JP2008167587A - ソフトスタート電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＣ／ＤＣコンバータを含むソフトスタート電源装置に関し、起動初期の出力電圧のオーバーシュート発生を防止する。
【解決手段】ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電圧を検出した検出電圧と比較基準電圧とを比較して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１を制御する制御回路（制御ＩＣ４）と、制御回路のデッドタイム端子Ｔ１に、起動時に徐々に低下する電圧を入力する制御ＩＣソフトスタート回路５と、制御回路の比較基準電圧入力端子Ｔ４に、起動時に徐々に所定値に上昇する電圧を入力する外部ソフトスタート回路６と、制御回路のＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電圧を検出した検出電圧を入力する検出電圧入力端子Ｔ３に、デッドタイム端子Ｔ１の入力電圧を入力するように接続したダイオードＤ１とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチング動作による出力電圧が電源動作開始スイッチの投入から緩やかに立ち上がる特性を有するソフトスタート電源装置に関する。

安定化出力電圧を負荷に供給する為の電源装置として、スイッチングレギュレータ構成の電源装置が一般的であり、その場合、電源スイッチをオンとして、負荷に供給する出力電圧が緩やかに立ち上がる特性の電源装置が種々提案されている。このようなソフトスタート特性の電源装置として、図４に示す構成を先に提案した（例えば、特許文献１参照）。同図に於いて、１はＤＣ／ＤＣコンバータ、２は負荷、３はゲートドライバ、４は制御ＩＣ（半導体集積回路化した制御回路）、５は制御ＩＣソフトスタート回路、６は外部ソフトスタート回路、Ｑ１はトランジスタ、Ｃ１，Ｃ２はコンデンサ、Ｒ１〜Ｒ４，Ｒ１１，Ｒ２１は抵抗、ＳＷ１，ＳＷ２は連動スイッチの第１及び第２の接点、Ｖ１は基準電圧を示す。又制御ＩＣは、鋸歯状波信号発振器と誤差増幅器と比較器等を含み、且つデッドタイム端子Ｔ１（ＤＴ）と、パルス幅制御信号（ＰＷＭ）出力端子Ｔ２と、検出電圧入力端子Ｔ３と、比較基準電圧入力端子Ｔ４とを含む端子を有する場合を示す。なお、抵抗Ｒ１１は、電圧検出回路に相当するものであるが、簡易化の為に抵抗として示している。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、基本的には、スイッチングトランジスタと整流平滑回路とを含む構成を有するものであり、入力直流電圧をスイッチング制御により所定の出力直流電圧として、負荷２に供給する。制御ＩＣ４は、ゲートドライバ３を介してＤＣ／ＤＣコンバータ１のスイッチングトランジスタのオン幅を制御するものであり、制御ＩＣ４のデッドタイム端子Ｔ１に、制御ＩＣソフトスタート回路５の出力信号を入力し、検出電圧入力端子Ｔ３に、電圧検出回路としての抵抗Ｒ１１を介して負荷２に印加する電圧を入力し、比較基準電圧入力端子Ｔ４に、外部ソフトスタート回路６の出力信号を入力する。制御ＩＣ４は、デッドタイム端子Ｔ１に入力される電圧が所定値以下となると、パルス幅制御処理を開始するものであり、連動スイッチが図示状態の場合、制御ＩＣソフトスタート回路５のトランジスタＱ１はオン状態となり、デッドタイム端子Ｔ１には、ほぼ電源電圧＋Ｖが入力され、制御ＩＣ４は非動作状態となる。又外部ソフトスタート回路６のコンデンサＣ２の端子電圧はほぼ０Ｖであり、この電圧が制御ＩＣ４の比較基準電圧入力端子Ｔ４に入力される。

