WO2006057107A1 - スイッチング電源 - Google Patents

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WO2006057107A1
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output
power supply
soft start
voltage
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Yoshikatsu Matsugaki
Masafusa Yoshida
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Thine Electronics, Inc.
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
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    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators

Definitions

  • the present invention relates to a switching power supply.
  • the present invention relates to a switching power supply that includes a soft start circuit and outputs a predetermined negative voltage at an output side by switching a current flowing to a coil.
  • a soft start circuit is employed to prevent destruction or malfunction of a switching transistor due to a rush power charging the output capacitor during startup or an IC that becomes a load on the switching power supply.
  • FIG. 14 shows a circuit example of a switching power supply 10 00 of a positive voltage output of a step-down mode (a mode in which the relation of power supply voltage (Vcc)> output voltage (Vo), “: Buck Mode”) is output.
  • the conventional switching power supply 1000 shown in FIG. 14 includes a soft start circuit 1001, a triangular wave generation circuit 1002, an error amplifier 1003, a comparator 1004, a drive unit 1005, a switching transistor Tr, a diode D, a coil L, a capacitor C, and a resistor R1 and It has R2.
  • the output voltage from the soft start circuit 1001 is input as the reference voltage Vref of the error amplifier 1003.
  • a voltage obtained by dividing the output voltage Vo by the resistors R1 and R2 is input to the error amplifier 1003 as the output voltage Vreftfe from the soft start circuit 1001. Also, Vcc is input to the source or drain of the switching transistor Tr. Note that the soft start circuit 1001 has a clamp circuit (not shown) that controls such that its output voltage does not exceed Vrel ⁇ !
  • the reference voltage Vref can be increased by gradually increasing Vref ⁇ until a certain voltage is reached at the time of power on.
  • the proportional output voltage Vo also gradually increases.
  • FIG. 15 shows an operation waveform diagram of the conventional switching power supply 1000.
  • FIG. 16 shows another circuit example of the switching power supply 1100 of a conventionally used step-down mode positive voltage output.
  • the conventional switching power supply 1100 shown in FIG. 16 includes a soft start circuit 1101, a triangular wave generation circuit 1102, an error amplifier 1103, a comparator 1104, a drive unit 1105, a switching transistor Tr, a diode D, a coil L, a capacitor C, and a resistor. It has R1 and R2.
  • the error amplifier 1103 is a 3-input error amplifier, to which the output voltage from the soft start circuit 1101, the reference voltage Vref, and the voltage obtained by dividing the output voltage Vo by the resistors R1 and R2 are input.
  • Vcc is input to the source or drain of the switching transistor Tr.
  • switching power supply 1100 is similar to that of switching power supply 1000 described above.
  • the soft start circuit 1001 of the switching power supply 1000 described above requires a clamp circuit
  • the soft start circuit 1101 of the switching power supply 1100 is different in that it is not necessary.
  • FIG. 17 shows an operation waveform of the soft start circuit 1101.
  • the voltage of the soft start circuit 1101 internal capacitor is 0 V, so the output voltage of the soft start circuit 1101 changes in proportion to time.
  • the time (t2 ⁇ tl) until the output of the soft start circuit 1101 reaches the reference voltage Vref corresponds to the soft start period.
  • FIG. 18 shows an operation waveform diagram of the conventional switching power supply 1100.
  • the output voltage Vo proportional to the reference voltage Vref also gradually increases. This period corresponds to the soft start period (t2 ⁇ tl).
  • the output voltage Vo satisfies the above equation (1).
  • FIG. Fig. 19 shows an example of the circuit of the switching power supply 1200 of the positive voltage output of the conventional step-down mode adopting the soft start of the DTC method!
  • the conventional switching power supply 1200 shown in FIG. 19 includes a soft start circuit 1201, a triangular wave generation circuit 1202, an error amplifier 1203, a comparator 1204, a driver 1205, a switching transistor Tr, a diode 0, a coil L, a capacitor C, and It has resistances R1 and R2.
  • the error amplifier 1203 is a 2-input error amplifier and has an output voltage of V. The voltage is divided by the resistors R1 and R2 and the reference voltage Vrei3 ⁇ 4S is input.
  • the comparator 1204 is a three-input comparator, to which the output of the error amplifier 1203, the output of the soft start circuit 1201, and the output of the triangular wave generation circuit 1202 are input. Also, Vcc is input to the source of the switching transistor Tr.
  • FIG. 20 shows an operation waveform of switching power supply 1200. As shown in FIG. 20, it is shown that the switching power supply output voltage Vo gradually increases as the voltage at the output terminal of the comparator 1204 is gradually increased for a fixed time. The output voltage Vo satisfies the above equation (1).
  • the threshold level shown in FIG. 20 is determined by the input voltage Vcc and the output voltage Vo.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-164825
  • Each of the switching power supplies 1000, 1100, and 1200 described above is a switching power supply in a step-down mode that outputs a positive voltage although it has a soft start function.
  • these switching power supplies are in boost mode (power supply voltage (Vcc) ⁇ output voltage (Vo)),
  • the present invention has been made to solve the above problems, and provides a switching power supply having a soft start function.
  • the switching power supply of the present invention is provided with a circuit having a soft start function, thereby preventing destruction or the like of the switching transistor due to a rush current for charging the output capacitor at startup, and a stable negative voltage. It can provide an output.
  • a switching power supply controller including a soft start circuit; a coil; a switching element driven by an output of the switching power supply controller to control a current flowing to the coil; And an output stage comprising a diode connecting a force sort side to a connection point between the switching element and the coil; a voltage dividing circuit for dividing an output voltage of the soft start circuit and a voltage of the output end;
  • a switching power supply is provided, comprising: a soft start period adjustment circuit for adjusting a start period.
  • the switch power supply controller further includes an error amplifier, a comparator, a triangular wave generation circuit, and a drive circuit. Further, according to the present invention, an error amplifier, a comparator, a triangular wave generation circuit, and a drive circuit are provided, the comparator connects a soft start circuit, and the comparator has an input unit.
  • a switching power supply controller having a P-channel transistor or a PNP transistor; a coil, a switching element driven by an output of the switch power supply controller to control a current flowing to the coil, an anode side as an output end, and a force saw
  • An output stage comprising a diode connected to the switching element and a junction of the coil, and a voltage dividing circuit for dividing the output voltage of the soft start circuit and the voltage of the output end.
  • a switching power supply comprising: a path; and a soft start period adjustment circuit for adjusting the soft start period.
  • a switching power supply controller including a soft start circuit; a coil; a switching element driven by an output of the switching power supply controller to control a current flowing through the coil; A plurality of output stages comprising an output stage for negative voltage output comprising an output end and a diode connecting a force sort side to the connection point between the switching element and the coil; an output voltage of the soft start circuit and the output stage
  • a switching power supply comprising: a voltage dividing circuit for dividing the voltage at an output end; a soft start period adjusting circuit for adjusting the soft start period; and a switching circuit for switching a rising sequence of the plurality of output stages.
  • the soft start circuit may include a clamp circuit. Also, the error amplifier may be provided with a clamp function of the soft start circuit.
