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公開番号2025094797
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-25
出願番号2023210554
出願日2023-12-13
発明の名称スイッチング制御回路、及び電源回路
出願人富士電機株式会社
代理人弁理士法人一色国際特許事務所
主分類H02M 3/28 20060101AFI20250618BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】通常モードからバーストモードに移行する際、出力電圧の過電圧を抑制するスイッチング制御回路を提供する。
【解決手段】スイッチング制御回路10は、1次コイルL1、2次コイルL2,L3及び補助コイルLaを含むトランス26と、1次コイルの電流を制御するトランジスタ24、25と、1次コイルとコンデンサ21を含む共振回路と、共振回路に流れる共振電流に基づいて、電源回路の負荷の状態を検出する負荷検出回路及び軽負荷である場合に電源回路をバーストモードで動作させる駆動信号を出力し、重負荷である場合に電源回路を通常モードで動作させる駆動信号を出力する駆動信号出力回路を含む制御ICと、を備える。駆動信号出力回路は、電源回路がバーストモードで動作開始した直後に、所定条件に基づいて駆動信号を出力する状態から、前記トランジスタのオン期間を徐々に短くする駆動信号を出力する状態を介さずに、駆動信号の出力を停止する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
１次コイル、２次コイル、及び補助コイルを含むトランスと、前記１次コイルの電流を制御する第１及び第２トランジスタと、前記１次コイル及び第１コンデンサを含む共振回路と、を含み、入力電圧から目的レベルの出力電圧を２次側に生成する電源回路の前記第１及び第２トランジスタのスイッチングを制御するスイッチング制御回路であって、
前記共振回路に流れる共振電流に基づいて、前記電源回路の負荷の状態を検出する負荷検出回路と、
前記負荷の状態が軽負荷である場合に前記電源回路をバーストモードで動作させる駆動信号を出力し、前記負荷の状態が重負荷である場合に前記電源回路を通常モードで動作させる前記駆動信号を出力する駆動信号出力回路と、
を備え、
前記駆動信号出力回路は、
前記電源回路が前記バーストモードで動作開始した直後において、所定条件に基づいて前記駆動信号を出力する第１状態から、前記第１及び第２トランジスタのオン期間を徐々に短くする前記駆動信号を出力する第２状態を介さずに、前記駆動信号の出力を停止する第３状態となる、
スイッチング制御回路。
続きを表示（約 2,900 文字）【請求項２】
請求項１に記載のスイッチング制御回路であって、
前記駆動信号出力回路は、
前記電源回路が前記バーストモードで動作開始した直後において前記第３状態となった後、前記第１及び第２トランジスタのオン期間を徐々に長くする前記駆動信号を出力する第４状態と、前記第１状態と、前記第２状態とを介して、前記第３状態となる動作を繰り返す、
スイッチング制御回路。
【請求項３】
請求項２に記載のスイッチング制御回路であって、
前記共振電流の極性を検出する検出回路と、
前記入力電圧に基づいて定まる複数の閾値のそれぞれと、前記補助コイルの電圧に応じた電圧との大小を比較する比較回路と、
を備え、
前記駆動信号出力回路は、
前記電源回路が前記通常モードで動作している際、前記検出回路の検出結果と、前記出力電圧に応じた帰還電圧とに基づいて、前記駆動信号を出力し、
前記電源回路が前記バーストモードにおける前記第１状態で動作している際、前記比較回路の比較結果に基づいて定まる前記所定条件に基づいて、前記駆動信号を出力する、
スイッチング制御回路。
【請求項４】
請求項３に記載のスイッチング制御回路であって、
前記駆動信号出力回路は、
前記第２状態において、前記入力電圧が高くなると前記駆動信号の前記オン期間の変化量を小さくする、
スイッチング制御回路。
【請求項５】
請求項４に記載のスイッチング制御回路であって、
前記駆動信号出力回路は、
前記第４状態において、前記入力電圧が高くなると前記駆動信号の前記オン期間の変化量を小さくする、
スイッチング制御回路。
【請求項６】
１次コイル、２次コイル、及び補助コイルを含むトランスと、前記１次コイルの電流を制御する第１及び第２トランジスタと、前記１次コイル及び第１コンデンサを含む共振回路と、を含み、入力電圧から目的レベルの出力電圧を２次側に生成する電源回路の前記第１及び第２トランジスタのスイッチングを制御するスイッチング制御回路であって、
前記共振回路に流れる共振電流に基づいて、前記電源回路の負荷の状態を検出する負荷検出回路と、
前記負荷の状態が軽負荷である場合に前記電源回路をバーストモードで動作させる駆動信号を出力し、前記負荷の状態が重負荷である場合に前記電源回路を通常モードで動作させる前記駆動信号を出力する駆動信号出力回路と、
を備え、
前記駆動信号出力回路は、
