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JP2006314189A - Power supply regulation circuit and semiconductor device - Google Patents

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JP2006314189A
JP2006314189A JP2006104757A JP2006104757A JP2006314189A JP 2006314189 A JP2006314189 A JP 2006314189A JP 2006104757 A JP2006104757 A JP 2006104757A JP 2006104757 A JP2006104757 A JP 2006104757A JP 2006314189 A JP2006314189 A JP 2006314189A
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JP
Japan
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current
switching element
voltage
constant
power supply
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Application number
JP2006104757A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ichihiro Murata
一大 村田
Yoshihiro Mori
吉弘 森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power regulation circuit for eliminating a secondary constant current controlling circuit, and achieving an excellent constant current drooping characteristic. <P>SOLUTION: A switching element 1 is turned on so as to maintain an on-duty of a secondary current flowing in a secondary winding 110B of a transformer 110 to a fixed value during a constant current operation, and the constant current drooping characteristic is achieved. At this time, a current limit for defining the maximum value of a drain current ID flowing in the switching element 1 is changed between first and second levels during an on-time of the switching element 1. A peak value of the drain current ID becomes constant. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、出力特性として定電流垂下特性を持つ電源レギュレーション回路、および半導体装置に関する。   The present invention relates to a power supply regulation circuit having a constant current drooping characteristic as an output characteristic, and a semiconductor device.

従来より、充電器用の電源レギュレーション回路として、2次側に定電流制御回路を備えることで定電流垂下特性を実現したスイッチング電源装置が広く利用されている。すなわち、従来は、定電流垂下特性を利用してバッテリー等を定電流で充電するために、例えばスイッチング電源装置の2次側に、出力電流を検出するための抵抗器である出力電流検出抵抗器と、この出力電流検出抵抗器に流れる電流を一定に制御するための定電流制御回路と、この定電流制御回路の信号を1次側へ伝達するためのフォトカプラとを設け、出力電流が一定値以上になったときに定電流制御回路が働くように構成して、定電流垂下特性を実現していた。   Conventionally, as a power supply regulation circuit for a charger, a switching power supply device that has a constant current drooping characteristic by providing a constant current control circuit on the secondary side has been widely used. That is, conventionally, in order to charge a battery or the like with a constant current using a constant current drooping characteristic, an output current detection resistor which is a resistor for detecting an output current, for example, on the secondary side of a switching power supply device And a constant current control circuit for controlling the current flowing through the output current detection resistor to be constant, and a photocoupler for transmitting a signal of the constant current control circuit to the primary side, so that the output current is constant. The constant current control circuit is configured to work when the value exceeds the value, thereby realizing the constant current drooping characteristic.

しかしながら、このように定電流制御回路を備えることで定電流垂下特性を実現したスイッチング電源装置は、消費電力が大きく、また定電流制御回路やフォトカプラは高価であり、部品点数も多くなることから、スイッチング電源装置の省エネ化や、高効率化、小型化、低コスト化の妨げとなっていた。そのため、定電流制御回路を備えることなく定電流垂下特性を実現する必要性が高まっている。   However, the switching power supply device that realizes the constant current drooping characteristic by providing the constant current control circuit as described above consumes large power, the constant current control circuit and the photocoupler are expensive, and the number of parts increases. This has hindered energy saving, high efficiency, downsizing, and low cost of the switching power supply. For this reason, there is an increasing need to realize a constant current drooping characteristic without providing a constant current control circuit.

以下、定電流制御回路を備えることなく定電流垂下特性を実現する従来のスイッチング電源装置について説明する。従来は、定電流動作時に、出力電圧が低下するにつれてスイッチング素子を流れる素子電流の最大値を規定する電流リミットを低くすることにより、定電流垂下特性を実現していた(例えば、特許文献1参照。)。   Hereinafter, a conventional switching power supply device that realizes a constant current drooping characteristic without a constant current control circuit will be described. Conventionally, during constant current operation, constant current drooping characteristics have been realized by lowering the current limit that defines the maximum value of the element current flowing through the switching element as the output voltage decreases (see, for example, Patent Document 1). .)

図16は、従来のスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。
図16において、制御回路200は、入出力部として、起動用電源入力部であるPIN端子と、補助電源電圧入力部であるVCC端子と、電流検出入力部であるCS端子と、スイッチング素子駆動出力部であるOUT端子と、制御回路のGND出力部であるGND端子とを有し、内部に発振回路を備え、OUT端子に接続されるスイッチング素子(MOSFET)210のゲートを駆動して、スイッチング素子210のスイッチング動作を制御する。
FIG. 16 is a block diagram showing a configuration of a conventional switching power supply device.
In FIG. 16, the control circuit 200 includes, as input / output units, a PIN terminal that is a startup power supply input unit, a VCC terminal that is an auxiliary power supply voltage input unit, a CS terminal that is a current detection input unit, and a switching element drive output. A switching terminal (MOSFET) 210 connected to the OUT terminal by driving the gate of the switching element (MOSFET) 210 having an OUT terminal that is a control section and a GND terminal that is a GND output section of the control circuit. The switching operation of 210 is controlled.

スイッチング素子210は、トランス220の1次巻線220Aから流入する電流のオン・オフ制御を行う。スイッチング素子210を流れる素子電流(ドレイン電流)IDは、1次巻線220Aのインダクタンスにより入力電圧VINに比例した傾きを持つ三角波となる。   The switching element 210 performs on / off control of a current flowing from the primary winding 220 </ b> A of the transformer 220. The element current (drain current) ID flowing through the switching element 210 is a triangular wave having a slope proportional to the input voltage VIN due to the inductance of the primary winding 220A.

ダイオード231とコンデンサ232からなる整流平滑化回路は、スイッチング素子210のスイッチング動作によりトランス220の2次巻線220Bに発生する交流電力を直流電力に変換して、負荷233へ供給する。   The rectifying / smoothing circuit including the diode 231 and the capacitor 232 converts AC power generated in the secondary winding 220 </ b> B of the transformer 220 by the switching operation of the switching element 210 into DC power and supplies the DC power to the load 233.

また、ダイオード241とコンデンサ242からなる整流平滑化回路は、制御回路200の補助電源部および出力電圧検出部として活用され、スイッチング素子210のスイッチング動作によりトランス220の補助巻線220Cに発生する交流電力を直流電力に変換して、抵抗器243とコンデンサ244を介してVCC端子へ供給する。この補助巻線220Cに発生する交流電圧は、2次巻線220Bに発生する交流電圧に比例する。   The rectifying / smoothing circuit including the diode 241 and the capacitor 242 is used as an auxiliary power supply unit and an output voltage detection unit of the control circuit 200, and AC power generated in the auxiliary winding 220C of the transformer 220 by the switching operation of the switching element 210. Is converted to DC power and supplied to the VCC terminal via the resistor 243 and the capacitor 244. The AC voltage generated in the auxiliary winding 220C is proportional to the AC voltage generated in the secondary winding 220B.

制御回路200は、抵抗器250に発生する電圧が印加されるCS端子の電圧を基にスイッチング素子210を流れるドレイン電流IDを検出する。制御回路200は、スイッチング素子210に過電流が流れないようにするための過電流保護機能を持ち、ドレイン電流IDのピーク値Ipが電流リミットILIMITまで大きくなると、スイッチング素子210を自動的にターンオフさせる。   The control circuit 200 detects the drain current ID flowing through the switching element 210 based on the voltage of the CS terminal to which the voltage generated in the resistor 250 is applied. The control circuit 200 has an overcurrent protection function for preventing an overcurrent from flowing through the switching element 210. When the peak value Ip of the drain current ID increases to the current limit ILIMIT, the control circuit 200 automatically turns off the switching element 210. .

また、制御回路200は、VCC端子の電圧(VCC電圧)が一定電圧よりも高い場合には、VCC電圧が上昇するにつれてスイッチング素子210のオンデューティを小さくすることで定電圧特性を実現する。一方、VCC電圧が一定電圧よりも低い場合には、VCC端子へ流れ込む電流が低下するにつれて電流リミットILIMITを低下させることで定電流垂下特性を実現する。このとき、電流リミットILIMITは、出力電流IOを一定に保つために、VCC端子へ流れ込む電流の関数で変化する。   Further, when the voltage at the VCC terminal (VCC voltage) is higher than a certain voltage, the control circuit 200 realizes constant voltage characteristics by reducing the on-duty of the switching element 210 as the VCC voltage increases. On the other hand, when the VCC voltage is lower than a certain voltage, the constant current drooping characteristic is realized by lowering the current limit ILIMIT as the current flowing into the VCC terminal decreases. At this time, the current limit ILIMIT changes as a function of the current flowing into the VCC terminal in order to keep the output current IO constant.

以上のように構成されたスイッチング電源装置の動作について、図面を用いて以下に説明する。図17は従来のスイッチング電源装置における各部の動作を表すタイミングチャートを示す図である。   The operation of the switching power supply device configured as described above will be described below with reference to the drawings. FIG. 17 is a timing chart showing the operation of each part in a conventional switching power supply device.

VCC電圧が一定電圧VCC_Aよりも高い場合には、当該スイッチング電源装置は、VCC電圧の上昇に応じてスイッチング素子210のオンデューティDonを小さくして、定電圧特性を実現する。   When the VCC voltage is higher than the constant voltage VCC_A, the switching power supply device reduces the on-duty Don of the switching element 210 in accordance with the increase of the VCC voltage, and realizes constant voltage characteristics.

負荷が重くなって、スイッチング素子210を流れるドレイン電流IDのピーク値Ipが電流リミットILIMITまで大きくなり、出力電力POが最大になり、出力電圧VOが低下すると、その低下に比例してVCC電圧が低下する。   When the load becomes heavy, the peak value Ip of the drain current ID flowing through the switching element 210 increases to the current limit ILIMIT, the output power PO becomes maximum, and the output voltage VO decreases, the VCC voltage is proportional to the decrease. descend.

そして、VCC電圧が一定電圧VCC_Aよりも低くなると、当該スイッチング電源装置は、VCC端子へ流れ込む電流の低下に応じて電流リミットILIMITを低下させて、定電流垂下特性を実現する。このとき、出力電流IOを一定に保つために、電流リミットILIMITをVCC端子へ流れ込む電流の関数で変化させる。   When the VCC voltage becomes lower than the constant voltage VCC_A, the switching power supply device reduces the current limit ILIMIT according to the decrease in the current flowing into the VCC terminal, thereby realizing a constant current drooping characteristic. At this time, in order to keep the output current IO constant, the current limit ILIMIT is changed by a function of the current flowing into the VCC terminal.

このように、定電流制御回路を備えることなく定電流垂下特性を実現する手法として、過電流保護機能を設け、スイッチング素子を流れるドレイン電流の最大値を設定することにより最大出力電力を決めて、それより重い負荷における出力電圧の低下を過負荷として検出し、そこから定電流動作とする手法が一般的に採用されてきた。   In this way, as a technique for realizing a constant current drooping characteristic without a constant current control circuit, an overcurrent protection function is provided, and the maximum output power is determined by setting the maximum value of the drain current flowing through the switching element, In general, a method of detecting a decrease in output voltage at a heavier load as an overload and performing a constant current operation therefrom has been generally employed.

しかしながら、実際の回路においては、スイッチング素子を流れるドレイン電流IDのピーク値Ipは電流リミットILIMITに比べて大きくなる。これは、ドレイン電流IDが電流リミットILIMITまで大きくなったことを検出してからスイッチング素子が実際にターンオフするまでに、過電流検出遅れ時間Tdと呼ばれる一定の遅れ時間が存在するためである。   However, in an actual circuit, the peak value Ip of the drain current ID flowing through the switching element is larger than the current limit ILIMIT. This is because there is a certain delay time called an overcurrent detection delay time Td from when it is detected that the drain current ID has increased to the current limit ILIMIT until when the switching element is actually turned off.

図18(a)に、任意の入力電圧VINに対して電流リミットILIMITが一定の場合のドレイン電流IDの波形を示す。上述したように、ドレイン電流IDは入力電圧VINに比例した傾きを持つ三角波となるが、過電流検出遅れ時間Tdは一定であるので、電流リミットILIMITが任意の入力電圧VINに対して一定である場合、必然的に、入力電圧VINに応じて過電流検出遅れ時間Tdにおけるドレイン電流IDの電流値の伸びが変化する。つまり、同じ電流リミットILIMITでもドレイン電流IDのピーク値Ipは入力電圧VINによって変化する。具体的には、図18(a)に示すように、入力電圧VINが高いときには、ドレイン電流IDの傾きが大きく、ドレイン電流IDのピーク値Ipも大きくなり、入力電圧VINが低いときには、ドレイン電流IDの傾きが小さく、ピーク値Ipも小さくなる。   FIG. 18A shows a waveform of the drain current ID when the current limit ILIMIT is constant with respect to an arbitrary input voltage VIN. As described above, the drain current ID is a triangular wave having a slope proportional to the input voltage VIN, but since the overcurrent detection delay time Td is constant, the current limit ILIMIT is constant with respect to an arbitrary input voltage VIN. In this case, inevitably, the increase in the current value of the drain current ID in the overcurrent detection delay time Td changes according to the input voltage VIN. That is, the peak value Ip of the drain current ID varies with the input voltage VIN even with the same current limit ILIMIT. Specifically, as shown in FIG. 18A, when the input voltage VIN is high, the drain current ID has a large slope, the drain current ID has a peak value Ip, and when the input voltage VIN is low, the drain current ID increases. The inclination of ID is small and the peak value Ip is also small.

したがって、入力電圧VINが高いと、低い場合に比べてドレイン電流IDの最大値が大きくなり、最大の出力電力POが大きくなる。これは過負荷の検出が重負荷側に移動することを意味し、そのため高い入力電圧VINでは低い場合に比べて定電流動作時の出力電流IOが大きくなる。   Therefore, when the input voltage VIN is high, the maximum value of the drain current ID is larger than when the input voltage VIN is low, and the maximum output power PO is large. This means that the detection of the overload moves to the heavy load side, and therefore the output current IO during constant current operation becomes larger at a high input voltage VIN than when it is low.

図19(a)に、任意の入力電圧に対して同じ電流リミットILIMITを用いて上記の従来の手法による定電流動作を行った場合の出力電圧VOと出力電流IOの関係を示す。   FIG. 19A shows the relationship between the output voltage VO and the output current IO when the constant current operation is performed by the above-described conventional method using the same current limit ILIMIT for an arbitrary input voltage.

発振周波数を‘fosc’とすると、非連続モードの場合の出力電力POは、
PO=A×L×Ip×fosc
となる。但し、‘A’は定数、‘L’はトランスの1次巻線のインダクタンスである。
If the oscillation frequency is 'fosc', the output power PO in the discontinuous mode is
PO = A × L × Ip 2 × fosc
It becomes. However, 'A' is a constant and 'L' is the inductance of the primary winding of the transformer.

発振周波数foscとスイッチング素子を流れるドレイン電流IDのピーク値Ipが一定であれば、入力電圧VINが変化しても出力電力POは一定となる。しかし、任意の入力電圧に対して同じ電流リミットILIMITを用いた場合、上記したような理由により、電流リミットILIMITにより決定されるドレイン電流IDの最大値が入力電圧VINにより変化し、最大の出力電力POも変化してしまう。そのため、図19(a)に示すように、高い入力電圧VINでは、過負荷の検出が重負荷側に移動して、入力電圧VINが低い場合に比べて定電流動作時の出力電流IOが大きくなる。   If the oscillation frequency fosc and the peak value Ip of the drain current ID flowing through the switching element are constant, the output power PO is constant even if the input voltage VIN changes. However, when the same current limit ILIMIT is used for an arbitrary input voltage, the maximum value of the drain current ID determined by the current limit ILIMIT changes depending on the input voltage VIN for the reasons described above, and the maximum output power PO also changes. Therefore, as shown in FIG. 19A, at a high input voltage VIN, the detection of overload moves to the heavy load side, and the output current IO during constant current operation is larger than when the input voltage VIN is low. Become.

このように、スイッチング素子を流れるドレイン電流IDの最大値を使用して過負荷を検出し、ドレイン電流IDの最大値を規定する電流リミットILIMITを制御して定電流垂下特性を実現しようとすると、ドレイン電流IDの最大値が入力電圧VINによって変化し、最大の出力電力POも変化してしまうため、入力電圧VINによって定電流動作時の出力電流IOが変化してしまう。   As described above, when an overload is detected using the maximum value of the drain current ID flowing through the switching element and the current limit ILIMIT that defines the maximum value of the drain current ID is controlled to achieve the constant current drooping characteristic, Since the maximum value of the drain current ID changes with the input voltage VIN and the maximum output power PO also changes, the output current IO during constant current operation changes with the input voltage VIN.

従来はこの問題を解決するために以下の手法を採用している。すなわち、図20に示すように、スイッチング素子がターンオンしてからの一定時間、電流リミットILIMITをリニアに上昇させ、その後、スイッチング素子がターンオンした時の値まで低下させていた。   Conventionally, the following method is adopted to solve this problem. That is, as shown in FIG. 20, the current limit ILIMIT is increased linearly for a certain time after the switching element is turned on, and then decreased to the value when the switching element is turned on.

この電流リミットILIMITの上昇時の傾きを適当な値に設定することによって、図18(b)に示すように、入力電圧VINが高い場合のドレイン電流IDに対しては電流リミットILIMITが低くなり、入力電圧VINが低い場合のドレイン電流IDに対しては電流リミットILIMITが高くなるので、入力電圧VINによるドレイン電流IDのピーク値Ipの変化を小さくすることができる。したがって、この鋸型の電流リミットILIMITにより、結果的に過負荷の検出が一定に近くなり、入力電圧VINによる定電流動作時の出力電流IOの変化を抑えることができる。   By setting the slope when this current limit ILIMIT rises to an appropriate value, as shown in FIG. 18B, the current limit ILIMIT becomes lower with respect to the drain current ID when the input voltage VIN is high, Since the current limit ILIMIT becomes higher with respect to the drain current ID when the input voltage VIN is low, the change in the peak value Ip of the drain current ID due to the input voltage VIN can be reduced. Therefore, this saw-shaped current limit ILIMIT results in overload detection being nearly constant, and can suppress a change in the output current IO during a constant current operation due to the input voltage VIN.

但し、過電流検出遅れ時間Tdが一定の場合、任意の入力電圧VINに対してドレイン電流IDのピーク値Ipを一定にする電流リミットILIMITは、厳密には時間に対してリニアに変化しない。すなわち、スイッチング素子がターンオンしてからの時間を‘t’とすると、電流リミットILIMITは次の式で表される時間変化を行う必要がある。
ILIMIT(t)=Ip×(t−Td)/t
However, when the overcurrent detection delay time Td is constant, the current limit ILIMIT that makes the peak value Ip of the drain current ID constant with respect to an arbitrary input voltage VIN does not strictly change linearly with respect to time. That is, if the time after the switching element is turned on is “t”, the current limit ILIMIT needs to change with time represented by the following equation.
ILIMIT (t) = Ip × (t−Td) / t

図21に示す電流リミットILIMIT1は、過電流検出遅れ時間Tdが150nsの場合に、ドレイン電流IDのピーク値Ipを入力電圧によらず1Aにする電流リミットILIMITを表している。図21に示すように、電流リミットILIMIT1は、1次時間微分係数を正、2次時間微分係数を負とする、単純増加、上に凸な関数となり、時間に対してリニアに変化しない。   A current limit ILIMIT1 shown in FIG. 21 represents a current limit ILIMIT that makes the peak value Ip of the drain current ID 1A regardless of the input voltage when the overcurrent detection delay time Td is 150 ns. As shown in FIG. 21, the current limit ILIMIT1 is a simple increase, an upwardly convex function with the primary time differential coefficient being positive and the secondary time differential coefficient being negative, and does not change linearly with respect to time.

一方、電流リミットILIMIT2は、時間に対してリニアに変化する電流リミットILIMITであり、過電流検出遅れ時間Tdが150nsで且つスイッチング素子のオン時間Tonが1.0〜4.5μsの範囲で変化する場合に、ドレイン電流IDのピーク値Ipの誤差が±3%程度に収まるように設定されている。また、ピーク値Ip2は、この電流リミットILIMIT2を電流リミットILIMITとした場合の実際のピーク値Ipである。   On the other hand, the current limit ILIMIT2 is a current limit ILIMIT that changes linearly with respect to time, the overcurrent detection delay time Td is 150 ns, and the on-time Ton of the switching element is changed in the range of 1.0 to 4.5 μs. In such a case, the error of the peak value Ip of the drain current ID is set to be within about ± 3%. The peak value Ip2 is an actual peak value Ip when the current limit ILIMIT2 is used as the current limit ILIMIT.

