(57)【要約】      （修正有）【課題】大容量のコンデンサを外付けした場合でも、出力電流を制限しながら出力電圧を上昇させることで確実な起動動作を提供する。【解決手段】スイッチング電源装置の演算部48は、起動指示が与えられた場合、出力電流Ｉｏを監視し、出力電流が起動時電流制限値以下になっている場合のみ制御パルスVctlpを出力する。制御パルス積分部50は、演算部４８から入力された制御パルスVctlpを積分し、制御パルスVctlpが入力する毎に増加する制御パルス積分電圧Vintを生成し、上昇する制御パルス積分電圧Vintでフィードバック信号VFBをクランプすることで、出力電流が間欠動作しきい値と起動時電流制限値の間に保たれるように起動動作を行い、大容量のコンデンサを外付けした場合にも確実に起動が可能となる。【選択図】図１
2018117493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換部、フィードバック制御部、出力電圧制御用基準電圧源、スイッチング素子制御信号生成部、過電流保護制御部、演算部、及び制御パルス積分部から構成され、入力電圧を所定の出力電圧に変換するスイッチング電源装置であって、
前記電力変換部は、スイッチング素子を備えており、前記スイッチング素子制御信号生成部が出力するスイッチング素子制御信号に従って、前記スイッチング素子をオンオフすることで、入力電圧を断続電圧に変換し、前記断続電圧を整流平滑することで出力電圧に変換するものであり、
前記フィードバック制御部は、前記スイッチング素子制御信号生成部へフィードバック信号を出力することで、前記電力変換部の出力電圧を所定の値に制御する機能を備え、前記出力電圧に比例した電圧信号である出力電圧比例信号と前記出力電圧制御用基準電圧源が出力する出力電圧制御用基準電圧が入力され、前記出力電圧比例信号と前記出力電圧制御用基準電圧が等しくなるように前記フィードバック信号を制御するものであり、
前記スイッチング素子制御信号生成部は、前記フィードバック制御部が出力する前記フィードバック信号と前記過電流保護制御部が出力する過電流保護動作信号に対応して前記スイッチング素子制御信号を出力するものであり、
前記過電流保護制御部は、前記スイッチング素子を流れる電流が所定の過電流保護動作しきい値になると、前記スイッチング素子制御信号生成部へ前記過電流保護動作信号を出力するものであり、
前記演算部は、スイッチング電源装置の出力電流情報を取得し、所定の制御パルスを出力するものであり、
前記制御パルス積分部は、前記演算部が出力する制御パルスが入力され、出力が前記フィードバック制御部の出力に接続されており、前記演算部から入力された前記制御パルスを積分することで制御パルス積分電圧を生成し、前記制御パルス積分電圧によって前記フィードバック信号を変化させるものであり、
前記演算部は、更に、スイッチング電源装置が起動する際に、前記電力変換部の出力電流を監視し、前記出力電流が所定の起動時電流制限値以下になっている場合のみ前記制御パルスを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】
電力変換部、フィードバック制御部、出力電圧制御用基準電圧源、スイッチング素子制御信号生成部、過電流保護制御部、演算部、及び制御パルス積分部から構成され、入力電圧を所定の出力電圧に変換するスイッチング電源装置であって、
前記電力変換部は、スイッチング素子を備えており、前記スイッチング素子制御信号生成部が出力するスイッチング素子制御信号に従って、前記スイッチング素子をオンオフすることで、入力電圧を断続電圧に変換し、前記断続電圧を整流平滑することで出力電圧に変換するものであり、
前記フィードバック制御部は、前記スイッチング素子制御信号生成部へフィードバック信号を出力することで、前記電力変換部の出力電圧を所定の値に制御する機能を備え、前記出力電圧に比例した電圧信号である出力電圧比例信号と前記出力電圧制御用基準電圧源が出力する出力電圧制御用基準電圧が入力され、前記出力電圧比例信号と前記出力電圧制御用基準電圧が等しくなるように前記フィードバック信号を制御するものであり、
前記スイッチング素子制御信号生成部は、前記フィードバック制御部が出力する前記フィードバック信号と前記過電流保護制御部が出力する過電流保護動作信号に対応して前記スイッチング素子制御信号を出力するものであり、
前記過電流保護制御部は、前記スイッチング素子を流れる電流が所定の過電流保護動作しきい値になると、前記スイッチング素子制御信号生成部へ前記過電流保護動作信号を出力するものであり、
前記演算部は、スイッチング電源装置の出力電流情報を取得し、所定の制御パルスを出力するものであり、
前記制御パルス積分部は、前記演算部が出力する前記制御パルスが入力され、出力が前記フィードバック制御部の前記出力電圧制御用基準電圧源の出力に接続されており、前記演算部から入力された前記制御パルスを積分することで制御パルス積分電圧を生成し、前記制御パルス積分電圧によって前記出力電圧制御用基準電圧を変化させるものであり、
前記演算部は、更に、スイッチング電源装置が起動する際に、前記電力変換部の出力電流を監視し、前記出力電流が所定の起動時電流制限値以下になっている場合のみ前記制御パルスを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３】
請求項１又は２記載のスイッチング電源装置に於いて、
前記演算部は、ＡＤコンバータ、ＣＰＵ、出力ポートで構成されており、
前記ＡＤコンバータは、前記スイッチング電源装置の出力電流情報が与えられており、
前記ＣＰＵは、予め与えられている演算用のプログラムを実行することで、前記ＡＤコンバータから出力電流値を取得し、前記演算用のプログラムに従って前記出力電流値が所定の値以下になっている場合のみ、前記出力ポートに前記制御パルスを出力する指示を行うものであり、
前へ出力ポートは、前記ＣＰＵが前記制御パルスを出力していない場合に出力ポートをハイインピーダンスに保持しており、前記制御パルスを出力する場合に前記出力ポートからＨレベル、もしくはＬレベルの信号を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４】
電力変換部、フィードバック制御部、出力電圧制御用基準電圧源、スイッチング素子制御信号生成部、過電流保護制御部、演算部、及び制御パルス平滑部から構成され、入力電圧を所定の出力電圧に変換するスイッチング電源装置であって、
前記電力変換部は、スイッチング素子を備えており、前記スイッチング素子制御信号生成部が出力するスイッチング素子制御信号に従って、前記スイッチング素子をオンオフすることで、入力電圧を断続電圧に変換し、前記断続電圧を整流平滑することで出力電圧に変換するものであり、
前記フィードバック制御部は、前記スイッチング素子制御信号生成部へフィードバック信号を出力することで、前記電力変換部の出力電圧を所定の値に制御する機能を備え、前記出力電圧に比例した電圧信号である出力電圧比例信号と前記出力電圧制御用基準電圧源が出力する出力電圧制御用基準電圧が入力され、前記出力電圧比例信号と前記出力電圧制御用基準電圧が等しくなるように前記フィードバック信号を制御するものであり、
前記スイッチング素子制御信号生成部は、前記フィードバック制御部が出力する前記フィードバック信号と前記過電流保護制御部が出力する過電流保護動作信号に対応して前記スイッチング素子制御信号を出力するものであり、
前記過電流保護制御部は、前記スイッチング素子を流れる電流が所定の過電流保護動作しきい値になると、前記スイッチング素子制御信号生成部へ前記過電流保護動作信号を出力するものであり、
前記演算部は、スイッチング電源装置の出力電流情報を取得し、所定の制御パルスを出力するものであり、
前記制御パルス平滑部は、前記演算部が出力する前記制御パルスが入力され、出力が前記フィードバック制御部の出力に接続されており、前記演算部から入力された前記制御パルスを平滑することで制御パルス平滑電圧を生成し、前記制御パルス平滑電圧によって前記フィードバック信号を変化させるものであり、
前記演算部は、更に、スイッチング電源装置が起動する際に、前記電力変換部の出力電流を監視し、前記出力電流が所定の起動時電流制限値以下になっている場合のみ前記制御パルスを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５】
電力変換部、フィードバック制御部、出力電圧制御用基準電圧源、スイッチング素子制御信号生成部、過電流保護制御部、演算部、及び制御パルス平滑部から構成され、入力電圧を所定の出力電圧に変換するスイッチング電源装置であって、
前記電力変換部は、スイッチング素子を備えており、前記スイッチング素子制御信号生成部が出力するスイッチング素子制御信号に従って、前記スイッチング素子をオンオフすることで、入力電圧を断続電圧に変換し、前記断続電圧を整流平滑することで出力電圧に変換するものであり、
前記フィードバック制御部は、前記スイッチング素子制御信号生成部へフィードバック信号を出力することで、前記電力変換部の出力電圧を所定の値に制御する機能を備え、前記出力電圧に比例した電圧信号である出力電圧比例信号と前記出力電圧制御用基準電圧源が出力する出力電圧制御用基準電圧が入力され、前記出力電圧比例信号と前記出力電圧制御用基準電圧が等しくなるように前記フィードバック信号を制御するものであり、
前記スイッチング素子制御信号生成部は、前記フィードバック制御部が出力する前記フィードバック信号と前記過電流保護制御部が出力する過電流保護動作信号に対応して前記スイッチング素子制御信号を出力するものであり、
前記過電流保護制御部は、前記スイッチング素子を流れる電流が所定の過電流保護動作しきい値になると、前記スイッチング素子制御信号生成部へ前記過電流保護動作信号を出力するものであり、
前記演算部は、スイッチング電源装置の出力電流情報を取得し、所定の制御パルスを出力するものであり、
前記制御パルス平滑部は、前記演算部が出力する前記制御パルスが入力され、出力が前記フィードバック制御部の前記出力電圧制御用基準電圧源の出力に接続されており、前記演算部から入力された前記制御パルスを平滑することで制御パルス平滑電圧を生成し、前記制御パルス平滑電圧によって前記出力電圧制御用基準電圧を変化させるものであり、
前記演算部は、更に、スイッチング電源装置が起動する際に、前記電力変換部の出力電流を監視し、前記出力電流が所定の起動時電流制限値以下になっている場合のみ前記制御パルスを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６】
電力変換部、フィードバック制御部、スイッチング素子制御信号生成部、過電流保護制御部、演算部、及び制御パルス平滑部から構成され、入力電圧を所定の出力電圧に変換するスイッチング電源装置であって、
前記電力変換部は、スイッチング素子を備えており、前記スイッチング素子制御信号生成部が出力するスイッチング素子制御信号に従って、前記スイッチング素子をオンオフすることで、入力電圧を断続電圧に変換し、前記断続電圧を整流平滑することで出力電圧に変換するものであり、
前記フィードバック制御部は、前記スイッチング素子制御信号生成部へフィードバック信号を出力することで、前記電力変換部の出力電圧を所定の値に制御する機能を備え、前記出力電圧に比例した電圧信号である出力電圧比例信号と前記制御パルス平滑部が出力する制御パルス平滑電圧が入力され、前記出力電圧比例信号と前記制御パルス平滑電圧が等しくなるように前記フィードバック信号を制御するものであり、
前記スイッチング素子制御信号生成部は、前記フィードバック制御部が出力する前記フィードバック信号と前記過電流保護制御部が出力する過電流保護動作信号に対応して前記スイッチング素子制御信号を出力するものであり、
前記過電流保護制御部は、前記スイッチング素子を流れる電流が所定の過電流保護動作しきい値になると、前記スイッチング素子制御信号生成部へ前記過電流保護動作信号を出力するものであり、
前記演算部は、スイッチング電源装置の出力電流情報を取得し、所定の制御パルスを出力するものであり、
前記制御パルス平滑部は、前記演算部が出力する前記制御パルスが入力され、出力がフィードバック制御部に入力され、前記演算部から入力された前記制御パルスを平滑することで前記制御パルス平滑電圧を生成するものであり、
前記演算部は、更に、スイッチング電源装置が起動する際に、前記電力変換部の出力電流を監視し、前記出力電流が所定の起動時電流制限値以下になっている場合のみ前記制御パルスを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７】
請求項４乃至６の何れかに記載のスイッチング電源装置に於いて、
前記演算部は、ＡＤコンバータ、クロック回路、ＣＰＵ及びタイマで構成されており、
前記ＡＤコンバータは、スイッチング電源装置の前記出力電流情報が与えられており、
前記クロック回路は、前記ＣＰＵ及び前記タイマに動作タイミングの基準となるクロック信号を出力する回路であり、
前記ＣＰＵは、予め与えられている演算用のプログラムを実行することで、前記ＡＤコンバータから出力電流値を取得し、前記演算用のプログラムに従って前記タイマに対して周期とデューティを指示するものであり、
