(57)【要約】      （修正有）【課題】スイッチング電源用半導体装置において、過負荷保護の停止時間を短くすることなく、入力電源の遮断・再投入時の起動を迅速に確実に行う。【解決手段】スイッチング電源用半導体装置は、制御電源を所定の電流で充電する起動回路ＳＴＡＲＴＵＰと、スイッチング素子Ｑ１を第２の直流電圧に応じてオンオフする制御回路とを備える。制御回路は、スイッチング素子に流れる電流が所定値以上、かつ、所定期間を経過すると、過負荷状態であることを記憶し、スイッチングを停止させる過負荷保護回路ＯＣＰと、過負荷状態であることを記憶しているときに、制御電源電圧が起動停止電圧になると、記憶した過負荷状態を所定の遅延時間経過後にリセットし、直流電圧が所定値以下になったことを検出する入力電圧検出回路を備える。入力電圧検出回路が低電圧を検出し、かつ、過負荷保護回路が過負荷状態を記憶している時に、制御電源の電圧を放電させる。【選択図】図２
2017153318.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子をオンオフすることで第１の直流電圧を第２の直流電圧に変換するス
イッチング電源用半導体装置において、
制御電源を所定の電流で充電する起動回路と、
前記制御電源の電圧が第１のしきい値になると起動し、第１のしきい値より低い第２の
しきい値になると停止し、前記スイッチング素子を第２の直流電圧に応じてオンオフする
制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記スイッチング素子に流れる電流が所定の値以上、かつ、予め決められた期間を経過
すると、過負荷状態であることを記憶し、前記スイッチング素子のオンオフを停止する過
負荷保護回路と、
前記制御電源の電圧が前記第１のしきい値に達すると前記起動回路の所定の電流を停止
させ、前記第２のしきい値に低下すると前記起動回路の所定の電流を再開させる回路と、
を有し、
前記過負荷保護回路が過負荷状態であることを記憶しているときに、前記制御電源の電
圧が前記第２のしきい値になると、前記過負荷保護回路が記憶した過負荷状態を所定の遅
延時間経過後にリセットし、
前記第１の直流電圧が所定の電圧以下になったことを検出する入力電圧検出回路を備え、
前記入力電圧検出回路が所定の電圧以下を検出した場合、かつ、前記過負荷保護回路が過
負荷状態を記憶している時に、前記制御電源の電圧を放電させる放電手段を備えることを
特徴とするスイッチング電源用半導体装置。
【請求項２】
前記放電手段は、前記制御回路のオンオフ周波数を増加させて、前記制御電源の電圧の
放電を早めることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記放電手段は、前記スイッチング素子の駆動回路のオン駆動信号を停止させた状態に
し、
オフ駆動信号のみ出力させることで、前記制御電源の電圧を放電させることを特徴とする
請求項２に記載の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に関し、特に入力電源断後の再投入時の起動に関する
起動性を向上させたスイッチング電源用半導体装置である。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源装置は、負荷が短絡などにより過負荷状態になると、出力に過大な電
流が流れることを防止し、また部品を破損から保護するため、過負荷保護回路を設けるの
が一般的である。
【０００３】
