專利名稱：光耦合器以及開關(guān)電源電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在開關(guān)電源電路中使用的光耦合器以及使用了光耦合
器的開關(guān)電源電路，特別涉及在AC適配器(adapter)或LED照明等中 所使用的從商用交流電源生成直流電壓的開關(guān)電源電路。
背景技術(shù)：
作為以往的開關(guān)電源電路的一例，有下述的文獻(xiàn)1~3中7>開的開 關(guān)電源。在圖15 ~圖17中，分別示出文獻(xiàn)1 ~3中公開的開關(guān)電源的電 路圖。
文獻(xiàn)1:
"TNY274畫280,TinySwitch國in Family, Energy Efficient,Offline Switcher with Enhaanced Flexiblity and Extended Power Range"、 圖1、 [online]、 [平成20年5月8日檢索]、internet〈URL: http:〃 www.powerint.com/ PDFFileis/tny274畫280.pdf^ 文獻(xiàn)2:
"Product Specification,Highly Integrated Green-Mode PWM Controller SG5841/J"、第1頁的附圖、[online]、[平成20年5月8 日檢索]、internet<URL: http:〃pdfl .alldatasheet.com/datasheet-pdf/view^C^yGZ/FAIRCHILD/SGSSAl.html) 文獻(xiàn)3:
"晶體管技術(shù)"、CQ出版、1997年3月號(hào)、275頁、圖9 圖15所示的開關(guān)電源電路(現(xiàn)有例1 )是對(duì)由高耐壓工藝制作的開 關(guān)動(dòng)作控制用IC和受光元件使用了光電晶體管(phototransistor)的光 耦合器進(jìn)行組合而構(gòu)成的。以下，簡(jiǎn)單地對(duì)現(xiàn)有例1的動(dòng)作進(jìn)行說明。 在一對(duì)直流供給端子HV + 、 HV -之間，施加對(duì)AC電壓進(jìn)4t整流、 平滑后的直流電壓(AC電壓的整流、平滑電路的圖示省略)。以高耐 壓工藝制作的開關(guān)電源用IC即IC101開始D端子和S端子間的接通斷 開動(dòng)作(開關(guān)動(dòng)作)，在變壓器T101的一次側(cè)(一次繞組L101)流過 鋸齒狀的電流。在變壓器T101的二次側(cè)(二次繞組L201)產(chǎn)生交流電壓，由二極管D102進(jìn)行整流，成為脈動(dòng)電流，由電容器C103進(jìn)行平滑， 成為直流，在直流輸出端子DC+、 DC-間產(chǎn)生直流的輸出電壓。
當(dāng)輸出電壓超過二極管D103的齊納電壓(zener voltage )時(shí)，光耦 合器的發(fā)光二極管D104點(diǎn)亮，光耦合器PC101的光電晶體管Q101對(duì) 發(fā)光二極管D104的發(fā)光信息進(jìn)行受光，將輸出電壓超過齊納電壓的情 況傳給控制用IC101?？刂朴肐C101在接收輸出電壓超過齊納電壓的信 息時(shí)，停止開關(guān)動(dòng)作。其結(jié)果是，從變壓器T101的一次側(cè)向二次側(cè)的 電力傳遞停止，所以，直流輸出端子DC+、 DC-間的輸出電壓降低。 輸出電壓低于齊納電壓時(shí)，發(fā)光二極管D104熄滅，再次開始控制用 IC101的開關(guān)動(dòng)作。通過反復(fù)進(jìn)行上述動(dòng)作，由此，使直流輸出端子DC + 、 DC-間的輸出電壓保持固定。
此外，二極管D101 、電阻R101 、電容器C101構(gòu)成緩沖電路(snubber circuit)，對(duì)控制用IC101的D端子和S端子間斷開的瞬間所產(chǎn)生的高 電壓進(jìn)行切斷。
圖16所示的開關(guān)電源電路(現(xiàn)有例2 )是對(duì)以中低耐壓工藝制作的 開關(guān)動(dòng)作控制用IC、受光元件使用了光電晶體管的光耦合器、輔助繞組 (三次繞組)進(jìn)行組合而構(gòu)成的。以下，簡(jiǎn)單地說明現(xiàn)有例2的動(dòng)作。
當(dāng)在一對(duì)交流供給端子L、 N間施加AC電壓時(shí)，由二極管D201 進(jìn)行整流并且由電容器C201進(jìn)行平滑，在電容器C201的兩端子間產(chǎn)生 直流電壓。該直流電壓通過電阻R201施加到控制用IC201的啟動(dòng)用輸 入端子VIN上，控制用IC201啟動(dòng)，在端子GATE產(chǎn)生矩形波。晶體管 Q201與矩形波匹配地對(duì)漏極源極間進(jìn)行接通、斷開(開關(guān)動(dòng)作)，在 與晶體管Q201連接的變壓器T201的一次側(cè)( 一次繞組L201 )流過鋸 齒狀的電流。另一方面，在變壓器T201的二次側(cè)(二次繞組L202)產(chǎn) 生交流電壓，由二極管D204進(jìn)行整流，成為脈動(dòng)電流，由電容器C206、 C207進(jìn)行平滑，成為直流，在直流輸出端子VO+、 VO-間產(chǎn)生直流 的輸出電壓。
在現(xiàn)有例2中，變壓器T201除了具有一次繞組L201 、二次繞組L202 之外，還具有三次繞組L203,在三次繞組L203中產(chǎn)生的交流電壓^皮二 極管D203整流，由電容器C203進(jìn)行平滑，被施加到控制用IC201的電 源端子VDD,進(jìn)行向控制用IC201的電力供給。
輸出電壓由電阻R210和電阻R211分壓，其分壓值(電阻R210和電阻R211的中間電壓)超過電壓檢測(cè)用IC202的基準(zhǔn)電壓時(shí)，光耦合 器的發(fā)光二極管D206點(diǎn)亮，光耦合器PC201的光電晶體管Q202對(duì)發(fā) 光二極管D206的發(fā)光信息進(jìn)行受光，將上述分壓值超過電壓檢測(cè)用 IC202的基準(zhǔn)電壓的情況傳給控制用IC201?？刂朴肐C201收到上述分 壓值超過基準(zhǔn)電壓的信息時(shí)，使開關(guān)動(dòng)作停止。其結(jié)果是，從變壓器T201 的一次側(cè)向二次側(cè)的電力傳遞停止，所以，直流輸出端子VO+、 VO-間的輸出電壓降低。當(dāng)上述分壓值低于基準(zhǔn)電壓時(shí)，發(fā)光二極管D206 熄滅，再次開始控制用IC201的開關(guān)動(dòng)作。通過重復(fù)上述動(dòng)作，由此， 上述分壓值被保持為固定，直流輸出端子VO+、 VO-間的輸出電壓被 保持固定。
此外，二極管D202、電阻R202、電容器C202構(gòu)成緩沖電路(snubber circuit)，對(duì)晶體管Q201的漏極源極間斷開的瞬間產(chǎn)生的高電壓進(jìn)行切斷。
圖17所示的開關(guān)電源電路(現(xiàn)有例3)是對(duì)分立部件、受光元件使 用了光電晶體管的光耦合器、輔助繞組(三次繞組)進(jìn)行組合而構(gòu)成的。 以下，簡(jiǎn)單地說明現(xiàn)有例3的動(dòng)作。此外，對(duì)于現(xiàn)有例3來說，作為RCC 方式(Ringing Choke Converter)而一般^皮公知，是廣泛用于便攜電話等 的充電器的開關(guān)電源電路。
在直流供電端子+Vin和接地端子V0間施加對(duì)AC電壓進(jìn)行整流、 平滑后的直流電壓(AC電壓的整流、平滑電路的圖示省略)。將此作 為初始狀態(tài)。通過電阻Rg使電流流入晶體管Q301的基極，在晶體管 Q301的集電極-發(fā)射極間流過電流，在變壓器T301的一次側(cè)(一次繞組 L301)流過電流，在變壓器T301的三次繞組L303中產(chǎn)生電壓。對(duì)于在 三次繞組L303中產(chǎn)生的電壓來說，通過二極管D301和電阻R301，進(jìn) 一步使電流流入到晶體管Q301的基極。
流入到一次繞組L301的電流由于一次繞組L301的電感成分而隨時(shí) 間線性增加，變壓器T301內(nèi)部的磁通量也隨時(shí)間線性增加。在三次繞 組L303中產(chǎn)生的電壓(電動(dòng)勢(shì))與磁通量的時(shí)間上的變化成比例，所 以，在時(shí)間上產(chǎn)生固定的電壓。因此，晶體管Q301的基極電流成為/人 在時(shí)間上^皮施加了固定的電壓的三次繞組L303和電阻Rg流入的電流， 在時(shí)間上是固定的。因此，對(duì)于晶體管Q301的集電極電流來說，不會(huì) 流過該固定的基才及電流的hfe^浩的電流以上。當(dāng)集電才及電流達(dá)到該電流上限值時(shí)， 一次繞組L301引起的電流的時(shí)間上的變化沒有了，所以， 晶體管Q301內(nèi)部的磁通量的時(shí)間上變化消除，三次繞組L303的電動(dòng)勢(shì) 也消除，晶體管Q301的基極電流開始減少， 一次繞組L301的電流開始 減少。其結(jié)果是，變壓器T301內(nèi)部的磁通量的時(shí)間上變化與上述相反 地開始減少，所以，三次繞組L303的電動(dòng)勢(shì)成為與上述相反的4 l性， 轉(zhuǎn)為使晶體管Q301的基極電流減少的方向，不久晶體管Q301的集電 極電流變?yōu)榱恪Ｆ浣Y(jié)果是， 一次繞組L301的電流變?yōu)榱?，三次繞組L303 的電動(dòng)勢(shì)變?yōu)榱?，返回到初始狀態(tài)。
通過重復(fù)以上的動(dòng)作，由此，晶體管Q301進(jìn)行振蕩，集電極電流 即變壓器T301的一次側(cè)電流反復(fù)增減，在變壓器T301的二次側(cè)的二次 繞組L302中產(chǎn)生交流電壓。二次繞組L302中產(chǎn)生的交流電壓由二極管 D303進(jìn)行整流，由電容器C303進(jìn)行平滑，在直流輸出端子Vout和接 地端子VO之間產(chǎn)生直流的輸出電壓。
輸出電壓被電阻Ra和電阻Rb分壓，并^皮輸入到電壓檢測(cè)用IC301 。 該分壓值(電阻Ra和電阻Rb的中間電壓)超過電壓檢測(cè)用IC301的基 準(zhǔn)電壓時(shí)，在光耦合器的發(fā)光二極管D304中流過電流，并進(jìn)行點(diǎn)亮。 光耦合器的光電晶體管Q303對(duì)發(fā)光二極管D304的發(fā)光進(jìn)行受光時(shí)， 從三次繞組L303通過二極管D302和電阻E302,在晶體管Q302中流過 基極電流。其結(jié)果是，電流從晶體管Q302的集電極流到發(fā)射極，流入 到晶體管Q301中的基極電流減少，晶體管Q301的集電極電流減少， 變壓器T301的一次側(cè)電流減少，向變壓器T302的二次側(cè)的電力傳遞減 少，直流輸出端子Vout和接地端子VO間的輸出電壓降低。當(dāng)上述分壓 值低于檢測(cè)用IC301的基準(zhǔn)電壓時(shí)，發(fā)光二極管D304熄滅，晶體管Q301 再次開始振蕩，所以，直流輸出端子Vout和接地端子VO間的輸出電壓 上升。通過重復(fù)上述動(dòng)作，上述分壓值被保持固定，直流輸出端子Vout 和接地端子VO間的輸出電壓浮皮保持固定。
