JPH06178538A - 3端子スィッチングモード給電集積回路 - Google Patents
3端子スィッチングモード給電集積回路Info
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- JPH06178538A JPH06178538A JP5216296A JP21629693A JPH06178538A JP H06178538 A JPH06178538 A JP H06178538A JP 5216296 A JP5216296 A JP 5216296A JP 21629693 A JP21629693 A JP 21629693A JP H06178538 A JPH06178538 A JP H06178538A
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- Power Engineering (AREA)
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Abstract
ケージを使用できる、3端子スィッチングモード給電チ
ップを提供することを目的とする。 【構成】接地基準電位に接続された第一端子と、電圧調
整後の電圧を出力する第二端子と、フィードバック信号
とチップへの給電信号との合成信号を入力するための第
三端子とを有するスィッチングモード給電チップを構成
し、前記合成入力信号に接続され、チップの内部でフィ
ードバック信号を給電電圧から分離するためのフィード
バック信号抽出回路を具備した3端子スィッチングモー
ド給電チップを実現する。
Description
り、特に最少数のピン出力を備えたスィッチング給電装
置で使用される集積回路素子に関する。
使用される給電装置の型式とそれらを構築する際に選択
される部品の中から選ぶ際の最も重要な関心事である。
スィッチング給電装置は、より簡単なリニア給電装置に
比較してコスト的に対抗できるものとなってきたが、こ
れは集積回路(IC)技術が進歩し、複雑なスィッチモ
ード回路の大部分が単一チップ上に集積できるようにな
ったからである。大ざっぱに言えば、ICパッケージ上
の必要なピン数が少なければ少ないほどコストは安くな
る。スィッチング給電装置ICのコスト削減の最終目標
は3端子パッケージである。ひとつのピンは電源スィッ
チング用、ひとつのピンは接地用そしてひとつのピンは
フィードバック用である。従来型給電ICは通常8つも
の多くのピンを必要とし、従ってパッケージのオプショ
ンをより高価な型式に限定していた。
れは全波ブリッジ整流器12、フィルタキャパシタ1
4、一次巻線18と一対の二次巻線20および22とを
具備した変成器16、直流出力を供給するダイオード2
4とキャパシタ26、電圧Vbi asを供給するダイオード
28とキャパシタ30、補償誤差増幅器32、光絶縁器
34、4ピンスィッチングモード給電チップ36および
チップ36の近くに配置されているVbias平滑キャパシ
タ38とを含む。Vbiasはチップ36を動作させるため
の電力を供給する。しかしながら、始動時にはチップ3
6には電力が供給されていない、何故ならば一次巻線1
8は開放状態で二次巻線22にはチップ36がスィッチ
ングをしていないので電圧が誘導されていない。この様
なスィッチングを開始させるために、高電圧が高電圧M
OSFET40と一次巻線18の終端との接合部から取
り出されている。このタップはチップ36を始動させる
のに十分な電流を供給できる。チップ36内の電圧調整
器は高電圧前置電圧調整器トランジスタ42、パストラ
ンジスタ44および低電圧比較器46とを含む。始動開
始中、キャパシタ38にかかる電圧(Vs)が零または
ほぼ零に近いとき、抵抗器48はトランジスタ42を導
通させるようにバイアスをかけ、キャパシタ38充電用
の電流を流す。電圧Vsが予め定められた閾値を越える
と、比較器46はトランジスタ44を導通し、トランジ
