KR20060044625A

KR20060044625A - 전압검출회로, 전원장치 및 반도체 장치

Info

Publication number: KR20060044625A
Application number: KR1020050024091A
Authority: KR
Inventors: 요시아키 하치야
Original assignee: 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
Priority date: 2004-04-13
Filing date: 2005-03-23
Publication date: 2006-05-16
Also published as: JP3961505B2; US7167028B2; US20050225360A1; JP2005300376A; CN1684351A; CN100449921C

Abstract

온도특성변동을 갖지 않는 전압이 인가된 기준단자와 전압검출용 단자(VO2)가 접속된 검출단자를 갖은 오차증폭기(5)의 출력신호를 스위치 소자(6)의 제어단자에 전달한다. 전압검출용 단자(VO2)의 전압변동은, 오차증폭기(5)를 통해, 정전류원(4), 스위치 소자(6), 및 스위치 소자(7)와 스위치 소자(8)로 이루어지는 전류반복기 회로로 구성되는 V-I 변환회로에 의해, 검출신호 출력단자(PC)에 전류신호로서 출력된다. 이 신호를 포토커플러(14)에 의해 외부로 전달하고, 출력전압단자(VOUT)의 전압을 제어한다. 전력공급되어 있는 단자의 전압을 원하는 전압으로 제어하기 위한 전압검출회로의 저소비전력화, 전압검출정밀도 향상, 저리플전압, 그리고 부품점수 저감을 실현한다.

Description

전압검출회로, 전원장치 및 반도체 장치{VOLTAGE DETECTION CIRCUIT, POWER SUPPLY UNIT AND SEMICONDUCTOR DEVICE}

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 반도체 장치의 회로도이다.

도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 전압검출회로의 회로도이다.

도 3은 도 2의 전압검출회로의 동작을 나타내는 파형도이다.

도 4는 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서의 반도체 장치의 회로도이다.

도 5는 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서의 전압검출회로의 회로도이다.

도 6은 도 5의 전압검출회로의 동작을 나타내는 파형도이다.

도 7은 본 발명의 제 3 실시형태에 있어서의 반도체 장치의 회로도이다.

도 8은 본 발명의 제 3 실시형태에 있어서의 전압검출회로의 회로도이다.

도 9는 도 8의 전압검출회로의 동작을 나타내는 파형도이다.

도 10은 도 2의 전압검출회로를 사용한 제 1 전원장치의 회로도이다.

도 11은 도 2의 전압검출회로를 사용한 제 2 전원장치의 회로도이다.

도 12는 도 2의 전압검출회로를 사용한 제 3 전원장치의 회로도이다.

도 13은 도 2의 전압검출회로를 사용한 제 4 전원장치의 회로도이다.

도 14는 종래의 전압검출회로를 나타내는 도면이다.

도 15는 도 14의 전압검출회로의 동작을 나타내는 파형도이다.

도 16은 도 14의 전압검출회로를 이용한 전원장치의 회로도이다.

본 발명은 전원장치(스위칭 전원 등)의 출력전압 검출부 등에 사용하는 전압검출회로에 관한 것이며, 또한, 이것을 이용한 전원장치, 및 이것에 이용되는 반도체 장치에 관한 것이다.

도 14는 종래의 전원장치에 사용되는 전압검출부를 나타내는 회로도이다. 도 15는 도 14의 종래예에 있어서의 각 단자에 있어서의 동작파형도, 또한, 도 16은 도 14를 사용한 전원회로예이다.

종래의 전압검출회로는, 출력전압단자(VOUT)의 전압을 저항(34,35)으로 저항분할하고, 분권조정기(32)에 의해 검출한다라는 것이다. 출력전압단자(VOUT)에는 콘덴서(13)가 접속되어 있고, 외부로부터 이 콘덴서(13)에 전하가 공급됨으로써, 출력전압단자(VOUT)의 전압이 상승한다. 또한, 출력전압단자(VOUT)의 검출전압레벨(VO)은, 분권조정기(32)의 임계값 전압(Vth), 저항(34)의 저항값(R34), 저항(35)의 저항값(R35)에 의해 이하의 식으로 결정된다.

VO=Vthㆍ(R34+R35)/R34

검출전압레벨(VO)로 안정하게 제어하기 위해서, 이하의 대응이 필요하다.

(1) 저항(36), 및 콘덴서(37)를 도 14와 같이 직렬 접속한다.

(2) 검출전압레벨을 안정화시키기 위해서, 도 14에 있는 바와 같이 저항(33) 에 추가 접속함으로써, 분권조정기(32)로의 검출전류값을 올린다.

도 15는 도 14의 전압검출회로의 출력전압단자(VOUT), VO, 및 분권조정기(32)에 흐르는 전류(I32)의 파형을 나타낸다. 출력전압단자(VOUT)의 리플전압은 저항(36)과 콘덴서(37)의 시정수에 의해 결정된다.(히스테리시스 특성을 가질 필요가 있기 때문에).

