(57)【要約】【課題】ソフトスタート中でも短絡保護機能を有効にすることができる電源装置を提供することを課題とする。【解決手段】出力電圧が段階的に大きくなるソフトスタート電圧を生成し、基準電圧と前記ソフトスタート電圧のうち低い方を出力するソフトスタート部（１１）と、前記ソフトスタート部の出力と前記出力端子に接続される帰還抵抗の分圧電圧の差を増幅する誤差増幅器（１６）と、前記誤差増幅器の出力に基づいて主スイッチを制御する主スイッチドライバ（１９）と、ロードスイッチを制御するロードスイッチドライバ（１３）と、前記誤差増幅器の出力電圧に基づいて、前記主スイッチ及び前記ロードスイッチをオフにするように前記主スイッチドライバおよび前記ロードスイッチドライバを制御する短絡保護部（１２）と、前記ソフトスタート電圧が所定の電圧より低いときに、前記帰還抵抗を変更する帰還抵抗変更部（１０１）を有することを特徴とする。【選択図】図１
2008035673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準電圧を生成する基準電源部と、
入力電源及び出力端子間に接続されるインダクタに流す電流を制御可能な主スイッチと、
前記入力電源及び前記出力端子間に接続されるロードスイッチと、
出力電圧が段階的に大きくなるソフトスタート電圧を生成し、前記基準電圧と前記ソフトスタート電圧のうち低い方を出力するソフトスタート部と、
前記ソフトスタート部の出力と前記出力端子に接続される帰還抵抗の分圧電圧の差を増幅する誤差増幅器と、
前記誤差増幅器の出力に基づいて前記主スイッチを制御する主スイッチドライバと、
前記ロードスイッチを制御するロードスイッチドライバと、
前記誤差増幅器の出力電圧に基づいて、前記主スイッチ及び前記ロードスイッチをオフにするように前記主スイッチドライバおよび前記ロードスイッチドライバを制御する短絡保護部と、
前記ソフトスタート電圧が所定の電圧より低いときに、前記帰還抵抗を変更する帰還抵抗変更部を有することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記帰還抵抗変更部は、前記ソフトスタート電圧が前記入力電源の電圧より低いときに、前記帰還抵抗を前記出力端子の電圧と前記入力電源の電圧とが等しくなるような分圧比の帰還抵抗に変更することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
第１の基準電圧を生成する第１の基準電源部と、
第２の基準電圧を生成する第２の基準電源部と、
入力電源及び出力端子間に接続されるインダクタに流す電流を制御可能な主スイッチと、
前記入力電源及び前記出力端子間に接続されるロードスイッチと、
前記基準電圧と前記出力端子に接続される帰還抵抗の分圧電圧の差を増幅する誤差増幅器と、
前記誤差増幅器の出力に基づいて前記主スイッチを制御する主スイッチドライバと、
前記ロードスイッチを制御するロードスイッチドライバと、
出力電圧が段階的に大きくなるソフトスタート電圧を生成するソフトスタート電圧生成部と、
前記第２の基準電圧と前記ソフトスタート電圧とのうち高い方を出力する出力部と、
前記出力部から出力される電圧と前記第１の基準電圧の低い方を前記誤差増幅器の非反転入力端子に入力するソフトスタート部と、
前記誤差増幅器の出力電圧に基づいて、前記主スイッチ及び前記ロードスイッチをオフにするように前記主スイッチドライバおよび前記ロードスイッチドライバを制御する短絡保護部とを有することを特徴とする電源装置。
【請求項４】
前記第１の基準電圧をＶref、前記第２の基準電圧をＶref2、前記入力電源の電圧をＶｉ、前記出力端子の電圧をＶｏとしたときに、前記第２の基準電圧が
Ｖref2＝Ｖｉ／Ｖｏ・Ｖref
の関係を満たすように設定されていることを特徴とする請求項３に記載の電源装置。
【請求項５】
基準電圧を生成する基準電源部と、
入力電源及び出力端子間に接続されるインダクタに流す電流を制御可能な主スイッチと、
前記入力電源及び前記出力端子間に接続されるロードスイッチと、
出力電圧が段階的に大きくなるソフトスタート電圧を生成するソフトスタート部と、
起動後の所定期間は、前記出力端子の電圧が前記入力電源の電圧と等しくなるように、前記ソフトスタート電圧を設定するソフトスタート電圧設定部と、
前記ソフトスタート部の出力と前記出力端子に接続される帰還抵抗の分圧電圧の差を増幅する誤差増幅器と、
前記誤差増幅器の出力に基づいて前記主スイッチを制御する主スイッチドライバと、
前記ロードスイッチを制御するロードスイッチドライバと、
前記誤差増幅器の出力電圧に基づいて、前記主スイッチ及び前記ロードスイッチをオフにするように前記主スイッチドライバおよび前記ロードスイッチドライバを制御する短絡保護部とを有することを特徴とする電源装置。
【請求項６】
前記ソフトスタート電圧設定部は、前記所定時間経過後に前記出力端子の電圧を設定電圧まで上昇するように前記ソフトスタート電圧を設定することを特徴とする請求項５に記載の電源装置。
【請求項７】