在以往的開關(guān)電源電路中，受光元件使用光電晶體管的光耦合器， 存在如下的五個(gè)問題1)部件安裝面積大，2)外圍部件(晶體管、二 極管、電容器)大，3)輸出誤差(波動(dòng))大，4)光電晶體管的信號(hào)電 流大、消耗電流大，5)發(fā)光二才及管的驅(qū)動(dòng)電流大、消4毛電流大。
關(guān)于第一個(gè)問題(部件安裝面積大)，在上述三個(gè)現(xiàn)有例(現(xiàn)有例 1~3)的任意一個(gè)中，為了將變壓器的二次側(cè)的輸出電壓信息反饋給一
8次側(cè)的振蕩電路或者開關(guān)動(dòng)作控制用IC,使用光耦合器，并且，由于在 一次側(cè)搭載有開關(guān)動(dòng)作控制用IC或者開關(guān)動(dòng)作控制用的分立部件，所
以，部件安裝面積變大。
關(guān)于第二個(gè)問題(外圍部件(變壓器、二極管、電容器)大)，在 以往的開關(guān)電源電路中，對(duì)于光耦合器來說，受光元件由光電晶體管構(gòu)
成，發(fā)光元件由一般的GaAs的發(fā)光二極管構(gòu)成，信號(hào)的上升時(shí)間、下 降時(shí)間分別是5iii秒左右，作為實(shí)用頻率，是100kHz左右。由于從光電 晶體管的輸入側(cè)觀察的電容的反射鏡效果，信號(hào)波形的高頻成分不能傳 遞，由此，決定該上升時(shí)間、下降時(shí)間。特別是，為了提高受光靈敏性， 提高光電晶體管的增益，但是，反射鏡效果根據(jù)該增益而變得顯著，高 頻信號(hào)的傳遞變得困難。從該信號(hào)電壓速度的問題出發(fā)，開關(guān)速度直到 100kHz,外圍部件(變壓器、二極管、電容器)變大。
關(guān)于第三個(gè)問題(輸出電壓的誤差(波動(dòng))大)，如在上述第二個(gè) 問題中所說明的那樣，以往的開關(guān)電源電路的開關(guān)速度是100kHz左右， 波動(dòng)變大。當(dāng)為了減少該波動(dòng)而使平滑用的電容器等變大時(shí)，存在由于
輸出的變動(dòng)引起的電源的追隨速度變慢的問題。
關(guān)于第四個(gè)問題(光電晶體管的信號(hào)電流大、消耗電流大)，在以
往的開關(guān)電源電路中，光耦合器的受光元件使用光電晶體管，所以，為 了確保充分的受光靈敏度，并且為了抑制噪聲的影響，需要信號(hào)電流為 lmA左右。即，當(dāng)假定控制用IC的驅(qū)動(dòng)電壓為IOV、輸出為無負(fù)載、 發(fā)光二極管以80 %的占空比進(jìn)行點(diǎn)亮的情況時(shí)，在光電晶體管的集電極 中流過平均電流0.8mA,在受光元件中產(chǎn)生8mW的損失。
關(guān)于第五個(gè)問題(發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電流大、消耗電流大)，在以 往的開關(guān)電源電路中，光耦合器的受光元件使用光電晶體管，對(duì)于發(fā)光 二極管的驅(qū)動(dòng)電流來說，需要10mA左右。即，當(dāng)假定開關(guān)電源電路的 輸出電壓為5V、輸出為無負(fù)載、二極管以80%的占空比進(jìn)行點(diǎn)亮的情 況時(shí)，在發(fā)光二極管中流過平均電流8mA，在發(fā)光二極管中產(chǎn)生40mW 的損失。在便攜電話的充電器等始終與插座連接的產(chǎn)品中，存在無負(fù)載 時(shí)的功耗是50~100mW這樣的市場(chǎng)希望，僅在發(fā)光二才及管中就產(chǎn)生 4 0 m W損失的以往的開關(guān)電源電路中是難以滿足該市場(chǎng)要求的。
并且，除了上述五個(gè)問題之外，作為第六個(gè)問題，在上述現(xiàn)有例1 的開關(guān)電源電路中，由于使用以高耐壓工藝制作的開關(guān)動(dòng)作控制用IC,所以，該控制用IC的制造成本變高，成為開關(guān)電源電路整體的成本變 高的原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述以往的開關(guān)電源電路中的問題而進(jìn)行的，其目的 在于提供一種能夠使部件安裝面積以及外圍部件較小、能夠抑制輸出電 壓的誤差以及消耗電力的光耦合器以及開關(guān)電源電路。
為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種光耦合器，用于將開關(guān)電源電 路的二次側(cè)的輸出電壓信息通過光信號(hào)反饋為一次側(cè)的開關(guān)動(dòng)作的控
制用，其特征在于，具備發(fā)光元件，基于所述開關(guān)電源電路的所述輸 出電壓信息射出閃爍的光信號(hào)；受光控制集成電路，構(gòu)成為在一個(gè)芯片 上集成由對(duì)所述發(fā)光元件射出的所述光信號(hào)進(jìn)行受光的光電二極管構(gòu) 成的受光元件、對(duì)所述受光元件的輸出信號(hào)進(jìn)行放大的放大電路、以及 對(duì)所述開關(guān)電源電路的所述開關(guān)動(dòng)作進(jìn)行控制的開關(guān)控制電路，所述受 光控制集成電路具備 一對(duì)電源供給端子，被供給直流電源電壓；輸出 端子，輸出用于控制所述開關(guān)動(dòng)作的開關(guān)控制信號(hào)，所述發(fā)光元件和所 述受光控制集成電路以能夠從所述發(fā)光元件向所述受光元件傳遞所述 光信號(hào)的方式被密封在一個(gè)封裝件內(nèi)。
根據(jù)上述第一特征的光耦合器，由發(fā)光元件和受光元件構(gòu)成的光耦 合器部、對(duì)受光元件的輸出信號(hào)進(jìn)行放大的放大電路、以及對(duì)開關(guān)電源 電路的開關(guān)動(dòng)作進(jìn)行控制的開關(guān)控制電路被密封在 一 個(gè)封裝件中而被 一體化，所以，構(gòu)成開關(guān)電源電路的部件數(shù)目被消減，能夠謀求部件安 裝面積的縮小化，消除上述以往的開關(guān)電源電路的笫一個(gè)問題。此處， 使受光元件、放大電路、開關(guān)控制電路一芯片化，由此，使封裝件尺寸 小型化，能夠?qū)崿F(xiàn)在一個(gè)封裝件中密封上述元件以及電路。此外，對(duì)于 部件安裝面積的縮小化來說，與上述現(xiàn)有例1、 2相比較，能夠削減在 上述現(xiàn)有例1、 2中所使用的控制用IC的封裝面積的約55 65mm2,與 上述現(xiàn)有例3相比4交，由于分立部件的削減，能夠削減約100 ~ 150mm2。
并且，使用光電二極管作為受光元件，由此，與以往使用光電晶體 管作為受光元件的情況相比較，能夠使受光元件側(cè)的信號(hào)上升以及下降 時(shí)間縮短，能夠進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作的高速化，所以，能夠謀求構(gòu)成開關(guān)電源 電路時(shí)的變壓器、二極管、電容器等周邊部件的小型化。例如，能夠使受光元件側(cè)的信號(hào)上升以及下降時(shí)間縮短到3n秒左右，在與發(fā)光元件 組合的光耦合器部能夠分別縮短到0.7n秒，所以，在以往的使用光電晶 體管作為受光元件的情況下，實(shí)用頻率是100kHz,能夠高速化到7倍的 700kHz,變壓器、二極管、電容器等周邊部件被小型化到七分之一左右。 并且，變壓器、二極管、電容器等周邊部件被小型化，由此，針對(duì)開關(guān) 電源電路的二次側(cè)的輸出的電壓變動(dòng)的追隨速度變快，能夠進(jìn)一步有效 地抑制該電壓變動(dòng)。如上所述，消除上述以往的開關(guān)電源電路的第二個(gè) 以及第三個(gè)問題。特別是，在將開關(guān)電源電路使用于通信設(shè)備或音響設(shè) 備中的情況下，為了抑制誤動(dòng)作或噪聲的產(chǎn)生，降低電源電壓的波動(dòng)、 防止噪聲混入到信號(hào)中是重要的，所以，上述電壓變動(dòng)抑制效果在上述 用途中是更合適的。
此外，使用光電二極管作為受光元件，由此，能夠進(jìn)行低電流驅(qū)動(dòng)， 與以往的使用光電晶體管作為受光元件的情況相比較，能夠大幅度抑制 受光元件中的電力損失，能夠謀求低消耗電力化。并且，使用光電二極 管作為受光元件，并在其后級(jí)設(shè)置對(duì)受光元件的輸出信號(hào)進(jìn)行放大的放 大電路，進(jìn)行一芯片化，所以，與以往的光電晶體管相比，受光元件的 受光靈敏性大幅度地改善，所以，能夠降低發(fā)光元件側(cè)的驅(qū)動(dòng)電流，謀 求低消耗電力化。例如，作為受光元件的后級(jí)的放大電路，在假定電壓 增益為10000倍左右的情況下，在受光元件中流過的電流為IOiliA左右， 所以，能夠?qū)⑴c放大電路相匹配的消耗電流降低為O.lmA左右，能夠?qū)?無負(fù)載時(shí)的受光元件周邊的消耗功率抑制到0. 5m W左右，能夠滿足50 ~ 100mW這樣的市場(chǎng)要求。如上所述，能夠消除上述現(xiàn)有的開關(guān)電源電 路的第四以及第五個(gè)問題。
本發(fā)明的光耦合器除了上述第一特征之外，第二特征在于，所述受 光控制集成電路在所述一個(gè)芯片內(nèi)，在所述一對(duì)電源供給端子之間具 備電流控制晶體管，該電流控制晶體管對(duì)在所述受光控制集成電路的 所述一對(duì)電源供給端子之間流過的電源電流進(jìn)行控制，該受光控制集成 電路還具備電流控制電路，以所述一對(duì)電源供給端子的端子間電壓成 為預(yù)定的電壓范圍內(nèi)的方式對(duì)流過所述電流控制晶體管的電流進(jìn)行控 制。
根據(jù)上述第二特征的光耦合器，除了受光控制集成電路的電流控制 晶體管和電流控制電路之外的部分的消耗電流的變動(dòng)較大，以高電阻元
ii件等使輸入到開關(guān)電源電路的 一次側(cè)的高電壓的直流電壓降壓從而作 為受光控制集成電路的電源電壓進(jìn)行供給的情況下，由高電阻元件等進(jìn) 行降壓的電壓的變動(dòng)也被抑制，其結(jié)果是，受光控制集成電路的電源電 壓的變動(dòng)被抑制，所以，能夠以低中耐壓工藝制作被進(jìn)行一芯片化后的 受光控制集成電路，能夠謀求制造成本的降低。因此，消除上述現(xiàn)有的 開關(guān)電源電路的第六個(gè)問題。
此外，根據(jù)上述第二特征的光耦合器，以低中耐壓工藝制作被一芯 片化的受光集成控制電路，能夠以高電阻元件等使輸入到開關(guān)電源電路 的 一 次側(cè)的高電壓的直流電壓降壓并作為受光控制集成電路的電源電
