特許 6514916 絶縁同期整流型ＤＣ／ＤＣコンバータ、２次側モジュール、それを用いた電源装置、電源アダプタおよび電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6514916

(24)【登録日】2019年4月19日

(45)【発行日】2019年5月15日

(54)【発明の名称】絶縁同期整流型ＤＣ／ＤＣコンバータ、２次側モジュール、それを用いた電源装置、電源アダプタおよび電子機器

(51)【国際特許分類】

   G05F 1/00 20060101AFI20190425BHJP

   H02M 3/28 20060101ALI20190425BHJP

   H02M 7/21 20060101ALI20190425BHJP

【ＦＩ】

   G05F1/00 M

   H02M3/28 Z

   H02M7/21 A

【請求項の数】10

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2015-41610(P2015-41610)

(22)【出願日】2015年3月3日

(65)【公開番号】特開2016-162301(P2016-162301A)

(43)【公開日】2016年9月5日

【審査請求日】2018年2月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000116024

【氏名又は名称】ローム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100133215

【弁理士】

【氏名又は名称】真家 大樹

(72)【発明者】

【氏名】菊池 弘基

(72)【発明者】

【氏名】清水 亮

【審査官】 佐藤 匡

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０２４８９６４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−３１２９５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２０００８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０５４９６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０１６９０５０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００２−２４７８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０７４９５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｆ １／００

Ｈ０２Ｍ ３／２８

Ｈ０２Ｍ ７／２１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

絶縁同期整流型のＤＣ／ＤＣコンバータの２次側に配置される２次側モジュールであって、
同期整流トランジスタを制御する同期整流コントローラと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧とその目標値の誤差に応じた電流を生成するシャントレギュレータと、
を備え、単一のパッケージに収容され、
前記シャントレギュレータと接続される複数のピンのすべてが、パッケージの第１辺に沿って配置されるとともに、前記同期整流コントローラと接続される複数のピンのうち前記同期整流トランジスタと接続されて電位が変動するピンが、前記第１辺と対向する第２辺に沿って配置されることを特徴とする２次側モジュール。

【請求項2】

前記同期整流コントローラと接続される複数のピンのすべてが、前記第２辺に沿って配置されることを特徴とする請求項１に記載の２次側モジュール。

【請求項3】

絶縁同期整流型のＤＣ／ＤＣコンバータの２次側に配置される２次側モジュールであって、
同期整流トランジスタを制御する同期整流コントローラと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧とその目標値の誤差に応じた電流を生成するシャントレギュレータと、
を備え、単一のパッケージに収容され、
前記シャントレギュレータと接続される複数のピンのすべてが、パッケージの第１辺に沿って配置され、
前記同期整流コントローラと接続される複数のピンのうち、前記同期整流トランジスタのドレインと接続されるピンは、前記第１辺側に配置されることを特徴とする２次側モジュール。

【請求項4】

前記同期整流コントローラと前記シャントレギュレータは、別々の独立した半導体チップに集積化されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の２次側モジュール。

【請求項5】

絶縁同期整流型のＤＣ／ＤＣコンバータの２次側に配置される２次側モジュールであって、
同期整流トランジスタを制御する同期整流コントローラと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧とその目標値の誤差に応じた電流を生成するシャントレギュレータと、
を備え、単一のパッケージに収容され、
前記同期整流コントローラと接続されるピンの数がＭ個（Ｍは２以上の整数）、前記シャントレギュレータと接続されるピンの数がＮ個（Ｎは２以上の整数）、パッケージの１辺あたりのピンの個数がＫ個（Ｋは２以上の整数）であり、Ｋ＜Ｍ、Ｋ＞Ｎであり、
前記シャントレギュレータと接続されるすべてのピンが前記パッケージの第１辺に沿って配置され、
前記同期整流コントローラと接続される複数のピンのうちＫ個が、前記パッケージの前記第１辺と対向する第２辺に沿って配置され、前記同期整流コントローラと接続される複数のピンのうち（Ｍ−Ｋ）個が、前記パッケージの前記第１辺に沿って配置されることを特徴とする２次側モジュール。

【請求項6】

絶縁同期整流型のＤＣ／ＤＣコンバータの２次側に配置される２次側モジュールであって、
同期整流トランジスタを制御する同期整流コントローラと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧とその目標値の誤差に応じた電流を生成するシャントレギュレータと、
を備え、単一のパッケージに収容され、
前記同期整流コントローラと接続されるピンの数がＭ個（Ｍは２以上の整数）、前記シャントレギュレータと接続されるピンの数がＮ個（Ｎは２以上の整数）、パッケージの１辺あたりのピンの個数がＫ個（Ｋは２以上の整数）であり、Ｋ≧Ｍ、Ｋ≧Ｎであり、前記シャントレギュレータと接続されるすべてのピンが前記パッケージの第１辺に沿って配置され、前記同期整流コントローラと接続されるすべてのピンが前記パッケージの前記第１辺と対向する第２辺に沿って配置されるとともに、前記Ｍ個のピンのうち少なくともひとつは、前記同期整流トランジスタと接続されて電位が変動することを特徴とする２次側モジュール。

