JP2024014737A - スイッチング電源装置と制御方法、その集積制御回路 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング電源起動時のドレイン電流重畳による、整流ダイオ―オ又はフライホイールダイオードの大きなサージ電圧の発生を抑制する。【解決手段】スイッチング素子と、スイッチング素子のオンオフを制御するための制御回路とを含むスイッチング電源装置の制御方法を提供し、制御回路は、電源起動時のソフトスタートを行い、ソフトスタート信号を出力するためのソフトスタート回路と、ソフトスタート時に、ソフトスタート信号に基づいてスイッチング素子の電源起動時のスイッチング周波数を第１の周波数に低下させるように制御する周波数制御回路とを備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、本願は、電子回路分野に関し、特にスイッチング電源技術に関する。

パルス幅変調式（Ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，ＰＷＭ）のスイッチング電源装置において、スイッチング電源の起動時に出力電圧が低く、フライバック方式であればスイッチング電源におけるトランスの二次側整流ダイオードの整流電流の傾きが緩やかであり、チョッパ方式であればフライホイールダイオードの回生電流の傾きが緩やかであり、電流が連続状態にある。
この電流連続状態において、スイッチングが行われると、トランスのエネルギーが残留した状態やインダクタに電流が流れている状態からスイッチング電流が流れてオーバーラップし、これによりトランスの一次側巻線に接続される金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）の電流が高くなるとともに、整流ダイオードやフライホイールダイオードのリカバリ電流が発生して大きなサージ電圧が発生する。したがって、一次側のＭＯＳＦＥＴでは、大きなスイッチング電流を許容できるＭＯＳＦＥＴが必要であり、また、整流ダイオードは高耐圧のダイオードが必要になる。
ここで、スイッチング電源起動時のドレイン電流重畳による大きなサージ電圧の発生を抑制するため、特許文献1のスイッチング電源は、出力電圧が低い条件を検出することによりスイッチング周波数を低下させる制御を行っている。

特許第６８２９９５７号公報

しかし、特許文献１において、従来技術において出力電圧が低い条件を検出するための低電圧状態検出回路には、出力電圧検出用の抵抗と検出用の専用端子を別途設ける必要があり、部品の追加と専用端子の設計が必要である。

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、本願の実施形態は、出力電圧検出用の専用端子を不要とするスイッチング電源装置および制御方法、集積制御回路を提供する。

本発明の実施形態の一態様によれば、本願の実施形態の第1の態様によれば、スイッチング素子と、前記スイッチング素子のオンオフを制御するための制御回路とを備え、前記制御回路は、電源起動時のソフトスタートを行い、ソフトスタート信号を出力するソフトスタート回路と、周波数制御回路は、ソフトスタート中に、ソフトスタート信号に基づいて、電源起動時のスイッチング素子のスイッチング周波数を第１の周波数に低下させるように制御することを特徴とする。

本発明によれば、ソフトスタート期間において、ソフトスタート信号に基づいてスイッチング素子の電源起動時（出力電圧が低い期間）のスイッチング周波数を低下させることにより、追加部品や専用端子を追加する必要がない。すなわち、起動時の電流連続状態において、デューティ比を減少させ、スイッチング電流の重畳を回避することができ、トランスまたはインダクタの励磁エネルギーのリセットに必要なオフ時間を保証し、これにより二次側整流ダイオードまたはフライホイールダイオードに発生するサージ電圧を抑制し、プリント基板の実装スペースを低減する効果をもたらす。

図１は、本願の実施形態に係るスイッチング電源装置の集積制御回路の概略図である。 図２は、フィードバック制御信号に従ってスイッチング周波数を変更する本発明の実施形態の概略図である。 図３は、本願実施形態の電源起動時の動作波形の概略図である。 図４は、本願の実施形態に係るスイッチング電源装置の集積制御回路の内部構成の概略図である。 図５は、本願の実施形態に係るスイッチング電源装置の概略図である。 図６は、本願の実施形態に係るスイッチング電源装置の概略図である。 図７は、本願の実施形態に係るスイッチング電源装置の制御方法の概略図である。 図８は、本願の実施形態に係るスイッチング電源装置の制御方法の概略図である。

