JPH06165485A - 電源装置 - Google Patents

電源装置

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JPH06165485A
JPH06165485A JP5216295A JP21629593A JPH06165485A JP H06165485 A JPH06165485 A JP H06165485A JP 5216295 A JP5216295 A JP 5216295A JP 21629593 A JP21629593 A JP 21629593A JP H06165485 A JPH06165485 A JP H06165485A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電源投入時に起動バイアス電圧を内部的に生
成できるようになった節電型の集積化された電源チップ
を有するスイッチング電源を得る。 【構成】 本発明の実施例は、入力の交流ライン電圧を
整流するための全波整流ブリッジ整流器、一次巻線と２
本の二次巻線とを有する変圧器、およびドリフト領域に
低電圧タップを備えた集積化高電圧電力用ＭＯＳＦＥＴ
を含むスイッチングモード電源チップを含むスイッチン
グ電源である。前記ＭＯＳＦＥＴは、変圧器の一次巻線
の電力スイッチングを制御し、初期の電源投入時に高電
圧を与えらて有している。この高電圧は、ＭＯＳＦＥＴ
のＪＦＥＴ部で電圧降下して、ＭＯＳＦＥＴのスイッチ
ングを制御するチップ中のパルス幅変調器を一時的もし
くは定常的に動作させるための電力を調整器へ供給す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電子式スイッチング電源
に関するものであり、更に詳細にはスイッチング電源に
使用される集積回路デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電源製造に要するコストは、特定の応用
に適した電源の型と電源を構築するために選ばれる部品
とを選択する時の最大の関心事である。集積回路（Ｉ
Ｃ）技術が進歩して複雑なスイッチングモード回路のほ
とんどの部分を単一のチップ上へ集積できるようになっ
たため、スイッチング電源はそれよりもずっと簡単な線
形電源とコスト的に競合できるようになってきた。１つ
の指標としてＩＣパッケージのピン数が少なくなればな
るほど、コストも低下するといえる。支援部品が少なく
なることや周辺回路部品のコストが下がることもまた電
源全体のコストを低下させる要因となる。
【０００３】図１は従来技術の電源１０を示しており、
それは全波整流のブリッジ整流器１２、一次巻線１６と
一対の二次巻線１８、２０とを備えた変圧器１４、スイ
ッチングモード電源チップ２２、複数個のフィルタコン
デンサ２４−２７、一対のダイオード２８と３０、およ
び高電圧、高電力の抵抗３２を含んでいる。チップ２２
を動作させる電源は、二次巻線２０、ダイオード３０、
およびコンデンサ２７によって作り出され、それをここ
ではＶｂｉａｓとしている。しかし、電源投入時にはチ
ップ２２がスイッチング動作をしていないので、一次巻
線１６は開放状態にあって二次巻線２０に電圧は誘導さ
れないであろうから、チップ２２は電源なしの状態にな
る。従ってスイッチングを開始させるために、ブリッジ
整流器１２へ抵抗３２をつないで直流高電圧の中間タッ
プを設け、電流整流のためのコンデンサ２５を備える。
このタップから抵抗３２を経由してチップ２２を起動さ
せるのにちょうど足りるような電流が供給される。残念
なことに、ラインの高電圧がチップ２２に必要とされる
低電圧へ低下する過程でかなりの量の電力が消費される
ため、抵抗３２は高電力型のものでなければならない。
この電力消費は定常的であり、Ｖbiasが利用できるよう
になった後でもそうである。この問題は入力電圧範囲が
広い（例えば、汎用的な動作電圧の交流８０−２７５ボ
ルト）場合に特に重大である。最悪の場合の設計基準を
