WO2006059705A1

WO2006059705A1 - スイッチング電源およびその制御回路ならびにそれを用いた電子機器

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Publication number: WO2006059705A1
Application number: PCT/JP2005/022156
Authority: WO
Inventors: Kyoichiro Araki; Yoichi Tamegai; Isao Yamamoto
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2004-12-03
Filing date: 2005-12-02
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2007-06-03
Also published as: JPWO2006059705A1; US20080136341A1; US7579784B2; CN100490287C; CN101065891A; JP4471980B2; KR20070086169A

Abstract

　起動時間を短縮したスイッチング電源およびその制御回路を提供する。　ソフトスタート回路２０は、フライバック方式のスイッチングレギュレータをソフトスタートするための回路であり、第１電流源２２０および第２電流源２２２の２つの電流源を備える。このソフトスタート回路２０は、第２コンパレータ２００により出力電圧の帰還電圧Ｖｆｂと、所定のしきい値電圧Ｖｔｈを比較し、Ｖｆｂ＜Ｖｔｈのとき、第１電流源２２０のみ充電コンデンサＣｓｓを充電し、Ｖｆｂ＞Ｖｔｈのとき、第１電流源２２０とともに第２電流源２２２をオンし、ソフトスタート電圧Ｖｓｓを上昇させる。

Description

明細書

スイッチング電源およびその制御回路ならびにそれを用いた電子機器技術分野

[0001] 本発明は、スイッチング電源に関し、特にその出力電圧を緩やかに上昇させるソフトスタート技術に関する。

背景技術

[0002] 入力電圧よりも高、電圧を生成するための昇圧型のスイッチング電源がさまざまな電子機器において広く用いられている。この昇圧型のスイッチング電源は、スィッチング素子と、インダクタあるいはトランスを備えており、スイッチング素子を時分割的にォンオフさせることによりインダクタある、はトランスに逆起電力を発生させ、入力電圧を昇圧して出力する。

[0003] このようなスイッチング電源においては、昇圧された電圧の高周波成分を除去して平滑化するために、出力コンデンサが設けられている。スイッチング電源を起動する際には、出力電圧を OV力所定の昇圧電圧まで上昇させる必要があるが、出力電圧を急激に上昇させた場合、出力コンデンサに対して突入電流が発生したり、出力電圧のオーバーシュートやリンギングによって出力電圧が大きくなりすぎて回路を構成する素子の信頼性に影響を及ぼすおそれがある。

[0004] そこで、従来にお!、ては、上述の突入電流が発生しな、ように、スイッチング電源の制御回路にソフトスタート回路を設け、出力電圧を徐々に上昇させるという手法が用いられている（特許文献 1)。

特許文献 1：特開 2003— 216249号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] し力しながら、特許文献 1に記載の従来のソフトスタート手段では、出力電圧を一定の傾きで上昇させていたため、スイッチング電源の出力端子に、数百 V程度の非常に高い電圧が必要とされる負荷が接続された場合には、所望の昇圧電圧に達するまでの時間が長くなつてしまうという問題があった。 [0006] 本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、起動時間を短縮したスイッチング電源およびその制御回路の提供にある。

課題を解決するための手段

[0007] 本発明のある態様はスイッチング電源の制御回路に関する。この制御回路は、スィツチング信号を生成し、スイッチング電源のスイッチング素子を制御する制御回路であって、スイッチング電源の出力電圧が所定の基準電圧に達するまでの期間、出力電圧が徐々に上昇するようにスイッチング信号を生成するソフトスタート回路を備える。ソフトスタート回路は、出力電圧が所定のしきい値電圧より低いとき、第 1制限速度で出力電圧を上昇させる一方、出力電圧がしきい値電圧より高いとき、第 1制限速度より速く設定される第 2制限速度で出力電圧を上昇させる。

[0008] この態様によれば、第 1制限速度にて出力電圧を所定のしきい値電圧まで上昇させた後、出力電圧の上昇速度を第 2制限速度とし、出力電圧を急速に上昇させることによって、スイッチング電源の起動時間を短縮することができる。

[0009] 所定のしきい値電圧は、第 2制限速度にて出力電圧を上昇させる際に突入電流が発生しな!、範囲に設定されてもょ、。

ソフトスタートによる出力電圧の上昇速度を切り替える所定のしきい値電圧を突入電流が発生しない電圧範囲に設定することによって、出力電圧を急速に上昇させる第 2制限速度において突入電流が発生するのを防止することができる。