ここで、オン時間Tonとはスイッチング素子がオンしている期間を表し、厳密には、スイッチング素子がターンオンしてから、ドレイン電流IDが電流リミットILIMITまで大きくなった後、過電流検出遅れ時間Tdだけ遅れてスイッチング素子がターンオフするまでの時間を言う。   Here, the ON time Ton represents a period during which the switching element is ON. Strictly speaking, after the switching element is turned ON, after the drain current ID increases to the current limit ILIMIT, the overcurrent detection delay time Td. The time until the switching element is turned off with a delay.

図21に示すように、スイッチング素子のオン時間Tonに対してリニアに変化する電流リミットILIMIT2でも、所定のオン時間Tonの範囲内であればドレイン電流IDのピーク値Ipの入力電圧依存性を小さくすることができる。例に挙げたオン時間Tonの範囲(1.0〜4.5μs)は、4.5倍の範囲であり、例えばワールドワイド入力(AC85〜282V)の入力電圧範囲に十分対応することができる。そこで、従来は、例えば図21に示す電流リミットILIMIT2のように、電流リミットILIMITの上昇時の傾きを適当な値に設定していた。   As shown in FIG. 21, even in the current limit ILIMIT2 that linearly changes with respect to the ON time Ton of the switching element, the dependency of the peak value Ip of the drain current ID on the input voltage is reduced as long as it is within the predetermined ON time Ton. can do. The range (1.0 to 4.5 μs) of the on-time Ton given as an example is a range of 4.5 times, and can sufficiently correspond to the input voltage range of the world wide input (AC 85 to 282 V), for example. Therefore, conventionally, for example, as in the current limit ILIMIT2 shown in FIG. 21, the slope when the current limit ILIMIT is increased is set to an appropriate value.

しかしながら、過電流検出遅れ時間Tdに対してオン時間Tonが短い場合、つまり「Td/Ton」が大きい場合には、スイッチング素子を流れるドレイン電流IDのピーク値Ipの入力電圧依存性を小さくすることは難しい。このため、過電流検出遅れ時間Tdが長いことや、オン時間Tonが短いことは、リニアに時間変化する電流リミットILIMITを用いてピーク値Ipの入力電圧依存性を小さくすることには不利となる。このことは、図21に示すピーク電流Ip2が、オン時間Tonが1μs以下の場合に著しく1Aから外れていることからも分かる。   However, when the on-time Ton is shorter than the overcurrent detection delay time Td, that is, when “Td / Ton” is large, the dependency of the peak value Ip of the drain current ID flowing through the switching element on the input voltage is reduced. Is difficult. For this reason, the long overcurrent detection delay time Td and the short on time Ton are disadvantageous for reducing the input voltage dependence of the peak value Ip using the current limit ILIMIT that changes linearly with time. . This can also be seen from the fact that the peak current Ip2 shown in FIG. 21 deviates significantly from 1 A when the on-time Ton is 1 μs or less.

従来のスイッチング電源装置は、図17に示すように、電流リミットILIMITを小さくすることにより二次側へ供給するエネルギを小さくして定電流垂下特性を実現しているが、結果的にスイッチング素子を流れるドレイン電流IDのピーク値Ipが小さくなり、オン時間Tonが短くなる。   As shown in FIG. 17, the conventional switching power supply device realizes a constant current drooping characteristic by reducing the energy supplied to the secondary side by reducing the current limit ILIMIT. The peak value Ip of the flowing drain current ID becomes small, and the on time Ton becomes short.

そのため、電流リミットILIMITを小さくすることによって定電流垂下特性を実現する場合、リニアに時間変化する鋸型の電流リミットILIMITを用いると、オン時間Tonが短くなるほどドレイン電流のピーク値Ipが著しく変化するので、出力電流IOを入力電圧VINと負荷の重さの変動に対して一定にすることが非常に困難になる。   Therefore, when the constant current drooping characteristic is realized by reducing the current limit ILIMIT, the peak value Ip of the drain current changes significantly as the on-time Ton becomes shorter when the saw-type current limit ILIMIT that changes linearly with time is used. Therefore, it becomes very difficult to make the output current IO constant with respect to fluctuations in the input voltage VIN and the load weight.

図18(c)には、電流リミットILIMITを低下させ、スイッチング素子を流れるドレイン電流IDのピーク値Ipが小さくなった時のドレイン電流IDの波形を示している。   FIG. 18C shows a waveform of the drain current ID when the current limit ILIMIT is lowered and the peak value Ip of the drain current ID flowing through the switching element is reduced.

図18(c)に示すように、ドレイン電流IDのピーク値Ipが小さくなり、スイッチング素子のオン時間Tonが短くなったときの電流リミットILIMITの傾きを図18(b)に示す電流リミットILIMITと同じにした場合、入力電圧VINによってドレイン電流IDのピーク値Ipが変化する。このため、定電流動作時に鋸型の電流リミットILIMITを低下させて定電流垂下特性を実現する従来の手法では、図19(b)に示すような定電流垂下特性となり、出力電圧VOが低下した時に入力電圧VINによって出力電流IOが変化してしまうことが予想され、この点が、従来の問題点であった。
特開2003−189612号公報
As shown in FIG. 18C, the slope of the current limit ILIMIT when the peak value Ip of the drain current ID becomes small and the on-time Ton of the switching element becomes short is the current limit ILIMIT shown in FIG. In the same case, the peak value Ip of the drain current ID changes depending on the input voltage VIN. For this reason, in the conventional method for realizing the constant current drooping characteristic by lowering the saw-shaped current limit ILIMIT during the constant current operation, the constant current drooping characteristic as shown in FIG. 19B is obtained, and the output voltage VO is lowered. It is expected that the output current IO will sometimes change due to the input voltage VIN, which is a conventional problem.
JP 2003-189612 A

本発明は、上記問題点に鑑み、定電流領域において、スイッチング素子のターンオフのタイミングから2次巻線(第2の巻線)に流れ始める2次電流のオンデューティが一定値で維持されるようにスイッチング素子をターンオンし、スイッチング素子を流れる素子電流が、スイッチング素子のオン時間(オン期間)に第1と第2のレベルの間で変化する電流リミットに達すると、スイッチング素子をターンオフすることにより、定電流制御回路や、フォトカプラ、出力電流検出抵抗器を不要にでき、さらに、入力電圧による定電流領域での出力電流の変化を抑制でき、良好な定電流垂下特性を実現できる電源レギュレーション回路を提供することを目的とする。   In the present invention, in view of the above problems, the on-duty of the secondary current that starts to flow to the secondary winding (second winding) from the turn-off timing of the switching element is maintained at a constant value in the constant current region. When the switching element is turned on, and the element current flowing through the switching element reaches a current limit that changes between the first and second levels during the ON time (ON period) of the switching element, the switching element is turned off. Power supply regulation circuit that can eliminate the need for constant current control circuit, photocoupler, output current detection resistor, and can control the change of output current in the constant current region due to input voltage and realize good constant current drooping characteristics The purpose is to provide.

本発明の請求項1記載の電源レギュレーション回路は、入力電圧が入力される第1の巻線と、出力電圧を発生する第2の巻線と、を有するトランスと、第1の端子と第2の端子と制御端子の3端子を含み、前記制御端子において受信した制御信号に応答して前記第1と第2の端子を電気的に結合あるいは分離するように発振することで前記第1の巻線を流れる電流のオン・オフ制御を行うスイッチング素子と、前記制御信号を生成する制御回路と、を備え、前記スイッチング素子の発振を制御することにより前記第1と第2の巻線へのエネルギ供給量を制御して、前記第2の巻線に接続される負荷へ一定の出力電流を供給する電源レギュレーション回路であって、前記制御回路は、前記スイッチング素子を流れる素子電流を検出する素子電流検出機能と、前記スイッチング素子が前記第1と第2の端子を結合している期間に、前記素子電流の最大値を規定する電流リミットを第1のレベルと前記第1のレベルよりも大きい第2のレベルとの間で変化させる電流リミット可変機能と、前記第1と第2のレベルの間で変化する前記電流リミットに前記素子電流が達すると前記スイッチング素子をターンオフさせる信号を出力する機能と、前記第2の巻線を流れる2次電流のオンデューティを検出して、該2次電流のオンデューティが一定値となるように前記スイッチング素子をターンオンさせる信号を出力する機能と、前記スイッチング素子をターンオンさせる信号とターンオフさせる信号とを基に前記制御信号を生成する機能と、を有することを特徴とする。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a power supply regulation circuit comprising: a transformer having a first winding to which an input voltage is input; a second winding for generating an output voltage; a first terminal; The first winding by oscillating so as to electrically couple or separate the first and second terminals in response to a control signal received at the control terminal. A switching element that performs on / off control of the current flowing through the line, and a control circuit that generates the control signal, and controls energy of the first and second windings by controlling oscillation of the switching element. A power supply regulation circuit for controlling a supply amount and supplying a constant output current to a load connected to the second winding, wherein the control circuit detects an element current flowing through the switching element. And a current limit that defines a maximum value of the element current during the period in which the switching element couples the first and second terminals to a first level and a first level greater than the first level. A current limit variable function that changes between two levels, and a function that outputs a signal that turns off the switching element when the element current reaches the current limit that changes between the first and second levels. A function of detecting an on-duty of a secondary current flowing through the second winding and outputting a signal for turning on the switching element so that the on-duty of the secondary current becomes a constant value; And a function of generating the control signal based on a signal for turning on and a signal for turning off.

また、本発明の請求項2記載の電源レギュレーション回路は、請求項1記載の電源レギュレーション回路であって、前記電流リミット可変機能は、前記素子電流検出機能による前記素子電流の検出値を変化させることにより、前記スイッチング素子が前記第1と第2の端子を結合している期間に、前記電流リミットを前記第1のレベルと前記第2のレベルとの間で変化させることを特徴とする。   The power supply regulation circuit according to claim 2 of the present invention is the power supply regulation circuit according to claim 1, wherein the current limit variable function changes a detection value of the element current by the element current detection function. Thus, the current limit is changed between the first level and the second level during a period in which the switching element couples the first and second terminals.

また、本発明の請求項3記載の電源レギュレーション回路は、請求項1記載の電源レギュレーション回路であって、前記電流リミット可変機能は、前記電流リミットを決定する基準値を変化させることにより、前記スイッチング素子が前記第1と第2の端子を結合している期間に、前記電流リミットを前記第1のレベルと前記第2のレベルとの間で変化させることを特徴とする。   The power supply regulation circuit according to claim 3 of the present invention is the power supply regulation circuit according to claim 1, wherein the variable current limit function changes the switching value by changing a reference value for determining the current limit. The current limit is varied between the first level and the second level during a period in which an element couples the first and second terminals.

また、本発明の請求項4記載の電源レギュレーション回路は、請求項1ないし3のいずれかに記載の電源レギュレーション回路であって、前記トランスは、前記第2の巻線に発生する電圧の検出を行うための第3の巻線をさらに有し、前記制御回路は、前記第3の巻線に発生する電圧を基に前記2次電流のオンデューティを検出することを特徴とする。   A power supply regulation circuit according to a fourth aspect of the present invention is the power supply regulation circuit according to any one of the first to third aspects, wherein the transformer detects a voltage generated in the second winding. The control circuit further includes a third winding for performing the detection, and the control circuit detects an on-duty of the secondary current based on a voltage generated in the third winding.

また、本発明の請求項5記載の電源レギュレーション回路は、請求項1ないし4のいずれかに記載の電源レギュレーション回路であって、前記制御回路は、前記2次電流のオンデューティが一定値以下であると前記出力電圧が一定になるように前記エネルギ供給量を変化させる機能をさらに有することを特徴とする。   A power supply regulation circuit according to claim 5 of the present invention is the power supply regulation circuit according to any one of claims 1 to 4, wherein the control circuit has an on-duty of the secondary current equal to or less than a predetermined value. If there is, it further has a function of changing the energy supply amount so that the output voltage becomes constant.

また、本発明の請求項6記載の電源レギュレーション回路は、請求項5記載の電源レギュレーション回路であって、前記制御回路は、前記2次電流のオンデューティが一定値以下であると、前記スイッチング素子の発振周波数を変化させることにより前記エネルギ供給量を変化させて前記出力電圧を一定にすることを特徴とする。   The power supply regulation circuit according to claim 6 of the present invention is the power supply regulation circuit according to claim 5, wherein the control circuit is configured such that when the on-duty of the secondary current is a predetermined value or less, the switching element The output voltage is made constant by changing the energy supply amount by changing the oscillation frequency of the output.

また、本発明の請求項7記載の電源レギュレーション回路は、請求項5記載の電源レギュレーション回路であって、前記制御回路は、前記2次電流のオンデューティが一定値以下であると、前記スイッチング素子の発振周波数を一定のまま、前記スイッチング素子が前記第1と第2の端子を結合する期間を変化させることにより前記エネルギ供給量を変化させて前記出力電圧を一定にすることを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, the power supply regulation circuit according to the fifth aspect is the power supply regulation circuit according to the fifth aspect, wherein the control circuit is configured such that the on-duty of the secondary current is equal to or less than a predetermined value. The output voltage is made constant by changing the energy supply amount by changing a period during which the switching element couples the first and second terminals while keeping the oscillation frequency constant.

また、本発明の請求項8記載の電源レギュレーション回路は、請求項5記載の電源レギュレーション回路であって、前記制御回路は、前記2次電流のオンデューティが一定値以下であって前記出力電流が所定値より小さいと、前記スイッチング素子の発振周波数を一定のまま、前記スイッチング素子が前記第1と第2の端子を結合する期間を変化させることにより前記エネルギ供給量を変化させて前記出力電圧を一定にし、前記2次電流のオンデューティが一定値以下であって前記出力電流が所定値以上では、前記スイッチング素子の発振周波数を変化させることにより前記エネルギ供給量を変化させて前記出力電圧を一定にすることを特徴とする。   The power supply regulation circuit according to claim 8 of the present invention is the power supply regulation circuit according to claim 5, wherein the control circuit is configured such that the on-duty of the secondary current is a predetermined value or less and the output current is If less than a predetermined value, the energy supply amount is changed by changing a period during which the switching element couples the first and second terminals while keeping the oscillation frequency of the switching element constant, and the output voltage is changed. When the on-duty of the secondary current is not more than a certain value and the output current is not less than a certain value, the energy supply amount is changed by changing the oscillation frequency of the switching element to keep the output voltage constant. It is characterized by.

また、本発明の請求項9記載の電源レギュレーション回路は、請求項1ないし8のいずれかに記載の電源レギュレーション回路であって、前記制御回路は、同一半導体基板上に形成されていることを特徴とする。   A power supply regulation circuit according to a ninth aspect of the present invention is the power supply regulation circuit according to any one of the first to eighth aspects, wherein the control circuit is formed on the same semiconductor substrate. And

また、本発明の請求項10記載の電源レギュレーション回路は、請求項1ないし8のいずれかに記載の電源レギュレーション回路であって、前記スイッチング素子と前記制御回路は、同一半導体基板上に形成されていることを特徴とする。   A power supply regulation circuit according to a tenth aspect of the present invention is the power supply regulation circuit according to any one of the first to eighth aspects, wherein the switching element and the control circuit are formed on the same semiconductor substrate. It is characterized by being.

また、本発明の請求項11記載の半導体装置は、請求項1ないし8のいずれかに記載の前記制御回路が同一半導体基板上に形成されたことを特徴とする。   A semiconductor device according to an eleventh aspect of the present invention is characterized in that the control circuit according to any one of the first to eighth aspects is formed on the same semiconductor substrate.

また、本発明の請求項12記載の半導体装置は、請求項1ないし8のいずれかに記載の前記スイッチング素子と前記制御回路が同一半導体基板上に形成されたことを特徴とする。   A semiconductor device according to a twelfth aspect of the present invention is characterized in that the switching element according to any one of the first to eighth aspects and the control circuit are formed on the same semiconductor substrate.

本発明によれば、定電流制御回路や、フォトカプラ、出力電流検出抵抗器を不要にでき、さらに、入力電圧による定電流領域での出力電流の変化を抑制でき、良好な定電流垂下特性を簡単に得ることができる。つまり、従来のように、ドレイン電流を検出し、ドレイン電流が電流リミットまで大きくなると出力電圧の低下に応じて電流リミットを小さくして、ドレイン電流のピーク値を小さくすることで定電流垂下特性を実現するのではなく、2次電流のオンデューティが一定値に維持されるようにスイッチング素子をターンオンし、素子電流が、スイッチング素子のオン時間(オン期間)に第1と第2のレベルの間で変化する電流リミットに達すると、スイッチング素子をターンオフすることで定電流垂下特性を実現するので、定電流領域において出力電圧が低下したときにも従来のようにスイッチング素子のオン時間が短くならず、したがって、入力電圧によって出力電流が変化することもない。   According to the present invention, a constant current control circuit, a photocoupler, and an output current detection resistor can be made unnecessary, and furthermore, a change in output current in a constant current region due to an input voltage can be suppressed, and a good constant current drooping characteristic can be obtained. Can be easily obtained. In other words, as in the past, when the drain current is detected and the drain current increases up to the current limit, the current limit is reduced according to the decrease in the output voltage, and the peak value of the drain current is reduced, thereby reducing the constant current drooping characteristic. Instead of realizing, the switching element is turned on so that the on-duty of the secondary current is maintained at a constant value, and the element current is between the first and second levels during the on-time (on period) of the switching element. When the current limit is changed, the switching element is turned off to achieve the constant current drooping characteristic. Therefore, when the output voltage drops in the constant current region, the on-time of the switching element is not shortened. Therefore, the output current does not change depending on the input voltage.

また、スイッチング素子を流れる素子電流の検出値や電流リミットを決定する基準値を変化させることでスイッチング素子のオン時間に電流リミットを第1と第2のレベルの間で変化させるので、スイッチング素子のオン時間に変化する電流リミットの傾きを適当に設定すれば、入力電圧によらず定電流領域での出力電流をほぼ一定にできる。   Moreover, since the current limit is changed between the first level and the second level during the on-time of the switching element by changing the detection value of the element current flowing through the switching element and the reference value for determining the current limit, If the slope of the current limit that changes during the on-time is set appropriately, the output current in the constant current region can be made almost constant regardless of the input voltage.

また、トランスの第3の巻線の電圧変化を検出して2次電流のオンデューティを検出することにより、少ない電力ロスと追加部品で、しかもトランスの1次側と2次側の絶縁を維持したまま、2次電流のオンデューティを一定値にする制御を実現することができる。   In addition, by detecting the voltage change of the third winding of the transformer and detecting the on-duty of the secondary current, the insulation between the primary side and the secondary side of the transformer is maintained with less power loss and additional components. In this way, it is possible to realize control that makes the on-duty of the secondary current constant.

また、2次電流のオンデューティが一定値に達するまでは出力電圧を一定にすることにより、負荷状態に応じて、定電流垂下特性と定電圧特性のいずれかの特性を実現できる。また、この出力電圧を一定にする制御を、スイッチング素子の発振周波数を変化させることで行うことにより、定電圧領域から定電流領域への切り替えをスムーズに行うことができる。また、発振周波数を一定のまま、スイッチング素子のオン時間を変化させることで出力電圧を一定にすれば、トランスの音鳴りを防止できる。   Further, by making the output voltage constant until the on-duty of the secondary current reaches a constant value, either the constant current drooping characteristic or the constant voltage characteristic can be realized according to the load state. Further, by performing the control to make the output voltage constant by changing the oscillation frequency of the switching element, switching from the constant voltage region to the constant current region can be performed smoothly. Further, if the output voltage is made constant by changing the on-time of the switching element while keeping the oscillation frequency constant, the sound of the transformer can be prevented.

また、制御回路を同一半導体基板上に形成したり、スイッチング素子と制御回路を同一半導体基板上に形成すれば、電源レギュレーション回路の省スペース化、低コスト化を実現できる。   Further, if the control circuit is formed on the same semiconductor substrate, or if the switching element and the control circuit are formed on the same semiconductor substrate, space saving and cost reduction of the power supply regulation circuit can be realized.

