(57)【要約】【課題】回路素子のストレスを抑制し、低コストで小型化が容易な安定化電源装置を提供する。【解決手段】出力電圧と所定の電圧とを比較する電圧誤差増幅回路を備え、前記電圧誤差増幅回路からの電圧帰還信号に基づき入力電圧を前記出力電圧に変換する安定化電源装置において、前記出力電圧の低下に基づき前記電圧誤差増幅回路の利得を低くする利得切替回路を設けることを特徴とする安定化電源装置。【選択図】　　　図１
2004147443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力電圧と所定の電圧とを比較する電圧誤差増幅回路を備え、前記電圧誤差増幅回路からの電圧帰還信号に基づき入力電圧を前記出力電圧に変換する安定化電源装置において、
前記出力電圧の低下に基づき前記電圧誤差増幅回路の利得を低くする利得切替回路を設けることを特徴とする安定化電源装置。
【請求項２】
出力電圧と所定の電圧とを比較する電圧誤差増幅回路を備え、前記電圧誤差増幅回路からの電圧帰還信号に基づき入力電圧を前記出力電圧に変換する安定化電源装置において、
前記入力電圧の低下に基づき前記電圧誤差増幅回路の利得を低くする利得切替回路を設けることを特徴とする安定化電源装置。
【請求項３】
入力電圧が与えられ出力電圧を誘起する磁性素子と、前記出力電圧と所定の電圧とを比較する電圧誤差増幅回路とを備え、前記磁性素子に接続するスイッチング素子を前記電圧誤差増幅回路からの電圧帰還信号に基づきオンオフする安定化電源装置において、
前記磁性素子に誘起する電圧の低下に基づき前記電圧誤差増幅回路の利得を低くする利得切替回路を設けることを特徴とする安定化電源装置。
【請求項４】
前記電圧誤差増幅回路内の誤差増幅器の帰還インピーダンスと並列に、抵抗とスイッチとの直列回路を接続することを特徴とする請求項１乃至請求項３何れかに記載の安定化電源装置。
【請求項５】
前記電圧誤差増幅回路と、前記利得切替回路とを一体に配置することを特徴とする請求項１乃至請求項３何れかに記載の安定化電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、出力電圧と所定の電圧とを比較する電圧誤差増幅回路を備え、前記電圧誤差増幅回路からの電圧帰還信号に基づき入力電圧を前記出力電圧に変換する安定化電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の安定化電源装置（プリレギュレータ）は、プリレギュレータに入力される入力電圧の異常を検出する異常検出回路と、この異常検出回路による入力電圧の異常検出信号に基づきプリレギュレータの制御回路に対しリセット信号を送ってその動作を強制的に停止させる発光ダイオード、ホトトランジスタ（フォトカプラ）からなるリセット信号生成回路とを有するものである（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１４６０４５号公報
【０００４】
このような、従来のスイッチング方式の安定化電源装置（プリレギュレータ）の一例である昇圧形コンバータの構成図を図３に示す。同図において、入力電源ＶｉｎはダイオードブリッジＤ１で整流され、電圧Ｖａとなる。電圧Ｖａと、磁性素子であるインダクタＬ１の主巻線Ｎ１と、スイッチング素子Ｑ１と、は直列に接続する。
【０００５】
