する。
一方、タイマ85は、“所定周期T0”のうち“第2期間P2”の間、“H”レベルである信号Soffを出力する。このとき、NMOSトランジスタ84は、オンされ、NMOSトランジスタ84は、駆動信号Vdrv2のレベルを、接地電圧のレベルとする。そして、信号Sstopが“H”レベルとなると、タイマ85は、信号Soffを“H”レベルとし、駆動信号Vdrv2のレベルを接地電圧のレベルとする。
つまり、駆動信号生成回路81は、NMOSトランジスタ28が流すインダクタ電流の生成を停止させるための駆動信号Vdrv2を生成する。なお、タイマ85は、「タイマ回路」に相当する。
したがって、第2駆動回路57は、NMOSトランジスタ28のオン抵抗を“所定周期T0”ごとに制御しインダクタ電流を間欠的に流し、コンデンサ21の電荷を引き抜くための駆動信号Vdrv2を出力する。
<スイッチング制御回路40の動作>
図6は、スイッチング制御回路40の動作の一例を示す図である。スイッチング制御回路40は、電圧Vh,Vcc,Vfb,Vcsに基づいてNMOSトランジスタ28を駆動する駆動信号Vdrv1/Vdrv2を出力する。
時刻t0以前においては、交流電圧Vacが供給されており、スイッチング制御回路40は、振幅の電圧レベルが所定の電圧レベルVcc_normである駆動信号Vdrv1を出力し、電源回路10は、目的レベルの出力信号Voutを出力する。
このとき、コンデンサ21に印加される電圧Vbulkは、例えば、300Vであり、コンデンサ26に印加される電圧Vccは、所定の電圧レベルVcc_normとなる。また、交流電圧Vacが供給されているため、遮断検出回路52は、“L”レベルである信号Svhdetを出力する。また、制御回路54は、制御信号Senを“H”レベルとする。そして、時刻t0において、交流電圧Vacが遮断される。
時刻t0の後、電圧Vhが低下し、電圧Vhdivが基準電圧VREF3を下回り、所定期間が経過した時刻t1において、遮断検出回路52は、信号Svhdetを“H”レベルとする。信号Svhdetが“H”レベルとなると、制御回路54は、制御信号Senを“L”レベルとする。制御信号Senが“L”レベルとなると、第1駆動回路55は、駆動信号Vdrv1の出力を停止し、第2駆動回路57は、駆動信号Vdrv2を出力する。
ここでは、まず、コンデンサ21を放電する期間である、時刻t1から時刻t5の間の第2駆動回路57の動作に関して図7を参照して説明する。
時刻t1において、制御信号Senは、“L”レベルとなり、第1駆動回路55は、駆動信号Vdrv1の出力を停止し、NMOSトランジスタ28は、スイッチング動作によって生じるインダクタ電流を流さなくなる。制御信号Senが“L”レベルとなると、論理回路83は、”H“レベルである信号Sampを出力する。
そして、オペアンプ82は、駆動信号Vdrv2を出力し始め、NMOSトランジスタ28はコンデンサ21を放電するインダクタ電流を流す。タイマ85は、制御信号Senが“L”レベルとなると、“所定周期T0”の計時を開始し、“第1期間P1”が開始する。そして、タイマ85は、信号Soffを“L”レベルとする。“第1期間P1”において、オペアンプ82は、NMOSトランジスタ28に所定値のインダクタ電流を流すため、駆動信号Vdrv2を上昇させる。
時刻t2において、NMOSトランジスタ28に、基準電圧VREF4に応じた所定値のインダクタ電流が流れると、電圧Vcsと、基準電圧VREF4と、がほぼ一致するため、オペアンプ82は、駆動信号Vdrv2の上昇を停止させる。このとき、駆動信号Vdrv2のレベルは、コンパレータ58が“H”レベルである信号Sstopを出力する際の駆動信号Vdrv2のレベルである基準電圧VREF2のレベルよりも低い。
時刻t3において、“第1期間P1”が終了し、“第2期間P2”が開始する。このとき、タイマ85は、信号Soffを“H”レベルとする。信号Soffが“H”レベルとなると、NMOSトランジスタ84は、オンされ、駆動信号Vdrv2のレベルは、接地電圧のレベルとなる。