[0010] ソフトスタート回路は、一端が接地された充電コンデンサと、充電コンデンサの他端に接続され、充電コンデンサに定電流を供給する電流源と、出力電圧をしきい値電圧と比較する電圧比較器と、を含んでもよい。第 1制限速度および第 2制限速度に対応させて、すなわち、電圧比較器の出力信号に応じて、電流源により供給する電流値を変化させ、充電コンデンサに現れる電圧にもとづいて出力電圧を上昇させてもよい。

充電コンデンサに現れる電圧は、電流源から供給される定電流を時間積分した値で与えられるため、定電流の電流値を変化させることによって出力電圧の上昇速度を制御することができる。

[0011] ソフトスタート回路は、出力電圧が、所定の第 2しきい値電圧より低くなつてから一定期間アクティブとなり、充電コンデンサに現れる電圧を所定の電圧値に固定するバイァス回路をさらに含んでもよい。第 2しきい値電圧は、上記しきい値電圧と同じ電圧値であってもよい。

ノィァス回路は、充電コンデンサと並列に接続されるトランジスタと、トランジスタに所定のバイアス電流を供給するバイアス電流源と、を含んで構成されてもよい。トランジスタは、出力電圧が第 2しきい値電圧より低くなつてから、一定期間オンしてもよい

[0012] 出力電圧が第 2しきい値電圧より低いときにトランジスタをオンすることにより、充電コンデンサに蓄えられた電荷が放電され、充電コンデンサに現れる電圧が下がり、所定の電圧値にバイアスされる。その結果、スイッチング電源の起動時のみならず、負荷変動などによって出力電圧が低下した場合にも、再度ソフトスタートによって出力電圧を上昇させることができる。

[0013] 制御回路は、 1つの半導体基板上に一体集積化されてもよい。「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。制御回路を 1つの LSIとして集積ィ匕することにより、回路面積を削減することができる。

[0014] 本発明の別の態様は、スイッチング電源である。このスイッチング電源は、上記の制御回路と、この制御回路により制御されるスイッチング素子と、スイッチング素子のォンオフにより入力電圧を昇圧もしくは降圧する出力回路と、を含む。

[0015] この態様によれば、第 1制限速度にて出力電圧を所定のしきい値電圧まで上昇させた後、出力電圧の上昇速度を第 2制限速度とし、出力電圧を急速に上昇させることによって、スイッチング電源の起動時間を短縮することができる。

[0016] 本発明のさらに別の態様は、電子機器である。この電子機器は、撮像部と、撮像部による撮像の際に、フラッシュとして発光する発光素子と、電池の電圧を昇圧して発光素子に駆動電圧を供給する上述のスイッチング電源と、を備える。

この態様によれば、発光素子を駆動するため十分に高い電圧を生成するまでの時間を短縮することができる。 [0017] なお、以上の構成要素の任意の組合せや本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。発明の効果

[0018] 本発明に係るスイッチング電源およびその制御回路によれば、回路の信頼性を損なわずに起動時間を短縮することができる。

図面の簡単な説明

[0019] [図 1]本実施の形態に係るスイッチング電源の構成を示す回路図である。

[図 2]本実施の形態に係るソフトスタート回路の構成を示す回路図である。

[図 3]定常状態におけるスイッチング電源の各部の電圧の時間波形を示す図である。

[図 4]ソフトスタート時のスイッチング電源の各部の電圧の時間波形を示す図である。

[図 5]図 1のスイッチング電源を備える電子機器の構成を示すブロック図である。

符号の説明

[0020] 100 スイッチング電源、 300 負荷回路、 10 制御回路、 SW1 スイッチング素子、 12 トランス、 14 ドライバ回路、 16 第 1コンパレータ、 D1 整流ダイォード、 Col 出力コンデンサ、 20 ソフトスタート回路、 22 ヒステリシスコンパレータ、 Css 充電コンデンサ、 200 第 2コンパレータ、 202 インバータ、 204 ワンショット回路、 206 インバータ、 208 遅延回路、 210 NAND回路、 212

AND回路、 214 演算増幅器、 220 第 1電流源、 222 第 2電流源、 224 第 3電流源、 Ml 第 1トランジスタ、 M2 第 2トランジスタ、 230 ソフトスタート入力端子、 232 ソフトスタート出力端子。

発明を実施するための最良の形態

[0021] 図 1は、実施の形態に係るスイッチング電源 100の構成を示す回路図である。このスイッチング電源 100は、入力端子 102に入力された入力電圧 Vinを昇圧して出力端子 104から出力する昇圧型のスイッチング電源である。このスイッチング電源にはキセノンランプのように 300V程度の出力電圧を要する負荷回路 300が接続されている。

