JP2009005461A - 半導体装置およびそれを用いた電源装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電源制御IC100は、直流電源に直列に接続された半導体スイッチング素子をオン、オフ駆動して外部の負荷へ所定の定電圧を供給するスイッチング電源装置に含まれ、半導体スイッチング素子のオン、オフを制御する半導体回路からなる半導体装置であり、スイッチング周期に同期して発生されるPWMオンパルスが終了した後に、負荷に流れる電流が急増して誤差電圧が所定の第1しきい電圧を超えた場合に、同一スイッチング周期内に2回目のPWMオンパルスを発生させる。また、さらには、2回目のPWMオンパルスが発生したスイッチング周期以降の複数回数のスイッチング周期において、誤差電圧が第1しきい電圧より大きな値の第2しきい電圧に切り換える。
【選択図】図1
Description
図1から図5および図18を用いて本発明の実施の形態1を説明する。図1は本発明の実施の形態1の半導体装置およびそれを用いた電源装置の回路ブロック図、図2および図3は図1に示した半導体装置内部の動作を説明するタイミング波形図、図4は従来の半導体装置を用いた電源装置の負荷電流変動時のシミュレーション波形、図5は本発明の実施の形態1の半導体装置を用いた電源装置の負荷電流変動時のシミュレーション波形である。図18は本発明の実施の形態1の半導体装置とパワーMOSFETを1つのパッケージに実装したマルチチップモジュールを、表面の封止体を透過して示す平面図である。
図6、図7を用いて本発明の実施の形態2を説明する。図6は本発明の実施の形態2の半導体装置およびそれを用いた電源装置の回路ブロック図、図7は図6に示した半導体装置内部の動作を説明するタイミング波形を模式的に示した図である。
図8、図9を用いて本発明の実施の形態3を説明する。図8は本発明の実施の形態3の半導体装置およびそれを用いた電源装置の回路ブロック図、図9は図8に示した半導体装置内部の動作を説明するタイミング波形を模式的に示した図である。
図10、図11を用いて本発明の実施の形態4を説明する。図10は本発明の実施の形態4の半導体装置およびそれを用いた電源装置の回路ブロック図、図11は図10に示した半導体装置内部の動作を説明するタイミング波形を模式的に示した図である。
図14、図15を用いて本発明の実施の形態5を説明する。図14は本発明の実施の形態5の半導体装置およびそれを用いた電源装置の回路ブロック図、図15は図14に示した半導体装置内部の動作を説明するタイミング波形を模式的に示した図である。
100,101,102,103,104,105…電源制御IC、106…ドライバIC、110…誤差アンプ、112…出力電圧の設定回路、120…補償回路、130…第1コンパレータ回路、140,160…和演算器、150…第1フリップフロップ回路、170…ドライバ回路、172…論理回路、174,176…ゲート駆動回路、
200,201,202,203…第2PWMオンパルス発生回路、210…第2コンパレータ回路、212…第1スイッチ、214…インバータ、220…第1論理積(AND)回路、224,232,266…遅延回路、222,262,264…インバータ回路、240…第3論理積(AND)回路、250…第2フリップフロップ回路、254…第1否定論理和(NOR)回路、257,259…否定論理和(NOR)回路、258…第1論理和(OR)回路、260…第2論理積(AND)回路、270…第3コンパレータ回路、272…第2スイッチ、280…しきい電圧切り換え信号生成回路、282…第3フリップフロップ回路、284…プログラマブル・カウンタ回路、286…プログラム入力回路、288…第3スイッチ、290…第1しきい電圧の設定回路、292…第2しきい電圧の設定回路、300…通信インターフェース、302…通信線、
500…入力側板状リード部、600…出力側板状リード部、700…接地側板状リード部、800…電源制御IC側板状リード部、900…マルチチップモジュール、901…外部接続端子、1740,1742,1760,1762…配線。
Claims (17)
- 直流電源に直列に接続された半導体スイッチング素子をオン、オフ駆動して外部の負荷へ所定の定電圧を供給するスイッチング電源装置に含まれ、前記半導体スイッチング素子のオン、オフを制御する半導体回路からなり、