インダクタＬ１の主巻線Ｎ１と、スイッチング素子Ｑ１との接続点は、ダイオードＤ２に接続し、さらにコンデンサＣ１に接続し、出力電圧Ｖｏｕｔとなる。オンオフ制御回路１０の出力である駆動信号ＧＤは、スイッチング素子Ｑ１をオンオフし、インダクタＬ１の主巻線Ｎ１に電圧Ｖａを与え、インダクタＬ１の主巻線Ｎ１に誘起する電圧はダイオードＤ２で整流し、さらにコンデンサＣ１で平滑し、出力電圧Ｖｏｕｔとなる。
【０００６】
オンとオフとの時間の割合（デューティ比）が増加すると、出力電圧Ｖｏｕｔは上昇し、オンとオフとの時間の割合（デューティ比）が減少すると、出力電圧Ｖｏｕｔは低下する。
【０００７】
また、インダクタＬ１の補助巻線Ｎ２はダイオードＤ３に接続し、さらにコンデンサＣ２に接続し、電源Ｖｃｃとなる。電源Ｖｃｃはオンオフ制御回路１０等に接続する。インダクタＬ１の補助巻線Ｎ２に誘起する電圧は、ダイオードＤ３で整流し、さらにコンデンサＣ２で平滑し、電源Ｖｃｃとなり、オンオフ制御回路１０等へ電力を供給する。
【０００８】
入力電圧Ｖｉｎ及び出力電圧Ｖｏｕｔが変化すると、インダクタＬ１の補助巻線Ｎ２に誘起する電圧もこれに比例して変化する。
【０００９】
また、出力電圧Ｖｏｕｔは電圧誤差増幅回路１２に接続され、電圧誤差増幅回路１２の出力である電圧帰還信号ＶＦＢはオンオフ制御回路１０に接続する。オンオフ制御回路１０は、電圧帰還信号ＶＦＢが上昇するとオンとオフとの時間の割合（デューティ比）を増加させ、電圧帰還信号ＶＦＢが低下するとオンとオフとの時間の割合（デューティ比）を減少させる。
【００１０】
電圧誤差増幅回路１２の内部回路を説明する。出力電圧Ｖｏｕｔは抵抗Ｒ５及び抵抗Ｒ６で分圧し、誤差増幅器Ｕ２の負入力に接続する。誤差増幅器Ｕ２の正入力には基準電圧Ｖｒ２を接続する。誤差増幅器Ｕ２の出力は電圧帰還信号ＶＦＢとなる。誤差増幅器Ｕ２の出力と誤差増幅器Ｕ２の負入力との間には、帰還インピーダンスである抵抗Ｒ７及びコンデンサＣ４を接続する。
【００１１】
また、入力電圧Ｖｉｎはリセット信号生成回路１３に接続し、リセット信号生成回路１３の出力であるリセット信号ＳＳはオンオフ制御回路１０に接続する。オンオフ制御回路１０は、リセット信号ＳＳが有効であるときはリセット信号ＳＳを電圧帰還信号ＶＦＢよりも優先し、リセット信号ＳＳが無効であるときは電圧帰還信号ＶＦＢをリセット信号ＳＳよりも優先する。
【００１２】
リセット信号生成回路１３の内部回路を説明する。入力電圧Ｖｉｎは異常検出回路１５に接続し、異常検出回路１５の出力はフォトカプラＯＣ１を介してソフトスタート回路１４に接続され、ソフトスタート回路１４の出力はリセット信号ＳＳとなる。
【００１３】
入力電圧Ｖｉｎが正常であるときは、異常検出回路１５は無効となり、フォトカプラＯＣ１は無効となり、ソフトスタート回路１４は無効となり、リセット信号ＳＳは無効となる。
【００１４】
入力電圧Ｖｉｎが一旦低下すると、異常検出回路１５は有効となり、フォトカプラＯＣ１は有効となり、ソフトスタート回路１４は有効となる。
【００１５】
入力電圧Ｖｉｎの低下（異常）が終了した後、ソフトスタート回路１４は予め設定されたシーケンス（ソフトスタート）に基づくリセット信号ＳＳを出力し、オンオフ制御回路１０はオンとオフとの時間の割合（デューティ比）をソフトスタートで変化させ、スイッチング素子Ｑ１を強制的にソフトスタートで動作させる。
【００１６】
このような、図３の従来例において入力電圧Ｖｉｎが正常のときにおける全体の動作を説明する。このときリセット信号ＳＳは無効である。
出力電圧ＶｏｕｔがＶｒ２・（Ｒ５＋Ｒ６）／Ｒ６よりも低いとき、誤差増幅器Ｕ２の出力は上昇し、電圧帰還信号ＶＦＢは上昇し、オンとオフとの時間の割合（デューティ比）は増加し、出力電圧Ｖｏｕｔは上昇する。
