WO2005101629A1 - スイッチング電源回路 - Google Patents

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Seiichi Takahashi
Takayoshi Nishiyama
Jun Nagai
Eito Moromizato
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Murata Manufacturing Co., Ltd.
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    • Y10S323/00—Electricity: power supply or regulation systems
    • Y10S323/901—Starting circuits

Definitions

  • FIG. 6 shows an example of main circuit components of a switching power supply circuit.
  • This switching power supply circuit 1 has a transformer 2.
  • a main switch element (for example, a MOSFET) Q is connected in series to the primary coil N1 of the transformer 2.
  • an external input power supply E is connected in parallel to the series connection circuit of the primary coil N1 and the main switch element Q.
  • a secondary rectifying / smoothing circuit 3 is connected to the secondary coil N2 of the transformer 2, and a load 4 is connected to the secondary rectifying / smoothing circuit 3.
  • the switching power supply circuit 1 is provided with a detection circuit 6 for directly or indirectly detecting the output voltage Vout output from the switching power supply circuit 1 to the load 4.
  • the detection voltage Vs of the output voltage Vout of the switching power supply circuit 1 is applied to the control circuit 5 from the detection circuit 6.
  • the control circuit 5 controls the switch-on / off operation of the main switch element Q based on the detected voltage Vs such that the output voltage Vout is stabilized to a predetermined steady-state output voltage Vp.
  • the control circuit 5 includes an error amplifier 8, a reference power supply 9, a comparator 10, and a triangular wave generation circuit 11, and the main switch element is provided by a PWM method. Controls the switch-on / off operation of child Q.
  • the time constant switching control circuit is used when the switching power supply circuit starts driving and the charging voltage of the soft start capacitor rapidly increases until the charging voltage of the soft start capacitor reaches the signal output start voltage at least.
  • the switch control unit 28 has a configuration to detect the start of output of a switching control signal from the control circuit 5 to the main switch element Q as a time constant switching timing. Then, the switch control unit 28 has a configuration in which the on-operation force of the switch unit 27 is switched to the off operation at the set time constant switching timing using the switching control signal.
  • the circuit configuration of the switch control unit 28 is not particularly limited as long as the switch unit 27 can be controlled to switch the ON operation force to the OFF operation at the time constant switching timing set during the activation period.
  • FIG. 1 shows an example of a circuit configuration of the switch control unit 28. That is, in the example of FIG.