도 16은 도 14의 종래의 전압검출회로를 2차측 전압검출회로에 사용한 전원장치예를 나타낸다. 도 16에 있어서, 18은 정류회로, 19는 트랜스, 19a는 트랜스의 1차측 권선, 19b는 트랜스의 2차측 권선, 20은 입력전압원, 21은 필터회로, 22는 정류회로, 23은 입력측 평활 콘덴서, 24는 스너버회로, 25는 제어회로, 26은 스위칭 소자, 27은 동일한 반도체 기판 상에 집적되는 범위, 28은 콘덴서이다.

여기서, 검출신호 전달수단으로서는 포토커플러(14)를 사용하고 있다. 도 14의 종래의 전압검출회로에 의해 전압이 검출되면, 분권조정기(32)가 도통상태로 되기 때문에, 포토커플러(14)의 발광부(14a)에 전류가 흘려, 발광한다(검출신호의 출력). 이 발광에 의한 검출신호의 출력을 포토커플러(14)의 수광부(14b)에 의해 검출하고, 1차측의 제어회로(25)에 의한 스위칭 소자(26)의 온오프 제어를 정지(또는 휴지)상태로 한다. 이것에 의해, 1차측에서 2차측으로의 에너지 공급이 정지(또는 휴지)하기 때문에, 출력전압단자(VOUT)의 전압은 서서히 저하한다. 검출전압레벨 이하로 되면, 포토커플러(14)와 분권조정기(32)에 의한 검출신호의 출력은 없게 되기 때문에, 다시 제어회로(25)에 의한 스위칭 소자(26)의 온오프 제어가 재개되고, 1차측으로부터 2차측으로 에너지가 공급된다. 이것에 의해 출력전압단자(VOUT)의 전압이 상승한다. 출력전압단자(VOUT)의 리플전압은, 저항(36)과 콘덴서(37)의 시정수에 의존하기 때문에, 출력전압단자(VOUT)의 부하상태에 따라 다르다.

참고문헌1로서, 「특집 최신ㆍ전원회로설계기술의 전체」, 트랜지스터 기술 SPECIAL, CQ출판사, 1991년 7월 1일, No.28, p.131이 있다. 또한 참고문헌2로서, 「특집 최신ㆍ스위칭 전원기술의 전체」, 트랜지스터 기술 SPECIAL, CQ출판사, 1997년 1월 1일, No.57, p.86이 있다.

종래의 전압검출회로에 있어서, 이하의 과제가 있다.

(1) 전압검출정밀도를 올리기 위해서는, 분권조정기(32)에 흐르는 전류(I32)의 전류값을 올릴 필요가 있다. 이 검출시에 흐르는 전류는 일반적으로, 수㎃레벨이다. 그 때문에, 현재 세계적인 추세로 되고 있는 고효율화(즉, 에너지절약화)에 지장을 준다. 또한, 분권조정기(32)에 흐르는 전류(I32)의 전류값이 불충분하게 되어서, 전압검출정밀도가 나쁘게 되지 않도록 하기 위해서는, 저항(33)을 추가할 필요가 있고, 이것에 의해서도 후술하는 바와 같이 구성부품점수가 많게 된다.

(2) 출력전압단자(VOUT)의 전압제어는 저항(36)과 콘덴서(37)의 시정수에 의존하기 때문에, 출력전압단자(VOUT)의 리플전압폭은 부하의 상태에 따라 다르고, 리플전압이 크게 되는 경우가 있다.

(3) 전압검출회로의 구성부품점수가 많다(도 14에 나타내는 바와 같이, 8점 이상은 필요하게 된다).

(4) 출력전압단자(VOUT)의 전압의 온도특성은 분권조정기(32)의 임계값의 온도특성에 의존하기 때문에, 온도특성이 나쁘다.