  • the switching power supply of the present invention it is possible to provide a stable negative voltage output with a soft start function.
  • the feedback function in the circuit can be operated immediately after the power is turned on, and the negative overshoot of the negative voltage output at the time of power on can be prevented, and the circuit element on the load side where the negative voltage is outputted You can eliminate damage to Therefore, it is possible to cope with the decrease in withstand voltage due to the miniaturization of the circuit element.
  • a plurality of stable voltages can be output, and their rising sequence can be easily changed.
  • -It is a circuit diagram of the switching power supply of this invention which concerns on embodiment.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of a soft start circuit 101 according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of a clamp circuit 111 according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a waveform diagram of the soft start circuit 101 according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a waveform diagram of the switching power supply 100 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing experimental results of the switching power supply 100 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a circuit diagram of a switching power supply 200 of the present invention according to an embodiment.
  • FIG. 8 is a circuit diagram of a soft start circuit 201 according to the present embodiment.
  • FIG. 9 is a waveform diagram of the soft start circuit 201 according to the present embodiment.
  • FIG. 10 is a waveform diagram of the switching circuit 200 according to one embodiment.
  • FIG. 11 A circuit diagram of an example of a switching power supply controller according to the present invention according to an embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram showing experimental results of voltage output of the switching power supply of the present invention according to the present embodiment.
  • FIG. 13 is a view showing experimental results of voltage output of the switching power supply of the present invention according to the present embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram showing a circuit example of a conventional switching power supply 1000.
  • FIG. 15 is an operation waveform diagram of a conventional switching power supply 1000.
  • FIG. 16 is a diagram showing a circuit example of a conventional switching power supply 1100.
  • FIG. 17 is a diagram showing an operation waveform of the soft start circuit 1101.
  • FIG. 18 is an operation waveform diagram of a conventional switching power supply 1100.
  • FIG. 19 is a diagram showing a circuit example of a conventional switching power supply 1200.
  • FIG. 20 is an operation waveform diagram of a conventional switching power supply 1200.
  • the switching power supply shown in Figure 1 adopts the Inverting Mode, which outputs a negative voltage, and outputs the reference voltage input to the error amplifier from the soft start circuit. By doing this, it is possible to operate the feedback function in the circuit immediately after power supply startup, and to prevent negative overshoot of the negative voltage output at power supply startup, and it is possible to perform load cycles at which negative voltage is output. Damage to the circuit elements on the side can be eliminated.
  • Switching power supply (switching circuit) 100 includes soft start circuit 101, triangular wave generation circuit 102, error amplifier (error amplification circuit) 103, comparator (comparison circuit) 104, drive unit (drive circuit) 105, switching transistor (switching circuit) Element)
  • the voltage divider circuit 106 includes a Trl, a diode D, a resonant line L, capacitors C1 and C2, and resistors R1 and R2.
  • the switching power supply controller 107 includes a soft start circuit 101, a triangular wave generation circuit 102, an error amplifier 103, a comparator 104, and a drive unit 105.
  • the output stage 108 includes a switching transistor Trl, a diode D, a coil L and a capacitor C1.
  • the voltage dividing circuit 106 is configured by two resistors R1 and R2 so that the output voltage of the soft start circuit 101 and the output voltage (Vo) of the output end Vo are limited. Any circuit may be used as long as it has a pressing function. Also, variable resistance may be adopted for R1 and R2.
  • capacitor C2 is a soft start period adjustment circuit
  • FIG. 2 A circuit diagram of the soft start circuit 101 in the switching power supply 100 is shown in FIG.
  • the soft start circuit 101 in the switching power supply 100 includes a constant current source 110, a switching transistor (switching element) Tr2, and a clamp circuit 111.
  • capacitor C2 is soft-started.
  • the capacitor C 2 may be built in the soft start circuit 101, which is not built in the path 101. This capacitor C2 is for adjusting the soft start period and functions as a soft start period adjustment circuit.
  • the clamp circuit 111 includes an operational amplifier (operational amplification circuit) 120 and a switching transistor (switching element) Tr3.
  • the upper potential VCI of the capacitor C2 is input to the inverting input (one) of the operational amplifier.
  • the output of the operational amplifier 120 drives the switching element Tr3.
  • the switching element Tr3 receives the output of the operational amplifier 120, controls the voltage output of the voltage source power of the predetermined voltage Vref, and outputs it as the output voltage VCO. Also, the output voltage VCO is fed back to the non-inverting input (+) of the operational amplifier 120.
  • the clamp circuit 111 controls so that the output voltage of the soft start circuit 1001 does not exceed Vre.
  • the output voltage Vo is divided using the output voltage of the soft start circuit 101. That is, the potential difference between the output voltage of the soft start circuit 101 and the output voltage (Vo) of the output terminal Vo is divided by the resistors R1 and R2.
  • the output of this resistive voltage divider (output of voltage divider circuit 106) is an error amplifier 1 It is input to 03.
  • the output of the error amplifier 103 is input to the non-inverting input (+) of the comparator 104.
  • the triangular wave (or sawtooth wave) generated by the triangular wave generation circuit 102 is input to the inverting input (one) of the comparator 104.
  • the comparator 104 compares the output of the error amplification circuit 103 with the triangular wave, and outputs the result as a pulse to the drive unit 105.
  • the drive unit 105 receives the output of the comparator 104 as an input, and drives the switching element Trl.
  • the switching element Trl turns ON / OFF the current flowing through the coil L based on the output from the drive unit 105.
  • the switching element Trl When the switching element Trl is ON, electric energy is stored in the coil L, and when the switching element Trl is OFF, the electric energy stored in the coil L is output from the output terminal Vo as an electric power through the diode D. At this time, the electric energy force G ND stored in the coil, the external load circuit (not shown), the output end Vo, the anode of the diode D, and the force seed of the diode D return to the coil as current. So the circuit is configured. Further, when the switching element is ON, the diode side of the diode D1 becomes the Vcc voltage, so the diode D1 becomes nonconductive.
  • a stable output can be obtained because a circuit is configured to flow from the lower terminal of capacitor C1 to the external load circuit, the output terminal Vo, and the upper terminal of capacitor C1 via GND. It can generate voltage. In any case, a negative voltage is generated at the output end Vo because the current that has flowed out also flows to the output end Vo. The output voltage Vo is fed back to the voltage dividing circuit 106 to form a feedback circuit.
  • this feedback circuit starts to function immediately after power supply startup. At this time, due to the function of the feedback circuit, the potentials of the two inputs of the error amplification circuit 103 become almost equal (virtual short), and the output voltage Vo follows the following equation (3).
  • Vo --3 ⁇ 4- Vref ⁇ (3) Therefore, by changing the output voltage of the soft start circuit as shown in FIG. 4, it is possible to soft start the negative voltage output as shown in FIG.
  • FIG. 5 shows a waveform diagram of the switching power supply 100.
  • the output voltage of the soft start circuit changes as shown in FIG. 4 immediately after the power is turned on, and the output voltage Vo changes accordingly, and after the soft start period (t2 ⁇ t1) ends.
  • a stable negative voltage Vo can be obtained.