【請求項7】

絶縁同期整流型のＤＣ／ＤＣコンバータであって、
１次巻線および２次巻線、補助巻線を有するトランスと、
前記トランスの前記１次巻線と接続されるスイッチングトランジスタと、
前記トランスの前記２次巻線と接続される同期整流トランジスタと、
前記トランスの前記補助巻線と接続されるアノードを有するダイオードと、
前記ダイオードのカソードと前記同期整流トランジスタのソースの間に設けられるキャパシタと、
フォトカプラと、
前記フォトカプラの出力側と接続され、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１次側コントローラと、
前記同期整流トランジスタを制御する請求項１から６のいずれかに記載の２次側モジュールと、
を備えることを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。

【請求項8】

商用交流電圧をフィルタリングするフィルタと、
前記フィルタの出力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７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装置。

【請求項9】

負荷と、
商用交流電圧をフィルタリングするフィルタと、
前記フィルタの出力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７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10】

商用交流電圧をフィルタリングするフィルタと、
前記フィルタの出力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７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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、絶縁同期整流型ＤＣ／ＤＣコンバータに関する。

【背景技術】

【0002】

テレビや冷蔵庫をはじめとするさまざまな家電製品は、外部からの商用交流電力を受けて動作する。ラップトップ型コンピュータ、携帯電話端末やタブレット端末をはじめとする電子機器も、商用交流電力によって動作可能であり、あるいは商用交流電力によって、機器に内蔵の電池を充電可能となっている。こうした家電製品や電子機器（以下、電子機器と総称する）には、商用交流電圧をＡＣ／ＤＣ（交流／直流）変換する電源装置（ＡＣ／ＤＣコンバータ）が内蔵される。あるいは電子機器の外部の電源アダプタ（ＡＣアダプタ）にＡＣ／ＤＣコンバータが内蔵される場合もある。

【0003】

図１は、本発明者が検討したＡＣ／ＤＣコンバータ１００ｒの基本構成を示すブロック図である。ＡＣ／ＤＣコンバータ１００ｒは主としてフィルタ１０２、整流回路１０４、平滑キャパシタ１０６およびＤＣ／ＤＣコンバータ２００ｒを備える。

【0004】

商用交流電圧Ｖ_ＡＣは、ヒューズおよび入力キャパシタ（不図示）を介してフィルタ１０２に入力される。フィルタ１０２は、商用交流電圧Ｖ_ＡＣのノイズを除去する。整流回路１０４は、商用交流電圧Ｖ_ＡＣを全波整流するダイオードブリッジ回路である。整流回路１０４の出力電圧は、平滑キャパシタ１０６によって平滑化され、直流電圧Ｖ_ＩＮに変換される。

【0005】

絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータ２００ｒは、入力端子Ｐ１に直流電圧Ｖ_ＩＮを受け、それを降圧して、目標値に安定化された出力電圧Ｖ_ＯＵＴを生成し、出力端子Ｐ２と接地端子Ｐ３の間に接続される負荷（不図示）に供給する。

【0006】

ＤＣ／ＤＣコンバータ２００ｒは、１次側コントローラ２０２、フォトカプラ２０４、シャントレギュレータ２０６、出力回路２１０、同期整流コントローラ３００ｒ、およびその他の回路部品を備える。出力回路２１０は、トランスＴ１、ダイオードＤ１、出力キャパシタＣ１、スイッチングトランジスタＭ１、同期整流トランジスタＭ２を含む。出力回路２１０のトポロジーは、一般的な同期整流型のフライバックコンバータのそれであるため、説明を省略する。

【0007】

トランスＴ１の１次巻線Ｗ１と接続されるスイッチングトランジスタＭ１がスイッチングすることにより、入力電圧Ｖ_ＩＮが降圧され、出力電圧Ｖ_ＯＵＴが生成される。そして１次側コントローラ２０２は、スイッチングトランジスタＭ１のスイッチングのデューティ比を調節する。

【0008】

ＤＣ／ＤＣコンバータ２００ｒの出力電圧Ｖ_ＯＵＴは、抵抗Ｒ１、Ｒ２により分圧される。シャントレギュレータ２０６のカソード（Ｋ）端子は、フォトカプラ２０４の入力側の発光素子（発光ダイオード）と接続され、アノード（Ａ）端子は接地される。シャントレギュレータ２０６の基準（ＲＥＦ）端子には、分圧された電圧（電圧検出信号）Ｖ_{ＯＵＴ＿Ｓ}が入力される。シャントレギュレータ２０６は誤差増幅器を含み、電圧検出信号Ｖ_{ＯＵＴ＿Ｓ}と所定の基準電圧Ｖ_ＲＥＦ（不図示）の誤差を増幅し、誤差に応じた誤差電流Ｉ_ＥＲＲを生成し、フォトカプラ２０４の入力側の発光素子（発光ダイオード）から引き込む（シンク）。