前記ソフトスタート部は入力されるデジタル信号に基づいてソフトスタート電圧を生成するデジタルアナログ変換器であって、前記ソフトスタート電圧設定部は前記ソフトスタート電圧を生成するためのデジタル信号を出力することを特徴とする請求項５または６に記載の電源装置。
【請求項８】
起動時に前記ロードスイッチの入力及び出力間の抵抗値を徐々に小さくするロードスイッチソフトスタート部を有することを特徴とする請求項５ないし７のいずれか記載の電源装置。
【請求項９】
前記ソフトスタート電圧設定部は、前記所定時間の間、前記出力端子の電圧の傾きが前記ロードスイッチソフトスタート部の出力電圧の傾きと等しくなるように前記ソフトスタート電圧を設定することを特徴とする請求項８に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、起動時の出力電圧を徐々に立ち上げるソフトスタート機能を有する電源装置の短絡保護機能に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源において、起動時の出力電圧を徐々に立ち上げるソフトスタート機能の実現方法として、図５に示すように、エラーアンプ１６への基準電圧の入力を起動時のみ徐々に立ち上げる方法が知られている。定常出力用の一定基準電源部１５の電圧と、定電流源５０１によるソフトスタートコンデンサ５０２への充電等を利用して起動時に徐々に電圧電圧を上げていくソフトスタート電圧の、いずれか低い方をコンパレータ５０３で判定する。そして、該当する方を切り替えスイッチ５０４でエラーアンプ１６の非反転端子に入力する方法である。これにより、起動時にはソフトスタート電圧がエラーアンプ１６に入力され、ソフトスタート電圧が基準電源部１５の電圧に達すると定常出力用の一定基準電源部１５の電圧に切り替わる。出力電圧はエラーアンプ１６の非反転入力端子の電圧を基準に制御されるため、出力電圧もエラーアンプ１６の非反転入力端子の挙動にしたがい、徐々に立ち上がった後に目標電圧に達すると一定値になる。定電流源５０１によるコンデンサへの充電を利用する方法の場合、ｔssをソフトスタート時間、ｉを充電電流、Ｃをソフトスタートコンデンサ５０２の静電容量、Ｖrefを基準電源部１５の電圧とすると、ソフトスタート時間は式１によって決まる。
【０００３】
【数１】
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【０００４】
式１から、充電電流ｉ、コンデンサ容量Ｃ、基準電源部１５の電圧Ｖrefを変えればソフトスタート時間が変わるが、比較的容易に変更できるコンデンサ容量を変える方法が一般的である。なお、充電のオンオフはロジック制御部からの制御信号にしたがって動作する充電スイッチ５０５によって行われる。充電スイッチ５０５がオンの時は、ソフトスタートコンデンサ５０２の両端電位はグランド（ＧＮＤ）電位に等しくなるため、充電されていた電荷は放電される。充電スイッチ５０５がオフになると定電流源５０１からソフトスタートコンデンサ５０２への充電が開始される。
【０００５】
また、起動時のソフトスタート電圧を生成する方法として、定電流源５０１によるコンデンサへの充電ではなく、ＤＡＣ（Digital to Analog Converter）を使用した方法も知られている。ソフトスタート回路の動作としては基本的に定電流源方式と同じであるが、指令値次第で複雑な電圧パターンを生成できる柔軟性を有する点が異なる。
【０００６】
次に、出力端子の電圧を監視し異常時には主スイッチの制御を停止する短絡保護機能の実現方法としては、次の２つの方法が従来から知られている。一つ目は、図６に示すように出力端子と負荷の間に電流検出用のシャント抵抗６０１を挿入し、その抵抗に流れる電流による電圧降下を差動増幅器６０２とレベル判定部６０３で監視することで過電流を検出する。そして、過電流が検出された場合にはロジック制御部９を介して主スイッチの制御を停止する方法（抵抗挿入型と呼ぶ）である。二つ目は、図７に示すようにエラーアンプ１６の出力電圧レベルをレベル判定部７０１で監視して、その電圧があらかじめ定められた範囲から外れる状態が、あらかじめ定められた時間以上継続したかどうかをタイマー７０２で検知する。そして、一定期間継続した場合は短絡や過電圧などの異常と判断し、ロジック制御部９を介して主スイッチの制御を停止する方法（エラーアンプ出力型と呼ぶ）である。これは、正常動作時はエラーアンプ１６の出力はほぼ決まった値で一定となるのに対し、短絡などによって出力電圧が目標とする電圧から外れた場合、エラーアンプ１６の出力が正常な範囲から逸脱することを利用している。これと類似の方法として、エラーアンプ１６の反転入力電圧を監視する方法（エラーアンプ入力型と呼ぶ）もある。異常時の検出電圧の極性が逆になる以外は基本的な動作はエラーアンプ出力型と同じである。これらのエラーアンプ方式では短絡だけでなく過電圧も検出するが、本明細書では総称して短絡保護機能と呼ぶことにする。
【０００７】
