JP2007202399A

JP2007202399A - 電源回路

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Publication number: JP2007202399A
Application number: JP2007126530A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Inaba; 克己因幡; Tsutomu Sato; 努佐藤; Hirohisa Warita; 浩久和里田; Atsushi Kanamori; 淳金森
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2007-05-11
Filing date: 2007-05-11
Publication date: 2007-08-09
Anticipated expiration: 2023-11-25
Also published as: JP4558001B2

Abstract

【課題】起動時に流れる過大な入力電流を制限するとともに、ＰＷＭ信号に応じて昇圧動作の作動／停止が繰り返される場合であっても出力電圧を所望の電圧に即座に立ち上げることのできる電源回路を提供する。
【解決手段】第１状態と第２状態が交互に出現する制御信号を受け、該制御信号が第１状態のときには、スイッチング素子の切替によって出力電圧を昇圧させる昇圧動作を行う一方、該制御信号が第２状態のときには、昇圧動作を行わないようにする、ドライブ手段と、昇圧動作による出力電圧の立ち上がりを緩やかにするソフトスタート処理を行うソフトスタート回路と、を更に備え、ソフトスタート回路は、出力電圧の大きさ、および、制御信号の状態を監視するとともに、該監視結果に応じた所定のタイミングでのみソフトスタート処理を行う、昇圧チョッパレギュレータ型の電源回路とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、直流電源からの入力電圧を昇圧して負荷へ供給する電源回路に関するものであり、特に、ＰＷＭ信号に応じて昇圧動作の作動／停止が繰り返される電源回路に関するものである。

近年、携帯電話機、ＰＤＡ(Personal Digital Assistants)、デジタルカメラ等の電子機器に搭載されている液晶表示装置（ＬＣＤ）の照明源（バックライトまたはフロントライト）のひとつとして、耐久性、発光効率、占有面積等の点で優れている白色発光ダイオードが用いられるようになってきている。この白色発光ダイオードは比較的高い順方向電圧が必要であることや、通常、照明源としては複数の白色発光ダイオードが用いられ、用いられる複数の白色発光ダイオードは各白色発光ダイオードの輝度を均一にするために直列接続されることなどから、このような照明源としての白色発光ダイオードの駆動には、携帯機器に内蔵されている電池からの直流電圧よりも高い直流電圧が必要となる。

そこで、このような白色発光ダイオードを駆動する回路として、従来、図９に示す昇圧型の電源回路が用いられている。図９は従来の電源回路の電気的構成を示す回路ブロック図である。図９に示す電源回路は、リチウムイオン電池等の直流電源１、入力コンデンサ２、コイル３、ダイオード（整流素子）４、出力コンデンサ５、抵抗（出力電流検出抵抗）Ｒ１、及び、１つのパッケージにＩＣ化されコイル３に対するエネルギーの蓄積／放出を切り換えて昇圧動作を行う昇圧チョッパレギュレータ１０から構成されており、携帯電話機等の電子機器に搭載されているＬＣＤの照明源である６個の白色発光ダイオード（負荷）ＬＥＤ１〜６を駆動する。

直流電源１の負極端子はグランドに接続され、正極端子は入力コンデンサ２を介してグランドに接続されるとともにコイル３の一端に接続されている。そして、コイル３の他端はダイオード４のアノードに接続され、ダイオード４のカソードは出力コンデンサ５を介してグランドに接続されている。また、出力コンデンサ５と並列に、白色発光ダイオードＬＥＤ１〜６、及び抵抗Ｒ１が直列に接続された直列回路が接続されている。

また、昇圧チョッパレギュレータ１０は、外部接続用の端子として電源端子Ｖｉ、電源端子ＧＮＤ、出力電圧モニタ端子Ｖｏ、フィードバック端子ＦＢ、コントロール端子ＣＴＲＬを備えている。そして、電源端子Ｖｉは直流電源１の正極端子に接続され、電源端子ＧＮＤはグランドに接続されており、これにより、昇圧チョッパレギュレータ１０は直流電源１をその動作電源として得ている。また、スイッチ端子Ｖｓｗはコイル３とダイオード４との接続点に接続され、出力電圧モニタ端子Ｖｏはダイオード４のカソードに接続され、フィードバック端子ＦＢは白色発光ダイオードＬＥＤ６と抵抗Ｒ１との接続点に接続されている。また、コントロール端子ＣＴＲＬには、後述する白色発光ダイオードＬＥＤ１〜６の輝度を調整するための輝度調整信号（外部入力信号）が入力される。

次に、昇圧チョッパレギュレータ１０の内部構成とその接続を説明する。昇圧チョッパレギュレータ１０は、Ｎチャンネル型のＦＥＴ（スイッチング素子）１１、１２、ドライブ回路１３、電流検出コンパレータ１４、発振回路１５、アンプ１６、ＰＷＭコンパレータ１７、エラーアンプ１８、基準電源１９、抵抗Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、ソフトスタート回路２０、ＯＮ／ＯＦＦ回路（作動／停止回路）２１、過熱保護回路２２、過電圧保護回路２３から構成されている。

ＦＥＴ１１、１２の互いのドレインはともにスイッチ端子Ｖｓｗに接続され、互いのゲートはともにドライブ回路１３に接続されている。そして、ＦＥＴ１２のソースはグランドに接続され、ＦＥＴ１１のソースは抵抗Ｒ２を介してグランドに接続されている。そして、抵抗Ｒ２の両端は電流検出コンパレータ１４の２つの入力端子にそれぞれ接続され、電流検出コンパレータ１４の出力と発振回路１５の２つの出力の一方の出力とがアンプ１６で加算されてＰＷＭコンパレータ１７に一方の入力として供給される。また、ＰＷＭコンパレータ１７の出力と、発振回路１５のもう一方の出力とがドライブ回路１３にそれぞれ供給される。

また、ＰＷＭコンパレータ１７の他方の入力端子にはエラーアンプ１８の出力が供給され、エラーアンプ１８の一方の入力端子はフィードバック端子ＦＢに接続されている。また、エラーアンプ１８の他方の入力端子は抵抗Ｒ３、Ｒ４の一端に接続され、抵抗Ｒ４の他端はグランドに接続され、抵抗Ｒ３の他端は基準電源１９の正極端子に接続されている。そして、基準電源１９の負極端子はグランドに接続されている。

