JP2001224169A - スイッチング電源用半導体装置 - Google Patents
スイッチング電源用半導体装置Info
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Abstract
減らすことにより、消費電力を削減して電源効率を向上
することができるようにする。 【解決手段】 スイッチング電源用半導体装置の制御回
路15は、補助電源電圧Vccと基準電圧との差からなる
誤差電圧信号VEAOを生成する誤差増幅器22と、電
流検出回路23により検出される素子電流検出信号VC
Lと誤差電圧信号VEAOとを比較する素子電流検出用
比較器24とを有している。さらに、制御回路15は、
誤差電圧信号VEAOが下限電圧値よりも小さい場合
に、スイッチング信号制御回路25に対してスイッチン
グ素子14へのスイッチング信号の出力を停止し、誤差
電圧信号VEAOが上限電圧値よりも大きい場合に、ス
イッチング信号制御回路25に対してスイッチング信号
の出力を開始する軽負荷検出回路40を有している。
Description
制御用半導体装置に関し、特に、軽負荷時における消費
電力を削減できるスイッチング電源用半導体装置に関す
る。
ついて図面を参照しながら説明する。
れた従来のスイッチング電源用半導体装置を用いたスイ
ッチング電源装置の回路構成を示している。
ば、パワーMOSFET等からなるスイッチング素子1
04と、該スイッチング素子104を制御する制御回路
130とを有している。
て、例えば、入力端子に入力される商用電源からの交流
電流は、ダイオードブリッジ等からなる整流器101に
より整流される。続いて、入力コンデンサ102により
平滑化されて直流電圧Vinとなり、電力変換用のトラン
ス103に入力される。トランス103は、第1の1次
巻線103a、第2の1次巻線103b及び2次巻線1
03cを有しており、生成された直流電圧Vinが第1の
1次巻線103aに入力される。
に入力された直流電圧Vinは、スイッチング素子104
により制御される。このとき、スイッチング素子104
のスイッチング動作によって、トランス103の2次巻
線103cに磁気誘導による起電力が発生する。
電流は、2次巻線103cと接続されたダイオード11
0及び出力コンデンサ111により整流され且つ平滑化
されて、出力電圧Voの直流電力として負荷112に供
給される。
にも、第1の1次巻線103aによる直流起電力が発生
し、第2の1次巻線103bから出力される直流電流
は、ダイオード121及びコンデンサ122からなる補
助電源部120により整流及び平滑化されて補助電源電
圧Vccが生成される。
路130は、スイッチング素子104のゲートに制御信
号を出力する。ここで、補助電源電圧Vccは、トランス
103の2次巻線103cから負荷112に供給される
出力電圧Voと比例しており、該出力電圧Voを安定さ
せる帰還信号としても用いられる。
4に印加するスイッチング信号を出力する発振器131
と、補助電源電圧Vccと基準電圧との差からなる誤差電
圧信号VEAOを出力する誤差増幅器132と、スイッ
チング素子104を流れるドレイン電流IDを検出して
素子電流検出信号VCLを出力する素子電流検出回路1
33と、誤差電圧信号VEAOと素子電流検出信号VC
Lとを比較し、比較結果を出力する比較器134と、比
較信号に基づいてスイッチング信号の出力を制御するス
イッチング信号制御回路135とを有している。
ト端子に発振器131からのクロック信号CLKを受
け、リセット端子に比較器134の出力信号を受けるR
Sフリップフロップ回路136と、入力端子に発振器1
31からの最大デューティサイクル信号MDCを受け、
他の入力端子にRSフリップフロップ回路136からの
出力信号を受けるNAND回路137と、NAND回路
137の出力信号を受け、これを反転増幅して制御信号
を出力するゲートドライバ138とから構成されてい
る。
グ電源装置の動作を説明する。
後には、商用電源からの交流電流が整流器101に入力
されると、入力された交流電流が整流器101と入力コ
ンデンサ102とにより、整流且つ平滑化されて直流電
圧Vinに変換され、変換された直流電圧Vinはトランス
