CN107251396A - 电源控制用半导体装置 - Google Patents

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Abstract

课题在于通过电源控制用半导体装置检测辅助绕组短路而停止电源装置的开关动作。电源控制用半导体装置设有：高压输入启动端子，其输入AC输入的电压；电源端子，其输入在变压器的辅助绕组感应出的电压；开关单元，其设置于高压输入启动端子与电源端子之间；电源电压控制电路，其进行如下控制：监视电源端子的电压，当该电压是第一电压值以下时接通开关单元，当达到第二电压值时断开开关单元；状态控制电路，其控制成：根据电源端子的电压对开关单元进行接通断开控制，使电源端子的电压处于比第一电压值‑第二电压值的电压范围窄的电压范围内；以及辅助绕组短路检测电路，其检测辅助绕组的短路，当检测辅助绕组短路时停止接通断开控制信号生成电路的动作，并使状态控制电路工作。

Description

电源控制用半导体装置
技术领域
本发明涉及电源控制用半导体装置，特别是涉及用于构成具有电压变换用变压器的绝缘型直流电源装置的控制用半导体装置的有效技术。
背景技术
在直流电源装置中存在：将交流电源整流的二极管桥接电路、和由绝缘型DC-DC转换器等构成的AC-DC转换器，该绝缘型DC-DC转换器将由该二极管桥接电路整流而得的直流电压降压而变换为所希望电位的直流电压。作为这样的AC-DC转换器，例如已知有如下开关电源装置：通过PWM(脉冲宽度调制)控制方式或PFM(脉冲频率调制)控制方式等对与电压变换用变压器的一次侧绕组串联连接的开关元件进行接通断开驱动，来控制流向一次侧绕组的电流，间接控制在二次侧绕组感应出的电压。
此外，还存在如下结构：在开关控制方式的AC-DC转换器中，使用具有辅助绕组的变压器，对电流间歇性地流向一次侧绕组时在辅助绕组感应出的电压进行整流平滑，将进行了整流平滑后的电压作为工作电压供给到电源控制电路(IC)(参照专利文献1)。
现有专利文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-082831号公报
专利文献2：日本特开2008-253032号公报
发明内容
发明要解决的课题
如上所述，在使用了具有辅助绕组的变压器的绝缘型直流电源装置中，当辅助绕组处于短路(short)状态时，不向电源控制电路供给电源电压，不能进行通常的控制动作。
另外，还提出了如下发明：在使用了具有辅助绕组的变压器的绝缘型直流电源装置中，设置检测辅助绕组短路的电路，在检测出辅助绕组短路时，停止开关的动作(参照专利文献2)。
但是，专利文献2所公开的发明是如下发明，对象和检测方式都与发明不同：在没有内置用于开关控制的振荡电路的自激式直流电源装置中，在检测出辅助绕组电流流动结束的时刻进行接通开关元件的控制，在这样的称之为零电流检测方式的AC-DC转换器中，根据将输入电压分压而得的电压和电流检测电压CS以及电压辅助绕组电压来检测辅助绕组的短路，停止开关的动作。
此外，本发明人研究适用的电源控制电路(IC)设置被施加由AC电源的二极管桥接电路整流之前的电压的高压输入端子，当AC输入通电时，通过来自该高压输入启动端子HV的电压进行动作。因此，当产生辅助绕组短路而不进行从辅助绕组侧向IC电源端子供给电压时，处于高压输入启动端子与电源端子之间的启动电路(start circuit)动作，当达到某电压电平时电流流向与IC电源端子相连接的电容(电容器)，由此向IC电源端子供给电压。然后，切断电流，IC以充电到上述电容的电压进行动作。
此外，在辅助绕组短路而没有来自高压输入启动端子的电流供给时，IC的电源电压仅为充电到上述电容的电压。于是，该电压因随着IC动作的消耗电流而被放电从而电压降低下去。然后，当电源电压降低至某电压电平时上述启动电路接通从而来自高压输入启动端子的电流开始流向与IC电源端子连接的所述电容，IC电源端子的电压上升。以后重复该动作。
因此，当辅助绕组短路时，电源装置陷入过负载状态，大电流流向变压器或辅助绕组，若不停止电源装置的开关动作，则可能引起电源装置发热。
本发明是在上述背景下完成的，其目的在于：在具有变压器的绝缘型电源装置中当辅助绕组短路时，通过电源控制用半导体装置检测辅助绕组短路而停止电源装置的开关动作，避免引起电源装置发热。
用于解决课题的手段
为了达成上述目，本发明的电源控制用半导体装置，其通过输入与流向变压器的一次侧绕组的电流成比例的电压、以及来自所述变压器的二次侧的输出电压检测信号，生成并输出对开关元件进行接通断开控制的驱动脉冲，该开关元件用于使电流间歇性地流向电压变换用的所述变压器的一次侧绕组，
所述电源控制用半导体装置具有：
