KR20070086169A

KR20070086169A - 스위칭 전원 및 그 제어 회로와 그것을 이용한 전자 기기

Info

Publication number: KR20070086169A
Application number: KR1020077013394A
Authority: KR
Inventors: 교이치로 아라키; 요이치 다메가이; 이사오 야마모토
Original assignee: 로무 가부시키가이샤
Priority date: 2004-12-03
Filing date: 2005-12-02
Publication date: 2007-08-27
Also published as: US7579784B2; JP4471980B2; JPWO2006059705A1; WO2006059705A1; US20080136341A1; CN100490287C; CN101065891A

Abstract

본 발명은 기동 시간을 단축한 스위칭 전원 및 그 제어 회로를 제공한다. 소프트 스타트 회로(20)는 플라이백 방식의 스위칭 레귤레이터를 소프트 스타트하기 위한 회로로서, 제1 전류원(220) 및 제2 전류원(222)의 2개의 전류원을 구비한다. 이 소프트 스타트 회로(20)는 제2 콤퍼레이터(200)에 의해 출력 전압의 귀환 전압 Vfb와 소정의 임계값 전압 Vth를 비교하여, Vfb＜Vth일 때 제1 전류원(220)만 충전 콘덴서 Css를 충전하고, Vfb＞Vth일 때 제1 전류원(220)과 함께 제2 전류원(222)을 온하여 소프트 스타트 전압 Vss를 상승시킨다.

Description

스위칭 전원 및 그 제어 회로와 그것을 이용한 전자 기기 {SWITCHING POWER SUPPLY AND ITS CONTROL CIRCUIT, AND ELECTRONIC APPARATUS EMPLOYING SUCH SWITCHING POWER SUPPLY}

본 발명은 스위칭 전원에 관한 것으로, 특히 그 출력 전압을 완만하게 상승시키는 소프트 스타트 기술에 관한 것이다.

입력 전압보다도 높은 전압을 생성하기 위한 승압형 스위칭 전원이 다양한 전자 기기에 있어서 널리 이용되고 있다. 이 승압형 스위칭 전원은 스위칭 소자와 인덕터 또는 트랜스를 구비하고 있고, 스위칭 소자를 시분할적으로 온 오프시킴으로써 인덕터 또는 트랜스에 역기전력을 발생시키고 입력 전압을 승압하여 출력한다.

이러한 스위칭 전원에 있어서는, 승압된 전압의 고주파 성분을 제거하여 평활화하기 위해서 출력 콘덴서가 설치되어 있다. 스위칭 전원을 기동할 때에는, 출력 전압을 0V로부터 소정의 승압 전압까지 상승시킬 필요가 있지만, 출력 전압을 급격히 상승시킨 경우, 출력 콘덴서에 대해서 돌입 전류가 발생하거나 출력 전압의 오버슛이나 링잉에 의해서 출력 전압이 너무 커져서 회로를 구성하는 소자의 신뢰성에 영향을 미칠 우려가 있다.

따라서, 종래에 있어서는 전술한 돌입 전류가 발생하지 않도록, 스위칭 전원의 제어 회로에 소프트 스타트 회로를 설치하고 출력 전압을 서서히 상승시킨다는 수법이 이용되고 있다(특허 문헌 1).

[특허 문헌 1] 일본 공개특허 2003－216249호 공보

그러나, 특허 문헌 1에 기재된 종래의 소프트 스타트 수단에서는, 출력 전압을 일정한 기울기로 상승시키고 있었기 때문에, 스위칭 전원의 출력 단자에 수백 V정도의 매우 높은 전압이 필요로 되는 부하가 접속된 경우에는, 원하는 승압 전압에 이를 때까지의 시간이 길어진다는 문제가 있었다.

본 발명은 이러한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 기동 시간을 단축한 스위칭 전원 및 그 제어 회로의 제공에 있다.

본 발명의 일 양태는 스위칭 전원의 제어 회로에 관한 것이다. 이 제어 회로는 스위칭 신호를 생성하고, 스위칭 전원의 스위칭 소자를 제어하는 제어 회로로서, 스위칭 전원의 출력 전압이 소정의 기준 전압에 이를 때까지의 기간, 출력 전압이 서서히 상승하도록 스위칭 신호를 생성하는 소프트 스타트 회로를 구비한다. 소프트 스타트 회로는 출력 전압이 소정의 임계값 전압보다 낮을 때, 제1 제한 속도로 출력 전압을 상승시키는 한편, 출력 전압이 임계값 전압보다 높을 때, 제1 제한 속도보다 빠르게 설정되는 제2 제한 속도로 출력 전압을 상승시킨다.

이 양태에 의하면, 제1 제한 속도로 출력 전압을 소정의 임계값 전압까지 상승시킨 후, 출력 전압의 상승 속도를 제2 제한 속도로 하고, 출력 전압을 급속히 상승시킴으로써 스위칭 전원의 기동 시간을 단축시킬 수 있다.

소정의 임계값 전압은 제2 제한 속도로 출력 전압을 상승시킬 때에 돌입 전류가 발생하지 않는 범위로 설정되어도 된다.

