JP2005300376A - 電圧検出回路、電源装置及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電力供給されている端子の電圧を所望する電圧に制御するための電圧検出回路の低消費電力化、電圧検出精度向上、低リップル電圧、そして部品点数低減を実現する。
【解決手段】 温度特性変動を有しない電圧が印加された基準端子と電圧検出用端子ＶＯ２が接続された検出端子とを有した誤差増幅器５の出力信号をスイッチ素子６の制御端子に伝達する。電圧検出用端子ＶＯ２の電圧変動は、誤差増幅器５を介し、定電流源４、スイッチ素子６、及びスイッチ素子７とスイッチ素子８とからなるカレントミラー回路で構成されるＶ−Ｉ変換回路により、検出信号出力端子ＰＣに電流信号として出力される。この信号をフォトカプラ１４により外部へ伝達し、出力電圧端子ＶＯＵＴの電圧を制御する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電源装置（スイッチング電源など）の出力電圧検出部等に使用する電圧検出回路に関し、またそれを用いた電源装置、およびそれに用いられる半導体装置に関する。

図１４は従来の電源装置に使用される電圧検出部を示す回路図である。図１５は図１４の従来例における各端子における動作波形図、また、図１６は図１４を使用した電源回路例である。

従来の電圧検出回路は、出力電圧端子ＶＯＵＴの電圧を抵抗３４、３５で抵抗分割し、シャントレギュレータ３２により検出するというものである。出力電圧端子ＶＯＵＴにはコンデンサ１３が接続されており、外部よりこのコンデンサ１３へ電荷が供給されることで、出力電圧端子ＶＯＵＴの電圧が上昇する。また、出力電圧端子ＶＯＵＴの検出電圧レベルＶＯは、シャントレギュレータ３２の閾値電圧Ｖｔｈ、抵抗３４の抵抗値Ｒ３４、抵抗３５の抵抗値Ｒ３５により以下の式で決まる。

ＶＯ＝Ｖｔｈ・（Ｒ３４＋Ｒ３５）／Ｒ３４
検出電圧レベルＶＯに安定して制御するために、以下の対応が必要である。
（１）抵抗３６、及びコンデンサ３７を図１４のように直列接続する。
（２）検出電圧レベルを安定化させるために、図１４にあるように抵抗３３を追加接続することで、シャントレギュレータ３２への検出電流値を上げる。

図１５は図１４の電圧検出回路の出力電圧端子ＶＯＵＴ、ＶＯ、及びシャントレギュレータ３２に流れる電流Ｉ３２の波形を示す。出力電圧端子ＶＯＵＴのリップル電圧は抵抗３６とコンデンサ３７の時定数により決まる（ヒステリシス特性を持たせる必要があるため）。

図１６は図１４の従来の電圧検出回路を２次側電圧検出回路に使用した電源装置例を示す。図１６において、１８は整流回路、１９はトランス、１９ａはトランスの１次側巻線、１９ｂはトランスの２次側巻線、２０は入力電圧源、２１はフィルタ回路、２２は整流回路、２３は入力側平滑コンデンサ、２４はスナバ回路、２５は制御回路、２６はスイッチング素子、２７は同一の半導体基板上に集積される範囲、２８はコンデンサである。

ここで、検出信号伝達手段としてはフォトカプラ１４を使用している。図１４の従来の電圧検出回路により電圧が検出されると、シャントレギュレータ３２が導通状態となるため、フォトカプラ１４の発光部１４ａに電流が流れ、発光する（検出信号の出力）。この発光による検出信号の出力をフォトカプラ１４の受光部１４ｂにより検出し、１次側の制御回路２５によるスイッチング素子２６のオンオフ制御を停止（又は休止）状態とする。これにより、１次側から２次側へのエネルギー供給が停止（又は休止）するため、出力電圧端子ＶＯＵＴの電圧は徐々に低下する。検出電圧レベル以下になると、フォトカプラ１４とシャントレギュレータ３２による検出信号の出力は無くなるため、再び制御回路２５によるスイッチング素子２６のオンオフ制御が再開され、１次側から２次側へエネルギーが供給される。これにより出力電圧端子ＶＯＵＴの電圧が上昇する。出力電圧端子ＶＯＵＴのリップル電圧は、抵抗３６とコンデンサ３７の時定数に依存するため、出力電圧端子ＶＯＵＴの負荷状態により異なる。
「特集 最新・電源回路設計技術のすべて」、トランジスタ技術 ＳＰＥＣＩＡＬ、ＣＱ出版社、１９９１年７月１日、Ｎｏ．２８、ｐ．１３１ 「特集 最新・スイッチング電源技術のすべて」、トランジスタ技術 ＳＰＥＣＩＡＬ、ＣＱ出版社、１９９７年１月１日、Ｎｏ．５７、ｐ．８６

