(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の外部端子を有し、スイッチング電源装置の電力変換回路に設けられてスイッチング素子を制御する半導体集積回路を備えたスイッチング制御回路であって、
前記複数の外部端子には、前記スイッチング制御回路の動作により、前記電力変換回路により発生される帰還信号が入力される帰還信号入力端子を備え、
前記帰還信号入力端子の信号に基づいて、出力電圧の安定化制御を行う出力電圧安定化制御手段と、
前記帰還信号入力端子に接続される、抵抗素子又は半導体素子を少なくとも含む外部回路に誘起される電圧を判定対象信号として検出し、前記判定対象信号に応じて、過負荷状態又は過電圧出力状態における動作モードを、発振期間と停止期間を繰り返すヒカップモード又は発振が停止するラッチモードの何れかに設定する保護動作モード設定手段と、
を備え、
前記ヒカップモードと前記ラッチモードのいずれかを設定するための前記帰還信号入力端子は単一であり、前記保護動作モード設定手段により、前記外部回路で前記保護動作モードを予め設定可能にしたことを特徴とする、スイッチング制御回路。
【請求項２】
前記判定対象信号は前記帰還信号とは異なる電圧範囲の電圧信号であり、前記保護動作モード設定手段は前記判定対象信号の電圧に応じて前記ヒカップモード又は前記ラッチモードの何れかに設定する、請求項１に記載のスイッチング制御回路。
【請求項３】
前記スイッチング制御回路は定電流回路を備え、前記定電流回路からの電流によって前記外部回路に電圧が誘起される、請求項１又は２に記載のスイッチング制御回路。
【請求項４】
前記判定対象信号の検出は、前記スイッチング電源装置の電力変換回路の動作が過負荷状態の期間に行われる、請求項１〜３のいずれかに記載のスイッチング制御回路。
【請求項５】
前記判定対象信号の検出は、前記スイッチング電源装置の電力変換回路の動作が停止している期間に行われる、請求項１〜３のいずれかに記載のスイッチング制御回路。
【請求項６】
前記判定対象信号の検出は、前記スイッチング電源装置の電力変換回路の起動直後に行われる、請求項１〜３のいずれかに記載のスイッチング制御回路。
【請求項７】
前記帰還信号入力端子にフォトカプラのフォトトランジスタが接続され、該フォトカプラにより前記帰還信号が入力される、請求項１〜６のいずれかに記載のスイッチング制御回路。
【請求項８】
前記保護動作モード設定手段は、過負荷状態において、前記フォトトランジスタのインピーダンスが増大するとともに前記判定対象信号の電圧が高くなり、前記帰還信号入力端子に接続される、抵抗素子又は半導体素子により、前記判定対象信号の電圧が所定の電圧で制限される場合と制限されない場合とに応じて前記ヒカップモード又は前記ラッチモードの何れかを設定する、請求項７に記載のスイッチング制御回路。
【請求項９】
前記保護動作モード設定手段は、
過負荷状態において前記判定対象信号の電圧が所定電圧を超えてから所定の判定期間において、前記所定電圧以上である状態を維持し、前記判定期間の終了後に前記帰還信号入力端子の電圧が０Ｖとなりスイッチング動作が停止し、さらに所定のタイマー期間の終了後に前記判定対象信号を検出し、
前記判定対象信号の電圧が前記スイッチング制御回路内部の基準電圧よりも高い場合に前記ラッチモードに設定し、基準電圧よりも低い場合に前記ヒカップモードに設定し、
又は、前記判定対象信号の電圧が前記スイッチング制御回路内部の基準電圧よりも高い場合に前記ヒカップモードに設定し、基準電圧よりも低い場合に前記ラッチモードに設定する、請求項１〜８のいずれかに記載のスイッチング制御回路。
【請求項１０】
前記半導体素子はツェナーダイオードである、請求項１〜９のいずれかに記載のスイッチング制御回路。
