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CN111092543B - 开关电源控制用半导体装置和ac-dc变换器 - Google Patents

开关电源控制用半导体装置和ac-dc变换器 Download PDF

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CN111092543B CN201910999894.2A CN201910999894A CN111092543B CN 111092543 B CN111092543 B CN 111092543B CN 201910999894 A CN201910999894 A CN 201910999894A CN 111092543 B CN111092543 B CN 111092543B
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Abstract

一种开关电源控制用半导体装置和AC‑DC变换器，能准确地检测出欠压状态和插头拔出的状态。在具备X电容器的放电单元和进行交流电压的输入状态的检测的输入状态检测电路的电源控制用半导体装置中，输入状态检测电路具备：分压单元，其对高压输入启动端子的电压进行分压；比较器，其对分压后的电压和预定的电压进行比较，检测欠压状态的发生；峰值保持电路，其保持通过分压单元分压后的电压的峰值电压；比较器，其用于检测插头拔出状态的发生，其中，在设直到使峰值保持电路的电容器放电为止的延迟时间为Td1，用于判定插头拔出状态的延迟时间为Td2，用于判定欠压状态的延迟时间为Td3时，设定成Td1<Td2<Td3的关系，至少能够通过共通的计时电路计时延迟时间Td2和Td3。

Description

开关电源控制用半导体装置和AC-DC变换器
技术领域
本发明涉及电源控制用半导体装置，具体涉及在构成具备电压变换用变压器的开关电源装置的初级侧的控制用半导体装置以及使用它的AC-DC变换器中利用而有效的技术。
背景技术
在直流电源装置中，有开关电源控制方式的绝缘型AC-DC变换器，其由对交流电源进行整流的二极管桥电路、对通过该电路整流后的直流电压进行降压并变换为希望的电位的直流电压的DC-DC变换器等构成。
在绝缘型的AC-DC变换器中，一般为了使常模噪声衰减，在AC端子之间连接有X电容器，并且为了在插头从插座拔出时迅速地放电残留在X电容器中的电荷，而与X电容器并联连接有放电用的电阻。
但是，在与X电容器并联连接了放电用的电阻的结构的AC-DC变换器中，在连接了AC电源的过程中始终消耗电力，因此成为使无负载时、待机时的待机电力消耗增加的原因。
因此，为了减少待机时的消耗电力，提出了以下发明，即在电源控制用半导体装置内设置X电容器的放电用的开关，使得在检测出插头拔出时能够迅速地放电X电容器的残留电荷(例如参照专利文献1、2)。
另外，在构成开关电源装置的电源控制用半导体装置中，有时构成为具有欠压检测功能，即检测AC输入电压持续一定时间以上地降低到预定电压以下的欠压状态，停止开关控制(参照专利文献3)。另外，在专利文献3所公开的开关电源控制用半导体装置中，构成为具备启动电路和检测欠压状态的发生的比较器，只在启动电路的关断状态下进行欠压的检测，由此，使向启动电路的电流流入端子和用于检测欠压的电压检测端子共通。
另一方面，在专利文献2所公开的电源控制用半导体装置中，为了检测插头拔出而使用了连接了启动电路的高压输入启动端子(电流流入端子)。因此，在电源控制用半导体装置中，在设置欠压检测功能和X电容器的放电功能并利用高压输入启动端子作为兼用的检测端子的情况下，准确地检测出欠压状态和插头拔出的状态并执行对应的动作是极其重要的。
另外，专利文献2的发明为了检测插头拔出的状态的持续时间而使用计时电路，专利文献3的发明为了检测欠压状态的持续时间而使用延迟电路(计时电路)，存在以下这样的问题，即在希望设置计时数十ms(毫秒)那样的时间的计时电路的情况下，电路的专用面积显著变大，因此在电源控制用半导体装置中安装欠压检测功能和X电容器放电功能的双方的功能的情况下，如果分别独立地设置计时电路，则造成芯片大小的增大，并且如果多个计时电路同时动作，则容易产生噪声。
专利文献1：日本特开2012-170289号公报
专利文献2：日本特开2016-158310号公报
专利文献3：日本专利第5343393号公报
发明内容
本发明着眼于上述那样的问题，其目的在于：提供开关电源控制用半导体装置和AC-DC变换器，其在具备欠压检测功能和X电容器的放电功能的情况下，利用高压输入启动端子作为兼用的检测端子，能够准确地检测出欠压状态和插头拔出的状态。
本发明的其他目的在于：提供开关电源控制用半导体装置和AC-DC变换器，其在安装欠压检测功能和X电容器放电功能的双方功能的情况下，能够避免芯片大小的增大，并且抑制噪声的产生。
为了达到上述目的，本发明提供一种开关电源控制用半导体装置，其构成为具备：高压输入启动端子，其输入对交流电压进行整流而得到的电压；放电单元，其设置在该高压输入启动端子和接地点之间；输入状态检测电路，其与上述高压输入启动端子连接，进行上述交流电压的输入状态的检测，其中，