従来の電圧検出回路において、以下の課題がある。

（１）電圧検出精度を上げるためには、シャントレギュレータ３２に流れる電流Ｉ３２の電流値を上げる必要がある。この検出時に流れる電流は一般的に、数ｍＡレベルである。そのため、現在世界的な取り組みとされている高効率化（即ち、省エネルギー化）の支障となる。また、シャントレギュレータ３２に流れる電流Ｉ３２の電流値が不十分になって、電圧検出精度が悪くならないようにするためには、抵抗３３を追加する必要があり、これによっても後述するように構成部品点数が多くなる。

（２）出力電圧端子ＶＯＵＴの電圧制御は抵抗３６とコンデンサ３７の時定数に依存するため、出力電圧端子ＶＯＵＴのリップル電圧幅は負荷の状態により異なり、リップル電圧が大きくなることがある。

（３）電圧検出回路の構成部品点数が多い（図１４に示すように、少なくとも８点は必要となる）。

（４）出力電圧端子ＶＯＵＴの電圧の温度特性はシャントレギュレータ３２の閾値の温度特性に依存するため、温特が大きい。

本発明の目的は、電圧検出精度の向上および低消費電力化が図れ、出力端子のリップル電圧を抑制し、さらには構成部品点数の削減を図れる電圧検出回路、電源装置及び半導体装置を提供することである。

本発明の電圧検出回路は、高電位側出力端子と低電位側出力端子の間に接続された平滑用の第１のコンデンサと、高電位側出力端子と低電位側出力端子の間に直列接続された第１および第２の抵抗と、高電位側出力端子と低電位側出力端子の間の所望する電圧を第１および第２の抵抗で分圧した場合の第１の電圧と、高電位側出力端子と低電位側出力端子の間の実際の電圧を第１および第２の抵抗で分圧した第２の電圧との誤差を増幅して出力する誤差増幅器と、高電位側出力端子に高電位が供給されたときに一定電位を基準電圧端子へ出力するレギュレータと、基準電圧端子と低電位側出力端子の間に接続された第２のコンデンサと、制御端子が誤差増幅器の出力端子に接続された第１のスイッチ素子と基準電圧端子と第１のスイッチ素子の高電位側端子との間に接続された第１の定電流源とを有し、第１のスイッチ素子の状態に応じて第１の定電流源より流れる電流の所定倍の電流を検出信号出力端子に流すカレントミラー回路と、基準電圧端子と第１のスイッチ素子の制御端子との間に接続された起動用スイッチ素子と、基準電圧端子の電位が所定の起動電位以上のときに起動用スイッチ素子をオフし、所定の起動電位未満のときに起動用スイッチ素子をオンする起動・停止回路とを備えている。

この構成によれば、検出信号出力端子には、誤差増幅器に入力される第２の電圧の電圧変動に対して線形性を有する電流信号が出力されるため、フォトカプラ等の検出信号伝達手段による検出電圧変動に適した信号伝達が可能となり、電圧検出精度が向上する。また、検出電圧の温度特性変動もない。そして、この検出信号出力端子の電流はカレントミラー回路のミラー比で調整できるため、低電流化および低消費電力化を実現することができる。更に、誤差増幅器は電圧検出であるため、第１の抵抗と第２の抵抗の抵抗値を任意に設定できるため、更なる省電力化を実現できる。また、この電圧検出回路を用いて高電位側出力端子と低電位側出力端子の間に所望する電圧が供給されるように制御することにより、出力端子のリップル電圧を抑えることができる。

