JP2003338552A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回路の負荷状態に合わせて電力損失を低減す
ることができるスイッチング電源制御用の半導体装置を
提供する。 【解決手段】 スイッチング電源をスイッチング制御す
るスイッチング素子１用の制御回路３０は、電源電圧Ｖ
ＣＣと基準電圧との誤差電圧信号を生成する誤差増幅器
２と、スイッチング素子１を流れる電流を検出する電流
検出回路３と、誤差増幅器２と電流検出回路３の出力信
号を比較する比較器４と、比較器４の出力に基づいて、
スイッチング動作するための制御信号を出力する制御信
号発生回路と、電源電圧ＶＣＣが上昇して軽負荷状態を
検出した時には、スイッチング素子１のスイッチング動
作を停止させる一方、逆に電源電圧ＶＣＣが低下した時
には、スイッチング動作を再開させる軽負荷検出回路２
０とを具備している。スイッチング動作の停止状態から
復帰するために必要な回路ブロックを除いて、その他の
回路ブロックへの供給電流を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング電源
制御用の半導体装置に関し、特に、軽負荷時における消
費電力の削減を実現することができるスイッチング電源
制御用の半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１２は、従来のスイッチング電源制御
用半導体装置の一例を示す回路図である。この半導体装
置３２では、パワーＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素
子１とスイッチング素子１のスイッチング制御を行うた
めの回路がワンチップに集積化されており、スイッチン
グ素子１の高電圧端子（ＤＲＡＩＮ端子）とＧＮＤ端子
（ＳＯＵＲＣＥ端子）および制御信号を入力するための
制御端子（ＣＯＮＴＲＯＬ端子）の３端子で構成されて
いる。

【０００３】２は誤差増幅器で、半導体装置３２の電源
電圧ＶＣＣがマイナス入力として与えられ、この誤差増
幅器２のプラス入力端子には、予め設定された所定の基
準電圧が与えられており、誤差増幅器２は、入力される
電源電圧ＶＣＣと基準電圧とを比較して、電源電圧ＶＣ
Ｃが基準電圧を下回った場合に、誤差電圧信号ＶＥＡＯ
が、ドレイン電流検出用比較器４および軽負荷検出用比
較器１２のプラス入力となるように出力される。

【０００４】ドレイン電流検出用比較器４のマイナス入
力には、スイッチング素子１のドレインに接続されたド
レイン電流検出回路３から出力される検出電圧ＶＣＬが
与えられている。ドレイン電流検出回路３は、スイッチ
ング素子１に流れる電流を検出し、検出した電流を電圧
信号に変換して、検出電圧ＶＣＬとして出力する。

【０００５】ドレイン電流検出用比較器４は、スイッチ
ング素子１に流れる電流の検出信号ＶＣＬと誤差電圧信
号ＶＥＡＯとを比較して、両者の信号が等しくなったと
きに、出力信号をＲＳフリップフロップ回路１４のリセ
ット端子へ出力する。

【０００６】誤差増幅器２から出力される誤差電圧信号
ＶＥＡＯは、過電流保護回路５によって、その誤差電圧
信号ＶＥＡＯの最大値を固定されるようになっており、
この過電流保護回路５によって、スイッチング素子１に
過電流が流れることが防止されている。

【０００７】発振器６は、スイッチング素子１のスイッ
チング周波数を決定するためのクロック信号８と、スイ
ッチング素子１の最大デューティーサイクルを決定する
ための最大デューティーサイクル信号９とをそれぞれ出
力する。

【０００８】また、誤差増幅器２の出力が与えられる軽
負荷検出回路２０が設けられており、この軽負荷検出回
路２０には、軽負荷検出用比較器１２が設けられてい
る。軽負荷検出用比較器１２のプラス入力としては、誤
差増幅器２から出力される出力電圧ＶＥＡＯが与えられ
ており、マイナス入力としては、基準電圧源１１から出
力される基準電圧が与えられている。軽負荷検出用比較
器１２は、入力される出力電圧ＶＥＡＯと基準電圧とを
比較して、出力電圧ＶＥＡＯが基準電圧を上回った場合
に、ＡＮＤ回路１３に所定の信号を出力するようになっ
ている。

【０００９】また、軽負荷検出用比較器１２の出力は、
基準電圧源１１にも与えられており、基準電圧源１１
は、軽負荷検出用比較器１２の出力信号を受けて出力電
圧ＶＲが変化するようになっている。

【００１０】スイッチング素子１のドレイン端子には、
半導体装置３２の電源電流を供給するための内部回路電
流供給回路１６が接続されている。内部回路電流供給回
路１６は、半導体装置３２の起動および停止を制御する
起動／停止回路１５によって、電源投入時などの電源電
圧ＶＣＣが起動電圧よりも低いときにのみ動作されるよ
うになっている。起動／停止回路１５の出力は、ＮＡＮ
Ｄ回路１８に入力されている。

【００１１】過熱保護回路１７は、半導体装置３２のチ
ップ温度が設定値以上に上昇した場合に、スイッチング
素子１の発振を停止させるための回路であり、過熱保護
回路１７の出力は、ＮＡＮＤ回路１８に入力されてい
る。