  • FIG. 6 shows an experimental result of the switching power supply 100.
  • the power supply voltage Vcc is 5 V
  • Vrel3 ⁇ 4 1.2 V the output voltage Vo is 5 V.
  • the switching power supply of the present invention it is possible to provide a stable negative voltage output having a soft start function.
  • the feedback function in the circuit can be operated immediately after the power is turned on, and the negative overshoot of the negative voltage output at the time of power on can be prevented, and the circuit element on the load side where the negative voltage is outputted You can eliminate damage to Therefore, it is possible to cope with the decrease in withstand voltage due to the miniaturization of the circuit element.
  • a switching power supply (switching circuit) 200 includes a soft start circuit 201, a triangular wave generation circuit 202, an error amplifier (error amplification circuit) 203, a comparator (comparison circuit) 204, a drive unit (drive circuit) 205, a switching transistor (switching element) It has a voltage dividing circuit 206 consisting of Trl, diode 0, coil L, capacitors C1 and C2, and resistors R1 and R2.
  • the comparator 204 comprises a P-channel transistor or a PNP transistor at its input.
  • the switching power supply controller 207 includes a soft start circuit 201, a triangular wave generation circuit 202, an error amplifier 203, a comparator 204, and a drive unit 205.
  • the output stage 208 includes a switching transistor Trl, a diode D, a coil L, and a capacitor C1.
  • the voltage dividing circuit 206 is configured by two resistors R1 and R2. The power is not limited to this. Any circuit may be used as long as it has a function of dividing the output voltage of (1) and the output voltage (Vo) of the output terminal Vo. Also, variable resistors may be adopted for R1 and R2. Also, a capacitor C2 is used as a soft start period adjustment circuit.
  • FIG. A circuit diagram of the soft start circuit 201 in the switching power supply 200 is shown in FIG.
  • the soft start circuit 201 has a constant current source 210 and a switching transistor (switching element) Tr2.
  • the capacitor C2 may not be built in the soft start circuit 201.
  • the capacitor C2 may be built in the soft start circuit 201. This capacitor C2 is used to adjust the soft start period and functions as a soft start period adjustment circuit.
  • FIG. 7 will be referred to again.
  • Vref3 ⁇ 4 pressure rises.
  • the output voltage Vo is still 0V. Therefore, the output voltage of the voltage dividing circuit 206 is a positive voltage sufficiently larger than 0V.
  • the comparator 204 compares the output voltage of the error amplification circuit 203, the output of the soft start circuit 201, and the output voltage of the triangular wave generation circuit 202.
  • the comparator 204 functions so that the smaller of the two non-inverting inputs (+) is valid. . That is, the comparator 204 functions as a clamp circuit of the soft start circuit 201.
  • a waveform chart of the soft start circuit 201 is shown in FIG. At power-on, as shown in FIG. 9, since the output of the soft start circuit 201 is 0 V, the output of the soft start circuit 201 is valid and output during the soft start period (t2 ⁇ tl). During this soft start period, feedback of switching power supply 200 is working!
  • FIG. 10 shows an operation waveform of the switching power supply 200.
  • the pulse width of the output of the comparator 204 gradually increases.
  • the voltage dividing circuit 206 becomes almost 0V.
  • the output voltage of the error amplification circuit 203 falls from the saturation voltage and becomes smaller than the output voltage of the soft start circuit 201, at timing t2.
  • the soft start period ends. Also, at the same time as the soft start period ends at timing t2, the feedback of the switching power supply 200 starts to function.
  • the switching power supply 200 it is possible to provide a stable negative voltage output with a soft start function.
  • FIG. 1 An example circuit diagram of the switching power supply 600 is shown in FIG. First output stage 100-1, voltage dividing circuit 100-2 (resistors R1 and R2), soft start period adjusting circuit 100-3 (capacitor C2) and switching power supply controller 500 constitute switching power supply 100 for negative voltage output . Also, the second output stage 300-1, the voltage divider circuit 300-2 (resistors R1 and R2), the soft start period adjustment circuit 300-3 (capacitor C2), and the switching power supply controller 500 are used for positive voltage output in the step-down mode. Configure the power supply.
  • the third output stage 400-1, the voltage dividing circuit 400-2 (resistors R1 and R2), the soft start period adjustment circuit 400-3 (capacitor C2), and the switching power supply controller 500 are power supplies for positive voltage output in the boost mode.
  • the switching power supply controller 500 includes a soft start circuit, an error amplifier, a comparator and a driver.
  • the soft-start period adjustment circuit (capacitor C2) for adjusting the soft-start time of each output power supply is externally connected.
  • the capacitor C2 may be incorporated in the switching power supply controller 500 or may be externally attached.
  • the switching power supply controller 500 has three voltage outputs: a negative voltage output Vo_Invert, a buck mode positive voltage output Vo_Buck, and a boost mode positive voltage output Vo_Boost. Note that the rise order of the outputs of these three voltages can be freely changed by changing the connection of the X section shown in FIG.
  • P-GOOD3 of switching power supply controller 500 is connected to line L3 by T2, and P-GOOD2 is connected to line L1 by T1.
  • the three voltage outputs are output in the order of step-down mode positive voltage output Vo_Buck, negative voltage output Vo_Invert, and step-up mode positive voltage output Vo_Boost.
  • the rising sequence (rising order) of the three voltage outputs can be changed by changing the wiring connection of this X section (switching circuit) as follows.
  • Vo—Buck ⁇ VoJnvert ⁇ Vo—Boost P— Connect GOOD2 to LI, P— Connect GOOD3 to L3 (2) Vo_Buck ⁇ Vo_Boost ⁇ Vo_Invert: P—Connect GOOD2 to L3 Connect, P-Connect GOOD1 to L1 (3) VoJnvert ⁇ Vo-Buck ⁇ Vo-Boost: P-Connect GOO D3 to L2, connect P-GOOD2 to L3 (4) Vo_Invert ⁇ Vo_Boost ⁇ Vo _ Buck : P— Connect GOOD3 to wiring L3; P— Connect GOOD1 to wiring L2 (5) Vo_Boost ⁇ Vo— Invert ⁇ Vo— Buck: P— Connect GOOD1 to wiring L1, P— Connect GOOD3 to wiring L2 (6 ) Vo_Boost ⁇ Vo_Buck ⁇ Vo_Invert: Connect P— GOOD1 to L2, P— GO OD2 to L1
  • any of the circuits Vo_Boost and Vo_Buck may be changed, and both may be Vo_Boost or both may be Vo_Buck. However, it is necessary to change the external circuit between Vo_Boo st and Vo_Buck.
  • FIG. 12 and 13 show experimental results of voltage output of the switching power supply controller 500.
  • the power supply voltage Vcc is 5V
  • the output voltage Vojnvert is -5V
  • Vo_Buck 3.3V the output voltage Vojnvert is -5V
  • Vo_Boost 16V the output voltage of the switching power supply controller 500.
  • the three voltage outputs were launched in the following order: Vo_Buck3.3V, Vojnvert-5V, Vo_Boost. After the soft start period of about 10 msec, it can be seen that stable output is obtained.