前記タイマは、前記クロック回路から入力された前記クロック信号をカウントすることで、前記ＣＰＵから指示された前記周期と前記デューティを持つ前記制御パルスを出力するものであることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項８】
請求項１，２，４，５又は６の何れかに記載のスイッチング電源装置に於いて、
前記電力変換部の出力電流が前記過電流保護しきい値とは異なる所定の間欠動作しきい値になると、前記スイッチング素子を所定の時間停止して前記出力電流を間欠的に出力させることを特徴とするスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力電圧を所望の電圧に変換し電子機器に供給するためのスイッチング電源装置に関し、特に、負荷短絡や過負荷状態で大電流が出力されないように制御する過電流保護機能を備えたスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スイッチング電源装置は、出力側に接続された負荷が短絡等の異常状態になった場合に大電流が出力されることで発熱、発火等の事故を発生させる可能性があり、大電流が出力されると、スイッチング電源装置自身も故障を引き起こすため、これらの不具合を解消するために、過電流保護制御部を内蔵することで、大電流が出力されないような制御が行われているスイッチング電源装置が一般的である。
【０００３】
このような過電流保護制御部を備えたスイッチング電源装置は、例えば特許文献１の図６に開示されている。
【０００４】
特許文献１の図６に開示された従来のスイッチング電源装置は、スイッチング素子を所定のスイッチング周波数でオンオフする制御が行われ、スイッチング素子のオンデューティを所定の値に制御することで、出力電圧が所定の値になるように制御が行われている。
【０００５】
また、従来のスイッチング電源装置は、スイッチング素子がオンの時に流れる電流を検出し、スイッチング素子に流れる電流が所定の値以上になると、次のスイッチング周期まで、スイッチング素子をオフさせる制御を行う。これにより、スイッチング電源装置から所定の値以上の電流を出力させようとすると、スイッチング素子のオンデューティが狭くなるように制御されることになり、出力電圧を低下させる制御が行われることで出力電流が制限されて大電流が流れることがなくなる過電流保護動作が行われる。
【０００６】
ここで、従来のスイッチング電源装置の過電流保護動作は、図９に示すように、出力電流Ｉｏが所定の値を超えて出力電圧Ｖｏが低下すると、出力電圧Ｖｏが低下するに従って出力電流Ｉｏが大きくなる所謂「への字」型の垂下特性となっている。この「への字」型の垂下特性は、スイッチング素子に流れる電流を検出する回路に設けられた低域通過型フィルタ（ローパスフィルタ）の遅れ時間による。
【０００７】
図１０は、図９の垂下特性をもつ過電流保護制御部を備えたスイッチング電源装置の一例を示した回路ブロック図であり、過電流保護動作において「への字」型の垂下特性となる原因を説明すると次のようになる。
【０００８】
図１０に示すように、スイッチング電源装置は、電力変換部１０、出力電圧検出回路１６、フィードバック制御部１８、スイッチング素子制御信号生成部２０、過電流保護制御部２２、出力電圧制御用基準電圧源２４から構成される。
【０００９】
［回路構成と動作］
電力変換部１０は、スイッチング素子ＴＲ１を備えており、スイッチング素子ＴＲ１のオンオフにより、入力電源１２からの入力電圧Ｖｉｎを断続電圧に変換し、これを整流平滑することで出力電圧Ｖｏに変換する電源回路である。図１０では、電力変換部１０を、１次巻線Ｎ１と２次巻線Ｎ２をもつトランスＴ１、整流素子Ｄ１，Ｄ２、平滑用の出力チョークＬ１と出力コンデンサＣ１を備えた絶縁型のシングルエンデッドフォワードコンバータ回路としている。
【００１０】
スイッチング素子ＴＲ１のオンオフは、スイッチング素子制御信号生成部２０からスイッチング素子ＴＲ１へ出力するスイッチング素子制御信号ＶＧＳで制御される。スイッチング素子制御信号ＶＧＳは所定の周波数とデューティを持つ信号であり、スイッチング素子ＴＲ１のオンデューティによって出力電圧Ｖｏが制御される。具体的には、オンデューティが広くなると出力電圧Ｖｏが上昇し、オンデューティが狭くなると出力電圧Ｖｏが低下するように制御が行われる。
【００１１】
フィードバック制御部１８は、スイッチング素子制御信号生成部２０へフィードバック信号ＶＦＢを出力することで、スイッチング電源装置の出力電圧Ｖｏを所定の値に制御する。
【００１２】
フィードバック制御部１８は、誤差アンプ２５を備えており、誤差アンプ２５には、出力電圧検出回路１６からの出力電圧Ｖｏに比例した電圧信号である出力電圧比例信号Ｖｓｅｎｓと出力電圧制御用基準電圧源２４からの出力電圧制御用基準電圧Ｖｒｅｆ１が入力され、出力電圧比例信号Ｖｓｅｎｓと出力電圧制御用基準電圧Ｖｒｅｆ１を比較した結果に基づいてフィードバック信号ＶＦＢを制御する。この場合、Ｖｓｅｎｓ＞Ｖｒｅｆ１のときフィードバック信号ＶＦＢが低下し、Ｖｓｅｎｓ＜Ｖｒｅｆ１のときフィードバック信号ＶＦＢが上昇するように制御される。
【００１３】
この動作により、スイッチング電源装置の出力電圧Ｖｏが出力電圧制御用基準電圧Ｖｒｅｆ１で規定される所定の電圧よりも上昇しようとした場合、出力電圧Ｖｏが低下するようにフィードバック信号ＶＦＢが低下することでスイッチング素子ＴＲ１のオンデューティが狭くなるように制御される。
【００１４】
また、スイッチング電源装置の出力電圧Ｖｏが出力電圧制御用基準電圧Ｖｒｅｆ１で規定される所定の電圧よりも低下しようとした場合、出力電圧Ｖｏが上昇するようにフィードバック信号ＶＦＢが上昇することでスイッチング素子ＴＲ１のオンデューティが広くなるように制御される。
【００１５】
スイッチング素子制御信号生成部２０は、フィードバック制御部１８が出力するフィードバック信号ＶＦＢと過電流保護制御部２２が出力する過電流保護動作信号Ｖｏｃｐが入力され、スイッチング素子ＴＲ１にスイッチング素子制御信号ＶＧＳを出力することでスイッチング素子ＴＲ１のオンオフを制御する。
【００１６】
スイッチング素子制御信号生成部２０は、三角波生成回路２６、スイッチング周波数制御用発振回路２８、ＰＷＭコンパレータ３０、スイッチング素子強制停止回路３２で構成される。
【００１７】
三角波生成回路２６は、所定の周波数と所定の振幅を持つ三角波信号Ｖｔｒｉを生成する回路であり、電流源３４、コンデンサＣ２１、トランジスタＴＲ２１で構成している。コンデンサＣ２１は、電流源３４が出力する電流で充電が行われることで電圧が上昇し、トランジスタＴＲ２１がオンすることで放電が行われることで電圧が低下する。スイッチング周波数制御用発振回路２８は所定の周波数で短い電圧パルスＶｆｓｗを出力する発振回路である。トランジスタＴＲ２１はスイッチング周波数制御用発振回路２８によって駆動されることで所定の周波数で短時間だけオンする動作となる。従って、トランジスタＴＲ２１は所定の周波数でコンデンサＣ２１を短時間だけ放電する動作となる。コンデンサＣ２１は、所定の周波数で充電と放電が繰り返されることで三角波状の電圧が発生する。コンデンサＣ２１の電圧を三角波信号ＶｔｒｉとしてＰＷＭコンパレータ３０へ出力する。
【００１８】
ＰＷＭコンパレータ３０は、三角波生成回路２６からの三角波信号Ｖｔｒｉおよびフィードバック制御部１８からのフィードバック信号ＶＦＢが入力され、三角波信号Ｖｔｒｉとフィードバック信号ＶＦＢを比較した結果に基づいてＰＷＭ信号Ｖｐｗｍを生成する。
【００１９】
ＰＷＭコンパレータ３０からのＰＷＭ信号Ｖｐｗｍは、Ｖｔｒｉ＜ＶＦＢのとき、スイッチング素子ＴＲ１がオンするようにＰＷＭ信号ＶｐｗｍがＨレベルとなり、Ｖｔｒｉ＞ＶＦＢのときスイッチング素子ＴＲ１がオフするようにＰＷＭ信号ＶｐｗｍがＬレベルとなる。この動作により、スイッチング周波数制御用発振回路２８で決定される所定の周波数によってスイッチング素子ＴＲ１のスイッチング周波数が決定され、また、フィードバック信号ＶＦＢの高低でスイッチング素子ＴＲ１のオンデューティが制御される。
【００２０】
スイッチング素子強制停止回路３２は、過電流保護制御部２２が出力する過電流保護動作信号ＶｏｃｐおよびＰＷＭコンパレータ３０が出力するＰＷＭ信号Ｖｐｗｍが入力され、スイッチング素子制御信号ＶＧＳが出力される。
【００２１】
スイッチング素子強制停止回路３２は、ＲＳフリップフロップ３６およびアンドゲート３８で構成されている。ＲＳフリップフロップ３６は、入力であるＳ端子（セット端子）にＨレベルの信号が入力されると出力であるＱ端子がＨレベルに変化すると同時に出力であるＱＢ端子がＬレベルに変化し、Ｓ端子にＨレベルの信号が入力されなくなってもＱ端子およびＱＢ端子の信号レベルが保持される動作を行う。
【００２２】
また、入力であるＲ端子（リセット端子）にＨレベルの信号が入力されると出力であるＱＢ端子がＨレベルに変化すると同時にＱ端子がＬレベルに変化し、Ｒ端子にＨレベルの信号が入力されなくなってもＱＢ端子およびＱ端子の信号レベルが保持される動作を行う。
【００２３】
ＲＳフリップフロップ３６は、Ｓ端子に過電流保護動作信号Ｖｏｃｐが入力され、Ｒ端子にスイッチング周波数制御用発振回路２８が出力する短い電圧パルスＶｆｓｗが入力されている。ＲＳフリップフロップ３６のＱＢ端子がアンドゲート３８の一方の入力端子に接続され、ＰＷＭコンパレータ３０の出力がアンドゲート３８の他方の入力端子に接続され、アンドゲート３８の出力端子からスイッチング素子制御信号ＶＧＳが出力される。
【００２４】
これにより、定常動作中は、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍがスイッチング素子制御信号ＶＧＳとして出力され、過電流保護動作信号Ｖｏｃｐが入力されると、その瞬間から、スイッチング周期の１周期分だけ、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍの状態によらずスイッチング素子ＴＲ１がオフする動作となる。
【００２５】
過電流保護制御部２２は、電流電圧変換部４０、ローパスフィルタ部４２、ＯＣＰコンパレータ４４及び過電流しきい値制御用電圧源４６を備えており、スイッチング素子ＴＲ１を流れる電流が所定の過電流しきい値になると動作する。電流電圧変換部４０は、抵抗Ｒ１を用いており、スイッチング素子ＴＲ１に流れる電流を電圧信号Ｖｉｓ１に変換し、ローパスフィルタ部４２へ出力する。
【００２６】
ローパスフィルタ部４２は、抵抗Ｒ１１とコンデンサＣ１１を用いており、電流電圧変換部４０が出力する電圧信号Ｖｉｓ１の高周波成分を除去し電圧信号Ｖｉｓ２としてＯＣＰコンパレータ４４へ出力している。ＯＣＰコンパレータ４４には、過電流しきい値制御用電圧源４６が接続されており、電圧信号Ｖｉｓ２が過電流しきい値制御用電圧源４６の出力する過電流保護しきい値電圧Ｖｐｒｏよりも大きくなると、過電流保護動作信号Ｖｏｃｐが出力される。
【００２７】
［過電流保護時の動作］
図１１は図１０のスイッチング電源装置における各部の波形を示したタイムチャートであり、期間Ａはスイッチング電源装置の出力電流が定格内であり過電流保護機能が動作していない状態、期間Ｂ及び期間Ｃはスイッチング電源装置の出力電流が過電流保護しきい値となり過電流保護機能が動作した状態を示す。
【００２８】
ここで、図１１（Ａ）は出力電流Ｉｏを示し、図１１（Ｂ）は出力電圧Ｖｏを示し、図１１（Ｃ）はスイッチング周波数制御用発振回路２８が出力する短い電圧パルスＶｆｓｗを示し、図１１（Ｄ）はＰＷＭコンパレータ３０の入力を示し、図１１（Ｅ）はＰＷＭコンパレータ３０の出力を示し、図１１（Ｆ）はローパスフィルタ部４２の入力を示し、図１１（Ｇ）はＯＣＰコンパレータ４４の入力を示し、図１１（Ｈ）はＯＣＰコンパレータ４４の出力である過電流保護動作信号Ｖｏｃｐを示し、図１１（Ｉ）はＲＳフリップフロップ３６のＱＢ端子出力を示し、図１１（Ｊ）はスイッチング素子制御信号ＶＧＳを示している。
【００２９】
図１１の期間Ａでは、スイッチング電源装置の出力電流Ｉｏは定格電流以下だが、スイッチング素子ＴＲ１がオンした直後に流れるサージ電流によって、図１１（Ｆ）に示す電流電圧変換部４０からの電圧信号Ｖｉｓ１にサージ電圧が発生しており、サージ電圧が過電流保護しきい値電圧Ｖｐｒｏよりも大きな値となっている。
【００３０】
電圧信号Ｖｉｓ１は過電流保護しきい値電圧Ｖｐｒｏよりも大きな値になり、電圧信号Ｖｉｓ１をＯＣＰコンパレータ４４に直接入力すると定格電流以下で過電流保護動作が行われてしまうことになることから、ローパスフィルタ部４２でサージ電圧が除去された電圧信号Ｖｉｓ２がＯＣＰコンパレータ４４に入力され、このため定格電流以下では過電流保護動作が発生することがない。ところで、ローパスフィルタ部４２の周波数特性が適切に設定されていない場合は過電流保護制御部２２が誤動作し、スイッチング電源装置は定格電流を出力できないことになる。
【００３１】
図１１の期間Ｂでは、スイッチング電源装置の負荷１４が電流を要求している状態（負荷のインピーダンスが小さくなっている状態）であり、出力電流Ｉｏが所定の過電流しきい値と一致して図９に示した出力電圧Ｖｏの垂下が始まった状態である。このとき、出力電圧Ｖｏは過電流保護動作によって垂下させられるため、Ｖｓｅｎｓ＜Ｖｒｅｆ１となり、フィードバック制御部１８は図１１（Ｄ）に示すようにフィードバック信号ＶＦＢを上昇させるため、ＶＦＢ＞Ｖｔｒｉとなり、図１１（Ｅ）に示すＰＷＭ信号ＶｐｗｍはＨレベル期間が長くなる動作となる。