採用すれば、抵抗３２は考え得る最低の電圧時に起動電
流を供給し得るように設計されなければならない。そう
すれば、考え得る最大の電圧時には、抵抗３２はもっと
大きい電力を消費することになる。そのような高電力型
の抵抗は付加的な空間と空気の循環とを必要とすること
もこの問題を更に複雑にしている。
【０００４】図２は電源１０と同様な従来技術の電源５
０を示しているが、この場合には抵抗３２を無くして、
チップ２２もスイッチングモード電源チップ５２で置き
換えられている。チップ５２の内部の電圧調整器が抵抗
３２を不要としており、高電圧前置調整器トランジスタ
５４、直列パストランジスタ５６、および不足電圧比較
器５８を含んでいる。抵抗６０がトランジスタ５４をオ
ン状態にバイアスし、初期の電源投入時に、トランジス
タ５４はトランジスタ５６をプルアップし、電源出力ト
ランジスタ６４をスイッチングするパルス幅変調器（Ｐ
ＷＭ）６２へ電源を供給する。一次巻線１６両端に電圧
が生じ、従って二次巻線２０に電圧が誘導されて、それ
がＶbiasを供給する。Ｖbiasが供給されることによって
比較器５８はトランジスタ５４をオフ状態に保つように
動作し、それ以降は高電圧は必要とされない。高電圧前
置調整器５４をターンオフすることは起動後の電力の節
約に有効であるが、高電圧トランジスタや追加のピン、
そして高電圧の安全のための十分な空間が必要とされる
ことから、そのような機能を組み込むことの方が高価に
つく。
【０００５】スイッチングモード電源チップの前置調整
器に使用される典型的な従来技術の高電圧トランジスタ
は通常は比較的小さいデバイスである。従って、このト
ランジスタのライン過渡現象に対する耐性は限られたも
のである。従って、このトランジスタに付随するピン
が、そのスイッチング調整器チップに関する静電的な放
電（ＥＳＤ）および安全動作領域（ＳＯＡ）の定格を制
限する因子となる。
【０００６】
【発明の概要】本発明の１つの目的は、起動時に高電圧
をタップ入力するための専用の端子ピンを必要としない
スイッチングモード電源チップを得ることである。
【０００７】要約すると、本発明の１つの実施例は、入
力の交流ライン電圧を整流するための全波整流式のブリ
ッジ整流器、一次巻線と２本の二次巻線とを備える変圧
器、そしてドリフト領域に低電圧タップを備える集積化
された高電圧の電力用ＭＯＳＦＥＴを含むスイッチング
モード電源チップを含むスイッチング電源である。この
ＭＯＳＦＥＴは変圧器の一次巻線の電力スイッチングを
制御し、初期の電源投入時に高電圧を与えられて有して
いる。この高電圧は、ＭＯＳＦＥＴのＪＦＥＴ部で電圧
降下を起こし、そのＭＯＳＦＥＴのスイッチングを制御
するチップ中のパルス幅変調器を動作させるための電力
を一時的もしくは定常的に調整器へ供給する。
【０００８】本発明の１つの特長は、高電力のバイアス
抵抗や高電圧の前置調整器を必要としない集積回路が提
供されることである。
【０００９】本発明の１つの特長は、数本のピンと外部
部品とを必要とする簡単な完全集積化電源チップを許容
する集積回路が提供されることである。
【００１０】本発明の更に別の１つの特長は、経済的な
集積回路が提供されることである。
【００１１】本発明の別の１つの特長は、高電圧降下抵
抗を使用している従来技術の電源と比較してかなりの電
力節約ができる集積回路が提供されることである。
【００１２】本発明の１つの特長は、１本だけの高電圧
ピンを備える完全集積化スイッチング電源を許容する集
積回路が提供されることであって、従って、少なくとも
２本の高電圧ピンを必要とする従来技術の構成と比べて
静電的放電および安全動作領域の問題を緩和できること
である。
【００１３】本発明のこれらおよびその他の目的と特長
は、図面に示された好適実施例に関する以下の詳細な説
明を参考にすることで当業者には明かとなるであろうこ
とは疑いない。
【００１４】
【実施例】図３は本発明の電源の実施例を示し、ここで
は一般的な参照符号７０で示している。電源７０は全波