壓進(jìn)行供給，所以，不需要如上述現(xiàn)有例2、 3那樣利用變壓器的三次 繞組進(jìn)行電源供給，不需要變壓器的三次繞組及其整流平滑用的電容器 以及二極管等周邊部件。
此外，上述第二特征中，輸入到開關(guān)電源電路的一次側(cè)的直流電壓 相對(duì)于受光控制集成電路的耐壓越高，并且，受光控制集成電路的消耗 電流的變動(dòng)越大，越能充分發(fā)揮該效果。
本發(fā)明的光耦合器除了上述第二特征之外，其第三特征在于，所述 受光控制集成電路的輸出所述開關(guān)控制電路的所述開關(guān)控制信號(hào)的輸 出驅(qū)動(dòng)電路部、和由所述受光元件與所述放大電路構(gòu)成的受光電路部在 所述一個(gè)芯片內(nèi)，被分散配置在彼此離開對(duì)置的兩邊，在所述兩電路部 之間，配置有所述兩電路部以外的電^各。
根據(jù)第三特征的光耦合器，由于使用光電二極管作為受光元件，所 以，與以往的使用光電晶體管的情況相比較，偏置電流較小，所以，容 易受到噪聲的影響，但是，使在受光控制集成電路內(nèi)容易產(chǎn)生較大噪聲 的輸出驅(qū)動(dòng)電路部和容易受到噪聲的影響的受光電路部離開配置，由 此，受光電路部難以受到噪聲的影響，能夠謀求開關(guān)動(dòng)作的控制的穩(wěn)定 化。
本發(fā)明的光耦合器除了上述任意特征之外，其第四特征在于，所述 受光元件由對(duì)所述光信號(hào)進(jìn)行受光的第一受光元件、和以不對(duì)所述光信 號(hào)進(jìn)行受光的方式受光部被遮蔽并且暗電流特性與所述第一受光元件 相同的第二受光元件這兩個(gè)受光元件構(gòu)成，所述放大電路構(gòu)成為具備
對(duì)所述第一受光元件的輸出信號(hào)進(jìn)行放大的第一放大電路；對(duì)所述笫二 受光元件的輸出信號(hào)進(jìn)行放大的與所述第一放大電路的電路結(jié)構(gòu)相同的第二放大電路；對(duì)所述第一放大電路的輸出和所述第二放大電路的輸 出進(jìn)4亍差動(dòng).放大的差動(dòng).放大電路。
根據(jù)第四特征的光耦合器，在不對(duì)光信號(hào)進(jìn)行受光時(shí)的第一受光元
件的暗電流較大的情況下，也利用與第 一 受光元件的暗電流的差分進(jìn)行 光信號(hào)的檢測(cè)，所以，受光靈敏性提高，能夠進(jìn)一步降低發(fā)光元件的驅(qū) 動(dòng)電流，能夠謀求低消耗電流化，并且，使用差動(dòng)放大電路，所以，對(duì) 于第一受光元件和第一放大電路、以及第二受光元件和第二放大電路這 兩個(gè)系統(tǒng)，即便同相噪聲進(jìn)行重疊，在差動(dòng)放大電^各中該同相噪聲也祐: 消除，所以，受光元件以及放大電路的耐噪聲性提高。其結(jié)果是，由于 使用光電二極管作為受光元件，所以，與以往的使用光電晶體管的情況 相比較，容易受到噪聲的影響，但是，針對(duì)在受光控制集成電路中產(chǎn)生 的噪聲或者侵入到受光控制集成電路中的噪聲的耐性提高。
本發(fā)明的光耦合器除了上述任意特征之外，其第五特征在于，所述 受光控制集成電路具有覆蓋芯片表面的金屬屏蔽膜，以所述光信號(hào)能夠 入射到所述受光元件的方式，所述金屬屏蔽膜的一部分開口。
根據(jù)上述第五特征的光耦合器，由于使用光電二極管作為受光元 件，所以，與以往的使用光電晶體管的情況相比較，針對(duì)受光控制集成 電路的芯片表面的帶電的耐性較低，受光元件由于該帶電而進(jìn)行極性反 轉(zhuǎn)，存在進(jìn)行誤動(dòng)作的可能性，除了光信號(hào)入射的受光部以外，芯片表 面被金屬屏蔽膜覆蓋，所以，能夠大幅度降低該帶電的影響，能夠排除 受光元件的誤動(dòng)作。因此，被使用于存在在開關(guān)電源電路的一次側(cè)電路 和二次側(cè)電路間施加比通常更高的電壓的可能性的用途中，在需要一次
-二次電路間的強(qiáng)化絕緣的情況下等，例如，在與商用交流電源連接的 情況下，由于雷擊等的影響，即便成為在一次-二次電路間施加高電壓 的狀況，也能夠避免受光控制集成電路的受光元件進(jìn)行誤動(dòng)作而陷入到 不適當(dāng)?shù)拈_關(guān)動(dòng)作控制中。
本發(fā)明的光耦合器除了上述任意特征之外，其第六特征在于，第一 引線框架和第二引線框架在所述一個(gè)封裝件內(nèi)，各自的芯片載置面在厚 度方向離開地設(shè)置，該第一引線框架載置所述發(fā)光元件、并且具備利用
架k置所述受光控制集成電路，并且具備利用引線接合與所:受光;空寺: 集成電路的所述一對(duì)電源供給端子以及所述輸出端子電連接的引線端子。
根據(jù)上述笫六特征的光耦合器，發(fā)光元件和受光控制集成電路能夠 以發(fā)光元件的光信號(hào)出射的發(fā)光部和光信號(hào)入射到受光元件上的受光 部對(duì)置的方式密封在一個(gè)封裝件中，并且，發(fā)光元件和受光控制集成電 路在封裝件的厚度方向上重疊地被收存，所以，能夠使封裝件小型化。
本發(fā)明的光耦合器除了上述第六特征之外，其第七特征在于，以所 述第一引線框架側(cè)的所述引線接合和所述第二引線框架側(cè)的所述受光 控制集成電路的所述受光元件不在所述厚度方向?qū)χ玫姆绞?，設(shè)定所述 第一引線框架、所述第二引線框架、所述發(fā)光元件、以及所述受光控制 集成電路的在所述一個(gè)封裝件內(nèi)的配置。
根據(jù)上迷第七特征的光耦合器，在開關(guān)電源電路的 一 次側(cè)電路和二 次側(cè)電路間施加比通常更高的電壓，也能夠避免存在于二次側(cè)電路中的 發(fā)光元件的引線接合和存次于一次側(cè)電路中的受光元件接近，所以，受 光元件能夠不直接受到上述高電壓施加引起的強(qiáng)電場(chǎng)的影響。
本發(fā)明的光耦合器除了上述第六特征之外，其第八特征在于，以所 述第一引線框架側(cè)的所述引線接合與所述第二引線框架側(cè)的所述受光 控制集成電路不在所述厚度方向?qū)χ谩⒉⑶宜龅诙€框架側(cè)的所述 引線接合與所述第一引線框架側(cè)的所述發(fā)光元件不在所述厚度方向?qū)?置的方式，設(shè)定所述第一引線框架、所述第二引線框架、所述發(fā)光元件 以及所述受光控制集成電路的在所述一個(gè)封裝件內(nèi)的配置。
本發(fā)明的光耦合器除了上述第六特征之外，其第九特征在于，以所 述第一引線框架側(cè)的所述引線接合與所述第二引線框架不在所述厚度 方向?qū)χ?、并且所述第二引線框架側(cè)的所述引線接合與所述第一引線框 架不在所述厚度方向?qū)χ玫姆绞?，設(shè)定所述第一引線框架、所述第二引 線框架、所述發(fā)光元件以及所述受光控制集成電路的在所述一個(gè)封裝件 內(nèi)的配置。
根據(jù)上述第八或第九特征的光耦合器，與上述第七特征的光耦合器 相同地，即使對(duì)開關(guān)電源電路的 一次側(cè)電3各和二次側(cè)電路間施加比通常 更高的電壓，受光元件也能夠不直接受到上述高電壓的施加所引起的強(qiáng) 電場(chǎng)的影響。
本發(fā)明的光耦合器除了上述第一到第九的任意特征之外，其第十特根據(jù)第十特征的光耦合器，能夠進(jìn)一步縮短發(fā)光元件側(cè)的信號(hào)的上 升以及下降時(shí)間，能夠進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作的高速化，所以，能夠謀求構(gòu)成開 關(guān)電源電路的情況下的變壓器、二極管、電容器等周邊部件的進(jìn)一步小 型化。例如，能夠使發(fā)光元件和受光元件的光偶合部的信號(hào)的上升以及
下降時(shí)間分別縮短到O.lp秒，所以，能夠?qū)?shí)用頻率高速化到5MHz。 由此，能夠謀求成為開關(guān)電源電路的小型化的障礙因素的變壓器的小型 化，所以，能夠進(jìn)行便攜用設(shè)備用的充電器的小型化。
本發(fā)明的光耦合器除了上述第十特征之外，其第十一特征在于，包 含所述發(fā)光元件和所述受光元件間的所述光信號(hào)傳遞的空間的所述一 個(gè)封裝件的樹脂密封部的內(nèi)側(cè)部分，由使所述受光元件的靈敏性波長范 圍的光透過的透明樹脂構(gòu)成，包圍所述內(nèi)側(cè)部分的所述樹脂密封部的外 側(cè)部分，由不使所述受光元件的靈敏性波長范圍的光透過的不透明樹脂 構(gòu)成。
根據(jù)上述第十一特征的光耦合器，利用密封樹脂將所述發(fā)光元件和 所述受光控制集成電路彼此電絕緣，以能夠從發(fā)光元件向受光元件傳遞 光信號(hào)的方式密封在一個(gè)封裝件中，并且，能夠遮斷來自封裝件外部的 不需要的光向受光元件入射。
為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種開關(guān)電源電路，其第一特征在 于，具備上述任意特征的光耦合器；具有一次繞組和二次繞組的變壓 器；降壓元件，使輸入到所述一次繞組的一端的直流電壓降壓，并輸入 到所述光耦合器的所述受光控制集成電路的所述 一對(duì)電源供給端子的 一側(cè)；開關(guān)動(dòng)作用晶體管，設(shè)置在所述一次繞組的另一端和所述光耦合 器的所述受光控制集成電路的所述一對(duì)電源供給端子的另 一側(cè)之間，由 從所述受光控制集成電路的所述輸出端子輸出的所述開關(guān)控制信號(hào)控 制導(dǎo)通截止；設(shè)置在所述二次繞組的兩端間的整流平滑電路；對(duì)所述整 流平滑電路的輸出電壓進(jìn)行檢測(cè)、并作為所述輸出電壓信息輸入到所述 發(fā)光元件的電壓檢測(cè)元件或者電壓檢測(cè)電路。
本發(fā)明的開關(guān)電源電路除了上述第 一特征之外，其第二特征在于， 所述降壓元件構(gòu)成為，具備電阻元件、柵極與所述受光控制集成電路的 所述一對(duì)電源供給端子的另一側(cè)連接的耗盡型FET、以及對(duì)基極或者柵 極施加所述一次繞組的一端和所述受光控制集成電路的所述一對(duì)電源 供給端子的另 一側(cè)之間的中間電壓的晶體管中的至少任意一個(gè)。根據(jù)上述第 一或者第二特征的開關(guān)電源電路，能夠起到上述第 一特 征的光耦合器的作用效果，削減構(gòu)成開關(guān)電源電路的部件數(shù)目，謀求部 件安裝面積的縮小化，能夠進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作的高速化，所以，能夠謀求構(gòu) 成開關(guān)電源電路的變壓器、二極管、電容器等周邊部件的小型化，使用 光電二極管作為受光元件，由此，能夠進(jìn)行低電流驅(qū)動(dòng)，與以往的使用 光電晶體管作為受光元件的情況相比較，能夠大幅度地抑制受光元件中 的電力損失，謀求低消耗電力化，使用光電二極管作為受光元件并在其 后級(jí)設(shè)置對(duì)受光元件的輸出信號(hào)進(jìn)行放大的放大電路，進(jìn)行一芯片化， 所以，與以往的光電晶體管相比，受光元件的受光靈敏性被大幅改善， 所以，能夠降低發(fā)光元件的驅(qū)動(dòng)電流，謀求低消耗電力化，其結(jié)果是， 上述以往的開關(guān)控制電路的第 一到第五個(gè)問題全部被消除。
