(57)【要約】【課題】ソフトスタートが可能な共振型スイッチング電源を提供する。【解決手段】共振型スイッチング電源１は、入力された電圧をオンオフするスイッチング素子を有するスイッチング回路１２と、共振回路１３と、平滑回路１４と、共振制御部１７と、制御指示部１５、１６とを有する。スイッチング回路１２は共振回路１３に入力される電圧をオンオフするスイッチング素子を有し、共振回路１３はコンデンサと、コンデンサに接続されたコイルとを有する。共振制御部１７は、スイッチング回路１２を制御することを示す制御指示信号が入力されたときに、平滑回路１４の出力電圧が所定の値になるように、スイッチング素子２３、２４を第１周波数でオンオフする。制御指示部１５、１６は、動作を指示する動作指示信号が入力されてから、出力電圧がしきい値電圧よりも高くなるまで、第１周波数よりも低い第２周波数で共振制御部１７に制御指示信号を間欠的に出力する。【選択図】図７
2016149867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンデンサと、前記コンデンサに接続されたコイルとを有する共振回路と、
前記共振回路に入力される電圧をオンオフするスイッチング素子を有するスイッチング回路と、
前記共振回路から出力される電圧を平滑化して出力電圧を出力する平滑回路と、
前記スイッチング回路を制御することを示す制御指示信号が入力されたときに、前記出力電圧が所定の値になるように、前記スイッチング素子を第１周波数でオンオフする共振制御部と、
動作を指示する動作指示信号が入力されてから、前記出力電圧がしきい値電圧よりも高くなるまで、前記第１周波数よりも低い第２周波数で前記共振制御部に前記制御指示信号を間欠的に出力し、前記出力電圧がしきい値電圧よりも高くなってから、前記動作指示信号が入力されなくなるまで、前記共振制御部に前記制御指示信号を連続的に出力する制御指示部と、
を有する共振型スイッチング電源。
【請求項２】
前記制御指示部は、
前記動作指示信号が入力されている間、前記動作指示信号が入力されていることを示す第１制御指示信号を連続的に出力する演算装置と、
前記演算装置に接続され、前記演算装置から前記第１制御指示信号が入力されてから、前記出力電圧がしきい値電圧よりも高くなるまで、前記第２周波数で前記共振制御部に前記制御指示信号を間欠的に出力し、前記出力電圧がしきい値電圧よりも高くなってから、前記第１制御指示信号が入力されなくなるまで、前記共振制御部に前記制御指示信号を連続的に出力するソフトスタート回路と、
を有する請求項１に記載の共振型スイッチング電源。
【請求項３】
前記制御指示部は、前記第２周波数及び前記第２周波数で前記制御指示信号が間欠的に出力されているときに一周期において前記制御指示信号が出力されている時間の少なくとも一方を変更可能である、請求項１又は２に記載の共振型スイッチング電源。
【請求項４】
コンデンサと、前記コンデンサに接続されたコイルとを有する共振回路と、
前記共振回路に入力される電圧をオンオフするスイッチング素子を有するスイッチング回路と、
前記共振回路から出力される電圧を平滑化して出力電圧を出力する平滑回路と、
前記スイッチング回路を制御することを示す制御指示信号が入力されたときに、前記出力電圧が所定の値になるように、前記スイッチング素子を第１周波数でオンオフする共振制御部と、を有する共振型スイッチング電源の制御方法であって、
動作を指示する動作指示信号が入力されてから、前記出力電圧がしきい値電圧よりも高くなるまで、前記第１周波数よりも低い第２周波数で前記共振制御部に前記制御指示信号を間欠的に出力し、
前記出力電圧がしきい値電圧よりも高くなってから、前記動作指示信号が入力されなくなるまで、前記共振制御部に前記制御指示信号を連続的に出力する、
ことを有する共振型スイッチング電源の制御方法。
【請求項５】
コンデンサと、前記コンデンサに接続されたコイルとを有する共振回路と、
前記共振回路に入力される電圧をオンオフするスイッチング素子を有するスイッチング回路と、
前記共振回路から出力される電圧を平滑化して出力電圧を出力する平滑回路と、
前記スイッチング回路を制御することを示す制御指示信号が入力されたときに、前記出力電圧が所定の値になるように、前記スイッチング素子を第１周波数でオンオフする共振制御部と、を有する共振型スイッチング電源を制御するコンピュータプログラムであって、
動作を指示する動作指示信号が入力されてから、前記出力電圧がしきい値電圧よりも高くなるまで、前記第１周波数よりも低い第２周波数で前記共振制御部に前記制御指示信号を間欠的に出力し、
前記出力電圧がしきい値電圧よりも高くなってから、前記動作指示信号が入力されなくなるまで、前記共振制御部に前記制御指示信号を連続的に出力する、
