WO2015107763A1

WO2015107763A1 - スイッチング電源

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Publication number: WO2015107763A1
Application number: PCT/JP2014/080230
Authority: WO
Inventors: 鈴木　慎吾; 榎本　倫人
Original assignee: 矢崎総業株式会社
Priority date: 2014-01-16
Filing date: 2014-11-14
Publication date: 2015-07-23
Also published as: US20160285370A1; JP2015136198A; DE112014006190T5; JP6422214B2; DE112014006190B4; US9667141B2

Abstract

　スイッチング電源は、入力電圧を変換し出力電圧を生成するスイッチング方式の電源回路と、目標電圧（Ｖｔ）と電源回路からの出力電圧（Ｖｏｕｔ）との差電圧に基づいて、電源回路のスイッチング素子を制御し、当該電源回路からの出力電圧を当該目標電圧に収束させるフィードバック制御を実行する制御ＩＣとを備え、制御ＩＣは、電源回路の起動の際に、目標電圧（Ｖｔ）の前回値に規定値（ΔＶｔ）を加算した値に基づいて目標電圧（Ｖｔ）の今回値を設定することを特徴とする。これにより、起動時に出力電圧のオーバーシュートを精度よく抑制することができるスイッチング電源を提供することを目的とする。

Description

スイッチング電源

　本発明は、スイッチング電源に関する。

　従来のスイッチング電源として、例えば、特許文献１には、ソフトスタート回路を備えたスイッチング方式ＤＣ－ＤＣコンバータが開示されている。このソフトスタート回路は、コンバータの出力電圧が設定電圧に到達するまでは、ソフトスタート用コンデンサとソフトスタート用分割抵抗とによる電圧と、出力電圧が設定電圧であるとき出力電圧検出用分割抵抗による電圧と等しくなる基準電圧とを比較し、出力トランジスタのデューティ期間を制御する。

特開２００８－３０１５８１号公報

　ところで、上述のソフトスタート回路を備えたスイッチング方式ＤＣ－ＤＣコンバータは、上記のように構成されることで起動時の出力電圧のオーバーシュートを低減しているが、例えば、より高精度なオーバーシュートの抑制が望まれている。

　本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、起動時に出力電圧のオーバーシュートを精度よく抑制することができるスイッチング電源を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するために、本発明に係るスイッチング電源は、入力電圧を変換し出力電圧を生成するスイッチング方式の電源回路と、目標電圧と前記電源回路からの出力電圧との差電圧に基づいて、前記電源回路のスイッチング素子を制御し、当該電源回路からの出力電圧を当該目標電圧に収束させるフィードバック制御を実行する制御ＩＣとを備え、前記制御ＩＣは、前記電源回路の起動の際に、前記目標電圧の前回値に規定値を加算した値に基づいて前記目標電圧の今回値を設定することを特徴とする。

　また、上記スイッチング電源では、前記制御ＩＣは、前記電源回路の起動の際に、前記出力電圧に前記規定値を加算した値を前記目標電圧の初期値とするものとすることができる。

　また、上記スイッチング電源では、前記制御ＩＣは、前記規定値を可変とするものとすることができる。

　また、上記スイッチング電源では、前記制御ＩＣは、予め設定された最終的な最終目標電圧と前記出力電圧との差電圧が相対的に大きい場合に前記規定値を相対的に大きくし、前記最終目標電圧と前記出力電圧との差電圧が相対的に小さい場合に前記規定値を相対的に小さくするものとすることができる。

　また、上記スイッチング電源では、前記制御ＩＣは、前記目標電圧、又は、前記出力電圧が予め設定された最終的な最終目標電圧となった後に、当該目標電圧を当該最終目標電圧に固定するものとすることができる。

　本発明に係るスイッチング電源は、制御ＩＣの演算によって電源回路の起動制御を行うので、例えば、部品の特性バラツキの影響を抑制することができ、起動時に出力電圧のオーバーシュートを精度よく抑制することができる、という効果を奏する。

図１は、実施形態に係るスイッチング電源の概略構成を表す構成図である。図２は、実施形態に係るスイッチング電源の制御ＩＣの概略構成の一例を表すブロック図である。図３は、実施形態に係るスイッチング電源の制御ＩＣによる起動制御の一例を表すフローチャートである。図４は、実施形態に係るスイッチング電源の制御ＩＣによる起動制御を行った際の出力電圧波形の一例を表す線図である。図５は、変形例に係るスイッチング電源の制御ＩＣによる起動制御を行った際の出力電圧波形の一例を表す線図である。

