JP2007074874A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来は検知が出来なかった閾値を下回らない電源電圧低下状態からの復帰時にもソフトスタート機能を有効に動作させ得る電源装置を提供する。
【解決手段】入力電源電圧の微分値を検出する電圧微分値検出手段を備え、電源電圧低下状態から復帰した時に検出された入力電源電圧の微分値が所定値以上の時は電源回路を一旦停止して再起動するように構成した電源装置。入力電源電圧が急激に復帰したソフトスタートが必要な場合にはソフトスタート機能を動作させて再起動し、緩慢に復帰してＰＷＭ制御が追従出来る場合には再起動させないので、再起動とソフトスタート機能を必要な場合にのみ動作させる。そのため閾値を下回らない電圧低下からの復帰時でも急激な復帰時にはソフトスタート機能を動作させ、ＰＷＭ制御で追従できる緩慢な変化の時や電圧低下が少ない時は再起動させないので頻繁に再起動を繰り返すおそれもない。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチング素子をＰＷＭ制御することによって負荷に供給する電力を制御する電源装置に関する。

スイッチング素子をＰＷＭ制御することにより、所定の電力制御を行う電源装置、例えば入力電源電圧よりも低い定電圧を負荷に供給するように制御する電源装置においては、入力電源投入時にスイッチング素子のオン時間（ＰＷＭ Ｄｕｔｙ比）を徐々に広げて、電源装置への突入電流を防止するソフトスタート機能が設けられているのが一般的である。
上記のソフトスタート機能は、入力電源電圧の投入と共にＰＷＭ Ｄｕｔｙ制御用のＩＣ回路に付加したコンデンサを充電し、その充電電圧の時間的変化を利用してＰＷＭ Ｄｕｔｙを徐々に広げる、という構成になっている。したがって、一旦電源装置が起動してしまうと、コンデンサは既に充電されているため、例えば同じ入力電源に別系統で接続された他の負荷の変動による電圧低下の影響や、コネクタ接点の接触不良による瞬断等により、電源電圧が一時的に低下した後、急激に電圧が復帰した場合にはソフトスタートが機能しない。
そして上記のように入力電源電圧が低下した状態では、出力電圧を所定の定電圧に保つために、ＰＷＭ ＯＮ Ｄｕｔｙは大きな値になっているので、スイッチング素子を介して電流が流れるトランスやインダクタンスの磁束密度が高くなり、電流が流れ易い状態となっている。このような状態で入力電源電圧が急激に復帰すると、制御速度の限界によってＰＷＭ ＯＮ Ｄｕｔｙを急激に狭めることができないため、トランスやインダクタンスヘ過大な電流が流れ込み、磁束が急増する。急増した磁束は全てを負荷で消費できずに多くの残留磁束が残る。
ここで制御が追従を始めてＰＷＭ ＯＮ Ｄｕｔｙを狭め始めても、一旦大幅に増加した残留磁束により、トランスやインダクタンスでは、殆ど電流の制限ができない状態となるため、更に大電流が流れて、最終的には磁束の飽和（磁気飽和）を起こしてしまう。そのため、電源装置の過電流保護動作が起動したり、ヒューズの溶断が生じたり、最悪の場合には電源装置にダメージを与えて寿命を低下させるという問題があった。
上記の問題を解決するため、特許文献１では、入力電源電圧と所定の閾値電圧をコンパレータ等で比較し、入力電源電圧が閾値電圧以下となったことを検出した場合は一旦電源装置を停止し、入力電源電圧が閾値以上に復帰した場合に電源装置を再起動する、という構成を用いている。

特開２００３−３２４９４１号公報

上記のように、特許文献１においては、前記の一般的なソフトスタート機能を備えた電源装置の問題を解決するために、入力電源電圧が所定の閾値電圧以下となった場合は一旦電源装置を停止し、入力電源電圧が閾値以上に復帰した場合に電源装置を再起動する、という構成にしているため、入力電源電圧が所定の閾値電圧以下となった場合はソフトスタート機能が正常に動作するので前記のような問題は生じない。しかし、所定の閾値以下にはならないが閾値付近まで入力電源電圧が低下し、急激に電圧が復帰した場合は、電源装置が一旦停止されないので、ソフトスタート機能が動作せず、電源装置への突入電流を防止できない、という問題があった。また、その問題を解決するため、所定の閾値電圧を高い値に設定し、少しの入力電源電圧低下でも検知する、という構成にした場合には、少しの入力電源電圧変動でも、電源装置が停止、再起動を頻繁に繰り返してしまう、という問題が生じる。
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、従来装置では検知が出来なかった閾値近傍で、かつ閾値を下回らない入力電源電圧低下状態からの電圧復帰時においてもソフトスタート機能を有効に動作させることの出来る電源装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明においては、入力電源電圧の微分値を検出する電圧微分値検出手段を備え、入力電源電圧が正常値よりも低下した状態から上昇した場合に検出された入力電源電圧の微分値が所定値以上である場合には電源回路を一旦停止し、再起動するように構成している。

