(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁型の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地ラインの間に直列に接続されるスイッチングトランジスタおよびセンス抵抗と、
前記トランスの二次巻線と接続される整流素子と、
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を受けるフィードバック端子と、前記センス抵抗に生ずる電圧降下に応じた電流検出信号を受ける電流検出端子と、前記フィードバック端子の電圧と前記電流検出端子の電圧に応じたパルス信号を生成する電流モードの変調器と、を有し、前記フィードバック端子の電圧がしきい値より低いとき、前記スイッチングトランジスタのスイッチング動作を停止させることにより、前記スイッチングトランジスタをバースト動作させる一次側コントローラと、
前記一次側コントローラの外部に設けられ、前記スイッチングトランジスタの連続動作からバースト動作に移行する出力電力のしきい値がシフトするように、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの電気的状態に応じて、前記電流検出端子の電圧をシフトさせるバーストモード調節回路と、
を備えることを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項２】
前記バーストモード調節回路は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの負荷状態に応じて、前記電流検出端子の電圧をシフトさせることを特徴とする請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項３】
前記トランスは補助巻線をさらに含み、
前記バーストモード調節回路は、
アノードが前記補助巻線に接続されるダイオードと、
前記ダイオードのカソードと接続されるキャパシタと、
を含み、前記キャパシタの電圧にもとづいて、前記電流検出端子の電圧をシフトさせ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。
【請求項４】
前記バーストモード調節回路は、
前記ダイオードのカソードと、前記電流検出端子の間に設けられた第１抵抗と、
前記センス抵抗と前記スイッチングトランジスタの接続ノードと、前記電流検出端子の間に設けられた第２抵抗と、
をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項５】
前記バーストモード調節回路は、
前記ダイオードのカソードと前記電流検出端子との間に、前記第１抵抗と直列に接続される第１ツェナーダイオードをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項６】
前記バーストモード調節回路は、前記キャパシタと並列に接続される第２ツェナーダイオードをさらに備えることを特徴とする請求項３に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項７】
前記バーストモード調節回路は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧に応じて、前記電流検出端子の電圧をシフトさせ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。
【請求項８】
前記バーストモード調節回路は、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力端子と前記電流検出端子の間に設けられた第３抵抗と、
前記電流検出端子と前記接地ラインの間に設けられた第４抵抗と、
前記センス抵抗と前記スイッチングトランジスタの接続ノードと、前記電流検出端子の間に設けられた第５抵抗と、
を備えることを特徴とする請求項７に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項９】
絶縁型の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地ラインの間に直列に接続されるスイッチングトランジスタおよびセンス抵抗と、
前記トランスの二次巻線と接続される整流素子と、
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を受けるフィードバック端子と、前記センス抵抗に生ずる電圧降下に応じた電流検出信号を受ける電流検出端子と、を有し、前記フィードバック端子の電圧と前記電流検出端子の電圧にもとづいて制御パルスを生成する電流モードの変調器を含み、通常モードとバーストモードが切りかえ可能に構成された一次側コントローラと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの電気的状態が所定の条件を満たすとき、前記バーストモードへの遷移を禁止し、または前記バーストモードから前記通常モードへと強制遷移させるバーストモード調節回路と、
を備え、
前記一次側コントローラは、前記フィードバック端子の電圧をしきい値電圧と比較するコンパレータを含み、比較結果にもとづいて前記電流モードと前記バーストモードが切りかえられ、