また、ソフトスタート回路２０、ＯＮ／ＯＦＦ回路２１、過熱保護回路２２、過電圧保護回路２３の出力はドライブ回路１３にそれぞれ供給され、ソフトスタート回路２０、ＯＮ／ＯＦＦ回路２１には、コントロール端子ＣＴＲＬを介して輝度調整信号が供給される。そして、過電圧保護回路２３には、出力電圧モニタ端子Ｖｏを介して出力電圧Ｖｏｕｔが供給される。

次に、このような構成の図９に示す電源回路の動作を説明する。図９に示す電源回路は、ドライブ回路１３がＦＥＴ１２をオン／オフすることにより、直流電源１からの入力電圧Ｖｉｎを昇圧した出力電圧Ｖｏｕｔを出力コンデンサ５の両端に発生させる。即ち、ドライブ回路１３がＦＥＴ１２のゲートに所定のゲート電圧を印加しＦＥＴ１２がオンしているときには、直流電源１からの電流がコイル３に流れ、コイル３にエネルギーが蓄積される。そして、ドライブ回路１３がＦＥＴ１２のゲートに所定のゲート電圧を印加せずＦＥＴ１２がオフしているときには、蓄積されたエネルギーが放出されることによってコイル３に逆起電力が発生する。

コイル３に発生した逆起電力は直流電源１の入力電圧Ｖｉｎに加算され、ダイオード４を介して出力コンデンサ５を充電する。そして、このような一連の動作を繰り返すことにより昇圧動作が行われ、出力コンデンサ５の両端に出力電圧Ｖｏｕｔが発生し、この出力電圧Ｖｏｕｔによって白色発光ダイオードＬＥＤ１〜６に出力電流Ｉｏｕｔが流れ、白色発光ダイオードＬＥＤ１〜６が発光する。

そして、この出力電流Ｉｏｕｔの電流値に抵抗Ｒ１の抵抗値を乗じたフィードバック電圧Ｖｆｂがフィードバック端子ＦＢを介してエラーアンプ１８の一方の入力端子に供給され、エラーアンプ１８の他方の入力端子に供給される基準電圧Ｖｒｅｆと比較される。尚、この基準電圧Ｖｒｅｆは基準電源１９の電圧を抵抗Ｒ３、Ｒ４で分圧した電圧である。このため、エラーアンプ１８の出力にはフィードバック電圧Ｖｆｂと基準電圧Ｖｒｅｆとの差異に対応した電圧が現れ、この電圧がＰＷＭコンパレータ１７の一方の入力端子に供給される。

また、ＰＷＭコンパレータ１７の他方の入力端子に入力される信号は、ＦＥＴ１１がオンすることによって抵抗Ｒ２を流れる電流に比例する信号と、発振回路１５からの鋸歯状波信号とをアンプ１６で加算し増幅した信号であり、この信号がＰＷＭコンパレータ１７の前記一方の入力端子に供給されるエラーアンプ１８の出力電圧レベルと比較される。その結果、エラーアンプ１８からの出力電圧レベルがアンプ１６からの信号レベルより高くなる期間では、ＰＷＭコンパレータ１７のＰＷＭ出力はＨ（Ｈｉｇｈ）レベルになり、エラーアンプ１８からの出力電圧レベルがアンプ１６からの信号レベルより低くなる期間では、ＰＷＭコンパレータ１７のＰＷＭ出力はＬ（Ｌｏｗ）レベルになる。

そして、ドライブ回路１３はＰＷＭコンパレータ１７のＰＷＭ出力を受けて、そのＰＷＭ出力に応じたデューティでＦＥＴ１１、１２をオン／オフする。即ち、ドライブ回路１３は、ＰＷＭコンパレータ１７のＰＷＭ出力がＨレベルのときであって、発振回路１５からのクロック信号の各サイクルの開始のときに、ＦＥＴ１１、１２に所定のゲート電圧を与えてＦＥＴ１１、１２をオンさせる。そして、ＰＷＭコンパレータ１７のＰＷＭ出力がＬレベルになったときにＦＥＴ１１、１２へのゲート電圧の供給を停止し、ＦＥＴ１１、１２をオフさせる。

このようなＦＥＴ１１、１２のオン／オフ制御を行うと、フィードバック電圧Ｖｆｂと基準電圧Ｖｒｅｆとが等しくなるように昇圧動作が行われることになる。即ち、出力電流Ｉｏｕｔは、基準電圧Ｖｒｅｆ（＝フィードバック電圧Ｖｆｂ）を抵抗Ｒ１の抵抗値で除した電流値に安定化される。また、ＰＷＭコンパレータ１７で比較される信号には、抵抗Ｒ２を流れる電流に応じた信号、即ち、ＦＥＴ１１、１２がオンすることによりコイル３を流れる電流に応じた信号が加算されていることから、コイル３に流れるピーク電流を制限している。

また、過電圧保護回路２３は、出力電圧Ｖｏｕｔが所定の過電圧保護電圧を超えたことを検知してドライブ回路１３の動作を停止させるので、前記所定の過電圧保護電圧を超える過電圧が負荷である白色発光ダイオードＬＥＤ１〜６や出力コンデンサ５に印加されることを防止している。また、過熱保護回路２２は、ドライブ回路１３の動作に伴う、特に、ＦＥＴ１２周辺の過熱を検知してドライブ回路１３の動作を停止させるので、昇圧チョッパレギュレータ１０の過熱による故障や破壊を防止している。

また、ＯＮ／ＯＦＦ回路２１は、コントロール端子ＣＴＲＬに入力される外部入力信号に応じてドライブ回路１３のＦＥＴ１１、１２の駆動動作を作動／停止させるものであり、コントロール端子ＣＴＲＬにこの外部入力信号として、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)信号である輝度調整信号を入力することにより白色発光ダイオードＬＥＤ１〜６の輝度を調整することができる。即ち、ＯＮ／ＯＦＦ回路２１は、コントロール端子ＣＴＲＬに入力される輝度調整信号がＨレベルのときにドライブ回路１３のＦＥＴ１１、１２の駆動動作を作動させて白色発光ダイオードＬＥＤ１〜６に出力電流Ｉｏｕｔを流し、輝度調整信号がＬレベルのときにはドライブ回路１３のＦＥＴ１１、１２の駆動動作を停止させて出力電圧Ｖｏｕｔを低下させるので、白色発光ダイオードＬＥＤ１〜６に流れる平均電流は輝度調整信号のデューティに応じて変化することになる。そして、白色発光ダイオードＬＥＤ１〜６の輝度はこの平均電流に比例するので、このようにして白色発光ダイオードＬＥＤ１〜６の輝度が調整される。