【請求項１１】
前記半導体素子はトランジスタである、請求項１〜９のいずれかに記載のスイッチング制御回路。
【請求項１２】
前記半導体素子はオペアンプである、請求項１〜９のいずれかに記載のスイッチング制御回路。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載のスイッチング制御回路が前記電力変換回路に備えられたスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はスイッチング電源装置に用いられるＩＣ化されたスイッチング制御回路及びそれを備えたスイッチング電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源装置においてスイッチング制御用ＩＣには、出力制御、起動動作、過電流保護動作、過電圧保護動作、待機動作、力率改善動作など、各種機能を実現するための回路を備えている。これら機能が増加することによって、スイッチング制御用ＩＣの高機能化が図られている。例えば、過電流保護（電流制限）機能を有するスイッチング制御用ＩＣは、過電流状態を検出して、スイッチング素子のスイッチング動作を停止状態に保つ（ラッチ方式）か、一旦停止した後に自動的に復帰する（ヒカップ方式）。そのため、スイッチング電源装置の設計に応じて、ラッチ方式のスイッチング制御用ＩＣかヒカップ方式のスイッチング制御用ＩＣの何れかが選択的に利用されている。
【０００３】
また、特許文献１の段落［００１４］には、過電流保護回路の方式として、ラッチ方式とヒカップ方式を備えたＩＣについて述べられている。このような両方式に対応したスイッチング制御用ＩＣでは、何れの方式を利用するかを選択するために専用端子を１つ設け、その端子への入力信号や外付け部品／回路等によって両方式の何れかを選択していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２０６２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
過電流保護機能を有するスイッチング電源装置に利用されるように、ラッチ方式のスイッチング制御用ＩＣとヒカップ方式のスイッチング制御用ＩＣの両方を予め別部品として設計製造すると、スイッチング制御用ＩＣの品種が増え、それにともない製造プロセスだけでなくＩＣの管理が複雑化し、結果としてＩＣのコスト単価が増大するという課題がある。
【０００６】
特許文献１に述べられているような、ラッチ方式とヒカップ方式の両方を備えたスイッチング制御用ＩＣでは、何れの方式を利用するかを選択するために専用端子が必要であり、ＩＣの端子数の増加が、ＩＣ小型化の阻害やコストアップの要因となる。すなわち、スイッチング制御用ＩＣのパッケージが大きくなり、ＩＣのコスト単価が増大するという問題がある。
【０００７】
また、スイッチング制御用ＩＣの小型化及びその実装面積の縮小化の要請に応じて、端子数の少ないスイッチング制御用ＩＣも必要となっている。そのため、前記専用端子を設けられない事態も生じる。
【０００８】
この発明の目的は、端子数の増加を抑えて、小型・低コスト化した、過電流保護機能を有するスイッチング制御回路及びスイッチング電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明のスイッチング制御回路は、複数の外部端子を有し、スイッチング電源装置の電力変換回路に設けられてスイッチング素子を制御する半導体集積回路を備え、
