JP6904079B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents
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Description
20 DC−DCコンバータ
30 制御IC
31 起動回路
32 低電圧保護回路
33 PFC制御回路
34 PFCスイッチング検出回路
35 LLC制御回路
36 ハイサイド駆動回路
37 ローサイド駆動回路
41 リスタートタイマ
42 ZCD遅延回路
43 パルス生成回路
44 RSフリップフロップ
45 ドライバ
46 定電流回路
47 ワンショット回路
48,49 RSフリップフロップ
51 定電流回路
52,53,54 比較器
55 ワンショット回路
56 RSフリップフロップ
57 トグルフリップフロップ
58 デッドタイム信号発生器
AC 交流電源
AND1,AND2,AND3,AND4,AND5 アンド回路
Amp1,Amp2,Amp3 オペアンプ
C1,C2,C3,C4,C5,C10,C11,C12 コンデンサ
Cbulk 平滑コンデンサ
Ccomp コンデンサ
Co 出力コンデンサ
Cosc タイミングコンデンサ
Cr 共振コンデンサ
Crd 分流コンデンサ
Css ソフトスタートコンデンサ
Cvcc コンデンサ
D1,D2,D3,D4,D5,D6 ダイオード
DB ダイオードブリッジ
Dp ダイオード
ErrAMP エラーアンプ
Hi_ocp 比較器
INV,INV1,INV2,INV3,INV4,INV5,INV11,INV12 インバータ
Lo_ocp 比較器
Lp インダクタ
NM1,NM2,NM3,NM4,NM11,NM12,NM13,NM14,NM15 NチャネルMOSトランジスタ
OCP_Comp 過電流検出比較器
OR1,OR2,OR3,OR4,OR5 オア回路
P1 1次巻線
P2 補助巻線
PC1 フォトカプラ
PM1,PM2,PM3,PM11,PM12,PM13,PM14,PM15 PチャネルMOSトランジスタ
PWM_Comp PWM比較器
Q,Q1,Q2 スイッチング素子
R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11,R12,R13,R14,R21,R22,R23,R32,R33,R34,Rcs 抵抗
R31 プルアップ抵抗
Rs 電流検出抵抗
S1,S2 2次巻線
SR1 シャントレギュレータ
T1 トランス
Tonmax 比較器
ZCD_Comp 電流ゼロ検出比較器
Claims (22)
- 交流電源から直流の中間電圧を生成する力率改善回路と、
前記中間電圧から所定の値の直流電圧を生成するDC−DCコンバータと、
前記力率改善回路および前記DC−DCコンバータの制御機能を1つのICに内蔵した制御ICと、
を備え、前記制御ICは、
前記交流電源を整流した脈流から電圧を調整した電流を出力して制御IC用電源のコンデンサに充電する起動回路と、
前記コンデンサの電圧を監視し、前記コンデンサの電圧が低電圧保護解除電圧に達すると、前記力率改善回路に動作開始を指示する第1のイネーブル信号を出力する低電圧保護回路と、
前記第1のイネーブル信号を受けて前記力率改善回路のスイッチング制御を開始する第1の制御回路と、
前記力率改善回路のスイッチング動作を検出して前記DC−DCコンバータに動作開始を指示する第2のイネーブル信号を出力するスイッチング動作検出回路と、
前記第2のイネーブル信号を受けて前記DC−DCコンバータのスイッチング制御を開始する第2の制御回路と、
を有し、
前記力率改善回路は、インダクタおよびスイッチング素子を有し、前記インダクタの電流がゼロになってから前記スイッチング素子をオンするように制御する電流臨界モードで動作の昇圧回路であり、
