专利名称：开关控制电路及开关电源装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在开关电源装置中使用的被IC化的开关控制电路及具备该开关控制电路的开关电源装置。
背景技术：
在开关电源装置中，开关控制用IC中具备用于实现输出控制动作、启动时控制动作、过电流保护动作、过电压保护动作、待机时控制动作、功率因数改善动作等各种功能的电路。通过增加这些功能，能够实现开关控制用IC的高功能化。
为了将开关控制用IC的各功能设定成对应于应用上的动作规格，需要按每个功能设置与外部电路的接口用的多个端子。因此，若所搭载的功能数增加，则端子数自然会增加。若端子数增加，则开关控制用IC的封装体变大，会导致IC的成本单价的上升。
在限制开关控制用IC的端子数的情况下，由于可搭载的功能受到制约，需要根据各功能来配备IC的品种，并根据规格和用途分开使用它们。此时，IC的品种数会增加，除了制造工序复杂外IC的管理也变得复杂，其结果，存在IC的成本单价上升的问题。
一般，越要求多功能性则越变得大型化，近几年，即使是小型的开关控制电路，其所需的功能也在增加。目前，为了降低IC等半导体的成本单价，大量生产较少的品种是比较有效的。并且，作为IC的封装体，以少量的端子数构成为尺寸小的IC能够降低IC的成本单价。
专利文献I记载了关于以端子数的削减为目的的开关控制用IC的发明。
图I是专利文献I所公开的开关电源装置的电路图。在图I中，开关电源装置101 具备具有初级绕线127和次级绕线129的变压器105、由二极管117和电容器119构成的整流平滑电路、齐纳二极管121和光电耦合器113、及由电阻123构成的反馈电路、以及集成电路103。
集成电路103与初级绕线127连接。集成电路103是包括在该集成电路103的漏极D端子与源极S端子之间耦合的内部开关的开关调节器1C。
在动作过程中，集成电路103内的开关对经由变压器105的从输入107到输出109 的能量传递进行调节。向集成电路103输入来自所述反馈电路的反馈信号。
多功能电容器111与集成电路103的旁路BP端子连接。多功能电容器111是为了在通常动作中具备集成电路103的电源去耦功能而使用的。集成电路103内的内部电路从多功能电容器111接收电力或偏置电流，调节输出109的同时在通常动作过程中使电路工作。
在集成电路103的初始化期间中，为了选择集成电路103的参数/模式而使用多功能电容器111。在该初始化期间中选择集成电路的参数/模式。
在先技术文献
专利文献
专利文献I :日本特开2007-73954号公报发明内容
(发明所要解决的课题)
开关电源装置所具备的功能中具有软启动功能。这是在电源启动时，根据软启动控制端子(SS端子)的电压，慢慢扩大用于驱动FET的输出脉冲的接通时间的功能。SS端子的电压变化是根据附加到SS端子的电容器的电容而设定的。即，以启动时电容器电压上升的速度决定扩大接通时间的变化的速度，从而决定软启动的期间。因此，若电容大，则电压上升变慢，软启动期间变长(扩大接通时间的时间变慢)，若电容小，则电压上升变快，软启动期间变短(扩大接通时间的时间变快)。
但是，在这种软启动控制端子(SS端子)中，仅仅是通过调节软启动端子的电压的上升速度来调节软启动的期间，并不能确定接通脉冲时间的最大值。因此，若为了限制电力而想要调节最大接通脉冲时间，则需要独立于SS端子的其他端子。因此，IC的端子数增加， 会成为阻碍IC小型化或导致成本上升的要因。即，存在开关控制用IC的封装体变大、IC的成本单价上升的问题。
本发明的目的在于抑制端子数的增加来提供小型/低成本化的具有软启动功能和电力限制功能和开关控制电路及开关电源装置。
(用于解决课题的手段)
