JPH06225523A - 安定化電源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 安定化電源において、起動時の電源電圧に基
づいてオーバーシュートを抑制するための制御信号を出
力するソフトスタート回路１０を設け、スイッチング回
路３はソフトスタート回路１０から入力された制御信号
に基づいて、電源電圧を制限するようスイッチング制御
を行うことによりオーバーシュートを抑制する。更に、
ソフトスタート回路１０から出力される制御信号は、フ
ォトカプラ７を介してスイッチング回路３に対して入力
されるよう構成する。 【効果】 起動時のオーバーシュートを防止するため
に、レギュレータの一部である電圧検出回路８の感度を
必要以上に上げなくても良いため、ノイズによる誤動作
や異常発振の可能性がなくなる。また、ソフトスタート
回路１０もフォトカプラ７を介することで、負荷に対し
て直流的に絶縁された電源を構成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレギュレータ等を用いる
ことにより定電圧を供給することのできる安定化電源に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】整流電源（非安定化電源）の後段にスイ
ッチングレギュレータやシリーズレギュレータ等の回路
を設けた安定化電源が知られている。特に小型化や高能
率化の観点から、スイッチングレギュレータの制御によ
り電源電圧等の変動を抑制する、いわゆるスイッチング
電源が安定化電源として多く用いられている。

【０００３】図４はスイッチング電源の一例を示すブロ
ック回路図であり、図中の破線で示すａは整流電源に相
当する部分を示し、ｂはスイッチングレギュレータに相
当する部分を示す。１は供給された交流電源からノイズ
を除去するＡＣラインフィルタで、２はダイオード等に
より構成され、ＡＣラインフィルタ１を介した交流電源
について全波整流を行う整流ブリッジ回路である。ま
た、Ｃ₁ は整流ブリッジ回路２で整流された出力（脈
流）を平滑化する平滑コンデンサで、Ｒ₁ は例えば過電
流等の突入を防ぐ突入防止抵抗であり、以上の回路部及
び素子等により整流電源部ａが構成される。

【０００４】また、スイッチングレギュレータｂは次の
ように構成される。３はスイッチング回路で、例えばト
ランジスタ等のスイッチング素子及びこのスイッチング
素子を駆動するためのパルス信号を生成してスイッチン
グ素子に出力するスイッチング駆動部により構成され、
上記した整流電源部ａから出力された直流を数10KHz 〜
数100KHzの周波数で断続して出力する。４はスイッチン
グ回路３の出力に生じたサージ電圧を抑制するためのス
ナバ回路である。また、５は出力トランスであり所定電
圧比となるように設定されている。

【０００５】また、Ｄ₁ は出力トランス５の２次側の出
力について整流を行う整流用ダイオードであり、６は整
流用ダイオードＤ₁ により整流された出力について平滑
化を行う平滑回路である。出力トランス５を介した出力
は、この整流用ダイオードＤ ₁ と平滑回路６を介するこ
とにより直流電源として図示しない負荷や各回路部に対
して供給される。

【０００６】また、７はフォトトランジスタＱ₁ とフォ
トダイオードＤ₂ からなるフォトカプラを示し、このフ
ォトカプラ７の出力によって前記スイッチング回路３を
制御している。８は電圧検出回路を示し、この電圧検出
回路８により出力される直流電圧値を検出し、これを所
定の基準電圧と比較することにより、電源電圧の変動に
応じた出力を前記フォトカプラ７のフォトダイオードＤ
₂ に供給している。したがって、電源出力の電圧の変動
に応じてフォトダイオードＤ₂ に対する順方向電流が変
化するため、フォトトランジスタＱ₁ に流れるコレクタ
電流もまた電源出力の電圧の変動に応じて変化すること
となる。

【０００７】そして、スイッチング回路３内部のスイッ
チング駆動部においては、フォトトランジスタＱ₁ のコ
レクタ電流の変化に基づいて、パルス幅を可変してスイ
ッチング素子を駆動させことによりスイッチング回路３
からの出力電圧を変化させる。このようにしてスイッチ
ングレギュレータｂが構成され、電源出力の電圧の変動
を抑制することとなる。なお、９はヒューズを示す。

