开关电源用电路及开关电源装置的制作方法

1.本发明涉及一种开关电源用电路及开关电源装置。


背景技术：

2.在某种开关电源装置中，具备高侧晶体管及低侧晶体管的串联电路，对该串联电路施加直流的输入电压。输入电压由输入电容器保持。而且，将通过使高侧晶体管及低侧晶体管交替地接通、断开而获得的矩形波状的电压利用线圈及输出电容器整流及平滑。由此，能够获得输入电压降压后的直流的输出电压。
3.[现有技术文献]
[0004]
[专利文献]
[0005]
[专利文献1]日本专利特开2020-078203号公报


技术实现要素：

[0006]
[发明所要解决的问题]
[0007]
在这样的开关电源装置中，当输入电容器发生短路损坏等时，输入电压急剧地降低到0v。此时，担心输出电容器的蓄积电荷会通过构成为mosfet(metal-oxide-semiconductor field effect transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)的高侧晶体管的寄生二极管放电，产生较多发热。另外，当在线圈中流通大电流的状态下通过保护关断(shutdown)动作(热关断等)使高侧晶体管及低侧晶体管一起断开时，担心大电流会流入低侧晶体管的寄生二极管，产生较多发热。
[0008]
本发明的目的在于提供一种抑制过度发热的开关电源用电路及开关电源装置。
[0009]
[解决问题的技术手段]
[0010]
本发明的开关电源用电路为以下构成(第1构成)，用来构成基于输入电压产生输出电压的开关电源装置，且具备：输入端子，应接收所述输入电压；开关端子；接地端子；高侧晶体管，配置在所述输入端子与所述开关端子之间；低侧晶体管，配置在所述开关端子与所述接地端子之间；栅极驱动器，驱动所述高侧晶体管及所述低侧晶体管的各栅极；控制电路，基于与所述输出电压对应的反馈电压，使用所述栅极驱动器进行使所述高侧晶体管及所述低侧晶体管接通或断开的反馈控制；以及保护电路，能够基于所述开关端子的开关电压与所述输入电压，基于从所述接地端子流向所述开关端子的逆流电流，或者基于所述输入电压与规定的判定电压，执行使所述高侧晶体管或所述低侧晶体管不依赖于所述反馈控制而接通的保护动作。
[0011]
在所述第1构成的开关电源用电路中，也可以是以下构成(第2构成)，所述保护电路在所述开关电压高于所述输入电压时，执行所述保护动作。
[0012]
在所述第2构成的开关电源用电路中，也可以是以下构成(第3构成)，所述保护电路具有将所述开关电压与所述输入电压进行比较的比较器，当从所述比较器输出表示所述开关电压高于所述输入电压的信号时，执行所述保护动作。
[0013]
在所述第2构成的开关电源用电路中，也可以是以下构成(第4构成)，还具备应与所述开关端子经由电容器连接的启动端子；通过利用所述反馈控制使所述高侧晶体管及所述低侧晶体管交替地接通、断开，所述启动端子产生高于所述输入电压的启动电压；所述保护电路具有保护用晶体管，该保护用晶体管在所述开关电压高于所述输入电压时，对应于所述开关电压与所述输入电压间的差而接通，所述保护电路在所述保护用晶体管接通期间执行所述保护动作，在该保护动作中基于所述启动电压使所述高侧晶体管接通。
[0014]
在所述第2构成的开关电源用电路中，也可以是以下构成(第5构成)，所述保护电路具有保护用晶体管，该保护用晶体管在所述开关电压高于所述输入电压时，对应于所述开关电压与所述输入电压间的差而接通，所述保护电路在所述保护用晶体管接通期间执行所述保护动作，在该保护动作中基于所述开关电压使所述低侧晶体管接通。
[0015]
在所述第1构成的开关电源用电路中，也可以是以下构成(第6构成)，所述保护电路在所述反馈控制停止的关断状态下检测所述逆流电流，基于所述逆流电流的检测结果执行使所述低侧晶体管接通的所述保护动作。
[0016]
在所述第1构成的开关电源用电路中，也可以是以下构成(第7构成)，还具备uvlo检测电路，该uvlo检测电路在所述输入电压比所述判定电压降低时输出规定的uvlo(undervoltage-lockout，欠压锁定)信号，所述保护电路接受所述uvlo信号的输出，而执行所述保护动作。
[0017]
本发明的开关电源装置为以下构成(第8构成)，具备：所述第1至第7构成中任一项所述的开关电源用电路；整流平滑电路，将通过利用所述反馈控制使所述高侧晶体管及所述低侧晶体管交替地接通、断开而于所述开关端子产生的所述开关电压整流及平滑，由此产生所述输出电压；以及反馈电路，产生与所述输出电压对应的所述反馈电压。
[0018]
[发明的效果]
[0019]
根据本发明，能够提供一种抑制过度发热的开关电源用电路及开关电源装置。
附图说明
[0020]
图1是本发明的实施方式的开关电源装置1的整体构成图。
[0021]
图2是本发明的实施方式的电源ic(integrated circuit，集成电路)的外观立体图。
[0022]
图3是关于本发明的实施方式表示输入电压与其它信号的关系的图。
[0023]
图4是关于本发明的实施方式，用来说明输入电压降低时的内部电源电压的变化的图。
[0024]
图5是关于本发明的实施方式表示特定保护电路的信号输出的情况的图。
[0025]
图6是关于本发明的实施方式表示特定保护电路的信号输出的情况的图。
[0026]
图7是关于本发明的实施方式表示特定保护电路的信号输出的情况的图。
[0027]
图8是关于本发明的实施方式表示特定保护电路的信号输出的情况的图。
[0028]
图9是关于属于本发明的实施方式的实施例ex_1a，表示设置在特定保护电路的比较器的图。
[0029]
图10是关于属于本发明的实施方式的实施例ex_1b，表示该实施例的构成的主要部分的图。
[0030]
图11是关于属于本发明的实施方式的实施例ex_1c，表示该实施例的构成的主要部分的图。
[0031]
图12是关于属于本发明的实施方式的实施例ex_2，表示该实施例的构成的主要部分的图。
[0032]
图13是关于属于本发明的实施方式的实施例ex_2，表示该实施例的构成的主要部分的图。
[0033]
