JP4498851B2 - 電源装置 - Google Patents
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Description
このようなスイッチングレギュレータは、スイッチングトランジスタのオンオフ動作を制御するための制御回路を有しているが、スイッチングレギュレータが安定して動作するためには、当然のことながら、制御回路を動作させるための電源電圧が安定して供給されている必要がある。いま、制御回路の動作に必要とされる電源電圧が5Vである場合には、電子機器により用意された20Vを直接使用することはできないため、リニアレギュレータによってその5Vを生成する方法が考えられる。ところが、一般的にリニアレギュレータは効率が悪いため、スイッチングレギュレータ全体としての効率が悪化してしまうという問題があった。
スイッチングレギュレータの起動時において、出力電圧が不安定な期間は電圧生成回路により制御回路を駆動し、スイッチングレギュレータの出力電圧が十分安定した後に、その出力電圧により制御回路を駆動することにより、電源装置をより安定に動作させることができる。
「回路動作の異常」とは、出力電圧の過電圧、出力電流の過電流、発熱異常など、電源装置が安定動作から逸脱した状態をいう。
スイッチングレギュレータの起動後、所定時間が経過して制御回路がスイッチングレギュレータの出力電圧により駆動されている期間中に、電源装置に異常が発生した場合は、電圧生成回路による駆動に再度切り替えることにより、スイッチングレギュレータをより安定に動作させることができる。
出力電圧を電源装置自身を駆動するための電圧として使用するためには、出力電圧が安定でなければならない。そこで、出力電圧が不安定である過渡状態では、電圧生成回路から供給される安定電圧を使用する。過渡状態と定常状態は、電源装置の起動開始から所定時間経過したかどうかにより判定し、所定時間経過前を第1モードに対応させ、所定時間経過後が第2モードに対応させて、電源装置の駆動電圧の供給源を切り替えてもよい。
この電源装置100は、入力端子102に入力された入力電圧Vinを降圧して出力端子104に出力電圧Voutを出力する降圧型DC/DCコンバータである。
さらに、制御回路20はフィードバック端子34を備えており、このフィードバック端子34には、スイッチングレギュレータ10の出力電圧Voutがフィードバックされている。制御回路20はフィードバックされた出力電圧Voutが所定の電圧値に近づくようにPWM信号Vpwmのデューティ比を制御する。
リニアレギュレータ16にはイネーブル端子ENが設けられており、ハイレベルが入力されると制御回路20の駆動電圧Vregを出力し、ローレベルが入力されているときにはその動作を停止する。
はじめに、本発明の効果を明確にするために、タイマ回路18を使用せずに、出力電圧Voutが所定のしきい値電圧Vthより高いときには制御回路20の電源端子30に出力電圧Voutを印加し、しきい値電圧Vthより低いときには、リニアレギュレータ16により生成される電圧Vregを印加する場合について説明する。
図2(a)はこのときの電源装置の起動時におけるリニアレギュレータ16の出力Vregと、スイッチングレギュレータ10の出力電圧Voutの時間波形を示す。リニアレギュレータ16の出力Vregは安定化されているのに対して、スイッチングレギュレータ10の出力電圧Voutは起動時にオーバーシュートし、その後リンギングを伴って所定の電圧に近づいていく。
図2(b)は、制御回路20の電源端子30に印加される電源電圧Vccの時間波形を示す。電源電圧Vccは、上述のように、出力電圧Voutと所定のしきい値電圧Vthとの比較によって切り替えられる。すなわち、出力電圧Vout>Vthの期間はVcc=Voutとなり、Vout<Vthの期間はVcc=Vregとなっている。
時刻T0〜T1において、制御信号Vcntはローレベルであり、制御回路20は停止しているため、出力電圧Voutは0Vとなっている。また、タイマ回路18の出力信号Vtimeもローレベルとなっている。
タイマ回路18の出力信号Vtimeがローレベルのとき、スイッチSW1はオフしている。また、リニアレギュレータ16のイネーブル端子ENには、出力信号Vtimeがインバータ22で反転されてハイレベルとして入力されるため、リニアレギュレータ16からは一定電圧Vregが出力されている。従って、時刻T0〜T1の期間には、制御回路20の電源端子30には、リニアレギュレータ16から供給される定電圧Vregが印加されることになる。
スイッチングトランジスタ12のスイッチング動作によりスイッチングレギュレータ10の出力電圧Voutは上昇し始める。出力電圧Voutは図2(a)と同様にオーバーシュートし、リンギングを伴いながら所定の電圧に近づいていく。
その結果、制御回路20の電源端子30には出力電圧Voutが印加され、図3(d)に示すように時刻T2以降においてVcc=Voutとなる。
図4は、第2の実施の形態に係る電源装置200を示す。電源装置200は、電源装置の異常動作の検出を行う異常検出回路40を備える。以下、第2の実施の形態に係る電源装置200について、第1の実施の形態に係る電源装置100との相違点を中心に説明する。
異常検出回路40は、例えば過電圧などの出力電圧異常、過電流などの出力電流異常、あるいは発熱異常等を検出する回路であり、その出力であるエラー信号Verrは、正常時にはハイレベルとなり、異常が検出されるとローレベルとなる。
Claims (8)
- スイッチングトランジスタを含み、該スイッチングトランジスタのスイッチング動作により入力電圧を所望の出力電圧に変換して出力するスイッチングレギュレータと、
前記スイッチングトランジスタのスイッチング動作を制御する制御部と、
前記制御部を駆動するために、前記制御部に対し電源電圧を供給する電圧生成回路と、
前記スイッチングトランジスタのスイッチング動作開始からの経過時間を測定し、所定時間が経過するとその出力を変化させるタイマ回路と、
前記スイッチングレギュレータの出力電圧を電源電圧として前記制御部に供給する供給路と、
前記供給路上に設けられ、前記タイマ回路の出力が変化する前の期間はオフされ、前記制御部への前記スイッチングレギュレータの出力電圧の供給を停止するとともに、前記タイマ回路の出力が変化した後の期間はオンされ前記制御部へ前記スイッチングレギュレータの出力電圧を供給するスイッチと、
を備えることを特徴とする電源装置。 - 前記タイマ回路により測定される所定時間は、前記スイッチングレギュレータの出力電圧が安定するのに要する期間との関係で定められていることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
- 前記電圧生成回路は、前記入力電圧を降圧して出力するリニアレギュレータであることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
- 前記電圧生成回路は、イネーブル端子を備え、前記タイマ回路の出力が変化した後の期間は、前記イネーブル端子に前記電圧生成回路の動作を停止させる停止信号を入力することを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
- 回路動作の異常を検知する異常検出回路をさらに備え、
前記異常検出回路により異常が検出されたとき、前記スイッチをオフするとともに前記イネーブル端子に前記電圧生成回路を動作させるイネーブル信号を入力することを特徴とする請求項4に記載の電源装置。 - 前記入力電圧および前記出力電圧はともに直流電圧であることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
- 前記スイッチングレギュレータはさらに、前記スイッチングトランジスタに接続された整流ダイオードを含むことを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
- 前記スイッチングレギュレータはさらに、前記スイッチングトランジスタに接続された整流用トランジスタを含むことを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
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