소프트 스타트에 의한 출력 전압의 상승 속도를 전환하는 소정의 임계값 전압을 돌입 전류가 발생하지 않는 전압 범위로 설정함으로써, 출력 전압을 급속히 상승시키는 제2 제한 속도에 있어서 돌입 전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

소프트 스타트 회로는 일단이 접지된 충전 콘덴서와, 충전 콘덴서의 타단에 접속되고 충전 콘덴서에 정전류를 공급하는 전류원과, 출력 전압을 임계값 전압과 비교하는 전압 비교기를 포함해도 된다. 제1 제한 속도 및 제2 제한 속도에 대응시켜, 즉, 전압 비교기의 출력 신호에 따라 전류원에 의해 공급하는 전류값을 변화시켜 충전 콘덴서에 나타나는 전압에 의거하여 출력 전압을 상승시켜도 된다.

충전 콘덴서에 나타나는 전압은, 전류원으로부터 공급되는 정전류를 시간 적분한 값으로 주어지기 때문에, 정전류의 전류값을 변화시킴으로써 출력 전압의 상승 속도를 제어할 수 있다.

소프트 스타트 회로는 출력 전압이 소정의 제2 임계값 전압보다 낮아지고 나서 일정 기간 액티브가 되고, 충전 콘덴서에 나타나는 전압을 소정의 전압값에 고정하는 바이어스 회로를 더 포함해도 된다. 제2 임계값 전압은 상기 임계값 전압과 같은 전압값이어도 된다.

바이어스 회로는 충전 콘덴서와 병렬로 접속되는 트랜지스터와, 트랜지스터에 소정의 바이어스 전류를 공급하는 바이어스 전류원을 포함하여 구성되어도 된다. 트랜지스터는 출력 전압이 제2 임계값 전압보다 낮아지고 나서, 일정 기간 온해도 된다.

출력 전압이 제2 임계값 전압보다 낮을 때에 트랜지스터를 온함으로써, 충전 콘덴서에 축적된 전하가 방전되고, 충전 콘덴서에 나타나는 전압이 낮아지며, 소정의 전압값에 바이어스된다. 그 결과, 스위칭 전원의 기동시 뿐만 아니라, 부하 변동 등에 의해서 출력 전압이 저하된 경우에도, 재차 소프트 스타트에 의해서 출력 전압을 상승시킬 수 있다.

제어 회로는 하나의 반도체 기판 상에 일체 집적화되어도 된다. 「일체 집적화」란 회로의 구성 요소의 모든 것이 반도체 기판 상에 형성되는 경우나, 회로의 주요 구성 요소가 일체 집적화되는 경우가 포함되고, 회로 정수의 조절용으로 일부의 저항이나 커패시터 등이 반도체 기판의 외부에 설치되어 있어도 된다. 제어 회로를 하나의 LSI로서 집적화함으로써 회로 면적을 삭감할 수 있다.

본 발명의 다른 양태는 스위칭 전원이다. 이 스위칭 전원은 상기의 제어 회로와, 이 제어 회로에 의해 제어되는 스위칭 소자와 스위칭 소자의 온 오프에 의해 입력 전압을 승압 또는 강압하는 출력 회로를 포함한다.

이 양태에 의하면, 제1 제한 속도로 출력 전압을 소정의 임계값 전압까지 상승시킨 후, 출력 전압의 상승 속도를 제2 제한 속도로 하고, 출력 전압을 급속히 상승시킴으로써 스위칭 전원의 기동 시간을 단축할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태는 전자 기기이다. 이 전자 기기는 촬상부와, 촬상부에 의한 촬상 시에 플래시로서 발광하는 발광 소자와, 전지의 전압을 승압하여 발광 소자에 구동 전압을 공급하는 전술한 스위칭 전원을 구비한다.

이 양태에 의하면, 발광 소자를 구동하기 위해 충분히 높은 전압을 생성할 때까지의 시간을 단축할 수 있다.

또한, 이상의 구성 요소의 임의의 조합이나 본 발명의 구성 요소나 표현을 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 서로 치환한 것도 또한 본 발명의 양태로서 유효하다.

본 발명에 따른 스위칭 전원 및 그 제어 회로에 의하면 회로의 신뢰성을 손상하지 않고 기동 시간을 단축할 수 있다.

도 1은 본 실시의 형태에 따른 스위칭 전원의 구성을 나타내는 회로도이다.

도 2는 본 실시의 형태에 따른 소프트 스타트 회로의 구성을 나타내는 회로도이다.

도 3은 정상 상태에서의 스위칭 전원의 각부의 전압의 시간 파형을 나타내는 도면이다.

도 4는 소프트 스타트 시의 스위칭 전원의 각부의 전압의 시간 파형을 나타내는 도면이다.

도 5는 도 1의 스위칭 전원을 구비하는 전자 기기의 구성을 나타내는 블록도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

100 : 스위칭 전원 300 : 부하 회로

10 : 제어 회로 SW1 : 스위칭 소자

12 : 트랜스 14 : 드라이버 회로

16 : 제1 콤퍼레이터 D1 : 정류 다이오드

Co1 : 출력 콘덴서 20 : 소프트 스타트 회로

22 : 히스테리시스 콤퍼레이터 Css : 충전 콘덴서

200 : 제2 콤퍼레이터 202 : 인버터

204 : 원샷 회로 206 : 인버터

208 : 지연 회로 210 : NAND 회로

212 : AND 회로 214 : 연산 증폭기

220 : 제1 전류원 222 : 제2 전류원

224 : 제3 전류원 M1 : 제1 트랜지스터

M2 : 제2 트랜지스터 230 : 소프트 스타트 입력 단자

232 : 소프트 스타트 출력 단자

도 1은 실시의 형태에 따른 스위칭 전원(100)의 구성을 나타내는 회로도이다. 이 스위칭 전원(100)은 입력 단자(102)에 입력된 입력 전압 Vin을 승압하여 출력 단자(104)로부터 출력하는 승압형의 스위칭 전원이다. 이 스위칭 전원에는 크세논 램프와 같이 300V 정도의 출력 전압을 필요로 하는 부하 회로(300)가 접속되어 있다.