本発明においては、入力電源電圧が低下した状態から復帰した場合でも、急激に復帰した場合（ソフトスタートが必要な状態）にはソフトスタート機能を動作させて再起動し、緩慢に復帰した場合、つまり電源装置のＰＷＭ制御が追従出来るような場合には再起動させないように制御することが出来るので、再起動とソフトスタート機能を必要な場合にのみ動作させることが出来る。
そのため従来装置では検知が出来なかった閾値近傍で、かつ閾値を下回らない入力電源電圧低下状態からの電圧復帰時においても電源電圧の急激な復帰時にはソフトスタート機能を動作させて再起動することが出来、かつ、入力電源電圧の変化がＰＷＭ制御で追従出来るような緩慢な変化である場合や入力電源電圧の低下が少なかった場合には再起動させないので、前記従来例で説明したような頻繁に再起動を繰り返すおそれもない、という効果がある。

（第一の実施例）
図１は、本発明の第一の実施例による入力電源電圧の微分値検出回路と、それによりソフトスタートを実現する電源回路の構成を示す図である。
図１において、バッテリＢＡＴＴは、本電源装置に電力を供給する入力電源であり、その入力電源電圧はＶＢ１である。一般的にはバッテリＢＡＴＴは別系統で他の負荷にも接続されており、他の負荷の変動等に応じて入力電源電圧ＶＢ１は変動する。

また、破線で囲んだ微分値検出回路１００は、入力電源電圧ＶＢ１の微分値を検出する回路であり、入力電源と接地間にコンデンサＣ１０と抵抗Ｒ１０の直列回路が接続されている。なお、抵抗Ｒ１０に並列に接続されたダイオードＤ１０は逆バイアス保護用のダイオードである。コンデンサＣ１０と抵抗Ｒ１０との中点は、抵坑Ｒ１１を介して、エミッタが接地されたＮＰＮトランジスタＱ１０のベースに接続されている。ＮＰＮトランジスタＱ１０のベース・エミッタ間電圧（Ｖ_ＢＥ１）は、一般的に０.５Ｖ〜０.８５Ｖ程度であり、これを超えるレベルの電圧（微分値検知パルス）が印加されると、抵抗Ｒ１１を介してＮＰＮトランジスタＱ１０のベースに電流が流れるように構成されている。ＮＰＮトランジスタＱ１０のコレクタはＰＷＭ制御回路Ｉ１０（詳細は後記図６参照）のソフトスタート制御端子ＣＴ１（この電圧をＶ１ｂとする）、およびソフトスタート制御用コンデンサＣ１３に接続されている。

また、Ｑ１１はＰＷＭ制御回路Ｉ１０から出力されるＰＷＭ信号によって駆動されるスイッチング素子である。このスイッチング素子Ｑ１１が開閉することによってトランス（変圧器）Ｌ１０の１次巻線に電流ｉ１０が流れ、その結果としてトランスＬ１０の２次巻線に発生する電圧をダイオードＤ１１で整流し、コンデンサＣ１１で平滑して出力電圧Ｖ１ｇとして負荷に供給する。また、抵抗Ｒ１３とＲ１４は、出力電圧Ｖ１ｇを分圧し、その分圧値をＰＷＭ制御回路Ｉ１０にフィードバックすることにより、出力電圧Ｖ１ｇを所定の制御目標値（負荷に供給する所定電圧）に一致させるようにフィードバック制御する。

以下、図１に示した回路の動作を図４〜図８に基づいて説明する。
図４〜図８は第一の実施例における回路各部の動作原理、ＰＷＭ制御回路の説明、および一連の動作をタイムチャートに示したものであり、図４は図１の電源装置の入力電源電圧ＶＢ１の微分値（単位時間当たりの変化量）を検出する微分値検出回路１００の検出原理を説明する図、図５はその動作のタイムチャート、図６はＰＷＭ制御回路Ｉ１０の構成を示す回路図、図７はその動作のタイムチャート、図８は図１の回路におけるタイムチャートである。

まず、図４、図５を用いて微分値検出回路１００の検出原理を説明する。この回路は、基本的には微分回路を利用して入力電源電圧ＶＢ１の微分値を検出するものである。
図４に示した入力電源電圧ＶＢ４（図１のＶＢ１に相当）、開閉スイッチＳ４０、コンデンサＣ４０（図１のＣ１０に相当）、抵抗Ｒ４０（図１のＲ１０に相当）からなる閉回路において、図５の時刻ｔ４０では開閉スイッチＳ４０は開いており、コンデンサＣ４０と抵抗Ｒ４０の直列回路両端の電圧Ｅ＝０Ｖである。