본 발명의 목적은, 전압검출정밀도의 향상 및 저소비전력화가 도모되고, 출력단자의 리플전압을 억제하고, 또는 구성부품점수의 삭감을 도모할 수 있는 전압검출회로, 전원장치 및 반도체 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 전압검출회로는, 고전위측 출력단자와 저전위측 출력단자 사이에 접속된 평활용 제 1 콘덴서와, 상기 고전위측 출력단자와 저전위측 출력단자 사이에 직렬 접속된 제 1 및 제 2 저항과, 상기 고전위측 출력단자와 저전위측 출력단자 사이의 원하는 전압을 상기 제 1 및 제 2 저항으로 분압한 경우의 제 1 전압과, 상기 고전위측 출력단자와 저전위측 출력단자 사이의 실제의 전압을 상기 제 1 및 제 2 저항으로 분압한 제 2 전압과의 오차를 증폭해서 출력하는 오차증폭기와, 고전위측 출력단자에 고전위가 공급되었을 때에 일정 전위를 기준전압단자에 출력하는 레귤레이터와, 기준전압단자와 저전위측 출력단자 사이에 접속된 제 2 콘덴서와, 제어단자가 상기 오차증폭기의 출력단자에 접속된 제 1 스위치 소자와 기준전압단자와 상기 제 1 스위치 소자의 고전위측 단자 사이에 접속된 제 1 정전류원을 갖고, 상기 제 1 스위치 소자의 상태에 따라서 상기 제 1 정전류원으로부터 흐르는 전류의 소정 배의 전류를 검출신호 출력단자에 흘리는 전류반복기 회로와, 기준전압단자와 상기 제 1 스위치 소자의 제어단자 사이에 접속된 기동용 스위치 소자와, 기준전압단자의 전위가 소정의 기동전위 이상일 때에 기동용 스위치 소자를 오프하고, 소정의 기동전위 미만일 때에 기동용 스위치 소자를 온하는 기동ㆍ정지회로를 구비하고 있다.

이 구성에 의하면, 검출신호 출력단자에는, 오차증폭기에 입력되는 제 2 전압의 전압변동에 대해서 선형성을 갖는 전류신호가 출력되기 때문에, 포토커플러 등의 검출신호 전달수단에 의한 검출전압변동에 바람직한 신호전달이 가능하게 되어, 전압검출정밀도가 향상한다. 또한, 검출전압의 온도특성변동도 없다. 그리고, 이 검출신호 출력단자의 전류는 전류반복기 회로의 미러비로 조정할 수 있기 때문에, 저전류화 및 저소비전력화를 실현할 수 있다. 또한, 오차증폭기는 전압검출이므로, 제 1 저항과 제 2 저항의 저항값을 임의로 설정할 수 있으므로, 더나은 전력절약화를 실현할 수 있다. 또한, 이 전압검출회로를 이용하여 고전위측 출력단자와 저전위측 출력단자 사이에 원하는 전압이 공급되도록 제어함으로써, 출력단자의 리플전압을 억제할 수 있다.

상기 본 발명의 전압검출회로에 있어서, 전류반복기 회로는, 제 1 정전류원과, 제 1 스위치 소자와, 제어단자 및 고전위측 단자가 제 1 스위치 소자의 저전위측 단자에 접속되고, 저전위측 단자가 저전위측 출력단자에 접속된 제 2 스위치 소자와, 제어단자가 제 2 스위치 소자의 제어단자에 접속되고, 고전위측 단자가 검출신호 출력단자에 접속되고, 저전위측 단자가 저전위측 출력단자에 접속된 제 3 스위치 소자로 이루어지도록 구성하여도 좋다.

또한, 전류반복기 회로는, 제 1 정전류원과 제 1 스위치 소자 사이에 삽입 접속한 저항을 설치하여도 좋다. 이것에 의해, 고전위측 출력단자와 저전위측 출력단자 사이의 부하상태가 경부하에 있어서의 양 출력단자간의 전압변동에 대한 검출 신호 출력단자의 전류의 선형성을 향상할 수 있다.

또한, 전류반복기 회로는, 제 1 정전류원 및 제 1 스위치 소자와 병렬 접속한 제 2 정전류원을 설치하여도 좋다. 이것에 의해, 고전위측 출력단자와 저전위측 출력단자 사이의 전압검출 중에는, 제 2 및 제 3 스위치 소자가 항상 온으로 되어, 검출동작을 확실히 할 수 있다.

또한, 상기 본 발명의 전압검출회로에 있어서, 검출신호 출력단자에 접속되고, 검출신호 출력단자에 흐르는 전류에 대응한 신호를 외부로 전달하는 검출신호 전달수단을 설치하여도 좋다.

또한, 상기 본 발명의 전압검출회로에 있어서, 오차증폭기와 레귤레이터와 기동용 스위치 소자와 기동ㆍ정지회로와 전류반복기 회로를 1개의 반도체 장치에 내장하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 부품점수를 삭감할 수 있고, 소형화, 저비용화를 도모할 수 있다.

본 발명의 전원장치는, 고전위측 출력단자와 저전위측 출력단자 사이의 전압을 원하는 전압으로 제어하기 위한 출력전압검출부에, 상기 본 발명의 전압검출회로를 이용한다. 이것에 의해, 전원의 고효율화, 저리플전압화를 도모할 수 있다.

본 발명의 반도체 장치는, 상기 본 발명의 전압검출회로를 구성하는 중의, 오차증폭기와 레귤레이터와 기동용 스위치 소자와 기동ㆍ정지회로와 전류반복기 회로를 구비하고 있다.