  • the circuit operation is performed as follows after the switch unit 27 switches from the on-operation force to the off-operation at the set time constant switching timing. . That is, the current based on the soft start operation power supply 16 does not flow through the resistor 26 due to the OFF operation of the switch section 27. Therefore, the current based on the soft start operation power supply 16 flows through the soft start capacitor 18 via the charging path from the soft start operation power supply 16 to the soft start capacitor 18 via the resistor 17. Then, the soft start capacitor 18 is charged.
  • the time constant of charging of the soft start capacitor 18 at this time is a time constant based on the resistance value of the resistor 17 and the capacity of the soft start capacitor 18. That is, the resistance of the charging path from the soft-start operation power supply 16 to the soft-start capacitor 18 is increased by switching the switch 27 on and off at the time constant switching timing set during the startup period. Direction.
  • the time constant switching timing force by the time constant switching control circuit 25 is set as the point in time when the charging voltage of the soft start capacitor reaches the signal output start voltage.
  • the detection configuration of the time constant switching timing is configured to detect the start of the output of the switching control signal from the control circuit 5 to the main switch element Q as the time constant switching timing.
  • the time constant switching timing can be detected with a simple circuit. Then, the time constant for charging the soft-start capacitor 18 can be switched with the precisely set time constant switching timing.
  • the time constant switching timing during the start-up period is similar to the first embodiment, except that the charging voltage Vz of the soft-start capacitor 18 is equal to the triangular wave voltage S of the triangular wave generating circuit 11. It is set as the point when the lowest level (signal output start voltage) Vlow is reached.

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Abstract

　出力電圧Ｖoutのソフトスタートを行いつつ、駆動開始時から定常動作に至るまでの起動期間を短縮する。起動期間中に充電が行われるソフトスタート用コンデンサを設ける。このコンデンサの充電電圧であるソフトスタート用電圧Ｖｚが予め定められた信号出力開始電圧Ｖlowに達した以降にソフトスタート用電圧Ｖｚに基づいた制御動作により出力電圧Ｖoutのソフトスタートが行われる構成と成す。回路が駆動を開始してから、少なくともソフトスタート用電圧Ｖｚが信号出力開始電圧Ｖlowに達するまでは、ソフトスタート用コンデンサの充電の時定数を、ソフトスタート用コンデンサの充電電圧が急激増加する時定数に設定し、予め定められた時定数切り換えタイミングでもって、ソフトスタート用コンデンサの充電電圧の増加傾向を緩やかにする時定数に切り換える。駆動開始時から電圧出力開始までの遅延期間を短縮できる分、起動期間が短縮する。

Description

明 細 書
スイッチング電源回路
技術分野
[0001] 本発明は、起動期間に出力電圧を緩やかに立ち上がらせるソフトスタート機能を備 えたスイッチング電源回路に関するものである。
背景技術
[0002] 図 6にはスイッチング電源回路の主要な回路構成部分の一例が示されている。この スイッチング電源回路 1はトランス 2を有している。このトランス 2の一次コイル N1には メインスィッチ素子 (例えば MOSFET) Qが直列に接続されている。そして、一次コィ ル N1とメインスィッチ素子 Qの直列接続回路に並列的に外部の入力電源 Eが接続さ れる。トランス 2の二次コイル N2には二次側整流平滑回路 3が接続され、この二次側 整流平滑回路 3に負荷 4が接続される。