また、ソフトスタート回路２０は、ドライブ回路１３の動作開始時に、ドライブ回路１３の出力デューティを徐々に変化させることにより出力電圧Ｖｏｕｔを緩やかに上昇させるものである。出力電圧Ｖｏｕｔを緩やかに上昇させなければ、出力コンデンサ５が充電されていない場合に、充電のための過大な充電電流が直流電源１から流れることになり、直流電源１がリチウムイオン電池等の電池である場合、電池に負担がかかるとともに、電池電圧がこの過大な充電電流により低下し、電池が本来の終止電圧まで使用できなくなるという問題が発生する。

図１０、図１１は、図９に示す電源回路の各部の電圧波形及び電流波形を示す波形図である。ここで、図１０はソフトスタート回路２０の効果を説明するために、ソフトスタート回路２０が機能していない状態の波形を示し、図１１はソフトスタート回路２０が機能している状態の波形を示している。図１０、図１１において、（ａ）はコントロール端子ＣＴＲＬに入力される輝度調整信号の電圧波形、（ｂ）は出力電圧Ｖｏｕｔの波形、（ｃ）は入力電流Ｉｉｎの波形を示している。尚、図１０、図１１において、最初に輝度調整信号がＨレベルに変化するときが図９に示す電源回路の起動時であり、このときに直流電源１から入力電圧Ｖｉｎが供給される。そして、このときまで出力電圧Ｖｏｕｔは０Ｖであり、出力コンデンサ５は全く充電されていない状態である。

先ず、図１０を参照してソフトスタート回路２０が機能していないときの昇圧動作の説明をする。図１０において、起動時、即ち、最初に輝度調整信号がＨレベルになったとき（図１０（ａ））、ドライブ回路１３は昇圧動作を開始するが、ソフトスタート機能は働かないので出力電圧Ｖｏｕｔは即座に電圧Ｖ１まで上昇する（図１０（ｂ））。このとき、入力電流Ｉｉｎは電圧Ｖ１で出力コンデンサ５を充電する充電電流となるため、過大な電流となる（図１０（ｃ））。

尚、電圧Ｖ１とは、昇圧された出力電圧Ｖｏｕｔにより白色発光ダイオードＬＥＤ１〜６と抵抗Ｒ１とに出力電流Ｉｏが流れ、これによりフィードバック端子ＦＢに発生するフィードバック電圧Ｖｆｂが基準電圧Ｖｒｅｆと等しくなる出力電圧Ｖｏｕｔの電圧のことである。そして、出力コンデンサ５の充電が進むにつれて入力電流Ｉｉｎは減少し、その後一定となる（図１０（ｃ））。

次に、輝度調整信号がＬレベルになると（図１０（ａ））、ＯＮ／ＯＦＦ回路２１がドライブ回路１３の昇圧動作を停止させるので、出力電圧Ｖｏｕｔは直流電源１の入力電圧Ｖｉｎとなり（図１０（ｂ））、入力電流Ｉｉｎは流れなくなる（図１０（ｃ））。

そして、その後、輝度調整のため輝度調整信号が所定のデューティでＨレベル／Ｌレベルに切り換わると（図１０（ａ））、出力電圧Ｖｏｕｔは輝度調整信号に応じて電圧Ｖ１とＶｉｎとに切り換わる（図１０（ｂ））。出力電圧がＶｉｎからＶ１に切り換わるときに流れる入力電流Ｉｉｎは、出力コンデンサ５が既に入力電圧Ｖｉｎの電圧値に充電されているので、電圧Ｖ１から入力電圧Ｖｉｎを差し引いた電圧で出力コンデンサ５を充電する充電電流となり、過大な電流とはならない（図１０（ｃ））。

以上が、ソフトスタート回路２０が機能していない状態での昇圧動作の説明であるが、起動時に流れる入力電流Ｉｉｎが過大になることが問題である。即ち、起動時には出力コンデンサ５を充電する過大な充電電流が電池である直流電源１から流れ出すために、電池に負担がかかるとともに、電池電圧がこの過大な充電電流により低下し、電池が本来の終止電圧まで使用できなくなるという問題が発生する。この問題を解決するためにソフトスタート回路２０が機能することが必要である。

次に、図１１を参照してソフトスタート回路２０が機能しているときの昇圧動作の説明をする。図１１において、起動時、即ち、最初に輝度調整信号がＨレベルになったとき（図１１（ａ））、ドライブ回路１３は昇圧動作を開始するが、ソフトスタート回路２０がドライブ回路１３の出力デューティを徐々に変化させるので、出力電圧Ｖｏｕｔは入力電圧Ｖｉｎの電圧に成った後、電圧Ｖ１まで緩やかに上昇する（図１１（ｂ））。起動時の入力電流Ｉｉｎは入力電圧Ｖｉｎで出力コンデンサ５を充電する充電電流となるため、過大な電流とはならない。（図１１（ｃ））。そして、出力コンデンサ５の充電が進むにつれて入力電流Ｉｉｎは減少し、その後一定となる（図１１（ｃ））。

次に、輝度調整信号がＬレベルになると（図１１（ａ））、ＯＮ／ＯＦＦ回路２１がドライブ回路１３の昇圧動作を停止させるので、出力電圧Ｖｏｕｔは直流電源１の入力電圧Ｖｉｎとなり（図１１（ｂ））、入力電流Ｉｉｎは流れなくなる（図１１（ｃ））。

