CN101588136A - 光耦合器以及开关电源电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光耦合器及开关电源电路，能使部件安装面积及周边部件变小且能抑制输出电压的误差及功耗。用于将开关电源电路(1)的二次侧的输出电压信息通过光信号反馈为一次侧的开关动作的控制用的光耦合器(2)具备将基于开关电源电路(1)的输出电压信息射出闪烁的光信号的发光元件(4)、由对所述光信号进行受光的光电二极管构成的受光元件(6)、对受光元件(6)的输出信号进行放大的放大电路(7)及对开关电源电路(1)的开关动作进行控制的开关控制电路(8)集成在一个芯片上的受光控制集成电路(5)，发光元件(4)和受光控制集成电路(5)以能从发光元件(4)向受光元件(6)传递所述光信号的方式被密封在一个封装件中。

Description

光耦合器以及开关电源电路

技术领域

本发明涉及在开关电源电路中使用的光耦合器以及使用了光耦合器的开关电源电路，特别涉及在AC适配器(adapter)或LED照明等中所使用的从商用交流电源生成直流电压的开关电源电路。

背景技术

作为以往的开关电源电路的一例，有下述的文献1～3中公开的开关电源。在图15～图17中，分别示出文献1～3中公开的开关电源的电路图。

文献1：

“TNY274-280，TinySwitch-III Family，Energy Efficient，Offline Switcherwith Enhaanced Flexiblity and Extended Power Range”、图1、[online]、[平成20年5月8日检索]、internet<URL：http://www.powerint.com/PDFFileis/tny274-280.pdf>

文献2：

“Product Specification，Highly Integrated Green-Mode PWM

Controller SG5841/J”、第1页的附图、[online]、[平成20年5月8日检索]、internet<URL：http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet- pdf/view/202762/FAIRCHILD/SG5841.html>

文献3：

“晶体管技术”、CQ出版、1997年3月号、275页、图9

图15所示的开关电源电路(现有例1)是对由高耐压工艺制作的开关动作控制用IC和受光元件使用了光电晶体管(phototransistor)的光耦合器进行组合而构成的。以下，简单地对现有例1的动作进行说明。

在一对直流供给端子HV+、HV-之间，施加对AC电压进行整流、平滑后的直流电压(AC电压的整流、平滑电路的图示省略)。以高耐压工艺制作的开关电源用IC即IC101开始D端子和S端子间的接通断开动作(开关动作)，在变压器T101的一次侧(一次绕组L101)流过锯齿状的电流。在变压器T101的二次侧(二次绕组L201)产生交流电压，由二极管D102进行整流，成为脉动电流，由电容器C103进行平滑，成为直流，在直流输出端子DC+、DC-间产生直流的输出电压。

当输出电压超过二极管D103的齐纳电压(zener voltage)时，光耦合器的发光二极管D104点亮，光耦合器PC101的光电晶体管Q101对发光二极管D104的发光信息进行受光，将输出电压超过齐纳电压的情况传给控制用IC101。控制用IC101在接收输出电压超过齐纳电压的信息时，停止开关动作。其结果是，从变压器T101的一次侧向二次侧的电力传递停止，所以，直流输出端子DC+、DC-间的输出电压降低。输出电压低于齐纳电压时，发光二极管D104熄灭，再次开始控制用IC101的开关动作。通过反复进行上述动作，由此，使直流输出端子DC+、DC-间的输出电压保持固定。

此外，二极管D101、电阻R101、电容器C101构成缓冲电路(snubbercircuit)，对控制用IC101的D端子和S端子间断开的瞬间所产生的高电压进行切断。

图16所示的开关电源电路(现有例2)是对以中低耐压工艺制作的开关动作控制用IC、受光元件使用了光电晶体管的光耦合器、辅助绕组(三次绕组)进行组合而构成的。以下，简单地说明现有例2的动作。

当在一对交流供给端子L、N间施加AC电压时，由二极管D201进行整流并且由电容器C201进行平滑，在电容器C201的两端子间产生直流电压。该直流电压通过电阻R201施加到控制用IC201的启动用输入端子VIN上，控制用IC201启动，在端子GATE产生矩形波。晶体管Q201与矩形波匹配地对漏极源极间进行接通、断开(开关动作)，在与晶体管Q201连接的变压器T201的一次侧(一次绕组L201)流过锯齿状的电流。另一方面，在变压器T201的二次侧(二次绕组L202)产生交流电压，由二极管D204进行整流，成为脉动电流，由电容器C206、C207进行平滑，成为直流，在直流输出端子VO+、VO-间产生直流的输出电压。

在现有例2中，变压器T201除了具有一次绕组L201、二次绕组L202之外，还具有三次绕组L203，在三次绕组L203中产生的交流电压被二极管D203整流，由电容器C203进行平滑，被施加到控制用IC201的电源端子VDD，进行向控制用IC201的电力供给。

输出电压由电阻R210和电阻R211分压，其分压值(电阻R210和电阻R211的中间电压)超过电压检测用IC202的基准电压时，光耦合器的发光二极管D206点亮，光耦合器PC201的光电晶体管Q202对发光二极管D206的发光信息进行受光，将上述分压值超过电压检测用IC202的基准电压的情况传给控制用IC201。控制用IC201收到上述分压值超过基准电压的信息时，使开关动作停止。其结果是，从变压器T201的一次侧向二次侧的电力传递停止，所以，直流输出端子VO+、VO-间的输出电压降低。当上述分压值低于基准电压时，发光二极管D206熄灭，再次开始控制用IC201的开关动作。通过重复上述动作，由此，上述分压值被保持为固定，直流输出端子VO+、VO-间的输出电压被保持固定。

此外，二极管D202、电阻R202、电容器C202构成缓冲电路(snubbercircuit)，对晶体管Q201的漏极源极间断开的瞬间产生的高电压进行切断。

图17所示的开关电源电路(现有例3)是对分立部件、受光元件使用了光电晶体管的光耦合器、辅助绕组(三次绕组)进行组合而构成的。以下，简单地说明现有例3的动作。此外，对于现有例3来说，作为RCC方式(Ringing Choke Converter)而一般被公知，是广泛用于便携电话等的充电器的开关电源电路。

在直流供电端子+Vin和接地端子V0间施加对AC电压进行整流、平滑后的直流电压(AC电压的整流、平滑电路的图示省略)。将此作为初始状态。通过电阻Rg使电流流入晶体管Q301的基极，在晶体管Q301的集电极-发射极间流过电流，在变压器T301的一次侧(一次绕组L301)流过电流，在变压器T301的三次绕组L303中产生电压。对于在三次绕组L303中产生的电压来说，通过二极管D301和电阻R301，进一步使电流流入到晶体管Q301的基极。

流入到一次绕组L301的电流由于一次绕组L301的电感成分而随时间线性增加，变压器T301内部的磁通量也随时间线性增加。在三次绕组L303中产生的电压(电动势)与磁通量的时间上的变化成比例，所以，在时间上产生固定的电压。因此，晶体管Q301的基极电流成为从在时间上被施加了固定的电压的三次绕组L303和电阻Rg流入的电流，在时间上是固定的。因此，对于晶体管Q301的集电极电流来说，不会流过该固定的基极电流的hfe倍的电流以上。当集电极电流达到该电流上限值时，一次绕组L301引起的电流的时间上的变化没有了，所以，晶体管Q301内部的磁通量的时间上变化消除，三次绕组L303的电动势也消除，晶体管Q301的基极电流开始减少，一次绕组L301的电流开始减少。其结果是，变压器T301内部的磁通量的时间上变化与上述相反地开始减少，所以，三次绕组L303的电动势成为与上述相反的极性，转为使晶体管Q301的基极电流减少的方向，不久晶体管Q301的集电极电流变为零。其结果是，一次绕组L301的电流变为零，三次绕组L303的电动势变为零，返回到初始状态。

通过重复以上的动作，由此，晶体管Q301进行振荡，集电极电流即变压器T301的一次侧电流反复增减，在变压器T301的二次侧的二次绕组L302中产生交流电压。二次绕组L302中产生的交流电压由二极管D303进行整流，由电容器C303进行平滑，在直流输出端子Vout和接地端子V0之间产生直流的输出电压。