上述输入状态检测电路具备：分压单元，其对上述高压输入启动端子的电压进行分压，由高耐压电阻构成；峰值保持电路，其具备电容器和该电容器的放电用开关，保持通过上述分压电路分压后的电压的峰值电压；第一比较器，其用于对通过上述分压单元分压后的电压和对上述峰值保持电路所保持的电压进行比例缩小所得的电压进行比较来检测插头拔出状态的发生；第二比较器，其用于对通过上述分压单元分压后的电压和预定的电压进行比较来检测欠压状态的发生；计时电路，其能够计时预先设定的预定的时间；控制信号生成电路，其根据上述计时电路的输出，生成使上述放电单元接通的信号或使开关控制信号的输出停止的信号，
在设上述第二比较器的输出伴随着交流输入的降低而变化后到使上述电容器放电为止的延迟时间为Td1，用于判定上述插头拔出状态的延迟时间为Td2，用于判定上述欠压状态的延迟时间为Td3时，设定成Td1<Td2<Td3的关系，通过共通的计时电路至少能够计时上述延迟时间Td2和上述延迟时间Td3。
根据上述结构，设定为到使电容器放电为止的延迟时间Td1、用于判定插头拔出状态的延迟时间Td2、用于判定欠压状态的延迟时间Td3成为Td1<Td2<Td3的关系，因此在具备欠压检测功能和X电容器的放电功能的情况下，利用高压输入启动端子作为兼用的检测端子，能够准确地检测出欠压状态和插头拔出的状态。另外，共享计时电路，因此能够避免芯片大小的增大，并且抑制噪声的产生。进而，能够不只为了检测欠压状态，还为了判定插头拔出状态而共通地使用与高压输入启动端子连接的分压单元，与分别设置的情况相比，能够减小芯片大小。
在此，理想的是构成为具备：时钟生成电路，其生成预定周期的时钟信号；开关控制信号生成电路，其根据来自该时钟生成电路的时钟信号，生成上述开关控制信号，其中，
上述控制信号生成电路与上述计时电路计时了上述延迟时间Td2的情况对应地生成用于使上述放电单元接通的控制信号并输出，另一方面，与上述计时电路计时了上述延迟时间Td3的情况对应地生成欠压检测信号并供给到上述开关控制信号生成电路，使上述开关控制信号的输出停止。
根据该结构，能够根据输入到高压输入启动端子的电压，分别判别是AC插头拔出而需要进行X电容器的放电的状况、还是在低AC输入电平(欠压)状态下需要使开关控制信号(GATE)的输出停止的状况，准确地实施希望的控制。另外，即使在欠压状态下AC插头被拔出，也能够检测出该情况而使X电容器放电。进而，即使输入电平为过压，在输入电平低的定时AC插头被拔出的情况下，也不会错误地检测出欠压，而能够使X电容器放电。
另外，理想的是构成为上述控制信号生成电路与上述计时电路计时了上述延迟时间Td1的情况对应地生成用于使上述峰值保持电路的上述放电用开关接通来使上述电容器放电的控制信号。
如果在AC输入电平从过压变化为欠压时(图8的t1)，AC峰值电压的变动幅度大，则峰值保持电路无法瞬时地保持变化后的AC峰值。这样，根据各条件，欠压检测阈值会高于变化后的AC峰值，与只是AC输入低于预定值而应该是欠压的状态无关地，会判定为插头被拔出而进行错误的检测。根据上述结构，为了能够在计时电路计时了延迟时间Td1的时刻将峰值保持电路(电容器)所保持的电荷放电，将欠压检测阈值设定为适当的电平(变化后的AC峰值以下)，因此能够防止错误检测。
另外，理想的是构成为上述共通的计时电路与上述第一比较器和上述第二比较器的输出变化对应地被复位来开始计时动作，另一方面，直到上述第二比较器检测到欠压状态的开始并经过上述延迟时间Td3为止，即使上述第一比较器的输出有变化，也禁止上述计时电路的复位。
根据该结构，能够适当并且容易地生成计时电路的复位信号，并且在欠压状态的检测中计时电路不会被复位，因此能够通过共通的计时电路计时用于判定插头拔出状态的延迟时间Td2、用于判定欠压状态的延迟时间Td3。
进而，理想的是构成为上述共通的计时电路能够计时上述延迟时间Td1、上述延迟时间Td2和上述延迟时间Td3。根据该结构，能够使用共通的计时电路计时3个延迟时间，因此减小了计时电路的专用面积而避免芯片大小的增大，并且振荡周期不同的多个计时电路不会同时动作，因此能够抑制噪声的产生。
另外，由将多个触发器串联连接所成的分频电路构成上述计时电路，例如如果设定为Td2＝2Td1、Td3＝4Td1，则通过从Td3的计时信号的1/2的段取得Td2的计时信号，从Td3的计时信号的1/4的段取得Td1的计时信号，来得到上述延迟时间Td1、上述延迟时间Td2、上述延迟时间Td3，因此能够容易地生成各计时信号(超时信号)。
另外，理想的是具备：开关单元，其连接在上述高压输入启动端子和被施加对变压器的辅助绕组的感应电压进行整流所得的电压的电源端子之间；启动控制电路，其在向上述高压输入启动端子施加电压时控制上述开关单元，
上述开关单元由高耐压的耗尽型N沟道MOS晶体管构成，上述放电单元与上述开关单元以串联方式连接在上述高压输入启动端子和接地点之间。
根据该结构，不需要用高耐压的元件形成在发生了插头拔出状态时使高压输入启动端子的电荷放电的放电单元。
根据本发明，在具有欠压检测功能和X电容器放电功能的控制用半导体装置中，利用高压输入启动端子作为兼用的检测端子，能够准确地检测出欠压状态和插头拔出的状态。另外，欠压检测功能和X电容器放电功能在双方的功能中共享所需要的计时电路，因此具有以下效果，即能够减小计时电路的专用面积来避免芯片大小的增大，并且抑制噪声的产生。
