(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング制御信号に基づいてスイッチングして、入力電源電圧をより高い出力電源電圧に変換して出力するスイッチング電源部と、
起動時に緩やかに増加するソフトスタート電圧を発生するソフトスタート部と、
前記出力電源電圧と設定電圧とを比較する比較部と、
前記ソフトスタート電圧と前記出力電源電圧を帰還した帰還電圧とを比較し、前記ソフトスタート電圧が小さいときにパルス信号を発生させず且つ前記ソフトスタート電圧が大きいときにパルス信号を発生させてＰＦＭ（パルス周波数変調）制御を行う低電圧回路部と、
基準電圧と前記ソフトスタート電圧の大きさに応じてそのいずれか一方の電圧と前記帰還電圧とを比較して誤差信号を発生し、この誤差信号と三角波信号との比較によってＰＷＭ（パルス幅変調）制御信号を発生する高電圧回路部と、を有し、
前記比較部の比較出力により、前記出力電源電圧が前記設定電圧より小さいときは、前記パルス信号を前記スイッチング制御信号として出力し、前記出力電源電圧が前記設定電圧より大きいときは、前記ＰＷＭ制御信号を前記スイッチング制御信号として出力することを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記低電圧回路部は、前記ソフトスタート電圧が前記帰還電圧より大きいとき比較出力を発生する比較器と、該比較器の比較出力が発生されているときに前記パルス信号を発生するパルス発生器と、前記比較部の比較出力により駆動され、前記パルス信号を前記スイッチング制御信号として出力する第１ドライバを含み、
前記高電圧回路部は、前記基準電圧と前記ソフトスタート電圧の大きさに応じてそのいずれか一方の電圧と前記帰還電圧とを比較して誤差信号を発生し、該誤差信号を帰還素子を介して前記帰還電圧に帰還する誤差増幅器と、前記三角波信号を発生する三角波信号発振器と、前記誤差信号と前記三角波信号との比較によってＰＷＭ制御信号を発生するＰＷＭ比較器と、前記比較部の比較出力により駆動され、前記ＰＷＭ制御信号を前記スイッチング制御信号として出力する第２ドライバを含むことを特徴とする、請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
スイッチング制御信号に基づいてスイッチングして、入力電源電圧をより高い出力電源電圧に変換して出力するスイッチング電源部を制御するためのコントローラＩＣであって、
起動時に緩やかに増加するソフトスタート電圧を発生させるためのソフトスタート回路と、
前記出力電源電圧と設定電圧とを比較する比較部と、
前記ソフトスタート電圧と前記出力電源電圧を帰還した帰還電圧とを比較し、前記ソフトスタート電圧が小さいときにパルス信号を発生させず且つ前記ソフトスタート電圧Ｖｓｓが大きいときにパルス信号を発生させてＰＦＭ制御を行う低電圧回路部と、
基準電圧と前記ソフトスタート電圧の大きさに応じてそのいずれか一方の電圧と前記帰還電圧とを比較して誤差信号を発生し、この誤差信号と三角波信号との比較によってＰＷＭ制御信号を発生する高電圧回路部と、を有し、
前記比較部の比較出力により、前記出力電源電圧が前記設定電圧より小さいときは、前記パルス信号を前記スイッチング制御信号として出力し、前記出力電源電圧が前記設定電圧より大きいときは、前記ＰＷＭ制御信号を前記スイッチング制御信号として出力することを特徴とするコントローラＩＣ。
【請求項４】
前記低電圧回路部は、前記ソフトスタート電圧が前記帰還電圧より大きいとき比較出力を発生する比較器と、該比較器の比較出力が発生されているときに前記パルス信号を発生するパルス発生器と、前記比較部の比較出力により駆動され、前記パルス信号を前記スイッチング制御信号として出力する第１ドライバを含み、
前記高電圧回路部は、前記基準電圧と前記ソフトスタート電圧の大きさに応じてそのいずれか一方の電圧と前記帰還電圧とを比較して誤差信号を発生し、該誤差信号を帰還素子を介して前記帰還電圧に帰還する誤差増幅器と、前記三角波信号を発生する三角波信号発振器と、前記誤差信号と前記三角波信号との比較によってＰＷＭ制御信号を発生するＰＷＭ比較器と、前記比較部の比較出力により駆動され、前記ＰＷＭ制御信号を前記スイッチング制御信号として出力する第２ドライバを含む、ことを特徴とする、請求項３に記載のコントローラＩＣ。