前記複数の外部端子には、前記スイッチング制御回路の動作により、前記電力変換回路により発生される帰還信号が入力される帰還信号入力端子を備え、この帰還信号入力端子の信号に基づいて、出力電圧の安定化制御を行う出力電圧安定化制御手段と、前記帰還信号入力端子に接続される、抵抗素子又は半導体素子を少なくとも含む外部回路に誘起される電圧を判定対象信号として検出し、前記判定対象信号に応じて、過電流状態における動作モードを、発振期間と停止期間を繰り返すヒカップモード又は発振が停止するラッチモードの何れかに設定する保護動作モード設定手段と、を備え、
前記ヒカップモードと前記ラッチモードのいずれかを設定するための前記帰還信号入力端子は単一であり、前記保護動作モード設定手段により、前記外部回路で前記保護動作モードを予め設定可能にしたことを特徴とする。
【００１０】
前記判定対象信号は、例えば前記帰還信号とは異なる電圧範囲の電圧信号であり、前記保護動作モード設定手段は前記判定対象信号の電圧に応じて前記ヒカップモード又は前記ラッチモードの何れかに設定する。
【００１１】
前記スイッチング制御回路は、例えば定電流回路を備え、前記定電流回路からの電流によって前記外部回路に電圧が誘起される。
【００１２】
前記判定対象信号の検出は、例えば前記スイッチング電源装置の電力変換回路の動作が過負荷状態の期間に行われる。
【００１３】
前記判定対象信号の検出は、例えば前記スイッチング電源装置の電力変換回路の動作が停止している期間に行われる。
【００１４】
前記判定対象信号の検出は、例えば前記スイッチング電源装置の電力変換回路の起動直後に行われる。
【００１５】
前記帰還信号入力端子に例えばフォトカプラのフォトトランジスタが接続され、該フォトカプラにより前記帰還信号が入力される。
【００１６】
前記保護動作モード設定手段は、例えば過負荷状態において、前記フォトトランジスタのインピーダンスが増大するとともに前記判定対象信号の電圧が高くなり、前記帰還信号入力端子に接続される、抵抗素子又は半導体素子により、前記判定対象信号の電圧が所定の電圧で制限される場合と制限されない場合とに応じて前記ヒカップモード又は前記ラッチモードの何れかを設定する。
【００１７】
前記保護動作モード設定手段は、
過負荷状態において前記判定対象信号の電圧が所定電圧を超えてから所定の判定期間において、前記所定電圧以上である状態を維持し、前記判定期間の終了後に前記帰還信号入力端子の電圧が０Ｖとなりスイッチング動作が停止し、さらに所定のタイマー期間の終了後に前記判定対象信号を検出し、
前記判定対象信号の電圧が前記スイッチング制御回路内部の基準電圧よりも高い場合に前記ラッチモードに設定し、基準電圧よりも低い場合に前記ヒカップモードに設定し、
又は、前記判定対象信号の電圧が前記スイッチング制御回路内部の基準電圧よりも高い場合に前記ヒカップモードに設定し、基準電圧よりも低い場合に前記ラッチモードに設定する。
【００１８】
前記半導体素子は、例えばツェナーダイオードである。
前記半導体素子は、例えばトランジスタである。
前記半導体素子は、例えばオペアンプである。
【００１９】
また、この発明のスイッチング電源装置は、以上に述べた何れかのスイッチング制御回路が前記電力変換回路に備えられたものである。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によれば、専用端子を設けることなく、ラッチ方式とヒカップ方式の何れの方式を利用するのかを選択できるため、スイッチング制御用ＩＣの端子数が増大せず、過電流保護機能を備えたスイッチング制御回路を構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係るスイッチング電源装置３０１の回路図である。
【図２】図１中の帰還回路１２の回路図である。
