JP2006148987A - Switching regulator circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、入力電圧を昇圧して出力する昇圧スイッチング電源回路において、スイッチング電源回路の起動時の突入電流の低減技術に関する。 The present invention relates to a technology for reducing an inrush current when a switching power supply circuit is started in a step-up switching power supply circuit that boosts and outputs an input voltage.
近年、電子機器の小型化に伴い、その電子機器の電力供給源にバッテリーが使用されるのが一般的になっている。バッテリーの電圧は、その放電時間(使用時間)によって変化するため、通常は電子機器にスイッチング電源回路を内蔵し、電圧を安定化する必要がある。また、長時間動作を達成するために、より低いバッテリーの電圧での動作が、近年ますます強く要望されている。 In recent years, with the miniaturization of electronic devices, batteries are generally used as power supply sources for the electronic devices. Since the voltage of the battery varies depending on the discharge time (use time), it is usually necessary to stabilize the voltage by incorporating a switching power supply circuit in the electronic device. Also, in order to achieve long-time operation, there has been an increasing demand for operation with a lower battery voltage in recent years.
従来のスイッチング電源回路としては(特許文献1)などを挙げることができる。
しかしながら(特許文献1)の構成では、起動の直後に大きなパルス幅で発振を開始することになり、回路起動の直後から大きなパルス幅で発振を開始すると、スイッチング電源回路を駆動する入力電源からは流れ出す入力電源電流として大きな電流が必要になる。また、この大きな入力電源電流は突入電流となり、入力電源としてバッテリーを使用する場合に、起動時に大電流を消費すると、バッテリーの劣化、破損の恐れがある。 However, in the configuration of (Patent Document 1), oscillation starts with a large pulse width immediately after startup, and when oscillation starts with a large pulse width immediately after circuit startup, the input power source that drives the switching power supply circuit A large current is required as the input power supply current that flows out. Further, this large input power source current becomes an inrush current, and when a battery is used as the input power source, if a large current is consumed at the time of startup, the battery may be deteriorated or damaged.
そこで、低入力電圧でも動作する起動発振回路を用いた場合においても、起動の直後の突入電流を防止でき、スイッチング電源回路の構成要素であるチョークコイル、スイッチング用パワートランジスタの劣化、破損から保護できる電源回路として図9と図10に示す構成が考えられる。 Therefore, even when a startup oscillation circuit that operates even at a low input voltage is used, an inrush current immediately after startup can be prevented, and the choke coil and switching power transistor that are components of the switching power supply circuit can be protected from deterioration and damage. The configuration shown in FIGS. 9 and 10 can be considered as the power supply circuit.
図9に示したスイッチング電源回路は、入力電源6からの入力電源電流I6によって駆動されて出力端子25に出力電圧を出力するように構成されている。スイッチング手段26は、N型MOSなどによって構成されるスイッチング用パワートランジスタ5と、チョークコイル7と、整流用ダイオード8と、出力平滑容量9とで構成されている。
The switching power supply circuit shown in FIG. 9 is configured to be driven by an input power supply current I6 from the
パワートランジスタ5に入力されるゲート信号は、第1の信号発生回路27の出力に発生する第1のパルスP1と第2の信号発生回路1の出力に発生する第2のパルスP2のうちのいずれかを、駆動回路2が選択してスイッチング手段26のパワートランジスタ5を駆動する。駆動回路2の切り替えは、出力電圧モニタ回路4によって制御されている。11は基準電圧である。
The gate signal input to the
駆動回路2は、出力電圧によりパルス幅制御を行う発振器の一例である第2の信号発生回路1の出力信号または第1の信号発生器27の出力の何れかをパワートランジスタ5のゲートに供給する。第2の信号発生回路1の出力信号は、出力端子25に出力電圧を抵抗21で分圧した分圧電圧V21が目標電圧値に近づくようにパルス幅が変化する。
The
起動用発振器26は、定電流源13と、コンデンサ14と、リングオシレータ15と、コンパレータ16と、インバータ17,18,19と、AND回路20とで構成されている。
The starting
図10に基づいてさらに詳しく説明する。
起動の直後においては、定電流源13によりコンデンサ14が充電される。これにより、コンデンサ14の端子電圧は図10に示すように所定の傾きで電圧(b)が上昇する。また、リングオシレータ15のノード電圧(a)も起動の直後から図10(a)に示すように発振を開始する。
This will be described in more detail based on FIG.