上記本発明の電圧検出回路において、カレントミラー回路は、第１の定電流源と、第１のスイッチ素子と、制御端子および高電位側端子が第１のスイッチ素子の低電位側端子に接続され、低電位側端子が低電位側出力端子に接続された第２のスイッチ素子と、制御端子が第２のスイッチ素子の制御端子に接続され、高電位側端子が検出信号出力端子に接続され、低電位側端子が低電位側出力端子に接続された第３のスイッチ素子とからなるように構成してもよい。

さらに、カレントミラー回路は、第１の定電流源と第１のスイッチ素子との間に挿入接続した抵抗を設けてもよい。これにより、高電位側出力端子と低電位側出力端子の間の負荷状態が軽負荷における両出力端子間の電圧変動に対する検出信号出力端子の電流の線形性を向上できる。

また、カレントミラー回路は、第１の定電流源および第１のスイッチ素子と並列接続した第２の定電流源を設けてもよい。これにより、高電位側出力端子と低電位側出力端子の間の電圧検出中は、第２および第３のスイッチ素子が常にオンとなり、検出動作を確実なものにできる。

また、上記本発明の電圧検出回路において、検出信号出力端子に接続され、検出信号出力端子に流れる電流に対応した信号を外部へ伝達する検出信号伝達手段を設けてもよい。

また、上記本発明の電圧検出回路において、誤差増幅器とレギュレータと起動用スイッチ素子と起動・停止回路とカレントミラー回路とを１つの半導体装置に内蔵することが好ましい。これにより、部品点数を削減でき、小型化、低コスト化を図ることができる。

本発明の電源装置は、高電位側出力端子と低電位側出力端子の間の電圧を所望する電圧に制御するための出力電圧検出部に、上記本発明の電圧検出回路を用いる。これにより、電源の高効率化、低リップル電圧化を図ることができる。

本発明の半導体装置は、上記本発明の電圧検出回路を構成するうちの、誤差増幅器とレギュレータと起動用スイッチ素子と起動・停止回路とカレントミラー回路とを備えている。

本発明によれば、電圧検出回路において、低消費電力化を図ることができる。特に、本発明の半導体装置を使用した電圧検出回路を使用した電源装置において、電源の高効率化、低リップル電圧化を図ることができる。本発明の半導体装置を使用した電圧検出回路は構成部品点数を削減できるため、小型化、低コスト化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態における半導体装置の回路図、図２は図１の半導体装置を用いた電圧検出回路の回路図、図３はこの電圧検出回路の端子ＶＯ１の電圧波形、端子ＶＣＣの電圧波形、端子ＶＯ２の電圧波形、及びＩＰＣ電流波形を示す図である。

図１の半導体装置（半導体チップ）は、電力供給するための電力供給用端子ＶＯ１、基準電圧端子ＶＣＣ、電圧検出用端子ＶＯ２、検出信号を伝達するための検出信号出力端子ＰＣ、及びグランド端子であるＧＮＤ／ＳＯＵＲＣＥの計５つの端子を外部端子として備えている。端子ＶＯ１とＶＣＣの間にはレギュレータ１があり、動作中は基準電圧端子ＶＣＣの電圧を常に一定に保つ。基準電圧端子ＶＣＣには、起動・停止回路２、スイッチ素子３、定電流源４が接続されている。スイッチ素子３の低電圧側端子には、誤差増幅器５とスイッチ素子６の制御端子が接続されている。誤差増幅器５は、温度特性変動を有しない電圧が印加された基準端子（＋側端子）を有し、誤差増幅器５の検出端子（−側端子）には電圧検出用端子ＶＯ２が接続され、出力信号をスイッチ素子６の制御端子に伝達する。スイッチ素子６の高電圧側端子には定電流源４が接続され、低電圧側端子にはスイッチ素子７とスイッチ素子８の制御端子、及びスイッチ素子８の高電圧側端子が接続されている。スイッチ素子７の高電圧側端子は検出信号出力端子ＰＣが接続されている。ここで、電圧検出用端子ＶＯ２の電圧変動は、誤差増幅器５を介し、定電流源４、スイッチ素子６、及びスイッチ素子７とスイッチ素子８とからなるカレントミラー回路で構成されるＶ−Ｉ変換回路により、検出信号出力端子ＰＣに電流信号として出力される。