抵抗挿入型は抵抗による損失が発生して効率が低下する点、部品点数が増加し実装面積やコストの面で不利である点、制御ＩＣに検出用の端子が必要となる点などのデメリットがある。このことから、エラーアンプ型の方が一般的であり、その中でもエラーアンプ出力型の方がエラーアンプ１６のゲインがある分検知感度が高いといった理由から一般的に使用されている。
また、エラーアンプ出力型の構成を記載した文献として、特許文献１がある。
【０００８】
【特許文献１】特許第２５０１９０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
入力電圧よりも高い電圧を出力する昇圧型のスイッチング電源の従来の構成を図８に示す。まず、出力電圧を一定に保つ基本的な動作について説明する。基準電源部１５の電圧と定常出力用帰還抵抗８によって帰還された出力電圧との誤差をエラーアンプ１６で増幅し、その出力電圧と三角波発振器１７の出力電圧とをＰＷＭコンパレータ１８で比較し、ＰＷＭ信号を生成し、主スイッチドライバ１９へ伝達する。主スイッチドライバ１９へのＰＷＭ信号にしたがい、主スイッチ２０がオンオフ制御されることで出力電圧が一定に保たれる。次に、昇圧スイッチング電源におけるソフトスタート機能と短絡保護機能について説明する。ここでは、短絡保護方式はより一般的なエラーアンプ出力型とする。基本的な動作は背景技術で述べた動作と同じである。しかし、昇圧電源は主スイッチ２０を停止した状態でもパワーインダクタ５と整流用ダイオード６を介して入力電圧とほぼ等しい電圧が出力端子に出力されるという原理上の差異によって構成が異なる点があるため、それにともない動作が異なる。構成上の差異は、図８に示すようにＩＣ制御信号がオフされてロジック制御部９が停止している時など、主スイッチ２０が動作していない場合でも入力電圧が出力端子に出力されないように入力電源と出力端子の間にロードスイッチ１４が挿入されている点である。また、同様の理由から、ロジック制御部９には負荷２の短絡を検出したときに主スイッチ２０だけでなくロードスイッチ１４も停止するようなロジックが組まれている点も異なる点である。
【００１０】
次に、図９に示す各部の波形を用いて、昇圧スイッチング電源におけるソフトスタート機能と短絡保護機能について詳細に説明する。ＩＣ制御信号がオフされている起動前（期間１）はロジック制御部９が停止しているためコントローラＩＣ４はすべて停止しており、ロードスイッチ１４の働きにより入力電圧にかかわらず出力端子の電位はゼロである。ＩＣ制御信号がオンされると（期間２）ロジック制御部９が起動し、定電流源５０１からソフトスタートコンデンサ５０２に電荷を充電することによりソフトスタート電圧が徐々に立ち上がり始める。そのソフトスタート電圧と定常出力用帰還抵抗８から帰還される帰還電圧に応じて主スイッチドライバ１９を制御することで主スイッチ２０がオン／オフ制御される。しかし、一方でＩＣ制御信号のオンと同時にロジック制御部９がロードスイッチ１４のドライバ１３を制御してロードスイッチ１４をオンするため、実際には出力端子には入力電圧にほぼ等しい電圧が出力される。その後入力電圧に相当する電圧までソフトスタート電圧が立ち上がると（期間３）、出力電圧はソフトスタート電圧の上昇にしたがって徐々に上昇を始める。ソフトスタート電圧が基準電源部１５の電圧に達した後は（期間４）、出力電圧は設定電圧で一定電圧となる。
【００１１】
ここで、各期間における短絡保護機能の動作に注目することにする。期間１においては、起動前であるためエラーアンプ１６の出力はゼロであり短絡保護機能は非動作である。期間３、４においては、エラーアンプ１６の出力は正常範囲内にあり、短絡保護機能は有効な状態となっている。しかしながら期間２においては、ソフトスタート電圧が徐々に立ち上がり始めたばかりなのに対して出力電圧が入力電圧まで急激に立ち上がるため、エラーアンプ１６の出力がゼロのままで正常範囲内まで上昇してこないという現象が起こる。正常な起動動作を行っているにもかかわらず、あたかも出力が異常になったかのような動作を行うため、正常動作と異常動作との区別をつけることができず、期間２においては短絡保護機能を無効にする必要がある。したがって、負荷２が短絡した状態でＩＣ制御信号をオンすると、短絡保護機能が無効になっている期間に素子に過大な短絡電流が流れ、素子の信頼性の低下や、最悪の場合発煙・発火や素子の破損という問題が発生する可能性がある。この問題はエラーアンプ入力型でも同様に発生する。
【００１２】
本発明は、この問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、ソフトスタート中でも短絡保護機能を有効にすることができる電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の電源装置は、基準電圧を生成する基準電源部と、入力電源及び出力端子間に接続されるインダクタに流す電流を制御可能な主スイッチと、前記入力電源及び前記出力端子間に接続されるロードスイッチと、出力電圧が段階的に大きくなるソフトスタート電圧を生成し、前記基準電圧と前記ソフトスタート電圧のうち低い方を出力するソフトスタート部と、前記ソフトスタート部の出力と前記出力端子に接続される帰還抵抗の分圧電圧