(57)【要約】【課題】スイッチング電源装置の低入力電圧検出レベルと過入力電圧検出レベルを少ない外付け部品でそれぞれ単独に設定し、設計自由度を拡張する。【解決手段】本発明のスイッチング電源装置において、トランス８の一次巻線に与えられた直流電力は、発振回路１０と入力電圧検出回路４０とパワーＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子５が同一半導体チップ基板上に集積化された半導体装置４のスイッチング素子５によりスイッチングされる。半導体装置４の入力電圧検出端子１と直流電圧ラインＶｉｎの間に第一の検出抵抗５１と第２の検出抵抗５２を直列接続し、さらに検出抵抗５１もしくは、検出抵抗５２に並列接続されたツェナーダイオード５３を備えている。第１の検出抵抗５１、第２の検出抵抗５２、ツェナーダイオード５３の組み合わせによって低入力電圧検出レベルと過入力電圧検出レベルをそれぞれ単独で設定できる。【選択図】図１
2005094947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子と、前記スイッチング素子のオンオフの繰り返しであるスイッチング動作を制御する発振回路と、入力電圧検出端子と、前記入力電圧検出端子に接続され前記入力電圧検出端子に入力される電流値があらかじめ設定された第１のしきい値以上になると前記発振回路に対しイネーブル信号を出力し、さらに前記入力電圧検出端子に入力される電流値があらかじめ設定された第２のしきい値以上になるとディセーブルの信号を出力する入力電圧検出回路とを備えた半導体装置と、
直流高電圧ラインと
前記直流高電圧ラインに接続された第１の検出抵抗と、
前記第１の検出抵抗に一方を直列接続され、さらに他方を前記半導体装置の前記入力電圧検出端子へ接続された第２の検出抵抗と、
前記第１の検出抵抗もしくは第２の検出抵抗に並列に接続されたツェナーダイオードとを備えており、
前記第１の検出抵抗と、前記第２の検出抵抗と、前記ツェナーダイオードとの組み合わせを選択することで、前記入力電圧検出端子に入力される電流値が前記第１のしきい値と、前記第２のしきい値になるときの前記直流高電圧ラインに与えられる電圧をそれぞれ独立して選択することができることを特徴とするスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング電源装置とスイッチング電源装置の一次側回路に使用される半導体装置に関するものである。特に入力電圧を検出し、スイッチング素子の発振を制御することができる半導体装置及びそれを用いたスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のスイッチング電源装置の回路図の一例を図３に示す（例えば、特許文献１参照）。このスイッチング電源装置では、商用の交流電源が、ダイオードブリッジなどの整流器６により整流されてコンデンサ７にて平滑されることにより、直流電圧ラインＶｉｎに出力され、電力変換用トランス８に与えられている。
【０００３】
トランス８の一次巻線に与えられた直流電力は、発振器１０と入力電圧検出回路４０とパワーＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子５が同一半導体チップ基板上に集積化された半導体装置４のスイッチング素子５によりスイッチングされる。
【０００４】
半導体装置４の入力電圧検出回路４０は入力電圧検出端子１を備え、検出抵抗５０により直流電圧ラインＶｉｎに接続される。さらに入力電圧検出回路４０の出力には、発振器１０が接続され、発振器１０の出力信号によってスイッチング素子５のスイッチング動作が制御される。
【０００５】
入力電圧検出端子１に入力された電流信号ＩＬは入力電圧検出回路４０に入力されると、トランジスタ２１とトランジスタ２１とミラー接続されたトランジスタ２２によって増幅され、トランジスタ２２のドレインに接続されたトランジスタ３０に入力される。トランジスタ２１とトランジスタ２２のソースに接続された定電流源２３は、入力電流ＩＬを一定値以下に制限する。トランジスタ３１、トランジスタ３２はトランジスタ３０とミラー接続されており、さらにトランジスタ３１とトランジスタ３２のドレインにはそれぞれ異なる電流値を持つ定電流源４１と４２がそれぞれ接続されている。また、トランジスタ３１のドレインは反転器４４を介して、ＮＯＲ回路４３に入力され、トランジスタ３２のドレインはＮＯＲ回路４３のもう一方の入力端子に入力される。定電流源４１の電流値ＩＵＶと定電流源４２の電流値ＩＯＶは、ＩＵＶ＞ＩＯＶの関係にあり、定電流源４１によって低入力電圧検出レベルを制御し、定電流源４２によって過入力電圧検出レベルを制御する。