【図３】スイッチング制御用ＩＣの出力端子ＯＵＴ及びフィードバック端子ＦＢの波形図である。
【図４】フィードバック端子ＦＢの外部に接続する別の外部回路の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態に係るスイッチング電源装置３０１の回路図である。
スイッチング電源装置３０１は、本発明のスイッチング制御回路に相当するスイッチング制御用ＩＣ２０２を備えている。
【００２３】
このスイッチング電源装置３０１の入力端子ＰＩ（＋）−ＰＩ（Ｇ）間に直流入力電源Ｖｉの電圧が入力される。そして、スイッチング電源装置３０１の出力端子ＰＯ（＋）−ＰＯ（Ｇ）間に接続される負荷へ所定の直流電圧が出力される。
【００２４】
入力端子ＰＩ（＋）−ＰＩ（Ｇ）間には、キャパシタＣｒ、インダクタＬｒ、トランスＴの１次巻線ｎｐ、第１のスイッチング素子Ｑ１及び電流検出用抵抗Ｒ７が直列に接続された第１の直列回路が構成されている。第１のスイッチング素子Ｑ１はＦＥＴからなり、ドレイン端子がトランスＴの１次巻線ｎｐに接続され、ソース端子が電流検出用抵抗Ｒ７に接続されている。
【００２５】
第２のスイッチング素子Ｑ２はＦＥＴからなり、ドレイン端子が入力端子Ｖｉｎ（＋）に接続され、ソース端子が第１のスイッチング素子Ｑ１のドレイン端子に接続されている。
【００２６】
トランスＴの２次巻線ｎｓ１，ｎｓ２には、ダイオードＤｓ，Ｄｆ及びキャパシタＣｏからなる第１の整流平滑回路が構成されている。この第１の整流平滑回路は２次巻線ｎｓ１，ｎｓ２から出力される交流電圧を全波整流し、平滑して、出力端子ＰＯ（＋）−ＰＯ（Ｇ）へ出力する。
【００２７】
トランスＴの第１の駆動巻線ｎｂには、ダイオードＤ３及びキャパシタＣ３による整流平滑回路が接続されている。この整流平滑回路によって得られる直流電圧がスイッチング制御用ＩＣ２０２のＧＮＤ端子及びＶＣＣ端子間に電源電圧として供給される。
このスイッチング電源装置３０１のうち、スイッチング制御用ＩＣ２０２以外の回路が電力変換回路である。
【００２８】
スイッチング制御用ＩＣ２０２は、そのＯＵＴ端子から駆動回路１１へ矩形波信号を出力する。駆動回路１１は第１のスイッチング素子Ｑ１及び第２のスイッチング素子Ｑ２を交互にオン・オフ制御する。但し、Ｑ１，Ｑ２が同時オンしないようにデッドタイム期間を設ける。
【００２９】
スイッチング制御用ＩＣ２０２の電流検出端子ＩＳには、電流検出用抵抗Ｒ７の降下電圧が入力されるように、抵抗Ｒ８が接続されている。
【００３０】
出力端子ＰＯ（＋），ＰＯ（Ｇ）及びスイッチング制御用ＩＣ２０２の間には帰還回路１２が設けられている。この帰還回路１２は出力端子ＰＯ（＋）−ＰＯ（Ｇ）間の電圧の分圧値と基準電圧との比較によって帰還信号を発生し、絶縁状態でスイッチング制御用ＩＣ２０２のフィードバック端子ＦＢへフィードバック電圧を入力する回路である。
【００３１】
フィードバック端子ＦＢとグランド端子との間にはキャパシタＣ４及びツェナーダイオードＤ４が接続される。ツェナーダイオードＤ４は選択的に接続される外部回路である。
【００３２】
図２は前記帰還回路１２の回路図である。出力端子ＰＯ（＋）−ＰＯ（Ｇ）間には、シャントレギュレータＳＲ、抵抗Ｒｓ及びフォトカプラＰＣの発光素子による直列回路と、抵抗Ｒｏ１，Ｒｏ２による分圧回路とが接続されている。また、スイッチング制御用ＩＣ２０２のフィードバック端子ＦＢとグランド端子ＧＮＤとの間にフォトカプラＰＣの受光素子であるフォトトランジスタが接続されている。スイッチング制御用ＩＣ２０２の内部で、フィードバック端子ＦＢには定電流回路が接続されている。
【００３３】
帰還回路１２は、出力端子ＰＯ（＋），ＰＯ（Ｇ）への出力電圧が設定電圧より高くなる程、フィードバック端子ＦＢの電圧が低くなる関係で作用する。