　以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

［実施形態］
　図１は、実施形態に係るスイッチング電源の概略構成を表す構成図である。図２は、実施形態に係るスイッチング電源の制御ＩＣの概略構成の一例を表すブロック図である。図３は、実施形態に係るスイッチング電源の制御ＩＣによる起動制御の一例を表すフローチャートである。図４は、実施形態に係るスイッチング電源の制御ＩＣによる起動制御を行った際の出力電圧波形の一例を表す線図である。

　図１に示す本実施形態に係るスイッチング電源１は、入力電圧Ｖｉｎを変換し出力電圧Ｖｏｕｔを生成するスイッチング方式の電源回路２と、当該電源回路２のスイッチング素子（トランジスタ２３）を制御する制御ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）３とを備える。このスイッチング電源１は、電源回路２のスイッチング素子のオン（ＯＮ）・オフ（ＯＦＦ）を制御ＩＣ３によって制御することにより、当該電源回路２から安定した直流電圧を生成、出力するものである。

　本実施形態の電源回路２は、電源２１、コンデンサ（Ｃ１）２２、スイッチング素子としてのトランジスタ（Ｑ１）２３、ダイオード（Ｄ１）２４、インダクタ（Ｌ１）２５、コンデンサ（Ｃ２）２６等を含んで構成されるスイッチング方式の降圧型ＤＣ－ＤＣコンバータ回路である。電源２１は、直流電源であり、陰極にＧＮＤ端子が接続され、陽極にコンデンサ２２の一端、及び、トランジスタ２３のドレイン端子が接続される。コンデンサ２２は、平滑化用のコンデンサであり、他端にＧＮＤ端子が接続される。トランジスタ２３は、Ｎチャンネル電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であり、上述のようにドレイン端子に電源２１の陽極が接続されると共に、ソース端子にダイオード２４のカソード、及び、インダクタ２５の一端が接続され、ゲート端子に制御ＩＣ３が接続される。ダイオード２４は、整流用のダイオードであり、アノードにＧＮＤ端子が接続される。インダクタ２５は、他端にコンデンサ２６の一端、及び、負荷デバイス（電力を消費する電気機器）への出力端子（電源回路２の出力端子）が接続される。コンデンサ２６は、平滑化用のコンデンサであり、他端にＧＮＤ端子が接続される。電源回路２は、制御ＩＣ３によってトランジスタ２３のデューティ期間（ＯＮ期間）が制御されることで、電源２１が印加する直流の入力電圧Ｖｉｎを直流の出力電圧Ｖｏｕｔに電圧変換して出力端子から負荷デバイスに出力する。

　制御ＩＣ３は、電源回路２の駆動を制御するものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路を含んで構成される集積回路である。制御ＩＣ３は、ＧＮＤ端子、及び、トランジスタ２３のゲート端子が接続されると共に、電圧検出ライン４を介して電源回路２の出力端子が接続されており、電源回路２からの出力電圧Ｖｏｕｔが入力される。そして、制御ＩＣ３は、目標電圧Ｖｔと電源回路２からの出力電圧Ｖｏｕｔとの差電圧に基づいて、電源回路２のスイッチング素子であるトランジスタ２３を制御し、当該電源回路２からの出力電圧Ｖｏｕｔを当該目標電圧Ｖｔに収束させるフィードバック制御を実行する。制御ＩＣ３は、目標電圧Ｖｔと出力電圧Ｖｏｕｔとの差電圧に基づいてトランジスタ２３の制御量を演算し当該制御量に基づいて当該トランジスタ２３を制御する。

