本發(fā)明涉及一種電源控制用半導(dǎo)體裝置，特別涉及一種有效用于控制用半導(dǎo)體裝置的技術(shù)，該控制用半導(dǎo)體裝置構(gòu)成具備了電壓變換用變壓器的絕緣型直流電源裝置。

背景技術(shù)：

在直流電源裝置中，具有ac-dc變換器，該ac-dc變換器由對(duì)交流電源進(jìn)行整流的二極管電橋電路和對(duì)該電路整流后的直流電壓進(jìn)行降壓來變換為期望電位的直流電壓的絕緣型dc-dc變換器等構(gòu)成。作為該ac-dc變換器，例如已知如下一種開關(guān)電源裝置，其通過pwm(脈沖寬度調(diào)制)控制方式或pfm(脈沖頻率調(diào)制)控制方式針對(duì)與電壓變換用變壓器的初級(jí)側(cè)串聯(lián)連接的開關(guān)元件進(jìn)行開關(guān)驅(qū)動(dòng)來控制在初級(jí)側(cè)線圈中流過的電流，從而間接地控制在次級(jí)側(cè)線圈中感應(yīng)的電壓這樣的開關(guān)電源裝置。

另外，在開關(guān)控制方式的ac-dc變換器中，為了初級(jí)側(cè)的控制動(dòng)作，設(shè)置與初級(jí)側(cè)的開關(guān)元件串聯(lián)的電流檢測用電阻，并且在電源控制電路(ic)中設(shè)置輸入通過該電阻進(jìn)行了電流-電壓變換后的電壓的端子(電流檢測端子)，基于檢測到的電流值和來自次級(jí)側(cè)的反饋電壓來控制初級(jí)線圈的峰值電流，從而將次級(jí)側(cè)的輸出電壓或輸出電流維持為恒定(參照專利文獻(xiàn)1)。

并且，在構(gòu)成為根據(jù)通過電流檢測用電阻進(jìn)行了電流-電壓變換后的電壓和來自次級(jí)側(cè)的反饋電壓，在初級(jí)側(cè)控制次級(jí)側(cè)的輸出的ac-dc變換器中，為了降低輕負(fù)載時(shí)的開關(guān)損耗提高電力效率，在某個(gè)反饋電壓vfb1以下和vfb2以上的區(qū)域中通過固定了開關(guān)頻率的pwm方式進(jìn)行控制，另一方面，在vfb1～vfb2之間改變開關(guān)頻率來進(jìn)行控制。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2001-157446號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的課題

然而，在按照上述那樣的反饋電壓-開關(guān)頻率特性(以下，記為fb電壓-頻率特性)來進(jìn)行輸出電壓控制的ac-dc變換器中，例如在希望通過噪聲對(duì)策來變更開關(guān)頻率時(shí)或具有為了小型化而使用小的變壓器這樣的要求時(shí)，會(huì)有無法應(yīng)對(duì)的課題。

本發(fā)明是在上述的背景下作出的，其目的在于，提供一種電源控制用半導(dǎo)體裝置，其能夠通過來自外部的設(shè)定變更開關(guān)頻率控制特性，并且為了噪聲對(duì)策能夠容易地變更開關(guān)頻率、或者能夠根據(jù)系統(tǒng)謀求小型化。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種技術(shù)，即不增加外部端子數(shù)量，電源控制用半導(dǎo)體裝置能夠設(shè)定將電源裝置設(shè)為閂鎖停止模式可執(zhí)行狀態(tài)還是設(shè)為通過反饋端子的電壓強(qiáng)制性地關(guān)斷開關(guān)元件的狀態(tài)，并且能夠從外部任意地設(shè)定強(qiáng)制性地關(guān)斷開關(guān)元件的反饋端子電壓的值。

解決課題的手段

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的電源控制用半導(dǎo)體裝置生成并輸出驅(qū)動(dòng)脈沖，該驅(qū)動(dòng)脈沖用于根據(jù)與變壓器的初級(jí)側(cè)線圈中流過的電流成比例的電壓以及來自所述變壓器的次級(jí)側(cè)的輸出電壓檢測信號(hào)，對(duì)用于在電壓變換用的所述變壓器的初級(jí)側(cè)線圈中間歇地流過電流的開關(guān)元件進(jìn)行開關(guān)控制，所述電源控制用半導(dǎo)體裝置具備：時(shí)鐘產(chǎn)生電路，其具備頻率可變的振蕩電路，并產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，該時(shí)鐘信號(hào)用于賦予使所述開關(guān)元件周期性地接通的定時(shí)；電壓/電流控制電路，其基于與所述變壓器的初級(jí)側(cè)線圈中流過的電流成比例的電壓以及來自所述變壓器的次級(jí)側(cè)的輸出檢測信號(hào)賦予使所述開關(guān)元件關(guān)斷的定時(shí)；設(shè)定端子，其用于從外部賦予設(shè)定信息；開關(guān)單元，其設(shè)置在被提供ac輸入電壓的第一電源端子和被提供在所述變壓器的輔助線圈中感應(yīng)的電壓的第二電源端子之間；以及內(nèi)部電源電壓控制電路，其對(duì)所述開關(guān)單元進(jìn)行開關(guān)控制，所述電源控制用半導(dǎo)體裝置構(gòu)成為，在所述設(shè)定端子的電壓低于預(yù)先設(shè)定的第一電壓值時(shí)，轉(zhuǎn)移到第一停止模式，在所述設(shè)定端子的電壓高于所述第一電壓值時(shí)轉(zhuǎn)移到第二停止模式，所述第一停止模式是進(jìn)行控制使得停止所述驅(qū)動(dòng)脈沖的輸出并且通過所述內(nèi)部電源電壓控制電路對(duì)所述開關(guān)單元進(jìn)行開關(guān)控制從而所述第二電源端子的電壓進(jìn)入預(yù)定的電壓范圍的模式，所述第二停止模式是將所述設(shè)定端子的電壓作為閾值以來自所述次級(jí)側(cè)的輸出檢測信號(hào)低于該閾值為條件，停止所述驅(qū)動(dòng)脈沖的輸出的模式。