【００１２】ＡＮＤ回路１３には、発振器６から出力さ
れるクロック信号８が他の入力として与えられており、
ＡＮＤ回路１３の出力が、ＲＳフリップフロップ回路１
４のセット端子に与えられている。ＲＳフリップフロッ
プ回路１４の出力は、ＮＡＮＤ回路１８へ出力されてい
る。従って、ＮＡＮＤ回路１８には、ＲＳフリップフロ
ップ回路１４の出力信号と、発振器６から出力されるス
イッチング素子１の最大デューティーサイクル信号９
と、起動／停止回路１５からの出力信号と、過熱保護回
路１７とが、それぞれ入力されている。そして、ＮＡＮ
Ｄ回路１８の出力が、スイッチング素子１のスイッチン
グ制御信号として、ドライブ回路１９を介してスイッチ
ング素子１に与えられている。スイッチング素子１は、
ドライブ回路１９から出力されるスイッチング制御信号
によってスイッチング制御される。

【００１３】図１３は、従来のスイッチング電源制御用
半導体装置を用いて構成した、スイッチング電源の一例
を示す回路図である。このスイッチング電源装置では、
商用の交流電源が、ダイオードブリッジなどの整流器２
２により整流されて入力コンデンサ２３にて平滑化され
ることにより、直流電圧ＶＩＮとされて、電力変換用ト
ランス２４に与えられている。電力変換用のトランス２
４は、第１の一次巻線２４ａおよび第２の一次巻線２４
ｂと、二次巻線２４ｃとを有しており、直流電圧ＶＩＮ
が第１の一次巻線２４ａに与えられる。

【００１４】トランス２４の第１の一次巻線２４ａに与
えられた直流電力は、半導体装置３２内に設けられたス
イッチング素子１によりスイッチングされる。そして、
そのスイッチング素子１のスイッチング動作によって、
トランス２４の二次巻線２４ｃに電流が取り出される。
二次巻線２４ｃに取り出された電流は、二次巻線２４ｃ
に接続されたダイオード２７およびコンデンサ２８によ
り、整流および平滑化され、出力電圧ＶＯの直流電力と
して負荷２９へ供給される。

【００１５】トランス２４の第２の一次巻線２４ｂに
も、第１の一次巻線２４ａから出力される直流電力が与
えられている。第２の一次巻線２４ｂから出力される直
流電流は、補助電源部であるダイオード２５およびコン
デンサ２６により整流および平滑化されて補助電源電圧
ＶＣＣとして出力される。そして、補助電源部から出力
される補助電源電圧ＶＣＣが、半導体装置３２の制御端
子（ＣＯＮＴＲＯＬ端子）に入力され、半導体装置３２
の電源電圧として用いられている。この補助電源電圧Ｖ
ＣＣは、トランス２４の二次巻線２４ｃから負荷２９に
供給される出力電圧ＶＯと比例する電圧であり、出力電
圧ＶＯを安定化させるための帰還信号としても用いられ
ている。

【００１６】このように構成されたスイッチング電源装
置の動作を以下に説明する。

【００１７】整流器２２に商用電源からの交流電流が入
力されると、入力された交流電流が整流器２２とコンデ
ンサ２３とにより、整流および平滑化されて、直流電圧
ＶＩＮに変換される。この直流電圧ＶＩＮがトランス２
４の第１の一次巻線２４ａに印加される。また、直流電
圧ＶＩＮは、半導体装置３２内の起動／停止回路１５に
よって起動された内部回路電流供給回路１６を介して、
第２の一次巻線２４ｂに印加されて、補助電源電圧ＶＣ
Ｃ用のコンデンサ２６を充電する。

【００１８】その後、補助電源電圧ＶＣＣが半導体装置
３２内の起動／停止回路１５で設定された起動電圧に達
すると内部回路が起動し、スイッチング素子１によるス
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１５によって、内部回路電流供給回路１６が停止さ
れる。このような動作により、通常動作時における半導
体装置３２の消費電力が低く抑えられている。

【００１９】半導体装置３２は、負荷２９に対する出力
電圧ＶＯが、所定の電圧にて安定化するように、補助電
源電圧ＶＣＣに基づいて、スイッチング素子１によるス
イッチング動作を制御している。負荷２９に対する出力
電圧ＶＯと、補助電源電圧ＶＣＣとは、トランス２４の
第２の一次巻線２４ｂと二次巻線２４ｃの巻数比に比例
した電圧になっている。

【００２０】すなわち、図１４のタイムチャートに示す
ように、負荷２９への電流供給が小さくなると、出力電
圧ＶＯが若干上昇して（図１４（ａ））、負荷２９への
供給電流Ｉｏが低下すると（図１４（ｂ））、補助電源
電圧ＶＣＣが上昇して（図１４（ｃ））、誤差増幅器２
の出力電圧ＶＥＡＯが低下するが（図１４（ｄ））、こ
の誤差増幅器２の出力電圧ＶＥＡＯとスイッチング素子
１を流れる電流検出電圧ＶＣＬが等しくなると、ドレイ
ン電流検出用比較器４から、ＲＳフリップフロップ回路
１４のリセット端子へリセット信号が出力される。これ
により、ＮＡＮＤ回路１８からは、スイッチング素子１
をオフにする信号が出力される。その結果、スイッチン
グ素子１は、スイッチング制御において、オン時間が短
くなり、スイッチング素子１を流れる電流ＩＤが低下す
る（図１４（ｅ））。