【００３２】
期間Ｂでは、スイッチング素子ＴＲ１のオンしている間に、図１１（Ｇ）に示すように、電圧信号Ｖｉｓ２が過電流保護しきい値電圧Ｖｐｒｏに達するため、ＯＣＰコンパレータ４４が動作して過電流保護動作信号ＶｏｃｐがＨレベルとなる。
【００３３】
過電流保護動作信号ＶｏｃｐがＨレベルになると、図１１（Ｉ）に示すように、スイッチング素子強制停止回路３２内のＲＳフリップフロップ３６がセットされてＱＢ端子がＬレベルとなることで、図１１（Ｊ）に示すように、スイッチング素子制御信号ＶＧＳがＬレベルとなる。スイッチング素子制御信号ＶＧＳがＬレベルになると、スイッチング素子ＴＲ１がオフするため、スイッチング素子ＴＲ１を流れる電流が停止して電圧信号Ｖｉｓ１および電圧信号Ｖｉｓ２が低下する。
【００３４】
電圧信号Ｖｉｓ２が過電流保護しきい値電圧Ｖｐｒｏ以下になるため、過電流保護動作信号ＶｏｃｐはＨレベルからＬレベルに戻るが、ＲＳフリップフロップ３６の働きによりＱＢ端子はＬレベルを維持する。この状態は、スイッチング周波数制御用発振回路２８が出力する短い電圧パルスＶｆｓｗがＲＳフリップフロップ３６のＲ端子に入力されることでＱＢ端子がＨレベルに戻るまで継続する。
【００３５】
ＱＢ端子がＬレベルを維持している期間はＰＷＭ信号Ｖｐｗｍの値によらずスイッチング素子制御信号ＶＧＳはＬレベルとなる。従って、次のスイッチング周期まではスイッチング素子ＴＲ１のオフが維持されることで、スイッチング素子ＴＲ１のオンデューティが制御される。
【００３６】
図１１の期間Ｃでは、スイッチング電源装置の負荷１４が期間Ｂよりもさらに電流を要求した状態である。スイッチング電源装置は出力電流Ｉｏを増加させないように、過電流保護動作によってスイッチング素子ＴＲ１のオンデューティが狭くなるような制御が行われ、出力電圧Ｖｏが更に垂下する動作となるが、図９に示すように「への字」型の特性となるため、出力電圧Ｖｏが垂下するに従って出力電流Ｉｏが増加する。これは、ローパスフィルタ部４２の影響によるものである。
【００３７】
期間Ｃでは、図１１（Ｆ）に示すように、スイッチング素子ＴＲ１を流れる電流に比例した電圧信号Ｖｉｓ１が過電流保護しきい値電圧Ｖｐｒｏよりも大きな値となっている。ＯＣＰコンパレータ４４に入力する電圧信号Ｖｉｓ２は、図１１（Ｇ）に示すように、電圧上昇の立ち上がりの傾きがローパスフィルタ部４２の影響により緩やかになっており、過電流保護しきい値電圧Ｖｐｒｏに達するまでの時間に遅れが生じる。
【００３８】
ＯＣＰコンパレータ４４は、電圧信号Ｖｉｓ２が過電流保護しきい値電圧Ｖｐｒｏに達するまでは、スイッチング素子ＴＲ１をオフすることができないため、スイッチング電源装置の出力電流Ｉｏは、過電流保護しきい値よりも大きくなる動作となる。これは、スイッチング素子ＴＲ１のオンデューティが狭いほど電圧信号Ｖｉｓ２の傾きによる時間遅れの寄与率が大きくなり、出力電圧Ｖｏが垂下するほどスイッチング電源装置の出力電流Ｉｏが増加して、「への字」型の特性となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３９】
【特許文献１】特開２００２−３００７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４０】
このように図１０に示したスイッチング電源装置の過電流保護動作は、図９に示したように、出力電流が所定の過電流しきい値を超えた場合に出力電圧Ｖｏが垂下するに従って出力電流Ｉｏが大きくなる「への字」型の特性となっている。
【００４１】
この特性を持つスイッチング電源装置の出力が短絡されると大電流が出力されることになる。この時、短時間ではスイッチング電源装置が故障することはないが、出力電流が流れる経路の部品となる整流素子Ｄ１，Ｄ２、出力チョークＬ１等には定常時と比較して大きな損失が発生した状態となることで発熱が生じることになり、いずれは故障してしまう。
【００４２】
このような過電流保護動作による「への字」型の特性は、過電流保護制御部２２に設けたローパスフィルタ部４２の影響によるものであり、この特性を改善しようとすると、ローパスフィルタ部４２の特性を高域の信号が通過できるように設定しなければならないが、スイッチング素子ＴＲ１がオンした直後のサージ電流に対して過電流保護制御部２２が動作する可能性が高くなり、誤動作しやすいスイッチング電源装置となってしまう。
【００４３】
特許文献１では、この問題を解決するために、過電流状態においてスイッチング電源装置のスイッチング周波数が遅くなるような制御を導入している（特許文献１の図１、図２）。スイッチング周波数を遅くすることで制御回路や低域通過の垂下特性を出力電圧が低下しても出力電流が大きくならない制御とする。これにより、出力短絡時でも、出力電流が流れる経路の部品となる整流素子、出力チョーク等には定常時と同じ電流が流れるため、発熱による故障を防ぐことができる。
【００４４】
しかしながら、過電流保護動作時の発熱による故障の問題は、過電流状態においてスイッチング電源装置のスイッチング周波数が遅くなるような制御とすることで解消されるが、スイッチング周波数を低下させると、図１０の出力チョークＬ１と出力コンデンサＣ１で構成された出力フィルタ回路部の減衰量が小さくなるため、出力電圧垂下時の出力リップルが増大する欠点がある。
【００４５】
これを解決するためには、出力フィルタ回路部を低い周波数に対応させた大型の部品に変更する等の対策が必要となるが、スイッチング電源装置の大型化、高コスト化を招く問題がある。
【００４６】
（過電流保護動作における間欠動作の導入）
従来のスイッチング電源装置にあっては、過電流保護動作時にスイッチング周波数を低下させないことと、過電流保護動作時の発熱による故障の防止を両立する方法として、スイッチング電源装置を間欠動作させる方法がある。
【００４７】
スイッチング電源装置の間欠動作は、スイッチング電源装置の出力電流が過電流垂下動作しきい値よりも大きい値に設定された間欠動作しきい値以上となった時に、一定時間スイッチング素子の動作を停止させることでスイッチング電源装置の出力電流を停止させるものである。
【００４８】
これにより、スイッチング電源装置の出力電流が流れる経路の部品となる整流素子、出力チョーク等の発熱を低減し故障を防ぐことができる。間欠動作は、スイッチング周波数を可変する制御のような複雑な制御を行わないため、制御回路を低コストで作ることが可能であり、市販のスイッチング電源制御用のコントロールＩＣ等にも備えられている機能である。以下、スイッチング電源装置の間欠動作について説明する。
【００４９】
図１２は、間欠動作による過電流保護機能を備えたスイッチング電源装置が間欠動作していない場合の各部の波形を示したタイムチャートであり、過電流保護時の垂下特性が「への字」の特性を持つスイッチング電源装置において、過電流垂下動作しきい値以上かつ間欠動作しきい値以下の電流Ｉｏ１を出力させている場合の動作であり、図１２（Ａ）に出力電流を示し、図１２（Ｂ）に平均電流を示し、図１２（Ｃ）にスイッチング素子制御信号を示している。
【００５０】
この場合、スイッチング素子のオンオフ動作が連続で行われており、出力電流値はＩｏ１となり、連続で出力された状態となっている。また、出力電流値Ｉｏ１と平均電流値Ｉａｖｅ１は等しい値となっている。
【００５１】
図１３は間欠動作による過電流保護機能を備えたスイッチング電源装置が間欠動作した場合の各部の波形を示したタイムチャートであり、間欠動作しきい値を超えた電流を出力させている場合の動作であり、図１３（Ａ）に出力電流を示し、図１３（Ｂ）に平均電流を示し、図１３（Ｃ）にスイッチング素子制御信号を示している。
【００５２】
スイッチング電源装置の出力電流が間欠動作しきい値以上になると、スイッチング電源装置は間欠動作を開始し、出力電流値は間欠動作しきい値以上の電流Ｉｏ２とゼロを交互に繰り返す。出力電流値が間欠動作しきい値以上の電流Ｉｏ２の状態が時間Ｔ１だけ継続すると、スイッチング素子のオンオフ動作が停止するように制御が行われ、停止状態が時間Ｔ２だけ経過すると、スイッチング素子のオンオフ動作が再開する。
【００５３】
この動作により、スイッチング電源装置が出力する平均電流値Ｉａｖｅ２は、
Ｉａｖｅ２＝Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２）×Ｉｏ２
となる。例えば、Ｔ１＝２００ｍｓ、Ｔ２=８００ｍｓに設定されたスイッチング電源装置では、この場合の平均電流値Ｉａｖｅ２は間欠動作しきい値以上の電流Ｉｏ２の１／５となる。これにより、過電流垂下特性が「への字」の場合で、出力電流Ｉｏが大きくなった場合でも、スイッチング電源装置の出力電流が流れる経路の部品となる整流素子、出力チョーク等の発熱を低減することが可能となり、故障を防ぐことができる。
【００５４】
（間欠動作の不具合）
スイッチング電源装置の過電流保護動作に間欠動作を導入したスイッチング電源装置の出力に、間欠動作時の平均電流値Ｉａｖｅ２以上の電流を要求する負荷と、出力電流急変時等のおける電圧安定化やリップル電圧の低減を目的とした大容量の外付けコンデンサを接続すると、スイッチング電源装置が起動できなくなる不具合が発生する可能性が有る。以下、スイッチング電源装置の起動時の不具合について説明する。
【００５５】
スイッチング電源装置の出力に負荷電流として定電流の電流値Ｉｏ３を要求する負荷と外付けのコンデンサを接続する。このとき、負荷電流値Ｉｏ３は間欠動作時の平均電流値Ｉａｖｅ２よりも大きいものとする。この状態でスイッチング電源装置を起動させる。
【００５６】
図１４は間欠動作による過電流保護機能を備えたスイッチング電源装置に小容量のコンデンサを外付けした状態で起動した場合の各部の波形を示したタイムチャートであり、スイッチング電源装置が起動動作で不具合を起こさない場合の波形である。ここで、図１４（Ａ）は出力電流を示し、図１４（Ｂ）は負荷に流れる電流を示し、図１４（Ｃ）は外付けコンデンサの電流を示し、図１４（Ｄ）は外付けコンデンサの電圧、即ちスイッチング電源装置の出力電圧を示す。
【００５７】
スイッチング電源装置の起動直後は、外付けコンデンサが蓄えている電荷がゼロなので発生電圧もゼロとなっている。この状態のスイッチング電源装置は、出力を短絡した状態と同じになっているため起動直後から過電流保護動作となり、出力電流として電流値Ｉｏ２を出力する。
【００５８】
スイッチング電源装置の出力電流は外付けコンデンサと負荷に流れるため、外付けコンデンサに流入する電流Ｉｃは、Ｉｃ＝Ｉｏ２―Ｉｏ３となる。したがって、外付けコンデンサは電流Ｉｃで充電されることで電圧が上昇する。
【００５９】
スイッチング電源装置の出力電圧は、外付けコンデンサの電圧の上昇に従って上昇し、スイッチング電源装置の出力電圧が定格電圧Ｖｎｏｍに達したところで、出力電圧の上昇が停止し、一定電圧を出力する。
【００６０】
出力電圧の上昇が停止すると外付けコンデンサの充電が停止することになり電流Ｉｃがゼロとなり、スイッチング電源装置の出力電流は負荷に流れる電流Ｉｏ３だけとなる。
【００６１】
スイッチング電源装置の出力電圧が定常電圧Ｖｎｏｍに達するまでの時間が時間Ｔ１以下の場合は、間欠動作しきい値を超えた電流が流れても間欠動作とならない。つまり、間欠動作が開始される時間Ｔ１に達する前にスイッチング電源装置の起動動作が完了することで起動時の不具合が発生しない。
【００６２】
図１５は間欠動作による過電流保護機能を備えたスイッチング電源装置に大容量のコンデンサを外付けした状態で起動した場合の各部の波形を示したタイムチャートであり、スイッチング電源装知の起動で不具合が発生する場合の波形である。ここで、図１５（Ａ）は出力電流を示し、図１５（Ｂ）は負荷に流れる電流を示し、図１５（Ｃ）は外付けコンデンサの電流を示し、図１５（Ｄ）は外付けコンデンサの電圧、即ちスイッチング電源装置の出力電圧を示す。
【００６３】
スイッチング電源装置の起動直後は、外付けコンデンサが蓄えている電荷がゼロなので発生電圧もゼロとなっている。この状態のスイッチング電源装置は、出力を短絡した状態と同じになっているため起動直後から過電流保護動作となり、出力電流として電流値Ｉｏ２を出力する。
【００６４】
スイッチング電源装置の出力電流は外付けコンデンサと負荷に流れるため、外付けコンデンサに流入する電流Ｉｃは、Ｉｃ＝Ｉｏ２―Ｉｏ３となる。したがって、外付けコンデンサは電流Ｉｃで充電されて電圧が上昇する。この時、外付けコンデンサは大容量のものが付けられているため、先の図１４の場合よりも電圧の上昇が遅くなる。
【００６５】
スイッチング電源装置の出力電圧は、外付けコンデンサの電圧の上昇に従って上昇するが、定格電圧Ｖｎｏｍに達する前に時間Ｔ１が経過し、スイッチング素子のオンオフ動作が停止する。
【００６６】
スイッチング素子のオンオフ動作が停止すると、スイッチング電源装置からの出力電流は停止する。ただし、負荷は一定の電流を要求する動作が継続しており、電流値Ｉｏ３の電流が負荷に流れる。この電流は、外付けコンデンサが放電することで供給される。外付けコンデンサが放電するとコンデンサの電圧が低下する。コンデンサの電圧がゼロになると負荷に電流を供給することができなくなる。
【００６７】