图14是关于属于本发明的实施方式的实施例ex_3，表示该实施例的构成的主要部分的图。
具体实施方式
[0034]
以下，参照附图，对本发明的实施方式的例子进行具体说明。在所参照的各图中，对相同部分标注相同符号，原则上省略与相同部分相关的重复的说明。此外，在本说明书中，为了简化记述，有时通过添加标识信息、信号、物理量、元件或部位等的记号或符号，省略或略记与该记号或符号对应的信息、信号、物理量、元件或部位等的名称。例如，由下述“111h”标识的高侧晶体管(参照图1)有时表述为高侧晶体管111h，有时略记为晶体管111h，但它们指的都是相同内容。
[0035]
首先，对本发明的实施方式的记述中所使用的几个用语进行说明。所谓ic，是指集成电路(integrated circuit)的简称。所谓接地，是指具有作为基准的0v(零伏特)电位的基准导电部或是指0v电位本身。基准导电部由金属等导体形成。有时将0v电位、0v电压称为接地电位、接地电压。在本发明的实施方式中，未特别设置基准而表示的电压表示从接地观察到的电位。所谓电平是指电位的电平，关于任一关注的信号或电压，高电平具有比低电平高的电位。关于任一关注的信号或电压，所谓信号或电压处于高电平严格来说是指信号或电压的电平处于高电平，所谓信号或电压处于低电平严格来说是指信号或电压的电平处于低电平。关于信号的电平有时表达为信号电平，关于电压的电平有时表达为电压电平。
[0036]
关于构成为包含mosfet的fet(电场效应晶体管)的任一晶体管，所谓接通状态，是指该晶体管的漏极与源极间导通的状态，所谓断开状态，是指该晶体管的漏极与源极间成为不导通的状态(阻断状态)。关于未分类为fet的晶体管也相同。mosfet只要未特别记述，则解释为增强型mosfet。mosfet为“metal-oxide-semiconductor field-effect transistor”的简称。
[0037]
mosfet的电特性包含栅极阈值电压。关于作为n通道型且增强型mosfet的任一晶体管，在该晶体管的栅极电位比该晶体管的源极电位高，且该晶体管的栅极-源极间电压(从源极电位观察到的栅极电位)的大小为该晶体管的栅极阈值电压以上时，该晶体管成为接通状态，否则，该晶体管成为断开状态。关于作为p通道型且增强型mosfet的任一晶体管，在该晶体管的栅极电位比该晶体管的源极电位低，且该晶体管的栅极-源极间电压(从源极电位观察的栅极电位)的大小为该晶体管的栅极阈值电压以上时，该晶体管成为接通状态，否则，该晶体管成为断开状态。
[0038]
能够利用1个以上的fet(电场效应晶体管)构成任一开关，在某开关为接通状态时该开关的两端间导通，另一方面，在某开关为断开状态时该开关的两端间不导通。以下，对于任一晶体管或开关，有时将接通状态、断开状态仅表达为接通、断开。另外，对于任一晶体
管或开关，有时将晶体管或开关成为接通状态的期间称为接通期间，有时将晶体管或开关成为断开状态的期间称为断开期间。
[0039]
关于采用高电平或低电平的信号电平的任一信号，将该信号的电平成为高电平的期间称为高电平期间，将该信号的电平成为低电平的期间称为低电平期间。关于采用高电平或低电平的电压电平的任一电压也相同。所谓任一电路元件、配线、节点等形成电路的多个部位间的连接，只要未特别记述，则是指电连接。
[0040]
图1表示本发明的实施方式的开关电源装置1的整体构成。开关电源装置1是从直流的输入电压vin产生直流的输出电压vout的降压型dc/dc(direct current-direct current，直流-直流)转换器。开关电源装置1具备作为用来构成开关电源装置1的开关电源用电路的一例的电源ic10、整流平滑电路20、反馈电路30、自举用电容器cbt、及输入电容器cin。整流平滑电路20、反馈电路30、电容器cbt及输入电容器cin设置在电源ic10的外部。此外，也可以考虑输入电容器cin不包含在开关电源装置1的构成要素中。整流平滑电路20具有线圈l1、及电容器(输出电容器)c1。反馈电路30具有电阻r1及r2。
[0041]
图2表示电源ic10的外观的例子。电源ic10是通过将半导体集成电路封入到由树脂构成的壳体(封装)内而形成的电子零件(半导体装置)，构成电源ic10的各电路在半导体中集成化。在作为电源ic10的电子零件的壳体，设置着多个相对于电源ic10的外部从壳体露出的外部端子。此外，图2所示的外部端子的数量及壳体的种类只不过是一例，它们可以进行各种变化。作为设置在电源ic10的多个外部端子的一部分，图1中示出启动端子bt、输入端子in、开关端子sw、接地端子gnd及反馈端子fb。除这些端子以外的外部端子也设置在电源ic10。
[0042]
输入端子in在电源ic10的外部连接于输入电压vin的施加端60(即，被施加输入电压vin的端子)。因此，对输入端子in施加输入电压vin。在电源ic10的外部，在输入电压vin的施加端60与接地之间插入有输入电容器cin。输入电压vin原则上为正直流电压。但是，如下所述，在特殊情况下输入电压vin可为0v(零伏特)。关于输入电压vin为0v的情况将在之后进行说明，此处，首先，考虑使输入电压vin具有规定的正标准输入电压值(例如12v)，对开关电源装置1的构成及动作进行说明。
[0043]
电源ic10具备高侧晶体管111h、低侧晶体管111l、高侧驱动器112h、低侧驱动器112l、控制电路113、电平移位器114、内部电源电路120、uvlo电路130、特定保护电路140、及自举用二极管dbt。晶体管111h及111l构成为n通道型mosfet(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)。利用高侧驱动器112h及低侧驱动器112l，形成驱动晶体管111h及111l的各栅极的栅极驱动器。也可以解释成电平移位器114也包含在栅极驱动器的构成要素中。
[0044]
晶体管111h的漏极连接于输入端子in。晶体管111h的源极与晶体管111l的漏极利用开关端子sw相互共通连接。晶体管111l的源极连接于接地端子gnd。接地端子gnd接地。