　より詳細には、制御ＩＣ３は、目標電圧Ｖｔと、電圧検出ライン４を介して入力される電源回路２からの出力電圧Ｖｏｕｔとの差電圧を演算する。目標電圧Ｖｔは、フィードバック制御において、出力電圧Ｖｏｕｔの目標となる電圧であり、典型的には、電源回路２に接続される負荷デバイスで要求される電圧等に応じて定まるが、電源回路２の起動時には後述するように可変設定される。そして、制御ＩＣ３は、演算した目標電圧Ｖｔと出力電圧Ｖｏｕｔとの差電圧に基づいて、トランジスタ２３の制御量を演算する。ここで、トランジスタ２３の制御量は、典型的には、スイッチング素子であるトランジスタ２３のオン期間の長さに相当するデューティ期間である。電源回路２の出力電圧Ｖｏｕｔは、当該デューティ期間が相対的に長くなるほど相対的に大きくなり、当該デューティ期間が相対的に短くなるほど相対的に小さくなる。制御ＩＣ３は、いわゆるＰ制御、ＰＩ制御、あるいは、ＰＩＤ制御によって、演算した目標電圧Ｖｔと出力電圧Ｖｏｕｔとの差電圧が小さくなるように（すなわち、出力電圧Ｖｏｕｔが目標電圧Ｖｔに収束するように）トランジスタ２３の制御量であるデューティ期間を演算する。制御ＩＣ３は、例えば、目標電圧Ｖｔと出力電圧Ｖｏｕｔとの差電圧とトランジスタ２３の制御量であるデューティ期間との対応関係を規定した制御量マップ（あるいは数式モデル）等が記憶部に記憶されており、当該制御量マップを用いて目標電圧Ｖｔと出力電圧Ｖｏｕｔとの差電圧から、制御の目標とするデューティ期間を演算する。具体的には、制御ＩＣ３は、目標電圧Ｖｔと出力電圧Ｖｏｕｔとの差電圧が相対的に大きいほどデューティ期間を相対的に長くし、当該差電圧が相対的に小さいほどデューティ期間を相対的に短くする。そして、制御ＩＣ３は、演算したデューティ期間に基づいて、パルス幅変調したＰＷＭ信号（パルス信号）を生成してトランジスタ２３に出力し、出力電圧Ｖｏｕｔが目標電圧Ｖｔに収束するように当該トランジスタ２３をオン・オフ制御する。

　そして、本実施形態の制御ＩＣ３は、電源回路２の起動の際に、上記目標電圧Ｖｔを段階的に増加するように設定することで、当該電源回路２の起動時に出力電圧Ｖｏｕｔのオーバーシュートを精度よく抑制することができるようにしている。

　ここで、電源回路２の起動時とは、典型的には、当該スイッチング電源１に対して電源回路２の起動信号が入力され、あるいは、予め設定された起動条件を満たし、電源回路２の起動が開始した時点から、電源回路２の出力電圧Ｖｏｕｔが予め設定された最終的な最終目標電圧Ｖｆｔに収束する時点までの期間である。上記最終目標電圧Ｖｆｔは、電源回路２に接続される負荷デバイスで要求される電圧に応じて予め固定値として設定され、記憶部に記憶されている。

　具体的には、制御ＩＣ３は、電源回路２の起動の際に、目標電圧Ｖｔの前回値に規定値ΔＶｔを加算した値に基づいて目標電圧Ｖｔの今回値を設定する。ここで、目標電圧Ｖｔの今回値とは、典型的には、現在の制御周期で用いられる目標電圧Ｖｔであるのに対して、目標電圧Ｖｔの前回値とは、現在の制御周期の１つ前の過去の制御周期で用いられた目標電圧Ｖｔである。目標電圧Ｖｔの初期値は、０であってもよいが、例えば、起動開始時点の出力電圧Ｖｏｕｔに規定値ΔＶｔを加算した値を用いることが好ましい。本実施形態の制御ＩＣ３は、電源回路２の起動の際に、出力電圧Ｖｏｕｔに規定値ΔＶｔを加算した値を目標電圧Ｖｔの初期値とする。規定値ΔＶｔは、予め任意に設定される値である。起動時の出力電圧Ｖｏｕｔのオーバーシュートは、トランジスタ２３のオン期間の長さに相当するデューティ期間が相対的に長くなると発生しやすくなる傾向にある。規定値ΔＶｔは、この点を踏まえて、デューティ期間が長くなりすぎてオーバーシュートが発生しないような値として、実験等に基づいて予め設定され、記憶部に記憶されている。ここでは、規定値ΔＶｔは、固定値である。

　そして、本実施形態の制御ＩＣ３は、目標電圧Ｖｔ、又は、出力電圧Ｖｏｕｔが上記最終目標電圧Ｖｆｔとなった後に、当該目標電圧Ｖｔを当該最終目標電圧Ｖｆｔに固定する。言い換えれば、制御ＩＣ３は、電源回路２の起動の際に、出力電圧Ｖｏｕｔが最終目標電圧Ｖｆｔ以下で、かつ、出力電圧Ｖｏｕｔに規定値ΔＶｔを加算した値が最終目標電圧Ｖｆｔ未満である場合に、目標電圧Ｖｔを、出力電圧Ｖｏｕｔに規定値ΔＶｔを加算した値に設定する。