ことを演算装置に実行させるためのコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共振型スイッチング電源、その制御方法及びそのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の装置に電力を供給する電源において、装置への電力を開始するときに過電流が流れることを防止するために、電源をソフトスタートさせることが知られている。（例えば、特許文献１を参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−７０５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スイッチング素子をオンオフ制御することによりＤＣ／ＤＣ変換するＤＣ／ＤＣコンバータを有する電源は、スイッチング素子をＰＷＭ制御又はＰＦＭ制御することによりソフトスタートすることができる。しかしながら、ＬＬＣコンバータとも称される共振型スイッチング電源では、スイッチング素子のデューティ比が５０％程度になるように制御されるため、スイッチング素子をＰＷＭ制御又はＰＦＭ制御することによりソフトスタートすることは容易ではない。
【０００５】
一実施形態では、ソフトスタートが可能な共振型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】
【０００６】
１つの態様では、共振型スイッチング電源は、スイッチング回路と、共振回路と、平滑回路と、共振制御部と、制御指示部とを有する。スイッチング回路は、共振回路に入力される電圧をオンオフするスイッチング素子を有する。共振回路は、コンデンサと、コンデンサに接続されたコイルとを有する。平滑回路は、共振回路から出力される電圧を平滑化して出力電圧を出力する。共振制御部は、スイッチング回路を制御することを示す制御指示信号が入力されたときに、出力電圧が所定の値になるように、スイッチング素子を第１周波数でオンオフする。制御指示部は、動作を指示する動作指示信号が入力されてから、出力電圧がしきい値電圧よりも高くなるまで、第１周波数よりも低い第２周波数で共振制御部に制御指示信号を間欠的に出力する。また、制御指示部は、出力電圧がしきい値電圧よりも高くなってから、動作指示信号が入力されなくなるまで、共振制御部に制御指示信号を連続的に出力する。
【発明の効果】
【０００７】
一実施形態では、ソフトスタートが可能な共振型スイッチング電源を提供することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ＤＣ／ＤＣコンバータを有する電源の一例を示す図である。
【図２】図１に示す電源の起動時の出力電圧の立上がり遷移時間と突入電流との関係を示すタイミングチャートであり、（ａ）は電源の起動時の出力電圧の立上がり遷移時間を変化させたときの波形を示す図であり、（ｂ）は突入電流を示す図である。
【図３】パルス幅変調制御によるソフトスタートを説明する図であり、（ａ）はスイッチング素子に印加されるパルス信号を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示されるパルス信号がスイッチング素子に印加されたときの電源の出力電圧を示す図であり、（ｃ）は（ａ）に示されるパルス信号がスイッチング素子に印加されたときの突入電流を示す図である。
【図４】パルス周波数変調制御によるソフトスタートを説明する図であり、（ａ）はスイッチング素子に印加されるパルス信号を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示されるパルス信号がスイッチング素子に印加されたときの電源の出力電圧を示す図であり、（ｃ）は（ａ）に示されるパルス信号がスイッチング素子に印加されたときの突入電流を示す図である。
【図５】（ａ）は共振型スイッチング電源の一例の部回路ブロック図であり、（ｂ）は（ａ）に示す共振型スイッチング電源の周波数特性を示す図である。
【図６】図５に示す共振型スイッチング電源の起動時の出力電圧と突入電流との関係を示す図であり、（ａ）はスイッチング回路に印加されるパルス信号を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示されるパルス信号がスイッチング回路に印加されたときの共振型スイッチング電源の出力電圧を示す図であり、（ｃ）は（ａ）に示されるパルス信号がスイッチング回路に印加されたときの突入電流を示す図である。
【図７】第１実施形態に係る共振型スイッチング電源の回路ブロック図である。
【図８】図７に示す共振型スイッチング電源のより詳細な回路ブロック図である。
【図９】図７に示すソフトスタート回路の回路ブロック図である。
【図１０】図７に示す共振型スイッチング電源の起動動作を示すタイミングチャートである。
【図１１】図７に示す第１及び第２制御指示信号との関係を示す図である。
【図１２】（ａ）は図５に示す共振型スイッチング電源の起動時の動作を示すタイミングチャートであり、図１２（ｂ）は図７に示す共振型スイッチング電源の起動時の動作を示すタイミングチャートである。