Immediately after startup, the
インバータ17,18,19の直列回路は、リングオシレータ15のノード電圧(a)を入力信号とし、出力には図10のように一定のパルス幅の信号(d)が発生する。
電圧(b)が非反転入力(+)に印加され反転入力(−)にリングオシレータ15のノード電圧(a)が印加されたコンパレータ16の出力には、図10の信号(c)に示すように、前記信号(d)と同相で動作すると共に前記電圧(b)の上昇に伴ってパルス幅が徐々に広がって行き、コンデンサ14が所定の値まで充電した後は“H”レベルのままの状態となる。
The series circuit of the
The output of the
そのため、前記信号(d)と前記信号(c)を入力とするAND回路20の出力(e)は、図10に示すように初期充電時には、信号(c)が信号(d)に比べパルス幅が小さいため支配的になりパルス幅が徐々に広がっていき、所定充電の後には信号(c)が“H”レベルのままになるため一定のパルス幅で動作する(d)が支配的になりパルス幅が一定になり、その結果、出力(e)はソフトスタート動作をする。
Therefore, the output (e) of the
したがって、起動の直後には駆動回路2がパワートランジスタ5のゲートにソフトスタート動作の出力(e)を供給し、その後に第2の信号発生回路1の出力信号をパワートランジスタ5のゲートに供給するので、低入力電圧の場合でも動作する強制発振回路を前記第2の信号発生回路1として用いた場合においても、入力電源6からスイッチング手段26への突入電流を防止することができ、入力電源6の保護、及びチョークコイル7、パワートランジスタ5を保護できる。
Therefore, immediately after startup, the
図9の第1の信号発生器27の動作中は、スイッチングパルス幅が徐々に広がっていくソフトスタート動作を行うので、入力電源6からスイッチング手段26への突入電流を防止することができるが、出力電圧によりパルス幅制御を行う第2の信号発生回路1の出力に駆動回路2がゲート信号を切り替えるタイミングで、突入電流が流れてしまうという不具合が発生してしまう。この不具合発生について、図11を用いて説明する。
During the operation of the
図11において、30はエラーアンプ、12は基準電圧、31はPWMコンパレータ、32は前記リングオシレータ15などで構成される三角波発振回路、33は最大デューティ比設定電圧である。
In FIG. 11, 30 is an error amplifier, 12 is a reference voltage, 31 is a PWM comparator, 32 is a triangular wave oscillation circuit constituted by the
ここでデューティ比とは、PWMコンパレータ31から出力されるパルスにおいて、次の比を示したものである。
デューティ比 = (“H”パルス幅 )/(パルス周期)
以降、この定義のもとにデューティ比という言葉を使用する。
Here, the duty ratio indicates the following ratio in the pulse output from the
Duty ratio = (“H” pulse width) / (pulse period)
Hereinafter, the term duty ratio is used under this definition.