図面を参照すると、以下の説明書により、本出願の前述および他の特徴が明らかになるであろう。明細書および図面において、本出願の特定の実施形態が具体的に開示されており、本出願は、本願の原則を適用することができる一部の実施形態を示しているが、本明細書は、記載の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、本願は、添付の権利が求める範囲に含まれる全ての修正、変形、及び均等物を含むことを理解されたい。
以下、図を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
本願第１の態様の実施形態は、スイッチング電源装置の集積制御回路を提供する。図１は、本願の実施形態に係るスイッチング電源装置の集積制御回路の概略図である。
図１に示すように、スイッチング素子１１１と、電源起動時のソフトスタートを行い、ソフトスタート信号を出力するソフトスタート回路１２１と、スイッチ素子１１１のオンオフを制御するフィードバック信号検出回路１２４と、周波数制御回路１２２は、ソフトスタート時に、ソフトスタート信号に基づいて、電源起動時のスイッチング素子のスイッチング周波数を第1の周波数に低下させるように制御する。
いくつかの実施形態では、スイッチング素子１１１は、スイッチング素子１１１の制御端子に印加される電圧を制御することにより、入出力間の導通制御を実行することができる素子であってもよい。例えば、このスイッチングトランジスタは、Ｎチャネル型パワーＭＯＳＦＥＴ、またはバイポーラトランジスタなどであってもよい。
いくつかの実施形態では、ソフトスタート回路１２１は電源起動中のソフトスタートを行い、ソフトスタート動作を行うことにより、出力電圧を徐々に設定電圧まで上昇させる。このソフトスタート回路１２１の構成は、抵抗、コンデンサ、ダイオードなどを含む従来技術を参照することができ、本願の実施形態はこれに限定されない。
いくつかの実施形態では、制御回路は、ソフトスタート回路１２１に接続され、ソフトスタート回路１２１に起動信号Ｖｃｃ（ｏｎ）を出力する起動回路１２３をさらに含み、起動回路１２３（図４に示すように）は、Ｖｃｃ端子の集積制御回路用電源電圧Ｖｃｃと可変電圧ＶＲとを比較する比較回路であるレギュレータ１３とヒステリシス比較器ＣＯＭＰ４とを含む。コンパレータＣＯＭＰ４の非反転入力端子はＶｃｃ端子に接続され、反転入力端子は可変電圧ＶＲに接続される。集積制御回路用電源電圧Ｖｃｃが第１基準電圧Ｖｏｎ（例えば１５Ｖ）を超えると、コンパレータＣＯＭＰ４の出力信号はハイレベル（出力起動信号Ｖｃｃ（ｏｎ）））となり、高耐圧素子からの定電流供給を停止し、Ｖｃｃが第２基準電圧Ｖｏｆｆ（例えば１０Ｖ）以下の場合、コンパレータＣＯＭＰ４の出力信号はローレベル（停止起動信号Ｖｃｃ（ｏｎ）））となり、そして、高耐圧素子からの定電流供給を再開する。ソフトスタート回路１２１は、起動信号Ｖｃｃ（ｏｎ）を受信すると、電源起動中のソフトスタートを行う。
いくつかの実施形態では、周波数制御回路１２２は、ＰＷＭモードに基づいている、すなわちＰＷＭ制御時の発振周波数を決定する、スイッチング素子のスイッチング周波数を制御することができる発振器（ＯＳＣ）であり、この周波数制御回路１２２の構成は従来技術を参照することができ、ここでは説明しない。通常発振動作時には、周波数制御回路１２２は、フィードバック制御（ＦＢ）信号に基づいてスイッチング素子のスイッチング周波数（発振周波数）を制御することができる。このフィードバック制御（ＦＢ）信号については後述する実施例で説明する。

図２は、本願の実施形態におけるフィードバック制御信号に基づいてスイッチング周波数を変更する模式図であり、図２に示すように、周波数制御回路１２２はＦＢ信号に基づいて、軽負荷時から重負荷時まで、前記周波数制御回路は、前記フィードバック制御信号に基づいて、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を前記第１の周波数から負荷一定時まで上昇させる固定周波数（グリーンモード機能）に制御する。この第１の周波数は最低周波数ｆ１であり、この固定周波数は最高周波数ｆ０であり、この最低周波数は２０ｋＨＺ、すなわち人間の可聴限界の周波数であり、また最高周波数は１５０ｋＨＺであり、ここでは例示にすぎず、本願の実施形態はそれに限定されない。

図２に示すように、周波数制御回路１２２は、フィードバック信号電圧がＶＦＢ１以下の場合、スイッチング周波数が通常時最低周波数ｆ１となるように制御する。周波数制御回路１２２は、フィードバック信号電圧がＶＦＢ２以上の場合、スイッチング周波数を通常時最高周波数ｆ０とする。そして、ＦＢ電圧がＶＦＢ１～ＶＦＢ２の範囲内である場合、周波数制御回路１２２は、フィードバック信号電圧ＶＦＢに基づいて発振周波数を最低周波数ｆ１から最高周波数ｆ０に上昇させる。また、図３ではスイッチング周波数の線形上昇の例を示しているが、スイッチング周波数を階段状または非線形に上昇させることもできる。

本願の実施形態では、電源起動中にソフトスタート回路１２１がソフトスタートを行い、ソフトスタート中にフィードバック制御信号からソフトスタート信号に切り替えて周波数制御回路１２２に出力、すなわち、ソフトスタート中に周波数制御回路１２２がＦＢ信号に基づいてスイッチング周波数を制御するのではなく、代わりに、電源起動時のスイッチング素子のスイッチング周波数が第１の周波数に低下するように、ソフトスタート信号に基づいて制御する。これにより、追加部品や専用端子を追加する必要がない場合、すなわち起動時の電流連続状態において、デューティ比を減少させてスイッチング電流の重畳を回避し、変圧器やインダクタの励磁エネルギーのリセットに必要なＯＦＦ時間を保証することで、二次側整流ダイオードやフライホイールダイオードに発生するサージ電圧を抑制できる。これにより、サージ電圧を回避するためのスナバ抵抗、コンデンサが不要となり、プリント基板の実装空間を減少させることができる。