스위칭 전원(100)은 플라이백 방식의 스위칭 레귤레이터로서, 제어 회 로(10), 스위칭 소자(SW1), 트랜스(12), 정류 다이오드(D1), 출력 콘덴서(Co1)를 포함한다.

스위칭 소자(SW1)는 MOS 트랜지스터이며, 제어 회로(10)로부터 출력되는 스위칭 신호 Vsw에 의해서 게이트 전압이 제어되어 온 오프가 제어된다.

이 스위칭 소자(SW1)와 입력 단자(102) 사이에는 트랜스(12)의 1차측이 접속되어 있다. 또한 이 트랜스(12)의 2차측의 일단은 접지되고 타단은 정류 다이오드(D1)를 통하여 출력 단자(104)에 접속되어 있다.

출력 단자(104)와 접지 전위 사이에는 출력 콘덴서(Co1)가 설치되어 있다. 이 출력 콘덴서(Co1)는 출력 단자(104)로부터 출력되는 출력 전압 Vout을 평활화한다.

스위칭 소자(SW1)는 제어 회로(10)로부터 출력되는 스위칭 신호 Vsw에 의해서 간헐적으로 온 오프가 반복되고, 온 상태에 있어서는 스위칭 소자(SW1)를 통하여 입력 단자(102)로부터 트랜스(12)의 1차측에 전류가 흐르고, 오프 상태에 있어서는 트랜스(12)의 2차측에 에너지가 전송된다. 그 결과, 입력 단자(102)에 인가된 입력 전압 Vin이 승압되고, 출력 단자(104)에 접속된 부하 회로(300)가 출력 전압 Vout에 의해서 구동된다.

제어 회로(10)는 출력 단자(104)로부터 출력되는 출력 전압 Vout을 모니터하고, 소정의 전압이 얻어지도록 스위칭 신호 Vsw를 생성한다.

이 제어 회로(10)는 신호의 입출력 단자로서 출력 전압 Vout을 모니터하기 위한 귀환 단자(112) 및 생성한 스위칭 신호 Vsw를 출력하기 위한 스위칭 단 자(114)를 구비하고 있다.

이 제어 회로(10)는 히스테리시스 콤퍼레이터(22), 드라이버 회로(14), 제1 콤퍼레이터(16), 발진기(18) 및 소프트 스타트 회로(20)를 포함한다.

출력 단자(104)에 나타나는 출력 전압 Vout은 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)에 의해서 저항 분압되고, 귀환 전압 Vfb로서 제어 회로(10)의 귀환 단자(112)에 귀환 입력된다. 귀환 단자(112)에 입력된 귀환 전압 Vfb는 히스테리시스 콤퍼레이터(22)에 입력된다.

히스테리시스 콤퍼레이터(22)는 신호의 상승 시와 하강 시에 있어서 그 임계값 전압이 변화하는 전압 비교기로서, 통상의 전압 비교기에 정귀환을 가함으로써 구성할 수 있다. 이 히스테리시스 콤퍼레이터(22)의 비반전 입력 단자에는 기준 전압 Vref가 입력되어 있고, 반전 입력 단자에는 귀환 전압 Vfb가 입력되어 있다. 이 히스테리시스 콤퍼레이터(22)에 있어서, 비반전 입력 단자에 입력되는 귀환 전압 Vfb가 상승할 때에는 비교 전압값이 Vref1이 되고, 귀환 전압 Vfb가 하강할 때에는 비교 전압이 Vref2가 되는 히스테리시스를 갖는 것으로 한다.

히스테리시스 콤퍼레이터(22)는 비교 전압 Vref와 귀환 전압 Vfb의 비교의 결과에 의거하여 Vref＞Vfb일 때 하이 레벨, Vref＜Vfb일 때 로 레벨이 되는 제1 인에이블 신호 EN1을 출력한다. 히스테리시스 콤퍼레이터(22)로부터 출력되는 제1 인에이블 신호 EN1은 드라이버 회로(14)의 인에이블 단자 EN에 입력되고 있다.

제1 콤퍼레이터(16)는 3개의 입력 단자를 구비하고 있고, 2개의 플러스 단자＋ 및 마이너스 단자 -와의 전압의 비교 결과로부터 펄스 폭 변조(이하, PWM이라고 약술함)된 펄스형상의 PWM 신호 Vpwm을 생성한다.

플러스 단자 ＋에는 최대 듀티비를 결정하는 최대 전압 Vmax 및 소프트 스타트 회로(20)로부터 출력되는 소프트 스타트 전압 Vss가 입력되고 있다. 또한 마이너스 단자 -에는 발진기(18)로부터 출력되는 발진 신호 Vosc가 입력되고 있다. 이 발진기(18)로부터 출력되는 발진 신호 Vosc는 삼각파 또는 톱니파형상의 주기 신호로 되어 있다.

