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CN111092552B - 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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Abstract

本发明提供开关电源控制用半导体装置和AC‑DC变换器，能够与启动电路的接通、关断状态无关地使欠压检测功能有效。在具备启动电路和欠压检测电路的开关电源控制用半导体装置中，启动电路具备：滞后比较器，其将电源端子的电压作为输入；启动控制电路，其根据该比较器的输出对启动开关进行接通、关断控制；动作开始电路，其不使用进行比较的电压，生成用于使内部电路动作的信号，欠压检测电路具备：比较器，其根据对电流流入端子的电压进行分压后的电压检测欠压状态的发生；计时电路，其将该比较器的输出和动作开始电路的输出作为输入，计时欠压状态持续了一定时间的情况；输出停止电路，其根据计时电路的输出使输出停止。

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在使用它的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。作为该AC-DC变换器，例如已知一种开关电源装置，其以PWM(脉冲宽度调制)控制方式、PFM(脉冲频率调制)控制方式等对与电压变换用变压器的初级侧绕组串联连接的开关元件进行开、关驱动，控制流过初级侧绕组的电流，控制在次级侧绕组中感应的电压。
另外，在开关控制方式的AC-DC变换器中，有时构成为使用具备辅助绕组的变压器，将对在初级侧绕组间歇地流过电流时在辅助绕组中感应的电压进行整流、平滑所得的电压作为电源电压供给到电源控制电路(IC)，在IC内部内置生成适合于内部电路的电平的动作电压的内部电源电路(参照专利文献1)。
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(brown out)状态，停止开关控制(参照专利文献2)。
但是，在专利文献2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、检测欠压状态的发生的比较器，通过将启动电路控制为关断状态来进行欠压的检测，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化。因此，在希望使欠压检测功能有效的情况下，将启动电路设为关断状态。这是为了能够不受到从输入交流电源线到电流流入端子的阻抗的影响地检测欠压。
即，在插入插头时等电源接通后立即接通启动电路，由此流过比较大的流入电流，但电流流入端子(高压启动端子)连接有外接的电阻(限流电阻)，因此如果利用向启动电路的电流流入端子(高压启动端子)作为用于检测欠压的电压检测端子，则由于连接在AC输入端子和电流流入端子之间的外接电阻(限流电阻)的影响，在启动开关接通而流过电流时，电流流入端子会相对于交流电源(AC)产生电压降，变得比本来希望检测的交流电压值低，由于外接电阻的电阻值，电流流入端子的电压有可能成为欠压电平而错误地判定为欠压。
专利文献1：日本特开2014-082831号公报
专利文献2：日本专利第5343393号公报
发明内容
本发明的目的在于：提供一种开关电源控制用半导体装置，其与启动电路的接通、断开状态无关地使欠压检测功能有效，并且在交流电源接通时、从过负荷保护动作恢复等的再启动时、由于从欠压变化到过压(brown in)而进行的再启动时，能够使欠压检测功能无效来防止错误动作。
本发明的其他目的在于：提供一种开关电源控制用半导体装置，其不使用需要用于电压比较的参照电压的比较器(电压比较电路)，就能够检测出输入电压的上升沿而迅速地开始内部电路的动作。
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，其具备：电源端子，其被输入通过外接的电容器对在变压器的辅助绕组中感应出的电压进行平滑所得的电压，该变压器具备上述辅助绕组并且初级侧绕组被施加对交流电压进行整流而得到的电压；电流流入端子，其经由电阻被输入对上述交流电压进行整流而得到的电压；启动电路，其经由连接在该电流流入端子和上述电源端子之间的开关单元向上述电源端子流过电流，对上述电容器进行充电；欠压检测电路，其与上述电流流入端子连接，进行欠压的检测，该开关电源控制用半导体装置生成与上述变压器的初级侧绕组串联连接的开关元件的控制信号，
上述启动电路具备：
第一比较器，其将上述电源端子的电压作为输入，具有第一阈值和比该第一阈值低的第二阈值；
启动控制电路，其根据上述第一比较器的输出，对上述开关单元进行接通、关断控制；以及
动作开始电路，其不使用进行比较的电压，检测上述电源端子的电压成为比上述第一阈值高的预定的电压以上的情况，生成用于使内部电路动作的信号，上述欠压检测电路具备：
分压单元，其对上述电流流入端子的电压进行分压；
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，具有滞后特性；