そして、その後、輝度調整のため輝度調整信号が所定のデューティでＨレベル／Ｌレベルに切り換わると（図１１（ａ））、出力電圧Ｖｏｕｔは輝度調整信号がＬレベルからＨレベルに切り換わるときには、ソフトスタート回路２０がドライブ回路１３のスイッチング動作を制御することにより電圧Ｖ１に向かって緩やかに上昇するが、輝度調整信号がＨレベルからＬレベルに切り換わるときに即座に電圧Ｖｉｎとなる（図１１（ｂ））。出力電圧Ｖｏｕｔが入力電圧Ｖｉｎから電圧Ｖ１に向かって上昇するときに流れる入力電流Ｉｉｎは、出力コンデンサ５が既に入力電圧Ｖｉｎの電圧値に充電されているので、上昇した分の電圧で出力コンデンサ５を充電する充電電流となり、過大な電流とはならない（図１０（ｃ））。このように、ソフトスタート回路２０が機能することにより、起動時の入力電流Ｉｉｎが過大になることを防止し、直流電源１にダメージ等を与えることを防ぐことができる。

また、一次巻線と該一次巻線とは異なる巻き数で構成された二次巻線とを有するトランスと、直流電源の電源端子間に前記トランスの一次巻線と直列接続されたスイッチング素子と、前記直流電源の立ち上がり時にソフトスタート用コンデンサを充電し、その充電電圧に相対した電圧信号をソフト制御信号として出力するソフトスタート回路と、前記ソフトスタート回路から出力されるソフト制御信号に基づいて、前記スイッチング素子のデューティ比を徐々に高めるように制御する制御回路とを備えたスイッチング電源装置であって、前記直流電源の所定電圧値以下の立ち下がりを検出し、その検出信号を出力する電圧変動検出回路と、前記電圧変動検出回路から出力された検出信号に基づいて、前記ソフトスタート用コンデンサの充電電荷を強制的に放電させる強制放電回路とを備えたスイッチング電源装置もある。（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−６９７９３号公報

しかしながら、図９に示す従来の電源回路は、図１１に示すように、コントロール端子ＣＴＲＬに入力される輝度調整信号がＨレベルになる度、即ち、ＯＮ／ＯＦＦ回路２１によりドライブ回路１３が昇圧動作を開始する度にソフトスタート回路２０が動作して出力電圧Ｖｏｕｔが緩やかに上昇するため、出力電圧Ｖｏｕｔが電圧Ｖ１まで即座に立ち上がらないため、白色発光ダイオードＬＥＤ１〜６に一定の出力電流Ｉｏを流すことができず、輝度調整信号のデューティに応じた所望の輝度調整が行えないという問題があった。

また、特許文献１に記載の従来技術では、スイッチング電源装置が瞬断や短時間で再びオンされた場合でも、ソフトスタート動作を確実に行うことができ、スイッチング素子の損傷を未然に防止することはできるが、短いサイクルでオン／オフされた場合には、オンする度にソフトスタート動作で出力電圧が緩やかに立ち上がるので、出力電圧が所望の電圧まで立ち上がらない。従って、図９に示すような白色発光ダイオードを駆動するとともに輝度調整信号に応じて輝度調整を行う電源回路として使用する場合には、やはり所望の輝度調整が行えないという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑み、起動時に流れる過大な入力電流を制限するとともに、ＰＷＭ信号に応じて昇圧動作の作動／停止が繰り返される場合であっても出力電圧を所望の電圧に即座に立ち上げることのできる電源回路を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る電源回路は、所定の電源に接続されており、該電源によって充電されることで電圧を発生させる出力コンデンサと、前記電源と前記出力コンデンサとの間に設けられたコイルと、前記コイルと前記出力コンデンサとの間に設けられた整流素子と、前記コイルと前記整流素子との中間点と；接地点と；の接続／非接続を切替える、スイッチング素子と、を有し、前記整流素子と前記出力コンデンサとの中間点に生ずる出力電圧を、所定の負荷に供給する、電源回路であって、第１状態と第２状態が交互に出現する制御信号を受け、該制御信号が第１状態のときには、前記スイッチング素子の切替によって前記出力電圧を昇圧させる昇圧動作を行う一方、該制御信号が第２状態のときには、該昇圧動作を行わないようにする、ドライブ手段と、前記昇圧動作による前記出力電圧の立ち上がりを緩やかにするソフトスタート処理を行うソフトスタート回路と、を更に備え、該ソフトスタート回路は、前記出力電圧の大きさ、および、前記制御信号の状態を監視するとともに、該監視結果に応じた所定のタイミングでのみ、前記ソフトスタート処理を行う構成（第１の構成）とする。

また上記第１の構成において、前記ソフトスタート回路は、前記監視によって、前記出力コンデンサが充電されていない状態において前記制御信号が第１状態に遷移したことを検出し、該遷移直後の前記昇圧動作に対してのみ、前記ソフトスタート処理を行う構成（第２の構成）としても良い。

また上記第２の構成において、前記ソフトスタート回路は、前記出力電圧の大きさを所定の閾値と比較するとともに、該比較結果に基づいて、前記出力コンデンサが充電されていない状態であるか否かを判断する構成（第３の構成）としても良い。

また上記第２または第３の構成において、前記スイッチング素子は、前記ドライブ手段が発生させた所定のＰＷＭ信号に応じて、前記切替がなされるものであり、前記ソフトスタート回路は、該ＰＷＭ信号におけるデューティ比の調整を通じて、前記ソフトスタート処理を行う構成（第４の構成）としても良い。

また上記第１から第４の何れかの構成に係る電源回路であって、前記負荷としてＬＥＤが接続され、該ＬＥＤに電力を供給するものである構成（第５の構成）のＬＥＤ駆動用電源回路も有用である。

また本発明に係る電源回路は、所定の電源に接続されており、該電源によって充電されることで電圧を発生させる出力コンデンサと、前記電源と出力コンデンサとの接続経路を、所定の制御信号に応じて接地させるスイッチング素子と、前記電源から出力される電流の大きさを制限する制限処理を行う、ソフトスタート回路と、を有する、昇圧チョッパレギュレータとして構成されている電源回路であって、前記ソフトスタート回路は、前記出力コンデンサが発生させる電圧の大きさ、および、前記制御信号の状態に応じて、前記制限処理を行う構成（第６の構成）とする。