の差を増幅する誤差増幅器と、前記誤差増幅器の出力に基づいて前記主スイッチを制御する主スイッチドライバと、前記ロードスイッチを制御するロードスイッチドライバと、前記誤差増幅器の出力電圧に基づいて、前記主スイッチ及び前記ロードスイッチをオフにするように前記主スイッチドライバおよび前記ロードスイッチドライバを制御する短絡保護部と、前記ソフトスタート電圧が所定の電圧より低いときに、前記帰還抵抗を変更する帰還抵抗変更部を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の電源装置は、第１の基準電圧を生成する第１の基準電源部と、第２の基準電圧を生成する第２の基準電源部と、入力電源及び出力端子間に接続されるインダクタに流す電流を制御可能な主スイッチと、前記入力電源及び前記出力端子間に接続されるロードスイッチと、前記基準電圧と前記出力端子に接続される帰還抵抗の分圧電圧の差を増幅する誤差増幅器と、前記誤差増幅器の出力に基づいて前記主スイッチを制御する主スイッチドライバと、前記ロードスイッチを制御するロードスイッチドライバと、出力電圧が段階的に大きくなるソフトスタート電圧を生成するソフトスタート電圧生成部と、前記第２の基準電圧と前記ソフトスタート電圧とのうち高い方を出力する出力部と、前記出力部から出力される電圧と前記第１の基準電圧の低い方を前記誤差増幅器の非反転入力端子に入力するソフトスタート部と、前記誤差増幅器の出力電圧に基づいて、前記主スイッチ及び前記ロードスイッチをオフにするように前記主スイッチドライバおよび前記ロードスイッチドライバを制御する短絡保護部とを有することを特徴とする。
【００１５】
本発明の電源装置は、入力電源及び出力端子間に接続されるインダクタに流す電流を制御可能な主スイッチと、前記入力電源及び前記出力端子間に接続されるロードスイッチと、出力電圧が段階的に大きくなるソフトスタート電圧を生成するソフトスタート部と、起動後の所定期間は、前記出力端子の電圧が前記入力電源の電圧と等しくなるように、前記ソフトスタート電圧を設定するソフトスタート電圧設定部と、前記ソフトスタート部の出力と前記出力端子に接続される帰還抵抗の分圧電圧の差を増幅する誤差増幅器と、前記誤差増幅器の出力に基づいて前記主スイッチを制御する主スイッチドライバと、前記ロードスイッチを制御するロードスイッチドライバと、前記誤差増幅器の出力電圧に基づいて、前記主スイッチ及び前記ロードスイッチをオフにするように前記主スイッチドライバおよび前記ロードスイッチドライバを制御する短絡保護部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
ソフトスタート中でも短絡保護機能を有効にすることが可能になることにより、短絡状態で起動しても迅速に保護機能を動作させ、より安全に停止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態をデジタルカメラの昇圧スイッチング電源回路に適用した例を図１のブロック図を用いて説明する。本発明の第１の実施形態においては、電力を供給するバッテリ（入力電源）１と、センサなどの負荷２と、その負荷２に入力電源１の電圧（入力電圧）より高い電圧を出力端子から出力する昇圧電源部３を有している。
【００１８】
昇圧電源部３は、安定した電圧を出力制御するためのコントローラＩＣ４、電圧変換用のパワーインダクタ５、整流用ダイオード６、平滑コンデンサ７、出力電圧を設定出力電圧に応じて分圧する定常出力用帰還抵抗８を有する。ロードスイッチ１４は、入力電源１及び出力電圧Ｖｏの端子（出力端子）間に接続される。インダクタ５は、入力電源１及び出力端子間に接続される。負荷２は、出力端子に接続される。帰還抵抗８及び１０２は、出力端子及びグランド間に接続され、出力電圧を分圧する。
【００１９】
コントローラＩＣ４は、ロジック制御部９、出力電圧を一定に出力する帰還制御部１０、起動時に出力電圧を徐々に立ち上げるソフトスタート部１１、短絡保護部１２、ソフトスタート中でも短絡保護部１２を有効にするための帰還切替部１０１を有する。ロジック制御部９は、ＩＣ制御信号にしたがってコントローラＩＣ４全体の動作の制御を行う。短絡保護部１２は、エラーアンプ（誤差増幅器）１６の出力を監視し、その出力が、設定電圧に対して設定範囲外となる状態が設定時間以上継続する場合には主スイッチドライバ１９を制御して主スイッチ２０およびロードスイッチ１４を停止（オフ）する。短絡保護部１２は、ソフトスタート部１１の動作中においても有効に動作する。
【００２０】
帰還制御部１０は、ロジック制御部９の制御信号にしたがってロードスイッチ１４への制御信号を生成するロードスイッチ１４のドライバ１３、その制御信号に従ってオンオフ動作を行うロードスイッチ１４を有する。さらに、帰還制御部１０は、帰還切替部１０１によって選択された電圧の前記基準電源部１５の電圧に対する誤差を増幅するエラーアンプ１６を有する。エラーアンプ１６は、非反転入力端子に切り替えスイッチ５０４が接続され、反転入力端子に前記切り替えスイッチ１０４が接続され、基準電源部１５の電圧と帰還抵抗８又は１０２の分圧電圧の差を増幅する。基準電源部１５は、正確な電圧を出力するための基準の電圧を生成する。さらに、帰還制御部１０は、エラーアンプ１６の出力と三角波発振器１７の出力を比較してＰＷＭ信号を生成するＰＷＭコンパレータ１８、前記ＰＷＭ信号に応じて主スイッチ２０への制御信号を生成する主スイッチドライバ１９を有する。さらに、帰還制御部１０は、主スイッチドライバ１９の制御信号にしたがいパワーインダクタ５に流す電流のオンオフ制御を行う主スイッチ２０を有する。ＰＷＭは、パルス幅変調である。
