JP5082872B2 - ソフトスタート回路 - Google Patents

Description

本発明は、出力電圧を基準電圧に至るまで徐々に上昇させるソフトスタート回路に係り、特に、スイッチング電源装置に適用されるソフトスタート回路に関する。

従来、スイッチング電源装置には、起動時の突入電流を軽減するため（スイッチング電源装置の破損を防止するため）のソフトスタート回路（図６参照）が設けられている。

図６は、従来のソフトスタート回路の回路図であり、図７は、従来のソフトスタート回路の出力電圧の立ち上がりを模式的に示す図である。図６及び図７において、Ｖ_Ｆは図６に示すＦの電圧を示しており、Ｖ_ＴＨ１はＮ型ＭＯＳトランジスタ１０５がオンするときの電圧を示している。また、図７に示すＪは、出力端子１０７から出力される出力電圧Ｖ_ＯＵＴの推移、Ｔは所定のソフトスタート時間（以下、「所定のソフトスタート時間Ｔ」をする）をそれぞれ示している。

図６を参照するに、従来のソフトスタート回路１００は、電源１０１と、定電流Ｉ_Ｓを生成する定電流源１０２と、コンデンサ１０３と、基準電源１０４と、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ１０５と、コントロールシグナル１０６と、出力端子１０７と、出力端子１０７に接続され、出力端子１０７からの出力電圧Ｖ_ＯＵＴを基準として出力電圧を制御するスイッチング電源（図示せず）とを有し、出力端子１０７から出力される出力電圧Ｖ_ＯＵＴの値が基準電源１０４の基準電圧Ｖ_ＲＥＦと略等しくなるように制御する。

上記構成とされたソフトスタート回路１００では、定電流源１０２とコンデンサ１０３との時定数により、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ１０５を緩やかにＯＮ（オン）させる。このように、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ１０５を緩やかにオンさせることで、図７に示すように、出力電圧Ｖ_ＯＵＴの立ち上がりが緩やかになるため、所定のソフトスタート時間Ｔを得ることができる（例えば、特許文献１参照。）。
特開昭５９−１４９５１８号公報

しかしながら、従来のソフトスタート回路１００では、所定のソフトスタート時間Ｔを得るために、コンデンサ１０３のサイズ（コンデンサ１０３のサイズはトランジスタのサイズと比較してかなり大きい）を大きくする必要があるため、ソフトスタート回路１００が大型化してしまうという問題があった。

そこで、本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ソフトスタート回路を大型化させることなく、所定のソフトスタート時間を得ることのできるソフトスタート回路を提供することを目的とする。

本発明の一観点によれば、基準電圧（Ｖ_ＲＥＦ）を発生する基準電源（１５）及び出力電圧（Ｖ_ＯＵＴ１）を出力する出力端子（２２）と電気的に接続された第１のトランジスタ（１８）と、第１の配線（１３）を介して、定電流源（１２）と電気的に接続されたコンデンサ（１４）と、前記第１のトランジスタ（１８）のゲートと接続された第２の配線（１９）と、を備えたソフトスタート回路（１０）であって、前記第１及び第２の配線（１３，１９）と電気的に接続された第２のトランジスタ（２１）を有し、前記第２のトランジスタ（２１）のソースとゲートとが第１の配線（１３）と接続されており、前記第２のトランジスタ（２１）のドレインが前記第２の配線（１９）を介して前記第１のトランジスタ（１８）ゲートと接続されていることを特徴とするソフトスタート回路（１０）が提供される。

本発明によれば、定電流源（１２）とコンデンサ（１４）とを電気的に接続する第１の配線（１３）と、第１のトランジスタ（１８）のゲートと接続された第２の配線（１９）とに対して電気的に接続された第２のトランジスタ（２１）を設けることにより、第２のトランジスタ（２１）がオンするときの電圧（Ｖ_ＴＨ２）分、出力電圧（Ｖ_ＯＵＴ１）の値が基準電圧（Ｖ_ＲＥＦ）に到達する時間を長くして、ソフトスタート時間（Ｔ_１）を長くすることが可能となる。これにより、従来のソフトスタート回路（１００）に設けられたコンデンサ（１０３）の容量よりも小さい容量とされたコンデンサ（１４）を用いて、所定のソフトスタート時間（Ｔ）を得ることが可能となる。つまり、コンデンサ（１４）のサイズを小型化（言い換えれば、ソフトスタート回路１０を小型化）して、所定のソフトスタート時間（Ｔ）を得ることができる。