スタ42を遮断する。比較器46はヒステリシスを含
み、トランジスタ42および44は電圧Vsが第一閾値
よりも低い第二閾値以下に落ちない限り再切り替えされ
ない。電圧Vsとトランジスタ44が導通であることに
より、電力がパルス幅変調器(PWM)50に供給され
る。この結果、通常のスィッチング動作が開始できるよ
うになり、トランジスタ40は一次巻線18を流れる電
流をチョップする。従って変成器16は動作を始め、電
圧(Vbias)が二次巻線22、ダイオード28およびキ
ャパシタ30で生成される。キャパシタ38の両端から
供給されるVbiasにより、比較器46はトランジスタ4
2を遮断状態に維持し、さらなる高電圧電力はもはや必
要とされない。直流出力に比例するフィードバック信号
が増幅器32と光絶縁器34とを経由してPWM50に
戻される。従ってチップ36は最少4つのピン、すなわ
ち、OUT,FB,VSおよびGNDを必要とする。
ため、例えば工業規格TO−220,DPAK,TO−
5およびその等価品の様な低コスト3端子パッケージの
使用を妨げている。従って3端子スィッチングモード給
電チップは工業分野で必要とされている。
ィッチングモード給電チップを提供することである。
フィードバック制御信号とチップを動作させるためのバ
イアス供給電圧との合成信号を受信するための信号端子
を具備した3端子スィッチングモード給電チップであ
る。フィードバック抽出回路がチップ内でフィードバッ
ク信号を供給電圧から分離するために用意されており、
これは分流電圧調整器を通る過剰電流を検出する事で行
われる。
部品とを備えた簡単な完全集積給電チップを可能とす
る、集積回路が提供されることである。
路が提供されることである。
チップ上の前置電圧調整器に必要であった高電圧トラン
ジスタ領域を取り除いた集積回路が提供されることであ
る。
電圧ピンおよび接地ピンのみを備えた完全集積スィッチ
ング給電を可能とする集積回路を提供することである。
に特長は、本技術分野に精通の当業者がいくつかの図面
に示された提出された実施例の以下の詳細説明を読んだ
後に明かとなることは、疑いもないことである。
し、全体として参照番号60で示されている。給電装置
60は全波ブリッジ整流器62、フィルタキャパシタ6
4、一次巻線68と一対の二次巻線70と72を具備し
た変成器66、直流出力を供給するダイオード74とキ
ャパシタ76、電圧Vbiasを供給するダイオード78と
キャパシタ80、補償誤差増幅器82、光絶縁器84、
3ピンスィッチングモード給電チップ86そしてチップ
86の近くに配置されているVbias平滑キャパシタ88
とを含む。Vbiasが直流出力フィードバックと動作電力
の合成信号(FB/VS)を与えるために、光絶縁器8
4を通して供給される。電力始動時、V biasは零であ
り、チップ86には電力が供給されていない、何故なら
ば一次巻線68は開放状態であり、チップ86がスィッ
チングを行っていないので二次巻線72の中に電圧が誘
導されていないためである。この様なスィッチングを開
始させるために、低電圧が高電圧MOSFET92の内
部接合部から取り出される。MOSFET92が非導通
の時、一次巻線68のスィッチングされる終端部に高電
圧が存在する。従ってチップ86はただ3本のピン、O
UT,GNDそしてFB/VSのみを必要とし、廉価な
プラスティックTO−220工業規格型式パッケージの
中に装着可能である。
4,811,075号、1989年3月7日発行、カル
ス エイチ.エクランドに付与、に記述されているもの
と同等である。絶縁ゲート、電界効果トランジスタと両
側接合ゲート電界効果トランジスタが同一の半導体チッ
プ上に直列に接続され高電圧MOSトランジスタを形成
している。拡張ドレイン領域が反対側の導電性物質基板
表面に形成されている。物質の最上層は、基板と同様
に、拡張ドレイン領域と同じマスクウィンドウを通して
イオン注入で形成されている。最上層は拡張ドレインの