输出电压被电阻Ra和电阻Rb分压，并被输入到电压检测用IC301。该分压值(电阻Ra和电阻Rb的中间电压)超过电压检测用IC301的基准电压时，在光耦合器的发光二极管D304中流过电流，并进行点亮。光耦合器的光电晶体管Q303对发光二极管D304的发光进行受光时，从三次绕组L303通过二极管D302和电阻E302，在晶体管Q302中流过基极电流。其结果是，电流从晶体管Q302的集电极流到发射极，流入到晶体管Q301中的基极电流减少，晶体管Q301的集电极电流减少，变压器T301的一次侧电流减少，向变压器T302的二次侧的电力传递减少，直流输出端子Vout和接地端子V0间的输出电压降低。当上述分压值低于检测用IC301的基准电压时，发光二极管D304熄灭，晶体管Q301再次开始振荡，所以，直流输出端子Vout和接地端子V0间的输出电压上升。通过重复上述动作，上述分压值被保持固定，直流输出端子Vout和接地端子V0间的输出电压被保持固定。

在以往的开关电源电路中，受光元件使用光电晶体管的光耦合器，存在如下的五个问题：1)部件安装面积大，2)外围部件(晶体管、二极管、电容器)大，3)输出误差(波动)大，4)光电晶体管的信号电流大、消耗电流大，5)发光二极管的驱动电流大、消耗电流大。

关于第一个问题(部件安装面积大)，在上述三个现有例(现有例1～3)的任意一个中，为了将变压器的二次侧的输出电压信息反馈给一次侧的振荡电路或者开关动作控制用IC，使用光耦合器，并且，由于在一次侧搭载有开关动作控制用IC或者开关动作控制用的分立部件，所以，部件安装面积变大。

关于第二个问题(外围部件(变压器、二极管、电容器)大)，在以往的开关电源电路中，对于光耦合器来说，受光元件由光电晶体管构成，发光元件由一般的GaAs的发光二极管构成，信号的上升时间、下降时间分别是5μ秒左右，作为实用频率，是100kHz左右。由于从光电晶体管的输入侧观察的电容的反射镜效果，信号波形的高频成分不能传递，由此，决定该上升时间、下降时间。特别是，为了提高受光灵敏性，提高光电晶体管的增益，但是，反射镜效果根据该增益而变得显著，高频信号的传递变得困难。从该信号电压速度的问题出发，开关速度直到100kHz，外围部件(变压器、二极管、电容器)变大。

关于第三个问题(输出电压的误差(波动)大)，如在上述第二个问题中所说明的那样，以往的开关电源电路的开关速度是100kHz左右，波动变大。当为了减少该波动而使平滑用的电容器等变大时，存在由于输出的变动引起的电源的追随速度变慢的问题。

关于第四个问题(光电晶体管的信号电流大、消耗电流大)，在以往的开关电源电路中，光耦合器的受光元件使用光电晶体管，所以，为了确保充分的受光灵敏度，并且为了抑制噪声的影响，需要信号电流为1mA左右。即，当假定控制用IC的驱动电压为10V、输出为无负载、发光二极管以80％的占空比进行点亮的情况时，在光电晶体管的集电极中流过平均电流0.8mA，在受光元件中产生8mW的损失。

关于第五个问题(发光二极管的驱动电流大、消耗电流大)，在以往的开关电源电路中，光耦合器的受光元件使用光电晶体管，对于发光二极管的驱动电流来说，需要10mA左右。即，当假定开关电源电路的输出电压为5V、输出为无负载、二极管以80％的占空比进行点亮的情况时，在发光二极管中流过平均电流8mA，在发光二极管中产生40mW的损失。在便携电话的充电器等始终与插座连接的产品中，存在无负载时的功耗是50～100mW这样的市场希望，仅在发光二极管中就产生40mW损失的以往的开关电源电路中是难以满足该市场要求的。

并且，除了上述五个问题之外，作为第六个问题，在上述现有例1的开关电源电路中，由于使用以高耐压工艺制作的开关动作控制用IC，所以，该控制用IC的制造成本变高，成为开关电源电路整体的成本变高的原因。

发明内容

本发明是鉴于上述以往的开关电源电路中的问题而进行的，其目的在于提供一种能够使部件安装面积以及外围部件较小、能够抑制输出电压的误差以及消耗电力的光耦合器以及开关电源电路。

为了达成上述目的，本发明提供一种光耦合器，用于将开关电源电路的二次侧的输出电压信息通过光信号反馈为一次侧的开关动作的控制用，其特征在于，具备：发光元件，基于所述开关电源电路的所述输出电压信息射出闪烁的光信号；受光控制集成电路，构成为在一个芯片上集成：由对所述发光元件射出的所述光信号进行受光的光电二极管构成的受光元件、对所述受光元件的输出信号进行放大的放大电路、以及对所述开关电源电路的所述开关动作进行控制的开关控制电路，所述受光控制集成电路具备：一对电源供给端子，被供给直流电源电压；输出端子，输出用于控制所述开关动作的开关控制信号，所述发光元件和所述受光控制集成电路以能够从所述发光元件向所述受光元件传递所述光信号的方式被密封在一个封装件内。

根据上述第一特征的光耦合器，由发光元件和受光元件构成的光耦合器部、对受光元件的输出信号进行放大的放大电路、以及对开关电源电路的开关动作进行控制的开关控制电路被密封在一个封装件中而被一体化，所以，构成开关电源电路的部件数目被消减，能够谋求部件安装面积的缩小化，消除上述以往的开关电源电路的第一个问题。此处，使受光元件、放大电路、开关控制电路一芯片化，由此，使封装件尺寸小型化，能够实现在一个封装件中密封上述元件以及电路。此外，对于部件安装面积的缩小化来说，与上述现有例1、2相比较，能够削减在上述现有例1、2中所使用的控制用IC的封装面积的约55～65mm²，与上述现有例3相比较，由于分立部件的削减，能够削减约100～150mm²。

并且，使用光电二极管作为受光元件，由此，与以往使用光电晶体管作为受光元件的情况相比较，能够使受光元件侧的信号上升以及下降时间缩短，能够进行开关动作的高速化，所以，能够谋求构成开关电源电路时的变压器、二极管、电容器等周边部件的小型化。例如，能够使受光元件侧的信号上升以及下降时间缩短到3n秒左右，在与发光元件组合的光耦合器部能够分别缩短到0.7μ秒，所以，在以往的使用光电晶体管作为受光元件的情况下，实用频率是100kHz，能够高速化到7倍的700kHz，变压器、二极管、电容器等周边部件被小型化到七分之一左右。并且，变压器、二极管、电容器等周边部件被小型化，由此，针对开关电源电路的二次侧的输出的电压变动的追随速度变快，能够进一步有效地抑制该电压变动。如上所述，消除上述以往的开关电源电路的第二个以及第三个问题。特别是，在将开关电源电路使用于通信设备或音响设备中的情况下，为了抑制误动作或噪声的产生，降低电源电压的波动、防止噪声混入到信号中是重要的，所以，上述电压变动抑制效果在上述用途中是更合适的。

此外，使用光电二极管作为受光元件，由此，能够进行低电流驱动，与以往的使用光电晶体管作为受光元件的情况相比较，能够大幅度抑制受光元件中的电力损失，能够谋求低消耗电力化。并且，使用光电二极管作为受光元件，并在其后级设置对受光元件的输出信号进行放大的放大电路，进行一芯片化，所以，与以往的光电晶体管相比，受光元件的受光灵敏性大幅度地改善，所以，能够降低发光元件侧的驱动电流，谋求低消耗电力化。例如，作为受光元件的后级的放大电路，在假定电压增益为10000倍左右的情况下，在受光元件中流过的电流为10μA左右，所以，能够将与放大电路相匹配的消耗电流降低为0.1mA左右，能够将无负载时的受光元件周边的消耗功率抑制到0.5mW左右，能够满足50～100mW这样的市场要求。如上所述，能够消除上述现有的开关电源电路的第四以及第五个问题。

本发明的光耦合器除了上述第一特征之外，第二特征在于，所述受光控制集成电路在所述一个芯片内，在所述一对电源供给端子之间具备：电流控制晶体管，该电流控制晶体管对在所述受光控制集成电路的所述一对电源供给端子之间流过的电源电流进行控制，该受光控制集成电路还具备：电流控制电路，以所述一对电源供给端子的端子间电压成为预定的电压范围内的方式对流过所述电流控制晶体管的电流进行控制。

根据上述第二特征的光耦合器，除了受光控制集成电路的电流控制晶体管和电流控制电路之外的部分的消耗电流的变动较大，以高电阻元件等使输入到开关电源电路的一次侧的高电压的直流电压降压从而作为受光控制集成电路的电源电压进行供给的情况下，由高电阻元件等进行降压的电压的变动也被抑制，其结果是，受光控制集成电路的电源电压的变动被抑制，所以，能够以低中耐压工艺制作被进行一芯片化后的受光控制集成电路，能够谋求制造成本的降低。因此，消除上述现有的开关电源电路的第六个问题。