いくつかの実施形態では、周波数制御回路１２２は、ソフトスタート信号に基づいて、第１の周波数から固定周波数に近づくようにスイッチング周波数ｆｎ（ソフトスタート期間のスイッチング周波数）を徐々に増加させるが、負荷が一定の場合の固定周波数ｆ０よりも低い、すなわち、ソフトスタート時のスイッチング周波数ｆｎは、第１の周波数以上固定周波数未満の範囲に設定された低周波数ｆｎから始まり、第１の周波数（例えば、最低周波数）以上固定周波数（例えば、最高周波数）未満の範囲で遷移する。したがって、ソフトスタート初期において、スイッチング周波数ｆｎを第１の周波数ｆ１に降下させることにより、スイッチング電流の重畳を回避することができ、前記電源スタートからの経過（ソフトスタート中後期）につれて、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を前記第１の周波数から徐々に増加させる。例えば、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を前記第1の周波数から線形に増加させたり、非線形に増加させたり、階段状に増加させたりすることができる。この立ち上がりの法則（波形）については波形生成部により決定することができ、具体的には後述する実施例で説明する。

図３は、本願実施形態における電源起動期間の動作波形模式図である。図３に示すように、ｔＳＴＡＲＴ段階では、集積制御回路が起動し、ｔ１段階で電源が起動する。すなわち、集積制御回路用電源電圧Ｖｃｃが第１基準電圧Ｖｏｎ（例えば１５Ｖ）を超えると、ソフトスタート回路によりソフトスタートし、ソフトスタート期間ｔ２（例えば、８．７５ｍｓ）の間、ソフトスタート回路がソフトスタート信号（ハイレベルＨ信号）を出力する。従来技術ではｆ０＝最大周波数に等しく、かつ、周波数が固定されていた。本願実施例ではソフトスタート期間のスイッチング周波数ｆｎはｆ１からｆ０に近づくまで上昇する。

上述の実施例から明らかなように、電源起動中にソフトスタート回路１２１がソフトスタートを行い、ソフトスタート期間中はフィードバック制御信号からソフトスタート信号に切り替え、波形生成部１２７を介して周波数制御回路１２２に出力する。上記機能を実現するために、集積制御回路は、フィードバック信号検出回路１２４を、切替回路１２５を介して周波数制御回路１２２に接続し、周波数制御回路にフィードバック制御信号を送信する。切替回路１２５は、ソフトスタート期間中は、フィードバック信号検出回路が周波数制御回路に送信するフィードバック制御信号を遮断する。

いくつかの実施形態では、通常（非ソフトスタート期間）、フィードバック信号検出回路１２４はＦＢ／ＯＬＰ端子に接続され、ＦＢ電圧ＶＦＢとしてＦＢ／ＯＬＰ端子に入力されるフィードバック信号に基づいてスイッチング素子Ｑ１のデューティ比を制御する。フィードバック信号検出回路１２４の構成は、従来技術を参照することができ、ここでは説明を省略する。例えば、フィードバック信号検出回路１２４にはコンパレータなどが含まれており、スイッチング電流信号（すなわち電圧信号Ｖｏｃｐ）とＦＢ電圧ＶＦＢとを比較し、スイッチング電流信号がＶＦＢより大きい場合にはハイレベルの出力信号（すなわちフィードバック制御信号ＦＢ信号）を出力し、その出力信号に基づいてスイッチング素子駆動回路をオフ駆動する。スイッチング素子をオフ（ＯＦＦ）にすることにより、フィードバック（ＦＢ）信号に基づいてスイッチング素子１１１を制御する。また、ＦＢ信号に基づいた周波数制御回路１２２のスイッチング周波数を生成させる。

いくつかの実施形態では、切替回路１２５（図４に示すように）は、第１のスイッチＳＷ １のオンまたはオフを制御する論理回路（インバータ）ＩＮＶ１と、起動信号Ｖｃｃ（ｏｎ）を受信と、電源起動期間のソフトスタートを行い、ロジック回路ＩＮＶ１にソフトスタート信号（ハイレベル信号）を出力し、ロジック回路ＩＮＶ１はソフトスタート期間のみ第１スイッチＳＷ１をオフ（ＯＦＦ）することでフィードバック信号検出回路１２４からのフィードバック制御信号を遮断し、周波数制御回路１２２に入力信号をＦＢ信号からソフトスタート信号に切り替えてスイッチング周波数の制御を行う。非ソフトスタート期間は、ソフトスタート回路１２１はローレベル信号を論理回路ＩＮＶ１に出力し、論理回路ＩＮＶ１は第１スイッチＳＷ１をオン（ＯＮ）することにより、フィードバック信号検出回路１２４からのフィードバック制御信号を周波数制御回路１２２に入力してスイッチング周波数の制御を行う。図４におけるこの切替回路１２５の実現形態は例示にすぎず、本願はこれを限定するものではない。