通過上述的結(jié)構(gòu)，不增加外部端子數(shù)量，能夠設(shè)定將電源控制用半導(dǎo)體裝置設(shè)為第一停止模式(閂鎖停止模式可執(zhí)行狀態(tài))還是設(shè)為通過反饋端子的電壓強(qiáng)制性地關(guān)斷開關(guān)元件的第二停止模式(柵極停止?fàn)顟B(tài))，并且能夠從外部任意地設(shè)定強(qiáng)制性地關(guān)斷開關(guān)元件的反饋端子電壓的值，因此，能夠根據(jù)應(yīng)用的系統(tǒng)自由地調(diào)整優(yōu)先降低待機(jī)功率還是優(yōu)先降低輸出紋波。

在此，優(yōu)選具備頻率控制電路，該頻率控制電路根據(jù)來自所述次級(jí)側(cè)的輸出檢測信號(hào)使所述振蕩電路的振蕩頻率變化，所述頻率控制電路構(gòu)成為能夠根據(jù)所述設(shè)定端子的電壓來變更輸出檢測信號(hào)對(duì)振蕩頻率特性，關(guān)于所述輸出檢測信號(hào)對(duì)振蕩頻率特性，在所述設(shè)定端子的電壓比高于所述第一電壓值(vref1)的第二電壓值(vref2)低時(shí)，將與所述輸出檢測信號(hào)相對(duì)的振蕩頻率的上限值固定為第一頻率，在所述設(shè)定端子的電壓高于所述第二電壓值時(shí)，將與所述輸出檢測信號(hào)相對(duì)的振蕩頻率的上限值固定為高于所述第一頻率的第二頻率。

通過上述結(jié)構(gòu)，具備頻率可變的振蕩電路和根據(jù)來自次級(jí)側(cè)的輸出檢測信號(hào)來使振蕩電路的振蕩頻率變化的頻率控制電路，頻率控制電路根據(jù)設(shè)定端子的狀態(tài)(外接電阻的電阻值)來變更輸出檢測信號(hào)對(duì)振蕩頻率特性，因此能夠通過來自外部的設(shè)定變更開關(guān)頻率控制特性，為了噪聲對(duì)策能夠容易地變更開關(guān)頻率、或者能夠根據(jù)系統(tǒng)謀求小型化。

另外，優(yōu)選具備：電壓比較單元，其將與所述輸出檢測信號(hào)相對(duì)應(yīng)的電壓與所述閾值進(jìn)行比較；分壓單元，其對(duì)所述設(shè)定端子的電壓進(jìn)行分壓；以及

選擇單元，其將所述設(shè)定端子的電壓和通過所述分壓單元分壓后的電壓中的某一個(gè)電壓作為所述閾值來選擇性地提供給所述電壓比較單元，所述分壓單元設(shè)定了分壓比，使得在將轉(zhuǎn)移到所述所述第二停止模式的第一頻率與第二頻率下的輸出檢測信號(hào)的閾值之比設(shè)為n時(shí)，通過所述分壓單元分壓后的電壓與所述設(shè)定端子的電壓之比成為n。

由此，在設(shè)置了根據(jù)設(shè)定端子的狀態(tài)來使輸出檢測信號(hào)對(duì)振蕩頻率特性變化的功能時(shí)，能夠通過小規(guī)模的電路結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)設(shè)為通過反饋端子的電壓來強(qiáng)制性地關(guān)斷開關(guān)元件的第二停止模式(柵極停止?fàn)顟B(tài))的功能，并且能夠減輕設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)。

發(fā)明效果

通過本發(fā)明，在具備電壓變換用變壓器，對(duì)初級(jí)側(cè)線圈中流過的電流進(jìn)行開關(guān)來控制輸出的絕緣型直流電源裝置的控制用半導(dǎo)體裝置中，能夠通過來自外部的設(shè)定變更開關(guān)頻率控制特性，為了噪聲對(duì)策能夠容易地變更開關(guān)頻率，或者能夠容易地根據(jù)系統(tǒng)謀求小型化。另外，具有如下的效果：不增加端子數(shù)量，電源控制用半導(dǎo)體裝置能夠設(shè)定將電源裝置設(shè)為閂鎖停止模式可執(zhí)行狀態(tài)還是設(shè)為通過反饋端子的電壓將開關(guān)元件強(qiáng)制性地關(guān)斷的狀態(tài)，并且能夠從外部任意地設(shè)定強(qiáng)制性地關(guān)斷開關(guān)元件的反饋端子電壓的值。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的作為絕緣型直流電源裝置的ac-dc變換器的一個(gè)實(shí)施方式的電路結(jié)構(gòu)圖。

圖2是表示圖1的ac-dc變換器中的變壓器的初級(jí)側(cè)開關(guān)電源控制電路(電源控制用ic)的結(jié)構(gòu)例的框圖。

圖3是表示實(shí)施例的電源控制用ic中的各部位的電壓變化情況的波形圖。

圖4是表示實(shí)施例的電源控制用ic中的開關(guān)頻率和反饋電壓vfb的關(guān)系的特性圖。

圖5是表示實(shí)施例的電源控制用ic中的頻率控制電路的具體電路結(jié)構(gòu)例的電路結(jié)構(gòu)圖。

圖6是表示柵極停止信號(hào)生成電路的結(jié)構(gòu)例的電路結(jié)構(gòu)圖。

圖7是表示實(shí)施例的電源控制用ic中的輸出驅(qū)動(dòng)器(驅(qū)動(dòng)電路)以及閂鎖停止控制電路之間關(guān)系的電路結(jié)構(gòu)圖。