以下、本発明の実施の形態における電源レギュレーション回路について、図面を参照しながら具体的に説明する。本実施の形態では、電源レギュレーション回路としてスイッチング電源装置を用いる。   Hereinafter, a power supply regulation circuit according to an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. In the present embodiment, a switching power supply device is used as the power supply regulation circuit.

図1は本実施の形態におけるスイッチング電源装置の一構成例を示すブロック図である。
図1において、スイッチング素子1はパワーMOSFETであり、入力端子(第1の端子)であるDRAIN端子と出力端子(第2の端子)であるSOURCE端子と制御端子であるGATE端子の3端子を含み、制御端子において受信した制御信号に応答して入力端子と出力端子を電気的に結合あるいは分離するように発振する。そして、この発振動作によりトランス110の1次巻線110Aに流れる電流のオン・オフ制御を行う。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a switching power supply device according to the present embodiment.
In FIG. 1, a switching element 1 is a power MOSFET, and includes three terminals: a DRAIN terminal that is an input terminal (first terminal), a SOURCE terminal that is an output terminal (second terminal), and a GATE terminal that is a control terminal. In response to the control signal received at the control terminal, the input terminal and the output terminal oscillate so as to be electrically coupled or separated. Then, on / off control of the current flowing through the primary winding 110A of the transformer 110 is performed by this oscillation operation.

また、スイッチング電源装置制御用の半導体装置100は、スイッチング素子1と制御回路から構成されており、制御回路は、制御信号を生成してスイッチング素子1のスイッチング動作(発振動作)を制御する。また、半導体装置100は、外部入力端子として、スイッチング素子1の入力端子(DRAIN端子)、補助電源電圧入力端子(VCC端子)、2次電流オフタイミング検出端子(TR端子)、スイッチング素子1の出力端子でもある制御回路のGND端子(SOURCE端子)の4端子を備えている。   Further, the semiconductor device 100 for controlling the switching power supply device includes the switching element 1 and a control circuit, and the control circuit generates a control signal and controls the switching operation (oscillation operation) of the switching element 1. In addition, the semiconductor device 100 includes, as external input terminals, an input terminal (DRAIN terminal) of the switching element 1, an auxiliary power supply voltage input terminal (VCC terminal), a secondary current off timing detection terminal (TR terminal), and an output of the switching element 1. There are four terminals of the GND terminal (SOURCE terminal) of the control circuit which is also a terminal.

トランス110は、入力電圧VINを入力する1次巻線(第1の巻線)110Aと、出力電圧VOを出力するための2次巻線(第2の巻線)110Bと、2次巻線110Bに発生する電圧を検出するための補助巻線(第3の巻線)110Cとを有している。また、1次巻線110Aと2次巻線110Bの極性は逆になっており、当該スイッチング電源装置はフライバック型となっている。   The transformer 110 includes a primary winding (first winding) 110A for inputting an input voltage VIN, a secondary winding (second winding) 110B for outputting an output voltage VO, and a secondary winding. And an auxiliary winding (third winding) 110C for detecting a voltage generated at 110B. Further, the polarities of the primary winding 110A and the secondary winding 110B are reversed, and the switching power supply device is a flyback type.

補助巻線110Cには、ダイオード120とコンデンサ121とで構成される整流平滑化回路が接続されており、この整流平滑化回路が半導体装置100の補助電源部として活用される。つまり、補助巻線110Cは2次巻線110Bと同じ極性になっており、補助電源部は、スイッチング素子1のスイッチング動作によって補助巻線110Cに発生する交流電圧(補助側交流電圧)を整流し且つ平滑化して、出力電圧VOに比例する補助電源電圧VCCを生成し、VCC端子へ印加する。   A rectifying / smoothing circuit including a diode 120 and a capacitor 121 is connected to the auxiliary winding 110 </ b> C, and this rectifying / smoothing circuit is used as an auxiliary power supply unit of the semiconductor device 100. That is, the auxiliary winding 110C has the same polarity as the secondary winding 110B, and the auxiliary power supply unit rectifies the AC voltage (auxiliary AC voltage) generated in the auxiliary winding 110C by the switching operation of the switching element 1. The auxiliary power supply voltage VCC proportional to the output voltage VO is generated by smoothing and applied to the VCC terminal.

また、補助巻線110Cにはダイオード122を介して抵抗器123、124が接続されており、この抵抗器123、124の接続点がTR端子に接続される。補助巻線110Cに発生する交流電圧は、ダイオード122により整流され、抵抗器123、124により分圧されてTR端子に印加される。このTR端子に印加される電圧(以下、TR端子電圧VTRと称す。)は、スイッチング素子1のスイッチング動作によって2次巻線110Bに流れる2次電流が流れ終わったタイミング(以下、オフタイミングと称す。)を検出するために用いられる。   Resistors 123 and 124 are connected to the auxiliary winding 110C via a diode 122, and the connection point of the resistors 123 and 124 is connected to the TR terminal. The AC voltage generated in the auxiliary winding 110C is rectified by the diode 122, divided by the resistors 123 and 124, and applied to the TR terminal. The voltage applied to the TR terminal (hereinafter referred to as TR terminal voltage VTR) is the timing at which the secondary current flowing through the secondary winding 110B has ended by the switching operation of the switching element 1 (hereinafter referred to as off timing). )).

2次巻線110Bには、ダイオード130とコンデンサ131とで構成される整流平滑化回路が接続されており、この整流平滑化回路が当該スイッチング電源装置の出力電圧生成部として活用される。つまり、出力電圧生成部は、スイッチング素子1のスイッチング動作によって2次巻線110Bに発生する交流電圧(2次側交流電圧)を整流し且つ平滑化して、出力電圧VO(第2の直流電圧)を生成し、負荷132へ印加する。   A rectifying / smoothing circuit including a diode 130 and a capacitor 131 is connected to the secondary winding 110B, and this rectifying / smoothing circuit is used as an output voltage generation unit of the switching power supply device. That is, the output voltage generator rectifies and smoothes the AC voltage (secondary AC voltage) generated in the secondary winding 110B by the switching operation of the switching element 1, and outputs the output voltage VO (second DC voltage). Is generated and applied to the load 132.

図2は本実施の形態におけるスイッチング電源装置を構成するスイッチング電源装置制御用の半導体装置100の一構成例を示すブロック図である。半導体装置100はスイッチング素子1と制御回路を含み、制御回路は、スイッチング素子1の発振を制御することによりトランス110の1次巻線110Aと2次巻線110Bへのエネルギ供給量を制御して、定電流領域での負荷132への出力電流IOをほぼ一定にする。   FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the semiconductor device 100 for controlling the switching power supply that constitutes the switching power supply in the present embodiment. The semiconductor device 100 includes a switching element 1 and a control circuit. The control circuit controls the amount of energy supplied to the primary winding 110A and the secondary winding 110B of the transformer 110 by controlling the oscillation of the switching element 1. The output current IO to the load 132 in the constant current region is made substantially constant.

図2において、レギュレータ2は、DRAIN端子もしくはVCC端子のいずれか一方の端子から半導体装置100の内部回路用電源VDDへ電流を供給し、内部回路用電源VDDの電圧を一定値に安定化する。   In FIG. 2, the regulator 2 supplies a current from either the DRAIN terminal or the VCC terminal to the internal circuit power supply VDD of the semiconductor device 100, and stabilizes the voltage of the internal circuit power supply VDD to a constant value.

すなわち、レギュレータ2は、スイッチング素子1のスイッチング動作開始前には、DRAIN端子から内部回路用電源VDDへ電流を供給するとともにVCC端子を介して補助電源部のコンデンサ121へも電流を供給して、補助電源電圧VCCおよび内部回路用電源VDDの電圧を上昇させる。そして、内部回路用電源VDDの電圧が一定値に達した時に、NAND回路13への出力信号を信号レベルがローレベルの信号(以下、ローレベル信号と称す。)から信号レベルがハイレベルの信号(以下、ハイレベル信号と称す。)へ切り替え、スイッチング素子1のスイッチング動作を開始させる。   That is, the regulator 2 supplies current from the DRAIN terminal to the internal circuit power supply VDD and also supplies current to the capacitor 121 of the auxiliary power supply unit via the VCC terminal before the switching operation of the switching element 1 is started. The auxiliary power supply voltage VCC and the internal circuit power supply VDD are increased. When the voltage of the internal circuit power supply VDD reaches a certain value, the output signal to the NAND circuit 13 is changed from a signal having a low signal level (hereinafter referred to as a low level signal) to a signal having a high signal level. (Hereinafter referred to as a high level signal), and the switching operation of the switching element 1 is started.

スイッチング素子1のスイッチング動作開始後は、DRAIN端子からVCC端子への電流供給が停止し、補助電源電圧VCCの値によって内部回路用電源VDDへの電流供給端子が決まる。つまり、補助電源電圧VCCが一定値以上になると、レギュレータ2はVCC端子から内部回路用電源VDDへ電流を供給して、半導体装置100の消費電力を削減する。一方、定電流領域で出力電圧VOが低下している時など、補助電源電圧VCCが一定値を下回ると、レギュレータ2はDRAIN端子から内部回路用電源VDDへ電流を供給する。このようにして、レギュレータ2は、内部回路用電源VDDを一定値に安定化する。   After the switching operation of the switching element 1 is started, the current supply from the DRAIN terminal to the VCC terminal is stopped, and the current supply terminal to the internal circuit power supply VDD is determined by the value of the auxiliary power supply voltage VCC. That is, when the auxiliary power supply voltage VCC becomes a certain value or more, the regulator 2 supplies a current from the VCC terminal to the internal circuit power supply VDD to reduce the power consumption of the semiconductor device 100. On the other hand, when the auxiliary power supply voltage VCC falls below a certain value, such as when the output voltage VO decreases in the constant current region, the regulator 2 supplies current from the DRAIN terminal to the internal circuit power supply VDD. In this way, the regulator 2 stabilizes the internal circuit power supply VDD to a constant value.

誤差増幅器3は、安定化用基準電圧と補助電源電圧VCCを比較して、その差から誤差電圧信号VEAOを生成する。ドレイン電流検出可変回路(電流リミット可変回路)4は、フリップフロップ回路12の出力信号(FFout信号)を入力とし、スイッチング素子1がオンするタイミングとオフするタイミングを検出して、そのタイミングに応じて変化する電流信号(電流リミット可変信号)Islopeをドレイン電流検出回路5に出力する。これにより、スイッチング素子1を流れるドレイン電流IDを検出する素子電流検出機能を有するドレイン電流検出回路(素子電流検出回路)5は、スイッチング素子1を流れるドレイン電流(素子電流)IDと電流リミット可変信号Islopeとに応じた電圧信号である素子電流検出信号VCLを出力することになる。   The error amplifier 3 compares the stabilization reference voltage and the auxiliary power supply voltage VCC, and generates an error voltage signal VEAO from the difference. The drain current detection variable circuit (current limit variable circuit) 4 receives the output signal (FFout signal) of the flip-flop circuit 12 and detects when the switching element 1 is turned on and when it is turned off, and according to the timing. The changing current signal (current limit variable signal) Islope is output to the drain current detection circuit 5. As a result, the drain current detection circuit (element current detection circuit) 5 having the element current detection function for detecting the drain current ID flowing through the switching element 1 has the drain current (element current) ID flowing through the switching element 1 and the current limit variable signal. The element current detection signal VCL, which is a voltage signal corresponding to Islope, is output.

つまり、ドレイン電流検出可変回路4は、電流リミット可変信号Islopeを生成してドレイン電流検出回路5により検出されるドレイン電流値(素子電流の検出値)を変化させ、最終的に、誤差電圧信号VEAOが過電流保護基準電圧VLINITより大きくなったときに、ドレイン電流IDの最大値を規定する電流リミットILIMITが図8に示すようなリニアに時間変化する鋸型の波形となるようにする。   That is, the drain current detection variable circuit 4 generates the current limit variable signal Islope to change the drain current value (element current detection value) detected by the drain current detection circuit 5, and finally the error voltage signal VEAO. Is larger than the overcurrent protection reference voltage VLIMIT, the current limit ILIMIT that defines the maximum value of the drain current ID is made to have a saw-like waveform that varies linearly as shown in FIG.

このように、ドレイン電流検出可変回路4の電流リミット可変機能によりドレイン電流IDの検出値を変化させ、電流リミットILMITをリニアに時間変化する鋸型の波形にすることで、誤差電圧信号VEAOが過電流保護基準電圧VLINITより大きくなったときに、過電流検出遅れ時間Tdを考慮に入れたドレイン電流IDの実際のピーク値Ipが入力電圧VINによらずほぼ一定となるようにし、入力電圧VINによらず定電流領域での出力電流IOがほぼ一定となるようにする。   As described above, the detection value of the drain current ID is changed by the current limit variable function of the drain current detection variable circuit 4, and the error voltage signal VEAO is excessively increased by making the current limit ILMIT into a saw-tooth waveform linearly changing with time. When the voltage exceeds the current protection reference voltage VLIMIT, the actual peak value Ip of the drain current ID taking into account the overcurrent detection delay time Td is made to be substantially constant regardless of the input voltage VIN. Regardless, the output current IO in the constant current region is made substantially constant.

ドレイン電流制御回路(素子電流制御回路)6には、過電流保護基準電圧VLIMITと誤差増幅器3から出力される誤差電圧信号VEAOが基準電圧として入力される。ドレイン電流制御回路6は、素子電流検出信号VCLの電圧が過電流保護基準電圧VLIMITと誤差電圧信号VEAOの電圧のうちの低い方の電圧に達すると、フリップフロップ回路12のリセット端子に、スイッチング素子1のターンオフを決める信号(ここではハイレベル信号)を出力する。   The drain current control circuit (element current control circuit) 6 receives the overcurrent protection reference voltage VLIMIT and the error voltage signal VEAO output from the error amplifier 3 as reference voltages. When the voltage of the element current detection signal VCL reaches the lower voltage of the overcurrent protection reference voltage VLIMIT and the error voltage signal VEAO, the drain current control circuit 6 causes the switching element to switch to the reset terminal of the flip-flop circuit 12. A signal for determining turn-off of 1 (here, a high level signal) is output.

発振器7は、スイッチング素子1のターンオンを決める一定周期のクロック信号set_1(第1のクロック信号)をクロック信号選択回路11へ出力する。このクロック信号set_1が定電圧領域におけるスイッチング素子1の発振周波数を決める。   The oscillator 7 outputs to the clock signal selection circuit 11 a clock signal set_1 (first clock signal) having a fixed period that determines turn-on of the switching element 1. This clock signal set_1 determines the oscillation frequency of the switching element 1 in the constant voltage region.

発振周波数調整回路8は、誤差増幅器3から出力される誤差電圧信号VEAOの電圧が過電流保護基準電圧VLIMITを越えた差分に応じてクロック信号set_1の周波数を高くする(周期を短くする)。つまり、発振周波数調整回路8は、誤差増幅器3から出力される誤差電圧信号VEAOの電圧が過電流保護基準電圧VLIMITより高い場合にのみその電圧差に応じた電流値となる信号を発振器7へ出力して、その電圧差が大きくなるのに応じて発振器7より出力されるクロック信号set_1の周波数が高くなる(周期が短くなる)ようにする。これにより、負荷132が重くなっても出力電圧VOを一定値に安定化できる。   The oscillation frequency adjusting circuit 8 increases the frequency of the clock signal set_1 (shortens the cycle) according to the difference in which the voltage of the error voltage signal VEAO output from the error amplifier 3 exceeds the overcurrent protection reference voltage VLIMIT. That is, the oscillation frequency adjustment circuit 8 outputs a signal having a current value corresponding to the voltage difference to the oscillator 7 only when the voltage of the error voltage signal VEAO output from the error amplifier 3 is higher than the overcurrent protection reference voltage VLIMIT. As the voltage difference increases, the frequency of the clock signal set_1 output from the oscillator 7 is increased (the period is shortened). Thereby, even if the load 132 becomes heavy, the output voltage VO can be stabilized at a constant value.

2次電流オフ検出回路9はTR端子に接続され、TR端子電圧VTR、すなわち補助側交流電圧に基づいて2次電流のオフタイミングを検出し、出力信号を発振器7と2次デューティ制限回路10へ出力する。スイッチング素子1がターンオフした後、2次電流オフタイミングを検出するまでの間、すなわち、2次電流が流れている期間において、出力信号D2_onは、ハイレベルの信号となる。   The secondary current off detection circuit 9 is connected to the TR terminal, detects the off timing of the secondary current based on the TR terminal voltage VTR, that is, the auxiliary AC voltage, and outputs the output signal to the oscillator 7 and the secondary duty limit circuit 10. Output. The output signal D2_on becomes a high level signal after the switching element 1 is turned off until the secondary current off timing is detected, that is, in a period during which the secondary current flows.

フライバック型のスイッチング電源装置では、スイッチング素子1のオン期間にトランス110の1次巻線110Aに電流が流れてトランス110にエネルギが蓄えられ、スイッチング素子1のオフ期間にトランス110に蓄えられたエネルギが放出されてトランス110の2次巻線110Bに電流が流れる。その後、2次巻線110Bに流れる電流がゼロになると、トランス110のインダクタンスとスイッチング素子1の寄生容量による共振現象が起こる。この共振現象がトランス110の各巻線に現れるので、当該スイッチング電源装置では、スイッチング素子1がターンオフした後の補助巻線110Cの電圧波形に現れる立ち下がりを検出することで、2次電流のオフタイミングを検出する。   In the flyback type switching power supply, current flows in the primary winding 110A of the transformer 110 during the ON period of the switching element 1 and energy is stored in the transformer 110, and energy is stored in the transformer 110 during the OFF period of the switching element 1. Energy is released and a current flows through the secondary winding 110B of the transformer 110. Thereafter, when the current flowing through the secondary winding 110B becomes zero, a resonance phenomenon occurs due to the inductance of the transformer 110 and the parasitic capacitance of the switching element 1. Since this resonance phenomenon appears in each winding of the transformer 110, the switching power supply apparatus detects the falling edge that appears in the voltage waveform of the auxiliary winding 110 </ b> C after the switching element 1 is turned off to detect the off timing of the secondary current. Is detected.

2次デューティ制限回路10は、2次電流オフ検出回路9の出力信号を入力とし、スイッチング素子1のターンオフのタイミングから2次電流が流れ終わるタイミングまでの期間(2次電流のオン期間)を検出して、2次電流のオンデューティが一定になるタイミングでスイッチング素子1をターンオンするためのクロック信号set_2(第2のクロック信号)をクロック信号選択回路11へ出力する。   The secondary duty limit circuit 10 receives the output signal of the secondary current off detection circuit 9 as an input, and detects a period (secondary current on period) from the turn-off timing of the switching element 1 to the timing when the secondary current ends. Then, the clock signal set_2 (second clock signal) for turning on the switching element 1 is output to the clock signal selection circuit 11 at the timing when the on-duty of the secondary current becomes constant.

つまり、負荷132に流れる電流が大きくなるにつれて、2次電流のオン期間が長くなるため、2次デューティ制限回路10の出力信号set_2の周波数は低くなる。このクロック信号set_2が定電流領域におけるスイッチング素子1の発振周波数を決める。なお、一定値としては、例えば、2次電流オンデューティが50%程度(より好ましくは50%。)で維持されるようにする。   That is, as the current flowing through the load 132 increases, the ON period of the secondary current becomes longer, so the frequency of the output signal set_2 of the secondary duty limiting circuit 10 becomes lower. This clock signal set_2 determines the oscillation frequency of the switching element 1 in the constant current region. As a fixed value, for example, the secondary current on-duty is maintained at about 50% (more preferably 50%).

クロック信号選択回路11は、発振器7からの出力信号と2次デューティ制限回路10からの出力信号を入力とし、両方の出力信号が入力されたときにセット信号setをフリップフロップ回路12へ出力する。つまり、どちらか一方の周波数の低いほうのクロック信号をフリップフロップ回路12へ出力する。したがって、2次電流オンデューティが一定値よりも小さいときには、第1のクロック信号set_1を、2次電流オンデューティが一定値に達すると、第2のクロック信号set_2をフリップフロップ回路12へ出力する。   The clock signal selection circuit 11 receives the output signal from the oscillator 7 and the output signal from the secondary duty limiting circuit 10 and outputs a set signal set to the flip-flop circuit 12 when both output signals are input. That is, the clock signal having the lower frequency of either one is output to the flip-flop circuit 12. Therefore, when the secondary current on-duty is smaller than a certain value, the first clock signal set_1 is output to the flip-flop circuit 12 when the secondary current on-duty reaches a certain value.