起動時は、連動スイッチを操作して、第１の接点ＳＷ１をオフ、第２の接点ＳＷ２をオンとする。それにより、制御ＩＣソフトスタート回路５のトランジスタＱ１はオフとなり、制御ＩＣ４のデッドタイム端子Ｔ１に入力される電圧は、電源電圧＋ＶからコンデンサＣ１と抵抗Ｒ３，Ｒ４との時定数に従って順次低下する。又外部ソフトスタート回路６のコンデンサＣ２の端子電圧は、抵抗Ｒ２１とコンデンサＣ２との時定数と基準電圧Ｖ１とにより、順次上昇する。デッドタイム端子Ｔ１に入力される電圧が所定値に低下すると、制御ＩＣ４は、検出電圧と比較基準電圧との比較によるパルス幅制御処理を開始し、パルス幅制御信号をゲートドライバ３に入力し、ゲートドライバ３からＤＣ／ＤＣコンバータ１のスイッチングトランジスタのオン、オフを制御する駆動信号を入力する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１のスイッチングトランジスタのオン、オフ制御が開始されると、負荷２に供給する電圧は上昇し、制御ＩＣ４の検出電圧入力端子Ｔ３に入力される検出電圧も上昇する。外部ソフトスタート６を設けていない場合、制御ＩＣ４の比較基準電圧入力端子Ｔ４には、一定値の比較基準電圧を入力するものであり、従って、起動初期には、検出電圧が０Ｖに近い低い値であるから、ＤＣ／ＤＣコンバータ１のスイッチングトランジスタのオン幅は最大値に近い値となり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電圧は急上昇し、比較基準電圧より検出電圧が高くなると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１のスイッチングトランジスタのオン幅を狭くするような制御に移行し、最終的には、出力電圧は所定値となるような制御が行なわれる。その場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電圧は一旦急上昇してから、それを抑制する制御により低下した後、所望の立上がり特性に従った出力電圧となる。この場合の急上昇した電圧をオーバーシュートと称するものであり、負荷２に対して悪影響を及ぼすことになる。

そこで、外部ソフトスタート回路６を設けて、制御ＩＣ４の比較基準電圧入力端子Ｔ４に、起動初期の比較基準電圧を、検出電圧の立上がり特性に従って上昇させるように、基準電圧Ｖ１により抵抗Ｒ２１を介してコンデンサＣ２を充電し、このコンデンサＣ２の端子電圧を比較基準電圧とし、オーバーシュートを防止するものである。

制御ＩＣ４のデッドタイム端子ＤＴに入力される電圧と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電圧との起動時の関係の一例を図５に示すもので、外部ソフトスタート回路６を設けていない場合、比較基準電圧入力端子Ｔ４には、前述のように、一定の比較基準電圧を入力しており、デッドタイム端子ＤＴに入力される電圧は、第１の接点ＳＷ１をオフとすると、図５の（ａ）に示すように、電源電圧＋Ｖに相当するａ点、例えば、５Ｖから、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ３，Ｒ４との時定数に対応して低下し、ｂ点、例えば、３Ｖに低下すると、制御ＩＣ４は動作を開始する。それにより、出力電圧は、図５の（ｂ）に示すように徐々に上昇し、デッドタイム端子ＤＴに入力される電圧がｃ点、例えば、１．５Ｖとなる時点では、出力電圧は所定の電圧となる。即ち、ソフトスタート制御動作終了となる。

このように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電圧が所定電圧に上昇するまでの間に、検出電圧が比較基準電圧より低い状態がある為に、ソフトスタート制御開始時点に於いて、制御ＩＣ４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１に対するオン期間を最大とするようなパルス幅制御信号を加える制御を行う場合があり、その為に、図５の（ｃ）に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電圧にオーバーシュートが発生する。これを防止する為に、外部ソフトスタート回路６を設けて、制御ＩＣ４の比較基準電圧端子Ｔ４に、制御開始時点では低い値の比較基準電圧とするように制御するものである。
特開２０００−１０２２４３号公報

前述の図４に示す従来例に於いて、外部ソフトスタート回路６を設けたことにより、オーバーシュートの発生を防止することが可能となるが、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電圧の定常時の安定化を図る為には、その出力電圧の検出及び比較処理の高速化が望ましいものである。このような高速処理を行う構成とした場合、フィードバックループのゲインを高くしたことに相当するから、僅かな出力電圧の変動にも対応したパルス幅制御を行うことから、発振状態となる可能性が生じ、安定動作を保証できなくなる問題がある。反対に、出力電圧の検出及び比較処理を低速化すると、定常時に発振状態となることはないが、ＤＣ／ＤＣコンバータの初期立上げ時に、前述のオーバーシュートが発生する問題が生じる。