제1 콤퍼레이터(16)는 소프트 스타트 전압 Vss 또는 최대 전압 Vmax 중 어느 작은 쪽의 전압 Vx와 발진 신호 Vosc를 비교하고, Vx＞Vosc일 때 하이 레벨을, Vx＜Vosc일 때 로 레벨을 출력한다. 여기서, 최대 전압 Vmax는 미리 고정된 전압인 한편, 소프트 스타트 회로(20)에 의해 생성되는 소프트 스타트 전압은 후술하는 바와 같이 시간과 함께 증가한다. 따라서, 제1 콤퍼레이터(16)로부터 출력되는 PWM 신호 Vpwm는 Vss＜Vmax일 때, 소프트 스타트 전압 Vss에 의거하여 시간과 함께 온 기간이 서서히 길어져 가는 펄스 폭 변조된 신호가 되고, Vss＞Vmax가 되면 최대 전압 Vmax에서 결정되는 최대 고정 듀티비를 갖는 펄스 폭 변조된 신호가 된다.

제1 콤퍼레이터(16)로부터 출력되는 PWM 신호 Vpwm는 드라이버 회로(14)로 출력된다.

드라이버 회로(14)는 PWM 신호 Vpwm에 의거하여 스위칭 신호 Vsw를 생성하고, 스위칭 소자(SW1)인 MOSFET의 게이트 전압을 제어하여 간헐적으로 온 오프시킨다. 이 드라이버 회로(14)는 인에이블 단자 EN를 구비하고 있고, 인에이블 단자 EN에 입력되는 제1 인에이블 신호 EN1이 하이 레벨인 기간, 스위칭 소자(SW1)를 구 동하기 위한 스위칭 신호 Vsw를 생성한다. 한편, 인에이블 단자 EN에 입력되는 제1 인에이블 신호 EN1이 로 레벨인 기간, 스위칭 신호 Vsw를 로 레벨에 고정하고 스위칭 소자(SW1)를 오프하여 스위칭을 정지한다.

다음에, 소프트 스타트 회로(20)에 대해 도 2를 기초로 설명한다. 도 2는, 본 실시의 형태에 따른 소프트 스타트 회로(20)의 구성을 나타내는 회로도이다.

이 소프트 스타트 회로(20)는 스위칭 전원(100)의 출력 전압 Vout이 소정의 전압에 이를 때까지의 기간, 출력 전압 Vout이 서서히 상승하도록 소프트 스타트 전압 Vss를 생성한다.

도 2의 소프트 스타트 회로(20)는 입출력 단자로서 도 1에서의 귀환 전압 Vfb가 입력되는 소프트 스타트 입력 단자(230) 및 생성한 소프트 스타트 전압 Vss를 출력하는 소프트 스타트 출력 단자(232)를 구비한다.

소프트 스타트 회로(20)는 출력 전압 Vout을 정수배한 귀환 전압 Vfb가 소정의 임계값 전압 Vth보다 낮을 때, 출력 전압 Vout이 제1 제한 속도로 상승하도록 소프트 스타트 전압 Vss를 상승시킨다. 한편, 귀환 전압 Vfb가 임계값 전압 Vth보다 높을 때, 출력 전압 Vout이 제1 제한 속도보다 빠르게 설정되는 제2 제한 속도로 상승하도록 소프트 스타트 전압 Vss를 상승시킨다. 임계값 전압 Vth는 제2 제한 속도로써 출력 전압 Vout을 상승시킬 때에 돌입 전류가 발생하지 않는 범위로 설정해 둔다.

이 소프트 스타트 회로(20)는 일단이 접지된 충전 콘덴서 Css에 정전류를 공급하고, 충전 콘덴서 Css에 나타나는 전압을 소프트 스타트 전압 Vss로서 소프트 스타트 출력 단자(232)로부터 출력한다. 여기서, 충전 콘덴서 Css를 충전하는 정전류의 값이 크면, 소프트 스타트 전압 Vss의 상승 속도는 빨라지고, 정전류의 값이 작으면 소프트 스타트 전압 Vss의 상승의 속도는 늦어진다.

소프트 스타트 전압 Vss의 상승 속도를 변화시키기 위해서, 이 소프트 스타트 회로(20)는 충전 콘덴서 Css를 충전하기 위한 전류원으로서 제1 전류원(220), 제2 전류원(222)을 구비하고 있고, 각각의 전류원은 전류 공급을 온 오프할 수 있도록 구성되어 있다.

여기서, 제1 전류원(220)에 의해 생성되는 정전류를 제1 정전류 Ic1, 제2 전류원(222)에 의해 생성되는 정전류를 제2 정전류 Ic2라 한다. 제1 제한 속도로 출력 전압 Vout을 상승시킬 때에는 제1 전류원(220)만을 온 하고, 제2 제한 속도에서 출력 전압 Vout을 상승시킬 때에는 제1 전류원(220)에 더하여 제2 전류원(222)도 온한다.

또한, 소프트 스타트 전압 Vss는 충전 콘덴서 Css의 충전에 수반하여 계속 상승하지만, 제1 전류원(220), 제2 전류원(222), 제3 전류원(224)의 내부의 트랜지스터가 포화하고 전류 공급이 정지한 상태로 일정값을 취한다.

제2 트랜지스터(M2), 연산 증폭기(214), 제3 전류원(224)은 소프트 스타트 출력 단자(232)의 전위, 즉 소프트 스타트 전압 Vss가 정전압 Vbias보다도 낮아지지 않도록 고정하기 위한 바이어스 회로이다. 이유는 후술하지만, 이 정전압 Vbias는, 도 1의 발진기(18)로부터 출력되는 발진 신호 Vosc의 최소 전압에 거의 동일하게 설정해 두는 것이 바람직하다. 이 바이어스 회로는 출력 전압 Vout에 따 른 전압 Vfb가 임계값 전압 Vth보다 낮아지고 나서 일정 기간 액티브가 되고, 충전 콘덴서 Css에 나타나는 전압을 소정의 정전압 Vbias로 고정한다.