スイッチング電源回路の起動の直後は、第1の信号発生器27が前記のようにフトスタート動作して出力電圧は昇圧されて行き、エラーアンプ30、三角波発振回路32、PWMコンパレータ31で構成される信号発生回路の動作下限電圧である出力電圧モニタ回路4のスレッシュ電圧に到達するため、スイッチング制御は駆動回路2が切り替わることにより第1の信号発生回路27からPWMコンパレータ31の制御側に切り替わる。
Immediately after activation of the switching power supply circuit, the
このとき、初めてエラーアンプ30、基準電圧12、PWMコンパレータ31、三角波発生回路32が、起動開始するので、完全に起動するまでにはある一定時間を要する。この起動時間中は、エラーアンプ30の出力は不定となり、その結果、PWMコンパレータ31から出力されるパルスのデューティ比も不定となっている。また、エラーアンプ30、基準電圧12、PWMコンパレータ31、三角波発生回路32の起動後も、昇圧出力電圧と抵抗21で決定されるエラーアンプ30の反転入力端子の電圧は、基準電圧12より低いので、エラーアンプ30の出力は、“H”レベルに張り付いている。PWMコンパレータ31から出力されるパルスのデューティ比は、エラーアンプ30の出力電圧レベルに応じて変化する。
At this time, the error amplifier 30, the
具体的には、図11に示すように、エラーアンプ30の出力と三角波発振回路32と最大デューティ設定電圧31がPWMコンパレータ31に入力され、デューティ信号を生成している。エラーアンプ30の起動直後は、前記説明のとおり、エラーアンプ30の出力は“H”に張り付いているので、三角波発振回路32の三角波出力のピーク電圧より高くなっている。このため、PWMコンパレータ31の出力であるパルスのデューティ比は、最大デューティ設定電圧33と三角波発振回路32で決定される最大デューティ比となる。
Specifically, as shown in FIG. 11, the output of the
つまり、エラーアンプ30の起動直後は、スイッチング用パワートランジスタ5が最大デューティ比のパルスでスイッチングされ、スイッチング用パワートランジスタ5のオン時に入力電源6から突入電流が流れてしまうのである。このときの突入電流が、入力電源6の劣化、破損、及び、チョークコイル7、スイッチング用パワートランジスタ5の劣化、破損の原因となる。
That is, immediately after the
突入電流流入後、昇圧出力電圧が上昇し、所定の制御電圧に到達すると、エラーアンプ30は仮想接地状態となり、突入電流も解消する。
本発明は、突入電流を低減してスイッチング手段を保護できるスイッチング電源回路を提供することを目的とする。
After the inrush current flows, when the boosted output voltage rises and reaches a predetermined control voltage, the
An object of this invention is to provide the switching power supply circuit which can reduce a rush current and can protect a switching means.
本発明の請求項1に記載のスイッチング電源回路は、入力電圧をスイッチング手段でスイッチングして昇圧して出力する昇圧型スイッチング電源回路であって、前記入力電圧で動作し、所定のパルス幅を有する第1のパルスを出力する第1の信号発生回路と、前記昇圧出力で動作し前記昇圧出力に応じたパルス幅を有する第2のパルスを出力する第2の信号発生回路と、前記昇圧出力に応じて前記第1のパルスと前記第2のパルスのいずれかを選択してスイッチング手段を駆動する駆動回路とを有し、前記第2の信号発生回路は、前記駆動回路が前記第2のパルスを選択してからの所定のパルス制限期間だけ前記第2のパルスのパルス幅を前記昇圧出力に依らず制限するよう構成したことを特徴とする。
The switching power supply circuit according to
本発明の請求項2に記載のスイッチング電源回路は、請求項1において、前記第2の信号発生回路は、前記駆動回路が前記第1のパルスを選択している時は休止状態であり、前記パルス制限期間を少なくとも前記第2の信号発生回路が安定動作するまでの期間に設定したことを特徴とする。 The switching power supply circuit according to a second aspect of the present invention is the switching power supply circuit according to the first aspect, wherein the second signal generation circuit is in a pause state when the driving circuit selects the first pulse, The pulse limiting period is set to at least a period until the second signal generating circuit stably operates.
本発明の請求項3に記載のスイッチング電源回路は、請求項2において、前記第2の信号発生回路は、前記パルス制限期間をカウンタ回路またはCR遅延回路で設定したことを特徴とする。 A switching power supply circuit according to a third aspect of the present invention is the switching power supply circuit according to the second aspect, wherein the second signal generation circuit sets the pulse limit period by a counter circuit or a CR delay circuit.
本発明の請求項4に記載のスイッチング電源回路は、請求項1において、前記第2の信号発生回路は、前記パルス制限期間において前記第2のパルスを発生させないよう構成したことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the switching power supply circuit according to the first aspect, wherein the second signal generation circuit is configured not to generate the second pulse during the pulse limiting period.
本発明の請求項5に記載のスイッチング電源回路は、請求項1において、前記第2の信号発生回路は、前記駆動回路が前記第2のパルスを選択してからの時間の経過とともに前記第2のパルスのパルス幅を徐々に広くするよう構成したことを特徴とする。 A switching power supply circuit according to a fifth aspect of the present invention is the switching power supply circuit according to the first aspect, wherein the second signal generation circuit is configured such that the second signal generation circuit is the second signal as time passes after the driving circuit selects the second pulse. The pulse width of this pulse is configured to be gradually increased.