本発明は、前述の問題点を解決することを目的とし、簡単な回路構成によりオーバーシュート発生を防止するものである。

本発明のソフトスタート電源装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を負荷に供給する電源装置に於いて、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を検出した検出電圧と比較基準電圧とを比較して前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御回路と、該制御回路のデッドタイム端子に起動時に徐々に低下する電圧を入力する制御ＩＣソフトスタート回路と、該制御回路の比較基準電圧入力端子に起動時に徐々に所定値に上昇する電圧を入力する外部ソフトスタート回路と、該制御回路の前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を検出した検出電圧を入力する検出電圧入力端子に、前記デッドタイム端子の入力電圧を入力するように接続したダイオードとを備えている。

又ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を負荷に供給する電源装置に於いて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を検出した検出電圧と比較基準電圧とを比較して前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御回路と、該制御回路のデッドタイム端子に起動時に徐々に低下する電圧を入力する制御ＩＣソフトスタート回路と、該制御回路の比較基準電圧入力端子に起動時に徐々に所定値に上昇する電圧を入力する第１の外部ソフトスタート回路と、該制御回路の検出電圧入力端子に起動時に徐々に低下する電圧を、ダイオードを介して入力する第２の外部ソフトスタート回路とを備えている。

又前記制御回路の検出電圧入力端子に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの負極性の電圧を検出して正極性に反転する反転増幅器を接続することができる。

制御ＩＣソフトスタート回路と外部ソフトスタート回路とを含み、制御回路の検出電圧入力端子に、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧の検出電圧とは別個の起動時に徐々に上昇する電圧を、ダイオードを介して入力することにより、オーバーシュートを確実に防止することが可能となる。

本発明のソフトスタート電源装置は、図１を参照すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電圧を検出した検出電圧と比較基準電圧とを比較して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１を制御する制御回路（制御ＩＣ４）と、この制御回路のデッドタイム端子Ｔ１に、起動時に徐々に低下する電圧を入力する制御ＩＣソフトスタート回路５と、この制御回路の比較基準電圧入力端子Ｔ４に、起動時に徐々に所定値に上昇する電圧を入力する外部ソフトスタート回路６と、制御回路のＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電圧を検出した検出電圧を入力する検出電圧入力端子Ｔ３に、デッドタイム端子Ｔ１の入力電圧を入力するように接続したダイオードＤ１とを備えている。

図１は、本発明の実施例１の説明図であり、１はＤＣ／ＤＣコンバータ、２は負荷、３はゲートドライバ、４は制御ＩＣ（半導体集積回路化した制御回路）、５は制御ＩＣソフトスタート回路、６は外部ソフトスタート回路、Ｑ１はトランジスタ、Ｃ１，Ｃ２はコンデンサ、Ｒ１〜Ｒ４，Ｒ１１，Ｒ２１は抵抗、Ｄ１はダイオード、ＳＷ１，ＳＷ２は連動スイッチの第１及び第２の接点、Ｖ１は基準電圧、Ｔ１はデッドタイム端子（ＤＴ）、Ｔ２はパルス幅制御信号（ＰＷＭ）出力端子、Ｔ３は検出電圧入力端子、Ｔ４は比較基準電圧入力端子を示す。ダイオードＤ１は、制御ＩＣ４のデッドタイム端子Ｔ１の入力電圧を検出電圧入力端子Ｔ３に入力する極性で接続する。又ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電圧を検出する検出回路を、簡略化して抵抗Ｒ１１により示しているが、分圧抵抗構成や演算増幅器を含む構成等の既に知られている電圧検出回路構成とすることができる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電圧の安定化制御を行う制御回路としての制御ＩＣ４は、前述のように、鋸歯状波信号発振器と誤差増幅器と比較器と論理回路等を集積回路化したものであり、デッドタイム端子Ｔ１に入力される電圧が所定値以上の場合には、パルス幅制御処理を停止している状態となる。又この制御ＩＣ４が動作状態の時に、電圧検出回路としての抵抗Ｒ１１を介して検出電圧入力端子Ｔ３に入力される検出電圧が、比較基準電圧入力端子Ｔ４に入力される比較基準電圧より高い場合、パルス幅制御信号によるＤＣ／ＤＣコンバータ１のスイッチングのオン幅を狭くし、反対に検出電圧が比較基準電圧より低い場合、オン幅を広くするような制御処理を行って、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電圧を所定値に維持するものである。