特別是，在使用上述第二特征的光耦合器的情況下，除了受光控制 集成電路的電流控制晶體管和電流控制電路之外的部分的消耗電流的 變動(dòng)較大，在由高電阻元件使得輸入到開關(guān)電源電路的一次側(cè)的高電壓 的直流電壓降壓并且作為受光控制集成電路的電源電壓進(jìn)行供給的情 況下，也能夠以低耐壓工藝制作被一芯片化后的受光控制集成電路，謀 求制造成本的降低。并且，以低中耐壓工藝制作一芯片化后的受光控制 集成電路，以高電阻元件等使輸入到開關(guān)電源電路的高電壓的直流電壓 降壓并作為受光控制集成電路的電源電源進(jìn)行供給，所以，不需要如上
述現(xiàn)有例2、 3那樣利用變壓器的三次繞組進(jìn)行電源供給，不需要變壓
器的三次繞組及其整流平滑用的電容器以及二極管等周邊部件。


圖1是表示本發(fā)明的光耦合器和開關(guān)電源電路的第 一 實(shí)施方式的概 略的電路結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖2是示意性示出以兩種樹脂對(duì)構(gòu)成圖1所示的光耦合器的發(fā)光元 件和受光控制集成電路進(jìn)行密封后的封裝件的剖面結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖3是示意性示出圖1所示的受光控制集成電路內(nèi)的受光元件的剖 面結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖4是示出圖1所示的受光控制集成電路的芯片陣列的一例的圖。
圖5是示出圖1所示的受光控制集成電路的芯片布局的另一例的圖。圖6是本發(fā)明的光耦合器的第二實(shí)施方式中的受光控制集成電路的 斗既略的電^各結(jié)構(gòu)的電3各圖。
圖7是示意性示出本發(fā)明的光耦合器的第三實(shí)施方式中的受光控制 集成電路內(nèi)的受光元件的剖面結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖8是對(duì)本發(fā)明的光耦合器的第三實(shí)施方式中的封裝件內(nèi)的第 一 引 線框架、第二引線框架、發(fā)光元件以及受光控制集成電路的配置關(guān)系進(jìn) 行說明的剖面圖。
圖9是對(duì)本發(fā)明的光耦合器的第三實(shí)施方式中的封裝件內(nèi)的笫一引 線框架、第二引線框架、發(fā)光元件以及受光控制集成電路的另一配置關(guān) 系進(jìn)行說明的剖面圖。
圖10是對(duì)本發(fā)明的光耦合器的第三實(shí)施方式中的封裝件內(nèi)的第一 引線框架、第二引線框架、發(fā)光元件以及受光控制集成電路的又一配置 關(guān)系進(jìn)行說明的剖面圖。
圖11是示出本發(fā)明的光耦合器和開關(guān)電源電路的第一其他實(shí)施方 式的概略的電路結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖12是本發(fā)明的光耦合器和開關(guān)電源電路的第二其他實(shí)施方式的 概略的電路結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖13是本發(fā)明的光耦合器和開關(guān)電源電路的第三其他實(shí)施方式的 概略的電路結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖14是本發(fā)明的光耦合器和開關(guān)電源電路的第四其他實(shí)施方式的 沖既略的電路結(jié)構(gòu)的電i 各圖。
圖15是示出開關(guān)電源電路的第 一現(xiàn)有例的電路結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖16是示出開關(guān)電源電路的第二現(xiàn)有例的電路結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖17是示出開關(guān)電源電路的第三現(xiàn)有例的電路結(jié)構(gòu)的電路圖。
具體實(shí)施例方式
然后，參照附圖對(duì)本發(fā)明的光耦合器以及使用了該光耦合器的開關(guān) 電源電路的實(shí)施方式進(jìn)行說明。 第一實(shí)施方式
本發(fā)明的第一實(shí)施方式的開關(guān)電源電路1,如圖l所示，具備被 密封在一個(gè)封裝件內(nèi)的光耦合器2、由一次繞組Ll和二次繞組L2構(gòu)成 的變壓器3、使輸入到一次繞組Ll的一端的直流輸入電壓Vin降壓并對(duì)
17光耦合器2進(jìn)行電源供給的電阻R1、進(jìn)行流入到一次繞組L1中的電流 的開關(guān)動(dòng)作的晶體管Q1、陽極連接到二次繞組的一端的二極管Dl、連 接在二極管Dl的陰極和二次繞組L2的另一端之間的電容器Cl、對(duì)電 容器Cl的兩端輸出的直流輸出電壓Vout進(jìn)行檢測(cè)的齊納二極管D2。 構(gòu)成開關(guān)電源電路1的部件是光耦合器2、電阻R1、晶體管Q1、變壓 器3、 二極管D1、電容器C1、齊納二極管D2總計(jì)7件。
此外，為了將開關(guān)電源電路1構(gòu)成為AC/DC適配器，還需要在一 次繞組Ll的前級(jí)設(shè)置全波整流用的二極管橋式電路以及平滑用的電容 器，但是，開關(guān)電源電路1不限于作為AC/DC適配器的用途，也能夠 利用為針對(duì)從直流電源輸出的直流電壓的DC/DC變換器，所以，特意 省略二極管橋式電路以及平滑用的電容器的圖示。在將開關(guān)電源電路1
構(gòu)成為商用交流電源用的AC/DC適配器的情況下，對(duì)于直流輸入電壓 Vin來說，在交流電壓為100V的國內(nèi)規(guī)格中，為約141V。此外，在商 用交流電源以外的交流電源(例如車載用的交流電源)中，交流電壓與 100V相比為4氐電壓，直流輸入電壓Vin也成為j氐電壓。
光耦合器2是將由發(fā)光二極管構(gòu)成的發(fā)光元件4和受光控制集成電 路5這兩個(gè)芯片密封在一個(gè)封裝件內(nèi)而構(gòu)成的。此外，受光控制集成電 路5將如下部分集成在一個(gè)芯片上而構(gòu)成由光電二極管構(gòu)成的受光元 件6;受光元件6的電流調(diào)整電阻R2;對(duì)由電流調(diào)整電阻R2和受光元 件6構(gòu)成的受光電路的輸出信號(hào)進(jìn)行放大的放大電路7;對(duì)開關(guān)動(dòng)作用 的晶體管Ql的導(dǎo)通截止進(jìn)行控制的開關(guān)控制電路8;電流控制晶體管 Q2;對(duì)流過電流控制晶體管的電流進(jìn)行控制的電流控制電路9 。
開關(guān)控制電路8由振蕩電路10、基于放大電路7的輸出對(duì)振蕩電路 10的振蕩進(jìn)行控制的振蕩控制電路11以及對(duì)從振蕩控制電路11輸出的 開關(guān)控制信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)并輸出到晶體管Q1的柵極的輸出驅(qū)動(dòng)電路12構(gòu) 成。此外，振蕩控制電路11能夠利用邏輯電路等使用公知的電路結(jié)構(gòu) 來實(shí)現(xiàn)，所以，關(guān)于開關(guān)控制電路8的電路結(jié)構(gòu)的詳細(xì)情況，省略說明。
電流控制晶體管Q2是用于對(duì)受光控制集成電路5的瞬時(shí)的消耗電 流進(jìn)行控制的晶體管，設(shè)置在受光控制集成電路5的一對(duì)電源供給端子 (VDD、 VSS)間，對(duì)電流量進(jìn)行控制，使得抵消放大電路7、開關(guān)控 制電路8、電流控制電^各9中消耗的總電流的變動(dòng)。在本實(shí)施方式中， 在直流輸入電壓Vin和電源供給端子VDD之間連接有高壓用的電阻Rl,所以，受光控制集成電路5的消耗電流的變動(dòng)表現(xiàn)為電源供給端子 VDD的電壓變動(dòng)，所以，電流控制電路9對(duì)電流控制晶體管Q2的柵極 電壓進(jìn)行控制從而調(diào)整電流量，使得電源供給端子VDD的電壓收斂在 固定范圍內(nèi)。具體地說，在受光控制集成電路5的耐壓以下，以成為動(dòng) 作電壓范圍的方式，進(jìn)行如下控制電源供給端子VDD的電壓越高， 越使電流控制晶體管Q2的電流量增加。其結(jié)果是，與受光控制集成電 路5的動(dòng)作狀態(tài)無關(guān)地控制受光控制集成電路5的消耗電流的變動(dòng)，將 電源供給端子VDD的電壓抑制在固定范圍內(nèi)。其結(jié)果是，在本實(shí)施方 式中，受光控制集成電路5能夠以耐壓20V左右的中低耐壓的半導(dǎo)體制 造工藝制作。此外，對(duì)于電流控制電路9來說，例如，基于電源供給端 子VDD的電壓和預(yù)定的基準(zhǔn)電壓的差分值，能夠利用對(duì)施加在電流控 制晶體管Q2的柵極上的電壓值進(jìn)行反饋控制的公知電路結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)， 所以，省略電3各結(jié)構(gòu)的i羊細(xì)i兌明。
然后，對(duì)電阻R1的設(shè)定例進(jìn)行說明。對(duì)于使用由光電二極管構(gòu)成 的受光元件6的受光控制集成電路5的消耗電流來說，除了電流控制晶 體管Q2的消耗電流，在100kHz動(dòng)作時(shí)，能夠?yàn)?.5~ lmA左右。在開 關(guān)動(dòng)作用晶體管Q1中，例如，在使用東芝制2SK2988的情況下，需要 柵極電容為75pF、導(dǎo)通時(shí)的柵極電壓為IOV左右，在以100kHz進(jìn)行開 關(guān)動(dòng)作的情況下，柵極電容的充放電電流為75^A。因此，除了受光控 制集成電路5的電流控制晶體管Q2的消耗電流成為0.575 ~ 1.075mA。 對(duì)于電流控制晶體管Q2來說，考慮到容限，在0.125 0.525mA的變動(dòng) 范圍，以抵消上述消耗電流的變動(dòng)的方式進(jìn)行控制時(shí)，受光控制集成電 路5的總消^^電流即在電阻R1中流動(dòng)的電流成為l.lmA的固定值。當(dāng) 假定開關(guān)電源電路1的直流輸入電壓Vin為141V、向受光控制集成電 路5的電源供給端子VDD的施加電壓為15V時(shí)，電阻R1的電阻值為 (141V-15V) /UmA= 114.5kQ。此外，受光控制集成電路5的總消 耗電流也可以不 一 定被控制為固定值，總';肖耗電流的變動(dòng)引起的向電源 供給端子VDD的施加電壓的變動(dòng)范圍若為受光控制集成電路5的耐壓 以下且動(dòng)作電壓下限以上，則沒有問題。