時刻t4以降においては、時刻t1から時刻t4までの動作が繰り返される。つまり、“所定周期T0”の“第1期間P1”の間、NMOSトランジスタ28は、インダクタ電流を流し、“第2期間P2”の間、NMOSトランジスタ28は、インダクタ電流を停止する。
つぎに、図6に戻って、スイッチング制御回路40の動作の説明を再開する。
時刻t1から時刻t5の間、スイッチング制御回路40は、駆動信号Vdrv2を出力し、この間、1次コイルL1における所定値のインダクタ電流がコンデンサ21を放電するので、電圧Vbulkは、低下する。また、このとき、NMOSトランジスタ28のスイッチング動作が行われず、補助コイル電圧が生成されないにもかかわらず、コンデンサ26の電圧Vccを用いて動作するスイッチング制御回路40が動作するため、電圧Vccは、徐々に低下する。
時刻t5において、信号Svhdetが“H”レベルであり、電圧Vccが電圧VREFLより低くなる第1条件が満たされると、制御回路54は、制御信号Senを、“H”レベルとする。制御信号Senが“H”レベルとなると、スイッチング制御回路40の第1駆動回路55は、電圧Vccの電圧レベルの振幅を有する駆動信号Vdrv1を出力する。
このとき、NMOSトランジスタ28が駆動信号Vdrv1に基づいてスイッチング動作を行うことで、インダクタ電流が流れ、コンデンサ21は放電され、電圧Vbulkは低下する。また、NMOSトランジスタ28のスイッチングにより、補助コイルL3は、補助コイル電圧を生成し、コンデンサ26に印加される電圧Vccは上昇する。
時刻t6において、第1条件が満たされた後、電圧Vccが電圧VREFHより高くなる第2条件が満たされると、制御回路54は、制御信号Senを“L”レベルとする。このとき、駆動信号Vdrv1は停止され、駆動信号Vdrv2が出力される。制御信号Senが“L”レベルとなると、タイマ85は、“所定周期T0”の計時を開始する。
時刻t7において、電圧Vbulkが0Vとなると、インダクタ電流は流れなくなる。このとき、オペアンプ82は、基準電圧VREF2よりも高い駆動信号Vdrv2を出力し、コンパレータ58は、“H”レベルである信号Sstopを出力する。その結果、第2駆動回路57は、駆動信号Vdrv2を“L”レベルとし、インダクタ電流を停止する。
また、ここでは、信号Sstopが“H”レベルとなると、第2駆動回路57は駆動信号Vdrv2を“L”レベルとするものとして説明したが、第2駆動回路57のオペアンプ82が駆動信号Vdrv2の出力を停止して、出力をハイインピーダンスに保ち、NMOSトランジスタが流すインダクタ電流の生成を停止してもよい。
この場合、抵抗29,48によってNMOSトランジスタ28のゲート端子はプルダウンされ、NMOSトランジスタ28のゲート電圧Vgのレベルは接地電圧のレベルとなる。なお、所定の電圧レベルVcc_normは、「第3レベル」に相当する。
なお、時刻t0以前のスイッチング制御回路40が通常駆動動作を行っている時、および時刻t5~t6のゲート電圧Vgのスイッチング周波数は特に制限されないが、典型的には20~200kHz程度となる。一方時刻t1~t5、および時刻t6~t7の放電動作時のインダクタ電流の間欠動作の周波数は特に制限されないが、典型的には20~200Hz程度となる。このスイッチング周波数と間欠動作の周波数との間には大きな差があり、基本的には上述したように100倍以上、典型的には500~2000倍程度の差がある。すなわち、通常駆動動作時のスイッチング周波数は、間欠動作の周波数の100倍以上の大きさを持つ。
===変形例===
本実施形態では、スイッチング制御回路40を、フライバック式の電源回路10に用いる例を示した。しかしながら、これに限らず、スイッチング制御回路40を、フォワード式の電源回路、LLC共振式の電源回路、その他の絶縁型の電源回路に用いてもよい。
また、本実施形態では、スイッチング制御回路40が、交流電圧Vacを検出する遮断検出回路52を含む例を説明した。しかしながら、フォトカプラを使用した交流電圧Vacを検出する回路をスイッチング制御回路40の外部に設けてもよい。