時刻ｔ４１において開閉スイッチＳ４０を閉じた瞬間、抵抗Ｒ４０にはＥの微分波形電圧Ｖ_Ｒ４１（＝Ｅｅ^{（−１／Ｃ４０×Ｒ４０）}＝Ｅ）が発生する。
時刻ｔ４１以降は、コンデンサＣ４０と抵抗Ｒ４０の時定数τに応じた微分値で電圧Ｖ_Ｒ４０（抵抗_Ｒ４０の両端の電圧）は低下する。つまり、入力電源電圧が急激に変化して、その微分値が大きい（単位時間当たりの変化量が大きい）場合には、抵抗_Ｒ４０に発生する微分波形電圧Ｖ_Ｒ４１は大きく、入力電源電圧が緩慢に変化した場合には微分波形電圧Ｖ_Ｒ４１は小さくなる。

なお、図４は原理説明図なので、開閉スイッチＳ４０をオンしたとき、入力電源電圧ＶＢ４が印加されるが、実際には、図１において、電源電圧が低下した状態からの復帰時に入力電源電圧の変化分（正常値から低下した分）だけ電圧が上昇することになる。したがって低下分が大きければ、微分波形電圧Ｖ_Ｒ４１は大きくなり、かつ、上昇の変化速度が大きければ微分波形電圧Ｖ_Ｒ４１は大きくなる。入力電源電圧の低下分が大きくても電圧が緩慢に上昇した場合には微分波形電圧Ｖ_Ｒ４１は小さい。

次に、図６に示したＰＷＭ制御回路は、ＰＷＭのキャリア信号である三角波発振信号Ｖ４Ｄとソフトスタート制御電圧Ｖ４Ａとをコンパレータで比較することによってＰＷＭ Ｄｕｔｙ出力Ｖ４Ｃを生成している。なお、内部電源はソフトスタート制御用コンデンサ（図１のＣ１３に相当）を充電する。また、出力電圧誤差入力（図１のＲ１３とＲ１４の分圧値）をコンパレータにフィードバックすることにより、出力電圧をフィードバック制御している。

図６の回路においては、図７のタイムチャートに示すように、ソフトスタート制御電圧Ｖ４Ａが低下すると、それに応じてＰＷＭ信号のＯＮ Ｄｕｔｙは変化する。そしてソフトスタート制御電圧Ｖ４Ａが三角波信号電圧下限値Ｖth２以下になると、ＰＷＭ信号のＯＮ Ｄｕｔｙは０になる。なお、Ｖth１は三角波信号電圧上限値である。

図８は、図１の回路において、通常動作状態から動作可能な範囲で入力電源電圧が低下し、その後、急激に入力電源電圧が正常値に復帰した場合のタイミングチャートを示す。
図８において、時刻ｔ１１では、電源装置は或る負荷一定で正常動作をしている。
時刻ｔ１２において、入力電源電圧ＶＢ１が低下を始めると、電源装置は負荷に供給する出力電圧Ｖ１ｇを一定に保つために、ＰＷＭ制御回路Ｉ１０から出力するＰＷＭ信号のＯＮ Ｄｕｔｙが広がり、トランスＬ１０の一次側電流ｉ１０が増加する。
時刻ｔ１３では、更に入力電源電圧ＶＢ１が低下すると、ＰＷＭ制御回路Ｉ１０は更にＰＷＭ信号のＯＮ Ｄｕｔｙを広げ、その最大Ｄｕｔｙまで広がる。一次側電流ｉ１０が更に増加する。

時刻ｔ１４において、この時点で入力電源電圧ＶＢ１が急激に正常値に復帰すると、その立ち上がり微分値（△Ｖ１０）に応じた微分値検知パルス電圧Ｖ１ｄが前記図４、図５で説明した原理により発生する。なお、入力電源電圧が緩慢に復帰した場合には、微分値が小さいので、微分値検知パルス電圧Ｖ１ｄのピークは低い値になる。このパル．ス電圧Ｖ１ｄがＮＰＮトランジスタＱ１０のベース・エミッタ間電圧Ｖ_ＢＥ１以上になると、抵抗Ｒ１１を介してＮＰＮトランジスタＱ１０にベース電流を供給し、ＮＰＮトランジスタＱ１０がオンする。ただし、微分値が小さく、パルス電圧Ｖ１ｄの振幅がＮＰＮトランジスタＱ１０のベース・エミッタ間電圧Ｖ_ＢＥ１以下、或いはＮＰＮトランジスタＱ１０がオンできない程度の電流である場合はオンしない。なお、ベース電流は抵抗Ｒ１１の値で制限される。