【００２１】このように、制御回路４は、負荷２９に供
給される電流に応じて、スイッチング素子１に流れる電
流の大きさが制御される電流モード制御方式になってい
る。誤差増幅器２の出力電圧ＶＥＡＯと基準電圧源１１
の出力電圧ＶＲとを比較する。基準電圧源の出力電圧Ｖ
Ｒは、当初、軽負荷検出下限電圧ＶＲ１となっている
（図１４（ｅ））。負荷２９への電流供給がさらに小さ
くなる待機時の場合等においては、出力電圧ＶＯがさら
に上昇して（図１４（ａ））、負荷２９への供給電流Ｉ
ｏが低下すると（図１４（ｂ））、補助電源電圧ＶＣＣ
が上昇して（図１４（ｃ））、誤差増幅器２の出力電圧
ＶＥＡＯが低下する（図１４（ｄ））。

【００２２】そして、誤差増幅器２の出力電圧ＶＥＡＯ
が軽負荷検出下限電圧ＶＲ１よりも小さくなると、軽負
荷検出状態となり、軽負荷検出用比較器１２の出力はロ
ーレベルになる。これにより、ＡＮＤ回路１３の出力は
ローレベルになり、スイッチング素子１のスイッチング
動作が停止する。このとき同時に、軽負荷検出用比較器
１２の出力を受けて、基準電圧源１１の出力電圧ＶＲ
は、軽負荷検出下限電圧ＶＲ１から軽負荷検出上限電圧
ＶＲ２へ変更される（図１４（ｅ））。

【００２３】スイッチング素子１によるスイッチング動
作が停止して、スイッチング素子１がオフ状態になる
と、スイッチング素子１には電流が流れない状態になる
（図１４（ｆ））。これにより、トランス２４の第１の
一次巻線２４ａを介した二次巻線２４ｃへの電力供給が
行われなくなるため、負荷２９への電力供給はコンデン
サ２８からのみとなり、出力電圧ＶＯは徐々に低下す
る。これにより、誤差増幅器２の出力電圧ＶＥＡＯが徐
々に上昇するが、基準電圧源１１の出力電圧は、軽負荷
検出下限電圧ＶＲ１よりも高い軽負荷検出上限電圧ＶＲ
２になっているため、図１４に示すように、スイッチン
グ素子１によるスイッチング動作が直ちに再開されるこ
とはない。そして、さらに出力電圧ＶＯが低下して、誤
差増幅器２の出力電圧ＶＥＡＯが軽負荷検出上限電圧Ｖ
Ｒ２を越えたときには、比較器１２の出力はハイレベル
となり、スイッチング素子１のオンオフ動作が再開され
る。

【００２４】このとき、同時に、基準電圧源１１の出力
電圧ＶＲは、軽負荷検出上限電圧ＶＲ２から軽負荷検出
下限電圧ＶＲ１へ変更される。

【００２５】スイッチング素子１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１に流れる電流
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２９への電力供給は過剰となり、再び出力電圧
ＶＯが上昇し、誤差増幅器２の出力電圧ＶＥＡＯが低下
する。そして再び軽負荷検出されると、スイッチング素
子１のオンオフの繰り返しによるスイッチング動作が停
止する。

【００２６】このように、基準電圧源１１からの出力電
圧ＶＲが、軽負荷検出することによって、軽負荷検出下
限値ＶＲ１から軽負荷検出上限値ＶＲ２へと変化するた
め、軽負荷を検出している間は、スイッチング素子１の
オンオフ動作を繰り返すスイッチング制御は、停止と再
開とが繰り返されるといった間欠発振状態となる。出力
電圧ＶＯは、この間欠発振の軽負荷停止期間中に低下す
るが、この低下の度合いは負荷２９の電流と一次側での
電力ロスに依存する。しかし、負荷２９での消費電力に
対して一次側での電力ロスが小さい場合においては、負
荷２９の電流が小さくなるほど出力電圧ＶＯの低下が緩
やかになり、間欠発振の停止期間は負荷２９の電流が小
さいほど長くなり、軽負荷になるほど（待機状態２）、
スイッチング素子１のスイッチング動作が減少すること
になる。無負荷状態に近づくほど、つまり、負荷２９へ
の電流供給が小さくなればなるほど、一次側の半導体装
置３２の内部回路電流による電力損失が無視できなくな
ってくる。

【００２７】

【発明が解決しようとする課題】従来のスイッチング電
源制御用半導体装置の構成では、軽負荷時での軽負荷停
止期間においては、スイッチング素子のスイッチング動
作を停止させることで、スイッチング動作を間引くこと
によって軽負荷時の電力ロスを低減していた。しかし、
スイッチングの停止期間を設けることでの電力削減以下
にはトータルロスを低減することができないという課題
がある。

【００２８】本発明は、これらの問題を解決するもので
あり、軽負荷時の電力損失をさらに低減することができ
るスイッチング電源制御用の半導体装置を提供すること
にある。