此外，根据上述第二特征的光耦合器，以低中耐压工艺制作被一芯片化的受光集成控制电路，能够以高电阻元件等使输入到开关电源电路的一次侧的高电压的直流电压降压并作为受光控制集成电路的电源电压进行供给，所以，不需要如上述现有例2、3那样利用变压器的三次绕组进行电源供给，不需要变压器的三次绕组及其整流平滑用的电容器以及二极管等周边部件。

此外，上述第二特征中，输入到开关电源电路的一次侧的直流电压相对于受光控制集成电路的耐压越高，并且，受光控制集成电路的消耗电流的变动越大，越能充分发挥该效果。

本发明的光耦合器除了上述第二特征之外，其第三特征在于，所述受光控制集成电路的输出所述开关控制电路的所述开关控制信号的输出驱动电路部、和由所述受光元件与所述放大电路构成的受光电路部在所述一个芯片内，被分散配置在彼此离开对置的两边，在所述两电路部之间，配置有所述两电路部以外的电路。

根据第三特征的光耦合器，由于使用光电二极管作为受光元件，所以，与以往的使用光电晶体管的情况相比较，偏置电流较小，所以，容易受到噪声的影响，但是，使在受光控制集成电路内容易产生较大噪声的输出驱动电路部和容易受到噪声的影响的受光电路部离开配置，由此，受光电路部难以受到噪声的影响，能够谋求开关动作的控制的稳定化。

本发明的光耦合器除了上述任意特征之外，其第四特征在于，所述受光元件由对所述光信号进行受光的第一受光元件、和以不对所述光信号进行受光的方式受光部被遮蔽并且暗电流特性与所述第一受光元件相同的第二受光元件这两个受光元件构成，所述放大电路构成为具备：对所述第一受光元件的输出信号进行放大的第一放大电路；对所述第二受光元件的输出信号进行放大的与所述第一放大电路的电路结构相同的第二放大电路；对所述第一放大电路的输出和所述第二放大电路的输出进行差动放大的差动放大电路。

根据第四特征的光耦合器，在不对光信号进行受光时的第一受光元件的暗电流较大的情况下，也利用与第一受光元件的暗电流的差分进行光信号的检测，所以，受光灵敏性提高，能够进一步降低发光元件的驱动电流，能够谋求低消耗电流化，并且，使用差动放大电路，所以，对于第一受光元件和第一放大电路、以及第二受光元件和第二放大电路这两个系统，即便同相噪声进行重叠，在差动放大电路中该同相噪声也被消除，所以，受光元件以及放大电路的耐噪声性提高。其结果是，由于使用光电二极管作为受光元件，所以，与以往的使用光电晶体管的情况相比较，容易受到噪声的影响，但是，针对在受光控制集成电路中产生的噪声或者侵入到受光控制集成电路中的噪声的耐性提高。

本发明的光耦合器除了上述任意特征之外，其第五特征在于，所述受光控制集成电路具有覆盖芯片表面的金属屏蔽膜，以所述光信号能够入射到所述受光元件的方式，所述金属屏蔽膜的一部分开口。

根据上述第五特征的光耦合器，由于使用光电二极管作为受光元件，所以，与以往的使用光电晶体管的情况相比较，针对受光控制集成电路的芯片表面的带电的耐性较低，受光元件由于该带电而进行极性反转，存在进行误动作的可能性，除了光信号入射的受光部以外，芯片表面被金属屏蔽膜覆盖，所以，能够大幅度降低该带电的影响，能够排除受光元件的误动作。因此，被使用于存在在开关电源电路的一次侧电路和二次侧电路间施加比通常更高的电压的可能性的用途中，在需要一次-二次电路间的强化绝缘的情况下等，例如，在与商用交流电源连接的情况下，由于雷击等的影响，即便成为在一次-二次电路间施加高电压的状况，也能够避免受光控制集成电路的受光元件进行误动作而陷入到不适当的开关动作控制中。

本发明的光耦合器除了上述任意特征之外，其第六特征在于，第一引线框架和第二引线框架在所述一个封装件内，各自的芯片载置面在厚度方向离开地设置，该第一引线框架载置所述发光元件、并且具备利用引线接合与所述发光元件的输入端子电连接的引线端子，该第二引线框架载置所述受光控制集成电路，并且具备利用引线接合与所述受光控制集成电路的所述一对电源供给端子以及所述输出端子电连接的引线端子。

根据上述第六特征的光耦合器，发光元件和受光控制集成电路能够以发光元件的光信号出射的发光部和光信号入射到受光元件上的受光部对置的方式密封在一个封装件中，并且，发光元件和受光控制集成电路在封装件的厚度方向上重叠地被收存，所以，能够使封装件小型化。

本发明的光耦合器除了上述第六特征之外，其第七特征在于，以所述第一引线框架侧的所述引线接合和所述第二引线框架侧的所述受光控制集成电路的所述受光元件不在所述厚度方向对置的方式，设定所述第一引线框架、所述第二引线框架、所述发光元件、以及所述受光控制集成电路的在所述一个封装件内的配置。

根据上述第七特征的光耦合器，在开关电源电路的一次侧电路和二次侧电路间施加比通常更高的电压，也能够避免存在于二次侧电路中的发光元件的引线接合和存次于一次侧电路中的受光元件接近，所以，受光元件能够不直接受到上述高电压施加引起的强电场的影响。

本发明的光耦合器除了上述第六特征之外，其第八特征在于，以所述第一引线框架侧的所述引线接合与所述第二引线框架侧的所述受光控制集成电路不在所述厚度方向对置、并且所述第二引线框架侧的所述引线接合与所述第一引线框架侧的所述发光元件不在所述厚度方向对置的方式，设定所述第一引线框架、所述第二引线框架、所述发光元件以及所述受光控制集成电路的在所述一个封装件内的配置。

本发明的光耦合器除了上述第六特征之外，其第九特征在于，以所述第一引线框架侧的所述引线接合与所述第二引线框架不在所述厚度方向对置、并且所述第二引线框架侧的所述引线接合与所述第一引线框架不在所述厚度方向对置的方式，设定所述第一引线框架、所述第二引线框架、所述发光元件以及所述受光控制集成电路的在所述一个封装件内的配置。

根据上述第八或第九特征的光耦合器，与上述第七特征的光耦合器相同地，即使对开关电源电路的一次侧电路和二次侧电路间施加比通常更高的电压，受光元件也能够不直接受到上述高电压的施加所引起的强电场的影响。

本发明的光耦合器除了上述第一到第九的任意特征之外，其第十特征在于，所述发光元件由GaAlAs化合物半导体构成的发光二极管构成。

根据第十特征的光耦合器，能够进一步缩短发光元件侧的信号的上升以及下降时间，能够进行开关动作的高速化，所以，能够谋求构成开关电源电路的情况下的变压器、二极管、电容器等周边部件的进一步小型化。例如，能够使发光元件和受光元件的光偶合部的信号的上升以及下降时间分别缩短到0.1μ秒，所以，能够将实用频率高速化到5MHz。由此，能够谋求成为开关电源电路的小型化的障碍因素的变压器的小型化，所以，能够进行便携用设备用的充电器的小型化。

本发明的光耦合器除了上述第十特征之外，其第十一特征在于，包含所述发光元件和所述受光元件间的所述光信号传递的空间的所述一个封装件的树脂密封部的内侧部分，由使所述受光元件的灵敏性波长范围的光透过的透明树脂构成，包围所述内侧部分的所述树脂密封部的外侧部分，由不使所述受光元件的灵敏性波长范围的光透过的不透明树脂构成。

根据上述第十一特征的光耦合器，利用密封树脂将所述发光元件和所述受光控制集成电路彼此电绝缘，以能够从发光元件向受光元件传递光信号的方式密封在一个封装件中，并且，能够遮断来自封装件外部的不需要的光向受光元件入射。

为了达成上述目的，本发明提供一种开关电源电路，其第一特征在于，具备：上述任意特征的光耦合器；具有一次绕组和二次绕组的变压器；降压元件，使输入到所述一次绕组的一端的直流电压降压，并输入到所述光耦合器的所述受光控制集成电路的所述一对电源供给端子的一侧；开关动作用晶体管，设置在所述一次绕组的另一端和所述光耦合器的所述受光控制集成电路的所述一对电源供给端子的另一侧之间，由从所述受光控制集成电路的所述输出端子输出的所述开关控制信号控制导通截止；设置在所述二次绕组的两端间的整流平滑电路；对所述整流平滑电路的输出电压进行检测、并作为所述输出电压信息输入到所述发光元件的电压检测元件或者电压检测电路。