【００１７】
出力電圧ＶｏｕｔがＶｒ２・（Ｒ５＋Ｒ６）／Ｒ６よりも高いとき、誤差増幅器Ｕ２の出力は低下し、電圧帰還信号ＶＦＢは低下し、オンとオフとの時間の割合（デューティ比）は減少し、出力電圧Ｖｏｕｔは低下する。
【００１８】
このようなフィードバックにより、出力電圧Ｖｏｕｔは次式を満足するところで安定となる。
Ｖｏｕｔ＝Ｖｒ２・（Ｒ５＋Ｒ６）／Ｒ６
【００１９】
また、そのときの電圧誤差増幅回路１２の利得Ａｖ（≡ΔＶＦＢ／ΔＶｏｕｔ；ΔＶＦＢは電圧帰還信号ＶＦＢの微小変化分、ΔＶｏｕｔは出力電圧Ｖｏｕｔの微小変化分）は、およそ次式となる。
Ａｖ＝−Ｒ７／Ｒ０／（１＋ｊω・Ｃ１・Ｒ７）
ただし、Ｒ０≡Ｒ５・Ｒ６／（Ｒ５＋Ｒ６）、ω：角速度、ｊ：虚数単位
【００２０】
利得Ａｖを高くすると、安定化電源装置の応答は速くなるが位相の余裕は減少し振動的となる。また、利得Ａｖを低くすると、安定化電源装置の応答は遅くなるが位相の余裕は増加し安定になる。
【００２１】
次に、図３の従来例において入力電圧Ｖｉｎが一旦低下した後（異常が終了した後）の全体の動作を説明する。
入力電圧Ｖｉｎの低下に伴い、出力電圧Ｖｏｕｔも低下し、電圧誤差増幅回路１２は電圧帰還信号ＶＦＢを上昇させるが、これは無視される。リセット信号ＳＳが有効であり、リセット信号ＳＳを電圧帰還信号ＶＦＢよりも優先する。
【００２２】
ソフトスタート回路１４は予め設定されたシーケンス（ソフトスタート）に基づくリセット信号ＳＳを出力し、オンオフ制御回路１０はオンとオフとの時間の割合（デューティ比）をソフトスタートで変化させ、スイッチング素子Ｑ１を強制的にソフトスタートで動作させる。出力電圧Ｖｏｕｔは、ソフトスタートで少しずつ変化する。
【００２３】
このように、入力電圧Ｖｉｎの異常が終了した後にソフトスタートをすると、スイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤ２及びインダクタＬ１等の回路素子の電流はソフトスタートで少しずつ変化し、回路素子のストレスは低く抑制される。
【００２４】
そして、ソフトスタートの予め設定されたシーケンスが終了すると、リセット信号ＳＳが無効となり、正常の動作となる。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような安定化電源装置は、フォトカプラＯＣ１が必要なため、高価で小型化が困難という課題がある。また、リセット信号生成回路１３は、フィードバックの経路と独立して配置され、部品点数が多く、高価で小型化が困難という課題がある。
【００２６】
本発明の目的は、以上説明した課題を解決するものであり、低コストで小型化が容易な安定化電源装置を提供することにある。また、回路素子のストレスを抑制する安定化電源装置を提供することにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成する本発明は、次の通りである。
（１）出力電圧と所定の電圧とを比較する電圧誤差増幅回路を備え、前記電圧誤差増幅回路からの電圧帰還信号に基づき入力電圧を前記出力電圧に変換する安定化電源装置において、前記出力電圧の低下に基づき前記電圧誤差増幅回路の利得を低くする利得切替回路を設けることを特徴とする安定化電源装置。
（２）出力電圧と所定の電圧とを比較する電圧誤差増幅回路を備え、前記電圧誤差増幅回路からの電圧帰還信号に基づき入力電圧を前記出力電圧に変換する安定化電源装置において、前記入力電圧の低下に基づき前記電圧誤差増幅回路の利得を低くする利得切替回路を設けることを特徴とする安定化電源装置。