附图说明
图1是表示本发明的作为绝缘型直流电源装置的AC-DC变换器的一个实施方式的电路结构图。
图2是表示图1的AC-DC变换器的变压器的初级侧开关电源控制电路(电源控制用IC)的结构例子的电路结构图。
图3是表示构成实施例的电源控制用IC的启动电路和欠压&插头拔出检测电路的结构例子的电路结构图。
图4是表示构成欠压&插头拔出检测电路的计时复位控制电路的结构例子的电路结构图。
图5是表示构成欠压&插头拔出检测电路的识别控制电路的结构例子的电路结构图。
图6是表示构成欠压&插头拔出检测电路的峰值保持电路和放电控制电路的结构例子的电路结构图。
图7是表示与AC输入的电平对应地产生的欠压检测用的比较器和插头拔出检测用的比较器的输出状态的4个模式的波形图。
图8是表示在进行通常的开关控制动作的中途发生了欠压状态，然后转移到AC输入充分高的过压状态并发生了插头拔出的情况下的动作定时的时序图。
图9是表示在进行通常的开关控制动作的中途转移到欠压状态，在该欠压中发生了插头拔出的情况下的动作定时的时序图。
图10是表示在进行通常的开关控制动作的中途转移到欠压状态，在短时间地恢复到AC输入充分高的过压状态后发生了插头拔出的情况下的动作定时的时序图。
附图标记说明
11：滤波器；12：二极管桥电路(整流电路)；13：开关电源控制用半导体装置(电源控制用IC)；14：次级侧检测电路(检测用IC)；15a：光电耦合器的发光侧二极管；15b：光电耦合器的受光侧晶体管；31：振荡电路；32：时钟生成电路；34：驱动器(驱动电路)；35：放大器(同相放大电路)；36a：过电流检测用比较器(过电流检测电路)；36b：电压/电流控制用比较器(电压/电流控制电路)；37：波形生成电路；38：频率控制电路；40：启动电路；41：启动控制电路；42：分压电路；43：比较器；44：动作开始电路；45：分压电路；46：比较器；50：欠压&插头拔出检测电路(输入状态检测电路)；51：分压电路；52：比较器(电压比较电路)；54：计时电路；55：下降沿检测电路；56A：峰值保持电路；58：识别控制电路(控制信号生成电路)；59：放电控制电路；S0：启动开关；Sd：放电开关；HV：高压输入启动端子；VDD：电源电压端子(电源端子)。
具体实施方式
以下，根据附图说明本发明的适合的实施方式。
图1是表示作为应用了本发明的开关电源控制用半导体装置的绝缘型直流电源装置的AC-DC变换器的一个实施方式的电路结构图。
本实施方式的AC-DC变换器具备：X电容器Cx，其为了使常模噪声衰减而连接在AC端子之间；噪声切断用的滤波器11，其由共模线圈等构成；二极管桥电路12，其对交流电压(AC)进行整流；平滑用电容器C1，其对整流后的电压进行平滑；电压变换用的变压器T1，其具备初级侧绕组Np、次级侧绕组Ns以及辅助绕组Nb。
另外，AC-DC变换器具备：开关晶体管SW，其与变压器T1的初级侧绕组Np串联连接，并由N沟道MOSFET构成；开关电源控制用半导体装置13，其对该开关晶体管SW进行驱动。在本实施方式中，开关电源控制用半导体装置13作为半导体集成电路(以下称为电源控制用IC)而形成在单晶硅那样的一个半导体芯片上。
在上述变压器T1的次级侧，设置有与次级侧绕组Ns串联连接的整流用二极管D2、连接在该二极管D2的阴极端子和次级侧绕组Ns的另一端子之间的平滑用电容器C2，通过使电流间歇地流过初级侧绕组Np而对在次级侧绕组Ns中感应的交流电压进行整流和平滑，由此输出与初级侧绕组Np和次级侧绕组Ns的线圈比对应的直流电压Vout。
进而，在变压器T1的次级侧，设置有构成用于切断在初级侧的开关动作中产生的开关纹波噪声等的滤波器的线圈L3和电容器C3，并且设置有：检测电路14，其用于检测输出电压Vout；作为光耦合器的发光侧元件的光电二极管15a，其与该检测电路14连接，将检测电压所对应的信号传递到电源控制用IC13。另外，在初级侧设置有：作为受光侧元件的光电晶体管15b，其连接在上述电源控制用IC13的反馈端子FB和接地点之间，接收来自上述检测电路14的信号。
另外，在本实施方式的AC-DC变换器的初级侧设置有整流平滑电路，其由与上述辅助绕组Nb串联连接的整流用二极管D0和连接在该二极管D0的阴极端子和接地点GND之间的平滑用电容器C0构成，通过该整流平滑电路整流、平滑后的电压被施加到上述电源控制用IC13的电源电压端子VDD。
另一方面，在电源控制用IC13中设置有：高压输入启动端子HV，其经由二极管D11、D12以及电阻R1被施加通过二极管桥电路12整流之前的电压，构成为在电源接通时(紧接着插头插入插座后)，能够通过来自该高压输入启动端子HV的电压而动作。
进而，在本实施方式中，在开关晶体管SW的源极端子和接地点GND之间连接有电流检测用的电阻Rs，并且在开关晶体管SW与电流检测用电阻Rs的节点N1和电源控制用IC13的电流检测端子CS之间连接有电阻R2。进而，在电源控制用IC13的电流检测端子CS和接地点之间连接有电容器C4，由电阻R2和电容器C4构成低通滤波器。
接着，使用图2说明上述电源控制用IC13的具体结构例子。