圖8a是表示實(shí)施例的電源控制用ic中的外部設(shè)定端子adj的電壓與振蕩模式之間的關(guān)系的說明圖。

圖8b是表示實(shí)施例的電源控制用ic中的外部設(shè)定端子adj的電壓與閂鎖停止或柵極停止fb電壓之間的關(guān)系的說明圖。

圖9是表示開關(guān)方式的直流電源裝置中的柵極停止反饋電壓(柵極停止時(shí)間)與待機(jī)功率以及輸出紋波的大小之間的關(guān)系的表。

圖10是表示圖7的實(shí)施例的變形例的電路結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

以下，基于附圖來說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。

圖1是表示作為應(yīng)用了本發(fā)明的絕緣型直流電源裝置的ac-dc變換器的一個(gè)實(shí)施方式的電路結(jié)構(gòu)圖。

該實(shí)施方式的ac-dc變換器具有為了衰減正常模式噪聲而在ac輸入端子間連接的x電容器cx、由共模線圈等構(gòu)成的噪聲切斷用線性濾波器11、對(duì)交流電壓(ac)整流的二極管電橋電路12、平滑整流后的電壓的平滑用電容器c1、具有初級(jí)側(cè)線圈np和次級(jí)側(cè)線圈ns以及輔助線圈nb的電壓變換用變壓器t1、由與該變壓器t1的初級(jí)側(cè)線圈np串聯(lián)連接的n通道m(xù)osfet構(gòu)成的開關(guān)晶體管sw、驅(qū)動(dòng)該開關(guān)晶體管sw的電源控制電路13。在該實(shí)施方式中，電源控制電路13在如單晶硅這樣的一個(gè)半導(dǎo)體芯片上形成為半導(dǎo)體集成電路(以下，稱為電源控制用ic)。

在上述變壓器t1的次級(jí)側(cè)設(shè)置了與次級(jí)側(cè)線圈ns串聯(lián)連接的整流用二極管d2、在該二極管d2的陰極端子與次級(jí)側(cè)線圈ns的另一個(gè)端子之間連接的平滑用電容器c2，通過在初級(jí)側(cè)線圈np中間歇地流過電流來整流并平滑次級(jí)側(cè)線圈ns中感應(yīng)的交流電壓，從而輸出與初級(jí)側(cè)線圈np和次級(jí)側(cè)線圈ns的線圈比相對(duì)應(yīng)的直流電壓vout。

并且，在變壓器t1的次級(jí)側(cè)設(shè)置了構(gòu)成用于切斷在初級(jí)側(cè)的開關(guān)動(dòng)作中產(chǎn)生的開關(guān)紋波噪聲等的濾波器的線圈l3以及電容器c3，并且設(shè)置了用于檢測輸出電壓vout的檢測電路14、與該檢測電路14相連接的作為用于向電源控制用ic13傳遞與檢測電壓相應(yīng)的信號(hào)的光電耦合器的發(fā)光側(cè)元件的光電二極管15a。并且，在初級(jí)側(cè)設(shè)置了在上述電源控制用ic13的反饋端子fb與接地點(diǎn)之間連接的作為接受來自上述檢測電路14的信號(hào)的受光側(cè)元件的光電晶體管15b。

另外，在該實(shí)施方式的ac-dc變換器的初級(jí)側(cè)設(shè)置了由與上述輔助線圈nb串聯(lián)連接的整流用二極管d0、在該二極管d0的陰極端子與接地點(diǎn)gnd之間連接的平滑用電容器c0構(gòu)成的整流平滑電路，通過該整流平滑電路整流并平滑后的電壓施加到上述電源控制用ic13的電源電壓端子vdd。

另一方面，在電源控制用ic13中構(gòu)成為設(shè)置了經(jīng)由二極管d11、d12以及電阻r1施加通過二極管電橋電路12整流前的電壓的高壓端子hv，在接通電源時(shí)(緊接插入了插頭后)能夠通過來自該高壓端子hv的電壓進(jìn)行動(dòng)作。

并且，在本實(shí)施方式中，在開關(guān)晶體管sw的源極端子與接地點(diǎn)gnd之間連接電流檢測用電阻rs，并且在開關(guān)晶體管sw與電流檢測用電阻rs之間的節(jié)點(diǎn)n1與電源控制用ic13的電流檢測端子cs之間連接了電阻r2。并且，在電源控制用ic13的電流檢測端子cs與接地點(diǎn)之間連接電容器c4，通過電阻r2和電容器c4來構(gòu)成低通濾波器。

接著，針對(duì)上述電源控制用ic13的具體結(jié)構(gòu)例進(jìn)行說明。

本實(shí)施方式的電源控制用ic13構(gòu)成為，具備用于從外部設(shè)定開關(guān)周期等的外部設(shè)定端子adj，根據(jù)該外部設(shè)定端子adj的設(shè)定狀態(tài)來選擇預(yù)先準(zhǔn)備的兩個(gè)反饋電壓－頻率特性中的某一個(gè)，并根據(jù)選擇的特性來進(jìn)行輸出的振蕩頻率控制。具體來說，能夠選擇圖4所示的兩個(gè)特性a和特性b中的某個(gè)。此外，在附圖以及以下的說明中，也有將“反饋電壓”記為“fb電壓”的情況。

關(guān)于上述fb電壓－頻率特性a和b，在反饋電壓vfb為vfb1(例如1.8v)以下時(shí)，特性a、b都是通過22khz這樣的相同且固定的頻率進(jìn)行pwm控制，在為vfb2(例如2.1v)以上時(shí)，特性a通過100khz這樣的固定的頻率進(jìn)行pwm控制，特性b通過66khz這樣的固定的頻率進(jìn)行pwm控制，并且，在vfb1～vfb2之間進(jìn)行根據(jù)反饋電壓vfb的變化頻率線性地變化的控制。

此外，切換控制的上述vfb1(1.8v)、vfb2(2.1v)和vfb1以下的區(qū)域中的固定頻率(22khz)、vfb2以上的區(qū)域中的固定頻率(66khz、100khz)是一個(gè)例子，并不限定于這樣的數(shù)值。