【００２９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
のスイッチング電源制御用の半導体装置は、スイッチン
グ電源のスイッチング動作用スイッチング素子と、前記
スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回
路と、を備えたスイッチング電源制御用の半導体装置に
おいて、前記制御回路が、前記制御回路の電源電圧と予
め設定された基準電圧との誤差電圧信号を生成する誤差
増幅器と、前記スイッチング素子を流れる電流を検出す
る電流検出回路と、前記誤差増幅器の出力信号と前記電
流検出回路の出力信号とを比較する比較器と、前記比較
器の出力に基づいて、前記スイッチング素子をスイッチ
ング動作させるための制御信号を出力する制御信号発生
回路と、前記制御回路の電源電圧が上昇して、前記誤差
増幅器が軽負荷状態を検出したときに、前記誤差増幅器
の出力により前記スイッチング素子のスイッチング動作
を停止させる一方、逆に前記制御回路の電源電圧が低下
したときに、前記誤差増幅器の反転出力により、前記ス
イッチング素子のスイッチング動作を再開させる軽負荷
検出回路とを具備する。

【００３０】上記の構成により、制御回路の電源電圧が
上昇する軽負荷の時には、スイッチング素子のスイッチ
ング動作を停止させるため、回路の消費電流を低減する
ことができる。逆に軽負荷状態が解除されて電源電圧が
低下すると、スイッチング素子のスイッチング動作を再
開して出力電圧を安定化することができ、回路の負荷状
態に合わせて回路電流および電力ロスを低減することが
できる。

【００３１】本発明の請求項２に記載のスイッチング電
源制御用の半導体装置は、スイッチング電源のスイッチ
ング動作用スイッチング素子と、前記スイッチング素子
のスイッチング動作を制御する制御回路と、を備えたス
イッチング電源制御用の半導体装置において、前記制御
回路が、前記制御回路の電源電圧と予め設定された基準
電圧との誤差電圧信号を生成する誤差増幅器と、前記ス
イッチング素子を流れる電流を検出する電流検出回路
と、前記誤差増幅器の出力信号と前記電流検出回路の出
力信号とを比較する比較器と、前記比較器の出力に基づ
いて、前記スイッチング素子をスイッチング動作させる
ための制御信号を出力する制御信号発生回路と、前記制
御回路の電源電圧が上昇して、前記誤差増幅器が軽負荷
状態を検出したときに、前記差動増幅器の出力に応じて
前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止状態に
する軽負荷検出回路とを具備し、前記スイッチング動作
の停止状態から復帰するために必要な少なくとも一つの
回路ブロックを除いて、他の回路ブロックへの供給電流
を通常動作時の１／２以下に低減することを特徴とす
る。

【００３２】上記の構成により、軽負荷状態を検出して
スイッチング素子のスイッチング動作を停止させる時、
その停止状態から復帰するために必要な少なくとも１つ
の回路ブロックを除いたその他の回路ブロックへの電力
供給を低減させるため、軽負荷状態の回路の消費電流を
小さく抑えられ、電力ロスを低減することができる。ま
た、少なくとも復帰するために必要な回路ブロックは通
常の回路電流で機能しているため、軽負荷状態が解除さ
れて電源電圧が低下した場合には、出力電圧を安定化す
る通常の回路動作には何ら支障は生じない。

【００３３】本発明の請求項３に記載のスイッチング電
源制御用の半導体装置は、前記誤差増幅器の出力電圧が
軽負荷検出電圧よりも小さくなったときに、前記スイッ
チング素子のスイッチング動作を停止させる軽負荷停止
期間において、前記制御回路の電源電圧を検出する起動
／停止回路以外の回路ブロックへの電力供給を停止する
ことを特徴とする。

【００３４】上記の構成により、軽負荷状態を検出して
前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止させる
時、制御回路の電源電圧を検出する起動／停止回路以外
への電力供給を停止させることにより、回路消費電流を
最小限にして、軽負荷状態での回路電流による電力ロス
を低減することができる。

【００３５】本発明の請求項４に記載のスイッチング電
源制御用の半導体装置は、請求項１、請求項２および請
求項３に記載のスイッチング電源制御用の半導体装置
は、前記スイッチング素子と前記制御回路をワンチップ
に集積化し、前記スイッチング素子の出力端子と、前記
スイッチング素子および前記制御回路の接地端子と、前
記制御回路の制御端子との３つの端子を外部出力端子と
していることを特徴とする。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に基づいて具体的に説明する。

【００３７】図２に示すように軽負荷停止期間での回路
電流および、動作期間での回路電流を低減し、電力ロス
を低減するために少なくとも一つの回路ブロックにおい
て各回路素子の消費電流を低減したり、定電流源の値を
低減した構成とする。構成例を図１に示す。なお、図１
において、図１２に示す半導体装置と同一の構成要素に
ついては、同一の符号を付して説明を省略する。従来で
は回路の消費電流が約２ｍＡ程度あり、２６０Ｖ入力で
約１００ｍＷの無負荷時消費電力であったが、ここで、
前記構成とすることで、回路の消費電流を例えば、１ｍ
Ａ以下にすることができ、電源として２６０ＶＡＣ入力
時において約４０ｍＷの無負荷時消費電力を実現可能で
ある。

【００３８】また別の方法として、本発明の半導体装置
の実施の形態の一例を示す回路図を図３に示す。なお、
図３において、図１２に示す半導体装置と同一の構成要
素については、同一の符号を付して説明を省略する。