　ここで、図２のブロック図を参照して、本実施形態の制御ＩＣ３の概略構成の一例を説明する。

　制御ＩＣ３は、図２に示すように、機能概念的に、目標電圧演算部３１と、減算部３２と、フィードバック演算部３３と、ＰＷＭ制御部３４とを含んで構成される。

　目標電圧演算部３１は、目標電圧Ｖｔを演算するものである。目標電圧演算部３１は、電源回路２の起動の際には、目標電圧Ｖｔの前回値に規定値ΔＶｔを加算した値に基づいて目標電圧Ｖｔの今回値を設定する。ここでは、目標電圧演算部３１は、目標電圧Ｖｔの初期値を、起動開始の際の出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて設定する。目標電圧演算部３１は、電圧検出ライン４を介して電源回路２からの出力電圧Ｖｏｕｔが入力される。目標電圧演算部３１は、電源回路２の起動開始時点（起動開始直前）の出力電圧Ｖｏｕｔを検出し、当該出力電圧Ｖｏｕｔの状態を確認する。なお、電源回路２の起動開始時点（起動開始直前）の出力電圧Ｖｏｕｔは、０Ｖである場合に限らず、例えば、電源回路２に接続される負荷デバイスの負荷状態の影響で所定の電圧となっている場合もある。ただし、電源回路２の起動開始時点（起動開始直前）の出力電圧Ｖｏｕｔは、典型的には、最終目標電圧Ｖｆｔ未満となっている。そして、目標電圧演算部３１は、電源回路２の起動の際に、起動開始時点での出力電圧Ｖｏｕｔに規定値ΔＶｔを加算した値を目標電圧Ｖｔの初期値とする。そして、目標電圧演算部３１は、目標電圧Ｖｔ、又は、出力電圧Ｖｏｕｔが上記最終目標電圧Ｖｆｔとなった後に、当該目標電圧Ｖｔを当該最終目標電圧Ｖｆｔに固定する。目標電圧演算部３１は、演算、設定した目標電圧Ｖｔを減算部３２に出力する。

　減算部３２は、目標電圧Ｖｔと出力電圧Ｖｏｕｔとの差電圧を演算するものである。減算部３２は、目標電圧演算部３１から目標電圧Ｖｔが入力され、電圧検出ライン４を介して電源回路２からの出力電圧Ｖｏｕｔが入力される。減算部３２は、入力された目標電圧Ｖｔと出力電圧Ｖｏｕｔとの差電圧を演算して、当該演算した差電圧をフィードバック演算部３３に出力する。

　フィードバック演算部３３は、目標電圧Ｖｔと出力電圧Ｖｏｕｔとの差電圧に基づいて、トランジスタ２３の制御量（フィードバック制御量）を演算するものである。フィードバック演算部３３は、減算部３２から目標電圧Ｖｔと出力電圧Ｖｏｕｔとの差電圧が入力される。フィードバック演算部３３は、Ｐ制御、ＰＩ制御、あるいは、ＰＩＤ制御（ここでは一例としてＰＩ制御）によって、入力された目標電圧Ｖｔと出力電圧Ｖｏｕｔとの差電圧に基づいて、当該差電圧が小さくなるようにトランジスタ２３の制御量であるデューティ期間を演算する。フィードバック演算部３３は、演算したデューティ期間に応じた信号をＰＷＭ制御部３４に出力する。

　ＰＷＭ制御部３４は、トランジスタ２３の制御量であるデューティ期間に応じて実際にトランジスタ２３をオン・オフ制御するものである。ＰＷＭ制御部３４は、フィードバック演算部３３からトランジスタ２３の制御量であるデューティ期間に応じた信号が入力される。ＰＷＭ制御部３４は、入力されたデューティ期間に応じた信号に基づいて、パルス幅変調したＰＷＭ信号を生成してトランジスタ２３に出力し、出力電圧Ｖｏｕｔが目標電圧Ｖｔに収束するように当該トランジスタ２３をオン・オフ制御する。

　次に、図３のフローチャートを参照して制御ＩＣ３による電源回路２の起動制御の一例を説明する。なお、これらの制御ルーチンは、数ｍｓないし数十ｍｓ毎の制御周期（クロック単位）で繰り返し実行される。　

　まず、制御ＩＣ３の目標電圧演算部３１は、電源回路２の起動信号が入力され、あるいは、予め設定された起動条件を満たし、電源回路２の起動が開始されると、今回の制御周期が起動時の初回の制御周期であるか否か、言い換えれば、初回の目標電圧設定であるか否かを判定する（ステップＳＴ１）。目標電圧演算部３１は、初回でないと判定した場合（ステップＳＴ１：Ｎｏ）、ステップＳＴ２、ステップＳＴ３をとばしてステップＳＴ４の処理に移行する。