接通断开控制信号生成电路，其生成对所述开关元件进行接通断开控制的控制信号；
高压输入启动端子，其输入AC输入的电压；
电源端子，其输入在所述变压器的辅助绕组中感应出的电压；
开关单元，其设置于所述高压输入启动端子与所述电源端子之间；
电源电压控制电路，其进行如下控制：监视所述电源端子的电压，当该电压是规定的第一电压值以下时接通所述开关单元，当所述电源端子的电压达到比所述第一电压值高的第二电压值时断开所述开关单元；
状态控制电路，其控制成：根据所述电源端子的电压对所述开关单元进行接通断开控制，使得所述电源端子的电压处于比所述第一电压值-第二电压值的电压范围窄的电压范围内；以及
辅助绕组短路检测电路，其检测所述辅助绕组的短路，
当所述辅助绕组短路检测电路检测所述辅助绕组的短路时，通过从所述辅助绕组短路检测电路输出的信号，来停止接通断开控制信号生成电路的动作，并且使所述状态控制电路为工作状态。
根据上述结构，当变压器的辅助绕组短路时，控制成电源端子(VDD)的电压处于第二电压范围内(例如12V-13V)的状态控制电路(闩锁停止控制电路)动作。因此，通过信号生成电路(驱动器)的动作停止而辅助绕组电压降低，由此，启动电路(start circuit)进行动作而与电源端子(VDD)连接的电容被充电、电源端子的电压上升内部调节器进行动作，没有来自辅助绕组(短路)的电压供给的电容电荷被消耗、电源端子的电压再次降低，由此，IC长时间地重复控制成电源端子(VDD)的电压处于第一电压范围内(例如6.5V～21V)的动作，从而可以避免引起电源装置发热。
这里，优选的是，所述辅助绕组短路检测电路监视从所述电源电压控制电路输出的所述开关单元的接通断开控制信号，当所述开关单元连续重复规定次数接通断开动作时判定为所述辅助绕组短路。
由此，在辅助绕组短路的情况下，可以可靠且快速地停止信号生成电路(驱动器)的动作并且使控制成电源端子(VDD)的电压处于第二电压范围内(例如，12V-13V)的状态控制电路(闩锁停止控制电路)进行动作。
此外，优选的是，所述电源控制用半导体装置具有：高压输入监视电路，其与所述高压输入启动端子连接并监视该高压输入启动端子的电压；以及放电单元，其与所述开关单元串联连接于所述高压输入启动端子与接地点之间，所述高压输入监视电路在检测出所述高压输入启动端子的电压不低于规定电压值的时间持续了规定时间时，接通所述放电单元。
通过设置与开关单元串联连接于高压输入启动端子与接地点之间的放电单元，不会增加外部端子数，因此不大幅增加芯片尺寸，在插头拔出时就可以使X电容器的剩余电荷快速放电。此外，在检测出辅助绕组短路时，由于不停止IC的动作而使闩锁停止控制电路动作，因此，意识到电源停止的用户有时会从电源插座拔出插头，此时可以使放电电路动作而使X电容器快速放电。
并且，优选的是，所述电源控制用半导体装置具有：
电流检测端子，其输入与流向所述变压器的一次侧绕组的电流成比例的电压；以及
电流异常检测电路，其监视所述电流检测端子的状态来检测异常状态，
当所述异常检测电路检测所述电流检测端子异常时，通过从所述异常检测电路输出的信号，来停止所述接通断开控制信号生成电路的信号生成动作，并且使所述状态控制电路为工作状态。
由此，即使电流检测端子为开路状态的情况下，也会使状态控制电路(闩锁停止控制电路)动作而避免电源装置的再启动，使信号生成电路(驱动器)的动作停止，因此，可以防止引起电源发热。此外，在辅助绕组短路的情况下电流检测端子开路的状态下都使公用的状态控制电路(闩锁停止控制电路)动作，因此，可以抑制伴随追加闩锁停止功能的电路规模增大。
发明效果
根据本发明，在具有电压变换用变压器的、接通断开流向一次侧绕组的电流来控制输出的绝缘型直流电源装置的控制用半导体装置中，具有如下效果：在辅助绕组短路的情况下，通过电源控制用半导体装置检测出辅助绕组短路而停止电源装置的开关动作，可以避免引起电源装置发热。
附图说明
图1是表示作为本发明涉及的绝缘型直流电源装置的AC-DC转换器的一实施方式的电路结构图。
图2是表示图1的AC-DC转换器中的变压器的一次侧开关电源控制电路(电源控制用IC)的结构例的框图。
图3是表示实施例的电源控制用IC中的各部电压变化情况的波形图。
图4是表示实施例的电源控制用IC中的开关频率与反馈电压VFB的关系的特性图。
图5是表示实施例的电源控制用IC中的辅助绕组短路检测电路以及闩锁停止控制电路的结构例的电路结构图。
图6是表示图5的辅助绕组短路检测电路以及闩锁(latch)停止控制电路中的辅助绕组短路检测时的动作时机的时序图。
图7是表示图5的辅助绕组短路检测电路以及闩锁停止控制电路的更具体的电路结构例的电路结构图。
图8是表示实施例的电源控制用IC中的放电电路的结构例的电路结构图。