【請求項５】
前記ソフトスタート回路と協働して前記ソフトスタート電圧を発生させるための外付けコンデンサを接続する外部端子を備えていることを特徴とする、請求項３または４に記載のコントローラＩＣ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力電圧をスイッチングして、電圧の異なる出力電圧を発生させるスイッチング電源装置及びそのためのコントローラＩＣに関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話、ディジタルカメラ、ＰＤＡ、パソコンなどでは電池などの低い電源電圧から、より高い直流電圧を必要とすることが多い。この高い直流電圧は、スイッチング電源装置により得ることになるが、低い電源電圧で、ＰＷＭ制御などの制御動作を全て行わせることは、実際の装置においては困難であることが多い。そこで、１．０〜１．５ｖ程度の低い電圧でも動作することができる低電圧動作ブロックを設け、起動時に、まず、低電圧動作ブロックにて、電池電圧をＰＷＭ制御などを行う他の通常の動作ブロックが動作できる電圧まで昇圧して、その後通常のＰＷＭ制御動作に移行するように構成したものが知られている（特許文献１を参照）。
【０００３】
図３は、そのような従来のものを実使用に合わせて一部改変した、スイッチング電源装置２００の構成を示す図であり、低い電源電圧から、より高い直流電圧を得るものである。図４は、図３の起動時の特性を模式的に示す図である。
【０００４】
図３において、直流電源である電池ＢＡＴは、例えばニッケル水素電池２セルを用いており、その電圧Ｖｂａｔは１．５ｖ程度である。電圧Ｖｂａｔが、コイルＬｏを介して、ＮＰＮトランジスタであるスイッチングトランジスタＱｏを介して、接地されている。トランジスタＱｏがスイッチング制御信号Ｓｏｕｔによりオンオフスイッチングされ、そのコレクタ電圧が整流用ダイオードＤｏ及び平滑用コンデンサＣｏにより整流・平滑されて、出力電圧Ｖｏ（例えば、定常時に、５．０Ｖ）が出力される。
【０００５】
トランジスタＱｏへの制御信号Ｓｏｕｔは、コントローラＩＣ２０により生成され、出力される。一般的に行われる制御方法は、出力電圧Ｖｏを帰還し、出力電圧Ｖｏと基準電圧とを比較して誤差信号を得、この誤差信号を三角波信号と比較して得られるパルス幅変調（ＰＷＭ）信号により、トランジスタＱｏをスイッチング制御する、電圧制御方法が用いられる。
【０００６】
しかし、１．５ｖ程度の低い電圧で、ＰＷＭ制御などの制御動作を全て行わせることは、実際の装置においては困難であることが多い。そこで、図３では、低い電圧（例えば、１．５ｖ）でも動作することができる低電圧動作ブロックＬＶＢを設ける。そして、起動時に、まず、低電圧動作ブロックＬＶＢにて、電池電圧ＶｂａｔをＰＷＭ制御などを行う他の通常の高電圧動作ブロックＨＶＢが動作できる電圧（例えば、２．５ｖ）まで昇圧して、その後通常のＰＷＭ制御動作に移行するように構成されている。
【０００７】
このコントローラＩＣ２０の構成について、さらに説明する。コントローラＩＣ２０には電池電圧端子Ｐｂａｔに電池電圧Ｖｂａｔが入力され、低電圧で動作する各回路に給電される。また、コントローラＩＣ２０には、出力電圧Ｖｏが出力電圧端子Ｐｖｏを介して直接入力され、比較器ＣＰ０の比較入力となるとともに、高電圧を必要とする各回路に給電される。さらに、出力電圧Ｖｏが分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧された帰還電圧Ｖｆｂが帰還電圧端子Ｐｆｂに入力される。
【０００８】
通常時に動作する高電圧動作ブロックＨＶＢは、第２基準電圧Ｖｒｅｆ２に対する帰還電圧Ｖｆｂの誤差を出力し、その誤差出力信号ＥＯを誤差出力端子Ｐｅｏからフィードバック用コンデンサＣ１と抵抗Ｒ３を介して帰還電圧端子Ｐｆｂに帰還する誤差増幅器Ｅａｍｐと、三角波信号発振器ＯＳＣ２と、その発振器ＯＳＣ２からの三角波信号ＣＴ、誤差出力信号ＥＯ、ＤＴＣ（Dead Time Control）電圧となるソフトスタート電圧（以下、ＳＳ電圧）Ｖｓｓが入力されるＰＷＭ比較器ＣＰ２と、ＰＷＭ比較器ＣＰ２の出力を増幅して第２制御信号出力端子Ｐｏｕｔ２から制御信号Ｓｏｕｔとして出力する第２ドライバＤＲ２を有している。
【０００９】