[0003] メインスィッチ素子 Qには制御回路 5が接続されている。この制御回路 5は、例えば 、図 7 (b)に示されるようなオン'オフのノルス信号 (スイッチング制御用信号)をメイン スィッチ素子 Qに向けて出力してメインスィッチ素子 Qのスィッチオン ·オフ動作を制 御する。当該制御回路 5の制御動作に基づ ヽたメインスィッチ素子 Qのスィッチオン' オフ動作によって、入力電源 Eから一次コイル N1に電流が通電し、これにより、二次 コイル N2から電圧が出力される。この二次コイル N2から出力された電圧が二次側整 流平滑回路 3で整流平滑され、当該整流平滑した直流電圧 Voutが負荷 4に向けて 出力される。
[0004] スイッチング電源回路 1には、当該スイッチング電源回路 1から負荷 4に出力される 出力電圧 Voutを直接的に又は間接的に検出する検出回路 6が設けられる。この検 出回路 6からスイッチング電源回路 1の出力電圧 Voutの検出電圧 Vsが制御回路 5に 加えられる。制御回路 5は、その検出電圧 Vsに基づいて、出力電圧 Voutが予め定め られた設定の定常時出力電圧 Vpに安定ィ匕するように、メインスィッチ素子 Qのスイツ チオン ·オフ動作を制御する。例えば、制御回路 5は、誤差増幅器 8と、基準電源 9と 、コンパレータ 10と、三角波発生回路 11とを有し、 PWM方式によりメインスィッチ素 子 Qのスィッチオン ·オフ動作を制御する。
[0005] つまり、誤差増幅器 (エラーアンプ) 8は、検出回路 6から出力された検出電圧 Vsと 、基準電源 9の基準電圧 Vrefとの差分電圧を増幅して出力する。コンパレータ 10は、 その誤差増幅器 8から出力された電圧 Veと、三角波発生回路 11から出力される図 7 (a)に示されるような三角波電圧 Sとを比較する。そして、コンパレータ 10は、例えば 、三角波電圧 Sの電圧値が誤差増幅器 8の出力電圧 Ve以下である期間中には図 7 ( b)に示すパルス信号のオン信号を出力し、三角波電圧 Sの電圧値が誤差増幅器 8 の出力電圧 Veよりも高 、期間中にはパルス信号のオフ信号を出力する。このコンパ レータ 10から出力されるノ ルス信号がメインスィッチ素子 Qにスイッチング制御用信 号として加えられる。
[0006] このような構成を持つ制御回路 5は、例えば、出力電圧 Voutが設定の定常時出力 電圧 Vpよりも上昇したときには、その出力電圧 Voutを定常時出力電圧 Vpに下げる ベく制御する。つまり、制御回路 5はメインスィッチ素子 Qへカ卩えるスイッチング制御 用信号のオン信号のノ ルス幅を狭くする。これにより、出力電圧 Voutが定常時出力 電圧 Vpに向けて低下する。反対に、出力電圧 Voutが定常時出力電圧 Vpよりも低下 したときには、制御回路 5は、定常時出力電圧 Vpに対する出力電圧 Voutの低下分 を補償すべく制御する。つまり、制御回路 5は、メインスィッチ素子 Qへのスイッチング 制御用信号のオン信号のノ ルス幅を広くする。これにより、出力電圧 Voutが定常時 出力電圧 Vpに向けて上昇する。
[0007] ところで、スイッチング電源回路 1が駆動を開始したときに、出力電圧 Voutを急激に 立ち上がらせると、定常時出力電圧 Vpよりも格段に大きなオーバーシュート電圧が 生じる。このオーバーシュート電圧がスイッチング電源回路 1から負荷 4にカ卩えられる 事態が発生してしまう。そのオーバーシュート電圧の印加によって例えばラッチアップ 等のトラブルが負荷 4に発生して、負荷 4がスムーズに起動開始できない虞がある。
[0008] そこで、図 6に示すスイッチング電源回路 1には、ソフトスタート用回路 130が設けら れている。このソフトスタート用回路 130は、スィッチ素子 (例えばトランジスタ素子） 1 4と、抵抗体 15と、ソフトスタート動作用電源 16と、時定数回路 19とを有して構成され ている。時定数回路 19は、一例として抵抗体 17とソフトスタート用コンデンサ 18の直 列回路力 成る。
[0009] スイッチング電源回路 1には、スィッチ素子 14のベースに接続される起動回路 20が 設けられている。スイッチング電源回路 1の駆動開始時に起動回路 20からスィッチ素 子 14のベースに電圧が印加される。これにより、スィッチ素子 14がスィッチオン状態 からスィッチオフ状態に切り換わる。
[0010] スィッチ素子 14がスィッチオン状態のときは、ソフトスタート動作用電源 16は、抵抗 体 17, 15とスィッチ素子 14を介してグランドに電気的に接続されている状態である。 スィッチ素子 14がスィッチオン状態からスィッチオフ状態に切り換わると、ソフトスター ト動作用電源 16は、抵抗体 17を介してソフトスタート用コンデンサ 18に電気的に接 続されている状態に切り換わる。これにより、ソフトスタート用コンデンサ 18には、当該 コンデンサ 18の容量と抵抗体 17の抵抗値により定まる時定数でもって電荷が充電さ れていく。そして、ソフトスタート用コンデンサ 18の充電電圧 Vzは、例えば、図 7 (a) に示されるように、起動期間中において時間の経過と共に電圧値が徐々に増加して いく。
[0011] このソフトスタート用コンデンサ 18の充電電圧 Vzがソフトスタート用電圧として、制 御回路 5のコンパレータ 10に印加される。起動期間中には、コンパレータ 10は、その ソフトスタート用コンデンサ 18の充電電圧（ソフトスタート用電圧) Vzと、三角波発生 回路 11の三角波電圧 Sとに基づ 、て前記したようにスイッチング制御用信号を作り出 す。つまり、コンパレータ 10は、ソフトスタート用コンデンサ 18の充電電圧 Vzが三角 波電圧 Sの最低レベル (信号出力開始電圧) Vlowに達した以降にスイッチング制御 用信号の出力を開始する。この後には、コンパレータ 10は、ソフトスタート用コンデン サ 18の充電電圧 Vzと三角波電圧 Sに基づいてスイッチング制御用信号を作り出し当 該スイッチング制御用信号をメインスィッチ素子 Qに向けて出力する。なお、起動期 間が経過して定常動作の期間になった以降においては、コンパレータ 10は、誤差増 幅器 8の出力電圧 Veと三角波電圧 Sに基づいてスイッチング制御用信号を作り出し 当該スイッチング制御用信号をメインスィッチ素子 Qに向けて出力する。