スイッチング電源 100は、フライバック方式のスイッチングレギユレータであって、制御回路 10、スイッチング素子 SW1、トランス 12、整流ダイオード Dl、出力コンデンサ Colを含む。

[0022] スイッチング素子 SW1は、 MOSトランジスタであって、制御回路 10から出力されるスイッチング信号 Vswによってゲート電圧が制御されてオンオフが制御される。

このスイッチング素子 SW1と入力端子 102の間にはトランス 12の 1次側が接続されている。またこのトランス 12の 2次側の一端は接地され、他端は整流ダイオード D1を介して出力端子 104に接続されて、る。

出力端子 104と接地電位間には、出力コンデンサ Colが設けられている。この出力コンデンサ Colは、出力端子 104から出力される出力電圧 Voutを平滑ィ匕する。

[0023] スイッチング素子 SW1は、制御回路 10から出力されるスイッチング信号 Vswによつて間欠的にオンオフが繰り返され、オン状態においては、スイッチング素子 SW1を介して入力端子 102からトランス 12の 1次側に電流が流れ、オフ状態においては、トランス 12の 2次側にエネルギーが転送される。この結果、入力端子 102に印加された入力電圧 Vinが昇圧されて、出力端子 104に接続された負荷回路 300が出力電圧 Voutによって駆動される。

[0024] 制御回路 10は、出力端子 104から出力される出力電圧 Voutをモニタし、所定の電圧が得られるように、スイッチング信号 Vswを生成する。

この制御回路 10は、信号の入出力端子として、出力電圧 Voutをモニタするための帰還端子 112および生成したスイッチング信号 Vswを出力するためのスイッチング端子 114を備えている。

[0025] この制御回路 10は、ヒステリシスコンパレータ 22、ドライバ回路 14、第 1コンパレータ 16、発振器 18およびソフトスタート回路 20を含む。

出力端子 104に現れる出力電圧 Voutは、第 1抵抗 R1および第 2抵抗 R2によって抵抗分圧され、帰還電圧 Vfbとして制御回路 10の帰還端子 112に帰還入力される。帰還端子 112に入力された帰還電圧 Vfbは、ヒステリシスコンパレータ 22に入力される。

[0026] ヒステリシスコンパレータ 22は、信号の立ち上がり時と立ち下がり時においてそのしきヽ値電圧が変化する電圧比較器であって、通常の電圧比較器に正帰還をかけることによって構成することができる。このヒステリシスコンパレータ 22の非反転入力端子には基準電圧 Vrefが入力されており、反転入力端子には帰還電圧 Vfbが入力されている。このヒステリシスコンパレータ 22において、非反転入力端子に入力される帰還電圧 Vfbが上昇する際には、比較電圧値が Vref 1となり、帰還電圧 Vfbが下降する際には比較電圧が Vref2となるヒステリシスを有するものとする。

ヒステリシスコンパレータ 22は、比較電圧 Vrefと帰還電圧 Vfbの比較の結果にもとづき、、 Vref >Vfbのときハイレベル、 Vrefく Vfbのときローレベルとなる第 1イネ一ブル信号 EN1を出力する。ヒステリシスコンパレータ 22から出力される第 1イネーブル信号 EN 1は、ドライバ回路 14のィネーブル端子 ENに入力されて!、る。

[0027] 第 1コンパレータ 16は、 3つの入力端子を備えており、 2つのプラス端子 +およびマィナス端子一との電圧の比較結果からパルス幅変調（以下、 PWMと略す)されたパルス状の PWM信号 Vpwmを生成する。

プラス端子 +には、最大デューティ比を決定する最大電圧 Vmaxおよび、ソフトスタート回路 20から出力されるソフトスタート電圧 Vssが入力されている。またマイナス端子—には発振器 18から出力される発振信号 Voscが入力されている。この発振器 18 力も出力される発振信号 Voscは、三角波もしくはのこぎり波状の周期信号となっている。

[0028] 第 1コンパレータ 16は、ソフトスタート電圧 Vssまたは最大電圧 Vmaxのうち、いずれか小さい方の電圧 Vxと、発振信号 Voscを比較し、 Vx> Voscのときハイレベルを、 Vxく Voscのときローレベルを出力する。ここで、最大電圧 Vmaxはあらかじめ固定された電圧である一方、ソフトスタート回路 20により生成されるソフトスタート電圧は、後述のように、時間とともに増加する。したがって、第 1コンパレータ 16から出力される PWM信号 Vpwmは、 Vssく Vmaxのとき、ソフトスタート電圧 Vssにもとづき時間とともにオン期間が徐々に長くなつていくパルス幅変調された信号となり、 Vss >Vmaxとなると、最大電圧 Vmaxで決められる最大固定デューティ比を有するパルス幅変調された信号となる。