中間部分のみを覆い、その端部は上部の二酸化シリコン
層と接している。拡張ドレインを通って流れる電流は基
板と最上層とで制御されており、これらの間で拡張ドレ
イン領域は電界効果でなじみのやり方でピンチオフされ
る。主電力用MOSFET92は電源電圧をチップ86
バイアス用の低電圧に降下させるために使用されてい
る。
b)と内部低電圧供給電流(Is)を結合したものを単
一ピン上に受信する。供給電流はCMOS版のチップ8
6ではおよそ1ミリアンペアである。供給電流はまた光
絶縁器84の出力用バイアス電流としても作用する。光
絶縁器84は最適に動作するためには通常バイアス電流
として0.5から0.2ミリアンペアを必要とする。従
来技術に於ける給電装置では、光絶縁器バアイス電流は
スィッチングモード給電チップで必要とされる電流以外
に余分に必要とされる。フィードバック信号二次巻線7
0は光絶縁器84の出力トランジスタを流れる電流を変
調する。フィードバック変調は制御器90によって直流
供給電流から抽出される。
熱運転停止装置94、機能ブロック96、発振器(OS
C)98、比較器(COMP)100それにパルス幅変
調器(PWM)102とを含む3端子電圧調整チップ8
6を示している。抽出されたフィードバック信号(Vf
b)はブロック96からの出力でCOMP100に供給
される。MOSFET92は等価な接地されたゲートを
具備した高電圧JFET104と低電圧MOSFET1
06とを含む。タップ108はJFET104とMOS
FET106の接合部から電力を供給する。
ィードバック抽出器108、Vs電圧調整器兼スィッチ
ング雑音フィルタ110、低電圧検知器112、および
高電圧始動電圧調整器114とを含む。電圧調整器兼フ
ィルタ110は、バンド幅基準電圧(Vbg)と電圧V
sの、抵抗器群116,118および120の比率で決
定される分圧とを比較し、電圧調整を行う。誤差増幅器
は三つのトランジスタ組122,124および126、
一対のトランジスタ128と130、それに132とを
含む。誤差増幅器の出力は分流トランジスタ134を駆
動する。十分な電流がFB/VSに入力されている限
り、電圧Vsは調整状態にあり余分な電流はトランジス
タ134を通して接地に分流される。この余剰電流は写
し取られて、トランジスタ136および抵抗器138に
よって抽出フィードバック電圧(Vfb)に変換され
る。電力増加中、高電圧始動電圧調整器114およびキ
ャパシタ88(図2)はチップ86を始動するための動
作電流並びに電圧を供給する。一度給電装置60が動作
状態になると、二次巻線72とVbias電圧が上昇し始め
る。直流出力電圧(図2)が予め定められた電圧調整レ
ベルに達した時、誤差増幅器82が光絶縁器84内のL
EDを点灯する。これは続いて光絶縁器84の出力を駆
動し、チップ86への供給電流の導通を開始する。電流
は増加を続け、トランジスタ134を通って流れる余剰
電流が十分な値となって、VfbがOSC98(図3の
Cosc)からの鋸歯状波の動作範囲(1−2ボルト)
に入るまで継続し、こりVfbはCOMP100の反転
入力に供給される。この手順は給電装置60内の電圧調
整を開始させる。Vfbが正常動作電圧を越えると、最
大オンパルス幅が出力スィッチMOSFET92に送ら
れ、その結果始動時に最大電力出力が得られる。Vfb
が動作電圧範囲内またはそれ以下の時には、MOSFE
T92に送られるパルス幅は最少または零である。フィ
ードバックループは自動的にパルス幅が動作範囲に維持
されるように調整し、二次巻線70の出力電圧の電圧調
整が行えるようにしている。
SFET92からのVs節内の漂遊スィッチング電流
が、Vfb出力を汚染することを防止しなければならな
い。低域フィルタが電圧調整器兼フィルタ110内に含
まれており、トランジスタ124に結合されたミラーキ
ャパシタ140を使用している。カットオフ周波数はお
よそ5KHzであり、これは高いスィッチング周波数雑
音(例えば、100KHzから500KHz)がトラン