图9是表示图8的放电电路进行放电时的动作时机的时序图。
图10是表示图8的放电电路的更具体的电路结构例的电路结构图。
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的优选实施方式进行说明。
图1是表示作为应用了本发明的绝缘型直流电源装置的AC-DC转换器的一实施方式的电路结构图。
本实施方式的AC-DC转换器具有：X电容器Cx，其为了削减常态噪声(normal modenoise)而连接于AC输入端子之间；噪声切断用的线路滤波器11，其由共模线圈等构成；二极管桥接电路12，其对交流电压(AC)进行整流；平滑用电容器C1，其使整流后的电压平滑；电压变换用的变压器T1，其具有一次侧绕组Np与二次侧绕组Ns以及辅助绕组Nb；开关晶体管SW，其由与该变压器T1的一次侧绕组Np串联连接的N沟道MOSFET构成；以及电源控制电路13，其驱动该开关晶体管SW。在本实施方式中，电源控制电路13作为半导体集成电路(以下，称为电源控制用IC)形成于单晶硅这样的一个半导体芯片上。
在上述变压器T1的二次侧设置有与二次侧绕组Ns串联连接的整流用二极管D2、和连接于该二极管D2的阴极端子与二次侧绕组Ns的另一端子之间的平滑用电容器C2，通过对电流间歇性地流向一次侧绕组Np而在二次侧绕组Ns感应出的交流电压进行整流、平滑，从而输出对应于一次侧绕组Np与二次侧绕组Ns的绕组比的直流电压Vout。
并且，在变压器T1的二次侧设置有构成滤波器的线圈L3以及电容器C3，该滤波器用于切断因一次侧的开关动作而产生的开关纹波和噪声等，并且还设置有用于检测输出电压Vout的检测电路14、以及与该检测电路14相连接向电源控制用IC13传递对应于检测电压的信号的作为光电耦合器的发光侧元件的光电二极管15a。并且，在一次侧设置有：作为受光侧元件的光电晶体管15b，其连接于上述电源控制用IC13的反馈端子FB与接地点之间接收来自上述检测电路14的信号。
此外，在本实施方式的AC-DC转换器的一次侧设置有由整流用二极管D0和平滑用电容器C0构成的整流平滑电路，由该整流平滑电路进行了整流、平滑而得的电压被施加于上述电源控制用IC13的电源电压端子VDD，所述整流用二极管D0与上述辅助绕组Nb串联连接，所述平滑用电容器C0连接于该二极管D0的阴极端子与接地点GND之间。
另一方面，在电源控制用IC13中设置有经由二极管D11、D12以及电阻R1而被施加由二极管桥接电路12整流前的电压的高压输入启动端子HV，在AC输入通电时(插入插头之后)，能够通过来自该高压输入启动端子HV的电压进行动作。
并且，在本实施方式中，电流检测用的电阻Rs连接于开关晶体管SW的源极端子与接地点GND之间，并且电阻R2连接于开关晶体管SW与电流检测电阻Rs的节点N1和电源控制用IC13的电流检测端子CS之间。并且，电容器C4连接于电源控制用IC13的电流检测端子CS与接地点之间，低通滤波器由电阻R2和电容器C4构成。
接下来，使用图2对上述电源控制用IC13的具体结构例进行说明。
如图2所示，本实施例的电源控制用IC13具有：振荡电路31，其以对应于反馈端子FB的电压VFB的频率进行振荡；由单触发脉冲(one shot pulse)生成电路这样的电路构成的时钟生成电路32，所述单触发脉冲生成电路根据由该振荡电路31生成的振荡信号φc生成供接通一次侧开关晶体管SW的时机的时钟信号CK；RS触发器(RS flip-flop)33，其通过时钟信号CK而被置位(set)；以及驱动器(驱动电路)34，其对应于该触发器33的输出生成开关晶体管SW的驱动脉冲GATE。
此外，电源控制用IC13具有：放大器35，其对输入到电流检测端子CS的电压Vcs进行放大；作为电压比较电路的比较器36a，其将由该放大器35放大后的电位Vcs’与用于监视过电流状态的比较电压(阈值电压)Vocp进行比较；波形生成电路37，其根据反馈端子FB的电压VFB生成图3的(A)所示的规定波形的电压RAMP；比较器36b，其将由所述放大器35放大后的图3的(B)所示的波形的电位Vcs’与由波形生成电路37生成的波形RAMP进行比较；以及或门(OR gate)G1，其取得比较器36a与36b的输出的逻辑或。在本实施例的电源控制用IC13中，图3的(A)的电压RAMP被生成为从反馈电压VFB以某一定斜率降低。
上述或门G1的输出RS(参照图3的(C))经由或门G2输入到上述触发器33的复位端子，由此，提供断开开关晶体管SW的时机。另外，在反馈端子FB与内部电源电压端子之间设置有上拉电阻(pull-up resistor)，流向光电晶体管15b的电流通过该电阻而变换为电压。此外，之所以设置波形生成电路37是因为次谐波振荡对策，可以将电压VFB直接或者电平移位后输入到比较器36b。