(I)本发明的开关控制电路具有多个外部端子和对开关元件的接通、关断动作进行控制的半导体集成电路，并且被设置在开关电源装置的电力变换电路中，该开关控制电路具备软启动端子，其被施加控制电压，该控制电压对在软启动期间内使所述开关元件接通、关断的动作的控制进行设定，所述软启动期间是从所述电力变换电路的动作开始到稳定动作为止的启动期间；软启动控制单元，其基于所述软启动端子的信号，控制所述启动期间内的开关元件的接通时间；和最大接通脉冲时间限制单元，其将与所述软启动端子连接且至少包括电阻元件或半导体元件的外部电路中感应的电压作为判定对象信号来检测，并根据所述判定对象信号，设定稳定动作下的开关元件的接通时间的限制值。
(2)例如，所述软启动期间是由与所述软启动端子连接的外部电路的电容值设定的。
(3)例如，所述软启动控制单元具备电压_时间变换电路，该电压_时间变换电路将所述软启动端子的电压变换为针对所述开关元件的控制信号的接通脉冲时间。
(4)在所述电压-时间变换电路中，例如电压与时间具有线性关系。
(5)例如，所述电压_时间变换电路设定所述接通脉冲时间的限制值，在所述软启动端子的电压为规定电压值以上时设定所述接通脉冲时间的限制值的上限值。
(6)例如，所述最大接通脉冲时间限制单元由与所述软启动端子连接的齐纳二极管中感应的齐纳电压来设定开关元件的最大接通脉冲时间的限制值。
(7)例如，所述开关控制电路具备向所述软启动端子提供恒定电流的恒定电流电路。
(8)本发明的开关电源装置将以上所述的任一个开关控制电路设置在所述电力变换电路中。
(发明效果)
根据本发明，无需设置专用端子，能够利用一个端子来设定软启动功能和电力限制功能，因此不会使开关控制用IC的端子数增加，能够构成具备过电流保护功能的开关控制电路。
图I是专利文献I所示的开关电源装置的电路图。
图2是第I实施方式所涉及的开关电源装置304的电路图。
图3是表示软启动端子SS的电压与最大接通脉冲时间的关系的图。
图4是将开关控制用IC200的内部构成模块化来表示的图。
图5是第2实施方式所涉及的开关电源装置305的电路图。
图6是第3实施方式所涉及的开关电源装置306的电路图。
图7是第3实施方式所涉及的开关电源装置306启动时的软启动端子SS的电压的时间变化波形。
图8是第4实施方式所涉及的开关电源装置312A的电路图。
图9是第4实施方式所涉及的开关电源装置312B的电路图。
图10是第5实施方式所涉及的开关电源装置313的电路图。
图11是第6实施方式所涉及的开关电源装置314A的电路图。
图12是第6实施方式所涉及的开关电源装置314B的电路图。
图13是第7实施方式所涉及的开关电源装置315的电路图。
具体实施方式
《第I实施方式》
图2是本发明的第I实施方式所涉及的开关电源装置304的电路图。开关电源装置304具备相当于本发明的开关控制电路的开关控制用IC200。
向该开关电源装置304的输入端子PI (+)-PI (G)之间输入直流输入电源Vi的电压。并且，向连接在开关电源装置304的输出端子P0(+)-P0(G)之间的负载输出规定的直流电压。
在输入端子PI (+)-PI (G)之间构成串联连接了电容器Cr、电感器Lr、变压器T的初级绕线np、第I开关元件Ql及电流检测用电阻R7的第I串联电路。在电容器Cr、电感器Lr、变压器T的初级绕线np的串联电路上并联连接了第2开关元件。
第I开关元件Ql由FET构成，漏极端子与变压器T的初级绕线np的一端连接，源极端子与电流检测用电阻R7的一端连接。第2开关元件Q2由FET构成，漏极端子与输入端子Vin(+)连接，源极端子与第I开关元件Ql的漏极端子连接。
在变压器T的次级绕线nsl、ns2上，构成由二极管Ds、Df及电容器Co组成的第I 整流平滑电路。该第I整流平滑电路对从次级绕线nsl、ns2输出的交流电压进行全波整流并使其平滑化，之后输出到输出端子P0(+)-P0(G)。
变压器T的驱动绕线nb与由二极管D3及电容器C3构成的整流平滑电路连接。 通过该整流平滑电路得到的直流电压被提供到开关控制用IC200的GND端子及VCC端子之间，来作为电源电压。
如上所述，由第I、第2开关元件Q1、Q2、电容器Cr、电感器Lr、变压器T、二极管Ds、 Df及电容器Co等构成电力变换电路。