【００３４】
図３はスイッチング制御用ＩＣの出力端子ＯＵＴ及びフィードバック端子ＦＢの波形図である。図１中のスイッチング制御用ＩＣ２０２内部の構成と作用を、図１・図３を参照して説明する。
駆動信号生成回路２２は、駆動回路１１を介して第１のスイッチング素子Ｑ１及び第２のスイッチング素子Ｑ２を所定のスイッチング周波数でオン／オフする。これにより、スイッチング電源装置３０１は電流共振コンバータとして動作する。
【００３５】
過電流動作時でない通常動作時には、前記帰還回路１２からフィードバックされる電圧はツェナーダイオードＤ４のツェナー電圧を超えない。そのため、通常操作時には、駆動信号生成回路２２はフィードバック端子ＦＢの入力信号によって出力電圧を検知し、この電圧が一定となるように出力端子ＯＵＴへ出力する矩形波信号の周波数を制御する。これにより、スイッチング電源装置３０１の出力電圧を安定化する。
【００３６】
過電流検出回路２３は、所定の時間を超えてフィードバック端子ＦＢの電圧が所定の電圧を超えると、過電流動作状態（過負荷状態）と見なす。本実施形態では、その時間を８００ｍｓ、その電圧を３．３Ｖに設定した。なお、以下の説明における３２００ｍｓ、５０μｓ、５Ｖも、本実施形態において設定した値である。過電流動作状態になると、図２で示したフォトトランジスタのインピーダンスは増大している。前記８００ｍｓの経過後、遅延回路２４はスイッチ制御ＩＣ２０２内部のスイッチＳＷをオンして、フィードバック端子ＦＢの電圧を０Ｖにする。これにより駆動信号生成回路２２はスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチングを停止する。
【００３７】
このように、フィードバック端子ＦＢの電圧の検出が、スイッチング電源装置の電力変換回路の動作が過負荷状態の期間と、スイッチング電源装置の電力変換回路の動作が停止している期間に行われる。
【００３８】
その後、３２００ｍｓが経過すれば、遅延回路２４はスイッチＳＷをオフし、フィードバック端子ＦＢの電圧を０Ｖクランプから開放する。定電流回路２５が抵抗Ｒｃを介してフィードバック端子ＦＢに接続されているので、フィードバック端子ＦＢにツェナーダイオードＤ４が接続されていない場合、外部のキャパシタＣ４が電源電圧端子ＶＣＣの電圧５．３Ｖまで上昇し、フィードバック端子ＦＢの電圧は５Ｖを超えることになる。一方、フィードバック端子ＦＢに、例えばツェナー電圧３．９ＶのツェナーダイオードＤ４が接続されていれば、フィードバック端子ＦＢの電圧がツェナー電圧３．９Ｖを超えない。
【００３９】
復帰／ラッチ判別回路２６は、スイッチＳＷのオフから５０μｓ後にフィードバック端子ＦＢの電圧を検知して、その電圧が判別の基準電圧である５Ｖよりも高い場合には駆動信号生成回路２２を停止させる。すなわちスイッチング動作を停止させたままラッチする。一方、判別の基準電圧である５Ｖよりも低い場合は、駆動信号生成回路２２が作動して、スイッチング動作状態に自己復帰する。
【００４０】
上記の動作により、フィードバック端子ＦＢにツェナーダイオードＤ４が接続されない場合はラッチ動作となり、フィードバック端子ＦＢにツェナーダイオードＤ４が接続されている場合は自己復帰動作モードとなる。
【００４１】
例えば、フィードバック端子ＦＢの電圧を検出して、以下のように動作するように設定すれば、自己復帰方式とラッチ方式を切り替えることができる。
【００４２】
０．４Ｖ以上３．３Ｖ未満：  帰還電圧による制御動作の範囲
３．３Ｖ以上５．０Ｖ未満：  過電流保護動作の範囲（ヒカップ（自己復帰）方式）
５．０Ｖ以上            ：  過電流保護動作の範囲（ラッチ方式）