前記第1の制御回路は、前記インダクタを流れる電流を監視して前記インダクタを流れる電流がゼロになったとき、前記スイッチング素子をターンオンする信号を出力する電流ゼロ検出比較器と、前記中間電圧に比例した中間電圧比例電圧と第1の基準電圧との差を増幅するエラーアンプと、該エラーアンプの出力電圧と力率改善回路用発振器の第1のタイミング用コンデンサを定電流充電することによって生成された第1のランプ電圧とを比較し、前記第1のランプ電圧が前記エラーアンプの出力電圧を上回ったとき前記スイッチング素子をターンオフする信号を出力する所定の比較器と、を有し、
前記第1の制御回路は、さらに、前記インダクタを流れる電流を電圧に変換する電流検出抵抗と、前記電流検出抵抗によって検出された信号をレベルシフトして前記電流ゼロ検出比較器に供給する第1のレベルシフタと、前記電流ゼロ検出比較器によって検出された電流ゼロ検出信号を遅延させる遅延回路と、を有している、
スイッチング電源装置。 - 前記第1の制御回路は、前記エラーアンプの出力電圧が第1の閾値電圧を上回ると前記スイッチング素子のスイッチングを開始させる、請求項1記載のスイッチング電源装置。
- 前記DC−DCコンバータは、ハーフブリッジ回路を構成して前記中間電圧をスイッチングするハイサイドスイッチング素子およびローサイドスイッチング素子と、前記ハイサイドスイッチング素子または前記ローサイドスイッチング素子に並列に接続される電流共振回路と、1次巻線が前記電流共振回路の一部をなすトランスと、前記トランスの2次巻線に誘起された電圧を整流し、平滑化して所定の値の前記直流電圧を出力する出力回路とを有するLLC電流共振コンバータである、請求項1記載のスイッチング電源装置。
- 前記第2の制御回路は、DC−DCコンバータ用発振器の第2のタイミング用コンデンサを定電流充電することによって第2のランプ電圧を生成するランプ電圧生成回路と、前記第2のランプ電圧が所定の電圧を上回ったときに前記ハイサイドスイッチング素子または前記ローサイドスイッチング素子をターンオンする信号を出力する第1の比較器と、前記出力回路の前記直流電圧を分圧した電圧と第2の基準電圧との差に応じたフィードバック電圧を前記第2のランプ電圧と比較して前記第2のランプ電圧が前記フィードバック電圧を上回ったときにオンしている前記ハイサイドスイッチング素子または前記ローサイドスイッチング素子をターンオフする信号を出力する第2の比較器と、前記ターンオンする信号を受けてセットされ、前記ターンオフする信号を受けてリセットされるRSフリップフロップと、前記第1の比較器の出力信号を受けて前記RSフリップフロップの出力信号を前記ハイサイドスイッチング素子を駆動するハイサイド駆動用出力信号と前記ローサイドスイッチング素子を駆動するローサイド駆動用出力信号とに振り分けるトグルフリップフロップとを有している、請求項3記載のスイッチング電源装置。
- 前記DC−DCコンバータは、さらに、ソフトスタートコンデンサを有し、前記第2の制御回路は、さらに、前記第2のイネーブル信号を受けて前記ソフトスタートコンデンサの充電を行うための定電流回路を有し、前記ソフトスタートコンデンサの電圧が第2の閾値電圧を上回ると前記DC−DCコンバータのスイッチングを開始させる、請求項1記載のスイッチング電源装置。
- 前記DC−DCコンバータは、さらに、前記電流共振回路の共振電流に比例した電流を電圧に変換して出力する電流検出回路を有し、前記第2の制御回路は、さらに、前記電流検出回路によって検出された信号をレベルシフトする第2のレベルシフタと、前記第2のレベルシフタにレベルシフトされた信号をハイサイド用閾値およびローサイド閾値とそれぞれ比較する第3の比較器および第4の比較器と、前記第3の比較器または前記第4の比較器が過電流を検出したときに前記RSフリップフロップをリセットする信号を出力する過電流保護回路とを有する、請求項4記載のスイッチング電源装置。