【0009】

フォトカプラ２０４の出力側の受光素子（フォトトランジスタ）には、２次側の誤差電流Ｉ_ＥＲＲに応じたフィードバック電流Ｉ_ＦＢが流れる。このフィードバック電流Ｉ_ＦＢが、抵抗およびキャパシタにより平滑化され、１次側コントローラ２０２のフィードバック（ＦＢ）端子に入力される。１次側コントローラ２０２は、ＦＢ端子の電圧（フィードバック電圧）Ｖ_ＦＢにもとづいてスイッチングトランジスタＭ１のデューティ比を調節する。

【0010】

同期整流コントローラ３００ｒ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をスイッチングする。同期整流コントローラ３００ｒ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たパルス信号を生成する。たとえばパルス発生器は、スイッチングトランジスタＭ１がターンオフすると、パルス信号を、同期整流トランジスタＭ２のオンを指示する第１状態（たとえばハイレベル）とする。また同期整流コントローラ３００ｒは、同期整流トランジスタＭ２のオン期間に２次巻線Ｗ２に流れる電流Ｉ_Ｓが実質的にゼロになると、パルス信号を同期整流トランジスタＭ２のオフを指示する第２状態（ローレベル）とする。同期整流コントローラ３００ｒは、このパルス信号に応じて同期整流トランジスタＭ２をスイッチングする。

【0011】

トランスＴ１の２次側には補助巻線Ｗ４が設けられる。補助巻線Ｗ４、ダイオードＤ４、キャパシタＣ４は、第２のコンバータを形成しており、スイッチングトランジスタＭ１のスイッチングに応じてキャパシタＣ４の両端間には、直流電圧Ｖ_ＤＣが発生する。

【0012】

同期整流コントローラ３００ｒの接地（ＧＮＤ）端子は、同期整流トランジスタＭ２のソースと接続され、同期整流コントローラ３００ｒの電源（ＶＣＣ）端子は、ダイオードＤ４とキャパシタＣ４の接続点の電圧Ｖ_ＣＣ１が供給される。同期整流トランジスタＭ２のソース電圧Ｖ_Ｓは、スイッチングトランジスタＭ１のスイッチングに応じてダイナミックに変動し、したがって同期整流コントローラ３００ｒの基準電圧もダイナミックに変動するが、このときＶＣＣ端子の電圧Ｖ_ＣＣ１は、Ｖ_ＣＣ１＝Ｖ_Ｓ＋Ｖ_ＤＣを保ちながら変動するため、同期整流コントローラ３００ｒは、Ｖ_ＤＣを電源電圧として動作する。

【0013】

以上がＡＣ／ＤＣコンバータ１００ｒの全体構成である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【特許文献1】特開２０１０−０７４９５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

本発明者らは、図１のＡＣ／ＤＣコンバータ１００ｒにおいて、シャントレギュレータ２０６とフォトカプラ２０４を、同一モジュールに１パッケージ化することを検討した。以下、このモジュールを２次側モジュール４００ｒと称する。

【0016】

図２は、本発明者らが検討した２次側モジュール４００ｒのピン配置を示す図である。たとえば２次側モジュール４００ｒは、ＳＯＰ（Small Outline Package）構造あるいはＤＩＰ（Dual Inline Package）構造を有する。

【0017】

２次側モジュール４００ｒは、ドレイン（ＤＲＡＩＮ）ピン（端子）、スイッチングレギュレータ用の接地（ＳＲ＿ＧＮＤ）ピン、ゲート（ＧＡＴＥ）ピン、電源（ＶＣＣ）ピン、設定（ＳＥＴ）ピン、シャントレギュレータ用入力（ＳＨ＿ＩＮ）ピン、シャントレギュレータ用出力（ＳＨ＿ＯＵＴ）ピン、シャントレギュレータ用接地（ＳＨ＿ＧＮＤ）ピン、を備える。

【0018】

ＤＲＡＩＮピンは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００ｒの実装基板上で、同期整流トランジスタＭ２のドレイン、すなわち出力端子Ｐ２と接続される。またＤＲＡＩＮピンは、２次側モジュール４００ｒの内部において、同期整流コントローラ３００ｒの半導体チップに形成された、ＶＤ端子に対応するＶＤパッドと接続される。

【0019】

ＳＲ＿ＧＮＤピンは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００ｒの実装基板上で、同期整流トランジスタＭ２のソースと接続される。またＳＲ＿ＧＮＤピンは、２次側モジュール４００ｒの内部において、同期整流コントローラ３００ｒの半導体チップに形成された、ＧＮＤ端子に対応するＧＮＤパッドと接続される。

【0020】

ＧＡＴＥピンは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００ｒの実装基板上で、同期整流トランジスタＭ２のゲートと接続される。またＧＡＴＥピンは、２次側モジュール４００ｒの内部において、同期整流コントローラ３００ｒの半導体チップに形成された、ＯＵＴ端子に対応するＯＵＴパッドと接続される。

【0021】

ＶＣＣピンは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００ｒの実装基板上で、キャパシタＣ４の一端と接続される。またＶＣＣピンは、２次側モジュール４００ｒの内部において、同期整流コントローラ３００ｒの半導体チップに形成された、ＶＣＣ端子に対応するＶＣＣパッドと接続される。