第 1コンパレータ 16から出力される PWM信号 Vpwmは、ドライバ回路 14へと出力される。 [0029] ドライバ回路 14は、 PWM信号 Vpwmにもとづいてスイッチング信号 Vswを生成し、スイッチング素子 SW1である MOSFETのゲート電圧を制御して間欠的にオンオフさせる。このドライバ回路 14は、ィネーブル端子 ENを備えており、ィネーブル端子 E Nに入力される第 1ィネーブル信号 EN 1がハイレベルの期間、スイッチング素子 SW 1を駆動するためのスイッチング信号 Vswを生成する。一方、ィネーブル端子 ENに入力される第 1ィネーブル信号 EN1がローレベルの期間、スイッチング信号 Vswを口一レベルに固定し、スイッチング素子 SW1をオフしてスイッチングを停止する。

[0030] つぎに、ソフトスタート回路 20について図 2をもとに説明する。図 2は、本実施の形態に係るソフトスタート回路 20の構成を示す回路図である。

このソフトスタート回路 20は、スイッチング電源 100の出力電圧 Voutが所定の電圧に達するまでの期間、出力電圧 Voutが徐々に上昇するように、ソフトスタート電圧 Vs sを生成する。

[0031] 図 2のソフトスタート回路 20は、入出力端子として、図 1における帰還電圧 Vfbが入力されるソフトスタート入力端子 230および生成したソフトスタート電圧 Vssを出力するソフトスタート出力端子 232を備える。

ソフトスタート回路 20は、出力電圧 Voutを定数倍した帰還電圧 Vfbが所定のしき V、値電圧 Vthより低ヽとき、出力電圧 Voutが第 1制限速度で上昇するようにソフトスタート電圧 Vssを上昇させる。一方、帰還電圧 Vfbがしきい値電圧 Vthより高いとき、出力電圧 Voutが第 1制限速度より速く設定される第 2制限速度で上昇するようにソフトスタート電圧 _Vssを上昇させる。しきい値電圧 Vthは、第 2制限速度にて出力電圧 V outを上昇させる際に突入電流が発生しない範囲に設定しておく。

[0032] このソフトスタート回路 20は、一端が接地された充電コンデンサ Cssに定電流を供給し、充電コンデンサ Cssに現れる電圧をソフトスタート電圧 Vssとしてソフトスタート出力端子 232から出力する。ここで、充電コンデンサ Cssを充電する定電流の値が大きければ、ソフトスタート電圧 Vssの上昇速度は速くなり、定電流の値が小さければ、ソフトスタート電圧 Vssの上昇の速度は遅くなる。

ソフトスタート電圧 Vssの上昇速度を変化させるために、このソフトスタート回路 20は、充電コンデンサ Cssを充電するための電流源として、第 1電流源 220、第 2電流源 2 22を備えており、それぞれの電流源は、電流供給をオンオフできるように構成されている。

[0033] ここで、第 1電流源 220により生成される定電流を第 1定電流 Icl、第 2電流源 222 により生成される定電流を第 2定電流 Ic2とする。第 1制限速度にて出力電圧 Voutを上昇させるときは、第 1電流源 220のみをオンし、第 2制限速度にて出力電圧 Voutを上昇させるときには、第 1電流源 220にカ卩えて第 2電流源 222もオンする。

なお、ソフトスタート電圧 Vssは、充電コンデンサ Cssの充電に伴い上昇し続けるが、第 1電流源 220、第 2電流源 222、第 3電流源 224の内部のトランジスタが飽和し、電流供給が停止した状態で一定値をとる。

[0034] 第 2トランジスタ M2、演算増幅器 214、第 3電流源 224は、ソフトスタート出力端子 2 32の電位、すなわちソフトスタート電圧 Vssが定電圧 Vbiasよりも低くならな!、ように固定するためのバイアス回路である。理由は後述するが、この定電圧 Vbiasは、図 1 の発振器 18から出力される発振信号 Voscの最小電圧にほぼ等しく設定しておくのが望ましい。このバイアス回路は、出力電圧 Voutに応じた電圧 Vfbが、しきい値電圧 Vthより低くなつてから一定期間アクティブとなり、充電コンデンサ Cssに現れる電圧を所定の定電圧 Vbiasに固定する。