制御ＩＣソフトスタート回路５と外部ソフトスタート回路６とは、図４に示す従来例と同様の構成を有するものであり、連動スイッチの第１の接点ＳＷ１をオフ、第２の接点ＳＷ２をオンとして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１を起動すると、制御ＩＣ４のデッドタイム端子Ｔ１に印加される電圧は、例えば、図５の（ａ）に示すように、抵抗Ｒ３，Ｒ４とコンデンサＣ１とによる時定数に従ってａ点から低下し、ｂ点になると、制御ＩＣ４は動作を開始する。又その時点では、電圧検出回路としての抵抗Ｒ１１を介して入力される検出電圧は零であるが、ダイオードＤ１を介して、検出電圧入力端子Ｔ３に、制御ＩＣソフトスタート回路５からデッドタイム端子Ｔ１に入力する電圧が入力される。又外部ソフトスタート回路６からの比較基準電圧は、抵抗Ｒ２１とコンデンサＣ２との時定数に従った特性で順次上昇する。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電圧の検出速度を高速化した場合でも、起動初期のＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電圧は急上昇することはなくなる。即ち、オーバーシュートは発生しないことになる。なお、起動後の定常状態では、制御ＩＣソフトスタート回路５の抵抗Ｒ４の両端の電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電圧を検出した検出電圧より低い値となるように設定する。それにより、起動後は、ダイオードＤ１に逆極性の電圧が印加され、従って、制御ＩＣソフトスタート回路５は切り離された状態となる。

図２は、本発明の実施例２の説明図であり、図１と同一符号は同一部分を示し、７は反転増幅器である。この実施例２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電圧を検出する電圧検出回路を抵抗Ｒ１１として示し、この抵抗Ｒ１１を負極性側に接続して、出力電圧を負極性として検出する場合を示すものであり、反転増幅器７により検出電圧極性を反転して、制御ＩＣ４の検出電圧入力端子Ｔ３に、正極性の検出電圧として入力する場合を示す。又制御ＩＣソフトスタート回路５と外部ソフトスタート回路６とダイオードＤ１とによるソフトスタート時のオーバーシュートを防止する作用は、図１に示す実施例１と同様であり、重複する説明は省略する。

図３は、本発明の実施例３の説明図であり、図１と同一符号は同一部分を示し、８は第２の外部ソフトスタート回路を示し、Ｑ３はトランジスタ、Ｃ３はコンデンサ、Ｒ３１〜Ｒ３４は抵抗、Ｄ３はダイオード、ＳＷ３は連動スイッチの第３の接点を示す。なお、図１及び図２に於ける外部ソフトスタート回路を第１の外部ソフトスタート回路６とし、新たに追加した外部ソフトスタート回路を第２の外部ソフトスタート回路８とする。又図１及び図２に示す実施例に於いては、制御ＩＣソフトスタート回路５の抵抗Ｒ４の両端の電圧を、制御ＩＣ４の検出電圧入力端子Ｔ３に入力するようにダイオードＤ１を接続しているが、このダイオードＤ１を省略し、第２の外部ソフトスタート回路８の抵抗Ｒ３４の両端の電圧を、制御ＩＣ４の検出電圧入力端子Ｔ３に入力するように、ダイオードＤ３を接続する。又第２の外部ソフトスタート回路８は、制御ＩＣソフトスタート回路５と略同一の回路構成を有するものであるが、抵抗等の各回路素子の値は、制御ＩＣソフトスタート回路５に於いては、制御ＩＣ４の制御特性として要求されるパルス幅制御信号のデューティ等により選定されるものであり、又第２の外部ソフトスタート回路８は、主としてオーバシュート防止を行うように回路素子の値が選定される。即ち、制御ＩＣ４を所望のデューティで動作させ、且つ第２の外部ソフトスタート回路８により起動時のオーバーシュートを確実に防止することができる。