计时电路，其将上述第二比较器的输出和上述动作开始电路的输出作为输入，对上述欠压状态的发生持续了一定时间的情况进行计时；以及
输出停止电路，其根据上述计时电路的输出，使开关控制信号的输出停止。
根据具有上述那样的结构的开关电源控制用半导体装置，具备动作开始电路，其检测电源端子的电压成为比提供对启动电路(启动开关)进行接通、关断控制的启动控制电路的输入的第一比较器的第二阈值高的预定的电压以上的情况，生成用于使内部电路动作的信号，因此与启动电路的接通、关断状态无关，即不关断启动电路，就能够使欠压检测电路的检测功能有效来检测欠压状态。此外，在此，内部电路是指启动电路、欠压检测电路以及内部电源电路以外的电路。
另外，具备将用于检测欠压的第二比较器的输出和动作开始电路的输出作为输入，计时欠压状态的发生持续了一定时间的情况的计时电路、根据该计时电路的输出使开关控制信号的输出停止的输出停止电路，因此能够避免在刚接通AC电源后欠压检测功能错误地变得有效而进行错误动作。
进而，在动作开始电路中不使用需要参照电压的比较器，就能够检测输入电压的上升沿而迅速地使电路的动作开始。
在此，理想的是构成为上述启动电路具备：动作停止电路，其检测上述电源端子的电压成为比上述第二阈值低的预定的电压以下的情况，生成用于使上述内部电路的动作停止的信号。
根据该结构，在电源端子的电压成为比第一比较器的第二阈值低的预定的电压以下，内部电路的动作停止的状态下，也能够使用于计时欠压状态持续了一定时间的计时电路等预定的电路的动作有效。
进而，理想的是构成为具备：第一内部电源电路，其基于上述电源端子的电压，生成构成上述启动电路和上述欠压检测电路的电路的电源电压；第二内部电源电路，其基于上述电源端子的电压，生成上述内部电路的电源电压，其中，上述第二内部电源电路的动作根据上述动作停止电路的信号而停止，由此停止上述内部电路的动作。
根据该结构，具备生成构成启动电路和欠压检测电路的电路的电源电压的第一内部电源电路(调节器)、生成内部电路的电源电压的第二内部电源电路(调节器)，在内部电路的动作停止的状态下，第二内部电源电路的动作也停止，因此能够减少在电源端子的电压降低时在第二内部电源电路中消耗的电流或总的消耗电流。
另外，理想的是构成为上述输出停止电路在向上述电流流入端子施加了电压后立即输出使开关控制信号的输出停止的第一状态的信号，在上述电流流入端子的电压上升，通过上述分压单元分压后的电压超过了上述预定的电压时，基于上述第二比较器的输出，输出与上述第一状态不同的第二状态的信号。
根据该结构，在低AC输入状态下接通AC电源、即在欠压状态下VDD端子电压通过启动电路达到IC的动作开始电压，电源控制用IC启动的情况下，也能够不输出开关元件的启动脉冲。
另外，理想的是构成为上述动作开始电路具备：串联连接在上述电源端子和恒定电位点之间的第一电阻和反向齐纳二极管；与上述电阻和上述反向齐纳二极管并联连接的串联形式的第一晶体管、第二晶体管以及第二电阻，其中，上述第一晶体管被设为二极管连接，上述第二晶体管的控制端子连接到上述电阻与上述反向齐纳二极管的连接节点，从上述第二晶体管与第二电阻的连接节点取得使上述内部电路动作的信号。
根据该结构，能够以比普通结构的比较器少的元件个数，实现检测电源端子的电压成为预定的电压以上的情况而生成信号的动作开始电路。
进而，理想的是构成为上述动作开始电路具备：第三晶体管，其与上述第一晶体管并联连接；串联连接在上述电源端子和恒定电位点之间的恒流源和第四晶体管，其中，上述第三晶体管的控制端子连接到上述恒流源与上述第四晶体管的连接节点，上述第四晶体管的控制端子连接到上述第二晶体管与第二电阻的连接节点。
根据该结构，能够通过正反馈使作为输出信号的动作开始信号的上升沿变得陡峭，减少启动电路的控制开始的延迟。
根据本发明，在构成具备电压变换用的变压器，使流过初级侧绕组的电流接通、关断来控制输出的开关电源装置的控制用半导体装置中，能够与启动电路的接通、关断状态无关地使欠压检测功能有效。另外，在交流电源接通时、从过负荷保护动作恢复等的再启动时、由于从欠压变化到过压而进行的再启动时，能够使欠压检测功能无效而防止错误动作。进而，根据本发明，具有以下效果，即不使用需要参照电压的比较器，就能够检测输入电压的上升沿而迅速地使电路的动作开始。
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变换器中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是表示实施例的构成电源控制用IC的启动电路和欠压检测电路的结构例子的电路结构图。
图4是表示构成欠压检测电路的计时&检测信号生成电路的具体例子的电路结构图。
图5是表示具备欠压功能的实施例的电源控制用IC在以下的情况下的动作定时的时序图，即在从AC输入比较高的状态(过压)启动时进行通常的开关控制动作，在中途发生欠压状态并持续一段时间，并再次转移到AC输入充分高的状态(过压)。
图6是表示具备欠压功能的实施例的电源控制用IC在以下的情况下的动作定时的时序图，即从AC输入比较低的状态(欠压)启动，检测出欠压状态并持续一段时间，然后转移到AC输入充分高的状态(过压)。
图7是表示构成启动电路的动作开始电路的具体例子的电路图。
图8是表示VDD端子的电位的变化和动作开始电路的输出的变化的波形图。