[0045]
电容器cbt的一端连接于开关端子sw，电容器cbt的另一端连接于启动端子bt。二极管dbt的阳极连接于内部电源电压vreg的施加端(即，施加有内部电源电压vreg的端子)，二极管dbt的阴极连接于启动端子bt。线圈l1的一端连接于开关端子sw，线圈l1的另一端连接于输出节点out。电容器c1设置在输出节点out与接地之间。输出节点out产生输出电压vout。另外，输出节点out也连接于反馈电路30。反馈电路30产生及输出与输出电压vout对
应的反馈电压vfb。在图1的构成例中，反馈电路30由电阻r1及r2的串联电路构成。电阻r1的一端连接于输出节点out，电阻r1的另一端经由电阻r2而接地。在电阻r1与r2间的连接节点，产生输出电压vout的分压作为反馈电压vfb。反馈电压vfb输入到反馈端子fb。
[0046]
控制电路113基于反馈端子fb的电压，即基于反馈电压vfb，产生及输出针对高侧驱动器112h的高侧控制信号sh及针对低侧驱动器112l的低侧控制信号sl。控制信号sh及sl是分别采用高电平或低电平的二值化信号。控制电路113使用内部电源电压vreg作为高电位侧的电源电压且使用接地电压作为低电位侧的电源电压，产生控制信号sh及sl。因此，对于各控制信号sh及sl，高电平相当于内部电源电压vreg的电位电平，低电平相当于接地的电位电平。对电平移位器114，连接被施加内部电源电压vreg的端子与接地，且连接端子bt及sw。电平移位器114基于所供给的内部电源电压vreg、及端子bt与sw间的电压，使控制信号sh的电平移位而产生移位后的高侧控制信号sh'。高侧控制信号sh'也与高侧控制信号sh同样是采用高电平或低电平的二值化信号。但是，高侧控制信号sh'中的高电平相当于启动端子bt的电位电平，高侧控制信号sh'中的低电平相当于开关端子sw的电位电平。在控制信号sh为高电平、低电平时，控制信号sh'也分别成为高电平、低电平。以下，有时将施加到启动端子bt的电压称为启动电压vbt，将施加到开关端子sw的电压称为开关电压vsw。
[0047]
高侧驱动器112h经由配线w
hg
连接于晶体管111h的栅极，基于高侧控制信号sh'驱动晶体管111h的栅极。配线w
hg
的一端连接于驱动器112h的输出端，配线w
hg
的另一端连接于晶体管111h的栅极。将晶体管111h的栅极的电压称为栅极电压hg。详细来说，高侧驱动器112h将启动电压vbt作为高电位侧的电源电压且将开关电压vsw作为低电位侧的电源电压动作，将与高侧控制信号sh'对应的栅极电压hg供给到晶体管111h的栅极，由此来控制晶体管111h的状态。高侧驱动器112h在高侧控制信号sh'的电平为高电平、低电平时，将栅极电压hg的电平分别设为高电平、低电平。栅极电压hg中的高电平相当于启动电压vbt的电平，栅极电压hg中的低电平相当于开关电压vsw的电平。晶体管111h在栅极电压hg为高电平时成为接通状态，在栅极电压hg为低电平时成为断开状态。
[0048]
低侧驱动器112l经由配线w
lg
连接于晶体管111l的栅极，基于低侧控制信号sl驱动晶体管111l的栅极。配线w
lg
的一端连接于驱动器112l的输出端，配线w
lg
的另一端连接于晶体管111l的栅极。将晶体管111l的栅极处的电压称为栅极电压lg。详细来说，低侧驱动器112l将内部电源电压vreg作为高电位侧的电源电压且将接地作为低电位侧的电源电压动作，将与低侧控制信号sl对应的栅极电压lg供给到晶体管111l的栅极，由此来控制晶体管111l的状态。低侧驱动器112l在低侧控制信号sl的电平为高电平、低电平时，将栅极电压lg的电平分别设为高电平、低电平。栅极电压lg中的高电平相当于内部电源电压vreg的电位电平，栅极电压lg中的低电平相当于接地的电位电平。晶体管111l在栅极电压lg为高电平时成为接通状态，在栅极电压lg为低电平时成为断开状态。
[0049]
内部电源电路120基于施加到输入端子in的输入电压vin产生内部电源电压vreg。内部电源电压vreg在输入电压vin为固定电压(例如下述判定电压v
uvlo1
；参照图3)以上时，具有规定的正直流电压值(例如5.0v)。内部电源电路120也可以产生具有互不相同的电压值的多个内部电源电压vreg。以下，仅着眼于1个内部电源电压vreg。
[0050]
在电源装置1及电源ic10中，对输出电压vout设定目标电压vtg。目标电压vtg具有规定的正直流电压值(例如5v)。输入电压vin原则上比目标电压vtg高。以下，为了方便起
见，将输入电压vin具有比目标电压vtg(例如5v)高的电压值(例如上述标准输入电压值)的状态称为正常输入状态。
[0051]
在正常输入状态下控制电路113进行反馈控制。在反馈控制中，控制电路113基于反馈电压vfb，通过产生及输出控制信号sh及sl来控制晶体管111h及111l的接通/断开状态，以使输出电压vout稳定在目标电压vtg(从而减小输出电压vout与目标电压vtg间的差)。在反馈控制中，交替地实现晶体管111h接通且晶体管111l断开的高输出状态、与晶体管111h断开且晶体管111l接通的低输出状态，此时，基于反馈电压vfb，调整高输出状态期间的长度与低输出状态期间的长度的比。进行该调整的目的在于使输出电压vout与目标电压vtg一致(从而减小输出电压vout及目标电压vtg间的差)。控制电路113能够基于反馈电压vfb，利用脉宽调制或脉冲调频进行所述调整。
[0052]
在正常输入状态下，在高输出状态下电流从输入端子in经由晶体管111h流入线圈l1而于线圈l1中蓄积能量，在之后的低输出状态下，基于线圈l1的蓄积能量的电流经由晶体管111l流入线圈l1。通过交替地重复高输出状态及低输出状态，开关端子sw产生电位电平在输入电压vin的电位电平与接地的电位电平之间发生变化的矩形波状的开关电压。通过利用整流平滑电路20将开关端子sw产生的开关电压整流及平滑，获得直流的输出电压vout。此外，为了防止晶体管111h与111l间产生贯通电流，可以在高输出状态期间与低输出状态期间之间，适当插入晶体管111h及111l这两者为断开的空载时间(dead time)期间。