并且，本實(shí)施方式的電源控制用ic13能夠根據(jù)外部設(shè)定端子adj的電壓，設(shè)定將電源控制用半導(dǎo)體裝置設(shè)為閂鎖停止模式可執(zhí)行狀態(tài)還是設(shè)為通過反饋端子的電壓強(qiáng)制性地關(guān)斷開關(guān)元件的狀態(tài)。另外，構(gòu)成為能夠根據(jù)外部設(shè)定端子adj的電壓，從外部任意地設(shè)定強(qiáng)制性地關(guān)斷開關(guān)元件的反饋端子電壓的值。并且，還具備對(duì)于開關(guān)頻率，根據(jù)外部設(shè)定端子adj的電壓來選擇頻率的頻率選擇模式?？傊诒緦?shí)施方式中，因?yàn)閮?nèi)置了與adj端子相連接的內(nèi)部源極電流源，所以能夠根據(jù)adj的電壓進(jìn)行各種設(shè)定，并且能夠通過連接期望的電阻值的外接電阻rt來設(shè)定電壓。

在圖2中表示了具備上述功能的本實(shí)施方式的電源控制用ic13的結(jié)構(gòu)例。

如圖2所示，本實(shí)施例的電源控制用ic13具備通過與反饋端子fb的電壓vfb相對(duì)應(yīng)的頻率進(jìn)行振蕩的振蕩電路31、基于該振蕩電路31生成的振蕩信號(hào)生成用于賦予接通初級(jí)側(cè)開關(guān)晶體管sw的定時(shí)的時(shí)鐘信號(hào)ck的單觸發(fā)脈沖生成電路這樣的電路所構(gòu)成的時(shí)鐘生成電路32、通過時(shí)鐘信號(hào)ck進(jìn)行設(shè)置的rs觸發(fā)器33、根據(jù)該觸發(fā)器33的輸出來生成開關(guān)晶體管sw的驅(qū)動(dòng)脈沖gate的驅(qū)動(dòng)器(驅(qū)動(dòng)電路34)。在本說明書中，合并上述振蕩電路31和時(shí)鐘生成電路32稱為時(shí)鐘發(fā)生電路。

另外，電源控制用ic13具備：對(duì)輸入給電流檢測端子cs的電壓vcs進(jìn)行放大的非反轉(zhuǎn)放大電路構(gòu)成的放大器35、將該放大器35放大后的電位vcs′與用于監(jiān)視過電流狀態(tài)的比較電壓(閾值電壓)vocp進(jìn)行比較的作為電壓比較電路的比較器36a、基于反饋端子fb的電壓vfb來生成圖3(a)所示的預(yù)定波形的電壓ramp的波形生成電路37、將所述放大器35放大后的圖3(b)所示的波形的電位vcs′與通過波形生成電路37生成的波形ramp進(jìn)行比較的比較器36b、取得比較器36a和36b的輸出的邏輯加的or門g1。在本實(shí)施例的電源控制用ic13中，生成圖3(a)的電壓ramp使得從fb電壓以一定的斜率降低。

構(gòu)成為將上述or門g1的輸出rs(參照?qǐng)D3(c))經(jīng)由or門g2輸入到上述觸發(fā)器33的復(fù)位端子，由此賦予使開關(guān)晶體管sw關(guān)斷的定時(shí)。此外，在反饋端子fb與內(nèi)部電源電壓端子之間設(shè)置上拉電阻，在光電晶體管15b中流過的電流通過該電阻被變換為電壓。另外，作為分諧波振蕩的對(duì)策而設(shè)置了波形生成電路37，可以將電壓vfb直接或進(jìn)行電平位移后輸入到比較器36b。

并且，在本實(shí)施例的電源控制用ic13中設(shè)置了占空比限制電路39，其基于從上述時(shí)鐘生成電路32輸出的時(shí)鐘信號(hào)ck，生成用于以驅(qū)動(dòng)脈沖gate的占空比(ton/tcycle)不超過預(yù)先規(guī)定的最大值(例如85％～90％)的方式施加限制的最大占空比復(fù)位信號(hào)，構(gòu)成為將從占空比限制電路39輸出的最大占空比復(fù)位信號(hào)經(jīng)由or門g2提供給上述觸發(fā)器33，在脈沖達(dá)到最大占空比時(shí)通過在該時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行復(fù)位來立即關(guān)斷開關(guān)晶體管sw。

另外，本實(shí)施例的電源控制用ic13具備將外部設(shè)定端子adj的電壓與預(yù)定的閾值電壓vref2(例如1.25v)進(jìn)行比較的比較器36c、根據(jù)反饋端子fb的電壓vfb并按照?qǐng)D4所示的特性使上述振蕩電路31的振蕩頻率即開關(guān)頻率變化的頻率控制電路38。在外部設(shè)定端子adj和供給內(nèi)部電源電壓vreg的電源線之間，設(shè)置了圖6所示的恒流源is或圖7所示的上拉電阻rp，與外部設(shè)定端子adj連接的外接電阻rt中流過的電流通過該電阻被變換為電壓，頻率控制電路38根據(jù)外部設(shè)定端子adj的電壓是否大于閾值電壓vref2(1.25v)，將進(jìn)行控制的振蕩頻率的特性切換成a或b(參照?qǐng)D4)。由此，用戶能夠通過適當(dāng)選擇與外部設(shè)定端子adj相連接的外接電阻rt的電阻值來切換fb電壓－頻率特性。

并且，在本實(shí)施例的電源控制用ic13中設(shè)置了柵極停止信號(hào)生成電路40，其根據(jù)外部設(shè)定端子adj的電壓和反饋端子fb的電壓vfb來生成停止驅(qū)動(dòng)器34的動(dòng)作的信號(hào)gsc。另外，設(shè)置了將外部設(shè)定端子adj的電壓與預(yù)定的閾值電壓vref1(例如0.4v)進(jìn)行比較的比較器36d、根據(jù)該比較器36d的輸出進(jìn)行向后述的閂鎖停止模式進(jìn)行轉(zhuǎn)移的控制的閂鎖停止控制電路51。具體來說，當(dāng)外部設(shè)定端子adj的電壓低于閾值電壓vref1(0.4v)時(shí)，移動(dòng)到將圖7的開關(guān)s0斷開的閂鎖停止模式。