また、本実施形態では、交流電圧Vacを全波整流して電圧Vhを生成する例を説明した。しかしながら、交流電圧Vacの半波を用いて交流電圧Vacの遮断を検出してもよい。
また、本実施形態では、第2駆動回路57が、基準電圧VREF4に応じた所定値のインダクタ電流をNMOSトランジスタ28に流す例を説明した。しかしながら、NMOSトランジスタ28を破壊しない程度のインダクタ電流を流し、コンデンサ21の放電時間を短縮してもよい。
また、本実施形態では、インダクタ電流を間欠的に流し、NMOSトランジスタ28を保護しながら、コンデンサ21を放電する例を説明した。しかしながら、第2駆動回路57が動作する際に、NMOSトランジスタ28に常時、インダクタ電流が流れるようにしてもよい。
===まとめ===
以上、本実施形態の電源回路10について説明した。制御回路54は、制御信号Senを出力する。第1駆動回路55または第2駆動回路57は、制御信号Senに応じて動作する。この結果、電圧Vccがヒステリシスコンパレータ53の低い閾値電圧VREFLを下回った場合、NMOSトランジスタ28をスイッチングさせることで、補助コイルL3に補助コイル電圧を生成させて電圧Vccを上昇させることができる。これにより、スイッチング制御回路40は動作を継続する。その結果、スイッチング制御回路40は、電圧Vbulkが0Vになるまでコンデンサ21を放電することができる。つまり、入力電圧が遮断される際に、適切に、コンデンサを放電することが可能なスイッチング制御回路40を提供することができる。
また、第2駆動信号Vdrv2を、コンデンサ21を放電するインダクタ電流が所定値となるように制御することで、NMOSトランジスタ28の破壊を抑制することができる。
また、制御回路54は、交流電圧Vacの供給が停止され、かつ、第1条件になる前の間、“L”レベルである制御信号Senを出力する。これにより、交流電圧Vacが遮断された後、コンデンサ21の電荷を引き抜くことができる。
また、高い閾値電圧VREFHを、目的レベルの出力電圧Voutを生成している際の所定の電圧レベルVcc_normよりも低くすることで、NMOSトランジスタ28のスイッチング時に、トランス30の2次側に供給される電力を最小限にすることができる。
また、交流電圧Vacと、電圧Vccと、をそれぞれ検出する回路を設け、第1駆動回路55及び第2駆動回路57を制御することにより、スイッチング制御回路40を、コンデンサ21の放電が完了するまで、動作させることができる。
また、NMOSトランジスタ28のオン抵抗を所定周期で制御することにより、NMOSトランジスタ28の破壊を抑制することができる。
また、コンデンサ21の放電の完了を検出するコンパレータ58を設けることで、コンデンサ21の放電の完了後に、駆動信号Vdrv2の出力を停止させることができる。
また、電圧Vccが低い基準電圧VREFLとなり、第1駆動回路55が第1駆動信号Vdrv1を出力する時、コンデンサ26は充電され、コンデンサ26の電圧は上昇する。結果として、コンデンサ21の電荷が少なくなっても、スイッチング制御回路40は、長くコンデンサ21の電荷の引き抜きを継続することができる。
また、コンデンサ26が充電されることで、電圧Vccは上昇し、高い基準電圧VREFHを超え、第2条件を満たす。結果として、スイッチング制御回路40は、コンデンサ21の放電動作を再開することができる。
また、スイッチング制御回路40が、コンデンサ21を放電するために、NMOSトランジスタ28のオン抵抗を所定周期ごとに制御しインダクタ電流を間欠的に流してコンデンサ21の電荷を引き抜くことにより、NMOSトランジスタ28の破壊を抑制できる。
また、通常駆動動作時のスイッチング周波数と、放電動作時のスイッチング周波数の間の差異により、放電動作時に、スイッチング制御回路40は、電源回路10の2次側への影響を抑制しながら、コンデンサ21の放電をすることができる。
また、スイッチング制御回路40は、単体の集積回路であってもよいが、電源回路10内に個別部品で構成されてもよい。