[0035] 演算増幅器 214の反転入力端子にはバイアス電圧 Vbiasが印加されており、その出力は第 2トランジスタ M2のゲート端子に接続されている。第 2トランジスタ M2のドレイン端子は、演算増幅器 214の非反転入力端子に帰還されている。その結果、第 2トランジスタ M2のドレイン端子、すなわちソフトスタート出力端子 232の電圧であるソフトスタート電圧 Vssは反転入力端子に印加されるノィァス電圧 Vbiasに近づくように帰還制御される。第 3電流源 224は、第 2トランジスタ M2を動作させるために、バイァス電流 Ibiasを供給するバイアス電流源である。なお、バイアス回路は、演算増幅器 2 14を設けずに簡易な構成としてもよい。この場合、第 2トランジスタ M2のゲート電圧を固定した状態で、ノィァス電流 Ibiasが流れたときにドレインソース間に発生する電圧が、バイアス電圧 Vbiasに設定される。

[0036] このバイアス回路は、第 2トランジスタ M2のオンオフに応じて、アクティブ、非ァクテイブが切り替え可能となっている。第 2トランジスタ M2のゲート端子には、第 1トランジスタ Mlのドレイン端子が接続されており、第 1トランジスタ Mlがオンすると第 2トランジスタ M2のゲート端子の電圧 Vgがローレベルに固定される。このとき、第 2トランジスタ M2はオフするため、バイアス回路は非アクティブとなり、バイアス電圧の固定が解除される。第 1トランジスタ Mlがオフすると、バイアス回路はアクティブとなる。

[0037] 第 2コンパレータ 200は、ソフトスタート入力端子 230から入力される帰還電圧 Vfbと、所定のしきい値電圧 Vthとを比較し、 Vfb >Vthのときハイレベルを出力し、 Vfb< Vthのときローレベルを出力する。第 2コンパレータ 200から出力される信号は、インバータ 202によって論理反転されて、ワンショット回路 204および第 2電流源 222へと出力される。

[0038] ワンショット回路 204は、入力される信号のエッジを検出し、その遷移時刻から所定時間、出力を保持し続ける機能を有する。本実施の形態において、このワンショット回路 204は、インバータ 206、遅延回路 208、 NAND回路 210を含み、インバータ 206 に入力された信号の立ち上がり時刻力も遅延回路 208での遅延時間 Tdだけ NAND 回路 210からの出力をローレベルとする。

[0039] AND回路 212は、ワンショット回路 204の出力と、第 2ィネーブル端子 234に印加される第 2ィネーブル信号 EN2との論理積を出力する。 AND回路 212の出力は、第 1トランジスタ Mlのゲート端子に入力されており、 AND回路 212の出力がハイレべルのとき第 1トランジスタ M 1がオンし、ローレベルのとき第 1トランジスタ M 1がオフする。

[0040] 以上のように構成されたスイッチング電源 100の定常状態における動作について説明する。図 3は、定常状態におけるスイッチング電源 100の各部の電圧の時間波形を示す。

定常状態においては、ソフトスタート回路 20において、充電コンデンサ Cssが充電された状態となっているため、ソフトスタート出力端子 232から出力されるソフトスタート電圧 Vssは、最大電圧 Vmaxとの関係において、 Vss >Vmaxが成り立つている。このとき、第 1コンパレータ 16は、 PWM信号 Vpwmを、最大電圧 Vmaxと、発振信号 V oscにもとづいて生成する。その結果、同図に示すようにデューティ比、すなわちオン期間の固定された PWM信号となる。 [0041] 時刻 TOから Tlまでの期間、ヒステリシスコンパレータ 22において、 Vout>Vref2 が成り立っており、ドライバ回路 14のィネーブル端子 ENには、ハイレベルが入力され、 PWM信号 Vpwmにもとづ、てスイッチング信号 Vswを生成する。

時刻 T1に帰還電圧 Vfbが基準電圧 Vref 1まで上昇すると、ヒステリシスコンパレータ 22の出力はローレベルとなるため、ドライバ回路 14はスイッチング信号 Vswの生成を停止する。スイッチング素子 SW1のオンオフ動作が停止すると、図 1のスイッチング電源 100において、出力コンデンサ Colへの電荷の充電が停止するため、負荷回路 300に電流が流れることによって、出力電圧 Vout、すなわち帰還電圧 Vfbは下降し始める。