前記バーストモード調節回路は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの電気的状態に応じて前記しきい値電圧を変化させることを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項１０】
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９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。
【請求項１１】
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９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。
【請求項１２】
絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法であって、
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、フォトカプラの発光素子を駆動するステップと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの一次側のスイッチングトランジスタに流れる電流に応じた電流検出信号を生成するステップと、
前記フォトカプラの受光素子に流れる電流に応じたフィードバック電圧と、前記電流検出信号に応じた電圧と、にもとづいて、電流モードでパルス幅変調された制御パルスを生成するステップと、
前記制御パルス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ステップと、
前記フィードバック電圧が所定のしきい値より低いとき、前記スイッチングトランジスタのスイッチングを停止し、前記スイッチングトランジスタをバースト動作させるステップと、
前記スイッチングトランジスタの連続動作からバースト動作に移行する出力電力のしきい値がシフトするように、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの電気的状態に応じて、前記電流検出信号に応じた電圧をシフトさせるステップと、
を備えることを特徴とする制御方法。
【請求項１３】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記電気的状態は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの負荷状態を含むことを特徴とする請求項１２に記載の制御方法。
【請求項１４】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの前記電気的状態は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧を含むことを特徴とする請求項１２または１３に記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡＣ／ＤＣコンバータをはじめとする様々な電源回路に、絶縁型の、より詳しくはフライバック型やフォワード型のＤＣ／ＤＣコンバータが利用される。図１は、ダイオード整流型のフライバックコンバータ２００ｒを備えるＡＣ／ＤＣコンバータ１００ｒの回路図である。
【０００３】
ＡＣ／ＤＣコンバータ１００ｒは主としてヒューズ１０２、入力キャパシタＣｉ、フィルタ１０４、ダイオード整流回路１０６、平滑キャパシタＣｓおよびフライバックコンバータ２００ｒを備える。
【０００４】
商用交流電圧ＶＡＣは、ヒューズ１０２および入力キャパシタＣｉを介してフィルタ１０４に入力される。フィルタ１０４は、商用交流電圧ＶＡＣのノイズを除去する。ダイオード整流回路１０６は、商用交流電圧ＶＡＣを全波整流するダイオードブリッジ回路である。ダイオード整流回路１０６の出力電圧は、平滑キャパシタＣｓによって平滑化され、直流電圧ＶＩＮに変換される。
【０００５】
絶縁型のフライバックコンバータ２００ｒは、入力端子Ｐ１に直流電圧ＶＩＮを受け、それを降圧して、目標値に安定化された出力電圧ＶＯＵＴを出力端子Ｐ２に接続される負荷（不図示）に供給する。
【０００６】
トランスＴ１の一次巻線Ｗ１には、スイッチングトランジスタＭ１が接続され、二次巻線Ｗ２には、整流ダイオードＤ１が接続される。スイッチングトランジスタＭ１と直列に、センス抵抗ＲＳが設けられる。出力キャパシタＣ１は、出力端子Ｐ２に接続される。フィードバック回路２０６は、出力電圧ＶＯＵＴとその目標電圧ＶＯＵＴ（ＲＥＦ）の誤差に応じた電流で、フォトカプラ２０４の発光素子を駆動する。フォトカプラ２０４の受光素子には、誤差に応じたフィードバック電流ＩＦＢが流れる。
【０００７】
整流ダイオードＤ２および平滑化キャパシタＣ２は、トランスＴ１の補助巻線Ｗ３とともに電源回路２０８を形成している。電源回路２０８が生成する電源電圧ＶＣＣは、一次側コントローラ３００ｒの電源（ＶＣＣ）端子に供給される。
【０００８】
一次側コントローラ３００のＦＢ（フィードバック）端子には、フィードバック電流ＩＦＢに応じたフィードバック電圧ＶＦＢが発生する。また一次側コントローラ３００のＣＳ（電流検出）端子には、スイッチングトランジスタＭ１に流れる一次電流ＩＰに比例する電流検出信号ＶＣＳがフィードバックされる。
【０００９】
一次側コントローラ３００ｒは、ピーク電流モードの変調器を含み、フィードバック電圧ＶＦＢおよび電流検出信号ＶＣＳに応じたデューティ比（あるいは周波数）を有するパルス信号ＳＯＵＴを発生し、出力（ＯＵＴ）端子に接続されるスイッチングトランジスタＭ１を駆動する。
