スイッチング電源制御用半導体装置
【課題】起動回路への電流流入端子とブラウンアウト検出のための電圧検出端子を共通化し、ブラウンアウトを検出するための専用入力端子を設けることなくブラウンアウトの検出を可能とするスイッチング電源制御用半導体装置を提供する。
【解決手段】端子VHは、起動回路110に電流を流入させる電流流入端子と、分圧抵抗Ｒ１およびＲ２の接続点116から分圧電圧を取り出してブラウンアウト検出コンパレータ113の＋端子に電圧を印加するための電圧検出端子を兼ねる。ブラウンアウト検出コンパレータ113において＋端子に印加される分圧電圧と基準電圧VREF１とが比較される。起動回路110が停止しているときに基準電圧VREF１が接続点116の分圧電圧よりも高い場合には、ブラウンアウトの検出状態となり、論理合成回路130で合成の後、遅延回路133で所定の遅延時間後にドライバー制御回路135に論理Ｌを出力することで、PWM比較器134からの高速パルス信号の出力を阻止する。
【解決手段】端子VHは、起動回路110に電流を流入させる電流流入端子と、分圧抵抗Ｒ１およびＲ２の接続点116から分圧電圧を取り出してブラウンアウト検出コンパレータ113の＋端子に電圧を印加するための電圧検出端子を兼ねる。ブラウンアウト検出コンパレータ113において＋端子に印加される分圧電圧と基準電圧VREF１とが比較される。起動回路110が停止しているときに基準電圧VREF１が接続点116の分圧電圧よりも高い場合には、ブラウンアウトの検出状態となり、論理合成回路130で合成の後、遅延回路133で所定の遅延時間後にドライバー制御回路135に論理Ｌを出力することで、PWM比較器134からの高速パルス信号の出力を阻止する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング電源制御用半導体装置に関し、特にブラウンアウト（誤動作保護が必要な低電圧ＡＣ入力印加）を検出するための専用入力端子を設けることなくブラウンアウトの検出を可能とするスイッチング電源制御用半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のスイッチング電源制御用半導体装置、例えば、電源端子Vccと、スイッチング動作を一時停止させるためのミュート端子Mと、出力端子OUTと、フィードバック端子FBを有するスイッチング電源制御用ＩＣにおいて、トランスの１次側のコイルに入力される入力電圧を検出する電圧検出回路の出力によりスイッチ素子を動作させて、該スイッチ素子に接続されるミュート端子Mを抵抗を介してグランドにショートさせることで、主スイッチング素子の動作を一時的に停止させるスイッチング電源制御用半導体装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
また従来、例えば、入力電圧を検出する入力電圧検出手段と、コンデンサによって規定される時定数にて交流電圧の一周期より長い動作時間を得るタイマーと、前記コンデンサの充放電を行う充放電手段と、前記入力電圧検出手段の検出結果に基づいて前記充放電手段を制御するタイマー制御手段とを備えたスイッチング電源制御用半導体装置において、トランスの１次側のコイルに入力される入力電圧の値をタイマーの動作中は確実に検出するとともに、入力電圧検出手段によって検出された電圧値に基づいてタイマーのコンデンサの充放電をタイマー制御手段が制御可能とするブラウンアウト検出機能を有するスイッチング電源制御用半導体装置が知られている（特許文献２参照）。
【０００４】
また従来、トランスの１次側のコイルに入力される入力電圧及び２次側のコイルから得られる出力電圧について、異常による入力電圧および出力電圧の低下を即座に検知してスイッチング動作を停止し、かつ、入力電圧の低下による停止後入力電圧が一時的に上昇しても安定に停止状態を維持するようにしたブラウンアウト検出機能を有するDC-DCコンバータが知られている（特許文献３参照）。
【０００５】
さらに、従来、トランスの１次側の主巻線とグランドとの間に接続されたスイッチ素子をオン／オフして、トランスの２次側に接続された負荷に電力を供給するスイッチング電源制御用半導体装置において、コンデンサが外付けされるとともにトランスの１次側の補助巻線から電源電圧が入力される電源端子と、トランスの１次側に供給される電圧が入力される起動用端子と、起動用端子から電源端子に起動電流を流してコンデンサを充電する充電用起動素子と、起動時において起動電流が流れるように制御する制御回路と、起動電流を一定となるようにする起動電流一定回路を有する起動回路と、を備えるスイッチング電源制御用半導体装置が知られている（特許文献４参照）。
【特許文献１】特開２００６−１４４６５号公報
【特許文献２】特開２００６−３０４４８５号公報
【特許文献３】特開２００１−２５８２４９号公報
【特許文献４】特開２００６−２０４０８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１〜３に開示されたスイッチング電源制御用半導体装置にあっては、いずれもトランスの１次側のコイルに入力される入力電圧の検出を行うものであるが、ブラウンアウト検出のためのブラウンアウト検出専用ピンと起動電流流入充電専用ピンとを、それぞれ別個に設ける必要があった。そのためにスイッチング電源制御用半導体装置のピン数が多くなるという課題があった。半導体装置のピン数は常に削減が求められていて、ピン数の増加はそれに逆行するものとなる。
【０００７】
また上記特許文献４に開示されたスイッチング電源制御用半導体装置にあっては、本発明と同様の起動回路を開示しているが、スイッチング電源制御用半導体装置のピン数を削減することについて言及していない。
【０００８】
上記特許文献４に開示されたスイッチング電源制御用半導体装置において、電流流入充電用端子VHにてブラウンアウトの検出を行うことができればピン数を削減することは可能になるが、以下の問題がある。すなわち、トランスの１次側のコイルに入力電圧を供給するためのＡＣ（交流）電源から起動時に起動電流を起動回路に流入させる場合、ＡＣ（交流）電源からの入力電圧が高電圧入力端子VHに直接印加されるため、高電圧入力端子VHとグランドGND間のショートなどの異常対策として数Ｋオームの高抵抗の電流制限抵抗RVHを設ける必要がある。起動回路がオンしている場合には電流制限抵抗RVHを介して起動回路に起動電流が流れるため、これにより電流制限抵抗RVHでの電圧降下が発生して、電流制限抵抗RVHの高電位側の電圧をブラウンアウト検出コンパレータで正確に検出することが困難となる。したがって、それを避けようとすれば、上述した特許文献１〜３に開示されたスイッチング電源制御用半導体装置と同様に、ブラウンアウト検出専用ピンと起動電流流入充電専用ピンを設けて集積回路化することなり、その結果、ブラウンアウト検出専用ピンと起動電流流入充電専用ピンがそれぞれ必要になるためにピン数が多くなるという課題があった。
【０００９】
そこで本発明の目的は、上記した課題を解決するために、起動回路への電流流入端子とブラウンアウト検出のための電圧検出端子を共通化し、ブラウンアウトを検出するための専用入力端子を設けることなくブラウンアウトの検出を可能とするスイッチング電源制御用半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、コンデンサが外付けされ、商用電源の交流電圧を全波整流して得られる電圧が１次巻線に印加されるトランスの補助巻線から電源電圧が入力される電源端子と、前記商用電源の交流電圧を半波整流もしくは全波整流して得られる電圧が制限抵抗を介して入力される電流流入端子と、該電流流入端子から前記電源端子に起動電流を流して前記コンデンサを充電する起動回路と、を有するスイッチング電源制御用半導体装置において、
前記起動回路をオン状態に制御して前記起動電流を前記コンデンサに充電させるとともに前記起動回路をオフ状態に制御してブラウンアウトの検出を行わせる制御手段と、
該制御手段が前記起動回路をオフ状態に制御したとき、ブラウンアウト状態の発生を検知するコンパレータと、
該コンパレータ出力と前記制御手段出力を入力とし、前記ブラウンアウト状態の発生が一定時間継続したことを検知してブラウンアウトを検出するブラウンアウト検出手段と、
を備え、