また、従来のソフトスタート回路（１００）に設けられたコンデンサ（１０３）の容量と同じ容量のコンデンサ（１４）を用いた場合、コンデンサ（１４）のサイズを大型化することなく（言い換えれば、ソフトスタート回路１０を大型化することなく）、長いソフトスタート時間（Ｔ_１）を得ることができる。

なお、上記参照符号は、あくまでも参考であり、これによって、本願発明が図示の態様に限定されるものではない。

本発明は、ソフトスタート回路を小型化して、所定のソフトスタート時間を得ることができる。

次に、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係るソフトスタート回路の回路図である。図１において、Ｖ_Ａは図１に示すＡの電圧（以下、「電圧Ｖ_Ａ」とする）、Ｖ_ＴＨ１はＮ型ＭＯＳトランジスタ１８がオンするときの電圧（以下、「電圧Ｖ_ＴＨ１」とする）、Ｖ_ＴＨ２はＮ型ＭＯＳトランジスタ２１がオンするときの電圧（以下、「電圧Ｖ_ＴＨ２」とする）をそれぞれ示している。

図１を参照するに、本実施の形態のソフトスタート回路１０は、電源１１と、定電流源１２と、第１の配線１３と、コンデンサ１４と、基準電源１５と、コントロールシグナル１７と、第１のトランジスタであるＮ型ＭＯＳトランジスタ１８と、第２の配線１９と、第２のトランジスタであるＮ型ＭＯＳトランジスタ２１と、出力端子２２と、出力端子２２に接続され、出力端子２２からの出力電圧Ｖ_ＯＵＴ１を基準として出力電圧を制御するスイッチング電源（図示せず）とを有する。ソフトスタート回路１０は、出力端子２２から出力される出力電圧Ｖ_ＯＵＴ１が基準電源１５の基準電圧Ｖ_ＲＥＦと略等しくなるように制御された回路である。

定電流源１２は、電源１１、コンデンサ１４、コントロールシグナル１７の端子１７Ａ（常時接地されていない端子）、及びＮ型ＭＯＳトランジスタ２１のゲートと電気的に接続されている。定電流源１２は、コンデンサ１４を充電する際に必要な定電流Ｉ_Ｓ１を生成する。

第１の配線１３は、その一方の端部が定電流源１２と接続されており、他方の端部がコンデンサ１４の一方の端部（常時接地されていない側の端部）と接続されている。また、第１の配線１３は、コントロールシグナル１７の端子１７Ａ、及びＮ型ＭＯＳトランジスタ２１のゲート及びソースと電気的に接続されている。

コンデンサ１４は、その一方の端部が定電流源１２、コントロールシグナル１７の端子１７Ａ、及びＮ型ＭＯＳトランジスタ２１のゲート及びソースと電気的に接続されており、他方の端部が接地されている。コンデンサ１４が充電されることで、図１に示すＡの電位が上昇する。

基準電源１５は、マイナス端子と、プラス端子とを有しており、基準電圧Ｖ_ＲＥＦを生成する。基準電源１５のマイナス端子は、接地されており、基準電源１５のプラス端子は、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ１８のドレインと接続されている。

コントロールシグナル１７は、コンデンサ１４を充電する前に、コンデンサ１４の電位を０（ゼロ）にするためのものである。コントロールシグナル１７の端子１７Ａは、第１の配線１３と電気的に接続されている。コントロールシグナル１７の端子１７Ｂは、接地されている。なお、図１では、コントロールシグナル１７がオフの状態（端子１７Ａと端子１７Ｂとが電気的に接続されていない状態）を図示している。