[0053]
在电源装置1中，由电容器cbt及二极管dbt形成自举电路，使用自举电路实现晶体管111h的栅极驱动。即，在交替地重复高输出状态及低输出状态的过程中，在使晶体管111l接通的低输出状态时(即，开关端子sw的电压实质上为0v时)，使启动端子bt为高电位侧，经由二极管dbt利用内部电源电压vreg对电容器cbt进行充电。然后，当切换为高输出状态时，在使电容器cbt的端子间电压维持于内部电源电压vreg的状态下，开关端子sw的电压实质上上升为输入电压vin，因此启动电压vbt实质上成为电压(vreg vin)(此处，为了方便说明，忽略二极管dbt的正向电压)。即，在交替地重复高输出状态及低输出状态的期间中，端子bt与sw间的电压(vbt－vsw)始终与内部电源电压vreg实质上相同，因此能够利用驱动器112h使晶体管111h接通、断开。
[0054]
uvlo电路130对输入电压vin过低的状态即uvlo状态进行检测，并输出表示检测结果的信号s
uvlo
。uvlo电路130基于内部电源电压vreg而动作。参照图3对uvlo电路130的动作进行说明。在uvlo电路130中，将基于内部电源电压vreg而产生的规定的判定电压v
uvlo1
及v
uvlo2
分别与输入电压vin加以比较。判定电压v
uvlo2
比判定电压v
uvlo1
仅高出规定的滞后电压(例如0.1v)。所述标准输入电压值大于判定电压v
uvlo2
的值。考虑以输入电压vin充分高且正执行所述反馈控制的状态为起点降低输入电压vin。uvlo电路130在起点状态下使信号s
uvlo
为高电平。当通过降低输入电压vin使输入电压vin低于判定电压v
uvlo1
时，uvlo电路130将信号s
uvlo
从高电平切换为低电平。然后，使信号s
uvlo
维持于低电平直至输入电压vin高于判定电压v
uvlo2
为止，当输入电压vin高于判定电压v
uvlo2
时，uvlo电路130将信号s
uvlo
从低电平切换为高电平。低电平的信号s
uvlo
为有效信号(uvlo信号)，表示uvlo状态。高电平的信号s
uvlo
为无效信号，表示非uvlo状态。
[0055]
在信号s
uvlo
的低电平期间，使电源ic10为关断状态。在电源ic10的关断状态下，所述反馈控制停止。当信号s
uvlo
从高电平向低电平切换时，在控制电路113的控制之下利用驱
动器112h及112l从晶体管111h及111l的各栅极夺取正电荷，由此，栅极电压hg及lg成为低电平。之后，在反馈控制停止期间，晶体管111h及111l均固定为断开状态。但是，根据特定保护电路140的功能，在反馈控制停止期间(因此，处于关断状态)，有时暂时使晶体管111h或111l接通(详细情况将在下文叙述)。利用uvlo电路130，抑制可能因输入电压vin过低而产生的误动作等。
[0056]
图4表示信号s
uvlo
与内部电源电压vreg的关系。由于输入电压vin充分高(即高于判定电压v
uvlo1
及v
uvlo2
)，所以信号s
uvlo
为高电平时，内部电源电路120以内部电源电压vreg具有规定且固定的正电压值vreg_val(例如5.0v)的方式，产生内部电源电压vreg并使之稳定。当信号s
uvlo
从高电平切换为低电平时，内部电源电路120的内部电源电压vreg的产生动作停止。但是，在内部电源电路120中，设置着施加有内部电源电压vreg的输出电容器(未图示)，即使内部电源电压vreg的产生动作停止，内部电源电压vreg也不会立即成为0v。即，当以信号s
uvlo
从高电平向低电平的切换为契机，内部电源电压vreg的产生动作停止时，以该切换时点为起点，内部电源电压vreg的值从电压值vreg_val向0v逐渐降低下去。
[0057]
在输入电压vin的值从标准输入电压值(例如12v)缓慢地向0v降低的情况下，并不会产生特别的问题。然而，也设想在电容器c1中蓄积有正电荷的状态下(即，“vout＞0”的状态下)，输入电压vin的施加端60发生接地短路的案例(以下，称为第1案例)。例如，施加有输入电压vin的输入电容器cin突然短路损坏的案例相当于第1案例。在第1案例中，经由高侧晶体管111h的寄生二极管瞬间流入大电流(但是，假设无特定保护电路140)。晶体管111h的寄生二极管是在利用mosfet构成晶体管111h时附加在晶体管111h上的二极管，在从晶体管111h的源极朝向漏极的方向上具有正向方向。在大电流流入高侧晶体管111h的寄生二极管时，该寄生二极管产生较多热，会对电源ic10产生不良影响。
[0058]
另外，也设想在大电流从开关端子sw流入输出节点out的状态下，利用保护关断动作使晶体管111h及111l一并为断开状态的案例(以下，称为第2案例)。在第2案例中，大电流流入低侧晶体管111l的寄生二极管(但是，假设无特定保护电路140)。晶体管111l的寄生二极管是在利用mosfet构成晶体管111l时附加在晶体管111l上的二极管，在从晶体管111l的源极朝向漏极的方向上具有正向方向。在大电流流入低侧晶体管111l的寄生二极管时，该寄生二极管产生较多热，会对电源ic10产生不良影响。此外，所谓保护关断动作，是指为了保护电源ic10而使电源ic10为关断状态的动作。例如，将检测电源ic10内的温度是否为规定的关断温度以上的tsd电路(未图示)设置在电源ic10，在利用tsd电路检测出电源ic10内的温度为关断温度以上时，进行保护关断动作。另外，基于低电平的信号s
uvlo
的输出使电源ic10为关断状态的动作也是保护关断动作的一种。
[0059]
特定保护电路140执行保护动作，即，在所述第1案例或第2案例中将电源ic10的发热抑制得较低，从而抑制对电源ic10产生不良影响。以下，尤其是将由特定保护电路140执行的保护动作称为特定保护动作。在特定保护动作中，特定保护电路140不依赖于所述反馈控制(换句话说与反馈电压vfb无关)，使高侧晶体管111h或低侧晶体管111l接通。