前記起動回路のオフ状態にのみ前記ブラウンアウトの検出を行うことで前記起動回路への電流流入端子と前記ブラウンアウトの検出のための電圧検出端子を共通化したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、起動回路をオン／オフさせ、起動回路への電流流入がない期間にのみ電流流入端子の電圧を検出することで入力交流電源ラインから電流流入端子までのインピーダンスの影響を受けることなく且つ交流入力電圧の変動を精度よく監視することが可能となる。これにより電流流入端子と電圧検出端子を共通化して、ブラウンアウト検出のための専用入力端子を設けずにブラウンアウトの検出を可能とするスイッチング電源制御用半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るスイッチング電源制御用半導体装置の構成を示すブロック図である。図１において、スイッチング電源制御用半導体装置（以下、電源制御用ＩＣと略記する）１００の構成を太線枠内に示し、太線枠内の凸部が電源制御用ＩＣ１００の端子を表している。
【００１３】
すなわち、端子VH（１０１）は、図示省略した商用電源を半波整流したＡＣ入力電圧１が印加される高電圧入力端子であり、この高電圧入力端子VH（１０１）は、起動回路１１０に電流を流入させるとともに電源端子VCC（後述する）に外付けされたコンデンサに充電電流を流す電流流入端子と、電源制御用ＩＣ１００内において分圧抵抗Ｒ１（１１１）およびＲ２（１１２）の直列回路に接続されて分圧抵抗Ｒ１（１１１）およびＲ２（１１２）の接続点１１６から分圧電圧を取り出してブラウンアウト検出コンパレータ１１３の＋端子に印加する電圧検出端子を兼ねている。なお、分圧抵抗Ｒ１（１１１）およびＲ２（１１２）は高抵抗になるよう設定されるため、端子VH（１０１）から分圧抵抗Ｒ１（１１１）およびＲ２（１１２）を経由してグランドへ流れる電流は無視することができる。
【００１４】
端子VCC（１０２）は、起動時には電流流入端子（１０１）を経て起動回路１１０に流入する起動電流iVHを端子VCCに外付けされたコンデンサ４に流してコンデンサ４を充電する。したがい、起動電流iVHによりコンデンサ４が充電されている期間は、高電圧入力端子VH（１０１）の電圧は端子VCC（１０２）の電圧より高くなっている。また図示省略した商用電源を全波整流したＡＣ入力電圧が印加されるトランス（図示省略）の補助巻線（図示省略）に誘起される交流電圧を整流用のダイオード（図示省略）を介してコンデンサ４の＋端子に接続するとともに、コンデンサ４の＋端子を端子VCCに接続する。これにより、端子VCCの電圧がコンデンサ４に対する充電とともに次第に上昇して所定のレベルを越えるようになったら、端子VCCから電源制御用ＩＣ１００内の各構成要素に電源を供給する。したがって、端子VCC（１０２）は電源端子と呼ばれる。
【００１５】
端子OUT（１０３）は、図示省略した商用電源を全波整流したＡＣ入力電圧が印加されるトランス（図示省略）の１次側の主巻線（図示省略）に接続された主スイッチング素子（通常はMOSFET等で構成されるパワートランジスタ：図示省略）のゲート端子（図示省略）に、電源制御用ＩＣ１００の出力信号を与える端子である。電源制御用ＩＣ１００の出力信号を端子OUTから主スイッチング素子（図示省略）のゲート端子（図示省略）に与えて主スイッチング素子（図示省略）をオン／オフ制御し、これにより図示せざるトランスの２次側に誘起される交流電圧を整流して所望の直流出力電圧を得るようにしている。端子OUT（１０３）に関連するこの部分の構成は、特許文献４の図２にあるものと同じである。
【００１６】
なお電源制御用ＩＣ１００は、上記した端子VH（１０１），端子VCC（１０２），端子OUT（１０３）以外に上記した主スイッチング素子（図示省略）を流れる電流を抵抗（図示省略）を介して電圧で検知するIS（電流検出）端子、上記のようにして得る直流出力電圧をフィードバック制御するためのFB（フィードバック）端子などが設けられるが、本発明の主題と直接関係しないため図示およびこれ以上の説明を省略する。
【００１７】
上述したように端子VH（１０１）は、起動回路１１０に電流を流入させる電流流入端子と、分圧抵抗Ｒ１（１１１）およびＲ２（１１２）の接続点１１６から分圧電圧を取り出してブラウンアウト検出コンパレータ１１３の＋端子に電圧を印加する電圧検出端子を兼ねているが、一方で端子VH（１０１）には図示省略した商用電源を半波整流したＡＣ入力電圧１が逆流阻止用ダイオード２、電流制限抵抗RVH３（通常３ｋΩ以上）を介して印加される。なお、端子VH（１０１）に印加される電圧として半波整流を例にして本発明の動作を説明するが、これに限定されるものでなく、全波整流でも同様に実現可能であることは云うまでもない。ここで半波整流を例にしたのは、起動回路１１０がオフされていても僅かな電流が起動回路１１０に流れるため、全波整流を用いるよりも半波整流を用いることで少しでもオフ期間における起動回路１１０への流入電流を削減するためである。
【００１８】
起動時には起動回路１１０がオンに制御され、半波整流したＡＣ入力電圧１から電流制限抵抗RVH３を介して起動回路１１０に起動電流iVHが流入し、流入した起動電流iVHは電源端子VCC（１０２）に外付けされたコンデンサ４に流れてコンデンサ４を充電し、端子VCC（１０２）の電圧を上昇させる。なお起動回路１１０のON（オン）／OFF（オフ）動作を制御する制御信号ON／OFFは、VCC検出コンパレータ１２０の出力を監視する制御回路１２１から出力されるもので、出力制御信号１２２として起動時には制御信号ONを出力するようにされる。これについては後述する。
【００１９】
上述したように端子VH（１０１）は、分圧抵抗Ｒ１（１１１）およびＲ２（１１２）の接続点１１６から分圧電圧を取り出してブラウンアウト検出コンパレータ１１３の＋端子に分圧電圧を印加するための電圧検出端子でもある。一方、ブラウンアウト検出コンパレータ１１３の−端子には基準電圧VREF１（１１４）が印加され、ブラウンアウト検出コンパレータ１１３において＋端子に印加される分圧電圧と基準電圧VREF１とが比較される。そして基準電圧VREF１（１１４）が接続点１１６の分圧電圧よりも低い場合には、ブラウンアウト検出コンパレータ１１３の出力１１５は論理Ｈ（High）となる。一方、基準電圧VREF１（１１４）が接続点１１６の分圧電圧よりも高い場合には、ブラウンアウト検出コンパレータ１１３の出力１１５は論理Ｌ（Low）となる。従い、ブラウンアウトが検出された状態（ＡＣ入力電圧１が低下してブラウンアウト検出用のしきい値電圧VthBO（図３参照）よりも低くなる状態）ではブラウンアウト検出コンパレータ１１３の出力１１５は論理Ｌとなり、論理Ｌの出力が次段の論理合成回路１３０に入力される。なお、ブラウンアウト検出コンパレータ１１３は、ブラウンインの検出（後述する）も行うヒステリシスコンパレータで構成されている。ブラウンアウト検出コンパレータ１１３における２つの基準電圧（図示例では単独の電圧源（基準電圧VREF1(１１４)）として示している）は、後述する図２および図３のタイミングチャートに示すブラウンイン検出用のしきい値電圧VthBIおよびブラウンアウト検出用のしきい値電圧VthBOを、上記した分圧抵抗Ｒ１（１１１）およびＲ２（１１２）で抵抗分割した電圧に設定される。参考のためここでブラウンアウト検出用のしきい値電圧とブラウンイン検出用のしきい値電圧VthBIの具体的な値の一例を挙げておく。いま図示していない商用ＡＣ電源が100Ｖacであるとした場合、ブラウンアウト検出用のしきい値VthBO = 70Ｖac = 70*(√2) Ｖdcに設定され、ブラウンイン検出用のしきい値電圧VthBI = 80Ｖac = 80*(√2) Ｖdcに設定される。
【００２０】
図１の図示例で論理合成回路１３０は、ノア回路１３１と反転回路１３２によって構成され、論理合成回路１３０への入力信号としてノア回路１３１にブラウンアウト検出コンパレータ１１３の出力１１５と制御回路１２１の出力１２２が入力される。そしてブラウンアウトの検出が行われるのは、制御回路１２１の出力１２２がOFF信号となっているときである。このOFF信号は論理レベルではＬ(Low)を表すように設定されている。従い、ブラウンアウトが検出される場合（具体的には図３参照）は、ブラウンアウト検出コンパレータ１１３の出力１１５の論理Ｌと、制御回路１２１の出力１２２の論理Ｌとがノア回路１３１に入力され、ノア回路１３１の出力が論理Ｈとなり、これが反転回路１３２に入力されるため、反転回路１３２の出力は論理Ｌとなり、この論理Ｌが遅延回路１３３に入力される。一方、ブラウンアウト検出コンパレータ１１３の出力１１５が遅延回路１３３のリセット信号として遅延回路１３３に入力されていて、遅延回路１３３で所定の遅延時間（＞商用電源の周期）が計測されるまでの間に遅延回路１３３をリセットする信号（論理レベルＨ）が入力されない場合には、遅延回路１３３の出力として論理Ｌをドライバー制御回路１３５に入力する（リセットする信号が入力された場合も含む。それ以外の場合は、遅延回路１３３の出力として論理Ｈがドライバー制御回路１３５に入力される。）。その結果、ドライバー制御回路１３５は、PWM比較器１３４からのパルス幅変調された高速パルス信号のドライバー１３６への出力を阻止する。そのためドライバー１３６を介して端子OUT（１０３）から出力される電源制御用ＩＣ１００の出力信号を上述した主スインチング素子（図示省略）のゲートへの入力を停止させて、主スインチング素子（図示省略）のオン/オフ動作を停止させる（オフのままとする）。なお上記した論理合成回路１３０の構成は、図示例のノア回路１３１と反転回路１３２による論理合成に限定されるものではなく、その趣旨を変えない範囲でいかようにも変形可能である。
