JP6594765B2

JP6594765B2 - ソフトスタート回路及びこれを備えた電源装置

Info

Publication number: JP6594765B2
Application number: JP2015246670A
Authority: JP
Inventors: 明大河野; 克也後藤
Original assignee: Ablic Inc
Current assignee: Ablic Inc
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2019-10-23
Anticipated expiration: 2035-12-17
Also published as: US20170179812A1; KR20170072811A; CN106899201A; US10008923B2; TW201725838A; JP2017112774A

Description

本発明は、ソフトスタート回路及びこれを備えた電源装置に関する。

ＤＣＤＣコンバータなどの電源装置においては、一般に、電源投入時の突入電流を防止するためのソフトスタート回路が設けられている。
従来のソフトスタート回路では、数ｍｓｅｃの時間で立ち上がるソフトスタート電圧を得るために、容量値の高いコンデンサが必要となり、ＩＣチップ内で大きな面積を占めてしまうという問題があった。

かかる問題に対し、特許文献１では、クロック信号を用いてスイッチをオン／オフさせ、コンデンサを定電流で間欠的に充電する構成とすることにより、コンデンサを小さくし、回路規模を抑制する方法が提案されている。

特許第４８５３００３号公報

しかしながら、クロック信号を用いて間欠的にコンデンサを充電する方法では、スイッチオン時とスイッチオフ時とで、スイッチを構成するトランジスタの動作点が異なるため、スイッチの切り替え直後に所望の電流値とは異なる電流がコンデンサに流れる。そのため、ソフトスタート時間が容量と電流値から理論的に算出される値から外れ、所望のソフトスタート時間を得ることが困難であるという課題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、高精度のソフトスタート時間を得ることが可能なソフトスタート回路を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明のソフトスタート回路は、定電流源と、ソフトスタート電圧を出力する出力端子と、接地端子と、前記定電流源と前記接地端子との間に接続され、ゲートとドレインが短絡された第１のトランジスタと、前記定電流源と前記出力端子との間に接続され、ゲートにクロック信号を受ける第２のトランジスタと、前記第２のトランジスタと前記接地端子との間に接続されたコンデンサと備えることを特徴とする。

本発明のソフトスタート回路では、第２のトランジスタがオン状態のときには定電流源から流れる電流の一部が第２のトランジスタを介してコンデンサに供給されることによりコンデンサが充電され、第２のトランジスタがオフ状態のときには、定電流源から流れる電流のすべてが第１のトランジスタを介して接地端子に流れる。すなわち、第２のトランジスタがオン、オフのいずれのときにもソフトスタート回路には電流が流れ続ける。

したがって、特許文献１のように、スイッチであるトランジスタをオフして電流を止める方法と比べて、第２のトランジスタがオンした直後から動作点が定まり、所望の電流を流すことができるため、ソフトスタート電圧Ｖｒｅｆ＿ｓｓは安定して上昇する。よって、本発明によれば、高精度のソフトスタート時間を得ることが可能となる。

本発明の実施形態のソフトスタート回路の回路図である。図１のクロック信号の一例を示す波形図である。図１のソフトスタート回路を備えたスイッチングレギュレータの回路図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態のソフトスタート回路１００の回路図である。
本実施形態のソフトスタート回路１００は、定電流源１０と、ＰＭＯＳトランジスタ１１及び１２と、コンデンサ１３とを備えている。

定電流源１０は、一端が電源入力端子Ｖｉｎに接続されている。
ＰＭＯＳトランジスタ１１は、定電流源１０と接地端子Ｖｓｓとの間に接続され、ゲートとドレインが短絡されている。
ＰＭＯＳトランジスタ１２は、定電流源１０と出力端子ＳＳｏｕｔとの間に接続され、ゲートにクロック信号ＣＬＫを受ける。

