(57)【要約】      （修正有）【課題】高電圧直流バス電圧からの始動電圧を応用回路に印加するための始動回路が提供される。【解決手段】該始動回路は、応用回路の少なくとも１つの電源スイッチを駆動するための、少なくとも１つの制御回路用の集積回路パッケージと、高電圧直流バスに結合するための第１の端子を有すると共に、第２の端子における高電圧直流バス電圧の電圧レベルを引き下げるための、集積回路パッケージ内のドロッピング抵抗器と、更に、第２の端子に結合される共に、応用回路の始動の際に、応用回路の少なくとも一部に電力を供給するための所定レベルの安定した始動用の低電圧直流出力を提供するための、集積回路パッケージ内の低電圧レギュレータと、を備える。応用回路は、例えばスイッチング電源であって良い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧直流バス電圧からの始動電圧を応用回路に印加するための始動回路であって、
前記応用回路の少なくとも１つの電源スイッチを駆動するための、少なくとも１つの制御回路用集積回路パッケージと、
高電圧直流バスに結合するための第１の端子を有すると共に、第２の端子における前記高電圧直流バス電圧の低減電圧レベルを引き下げるための、前記集積回路パッケージ内のドロッピング抵抗器と、
を備え、更に、
前記第２の端子に結合されると共に、前記応用回路の始動の際に、前記応用回路の少なくとも一部に電力を供給するための所定レベルの調整された始動用の低電圧直流出力を提供するための、前記パッケージ内の低電圧レギュレータを備える始動回路。
【請求項２】
請求項１に記載の始動回路であって、
前記低電圧レギュレータは、
前記第１の端子と前記低電圧直流出力との間に結合された直列回路内にある、第１の抵抗を伴う第１の高電圧制御スイッチと、
前記第２の端子と基準電位との間に結合されると共に、前記低電圧直流出力を感知する電圧センサに結合された制御電極を有する第２のスイッチと、
前記低電圧直流出力を設定するための基準電圧源と、を有し、
前記基準電圧源および前記電圧センサは、前記低電圧直流出力と前記基準電位との間に直列に結合され、
前記低電圧直流出力が変化すると、前記第２のスイッチを通じた伝導は変化し、前記第１の高電圧制御スイッチの制御電極における電圧を変化させることによって、前記低電圧直流出力を前記所定レベルに戻す、始動回路。
【請求項３】
請求項２に記載の始動回路であって、
前記低電圧直流出力が増加すると、前記電圧センサにかかる電圧は増加し、これは、前記第２のスイッチの伝導を増大させることによって、前記第１の高電圧制御スイッチの前記制御電極における電圧を減少させ、それによって、前記第１の高電圧制御スイッチを流れる電流を減少させると共に前記低電圧直流出力を前記所定レベルに引き下げる、始動回路。
【請求項４】
請求項３に記載の始動回路であって、
前記低電圧直流出力が減少すると、前記電圧センサにかかる電圧は減少し、これは、前記第２のスイッチの伝導を低減させることによって、前記第１の高電圧制御スイッチの前記制御電極における電圧を増加させ、それによって、前記第１の高電圧制御スイッチを流れる電流を増加させると共に前記低電圧直流出力を前記所定レベルに引き上げる、始動回路。
【請求項５】
請求項２に記載の始動回路であって、
前記第２のスイッチは、前記電圧センサを介して前記低電圧直流出力を感知するので、前記スイッチングレギュレータ回路によって供給された高い電圧が、始動後に前記低電圧直流出力に存在する場合は、前記第２のスイッチは、その伝導を増加させることによって、前記第１の高電圧制御スイッチの前記制御電極における電圧を減少させ、前記第１の高電圧制御スイッチをオフにする、始動回路。
【請求項６】
請求項５に記載の始動回路であって、更に、
前記第２の端子と前記低電圧直流出力との間で第２の直列抵抗に直列に結合されると共に、前記第１の高電圧スイッチがオフにされた場合に前記第２のスイッチにおける電力損失を制限するための第３の制御スイッチを備える始動回路。