ジスタ134のゲートを変調することを効果的に濾波す
るのに十分低い値である。しかしながらこのカットオフ
値は電圧調整ループの主極(例えば0.1Hzから10
0Hz)に比較して十分高く、閉ループサーボ制御安定
性には影響を与えない。
1KHzから10KHz)内の給電電流周波数は、給電
ループ内の不安定さに影響を与え得る。例えば、チップ
86の供給電流消費がMOSFET92に供給されるパ
ルス幅で変化すると、直列に並んだ信号がVfbに現
れ、これは結果として内部の正または負のフィードバッ
クを引き起こし得る。供給電流はパルス幅とは無関係で
あるべきであって、なぜならばMOSFET92のゲー
トの様な節は、パルス幅とは関係なく各周期毎に一回、
充電と放電を行うためである。正味の直流電流は零であ
る。零に近いパルス幅の場合は例外であって、なぜなら
ばゲートは次に放電する前に完全に充電されないからで
ある。これは零負荷近辺でのジッタを引き起こすことが
あるが、これは種々の方法で対処可能である。例えばゲ
ート駆動段の入力に接続された抵抗器はMOSFET9
2が非導通状態での電流を消費し、これはパルス幅が減
少すると増加するので問題を帳消しにする。
れるチップ領域が広大であることを示している。JFE
T104は空間の最大部分を占めている。
記述してきたが、理解されるように開示内容は制限とし
て解釈されるものではない。当業者が開示内容を一読し
た後種々の代替案並びに修正を行い得ることは疑いもな
い。従って添付の特許請求の範囲が、全ての代替案並び
に修正が本発明の精神および範囲内に落ちるように解釈
されるものと意図している。
図式図であり、3端子スィッチングモード給電チップを
含む。
のブロック図。
の一部である、フィードバック抽出器、Vs電圧調整器
とスィッチング雑音フィルタ、低電圧検出器、そして高
電圧始動電圧調整器の図式図。
のチップマップ図であり、高電圧MOSFETの比較寸
法を示す図。
Claims (3)
- 【請求項1】 3端子スィッチングモード給電チップで
あって:単一の第一端子上にフィードバック信号とチッ
プ給電との合成信号を受信し、前記チップ給電から前記
フィートバック信号を抽出するための、フィードバック
並びにバイアス分離装置と;接地基準電位に接続された
第二端子と変成器の第一巻線に接続された第三端子との
間で、変調電流を導通および遮断するための電力スィッ
チング装置と;電力スィッチング装置を制御し、前記抽
出されたフィードバック信号に応じて、前記変成器から
の一定出力を維持するためのパルス幅変調装置とを含
む、前記3端子スィッチングモード給電チップ。 - 【請求項2】 請求項第1項に記載のチップに於て:フ
ィードバックおよびバイアス分離装置が、前記フィード
バック信号に比例して電圧調整を実施するために必要な
電流の余剰電流を生成するための、分流電圧調整装置を
含む、前記3端子スィッチングモード給電チップ。 - 【請求項3】 給電装置であって:交流電源電圧を直流
高電圧に変換するための整流装置と;その第一端を前記
直流高電圧に接続された一次巻線と、第一の二次巻線お
よび第二の二次巻線とを含む変成器と;接地基準電位に
接続される第一端子、前記一次巻線の第二端に接続され
る第二端子そしてフィードバック信号とチップ電力との
合成信号を入力するための第三端子とを有する3端子ス
ィッチングモード給電チップと;前記第一の二次巻線出
力を電圧調整された直流出力電圧に変換するための直流
出力装置と;前記第二の二次巻線の出力を3端子スィッ
チングモード給電チップに電力供給するのに十分なバイ
アス給電に変換するためのバイアス装置と;そしてフィ
ードバック信号を直流出力装置から取り出し、前記フィ
ードバック信号をバイアス装置からの前記バイアス給電
に加え、前記第三端子に接続される合成信号を形成する
ための合成装置とを含む、前記給電装置。
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