整流のブリッジ整流器７２、一次巻線７６と一対の二次
巻線７８、８０とを備える変圧器７４、およびスイッチ
ングモード電源チップ８２を含んでいる。チップ８２中
に含まれる高電圧の電力用金属−酸化物−半導体電界効
果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）８４は、等価的に、接
合電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）８６と絶縁ゲート
ＦＥＴ（ＩＧＦＥＴ）８８とを含んでいる。タップ９０
はＩＧＦＥＴ８８がオフの時に、調整器９２と抵抗９４
とに対して低電圧を供給する。
【００１５】ＭＯＳＦＥＴ８４は、エクルンド（Ｋｌａ
ｓ Ｈ．Ｅｋｌｕｎｄ）による、１９８９年３月７日付
けの米国特許第４，８１１，０７５号に述べられている
ものであることが望ましい。絶縁ゲート電界効果トラン
ジスタと両面接合ゲート電界効果トランジスタとが同一
半導体チップ上で直列につながれて高電圧ＭＯＳ電界効
果トランジスタを形成している。延長されたドレイン領
域が逆の伝導形材料の基板の上に形成される。この材料
の最上層は基板と同様に、延長されたドレイン領域と同
じマスクを使用したイオン打ち込みによって形成され
る。この最上層はドレイン延長部の中間部分のみを覆っ
ており、ドレイン延長部の両端は上部の二酸化シリコン
層へつながっている。ドレイン延長部を通る電流は基板
と最上層とによって制御される。それらは良く知られた
電界効果によってそれらの間でドレイン延長部をピンチ
オフさせる。ＭＯＳＦＥＴ８４のドリフト領域は高いラ
イン電圧をチップ８２のバイアス用に低電圧にまで電圧
降下させるために使用される。ＪＦＥＴ８６とＩＧＦＥ
Ｔ８８の間のタップ９０接続点は、ＪＦＥＴ８６のピン
チオフ作用のために典型的には１５−２０ボルトに制限
される。
【００１６】一対の抵抗９６および９８が、直列パスト
ランジスタ１０２を制御する不足電圧比較器１００に対
して電圧分割の機能を提供する。トランジスタ１０２の
出力はパルス幅変調器（ＰＷＭ）１０４への内部的な低
電圧電源である。一旦、内部低電圧電源が生すると、Ｐ
ＷＭ１０４はＩＧＦＥＴ８８をオンにもオフにも制御で
きるようになる。これにより変圧器７４が動作できるよ
うになって巻線８０に電圧が誘導される。ダイオード１
０６と一対のコンデンサ１０８、１１０が平滑化された
直流低電圧をＶbiasとして接続点１１２へ供給する。ピ
ンチオフされたＪＦＥＴ８６は電流源のように振る舞
い、バイパスコンデンサ１１０を充電する電流を供給す
る。この後はＶｂｉａｓが内部低電圧電源となって、ト
ランジスタ９２がターンオフされる。接続点１１２の電
圧が要求値に達すると、その電圧はトランジスタ９２を
制御することによって調整されるようになる。
【００１７】ＩＧＦＥＴがオフの間は、各サイクルで、
ＪＦＥＴ８６を通して内部低電圧電源の平均された電流
要求を満たすに十分な電流を供給する時間が確保され
る。もし必要であれば、チップ８２を高ライン電圧から
連続的に動作させることもできる。しかし、通常動作の
ためのチップ電源電流を高電圧ラインから供給すること
はＪＦＥＴ８６中での多量の電力損失を招き、それは変
圧器出力から取り出される低電圧Ｖｂｉａｓを使用すれ
ば回避できることである。この後者の場合には、接続点
１１２の電圧がチップ８２の動作電圧に到達した後にチ
ップ８２が駆動された時には、トランジスタ９２はター
ンオフされ、チップ８２へＶbiasを用いて電源供給がな
される。これがうまく動作するためには、コンデンサ１
１０は十分大きなものであって、Ｖbiasが上昇してしま
うまでに電圧の低下なしに電源電流を供給できるもので
なければならない。比較器１００の履歴特性は、トラン
ジスタ９２がターンオフするのとＶｂｉａｓがそれの通
常の動作レベルへ立ち上がるのとの間に存在する遷移期
間の間、コンデンサ１１０の両端間の幾分かの電圧低下
を許容する。もし、Ｖｂｉａｓがその完全な値に到達す