上述柵極停止信號(hào)生成電路40構(gòu)成為，在反饋端子fb的電壓vfb為預(yù)定的電壓以下時(shí)，在將驅(qū)動(dòng)器34的輸出即驅(qū)動(dòng)脈沖gate固定在低電平的狀態(tài)下輸出停止其動(dòng)作的信號(hào)gsc(以下，將其稱為柵極停止)，并且根據(jù)外部設(shè)定端子adj的電壓來決定進(jìn)行柵極停止時(shí)的反饋電壓vfb的值。

在圖8中表示了本實(shí)施例的電源控制用ic13中的外部設(shè)定端子adj的電壓與動(dòng)作模式之間的關(guān)系。

外部設(shè)定端子adj的電壓與振蕩電路31的振蕩模式之間的關(guān)系被設(shè)定為圖8所示的那樣，在外部設(shè)定端子adj的電壓高于閾值電壓vref2(1.25v)時(shí)，振蕩電路31以按照?qǐng)D4的特性a(100khz模式)生成振蕩信號(hào)的方式進(jìn)行動(dòng)作，在外部設(shè)定端子adj的電壓低于閾值電壓vref2(1.25v)時(shí)，振蕩電路31以按照?qǐng)D4的特性b(66khz模式)生成振蕩信號(hào)的方式進(jìn)行動(dòng)作。

另一方面，外部設(shè)定端子adj的電壓與閂鎖停止、adj的電壓與柵極停止fb電壓之間的關(guān)系被設(shè)定為圖8b所示的那樣，在外部設(shè)定端子adj的電壓低于閾值電壓vref1(0.4v)時(shí)，電源控制用ic13成為閂鎖停止模式#1。另外，在外部設(shè)定端子adj的電壓為0.5v～1.2v的范圍內(nèi)，當(dāng)通過66khz模式的開關(guān)動(dòng)作反饋電壓vfb成為外部設(shè)定端子adj的電壓以下時(shí)成為柵極停止模式#2，在外部設(shè)定端子adj的電壓為1.3v～3.12v的范圍內(nèi)，當(dāng)通過100khz模式的開關(guān)動(dòng)作反饋電壓vfb成為外部設(shè)定端子adj的電壓的1/2.6以下時(shí)成為柵極停止模式#3。柵極停止模式#3的上限值和下限值即1.3v和3.12v分別被設(shè)定為相當(dāng)于柵極停止模式#2的上限值和下限值即0.5v和1.2v的2.6倍的值。其理由如后所述。

在圖5中，表示了構(gòu)成本實(shí)施方式的電源控制用ic13的上述頻率控制電路38的結(jié)構(gòu)例。

如圖5所示，頻率控制電路38具備：在反饋端子fb的電壓vfb為預(yù)定的電壓vfb1(1.8v)以下時(shí)對(duì)vfb1進(jìn)行鉗位，并且在為vfb2(2.1v)以上時(shí)對(duì)vfb2(2.1v)進(jìn)行鉗位的上下限鉗位電路81；生成基準(zhǔn)電壓vref0(例如2.1v)的基準(zhǔn)電壓電路82，該基準(zhǔn)電壓vref0對(duì)應(yīng)于成為圖4所示的fb電壓－頻率特性的線性區(qū)域vfb1～vfb2的開端的點(diǎn)；生成與通過了上下限鉗位電路81的電壓(1.8v～2.1v)成比例的電壓(0.65v～2.1v/0.45～v2.1v)的非反轉(zhuǎn)放大電路83；將該非反轉(zhuǎn)放大電路83的輸出進(jìn)行阻抗變換后提供給振蕩電路31的緩沖電路84。

另一方面，振蕩電路31構(gòu)成為生成與上述緩沖電路84的輸出相對(duì)應(yīng)的頻率的振蕩信號(hào)(時(shí)鐘信號(hào))。

另外，該實(shí)施例的頻率控制電路38構(gòu)成為，能夠根據(jù)外部設(shè)定端子adj的電壓來切換非反轉(zhuǎn)放大電路83的放大率即圖4所示的fb電壓－頻率特性線的線性區(qū)域vfb1～vfb2中的直線斜率。

如此，通過構(gòu)成為能夠選擇圖4的fb電壓－頻率特性a、b中的某個(gè)，具有以下的優(yōu)點(diǎn)：在希望通過噪聲對(duì)策來變更開關(guān)頻率時(shí)或具有為了小型化而希望使用小的變壓器的要求時(shí)，電源裝置的設(shè)計(jì)者僅通過改變與外部設(shè)定端子adj相連接的外接電阻rt的電阻值就能夠容易地應(yīng)對(duì)上述情況。

此外，圖4對(duì)于電源控制用ic13表示fb電壓－頻率特性，因?yàn)閬碜源渭?jí)側(cè)的反饋電壓vfb與負(fù)載電流相對(duì)應(yīng)，所以能夠視為作為電源表示了負(fù)載電流－頻率特性。

上述上下限鉗位電路81如圖5所示，由4輸入的差動(dòng)放大電路amp1構(gòu)成，對(duì)反轉(zhuǎn)輸入端子反饋?zhàn)陨淼妮敵鲭妷海⒃陔娫纯刂朴胕c的反饋端子fb的電壓vfb在鉗位電壓vfb1與vfb2之間的電壓范圍(1.8v～2.1v)內(nèi)時(shí)，作為將反饋電壓vfb直接傳遞給后級(jí)的非反轉(zhuǎn)放大電路83的非反轉(zhuǎn)輸入端子側(cè)的緩沖器(電壓跟隨器)進(jìn)行動(dòng)作。另外，上下限鉗位電路81構(gòu)成為，在反饋電壓vfb為鉗位電壓vfb1(1.8v)以下時(shí)對(duì)vfb1進(jìn)行鉗位，并且在vfb為vfb2(2.1v)以上時(shí)輸出鉗位為vfb2(2.1v)的電壓。

基準(zhǔn)電壓電路82由基準(zhǔn)電壓源vr和緩沖器(電壓跟隨器)bff1構(gòu)成，將基準(zhǔn)電壓源vr產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓vref0(2.1v)直接供給到非反轉(zhuǎn)放大電路83的反轉(zhuǎn)輸入端子側(cè)。