【０００８】このように、図４に示すようなスイッチン
グ電源においては、電源出力を電圧検出回路８及びフォ
トカプラ７を介してスイッチング回路３に対して帰還さ
せることで電源出力の電圧の変動を抑制し、負荷に供給
するべき電圧が常に一定とされるよう制御を行ってい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うなスイッチングレギュレータを使用した安定化電源
は、制御ループを安定化しようとすると、一般に電源ス
イッチがオンとされた直後に、負荷に供給される直流電
源の電圧が規定の電圧より高くなる（以下これをオーバ
ーシュートという）という現象が生じる。このオーバー
シュートは負荷等に対して負担を与え、回路等の異常動
作や破壊を招く恐れがあるため、これを抑えることが好
ましい。そこでこのオーバーシュートを抑制するため
に、例えば、図４に示す電圧検出回路８の感度を上げて
電源の出力電圧の変動に対する応答速度を高くし、電源
回路の電圧が起動時からあらかじめ設定されている電圧
値以上にならないようにコントロールすることが考えら
れる。ところが、上述した方法においては電圧検出回路
８の感度を上げることから、周囲のノイズ、特に負荷回
路から混入したノイズ等により誤動作や電源自体の異常
発振等が生じる可能性が多くなるという不都合があっ
た。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記したような
問題を解決するため、整流電源部からの出力について、
スイッチング電源部により断続的に出力を行った後、直
流電源出力部で整流平滑化して直流電源として負荷に供
給すると共に、スイッチング電源部に対して電圧検出回
路で検出された直流電源の出力電圧に基づく出力を帰還
させることにより直流電源の出力電圧の安定化を行う安
定化電源において、起動時に動作し、直流電源出力部か
ら出力された直流電源の電圧に基づいてオーバーシュー
ト抑制のための制御信号をスイッチング電源部に供給す
るソフトスタート回路を設けることとした。また、この
ソフトスタート回路は、起動時から所定時間が経過する
まで導通する能動素子と、この能動素子を流れる電流に
よってスイッチング電源部の出力を抑圧する制御信号を
発生する回路を備えて構成されることとした。さらに、
ソフトスタート回路から出力される制御信号は、フォト
カプラを介してスイッチング電源部に入力されるよう構
成することとした。

【００１１】

【作用】スイッチングによる安定化電源に対して、起動
時から所定時間において、オーバーシュートを抑制する
ための制御信号を出力することができるソフトスタート
回路を設ける。そして、このソフトスタート回路より出
力される制御信号に基づいてスイッチング電源部が動作
するようにすることで、電圧検出回路に関係なく強制的
に起動時のオーバーシュートを抑制する。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の安定化電源の一実施例を示す
ブロック回路図で、図４と同一部分は同一符号を付して
説明を省略する。この図に示すように本実施例において
は、起動時のオーバーシュートを抑制するためのソフト
スタート回路１０が設けられる。このソフトスタート回
路１０は平滑回路６からの電源出力が入力されると共
に、フォトカプラ７のフォトダイオードＤ₂ と接続され
る。そして、ソフトスタート回路１０は、後述するよう
に起動時に発生する電源電圧のオーバーシュートを抑制
するための制御信号をフォトカプラ７に対して出力し、
スイッチング回路３はソフトスタート回路１０からフォ
トカプラ７を介して供給された制御信号に基づいて起動
時のスイッチング動作が制御され、起動時のオーバーシ
ュートが抑制されるよう構成されるものである。

【００１３】そして、図１に示したフォトカプラ７、電
圧検出回路８及びソフトスタート回路１０の具体例は図
２の回路図に示すような構成となる。以下、図２を参照
して本実施例の安定化電源の動作について説明する。図
に示すＶは負荷に供給される電源出力が入力される電源
入力端子を示す。また、７はフォトダイオードＤ₂ 及び
フォトトランジスタＱ₁ からなるフォトカプラを示し、
フォトトランジスタＱ₁ のエミッタ及びコレクタは図示
しないスイッチング回路３と接続される。そして、本実
施例においてはフォトトランジスタＱ₁ のコレクタ電流
が大きくなるに従い、例えばＰＷＭ信号によってスイッ
チング周期が変化するスイッチング回路３の出力電圧が
下がるようコントロールされる。なお、Ｒ₂ はフォトダ
イオードＤ₂ の順方向電流制限用抵抗である。