此外，本实施例的电源控制用IC13具有：频率控制电路38，其对应于反馈端子FB的电压VFB使所述振荡电路31的振荡频率即开关频率按照图4所示的特性变化。图4中的频率f1例如设定为22kHz这样的值，此外f2例如设定为66kHz～100kHz这样范围的任意值。频率控制电路38可由电压跟随器(voltage follower)这样的缓冲器和钳位电路构成，该钳位电路在反馈端子FB的电压例如是1.8V时钳位成1.8V，此外在2.1V以下时钳位成2.1V。虽未图示，但是振荡电路31具有流过与来自频率控制电路38的电压对应的电流的电流源，该振荡电路31能够由振荡器构成，该振荡器的振荡频率随该电流源流过的电流的大小而变化。
此外，在本实施例的电源控制用IC13中设置有：占空比限制电路39，其根据从上述时钟生成电路32输出的时钟信号CK，生成用于限制成驱动脉冲GATE的占空比(Ton/Tcycle)不超过预定的最大值(例如85％～90％)的最大占空比复位信号，当将从占空比限制电路39输出的最大占空比复位信号经由或门G2供给到上述触发器33而脉冲达到最大占空比时，通过在该时间点进行复位立即断开开关晶体管SW。
此外，在本实施例的电源控制用IC13中，设置有用于监视电流检测端子CS来检测CS端子异常(开路)的CS端子监视电路61以及闩锁停止控制电路62。
CS端子监视电路61在检测电流检测端子CS异常(开路)时，其输出变化为高电平停止上述驱动器(驱动电路)34的动作，将从驱动器34输出的驱动脉冲GATE固定为低电平(断开SW)。也可以代替通过CS端子监视电路61的输出停止驱动器34的动作，而是通过将前段的触发器33设为复位状态而将其输出Q固定为低电平，由此将驱动脉冲GATE固定为低电平。
闩锁停止是如下功能：通过以比较短的周期接通断开设置于IC的高压输入启动端子HV与电源电压端子VDD之间的开关S0(参照图5)，将电源电压端子VDD的电压例如控制在12V～13V这样的电压范围内，由此避免电源控制用IC13被重启，闩锁停止控制电路62将电源电压端子VDD的电压与规定电压(12V、13V)进行比较，进行上述的控制动作。具体来说，重复以下动作：当电源电压端子VDD的电压下降至12V时接通开关S0，当VDD的电压上升至13V时断开开关S0。
若没有这样的闩锁停止功能，则在CS端子监视电路61检测CS端子开路而停止驱动器34的动作时，电流不流向辅助绕组而电源电压端子VDD的电压降低，但是当电源电压端子VDD的电压为IC的动作停止电压值(例如6.5V)以下时，后述的启动电路(start circuit)50动作而断开开关S0、IC再次启动由此再次开始开关控制。
因此，在本实施例中，设为：当CS端子监视电路61检测CS端子开路时停止驱动器34的动作，并且使闩锁停止控制电路62动作，将电源控制用IC13转到闩锁停止模式，从而避免上述那样不合理的动作。
另外，通过将AC电源侧的插头从电源插座拔出解除上述闩锁停止模式。
并且，在本实施例的电源控制用IC13中设置有：启动电路(start circuit)50，其与高压输入启动端子HV相连接，当被输入该端子的电压时，接通连接于高压输入启动端子HV与电源电压端子VDD之间的开关S0(参照图5)来启动IC；以及放电电路40，其监视高压输入启动端子HV的电压来检测AC电源的插头是否从电源插座拔出，当判断为拔出时使X电容器Cx放电。
例如能够通过检测在某一恒定时间(例如30毫秒)内AC输入电压是否低于规定值(例如峰值的30％)来判断是否拔出插头。此外，通过将与高压输入启动端子HV相连接的放电电路40内置于电源控制用IC13中，能够不增加外部端子数，因此能够不大幅度地增加芯片尺寸，在插通拔出时就能将X电容器的余下电荷快速放掉。
此外，启动电路50在AC输入通电时接通开关S0使得电流从高压输入启动端子HV流向与电源端子VDD相连接的电容(电容器)C0从而向电源端子VDD供给电压。然后，当对上述电容充电的电压达到21V时，断开开关S0切断电流，内部调节器开始动作从而使IC动作。此外，启动电路50具有监视电源电压端子VDD的电压例如降低至6.5V时接通开关S0的功能，当开关S0接通时，与AC输入通电时同样地电流从高压输入启动端子HV流向与电源端子VDD相连接的电容(电容器)C0，由此向电源端子VDD供给电压，当电源端子VDD的电压达到21V时，断开开关S0切断电流，内部调节器开始动作(在本说明书中将此称为重启动作)。进而，本实施例的电源控制用IC13具有辅助绕组短路判定功能，当判定为辅助绕组短路时，停止(栅极停止)驱动器34的动作，并且使闩锁停止控制电路62动作。