本発明によれば、突入電流を低減することができ、入力電源の保護、及びスイッチング手段を構成するチョークコイル、スイッチング用パワートランジスタの保護ができる。 According to the present invention, the inrush current can be reduced, the input power supply can be protected, and the choke coil and the switching power transistor constituting the switching means can be protected.
以下、本発明の各実施の形態を図1〜図8に基づいて説明する。
なお、図9,図11で説明したものと同様の作用をなすものには同一の符号を付けて説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to what has the effect | action similar to what was demonstrated in FIG.
(実施の形態1)
図1と図2と図3と図4は本発明の(実施の形態1)を示す。
入力電源6で駆動されるスイッチング手段26は、スイッチング用パワートランジスタ5と、チョークコイル7と、整流用ダイオード8と、出力平滑用容量9とで構成されている。パワートランジスタ5のゲートに入力される信号は、駆動回路2によって選択される。駆動回路2の入力には、第1の信号発生回路27が発生する第1のパルスP1と第2の信号発生回路1が発生する第2のパルスP2が供給されている。出力端子25に発生する昇圧出力を電源電圧として動作している駆動回路2の切替制御は、出力電圧モニタ回路4が前記スイッチング手段26の出力端子25の昇圧出力電圧をモニターして切り替えている。
(Embodiment 1)
1, FIG. 2, FIG. 3 and FIG. 4 show (Embodiment 1) of the present invention.
The switching means 26 driven by the
ここで第1の信号発生回路27は電源ライン101を介して入力電源6から電源電圧が印加されて動作し、所定のパルス幅を有する第1のパルスP1を出力する。第2の信号発生回路1は、出力端子25の昇圧出力電圧が電源ライン102を介して電源として印加されて動作し、出力電圧モニタ回路4の出力をモニターして前記駆動回路2が第2のパルスP2を選択してからの所定のパルス制限期間だけ第2のパルスP2のパルス幅を出力端子25の昇圧出力電圧に依らずパルス幅を制限して出力し、その後は出力端子25の昇圧出力電圧に応じたパルス幅を有する第2のパルスP2を出力するよう構成されている。
Here, the first
上記のように構成されたスイッチング電源回路の起動時の動作を説明する。
スイッチング電源回路の起動の直後は、出力端子25の昇圧出力電圧が、
(入力電源6の電圧 − 整流用ダイオード8の順方向電圧Vf)
で決定されており、例えば入力電源6が乾電池2本直列の場合には、乾電池1本の終止電圧を0.8ボルトとすると、起動直後の昇圧出力電圧は
1.6ボルト − 0.2ボルト = 1.4ボルト
と低い電圧となっている。
The operation at the time of starting the switching power supply circuit configured as described above will be described.
Immediately after starting the switching power supply circuit, the boosted output voltage of the
(Voltage of input power supply 6-forward voltage Vf of rectifying diode 8)
For example, when the
この低い電圧は、第2の信号発生回路1の動作下限電圧以下なので、起動の直後は、第2の信号発生回路1は動作しない。このため、他の経路で、出力電圧を上げる必要がある。このため、入力電源6を直接の電源とし、前記乾電池2本の終止電圧1.6ボルトにおいても動作可能な第1の信号発生回路27を使用する。
Since this low voltage is lower than the operation lower limit voltage of the second
スイッチング電源回路の起動の直後は、この低い電源電圧でも動作可能な第1の信号発生回路27が所定のデューティ比の第1のパルスP1を出力し、駆動回路2を介してパワートランジスタ5のゲートに第1のパルスP1が印加されてスイッチングし、パワートランジスタ5がオンしている区間においては、入力電源6から電流がチョークコイル7に流れてエネルギーが蓄積され、パワートランジスタ5がオフしている区間においては、チョークコイル7に蓄積されたエネルギーが整流用ダイオード8を経て出力平滑容量9に移動されることにより、出力電圧が上昇する。
Immediately after activation of the switching power supply circuit, the first
この一連の第1の信号発生回路27が出力する所定デューティ比のパルスのスイッチング動作によって、出力電圧は上昇していく。出力電圧が上昇していき、第2の信号発生回路1の動作可能な電圧である出力電圧モニタ回路4のスレッシュ電圧まで到達すると、駆動回路2が第2の信号発生回路1の側に切り替わる。