[0012] 起動期間中には、スイッチング制御用信号の印加によってメインスィッチ素子 Qがス イッチング動作を開始する。このスイッチング動作により、スイッチング電源回路 1から 出力電圧 Voutが出力し始める。そして、ソフトスタート用コンデンサ 18の充電電圧 Vz の緩やかな増加によって、図 7 (b)に示されるように、スイッチング制御用信号のオン 信号のパルス幅が徐々に広がっていく。その結果、図 7 (c)に示されるように、スイツ チング電源回路 1の出力電圧 Voutは緩やかに増加していくこととなる。つまり、ソフト スタート用回路 130によって、スイッチング電源回路 1はソフトスタートを行う。なお、 [0013] 特許文献 1 :特許第 3394915号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0014] 図 6に示されるスイッチング電源回路 1の構成では、ソフトスタート用コンデンサ 18 の充電電圧 Vzが予め定められた信号出力開始電圧 Vlow (三角波発生回路 11の三 角波電圧 Sの最低レベル Vlow)に達した以降に、コンパレータ 10からメインスィッチ 素子 Qへのスイッチング制御用信号の出力が開始される。そして、スイッチング電源 回路 1は直流電圧 Voutの出力を開始する。つまり、スイッチング電源回路 1が駆動を 開始したのにも拘わらず、ソフトスタート用コンデンサ 18の充電電圧 Vzが信号出力 電圧開始電圧 Vlowに達するまでは、スイッチング電源回路 1は出力電圧 Voutを出力 しない。
[0015] 図 6に示されるソフトスタート用回路 130の構成では、スイッチング電源回路 1の駆 動開始時から出力電圧 Voutの出力開始時までの遅延期間と、スイッチング電源回路 1が出力電圧 Voutの出力を開始してから定常時出力電圧 Vpに達するまでの出力立 ち上がり期間とは、いずれも、時定数回路 19におけるソフトスタート用コンデンサ 18 の充電の時定数によって定まる。つまり、前記の遅延期間と出力立ち上がり期間の時 定数は同じである（換言すれば、起動期間の全期間に渡ってソフトスタート用コンデ ンサ 18の充電の時定数は一定である）。
[0016] このため、スイッチング電源回路 1の駆動開始時から、ソフトスタート用コンデンサ 1 8の充電電圧 Vzが信号出力開始電圧 Vlowに達するまでの期間は、出力電圧 Vout の出力が無いのにも拘わらず、ソフトスタート用コンデンサ 18の充電は緩やかに行わ れる。したがって、遅延期間 (スイッチング電源回路 1が駆動を開始して力も出力電圧 Voutの出力が開始されるまでの期間）が長くなる。 [0017] それ故、解決しょうとする問題点は、スイッチング電源回路 1の駆動開始から、出力 電圧 Voutが定常時出力電圧 Vpに立ち上がるまでに多くの時間が力かるという点で ある。
課題を解決するための手段
[0018] 本発明のスイッチング電源回路は、スイッチング電源回路カゝら出力する出力電圧を スィッチオン'オフ動作により制御するメインスィッチ素子と、
スイッチング電源回路の駆動開始からスイッチング電源回路の出力電圧が予め定 められた定常時出力電圧に達するまでの起動期間中に時間の経過と共に電圧値が 増加して 、くソフトスタート用電圧を出力するソフトスタート用回路と、
そのソフトスタート用電圧が予め定めた信号出力開始電圧に達した以降にソフトス タート用電圧に基づきメインスィッチ素子のスイッチング制御用信号の出力を開始し てメインスィッチ素子のスィッチオン ·オフ動作を制御し、スイッチング電源回路の出 力電圧を定常時出力電圧に向けて緩やかに立ち上がらせる制御回路と、
を備えたスイッチング電源回路にぉ 、て、
前記ソフトスタート用回路には、起動期間中に充電が行われるソフトスタート用コン デンサを有する時定数回路が設けられ、
前記ソフトスタート用回路は、ソフトスタート用コンデンサの充電電圧をソフトスタート 用電圧として出力する構成と成し、
前記ソフトスタート用回路には、起動期間内でソフトスタート用コンデンサの充電の 時定数を切り換え制御する時定数切り換え制御回路が設けられており、
前記時定数切り換え制御回路は、スイッチング電源回路が駆動を開始して力 少 なくともソフトスタート用コンデンサの充電電圧が前記信号出力開始電圧に達するま ではソフトスタート用コンデンサの充電電圧が急激増加する時定数に設定し、ソフトス タート用コンデンサの充電電圧が信号出力開始電圧に達した以降の予め定めた時 定数切り換えタイミングでもってソフトスタート用コンデンサの充電電圧の増加傾向を 緩やかにする時定数に切り換える、
ことを特徴としている。
発明の効果 [0019] 本発明の好ましい実施の形態例によれば、ソフトスタート用回路には時定数切り換 え制御回路が設けられている。この時定数切り換え制御回路は、スイッチング電源回 路が駆動を開始してから、少なくともソフトスタート用コンデンサの充電電圧力 Sスィッチ ング制御用信号の出力開始電圧 (信号出力開始電圧）に達するまでは、ソフトスター ト用コンデンサの充電電圧を急激増加する時定数に設定する。このため、スィッチン グ電源回路の駆動開始時から、スイッチング電源回路の電圧出力が開始されるまで は、ソフトスタート用コンデンサは急激に充電される。そのため、スイッチング電源回 路の駆動開始時からスイッチング電源回路の出力電圧の出力開始までの期間を短 縮することができる。
[0020] また、本発明の好ま 、実施形態例では、ソフトスタート用コンデンサの充電電圧が 信号出力開始電圧に達した以降の起動期間内で予め定められた時定数切り換えタ イミングでもって、時定数切り換え制御回路は、ソフトスタート用コンデンサの充電電 圧の増加傾向を緩やかにする時定数に切り換える構成とした。このため、時定数切り 換えタイミング以降の起動期間においては、ソフトスタート用コンデンサの充電電圧（ ソフトスタート用電圧）は緩やかに増加する。これにより、そのソフトスタート用電圧に 基づいたスイッチング制御用信号によってスイッチング電源回路の出力電圧は緩や かに立ち上がる。
[0021] このように、本発明の好ましい実施形態は、スイッチング電源回路の出力電圧の緩 やかな立ち上がりを実現する。さらに加えて、スイッチング電源回路の駆動開始時か ら電圧出力開始までの遅延期間が短縮される。この遅延期間の短縮によって、スイツ チング電源回路が駆動を開始して力 スイッチング電源回路の出力電圧が設定の定 常時出力電圧に立ち上がるまでの起動期間を短くすることができる。
図面の簡単な説明
[0022] [図 1]図 1は、本発明の第 1実施形態例のスイッチング電源回路の主要構成部分を示 す回路図である。
[図 2]図 2は、第 1実施形態例の回路動作例を説明するためのタイムチャートである。