スイッチング素子のオンオフ動作が停止してから時間Ｔ２が経過するとスイッチング素子のオンオフ動作が再開されるが、上記と同じ動作が繰り返される。
【００６８】
このようにスイッチング電源装置の出力電圧の上昇が時間Ｔ１までに定格電圧Ｖｎｏｍに達することができないような大容量の外付けコンデンサを付けた場合は、過電流保護時の間欠動作が行われてしまってスイッチング電源装置が起動できない不具合がある。
【００６９】
本発明は、大容量のコンデンサを外付けした場合でも、出力電流を制限しながら出力電圧を上昇させることで確実な起動動作を実現すスイッチング電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００７０】
（第１発明のスイッチング電源装置）
本発明は、電力変換部、フィードバック制御部、出力電圧制御用基準電圧源、スイッチング素子制御信号生成部、過電流保護制御部、演算部、及び制御パルス積分部から構成され、入力電圧を所定の出力電圧に変換するスイッチング電源装置であって、
電力変換部は、スイッチング素子を備えており、スイッチング素子制御信号生成部が出力するスイッチング素子制御信号に従って、スイッチング素子をオンオフすることで、入力電圧を断続電圧に変換し、断続電圧を整流平滑することで出力電圧に変換するものであり、
フィードバック制御部は、スイッチング素子制御信号生成部へフィードバック信号を出力することで、電力変換部の出力電圧を所定の値に制御する機能を備え、出力電圧に比例した電圧信号である出力電圧比例信号と出力電圧制御用基準電圧源が出力する出力電圧制御用基準電圧が入力され、出力電圧比例信号と出力電圧制御用基準電圧が等しくなるようにフィードバック信号を制御するものであり、
スイッチング素子制御信号生成部は、フィードバック制御部が出力するフィードバック信号と過電流保護制御部が出力する過電流保護動作信号に対応してスイッチング素子制御信号を出力するものであり、
過電流保護制御部は、スイッチング素子を流れる電流が所定の過電流保護動作しきい値になると、スイッチング素子制御信号生成部へ過電流保護動作信号を出力するものであり、
演算部は、スイッチング電源装置の出力電流情報を取得し、所定の制御パルスを出力するものであり、
制御パルス積分部は、演算部が出力する制御パルスが入力され、出力がフィードバック制御部の出力に接続されており、演算部から入力された制御パルスを積分することで制御パルス積分電圧を生成し、制御パルス積分電圧によってフィードバック信号を変化させるものであり、
演算部は、更に、スイッチング電源装置が起動する際に、電力変換部の出力電流を監視し、出力電流が所定の起動時電流制限値以下になっている場合のみ制御パルスを出力することを特徴とする。
【００７１】
（第２発明のスイッチング電源装置）
本発明の他の形態にあっては、電力変換部、フィードバック制御部、出力電圧制御用基準電圧源、スイッチング素子制御信号生成部、過電流保護制御部、演算部、及び制御パルス積分部から構成され、入力電圧を所定の出力電圧に変換するスイッチング電源装置であって、
電力変換部は、スイッチング素子を備えており、スイッチング素子制御信号生成部が出力するスイッチング素子制御信号に従って、スイッチング素子をオンオフすることで、入力電圧を断続電圧に変換し、断続電圧を整流平滑することで出力電圧に変換するものであり、
フィードバック制御部は、スイッチング素子制御信号生成部へフィードバック信号を出力することで、電力変換部の出力電圧を所定の値に制御する機能を備え、出力電圧に比例した電圧信号である出力電圧比例信号と出力電圧制御用基準電圧源が出力する出力電圧制御用基準電圧が入力され、前記出力電圧比例信号と前記出力電圧制御用基準電圧が等しくなるように前記フィードバック信号を制御するものであり、
スイッチング素子制御信号生成部は、フィードバック制御部が出力するフィードバック信号と過電流保護制御部が出力する過電流保護動作信号に対応してスイッチング素子制御信号を出力するものであり、
過電流保護制御部は、スイッチング素子を流れる電流が所定の過電流保護動作しきい値になると、スイッチング素子制御信号生成部へ過電流保護動作信号を出力するものであり、
演算部は、スイッチング電源装置の出力電流情報を取得し、所定の制御パルスを出力するものであり、
制御パルス積分部は、演算部が出力する制御パルスが入力され、出力がフィードバック制御部の出力電圧制御用基準電圧源の出力に接続されており、演算部から入力された制御パルスを積分することで制御パルス積分電圧を生成し、制御パルス積分電圧によって出力電圧制御用基準電圧を変化させるものであり、
演算部は、更に、スイッチング電源装置が起動する際に、電力変換部の出力電流を監視し、出力電流が所定の起動時電流制限値以下になっている場合のみ制御パルスを出力することを特徴とする。
【００７２】
（第１及び第２発明の演算部）
演算部は、ＡＤコンバータ、ＣＰＵ、出力ポートで構成されており、
ＡＤコンバータは、スイッチング電源装置の出力電流情報が与えられており、
ＣＰＵは、予め与えられている演算用のプログラムを実行することで、ＡＤコンバータから出力電流値を取得し、演算用のプログラムに従って出力電流値が所定の値以下になっている場合のみ、出力ポートに制御パルスを出力する指示を行うものであり、
出力ポートは、ＣＰＵが制御パルスを出力していない場合に出力ポートがハイインピーダンスで保持されており、制御パルスを出力する場合に出力ポートからＨレベル、もしくはＬレベルの信号を出力する。
【００７３】
（第３発明のスイッチング装置）
本発明の他の形態にあっては、電力変換部、フィードバック制御部、出力電圧制御用基準電圧源、スイッチング素子制御信号生成部、過電流保護制御部、演算部、及び制御パルス平滑部から構成され、入力電圧を所定の出力電圧に変換するスイッチング電源装置であって、
電力変換部は、スイッチング素子を備えており、スイッチング素子制御信号生成部が出力するスイッチング素子制御信号に従って、スイッチング素子をオンオフすることで、入力電圧を断続電圧に変換し、断続電圧を整流平滑することで出力電圧に変換するものであり、
フィードバック制御部は、スイッチング素子制御信号生成部へフィードバック信号を出力することで、電力変換部の出力電圧を所定の値に制御する機能を備え、出力電圧に比例した電圧信号である出力電圧比例信号と前記出力電圧制御用基準電圧源が出力する出力電圧制御用基準電圧が入力され、出力電圧比例信号と出力電圧制御用基準電圧が等しくなるようにフィードバック信号を制御するものであり、
スイッチング素子制御信号生成部は、フィードバック制御部が出力するフィードバック信号と過電流保護制御部が出力する過電流保護動作信号に対応してスイッチング素子制御信号を出力するものであり、
過電流保護制御部は、スイッチング素子を流れる電流が所定の過電流保護動作しきい値になると、スイッチング素子制御信号生成部へ過電流保護動作信号を出力するものであり、
演算部は、スイッチング電源装置の出力電流情報を取得し、所定の制御パルスを出力するものであり、
制御パルス平滑部は、演算部が出力する制御パルスが入力され、出力がフィードバック制御部の出力に接続されており、演算部から入力された制御パルスを平滑することで制御パルス平滑電圧を生成し、制御パルス平滑電圧によってフィードバック信号を変化させるものであり、
演算部は、更に、スイッチング電源装置が起動する際に、電力変換部の出力電流を監視し、出力電流が所定の起動時電流制限値以下になっている場合のみ制御パルスを出力することを特徴とする。
【００７４】
（第４発明のスイッチング電源装置）
本発明の他の形態にあっては、電力変換部、フィードバック制御部、出力電圧制御用基準電圧源、スイッチング素子制御信号生成部、過電流保護制御部、演算部、及び制御パルス平滑部から構成され、入力電圧を所定の出力電圧に変換するスイッチング電源装置であって、
電力変換部は、スイッチング素子を備えており、スイッチング素子制御信号生成部が出力するスイッチング素子制御信号に従って、スイッチング素子をオンオフすることで、入力電圧を断続電圧に変換し、断続電圧を整流平滑することで出力電圧に変換するものであり、
フィードバック制御部は、スイッチング素子制御信号生成部へフィードバック信号を出力することで、電力変換部の出力電圧を所定の値に制御する機能を備え、出力電圧に比例した電圧信号である出力電圧比例信号と出力電圧制御用基準電圧源が出力する出力電圧制御用基準電圧が入力され、出力電圧比例信号と出力電圧制御用基準電圧が等しくなるようにフィードバック信号を制御するものであり、
スイッチング素子制御信号生成部は、フィードバック制御部が出力するフィードバック信号と過電流保護制御部が出力する過電流保護動作信号に対応してスイッチング素子制御信号を出力するものであり、
過電流保護制御部は、スイッチング素子を流れる電流が所定の過電流保護動作しきい値になると、スイッチング素子制御信号生成部へ過電流保護動作信号を出力するものであり、
演算部は、スイッチング電源装置の出力電流情報を取得し、所定の制御パルスを出力するものであり、
制御パルス平滑部は、演算部が出力する制御パルスが入力され、出力がフィードバック制御部の出力電圧制御用基準電圧源の出力に接続されており、演算部から入力された制御パルスを平滑することで制御パルス平滑電圧を生成し、制御パルス平滑電圧によって出力電圧制御用基準電圧を変化させるものであり、
演算部は、更に、スイッチング電源装置が起動する際に、電力変換部の出力電流を監視し、出力電流が所定の起動時電流制限値以下になっている場合のみ制御パルスを出力することを特徴とする。
【００７５】
（第５発明のスイッチング電源装置）
本発明の他の形態にあっては、電力変換部、フィードバック制御部、スイッチング素子制御信号生成部、過電流保護制御部、演算部、及び制御パルス平滑部から構成され、入力電圧を所定の出力電圧に変換するスイッチング電源装置であって、
電力変換部は、スイッチング素子を備えており、スイッチング素子制御信号生成部が出力するスイッチング素子制御信号に従って、スイッチング素子をオンオフすることで、入力電圧を断続電圧に変換し、断続電圧を整流平滑することで出力電圧に変換するものであり、
フィードバック制御部は、スイッチング素子制御信号生成部へフィードバック信号を出力することで、電力変換部の出力電圧を所定の値に制御する機能を備え、出力電圧に比例した電圧信号である出力電圧比例信号と制御パルス平滑部が出力する制御パルス平滑電圧が入力され、出力電圧比例信号と制御パルス平滑電圧が等しくなるようにフィードバック信号を制御するものであり、
スイッチング素子制御信号生成部は、フィードバック制御部が出力するフィードバック信号と過電流保護制御部が出力する過電流保護動作信号に対応してスイッチング素子制御信号を出力するものであり、
過電流保護制御部は、スイッチング素子を流れる電流が所定の過電流保護動作しきい値になると、スイッチング素子制御信号生成部へ過電流保護動作信号を出力するものであり、
演算部は、スイッチング電源装置の出力電流情報を取得し、所定の制御パルスを出力するものであり、
制御パルス平滑部は、演算部が出力する制御パルスが入力され、出力がフィードバック制御部に入力され、演算部から入力された制御パルスを平滑することで制御パルス平滑電圧を生成するものであり、
演算部は、更に、スイッチング電源装置が起動する際に、電力変換部の出力電流を監視し、出力電流が所定の起動時電流制限値以下になっている場合のみ制御パルスを出力することを特徴とする。
【００７６】
（第３乃至第５発明の演算部）
演算部は、ＡＤコンバータ、クロック回路、ＣＰＵ及びタイマで構成されており、
ＡＤコンバータは、スイッチング電源装置の出力電流情報が与えられており、
クロック回路は、ＣＰＵ及びタイマに動作タイミングの基準となるクロック信号を出力する回路であり、
ＣＰＵは、予め与えられている演算用のプログラムを実行することで、ＡＤコンバータから出力電流値を取得し、演算用のプログラムに従ってタイマに対して周期とデューティを指示するものであり、
タイマは、クロック回路から入力されたクロック信号をカウントすることで、ＣＰＵから指示された周期とデューティを持つ制御パルスを出力する。
【００７７】
（間欠動作）
電力変換部の出力電流が過電流保護しきい値と起動時電流制限値の間となる所定の間欠動作しきい値になると、スイッチング素子を所定の時間停止して出力電流を間欠的に出力させる。
【発明の効果】
【００７８】
（第１発明のスイッチング電源装置による効果）