【００１４】また、図中に破線で示す部分は電圧検出回
路８に相当し、この電圧検出回路８におけるＲ₄ 、Ｒ₅
は電源入力端子Ｖから入力された電源出力の電圧を検出
する電圧検出用抵抗を示す。Ａは誤差増幅器であり、電
圧検出用抵抗Ｒ₄ 、Ｒ₅ で検出された電圧と所定の基準
電圧Ｅとを比較してこの差を増幅して出力する。Ｒ₃は
帰還抵抗でこの抵抗値によって誤差増幅器Ａの増幅率、
つまり電圧検出回路８としての感度を設定することがで
きる。

【００１５】また、図中に一点鎖線で示す部分はソフト
スタート回路１０であり、このソフトスタート回路１０
におけるＲ₆ は出力電圧検出用抵抗、Ｃ₂ は充電用のコ
ンデンサを示し、これらはソフトスタート回路１０の動
作時間を設定するタイマー部として構成される。そし
て、後述するように電源が起動してこのコンデンサＣ₂
に対して充電が開始された時点から、充電電位が電源出
力の電圧と等しくなるまでの時間がタイマー時間とされ
る。なお、タイマー時間はコンデンサＣ₂ と出力電圧検
出用抵抗Ｒ₆ の時定数により決定され、オーバーシュー
トを抑制するのに必要な時間に設定される。更に、ソフ
トスタート回路１０におけるＱ₂ はフォトダイオードＤ
₂ に順方向電流を供給するトランジスタを、抵抗Ｒ₇ は
トランジスタＱ₂ のベース電流制限用抵抗（誤動作防
止）を、Ｄ₃ はコンデンサＣ₂ の放電用ダイオードを示
す。

【００１６】本実施例の安定化電源は通常の定電圧制御
時においては、ソフトスタート回路１０は動作せず、電
圧検出回路８における出力電圧検出用抵抗Ｒ₄ 及びＲ₅
により、電源入力端子Ｖから入力された電源出力の電圧
が分圧される。そして分圧された電圧が誤差増幅器Ａの
反転入力に対して入力される。そして、誤差増幅器Ａで
は反転入力に入力された分圧電圧と、非反転入力に供給
される基準電圧Ｅとを比較し、この差を増幅して出力す
る。例えば、電源出力の電圧が本来負荷に供給すべき電
圧よりも高い場合には、誤差増幅器Ａからはこの差に応
じた負の電圧が出力される。したがってフォトダイオー
ドＤ₂ の順方向電流は大きくなるため、フォトトランジ
スタＱ₁ のコレクタ電流も大きくなる。このフォトトラ
ンジスタＱ₁ のコレクタ電流の変化に従い、スイッチン
グ回路３では、例えば、より狭い幅のパルス信号を生成
してスイッチング素子を駆動することにより電源出力の
電圧が抑えられ、電源出力が本来負荷に供給すべき電圧
になるよう制御される。

【００１７】また、電源出力の電圧が本来負荷に供給す
べき電圧よりも低い場合には、誤差増幅器Ａからはこの
差に応じた正の電圧が出力される。したがってフォトダ
イオードＤ₂ の順方向電流は小さくなるため、フォトト
ランジスタＱ₁ のコレクタ電流も小さくなる。このフォ
トトランジスタＱ₁ のコレクタ電流の変化に従い、スイ
ッチング回路３では、より広い幅のパルス信号を生成し
てスイッチング素子を駆動するため、電源出力の電圧が
本来負荷に供給すべき電圧まで引き上げられることとな
る。本実施例の安定化電源においては、上記のようにし
て電圧の変動が抑制される結果、負荷に対して定電圧の
電源を供給することができる。