图9是表示图3的实施例的欠压检测电路的变形例子的电路结构图。
图10是表示欠压检测电路的第二实施例的电路结构图。
图11是表示构成第二实施例的欠压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12是表示构成第二实施例的欠压检测电路的识别控制电路的结构例子的电路结构图。
图13是表示构成第二实施例的欠压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14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个图形的波形图。
图15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并持续一段时间，并再次转移到AC输入充分高的状态后的第二实施例的电源控制用IC的动作定时的时序图。
符号说明
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(动作停止电路)；50：欠压检测电路；51：分压电路；52：比较器(电压比较电路)；54：计时&检测信号生成电路54；54`：计时电路；S0：启动开关；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是表示本发明的作为应用了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。
该实施方式的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的另一个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，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，其将与该检测电路14连接的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(紧接着将插头插入插座后)，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φc，生成提供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，其根据时钟信号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。
构成为上述或门G1的输出RS被输入到上述触发器33的复位端子，由此提供使开关晶体管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可以具备使与来自频率控制电路38的电压对应的电流流过的电流源，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，生成用于施加限制使得驱动脉冲(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输入电压，则使启动开关S0接通，使IC启动；欠压检测电路50，其用于检测欠压状态来使开关控制停止；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，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构成为即使电源电压端子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，其用于控制高压输入启动端子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的电压在插头插入插座之前是0V，如果由于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，启动开关S0接通，VDD端子的电压再次上升到21V。
另外，启动控制电路41在保护功能或欠压检测功能工作，晶体管SW的开关控制停止时，为了在某一定范围内对VDD端子电压进行控制，而控制启动开关S0。具体地说，构成为执行以下的控制，即根据比较器43的输出，如果VDD端子的电压例如降低到12V，则使启动开关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，则使启动开关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来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，使内部电路的动作停止。
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或动作开始电路44、动作停止电路46的信号、来自欠压检测电路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。