コンデンサ１３は、ＰＭＯＳトランジスタ１１と接地端子Ｖｓｓとの間に接続されている。
電源入力端子Ｖｉｎには入力電圧が供給され、接地端子Ｖｓｓには接地電圧が供給され、出力端子ＳＳｏｕｔからはソフトスタート電圧Ｖｒｅｆ＿ｓｓが出力される。

上記のように構成されたソフトスタート回路１００は、以下のように動作する。
電源投入後、クロック信号ＣＬＫがロウレベルになると、トランジスタ１２がオンとなり、トランジスタ１１は常にオンしていることから、トランジスタ１１と１２のサイズ比に応じた電流がトランジスタ１１及び１２それぞれに流れる。

そして、トランジスタ１２を介して定電流源１０からの電流の一部がコンデンサ１３に流れ込み、コンデンサ１３が充電される。
一方、クロック信号ＣＬＫがハイレベルになると、トランジスタ１２がオフとなり、常にオンしているトランジスタ１１を介して定電流源１０からの電流のすべてが接地端子Ｖｓｓに流れる。

このように、本実施形態によれば、トランジスタ１２がオン、オフのいずれのときにもソフトスタート回路１００には常に電流が流れていることから、定電流源１０とトランジスタ１１及び１２との接続点の電圧をほぼ一定に保つことができる。すなわち、トランジスタ１２がオンの時とオフの時とでトランジスタ１２のソース電圧がほとんど変化せず、オンした直後から安定するまで、その動作点はほとんど変化しない。したがって、ソフトスタート電圧Ｖｒｅｆ＿ｓｓは安定して上昇し、高精度のソフトスタート時間を得ることが出来る。

ここで、トランジスタ１１のサイズをトランジスタ１２よりも十分に大きくする、例えば、トランジスタ１１とトランジスタ１２のサイズ比を９：１程度と大きくする。
これは、コンデンサに流れる電流は２つのトランジスタ１１及び１２のサイズ比によって決まるためである。すなわち、サイズ比を大きくすることにより、コンデンサ１３に流れる電流を小さくすることができ、これにより、小さなコンデンサでソフトスタート時間を長くすることが可能になる。

また、トランジスタ１２に入力されるクロック信号ＣＬＫのＤＵＴＹは小さいほどよく、例えば、図２に示すように、ＤＵＴＹを１０％程度とする。
これにより、トランジスタ１２のオン時間が短くなり、トランジスタ１２に電流が流れる時間を短くできることから、コンデンサ１３への充電時間も短くなり、小さなコンデンサでソフトスタート時間をさらに長くすることができるという効果が生じる。また、トランジスタ１１を介して接地端子Ｖｓｓに流す電流量及び時間が長いほど、この効果は大きくなる。

さらに、クロック信号ＣＬＫのＤＵＴＹを小さくすることは、定電流源の精度、すなわち、ソフトスタート時間の精度を高くすることにつながる。この理由を以下に説明する。
従来のソフトスタート回路では、定電流源により１００ｎＡ程度の微小電流を生成し、この微小電流にてコンデンサを充電することにより、ソフトスタート時間を長くしている。

一方、本実施形態では、クロック信号ＣＬＫのＤＵＴＹを１０％にすれば、定電流源１０の電流を１μＡと大きくした場合でも、トランジスタ１２に電流が流れる期間が１／１０になるため、従来のソフトスタート回路において、定電流源の電流を１００ｎＡにした場合と同等のソフトスタート時間を得ることが可能となる。

定電流源の電流を小さくする場合、例えば、電流をカレントミラーで折り返して小さい電流をつくろうとすると誤差が大きくなってしまい、また、電流が小さくなるとリーク電流の影響やノイズの影響も受けやすくなる。このため、小さい電流よりも大きい電流の定電流源の方が精度良くつくることができることから、１００ｎＡの定電流源よりも１μＡの定電流源の方が精度が高い。
本実施形態によれば、精度の高い定電流源１０を用いることができ、結果としてソフトスタート時間の精度をより高くすることができる。