本发明的开关电源电路除了上述第一特征之外，其第二特征在于，所述降压元件构成为，具备电阻元件、栅极与所述受光控制集成电路的所述一对电源供给端子的另一侧连接的耗尽型FET、以及对基极或者栅极施加所述一次绕组的一端和所述受光控制集成电路的所述一对电源供给端子的另一侧之间的中间电压的晶体管中的至少任意一个。

根据上述第一或者第二特征的开关电源电路，能够起到上述第一特征的光耦合器的作用效果，削减构成开关电源电路的部件数目，谋求部件安装面积的缩小化，能够进行开关动作的高速化，所以，能够谋求构成开关电源电路的变压器、二极管、电容器等周边部件的小型化，使用光电二极管作为受光元件，由此，能够进行低电流驱动，与以往的使用光电晶体管作为受光元件的情况相比较，能够大幅度地抑制受光元件中的电力损失，谋求低消耗电力化，使用光电二极管作为受光元件并在其后级设置对受光元件的输出信号进行放大的放大电路，进行一芯片化，所以，与以往的光电晶体管相比，受光元件的受光灵敏性被大幅改善，所以，能够降低发光元件的驱动电流，谋求低消耗电力化，其结果是，上述以往的开关控制电路的第一到第五个问题全部被消除。

特别是，在使用上述第二特征的光耦合器的情况下，除了受光控制集成电路的电流控制晶体管和电流控制电路之外的部分的消耗电流的变动较大，在由高电阻元件使得输入到开关电源电路的一次侧的高电压的直流电压降压并且作为受光控制集成电路的电源电压进行供给的情况下，也能够以低耐压工艺制作被一芯片化后的受光控制集成电路，谋求制造成本的降低。并且，以低中耐压工艺制作一芯片化后的受光控制集成电路，以高电阻元件等使输入到开关电源电路的高电压的直流电压降压并作为受光控制集成电路的电源电源进行供给，所以，不需要如上述现有例2、3那样利用变压器的三次绕组进行电源供给，不需要变压器的三次绕组及其整流平滑用的电容器以及二极管等周边部件。

附图说明

图1是表示本发明的光耦合器和开关电源电路的第一实施方式的概略的电路结构的电路图。

图2是示意性示出以两种树脂对构成图1所示的光耦合器的发光元件和受光控制集成电路进行密封后的封装件的剖面结构的剖面图。

图3是示意性示出图1所示的受光控制集成电路内的受光元件的剖面结构的剖面图。

图4是示出图1所示的受光控制集成电路的芯片阵列的一例的图。

图5是示出图1所示的受光控制集成电路的芯片布局的另一例的图。

图6是本发明的光耦合器的第二实施方式中的受光控制集成电路的概略的电路结构的电路图。

图7是示意性示出本发明的光耦合器的第三实施方式中的受光控制集成电路内的受光元件的剖面结构的剖面图。

图8是对本发明的光耦合器的第三实施方式中的封装件内的第一引线框架、第二引线框架、发光元件以及受光控制集成电路的配置关系进行说明的剖面图。

图9是对本发明的光耦合器的第三实施方式中的封装件内的第一引线框架、第二引线框架、发光元件以及受光控制集成电路的另一配置关系进行说明的剖面图。

图10是对本发明的光耦合器的第三实施方式中的封装件内的第一引线框架、第二引线框架、发光元件以及受光控制集成电路的又一配置关系进行说明的剖面图。

图11是示出本发明的光耦合器和开关电源电路的第一其他实施方式的概略的电路结构的电路图。

图12是本发明的光耦合器和开关电源电路的第二其他实施方式的概略的电路结构的电路图。

图13是本发明的光耦合器和开关电源电路的第三其他实施方式的概略的电路结构的电路图。

图14是本发明的光耦合器和开关电源电路的第四其他实施方式的概略的电路结构的电路图。

图15是示出开关电源电路的第一现有例的电路结构的电路图。

图16是示出开关电源电路的第二现有例的电路结构的电路图。

图17是示出开关电源电路的第三现有例的电路结构的电路图。

具体实施方式

然后，参照附图对本发明的光耦合器以及使用了该光耦合器的开关电源电路的实施方式进行说明。

第一实施方式

本发明的第一实施方式的开关电源电路1，如图1所示，具备：被密封在一个封装件内的光耦合器2、由一次绕组L1和二次绕组L2构成的变压器3、使输入到一次绕组L1的一端的直流输入电压Vin降压并对光耦合器2进行电源供给的电阻R1、进行流入到一次绕组L1中的电流的开关动作的晶体管Q1、阳极连接到二次绕组的一端的二极管D1、连接在二极管D1的阴极和二次绕组L2的另一端之间的电容器C1、对电容器C1的两端输出的直流输出电压Vout进行检测的齐纳二极管D2。构成开关电源电路1的部件是光耦合器2、电阻R1、晶体管Q1、变压器3、二极管D1、电容器C1、齐纳二极管D2总计7件。

此外，为了将开关电源电路1构成为AC/DC适配器，还需要在一次绕组L1的前级设置全波整流用的二极管桥式电路以及平滑用的电容器，但是，开关电源电路1不限于作为AC/DC适配器的用途，也能够利用为针对从直流电源输出的直流电压的DC/DC变换器，所以，特意省略二极管桥式电路以及平滑用的电容器的图示。在将开关电源电路1构成为商用交流电源用的AC/DC适配器的情况下，对于直流输入电压Vin来说，在交流电压为100V的国内规格中，为约141V。此外，在商用交流电源以外的交流电源(例如车载用的交流电源)中，交流电压与100V相比为低电压，直流输入电压Vin也成为低电压。

光耦合器2是将由发光二极管构成的发光元件4和受光控制集成电路5这两个芯片密封在一个封装件内而构成的。此外，受光控制集成电路5将如下部分集成在一个芯片上而构成：由光电二极管构成的受光元件6；受光元件6的电流调整电阻R2；对由电流调整电阻R2和受光元件6构成的受光电路的输出信号进行放大的放大电路7；对开关动作用的晶体管Q1的导通截止进行控制的开关控制电路8；电流控制晶体管Q2；对流过电流控制晶体管的电流进行控制的电流控制电路9。

开关控制电路8由振荡电路10、基于放大电路7的输出对振荡电路10的振荡进行控制的振荡控制电路11以及对从振荡控制电路11输出的开关控制信号进行驱动并输出到晶体管Q1的栅极的输出驱动电路12构成。此外，振荡控制电路11能够利用逻辑电路等使用公知的电路结构来实现，所以，关于开关控制电路8的电路结构的详细情况，省略说明。

电流控制晶体管Q2是用于对受光控制集成电路5的瞬时的消耗电流进行控制的晶体管，设置在受光控制集成电路5的一对电源供给端子(VDD、VSS)间，对电流量进行控制，使得抵消放大电路7、开关控制电路8、电流控制电路9中消耗的总电流的变动。在本实施方式中，在直流输入电压Vin和电源供给端子VDD之间连接有高压用的电阻R1，所以，受光控制集成电路5的消耗电流的变动表现为电源供给端子VDD的电压变动，所以，电流控制电路9对电流控制晶体管Q2的栅极电压进行控制从而调整电流量，使得电源供给端子VDD的电压收敛在固定范围内。具体地说，在受光控制集成电路5的耐压以下，以成为动作电压范围的方式，进行如下控制：电源供给端子VDD的电压越高，越使电流控制晶体管Q2的电流量增加。其结果是，与受光控制集成电路5的动作状态无关地控制受光控制集成电路5的消耗电流的变动，将电源供给端子VDD的电压抑制在固定范围内。其结果是，在本实施方式中，受光控制集成电路5能够以耐压20V左右的中低耐压的半导体制造工艺制作。此外，对于电流控制电路9来说，例如，基于电源供给端子VDD的电压和预定的基准电压的差分值，能够利用对施加在电流控制晶体管Q2的栅极上的电压值进行反馈控制的公知电路结构来实现，所以，省略电路结构的详细说明。

然后，对电阻R1的设定例进行说明。对于使用由光电二极管构成的受光元件6的受光控制集成电路5的消耗电流来说，除了电流控制晶体管Q2的消耗电流，在100kHz动作时，能够为0.5～1mA左右。在开关动作用晶体管Q1中，例如，在使用东芝制2SK2988的情况下，需要栅极电容为75pF、导通时的栅极电压为10V左右，在以100kHz进行开关动作的情况下，栅极电容的充放电电流为75μA。因此，除了受光控制集成电路5的电流控制晶体管Q2的消耗电流成为0.575～1.075mA。对于电流控制晶体管Q2来说，考虑到容限，在0.125～0.525mA的变动范围，以抵消上述消耗电流的变动的方式进行控制时，受光控制集成电路5的总消耗电流即在电阻R1中流动的电流成为1.1mA的固定值。当假定开关电源电路1的直流输入电压Vin为141V、向受光控制集成电路5的电源供给端子VDD的施加电压为15V时，电阻R1的电阻值为(141V-15V)/1.1mA＝114.5kΩ。此外，受光控制集成电路5的总消耗电流也可以不一定被控制为固定值，总消耗电流的变动引起的向电源供给端子VDD的施加电压的变动范围若为受光控制集成电路5的耐压以下且动作电压下限以上，则没有问题。