如图2所示，本实施例的电源控制用IC13具备：振荡电路31，其以与反馈端子FB的电压VFB对应的频率振荡；时钟生成电路32，其根据通过该振荡电路31生成的振荡信号生成产生使初级侧开关晶体管SW接通的定时的时钟信号CK，由单触发脉冲生成电路那样的电路构成；RS触发器33，其通过时钟信号CK被置位；驱动器(驱动电路)34，其与该触发器33的输出对应地生成开关晶体管SW的驱动脉冲(GATE)。
另外，电源控制用IC13具备：放大器35，其对输入到电流检测端子CS的电压Vcs进行放大；作为电压比较电路的比较器36a，其对通过该放大器35放大后的电位Vcs`和用于监视过电流状态的比较电压(阈值电压)Vocp进行比较；波形生成电路37，其基于反馈端子FB的电压VFB，生成预定的波形的电压RAMP；比较器36b，其对通过上述放大器35放大后的电位Vcs`和通过波形生成电路37生成的波形RAMP进行比较；或门G1，其取得比较器36a和36b的输出的逻辑和。
上述或门G1的输出RS被输入到上述触发器33的复位端子，由此产生使开关晶体管SW关断的定时。此外，在反馈端子FB和内部电源电压端子之间设置有升压电阻或恒流源，通过该电阻将流过光电晶体管15b的电流变换为电压。
另外，本实施例的电源控制用IC13具备：频率控制电路38，其与反馈端子FB的电压VFB对应地，依照预定的特性使上述振荡电路31的振荡频率即开关频率变化。虽未图示，但振荡电路31可以具备使得流过与来自频率控制电路38的电压对应的电流的电流源，由振荡频率根据该电流源流过的电流的大小而变化的振荡器构成。
此外，在电源控制用IC13中也可以设置占空比限制电路，其根据从上述时钟生成电路32输出的时钟信号CK，生成用于施加限制以使驱动脉冲(GATE)的占空比(Ton/Tcycle)不超过预先规定的最大值(例如85％～90％)的最大占空比复位信号。
进而，在本实施例的电源控制用IC13中设置有：启动开关S0，其连接在高压输入启动端子HV和电源电压端子VDD之间；启动电路(开启电路)40，其如果经由上述电阻R1向高压输入启动端子HV输入了电压，则使启动开关S0接通来使IC启动；欠压&插头拔出检测电路50，其检测欠压状态而生成用于使开关控制停止的信号，并且检测AC电源的插头是否从插座拔出，生成用于使X电容器Cx(图1)的放电开关接通的信号；内部电源电路60，其基于电源电压端子VDD的电压，生成内部电路的动作所需要的内部电源电压。
在图3中，表示出图2的电源控制用IC中的启动电路40和欠压&插头拔出检测电路50的结构例子、构成内部电源电路60的2个调节器。
如图3所示，内部电源电路60具备：基准电压电路61，其生成基准电压VREF；调节器62，其生成启动电路40和欠压&插头拔出检测电路50的电源电压；调节器63，其生成内部电路(图2所示的电路模块31～38)的电源电压。其中，构成为调节器62只要电源电压端子VDD的电压为由该调节器的特性决定的预定的电压以上则持续动作，调节器63即使电源电压端子VDD的电压为预定的电压以上，也能够根据控制信号停止动作。
如图3所示，具备：启动控制电路41，其为了控制开关电源控制用半导体装置13的启动而控制连接在高压输入启动端子HV和电源电压端子VDD之间的启动开关S0；分压电路42，其由串联连接在电源电压端子VDD和接地点之间的电阻R3、R4构成；比较器43，其将分压后的电压和参照电压Vref1作为输入，具有滞后特性。此外，启动开关S0由常通的高耐压的耗尽型N沟道MOS晶体管构成。
高压输入启动端子HV和电源电压端子VDD的电位差在插头插入插座之前是0V，如果通过插头的插入而向高压输入启动端子HV施加了电压，则通过常通的启动开关S0从高压输入启动端子HV向电源电压端子VDD流过电流，对外接于VDD端子的电容器C0(图1)进行充电，VDD端子的电压逐渐上升。因此，高压输入启动端子HV作为电流流入端子发挥功能。
启动控制电路41如果VDD端子例如达到21V那样的预定的电压，则使启动开关S0关断。然后，如果VDD端子例如达到21V那样的预定的电压，则调节器63动作，开始内部电路对开关晶体管SW的开关控制。另一方面，在VDD端子降低到调节器62的动作停止电压(例如VDD＝6.5V)的情况下，将开关S0接通，VDD端子的电压再次上升到21V。
另外，在保护功能或欠压检测功能工作的情况下，启动控制电路41根据比较器43的输出，在某一定电压范围内对VDD端子电压进行控制。例如构成为重复执行以下的控制，即如果VDD端子的电压例如降低到12V，则使开关S0接通，从高压输入启动端子HV向电源电压端子VDD流过电流，如果VDD端子的电压例如上升到13V，则使开关S0关断，切断来自高压输入启动端子HV的电流。
另外，启动电路40具备：动作开始电路44，其始终监视电源电压端子VDD的电压，如果VDD例如达到19.6V那样的电压，则生成启动生成内部电路的电源电压的调节器63而使内部电路的动作开始的信号；分压电路45，其由串联连接在电源电压端子VDD和接地点之间的电阻R5、R6构成；动作停止电路46，其由比较器(电压比较电路)构成，对分压后的电压和参照电压Vref2进行比较，如果VDD例如降低到6.5V，则使生成内部电源电压的调节器63停止来使内部电路的动作停止。动作开始电路44既可以是构成为不需要参照电压就能够检测监视对象成为预定的电压以上的电路，也可以由使用参照电压的比较器(电压比较电路)构成。