【００２１】
上記の構成によると、ブラウンアウトの検出は起動回路１１０がオフしている期間のみ行われるが、ブラウンインの検出は起動回路１１０のオン／オフに関係なく常時行われることになる。この場合、起動回路１１０がオンしているときは、電流制限抵抗RVH３における電圧ドロップのため、ＡＣ入力電圧１がブラウンイン検出用のしきい値電圧VthBIよりさらに大きくならないとブラウンインを検出しないことになるが、これはＡＣ入力電圧１が十分大きいことを検出しているので、ブラウンインと判断して問題ない。これを第１のブラウンイン検出方式とする。また、ブラウンインの検出を、ブラウンアウトの検出と同様に起動回路１１０がオフしている期間に限定してもよい。この場合を第２のブラウンイン検出方式とすると、これを実現するためには、例えば、制御回路１２１の出力１２２の反転信号とブラウンアウト検出コンパレータ１１３の出力１１５との論理和信号を生成し、この論理和信号が論理レベルＨになったときに遅延回路１３３をリセットするようにすればよい。
【００２２】
次にVCC検出コンパレータ１２０について説明する。VCC検出コンパレータ１２０においては、電源端子VCC（１０２）の電源電圧１２３がVCC検出コンパレータ１２０の−端子に入力され、基準電圧VREF2(１２４)がVCC検出コンパレータ１２０の＋端子に入力され、電源端子VCC（１０２）の電源電圧１２３と基準電圧VREF2(１２４)とが比較される。そして基準電圧VREF2(１２４)がVCC電源電圧１２３よりも高い場合には、VCC検出コンパレータ１２０の出力は論理Ｈ（High）となる。この論理Ｈの信号が制御回路１２１に入力され、制御回路の出力１２２は論理Ｈとして出力され、これが制御信号ONとなる。起動時には制御信号ONの状態に置かれている。
【００２３】
一方、基準電圧VREF2(１２４)がVCC電源電圧１２３よりも低い場合には、VCC検出コンパレータ１２０の出力は論理Ｌ（Low）となる。この論理Ｌの信号が制御回路１２１に入力され制御回路の出力１２２の論理Ｌとして出力され、これが制御信号OFFとなる。ブラウンアウトの検出タイミング時にはこの状態に置かれる。これについては後述する。なお、VCC検出コンパレータ１２０はヒシテリシスコンパレータで構成され、VCC検出コンパレータ１２０における２つの基準電圧（図示例では単独の電圧源（基準電圧VREF2(１２４)）として示している）は、後述する図２および図３のタイミングチャートで示すVccBOH（第１のしきい値電圧）とVccBOL（第２のしきい値電圧）に設定される。
【００２４】
図２は、本発明の実施形態に係る起動時におけるブラウンアウト解除動作を説明するタイミングチャートである。図２のタイミングチャートにおいて、起動開始の時刻ｔ0において起動回路１１０は上述したようにONの状態にされており、半波整流されたＡＣ入力電圧１が高電圧入力端子VH（１０１）に入力されると起動電流iVHが流れ、また電源端子VCC（１０２）の電源電圧１２３は起動開始時には略0Vであるが、時間の経過とともに序々に上昇していく。
【００２５】
起動回路１１０は上記特許文献４の図１および図１に関する記載にあるように、起動電流iVHを定電流化する起動電流一定回路（図示せず）を有しており、高電圧入力端子VH（１０１）の電圧が電源端子VCC（１０２）の電圧よりある程度高くなっていれば定電流化させることができる。図２に示されるように、高電圧入力端子VH（１０１）の立ち上がりにおける起動電流iVHの波形は、高電圧入力端子VH（１０１）の入力波形に略比例する形になり、ある程度、高電圧入力端子VH（１０１）の電圧が高くなると起動電流iVHは定電流特性を示すようになる。また、起動電流iVHによって電源端子VCC（１０２）の電圧が上昇していくにつれ、起動電流iVHの立ち上がりが高電圧入力端子VH（１０１）の立ち上がりより徐々に遅れるようになる。
【００２６】
時刻ｔ1になった時点で、VCC検出コンパレータ１２０の−端子に入力される電源端子VCC（１０２）の電圧１２３が基準電圧VREF2（１２４）の第１のしきい値電圧VCC BOHを超えるのをVCC検出コンパレータ１２０が検出して論理Ｌを出力し、この論理Ｌが制御回路１２１に入力される。その結果、制御回路１２１は出力１２２としてOFF信号を出力する。したがって、起動回路１１０はOFFの状態となり、ブラウンインとブラウンアウトの両方を検出できる期間となる。しかしながら時刻ｔ1から時刻ｔ2の期間には高電圧入力端子VH（１０１）の電圧がブラウンインを検出するブラウンアウト検出コンパレータ１１３の−端子に印加されるブラウンイン検出用のしきい値電圧VthBIを超えることがないためブラウンアウト解除はなされない。また、起動回路１１０はOFFの状態なので起動電流iVHが流れず、したがい、電源端子VCC（１０２）に接続されたコンデンサ４に充電電流が流れないため電源端子VCC（１０２）の電位が低下する。電源端子VCC（１０２）の電位が低下して、VCC検出コンパレータ１２０の＋端子に印加される基準電圧VREF2（１２４）の第２のしきい値電圧VCC BOLを下回ると、VCC検出コンパレータ１２０はこれを検出して論理Ｈを出力し、この論理Ｈが制御回路１２１に入力される。その結果、制御回路１２１は出力１２２としてON信号を出力する。したがって、時刻ｔ2の時点で起動回路１１０はONの状態となり、再び充電電流iVHをコンデンサ４に流すようになる。そして時刻ｔ3の時点において、VCC検出コンパレータ１２０の−端子に入力される電源端子VCC（１０２）の電圧１２３が基準電圧VREF2（１２４）の第１のしきい値電圧VCC BOHを超えるのをVCC検出コンパレータ１２０が検出したら制御回路１２１は出力１２２としてOFF信号を出力して、ブラウンインおよびブラウンアウトの両方を検出期間とせしめる。ブラウンイン検出可能期間（第１のブラウンイン検出方式の場合は常時、第２のブラウンイン検出方式の場合は起動回路１１０がOFFのとき）に、高電圧入力端子VH（１０１）の入力電圧がブラウンインを検出するブラウンアウト検出コンパレータ１１３の−端子に印加されるブラウンイン検出用のしきい値電圧VthBIを超えたことをブラウンアウト検出コンパレータ１１３が検出し出力１１５として論理Ｈを出力することでブラウンアウト解除すなわちブラウンインとなる。図２では、時刻ｔ3の時点で高電圧入力端子VH（１０１）の入力電圧がブラウンイン検出用のしきい値電圧VthBIを超えたことをブラウンアウト検出コンパレータ１１３が検出し、ブラウンインを行えたことで電源制御用ＩＣ（１００）は正常動作に入ることができる。
【００２７】
図３は、本発明の実施形態に係るブラウンアウト動作（本当にブラウンアウトの状態であるかを判定する動作）を説明するタイミングチャートである。図３のタイミングチャートにおいて、時刻ｔ10においては、電源制御用ＩＣ１００が正常に動作している状態を示している。すなわち起動回路１１０は図２に示したブラウンイン後の正常動作によってOFFの状態にされており（遅延回路１３３の出力信号により、ブラウンインの状態では、VCC検出コンパレータ１２０の出力によらず起動回路１１０はOFFの状態にされる）、またブラウンイン検出用のしきい値電圧VthBIを超えた、半波整流されたＡＣ入力電圧１が高電圧入力端子VH（１０１）に入力されている。また、ブラウンインの状態なので上記のように遅延回路１３３はOFFの状態になっていて、通常のスイッチング動作が行われているので、電源端子VCC（１０２）の電源電圧１２３は補助巻線から供給される定常値（設定電圧）に維持されている。
【００２８】
時刻ｔ10から時刻ｔ11の期間においては、起動回路１１０がOFFの状態であるため、ブラウンアウトの検出を行うことが可能な期間となっている。しかし、半波整流されたＡＣ入力電圧１が入力される高電圧入力端子VH（１０１）のピーク電圧が、ブラウンインを検出するブラウンアウト検出コンパレータ１１３の−端子に印加されるブラウンイン検出用のしきい値電圧VthBIより高いので、ピーク電圧によりその都度遅延回路１３３がリセットされて、ブラウンアウトによる停止状態になることはない。
【００２９】