【００３９】図３に示す半導体装置３０には、軽負荷停
止期間において電源電圧を検出する回路以外の少なくと
も一つの回路ブロックへの電力供給を低減させるため
に、軽負荷検出用比較器１２の出力ＶＯ１を入力として
受け、軽負荷時停止信号を出力する手段を内蔵した起動
／停止回路１０が設けられている。起動／停止回路１０
から出力される軽負荷停止信号Ｓ２on offにより、電源
電圧を検出する起動／停止回路１０以外の少なくとも一
つの回路ブロックへの電力供給を強制的に制限すること
で軽負荷停止期間での回路電流を低減させる。また、軽
負荷停止期間からの復帰は起動／停止回路１０の内部で
電源電圧を検出し、軽負荷検出時の電源電圧：Vc cnt
（軽負荷検出用比較器１２の出力ＶＯ１が“Ｈ”から
“Ｌ”になる時の電源電圧）以下の電圧：Vc Rに電源電
圧が低下することを検出し、復帰信号を軽負荷停止信号
Ｓ２on offとして出力する信号を少なくとも一つの停止
している各回路ブロックが受けることで行う。

【００４０】軽負荷停止信号Ｓ２on offの入力を受けて
電力消費を低減する方法としては電源電圧の供給を強制
的に切断する方法がある。また、別の方法として、定電
流源を用いて電力供給をしている場合は、その定電流源
からの電力供給を切断する方法もある。

【００４１】軽負荷停止期間において、誤差増幅器４２
への電力供給を切断する場合において、軽負荷検出回路
４０への電力供給も同時に切断する場合は、誤差増幅器
４２の出力を固定する必要はないが、軽負荷停止期間に
おいて、比較的に回路の消費電力の大きい誤差増幅器４
２への電力供給を切断し、比較的に回路の消費電力の小
さい軽負荷検出回路４０への電力供給を切断しない場合
は、軽負荷停止期間において誤差増幅器４２の出力電圧
ＶＥＡＯを軽負荷検出比較器１２への基準電圧ＶＲ以下
に固定する必要がある。その際の誤差増幅器における実
施形態の一例を図８に示す。

【００４２】通常動作期間においては、軽負荷停止信号
Ｓ２on off信号は“Ｈ”信号を出力し、各スイッチ７７
は導通状態にある。また、軽負荷停止期間においては、
軽負荷停止信号Ｓ２on off信号は“Ｌ”信号を出力し、
各スイッチ７７は切断状態になり、誤差増幅器４２の出
力電圧ＶＥＡＯは電流出力がなくなり、抵抗によって接
地されるためにほぼＳＯＵＲＣＥ電位と同等の固定され
た“Ｌ”信号を出力する。このように図８に示す構成と
することで、軽負荷停止期間において誤差増幅器４２の
出力電圧ＶＥＡＯを軽負荷検出比較器１２への基準電圧
ＶＲ以下に固定することができ、軽負荷停止期間におい
て、比較的回路の消費電力の大きな誤差増幅器への電力
供給の切断が可能となる。

【００４３】図９は、スイッチング素子１が大きな場合
において、それを駆動するために回路の消費電力が比較
的大きくなるゲートドライバにおいて、軽負荷停止期間
に電力供給を切断する場合のゲートドライバ構成の一例
を示す。

【００４４】動作時の回路の消費電流を低減するために
比較的小さな定電流源７９を用い、ＭＯＳトランジスタ
をミラー接続することで、大きな駆動電流をスイッチン
グ素子に出力する構成をとっている。この定電流源７９
の消費電流は動作時においてはゲートドライバトータル
の消費電流に対しての比率としては小さいが、軽負荷停
止期間においては、スイッチング素子１への電流供給を
行わないため、定電流源７９の消費電流は比率としては
比較的大きくなる。この定電流源７９からの電流を切断
するために軽負荷停止信号Ｓ２on off信号によって、制
御されるスイッチ８０を設けることによって、軽負荷停
止期間においてゲートドライバの消費電力を低減するこ
とを可能としている。

【００４５】図４は、本発明のスイッチング電源制御用
半導体装置を用いて構成した、スイッチング電源の一例
を示す回路図である。図４において、図１３に示すスイ
ッチング電源装置と同一の構成要素については、同一の
符号を付して説明を省略する。図１３との違いは、半導
体装置３０のみであり、他の構成は全て同一である。ま
た、図４における起動／停止回路１０の実施形態を図
５、図６、図７に示す。