いくつかの実施形態では、スイッチング周波数の変化（立ち上がり規則など）をより柔軟に制御し、ドレイン電流が重畳しない周波数を生成するために、ソフトスタート回路１２１と周波数制御回路１２２に接続された波形生成部１２７をさらに備える。ソフトスタート回路１２１は、スタート信号Ｖｃｃ（ｏｎ）の受信と、電源起動時のソフトスタートを行い、波形生成部１２７にソフトスタート信号（ハイレベル信号）を出力する。波形生成部１２７はこのソフトスタート信号に基づいて周波数上昇波形信号を生成する。この周波数上昇波形信号を周波数制御回路１２２に入力し、周波数制御回路１２２はこの周波数上昇波形信号に基づいてスイッチング周波数を制御して第１の周波数から固定周波数に近づくように徐々に増加するが、負荷が一定のときの固定周波数ｆ０よりも低い。例えば、この周波数上昇波形は階段状の上昇波形であり、スイッチ周波数はｆ１から階段状に上昇する。または、この周波数上昇波形は線形の上昇波形であり、スイッチ周波数はｆ１から線形に上昇してもよい。あるいは、この周波数上昇波形は非線形の上昇波形であり、スイッチ周波数はｆ１から非線形に上昇してもよい。さらに、この非線形上昇波形は時定数の上昇波形であってもよい。
非ソフトスタート期間において、ソフトスタート回路１２１は低レベル信号を波形生成部１２７に出力し、波形生成部１２７は周波数上昇波形信号を生成しない。この波形生成部１２７の具体的な回路構成は従来技術を参照することができるため、本願実施例はこれを限定するものではない。

いくつかの実施形態では、制御回路は、ソフトスタート回路１２１（または波形生成部１２７）に接続され、ソフトスタート信号に基づいて過電流保護中の最大電流閾値を高める過電流保護回路１２６をさらに含む。図３に示すように、過電流保護過程における最大電流閾値をＩｏに高める。これにより、起動時の立ち上がり電流が重ならないＯＦＦ時間が保証される。
実施形態によっては、波形生成部１２７は、ソフトスタート期間中に、周波数上昇波形信号の極性を反転した信号を過電流保護回路に出力し、この信号に基づいてスイッチング電流信号にバイアス電圧を重畳し、過電流保護回路の動作開始時間を早めることで、起動時の電流を制限することもできる。

いくつかの実施形態では、ソフトスタート回路１２１が周波数低下および既存の周波数低下機能（すなわちフィードバック信号ＦＢに基づいて周波数低下を制御するグリーンモード機能）をＯＲのモードに設定してもよい。すなわち、ソフトスタート機能を優先することで、これにより、既存の安定時のグリーンモード機能と競合しないようにする。

図４は、本願の実施例におけるスイッチング電源装置の集積制御回路の内部構成模式図である。図４に示すように、Ｎチャネル型電力ＭＯＳＦＥＴ等からなるスイッチング素子Ｑ１、フィードバック信号検出回路１１、周波数制御回路１２、ソフトスタート回路１４、リーディングエッジブランキング（ＬＥＢ）回路１５、スタート回路１０、スイッチング電流波形補正回路１６、過電流保護回路（ＯＣＰ）１７、スイッチング素子駆動回路（ＤＲＶ）１８、及び波形生成部（ＭＯＤＥ）１９、及び複数の論理回路及びフリップフロップ等が挙げられる。フィードバック信号検出回路１１、周波数制御回路１２、ソフトスタート回路１４、リーディングエッジブランキング（ＬＥＢ）回路１５、起動回路１０、過電流保護回路（ＯＣＰ）１７、周波数制御回路１２の実施形態については前述の通りであり、ここでは繰り返し説明しない。

集積制御回路は、Ｄ／ＳＴ（ＭＯＳＦＥＴドレイン／起動電流入力）端子と、Ｓ／ＯＣＰ（ＭＯＳＦＥＴソース／過電流保護）端子、Ｖｃｃ（集積制御回路電源電圧入力）端子、ＦＢ／ＯＬＰ（フィードバック信号入力/過負荷保護信号入力）端子、およびＧＮＤ（グランド）端子を含む。受光トランジスタＰＣ２が接続されるＦＢ／ＯＬＰ端子には、フィードバック信号検出回路１１が接続されている。また、スイッチング素子Ｑ１のソースはＳ／ＯＣＰ端子に接続され、外部抵抗Ｒｏｃｐを介して一次側ＧＮＤに接続されている。
起動回路１０は、Ｄ／ＳＴ端子とＶｃｃ端子との間に接続され、整流回路ＤＢの図示しない整流電圧の高耐圧素子を介してＶｃｃ端子に定電流をオン／オフする。
リーディングエッジブランク（ＬＥＢ）回路１５は、フィードバック信号検出回路１１に接続され、フィードバック信号検出回路１１は、ＦＢ／ＯＬＰ端子にも接続される。Ｓ／ＯＣＰ端子のスイッチング素子Ｑ１のスイッチング電流信号である外部抵抗Ｒｏｃｐの電圧降下信号は、リーディングエッジブランキング（ＬＥＢ）回路１５を介して入力され、ＦＢ／ＯＬＰ端子からのフィードバック信号と比較され、スイッチング電流信号がフィードバック信号より大きい場合、Ｈ信号が論理回路ＡＮＤ２に送信され、フリップフロップ回路ＦＦ１がリセットされる。これにより、論理回路ＡＮＤ１、ＡＮＤ３及びスイッチング素子駆動回路１８を介してスイッチング素子Ｑ１をオフ（ＯＦＦ）する。