【請求項７】
請求項６に記載の始動回路であって、
前記第３のスイッチは、前記第１の抵抗を通じて前記低電圧直流出力に結合された制御電極を有し、始動後に前記スイッチングレギュレータ回路の出力が前記低電圧直流出力に存在する状態で前記第２のスイッチがオン状態になると、前記第３のスイッチは、オン状態になることによって、前記第２の直列抵抗に電流を流れさせる、始動回路。
【請求項８】
請求項７に記載の始動回路であって、
前記第３のスイッチは、対称性のＭＯＳＦＥＴであり、前記第３のスイッチのソースとドレインとは、前記第３のスイッチがオン状態になると入れ替わる、始動回路。
【請求項９】
請求項６に記載の始動回路であって、
前記第３のスイッチは、前記第１の抵抗にかかる電圧を感知し、前記第１の抵抗にかかる電圧が、前記低電圧直流出力の短絡回路状態を示す場合は、前記第３のスイッチは、前記第１のスイッチの電流を所定の安全レベルに制限する働きをする、始動回路。
【請求項１０】
請求項９に記載の始動回路であって、
前記第１の抵抗にかかる電圧が、前記低電圧直流出力の短絡回路状態を示す場合は、前記第３のスイッチは、オン状態になることによって、前記第１のスイッチの前記制御電極における電圧を低減させ、前記第１のスイッチの電流を所定の安全レベルに制限する、始動回路。
【請求項１１】
請求項１に記載の始動回路であって、
前記ドロッピング抵抗器は、高電圧ウェルに含まれるポリシリコン抵抗器である、始動回路。
【請求項１２】
請求項１１に記載の始動回路であって、
前記ポリシリコン抵抗器は、電場を形作るために前記高電圧ウェルの境界に設けられた螺旋状のポリシリコン抵抗器である、始動回路。
【請求項１３】
請求項１２に記載の始動回路であって、
前記第１の高電圧スイッチは、前記高電圧ウェルに含まれる、始動回路。
【請求項１４】
請求項１３に記載の始動回路であって、
前記第２のスイッチおよび前記第３のスイッチは、低電圧ウェルに含まれる、始動回路。
【請求項１５】
請求項２に記載の始動回路であって、
前記基準電圧源は、少なくとも１つのツェナーダイオードを備える、始動回路。
【請求項１６】
請求項６に記載の始動回路であって、
前記第１のスイッチ、前記第２のスイッチ、および前記第３のスイッチは、ＭＯＦＳＥＴを備える、始動回路。
【請求項１７】
請求項２に記載の始動回路であって、更に、
前記第１のスイッチの前記制御電極に結合された過渡保護回路を備える始動回路。
【請求項１８】
請求項１１に記載の始動回路であって、
前記ポリシリコン抵抗器は、数十メガオームの抵抗を有する、始動回路。
【請求項１９】
請求項１に記載の始動回路であって、
前記応用回路は、高電圧応用回路を備える、始動回路。
【請求項２０】
請求項１９に記載の始動回路であって、
前記高電圧応用回路は、スイッチングレギュレータを備える、始動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電圧直流バスからの始動電圧を高電圧応用回路に印加するための始動回路に関するものである。例えば、このとき、高電圧応用回路は、高電圧直流バスに結合されたスイッチングレギュレータ回路であって良い。
【背景技術】
【０００２】
これまでは、外部抵抗器である始動回路を集積回路である応用回路に設けることが行われてきた。外部抵抗器は、排除可能であることが望ましい。しかしながら、これは、高電圧ゆえに実現が困難であった。更に、電圧レギュレータ出力が感知された際に、すなわち電圧レギュレータ出力が電圧レギュレータ回路によって生成された際に始動回路をシャットオフする自動シャットオフ機能を有する始動回路を提供することも望まれている。こうすれば、最大電力損失を始動時の短い時間間隔内に収めることができる。
【０００３】
更に、出力短絡または過負荷条件の際に始動回路の電力損失を制限する過電流保護機能を提供することも望まれている。
【０００４】
