富士時報 Vol.74 No.10 2001 小電力 AC アダプタ用電源 IC 片山 靖（かたやま やすし） まえがき 図１ FA5702P の主な回路ブロック図 AC アダプタは，携帯電子機器の電源供給やバッテリー 5 V レギュ レータ VDD 充電などの用途に多く用いられている商用交流電源を直流 基準電圧 回路 出力に変換するための電源である。AC アダプタに対して 1.18 V バイアス は，従来から小型化，軽量化，低価格化といった要求がな ロジック VIN 内部 電源 UVLO D されてきたが，近年では地球環境問題を背景とした省エネ 50 kHz D ＝0.5 clk ルギー化の流れから，待機電力低減も要求されるように D max blk なってきた。 このような AC アダプタへの要求に対し，富士電機では， 高 精 度 ア ナ ロ グ CMOS（ Complementary Metal Oxide 過熱 保護 FB コンパレータ 発振器 1.18 V S − − ＋ Q R ドライバ Rs Semiconductor） デ バ イ ス で 構 成 し た PWM（ Pulse S Width Modulation）制御回路と 700 V 耐圧パワー MOS FET（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）をワンチップ化することにより，AC アダプタの小 表１ FA5702P の主な電気的特性 型化，低価格化，低消費電力，高信頼性を実現する，スイッ 項 目 チング電源制御用パワー IC（Integrated Circuit）の開発 および製品化を行っている。 特 性 ド レ イ ン 耐 圧 700 V（最小） パワー MOSFET オ ン 抵 抗 20 Ω （標準） 本稿では，5 W クラスの小電力 AC アダプタへの適用を 電 源 電 圧 500 V（最大） 目的として開発したスイッチング電源制御用パワー IC VDD 端 子 電 圧 5 V （標準） ｢FA5702P｣ について，その概要を紹介する。 発 振 周 波 数 50 kHz（標準） 制 御 回 路 特 長 図１ に FA5702P の回路ブロック図， 表１ に主な電気的 最大デューティ比 50 ％ （標準） 制 限 電 流 350 mA（標準） 動作時消費電流 200 A（標準） 停止時消費電流 60 A （標準） 特性を示す。 AC アダプタの待機電力低減においては，常時動作して いる制御回路部の消費電力をいかに小さくするかといった に電源を供給するために従来必要であった変圧器三次巻 ことが大きな課題となっている。FA5702P は，回路の大 線，整流用ダイオード，コンデンサなどの外部回路が不 幅な低消費電流化や最適化により，200 μA（動作時）の 低消費電流を実現している。 以下に，FA5702P の主な特長を記す。 （1） パワー MOSFET と制御回路をワンチップ化 （2 ） 新設計の制御回路により低消費電流 200 μA（動作時） を実現 耐圧は最大 700 V で，AC100 V から AC240 V までワー ルドワイドな商用交流電源に対応可能 （5） 安定度，周波数応答，軽負荷時の変圧器音鳴り発生の 抑制に優れるピーク電流制御方式電流モード PWM 制 （3） 整流回路高圧部から IC 内部電源として直接給電。IC 片山 靖 パワーエレクトロニクス製品の開 発を経て，スイッチング電源制御 IC の開発に従事。現在， （株） 富 士電機総合研究所デバイス技術研 究所。電気学会会員。 554（10） 要で，AC アダプタの回路構成の簡略化が可能 （4 ） 電源電圧は最大 500 V，パワー MOSFET のドレイン 御を採用 富士時報 小電力 AC アダプタ用電源 IC Vol.74 No.10 2001 （6 ） 保護機能内蔵：過電流制限，過熱保護，低電圧誤動作 応用回路例 防止（UVLO ： Under Voltage Lock-Out） 図２にチップの外観，図３にパッケージの外観を示す。 図２ に示す上半分が 700 V 耐圧パワー MOSFET，下半 図４に FA5702P を用いた AC アダプタの応用回路例を 分が制御回路部となっている。パッケージには標準外形の 示す。