【００１０】
トランスＴ１の二次巻線Ｗ２には、同期整流トランジスタＭ２が接続される。同期整流コントローラ４００は、スイッチングトランジスタＭ１のスイッチングと同期して、同期整流トランジスタＭ２をスイッチングさせる。
【００１１】
図２は、本発明者らが検討した一次側コントローラ３００ｒの構成を示す回路図である。一次側コントローラ３００ｒは、パルス変調器１０、ドライバ２０、ブランキング回路４０、バースト制御回路５０、分圧回路８０を備える。分圧回路８０は、フィードバック電圧ＶＦＢを所定の分圧比（たとえば１／４倍）で分圧する。この分圧比は、重負荷状態において、負荷に十分な電力を供給できるように定められる。分圧回路８０は省略してもよい。
【００１２】
ブランキング回路４０は、電流検出信号ＶＣＳのノイズを除去するために設けられる。具体的には、スイッチングトランジスタＭ１がオンした直後、所定のブランク期間の間、検出信号ＶＣＳをマスクする。ブランキング回路４０は省略してもよい。
【００１３】
パルス変調器１０は、ブランキング回路４０を経た電流検出信号ＶＣＳと分圧回路８０により分圧されたフィードバック電圧ＶＦＢ’にもとづき、パルス信号ＳＰＷＭを生成する。パルス変調器１０は、セット信号生成部１２、リセット信号生成部１４、フリップフロップ１６を含む。セット信号生成部１２はオシレータを含み所定の周期でアサート（たとえばハイレベル）されるセット信号ＳＳＥＴを生成し、フリップフロップ１６のセット端子（Ｓ）に入力する。リセット信号生成部１４は、スイッチングトランジスタＭ１のオン期間において、電流検出信号ＶＣＳが、フィードバック電圧ＶＦＢ’に達すると、リセット信号ＳＲＥＳＥＴをアサート（ハイレベル）するコンパレータを含み、フリップフロップ１６のリセット端子（Ｒ）に出力する。フリップフロップ１６の出力であるパルス信号ＳＰＷＭは、セット信号ＳＳＥＴがアサートされるたびに、スイッチングトランジスタＭ１のオンレベル（ハイレベル）に、リセット信号ＳＲＥＳＥＴがアサートされるたびに、オフレベルに遷移する。ドライバ２０は、パルス信号ＳＰＷＭにもとづいてスイッチングトランジスタＭ１をスイッチングする。
【００１４】
ところでフライバックコンバータ２００ｒの出力端子Ｐ２に負荷としてマイコンなどが接続される場合、マイコンが待機状態（スリープ状態）に遷移すると、フライバックコンバータ２００ｒの出力電流は非常に小さくなる（軽負荷状態）。
【００１５】
軽負荷状態において、フライバックコンバータ２００ｒは、消費電力を低減して効率を高めるために、スイッチングトランジスタＭ１を間欠動作（バースト動作）させる。具体的には、スイッチングトランジスタＭ１がスイッチング動作するスイッチング期間と、スイッチングトランジスタＭ１がオフ状態を維持する停止期間を交互に繰り返す。
【００１６】
バースト制御回路５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００の軽負荷状態を検出し、バースト動作を制御するために設けられる。
【００１７】
図３は、バーストモードの動作を説明する図である。時刻ｔ０に軽負荷状態となる。軽負荷状態に入ると、余剰なデューティ比によって出力電圧ＶＯＵＴが上昇し、フィードバック電圧ＶＦＢが低下する。バースト制御回路５０は、フィードバック電圧ＶＦＢを所定のバーストしきい値ＶＢＵＲＳＴと比較するコンパレータを含む。
【００１８】
時刻ｔ１にフィードバック電圧ＶＦＢがバーストしきい値ＶＢＵＲＳＴより低くなると、バースト制御回路５０は、バースト制御信号ＳＢＵＲＳＴをネゲート（たとえばローレベル）する。バースト制御信号ＳＢＵＲＳＴがネゲートされる間、パルス変調器１０は、パルス信号ＳＰＷＭをオフレベルに固定し、スイッチングトランジスタＭ１のスイッチングを停止する。
【００１９】
スイッチングの停止により、出力キャパシタＣ１への充電が停止すると、負荷電流による放電により出力電圧ＶＯＵＴが徐々に低下する。出力電圧ＶＯＵＴの低下にともない、フィードバック電圧ＶＦＢが時間とともに上昇する。フィードバック電圧ＶＦＢは、出力電圧ＶＯＵＴに対して遅延して変動し、その遅延量は、フィードバックループの時定数に応じている。
【００２０】
時刻ｔ２に、フィードバック電圧ＶＦＢがしきい値電圧ＶＢＵＲＳＴを超えると、バースト制御回路５０は、バースト制御信号ＳＢＵＲＳＴをアサート（たとえばハイレベル）する。バースト制御信号ＳＢＵＲＳＴがアサートされると、スイッチングトランジスタＭ１のスイッチングが再開する。スイッチングにともない、出力電圧ＶＯＵＴが増大すると、フィードバック電圧ＶＦＢが低下し始める。時刻ｔ３にフィードバック電圧ＶＦＢがしきい値電圧ＶＢＵＲＳＴより低くなると、スイッチングが停止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開２００３−１６４１４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明者は、フライバックコンバータ２００ｒについて検討した結果、以下の課題を認識するに至った。
【００２３】
このフライバックコンバータ２００ｒでは、バースト動作時のバースト周波数（およびその逆数のバースト周期）は、出力キャパシタＣ１の容量値、インダクタＬ１のインダクタンスなどに応じて定まり、さらには、負荷電流の大きさや入力電圧ＶＩＮなどのフライバックコンバータ２００ｒの電気的状態に応じて変動する。