The output voltage rises by the switching operation of a pulse having a predetermined duty ratio output from the series of first
この切り替わりの直後から所定の期間には、第2の信号発生回路1の出力パルスのデューティ比を出力端子25の昇圧出力電圧だけで決定せずに制限するように構成されているので、図11で説明したような接続タイミングでのパルスのデューティ比の跳ね上がりを抑えることができる。
Since the duty ratio of the output pulse of the second
前記所定の期間の後に、第2の信号発生回路1の出力パルスのデューティ比の制限は解除されるが、解除後からスイッチング電源回路の起動が終了し、定常状態に到達するまでのパルスのデューティ比変化は、第2の信号発生回路1、パワートランジスタ5、チョークコイル7、整流用ダイオード8、出力平滑容量9、で構成されるスイッチング電源回路全体のループ周波数特性で決定される動作をするため、第2の信号発生回路1の出力パルスのデューティ比は徐々に増加していき、定常状態に到達し、パルスのデューティ比が高い領域を通過することはない。
After the predetermined period, the restriction on the duty ratio of the output pulse of the second
これによってパワートランジスタ5のオン時間が制限されるため、入力電源6からの突入電流を低減することが可能となる。結果として、入力電源6の保護、及びチョークコイル7、スイッチング用パワートランジスタ5の保護をすることが可能となる。
As a result, the on-time of the
第2の信号発生回路1は、図2に示すように構成されている。
12は基準電圧、30はエラーアンプ、31はPWM信号を生成するPWMコンパレータ、32は三角波発振回路、33は最大デューティ比設定電圧、34は所定の期間にわたって前記エラーアンプ30の出力を制限するエラーアンプ出力電圧制限回路、21は出力電圧を決定する抵抗である。
The second
12 is a reference voltage, 30 is an error amplifier, 31 is a PWM comparator that generates a PWM signal, 32 is a triangular wave oscillation circuit, 33 is a maximum duty ratio setting voltage, and 34 is an error that limits the output of the
スイッチング電源回路の起動時には、第1の信号発生回路27の所定デューティ比の第1のパルスP1でスイッチングして昇圧していき、出力電圧モニタ回路4によって、駆動回路2を第2の信号発生回路1側に切替るまでは、図1で説明したように動作する。この切替り直後より、第2の信号発生回路1、すなわち、基準電圧12、エラーアンプ30、PWMコンパレータ31、三角波発振回路32が動作開始するため、これらのブロックが安定動作するまでの起動時間が必要になる。
When the switching power supply circuit is started, the voltage is switched and boosted by the first pulse P1 having a predetermined duty ratio of the first
また、これらのブロックが起動後も昇圧出力電圧と抵抗21で決定されるエラーアンプ30の反転入力端子の電圧は、基準電圧12よりも低い電圧となっているため、エラーアンプ30の動作として、エラーアンプ30の出力電圧は“H”レベル、つまりエラーアンプ30として出力できる最大電圧となろうとする。エラーアンプ出力電圧制限回路34を設けなかった場合には、エラーアンプ30の出力の“H”レベルを後段のPWMコンパレータ31に伝達すると、図3(a)に示すように、エラーアンプ30の出力電圧は44のようになり、最大デューティ比設定電圧43よりも高い電圧になってしまい、PWMコンパレータ31から出力される第2のパルスP2のデューティ比は45のように三角波発振回路32の出力と最大デューティ比設定電圧43のみで決定される最大デューティ比となってしまう。
In addition, since the voltage of the inverting input terminal of the
これに対して、エラーアンプ出力電圧制限回路34を設けた構成では、図3(b)に示すように駆動回路2が第2の信号発生回路1の側に切り替わった直後から所定の期間(図3(b)の期間A)、エラーアンプ30の出力電圧を所定の低い電圧に制限し、期間Aの終了の後に、エラーアンプ30の出力電圧の制限は解除される。
On the other hand, in the configuration in which the error amplifier output
期間Aにおいては、PWMコンパレータ31から出力される第2のパルスP2のデューティ比は低い値に制限されているため、この期間Aにおいて、突入電流は抑制することができる。
In the period A, since the duty ratio of the second pulse P2 output from the
エラーアンプ30の出力電圧解除後は期間Bに移行するが、期間Aにおいてエラーアンプ30の出力電圧を所定の低い電圧に制限していたため、期間Bの開始時は、エラーアンプ30の出力電圧は所定の低い電圧から開始する。