ＰＷＭ比較器ＣＰ２は、誤差出力信号ＥＯとＳＳ電圧Ｖｓｓの値が小さい方の信号と、三角波信号ＣＴとが比較される。また、第２ドライバＤＲ２は、動作指令（この場合、低（Ｌ）レベル）が与えられているときに動作する。この高電圧動作ブロックＨＶＢは、出力電圧Ｖｏが電池電圧Ｖｂａｔやそれより少し高い電圧では、十分に動作することができない。結果的に、第２基準電圧Ｖｒｅｆ２とＳＳ電圧Ｖｓｓの値が小さい方の信号が、高電圧動作ブロックＨＶＢの制御基準電圧になる。
【００１０】
起動時に動作する低電圧動作ブロックＬＶＢは、電池電圧Ｖｂａｔが給電されたときに発振動作を開始して、方形波パルスを発生する発振器ＯＳＣ１と、発振器ＯＳＣ１からの発生パルスを増幅して第１制御信号出力端子Ｐｏｕｔ１から制御信号Ｓｏｕｔとして出力する第１ドライバＤＲ１を有している。第１ドライバＤＲ１は、動作指令（この場合、高（Ｈ）レベル）が与えられているときに動作する。この低電圧動作ブロックＬＶＢは、出力電圧Ｖｏに関係なく、電池電圧Ｖｂａｔで十分に動作する。
【００１１】
比較器ＣＰ０は、出力電圧Ｖｏを第１基準電圧Ｖｒｅｆ１と比較し、その比較結果としてＨレベルあるいはＬレベルの出力を発生する。この第１基準電圧Ｖｒｅｆ１は、高電圧動作ブロックＨＶＢの各回路が十分に動作できる高さの電圧に設定されており、したがって、出力電圧Ｖｏが第１基準電圧Ｖｒｅｆ１を上回った時点で第２ドライバＤＲ２の動作を開始し、第１ドライバＤＲ１の動作を停止する。比較器ＣＰ０には、比較動作を安定させるために、ヒステリシス特性を持たせている。
【００１２】
また、ソフトスタートブロックＳＳＢは、ソフトスタート回路ＳＳＣとソフトスタート用コンデンサＣｓｓとソフトスタート用起動スイッチＱ２とから構成されている。ソフトスタート回路ＳＳＣがソフトスタート端子Ｐｓｓを介して外付けのコンデンサＣｓｓと直列に接続されており、その接続点がＮＭＯＳトランジスタであるソフトスタート用起動スイッチＱ２を介して接地されている。ソフトスタート回路ＳＳＣは、ＤＴＣ電圧となるＳＳ電圧を発生するために、電源電圧を抵抗で分圧して出力する抵抗分圧回路により構成されている。この起動スイッチＱ２のゲートに比較器ＣＰ０の出力ＨレベルあるいはＬレベルが印加される。
【００１３】
このように構成されるスイッチング電源装置２００の動作、特に起動時の動作について、図４をも参照して説明する。
【００１４】
時点ｔ１において、発振器ＯＳＣ１が発振動作を始めると、スイッチング電源装置２００としての動作が開始される。開始した直後においては、出力電圧Ｖｏは電池電圧Ｖｂａｔであり、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１より低い（Ｖｏ＜Ｖｒｅｆ１）から、比較器ＣＰ０の出力は、Ｈレベルにある。このため、第２ドライバＤＲ２は不動作、起動スイッチＱ２はオンであり、第１ドライバＤＲ１は動作状態にある。低電圧動作ブロックＬＶＢの各回路は、低い電圧である電池電圧Ｖｂａｔでも動作するので、発振器ＯＳＣ１は予め定められた一定周波数の方形波パルスを出力する。この方形波パルスは、第１ドライバＤＲ１で増幅され、制御信号出力端子Ｐｏｕｔ１を介して制御信号Ｓｏｕｔとなり、スイッチングトランジスタＱｏをオン・オフ制御する。
【００１５】
スイッチングトランジスタＱｏがオン・オフされることにより、コイルＬｏへのエネルギーの蓄積及びその放出動作によって、図４のように、出力電圧Ｖｏが徐々に上昇する。
【００１６】
出力電圧Ｖｏが上昇して、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１を越えた時点ｔ２において、比較器ＣＰ０の出力はＬレベルに反転する。これにより、第１ドライバＤＲ１は動作状態から不動作状態になり、第２ドライバＤＲ２は不動作状態から動作状態になる。また、起動スイッチＱ２はオフされ、コンデンサＣｓｓへの充電が開始され、ＰＷＭ制御のソフトスタート動作が始まる。
【００１７】
この時点ｔ２における出力電圧Ｖｏは第１基準電圧Ｖｒｅｆ１であり、高電圧動作ブロックＨＶＢの各回路が十分に動作可能な電圧である。しかし、時点ｔ２からソフトスタート動作が始まるから、ＳＳ電圧Ｖｓｓが三角波信号ＣＴと比較可能な大きさになるまで、制御信号Ｓｏｕｔは出力されない。したがって、コンデンサＣｏに新たな電荷の充電は行われず、出力電圧Ｖｏは上昇することができない。この期間が、図中にαにて示されている。その後、ＳＳ電圧Ｖｓｓの上昇につれて、ＳＳ電圧Ｖｓｓを基準としたＰＷＭ制御が行われて出力電圧Ｖｏが上昇していく。