이하, 본 바명의 실시형태에 대해서 설명한다.

(제 1 실시형태)

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 반도체 장치의 회로도, 도 2는 도 1의 반도체 장치를 이용한 전압검출회로의 회로도이고, 도 3은 이 전압검출회로의 단자(VO1)의 전압파형, 단자(VCC)의 전압파형, 단자(VO2)의 전압파형, 및 IPC 전류파형을 나타내는 도면이다.

도 1의 반도체 장치(반도체 칩)는, 전력 공급하기 위한 전력공급용 단자(VO1), 기준전압단자(VCC), 전압검출용 단자(VO2), 검출신호를 전달하기 위한 검출신호 출력단자(PC), 및 접지단자인 GND/SOURCE의 합계 5개의 단자를 외부단자로서 구비하고 있다. 단자(VO1)와 단자(VCC) 사이에는 레귤레이터(1)가 있고, 동작중에는 기준전압단자(VCC)의 전압을 항상 일정하게 유지한다. 기준전압단자(VCC)에는, 기동ㆍ정지회로(2), 스위치 소자(3), 정전류원(4)이 접속되어 있다. 스위치 소자(3)의 저전압측 단자에는, 오차증폭기(5)와 스위치 소자(6)의 제어단자가 접속되어 있다. 오차증폭기(5)는, 온도특성변동을 갖지 않는 전압이 인가된 기준단자(+측 단자)를 갖고, 오차증폭기(5)의 검출단자(일측단자)에는 전압검출용 단자(VO2)가 접속되고, 출력신호를 스위치 소자(6)의 제어단자에 전달한다. 스위치 소자(6)의 고전압측 단자에는 정저류원(54)이 접속되고, 저전압측 단자에는 스위치 소자(7)와 스위치 소자(8)의 제어단자, 및 스위치 소자(8)의 고전압측 단자가 접속되어 있다. 스위치 소자(7)의 고전압측 단자는 검출신호 출력단자(PC)가 접속되어 있다. 여기서, 전압검출용 단자(VO2)의 전압변동은, 오차증폭기(5)를 통해, 정전류원(4), 스위치 소자(6), 및 스위치 소자(7)와 스위치 소자(8)로 이루어지는 전류반복기 회로로 구성되는 V-I 변환회로에 의해, 검출신호 출력단자(PC)에 전류신호로서 출력된 다.

도 2에 나타내는 전압검출회로는, 도 1의 반도체 장치(9)를 이용하고 있고, 반도체 장치(9)의 단자(VO1)가, 전압 검출되는 출력전압단자(VOUT)에 접속되고, 단자(VO2)가, 출력전압단자(VOUT)와 GND/SOURCE 단자 사이에 직렬 접속된 저항(10)(저항값을 R10으로 한다)과 저항(11)(저항값을 R11로 한다)의 접속점에 접속되어 있다. 단자(PC)에는 검출신호 출력수단으로서 포토커플러(14)의 발광부(14a)가 접속되고, 단자(VCC)에는 콘덴서(15)가 접속되어 있다. 또한, 포토커플러의 발광부(14a)가 발광하고 있지 않은 경우에는, 출력전압단자(VOUT)에 접속된 콘덴서(13)에는 출력공급이 되고, 포토커플러의 발광부(14a)가 발광하고 있는 경우에는, 콘덴서(13)에의 전력공급은 정지된다.

도 2를 이용하여, 본 실시형태에 있어서의 전압검출회로의 동작을 설명한다.

출력전압단자(VOUT)에 접속된 콘덴서(13)에 전력이 공급되면 콘덴서(13)의 양단 전압이 상승한다. 그 때문에, 출력전압단자(VOUT)에 접속된 전압검출용 반도체 장치(9)의 단자(VO1)로부터 레귤레이터(1)를 통해 단자(VCC)에 접속된 콘덴서(15)에 전류가 공급되고, 단자(VCC)의 전압도 상승한다. 단자(VCC)의 전압이, 기동ㆍ정지회로(2)에서 설정된 기동전압 VCC0이상으로 되면, 전압검출용 반도체 장치(9)를 기동하고, 그리고 기동ㆍ정지회로(2)로부터의 출력신호는 『L(로)』신호에서 『H(하이)』신호로 된다. 이것에 의해, 스위치 소자(3)는 온상태에서 오프상태로 되고, 오차증폭기(5)에 의한 스위치 소자(6)에의 전압검출용 단자(VO2)의 전압변동의 전달이 개시된다. 여기서, 단자(VCC)의 전압은, 출력전압단자(VOUT)로부터 레귤 레이터(1)를 통해서 단자(VCC)에 접속된 콘덴서(15)에 전류가 공급되고, 레귤레이터(1)에 의해 일정 전압(VCC0)이 되도록 제어되고 있다. 전압검출용 반도체 장치(9)에의 전력공급은, 상기 콘덴서(15)로부터 공급되고, 또한 각 구성회로는 저소비전력화가 도모되고 있다.