After the output voltage of the
この状態から定常状態に向けてデューティ比が増加していくのであるが、この動作は、エラーアンプ30、PWMコンパレータ31、スイッチング用パワートランジスタ5、チョークコイル7、出力平滑容量9、抵抗21で構成されるスイッチング電源回路全体のループ周波数特性で決定される応答速度でエラーアンプ30の出力電圧は増加していく。この増加に伴って、PWMコンパレータ31の出力パルスのデューティ比は徐々に増加し、出力電圧も増加していき、定常状態Cの期間に到達する。
The duty ratio increases from this state toward the steady state. This operation is composed of an
このように、高いデューティ比の領域を通過することなく、起動から定常状態まで到達するので、突入電流は抑制され、結果として、入力電源6の保護、及びチョークコイル7、スイッチング用パワートランジスタ5の保護をすることが可能となる。
In this way, since it reaches from the start to the steady state without passing through the high duty ratio region, the inrush current is suppressed. As a result, the
図4は図2におけるエラーアンプ出力電圧制限回路34を示す。
35はカウンタ、36はS−Rラッチ、37はエラーアンプ出力制限回路、48は図2の三角波発振回路32から生成されるクロックである。
FIG. 4 shows the error amplifier output
35 is a counter, 36 is an S-R latch, 37 is an error amplifier output limiting circuit, and 48 is a clock generated from the triangular
このようにエラーアンプ出力電圧制限回路34を構成したため、昇圧出力電圧が第1の信号発生回路27によって上昇して出力電圧モニタ回路4のスレッシュ電圧まで到達すると、S−Rラッチ36がセットされ、エラーアンプ出力制限回路37が動作し、エラーアンプ30の出力が所定の電圧に制限されると同時に、カウンタ35はクロック48で所定の期間のカウントを開始する。
Since the error amplifier output
カウンタ35が、所定の期間をカウント終了するとS−Rラッチ36はリセットされ、エラーアンプ出力制限回路37は動作停止し、エラーアンプ30の出力制限は解除される。
When the counter 35 finishes counting a predetermined period, the
(実施の形態2)
図5は図2におけるエラーアンプ出力電圧制限回路34の別の例を示す。
38はインバータ、39はスイッチトランジスタ、40は遅延時間設定容量、41は遅延時間設定抵抗、42はシュミットバッファ、36はS−Rラッチ、37はエラーアンプ出力制限回路である。
(Embodiment 2)
FIG. 5 shows another example of the error amplifier output
このようにエラーアンプ出力電圧制限回路34を構成したため、昇圧出力電圧が第1の信号発生回路27によって上昇して出力電圧モニタ回路4のスレッシュ電圧まで到達すると、S−Rラッチ36はセットされ、エラーアンプ出力制限回路37が動作し、エラーアンプ30の出力が所定の電圧に制限されると同時に、スイッチトランジスタ39はオフし、遅延時間設定抵抗41、遅延時間設定容量40のCRによる遅延時間設定容量40への充電が開始される。
Since the error amplifier output
遅延時間設定容量40の電圧がシュミットバッファ42のスレッシュ電圧を越えるとS−Rラッチ36はリセットされ、エラーアンプ出力制限回路37は動作停止し、エラーアンプ30の出力制限は解除される。
When the voltage of the delay
(実施の形態3)
図6と図7は図2におけるエラーアンプ出力電圧制限回路34の別の例を示す。
35はカウンタ、36はS−Rラッチ、46はエラーアンプ出力スイッチトランジスタ、48は図2の三角波発振回路32から生成されるクロックである。
(Embodiment 3)
6 and 7 show another example of the error amplifier output
このようにエラーアンプ出力電圧制限回路34を構成したため、昇圧出力電圧が図2の第1の信号発生回路27によって上昇して出力電圧モニタ回路4のスレッシュ電圧まで到達すると、S−Rラッチ36はセットされ、エラーアンプ出力スイッチトランジスタ46がオンし、エラーアンプ30の出力が接地と導通されると同時に、カウンタ35はクロック48で所定の期間のカウントを開始する。カウンタ35が所定の期間をカウント終了するとS−Rラッチ36はリセットされ、エラーアンプ出力スイッチトランジスタ46はオフし、エラーアンプ30の出力制限は解除される。
Since the error amplifier output
図7は、駆動回路2が第2の信号発生回路1の側に切り替わった直後からのデューティ比の変化を示す。