　目標電圧演算部３１は、初回であると判定した場合（ステップＳＴ１：Ｙｅｓ）、現時点での出力電圧Ｖｏｕｔを検出する（ステップＳＴ２）。

　次に、目標電圧演算部３１は、ステップＳＴ２で検出した現時点での出力電圧Ｖｏｕｔを暫定的に目標電圧Ｖｔとする（ステップＳＴ３）。

　次に、目標電圧演算部３１は、ソフトスタート制御、すなわち、電源回路２の起動の際に、目標電圧Ｖｔを段階的に増加するように設定する制御を実施するか否かを判定する（ステップＳＴ４）。目標電圧演算部３１は、例えば、スイッチング電源１全体の作動状態や電源回路２に接続される負荷デバイスの負荷状態等に応じてソフトスタート制御の要否を判定すればよいが、ここでは基本的にはソフトスタート制御要として判定される。

　目標電圧演算部３１は、ソフトスタート制御を実施すると判定した場合（ステップＳＴ４：Ｙｅｓ）、現時点での出力電圧Ｖｏｕｔが予め設定された最終目標電圧Ｖｆｔ以下であるか否かを判定する（ステップＳＴ５）。

　目標電圧演算部３１は、現時点での出力電圧Ｖｏｕｔが最終目標電圧Ｖｆｔ以下であると判定した場合（ステップＳＴ５：Ｙｅｓ）、現在の目標電圧Ｖｔに予め設定された規定値ΔＶｔを加算した値を演算し、これを一旦、目標電圧Ｖｔの今回値とする（ステップＳＴ６）。この場合、目標電圧演算部３１は、現在の制御周期が起動時の初回の制御周期である場合には、ステップＳＴ３で暫定的に目標電圧Ｖｔを出力電圧Ｖｏｕｔとしているので、結果的に、目標電圧Ｖｔの初期値は、出力電圧Ｖｏｕｔに規定値ΔＶｔを加算した値となる。そして、初回以降の目標電圧Ｖｔは、目標電圧Ｖｔの前回値に規定値ΔＶｔを加算した値となる。

　次に、目標電圧演算部３１は、ステップＳＴ６で演算した目標電圧Ｖｔが最終目標電圧Ｖｆｔ未満であるか否かを判定する（ステップＳＴ７）。

　制御ＩＣ３は、目標電圧演算部３１によってステップＳＴ６で演算した目標電圧Ｖｔが最終目標電圧Ｖｆｔ未満であると判定した場合（ステップＳＴ７：Ｙｅｓ）、現在設定されている目標電圧Ｖｔ、ここでは、目標電圧Ｖｔの前回値に規定値ΔＶｔを加算した値（初回の場合には出力電圧Ｖｏｕｔに規定値ΔＶｔを加算した値）に基づいて、トランジスタ２３のＰＩ制御を実行し（ステップＳＴ８）、現在の制御周期を終了し、次回の制御周期に移行する。この場合、制御ＩＣ３の減算部３２は、現在設定されている目標電圧Ｖｔと出力電圧Ｖｏｕｔとの差電圧を演算する。制御ＩＣ３のフィードバック演算部３３は、当該差電圧に基づいてトランジスタ２３の制御量であるデューティ期間を演算する。制御ＩＣ３のＰＷＭ制御部３４は、当該デューティ期間に基づいてパルス幅変調したＰＷＭ信号をトランジスタ２３に出力し当該トランジスタ２３をオン・オフ制御する。

　目標電圧演算部３１は、ステップＳＴ４にてソフトスタート制御を実施しないと判定した場合（ステップＳＴ４：Ｎｏ）、ステップＳＴ５にて現時点での出力電圧Ｖｏｕｔが最終目標電圧Ｖｆｔより大きいと判定した場合（ステップＳＴ５：Ｎｏ）、ステップＳＴ７にてステップＳＴ６で演算した目標電圧Ｖｔが最終目標電圧Ｖｆｔ以上であると判定した場合（ステップＳＴ７：Ｎｏ）、目標電圧Ｖｔを最終目標電圧Ｖｆｔに固定し（ステップＳＴ９）、ステップＳＴ８の処理に移行する。この場合、制御ＩＣ３は、現在設定されている目標電圧Ｖｔ、ここでは、最終目標電圧Ｖｆｔに基づいて、トランジスタ２３のＰＩ制御を実行する。