图5示出了具有辅助绕组判定功能的上述启动电路50的结构例。
如图5所示，启动电路50具有：VDD动作开始电路51，其始终监视电源电压端子VDD的电压例如达到21V时断开开关S0，并且使调节器63开始生成内部电源电压Vreg的动作；以及VDD动作停止电路52，VDD例如降低至6.5V时接通开关S0停止调节器63生成内部电源电压Vreg的动作。
此外，启动电路50具有：逻辑电路53，其对应于来自上述VDD动作开始电路51和VDD动作停止电路52的输出信号等生成接通断开开关S0的启动控制信号ST；以及开关控制电路54，其通过来自该逻辑电路53的启动控制信号(脉冲)ST接通断开开关S0。
使调节器63工作或者停止的控制信号(使能信号)经由逻辑部53供给到调节器63。另外，在调节器63的动作停止过程中也需要VDD动作开始电路51、VDD动作停止电路52、逻辑电路53以及闩锁停止控制电路62能够进行动作，而这可以通过由耐高压的元件构成来实现，以使这些电路可以通过电源电压端子VDD的电压直接动作。另外，构成开关S0的耗尽型MOS晶体管由700V这样的耐高压元件构成。
开关S0由耗尽型MOS晶体管构成。因此，当AC输入通电时处于接通状态，在电源电压端子VDD的电压达到21V的时间点断开。另外，即使断开开关S0，由于在接通期间与电源电压端子VDD相连接的电容器C0被充电，因此调节器63因该电容器C0的电荷而生成内部电源电压Vreg内部电路开始动作。只要电源电压正常，在内部电路开始动作时进行开关控制，从辅助绕组向电源电压端子VDD供电，由此，内部电路持续动作。另一方面，当存在辅助绕组短路这样的异常导致没有从辅助绕组对电源电压端子VDD供给电流时，由于消耗电流因此电源电压端子VDD的电压开始降低，当降低至6.5V时接通开关S0重复上述动作。
并且，启动电路50还具有：辅助绕组短路判定电路55，其具有对启动控制信号ST的脉冲数进行计数的计数器CNT，当该计数器CNT计数出规定脉冲时判定为产生了辅助绕组短路。然后，当辅助绕组短路判定电路55检测辅助绕组短路时，生成停止驱动器(驱动电路)34的动作的栅极停止信号GS1，将其输出即驱动脉冲GATE固定为低电平(断开SW)。结果电流不流向驱动器的一次侧绕组而电源装置的动作安全停止。
此外，该栅极停止信号GS1被供给到上述闩锁停止控制电路62，使闩锁停止控制电路62动作。
并且，来自该闩锁停止控制电路62的控制信号LC输入到启动电路50的上述逻辑电路53，通过该控制信号LC使开关控制电路54动作而对开关S0进行接通断开。由此，以将电源电压端子VDD的电压抑制在例如12V～13V这样的电压范围内的方式进行动作。
如上所述，由于闩锁停止控制电路62具有将电源电压端子VDD的电压与规定电压(12V、13V)进行比较、接通断开开关S0而将电源电压端子VDD的电压抑制在例如12V～13V这样的电压范围内的功能，因此在辅助绕组短路判定电路55检测出辅助绕组短路时，通过使闩锁停止控制电路62动作，逻辑电路53因来自上述VDD动作开始电路51与VDD动作停止电路52的输出优先进行接通断开开关S0的电源控制用IC13的重启动作，通过执行闩锁停止控制来避免重启动作。
在不具有辅助绕组短路判定电路55的以往电源控制用IC中，当产生辅助绕组短路时，通过启动电路50进行的重启动作，如图6的(A)虚线所示电源电压端子VDD的电压例如在6.5V～21V之间这样的电压范围内变动得大，而在具有辅助绕组短路判定电路55的本实施例的电源控制用IC中，计数了8个启动控制信号ST的脉冲数的时刻t1以后闩锁停止控制电路62动作，因此，如图6的(A)虚线所示，将电源电压端子VDD的电压例如控制在12V～13V之间这样比较窄的电压范围内。
在重启动作中，电源电压端子VDD的电压例如在6.5V～21V的电压范围进行动作，有时也进行开关控制，而在闩锁停止控制中，电源电压端子VDD的电压例如被控制在12V～13V这样的电压范围，因此，不进行重启动作。因此，在产生辅助绕组短路时，电源装置不会再启动，持续安全地停止。
另外，在本实施例中，如上所述设置有CS端子监视电路61，在CS端子开路时，驱动器34的动作停止并且执行闩锁停止控制，因此，能够避免电源控制用IC的重启动作造成的电源装置的再启动，能够继续安全地停止。
图7示出了图5的启动电路50的具体实施例。另外，在本实施例中，没有特别限定，而图7所示的电路由30V耐压的元件构成。
如图7所示，构成启动电路50的VDD动作开始电路51与VDD动作停止电路52能够由一个输入端子被施加电源电压端子VDD的电压，另一个输入端子被分别施加21V与6.5V的比较参照电压Vref1、Vref2的比较器CMP1、CMP2构成。