[図 3]図 3は、本発明の第 2実施形態例のスイッチング電源回路の主要構成部分を示 す回路図である。 [図 4]図 4は、他の実施形態例を説明するための図である。
[図 5]図 5は、さらに他の実施形態例を説明するための図である。
[図 6]図 6は、スイッチング電源回路の従来例を示す回路図である。
[図 7]図 7は、図 6に示されるスイッチング電源回路の回路動作を説明するための図で ある。
符号の説明
[0023] 1 スイッチング電源回路
3 二次側整流平滑回路
4 負荷
5 制御回路
13 ソフトスタート用回路
16 ソフトスタート動作用電源
17, 26 抵抗体
18 ソフトスタート用コンデンサ
19 時定数回路
25 時定数切り換え制御回路
27 スィッチ部
28 スィッチ制御部
30 コンデンサ
Q メインスィッチ素子
発明を実施するための最良の形態
[0024] 以下に、この発明に係る各種の実施形態例を図面に基づいて説明する。なお、以 下に示す各実施形態例の説明において、前述した図 6の回路と同一又は同等の構 成部分には同一符号を付し、同一符号を付した構成部分の重複説明は省略又は簡 易化する。また、各実施形態例の相互の説明においても、同一又は同等の構成部分 には同一符号を付し、前に説明した実施形態例と同一符号の構成部分についての 後の実施形態例にける重複説明は省略又は簡易化する。
[0025] 図 1には本発明に係る第 1実施形態例のスイッチング電源回路の主要な回路構成 部分が示されて ヽる。この第 1実施形態例のスイッチング電源回路 1にはソフトスター ト用回路 13が設けられ、当該ソフトスタート用回路 13には次に示すような時定数切り 換え制御回路 25が設けられている。この第 1実施形態例では、ソフトスタート用回路 1 3以外の構成は、図 6のスイッチング電源回路 1の構成と同じである。
[0026] この第 1実施形態例における時定数切り換え制御回路 25は、起動期間中において 、時定数回路 19のソフトスタート用コンデンサ 18の充電の時定数を予め定められた 時定数切り換えタイミングでもって切り換え制御する回路構成を備えて 、る。時定数 切り換え制御回路 25は、抵抗体 26とスィッチ部（例えばトランジスタ素子） 27の直列 接続回路と、スィッチ部 27のスイッチング動作を制御するスィッチ制御部 28とを有し て構成されている。抵抗体 26とスィッチ部 27の直列接続回路は、抵抗体 17に並列 接続される。
[0027] この第 1実施形態例では、起動期間中における時定数切り換えタイミングは、ソフト スタート用コンデンサ 18の充電電圧 (ソフトスタート用電圧) Vzが三角波発生回路 11 の三角波電圧 Sの最低レベル (信号出力開始電圧) Vlowに達した時点として設定さ れている。ソフトスタート用コンデンサ 18の充電電圧 Vzが信号出力開始電圧 Vlowに 達すると、制御回路 5からメインスィッチ素子 Qヘスイッチング制御用信号の出力が開 始されてメインスィッチ素子 Qのスイッチング動作が開始される。このことから、制御回 路 5側からの信号を受けるスィッチ制御部 28の信号入力端は、制御回路 5からメイン スィッチ素子 Qに至るまでの導通経路に接続されている。
[0028] スィッチ制御部 28は、制御回路 5からメインスィッチ素子 Qへのスイッチング制御用 信号の出力開始を時定数切り換えタイミングとして検知する構成を備えて 、る。そし て、スィッチ制御部 28は、スイッチング制御用信号を利用して、設定の時定数切り換 えタイミングでもってスィッチ部 27をオン動作力もオフ動作に切り換え制御する構成 を有している。このスィッチ制御部 28の回路構成は、起動期間中の設定の時定数切 り換えタイミングでスィッチ部 27をオン動作力もオフ動作に切り換え制御できる構成 であれば特に限定されるものではない。図 1にはスィッチ制御部 28の一例の回路構 成が示されている。つまり、図 1の例では、スィッチ制御部 28は、ダイオード Dと、平滑 用のコンデンサ Cと、抵抗体 Rl, R2とを有して構成されている。 [0029] この第 1実施形態例では、スイッチング電源回路 1の駆動開始時力 時定数切り換 えタイミングまでの期間はスィッチ部 27はオン動作に制御される。この起動期間中の スィッチ部 27のオン動作により、ソフトスタート動作用電源 16に基づいた電流は次の 経路に流れる。すなわち、ソフトスタート動作用電源 16からの電流は、抵抗体 17を通 つてソフトスタート用コンデンサ 18に至る経路と、抵抗体 26とスィッチ部 27を通ってソ フトスタート用コンデンサ 18に至る経路とに分流してソフトスタート用コンデンサ 18に 通電する。そしてソフトスタート用コンデンサ 18の充電が行われる。
[0030] このため、起動期間中においてのスィッチ部 27のオン動作中におけるソフトスター ト用コンデンサ 18の充電の時定数は、抵抗体 17, 26の並列回路の抵抗値と、ソフト スタート用コンデンサ 18の容量とに基づいた時定数となる。この第 1実施形態例では 、このスィッチ部 27のオン動作期間には、ソフトスタート用コンデンサ 18の充電の時 定数は、図 2 (a)に示される符号 Uの部分のように、ソフトスタート用コンデンサ 18の 充電電圧が急激増加するように設定されて!ヽる。
[0031] 起動期間中にスィッチ制御部 28のスイッチング制御により、設定の時定数切り換え タイミングでもってスィッチ部 27がオン動作力もオフ動作に切り換わった以降には、 次のように回路動作が行われる。すなわち、スィッチ部 27のオフ動作により、ソフトス タート動作用電源 16に基づいた電流は抵抗体 26には通電しない。そのため、ソフト スタート動作用電源 16に基づいた電流は、ソフトスタート動作用電源 16から抵抗体 1 7を介してソフトスタート用コンデンサ 18に至る充電経路を通ってソフトスタート用コン デンサ 18に通電する。そして、ソフトスタート用コンデンサ 18の充電が行われる。
[0032] このときのソフトスタート用コンデンサ 18の充電の時定数は、抵抗体 17の抵抗値と 、ソフトスタート用コンデンサ 18の容量とに基づいた時定数となる。つまり、起動期間 中の設定の時定数切り換えタイミングでのスィッチ部 27のオン'オフ動作切り換えに より、ソフトスタート動作用電源 16からソフトスタート用コンデンサ 18に至るまでの充 電経路の抵抗値が大きくなる方向に切り換えられる。