そして時刻ｔ11において半波整流されたＡＣ入力電圧１が入力される高電圧入力端子VH（１０１）の電圧（ＡＣ入力電圧１の瞬時値）がブラウンアウトを検出するブラウンアウト検出コンパレータ１１３の−端子に印加されるブラウンアウト検出用のしきい値電圧VthBOより下回った時点でブラウンアウト動作を開始する。このとき、上述したようにブラウンアウト検出コンパレータ１１３の出力１１５が論理Ｌとなり、論理Ｌの出力が次段の論理合成回路１３０に入力される。一方、このタイミングでは、制御回路１２１の出力１２２はOFF信号となっている。このOFF信号は論理レベルではＬ(Low)を表すように設定されている。従い、ブラウンアウトが検出されるタイミングではブラウンアウト検出コンパレータ１１３の出力１１５の論理Ｌと、制御回路１２１の出力１２２の論理Ｌとがノア回路１３１に入力され、ノア回路１３１の出力が論理Ｈとなり、これが反転回路１３２に入力されるため、反転回路１３２の出力は論理Ｌとなり、この論理Ｌが遅延回路１３３に入力される。
【００３０】
そして時刻ｔ12において、遅延回路１３３が所定の遅延時間を計測し終えた得た場合にはドライバー制御回路１３５に論理Ｌを出力することでPWM比較器１３４からのパルス幅変調された高速パルス信号のドライバー１３６への出力を阻止する。その結果、ドライバー１３６を介して端子OUT（１０３）から出力される電源制御用ＩＣ１００の出力信号を上述した主スインチング素子（図示省略）のゲートへの入力を停止させて主スインチング素子（図示省略）のオン/オフ動作を停止させる（オフのままとする）。また、ブラウンアウトが検出されてスイッチング電源のスイッチング動作が停止したことに伴い、電源端子VCC（１０２）の電源電圧１２３がVCC検出コンパレータ１２０の＋端子に印加される基準電圧VREF2（１２４）の第２のしきい値電圧VCC BOLを下回ると、VCC検出コンパレータ１２０はこれを検出して論理Ｈを出力し、この論理Ｈが制御回路１２１に入力され、その結果、制御回路１２１は出力１２２としてON信号を出力する。したがい、時刻ｔ12の時点で起動回路１１０はONの状態となり、充電電流iVHをコンデンサ４に流すようになる。これにより図３に示したブラウンアウト動作から図２に示したブラウンアウト解除の動作に移行することになる。
【００３１】
時刻ｔ13から時刻ｔ14までの期間は、ブラウンインとブラウンアウトの両方を検出できる期間となるが、高電圧入力端子VH（１０１）への入力電圧がブラウンインを検出するブラウンアウト検出コンパレータ１１３の−端子に印加されるブラウンイン検出用のしきい値電圧VthBIを超えることがないためブラウンアウト解除はなされない。時刻ｔ14以降においても、高電圧入力端子VH（１０１）への入力電圧がブラウンインを検出するブラウンアウト検出コンパレータ１１３の−端子に印加されるブラウンイン検出用のしきい値電圧VthBIを超えることがないため、ブラウンアウト解除はなされない。
【００３２】
電源端子VCC（１０２）の電圧１２３が、VCC検出コンパレータ１２０の＋端子に印加される基準電圧VREF2（１２４）の第２のしきい値電圧VCC BOLと第１のしきい値電圧VCC BOHとの間を遷移するに従い起動回路１１０はONの状態とOFFの状態を繰り返す。そして、第２のブラウンイン検出方式の場合、起動回路１１０がOFFの状態のときに電源端子VCC（１０２）の電圧１２３がブラウンイン検出用のしきい値電圧VthBIを超えていれば、図２の時刻ｔ3におけるのと同様にしてブラウンアウト解除の動作を行う。また、第１のブラウンイン検出方式の場合、単に電源端子VCC（１０２）の電圧１２３がブラウンイン検出用のしきい値電圧VthBIを超えると、ブラウンアウト解除の動作を行う。
【００３３】
以上において、図示省略した商用電源を半波整流したＡＣ入力電圧１の瞬時値を用いブラウンアウト，ブラウンインの検出を行うようにした場合について説明したが、同じく図示省略しているが商用電源を整流するためのダイオードブリッジの出力を当該ダイオードブリッジの直後に付けるコンデンサで平滑化した電圧値を用いてブラウンアウト，ブラウンインの検出を行うようにすることもできる。
【００３４】
また、半波整流したＡＣ入力電圧を使う場合でなく、全波整流波形を使う場合のブラウンアウト，ブラウンインの検出方式としては、一般に、２つの方式が知られている。すなわち第１の方式として、力率向上（ＰＦＣ：Power Factor Correction）を図る電源制御ＩＣの場合におけるブラウンアウト，ブラウンインの検出方式では、ダイオードブリッジの直後に付けるコンデンサＣｉの容量値を小さくするので（この場合、コンデンサＣｉは主スイッチング素子のスイッチングに伴うリップルを除去する機能を持つ）、波形は正弦波の絶対値波形となり、上に説明した実施の形態における半波整流したＡＣ入力電圧を使う場合と同様の検出方法となる。また第２の方式として、ＰＦＣではない電源制御ＩＣの場合におけるブラウンアウト，ブラウンインの検出方式では、コンデンサＣｉの値を大きくしてダイオードブリッジの出力を平滑化するので、交流入力電圧の瞬時値ではなく、平均値を使ってブラウンアウト，ブラウンインの検出を行う。このように全波整流波形を使う場合のブラウンアウト，ブラウンインの検出方式の上記した第１の方式および第２の方式のどちらも、最初に入力電圧と基準電圧をヒステリシスコンパレータで比較するが、上記した第２の方式のように平均値を使う場合は、原理的にはブラウンアウト／ブラウンイン検出コンパレータの出力側に付けられる次段のタイマーは不要になる。ただ、他の機能とのからみで実際はタイマーを使うことが多い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態に係るスイッチング電源制御用半導体装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る起動時におけるブラウンアウト解除動作を説明するタイミングチャートである。
【図３】本発明の実施形態に係るブラウンアウト検出動作を説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００３６】
１ 半波整流したＡＣ入力電圧
２ 逆流阻止用ダイオード
３ 電流制限抵抗RVH
４ コンデンサ
１００ 電源制御用ＩＣ
１０１ 高電圧入力端子VH
１０２ 電源端子VCC
１０３ 出力端子OUT
１１０ 起動回路
１１１ 分圧抵抗Ｒ１
１１２ 分圧抵抗Ｒ２
１１３ ブラウンアウト検出コンパレータ
１１４ 基準電圧VREF1
１１５ コンパレータ出力
１１６ 接続点
１２０ VCC検出コンパレータ
１２１ 制御回路
１２２ 制御回路１２１の出力
１２３ 電源電圧（コンパレータ入力）
１２４ 基準電圧VREF2
１３０ 論理合成回路
１３１ ノア回路
１３２ 反転回路
１３３ 遅延回路
１３４ PWM比較器
１３５ ドライバー制御回路
１３６ ドライバー
iVH 起動電流（充電電流）
VthBI ブラウンイン検出用のしきい値電圧
VthBO ブラウンアウト検出用のしきい値電圧
VccBOH 基準電圧VREF2の第１のしきい値
VccBOL 基準電圧VREF2の第２のしきい値
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング電源制御用半導体装置に関し、特にブラウンアウト（誤動作保護が必要な低電圧ＡＣ入力印加）を検出するための専用入力端子を設けることなくブラウンアウトの検出を可能とするスイッチング電源制御用半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のスイッチング電源制御用半導体装置、例えば、電源端子Vccと、スイッチング動作を一時停止させるためのミュート端子Mと、出力端子OUTと、フィードバック端子FBを有するスイッチング電源制御用ＩＣにおいて、トランスの１次側のコイルに入力される入力電圧を検出する電圧検出回路の出力によりスイッチ素子を動作させて、該スイッチ素子に接続されるミュート端子Mを抵抗を介してグランドにショートさせることで、主スイッチング素子の動作を一時的に停止させるスイッチング電源制御用半導体装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
また従来、例えば、入力電圧を検出する入力電圧検出手段と、コンデンサによって規定される時定数にて交流電圧の一周期より長い動作時間を得るタイマーと、前記コンデンサの充放電を行う充放電手段と、前記入力電圧検出手段の検出結果に基づいて前記充放電手段を制御するタイマー制御手段とを備えたスイッチング電源制御用半導体装置において、トランスの１次側のコイルに入力される入力電圧の値をタイマーの動作中は確実に検出するとともに、入力電圧検出手段によって検出された電圧値に基づいてタイマーのコンデンサの充放電をタイマー制御手段が制御可能とするブラウンアウト検出機能を有するスイッチング電源制御用半導体装置が知られている（特許文献２参照）。
【０００４】