  • the power supply voltage Vcc is 9 V
  • the output voltage Vojnvert is 5 V
  • Vo_Buckl is 5 V
  • Vo_Buck2 is 3.3 V.
  • the three voltage outputs were launched in the following order: Vo_Buck2, Vojnvert, Vo_Buckl. After the soft start period of about 100 msec, stable outputs are obtained respectively.
  • the switching power supply of the present invention can stably supply three power supply voltages including a negative voltage output, and can easily change their rise sequence.
  • the switching power supply of the present invention it is possible to provide a stable negative voltage output with a soft start function.
  • the feedback function in the circuit can be operated immediately after the power is turned on, and the negative overshoot of the negative voltage output at the time of power on can be prevented, and the circuit element on the load side where the negative voltage is outputted To damage It can be eliminated. Therefore, it is possible to cope with the decrease in withstand voltage due to the miniaturization of the circuit element.
  • the switching power supply of the present invention can stably supply three power supply voltages including a negative voltage output, and can easily change their rise sequence.
  • the switching power supply of the present invention can be used for various products such as liquid crystal displays, organic EL displays, etc. that require negative voltage output, including display.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

（課題）安定した負電圧出力を有するスイッチング電源を提供すること。（解決手段）本発明のスイッチング電源は、ソフトスタート回路を備えるスイッチング電源コントローラと、コイルと、前記スイッチング電源コントローラの出力で駆動して該コイルに流れる電流を制御するスイッチング素子と、アノード側を出力端に、かつカソード側を該スイッチング素子と該コイルとの接続点に接続するダイオードを備える出力段と、前記ソフトスタート回路の出力電圧と前記出力端の電圧とを分圧する分圧回路と、前記ソフトスタート期間を調整するためのソフトスタート期間調整回路とを備えることを特徴としている。 

Description

明 細 書
スイッチング電源
技術分野
[0001] 本発明は、スイッチング電源に関する。特に、ソフトスタート回路を備え、コイルに流 れる電流をスイッチングすることによって、出力側に所定の負電圧を出力するスィッチ ング電源に関する。
背景技術
[0002] 従来、スイッチング電源には、起動時に出力コンデンサを充電するためのラッシュ力 レントによるスイッチングトランジスタやスイッチング電源の負荷となる IC等の破壊や 誤動作を防ぐため、ソフトスタート回路が採用されている。
[0003] ここで、図 14を参照する。図 14には、降圧モード (電源電圧 (Vcc) >出力電圧 (Vo) の関係となるモード、「： Buck Mode」とも言う。）の正電圧出力のスイッチング電源 10 00の回路例が示されている。図 14に示す従来のスイッチング電源 1000は、ソフトス タート回路 1001、三角波発生回路 1002、誤差増幅器 1003、比較器 1004、駆動 部 1005、スイッチングトランジスタ Tr、ダイオード D、コイル L、コンデンサ C、並びに 抵抗 R1及び R2を有している。ソフトスタート回路 1001からの出力電圧は、誤差増幅 器 1003の基準電圧 Vrefとして入力されている。誤差増幅器 1003には、このソフトス タート回路 1001からの出力電圧 Vreftfeびに出力電圧 Voが抵抗 R1及び R2により分 圧された電圧が入力される。また、スイッチングトランジスタ Trのソース又はドレインに は、 Vccが入力されている。なお、ソフトスタート回路 1001は、その出力電圧が Vrel^ 超えることがな 、ように制御するクランプ回路（図示せず)を有して!/、る。
[0004] スイッチング電源 1000が正常に動作している場合は、誤差増幅器 1003の 2つの入 力（非反転入力及び反転入力）の電位がほぼ等しいバーチャルショートの状態になり 、また誤差増幅器 1003の入力インピーダンスが十分大きければ、以下の数式（1)の 関係が成り立つ。
[0005] [数 1] R1
Vo 1 + Vref ( 1 )
R2
[0006] 数式（1)から明らかなとおり、出力電圧 Voが基準電圧 Vrefに比例するので、電源投 入時にある一定電圧に達するまで Vref^徐々に大きくしていくことにより、この基準電 圧 Vref〖こ比例する出力電圧 Voも徐々に大きくなつていく。
[0007] 図 15には、従来のスイッチング電源 1000の動作波形図が示されている。時刻 tlで 電源 Vccが投入され、ある一定電圧に達するまで Vre 徐々に大きくしていくことによ り、この基準電圧 Vrefに比例する出力電圧 Voも徐々に大きくなつていく様子がわ力る 。この期間がソフトスタート期間（t2— tl)に相当する。
[0008] 次に、図 16を参照する。図 16には、従来用いられている降圧モードの正電圧出力の スイッチング電源 1100の別の回路例が示されている。図 16に示す従来のスィッチン グ電源 1100は、ソフトスタート回路 1101、三角波発生回路 1102、誤差増幅器 110 3、比較器 1104、駆動部 1105、スイッチングトランジスタ Tr、ダイオード D、コイル L、 コンデンサ C、並びに抵抗 R1及び R2を有している。誤差増幅器 1103は、 3入力の 誤差増幅器であり、ソフトスタート回路 1101からの出力電圧、基準電圧 Vref、並びに 出力電圧 Voが抵抗 R1及び R2により分圧された電圧が入力される。スイッチングトラ ンジスタ Trのソース又はドレインには、 Vccが入力されている。
[0009] スイッチング電源 1100の機能は、上述のスイッチング電源 1000の機能と同様である