【００２１】
ソフトスタート部１１は、定電流源５０１とソフトスタートコンデンサ５０２、およびソフトスタートコンデンサ５０２への充電をロジック制御部９の制御にしたがってオンオフ制御する充電スイッチ５０５を有する。定電流源５０１は、起動時に出力電圧を徐々に立ち上げるためのソフトスタート電圧を生成する。ソフトスタート部１１は、基準電源部１５を電源とし、起動時に出力電圧Ｖｏが段階的に大きくなるようにエラーアンプ１６の非反転入力端子の電圧を制御する。
【００２２】
コンパレータ５０３は、定常出力用の一定基準電源部１５の電圧と、定電流源５０１によるソフトスタートコンデンサ５０２への充電等を利用して起動時に徐々に電圧電圧を上げていくソフトスタート電圧の、いずれか低い方を判定する。そして、該当する方を切り替えスイッチ５０４でエラーアンプ１６の非反転端子に入力する。これにより、起動時にはソフトスタート電圧がエラーアンプ１６に入力され、ソフトスタート電圧が基準電源部１５の電圧に達すると定常出力用の一定基準電源部１５の電圧に切り替わる。出力電圧はエラーアンプ１６の非反転入力端子の電圧を基準に制御されるため、出力電圧もエラーアンプ１６の非反転入力端子の挙動にしたがい、徐々に立ち上がった後に目標電圧に達すると一定値になる。
【００２３】
帰還切替部１０１は、出力電圧が入力電圧に等しくなるよう分圧比が選択されたソフトスタート用帰還抵抗１０２、ソフトスタートレベル判定部１０３、帰還切替スイッチ１０４を有している。ソフトスタートレベル判定部１０３は、ソフトスタート電圧レベルを監視し、ソフトスタート電圧レベルが入力電圧に相当する電圧より高いか低いかを判定する。帰還切替スイッチ１０４は、ソフトスタートレベル判定部１０３によってソフトスタート部１１の電圧レベルが入力電源１の電圧に相当する電圧（閾値）より低いと判定された場合にはソフトスタート用帰還抵抗１０２をエラーアンプ１６の反転端子に接続する。そして、高いと判定された場合には定常出力用帰還抵抗８をエラーアンプ１６の反転端子に接続する。ソフトスタート用帰還抵抗１０２は、入力電源１の電圧と等しい電圧を生成し、定常出力用帰還抵抗８は出力端子の電圧Ｖｏを設定するための抵抗である。
【００２４】
設定出力電圧をＶｏ、基準電源部１５の電圧をＶref、定常出力用帰還抵抗８をＲ１、Ｒ２とすると、定常出力用帰還抵抗８が接続されているときのエラーアンプ１６の反転端子電圧ＶINEは式２で表される。エラーアンプ１６の働きにより、ＶINEがＶrefと等しくなるよう動作するため、式３の数式が成り立つ。したがって、Ｒ１、Ｒ２は式４を満たすように選択すればよい。同様に、ソフトスタート用帰還抵抗１０２をＲ３、Ｒ４とすると、ソフトスタート用帰還抵抗１０２が接続されているときには、ＶINEは式５で表される。出力電圧Ｖｏが入力電圧Ｖｉにほぼ等しくなるため、ソフトスタート用帰還抵抗１０２であるＲ３、Ｒ４は式６を満たすように選択すればよい。
【００２５】
【数２】
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【数３】
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【数４】
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【数５】
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【数６】
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【００２６】
昇圧型のスイッチング電源は、入力電圧よりも高い電圧を出力し、出力電圧を一定に保つ。エラーアンプ１６には、起動時にはソフトスタート用帰還抵抗１０２が接続され、ソフトスタート電圧が入力電圧に相当する電圧より高くなると、定常出力用帰還抵抗８が接続される。まず、エラーアンプ１６に定常出力用帰還抵抗８が接続され、出力電圧が一定になる動作を説明する。エラーアンプ１６は、基準電源部１５の電圧と定常出力用帰還抵抗８によって帰還された出力電圧との誤差を増幅する。ＰＷＭコンパレータ１８は、その出力電圧と三角波発振器１７の出力電圧とを比較し、ＰＷＭ信号を生成し、主スイッチドライバ１９へ伝達する。主スイッチドライバ１９は、ＰＷＭ信号にしたがい、主スイッチ２０をオンオフ制御し、出力電圧を一定に保つ。
【００２７】