前記電源回路が前記バーストモードで動作開始した後、所定条件に基づいて前記駆動信号を出力する第１状態、前記第１及び第２トランジスタのオン期間を徐々に短くする前記駆動信号を出力する第２状態、前記駆動信号の出力を停止する第３状態、前記第１及び第２トランジスタのオン期間を徐々に長くする前記駆動信号を出力する第４状態となる動作を繰り返し、
前記第２及び第４状態のそれぞれにおいて、前記入力電圧が高くなると前記駆動信号の前記オン期間の変化量を小さくする、
スイッチング制御回路。
【請求項７】
入力電圧から目的レベルの出力電圧を２次側に生成する電源回路であって、
１次コイル、２次コイル、及び補助コイルを含むトランスと、
前記１次コイルの電流を制御する第１及び第２トランジスタと、
前記１次コイル及び第１コンデンサを含む共振回路と、
前記第１及び第２トランジスタのスイッチングを制御するスイッチング制御回路と、
を備え、
前記スイッチング制御回路は、
前記共振回路に流れる共振電流に基づいて、前記電源回路の負荷の状態を検出する負荷検出回路と、
前記負荷の状態が軽負荷である場合に前記電源回路をバーストモードで動作させる駆動信号を出力し、前記負荷の状態が重負荷である場合に前記電源回路を通常モードで動作させる前記駆動信号を出力する駆動信号出力回路と、
を含み、
前記駆動信号出力回路は、
前記電源回路が前記バーストモードで動作開始した直後において、所定条件に基づいて前記駆動信号を出力する第１状態から、前記第１及び第２トランジスタのオン期間を徐々に短くする前記駆動信号を出力する第２状態を介さずに、前記駆動信号の出力を停止する第３状態となる、
電源回路。
【請求項８】
１次コイル、２次コイル、及び補助コイルを含むトランスと、前記１次コイルの電流を制御する第１及び第２トランジスタと、前記１次コイル及び第１コンデンサを含む共振回路と、を含み、入力電圧から目的レベルの出力電圧を２次側に生成する電源回路の前記第１及び第２トランジスタのスイッチングを制御するスイッチング制御回路であって、
前記第１及び第２トランジスタを駆動する複数の種類の駆動信号を出力する駆動信号出力回路、
を備え、
前記複数の種類の駆動信号は、前記共振回路の共振電流の極性、及び前記出力電圧に応じた帰還電圧に基づいて、出力される第１駆動信号と、前記補助コイルの電圧が複数の所定レベルの何れかとなるタイミング、及びデッドタイムに基づいて、出力される第２駆動信号と、前記第１及び第２トランジスタのオン期間を徐々に短くするよう出力される第３駆動信号と、前記第１及び第２トランジスタの駆動を停止するよう出力される第４駆動信号とを含み、
前記駆動信号出力回路は、
前記第１駆動信号を出力後、前記第２駆動信号を出力した後、前記第３駆動信号を出力せずに、前記第４駆動信号を出力する第１パターンで動作した後、
前記第２駆動信号、前記第３駆動信号、前記第４駆動信号の順に出力する第２パターンで動作する、
スイッチング制御回路。
【請求項９】
請求項８に記載のスイッチング制御回路であって、
前記共振回路に流れる共振電流に基づいて、前記電源回路の負荷の状態を検出する負荷検出回路、
を備え、
前記駆動信号出力回路は、
前記負荷の状態が重負荷から軽負荷に変化した後において、前記第１パターンで動作する、
スイッチング制御回路。
【請求項１０】
請求項９に記載のスイッチング制御回路であって、
前記複数の種類の駆動信号は、
前記第１及び第２トランジスタのオン期間を徐々に長くするよう出力される第５駆動信号を更に含み、
前記駆動信号出力回路は、
前記負荷の状態が重負荷である場合、前記第１駆動信号を出力し、
前記負荷の状態が軽負荷である場合、前記第２パターンとして、前記第２駆動信号、前記第３駆動信号、前記第４駆動信号、前記第５駆動信号を順に繰り返し出力する、
スイッチング制御回路。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング制御回路、及び電源回路に関する。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
電流共振型のＤＣ－ＤＣコンバータは、一般的に、負荷の状態が重負荷である場合、連続的にスイッチング素子を駆動する動作モード（通常モード）で動作し、負荷の状態が軽負荷となると、バーストモードに移行する。このようなＤＣ－ＤＣコンバータは、バーストモードで動作している際に、ＤＣ－ＤＣコンバータに含まれるトランスの音鳴りを防止するため、いわゆる、ソフトスタート及びソフトエンドを行うことがある（例えば、特許文献１～３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
国際公開第２０２０／１７１６３号
特開２０１７－２２９２０９号公報
特開２０１４－２１７１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＤＣ－ＤＣコンバータが、バーストモードに移行し、ソフトエンド動作を行うと、負荷の状態によって、出力電圧が過電圧となることがある。
【０００５】