【００２４】
バースト周波数が高くなると、スイッチングの頻度が高くなるため、軽負荷状態におけるフライバックコンバータ２００ｒのスイッチング損失が増大し、効率が悪化する。また、バースト周波数が高くなり、可聴帯域に入ると、トランスＴ１において音鳴りが発生する可能性がある。
【００２５】
本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、バーストモードの動作条件を調節可能なＤＣ／ＤＣコンバータの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明のある態様は、絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータに関する。ＤＣ／ＤＣコンバータは、一次巻線および二次巻線を有するトランスと、トランスの一次巻線と接地ラインの間に直列に接続されるスイッチングトランジスタおよびセンス抵抗と、トランスの二次巻線と接続される整流素子と、発光素子および受光素子を含むフォトカプラと、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が目標電圧に近づくように、フォトカプラの発光素子を駆動するフィードバック回路と、フォトカプラの受光素子と接続され、フォトカプラからのフィードバック信号を受けるフィードバック端子と、センス抵抗に生ずる電圧降下に応じた電流検出信号を受ける電流検出端子と、フィードバック端子の電圧と電流検出端子の電圧に応じたパルス信号を生成する電流モードの変調器と、を有し、フィードバック端子の電圧がしきい値より低いとき、スイッチングを停止する一次側コントローラと、ＤＣ／ＤＣコンバータの電気的状態に応じて、電流検出端子の電圧をシフトさせるバーストモード調節回路と、を備える。
【００２７】
ある入力電圧が与えられたときに、とある出力電圧、出力電流（負荷電流）を維持するために必要なデューティ比は一意に定まる。電流検出端子の電圧をシフトさせると、必要なデューティ比が維持されるように、フィードバック端子の電圧が、電流検出端子の電圧に追従して変化する。これにより、フィードバック端子の電圧としきい値電圧の相対的な関係を変化させることができ、バーストモードに遷移する条件を変化させることができる。
【００２８】
バーストモード調節回路は、ＤＣ／ＤＣコンバータの負荷状態に応じて、電流検出端子の電圧をシフトさせてもよい。これにより負荷状態に応じて、バーストモードに遷移する条件を変化させることができる。
【００２９】
たとえばバーストモード調節回路は、負荷が所定量より軽くなると（出力電力が所定値より小さくなると）、電流検出端子の電圧を上側にシフトさせてもよい。このシフトの結果、フィードバック端子の電圧がしきい値電圧より高い状態を維持するようにシフトし、バーストモードに遷移しにくくでき、あるいはバーストモードから抜け出すことができる。
【００３０】
トランスは補助巻線をさらに含んでもよい。バーストモード調節回路は、アノードが補助巻線に接続されるダイオードと、ダイオードのカソードと接続されるキャパシタと、を含んでもよい。バーストモード調節回路は、キャパシタの電圧にもとづいて、電流検出端子の電圧をシフトさせてもよい。キャパシタの電圧は、軽負荷となるにしたがい上昇する。したがって、キャパシタの電圧を利用することで、負荷状態に応じてバーストモードの遷移条件を変化させることができる。
【００３１】
バーストモード調節回路は、ダイオードのカソードと、電流検出端子の間に設けられた第１抵抗と、センス抵抗とスイッチングトランジスタの接続ノードと、電流検出端子の間に設けられた第２抵抗と、をさらに含んでもよい。バーストモード調節回路は、ダイオードのカソードと電流検出端子との間に、第１抵抗と直列に接続される第１ツェナーダイオードをさらに含んでもよい。
【００３２】
バーストモード調節回路は、キャパシタと並列に接続される第２ツェナーダイオードをさらに備えてもよい。これによりキャパシタの電圧をクランプできる。
【００３３】
バーストモード調節回路は、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧に応じて、電流検出端子の電圧をシフトさせてもよい。これにより入力電圧に応じて、バーストモードに遷移する条件を変化させることができる。
【００３４】
バーストモード調節回路は、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力端子と電流検出端子の間に設けられた第３抵抗と、電流検出端子と接地ラインの間に設けられた第４抵抗と、センス抵抗とスイッチングトランジスタの接続ノードと、電流検出端子の間に設けられた第５抵抗と、を備えてもよい。
【００３５】
本発明の別の態様もまた、絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータである。このＤＣ／ＤＣコンバータは、一次巻線および二次巻線を有するトランスと、トランスの一次巻線と接地ラインの間に直列に接続されるスイッチングトランジスタおよびセンス抵抗と、トランスの二次巻線と接続される整流素子と、発光素子および受光素子を含むフォトカプラと、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が目標電圧に近づくように、フォトカプラの発光素子を駆動するフィードバック回路と、フォトカプラの受光素子と接続され、フォトカプラからのフィードバック信号を受けるフィードバック端子と、センス抵抗に生ずる電圧降下に応じた電流検出信号を受ける電流検出端子と、を有し、通常モードとバーストモードが切りかえ可能に構成された一次側コントローラと、ＤＣ／ＤＣコンバータの電気的状態が所定の条件を満たすとき、バーストモードへの遷移を禁止し、またはバーストモードから通常モードへと強制遷移させるバーストモード調節回路と、を備える。