1S 上述のスイッチング電源 1000のソフトスタート回路 1001がクランプ回路を必要と する一方、スイッチング電源 1100のソフトスタート回路 1101はそれを必要としない点 で異なっている。
[0010] 図 17には、ソフトスタート回路 1101の動作波形が示されている。時刻 tlで電源が入 力された直後は、ソフトスタート回路 1101内部コンデンサの電圧が 0Vであるため、ソ フトスタート回路 1101の出力電圧は時間に比例して変化する。ソフトスタート回路 11 01の出力が基準電圧 Vrefとなるまでの時間（t2— tl)がソフトスタート期間に相当す る。
[0011] 図 18には、従来のスイッチング電源 1100の動作波形図が示されている。時刻 tlで 電源 Vccが投入され、ある一定電圧に達するまで Vre 徐々に大きくしていくことによ り、この基準電圧 Vrefに比例する出力電圧 Voも徐々に大きくなつていく様子がわ力る 。この期間がソフトスタート期間（t2— tl)に相当する。出力電圧 Voは、上述の数式（ 1)を満たす。
[0012] また、従来用いられて!/ヽるスイッチング電源として、スイッチングトランジスタを導通状 態 (ON)にする期間（オンデューティ (On Duty))を、回路の起動から一定時間徐々 に大きくすることにより出力電圧を徐々に大きくする方式のソフトスタートを採用した回 路もある。このようなソフトスタートの方式を、「DTC (Dead Time Control)方式」と いう。以下の特許文献 1には、 DTC方式のソフトスタートが開示されている。
[0013] 図 19を参照する。図 19には、 DTC方式のソフトスタートを採用した従来の降圧モー ドの正電圧出力のスイッチング電源 1200の回路例が示されて!/、る。図 19に示す従 来のスイッチング電源 1200は、ソフトスタート回路 1201、三角波発生回路 1202、誤 差増幅器 1203、比較器 1204、駆動部 1205、スイッチングトランジスタ Tr、ダイォー ド0、コイル L、コンデンサ C、並びに抵抗 R1及び R2を有している。誤差増幅器 120 3は、 2入力の誤差増幅器であり、出力電圧 V。が抵抗 R1及び R2により分圧された電 圧並びに基準電圧 Vrei¾S入力される。また、比較器 1204は、 3入力の比較器であり 、誤差増幅器 1203の出力、ソフトスタート回路 1201の出力及び三角波発生回路 12 02の出力が入力される。また、スイッチングトランジスタ Trのソースには、 Vccが入力 されている。
[0014] 図 20には、スイッチング電源 1200の動作波形が示されている。なお、図 20に示すよ うに、比較器 1204の出力端子の電圧を一定時間徐々に大きくすることにより、スイツ チング電源出力電圧 Voが徐々に大きくなつていく様子が示されている。出力電圧 Vo は、上述の数式（1)を満たす。なお、図 20に示すスレツショルドレベルは、入力電圧 Vccと出力電圧 Voによって決まるものである。
[0015] スイッチング電源 1200は、ソフトスタートが終了するまでは、比較器 1204入力のとこ ろでフィードバックがとぎれており、ソフトスタートが終了してフィードバックが動作し出 力電圧 Voが落ち着く直前に出力電圧 Voのオーバーシュートにより一時的に過電圧 が生じるという欠点がある。 特許文献 1 :特開平 10— 164825号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0016] 最近、主にフラットパネルディスプレイ等の用途に負電圧電源を必要としており、また 高精細度を追求するためにディスプレイ駆動用 ICの微細化がすすみ、過電圧ゃ電 源起動のタイミングの影響を受けやすくなつている。そのような理由から、ソフトスター ト機能を有する負電圧出力のスイッチング電源の必要性が生じてきている。
[0017] 上述したスイッチング電源 1000、 1100及び 1200は、何れもソフトスタート機能を有 するが、正電圧を出力する降圧モードのスイッチング電源である。これらのスィッチン グ電源を昇圧モード (電源電圧 (Vcc) <出力電圧 (Vo)の関係となるモード、 「Boost
Mode」とも言う。）のスイッチング電源に改良した回路は、従来よく用いられている 力 負電圧を出力する反転モード（「Inverting Mode」とも言う。 )に改良した回路は 存在しなカゝつた。
[0018] そこで、本発明は上述の問題を解決するためになされたものであり、ソフトスタート機 能を有するスイッチング電源を提供するものである。
課題を解決するための手段
[0019] 本発明のスイッチング電源は、ソフトスタート機能を有する回路を備えており、これに よって、起動時に出力コンデンサを充電するためのラッシュカレントによるスィッチン グトランジスタの破壊等を防ぎ、安定した負電圧出力を提供することができる。
[0020] 本発明によると、ソフトスタート回路を備えるスイッチング電源コントローラと;コイルと、 前記スイッチング電源コントローラの出力で駆動して該コイルに流れる電流を制御す るスイッチング素子と、アノード側を出力端に、かつ力ソード側を該スイッチング素子と 該コイルとの接続点に接続するダイオードを備える出力段と;前記ソフトスタート回路 の出力電圧と前記出力端の電圧とを分圧する分圧回路と;前記ソフトスタート期間を 調整するためのソフトスタート期間調整回路と;を備えるスイッチング電源が提供され る。
[0021] また、前記スィッチ電源コントローラは、さらに誤差増幅器と、比較器と、三角波発生 回路と、駆動回路とを備えるようにしている。 [0022] また、本発明によると、誤差増幅器と、比較器と、三角波発生回路と、駆動回路とを備 え、該比較器は、ソフトスタート回路を接続し、かつ該比較器は、入力部に Pチャンネ ルトランジスタ又は PNPトランジスタを有するスイッチング電源コントローラと；コイルと 、前記スィッチ電源コントローラの出力で駆動して該コイルに流れる電流を制御する スイッチング素子と、アノード側を出力端に、かつ力ソード側を該スイッチング素子と 該コイルとの接続点に接続するダイオードとを備える出力段と;前記ソフトスタート回 路の出力電圧と前記出力端の電圧とを分圧する分圧回
路と;前記ソフトスタート期間を調整するためのソフトスタート期間調整回路と;を備え るスイッチング電源が提供される。
[0023] また、本発明によると、ソフトスタート回路を備えるスイッチング電源コントローラと；コィ ルと、前記スイッチング電源コントローラの出力で駆動して該コイルに流れる電流を制 御するスイッチング素子と、アノード側を出力端に，かつ力ソード側を該スイッチング 素子と該コイルとの接続点に接続するダイオードとを備える負電圧出力用の出力段 を備える複数の出力段と;前記ソフトスタート回路の出力電圧と前記出力端の電圧と を分圧する分圧回路と;前記ソフトスタート期間を調整するためのソフトスタート期間 調整回路と;前記複数の出力段の立ち上がりシーケンスを切り換えるための切換回 路と；を備えるスイッチング電源が提供される。
[0024] また，前記ソフトスタート回路は，クランプ回路を備えるようにしてもよい。また，前記誤 差増幅器は，前記ソフトスタート回路のクランプ機能を備えるようにしてもょ 、。
発明の効果
[0025] 本発明のスイッチング電源によれば、ソフトスタート機能を備え、且つ安定した負電圧 出力を提供することができる。また、電源起動直後から回路内のフィードバック機能を 動作させることができ、電源起動時の負電圧出力の負側のオーバーシュートを防止 することができ、負電圧が出力される負荷回側の回路素子にダメージを与えることを 解消することができる。よって、回路素子の微細化に伴う耐圧の低下にも対応するこ とがでさる。