然后，對(duì)開關(guān)電源電路1的動(dòng)作進(jìn)行說明。當(dāng)對(duì)開關(guān)電源電路l施 加直流輸入電壓Vin時(shí)，通過電阻Rl對(duì)受光控制集成電路5的電源供 給端子VDD施加電源電壓，受光控制集成電路5開始動(dòng)作，在電源供
19給端子VDD，電源電壓被維持固定，并且，開關(guān)控制電路8的振蕩電路 IO開始振蕩動(dòng)作。該振蕩信號(hào)在振蕩控制電路11中占空比被控制，作 為開關(guān)控制信號(hào)，在輸出驅(qū)動(dòng)電路12中被變換為適當(dāng)?shù)恼穹娖街螅?被輸入到開關(guān)動(dòng)作用晶體管Ql的柵極。另一方面，直流輸入電壓Vin 通過一次繞組Ll被施加到晶體管Ql的漏極上，晶體管Ql根據(jù)被施加 到柵極上的開關(guān)控制信號(hào)進(jìn)行反復(fù)導(dǎo)通截止的動(dòng)作。其結(jié)果是，在一次 繞組L1中斷續(xù)地流過電流，在二次繞組L2的兩端產(chǎn)生交流電壓，該交 流電壓被二極管Dl整流，由電容器Cl進(jìn)行平滑，從一對(duì)輸出端子OUT + 、 OUT-輸出直流的輸出電壓Vout。
輸出端子OUT+、 OUT-間，齊納二極管D2被反偏置地連接，當(dāng) 輸出電壓Vout超過齊納二極管D2的擊穿電壓時(shí)，在齊納二極管D2中 流過電流，發(fā)光元件4點(diǎn)亮，輸出表示輸出電壓Vout超過齊納二極管 D2的擊穿電壓的光信號(hào)。當(dāng)受光元件6對(duì)該光信號(hào)進(jìn)行受光時(shí)，該信 號(hào)被變換為電信號(hào)，由放大電路7放大，并輸入到振蕩控制電路11中。 振蕩控制電路11基于放大電路7的輸出，對(duì)開關(guān)控制信號(hào)進(jìn)行控制， 使得晶體管Q1截止，所以，開關(guān)動(dòng)作停止，不在一次繞組L1中流過電 流，所以，不在二次繞組L2的兩端產(chǎn)生交流電壓。其結(jié)果是，輸出電 壓Vout降低，在齊納二極管D2中不流過電流，所以，發(fā)光元件4熄滅， 振蕩控制電路11從輸出驅(qū)動(dòng)電路12再次將開關(guān)控制信號(hào)輸出到晶體管 Ql的柵極，晶體管Ql再次開始開關(guān)動(dòng)作。通過重復(fù)上述動(dòng)作，由此， 輸出端子OUT+ 、 OUT -間的輸出電壓保持固定。此外，在上述動(dòng)作中， 齊納二極管D2作為針對(duì)輸出電壓Vout的電壓檢測(cè)元件而起作用，但是， 對(duì)于輸出電壓Vout的檢測(cè)來說，代替齊納二極管D2這樣的單體的電壓 檢測(cè)元件，例如，如圖16以及圖17所示的現(xiàn)有例2以及3的電路結(jié)構(gòu) 那樣，使用電壓檢測(cè)用IC對(duì)輸出電壓Vout的分壓值進(jìn)行檢測(cè)也可以。
然后，對(duì)光耦合器2的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。圖2是示意性示出由兩種樹 脂對(duì)構(gòu)成光耦合器2的發(fā)光元件4和受光控制集成電路5進(jìn)行密封后的 封裝件的剖面結(jié)構(gòu)的剖面圖。
如圖2所示，發(fā)光元件4被載置在第一引線框架21上，發(fā)光元件4 的陽極電極AE和陰極電極CE分別由接合線22電連接到第 一 引線框架 21的對(duì)應(yīng)的各引線端子AE、 CE上，受光控制集成電路5被載置在第二 引線框架23上，受光控制集成電路5的電源供給端子VDD、 VSS以及輸出開關(guān)控制信號(hào)的輸出端子SC分別由接合線24電連接到第二引線框 架23的對(duì)應(yīng)的各引線端子VDD、 VSS、 SC上。
對(duì)于第一引線框架21和第二引線框架23來說，各自的芯片載置面 在封裝件內(nèi)部在厚度方向離開地設(shè)置，發(fā)光元件4和受光控制集成電路 5在該厚度方向?qū)χ迷O(shè)置，分別配置在受光控制集成電路5的受光元件 6能夠?qū)陌l(fā)光元件4輸出的光信號(hào)進(jìn)行受光的位置上。
如圖2所示，包含發(fā)光元件4和受光控制集成電路5間的光信號(hào)進(jìn) 行傳遞的空間的封裝件的樹脂密封部的內(nèi)側(cè)部分，由使受光元件6的靈 敏性波長范圍的光透過的透明環(huán)氧樹脂25構(gòu)成，包圍該內(nèi)側(cè)部分的樹 脂密封部的外側(cè)部分，由不使受光元件6的靈敏性波長范圍的光透過的 不透明黑色環(huán)氧樹脂26構(gòu)成。此外，受光元件6的靈敏性波長范圍由 構(gòu)成受光元件6的光電二極管的半導(dǎo)體材料的帶隙能量規(guī)定，對(duì)于發(fā)光 元件4的發(fā)光波長來說，以適合于受光元件6的靈敏性波長范圍的方式， 設(shè)定構(gòu)成發(fā)光元件4的半導(dǎo)體材料的帶隙能量。此外，對(duì)于半導(dǎo)體材料 的帶隙能量來說，在GaAlAs等三元化合物半導(dǎo)體的情況下，由GaAlAs 的組成比決定。
圖3示意性示出受光控制集成電路5內(nèi)的受光元件6的剖面結(jié)構(gòu)。 如圖3所示，受光控制集成電路5形成在P型基板上，受光元件6的P + 、 N+、 N的各雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域由一般的半導(dǎo)體制造工序的離子注入形 成。使用受光控制集成電路5的金屬布線層，在與N型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域連 接的陰極電極27上，從受光控制集成電路5的電源通過電阻或者恒定 電流電路供給正電位，在與P型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域連接的陽極電極28上供 給接地電位，成為反偏置狀態(tài)時(shí)，來自發(fā)光元件4的光信號(hào)通過在陰極 電極27以及陽極電極28上形成的保護(hù)絕緣膜29的開口部和防反射膜 30而到達(dá)PN結(jié)部時(shí)，電流從陰極電極27流到陽極電極28,陰極電極 27的電位發(fā)生變化。使用受光控制集成電路5的金屬布線層連接陰極電 極27和放大電路7的輸入，由此，陰極電極27的電位變化被放大電路 7放大并4企測(cè)出來。此外，從保護(hù)絕緣膜29的開口部到PN結(jié)部的光信 號(hào)的入射路徑相當(dāng)于受光部。
然后，參照?qǐng)D4對(duì)受光控制集成電路5的芯片布局進(jìn)行說明。如上 所述，在將開關(guān)電源電路1構(gòu)成為商用交流電源用的AC/DC適配器的 情況下，直流輸入電壓Vin成為約141V,所以，由于晶體管Q1的開關(guān)動(dòng)作，產(chǎn)生較大的噪聲。該噪聲經(jīng)由晶體管Ql的柵極-漏極間電容而
出現(xiàn)在柵極上，并傳到開關(guān)控制電路8的輸出控制電路12中。在使用 光電晶體管作為受光元件的現(xiàn)有的光耦合器中，由于受光元件的信號(hào)電 流較大(lmA左右)，所以，噪聲耐性較高，難以進(jìn)行誤動(dòng)作，但是， 在本實(shí)施方式中，受光元件6使用光電二極管，所以，信號(hào)電流較小 (l(HiA左右)，容易受到噪聲的影響，容易進(jìn)行誤動(dòng)作。因此，在本 實(shí)施方式中，成為如下的芯片布局為了提高受光元件6的實(shí)質(zhì)的噪聲 耐性，在芯片內(nèi)，在彼此離開地對(duì)置的兩邊，分散配置由受光元件6、 電流調(diào)整電阻R2以及放大電路7構(gòu)成的受光電路部、和輸出驅(qū)動(dòng)電路 12,傳遞到輸出驅(qū)動(dòng)電路12的噪聲難以侵入到受光電路部。此外，其 他的電流控制晶體管Q2、電流控制電路9、振蕩電路10以及振蕩控制 電路11配置在輸出驅(qū)動(dòng)電路12和受光電^各部之間的芯片中央部。
在圖4所示的受光控制集成電路5的芯片布局中，成為重視從放大 電路7向振蕩控制電路11以及振蕩電路10的信號(hào)的流動(dòng)的電路配置， 但是，如圖5所示，在輸出驅(qū)動(dòng)電路12和受光電路部之間，配置低阻 抗的電流控制晶體管Q2和電流控制電路9， 4吏兩電路分離，由此，能 夠進(jìn) 一 步抑制噪聲向受光電路部侵入。
第二實(shí)施方式
然后，對(duì)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的開關(guān)電源電路1進(jìn)行說明。對(duì)于 第二實(shí)施方式的開關(guān)電源電路1來說，構(gòu)成光耦合器2的受光控制集成 電路5的電路結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式不同。光耦合器2的結(jié)構(gòu)以及封裝件 結(jié)構(gòu)、以及使用了開關(guān)電源電路1的光耦合器2的電路結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施 方式相同，省略重復(fù)的說明。以下，參照?qǐng)D6對(duì)第二實(shí)施方式的受光控 制集成電路5的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。
在本實(shí)施方式中，受光控制集成電路5是將如下部分集成在一個(gè)芯 片上而構(gòu)成的 一對(duì)由光電二極管構(gòu)成的受光元件6、 6a(第一受光元 件6和第二受光元件6a);受光元件6、 6a的電流調(diào)整電阻R2、 R3 (第 一電流調(diào)整電阻R2和第二電流調(diào)整電阻R3);對(duì)由第一電流調(diào)整電阻 R2和第一受光元件6構(gòu)成的第一受光電路的輸出信號(hào)進(jìn)行放大的第一 放大電路7;對(duì)由第二電流調(diào)整電阻R3和第二受光元件6a構(gòu)成的第二 受光電路的輸出信號(hào)進(jìn)行放大的第二放大電路7a;對(duì)第一放大電路7和 第二放大電路7a的輸出信號(hào)進(jìn)行差動(dòng)放大的差動(dòng)放大電路7b;對(duì)開關(guān)動(dòng)作用的晶體管Ql的導(dǎo)通截止進(jìn)行控制的開關(guān)控制電路8;電流控制 晶體管Q2;對(duì)流過電流控制晶體管的電流進(jìn)行控制的電流控制電路9。 因此，由受光元件、負(fù)載電路和放大電路構(gòu)成的受光電路部的結(jié)構(gòu)與第 一實(shí)施方式不同。但是，開關(guān)控制電路8、電流控制晶體管Q2、以及電 流控制電路9的電路結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式相同。但是，與第一實(shí)施方式 不同，開關(guān)控制電路8的振蕩控制電路11不是基于放大電路7的輸出 而是基于差動(dòng)放大電路7b的輸出，對(duì)振蕩電路10的振蕩進(jìn)行控制。