図２に示す電圧検出回路は、図１の半導体装置９を用いており、半導体装置９の端子ＶＯ１が、電圧検出される出力電圧端子ＶＯＵＴに接続され、端子ＶＯ２が、出力電圧端子ＶＯＵＴとＧＮＤ／ＳＯＵＲＣＥ端子の間に直列接続された抵抗１０（抵抗値をＲ１０とする）と抵抗１１（抵抗値をＲ１１とする）の接続点に接続されている。端子ＰＣには検出信号出力手段としてフォトカプラ１４の発光部１４ａが接続され、端子ＶＣＣにはコンデンサ１５が接続されている。また、フォトカプラの発光部１４ａが発光していない場合は、出力電圧端子ＶＯＵＴに接続されたコンデンサ１３には電力供給がなされ、フォトカプラの発光部１４ａが発光している場合は、コンデンサ１３への電力供給は停止される。

図２を用いて、本実施形態における電圧検出回路の動作を説明する。

出力電圧端子ＶＯＵＴに接続されたコンデンサ１３に電力が供給されるとコンデンサ１３の両端電圧が上昇する。そのため、出力電圧端子ＶＯＵＴに接続された電圧検出用半導体装置９の端子ＶＯ１からレギュレータ１を介して端子ＶＣＣに接続されたコンデンサ１５に電流が供給され、端子ＶＣＣの電圧も上昇する。端子ＶＣＣの電圧が、起動・停止回路２で設定された起動電圧ＶＣＣ０以上になると、電圧検出用半導体装置９は起動し、そして起動・停止回路２からの出力信号は『Ｌ（ロー）』信号から『Ｈ（ハイ）』信号となる。これにより、スイッチ素子３はオン状態からオフ状態となり、誤差増幅器５によるスイッチ素子６への電圧検出用端子ＶＯ２の電圧変動の伝達が開始される。ここで、端子ＶＣＣの電圧は、出力電圧端子ＶＯＵＴからレギュレータ１を介して端子ＶＣＣに接続されたコンデンサ１５へ電流が供給され、レギュレータ１により一定電圧ＶＣＣ０となるように制御されている。電圧検出用半導体装置９への電力供給は、このコンデンサ１５から供給され、且つ各構成回路は低消費電力化が図られている。

このように出力電圧端子ＶＯＵＴの電圧が上昇すると、これに伴い、端子ＶＯ１に接続されたレギュレータ１により端子ＶＣＣの電圧も上昇し、端子ＶＣＣの電圧がＶＣＣ０に達すると、起動・停止回路２の出力信号は『Ｌ（ロー）』信号から『Ｈ（ハイ）』信号となるため、誤差増幅器５の出力信号によるスイッチ素子６制御が開始されることとなり、電圧検出用半導体装置９は端子ＶＯ２による出力電圧端子ＶＯＵＴの電圧検出を開始する。

出力電圧端子ＶＯＵＴの電圧が更に上昇すると、出力電圧端子ＶＯＵＴの電圧の抵抗１０と抵抗１１による分電圧である端子ＶＯ２電圧も上昇し、誤差増幅器５の基準電圧ＶＢＧ（出力電圧端子ＶＯＵＴの検出電圧をＶｏとすると、誤差増幅器５は、ＶＢＧ＝Ｖｏ・Ｒ１１／（Ｒ１０＋Ｒ１１））を中心とし、ΔＶｏ２の範囲で端子ＶＯ２電圧の変動に線形性を有する出力信号をスイッチ素子６へ伝達する。この出力信号により、スイッチ素子６は定電流源４からスイッチ素子８への電流供給を線形的に変化させることとなるため、スイッチ素子７とスイッチ素子８で構成されるカレントミラー回路（ミラー比をαとする）により端子ＰＣの電流ＩＰＣは端子ＶＯ２の電圧変動に対し線形性を有する電流信号となる。

