(57)【要約】【課題】出力電圧が低電圧であってもソフトスタートを行うことができるスイッチング電源を提供すること。【解決手段】スイッチング電源１は、スイッチ素子Ｑと、スイッチ素子Ｑを制御するＰＷＭ制御回路２０と、インダクタＬおよびキャパシタＣ２を含んで構成されるフィルタ回路と、を備える。このスイッチング電源１は、トランスＴＢ、キャパシタＣ５、ダイオードＤ４、およびソフトスタート回路１０を備える。トランスＴＢの１次巻線Ｔ３は、上述のインダクタＬで構成され、トランスＴＢの２次巻線Ｔ４には、ダイオードＤ４を介してキャパシタＣ５が接続される。【選択図】図１
2011176988.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチ素子と、当該スイッチ素子を制御する制御手段と、フィルタ回路と、を備え、当該フィルタ回路を介して電圧を出力するスイッチング電源であって、
前記フィルタ回路に設けられたインダクタにより構成される１次巻線と、２次巻線と、を有するトランスと、
前記２次巻線に生じる電圧を平滑する平滑手段と、
前記平滑手段から出力される電圧に応じて制御信号を生成するソフトスタート回路と、を備え、
前記制御手段は、前記ソフトスタート回路により生成される制御信号に応じて前記スイッチ素子を制御して、ソフトスタートを行うことを特徴とするスイッチング電源。
【請求項２】
前記平滑手段は、平滑用キャパシタを有し、当該平滑用キャパシタの両端電圧を、前記２次巻線に生じる電圧を平滑したものとして出力し、
前記平滑用キャパシタを放電する放電手段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。
【請求項３】
前記ソフトスタート回路は、
直列接続されたソフトスタート用キャパシタおよび抵抗と、
前記ソフトスタート用キャパシタと抵抗との接続点に接続された一方向性素子と、を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のスイッチング電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソフトスタートを行うスイッチング電源に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、スイッチング電源は、様々な機器に用いられている。このスイッチング電源では、起動時に、出力電圧にオーバーシュートが発生してしまうおそれがある。そこで、ソフトスタート回路を有するスイッチング電源が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
［スイッチング電源１００の構成］
図３は、従来例に係るスイッチング電源１００の回路図である。スイッチング電源１００は、入力端子ＩＮ１、ＩＮ２を介して直流電源ＶＩＮに接続されるとともに、出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２を介して負荷Ｌｏａｄに接続されており、直流電源ＶＩＮから供給される直流電力を用いて、負荷Ｌｏａｄに直流電力を供給する。
【０００４】
スイッチング電源１００は、トランスＴＡと、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されるスイッチ素子Ｑと、ソフトスタート回路１０と、ＰＷＭ制御回路２０と、キャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３と、ダイオードＤ１、Ｄ２と、インダクタＬと、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４と、誤差増幅器ＥＡと、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆと、フォトダイオードＰＣ１およびフォトトランジスタＰＣ２と、を備える。
【０００５】
トランスＴＡの１次巻線Ｔ１の一端には、直流電源ＶＩＮの正極に接続された入力端子ＩＮ１が接続され、トランスＴＡの１次巻線Ｔ１の他端には、スイッチ素子Ｑのドレインが接続される。スイッチ素子Ｑのソースには、直流電源ＶＩＮの負極に接続された入力端子ＩＮ２が接続され、スイッチ素子Ｑのゲートには、ＰＷＭ制御回路２０が接続される。入力端子ＩＮ１と入力端子ＩＮ２とは、キャパシタＣ１を介して接続される。