ここでは、フリップフロップ回路12、NAND回路13、ゲートドライバ14によってスイッチング制御回路が構成され、このスイッチング制御回路がフリップフロップ回路12のセット/リセット状態に応じてスイッチング素子1のスイッチング動作(オンオフ動作の繰り返し)を制御する。   Here, the flip-flop circuit 12, the NAND circuit 13, and the gate driver 14 constitute a switching control circuit, and this switching control circuit performs the switching operation (on / off operation of the switching element 1) according to the set / reset state of the flip-flop circuit 12. Control).

NAND回路13には、レギュレータ2からの出力信号と、フリップフロップ回路12からの出力信号が入力され、ゲートドライバ14へ出力信号を出力する。ゲートドライバ14は、NAND回路13からの出力信号を入力とし、スイッチング素子1のスイッチング動作(発振動作)を制御する制御信号(ターンオンパルス信号)をスイッチング素子1の制御端子(GATE端子)へ出力する。   The NAND circuit 13 receives an output signal from the regulator 2 and an output signal from the flip-flop circuit 12 and outputs an output signal to the gate driver 14. The gate driver 14 receives the output signal from the NAND circuit 13 and outputs a control signal (turn-on pulse signal) for controlling the switching operation (oscillation operation) of the switching element 1 to the control terminal (GATE terminal) of the switching element 1. .

このように、スイッチング制御回路は、クロック信号選択回路11からのスイッチング素子1のターンオンを決める信号と、ドレイン電流制御回路6からのスイッチング素子1のターンオフを決める信号を基に制御信号を生成して、スイッチング素子1の発振を制御する。   As described above, the switching control circuit generates a control signal based on the signal that determines the turn-on of the switching element 1 from the clock signal selection circuit 11 and the signal that determines the turn-off of the switching element 1 from the drain current control circuit 6. The oscillation of the switching element 1 is controlled.

スイッチング素子1は、ゲートドライバ14からのターンオンパルス信号に応答してオン・オフ動作を繰り返すことで(スイッチング動作)、トランス110の1次巻線110Aを流れる電流をオン・オフ制御して、2次巻線110Bに2次側交流電圧を発生させるとともに補助巻線110Cに補助側交流電圧を発生させる。   The switching element 1 repeats an on / off operation in response to a turn-on pulse signal from the gate driver 14 (switching operation), thereby controlling on / off of the current flowing through the primary winding 110A of the transformer 110 to 2 A secondary AC voltage is generated in the secondary winding 110B and an auxiliary AC voltage is generated in the auxiliary winding 110C.

このように、スイッチング素子1がターンオフしてからトランス110の2次巻線110Bに流れ始める2次電流のオンデューティが一定値に達すると、その一定値で2次電流オンデューティが維持されるようにスイッチング素子1のスイッチング動作を制御することで定電流動作を実現するので、2次側の定電流制御回路や、出力電流検出抵抗器、フォトカプラを不要にでき、低コスト、最小部品点数、かつ、最小電力ロスで十分な精度の定電流垂下特性を実現でき、充電器用スイッチング電源の低コスト化、小型化、省エネ化を実現できる。   As described above, when the on-duty of the secondary current that starts to flow into the secondary winding 110B of the transformer 110 after the switching element 1 is turned off reaches a constant value, the secondary current on-duty is maintained at the constant value. Since the constant current operation is realized by controlling the switching operation of the switching element 1, the secondary side constant current control circuit, the output current detection resistor, and the photocoupler can be dispensed with, and the low cost, the minimum number of parts, Moreover, constant current drooping characteristics with sufficient accuracy can be realized with minimum power loss, and the switching power supply for the charger can be reduced in cost, size and energy saving.

さらに、誤差電圧信号VEAOが過電流保護基準電圧VLINITより大きくなると、スイッチング素子1を流れるドレイン電流IDの最大値を規定する電流リミットILIMITが図8に示すようなリニアに時間変化する鋸型の波形となるので、過電流検出遅れ時間Tdを考慮した実際のピーク値Ipが入力電圧VINによらずほぼ一定となり、入力電圧VINによる最大出力電流POの変化を抑制でき、したがって、入力電圧VINによらず定電流動作時の出力電流IOをほぼ一定にできる。   Further, when the error voltage signal VEAO becomes larger than the overcurrent protection reference voltage VLIMIT, the current limit ILIMIT that defines the maximum value of the drain current ID flowing through the switching element 1 is a saw-tooth waveform that linearly changes with time as shown in FIG. Therefore, the actual peak value Ip considering the overcurrent detection delay time Td becomes substantially constant regardless of the input voltage VIN, and the change in the maximum output current PO due to the input voltage VIN can be suppressed. The output current IO during constant current operation can be made substantially constant.

また、従来のように、ドレイン電流IDを検出し、ドレイン電流IDが電流リミットILIMITまで大きくなると出力電圧VOの低下に応じて電流リミットILIMITを小さくして、ドレイン電流IDのピーク値Ipを小さくすることで定電流垂下特性を実現するのではなく、2次電流オンデューティが一定値になるように発振周波数foscを変化させることで定電流動作を実現するので、定電流領域において出力電圧VOが低下したときにもスイッチング素子のオン時間Tonは従来のように短くなることはなく、したがって、オン時間Tonが短くなると入力電圧VINに影響されずにピーク値Ipの制御を行うことができなくなるという従来の問題を回避でき、出力電圧VOが低下したときにも入力電圧VINによって出力電流IOが変化することはない。   Further, as in the prior art, when the drain current ID is detected and the drain current ID increases up to the current limit ILIMIT, the current limit ILIMIT is decreased according to the decrease in the output voltage VO, and the peak value Ip of the drain current ID is decreased. Therefore, constant current operation is realized by changing the oscillation frequency fosc so that the secondary current on-duty becomes a constant value instead of realizing constant current drooping characteristics, so that the output voltage VO decreases in the constant current region. In this case, the on-time Ton of the switching element is not shortened as in the prior art. Therefore, when the on-time Ton is shortened, the peak value Ip cannot be controlled without being influenced by the input voltage VIN. The output current can be reduced by the input voltage VIN even when the output voltage VO decreases. O does not change.

また、スイッチング素子1とその制御回路を同一半導体基板上に形成し、入力電圧VINとスイッチング素子1間の2つの接続端子(DRAIN端子とSOURCE端子)と、制御回路と補助電源電圧VCC間の接続端子(VCC端子)と、2次電流オフ検出回路9の入力端子(TR端子)とを有する半導体装置100として構成することで、回路を構成するための部品点数を削減することができ、容易に小型化(省スペース化)および軽量化さらにコスト低減を実現することができる。なお、本実施の形態では、スイッチング素子1とその制御回路を同一半導体基板上に形成した半導体装置を例に説明するが、制御回路のみを同一半導体基板上に形成し、スイッチング素子1を外付けとする半導体装置であっても同様の効果を得る。   Further, the switching element 1 and its control circuit are formed on the same semiconductor substrate, the connection terminal between the input voltage VIN and the switching element 1 (DRAIN terminal and SOURCE terminal), and the connection between the control circuit and the auxiliary power supply voltage VCC. By configuring as a semiconductor device 100 having a terminal (VCC terminal) and an input terminal (TR terminal) of the secondary current off detection circuit 9, the number of parts for configuring the circuit can be reduced and easily Miniaturization (space saving), weight reduction, and cost reduction can be realized. In this embodiment, a semiconductor device in which the switching element 1 and its control circuit are formed on the same semiconductor substrate will be described as an example. However, only the control circuit is formed on the same semiconductor substrate and the switching element 1 is externally attached. The same effect can be obtained even in the semiconductor device.

図3は本実施の形態におけるスイッチング電源装置のスイッチング電源装置制御用の半導体装置100の一部を構成する2次電流オフ検出回路9と2次デューティ制限回路10の一構成例を示すブロック図である。ここでは、この2次電流オフ検出回路9と2次デューティ制限回路10により、2次電流オンデューティを検出して、2次電流オンデューティが一定値となるようにスイッチング素子1をターンオフさせる信号を出力する機能を実現する。   FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of the secondary current off detection circuit 9 and the secondary duty limiting circuit 10 which constitute a part of the semiconductor device 100 for controlling the switching power supply of the switching power supply according to the present embodiment. is there. Here, the secondary current on-duty is detected by the secondary current off detection circuit 9 and the secondary duty limit circuit 10, and a signal for turning off the switching element 1 so that the secondary current on-duty becomes a constant value is provided. Realize output function.

2次電流オフ検出回路9は、コンパレータ21、ワンパルス信号発生回路22、23およびフリップフロップ回路24より構成されており、図3に示すように各素子が接続されている。   The secondary current off detection circuit 9 includes a comparator 21, one-pulse signal generation circuits 22 and 23, and a flip-flop circuit 24, and each element is connected as shown in FIG.

ワンパルス信号発生回路23はゲートドライバ14の出力信号を入力とし、ゲートドライバ14の出力信号であるターンオンパルス信号の立ち下がり、すなわちスイッチング素子1のターンオフのタイミングにおいてワンパルス信号を発生し、フリップフロップ回路24のセット端子へ入力する。   The one-pulse signal generation circuit 23 receives the output signal of the gate driver 14 and generates a one-pulse signal at the fall of the turn-on pulse signal that is the output signal of the gate driver 14, that is, the turn-off timing of the switching element 1. Input to the set terminal.

コンパレータ21はTR端子電圧VTRと基準電圧を比較して、TR端子電圧VTRの立ち下がり、すなわちスイッチング素子1がターンオフした後の補助巻線110Cの電圧波形に現れる立ち下がりを検出し、出力信号をワンパルス信号発生回路22へ出力する。ここでは、2次電流オフ検出回路9は補助巻線110Cの電圧を基に2次電流のオフタイミングを検出する。   The comparator 21 compares the TR terminal voltage VTR with the reference voltage, detects the falling of the TR terminal voltage VTR, that is, the falling that appears in the voltage waveform of the auxiliary winding 110C after the switching element 1 is turned off, and outputs the output signal. Output to the one-pulse signal generation circuit 22. Here, the secondary current off detection circuit 9 detects the off timing of the secondary current based on the voltage of the auxiliary winding 110C.

ワンパルス信号発生回路22は、TR端子電圧VTRが基準電圧よりも低くなったタイミング、すなわち2次電流のオフタイミングにおいてワンパルス信号を発生し、フリップフロップ回路24のリセット端子へ入力する。これにより、スイッチング素子1がターンオフした後のTR端子電圧VTRの最初の立ち下がりのタイミング(2次電流のオフタイミング)において、フリップフロップ回路24の出力信号と反転出力信号が反転する。   The one-pulse signal generation circuit 22 generates a one-pulse signal at the timing when the TR terminal voltage VTR becomes lower than the reference voltage, that is, the secondary current off timing, and inputs the one-pulse signal to the reset terminal of the flip-flop circuit 24. Thereby, the output signal and the inverted output signal of the flip-flop circuit 24 are inverted at the first falling timing (secondary current off timing) of the TR terminal voltage VTR after the switching element 1 is turned off.

このように、ワンパルス信号発生回路22、23により、スイッチング素子1がターンオフしてから2次電流が流れ終わるまでの間、すなわち2次電流が流れている期間において、フリップフロップ回路24の出力信号はハイレベル信号となり、反転出力信号はローレベル信号となる。そして、2次電流のオフタイミングにおいて出力信号と反転出力信号が反転し、スイッチング素子1に次のターンオンパルス信号が入力されスイッチング素子1がターンオフするまでの間、すなわち2次電流が流れていない期間において、フリップフロップ回路24の出力信号はローレベル信号となり、反転出力信号はハイレベル信号となる。   As described above, the output signal of the flip-flop circuit 24 is output from the one-pulse signal generation circuits 22 and 23 until the secondary current flows after the switching element 1 is turned off, that is, during the period when the secondary current flows. It becomes a high level signal, and the inverted output signal becomes a low level signal. The output signal and the inverted output signal are inverted at the turn-off timing of the secondary current, and the next turn-on pulse signal is input to the switching element 1 until the switching element 1 is turned off, that is, a period in which the secondary current does not flow. The output signal of the flip-flop circuit 24 is a low level signal, and the inverted output signal is a high level signal.

2次デューティ制限回路10は、インバータ回路25、AND回路26、35、定電流源27、スイッチ28、29、30、NchMOSFET31、32、コンデンサ33、コンパレータ34、ワンパルス信号発生回路36より構成されており、図3に示すように各素子が接続されている。   The secondary duty limiting circuit 10 includes an inverter circuit 25, AND circuits 26 and 35, a constant current source 27, switches 28, 29 and 30, Nch MOSFETs 31 and 32, a capacitor 33, a comparator 34, and a one-pulse signal generation circuit 36. Each element is connected as shown in FIG.

スイッチ28、29は、2次電流オフ検出回路9内のフリップフロップ回路24の出力信号と反転出力信号によりオンオフする。そして、このスイッチ28、29の動作によりコンデンサ33の充放電が行われる。   The switches 28 and 29 are turned on / off by the output signal and the inverted output signal of the flip-flop circuit 24 in the secondary current off detection circuit 9. The capacitors 33 are charged and discharged by the operations of the switches 28 and 29.

つまり、スイッチング素子1がターンオフしてから2次電流が流れ終わるまでの間、すなわち2次電流が流れている期間は、フリップフロップ回路24の出力信号がハイレベル信号となり、反転出力信号がローレベル信号となるため、スイッチ28がオンとなり、スイッチ29がオフとなる。これにより、定電流源27の定電流I2によりコンデンサ33が充電され、コンデンサ33の電圧VC2が上昇する。また、2次電流が流れ終わってから次のターンオンパルス信号が入力されてスイッチング素子1がターンオフするまでの間、すなわち2次電流が流れていない期間は、スイッチ28がオフとなり、スイッチ29がオンとなるため、コンデンサ33は放電される。この時の放電電流は、定電流源27の定電流I2とNchMOSFET31、32からなるカレントミラー回路とにより決定される。   That is, the output signal of the flip-flop circuit 24 becomes a high level signal and the inverted output signal is at a low level during the period from when the switching element 1 is turned off until the secondary current ends, that is, during the period when the secondary current flows. Since this is a signal, the switch 28 is turned on and the switch 29 is turned off. As a result, the capacitor 33 is charged by the constant current I2 of the constant current source 27, and the voltage VC2 of the capacitor 33 increases. In addition, the switch 28 is turned off and the switch 29 is turned on during the period from when the secondary current ends to the time when the next turn-on pulse signal is input until the switching element 1 is turned off, that is, during the period when the secondary current is not flowing. Therefore, the capacitor 33 is discharged. The discharge current at this time is determined by the constant current I2 of the constant current source 27 and the current mirror circuit composed of the Nch MOSFETs 31 and 32.

ここで、スイッチ29がオンの間であって、スイッチング素子1がオフの条件において、インバータ回路25とAND回路26により、スイッチ30はオンとなる。このように、スイッチ28がオフ、スイッチ29がオン、スイッチ30がオンの間、すなわち2次電流が流れていない期間であって、且つスイッチング素子1がオフの間、コンデンサ33の電圧VC2は基準電圧VAで保持されるため、コンデンサ33の放電期間においてその電圧VC2が一定値(基準電圧VA)に保持される期間ができる。これにより、スイッチング素子1のターンオン時のコンデンサ33の放電開始電圧を固定できる。   Here, while the switch 29 is on and the switching element 1 is off, the switch 30 is turned on by the inverter circuit 25 and the AND circuit 26. In this way, the voltage VC2 of the capacitor 33 is the reference while the switch 28 is off, the switch 29 is on, and the switch 30 is on, that is, the period when the secondary current is not flowing and the switching element 1 is off. Since it is held at the voltage VA, there is a period during which the voltage VC2 is held at a constant value (reference voltage VA) during the discharge period of the capacitor 33. Thereby, the discharge start voltage of the capacitor 33 when the switching element 1 is turned on can be fixed.

コンパレータ34は、コンデンサ33の電圧VC2と基準電圧VAを比較し、AND回路35へ信号(比較結果)を出力する。コンデンサ33の電圧VC2が基準電圧VA以下になると、コンパレータ34の出力はハイレベル信号となり、コンデンサ33の電圧VC2が基準電圧VA以上になると、コンパレータ34の出力はローレベル信号となる。   The comparator 34 compares the voltage VC2 of the capacitor 33 with the reference voltage VA, and outputs a signal (comparison result) to the AND circuit 35. When the voltage VC2 of the capacitor 33 becomes lower than the reference voltage VA, the output of the comparator 34 becomes a high level signal, and when the voltage VC2 of the capacitor 33 becomes higher than the reference voltage VA, the output of the comparator 34 becomes a low level signal.

AND回路35は、2次電流オフ検出回路9内のフリップフロップ回路24の反転出力信号とコンパレータ34の出力信号を入力し、ワンパルス信号発生回路36へ出力信号を出力する。ワンパルス信号発生回路36は、AND回路35の出力信号がローレベル信号からハイレベル信号へ反転したタイミングにおいて、すなわち2次電流が流れていない期間にて、コンデンサ33の電圧VC2が基準電圧VAに達すると、ワンパルス信号(set_2)をクロック信号選択回路11に出力する。   The AND circuit 35 inputs the inverted output signal of the flip-flop circuit 24 in the secondary current off detection circuit 9 and the output signal of the comparator 34, and outputs an output signal to the one-pulse signal generation circuit 36. In the one-pulse signal generation circuit 36, the voltage VC2 of the capacitor 33 reaches the reference voltage VA at the timing when the output signal of the AND circuit 35 is inverted from the low level signal to the high level signal, that is, in the period when the secondary current is not flowing. Then, a one-pulse signal (set_2) is output to the clock signal selection circuit 11.

以上の構成により、スイッチング素子1のターンオン時に基準電圧VAで固定されていたコンデンサ33の電圧VC2は、スイッチング素子1のターンオンと同時に放電を開始する。そして、スイッチング素子1のターンオフのタイミングで放電から充電に切り替わり、2次電流が流れている期間に充電され、2次電流のオフタイミングを検出すると再び充電から放電に切り替わる。そして、再び基準電圧VAまで低下したときに、ワンパルス信号(set_2)が出力されるため、クロック信号set_2は、2次電流の大きさや傾きに関係なく、2次電流オンデューティが一定になるタイミングでスイッチング素子1をターンオンするように出力される。この2次電流オンデューティを一定値にする一定周期のクロック信号set_2はクロック信号選択回路11へ出力される。   With the above configuration, the voltage VC2 of the capacitor 33, which has been fixed at the reference voltage VA when the switching element 1 is turned on, starts discharging simultaneously with the turning on of the switching element 1. Then, switching from discharging to charging is performed at the turn-off timing of the switching element 1, and charging is performed during a period in which the secondary current is flowing, and switching from charging to discharging is performed again when the off-timing of the secondary current is detected. When the voltage drops again to the reference voltage VA, the one-pulse signal (set_2) is output. Therefore, the clock signal set_2 has a timing at which the secondary current on-duty becomes constant regardless of the magnitude and inclination of the secondary current. The output is made to turn on the switching element 1. A clock signal set_2 having a constant period for setting the secondary current on-duty to a constant value is output to the clock signal selection circuit 11.

このように、ここでは、補助巻線110Cの電圧変化を基に2次電流のオフタイミングを検出して、2次電流オンデューティを検出するので、少ない電力ロスと追加部品で、しかもトランス110の1次側と2次側の絶縁を維持したまま、2次電流オンデューティを一定にする制御を実現できる。   As described above, the secondary current off-duty is detected based on the voltage change of the auxiliary winding 110C and the secondary current on-duty is detected. Therefore, the power consumption of the transformer 110 can be reduced with less power loss and additional components. Control that makes the secondary current on-duty constant can be realized while maintaining insulation between the primary side and the secondary side.

図4は本実施の形態におけるスイッチング電源装置のスイッチング電源装置制御用の半導体装置100の一部を構成するクロック信号選択回路11の一構成例を示すブロック図である。   FIG. 4 is a block diagram showing a configuration example of the clock signal selection circuit 11 that constitutes a part of the semiconductor device 100 for controlling the switching power supply of the switching power supply according to the present embodiment.