【００１８】
時点ｔ１以後、帰還電圧Ｖｆｂは第２基準電圧Ｖｒｅｆ２よりも小さいから、誤差出力信号ＥＯはずっと高い値にある。ＰＷＭ比較器ＣＰ２では、誤差出力信号ＥＯとＳＳ電圧Ｖｓｓとの低い方の電圧が三角波信号ＣＴと比較されている。出力電圧Ｖｏが上昇し帰還電圧Ｖｆｂが第２基準電圧Ｖｒｅｆ２に近づくことにより誤差出力信号ＥＯが低下し、上昇を続けるＳＳ電圧Ｖｓｓと等しくなった時点ｔ３で、ＰＷＭ制御の制御基準がＳＳ電圧Ｖｓｓから誤差出力信号ＥＯに移る。これにより、通常の帰還制御が行われ、帰還電圧Ｖｆｂが第２基準電圧Ｖｒｅｆ２に等しくなるように、出力電圧ＶｏがＰＷＭ制御される。
【００１９】
【特許文献１】
特開平８−１８６９８０号公報
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
従来のスイッチング電源装置では、図４の時点ｔ２で、低電圧動作ブロックＬＶＢ動作から高電圧動作ブロックＨＶＢ動作に切り替えたときに、発振動作が停止する期間と、必要なパルス幅に比べて小さいパルス幅しか得られない期間とが発生してしまうために、負荷条件によっては、起動不良が発生する恐れがある。即ち、図４の期間α及びそれに続くＰＷＭによるパルス幅の小さい期間において、出力電圧Ｖｏが負荷に供給されるとコンデンサＣｏの電荷が負荷に供給される結果、出力電圧Ｖｏが低下する。
【００２１】
この出力電圧Ｖｏの低下によって、もし、出力電圧Ｖｏが比較器ＣＰ０のヒステリシス幅を越えて第１基準電圧Ｖｒｅｆ１よりも小さくなると、比較器ＣＰ０の出力は再びＨレベルとなり、起動スイッチＱ２をオンする。これにより充電され掛けていたコンデンサＣｓｓの電荷は放電され、低電圧動作ブロックＬＶＢの動作による出力電圧Ｖｏの回復を待って、再度切り替え動作とソフトスタートを始めることになる。この動作が繰り返される場合には、起動不良となってしまう。
【００２２】
このような事態を避けるために、仮に、ＰＷＭ制御のソフトスタートを外した場合には、低電圧動作ブロックＬＶＢによる制御から高電圧動作ブロックＨＶＢによる制御に切り替えたときに、大きな突入電流が流れることになり、電池電源に悪影響を与えたり、電池電圧Ｖｂａｔが大きくドロップするなどの不都合がある。
【００２３】
また、低電圧動作ブロックＬＶＢによる制御は、発振器ＯＳＣ１の方形波パルスによる帰還なしのオン・オフ制御であるため、起動時に突入電流が流れるという問題もある。
【００２４】
また、三角波信号ＣＴと比較する制御基準電圧が、ＳＳ電圧Ｖｓｓから誤差出力信号ＥＯに移る時点ｔ３の近傍で、出力電圧Ｖｏにリンギングが発生する問題もある。
【００２５】
そこで、本発明は、低い電源電圧から、より高い直流電圧を得るために、低電圧動作ブロックと高電圧動作ブロックを有するスイッチング電源装置及びそのためのコントローラＩＣにおいて、突入電流の発生を防止するとともに、切替に伴う起動不良をなくすことを目的とする。
【００２６】
また、その切り替え制御をスムーズに行うようにして、全体としての起動時間を短縮することを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のスイッチング電源装置は、スイッチング制御信号Ｓｏｕｔに基づいてスイッチングして、入力電源電圧Ｖｂａｔをより高い出力電源電圧Ｖｏに変換して出力するスイッチング電源部と、起動時に緩やかに増加するソフトスタート電圧Ｖｓｓを発生するソフトスタート部ＳＳＢ−Ａと、前記出力電源電圧Ｖｏと設定電圧Ｖｒｅｆ１とを比較する比較部ＣＰ０と、前記ソフトスタート電圧Ｖｓｓと前記出力電源電圧Ｖｏを帰還した帰還電圧Ｖｆｂとを比較し、前記ソフトスタート電圧Ｖｓｓが小さいときにパルス信号を発生させず且つ前記ソフトスタート電圧Ｖｓｓが大きいときにパルス信号を発生させてＰＦＭ（パルス周波数変調）制御を行う低電圧回路部ＬＶＢ−Ａと、基準電圧Ｖｒｅｆ２と前記ソフトスタート電圧Ｖｓｓの大きさに応じてそのいずれか一方の電圧と前記帰還電圧Ｖｆｂとを比較して誤差信号ＥＯを発生し、この誤差信号ＥＯと三角波信号ＣＴとの比較によってＰＷＭ（パルス幅変調）制御信号を発生する高電圧回路部ＨＶＢ−Ａと、を有し、前記比較部ＣＰ０の比較出力により、前記出力電源電圧Ｖｏが前記設定電圧Ｖｒｅｆ１より小さいときは、前記パルス信号を前記スイッチング制御信号Ｓｏｕｔとして出力し、前記出力電源電圧Ｖｏが前記設定電圧Ｖｒｅｆ１より大きいときは、前記ＰＷＭ制御信号を前記スイッチング制御信号Ｓｏｕｔとして出力することを特徴とする。
