(57)【要約】【課題】電源オンのタイミングからソフトスタートを可能にし、なおかつ出力電圧に対する遅れの問題を解消し、出力電圧の立ち上がりを制御できるスイッチング電源装置を提供すること。【解決手段】絶縁型トランス１０を有するスイッチング電源装置１において、前記絶縁型トランス１０の１次側に電源オンのタイミングでソフトスタートを開始する１次側ソフトスタート回路２０を備え、２次側に当該２次側の出力電圧により動作する２次側ソフトスタート回路２５を備える構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁型トランスを有するスイッチング電源装置において、
前記絶縁型トランスの１次側に電源オンのタイミングでソフトスタートを開始する１次側ソフトスタート回路を備え、２次側に当該２次側の出力電圧により動作する２次側ソフトスタート回路を備えることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記２次側の出力電圧の上昇に伴い前記２次側ソフトスタート回路によるソフトスタートが開始した場合には、前記１次側ソフトスタート回路のソフトスタートを解除す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。
【請求項３】
前記２次側の出力電圧を１次側に帰還する帰還経路に絶縁素子を備え、
前記１次側ソフトスタート回路のソフトスタートを解除するための信号を、前記帰還経路の絶縁素子を介して２次側から１次側に送信することを特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
前記出力電圧と参照電圧との比較結果を出力する比較回路と、
前記比較回路の出力に基づいて出力電圧をフィードバック制御するフィードバック回路と、を備え、
前記２次側ソフトスタート回路が前記参照電圧を制御して前記出力電圧の立ち上がりを制御するとともに、
前記絶縁型トランスの２次側に複数の２次巻線を設けて複数の出力回路を構成し、
いずれかの前記出力回路の出力電圧を前記比較回路により比較するとともに、当該比較回路を比較対象の出力回路と異なり、かつ定常的に電力を消費する電子回路が接続された出力回路の出力電圧で動作させた
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか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、スイッチング電源装置に係り、特に電源オン時のソフトスタートに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電源装置としてスイッチング電源装置が知られている。スイッチング電源装置は、スイッチング素子と、このスイッチング素子の動作を制御する制御ＩＣとを備え、制御ＩＣがＰＷＭ制御（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）に基づき、入力電圧に応じたデューティ比のＰＷＭ信号を生成し、当該ＰＷＭ信号でスイッチング素子をオン／オフすることで、所定の出力電圧を高効率に生成するものである。
またスイッチング電源装置には、電圧変換器に絶縁トランスを備え、１次側と２次側とを絶縁した絶縁型のスイッチング電源装置が知られている。絶縁型のスイッチング電源装置は、高効率であり、なおかつ絶縁性に優れ、また絶縁トランスに複数の２次巻線を設けることで多出力の電源装置を簡単に構成できることから、入力電圧を複数の出力電圧に変換する用途に広く用いられている。
【０００３】
この種のスイッチング電源装置は、一般に、２次側にダイオード及び平滑用コンデンサを備え、これらダイオード及び平滑用コンデンサにより出力電圧を整流、平滑化して出力している。このため、スイッチング電源装置は、電源オフから電源オンに遷移するときに、平滑用コンデンサを充電しようとしてスイッチング素子がＰＷＭ信号の最大オンデューティで動作し、出力電圧のオーバーシュートやアンダーシュート、ラッシュ電流の発生といった問題が生じることが知られている。
【０００４】
この問題を解消するために、スイッチング電源装置では、電源オンから一定期間に出力電圧を徐々に上昇させる制御、いわゆるソフトスタートを行う技術が提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。
ソフトスタートすることで、電源オン時に入力電圧が最低動作電圧やＵＶＬＯ（Under Voltage Lock Out）電圧に達したときに、スイッチング電源装置が急に動作を開始することが無いため、ラッシュ電流の発生やオーバーシュート／アンダーシュートが抑制される。更に、オーバーシュートが抑制されることで、スイッチング電源装置の構成部品の損傷も防止できる。なお、上記ＵＶＬＯ電圧とは、入力電圧に対して設定である電圧であり、電源オン時に入力電圧がＵＶＬＯ電圧に達するまで、スイッチング電源装置が内部回路を準スタンバイ状態に維持することで、消費電流を低減し、また誤動作を防止する、いわゆる低電圧誤動作防止機能に用いられる電圧設定値である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３１１７４０号公報