また本発明に係る電源回路は、所定の電源に接続されており、該電源によって充電されることで電圧を発生させる出力コンデンサと、前記電源と前記出力コンデンサとの間に設けられたコイルと、前記コイルと前記出力コンデンサとの間に設けられた整流素子と、前記コイルと前記整流素子との中間点と；接地点と；の接続／非接続を、所定の制御信号に応じて切替える、スイッチング素子と、前記電源から出力される電流の大きさを制限する制限処理を行う、ソフトスタート回路と、を有し、前記整流素子と前記出力コンデンサとの中間点に生ずる出力電圧を、所定の負荷に供給する、電源回路であって、前記ソフトスタート回路は、前記出力電圧の大きさ、および、前記制御信号の状態を監視するとともに、該監視結果に応じた所定のタイミングでのみ、前記制限処理を行う構成（第７の構成）とする。

本発明によると、起動時は、出力電圧が低いことを検出して前記ソフトスタート回路を動作させ、出力電圧を緩やかに上昇させることにより前記直流電源から流れる電流が過大になることを防ぎ、一旦、出力電圧が立ち上がった後は、外部入力信号に応じて前記ドライブ回路の前記スイッチング素子の駆動動作が作動／停止を繰り返す場合においても、前記ソフトスタート回路を動作させないようにすることで出力電圧を即座に立ち上げることができる。

以下に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態の電源回路の電気的構成を示す回路ブロック図である。図１において、図９と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。図１に示す電源回路が図９に示す電源回路と相違する点は、昇圧チョッパレギュレータ１０内に出力電圧検出回路２４が新たに設けられている点である。

出力電圧検出回路２４は、出力電圧モニタ端子Ｖｏとソフトスタート回路２０との間に接続されており、出力電圧モニタ端子Ｖｏを介して与えられる出力電圧Ｖｏｕｔが設定電圧より高いことを検出し、その検出信号をソフトスタート回路２０に与える。このような出力電圧検出回路２４は、例えば、図２に示す回路で構成することができる。

図２は、図１に示す出力電圧検出回路２４の電気的構成を示す回路図である。図２に示す出力電圧検出回路は、コンパレータ２５、基準電源２６、抵抗Ｒ５、Ｒ６から構成されており、コンパレータ２５の一方の入力には基準電源２６の電圧を抵抗Ｒ５、Ｒ６で分圧した設定電圧Ｖｓｅｔが与えられている。また、コンパレータ２５の他方の入力には出力電圧モニタ端子Ｖｏを介して出力電圧Ｖｏｕｔが与えられる。そして、コンパレータ２５の出力はソフトスタート回路２４に与えられる。

このような構成の出力電圧検出回路２４は、出力電圧Ｖｏｕｔと設定電圧Ｖｓｅｔとを比較してその比較結果信号をソフトスタート回路２４に与える。例えば、この比較結果信号は出力電圧Ｖｏｕｔが設定電圧Ｖｓｅｔよりも大きいときはＨレベルになり、出力電圧Ｖｏｕｔが設定電圧Ｖｓｅｔよりも小さいときはＬレベルになる。そして、ソフトスタート回路２０は、コントロール端子ＣＴＲＬを介して与えられる輝度調整信号の立ち上がり時点での出力電圧検出回路２４からの比較結果信号に応じてその動作／非動作を切り換えるようになっている。即ち、輝度調整信号が立ち上がった時点で比較結果信号がＨレベルのときにはソフトスタート回路２０は動作を停止し、Ｌレベルのときにはソフトスタート回路２０は動作してドライブ回路１３をソフトスタート制御する。以下に、図３を参照して図１に示す電源回路の動作を説明する。

図３は、図１０、図１１と同様の図１に示す電源回路の各部の電圧波形及び電流波形を示す波形図である。図３において、（ａ）はコントロール端子ＣＴＲＬに入力される輝度調整信号の電圧波形、（ｂ）は出力電圧Ｖｏｕｔの波形、（ｃ）は入力電流Ｉｉｎの波形を示している。尚、図３において、最初に輝度調整信号がＨレベルに変化するときが図１に示す電源回路の起動時であり、このときに直流電源１から入力電圧Ｖｉｎが供給される。そして、このときまで出力電圧Ｖｏｕｔは０Ｖであり、出力コンデンサ５は全く充電されていない状態である。

図３において、起動時、即ち、最初に輝度調整信号がＨレベルになったとき（図３（ａ））、出力コンデンサ５は充電されていない状態であり、この時点での出力電圧Ｖｏｕｔは設定電圧Ｖｓｅｔよりも小さい。従って、この時点での出力電圧検出回路２４からの出力はＬレベルであり、ソフトスタート回路２０はこの時点での出力電圧検出回路２４からの出力がＬレベルであることを確認し動作を行う。従って、ドライブ回路１３は昇圧動作を開始するが、ソフトスタート回路２０がドライブ回路１３を制御して出力デューティを徐々に変化させるので、出力電圧Ｖｏｕｔは入力電圧Ｖｉｎの電圧に成った後、電圧Ｖ１まで緩やかに上昇する（図３（ｂ））。ここで、起動時の入力電流Ｉｉｎは入力電圧Ｖｉｎで出力コンデンサ５を充電する充電電流となるため、過大な電流とはならない（図３（ｃ））。そして、出力コンデンサ５の充電が進むにつれて入力電流Ｉｉｎは減少し、その後一定となる（図３（ｃ））。

次に、輝度調整信号がＬレベルになると（図３（ａ））、ＯＮ／ＯＦＦ回路２１がドライブ回路１３の昇圧動作を停止させるので、出力電圧Ｖｏｕｔは直流電源１の入力電圧Ｖｉｎとなり（図３（ｂ））、入力電流Ｉｉｎは流れなくなる（図３（ｃ））。

そして、その後、輝度調整のため輝度調整信号がＨレベル／Ｌレベルに所定のデューティで切り換わるが（図３（ａ））、ソフトスタート回路２０は輝度調整信号がＨレベルになった時点での出力電圧検出回路２４からの出力がＨレベルであることを確認し動作を停止する。これは、このとき出力コンデンサ５は入力電圧Ｖｉｎに充電されているため、出力電圧Ｖｏｕｔは入力電圧Ｖｉｎの電圧であり、この電圧は設定電圧Ｖｓｅｔよりも大きいからである。