【0022】

ＳＥＴピンには、同期整流コントローラ３００ｒの動作パラメータを設定するための回路素子が接続される。たとえばＳＥＴピンには、同期整流コントローラ３００ｒにおいて使用されるタイマー時間を設定するための抵抗Ｒ_ＳＥＴ、あるいは時定数を設定するためのキャパシタ、電流値を設定するための抵抗などが接続されてもよい。

【0023】

ＳＨ＿ＩＮピンは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００ｒの実装基板上で、抵抗Ｒ１とＲ２の接続ノードと接続される。またＳＨ＿ＩＮピンは、２次側モジュール４００ｒの内部において、シャントレギュレータ２０６の半導体チップに形成された、基準（ＲＥＦ）端子に対応するＲＥＦパッドと接続される。

【0024】

ＳＨ＿ＯＵＴピンは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００ｒの実装基板上で、フォトカプラ２０４の入力側の発光素子と接続される。またＳＨ＿ＯＵＴピンは、２次側モジュール４００ｒの内部において、シャントレギュレータ２０６の半導体チップに形成された、カソード（Ｋ）端子に対応するＫパッドと接続される。

【0025】

ＳＨ＿ＧＮＤピンは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００ｒの実装基板上で接地される。またＳＨ＿ＧＮＤピンは、２次側モジュール４００ｒの内部において、シャントレギュレータ２０６の半導体チップに形成された、アノード（Ａ）端子に対応するＡパッドと接続される。

【0026】

図２のＤＣ／ＤＣコンバータ２００ｒでは以下の問題が発生する。
スイッチングトランジスタＭ１のオン期間において、同期整流トランジスタＭ２のソース電圧Ｖ_Ｓは、（Ｖ_ＯＵＴ＋Ｖ_Ｆ）付近となる。Ｖ_Ｆは同期整流トランジスタＭ２のボディダイオードの順方向電圧である。反対に、同期整流トランジスタＭ２のソース電圧Ｖ_Ｓは、スイッチングトランジスタＭ１のオフ期間において−Ｖ_ＩＮ×Ｎ_Ｓ／Ｎ_Ｐとなる。Ｎ_Ｓ、Ｎ_Ｐはそれぞれ、２次巻線Ｗ２、１次巻線Ｗ１の巻数である。

【0027】

したがって、同期整流トランジスタＭ２のソース電圧Ｖ_Ｓは、スイッチングトランジスタＭ１のスイッチングに応じて、非常に広い電圧範囲で変動し、同期整流コントローラ３００ｒの基準電位（グランドプレーン）も、スイッチングトランジスタＭ１のスイッチングに応じてダイナミックに変動する。その一方で、シャントレギュレータ２０６の基準電位（グランドプレーン）は、接地電圧Ｖ_ＧＮＤである。

【0028】

図２のレイアウトでは、基準電位が異なる２つのチップに接続されるＳＲ＿ＧＮＤピンとＳＨ＿ＩＮピンが隣接して配置される。また、基準電位が異なる２つのチップに接続されるＳＥＴピンとＳＨ＿ＧＮＤピンが隣接して配置される。

【0029】

ここで、これらの電源プレーン（基準電位）が異なる回路に属する隣接する２個のピンが短絡（本明細書において、この短絡をクリティカルな隣接ピンショートという）すると、同期整流コントローラ３００ｒのチップに形成される回路素子、および／またはシャントレギュレータ２０６のチップに形成される回路素子、あるいは同期整流トランジスタＭ２やトランスＴ１、ダイオードＤ４などの回路部品に、過電圧が印加され、および／または、過電流が流れて、回路の信頼性が低下するおそれがある。

【0030】

なおこの問題を当業者の一般的な認識と捉えてはならず、本発明者らが独自に認識したものである。

【0031】

本発明はかか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、信頼性を高めた２次側モジュールの提供にある。

【課題を解決するための手段】

【0032】

本発明のある態様は、絶縁同期整流型のＤＣ／ＤＣコンバータの２次側に配置される２次側モジュールに関する。２次側モジュールは、同期整流トランジスタを制御する同期整流コントローラと、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧とその目標値の誤差に応じた電流を生成するシャントレギュレータと、を備え、単一のパッケージに収容される。シャントレギュレータと接続される複数のピンすべては、パッケージの第１辺に沿って配置される。

【0033】

シャントレギュレータと接続される複数のピンを、複数の辺に分散して配置した場合、複数の辺それぞれにおいて、シャントレギュレータのピンと同期整流コントローラのピンとが隣接することとなる。これに対してこの態様によれば、第１辺以外の辺においては、シャントレギュレータのピンと同期整流コントローラのピンが隣接しなくなり、言い換えれば、シャントレギュレータのピンと同期整流コントローラのピンが隣接している辺の個数を減らすことができ、信頼性を高めることができる。

【0034】

同期整流コントローラと接続される複数のピンのすべてが、パッケージの第１辺と対向する第２辺に沿って配置されてもよい。
この場合、シャントレギュレータのピンと同期整流コントローラのピンの隣接箇所がゼロとなるため、信頼性をさらに高めることができる。