また従来、トランスの１次側のコイルに入力される入力電圧及び２次側のコイルから得られる出力電圧について、異常による入力電圧および出力電圧の低下を即座に検知してスイッチング動作を停止し、かつ、入力電圧の低下による停止後入力電圧が一時的に上昇しても安定に停止状態を維持するようにしたブラウンアウト検出機能を有するDC-DCコンバータが知られている（特許文献３参照）。
【０００５】
さらに、従来、トランスの１次側の主巻線とグランドとの間に接続されたスイッチ素子をオン／オフして、トランスの２次側に接続された負荷に電力を供給するスイッチング電源制御用半導体装置において、コンデンサが外付けされるとともにトランスの１次側の補助巻線から電源電圧が入力される電源端子と、トランスの１次側に供給される電圧が入力される起動用端子と、起動用端子から電源端子に起動電流を流してコンデンサを充電する充電用起動素子と、起動時において起動電流が流れるように制御する制御回路と、起動電流を一定となるようにする起動電流一定回路を有する起動回路と、を備えるスイッチング電源制御用半導体装置が知られている（特許文献４参照）。
【特許文献１】特開２００６−１４４６５号公報
【特許文献２】特開２００６−３０４４８５号公報
【特許文献３】特開２００１−２５８２４９号公報
【特許文献４】特開２００６−２０４０８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１〜３に開示されたスイッチング電源制御用半導体装置にあっては、いずれもトランスの１次側のコイルに入力される入力電圧の検出を行うものであるが、ブラウンアウト検出のためのブラウンアウト検出専用ピンと起動電流流入充電専用ピンとを、それぞれ別個に設ける必要があった。そのためにスイッチング電源制御用半導体装置のピン数が多くなるという課題があった。半導体装置のピン数は常に削減が求められていて、ピン数の増加はそれに逆行するものとなる。
【０００７】
また上記特許文献４に開示されたスイッチング電源制御用半導体装置にあっては、本発明と同様の起動回路を開示しているが、スイッチング電源制御用半導体装置のピン数を削減することについて言及していない。
【０００８】
上記特許文献４に開示されたスイッチング電源制御用半導体装置において、電流流入充電用端子VHにてブラウンアウトの検出を行うことができればピン数を削減することは可能になるが、以下の問題がある。すなわち、トランスの１次側のコイルに入力電圧を供給するためのＡＣ（交流）電源から起動時に起動電流を起動回路に流入させる場合、ＡＣ（交流）電源からの入力電圧が高電圧入力端子VHに直接印加されるため、高電圧入力端子VHとグランドGND間のショートなどの異常対策として数Ｋオームの高抵抗の電流制限抵抗RVHを設ける必要がある。起動回路がオンしている場合には電流制限抵抗RVHを介して起動回路に起動電流が流れるため、これにより電流制限抵抗RVHでの電圧降下が発生して、電流制限抵抗RVHの高電位側の電圧をブラウンアウト検出コンパレータで正確に検出することが困難となる。したがって、それを避けようとすれば、上述した特許文献１〜３に開示されたスイッチング電源制御用半導体装置と同様に、ブラウンアウト検出専用ピンと起動電流流入充電専用ピンを設けて集積回路化することなり、その結果、ブラウンアウト検出専用ピンと起動電流流入充電専用ピンがそれぞれ必要になるためにピン数が多くなるという課題があった。
【０００９】
そこで本発明の目的は、上記した課題を解決するために、起動回路への電流流入端子とブラウンアウト検出のための電圧検出端子を共通化し、ブラウンアウトを検出するための専用入力端子を設けることなくブラウンアウトの検出を可能とするスイッチング電源制御用半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、コンデンサが外付けされ、商用電源の交流電圧を全波整流して得られる電圧が１次巻線に印加されるトランスの補助巻線から電源電圧が入力される電源端子と、前記商用電源の交流電圧を半波整流もしくは全波整流して得られる電圧が制限抵抗を介して入力される電流流入端子と、該電流流入端子から前記電源端子に起動電流を流して前記コンデンサを充電する起動回路と、を有するスイッチング電源制御用半導体装置において、
前記起動回路をオン状態に制御して前記起動電流を前記コンデンサに充電させるとともに前記起動回路をオフ状態に制御してブラウンアウトの検出を行わせる制御手段と、
該制御手段が前記起動回路をオフ状態に制御したとき、ブラウンアウト状態の発生を検知するコンパレータと、
該コンパレータ出力と前記制御手段出力を入力とし、前記ブラウンアウト状態の発生が一定時間継続したことを検知してブラウンアウトを検出するブラウンアウト検出手段と、
を備え、
前記起動回路のオフ状態にのみ前記ブラウンアウトの検出を行うことで前記起動回路への電流流入端子と前記ブラウンアウトの検出のための電圧検出端子を共通化したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、起動回路をオン／オフさせ、起動回路への電流流入がない期間にのみ電流流入端子の電圧を検出することで入力交流電源ラインから電流流入端子までのインピーダンスの影響を受けることなく且つ交流入力電圧の変動を精度よく監視することが可能となる。これにより電流流入端子と電圧検出端子を共通化して、ブラウンアウト検出のための専用入力端子を設けずにブラウンアウトの検出を可能とするスイッチング電源制御用半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るスイッチング電源制御用半導体装置の構成を示すブロック図である。図１において、スイッチング電源制御用半導体装置（以下、電源制御用ＩＣと略記する）１００の構成を太線枠内に示し、太線枠内の凸部が電源制御用ＩＣ１００の端子を表している。
【００１３】
すなわち、端子VH（１０１）は、図示省略した商用電源を半波整流したＡＣ入力電圧１が印加される高電圧入力端子であり、この高電圧入力端子VH（１０１）は、起動回路１１０に電流を流入させるとともに電源端子VCC（後述する）に外付けされたコンデンサに充電電流を流す電流流入端子と、電源制御用ＩＣ１００内において分圧抵抗Ｒ１（１１１）およびＲ２（１１２）の直列回路に接続されて分圧抵抗Ｒ１（１１１）およびＲ２（１１２）の接続点１１６から分圧電圧を取り出してブラウンアウト検出コンパレータ１１３の＋端子に印加する電圧検出端子を兼ねている。なお、分圧抵抗Ｒ１（１１１）およびＲ２（１１２）は高抵抗になるよう設定されるため、端子VH（１０１）から分圧抵抗Ｒ１（１１１）およびＲ２（１１２）を経由してグランドへ流れる電流は無視することができる。
【００１４】
端子VCC（１０２）は、起動時には電流流入端子（１０１）を経て起動回路１１０に流入する起動電流iVHを端子VCCに外付けされたコンデンサ４に流してコンデンサ４を充電する。したがい、起動電流iVHによりコンデンサ４が充電されている期間は、高電圧入力端子VH（１０１）の電圧は端子VCC（１０２）の電圧より高くなっている。また図示省略した商用電源を全波整流したＡＣ入力電圧が印加されるトランス（図示省略）の補助巻線（図示省略）に誘起される交流電圧を整流用のダイオード（図示省略）を介してコンデンサ４の＋端子に接続するとともに、コンデンサ４の＋端子を端子VCCに接続する。これにより、端子VCCの電圧がコンデンサ４に対する充電とともに次第に上昇して所定のレベルを越えるようになったら、端子VCCから電源制御用ＩＣ１００内の各構成要素に電源を供給する。したがって、端子VCC（１０２）は電源端子と呼ばれる。
【００１５】
端子OUT（１０３）は、図示省略した商用電源を全波整流したＡＣ入力電圧が印加されるトランス（図示省略）の１次側の主巻線（図示省略）に接続された主スイッチング素子（通常はMOSFET等で構成されるパワートランジスタ：図示省略）のゲート端子（図示省略）に、電源制御用ＩＣ１００の出力信号を与える端子である。電源制御用ＩＣ１００の出力信号を端子OUTから主スイッチング素子（図示省略）のゲート端子（図示省略）に与えて主スイッチング素子（図示省略）をオン／オフ制御し、これにより図示せざるトランスの２次側に誘起される交流電圧を整流して所望の直流出力電圧を得るようにしている。端子OUT（１０３）に関連するこの部分の構成は、特許文献４の図２にあるものと同じである。
【００１６】
なお電源制御用ＩＣ１００は、上記した端子VH（１０１），端子VCC（１０２），端子OUT（１０３）以外に上記した主スイッチング素子（図示省略）を流れる電流を抵抗（図示省略）を介して電圧で検知するIS（電流検出）端子、上記のようにして得る直流出力電圧をフィードバック制御するためのFB（フィードバック）端子などが設けられるが、本発明の主題と直接関係しないため図示およびこれ以上の説明を省略する。
【００１７】