【特許文献２】特開平５−４１３９１号公報
【特許文献３】特開２００８−３０１５８１号公報
【特許文献４】特開平６−２２５５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、絶縁型のスイッチング電源装置では、通常、上記ソフトスタートのためのソフトスタート回路が絶縁トランスの１次側に備えられている。ソフトスタート回路は、一般に、電源オン時に定電流源によって充電されるソフトスタート用コンデンサを備え、このソフトスタート用コンデンサの充電電圧に応じてＰＷＭ信号のデューティ比が次第に大きくなるように制御されることで、充電電圧の上昇に対応して出力電圧が徐々に上昇するようになっている。
【０００７】
ただし、ＰＷＭ信号のデューティ比の変化率は、充電電圧の変化によって決定され、ソフトスタート用コンデンサを定電流源で充電した場合には、入力電圧にかかわらずに一定である。したがって、図７に示すように、入力電圧の大小によって、出力電圧の立ち上がりに差が生じ、結果として、出力電圧が定格電圧に達するまでの起動時間にばらつきが生じてしまう。
そこで、ソフトスタートに際し、２次側の出力電圧を１次側に帰還し、当該出力電圧の立ち上がりを目標通りに制御するようにＰＷＭ信号のデューティ比を調整する構成とすれば、入力電圧の大小によらず起動時間を揃える事ができる。
しかしながら、絶縁型のスイッチング電源装置では、２次側の出力電圧を当該２次側と絶縁された１次側に帰還するため、２次側の出力電圧によるフィードバック制御に遅れが生じる。このため、帰還の遅れにより出力電圧の立ち上がりの制御に不正確さが生じる、という問題がある。
【０００８】
これに対し、２次側にソフトスタート回路を備える構成とすれば、１次側に出力電圧を帰還することによる遅れの問題を回避できる。
しかしながら、２次側のソフトスタート回路を当該出力電圧で動作させる構成とした場合、出力電圧がソフトスタート回路の動作開始電圧に達するまでは、ソフトスタートが実行されない。このため、電源オン時の入力電圧が大きい場合には、ソフトスタート回路が動作開始する前にオーバーシュート／アンダーシュートやラッシュ電流が発生してしまう、という問題がある。
【０００９】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、電源オンのタイミングからソフトスタートを可能にし、なおかつ出力電圧に対する遅れの問題を解消し、出力電圧の立ち上がりを制御できる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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、絶縁型トランスを有するスイッチング電源装置において、前記絶縁型トランスの１次側に電源オンのタイミングでソフトスタートを開始する１次側ソフトスタート回路を備え、２次側に当該２次側の出力電圧により動作する２次側ソフトスタート回路を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、電源オンのタイミングで１次側ソフトスタート回路が動作するため、電源オンの当初からソフトスタートを行うことが可能となり、入力電圧が大きい場合のオーバーシュート等を防止できる。また、２次側ソフトスタート回路を備えることで、２次側のソフトスタートによっても出力電圧の立ち上がりが制御されるため、１次側に出力電圧を帰還した場合の遅れの問題を解消して、電源オン時の出力電圧の立ち上がりを制御することができる。
【００１２】
また本発明は、上記スイッチング電源装置において、前記２次側の出力電圧の上昇に伴い前記２次側ソフトスタート回路によるソフトスタートが開始した場合には、前記１次側ソフトスタート回路のソフトスタートを解除することを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、２次側ソフトスタート回路によるソフトスタートが開始した場合に、１次側ソフトスタート回路のソフトスタートが解除されるため、それ以降は、出力電圧の立ち上がりが２次側ソフトスタート回路により制御される。２次側ソフトスタート回路では、１次側の入力電圧の大小の影響を受けることなく出力電圧の立ち上がりを制御できることから、２次側ソフトスタート回路の動作開始に伴い１次側ソフトスタート回路のソフトスタートを解除することで、入力電圧の大小の影響を受けることなく出力電圧の立ち上がりを目標通りに制御することができ、また、入力電圧の大小による起動時間のばらつきを抑制できる。
【００１４】
また本発明は、上記スイッチング電源装置において、前記２次側の出力電圧を１次側に帰還する帰還経路に絶縁素子を備え、前記１次側ソフトスタート回路のソフトスタートを解除するための信号を、前記帰還経路の絶縁素子を介して２次側から１次側に送信することを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、１次側ソフトスタート回路のソフトスタートを解除するための信号を、帰還経路の絶縁素子を介して２次側から１次側に送信するため、別途に絶縁素子を設けることなく、なおかつ絶縁性能を損なうことなく、１次側ソフトスタート回路のソフトスタートを解除するための信号を１次側に送信することができる。