回路構成は小電力 AC アダプタで多く用いられてい DIP（Dual In-line Package）を採用している。 るフライバックコンバータ方式で，入力は AC90 ∼ 264 V， 出力は DC5.8 V/800 mA である。 FA5702P は，スイッチ用パワー MOSFET を内蔵して おり，電源は図４のように整流回路高圧部から直接給電す る。このため，一般的なスイッチング電源制御用 IC で必 図２ チップの外観 要とされるパワー MOSFET や変圧器三次巻線，整流用ダ イオード，コンデンサなどから構成される電源供給用回路， 起動回路などが不要であり，従来タイプの IC を使用した 場合に比べて少ない部品点数で AC アダプタを構成できる。 図５に定格出力時における動作波形を示す。このように， PWM 制御によって出力電圧を制御しつつ，安定に動作し ていることが確認できる。 図６，図７に無負荷時における動作波形を示す。無負荷 時には，図に示すように間欠発振動作に移行する。このと 図５ 動作波形（定格出力時） V IN＝100 V，V OUT＝5.77 V，I OUT＝0.78 A 図３ パッケージの外観 V OUT 0 V DS 0 ID V OUT：5 V/div 0 V DS：250 V/div I D：0.2 A/div 20 s/div 図４ 応用回路例 D1 T1 R2 D3 L1 I OUT C4 C5 ＋ ＋ C6 V OUT VIN D2 D VDD V IN ＋ V DC C1 R1 FA5702P C2 R3 R4 PC1 FB C7 S C3 IC1 VR1 555（11） 富士時報 小電力 AC アダプタ用電源 IC Vol.74 No.10 2001 図６ 動作波形（無負荷時，拡大） 図８ 応用回路で測定した効率 100 V IN＝100 V，V OUT＝5.77 V，I OUT＝0 A 80 ID V DS 効率η（％） V OUT V OUT：5 V/div 0 60 40 0 V DS：250 V/div 20 入力電圧 V IN＝100 V（AC） 出力電圧 V OUT＝5.78 V 0 0 0 I D：0.2 A/div 200 400 600 800 出力電流 I OUT（mA） 20 s/div 図９ 応用回路で測定した損失 101 図７ 動作波形（無負荷時，全体） 損失 P IN - P OUT（W） V IN＝100 V，V OUT＝5.77 V，I OUT＝0 A V DS V DS：100 V/div 0 100 10−1 待機電力38.8 mW 間欠発振周期：91.3 Hz ID 10−2 0 200 入力電圧 V IN＝100 V（AC） 出力電圧 V OUT＝5.78 V 400 600 800 出力電流 I OUT（mA） I D：0.04 A/div 0 1 ms/div あとがき 5 W クラスの小電力 AC アダプタへの適用を目的として き間欠発振周波数は可聴周波数帯域まで低下しているが， 開発したスイッチング電源制御用パワー IC ｢FA5702P｣ FA5702P においては，電流モード PWM 制御によりピー について，その概要を紹介した。 ク電流が低い値に制御されるため，変圧器鉄心に励磁され 本 IC は，パワー MOSFET を内蔵し，消費電流が小さ る磁束の変化も低く抑えられ，変圧器鉄心からの可聴音発 いという特長を持つ。このため，AC アダプタの待機電力 生を抑制できる。 低減や部品点数の削減に有用である。 図４の回路において測定した効率を図８，損失を図９に 富士電機では，スイッチング電源制御用パワー IC の用 示す。回路の効率および損失は，変圧器や出力電圧フィー 途別，出力別の系列拡充を進め，さらなる市場の要求にこ ドバック回路などの部品選定によって大きく変動するが， たえていく所存である。 図４の応用回路では，38.8 mW の低い待機電力を実現して いる。 参考文献 （1） 佐藤満，多田元．700 V 耐圧電源用パワー IC．電子技術． vol.43，no.5，2001，p.114- 115． 556（12） ＊本誌に記載されている会社名および製品名は，それぞれの会社が所有する 商標または登録商標である場合があります。