前記スイッチング電源装置の出力電圧または前記出力電圧を所定の比率で分圧した分電圧をフィードバック電圧とし、
前記フィードバック電圧と設定電圧とを比較してパルス幅変調信号を発生する半導体装置であって、
前記出力電圧または前記分電圧、あるいは前記出力電圧または前記分電圧と前記設定電圧との差電圧、あるいは前記差電圧を増幅した誤差電圧が第1しきい電圧を超えたスイッチング周期においては、前記半導体スイッチング素子をオン状態にするパルス幅変調信号のPWMオンパルスを2回発生させることを特徴とする半導体装置。 - 直流電源に直列に接続された半導体スイッチング素子をオン、オフ駆動して外部の負荷へ所定の定電圧を供給するスイッチング電源装置に含まれ、前記半導体スイッチング素子のオン、オフを制御する半導体回路からなり、
前記スイッチング電源装置の出力電圧または前記出力電圧を所定の比率で分圧した分電圧をフィードバック電圧とし、
前記フィードバック電圧と設定電圧とを比較してパルス幅変調信号を発生する半導体装置であって、
前記半導体スイッチング素子をオン状態にするパルス幅変調信号の第1PWMオンパルスが終了した後に、前記出力電圧または前記分電圧、あるいは前記出力電圧または前記分電圧と前記設定電圧との差電圧、あるいは前記差電圧を増幅した誤差電圧が第1しきい電圧を超えた場合に同一スイッチング周期内に2回目の第2PWMオンパルスを発生する発生回路を有し、
前記第1PWMオンパルスの発生期間に加え、前記第2PWMオンパルスの発生期間においても、前記半導体スイッチング素子をオン状態にすることを特徴とする半導体装置。 - 直流電源に直列に接続された半導体スイッチング素子をオン、オフ駆動して外部の負荷へ所定の定電圧を供給するスイッチング電源装置に含まれ、前記半導体スイッチング素子のオン、オフを制御する半導体回路からなり、
前記スイッチング電源装置の出力電圧または前記出力電圧を所定の比率で分圧した分電圧をフィードバック電圧とし、
前記フィードバック電圧と設定電圧との差電圧を増幅した誤差電圧と、スイッチング周期に同期して時間変化を繰り返す比較対象電圧とを比較する第1コンパレータ回路を有し、
少なくとも前記第1コンパレータ回路の出力信号によりパルス幅変調信号の第1PWMオンパルスの発生期間が決まり、
前記第1PWMオンパルスの発生期間に、前記半導体スイッチング素子をオン状態にする半導体装置であって、
前記第1PWMオンパルスが終了した後に、前記誤差電圧が第1しきい電圧を超えた場合に、同一スイッチング周期内に2回目の第2PWMオンパルスを発生する発生回路を有し、
前記第1PWMオンパルスの発生期間に加え、前記第2PWMオンパルスの発生期間においても、前記半導体スイッチング素子をオン状態にすることを特徴とする半導体装置。 - 請求項3記載の半導体装置において、
前記比較対象電圧が一定の傾きで増加または減少するランプ電圧であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項3記載の半導体装置において、
前記比較対象電圧が前記半導体スイッチング素子のオン時の電流を所定の比率で分流して検出し、これを電圧に変換したセンス電圧であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項2または3記載の半導体装置において、
前記発生回路がフリップフロップ回路を有し、
前記出力電圧または前記分電圧、あるいは前記差電圧、あるいは前記誤差電圧が前記第1しきい電圧より大きくなると、前記フリップフロップ回路に入力されるセット信号がオンパルスになり、前記フリップフロップ回路の出力から前記第2PWMオンパルスを発生し、
その後、前記出力電圧または前記分電圧、あるいは前記差電圧、あるいは前記誤差電圧が前記第1しきい電圧より小さくなるか、あるいは前記第2PWMオンパルスを強制的に終了するリセットクロック信号がオンパルスとなると、前記フリップフロップ回路に入力されるリセット信号がオンパルスになり、前記第2PWMオンパルスの発生を終了することを特徴とする半導体装置。 - 請求項3記載の半導体装置において、
前記発生回路が、
前記誤差電圧と前記第1しきい電圧とを比較する第2コンパレータ回路と、
前記第2コンパレータ回路の出力信号とその反転遅延信号との積演算を行う第1論理積回路と、
前記第2コンパレータ回路の出力信号の反転信号とその反転遅延信号との積演算を行う第2論理積回路と、