本発明は、電力変換部、フィードバック制御部、出力電圧制御用基準電圧源、スイッチング素子制御信号生成部、過電流保護制御部、演算部、及び制御パルス積分部から構成され、入力電圧を所定の出力電圧に変換するスイッチング電源装置であって、電力変換部は、スイッチング素子を備えており、スイッチング素子制御信号生成部が出力するスイッチング素子制御信号に従って、スイッチング素子をオンオフすることで、入力電圧を断続電圧に変換し、断続電圧を整流平滑することで出力電圧に変換するものであり、フィードバック制御部は、スイッチング素子制御信号生成部へフィードバック信号を出力することで、電力変換部の出力電圧を所定の値に制御する機能を備え、出力電圧に比例した電圧信号である出力電圧比例信号と出力電圧制御用基準電圧源が出力する出力電圧制御用基準電圧が入力され、出力電圧比例信号と出力電圧制御用基準電圧が等しくなるようにフィードバック信号を制御するものであり、スイッチング素子制御信号生成部は、フィードバック制御部が出力するフィードバック信号と過電流保護制御部が出力する過電流保護動作信号に対応してスイッチング素子制御信号を出力するものであり、過電流保護制御部は、スイッチング素子を流れる電流が所定の過電流保護動作しきい値になると、スイッチング素子制御信号生成部へ過電流保護動作信号を出力するものであり、演算部は、スイッチング電源装置の出力電流情報を取得し、所定の制御パルスを出力するものであり、制御パルス積分部は、演算部が出力する制御パルスが入力され、出力がフィードバック制御部の出力に接続されており、演算部から入力された制御パルスを積分することで制御パルス積分電圧を生成し、制御パルス積分電圧によってフィードバック信号を変化させるものであり、演算部は、更に、スイッチング電源装置が起動する際に、電力変換部の出力電流を監視し、出力電流が所定の起動時電流制限値以下になっている場合のみ制御パルスを出力するようにしたため、スイッチング電源装置が起動する際に演算部がスイッチング電源装置の出力電流をモニタし、出力電流を制限しながら出力電圧を上昇させるように制御され、スイッチング電源装置に大容量のコンデンサを外付けした場合でも、出力電流を制限しながら出力電圧を上昇させることでスイッチング電源装置を確実に起動させることができる。
【００７９】
（第２発明のスイッチング電源装置による効果）
本発明の他の形態にあっては、電力変換部、フィードバック制御部、出力電圧制御用基準電圧源、スイッチング素子制御信号生成部、過電流保護制御部、演算部、及び制御パルス積分部から構成され、入力電圧を所定の出力電圧に変換するスイッチング電源装置であって、電力変換部は、スイッチング素子を備えており、スイッチング素子制御信号生成部が出力するスイッチング素子制御信号に従って、スイッチング素子をオンオフすることで、入力電圧を断続電圧に変換し、断続電圧を整流平滑することで出力電圧に変換するものであり、フィードバック制御部は、スイッチング素子制御信号生成部へフィードバック信号を出力することで、電力変換部の出力電圧を所定の値に制御する機能を備え、出力電圧に比例した電圧信号である出力電圧比例信号と出力電圧制御用基準電圧源が出力する出力電圧制御用基準電圧が入力され、前記出力電圧比例信号と前記出力電圧制御用基準電圧が等しくなるように前記フィードバック信号を制御するものであり、スイッチング素子制御信号生成部は、フィードバック制御部が出力するフィードバック信号と過電流保護制御部が出力する過電流保護動作信号に対応してスイッチング素子制御信号を出力するものであり、過電流保護制御部は、スイッチング素子を流れる電流が所定の過電流保護動作しきい値になると、スイッチング素子制御信号生成部へ過電流保護動作信号を出力するものであり、演算部は、スイッチング電源装置の出力電流情報を取得し、所定の制御パルスを出力するものであり、制御パルス積分部は、演算部が出力する制御パルスが入力され、出力がフィードバック制御部の出力電圧制御用基準電圧源の出力に接続されており、演算部から入力された制御パルスを積分することで制御パルス積分電圧を生成し、制御パルス積分電圧によって出力電圧制御用基準電圧を変化させるものであり、演算部は、更に、スイッチング電源装置が起動する際に、電力変換部の出力電流を監視し、出力電流が所定の起動時電流制限値以下になっている場合のみ制御パルスを出力するようにしたため、前述した第１発明のスイッチング電源装置としての効果に加え、フィードバック制御部とスイッチング素子制御信号生成部との間にアイソレーション回路を設けてスイッチング電源装置を入力側と出力側に絶縁分離した場合、フィードバック制御回路、演算部及び制御パルス平滑部をスイッチング電源装置の出力側に配置して制御パルスを制御することで出力電圧制御用基準電圧を変化させて、出力電圧の垂下に対し出力電流を所定の電流に正確に制御する高精度な電流制限動作を可能とする。
【００８０】
（第１及び第２発明の演算部による効果）
また、演算部は、ＡＤコンバータ、ＣＰＵ、出力ポートで構成されており、ＡＤコンバータは、スイッチング電源装置の出力電流情報が与えられており、ＣＰＵは、予め与えられている演算用のプログラムを実行することで、ＡＤコンバータから出力電流値を取得し、演算用のプログラムに従って出力電流値が所定の値以下になっている場合のみ、出力ポートに制御パルスを出力する指示を行うものであり、出力ポートは、前記ＣＰＵが制御パルスを出力していない場合に出力ポートがハイインピーダンスで保持されており、制御パルスを出力する場合に出力ポートからＨレベル、もしくはＬレベルの信号を出力するようにしたため、ＡＤコンバータ、ＣＰＵ及び出力ポートを備えた低速のデジタルプロセッサを使用することができ、コストの低減と装置の小型化を実現可能とする。
【００８１】
（第３発明のスイッチング装置による効果）
本発明の他の形態にあっては、電力変換部、フィードバック制御部、出力電圧制御用基準電圧源、スイッチング素子制御信号生成部、過電流保護制御部、演算部、及び制御パルス平滑部から構成され、入力電圧を所定の出力電圧に変換するスイッチング電源装置であって、電力変換部は、スイッチング素子を備えており、スイッチング素子制御信号生成部が出力するスイッチング素子制御信号に従って、スイッチング素子をオンオフすることで、入力電圧を断続電圧に変換し、断続電圧を整流平滑することで出力電圧に変換するものであり、フィードバック制御部は、スイッチング素子制御信号生成部へフィードバック信号を出力することで、電力変換部の出力電圧を所定の値に制御する機能を備え、出力電圧に比例した電圧信号である出力電圧比例信号と前記出力電圧制御用基準電圧源が出力する出力電圧制御用基準電圧が入力され、出力電圧比例信号と出力電圧制御用基準電圧が等しくなるようにフィードバック信号を制御するものであり、スイッチング素子制御信号生成部は、フィードバック制御部が出力するフィードバック信号と過電流保護制御部が出力する過電流保護動作信号に対応してスイッチング素子制御信号を出力するものであり、過電流保護制御部は、スイッチング素子を流れる電流が所定の過電流保護動作しきい値になると、スイッチング素子制御信号生成部へ過電流保護動作信号を出力するものであり、演算部は、スイッチング電源装置の出力電流情報を取得し、所定の制御パルスを出力するものであり、制御パルス平滑部は、演算部が出力する制御パルスが入力され、出力がフィードバック制御部の出力に接続されており、演算部から入力された制御パルスを平滑することで制御パルス平滑電圧を生成し、制御パルス平滑電圧によってフィードバック信号を変化させるものであり、演算部は、更に、スイッチング電源装置が起動する際に、電力変換部の出力電流を監視し、出力電流が所定の起動時電流制限値以下になっている場合のみ制御パルスを出力するようにしたため、スイッチング電源装置が起動する際に演算部がスイッチング電源装置の出力電流をモニタし、出力電流を制限しながら出力電圧を上昇させるように制御され、スイッチング電源装置に大容量のコンデンサを外付けした場合でも、出力電流を制限しながら出力電圧を上昇させることでスイッチング電源装置を確実に起動させることができる。
【００８２】
（第４発明のスイッチング電源装置による効果）
本発明の他の形態にあっては、電力変換部、フィードバック制御部、出力電圧制御用基準電圧源、スイッチング素子制御信号生成部、過電流保護制御部、演算部、及び制御パルス平滑部から構成され、入力電圧を所定の出力電圧に変換するスイッチング電源装置であって、電力変換部は、スイッチング素子を備えており、スイッチング素子制御信号生成部が出力するスイッチング素子制御信号に従って、スイッチング素子をオンオフすることで、入力電圧を断続電圧に変換し、断続電圧を整流平滑することで出力電圧に変換するものであり、フィードバック制御部は、スイッチング素子制御信号生成部へフィードバック信号を出力することで、電力変換部の出力電圧を所定の値に制御する機能を備え、出力電圧に比例した電圧信号である出力電圧比例信号と出力電圧制御用基準電圧源が出力する出力電圧制御用基準電圧が入力され、出力電圧比例信号と出力電圧制御用基準電圧が等しくなるようにフィードバック信号を制御するものであり、スイッチング素子制御信号生成部は、フィードバック制御部が出力するフィードバック信号と過電流保護制御部が出力する過電流保護動作信号に対応してスイッチング素子制御信号を出力するものであり、過電流保護制御部は、スイッチング素子を流れる電流が所定の過電流保護動作しきい値になると、スイッチング素子制御信号生成部へ過電流保護動作信号を出力するものであり、演算部は、スイッチング電源装置の出力電流情報を取得し、所定の制御パルスを出力するものであり、制御パルス平滑部は、演算部が出力する制御パルスが入力され、出力がフィードバック制御部の出力電圧制御用基準電圧源の出力に接続されており、演算部から入力された制御パルスを平滑することで制御パルス平滑電圧を生成し、制御パルス平滑電圧によって出力電圧制御用基準電圧を変化させるものであり、演算部は、更に、スイッチング電源装置が起動する際に、電力変換部の出力電流を監視し、出力電流が所定の起動時電流制限値以下になっている場合のみ制御パルスを出力するようにしたため、前述した第３発明のスイッチング電源装置としての効果に加え、フィードバック制御部とスイッチング素子制御信号生成部との間にアイソレーション回路を設けてスイッチング電源装置を入力側と出力側に絶縁分離した場合、フィードバック制御回路、演算部及び制御パルス平滑部をスイッチング電源装置の出力側に配置して制御パルスを制御することで出力電圧制御用基準電圧を変化させて、出力電圧の垂下に対し出力電流を所定の電流に正確に制御する高精度な電流制限動作を可能とする。
【００８３】
（第５発明のスイッチング電源装置による効果）
本発明の他の形態にあっては、電力変換部、フィードバック制御部、スイッチング素子制御信号生成部、過電流保護制御部、演算部、及び制御パルス平滑部から構成され、入力電圧を所定の出力電圧に変換するスイッチング電源装置であって、電力変換部は、スイッチング素子を備えており、スイッチング素子制御信号生成部が出力するスイッチング素子制御信号に従って、スイッチング素子をオンオフすることで、入力電圧を断続電圧に変換し、断続電圧を整流平滑することで出力電圧に変換するものであり、フィードバック制御部は、スイッチング素子制御信号生成部へフィードバック信号を出力することで、電力変換部の出力電圧を所定の値に制御する機能を備え、出力電圧に比例した電圧信号である出力電圧比例信号と制御パルス平滑部が出力する制御パルス平滑電圧が入力され、出力電圧比例信号と制御パルス平滑電圧が等しくなるようにフィードバック信号を制御するものであり、スイッチング素子制御信号生成部は、フィードバック制御部が出力するフィードバック信号と過電流保護制御部が出力する過電流保護動作信号に対応してスイッチング素子制御信号を出力するものであり、過電流保護制御部は、スイッチング素子を流れる電流が所定の過電流保護動作しきい値になると、スイッチング素子制御信号生成部へ過電流保護動作信号を出力するものであり、演算部は、スイッチング電源装置の出力電流情報を取得し、所定の制御パルスを出力するものであり、制御パルス平滑部は、演算部が出力する制御パルスが入力され、出力がフィードバック制御部に入力され、演算部から入力された制御パルスを平滑することで制御パルス平滑電圧を生成するものであり、演算部は、更に、スイッチング電源装置が起動する際に、電力変換部の出力電流を監視し、出力電流が所定の起動時電流制限値以下になっている場合のみ制御パルスを出力するようにしたため、前述した第３発明の効果に加え、フィードバック制御部に出力電圧制御用基準電圧源を設ける必要がなくなり、部品点数の低減により低コスト化と小型化が実現できる。
【００８４】
（第３乃至第５発明の演算部による効果）
また、演算部は、ＡＤコンバータ、クロック回路、ＣＰＵ及びタイマで構成されており、ＡＤコンバータは、スイッチング電源装置の出力電流情報が与えられており、
クロック回路は、ＣＰＵ及びタイマに動作タイミングの基準となるクロック信号を出力する回路であり、ＣＰＵは、予め与えられている演算用のプログラムを実行することで、ＡＤコンバータから出力電流値を取得し、演算用のプログラムに従ってタイマに対して周期とデューティを指示するものであり、タイマは、クロック回路から入力されたクロック信号をカウントすることで、ＣＰＵから指示された周期とデューティを持つ制御パルスを出力するようにしたため、ＡＤコンバータ、クロック回路、ＣＰＵ及びタイマを備えた低速のデジタルプロセッサを使用することができ、コストの低減と装置の小型化を実現可能とする。
【００８５】
（間欠動作による効果）
また、電力変換部の出力電流が過電流保護しきい値と起動時電流制限値の間となる所定の間欠動作しきい値になると、スイッチング素子を所定の時間停止して出力電流を間欠的に出力させるようにしたため、出力電流が間欠動作しきい値以上になると間欠動作による過電流保護機能が動作し、出力電流が間欠的に出力されることで平均電流が低下し、スイッチング電源装置の出力電流が流れる経路の部品となる整流素子、出力チョーク等の発熱を低減することが可能となり、故障を防ぐことができる。
【００８６】