上述したように端子VH（１０１）は、起動回路１１０に電流を流入させる電流流入端子と、分圧抵抗Ｒ１（１１１）およびＲ２（１１２）の接続点１１６から分圧電圧を取り出してブラウンアウト検出コンパレータ１１３の＋端子に電圧を印加する電圧検出端子を兼ねているが、一方で端子VH（１０１）には図示省略した商用電源を半波整流したＡＣ入力電圧１が逆流阻止用ダイオード２、電流制限抵抗RVH３（通常３ｋΩ以上）を介して印加される。なお、端子VH（１０１）に印加される電圧として半波整流を例にして本発明の動作を説明するが、これに限定されるものでなく、全波整流でも同様に実現可能であることは云うまでもない。ここで半波整流を例にしたのは、起動回路１１０がオフされていても僅かな電流が起動回路１１０に流れるため、全波整流を用いるよりも半波整流を用いることで少しでもオフ期間における起動回路１１０への流入電流を削減するためである。
【００１８】
起動時には起動回路１１０がオンに制御され、半波整流したＡＣ入力電圧１から電流制限抵抗RVH３を介して起動回路１１０に起動電流iVHが流入し、流入した起動電流iVHは電源端子VCC（１０２）に外付けされたコンデンサ４に流れてコンデンサ４を充電し、端子VCC（１０２）の電圧を上昇させる。なお起動回路１１０のON（オン）／OFF（オフ）動作を制御する制御信号ON／OFFは、VCC検出コンパレータ１２０の出力を監視する制御回路１２１から出力されるもので、出力制御信号１２２として起動時には制御信号ONを出力するようにされる。これについては後述する。
【００１９】
上述したように端子VH（１０１）は、分圧抵抗Ｒ１（１１１）およびＲ２（１１２）の接続点１１６から分圧電圧を取り出してブラウンアウト検出コンパレータ１１３の＋端子に分圧電圧を印加するための電圧検出端子でもある。一方、ブラウンアウト検出コンパレータ１１３の−端子には基準電圧VREF１（１１４）が印加され、ブラウンアウト検出コンパレータ１１３において＋端子に印加される分圧電圧と基準電圧VREF１とが比較される。そして基準電圧VREF１（１１４）が接続点１１６の分圧電圧よりも低い場合には、ブラウンアウト検出コンパレータ１１３の出力１１５は論理Ｈ（High）となる。一方、基準電圧VREF１（１１４）が接続点１１６の分圧電圧よりも高い場合には、ブラウンアウト検出コンパレータ１１３の出力１１５は論理Ｌ（Low）となる。従い、ブラウンアウトが検出された状態（ＡＣ入力電圧１が低下してブラウンアウト検出用のしきい値電圧VthBO（図３参照）よりも低くなる状態）ではブラウンアウト検出コンパレータ１１３の出力１１５は論理Ｌとなり、論理Ｌの出力が次段の論理合成回路１３０に入力される。なお、ブラウンアウト検出コンパレータ１１３は、ブラウンインの検出（後述する）も行うヒステリシスコンパレータで構成されている。ブラウンアウト検出コンパレータ１１３における２つの基準電圧（図示例では単独の電圧源（基準電圧VREF1(１１４)）として示している）は、後述する図２および図３のタイミングチャートに示すブラウンイン検出用のしきい値電圧VthBIおよびブラウンアウト検出用のしきい値電圧VthBOを、上記した分圧抵抗Ｒ１（１１１）およびＲ２（１１２）で抵抗分割した電圧に設定される。参考のためここでブラウンアウト検出用のしきい値電圧とブラウンイン検出用のしきい値電圧VthBIの具体的な値の一例を挙げておく。いま図示していない商用ＡＣ電源が100Ｖacであるとした場合、ブラウンアウト検出用のしきい値VthBO = 70Ｖac = 70*(√2) Ｖdcに設定され、ブラウンイン検出用のしきい値電圧VthBI = 80Ｖac = 80*(√2) Ｖdcに設定される。
【００２０】
図１の図示例で論理合成回路１３０は、ノア回路１３１と反転回路１３２によって構成され、論理合成回路１３０への入力信号としてノア回路１３１にブラウンアウト検出コンパレータ１１３の出力１１５と制御回路１２１の出力１２２が入力される。そしてブラウンアウトの検出が行われるのは、制御回路１２１の出力１２２がOFF信号となっているときである。このOFF信号は論理レベルではＬ(Low)を表すように設定されている。従い、ブラウンアウトが検出される場合（具体的には図３参照）は、ブラウンアウト検出コンパレータ１１３の出力１１５の論理Ｌと、制御回路１２１の出力１２２の論理Ｌとがノア回路１３１に入力され、ノア回路１３１の出力が論理Ｈとなり、これが反転回路１３２に入力されるため、反転回路１３２の出力は論理Ｌとなり、この論理Ｌが遅延回路１３３に入力される。一方、ブラウンアウト検出コンパレータ１１３の出力１１５が遅延回路１３３のリセット信号として遅延回路１３３に入力されていて、遅延回路１３３で所定の遅延時間（＞商用電源の周期）が計測されるまでの間に遅延回路１３３をリセットする信号（論理レベルＨ）が入力されない場合には、遅延回路１３３の出力として論理Ｌをドライバー制御回路１３５に入力する（リセットする信号が入力された場合も含む。それ以外の場合は、遅延回路１３３の出力として論理Ｈがドライバー制御回路１３５に入力される。）。その結果、ドライバー制御回路１３５は、PWM比較器１３４からのパルス幅変調された高速パルス信号のドライバー１３６への出力を阻止する。そのためドライバー１３６を介して端子OUT（１０３）から出力される電源制御用ＩＣ１００の出力信号を上述した主スインチング素子（図示省略）のゲートへの入力を停止させて、主スインチング素子（図示省略）のオン/オフ動作を停止させる（オフのままとする）。なお上記した論理合成回路１３０の構成は、図示例のノア回路１３１と反転回路１３２による論理合成に限定されるものではなく、その趣旨を変えない範囲でいかようにも変形可能である。
【００２１】
上記の構成によると、ブラウンアウトの検出は起動回路１１０がオフしている期間のみ行われるが、ブラウンインの検出は起動回路１１０のオン／オフに関係なく常時行われることになる。この場合、起動回路１１０がオンしているときは、電流制限抵抗RVH３における電圧ドロップのため、ＡＣ入力電圧１がブラウンイン検出用のしきい値電圧VthBIよりさらに大きくならないとブラウンインを検出しないことになるが、これはＡＣ入力電圧１が十分大きいことを検出しているので、ブラウンインと判断して問題ない。これを第１のブラウンイン検出方式とする。また、ブラウンインの検出を、ブラウンアウトの検出と同様に起動回路１１０がオフしている期間に限定してもよい。この場合を第２のブラウンイン検出方式とすると、これを実現するためには、例えば、制御回路１２１の出力１２２の反転信号とブラウンアウト検出コンパレータ１１３の出力１１５との論理和信号を生成し、この論理和信号が論理レベルＨになったときに遅延回路１３３をリセットするようにすればよい。
【００２２】
次にVCC検出コンパレータ１２０について説明する。VCC検出コンパレータ１２０においては、電源端子VCC（１０２）の電源電圧１２３がVCC検出コンパレータ１２０の−端子に入力され、基準電圧VREF2(１２４)がVCC検出コンパレータ１２０の＋端子に入力され、電源端子VCC（１０２）の電源電圧１２３と基準電圧VREF2(１２４)とが比較される。そして基準電圧VREF2(１２４)がVCC電源電圧１２３よりも高い場合には、VCC検出コンパレータ１２０の出力は論理Ｈ（High）となる。この論理Ｈの信号が制御回路１２１に入力され、制御回路の出力１２２は論理Ｈとして出力され、これが制御信号ONとなる。起動時には制御信号ONの状態に置かれている。
【００２３】
一方、基準電圧VREF2(１２４)がVCC電源電圧１２３よりも低い場合には、VCC検出コンパレータ１２０の出力は論理Ｌ（Low）となる。この論理Ｌの信号が制御回路１２１に入力され制御回路の出力１２２の論理Ｌとして出力され、これが制御信号OFFとなる。ブラウンアウトの検出タイミング時にはこの状態に置かれる。これについては後述する。なお、VCC検出コンパレータ１２０はヒシテリシスコンパレータで構成され、VCC検出コンパレータ１２０における２つの基準電圧（図示例では単独の電圧源（基準電圧VREF2(１２４)）として示している）は、後述する図２および図３のタイミングチャートで示すVccBOH（第１のしきい値電圧）とVccBOL（第２のしきい値電圧）に設定される。
【００２４】
図２は、本発明の実施形態に係る起動時におけるブラウンアウト解除動作を説明するタイミングチャートである。図２のタイミングチャートにおいて、起動開始の時刻ｔ0において起動回路１１０は上述したようにONの状態にされており、半波整流されたＡＣ入力電圧１が高電圧入力端子VH（１０１）に入力されると起動電流iVHが流れ、また電源端子VCC（１０２）の電源電圧１２３は起動開始時には略0Vであるが、時間の経過とともに序々に上昇していく。
【００２５】