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、通常モードからバーストモードに移行する際に、出力電圧が過電圧となることを抑制できるスイッチング制御回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、１次コイル、２次コイル、及び補助コイルを含むトランスと、前記１次コイルの電流を制御する第１及び第２トランジスタと、前記１次コイル及び第１コンデンサを含む共振回路と、を含み、入力電圧から目的レベルの出力電圧を２次側に生成する電源回路の前記第１及び第２トランジスタのスイッチングを制御するスイッチング制御回路であって、前記共振回路に流れる共振電流に基づいて、前記電源回路の負荷の状態を検出する負荷検出回路と、前記負荷の状態が軽負荷である場合に前記電源回路をバーストモードで動作させる駆動信号を出力し、前記負荷の状態が重負荷である場合に前記電源回路を通常モードで動作させる前記駆動信号を出力する駆動信号出力回路と、を備え、前記駆動信号出力回路は、前記電源回路が前記バーストモードで動作開始した直後において、所定条件に基づいて前記駆動信号を出力する第１状態から、前記第１及び第２トランジスタのオン期間を徐々に短くする前記駆動信号を出力する第２状態を介さずに、前記駆動信号の出力を停止する第３状態となる、スイッチング制御回路である。
【０００７】
前述した課題を解決する本発明にかかる電源回路の態様は、入力電圧から目的レベルの出力電圧を２次側に生成する電源回路であって、１次コイル、２次コイル、及び補助コイルを含むトランスと、前記１次コイルの電流を制御する第１及び第２トランジスタと、前記１次コイル及び第１コンデンサを含む共振回路と、前記第１及び第２トランジスタのスイッチングを制御するスイッチング制御回路と、を備え、前記スイッチング制御回路は、前記共振回路に流れる共振電流に基づいて、前記電源回路の負荷の状態を検出する負荷検出回路と、前記負荷の状態が軽負荷である場合に前記電源回路をバーストモードで動作させる駆動信号を出力し、前記負荷の状態が重負荷である場合に前記電源回路を通常モードで動作させる前記駆動信号を出力する駆動信号出力回路と、を含み、前記駆動信号出力回路は、前記電源回路が前記バーストモードで動作開始した直後において、所定条件に基づいて前記駆動信号を出力する第１状態から、前記第１及び第２トランジスタのオン期間を徐々に短くする前記駆動信号を出力する第２状態を介さずに、前記駆動信号の出力を停止する第３状態となる、電源回路である。
【０００８】
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、１次コイル、２次コイル、及び補助コイルを含むトランスと、前記１次コイルの電流を制御する第１及び第２トランジスタと、前記１次コイル及び第１コンデンサを含む共振回路と、を含み、入力電圧から目的レベルの出力電圧を２次側に生成する電源回路の前記第１及び第２トランジスタのスイッチングを制御するスイッチング制御回路であって、前記第１及び第２トランジスタを駆動する複数の種類の駆動信号を出力する駆動信号出力回路、を備え、前記複数の種類の駆動信号は、前記共振回路の共振電流の極性、及び前記出力電圧に応じた帰還電圧に基づいて、出力される第１駆動信号と、前記補助コイルの電圧が複数の所定レベルの何れかとなるタイミング、及びデッドタイムに基づいて、出力される第２駆動信号と、前記第１及び第２トランジスタのオン期間を徐々に短くするよう出力される第３駆動信号と、前記第１及び第２トランジスタの駆動を停止するよう出力される第４駆動信号とを含み、前記駆動信号出力回路は、前記第１駆動信号を出力後、前記第２駆動信号を出力した後、前記第３駆動信号を出力せずに、前記第４駆動信号を出力する第１パターンで動作した後、前記第２駆動信号、前記第３駆動信号、前記第４駆動信号の順に出力する第２パターンで動作する、スイッチング制御回路である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、“通常モード”から“バーストモード”に移行する際に、出力電圧が過電圧となることを抑制できるスイッチング制御回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
スイッチング電源回路１０の構成の一例を示す図である。
制御ＩＣ４０の構成の一例を示す図である。
駆動信号出力回路１１０の状態遷移を示す図である。
“通常モード”時の駆動パターンを示す図である。
“通常モード”時の駆動方式を示す図である。
“通常モード”時の駆動方式についてまとめた図である。
“バーストモード”時の駆動パターンを示す図である。
“状態４”の際の駆動方式を示す図である。
電圧Ｖｂｏと、所定回数Ｎ及び変化量ΔＯＮＷとの関係を示す図である。
“状態１”の際の駆動方式を示す図である。
“状態１”の際の駆動方式についてまとめた図である。
電圧Ｖｂｏと、閾値Ｔｈｖｗ＿ｈ，Ｔｈｖｗ＿ｌとの関係を示す図である。
“状態２”の際の駆動方式を示す図である。
“通常モード”から“バーストモード”へ移行した直後の動作波形を示す図である。
“バーストモード”時のスイッチング動作期間における駆動パターンを示す図である。
“通常モード”から“バーストモード”へ移行した直後の比較例の動作波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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