103の第1の1次巻線103aに印加される。このと
き、直流電圧Vinは、制御回路130に含まれる内部回
路電流供給回路139を介して電流が供給され、補助電
源部120のコンデンサ122が充電される。
電源電圧Vccが制御回路130の起動電圧にまで達する
と、制御回路130が動作を開始する。これにより、ス
イッチング素子104へのスイッチング動作の制御が開
始されると共に、起動・停止回路140が内部回路電流
供給回路139を停止する。
力電圧Voが所定の電圧で安定化するように、補助電源
電圧Vccに基づいてスイッチング素子104によるスイ
ッチング動作を制御する。具体的には、負荷112に対
する出力電圧Voと補助電源電圧Vccとをトランス10
3の第2の1次巻線103bと2次巻線103cの巻数
比に比例した電圧とすると共に、比較器134に、誤差
増幅器132からの誤差電圧信号VEAOと、素子電流
検出回路133からの素子電流検出信号VCLとを比較
し、両信号VEAO、VCLが互いに等しくなったとき
に、RSフリップフロップ回路136のリセット端子に
ハイレベルの出力信号を出力するようにしている。
うに、負荷変動時において、負荷112に対する電流供
給量が減り、負荷供給電流Ioが低下すると、出力電圧
Voが若干上昇する。これを受けて、帰還側の補助電源
部120の補助電源電圧Vccも上昇し、誤差増幅器13
2からの誤差電圧信号VEAOが低下する。
荷時のように、誤差電圧信号VEAOが低下した状態
で、誤差電圧信号VEAOと素子電流検出信号VCLと
が等しくなると、比較器134からRSフリップフロッ
プ回路136のリセット端子にリセット信号が出力され
るため、NAND回路137からは、定常負荷時よりも
早いタイミングでスイッチング素子104をオフ状態と
する信号が出力される。その結果、スイッチング素子1
04は、スイッチング動作時におけるオン状態となる時
間が短くなるため、スイッチング素子104を流れるド
レイン電流IDが減少する。
導体装置における制御回路130は、負荷112に供給
される負荷供給電流Ioに応じて、スイッチング素子1
04に流れるドレイン電流IDの大きさを制御する電流
モード制御方式を採っている。
来のスイッチング電源用半導体装置は、待機時等の軽負
荷時にはスイッチング素子104に流れるドレイン電流
IDが低減されるものの、制御回路130の回路電流は
トランス103を介して供給されるため、ドレイン電流
IDを完全に0にすることができず、半導体装置にはト
ランス103を介してドレイン電流IDを常時供給する
必要がある。従って、無負荷時でも、ある程度の電流が
流れるため、この無負荷時においてもスイッチング素子
104のスイッチング動作によって電流が損失し、負荷
が小さくなる程スイッチング素子104における電流損
失の割合が大きくなる。その結果、電源の効率が低下し
て、電源の待機時の省電力化を実現できないという問題
がある。
目的は、簡単な構成で、軽負荷時のスイッチング損失を
減らすことにより、消費電力を削減してスイッチング電
源用半導体装置における電源効率を確実に向上すること
ができるようにする。
め、本発明は、スイッチング電源用半導体装置を、出力
電圧に基づいて帰還される帰還信号から制御回路の電源
電圧を生成し、生成した電源電圧に基づいて、スイッチ
ング素子に対するスイッチング信号の出力を停止する構
成とする。
用半導体装置は、入力端子に第1の直流電圧を受けるス
イッチング素子と、スイッチング素子からの出力信号を
受け、第1の直流電圧を第2の直流電圧に変換して出力
する出力電圧生成回路と、スイッチング素子の動作を制
御する制御回路と、第2の直流電圧の電圧値を検出し、
検出した信号を帰還信号として制御回路に帰還する出力
電圧検出回路と、制御回路の電源電圧を生成する電源電
圧生成回路とを備えたスイッチング電源装置を制御する
スイッチング電源用半導体装置を対象とし、スイッチン
グ電源用半導体装置はスイッチング素子及び制御回路を
含み、制御回路は、スイッチング素子に印加するスイッ
チング信号を生成して出力する発振器と、スイッチング
素子を流れる電流を検出し、素子電流検出信号として出