ＮＰＮトランジスタＱ１０がオンすると、ソフトスタート制御用コンデンサＣ１３の電荷をＮＰＮトランジスタＱ１０の電流増幅率ｈＦＥに応じたシンク能力（コレクタ電流Ｉｃ＝Ｉｂ×ｈＦＥの能力）で引抜き、ソフトスタート制御電圧Ｖ１ｂは０Ｖ付近まで急低下する。これによりＰＷＭ信号出力Ｖ１ｅは停止（ＯＮ Ｄｕｔｙ＝０）する。なお、前記図６、図７で説明したようにソフトスタート制御電圧（図６のＶ４Ａ）が０Ｖ付近（Ｖth２以下）まで低下するとＰＷＭ信号のＯＮ Ｄｕｔｙは０になる。
時刻ｔ１５では、微分値検知パルス電圧Ｖ１ｄがＮＰＮトランジスタＱ１０のベース・エミッタ間電圧Ｖ_ＢＥ１以下になると、ＮＰＮトランジスタＱ１０はオフし、それまで０Ｖ付近まで抑えこまれていたソフトスタート制御電圧Ｖ１ｂ電圧が、ＰＷＭ制御回路Ｉ１０内部からコンデンサＣ１３を充電することで上昇を始める。

時刻ｔ１６では、図６、７に示したＰＷＭ制御回路Ｉ１０内部の三角波信号電圧下限値Ｖth２以上にソフトスタート制御電圧Ｖ１ｂが上昇すると、ＰＷＭ信号のＯＮ Ｄｕｔｙは徐々に広がり、１次電流ｉ１０も徐々に増加して行く。そして出力電圧Ｖ１ｇは徐々に上昇を開始、つまりソフトスタートで再起動され、以降通常動作に復帰する。

上記のように、入力電源電圧が低下した値から急激に復帰した場合には、ＮＰＮトランジスタＱ１０がオンになり、ソフトスタート制御用コンデンサＣ１３の電荷を一旦引き抜き、その後、ソフトスタート制御用コンデンサＣ１３が充電されることによって次第にＰＷＭ波形が立ち上がるので、ソフトスタート機能が正常に動作する。
入力電源電圧が低下した値から復帰した場合でも、緩慢に復帰した場合には、ＮＰＮトランジスタＱ１０がオンにならないので、ソフトスタート機能は動作しない。
このように入力電源電圧が低下した状態から復帰した場合でも、急激に復帰した場合（ソフトスタートが必要な状態）にはソフトスタート機能を動作させ、緩慢に復帰した場合、つまり電源装置のＰＷＭ制御が追従出来るような場合にはソフトスタート機能を動作させないように制御することが出来るので、ソフトスタート機能を必要な場合にのみ動作させることが出来る。

（第二の実施例）
図２は、本発明の第二の実施例による入力電源電圧の微分値検出回路と、それによりソフトスタートを実現する電源回路の概略構成を示す図である。
図２において、電源装置の入力電源電圧ＶＢ２の微分値△Ｖ２０を検出する回路ブロック２００（破線で囲んだ部分）が設けられているのは第一の実施例と同様の構成である。
ＮＰＮトランジスタＱ２０のコレクタは、コンパレータＩ２０の非反転端子へ接続され、更に同端子には入力電源電圧ＶＢ２を抵抗Ｒ２２と抵抗Ｒ２３で分圧した中点電圧Ｖ２ｂが接続されている。また、コンパレータＩ２０の反転端子は基準電圧Ｖref２と接続され、非反転端子と反転端子の各電圧を比較する構成としている。
コンパレータＩ２０の出力Ｖ２ｆは、ＰＷＭ制御回路Ｉ２１のソフトスタート端子、およびソフトスタート制御用コンデンサＣ２３と接続される。それ以外は第一の実施例と同様である。

以下、第二の実施例の作用を説明する。
図９は、入力電源電圧が通常動作状態から動作可能な基準電圧近傍まで低下し、その後、急激に正常値まで復帰した場合、および動作停止となる基準電圧以下まで低下した場合のタイミングチャートを示す。下記に動作の説明を示す。

時刻ｔ２１以前の動作は第一の実施例の時刻ｔ１４以前と同様であるため説明を省略する。
時刻ｔ２１では、入力電源電圧ＶＢ２を抵抗Ｒ２２とＲ２３で分圧した電圧Ｖ２ｂが基準電圧Ｖref２の近傍で、かつ基準電圧Ｖref２を下回らない値まで低下した後に正常値に復帰した場合、第一の実施例と同様に入力電源電圧ＶＢ１の立ち上がり微分値に応じた微分値検知パルスＶ２ｄが出力される。この値がＮＰＮトランジスタＱ２０のベース・エミッタ間電圧Ｖ_ＢＥ２以上にであれば、抵坑Ｒ２１を介してＮＰＮトランジスタＱ２０のベース電流を供給する。微分値が少ない場合やシンク能力については第一の実施例と同様である。

ＮＰＮトランジスタＱ２０がオンすると、抵抗Ｒ２２とＲ２３の分圧点電圧Ｖ２ｂはほぼ０Ｖとなる。よって、基準電圧Ｖref２よりも分圧中点電圧Ｖ２ｂが低くなり、コンパレータＩ２０はオンになり、コンパレータＩ２０出力であるソフトスタート制御電圧Ｖ２ｆは０付近に低下する。ソフトスタート制御電圧Ｖ２ｆが低下すると、前記図６、７で説明したように、ＰＷＭ制御回路Ｉ２１はＰＷＭ出力Ｖ２ｅを停止する。