然后，对开关电源电路1的动作进行说明。当对开关电源电路1施加直流输入电压Vin时，通过电阻R1对受光控制集成电路5的电源供给端子VDD施加电源电压，受光控制集成电路5开始动作，在电源供给端子VDD，电源电压被维持固定，并且，开关控制电路8的振荡电路10开始振荡动作。该振荡信号在振荡控制电路11中占空比被控制，作为开关控制信号，在输出驱动电路12中被变换为适当的振幅电平之后，被输入到开关动作用晶体管Q1的栅极。另一方面，直流输入电压Vin通过一次绕组L1被施加到晶体管Q1的漏极上，晶体管Q1根据被施加到栅极上的开关控制信号进行反复导通截止的动作。其结果是，在一次绕组L1中断续地流过电流，在二次绕组L2的两端产生交流电压，该交流电压被二极管D1整流，由电容器C1进行平滑，从一对输出端子OUT+、OUT-输出直流的输出电压Vout。

输出端子OUT+、OUT-间，齐纳二极管D2被反偏置地连接，当输出电压Vout超过齐纳二极管D2的击穿电压时，在齐纳二极管D2中流过电流，发光元件4点亮，输出表示输出电压Vout超过齐纳二极管D2的击穿电压的光信号。当受光元件6对该光信号进行受光时，该信号被变换为电信号，由放大电路7放大，并输入到振荡控制电路11中。振荡控制电路11基于放大电路7的输出，对开关控制信号进行控制，使得晶体管Q1截止，所以，开关动作停止，不在一次绕组L1中流过电流，所以，不在二次绕组L2的两端产生交流电压。其结果是，输出电压Vout降低，在齐纳二极管D2中不流过电流，所以，发光元件4熄灭，振荡控制电路11从输出驱动电路12再次将开关控制信号输出到晶体管Q1的栅极，晶体管Q1再次开始开关动作。通过重复上述动作，由此，输出端子OUT+、OUT-间的输出电压保持固定。此外，在上述动作中，齐纳二极管D2作为针对输出电压Vout的电压检测元件而起作用，但是，对于输出电压Vout的检测来说，代替齐纳二极管D2这样的单体的电压检测元件，例如，如图16以及图17所示的现有例2以及3的电路结构那样，使用电压检测用IC对输出电压Vout的分压值进行检测也可以。

然后，对光耦合器2的结构进行说明。图2是示意性示出由两种树脂对构成光耦合器2的发光元件4和受光控制集成电路5进行密封后的封装件的剖面结构的剖面图。

如图2所示，发光元件4被载置在第一引线框架21上，发光元件4的阳极电极AE和阴极电极CE分别由接合线22电连接到第一引线框架21的对应的各引线端子AE、CE上，受光控制集成电路5被载置在第二引线框架23上，受光控制集成电路5的电源供给端子VDD、VSS以及输出开关控制信号的输出端子SC分别由接合线24电连接到第二引线框架23的对应的各引线端子VDD、VSS、SC上。

对于第一引线框架21和第二引线框架23来说，各自的芯片载置面在封装件内部在厚度方向离开地设置，发光元件4和受光控制集成电路5在该厚度方向对置设置，分别配置在受光控制集成电路5的受光元件6能够对从发光元件4输出的光信号进行受光的位置上。

如图2所示，包含发光元件4和受光控制集成电路5间的光信号进行传递的空间的封装件的树脂密封部的内侧部分，由使受光元件6的灵敏性波长范围的光透过的透明环氧树脂25构成，包围该内侧部分的树脂密封部的外侧部分，由不使受光元件6的灵敏性波长范围的光透过的不透明黑色环氧树脂26构成。此外，受光元件6的灵敏性波长范围由构成受光元件6的光电二极管的半导体材料的带隙能量规定，对于发光元件4的发光波长来说，以适合于受光元件6的灵敏性波长范围的方式，设定构成发光元件4的半导体材料的带隙能量。此外，对于半导体材料的带隙能量来说，在GaAlAs等三元化合物半导体的情况下，由GaAlAs的组成比决定。

图3示意性示出受光控制集成电路5内的受光元件6的剖面结构。如图3所示，受光控制集成电路5形成在P型基板上，受光元件6的P+、N+、N的各杂质扩散区域由一般的半导体制造工序的离子注入形成。使用受光控制集成电路5的金属布线层，在与N型杂质扩散区域连接的阴极电极27上，从受光控制集成电路5的电源通过电阻或者恒定电流电路供给正电位，在与P型杂质扩散区域连接的阳极电极28上供给接地电位，成为反偏置状态时，来自发光元件4的光信号通过在阴极电极27以及阳极电极28上形成的保护绝缘膜29的开口部和防反射膜30而到达PN结部时，电流从阴极电极27流到阳极电极28，阴极电极27的电位发生变化。使用受光控制集成电路5的金属布线层连接阴极电极27和放大电路7的输入，由此，阴极电极27的电位变化被放大电路7放大并检测出来。此外，从保护绝缘膜29的开口部到PN结部的光信号的入射路径相当于受光部。

然后，参照图4对受光控制集成电路5的芯片布局进行说明。如上所述，在将开关电源电路1构成为商用交流电源用的AC/DC适配器的情况下，直流输入电压Vin成为约141V，所以，由于晶体管Q1的开关动作，产生较大的噪声。该噪声经由晶体管Q1的栅极-漏极间电容而出现在栅极上，并传到开关控制电路8的输出控制电路12中。在使用光电晶体管作为受光元件的现有的光耦合器中，由于受光元件的信号电流较大(1mA左右)，所以，噪声耐性较高，难以进行误动作，但是，在本实施方式中，受光元件6使用光电二极管，所以，信号电流较小(10μA左右)，容易受到噪声的影响，容易进行误动作。因此，在本实施方式中，成为如下的芯片布局：为了提高受光元件6的实质的噪声耐性，在芯片内，在彼此离开地对置的两边，分散配置由受光元件6、电流调整电阻R2以及放大电路7构成的受光电路部、和输出驱动电路12，传递到输出驱动电路12的噪声难以侵入到受光电路部。此外，其他的电流控制晶体管Q2、电流控制电路9、振荡电路10以及振荡控制电路11配置在输出驱动电路12和受光电路部之间的芯片中央部。

在图4所示的受光控制集成电路5的芯片布局中，成为重视从放大电路7向振荡控制电路11以及振荡电路10的信号的流动的电路配置，但是，如图5所示，在输出驱动电路12和受光电路部之间，配置低阻抗的电流控制晶体管Q2和电流控制电路9，使两电路分离，由此，能够进一步抑制噪声向受光电路部侵入。

第二实施方式

然后，对本发明的第二实施方式的开关电源电路1进行说明。对于第二实施方式的开关电源电路1来说，构成光耦合器2的受光控制集成电路5的电路结构与第一实施方式不同。光耦合器2的结构以及封装件结构、以及使用了开关电源电路1的光耦合器2的电路结构与第一实施方式相同，省略重复的说明。以下，参照图6对第二实施方式的受光控制集成电路5的电路结构进行说明。

在本实施方式中，受光控制集成电路5是将如下部分集成在一个芯片上而构成的：一对由光电二极管构成的受光元件6、6a(第一受光元件6和第二受光元件6a)；受光元件6、6a的电流调整电阻R2、R3(第一电流调整电阻R2和第二电流调整电阻R3)；对由第一电流调整电阻R2和第一受光元件6构成的第一受光电路的输出信号进行放大的第一放大电路7；对由第二电流调整电阻R3和第二受光元件6a构成的第二受光电路的输出信号进行放大的第二放大电路7a；对第一放大电路7和第二放大电路7a的输出信号进行差动放大的差动放大电路7b；对开关动作用的晶体管Q1的导通截止进行控制的开关控制电路8；电流控制晶体管Q2；对流过电流控制晶体管的电流进行控制的电流控制电路9。因此，由受光元件、负载电路和放大电路构成的受光电路部的结构与第一实施方式不同。但是，开关控制电路8、电流控制晶体管Q2、以及电流控制电路9的电路结构与第一实施方式相同。但是，与第一实施方式不同，开关控制电路8的振荡控制电路11不是基于放大电路7的输出而是基于差动放大电路7b的输出，对振荡电路10的振荡进行控制。

