(57)【要約】【課題】入力電圧の大きさに影響されずにソフトスタート機能が有効に発揮されるＰＷＭ方式のスイッチング電源装置を提供する。【解決手段】出力回路１０からの出力電圧を除々に立ち上げるためのソフトスタート回路５０は、抗Ｒ２とコンデンサＣ２から成る充電回路の充電電圧と所定周期の三角波信号との比較結果に基づいたパルス信号を出力し、また、ＰＷＭ制御回路２０は、このパルス信号でスイッチング素子３をオン・オフ制御する。そして、充電回路において充電が進むにつれてこの充電回路からの出力電圧が除々に上昇していくが、抵抗Ｒ１を介して負電圧生成回路４０で生成した負電圧を印加することによってその上昇速度が緩やかになるように上昇速度を変更調整するので、入力電圧の大きさに影響されずにソフトスタート機能が有効に発揮される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次巻線および２次巻線を備えるトランスと、電源オン時に前記２次巻線に接続された出力回路からの出力電圧を除々に立ち上げるために、ソフトスタート電圧を生成し、この生成したソフトスタート電圧と所定周期の三角波信号との比較結果に基づいてパルス信号を生成するソフトスタート回路と、このパルス信号に応じて前記トランスの１次巻線に接続されたスイッチング素子のオン・オフ制御を行い、出力電圧が所定の電圧に上がった後にフィードバック制御でのオン・オフ制御に移行させるＰＷＭ制御回路と、を有するＰＷＭ方式のスイッチング電源装置において、
前記トランスの１次側に印加される入力電圧の大きさに応じた大きさの負電圧を生成する負電圧生成回路を備え、
前記ソフトスタート回路は、
前記負電圧生成回路が生成した負電圧を利用して、前記ソフトスタート電圧の立上げ速度を変更するように構成した、ことを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記ソフトスタート回路は、コンデンサとこのコンデンサを充電する充電手段とを接続して成る充電回路を含み、前記トランスは更に３次巻線を備え、
前記負電圧生成回路は、
前記３次巻線に整流素子を介して接続されてこの３次巻線に生起される電圧を平滑するチョークコイルの両端に、コンデンサと整流素子の直列回路を接続すると共に、この直列回路の接続点を、抵抗を介して前記充電回路を構成するコンデンサと充電手段との接続点に接続したものであ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装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源オン時に出力電圧を除々に立ち上げるソフトスタート機能を有するＰＷＭ方式のスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＰＷＭ方式を用いたスイッチング電源装置において、電源オン時に出力電圧を除々に立ち上げるためのソフトスタート回路を備えたものが提案されている。そして、何らの対策を行わない場合には、入力電圧の高低によって出力電圧をなだらかに制御しながら立ち上げる期間が変動するため、不具合が生じる場合がある。即ち、低入力電圧にはソフトスタート時間が適切でスイッチング電源装置の出力電圧の立ち上がりがなだらかになっていても、入力電圧が高い時には、ソフトスタート時間が短くなり、出力電圧の立ち上がりが急峻になり、入力電圧が高い場合にはソフトスタート機能が効果的に発揮できない状態となる場合がある。
【０００３】
そこで、かかる不具合を解消可能なスイッチング電源装置の提案がされていた（例えば、特許文献１参照）。このスイッチング電源装置においては、入力電圧を検出して、この検出結果を受けて傾き可変の漸減電圧を発生させるものである。即ち、入力電圧に応じて、ソフトスタート電圧（ＶＤＴ）を規定する電圧直線の傾きを変更し、このソフトスタート信号と所定周期の三角波信号とを比較してパルス幅が漸増するようなパルス信号を生成し、このパルス信号でパルス幅変調回路の出力パルス幅を絞り込むようにしている。この結果、ソフトスタート電圧を利用して出力電圧を得ることを入力電圧の大きさに影響されずに安定的に行うことを可能にしている。