次に、昇圧スイッチング電源におけるソフトスタート機能と短絡保護機能について説明する。昇圧電源は主スイッチ２０を停止した状態でもパワーインダクタ５と整流用ダイオード６を介して入力電圧とほぼ等しい電圧が出力端子に出力されるので、ロードスイッチ１４を停止する必要がある。ＩＣ制御信号がオフされてロジック制御部９が停止している時など、主スイッチ２０が動作していない場合でも入力電圧が出力端子に出力されないように入力電源と出力端子の間にロードスイッチ１４が挿入されている。また、ロジック制御部９には負荷２の短絡を検出したときに主スイッチ２０だけでなくロードスイッチ１４も停止する。
【００２８】
ＩＣ制御信号がオフされている起動前（期間１）はロジック制御部９が停止しているためコントローラＩＣ４はすべて停止しており、ロードスイッチ１４の働きにより入力電圧にかかわらず出力端子の電位はゼロである。ＩＣ制御信号がオンされると（期間２）ロジック制御部９が起動し、定電流源５０１からソフトスタートコンデンサ５０２に電荷を充電することによりソフトスタート電圧が徐々に立ち上がり始める。そのソフトスタート電圧とソフトスタート用帰還抵抗１０２から帰還される帰還電圧に応じて主スイッチドライバ１９を制御することで主スイッチ２０がオン／オフ制御される。一方で、ＩＣ制御信号のオンと同時にロジック制御部９がロードスイッチ１４のドライバ１３を制御してロードスイッチ１４をオンするため、実際には出力端子には入力電圧にほぼ等しい電圧が出力される。その後、入力電圧に相当する電圧までソフトスタート電圧が立ち上がると（期間３）、ソフトスタートレベル判定部１０３は、定常出力用帰還抵抗８をエラーアンプ１６に接続する。出力電圧はソフトスタート電圧の上昇にしたがって徐々に上昇を始める。ソフトスタート電圧が基準電源部１５の電圧に達した後は（期間４）、出力電圧は設定電圧で一定電圧となる。
【００２９】
本実施形態によれば、起動時にロードスイッチ１４によって出力端子に入力電圧にほぼ等しい電圧が出力されても、エラーアンプ１６にはソフトスタート用帰還抵抗１０２が接続される。そのため、エラーアンプ１６の出力は正常範囲内となり、負荷２の短絡検出が可能となる。したがって、負荷２が短絡した状態で起動しても、迅速に短絡を検出し、主スイッチ２０およびロードスイッチ１４を停止することが可能となり、素子の信頼性低下や破損、発煙・発火を防ぐことができる。また、ソフトスタート電圧が入力電圧に相当する電圧より高くなると、定常出力用帰還抵抗８に接続が切り替えられるため、従来方式と同様に設定電圧が出力される。
【００３０】
以上のように、本実施形態によれば、定常出力用帰還抵抗８とソフトスタート用帰還抵抗１０２の２つを設け、ソフトスタート電位によってこれらを切り替える。
【００３１】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態をデジタルカメラの昇圧スイッチング電源回路に適用した例を図２のブロック図を用いて説明する。本発明の第２の実施形態は、第１の実施形態と類似しているが、異なるのは帰還切替部１０１が基準電圧切替部２０１になっている点である。基準電圧切替部２０１は、ソフトスタート用基準電源部２０２と、ソフトスタートレベル判定部１０３、及び基準切替スイッチ２０３を有している。ソフトスタートレベル判定部１０３は、ソフトスタート電圧レベルを監視してソフトスタート電圧レベルが入力電圧に相当する電圧より高いか低いかを判定する。基準切替スイッチ２０３は、ソフトスタートレベル判定部１０３によってソフトスタート部１１の電圧レベルが入力電圧に相当する電圧（閾値）より低いと判定された場合にはソフトスタート用基準電源部２０２を切り替えスイッチ５０４に接続する。そして、高いと判定された場合にはソフトスタート部１１の電圧を切り替えスイッチ５０４に接続する。切り替えスイッチ５０４は、エラーアンプ１６の非反転入力端子に接続される。
【００３２】
ソフトスタート部１１は、基準電源部１５を電源とし、起動時に出力端子の電圧Ｖｏが段階的に大きくなるようにエラーアンプ１６の非反転入力電圧を制御する。ソフトスタート用基準電源部２０２は入力電源１の電圧と等しい電圧を出力し、基準電源部１５は出力端子の電圧Ｖｏを設定するための電圧を出力する。
【００３３】
出力設定電圧をＶｏ、基準電源部１５の電圧をＶref、ソフトスタート用基準電源部２０２の電圧をＶref2とすると、定常出力時におけるエラーアンプ１６の反転入力端子の電圧ＶINEは第１の実施形態と同様に式２で表される。そのときにはエラーアンプ１６の非反転入力の電位はＶrefになっていることから、式３が成り立つ。一方、ソフトスタート期間中は出力端子に入力電圧とほぼ等しい電圧が出力されていることから、ＶINEは式７で表される。このときエラーアンプ１６の非反転入力端子にはソフトスタート用基準電源部２０２が接続されていることから、式８が成り立つ。式３と式７から、Ｖref2は式９で表される電圧に設定すればよい。
【００３４】
【数７】
2008035673.tif 000009
【数８】
2008035673.tif 000010
【数９】
2008035673.tif 000011
【００３５】