過負荷保護回路は、出力電流が所定値を超えたら、スイッチング電源の動作を停止させ
停止状態を保持することで、出力に過大な電流が流れることを防ぎ、部品を破損から保護
する。負荷の短絡などは原因を取り除かないと復旧しないことが多いので、停止状態を保
持することで安全にスイッチング電源および負荷を保護する。しかし、負荷の急変時など
でも、瞬時であるが過負荷状態になることがある。このとき停止状態を保持すると、復帰
させるためには手動によるリセットが必要になる。
【０００４】
このため、特許文献１は、過負荷により非常停止したら、所定の時間経過後に自動的に
再起動させる自動再起動機能を組み込んだ安定化電源装置を提案している。図６に特許文
献１の回路構成図を示す。起動時に入力電圧で充電されるキャパシタ１２０の電圧を制御
電源電圧とする安定化電源を使用し、制御電源電圧が所定のしきい値に達したとき制御系
に安定化電源の出力動作を開始させる起動回路１３０と、安定化電源の過負荷状態を検出
する過負荷検出回路１４０と、過負荷検出時にキャパシタ１２０を放電させて制御電源電
圧を一旦低下させた後に所定速度で回復させる電圧制御回路１５０とを設け、過負荷にな
ると出力動作を停止させ、キャパシタ１２０を放電させて制御電源電圧を一旦は低下させ
る。その後、起動回路１３０を利用してこの制御電源電圧がそのしきい値まで所定速度で
回復したとき安定化電源の出力動作を再開させる。これにより過負荷保護回路に安定化電
源の自動再起動機能を賦与する。
【０００５】
特許文献１は、キャパシタ充電用の抵抗１２１によって制御電源電圧がしきい値まで回
復する間出力動作が停止する。このため、スイッチング動作が停止している時間はあらか
じめ設定された固定時間となる。このスイッチング動作が停止している時間が短いと、自
動的に再起動するとき部品が十分に冷却される前に出力動作を開始するので部品が過熱す
ることがある。これを避けるため停止時間を長くすると、再起動時の起動時間が長くなる
。また、定常動作時においても、入力電源を遮断した場合において、遮断後の入力電圧が
徐々に低下するのでスイッチング電流が増加し、過負荷と判断されて停止する場合がある
。この状態から入力電源を再投入されると、過負荷保護の停止時間により起動時間が長く
なってしまう。特に、入力瞬断試験による瞬停時間を除々に長くした場合、特定の瞬停時
間から起動時間が急に長くなる現象が起こることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２８５３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、スイッチング電源装置において、過負荷保護の停止時間を短くすることなく
、入力電源の遮断・再投入時の起動を迅速に確実に行う事が出来る、半導体装置を提供す
ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的を達成するため、スイッチング素子をオンオフすることで第１の直流電圧を第
２の直流電圧に変換するスイッチング電源用半導体装置において、制御電源を所定の電流
で充電する起動回路と、前記制御電源の電圧が第１のしきい値になると起動し、第１のし
きい値より低い第２のしきい値になると停止し、前記スイッチング素子を第２の直流電圧
に応じてオンオフする制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記スイッチング素子に流
れる電流が所定の値以上、かつ、予め決められた期間を経過すると、過負荷状態であるこ