【特許文献１】特開２００１−１２８４４５号公報（第２−５頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来から提案されているソフトスタート回路を実際に製造しようとすれば、入力電圧を検出する入力電圧検出回路が必要になる。さらに、パルス幅が漸増するようなパルス信号を生成する傾き可変漸減電圧回路には、（１）検出された入力電圧に応じてコンデンサの容量を変更するもの、（２）充電抵抗値を変更するもの、（３）コンデンサ充電用の電流源の電流制御を行うもの、等が使用されている。このため、電源オン時においてソフトスタート電圧を利用して出力電圧を得ることを入力電圧の大きさに影響されずに安定的に行うためには、部品点数が多く且つ複雑な構成の回路が必要となってしまい、スイッチング電源装置の低コスト化や小型化への障害となっていた。
【０００５】
本発明は、かかる従来の課題を解決するためになされたもので、電源オン時においてソフトスタート電圧を利用して出力電圧を得ることを入力電圧の大きさに影響されずに安定的に行うことを簡易な回路構成で実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、１次巻線および２次巻線を備えるトランスと、電源オン時に前記２次巻線に接続された出力回路からの出力電圧を除々に立ち上げるために、ソフトスタート電圧を生成し、この生成したソフトスタート電圧と所定周期の三角波信号との比較結果に基づいてパルス信号を生成するソフトスタート回路と、このパルス信号に応じて前記トランスの１次巻線に接続されたスイッチング素子のオン・オフ制御を行い、出力電圧が所定の電圧に上がった後にフィードバック制御でのオン・オフ制御に移行させるＰＷＭ制御回路と、を有するＰＷＭ方式のスイッチング電源装置において、
前記トランスの１次側に印加される入力電圧の大きさに応じた大きさの負電圧を生成する負電圧生成回路を備え、
前記ソフトスタート回路は、
前記負電圧生成回路が生成した負電圧を利用して、前記ソフトスタート電圧の立上げ速度を変更するように構成したことを特徴とするようにした。
【０００７】
この発明によれば、負電圧生成回路がトランスの１次側に印加される入力電圧の大きさに応じた大きさの負電圧を生成し、ソフトスタート回路は、この負電圧生成回路が生成した負電圧を利用して、ソフトスタート信号の立上げ速度を変更する。したがって、入力電圧の大きさに応じてソフトスタート電圧の立上げ速度を変更調整することができるため、ソフトスタート回路によって生成される、所定周期の三角波信号との比較結果に基づいて得られるパルス信号のパルス幅も入力電圧に応じて変更させることができるようになる。この結果、電源オン時において、ソフトスタート電圧を利用して出力電圧を得ることを入力電圧の大きさに影響されずに安定的に行うことを簡易な回路構成で実現することが可能になる。
【０００８】
より具体的には、前記ソフトスタート回路は、コンデンサとこのコンデンサを充電する充電手段とを接続して成る充電回路を含み、前記トランスは更に３次巻線を備え、前記負電圧生成回路は、前記３次巻線に整流素子を介して接続されてこの３次巻線に生起される電圧を平滑するチョークコイルの両端に、コンデンサと整流素子の直列回路を接続すると共に、この直列回路の接続点を、抵抗を介して前記充電回路を構成するコンデンサと充電手段との接続点に接続したものとすることができる。
【０００９】
即ち、この発明においては、充電手段とコンデンサとを接続して成る充電回路において充電が進むにつれてこの充電回路からの出力電圧が除々に上昇していくが、抵抗を介して当該充電回路に負電圧を印加することによってその上昇速度がゆっくりとなるように変更させることができる。そして、この負電圧は、チョークコイルの両端に発生する交流電圧を用い、整流素子の整流作用を利用することによって、この整流素子に接続されたコンデンサの両端に現れる電圧によって生成され、しかも、負電圧の大きさは入力電圧に応じた大きさとなる。この結果、簡易な回路構成で、電源オン時において、ソフトスタート電圧を利用して出力電圧を得ることを入力電圧の大きさに影響されずに安定的に行うことが可能になる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電源オン時においてソフトスタート電圧を利用して出力電圧を得ることを入力電圧の大きさに影響されずに安定的に行うことを簡易な回路構成で実現することが可能になるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の最良の実施の形態のスイッチング電源装置１００の構成図である。トランス１には１次巻線Ｎ１、２次巻線Ｎ２および３次巻線Ｎ３が設けられている。１次巻線Ｎ１には、これと直列に、ＭＯＳＦＥＴで実現されるスイッチング素子３が接続され、１次巻線Ｎ１とスイッチング素子３とを接続した直列回路の両端には、入力電圧Ｖｉｎを平滑するためのコンデンサ２が接続されている。かくして、トランス１の１次側に入力電圧Ｖｉｎが印加されるように構成されている。