연산 증폭기(214)의 반전 입력 단자에는 바이어스 전압 Vbias가 인가되고 있고, 그 출력은 제2 트랜지스터(M2)의 게이트 단자에 접속되어 있다. 제2 트랜지스터(M2)의 드레인 단자는 연산 증폭기(214)의 비반전 입력 단자에 귀환되고 있다. 그 결과, 제2 트랜지스터(M2)의 드레인 단자, 즉 소프트 스타트 출력 단자(232)의 전압인 소프트 스타트 전압 Vss는 반전 입력 단자에 인가되는 바이어스 전압 Vbias에 가까워지도록 귀환 제어된다. 제3 전류원(224)은 제2 트랜지스터(M2)를 동작시키기 위해서 바이어스 전류 Ibias를 공급하는 바이어스 전류원이다. 또한, 바이어스 회로는 연산 증폭기(214)를 설치하지 않고 간단한 구성으로 해도 된다. 이 경우, 제2 트랜지스터(M2)의 게이트 전압을 고정한 상태로, 바이어스 전류 Ibias가 흘렀을 때에 드레인 소스간에 발생하는 전압이 바이어스 전압 Vbias로 설정된다.

이 바이어스 회로는 제2 트랜지스터(M2)의 온 오프에 따라 액티브, 비액티브가 전환 가능하게 되어 있다. 제2 트랜지스터(M2)의 게이트 단자에는 제1 트랜지스터(M1)의 드레인 단자가 접속되어 있고, 제1 트랜지스터(M1)가 온 하면 제2 트랜지스터(M2)의 게이트 단자의 전압 Vg가 로 레벨로 고정된다. 이 때, 제2 트랜지스터(M2)는 오프하기 때문에 바이어스 회로는 비액티브가 되고, 바이어스 전압의 고정이 해제된다. 제1 트랜지스터(M1)가 오프하면 바이어스 회로는 액티브가 된다.

제2 콤퍼레이터(200)는 소프트 스타트 입력 단자(230)로부터 입력되는 귀환 전압 Vfb와, 소정의 임계값 전압 Vth를 비교하여, Vfb＞Vth일 때 하이 레벨을 출력 하고 Vfb＜Vth일 때 로 레벨을 출력한다. 제2 콤퍼레이터(200)로부터 출력되는 신호는 인버터(202)에 의해서 논리 반전되어 원샷 회로(204) 및 제2 전류원(222)으로 출력된다.

원샷 회로(204)는 입력되는 신호의 에지를 검출하고, 그 천이 시각으로부터 소정 시간, 출력을 계속 유지하는 기능을 갖는다. 본 실시의 형태에 있어서, 이 원샷 회로(204)는 인버터(206), 지연 회로(208), NAND 회로(210)를 포함하고, 인버터(206)에 입력된 신호의 상승 시각으로부터 지연 회로(208)에서의 지연 시간 Td만큼 NAND 회로(210)로부터의 출력을 로 레벨로 한다.

AND 회로(212)는 원샷 회로(204)의 출력과 제2 인에이블 단자(234)에 인가되는 제2 인에이블 신호 EN2와의 논리곱을 출력한다. AND 회로(212)의 출력은 제1 트랜지스터(M1)의 게이트 단자에 입력되고 있고, AND 회로(212)의 출력이 하이레벨일 때 제1 트랜지스터(M1)가 온하며, 로 레벨일 때 제1 트랜지스터(M1)가 오프한다.

이상과 같이 구성된 스위칭 전원(100)의 정상 상태에서의 동작에 대해 설명한다. 도 3은 정상 상태에서의 스위칭 전원(100)의 각부의 전압의 시간 파형을 나타낸다.

정상 상태에 있어서는 소프트 스타트 회로(20)에 있어서, 충전 콘덴서 Css가 충전된 상태로 되어 있기 때문에, 소프트 스타트 출력 단자(232)로부터 출력되는 소프트 스타트 전압 Vss는 최대 전압 Vmax와의 관계에 있어서 Vss＞Vmax가 성립되고 있다. 이 때, 제1 콤퍼레이터(16)는 PWM 신호 Vpwm를, 최대 전압 Vmax와, 발진 신호 Vosc에 의거하여 생성한다. 그 결과, 동 도면에 나타내는 바와 같이 듀티비, 즉 온 기간이 고정된 PWM 신호가 된다.

시각 T0으로부터 T1까지의 기간, 히스테리시스 콤퍼레이터(22)에 있어서 Vout＞Vref2가 성립되고 있고, 드라이버 회로(14)의 인에이블 단자 EN에는 하이 레벨이 입력되고 PWM 신호 Vpwm에 의거하여 스위칭 신호 Vsw를 생성한다.

시각 T1에 귀환 전압 Vfb가 기준 전압 Vref1까지 상승하면, 히스테리시스 콤퍼레이터(22)의 출력은 로 레벨이 되기 때문에, 드라이버 회로(14)는 스위칭 신호 Vsw의 생성을 정지한다. 스위칭 소자(SW1)의 온 오프 동작이 정지하면, 도 1의 스위칭 전원(100)에 있어서, 출력 콘덴서(Co1)로의 전하의 충전이 정지하기 때문에, 부하 회로(300)에 전류가 흐름으로써 출력 전압 Vout, 즉 귀환 전압 Vfb는 하강하기 시작한다.