【0035】

同期整流コントローラと接続される複数のピンのうち、同期整流トランジスタのドレインと接続されるピンは、第１辺側に配置されてもよい。
同期整流トランジスタのドレインは、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が発生する出力端子と接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧は、接地電圧を基準に生成され、スイッチングトランジスタのスイッチングに応じたダイナミックな変動は起こらず、実質的に一定レベルとなる。したがって、同期整流トランジスタのドレインと接続されるピンが、隣接するシャントレギュレータのピンとショートしたとしても、信頼性の低下を抑制できる。

【0036】

同期整流コントローラとシャントレギュレータは、別々の独立した半導体チップに集積化されてもよい。

【0037】

本発明の別の態様は、絶縁同期整流型のＤＣ／ＤＣコンバータに関する。ＤＣ／ＤＣコンバータは、１次巻線および２次巻線、補助巻線を有するトランスと、トランスの１次巻線と接続されるスイッチングトランジスタと、トランスの２次巻線と接続される同期整流トランジスタと、トランスの補助巻線と接続されるアノードを有するダイオードと、ダイオードのカソードと同期整流トランジスタのソースの間に設けられるキャパシタと、フォトカプラと、フォトカプラの出力側と接続され、フォトカプラからのフィードバック信号に応じてスイッチングトランジスタをスイッチングする１次側コントローラと、同期整流トランジスタを制御する上述のいずれかの態様の２次側モジュールと、を備える。

【0038】

本発明の別の態様は、電源装置（ＡＣ／ＤＣコンバータ）に関する。電源装置は、商用交流電圧をフィルタリングするフィルタと、フィルタの出力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、負荷に供給する上述のＤＣ／ＤＣコンバータと、を備える。

【0039】

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、商用交流電圧をフィルタリングするフィルタと、フィルタの出力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、負荷に供給する上述のＤＣ／ＤＣコンバータと、を備える。

【0040】

本発明の別の態様は、ＡＣアダプタに関する。ＡＣアダプタは、商用交流電圧をフィルタリングするフィルタと、フィルタの出力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、直流出力電圧を生成する上述のＤＣ／ＤＣコンバータと、を備える。

【0041】

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】

【0042】

本発明のある態様によれば、２次側モジュールの信頼性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0043】

【図1】本発明者が検討したＡＣ／ＤＣコンバータの基本構成を示すブロック図である。

【図2】本発明者らが検討した２次側モジュールのピン配置を示す図である。

【図3】実施の形態に係る２次側モジュールを備えるＤＣ／ＤＣコンバータのレイアウト図およびピン配置図である。

【図4】第１変形例に係る２次側モジュールを備えるＤＣ／ＤＣコンバータのレイアウト図およびピン配置図である。

【図5】第２変形例に係る２次側モジュールを備えるＤＣ／ＤＣコンバータのレイアウト図およびピン配置図である。

【図6】第３変形例に係る２次側モジュールを備えるＤＣ／ＤＣコンバータのレイアウト図およびピン配置図である。

【図7】第４変形例に係る２次側モジュールを備えるＤＣ／ＤＣコンバータのレイアウト図およびピン配置図である。

【図8】図８（ａ）、（ｂ）は、シャントレギュレータの構成例を示す回路図である。

【図9】第３変形例に係るＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。

【図10】ＡＣ／ＤＣコンバータを備えるＡＣアダプタを示す図である。

【図11】図１１（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】

【0044】

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。

【0045】

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ない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

【0046】

図３は、実施の形態に係る２次側モジュール４００を備えるＤＣ／ＤＣコンバータ２００のレイアウト図およびピン配置図である。このＤＣ／ＤＣコンバータ２００は、図１のＤＣ／ＤＣコンバータ２００ｒと同様に、ＡＣ／ＤＣコンバータに使用可能である。またＤＣ／ＤＣコンバータ２００の基本構成は図１のＤＣ／ＤＣコンバータ２００ｒの構成と同様である。

【0047】

２次側モジュール４００は、同期整流コントローラ３００が形成される半導体チップと、シャントレギュレータ２０６が形成される半導体チップ（ダイ）を備え、単一のパッケージに収容される。同期整流コントローラ３００は、一次側における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のターンオン、ターンオフを制御する。シャントレギュレータ２０６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００の出力電圧Ｖ_ＯＵＴとその目標値の誤差に応じた誤差電流Ｉ_ＥＲＲを生成し、フォトカプラ２０４の発光ダイオードからシンクする。同期整流コントローラ３００およびシャントレギュレータ２０６の具体的な構成は特に限定されず、公知技術あるいは将来利用可能な構成を採用すればよい。

【0048】

２次側モジュール４００には、ＶＣＣピン、ＳＲ＿ＧＮＤピン、ＧＡＴＥピン、ＤＲＡＩＮピン、ＳＥＴピン、ＳＨ＿ＩＮピン、ＳＨＯＵＴピン、ＳＨ＿ＧＮＤピンが設けられる。各ピンについては、図２を参照して説明した通りである。なおＳＥＴピンの機能は特に限定されず、あるいはＳＥＴピンは省略されてもよい。