[0026] また、本発明のスイッチング電源によれば、複数の安定した電圧を出力することがで き、且つそれらの立ち上がりシーケンスを容易に変更することができる。 O
図面の簡単な説明
-実施の形態に係る本発明のスイッチング電源の回路図である。
[図 2]— -実施形態に係るソフトスタート回路 101の回路図である。
[図 3]— -実施形態に係るクランプ回路 111の回路図である。
[図 4]— -実施形態に係るソフトスタート回路 101の波形図である。
[図 5]— -実施形態に係る本発明のスイッチング電源 100の波形図である。
[図 6]— -実施形態に係る本発明のスイッチング電源 100の実験結果を示す図である。
[図 7]— -実施形態に係る本発明のスイッチング電源 200の回路図である。
[図 8]— -本実施形態に係るソフトスタート回路 201の回路図である。
[図 9]— -本実施形態に係るソフトスタート回路 201の波形図である。
圆 10]-一本実施形態に係るスイッチング回路 200の波形図である。
圆 11]-一本実施形態に係る本発明のスイッチング電源用コントローラの一例の回路 図である。
[図 12]—本実施形態に係る本発明のスイッチング電源の電圧出力の実験結果を示 す図である。
[図 13]—本実施形態に係る本発明のスイッチング電源の電圧出力の実験結果を示 す図である。
[図 14]従来のスイッチング電源 1000の回路例を示す図である。
[図 15]従来のスイッチング電源 1000の動作波形図である。
[図 16]従来のスイッチング電源 1100の回路例を示す図である。
[図 17]ソフトスタート回路 1101の動作波形を示す図である。
[図 18]従来のスイッチング電源 1100の動作波形図である。
[図 19]従来のスイッチング電源 1200の回路例を示す図である。
[図 20]従来のスイッチング電源 1200の動作波形図である。
符号の説明
[0028] 100 スイッチング電源 101 ソフトスタート回路 102 三角波発生回路 103 誤 差増幅器 104 比較器 105 駆動部 106 分圧回路 107 スイッチング電源コ ントローラ 108 出力段 110 定電流源 111 クランプ回路 120 演算増幅回 路 200 スイッチング電源 201 ソフトスタート回路 202 三角波発生回路 20 3 誤差増幅器 204 比較器 205 駆動部 206 分圧回路 207 スイッチング 電源コントローラ 208 出力段 210 定電流源
発明を実施するための最良の形態
[0029] 本実施の形態においては、本発明のスイッチング電源の例について説明する。図 1 に示すスイッチング電源は、負電圧を出力する反転モード (Inverting Mode)を採 用し、誤差増幅器に入力される基準電圧をソフトスタート回路から出力するようにして いる。こうすることにより、電源起動直後から回路内のフィードバック機能を動作させる ことができ、電源起動時の負電圧出力の負側のオーバーシュートを防止することがで き、負電圧が出力される負荷回側の回路素子にダメージを与えることを解消すること ができる。
[0030] 図 1には、スイッチング電源 (スイッチング回路） 100の回路図が記載されている。スィ ツチング電源 (スイッチング回路） 100は、ソフトスタート回路 101、三角波発生回路 1 02、誤差増幅器 (誤差増幅回路） 103、比較器 (比較回路） 104、駆動部 (駆動回路) 105、スイッチングトランジスタ（スイッチング素子） Trl、ダイオード D、コィノレ L、コン デンサ C1及び C2、並びに抵抗 R1及び R2でなる分圧回路 106を有している。ここで 、スイッチング電源コントローラ 107は，ソフトスタート回路 101、三角波発生回路 102 、誤差増幅器 103、比較器 104及び駆動部 105を備える。また、出力段 108は，スィ ツチングトランジスタ Trl、ダイオード D、コイル L及びコンデンサ C1を備える。なお、 ここでは、分圧回路 106は 2つの抵抗 R1及び R2でなるようにした力 これに限定され るわけではなぐソフトスタート回路 101の出力電圧と出力端 Voの出力電圧 (Vo)とを 分圧する機能を有していれば、どのような回路を用いてもよい。また、 R1及び R2に可 変抵抗を採用してもよい。また、コンデンサ C2は，ソフトスタート期間調整回路である
[0031] 次に、図 2を参照する。図 2には、スイッチング電源 100におけるソフトスタート回路 10 1の回路図が示されている。スイッチング電源 100におけるソフトスタート回路 101は 、定電流源 110、スイッチングトランジスタ (スイッチング素子) Tr2及びクランプ回路 1 11を有している。なお、スイッチング電源 100では、コンデンサ C2はソフトスタート回 路 101内に内蔵しな力つた力 ソフトスタート回路 101内にコンデンサ C2を内蔵する ようにしてもよい。このコンデンサ C2は、ソフトスタート期間を調整するためのものであ り、ソフトスタート期間調整回路として機能する。
[0032] ソフトスタート回路 101において、電源起動時はコンデンサ C2に蓄積されている電荷 はゼロであるので、コンデンサ C2の上側の電位は OVである。電源起動後は、定電流 源 110からコンデンサ C2に一定電流で電荷が充電されていくので、コンデンサ C2の 上側の電位は図 4に示すように一定の割合で時間に比例して上昇していく。この電 圧が Vrefに到達すると、クランプ回路 111の働きにより一定電圧（=Vref)に維持され ることとなる。
[0033] ここで、図 3を参照する。図 3には、スイッチング電源 100におけるクランプ回路 111の 回路図が示されている。クランプ回路 111は、演算増幅器 (演算増幅回路） 120及び スイッチングトランジスタ (スイッチング素子) Tr3を有して 、る。演算増幅器の反転入 力（一）には、コンデンサ C2の上側の電位 VCIが入力される。演算増幅器 120の出 力は、スイッチング素子 Tr3を駆動する。スイッチング素子 Tr3は、演算増幅器 120 の出力を受けて、所定の電圧 Vrefの電圧源力もの電圧出力をコントロールし、出力 電圧 VCOとして出力する。また、出力電圧 VCOは、演算増幅器 120の非反転入力（ + )へフィードバックされる。
[0034] クランプ回路 111においては、以下の数式（2)のとおりの関係式が成立する。クラン プ回路 111は、ソフトスタート回路 1001の出力電圧が Vre 超えることがないように 制御している。
[0035] [数 2]
Vo = VCI (VCIく Vref)
■■■(2)
Vo = Vref (Vci >= Vref)