図３に示すように、出力電圧端子ＶＯＵＴの負荷状態が無負荷（ＶＯ１≧ＶＯ＋ΔＶｏ／２）の場合、フォトカプラ１４の発光部１４ａには
ＩＰＣ＝Ｉ４×α （α：ミラー比）
となる電流が流れ、フォトカプラ１４の受光部１４ｂ（図１０参照）に光信号を伝達する。

次に出力電圧端子ＶＯＵＴの負荷状態が軽負荷（ＶＯ−ΔＶｏ／２≦ＶＯ１≦ＶＯ＋ΔＶｏ／２）の場合、フォトカプラ１４の発光部１４ａには、
０≦ＩＰＣ≦Ｉ４×α （α：ミラー比）
となる線形性を有する電流が流れ、フォトカプラ１４の受光部１４ｂへの光信号も線形性を有するものとなる。

更に出力電圧端子ＶＯＵＴの負荷状態が重負荷（ＶＯ１≦ＶＯ−ΔＶｏ／２）の場合、フォトカプラ１４の受光部１４ａには電流が流れないため、フォトカプラ１４の受光部１４ｂへの光信号伝達は成されない。

以上のように、電圧検出用半導体装置９は、出力電圧端子ＶＯＵＴの電圧変動に線形性を有する電流信号を端子ＰＣから外部へ伝達する。この電圧検出用半導体装置９からの電流信号により、出力電圧端子ＶＯＵＴへの電力供給を調整すれば、ＶＯＵＴ＝ＶＯとなるように制御することが可能となる。

上記の電圧検出用半導体装置９を使用し、出力電圧端子ＶＯＵＴへの電力供給を調整するようにした場合、以下の効果がある。

（１）フォトカプラの発光部１４ａに流れる電流ＩＰＣ（＝α・Ｉ４、α：ミラー比）を電圧検出用半導体装置９の定電流源４、スイッチ素子６、及びスイッチ素子７とスイッチ素子８で構成されるカレントミラー回路で調整することができるため、この電流ＩＰＣを絞ることで、検出時の低消費電力化を図ることができる。そして、上記にも記したが、電圧検出用半導体装置９の回路電流を低減しているため、通常動作時に消費される電力を低減することができる。具体的に、この電圧検出用半導体装置９と抵抗１０，１１、そしてフォトカプラ１４で消費される電流の合計値は、従来例の約１／１０以下にすることが可能である。

（２）出力電圧端子ＶＯＵＴに対し、ＶＯＵＴ＝ＶＯ±ΔＶｏ／２付近において、ＶＯＵＴ＝ＶＯとなるような最適な電力供給を実施することが出来るため、出力電圧端子ＶＯＵＴのリップル電圧を抑えることが可能となる。

（３）電圧検出回路の部品点数は、半導体装置９、抵抗１０，１１、フォトカプラ１４、平滑コンデンサ１３およびコンデンサ１５の計６点となり、部品点数が削減される。

（第２の実施形態）
図４は本発明の第２の実施形態における半導体装置の回路図、図５は図４の半導体装置を用いた電圧検出回路の回路図、図６はこの電圧検出回路の端子ＶＯ１の電圧波形、端子ＶＣＣの電圧波形、端子ＶＯ２の電圧波形、及びＩＰＣ電流波形を示す図である。

図４で示す半導体装置は図１の構成に抵抗１６が追加されていることで、出力電圧端子ＶＯＵＴの負荷状態が軽負荷（ＶＯ−ΔＶｏ／２≦ＶＯ１≦ＶＯ＋ΔＶｏ／２）における端子ＶＯ２の電圧変動（即ち出力電圧端子ＶＯＵＴの電圧変動）に対する電流ＩＰＣの線形性を向上させることができる。その他の構成、動作、及び特徴は図１の場合と同じである。