本実施形態によれば、起動時にロードスイッチ１４によって出力端子に入力電圧にほぼ等しい電圧が出力されても、エラーアンプ１６にはソフトスタート用基準電源部２０２が接続される。そのため、エラーアンプ１６の出力は正常範囲内となり、負荷２の短絡検出が可能となる。したがって、負荷２が短絡した状態で起動しても、迅速に短絡を検出し、主スイッチ２０およびロードスイッチ１４を停止することが可能となり、素子の信頼性低下や破損、発煙・発火を防ぐことができる。また、ソフトスタート電圧が入力電圧に相当する電圧より高くなると、基準電源部１５に接続が切り替えられるため、従来方式と同様に設定電圧が出力される。
【００３６】
以上のように、本実施形態によれば、定常出力用基準電源部１５とソフトスタート用基準電源部２０２の２つを設け、ソフトスタート電位によってこれらを切り替える。
【００３７】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態をデジタルカメラの昇圧スイッチング電源回路に適用した例を図３のブロック図を用いて説明する。本発明の第３の実施形態は、第２の実施形態と類似しているが、異なるのはソフトスタート部１１のソフトスタート電圧の生成方法が定電流源５０１とソフトスタートコンデンサ５０２ではなく、基準電源部１５の電圧を基準としたＤＡＣ３０１である点である。さらに、異なるのは、ソフトスタートレベル判定部１０３がない点、および基準電圧切替部２０１がＤＡＣ指令値生成部３０２になっている点である。ＤＡＣは、デジタル値に応じてアナログ電圧を出力するデジタルアナログ変換器である。
【００３８】
ＤＡＣ３０１の分解能をｎ、基準電源部１５の電圧をＶref、ＤＡＣ指令値生成部３０２のＤＡＣ指令値をＣｏｄｅとすると、ＤＡＣ３０１の出力電圧ＶDACは式１０で表される。ソフトスタートコンデンサ５０２と定電流源５０１のソフトスタート方式の時と同様に、コントローラＩＣ４はＶDACが最大値Ｖrefになるときに出力電圧が設定電圧Ｖｏに等しくなるように動作する。そのため、ある電圧Ｖａを出力したいときのＶDACは式１１の条件を満たす必要がある。式１０と式１１から、このときのＤＡＣ指令値Ｃｏｄｅ(Ｖａ)は式１２で表される。
【００３９】
【数１０】
2008035673.tif 000012
【数１１】
2008035673.tif 000013
【数１２】
2008035673.tif 000014
【００４０】
ＤＡＣ指令値生成部（デジタル値出力部）３０２は、起動時から徐々にＶDACを上昇させるのではなく、起動直後は入力電圧に等しく、その後は基準電圧まで一次関数的に電圧を上昇する電圧パターンとなるようにＤＡＣ指令値を生成、出力する。
【００４１】
具体的には、起動後の設定期間の間は出力電圧Ｖｏが入力電圧Ｖｉと等しくなるようにＶDACを設定するので、ＤＡＣ指令値生成部３０２は、式１２のＶａをＶｉとして式１３で表されるＤＡＣ指令値Ｃｏｄｅ(Ｖｉ)を出力する。また、ＤＡＣ指令値生成部３０２は、前記設定期間の後は、出力端子の電圧Ｖｏが一次関数的に設定電圧まで上昇するようＤＡＣ３０１のデジタル値を出力する。次に、ソフトスタート時間ｔssをかけて一次関数的にＶDACをＶrefまで上昇させる。起動時に式１３で表される指令値Ｃｏｄｅ(Ｖｉ)まで上げているので、最大指令値Ｃｏｄｅ(Ｖｏ)までの残りの指令値は式１４で表される。したがって指令値の傾きａは式１５で表される。ＤＡＣ３０２の更新周期をｔloadとすると、式１６で表される１更新周期あたりの指令値増分ΔＣｏｄｅずつ指令値を増加していけばよい。
【００４２】
【数１３】
2008035673.tif 000015
【数１４】
2008035673.tif 000016
【数１５】
2008035673.tif 000017
【数１６】
2008035673.tif 000018
【００４３】
本実施形態によれば、起動時にロードスイッチ１４によって出力端子に入力電圧にほぼ等しい電圧が出力されても、出力電圧が入力電圧と等しくなるようにＤＡＣ３０１が動作する。そのため、エラーアンプ１６の出力は正常範囲内となり、負荷２の短絡検出が可能となる。したがって、負荷２が短絡した状態で起動しても、迅速に短絡を検出し、主スイッチ２０およびロードスイッチ１４を停止することが可能となり、素子の信頼性低下や破損、発煙・発火を防ぐことができる。
【００４４】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態をデジタルカメラの昇圧スイッチング電源回路に適用した例を図４のブロック図を用いて説明する。本発明の第４の実施形態は、第３の実施形態と類似しているが、異なるのはロードスイッチ１４のソフトスタート機能を実現するためのロードスイッチソフトスタート部４０１が追加されている点である。また、ＤＡＣ指令値生成部３０２があるのは第３の実施形態と同じである。しかし、ＤＡＣ指令値生成部３０２は、第３の実施形態のように起動直後には出力電圧が入力電圧Ｖｉと等しくなるような電圧パターンのＤＡＣ指令値ではなく、ロードスイッチ１４のソフトスタート特性に合わせたＤＡＣ指令値を生成する。
【００４５】