（３）入力電圧が与えられ出力電圧を誘起する磁性素子と、前記出力電圧と所定の電圧とを比較する電圧誤差増幅回路とを備え、前記磁性素子に接続するスイッチング素子を前記電圧誤差増幅回路からの電圧帰還信号に基づきオンオフする安定化電源装置において、前記磁性素子に誘起する電圧の低下に基づき前記電圧誤差増幅回路の利得を低くする利得切替回路を設けることを特徴とする安定化電源装置。
（４）前記電圧誤差増幅回路内の誤差増幅器の帰還インピーダンスと並列に、抵抗とスイッチとの直列回路を接続することを特徴とする（１）乃至（３）何れかに記載の安定化電源装置。
（５）前記電圧誤差増幅回路と、前記利得切替回路とを一体に配置することを特徴とする（１）乃至（３）何れかに記載の安定化電源装置。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に、図１に基づいて本発明を詳細に説明する。図１は本発明に係るスイッチング方式の安定化電源装置の一実施例を示す構成図である。なお、図３の従来例と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。
【００２９】
図１の実施例の特徴は、出力電圧Ｖｏｕｔの低下に基づき電圧誤差増幅回路１２の利得Ａｖを低くする利得切替回路１６を設ける点にある。利得切替回路１６は、出力電圧Ｖｏｕｔと、電圧誤差増幅回路１２内の誤差増幅器Ｕ２の帰還インピーダンスであるコンデンサＣ４及び抵抗Ｒ７とに並列に接続する。
【００３０】
利得切替回路１６の内部回路を詳しく説明する。出力電圧Ｖｏｕｔは抵抗Ｒ１１及び抵抗Ｒ１２で分圧し、コンパレータＵ３の正入力に接続する。また、コンパレータＵ３の正入力には平滑用のコンデンサＣ５を接続する。コンパレータＵ３の負入力には基準電圧Ｖｒ３を接続する。コンパレータＵ３の出力は、抵抗Ｒ１０を介してトランジスタＱ２のベースに接続する。トランジスタＱ２のベース・エミッタ間には抵抗Ｒ９を接続する。
【００３１】
電圧誤差増幅回路１２内の誤差増幅器Ｕ２の帰還インピーダンスであるコンデンサＣ４及び抵抗Ｒ７と並列に、利得切替回路１６の抵抗Ｒ８とスイッチであるトランジスタＱ２の直列回路を接続する。
【００３２】
詳しくは、コンデンサＣ４及び抵抗Ｒ７の一端にはトランジスタＱ２のエミッタを接続し、コンデンサＣ４及び抵抗Ｒ７の他端には抵抗Ｒ８を介してトランジスタＱ２のコレクタを接続する。
【００３３】
また、基準電圧Ｖｒ３は、Ｖｒ２・（Ｒ５＋Ｒ６）／Ｒ６・Ｒ１２／（Ｒ１１＋Ｒ１２）よりも小さい値とする。こうして、出力電圧ＶｏｕｔがＶｒ２・（Ｒ５＋Ｒ６）／Ｒ６で安定であるときに、コンパレータＵ３の正入力Ｖｏｕｔ・Ｒ１２／（Ｒ１１＋Ｒ１２）は基準電圧Ｖｒ３よりも大きくなり、コンパレータＵ３の出力はＨｉｇｈとなり、トランジスタＱ２はオフとなる。
【００３４】
コンパレータＵ３は、出力電圧Ｖｏｕｔの低下を検出するもので、そのレベルは基準電圧Ｖｒ３で設定する。
【００３５】
このような、図１の実施例において入力電圧Ｖｉｎが正常のときにおける全体の動作は、図３の従来例と同様になるため説明を省略する。このとき、コンパレータＵ３の出力はＨｉｇｈとなり、トランジスタＱ２はオフとなる。
【００３６】
次に、図１の実施例において入力電圧Ｖｉｎが一旦低下した後の全体の動作を説明する。