- 交流電源から直流の中間電圧を生成する力率改善回路と、
前記中間電圧から所定の値の直流電圧を生成するDC−DCコンバータと、
前記力率改善回路および前記DC−DCコンバータの制御機能を1つのICに内蔵した制御ICと、
を備え、前記制御ICは、
前記交流電源を整流した脈流から電圧を調整した電流を出力して制御IC用電源のコンデンサに充電する起動回路と、
前記コンデンサの電圧を監視し、前記コンデンサの電圧が低電圧保護解除電圧に達すると、前記力率改善回路に動作開始を指示する第1のイネーブル信号を出力する低電圧保護回路と、
前記第1のイネーブル信号を受けて前記力率改善回路のスイッチング制御を開始する第1の制御回路と、
前記力率改善回路のスイッチング動作を検出して前記DC−DCコンバータに動作開始を指示する第2のイネーブル信号を出力するスイッチング動作検出回路と、
前記第2のイネーブル信号を受けて前記DC−DCコンバータのスイッチング制御を開始する第2の制御回路と、
を有し、
前記DC−DCコンバータは、ハーフブリッジ回路を構成して前記中間電圧をスイッチングするハイサイドスイッチング素子およびローサイドスイッチング素子と、前記ハイサイドスイッチング素子または前記ローサイドスイッチング素子に並列に接続される電流共振回路と、1次巻線が前記電流共振回路の一部をなすトランスと、前記トランスの2次巻線に誘起された電圧を整流し、平滑化して所定の値の前記直流電圧を出力する出力回路とを有するLLC電流共振コンバータであり、
前記第2の制御回路は、DC−DCコンバータ用発振器の第2のタイミング用コンデンサを定電流充電することによって第2のランプ電圧を生成するランプ電圧生成回路と、前記第2のランプ電圧が所定の電圧を上回ったときに前記ハイサイドスイッチング素子または前記ローサイドスイッチング素子をターンオンする信号を出力する第1の比較器と、前記出力回路の前記直流電圧を分圧した電圧と第2の基準電圧との差に応じたフィードバック電圧を前記第2のランプ電圧と比較して前記第2のランプ電圧が前記フィードバック電圧を上回ったときにオンしている前記ハイサイドスイッチング素子または前記ローサイドスイッチング素子をターンオフする信号を出力する第2の比較器と、前記ターンオンする信号を受けてセットされ、前記ターンオフする信号を受けてリセットされるRSフリップフロップと、前記第1の比較器の出力信号を受けて前記RSフリップフロップの出力信号を前記ハイサイドスイッチング素子を駆動するハイサイド駆動用出力信号と前記ローサイドスイッチング素子を駆動するローサイド駆動用出力信号とに振り分けるトグルフリップフロップとを有している、
スイッチング電源装置。 - 前記力率改善回路は、インダクタおよびスイッチング素子を有し、前記インダクタの電流がゼロになってから前記スイッチング素子をオンするように制御する電流臨界モードで動作の昇圧回路である、請求項7記載のスイッチング電源装置。
- 前記第1の制御回路は、前記インダクタを流れる電流を監視して前記インダクタを流れる電流がゼロになったとき、前記スイッチング素子を前記ターンオンする信号を出力する電流ゼロ検出比較器と、前記中間電圧に比例した中間電圧比例電圧と第1の基準電圧との差を増幅するエラーアンプと、該エラーアンプの出力電圧と力率改善回路用発振器の第1のタイミング用コンデンサを定電流充電することによって生成された第1のランプ電圧とを比較し、前記第1のランプ電圧が前記エラーアンプの出力電圧を上回ったとき前記スイッチング素子を前記ターンオフする信号を出力する所定の比較器と、を有する請求項8記載のスイッチング電源装置。