このようにして、スイッチング電源装置３０１の過電流保護機能として、ラッチ方式と自己復帰方式の二つの方式のスイッチング制御用ＩＣを備える必要がない。そのため、在庫数が低減し、部品の標準化を推進でき、コスト低減を図ることができる。
【００４３】
また、ラッチ方式と自己復帰方式を切り替える専用のＩＣ端子を持つ必要がないために、ＩＣの小型化を図ることができる。また、ＩＣ端子を有効に利用することにより、ＩＣの高機能化を図ることができる。
【００４４】
また、ＩＣの端子に周辺回路としてツェナーダイオードを接続するのみで、ラッチ方式と自己復帰方式を切り替えることができる。ＩＣの通常動作に影響を与える悪影響が発生しない。
【００４５】
さらに、ＩＣの端子に関わる機能を複合化することにより機能を隠すことができ、ＩＣの模倣を防止することができる。
【００４６】
以上に示した例では、帰還信号入力端子に接続される外部回路が、ツェナーダイオードによる電圧クランプ回路であった。帰還信号入力端子に接続される外部回路としては、ツェナーダイオード以外に抵抗、トランジスタ、オペアンプの何れかであってもよい。
【００４７】
図４は、フィードバック端子ＦＢの外部に接続する別の外部回路の例を示す図である。図４の例では、オペアンプＯＰ１、基準電圧発生回路Ｖｒ、抵抗Ｒ１３、コンデンサＣ１３、トランジスタＱ３による外部回路がフィードバック端子ＦＢに接続されている。このオペアンプＯＰ１、基準電圧発生回路Ｖｒ及びトランジスタＱ３によって定電圧回路として動作する。抵抗Ｒ１３及びコンデンサＣ１３はフィードバック端子ＦＢの電圧に重畳されるノイズ成分による誤動作を防止するためのフィルタ回路として作用する。
このように、オペアンプやトランジスタのような能動素子を外部回路に備えていてもよい。
【００４８】
またスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチングを停止した後だけでなく、スイッチング制御回路の起動直後にフィードバック端子ＦＢの電圧を検出し、自動復帰方式とラッチ方式の切り替えを選択することもできる。
【００４９】
また、フィードバック端子ＦＢの電圧が基準電圧よりも高い場合にヒカップモードに設定し、基準電圧よりも低い場合にラッチモードに設定するようにしてもよい。
【００５０】
なお、過電流動作時だけでなく、過電圧状態で、自動復帰方式とラッチ方式の切り替えを選択する場合にも同様に適用できる。
【００５１】
また、本発明のスイッチング電源装置のコンバータ方式は、共振型コンバータに限らず矩形波コンバータであってもよい。また、絶縁型コンバータに限らず非絶縁型コンバータであってもよい。また、ハーフブリッジ型に限らず、フォワード型、フライバック型、フルブリッジ型等に適用することもできる。
【符号の説明】
【００５２】
Ｄ４…ツェナーダイオード
ＦＢ…フィードバック端子
ＧＮＤ…グランド端子
ＩＳ…電流検出端子
Ｌｒ…インダクタ
ｎｂ…駆動巻線
ｎｐ…１次巻線
ｎｓ１，ｎｓ２…２次巻線
ＯＵＴ…出力端子
ＰＣ…フォトカプラ
ＰＩ…入力端子
ＰＯ…出力端子
Ｑ１，Ｑ２…スイッチング素子
Ｒ７…電流検出用抵抗
ＳＲ…シャントレギュレータ
ＳＷ…スイッチ
Ｔ…トランス
ＶＣＣ…電源電圧端子
Ｖｉ…直流入力電源
１１…駆動回路
１２…帰還回路
２２…駆動信号生成回路
２３…過電流検出回路
２４…遅延回路
２５…定電流回路
２６…復帰／ラッチ判別回路
２０２…スイッチング制御用ＩＣ
３０１…スイッチング電源装置
【図１】
0005494009.tif 000002
【図２】
0005494009.tif 000003
【図３】
0005494009.tif 000004
【図４】
0005494009.tif 000005