入力電圧Ｖｉｎが低下すると、出力電圧Ｖｏｕｔも低下し、誤差増幅器Ｕ２の負入力は低下し、誤差増幅器Ｕ２の出力は上昇し、電圧帰還信号ＶＦＢは上昇する。また、コンパレータＵ３の正入力は基準電圧Ｖｒ３未満に低下し、コンパレータＵ３の出力はＬｏｗとなり、トランジスタＱ２はオンとなり、抵抗Ｒ８はコンデンサＣ４及び抵抗Ｒ７に並列に配置する。
【００３７】
そして、電圧誤差増幅回路１２及び利得切替回路１６の利得Ａｖ（≡ΔＶＦＢ／ΔＶｏｕｔ；ΔＶＦＢは電圧帰還信号ＶＦＢの微小変化分、ΔＶｏｕｔは出力電圧Ｖｏｕｔの微小変化分）は、およそ次式となる。
Ａｖ＝−ＲＸ／Ｒ０／（１＋ｊω・Ｃ１・ＲＸ）
ただし、Ｒ０≡Ｒ５・Ｒ６／（Ｒ５＋Ｒ６）、ω：角速度、ｊ：虚数単位、
ＲＸ≡Ｒ７・Ｒ８／（Ｒ７＋Ｒ８）＜Ｒ７
【００３８】
この結果、図１の実施例の電圧誤差増幅回路１２及び利得切替回路１６の利得は、図３の従来例の利得よりも低くなり、応答は遅くなり、電圧帰還信号ＶＦＢは遅い応答で少しずつ変化し、オンオフ制御回路１０はオンとオフとの時間の割合（デューティ比）を遅い応答で少しずつ変化させ、出力電圧Ｖｏｕｔは、遅い応答で少しずつ変化する。
【００３９】
このように、出力電圧Ｖｏｕｔが低下したときに電圧誤差増幅回路１２の利得を低くすると、スイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤ２及びインダクタＬ１等の回路素子の電流はソフトスタートで少しずつ変化し、回路素子のストレスは低く抑制する。
【００４０】
そして、出力電圧Ｖｏｕｔが上昇し、コンパレータＵ３の正入力が上昇し、その電圧が基準電圧Ｖｒ３以上となると、コンパレータＵ３の出力はＨｉｇｈとなり、トランジスタＱ２はオフとなり、正常の動作となる。
【００４１】
次に、図２に基づいて本発明を詳細に説明する。図２は本発明に係るスイッチング方式の安定化電源装置のその他の実施例を示す構成図である。なお、図１の実施例と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。
【００４２】
図２の実施例の特徴は、出力電圧Ｖｏｕｔの低下に基づき電圧誤差増幅回路１２の利得Ａｖを低くする利得切替回路１６を設け、誤差増幅器Ｕ２の入力インピーダンスを切り替えるスイッチＳ１と、電圧誤差増幅回路１２の出力と電圧帰還信号ＶＦＢとの間のバッファ回路の利得を切り替えるスイッチＳ２を設ける点にある。
【００４３】
詳しくは、電圧誤差増幅回路１２において、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６との接続点と、誤差増幅器Ｕ２の負入力の間に、入力インピーダンスの一部である抵抗Ｒ１３を配置する。また、誤差増幅器Ｕ２の出力と電圧帰還信号ＶＦＢとの間に、バッファ回路であるフォトカプラＯＣ１を配置する。
【００４４】
フォトカプラＯＣ１において、そのフォトダイオードのカソードは誤差増幅器Ｕ２の出力に接続し、そのフォトダイオードのアノードは抵抗Ｒ１５及びＲ１４を介して基準電圧Ｖｒ４に接続し、そのフォトトランジスタはオンオフ制御回路１０に接続する。
【００４５】
利得切替回路１６は、コンパレータＵ３の出力はスイッチＳ１及びスイッチＳ２に接続する。スイッチＳ１は抵抗Ｒ１３に並列に接続し、スイッチＳ２は抵抗Ｒ１４に並列に接続する。コンパレータＵ３の出力がＨｉｇｈのときはスイッチＳ１とスイッチＳ２とは共にオン（ショート）とし、コンパレータＵ３の出力がＬｏｗのときはスイッチＳ１とスイッチＳ２とは共にオフ（オープン）とする。
【００４６】