従って、出力電圧Ｖｏｕｔは輝度調整信号に応じて電圧Ｖ１とＶｉｎとに即座に切り換わる（図３（ｂ））。ここで、出力電圧がＶｉｎからＶ１に切り換わるときに流れる入力電流Ｉｉｎは、出力コンデンサ５が既に入力電圧Ｖｉｎの電圧値に充電されているので、電圧Ｖ１から入力電圧Ｖｉｎを差し引いた電圧で出力コンデンサ５を充電する充電電流となり、過大な電流とはならない（図３（ｃ））。

このようにして、起動時にはソフトスタート回路２０により出力電圧Ｖｏｕｔを緩やかに上昇させて入力電流Ｉｉｎが過大にならないように制限するとともに、輝度調整信号に応じて昇圧動作の作動／停止を繰り返す場合は出力電圧Ｖｏｕｔを所望の電圧に即座に立ち上げることができる。これにより、直流電源１にダメージを与えることなく、外部から与えられる輝度調整信号に応じた所望の輝度調整のできる電源回路が実現できる。

図４は、図１に示す出力電圧検出回路２４の他の電気的構成を示す回路図である。図４において、図２と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。図４に示す出力電圧検出回路２４が図２示す出力電圧検出回路２４と相違する点は、コンパレータ２５の代わりにヒステリシスを有するコンパレータ２７が設けられている点である。コンパレータ２７の一方の入力には基準電源２６の電圧を抵抗Ｒ５、Ｒ６で分圧した設定電圧Ｖｓｅｔが与えられているが、この設定電圧Ｖｓｅｔはコンパレータ２７の出力に応じたヒステリシスを有している。例えば、コンパレータ２７の出力がＬレベルのときの設定電圧Ｖｓｅｔは４．６Ｖになり、Ｈレベルのときの設定電圧Ｖｓｅｔは３．４Ｖになるようになっている。

このような図４に示す出力電圧検出回路２４を用いた場合の図１に示す電源回路の動作を図３を参照して説明する。図３において、起動時、即ち、最初に輝度調整信号がＨレベルになったとき（図３（ａ））、出力コンデンサ５は充電されていない状態であり、この時点での出力電圧Ｖｏｕｔは４．６Ｖよりも小さいので、出力電圧検出回路２４からの出力はＬレベルである。

そして、ソフトスタート回路２０は出力電圧検出回路２４からの出力がＬレベルであるときにはソフトスタート動作を行い、出力電圧検出回路２４からの出力がＨレベルであるときには動作を停止するようになっている。従って、ドライブ回路１３は昇圧動作を開始するが、ソフトスタート回路２０がドライブ回路１３の出力デューティを徐々に変化させるので、出力電圧Ｖｏｕｔは入力電圧Ｖｉｎの電圧に成った後、４．６Ｖになるまで、即ち、出力検出回路２４内のコンパレータ２７が反転するまで緩やかに上昇する（図３（ｂ））。

そして、出力電圧Ｖｏｕｔが４．６Ｖを超え出力検出回路２４内のコンパレータ２７が反転し出力がＨレベルになると、ソフトスタート回路２０は動作を停止するので、出力電圧Ｖｏｕｔは電圧Ｖ１に即座に上昇する。しかしながら、このとき流れる入力電流Ｉｉｎは出力コンデンサ５が既に４．６Ｖに充電されており、それを超える電圧上昇分での充電電流となるため、過大な電流とはならない。また、このとき、コンパレータ２７の出力がＨレベルになるので設定電圧Ｖｓｅｔは３．４Ｖに変化する。

そして、その後、輝度調整のため輝度調整信号はＨレベル／Ｌレベルに所定のデューティで切り換わるが（図３（ａ））、ソフトスタート回路２０は出力電圧検出回路２４からの出力がＨレベルであるので動作を停止している。これは、このとき出力コンデンサ５は入力電圧Ｖｉｎに充電されているため、出力電圧Ｖｏｕｔは入力電圧Ｖｉｎの電圧であり、この電圧は３．４Ｖよりも大きいからである。

このようにして、起動時にはソフトスタート回路２０により出力電圧Ｖｏｕｔを緩やかに上昇させて入力電流Ｉｉｎが過大にならないように制限するとともに、輝度調整信号に応じて昇圧動作の作動／停止を繰り返す場合は出力電圧Ｖｏｕｔを所望の電圧に即座に立ち上げることができる。この効果は図２に示す出力検出回路２４を用いた場合でも同様であるが、図４に示す出力検出回路２４を用いることで、スロースタート回路２０は出力検出回路２４からの出力に応じて動作／非動作を切り換えるだけで良く、スロースタート回路２０を簡単な構成にすることができる。

また、上述のように、設定電圧Ｖｓｅｔを４．６Ｖとすることで、直流電源１にリチウムイオン電池を使用した場合に、リチウムイオン電池の充電電圧の最大値までソフトスタート機能が働く状態を保つことができる。また、この設定電圧Ｖｓｅｔに１．２Ｖのヒステリシスを設け、出力電圧Ｖｏｕｔが立ち上がった後に再びソフトスタート機能が働く電圧を３．４Ｖにすることにより、リチウムイオン電池の終止電圧の最下点までソフトスタート機能を無効にして使用することができ、電池を有効に使用することが可能となる。

図５は、本発明の第２実施形態の電源回路の電気的構成を示す回路ブロック図である。図５において、図１と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。図５に示す電源回路が図１に示す電源回路と相違する点は、出力電圧検出回路２４の代わりにフィードバック検出回路２８が設けられている点である。

フィードバック検出回路２８は、フィードバック端子ＦＢとソフトスタート回路２０との間に接続されており、フィードバック端子ＦＢを介して与えられるフィードバック電圧Ｖｆｂが設定電圧より高いことを検出し、その検出信号をソフトスタート回路２０に与える。図５に示す電源回路は、ソフトスタート回路２０の動作／非動作の判断のために検出する電圧を出力電圧Ｖｏｕｔからフィードバック電圧Ｖｆｂにしたものであり、フィードバック電圧Ｖｆｂは出力電圧Ｖｏｕｔに比例した電圧であるので、フィードバック電圧検出回路３０は、例えば、図２、図４に示す出力電圧検出回路２４と同様の回路構成のものにし、設定電圧Ｖｓｅｔの電圧レベルを変更することで実現できる。従って、図５に示す電源回路は、図１に示す電源回路と同様の動作を行い、その効果も同様であるので、説明を省略する。