クロック信号選択回路11は、ワンパルス信号発生回路41、45、フリップフロップ回路42、43、AND回路44より構成されており、図4に示すように各素子が接続されている。   The clock signal selection circuit 11 includes one-pulse signal generation circuits 41 and 45, flip-flop circuits 42 and 43, and an AND circuit 44, and each element is connected as shown in FIG.

ワンパルス信号発生回路41はゲートドライバ14の出力信号を入力とし、ゲートドライバ14の出力信号であるターンオンパルス信号の立ち下がり、すなわちスイッチング素子1のターンオフのタイミングにおいてワンパルス信号を発生し、フリップフロップ回路42、43のリセット端子へ入力する。   The one-pulse signal generation circuit 41 receives the output signal of the gate driver 14 and generates a one-pulse signal at the falling edge of the turn-on pulse signal that is the output signal of the gate driver 14, that is, at the turn-off timing of the switching element 1. , 43 to the reset terminal.

フリップフロップ回路42は、セット端子に発振器7の出力信号set_1を入力し、リセット端子にワンパルス信号発生回路41の出力信号を入力し、AND回路44に出力信号を出力する。   The flip-flop circuit 42 inputs the output signal set_1 of the oscillator 7 to the set terminal, inputs the output signal of the one-pulse signal generation circuit 41 to the reset terminal, and outputs the output signal to the AND circuit 44.

フリップフロップ回路43は、セット端子に2次デューティ制限回路10の出力信号set_2を入力し、リセット端子にワンパルス信号発生回路41の出力信号を入力し、AND回路44に出力信号を出力する。   The flip-flop circuit 43 inputs the output signal set_2 of the secondary duty limiting circuit 10 to the set terminal, inputs the output signal of the one-pulse signal generation circuit 41 to the reset terminal, and outputs the output signal to the AND circuit 44.

AND回路44は、フリップフロップ回路42、43の出力信号を入力し、ワンパルス信号発生回路45へ出力信号を出力し、ワンパルス信号発生回路45は、AND回路44の出力信号がローレベル信号からハイレベル信号へ反転するタイミング、すなわち、クロック信号set_1とクロック信号set_2の両方が入力されたタイミングにおいて、ワンパルス信号setをフリップフロップ回路12のセット端子に出力する。   The AND circuit 44 inputs the output signals of the flip-flop circuits 42 and 43, and outputs the output signal to the one-pulse signal generation circuit 45. The one-pulse signal generation circuit 45 outputs the output signal of the AND circuit 44 from the low level signal to the high level. The one-pulse signal set is output to the set terminal of the flip-flop circuit 12 at the timing of inversion to the signal, that is, at the timing when both the clock signal set_1 and the clock signal set_2 are input.

以上のように、クロック信号選択回路11は、発振器7からの出力信号set_1と2次デューティ制限回路10からの出力信号set_2を入力とし、両方の出力信号が入力されたときにセット信号setをフリップフロップ回路12のセット端子へ出力する。つまり、どちらか一方の周波数の低いほうのクロック信号をフリップフロップ回路12のセット端子へ出力する。したがって、2次電流オンデューティが一定値よりも小さいときには、第1のクロック信号set_1を、2次電流オンデューティが一定値に達すると、第2のクロック信号set_2をフリップフロップ回路12のセット端子へ出力する。   As described above, the clock signal selection circuit 11 receives the output signal set_1 from the oscillator 7 and the output signal set_2 from the secondary duty limiting circuit 10, and flips the set signal set when both output signals are input. Output to the set terminal of the circuit 12. That is, the clock signal having the lower frequency is output to the set terminal of the flip-flop circuit 12. Therefore, when the secondary current on-duty is smaller than a certain value, the first clock signal set_1 is sent to the set terminal of the flip-flop circuit 12 when the secondary current on-duty reaches a certain value. Output.

図5は本実施の形態におけるスイッチング電源装置のスイッチング電源装置制御用の半導体装置100の一部を構成する発振器7と発振周波数調整回路8の一構成例を示すブロック図である。   FIG. 5 is a block diagram showing a configuration example of the oscillator 7 and the oscillation frequency adjusting circuit 8 constituting part of the semiconductor device 100 for controlling the switching power supply of the switching power supply according to the present embodiment.

発振器7は、コンパレータ51、基準電圧源52、コンデンサ53、ワンパルス信号発生回路54、インバータ回路55、AND回路56、定電流源57、スイッチ58、59、60、NchMOSFET61、62より構成されており、図5に示すように各素子が接続されている。   The oscillator 7 includes a comparator 51, a reference voltage source 52, a capacitor 53, a one-pulse signal generation circuit 54, an inverter circuit 55, an AND circuit 56, a constant current source 57, switches 58, 59 and 60, and Nch MOSFETs 61 and 62. Each element is connected as shown in FIG.

コンパレータ51は、コンデンサ53の電圧VC1と基準電圧源52の基準電圧を比較して、コンデンサ53の電圧VC1が基準電圧より低くなるとローレベル信号を出力し、基準電圧より高くなるとハイレベル信号を出力する。   The comparator 51 compares the voltage VC1 of the capacitor 53 with the reference voltage of the reference voltage source 52, and outputs a low level signal when the voltage VC1 of the capacitor 53 becomes lower than the reference voltage, and outputs a high level signal when the voltage VC1 becomes higher than the reference voltage. To do.

基準電圧源52には、コンパレータ51の出力信号によって切り替わる2つの異なる基準電圧V1、V2が設定されており、基準電圧V2は基準電圧V1よりも高い電圧である。基準電圧源52の基準電圧は、コンパレータ51の出力信号がハイレベル信号からローレベル信号に反転した時に、基準電圧V1から基準電圧V2に切り替わり、ローレベル信号からハイレベル信号に反転した時に、基準電圧V2から基準電圧V1に切り替わる。   In the reference voltage source 52, two different reference voltages V1 and V2 that are switched by the output signal of the comparator 51 are set, and the reference voltage V2 is higher than the reference voltage V1. When the output signal of the comparator 51 is inverted from the high level signal to the low level signal, the reference voltage of the reference voltage source 52 is switched from the reference voltage V1 to the reference voltage V2, and when the output signal from the low level signal is inverted to the high level signal, The voltage V2 is switched to the reference voltage V1.

つまり、コンデンサ53の電圧VC1が基準電圧V1より低くなると、コンパレータ51の出力信号がハイレベル信号からローレベル信号へ反転し、スイッチ58がオン、スイッチ59がオフとなる。したがって、定電流源57の定電流I1がコンデンサ53を充電し、その電圧VC1は上昇する。そして、コンデンサ53の電圧VC1が基準電圧V2よりも高くなると、コンパレータ51の出力信号がローレベル信号からハイレベル信号となり、スイッチ58がオフ、スイッチ59がオンとなり、コンデンサ53は放電される。この時の放電電流は、定電流源57の定電流I1とNchMOSFET61、62からなるカレントミラー回路により決定される。   That is, when the voltage VC1 of the capacitor 53 becomes lower than the reference voltage V1, the output signal of the comparator 51 is inverted from the high level signal to the low level signal, the switch 58 is turned on and the switch 59 is turned off. Therefore, the constant current I1 of the constant current source 57 charges the capacitor 53, and the voltage VC1 rises. When the voltage VC1 of the capacitor 53 becomes higher than the reference voltage V2, the output signal of the comparator 51 changes from the low level signal to the high level signal, the switch 58 is turned off, the switch 59 is turned on, and the capacitor 53 is discharged. The discharge current at this time is determined by a current mirror circuit composed of the constant current I1 of the constant current source 57 and the Nch MOSFETs 61 and 62.

このように、スイッチ58、59は、コンパレータ51の出力信号によりオンオフしてコンデンサ53を充放電し、コンデンサ53の電圧VC1は、2つの基準電圧V1、V2間で発振する波形となる。   As described above, the switches 58 and 59 are turned on / off by the output signal of the comparator 51 to charge and discharge the capacitor 53, and the voltage VC1 of the capacitor 53 has a waveform that oscillates between the two reference voltages V1 and V2.

ただし、2次電流オフ検出回路9内のフリップフロップ回路24の出力信号D2_onがハイレベル信号の場合、つまり、2次電流が流れている期間においてはスイッチ60がオンとなるため、コンデンサ53の電圧VC1は、放電期間において基準電圧VBまで下がるとその基準電圧VBで保持されるようになる。   However, when the output signal D2_on of the flip-flop circuit 24 in the secondary current off detection circuit 9 is a high level signal, that is, in the period when the secondary current is flowing, the switch 60 is turned on, so the voltage of the capacitor 53 When VC1 drops to the reference voltage VB during the discharge period, VC1 is held at the reference voltage VB.

ワンパルス信号発生回路54は、コンパレータ51の出力信号がハイレベル信号からローレベル信号に反転するタイミング、つまりコンデンサ53の放電期間から充電期間へ切り替わるタイミングにおいて、ワンパルス信号set_1を出力する。これにより、一定周期のクロック信号set_1がクロック信号選択回路11に入力されることになる。   The one-pulse signal generation circuit 54 outputs the one-pulse signal set_1 at the timing when the output signal of the comparator 51 is inverted from the high level signal to the low level signal, that is, when the capacitor 53 is switched from the discharging period to the charging period. As a result, a clock signal set_1 having a fixed period is input to the clock signal selection circuit 11.

前述したように、AND回路56とスイッチ60により、2次電流が流れている期間、コンデンサ53の電圧VC1は基準電圧VBより低くなることはない。したがって、2次電流が流れ終わらない限り、クロック信号set_1が出力されないことになる。すなわち、当該スイッチング電源装置は、必ず非連続モードで動作することになる。このように、発振器7は、スイッチング素子1の発振周波数を決める一定周期のクロック信号set_1をクロック信号選択回路11へ出力する。   As described above, the voltage VC1 of the capacitor 53 does not become lower than the reference voltage VB during the period when the secondary current flows by the AND circuit 56 and the switch 60. Therefore, the clock signal set_1 is not output unless the secondary current flows. That is, the switching power supply device always operates in the discontinuous mode. In this way, the oscillator 7 outputs the clock signal set_1 having a fixed period that determines the oscillation frequency of the switching element 1 to the clock signal selection circuit 11.

発振周波数調整回路8は、NPNトランジスタ63、64、抵抗器65、66、PchMOSFET67、68、69、70、73、74、NchMOSFET71、72より構成されており、図5に示すように各素子が接続されている。   The oscillation frequency adjusting circuit 8 includes NPN transistors 63 and 64, resistors 65 and 66, Pch MOSFETs 67, 68, 69, 70, 73 and 74, and Nch MOSFETs 71 and 72, and each element is connected as shown in FIG. Has been.

NPNトランジスタ63のベース端子には誤差電圧信号VEAOが入力され、抵抗器65と、PchMOSFET67、68からなるカレントミラー回路と、NchMOSFET71、72からなるカレントミラー回路とにより、誤差増幅器3から出力される誤差電圧信号VEAOの電圧に比例した電流がNchMOSFET72に流れる。   An error voltage signal VEAO is input to the base terminal of the NPN transistor 63, and an error output from the error amplifier 3 by the resistor 65, a current mirror circuit composed of PchMOSFETs 67 and 68, and a current mirror circuit composed of NchMOSFETs 71 and 72. A current proportional to the voltage of the voltage signal VEAO flows through the Nch MOSFET 72.

一方、NPNトランジスタ64のベース端子には過電流保護基準電圧VLIMITが入力され、抵抗器66と、PchMOSFET69、70からなるカレントミラー回路により、過電流保護基準電圧VLIMITに比例した電流がPchMOSFET70に流れる。   On the other hand, an overcurrent protection reference voltage VLIMIT is input to the base terminal of the NPN transistor 64, and a current proportional to the overcurrent protection reference voltage VLIMIT flows through the PchMOSFET 70 by the resistor 66 and the current mirror circuit including the PchMOSFETs 69 and 70.

ここで、NchMOSFET72に流れる電流がPchMOSFET70に流れる電流よりも小さい場合は、PchMOSFET73、74からなるカレントミラー回路に電流が流れない。一方、NchMOSFET72に流れる電流がPchMOSFET70に流れる電流よりも大きい場合には、NchMOSFET72に流れる電流とPchMOSFET70に流れる電流の差分の電流が、PchMOSFET73、74からなるカレントミラー回路に流れる。そして、PchMOSFET74に流れる電流が、定電流源57の定電流I1に加算されることで、コンデンサ53の充放電周期が短くなる。   Here, when the current flowing through the Nch MOSFET 72 is smaller than the current flowing through the Pch MOSFET 70, no current flows through the current mirror circuit composed of the Pch MOSFETs 73 and 74. On the other hand, when the current flowing through the Nch MOSFET 72 is larger than the current flowing through the Pch MOSFET 70, the difference current between the current flowing through the Nch MOSFET 72 and the current flowing through the Pch MOSFET 70 flows through the current mirror circuit composed of the Pch MOSFETs 73 and 74. The current flowing through the Pch MOSFET 74 is added to the constant current I1 of the constant current source 57, whereby the charge / discharge cycle of the capacitor 53 is shortened.

したがって、誤差電圧信号VEAOが過電流保護基準電圧VLIMITよりも高くなると、発振器7から出力されるクロック信号set_1の周期が短くなり、その差が大きくなるほど周波数が高くなる。   Therefore, when the error voltage signal VEAO becomes higher than the overcurrent protection reference voltage VLIMIT, the cycle of the clock signal set_1 output from the oscillator 7 is shortened, and the frequency increases as the difference increases.

このように、発振周波数調整回路8は、誤差電圧信号VEAOが過電流保護基準電圧VLIMITより高い場合にのみその電圧差に応じた電流値となる信号を発振器7へ出力する。これにより、誤差電圧信号VEAOの電圧が過電流保護基準電圧VLIMITより高くなると、その差が大きくなるのに応じて発振器7から出力されるクロック信号set_1の周波数が高くなる(周期が短くなる)。   As described above, the oscillation frequency adjusting circuit 8 outputs a signal having a current value corresponding to the voltage difference to the oscillator 7 only when the error voltage signal VEAO is higher than the overcurrent protection reference voltage VLIMIT. As a result, when the voltage of the error voltage signal VEAO becomes higher than the overcurrent protection reference voltage VLIMIT, the frequency of the clock signal set_1 output from the oscillator 7 increases as the difference increases (the cycle becomes shorter).

このクロック信号set_1は、クロック信号選択回路11へ入力され、2次電流オンデューティが一定値以下のときに選択される。このように、当該スイッチング電源装置は、2次電流オンデューティが一定値以下において負荷が重くなり、出力電流IOが所定値以上になって誤差電圧信号VEAOが過電流保護基準電圧VLIMITより高くなると、スイッチング素子1の発振周波数を変化させることにより1次巻線110Aと2次巻線110Bへのエネルギ供給量を変化させて出力電圧VOを一定に保つ定電圧動作を行う。   The clock signal set_1 is input to the clock signal selection circuit 11 and is selected when the secondary current on-duty is equal to or less than a certain value. As described above, the switching power supply device has a heavy load when the secondary current on-duty is a certain value or less, the output current IO becomes a predetermined value or more, and the error voltage signal VEAO becomes higher than the overcurrent protection reference voltage VLIMIT. A constant voltage operation is performed in which the amount of energy supplied to the primary winding 110A and the secondary winding 110B is changed by changing the oscillation frequency of the switching element 1 to keep the output voltage VO constant.

図6は本実施の形態におけるスイッチング電源装置のスイッチング電源装置制御用の半導体装置100の一部を構成するドレイン電流検出可変回路4の一構成例を示すブロック図である。   FIG. 6 is a block diagram showing a configuration example of the drain current detection variable circuit 4 constituting a part of the semiconductor device 100 for controlling the switching power supply of the switching power supply according to the present embodiment.

ドレイン電流検出可変回路4は、充放電回路81、コンデンサ82、PNPトランジスタ83、NPNトランジスタ84、抵抗器85、定電流源86、PchMOSFET87、88、およびNchMOSFET89、90より構成されており、図6に示すように各素子が接続されている。   The drain current detection variable circuit 4 includes a charge / discharge circuit 81, a capacitor 82, a PNP transistor 83, an NPN transistor 84, a resistor 85, a constant current source 86, Pch MOSFETs 87 and 88, and Nch MOSFETs 89 and 90. FIG. As shown, each element is connected.

充放電回路81には、フリップフロップ回路12からのFFout信号が入力される。充放電回路81はFFout信号がハイレベル信号になると、つまりスイッチング素子1がターンオンすると、コンデンサ82を一定の電流で充電し、ローレベル信号になると、つまりスイッチング素子1がターンオフすると、コンデンサ82を放電する。   The charge / discharge circuit 81 receives the FFout signal from the flip-flop circuit 12. When the FFout signal becomes a high level signal, that is, when the switching element 1 is turned on, the charging / discharging circuit 81 charges the capacitor 82 with a constant current, and when it becomes a low level signal, that is, when the switching element 1 is turned off, the capacitor 82 is discharged. To do.

コンデンサ82の電圧Vcap2の時間変化は、図8に示すように、スイッチング素子1がオンしている間上昇し続け、スイッチング素子1がターンオフすると急峻に下降する非連続的な三角波となる。この三角波の上昇する傾きは、充放電回路81がコンデンサ82を一定の電流で充電するので、一定である。   As shown in FIG. 8, the time change of the voltage Vcap2 of the capacitor 82 continues to rise while the switching element 1 is turned on, and becomes a discontinuous triangular wave that sharply falls when the switching element 1 is turned off. The rising slope of the triangular wave is constant because the charge / discharge circuit 81 charges the capacitor 82 with a constant current.

電圧Vcap2はPNPトランジスタ83とNPNトランジスタ84と抵抗器85と定電流源86により電流信号となり、PchMOSEFT87、88からなるカレントミラー回路と、NchMOSFET89、90からなるカレントミラー回路により、さらに定数倍の大きさの電流信号(電流リミット可変信号)Islopeとなってドレイン電流検出回路5に入力される。よって、電流リミット可変信号Islopeは、コンデンサ82の電圧Vcap2の時間変化に応じて時間変化する非連続な三角波となる。   The voltage Vcap2 is converted into a current signal by the PNP transistor 83, the NPN transistor 84, the resistor 85, and the constant current source 86. The current mirror circuit including the Pch MOS EFTs 87 and 88 and the current mirror circuit including the Nch MOSFETs 89 and 90 are further multiplied by a constant number. Current signal (current limit variable signal) Islope is input to the drain current detection circuit 5. Therefore, the current limit variable signal Islope becomes a discontinuous triangular wave that changes with time according to the change of the voltage Vcap2 of the capacitor 82 with time.

図7は本実施の形態におけるスイッチング電源装置のスイッチング電源装置制御用の半導体装置100の一部を構成するドレイン電流検出回路5の一構成例を示すブロック図である。   FIG. 7 is a block diagram showing a configuration example of the drain current detection circuit 5 constituting a part of the semiconductor device 100 for controlling the switching power supply of the switching power supply according to the present embodiment.

ドレイン電流検出回路5は、抵抗器91、92より構成されており、図7に示すように各素子が接続されている。ドレイン電流検出回路5は、スイッチング素子1を流れるドレイン電流IDと電流リミット可変信号Islopeとに応じた電圧信号である素子電流検出信号VCLを出力する。   The drain current detection circuit 5 includes resistors 91 and 92, and each element is connected as shown in FIG. The drain current detection circuit 5 outputs an element current detection signal VCL which is a voltage signal corresponding to the drain current ID flowing through the switching element 1 and the current limit variable signal Islope.

ここで、スイッチング素子1のドレイン電圧VDは、スイッチング素子1のオン抵抗を‘RON’とすると、
VD=RON×ID ・・・ (1)
となる。
Here, the drain voltage VD of the switching element 1 is expressed as follows:
VD = RON × ID (1)
It becomes.

また、抵抗器91の抵抗値を‘R1’、抵抗器91に流れる電流を‘Iref’、抵抗器92の抵抗値を‘R2’とすると、図7に示す接続関係から、スイッチング素子1のドレイン電圧VDは、
VD=VCL+Iref×R1=VCL×(R1+R2)/R2+Islope×R1 ・・・ (2)
となる。
Further, assuming that the resistance value of the resistor 91 is “R1”, the current flowing through the resistor 91 is “Iref”, and the resistance value of the resistor 92 is “R2”, the drain relationship of the switching element 1 is obtained from the connection relationship shown in FIG. The voltage VD is
VD = VCL + Iref × R1 = VCL × (R1 + R2) / R2 + Islope × R1 (2)
It becomes.