【００１６】
また本発明は、前記出力電圧と参照電圧との比較結果を出力する比較回路と、前記比較回路の出力に基づいて出力電圧をフィードバック制御するフィードバック回路と、を備え、前記２次側ソフトスタート回路が前記参照電圧を制御して前記出力電圧の立ち上がりを制御するとともに、前記絶縁型トランスの２次側に複数の２次巻線を設けて複数の出力回路を構成し、いずれかの前記出力回路の出力電圧を前記比較回路により比較するとともに、当該比較回路を比較対象の出力回路と異なり、かつ定常的に電力を消費する電子回路が接続された出力回路の出力電圧で動作させたことを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、比較対象の出力回路と異なり、かつ定常的に電力を消費する電子回路が接続された出力回路の出力電圧で比較回路が動作するため、当該比較回路の動作によって比較対象の出力回路で電力が消費されることがない。これにより、比較対象の出力回路と、他の出力回路との間のクロスレギュレーションが改善される。したがって、２次側ソフトスタート回路のソフトスタートにより、比較対象の出力回路と他の出力回路とのそれぞれの出力電圧を、クロスレギュレーションを発生させずに互いに同じように徐々に立ち上がるように制御できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、電源オンのタイミングで１次側ソフトスタート回路が動作するため、電源オンの当初からソフトスタートを行うことが可能となり、入力電圧が大きい場合のオーバーシュート等を防止できる。また、２次側ソフトスタート回路を備えることで、２次側のソフトスタートによっても出力電圧の立ち上がりが制御されるため、１次側に出力電圧を帰還した場合の遅れの問題を解消し、電源オン時の出力電圧の立ち上がりを制御することができる。
また上記発明において、２次側ソフトスタート回路によるソフトスタートが動作を開始したときに、１次側ソフトスタート回路のソフトスタートが解除される構成することで、それ以降は、出力電圧の立ち上がりが２次側ソフトスタート回路により制御されるようにできる。２次側ソフトスタート回路では、１次側の入力電圧の大小の影響を受けることなく出力電圧の立ち上がりを制御できることから、２次側ソフトスタート回路の動作開始に伴い１次側ソフトスタート回路のソフトスタートを解除することで、入力電圧の大小の影響を受けることなく出力電圧の立ち上がりを目標通りに制御することができ、また、入力電圧の大小による起動時間のばらつきを抑制できる。
また本発明において、１次側ソフトスタート回路のソフトスタートを解除するための信号を、帰還経路の絶縁素子を介して２次側から１次側に送信する構成とすることで、別途に絶縁素子を設けることなく、なおかつ絶縁性能を損なうことなく、１次側ソフトスタート回路のソフトスタートを解除するための信号を１次側に送信することができる。
また本発明において、前記出力電圧と参照電圧との比較結果を出力する比較回路と、前記比較回路の出力に基づいて出力電圧をフィードバック制御するフィードバック回路と、を備え、前記２次側ソフトスタート回路が前記参照電圧を制御して前記出力電圧の立ち上がりを制御するとともに、前記絶縁型トランスの２次側に複数の２次巻線を設けて複数の出力回路を構成し、いずれかの前記出力回路の出力電圧を前記比較回路により比較するとともに、当該比較回路を比較対象の出力回路と異なり、かつ定常的に電力を消費する電子回路が接続された出力回路の出力電圧で動作させたる構成とすることで、次のような効果も奏する。
すなわち、比較対象の出力回路と異なり、かつ定常的に電力を消費する電子回路が接続された出力回路の出力電圧で比較回路が動作するため、当該比較回路の動作によって比較対象の出力回路で電力が消費されることがない。これにより、比較対象の出力回路と、他の出力回路との間のクロスレギュレーションが改善される。したがって、２次側ソフトスタート回路のソフトスタートにより、比較対象の出力回路と他の出力回路とのそれぞれの出力電圧を、クロスレギュレーションを発生させずに互いに同じように徐々に立ち上がるように制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す回路図である。
【図２】電源オン時の出力電圧の立ち上がりを示す模式図である。
【図３】スイッチング電源装置のソフトスタートの動作説明図であり、（Ａ）は電源オンのタイミングでの１次側ソフトスタート回路によるソフトスタートを示し、（Ｂ）は２次側ソフトスタート回路によるソフトスタートが無い場合の動作を示し、（Ｃ）は２次側ソフトスタート回路によるソフトスタートがある場合の動作を示す。
【図４】１次側ソフトスタート回路による起動時間の遅延を説明するための図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す回路図である。
【図６】本発明の変形例に係るスイッチング電源装置を、インバータ回路とともに示す回路図である。
【図７】１次側のソフトスタート回路による起動時間のばらつきの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本実施形態に係る絶縁型のスイッチング電源装置１の回路図である。