起動回路１１０は上記特許文献４の図１および図１に関する記載にあるように、起動電流iVHを定電流化する起動電流一定回路（図示せず）を有しており、高電圧入力端子VH（１０１）の電圧が電源端子VCC（１０２）の電圧よりある程度高くなっていれば定電流化させることができる。図２に示されるように、高電圧入力端子VH（１０１）の立ち上がりにおける起動電流iVHの波形は、高電圧入力端子VH（１０１）の入力波形に略比例する形になり、ある程度、高電圧入力端子VH（１０１）の電圧が高くなると起動電流iVHは定電流特性を示すようになる。また、起動電流iVHによって電源端子VCC（１０２）の電圧が上昇していくにつれ、起動電流iVHの立ち上がりが高電圧入力端子VH（１０１）の立ち上がりより徐々に遅れるようになる。
【００２６】
時刻ｔ1になった時点で、VCC検出コンパレータ１２０の−端子に入力される電源端子VCC（１０２）の電圧１２３が基準電圧VREF2（１２４）の第１のしきい値電圧VCC BOHを超えるのをVCC検出コンパレータ１２０が検出して論理Ｌを出力し、この論理Ｌが制御回路１２１に入力される。その結果、制御回路１２１は出力１２２としてOFF信号を出力する。したがって、起動回路１１０はOFFの状態となり、ブラウンインとブラウンアウトの両方を検出できる期間となる。しかしながら時刻ｔ1から時刻ｔ2の期間には高電圧入力端子VH（１０１）の電圧がブラウンインを検出するブラウンアウト検出コンパレータ１１３の−端子に印加されるブラウンイン検出用のしきい値電圧VthBIを超えることがないためブラウンアウト解除はなされない。また、起動回路１１０はOFFの状態なので起動電流iVHが流れず、したがい、電源端子VCC（１０２）に接続されたコンデンサ４に充電電流が流れないため電源端子VCC（１０２）の電位が低下する。電源端子VCC（１０２）の電位が低下して、VCC検出コンパレータ１２０の＋端子に印加される基準電圧VREF2（１２４）の第２のしきい値電圧VCC BOLを下回ると、VCC検出コンパレータ１２０はこれを検出して論理Ｈを出力し、この論理Ｈが制御回路１２１に入力される。その結果、制御回路１２１は出力１２２としてON信号を出力する。したがって、時刻ｔ2の時点で起動回路１１０はONの状態となり、再び充電電流iVHをコンデンサ４に流すようになる。そして時刻ｔ3の時点において、VCC検出コンパレータ１２０の−端子に入力される電源端子VCC（１０２）の電圧１２３が基準電圧VREF2（１２４）の第１のしきい値電圧VCC BOHを超えるのをVCC検出コンパレータ１２０が検出したら制御回路１２１は出力１２２としてOFF信号を出力して、ブラウンインおよびブラウンアウトの両方を検出期間とせしめる。ブラウンイン検出可能期間（第１のブラウンイン検出方式の場合は常時、第２のブラウンイン検出方式の場合は起動回路１１０がOFFのとき）に、高電圧入力端子VH（１０１）の入力電圧がブラウンインを検出するブラウンアウト検出コンパレータ１１３の−端子に印加されるブラウンイン検出用のしきい値電圧VthBIを超えたことをブラウンアウト検出コンパレータ１１３が検出し出力１１５として論理Ｈを出力することでブラウンアウト解除すなわちブラウンインとなる。図２では、時刻ｔ3の時点で高電圧入力端子VH（１０１）の入力電圧がブラウンイン検出用のしきい値電圧VthBIを超えたことをブラウンアウト検出コンパレータ１１３が検出し、ブラウンインを行えたことで電源制御用ＩＣ（１００）は正常動作に入ることができる。
【００２７】
図３は、本発明の実施形態に係るブラウンアウト動作（本当にブラウンアウトの状態であるかを判定する動作）を説明するタイミングチャートである。図３のタイミングチャートにおいて、時刻ｔ10においては、電源制御用ＩＣ１００が正常に動作している状態を示している。すなわち起動回路１１０は図２に示したブラウンイン後の正常動作によってOFFの状態にされており（遅延回路１３３の出力信号により、ブラウンインの状態では、VCC検出コンパレータ１２０の出力によらず起動回路１１０はOFFの状態にされる）、またブラウンイン検出用のしきい値電圧VthBIを超えた、半波整流されたＡＣ入力電圧１が高電圧入力端子VH（１０１）に入力されている。また、ブラウンインの状態なので上記のように遅延回路１３３はOFFの状態になっていて、通常のスイッチング動作が行われているので、電源端子VCC（１０２）の電源電圧１２３は補助巻線から供給される定常値（設定電圧）に維持されている。
【００２８】
時刻ｔ10から時刻ｔ11の期間においては、起動回路１１０がOFFの状態であるため、ブラウンアウトの検出を行うことが可能な期間となっている。しかし、半波整流されたＡＣ入力電圧１が入力される高電圧入力端子VH（１０１）のピーク電圧が、ブラウンインを検出するブラウンアウト検出コンパレータ１１３の−端子に印加されるブラウンイン検出用のしきい値電圧VthBIより高いので、ピーク電圧によりその都度遅延回路１３３がリセットされて、ブラウンアウトによる停止状態になることはない。
【００２９】
そして時刻ｔ11において半波整流されたＡＣ入力電圧１が入力される高電圧入力端子VH（１０１）の電圧（ＡＣ入力電圧１の瞬時値）がブラウンアウトを検出するブラウンアウト検出コンパレータ１１３の−端子に印加されるブラウンアウト検出用のしきい値電圧VthBOより下回った時点でブラウンアウト動作を開始する。このとき、上述したようにブラウンアウト検出コンパレータ１１３の出力１１５が論理Ｌとなり、論理Ｌの出力が次段の論理合成回路１３０に入力される。一方、このタイミングでは、制御回路１２１の出力１２２はOFF信号となっている。このOFF信号は論理レベルではＬ(Low)を表すように設定されている。従い、ブラウンアウトが検出されるタイミングではブラウンアウト検出コンパレータ１１３の出力１１５の論理Ｌと、制御回路１２１の出力１２２の論理Ｌとがノア回路１３１に入力され、ノア回路１３１の出力が論理Ｈとなり、これが反転回路１３２に入力されるため、反転回路１３２の出力は論理Ｌとなり、この論理Ｌが遅延回路１３３に入力される。
【００３０】
そして時刻ｔ12において、遅延回路１３３が所定の遅延時間を計測し終えた得た場合にはドライバー制御回路１３５に論理Ｌを出力することでPWM比較器１３４からのパルス幅変調された高速パルス信号のドライバー１３６への出力を阻止する。その結果、ドライバー１３６を介して端子OUT（１０３）から出力される電源制御用ＩＣ１００の出力信号を上述した主スインチング素子（図示省略）のゲートへの入力を停止させて主スインチング素子（図示省略）のオン/オフ動作を停止させる（オフのままとする）。また、ブラウンアウトが検出されてスイッチング電源のスイッチング動作が停止したことに伴い、電源端子VCC（１０２）の電源電圧１２３がVCC検出コンパレータ１２０の＋端子に印加される基準電圧VREF2（１２４）の第２のしきい値電圧VCC BOLを下回ると、VCC検出コンパレータ１２０はこれを検出して論理Ｈを出力し、この論理Ｈが制御回路１２１に入力され、その結果、制御回路１２１は出力１２２としてON信号を出力する。したがい、時刻ｔ12の時点で起動回路１１０はONの状態となり、充電電流iVHをコンデンサ４に流すようになる。これにより図３に示したブラウンアウト動作から図２に示したブラウンアウト解除の動作に移行することになる。
【００３１】
時刻ｔ13から時刻ｔ14までの期間は、ブラウンインとブラウンアウトの両方を検出できる期間となるが、高電圧入力端子VH（１０１）への入力電圧がブラウンインを検出するブラウンアウト検出コンパレータ１１３の−端子に印加されるブラウンイン検出用のしきい値電圧VthBIを超えることがないためブラウンアウト解除はなされない。時刻ｔ14以降においても、高電圧入力端子VH（１０１）への入力電圧がブラウンインを検出するブラウンアウト検出コンパレータ１１３の−端子に印加されるブラウンイン検出用のしきい値電圧VthBIを超えることがないため、ブラウンアウト解除はなされない。
【００３２】
電源端子VCC（１０２）の電圧１２３が、VCC検出コンパレータ１２０の＋端子に印加される基準電圧VREF2（１２４）の第２のしきい値電圧VCC BOLと第１のしきい値電圧VCC BOHとの間を遷移するに従い起動回路１１０はONの状態とOFFの状態を繰り返す。そして、第２のブラウンイン検出方式の場合、起動回路１１０がOFFの状態のときに電源端子VCC（１０２）の電圧１２３がブラウンイン検出用のしきい値電圧VthBIを超えていれば、図２の時刻ｔ3におけるのと同様にしてブラウンアウト解除の動作を行う。また、第１のブラウンイン検出方式の場合、単に電源端子VCC（１０２）の電圧１２３がブラウンイン検出用のしきい値電圧VthBIを超えると、ブラウンアウト解除の動作を行う。
【００３３】