【００１２】
また、２次巻線Ｎ２の両端には出力電圧を得るための出力回路１０が接続されていて、図１に示すように、通常、この出力回路１０には出力電圧の供給対象となる負荷が接続される。出力回路１０は、２個のダイオード１１、１２のアノード同士を接続した接続点にチョークコイル１５の一端が接続され、２個のダイオード１１、１２の両カソードの夫々は２次巻線Ｎ２の両端の夫々に接続されて構成されている。そして、チョークコイル１５の他端は、コンデンサ１３の一端に接続されていて、このコンデンサ１３の他端はダイオード１２のカソードに接続されている。かくして、２次巻線Ｎ２に誘起される電圧は、ダイオード１１、１２によって整流された後に、チョークコイル１５とコンデンサ１３によって平滑されて負荷への出力電圧Ｖｏｕｔとなる。さらに、この出力電圧Ｖｏｕｔは後に説明するＰＷＭ制御回路２０へ入力されるフィードバック電圧となっている。
【００１３】
さらに、３次巻線Ｎ３の両端には電圧Ｖ３を得るための電源回路３０が接続されおり、図１に示すように、この電源回路３０の回路構成は、出力回路１０の回路構成と同様のものとなっている。即ち、電源回路３０は、２個のダイオード３１、３２のアノード同士を接続した接続点にチョークコイル３５の一端が接続され、２個のダイオード３１、３２の両カソードの夫々は３次巻線Ｎ３の両端の夫々に接続されて構成されている。そして、３次巻線Ｎ３にダイオード３１を介して接続されたチョークコイル３５の他端は、コンデンサ３３の一端に接続されていて、このコンデンサ３３の他端はダイオード３２のカソードに接続されている。かくして、３次巻線Ｎ３に誘起される電圧は、ダイオード３１、３２によって整流された後に、チョークコイル３５とコンデンサ３３によって平滑されて電圧Ｖ３を得ることができる電源を構成している。
【００１４】
また、このスイッチング電源装置１００には、ソフトスタート回路５０が設けられている。このソフトスタート回路５０は、電源５１からの電圧を充電する、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２とを接続して成る充電回路と、所定周期で三角波信号を出力する三角波信号発振器５５と、この三角波信号発振器５５からの三角波信号とコンデンサＣ２の両端の充電電圧であるソフトスタート電圧とを比較してその比較結果に基づいたパルス信号を出力する比較器５２とを有して構成されている。即ち、このソフトスタート回路５０は、電源オン時において、２次巻線Ｎ２に接続された出力回路１０からの出力電圧を除々に立ち上げるためのソフトスタート電圧を生成し、この生成したソフトスタート電圧と所定周期の三角波信号との比較結果に基づいてパルス信号を生成するものである。なお、比較器５２は、ソフトスタート電圧の電圧値が三角波信号以上になる間はハイレベル信号を出力し、これ以外の場合にはローレベル信号を出力することによって、ＰＷＭ（パルス幅変調：Pulse  Width  Modulation）制御回路２０へ供給するパルス信号を出力する。なお、この実施の形態にあっては、電源５１と抵抗Ｒ２とが、コンデンサＣ２を充電する充電手段としての電流源を構成している。
【００１５】
ＰＷＭ制御回路２０は、ＰＷＭ方式でスイッチング素子３のオン・オフ制御を行うもので、その出力がスイッチング素子３の制御端子としてのゲートに接続されており、出力がハイレベルの時にはスイッチング素子３がオンし、これ以外の場合（出力がローレベルの時）にはスイッチング素子３がオフするようになっている。このＰＷＭ制御回路２０には、出力回路１０からの出力電圧Ｖｏｕｔ（フィードバック電圧）と比較器５２からのパルス信号とが入力されている。
【００１６】
図３はＰＷＭ制御回路２０の一般的な動作例の説明図である。図３（ａ）に示すように、電源オン開始時（図の最も左側位置）からソフトスタート電圧は除々に立ち上がっていき、この間においては、ソフトスタート電圧の電圧値が三角波信号以上になる間はハイレベル信号、これ以外の場合にはローレベル信号となる、比較器５２からのパルス信号を用いてスイッチング素子３をオン・オフ制御する。即ち、電源オン時には、パルス信号に応じてトランス１の１次巻線Ｎ１に接続されたスイッチング素子３のオン・オフ制御を行う。そして、ソフトスタート電圧がフィードバック電圧以上となるＦＢスタート点（図３参照）以降、フィードバック制御によってスイッチング素子３のオン・オフ制御を行う。このフィードバック制御時には、フィードバック電圧の電圧値が三角波信号以上になる間はハイレベル信号、これ以外の場合にはローレベル信号となるパルスでスイッチング素子３のオン・オフ制御を行う。