力する電流検出回路と、電源電圧と基準電圧との差から
なる誤差電圧信号を生成して出力する誤差増幅器と、素
子電流検出信号と誤差電圧信号とを比較し、比較した比
較信号を出力する比較器と、比較信号に基づいてスイッ
チング信号の出力を制御するスイッチング信号制御回路
と、誤差電圧信号が下限電圧値よりも小さい場合にはス
イッチング信号制御回路に対してスイッチング素子への
スイッチング信号の出力を停止し、誤差電圧信号が上限
電圧値よりも大きい場合にはスイッチング信号制御回路
に対してスイッチング信号の出力を開始する軽負荷検出
回路とを有している。
よると、スイッチング電源装置は、一般に、軽負荷時に
消費される電流が減少して装置の出力電圧である第2の
直流電圧が上昇すると、制御回路に帰還する帰還信号の
電流量が増える。これにより、制御回路の電源電圧が上
昇するため、制御回路用の電源電圧と基準電圧との差か
らなる誤差電圧信号を生成する誤差増幅器からの誤差電
圧信号の電圧値は低下する。このとき、軽負荷検出回路
は、誤差電圧信号が下限電圧値よりも小さい場合にはス
イッチング信号制御回路に対してスイッチング素子への
スイッチング信号の出力を停止するため、スイッチング
素子における損失が減り、軽負荷時の消費電力を削減で
きるので、スイッチング電源装置の電源効率を向上する
ことができる。
おいて、軽負荷検出回路が、互いに異なる第1の基準電
圧及び第2の基準電圧を出力する基準電圧源と、一方の
入力端子が基準電圧源からの出力電圧を受け、他方の入
力端子が誤差電圧信号を受ける軽負荷検出用比較器とを
有し、基準電圧源の出力電圧値は、軽負荷検出用比較器
からの出力信号により、下限電圧値又は上限電圧値とな
るように設定されていることが好ましい。このようにす
ると、出力側から入力側に帰還された帰還信号から生成
される誤差電圧信号によって、スイッチング信号制御回
路からのスイッチング素子に対するスイッチング信号の
出力を確実に停止させることができる。
つ第1の定電流源と、下流側に軽負荷検出用比較器から
の比較信号により開閉されるスイッチが設けられた第2
の定電流源と、第1の定電流源からの出力電流及び第2
の定電流源からの出力電流のうちの少なくとも一方を受
け、第1の基準電圧又は第2の基準電圧を生成する出力
電圧設定抵抗器とを有していることが好ましい。このよ
うにすると、軽負荷検出用の電圧値である下限電圧及び
上限電圧を確実に生成することができる。その上、上限
電圧の値が下限電圧の値よりも大きい場合には、例え
ば、スイッチング素子へのスイッチング信号の出力が停
止されると、第2の直流電圧の値が低下して、帰還電圧
変換回路からの帰還電圧信号の電圧値が上昇する。ここ
で、帰還電圧信号が上限電圧値を超えると、軽負荷検出
回路は、直ちにスイッチング信号制御回路に対してスイ
ッチング信号の出力を開始してしまうため、スイッチン
グ信号の出力停止期間をほとんど設定できなくなるが、
上限電圧値を下限電圧値よりも大きくしておくと、誤差
電圧信号又は帰還電圧信号が上限電圧値を超えるまでに
時間的な余裕(ヒステリシス特性)が生じることによ
り、スイッチング信号の出力停止期間を確実に設定する
ことができる。
おいて、スイッチング素子及び制御回路が、スイッチン
グ素子の入力端子及び出力端子、並びに制御回路におけ
る帰還信号が入力される入力端子が外部接続端子となる
ように一つの半導体基板上に集積化されて形成されてい
ることが好ましい。このようにすると、スイッチング電
源装置本体の部品点数を減らすことができるため、電源
装置本体を小型化することできる。
限電圧の値を調整するための軽負荷検出電圧調整用端子
を有していることが好ましい。このようにすると、半導
体装置の外部から軽負荷検出電圧調整用端子を用いて待
機時の負荷電流値を最適化できるため、本発明の半導体
装置を組み込む電源装置やシステムの選択肢を増やすこ
とができる。
は、軽負荷検出回路とスイッチング素子の出力端子との
間に設けられ、下限電圧の値又は上限電圧の値を調整す
る軽負荷検出電圧調整手段をさらに備えていることが好
ましい。このようにすると、本半導体装置に外部に、軽
負荷検出電圧調整手段を設ける必要がなくなると共に、
スイッチング電源装置を構成する他の部品の精度のばら