所定の期間(図7の期間A)エラーアンプ30の出力電圧を接地と導通し、期間Aの終了の後、エラーアンプ30の出力電圧の制限は解除される。期間Aにおいては、PWMコンパレータ31から出力されるパルスのデューティ比はゼロに制限されているため、この期間Aにおいて、突入電流は抑制することができる。エラーアンプ30の出力電圧解除後は期間Bに移行するが、期間Aにおいてエラーアンプ30の出力電圧を接地電圧に導通していたため、期間Bの開始時は、エラーアンプ30の出力電圧は接地電圧から開始する。この状態から定常状態に向けてデューティ比が増加していくのであるが、この動作は、エラーアンプ30、PWMコンパレータ31、スイッチング用パワートランジスタ5、チョークコイル7、出力平滑容量9、抵抗21で構成されるスイッチング電源回路全体のループ周波数特性で決定される応答速度でエラーアンプ30の出力電圧は増加していく。この増加に伴って、PWMコンパレータ31の出力パルスのデューティ比は徐々に増加し、出力電圧も増加していき、定常状態Cの期間に到達する。
FIG. 7 shows a change in the duty ratio immediately after the
The output voltage of the
このように高いデューティ比の領域を通過することなく、起動から定常状態まで到達するので突入電流は抑制され、結果として入力電源6の保護、及びチョークコイル7、スイッチング用パワートランジスタ5の保護をすることが可能となる。
In this way, the current reaches from the start to the steady state without passing through the high duty ratio region, so that the inrush current is suppressed. As a result, the
(実施の形態4)
図8は図1に示した(実施の形態1)の第1の信号発生器27の具体的な構成を示している。
(Embodiment 4)
FIG. 8 shows a specific configuration of the
13は定電流源、14はコンデンサ、15はリングオシレータ、16はコンパレータ、17,18,19はインバータ、20はAND回路であり、これらの構成要素で第1の信号発生回路27を形成している。
13 is a constant current source, 14 is a capacitor, 15 is a ring oscillator, 16 is a comparator, 17, 18 and 19 are inverters, and 20 is an AND circuit. These components form a first
スイッチング電源回路の起動の直後においては定電流源13によりコンデンサ14が充電される。これにより、コンデンサ電圧(b)は図10のように上昇する。リングオシレータにより、(a)(d)のノードの電圧は図10のように動作し、(d)は一定のパルス幅で動作する。一方、(a)(b)を入力とするコンパレータ16の出力(c)は、一定のパルス幅で動作する(d)と同相で動作し、また、前記コンデンサ電圧(b)が上昇するため、その結果パルス幅が徐々に広がっていき、コンデンサ14が所定の値まで充電した後はハイのままの状態となる。そのため、一定のパルス幅で動作する(d)と、この(d)と同相で動作するコンパレータ16の出力(c)を入力とするAND回路の出力(e)は、初期充電時にはコンパレータ16の出力(c)が一定のパルス幅で動作する(d)に比べパルス幅が小さいため支配的になりパルス幅が徐々に広がっていき、所定充電の後にはコンパレータ16の出力(c)が“H”レベルのままになるため一定のパルス幅で動作する(d)が支配的になりパルス幅が一定になり、その結果、前記AND回路20出力(e)はソフトスタート動作をする。このようにスイッチング電源回路起動直後から動作する第1の信号発生回路27の出力パルスのデューティ比が徐々に大きくなるので、第1の信号発生回路動作中の突入電流も低減することができる。
Immediately after starting the switching power supply circuit, the
出力電圧が上昇し、第2の信号発生回路1に駆動回路2が切り替わった後の動作は(実施の形態1)と同一であるためここでは説明を省略する。
このように、高いデューティ比の領域を通過することなく、起動から定常状態まで到達するので、突入電流は抑制され、結果として、入力電源6の保護、及びチョークコイル7、スイッチング用パワートランジスタ5の保護をすることが可能となる。
Since the operation after the output voltage rises and the
In this way, since it reaches from the start to the steady state without passing through the high duty ratio region, the inrush current is suppressed. As a result, the
本発明は、低入力電圧アプリケーションに使用できるスイッチング電源回路を搭載した各種の携帯用装置の信頼性の向上に寄与できる。 The present invention can contribute to the improvement of the reliability of various portable devices equipped with a switching power supply circuit that can be used in low input voltage applications.