と記憶し、前記スイッチング素子のオンオフを停止する過負荷保護回路と、前記制御電源
の電圧が前記第１のしきい値に達すると前記起動回路の所定の電流を停止させ、前記第２
のしきい値に低下すると前記起動回路の所定の電流を再開させる回路と、を有し、前記過
負荷保護回路が過負荷状態であることを記憶しているときに、前記制御電源の電圧が前記
第２のしきい値になると、前記過負荷保護回路が記憶した過負荷状態を所定の遅延時間経
過後にリセットし、前記第１の直流電圧が所定の電圧以下になったことを検出する入力電
圧検出回路を備え、前記入力電圧検出回路が所定の電圧以下を検出した場合、かつ、前記
過負荷保護回路が過負荷状態を記憶している時に、前記制御電源の電圧を放電させる放電
手段を備える。
【０００９】
また、制御電源の電圧を放電させる時には、制御回路のオンオフ周波数を増加させて、
制御電源の電圧の放電を早めることを特徴とする。
さらに、制御電源の電圧を放電させる時には、スイッチング素子の駆動回路のオン駆動
信号を停止させた状態にし、オフ駆動信号のみ出力させて、制御電源の電圧を放電させる
。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のスイッチング電源用半導体装置は、過負荷保護回路が過負荷状態を検出し、所
定時間経過後にこれを記憶するとともにスイッチング素子のオンオフ動作を停止する。ス
イッチング素子のオンオフ動作が停止すると制御電源の電圧が低下し第２のしきい値にな
ると再起動するが、このとき、過負荷保護回路が記憶した過負荷状態を所定の遅延時間経
過後にリセットするので、再起動する時間が遅延される。再起動する時間を延長すること
で過負荷状態時の発熱を抑制することができるが、過負荷状態を検出しないときの通常の
入力電源断において、入力電源の低電圧時にスイッチング素子に流れる電流が過負荷状態
に達する場合があり、通常の起動時間より遅延して再起動してしまう場合がある。
本発明は、この過負荷状態と入力電源の低電圧（電源断）との条件を検出したとき、制
御電源の電圧を放電させる。これにより、通常の過負荷状態での起動時間を短縮すること
なく、入力電源の再投入時の起動時間を安定にさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は本発明の実施例を示す回路構成図である。
【図２】図２は図１に示す半導体装置のブロックダイアグラムである。
【図３】図３は図2に示す発振器ＰＷＭＯＳＣの回路例である。
【図４】図４は図2に示す駆動回路ＤＲＶの回路例である。
【図５】図５は本発明の実施例のシーケンス図である。
【図６】図６は従来例の回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１２】
本発明の実施例のスイッチング電源装置を図１に示す。商用電源ＡＣの交流電圧は整流
器ＢＤ１を介して全波整流され、コンデンサＣ２で平滑され直流電圧に変換される。コン
デンサＣ２のプラス端子はトランスＴ１の一次巻線Ｐ１の一方の端子に接続され、トラン
スＴ１の一次巻線Ｐ１の他端は半導体装置ＩＣ１のＤ／ＳＴ端子に接続される。半導体装
置ＩＣ１のＳ／ＯＣＰ端子は抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ２のマイナス端子に接続され
る。コンデンサＣ２のマイナス端子には半導体装置ＩＣ１のＧＮＤ端子が接続される。ト
ランスＴ１の２次巻線Ｓ１と整流ダイオードＤ５および平滑コンデンサＣ６が直列に接続