欠压检测电路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不满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。另外，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VDD端子通过启动电路40达到IC动作开始电压的情况下，能够不输出开关元件SW的驱动脉冲(GATE)。
另外，构成为欠压检测电路50具备从欠压的检出开始计时预定的延迟时间(例如60ms)并生成检测信号的计时&检测信号生成电路54、检测该计时&检测信号生成电路54的输出信号的下降沿的边沿检测电路55，并且计时&检测信号生成电路54的输出信号输入到上述RS触发器53的复位端子。
计时&检测信号生成电路54如图4所示，具备：上升沿检测电路UED和下降沿检测电路DED，其检测将上述比较器52的输出信号和通过动作开始电路44的输出(动作开始信号)置位的触发器47的输出信号作为输入的与门G3(图3)的输出的上升沿和下降沿；或门G7，其取得这些电路的输出的逻辑和；反相器INV2，其将上述边沿检测电路55的输出BOE反转；与门G10，其取得该反相器INV2的输出和上述或门G7的输出的逻辑积；检测延迟计时器TIM，其计时欠压的检测用的延迟时间。
进而，计时&检测信号生成电路54构成为具备：与(AND)门G20，其将上述检测延迟计时器TIM的输出和与门G3的输出作为输入；RS触发器FF3，其根据通过反相器INV4将该与门G20的输出和与门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。
具有上述结构的计时&检测信号生成电路54根据上述与门G3的输出信号，开始检测延迟计时器TIM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)，则触发器FF3通过检测延迟计时器TIM的输出信号被置位，其输出BOS变化为高电平，由此上述RS触发器53被复位。因此，在欠压状态持续了预定时间的情况下，输出驱动脉冲的输出停止信号GSC。此外，检测延迟计时器TIM构成为根据将调节器62作为电源的由环形振荡器等构成的振荡器的信号而进行计时动作。
进而，在欠压检测造成的输出停止后，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RS触发器53通过反相器INV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，与门G3的输出由于比较器52的输出信号的反转而变化为低电平，通过下降沿检测电路DED检测出其下降沿，与门G10的输出变化为低电平，由此检测延迟计时器TIM的输出变化为低电平，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)。
构成为该欠压结束信号(脉冲)经由上述或门G2使RS触发器47复位。另外，这时，检测延迟计时器TIM也被复位。
在图5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，即在电源接通后立即在AC输入充分高的状态(过压)下，启动电源控制用IC13，开始开关控制动作后，AC输入下降，在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。在图5中，最上边的AC表示交流输入波形，接着的HV表示高压输入启动端子HV的电压VHV的波形，VDD表示电源电压端子VDD的电压变化。如图5所示，在电源接通后，启动开关(S0)立即成为接通状态。
在图5中，从电源接通后AC输入立即变得充分高，因此，在高压输入启动端子HV的电压VHV超过欠压检测电路50的检出电平的定时t1，比较器(Brownout Comp)52的输出变化为低电平，与AC输入的变动对应地，重复开始高/低的变化。另外，在电源接通后，电源电压端子VDD的电压立即逐渐变高，如果超过19.6V，则触发器47根据动作开始电路44的输出被置位，其输出RS1_Q变化为高电平，调节器63开始动作(定时t2)，向内部电路供给电源电压，使得开始动作。由此，输出开关元件SW的驱动脉冲(GATE)。另外，启动开关S0关断。
然后，在定时t3，如果AC输入变得比欠压的检出电平低，则在延迟了检测延迟计时器TIM的计时时间Td的定时t4，计时&检测信号生成电路54的触发器FF3的输出信号(Brownout)变化为高电平，触发器53被复位，输出停止信号GSC变化为高电平，停止开关元件SW的驱动脉冲的输出，并且内部电路的调节器63的动作停止。另外，在欠压状态下，实施通过启动电路40重复进行启动开关S0的接通/关断的锁定控制(期间T1)。
另外，此后如果AC输入上升，变得高于过压的检出电平，则比较器(BrownoutComp)52的输出变化为低电平(定时t5)，触发器53被置位，作为其反转输出的输出停止信号GSC变化为低电平，解除因欠压状态造成的输出停止状态。然后，如果VDD端子的电压达到IC的动作开始电压，则输出开关元件SW的驱动脉冲(GATE)(定时t6)。