이와 같이 출력전압단자(VOUT)의 전압이 상승하면, 이것에 따라, 단자(VO1)에 접속된 레규레이터(1)에 의해 단자(VCC)의 전압도 상승하고, 단자(VCC)의 전압이 VCC0에 도달하면, 기동ㆍ정지회로(2)의 출력신호는 『L(로)』신호에서 『H(하이)』신호로 되기 때문에, 오차증폭기(5)의 출력신호에 의한 스위치 소자(6) 제어가 개시되게 되고, 전압검출용 반도체 장치(9)는 단자(VO2)에 의한 출력전압단자(VOUT)의 전압검출을 개시한다.

출력전압단자(VOUT)의 전압이 더욱 상승하면, 출력전압단자(VOUT)의 전압의 저항(10)과 저항(11)에 의한 분전압인 단자(VO2)전압도 상승하고, 오차증폭기(5)의 기준전압(VBG)[출력전압단자(VOUT)의 검출전압을 Vo로 하면, 오차증폭기(5)는, VBG=VoㆍR11/(R10+R11)을 중심으로 하고, ΔVo2의 범위에서 단자(VO2)전압의 변동에 선형성을 갖는 출력신호를 스위치 소자(6)에 전달한다. 이 출력신호에 의해, 스위치 소자(6)는 정전류원(4)으로부터 스위치 소자(8)에의 전류공급을 선형적으로 변화시키게 되기 때문에, 스위치 소자(7)와 스위치 소자(8)로 구성되는 전류반복기 회로(미러비를 α로 한다)에 의해 단자(PC)의 전류(IPC)는 단자(VO2)의 전압변동에 대해서 선형성을 갖는 전류신호로 된다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 출력전압단자(VOUT)의 부하상태가 무부하(VO1≥ VO+ΔVo/2)의 경우, 포토커플러(14)의 발광부(14a)에는

IPC=I4×α(α: 미러버)

로 되는 전류가 흐르고, 포토커플러(14)의 수광부(14b)(도 10 참조)에 광신호를 전달한다.

다음에 출력전압단자(VOUT)의 부하상태가 경부하(VO-ΔVo/2≤VO1≤VO+ΔVo/2)의 경우, 포토커플러(14)의 발광부(14a)에는,

0≤IPC≤I4×α(α: 미러비)

로 되는 선형성을 갖는 전류가 흐르고, 포토커플러(14)의 수광부(14b)로의 광신호도 선형성을 갖는 것으로 된다.

또한 출력전압단자(VOUT)의 부하상태가 중부하(VO1≤VO-ΔVo/2)의 경우, 포토커플러(14)의 발광부(14a)에는 전류가 흐르지 않기 때문에, 포토커플러(14)의 수광부(14b)로의 광신호 전달은 이루어지지 않는다.

이상과 같이, 전압검출용 반도체 장치(9)는, 출력전압단자(VOUT)의 전압변동에 선형성을 갖는 전류신호를 단자(PC)로부터 외부로 전달한다. 이 전압검출용 반도체 장치(9)로부터의 전류신호에 의해, 출력전압단자(VOUT)에의 전력공급을 조정하면, VOUT=VO로 되도록 제어하는 것이 가능하게 된다.

상기 전압검출용 반도체 장치(9)를 사용하고, 출력전압단자(VOUT)에의 전력공급을 조정하도록 한 경우, 이하의 효과가 있다.

(1) 포토커플러의 발광부(14a)에 흐르는 전류(IPC)(=αㆍI4, α:미러비)를 전압검출용 반도체 장치(9)의 정전류원(4), 스위치 소자(6), 및 스위치 소자(7)와 스위치 소자(8)로 구성되는 전류반복기 회로로 조정할 수 있기 때문에, 이 전류(IPC)를 스로틀함으로써, 검출시의 저소비전력화를 도모할 수 있다. 그리고, 상기에도 기재하였지만, 전압검출용 반도체 장치(9)의 회로전류를 저감하고 있기 때문에, 통상 동작시에 소비되는 전력을 저감할 수 있다. 구체적으로, 이 전압검출용 반도체 장치(9)와 저항(10,11), 그리고 포토커플러(14)에서 소비되는 전류의 합계값은, 종래예의 약 1/10 이하로 하는 것이 가능하다.

(2) 출력전압단자(VOUT)에 대해서, VOUT=VO±ΔVo/2 부근에 있어서, VOUT=VO로 되는 최적의 전력공급을 실시하는 것이 가능하기 때문에, 출력전압단자(VOUT)의 리플전압을 억제할 수 있게 된다.