[0042] その後、時刻 T2において帰還電圧 Vfbが基準電圧 Vref 2まで下降すると、ドライバ回路 14のィネーブル端子 ENには再度ハイレベルの信号が入力されるため、スイツチング信号 Vswの生成を開始し、帰還電圧 Vfb、すなわち出力電圧 Voutは再び上昇を開始する。

[0043] このようにして、本実施の形態に係るスイッチング電源 100は、ヒステリシスコンパレータ 22によって出力電圧 Voutをモニタし、基準電圧 Vref 1および Vref 2の間に安定化している。

[0044] 次に、スイッチング電源 100のソフトスタート時の動作について説明する。図 4は、ソフトスタート時のスイッチング電源 100の各部の電圧の時間波形を示す。

時刻 T0〜T1にお、ては、第 2ィネーブル端子 234に入力される第 2ィネーブル信号 ΕΝ2はローレベルであるため、第 1電流源 220はオフしており、 Vfbく Vthであるため、第 2電流源 222もオフしている。また、第 2ィネーブル信号 EN2がローレベルであるため、第 1トランジスタ Mlはオフしており、第 2トランジスタ M2、演算増幅器 214 、第 3電流源 224を含むバイアス回路によって、ソフトスタート電圧 Vssはバイアス電圧 Vbaisに安定化されて!/、る。

[0045] 時刻 T1にお、て、第 2イネ一ブル端子 234に入力される第 2イネ一ブル信号 EN2 がハイレベルに切り替えられる。その結果、図 2の第 1電流源 220がオンし、充電コンデンサ Cssへの充電が開始されソフトスタート電圧 Vssは上昇を開始する。ソフトスタート電圧 Vssの上昇に伴って、図 1の第 1コンパレータ 16から出力される PWM信号 V pwmのデューティ比は徐々に大きくなつていく。その結果、スイッチング素子 SW1のオン期間も徐々に長くなつていき、出力電圧 Vout、すなわち帰還電圧 Vfbが徐々に上昇を開始する。

[0046] 時刻 T2に帰還電圧 Vfbがしきい値電圧 Vthまで上昇する。このとき、第 2コンパレータ 200において、 Vfb > Vthとなると、第 2コンパレータ 200の出力を反転して得られる信号 SSENがローレベルとなる。第 2電流源 222は、信号 SSENがローレベルとなると、第 2定電流 Ic2の生成を開始する。

このとき、充電コンデンサ Cssに対する充電電流は第 1定電流 Icl、第 2定電流 Ic2 およびバイアス電流 Ibiasの合計となり、ソフトスタート電圧 Vssの上昇が加速される。時刻 T3に、ソフトスタート電圧 Vssが最大電圧 Vmaxより大きくなると、 PWM信号 V pwmは固定デューティとなり、スイッチング電源 100は定常状態となる。図 4において、時刻 T3から T4の期間、帰還電圧 Vfbは平坦に示されている力実際には、図 3〖こ示すように、 Vreflと Vref2の間を変動することになる。

[0047] 時刻 T4に、負荷回路 300のキセノンランプの発光が開始されると、出力コンデンサ Colに蓄えられていた電荷が急激に放電されるため、帰還電圧 Vfbが低下する。時刻 T5に、帰還電圧 Vfbがしきい値電圧 Vthより小さくなると、信号 SSENがハイレべルに切り替わる。信号 SSENの切り替わりによってワンショット回路 204の出力は所定期間 Tdの間、ローレベルとなる。この間、第 1トランジスタ Mlのゲート電圧 Vgはローレベルとなり、第 1トランジスタ Mlがオフし、第 2トランジスタ M2がオンする。充電コンデンサ Cssに蓄えられた電荷は、第 2トランジスタ M2によって放電され、ソフトスタート電圧 Vssは低下する。第 2トランジスタ M2がオンした状態では、ソフトスタート電圧 Vs sは、バイアス電圧 Vbiasに調節される。

[0048] もし、第 2トランジスタ M2、演算増幅器 214を含んで構成されるバイアス回路が設けられず、第 2トランジスタ M2のみの構成とした場合、第 2トランジスタ M2がオンすると、充電コンデンサ Cssに蓄えられた電荷は完全に放電されて、ソフトスタート電圧 Vss は 0V近くまで低下することになる。発振器 18の出力である発振信号 Voscの最小電圧がある程度大きい場合、ソフトスタート電圧 Vssが、その最小電圧に達するまでの間、 PWM信号のデューティ比は 0%となるため、出力電圧 Voutを上昇させることができない。