本実施形態では、制御回路54は、第2条件が満たされたか否かを判定するために、ヒステリシスコンパレータ53が、電圧Vccと、電圧VREFHと、を比較した結果である信号Scmpを用いている。しかしながら、第1条件が満たされた後、所定時間が経過した際に、制御回路54は、制御信号Senを“L”レベルとしてもよい。このとき、ヒステリシスコンパレータ53の代わりに、1つの基準電圧と、電圧Vccと、を比較するコンパレータを用いることができる。この場合、第2条件は、第1条件が満たされた後、所定時間が経過するという条件になる。
上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。また、本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更や改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれるのはいうまでもない。
10 電源回路
11 負荷
20 全波整流回路
21,26,32,42,44,63 コンデンサ
30 トランス
22,23,25,31,47 ダイオード
24,29,43,45,46,48,56,61,62 抵抗
27 制御ブロック
28,84 NMOSトランジスタ
33 定電圧回路
34 発光ダイオード
40 スイッチング制御回路
41 フォトトランジスタ
51 内部電源
52 遮断検出回路
53 ヒステリシスコンパレータ
54 制御回路
55 第1駆動回路
57 第2駆動回路
58,64 コンパレータ
65,85 タイマ
71 PWM回路
72 バッファ
81 駆動信号生成回路
82 オペアンプ
83 論理回路
L1 1次コイル
L2 2次コイル
L3 補助コイル

Claims (12)

  1. 入力電圧を平滑化する第1コンデンサと、前記第1コンデンサの電圧が印加され、1次側に設けられた1次コイル、2次側に設けられた2次コイル、及び補助コイルを含むトランスと、前記補助コイルからの電圧が印加される第2コンデンサと、前記1次コイルに流れるインダクタ電流を制御するトランジスタと、を含む電源回路の前記トランジスタをスイッチング制御するスイッチング制御回路であって、
    前記入力電圧が供給されている場合、または前記入力電圧の供給が停止され、前記第2コンデンサの電圧が第1レベルに到達したという第1条件が満たされる場合、第1制御信号を出力し、前記入力電圧の供給が停止され、前記第1条件が満たされた後、前記第2コンデンサの電圧が前記第1レベルより高い第2レベルに到達したという第2条件が満たされる場合、第2制御信号を出力する制御回路と、
    前記第1制御信号に基づいて、前記トランジスタをスイッチング制御するための第1駆動信号を出力する第1駆動回路と、
    前記第2制御信号に基づいて、前記トランジスタのオン抵抗を制御して前記第1コンデンサの電荷を引き抜くための第2駆動信号を出力する第2駆動回路と、
    を備える、スイッチング制御回路。
  2. 請求項1に記載のスイッチング制御回路であって、
    前記第2駆動回路は、
    前記第1コンデンサを放電する前記インダクタ電流が所定値となるよう、前記第2駆動信号を出力する、
    スイッチング制御回路。
  3. 請求項1または請求項2に記載のスイッチング制御回路であって、
    前記第2制御信号は、
    前記入力電圧の供給が停止されかつ前記第1条件になる前の状態である第3条件で出力される、
    スイッチング制御回路。
  4. 請求項3に記載のスイッチング制御回路であって、
    前記第2レベルは、
    前記電源回路が目的レベルの出力電圧を生成している際の前記第2コンデンサの電圧を示す第3レベルより低い、
    スイッチング制御回路。
  5. 請求項3または請求項4に記載のスイッチング制御回路であって、
    前記入力電圧が交流電圧である場合、前記交流電圧の供給が停止されることを検出する遮断検出回路と、
    前記第2コンデンサの電圧が前記第1レベルより低くなると、第1論理レベルの信号を出力し、前記第2コンデンサの電圧が前記第2レベルより高くなると、第2論理レベルの信号を出力するヒステリシスコンパレータと、