前述のように、このような始動電源は、これまでは外部抵抗器を通じて供給されてきた。しかしながら、外部抵抗器は、コスト増に繋がるうえ、自動シャットオフ機能も過電流保護機能も有さない。
【０００５】
本回路の主な目的は、始動の際に、スイッチング電圧レギュレータによる自己供給が可能になる前に高電圧直流バスから該レギュレータに電力を供給することにある。代表的な直流バス電圧は、例えば約６００ボルトである。
【発明の開示】
【０００６】
本発明は、数多くの利点を有する。応用回路のコントローラ用の集積回路パッケージには、ドロッピング抵抗器が組み込まれている。応用回路は、例えば、スイッチングレギュレータであるか、あるいはスイッチングレギュレータ出力回路の制御・駆動回路であるか、のいずれかで良い。
【０００７】
また、電圧レギュレータ出力を得られた際に回路をシャットオフする自動シャットオフ機能も提供される。こうすれば、最大電力損失を始動時の短い時間間隔内に収めることができる。
【０００８】
更に、出力短絡または過負荷条件の際に回路の電力損失を制限する過電流保護機能も提供される。
【０００９】
本発明にしたがうと、上記の目的は、高電圧直流バス電圧からの始動電圧を応用回路に印加するための始動回路によって実現される。その始動回路は、応用回路の少なくとも１つの電源スイッチを駆動するための、少なくとも１つの制御回路用の集積回路パッケージと、高電圧直流バスに結合するための第１の端子を有すると共に、第２の端子における高電圧直流バス電圧の電圧レベルを引き下げるための、集積回路パッケージ内のドロッピング抵抗器と、更に、第２の端子に結合される共に、応用回路の始動の際に、応用回路の少なくとも一部に電力を供給するための所定レベルの安定した始動用の低電圧直流出力を提供するための、集積回路パッケージ内の低電圧レギュレータと、を備える。
【００１０】
以下の詳細な説明から、本発明の有するその他の目的、特徴、および利点が明かになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明にしたがった始動回路を示している。図の始動回路は、高電圧部と低電圧部とを有するＮＭＯＳ始動回路である。高電圧部は、高電圧ウェルＨＷ内に含まれる。高電圧ウェルＨＷの境界は、電場を形作るために使用される螺旋状のポリ抵抗器であるポリシリコン抵抗器（螺旋Ｒ）を有する。ポリ抵抗の一端は、高電圧ウェル内にあり、高電圧直流バスＶＢに接続される。もう一端は、低電圧側にあり、耐高圧ＮＭＯＳ  Ｑ１のゲートに繋がれる。抵抗器螺旋Ｒは、数十メガオームの値を有し、耐高圧トランジスタＱ１をオンにする働きをする。
【００１２】
図１に示されるように、応用回路１０は、高圧バスから電圧を印加される。応用回路は、スイッチング電源であるか、あるいは同期バックコンバータの出力段として図示されているスイッチング電源（ＳＭＰＳ）の出力段１２用の制御・駆動部であるか、のいずれかで良い。ただし、ＳＭＰＳは、例えばブーストコンバータ、バックブーストコンバータ、およびフライバックフォワードコンバータなど、他のタイプのＳＭＰＳであることも可能である。本発明にしたがうと、応用回路１０は、始動回路としてのスクエアパッケージ（ＩＣパッケージ）内に含まれるのが通常である。スイッチングレギュレータである応用回路は、自己制御によって出力電圧Ｖ０を印加可能になる前に、図示された始動回路によって始動電圧ＶＣＣを印加される。耐高圧始動回路は、応用回路が安定した出力電圧の印加を開始すると同時にシャットオフされる。
【００１３】
図示された始動回路は、例えばコンバレータなどの回路の超低電流電源Ｘとして用いることによって、例えば数十マイクロアンペアなどの非常に小さい電流を約１２ボルトで引き入れることも可能である。図示された実施形態において、ＶＣＣポイントは、２つのツェナーダイオードＺ１，Ｚ２として図示されているツェナーダイオードを有する分岐を流れる電流によって、約１２ボルトに維持される。図示された実施形態において、各ツェナーダイオードは、５ボルトのなだれ電圧を有し、合計で１０ボルトである。これらのツェナーダイオードにおける電圧降下に抵抗器Ｒ３における電圧降下を加えると、ＶＣＣを得られる。したがって、ＶＣＣは、Ｑ２の閾値（約１．５ボルト）に約１０ボルトを加えた値になる。