[0033] その結果、スィッチ部 27のオフ動作中におけるソフトスタート用コンデンサ 18の充 電の時定数は、スィッチ部 27のオン動作中での時定数よりも、ソフトスタート用コンデ ンサ 18の充電電圧の増加傾向が緩や力となる時定数に切り換えられる。この第 1実 施形態例では、設定の時定数切り換えタイミングでもってスィッチ部 27がオン動作か らオフ動作に切り換わった以降には、ソフトスタート用コンデンサ 18の充電電圧の増 加傾向が緩やかになる。第 1の実施形態例では、このように、ソフトスタート用コンデン サ 18の充電電圧の増加傾向が緩やかになつて出力電圧 Voutのソフトスタートが実 現できるように、ソフトスタート用コンデンサ 18の充電の時定数が設定されている。
[0034] すなわち、第 1実施形態例では、起動期間中においてのスイッチング電源回路 1の 駆動開始時力も設定の時定数切り換えタイミングまでの期間には、ソフトスタート用コ ンデンサ 18の充電電圧 Vzが急激に増加する時定数となる。そして、時定数切り換え タイミング以降には、ソフトスタート用コンデンサ 18の充電電圧 Vzの増加傾向が緩や かになつて出力電圧 Voutのソフトスタートが実現できる時定数となる。このように、時 定数切り換えタイミングまでの時定数と時定数切り換えタイミング以降の時定数とが上 記の時定数となるように、抵抗体 17, 26の抵抗値と、ソフトスタート用コンデンサ 18の 容量とが設計されている。
[0035] したがって、この第 1実施形態例では、スイッチング電源回路 1が駆動を開始してか ら、ソフトスタート用コンデンサ 18の充電電圧 (ソフトスタート用電圧) Vzが信号出力 開始電圧 Vlowに達するまでは、ソフトスタート用コンデンサ 18の充電電圧 Vzは急激 に増加する。これにより、スイッチング電源回路 1の駆動開始時に対する出力電圧 V outの出力の遅延期間は短縮される。また、スイッチング電源回路 1の出力電圧 Vout の出力が開始された以降には、ソフトスタート用コンデンサ 18の充電電圧 Vzの増加 傾向は緩やかになる。このこと力 、出力電圧 Voutのソフトスタートが達成されることと なる。
[0036] また、時定数切り換え制御回路 25は、ソフトスタート用コンデンサ 18の充電の時定 数を決定する抵抗値と容量のうち、抵抗値を切り換え可変して (ソフトスタート動作用 電源 16カゝらソフトスタート用コンデンサ 18に至るまでの充電経路の抵抗値を切り換え 可変して）、ソフトスタート用コンデンサ 18の充電の時定数を切り換え制御する構成と している。そのため、時定数切り換え制御回路 25は簡単な回路で構成することがで きる。ことから、そのような時定数切り換え制御回路 25が設けられることによって、回 路構成の煩雑ィ匕を抑えながら、前記したような効果 (つまり、出力電圧のソフトスタート を行いながらも起動期間の短縮を図ることができるという効果)が得られることとなる。
[0037] また、時定数切り換え制御回路 25による時定数切り換えタイミング力 ソフトスタート 用コンデンサの充電電圧が信号出力開始電圧に達した時点として設定されている。 第 1実施形態例では、時定数切り換えタイミングの検知構成は、制御回路 5からメイン スィッチ素子 Qへのスイッチング制御用信号の出力開始を時定数切り換えタイミング であると検知する構成としている。このことにより、簡素な回路でもって時定数切り換 えタイミングが検知される。そして、精度良く設定の時定数切り換えタイミングでもって ソフトスタート用コンデンサ 18の充電の時定数の切り換えができる。
[0038] 以下に、本発明に係るスイッチング電源回路の第 2実施形態例を説明する。図 3に は第 2実施形態例のスイッチング電源回路の主要な回路構成部分が示されている。 この第 2実施形態例では、時定数切り換え制御回路 25は、スィッチ部 (例えばトラン ジスタ素子） 27とコンデンサ 30の直列接続回路と、スィッチ部 27のスイッチング制御 を行うスィッチ制御部 28とを有して構成されて 、る。スィッチ部 27とコンデンサ 30の 直列接続回路は、ソフトスタート用コンデンサ 18に並列接続される。
[0039] この第 2実施形態例においても、起動期間中における時定数切り換えタイミングは、 第 1実施形態例と同様に、ソフトスタート用コンデンサ 18の充電電圧 Vzが三角波発 生回路 11の三角波電圧 Sの最低レベル (信号出力開始電圧) Vlowに達した時点とし て設定されている。
[0040] また、第 2実施形態例においても、制御回路 5から信号を取り込むスィッチ制御部 2 8の信号入力端は、制御回路 5からメインスィッチ素子 Qへのスイッチング制御用信 号の導通経路に接続されている。そして、スイッチング制御用信号の出力開始により 設定の時定数切り換えタイミングが検知される。このように、スイッチング制御用信号 を利用して、時定数切り換えタイミングでもってスィッチ部 27をオフ動作カゝらオン動作 に切り換える構成が構築されている。このスィッチ制御部 28の回路構成は、起動期 間中の設定の時定数切り換えタイミングでスィッチ部 27をオフ動作力もオン動作に切 り換え制御できる構成であれば特に限定されるものではない。図 3にはそのスィッチ 制御部 28の回路構成の一例が示されている。つまり、図 3の例では、スィッチ制御部 28は、ダイオード Dと、平滑用のコンデンサ Cと、抵抗体 Rとを有して構成されている。 [0041] この第 2実施形態例では、スイッチング電源回路 1の起動期間中にお 、て、スィッチ ング電源回路 1の駆動開始時から時定数切り換えタイミングまでの期間中は、スイツ チ部 27はオフ動作している。このとき、ソフトスタート動作用電源 16の電流は抵抗体 17を介してソフトスタート用コンデンサ 18に通電する。この結果、ソフトスタート用コン デンサ 18は、当該ソフトスタート用コンデンサ 18の容量と抵抗体 17の抵抗値に基づ いた時定数でもって充電が行われる。この第 2実施形態例においても、第 1実施形態 例と同様に、スイッチング電源回路 1の駆動開始時力 時定数切り換えタイミングまで の期間におけるソフトスタート用コンデンサ 18の充電の時定数は、図 2 (a)に示される 符号 Uの部分のようにソフトスタート用コンデンサ 18の充電電圧が急激増加するよう に設定されている。
[0042] 起動期間中における時定数切り換えタイミングで、スィッチ制御部 28のスイッチング 制御動作によりスィッチ部 27がオフ動作力 オン動作に切り換わった以降には、ソフ トスタート動作用電源 16の電流は抵抗体 17を介してソフトスタート用コンデンサ 18お よびコンデンサ 30に通電する。このため、スィッチ部 27のオン動作中には、ソフトスタ ート動作用電源 16を利用して、ソフトスタート用コンデンサ 18が充電動作を行うだけ でなぐコンデンサ 30も充電される。したがって、ソフトスタート用コンデンサ 18の充電 の時定数は、抵抗体 17の抵抗値と、ソフトスタート用コンデンサ 18とコンデンサ 30の 並列回路の容量とに基づ!/、たものとなる。