される。平滑コンデンサＣ６の両端には平滑コンデンサＣ２の直流電圧を変換した出力電
圧が生成され、出力端子Ｖｏ１、ＧＮＤを介して図示しない負荷に供給する。半導体装置
ＩＣ１はスイッチング素子Ｑ1を内蔵し、Ｄ／ＳＴ端子はスイッチング素子Ｑ1のドレイン
に接続され、Ｓ／ＯＣＰ端子はスイッチング素子Ｑ１のソースに接続される。
【００１３】
半導体装置ＩＣ１は、ＢＲ端子、Ｄ／ＳＴ端子、Ｖｃｃ端子を備える。ＢＲ端子には、
商用電源の交流電圧をダイオードＤ３、Ｄ４で整流した整流電圧を抵抗Ｒ４、Ｒ５で分圧
した電圧が入力される。Ｄ／ＳＴ端子とＶｃｃ端子間には、図２に示すようにＳＴＡＲＴ
ＵＰ回路が接続される。ＳＴＡＲＴＵＰ回路は起動時Ｖｃｃ端子に接続された制御電源コ
ンデンサＣ３を定電流で充電する。また、Ｖｃｃ端子にはトランスＴ１の補助巻線Ｐ２を、
ダイオードＤ２を介して接続される。Ｖｃｃ端子は、前述の制御電源の出力端子となる。
【００１４】
Ｖｃｃ端子には、Ｖｃｃ端子電圧を監視して、第１のしきい値を超えるとＳＴＡＲＴＵ
Ｐ回路の定電流で充電する動作を停止させ、第１のしきい値より小さい第２のしきい値以
下になるとＳＴＡＲＴＵＰ回路の充電動作をさせる、制御電源電圧検出回路ＵＶＬＯを半
導体装置ＩＣ１の内部に備える。また、Ｖｃｃ端子には過電圧検出回路ＯＶＰが接続され、
また半導体装置ＩＣ１は、過熱検出回路ＴＳＤが内蔵され、各々の検出信号は保護回路（ラ
ッチ回路）ＰＲＯＴＥＣＴＩＯＮに接続されている。保護回路ＰＲＯＴＥＣＴＩＯＮは、
ＯＶＰ、ＴＳＤから検出信号が入力されるとＳＴＡＲＴＵＰ回路を動作させて半導体装置
ＩＣ１の電源電圧を確保し、かつ、スイッチング素子Ｑ１のオンオフ駆動を停止させる。
保護回路ＰＲＯＴＥＣＴＩＯＮは、交流電圧を遮断などして、Ｖｃｃ端子電圧が第２のし
きい値以下になるとリセットされる。
【００１５】
半導体装置ＩＣ１は、スイッチング周波数を決定する発振器ＰＷＭＯＳＣを備え、発振
器ＰＷＭＯＳＣのワンパルス信号はＲＳフリップフロップＦＦ１のセット端子及びオア回
路ＯＲ１の一方の入力端子に接続される。オア回路ＯＲ１の他方の入力端子は、ＲＳフリ
ップフロップＦＦ１のＱバー出力に接続される。オア回路ＯＲ１の出力信号はノア回路Ｎ
ＯＲ１と駆動回路ＤＲＶを介して、スイッチング素子Ｑ１のゲートに接続される。
【００１６】
半導体装置ＩＣ１は、スイッチング素子Ｑ１に流れるスイッチング電流を、Ｓ／ＯＣＰ
端子とＧＮＤ間に接続された抵抗Ｒ１の電圧降下としてリーディングエッジブランキング
回路ＬＥＢを介して過負荷検出回路ＯＣＰに入力する。リーディングエッジブランキング
回路ＬＥＢは、スイッチング素子Ｑ１のターンオン時に流れるサージ電流をマスキングす
る機能である。過負荷検出回路ＯＣＰは、スイッチング電流が所定値以上、すなわちＳ／
ＯＣＰ端子電圧が所定電圧以上になると、過負荷検出回路ＯＣＰから信号が出力される。
その出力信号は、タイマー回路Ｔｉｍｅｒとオア回路ＯＲ２に入力される。ここで、オア
回路ＯＲ２を介してＲＳフリップフロップ回路ＦＦ１のリセット端子に入力され、ＲＳフ
リップフロップ回路ＦＦ１のＱバー出力が反転してＨレベルを出力し、駆動回路ＤＲＶ信
号をＬレベルとさせてスイッチング素子Ｑ１をオフさせる。
また、過負荷検出回路ＯＣＰからの信号が所定回数、あるいは所定の期間連続で出力さ
れると、タイマー回路Ｔｉｍｅｒを介してラッチ回路Ｌａｔｃｈが動作する。ラッチ回路
Ｌａｔｃｈの出力は、オア回路ＯＲ２に入力され、スイッチング素子Ｑ１はオフ状態にな