一对受光元件6、6a由具有相同受光特性的相同的光电二极管构成，但是，仅第一受光元件6与第一实施方式的受光控制集成电路5的受光元件6相同地，能够对从发光元件4输出的光信号进行受光，图3所例示的PN结部的上部不被保护绝缘膜29覆盖地开口，对于第二受光元件6a来说，以不对从发光元件4输出的光信号进行受光的方式，PN结部的上部被金属层等遮蔽。此外，第二受光元件6a不对从发光元件4输出的光信号进行受光，所以，对于一对受光元件6、6a来说，至少不对光进行受光时的暗电流特性相同即可。

利用受光控制集成电路5的上述电路结构，当从发光元件4输出光信号时，第一受光元件6对该光信号进行受光，并转换成电信号，由第一放大电路7放大。另一方面，第二受光元件6a被遮光，不对光信号进行受光，输出与第一受光元件6不对光信号进行受光时的电信号相同的信号，在第二放大电路7a中被放大。差动放大电路7b接收第一放大电路7和第二放大电路7a的两输出信号作为差动输入，对其差分进行放大。因此，即便来自发光元件4的光信号微弱，在差动放大电路7b中，也能够高灵敏性地对光信号进行检测。其结果是，能够进一步降低发光元件4的驱动电流，谋求低消耗电流化，并且，由于使用差动放大电路7b，所以，即便对第一受光电路和第二受光电路的这两个系统叠加同相噪声，在差动放大电路7b中，也将该同相噪声消除，所以，受光元件以及放大电路的耐噪声性提高。

第三实施方式

然后，对本发明的第三实施方式的开关电源电路1进行说明。第三实施方式的开关电源电路1是从第一实施方式以及第二实施方式的变形例，构成光耦合器2的受光控制集成电路5的元件结构与第一实施方式以及第二实施方式不同。光耦合器2的结构以及封装件结构、受光控制集成电路5的电路结构、以及使用了开关电源电路1的光耦合器2的电路结构与第一实施方式或者第二实施方式相同，省略重复的说明。以下，参照图7对第三实施方式的受光控制集成电路5的电路结构进行说明。图7是示意性示出第三实施方式的受光控制集成电路5内的受光元件6的剖面结构的剖面图。

被用于具有在开关电源电路的一次侧电路和二次侧电路间施加比通常高的电压的可能性的用途，存在要求一次-二次电路间的强化绝缘的情况，在本实施方式中，按照该要求，对光耦合器2的一次-二次电路间即发光元件4和受光控制集成电路5间的绝缘耐压进行强化。具体地说，当在发光元件4侧和受光控制集成电路5侧施加高电压时，在发光元件4和受光控制集成电路5间产生强电场，受光控制集成电路5的表面带电，产生极性反转，存在受光控制集成电路5的受光元件6进行误动作的可能性，所以，为了防止该误动作，如图7所示，在受光控制集成电路5的表层的保护绝缘膜29的表面，设置用于防止该带电的金属屏蔽膜31。此外，金属屏蔽膜31不设置在保护绝缘膜29的开口部，所以，来自发光元件4的光信号能够通过该开口部和防反射膜30入射到受光元件6的PN结部。

此外，作为对发光元件4和受光控制集成电路5间的绝缘耐压进行强化的方法，代替图7所示的在受光控制集成电路5的保护绝缘膜29的表面设置金属屏蔽膜31的方法，或者进行追加，如以下的图8～图10所示那样，优选对光耦合器2的封装件内的第一引线框架21、第二引线框架23、发光元件4、以及受光控制集成电路5的配置进行调整。

在图8所示的实施例中，以第一引线框架21侧的接合线22和第二引线框架23侧的受光控制集成电路5的受光元件6不在封装件的厚度方向对置的方式，对第一引线框架21、第二引线框架23、发光元件4、以及受光控制集成电路5的配置进行调整，由此，即便在发光元件4和受光控制集成电路5间产生强电场，来自接合线22的该电场的对受光元件6的影响也被缓和。

并且，在图9所示的实施例中，以第一引线框架21侧的接合线22和第二引线框架23侧的受光控制集成电路5不在封装件的厚度方向对置的方式，并且，以第二引线框架23侧的接合线24和第一引线框架21侧的发光元件4不在封装件的厚度方向对置的方式，使发光元件4的在第一引线框架21上的载置处接近接合线22侧，使受光控制集成电路5的在第二引线框架23上的载置处接近接合线24侧，由此，即便在发光元件4和受光控制集成电路5间产生强电场，来自接合线22的该强电场的对受光元件6的影响被缓和，来自接合线24的该强电场的对发光元件4的影响被缓和。

并且，在图10所示的实施例中，以第一引线框架21侧的接合线22和第二引线框架23不在封装件的厚度方向对置的方式，并且，以第二引线框架23侧的接合线24和第一引线框架21不在封装件的厚度方向对置的方式，各引线框架21、23向对其进行固定的黑色环氧树脂26侧偏移(offset)，即，第一引线框架21和接合线24、第二引线框架23和接合线22以在与各芯片载置面平行的方向上离开的方式配置，由此，即便在发光元件4和受光控制集成电路5间产生强电场，来自接合线22的该强电场的对受光元件6的影响被缓和，来自接合线24的该强电场的对发光元件4的影响被缓和。

其他实施方式

以下，对上述第一到第三实施方式的其他实施方式进行说明。

(1)在上述各实施方式中，构成发光元件4的半导体材料若是适合受光元件6的灵敏性波长范围的材料，则不限于特定的材料，但是，为了开关电源电路1的外围部件即变压器3、二极管D1、电容器C1等的进一步小型化、抑制输出电压Vout的变动，优选使用由GaAlAs构成的发光二极管作为发光元件4，使开关速度提高。

在使用由GaAs构成的发光二极管作为发光元件的情况下，与光电晶体管组合的信号的上升时间以及下降时间分别是5μ秒左右，作为实用频率，是100kHz左右，但是，使用由GaAlAs构成的发光二极管作为发光元件，由此，能够分别使上升时间以及下降时间缩短到0.1μ秒，所以，能够使实用频率高速化至5MHz左右。其结果是，进一步谋求成为开关电源电路1的小型化的障碍原因的变压器的小型化，所以，能够进行便携用设备用的充电器的小型化。

(2)在上述各实施方式中，作为使直流输入电压Vin降压并对光耦合器2进行电源供给的降压元件，使用高电阻的电阻R1，但是，如图11所示，代替电阻R1，优选使用耗尽型高耐压FET(场效应晶体管)Q3。晶体管Q3的漏极连接到一次绕组L1的一端，源极连接到光耦合器2的光耦合器2的电源供给端子VDD，栅极连接到光耦合器2的另一电源供电端子VSS，在栅极上始终被施加接地电压的V0。由于该晶体管Q3的使用，光耦合器2的电源供电端子VDD的端子电压稳定化，并且，谋求开关电源电路1的启动时间的缩短化。除了电阻R1置换为晶体管Q3以外，与上述各实施方式相同。以下，说明向图11所示的开关电源电路1的受光控制集成电路5的电源电压供给动作。

在电源供电端子VDD的端子电压是0V的初始状态下，当在一次绕组L1的一端输入直流输入电压Vin时，晶体管Q3的栅极电压以及源极电压是0V，晶体管Q3是耗尽型，所以，开始从晶体管Q3的漏极侧朝向源极侧流过漏极电流。由于该漏极电流，电源供给端子VDD的端子电压上升时，晶体管Q3的源极电压上升，所以，从晶体管Q3的源极观察的栅极-源极间电压逐渐降低，当该栅极-源极间电压达到晶体管Q3的夹断电压时，晶体管Q3截止，不流过漏极电流。如上所述，电源供给端子VDD的端子电压不会超过晶体管Q3的夹断电压而上升，被固定为该夹断电压以下的漏极电流和受光控制集成电路5的消耗电流相等的电压。

此外，如上述各实施方式那样，与由电阻R1使直流输入电压Vin降压的情况相比较，使晶体管Q3的漏极电流变大，由此，能够在开始流过漏极电流的初始阶段，使起动电流变大，受光控制集成电路5的电源供给端子VDD的端子电压的上升速度变快，开关电源电路1的启动时间被缩短。