スイッチング電源装置１は、図１に示すように、他励式（フライバック式）のスイッチング電源（ＤＣ−ＤＣコンバータ）であり、絶縁型トランス１０を有する。絶縁型トランス１０の１次側には直流電源が接続されており、スイッチング電源装置１は、直流電源から１次側に入力された入力電圧Ｖｉｎを、所定電圧レベルの出力電圧Ｖｏｕｔに変換し、２次側に接続された負荷１１に供給する。
【００２１】
さらに詳述すると、絶縁型トランス１０の１次側には、絶縁型トランス１０の１次巻線１２に接続されて電流をオン／オフするスイッチング素子１３と、このスイッチング素子１３のスイッチング動作させるＰＷＭ信号Ｓｐを出力するＰＷＭコンパレータ１４とが設けられている。一方、絶縁型トランス１０の２次側に設けられた２次巻線１５には、ダイオード１６、及び平滑用コンデンサ１７が接続されている。そして、ＰＷＭコンパレータ１４の出力によるスイッチング素子１３のスイッチング動作に伴って１次巻線１２に電流変化が生じると、この電流変化に伴って、２次巻線１５に起電力が誘起され、ダイオード１６、及び平滑用コンデンサ１７によって整流、平滑化されて出力電圧Ｖｏｕｔが生成され、この出力電圧Ｖｏｕｔが負荷１１に供給される。
【００２２】
ＰＷＭコンパレータ１４は、入力電圧Ｖｉｎを電源として動作する回路であって、入力電圧Ｖｉｎの入力開始（電源オン）に伴って動作を開始し、デューティ比が出力電圧Ｖｏｕｔに応じた可変されたＰＷＭ信号Ｓｐを生成し、スイッチング素子１３のゲート端子に供給する。
具体的には、１次側には、三角波発振器１８と、フィードバック回路１９と、１次側ソフトスタート回路２０とが設けられており、ＰＷＭコンパレータ１４の−端子には、三角波発振器１８が生成する三角波信号Ｓｔが入力され、また、２つの＋端子には、フィードバック回路１９からのデューティ制御電圧Ｖｃと、１次側ソフトスタート回路２０からのソフトスタート電圧Ｖｓ１とがそれぞれ入力されている。
【００２３】
デューティ制御電圧Ｖｃは、２次側の出力電圧Ｖｏｕｔに応じて変動するものであり、かかるデューティ制御電圧ＶｃがＰＷＭコンパレータ１４に入力されることで、ＰＷＭ信号Ｓｐのデューティ比が２次側の出力電圧Ｖｏｕｔに応じて可変されてフィードバック制御が行われる。
このデューティ制御電圧Ｖｃを出力する上記フィードバック回路１９は、２次側に設けられた電圧検出回路２１と、フォトカプラ２３と、１次側に設けられたデューティ制御電圧生成回路２４とを備え、これらによって出力電圧Ｖｏｕｔのフィードバック値（超過の有無を示す信号）の帰還経路が構成されている。
電圧検出回路２１は、目標に対する出力電圧Ｖｏｕｔの超過の有無を示す信号を出力するものであり、出力電圧Ｖｏｕｔを分割して検出電圧Ｖｄｅｔを出力する抵抗Ｒ１、Ｒ２と、この検出電圧Ｖｄｅｔと参照電圧Ｖｒｅｆ２とを比較し、検出電圧Ｖｄｅｔが参照電圧Ｖｒｅｆ２よりも大きい場合、すなわち、出力電圧Ｖｏｕｔが目標に対して超過している場合にＨｉｇｈレベルの出力信号Ｓａを出力するコンパレータ２２を備えている。このコンパレータ２２は、出力電圧Ｖｏｕｔによって動作するものであり、当該出力電圧Ｖｏｕｔが動作開始電圧Ｖｃｓ（図２参照）に達したときに動作を開始する。
フォトカプラ２３は、コンパレータ２２の出力信号Ｓａを２次側から１次側に伝送する絶縁素子である。上記参照電圧Ｖｒｅｆ２は、２次側に設けられた２次側ソフトスタート回路２５によって生成されており、電源オン時に「０」から定格電圧Ｖｒまで徐々に上昇するように変化する。なお、２次側ソフトスタート回路２５の構成については後述する。
【００２４】
デューティ制御電圧生成回路２４は、１次側に設けられた回路であって、２次側の電圧検出回路２１の出力信号Ｓａに基づいて、ＰＷＭ信号Ｓｐのデューティ比を可変する上記デューティ制御電圧Ｖｃを生成する。
具体的には、デューティ制御電圧生成回路２４は、出力電圧Ｖｏｕｔが目標よりも大きいとき（すなわち出力電圧超過のとき）には、ＰＷＭ信号Ｓｐのデューティ比を最小デューティ比にすべく、グラウンド電位（基準電位）のデューティ制御電圧Ｖｃを生成してＰＷＭコンパレータ１４に入力する。これとは逆に、デューティ制御電圧生成回路２４は、出力電圧Ｖｏｕｔが目標を下回っているときには、ＰＷＭ信号Ｓｐのデューティ比を最大デューティ比とすべく、比較的大きな所定電圧のデューティ制御電圧Ｖｃを生成してＰＷＭコンパレータ１４に入力する。
出力電圧Ｖｏｕｔと目標との大小は、上記コンパレータ２２による検出電圧Ｖｄｅｔと参照電圧Ｖｒｅｆ２との比較結果によって示されており、デューティ制御電圧生成回路２４は、コンパレータ２２の出力信号ＳａがＨｉｇｈレベルのときに、ＰＷＭ信号Ｓｐのデューティ比を最小デューティ比にするためのデューティ制御電圧Ｖｃを生成し、また出力信号ＳａがＬｏｗレベルのときに、ＰＷＭ信号Ｓｐのデューティ比を最大デューティ比にするためのデューティ制御電圧Ｖｃを生成する。
【００２５】
かかるデューティ制御電圧生成回路２４の構成について詳細には、デューティ制御電圧生成回路２４は、定電圧電源２６と、この定電圧電源２６が出力する参照電圧Ｖｒｅｆ１とグラウンド電位（基準電位）との差に基づくエラー電圧をデューティ制御電圧Ｖｃとして出力するエラーアンプ２７とを備え、このエラーアンプ２７の出力端が上記フォトカプラ２３を介してグラウンドに接続されている。