その後、微分値検知パルス電圧Ｖ２ｄがＮＰＮトランジスタＱ２０のベース・エミッタ間電圧Ｖ_ＢＥ２以下になると、ＮＰＮトランジスタＱ２０はオフし、それまで０Ｖ付近まで抑えこまれていた分圧点電圧Ｖ２ｂが基準電圧Ｖref２よりも高くなるので、コンパレータＩ２０はオフになる。そのためコンデンサＣ２３が充電され、ソフトスタート制御電圧Ｖ２ｆは上昇を始める。そしてソフトスタート制御電圧Ｖ２ｆが三角波信号電圧下限値Ｖth２以上に上昇すると、ＰＷＭ信号のＯＮ Ｄｕｔｙは徐々に広がり、１次電流ｉ２０も徐々に増加して行く。そして出力電圧Ｖ２ｇは徐々に上昇を開始、つまりソフトスタートで再起動され、以降通常動作に復帰する。

時刻ｔ２２では、通常動作から再び入力電源電圧が低下を始めると、電源装置は出力電圧を一定に保つためにＰＷＭ ＯＮ Ｄｕｔｙが広がり、一次側電流ｉ２０が増加する。
時刻ｔ２３では、入力電源電圧ＶＢ２が「Ｖth２０＝Ｖref２〔１＋（Ｒ２２／Ｒ２３）〕」で定められた値以下に低下すると、分圧点電圧Ｖ２ｂがコンパレータＩ２０の基準電圧Ｖref２以下になるので、コンパレータＩ２０の出力は、時刻ｔ２１の時と同様にオンとなり、ソフトスタート制御電圧Ｖ２ｆが０Ｖ付近に低下してＰＷＭ出力Ｖ２ｅは停止される。

時刻ｔ２４では、入力電源電圧ＶＢ２が急激に復帰し、「Ｖth２０＝Ｖref２〔１＋（Ｒ２２／Ｒ２３）〕」で定められた値以上となる。同時にその立ち上がり微分値△Ｖ２０に応じた微分値検知パルスが前記の「時刻ｔ２１」と同様に発生し、ＮＰＮトランジスタＱ２０がオンしてコンパレータＩ２０はオンし、微分値検知パルスの振幅がＮＰＮトランジスタＱ２０のベース・エミッタ間電圧Ｖ_ＢＥ２以下となるまでコンパレータＩ２０はオンを継続する。
その後、前記時刻ｔ２１〜ｔ２２間と同様に動作してソフトスタートで再起動が行われる。

時刻ｔ２５では、通常動作から再び入力電源電圧ＶＢ２が「Ｖth２０＝Ｖref２〔１＋（Ｒ２２／Ｒ２３）〕」で定められた値以下に低下すると、コンパレータＩ２０の出力は「時刻ｔ２１」の時と同様にオンとなり、時刻ｔ２３と同様にＰＷＭ出力Ｖ２ｅは停止される。上記のように、入力電源電圧の大幅な低下を検知して電源装置を停止させることができる。

その後、入力電源電圧ＶＢ２が緩やかに復帰を開始するが、電圧の上昇が緩やかであるため微分値は小さくなり、微分値検知パルスの振幅はＮＰＮトランジスタＱ２０のベース・エミッタ間電圧Ｖ_ＢＥ２以上となることがなく、したがってＮＰＮトランジスタＱ２０はオンしない。そして時刻ｔ２６において、入力電源電圧ＶＢ２がＶth２０＝Ｖref２〔１＋（Ｒ２２／Ｒ２３）〕を超えた時点でコンパレータＩ２０はオフとなり、ソフトスタート制御電圧Ｖ２ｆは徐々に上昇を開始する。これ以降はソフトスタート制御電圧Ｖ２ｆに応じてＰＷＭ ＯＮ Ｄｕｔｙが徐々に広がり、一次側電流ｉ２０が徐々に増加し、通常動作へ復帰する。

上記のように、第二の実施例においては、第一の実施例に示した入力電源電圧の微分値が所定値以上になった場合と、入力電源電圧が所定の閾値以下に低下した状態から復帰した場合との少なくとも何れか一方の条件が満足された場合に、ソフトスタート機能を用いて電源装置を再起動するように構成している。そのため時刻ｔ２１で説明したように、入力電源電圧が閾値Ｖth２０までは低下しないがその近傍まで低下した状態から急激に復帰した場合にも、ソフトスタートを有効に機能させることが出来る。また、時刻ｔ２６で説明したように、入力電源電圧の復帰が緩やかな場合でも入力電源電圧が閾値Ｖth２０以下まで大幅に低下した場合にはソフトスタートを有効に機能させることが出来る。したがって従来方式の特徴である入力電源電圧の大幅な低下を検知して、電源装置を停止する機能と、従来方式では対応ができなかった閾値近傍で、かつ閾値を下回らなない入力電源電圧低下状態からの急激な電圧復帰を検知をする機能とを共存できるので、より確実にソフトスタート動作が実行でき、機器の信頼性をさらに向上させることが出来る。