【００４６】図５は起動／停止回路１０において軽負荷
停止信号Ｓ２on offを生成する一例を示す。図５に示す
起動／停止回路１０には、制御回路の起動および停止電
圧を設定するために、起動／停止比較器４５が設けられ
ている。この起動／停止比較器４５のマイナス入力には
基準電圧源４６が入力され、プラス入力には電源電圧Ｖ
ＣＣを検出するために電源電圧ＶＣＣを抵抗分割した信
号が入力される。そして基準電圧源４６は起動／停止比
較器４５の出力を受けて二つの基準電圧に変化する。そ
れにより、起動時の電源電圧Ｖｃ onと停止時の電源電
圧Ｖｃ offの関係はＶｃ on＞Ｖｃ offとなる。軽負荷
状態となり、起動／停止回路１０以外の少なくとも一つ
の回路ブロックへの電力供給を切断するために軽負荷停
止信号Ｓ２on offが“Ｌ”信号を出すのは軽負荷検出回
路４０からの出力ＶＯ１が“Ｌ”になったときである。
そのときの電源電圧をＶｃ cnt1とする。軽負荷停止信
号Ｓ２on offが“Ｌ”信号を出す軽負荷停止期間におい
ては起動停止信号Ｖon offも“Ｌ”信号を出力するため
に図３でのＮＡＮＤ回路１８へ“Ｌ”信号が出力され、
スイッチング素子１の動作は停止する。

【００４７】また、軽負荷状態からの復帰信号は誤差増
幅器４２、軽負荷検出回路４０への電力供給が切断され
ていていなければ、ＶＯ１が“Ｈ”となることで、各回
路ブロックへの電力供給を復帰すればよいが、軽負荷停
止期間において、誤差増幅器４２、軽負荷検出回路４０
への電力供給を切断する場合にはＶＯ１を復帰信号とし
て用いることはできない。そこで、図５においては電源
電圧がＶｃ cnt1よりも低い電圧であるＶｃ R4に低下し
たことを検出して、電力供給を切断されている各回路ブ
ロックへの電力供給を復帰させるために軽負荷停止信号
Ｓ２on offが“Ｈ”信号を出す動作を行う。

【００４８】ここで、Ｖｃ cnt1 、Ｖｃ R4、Ｖｃ off
の関係はＶｃ cnt1＞Ｖｃ R4＞Ｖｃ offである。

【００４９】この動作によって軽負荷停止期間において
誤差増幅器４２、軽負荷検出回路４０への電力供給を切
断することが可能となる。

【００５０】軽負荷停止期間においてはスイッチング素
子１がスイッチング動作を停止しているため、電源電圧
の変動要因が少なくなるため、復帰信号を電源電圧を直
接抵抗分割で行うことで生成することが比較的容易であ
る。上記構成において基準電圧源５７は軽負荷復帰検出
用比較器４７の基準電圧であり、軽負荷復帰検出用比較
器４７の出力ＶＲＳを受けて、ＶＲ57 A＞ＶＲ57 Bの関
係にある二つの電圧ＶＲ57 AとＶＲ57 Bの値を出力す
る。このことにより、軽負荷復帰検出用比較器４７の出
力ＶＲＳが、“Ｌ”から“Ｈ”に変化したとき安定して
一定期間“Ｈ”信号を保つことができ、再度、軽負荷状
態への移行が可能となる。

【００５１】図１０は図５に示す構成の起動／停止回路
を用い、さらに誤差増幅器としては図８に示す構成を用
いた場合の電源としてのタイミングチャートを示す。

【００５２】定常負荷状態から負荷が軽くなり、負荷２
９への電流供給が小さくなると、出力電圧ＶＯが若干上
昇して（図１０（ａ））、負荷２９への供給電流Ｉｏが
低下すると（図１０（ｂ））、補助電源電圧ＶＣＣが上
昇して（図１０（ｃ））、誤差増幅器４２の出力電圧Ｖ
ＥＡＯが低下するが（図１０（ｄ））、この誤差増幅器
４２の出力電圧ＶＥＡＯとスイッチング素子１を流れる
電流検出電圧ＶＣＬが等しくなると、ドレイン電流検出
用比較器４からＲＳフリップフロップ回路１４のリセッ
ト端子へリセット信号が出力される。これにより、ＮＡ
ＮＤ回路１８からは、スイッチング素子１をオフにする
信号が出力される。その結果、スイッチング素子１は、
スイッチング制御において、オン時間が短くなり、スイ
ッチング素子１を流れる電流ＩＤが低下する（図１０
（ｉ））。

【００５３】このように、制御回路３０は、負荷２９に
供給される電流に応じて、スイッチング素子１に流れる
電流の大きさが制御される電流モード制御方式になって
いる。

【００５４】さらに負荷が軽くなり、出力電圧ＶＯが上
昇すると、誤差増幅器４２の出力電圧ＶＥＡＯも低下
し、電源電圧ＶＣＣが軽負荷検出電源電圧：Ｖｃ cnt1
に達すると、軽負荷検出回路の出力電圧ＶＯ１が“Ｈ”
から“Ｌ”に反転し（図１０（ｅ））、スイッチング素
子１の動作が停止する（図１０（ｉ））。また、このと
き同時に軽負荷停止信号Ｓ２on offが“Ｈ”から“Ｌ”
に反転し（図１０（ｈ））、少なくとも一つの回路ブロ
ックへの電力供給切断のための信号が出力される。この
とき、軽負荷停止信号Ｓ２on offにより、誤差増幅器４
２への電力供給が切断され、ＶＥＡＯが“Ｌ”となる
（図１０（ｄ））。その後、軽負荷停止期間において出
力電圧が徐々に低下し、電源電圧が軽負荷復帰電圧に達
すると、軽負荷復帰検出用比較器４７の出力電圧ＶＲＳ
が“Ｌ”から“Ｈ”となり（図１０（f））、軽負荷停
止信号Ｓ２on offが“Ｌ”から“Ｈ”に反転し、軽負荷
停止期間が解除される。