　図４は、制御ＩＣ３によって上記のような起動制御が実行された際の出力電圧波形の一例を表している。図４は、横軸を制御周期単位の時間軸（Ｔｉｍｅ[ＳＴＥＰ]）、縦軸を電圧（Ｖｏｌｔａｇｅ[Ｖ]）としている。

　上記のように構成されるスイッチング電源１は、図４に示すように、電源回路２の起動時に、制御ＩＣ３によって目標電圧Ｖｔが制御周期毎に段階的に増加するように設定される。本実施形態のスイッチング電源１は、電源回路２の起動の際には、制御ＩＣ３によって、目標電圧Ｖｔの前回値に規定値ΔＶｔを加算した値が目標電圧Ｖｔの今回値に設定される。これにより、スイッチング電源１は、電源回路２の起動の際に、目標電圧Ｖｔと出力電圧Ｖｏｕｔとの差電圧が極端に大きくなることを抑制することができる。この結果、スイッチング電源１は、電源回路２の起動の際にトランジスタ２３に要求されるデューティ期間を相対的に短くすることができる。したがって、スイッチング電源１は、電源回路２の起動の際に目標電圧Ｖｔに対して出力電圧Ｖｏｕｔが極端に大きくなってしまう現象、すなわち、オーバーシュートが発生することを抑制することができる。そして、スイッチング電源１は、目標電圧Ｖｔが最終目標電圧Ｖｆｔで固定された後、時点ｔ１１にて出力電圧Ｖｏｕｔが目標電圧Ｖｔに収束すると電源回路２の起動が完了し、安定した出力電圧Ｖｏｕｔを出力することができる。

　そして、本実施形態のスイッチング電源１は、電源回路２の起動の際の目標電圧Ｖｔの今回値を、目標電圧Ｖｔの前回値に規定値ΔＶｔを加算した値とすることで、例えば、電源回路２に接続される負荷デバイスの負荷が急増するなどして、出力電圧Ｖｏｕｔが一時的に低下したような場合であっても、当該出力電圧Ｖｏｕｔの変動にかかわらず、目標電圧Ｖｔの単位時間当たりの増加量を一定とすることができる。この結果、スイッチング電源１は、電源回路２の起動を開始した時点から、電源回路２の出力電圧Ｖｏｕｔが目標電圧Ｖｔ（＝最終目標電圧Ｖｆｔ）に収束する時点ｔ１１までの期間である電源回路２の起動期間Ｔ１をほぼ一定にすることができ、起動開始から起動完了までの時間にバラツキが生じることを抑制することができる。なお、目標電圧Ｖｔ’は、上述の従来技術に係る目標電圧（基準電圧）に相当し、この場合、起動期間Ｔ１’にバラツキが生じ、この結果、予め設定された所望の起動時間を超過してしまうおそれがある（時点ｔ１２参照）が、本実施形態のスイッチング電源１では、上記のように起動期間Ｔ１をほぼ一定にすることができるので、起動時間の超過等を抑制することができる。また、スイッチング電源１は、電源回路２に接続される負荷デバイスの負荷が極端に大きくなった場合でも適正に起動することができる。

　また、スイッチング電源１は、起動初期においては、現在の出力電圧Ｖｏｕｔを基準として、規定値ΔＶｔを加算した値を目標電圧Ｖｔの初期値に設定することができるので、起動初期における目標電圧Ｖｔ、及び、出力電圧Ｖｏｕｔの立ち上がりを向上することができる。

　そして、本実施形態のスイッチング電源１は、上記のようにして、制御ＩＣ３の演算によってトランジスタ２３に要求するデューティ期間を制御し、電源回路２の起動制御を行うので、例えば、アナログ回路によって同様の機能を実現するような場合と比較して、部品の特性バラツキの影響を抑制することができ、これにより、電源回路２の起動時に出力電圧Ｖｏｕｔのオーバーシュートを精度よく抑制することができる。また、スイッチング電源１は、例えば、アナログ回路によって同様の機能を実現するような場合と比較して、構成部品点数を抑制することができるので、部品搭載面積を削減し装置を小型化することができる。