（第３の実施形態）
図７は本発明の第３の実施形態における半導体装置の回路図、図８は図７の半導体装置を用いた電圧検出回路の回路図、図９はこの電圧検出回路の端子ＶＯ１の電圧波形、端子ＶＣＣの電圧波形、端子ＶＯ２の電圧波形、及びＩＰＣ電流波形を示す図である。

図７で示す半導体装置は図１の構成に定電流源１７が追加されていることで、出力電圧端子ＶＯＵＴの電圧が所望する電圧ＶＯ以下において、フォトカプラの発光部１４ａにある一定の電流α・Ｉ１７が流れている（但し、Ｉ１７は定電流源１７の電流を示し、且つこの電流によりフォトカプラの発光部１４ａは発光しないレベル）だけで、その他の構成、動作、及び特徴は図１の場合と同じである。この定電流源１７が接続されていることにより、電圧検出用半導体装置９による出力電圧端子ＶＯＵＴの電圧検出中は、スイッチ素子７とスイッチ素子８のゲート電圧が常に『Ｈ（ハイ）』状態に固定されているため、半導体装置としての動作を確実なものとする。

次に本発明の実施形態における電源装置について説明する。

図１０はトランスを使用したスイッチング電源装置で、図２の電圧検出回路を使用した第１の電源装置である。入力電圧電源２０の電圧はフィルタ回路２１を介して整流回路２２で整流され、入力側平滑コンデンサ２３で平滑される。入力側平滑コンデンサ２３で平滑された電圧は、トランス１９の１次側巻線１９ａに接続され、制御回路２５によるスイッチング素子２６のスイッチングによりトランスの２次側巻線１９ｂにエネルギーが伝達される。ここで、図１０中の２７にあるように、制御回路２５とスイッチング素子２６は同一基板上に集積されれば、部品点数削減、低コスト化を図れるという利点がある。

２次側巻線１９ｂに伝達されたエネルギーは整流回路１８を介して出力側の半導体装置９と抵抗１０，１１、そしてフォトカプラ１４に供給される。出力側平滑コンデンサ１３の両端電圧は、抵抗１０と抵抗１１により分圧され、電圧検出用半導体装置９により所望する電圧に制御される。制御動作内容は図３と同じであり、電源としては低消費電力でリップル電圧の低い精度の高い出力電圧が得られるという特徴がある。フォトカプラの発光部１４ａからフォトカプラの受光部１４ｂに対して、出力電圧端子ＶＯＵＴ電圧変動に対して線形性を有する出力信号が伝達されるため、制御回路２５はトランス１９を介したスイッチング素子２６による出力電圧端子ＶＯＵＴ負荷状態に応じた電力供給を実施することが出来る。ここで、図２の電圧検出回路に代えて図５、図８で示す電圧検出回路を使用した場合も、動作としては同様である。

図１１は図１０中のフォトカプラ１４を使用しないトランス仕様の非絶縁スイッチング電源装置で、図２の電圧検出回路を使用した第２の電源装置である。電圧検出用半導体装置９から制御回路２５への信号伝達が光信号から電流信号となった以外は、その他の構成、動作、及び特徴は図１０と同じである。図１１中の２７にあるように、図１０の場合と同様、制御回路２５とスイッチング素子２６は同一基板上に集積されれば、部品点数削減、低コスト化を図れるという利点がある。ここで、図２の電圧検出回路に代えて図５、図８で示す電圧検出回路を使用した場合も、動作としては同様である。

図１２はコイルを使用した降圧型チョッパ方式のスイッチング電源装置で、図２の電圧検出回路を使用した第３の電源装置である。図１２中の端子ＶＩＮより入力電圧電源２０が入力され、ダイオードからなる整流回路２９により整流されると、入力側平滑コンデンサ２３により平滑される。入力側平滑コンデンサ２３で平滑された電圧は、制御回路２５によるスイッチング素子２６のスイッチングにより、スイッチング素子２６のオン状態時にはコイル３１から出力側平滑コンデンサ１３に、そしてスイッチング素子２６がオフ状態においては回生用ダイオード３０からコイル３１を介して出力側平滑コンデンサ１３に電力供給がなされる。ここで、図１２中の２７にあるように、図１０、図１１の場合と同様、制御回路２５とスイッチング素子２６は同一基板上に集積されれば、部品点数削減、低コスト化を図れるという利点がある。