- 前記第1の制御回路は、前記エラーアンプの出力電圧が第1の閾値電圧を上回ると前記スイッチング素子のスイッチングを開始させる、請求項9記載のスイッチング電源装置。
- 前記DC−DCコンバータは、さらに、ソフトスタートコンデンサを有し、前記第2の制御回路は、さらに、前記第2のイネーブル信号を受けて前記ソフトスタートコンデンサの充電を行うための定電流回路を有し、前記ソフトスタートコンデンサの電圧が第2の閾値電圧を上回ると前記DC−DCコンバータのスイッチングを開始させる、請求項7記載のスイッチング電源装置。
- 前記DC−DCコンバータは、さらに、前記電流共振回路の共振電流に比例した電流を電圧に変換して出力する電流検出回路を有し、前記第2の制御回路は、さらに、前記電流検出回路によって検出された信号をレベルシフトするレベルシフタと、前記レベルシフタにレベルシフトされた信号をハイサイド用閾値およびローサイド閾値とそれぞれ比較する第3の比較器および第4の比較器と、前記第3の比較器または前記第4の比較器が過電流を検出したときに前記RSフリップフロップをリセットする信号を出力する過電流保護回路とを有する、請求項7記載のスイッチング電源装置。
- 交流電源から直流の中間電圧を生成する力率改善回路と、
前記中間電圧から所定の値の直流電圧を生成するDC−DCコンバータと、
前記力率改善回路および前記DC−DCコンバータの制御機能を1つのICに内蔵した制御ICと、
を備え、前記制御ICは、
前記交流電源を整流した脈流から電圧を調整した電流を出力して制御IC用電源のコンデンサに充電する起動回路と、
前記コンデンサの電圧を監視し、前記コンデンサの電圧が低電圧保護解除電圧に達すると、前記力率改善回路に動作開始を指示する第1のイネーブル信号を出力する低電圧保護回路と、
前記第1のイネーブル信号を受けて前記力率改善回路のスイッチング制御を開始する第1の制御回路と、
前記力率改善回路のスイッチング動作を検出して前記DC−DCコンバータに動作開始を指示する第2のイネーブル信号を出力するスイッチング動作検出回路と、
前記第2のイネーブル信号を受けて前記DC−DCコンバータのスイッチング制御を開始する第2の制御回路と、
を有し、
前記第2の制御回路は、前記第2のイネーブル信号を受信してから、前記中間電圧がスイッチング素子の駆動に要する電圧値に達するまでの遅延時間の経過後となる所定時間に前記DC−DCコンバータのスイッチング制御を開始し、
前記DC−DCコンバータは、さらに、ソフトスタートコンデンサを有し、前記第2の制御回路は、さらに、前記第2のイネーブル信号を受けて前記ソフトスタートコンデンサの充電を行うための定電流回路を有し、前記ソフトスタートコンデンサの電圧が第2の閾値電圧を上回ると前記DC−DCコンバータのスイッチングを開始させる、
スイッチング電源装置。 - 前記DC−DCコンバータは、ハーフブリッジ回路を構成して前記中間電圧をスイッチングするハイサイドスイッチング素子およびローサイドスイッチング素子を含み、
前記第1の制御回路は、前記第1のイネーブル信号を受けて前記力率改善回路のスイッチング制御を開始して、前記力率改善回路で生成される前記中間電圧を昇圧させる、請求項13記載のスイッチング電源装置。 - DC−DCコンバータ用発振器のタイミング用コンデンサを定電流充電することによって第2のランプ電圧を生成するランプ電圧生成回路と、
前記直流電圧を分圧した電圧と第2の基準電圧との差に応じたフィードバック電圧と、前記第2のランプ電圧と前記ソフトスタートコンデンサの充電電圧とのうちの低い方と比較してオンしている前記ハイサイドスイッチング素子または前記ローサイドスイッチング素子をターンオフする信号を出力する第2の比較器と、をさらに有する請求項14に記載のスイッチング電源装置。 - 前記力率改善回路は、インダクタおよび前記スイッチング素子を有し、前記インダクタの電流がゼロになってから前記スイッチング素子をオンするように制御する電流臨界モードで動作の昇圧回路である、請求項13記載のスイッチング電源装置。