【００２８】
請求項２記載のスイッチング電源装置は、請求項１に記載のスイッチング電源装置において、前記低電圧回路部ＬＶＢ−Ａは、前記ソフトスタート電圧Ｖｓｓが前記帰還電圧Ｖｆｂより大きいとき比較出力を発生する比較器ＣＰ１と、該比較器ＣＰ１の比較出力が発生されているときに前記パルス信号を発生するパルス発生器ＯＳＣ１と、前記比較部ＣＰ０の比較出力により駆動され、前記パルス信号を前記スイッチング制御信号Ｓｏｕｔとして出力する第１ドライバＤＲ１を含み、前記高電圧回路部ＨＶＢ−Ａは、前記基準電圧Ｖｒｅｆ２と前記ソフトスタート電圧Ｖｓｓの大きさに応じてそのいずれか一方の電圧と前記帰還電圧Ｖｆｂとを比較して誤差信号ＥＯを発生し、該誤差信号ＥＯを帰還素子を介して前記帰還電圧に帰還する誤差増幅器Ｅａｍｐと、前記三角波信号ＣＴを発生する三角波信号発振器ＯＳＣ２と、前記誤差信号ＥＯと前記三角波信号ＣＴとの比較によってＰＷＭ制御信号を発生するＰＷＭ比較器ＣＰ２と、前記比較部ＣＰ０の比較出力により駆動され、前記ＰＷＭ制御信号を前記スイッチング制御信号Ｓｏｕｔとして出力する第２ドライバＤＲ２を含む、ことを特徴とする。
【００２９】
請求項３記載のコントローラＩＣは、スイッチング制御信号Ｓｏｕｔに基づいてスイッチングして、入力電源電圧Ｖｂａｔをより高い出力電源電圧Ｖｏに変換して出力するスイッチング電源部を制御するためのコントローラＩＣであって、
起動時に緩やかに増加するソフトスタート電圧Ｖｓｓを発生させるためのソフトスタート回路ＳＳＣと、前記出力電源電圧Ｖｏと設定電圧Ｖｒｅｆ１とを比較する比較部ＣＰ０と、前記ソフトスタート電圧Ｖｓｓと前記出力電源電圧Ｖｏを帰還した帰還電圧Ｖｆｂとを比較し、前記ソフトスタート電圧Ｖｓｓが小さいときにパルス信号を発生させず且つ前記ソフトスタート電圧Ｖｓｓが大きいときにパルス信号を発生させてＰＦＭ制御を行う低電圧回路部ＬＶＢ−Ａと、基準電圧Ｖｒｅｆ２と前記ソフトスタート電圧Ｖｓｓの大きさに応じてそのいずれか一方の電圧と前記帰還電圧Ｖｆｂとを比較して誤差信号ＥＯを発生し、この誤差信号ＥＯと三角波信号ＣＴとの比較によってＰＷＭ制御信号を発生する高電圧回路部ＨＶＢ−Ａと、を有し、前記比較部ＣＰ０の比較出力により、前記出力電源電圧Ｖｏが前記設定電圧Ｖｒｅｆ１より小さいときは、前記パルス信号を前記スイッチング制御信号Ｓｏｕｔとして出力し、前記出力電源電圧Ｖｏが前記設定電圧Ｖｒｅｆ１より大きいときは、前記ＰＷＭ制御信号を前記スイッチング制御信号Ｓｏｕｔとして出力することを特徴とする。
【００３０】
請求項４記載のコントローラＩＣは、請求項３に記載のコントローラＩＣにおいて、前記低電圧回路部ＬＶＢ−Ａは、前記ソフトスタート電圧Ｖｓｓが前記帰還電圧Ｖｆｂより大きいとき比較出力を発生する比較器ＣＰ１と、該比較器ＣＰ１の比較出力が発生されているときに前記パルス信号を発生するパルス発生器ＯＳＣ１と、前記比較部ＣＰ０の比較出力により駆動され、前記パルス信号を前記スイッチング制御信号Ｓｏｕｔとして出力する第１ドライバＤＲ１を含み、前記高電圧回路部ＨＶＢ−Ａは、前記基準電圧Ｖｒｅｆ２と前記ソフトスタート電圧Ｖｓｓの大きさに応じてそのいずれか一方の電圧と前記帰還電圧Ｖｆｂとを比較して誤差信号ＥＯを発生し、該誤差信号ＥＯを帰還素子を介して前記帰還電圧に帰還する誤差増幅器Ｅａｍｐと、前記三角波信号ＣＴを発生する三角波信号発振器ＯＳＣ２と、前記誤差信号ＥＯと前記三角波信号ＣＴとの比較によってＰＷＭ制御信号を発生するＰＷＭ比較器ＣＰ２と、前記比較部ＣＰ０の比較出力により駆動され、前記ＰＷＭ制御信号を前記スイッチング制御信号Ｓｏｕｔとして出力する第２ドライバＤＲ２を含む、ことを特徴とする。
【００３１】