以上において、図示省略した商用電源を半波整流したＡＣ入力電圧１の瞬時値を用いブラウンアウト，ブラウンインの検出を行うようにした場合について説明したが、同じく図示省略しているが商用電源を整流するためのダイオードブリッジの出力を当該ダイオードブリッジの直後に付けるコンデンサで平滑化した電圧値を用いてブラウンアウト，ブラウンインの検出を行うようにすることもできる。
【００３４】
また、半波整流したＡＣ入力電圧を使う場合でなく、全波整流波形を使う場合のブラウンアウト，ブラウンインの検出方式としては、一般に、２つの方式が知られている。すなわち第１の方式として、力率向上（ＰＦＣ：Power Factor Correction）を図る電源制御ＩＣの場合におけるブラウンアウト，ブラウンインの検出方式では、ダイオードブリッジの直後に付けるコンデンサＣｉの容量値を小さくするので（この場合、コンデンサＣｉは主スイッチング素子のスイッチングに伴うリップルを除去する機能を持つ）、波形は正弦波の絶対値波形となり、上に説明した実施の形態における半波整流したＡＣ入力電圧を使う場合と同様の検出方法となる。また第２の方式として、ＰＦＣではない電源制御ＩＣの場合におけるブラウンアウト，ブラウンインの検出方式では、コンデンサＣｉの値を大きくしてダイオードブリッジの出力を平滑化するので、交流入力電圧の瞬時値ではなく、平均値を使ってブラウンアウト，ブラウンインの検出を行う。このように全波整流波形を使う場合のブラウンアウト，ブラウンインの検出方式の上記した第１の方式および第２の方式のどちらも、最初に入力電圧と基準電圧をヒステリシスコンパレータで比較するが、上記した第２の方式のように平均値を使う場合は、原理的にはブラウンアウト／ブラウンイン検出コンパレータの出力側に付けられる次段のタイマーは不要になる。ただ、他の機能とのからみで実際はタイマーを使うことが多い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態に係るスイッチング電源制御用半導体装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る起動時におけるブラウンアウト解除動作を説明するタイミングチャートである。
【図３】本発明の実施形態に係るブラウンアウト検出動作を説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００３６】
１ 半波整流したＡＣ入力電圧
２ 逆流阻止用ダイオード
３ 電流制限抵抗RVH
４ コンデンサ
１００ 電源制御用ＩＣ
１０１ 高電圧入力端子VH
１０２ 電源端子VCC
１０３ 出力端子OUT
１１０ 起動回路
１１１ 分圧抵抗Ｒ１
１１２ 分圧抵抗Ｒ２
１１３ ブラウンアウト検出コンパレータ
１１４ 基準電圧VREF1
１１５ コンパレータ出力
１１６ 接続点
１２０ VCC検出コンパレータ
１２１ 制御回路
１２２ 制御回路１２１の出力
１２３ 電源電圧（コンパレータ入力）
１２４ 基準電圧VREF2
１３０ 論理合成回路
１３１ ノア回路
１３２ 反転回路
１３３ 遅延回路
１３４ PWM比較器
１３５ ドライバー制御回路
１３６ ドライバー
iVH 起動電流（充電電流）
VthBI ブラウンイン検出用のしきい値電圧
VthBO ブラウンアウト検出用のしきい値電圧
VccBOH 基準電圧VREF2の第１のしきい値
VccBOL 基準電圧VREF2の第２のしきい値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンデンサが外付けされ、商用電源の交流電圧を全波整流して得られる電圧が１次巻線に印加されるトランスの補助巻線から電源電圧が入力される電源端子と、前記商用電源の交流電圧を半波整流もしくは全波整流して得られる電圧が制限抵抗を介して入力される電流流入端子と、該電流流入端子から前記電源端子に起動電流を流して前記コンデンサを充電する起動回路と、を有するスイッチング電源制御用半導体装置において、
前記起動回路をオン状態に制御して前記起動電流を前記コンデンサに充電させるとともに前記起動回路をオフ状態に制御してブラウンアウトの検出を行わせる制御手段と、
該制御手段が前記起動回路をオフ状態に制御したとき、ブラウンアウト状態の発生を検知するコンパレータと、
該コンパレータ出力と前記制御手段出力を入力とし、前記ブラウンアウト状態の発生が一定時間継続したことを検知してブラウンアウトを検出するブラウンアウト検出手段と、
を備え、
前記起動回路のオフ状態にのみ前記ブラウンアウトの検出を行うことで前記起動回路への電流流入端子と前記ブラウンアウトの検出のための電圧検出端子を共通化したことを特徴とするスイッチング電源制御用半導体装置。
【請求項２】
前記コンパレータは、２つの基準電圧を有するヒステリシスコンパレータで構成され、前記２つの基準電圧のうちの１つを前記ブラウンアウト検出に用いる基準電圧と異なる基準電圧を用いることで、前記ブラウンアウト検出手段をブラウンアウト解除の検出に使用す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制御用半導体装置。
【請求項３】
前記電源端子の入力電圧と基準電圧の比較を行う比較手段を備え、
該比較手段の出力を前記制御手段に加え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制御用半導体装置。
【請求項４】
前記比較手段は、２つの基準電圧を有するヒステリシスコンパレータで構成されていることを特徴とする請求項３に記載のスイッチング電源制御用半導体装置。
【請求項５】
前記請求項１ないし４に記載のスイッチング電源制御用半導体装置を用いてスイッチング素子を制御することを特徴とするＡＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項１】
コンデンサが外付けされ、商用電源の交流電圧を全波整流して得られる電圧が１次巻線に印加されるトランスの補助巻線から電源電圧が入力される電源端子と、前記商用電源の交流電圧を半波整流もしくは全波整流して得られる電圧が制限抵抗を介して入力される電流流入端子と、該電流流入端子から前記電源端子に起動電流を流して前記コンデンサを充電する起動回路と、を有するスイッチング電源制御用半導体装置において、
前記起動回路をオン状態に制御して前記起動電流を前記コンデンサに充電させるとともに前記起動回路をオフ状態に制御してブラウンアウトの検出を行わせる制御手段と、
該制御手段が前記起動回路をオフ状態に制御したとき、ブラウンアウト状態の発生を検知するコンパレータと、
該コンパレータ出力と前記制御手段出力を入力とし、前記ブラウンアウト状態の発生が一定時間継続したことを検知してブラウンアウトを検出するブラウンアウト検出手段と、
を備え、
前記起動回路のオフ状態にのみ前記ブラウンアウトの検出を行うことで前記起動回路への電流流入端子と前記ブラウンアウトの検出のための電圧検出端子を共通化したことを特徴とするスイッチング電源制御用半導体装置。
【請求項２】
前記コンパレータは、２つの基準電圧を有するヒステリシスコンパレータで構成され、前記２つの基準電圧のうちの１つを前記ブラウンアウト検出に用いる基準電圧と異なる基準電圧を用いることで、前記ブラウンアウト検出手段をブラウンアウト解除の検出に使用す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制御用半導体装置。
【請求項３】
前記電源端子の入力電圧と基準電圧の比較を行う比較手段を備え、
該比較手段の出力を前記制御手段に加え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制御用半導体装置。
【請求項４】
前記比較手段は、２つの基準電圧を有するヒステリシスコンパレータで構成されていることを特徴とする請求項３に記載のスイッチング電源制御用半導体装置。
【請求項５】
前記請求項１ないし４に記載のスイッチング電源制御用半導体装置を用いてスイッチング素子を制御することを特徴とするＡＣ−ＤＣコンバータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−２６８３１６（Ｐ２００９−２６８３１６Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１７６９１（Ｐ２００８−１１７６９１）
【出願日】平成２０年４月２８日（２００８．４．２８）
【出願人】（５０３３６１２４８）富士電機デバイステクノロジー株式会社 (1,023)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２８日（２００８．４．２８）
【出願人】（５０３３６１２４８）富士電機デバイステクノロジー株式会社 (1,023)
【Ｆターム（参考）】
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