　以上で説明したスイッチング電源１によれば、入力電圧Ｖｉｎを変換し出力電圧Ｖｏｕｔを生成するスイッチング方式の電源回路２と、目標電圧Ｖｔと電源回路２からの出力電圧Ｖｏｕｔとの差電圧に基づいて、電源回路２のトランジスタ２３を制御し、当該電源回路２からの出力電圧Ｖｏｕｔを当該目標電圧Ｖｔに収束させるフィードバック制御を実行する制御ＩＣ３とを備える。制御ＩＣ３は、電源回路２の起動の際に、目標電圧Ｖｔの前回値に規定値ΔＶｔを加算した値に基づいて目標電圧Ｖｔの今回値を設定する。したがって、スイッチング電源１は、制御ＩＣ３の演算によって電源回路２の起動制御を行うので、部品の特性バラツキの影響を抑制することができ、電源回路２の起動時に出力電圧Ｖｏｕｔのオーバーシュートを精度よく抑制することができる。この結果、スイッチング電源１は、信頼性を向上することができる。また、スイッチング電源１は、目標電圧Ｖｔの前回値に規定値ΔＶｔを加算した値に基づいて目標電圧Ｖｔの今回値を設定することから、電源回路２の起動時間を安定化することができるので、起動性能を一定にすることができ、また、電源回路２に接続される負荷デバイスの負荷が極端に大きくなった場合でも適正に起動することができる。

　さらに、以上で説明したスイッチング電源１によれば、制御ＩＣ３は、電源回路２の起動の際に、出力電圧Ｖｏｕｔに規定値ΔＶｔを加算した値を目標電圧Ｖｔの初期値とする。したがって、スイッチング電源１は、起動初期における目標電圧Ｖｔ、及び、出力電圧Ｖｏｕｔの立ち上がりを向上し電源回路２を素早く起動することができる。

　さらに、以上で説明したスイッチング電源１によれば、制御ＩＣ３は、目標電圧Ｖｔ、又は、出力電圧Ｖｏｕｔが予め設定された最終的な最終目標電圧Ｖｆｔとなった後に、当該目標電圧Ｖｔを当該最終目標電圧Ｖｆｔに固定する。したがって、スイッチング電源１は、出力電圧Ｖｏｕｔが目標電圧Ｖｔ（最終目標電圧Ｖｆｔ）に収束した後は、安定した出力電圧Ｖｏｕｔを出力することができる。また、スイッチング電源１は、例えば、最終目標電圧Ｖｆｔとの関係で、目標電圧Ｖｔの前回値と規定値ΔＶｔとの和で規定される目標電圧Ｖｔの今回値がちょうど最終目標電圧Ｖｆｔと一致するような大きさに当該規定値ΔＶｔが設定されておらず、目標電圧Ｖｔの前回値と規定値ΔＶｔとの和で規定される目標電圧Ｖｔが最終目標電圧Ｖｆｔを超えてしまうような場合であっても、目標電圧Ｖｔが最終目標電圧Ｖｆｔを超えようとした場合に、当該目標電圧Ｖｔを当該最終目標電圧Ｖｆｔに固定することができる。この点でも、スイッチング電源１は、確実に安定した出力電圧Ｖｏｕｔを出力することができる。

　なお、上述した本発明の実施形態に係るスイッチング電源は、上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。

　以上の説明では、制御ＩＣ３は、規定値ΔＶｔを固定値であるものとして説明したが、規定値ΔＶｔを可変としてもよい。制御ＩＣ３は、例えば、スイッチング電源１の外部環境や電源回路２に接続される負荷デバイスの負荷状況等に基づいて規定値ΔＶｔを変更してもよい。また、制御ＩＣ３は、例えば、この規定値ΔＶｔを適宜変更することで電源回路２の起動時間を任意に設定することもできる。つまり、制御ＩＣ３は、所望の起動時間に応じて規定値ΔＶｔを任意に設定することで、当該起動時間を任意に設定することができる。言い換えれば、このスイッチング電源１は、ソフトウェア的に規定値ΔＶｔを変更することで、簡単に電源回路２の起動時間を所望の時間に変更することができるので、製造コストも抑制できる。

　図５は、変形例に係るスイッチング電源の制御ＩＣによる起動制御を行った際の出力電圧波形の一例を表す線図である。

　本変形例に係るスイッチング電源１の制御ＩＣ３は、一例として、最終目標電圧Ｖｆｔと出力電圧Ｖｏｕｔとの差電圧に基づいて、規定値ΔＶｔを演算、設定する。本変形例に係る制御ＩＣ３の目標電圧演算部３１は、図５に示すように、最終目標電圧Ｖｆｔと出力電圧Ｖｏｕｔとの差電圧が相対的に大きい場合に規定値ΔＶｔを相対的に大きくし、当該差電圧が相対的に小さい場合に規定値ΔＶｔを相対的に小さくする。ここでは、目標電圧演算部３１は、最終目標電圧Ｖｆｔと出力電圧Ｖｏｕｔとの差電圧が相対的に小さくなる起動完了直前の規定値ΔＶｔ２を、当該差電圧が相対的に大きい起動初期の規定値ΔＶｔ１より小さな値に設定する。この場合、目標電圧演算部３１は、規定値ΔＶｔ１から規定値ΔＶｔ２までの間の期間における規定値ΔＶｔについては、最終目標電圧Ｖｆｔと出力電圧Ｖｏｕｔとの差電圧に基づいて段階的に小さくしていくようにすればよい。