前述のように、周波数制御回路１２とフィードバック信号検出回路１１とがスイッチＳＷ１を介して接続され、周波数制御回路１２は波形生成部（ＭＯＤＥ）１９にも接続される。ソフトスタート期間において波形生成部からの信号（ソフトスタート信号）に基づいてスイッチ周波数を制御第１の周波数から固定周波数に近づくように徐々に増加するが、負荷が一定の場合の固定周波数ｆ０よりも低く、非ソフトスタート期間において、スイッチ周波数は、フィードバック信号検出回路１１からのフィードバック制御信号（ＦＢ信号）に基づいて第１の周波数から固定周波数に上昇するように制御される。
また、例えば、周波数制御回路１２は、定電流回路とコンデンサとに基づく三角波を生成し、三角波に基づいてフリップフロップ回路ＦＦ１のセット端子にシングルフリップフロップ信号を出力する。これにより、論理回路ＡＮＤ１、ＡＮＤ３及びスイッチング素子駆動回路１８を介してスイッチング素子Ｑ１をオン（ＯＮ）する。
また、スイッチング電流波形補正回路１６は、波形生成部１９、リーディングエッジブランキング（ＬＥＢ）回路１５、過電流保護回路１７に接続する、波形生成部１９は、ソフトスタート期間内に、周波数上昇波形信号の極性を反転した信号をスイッチング電流波形補正回路１６に出力とともに、リーディングエッジブランキング（ＬＥＢ）回路１５からのスイッチング電流信号にバイアス電圧を重畳、これにより過電流保護回路（ＯＣＰ）１７の動作開始時間を早めることにより、起動時の電流を制限する。
また、オプションとして、この集積制御回路は過負荷保護ＯＬＰ回路、過電圧保護ＯＶＰ回路、過熱保護ＴＳＤ回路などを含むことができ、その具体的な接続関係と機能は従来技術を参照することができ、ここでは一概に説明しない。

なお、本願実施形態の集積制御回路は、実際の必要に応じて他の構成を含むこともでき、図面に示す部分構成を含まなくてもよく、具体的にはどの構成が実際の必要に応じて関連技術を参照して設定することができるかを含み、本願実施形態はこれに限定されない。

上記実施形態から明らかなように、ソフトスタート期間において、ソフトスタート信号に基づいてスイッチング素子の電源起動時（出力電圧が低い期間）のスイッチング周波数を低下させることにより、追加部品や専用端子を追加する必要がない。すなわち、起動時のスイッチング状態において、デューティ比を減少させ、スイッチング電流の重畳を回避することができ、トランスまたはインダクタの励磁エネルギーのリセットに必要なオフ時間を保証し、これにより二次側整流ダイオードまたはフライホイールダイオードに発生するサージ電圧を抑制し、スナバ素子を不要とすることでプリント基板の実装スペースを低減する。

（第２の実施の形態）
本願第２の態様の実施形態は、第１の実施形態で説明した集積制御回路を含むスイッチング電源装置を提供する。第１の実施形態では、集積制御回路の構成及び機能について詳細に説明したので、その内容はここでは説明を省略する。
図５は、本願の実施形態におけるスイッチング電源装置の概略図であり、図５に示すように、スイッチング電源装置５００は、整流回路ＤＢと、平滑コンデンサＣｉｎ、Ｃａ、Ｃｏ、Ｃｄ、トランスＴ集積制御回路５０１、整流ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、シャントレギュレータＺ１、フォトカプラを構成する発光ダイオードＰＣ１及び受光トランジスタＰＣ２、電流検出抵抗Ｒｏｃｐ、抵抗Ｒｂ、Ｒｃを含む。

ダイオードブリッジからなる整流回路ＤＢの交流入力端子ＡＣｉｎ１、ＡＣｉｎ２には商用交流電源ＡＣが接続され、商用交流電源ＡＣから入力された交流電圧は全波整流されて整流回路ＤＢから出力される。整流回路ＤＢの整流出力正極端子と整流出力負極端子との間に平滑コンデンサＣｉｎが接続されている。また、整流回路ＤＢの整流出力負極端子は接地端子に接続されている。これにより、整流回路ＤＢと平滑コンデンサＣｉｎにより商用交流電源ＡＣを整流平滑した直流電源（入力電圧）が得られる。