构成为动作开始电路44的输出信号输入到RS触发器(RS1)47的置位端子，另一方面，上述动作停止电路46的输出信号经由或门G2输入到RS触发器47的复位端子，将触发器47的输出信号作为生成内部电路的电源电压的调节器63的动作控制信号而提供。此外，上述启动控制电路41例如可以由连接在启动开关S0的栅极端子和VDD端子之间的电阻、反向地连接在S0的栅极端子和接地点之间的齐纳二极管、与该齐纳二极管并联连接的MOS晶体管、将来自比较器43、动作开始电路44、动作停止电路46的信号、来自欠压&插头拔出检测电路50的信号BOS、BOE作为输入而使MOS晶体管接通、断开的逻辑电路等构成。
进而，在启动电路40中设置有：放电单元，其由在高压输入启动端子HV和接地点之间与启动开关S0串联连接的电阻Rd和开关Sd构成。由于图纸的限制，将放电单元(Rd、Sd)示出在启动电路40内，但也可以构成为与启动电路40分别的功能电路。放电用的开关Sd例如可以由中耐压的增强型MOS晶体管构成。
欠压&插头拔出检测电路50具备：分压电路51，其由串联连接在高压输入启动端子HV和接地点之间的高耐压的电阻R7、R8构成；比较器52，其用于对通过该分压电路51分压后的电压和参照电压Vref3进行比较，检测HV的电压例如下降到AC输入的峰值的2/3左右的电压或设定为小于100V的阈值的情况，并具有滞后特性；RS触发器(RS2)53，其根据使该比较器52的输出反转的反相器INV的输出信号而动作。构成为将该触发器53的反转输出QB作为使开关元件SW的驱动脉冲的输出停止的输出停止信号GSC而向驱动器34(图2)供给。由此，在低AC输入状态下接通AC电源、即在欠压状态下启动电源控制用IC，并在该状态下通过启动电路40向VDD端子流过电流，VDD端子的电位达到IC动作开始电压的情况下，能够使得不输出开关元件SW的驱动脉冲(GATE)。
另外，构成为欠压&插头拔出检测电路50具备从欠压的检出、插头拔出的检出开始计时预定的延迟时间的计时电路54、检测该计时电路54的输出信号的下降沿的边沿检测电路55，并且计时电路54的输出信号输入到上述RS触发器53的复位端子。
此外，可以考虑例如选择60ms作为从欠压的检出的延迟时间，例如选择30ms作为从插头拔出的检出的预定的延迟时间。另外，计时电路54构成为根据由将调节器62作为电源的环形振荡器等构成的振荡器的信号而进行计时动作。
进而，欠压&插头拔出检测电路50具备：峰值保持电路56A，其保持通过对高压输入启动端子HV的电压进行分压的分压电路51分压后的电压的峰值；比较器56B，其对通过连接在峰值保持电路56A的输出端子和接地点之间的电阻R9、R10分压后的电压和通过分压电路51分压后的电压进行比较。另外，具备：计时复位控制电路57，其将该比较器56B的输出和上述比较器52以及与门G3的输出信号作为输入；识别控制电路58，其设置在计时电路54的后级；放电控制电路59，其根据比较器56B的输出、计时电路54的输出和识别控制电路58的输出，生成构成峰值保持电路56A的电容器(图6的C4)的放电信号。
在本实施例中，计数电路54能够从欠压的检出、插头拔出的检出开始计时预定的延迟时间、以及用于放电峰值保持电路56A的信号的延迟时间。另外，以如下方式构成识别控制电路58，即通过计时电路54计时通过分压电路51分压后的电压Vn0不低于对峰值保持电路56A所保持的电压进行比例缩小所得的电压VTH(例如峰值的75％的值)的时间，由此判定插头拔出。具体地说，识别控制电路58如果Vn0不低于VTH的时间例如持续30ms，则判定为插头拔出，输出X电容器的放电信号。此外，作为用于判定插头拔出的阈值电平的VTH被设定为在AC输入充分高的通常动作时比欠压检出电平高的值。
另外，根据将上述比较器52的输出信号和构成启动电路40的触发器47的输出信号作为输入的与门G3的输出信号，开始计时电路54的计时动作，如果从欠压的检出经过了预定的延迟时间(例如60ms)，则根据计时电路54的输出信号，识别控制电路58判定为是欠压状态，输出欠压检测信号BOS，RS触发器53通过该信号被复位，输出驱动脉冲的输出停止信号GSC。
进而，在由于检测出欠压而停止输出后，如果高压输入启动端子HV的电压上升，比较器52的输出信号反转，则通过反相器INV，RS触发器53被置位，输出停止信号GSC变化为低电平，解除输出停止状态。另外，由于比较器52的输出信号的反转，与门G3的输出变化为低电平，通过计时复位控制电路57内的下降沿检测电路(图4的DED)检测出其下降沿，计时电路54复位，由此，计时电路54的输出(TM3)变化，从接收到该信号的识别控制电路58输出的欠压检测信号BOS变化为低电平，从检测出其下降沿的边沿检测电路55输出欠压结束信号(脉冲)BOE。该欠压结束信号(脉冲)经由上述或门G2使RS触发器47复位。
在图4中表示出构成图3的欠压&插头拔出检测电路50的计时复位控制电路57的具体电路例子，在图5中表示出识别控制电路58的具体电路例子，在图6中表示出峰值保持电路56A和放电控制电路59的具体电路例子。
如图4所示，计时复位控制电路57具备：或门G4，其将插头拔出检测用的比较器56B的输出CMP1和与门G3的输出作为输入；与非门G5，其将比较器56B的输出CMP1、欠压检测用的比较器52的输出CMP2、从识别控制电路58输出的欠压检测信号BOS作为输入；与门G6，其将该与非门G5的输出和上述或门G4的输出作为输入；上升沿检测电路UED，其检测与门G6的输出的上升沿；下降沿检测电路DED，其检测与门G6的输出的下降沿。