前記第1論理積回路の出力信号をセット信号とし、前記第1論理積回路の出力信号と前記第2PWMオンパルスを強制的にオフするリセットクロック信号との和をリセット信号とするフリップフロップ回路とからなることを特徴とする半導体装置。 - 請求項2または3記載の半導体装置において、
前記発生回路がフリップフロップ回路を有し、
前記出力電圧または前記分電圧、あるいは前記差電圧、あるいは前記誤差電圧が前記第1しきい電圧より大きくなると、前記フリップフロップ回路に入力されるセット信号がオンパルスになり、前記フリップフロップ回路の出力から前記第2PWMオンパルスを発生し、
前記セット信号を遅延させた第1遅延信号がオンパルスとなるか、あるいは前記第2PWMオンパルスを強制的に終了するリセットクロック信号がオンパルスになると、前記フリップフロップ回路に入力されるリセット信号がオンパルスになり、前記第2PWMオンパルスを終了することを特徴とする半導体装置。 - 請求項3記載の半導体装置において、
前記発生回路がフリップフロップ回路を有し、
前記誤差電圧が前記第1しきい電圧より大きくなった時、あるいは前記第1しきい電圧より大きい誤差電圧が継続され、かつ前記第1PWMオンパルスが開始されると、前記フリップフロップ回路に入力されるセット信号がオンパルスになり、前記フリップフロップ回路の出力から前記第2PWMオンパルスを発生し、
前記第1PWMオンパルスが終了した後に、前記誤差電圧が前記第1しきい電圧より小さくなるか、あるいは前記第2PWMオンパルスを強制的に終了するリセットクロック信号がオンパルスとなると、前記フリップフロップ回路に入力されるリセット信号がオンパルスになり、前記第2PWMオンパルスを終了することを特徴とする半導体装置。 - 請求項1または2または3記載の半導体装置において、
前記第1しきい電圧を設定するレジスタに信号を伝送する通信インターフェースを有することを特徴とする半導体装置。 - 直流電源に直列に接続された半導体スイッチング素子をオン、オフ駆動して外部の負荷へ所定の定電圧を供給するスイッチング電源装置に含まれ、前記半導体スイッチング素子のオン、オフを制御する半導体回路からなり、
前記スイッチング電源装置の出力電圧または前記出力電圧を所定の比率で分圧した分電圧をフィードバック電圧とし、
前記フィードバック電圧と設定電圧とを比較してパルス幅変調信号を発生する半導体装置であって、
少なくとも前記フィードバック電圧と前記設定電圧との差電圧を増幅した誤差電圧により、毎スイッチング周期ごとに前記半導体スイッチング素子をオン状態にするパルス幅変調信号の第1PWMオンパルスの発生期間が決まり、
前記出力電圧または前記分電圧、あるいは前記フィードバック電圧と前記設定電圧との前記差電圧、あるいは前記誤差電圧が第1しきい電圧より大きくなると、前記半導体スイッチング素子をオン状態にする第2PWMオンパルスを発生し、
前記出力電圧または前記分電圧、あるいは前記差電圧、あるいは前記誤差電圧が前記第1しきい電圧より小さくなると、前記第2PWMオンパルスを終了し、
前記第1PWMオンパルスの発生期間に加え、前記第2PWMオンパルスの発生期間においても、前記半導体スイッチング素子をオン状態にすることを特徴とする半導体装置。 - 直流電源に直列に接続された半導体スイッチング素子をオン、オフ駆動して外部の負荷へ所定の定電圧を供給するスイッチング電源装置に含まれ、前記半導体スイッチング素子のオン、オフを制御する半導体回路からなり、
前記スイッチング電源装置の出力電圧または前記出力電圧を所定の比率で分圧した分電圧をフィードバック電圧とし、
前記フィードバック電圧と設定電圧とを比較してパルス幅変調信号を発生する半導体装置であって、
前記半導体スイッチング素子をオン状態にするパルス幅変調信号の第1PWMオンパルスが終了した後に、前記出力電圧または前記分電圧、あるいは前記出力電圧または前記分電圧と前記設定電圧との差電圧、あるいは前記差電圧を増幅した誤差電圧が第1しきい電圧を超えた場合に、同一スイッチング周期内に2回目の第2PWMオンパルスを発生し、
前記第2PWMオンパルスが発生したスイッチング周期以降の所定回数のスイッチング周期において、
前記出力電圧または前記分電圧、あるいは前記差電圧、あるいは前記誤差電圧が前記第1しきい電圧よりも大きな第2しきい電圧を超えた場合に、同一スイッチング周期において前記第2PWMオンパルスを発生し、前記出力電圧または前記分電圧、あるいは前記差電圧、あるいは前記誤差電圧が前記第2しきい電圧より小さくなった場合に、前記第2PWMオンパルスを終了する発生回路を有し、