一次側（入力側）から二次側（負荷側）に電力を供給するトランスＴは、一次巻線Ｐ、補助巻線Ｄ及び二次巻線Ｓからなり、整流回路ＤＢの整流出力正極端子はトランスTの一次巻線Ｐの一端部に接続され、トランスＴの一次巻線Ｐの他端部は集積制御回路５０１のＤ／ＳＴ端子に接続されるとともに、集積制御回路５０１のＳ／ＯＣＰ端子は抵抗Ｒｏｃｐを介して接地端子に接続される。これにより、集積制御回路５０１に内蔵されたスイッチング素子によりオンオフ制御が行われ、トランスＴの一次巻線Ｐに供給された電力がトランスＴの二次巻線Ｓに伝達され、トランスＴの二次巻線Ｓにパルス電圧が発生する。また、電流検出抵抗Ｒｏｃｐは、集積制御回路５０１が内蔵されたスイッチング素子に流れる電流を電圧信号Ｖｏｃｐとして検出する抵抗として接続されている。集積制御回路５０１は、スイッチング素子に流れる電流に対応する電圧信号Ｖｏｃｐが予め設定された過電流閾値以上である場合に二次側に供給される電力を制限する過電流保護（ＯＣＰ）機能を有する。

トランスＴの一次巻線Ｐの両端間には、ダイオードＤ３、コンデンサＣａ及び抵抗Ｒａからなるバッファ回路が接続されている。ダイオードＤ３とコンデンサＣａとはトランスＴの一次巻線Ｐの両端間で直列に接続され、抵抗ＲａとコンデンサＣａとは並列に接続されている。ダイオードＤ３は、集積制御回路５０１に内蔵されたスイッチング素子オフ時のトランスＴの一次巻線Ｐに基づいて発生する電圧を整流する方向に接続されている。

トランスＴの二次巻線Ｓの２つの端子間に整流ダイオードＤ１を介して平滑コンデンサＣｏが接続されている。トランスＴの二次巻線Ｓに誘起された電圧は整流ダイオードＤ１と平滑コンデンサＣｏを介して整流平滑化され、平滑コンデンサＣｏの端子間電圧は出力電圧Ｖｏとして出力端子から出力される。また、平滑コンデンサＣｏの正極端子に接続された線が電源線となり、平滑コンデンサＣｏの負極端子が接続された線が接地端子に接続されたＧＮＤ線となる。

出力される電源線とＧＮＤ線との間には、発光ダイオードＰＣ１と誤差増幅器として機能するシャントレギュレータＺ１が直列に接続されている。出力される電源線は発光ダイオードＰＣ１の正極に接続され、発光ダイオードＰＣ１の負極はシャントレギュレータＺ１の負極に接続され、シャントレギュレータＺ１の正極はＧＮＤ線に接続されている。また、電源線とＧＮＤ線との間には、分圧用の抵抗Ｒｂと抵抗Ｒｃが直列に接続されており、抵抗Ｒｂと抵抗Ｒｃの接続点は、シャントレギュレータＺ１の制御端子ａに接続されている。抵抗Ｒｂと抵抗Ｒｃとに分圧された出力電圧Ｖｏは、シャントレギュレータＺ１の制御端子ａに入力され、シャントレギュレータＺ１の内部基準電圧と比較される。これにより、誤差電圧に応じた電流が発光ダイオードＰＣ１に流れ、発光ダイオードＰＣ１に流れる電流がフィードバック信号として、発光ダイオードＰＣ１から一次側の受光トランジスタＰＣ２に出力される。集積制御回路５０１は、ＦＢ／ＯＬＰ端子に入力されるフィードバック信号に基づいてスイッチング素子のデューティ比及びスイッチング周波数を制御し、二次側に供給される電力を制御する。

また、トランスＴの補助巻線Ｄの両端子間には整流ダイオードＤ２を介して平滑コンデンサＣｄが接続され、整流ダイオードＤ２と平滑コンデンサＣｄの接続点は集積制御回路５０１のＶｃｃ端子に接続されている。これにより、補助巻線Ｄで発生した電圧が整流ダイオードＤ２と平滑コンデンサＣｄを介して整流平滑化された後、集積制御回路５０１のＶｃｃ端子に集積制御回路５０１用電源電圧Ｖｃｃとして供給される。

図６は本願実施例におけるスイッチング電源装置の概略図である。図５と同じ点は説明を繰り返さないが、図５と異なる点は、図６のスイッチング電源装置はトランスを含まず、インダクタＬ１を介して負荷端に電流が流れるとともに、インダクタＬ１も電気エネルギーを蓄積する非絶縁降圧変換器の構成部品である。Ｄ／ＳＴ端子とＳ／ＯＣＰ端子との間に位置する内蔵されたスイッチング素子が導通し、このときＤ１がオフであり、電気エネルギーは、インダクタＬ１を介して負荷端に供給される。インダクタＬ１の回生電流はダイオードＤ１を流れ、コンデンサＣｏに供給され、回生電流はダイオードＤ２を流れ、コンデンサＣｄに供給される。非絶縁降圧コンバータの具体的な構成については、従来技術を参照してください。例えば、ダイオードＤ１はスイッチング素子で構成することもでき、ここでは説明しない。