つきを容易に吸収することができる。
を参照しながら説明する。
ング電源装置の概略的な回路構成を示している。図1に
示すように、第1の実施形態に係るスイッチング電源装
置は、主入力端子10に印加された、例えば商用電源か
らの交流電流を整流し且つ平滑化してなる第1の直流電
圧をトランス(変圧器)13の1次側に印加しながら、
スイッチング素子14によるスイッチング動作によっ
て、トランス13の2次側に設けられた出力電圧生成回
路16により第2の直流電圧である出力電圧Voにまで
降下して主出力端子17に出力する絶縁型のスイッチン
グ電源装置である。
装置を詳細に説明する。
第2の1次巻線13b及び2次巻線13cを有してい
る。
ダイオードブリッジ等からなる整流器11と、整流され
た信号を平滑化して直流電圧Vinを生成する入力コンデ
ンサ12とがそれぞれ並列に接続されている。生成され
た直流電圧Vinは、トランス13の第1の1次巻線13
aに入力された後、例えばN型パワーMOSFETから
なるスイッチング素子14のドレイン端子TD に入力さ
れる。ここで、スイッチング素子14のソース端子Ts
は主入力端子10のローレベル側の端子と接続され、そ
のゲートには、該スイッチング素子14の動作を制御す
る制御回路15から出力される制御信号が入力される。
電圧生成回路16が接続されている。出力電圧生成回路
16は、第1の1次巻線13aに印加され且つスイッチ
ングされた直流電圧Vinの磁気誘導により発生した起電
力による電流を整流する第1のダイオード161と、整
流された信号を平滑化する出力コンデンサ162とから
構成されている。
出力端子17は、そのハイレベル側の端子とローレベル
側の端子との間に負荷18が接続され、該負荷18には
負荷供給電流Ioが流れる。
は、制御回路15の補助電源電圧Vccを生成する電源電
圧生成回路としての電源回路19が接続されている。電
源回路19は、第1の1次巻線13aに印加され且つス
イッチングされた直流電圧Vinによって発生した起電力
による電流を整流する第2のダイオード191と、整流
された信号を平滑化する電源コンデンサ192とから構
成されている。ここでは、第2の1次巻線13bは、補
助電源電圧Vccと出力電圧Voとが比例するように設け
られている。また、電源回路19により生成される補助
電源電圧Vccは、制御回路15の制御端子Tcに印加さ
れる。
る領域、すなわちスイッチング素子14と制御回路15
とを含み、ドレイン端子TD 、ソース端子Ts及び制御
端子Tcの少なくとも3端子で外部との入出力が可能な
領域を基板上形成領域20と呼び、この基板上形成領域
20が1つの半導体チップに形成可能であることを表わ
している。
チップに形成する代わりに、複数の半導体チップに分割
して形成してもよい。但し、複数の半導体チップに分割
する場合であっても、ドレイン端子TD 、ソース端子T
s及び制御端子Tcの少なくとも3端子で外部との入出
力が可能な1つのパッケージに収容されていることが好
ましい。
印加する、発振周波数が100kHz程度のスイッチン
グ信号を生成して出力する発振器21と、抵抗を介して
降下させた補助電源電圧Vccを逆相端子に受け、正相端
子に受ける基準電圧との差からなる誤差電圧信号VEA
Oを生成して出力する誤差増幅器22と、スイッチング
素子14を流れる素子電流IDを検出し、検出した素子
電流IDを電圧に変換し、素子電流検出信号VCLとし
て出力する素子電流検出回路23と、誤差電圧信号VE
AOと素子電流検出信号VCLとを比較し、比較した比
較信号を出力する素子電流検出用比較器24と、比較信
号に基づいてスイッチング信号の出力を制御するスイッ
チング信号制御回路25と、誤差電圧信号VEAOが下
限電圧値よりも小さい場合にはスイッチング信号制御回
路25に対してスイッチング素子14へのスイッチング
信号の出力を停止し、誤差電圧信号VEAOが上限電圧
値よりも大きい場合にはスイッチング信号制御回路25
に対してスイッチング信号の出力を開始する軽負荷検出
回路40とを有している。ここで、誤差増幅器22の逆
相入力端子は、スイッチング素子14のソース端子Ts
とも抵抗を介して接続されている。