【００１７】
かくして、ＰＷＭ制御回路２０は、電源オン時（例えば、Ｖｉｎを印加し始めた時）においては比較器５２からのパルス信号に応じてトランス１の１次巻線Ｎ１に接続されたスイッチング素子３のオン・オフ制御を行い、出力回路１０からの出力電圧が所定の電圧に上がった後にフィードバック制御でのオン・オフ制御に移行させることによってＰＷＭ方式のスイッチング制御を行うように構成されている。
【００１８】
さて、上述した電源回路３０とソフトスタート回路５０の間には、後に動作を説明する負電圧生成回路４０が接続されている。この負電圧生成回路４０は、コンデンサＣ１の一端とダイオードＤ１（整流素子の一例）のアノードとを直列接続した直列回路の両端の夫々を、電源回路３０を構成するチョークコイル３５の両端の夫々に接続すると共に、コンデンサＣ１とダイオードＤ１との接続点を、抵抗Ｒ１を介して、ソフトスタート回路５０の充電回路を構成する抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２との接続点に接続して構成している。
【００１９】
そして、このコンデンサＣ１の両端に現れる負電圧が抵抗Ｒ１を介してこの充電回路に印加されると、抵抗Ｒ２を介して流れる充電電流の一部が、抵抗Ｒ１を流れるため、本来よりもコンデンサＣ２を充電する速度が遅くなり、ソフトスタート電圧の立ち上がりが緩やかになる。そして、コンデンサＣ１、Ｃ２の容量値や抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値等の回路定数は、入力電圧の大きさに応じたソフトスタート電圧が得られるように（即ち、入力電圧の大きさに応じて適切なソフトスタートができるようにスイッチング素子３のオン・オフ制御が行えるパルス信号を得られるように）設定されている。したがって、負電圧生成回路４０が入力電圧の大きさに応じた大きさの負電圧を生成すれば、ソフトスタート電圧の立ち上がり速度が変更調整されて、入力電圧の大きさに影響されずにソフトスタート機能が有効に発揮されるようになる。
【００２０】
次に、図１、図２を参照して負電圧生成動作について説明する。今、図１に示すように、電源回路３０のチョークコイル３５の両端電圧をＶ１、コンデンサＣ１の両端電圧をＶ２、さらに、チョークコイル３５とコンデンサＣ１との接続点（即ち、チョークコイル３５の左端点）を「点ａ」、チョークコイル３５とダイオードＤ１との接続点（即ち、チョークコイル３５の右端点）を「点ｂ」として説明する。
【００２１】
図２に示すように、チョークコイル３５の両端電圧Ｖ１は交流的に変化する。スイッチング素子３がターンオフした場合には、電圧Ｖ１は電源回路３０の出力電圧Ｖ３と同じ電圧値にとなる。なお、この電圧Ｖ１（＝Ｖ３）はコンデンサ３３で安定化されている。一方、スイッチング素子３がターンオンした場合には、１次巻線Ｎ１、２次巻線の夫々の巻数をｎ１、ｎ２、入力電圧をＶｉｎとすると、３次巻線Ｎ３には「Ｖｉｎ・（ｎ３／ｎ１）」なる大きさの電圧が誘起され、この結果、チョークコイル３５の電圧Ｖ１は「Ｖ３−Ｖｉｎ・（ｎ３／ｎ１）」なる大きさの負電圧となり、電圧Ｖ２は入力電圧に応じた電圧になる。
【００２２】
このように電圧Ｖ１は交流的に変化するが、ａ点が「＋側」、ｂ点が「−側」になる場合にのみ、「コンデンサＣ１→ダイオードＤ１」なる充電ループが形成されて、コンデンサＣ１において、図中の左側が「＋」、右側が「−」となる充電動作が行われる。この充電ループはａ点が「＋側」、ｂ点が「−側」になる場合にのみ、ダイオードＤ１の整流作用によって形成され、逆に、ａ点が「−側」、ｂ点が「＋側」になる場合にはこの充電ループは形成されない。そして、ダイオードＤ１の整流作用によってコンデンサＣ１には負電圧がチャージされ続けるので負電圧のピークがフラットになってチャージされる（図２参照）。
【００２３】
さて、図中、その左側が「＋」、右側が「−」となるように充電されたコンデンサＣ１は、入力電圧の大きさに応じた（比例した）大きさの負電圧を生成するため、ソフトスタート回路５０における、抵抗Ｒ２を介してのコンデンサＣ２への充電電流の一部が抵抗Ｒ１を介して流れる。この結果、コンデンサＣ２の充電速度が遅くなり、ソフトスタート電圧は緩やかに立ち上がることになる。即ち、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２とを接続して成る充電回路において充電が進むにつれてこの充電回路からの出力電圧が除々に上昇していくが、抵抗Ｒ１を介して当該充電回路に負電圧を印加することによってその上昇速度が緩やかになるように変更させることができる。