したがって、上記の式(1)、(2)よりドレイン電流IDは、
ID={(R1+R2)×VCL+R1×R2×Islope}/(RON×R2) ・・・ (3)
となる。
Therefore, from the above equations (1) and (2), the drain current ID is
ID = {(R1 + R2) × VCL + R1 × R2 × Islope} / (RON × R2) (3)
It becomes.

ドレイン電流IDのピーク値Ipは、誤差電圧信号VEAOが過電流保護基準電圧VLIMITより低い場合には誤差電圧信号VEAOに応じて変化し、誤差電圧信号VEAOが過電流保護基準電圧VLIMITに達すると最大値となる。つまり、ドレイン電流IDの最大値ILIMITは、上記の式(3)より次のように表される。
ILIMIT={(R1+R2)×VLIMIT+R1×R2×Islope}/(RON×R2) ・・・ (4)
The peak value Ip of the drain current ID changes according to the error voltage signal VEAO when the error voltage signal VEAO is lower than the overcurrent protection reference voltage VLIMIT, and is maximum when the error voltage signal VEAO reaches the overcurrent protection reference voltage VLIMIT. Value. That is, the maximum value ILIMIT of the drain current ID is expressed as follows from the above equation (3).
ILIMIT = {(R1 + R2) × VLIMIT + R1 × R2 × Islope} / (RON × R2) (4)

このため、誤差電圧信号VEAOが過電流保護基準電圧VLIMIT以上の場合、ドレイン電流IDの最大値ILIMITは、図8に示すように、電流リミット可変信号Islopeの時間変化に応じて、スイッチング素子1が入力端子と出力端子を結合している期間(オン時間Ton)に第1のレベルと第1のレベルより大きい第2のレベルとの間でリニアに時間変化する。この最大値ILIMITがドレイン電流IDの最大値を規定する電流リミットに相当する。したがって、電流リミット可変信号Islopeの傾きを適当に設定すれば、誤差電圧信号VEAOが過電流保護基準電圧VLIMIT以上になったときの過電流検出遅れ時間Tdを考慮に入れたドレイン電流IDのピーク値Ipは入力電圧VINによらずほぼ一定となる。   Therefore, when the error voltage signal VEAO is equal to or higher than the overcurrent protection reference voltage VLIMIT, the maximum value ILIMIT of the drain current ID is determined by the switching element 1 according to the time change of the current limit variable signal Islope as shown in FIG. In the period when the input terminal and the output terminal are coupled (ON time Ton), the time changes linearly between the first level and the second level that is higher than the first level. This maximum value ILIMIT corresponds to a current limit that defines the maximum value of the drain current ID. Therefore, if the slope of the current limit variable signal Islope is appropriately set, the peak value of the drain current ID taking into account the overcurrent detection delay time Td when the error voltage signal VEAO becomes equal to or higher than the overcurrent protection reference voltage VLIMIT. Ip is substantially constant regardless of the input voltage VIN.

以上のように構成されたスイッチング電源装置の動作について、図面を用いて以下に説明する。
図1において、当該スイッチング電源装置の入力端子には、例えば商用の交流電源が整流され且つ平滑化された入力電圧VIN(第1の直流電圧)が入力される。入力電圧VINは、トランス110の1次巻線110Aを介して、半導体装置100のDRAIN端子に印加される。
The operation of the switching power supply device configured as described above will be described below with reference to the drawings.
In FIG. 1, for example, an input voltage VIN (first DC voltage) obtained by rectifying and smoothing a commercial AC power supply is input to the input terminal of the switching power supply apparatus. The input voltage VIN is applied to the DRAIN terminal of the semiconductor device 100 via the primary winding 110A of the transformer 110.

そして、レギュレータ2によって、DRAIN端子から内部回路用電源VDDへ入力電圧VINに基づく電流が供給されるとともに、VCC端子を介して補助電源部のコンデンサ121へも入力電圧VINに基づく電流が供給され、補助電源電圧VCCおよび内部回路用電源VDDの電圧が上昇する。そして、内部回路用電源VDDの電圧が一定値に達すると、スイッチング素子1のスイッチング動作が開始される。   The regulator 2 supplies a current based on the input voltage VIN from the DRAIN terminal to the internal circuit power supply VDD, and also supplies a current based on the input voltage VIN to the capacitor 121 of the auxiliary power supply unit via the VCC terminal. The auxiliary power supply voltage VCC and the internal circuit power supply voltage VDD rise. When the voltage of the internal circuit power supply VDD reaches a certain value, the switching operation of the switching element 1 is started.

スイッチング素子1のスイッチング動作が開始すると、トランス110の各巻線にエネルギが供給されるようになり、2次巻線110B、補助巻線110Cに交流電圧が発生して、電流が流れる。   When the switching operation of the switching element 1 is started, energy is supplied to each winding of the transformer 110, an AC voltage is generated in the secondary winding 110B and the auxiliary winding 110C, and a current flows.

2次巻線110Bに流れる電流(2次電流)は、ダイオード130とコンデンサ131により整流され且つ平滑化されて、直流電力(出力電圧VOと出力電流IO)となって負荷132に供給される。また補助巻線110Cに流れる電流は、ダイオード120とコンデンサ121により整流され平滑化されて、半導体装置110の補助電源として活用される。補助巻線110Cの極性が2次巻線110Bと同一であるので、補助電源電圧VCCは出力電圧VOに比例した電圧となる。   The current (secondary current) flowing through the secondary winding 110B is rectified and smoothed by the diode 130 and the capacitor 131, and supplied to the load 132 as DC power (output voltage VO and output current IO). The current flowing through the auxiliary winding 110 </ b> C is rectified and smoothed by the diode 120 and the capacitor 121 and used as an auxiliary power source for the semiconductor device 110. Since the polarity of the auxiliary winding 110C is the same as that of the secondary winding 110B, the auxiliary power supply voltage VCC is a voltage proportional to the output voltage VO.

スイッチング素子1のスイッチング動作が開始すると、出力電圧VOおよび補助電源電圧VCCが上昇する。補助電源電圧VCCが上昇すると、誤差増幅器3の誤差電圧信号VEAOの電圧が低下する。誤差電圧信号VEAOの電圧が低下すると、ドレイン電流制御回路6によりスイッチング素子1に流れるドレイン電流IDが小さくなるように制御される。このような負帰還がかかることで、出力電圧VOは安定化される。つまり、補助電源電圧VCCは出力電圧VOの安定化にも利用される。   When the switching operation of the switching element 1 starts, the output voltage VO and the auxiliary power supply voltage VCC rise. When the auxiliary power supply voltage VCC increases, the voltage of the error voltage signal VEAO of the error amplifier 3 decreases. When the voltage of the error voltage signal VEAO decreases, the drain current control circuit 6 controls the drain current ID flowing through the switching element 1 to be small. By applying such negative feedback, the output voltage VO is stabilized. That is, the auxiliary power supply voltage VCC is also used for stabilizing the output voltage VO.

レギュレータ2は、スイッチング動作開始後、補助電源部への電流供給を停止し、補助電源電圧VCCが一定値以上になるとVCC端子から内部回路用電源VDDへ補助電源電圧VCCに基づく電流を供給する。これにより、通常動作時の半導体装置100による消費電力を低く抑えている。一方、補助電源電圧VCCが一定値を下回るとDRAIN端子から内部回路用電源VDDへ入力電圧VINに基づく電流を供給する。   The regulator 2 stops the current supply to the auxiliary power supply unit after starting the switching operation, and supplies the current based on the auxiliary power supply voltage VCC from the VCC terminal to the internal circuit power supply VDD when the auxiliary power supply voltage VCC becomes a certain value or more. Thereby, power consumption by the semiconductor device 100 during normal operation is kept low. On the other hand, when the auxiliary power supply voltage VCC falls below a certain value, a current based on the input voltage VIN is supplied from the DRAIN terminal to the internal circuit power supply VDD.

スイッチング素子1のスイッチング動作は、フリップフロップ回路12からの出力信号がNAND回路13を介してゲートドライバ14に入力されることにより行われる。フリップフロップ回路12のセット端子には、発振器7からのクロック信号set_1もしくは2次デューティ制限回路10からのクロック信号set_2のいずれか一方の信号が、クロック信号選択回路11を介して入力される。一方、フリップフロップ回路12のリセット端子には、ドレイン電流制御回路6の出力信号が入力される。ドレイン電流制御回路6の出力信号は、ドレイン電流検出回路5からの素子電流検出信号VCLが、過電流保護基準電圧VLIMITと誤差電圧信号VEAOのうちの低い方の電圧に達すると出力される。   The switching operation of the switching element 1 is performed by inputting an output signal from the flip-flop circuit 12 to the gate driver 14 via the NAND circuit 13. Either the clock signal set_1 from the oscillator 7 or the clock signal set_2 from the secondary duty limiting circuit 10 is input to the set terminal of the flip-flop circuit 12 via the clock signal selection circuit 11. On the other hand, the output signal of the drain current control circuit 6 is input to the reset terminal of the flip-flop circuit 12. The output signal of the drain current control circuit 6 is output when the element current detection signal VCL from the drain current detection circuit 5 reaches the lower one of the overcurrent protection reference voltage VLIMIT and the error voltage signal VEAO.

スイッチング素子1のスイッチング動作が開始され、出力電圧VOが安定化された後の動作は、図9に示すように、負荷132に流れる出力電流IOの状態によって異なる。以下、当該スイッチング電源装置の動作について、負荷132が軽負荷から重負荷に変化する順にしたがって、<(1)定電圧領域1>、<(2)定電圧領域2>、<(3)定電圧領域と定電流領域の境界領域>、<(4)定電流領域>のそれぞれの状態に分けて説明する。   The operation after the switching operation of the switching element 1 is started and the output voltage VO is stabilized differs depending on the state of the output current IO flowing through the load 132 as shown in FIG. Hereinafter, regarding the operation of the switching power supply apparatus, according to the order in which the load 132 changes from a light load to a heavy load, <(1) constant voltage region 1>, <(2) constant voltage region 2>, <(3) constant voltage The description will be made separately for each state of the boundary region between the region and the constant current region> and <(4) constant current region>.

なお、図10〜13において、VCCは補助電源電圧、VDはスイッチング素子1の入力端子であるDRAIN端子の電圧、VCLは素子電流検出信号(ドレイン電流ID)、VLIMITは過電流保護基準電圧、VEAOは誤差電圧信号、ID2は2次側のダイオード130を流れる電流、VTRはTR端子電圧、VC1は発振器7内のコンデンサ53の電圧、set_1は発振器7が出力するクロック信号、VC2は2次デューティ制限回路10内のコンデンサ33の電圧、set_2は2次デューティ制限回路10が出力するクロック信号、setはフリップフロップ回路12のセット端子へ入力されるセット信号、VGはスイッチング素子の制御端子(ゲート端子)の電圧を表す。   10 to 13, VCC is an auxiliary power supply voltage, VD is a voltage of a DRAIN terminal that is an input terminal of the switching element 1, VCL is an element current detection signal (drain current ID), VLIMIT is an overcurrent protection reference voltage, and VEAO. Is the error voltage signal, ID2 is the current flowing through the secondary diode 130, VTR is the TR terminal voltage, VC1 is the voltage of the capacitor 53 in the oscillator 7, set_1 is the clock signal output by the oscillator 7, and VC2 is the secondary duty limit The voltage of the capacitor 33 in the circuit 10, set_2 is a clock signal output from the secondary duty limiting circuit 10, set is a set signal input to the set terminal of the flip-flop circuit 12, and VG is a control terminal (gate terminal) of the switching element. Represents the voltage.

但し、図10〜13において、素子電流検出信号VCL(ドレイン電流ID)のピーク値は、実際には過電流検出遅れ時間Tdにより過電流保護基準電圧VLIMITもしくは誤差電圧信号VEAOよりも大きくなるが、ここでは省略している。   However, in FIGS. 10 to 13, the peak value of the element current detection signal VCL (drain current ID) is actually larger than the overcurrent protection reference voltage VLIMIT or the error voltage signal VEAO due to the overcurrent detection delay time Td. It is omitted here.

<(1)定電圧領域1>
図10は、当該スイッチング電源装置の<定電圧領域1>における各部の動作を表すタイミングチャートを示す図である。この<定電圧領域1>とは、誤差増幅器3から出力される誤差電圧信号VEAOが過電流保護基準電圧VLIMITよりも低く、且つ出力電流IOが所定値より小さくなっている状態のことである。
<(1) Constant voltage region 1>
FIG. 10 is a timing chart showing the operation of each part in <constant voltage region 1> of the switching power supply device. This <constant voltage region 1> is a state in which the error voltage signal VEAO output from the error amplifier 3 is lower than the overcurrent protection reference voltage VLIMIT and the output current IO is lower than a predetermined value.

この<定電圧領域1>では、2次巻線110Bに流れる電流も小さく、2次電流が流れる期間が短くなるので、2次デューティ制限回路10の出力信号set_2が出力されるタイミングは、発振器7の出力信号set_1よりも速くなっている。よって、フリップフロップ回路12のセット端子には発振器7からのクロック信号set_1が入力される(セット信号set)。   In this <constant voltage region 1>, the current flowing through the secondary winding 110B is small and the period during which the secondary current flows is shortened. Therefore, the timing at which the output signal set_2 of the secondary duty limiting circuit 10 is output is the oscillator 7 Is faster than the output signal set_1. Therefore, the clock signal set_1 from the oscillator 7 is input to the set terminal of the flip-flop circuit 12 (set signal set).

また、<定電圧領域1>では、例えば、負荷132に流れる出力電流IOが小さくなると、出力電圧VOおよび補助電源電圧VCCが若干上昇する。補助電源電圧VCCが上昇するにしたがって誤差増幅器3から出力される誤差電圧信号VEAOの電圧が小さくなり、ドレイン電流制御回路6によりスイッチング素子1を流れるドレイン電流IDのピーク値Ipが小さくなるように制御される。逆に、出力電流IOが大きくなる時には、補助電源電圧VCCの低下に伴って誤差電圧信号VEAOが大きくなることにより、ドレイン電流IDのピーク値Ipが大きくなるように制御される。   In <constant voltage region 1>, for example, when the output current IO flowing through the load 132 decreases, the output voltage VO and the auxiliary power supply voltage VCC slightly increase. As the auxiliary power supply voltage VCC increases, the voltage of the error voltage signal VEAO output from the error amplifier 3 decreases, and the drain current control circuit 6 controls the peak value Ip of the drain current ID flowing through the switching element 1 to decrease. Is done. Conversely, when the output current IO increases, the error voltage signal VEAO increases as the auxiliary power supply voltage VCC decreases, so that the peak value Ip of the drain current ID is controlled to increase.

このように、<定電圧領域1>では、当該スイッチング電源装置は、発振器7からのクロック信号set_1をセット信号setとし、ドレイン電流検出回路5から出力される素子電流検出信号VCLと誤差増幅器3から出力される誤差電圧信号VEAOを比較して出力されるドレイン電流制御回路6の出力信号をリセット信号とした、固定発振周波数のピーク電流制御方式による動作状態となり、スイッチング素子1の発振周波数を一定のまま、スイッチング素子1のオン時間Tonを変化させることで1次巻線110Aと2次巻線110Bへのエネルギ供給量を変化させ、出力電圧VOを一定にする。   As described above, in the <constant voltage region 1>, the switching power supply apparatus uses the clock signal set_1 from the oscillator 7 as the set signal set, the element current detection signal VCL output from the drain current detection circuit 5, and the error amplifier 3. The output signal of the drain current control circuit 6 that is output by comparing the output error voltage signal VEAO is used as a reset signal, and the operation state is based on the fixed oscillation frequency peak current control method, and the oscillation frequency of the switching element 1 is kept constant. The energy supply amount to the primary winding 110A and the secondary winding 110B is changed by changing the ON time Ton of the switching element 1, and the output voltage VO is made constant.

また、このように、<定電圧領域1>では、スイッチング素子1の発振周波数を一定のまま、スイッチング素子1のオン時間Tonを変化させることで出力電圧VOを一定にするので、トランスの耳鳴りを防止することができる。   Further, in this way, in the <constant voltage region 1>, the output voltage VO is made constant by changing the on-time Ton of the switching element 1 while keeping the oscillation frequency of the switching element 1 constant, so that the ringing of the transformer is suppressed. Can be prevented.

<(2)定電圧領域2>
図11は、当該スイッチング電源装置の<定電圧領域2>における各部の動作を表すタイミングチャートを示す図である。この<定電圧領域2>とは、負荷が重くなって出力電流IOが所定値以上となり、誤差増幅器3から出力される誤差電圧信号VEAOが過電流保護基準電圧VLIMITよりも高くなっている状態のことである。
<(2) Constant voltage region 2>
FIG. 11 is a timing chart showing the operation of each part in <constant voltage region 2> of the switching power supply device. This <constant voltage region 2> is a state in which the load becomes heavy, the output current IO becomes a predetermined value or more, and the error voltage signal VEAO output from the error amplifier 3 is higher than the overcurrent protection reference voltage VLIMIT. That is.

負荷132に流れる出力電流IOが<定電圧領域1>よりも大きくなり、誤差増幅器3から出力される誤差電圧信号VEAOが過電流保護基準電圧VLIMITよりも高くなると、ドレイン電流制御回路6は、ドレイン電流検出回路5から出力される素子電流検出信号VCLを過電流保護基準電圧VLIMITと比較して、素子電流検出信号VCLが過電流保護基準電圧VLIMIT(一定値)に達すると、スイッチング素子1をターンオフさせる信号を出力する。   When the output current IO flowing through the load 132 becomes larger than <constant voltage region 1> and the error voltage signal VEAO output from the error amplifier 3 becomes higher than the overcurrent protection reference voltage VLIMIT, the drain current control circuit 6 The element current detection signal VCL output from the current detection circuit 5 is compared with the overcurrent protection reference voltage VLIMIT, and when the element current detection signal VCL reaches the overcurrent protection reference voltage VLIMIT (a constant value), the switching element 1 is turned off. The signal to be output is output.

これにより、定電圧領域2においては、スイッチング素子1を流れるドレイン電流IDのピーク値Ipが過電流保護基準電圧VLIMITで決まる電流値で固定されることになる。   Thereby, in the constant voltage region 2, the peak value Ip of the drain current ID flowing through the switching element 1 is fixed at a current value determined by the overcurrent protection reference voltage VLIMIT.

また、この<定電圧領域2>では、2次巻線110Bに流れる電流は最大値に達しているが、2次電流オンデューティが2次デューティ制限回路10で設定された一定値まで達していないため、2次デューティ制限回路10の出力信号set_2が出力されるタイミングは、発振器7の出力信号set_1よりも速くなっている。よって、フリップフロップ回路12のセット端子には発振器7からのクロック信号set_1が入力される(セット信号set)。   In the <constant voltage region 2>, the current flowing through the secondary winding 110B reaches the maximum value, but the secondary current on-duty does not reach the constant value set by the secondary duty limiting circuit 10. Therefore, the output timing of the output signal set_2 from the secondary duty limiting circuit 10 is faster than the output signal set_1 from the oscillator 7. Therefore, the clock signal set_1 from the oscillator 7 is input to the set terminal of the flip-flop circuit 12 (set signal set).

さらに、
誤差電圧信号VEAO > 過電流保護基準電圧VLIMIT
の状態では、発振周波数調整回路8が、誤差電圧信号VEAOと過電流保護基準電圧VLIMITの差に応じてスイッチング素子1の発振周波数を高くする信号を発振器7へ出力する。
further,
Error voltage signal VEAO> Overcurrent protection reference voltage VLIMIT
In this state, the oscillation frequency adjusting circuit 8 outputs a signal for increasing the oscillation frequency of the switching element 1 to the oscillator 7 according to the difference between the error voltage signal VEAO and the overcurrent protection reference voltage VLIMIT.