子14のドレイン端子TD と制御回路15の制御端子T
cとの間に接続され且つ制御回路15に対して該制御回
路15の起動用の電流を供給する内部回路電流供給回路
29と、該内部回路電流供給回路29の出力側とスイッ
チを介して接続され、制御回路15の起動又は停止時に
スイッチング信号制御回路25の動作を制御する起動・
停止回路30とを有している。
端子Sに軽負荷検出回路40の出力信号を受け、リセッ
ト端子Rに素子電流検出用比較器24の出力信号を受け
るRSフリップフロップ回路26と、第1の入力端子に
起動・停止回路30の出力信号を受け、第2の入力端子
に発振器21からの最大デューティサイクル信号MDC
を受け、第3の入力端子にRSフリップフロップ回路2
6からの出力信号を受けるNAND回路27と、NAN
D回路27の出力信号を受け、受けた出力信号を反転増
幅した制御信号をスイッチング素子14のゲートに出力
するインバータからなるゲートドライバ28とから構成
されている。
と、正相入力端子に誤差増幅器22からの誤差電圧信号
VEAOを受け、逆相入力端子に基準電圧源41からの
基準電圧VRを受ける軽負荷検出用比較器42と、一の
入力端子に軽負荷検出用比較器42の出力信号VO1を
受け、他の入力端子に発振器21からのクロック信号C
LKを受けるAND回路43とから構成されている。基
準電圧源41は、軽負荷検出用比較器42の出力信号V
O1を受けて、基準電圧VRの値が変更可能となるよう
に構成されている。
差電圧信号VEAOと基準電圧VRとを比較して、誤差
電圧信号VEAOが基準電圧VRよりも大きい場合に、
AND回路43に対してハイレベルの信号を出力する。
逆に、誤差電圧信号VEAOが基準電圧VRよりも小さ
い場合には、AND回路43に対してローレベルの信号
を出力するため、RSフリップフロップ回路26の出力
信号がローレベルとなるので、ゲートドライバ28から
の制御信号の出力を停止させることができる。
電圧信号VEAOの最大電圧値をクランプするPNP型
バイポーラトランジスタからなる過電流保護回路31が
設けられており、誤差電圧信号VEAOを過電流保護回
路31にクランプさせることにより、スイッチング素子
14に流れる素子電流IDの最大値がクランプされる。
装置は、直流電圧Vin及び出力電圧Voの電圧値に制限
はない。一例として、直流電圧Vinの値を100V〜2
00Vとし、出力電圧Voの値を25Vとすれば、スイ
ッチング電源用半導体装置の1チップ化又は1パッケー
ジ化により、スイッチング電源装置全体の部品点数を大
幅に削減できるため、電源装置のサイズをも小さくで
き、より小型化及び低価格化を実現できる。
FETを用いたが、代わりにNPN型バイポーラトラン
ジスタを用いてもよい。
成の一例を図2に示す。図2に示すように、基準電圧源
41は、軽負荷検出用比較器42の逆相端子と接続され
た出力端子Yを持つ第1の定電流源411と、下流側に
軽負荷検出用比較器42からの出力信号VO1を入力端
子X、すなわちゲートに受けるP型MOSFETからな
るスイッチトランジスタ413が設けられた第2の定電
流源412とを有している。さらに、第1の定電流源4
11の第1の出力電流I1及び第2の定電流源412の
第2の出力電流I2のうちの少なくとも第1の出力電流
I1を受け、下限電圧VR1又は上限電圧VR2を生成
する出力電圧設定用の抵抗器414とを有している。
動作を説明する。
器42の出力信号VO1はハイレベルとなっているた
め、スイッチトランジスタ413はオフ状態となってい
る。従って、このときの基準電圧源41の出力信号V
R、すなわち下限電圧VR1は、抵抗器414の抵抗値
をR1とすると、以下の式(1)で表わされる。
比較器42の出力信号VO1はローレベルとなるため、
スイッチングトランジスタ413がオン状態となり、抵
抗器414には第2の定電流源412からの第2の出力
電流I2も同時に流れ込むようになる。従って、このと
きの基準電圧源41の出力信号VR、すなわち上限電圧
VR2は以下の式(2)で表わされる。
に応じて、基準電圧源41の出力電圧VRが下限電圧V
R1を出力したり、上限電圧VR2を出力したりするこ
とにより、軽負荷時にスイッチング信号制御回路25に