一方、本実施の形態に係るソフトスタート回路 20においては、ソフトスタート電圧 Vs sは、発振信号 Voscの最小電圧とほぼ等しく設定されたバイアス電圧 Vbiasまで低下し、それ以下には下がらないため、その後、すぐに PWM信号を生成して出力電圧 V outを上昇させることができる。

[0049] その後、時刻 T5から所定期間 Td経過後の時刻 T6にワンショット回路 204の出力がハイレベルとなると、第 1トランジスタ Mlはゲート電圧 Vgはハイレベルとなってオンする。このとき、第 2トランジスタ M2のゲート電圧がローレベルに固定されて第 2トランジスタ M2がオフし、再度、充電コンデンサ Cssの充電が開始され、ソフトスタート電圧 Vssは第 1制限速度で上昇を開始する。

[0050] 時刻 T7に帰還電圧 Vfbがしきい値電圧 Vthより大きくなると、第 2電流源 222がォンし、充電コンデンサ Cssへの充電速度が加速されて、出力電圧 Voutが急速に立ち上げられる。

[0051] 以上のように、本実施の形態に係るソフトスタート回路 20およびスイッチング電源 1 00によれば、出力電圧 Voutの上昇速度を 2段階で切り替えてソフトスタートされる。すなわち、ソフトスタート開始後、出力電圧 Voutが所定のしきい値電圧 Vthより低い範囲にお、ては突入電流が発生しな、ように緩やかに上昇させた後、出力電圧 Vou tがしきい値電圧 Vthを超えると上昇速度を速めて急速に立ち上げることにより、スィツチング電源 100の安定時間の短縮を図ることができる。

[0052] また、ソフトスタート回路 20は、出力電圧 Voutが所定のしきい値電圧より低くなるたびに動作するため、起動時のみでなぐ負荷回路 300の動作開始時や、入力電圧 Vi nの変動時などに出力電圧 Voutが低下した際にも、ソフトスタートを行うことができる

[0053] さらに、本実施の形態に係るソフトスタート回路 20においては、第 2トランジスタ M2 および演算増幅器 214により構成されるバイアス回路によって、ソフトスタート電圧 Vs sが、発振信号 Voscの最小電圧とほぼ等しく設定されたバイアス電圧 Vbias以下には下がらないように制御される。そのため、デューティ比 0%の PWM信号が生成されることがないため、短時間で出力電圧 Voutを上昇させることができる。 [0054] 図 5は、図 1のスイッチング電源 100を備える電子機器 500の構成を示すブロック図である。たとえば、電子機器 500は、カメラを搭載した携帯電話端末であり、電池 510 、通信処理部 512、 DSP (Digital Signal Processor) 514、撮像部 516、発光装置 600を備える。なお、電子機器は、携帯電話端末に限定されるものではなぐ PDA やデジタルカメラなどであってもよ、。

[0055] 電池 510はたとえば、リチウムイオン電池であり、電池電圧 Vbatとして 3〜4V程度の電圧を出力する。 DSP514は、電子機器 500全体を統括的に制御するブロックであり通信処理部 512、撮像部 516、発光装置 600と接続されている。通信処理部 51 2は、アンテナ、高周波回路などを含み、基地局との通信を行うブロックである。

撮像部 516は、 CCD (Charge Coupled Device)や CMOSセンサなどの撮像装置である。

[0056] 発光装置 600は、撮像部 516による撮像の際にフラッシュあるいはストロボ装置として用いられ、スイッチング電源 100、発光素子 612、トリガ回路 614を備える。発光素子 612としてはキセノンチューブなどが好適に用いられる。スイッチング電源 100は、電池 510から供給される電池電圧 Vbatを昇圧し、発光素子 612に 300V程度の駆動電圧（以下、出力電圧ともいう） Voutを供給する。駆動電圧 Voutは、所定のレべルの目標電圧に安定化される。トリガ回路 614は、発光装置 600の発光のタイミングを制御する回路である。発光素子 612は、撮像部 516の撮像と同期して発光する。

[0057] 本実施の形態に係るスイッチング電源 100は、図 5のような発光装置 600に好適に用いることができ、この発光装置 600は、携帯電話端末をはじめとする電子機器に搭載することができる。本実施の形態に係るスイッチング電源 100は、上述のように起動時間が短縮されるため、撮像のタイミングを逸することなく発光素子 612を発光可能とすることができる。