그 후, 시각 T2에 있어서 귀환 전압 Vfb가 기준 전압 Vref2까지 하강하면, 드라이버 회로(14)의 인에이블 단자 EN에는 재차 하이 레벨의 신호가 입력되기 때문에 스위칭 신호 Vsw의 생성을 개시하고, 귀환 전압 Vfb, 즉 출력 전압 Vout은 재차 상승을 개시한다.

이와 같이 하여, 본 실시의 형태에 따른 스위칭 전원(100)은 히스테리시스 콤퍼레이터(22)에 의해서 출력 전압 Vout을 모니터하고, 기준 전압 Vref1 및 Vref2의 사이에 안정화하고 있다.

다음에, 스위칭 전원(100)의 소프트 스타트 시의 동작에 대해 설명한다. 도 4는, 소프트 스타트 시의 스위칭 전원(100)의 각부의 전압의 시간 파형을 나타낸 다.

시각 T0~T1에 있어서는, 제2 인에이블 단자(234)에 입력되는 제2 인에이블 신호 EN2는 로 레벨이기 때문에 제1 전류원(220)은 오프하고 있고, Vfb＜Vth이기 때문에 제2 전류원(222)도 오프하고 있다. 또한, 제2 인에이블 신호 EN2가 로 레벨이기 때문에 제1 트랜지스터(M1)는 오프하고 있고, 제2 트랜지스터(M2), 연산 증폭기(214), 제3 전류원(224)을 포함한 바이어스 회로에 의해서 소프트 스타트 전압 Vss는 바이어스 전압 Vbais로 안정화되고 있다.

시각 T1에 있어서, 제2 인에이블 단자(234)에 입력되는 제2 인에이블 신호 EN2가 하이 레벨로 전환된다. 그 결과, 도 2의 제1 전류원(220)이 온하고, 충전 콘덴서 Css로의 충전이 개시되며, 소프트 스타트 전압 Vss는 상승을 개시한다. 소프트 스타트 전압 Vss의 상승에 수반하여, 도 1의 제1 콤퍼레이터(16)로부터 출력되는 PWM 신호 Vpwm의 듀티비는 서서히 커져간다. 그 결과, 스위칭 소자(SW1)의 온 기간도 서서히 길어져가고, 출력 전압 Vout, 즉 귀환 전압 Vfb가 서서히 상승을 개시한다.

시각 T2에 귀환 전압 Vfb가 임계값 전압 Vth까지 상승한다. 이 때, 제2 콤퍼레이터(200)에 있어서 Vfb＞Vth가 되면, 제2 콤퍼레이터(200)의 출력을 반전하여 얻어지는 신호 SSEN이 로 레벨이 된다. 제2 전류원(222)은 신호 SSEN이 로 레벨이 되면, 제2 정전류 Ic2의 생성을 개시한다.

이 때, 충전 콘덴서 Css에 대한 충전 전류는 제1 정전류 Ic1, 제2 정전류 Ic2 및 바이어스 전류 Ibias의 합계가 되고 소프트 스타트 전압 Vss의 상승이 가속 된다.

시각 T3에, 소프트 스타트 전압 Vss가 최대 전압 Vmax보다 커지면, PWM 신호 Vpwm는 고정 듀티가 되고, 스위칭 전원(100)은 정상 상태가 된다. 도 4에 있어서, 시각 T3으로부터 T4의 기간, 귀환 전압 Vfb는 평탄하게 나타나고 있지만, 실제로는 도 3에 나타내는 바와 같이 Vref1과 Vref2의 사이를 변동하게 된다.

시각 T4에 부하 회로(300)의 크세논 램프의 발광이 개시되면, 출력 콘덴서(Co1)에 축적되어 있던 전하가 급격하게 방전되기 때문에 귀환 전압 Vfb가 저하한다. 시각 T5에 귀환 전압 Vfb가 임계값 전압 Vth보다 작아지면, 신호 SSEN이 하이 레벨로 전환된다. 신호 SSEN의 전환에 의해서 원샷 회로(204)의 출력은 소정 기간 Td의 동안, 로 레벨이 된다. 이 동안, 제1 트랜지스터(M1)의 게이트 전압 Vg는 로 레벨이 되고, 제1 트랜지스터(M1)가 오프하고 제2 트랜지스터(M2)가 온한다. 충전 콘덴서 Css에 축적된 전하는 제2 트랜지스터(M2)에 의해서 방전되고 소프트 스타트 전압 Vss는 저하한다. 제2 트랜지스터(M2)가 온한 상태에서는 소프트 스타트 전압 Vss는 바이어스 전압 Vbias로 조절된다.

만약, 제2 트랜지스터(M2), 연산 증폭기(214)를 포함하여 구성되는 바이어스 회로가 설치되지 않고, 제2 트랜지스터(M2)만의 구성으로 했을 경우, 제2 트랜지스터(M2)가 온하면, 충전 콘덴서 Css에 축적된 전하는 완전히 방전되어, 소프트 스타트 전압 Vss는 0V 근처까지 저하되게 된다. 발진기(18)의 출력인 발진 신호 Vosc의 최소 전압이 어느 정도 큰 경우, 소프트 스타트 전압 Vss가 그 최소 전압에 이를 때까지의 동안, PWM 신호의 듀티비는 0％가 되기 때문에 출력 전압 Vout을 상승 시킬 수 없다.