対して、後述するような間欠発振動作を行なわせること
ができる。
用比較器42の出力信号VO1に基づいて、基準電圧源
40の出力電圧設定用の定電流値を変化させているが、
代わりに、軽負荷検出用比較器42の出力信号VO1に
基づいて、基準電圧源42の出力電圧設定用の抵抗器4
14の抵抗値を変化させるようにしてもよい。
グ電源用半導体装置を含むスイッチング電源装置の動作
の詳細について、図3に示すタイミングチャートを参照
しながら説明する。
路15が起動するまでの間は、起動・停止回路30は内
部回路電流供給回路29と電源回路19内の電源コンデ
ンサ192の陽極とを接続するように閉じている。
交流電流が入力され始めると、内部回路電流供給回路2
9から電源コンデンサ192の陽極に電流が流れ、制御
回路15の補助電源電圧Vccの値が上昇する。この補助
電源電圧Vccの値が制御回路15の起動電圧に達する
と、制御回路15が動作を行なえるようになるので、起
動・停止回路30は、内部回路電流供給回路29と電源
コンデンサ19との接続を切断する。これにより、内部
回路電流供給回路29は起動時にのみ動作するため、通
常動作時における制御回路15の消費電力を抑えること
ができる。
いては、基準電圧源41の基準電圧VRの値は下限電圧
値VR1に設定されている。
するような軽負荷となる負荷変動が生じると、負荷18
に対する電力供給が過剰となって、出力電圧Voの電圧
値は若干上昇する。この出力電圧Voの値が上昇するこ
とにより、帰還側の電源回路19の補助電源電圧Vccも
上昇する。
15において、誤差増幅器22の逆相端子に印加される
電圧が上昇するため、誤差増幅器22から出力される誤
差電圧信号VEAOの電圧値が低下する。このとき、素
子電流検出回路23から出力される素子電流検出信号V
CLの電圧値も低下する。
グ電源装置は、スイッチング信号のパルス幅が負荷供給
電流Ioにより変更される、いわゆる電流モードのPW
M制御方式を採る。
軽負荷検出用比較器42は、受けた誤差電圧信号VEA
Oの値が下限電圧値VR1よりも小さくなると、AND
回路43に対してローレベルの信号を出力するため、ス
イッチング信号制御回路25のゲートドライバ28がロ
ーレベルの制御信号のみを出力して、スイッチング素子
14のスイッチング動作が停止する。これとほぼ同時
に、基準電圧源41の出力電圧VRは、軽負荷検出用比
較器42のローレベルの出力信号を受けて下限電圧値V
R1から上限電圧値VR2に変更される。
ると、出力電圧生成回路16に対して電力の供給が行な
われなくなるため、負荷18への電力供給が出力コンデ
ンサ162からのみ行なわれるようになるので、出力電
圧Voは徐々に低下する。これにより、誤差増幅器22
からの誤差電圧信号VEAOが徐々に上昇するが、基準
電圧源41の出力電圧VRは、下限電圧VR1よりも高
い上限電圧VR2に設定されているため、図4に示すよ
うに、スイッチング素子14によるスイッチング動作が
直ちに再開されることがない。
差電圧信号VEAOが上限電圧値VR2を越えると、軽
負荷検出用比較器42からの出力信号が再びハイレベル
となるため、これを受けるAND回路43はハイレベル
の出力信号を出力できるようになるので、スイッチング
素子14のスイッチング動作が再開される。これとほぼ
同時に、軽負荷検出用比較器42のハイレベルの出力信
号を受けて基準電圧源41の出力電圧VRは、上限電圧
値VR2から下限電圧値VR1に再設定される。
14によるスイッチング動作が再開されると、スイッチ
ング素子14に流れる素子電流IDは、軽負荷検出時の
電流値よりも大きくなっているため、負荷18への電力
供給が過剰となって、再び出力電圧Voが上昇し、誤差
増幅器22からの誤差電圧信号VEAOが低下する。従
って、前述したように、誤差電圧信号VEAOが下限電
圧値VR1よりも小さくなると、スイッチング素子14
に対するスイッチング信号の出力を再度停止する。
ら出力される基準電圧VRが軽負荷状態を検出すること
によりスイッチング動作を停止し、さらに、基準電圧V
Rを下限電圧値VR1から上限電圧値VR2へと変更す
ることにより、誤差電圧信号VEAOが上昇しても、直
ちにスイッチング動作が開始されることがないように基