また、スイッチング電源装置が間欠動作による過電流保護機能を備え、且つ大容量のコンデンサを外付けしていても、出力電流を間欠動作しきい値と起動時電流制限値の間に制限しながら出力電圧を上昇させる起動動作が行われ、起動時に間欠動作が行われて起動できない問題を解消し、間欠動作による過電流保護機能を備えたスイッチング電源装置に大容量のコンデンサを外付けしていても、スイッチング装置を確実に起動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明によるスイッチング電源装置の第１実施形態を示した回路ブロック図
【図２】大容量のコンデンサを外付けした状態で図１のスイッチング電源装置を起動した場合の各部の波形を示したタイムチャート
【図３】本発明によるスイッチング電源装置の第２実施形態を示した回路ブロック図
【図４】本発明によるスイッチング電源装置の第３実施形態を示した回路ブロック図
【図５】図４の演算部における各部の波形を示したタイムチャート
【図６】図４の演算部に設けたＣＰＵによる演算制御を示したフローチャート
【図７】本発明によるスイッチング電源装置の第４実施形態を示した回路ブロック図
【図８】本発明によるスイッチング電源装置の第５実施形態を示した回路ブロック図
【図９】従来のスイッチング電源装置による過電流保護動作で得られる「への字」型となる出力電圧と出力電流の垂下特性を示した説明図
【図１０】図９の垂下特性をもつ過電流保護制御部を備えたスイッチング電源装置の一例を示した回路ブロック図
【図１１】図１０のスイッチング電源装置における各部の波形を示したタイムチャート
【図１２】間欠動作による過電流保護機能を備えたスイッチング電源装置が間欠動作していない場合の各部の波形を示したタイムチャート
【図１３】間欠動作による過電流保護機能を備えたスイッチング電源装置が間欠動作した場合の各部の波形を示したタイムチャート
【図１４】間欠動作による過電流保護機能を備えたスイッチング電源装置に小容量のコンデンサを外付けした状態で起動した場合の各部の波形を示したタイムチャート
【図１５】間欠動作による過電流保護機能を備えたスイッチング電源装置に大容量のコンデンサを外付けした状態で起動した場合の各部の波形を示したタイムチャート
【発明を実施するための形態】
【００８８】
［第１実施形態］
図１は本発明によるスイッチング電源装置の第１実施形態を示した回路ブロック図であり、本願の第１発明に対応する。
【００８９】
（第１実施形態の構成と動作）
図１に示すように、第１実施形態のスイッチング電源装置は、電力変換部１０、出力電圧検出回路１６、フィードバック制御部１８、出力電圧制御用基準電圧源２４、スイッチング素子制御信号生成部２０、過電流保護制御部２２、演算部４８、及び制御パルス積分部５０から構成される。
【００９０】
本実施形態は、電力変換部１０としてＰＷＭ制御（時比率変調制御）が行われるシングルエンディッドフォワードコンバータを示しているが、フライバックコンバータ、フルブリッジコンバータ、ハーフブリッジコンバータ、プッシュプルコンバータ等の絶縁型のコンバータや、降圧チョッパー、昇圧チョッパー、昇降圧チョッパー等の非絶縁型のコンバータとしても良い。また、ＰＦＭ制御（周波数変調制御）が行われる自励式フライバックコンバータ、ＬＬＣコンバータ等を用いてもよい。
【００９１】
本実施形態は、図１０に示したスイッチング電源装置のフィードバック制御部１８の出力に、演算部４８から出力される制御パルス信号Ｖｃｔｌｐを積分する制御パルス積分部５０の出力を接続しており、それ以外の構成及び動作は、図１０に示した出力電圧検出回路１６、フィードバック制御部１８、出力電圧制御用基準電圧源２４、スイッチング素子制御信号生成部２０及び過電流保護制御部２２と同じになることから、同一符号を付して、その説明は省略し、追加したブロックの説明を行う。
【００９２】
（演算部の構成と動作）
演算部４８は、ＡＤコンバータ５２、ＣＰＵ５４、出力ポートとして機能するＩ／Ｏポート５６で構成されている。演算部４８を構成するブロックは、全てがワンチップに集積されたデジタルプロセッサを用いることが望ましいが、別々の回路として構成しても良い。また、演算部４８は低コストで低速のプロセッサを用いることができる。演算部４８には、出力電流情報および起動指示が与えられる。
【００９３】
演算部４８のＡＤコンバータ５２には、スイッチング電源装置の出力電流情報が与えられている。出力電流情報は、スイッチング電源装置の出力電流を直接検出するものでも良いし、スイッチング電源装置の入力電流を検出し出力電流値に換算したものでも良いし、過電流保護制御部２２の電流電圧変換部４０からの信号を出力電流値に換算したものでも良い。
【００９４】
ＣＰＵ５４は、起動指示が与えられた場合に、予め与えられている演算用のプログラムを実行することで、ＡＤコンバータ５２から出力電流値を取得し、演算用のプログラムに従って出力電流値が後述の間欠動作しきい値より小さい所定の起動時電流制限値以下になっている場合のみ、Ｉ／Ｏポート５６に制御パルスＶｃｔｌｐを出力する指示を行う。
【００９５】
Ｉ／Ｏポート５６は、電源電圧Ｖｃｃと接地側との間にトランジスタＴＲ４１，ＴＲ４２を直列接続し、トランジスタＴＲ４１のエミッタとトランジスタＴＲ４２のコレクタの接続部分から出力ポートを取り出しており、ＣＰＵ５４からの指示で、ハイインピーダンス、Ｈレベル、もしくは、Ｌレベルの３つの状態を出力することができる。
【００９６】
Ｉ／Ｏポート５６は通常はハイインピーダンスの状態となっており、スイッチング電源装置を起動する場合にＣＰＵ５４からの指示でＨレベル若しくはＬレベルの短いパルス信号である制御パルスＶｃｔｌｐを出力する動作を行う。
【００９７】
制御パルス積分部５０は、抵抗Ｒ３１、コンデンサＣ３１及びＰＮＰ型のトランジスタＴＲ３１で構成され、演算部４８から出力された制御パルスＶｃｔｌｐを抵抗Ｒ３１およびコンデンサＣ３１を用いて積分し、制御パルス積分電圧Ｖｉｎｔを出力する。
【００９８】
ＰＮＰ型のトランジスタＴＲ３１はエミッタフォロア（電流増幅用のバッファ）として動作させており電圧増幅は行われない。また、ＰＮＰ型のトランジスタＴＲ３１は、エミッタ端子に加わるフィードバック信号ＶＦＢとベース端子に加わる制御パルス積分電圧Ｖｉｎｔとの間にＶｉｎｔ＞ＶＦＢの関係があるとき、即ち、演算部４８による起動時の電流制限動作が行われていない通常状態においてオフしており、制御パルス積分部５０を機能させないために用いられる。
【００９９】
これに対し演算部４８による起動時の電流制限動作が行われると、Ｖｉｎｔ＜ＶＦＢの関係となり、ＰＮＰ型のトランジスタＴＲ３１はエミッタフォロアとして動作し、制御パルス平滑電圧Ｖｉｎｔをフィードバック制御部１８の出力に加えることで、制御パルス積分部５０を機能させ、フィードバック信号ＶＦＢがクランプされて制御パルス平滑電圧Ｖｉｎｔになるように制御を行う。
【０１００】
制御パルス積分部５０の出力段にＰＮＰ型のトランジスタＴＲ３１を用いているのは、フィードバック信号ＶＦＢを低下させることでスイッチング素子ＴＲ１のオンデューティを低下させるようにスイッチング電源装置が設計されているためであり、フィードバック信号ＶＦＢを上昇させることでスイッチング素子のオンデューティを低下させるようなスイッチング電源装置の設計を行った場合は、ＮＰＮ型のトランジスタＴＲ３１を用いたエミッタフォロアで構成する。
【０１０１】
（演算部の間欠動作機能）
また、演算部４８は、予め与えられている演算用のプログラムを実行することで、間欠動作による過電流保護制御を行う。
【０１０２】
演算部４８は、スイッチング電源装置の出力電流をモニタしており、出力電流が所定の間欠動作しきい値以上となる状態が所定の時間Ｔ１だけ継続すると、Ｉ／Ｏポート５６のトランジスタＴＲ４２をオンしてＬレベル信号の出力状態とし、これにより制御パルス積分部５０の制御パルス積分電圧ＶｉｎｔをＬレベルにすることで、フィードバック信号ＶＦＢをＬレベルにクランプし、これによりスイッチング素子制御信号ＶＧＳによるスイッチング素子ＴＲ１のオンオフ動作が停止するように制御が行われ、停止状態が所定の時間Ｔ２だけ経過すると、演算部４８の出力を通常はハイインピーダンスの状態となっており、Ｈレベル、もしくは、Ｌレベルの短いパルス信号である制御パルスＶｃｔｌｐを出力することができる状態に戻すことで、スイッチング素子ＴＲ１のオンオフ動作が再開する間欠動作が行われる。
【０１０３】
この間欠動作により、スイッチング電源装置が出力する平均電流値Ｉａｖｅは、
Ｉａｖｅ＝Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２）×（間欠動作しきい値）
となり、間欠動作しきい値に対し十分に小さな電流値とすることができ、スイッチング電源装置の出力電流が流れる経路の部品となる整流素子Ｄ１，Ｄ２、出力チョークＬ１等の発熱を低減することが可能となる。
【０１０４】
なお、本発明の機能によって、スイッチング電源装置が起動する際の出力電流が起動時電流制限値以下に制限されることから、演算部４８による間欠動作機能は必ず設ける必要はなく、必要に応じて設ければ良い。
【０１０５】
（第１実施形態のスイッチング電源装置の起動動作）
図２は大容量のコンデンサを外付けした状態で図１のスイッチング電源装置を起動した場合の各部の波形を示したタイムチャートであり、図２（Ａ）は出力電圧を示し、図２（Ｂ）は出力電流を示し、図２（Ｃ）は負荷に流れる電流を示し、図２（Ｄ）は外付けしたコンデンサに流れる電流を示し、図２（Ｅ）はフィードバック信号ＶＦＢを示し、図２（Ｆ）は制御パルス積分電圧Ｖｉｎｔを示し、図２（Ｇ）は制御パルスＶｃｔｌｐを示す。なお、図２（Ｇ）の制御パルスＶｃｔｌｐはハイインピーダンス状態を点線で示している。
【０１０６】
図２に示すように、期間Ａはスイッチング電源装置が起動する前の期間である。この期間Ａは、制御パルスＶｃｔｌｐが出力されていないため、制御パルス積分電圧Ｖｉｎｔがゼロになっており、トランジスタＴＲ３１のベース・エミッタ間電圧をゼロとした場合、フィードバック信号ＶＦＢも制御パルス積分電圧Ｖｉｎｔにクランプされてゼロとなっている。
【０１０７】
期間Ｂはスイッチング電源装置が起動動作を行う期間である。スイッチング電源装置の起動指示を演算部４８に与えると、期間Ｂの先頭で演算部４８から、図２（Ｇ）に示すように、制御パルスＶｃｔｌｐが１パルスだけ出力される。ここで、制御パルスＶｃｔｌｐは、出力されるタイミングのみＨレベルとなり、通常はハイインピーダンスの状態になっている信号である。
【０１０８】
制御パルスＶｃｔｌｐは制御パルス積分部５０に入力される。制御パルスＶｃｔｌｐがＨレベルになっているタイミングでは抵抗Ｒ３１を介してコンデンサＣ３１が充電されるため、図２（Ｆ）に示すように、積分パルス電圧Ｖｉｎｔが上昇する。
【０１０９】
スイッチング電源装置のフィードバック制御部１８は、スイッチング電源装置の出力電圧Ｖｏをスイッチング電源制御用基準電圧Ｖｒｅｆに比例した電圧まで上昇させるように動作しているため、フィードバック信号ＶＦＢを上昇させようと動作するが、フィードバック信号ＶＦＢは制御パルス積分電圧Ｖｉｎｔでクランプされているので、図２（Ｅ）に示すように、フィードバック信号ＶＦＢが制御パルス積分電圧Ｖｉｎｔと等しい値までしか上昇できない。なお、フィードバック信号ＶＦＢが制御パルス積分電圧Ｖｉｎｔと等しい値に上昇するのは、前述したようにトランジスタＴＲ３１のベース・エミッタ間電圧をゼロと仮定していることによる。
【０１１０】
フィードバック信号ＶＦＢが制御パルス積分電圧Ｖｉｎｔと等しい値に上昇することで、スイッチング素子ＴＲ１のオンオフ動作が開始されて、図２（Ａ）に示すように、スイッチング電源装置の出力電圧の上昇が開始される。スイッチング電源装置の電圧上昇が開始されると、図２（Ｂ）に示すように、電流が出力される。
【０１１１】
スイッチング電源装置の出力には一定電流を要求する負荷と大容量のコンデンサとが接続されているため、図２（Ｃ）（Ｄ）に示すように、それぞれに電流が流れる。最初は、大容量のコンデンサの電荷がゼロなので、スイッチング電源装置の出力は短絡されている状態と同じ状態になっている。このため、スイッチング電源装置は、図２（Ｂ）に示すように、過電流保護動作の「への字特性」で制限される過電流保護動作電流値まで電流を出力する。負荷は一定電流を要求するため、図２（Ｂ）のスイッチング電源装置の出力電流Ｉｏから図２（Ｃ）の負荷に流れる電流を差し引いた図２（Ｄ）の電流が大容量のコンデンサに充電電流として流れることになる。大容量のコンデンサは充電されることで電圧が上昇する。
【０１１２】
演算部４８には、予め起動時電流制限値が記録されている。また、演算部４８にはスイッチング電源装置の出力電流情報が連続的に与えられており、スイッチング電源装置の出力電流が起動時電流制限値以上の場合は、演算部４８が制御パルスを出力しないように動作する。
【０１１３】
ここで、各電流値は、
（過電流保護動作電流制限値の「への字特性」）＞（間欠動作しきい値）＞（起動時電流制限値）
となっている。
【０１１４】
スイッチング電源装置は、フィードバック信号ＶＦＢで制御される電圧まで出力電圧Ｖｏを上昇させるようとするが、スイッチング電源装置の出力には負荷と大容量のコンデンサが接続されているため、スイッチング電源装置の出力電圧Ｖｏは、過電流保護動作電流制限値の「への字特性」によって決定される電圧となる。
【０１１５】