即ち、起動時は、連動スイッチの制御ＩＣソフトスタート回路５の第１の接点ＳＷ１及び第２の外部ソフトスタート回路８の第３の接点ＳＷ３をオフとし、第１の外部ソフトスタート回路６の第２の接点ＳＷ２をオンとする。それにより、制御ＩＣ４のデッドタイム端子Ｔ１には、制御ＩＣソフトスタート回路５の抵抗Ｒ４の両端の徐々に低下する電圧が入力され、検出電圧入力端子Ｔ３には、抵抗Ｒ１１を介した出力電圧と、第２の外部ソフトスタート回路８の抵抗Ｒ３４の両端の徐々に低下する電圧とが入力され、比較基準電圧入力端子Ｔ４には、第１の外部ソフトスタート回路６の徐々に上昇するコンデンサＣ２の端子電圧が入力される。従って、制御ＩＣ４は、デッドタイム端子Ｔ１に入力される電圧が所定値に低下すると制御動作を開始し、検出電圧入力端子Ｔ３にダイオードＤ３を介して第２の外部ソフトスタート回路８から入力される電圧が、比較基準電圧入力端子Ｔ４に入力されるコンデンサＣ２の端子電圧より高いので、パルス幅制御信号によるＤＣ／ＤＣコンバータ１のスイッチングトランジスタのオン幅は狭い状態で制御されるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電圧は、オーバーシュート発生となることを確実に防止することができる。又図２に示す検出電圧極性に対応した反転増幅器を設けた構成を、図３に示す実施例にも適用することができる。

本発明の実施例１の説明図である。 本発明の実施例２の説明図である。 本発明の実施例３の説明図である。 従来例の説明図である。 従来例の特性説明図である。

符号の説明

１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２ 負荷
３ ゲートドライバ
４ 制御ＩＣ
５ 制御ＩＣソフトスタート回路
６ 外部ソフトスタート回路
Ｄ１ ダイオード
Ｔ１ デッドタイム端子
Ｔ２ パルス幅制御信号出力端子
Ｔ３ 検出電圧入力端子
Ｔ４ 比較基準電圧入力端子

Claims (3)

1. ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を負荷に供給する電源装置に於いて、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を検出した検出電圧と比較基準電圧とを比較して前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御回路と、
   該制御回路のデッドタイム端子に起動時に徐々に低下する電圧を入力する制御ＩＣソフトスタート回路と、
   該制御回路の比較基準電圧入力端子に起動時に徐々に所定値に上昇する電圧を入力する外部ソフトスタート回路と、
   該制御回路の前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を検出した検出電圧を入力する検出電圧入力端子に、前記デッドタイム端子の入力電圧を入力するように接続したダイオードとを備えた
   ことを特徴とするソフトスタート電源装置。
2. ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を負荷に供給する電源装置に於いて、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を検出した検出電圧と比較基準電圧とを比較して前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御回路と、
   該制御回路のデッドタイム端子に起動時に徐々に低下する電圧を入力する制御ＩＣソフトスタート回路と、
   該制御回路の比較基準電圧入力端子に起動時に徐々に所定値に上昇する電圧を入力する第１の外部ソフトスタート回路と、
   該制御回路の検出電圧入力端子に起動時に徐々に低下する電圧をダイオードを介して入力する第２の外部ソフトスタート回路とを備えた
   ことを特徴とするソフトスタート電源装置。
3. 前記制御回路の検出電圧入力端子に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの負極性の電圧を検出して正極性に反転する反転増幅器を接続したことを特徴とする請求項１又は２記載のソフトスタート電源装置。

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