図６は、本発明の第３実施形態の電源回路の電気的構成を示す回路ブロック図である。図６において、図１と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。図６に示す電源回路が図１に示す電源回路と相違する点は、過電圧保護回路２３の代わりに出力電圧検出回路２４の機能を兼用した過電圧保護回路２９が設けられている点である。

過電圧保護回路２９は、図１に示す出力電圧検出回路２４と過電圧保護回路２３とを組み合わせたものである。図１に示す出力電圧検出回路２４と過電圧保護回路２３は、いずれも出力電圧Ｖｏｕｔとそれぞれの回路に設定された所定の電圧とを比較してその比較結果の信号を出力する回路であるので、この２つの回路を組み合わせた過熱保護回路２９にすることは容易に実現できる。例えば、図７に示すように、出力電圧Ｖｏｕｔから抵抗分割で過電圧検出する電圧と出力電圧検出する電圧を取り出すようにすることで実現できる。このようにすると、電源回路の回路構成を簡素化することができる。

図８は、本発明の第４実施形態の電源回路の電気的構成を示す回路ブロック図である。図８において、図１と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。図８に示す電源回路が図１に示す電源回路と相違する点は、出力電圧検出回路２４の代わりに入力電圧検出回路３０が設けられている点である。

入力電圧検出回路３０は、電源端子Ｖｉとソフトスタート回路２０との間に接続されており、電源端子Ｖｉを介して与えられる入力電圧Ｖｉｎが設定電圧より高いことを検出し、その検出信号をソフトスタート回路２０に与える。図７に示す電源回路は、ソフトスタート回路２０の動作／非動作の判断のために検出する電圧を出力電圧Ｖｏｕｔから入力電圧Ｖｉｎにしたものであり、入力電圧検出回路３０は、例えば、図２、図４に示す出力電圧検出回路２４と同様の回路構成のものにし、設定電圧Ｖｓｅｔの電圧レベルを変更することで実現できる。

起動時において、直流電源１からの入力電圧Ｖｉｎが与えられると、入力コンデンサ２が充電され、それに伴い入力コンデンサ２の端子電圧は上昇する。従って、入力電圧Ｖｉｎが完全に立ち上がるまでに入力電圧検出回路３０で検出される入力電圧Ｖｉｎは、設定電圧Ｖｓｅｔより低い状態であるので、入力電圧検出回路３０はソフトスタート回路に検出信号を与え、ソフトスタート回路２０がドライブ回路１３をソフトスタート制御して出力電圧Ｖｏｕｔを緩やかに上昇させることにより入力電流Ｉｉｎを制限する。また、一旦起動した後は、入力電圧検出回路３０で検出される入力電圧Ｖｉｎは、設定電圧Ｖｓｅｔより高くなり、ソフトスタート回路２０に検出信号を与えないのでソフトスタート回路２０は動作を停止する。従って、出力電圧Ｖｏｕｔは即座に立ち上がることになる。

これにより、図８に示す電源回路は、起動時にはソフトスタート回路２０により出力電圧Ｖｏｕｔを緩やかに上昇させて入力電流Ｉｉｎが過大にならないように制限するとともに、輝度調整信号に応じて昇圧動作の作動／停止を繰り返す場合は出力電圧Ｖｏｕｔを所望の電圧に即座に立ち上げることができる。

また、図８に示す電源回路において、入力電圧検出回路３０を図４に示すような設定電圧Ｖｓｅｔにヒステリシスを有する回路で構成し、設定電圧Ｖｓｅｔを４．２Ｖとすることで、直流電源１にリチウムイオン電池を使用した場合に、リチウムイオン電池の充電電圧の最大値までソフトスタート機能が働く状態を保つことができる。また、この設定電圧Ｖｓｅｔに１．２Ｖのヒステリシスを設け、出力電圧Ｖｏｕｔが立ち上がった後に再びソフトスタート機能が働く電圧を３．０Ｖにすることにより、リチウムイオン電池の終止電圧の最下点までソフトスタート機能を無効にして使用することができ、電池を有効に使用することが可能となる。

また、以上説明した実施形態の電源回路を白色発光ダイオードＬＥＤ１〜６を備えた携帯電話機等の電子機器に搭載すると、起動時にこの電子機器に内蔵されているリチウムイオン電池等の電池に流れる電流を制限して、この電池を終止電圧まで使用することができるとともに、白色発光ダイオードＬＥＤ１〜６の輝度調整が可能な電子機器が実現できる。

尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において各部の構成等を適宜に変更して実施することも可能である。

以上説明したように、本発明によると、直流電源の一方の端子に接続されるコイルと、一端が前記コイルに接続され他端が前記直流電源の他方の端子に接続されるスイッチング素子と、該スイッチング素子と並列に接続される整流素子と出力コンデンサとの直列回路と、前記出力コンデンサと並列に接続される負荷と出力電流検出抵抗との直列回路と、前記負荷に流れる出力電流が一定になるように前記出力電流検出抵抗からのフィードバック電圧に基づいて前記スイッチング素子を駆動するドライブ回路とを備える電源回路において、前記整流素子と出力コンデンサとの接続点に発生する出力電圧を外部から調整するために、外部入力信号に応じて前記ドライブ回路の前記スイッチング素子の駆動動作を作動／停止する作動／停止回路と、前記出力電圧が所定の電圧より高いことを検出して検出信号を出力する出力電圧検出回路と、前記外部入力信号が入力されたときに前記出力電圧検出回路からの検出信号が与えられている場合は動作せず、与えられていない場合は前記出力電圧が緩やかに上昇するように前記ドライブ回路を制御するソフトスタート回路とを設けたので、起動時は、出力電圧が低いことを検出して前記ソフトスタート回路を動作させ、出力電圧を緩やかに上昇させることにより前記直流電源から流れる電流が過大になることを防ぎ、一旦、出力電圧が立ち上がった後は、外部入力信号に応じて前記ドライブ回路の前記スイッチング素子の駆動動作が作動／停止を繰り返す場合においても、前記ソフトスタート回路を動作させないようにすることで出力電圧を即座に立ち上げることができる。