【００３６】
この態様によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータの電気的状態に応じて、バーストモードに遷移する条件を変化させることができる。
【００３７】
バーストモード調節回路は、ＤＣ／ＤＣコンバータの電気的状態に応じて電流検出端子の電圧をシフトさせてもよい。
【００３８】
一次側コントローラは、フィードバック端子の電圧をしきい値電圧と比較するコンパレータを含み、比較結果にもとづいて通常モードとバーストモードが切りかえられてもよい。バーストモード調節回路は、ＤＣ／ＤＣコンバータの電気的状態に応じてしきい値電圧を変化させてもよい。
【００３９】
ＤＣ／ＤＣコンバータの電気的状態は、ＤＣ／ＤＣコンバータの負荷状態を含んでもよい。ＤＣ／ＤＣコンバータの電気的状態は、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧を含んでもよい。
【００４０】
本発明の別の態様は電子機器に関する。電子機器は、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、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、直流入力電圧を降圧し、負荷に供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、を備えてもよい。
【００４１】
本発明の別の態様はＡＣアダプタに関する。ＡＣアダプタは、商用交流電圧を全波整流するダイオード整流回路と、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、直流入力電圧を降圧し、負荷に供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、を備えてもよい。
【００４２】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００４３】
本発明のある態様によれば、バーストモードの動作条件を調節できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】ダイオード整流型のフライバックコンバータを備えるＡＣ／ＤＣコンバータの回路図である。
【図２】本発明者らが検討した制御回路の構成を示す回路図である。
【図３】バーストモードの動作を説明する図である。
【図４】実施の形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータの回路ブロック図である。
【図５】図５（ａ）、（ｂ）は、図４のＤＣ／ＤＣコンバータの動作を説明する図である。
【図６】第１実施例に係るＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。
【図７】図７（ａ）は、従来のＤＣ／ＤＣコンバータの動作波形図であり、図７（ｂ）は、図６のＤＣ／ＤＣコンバータの動作波形図である。
【図８】図６のバーストモード調節回路の具体的な構成例を示す回路図である。
【図９】第２実施例に係るＤＣ／ＤＣコンバータの一部の回路図である。
【図１０】第３実施例に係るＤＣ／ＤＣコンバータの一部の回路図である。
【図１１】第４実施例に係るＤＣ／ＤＣコンバータの一部の回路図である。
【図１２】ＡＣ／ＤＣコンバータを備えるＡＣアダプタを示す図である。
【図１３】図１３（ａ）、（ｂ）は、ＡＣ／ＤＣコンバータを備える電子機器を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００４６】
本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合や、部材Ａと部材Ｂが、電気的な接続状態に影響を及ぼさず、あるいは機能を阻害しない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさず、あるいは機能を阻害しない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
【００４７】
図４は、実施の形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータ２００の回路ブロック図である。ＤＣ／ＤＣコンバータ２００は、図１のフライバックコンバータ２００ｒに加えて、バーストモード調節回路２２０をさらに備える。
【００４８】
図１および図２を参照して説明したように、一次側コントローラ３００は、軽負荷時にバーストモードで動作するように構成されており、具体的には、ＦＢ端子の電圧ＶＦＢが所定のしきい値電圧を下回る間、スイッチングトランジスタＭ１のスイッチングを停止する。
【００４９】