（第三の実施例）
図３は、本発明の第三の実施例による入力電源電圧の微分値検出回路と、それによりソフトスタートを実現する電源回路の概略構成を示す図である。
図３において、電源装置の入力電源電圧ＶＢ３の微分値を検出を実現する回路プロック３００が設けられているのは第二の実施例と同様の構成である。また、トランスＬ３０から補助巻線で電圧Ｖ３ｃを取り出し、ダイオードＤ３３を介してＰＷＭ制御回路Ｉ３１の入力電圧端子Ｐ（ＰＷＭ制御回路Ｉ３１に動作電力を供給する端子）に与える。なお、Ｄ３４は整流用のダイオード、Ｃ３４は平滑用のコンデンサである。この補助巻線電圧Ｖ３ｃは入力電源電圧ＶＢ３以上の値に設定しておく。

また、入力電源電圧ＶＢ３からダイオードＤ３２を介して上記と同様にＰＷＭ制御回路Ｉ３１の入力電圧端子Ｐに与える。したがって入力電圧端子Ｐは、補助巻線からダイオードＤ３３を介して与えられる電圧と入力電源電圧ＶＢ３からダイオードＤ３２を介して与えられる電圧とのＯＲ接続となっている。この入力電圧端子Ｐの電圧をＶ３ａとする。そして、この入力電圧端子Ｐを分圧抵抗Ｒ３２とＲ３３の直列回路を介して接地に接続する。

上記分圧抵抗の分圧点電圧Ｖ３ｂはＮＰＮトランジスタＱ３０のコレクタおよびコンパレータＩ３０の非反転端子へ接続される。これにより、入力電源電圧ＶＢ３が多少低下しても、補助巻線電圧による自己の生成電圧出力Ｖ３ｃで、或る程度はＰＷＭ制御回路Ｉ３１の電源供給が可能となり、かつ、上記のＶ３ｃでコンパレータＩ３０の非反転端子の電圧を或る程度は保持するので、入力電源電圧ＶＢ３が低下した場合の最低動作電圧範囲を拡大することが出来る。つまり、上記の補助巻線は、入力電源電圧ＶＢ３の低下が所定範囲内の場合には入力電源電圧の低下を補償する補助電源となる。なお、補助巻線を設ける代わりに、同等の機能を有する別系統の補助電源を設けてもよい。その他、基本の構成は第二の実施例と同様である。

以下、第三の実施例の作用を説明する。
図１０は、通常動作状態から動作可能な基準電圧近傍まで入力電源電圧が低下し、その後急激に入力電源電圧が復帰した場合および動作停止となる基準電圧以下まで低下した場合のタイミングチャートを示す。下記に動作の説明を示す。
時刻ｔ３１以前において、入力電源電圧ＶＢ３が次第に低下するが、正常動作範囲にある場合は、補助巻線電圧Ｖ３ｃによって保持されるので、入力電圧端子Ｐの電圧Ｖ３ａは正常値に保持され、したがって分圧点電圧Ｖ３ｂも正常値を保っている。

時刻ｔ３１では、入力電源電圧ＶＢ３が閾値Ｖth３までは低下しない正常動作範囲ではあるが、かなり低下した値から急激に正常電圧まで復帰する。この急激な立上がりにより第一、第二の実施例と同様に、微分値検知パルス電圧Ｖ３ｄが発生し、ＮＰＮトランジスタＱ３０がオンするので、分圧点電圧Ｖ３ｂ、つまりコンパレータＩ３０の非反転端子が０Ｖ付近へ急速に低下する。これにより、コンパレータＩ３０の出力であるソフトスタート制御電圧Ｖ３ｆは０Ｖ付近へ急激に低下し、ＰＷＭ出力Ｖ３ｅは停止する。これにより、補助巻線出力Ｖ３ｃは停止し、ＰＷＭ制御回路Ｉ３１の入力電圧端子Ｐの電圧Ｖ３ａは、ほぼ入力電源電圧ＶＢ３となる。

時刻ｔ３２では、入力電源電圧ＶＢ３の立ち上がり微分値に応じた微分値検知パルスの振幅がＮＰＮトランジスタＱ３０のベース・エミッタ間電圧Ｖ_ＢＥ以下となり、ＮＰＮトランジスタＱ３０はオフする。これにより、分圧点電圧Ｖ３ｂは上昇し、コンパレータＩ３０はオフとなる。そのためコンパレータＩ３０の出力であるソフトスタート制御電圧Ｖ３ｆは上昇を始める。

時刻ｔ３３では、ソフトスタート制御電圧Ｖ３ｆの上昇と共に、ＰＷＭ ＯＮ Ｄｕｔｙは徐々に広がり、一次側電流ｉ１０が増加して、通常動作へ復帰する、この途中で補助巻線電圧Ｖ３ｃは入力電源電圧ＶＢ３以上となり、ＰＷＭ制御回路Ｉ３１の入力電圧端子Ｐの電圧Ｖ３ａは、ほぼ補助巻線電圧Ｖ３ｃとなる。