一對(duì)受光元件6、6a由具有相同受光特性的相同的光電二極管構(gòu)成， 但是，僅第一受光元件6與第一實(shí)施方式的受光控制集成電路5的受光 元件6相同地，能夠?qū)陌l(fā)光元件4輸出的光信號(hào)進(jìn)行受光，圖3所例 示的PN結(jié)部的上部不被保護(hù)絕緣膜29覆蓋地開口 ，對(duì)于第二受光元件 6a來說，以不對(duì)從發(fā)光元件4輸出的光信號(hào)進(jìn)行受光的方式，PN結(jié)部 的上部被金屬層等遮蔽。此外，第二受光元件6a不對(duì)從發(fā)光元件4輸 出的光信號(hào)進(jìn)行受光，所以，對(duì)于一對(duì)受光元件6、 6a來說，至少不對(duì) 光進(jìn)行受光時(shí)的暗電流特性相同即可。
利用受光控制集成電路5的上述電路結(jié)構(gòu)，當(dāng)從發(fā)光元件4輸出光 信號(hào)時(shí)，第一受光元件6對(duì)該光信號(hào)進(jìn)行受光，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由第 一放大電路7放大。另一方面，第二受光元件6a ,皮遮光，不對(duì)光信號(hào) 進(jìn)行受光，輸出與第一受光元件6不對(duì)光信號(hào)進(jìn)行受光時(shí)的電信號(hào)相同 的信號(hào)，在第二放大電路7a中被放大。差動(dòng)放大電路7b接收第一放大 電路7和第二放大電路7a的兩輸出信號(hào)作為差動(dòng)輸入，對(duì)其差分進(jìn)行 放大。因此，即便來自發(fā)光元件4的光信號(hào)微弱，在差動(dòng)放大電路7b 中，也能夠高靈敏性地對(duì)光信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。其結(jié)果是，能夠進(jìn)一步降低 發(fā)光元件4的驅(qū)動(dòng)電流，謀求低消耗電流化，并且，由于使用差動(dòng)放大 電路7b,所以，即便對(duì)第一受光電路和第二受光電路的這兩個(gè)系統(tǒng)疊加 同相噪聲，在差動(dòng)放大電路7b中，也將該同相噪聲消除，所以，受光 元件以及放大電路的耐噪聲性提高。
第三實(shí)施方式
然后，對(duì)本發(fā)明的笫三實(shí)施方式的開關(guān)電源電路1進(jìn)行說明。第三 實(shí)施方式的開關(guān)電源電路1是從第一實(shí)施方式以及第二實(shí)施方式的變形 例，構(gòu)成光耦合器2的受光控制集成電路5的元件結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式 以及第二實(shí)施方式不同。光耦合器2的結(jié)構(gòu)以及封裝件結(jié)構(gòu)、受光控制集成電路5的電路結(jié)構(gòu)、以及使用了開關(guān)電源電路1的光耦合器2的電 路結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式或者第二實(shí)施方式相同，省略重復(fù)的說明。以下，
參照?qǐng)D7對(duì)第三實(shí)施方式的受光控制集成電路5的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。 圖7是示意性示出第三實(shí)施方式的受光控制集成電路5內(nèi)的受光元件6 的剖面結(jié)構(gòu)的剖面圖。
被用于具有在開關(guān)電源電路的 一 次側(cè)電路和二次側(cè)電^各間施加比 通常高的電壓的可能性的用途，存在要求一次-二次電路間的強(qiáng)化絕緣 的情況，在本實(shí)施方式中，按照該要求，對(duì)光耦合器2的一次-二次電 路間即發(fā)光元件4和受光控制集成電路5間的絕緣耐壓進(jìn)行強(qiáng)化。具體 地說，當(dāng)在發(fā)光元件4側(cè)和受光控制集成電^各5側(cè)施加高電壓時(shí)，在發(fā) 光元件4和受光控制集成電路5間產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)，受光控制集成電路5的 表面帶電，產(chǎn)生極性反轉(zhuǎn)，存在受光控制集成電路5的受光元件6進(jìn)行 誤動(dòng)作的可能性，所以，為了防止該誤動(dòng)作，如圖7所示，在受光控制 集成電路5的表層的保護(hù)絕緣膜29的表面，設(shè)置用于防止該帶電的金 屬屏蔽膜31。此外，金屬屏蔽膜31不設(shè)置在保護(hù)絕緣膜29的開口部， 所以，來自發(fā)光元件4的光信號(hào)能夠通過該開口部和防反射膜30入射 到受光元件6的PN結(jié)部。
此外，作為對(duì)發(fā)光元件4和受光控制集成電路5間的絕緣耐壓進(jìn)行 強(qiáng)化的方法，代替圖7所示的在受光控制集成電路5的保護(hù)絕緣膜29 的表面設(shè)置金屬屏蔽膜31的方法，或者進(jìn)行追加，如以下的圖8~圖 IO所示那樣，優(yōu)選對(duì)光耦合器2的封裝件內(nèi)的第一引線框架21、第二 引線框架23、發(fā)光元件4、以及受光控制集成電路5的配置進(jìn)行調(diào)整。
在圖8所示的實(shí)施例中，以第一引線框架21側(cè)的接合線22和第二 引線框架23側(cè)的受光控制集成電路5的受光元件6不在封裝件的厚度 方向?qū)χ玫姆绞?，?duì)笫一引線框架21、第二引線框架23、發(fā)光元件4、 以及受光控制集成電路5的配置進(jìn)行調(diào)整，由此，即便在發(fā)光元件4和 受光控制集成電路5間產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)，來自接合線22的該電場(chǎng)的對(duì)受光 元件6的影響也被緩和。
并且，在圖9所示的實(shí)施例中，以第一引線框架21側(cè)的接合線22 和第二引線框架23側(cè)的受光控制集成電路5不在封裝件的厚度方向?qū)?置的方式，并且，以第二引線框架23側(cè)的接合線24和第一引線框架21 側(cè)的發(fā)光元件4不在封裝件的厚度方向?qū)χ玫姆绞?，使發(fā)光元件4的在
24第一引線框架21上的載置處接近接合線22側(cè)，使受光控制集成電路5 的在第二引線框架23上的載置處接近接合線24側(cè)，由此，即便在發(fā)光 元件4和受光控制集成電路5間產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)，來自接合線22的該強(qiáng)電 場(chǎng)的對(duì)受光元件6的影響被緩和，來自接合線24的該強(qiáng)電場(chǎng)的對(duì)發(fā)光 元件4的影響被緩和。
并且，在圖IO所示的實(shí)施例中，以第一引線框架21側(cè)的接合線22 和第二引線框架23不在封裝件的厚度方向?qū)χ玫姆绞剑⑶?，以第?引線框架23側(cè)的接合線24和第一引線框架21不在封裝件的厚度方向 對(duì)置的方式，各引線框架21、 23向?qū)ζ溥M(jìn)行固定的黑色環(huán)氧樹脂26側(cè) 偏移(offset),即，笫一引線框架21和接合線24、第二引線框架23 和接合線22以在與各芯片載置面平行的方向上離開的方式配置，由此， 即便在發(fā)光元件4和受光控制集成電路5間產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)，來自接合線22 的該強(qiáng)電場(chǎng)的對(duì)受光元件6的影響被緩和，來自接合線24的該強(qiáng)電場(chǎng) 的對(duì)發(fā)光元件4的影響被緩和。
其他實(shí)施方式
以下，對(duì)上述笫一到第三實(shí)施方式的其他實(shí)施方式進(jìn)行i兌明。 (1 )在上述各實(shí)施方式中，構(gòu)成發(fā)光元件4的半導(dǎo)體材料若是適 合受光元件6的靈敏性波長范圍的材料，則不限于特定的材料，但是， 為了開關(guān)電源電路l的外圍部件即變壓器3、 二極管D1、電容器C1等 的進(jìn)一步小型化、抑制輸出電壓Vout的變動(dòng)，優(yōu)選使用由GaAlAs構(gòu)成 的發(fā)光二極管作為發(fā)光元件4，使開關(guān)速度提高。
在使用由GaAs構(gòu)成的發(fā)光二極管作為發(fā)光元件的情況下，與光電 晶體管組合的信號(hào)的上升時(shí)間以及下降時(shí)間分別是5|Ll秒左右，作為實(shí) 用頻率，是100kHz左右，但是，使用由GaAlAs構(gòu)成的發(fā)光二極管作為 發(fā)光元件，由此，能夠分別使上升時(shí)間以及下降時(shí)間縮短到O.lp秒，所 以，能夠使實(shí)用頻率高速化至5MHz左右。其結(jié)果是，進(jìn)一步謀求成為 開關(guān)電源電路1的小型化的障礙原因的變壓器的小型化，所以，能夠進(jìn) 行便攜用設(shè)備用的充電器的小型化。
(2)在上述各實(shí)施方式中，作為使直流輸入電壓Vin降壓并對(duì)光 耦合器2進(jìn)行電源供給的降壓元件，使用高電阻的電阻Rl,但是，如 圖ll所示，代替電阻R1，優(yōu)選使用耗盡型高耐壓FET(場(chǎng)效應(yīng)晶體管) Q3。晶體管Q3的漏極連接到一次繞組Ll的一端，源極連接到光耦合器2的光耦合器2的電源供給端子VDD，柵極連接到光耦合器2的另一 電源供電端子VSS,在柵纟及上始終纟皮施加接地電壓的V0。由于該晶體 管Q3的使用，光耦合器2的電源供電端子VDD的端子電壓穩(wěn)定化，并 且，謀求開關(guān)電源電路1的啟動(dòng)時(shí)間的縮短化。除了電阻R1置換為晶 體管Q3以外，與上述各實(shí)施方式相同。以下，說明向圖ll所示的開關(guān) 電源電路1的受光控制集成電路5的電源電壓供給動(dòng)作。
在電源供電端子VDD的端子電壓是OV的初始狀態(tài)下，當(dāng)在一次繞 組Ll的一端輸入直流輸入電壓Vin時(shí)，晶體管Q3的柵極電壓以及源極 電壓是0V,晶體管Q3是耗盡型，所以，開始從晶體管Q3的漏極側(cè)朝 向源極側(cè)流過漏極電流。由于該漏極電流，電源供給端子VDD的端子 電壓上升時(shí)，晶體管Q3的源極電壓上升，所以，從晶體管Q3的源極 觀察的柵極-源極間電壓逐漸降低，當(dāng)該柵極-源極間電壓達(dá)到晶體管 Q3的夾斷電壓時(shí)，晶體管Q3截止，不流過漏極電流。如上所述，電源 供給端子VDD的端子電壓不會(huì)超過晶體管Q3的夾斷電壓而上升，被固 定為該夾斷電壓以下的漏極電流和受光控制集成電路5的消耗電流相等 的電壓。
此外，如上述各實(shí)施方式那樣，與由電阻Rl 4吏直流輸入電壓Vin 降壓的情況相比4支，使晶體管Q3的漏極電流變大，由此，能夠在開始 流過漏極電流的初始階段，使起動(dòng)電流變大，受光控制集成電路5的電 源供給端子VDD的端子電壓的上升速度變快，開關(guān)電源電路1的啟動(dòng)