また、このような電源回路を用いた電子機器にすることで、起動時には前記電子機器に内蔵されている直流電源からの電流を制限することができるとともに、起動後には前記電源回路から前記電子機器内の負荷に供給する電圧を前記電子機器からの信号によって調整可能な電子機器が実現でき、さらに、前記負荷が液晶表示装置のバックライトまたはフロントライトの発光素子であり、前記作動／停止回路が前記液晶表示装置のバックライトまたはフロントライトの輝度調整用回路であると、起動時に前記電子機器に内蔵されているリチウムイオン電池等の電池に流れる電流を制限して前記電池を終止電圧まで使用することができるとともに、前記電源回路で前記液晶表示装置のバックライトまたはフロントライトの輝度調整が可能な電子機器が実現できる。

本発明の第１実施形態の電源回路の電気的構成を示す回路ブロック図である。図１に示す出力電圧検出回路の電気的構成を示す回路図である。図１に示す電源回路の各部の電圧波形及び電流波形を示す波形図である。図１に示す出力電圧検出回路の他の電気的構成を示す回路図である。本発明の第２実施形態の電源回路の電気的構成を示す回路ブロック図である。本発明の第３実施形態の電源回路の電気的構成を示す回路ブロック図である。図６に示す過熱保護回路を説明するための図である。本発明の第４実施形態の電源回路の電気的構成を示す回路ブロック図である。従来の電源回路の電気的構成を示す回路ブロック図である。図９に示す電源回路の各部の電圧波形及び電流波形を示す波形図である。図９に示す電源回路の各部の他の状態での電圧波形及び電流波形を示す波形図である。

符号の説明

１直流電源
２入力コンデンサ
３コイル
４ダイオード（整流素子）
５出力コンデンサ
１０昇圧チョッパレギュレータ
１１、１２ＦＥＴ（スイッチング素子）
１３ドライブ回路
１４電流検出コンパレータ
１５発振回路
１６アンプ
１７ＰＷＭコンパレータ
１８エラーコンパレータ
１９、２６基準電源
２０ソフトスタート回路
２１ＯＮ／ＯＦＦ回路（作動／停止回路）
２２過熱保護回路
２３過電圧保護回路
２４出力電圧検出回路
２５、２７コンパレータ
２８フィードバック電圧検出回路
２９過電圧保護回路（出力電圧検出回路）
３０入力電圧検出回路
Ｒ１抵抗（出力電流検出抵抗）
Ｒ２〜Ｒ６抵抗
ＬＥＤ１〜ＬＥＤ６白色発光ダイオード（負荷）

Claims

所定の電源に接続されており、該電源によって充電されることで電圧を発生させる出力コンデンサと、
前記電源と前記出力コンデンサとの間に設けられたコイルと、
前記コイルと前記出力コンデンサとの間に設けられた整流素子と、
前記コイルと前記整流素子との中間点と；接地点と；の接続／非接続を切替える、スイッチング素子と、
を有し、前記整流素子と前記出力コンデンサとの中間点に生ずる出力電圧を、所定の負荷に供給する、電源回路であって、
第１状態と第２状態が交互に出現する制御信号を受け、該制御信号が第１状態のときには、前記スイッチング素子の切替によって前記出力電圧を昇圧させる昇圧動作を行う一方、該制御信号が第２状態のときには、該昇圧動作を行わないようにする、ドライブ手段と、
前記昇圧動作による前記出力電圧の立ち上がりを緩やかにするソフトスタート処理を行うソフトスタート回路と、を更に備え、
該ソフトスタート回路は、
前記出力電圧の大きさ、および、前記制御信号の状態に応じた所定のタイミングでのみ、前記ソフトスタート処理を行うことを特徴とする電源回路。
前記ソフトスタート回路は、
前記出力電圧の大きさ、および、前記制御信号の状態に基づいて、前記出力コンデンサが充電されていない状態において前記制御信号が第１状態に遷移したことを検出し、
該遷移直後の前記昇圧動作がなされるタイミングでのみ、前記ソフトスタート処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の電源回路。
前記ソフトスタート回路は、
前記出力電圧の大きさを所定の閾値と比較するとともに、該比較結果に基づいて、前記出力コンデンサが充電されていない状態であるか否かを判断することを特徴とする請求項２に記載の電源回路。
前記スイッチング素子は、前記ドライブ手段が発生させた所定のＰＷＭ信号に応じて、前記切替がなされるものであり、
前記ソフトスタート回路は、該ＰＷＭ信号におけるデューティの調整を通じて、前記ソフトスタート処理を行うことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の電源回路。
請求項１から請求項４の何れかに記載の電源回路であって、
前記負荷としてＬＥＤが接続され、該ＬＥＤに電力を供給するものであることを特徴とするＬＥＤ駆動用電源回路。
所定の電源に接続されており、該電源によって充電されることで電圧を発生させる出力コンデンサと、
前記電源と出力コンデンサとの接続経路を、所定の制御信号に応じて接地させるスイッチング素子と、
前記電源から出力される電流の大きさを制限する制限処理を行う、ソフトスタート回路と、を有する、昇圧チョッパレギュレータとして構成されている電源回路であって、
前記ソフトスタート回路は、
前記出力コンデンサが発生させる電圧の大きさ、および、前記制御信号の状態に応じて、前記制限処理を行うことを特徴とする電源回路。
所定の電源に接続されており、該電源によって充電されることで電圧を発生させる出力コンデンサと、
前記電源と前記出力コンデンサとの間に設けられたコイルと、
前記コイルと前記出力コンデンサとの間に設けられた整流素子と、
前記コイルと前記整流素子との中間点と；接地点と；の接続／非接続を、所定の制御信号に応じて切替える、スイッチング素子と、
前記電源から出力される電流の大きさを制限する制限処理を行う、ソフトスタート回路と、を有し、
前記整流素子と前記出力コンデンサとの中間点に生ずる出力電圧を、所定の負荷に供給する、電源回路であって、
前記ソフトスタート回路は、
前記出力電圧の大きさ、および、前記制御信号の状態に応じた所定のタイミングでのみ、前記制限処理を行うことを特徴とする電源回路。