出力側平滑コンデンサ１３の両端電圧は、抵抗１０と抵抗１１により分圧され、電圧検出用半導体装置９により所望する電圧に制御される。制御動作内容は図３と同じであり、電源としては低消費電力でリップル電圧の低い精度の高い出力電圧が得られるという特徴がある。フォトカプラの発光部１４ａから出力信号がフォトカプラの受光部１４ｂに伝達されると、受光部１４ｂはオン状態となり、制御回路２５によるスイッチング素子２６のオンオフ制御は停止する。これにより、出力側平滑コンデンサ１３への電力供給は停止する。ここで、図２の電圧検出回路に代えて図５、図８で示す電圧検出回路を使用した場合も、動作としては同様である。

図１３はコイルを使用した降圧型チョッパ方式のスイッチング電源装置で、図２の電圧検出回路を使用した第４の電源装置である。図１２に示す降圧型チョッパ方式のスイッチング電源装置においては、電圧検出信号伝達手段としてフォトカプラ１４を使用しているが、図１３においては、制御回路２５によるスイッチング素子２６のオンオフ制御を停止するためのＦＢ端子に直接電圧検出用半導体装置９の端子ＰＣを接続することで、電流信号として出力電圧端子ＶＯＵＴ電圧変動を制御回路２５へ伝達する。ここで、スイッチ素子７は入力電圧ＶＩＮが高電圧である場合、高耐圧素子を使用する必要がある。制御動作内容については、図１２と同じであり、電源としては低消費電力でリップル電圧の低い精度の高い出力電圧が得られるという特徴がある。

図１３の降圧型チョッパ方式のスイッチング電源装置において、図２の電圧検出回路に代えて図５、図８で示す電圧検出回路を使用した場合も、制御動作内容は図１２と同じであり、電源としては低消費電力でリップル電圧の低い精度の高い出力電圧が得られるという特徴がある。ここで、制御回路２５によるスイッチング素子２６のオンオフ制御をするためにＦＢ端子から流れる電流値ＩＦＢとＩＰＣの大小関係はＩＦＢ＞ＩＰＣである。

本発明は、電圧を検出し、その検出信号を制御回路に伝達する必要性の有る機器全般に利用可能であり、特に、電源を使用する製品、たとえば家庭電化製品、照明機器、モーター電源用として有用である。

本発明の第１の実施形態における半導体装置の回路図 本発明の第１の実施形態における電圧検出回路の回路図 図２の電圧検出回路の動作を示す波形図 本発明の第２の実施形態における半導体装置の回路図 本発明の第２の実施形態における電圧検出回路の回路図 図５の電圧検出回路の動作を示す波形図 本発明の第３の実施形態における半導体装置の回路図 本発明の第３の実施形態における電圧検出回路の回路図 図８の電圧検出回路の動作を示す波形図 図２の電圧検出回路を使用した第１の電源装置の回路図 図２の電圧検出回路を使用した第２の電源装置の回路図 図２の電圧検出回路を使用した第３の電源装置の回路図 図２の電圧検出回路を使用した第４の電源装置の回路図 従来の電圧検出回路を示す図 図１４の電圧検出回路の動作を示す波形図 図１４の電圧検出回路を用いた電源装置の回路図