その後、時刻ｔ３３と時刻ｔ３４との間で入力電源電圧ＶＢ３が次第に低下し、時刻ｔ３４では、入力電源電圧ＶＢ３が正常動作範囲の閾値Ｖth３付近まで低下するが、ここまでの低下は補助巻線電圧Ｖ３ｃで保持されるため、入力電圧端子Ｐの電圧Ｖ３ａは正常値を保っている。そして分圧点電圧Ｖ３ｂは入力電圧端子Ｐの電圧Ｖ３ａを分圧した値なので、入力電源電圧ＶＢ３の低下が上記のように所定範囲内の低下であれば、補助巻線電圧Ｖ３ｃにより補償されてコンパレータＩ３０の基準電圧Ｖref３以上を保つので、通常動作を継続する。これにより最低動作電圧範囲を拡大することができる。

しかし、時刻ｔ３４以後、入力電源電圧ＶＢ３が更に低下すると、補助巻線電圧Ｖ３ｃも低下し始めるので、入力電圧端子Ｐの電圧Ｖ３ａが低下し、それに連れて分圧点電圧Ｖ３ｂも低下する。そして時刻ｔ３５では、入力電源電圧ＶＢ３が更に低下し、入力電圧端子Ｐの電圧Ｖ３ａが「Ｖth３＝Ｖref３〔１＋（Ｒ３２／Ｒ３３）〕」で定められた値以下に低下すると、分圧点電圧Ｖ３ｂがコンパレータＩ３０の基準電圧Ｖref３以下になるので、コンパレータＩ３０は、時刻ｔ３１の時と同様にオンとなり、ソフトスタート制御電圧Ｖ３ｆが０Ｖ付近まで低下してＰＷＭ出力を停止する。この時、電源装置は動作を停止し、コンパレータＩ３０などの内部電力消費が減少する。よって、補助巻線の平滑用コンデンサＣ３４などに蓄積された残留電荷の放電が遅くなり、入力電圧端子Ｐの電圧Ｖ３ａは緩やかに低下を始める。

時刻ｔ３６では、入力電源電圧ＶＢ３が急激に復帰すると、入力電圧端子Ｐの電圧Ｖ３ａは、「Ｖth３＝Ｖref３〔１＋（Ｒ２２／Ｒ２３）〕」で定められた電圧値以上となるが、同時に入力電源電圧ＶＢ３の立ち上がり微分値に応じた微分値検知パルスが時刻ｔ３１と同様に発生するため、ＮＰＮトランジスタＱ３０がオンするので、分圧点電圧Ｖ３ｂ、つまりコンパレータＩ３０の非反転端子は低下した０Ｖ付近のままになる。これにより、コンパレータＩ３０の出力であるソフトスタート制御電圧Ｖ３ｆも０Ｖ付近の値を続け、ＰＷＭ出力Ｖ３ｅは停止した状態を継続する。そして上記微分値検知パルスの振幅がＮＰＮトランジスタＱ３０のベース・エミッタ間電圧Ｖ_ＢＥ以下になると、ＮＰＮトランジスタＱ３０はオフする。これにより、分圧点電圧Ｖ３ｂは上昇し、コンパレータＩ３０はオフとなる。そのためコンパレータＩ３０の出力であるソフトスタート制御電圧Ｖ３ｆは上昇を始めるので、前記時刻ｔ３２以降と同様にソフトスタートで再起動され、正常状態に復帰する。

以上説明したように、ソフトスタート手段を備えた電源装置において、入力電源電圧の微分値を検出する電圧微分値検出手段を備え、入力電源電圧が正常値よりも低下した状態から上昇した場合に検出された入力電源電圧の微分値が所定値以上である場合には電源回路を一旦停止し、再起動するように構成したことにより、入力電源電圧が低下した状態から復帰した場合でも、急激に復帰した場合（ソフトスタートが必要な状態）にはソフトスタート機能を動作させて再起動し、緩慢に復帰した場合、つまり電源装置のＰＷＭ制御が追従出来るような場合には再起動させないように制御することが出来るので、再起動とソフトスタート機能を必要な場合にのみ動作させることが出来る。
そのため従来装置では検知が出来なかった閾値近傍で、かつ閾値を下回らない入力電源電圧低下状態からの電圧復帰時においても電源電圧の急激な復帰時にはソフトスタート機能を動作させて再起動することが出来、かつ、入力電源電圧の変化がＰＷＭ制御で追従出来るような緩慢な変化である場合や入力電源電圧の低下が少なかった場合には再起動させないので、前記従来例で説明したような頻繁に再起動を繰り返すおそれもない、という効果がある。