る。同時にラッチ回路Ｌａｔｃｈからアンド回路ＡＮＤ１の一方の入力端子に入力される。
アンド回路ＡＮＤ１の他方の端子には、交流電圧を監視するコンパレータＢ／Ｓの出力が
接続されている。コンパレータＢ／Ｓの非反転端子には基準電圧ＶＲＥＦが接続され、反転
端子は交流電圧を整流し分圧した電圧が入力されるＢＲ端子に接続されている。交流電圧
が基準電圧ＶＲＥＦより低下すると、コンパレータＢ／ＳはＨレベルをアンド回路ＡＮＤ１
に出力する。ラッチ回路Ｌａｔｃｈ出力信号とコンパレータＢ／Ｓ出力信号とがＨレベル
のとき、アンド回路ＡＮＤ１は発振器ＰＷＭＯＳＣ及び駆動回路ＤＲＶに信号を出力する。
【００１７】
半導体装置ＩＣ１は、エラーアンプＥ／Ａを備え、ＦＢ端子に入力される2次側からの
フィードバック信号と基準電圧ＶＲＥＦとの誤差電圧と、リーディングエッジブランキング
回路ＬＥＢを介して得た抵抗Ｒ１の電圧とをコンパレータＦｅｅｄｂａｃｋＣｏｎｔｒｏ
ｌに入力する。コンパレータＦｅｅｄｂａｃｋＣｏｎｔｒｏｌの出力端子は、オア回路Ｏ
Ｒ２の入力端子に接続され、抵抗Ｒ１の電圧が該誤差電圧よりも大きくなったタイミング
でＨレベルを出力し、スイッチング素子Ｑ１をターンオフさせる。
【００１８】
図３に発振器ＰＷＭＯＳＣの回路例を示す。発振器ＰＷＭＯＳＣは、定電流源ＣＣ１、
ＰチャンネルＦＥＴＱ２、ＮチャンネルＦＥＴＱ３、コンデンサＣ８，Ｃ９、コンパレー
タＯＳＣ、基準電圧ＶＯＳＣ、1ショット回路ＯＮＥＳＨＯＴからなる。
通常動作ではアンド回路ＡＮＤ１の出力はＬレベルのため、ＰチャンネルＦＥＴＱ２は
オン状態であり、定電流源ＣＣ１の電流は、コンデンサＣ８、Ｃ９の並列接続された容量
に充電される。該コンデンサの充電電圧は、基準電圧ＶＯＳＣと比較されるので、定電流源
ＣＣ１の電流とコンデンサの容量が発振周波数の周期を設定する。また、コンパレータＯ
ＳＣの出力は、1ショット回路ＯＮＥＳＨＯＴを介してＮチャンネルＦＥＴＱ３のゲート
に出力され、該コンデンサの充電電圧を放電させてリセットさせている。
ここで、アンド回路ＡＮＤ１の出力がＨレベルになると、ＰチャンネルＦＥＴＱ２はオ
フ状態に反転し、発振周波数の周期は定電流源ＣＣ１の電流とコンデンサＣ９との時定数
に変更される。コンデンサ容量が減少するため、これにより発振器ＰＷＭＯＳＣの周波数
は上昇する。
【００１９】
図４に駆動回路ＤＲＶの回路例を示す。駆動回路ＤＲＶは、オア回路ＯＲ３、駆動素子
であるＰチャンネルＦＥＴＱ４、ＮチャンネルＦＥＴＱ５を備える。ＰチャンネルＦＥＴ
Ｑ４とＮチャンネルＦＥＴＱ５のドレイン端子は接続され、ドレイン端子はスイッチング
素子Ｑ１のゲートに接続される。ＰチャンネルＦＥＴＱ４のゲート端子はオア回路ＯＲ３
の出力に接続され、オア回路ＯＲ３の一方の入力端子はアンド回路ＡＮＤ１の出力に接続
され、他方の入力端子は、ＮチャンネルＦＥＴＱ５のゲート端子と、ノア回路ＮＯＲ１に
接続されている。
ここで、アンド回路ＡＮＤ１の出力がＨレベルになると、オア回路ＯＲ３の出力はＨレ
ベルとなり、ＰチャンネルＦＥＴＱ４をオフ状態にする。これにより、ノア回路ＮＯＲ１
からオンオフ信号が入力されても、スイッチング素子Ｑ１のゲート駆動のオン動作を禁止
する。従って、ノア回路ＮＯＲ１からオンオフ信号が入力された場合、ＮチャンネルＦＥ
ＴＱ５のみオンオフ動作することになる。スイッチング素子Ｑ１はオフ状態を保つが、Ｎ
チャンネルＦＥＴＱ５のゲート駆動損失は生じるので、半導体装置ＩＣ１の消費電力を増
加させることになる。
【００２０】