[0060]
使高侧晶体管111h接通的特定保护动作也可以是使晶体管111h全接通的特定保护动作h
on_fl
。所谓使晶体管111h全接通，是指使晶体管111h持续地维持于接通状态的动作。特定保护动作h
on_fl
既可以仅执行规定时间，也可以执行到因使晶体管111h接通所需的电源电压降低而导致不再维持晶体管111h的接通状态为止。
[0061]
使高侧晶体管111h接通的特定保护动作也可以是使晶体管111h脉冲接通的特定保护动作h
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。所谓使晶体管111h脉冲接通，是指使晶体管111h周期性地交替地进行接通、断开动作。此时，晶体管111h的占空比可以是任意且规定的值。特定保护动作h
on_pls
既可以仅执行规定时间，也可以执行到因使晶体管111h接通所需的电源电压降低而导致晶体管111h无法脉冲接通为止。
[0062]
使低侧晶体管111l接通的特定保护动作也可以是使晶体管111l全接通的特定保护动作l
on_fl
。所谓使晶体管111l全接通，是指使晶体管111l持续地维持于接通状态的动作。特定保护动作l
on_fl
既可以仅执行规定时间，也可以执行到因使晶体管111l接通所需的电源电压降低而导致不再维持晶体管111l的接通状态为止。
[0063]
使低侧晶体管111l接通的特定保护动作也可以是使晶体管111l脉冲接通的特定保护动作l
on_pls
。所谓使晶体管111l脉冲接通，是指使晶体管111l周期性地交替地接通、断开的动作。此时，晶体管111l的占空比可以是任意且规定的值。特定保护动作l
on_pls
既可以仅执行规定时间，也可以执行到因使晶体管111l接通所需的电源电压降低而导致晶体管111l无法脉冲接通为止。
[0064]
在所述第1案例中，通过执行特定保护动作h
on_fl
或h
on_pls
，因电流从开关端子sw流入输入端子in所致的电源ic10内的发热量降低(与晶体管111h的寄生二极管中仅流通该电流的情况相比电源ic10内的发热量降低)，能消除或减少有关发热的顾虑。这是因为，预测因从开关端子sw流向输入端子in的电流与晶体管111h的接通电阻的积所致的电压降比晶体管111h的寄生二极管的正向电压低。在第1案例中，也通过执行特定保护动作l
on_fl
或l
on_pls
，来消除或减少有关发热的顾虑。在第1案例中执行特定保护动作l
on_fl
或l
on_pls
时，从开关端子sw经由低侧晶体管111l的通道流通电流，与电流流入晶体管111l的寄生二极管相比，发热量降低。
[0065]
通过对所述第2案例执行特定保护动作l
on_fl
或l
on_pls
作为保护特定动作，来消除或减少有关发热的顾虑。在第2案例中执行特定保护动作l
on_fl
或l
on_pls
时，电流从接地经由低侧晶体管111l的通道流入，与电流流入晶体管111l的寄生二极管相比发热量降低。
[0066]
使高侧晶体管111h接通的特定保护动作h
on_fl
或h
on_pls
如图5所示，可通过特定保护电路140对高侧驱动器112h输出规定的保护控制信号s
prt1
来实现。高侧驱动器112h在接收到保护控制信号s
prt1
时，优先于控制信号sh及sh'(换句话说不依赖于控制信号sh及sh')，基于保护控制信号s
prt1
，以实现晶体管111h的全接通或脉冲接通的方式控制栅极电压hg。即使电源ic10为关断状态也能执行该控制。
[0067]
或者，使高侧晶体管111h接通之特定保护动作h
on_fl
或h
on_pls
如图6所示，也可以通过特定保护电路140对控制电路113输出规定的保护控制信号s
prt2
来实现。控制电路113在接收到保护控制信号s
prt2
时，不管反馈电压vfb如何且即使电源ic10为关断状态，也以实现晶体管111h的全接通或脉冲接通的方式输出高侧控制信号sh。此时，即使高侧驱动器112h为关断状态，也会根据高侧控制信号sh(详细来说为sh')来控制栅极电压hg，由此使高侧晶体管111h全接通或脉冲接通。
[0068]
使低侧晶体管111l接通之特定保护动作l
on_fl
或l
on_pls
如图7所示，可通过特定保护电路140对低侧驱动器112l输出规定的保护控制信号s
prt3
来实现。低侧驱动器112l在接收到保护控制信号s
prt3
时，优先于控制信号sl(换句话说不依赖于控制信号sl)，基于保护控
制信号s
prt3
，以实现晶体管111l的全接通或脉冲接通的方式控制栅极电压lg。即使电源ic10为关断状态也能执行该控制。
[0069]
或者，使低侧晶体管111l接通之特定保护动作l
on_fl
或l
on_pls
如图8所示，也可以通过特定保护电路140对控制电路113输出规定的保护控制信号s
prt4
来实现。控制电路113在接收到保护控制信号s
prt4
时，不管反馈电压vfb如何且即使电源ic10为关断状态，也以实现晶体管111l的全接通或脉冲接通的方式输出低侧控制信号sl。此时，即使低侧驱动器112l为关断状态，也会根据低侧控制信号sl来控制栅极电压lg，由此使低侧晶体管111l全接通或脉冲接通。
[0070]
此外，特定保护电路140可以是基于内部电源电压vreg动作的电路，在电源ic10中设置着接收输出电压vout的外部端子(未图示)的情况下也可以是基于输出电压vout动作的电路。
[0071]
以下，在多个实施例之中，对特定保护电路140的构成及动作例、以及与电源装置1相关的应用技术及变化技术等进行说明。在本实施方式中所述事项只要无特别记述且只要不矛盾，则能应用于以下各实施例。在各实施例中，当存在与所述事项矛盾的事项的情况下，以各实施例中的记载为准。另外，只要不矛盾，则也能够将以下所示的多个实施例中任一实施例中所记载的事项应用于其它任一实施例(即也能够将多个实施例中的任意2个以上的实施例组合)。
[0072]
＜＜实施例ex_1a＞＞
[0073]