【００２６】
コンパレータ２２の出力信号Ｓａの信号レベルは、上述の通り、出力電圧Ｖｏｕｔの検出電圧Ｖｄｅｔが参照電圧Ｖｒｅｆ２よりも大きいとき、すなわち出力電圧Ｖｏｕｔが目標よりも超過しているときにＨｉｇｈレベルとなる。かかる出力信号Ｓａがフォトカプラ２３を通じて１次側に伝送されると、このフォトカプラ２３によってエラーアンプ２７の出力端がグラウンドに接続される。この結果、ＰＷＭコンパレータ１４に入力されるデューティ制御電圧Ｖｃがグラウンド電位となり、ＰＷＭコンパレータ１４では最小デューティ比のＰＷＭ信号Ｓｐが生成され、これにより超過した出力電圧Ｖｏｕｔが抑制される。
【００２７】
これとは逆に、出力電圧Ｖｏｕｔが参照電圧Ｖｒｅｆ２よりも小さいときには、すなわち出力電圧Ｖｏｕｔが目標を下回っているときは、コンパレータ２２の出力信号Ｓａの信号レベルがＬｏｗレベルとなる。そして、かかる出力信号Ｓａの場合、エラーアンプ２７の出力がデューティ制御電圧ＶｃとしてＰＷＭコンパレータ１４に入力されることから、ＰＷＭコンパレータ１４が最大デューティ比のＰＷＭ信号Ｓｐを生成することとなり、これにより出力電圧Ｖｏｕｔが上昇する。
なお、同図において、エラーアンプ２７の出力端に設けた抵抗３２、及びコンデンサ３３はノイズ防止用（スイッチングノイズ緩和用）の素子である。
【００２８】
１次側ソフトスタート回路２０は、電源オン時の出力電圧Ｖｏｕｔの立ち上がりが緩やかになるように、電源オンのタイミングで動作を開始してＰＷＭ信号Ｓｐのデューティ比を徐々に大きくなるように制御する回路である。
具体的には、１次側ソフトスタート回路２０は、定電圧電源４０と、ソフトスタート用コンデンサ４３と、電流制限抵抗４１、４２とを備え、ソフトスタート用コンデンサ４３の充電電圧がソフトスタート電圧Ｖｓ１としてＰＷＭコンパレータ１４に出力される。
定電圧電源４０は、電源オンに伴って基準電圧Ｖｓｆ１を出力するものであり、この基準電圧Ｖｓｆ１によりソフトスタート用コンデンサ４３が充電される。ソフトスタート用コンデンサ４３は、基準電圧Ｖｓｆ１の出力開始に伴い充電電圧が「０」から所定電圧まで時間に対して徐々に変化するものである。かかる充電電圧がソフトスタート電圧Ｖｓ１としてＰＷＭコンパレータ１４に出力されることで、ＰＷＭ信号Ｓｐのデューティ比がソフトスタート電圧Ｖｓ１の上昇に合わせて徐々に大きくなる。
【００２９】
かかる１次側ソフトスタート回路２０によって、電源オンの当初からＰＷＭ信号Ｓｐのデューティ比が徐々に大きくなるように制御されることで、図２（Ａ）の実線６１で示すように、出力電圧Ｖｏｕｔが電源オンの開始時から緩やかに上昇することとなる。これにより、電源オンのときに大きな入力電圧Ｖｉｎが入力されても、出力電圧Ｖｏｕｔが点線６０で示すように急激に上昇してオーバーシュート等が発生することがない。
【００３０】
このとき、この１次側ソフトスタート回路２０では、ソフトスタート用コンデンサ４３の充電に伴うＰＷＭ信号Ｓｐのデューティ比の変化率は入力電圧Ｖｉｎにかかわらずに一定であることから、前掲図７で説明したように、入力電圧Ｖｉｎの大小によって、出力電圧Ｖｏｕｔが定格電圧に達するまでの起動時間に差異が生じる。
こ問題に対しては、ＰＷＭコンパレータ１４に、２次側の出力電圧Ｖｏｕｔに応じて変動するデューティ制御電圧Ｖｃが入力されてフィードバック制御が行われることから、出力電圧Ｖｏｕｔが定格電圧に達するまでの起動時間が揃えられる。
【００３１】
ただし、出力電圧Ｖｏｕｔを検出する上記電圧検出回路２１では、図２（Ａ）に示すように、出力電圧Ｖｏｕｔが動作開始電圧Ｖｃｓに達した後に動作を開始したとしても、フォトカプラ２３を介して１次側に出力信号Ｓａを出力するため、電圧検出回路２１の出力に基づくフィードバック制御が開始されるタイミングまでの間に、応答遅れ期間Ｔｂが生じることから、電源オン時の出力電圧Ｖｏｕｔの立ち上がりを正確に制御することができない。特に、本実施形態では、コンパレータ２２の２値出力（Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗ）によってＰＷＭ信号のデューティ比を制御すべく、当該コンパレータ２２の出力信号Ｓａをローパスフィルタ（図示せず）を介してＰＷＭコンパレータ１４に入力しており、応答の遅れが生じ易い。
そこで、本実施形態では、前掲図１に示すように、２次側にも２次側ソフトスタート回路２５を設け、２次側でもソフトスタートを実行し、出力電圧Ｖｏｕｔの立ち上がりを制御することとしている。
【００３２】
２次側ソフトスタート回路２５の回路構成は、前掲図１に示すように、１次側ソフトスタート回路２０と略同様であって、定電圧電源５０と、ソフトスタート用コンデンサ５３と、電流制限抵抗５１、５２とを備え、ソフトスタート用コンデンサ５３の充電電圧がソフトスタート電圧たる上記参照電圧Ｖｒｅｆ２としてコンパレータ２２に出力される。
定電圧電源５０は、出力電圧Ｖｏｕｔによって動作して基準電圧Ｖｓｆ２を出力する。すなわち、ソフトスタート用コンデンサ５３は、電源オンに伴って出力電圧Ｖｏｕｔが上昇するにつれて定電圧電源５０の基準電圧Ｖｓｆ２によって充電が開始される。これにより、充電電圧が「０」から所定電圧（定格電圧Ｖｒをコンパレータ２２で判定する電圧）まで時間に対して徐々に増加する。
【００３３】