【０００６】
トランスＴＡの２次巻線Ｔ２の一端には、ダイオードＤ１のアノードが接続され、トランスＴＡの２次巻線Ｔ２の他端には、負荷Ｌｏａｄの他端に接続された出力端子ＯＵＴ２が接続される。ダイオードＤ１のカソードには、ダイオードＤ２のカソードと、インダクタＬの一端と、が接続される。インダクタＬの他端には、キャパシタＣ２の一方の電極と、負荷Ｌｏａｄの一端に接続された出力端子ＯＵＴ１と、が接続される。ダイオードＤ２のアノードと、キャパシタＣ２の他方の電極とには、出力端子ＯＵＴ２が接続される。
【０００７】
ソフトスタート回路１０は、キャパシタＣ４と、ダイオードＤ３と、抵抗Ｒ５と、を備える。
【０００８】
キャパシタＣ４の一方の電極には、出力端子ＯＵＴ１が接続され、キャパシタＣ４の他方の電極には、抵抗Ｒ５の一端が接続され、抵抗Ｒ５の他端には、出力端子ＯＵＴ２が接続される。すなわち、キャパシタＣ４と抵抗Ｒ５とは、直列接続される。
【０００９】
キャパシタＣ４の他方の電極と、抵抗Ｒ５の一端とには、ダイオードＤ３のアノードが接続される。すなわち、キャパシタＣ４と抵抗Ｒ５との接続点には、ダイオードＤ３が接続される。
【００１０】
抵抗Ｒ１の一端には、出力端子ＯＵＴ１が接続され、抵抗Ｒ１の他端には、抵抗Ｒ２の一端が接続され、抵抗Ｒ２の他端には、出力端子ＯＵＴ２が接続される。また、抵抗Ｒ１の他端と、抵抗Ｒ２の一端とには、ダイオードＤ３のカソードと、誤差増幅器ＥＡの反転入力端子と、が接続される。
【００１１】
誤差増幅器ＥＡの非反転入力端子には、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆの正極が接続され、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆの負極には、出力端子ＯＵＴ２が接続される。誤差増幅器ＥＡの出力端子には、キャパシタＣ３および抵抗Ｒ３を介して誤差増幅器ＥＡの反転入力端子が接続されるとともに、フォトダイオードＰＣ１のカソードが接続される。フォトダイオードＰＣ１のアノードには、抵抗Ｒ４を介して出力端子ＯＵＴ１が接続される。
【００１２】
フォトトランジスタＰＣ２は、フォトダイオードＰＣ１と対に設けられており、フォトトランジスタＰＣ２の両端には、ＰＷＭ制御回路２０が接続される。
【００１３】
［スイッチング電源１００の動作］
以上の構成を備えるスイッチング電源１００は、キャパシタＣ１により、直流電源ＶＩＮから供給される直流電圧を安定させ、ＰＷＭ制御回路２０により、スイッチ素子Ｑを制御することで、トランスＴＡの１次巻線Ｔ１の一端から他端に流れる電流を制御する。
【００１４】
トランスＴＡの２次巻線Ｔ２には、トランスＴＡの１次巻線Ｔ１の一端から他端に流れる電流に応じて、起電力が生じる。トランスＴＡの２次巻線Ｔ２に生じた起電力は、ダイオードＤ１、Ｄ２により整流され、インダクタＬおよびキャパシタＣ２で構成されるフィルタ回路により平滑された後、出力端子ＯＵＴ１を介して負荷Ｌｏａｄの一端に供給される。
【００１５】
ここで、ＰＷＭ制御回路２０は、負荷Ｌｏａｄに供給される出力電圧Ｖｏｕｔに応じて、スイッチ素子ＱをＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御する。
【００１６】
また、ソフトスタート回路１０は、負荷Ｌｏａｄに供給される出力電圧Ｖｏｕｔに応じた電圧を出力する。ＰＷＭ制御回路２０は、ソフトスタート回路１０から出力される電圧に応じてスイッチ素子ＱをＰＷＭ制御することで、スイッチング電源１００の起動時に出力電圧Ｖｏｕｔにオーバーシュートが発生してしまうのを防止する。上述のソフトスタート回路１０は、式（１）を満たす場合に動作する。
【００１７】
【数１】
2011176988.tif 000003
【００１８】
なお、式（１）において、Ｖｒは、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆの正極の電圧を示し、Ｖｆは、ダイオードＤ３の順方向電圧を示すものとする。また、Ｖｓは、ソフトスタート回路１０に入力される電圧、すなわちキャパシタＣ４の一方の電極の電圧を示す。ここで、キャパシタＣ４の一方の電極は、出力端子ＯＵＴ１に接続されているため、ソフトスタート回路１０に入力される電圧Ｖｓは、出力電圧Ｖｏｕｔに等しい。このため、上述の式（１）は、式（２）のように表すこともできる。