非反轉(zhuǎn)放大電路83由2輸入的差動(dòng)放大電路amp2、在基準(zhǔn)電壓電路82和反轉(zhuǎn)輸入端子之間連接的輸入電阻r1、在輸出端子和反轉(zhuǎn)輸入端子之間串聯(lián)連接的反饋電阻r2和r3、與反饋電阻r3并聯(lián)連接的開關(guān)s1以及與反饋電阻r3串聯(lián)連接的開關(guān)s2構(gòu)成。開關(guān)s1和s2構(gòu)成為，根據(jù)判定外部設(shè)定端子adj的電位的比較器36c的輸出tvd選擇性地接通其中某個(gè)開關(guān)，在接通了開關(guān)s1時(shí)，成為作為反饋電阻僅連接了r2的狀態(tài)(放大率小的狀態(tài))，在接通了開關(guān)s2時(shí)，成為作為反饋電阻連接了r2以及r3的狀態(tài)(放大率大的狀態(tài))。具體來說，在外部設(shè)定端子adj的電位低于1.25v時(shí)接通開關(guān)s1，在外部設(shè)定端子adj的電位高于1.25v時(shí)接通開關(guān)s2。

另外，設(shè)定了電阻r1、r2、r3的電阻值，使得在接通了開關(guān)s1和s2中的某個(gè)時(shí)，在反饋電壓vfb為2.1v時(shí)非反轉(zhuǎn)放大電路83的輸出電壓為vref0(2.1v)，但是在接通了開關(guān)s1的狀態(tài)(66khz模式)下作為反饋電壓vfb輸入了1.8v時(shí)非反轉(zhuǎn)放大電路83的輸出電壓為0.65v，在接通了開關(guān)s2的狀態(tài)(100khz模式)下作為反饋電壓vfb輸入了2.1v時(shí)非反轉(zhuǎn)放大電路83的輸出電壓為0.45v。此外，在反饋電壓vfb為1.8v～2.1v的范圍內(nèi)，從非反轉(zhuǎn)放大電路83輸出與反饋電壓vfb成比例地進(jìn)行變化的電壓。然后，將該非反轉(zhuǎn)放大電路83的輸出經(jīng)由緩沖電路84供給到振蕩電路31。緩沖電路84由電壓跟隨器構(gòu)成。

振蕩電路31具備向柵極端子施加緩沖電路84的輸出電壓，流過與施加電壓成比例的電流的mos晶體管m1和作為電壓－電流變換單元的電阻r4。將通過該電阻r4變換后的電壓反饋到緩沖電路84的反轉(zhuǎn)輸入端子，由此來進(jìn)行控制使得m1的源極電壓成為與前級(jí)的差動(dòng)放大電路amp2的輸出電壓相同的電壓值。

另外，振蕩電路31具備流過與晶體管m1的漏極電流成比例的電流的電流源電路311；由通過來自該電流源電路311的電流進(jìn)行充電的電容c11和c12以及通過與c12串聯(lián)連接的比較器36c的輸出tvd成為接通或關(guān)斷狀態(tài)的開關(guān)s3所組成的頻率切換部312；由用于對(duì)上述電容c11和c12的電荷進(jìn)行放電的放電用mos晶體管m2以及兩個(gè)比較器cmp1和cmp2和觸發(fā)器ff1組成的充放電控制部313。

并且，向放電用mos晶體管m2的柵極端子施加上述觸發(fā)器ff1的輸出，重復(fù)進(jìn)行電容c11、c12的充電和放電，由此在內(nèi)部生成三角波并輸出預(yù)定頻率的時(shí)鐘信號(hào)。此外，電流源電路311為了返回mos晶體管m1的漏極電流，具備由mos晶體管m3、m4組成的電流鏡電路。

在此，根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)，mos晶體管m1的漏極電流成為與差動(dòng)放大電路amp2的輸出電壓成比例的電流，差動(dòng)放大電路amp2的輸出電壓是與反饋電壓vfb相對(duì)應(yīng)的電壓，因此mos晶體管m1的漏極電流是與反饋電壓vfb相對(duì)應(yīng)的電流。

因此，電流源電路311流過與反饋電壓vfb相對(duì)應(yīng)的電流。然后，通過該電流進(jìn)行電容c11、c12的充電，在m4與c11、c12的連接節(jié)點(diǎn)生成三角波，因此該三角波的斜率根據(jù)反饋電壓vfb進(jìn)行變化。結(jié)果，由振蕩電路(振蕩器)31生成的振蕩信號(hào)成為與反饋電壓vfb相對(duì)應(yīng)的頻率。

另外，在根據(jù)比較器36c的輸出tvd使開關(guān)s3成為接通狀態(tài)時(shí)，c11、c12的合計(jì)電容值增加并且振蕩頻率變低，在使開關(guān)s3成為關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，c11、c12的合計(jì)電容值減少并且振蕩頻率變高。通過將c11、c12的電容比例如設(shè)定為2:1，切換前后的頻率比成為2:3。該比與上限頻率的66khz和100khz相對(duì)應(yīng)。

在圖6中表示了構(gòu)成本實(shí)施方式的電源控制用ic13的上述柵極停止信號(hào)生成電路40的結(jié)構(gòu)例。

如圖6所示，柵極停止信號(hào)生成電路40具備由將外部設(shè)定端子adj的電壓進(jìn)行阻抗變換后進(jìn)行傳遞的電壓跟隨器構(gòu)成的緩沖器41、在該緩沖器41的輸出端子與接地點(diǎn)之間串聯(lián)連接的分壓電阻r5和r6、將緩沖器41的輸出電壓與反饋端子fb的電壓vfb進(jìn)行比較來生成提供給所述驅(qū)動(dòng)器34的柵極停止信號(hào)gsc的比較器42。

另外，柵極停止信號(hào)生成電路40具備在緩沖器41的輸出端子和比較器42的反轉(zhuǎn)輸入端子之間連接的開關(guān)s4、以及在分壓電阻r5和r6的連接節(jié)點(diǎn)n3與比較器42的反轉(zhuǎn)輸入端子之間連接的開關(guān)s5。