請求項５記載のコントローラＩＣは、請求項３または４に記載のコントローラＩＣにおいて、前記ソフトスタート回路ＳＳＣと協働して前記ソフトスタート電圧Ｖｓｓを発生させるための外付けコンデンサＣｓｓを接続する外部端子Ｐｓｓを備えていることを特徴とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明のスイッチング電源装置及びそのためのコントローラＩＣの実施の形態について、説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す図であり、図２はその起動時の特性を模式的に示す図である。
【００３３】
図１において、従来の図３と比較して、コントローラＩＣ１０の、低電圧動作ブロックＬＶＢ−Ａと、高電圧動作ブロックＨＶＢ−Ａと、ソフトスタートブロックＳＳＢ−Ａとが異なっている。その他の構成部分は、同じである。したがって、以下、従来のものと異なる点を中心に説明し、同じ部分については、重複を避けるために説明を省略する。
【００３４】
まず、ソフトスタートブロックＳＳＢ−Ａは、ソフトスタート回路ＳＳＣとコンデンサＣｓｓとから構成されている。ソフトスタート回路ＳＳＣがソフトスタート端子Ｐｓｓを介して外付けのコンデンサＣｓｓと直列に接続されており、その接続点の電圧がＳＳ電圧Ｖｓｓである。ソフトスタート回路ＳＳＣは、例えば定電流源回路により構成されており、スタート信号ＳＴが印加されると動作を開始する。このＳＳ電圧Ｖｓｓが、低電圧動作ブロックＬＶＢ−Ａと高電圧動作ブロックＨＶＢ−Ａに供給される。
【００３５】
低電圧動作ブロックＬＶＢ−Ａは、比較器ＣＰ１と発振器ＯＳＣ１と第１ドライバＤＲ１とから構成されている。比較器ＣＰ１は、ＳＳ電圧Ｖｓｓが非反転入力端子（＋）に入力され、帰還電圧Ｖｆｂが反転入力端子（−）に入力される。比較器ＣＰ１は、この２入力を比較し、ＳＳ電圧Ｖｓｓが帰還電圧Ｖｆｂより大きいときに、Ｈレベルの出力を発生して、発振器ＯＳＣ１に印加する。
【００３６】
発振器ＯＳＣ１は、比較器ＣＰ１からＨレベルの信号が印加されているときに発振を行い、逆にＬレベルの信号が印加されているときは発振を停止する。この発振器ＯＳＣ１の発振による方形波のパルス信号が、第１ドライバＤＲ１に供給される。即ち、本発明では、低電圧動作ブロックＬＶＢ−Ａは、一種のパルス周波数変調（ＰＦＭ）制御が行われる。第１ドライバＤＲ１は図３におけると同様である。
【００３７】
高電圧動作ブロックＨＶＢ−Ａは、誤差増幅器Ｅａｍｐと三角波信号発振器ＯＳＣ２とＰＷＭ比較器ＣＰ２と第２ドライバＤＲ２とから構成されている。誤差増幅器Ｅａｍｐは、第２基準電圧Ｖｒｅｆ２が第１非反転入力端子（＋）に入力され、帰還電圧Ｖｆｂが反転入力端子（−）に入力される。この点は、図３におけると同様である。本発明では、さらに第２非反転入力端子（＋）を設けて、この端子にＳＳ電圧Ｖｓｓを入力する。この誤差増幅器Ｅａｍｐにおける第１，第２非反転入力端子の入力信号は、その値の低い方の信号が優先するように、内部回路が構成されている。したがって、ＳＳ電圧Ｖｓｓと第２基準電圧Ｖｒｅｆ２の低い方の信号が、制御基準電圧になり、帰還電圧Ｖｆｂと比較される。この比較結果である誤差出力信号ＥＯが抵抗Ｒ３、コンデンサＣ１を介して帰還電圧Ｖｆｂに帰還されるとともに、ＰＷＭ比較器ＣＰ２の非反転入力端子（＋）に入力される。
【００３８】
三角波発振器ＯＳＣ２は図３におけると同様であり、その三角波信号ＣＴがＰＷＭ比較器ＣＰ２の反転入力端子（−）に入力される。ＰＷＭ比較器ＣＰ２は、誤差出力信号ＥＯと三角波信号ＣＴとが入力され、その２入力の比較により、誤差出力信号ＥＯが三角波信号ＣＴより大きい間だけＨレベルの出力が発生される。即ち、誤差出力信号ＥＯの大きさに応じて、パルス幅が制御されたＰＷＭ制御信号が発生される。このＰＷＭ比較器ＣＰ２のＰＷＭ制御信号が第２ドライバＤＲ２に供給される。第２ドライバＤＲ２は図３におけると同様である。
【００３９】
このように構成されるスイッチング電源装置１００の動作、特に起動時の動作について、図２をも参照して説明する。
【００４０】
図１のように電池電圧ＶｂａｔがコントローラＩＣ１０に供給され、出力電圧Ｖｏが零の状態において、時点ｔ１でスタート信号ＳＴがソフトスタート回路ＳＳＣに供給される。これにより、スイッチング電源装置１００の起動が開始される。スタート信号ＳＴが供給されると、ソフトスタート回路ＳＳＣの定電流回路から一定の電流がコンデンサＣｓｓに流れて、コンデンサＣｓｓの充電電圧、即ちＳＳ電圧Ｖｓｓが緩やかに立ち上がっていく。
【００４１】