このような、図２の実施例において入力電圧Ｖｉｎが正常のときにおける全体の動作は、図１の実施例と同様になるため説明を省略する。このとき、スイッチＳ１はオンで抵抗Ｒ１３はショートされ、スイッチＳ２はオンで抵抗Ｒ１４はショートされる。
【００４７】
次に、図２の実施例において入力電圧Ｖｉｎが一旦低下した後の全体の動作を説明する。
入力電圧Ｖｉｎが低下すると、出力電圧Ｖｏｕｔも低下し、誤差増幅器Ｕ２の負入力は低下し、誤差増幅器Ｕ２の出力は上昇し、電圧帰還信号ＶＦＢは上昇する。また、コンパレータＵ３の正入力は基準電圧Ｖｒ３未満に低下し、コンパレータＵ３の出力はＬｏｗとなり、スイッチＳ１とスイッチＳ２とは共にオフ（オープン）となる。
【００４８】
そして、誤差増幅器Ｕ２の入力インピーダンスがＲ１３の値だけ増加し、電圧誤差増幅回路１２の利得が減少する。また、フォトカプラＯＣ１のフォトダイオードに直列の抵抗がＲ１４だけ増加し、電圧誤差増幅回路１２の利得が減少する。
【００４９】
以後の動作は、図１の実施例と同様になるため、説明を省略する。
【００５０】
上述の例では、出力電圧の低下に基づき前記電圧誤差増幅回路の利得を低くしたが、これとは別に、電圧Ｖａまたは入力電圧Ｖｉｎの低下に基づき前記電圧誤差増幅回路の利得を低くするようにしてもよい。
【００５１】
また、上述の例では、出力電圧Ｖｏｕｔの低下に基づき前記電圧誤差増幅回路の利得を低くしたが、これとは別に、磁性素子であるインダクタＬ１の補助巻線Ｎ２に誘起する電圧の低下に基づき前記電圧誤差増幅回路の利得を低くするようにしてもよい。
【００５２】
詳しくは、図１の実施例において、インダクタＬ１の補助巻線Ｎ２とダイオードＤ３のアノードの接続点に発生する電圧の振幅において、そのレベルが大きいときは利得切替回路１６のトランジスタＱ２をオフさせ、そのレベルが小さいときは利得切替回路１６のトランジスタＱ２をオンさせる。
【００５３】
さらにまた、上述の例では、利得を２段階で変化させたが、これとは別に、連続的に変化するようにしてもよい。
【００５４】
また、上述の例では昇圧形コンバータの説明であったが、入力電流の力率を改善するように配置することもできる。本発明は、このような力率改善のプリレギュレータで好適な特性を提供する。一方、その他のスイッチング方式のコンバータ及びシリーズレギュレータにも適用できる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、フォトカプラが不要なため低コストで小型化が容易な安定化電源装置を提供できる。また、利得切替回路は、電圧誤差増幅回路及びフィードバックの経路と一体に配置できるため、部品点数の増加は抑制され、低コストで小型化が容易な安定化電源装置を提供できる。
【００５６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明のその他の実施例を示す構成図である。
【図３】従来の安定化電源装置の構成である。
【符号の説明】
１０　オンオフ制御回路
１２　電圧誤差増幅回路
１３　リセット信号生成回路
１４　ソフトスタート回路
１５　異常検出回路
１６　利得切替回路
Ｕ２　誤差増幅器
Ｃ４，Ｒ７　帰還インピーダンス
Ｒ８，Ｒ１３，Ｒ１４　抵抗
Ｑ２　トランジスタ
Ｌ１　インダクタ
Ｓ１，Ｓ２　スイッチ
Ｖｉｎ　入力電圧
Ｖｏｕｔ　出力電圧
ＯＣ１　フォトカプラ
ＶＦＢ　電圧帰還信号
ＳＳ　リセット信号
【図１】
2004147443.tif 000003
【図２】
2004147443.tif 000004
【図３】
2004147443.tif 000005