Ｎ型ＭＯＳトランジスタ１８のドレインは、基準電源１５のプラス端子と電気的に接続されている。Ｎ型ＭＯＳトランジスタ１８のゲートは、第２の配線１９を介して、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ２１のドレインと電気的に接続されている。Ｎ型ＭＯＳトランジスタ１８のソースは、出力端子２２と電気的に接続されている。Ｎ型ＭＯＳトランジスタ１８は、電圧Ｖ_ＴＨ１に到達する（言い換えれば、電圧Ｖ_Ａが、基準電圧Ｖ_ＲＥＦと、電圧Ｖ_ＴＨ１と、電圧Ｖ_ＴＨ２とを加算した値に到達する）とオンする。電圧Ｖ_ＴＨ１の値は、例えば、０．６Ｖ〜０．７Ｖとすることができる。

第２の配線１９は、その一方の端部がＮ型ＭＯＳトランジスタ２１のドレインと接続されており、他方の端部がＮ型ＭＯＳトランジスタ１８のゲートと接続されている。

Ｎ型ＭＯＳトランジスタ２１のゲート及びソースは、第１の配線１３と電気的に接続されている。Ｎ型ＭＯＳトランジスタ２１のドレインは、第２の配線１９と電気的に接続されている。Ｎ型ＭＯＳトランジスタ２１は、電圧Ｖ_ＴＨ２に到達するとオンする。電圧Ｖ_ＴＨ２の値は、例えば、０．６Ｖ〜０．７Ｖとすることができる。

図２は、本実施の形態のソフトスタート回路の出力電圧の推移を模式的に示す図である。図２では、従来のソフトスタート回路１００のコンデンサ１０３の容量と、本実施の形態のソフトスタート回路１０のコンデンサ１４の容量とを同じにした場合のソフトスタート回路１０，１００の出力電圧Ｖ_ＯＵＴ，Ｖ_ＯＵＴ１の推移を図示する。また、図２において、Ｊは従来のソフトスタート回路１００の出力電圧Ｖ_ＯＵＴの推移、Ｂは本実施の形態のソフトスタート回路１０の出力電圧Ｖ_ＯＵＴ１の推移、Ｔは所定のソフトスタート時間（以下、「ソフトスタート時間Ｔ」とする）、Ｔ_１は本実施の形態のソフトスタート回路１０のソフトスタート時間（以下、「ソフトスタート時間Ｔ_１」とする）、Ｔ_２はソフトスタート時間Ｔ_１から所定のソフトスタート時間Ｔを引いた時間（以下、「時間Ｔ_２」とする）をそれぞれ示している。

このように、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ２１を設け、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ２１のゲート及びソースを第１の配線１３（定電流源１２及びコンデンサ１４と電気的に接続された配線）と電気的に接続すると共に、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ２１のドレインを第２の配線１９（Ｎ型ＭＯＳトランジスタ１８のゲートと電気的に接続された配線）と電気的に接続することにより、例えば、従来のソフトスタート回路１００に設けられたコンデンサ１０３の容量と、ソフトスタート回路１０とに設けられたコンデンサ１４の容量とを同じにした場合、図２に示すように、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ２１がオンするときの電圧Ｖ_ＴＨ２分、出力電圧Ｖ_ＯＵＴ１の値が基準電圧Ｖ_ＲＥＦに到達するまでの時間が従来よりも長くなる。これにより、従来のソフトスタート回路１００の所定のソフトスタート時間Ｔよりもソフトスタート回路１０のソフトスタート時間Ｔ_１を時間Ｔ_２分長くすることが可能となる。

つまり、ソフトスタート回路１０を用いて、所定のソフトスタート時間Ｔを得る場合、ソフトスタート回路１０に設けられたコンデンサ１４の容量を従来のソフトスタート回路１００に設けられたコンデンサ１０３よりも小さくすることが可能となる。言い換えれば、ソフトスタート回路１０に設けられたコンデンサ１４のサイズを従来のソフトスタート回路１００に設けられたコンデンサ１０３のサイズよりも小さくして、ソフトスタート回路１０の小型化を図ることが可能となる。したがって、第１の配線１３及び第２の配線１９と電気的に接続されたＮ型ＭＯＳトランジスタ２１を設けることにより、ソフトスタート回路１０を大型化させることなく、所定のソフトスタート時間Ｔを得ることができる。