此外，如上所述，电源供给端子VDD的端子不会超过晶体管Q3的夹断电压而上升，所以，即便受光控制集成电路5的消耗电流变动，与由电阻R1使直流输入电压Vin降压的情况相比较，电源供给端子VDD的端子电压的变动也被抑制。因此，在上述各实施方式中，在受光控制集成电路5中，设置用于对受光控制集成电路5的消耗电流的变动进行抑制而使电源供给端子VDD的端子电压稳定的电流控制晶体管Q2和电流控制电路9，但是，在电源供给端子VDD的端子电压的变动收敛在受光控制集成电路5的动作电压范围内的情况下，能够省略该电源供给端子VDD的端子稳定化用的电路。

(3)在上述各实施方式中，使用高电阻的电阻R1作为使直流输入电压Vin降压并对光耦合器2进行电源供给的降压元件，但是，如图12所示，代替电阻R1，优选使用NPN型的双极晶体管Q4。对于晶体管Q4来说，集电极连接到一次绕组L1的一端，发射极连接到光耦合器2的电源供给端子VDD，基极连接到在一次绕组L1的一端和光耦合器2的另一电源供给端子VSS之间连接的分压电阻R4、R5的中间点N1，在基极上施加将分压电阻R4、R5的分压比乘到直流输入电压Vin后的中间电压Vm1。由于使用该晶体管Q4，光耦合器2的电源供给端子VDD的端子电压稳定，并且，能够谋求开关电源电路1的起动时间的缩短化。除了电阻R1置换为晶体管Q4、追加分压电阻R4、R5以外，与上述各实施方式相同。以下，对向图12所示的开关电源电路1的受光控制集成电路5的电源电压供给动作进行说明。

当对一次绕组L1的一端输入直流输入电压Vin时，在晶体管Q4的基极施加对直流输入电压Vin乘以分压电阻R4、R5的分压比后的中间电压Vm1，在电源供给端子VDD的端子电压是0V的初始状态下，发射极电压是0V，所以，从晶体管Q4的集电极侧朝向发射极侧开始流过集电极电流。当电源供给端子VDD的端子电压由于该集电极电流而上升时，晶体管Q4的发射极电压上升，所以，从晶体管Q4的发射极观察的基极-发射极间电压渐渐降低，该基极-发射极间电压接近0.7V时，对于晶体管Q4来说，基极电流被遮断，不流过集电极电流。如上所述，电源供给端子VDD的端子电压不会从中间电压Vm1超过低于0.7V的中间电压Vm2而上升，被固定在该中间电压Vm2以下的集电极电流和受光控制集成电路5的消耗电流相等的电压。此外，对于晶体管Q4来说，代替双极晶体管，可以是漏极连接到一次绕组L1的一端、源极连接到光耦合器2的电源供给端子VDD、栅极连接到中间点N1的高耐压的N型MOSFET。在N型MOSFET的情况下，电源供给端子VDD的端子电压不会从中间电压Vm1超过低于N型MOSFET的阈值电压的中间电压Vm2而上升，被固定为该中间电压Vm2以下的集电极电流和受光控制集成电路5的消耗电流相等的电压。

此外，如上述各实施方式那样，与由电阻R1使直流输入电压Vin降压的情况相比，通过使晶体管Q4的集电极电流变大，由此，能够在开始流过集电极电流的初始阶段使起动电流变大，受光控制集成电路5的电源供给端子VDD的端子电压的上升速度变快，开关电源电路1的起动时间被缩短。

此外，如上所述，由于电源供给端子VDD的端子电压不会超过中间电压Vm2而上升，所以，即便受光控制集成电路5的消耗电流变动，与由电阻R1使直流输入电压Vin降压的情况相比较，电源供给端子VDD的端子电压的变动也被抑制。因此，在上述各实施方式中，在受光控制集成电路5中，设置用于对受光控制集成电路5的消耗电流的变动进行抑制从而使电源供给端子VDD的端子电压稳定的电流控制晶体管Q2和电流控制电路9，但是，在电源供给端子VDD的端子电压的变动收敛于受光控制集成电路5的工作电压范围内的情况下，能够省略该电源供给端子VDD的端子电压稳定化用的电路。

(4)在上述各实施方式中，使用高电阻的电阻R1作为使直流输入电压Vin降压并对光耦合器2进行电源供给的降压元件，但是，如图13所示，代替电阻R1，优选使用NPN型的双极晶体管Q4。晶体管Q4来说，集电极连接到一次绕组L1的一端，发射极连接到光耦合器2的电源供给端子VDD，基极连接到在一次绕组L1的一端和光耦合器2的另一电源供给端子VSS之间连接的分压电阻R6与齐纳二极管D3的串联电路的中间点N2，在基极上施加由齐纳二极管D3的击穿电压规定的中间电压Vm3。由于使用该晶体管Q4，光耦合器2的电源供给端子VDD的端子电压稳定，并且，谋求开关电源电路1的起动时间的缩短化。除了电阻R1置换为晶体管Q4、追加电阻R6和齐纳二极管D3以外，与上述各实施方式相同。此外，对于晶体管Q4来说，与上述另一实施方式(3)相同地，代替双极晶体管，可以是漏极连接到一次绕组L1的一端、源极连接到光耦合器2的电源供给端子VDD、栅极连接到中间电N2的高耐压的N型MOSFET。以下，对向图13所示的开关电源电路1的受光控制集成电路5的电源电压供给动作进行说明。

当对一次绕组L1的一端输入直流输入电压Vin时，对晶体管Q4的基极施加由齐纳二极管D3的击穿电压规定的中间电压Vm3，在电源供给端子VDD的端子电压是0V的初始状态下，发射极电压是0V，所以，从晶体管Q4的集电极侧朝向发射极侧开始流过集电极电流。当电源供给端子VDD的端子电压由于该集电极电流而上升时，晶体管Q4的发射极电压上升，所以，从晶体管Q4的发射极观察的基极-发射极间电压渐渐降低，该基极-发射极间电压接近0.7V时，对于晶体管Q4来说，基极电流被遮断，不流过集电极电流。如上所述，电源供给端子VDD的端子电压不会从中间电压Vm3超过低于约0.7V的中间电压Vm4而上升，被固定在该中间电压Vm4以下的集电极电流和受光控制集成电路5的消耗电流相等的电压。

此外，如上述各实施方式那样，与由电阻R1使直流输入电压Vin降压的情况相比，通过使晶体管Q4的集电极电流变大，由此，能够在开始流过集电极电流的初始阶段使起动电流变大，受光控制集成电路5的电源供给端子VDD的端子电压的上升速度变快，开关电源电路1的起动时间被缩短。

此外，如上所述，由于电源供给端子VDD的端子电压不会超过中间电源Vm4而上升，所以，即便受光控制集成电路5的消耗电流变动，与由电阻R1使直流输入电压Vin降压的情况相比较，电源供给端子VDD的端子电压的变动也被抑制。因此，在上述各实施方式中，在受光控制集成电路5中，设置用于对受光控制集成电路5的消耗电流的变动进行抑制从而使电源供给端子VDD的端子电压稳定的电流控制晶体管Q2和电流控制电路9，但是，在电源供给端子VDD的端子电压的变动收敛于受光控制集成电路5的工作电压范围内的情况下，能够省略该电源供给端子VDD的端子电压稳定化用的电路。

(5)在上述各实施方式(2)～(4)中，作为使直流输入电压Vin降压并对光耦合器2进行电源供给的降压元件，代替高电阻的电阻R1，使用栅极接地的耗尽型高耐压场效应晶体管Q3、或者对基极施加中间电压的高耐压的NPN型的双极晶体管Q4、或者对栅极施加中间电压的高耐压N型MOSFET，由此，与使用高电阻的电阻R1作为该降压元件的情况相比较，由于电源供给端子VDD的端子电压稳定，所以，能够省略在受光控制集成电路5中设置的用于对受光控制集成电路5的消耗电流的变动进行抑制从而使电源供给端子VDD的端子电压稳定的电流控制晶体管Q2和电流控制电路9。

此处，即便在使用高电阻的电阻R1作为该降压元件的情况下，在预先抑制受光控制集成电路5的消耗电流的变动的情况下，作为该降压元件，不使用上述晶体管Q3、Q4代替高电阻的电阻R1，也能够省略电流控制晶体管Q2和电流控制电路9。

并且，在受光控制集成电路5的消耗电流的变动未被充分抑制的情况下，即便使用高电阻的电阻R1作为降压元件，如图14所示，在变压器3中设置作为辅助绕组的三次绕组L3，由此，在开关电源电路1的启动时，由电阻R1使直流输入电压Vin降压，并进行电源电压供给，并且，开关电源电路1暂时开始开关工作，在三次绕组L3中产生交流电压，将由二极管D4和电容器C2进行整流、平滑后的直流电压供给到电源供给端子VDD，由此，能够从三次绕组L3侧供应开关动作开始后的消耗电流，所以，受光控制集成电路5的消耗电流的变动不会作为电阻R1的端子间电压而出现，所以，电源供给端子VDD的端子电压稳定，所以，能够省略在受光控制集成电路5中设置的用于对受光控制集成电路5的消耗电流的变动进行抑制从而使电源供给端子VDD的端子电压稳定的电流控制晶体管Q2和电流控制电路9。