对实施例ex_1a进行说明。在实施例ex_1a中，说明对所述第1案例有益的特定保护电路140的构成及动作。实施例ex_1a的特定保护电路140具备图9所示的比较器cmp。比较器cmp将输入端子in的输入电压vin、与开关端子sw的开关电压vsw进行比较，输出与比较结果对应的信号cmpout。信号cmpout是采用高电平或低电平的信号电平的二值化信号。比较器cmp的正侧电源电压为内部电源电压vreg，比较器cmp的负侧电源电压为接地。因此，信号cmpout的高电平实质上与内部电源电压vreg的电平相同，信号cmpout的低电平实质上与接地的电平相同。
[0074]
此处，将输入电压vin输入到比较器cmp的反转输入端子，将开关电压vsw输入到比较器cmp的非反转输入端子。因此，只在开关电压vsw高于输入电压vin时信号cmpout为高电平，除此以外，信号cmpout为低电平。通常，开关电压vsw不会高于输入电压vin，但当经过反馈控制的执行，突然产生输入电容器cin的短路损坏等时，开关电压vsw会暂时高于输入电压vin。该情况与所述第1案例对应。
[0075]
当因发生输入电容器cin的短路损坏等而导致输入电压vin向0v降低时，信号s
uvlo
从高电平切换为低电平，内部电源电压vreg也不断降低(参照图4)。然而，内部电源电压vreg在信号s
uvlo
切换为低电平后，仍会在某程度的时间(例如数10微秒)内维持正电压值，所以比较器cmp能够正确地动作，另外，使用内部电源电压vreg或启动电压vbt动作的其它电路(包含113、114、112h及112l)也能够正确地动作。
[0076]
在比较器cmp及其它电路能够正确动作的期间且从比较器cmp输出高电平的信号cmpout的期间，执行所述特定保护动作。
[0077]
具体来说，例如，可使高电平的信号cmpout作为所述保护控制信号s
prt1
发挥功能(参照图5)。在该情况下，在信号cmpout的高电平期间，使用高侧驱动器112h，执行使高侧晶
体管111h全接通或脉冲接通的特定保护动作h
on_fl
或h
on_pls
。当在信号cmpout的高电平期间执行特定保护动作h
on_pls
时，也可以将在信号cmpout的高电平期间产生规定的矩形波信号的电路(未图示)设置在特定保护电路140中。而且，通过将该矩形波信号作为保护控制信号s
prt1
供给到高侧驱动器112h，也可以实现高侧晶体管111h的脉冲接通。
[0078]
或者，例如，也可以使高电平的信号cmpout作为所述保护控制信号s
prt2
发挥功能(参照图6)。在该情况下，在接收到保护控制信号s
prt2
的控制电路113中，只要产生用来使高侧晶体管111h全接通或脉冲接通的高侧控制信号sh即可。由此，在信号cmpout的高电平期间，使用控制电路113、电平移位器114及高侧驱动器112h，执行使高侧晶体管111h全接通或脉冲接通的特定保护动作h
on_fl
或h
on_pls
。
[0079]
或者，例如，可使高电平的信号cmpout作为所述保护控制信号s
prt3
发挥功能(参照图7)。在该情况下，在信号cmpout的高电平期间，使用低侧驱动器112l，执行使低侧晶体管111l全接通或脉冲接通的特定保护动作l
on_fl
或l
on_pls
。当在信号cmpout的高电平期间执行特定保护动作l
on_pls
时，也可以将在信号cmpout的高电平期间产生规定的矩形波信号的电路(未图示)设置在特定保护电路140。而且，通过将该矩形波信号作为保护控制信号s
prt3
供给到低侧驱动器112l也可以实现低侧晶体管111l的脉冲接通。
[0080]
或者，例如，也可以使高电平的信号cmpout作为所述保护控制信号s
prt4
发挥功能(参照图8)。在该情况下，在接收到保护控制信号s
prt4
的控制电路113中，只要产生用来使低侧晶体管111l全接通或脉冲接通的低侧控制信号sl即可。由此，在信号cmpout的高电平期间，使用控制电路113及低侧驱动器112l，执行使低侧晶体管111l全接通或脉冲接通的特定保护动作l
on_fl
或l
on_pls
。
[0081]
＜＜实施例ex_1b＞＞
[0082]
对实施例ex_1b进行说明。在实施例ex_1b中，也说明对所述第1案例有益的特定保护电路140的构成及动作。图10表示与实施例ex_1b相关的构成的主要部分。实施例ex_1b的特定保护电路140具备保护用晶体管221、电阻222及开关223。保护用晶体管221为p通道型mosfet。
[0083]
在保护用晶体管221中，对源极施加开关电压vsw，对栅极施加输入电压vin。保护用晶体管221的漏极与电阻222的一端利用节点224连接，电阻222的另一端接地。节点224连接于开关223的控制端子。开关223的一端连接于将启动端子bt与二极管dbt的阴极连接的配线w
bt
。因此，对开关223的一端施加启动电压vbt。开关223的另一端连接于配线w
hg
。
[0084]
开关223根据施加到自身的控制端子的电压，即根据节点224的电压，接通或断开。在节点224，产生电阻222的电压降量的电压。当因输入电容器cin的短路损坏等，而导致开关电压vsw高于输入电压vin，且开关电压vsw与输入电压vin的差的大小比保护用晶体管221的栅极阈值电压的大小大时，保护用晶体管221接通。在保护用晶体管221接通的状态下从开关端子sw经由保护用晶体管221及电阻222朝向接地流通电流，节点224的电压因该电流而上升。只要节点224处的电压为规定的正电压则开关223成为接通状态，除此以外则成为断开状态。
[0085]
当开关223基于电阻222的电压降而接通时，启动电压vbt经由开关223施加到配线w
hg
，由此使高侧晶体管111h接通。在因高侧晶体管111h接通而使得电压vsw与vin间的差的大小比保护用晶体管221的栅极阈值电压的大小更小时，保护用晶体管221断开。即使因保
护用晶体管221断开而使得高侧晶体管111h断开，当之后电压vsw与vin间的差增大时，保护用晶体管221仍会接通，高侧晶体管111h再次接通。
[0086]