【００５５】このような、動作を行うことで、軽負荷停
止期間の回路の消費電流を小さく抑えることができ、さ
らには消費電流を低減することで、軽負荷停止期間を長
く保つことが可能となるため、軽負荷時の消費電力を低
減することができる。

【００５６】起動／停止回路の別の実施形態を図６に示
す。図６に示す起動／停止回路には軽負荷停止期間から
復帰するために電源電圧を検出する軽負荷復帰検出用比
較器４７が設けられている。また、回路の起動／停止信
号を出力するための起動用比較器、停止用比較器も設け
られている。図６の構成においては軽負荷復帰検出用比
較器４７の基準電圧は一定値に設定し、軽負荷停止信号
Ｓ２on offの出力をスイッチング素子１の発振周期以下
の遅延時間を発生させる遅延回路８１を通して出力する
構成をとっている。また、起動電圧検出用の比較器５０
と停止電圧検出用の比較器４９が別々に設けられてい
る。さらにそれぞれの出力をＲＳフリップフロップのＳ
およびＲへ入力することで、起動電圧、停止電圧を設定
する。その際に、起動用比較器、停止用比較器、軽負荷
復帰検出用比較器、それぞれの基準電圧を全て同一値の
Ｖｂ１とすることで、起動開始電源電圧Ｖｃ onと、停
止時電源電圧Ｖｃ offと、軽負荷停止復帰時電源電圧Ｖ
ｃ Rの相対関係をより安定して設定できるという特徴が
ある。また、図６において、接点Ａと接点Ｂの接続を変
えてＶｃ onとＶｃ Rの関係を変えてもよい。

【００５７】図１１は図６の構成の起動／停止回路を用
い、さらに誤差増幅器としては図８に示す構成を用いた
場合の電源としてのタイミングチャートを示す。

【００５８】軽負荷時に少なくとも一つの回路への電力
供給を切断するための軽負荷停止信号Ｓ２on offの
“Ｌ”出力は、軽負荷検出回路４０の出力ＶＯ１が
“Ｈ”から“Ｌ”に反転する（図１１（ｅ））ことで出
力される。但し、軽負荷停止信号Ｓ２on offは遅延回路
８１を介して出力されるため、ある値の遅延時間後に
“Ｈ”から“Ｌ”へ反転する（図１１（ｈ））。

【００５９】また、軽負荷停止期間からの復帰は、軽負
荷復帰検出用比較器４７の出力電圧ＶＲＳが“Ｈ”にな
る（図１１（ｆ））のを受けて、ある一定の遅延時間後
に軽負荷停止信号Ｓ２on offが“Ｌ”から“Ｈ”に反転
することで復帰信号が出力されることで行われる（図１
１（ｈ））。

【００６０】さらに、起動／停止回路の別の実施形態を
図７に示す。図７の実施形態においては起動電圧、停止
電圧を一つの比較器５６で検出し、尚且つ、比較器５６
の基準電圧と軽負荷復帰検出用比較器４７の基準電圧を
同一値にすることで、構成する素子を少なくし、かつ、
起動開始電源電圧Ｖｃ onと、停止時電源電圧Ｖｃ off
と、軽負荷停止復帰時電源電圧Ｖｃ Rの相対関係をより
安定して設定できるという特徴がある。

【００６１】図７において、ＮＡＮＤ回路５５の入力と
なる信号ＰＵは、起動前の状態ではローレベルになって
おり、起動前の状態においてはＮＡＮＤ回路５５の出力
はハイレベル、スイッチング素子５３はオン状態、スイ
ッチング素子５２はオフ状態になっている。また、図７
において、接点Ａと接点Ｂの接続を変えてＶｃ onとＶ
ｃ Rの関係を変えてもよい。

【００６２】

【発明の効果】以上のように、本発明のスイッチング電
源制御用の半導体装置は、制御回路の電源電圧が上昇す
る軽負荷の時には、スイッチング素子のスイッチング動
作を停止させるため、回路の消費電流を低減することが
できる。逆に軽負荷の状態が解除されて電源電圧が低下
する時には、スイッチング素子のスイッチング動作を再
開して出力電圧を安定化する通常の動作を再開する。即
ち、回路の負荷状態に合わせて回路電流および電力ロス
を大幅に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体装置の実施の形態の一例を示す
回路図