大容量のコンデンサは充電されることで電圧が上昇し、大容量のコンデンサの電圧がスイッチング電源装置の出力したい電圧（フィードバック信号ＶＦＢで決定される電圧）に近づくことになり、図２（Ｄ）に示すように、大容量のコンデンサの充電電流Ｉｃが減少し、これに伴い図２（Ｂ）に示す出力電流Ｉｏも低下する。
【０１１６】
スイッチング電源装置の出力電流Ｉｏが低下して起動時電流制限値以下となると、図２（Ｇ）に示すように、演算部４８から制御パルスが１パルス出力される。制御パルスが出力されると、図２（Ｆ）に示すように、積分パルス電圧Ｖｉｎｔが上昇し、積分パルス電圧Ｖｉｎｔにクランプされていたフィードバック信号ＶＦＢが図２（Ｅ）に示すように上昇し、図２（Ａ）示すように、スイッチング電源装置の出力電圧Ｖｏが高くなるように制御が行われる。これにより、図２（Ｂ）に示すように、スイッチング電源装置の出力電流Ｉｏが増加する。
【０１１７】
ここで、制御パルスが１パルス出力されることによる出力電流Ｉｏの増加を出力電流Ｉｏが間欠動作しきい値を超えないように制御パルスのパルス幅や抵抗Ｒ３１、コンデンサＣ３１の値を設定する。
【０１１８】
スイッチング電源装置の起動の瞬間は、スイッチング素子ＴＲ１のオンパルス幅を極小に制御することが難しいため、起動の瞬間は、図２（Ｂ）のように、出力電流Ｉｏが間欠動作しきい値を超えることを許容する。
【０１１９】
図２（Ｂ）では、図２（Ｇ）に示す制御パルスの２パルス目以降では、出力電流Ｉｏが間欠動作しきい値以下となっているが、実際のスイッチング電源装置の設計では、数パルスから数十パルスは許容することができる。具体的には、間欠動作しきい値が図１３で示した時間Ｔ１以下であれば、スイッチング電源装置は、間欠動作が行われることがない。
【０１２０】
このような動作が繰り返されることで、図２（Ｂ）に示すように、スイッチング電源装置の出力電流Ｉｏは間欠動作しきい値と起動時電流制限値の間に保たれるように図２（Ｇ）に示す制御パルスが出力されることで、大容量のコンデンサが充電されて図２（Ａ）のように出力電圧Ｖｏが上昇する。この制御が行われることで、間欠動作しきい値を超えた電流が流れる時間が時間Ｔ１以下になるため、スイッチング電源装置が間欠動作になることはなく、図１４に示したようにスイッチング電源装置が起動できなくなるような不具合は発生しない。
【０１２１】
期間Ｃの最初でスイッチング電源装置の起動動作が完了し、定常動作に移行する。ここでは、スイッチング電源装置の出力電圧Ｖｏが出力電圧制御用基準電圧Ｖｒｅｆに比例した電圧に達するため、図２（Ｅ）に示すように、フィードバック制御部１８はフィードバック信号ＶＦＢの上昇を停止してフィードバック信号ＶＦＢを一定電圧に保つように制御が行われる。従って、期間Ｃでは、Ｖｉｎｔ＞ＶＦＢの関係となり、フィードバック信号ＶＦＢは、制御パルス積分電圧Ｖｉｎｔでクランプされることが無くなる。
【０１２２】
スイッチング電源装置の出力電圧Ｖｏが一定になると、大容量のコンデンサの電圧を上昇させる動作も無くなるため、図２（Ｄ）に示すように、大容量のコンデンサには充電電流が流れない。従って、図２（Ｂ）のスイッチング電源装置の出力電流Ｉｏは図２（Ｃ）の負荷に流れる電流と同じになる。
【０１２３】
スイッチング電源装置が定常動作中は、例えば、負荷が動的に大電流を要求すると言った状態が発生すると、フィードバック制御部１８がフィードバック信号ＶＦＢを上昇させる制御を行う。この時、制御パルス積分電圧Ｖｉｎｔがフィードバック信号ＶＦＢをクランプしないように、制御パルス積分電圧Ｖｉｎｔは十分に高い電圧になっている必要がある。これを実現するために、期間Ｃでは、起動動作が完了しても、図２（Ｇ）に示すように、制御パルスＶｃｔｌｐを出し続けることで、制御パルス積分電圧Ｖｉｎｔを上昇させる。
【０１２４】
以上、フィードバック信号ＶＦＢを低下させることでスイッチング素子ＴＲ１のオンデューティを低下させるように設計されているスイッチング電源装置を例に説明したが、フィードバック信号ＶＦＢを上昇させることでスイッチング素子ＴＲ１のオンデューティを低下させるようなスイッチング電源装置の設計を行った場合は、トランジスタＴＲ３１にＮＰＮ型トランジスタを用いたエミッタフォロアを構成し、また、制御パルスＶｃｔｌｐは、通常ハイインピーダンスとし短いＬレベルのパルスを出すように構成することで、スイッチング電源装置の起動動作を制御することができる。
【０１２５】
（第１実施形態のメリット）
本実施形態のスイッチング電源装置では、大容量のコンデンサを外付けした場合でも、出力電流が間欠動作しきい値を超える時間が、間欠動作を開始させるに必要な時間Ｔ１以下になるように制御され、また、出力電流が間欠動作しきい値と起動時電流制限値の間に保たれるように制御パルスが出力されながらスイッチング電源装置が起動動作を行う。これにより、スイッチング電源装置の過電流保護動作特性が「への字特性」で、必要に応じて間欠動作を行う安価な回路で構成しても大容量のコンデンサを外付けした起動が可能となる。
【０１２６】
［第２実施形態］
図３は本発明によるスイッチング電源装置の第２実施形態を示した回路ブロック図であり、本願の第２発明に対応する。
【０１２７】
本実施形態と図１に示した第１実施形態との違いは、制御パルス積分部５０の出力をフィードバック制御部１８の誤差アンプ２５の入力側に接続されている出力電圧制御用基準電圧源２４の出力に接続したことである。
【０１２８】
図１の第１実施形態のスイッチング電源装置では、演算部４８が制御パルス積分部５０からの制御パルス積分電圧Ｖｉｎｔでフィードバック信号ＶＦＢをクランプすることにより、出力電流Ｉｏが間欠動作しきい値と起動時電流制限値の間に保たれるように制御パルスが出力されながらスイッチング電源装置が起動動作を行う。
【０１２９】
これに対し、本実施形態のスイッチング電源装置では、演算部４８が制御パルス積分部５０からの制御パルス積分電圧Ｖｉｎｔでフィードバック制御部１８の出力電圧制御用基準電圧Ｖｒｅｆをクランプすることにより、出力電流Ｉｏが間欠動作しきい値と起動時電流制限値の間に保たれるように制御パルスが出力されながらスイッチング電源装置が起動動作を行う。その他の動作はすべて図１の第１実施形態と同じであり、得られるメリットも同じになる。
【０１３０】
第１実施形態と第２実施形態のスイッチング電源装置の使い分けは以下のように考えればよい。
【０１３１】
絶縁型のスイッチング電源装置を設計する場合、フィードバック制御部１８の出力側にフォトカプラ等の絶縁素子を入れることで、スイッチング電源装置の出力側から入力側に絶縁されたフードバック信号ＶＦＢを伝送する。この構成では、絶縁型スイッチング電源装置の入力側には、フィードバック信号ＶＦＢが有るが出力電圧制御用基準電圧Ｖｒｅｆが無いことになり、スイッチング電源装置の出力側には、フィードバック信号ＶＦＢと出力電圧制御用基準電圧Ｖｒｅｆが有ることになる。
【０１３２】
従って、演算部４８を絶縁型スイッチング電源装置の入力側に配置する場合は、図１の第１実施形態のように制御パルス積分部５０の出力をフィードバック制御部１８の出力に接続することになり、これに対し演算部４８を出力側に配置する場合は、図１の第１実施形態と図２の第２実施形態のどちらを用いても良いことになる。
【０１３３】
［第３実施形態］
図４は本発明によるスイッチング電源装置の第３実施形態を示した回路ブロック図であり、本願の第３発明に対応する。
【０１３４】
本実施形態は、演算部４８をＡＤコンバータ５２、ＣＰＵ５４、タイマ６０及びクロック回路６２で構成し、演算部４８から出力される制御パルス信号Ｖｃｔｌｐ２を制御パルス平滑部５８で平滑して制御パルス平滑電圧Ｖｓｍを出力し、フィードバック制御部１８の出力に制御パルス平滑部５８の出力を接続しており、それ以外の構成及び動作は、図１に示した出力電圧検出回路１６、フィードバック制御部１８、出力電圧制御用基準電圧源２４、スイッチング素子制御信号生成部２０及び過電流保護制御部２２と同じになることから、同一符号を付して、その説明は省略し、追加したブロックの説明を行う。
【０１３５】
（演算部の構成と動作）
図４に示すように、演算部４８は、ＡＤコンバータ５２、ＣＰＵ５４、クロック回路６２、及びタイマ６０で構成されている。演算部４８を構成するＡＤコンバータ５２、ＣＰＵ５４、クロック回路６２、及びタイマ６０は、全てがワンチップに集積されたデジタルプロセッサを用いることが望ましいが、別々の回路として構成しても良い。また、演算部４８は低コストで低速のデジタルプロセッサを用いることができる。
【０１３６】
ＡＤコンバータ５２には、スイッチング電源装置の出力電流情報が与えられている。出力電流情報は、スイッチング電源装置の出力電流（出力電流値）Ｉｏを直接検出するものでも良いし、スイッチング電源装置の入力電流を検出し出力電流値に換算したものでも良いし、過電流保護制御部２２の電流電圧変換部４０からの信号を出力電流値に換算したものでも良い。
【０１３７】
クロック回路６２は、ＣＰＵ５４やタイマ６０に動作タイミングの基準となるクロック信号Ｖｃｋを出力する回路である。
【０１３８】
ＣＰＵ５４は予め与えられている演算用のプログラムを実行することで、ＡＤコンバータ５２から出力電流情報を取得し、演算用のプログラムに従ってタイマ６０に与える設定値Ｒ１、設定値Ｒ２を生成する制御を行う。ＣＰＵ５４は生成した設定値Ｒ１、Ｒ２をタイマ６０のレジスタ６４およびレジスタ６６へ引き渡す。
【０１３９】
タイマ６０は、クロック回路６２から入力されたクロック信号Ｖｃｋをカウントし、レジスタ６６の設定値Ｒ２で決められた周期とレジスタ６４の設定値Ｒ１で決められたデューティを持つ制御パルスＶｃｔｌｐ２を出力する。
【０１４０】
制御パルス平滑部５８は、演算部４８から出力された制御パルスＶｃｔｌｐ２を平滑し、直流電圧である制御パルス平滑電圧Ｖｓｍを出力する。制御パルス平滑部５８は、抵抗Ｒ３１、コンデンサＣ３１及びＰＮＰ型のトランジスタＴＲ３１で構成され、抵抗Ｒ３１およびコンデンサＣ３１を用いて制御パルスＶｃｔｌｐ２を平滑する。
【０１４１】
ＰＮＰ型のトランジスタＴＲ３１はエミッタフォロア（電流増幅用のバッファ）として動作させており電圧増幅は行われない。また、ＰＮＰ型のトランジスタＴＲ３１は、エミッタ端子に加わるフィードバック信号ＶＦＢとベース端子に加わる制御パルス平滑電圧Ｖｓｍとの間にＶｓｍ＞ＶＦＢの関係があるとき、即ち、演算部４８による起動動作が行われていない状態においてオフしており、制御パルス平滑部５８を機能させないために用いられる。
【０１４２】
これに対し演算部４８による起動動作が行われると、Ｖｓｍ＜ＶＦＢの関係となり、ＰＮＰ型のトランジスタＴＲ３１はエミッタフォロアとして動作し、制御パルス平滑電圧Ｖｓｍをフィードバック制御部１８の出力に加えることで、制御パルス平滑部５０を機能させ、フィードバック信号ＶＦＢが制御パルス平滑電圧Ｖｓｍになるようクランプする制御を行う。
【０１４３】
制御パルス平滑部５０の出力段にＰＮＰ型のトランジスタＴＲ３１を用いているのは、フィードバック信号ＶＦＢを低下させることでスイッチング素子ＴＲ１のオンデューティを低下させるようにスイッチング電源装置が設計されているためであり、フィードバック信号ＶＦＢを上昇させることでスイッチング素子のオンデューティを低下させるようなスイッチング電源装置の設計を行った場合は、ＮＰＮ型のトランジスタＴＲ３１を用いたエミッタフォロアで構成する。またトランジスタＴＲ３１に換えてＦＥＴを用いても良いし、オペアンプ等の増幅回路でも構成することができる。
【０１４４】
（タイマの動作と出力電圧制御用基準電圧）
図５は図４の演算部における各部の波形を示したタイムチャートである。図４に示した演算部４８に設けたタイマ６０の動作と制御パルス平滑部５８から出力される制御パルス平滑電圧Ｖｓｍについて図５を基に説明すると次のようになる。
【０１４５】
タイマ６０は、レジスタ６４、レジスタ６６及びカウンタ６８を備えており、図５（Ａ）に示すクロック周期Ｔｃｋを持つクロック信号Ｖｃｋが入力され、図５（Ｃ）に示す制御パルスＶｃｔｌｐ２を出力する。演算部４８による起動動作が行われると、ＣＰＵ５４から、設定値Ｒ１がレジスタ６４へ与えられ、設定値Ｒ２がレジスタ６６へ与えられる。
【０１４６】
カウンタ６８は、図５（Ｂ）に示すように、クロック信号Ｖｃｋを１つカウントするとカウント値ＮＣＴを１だけ増加させる。カウント値ＮＣＴが増加し、カウント値ＮＣＴがレジスタ６４の設定値Ｒ１と一致すると、制御パルスＶｃｔｌｐ２がＨレベルからＬレベルに変化する。図５（Ｂ）（Ｃ）では、レジスタ６４の設定値Ｒ１＝３０００としており、ＮＣＴ＝３０００のときに、制御パルスＶｃｔｌｐ２がＬレベルとなる。
【０１４７】
さらにカウント値ＮＣＴが増加し、カウント値ＮＣＴがレジスタ６６の設定値Ｒ２と一致した次のタイミングで、カウント値ＮＣＴがリセットされてＮＣＴ＝０となり、制御パルスＶｃｔｌｐ２をＬレベルからＨレベルに変化させる。図５（Ｂ）（Ｃ）では、レジスタ６２の設定値Ｒ２＝４９９９としており、ＮＣＴ＝４９９９までカウントされて次のクロック信号が入力されたタイミングで制御パルスＶｃｔｌｐ２をＬレベルからＨレベルに変化させると同時にＮＣＴ=０となる。
【０１４８】
このようなタイマ６０の動作により制御パルスＶｃｔｌｐ２は、
周期Ｔｃｔｌ=クロック周期Ｔｃｋ×（レジスタ６６の値＋１）
デューティＤｃｔｌ=レジスタ６４の値／（レジスタ６６の値＋１）
をもつ矩形波となる。
【０１４９】