また、入力電源電圧の微分値が所定値以上になった場合と、入力電源電圧が所定の閾値以下に低下した状態から復帰した場合との少なくとも何れか一方の条件が満足された場合に、ソフトスタート機能を用いて電源装置を再起動するように構成した場合には、入力電源電圧が閾値までは低下しないがその近傍まで低下した状態から急激に復帰した場合にも、ソフトスタートを有効に機能させることが出来ると共に、入力電源電圧の復帰が緩やかな場合でも入力電源電圧が閾値以下まで大幅に低下した場合にはソフトスタートを有効に機能させることが出来る。

また、入力電源電圧の低下が所定範囲内の場合には入力電源電圧の低下を補償する補助電源を備え、上記の補償された入力電源電圧を基準として、入力電源電圧が所定の閾値以下に低下した状態の判定を行う構成においては、電圧低下判定に至るまでの最低動作入力電源電圧をより低くすることが可能となり、最低動作電圧範囲を拡大することが出来る、という効果がある。

本発明第一の実施例による入力電源電圧の微分値検出回路と、それによりソフトスタートを実現する電源回路の構成を示す図。 本発明第二の実施例による入力電源電圧の微分値検出回路と、それによりソフトスタートを実現する電源回路の構成を示す図。 本発明第三の実施例による入力電源電圧の微分値検出回路と、それによりソフトスタートを実現する電源回路の構成を示す図。 図１の電源装置の入力電源電圧ＶＢ１の微分値を検出する微分値検出回路１００の検出原理を説明する図。 図４の回路における動作のタイムチャート。 ＰＷＭ制御回路Ｉ１０の構成を示す回路図。 図６の回路における動作のタイムチャート。 図１の回路における動作のタイムチャート。 図２の回路における動作のタイムチャート。 図３の回路における動作のタイムチャート。

符号の説明

ＢＡＴＴ…本電源装置に電力を供給する入力電源
ＶＢ１…入力電源電圧 １００…微分値検出回路
Ｉ１０…ＰＷＭ制御回路 Ｑ１１…スイッチング素子
Ｑ１０…ＮＰＮトランジスタ Ｌ１０…トランス
Ｃ１３…ソフトスタート制御用コンデンサ Ｃ１０、Ｃ１１…コンデンサ
Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１３、Ｒ１４…抵抗
Ｄ１０、Ｄ１１…ダイオード

Claims (5)

1. 入力電源に接続されたスイッチング素子をＰＷＭ制御することによって負荷に供給する電力を制御するＰＷＭ制御手段と、起動時には負荷に供給する電流を漸増するように前記ＰＷＭ制御手段を制御するソフトスタート手段とを備えた電源装置において、
   入力電源電圧の微分値を検出する電圧微分値検出手段と、
   入力電源電圧が正常値よりも低下した状態から上昇した場合に前記電圧微分値検出手段によって検出された入力電源電圧の微分値が所定値以上である場合に前記ＰＷＭ制御手段を一旦停止し、前記ソフトスタート手段を用いて再起動する制御手段と、を備えたことを特徴とする電源装置。
2. 請求項１に記載の電源装置において、
   前記電圧微分値検出手段は、前記入力電源に接続されたコンデンサと抵抗との直列回路からなり、前記コンデンサと抵抗の接続点の電圧を入力電源電圧の微分値として出力するものであり、
   前記制御手段は、前記電圧微分値検出手段の出力である微分値検知パルスに応じてスイッチングするスイッチング素子を備え、前記スイッチング素子の導通時にソフトスタート用のコンデンサの電荷を放電することにより、前記ＰＷＭ制御手段を一旦停止し、その後、前記スイッチング素子の遮断に応じた前記コンデンサの電圧上昇により前記ＰＷＭ制御手段をソフトスタートで再起動させることものである、ことを特徴とする電源装置。
3. 請求項１に記載の電源装置において、
   入力電源電圧が所定の閾値以下に低下した場合に前記ＰＷＭ制御手段を一旦停止し、その状態から入力電源電圧が復帰した場合に前記ソフトスタート手段を用いて再起動する制御手段を備え、
   入力電源電圧が正常値よりも低下した状態から上昇した場合に前記電圧微分値検出手段によって検出された入力電源電圧の微分値が所定値以上である場合と、入力電源電圧が所定の閾値以下に低下した状態から復帰した場合との少なくとも何れか一方の条件が満足された場合に、前記ソフトスタート手段を用いて再起動することを特徴とする電源装置。
4. 請求項３に記載の電源装置において、
   入力電源電圧の低下が所定範囲内の場合には入力電源電圧の低下を補償する補助電源を備え、上記の補償された入力電源電圧を基準として、前記入力電源電圧が所定の閾値以下に低下した状態の判定を行うことを特徴とする電源装置。
5. 請求項４に記載の電源装置において、
   前記補助電源は、入力電源電圧を前記ＰＷＭ制御手段でスイッチングした電流を変換して負荷に供給する変圧器に補助巻線を設け、前記補助巻線に発生する電圧と前記入力電源電圧とをダイオードを介してオア接続した構成であることを特徴とする電源装置。

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