バーストモード調節回路２２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００の電気的状態が所定の条件を満たすとき、バーストモードへの遷移を禁止し、あるいはバーストモードから通常モードへと強制遷移させる。
【００５０】
なおバーストモード調節回路２２０は、一次側コントローラ３００の外部に設けられてもよいし、一次側コントローラ３００に内蔵されてもよい。
【００５１】
本実施の形態においてＤＣ／ＤＣコンバータ２００の電気的状態は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００の負荷状態（出力電力）を含む。ＤＣ／ＤＣコンバータ２００の出力電圧ＶＯＵＴが一定である場合、出力電力はすなわち出力電流ＩＯＵＴを意味する。所定の条件とは、出力電力が所定値より小さいこと（出力電流ＩＯＵＴが所定値より小さいこと）であってもよい。
【００５２】
以上がＤＣ／ＤＣコンバータ２００の基本構成である。続いてその動作を説明する。
【００５３】
バーストモード調節回路２２０は、出力電力が所定値より大きい場合、つまり所定条件を満たさないとき、一次側コントローラ３００がバーストモードに遷移することを許可する。反対に出力電力がしきい値を下回ると、バーストモード調節回路２２０は、一次側コントローラ３００がバーストモードに遷移すること禁止し、あるいは強制的に通常モードに復帰させる。
【００５４】
図５（ａ）、（ｂ）は、図４のＤＣ／ＤＣコンバータ２００の動作を説明する図である。図５（ａ）は、バーストモード調節回路２２０を設けないとき、言い換えれば従来のＤＣ／ＤＣコンバータの動作を、図５（ｂ）は、バーストモード調節回路２２０を設けたときの動作を示す。
【００５５】
図５（ａ）を参照し、従来の動作を説明する。バーストモードと通常モードのしきい値ＰＴＨは、図２におけるバーストしきい値ＶＢＵＲＳＴに応じて定まる。バーストモードにおける間欠発振周波数は、出力電力に応じてダイナミックに変化し、この間欠発振周波数の範囲Δｆは、入力電圧ＶＩＮや出力電圧ＶＯＵＴ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００に使用される回路定数などの組み合わせによっては、システムとして好ましくない帯域に含まれるおそれがある。
【００５６】
従来において周波数の範囲Δｆを調節するためには、回路定数を大幅に変更したりする必要があり、非常に多くの労力が必要となる。
【００５７】
図５（ｂ）を参照し、図４のＤＣ／ＤＣコンバータ２００の動作を説明する。バーストモード調節回路２２０は、出力電力ＰＯＵＴが所定値ＰＢＵＳＲＴより大きい場合、つまり所定条件を満たさないとき、一次側コントローラ３００がバーストモードに遷移することを許可する。反対に出力電力ＰＯＵＴがしきい値ＰＢＵＲＳＴを下回ると、バーストモード調節回路２２０は、一次側コントローラ３００がバーストモードに遷移すること禁止し、あるいは強制的に通常モードに復帰させる。すなわち、バーストモードと通常モードのしきい値ＰＴＨ’が、一次側コントローラ３００の内部のしきい値電圧ＶＢＵＲＳＴで決まるしきい値ＰＴＨよりも軽負荷側にシフトする。これにより間欠発振周波数の範囲を狭めることができる。
【００５８】
このように、実施の形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータ２００によれば、バーストモードの動作条件を調節することができる。
【００５９】
本発明は、図４のブロック図や回路図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、回路に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本発明の範囲を狭めるためではなく、発明の本質や回路動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な構成例や実施例を説明する。
【００６０】
（第１実施例）
図６は、第１実施例に係るＤＣ／ＤＣコンバータ２００ａの回路図である。このＤＣ／ＤＣコンバータ２００ａにおいて、バーストモード調節回路２２０ａは、一次側コントローラ３００の外部に構成される。一次側コントローラ３００は、図２のそれと同様でよい。
【００６１】
バーストモード調節回路２２０ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００の電気的状態に応じてＣＳ端子の電圧をシフトするように構成される。第１実施例におけるＤＣ／ＤＣコンバータ２００ａの電気的状態は、上述したようにＤＣ／ＤＣコンバータ２００ａの出力電力である。
【００６２】
すなわちバーストモード調節回路２２０ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００ａの出力電力ＰＯＵＴを監視し、出力電力ＰＯＵＴにもとづいて、ＣＳ端子の電圧をシフトさせる。出力電力ＰＯＵＴの監視方法は特に限定されない。たとえばバーストモード調節回路２２０ａは、出力電力ＰＯＵＴが所定のしきい値ＰＢＵＲＳＴより大きいときには、ＣＳ端子に作用せず、出力電力ＰＯＵＴがしきい値ＰＢＵＲＳＴを下回ると、ＣＳ端子を高電位側にシフトさせる。
【００６３】
図７（ａ）は、従来のフライバックコンバータ２００ｒの動作波形図であり、図７（ｂ）は、図６のＤＣ／ＤＣコンバータ２００ａの動作波形図である。いずれも、ＰＯＵＴ＜ＰＢＵＲＳＴの状態を示す。図７（ａ）の状態では、ＶＦＢ＜ＶＢＵＲＳＴを満たしており、フライバックコンバータ２００ｒはバーストモードで動作する。