【図２】本発明の半導体装置の軽負荷時動作、および電
流特性を示す図

【図３】本発明の半導体装置の実施の形態の一例を示す
回路図

【図４】本発明の半導体装置を備えたスイッチング電源
装置の一例を示す回路図

【図５】本発明の半導体装置の起動／停止回路の内部回
路の一例を示す回路図

【図６】本発明の半導体装置の起動／停止回路の内部回
路の一例を示す回路図

【図７】本発明の半導体装置の起動／停止回路の内部回
路の一例を示す回路図

【図８】本発明の半導体装置の誤差増幅器の内部回路の
一例を示す回路図

【図９】本発明の半導体装のゲートドライバの内部回路
の一例を示す回路図

【図１０】本発明の半導体装置およびその半導体装置を
備えたスイッチング電源装置の動作を説明するためのタ
イムチャート

【図１１】本発明の半導体装置およびその半導体装置を
備えたスイッチング電源装置の動作を説明するためのタ
イムチャート

【図１２】従来の半導体装置の一例を示す回路図

【図１３】その半導体装置を備えたスイッチング電源装
置の一例を示す回路図

【図１４】その半導体装置およびその半導体装置を備え
たスイッチング電源装置の動作を説明するためのタイム
チャート

【符号の説明】

１ スイッチング素子 ２ 誤差増幅器 ３ ドレイン電流検出回路 ４ ドレイン電流検出用比較器 ５ 過電流保護回路 ６ 発振器 ７ シャントレギュレータ ８ クロック信号 ９ 最大デューティーサイクル信号 １０ 起動／停止回路 １１ 基準電圧源 １２ 軽負荷検出用比較器 １３ ＡＮＤ回路 １４ ＲＳフリップフロップ回路 １５ 起動／停止回路 １６ 内部回路電流供給回路 １７ 過熱保護回路 １８ ＮＡＮＤ回路 １９ ドライブ回路 ２０ 軽負荷検出回路 ２２，２５，２７ 整流器 ２３，２６，２８ コンデンサ ２４ トランス ２９ 負荷 ３０、３２ 半導体装置 ４１ 基準電圧源 ４０ 軽負荷検出回路 ４２ 誤差増幅器 ４５ 起動／停止比較器 ４６ 起動／停止電圧用基準電圧源 ４７ 軽負荷復帰検出用比較器 ４８ スイッチング素子 ４９ 停止用比較器 ５０ 起動用比較器 ５１ ＲＳフリップフロップ ５２、５３ スイッチング素子 ５４ インバータ ５５ ＮＡＮＤ回路 ５６ 比較器 ５７ 基準電圧源 ５８ スイッチング素子 ５９ ＮＡＮＤ回路 ６０ インバータ ７６ 発振器 ７７、８０ スイッチ ７８ 抵抗 ７９ 定電流源 ８１ 遅延回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F038 BB04 BB08 BH15 CD16 DF01 EZ20 5H730 AA14 AS01 BB43 BB57 CC01 DD04 DD26 DD32 EE02 EE07 FD24 FD47 FG05 FG07 FG22 FG25 VV03 XC12

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スイッチング電源のスイッチング動作用
   スイッチング素子と、 前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制
   御回路と、を備えたスイッチング電源制御用の半導体装
   置において、 前記制御回路が、前記制御回路の電源電圧と予め設定さ
   れた基準電圧との誤差電圧信号を生成する誤差増幅器
   と、 前記スイッチング素子を流れる電流を検出する電流検出
   回路と、 前記誤差増幅器の出力信号と前記電流検出回路の出力信
   号とを比較する比較器と、 前記比較器の出力に基づいて、前記スイッチング素子を
   スイッチング動作させるための制御信号を出力する制御
   信号発生回路と、 前記制御回路の電源電圧が上昇して、前記誤差増幅器が
   軽負荷状態を検出したときに、前記誤差増幅器の出力に
   より前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止さ
   せる一方、逆に前記制御回路の電源電圧が低下したとき
   に、前記誤差増幅器の反転出力により、前記スイッチン
   グ素子のスイッチング動作を再開させる軽負荷検出回路
   と、を具備するスイッチング電源制御用の半導体装置。
2. 【請求項２】 スイッチング電源のスイッチング動作用
   スイッチング素子と、 前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制
   御回路と、を備えたスイッチング電源制御用の半導体装
   置において、 前記制御回路が、前記制御回路の電源電圧と予め設定さ
   れた基準電圧との誤差電圧信号を生成する誤差増幅器
   と、 前記スイッチング素子を流れる電流を検出する電流検出
   回路と、 前記誤差増幅器の出力信号と前記電流検出回路の出力信
   号とを比較する比較器と、 前記比較器の出力に基づいて、前記スイッチング素子を
   スイッチング動作させるための制御信号を出力する制御
   信号発生回路と、 前記制御回路の電源電圧が上昇して、前記誤差増幅器が
   軽負荷状態を検出したときに、前記差動増幅器の出力に
   応じて前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止
   状態にする軽負荷検出回路とを具備し、 前記スイッチング動作の停止状態から復帰するために必
   要な少なくとも一つの回路ブロックを除いて、他の回路
   ブロックへの供給電流を低減することを特徴とするスイ
   ッチング電源制御用の半導体装置。
3. 【請求項３】 前記の誤差増幅器の出力電圧が軽負荷検
   出電圧よりも小さくなったときに、前記スイッチング素
   子のスイッチング動作を停止させる軽負荷停止期間にお
   いて、前記制御回路の電源電圧を検出する起動／停止回
   路以外の回路ブロックへの電力供給を停止することを特
   徴とする請求項２記載のスイッチング電源制御用の半導
   体装置。
4. 【請求項４】 前記スイッチング素子と前記制御回路を
   ワンチップに集積化し、前記スイッチング素子の出力端
   子と、前記スイッチング素子および前記制御回路の接地
   端子と、前記制御回路の制御端子との３つの端子を外部
   出力端子としていることを特徴とする請求項１および請
   求項２に記載のスイッチング電源制御用の半導体装置。