制御パルス平滑部５８から出力される制御パルス平滑電圧Ｖｓｍは、制御パルスＶｃｔｌｐ２を平滑した電圧であるので、例えば、制御パルスＶｃｔｌｐ２のＨレベルが５ボルト、Ｌレベルが０ボルトだとすると、図５（Ｃ）では、
Ｖｃｔｌｐ２=５×（３０００／５０００）=３ボルト
の電圧が得られる。
【０１５０】
レジスタ６４の設定値Ｒ１およびレジスタ６６の設定値Ｒ２で制御パルス平滑電圧Ｖｓｍの値が決定される。レジスタ６６の設定値Ｒ２によって、レジスタ６４の値が１だけ変化したときの制御パルス平滑電圧Ｖｓｍの変化量が決定される。スイッチング電源装置の出力電圧を制御する際には、通常はレジスタ６６の設定値Ｒ２を固定値で用い、レジスタ６４の設定値Ｒ１を変更することで制御パルス平滑電圧Ｖｓｍを所定の値に設定する。
【０１５１】
制御パルス平滑電圧Ｖｓｍは制御パルスＶｃｔｌｐ２のデューティで制御できるため、レジスタ６４の値が大きくなると制御パルス平滑電圧Ｖｓｍの電圧値が高くなり、レジスタ６４の値が小さくなると制御パルス平滑電圧Ｖｓｍの電圧値が低くなる。
【０１５２】
低速なタイマは低速で低コストのデジタルプロセッサにも一般的に内蔵されおり、本実施形態のように制御パルス平滑部５８と組み合わせて用いれば、ＣＰＵ５４から制御可能な高分解能の電圧源を低コストで作ることができる。
【０１５３】
なお、定常状態では、ＣＰＵ５４によりレジスタ６４の値は設定値Ｒ３となっている。この設定値Ｒ３は定数で設定値Ｒ２以下であり、制御パルスＶｃｔｌｐ２のデューティが設定値Ｒ３で決められた値になった時の制御パルス平滑電圧Ｖｓｍがフィードバック信号ＶＦＢよりも大きくなるような値として予め設定されており、制御パルス平滑部５０のトランジスタＴＲ３１を逆バイアスによりオフし、定常状態で制御パルス平滑部５０を機能させないための制御パルス平滑電圧Ｖｓｍを出力させるための設定値となる。
【０１５４】
（第３実施形態のスイッチング電源装置の起動動作）
図６は図４の演算部に設けたＣＰＵによる演算制御を示したフローチャートである。
【０１５５】
本実施形態のスイッチング電源装置は、演算部４８に起動指示が与えられるとＣＰＵ５４が一定時間毎に図６の演算を行う。演算部４８は低速のデジタルプロセッサが用いられているため、例えば、１００μｓｅｃ毎に図６の演算が行われる。
【０１５６】
図６に示すように、演算部４８のＣＰＵ５４は、ステップＳ１において、ＡＤコンバータ５２に入力されているスイッチング電源装置の出力電流情報を出力電流値Ｉｏとして取得する。図６の演算が一定時間毎に実行されることから、ＣＰＵ５４は、一定時間毎にスイッチング電源装置の出力電流値Ｉｏを取得する。
【０１５７】
続いて、ステップＳ２に進み、ＣＰＵ５４はステップＳ１で取得した出力電流値Ｉｏと予め記録されている起動時電流制限値を比較し、「出力電流値＞起動時電流制限値」の条件が成立するか否か判定する。
【０１５８】
起動直後のタイミングでは、出力電流値はゼロであることから、ステップＳ２の「出力電流値＞起動時電流制限値」の条件が成立しないことが判定され、ステップＳ３に進む。
【０１５９】
ステップＳ３では、ＣＰＵ５４は設定値Ｒ１と設定値Ｒ３を比較し、「設定値Ｒ１＜設定値Ｒ３」の条件が成立するか否か判定する。ステップＳ３で比較に使用する設定値Ｒ３は、定数で設定値Ｒ２以下であり、制御パルスＶｃｔｌｐ２のデューティが設定値Ｒ３で決められた値になった時の制御パルス平滑電圧Ｖｓｍがフィードバック信号ＶＦＢよりも大きくなるような値として予め設定されている。
【０１６０】
このため起動直後の状態にあっては、「設定値Ｒ１＜設定値Ｒ３」の条件が成立することが判定されてステップＳ４に進み、設定値Ｒ１を所定値、例えば１カウントだけ増加させ、次にステップＳ５に進んで設定値Ｒ１をレジスタ６４に引き渡して演算を終了する。
【０１６１】
このようなＣＰＵ５４によるステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５の処理が一定時間毎に繰り返され、ステップＳ５で設定値Ｒ１が増加されるため、レジスタ６４の値を増加させることで、制御パルス信号Ｖｃｔｌｐ２のデューティが増加される。制御パルスＶｃｔｌｐ２のデューティが増加すると制御パルス平滑電圧Ｖｓｍが上昇するため、制御パルス平滑電圧Ｖｓｍにクランプされているフィードバック信号ＶＦＢも上昇し、フィードバック信号ＶＦＢの上昇に応じて出力電圧Ｖｏが上昇する。
【０１６２】
ここで、スイッチング電源装置に大容量のコンデンサが外付けされていた場合には、起動直後に短絡状態となって出力電流が増加し、ステップＳ２で「出力電流値＞起動時電流制限値」の条件の成立が判定されて演算を終了する。このようにステップＳ１，Ｓ２の処理が繰り返されることで、ステップＳ４による設定値Ｒ１の増加は行われず、外付けコンデンサの充電電流が低下することで出力電流も低下し、ステップＳ２で「出力電流値＞起動時電流制限値」の条件の成立しないことが判定されると、ステップＳ３，Ｓ４，Ｓ５の処理となり、再び設定値Ｒ１が増加し、制御パルス平滑電圧Ｖｓｍが上昇してフィードバック信号ＶＦＢが上昇し、出力電圧Ｖｏが上昇する。
【０１６３】
このような処理の繰り返しにより外付けコンデンサの充電が終了すると、スイッチング電源装置の出力電圧Ｖｏが出力電圧制御用基準電圧Ｖｒｅｆに比例した電圧に達するため、フィードバック制御部１８はフィードバック信号ＶＦＢの上昇を停止してフィードバック信号ＶＦＢを一定電圧に保つようにする定常状態の制御が行われる。
【０１６４】
スイッチング電源装置が定常状態になっても、ＣＰＵ５４はステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５の演算を繰り返しており、このため制御パルス平滑電圧Ｖｓｍは増加を続け、増加している設定値Ｒ１が設定値Ｒ３に達してステップＳ２で「設定値Ｒ１＜設定値Ｒ３」の条件が成立しないことが判別されると、ステップＳ１，Ｓ２の演算の繰り返しとなる。
【０１６５】
ここで、設定値Ｒ３は、制御パルス平滑電圧Ｖｓｍの最終的な到達電圧を決定するための設定値で、第１実施形態と同様に、トランジスタＴＲ３１を逆バイアスしてオフすることで、スイッチング電源装置が定常動作にあるときのフィードバック信号ＶＦＢの変化を制限しない値に設定される。例えば、Ｒ３＝Ｒ２となるように設定することで、制御パルスＶｃｔｌ２のデューティが１になるため、制御パルス平滑電圧Ｖｓｍは制御パルスＶｃｔｌ２がＨレベルの時と同じ値になり、フィードバック信号ＶＦＢに影響を及ぼすことが無くなる。
【０１６６】
このように演算部４８と制御パルス平滑部５８によるスイッチング電源装置の起動動作により、図１に示した第１実施形態と同じ動作とメリットを得ることができる。
【０１６７】
［第４実施形態］
図７は本発明によるスイッチング電源装置の第４実施形態を示した回路ブロック図であり、本願の第４発明に対応する。
【０１６８】
本実施形態と図４に示した第３実施形態との違いは、制御パルス平滑部５８の出力をフィードバック制御部１８の誤差アンプ２５の入力側に接続されている出力電圧制御用基準電圧源２４の出力に接続したことである。
【０１６９】
図４の第１実施形態のスイッチング電源装置では、演算部４８が起動動作を行う場合には、演算部４８が制御パルス平滑部５８からの制御パルス平滑電圧Ｖｓｍでフィードバック信号ＶＦＢをクランプすることにより、出力電流Ｉｏが間欠動作しきい値と起動時電流制限値の間に保たれるように制御パルスのデューティが制御されることでスイッチング電源装置が起動動作を行う。
【０１７０】
これに対し、本実施形態のスイッチング電源装置では、演算部４８が制御パルス平滑部５８からの制御パルス平滑電圧Ｖｓｍでフィードバック制御部１８の出力電圧制御用基準電圧Ｖｒｅｆでクランプすることにより、出力電流Ｉｏが間欠動作しきい値と起動時電流制限値の間に保たれるように制御パルスのデューティが制御されることでスイッチング電源装置が起動動作を行う。その他の動作はすべて図４の第３実施形態と同じであり、得られるメリットも同じになる。
【０１７１】
第３実施形態と第４実施形態のスイッチング電源装置の使い分けは以下のように考えればよい。
【０１７２】
絶縁型のスイッチング電源装置を設計する場合、フィードバック制御部１８の出力側にフォトカプラ等の絶縁素子を入れることで、スイッチング電源装置の出力側から入力側に絶縁されたフードバック信号ＶＦＢを伝送する。この構成では、絶縁型スイッチング電源装置の入力側には、フィードバック信号ＶＦＢが有るが出力電圧制御用基準電圧Ｖｒｅｆが無いことになり、スイッチング電源装置の出力側には、フィードバック信号ＶＦＢと出力電圧制御用基準電圧Ｖｒｅｆが有ることになる。
【０１７３】
従って、演算部４８を絶縁型スイッチング電源装置の入力側に配置する場合は、図４の第３実施形態のように制御パルス積分部５０の出力をフィードバック制御部１８の出力に接続することになり、これに対し演算部４８を出力側に配置する場合は、図４の第３実施形態と図７の第４実施形態のどちらを用いても良いことになる。
【０１７４】
［第５実施形態］
図８は本発明によるスイッチング電源装置の第５実施形態を示した回路ブロック図であり、本願の第５発明に対応する。
【０１７５】
本実施形態のスイッチング電源装置は、図４の第３実施形態のスイッチング電源装置から、出力電圧制御用基準電圧源２４を削除し、スイッチング電源装置が定常状態にあるときに演算部４８がレジスタ６０に設定値Ｒ１として付与する設定値Ｒ３を、スイッチング電源装置が定常状態にあるときの出力電圧Ｖｏを出力できる値としたものである。
【０１７６】
この場合は、フィードバック制御部１８の誤差アンプ２５の入力インピーダンスが十分に高いため、制御パルス平滑部５０の出力側に設けられていた電流増幅用のバッファは不要となるので、トランジスタＴＲ３１は省略できる。
【０１７７】
以下、第５実施形態の動作を第３実施例と比較して説明すると次のようになる。図４に示した第３実施形態では、起動動作が終了した後の定常状態では、Ｖｓｍ＞Ｖｒｅｆとなり、制御パルス平滑部５８は機能しない動作となっている。これに対し、第５実施形態では、図４の出力電圧制御用基準電圧源２４を削除したため、起動動作が終了した後の定常状態でも、スイッチング電源装置の出力電圧Ｖｏが制御パルス平滑電圧Ｖｓｍに比例した電圧で制御される動作となる。
【０１７８】
起動動作が終了した後の定常状態での演算部４８の制御は、図６で示したように、「設定値Ｒ１＝設定値Ｒ３」になるように制御が行われるため、制御パルス平滑電圧Ｖｓｍは設定値Ｒ３で決定される電圧値となる。従って、第５実施形態のスイッチング電源装置が定常状態にあるときの出力電圧Ｖｏは設定値Ｒ３で決定される。
【０１７９】
このように図８の第５実施形態のスイッチング電源装置は、図４の第３実施形態や図７の第４実施形態のスイッチング電源装置と比較して、さらに部品を低減しながら、出力電流が間欠動作しきい値と起動時電流制限値の間に保たれるように制御パルスＶｃｔｌｐ２が制御されることで、第３及び第４実施形態と同様にスイッチング電源装置が起動動作を実現する。
【０１８０】
また、起動動作が終了した後の定常状態では、スイッチング電源装置の出力電圧を設定値Ｒ３で決定できることから、スイッチング電源装置の出力電圧Ｖｏを演算部４８が制御する機能を付加することができる。
【０１８１】
［本発明の変形例］
なお、上記の実施形態は、スイッチング電源装置に大容量のコンデンサを外付けした場合の起動動作を例にとっているが、間欠動作による過電流保護機能を設けても不具合が起きない小容量のコンデンサを外付けするか又はコンデンサを外付けしないスイッチング電源装置の起動動作についても、同様に、演算部の演算により出力電流が間欠動作しきい値と起動時電流制限値の間に保たれるように制御パルスが出力されながらスイッチング電源装置が起動動作を行うことができる。
【０１８２】
また、本発明は、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。
【符号の説明】
【０１８３】
１０：電力変換部
１２：入力電源
１４：負荷
１６：出力電圧検出回路
１８：フィードバック制御部
２０：スイッチング素子制御信号生成部
２２：過電流保護制御部
２４：出力電圧制御用基準電圧源
２５：誤差アンプ
２６：三角波生成回路
２８：スイッチング周波数制御用発振回路
３０：ＰＷＭコンパレータ
３２：スイッチング素子強制停止回路
３４：電流源
３６：ＲＳフリップフロップ
３８：アンドゲート
４０：電流電圧変換部
４２：ローパスフィルタ部
４４：ＯＣＰコンパレータ
４６：過電流しきい値制御用電圧源
４８：演算部
５０：制御パルス積分部
５２：ＡＤコンバータ
５４：ＣＰＵ
５６：Ｉ／Ｏポート
５８：制御パルス平滑部
６０：タイマ
６２：クロック回路
６４，６６：レジスタ
６８：カウンタ
【図１】
2018117493.tif 000003
【図２】
2018117493.tif 000004
【図３】
2018117493.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2018117493.tif 000012
【図１１】
2018117493.tif 000013
【図１２】
2018117493.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2018117493.tif 000016
【図１５】
2018117493.tif 000017