【００１９】
【数２】
2011176988.tif 000004
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】実開平５−４１３９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
近年、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）といった回路では、動作電圧の低電圧化が進んでいる。このため、低電圧を出力できるスイッチング電源が求められている。ところが、上述のスイッチング電源１００では、出力電圧Ｖｏｕｔを低電圧化すると、上述の式（１）を満たすのが困難となり、ソフトスタート回路１０を動作させるのが困難となってしまう。
【００２２】
そこで、本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、出力電圧が低電圧であってもソフトスタートを行う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。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、上述の課題を解決するために、以下の事項を提案している。
（１）  本発明は、スイッチ素子と、当該スイッチ素子を制御する制御手段と、フィルタ回路と、を備え、当該フィルタ回路を介して電圧を出力するスイッチング電源であって、前記フィルタ回路に設けられたインダクタにより構成される１次巻線と、２次巻線と、を有するトランスと、前記２次巻線に生じる電圧を平滑する平滑手段と、前記平滑手段から出力される電圧に応じて制御信号を生成するソフトスタート回路と、を備え、前記制御手段は、前記ソフトスタート回路により生成される制御信号に応じて前記スイッチ素子を制御して、ソフトスタートを行うことを特徴とするスイッチング電源を提案している。
【００２４】
この発明によれば、スイッチング電源は、スイッチ素子と、スイッチ素子を制御する制御手段と、フィルタ回路と、を備え、フィルタ回路を介して電圧を出力する。このスイッチング電源に、トランス、平滑手段、およびソフトスタート回路を設けた。そして、トランスの１次巻線を上述のフィルタ回路に設けられたインダクタにより構成し、トランスの２次巻線に生じる電圧を平滑手段により平滑することとした。また、ソフトスタート回路により、平滑手段から出力される電圧に応じて制御信号を生成することとした。また、制御手段により、ソフトスタート回路により生成される制御信号に応じてスイッチ素子を制御して、ソフトスタートを行うこととした。
【００２５】
このため、１次巻線に流れる電流に応じて、２次巻線に起電力が生じる。そして、２次巻線に生じる電圧は、１次巻線の両端電圧を、１次巻線と２次巻線との巻数比倍したものとなる。ここで、フィルタ回路を介して出力される電圧が、スイッチング電源の出力電圧となるため、フィルタ回路に設けられる１次巻線の両端電圧は、スイッチング電源の出力電圧に応じたものとなる。すなわち、２次巻線に生じる電圧は、スイッチング電源の出力電圧に応じたものを、１次巻線と２次巻線との巻数比倍したものとなる。
【００２６】
したがって、トランスの１次巻線と２次巻線との巻数比を調整することで、ソフトスタート回路に入力される電圧を、出力電圧より高くすることができる。よって、出力電圧が低電圧であっても、ソフトスタート回路に入力される電圧を出力電圧よりも高くして、ソフトスタート回路を動作させることができ、ソフトスタートを行うことができる。
【００２７】
（２）  本発明は、（１）のスイッチング電源について、前記平滑手段は、平滑用キャパシタを有し、当該平滑用キャパシタの両端電圧を、前記２次巻線に生じる電圧を平滑したものとして出力し、前記平滑用キャパシタを放電する放電手段を備えることを特徴とするスイッチング電源を提案している。
【００２８】
この発明によれば、（１）のスイッチング電源において、平滑手段は、平滑用キャパシタを有しており、平滑用キャパシタの両端電圧を、２次巻線に生じる電圧を平滑したものとして出力することとした。そして、（１）のスイッチング電源に、平滑用キャパシタを放電する放電手段を設けた。
【００２９】
このため、平滑手段は、平滑用キャパシタを用いて、トランスの２次巻線に生じる電圧を平滑することができる。
【００３０】