此外，闩锁停止控制电路62能够由一个输入端子被施加电源电压端子VDD的电压，另一个输入端子被分别施加13V与12V的比较参照电压Vref3、Vref4的比较器CMP3、CMP4、以及比较器CMP3、CMP4的输出被分别输入到置位端子和复位端子的RS触发器FF1构成。
CS端子监视电路61由上拉电阻Rp和比较器CMP0构成，所述上拉电阻Rp连接于供给内部电源电压Vreg的电源线与电流检测端子CS之间，所述比较器CMP0的非反相输入端子与电流检测端子CS相连接向反相输入端子施加了检测电压Vref0(例如2.5V)，当在电流检测端子CS产生开路异常时，该端子的电压Vcs上升至Vreg，比较器CMP0的输出变化为高电平，输出停止驱动器34的动作的栅极信号GS2。此外，该栅极信号GS2被供给到逻辑电路53，使上述闩锁停止控制电路62的输出有效化。另外，CS端子监视电路61的上拉电阻Rp也可以通过恒流源来置换。
逻辑电路53由以下部分构成：RS触发器FF2，其置位端子与复位端子被分别输入构成上述VDD动作开始电路51以及VDD动作停止电路52的比较器CMP1、CMP2的输出；或门G4，其以CS端子监视电路61的输出和上述辅助绕组短路判定电路55的输出GS为输入；或非门(NORgate)G5，其以该或门G4的输出与触发器FF2的输出为输入；或非门G6，其以上述或门G4的输出与构成上述闩锁停止控制电路62的触发器FF1的输出为输入；以及或非门G7，其以该或非门G6的输出和上述或非门G5的输出为输入。并且，该或非门G7的输出信号ST作为时间脉冲被供给到构成上述辅助绕组短路判定电路55的计数器CNT，此外还作为使能信号被供给到调节器63。
辅助绕组短路判定电路55由以下部分构成：计数器CNT，其对逻辑电路53的输出信号ST的脉冲数进行计数；RS触发器FF3，其置位端子被输入该计数器CNT的输出；以及计时电路TMR，其使该触发器FF3的输出变化延迟规定时间(250毫秒)，触发器FF3的输出被供给到上述逻辑电路53的或门G4，并且计时电路TMR的输出作为栅极停止信号GS1被供给到驱动器34。计数器CNT在计数8个脉冲时，判定为辅助绕组短路而使输出变化为低电平。另外，计数器CNT计数的脉冲并非局限于8个。此外，计时电路TMR也可以省略。
开关控制电路54由电源供给用的开关S0、串联连接于该电源电压端子VDD与接地点之间的电阻R7、R8以及增强型MOS晶体管Q1、以及与该晶体管Q1并联设置的钳位用齐纳二极管D3构成，所述电源供给供的开关S0由设置于高压输入启动端子HV与电源电压端子VDD之间的耐高压的耗尽型MOS晶体管构成，作为开关S0的控制端子的栅极端子与电阻R7、R8的连接节点相连接。
此外，上述逻辑电路53的最终段的或非门G7的输出ST被施加于MOS晶体管Q1的栅极端子，通过接通Q1，对耗尽型MOS晶体管即开关S0的栅极端子施加相对于源极电压为负的电压，使沟道处于非导通状态(漏极电流不流动的状态)。如上所述，在电源电压端子VDD的电压达到21V时开关S0通过启动电路50而被断开，并且调节器63处于工作状态，生成内部电源电压Vreg。另一方面，当开关控制电路54的晶体管Q1被断开时开关S0处于接通状态，并且调节器63的工作停止。另外，当开关S0接通时，通过从高压输入启动端子HV供给电流，与VDD端子连接的外设电容器C0被充电，电源电压端子VDD的电压上升，当达到21V时比较器CMP1的输出变化为高电平，晶体管Q1导通，开关S0断开。
图8示出了本实施方式的电源控制用IC中的放电电路40(图2)的结构例。
如图8所示，放电电路40具有：分压电路41，其由串联连接于高压输入启动端子HV与接地点之间的电阻R3、R4构成；峰值保持电路42，其保持由该分压电路41分压而得的电压的峰值；电压比较电路43，其将电阻R3、R4的连接节点N2的电位Vn2与电压Vth进行比较，判定Vn2是否低于Vth，所述电压Vth是将保持于峰值保持电路42的电压Vp比例缩小而得的电压；计时电路44，其对Vn2不低于Vth的时间进行计时；以及由电阻Rd和开关Sd构成的放电单元45，所述电阻Rd和开关Sd以与开关S0为串联状态的方式连接于高压输入启动端子HV与接地点之间。
这里，开关S0连接于高压输入启动端子HV与电源电压端子VDD之间，是被启动电路50控制的开关，例如，由耐高压的MOS晶体管构成。开关S0在AC电源上升之后被接通，当处于规定值(例如21V)以上的电压时被断开，内部电路开始动作。于是，之后来自辅助绕组的电压被供给到电源电压端子VDD，开关S0断开内部电路通过来自电源电压端子VDD的电压进行动作。
将电阻R3、R4的电阻值之比设为：使高压输入启动端子HV的电压降至构成放电电路40的元件的耐压以下的电压(例如6V)。