한편, 본 실시의 형태에 따른 소프트 스타트 회로(20)에 있어서는, 소프트 스타트 전압 Vss는 발진 신호 Vosc의 최소 전압과 거의 동일하게 설정된 바이어스 전압 Vbias까지 저하하고, 그 이하로는 내려가지 않기 때문에 그 후, 곧바로 PWM 신호를 생성하여 출력 전압 Vout을 상승시킬 수 있다.

그 후, 시각 T5로부터 소정 기간 Td 경과 후의 시각 T6에 원샷 회로(204)의 출력이 하이 레벨이 되면, 제1 트랜지스터(M1)는 게이트 전압 Vg는 하이 레벨이 되어 온한다. 이 때, 제2 트랜지스터(M2)의 게이트 전압이 로 레벨로 고정되어 제2 트랜지스터(M2)가 오프하고, 재차 충전 콘덴서 Css의 충전이 개시되고 소프트 스타트 전압 Vss는 제1 제한 속도로 상승을 개시한다.

시각 T7에 귀환 전압 Vfb가 임계값 전압 Vth보다 커지면, 제2 전류원(222)이 온하고, 충전 콘덴서 Css로의 충전 속도가 가속되어 출력 전압 Vout이 급속히 상승된다.

이상과 같이, 본 실시의 형태에 따른 소프트 스타트 회로(20) 및 스위칭 전원(100)에 의하면, 출력 전압 Vout의 상승 속도를 2단계로 전환하여 소프트 스타트된다. 즉, 소프트 스타트 개시 후, 출력 전압 Vout이 소정의 임계값 전압 Vth보다 낮은 범위에 있어서는 돌입 전류가 발생하지 않도록 완만하게 상승시킨 후, 출력 전압 Vout이 임계값 전압 Vth를 초과하면 상승 속도를 빠르게 하여 급속히 상승함으로써 스위칭 전원(100)의 안정 시간의 단축을 도모할 수 있다.

또한, 소프트 스타트 회로(20)는 출력 전압 Vout이 소정의 임계값 전압보다 낮아질 때마다 동작하기 때문에, 기동 시뿐만 아니라 부하 회로(300)의 동작 개시 시나, 입력 전압 Vin의 변동 시 등에 출력 전압 Vout이 저하된 때에도 소프트 스타트를 행할 수 있다.

또한, 본 실시의 형태에 따른 소프트 스타트 회로(20)에 있어서는, 제2 트랜지스터(M2) 및 연산 증폭기(214)에 의해 구성되는 바이어스 회로에 의해서, 소프트 스타트 전압 Vss가 발진 신호 Vosc의 최소 전압과 거의 동일하게 설정된 바이어스 전압 Vbias 이하로는 내려가지 않도록 제어된다. 그 때문에, 듀티비 0％의 PWM 신호가 생성되는 일이 없기 때문에, 단시간에 출력 전압 Vout을 상승시킬 수 있다.

도 5는, 도 1의 스위칭 전원(100)을 구비하는 전자 기기(500)의 구성을 나타내는 블록도이다. 예를 들어, 전자 기기(500)는 카메라를 탑재한 휴대 전화 단말이며, 전지(510), 통신 처리부(512), DSP(Digital Signal Processor : 514), 촬상부(516), 발광 장치(600)를 구비한다. 또한, 전자 기기는 휴대 전화 단말에 한정되는 것이 아니고, PDA나 디지털 카메라 등이어도 된다.

전지(510)는 예를 들어, 리튬 이온 전지이며, 전지 전압 Vbat로서 3~4V 정도의 전압을 출력한다. DSP(514)는 전자 기기(500) 전체를 총괄적으로 제어하는 블록이며 통신 처리부(512), 촬상부(516), 발광 장치(600)와 접속되어 있다. 통신 처리부(512)는 안테나, 고주파 회로 등을 포함하여 기지국과의 통신을 행하는 블록이다.

촬상부(516)는 CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS 센서 등의 촬상 장치이다.

발광 장치(600)는 촬상부(516)에 의한 촬상 시에 플래시 또는 스트로보 장치로서 이용되고, 스위칭 전원(100), 발광 소자(612), 트리거 회로(614)를 구비한다. 발광 소자(612)로서는 크세논 튜브 등이 매우 적합하게 이용된다. 스위칭 전원(100)은 전지(510)로부터 공급되는 전지 전압 Vbat를 승압하고, 발광 소자(612)에 300V 정도의 구동 전압(이하, 출력 전압이라고도 함) Vout을 공급한다. 구동 전압 Vout은 소정의 레벨의 목표 전압에 안정화된다. 트리거 회로(614)는 발광 장치(600)의 발광의 타이밍을 제어하는 회로이다. 발광 소자(612)는 촬상부(516)의 촬상과 동기하여 발광한다.

본 실시의 형태에 따른 스위칭 전원(100)은, 도 5와 같은 발광 장치(600)에 매우 적합하게 이용할 수 있고, 이 발광 장치(600)는 휴대 전화 단말을 비롯한 전자 기기에 탑재할 수 있다. 본 실시의 형태에 따른 스위칭 전원(100)은, 상술한 바와 같이 기동 시간이 단축되기 때문에, 촬상의 타이밍을 벗어나지 않고 발광 소자(612)를 발광 가능하게 할 수 있다.

상기 실시의 형태는 예시이며, 그들의 각 구성 요소나 각 처리 프로세스의 조합에 여러 가지 변형예가 가능한 것, 또 그러한 변형예도 본 발명의 범위에 있는 것은 당업자에게 이해되는 바이다.