符号の説明

１ レギュレータ
２ 起動・停止回路
３ スイッチ素子
４ 定電流源
５ 誤差増幅器
６ スイッチ素子
７ スイッチ素子
８ スイッチ素子
９ 電圧検出用半導体装置
１０ 抵抗
１１ 抵抗
１３ 出力側平滑コンデンサ
１４ フォトカプラ
１４ａ フォトカプラ発光部
１４ｂ フォトカプラ受光部
１５ コンデンサ
１６ 抵抗
１７ 定電流源
１８ 整流回路
１９ トランス
１９ａ トランス１次側巻線
１９ｂ トランス２次側巻線
２０ 入力電圧源
２１ フィルタ回路
２２ 整流回路
２３ 入力側平滑コンデンサ
２４ スナバ回路
２５ 制御回路
２６ スイッチング素子
２７ 同一の半導体基板上に集積される範囲
２８ コンデンサ
２９ 整流回路
３０ 回生用ダイオード
３１ コイル
３２ シャントレギュレータ
３３ 抵抗
３４ 抵抗
３５ 抵抗
３６ 抵抗
３７ コンデンサ

Claims (8)

1. 高電位側出力端子と低電位側出力端子の間に接続された平滑用の第１のコンデンサと、
   前記高電位側出力端子と低電位側出力端子の間に直列接続された第１および第２の抵抗と、
   前記高電位側出力端子と低電位側出力端子の間の所望する電圧を前記第１および第２の抵抗で分圧した場合の第１の電圧と、前記高電位側出力端子と低電位側出力端子の間の実際の電圧を前記第１および第２の抵抗で分圧した第２の電圧との誤差を増幅して出力する誤差増幅器と、
   前記高電位側出力端子に高電位が供給されたときに一定電位を基準電圧端子へ出力するレギュレータと、
   前記基準電圧端子と低電位側出力端子の間に接続された第２のコンデンサと、
   制御端子が前記誤差増幅器の出力端子に接続された第１のスイッチ素子と前記基準電圧端子と前記第１のスイッチ素子の高電位側端子との間に接続された第１の定電流源とを有し、前記第１のスイッチ素子の状態に応じて前記第１の定電流源より流れる電流の所定倍の電流を検出信号出力端子に流すカレントミラー回路と、
   前記基準電圧端子と前記第１のスイッチ素子の制御端子との間に接続された起動用スイッチ素子と、
   前記基準電圧端子の電位が所定の起動電位以上のときに前記起動用スイッチ素子をオフし、前記所定の起動電位未満のときに前記起動用スイッチ素子をオンする起動・停止回路とを備えた電圧検出回路。
2. 前記カレントミラー回路は、前記第１の定電流源と、前記第１のスイッチ素子と、制御端子および高電位側端子が前記第１のスイッチ素子の低電位側端子に接続され、低電位側端子が前記低電位側出力端子に接続された第２のスイッチ素子と、制御端子が前記第２のスイッチ素子の制御端子に接続され、高電位側端子が前記検出信号出力端子に接続され、低電位側端子が前記低電位側出力端子に接続された第３のスイッチ素子とからなる請求項１記載の電圧検出回路。
3. 前記カレントミラー回路は、前記第１の定電流源と前記第１のスイッチ素子との間に挿入接続した抵抗を設けた請求項２記載の電圧検出回路。
4. 前記カレントミラー回路は、前記第１の定電流源および前記第１のスイッチ素子と並列接続した第２の定電流源を設けた請求項２記載の電圧検出回路。
5. 前記検出信号出力端子に接続され、前記検出信号出力端子に流れる電流に対応した信号を外部へ伝達する検出信号伝達手段を設けた請求項１〜４のうちのいずれかに記載の電圧検出回路。
6. 前記誤差増幅器と前記レギュレータと前記起動用スイッチ素子と前記起動・停止回路と前記カレントミラー回路とを１つの半導体装置に内蔵した請求項１〜５のうちのいずれかに記載の電圧検出回路。
7. 高電位側出力端子と低電位側出力端子の間の電圧を所望する電圧に制御するための出力電圧検出部に、請求項１〜６のいずれかに記載の電圧検出回路を用いた電源装置。
8. 請求項１〜５のいずれかに記載の電圧検出回路を構成するうちの、前記誤差増幅器と前記レギュレータと前記起動用スイッチ素子と前記起動・停止回路と前記カレントミラー回路とを備えた半導体装置。

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