根據(jù)判定外部設(shè)定端子adj的電壓的所述比較器36c的輸出tvd和通過反相器43將該輸出tvd反轉(zhuǎn)后的信號(hào)/tvd，選擇性地使上述開關(guān)s4和s5成為接通狀態(tài)。具體來說，在外部設(shè)定端子adj的電壓低于vref2(1.25v)時(shí)(66khz模式時(shí))，比較器36c的輸出成為高電平使開關(guān)s4為接通狀態(tài)，向比較器42供給緩沖器41的輸出電壓。另外，在外部設(shè)定端子adj的電壓高于vref2(1.25v)時(shí)(100khz模式時(shí))，比較器36c的輸出成為低電平使開關(guān)s5為接通狀態(tài)，向比較器42供給連接節(jié)點(diǎn)n3的電壓。

設(shè)定分壓電阻r5、r6的電阻比使得r5/(r5+r6)為1/2.6。將該電阻比設(shè)定為與圖8b的柵極停止模式#2的上下限值0.5v、1.2v和柵極停止模式#3的上下限值1.3v、3.12v之比相對(duì)應(yīng)。

由此，在外部設(shè)定端子adj的電壓低于1.25v時(shí)(66khz模式時(shí))，將外部設(shè)定端子adj的電壓(0.5v～1.2v)直接供給到比較器42。

另一方面，在外部設(shè)定端子adj的電壓高于1.25v時(shí)(100khz模式時(shí))，將通過電阻r5、r6的電阻比對(duì)外部設(shè)定端子adj的電壓進(jìn)行分壓后的(1/2.6)倍的電壓即0.5v～1.2v的范圍的電壓供給到比較器42。

結(jié)果，在外部設(shè)定端子adj的電壓低于1.25v時(shí)(66khz模式時(shí))，以及高于vref2(1.25v)時(shí)(100khz模式時(shí))，比較器42將與外部設(shè)定端子adj的電壓相對(duì)應(yīng)的0.5v～1.2v的范圍的電壓與反饋電壓vfb進(jìn)行比較，能夠通過簡單的電路結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)柵極停止信號(hào)生成電路40。

另外，在圖6中還表示了閂鎖停止控制系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)。構(gòu)成為判定外部設(shè)定端子adj的電壓是否低于vref1(0.4v)的比較器36d的輸出被提供給例如對(duì)50μs的時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)的計(jì)時(shí)電路50，當(dāng)在比較器36d的輸出長于計(jì)時(shí)電路50的計(jì)時(shí)時(shí)間的期間持續(xù)高電平時(shí)，計(jì)時(shí)電路50的輸出進(jìn)行變化從而停止驅(qū)動(dòng)器34的動(dòng)作，并且開始閂鎖停止控制電路51的閂鎖停止控制。

關(guān)于上述的外部閂鎖停止功能，例如像圖6的虛線所示，與外接的電阻rt并聯(lián)地設(shè)置串聯(lián)方式的開關(guān)s7以及電阻r7，外接的電阻rt與外部設(shè)定端子adj相連接，通過控制電源系統(tǒng)的微型計(jì)算機(jī)來接通開關(guān)s7，由此能夠通過使外部設(shè)定端子adj的電壓低于0.4v來啟動(dòng)外部閂鎖停止功能。

在圖7中表示了閂鎖停止控制系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)以及閂鎖停止控制系統(tǒng)與柵極停止控制系統(tǒng)之間的關(guān)系。

圖7的實(shí)施例構(gòu)成為，在比較器36d判定為外部設(shè)定端子adj的電壓低于vref1(0.4v)時(shí)，在50μs后在使驅(qū)動(dòng)器34的輸出gate成為低電平的狀態(tài)下停止動(dòng)作，并且使閂鎖停止控制電路51動(dòng)作來使電源控制用ic13轉(zhuǎn)移到閂鎖停止模式。此外，在圖7的實(shí)施例中，設(shè)置上拉電阻rp來代替圖6的實(shí)施例中的恒流源is，經(jīng)由rp在與外部設(shè)定端子adj相連接的外接電阻rt中流過電流，產(chǎn)生與電阻值相對(duì)應(yīng)的電壓。

如圖7所示，閂鎖停止是如下那樣的功能：即通過比較短的周期使設(shè)置在ic的高壓端子hv與電源電壓端子vdd之間的開關(guān)s0進(jìn)行開關(guān)，由此將電源電壓端子vdd的電壓抑制在例如12v～13v的電壓范圍內(nèi)，由此避免電源控制用ic13再啟動(dòng)，閂鎖停止控制電路51構(gòu)成為將電源電壓端子vdd的電壓與預(yù)定的電壓(12v、13v)進(jìn)行比較來進(jìn)行這樣的控制動(dòng)作。具體來說，重復(fù)進(jìn)行在電源電壓端子vdd的電壓下降到12v時(shí)接通開關(guān)s0，在vdd的電壓上升到13v時(shí)關(guān)斷開關(guān)s0。

如果沒有這樣的閂鎖停止功能，則在構(gòu)成為設(shè)置監(jiān)視cs端子的cs端子監(jiān)視電路來檢測例如cs端子的短路或開路等異常從而停止驅(qū)動(dòng)器34的動(dòng)作時(shí)，在輔助線圈中不流過電流從而電源電壓端子vdd的電壓下降，但是在電源電壓端子vdd的電壓成為ic的動(dòng)作停止電壓值(例如6.5v)以下時(shí)，啟動(dòng)電路52進(jìn)行動(dòng)作來接通開關(guān)s0，ic再啟動(dòng)從而重新開始開關(guān)控制。