(3) 전압검출회로의 부품점수는, 반도체 장치(9), 저항(10,11), 포토커플러(14), 평활 콘덴서(13) 및 콘덴서(15)의 합계 6점으로 되고, 부품점수가 삭감된다.

(제 2 실시형태)

도 4는 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서의 반도체 장치의 회로도이고, 도 5는 도 4의 반도체 장치를 이용한 전압검출용 회로의 회로도이고, 도 6은 이 전압검출회로의 단자(VO1)의 전압파형, 단자(VCC)의 전압파형, 단자(VO2)의 전압파형, 및 IPC 전류파형을 나타내는 도면이다.

도 4에 나타내는 반도체 장치는 도 1의 구성에 저항(16)이 추가되어 있다. 즉, 정전류원(4)과 스위치 소자(6) 사이에 저항(16)을 삽입 접속하고 있다. 이와 같이 저항(16)을 설치함으로써, 출력전압단자(VOUT)의 부하상태가 경부하(VO-ΔVo/2≤VO1≤VO+ΔVo/2)에 있어서의 단자(VO2)의 전압변동[즉 출력전압단자(VOUT)의 전압변동]에 대한 전류(IPC)의 선형성을 향상시킬 수 있다. 그 외의 구성, 동작, 및 특징은 도 1의 경우와 동일하다.

(제 3 실시형태)

도 7은 본 발명의 제 3 실시형태에 있어서의 반도체 장치의 회로도이고, 도 8은 도 7의 반도체 장치를 이용한 전압검출회로의 회로도이고, 도 9는 이 전압검출회로의 단자(VO1)의 전압파형, 단자(VCC)의 전압파형, 단자(VO2)의 전압파형, 및 IPC 전류파형을 나타내는 도면이다.

도 7에 나타내는 반도체 장치는 도 1의 구성에 정전류원(17)이 추가되어 있다. 즉, 정전류원(17)을 정전류원(14) 및 스위치 소자(6)와 병렬 접속하고 있다. 이와 같이 정전류원(17)을 설치함으로써, 출력전압단자(VOUT)의 전압이 원하는 전압(VO) 이하에 있어서, 포토커플러의 발광부(14a)에 있는 일정한 전류(αㆍI17)가 흐르고 있는 것만으로, 그 외의 구성, 동작, 및 특징은 도 1의 경우와 동일하다. 단, I17은 정전류원(17)의 전류를 나타내고, 또한 이 전류에 의해 포토커플러의 발광부(14a)는 발광하지 않는 레벨이다. 이 정전류원(17)이 접속되어 있음으로써, 전압검출용 반도체 장치(9)에 의한 출력전압단자(VOUT)의 전압검출 중에는, 스위치 소자(7)와 스위치 소자(8)의 게이트 전압이 항상 『H(하이)』상태로 고정되어 있기 때문에, 반도체 장치로서의 동작을 확실하게 한다.

다음에 본 발명의 실시형태에 있어서의 전원장치에 대해서 설명한다.

도 10은 트랜스를 사용한 스위칭 전원장치이며, 도 2의 전압검출회로를 사용한 제 1 전원장치이다. 입력전압전원(20)의 전압은 필터회로(21)를 통해서 정류회 로(22)에서 정류되고, 입력측 평활 콘덴서(23)에서 평활된다. 입력측 평활 콘덴서(23)에서 평활된 전압은, 트랜스(19)의 1차측 권선(19a)에 접속되고, 제어회로(25)에 의한 스위칭 소자(26)의 스위칭에 의해 트랜스의 2차측 권선(19b)에 에너지가 전달된다. 여기서, 도 10 중의 범위 27로 나타내는 바와 같이, 제어회로(25)와 스위칭 소자(26)가 동일 기판 상에 집적되면, 부품점수 삭감, 저비용화를 도모한다라는 이점이 있다.

2차측 권선(19b)에 전달된 에너지는 정류회로(18)를 통해서 출력측의 반도체 장치(9)와 저항(10,11), 그리고 포토커플러(14)에 공급된다. 출력측 평활 콘덴서(13)의 양단 전압은, 저항(10)과 저항(11)에 의해 분압되고, 전압검출용 반도체 장치(9)에 의해 원하는 전압으로 제어된다. 제어동작내용은 도 3의 설명과 동일하고, 전원으로서는 저소비전력으로 리플전압의 낮은 정밀도의 높은 출력전압이 얻어진다는 특징이 있다. 포토커플러의 발광부(14a)로부터 포토커플러의 수광부(14b)에 대해서, 출력전압단자(VOUT) 전압변동에 대해서 선형성을 갖는 출력신호가 전달되기 때문에, 제어회로(25)는 트랜스(19)를 통한 스위칭 소자(26)에 의한 출력전압단자(VOUT)의 부하상태에 따른 전력공급을 실시할 수 있다. 여기서, 도 2의 전압검출회로 대신에 도 5, 도 8에 나타내는 전압검출회로를 사용한 경우에도, 동작으로서는 마찬가지이다.