【００１８】なお、電源の出力電圧の変動に対する制御
の反応速度、つまり電圧の変動に対する感度は、前述の
ように帰還抵抗Ｒ₃ の抵抗値を変えることによって誤差
増幅器Ａの増幅率を変更することで設定可能である。こ
の感度は高くなるに従い電圧の変動に対する制御速度は
向上し、前述したようにオーバーシュートを抑制するこ
とが可能になるが、ノイズ等に対する誤動作や発振等が
生じやすくなる。

【００１９】次に、本実施例の安定化電源がソフトスタ
ート回路１０により起動時のオーバーシュートを抑制す
る動作について説明する。電源スイッチがオンとされ安
定化電源が起動するまでは、図２のソフトスタート回路
１０のコンデンサＣ₂ には電荷は蓄えられていない。と
ころが電源が起動して電源出力の電圧が次第に上昇して
いくにつれて、電源入力端子Ｖ→フォトダイオードＤ₂
→順方向電流制限用抵抗Ｒ₂ →トランジスタＱ₂ のエミ
ッタ→トランジスタＱ₂ のベース→コンデンサＣ₂ によ
る電流経路と、電源入力端子Ｖ→出力電圧検出用抵抗Ｒ
₆ →コンデンサＣ₂ による電流経路が形成され、この両
者の電流経路からコンデンサＣ₂ に対して充電が行われ
ることとなる。このコンデンサＣ₂ に対する充電が開始
された時点（つまり起動時）がタイマーがセットされた
状態となる。

【００２０】上記のようにしてコンデンサＣ₂ に対して
充電が行われる期間、トランジスタＱ₂ に流れるベース
電流に応じて、トランジスタＱ₂ のコレクタ電流がフォ
トダイオードＤ₂ 、順方向電流制限用抵抗Ｒ₂ 及びトラ
ンジスタＱ₂ のエミッタを介して流れることとなる。起
動直後は、電源の出力電圧は上昇すると共に、コンデン
サＣ₂ を充電するベース電流によってトランジスタＱ₂
が導通状態となり、フォトダイオードＤ₂ を流れる順方
向電流は大きくなっていく。したがってフォトトランジ
スタＱ₁ のコレクタ電流もこれに応じて大きくなり、ス
イッチング回路３は起動後の電源の出力電圧の上昇を制
限することとなる。この結果、起動時に生じるオーバー
シュートを抑えることとなる。

【００２１】充電されているコンデンサＣ₂ の電位が上
昇していくと、トランジスタＱ₂ を介して流れているフ
ォトダイオードＤ₂ の順方向電流が減少していき、コン
デンサＣ₂ の電位が電源出力の電圧と等しくなる時点、
つまりタイマー時間が終了した時点で、トランジスタＱ
₂ のベース電流が流れなくなるためトランジスタＱ₂の
動作は停止する。従って、タイマー時間が終了した時点
以降、ソフトスタート回路１０は本実施例の安定化電源
の動作には関与しなくなる。このようにしてソフトスタ
ート回路１０の動作が終了した後は、前述の電圧検出回
路８の動作による電源出力の定電圧制御がスイッチング
回路３に対して行われることとなる。なお、本実施例の
安定化電源オフ時には、コンデンサＣ₂ に蓄えられた電
荷が放電用ダイオードＤ₃ を介して放電されることとな
る。

【００２２】図３は起動時の電源出力の電圧の変動を示
すグラフであり、縦軸は電源出力の電圧を示し、横軸は
起動時からの時間を示している。また、曲線Ｍはソフト
スタート回路１０が設けられていない図４に示した安定
化電源の出力電圧を示し、曲線Ｎはソフトスタート回路
１０が設けられた本実施例の安定化電源の出力電圧を示
している。Ｔは本来負荷に供給されるべき電圧値を示
し、この場合は両者の安定化電源が５Ｖの直流電源を供
給するよう設定されていることを示している。