如上述那样，本实施例的欠压检测电路50所包含的比较器52在接通交流电源的启动后也能够立即动作。在启动后，启动开关S0立即接通，电流从交流电源向与VDD端子连接的电容和IC的内部电路流动，由于与高压输入启动端子HV连接的外接电阻的影响，根据电阻值、输入的电压电平，有时即使交流电源是过压状态，输入到HV端子的电压也成为欠压状态。在本实施例中，为了防止错误检测，设置取得动作开始信号和比较器52的输出信号的逻辑积的与门G3，根据该与门G3的输出，使计时延迟时间(持续时间)Td的检测延迟计时器TIM有效。
在图6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，即在紧接着电源接通后，AC输入低的状态(欠压状态)持续一段时间后，转移到AC输入充分高的状态。
在图6中，如果从紧接着电源接通后，启动开关S0成为接通状态，电源电压端子VDD的电压逐渐变高，调节器62动作，则欠压检测电路50动作，但由于AC输入低，比较器(brownout Comp)52的输出成为高电平，输出停止信号GSC变化为高电平，使驱动脉冲(GATE)的输出停止(定时t11)。
另外，如果由于启动开关S0的接通，电源电压端子VDD的电压进一步变高而超过19.6V，则触发器47通过动作开始电路44的输出被置位，其输出RS1_Q变化为高电平，与门G3的输出变化为高电平(定时t12)。这样，由此，计时&检测信号生成电路54的检测延迟计时器TIM开始计时动作，在预定的延迟时间Td后，其输出信号(Brownout)变化为高电平(定时t13)，但这时输出停止信号GSC已经成为高电平，因此驱动脉冲(GATE)的输出停止状态持续。
然后，如果AC输入上升，变得比过压的检出电平高，则比较器(Brownout Comp)52的输出变化为低电平(定时t14)，触发器53被置位，作为其反转输出的输出停止信号GSC变化为低电平。然后，如果启动开关S0接通，电源电压端子VDD达到动作开始电压，则输出开关元件SW的驱动脉冲(GATE)(定时t15)。
在图7中，表示出构成图3的启动控制电路41的动作开始电路44的具体电路例子。本实施例的动作开始电路44与需要与监视对象电压进行比较的参照电压的比较器不同，是构成为不使用参照电压就能够检测监视对象成为预定的电压以上的情况的电路。
图7所示的动作开始电路44具备：电阻R11和反向齐纳二极管Dz，其串联连接在电源电压端子VDD和接地点之间；串联形式的MOS晶体管M1、M2以及电阻R12，其与电阻R11和反向齐纳二极管Dz并联连接；MOS晶体管M3，其与MOS晶体管M1并联连接；恒流源CC和MOS晶体管M4，其串联连接在电源电压端子VDD和接地点之间。
MOS晶体管M1～M4中的M1～M3是P沟道MOS晶体管，MOS晶体管M4是N沟道MOS晶体管。所使用的齐纳二极管Dz例如将反向电压Vz设定为18V。所使用的MOS晶体管M1～M4例如将阈值电压Vth设定为0.8V。
上述MOS晶体管M1进行将栅极端子和漏极端子耦合起来的二极管连接，上述MOS晶体管M2的栅极端子连接到电阻R11与齐纳二极管Dz的连接节点N1。另外，MOS晶体管M3的栅极端子连接到恒流源CC与MOS晶体管M4的连接节点N3，MOS晶体管M4的栅极端子连接到MOS晶体管M2与电阻R12的连接节点N2。
本实施例的动作开始电路44如果MOS晶体管M1的源-漏间电压为阈值电压Vth(＝0.8V)以上，则在MOS晶体管M1中流过漏极电流，MOS晶体管M2如果源极电位比节点N1的电位高Vth(＝0.8V)以上，则流过漏极电流。因此，如果电源电压端子VDD上升到19.6V(＝Vz+2Vth)，则MOS晶体管M1、M2以及电阻R12中开始流过电流，连接节点N2的电位从接地电位上升到预定的电位。
另外，如果连接节点N2上升到MOS晶体管M4的阈值电压，则MOS晶体管M4接通，连接节点N3降低到接地电位，因此MOS晶体管M3接通。然后，如果MOS晶体管M3接通，则MOS晶体管M2的源极电位马上成为VDD电压，因此MOS晶体管M2成为完全接通状态，连接节点N2也跟随VDD电压。
在没有恒流源CC和MOS晶体管M3、M4的情况下，超过MOS晶体管M2的阈值电压，开始流过漏极电流，逐渐接通，但不具备使MOS晶体管M2的源极电压马上成为VDD电压的单元，因此MOS晶体管M2不成为完全接通状态。其结果是在端子VDD的电位如图8的(A)那样上升时，连接节点N2的电位如图8的(B)那样缓慢地上升。
与此相对，如果如本实施例的动作开始电路那样连接有恒流源CC和MOS晶体管M4，则连接节点N2的电位如图8的(C)那样陡峭地上升。
此外，如果连接节点N2的电位如图8的(B)那样缓慢地上升，则在与连接节点N2连接的后级的逻辑电路中会流过贯通电流，会对IC的各特性产生影响。
通过使用上述那样的动作开始电路，与使用利用电压上升需要时间的基准电压电路的比较器的情况相比，构成元件数比比较器少，并且即使没有带隙、调节器等的基准电压也能够动作。
在图9中，表示出图3所示的欠压检测电路50的变形例子。本变形例子在反相器INV和触发器53之间隔着与门G3，并且使用带使能端子的电路作为欠压检测用的比较器52，将输出控制调节器63的信号的触发器47的输出作为使能信号EN向比较器52供给。即使是这样的结构的欠压检测电路，也能够进行与图3所示的欠压检测电路同样的动作。