开关控制用IC200从其OUT端子向驱动电路11输出方波信号。驱动电路11交替地对第I开关元件Ql及第2开关元件Q2进行接通/关断控制。其中，为了使Ql、Q2不会同时接通而设置空载时间。
开关控制用IC200的电流检测端子IS上连接有电阻R8，以便输入电流检测用电阻 R7的下降电压。
在输出端子PO⑴、PO(G)及开关控制用IC200之间设有反馈电路12。该反馈电路12是通过输出端子P0(+)-P0(G)之间的电压的分压值和基准电压的比较来产生反馈信号，并在绝缘状态下向开关控制用IC200的反馈端子FB输入反馈电压的电路。
在软启动端子SS与接地端GND之间连接有由电阻Rss及电容器Css构成的外部电路。
在反馈端子FB与接地端端子之间连接有电容器C4。
反馈电路12是按照输出到输出端子PO⑴、PO(G)的输出电压越比设定电压高则反馈端子FB的电压越低的关系进行作用的。
开关控制用IC200从输出端子OUT输出方波信号，经由驱动电路11，以规定的开关频率接通/关断第I开关元件Ql及第2开关元件Q2。由此，开关电源装置304作为电流谐振变换器进行动作。
在过电流保护电路不工作的通常动作时，开关控制用IC200根据反馈端子FB的输入信号来检测输出电压，按照使该电压一定的方式控制输出到输出端子OUT的方波信号的频率、脉冲宽度。由此，使开关电源装置304的输出电压稳定化。
开关控制用IC200的软启动端子SS的主要功能是进行软启动动作的端子。软启动是指，在例如变换器启动时慢慢扩大用于驱动开关元件Ql、Q2的输出脉冲的接通时间的控制。根据与软启动端子SS连接的外设电路的时间常数来设定软启动期间的长度。具体而言，在软启动端子SS的内部连接恒定电流电路，根据该恒定电流的值和外设电容器Css 的电容，确定针对电容器Css的充电时间常数。
图3是表示软启动端子SS的电压与最大接通脉冲时间之间的关系的具体的图。软启动端子SS的电压例如在OV 3. 3V的范围内，最大接通脉冲时间与软启动端子SS的电压成比例，在O 16. 5μ s的范围内确定。若软启动端子SS的电压在3. 3V以上，则最大接通脉冲时间维持16. 5 μ S。
图4是将开关控制用IC200的内部结构模块化来表示的图。在图4中，若单触发电路240将触发器213置位，则触发器213的Q输出信号经由与门电路214，并经由驱动器 215而作为高电平的门电路控制电压被输出到OUT端子。
CT产生电路241在与门电路214的输出成为高电平之后输出倾斜波形电压。比较器212在CT产生电路241的输出电压超过了输入到3个㈠端子的电压中的最低电压的时刻，将触发器213复位。由此，使OUT端子的电压回到低电平。
通过反复进行以上动作，使OUT端子的输出电压变化为方波状。
软启动端子SS上连接有恒定电流电路CCCl。如图2所示，通过在软启动端子SS 上连接电容器Css，从而软启动端子SS的电压等于电容器Css的充电电压。伴随着软启动端子SS的电压上升，比较器212的输出反转的时刻延迟，开关元件的接通时间慢慢变长。由此进行软启动动作。另外，通过这样在开关控制用IC内部具备恒定电流电路CCC1，从而不需要在外部连接恒定电流电路，能够实现部件数量的削减和小型化。如图2所示，通过在软启动端子SS上外设电阻Rss，从而在电容器Css被满充电的状态下，软启动端子SS的电压由恒定电流电路CCCl的电流值及电阻Rss的电阻值来确定。在软启动期间中，通过设定成输入到比较器212的3个(_)端子的电压中电阻分压电路216的输出电压最低，从而随着软启动端子SS的电压上升，开关元件的接通时间宽度逐渐变宽，由此完成软启动动作。若软启动动作结束，则设定成输入到比较器212的3个㈠端子的电压中电阻分压电路224的输出电压处于最低的状态，由此，根据施加到反馈端子FB的电压来确定开关元件的接通时间。软启动端子SS的电压是根据恒定电流电路CCCl的电流值及电阻Rss的电阻值来确定的。