此外，在实施例ex_1b中，在因输入电容器cin的短路损坏等而导致信号s
uvlo
成为低电平且电源ic10成为关断状态时，从配线w
hg
观察到的向高侧驱动器112h的输出端的输入阻抗变得充分高(即，经由启动端子bt供给到配线w
hg
的正电荷不会被驱动器112h吸引)。但是，为了防止配线w
hg
完全成为浮动状态，也可以在配线w
hg
与接地之间插入具有充分高的电阻值的电阻(未图示)。
[0087]
这样，在实施例ex_1b中，在保护用晶体管221的接通期间实现使高侧晶体管111h接通的特定保护动作，在该特定保护动作中，基于启动电压vbt(即，通过从配线w
bt
对配线w
hg
供给正电荷)而使高侧晶体管111h接通。通过使高侧晶体管111h接通，电容器c1的蓄积电荷安全放电。
[0088]
保护用晶体管221也可以是pnp双极性晶体管。在该情况下，保护用晶体管221中，所述源极、漏极、栅极分别改称为发射极、集电极、基极。另外，电阻222作为用来检测保护用晶体管221中流通的电流的元件发挥功能，但作为用来实现该功能的元件，也可以代替电阻222而使用mosfet或电容器。
[0089]
＜＜实施例ex_1c＞＞
[0090]
对实施例ex_1c进行说明。在实施例ex_1c中，也说明对所述第1案例有益的特定保护电路140的构成及动作。图11表示与实施例ex_1c相关的构成的主要部分。实施例ex_1c的特定保护电路140具备保护用晶体管231及电阻232。保护用晶体管231为p通道型mosfet。
[0091]
在保护用晶体管231中，对源极施加开关电压vsw，对栅极施加输入电压vin。保护用晶体管231的漏极通过节点234与电阻232的一端连接，电阻232的另一端接地。节点234连接于配线w
lg
。
[0092]
在节点234，产生电阻232的电压降量的电压。当因输入电容器cin的短路损坏等，而导致开关电压vsw高于输入电压vin，且开关电压vsw及输入电压vin的差的大小比保护用晶体管231的栅极阈值电压的大小大时，保护用晶体管231接通。在保护用晶体管231的接通状态下，电流从开关端子sw经由保护用晶体管231及电阻232流向接地，该电流使节点234的电压上升。
[0093]
另外，在保护用晶体管231的接通状态下，从开关端子sw经由保护用晶体管231对配线w
lg
注入正电荷，由此，栅极电压lg成为晶体管111l的栅极阈值电压以上，此时低侧晶体管111l接通。当因低侧晶体管111l接通而使得电压vsw与vin间的差的大小比保护用晶体管231的栅极阈值电压的大小更小时，保护用晶体管231断开，接着，低侧晶体管111l断开。然而，之后，当电压vsw与vin间的差再次增大时，保护用晶体管231接通，低侧晶体管111l再次接通。通过像这样重复接通、断开，电容器c1的蓄积电荷安全放电。
[0094]
此外，在实施例ex_1c中，在因输入电容器cin的短路损坏等而导致信号s
uvlo
成为低电平且电源ic10为关断状态时，从配线w
lg
观察到的向低侧驱动器112l的输出端的输入阻抗充分高(即，经由保护用晶体管231供给到配线w
lg
的正电荷不会被驱动器112l吸引)。
[0095]
这样，在实施例ex_1c中，在保护用晶体管231的接通期间实现使低侧晶体管111l接通的特定保护动作，在该特定保护动作中，基于开关电压vsw(即，通过从开关端子sw对配线w
lg
供给正电荷)使低侧晶体管111l接通。通过使低侧晶体管111l接通，电容器c1的蓄积电
荷安全放电。
[0096]
保护用晶体管231也可以是pnp双极性晶体管。在该情况下，关于保护用晶体管231，所述源极、漏极、栅极分别改称为发射极、集电极、基极。另外，电阻232作为用来检测保护用晶体管231中所流通的电流的元件发挥功能，但作为用来实现该功能的元件，也可以代替电阻232而使用mosfet或电容器。
[0097]
＜＜实施例ex_2＞＞
[0098]
对实施例ex_2进行说明。在实施例ex_2中，说明对所述第2案例有益的特定保护电路140的构成及动作。
[0099]
实施例ex_2的特定保护电路140在通过执行保护关断动作而转变的电源ic10的关断状态下，检测从接地端子gnd流向开关电压sw的电流(以下，称为逆流电流)，基于逆流电流的检测结果执行使低侧晶体管111l全接通或脉冲接通的特定保护动作l
on_fl
或l
on_pls
。
[0100]
具体来说，例如，如图12所示，在低侧晶体管111l的源极与接地端子gnd之间插入感测电阻r
sns
，将表示感测电阻r
sns
的两端间电压的感测信号s
sns
提供给特定保护电路140。在图12中，设想将感测电阻r
sns
内置在电源ic10中，但感测电阻r
sns
也可以设置在电源ic10的外部。或者，如图13所示，也可以不设置感测电阻r
sns
而将低侧晶体管111l的源极及漏极间的电压作为感测信号s
sns
提供给特定保护电路140。
[0101]
特定保护电路140基于感测信号s
sns
检测有无逆流电流。低侧晶体管111l断开时的逆流电流经由低侧晶体管111l的寄生二极管而流通。特定保护电路140在关断状态下检测出有逆流电流时，将保护控制信号s
prt3
输出到低侧驱动器112l(参照图7)或将保护控制信号s
prt4
输出到控制电路113(参照图8)。如上所述，低侧驱动器112l即使为关断状态，接收保护控制信号s
prt3
后，也会以实现晶体管111l的全接通或脉冲接通的方式控制栅极电压lg。控制电路113即使为关断状态，接收到保护控制信号s
prt4
后，也会以实现晶体管111l的全接通或脉冲接通的方式低输出侧控制信号sl。
[0102]
也可以使用与图12所示的电路不同的电路来检测有无逆流电流。也可以在特定保护电路140中设置在关断状态下开关电压vsw低于规定的负电压(例如-0.5v)时输出规定信号的电路(未图示)。在该情况下，宜为在输出该规定信号时，特定保护电路140检测出有逆流电流，将保护控制信号s
prt3
输出到低侧驱动器112l(参照图7)或将保护控制信号s
prt4