本願の実施形態のスイッチング電源装置は、実際の必要に応じて他の構成を含むこともできるし、図面に示された部分構成を含まなくてもよく、具体的にはどの構成が実際の必要に応じて関連技術を参照して設定することができ、本願の実施形態はこれに限定されない。

上記実施例から明らかなように、ソフトスタート期間において、ソフトスタート信号に基づいてスイッチング素子の電源起動時（出力電圧が低い期間）のスイッチング周波数を低下させることにより、追加部品や専用端子を追加する必要がない場合、すなわち起動時の電流連続状態において、デューティ比を減少させ、スイッチング電流の重畳を回避することができ、トランスまたはインダクタの励磁エネルギーのリセットに必要なオフ時間を保証し、これにより二次側整流ダイオードまたはフライホイールダイオードに発生するサージ電圧を抑制し、スナバ素子を不要とすることでプリント基板の実装スペースを低減する。

（第３の実施の形態）
本願第３の態様の実施形態は、スイッチング電源装置の制御方法を提供する。第１の態様の実施の形態では、スイッチング電源装置の集積制御回路構成及び機能について詳細に説明してきたので、ここでは説明を省略する。

図７は、本願の実施形態におけるスイッチング電源装置の制御方法の概略図であり、図７に示すように、この制御方法は、電源起動中のソフトスタート制御を行い、ソフトスタート信号を出力する７０１と、７０２は、ソフトスタート時に、ソフトスタート信号に基づいてスイッチング電源装置におけるスイッチング素子の電源起動時のスイッチング周波数を第１の周波数に低下させるように制御する。
７０１～７０２の実施形態については、第１の態様の実施形態を参照してください。ここではこれ以上説明しない。

図８は、本願の実施形態におけるスイッチング電源装置の制御方法の概略図であり、この集積制御回路の実施形態については、図８に示すように、
８０１は、ＩＣ回路用電源電圧Ｖｃｃが第１基準電圧Ｖｏｎを超えたときに起動回路が起動信号Ｖｃｃ（ｏｎ）を出力する、
８０２は、ソフトスタート回路がこの出力スタート信号に基づいてソフトスタートを行い、波形生成部及び切替回路にソフトスタート信号を出力する、
８０３は、波形生成部がこのソフトスタート信号に基づいて周波数上昇波形信号を生成し、周波数制御回路に送信する、
８０４は、切替回路は、ソフトスタート信号に基づいてフィードバック信号検出回路からのＦＢ信号を遮断する、
８０５は、ソフトスタート期間、周波数制御回路は、波形生成部からの信号に基づいてスイッチング周波数を制御し、第１の周波数から固定周波数に近づくように徐々に増加するが、負荷一定時の固定周波数ｆ０よりも低い、
８０６は、ソフトスタートが終了すると、ソフトスタート回路が波形生成部及び切替回路にローレベル信号を出力し、
８０７は、切替回路は、このローレベル信号に基づいてフィードバック信号検出回路からのＦＢ信号を周波数制御回路に送信する、
８０８は、非ソフトスタート期間において、周波数制御回路がフィードバック信号検出回路１１からのフィードバック制御信号（ＦＢ信号）に基づいてスイッチング周波数を制御する。

なお、以上の図７－８は、本願実施例についてのみ概略的に説明したが、本願はこれに限定されない。例えば、各操作間の実行順序を適切に調整したり、他の操作を追加したり、その中の操作を減らしたりすることができます。当業者は、上記図７の記載に限らず、上記内容に応じて適宜変形することができる。

上記実施形態から明らかなように、ソフトスタート期間において、ソフトスタート信号に基づいてスイッチング素子の電源起動時（出力電圧が低い期間）のスイッチング周波数を低下させることにより、追加部品や専用端子を追加する必要がない。すなわち、起動時の電流連続状態において、デューティ比を減少させ、スイッチング電流の重畳を回避することができ、トランスまたはインダクタの励磁エネルギーのリセットに必要なオフ時間を保証し、これにより二次側整流ダイオードまたはフライホイールダイオードに発生するサージ電圧を抑制し、スナバ素子を不要とすることでプリント基板の実装スペースを低減する。