ＳＳ電圧Ｖｓｓは、比較器ＣＰ１と誤差増幅器Ｅａｍｐの両方に入力される。一方、帰還電圧Ｖｆｂも比較器ＣＰ１と誤差増幅器Ｅａｍｐの両方に入力される。起動中には、ＳＳ電圧Ｖｓｓは第２基準電圧Ｖｒｅｆ２よりも小さいから、比較器ＣＰ１と誤差増幅器Ｅａｍｐの両方で、ＳＳ電圧Ｖｓｓと帰還電圧Ｖｆｂとを比較することになる。
【００４２】
高電圧動作ブロックＨＶＢ−Ａでは、出力電圧Ｖｏを利用する電源電圧が低い場合でも、誤差増幅器Ｅａｍｐも、発振器ＯＳＣ２、ＰＷＭ比較器ＣＰ２もそれぞれ動作しようとする。しかし、その電源電圧が低い間は、それらの動作信頼性は低いから、ＰＷＭ比較器ＣＰ２のＰＷＭ制御信号は第２ドライバＤＲ２により阻止されている。それらの動作信頼性は電源電圧の上昇につれて高くなるから、十分信頼できる状態になって、初めてＰＷＭ制御信号が利用されることになる。
【００４３】
一方、低電圧動作ブロックＬＶＢ−Ａでは、第１ドライバＤＲ１が動作状態にある。したがって、ＳＳ電圧Ｖｓｓが帰還電圧Ｖｆｂよりも大きいときに比較器ＣＰ１はＨレベルの出力を発生し、これにより発振器ＯＳＣ１は発振し、パルス信号を出力する。このパルス出力は、動作状態にある第１ドライバＤＲ１を通って、スイッチング制御信号ＳｏｕｔとしてスイッチングトランジスタＱｏに供給される。このスイッチングトランジスタＱｏのオン・オフによって、出力電圧Ｖｏは徐々に上昇する。
【００４４】
出力電圧Ｖｏが上昇し、帰還電圧ＶｆｂがＳＳ電圧Ｖｓｓより大きくなると、比較器ＣＰ１は逆にＬレベルの出力を発生し、発振器ＯＳＣ１は発振を停止する。即ち、出力電圧ＶｏはＳＳ電圧Ｖｓｓの上昇につれて、上昇する。
【００４５】
このスタート時に、低電圧動作ブロックＬＶＢ−ＡはＳＳ電圧Ｖｓｓにしたがってソフトスタート制御が行われるから、従来のように、突入電流が流れることなく、スムーズに起動できる。
【００４６】
出力電圧Ｖｏが第１基準電圧Ｖｒｅｆ１に達すると、その時点ｔ２で比較器ＣＰ０が反転しその出力がＨレベルからＬレベルになる。これにより、第１ドライバＤＲ１は不動作になり、第２ドライバＤＲ２が動作状態になる。なお、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１は、高電圧動作ブロックＨＶＢ−Ａの動作が十分に信頼できる電圧に設定されている。
【００４７】
第２ドライバＤＲ２が動作状態になる以前から、誤差増幅器Ｅａｍｐ、三角波発振器ＯＳＣ２、ＰＷＭ比較器ＣＰ２はＳＳ電圧Ｖｓｓと帰還電圧Ｖｆｂに基づいて動作しＰＷＭ制御信号を発生しており、第２ドライバＤＲ２が動作状態になる時点ｔ２では、そのＰＷＭ制御信号の信頼性は十分に高くなっている。
【００４８】
時点ｔ２で、制御信号Ｓｏｕｔは、それまでの低電圧動作ブロックＬＶＢ−Ａのパルス信号から、高電圧動作ブロックＨＶＢ−ＡのＰＷＭ制御信号に切り替えられる。
【００４９】
低電圧動作ブロックＬＶＢ−Ａのパルス信号も、高電圧動作ブロックＨＶＢ−ＡのＰＷＭ制御信号も、全く同じＳＳ電圧Ｖｓｓと帰還電圧Ｖｆｂとに基づいて形成されているから、切替時のショックは極めて小さいものとなる。そのショックの程度は、発振のオン・オフによる制御と、ＰＷＭ制御との、制御の精度や、そのきめ細かさの差により発生するに過ぎない。したがって、その切換は、スムーズに行うことができる。
【００５０】
時点ｔ２でＰＷＭ制御に切り替わった後も、ＳＳ電圧Ｖｓｓは上昇を続け、出力電圧Ｖｏもそれにつれて上昇する。
【００５１】
ＳＳ電圧Ｖｓｓが第２基準電圧Ｖｒｅｆ２に達するとソフトスタート制御が終了し、その時点ｔ３で誤差増幅器Ｅａｍｐの比較基準がＳＳ電圧Ｖｓｓから第２基準電圧Ｖｒｅｆ２に移る。この時点ｔ３以後は、帰還電圧Ｖｆｂが第２基準電圧Ｖｒｅｆ２に等しくなるように、出力電圧ＶｏがＰＷＭ制御が行われる。この比較基準電圧がＳＳ電圧Ｖｓｓから第２基準電圧Ｖｒｅｆ２に移る際に、出力電圧Ｖｏに従来のようなリンギングは発生しない。
【００５２】
このように、スタート時点ｔ１から切替時点ｔ２までの時間Ｔ１は、低電圧動作ブロックＬＶＢ−ＡでのＰＦＭ制御が行われ、切替時点ｔ２からソフトスタート制御終了時点ｔ３までの時間Ｔ２は、高電圧動作ブロックＨＶＢ−ＡのＳＳ電圧Ｖｓｓに基づくＰＷＭ制御が行われ、ソフトスタート制御終了時点ｔ３からの通常動作期間Ｔ３では、高電圧動作ブロックＨＶＢ−Ａの第２基準電圧Ｖｒｅｆ２に基づくＰＷＭ制御が行われる。
【００５３】