[0036] ここで、再度図 1を参照し、スイッチング電源 100の動作について説明する。出力電 圧 Voは、ソフトスタート回路 101の出力電圧を用いて分圧される。つまり、ソフトスター ト回路 101の出力電圧と出力端 Voの出力電圧 (Vo)との電位差は、抵抗 R1及び R2 によって分圧される。この抵抗分圧の出力（分圧回路 106の出力）は、誤差増幅器 1 03に入力される。誤差増幅器 103においては、分圧回路 106の出力と誤差増幅器 1 03の基準電圧（ = GND (OV) )との電位差が増幅されて誤差増幅器 103より出力さ れる。誤差増幅器 103の出力は、比較器 104の非反転入力（+ )へ入力される。比較 器 104の反転入力（一）には、三角波発生回路 102で発生した三角波（又はのこぎり 波）が入力される。比較器 104は、誤差増幅回路 103の出力と三角波とを比較し、そ の結果をパルスとして駆動部 105へ出力する。駆動部 105は、比較器 104の出力を 入力として受け、スイッチング素子 Trlを駆動する。スイッチング素子 Trlは、駆動部 105からの出力に基づいて、コイル Lに流れる電流を ONZOFFする。スイッチング 素子 Trlが ONのときに、コイル Lには電気エネルギーが蓄えられ、スイッチング素子 Trlが OFFの時に、コイル Lに蓄えられた電気エネルギーがダイオード Dを通じて電 力として出力端 Voより出力される。このときコイルに蓄えられた電気エネルギー力 G ND、外部の負荷回路（図示せず）、出力端 Vo、ダイオード Dのアノード及びダイォー ド Dの力ソードを経由して、電流としてコイルに戻ってくるように回路が構成されている 。また、スイッチング素子が ONの時は、ダイオード D1の力ソード側が Vcc電圧になる ため、ダイオード D1は非導通となる。このときはコンデンサ C1の下側の端子より GN Dを経由して、外部の負荷回路、出力端 Vo及びコンデンサ C1の上側の端子に流れ 込むような回路を構成しているため、安定して出力電圧を発生させることができる。何 れの場合も、 GND力も流れ出た電流が出力端 Voに流れ込むため、出力端 Voに負 電圧が生じる。そして、この出力電圧 Voを分圧回路 106に帰還させることによりフィ ードバック回路を構成する。
[0037] スイッチング電源 100においては、このフィードバック回路は、電源起動直後に機能 し始める。このとき、フィードバック回路の働きにより、誤差増幅回路 103の 2つの入力 の電位はそれぞれほぼ等しくなり（バーチャルショート）、出力電圧 Voは次の数式（3) に従うことになる。
[0038] [数 3]
Vo = - -¾- Vref ■(3) [0039] したがって、ソフトスタート回路の出力電圧を図 4に示すように変化させることにより、 図 5のように負電圧出力のソフトスタートが可能になる。
[0040] 図 5は、スイッチング電源 100の波形図を示したものである。図 5に示すとおり、電源 起動直後から、ソフトスタート回路の出力電圧が図 4に示したとおり変化し、それに伴 い、出力電圧 Voが変化していき、ソフトスタート期間 (t2— tl)終了後、安定した負電 圧 Voが得られる。
[0041] 図 6には、スイッチング電源 100の実験結果を示す。ここでは、電源電圧 Vccを 5V、 Vrel¾1.2V、出力電圧 Voを 5 Vとした。約 12msecのソフトスタート期間の経過後、 安定した負電圧出力 Vo (= - 5V)が得られて ヽることがゎカゝる。
[0042] 本発明のスイッチング電源によれば、ソフトスタート機能を備え、且つ安定した負電圧 出力を提供することができる。また、電源起動直後から回路内のフィードバック機能を 動作させることができ、電源起動時の負電圧出力の負側のオーバーシュートを防止 することができ、負電圧が出力される負荷回側の回路素子にダメージを与えることを 解消することができる。よって、回路素子の微細化に伴う耐圧の低下にも対応するこ とがでさる。
[0043] 以下、本発明のスイッチング電源の別の例につ
いて説明する。
[0044] 図 7を参照する。図 7には、スイッチング電源 (スイッチング回路） 200の回路図が記 載されている。スイッチング電源 (スイッチング回路） 200は、ソフトスタート回路 201、 三角波発生回路 202、誤差増幅器 (誤差増幅回路) 203、比較器 (比較回路) 204、 駆動部 (駆動回路） 205、スイッチングトランジスタ (スイッチング素子) Trl、ダイォー ド0、コイル L、コンデンサ C1及び C2、並びに抵抗 R1及び R2でなる分圧回路 206 を有している。比較器 204は、その入力部に Pチャンネルトランジスタ又は PNPトラン ジスタを備える。ここで、スイッチング電源コントローラ 207は，ソフトスタート回路 201 、三角波発生回路 202、誤差増幅器 203、比較器 204及び駆動部 205を備える。ま た、出力段 208は，スイッチングトランジスタ Trl、ダイオード D、コイル L及びコンデン サ C1を備える。なお、スイッチング電源 200においては、分圧回路 206は 2つの抵抗 R1及び R2でなるようにした力 これに限定されるわけではなぐソフトスタート回路 20 1の出力電圧と出力端 Voの出力電圧 (Vo)とを分圧する機能を有していれば、どのよ うな回路を用いてもよい。また、 R1及び R2に可変抵抗を採用してもよい。また、ソフト スタート期間調整回路として、コンデンサ C2を用いて 、る。
[0045] 次に、図 8を参照する。図 8には、スイッチング電源 200におけるソフトスタート回路 20 1の回路図が示されている。ソフトスタート回路 201は、定電流源 210及びスィッチン グトランジスタ（スイッチング素子） Tr2を有している。なお、スイッチング電源 200では 、コンデンサ C2はソフトスタート回路 201内に内蔵しなかった力 ソフトスタート回路 2 01内にコンデンサ C2を内蔵するようにしてもよい。このコンデンサ C2は、ソフトスター ト期間を調整するためのもので、ソフトスタート期間調整回路として機能する。
[0046] ここで、再度図 7を参照する。電源起動後、すぐに Vref¾圧は立ち上がる。また、この とき出力電圧 Voは、まだ 0Vである。したがって、分圧回路 206の出力電圧は、 0Vよ り十分大きい正の電圧となる。この正の出力電圧が誤差増幅回路 203の非反転入力 (+ )に入力されることにより、誤差増幅回路 203は、正側に大きく振り切れる電圧（= 正の飽和電圧）を出力する。
[0047] 比較器 204は、誤差増幅回路 203の出力電圧とソフトスタート回路 201の出力と三角 波発生回路 202の出力電圧とを比較する。比較器 204内の入力部の差動増幅回路 に Pチャネル FET又は PNPトランジスタを使用すると、比較器 204は、 2つの非反転 入力（+ )のうち電圧値の小さいほうが有効になるように機能する。すなわち、比較器 204がソフトスタート回路 201のクランプ回路として機能する。図 9には、ソフトスタート 回路 201の波形図が示されている。電源起動時は、図 9に示すようにソフトスタート回 路 201の出力は 0Vなので、ソフトスタート期間（t2— tl)はソフトスタート回路 201の 出力が有効になり、出力される。なお、このソフトスタート期間中は、スイッチング電源 200のフィードバックは働 ヽて ヽな!、。
[0048] 図 10には、には、スイッチング電源 200の動作波形が示されている。図 10に示すよう に、ソフトスタート回路 201の出力電圧が徐々に立ち上がってくるに従って比較器 20 4の出力のパルス幅は徐々に大きくなつてゆく。出力電圧 Voが所定の電圧に到達す ると、分圧回路 206がほぼ 0Vになる。そして、誤差増幅回路 203の出力電圧が飽和 電圧から低下し、ソフトスタート回路 201の出力電圧よりも小さくなると、タイミング t2で ソフトスタート期間は終了する。また、タイミング t2でソフトスタート期間が終了すると同 時にスイッチング電源 200のフィードバックが機能し始める。
[0049] スイッチング電源 200によれば、ソフトスタート機能を備え、且つ安定した負電圧出力 を提供することができる。
[0050] 以下、本発明のスイッチング電源の別の例について説明する。