このように、<定電圧領域2>では、当該スイッチング電源装置は、負荷が重くなるほど発振周波数が高くなる発振器7からのクロック信号set_1をセット信号setとし、ドレイン電流検出回路5から出力される素子電流検出信号VCLと過電流保護基準電圧VLIMITとを比較して出力されるドレイン電流制御回路6の出力信号をリセット信号とした、固定ピーク電流の発振周波数制御方式による動作状態となり、スイッチング素子1の発振周波数を変化させることで1次巻線110Aと2次巻線110Bへのエネルギ供給量を変化させ、出力電圧VOを一定にする。   As described above, in <constant voltage region 2>, the switching power supply device uses the clock signal set_1 from the oscillator 7 whose oscillation frequency increases as the load becomes heavier as the set signal set, and the element output from the drain current detection circuit 5 The output state of the drain current control circuit 6 that is output by comparing the current detection signal VCL and the overcurrent protection reference voltage VLIMIT is used as a reset signal, and the operation state by the oscillation frequency control method of the fixed peak current is obtained. By changing the oscillation frequency, the amount of energy supplied to the primary winding 110A and the secondary winding 110B is changed to make the output voltage VO constant.

なお、負荷132に流れる出力電流IOが大きくなると、スイッチング素子1の発振周波数が高くなるが、2次電流オフ検出回路9から発振器7への出力信号D2_onがハイレベル信号の間、発振器7から次のクロック信号set_1が出力されないようになっているため、2次電流が流れ終わった後に次のターンオンパルス信号が発生する。つまり、当該スイッチング電源装置は非連続モード動作となっている。   When the output current IO flowing through the load 132 increases, the oscillation frequency of the switching element 1 increases. However, while the output signal D2_on from the secondary current off detection circuit 9 to the oscillator 7 is a high level signal, Since the clock signal set_1 is not output, the next turn-on pulse signal is generated after the secondary current has finished flowing. That is, the switching power supply device is in a discontinuous mode operation.

<(3)定電圧領域と定電流領域の境界領域>
図12は、当該スイッチング電源装置の<定電圧領域と定電流領域の境界領域>における各部の動作を表すタイミングチャートを示す図である。この<定電圧領域と定電流領域の境界領域>とは、誤差増幅器3から出力される誤差電圧信号VEAOが過電流保護基準電圧VLIMITよりも高く、かつ発振器7から出力される第1のクロック信号set_1と2次デューティ制限回路10から出力される第2のクロック信号set_2のタイミングが同時になる状態、つまり、2次電流のオンデューティが設定値に達した状態のことである。
<(3) Boundary region between constant voltage region and constant current region>
FIG. 12 is a timing chart showing the operation of each part in <the boundary region between the constant voltage region and the constant current region> of the switching power supply device. The <boundary region between the constant voltage region and the constant current region> is a first clock signal output from the oscillator 7 when the error voltage signal VEAO output from the error amplifier 3 is higher than the overcurrent protection reference voltage VLIMIT. This is a state in which the timings of the set_1 and the second clock signal set_2 output from the secondary duty limiting circuit 10 are the same, that is, a state in which the on-duty of the secondary current has reached the set value.

<定電圧領域2>では、スイッチング素子1を流れるドレイン電流IDのピーク値Ipが過電流保護基準電圧VLIMITで決まる電流値で固定され、発振周波数調整回路8により負荷が重くなるにつれてクロック信号set_1の発振周波数が高くなるように制御されている。したがって、<定電圧領域2>では、負荷132に流れる出力電流IOが大きくなるとクロック信号set_1の発振周波数が高くなって2次電流オンデューティが大きくなる。   In <constant voltage region 2>, the peak value Ip of the drain current ID flowing through the switching element 1 is fixed at a current value determined by the overcurrent protection reference voltage VLIMIT, and the clock signal set_1 is increased as the load becomes heavier by the oscillation frequency adjusting circuit 8. The oscillation frequency is controlled to be high. Therefore, in <constant voltage region 2>, when the output current IO flowing through the load 132 increases, the oscillation frequency of the clock signal set_1 increases and the secondary current on-duty increases.

そして、2次電流オンデューティが2次デューティ制限回路10で設定された一定値になると、2次デューティ制限回路10からのクロック信号set_2と発振器7からのクロック信号set_1のタイミングが等しくなる。このようにクロック信号選択回路11に入力されるクロック信号がクロック信号set_1からクロック信号set_2に切り替わる領域、すなわち2次電流オンデューティが2次デューティ制限回路10で設定された一定値に達した瞬間の領域が、<定電圧領域と定電流領域の境界領域>である。   When the secondary current on-duty becomes a constant value set by the secondary duty limiting circuit 10, the timings of the clock signal set_2 from the secondary duty limiting circuit 10 and the clock signal set_1 from the oscillator 7 become equal. Thus, the region where the clock signal input to the clock signal selection circuit 11 switches from the clock signal set_1 to the clock signal set_2, that is, the moment when the secondary current on-duty reaches a constant value set by the secondary duty limiting circuit 10 is reached. The region is <the boundary region between the constant voltage region and the constant current region>.

当該スイッチング電源装置は非連続モード動作となっているので、負荷132に供給されるエネルギは、出力電圧VO、出力電流IO、トランス110の1次巻線110AのインダクタンスLp、スイッチング素子1を流れるドレイン電流IDのピーク値Ip、スイッチング素子1の発振周波数foscより、
VO×IO=(1/2)×Lp×Ip×Ip×fosc ・・・ (5)
と表される。
Since the switching power supply device is in the discontinuous mode operation, the energy supplied to the load 132 includes the output voltage VO, the output current IO, the inductance Lp of the primary winding 110A of the transformer 110, and the drain flowing through the switching element 1. From the peak value Ip of the current ID and the oscillation frequency fosc of the switching element 1,
VO × IO = (1/2) × Lp × Ip × Ip × fosc (5)
It is expressed.

ここで、この<定電圧領域と定電流領域の境界領域>では、誤差増幅器3から出力される誤差電圧信号VEAOが過電流保護基準電圧VLIMITよりも高くなっているため、ドレイン電流IDのピーク値Ipは過電流保護基準電圧VLIMITで決まる電流値で固定される。また、スイッチング素子1がターンオフして2次巻線110Bに電流が流れ始める時の電流値、すなわち2次電流のピーク値は、トランス110の1次巻線110Aと2次巻線110Bの巻数比で決まるため、2次電流のピーク値も一定となる。   Here, in this <boundary region between the constant voltage region and the constant current region>, the error voltage signal VEAO output from the error amplifier 3 is higher than the overcurrent protection reference voltage VLIMIT, and therefore the peak value of the drain current ID. Ip is fixed at a current value determined by the overcurrent protection reference voltage VLIMIT. Further, the current value when the switching element 1 is turned off and the current starts to flow through the secondary winding 110B, that is, the peak value of the secondary current is the turn ratio of the primary winding 110A and the secondary winding 110B of the transformer 110. Therefore, the peak value of the secondary current is also constant.

さらに、誤差電圧信号VEAOが過電流保護基準電圧VLIMITよりも高いと、ドレイン電流IDの最大値を規定する電流リミットILIMITが図8に示すようなリニアに時間変化する鋸型の波形となるので、過電流検出遅れ時間Tdを考慮すると、ドレイン電流IDのピーク値Ipは入力電圧VINによらずほぼ一定となる。   Furthermore, if the error voltage signal VEAO is higher than the overcurrent protection reference voltage VLIMIT, the current limit ILIMIT that defines the maximum value of the drain current ID becomes a saw-shaped waveform that changes linearly as shown in FIG. Considering the overcurrent detection delay time Td, the peak value Ip of the drain current ID is substantially constant regardless of the input voltage VIN.

また、出力電圧VOが一定の場合、2次電流の傾きも一定であるため、2次電流のピーク値が一定のときの2次電流が流れる期間は常に一定となる。したがって、この<定電圧領域と定電流領域の境界領域>においては、2次電流が流れる期間は常に一定となる。この結果、<定電圧領域と定電流領域の境界領域>では、スイッチング素子1の発振周波数foscは常に一定の値となる。   Further, when the output voltage VO is constant, the slope of the secondary current is also constant, so that the period during which the secondary current flows when the peak value of the secondary current is constant is always constant. Therefore, in this <boundary region between the constant voltage region and the constant current region>, the period during which the secondary current flows is always constant. As a result, in <the boundary region between the constant voltage region and the constant current region>, the oscillation frequency fosc of the switching element 1 is always a constant value.

一方、トランス110の1次巻線110AのインダクタンスLpが変化した場合、2次電流の傾きも変化する。2次電流のピーク値が一定になっている場合、インダクタンスLpが大きくなると2次電流の傾きが大きくなり、2次電流が流れる期間が長くなる。その結果、スイッチング素子1の発振周波数foscが低くなる。これとは逆に、インダクタンスLpが小さくなると2次電流の傾きが小さくなり、2次電流が流れる期間は短くなる。その結果、スイッチング素子1の発振周波数foscが高くなる。   On the other hand, when the inductance Lp of the primary winding 110A of the transformer 110 changes, the slope of the secondary current also changes. When the peak value of the secondary current is constant, as the inductance Lp increases, the slope of the secondary current increases and the period during which the secondary current flows becomes longer. As a result, the oscillation frequency fosc of the switching element 1 is lowered. On the contrary, when the inductance Lp is reduced, the slope of the secondary current is reduced and the period during which the secondary current flows is shortened. As a result, the oscillation frequency fosc of the switching element 1 is increased.

以上より、<定電圧領域と定電流領域の境界領域>においては、トランス110の1次巻線110AのインダクタンスLpとスイッチング素子1の発振周波数foscの積が一定になるため、上記の式(5)の関係から、出力電流IOが一定となる。したがって、<定電圧領域と定電流領域の境界領域>での出力電流IOは、発振周波数や、トランスのインダクタンス値のばらつき、過電流検出遅れ時間Td、入力電圧VINの影響を受けない。   As described above, in the <boundary region between the constant voltage region and the constant current region>, the product of the inductance Lp of the primary winding 110A of the transformer 110 and the oscillation frequency fosc of the switching element 1 is constant. ), The output current IO is constant. Therefore, the output current IO in <the boundary region between the constant voltage region and the constant current region> is not affected by the oscillation frequency, the variation in the inductance value of the transformer, the overcurrent detection delay time Td, and the input voltage VIN.

<(4)定電流領域>
図13は、当該スイッチング電源装置の<定電流領域>における各部の動作を表すタイミングチャートを示す図である。この<定電流領域>とは、誤差増幅器3から出力される誤差電圧信号VEAOが過電流保護基準電圧VLIMITよりも高く、かつ2次デューティ制限回路10より出力されるクロック信号set_2によってスイッチング素子1のスイッチング動作が行われている領域のことである。
<(4) Constant current region>
FIG. 13 is a timing chart showing the operation of each part in the <constant current region> of the switching power supply device. This <constant current region> means that the error voltage signal VEAO output from the error amplifier 3 is higher than the overcurrent protection reference voltage VLIMIT, and the clock signal set_2 output from the secondary duty limiting circuit 10 determines the switching element 1 This is a region where a switching operation is performed.

負荷132に流れる出力電流IOが<定電圧領域と定電流領域の境界領域>における出力電流IOよりも大きくなるように負荷を重くすると、上述したように2次電流のピーク値と2次電流オンデューティが一定で、トランス110の2次巻線110Bに供給されるエネルギが既に最大となっているので、出力電圧VOが低下する。   When the load is increased so that the output current IO flowing through the load 132 is larger than the output current IO in the <boundary region between the constant voltage region and the constant current region>, the peak value of the secondary current and the secondary current on as described above Since the duty is constant and the energy supplied to the secondary winding 110B of the transformer 110 has already become maximum, the output voltage VO decreases.

出力電圧VOが低下すると、2次電流の傾きが大きくなって2次電流が流れる期間が長くなるため、2次デューティ制限回路10からの出力信号set_2が出力されるタイミングは、発振器7からの出力信号set_1よりも遅くなる。したがって、クロック信号選択回路11からは、第2のクロック信号set_2が出力される。第2のクロック信号set_2は、2次電流オンデューティが一定になるように出力されるため、2次電流オンデューティが一定値に制御されたまま、スイッチング素子1の発振周波数が低くなる。よって、負荷が重くなるにつれて、2次電流のピーク値と2次電流オンデューティが一定値のまま、スイッチング素子1の発振周波数が低下するように制御される。   When the output voltage VO decreases, the slope of the secondary current increases and the period during which the secondary current flows increases. Therefore, the timing at which the output signal set_2 from the secondary duty limiting circuit 10 is output is the output from the oscillator 7. It is slower than the signal set_1. Therefore, the clock signal selection circuit 11 outputs the second clock signal set_2. Since the second clock signal set_2 is output so that the secondary current on-duty is constant, the oscillation frequency of the switching element 1 is lowered while the secondary current on-duty is controlled to a constant value. Therefore, as the load becomes heavier, control is performed so that the oscillation frequency of the switching element 1 decreases while the peak value of the secondary current and the secondary current on-duty remain constant.

ここで、2次電流オンデューティが一定値の場合、出力電流IOは、2次電流オンデューティを‘D2’、2次電流のピーク値を‘I2p’とすると、以下の式で表される。
IO=(1/2)×I2p×D2 ・・・ (6)
2次電流のピーク値I2pは、スイッチング素子1を流れるドレイン電流IDのピーク値Ipが過電流保護基準電圧VLIMITで決まる電流値で制御されているため一定である。さらに、ドレイン電流IDの最大値を規定する電流リミットILIMITが図8に示すような時間変化をするので、過電流検出遅れ時間Tdを考慮すると、ドレイン電流IDのピーク値Ipは入力電圧VINによらずほぼ一定となる。
Here, when the secondary current on-duty is a constant value, the output current IO is expressed by the following equation, where the secondary current on-duty is “D2” and the peak value of the secondary current is “I2p”.
IO = (1/2) × I2p × D2 (6)
The peak value I2p of the secondary current is constant because the peak value Ip of the drain current ID flowing through the switching element 1 is controlled by the current value determined by the overcurrent protection reference voltage VLIMIT. Further, since the current limit ILIMIT that defines the maximum value of the drain current ID changes with time as shown in FIG. 8, the peak value Ip of the drain current ID depends on the input voltage VIN in consideration of the overcurrent detection delay time Td. Almost constant.

したがって、トランス110の1次巻線110AのインダクタンスLpのばらつきや、スイッチング素子1の発振周波数fosc、過電流検出遅れ時間Td、入力電圧VINに関係なく一定の出力電流IOを得ることができ、ばらつきの少ない、高精度の定電流垂下特性を得られる。   Therefore, a constant output current IO can be obtained regardless of variations in the inductance Lp of the primary winding 110A of the transformer 110, the oscillation frequency fosc of the switching element 1, the overcurrent detection delay time Td, and the input voltage VIN. High-accuracy constant current drooping characteristics can be obtained.

以上のように、本実施の形態によれば、2次側の定電流制御回路や、出力電流検出抵抗、フォトカプラを不要にでき、低コスト、最小部品点数、最小電力ロスで十分な精度の定電流垂下特性を実現できる。したがって、少ない部品点数で十分な精度の充電器用スイッチング電源を構成でき、充電器用スイッチング電源の低コスト化、小型化、省エネ化を実現できる。   As described above, according to the present embodiment, the secondary-side constant current control circuit, the output current detection resistor, and the photocoupler can be dispensed with, and the low cost, the minimum number of parts, and the minimum power loss are sufficiently accurate. A constant current drooping characteristic can be realized. Therefore, a switching power supply for a charger with sufficient accuracy can be configured with a small number of parts, and the cost, size and energy saving of the switching power supply for a charger can be realized.

また、スイッチング素子を流れるドレイン電流IDのピーク値Ipを一定値にし、2次電流オンデューティを一定値に制御するとともに、ドレイン電流IDの最大値を規定する電流リミットILIMITを図8に示すように時間変化させるので、電流リミット可変信号Islopeの傾きを適当に設定すれば、過電流検出遅れ時間Tdを考慮した場合のドレイン電流IDのピーク値Ipが入力電圧VINによらずほぼ一定となるうえに、発振周波数やトランスのインダクタンスのばらつきが出力電流IOの定電流値に影響せず、トータルのばらつきが非常に小さい高精度の定電流垂下特性を実現できる。   Further, the peak value Ip of the drain current ID flowing through the switching element is set to a constant value, the secondary current on-duty is controlled to a constant value, and a current limit ILIMIT that defines the maximum value of the drain current ID is as shown in FIG. Since the time changes, if the slope of the current limit variable signal Islope is appropriately set, the peak value Ip of the drain current ID when the overcurrent detection delay time Td is taken into consideration becomes almost constant regardless of the input voltage VIN. The variation in the oscillation frequency and the inductance of the transformer does not affect the constant current value of the output current IO, and a highly accurate constant current drooping characteristic with a very small total variation can be realized.

さらに、ドレイン電流IDのピーク値Ipを小さくするのではなく、ピーク値Ipは一定で発振周波数foscを変化させて2次電流オンデューティを一定値にすることで定電流垂下特性を実現するので、スイッチング素子のオン時間Tonは変化せず、定電流領域においてオン時間Tonが短くなることはない。よって、オン時間Tonが短くなると入力電圧VINに影響されずにピーク値Ipの制御を行うことができなくなるという従来の問題を回避でき、定電流領域において出力電圧VOが低下したときにも、従来のように入力電圧VINによって出力電流IOが変化することはない。   Furthermore, instead of reducing the peak value Ip of the drain current ID, the peak value Ip is constant, and the constant current drooping characteristic is realized by changing the oscillation frequency fosc to make the secondary current on-duty constant. The on-time Ton of the switching element does not change, and the on-time Ton does not become short in the constant current region. Therefore, the conventional problem that the peak value Ip cannot be controlled without being affected by the input voltage VIN when the on-time Ton is shortened can be avoided, and even when the output voltage VO decreases in the constant current region, As described above, the output current IO is not changed by the input voltage VIN.

また、スイッチング素子と制御回路については同一半導体内に設けて容易に単一化することができる。また無論、制御回路のみを同一半導体内に設けて容易に単一化することもできる。したがって、主要な回路部品を単一半導体内に設けることで、回路を構成するための部品点数を削減することができ、電源装置として、容易に小型化および軽量化さらにコスト低減化を実現することができる。   Further, the switching element and the control circuit can be provided in the same semiconductor and can be easily unified. Of course, only the control circuit can be provided in the same semiconductor for easy integration. Therefore, by providing the main circuit components in a single semiconductor, the number of components for configuring the circuit can be reduced, and the power supply device can be easily reduced in size, weight, and cost. Can do.

また、2次電流オンデューティが一定値に達するまでは出力電圧VOを一定にし、一定値に達すると出力電流IOを一定にするので、負荷状態に応じて、定電流垂下特性と定電圧特性のいずれかを実現できる。   In addition, the output voltage VO is kept constant until the secondary current on-duty reaches a constant value, and when the secondary current on-duty reaches a certain value, the output current IO is kept constant. Either can be realized.

また、スイッチング素子1の発振周波数を制御することで定電流垂下特性を実現しているので、本実施の形態のように<定電圧領域2>の定電圧特性もスイッチング素子1の発振周波数を制御することで実現すれば、定電圧領域から定電流領域への切り替えがスムーズになる。   Further, since the constant current drooping characteristic is realized by controlling the oscillation frequency of the switching element 1, the constant voltage characteristic of <constant voltage region 2> also controls the oscillation frequency of the switching element 1 as in the present embodiment. If this is realized, the switching from the constant voltage region to the constant current region becomes smooth.

なお、本実施の形態では、スイッチング素子1を流れるドレイン電流の検出値を変化させることにより、図8に示すようなスイッチング素子のオン期間にリニアに変化する電流リミットを実現したが、スイッチング素子のオン期間に第1のレベルから、それよりも高い第2のレベルに変化する電流リミットを実現することができれば、その手段は異なっても構わない。   In the present embodiment, by changing the detected value of the drain current flowing through the switching element 1, a current limit that linearly changes during the ON period of the switching element as shown in FIG. 8 is realized. The means may be different as long as a current limit that changes from the first level to the second level higher than the first level during the ON period can be realized.

図14に、スイッチング素子のオン期間にリニアに変化する電流リミットを実現する半導体装置100の他の構成例を示す。但し、図2に基づいて説明した部材と同一の部材には同一符号を付して、説明を省略する。   FIG. 14 shows another configuration example of the semiconductor device 100 that realizes a current limit that linearly changes during the ON period of the switching element. However, the same members as those described with reference to FIG.

この半導体装置(制御回路)100は、スイッチング素子1を流れるドレイン電流の検出値ではなく、ドレイン電流制御回路6に基準電圧として入力する過電流保護基準電圧を時間変化させることにより、スイッチング素子のオン期間に第1のレベルから、それよりも高い第2のレベルに変化する電流リミットを実現する。   This semiconductor device (control circuit) 100 changes the overcurrent protection reference voltage input as the reference voltage to the drain current control circuit 6 instead of the detected value of the drain current flowing through the switching element 1 to turn on the switching element. A current limit is realized that changes from a first level to a higher second level over a period of time.