[0043] それ故、スィッチ部 27のオン動作中におけるソフトスタート用コンデンサ 18の充電 の時定数は、スィッチ部 27のオフ動作中における充電の時定数よりも、ソフトスタート 用コンデンサ 18の充電電圧 Vzの増加傾向が緩やかなものとなる。すなわち、スイツ チ制御部 28のスイッチング制御動作により、設定の時定数切り換えタイミングでスイツ チ部 27がオフ動作力もオン動作に切り換えられることにより、ソフトスタート用コンデン サ 18の充電の時定数が切り換えられる。この第 2実施形態例においても、第 1実施形 態例と同様に、時定数切り換えタイミング以降の起動期間中におけるソフトスタート用 コンデンサ 18の充電の時定数は、ソフトスタート用コンデンサ 18の充電電圧の増加 傾向を緩やかにして出力電圧 Voutのソフトスタートが実現できるように設定されてい る。 [0044] すなわち、第 2実施形態例では、起動期間中にお 、てのスイッチング電源回路 1の 駆動開始時から時定数切り換えタイミングまでの期間には、ソフトスタート用コンデン サ 18の充電電圧 Vzが急激増加する時定数となる。そして、時定数切り換えタイミング 以降には、ソフトスタート用コンデンサ 18の充電電圧 Vzの増加傾向が緩や力となつ て出力電圧 Voutのソフトスタートが実現できる時定数となる。時定数切り換えタイミン グまでの期間の時定数と時定数切り換えタイミング以降の時定数とが上記のようにな るように、ソフトスタート用コンデンサ 18とコンデンサ 30のそれぞれの容量と、抵抗体 17の抵抗値とが設計されて ヽる。
[0045] したがって、この第 2実施形態例の構成においても、第 1実施形態例と同様に、スィ ツチング電源回路 1の駆動開始時力 出力電圧 Voutの出力開始までの遅延期間が 短縮される。その上、出力電圧 Voutのソフトスタートが可能となる。なお、図 3の例で は、コンデンサ 30は抵抗体 31を介してグランドに接続されている。そのため、例えば 、ソフトスタート動作用電源 16側からの充電が終了した以降にコンデンサ 30の充電 電圧は抵抗体 31を介してグランド側に放電される。
[0046] また、時定数切り換え制御回路 25は、ソフトスタート用コンデンサ 18の充電の時定 数を決定する抵抗値と容量のうち、容量を切り換え可変して (ソフトスタート用コンデン サに並列接続されたコンデンサへのソフトスタート動作用電源を利用した充電の開始 を制御して）、ソフトスタート用コンデンサの充電の時定数が切り換え制御される構成 と成している。その時定数切り換え制御回路 25は簡単な回路で構成することができ る。そのため、回路構成の複雑ィ匕を抑制でき、出力電圧のソフトスタートを行うにも拘 わらず起動期間の短縮が図られる。
[0047] なお、この発明は第 1や第 2の各実施形態例の形態に限定されるものではなぐ様 々な実施の形態を採り得る。例えば、第 1と第 2の各実施形態例では、時定数切り換 えタイミングは、ソフトスタート用コンデンサ 18の充電電圧 Vzが信号出力開始電圧 V lowに達した時点として設定されていた。また、第 1と第 2の各実施形態例では、スイツ チング制御部 28は、制御回路 5からメインスィッチ素子 Qへのスイッチング制御用信 号の出力開始により、その時定数切り換えタイミングを検知していた。
[0048] 代替例として、スィッチ制御部 28は、例えば、次に示すような構成でもって設定の 時定数切り換えタイミングを検知する構成としてもよい。前述したように、ソフトスタート 用コンデンサ 18の充電電圧 Vzが信号出力開始電圧 Vlowに達して、制御回路 5から メインスィッチ素子 Qへのスイッチング制御用信号の出力が開始される。このとき、例 えば、図 4に示されるように、二次側整流平滑回路 3が、整流用のダイオード 32, 33 と、平滑用のチョークコイル 34と、コンデンサ 35とを有して構成されている場合には、 メインスィッチ素子 Qのスイッチング動作が開始されたときにチョークコイル 34の電圧 印加が開始される。
[0049] このことから、チョークコイル 34の電圧印加開始を検知する手段 36を設け、当該手 段 36とスィッチ制御部 28を接続させる構成が構築可能となる。そして、スィッチ制御 部 28は、手段 36によりチョークコイル 34の電圧印加開始が検知されたときに時定数 切り換えタイミングであることを検知して、スィッチ部 27のスィッチオン'オフ動作の切 り換えを制御する構成としてもよい。なお、手段 36は、例えば、チョークコイル 34に設 けた (チョークコイルと電磁結合させた)補助コイルにより構成することができるが、他 の構成でもよい。
[0050] 上記のように、トランスの二次コイル側に設けられている二次側整流平滑回路の平 滑用チョークコイルの電圧印加開始時を時定数切り換えタイミングであるとして検知 する構成が採用されることにより、簡素な回路でもって時定数切り換えタイミングを検 知することができる。そして、精度良く設定の時定数切り換えタイミングでもってソフト スタート用コンデンサの充電の時定数の切り換えが可能である。
[0051] また、第 1と第 2の各実施形態例では、起動期間中における時定数切り換えタイミン グは、ソフトスタート用コンデンサ 18の充電電圧 Vzが信号出力開始電圧 Vlowに達し たときに設定されていた。し力しながら、時定数切り換えタイミングは第 1と第 2の各実 施形態例の構成に限定されない。時定数切り換えタイミングは、ソフトスタート用コン デンサ 18の充電電圧 Vzが信号出力開始電圧 Vlowに達した以降の起動期間中であ り、かつ、時定数切り換えタイミング以降のソフトスタート用コンデンサ 18の緩やかな 充電動作により出力電圧 Voutのソフトスタートを行うことができるタイミングであれば、 何れの時点をも時定数切り換えタイミングとして設定してもよい。
[0052] 代替例として、図 5には、ソフトスタート用コンデンサ 18の充電電圧 Vzが信号出力 開始電圧 Vlowに達した後に時定数切り換えタイミングが設定されている例が示され ている。図 5は、ソフトスタート用コンデンサ 18の充電電圧 Vzの増加傾向の一例およ び出力電圧 Voutの立ち上がり特性の一例を示している。図 5の例では、ソフトスター ト用コンデンサ 18の充電電圧 Vzが信号出力開始電圧 Vlowよりも Δνだけ高い電圧 になった時点が時定数切り換えタイミングとして設定されている。なお、 Δνの電圧値 は仕様に応じ任意に設定できる。