【００２３】この図から分かるように、ソフトスタート
回路１０が設けられていない場合は、曲線Ｍに示される
ように起動後から約0.6 ｍｓを経た時点で５Ｖを越える
オーバーシュートが生じ、その後、電圧検出回路８の動
作により５Ｖの定電圧で出力されることとなる。一方、
ソフトスタート回路１０が設けられた場合には、ソフト
スタート回路１０の動作によりスイッチング回路３のス
イッチング動作が制御されるため、曲線Ｎで示すよう
に、電源出力の上昇時における電圧が制限されることと
なり、オーバーシュートが解消されることとなる。そし
てソフトスタート回路１０の動作が終了した後は、電圧
検出回路８の動作により５Ｖの定電圧が保たれることと
なる。

【００２４】このように、本発明の場合は、起動時のオ
ーバーシュートを抑制するために起動直後のみ動作する
ソフトスタート回路１０を設け、オーバーシュートがソ
フトスタート回路１０により抑制された後は電圧検出回
路８による通常の定電圧制御が行われるようにしてい
る。したがって、起動直後は電圧検出回路８の動作に依
存することなく出力電圧の制御が行われるため、電圧検
出回路８の感度を通常時の定電圧制御に対応した設定と
することができ、電圧制御作用を安定化することができ
る。

【００２５】また、ソフトスタート回路１０の出力がフ
ォトカプラ７を介してスイッチング回路３に入力される
ようにしているので、出力トランス５による絶縁効果と
併せることで、本実施例の安定化電源は負荷側と商用電
源側を直流的に絶縁された状態にすることができる。

【００２６】なお、本発明のスイッチングレギュレータ
による安定化電源は、図１に示す回路構成に限られるも
のではなく各種変更可能である。また、本実施例ではス
イッチングレギュレータによる安定化電源により本発明
の説明を行ったが、ソフトスタート回路１０によるオー
バーシュートの抑制動作は、例えばシリーズレギュレー
タ等の他の安定化電源に対しても応用が可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明の安定化電源
は、起動時のオーバーシュートを抑制するため、起動時
においてのみ動作するよう構成されたソフトスタート回
路を従来の安定化電源に追加すればよいから、他の回路
部等の設定を変更する必要がないという効果を有してい
る。。これにより、例えば、電圧検出回路の感度は通常
時の定電圧動作に適当とされるよう設定されればよいの
で、感度を上げたことにより生じるノイズによる誤動作
や異常発振を避けることが可能となる。

【００２８】また、ソフトスタート回路の出力がフォト
カプラを介してスイッチング回路に入力されるように構
成したため、出力トランスを併用することで負荷側と商
用電源側が直流的に絶縁された安定化電源を構成するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の安定化電源の実施例を示すブロック図
である。

【図２】本実施例におけるフォトカプラ、電圧検出回路
およびソフトスタート回路を示す回路図である。

【図３】起動時の電源出力の電圧を示すグラフである。

【図４】従来例としての安定化電源を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

３ スイッチング回路 ５ 出力トランス ６ 平滑回路 ７ フォトカプラ ８ 電圧検出回路 １０ ソフトスタート回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 整流電源部からの出力を断続するスイッ
   チング電源部と、 前記スイッチング電源部からの出力を直流電源として負
   荷に供給する直流電源出力部と、 前記直流電源出力部から出力された直流電源の電圧を検
   出し、検出した電圧に基づいて前記スイッチング電源部
   に出力する電圧検出回路とを備え、 前記スイッチング電源部は、前記電圧検出回路からの出
   力に基づいてスイッチング動作を制御することにより、
   前記直流電源出力部から負荷に供給される直流電源の電
   圧の変動を抑制する安定化電源において、 起動時に動作し、前記直流電源出力部から出力された直
   流電源の電圧に基づいて、オーバーシュート抑制のため
   の制御信号を前記スイッチング電源部に供給するソフト
   スタート回路を設けたことを特徴とする安定化電源。
2. 【請求項２】 前記ソフトスタート回路は、起動時から
   所定時間が経過するまで導通する能動素子と、 前記能動素子を流れる電流によって前記スイッチング電
   源部の出力を抑圧する制御信号を発生する回路を備えて
   いることを特徴とする請求項１に記載の安定化電源。
3. 【請求項３】 前記ソフトスタート回路から出力される
   制御信号は、フォトカプラを介して前記スイッチング電
   源部に入力されることを特徴とする請求項１又は請求項
   ２に記載の安定化電源。