因此，若反馈端子FB的电压成为该软启动端子SS的确定的电压以上，则变为输入到比较器212的3个(-)端子的电压中与软启动端子SS相连的电阻分压电路216的输出电压最低的状态，因此接通时间不会进一步变长。即最大接通脉冲时间被限制。通过设定成当软启动动作结束时软启动端子SS的确定的电压在3. 3V以上时，若反馈端子FB的电压在3. 3V以上，则变为输入到比较器212的3个㈠端子的电压中电阻分压电路225的输出电压最低的状态，由此，接通时间不会进一步变长。即，最大接通脉冲时间的上限值被设定。由此，无须设置用于设定最大接通脉冲时间的专用的IC端子，能够实现IC的小型化。此外，通过有效利用IC端子，从而能够实现IC的高功能化。此外，通过在开关控制用IC内部设置恒定电流电路CCC1，从而无须在外部设置恒定电流电路，电路构成变得简单。《第2实施方式》图5是本发明的第2实施方式所涉及的开关电源装置305的电路图。开关电源装置305具备相当于本发明的开关控制电路的开关控制用IC200。不同于图2所示的开关电源装置，在软启动端子SS与接地端之间连接了由齐纳二极管D4和电容器Css构成的外部电路。若该齐纳二极管D4的齐纳电压小于3. 3V，则软启动端子SS的上限电压被限制为齐纳二极管D4的齐纳电压。因此，变为输入到图4所示的比较器212的3个㈠端子的电压中连接了 SS端子的电阻分压电路216的输出电压最低的状态，因此接通时间不会进一步变长。即，通过齐纳二极管D4限制了最大接通脉冲时间。在以上所示的例子中，作为与软启动端子SS连接的外部电路，构成了基于齐纳二极管的电压箝位电路，作为该外部电路，除了齐纳二极管以外，也可以使用晶体管或运算放大器。《第3实施方式》图6是本发明的第3实施方式所涉及的开关电源装置306的电路图。开关电源装置306具备相当于本发明的开关控制电路的开关控制用IC201。不同于图4所示的开关控制用IC200，在恒定电流电路CCCl与SS端子之间连接了电阻Rs。其他构成与图4所示的构成相同。图7是启动时的软启动端子SS的电压的时间变化波形。软启动端子SS的电压根据电阻Rs与电容器Css的时间常数而过渡性地变化。因此，随着启动时的时间经过，能够降低接通脉冲时间的扩大率。《第4实施方式》图8和图9是本发明的第4实施方式所涉及的开关电源装置312A、312B的电路图。开关电源装置312A、312B具备相当于本发明的开关控制电路的开关控制用IC200。开关电源装置312A、312B中，变压器T的次级侧都是正激(forward)形。在图8和图9中，初级侧的谐振电容器Cr的连接位置不同。可以这样在变压器T的次级侧设置由二极管Ds、Df、电感器Lro、电容器Co构成的整流平滑电路来设为正激方式。此外，初级侧的谐振电容器Cr只要串联插入到高电平侧的开关元件Q2接通时所形成的闭环中即可，因此如图9所示，也可以在开关元件Q2的漏极上串联连接电容器Cr。其他构成与第I实施方式所示的构成相同，并且起到相同的作用效果。《第5实施方式》图10是本发明的第5实施方式所涉及的开关电源装置313的电路图。开关电源装置313具备相当于本发明的开关控制电路的开关控制用IC200。开关电源装置313中，变压器T的次级侧是正激形。与图2所示的开关电源装置304所不同的是未设置电感器Lr、电容器Cr及第2开关元件Q2，而是构成了单纯的正激变换器。由此，在单纯的正激变换器中同样也能应用，并起到同样的作用效果。《第6实施方式》图11和图12是本发明的第6实施方式所涉及的开关电源装置314A、314B的电路图。开关电源装置314A、314B具备相当于本发明的开关控制电路的开关控制用IC200。开关电源装置314A、314B中，变压器T的次级侧都是反激形。在图11和图12中，初级侧的谐振电容器Cr的连接位置不同。可以这样在变压器T的次级侧设置由二极管Ds及电容器Co构成的整流平滑电路来设为反激方式。此外，初级侧的谐振电容器Cr只要串联地插入到高电平侧的开关元件Q2接通时所形成的闭环中即可，因此如图12所示，可以在开关元件Q2的漏极上串联连接电容器Cr。