る前にコンデンサ１１０両端間の電圧が履歴値よりも更
に低下すれば、比較器１００がトランジスタ９２をスイ
ッチオンし、トランジスタ１０２をオフして、Ｖbiasが
利用できるようになるまで起動サイクルが繰り返され
る。
【００１８】図４はチップ８２の典型的なチップ配置を
示す。ＭＯＳＦＥＴ８４は高電圧、高電流型のものであ
るから、これを組み込むために必要とされるチップ面積
はかなりの大きさとなる。図２の従来技術の例では、高
電圧トランジスタ５４もまたかなり大きいチップ面積を
必要とするものである。従って、本発明の高電圧トラン
ジスタのようなトランジスタを排除することは、ダイの
寸法と製造コストの双方を低減することにつながる。
【００１９】本発明はここに例示した特定の実施例につ
いて説明してきたが、この開示は限定的な意図のもので
はないことを理解されたい。上記の開示を参考にして各
種の変更や修正が当業者には思いつかれるであろうこと
は疑いない。従って、本発明の特許請求の範囲はすべて
の変更や修正を本発明の範囲に含まれるものとして包含
するものと解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】電源投入時のバイアスを発生するための高電圧
降下抵抗を含む従来技術の電源の模式図。
【図２】電源投入時のバイアスを発生するための高電圧
調整器トランジスタを電源チップ内に含む別の従来技術
の電源の模式図。
【図３】本発明のスイッチングモード電源の模式図。
【図４】図３の電源に使用される電源チップのチップ配
置図。
【符号の説明】
１０ 電源 １２ 全波整流ブリッジ整流器 １４ 変圧器 １６ 一次巻線 １８，２０ 二次巻線 ２２ スイッチングモード電源チップ ２４−２７ フィルタコンデンサ ２８，３０ ダイオード ３２ 高電圧、高電力抵抗 ５０ 電源 ５２ スイッチングモード電源チップ ５４ 前置調整器 ５６ 直列パストランジスタ ５８ 不足電圧比較器 ６０ 抵抗 ６２ パルス幅変調器 ６４ 電力出力トランジスタ ７０ 電源 ７２ 全波整流ブリッジ整流器 ７４ 変圧器 ７６ 一次巻線 ７８，８０ 二次巻線 ８２ スイッチングモード電源チップ ８４ ＭＯＳＦＥＴ ８６ ＪＦＥＴ ８８ ＩＧＦＥＴ ９０ タップ ９２ 調整器 ９４ 抵抗 ９６，９８ 抵抗 １００ 不足電圧比較器 １０２ 直列パストランジスタ １０４ パルス幅変調器 １０６ ダイオード １０８，１１０ コンデンサ １１２ 接続点

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 スイッチングモード電源チップであっ
    て：スイッチングモード電源変圧器の一次巻線をオンお
    よびオフ状態へスイッチングするための電力スイッチン
    グ手段であって、第２のトランジスタのドレインへ供給
    される電圧を制限するための第１のトランジスタを含む
    電力スイッチング手段、 前記第２のトランジスタの前記ドレインへつながれた低
    電圧タップ、および電力オフの状態から前記チップを起
    動させる時に、低電圧タップから前記電力スイッチング
    手段の動作を開始させるのに十分な供給電圧を発生させ
    るための調整器手段、 を含むチップ。
  2. 【請求項２】 請求項１記載のチップであって、 前記電力スイッチング手段がＭＯＳＦＥＴデバイスを含
    み、前記第１のトランジスタがアースされたゲートを有
    するＪＦＥＴであり、前記第２のトランジスタがアース
    されたソースを有するＩＧＦＥＴである、チップ。
  3. 【請求項３】 請求項１記載のチップであって、 前記調整器手段が第３のトランジスタと前記第３のトラ
    ンジスタのゲートをプルアップするための抵抗とを含
    み、更に前記第３のトランジスタのソースにおいて調整
    された電圧を保持するための電圧比較器を含んでいる、
    チップ。