도 11은 도 10 중의 포토커플러(14)를 사용하지 않는 트랜스 사양의 비절연 스위칭 전원장치이며, 도 2의 전압검출회로를 사용한 제 2 전원장치이다. 전압검출용 반도체 장치(9)로부터 제어회로(25)에의 신호 전달이 광신호로부터 전류신호로 된 것 이외에는, 그 외의 구성, 동작, 및 특징은 도 10과 동일하다. 도 11 중의 범위 27로 나타내는 바와 같이, 도 10의 경우와 마찬가지로, 제어회로(25)와 스위치 송자(26)는 동일 기판 상에 집적되면, 부품점수 삭감, 저비용화를 도모한다라는 이점이 있다. 여기서, 도 2의 전압검출회로 대신에 도 5, 도 8에 나타내는 전압검출회로를 사용한 경우도, 동작으로서는 마찬가지이다.

도 12는 코일을 사용한 승압형 초퍼방식의 스위칭 전원장치이며, 도 2의 전압검출회로를 사용한 제 3 전원장치이다. 도 12 중의 단자(VIN)로부터 입력전압전원(20)의 전력이 입력되고, 다이오드로 이루어지는 정류회로(29)에 의해 정류되면, 입력측 평활 콘덴서(23)에 의해 평활된다. 입력측 평활 콘덴서(23)에 의해 평활된 전압은, 제어회로(25)에 의한 스위칭 소자(26)의 스위칭에 의해, 스위칭 소자(26)의 온상태시에는 코일(31)로부터 출력측 평활 콘덴서(13)에, 그리고 스위칭 소자(26)가 오프상태에 있어서는 회생용 다이오드(30)로부터 코일(31)을 통해서 출력측 평활 콘덴서(13)에 전력 공급이 이루어진다. 여기서, 도 12 중의 범위 27로 나타내는 바와 같이, 도 10, 도 11의 경우와 마찬가지로, 제어회로(25)와 스위칭 소자(26)는 동일 기판 상에 집적되면, 부품점수 삭감, 저비용화를 도모한다라는 이점이 있다.

출력측 평활 콘덴서(13)의 양단 전압은, 저항(10)과 저항(11)에 의해 분압되고, 전압검출용 반도체 장치(9)에 의해 원하는 전압으로 제어된다. 제어동작내용은 도 3과 동일하고, 전원으로서는 저소비전력으로 리플전압의 낮은 정밀도의 높은 출력전압이 얻어진다라는 특징이 있다. 포토커플러의 발광부(14a)로부터 출력신호가 포토커플러의 수광부(14b)에 전달되면, 수광부(14b)는 온상태로 되고, 제어회로(25)에 의한 스위칭 소자(26)의 온오프 제어는 정지한다. 이것에 의해, 출력측 평활 콘덴서(13)에의 전력공급은 정지한다. 여기서, 도 2의 전압검출회로 대신에 도 5, 도 8에 나타내는 전압검출회로를 사용한 경우에도, 동작으로서는 마찬가지이다.

도 13은 코일을 사용한 승압형 초퍼방식의 스위칭 전원장치이며, 도 2의 전압검출회로를 사용한 제 4 전원장치이다. 도 12에 나타내는 승압형 초퍼방식의 스위칭 전원장치에 있어서는, 전압검출신호 전달수단으로서 포토커플러(14)를 사용하고 있지만, 도 13에 있어서는, 제어회로(25)에 의한 스위칭 소자(26)의 온오프 제어를 정지하기 위한 FB 단자에 직접 전압검출용 반도체 장치(9)의 단자(PC)를 접속함으로써, 전류신호로서 출력전압단자(VOUT) 전압변동을 제어회로(25)에 전달한다. 여기서, 스위치 소자(7)는 입력전압(VIN)이 고전압인 경우, 고내압소자를 사용할 필요가 있다. 제어동작내용에 대해서는, 도 12와 동일하고, 전원으로서는 저소비전력으로 리플전압의 낮은 정밀도의 높은 출력전압이 얻어진다라는 특징이 있다.

도 13의 승압형 초퍼방식의 스위칭 전원장치에 있어서, 도 2의 전압검출회로 대신에 도 5, 도 8에 나타내는 전압검출회로를 사용한 경우에도, 제어동작내용은 도 12와 동일하고, 전원으로서는 저소비전력으로 리플전압의 낮은 정밀도의 높은 출력전압이 얻어진다라는 특징이 있다. 여기서, 제어회로(25)에 의한 스위칭 소자(26)의 온오프 제어를 하기 위해서 FB 단자로부터 흐르는 전류값(IFB과 IPC)의 대소관계는 IFB〉IPC이다. 전류값(IFB)은 제어회로(25)의 FB 단자전류, 전류값(IPC)은 출력전압검출용 반도체 장치(9)의 PC 단자전류능력이다. IFB〉IPC가 아니면, 제 어회로(25)에 의한 스위칭 소자(26)의 온오프 제어가 가능하지 않게 된다.