【０００６】
つまり、直流電圧ラインＶｉｎの電圧が低い場合、トランジスタ３１とトランジスタ３２にはほとんど電流が流れず、トランジスタ３１と３２のドレインの電圧信号はそれぞれＬｏｗレベルにあり、ＮＯＲ回路４３の出力はＬｏｗレベルとなり、発振器１０にディセーブル信号を出力する。
【０００７】
直流電圧ラインＶｉｎの電圧が上昇し、それに伴い、入力電流ＩＬが増加してきてトランジスタ３１に流れる電流が定電流源４１の電流値ＩＵＶより大きくなると、トランジスタ３１のドレインの電圧信号はＨｉｇｈレベルとなり、ＮＯＲ回路４３に入力され、ＮＯＲ回路４３より発振器１０にイネーブル信号が入力されて、スイッチング素子５のスイッチング動作が開始される。
【０００８】
さらに、直流電圧ラインＶｉｎの電圧が上昇し、トランジスタ３２に流れる電流が定電流源４２の電流値ＩＯＶより大きくなると、トランジスタ３２のドレインの電圧信号もＨｉｇｈレベルとなり、ＮＯＲ回路４３に入力され、ＮＯＲ回路４３より発振器１０にディセーブル信号が入力されて、スイッチング素子５のスイッチング動作が再び停止される。
【０００９】
図４に図３に示した従来のスイッチング電源装置における入力電圧検出回路の入力電圧−入力電流の相関図を示す。
【００１０】
図４においてＩＬ１は定電流源４１の電流値ＩＵＶに比例した電流で、ＩＬ２は定電流源４２の電流値ＩＯＶに比例した電流である。ＩＬ１以上の電流が入力されるとスイッチング動作が開始し、さらにＩＬ２以上の電流が流れるとスイッチング動作が停止される。
【００１１】
ここで、入力電圧検出端子１に接続された検出抵抗５０の抵抗値をＲＬＳとすると、低入力電圧検出レベルＶｉｎ１と過入力電圧検出レベルＶｉｎ２はそれぞれ、
Ｖｉｎ１＝ＲＬＳ×ＩＬ１                                （式１）
Ｖｉｎ２＝ＲＬＳ×ＩＬ２                                （式２）
となる。
【００１２】
したがって、検出抵抗５０の抵抗値ＲＬＳを選択することで低入力電圧検出レベルＶｉｎ１、過入力電圧検出レベルＶｉｎ２を選択することができる。
【００１３】
すなわち具体的には、例えば、半導体装置４の内部で設定された電流しきい値がＩＬ１＝５０μＡ、ＩＬ２＝２００μＡであった場合、図３の従来のスイッチング電源装置では、低入力電圧検出レベルＶｉｎ１を８０Ｖに設定するためには、検出抵抗５０の抵抗値ＲＬＳは１．６ＭΩとなり、これにより、過入力電圧検出レベルＶｉｎ２は３２０Ｖとなる。
【特許文献１】米国特許第６３０４４６２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従来のスイッチング電源装置の構成では、入力電圧検出端子１に接続される抵抗５０の抵抗値ＲＬＳを選択することで、入力電圧検出のしきい値を設定することができるが、低入力電圧検出レベルＶＬ１か、過入力電圧検出レベルＶＬ２のどちらか一方を設定すると、他方が半導体装置４の入力電圧検出回路４０によって内部設定されたＩＵＶ／ＩＯＶの比によって自動的に決まってしまうため、低入力電圧検出レベルＶＬ１と、過入力電圧検出レベルＶＬ２をそれぞれ独立して設定することができないという課題があった。
【００１５】
本発明は、このような問題を解決するものであり、その目的は、半導体装置４の内部回路を変更せずに少ない外付け部品によって、自由に低入力電圧検出レベルＶＬ１と、過入力電圧検出レベルＶＬ２をそれぞれ独立して設定できる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】