输出到控制电路113(参照图8)。
[0103]
＜＜实施例ex_3＞＞
[0104]
对实施例ex_3进行说明。在实施例ex_3中，说明对所述第1案例有益的特定保护电路140的构成及动作。实施例ex_3的特定保护电路140基于uvlo电路130的输出信号s
uvlo
执行特定保护动作(参照图14)。即，特定保护电路140在信号s
uvlo
从高电平切换为低电平时，接收低电平的信号s
uvlo
(uvlo信号)的输出后执行特定保护动作。换句话说，以信号s
uvlo
从高电平向低电平切换为契机执行特定保护动作。
[0105]
在实施例ex_3中，基于低电平的信号s
uvlo
(uvlo信号)执行的特定保护动作也可以是特定保护动作h
on_fl
、h
on_pls
、l
on_fl
及l
on_pls
的任一个动作。即，在实施例ex_3的特定保护动作中，可通过使晶体管111h或111l全接通或脉冲接通而使电容器c1的蓄积电荷放电。为了执行特定保护动作h
on_fl
、h
on_pls
、l
on_fl
或l
on_pls
，特定保护电路140只要输出保护控制信号s
prt1
、s
prt2
、s
prt3
或s
prt4
即可(参照图5～图8)。此外，实施例ex_3的特定保护电路140可以是
基于内部电源电压vreg动作的电路，在电源ic10中设置着接收输出电压vout的外部端子(未图示)的情况下，也可以是基于输出电压vout动作的电路。
[0106]
＜＜实施例ex_4＞＞
[0107]
对实施例ex_4进行说明。在实施例ex_4中，说明能够对所述任一事项应用的几个变化例等。
[0108]
关于任一信号或电压，能够以不损及所述主旨的形式，使它们的高电平与低电平的关系与上文所述关系相反。
[0109]
各实施方式所示的fet(电场效应晶体管)的通道的种类为例示，包含fet的电路的构成能够以将n通道型fet变更为p通道型fet的方式，或者以将p通道型fet变更为n通道型fet的方式变化。
[0110]
只要不会产生不良情况，则所述任一晶体管可为任一种类的晶体管。例如，只要不会产生不良情况，则也能够将上文所述的作为mosfet的任一晶体管置换为接合型fet、igbt(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极性电晶体)或双极性晶体管。任一晶体管具有第1电极、第2电极及控制电极。在fet中，第1及第2电极中的一个电极为漏极，另一个电极为源极，且控制电极为栅极。在igbt中，第1及第2电极中的一个电极为集电极，另一个电极为发射极，且控制电极为栅极。在不属于igbt的双极性晶体管中，第1及第2电极中的一个电极为集电极，另一个电极为发射极，且控制电极为基极。
[0111]
关于本发明的开关电源用电路设置附记。本发明的一态样的开关电源用电路是用来构成基于输入电压(vin)产生输出电压(vout)的开关电源装置(1)的开关电源用电路(10)，具备：输入端子(in)，应接收所述输入电压；开关端子(sw)；接地端子(gnd)；高侧晶体管(111h)，配置在所述输入端子与所述开关端子之间；低侧晶体管(111l)，配置在所述开关端子与所述接地端子之间；栅极驱动器(112h、112l)，驱动所述高侧晶体管及所述低侧晶体管的各栅极；控制电路(113)，基于与所述输出电压对应的反馈电压(vfb)，使用所述栅极驱动器进行使所述高侧晶体管及所述低侧晶体管接通或断开的反馈控制；以及保护电路(140)，能够基于所述开关端子的开关电压与所述输入电压(例如参照图9～图11，实施例ex_1a～1c)，基于从所述接地端子流向所述开关端子的逆流电流(例如参照图12及图13，实施例ex_2)，或者基于所述输入电压与规定的判定电压(例如参照图3及图14，实施例ex_3)，执行使所述高侧晶体管或所述低侧晶体管不依赖于所述反馈控制而接通的保护动作。
[0112]
本发明的实施方式能够在权利要求书所示的技术性思想的范围内，适当进行各种变更。以上实施方式只不过是本发明的实施方式的一例，本发明或各构成要件的用语含义不受以上实施方式中所记载的内容限制。所述说明文中所示的具体数值仅为例示，当然能够将它们变更为各种数值。
[0113]
[符号的说明]
[0114]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
开关电源装置
[0115]
10
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电源ic(开关电源用电路)
[0116]
20
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
整流平滑电路
[0117]
30
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
反馈电路
[0118]
111h
ꢀꢀꢀꢀ
高侧晶体管
[0119]
111l
ꢀꢀꢀꢀ
低侧晶体管
[0120]
112h
ꢀꢀꢀꢀ
高侧驱动器
[0121]
112l
ꢀꢀꢀꢀ
低侧驱动器
[0122]
113
ꢀꢀꢀꢀꢀ
控制电路
[0123]
114
ꢀꢀꢀꢀꢀ
电平移位器
[0124]
120
ꢀꢀꢀꢀꢀ
内部电源电路
[0125]
130
ꢀꢀꢀꢀꢀ
uvlo电路
[0126]
140
ꢀꢀꢀꢀꢀ
特定保护电路
[0127]
in
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
输入端子
[0128]
sw
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
开关端子
[0129]
gnd
ꢀꢀꢀꢀꢀ
接地端子
[0130]
bt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
启动端子
[0131]
fb
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
反馈端子。