前記第1PWMオンパルスの発生期間に加え、前記第2PWMオンパルスの発生期間においても、前記半導体スイッチング素子をオン状態にすることを特徴とする半導体装置。 - 請求項12記載の半導体装置において、
前記発生回路がフリップフロップ回路を有し、
前記出力電圧または前記分電圧、あるいは前記差電圧、あるいは前記誤差電圧が前記第1しきい電圧より大きくなると、前記フリップフロップ回路に入力されるセット信号がオンパルスになり、前記フリップフロップ回路の出力から前記第2PWMオンパルスを発生し、
前記第2PWMオンパルスが発生したスイッチング周期以降の所定回数のスイッチング周期において、
前記出力電圧または前記分電圧、あるいは前記差電圧、あるいは前記誤差電圧が前記第2しきい電圧より大きくなると、前記フリップフロップ回路に入力されるセット信号がオンパルスになって前記第2PWMオンパルスを発生し、
前記出力電圧または前記分電圧、あるいは前記差電圧、あるいは前記誤差電圧が前記第2しきい電圧より小さくなるか、あるいは前記第2PWMオンパルスを強制的に終了するリセットクロック信号がオンパルスとなると、前記フリップフロップ回路に入力されるリセット信号がオンパルスになり、前記第2PWMオンパルスの発生を終了することを特徴とする半導体装置。 - 請求項12記載の半導体装置において、
前記発生回路が、
前記出力電圧または前記分電圧、あるいは前記差電圧、あるいは前記誤差電圧と前記第1しきい電圧とを比較して信号を出力する第2コンパレータ回路と、
前記出力電圧または前記分電圧、あるいは前記差電圧、あるいは前記誤差電圧と前記第2しきい電圧とを比較して信号を出力する第3コンパレータ回路と、
前記第2PWMオンパルスが発生したスイッチング周期以降の所定回数のスイッチング周期で、前記第2コンパレータ回路の出力信号に代わって前記第3コンパレータ回路の出力信号を選択するしきい電圧切り換え信号生成回路とを有し、
前記第3コンパレータ回路の出力信号を基に2回目のPWMオンパルスの発生と終了を制御することを特徴とする半導体装置。 - 請求項12記載の半導体装置において、
前記第1しきい電圧および前記第2しきい電圧を設定するレジスタに信号を伝送する通信インターフェースを有することを特徴とする半導体装置。 - 直流電源に直列に接続された半導体スイッチング素子をオン、オフ駆動して外部の負荷へ所定の定電圧を供給するスイッチング電源装置に含まれ、前記半導体スイッチング素子のオン、オフを制御する半導体回路からなり、
前記スイッチング電源装置の出力電圧または前記出力電圧を所定の比率で分圧した分電圧をフィードバック電圧とし、
前記フィードバック電圧と設定電圧とを比較してパルス幅変調信号を発生する半導体装置であって、
少なくとも前記フィードバック電圧と前記設定電圧との差電圧を増幅した誤差電圧により、毎スイッチング周期ごとに前記半導体スイッチング素子をオン状態にするパルス幅変調信号の第1PWMオンパルスの発生期間が決まり、
前記出力電圧または前記分電圧、あるいは前記フィードバック電圧と前記設定電圧との前記差電圧、あるいは前記誤差電圧が第1しきい電圧より大きくなると、前記半導体スイッチング素子をオン状態にする第2PWMオンパルスを発生し、
前記第2PWMオンパルスが発生したスイッチング周期以降の所定回数のスイッチング周期において、
前記出力電圧または前記分電圧、あるいは前記差電圧、あるいは前記誤差電圧が前記第1しきい電圧よりも大きな第2しきい電圧より大きくなると、前記第2PWMオンパルスを発生し、
前記出力電圧または前記分電圧、あるいは前記差電圧、あるいは前記誤差電圧が前記第2しきい電圧より小さくなると、前記第2PWMオンパルスを終了し、
前記第1PWMオンパルスの発生期間に加え、前記第2PWMオンパルスの発生期間においても、前記半導体スイッチング素子をオン状態にすることを特徴とする半導体装置。 - 半導体スイッチング素子をオン、オフ駆動して直流電源を開閉し、所定の定電圧を外部の負荷へ供給するスイッチング電源装置であって、
前記半導体スイッチング素子をオン、オフ駆動する信号を発生する電源制御回路が請求項1、2、3、11、12、16のいずれか一項記載の半導体装置を含むことを特徴とする電源装置。
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