かかる充電電圧が参照電圧Ｖｒｅｆ２としてコンパレータ２２に入力されることで、コンパレータ２２を含む電圧検出回路２１の動作開始時から、参照電圧Ｖｒｅｆ２を緩やかに増加させることができ、この増加に合わせて出力電圧Ｖｏｕｔが緩やかに立ち上がることとなる。
すなわち、２次側では、出力電圧Ｖｏｕｔが動作開始電圧Ｖｃｓに達した後、２次側ソフトスタート回路２５によってソフトスタートが行われ出力電圧Ｖｏｕｔの立ち上がりが制御される。これにより、出力電圧Ｖｏｕｔを１次側に帰還することによって生じる応答遅れ期間Ｔｂには、既に２次側ソフトスタート回路２５によって出力電圧Ｖｏｕｔの立ち上がりが制御されることから、電源オン時の出力電圧Ｖｏｕｔの立ち上がりを応答遅れの影響を受けずに制御することができる。
【００３４】
また、１次側ソフトスタート回路２０及び２次側ソフトスタート回路２５のそれぞれソフトスタートを行うことで、図２（Ｂ）の実線６１に示すように、１次側ソフトスタート回路２０だけでソフトスタートを行う場合に比べ、実線６２に示すように、出力電圧Ｖｏｕｔを緩やかに上昇させることができ、オーバーシュート／アンダーシュート、並びにラッシュ電流の発生を、より確実に防止できる。
【００３５】
上記スイッチング電源装置１の電源オン時の一連の動作について、図３を参照して説明する。
入力電圧Ｖｉｎの入力が開始されると（電源オン）、ＰＷＭコンパレータ１４が、１次側ソフトスタート回路２０のソフトスタート電圧Ｖｓ１、及び出力電圧Ｖｏｕｔを反映したデューティ制御電圧Ｖｃに基づいてデューティ比を可変してＰＷＭ信号Ｓｐを生成する。ソフトスタート電圧Ｖｓ１は、電源オンのタイミングで「０」から徐々に大きくなることで、ＰＷＭ信号Ｓｐのデューティ比も徐々に大きくなる。これにより、電源オンの当初は、図３（Ａ）に示すように、１次側ソフトスタート回路２０のソフトスタートにしたがって出力電圧Ｖｏｕｔが緩やかに上昇することとなる。
【００３６】
次いで、出力電圧Ｖｏｕｔが電圧検出回路２１の動作開始電圧Ｖｃｓを超えると電圧検出回路２１が動作を開始し、出力電圧Ｖｏｕｔと参照電圧Ｖｒｅｆ２との大小を反映した出力信号Ｓａが１次側に帰還開始される。
これにより、２次側ソフトスタート回路２５が無く、参照電圧Ｖｒｅｆ２が定格電圧Ｖｒのときには、図３（Ｂ）に示すように、この出力信号Ｓａが１次側に帰還されてデューティ制御電圧生成回路２４に入力されたタイミングから、この出力信号Ｓａに基づいて出力電圧Ｖｏｕｔを定格電圧Ｖｒに維持するように制御される。
【００３７】
本実施形態では、電源オン時には、２次側ソフトスタート回路２５によって参照電圧Ｖｒｅｆ２を緩やかに上昇させることから、図３（Ｃ）に示すように、電圧検出回路２１が動作を開始したタイミングから、２次側ソフトスタート回路２５のソフトスタートにしたがって、出力電圧Ｖｏｕｔが定格電圧Ｖｒに達するまで緩やかに上昇し、定格電圧Ｖｒに達した後は、出力電圧Ｖｏｕｔを定格電圧Ｖｒに維持するように制御される。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態によれば、絶縁型トランス１０の１次側に電源オンのタイミングでソフトスタートを開始する１次側ソフトスタート回路２０を備え、２次側に当該２次側の出力電圧Ｖｏｕｔにより動作する２次側ソフトスタート回路２５を備える構成とした。
この構成によれば、電源オンのタイミングで１次側ソフトスタート回路２０が動作するため、電源オンの当初からソフトスタートを行うことが可能となり、入力電圧Ｖｉｎが大きい場合のオーバーシュート等を防止できる。また、２次側ソフトスタート回路２５を備えることで、２次側のソフトスタートによっても出力電圧Ｖｏｕｔの立ち上がりが制御されるため、１次側に出力電圧Ｖｏｕｔを帰還した場合に生じる応答の遅れの問題を回避しつつ、電源オン時の出力電圧Ｖｏｕｔの立ち上がりを制御することができる。
【００３９】
＜第２実施形態＞
上述した第１実施形態では、絶縁型トランス１０の１次側に１次側ソフトスタート回路２０を設け、２次側に２次側ソフトスタート回路２５を設けた構成を例示した。この構成においては、電源オン時の入力電圧Ｖｉｎが低いほど、電源オン当初の出力電圧Ｖｏｕｔの上昇は緩やかになる。この場合、図４に示すように、出力電圧Ｖｏｕｔの上昇が、２次側ソフトスタート回路２５のソフトスタート（参照電圧Ｖｒｅｆ２）の上昇よりも緩やかであると、出力電圧Ｖｏｕｔが超過することがないから、起動時間は、少なくともソフトスタートで規定された時間と同等かそれよりも長くなってしまう。
【００４０】
そこで本実施形態では、２次側ソフトスタート回路２５が動作を開始したときに、１次側ソフトスタート回路２０のソフトスタートを強制的に解除して、それ以降は、２次側ソフトスタート回路２５のソフトスタートにしたがって出力電圧Ｖｏｕｔを立ち上げることで、入力電圧Ｖｉｎが低くても出力電圧Ｖｏｕｔを設定通りに立ち上げ可能としている。
以下、かかるスイッチング電源装置１００について説明する。
【００４１】
図５は、本実施形態に係るスイッチング電源装置１００の回路図である。