본 실시의 형태에 따른 스위칭 전원(100)에서는, 스위칭 소자(SW1)의 스위칭 신호 Vsw를 고정 듀티로 하고 드라이버 회로(14)를 간헐적으로 동작시킴으로써 출력 전압 Vout의 안정화를 도모하고 있었지만, 이것에는 한정되지 않고, 출력 전압과 그 목표 전압의 오차 전압을 증폭하고 이 오차 전압에 의거하여 펄스 폭 변조를 행함으로써 출력 전압의 안정화를 도모해도 된다.

본 실시의 형태에 있어서는, 플라이백 방식의 스위칭 레귤레이터에 본 발명에 따른 소프트 스타트 기술을 적용한 경우에 대하여 설명을 행하였지만, 포워드 방식의 스위칭 레귤레이터에 적용하는 것도 가능하다. 또한, 실시의 형태에 있어서는 트랜스를 이용한 절연형의 스위칭 레귤레이터에 대해 설명했지만, 비절연형의 스위칭 레귤레이터라도 좋고, 돌입 전류나 출력 전압의 불필요한 변동을 억제하면서 가능한 한 빠르게, 출력 전압을 상승할 필요가 있는 전원 장치에 널리 적용하는 것이 가능하다.

또한, 본 실시의 형태에 있어서는, 소프트 스타트 회로(20)에 있어서 제1 전류원(220) 및 제2 전류원(222)의 2개의 정전류원을 온 오프에 의해 소프트 스타트 전압 Vss의 상승 속도를 제어했지만 이것에는 한정되지 않는다. 예를 들어, 전류원을 1개만으로 하여 신호 SSEN 및 제2 인에이블 신호 EN2에 의해서 생성하는 전류값이 전환되도록 구성해도 된다.

또한, 본 실시의 형태에 있어서 하이 레벨, 로 레벨의 논리 신호의 설정은 일례이며, 인버터 등에 의해서 적절히 반전시킴으로써 자유롭게 변경하는 것이 가능하다.

본 실시의 형태에 따른 스위칭 전원(100)의 부하로서는, 도 5에 발광 소자가 예시되지만 이것에 한정되는 것이 아니고, 수십 V에서 수백 V를 초과하는 전압에 의해서 동작하는 다양한 부하 회로의 구동에 매우 적합하게 이용할 수 있다.

본 발명에 따른 스위칭 전원 및 그 제어 회로에 의하면 회로의 신뢰성을 손상시키지 않고 기동 시간을 단축할 수 있다.

Claims

스위칭 신호를 생성하고, 스위칭 전원의 스위칭 소자를 제어하는 제어 회로로서,

상기 스위칭 전원의 출력 전압이 소정의 기준 전압에 이를 때까지의 기간, 출력 전압이 서서히 상승하도록 스위칭 신호를 생성하는 소프트 스타트 회로를 구비하고,

상기 소프트 스타트 회로는 상기 출력 전압이 소정의 임계값 전압보다 낮을 때, 제1 제한 속도로 출력 전압을 상승시키는 한편, 상기 출력 전압이 상기 임계값 전압보다 높을 때, 상기 제1 제한 속도보다 빠르게 설정되는 제2 제한 속도로 출력 전압을 상승시키는 것을 특징으로 하는 제어 회로.
청구항 1에 있어서, 상기 소정의 임계값 전압은 상기 제2 제한 속도로 출력 전압을 상승시킬 때에 돌입 전류가 발생하지 않는 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 제어 회로.
청구항 1에 있어서, 상기 소프트 스타트 회로는,

일단이 접지된 충전 콘덴서와,

상기 충전 콘덴서의 타단에 접속되어 상기 충전 콘덴서에 정전류를 공급하는 전류원과,

상기 출력 전압을 상기 임계값 전압과 비교하는 전압 비교기를 포함하고,

상기 전압 비교기의 출력 신호에 따라 상기 전류원에 의해 공급하는 전류값을 변화시켜 상기 충전 콘덴서에 나타나는 전압에 의거하여 상기 출력 전압을 상승시키는 것을 특징으로 하는 제어 회로.
청구항 3에 있어서, 상기 소프트 스타트 회로는 상기 출력 전압이 소정의 제2 임계값 전압보다 낮아지고 나서 일정 기간 액티브가 되고, 상기 충전 콘덴서에 나타나는 전압을 소정의 전압값에 고정하는 바이어스 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 회로.
청구항 4에 있어서, 상기 바이어스 회로는,

상기 충전 콘덴서와 병렬로 접속되는 트랜지스터와,

상기 트랜지스터에 소정의 바이어스 전류를 공급하는 바이어스 전류원을 포함하여 구성되고, 상기 트랜지스터는 상기 출력 전압이 상기 제2 임계값 전압보다 낮아지고 나서 일정 기간 온하는 것을 특징으로 하는 제어 회로.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 하나의 반도체 기판 상에 일체 집적화된 것을 특징으로 하는 제어 회로.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 제어 회로와,

상기 제어 회로에 의해 제어되는 스위칭 소자와,

상기 스위칭 소자의 온 오프에 의해 입력 전압을 승강하는 출력 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원.
촬상부와,

상기 촬상부에 의한 촬상 시에 플래시로서 발광하는 발광 소자와,

전지의 전압을 승압하여 상기 발광 소자에 구동 전압을 공급하는 청구항 7에 기재된 스위칭 전원을 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.