準電圧VRにヒステリシス特性を与えている。これによ
り、軽負荷又は無負荷を検出している間は、スイッチン
グ素子14に対するスイッチング制御は、スイッチング
動作の停止と再開とが繰り返される間欠発振状態とな
る。
イッチング停止期間中に低下するが、この低下の度合い
は負荷供給電流Ioに依存する。すなわち、負荷供給電
流Ioが小さくなる程、出力電圧Voの低下が緩やかに
なる。
停止期間は、負荷供給電流Ioが小さくなる程長くな
る。すなわち、軽負荷になる程スイッチング素子14の
スイッチング動作が減少することになる。
0.3Wのスイッチング電源装置の場合に、従来の電源
装置では消費電力が1Wで電源効率が30%程度であっ
たが、本実施形態に係る電源装置では消費電力が0.4
5Wで電源効率が67%となり、低消費電力で且つ高効
率が達成されることを確認している。
源用半導体装置は、基板上形成領域20に、1次側、す
なわち入力側の制御回路15及びスイッチング素子14
のみを含むため、半導体集積回路として1パッケージ化
又は1チップ化することも容易に行なえる上に、部品数
を削減できるため、コストの低減も容易となる。
の一実施形態の第1変形例について図面を参照しながら
説明する。
係るスイッチング電源用半導体装置の概略的な回路構成
を示している。図5において、図1に示す構成要素と同
一の構成要素には同一の符号を付すことにより説明を省
略する。
ッチング電源用半導体装置は、基板上形成領域20の端
部に、軽負荷検出用比較器42の逆相入力端子と電気的
に接続された軽負荷検出電圧調整用端子TR が設けられ
ていることを特徴とする。
端子TR と接続され、他端がソース端子Tsと接続され
た検出電圧可変手段としての軽負荷検出電圧調整用抵抗
器51を設けることによって、軽負荷検出電圧である下
限電圧値VR1及び上限電圧値VR2を適当に調整する
ことができるようになる。このため、待機時における必
要な負荷と併せて、スイッチング素子14のスイッチン
グ動作が停止又は再開する際の負荷供給電流Ioを最適
化することができる。その結果、スイッチング素子14
及び制御回路15が1パッケージ化又は1チップ化され
ている場合であっても、軽負荷検出回路40の下限電圧
値VR1又は上限電圧値VR2を電源装置の用途に応じ
て変更できるようになる。
の一実施形態の第2変形例について図面を参照しながら
説明する。
係るスイッチング電源用半導体装置の概略的な回路構成
を示している。図6において、図1に示す構成要素と同
一の構成要素には同一の符号を付すことにより説明を省
略する。
ッチング電源用半導体装置は、一端が軽負荷検出用比較
器42の逆相入力端子と接続され、他端がソース端子T
sと接続された軽負荷検出電圧調整手段としての軽負荷
検出電圧調整用抵抗器51Aが設けられていることを特
徴とする。
51Aを、例えばレーザートリミング法等のトリミング
技術により該抵抗器51Aの抵抗値を微調整することが
できるようになる。これにより、スイッチング電源用半
導体装置の外部に設ける部品点数を削減することができ
る。
ち半導体装置内に軽負荷検出電圧調整用抵抗器51Aを
設けるため、スイッチング電源装置を構成する他の部品
の精度のばらつきをも吸収することができる。
として、ツェナーダイオードと直列に接続された抵抗器
とが複数個並列に接続されてなるツェナーザップ回路を
用いても良い。この場合のトリミング方法は、所望の抵
抗値となるように、必要とする抵抗器に接続されたツェ
ナーダイオードに電流を流し、該ツェナーダイオードを
ショートさせて破壊(ザップ)することにより行なえ
る。
装置によると、出力電圧から帰還されて生成される制御
回路用の電源電圧と基準電圧との差からなる誤差電圧信
号を出力する誤差増幅器と、誤差電圧信号が下限電圧値
よりも小さい場合にスイッチング信号制御回路に対して
スイッチング素子へのスイッチング信号の出力を停止す
る軽負荷検出回路とを有しているため、スイッチング素
子における損失が減り、軽負荷時の消費電力を削減でき
るので、スイッチング電源用半導体装置の電源効率を向
上することができる。
半導体装置を含むスイッチング電源装置を示す概略的な
回路図である。
半導体装置における出力値が可変となる基準電圧源を示