また、従来のソフトスタート回路１００に設けられたコンデンサ１０３の容量と、ソフトスタート回路１０に設けられたコンデンサ１４の容量とを同じにした場合、先に説明したように、ソフトスタート回路１０のソフトスタート時間Ｔ_１を長くすることが可能となるため、長いソフトスタート時間Ｔ_１が必要な場合には有効である。

出力端子２２は、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ１８のソースと電気的に接続されている。

本実施の形態のソフトスタート回路によれば、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ２１を設け、定電流源１２とコンデンサ１４とを電気的に接続する第１の配線１３と、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ１８のゲートと接続された第２の配線１９とに対してＮ型ＭＯＳトランジスタ２１を電気的に接続することにより、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ２１がオンするときの電圧Ｖ_ＴＨ２分、出力端子２２から出力される出力電圧Ｖ_ＯＵＴ１の値が基準電圧Ｖ_ＲＥＦに到達する時間（ソフトスタート時間Ｔ_１）が長くなるため、コンデンサ１４のサイズを小型化することが可能となる。これにより、ソフトスタート回路１０を小型化して、所定のソフトスタート時間Ｔを得ることができる。

また、ソフトスタート回路１０のコンデンサ１４の容量を、従来のソフトスタート回路１００に設けられたコンデンサ１０３の容量と同じにした場合、コンデンサ１４のサイズを大型化することなく（言い換えれば、ソフトスタート回路１０を大型化することなく）、従来よりも長いソフトスタート時間Ｔ_１を得ることができる。

図３は、本発明の実施の形態の第１変形例に係るソフトスタート回路の回路図である。図３において、先に説明した本実施の形態のソフトスタート回路１０と同一構成部分には同一符号を付す。

図３を参照するに、本実施の形態の第１変形例のソフトスタート回路３０は、本実施の形態のソフトスタート回路１０の構成に、さらにＮ型ＭＯＳトランジスタ３１を設け、第２の配線１９及びＮ型ＭＯＳトランジスタ２１とＮ型ＭＯＳトランジスタ３１とを電気的に接続した以外はソフトスタート回路１０と同様に構成される。

Ｎ型ＭＯＳトランジスタ３１のゲートは、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ２１のドレイン及びＮ型ＭＯＳトランジスタ３１のソースと電気的に接続されている。Ｎ型ＭＯＳトランジスタ３１のドレインは、第２の配線１９と接続されている。Ｎ型ＭＯＳトランジスタ３１は、電圧Ｖ_ＴＨ３に到達するとオンする。電圧Ｖ_ＴＨ３の値は、例えば、０．６Ｖ〜０．７Ｖとすることができる。

図４は、本実施の形態の第１変形例のソフトスタート回路の出力電圧の推移を模式的に示す図である。図４において、Ｂは本実施の形態のソフトスタート回路１０の出力電圧Ｖ_ＯＵＴ１の推移、Ｄは本実施の形態の第１変形例のソフトスタート回路３０の出力電圧Ｖ_ＯＵＴ２の推移、Ｔ_１は本実施の形態のソフトスタート回路１０のソフトスタート時間Ｔ_１、Ｔ_３は本実施の形態の第１変形例のソフトスタート回路３０のソフトスタート時間（以下、「ソフトスタート時間Ｔ_３」とする）をそれぞれ示している。

このように、第１の配線１３と第２の配線１９との間に、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ２１，３１（複数のＮ型ＭＯＳトランジスタ）を直列接続することで、コンデンサ１４のサイズのさらなる小型化（言い換えれば、ソフトスタート回路１０のさらなる小型化）を図ることができる。また、図４に示すように、ソフトスタート回路１０のソフトスタート時間Ｔ_１よりもさらに長いソフトスタート時間Ｔ_３を確保することができる。

なお、ソフトスタート回路３０では、２つのＮ型ＭＯＳトランジスタ（Ｎ型ＭＯＳトランジスタ２１，３１）を設けた場合を例に挙げて説明したが、必要に応じて、３つ以上のＮ型ＭＯＳトランジスタを設けてもよい。