以上の各実施例は、本願の実施例についてのみ例示的に説明したが、本願はこれに限定されるものではなく、上記の各実施例に基づいて適切な変形を行うことができる。例えば、上記各実施形態を単独で用いてもよいし、上記各実施形態のうちの１種以上を組み合わせてもよい。
さらに、当業者が多大な努力をする可能性があり、利用可能な時間、現在の技術的、経済的な考慮に駆られて様々な設計上の選択肢があるが、本明細書で開示された理念と原理の指導の下で、これらのソフトウェア命令とプログラム、集積回路（ＩＣ）をわずかな実験によって容易に生成することができる。
要約すると、本発明の様々な実施形態は、ソフトウェア、または専用回路、ハードウェア、論理、またはそれらの任意の組み合わせで実施することができる。いくつかの態様はハードウェアで実施することができ、別の態様はコントローラ、マイクロプロセッサ、または他のコンピューティングデバイスによって実行することができるファームウェアまたはソフトウェアで実施することができる。
ブロック図、フローチャート、または他のイメージング表現を用いて本発明の実施形態を図示し、説明しているが、本明細書に記載のブロック、装置、システムまたは方法は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、専用回路または論理、汎用ハードウェアまたはコントローラ、または他の計算装置、またはこれらの例に限定されずに、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、専用回路または論理、汎用ハードウェアまたはコントローラ、またはこれらの組み合わせにおいて実施することができることを理解すべきである。
同様に、上記の説明にはいくつかの具体的な実施形態の詳細が含まれているが、これらの詳細は本発明の範囲の制限ではなく、具体的な実施形態の特定の特徴の説明であると解釈すべきである。独立した実施形態のコンテキストに記載されたいくつかの特徴は、別の実施形態において組み合わせて実施することもできる。対照的に、個別の実施形態のコンテキストで説明される様々な特徴は、複数の実施形態において個別にまたは適切な組み合わせで実施することもできる。
構造的特徴および／または方法論的行為に特有の言語を用いて本発明を記述しているが、特許請求の範囲に規定された本発明は必ずしも上記の特定の特徴または行為に限定される必要はないことを理解すべきである。対照的に、これらの特許請求の形態を実施するための例示的な形態として、上述したこれらの特定の特徴および挙動が開示される。

以上、特定の実施形態に関連して本願について説明したが、これらの説明はすべて例示的であり、本願の保護範囲の制限ではないことを当業者は認識すべきである。当業者は、本願の精神及び原理に基づいて、本願に対して種々の変形及び修正を行うことができ、これらの変形及び修正も本願の範囲内にある。

１０ スタート回路
１１ フィードバック信号検出回路
１２ 周波数制御回路
１４ ソフトスタート回路
１５ リーディングエッジブランキング回路
１６ スイッチング電流波形補正回路
１７ 過電流保護回路（ＯＣＰ）
１８ スイッチング素子駆動回路（ＤＲＶ）
１９ 波形生成部
１１１、Ｑ１ スイッチング素子
１２１ ソフトスタート回路
１２２ 周波数制御回路
１２３ 起動回路
１２４ フィードバック信号検出回路
１２５ 切替回路
１２６ 過電流保護回路
１２７ 波形生成部

Claims (10)

1. スイッチング素子と、前記スイッチング素子のオン・オフを制御するための制御回路とを含むスイッチング電源装置の集積制御回路であって、
   電源起動期間におけるソフトスタートを行うとともに、ソフトスタート信号を出力するためのソフトスタート回路と、
   ソフトスタート期間において、前記ソフトスタート信号に基づき、前記スイッチング素子の前記電源起動時のスイッチング周波数を第１周波数まで低減させるように制御する周波数制御回路と、を含むことを特徴とするスイッチング電源装置の集積制御回路。
2. 前記電源起動の経過時間が長くなるにつれて、前記周波数制御回路は、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を前記第１周波数から徐々に上昇させるように制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の集積制御回路。
3. 前記周波数制御回路は、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を前記第１周波数から、線形規則的に上昇させ、又は、非線形規則的に上昇させ、又は、段階状規則的に上昇させるように制御する、ことを特徴とする請求項２に記載の集積制御回路。
4. 前記ソフトスタート期間において、前記周波数制御回路は、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を負荷が一定である場合の固定周波数より低くするように制御する、
   ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の集積制御回路。
5. フィードバック信号検出回路と、切り替え回路と、をさらに含み、
   前記フィードバック信号検出回路は、前記切り替え回路によって前記周波数制御回路に接続されるとともに、フィードバック制御信号を前記周波数制御回路に送信し、
   前記切り替え回路は、前記ソフトスタート期間において、前記フィードバック信号検出回路から前記周波数制御回路に送信されるフィードバック制御信号を遮断する、ことを特徴とする請求項１に記載の集積制御回路。
6. 前記周波数制御回路は、ソフトスタート期間以外において、前記フィードバック制御信号に基づき、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を制御する、ことを特徴とする請求項５に記載の集積制御回路。
7. 前記周波数制御回路は、前記フィードバック制御信号に基づき、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を前記第１周波数から、負荷が一定である場合の固定周波数まで上昇させるように制御する、ことを特徴とする請求項６に記載の集積制御回路。
8. 前記ソフトスタート信号に基づき、最大電流閾値を大きくする過電流保護回路をさらに含む、ことを特徴とする請求項１に記載の集積制御回路。
9. スイッチング電源装置の制御方法であって、
   電源起動期間におけるソフトスタート制御を行うとともに、ソフトスタート信号を出力するステップ、および、
   ソフトスタート期間において、前記ソフトスタート信号に基づき、前記スイッチング電源装置におけるスイッチング素子の前記電源起動時のスイッチング周波数を第１周波数まで低減するように制御するステップ、を含む、
   ことを特徴とするスイッチング電源装置の制御方法。
10. 請求項１～８のいずれか１項に記載の集積制御回路を備えた、ことを特徴とするスイッチング電源装置。