【００６４】
図７（ｂ）を参照する。バーストモード調節回路２２０ａが、ＣＳ端子の電圧ＶＣＳ’を高電位側にΔＶ、シフトさせる。図７（ａ）と（ｂ）において出力電力ＰＯＵＴが同じであるとすれば、図７（ａ）のＰＷＭ信号ＳＰＷＭのデューティ比が維持されるように、図７（ｂ）のフィードバック電圧ＶＦＢは、電流検出信号ＶＣＳ’に追従して高電位側にシフトする。その結果、フィードバック電圧ＶＦＢはバーストしきい値電圧ＶＢＵＳＲＴを下回らなくなり、バーストモードへの遷移が禁止され、あるいはバーストモードから通常モードに強制遷移させることができる。
【００６５】
図８は、図６のバーストモード調節回路２２０ａの具体的な構成例を示す回路図である。バーストモード調節回路２２０ａのダイオードＤ３のアノードは、補助巻線Ｗ３と接続される。キャパシタＣ３は、ダイオードＤ３のカソードと接続される。キャパシタＣ３には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００ａの重負荷状態において、出力電圧ＶＯＵＴならびに二次巻線Ｗ２と補助巻線Ｗ３の巻線比に応じた電圧ＶＣ３が発生する。キャパシタＣ３の電圧ＶＣ３は、重負荷状態において上昇する。すなわち、キャパシタＣ３の電圧ＶＣ３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００ａの出力電力ＰＯＵＴと相関を有する。
【００６６】
バーストモード調節回路２２０ａは、キャパシタＣ３の電圧ＶＣ３が所定のしきい値を超えると、ＣＳ端子の電圧ＶＣＳ’を高電位側にシフトさせる。
【００６７】
第１抵抗Ｒ１１および第１ツェナーダイオードＺＤ１は、キャパシタＣ３とＣＳ端子の間に直列に設けられる。第２抵抗Ｒ１２は、ＣＳ端子とスイッチングトランジスタＭ１のソースの間に設けられる。キャパシタＣ３はＣＳ端子と接続される。第２ツェナーダイオードＺＤ２は、タイマー信号Ｓ３と並列に設けられ、キャパシタＣ３の電圧を所定値（ツェナー電圧）以下にクランプする。
【００６８】
重負荷状態においてキャパシタＣ３の電圧ＶＣ３が上昇し、第１ツェナーダイオードＺＤ１がオンする。これによりＣＳ端子の電圧ＶＣＳ’が、第１抵抗Ｒ１１によって高電位側にプルアップされる。
【００６９】
図８のバーストモード調節回路２２０ａによれば、キャパシタＣ３の電圧にもとづいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００の出力電力ＰＯＵＴを監視することができ、また出力電力ＰＯＵＴがしきい値を下回ると、ＣＳ端子の電圧ＶＣＳ’を高電位側にシフトさせることができる。
【００７０】
図８のＤＣ／ＤＣコンバータ２００ａは、従来のフライバックコンバータ２００ｒにいくつかの周辺回路部品を追加するのみで、バーストモードの動作条件を自由に設定することができる。
【００７１】
図８のバーストモード調節回路２２０ａは、キャパシタＣ３の電圧ＶＣ３を所定のしきい値電圧と比較するコンパレータと、コンパレータの出力にもとづいてＣＳ端子にソース電流を注入する電流源あるいは抵抗で構成してもよい。
【００７２】
（第２実施例）
図９は、第２実施例に係るＤＣ／ＤＣコンバータ２００ｂの一部の回路図である。第２実施例においてバーストモード調節回路２２０ｂが監視するＤＣ／ＤＣコンバータ２００ｂの電気的状態は、その入力電圧ＶＩＮである。したがってバーストモード調節回路２２０ｂは、入力電圧ＶＩＮに応じてＣＳ端子の電圧をシフトさせる。
【００７３】
バーストモード調節回路２２０ｂは、入力端子Ｐ１（入力ライン）とＣＳ端子の間に設けられた第３抵抗Ｒ１３と、ＣＳ端子と接地の間に設けられた第４抵抗Ｒ１４と、ＣＳ端子とスイッチングトランジスタＭ１のソースの間に設けられた第５抵抗Ｒ１５を含む。ＣＳ端子には、キャパシタＣ４が接続されてもよい。
【００７４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２００ｂでは、入力電圧ＶＩＮが上昇するほど、ＣＳ端子の電圧ＶＣＳ’が高電位側にシフトしていく。これにより、図７（ｂ）を参照して説明したのと同様に、それに追従してフィードバック電圧ＶＦＢが高電位側にシフトしていく。これにより、フィードバック電圧ＶＦＢがバーストしきい値電圧ＶＢＵＲＳＴを下回らなくなり、バーストモードへの遷移を禁止し、あるいは通常モードからバーストモードへと強制遷移させることができる。
【００７５】
第２実施例において、バーストモード調節回路２２０ｂは、入力電圧ＶＩＮが所定のしきい値を超えると、ＣＳ端子の電圧ＶＣＳ’を高電位側にシフトさせてもよい。
【００７６】
（第３実施例）
図１０は、第３実施例に係るＤＣ／ＤＣコンバータ２００ｃの一部の回路図である。バーストモード調節回路２２０ｃは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００ｃの電気的状態にもとづいて、バーストしきい値電圧ＶＢＵＲＳＴを変化させる。たとえばバーストしきい値電圧ＶＢＵＲＳＴを生成する電圧源５２は、可変電圧源であってもよい。バーストモード調節回路２２０ｃは、バーストモード調節回路２２０ｃからの制御信号を受ける制御（ＣＮＴ）端子を有する。
【００７７】