時(shí)間;故縮短。
此外，如上所述，電源供給端子VDD的端子不會(huì)超過晶體管Q3 的夾斷電壓而上升，所以，即便受光控制集成電路5的消耗電流變動(dòng)， 與由電阻Rl使直流輸入電壓Vin降壓的情況相比較，電源供給端子 VDD的端子電壓的變動(dòng)也被抑制。因此，在上述各實(shí)施方式中，在受光 控制集成電路5中，設(shè)置用于對(duì)受光控制集成電路5的消耗電流的變動(dòng) 進(jìn)行抑制而使電源供給端子VDD的端子電壓穩(wěn)定的電流控制晶體管Q2 和電流控制電路9，但是，在電源供給端子VDD的端子電壓的變動(dòng)收斂 在受光控制集成電路5的動(dòng)作電壓范圍內(nèi)的情況下，能夠省略該電源供 給端子VDD的端子穩(wěn)定化用的電路。
(3)在上述各實(shí)施方式中，使用高電阻的電阻R1作為使直流輸入 電壓Vin降壓并對(duì)光耦合器2進(jìn)行電源供給的降壓元件，但是，如圖12所示，代替電阻Rl,優(yōu)選使用NPN型的雙極晶體管Q4。對(duì)于晶體管 Q4來說，集電極連接到一次繞組L1的一端，發(fā)射極連接到光耦合器2 的電源供給端子VDD,基極連接到在一次繞組L1的一端和光耦合器2 的另一電源供給端子VSS之間連接的分壓電阻R4、 R5的中間點(diǎn)Nl， 在基極上施加將分壓電阻R4、 R5的分壓比乘到直流輸入電壓Vin后的 中間電壓Vml 。由于使用該晶體管Q4,光耦合器2的電源供給端子VDD 的端子電壓穩(wěn)定，并且，能夠謀求開關(guān)電源電路1的起動(dòng)時(shí)間的縮短化。 除了電阻Rl置換為晶體管Q4、追加分壓電阻R4、 R5以外，與上述各 實(shí)施方式相同。以下，對(duì)向圖12所示的開關(guān)電源電路1的受光控制集 成電路5的電源電壓供給動(dòng)作進(jìn)行說明。
當(dāng)對(duì)一次繞組Ll的一端輸入直流輸入電壓Vin時(shí)，在晶體管Q4 的基極施加對(duì)直流輸入電壓Vin乘以分壓電阻R4、 R5的分壓比后的中 間電壓Vml,在電源供給端子VDD的端子電壓是0V的初始狀態(tài)下， 發(fā)射極電壓是0V，所以，從晶體管Q4的集電極側(cè)朝向發(fā)射極側(cè)開始流 過集電極電流。當(dāng)電源供給端子VDD的端子電壓由于該集電極電流而 上升時(shí)，晶體管Q4的發(fā)射極電壓上升，所以，從晶體管Q4的發(fā)射極 觀察的基極-發(fā)射極間電壓漸漸降低，該基極-發(fā)射極間電壓接近0.7V 時(shí)，對(duì)于晶體管Q4來說，基極電流被遮斷，不流過集電極電流。如上 所述，電源供給端子VDD的端子電壓不會(huì)從中間電壓Vml超過低于 0.7V的中間電壓Vm2而上升，；波固定在該中間電壓Vm2以下的集電扨* 電流和受光控制集成電路5的消耗電流相等的電壓。此外，對(duì)于晶體管 Q4來說，代替雙極晶體管，可以是漏極連接到一次繞組L1的一端、源 極連接到光耦合器2的電源供給端子VDD、柵極連接到中間點(diǎn)Nl的高 耐壓的N型MOSFET。在N型MOSFET的情況下，電源供給端子VDD 的端子電壓不會(huì)從中間電壓Vml超過低于N型MOSFET的閾值電壓的 中間電壓Vm2而上升，^皮固定為該中間電壓Vm2以下的集電才及電流和 受光控制集成電路5的消耗電流相等的電壓。
此外，如上述各實(shí)施方式那樣，與由電阻Rl使直流輸入電壓Vin 降壓的情況相比，通過使晶體管Q4的集電極電流變大，由此，能夠在 開始流過集電極電流的初始階段使起動(dòng)電流變大，受光控制集成電路5 的電源供給端子VDD的端子電壓的上升速度變快，開關(guān)電源電路1的 起動(dòng)時(shí)間;故縮4豆。此外，如上所述，由于電源供給端子VDD的端子電壓不會(huì)超過中 間電壓Vm2而上升，所以，即便受光控制集成電路5的消耗電流變動(dòng)， 與由電阻Rl使直流輸入電壓Vin降壓的情況相比較，電源供給端子 VDD的端子電壓的變動(dòng)也被抑制。因此，在上述各實(shí)施方式中，在受光 控制集成電路5中，設(shè)置用于對(duì)受光控制集成電路5的消耗電流的變動(dòng) 進(jìn)行抑制從而使電源供給端子VDD的端子電壓穩(wěn)定的電流控制晶體管 Q2和電流控制電路9，但是，在電源供給端子VDD的端子電壓的變動(dòng) 收斂于受光控制集成電路5的工作電壓范圍內(nèi)的情況下，能夠省略該電 源供給端子VDD的端子電壓穩(wěn)定化用的電路。
(4)在上述各實(shí)施方式中，使用高電阻的電阻R1作為使直流輸入 電壓Vin降壓并對(duì)光耦合器2進(jìn)行電源供給的降壓元件，但是，如圖13 所示，代替電阻Rl,優(yōu)選使用NPN型的雙極晶體管Q4。晶體管Q4來 說，集電極連接到一次繞組L1的一端，發(fā)射極連接到光耦合器2的電 源供給端子VDD,基極連接到在一次繞組Ll的一端和光耦合器2的另 一電源供給端子VSS之間連接的分壓電阻R6與齊納二極管D3的串聯(lián) 電3各的中間點(diǎn)N2，在基才及上施加由齊納二才及管D3的擊穿電壓失見定的中 間電壓Vm3。由于使用該晶體管Q4，光耦合器2的電源供給端子VDD 的端子電壓穩(wěn)定，并且，謀求開關(guān)電源電路1的起動(dòng)時(shí)間的縮短化。除 了電阻Rl置換為晶體管Q4、追加電阻R6和齊納二極管D3以外，與 上述各實(shí)施方式相同。此外，對(duì)于晶體管Q4來說，與上述另一實(shí)施方 式(3)相同地，代替雙極晶體管，可以是漏極連接到一次繞組L1的一 端、源極連接到光耦合器2的電源供給端子VDD、柵極連接到中間電 N2的高耐壓的N型MOSFET。以下，對(duì)向圖13所示的開關(guān)電源電路1 的受光控制集成電路5的電源電壓供給動(dòng)作進(jìn)行說明。
當(dāng)對(duì)一次繞組Ll的一端輸入直流輸入電壓Vin時(shí)，對(duì)晶體管Q4 的基極施加由齊納二極管D3的擊穿電壓規(guī)定的中間電壓Vm3，在電源 供給端子VDD的端子電壓是0V的初始狀態(tài)下，發(fā)射極電壓是0V,所 以，從晶體管Q4的集電極側(cè)朝向發(fā)射極側(cè)開始流過集電極電流。當(dāng)電 源供給端子VDD的端子電壓由于該集電極電流而上升時(shí)，晶體管Q4 的發(fā)射極電壓上升，所以，從晶體管Q4的發(fā)射極觀察的基極-發(fā)射極 間電壓漸漸降低，該基極-發(fā)射極間電壓接近0.7V時(shí)，對(duì)于晶體管Q4 來說，基極電流被遮斷，不流過集電極電流。如上所述，電源供給端子VDD的端子電壓不會(huì)/人中間電壓Vm3超過j氐于約0.7V的中間電壓Vm4 而上升，被固定在該中間電壓Vm4以下的集電極電流和受光控制集成 電路5的消耗電流相等的電壓。
此外，如上述各實(shí)施方式那樣，與由電阻Rl使直流輸入電壓Vin 降壓的情況相比，通過使晶體管Q4的集電極電流變大，由此，能夠在 開始流過集電極電流的初始階段使起動(dòng)電流變大，受光控制集成電路5 的電源供給端子VDD的端子電壓的上升速度變快，開關(guān)電源電路1的 起動(dòng)時(shí)間;故縮短。
此外，如上所述，由于電源供給端子VDD的端子電壓不會(huì)超過中 間電源Vm4而上升，所以，即便受光控制集成電路5的消耗電流變動(dòng)， 與由電阻Rl使直流輸入電壓Vin降壓的情況相比4支，電源供給端子 VDD的端子電壓的變動(dòng)也被抑制。因此，在上述各實(shí)施方式中，在受光 控制集成電路5中，設(shè)置用于對(duì)受光控制集成電路5的消耗電流的變動(dòng) 進(jìn)行抑制從而使電源供給端子VDD的端子電壓穩(wěn)定的電流控制晶體管 Q2和電流控制電路9，但是，在電源供給端子VDD的端子電壓的變動(dòng) 收斂于受光控制集成電路5的工作電壓范圍內(nèi)的情況下，能夠省略該電 源供給端子VDD的端子電壓穩(wěn)定化用的電路。
(5)在上述各實(shí)施方式(2) ~ (4)中，作為使直流輸入電壓Vin 降壓并對(duì)光耦合器2進(jìn)行電源供給的降壓元件，代替高電阻的電阻R1, 使用柵極接地的耗盡型高耐壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q3、或者對(duì)基極施加中間 電壓的高耐壓的NPN型的雙極晶體管Q4、或者對(duì)柵極施加中間電壓的 高耐壓N型MOSFET,由此，與4吏用高電阻的電阻R1作為該降壓元件 的情況相比較，由于電源供給端子VDD的端子電壓穩(wěn)定，所以，能夠 省略在受光控制集成電路5中設(shè)置的用于對(duì)受光控制集成電路5的消耗 電流的變動(dòng)進(jìn)行抑制從而使電源供給端子VDD的端子電壓穩(wěn)定的電流 控制晶體管Q2和電流控制電路9。
此處，即便在使用高電阻的電阻Rl作為該降壓元件的情況下，在 預(yù)先抑制受光控制集成電路5的消耗電流的變動(dòng)的情況下，作為該降壓 元件，不使用上述晶體管Q3、 Q4代替高電阻的電阻R1，也能夠省略電 流控制晶體管Q2和電流控制電路9。
并且，在受光控制集成電路5的消耗電流的變動(dòng)未被充分抑制的情 況下，即便使用高電阻的電阻R1作為降壓元件，如圖14所示，在變壓
29器3中設(shè)置作為輔助繞組的三次繞組L3，由此，在開關(guān)電源電路l的啟 動(dòng)時(shí)，由電阻Rl使直流輸入電壓Vin降壓，并進(jìn)行電源電壓供給，并 且，開關(guān)電源電路1暫時(shí)開始開關(guān)工作，在三次繞組L3中產(chǎn)生交流電 壓，將由二極管D4和電容器C2進(jìn)行整流、平滑后的直流電壓供給到電 源供給端子VDD,由此，能夠從三次繞組L3側(cè)供應(yīng)開關(guān)動(dòng)作開始后的 消耗電流，所以，受光控制集成電路5的消耗電流的變動(dòng)不會(huì)作為電阻 Rl的端子間電壓而出現(xiàn)，所以，電源供給端子VDD的端子電壓穩(wěn)定， 所以，能夠省略在受光控制集成電路5中設(shè)置的用于對(duì)受光控制集成電 路5的消耗電流的變動(dòng)進(jìn)行抑制從而使電源供給端子VDD的端子電壓 穩(wěn)定的電流控制晶體管Q2和電流控制電路9。
此外，圖14所示的電路結(jié)構(gòu)中的電阻R1的設(shè)定，與上述笫一實(shí)施 方式的情況相比，設(shè)定為更高的電阻。即，這是因?yàn)椋c開關(guān)電源電路 1的啟動(dòng)時(shí)的受光控制集成電路5的消耗電流較小的情況相匹配，若以 電源供給端子VDD的端子電壓為受光控制集成電路5的耐壓以下的方 式設(shè)定電阻R1的電阻值，則是充分的，開關(guān)動(dòng)作開始后的消耗電流的 增量能夠從三次繞組L3側(cè)供應(yīng)。