[0051] 図 11を参照する。図 11には、スイッチング電源 600の一例の回路図が示されている 。第 1出力段 100— 1、分圧回路 100— 2 (抵抗 R1及び R2) ,ソフトスタート期間調整 回路 100— 3 (コンデンサ C2)及びスイッチング電源コントローラ 500は、負電圧出力 用スイッチング電源 100を構成する。また、第 2出力段 300— 1、分圧回路 300— 2 ( 抵抗 R1及び R2) ,ソフトスタート期間調整回路 300— 3 (コンデンサ C2)及びスィッチ ング電源コントローラ 500は，降圧モードの正電圧出力用電源を構成する。また，第 3 出力段 400— 1、分圧回路 400— 2 (抵抗 R1及び R2) ,ソフトスタート期間調整回路 400— 3 (コンデンサ C2)及びスイッチング電源コントローラ 500は，昇圧モードの正 電圧出力用電源を構成する。ここで，スイッチング電源コントローラ 500は，ソフトスタ ート回路、誤差増幅器、比較器及び駆動器を備える。図 11においては、各出力電源 のソフトスタートの時間を調整するためのソフトスタート期間調整回路 (コンデンサ C2 )は、外付けされている。なお、コンデンサ C2はスイッチング電源コントローラ 500に 内蔵されるようにしてもよいし、外付けとしてもよい。
[0052] 図 11に示すとおり、スイッチング電源用コントローラ 500は、負電圧出力 Vo_Invert、 降圧モード正電圧出力 Vo_Buck及び昇圧モード正電圧出力 Vo_Boostの 3電圧出力 を有している。なお、これら 3つの電圧の出力の立ち上がり順序は、図 11に示す X部 の接続を変更することにより、自由に変更することができる。
[0053] 図 11においては、スイッチング電源コントローラ 500の P— GOOD3が配線 L3に T2 で接続されており、また P— GOOD2が配線 L1に T1で接続されている。この場合、 3 つの電圧出力は、降圧モード正電圧出力 Vo_Buck、負電圧出力 Vo_Invert、昇圧モ ード正電圧出力 Vo_Boostの順に出力されることになる。この X部 (切り換え回路）の配 線の接続を次のとおり変更することによって、 3つの電圧出力の立ち上がりシーケン ス (立ち上がり順序)を変更できる。 [0054] (l)Vo— Buck→VoJnvert→Vo— Boost : P— GOOD2を配線 LIに接続、 P— GOOD3 を配線 L3に接続（2) Vo_Buck→Vo_Boost→Vo_Invert： P— GOOD2を配線 L3に接 続、 P— GOOD1を配線 L1に接続（3) VoJnvert→Vo—Buck→Vo— Boost： P— GOO D3を配線 L2に接続、 P— GOOD2を配線 L3に接続（4)Vo_Invert→Vo_Boost→Vo _Buck: P— GOOD3を配線 L3に接続、 P— GOOD1を配線 L2に接続（5) Vo_Boost →Vo— Invert→Vo— Buck: P— GOOD1を配線 L1に接続、 P— GOOD3を配線 L2に 接続（6) Vo_Boost→Vo_Buck→Vo_Invert： P— GOOD1を配線 L2に接続、 P— GO OD2を配線 L1に接続
[0055] また、図 11に示す 3つの電源のうち、 Vo_Boost及び Vo_Buckについては、何れかの 回路変更をし、両方とも Vo_Boost又は両方とも Vo_Buckとしてもよい。ただし、 Vo_Boo stとする場合と Vo_Buckとする場合とで、外付け回路を変更する必要がある。
[0056] 図 12及び図 13には、スイッチング電源用コントローラ 500の電圧出力の実験結果を 示す。図 12においては、電源電圧 Vccを 5V、出力電圧 Vojnvertを— 5V、 Vo_Buck 3.3V, Vo_Boostを 16Vとした。 3つの電圧出力は、 Vo_Buck3.3V、 Vojnvert— 5 V、 Vo_Boostの順に立ち上げるようにした。約 10msecのソフトスタート期間の経過後、そ れぞれ、安定した出力が得られていることがわかる。
[0057] 図 13においては、電源電圧 Vccを 9V、出力電圧 Vojnvertを 5 V、 Vo_Bucklを 5V 、 Vo_Buck2を 3.3Vとした。 3つの電圧出力は、 Vo_Buck2、 Vojnvert, Vo_Bucklの順 に立ち上げるようにした。約 100msecのソフトスタート期間の経過後、それぞれ、安 定した出力が得られている。
[0058] 以上説明したとおり、本発明のスイッチング電源は、負電圧出力を含む 3つの電源電 圧を安定して供給することができ、且つそれらの立ち上がりシーケンスを容易に変更 することができる。
産業上の利用可能性
[0059] 本発明のスイッチング電源によれば、ソフトスタート機能を備え、且つ安定した負電圧 出力を提供することができる。また、電源起動直後から回路内のフィードバック機能を 動作させることができ、電源起動時の負電圧出力の負側のオーバーシュートを防止 することができ、負電圧が出力される負荷回側の回路素子にダメージを与えることを 解消することができる。よって、回路素子の微細化に伴う耐圧の低下にも対応するこ とがでさる。
[0060] また、本発明のスイッチング電源は、負電圧出力を含む 3つの電源電圧を安定して 供給することができ、且つそれらの立ち上がりシーケンスを容易に変更することができ る。
[0061] よって、本発明のスイッチング電源は、液晶ディスプレイ、有機 ELディスプレイ等のデ イスプレイを始め、負電圧出力が必要な種々の製品へ用いることができる。

Claims

請求の範囲
[1] ソフトスタート回路を備えるスイッチング電源コントローラと;コイルと、前記スイッチング 電源コントローラの出力で駆動して該コイルに流れる電流を制御するスイッチング素 子と、アノード側を出力端に、かつ力ソード側を該スイッチング素子と該コイルとの接 続点に接続するダイオードを備える出力段と;前記ソフトスタート回路の出力電圧と前 記出力端の電圧とを分圧する分圧回路と;前記ソフトスタート期間を調整するための ソフトスタート期間調整回路と；を備えるスイッチング電源。
[2] 誤差増幅器と、比較器と、三角波発生回路と、駆動回路とを備え、該比較器は、ソフ トスタート回路を接続し、かつ該比較器は，その入力部に Pチャンネルトランジスタ又 は PNPトランジスタを有するスイッチング電源コントローラと；コイルと、前記スィッチ電 源コントローラの出力で駆動して該コイルに流れる電流を制御するスイッチング素子 と、アノード側を出力端に、かつ力ソード側を該スイッチング素子と該コイルとの接続 点に接続するダイオードとを備える出力段と;前記ソフトスタート回路の出力電圧と前 記出力端の電圧とを分圧する分圧回路と;前記ソフトスタート期間を調整するための ソフトスタート期間調整回路と；を備えるスイッチング電源。
[3] 前記スィッチ電源コントローラは、さらに誤差増幅器と、比較器と、三角波発生回路と 、駆動回路とを備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。
[4] ソフトスタート回路を備えるスイッチング電源コントローラと；コイルと、前記スイッチング 電源コントローラの出力で駆動して該コイルに流れる電流を制御するスイッチング素 子と、アノード側を出力端に，かつ力ソード側を該スイッチング素子と該コイルとの接 続点に接続するダイオードとを備える負電圧出力用の出力段を備える複数の出力段 と;前記ソフトスタート回路の出力電圧と前記出力端の電圧とを分圧する分圧回路と； 前記ソフトスタート期間を調整するためのソフトスタート期間調整回路と;前記複数の 出力段の立ち上がりシーケンスを切り換えるための切換回路と；を備えるスイッチング 電源。
[5] 前記ソフトスタート回路は，クランプ回路を備えることを特徴とする請求項 1に記載の スイッチング電源。
[6] 前記誤差増幅器は，前記ソフトスタート回路のクランプ機能を備えることを特徴とする 請求項 2に記載のスイッチング電源。
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