进而，计时复位控制电路57具备：或非门G7，其将上述上升沿检测电路UED的输出和下降沿检测电路DED的输出作为输入；与门G8，其将从识别控制电路58输出的X电容器放电信号XCD和从计时电路54输出的插头拔出检测延迟时间Td2的超时信号TM2作为输入；或门G9，其将该与门G8的输出和上述或非门G7的输出作为输入；与门G10，其将通过反相器INV2使从识别控制电路58输出的欠压结束信号BOE反转所得的信号作为输入，其中，将与门G10的输出作为复位信号RST向计时电路54供给。
如图5所示，识别控制电路58具备：与(AND)门G11，其将插头拔出检测用的比较器56B的输出CMP1和欠压检测用的比较器52的输出CMP2作为输入；D型触发器FF1，其将该与门G11的输出作为时钟信号，取得作为计时复位控制电路57的输出的复位信号RST；与门G12，其将峰值保持电路的放电延迟时间Td1的超时信号TM1和欠压检测延迟时间Td3的超时信号TM3作为输入；或(OR)门G13，其将该与门G12的输出和通过反相器INV3使复位信号RST反转所得的信号作为输入。
另外，识别控制电路58具备：或门G14，其将上述D型触发器FF1的输出和放电控制电路59的输出信号“放电(discharge)”作为输入；RS触发器FF2，其通过该或门G14的输出和上述或门G13的输出被置位/复位；与门G15，其将该触发器FF2的反转输出与插头拔出检测延迟时间Td2的超时信号TM2作为输入，其中，将与门G15的输出作为X电容器的放电信号XCD输出。
进而，识别控制电路58具备：与门G20，其将欠压检测延迟时间Td3的超时信号TM3和与门G3(图3)的输出作为输入；RS触发器FF3，其通过该与门G20的输出和通过反相器INV4使与门G3的输出反转所得的信号被置位/复位，其中，将触发器FF3的输出作为欠压检测信号BOS输出。
如图6所示，放电控制电路59具备：RS触发器FF4，其通过峰值保持电路的放电延迟时间Td1的超时信号TM1和通过反相器INV5使插头拔出检测用的比较器56B的输出CMP1反转所得的信号被置位/复位；上升沿检测电路UED2，其检测峰值保持电路的放电延迟时间Td1的超时信号TM1的上升沿；与门G16，其将上升沿检测电路UED2的输出和RS触发器FF4的输出作为输入。
另外，放电控制电路59具备：与门G17，其将RS触发器FF4的反转输出和欠压检测信号BOS作为输入；RS触发器FF5，其通过该与门G17的输出和欠压结束信号BOE被置位/复位；与门G18，其将RS触发器FF5的反转输出和上述与门G16的输出作为输入，其中，将该与门G18的输出作为放电控制电路59的输出信号“放电(discharge)”向峰值保持电路56A输出。
峰值保持电路56A如图3、6所示，由阳极端子与分压电路51的节点连接的二极管D4、连接在该二极管D4的阴极端子和接地点之间的电容元件C4、由输入端子连接到二极管D4与电容元件C4的连接节点的电压跟随器构成的缓冲器BFF4、与电容元件C4并联连接的放电开关S4构成。放电开关S4根据放电控制电路59的输出信号“放电(discharge)”而接通，由此电容元件C4的电荷被放电。
在此，从放电控制电路59向峰值保持电路56A的放电信号(脉冲)“放电”被设定得如果在计时电路54被复位后经过了预定时间(例如15ms)则被输出而使放电开关S4接通。这样对峰值保持电路56A的电容器C4进行放电是因为：如果在AC输入的峰值电压下降时保持了之前的高的峰值，则无法准确地检测出用于X电容器放电的插头拔出。因此，将用于计时器对峰值保持电路56A的放电的计时时间设定得比X电容器放电检测时间短。
如上述那样，构成为通过共通的计时电路54计时欠压检测延迟时间、插头拔出检测延迟时间和放电延迟时间，由此与分别构成计时电路的情况相比，能够减小电路的专有面积，减小IC的芯片大小。另外，将欠压检测延迟时间、插头拔出检测延迟时间和放电延迟时间分别如60ms、30ms、15ms那样设定为倍数的关系，由此，在用将多个触发器串联连接而成的分频电路构成计时电路54的情况下，从60ms的计时信号的1/2段取得30ms的计时信号，并从60ms的计时信号的1/4段取得15ms的计时信号即可，因此具有容易生成计时信号(超时信号)的优点。
另外，设置计时复位控制电路57和识别控制电路58是因为：与AC输入的电平对应地，插头拔出检测用的比较器56B(插头拔出比较器)的输出CMP1和欠压检测用的比较器52(欠压比较器)的输出CMP2的状态被分为图7的(A)～(D)所示的4种情况，如果没有掌握各个状态，则在用共通的计时电路计时上述3种延迟时间的情况下，难以设定使计时器复位的定时。具体地说，例如在检测欠压的期间，如果为了开始放电延迟时间的计时而复位计时电路54，则欠压检测延迟时间的计时会中断，因此必须避免这样的动作。
图7的(A)～(D)中的图7的(A)是在AC输入电平充分高而电源控制用IC13进行通常动作时、并且AC输入比插头拔出检出电平高的定时发生了插头拔出的情况下的波形图，在该情况下，插头拔出检测用的比较器56B和欠压检测用的比较器52的输出CMP1、CMP2都为低电平。