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明のスイッチング電源装置は、スイッチング素子と、前記スイッチング素子のオンオフの繰り返しであるスイッチング動作を制御する発振回路と、入力電圧検出端子と、前記入力電圧検出端子に接続され前記入力電圧検出端子に入力される電流値があらかじめ設定された第１のしきい値以上になると前記発振回路に対しイネーブル信号を出力し、さらに前記入力電圧検出端子に入力される電流値があらかじめ設定された第２のしきい値以上になるとディセーブルの信号を出力する入力電圧検出回路とを備えた半導体装置と、直流高電圧ラインと前記直流高電圧ラインに接続された第１の検出抵抗と、前記第１の検出抵抗に一方を直列接続され、さらに他方を前記半導体装置の前記入力電圧検出端子へ接続された第２の検出抵抗と、前記第１の検出抵抗もしくは第２の検出抵抗に並列に接続されたツェナーダイオードとを備えており、前記第１の検出抵抗と、前記第２の検出抵抗と、前記ツェナーダイオードとの組み合わせを選択することで、前記入力電圧検出端子に入力される電流値が前記第１のしきい値と、前記第２のしきい値になるときの前記直流高電圧ラインに与えられる電圧をそれぞれ独立して選択することができることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のスイッチング電源装置は、入力電圧検出回路を備えた半導体装置を用いて少ない外付け部品により低入力電圧検出レベルと過入力電圧検出レベルをそれぞれ独立して設定することができ、入力電圧検出回路を備えた半導体装置を用いたスイッチング電源装置の設計自由度をより幅広くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１９】
図１は、本発明のスイッチング電源装置の回路図である。
【００２０】
このスイッチング電源装置では、商用の交流電源が、ダイオードブリッジなどの整流器６により整流されてコンデンサ７にて平滑されることにより、直流電圧ラインＶｉｎに出力され、電力変換用トランス８に与えられている。
【００２１】
トランス８の一次巻線に与えられた直流電力は、発振器１０と入力電圧検出回路４０とパワーＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子５が同一半導体チップ基板上に集積化された半導体装置４のスイッチング素子５によりスイッチングされる。ここでいう半導体装置４の構成は、前述の図３に示す従来例の半導体装置と同じ構成のものである。
【００２２】
本実施の形態では、半導体装置４の入力電圧検出端子１と直流電圧ラインＶｉｎの間に第一の検出抵抗５１と第２の検出抵抗５２を直列接続し、さらに検出抵抗５１もしくは、検出抵抗５２に並列接続されたツェナーダイオード５３を備えている。
【００２３】
半導体装置４の入力電圧検出回路４０は入力電圧検出端子１を備え、検出抵抗５１，５２により直流電圧ラインＶｉｎに接続される。さらに入力電圧検出回路４０の出力には、発振器１０が接続され、発振器１０の出力信号によってスイッチング素子５のスイッチング動作が制御される。
【００２４】
入力電圧検出端子１に入力された電流信号ＩＬは入力電圧検出回路４０に入力されると、トランジスタ２１とトランジスタ２１とミラー接続されたトランジスタ２２によって増幅され、トランジスタ２２のドレインに接続されたトランジスタ３０に入力される。トランジスタ２１とトランジスタ２２のソースに接続された定電流源２３は、入力電流ＩＬを一定値以下に制限する。トランジスタ３１、トランジスタ３２はトランジスタ３０とミラー接続されており、さらにトランジスタ３１とトランジスタ３２のドレインにはそれぞれ異なる電流値を持つ定電流源４１と４２がそれぞれ接続されている。また、トランジスタ３１のドレインは反転器４４を介して、ＮＯＲ回路４３に入力され、トランジスタ３２のドレインはＮＯＲ回路４３のもう一方の入力端子に入力される。定電流源４１の電流値ＩＵＶと定電流源４２の電流値ＩＯＶは、ＩＵＶ＞ＩＯＶの関係にあり、定電流源４１によって低入力電圧検出レベルを制御し、定電流源４２によって過入力電圧検出レベルを制御する。
【００２５】
つまり、直流電圧ラインＶｉｎの電圧が低い場合、トランジスタ３１とトランジスタ３２にはほとんど電流が流れず、トランジスタ３１と３２のドレインの電圧信号はそれぞれＬｏｗレベルにあり、ＮＯＲ回路４３の出力はＬｏｗレベルとなり、発振器１０にディセーブル信号を出力する。
【００２６】
図２に図１の従来例の入力電圧検出の入力電圧−入力電流の相関図を示す。
【００２７】
低入力電圧を検出し、スイッチング動作が開始した以降の動作を図２を用いて説明する。
【００２８】
図２では、Ｘ軸に入力電圧検出端子１に入力される電流信号（ＩＬ）、Ｙ軸に直流電圧ラインＶｉｎの電圧（Ｖｉｎ）を示している。