[0058] 上記実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

[0059] 本実施の形態に係るスイッチング電源 100では、スイッチング素子 SW1のスィッチング信号 Vswを固定デューティとし、ドライバ回路 14を間欠的に動作させることにより出力電圧 Voutの安定ィ匕を図っていたが、これには限定されず、出力電圧とその目標電圧の誤差電圧を増幅し、この誤差電圧にもとづいてパルス幅変調を行うことによつて出力電圧の安定化を図ってもょ、。

[0060] 本実施の形態においては、フライバック方式のスイッチングレギユレ一タに本発明に係るソフトスタート技術を適用した場合について説明を行った力フォワード方式のスイツチングレギユレータに適用することも可能である。また、実施の形態においてはトランスを用いた絶縁型のスイッチングレギユレータについて説明した力非絶縁型のスイッチングレギユレータであってもよぐ突入電流や出力電圧の不要な変動を抑えつつ、なるべく速ぐ出力電圧を立ち上げる必要のある電源装置に広く適用することが可能である。

[0061] また、本実施の形態においては、ソフトスタート回路 20において第 1電流源 220および第 2電流源 222の 2つの定電流源をオンオフにより、ソフトスタート電圧 Vssの上昇速度を制御したがこれには限定されない。たとえば、電流源を 1つのみとして、信号 SSENおよび第 2ィネーブル信号 EN2によって生成する電流値が切り替えられるように構成してもよい。

[0062] また、本実施の形態にお!、て、ハイレベル、ローレベルの論理信号の設定は一例であって、インバータなどによって適宜反転させることにより自由に変更することが可能である。

[0063] 本実施の形態に係るスイッチング電源 100の負荷としては、図 5に発光素子が例示される力これに限定されるものではなぐ数十 Vから数百 Vを超える電圧によって動作するさまざまな負荷回路の駆動に好適に利用することができる。

産業上の利用可能性

[0064] 本発明に係るスイッチング電源およびその制御回路によれば、回路の信頼性を損なわずに起動時間を短縮することができる。

Claims

請求の範囲

[1] スイッチング信号を生成し、スイッチング電源のスイッチング素子を制御する制御回路であって、

前記スイッチング電源の出力電圧が所定の基準電圧に達するまでの期間、出力電圧が徐々に上昇するようにスイッチング信号を生成するソフトスタート回路を備え、前記ソフトスタート回路は、前記出力電圧が所定のしきい値電圧より低いとき、第 1 制限速度で出力電圧を上昇させる一方、前記出力電圧が前記しきい値電圧より高いとき、前記第 1制限速度より速く設定される第 2制限速度で出力電圧を上昇させることを特徴とする制御回路。

[2] 前記所定のしきい値電圧は、前記第 2制限速度にて出力電圧を上昇させる際に突入電流が発生しない範囲に設定されることを特徴とする請求項 1に記載の制御回路

[3] 前記ソフトスタート回路は、

一端が接地された充電コンデンサと、

前記充電コンデンサの他端に接続され、前記充電コンデンサに定電流を供給する電流源と、

前記出力電圧を、前記しきい値電圧と比較する電圧比較器と、

を含み、

前記電圧比較器の出力信号に応じて、前記電流源により供給する電流値を変化させ、前記充電コンデンサに現れる電圧にもとづいて前記出力電圧を上昇させることを特徴とする請求項 1に記載の制御回路。

[4] 前記ソフトスタート回路は、前記出力電圧が、所定の第 2しきい値電圧より低くなつてから一定期間アクティブとなり、前記充電コンデンサに現れる電圧を所定の電圧値に固定するノィァス回路をさらに含むことを特徴とする請求項 3に記載の制御回路。

[5] 前記ノィァス回路は、

前記充電コンデンサと並列に接続されるトランジスタと、

前記トランジスタに所定のバイアス電流を供給するバイアス電流源と、

を含んで構成され、前記トランジスタは、前記出力電圧が前記第 2しきい値電圧より低くなつてから、一定期間オンすることを特徴とする請求項 4に記載の制御回路。

[6] 1つの半導体基板上に一体集積化されたことを特徴とする請求項 1から 5のいずれかに記載の制御回路。

[7] 請求項 1から 5のいずれかに記載の制御回路と、

前記制御回路により制御されるスイッチング素子と、

前記スイッチング素子のオンオフにより入力電圧を昇降する出力回路と、を含むことを特徴とするスイッチング電源。

[8] 撮像部と、

前記撮像部による撮像の際に、フラッシュとして発光する発光素子と、

電池の電圧を昇圧して前記発光素子に駆動電圧を供給する請求項 7に記載のスィツチング電源と、

を備えることを特徴とする電子機器。