    をさらに備える、スイッチング制御回路。
  6. 請求項2に記載のスイッチング制御回路であって、
    前記第2駆動回路は、
    所定周期を繰り返し計時するタイマ回路と、
    前記所定周期のうち第1期間、前記インダクタ電流を前記所定値とするための前記第2駆動信号を生成し、前記所定周期のうち第2期間、前記インダクタ電流の生成を停止させるための前記第2駆動信号を生成する駆動信号生成回路と、
    を含む、スイッチング制御回路。
  7. 請求項2~6いずれか一項に記載のスイッチング制御回路であって、
    前記第1コンデンサの放電が完了したか否かを判定する判定回路を更に含み、
    前記第2駆動回路は、
    前記判定回路が、前記第1コンデンサの放電が完了したことを判定すると、前記インダクタ電流の生成を停止する、
    スイッチング制御回路。
  8. 請求項1に記載のスイッチング制御回路であって、
    前記第1条件にて前記第1制御信号に基づいて前記第1駆動信号が出力されている時、前記第2コンデンサの電圧は上昇している、
    スイッチング制御回路。
  9. 請求項8に記載のスイッチング制御回路であって、
    前記第1条件にて前記第2コンデンサの電圧が上昇することで、前記第2条件を満たし前記第2制御信号が出力される、
    スイッチング制御回路。
  10. 入力電圧を平滑化する第1コンデンサと、前記第1コンデンサの電圧が印加され、1次側に設けられた1次コイル、2次側に設けられた2次コイル、及び補助コイルを含むトランスと、前記補助コイルからの電圧が印加される第2コンデンサと、前記1次コイルに流れるインダクタ電流を制御するトランジスタと、を含む電源回路の前記トランジスタをスイッチング制御するスイッチング制御回路であって、
    前記入力電圧が供給されている場合、または前記入力電圧の供給が停止され、前記第2コンデンサの電圧が第1レベルに到達したという第1条件が満たされる場合、第1制御信号を出力し、前記入力電圧の供給が停止され、前記第1条件が満たされた後、前記第2コンデンサの電圧が前記第1レベルより高い第2レベルに到達したという第2条件が満たされる場合、第2制御信号を出力する制御回路と、
    前記第1制御信号に基づいて、前記トランジスタをスイッチング制御するための第1駆動信号を出力する第1駆動回路と、
    前記第2制御信号に基づいて、前記トランジスタのオン抵抗を所定周期ごとに制御し前記インダクタ電流を間欠的に流して前記第1コンデンサの電荷を引き抜くための第2駆動信号を出力する第2駆動回路と、
    を備える、スイッチング制御回路。

  11. 請求項10に記載のスイッチング制御回路であって、
    前記スイッチング制御の周波数は、前記インダクタ電流を間欠的に流す周波数の100倍以上の大きさを持つ、
    スイッチング制御回路。
  12. 入力電圧を平滑化する第1コンデンサと、
    前記第1コンデンサの電圧が印加され、1次側に設けられた1次コイル、2次側に設けられた2次コイル、及び補助コイルを含むトランスと、
    前記補助コイルからの電圧が印加される第2コンデンサと、
    前記1次コイルに流れるインダクタ電流を制御するトランジスタと、
    前記入力電圧が供給されている場合、または前記入力電圧の供給が停止され、前記第2コンデンサの電圧が第1レベルに到達したという第1条件が満たされる場合、第1制御信号を出力し、前記入力電圧の供給が停止され、前記第1条件が満たされた後、前記第2コンデンサの電圧が前記第1レベルより高い第2レベルに到達したという第2条件が満たされる場合、第2制御信号を出力する制御回路と、
    前記第1制御信号に基づいて、前記トランジスタをスイッチング制御するための第1駆動信号を出力する第1駆動回路と、
    前記第2制御信号に基づいて、前記トランジスタのオン抵抗を制御して前記第1コンデンサの電荷を引き抜くための第2駆動信号を出力する第2駆動回路と、
    を備える、電源回路。
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