【００２４】
そして、この負電圧は、チョークコイル３５の両端に発生する交流電圧を用い、ダイオードＤ１（整流素子）の整流作用を利用することによって、コンデンサＣ１の両端に現れる電圧によって生成され、しかも、負電圧の大きさは入力電圧の大きさに応じたものとなっている。この結果、電源オン時において、ソフトスタート電圧を利用して出力電圧を得ることを入力電圧の大きさに影響されずに安定的に行うことを、「抵抗、コンデンサ、ダイオード」等の回路素子を用いた簡易な回路構成で実現することが可能になる。
（他の構成例）
図４は他の例のスイッチング電源装置１０１の構成図であり、図１と同一の構成部には同一符合を付している。図１の構成例では出力回路１０からの出力電圧Ｖｏｕｔをフィードバック電圧としているが、このスイッチング電源装置１０１においては、トランス１が備える３次巻線Ｎ３に接続された電源回路３０からの出力電圧Ｖ３をフィードバック電圧としてＰＷＭ方式での制御動作を行うようにしており、このような構成としても同様の効果が得られる。
【００２５】
図５は更に他の構成例のスイッチング電源装置１０２の構成図である。図１と比較して分かるように、このスイッチング電源装置１０２は、図１のスイッチング電源装置１００の３次巻線Ｎ３とこれに接続される電源回路３０を取り除き、出力回路１０の出力電圧Ｖｏｕｔを負荷に与える構成としている。このスイッチング電源装置１０２においても、基本的な動作は図１に示すスイッチング電源装置１００と変わる点がなく、同一構成部品には同一の符号を付している。この構成例においては、出力回路１０のチョークコイル１５の両端に、コンデンサＣ１とダイオードＤ１とを直列接続した回路を接続し、更に、コンデンサＣ１とダイオードＤ１の接続点に抵抗Ｒ１の一端を接続して負電圧生成回路４０を構成している。そして、この抵抗Ｒ１の他端は、ソフトスタート回路５０における、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２との接続点に接続されて、負電圧生成回路４０とソフトスタート回路５０とが接続されている。このように入力電圧が印加される１次巻線側の回路と、２次巻線Ｎ２に接続される出力回路１０を利用して本発明を適用することも可能である。
【００２６】
以上説明してきたように、本発明の実施の形態によれば、負電圧生成回路４０がトランス１の１次側に印加される入力電圧の大きさに応じた大きさの負電圧を生成し、ソフトスタート回路５０は、この負電圧生成回路４０が生成した負電圧を利用して、ソフトスタート信号の立上げ速度を変更する。したがって、入力電圧の大きさに応じてソフトスタート電圧の立上げ速度を変更調整することができるため、電源オン時において、ソフトスタート電圧を利用して出力電圧を得ることを入力電圧の大きさに影響されずに安定的に行うことを簡易な回路構成で実現することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
以上説明してきたように、本発明は、ソフトスタート機能を有するＰＷＭ方式のスイッチング電源装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態であるスイッチング電源装置１００の構成図である。
【図２】負電圧生成回路４０の動作例の説明図である。
【図３】動作例の説明図である。
【図４】本発明の他の構成例のスイッチング電源装置１０１の構成図である。
【図５】本発明の他の構成例のスイッチング電源装置１０２の構成図である。
【符号の説明】
【００２９】
２  コンデンサ
３  スイッチング素子
１０  出力回路
１１  ダイオード
１２  ダイオード
１３  コンデンサ
１５  チョークコイル
３０  電源回路
３１  ダイオード
３２  ダイオード
３３  コンデンサ
３５  チョークコイル
４０  負電圧生成回路
５０  ソフトスタート回路
５２  比較器
５５  三角波信号発振器
１００  スイッチング電源装置
１０１  スイッチング電源装置
１０２  スイッチング電源装置
【図１】
2005065441.tif 000003
【図２】
2005065441.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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