其他构成与第I实施方式所示的构成相同，并起到相同的作用效果。《第7实施方式》图13是本发明的第7实施方式所涉及的开关电源装置315的电路图。开关电源装置315具备相当于本发明的开关控制电路的开关控制用IC200。开关电源装置315中，变压器T的次级侧是反激形。与图11所示的开关电源装置314A所不同的是未设置电感器Lr、电容器Cr及第2开关元件Q2，而是构成了单纯的反激变换器。由此，在单纯的反激变换器中同样也能应用，并起到同样的作用效果。《其他实施方式》本发明的开关电源装置的变换器方式并不限于绝缘型变换器，也可以是非绝缘型变换器。此外，并不限于半桥型，也可以应用于全桥型等。0098]符号说明0099]CCCl恒定电流电路0100]Css电容器0101]D4齐纳二极管0102]Ql第I开关元件0103]Q2第2开关元件0104]Rs电阻0105]Rss电阻0106]SS软启动端子0107]212比较器0108]216电阻分压电路0109]224电阻分压电路0110]225电阻分压电路0111]304开关电源装置0112]305开关电源装置0113]306开关电源装置0114]312A、312B开关电源0115]313开关电源装置0116]314A、314B开关电源0117]315开关电源装置
权利要求
1.一种开关控制电路，其具有多个外部端子和对开关元件的接通、关断动作进行控制的半导体集成电路，并且被设置在开关电源装置的电力变换电路中，该开关控制电路具备软启动端子，其被施加控制电压，该控制电压对在软启动期间内使所述开关元件接通、 关断的动作的控制进行设定，所述软启动期间是从所述电力变换电路的动作开始到稳定动作为止的启动期间；软启动控制单元，其基于所述软启动端子的信号，控制所述启动期间内的开关元件的接通时间；和最大接通脉冲时间限制单元，其将与所述软启动端子连接且至少包括电阻元件或半导体元件的外部电路中感应的电压作为判定对象信号来检测，并根据所述判定对象信号，设定稳定动作下的开关元件的接通时间的限制值。
2.根据权利要求I所述的开关控制电路，其中，所述软启动期间是由与所述软启动端子连接的外部电路的电容值设定的。
3.根据权利要求I或2所述的开关控制电路，其中，所述软启动控制单元具备电压-时间变换电路，该电压_时间变换电路将所述软启动端子的电压变换为针对所述开关元件的控制信号的接通脉冲时间。
4.根据权利要求3所述的开关控制电路，其中，在所述电压_时间变换电路中，电压与时间具有线性关系。
5.根据权利要求I至4的任一项所述的开关控制电路，其中，所述电压_时间变换电路设定所述接通脉冲时间的限制值，在所述软启动端子的电压为规定电压值以上时设定所述接通脉冲时间的限制值的上限值。
6.根据权利要求I至5的任一项所述的开关控制电路，其中，所述最大接通脉冲时间限制单元由与所述软启动端子连接的齐纳二极管中感应的齐纳电压来设定开关元件的最大接通脉冲时间的限制值。
7.根据权利要求I至6的任一项所述的开关控制电路，其中，所述开关控制电路具备向所述软启动端子提供恒定电流的恒定电流电路。
8.一种开关电源装置，其中，权利要求I至7的任一项所述的开关控制电路设置在所述电力变换电路中。
全文摘要
本发明提供一种开关控制电路及开关电源装置，根据与开关控制用IC(200)的软启动端子(SS)连接的外设电路的时间常数来设定软启动期间的长度。在软启动期间结束的时刻，软启动端子(SS)的电压达到规定电压以后，以最大值限制开关元件(Q1)的接通脉冲时间。此外，若在软启动端子(SS)与接地端之间连接齐纳二极管，则软启动端子(SS)的上限电压成为齐纳电压，因此能够利用该电压限制最大接通脉冲时间。由此，构成抑制端子数的增加来实现小型和低成本化的具有软启动功能和电力限制功能的开关控制电路及开关电源装置。
文档编号H02M3/28GK102939704SQ20118002794
公开日2013年2月20日 申请日期2011年3月24日 优先权日2010年6月10日
发明者细谷达也 申请人:株式会社村田制作所