産業上の利用可能性
様々なタイプのスイッチング電源回路に適用される力 特に、トランスの一次側の回 路のメインスィッチ素子をスィッチオン ·オフさせ、トランスの二次側に発生した電圧を 清流平滑して負荷に供給するタイプのスイッチング電源回路の適用に適して 、る。

Claims

請求の範囲
[1] スイッチング電源回路力 出力する出力電圧をスィッチオン'オフ動作により制御す るメインスィッチ素子と、
スイッチング電源回路の駆動開始からスイッチング電源回路の出力電圧が予め定 められた定常時出力電圧に達するまでの起動期間中に時間の経過と共に電圧値が 増加して 、くソフトスタート用電圧を出力するソフトスタート用回路と、
そのソフトスタート用電圧が予め定めた信号出力開始電圧に達した以降にソフトス タート用電圧に基づきメインスィッチ素子のスイッチング制御用信号の出力を開始し てメインスィッチ素子のスィッチオン ·オフ動作を制御し、スイッチング電源回路の出 力電圧を定常時出力電圧に向けて緩やかに立ち上がらせる制御回路と、
を備えたスイッチング電源回路にぉ 、て、
前記ソフトスタート用回路には、起動期間中に充電が行われるソフトスタート用コン デンサを有する時定数回路が設けられ、
前記ソフトスタート用回路は、ソフトスタート用コンデンサの充電電圧をソフトスタート 用電圧として出力する構成と成し、
前記ソフトスタート用回路には、起動期間内でソフトスタート用コンデンサの充電の 時定数を切り換え制御する時定数切り換え制御回路が設けられており、
前記時定数切り換え制御回路は、スイッチング電源回路が駆動を開始して力 少 なくともソフトスタート用コンデンサの充電電圧が前記信号出力開始電圧に達するま ではソフトスタート用コンデンサの充電電圧が急激増加する時定数に設定し、ソフトス タート用コンデンサの充電電圧が信号出力開始電圧に達した以降の予め定めた時 定数切り換えタイミングでもってソフトスタート用コンデンサの充電電圧の増加傾向を 緩やかにする時定数に切り換える、
ことを特徴とするスイッチング電源回路。
[2] ソフトスタート用回路には、ソフトスタート動作用電源が設けられ、
時定数回路はそのソフトスタート動作用電源に接続されている抵抗体を有し、 ソフトスタート用コンデンサは、前記抵抗体を介して前記ソフトスタート動作用電源 に接続され、起動期間中にソフトスタート動作用電源を利用して充電が行われる構成 と成し、
時定数切り換え制御回路は、前記時定数回路の抵抗体に並列接続される抵抗体 とスィッチ部の直列接続回路と、そのスィッチ部のスイッチング動作を制御するスイツ チ制御部とを有し、
前記スィッチ制御部は、起動期間中の時定数切り換えタイミングでもって前記スイツ チ部をオン動作力 オフ動作に切り換え制御し、ソフトスタート動作用電源力 ソフト スタート用コンデンサに至るまでの充電経路の抵抗値を大きくしてソフトスタート用コ ンデンサの充電の時定数を切り換える、
ことを特徴とする請求項 1記載のスイッチング電源回路。
[3] ソフトスタート用回路には、ソフトスタート動作用電源が設けられ、
時定数回路のソフトスタート用コンデンサは、前記ソフトスタート動作用電源に接続 され起動期間中にソフトスタート動作用電源を利用して充電が行われる構成と成し、 時定数切り換え制御回路は、ソフトスタート用コンデンサに並列接続されるコンデン サとスィッチ部の直列接続回路と、前記スィッチ部のスイッチング動作を制御するスィ ツチ制御部とを有し、
前記スィッチ制御部は、起動期間中の時定数切り換えタイミングでもって前記スイツ チ部をオフ動作力 オン動作に切り換え制御し、前記スィッチ部に直列接続されて ヽ るコンデンサにもソフトスタート動作用電源を利用した充電を開始させてソフトスタート 用コンデンサの充電の時定数を切り換える、
ことを特徴とする請求項 1記載のスイッチング電源回路。
[4] 時定数切り換えタイミングは、ソフトスタート用コンデンサの充電電圧が信号出力開 始電圧に達したときに設定されており、
時定数切り換え制御回路のスィッチ制御部は、制御回路からメインスィッチ素子へ のスイッチング制御用信号の出力開始を時定数切り換えタイミングとして検知してスィ ツチ部のオン'オフ動作の切り換えを制御する、
ことを特徴とする請求項 2記載のスイッチング電源回路。
[5] 時定数切り換えタイミングは、ソフトスタート用コンデンサの充電電圧が信号出力開 始電圧に達したときに設定されており、 時定数切り換え制御回路のスィッチ制御部は、制御回路からメインスィッチ素子へ のスイッチング制御用信号の出力開始を時定数切り換えタイミングとして検知してスィ ツチ部のオン'オフ動作の切り換えを制御する、
ことを特徴とする請求項 3記載のスイッチング電源回路。
[6] トランスを有し、
メインスィッチ素子はトランスの一次コイル側に設けられ、
トランスの二次コイル側には、メインスィッチ素子のスィッチオン'オフ動作に基づき 二次コイルから出力された電圧を整流平滑し当該整流平滑した電圧をスイッチング 電源回路の出力電圧として出力する二次側整流平滑回路が設けられ、
時定数切り換えタイミングは、ソフトスタート用コンデンサの充電電圧が信号出力開 始電圧に達した時点として設定されており、
前記二次側整流平滑回路は平滑用のチョークコイルを有し、
時定数切り換え制御回路のスィッチ制御部は、起動期間中に、前記平滑用のチヨ ークコイルに電圧が印加し始めた時点を時定数切り換えタイミングとして検知してスィ ツチ部のオン'オフ動作の切り換えを制御する、
ことを特徴とする請求項 2記載のスイッチング電源回路。
[7] 卜ランスを有し、
メインスィッチ素子はトランスの一次コイル側に設けられ、
トランスの二次コイル側には、メインスィッチ素子のスィッチオン'オフ動作に基づき 二次コイルから出力された電圧を整流平滑し当該整流平滑した電圧をスイッチング 電源回路の出力電圧として出力する二次側整流平滑回路が設けられ、
時定数切り換えタイミングは、ソフトスタート用コンデンサの充電電圧が信号出力開 始電圧に達した時点として設定されており、
前記二次側整流平滑回路は平滑用のチョークコイルを有し、
時定数切り換え制御回路のスィッチ制御部は、起動期間中に、前記平滑用のチヨ ークコイルに電圧が印加し始めた時点を時定数切り換えタイミングとして検知してスィ ツチ部のオン'オフ動作の切り換えを制御する、
ことを特徴とする請求項 3記載のスイッチング電源回路。
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