なお、同図において、第１実施形態のスイッチング電源装置１で説明した部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態のスイッチング電源装置１００は、１次側ソフトスタート回路２０の抵抗４１の端子間を短絡し、ソフトスタート用コンデンサ４３の充電状態にかかわらず、基準電圧Ｖｓｆ１をソフトスタート電圧Ｖｓ１に固定することで１次側ソフトスタート回路２０のソフトスタートを解除する解除手段としてのＰチャネル形の解除用スイッチング素子１６０と、出力電圧Ｖｏｕｔが電圧検出回路２１の動作開始電圧Ｖｃｓに達した事をトリガーとして解除用スイッチング素子１６０を動作させる解除制御回路１６５とを備える点で、第１実施形態のスイッチング電源装置１と構成を異にしている。
【００４２】
具体的には、解除制御回路１６５は、２次側に設けられたリセット回路１７０及びワンショット回路１７１と、１次側に設けられたラッチ回路１７３とを備えて構成されている。リセット回路１７０は、出力電圧Ｖｏｕｔが電圧検出回路２１の動作開始電圧Ｖｃｓに達したときにリセット信号を出力し、ワンショット回路１７１は、リセット信号の出力に伴って１パルスのＨｉｇｈレベルの制御信号Ｓｂを出力する。ラッチ回路１７３は、ワンショット回路１７１の制御信号Ｓｂを受信して動作し、解除用スイッチング素子１６０との間の信号レベルをＬｏｗレベルにすることで当該解除用スイッチング素子１６０を継続的にオンするものである。
【００４３】
これにより、出力電圧Ｖｏｕｔが電圧検出回路２１の動作開始電圧Ｖｃｓに達したとき、すなわち２次側ソフトスタート回路２５のソフトスタートが開始されたときに、解除制御回路１６５によって、解除用スイッチング素子１６０が継続してオンとなる。この結果、１次側ソフトスタート回路２０からは、ソフトスタート用コンデンサ４３の充電状態にかかわらず、基準電圧Ｖｓｆ１がソフトスタート電圧Ｖｓ１として出力されることで、当該１次側ソフトスタート回路２０のソフトスタートが実質的に解除される。この解除に伴って、出力電圧Ｖｏｕｔは、２次側ソフトスタート回路２５のソフトスタートにしたがって立ち上がることから入力電圧Ｖｉｎが低くとも、設定された通りに立ち上がりが制御されることとなる。
【００４４】
ここで、リセット回路１７０のリセット信号を、１次側に専用線を介して伝送し、解除用スイッチング素子１６０に入力することも可能である。
しかしながら、１次側と２次側とを配線で接続することは絶縁性能の低下を招くため、フォトカプラ等の絶縁素子を介挿して絶縁する必要がある。本実施形態では、かかる絶縁素子に、電圧検出回路２１の出力信号Ｓａを１次側に伝送するためのフォトカプラ２３を兼用し、部品点数の削減を図ることとしている。
【００４５】
すなわち、電圧検出回路２１のコンパレータ２２の出力信号Ｓａと、ワンショット回路１７１の制御信号Ｓｂとの論理和をフォトカプラ２３に出力するＯＲ回路１７２が２次側に設けられており、このフォトカプラ２３を通じて、出力信号Ｓａ及び制御信号Ｓｂを１次側に伝送する。
一方、１次側では、フォトカプラ２３の出力に上記ラッチ回路１７３が接続されることで、ワンショット回路１７１の制御信号Ｓｂ又は電圧検出回路２１の出力信号Ｓａのいずれかの信号が１度でもＨｉｇｈになったタイミング、すなわち電圧検出回路２１が動作を開始したタイミングでラッチ回路１７３が動作して、以降の信号入力のレベルにかかわらずに解除用スイッチング素子１６０への出力をＬｏｗレベルとして当該解除用スイッチング素子１６０を動作させる。これにより、それ以降、電圧検出回路２１の出力信号Ｓａの論理レベルが変化したとしても、継続的に解除用スイッチング素子１６０がオンし、１次側ソフトスタート回路２０の解除状態が維持されることとなる。
【００４６】
なお、本実施形態では、フォトカプラ２３とデューティ制御電圧生成回路２４の間に、フォトカプラ２３がオンするごとに、すなわち、電圧検出回路２１の出力信号ＳａがＨｉｇｈレベルになるごとに、エラーアンプ２７の出力端をグラウンド電位に接続するための接続回路１６１が設けられている。
すなわち、Ｎチャネル形のスイッチング素子１６３を有し、フォトカプラ２３がオンのときにＨｉｇｈレベルの信号を出力するプルアップ回路１６２と、このプルアップ回路１６２の出力がＨｉｇｈレベルのときに上記エラーアンプ２７の出力端をグラウンド電位に接続するトランジスタ１６４とを備え、これにより、フォトカプラ２３がオンのときにエラーアンプ２７の出力端がグラウンド電位に確実に接続されることとなる。
【００４７】
このように、本実施形態によれば、２次側の出力電圧Ｖｏｕｔの上昇に伴い電圧検出回路２１が動作を開始して、２次側ソフトスタート回路２５によるソフトスタートが開始した場合には、１次側ソフトスタート回路２０のソフトスタートを解除する構成とした。
これにより、１次側ソフトスタート回路２０のソフトスタートが解除された以降は、出力電圧Ｖｏｕｔの立ち上がりが２次側ソフトスタート回路２５により制御されるため、入力電圧Ｖｉｎの大小の影響を受けることなく出力電圧Ｖｏｕｔの立ち上がりを目標通りに制御することができ、また、入力電圧Ｖｉｎの大小による起動時間のばらつきも抑制できる。
【００４８】
また本実施形態によれば、２次側の出力電圧Ｖｏｕｔを１次側に帰還する帰還経路に絶縁素子たるフォトカプラ２３を備え、１次側ソフトスタート回路２０のソフトスタートを解除するための制御信号Ｓｂを、このフォトカプラ２３を介して２次側から１次側に送信する構成としたため、別途に絶縁素子を設けることなく、なおかつ絶縁性能を損なうことなく、１次側ソフトスタート回路２０のソフトスタートを解除するための制御信号Ｓｂを１次側に送信することができる。