次に、本発明のソフトスタート回路を電源装置に用いた例を説明する。
図３は、図１のソフトスタート回路１００を備えたＤＣＤＣコンバータ２００の回路図である。

ＤＣＤＣコンバータ２００の構成は一般的なものであるため、ここでは詳細な説明は省略し、ソフトスタート回路１００の出力であるソフトスタート電圧Ｖｒｅｆ＿ｓｓがどのように使用されるかについて説明する。

誤差増幅回路２０の２つの非反転入力端子には、基準電圧回路２１の基準電圧Ｖｒｅｆとソフトスタート電圧Ｖｒｅｆ＿ｓｓがそれぞれ入力され、非反転入力端子にはＤＣＤＣコンバータ２００の出力電圧Ｖｏｕｔが分圧された帰還電圧Ｖｆｂが入力される。

誤差増幅回路２０は、基準電圧Ｖｒｅｆ及びソフトスタート電圧Ｖｒｅｆ＿ｓｓのうち電圧の低い方と帰還電圧Ｖｆｂとを比較して、誤差電圧ＶｅｒｒをＰＷＭコンパレータ２２に出力する。

電源投入後、ソフトスタート電圧Ｖｒｅｆ＿ｓｓが徐々に上昇していくが、ソフトスタート電圧Ｖｒｅｆ＿ｓｓが基準電圧Ｖｒｅｆよりも低い間は、誤差増幅回路２０では、帰還電圧Ｖｆｂとソフトスタート電圧Ｖｒｅｆ＿ｓｓが比較され、基準電圧Ｖｒｅｆは出力である誤差電圧Ｖｅｒｒに影響を与えない。

そして、所定のソフトスタート時間が経過すると、ソフトスタート電圧Ｖｒｅｆ＿ｓｓが基準電圧Ｖｒｅｆより高くなる。したがって、その後は、誤差増幅回路２０では、帰還電圧Ｖｆｂと基準電圧Ｖｒｅｆが比較され、ソフトスタート電圧Ｖｒｅｆ＿ｓｓは出力である誤差電圧Ｖｅｒｒに影響を与えなくなる。
このようにして、ソフトスタート回路１００は、ＤＣＤＣコンバータ２００においてソフトスタート機能を果たすことができる。

以上説明したように、本実施形態のソフトスタート回路１００によれば、高精度のソフトスタート時間を得ることができ、ＤＣＤＣコンバータ２００において、ソフトスタート回路１００を用いることにより、高精度のソフトスタートが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、上記実施形態においては、トランジスタ１１及び１２としてＰＭＯＳトランジスタを用いる例を示したが、トランジスタ１１及び１２の両方、あるいはいずれか一方にＮＭＯＳトランジスタを用いても構わない。

また、上記実施形態においては、本発明のソフトスタート回路をＤＣＤＣコンバータに用いた例を示したが、これに限らず、ソフトスタートが必要な電源装置に適宜用いることが可能である。

１００ソフトスタート回路
２００ＤＣＤＣコンバータ
１０定電流源
１１，１２ＰＭＯＳトランジスタ
１３コンデンサ
２０誤差増幅回路
２１基準電圧回路
２２ＰＷＭコンバータ

Claims

定電流源と、
ソフトスタート電圧を出力する出力端子と、
接地端子と、
ソースが前記定電流源に接続され、ゲートとドレインが前記接地端子に接続された第１のトランジスタと、
ソースが前記定電流源に接続され、ドレインが前記出力端子に接続され、ゲートにクロック信号を受ける第２のトランジスタと、
前記出力端子と前記接地端子との間に接続されたコンデンサとを備えることを特徴とするソフトスタート回路。
前記第１のトランジスタのサイズは、前記第２のトランジスタサイズよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のソフトスタート回路。
請求項１または２に記載のソフトスタート回路を備え、
前記ソフトスタート回路が出力するソフトスタート電圧を用いて、電源投入時にソフトスタートを実行することを特徴とする電源装置。