在图10中，表示出本发明的电源控制用IC的第二实施例。在本实施例中，在高压输入启动端子HV和接地点之间设置有放电单元，其由被连接得成为与启动开关S0串联的形式的电阻Rd和开关Sd构成。另外，欠压检测电路50构成为除了具有本来的欠压检测功能以外，还具有插头拔出检测功能。此外，由于图纸的限制，将放电单元(Rd、Sd)显示在启动电路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。
如图10所示，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、识别控制电路58的输出，生成用于使作为峰值保持电路56A的构成元件之一的电容放电的放电信号。
在AC输入陡峭地变化的情况下，峰值保持电路56A无法迅速地跟随比变化前降低了的变化后的峰值电压，但通过生成放电信号，具有能够对峰值保持电容进行放电的优点。
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、以及用于对峰值保持电路56A进行放电的信号的延迟时间。另外，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Vp进行比例缩小所得的电压VTH的时间，由此构成识别控制电路58以便判定插头拔出。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为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，从识别控制电路58输出的欠压检测信号BOS变化为低电平，从检测其下降沿的边沿检测电路55输出欠压结束信号(脉冲)BOE。
在图11中表示出构成图10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12中表示出识别控制电路58的具体电路例子，在图13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。
其中，计时复位控制电路57如图11所示，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(NAND)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(NOR)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12所示，识别控制电路58具备：与门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(discharge：放电)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的反转输出和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10)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13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(discharge：放电)向峰值保持电路56A输出。
峰值保持电路56A如图13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(discharge：放电)而接通，由此电容元件C4的电荷被放电。来自放电控制电路59的放电信号被设定成如果在计时电路54`被复位后经过了预定时间(例如15ms)则变化为高电平，而使放电开关S4接通。
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、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、放电延迟时间分别设定为如60ms、30ms、15ms那样倍数的关系，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的计时信号的一半的级数取得30ms的计时信号，并从60ms的计时信号的1/4的级数取得15ms的计时信号即可，因此具有容易生成信号的优点。
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(Plugout Comp)的输出CMP1和欠压检测用的比较器52(Brownout Comp)的输出CMP2的状态被分为图14的(A)～(D)所示的4种情况，如果没有掌握各个状态，则难以在用共通的计时电路计时上述3种延迟时间的情况下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。
在图10所示的欠压&插头拔出检测电路50中，通过掌握上述那样的4个状态并与各个状态对应地复位计时电路54`，能够准确地检测出欠压状态和插头拔出状态。
在图15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(Plugout)。在图15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，t3是AC输入上升而从欠压状态脱离的定时，t4是发生了插头拔出的定时。