上述电压比较电路43将连接节点N2的电位Vn2的峰值的30％的值与连接节点N2的电位Vn2进行比较，检测峰值的30％是否低于电位Vn2。计时电路44对Vn2不低于Vp的时间进行计时，当判定为计时时间例如超过30毫秒时，输出接通开关S0以及放电用开关Sd的信号。电阻Rd被设定为例如以放电速度为47V/秒的方式限制电流的电阻值。计时电路44当Vn2低于Vp时被重置，开始30毫秒的计时。
图9示出了基于图8所示的放电电路40的动作时刻。在图9中，(A)的实线表示高压输入启动端子HV的电压VHV的波形，虚线表示峰值的30％的值。此外，图9的(B)表示电压比较电路43的输出CP，图9的(C)表示计时电路44的输出TM。
如图9所示，在正常的期间T1中，以对应于高压输入启动端子HV的电压波形周期的周期输出脉冲CP。当在时刻t2插头脱离时，不从电压比较电路43输出脉冲CP。然后，在从输出最终脉冲的时间点t1起经过了30毫秒的时间点t3，计时电路44的输出变化为高电平放电用开关Sd接通进行X电容器的放电，高压输入启动端子HV的电压VHV快速下降。
这样，在设置了图8所示的放电电路40的电源控制用IC中，通过图9可以明确，当AC输入被切断时能够将X电容器的残留电荷快速放掉，并且在通常状态下电源供给用的开关S0因启动电路50而被断开，因此，能够去掉放电用电阻Rd导致的电力损失。另外，在分压电路41中，虽然始终产生电力损失，但放电用电阻Rd为规定放电速度所需的电阻值，而构成分压电路41的电阻R3、R4相比于放电用电阻Rd被设定为足够高的电阻值，因此，相比于以往能够降低作为放电电流40整体的电力损失。
图10示出了构成本实施方式的电源控制用IC13的图8的放电电路40的具体电路结构例。另外，图10所示的启动控制电路56是将图7所示的VDD动作开始电路51、VDD动作停止电路52、逻辑电路53、以及辅助绕组短路判定电路55合并而得的电路。因此，将开关控制电路54与启动控制电路56合并而得的电路相当于启动电路50。
如图10所示，放电电路40由分压电路41、峰值保持电路42、电压比较电路43、计时电路44、以及放电单元45构成，其中峰值保持电路42由以下部分构成：二极管D4，其阳极端子与连接节点N2相连接；电容元件C4，其连接于该二极管D4的阴极与接地点之间；缓冲器BFF4，其由输入端子与二极管D4和电容元件C4的连接节点N3连接的电压跟随器构成。
电压比较电路43由以下部分构成：分压用的电阻R5、R6，其串联连接于上述BFF4的输出端子与接地点之间；比较器CMP1，其将由该电阻R5、R6分压而得的电压(连接节点N3的电位Vn3)与由上述分压电路41分压而得的电压(连接节点N2的电位Vn2)进行比较。通过将电阻R5、R6的电阻值之比设定为2：1，在接连节点N3显现保持于电容元件C4的峰值电压的1/3大小的电压。由此，比较器CMP1能够检测连接节点N2的电位Vn2是否低于其峰值的大约30％的值。
计时电路44由通过来自振荡电路31的时钟信号φc来进行计数动作的减法计数器CNT构成，在计数了相当于30毫秒的时钟数时输出变化为高电平。此外，上述比较器CMP1的输出被输入到减法计数器CNT的复位端子，减法计数器CNT每当被输入比较器CMP1的输出脉冲就重启30毫秒的计时动作。
通常情况下，在经过30毫秒之前输入来自比较器CMP1的脉冲CP，因此输出不发生变化，但是当拔出插头而没有输入来自比较器CMP1的复位脉冲CP时，在计时出30毫秒的时间点减法计数器CNT的输出变化为高电平，放电用开关Sd因该输出而被接通。
并且，在本实施例中，向上述开关控制电路54的MOS晶体管Q1的栅极端子施加取得来自启动控制电路56的信号ST与来自上述放电电路40的计时电路44的信号TM的逻辑或的或非门G3的输出信号，在接通放电用开关Sd时断开Q1，接通作为电源供给用开关S0的MOS晶体管。启动控制电路56如上所述内置电压比较器，以如下方式进行动作：在电源电压端子VDD的电压例如是6.5V以下时接通开关S0，在VDD的电压例如是21V以上时断开开关S0。
在本实施例中，电源供给用开关S0由耐高压的耗尽型MOS晶体管构成，而放电用开关Sd可以由耐中压的增强型MOS晶体管构成。
另外，如图10虚线所示，也可以为：在减法计数器CNT的复位端子的前段设置或门G4等逻辑电路，将取得了比较器CMP1的输出与减法计数器CNT的输出的逻辑或而得的信号输入到减法计数器CNT的复位端子，若减法计数器CNT的输出一旦变化为高电平，则减法计数器CNT停止计时动作。
此外，放电用的电阻Rd也可以置换为恒流电路，放电用电阻Rd或者恒流电路与放电用开关Sd的连接顺序也可以相反。