图7的(B)是在AC输入电平充分高而电源控制用IC13进行通常动作时、并且AC输入比欠压检出电平低的定时发生了插头拔出的情况下的波形图，在该情况下，插头拔出检测用的比较器56B和欠压检测用的比较器52的输出CMP1、CMP2都为高电平。
图7的(C)是在AC输入电平比欠压检出电平低的状态下、AC输入比插头拔出检出电平高的定时发生了插头拔出的情况下的波形图，在该情况下，插头拔出检测用的比较器56B的输出CMP1为低电平，欠压检测用的比较器52的输出CMP2为高电平。
图7的(D)是在AC输入电平比欠压检出电平低的状态下、AC输入比欠压检出电平低的定时发生了插头拔出的情况下的波形图，在该情况下，插头拔出检测用的比较器56B和欠压检测用的比较器52的输出CMP1、CMP2都为高电平。
参照图7的(B)、(D)可知，只在插头拔出检测和欠压检测中，发生了各个比较器输出成为相同逻辑的状况，无法准确地检测出在怎样的AC输入状态(过压或欠压)下插头被拔出。在图4所示的欠压&插头拔出检测电路50中，掌握上述那样的4个状态，与各个状态对应地对计时电路54进行复位，由此能够准确地检测出欠压状态和插头拔出状态。
在图8中表示出以下情况下的电源控制用IC13内的各部的电压波形，即在AC输入充分高的状态下电源控制用IC13进行开关控制动作的中途AC输入下降，欠压状态持续一段时间后，再次转移到AC输入充分高的状态，发生了插头拔出。在图8中，t1是AC输入降低而进入欠压状态的定时，t2是峰值保持电容的放电定时，t4是AC输入上升而从欠压状态脱离的定时，t5是发生了插头拔出的定时。
根据图8可知，与计时复位控制电路57的与门G6的输出同步地生成计时电路54的复位脉冲，作为结果，变得与比较器56B的输出同步。并且，为了更准确测量各种计时时间，根据比较器56B的输出的上升沿和下降沿分别生成复位脉冲。计时电路54构成为在每次输入复位脉冲时，从0开始计时动作。
另外，根据图8可知，在从AC输入降低而进入欠压状态的定时t1到欠压检测信号变化为高电平的定时t3为止的期间T1、从发生了插头拔出的定时t5到X电容器放电信号变化为高电平的定时t6为止的期间T2中，不生成计时电路54的复位脉冲。由此，计时电路54能够从定时t1开始计时用于检测欠压的延迟时间Td3，从定时t5开始计时用于检测插头拔出的延迟时间Td2，并使各个对应的信号变化。
另外，在从进入欠压状态的定时t1经过了峰值保持电路56A的放电的延迟时间Td1后的定时t2，输出峰值保持电容的放电信号(脉冲)“放电”，在峰值保持电路56A的电容器C4放电后，充电相当于在欠压下降低的AC输入的电荷，由此，插头拔出检测电平向变低的方向变化，以后，根据该检测电平判定插头拔出状态。此外，在AC输入上升而从欠压状态脱离的情况下，是检测电平上升的方向，因此不需要放电峰值保持电路56A的电容器4，因此在定时t4不生成放电信号(脉冲)“放电”。此外，该放电脉冲不需要使电容器C4的电荷完全放电，具有下降到欠压检测电平以下的脉冲宽度即可。
在图9中表示出以下情况下的电源控制用IC13内的各部的电压波形，即在AC输入充分高的状态下电源控制用IC13进行开关控制动作的中途，AC输入下降而转移到欠压状态，在该欠压中发生了插头拔出。在图9中，t11是AC输入降低而进入欠压状态的定时，t14是发生了插头拔出的定时。
根据图9可知，在从AC输入降低而进入欠压状态的定时t11开始计时了用于检测欠压的延迟时间Td3的定时t13，欠压检测信号变化为高电平，开关停止。然后，在欠压中发生了插头拔出的情况下，在从定时t14开始计时了延迟时间td2后的定时t15，X电容器放电信号也变化为高电平。另外，在从进入欠压状态的定时t11经过了延迟时间Td1的定时t12，输出峰值保持电路56A的电容器C4的放电信号(脉冲)。
在图10中表示出以下情况下的电源控制用IC13内的各部的电压波形，即在AC输入充分高的状态下电源控制用IC13进行开关控制动作的中途，AC输入下降而转移到欠压状态，然后在经过延迟时间Td3之前恢复为AC输入充分高的状态，发生了插头拔出。在图10中，t21是AC输入降低而进入欠压状态的定时，t23是发生了插头拔出的定时。
根据图10可知，在此，欠压状态是暂时的，因此欠压检测信号不向高电平变化，而持续进行开关。另一方面，在从发生了插头拔出的定时t23开始计时了延迟时间Td2后的定时t24，X电容器放电信号变化为高电平。另外，在从进入欠压状态的定时t21经过了延迟时间Td1的定时t22，输出峰值保持电路56A的电容器C4的放电信号(脉冲)。
此外，上述图8～图10的时序图中的图8和图10相当于图7的(A)，另外图9相当于图7的(C)，对于在图7的(B)、(D)那样的定时发生了插头拔出的情况，省略详细的时序图，但根据上述实施例的欠压&插头拔出检测电路50，在任意的情况下，在图7的(B)和(D)中都能够在最后在插头拔出检测用的比较器56B的输出变化为高电平的定时t0，对计时电路54进行复位而开始延迟时间Td2的计时，在计时了Td2后的时刻，识别控制电路58判定为发生了插头拔出，使X电容器放电信号变化为高电平，使X电容器放电。