図５に、本発明の実施例のシーケンス図を示す。時刻ｔ１にて交流電源ＡＣが遮断され
て、入力電源の電圧が低下する。すると、負荷に電力供給を行うため、時刻ｔ１〜ｔ２に
かけてスイッチング素子Ｑ１のドレイン電流は増加し、時刻ｔ２〜ｔ３で過負荷相当のピ
ーク電流に達してしまう。ここで過負荷保護回路が動作し、時刻ｔ３にてＬＡＴＣＨ回路
はＨレベルの出力信号を送出し、スイッチング素子Ｑ１のオンオフ動作を停止する。
入力電源の電圧はさらに低下し、時刻ｔ４を経過すると入力電圧の低下を検出してＢ／
Ｓコンパレータの出力はＨレベルの出力信号を送出し、上述のように制御電源の電圧Ｖｃ
ｃを時刻ｔ４〜ｔ５にかけて早く放電させる。
時刻ｔ５で制御電源の電圧Ｖｃｃは第２のしきい値に達するので、半導体装置ＩＣ１は
リセットされる。
時刻ｔ６にて交流電源ＡＣが再投入され、時刻ｔ７にて半導体装置ＩＣ１は起動する。
【００２１】
以上により、ラッチ回路Ｌａｔｃｈ出力信号がＨレベルの過負荷状態であるときに、交
流電源が遮断されてコンパレータＢ／Ｓ出力信号がＬレベルからＨレベルに切り替わると
、アンド回路ＡＮＤ１は、発振器ＰＷＭＯＳＣ及び駆動回路ＤＲＶへ同時にＨレベル信号
を出力する。これにより、スイッチング素子Ｑ１はオフ状態を維持し、発振器ＰＷＭＯＳ
Ｃの発振周波数は上昇し、駆動回路ＤＲＶの消費電力は発振周波数の上昇した分が増加す
る。
これにより、過負荷状態と入力電源の低電圧との条件を検出したとき、駆動回路ＤＲＶ
の消費電力により制御電源の電圧Ｖｃｃを早く放電させることができる。すなわち、通常
の過負荷状態での起動時間を短縮することなく、入力電源の再投入時の起動時間を安定に
させることが可能になる。
【００２２】
以上のように実施形態を説明したが、上記実施形態は本発明の技術的思想を具体化する
ための例示であって、個々の構成、組合せ等を上記のものに特定するものではない。本発
明は、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。
例えば、過負荷状態と入力電源の低電圧との条件を検出したとき、発振器ＰＷＭＯＳＣ
のコンデンサ容量を小さくして発振周波数を上昇させたが、コンデンサ容量を小さくする
代わりに定電流源ＣＣ１の電流値を増加させて発振周波数を上昇させても良い。この場合
、より消費電力が増加して放電効果が大きくなる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
スイッチング電源装置を安全に過負荷から保護する用途に適用できる。
【符号の説明】
【００２４】
１  スイッチング電源装置  
ＩＣ１  半導体装置
ＡＣ  交流電源
ＢＤ１  整流器
Ｒ１〜Ｒ８  抵抗
Ｃ１〜Ｃ１０  コンデンサ
Ｔ１  トランス
Ｄ１〜Ｄ５  ダイオード
Ｑ１  スイッチング素子
Ｑ２、Ｑ４    ＰチャンネルＦＥＴ
Ｑ３、Ｑ５    ＮチャンネルＦＥＴ
ＡＮＤ１    アンド回路
ＮＯＲ１    ノア回路
ＯＲ１〜ＯＲ３    オア回路
Ｂ／Ｓ、ＯＳＣ    コンパレータ
Ｅ／Ａ  エラーアンプ
ＦＦ１    ＲＳフリップフロップ
【図１】
2017153318.tif 000003
【図２】
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【図３】
2017153318.tif 000005
【図４】
2017153318.tif 000006
【図５】
2017153318.tif 000007
【図６】
2017153318.tif 000008