  4. 【請求項４】 請求項１記載のチップであって、 前記電力スイッチング手段がＭＯＳＦＥＴを含み、前記
    第１のトランジスタがアースされたゲートを有するＪＦ
    ＥＴであり、前記第２のトランジスタがアースされたソ
    ースを有するＩＧＦＥＴであって、更に前記調整器手段
    が第３のトランジスタと前記第３のトランジスタのゲー
    トをプルアップするための抵抗とを含み、更に前記第３
    のトランジスタのソースにおいて調整された電圧を保持
    するための電圧比較器を含んでいる、 チップ。
  5. 【請求項５】 内部発生式の起動バイアスを備える集積
    回路（ＩＣ）であって：前記ＩＣへつながる高電圧出力
    電流をオンおよびオフ状態へスイッチングするための電
    力スイッチング手段であって、第２のトランジスタのド
    レインへ供給される電圧を制限するための第１のトラン
    ジスタを含む電力スイッチング手段、 前記第２のトランジスタの前記ドレインへつながれた低
    電圧タップ、および電力オフの状態から前記チップを起
    動させる時に、低電圧タップから前記電力スイッチング
    手段の動作を開始させるのに十分な供給電圧を発生させ
    るための調整器手段、 を含むチップ。
  6. 【請求項６】 電源であって：入力交流電力から直流高
    電圧を生成するための全波整流ブリッジ整流器手段、 前記全波整流ブリッジ整流器手段からの前記直流高電圧
    を平滑化するためのフィルタコンデンサ手段、 前記直流高電圧から、絶縁された直流出力とチップバイ
    アス電圧とを生成するための変圧器手段、および前記変
    圧器手段を通して前記直流高電圧をスイッチングさせ
    て、前記絶縁された直流出力とチップバイアス電圧とを
    調整させるための集積回路チップ手段であって：ゲート
    を前記電源のアースへつながれた接合電界効果トランジ
    スタ（ＪＦＥＴ）であって、前記変圧器手段を通して前
    記直流高電圧へつながれたドレインが前記直流高電圧に
    等しい電圧が前記ＪＦＥＴのソースへ現れるのを妨げる
    ようになった接合電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）、 ソースを前記アースへつながれ、ドレインを前記ＪＦＥ
    Ｔの前記ソースへつながれた絶縁ゲート電界効果トラン
    ジスタ（ＩＧＦＥＴ）、 前記絶縁された直流出力からのサンプリングされた電圧
    に応答して、前記ＩＧＦＥＴのゲートを駆動するための
    パルス幅変調器（ＰＷＭ）手段、および前記ＪＦＥＴの
    前記ソースにおいて利用できる電圧から前記ＰＷＭ手段
    へ動作電流を供給するための第１の電圧調整器手段、 を含む集積回路チップ手段、 を含む電源。
  7. 【請求項７】 請求項６記載の電源であって、前記集積
    回路手段が更に：前記絶縁されたチップバイアス電圧か
    ら前記ＰＷＭ手段へ動作電流を供給するための第２の電
    圧調整器手段、 を含んでいる電源。
  8. 【請求項８】 スイッチングモード電源チップであっ
    て：スイッチングモード電源変圧器の一次巻線をオンお
    よびオフ状態へスイッチングするための電力スイッチン
    グ手段であって、第２のトランジスタのドレインへ供給
    される電圧を制限するための第１のトランジスタを含む
    電力スイッチング手段、 前記第２のトランジスタの前記ドレインへつながれた低
    電圧タップ、および低電圧タップから前記電力スイッチ
    ング手段を連続的に動作させるのに十分な供給電圧を発
    生させるための調整器手段、 を含むスイッチングモード電源チップ。
JP21629593A 1992-09-01 1993-08-31 電源装置 Expired - Lifetime JP3250881B2 (ja)

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