す回路図である。
半導体装置を含むスイッチング電源装置の動作を示すタ
イミングチャートである。
半導体装置における軽負荷検出用比較器に用いる基準電
圧を示すタイミングチャートである。
チング電源用半導体装置を示す概略的な回路図である。
チング電源用半導体装置を示す概略的な回路図である。
イッチング電源装置を示す概略的な回路図である。
ミングチャートである。
段) 51A 軽負荷検出電圧調整用抵抗器(軽負荷検出電圧
調整手段) Ts ソース端子 TD ドレイン端子 Tc 制御端子 TR 軽負荷検出電圧調整用端子
Claims (6)
- 【請求項1】 入力端子に第1の直流電圧を受けるスイ
ッチング素子と、前記スイッチング素子からの出力信号
を受け、前記第1の直流電圧を第2の直流電圧に変換し
て出力する出力電圧生成回路と、前記スイッチング素子
の動作を制御する制御回路と、前記第2の直流電圧の電
圧値を検出し、検出した信号を帰還信号として前記制御
回路に帰還する出力電圧検出回路と、前記制御回路の電
源電圧を生成する電源電圧生成回路とを備えたスイッチ
ング電源装置を制御するスイッチング電源用半導体装置
であって、 前記スイッチング電源用半導体装置は、前記スイッチン
グ素子及び前記制御回路を含み、 前記制御回路は、 前記スイッチング素子に印加するスイッチング信号を生
成して出力する発振器と、 前記スイッチング素子を流れる電流を検出し、素子電流
検出信号として出力する電流検出回路と、 前記電源電圧と基準電圧との差からなる誤差電圧信号を
生成して出力する誤差増幅器と、 前記素子電流検出信号と前記誤差電圧信号とを比較し、
比較した比較信号を出力する比較器と、 前記比較信号に基づいて前記スイッチング信号の出力を
制御するスイッチング信号制御回路と、 前記誤差電圧信号が下限電圧値よりも小さい場合には前
記スイッチング信号制御回路に対して前記スイッチング
素子への前記スイッチング信号の出力を停止し、前記誤
差電圧信号が上限電圧値よりも大きい場合には前記スイ
ッチング信号制御回路に対して前記スイッチング信号の
出力を開始する軽負荷検出回路とを有していることを特
徴とするスイッチング電源用半導体装置。 - 【請求項2】 前記軽負荷検出回路は、 互いに異なる第1の基準電圧及び第2の基準電圧を出力
する基準電圧源と、 一方の入力端子が前記基準電圧源からの出力電圧を受
け、他方の入力端子が前記誤差電圧信号を受ける軽負荷
検出用比較器とを有し、 前記基準電圧源の出力電圧値は、前記軽負荷検出用比較
器からの出力信号により、前記下限電圧値又は上限電圧
値となるように設定されていることを特徴とする請求項
1に記載のスイッチング電源用半導体装置。 - 【請求項3】 前記基準電圧源は、 出力端子を持つ第1の定電流源と、 下流側に前記軽負荷検出用比較器からの比較信号により
開閉されるスイッチが設けられた第2の定電流源と、 前記第1の定電流源からの出力電流及び前記第2の定電
流源からの出力電流のうちの少なくとも一方を受け、前
記第1の基準電圧又は前記第2の基準電圧を生成する出
力電圧設定抵抗器とを有していることを特徴とする請求
項2に記載のスイッチング電源用半導体装置。 - 【請求項4】 前記スイッチング素子及び前記制御回路
は、 前記スイッチング素子の入力端子及び出力端子、並びに
前記制御回路における前記帰還信号が入力される入力端
子が外部接続端子となるように一つの半導体基板上に集
積化されて形成されていることを特徴とする請求項1〜
3のうちのいずれか1項に記載のスイッチング電源用半
導体装置。 - 【請求項5】 前記半導体基板は、前記下限電圧又は前
記上限電圧の値を調整するための軽負荷検出電圧調整用
端子を有していることを特徴とする請求項4に記載のス
イッチング電源用半導体装置。 - 【請求項6】 前記軽負荷検出回路と前記スイッチング
素子の出力端子との間に設けられ、前記下限電圧の値又
は前記上限電圧の値を調整する軽負荷検出電圧調整手段
をさらに備えていることを特徴とする請求項1〜4のう
ちのいずれか1項に記載のスイッチング電源用半導体装
置。
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