【0049】

たとえば２次側モジュール４００は、ＳＯＰ構造あるいはＤＩＰ構造でありえるが、ＱＦＰ（Quad Flat Package）構造やその他のパッケージ構造を有してもよい。

【0050】

パッケージの複数のピンは、第１辺Ｅ１、第２辺Ｅ２に沿って第１方向に配置される。第１辺Ｅ１、第２辺Ｅ２それぞれのピン数Ｋは、図３では４個である。同期整流コントローラ３００が形成される半導体チップと、シャントレギュレータ２０６が形成される半導体チップは、第１方向に並べられている。

【0051】

シャントレギュレータ２０６と接続される複数Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のピンはすべて、つまりＳＨ＿ＩＮピン、ＳＨ＿ＯＵＴピン、ＳＨ＿ＧＮＤピンはすべて、パッケージの第１辺Ｅ１に沿って隣接して配置される。なおシャントレギュレータ２０６と接続される複数のピン、すなわちＳＨ＿ＩＮピン、ＳＨ＿ＯＵＴピン、ＳＨ＿ＧＮＤピンの並び順は特に限定されず、シャントレギュレータ２０６のチップレイアウト、２次側モジュール４００の外付け部品のレイアウト、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００が実装される基板上の配線の引き回し等を考慮して決めればよい。同様に同期整流コントローラ３００と接続される複数のピン、すなわちＤＲＡＩＮピン、ＳＲ＿ＧＮＤピン、ＧＡＴＥピン、ＳＥＴピンの並び順も特に限定されない。

【0052】

残りのピン、すなわち同期整流コントローラ３００と接続される複数Ｍ個（Ｍは２以上の整数）のピンは、第１辺Ｅ１と対向している第２辺Ｅ２に集中的に配置される。同期整流コントローラ３００と接続されるピン数Ｍが第２辺Ｅ２のピン数Ｋより多い場合、同期整流コントローラ３００と接続される一部のピン（たとえばＭ−Ｋ個）は第１辺Ｅ１に配置してもよい。

【0053】

図３の２次側モジュール４００では、ＶＣＣピンが、第１辺Ｅ１に配置され、ＤＲＡＩＮピン、ＳＲ＿ＧＮＤピン、ＧＡＴＥピン、ＳＥＴピンは、第２辺Ｅ２に配置される。これにより、第１辺Ｅ１、第２辺Ｅ２のピン数が揃う。

【0054】

同期整流コントローラ３００には、複数のピンに対応づけられる複数のパッドが形成される。ＤＲＡＩＮピンにはＶＤパッドが、ＶＣＣピンにはＶＣＣパッドが、ＳＲ＿ＧＮＤピンにはＧＮＤパッドが、ＧＡＴＥピンにはＯＵＴパッドが、ＳＥＴピンにはＳＥＴパッドが対応する。

【0055】

同様にシャントレギュレータ２０６には、複数のピンに対応づけられる複数のパッドが形成される。ＳＨ＿ＩＮピンにはＲＥＦパッドが、ＳＨ＿ＯＵＴピンにはカソード（Ｋ）パッドが、ＳＨ＿ＧＮＤピンにはアノード（Ａ）パッドが、対応する。

【0056】

互いに対応するパッドとピンは、ボンディングワイヤを介して電気的に接続される。したがって各パッドの位置は対応するピンの位置を考慮して、ワイヤボンディングが可能な位置に配置される。また各ピンに対応するパッドの個数は例示であり、特に限定されない。

【0057】

以上が２次側モジュール４００およびそれを用いたＤＣ／ＤＣコンバータ２００の構成である。続いてその利点を説明する。

【0058】

実施の形態に係る２次側モジュール４００の利点は、図２の２次側モジュール４００ｒとの比較により明確となる。

【0059】

図２の２次側モジュール４００ｒでは、シャントレギュレータ２０６と接続される複数のピンＲＥＦ，Ｋ，Ａが、複数の辺（図３のＥ１，Ｅ２）に分散して配置される。その結果、ある辺Ｅ１において、シャントレギュレータ２０６のピン（図２ではＳＨ＿ＩＮ）と同期整流コントローラ３００ｒのピン（図２ではＳＲ＿ＧＮＤ）とが隣接することとなる。また別の辺Ｅ２において、シャントレギュレータ２０６のピン（図２ではＳＨ＿ＧＮＤ）と同期整流コントローラ３００ｒのピン（図２ではＳＥＴ）とが隣接することとなる。つまり２つの辺において、クリティカルな隣接ピンショートによる信頼性の低下のリスクが存在する。

【0060】

これに対して本実施の形態に係る２次側モジュール４００によれば、シャントレギュレータ２０６の複数のピンをすべて、第１辺Ｅ１に集中的に配置しているため、第１辺Ｅ１以外の辺Ｅ２においては、シャントレギュレータ２０６のピンと同期整流コントローラ３００のピンが隣接しなくなる。