すなわち、図14に示す半導体装置100は、図2に示した半導体装置100と比べて、ドレイン電流検出可変回路4が省略され、電流リミット可変回路15が追加されている。電流リミット可変回路15は、フリップフロップ回路12の出力信号(FFout信号)と過電流保護基準電圧VLIMITを入力とし、スイッチング素子がオンするタイミングとオフするタイミングに応じて変化する過電流保護基準電圧VLIMIT´を生成して、ドレイン電流制御回路6へ出力する。つまり、電流リミット可変回路15は、一定値である過電流保護基準電圧VLIMITとFFout信号とを基に、図15に示すようなリニアに時間変化する過電流保護基準電圧VLIMIT´を生成する機能を有する。   That is, in the semiconductor device 100 shown in FIG. 14, the drain current detection variable circuit 4 is omitted and the current limit variable circuit 15 is added, compared to the semiconductor device 100 shown in FIG. The current limit variable circuit 15 receives the output signal (FFout signal) of the flip-flop circuit 12 and the overcurrent protection reference voltage VLIMIT, and the overcurrent protection reference voltage VLIMIT changes according to the timing when the switching element is turned on and turned off. ′ Is generated and output to the drain current control circuit 6. That is, the current limit variable circuit 15 has a function of generating an overcurrent protection reference voltage VLIMIT ′ that changes linearly as shown in FIG. 15 based on the overcurrent protection reference voltage VLIMIT and the FFout signal that are constant values. Have.

誤差電圧信号VEAOが過電流保護基準電圧VLIMIT´よりも高い場合、素子電流検出信号VCLが過電流保護基準電圧VLIMIT´に達するとスイッチング素子1はターンオフするので、図15に示すように過電流保護基準電圧VLIMIT´が変化することにより、図15に示すような電流リミットILIMITの時間変化を得ることができる。   When the error voltage signal VEAO is higher than the overcurrent protection reference voltage VLIMIT ′, the switching element 1 is turned off when the element current detection signal VCL reaches the overcurrent protection reference voltage VLIMIT ′. Therefore, as shown in FIG. By changing the reference voltage VLIMIT ′, a time change of the current limit ILIMIT as shown in FIG. 15 can be obtained.

このように、図14に示した半導体装置100は、ドレイン電流制御回路6に基準電圧として入力する過電流保護基準電圧(電流リミットILIMITを決定する基準値)を時間変化させることにより、スイッチング素子1のオン期間に第1のレベルから、それよりも高い第2のレベルに変化する電流リミットを実現することができ、図2に示す半導体装置100を用いた場合と同様の効果を発揮することができる。   As described above, the semiconductor device 100 shown in FIG. 14 changes the overcurrent protection reference voltage (reference value for determining the current limit ILIMIT) that is input to the drain current control circuit 6 as the reference voltage over time, thereby changing the switching element 1. A current limit that changes from the first level to a second level higher than the first level during the ON period can be realized, and the same effect as when the semiconductor device 100 shown in FIG. 2 is used can be exhibited. it can.

本発明にかかる電源レギュレーション回路によれば、低コストかつ最小の部品点数によって、十分な精度の定電流垂下特性を実現することができるので、携帯電話やデジタルスチルカメラ等のポータブル機器用充電器などに有用である。   According to the power supply regulation circuit of the present invention, a sufficiently accurate constant current drooping characteristic can be realized with a low cost and a minimum number of parts, so that a charger for portable devices such as a mobile phone and a digital still camera, etc. Useful for.

本発明の実施の形態におけるスイッチング電源装置の一構成例を示すブロック図The block diagram which shows the example of 1 structure of the switching power supply device in embodiment of this invention 同実施の形態のスイッチング電源装置を構成するスイッチング電源装置制御用の半導体装置の一構成例を示すブロック図1 is a block diagram showing a configuration example of a semiconductor device for controlling a switching power supply that constitutes the switching power supply of the embodiment 同実施の形態のスイッチング電源装置における2次電流オフ検出回路と2次デューティ制限回路の一構成例を示すブロック図The block diagram which shows the example of 1 structure of the secondary current OFF detection circuit and secondary duty limiting circuit in the switching power supply device of the embodiment 同実施の形態のスイッチング電源装置におけるクロック信号選択回路の一構成例を示すブロック図FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of a clock signal selection circuit in the switching power supply device according to the embodiment. 同実施の形態のスイッチング電源装置における発振器と発振周波数調整回路の一構成例を示すブロック図The block diagram which shows the example of 1 structure of the oscillator and oscillation frequency adjustment circuit in the switching power supply device of the embodiment 同実施の形態のスイッチング電源装置におけるドレイン電流検出可変回路の一構成例を示すブロック図The block diagram which shows one structural example of the drain current detection variable circuit in the switching power supply device of the embodiment 同実施の形態のスイッチング電源装置におけるドレイン電流検出回路の一構成例を示すブロック図The block diagram which shows the example of 1 structure of the drain current detection circuit in the switching power supply device of the embodiment 同実施の形態のスイッチング電源装置におけるドレイン電流検出可変回路の動作を説明するための図The figure for demonstrating operation | movement of the drain current detection variable circuit in the switching power supply device of the embodiment 同実施の形態のスイッチング電源装置における出力電圧−出力電流特性を示す図The figure which shows the output voltage-output current characteristic in the switching power supply device of the embodiment 同実施の形態のスイッチング電源装置における<定電圧領域1>の動作を表すタイムチャートを示す図The figure which shows the time chart showing operation | movement of <constant voltage area | region 1> in the switching power supply device of the embodiment 同実施の形態のスイッチング電源装置における<定電圧領域2>の動作を表すタイムチャートを示す図The figure which shows the time chart showing operation | movement of <constant voltage area | region 2> in the switching power supply device of the embodiment 同実施の形態のスイッチング電源装置における<定電圧領域と定電流領域の境界領域>の動作を表すタイムチャートを示す図The figure which shows the time chart showing the operation | movement of the <boundary area | region of a constant voltage area | region and a constant current area | region> in the switching power supply device of the embodiment 同実施の形態のスイッチング電源装置における<定電流領域>の動作を表すタイムチャートを示す図The figure which shows the time chart showing operation | movement of the <constant current area> in the switching power supply device of the embodiment 本発明の他の実施の形態におけるスイッチング電源装置を構成するスイッチング電源装置制御用の半導体装置の一構成例を示すブロック図The block diagram which shows one structural example of the semiconductor device for switching power supply device which comprises the switching power supply device in other embodiment of this invention 同実施の形態のスイッチング電源装置における電流リミット可変回路の動作を説明するための図The figure for demonstrating operation | movement of the current limit variable circuit in the switching power supply device of the embodiment 従来のスイッチング電源装置の構成を示すブロック図Block diagram showing the configuration of a conventional switching power supply device 従来のスイッチング電源装置における各部の動作を表すタイミングチャートを示す図The figure which shows the timing chart showing the operation | movement of each part in the conventional switching power supply device (a)は任意の入力電圧VINに対して電流リミットILIMITが一定の場合のドレイン電流IDの波形を示す図、(b)は電流リミットILIMITがリニアに時間変化する場合のドレイン電流IDの波形を示す図、(c)は従来のスイッチング電源装置においてスイッチング素子を流れるドレイン電流IDのピーク値Ipが小さくなった時のドレイン電流IDの波形を示す図(A) is a diagram showing a waveform of the drain current ID when the current limit ILIMIT is constant with respect to an arbitrary input voltage VIN, and (b) is a waveform of the drain current ID when the current limit ILIMIT changes linearly with time. FIG. 8C is a diagram showing a waveform of the drain current ID when the peak value Ip of the drain current ID flowing through the switching element in the conventional switching power supply device is reduced. (a)は従来のスイッチング電源装置において任意の入力電圧に対して同じ電流リミットILIMITを用いた場合の出力電圧VOと出力電流IOの関係を示す図、(b)は従来のスイッチング電源装置においてリニアに時間変化する電流リミットILIMITを用いた場合の出力電圧VOと出力電流IOの関係を示す図(A) is a figure which shows the relationship between output voltage VO and output current IO at the time of using the same current limit ILIMIT for arbitrary input voltages in the conventional switching power supply device, (b) is linear in the conventional switching power supply device. The figure which shows the relationship between the output voltage VO and the output current IO at the time of using the current limit ILIMIT which changes to time 従来のスイッチング電源装置における電流リミットILIMITの波形図Waveform diagram of current limit ILIMIT in a conventional switching power supply device 電流リミットILIMITとドレイン電流IDのピーク値の関係を説明するための図The figure for demonstrating the relationship between the peak value of current limit ILIMIT and drain current ID

符号の説明Explanation of symbols

1 スイッチング素子
2 レギュレータ
3 誤差増幅器
4 ドレイン電流検出可変回路
5 ドレイン電流検出回路
6 ドレイン電流制御回路
7 発振器
8 発振周波数調整回路
9 2次電流オフ検出回路
10 2次デューティ制御回路
11 クロック信号選択回路
12 フリップフロップ回路
13 NAND回路
14 ゲートドライバ
15 電流リミット可変回路
21 コンパレータ
22、23 ワンパルス信号発生回路
24 フリップフロップ回路
25 インバータ回路
26、35 AND回路
27 定電流源
28、29、30 スイッチ
31、32 NchMOSFET
33 コンデンサ
34 コンパレータ
36 ワンパルス信号発生回路
41、45 ワンパルス信号発生回路
42、43 フリップフロップ回路
44 AND回路
51 コンパレータ
52 基準電圧源
53 コンデンサ
54 ワンパルス信号発生回路
55 インバータ回路
56 AND回路
57 定電流源
58、59、60 スイッチ
61、62 NchMOSFET
63、64 NPNトランジスタ
65、66 抵抗器
67、68、69、70、73、74 PchMOSFET
71、72 NchMOSFET
81 充放電回路
82 コンデンサ
83 PNPトランジスタ
84 NPNトランジスタ
85 抵抗器
86 定電流源
87、88 PchMOSFET
89、90 NchMOSFET
91、92 抵抗器
100 スイッチング電源装置制御用の半導体装置
110 トランス
110A 1次巻線
110B 2次巻線
110C 補助巻線
120 ダイオード
121 コンデンサ
122 ダイオード
123、124 抵抗器
130 ダイオード
131 コンデンサ
132 負荷
200 制御回路
210 スイッチング素子
220 トランス
220A 1次巻線
220B 2次巻線
220C 補助巻線
231 ダイオード
232 コンデンサ
233 負荷
241 ダイオード
242 コンデンサ
243 抵抗器
244 コンデンサ
250 抵抗器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Switching element 2 Regulator 3 Error amplifier 4 Drain current detection variable circuit 5 Drain current detection circuit 6 Drain current control circuit 7 Oscillator 8 Oscillation frequency adjustment circuit 9 Secondary current off detection circuit 10 Secondary duty control circuit 11 Clock signal selection circuit 12 Flip-flop circuit 13 NAND circuit 14 Gate driver 15 Current limit variable circuit 21 Comparator 22, 23 One-pulse signal generation circuit 24 Flip-flop circuit 25 Inverter circuit 26, 35 AND circuit 27 Constant current source 28, 29, 30 Switch 31, 32 Nch MOSFET
33 Capacitor 34 Comparator 36 One-pulse signal generation circuit 41, 45 One-pulse signal generation circuit 42, 43 Flip-flop circuit 44 AND circuit 51 Comparator 52 Reference voltage source 53 Capacitor 54 One-pulse signal generation circuit 55 Inverter circuit 56 AND circuit 57 Constant current source 58, 59, 60 Switch 61, 62 Nch MOSFET
63, 64 NPN transistor 65, 66 Resistor 67, 68, 69, 70, 73, 74 Pch MOSFET
71, 72 Nch MOSFET
81 Charging / discharging circuit 82 Capacitor 83 PNP transistor 84 NPN transistor 85 Resistor 86 Constant current source 87, 88 PchMOSFET
89, 90 Nch MOSFET
91, 92 Resistor 100 Semiconductor device for switching power supply control 110 Transformer 110A Primary winding 110B Secondary winding 110C Auxiliary winding 120 Diode 121 Capacitor 122 Diode 123, 124 Resistor 130 Diode 131 Capacitor 132 Load 200 Control circuit 210 Switching element 220 Transformer 220A Primary winding 220B Secondary winding 220C Auxiliary winding 231 Diode 232 Capacitor 233 Load 241 Diode 242 Capacitor 243 Resistor 244 Capacitor 250 Resistor

Claims (12)

入力電圧が入力される第1の巻線と、出力電圧を発生する第2の巻線と、を有するトランスと、
第1の端子と第2の端子と制御端子の3端子を含み、前記制御端子において受信した制御信号に応答して前記第1と第2の端子を電気的に結合あるいは分離するように発振することで前記第1の巻線を流れる電流のオン・オフ制御を行うスイッチング素子と、
前記制御信号を生成する制御回路と、
を備え、前記スイッチング素子の発振を制御することにより前記第1と第2の巻線へのエネルギ供給量を制御して、前記第2の巻線に接続される負荷へ一定の出力電流を供給する電源レギュレーション回路であって、
前記制御回路は、
前記スイッチング素子を流れる素子電流を検出する素子電流検出機能と、
前記スイッチング素子が前記第1と第2の端子を結合している期間に、前記素子電流の最大値を規定する電流リミットを第1のレベルと前記第1のレベルよりも大きい第2のレベルとの間で変化させる電流リミット可変機能と、
前記第1と第2のレベルの間で変化する前記電流リミットに前記素子電流が達すると前記スイッチング素子をターンオフさせる信号を出力する機能と、
前記第2の巻線を流れる2次電流のオンデューティを検出して、該2次電流のオンデューティが一定値となるように前記スイッチング素子をターンオンさせる信号を出力する機能と、
前記スイッチング素子をターンオンさせる信号とターンオフさせる信号とを基に前記制御信号を生成する機能と、を有する
ことを特徴とする電源レギュレーション回路。
A transformer having a first winding to which an input voltage is input and a second winding for generating an output voltage;
It includes three terminals of a first terminal, a second terminal, and a control terminal, and oscillates so as to electrically couple or separate the first and second terminals in response to a control signal received at the control terminal. A switching element for performing on / off control of the current flowing through the first winding,
A control circuit for generating the control signal;
And controlling the oscillation of the switching element to control the amount of energy supplied to the first and second windings to supply a constant output current to the load connected to the second winding Power supply regulation circuit,
The control circuit includes:
An element current detection function for detecting an element current flowing through the switching element;
During a period in which the switching element couples the first and second terminals, a current limit that defines a maximum value of the element current is set to a first level and a second level that is greater than the first level. Current limit variable function to change between
A function of outputting a signal for turning off the switching element when the element current reaches the current limit changing between the first and second levels;
A function of detecting an on-duty of a secondary current flowing through the second winding and outputting a signal for turning on the switching element so that the on-duty of the secondary current becomes a constant value;
And a function of generating the control signal based on a signal for turning on the switching element and a signal for turning off the switching element.
請求項1記載の電源レギュレーション回路であって、前記電流リミット可変機能は、前記素子電流検出機能による前記素子電流の検出値を変化させることにより、前記スイッチング素子が前記第1と第2の端子を結合している期間に、前記電流リミットを前記第1のレベルと前記第2のレベルとの間で変化させることを特徴とする電源レギュレーション回路。   2. The power supply regulation circuit according to claim 1, wherein the variable current limit function changes a detection value of the element current by the element current detection function so that the switching element connects the first and second terminals. A power supply regulation circuit, wherein the current limit is changed between the first level and the second level during the coupling period. 請求項1記載の電源レギュレーション回路であって、前記電流リミット可変機能は、前記電流リミットを決定する基準値を変化させることにより、前記スイッチング素子が前記第1と第2の端子を結合している期間に、前記電流リミットを前記第1のレベルと前記第2のレベルとの間で変化させることを特徴とする電源レギュレーション回路。   2. The power supply regulation circuit according to claim 1, wherein the current limit variable function is configured such that the switching element couples the first and second terminals by changing a reference value for determining the current limit. 3. A power supply regulation circuit, wherein the current limit is changed between the first level and the second level during a period. 請求項1ないし3のいずれかに記載の電源レギュレーション回路であって、
前記トランスは、前記第2の巻線に発生する電圧の検出を行うための第3の巻線をさらに有し、
前記制御回路は、前記第3の巻線に発生する電圧を基に前記2次電流のオンデューティを検出する
ことを特徴とする電源レギュレーション回路。
A power supply regulation circuit according to any one of claims 1 to 3,
The transformer further includes a third winding for detecting a voltage generated in the second winding,
The power supply regulation circuit, wherein the control circuit detects an on-duty of the secondary current based on a voltage generated in the third winding.
請求項1ないし4のいずれかに記載の電源レギュレーション回路であって、
前記制御回路は、前記2次電流のオンデューティが一定値以下であると前記出力電圧が一定になるように前記エネルギ供給量を変化させる機能をさらに有する
ことを特徴とする電源レギュレーション回路。
A power supply regulation circuit according to any one of claims 1 to 4,
The control circuit further has a function of changing the energy supply amount so that the output voltage becomes constant when the on-duty of the secondary current is a certain value or less.
前記制御回路は、前記2次電流のオンデューティが一定値以下であると、前記スイッチング素子の発振周波数を変化させることにより前記エネルギ供給量を変化させて前記出力電圧を一定にすることを特徴とする請求項5記載の電源レギュレーション回路。   When the on-duty of the secondary current is a certain value or less, the control circuit changes the energy supply amount by changing the oscillation frequency of the switching element to make the output voltage constant. The power supply regulation circuit according to claim 5. 前記制御回路は、前記2次電流のオンデューティが一定値以下であると、前記スイッチング素子の発振周波数を一定のまま、前記スイッチング素子が前記第1と第2の端子を結合する期間を変化させることにより前記エネルギ供給量を変化させて前記出力電圧を一定にすることを特徴とする請求項5記載の電源レギュレーション回路。   When the on-duty of the secondary current is a predetermined value or less, the control circuit changes a period during which the switching element couples the first and second terminals while keeping the oscillation frequency of the switching element constant. 6. The power supply regulation circuit according to claim 5, wherein the output voltage is made constant by changing the energy supply amount. 前記制御回路は、前記2次電流のオンデューティが一定値以下であって前記出力電流が所定値より小さいと、前記スイッチング素子の発振周波数を一定のまま、前記スイッチング素子が前記第1と第2の端子を結合する期間を変化させることにより前記エネルギ供給量を変化させて前記出力電圧を一定にし、前記2次電流のオンデューティが一定値以下であって前記出力電流が所定値以上では、前記スイッチング素子の発振周波数を変化させることにより前記エネルギ供給量を変化させて前記出力電圧を一定にすることを特徴とする請求項5記載の電源レギュレーション回路。   When the on-duty of the secondary current is less than a predetermined value and the output current is smaller than a predetermined value, the control circuit keeps the oscillation frequency of the switching element constant and the switching element is the first and second The output voltage is made constant by changing the energy supply amount by changing a period for coupling the terminals of the secondary current, and when the on-duty of the secondary current is a predetermined value or less and the output current is a predetermined value or more, 6. The power supply regulation circuit according to claim 5, wherein the output voltage is made constant by changing the energy supply amount by changing an oscillation frequency of a switching element. 前記制御回路は、同一半導体基板上に形成されていることを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載の電源レギュレーション回路。   The power supply regulation circuit according to claim 1, wherein the control circuit is formed on the same semiconductor substrate. 前記スイッチング素子と前記制御回路は、同一半導体基板上に形成されていることを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載の電源レギュレーション回路。   9. The power supply regulation circuit according to claim 1, wherein the switching element and the control circuit are formed on the same semiconductor substrate. 請求項1ないし8のいずれかに記載の前記制御回路が同一半導体基板上に形成された半導体装置。   9. A semiconductor device, wherein the control circuit according to claim 1 is formed on the same semiconductor substrate. 請求項1ないし8のいずれかに記載の前記スイッチング素子と前記制御回路が同一半導体基板上に形成された半導体装置。

9. A semiconductor device, wherein the switching element according to claim 1 and the control circuit are formed on the same semiconductor substrate.

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