ここで、スイッチング電源の起動時に、前回起動時に充電された電荷が平滑用キャパシタに残っていると、ソフトスタート回路が正常に動作しないおそれがある。ところが、この発明によれば、放電手段が設けられているため、スイッチング電源の停止時に平滑用キャパシタを放電手段で放電することができ、次回起動時に平滑用キャパシタに電荷が残っていることがないようにすることができる。
【００３１】
（３）  本発明は、（１）または（２）のスイッチング電源について、前記ソフトスタート回路は、直列接続されたソフトスタート用キャパシタおよび抵抗と、前記ソフトスタート用キャパシタと抵抗との接続点に接続された一方向性素子と、を備えることを特徴とするスイッチング電源を提案している。
【００３２】
この発明によれば、（１）または（２）のスイッチング電源が備えるソフトスタート回路を、直列接続されたソフトスタート用キャパシタおよび抵抗と、ソフトスタート用キャパシタと抵抗との接続点に接続された一方向性素子と、を含んで構成した。このため、ソフトスタート用キャパシタ、抵抗、および一方向性素子を含んで構成されたソフトスタート回路と、制御回路と、により、ソフトスタートを実現できる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、出力電圧が低電圧であってもソフトスタートを行うことができるスイッチング電源を、提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスイッチング電源の回路図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るスイッチング電源の回路図である。
【図３】従来例に係るスイッチング電源の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素などとの置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下の実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
【００３６】
＜第１実施形態＞
［スイッチング電源１の構成］
図１は、本発明の第１実施形態に係るスイッチング電源１の回路図である。スイッチング電源１は、図３に示した従来例に係るスイッチング電源１００とは、トランスＴＢと、キャパシタＣ５と、ダイオードＤ４と、抵抗Ｒ６と、を備える点が異なる。なお、スイッチング電源１において、スイッチング電源１００と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３７】
トランスＴＢは、スイッチング電源１００に設けられていたインダクタＬで構成される１次巻線Ｔ３と、２次巻線Ｔ４と、を備える。トランスＴＢの２次巻線Ｔ４の一端には、キャパシタＣ５の他方の電極と、抵抗Ｒ６の他端と、出力端子ＯＵＴ２と、が接続される。トランスＴＢの２次巻線Ｔ４の他端には、ダイオードＤ４のアノードが接続され、ダイオードＤ４のカソードには、キャパシタＣ５の一方の電極と、抵抗Ｒ６の一端と、キャパシタＣ４の一方の電極と、が接続される。なお、キャパシタＣ４の一方の電極は、スイッチング電源１００では、出力端子ＯＵＴ１に接続されていたが、スイッチング電源１では、出力端子ＯＵＴ１に接続されない。
【００３８】
［スイッチング電源１の動作］
トランスＴＢの１次巻線Ｔ３は、キャパシタＣ２とフィルタ回路を構成するが、このトランスＴＢの１次巻線Ｔ３に電流が流れると、この電流に応じて、トランスＴＢの２次巻線Ｔ４に起電力が生じる。トランスＴＢの２次巻線Ｔ４に生じた起電力は、ダイオードＤ４およびキャパシタＣ５で構成される平滑手段としての平滑部により平滑された後、キャパシタＣ４に供給される。
【００３９】
ここで、トランスＴＢの１次巻線Ｔ３の巻数をＮ３とし、トランスＴＢの２次巻線Ｔ４の巻数をＮ４とすると、キャパシタＣ５の両端電圧Ｖｃは、式（３）のように表される。
【００４０】
【数３】
2011176988.tif 000005
【００４１】
また、キャパシタＣ４の一方の電極は、キャパシタＣ５の一方の電極に接続されているため、ソフトスタート回路１０に入力される電圧Ｖｓは、キャパシタＣ５の両端電圧Ｖｃに等しい。このため、上述の式（３）は、式（４）の表すこともできる。
【００４２】
【数４】
2011176988.tif 000006
【００４３】