(6)在上述各實(shí)施方式(2) ~ (4)中，對(duì)作為使直流輸入電壓 Vin降壓并對(duì)光耦合器2進(jìn)行電源供給的降壓元件，代替高電阻的電阻 Rl，使用柵極接地的耗盡型高耐壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q3、或者對(duì)基極施加 中間電壓的高耐壓的NPN型的雙極晶體管Q4、或者對(duì)柵極施加中間電 壓的高耐壓N型MOSFET的情況進(jìn)行了說明，但是，代替如上所述那 樣由高耐壓的單體元件構(gòu)成降壓元件，也可以由電阻Rl、柵極接地的 耗盡型高耐壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q3、對(duì)基極施加中間電壓的高耐壓的NPN 型的雙極晶體管Q4、或者對(duì)柵極施加中間電壓的高耐壓N型MOSFET 的串聯(lián)電路構(gòu)成。并且，能夠由電阻Rl預(yù)備地使直流輸入電壓Vin降 壓，所以，優(yōu)選以中低耐壓工藝制作上述各晶體管，并在受光控制集成 電路5內(nèi)集成。在由電阻R1和上述各晶體管的串聯(lián)電路構(gòu)成降壓元件 的情況下，與上述另一實(shí)施方式(2) ~ (4)相同地，電源供給端子 VDD的端子電壓不會(huì)超過中間電壓Vm2或者Vm4而上升，所以，即便 受光控制集成電路5的消耗電流變動(dòng)，與僅由電阻R1使直流輸入電壓 Vin降壓的情況相比較，電源供給端子VDD的端子電壓的變動(dòng)被抑制。 因此，在上述各實(shí)施方式中，在受光控制集成電路5中，設(shè)置用于對(duì)受光控制集成電路5的消耗電流的變動(dòng)進(jìn)行抑制從而使電源供給端子
VDD的端子電壓穩(wěn)定的電流控制晶體管Q2和電流控制電路9，但是， 電源供給端子VDD的端子電壓的變動(dòng)收斂于受光控制集成電路5的動(dòng) 作電壓范圍內(nèi)的情況下，能夠省略該電源供給端子VDD的端子電壓穩(wěn) 定用的電路。
(7)在上述各實(shí)施方式中，將晶體管Ql作為場(chǎng)效應(yīng)晶體管進(jìn)行了 說明，但是，使用雙極晶體管也能夠期待相同的效果。在使用雙極晶體 管的情況下，場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極、漏極、源極分別置換為雙極晶體管 的基極、集電極、發(fā)射極即可。
本發(fā)明能夠利用于使用了光耦合器的開關(guān)電源電路中，能夠搭載于 AC適配器、LED照明、液晶電視、個(gè)人計(jì)算機(jī)等需要從商用交流電源 生成直流電壓的系統(tǒng)中，能夠進(jìn)行系統(tǒng)的小型化、輸出電壓的高精度化、 電源的低消耗功率化。
權(quán)利要求
1.一種光耦合器，用于將開關(guān)電源電路的二次側(cè)的輸出電壓信息經(jīng)由光信號(hào)反饋為一次側(cè)的開關(guān)動(dòng)作的控制用，其中，具備發(fā)光元件，基于所述開關(guān)電源電路的所述輸出電壓信息射出閃爍的光信號(hào)；受光控制集成電路，構(gòu)成為在一個(gè)芯片上集成由對(duì)所述發(fā)光元件射出的所述光信號(hào)進(jìn)行受光的光電二極管構(gòu)成的受光元件、對(duì)所述受光元件的輸出信號(hào)進(jìn)行放大的放大電路、以及對(duì)所述開關(guān)電源電路的所述開關(guān)動(dòng)作進(jìn)行控制的開關(guān)控制電路，所述受光控制集成電路具備一對(duì)電源供給端子，被供給直流電源電壓；輸出端子，輸出用于控制所述開關(guān)動(dòng)作的開關(guān)控制信號(hào)，所述發(fā)光元件和所述受光控制集成電路以能夠從所述發(fā)光元件向所述受光元件傳遞所述光信號(hào)的方式被密封在一個(gè)封裝件內(nèi)。
2. 如權(quán)利要求l的光耦合器，其中，所述受光控制集成電路在所述一個(gè)芯片內(nèi)，在所述一對(duì)電源供給端 子之間具備電流控制晶體管，該電流控制晶體管對(duì)在所述受光控制集 成電路的所述一對(duì)電源供給端子之間流過的電源電流進(jìn)行控制，該受光 控制集成電路還具備電流控制電路，以所述一對(duì)電源供給端子的端子 間電壓成為預(yù)定的電壓范圍內(nèi)的方式對(duì)流過所述電流控制晶體管的電 流進(jìn)4于控制。
3. 如權(quán)利要求1的光耦合器，其中，所述受光控制集成電路的輸出所述開關(guān)控制電路的所述開關(guān)控制 信號(hào)的輸出驅(qū)動(dòng)電路部、和由所述受光元件與所述放大電路構(gòu)成的受光 電路部在所述一個(gè)芯片內(nèi)，被分散配置在彼此離開對(duì)置的兩邊，在所述 兩電路部之間，配置有所述兩電路部以外的電路。
4. 如權(quán)利要求l的光耦合器，其中，所述受光元件由對(duì)所述光信號(hào)進(jìn)行受光的第一受光元件、和以不對(duì) 所述光信號(hào)進(jìn)行受光的方式受光部被遮蔽并且暗電流特性與所述第一 受光元件相同的第二受光元件這兩個(gè)受光元件構(gòu)成，所述放大電路構(gòu)成為具備對(duì)所述第一受光元件的輸出信號(hào)進(jìn)行放 大的第一放大電路；對(duì)所述第二受光元件的輸出信號(hào)進(jìn)行放大的與所述 第一放大電路的電路結(jié)構(gòu)相同的第二放大電路；對(duì)所述第一放大電路的 輸出和所述第二放大電路的輸出進(jìn)行差動(dòng)放大的差動(dòng)放大電路。
5. 如權(quán)利要求l的光耦合器，其中，所述受光控制集成電路具有覆蓋芯片表面的金屬屏蔽膜，以所述光 信號(hào)能夠入射到所述受光元件的方式，所述金屬屏蔽膜的一部分開口。
6. 如權(quán)利要求l的光耦合器，其中，第一引線框架和第二引線框架在所述一個(gè)封裝件內(nèi)，各自的芯片載 置面在厚度方向離開地設(shè)置，該第一引線框架載置所述發(fā)光元件、并且 具備利用引線接合與所述發(fā)光元件的輸入端子電連接的引線端子，該第 二引線框架載置所述受光控制集成電路，并且具備利用引線接合與所述 受光控制集成電路的所述一對(duì)電源供給端子以及所述輸出端子電連接 的引線端子。
7. 如權(quán)利要求6的光耦合器，其中，以所述第 一 引線框架側(cè)的所述引線接合和所述第二引線框架側(cè)的 所述受光控制集成電路的所述受光元件不在所述厚度方向?qū)χ玫姆绞剑?設(shè)定所述第一引線框架、所述第二引線框架、所述發(fā)光元件、以及所述 受光控制集成電路的在所述一個(gè)封裝件內(nèi)的配置。
8. 如權(quán)利要求6的光耦合器，其中，以所述第一引線框架側(cè)的所述引線接合與所述第二引線框架側(cè)的 所述受光控制集成電路不在所述厚度方向?qū)χ谩⒉⑶宜龅诙€框架 側(cè)的所述引線接合與所述第一引線框架側(cè)的所述發(fā)光元件不在所述厚 度方向?qū)χ玫姆绞?，設(shè)定所述第一引線框架、所述第二引線框架、所述 發(fā)光元件以及所述受光控制集成電路的在所述一個(gè)封裝件內(nèi)的配置。
9. 如權(quán)利要求6的光耦合器，其中，以所述第一引線框架側(cè)的所述引線接合與所述第二引線框架不在 所述厚度方向?qū)χ?、并且所迷笫二引線框架側(cè)的所述引線接合與所述第 一引線框架不在所述厚度方向?qū)χ玫姆绞剑O(shè)定所述第一引線框架、所 述第二引線框架、所述發(fā)光元件以及所述受光控制集成電路的在所述一 個(gè)封裝件內(nèi)的配置。
10. 如權(quán)利要求l的光耦合器，其中，所述發(fā)光元件由GaAlAs化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的發(fā)光二極管構(gòu)成。
11. 如權(quán)利要求l的光耦合器，其中，包含所述發(fā)光元件和所述受光元件間的所述光信號(hào)傳遞的空間的 所述一個(gè)封裝件的樹脂密封部的內(nèi)側(cè)部分，由使所述受光元件的靈敏性波長范圍的光透過的透明樹脂構(gòu)成，包圍所述內(nèi)側(cè)部分的所述樹脂密封 部的外側(cè)部分，由不使所述受光元件的靈敏性波長范圍的光透過的不透 明樹脂構(gòu)成。
12. —種開關(guān)電源電路，具備權(quán)利要求1 ~ 11的任意一項(xiàng)所述的光耦合器； 具有一次繞組和二次繞組的變壓器；降壓元件，使輸入到所述一次繞組的一端的直流電壓降壓，并輸入 到所述光耦合器的所述受光控制集成電路的所述 一 對(duì)電源供給端子的 一側(cè)；開關(guān)動(dòng)作用晶體管，設(shè)置在所述一次繞組的另一端和所述光耦合器 的所述受光控制集成電路的所述 一 對(duì)電源供給端子的另 一 側(cè)之間，由乂人 所述受光控制集成電路的所述輸出端子輸出的所述開關(guān)控制信號(hào)控制 導(dǎo)通截止；設(shè)置在所述二次繞組的兩端間的整流平滑電路； 對(duì)所述整流平滑電路的輸出電壓進(jìn)行檢測(cè)、并作為所述輸出電壓信
13. 如權(quán)利要求12的開關(guān)電源電路，其中，所述降壓元件構(gòu)成為，具備電阻元件、柵極與所述受光控制集成電 路的所述一對(duì)電源供給端子的另一側(cè)連接的耗盡型FET、以及對(duì)基極或 者柵極施加所述一次繞組的一端和所述受光控制集成電路的所述一對(duì) 電源供給端子的另 一 側(cè)之間的中間電壓的晶體管中的至少任意 一 個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及光耦合器及開關(guān)電源電路，能使部件安裝面積及周邊部件變小且能抑制輸出電壓的誤差及功耗。用于將開關(guān)電源電路(1)的二次側(cè)的輸出電壓信息通過光信號(hào)反饋為一次側(cè)的開關(guān)動(dòng)作的控制用的光耦合器(2)具備將基于開關(guān)電源電路(1)的輸出電壓信息射出閃爍的光信號(hào)的發(fā)光元件(4)、由對(duì)所述光信號(hào)進(jìn)行受光的光電二極管構(gòu)成的受光元件(6)、對(duì)受光元件(6)的輸出信號(hào)進(jìn)行放大的放大電路(7)及對(duì)開關(guān)電源電路(1)的開關(guān)動(dòng)作進(jìn)行控制的開關(guān)控制電路(8)集成在一個(gè)芯片上的受光控制集成電路(5)，發(fā)光元件(4)和受光控制集成電路(5)以能從發(fā)光元件(4)向受光元件(6)傳遞所述光信號(hào)的方式被密封在一個(gè)封裝件中。
文檔編號(hào)H02M7/06GK101588136SQ200910138998
公開日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2009年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月21日
發(fā)明者久保勝, 池田雅和 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社