たとえばバーストモード調節回路２２０ｃは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００ｃの出力電力ＰＯＵＴがしきい値より高いとき、しきい値電圧ＶＢＵＲＳＴを第１値に設定し、出力電力ＰＯＵＴがしきい値を下回ると、しきい値電圧ＶＢＵＲＳＴを第１値より高い第２値に修正する。あるいはバーストモード調節回路２２０ｃは、出力電力ＰＯＵＴが小さくなるにしたがい、しきい値電圧ＶＢＵＲＳＴを上昇させてもよい。
【００７８】
あるいはバーストモード調節回路２２０ｃは、入力電圧ＶＩＮにもとづいて、しきい値電圧ＶＢＵＳＲＴを変化させてもよい。たとえば入力電圧ＶＩＮが高くなるにしたがい、しきい値電圧ＶＢＵＳＲＴを上昇させてもよいし、入力電圧ＶＩＮがあるしきい値を超えると、バーストしきい値電圧ＶＢＵＳＲＴをシフトさせてもよい。
【００７９】
バーストモード調節回路２２０ｃは、図８や図９のように構成してもよいし、別の構成としてもよい。
【００８０】
（第４実施例）
図１１は、第４実施例に係るＤＣ／ＤＣコンバータ２００ｄの一部の回路図である。バーストモード調節回路２２０ｄは、バーストモードを禁止すべきＤＣ／ＤＣコンバータ２００の電気的状態を検出すると、制御信号ＳＣＮＴをアサートする。パルス変調器１０は、制御信号ＳＣＮＴがアサートされると、バースト制御回路５０の出力Ｓ＿ＢＵＲＳＴによらずに、通常モードで動作する。
【００８１】
以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。
【００８２】
（第１変形例）
バーストモード調節回路２２０は、入力電圧ＶＩＮとＤＣ／ＤＣコンバータ２００の出力電力ＰＯＵＴの両方にもとづいてバースト動作を制御してもよい。あるいは、バーストモード調節回路２２０は、入力電圧ＶＩＮや出力電力ＰＯＵＴ以外の電気的状態にもとづいてバースト動作を制御してもよい。
【００８３】
（第２変形例）
第１実施例において、バーストモード調節回路２２０ａは、キャパシタＣ３の電圧ＶＣ３にもとづいて負荷状態を監視したが本発明はそれに限定されない。フォトカプラ２０４の他に、負荷状態を監視するための追加のフォトカプラを設け、追加のフォトカプラの状態にもとづいて負荷状態を監視してもよい。
【００８４】
（第３変形例）
ＤＣ／ＤＣコンバータ２００は、疑似共振型のコンバータであってもよい。一次側コントローラ３００は、トランスＴ１に蓄えられたエネルギーが実質的にゼロになると、セット信号ＳＳＥＴをアサートし、スイッチングトランジスタＭ１をターンオンしてもよい。疑似共振型の一次側コントローラ３００はＺＴ端子を備え、ＺＴ端子には、補助巻線Ｗ３の一端の電圧が分圧して入力される。なお疑似共振型のパルス変調器１０の構成は公知技術を用いればよい。
【００８５】
（第４変形例）
実施の形態では、ダイオード整流型のフライバックコンバータを説明したが、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００の構成はそれに限定されず、本発明は同期整流型のフライバックコンバータやその他の絶縁コンバータにも適用可能である。
【００８６】
（用途）
最後にＤＣ／ＤＣコンバータ２００の用途を説明する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２００は、ＡＣアダプタや電子機器の電源ブロックに好適に利用されるＡＣ／ＤＣコンバータ１００に利用できる。
【００８７】
図１２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。
【００８８】
図１３（ａ）、（ｂ）は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１００を備える電子機器９００を示す図である。図１３（ａ）、（ｂ）の電子機器９００はディスプレイ装置であるが、電子機器９００の種類は特に限定されず、オーディオ機器、冷蔵庫、洗濯機、掃除機など、電源装置を内蔵する機器であればよい。
【００８９】
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。
【００９０】
実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。
【符号の説明】
【００９１】
Ｐ１…入力端子、Ｐ２…出力端子、Ｃ１…出力キャパシタ、Ｃ２…平滑化キャパシタ、Ｄ１，Ｄ２…整流ダイオード、Ｔ１…トランス、Ｗ１…一次巻線、Ｗ２…二次巻線、Ｗ３…補助巻線、Ｍ１…スイッチングトランジスタ、ＲＳ…検出抵抗、１００…ＡＣ／ＤＣコンバータ、１０２…ヒューズ、Ｃｉ…入力キャパシタ、１０４…フィルタ、１０６…ダイオード整流回路、Ｃｓ…平滑キャパシタ、２００…ＤＣ／ＤＣコンバータ、２０４…フォトカプラ、２０６…フィードバック回路、２０８…電源回路、２２０…バーストモード調節回路、Ｄ３…ダイオード、Ｃ３…キャパシタ、ＺＤ１…第１ツェナーダイオード、ＺＤ２…第２ツェナーダイオード、３００…一次側コントローラ、１０…パルス変調器、１２…セット信号生成部、１４…リセット信号生成部、１６…フリップフロップ、１８…マスク回路、２０…ドライバ、４０…ブランキング回路、５０…バースト制御回路、５２…電圧源、８０…分圧回路、８００…ＡＣアダプタ、８０２…プラグ、８０４…筐体、８０６…コネクタ、８１０，９００…電子機器、９０２…プラグ、９０４…筐体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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