【００２９】
直流電圧ラインＶｉｎの電圧が上昇し、低入力電圧検出レベルＶｉｎ１に達すると、入力電圧検出回路４０のトランジスタ３１のドレイン電流が定電流源４１の電流値ＩＵＶより大きくなり、Ｈｉｇｈレベル信号を出力し、ＮＯＲ回路４３より発振器１０にイネーブル信号が出力され、スイッチング素子５がスイッチング動作を開始する。このとき、Ｖｉｎ１は第１の検出抵抗５１と第２の検出抵抗５２の抵抗値の和（ＲＬＳ１＋ＲＬＳ２）を用いて、次式であらわされる。
【００３０】
Ｖｉｎ１＝（ＲＬＳ１＋ＲＬＳ２）×ＩＬ１                  （式３）
直流電圧ラインＶｉｎの電圧が上昇すると、入力電圧検出端子１の電流信号ＩＬが線形的に上昇する。そのときの傾きは、第一の検出抵抗５１と第２の検出抵抗５２の抵抗値の和（ＲＬＳ１＋ＲＬＳ２）となる。
【００３１】
さらに直流電圧ラインＶｉｎの電圧が上昇し、第２の検出抵抗５２の両端の電圧が、第２の検出抵抗５２に並列接続されたツェナーダイオード５３のツェナー電圧Ｖｚを超えると、ツェナーダイオード５３がブレークダウンする。
【００３２】
このときの入力電圧検出端子１の電流信号ＩＬは
ＩＬｚ＝Ｖｚ／ＲＬＳ２                                    （式４）
であらわされ、直流電圧ラインＶｉｎの電圧は、
Ｖｉｎｚ＝Ｖｚ＋ＲＬＳ１×ＩＬｚ
となる。つまり、図２に示すように、Ｖｉｎ／ＩＬの傾きは、第一の検出抵抗５１の抵抗値ＲＬＳ１となる。
【００３３】
次に、直流電圧ラインＶｉｎの電圧が、
Ｖｉｎ２＝Ｖｚ＋ＲＬＳ１×ＩＬ２                          （式５）
であらわされるＶｉｎ２に達すると、入力電圧検出回路４０のトランジスタ３２のドレイン電流が定電流源４２の電流値ＩＯＶより大きくなり、トランジスタ３２のドレインよりＨｉｇｈレベル信号が出力され、ＮＯＲ回路４３より発振器１０にディセーブル信号が出力され、スイッチング素子５がスイッチング動作を再度停止する。
【００３４】
例えば、半導体装置４の内部で設定された電流しきい値がＩＬ１＝５０μＡ、ＩＬ２＝２００μＡであった場合、低入力電圧検出レベルＶｉｎ１を８０Ｖ、か入力電圧検出レベルを２００Ｖに設定するためには、ツェナーダイオード５３にＶｚ＝２０Ｖのもの用い、検出抵抗５１の抵抗値ＲＬＳ１を４００ｋΩ、検出抵抗５２の抵抗値ＲＬＳ２を１．２ＭΩとして設定することができる。さらに抵抗値の和（ＲＬＳ１＋ＲＬＳ２）を１．６ＭΩにしたままで、抵抗値の比ＲＬＳ１／ＲＬＳ２を選ぶことによって、低入力電圧検出レベルは８０Ｖのままで、過入力電圧検出レベルを自由に設定することができる。
【００３５】
本実施の形態によれば、入力電圧検出回路を備えた半導体装置を用いて少ない外付け部品により低入力電圧検出レベルと過入力電圧検出レベルをそれぞれ独立して設定することができ、入力電圧検出回路を備えた半導体装置を用いたスイッチング電源装置の設計自由度をより幅広くすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明のスイッチング電源装置は、部品点数が少なく低コストな電源装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態におけるスイッチング電源装置の回路図
【図２】本発明の実施の形態におけるスイッチング電源装置による入力電圧と入力電圧検出端子への入力電流の相関図
【図３】従来の技術におけるスイッチング電源装置の回路図
【図４】従来のスイッチング電源装置による入力電圧と入力電圧検出端子への入力電流の相関図
【符号の説明】
【００３８】
１  入力電圧検出端子
２  ＤＲＡＩＮ端子
３  ＳＯＵＲＣＥ端子
４  半導体装置
５  スイッチング素子
６  整流器
７  コンデンサ
８  電力変換用トランス
１０  発振器
２１、２２、３０、３１、３２  トランジスタ
２３、４１、４２  定電流源
４０  入力電圧検出回路
４３  ＮＯＲ回路
４４  反転器
５０  検出抵抗
５１  第１の検出抵抗
５２  第２の検出抵抗
５３  ツェナーダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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