この式（４）を上述の式（１）に代入すると、式（５）が得られる。
【００４４】
【数５】
2011176988.tif 000007
【００４５】
以上より、スイッチング電源１に設けられるソフトスタート回路１０は、式（５）を満たす場合に動作する。
【００４６】
以上のスイッチング電源１によれば、以下の効果を奏することができる。
【００４７】
ソフトスタート回路１０に入力される電圧Ｖｓは、式（４）に示したように、出力電圧Ｖｏｕｔを、トランスＴＢの１次巻線Ｔ３と２次巻線Ｔ４との巻数比である（Ｎ４／Ｎ３）倍した電圧となる。このため、トランスＴＢの１次巻線Ｔ３と２次巻線Ｔ４との巻数比（Ｎ４／Ｎ３）を調整することで、具体的には、トランスＴＢの２次巻線Ｔ４の巻数Ｎ４をトランスＴＢの１次巻線Ｔ３の巻数Ｎ３より大きくすることで、ソフトスタート回路１０に入力される電圧Ｖｓを、出力電圧Ｖｏｕｔより高くすることができる。これによれば、式（２）と式（５）とから分かるように、スイッチング電源１では、スイッチング電源１００と比べて、ソフトスタート回路１０を動作させるために満たさなくてはならない条件が緩和されることとなり、出力電圧Ｖｏｕｔが低電圧であっても、ソフトスタート回路１０を動作させることができ、ソフトスタートを行うことができる。
【００４８】
また、抵抗Ｒ６がキャパシタＣ５に接続されているため、スイッチング電源１の停止時にキャパシタＣ５を抵抗Ｒ６で放電することができる。このため、スイッチング電源１の次回起動時にキャパシタＣ５に電荷が残っていることがないようにすることができ、次回起動時にキャパシタＣ５に電荷が残っていることによりソフトスタート回路１０が誤動作してしまうのを、防止できる。
【００４９】
＜第２実施形態＞
［スイッチング電源１Ａの構成］
図２は、本発明の第２実施形態に係るスイッチング電源１Ａの回路図である。スイッチング電源１Ａは、図１に示した本発明の第１実施形態に係るスイッチング電源１とは、以下の３つの点で異なる。第１に、スイッチング電源１Ａは、スイッチング電源１とは、キャパシタＣ１と、トランスＴＡと、ダイオードＤ１と、を備えない点が異なる。第２に、スイッチング電源１Ａは、スイッチング電源１とは、スイッチ素子Ｑの設けられる位置が異なる。第３に、スイッチング電源１Ａは、スイッチング電源１とは、ＰＷＭ制御回路２０と、キャパシタＣ３と、抵抗Ｒ３、Ｒ４と、誤差増幅器ＥＡと、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆと、フォトダイオードＰＣ１およびフォトトランジスタＰＣ２と、の代わりにＰＷＭ制御回路２０Ａを備える点が異なる。なお、スイッチング電源１Ａにおいて、スイッチング電源１と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５０】
入力端子ＩＮ１には、スイッチ素子Ｑのドレインが接続され、入力端子ＩＮ２には、出力端子ＯＵＴ２が接続される。スイッチ素子Ｑのソースには、ダイオードＤ２のカソードと、トランスＴＢの１次巻線Ｔ３の一端と、が接続される。スイッチ素子Ｑのゲートには、ＰＷＭ制御回路２０Ａが接続され、このＰＷＭ制御回路２０Ａには、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点が接続される。
【００５１】
以上の構成を備えるスイッチング電源１Ａによれば、スイッチング電源１と同様に、ソフトスタート回路１０に入力される電圧Ｖｓは、式（４）のように表すことができる。このため、スイッチング電源１Ａは、スイッチング電源１と同様の効果を奏することができる。
【００５２】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
【００５３】
例えば、上述の実施形態では、フィルタ回路は、トランスＴＢの１次巻線Ｔ３と、キャパシタＣ２と、で構成されるものとしたが、これに限らず、トランスＴＢの１次巻線Ｔ３を含んでいればよい。
【符号の説明】
【００５４】
１、１Ａ、１００；スイッチング電源
１０；ソフトスタート回路
２０、２０Ａ；ＰＷＭ制御回路
Ｃ１〜Ｃ５；キャパシタ
Ｄ１〜Ｄ４；ダイオード
Ｌ；インダクタ
Ｑ；スイッチ素子
Ｒ１〜Ｒ６；抵抗
ＴＡ、ＴＢ；トランス
【図１】
2011176988.tif 000008
【図２】
2011176988.tif 000009
【図３】
2011176988.tif 000010