본 발명은, 전압을 검출하고, 그 검출신호를 제어회로에 전달할 필요성이 있는 기기 전반에 이용가능하고, 특히, 전원을 사용하는 경우, 가령 가전제품, 조명기기, 모터전원용으로서 유용하다.

본 발명의 전압검출회로, 전원장치 및 반도체 장치에 의하면, 전압검출정밀도의 향상 및 저소비전력화가 도모되고, 출력단자의 리플전압을 억제하고, 또는 구성부품점수의 삭감할 수 있는 효과를 가지고 있다.

Claims

고전위측 출력단자와 저전위측 출력단자 사이에 접속된 평활용 제 1 콘덴서;

상기 고전위측 출력단자와 저전위측 출력단자 사이에 직렬 접속된 제 1 및 제 2 저항;

상기 고전위측 출력단자와 저전위측 출력단자 사이의 원하는 전압을 상기 제 1 및 제 2 저항으로 분압한 경우의 제 1 전압과, 상기 고전위측 출력단자와 저전위측 출력단자 사이의 실제의 전압을 상기 제 1 및 제 2 저항으로 분압한 제 2 전압과의 오차를 증폭해서 출력하는 오차증폭기;

상기 고전위측 출력단자에 고전위가 공급되었을 때에 일정 전위를 기준전압단자에 출력하는 레귤레이터;

상기 기준전압단자와 저전위측 출력단자 사이에 접속된 제 2 콘덴서;

제어단자가 상기 오차증폭기의 출력단자에 접속된 제 1 스위치 소자와 상기 기준전압단자와 상기 제 1 스위치 소자의 고전위측 단자 사이에 접속된 제 1 정전류원을 갖고, 상기 제 1 스위치 소자의 상태에 따라 상기 제 1 정전류원으로부터 흐르는 전류의 소정 배의 전류를 검출신호 출력단자에 흘리는 전류반복기 회로;

상기 기준전압단자와 상기 제 1 스위치 소자의 제어단자 사이에 접속된 기동용 스위치 소자; 및

상기 기준전압단자의 전위가 소정의 기동전위 이상일 때에 상기 기동용 스위치 소자를 오프하고, 상기 소정의 기동전위 미만일 때에 상기 기동용 스위치 소자 를 온하는 기동ㆍ정지회로를 구비한 것을 특징으로 하는 전압검출회로.
제1항에 있어서, 상기 전류반복기 회로는, 상기 제 1 정전류원과, 상기 제 1 스위치 소자와, 제어단자 및 고전위측 단자가 상기 제 1 스위치 소자의 저전위측 단자에 접속되고, 저전위측 단자가 상기 저전위측 출력단자에 접속된 제 2 스위치 소자와, 제어단자가 상기 제 2 스위치 소자의 제어단자에 접속되고, 고전위측 단자가 상기 검출신호 출력단자에 접속되고, 저전위측 단자가 상기 저전위측 출력단자에 접속된 제 3 스위치 소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전압검출회로.
제2항에 있어서, 상기 전류반복기 회로는, 상기 제 1 정전류원과 상기 제 1 스위치 소자 사이에 삽입 접속한 저항을 설치한 것을 특징으로 하는 전압검출회로.
제2항에 있어서, 상기 전류반복기 회로는, 상기 제 1 정전류원 및 상기 제 1 스위치 소자와 병렬 접속한 제 2 정전류원을 설치한 것을 특징으로 하는 전압검출회로.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출신호 출력단자에 접속되고, 상기 검출신호 출력단자에 흐르는 전류에 대응한 신호를 외부로 전달하는 검출신호 전달수단을 설치한 것을 특징으로 하는 전압검출회로.
제1항에 있어서, 상기 오차증폭기와 상기 레귤레이터와 상기 기동용 스위치 소자와 상기 기동ㆍ정지회로와 상기 전류반복기 회로를 1개의 반도체 장치에 내장한 것을 특징으로 하는 전압검출회로.
고전위측 출력단자와 저전위측 출력단자 사이의 전압을 원하는 전압으로 제어하기 위한 출력전압검출부에, 제1항에 기재된 전압검출회로를 이용한 것을 특징으로 하는 전원장치.
제1항에 기재된 전압검출회로를 구성하는 중의, 상기 오차증폭기와 상기 레귤레이터와 상기 기동용 스위치 소자와 상기 기동ㆍ정지회로와 상기 전류반복기 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.