ロードスイッチソフトスタート部４０１は、起動時にロードスイッチ１４の入力及び出力間の抵抗値を徐々に小さくする。ＤＡＣ指令値生成部３０２は、起動後の設定期間の間は、出力端子の電圧Ｖｏがロードスイッチソフトスタート部４０１の出力電圧の傾きと等しくなるようなＤＡＣ３０１のデジタル値を出力する。また、ＤＡＣ指令値生成部３０２は、前記設定期間の後は、出力端子の電圧Ｖｏが一次関数的に設定電圧まで上昇するようＤＡＣ３０１のデジタル値を出力する。
【００４６】
ロードスイッチ１４のソフトスタート時間をｔss2とすると、起動からｔss2の時間をかけて一次関数的に指令値をＣｏｄｅ(Ｖｉ)にすればよいので、指令値の傾きａ2は式１７で表される。したがって、式１８で表される１更新周期あたりの指令値増分ΔＣｏｄｅ２ずつ指令値を増加していけばよい。その後、上記と同様に式１６で表されるΔＣｏｄｅずつ指令値を増加していけばよい。
【００４７】
【数１７】
2008035673.tif 000019
【数１８】
2008035673.tif 000020
【００４８】
本実施形態によれば、起動時にロードスイッチ１４のソフトスタートによって出力端子に徐々に電圧が出力されても、出力電圧がロードスイッチ１４のソフトスタート特性に等しくなるようにＤＡＣ３０１が動作する。そのため、エラーアンプ１６の出力は正常範囲内となり、負荷２の短絡検出が可能となる。したがって、負荷２が短絡した状態で起動しても、迅速に短絡を検出し、主スイッチ２０およびロードスイッチ１４を停止することが可能となり、素子の信頼性低下や破損、発煙・発火を防ぐことができる。
【００４９】
以上、本発明を実施形態に基づき詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、請求項に記載した範囲でさまざまな変更が可能である。例えば、前記実施形態では、本発明をデジタルカメラに適用した例を示したが、請求項に記載の条件を満たしていれば携帯電話やパーソナルコンピュータ（ＰＣ）の電源でも適用可能である。また、本発明では昇圧スイッチング電源回路に適用した例を示したが、解決しようとする課題が同じであれば電源トポロジーは昇圧に限定されない。また、本発明ではパワーインダクタ５や整流用ダイオード６、定常出力用帰還抵抗８などをコントローラＩＣ４の外付け素子として構成したが、これらもオンチップ素子としてコントローラＩＣ４と同一半導体基板上に形成してもよい。
【００５０】
以上のように、第１〜第４の実施形態によれば、ソフトスタート中でも短絡保護機能を有効にすることが可能になることによって短絡状態で起動しても迅速に保護機能を動作させ、より安全に停止することができる。
【００５１】
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成例を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の構成例を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施形態の構成例を示す図である。
【図４】本発明の第４の実施形態の構成例を示す図である。
【図５】ソフトスタート機能の実現方法を示す図である。
【図６】抵抗挿入型の短絡保護方式を示す図である。
【図７】エラーアンプ出力型の短絡保護方式を示す図である。
【図８】従来例の構成図である。
【図９】従来例における起動時の各部の電圧変化を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  バッテリ
２  負荷
３  昇圧電源部
４  コントローラＩＣ
５  パワーインダクタ
６  整流用ダイオード
７  平滑コンデンサ
８  定常出力用帰還抵抗
９  ロジック制御部
１０  帰還制御部
１１  ソフトスタート部
１２  短絡保護部
１３  ロードスイッチドライバ
１４  ロードスイッチ
１５  基準電源部
１６  エラーアンプ
１７  三角波発振器
１８  ＰＷＭコンパレータ
１９  主スイッチドライバ
２０  主スイッチ
１０１  帰還切替部
１０２  ソフトスタート用帰還抵抗
１０３  ソフトスタートレベル判定部
１０４  帰還切替スイッチ
２０１  基準電圧切替部
２０２  ソフトスタート用基準電源部
２０３  基準切替スイッチ
３０１  ＤＡＣ
３０２  ＤＡＣ指令値生成部
４０１  ロードスイッチソフトスタート部
５０１  定電流源
５０２  ソフトスタートコンデンサ
５０３  コンパレータ
５０４  切り替えスイッチ
５０５  充電スイッチ
【図１】
2008035673.tif 000021
【図２】
2008035673.tif 000022
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008035673.tif 000027
【図８】
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【図９】
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