【００１４】
この始動回路は、以下のフィードバック機構を通じてＶＣＣを制御する。もし上記の何らかの理由によって、ＶＣＣにおける電圧が定常値を上回ると、それは、Ｒ３にかかる電圧を増大させ、Ｑ２をより強いオン状態にする。これは、Ｑ１のゲートノードの電圧を減少させる。ゲートにおけるこの減少は、Ｑ１のドレイン電流を減少させ、ひいては、最初は増大したＶＣＣの電圧を減少させることによってフィードバックループを閉じる。ＶＣＣにおける変化が逆の場合は、すなわちＶＣＣが減少する場合は、反対の現象が生じる。
【００１５】
望ましい動作において、出力は、ＶＣＣと称されるポイントから取り出される。前述のように、図示された実施形態において、出力電圧は約１２ボルトである。この電圧は、応用回路の始動の際に、瞬間的に必要とされるに過ぎない。応用回路が始動された際には、節電のため、始動回路をオフにすることが望ましい。例えばスイッチング電源などである応用回路に電源が供給され、当該回路が始動された後は、Ｑ２は、ＶＣＣにおける電源出力を感知し、更に、Ｒ３にかかる電圧を感知して回路のシャットオフ機能を働かせる。ＶＣＣにおける電圧が高いほど、したがってＲ３にかかる電圧が高いほど、Ｑ２はより強いオン状態になり（ＶTはほぼ１．５ボルト）、これは、電源用トランジスタＱ１のゲート駆動を低減させる。シャットオフの後、対称性の装置Ｑ３は、ドレインを接地され、ゲート／ソースをＶＣＣに接続される。その結果、Ｑ３は、ソースとドレインとを入れ替えた状態でオンにされる。こうして、入れ替えられた電源回路Ｑ３のＲ１は、シャットオフ動作の際の電力損失を制限する。
【００１６】
回路は、また、短絡回路を保護する機能も有する。もしＶＣＣが短絡した場合または過負荷になった場合は、そのＶＣＣポイントより下に位置する回路部分は全て排除され、Ｑ１のソースは抵抗器Ｒ２を介して接地される。抵抗器Ｒ２は、例えば２０キロオームなどで良い。この場合は、もし電流制限を伴わないと、ＶＢから過度の電力を失う結果となる。したがって、Ｑ３は、短絡回路の際にＲ２における大幅な電圧降下を感知し、オン状態になることによって、Ｑ１のゲート電圧を降下させ、最大電流を制限する。
【００１７】
以上では、特定の実施形態に基づいて発明が説明されたが、当業者ならば、他の変更形態および他の使用も明らかである。したがって、本発明は、本明細書で開示された具体例に限定されず、添付の特許請求の範囲のみによって限定される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明にしたがった始動回路を示した図である。
【図１】
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【外国語明細書】
1. TITLE OF THE INVENTION
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2. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
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3. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
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1. ABSTRACT
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2. REPRESENTATIVE DRAWING
Fig.1
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