【0061】

図３の２次側モジュール４００では、同期整流コントローラ３００のピン数Ｍ（ここでは５個）が、１つの辺に配置可能なピン数Ｋ（ここでは４個）よりも多いため、同期整流コントローラ３００のＶＣＣピンが、第１辺Ｅ１側に配置される。第２辺Ｅ２側においてクリティカルな隣接ピンショートによる信頼性低下は生じない。第１辺Ｅ１側においては、ＶＣＣピンとＳＨ＿ＩＮピンのクリティカルな隣接ピンショートが、信頼性低下の要因となりうるが、抵抗Ｒ３を挿入することで、信頼性を高めることができる。

【0062】

このように、本実施の形態によれば、シャントレギュレータ２０６のピンと同期整流コントローラ３００のピンが隣接している辺の個数が１もしくはゼロとなり、図２に比べて少なくなる。その結果、クリティカルな隣接ピンショートが発生する確率を低下させ、クリティカルな隣接ピンショートによる信頼性の低下を抑制し、また信頼性を高めることができる。

【0063】

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。

【0064】

（第１変形例）
図４は、第１変形例に係る２次側モジュール４００ａを備えるＤＣ／ＤＣコンバータ２００ａのレイアウト図およびピン配置図である。この変形例では、同期整流コントローラ３００と接続される複数のピンのうち、同期整流トランジスタＭ２のドレインと接続されるＤＲＡＩＮピンが、第１辺Ｅ１側に配置される。

【0065】

同期整流トランジスタＭ２のドレインは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００ａの出力電圧Ｖ_ＯＵＴが発生する出力端子Ｐ２と接続される。ここでＤＣ／ＤＣコンバータ２００ａの出力電圧Ｖ_ＯＵＴは、接地電圧Ｖ_ＧＮＤを基準に生成されるため、スイッチングトランジスタＭ１のスイッチングに応じたダイナミックな変動は起こらず、実質的に一定レベルとなる。言い換えれば、ＤＲＡＩＮピンは、シャントレギュレータ２０６と共通の接地電位Ｖ_ＧＮＤを基準とするピンといえる。したがって、同期整流トランジスタ３００ａのＤＲＡＩＮピンが、隣接するシャントレギュレータ２０６のピン（ＳＨ＿ＩＮ）とショートしたとしても、クリティカルな隣接ピンショートとはならず、信頼性の低下を抑制できる。

【0066】

（第２変形例）
図５は、第２変形例に係る２次側モジュール４００ｂを備えるＤＣ／ＤＣコンバータ２００ｂのレイアウト図およびピン配置図である。この変形例では、ＳＥＴピンは設けられず、したがって同期整流コントローラ３００ｂと接続されるピンの個数（Ｍ＝４個）は、１辺に配置可能なピン数（Ｋ＝４個）以下（Ｍ≦Ｋ）となる。この場合、同期整流コントローラ３００ｂと接続される複数のピンのすべてを、第２辺Ｅ２に沿って配置することができる。第１辺Ｅ１側の１個のピンは、非接続（ＮＣ：Non-Connection）とされ、あるいはＧＮＤピンとして使用される。

【0067】

この変形例によれば、シャントレギュレータ２０６のピンと、同期整流コントローラ３００ｂのピンの隣接箇所がゼロとなるため、クリティカルな隣接ピンショートが生じなくなり、信頼性をさらに高めることができる。

【0068】

（第３変形例）
図６は、第３変形例に係る２次側モジュール４００ｃを備えるＤＣ／ＤＣコンバータ２００ｃのレイアウト図およびピン配置図である。この変形例では、同期整流コントローラ３００ｃのピン数（５個）は、図３や図４の同期整流コントローラ３００と同じであるが、第１辺Ｅ１、第２辺Ｅ２それぞれに配置されるピン数Ｋを５個に増やして、同期整流コントローラ３００ｃの複数Ｍ個のピンをすべて、第２辺Ｅ２側に配置している。この変形例によっても、図５の変形例と同様に、クリティカルな隣接ピンショートが生じなくなり、信頼性をさらに高めることができる。

【0069】

（第４変形例）
図７は、第４変形例に係る２次側モジュール４００ｄを備えるＤＣ／ＤＣコンバータ２００ｄのレイアウト図およびピン配置図である。この変形例において、シャントレギュレータ２０６は、ＲＥＦ端子、Ｋ端子、Ａ端子に加えて、さらに追加の端子ＡＵＸを備える。端子ＡＵＸの機能は特に限定されない。ＡＵＸ端子に対応するＡＵＸパッドがシャントレギュレータ２０６ｄの半導体チップ上に形成され、ＡＵＸパッドに対応するＡＵＸピンが、第１辺Ｅ１側に、ＳＨ＿ＩＮ，ＳＨ＿ＯＵＴ，ＳＨ＿ＧＮＤと隣接して配置される。

【0070】

図８（ａ）、（ｂ）は、シャントレギュレータ２０６の構成例を示す回路図である。シャントレギュレータ２０６は、出力トランジスタ５００、エラーアンプ５０２、電圧源５０４を備える。電圧源５０４は基準電圧Ｖ_ＲＥＦを生成する。出力トランジスタ５００はＮチャンネルＭＯＦＥＴあるいはＮＰＮ型バイポーラトランジスタであり、カソード端子Ｋとアノード端子Ａの間に設けられる。エラーアンプ５０２は、ＲＥＦ端子の電圧Ｖ_{ＯＵＴ＿Ｓ}とその目標値である基準電圧Ｖ_ＲＥＦの誤差を増幅し、誤差信号を出力トランジスタ５００の制御端子に供給する。