另外，如上述那样，根据上述实施例，即使在欠压状态下AC插头被拔出，也能够检测出该情况而使X电容器放电。进而，即使输入电平为过压，在输入电平低的定时AC插头被拔出的情况下，也不会错误地检测出欠压，能够使X电容器放电。
以上，根据实施方式具体说明了本发明人提出的发明，但本发明并不限于上述实施方式。例如，在上述实施方式(图3)中，根据从计时电路54的后级的识别控制电路58输出的X电容器的放电信号XCD直接控制放电用开关Sd，但也可以如图3中的虚线所示那样，构成为将X电容器的放电信号XCD输入到启动控制电路41，根据通过启动控制电路41的逻辑生成的控制信号，控制放电用开关Sd。另外，将放电用的电阻Rd和放电用开关Sd设置成在高压输入启动端子HV和接地点之间与电源供给用的开关S0串联连接，但也可以将放电用的电阻Rd和放电用开关Sd设置在高压输入启动端子HV和接地点之间。其中，在该情况下，作为构成放电用开关Sd的MOS晶体管，需要是高耐压的(能够对应于AC输入的耐压)。
另外，在上述实施方式中，通过共通的计时电路54计时欠压检测延迟时间、插头拔出检测延迟时间、峰值保持电路的放电延迟时间这3个延迟时间，但也可以构成为通过共通的计时电路54计时欠压检测延迟时间、插头拔出检测延迟时间这2个延迟时间，而通过另外设置的计时电路计时比较短的峰值保持电路的放电延迟时间。
另外，使电流间歇地流过变压器的初级侧绕组的开关晶体管SW为与电源控制用IC13分别的元件，但也可以将该开关晶体管SW放入电源控制用IC13中而构成为1个半导体集成电路。
进而，在上述实施方式中，说明了将本发明应用于构成反激方式的AC-DC变换器的电源控制用IC的情况，但本发明也能够应用于构成正激型、伪共振型的AC-DC变换器、以及只根据在初级侧取得的信息进行次级侧的输出电压的控制的PSR(初级侧调节)方式的AC-DC变换器的电源控制用IC。

Claims (6)

1.一种开关电源控制用半导体装置，其具备：高压输入启动端子，其输入对交流电压进行整流而得到的电压；放电单元，其设置在该高压输入启动端子和接地点之间；输入状态检测电路，其与上述高压输入启动端子连接，进行上述交流电压的输入状态的检测，其特征在于，
上述输入状态检测电路具备：
分压单元，其对上述高压输入启动端子的电压进行分压，由高耐压电阻构成；
峰值保持电路，其具备电容器和该电容器的放电用开关，保持通过上述分压单元分压后的电压的峰值电压；
第一比较器，其用于对通过上述分压单元分压后的电压和对上述峰值保持电路所保持的电压进行比例缩小所得的电压进行比较来检测插头拔出状态的发生；
第二比较器，其用于对通过上述分压单元分压后的电压和预定的电压进行比较来检测欠压状态的发生；
计时电路，其能够对预先设定的预定的时间进行计时；以及
控制信号生成电路，其根据上述计时电路的输出，生成使上述放电单元接通的信号或使开关控制信号的输出停止的信号，
在设上述第二比较器的输出伴随着交流电压的降低而变化后到使上述电容器放电为止的延迟时间为Td1，用于判定上述插头拔出状态的延迟时间为Td2，用于判定上述欠压状态的延迟时间为Td3时，设定成Td1<Td2<Td3的关系，通过上述计时电路至少能够对上述延迟时间Td2和上述延迟时间Td3进行计时，
上述控制信号生成电路在上述计时电路计时了上述延迟时间Td1的情况下生成用于使上述峰值保持电路的上述放电用开关接通来使上述电容器放电的控制信号。
2.根据权利要求1所述的开关电源控制用半导体装置，其特征在于，
该开关电源控制用半导体装置具备：
时钟生成电路，其生成预定周期的时钟信号；以及
开关控制信号生成电路，其根据来自该时钟生成电路的时钟信号，生成上述开关控制信号，
上述控制信号生成电路在上述计时电路计时了上述延迟时间Td2的情况下生成用于使上述放电单元接通的控制信号并输出，另一方面，在上述计时电路计时了上述延迟时间Td3的情况下生成欠压检测信号并供给到上述开关控制信号生成电路，使上述开关控制信号的输出停止。
3.根据权利要求1或2所述的开关电源控制用半导体装置，其特征在于，
上述计时电路与上述第一比较器和上述第二比较器的输出变化对应地被复位来开始计时动作，另一方面，直到上述第二比较器检测到欠压状态的开始并经过上述延迟时间Td3为止，即使上述第一比较器的输出有变化，也禁止上述计时电路的复位。
4.根据权利要求1或2所述的开关电源控制用半导体装置，其特征在于，
上述计时电路能够对上述延迟时间Td1、上述延迟时间Td2和上述延迟时间Td3进行计时。
5.根据权利要求1或2所述的开关电源控制用半导体装置，其特征在于，
该开关电源控制用半导体装置具备：
开关单元，其连接在上述高压输入启动端子和被施加对变压器的辅助绕组的感应电压进行整流所得的电压的电源端子之间；以及
启动控制电路，其在向上述高压输入启动端子施加电压时控制上述开关单元，
上述开关单元由高耐压的耗尽型N沟道MOS晶体管构成，上述放电单元与上述开关单元以串联方式连接在上述高压输入启动端子和接地点之间。
6.一种AC-DC变换器，其特征在于，具备：
权利要求1~5的任意一项所述的开关电源控制用半导体装置；
变压器，其具备辅助绕组，初级侧绕组被施加对交流电压进行整流而得到的电压；以及
开关元件，其与上述初级侧绕组连接，
使用上述开关电源控制用半导体装置控制上述开关元件。
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