1 第2の信号発生回路
2 駆動回路
4 出力電圧モニタ回路
5 スイッチング用パワートランジスタ
6 入力電源
7 チョークコイル
8 整流用ダイオード
9 出力平滑容量
25 出力端子
26 スイッチング手段
27 第1の信号発生回路
P1 第1のパルス
P2 第2のパルス
34 エラーアンプ出力電圧制限回路
35 カウンタ回路
36 S−Rラッチ
37 エラーアンプ出力制限回路
41 遅延時間設定抵抗
42 シュミットバッファ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記入力電圧で動作し、所定のパルス幅を有する第1のパルスを出力する第1の信号発生回路と、
前記昇圧出力で動作し前記昇圧出力に応じたパルス幅を有する第2のパルスを出力する第2の信号発生回路と、
前記昇圧出力に応じて前記第1のパルスと前記第2のパルスのいずれかを選択してスイッチング手段を駆動する駆動回路と
を有し、前記第2の信号発生回路は、
前記駆動回路が前記第2のパルスを選択してからの所定のパルス制限期間だけ前記第2のパルスのパルス幅を前記昇圧出力に依らず制限するよう構成した
スイッチング電源回路。 A step-up switching power supply circuit that switches an input voltage by a switching means to step up and output the voltage,
A first signal generating circuit that operates with the input voltage and outputs a first pulse having a predetermined pulse width;
A second signal generation circuit that operates with the boost output and outputs a second pulse having a pulse width corresponding to the boost output;
A drive circuit that selects one of the first pulse and the second pulse in accordance with the boost output and drives a switching unit; and the second signal generation circuit includes:
A switching power supply circuit configured to limit a pulse width of the second pulse for a predetermined pulse limit period after the drive circuit selects the second pulse without depending on the boost output.
前記駆動回路が前記第1のパルスを選択している時は休止状態であり、前記パルス制限期間を少なくとも前記第2の信号発生回路が安定動作するまでの期間に設定した
請求項1記載のスイッチング電源回路。 The second signal generation circuit includes:
2. The switching according to claim 1, wherein the driving circuit is in a pause state when the first pulse is selected, and the pulse limit period is set to at least a period until the second signal generation circuit stably operates. Power supply circuit.
前記パルス制限期間をカウンタ回路またはCR遅延回路で設定した
請求項2記載のスイッチング電源回路。 The second signal generation circuit includes:
The switching power supply circuit according to claim 2, wherein the pulse limit period is set by a counter circuit or a CR delay circuit.
前記パルス制限期間において前記第2のパルスを発生させないよう構成した
請求項1記載のスイッチング電源回路。 The second signal generation circuit includes:
The switching power supply circuit according to claim 1, wherein the second pulse is not generated in the pulse limit period.
前記駆動回路が前記第2のパルスを選択してからの時間の経過とともに前記第2のパルスのパルス幅を徐々に広くするよう構成した
請求項1に記載のスイッチング電源回路。 The second signal generation circuit includes:
2. The switching power supply circuit according to claim 1, wherein a pulse width of the second pulse is gradually increased as time elapses after the drive circuit selects the second pulse.
Priority Applications (1)
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JP2004331294A JP2006148987A (en) | 2004-11-16 | 2004-11-16 | Switching regulator circuit |
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ID=36628038
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7839126B2 (en) | 2007-05-22 | 2010-11-23 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Signal converting apparatus and signal conversion method providing adjusted error signal with modified swing range |
JP2011045216A (en) * | 2009-08-24 | 2011-03-03 | New Japan Radio Co Ltd | Switching power supply |
WO2016090959A1 (en) * | 2014-12-08 | 2016-06-16 | 深圳市科陆电子科技股份有限公司 | Switching power supply double-pulse pulse width constraint circuit and implementation method therefor |
-
2004
- 2004-11-16 JP JP2004331294A patent/JP2006148987A/en active Pending
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