此外，图14所示的电路结构中的电阻R1的设定，与上述第一实施方式的情况相比，设定为更高的电阻。即，这是因为，与开关电源电路1的启动时的受光控制集成电路5的消耗电流较小的情况相匹配，若以电源供给端子VDD的端子电压为受光控制集成电路5的耐压以下的方式设定电阻R1的电阻值，则是充分的，开关动作开始后的消耗电流的增量能够从三次绕组L3侧供应。

(6)在上述各实施方式(2)～(4)中，对作为使直流输入电压Vin降压并对光耦合器2进行电源供给的降压元件，代替高电阻的电阻R1，使用栅极接地的耗尽型高耐压场效应晶体管Q3、或者对基极施加中间电压的高耐压的NPN型的双极晶体管Q4、或者对栅极施加中间电压的高耐压N型MOSFET的情况进行了说明，但是，代替如上所述那样由高耐压的单体元件构成降压元件，也可以由电阻R1、栅极接地的耗尽型高耐压场效应晶体管Q3、对基极施加中间电压的高耐压的NPN型的双极晶体管Q4、或者对栅极施加中间电压的高耐压N型MOSFET的串联电路构成。并且，能够由电阻R1预备地使直流输入电压Vin降压，所以，优选以中低耐压工艺制作上述各晶体管，并在受光控制集成电路5内集成。在由电阻R1和上述各晶体管的串联电路构成降压元件的情况下，与上述另一实施方式(2)～(4)相同地，电源供给端子VDD的端子电压不会超过中间电压Vm2或者Vm4而上升，所以，即便受光控制集成电路5的消耗电流变动，与仅由电阻R1使直流输入电压Vin降压的情况相比较，电源供给端子VDD的端子电压的变动被抑制。因此，在上述各实施方式中，在受光控制集成电路5中，设置用于对受光控制集成电路5的消耗电流的变动进行抑制从而使电源供给端子VDD的端子电压稳定的电流控制晶体管Q2和电流控制电路9，但是，电源供给端子VDD的端子电压的变动收敛于受光控制集成电路5的动作电压范围内的情况下，能够省略该电源供给端子VDD的端子电压稳定用的电路。

(7)在上述各实施方式中，将晶体管Q1作为场效应晶体管进行了说明，但是，使用双极晶体管也能够期待相同的效果。在使用双极晶体管的情况下，场效应晶体管的栅极、漏极、源极分别置换为双极晶体管的基极、集电极、发射极即可。

本发明能够利用于使用了光耦合器的开关电源电路中，能够搭载于AC适配器、LED照明、液晶电视、个人计算机等需要从商用交流电源生成直流电压的系统中，能够进行系统的小型化、输出电压的高精度化、电源的低消耗功率化。

Claims (13)

1.一种光耦合器，用于将开关电源电路的二次侧的输出电压信息经由光信号反馈为一次侧的开关动作的控制用，其中，

具备：发光元件，基于所述开关电源电路的所述输出电压信息射出闪烁的光信号；受光控制集成电路，构成为在一个芯片上集成：由对所述发光元件射出的所述光信号进行受光的光电二极管构成的受光元件、对所述受光元件的输出信号进行放大的放大电路、以及对所述开关电源电路的所述开关动作进行控制的开关控制电路，

所述受光控制集成电路具备：一对电源供给端子，被供给直流电源电压；输出端子，输出用于控制所述开关动作的开关控制信号，

所述发光元件和所述受光控制集成电路以能够从所述发光元件向所述受光元件传递所述光信号的方式被密封在一个封装件内。

2.如权利要求1的光耦合器，其中，

所述受光控制集成电路在所述一个芯片内，在所述一对电源供给端子之间具备：电流控制晶体管，该电流控制晶体管对在所述受光控制集成电路的所述一对电源供给端子之间流过的电源电流进行控制，该受光控制集成电路还具备：电流控制电路，以所述一对电源供给端子的端子间电压成为预定的电压范围内的方式对流过所述电流控制晶体管的电流进行控制。

3.如权利要求1的光耦合器，其中，

所述受光控制集成电路的输出所述开关控制电路的所述开关控制信号的输出驱动电路部、和由所述受光元件与所述放大电路构成的受光电路部在所述一个芯片内，被分散配置在彼此离开对置的两边，在所述两电路部之间，配置有所述两电路部以外的电路。

4.如权利要求1的光耦合器，其中，

所述受光元件由对所述光信号进行受光的第一受光元件、和以不对所述光信号进行受光的方式受光部被遮蔽并且暗电流特性与所述第一受光元件相同的第二受光元件这两个受光元件构成，

所述放大电路构成为具备：对所述第一受光元件的输出信号进行放大的第一放大电路；对所述第二受光元件的输出信号进行放大的与所述第一放大电路的电路结构相同的第二放大电路；对所述第一放大电路的输出和所述第二放大电路的输出进行差动放大的差动放大电路。

5.如权利要求1的光耦合器，其中，

所述受光控制集成电路具有覆盖芯片表面的金属屏蔽膜，以所述光信号能够入射到所述受光元件的方式，所述金属屏蔽膜的一部分开口。

6.如权利要求1的光耦合器，其中，

第一引线框架和第二引线框架在所述一个封装件内，各自的芯片载置面在厚度方向离开地设置，该第一引线框架载置所述发光元件、并且具备利用引线接合与所述发光元件的输入端子电连接的引线端子，该第二引线框架载置所述受光控制集成电路，并且具备利用引线接合与所述受光控制集成电路的所述一对电源供给端子以及所述输出端子电连接的引线端子。

7.如权利要求6的光耦合器，其中，

以所述第一引线框架侧的所述引线接合和所述第二引线框架侧的所述受光控制集成电路的所述受光元件不在所述厚度方向对置的方式，设定所述第一引线框架、所述第二引线框架、所述发光元件、以及所述受光控制集成电路的在所述一个封装件内的配置。

8.如权利要求6的光耦合器，其中，

以所述第一引线框架侧的所述引线接合与所述第二引线框架侧的所述受光控制集成电路不在所述厚度方向对置、并且所述第二引线框架侧的所述引线接合与所述第一引线框架侧的所述发光元件不在所述厚度方向对置的方式，设定所述第一引线框架、所述第二引线框架、所述发光元件以及所述受光控制集成电路的在所述一个封装件内的配置。

9.如权利要求6的光耦合器，其中，

以所述第一引线框架侧的所述引线接合与所述第二引线框架不在所述厚度方向对置、并且所述第二引线框架侧的所述引线接合与所述第一引线框架不在所述厚度方向对置的方式，设定所述第一引线框架、所述第二引线框架、所述发光元件以及所述受光控制集成电路的在所述一个封装件内的配置。

10.如权利要求1的光耦合器，其中，

所述发光元件由GaAlAs化合物半导体构成的发光二极管构成。

11.如权利要求1的光耦合器，其中，

包含所述发光元件和所述受光元件间的所述光信号传递的空间的所述一个封装件的树脂密封部的内侧部分，由使所述受光元件的灵敏性波长范围的光透过的透明树脂构成，包围所述内侧部分的所述树脂密封部的外侧部分，由不使所述受光元件的灵敏性波长范围的光透过的不透明树脂构成。

12.一种开关电源电路，具备：

权利要求1～11的任意一项所述的光耦合器；

具有一次绕组和二次绕组的变压器；

降压元件，使输入到所述一次绕组的一端的直流电压降压，并输入到所述光耦合器的所述受光控制集成电路的所述一对电源供给端子的一侧；

开关动作用晶体管，设置在所述一次绕组的另一端和所述光耦合器的所述受光控制集成电路的所述一对电源供给端子的另一侧之间，由从所述受光控制集成电路的所述输出端子输出的所述开关控制信号控制导通截止；

设置在所述二次绕组的两端间的整流平滑电路；

对所述整流平滑电路的输出电压进行检测、并作为所述输出电压信息输入到所述发光元件的电压检测元件或者电压检测电路。

13.如权利要求12的开关电源电路，其中，

所述降压元件构成为，具备电阻元件、栅极与所述受光控制集成电路的所述一对电源供给端子的另一侧连接的耗尽型FET、以及对基极或者栅极施加所述一次绕组的一端和所述受光控制集成电路的所述一对电源供给端子的另一侧之间的中间电压的晶体管中的至少任意一个。

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