【００４９】
なお、上述した各実施形態は、あくまでも本発明の一態様を例示するものであって、本発明の範囲内で任意に変形及び応用が可能である。
【００５０】
以下、本発明の変形例に係るスイッチング電源装置を、三相の電動モータの駆動に応用した場合を例示する。
図６は、本変形例に係るスイッチング電源装置２００の構成を示す図である。なお、同図において、第１及び第２実施形態で説明した部材については同一の符号を付して説明を省略する。
この図に示すように、スイッチング電源装置２００は、三相出力のインバータ回路９０に電力を供給するように構成されており、インバータ回路９０は、スイッチング素子としての６個のＩＧＢＴ２９５を備えて構成されている。各ＩＧＢＴ２９５は、ゲート端子にゲートドライブ回路２１１が接続されており、各ゲートドライブ回路２１１によってオン／オフが制御されており、それぞれのゲートドライブ回路２１１にはスイッチング電源装置２００から電力が供給されている。
【００５１】
すなわち、スイッチング電源装置２００は、ゲートドライブ回路２１１ごとに絶縁型トランス１０の２次側に２次巻線１５が設けられて複数の出力回路２９１が構成された多出力型の電源装置として構成されている。
このような多出力型の構成においては、各出力回路２９１に接続された負荷が個別に変動すると、出力電圧Ｖｏｕｔを検出している出力回路２９１と、他の出力回路２９１との間にクロスレギュレーションを生じる。特に、インバータ回路９０の各ＩＧＢＴ２９５のゲートを駆動する複数のゲートドライブ回路２１１においては、それぞれ負荷の値は同じであるものの、各個が個別に大きく負荷変動することから、クロスレギュレーションの問題は大きい。
【００５２】
そこで、このスイッチング電源装置２００では、図６に示すように、負荷であるゲートドライブ回路２１１に出力する出力回路２９１の他に、回路駆動用の２次巻線１５Ａを設けて回路駆動用出力回路２９１Ａを構成し、この回路駆動用出力回路２９１Ａに、高圧側マイコン２９２と上記電圧検出回路２１とを接続して動作させる構成としている。この高圧側マイコン２９２は、ゲートドライブ回路２１１の電圧や温度を検出して上位の駆動ユニットＥＣＵに出力するものであり、電源オンに伴って常時動作し、この動作によって、回路駆動用出力回路２９１Ａの電力を定常的に略一に消費することで、定常的に電流が流れるようになっている。
【００５３】
また電圧検出回路２１は、ゲートドライブ回路２１１が負荷１１として接続された出力回路２９１のいずれかの出力電圧Ｖｏｕｔを検出し（出力電圧Ｖｏｕｔと目標とをコンパレータ２２により比較し）、１次側の制御ＩＣ２９０に帰還する。この制御ＩＣ２９０は、第１及び第２実施形態に示したＰＷＭコンパレータ１４やデューティ制御電圧生成回路２４等のスイッチング素子１３に駆動に必要な回路をチップ化したものであり、当該制御ＩＣ２９０によって、出力電圧Ｖｏｕｔがフィードバック制御される。
【００５４】
そして、かかる構成においては、電圧検出回路２１が接続されている回路駆動用出力回路２９１Ａには、高圧側マイコン２９２の動作によって常時的に電流が流れているため、電圧検出回路２１によって電圧を検出する対象の出力回路２９１では、電圧検出動作により電力が増加することはない。
これにより、電圧検出回路２１によって電圧を検出する出力回路２９１と、他の出力回路２９１とのクロスレギュレーションを改善することができる。したがって、２次側ソフトスタート回路２５のソフトスタートにより、電圧検出対象の出力回路２９１と他の出力回路２９１とのそれぞれの出力電圧Ｖｏｕｔを、クロスレギュレーションを発生させずに互いに同じように徐々に立ち上がるように制御できる。
【符号の説明】
【００５５】
１、１００、２００  スイッチング電源装置
１０  絶縁型トランス
１１  負荷
１３  スイッチング素子
１４  ＰＷＭコンパレータ
１５、１５Ａ  ２次巻線
１９  フィードバック回路
２０  １次側ソフトスタート回路
２１  電圧検出回路
２２  コンパレータ（比較回路）
２３  フォトカプラ（絶縁素子）
２４  デューティ制御電圧生成回路
２５  ２次側ソフトスタート回路
２７  エラーアンプ
４３、５３  ソフトスタート用コンデンサ
９０  インバータ回路
１６０  解除用スイッチング素子
１６５  解除制御回路
１７０  リセット回路
１７１  ワンショット回路
１７２  ＯＲ回路
１７３  ラッチ回路
２１１  ゲートドライブ回路（負荷）
２９１  出力回路
２９１Ａ  回路駆動用出力回路
２９２  高圧側マイコン（電子回路）
２９０  制御ＩＣ
Ｖｉｎ  入力電圧
Ｖｏｕｔ  出力電圧
【図１】
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【図２】
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【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】
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