本発明では、スタート時点ｔ１においても低電圧動作ブロックＬＶＢ−ＡでのＰＦＭ制御によりスムーズにスタートでき、切り替わり時点ｔ２においても低電圧動作ブロックＬＶＢ−ＡでのＰＦＭ制御から高電圧動作ブロックＨＶＢ−ＡでのＰＷＭ制御にスムーズに移ることができる。さらに、切り替わり時点ｔ２でスムーズに切り替わるから、起動終了までに要する時間（Ｔ１＋Ｔ２）が、従来のものに比べて、一段と短縮することができる。
【００５４】
なお、本発明において、比較器ＣＰ０の出力により第１ドライバＤＲ１を不動作としているのに代えて、第１ドライバＤＲ１とともに比較器ＣＰ１、発振器ＯＳＣ１をも不動作とする、即ち低電圧動作ブロックＬＶＢ−Ａ全体を不動作とするようにしてもよい。この場合には、起動終了後の通常動作時には、使用しない、低電圧動作ブロックＬＶＢ−Ａによる電力消費を低減することができる。
【００５５】
また、コンデンサＣｓｓを、外付けでなく、コントローラＩＣ１０の内部に設けるようにしてもよい。この場合には、ソフトスタート端子Ｐｓｓを省略することができる。
【００５６】
さらに、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、コンデンサＣ１を、外付けでなく、コントローラＩＣ１０の内部に設けるようにしてもよい。この場合には、出力電圧端子Ｐｖｏを利用することにより、帰還電圧端子Ｐｆｂ、誤差出力端子Ｐｅｏを省略することができる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、低い電源電圧から、より高い直流電圧を得るために、制御部として低電圧動作ブロックと高電圧動作ブロックを有するスイッチング電源装置及びそのためのコントローラＩＣにおいて、低電圧動作ブロックと高電圧動作ブロックとを起動時に同じソフトスタート電圧に基づいて制御し、出力される直流電圧が予定値に達した時点で、低電圧動作ブロックの制御信号から高電圧動作ブロックの制御信号に切り替える。これにより、切り替わりの前後で出力電圧に偏差が基本的に発生しないから、切り替わりがスムーズに行われる。
【００５８】
また、低電圧動作ブロックによる制御から高電圧動作ブロックによる制御への切り替え直後から高電圧動作ブロックによる制御が有効に行われるから、従来のような起動不良が発生する恐れが解消される。
【００５９】
また、低電圧動作ブロックによる制御から高電圧動作ブロックによる制御への切り替え時に、従来のように、電圧制御が停止する時間がないので、所定の直流電圧への立ち上げに要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す図。
【図２】図１の起動時の特性を模式的に示す図。
【図３】従来の、スイッチング電源装置の構成を示す図。
【図４】図３の起動時の特性を模式的に示す図。
【符号の説明】
１００、２００  スイッチング電源装置
１０、２０  コントローラＩＣ
ＢＡＴ  電池
Ｌｏ  コイル
Ｑｏ  スイッチングトランジスタ
Ｄｏ  ダイオード
Ｃｏ  コンデンサ
Ｖｏ  出力電圧
Ｖｂａｔ  電池電圧
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３  抵抗
Ｃ１  コンデンサ
ＣＰ０  比較器
ＬＶＢ、ＬＶＢ−Ａ  低電圧動作ブロック
ＣＰ１  比較器
ＯＳＣ１  発振器
ＤＲ１  第１ドライバ
ＨＶＢ、ＨＶＢ−Ａ  高電圧動作ブロック
Ｅａｍｐ  誤差増幅器
ＯＳＣ２  三角波発振器
ＣＰ２  ＰＷＭ比較器
ＤＲ２  第２ドライバ
ＳＳＢ、ＳＳＢ−Ａ  ソフトスタートブロック
ＳＳＣ  ソフトスタート回路
Ｃｓｓ  ソフトスタート用コンデンサ
Ｖｒｅｆ１  第１基準電圧
Ｖｒｅｆ２  第２基準電圧
Ｖｓｓ  ソフトスタート電圧（ＳＳ電圧）
Ｖｆｂ  帰還電圧
ＥＯ  誤差出力信号
ＣＴ  三角波信号
Ｓｏｕｔ  制御信号
Ｐｂａｔ  電池電圧端子
Ｐｖｏ  出力電圧端子
Ｐｆｂ  帰還電圧端子
Ｐｅｏ  誤差出力端子
Ｐｓｓ  ソフトスタート端子
Ｐｏｕｔ１、Ｐｏｕｔ２  制御信号出力端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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