【0071】

出力トランジスタ５００は、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴあるいはＰＮＰ型バイポーラトランジスタであってもよい。この場合、エラーアンプ５０２の反転入力端子にＶ_{ＯＵＴ＿Ｓ}が、非反転入力端子にＶ_ＲＥＦが入力される。

【0072】

通常、シャントレギュレータ２０６の電源端子（つまりエラーアンプ５０２の電源）は、カソード端子Ｋと兼用されるが、図８（ａ）のシャントレギュレータ２０６においては、カソード端子Ｋとは別に、シャントレギュレータ２０６の電源端子ＶＣＣが、ＡＵＸ端子として設けられる。

【0073】

図８（ｂ）のシャントレギュレータ２０６は、２次側の保護機能、たとえば過電圧保護（ＯＶＰ）機能、過電流保護（ＯＣＰ）機能あるいは高温保護（サーマルシャットダウンＴＳＤ）機能を有する。ＡＵＸ端子には、電圧、電流もしくは温度など、２次側の状態を示す信号が入力される。保護回路５０６は、ＡＵＸ端子の信号を、所定のしきい値電圧と比較し、２次側の異常を検出する。保護回路５０６は、異常を検出すると保護トランジスタ５０８をオンし、出力トランジスタ５００とは別経路で、第２電流Ｉ_{ＳＩＮＫ２}を引き込む。第２電流Ｉ_{ＳＩＮＫ２}が流れると、フォトカプラ２０４が駆動され、図１のフィードバック電流Ｉ_ＦＢが増大する。その結果、フィードバック電圧Ｖ_ＦＢが０Ｖ付近まで低下し、スイッチングトランジスタＭ１のスイッチングが停止し、回路が保護される。

【0074】

（第５変形例）
同期整流コントローラとシャントレギュレータは、同一の半導体チップ（ダイ）に集積化されてもよい。同一の半導体チップ上において、２つのグランドプレーンをアイソレーションして形成可能な場合には、同期整流コントローラ３００とシャントレギュレータ２０６を同じチップ上に形成できる。

【0075】

（第６変形例）
実施の形態では、同期整流トランジスタＭ２が２次巻線Ｗ２の出力端子Ｐ２側に配置される場合を説明したが、同期整流トランジスタＭ２は２次巻線Ｗ２と接地の間に設けられてもよい。図９は、第３変形例に係るＤＣ／ＤＣコンバータ２００ａの回路図である。同期整流コントローラ３００のＶＣＣ端子には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００ａの出力電圧Ｖ_ＯＵＴが供給され、ＧＮＤ端子は同期整流トランジスタＭ２のソースと接続されるとともに接地され、ＶＤ端子は同期整流トランジスタＭ２のドレインと接続され、ＯＵＴ端子は同期整流トランジスタＭ２のゲートと接続される。同期整流コントローラ３００の内部は、図２と同様に構成される。この構成においても、実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【0076】

（第７変形例）
実施の形態では、フライバックコンバータを説明したが、本発明はフォワードコンバータにも適用可能である。この場合にはトランスＴ１の２次側に、複数の同期整流用のトランジスタが配置されることとなる。同期整流コントローラは、複数の同期整流トランジスタをスイッチングするよう構成されてもよい。またコンバータは疑似共振型であってもよい。

【0077】

（第８変形例）
スイッチングトランジスタや同期整流トランジスタの少なくとも一方は、バイポーラトランジスタやＩＧＢＴであってもよい。

【0078】

（用途）
最後に、実施の形態で説明したＤＣ／ＤＣコンバータ２００の用途を説明する。
図１０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Ｖ_ＡＣ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Ｖ_ＯＵＴ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。

【0079】

図１１（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１１（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。
プラグ９０２は、図示しないコンセントから商用交流電圧Ｖ_ＡＣ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Ｖ_ＯＵＴ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。

【0080】

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】

【0081】

Ｐ１…入力端子、Ｐ２…出力端子、Ｐ３…接地端子、Ｍ１…スイッチングトランジスタ、Ｍ２…同期整流トランジスタ、Ｃ１…出力キャパシタ、Ｔ１…トランス、Ｗ１…１次巻線、Ｗ２…２次巻線、Ｗ４…補助巻線、Ｃ４…キャパシタ、１００…ＡＣ／ＤＣコンバータ、１０２…フィルタ、１０４…整流回路、１０６…平滑キャパシタ、２００…ＤＣ／ＤＣコンバータ、２０２…１次側コントローラ、２０４…フォトカプラ、２０６…シャントレギュレータ、２１０…出力回路、３００…同期整流コントローラ、４００…２次側モジュール、５００…出力トランジスタ、５０２…エラーアンプ、５０４…電圧源、５０６…保護回路、５０８…保護トランジスタ、Ｅ１…第１辺、Ｅ２…第２辺、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】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】