- 前記第1の制御回路は、前記インダクタを流れる電流を監視して前記インダクタを流れる電流がゼロになったとき、前記スイッチング素子をターンオンする信号を出力する電流ゼロ検出比較器と、前記中間電圧に比例した中間電圧比例電圧と第1の基準電圧との差を増幅するエラーアンプと、該エラーアンプの出力電圧と力率改善回路用発振器のタイミング用コンデンサを定電流充電することによって生成された第1のランプ電圧とを比較し、前記第1のランプ電圧が前記エラーアンプの出力電圧を上回ったとき前記スイッチング素子をターンオフする信号を出力する所定の比較器と、を有している、請求項16記載のスイッチング電源装置。
- 前記第1の制御回路は、さらに、前記インダクタを流れる電流を電圧に変換する電流検出抵抗と、前記電流検出抵抗によって検出された信号をレベルシフトして前記電流ゼロ検出比較器に供給する第1のレベルシフタと、前記電流ゼロ検出比較器によって検出された電流ゼロ検出信号を遅延させる遅延回路とを有している、請求項17記載のスイッチング電源装置。
- 前記第1の制御回路は、前記エラーアンプの出力電圧が第1の閾値電圧を上回ると前記スイッチング素子のスイッチングを開始させる、請求項17記載のスイッチング電源装置。
- 前記DC−DCコンバータは、ハーフブリッジ回路を構成して前記中間電圧をスイッチングするハイサイドスイッチング素子およびローサイドスイッチング素子と、前記ハイサイドスイッチング素子または前記ローサイドスイッチング素子に並列に接続される電流共振回路と、1次巻線が前記電流共振回路の一部をなすトランスと、前記トランスの2次巻線に誘起された電圧を整流し、平滑化して所定の値の前記直流電圧を出力する出力回路とを有するLLC電流共振コンバータである、請求項13記載のスイッチング電源装置。
- 前記第2の制御回路は、DC−DCコンバータ用発振器のタイミング用コンデンサを定電流充電することによってランプ電圧を生成するランプ電圧生成回路と、前記ランプ電圧が所定の電圧を上回ったときに前記ハイサイドスイッチング素子または前記ローサイドスイッチング素子をターンオンする信号を出力する第1の比較器と、前記出力回路の前記直流電圧を分圧した電圧と第2の基準電圧との差に応じたフィードバック電圧を前記ランプ電圧と比較して前記ランプ電圧が前記フィードバック電圧を上回ったときにオンしている前記ハイサイドスイッチング素子または前記ローサイドスイッチング素子をターンオフする信号を出力する第2の比較器と、前記ターンオンする信号を受けてセットされ、前記ターンオフする信号を受けてリセットされるRSフリップフロップと、前記第1の比較器の出力信号を受けて前記RSフリップフロップの出力信号を前記ハイサイドスイッチング素子を駆動するハイサイド駆動用出力信号と前記ローサイドスイッチング素子を駆動するローサイド駆動用出力信号とに振り分けるトグルフリップフロップとを有している、請求項20記載のスイッチング電源装置。
- 前記DC−DCコンバータは、さらに、前記電流共振回路の共振電流に比例した電流を電圧に変換して出力する電流検出回路を有し、前記第2の制御回路は、さらに、前記電流検出回路によって検出された信号をレベルシフトする第2のレベルシフタと、前記第2のレベルシフタにレベルシフトされた信号をハイサイド用閾値およびローサイド閾値とそれぞれ比較する第3の比較器および第4の比較器と、前記第3の比較器または前記第4の比較器が過電流を検出したときに前記RSフリップフロップをリセットする信号を出力する過電流保護回路とを有する、請求項21記載のスイッチング電源装置。
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