図５は、本発明の実施の形態の第２変形例に係るソフトスタート回路の回路図である。図５において、先に説明した本実施の形態のソフトスタート回路１０と同一構成部分には同一符号を付す。

図５を参照するに、本実施の形態の第２変形例のソフトスタート回路４０は、本実施の形態のソフトスタート回路１０に設けられたＮ型ＭＯＳトランジスタ２１の代わりに、第２のトランジスタとしてＰ型ＭＯＳトランジスタ４１を設けた以外は、ソフトスタート回路１０と同様に構成される。

Ｐ型ＭＯＳトランジスタ４１のドレインは、第１の配線１３と電気的に接続されている。Ｐ型ＭＯＳトランジスタ４１のソースは、第２の配線１９と電気的に接続されている。Ｐ型ＭＯＳトランジスタ４１のゲートは、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ４１のソースと電気的に接続されている。

このように、第２のトランジスタとしてＮ型ＭＯＳトランジスタ２１の代わりにＰ型ＭＯＳトランジスタ４１を設けてもよい。このような構成とされたソフトスタート回路４０は、本実施の形態のソフトスタート回路１０と同様な効果を得ることができる。また、第１の配線１３と第２の配線１９との間に複数のＰ型ＭＯＳトランジスタ４１を配置し、第１及び第２の配線１３，１９と複数のＰ型ＭＯＳトランジスタ４１とを電気的に接続してもよい。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

本発明は、スイッチング電源装置に適用できる。

本発明の実施の形態に係るソフトスタート回路の回路図である。 本実施の形態のソフトスタート回路の出力電圧の推移を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態の第１変形例に係るソフトスタート回路の回路図である。 本実施の形態の第１変形例のソフトスタート回路の出力電圧の推移を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態の第２変形例に係るソフトスタート回路の回路図である。 従来のソフトスタート回路の回路図である。 従来のソフトスタート回路の出力電圧の立ち上がりを模式的に示す図である。

符号の説明

１０，３０，４０ ソフトスタート回路
１１ 電源
１２ 定電流源
１３ 第１の配線
１４ コンデンサ
１５ 基準電源
１７ コントロールシグナル
１７Ａ，１７Ｂ 端子
１８，２１，３１ Ｎ型ＭＯＳトランジスタ
１９ 第２の配線
２２ 出力端子
４１ Ｐ型ＭＯＳトランジスタ
Ｉ_Ｓ１ 定電流
Ｖ_ＯＵＴ１，Ｖ_ＯＵＴ２ 出力電圧
Ｖ_ＲＥＦ 基準電圧
Ｖ_ＴＨ１，Ｖ_ＴＨ２，Ｖ_ＴＨ３ 電圧
Ｔ 所定のソフトスタート時間
Ｔ_１，Ｔ_３ ソフトスタート時間
Ｔ_２ 時間

Claims (4)

1. 基準電圧を発生する基準電源及び出力電圧を出力する出力端子と電気的に接続された第１のトランジスタと、第１の配線を介して、定電流源と電気的に接続されたコンデンサと、前記第１のトランジスタのゲートと接続された第２の配線と、を備えたソフトスタート回路であって、
   前記第１及び第２の配線と電気的に接続された第２のトランジスタを有し、
   前記第２のトランジスタのソースとゲートとが第１の配線と接続されており、前記第２のトランジスタのドレインが前記第２の配線を介して前記第１のトランジスタのゲートと接続されていることを特徴とするソフトスタート回路。
2. 前記第１の配線と前記第２の配線との間に前記第２のトランジスタと直列に接続された第３のトランジスタを有することを特徴とする請求項１記載のソフトスタート回路。
3. 前記第３のトランジスタのソースとゲートとが、前記第２のトランジスタのドレインと接続されており、前記第３のトランジスタのドレインが前記第２の配線を介して前記第１のトランジスタのゲートと接続されていることを特徴とする請求項２記載のソフトスタート回路。
4. 前記第２及び前記第３のトランジスタは、ＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項２又は３記載のソフトスタート回路。

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