根据图15可知，与计时复位控制电路57的与门G6(图11)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，如根据图15可知的那样，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，并分别使对应的信号变化。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)(discharge)。
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10)中，通过从计时电路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10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，通过用启动控制电路41的逻辑生成的控制信号控制放电用开关Sd。另外，在上述实施方式中，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，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 (7)

1.一种开关电源控制用半导体装置，其具备：电源端子，其被输入通过外接的电容器对在变压器的辅助绕组中感应出的电压进行平滑所得的电压，该变压器具备上述辅助绕组并且初级侧绕组被施加对交流电压进行整流而得到的电压；电流流入端子，其经由电阻被输入对上述交流电压进行整流而得到的电压；启动电路，其经由连接在该电流流入端子和上述电源端子之间的开关单元向上述电源端子流过电流，对上述电容器进行充电；欠压检测电路，其与上述电流流入端子连接，进行欠压的检测，该开关电源控制用半导体装置生成与上述变压器的初级侧绕组串联连接的开关元件的控制信号，其特征在于，
上述启动电路具备：
启动控制电路，其在启动时上述电源端子的电压超过第一阈值时对上述开关单元进行关断控制，在启动后上述电源端子的电压低于比该第一阈值低的第二阈值时对上述开关单元进行接通控制；以及
动作开始电路，其当不使用进行比较的电压而检测到上述电源端子的电压成为比上述第一阈值高的预定的电压以上的情况时，输出用于使内部电路动作的动作开始信号，
上述欠压检测电路具备：
分压单元，其对上述电流流入端子的电压进行分压；
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，具有滞后特性；
计时电路，其将上述比较器的输出和上述动作开始信号或通过上述动作开始信号被置位的触发器电路的输出信号作为输入，对上述欠压状态的发生持续了一定时间的情况进行计时；以及
输出停止电路，其根据上述计时电路的输出，使开关控制信号的输出停止。
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，
上述启动电路具备：动作停止电路，其当检测到上述电源端子的电压成为比上述第二阈值低的预定的电压以下的情况时，输出用于使上述内部电路的动作停止的动作停止信号。
3.根据权利要求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：
第一内部电源电路，其基于上述电源端子的电压，生成构成上述启动电路和上述欠压检测电路的电路的电源电压；
第二内部电源电路，其基于上述电源端子的电压，生成上述内部电路的电源电压，
上述第二内部电源电路的动作根据上述动作停止信号而停止，由此停止上述内部电路的动作。
4.根据权利要求1～3的任意一项所述的开关电源控制用半导体装置，其特征在于，
上述输出停止电路在向上述电流流入端子施加了电压后立即输出使开关控制信号的输出停止的第一状态的信号，在上述电流流入端子的电压上升，通过上述分压单元分压后的电压超过了上述预定的电压时，基于上述比较器的输出，输出与上述第一状态不同的第二状态的信号。
5.根据权利要求1～3的任意一项所述的开关电源控制用半导体装置，其特征在于，
上述动作开始电路具备：
串联连接在上述电源端子和恒定电位点之间的第一电阻和反向齐纳二极管；
与上述电阻和上述反向齐纳二极管并联连接的串联形式的第一晶体管、第二晶体管以及第二电阻，
上述第一晶体管被设为二极管连接，上述第二晶体管的控制端子连接到上述电阻与上述反向齐纳二极管的连接节点，从上述第二晶体管与第二电阻的连接节点取得上述动作开始信号。
6.根据权利要求5所述的开关电源控制用半导体装置，其特征在于，
上述动作开始电路具备：
与上述第一晶体管并联连接的第三晶体管；
串联连接在上述电源端子和恒定电位点之间的恒流源和第四晶体管，
上述第三晶体管的控制端子连接到上述恒流源与上述第四晶体管的连接节点，
上述第四晶体管的控制端子连接到上述第二晶体管与第二电阻的连接节点。
7.一种AC-DC变换器，其特征在于，具备：
权利要求1～6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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