以上，根据实施方式对由本发明人完成的发明进行了具体说明，但是本发明并非局限于所述实施方式，例如，在上述实施方式中设为：设置辅助绕组短路判定电路55以及CS端子监视电路61，通过辅助绕组短路的检测和CS端子开路的检测两者来进行闩锁停止控制，但是也可以设为：省略CS端子开路的检测功能，只在进行辅助绕组短路的检测时进行闩锁停止控制。此外，还可以设置生成使触发器33复位的信号的软启动电路，使得当反馈端子FB或电流检测端子CS中没有产生有意义的电压VFB、Vcs的AC输入通电时，使一次侧电流缓缓增加以便过大的电流不流向一次侧绕组。
此外，在上述实施方式中，将电流间歇性地流向晶体管一次侧绕组的开关晶体管SW作为与电源控制用IC13分开的元件，但是也可以通过将该开关晶体管SW装入到电源控制用IC13中而构成为一个半导体集成电路。
工业上的利用可能性
在上述实施方式中，对于将本发明应用于构成回扫方式(fly back)的AC-DC转换器的电源控制用IC的情况进行了说明，但是本发明也能够应用于构成前进式(forward)或准谐振式的AC-DC转换器的、进一步来说只通过在一次侧取得的信息就能进行二次侧的输出电压控制的所谓初级侧调节(Primary Side Regulation，以下称为PSR)方式的AC-DC转换器的电源控制用IC中。
符号说明
11 线路滤波器
12 二极管桥接电路(整流电路)
13 电源控制电路(电源控制用IC)
14 二次侧检测电路(检测用IC)
15a 光电耦合器的发光侧二极管
15b 光电耦合器的受光侧晶体管
31 振荡电路
32 时钟生成电路
34 驱动器(驱动电路)
35 放大器(非反相放大电路)
36a 过电流检测用比较器(过电流检测电路)
36b 电压/电流控制用比较器(电压/电流控制电路)
36c CS端子开路检测用比较器(端子电压监视电路)
37 波形生成电路
38 频率控制电路
39 占空比限制电路
40 放电电路
42 闩锁停止控制电路(状态控制电路)
43 调节器
50 启动电路
61 CS端子监视电路。

Claims (4)

1.一种电源控制用半导体装置，其通过输入与流向变压器的一次侧绕组的电流成比例的电压、以及来自所述变压器的二次侧的输出电压检测信号，生成并输出对开关元件进行接通断开控制的驱动脉冲，该开关元件用于使电流间歇性地流向电压变换用的所述变压器的一次侧绕组，其特征在于，
所述电源控制用半导体装置具有：
接通断开控制信号生成电路，其生成对所述开关元件进行接通断开控制的控制信号；
高压输入启动端子，其输入AC输入的电压；
电源端子，其输入在所述变压器的辅助绕组中感应出的电压；
开关单元，其设置于所述高压输入启动端子与所述电源端子之间；
电源电压控制电路，其进行如下控制：监视所述电源端子的电压，当该电压是规定的第一电压值以下时接通所述开关单元，当所述电源端子的电压达到比所述第一电压值高的第二电压值时断开所述开关单元；
状态控制电路，其控制成：根据所述电源端子的电压对所述开关单元进行接通断开控制，使得所述电源端子的电压处于比所述第一电压值-第二电压值的电压范围窄的电压范围内；以及
辅助绕组短路检测电路，其检测所述辅助绕组的短路，
当所述辅助绕组短路检测电路检测所述辅助绕组的短路时，通过从所述辅助绕组短路检测电路输出的信号，来停止接通断开控制信号生成电路的动作，并且使所述状态控制电路为工作状态。
2.根据权利要求1所述的电源控制用半导体装置，其特征在于，
所述辅助绕组短路检测电路监视从所述电源电压控制电路输出的所述开关单元的接通断开控制信号，当所述开关单元连续重复规定次数接通断开动作时判定为所述辅助绕组短路。
3.根据权利要求1或2所述的电源控制用半导体装置，其特征在于，
所述电源控制用半导体装置具有：
高压输入监视电路，其与所述高压输入启动端子连接并监视该高压输入启动端子的电压；以及
放电单元，其与所述开关单元串联连接于所述高压输入启动端子与接地点之间，
所述高压输入监视电路在检测出所述高压输入启动端子的电压不低于规定电压值的时间持续了规定时间时，接通所述放电单元。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的电源控制用半导体装置，其特征在于，
所述电源控制用半导体装置具有：
电流检测端子，其输入与流向所述变压器的一次侧绕组的电流成比例的电压；以及
电流异常检测电路，其监视所述电流检测端子的状态来检测异常状态，
当所述异常检测电路检测所述电流检测端子异常时，通过从所述异常检测电路输出的信号，来停止所述接通断开控制信号生成电路的信号生成动作，并且使所述状态控制电路为工作状态。
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