　この場合、スイッチング電源１は、例えば、起動完了までに要する制御周期回数[ＳＴＥＰ]を一定とした上で、規定値ΔＶｔを上記のように可変とすることで、起動時間を一定とした上で、目標電圧Ｖｔ、及び、出力電圧Ｖｏｕｔの立ち上がり方を変更することができる。上記の場合、変形例に係るスイッチング電源１は、起動初期の規定値ΔＶｔ（ΔＶｔ１）をオーバーシュートが起こらない範囲で相対的に大きくする一方、起動完了直前の規定値ΔＶｔ（ΔＶｔ２）を相対的に小さくすることができるので、出力電圧Ｖｏｕｔの立ち上がりを向上させつつ、オーバーシュートを確実に抑制することができる。なお、スイッチング電源１は、起動完了までに要する制御周期回数[ＳＴＥＰ]を変えて、言い換えれば、起動時間を変えた上で、上記のような規定値ΔＶｔの可変設定を行うこともできる。

　なお、以上の説明では、電源回路２は、スイッチング方式の降圧型ＤＣ－ＤＣコンバータ回路であるものとして説明したが、これに限らず、例えば、スイッチング方式の昇圧型ＤＣ－ＤＣコンバータ回路であってもよいし、スイッチング素子を備えた他の回路であってもよい。また、電源回路２は、直流電源である電源２１を含んで構成されるものとして説明したが、これに限らず、当該電源２１にかえて、他の電源回路等から入力電圧Ｖｉｎが供給される入力端子を含んで構成されるものであってもよく、例えば、ＡＣ－ＤＣコンバータ回路の一部に組み込まれるものであってもよい。

　また、このスイッチング電源１は、規定値ΔＶｔ以外にも、例えば、最終目標電圧Ｖｆｔ、目標電圧Ｖｔと出力電圧Ｖｏｕｔとの差電圧とトランジスタ２３の制御量であるデューティ期間との対応関係を規定した制御量マップ、Ｐ制御、ＰＩ制御、あるいは、ＰＩＤ制御等で用いられるフィードバックゲイン、電流・電圧の変化特性等をソフトウェア的に変更することも可能であり、これにより、簡単に微調整を行うことができる。

１　　スイッチング電源
２　　電源回路
３　　制御ＩＣ
２３　　トランジスタ（スイッチング素子）
３１　　目標電圧演算部
３２　　減算部
３３　　フィードバック演算部
３４　　ＰＷＭ制御部
Ｖｆｔ　　最終目標電圧
Ｖｉｎ　　入力電圧
Ｖｏｕｔ　　出力電圧
Ｖｔ　　目標電圧
ΔＶｔ　　規定値

Claims

　入力電圧を変換し出力電圧を生成するスイッチング方式の電源回路と、
　目標電圧と前記電源回路からの出力電圧との差電圧に基づいて、前記電源回路のスイッチング素子を制御し、当該電源回路からの出力電圧を当該目標電圧に収束させるフィードバック制御を実行する制御ＩＣとを備え、
　前記制御ＩＣは、前記電源回路の起動の際に、前記目標電圧の前回値に規定値を加算した値に基づいて前記目標電圧の今回値を設定することを特徴とする、
　スイッチング電源。
　前記制御ＩＣは、前記電源回路の起動の際に、前記出力電圧に前記規定値を加算した値を前記目標電圧の初期値とする、
　請求項１に記載のスイッチング電源。
　前記制御ＩＣは、前記規定値を可変とする、
　請求項１又は請求項２に記載のスイッチング電源。
　前記制御ＩＣは、予め設定された最終的な最終目標電圧と前記出力電圧との差電圧が相対的に大きい場合に前記規定値を相対的に大きくし、前記最終目標電圧と前記出力電圧との差電圧が相対的に小さい場合に前記規定値を相対的に小さくする、
　請求項３に記載のスイッチング電源。
　前記制御ＩＣは、前記目標電圧、又は、前記出力電圧が予め設定された最終的な最終目標電圧となった後に、当該目標電圧を当該最終目標電圧に固定する、
　請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のスイッチング電源。