為了避免上述不合理的動(dòng)作狀態(tài)的發(fā)生，在暫時(shí)從插座拔出插頭之前繼續(xù)維持柵極輸出停止的是閂鎖停止功能，在本實(shí)施例中，通過用戶使外部設(shè)定端子adj的電壓低于0.4v來強(qiáng)制地使閂鎖停止控制電路51進(jìn)行動(dòng)作，使電源控制用ic13轉(zhuǎn)移到閂鎖停止模式，從而能夠避免上述不合理的動(dòng)作。此外，當(dāng)即使輔助線圈中不流過電流也接通開關(guān)s0時(shí)，與cs端子相連接的外接電容器c0(參照?qǐng)D1)進(jìn)行充電，通過該充電電荷穩(wěn)壓器53生成內(nèi)部電源電壓vreg，因此ic的內(nèi)部電路繼續(xù)動(dòng)作。

另一方面，因?yàn)椴幌蜷V鎖停止控制電路51供給由所述柵極停止信號(hào)生成電路40生成的柵極停止信號(hào)gsc，所以在柵極停止信號(hào)生成電路40的柵極停止中，不執(zhí)行閂鎖停止控制。

但是，通過柵極停止信號(hào)生成電路40生成柵極停止信號(hào)gsc例如是負(fù)載非常輕反饋電壓vfb下降到在1.8v以下的區(qū)域中設(shè)置的柵極停止fb電壓調(diào)整范圍(參照?qǐng)D4)的區(qū)域的情況，在這樣的輕負(fù)載區(qū)域中，通過暫時(shí)停止驅(qū)動(dòng)器34的動(dòng)作從而與輕負(fù)載相對(duì)應(yīng)地輸出電力的突發(fā)動(dòng)作是有效的。

并且，在該突發(fā)動(dòng)作中，ic不進(jìn)行振蕩從而輸出電壓慢慢降低，與此對(duì)應(yīng)反饋電壓vfb上升，由此比較器36c的輸出反轉(zhuǎn)柵極控制能夠自動(dòng)恢復(fù)，因此不得進(jìn)行閂鎖停止控制。

此外，在本發(fā)明的開關(guān)電源裝置中，突發(fā)動(dòng)作中的待機(jī)功率對(duì)柵極停止fb電壓特性和輸出紋波對(duì)柵極停止fb電壓特性為圖9所示的關(guān)系。此外，在這里柵極停止fb電壓和柵極停止時(shí)間基本為比例關(guān)系。因此，當(dāng)柵極停止fb電壓變高即柵極停止時(shí)間變長時(shí)，待機(jī)功率減少但輸出紋波變大，反之在柵極停止時(shí)間變短時(shí)，輸出紋波變小但待機(jī)功率增加。即，相對(duì)于柵極停止時(shí)間，待機(jī)功率和輸出紋波為權(quán)衡的關(guān)系。

在本實(shí)施方式的電源控制用ic13中，能夠通過外部設(shè)定端子adj的設(shè)定電壓即外接電阻rt的電阻值來任意地設(shè)定由柵極停止信號(hào)生成電路40開始生成柵極停止信號(hào)的反饋電壓vfb的電壓值。因此，電源裝置的設(shè)計(jì)者能夠通過外部設(shè)定端子adj的設(shè)定電壓來任意地設(shè)定柵極停止功能起作用的反饋電壓vfb的電壓值，所以可以根據(jù)應(yīng)用的系統(tǒng)，自由地調(diào)整優(yōu)先降低待機(jī)功率還是優(yōu)先降低輸出紋波。

在圖10中表示了上述實(shí)施例的變形例。

在該變形例中，除了設(shè)置監(jiān)視外部設(shè)定端子adj的設(shè)定電壓的上述比較器36c、36d以外，還設(shè)置了過電壓檢測用比較器55和過負(fù)載檢測用比較器56，過電壓檢測用比較器55監(jiān)視電源電壓端子vdd，在成為例如27.5v的設(shè)定電壓以上的電壓值時(shí)判定為過電壓狀態(tài)，過負(fù)載檢測用比較器56監(jiān)視反饋端子fb的電壓vfb，在成為例如4v那樣的設(shè)定電壓以上的電壓值時(shí)判定為過負(fù)載狀態(tài)。

然后，將上述過電壓檢測用比較器55的輸出提供給與比較器36d共用的計(jì)時(shí)電路50，例如在過電壓狀態(tài)持續(xù)了50μs以上時(shí)，停止驅(qū)動(dòng)器34并且開始閂鎖停止控制。另外，將上述過負(fù)載檢測用比較器56的輸出提供給另一計(jì)時(shí)電路57，例如在過負(fù)載狀態(tài)持續(xù)了250ms以上時(shí)，停止驅(qū)動(dòng)器34并且開始閂鎖停止控制。

以上，基于實(shí)施方式具體地說明了由本發(fā)明的發(fā)明人作出的發(fā)明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式。例如，在所述實(shí)施方式中，可以將用于在變壓器的初級(jí)側(cè)線圈中間歇性地流過電流的開關(guān)晶體管sw設(shè)為與電源控制用ic13不同的元件，通過在電源控制用ic13中安裝該開關(guān)晶體管sw來構(gòu)成為一個(gè)半導(dǎo)體集成電路。

產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用

在上述實(shí)施方式中，說明了將本發(fā)明用于構(gòu)成反饋方式的ac-dc變換器的電源控制用ic的情況，但是本發(fā)明也能夠用于構(gòu)成正向型或模擬共振型ac-dc變換器的電源控制用ic。

符號(hào)的說明

11：線性濾波器

12：二極管電橋電路(整流電路)

13：電源控制電路(電源控制用ic)

14：次級(jí)側(cè)檢測電路(檢測用ic)

15a：光電耦合器的發(fā)光側(cè)二極管

15b：光電耦合器的受光側(cè)晶體管

31：振蕩電路

32：時(shí)鐘生成電路

34：驅(qū)動(dòng)器(驅(qū)動(dòng)電路)

35：放大器(放大電路)

36a：過電流檢測用比較器(過電流檢測電路)

36b：電壓/電流控制用比較器(電壓/電流控制電路)

37：波形生成電路

38：頻率控制電路

39：占空比限制電路

40：柵極停止信號(hào)生成電路

51：閂鎖停止控制電路(內(nèi)部電源電壓控制電路)。