【図１３】（ａ）は図７に示す共振型スイッチング電源の出力電圧を示す図であり、（ｂ）は図７に示す共振型スイッチング電源の突入電流を示す図である。
【図１４】図７に示す共振型スイッチング電源を搭載したサーバ装置の一例の回路ブロック図である。
【図１５】第２実施形態に係る共振型スイッチング電源の回路ブロック図である。
【図１６】図１５に示す演算装置に搭載されるソフトウェアプログラムによるソフトスタート機能の動作を示すフローチャートである。
【図１７】（ａ）は第３実施形態に係る共振型スイッチング電源の回路ブロック図であり、（ｂ）は（ａ）に示すソフトスタート回路の回路ブロック図である。
【図１８】図７及び１５に示すソフトスタート回路のコンパレータに入力される電圧の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下図面を参照して、共振型スイッチング電源について説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明との均等物に及ぶ点に留意されたい。
【００１０】
（実施形態に係る共振型スイッチング電源の概要）
実施形態に係る共振型スイッチング電源は、動作を指示する動作指示信号が入力されてから、出力電圧がしきい値電圧より高くなるまで、共振回路に電圧を出力するスイッチング素子を間欠的にオンオフして出力電圧を緩やかに上昇させる。実施形態に係る共振型スイッチング電源は、共振回路に電圧を出力するスイッチング素子を間欠的にオンオフすることによりソフトスタートを実現する。
【００１１】
（電源のソフトスタートについて）
実施形態に係る共振型スイッチング電源について説明する前に、ＤＣ／ＤＣコンバータを有する電源のソフトスタートについて簡単に説明する。
【００１２】
図１は、ＤＣ／ＤＣコンバータを有する電源の一例を示す図である。
【００１３】
電源１００は、スイッチング素子１０１と、ダイオード１０２と、コイル１０３と、平滑コンデンサ１０４とを有し、入力される直流電圧Ｖinを降圧して出力電圧Ｖoutを負荷１０５に出力する。出力電圧Ｖoutは、一周期においてスイッチング素子１０１がオンする時間Ｔonとスイッチング素子１０１がオフする時間Ｔoffとから、
Ｖout  ＝  （Ｔon/Ｔon＋Ｔoff）  ×  Ｖin
で示される。また、電源１００では、起動時にスイッチング素子１０１及びコイル１０３を介して突入電流Ｉiが流れる。
【００１４】
図２は、電源１００の起動時の出力電圧Ｖoutの立上がり遷移時間と突入電流Ｉiとの関係を示すタイミングチャートである。図２（ａ）は電源１００の起動時の出力電圧Ｖoutの立上がり遷移時間を変化させたときの波形を示す図であり、図２（ｂ）は突入電流Ｉiを示す図である。図２（ａ）において、横軸は時間を示し、縦軸は出力電圧Ｖoutを示す。図２（ｂ）において、横軸は時間を示し、縦軸は突入電流Ｉiを示す。図２（ａ）において、波形２０１は立上がり遷移時間が最も短い場合を示し、波形２０２は立上がり遷移時間が波形２０１よりも長い場合を示し、波形２０３は立上がり遷移時間が最も長い場合を示す。図２（ｂ）において、波形２０４は波形２０１で示すように出力電圧が遷移したときの突入電流Ｉiを示し、波形２０５は波形２０２で示すように出力電圧が遷移したときの突入電流Ｉiを示す。また、波形２０６は、波形２０３で示すように出力電圧が遷移したときの突入電流Ｉiを示す。
【００１５】
波形２０１に示すように、電源１００の起動時に短い時間で出力電圧Ｖoutを立上がり遷移させると、突入電流Ｉiは、電源１００が通常に動作しているときの定常電流と比較して非常に大きくなる。突入電流Ｉiが非常に大きくなると、平滑コンデンサ１０４、及び負荷１０５に含まれる入力コンデンサ（不図示）の劣化、並びに負荷１０５に含まれるヒューズ（不図示）の溶断等の不具合が発生するおそれがある。そこで、電源１００をソフトスタートすることにより波形２０２及び２０３に示すように起動時の出力電圧Ｖoutの立上がり遷移時間を長くして波形２０５及び２０６に示すように突入電流Ｉiを比較的小さくする。
【００１６】
図３はパルス幅変調（ＰＷＭ）制御によるソフトスタートを説明する図であり、図４はパルス周波数変調（ＰＦＭ）制御によるソフトスタートを説明する図である。図３（ａ）及び４（ａ）のそれぞれは、スイッチング素子１０１に印加されるパルス信号を示す図である。図３（ｂ）及び４（ｂ）のそれぞれは、図３（ａ）及び４（ａ）に示されるパルス信号がスイッチング素子１０１に印加されたときの電源１００の出力電圧Ｖoutを示す図である。図３（ｃ）及び４（ｃ）のそれぞれは、図３（ａ）及び４（ａ）に示されるパルス信号がスイッチング素子１０１に印加されたときの突入電流Ｉiを示す図である。
【００１７】
図３に示すように、電源１００は、スイッチング素子１０１に印加されるパルス信号のパルス幅を徐々に広くすることによりソフトスタートすることができる。また、図４に示すように、電源１００は、スイッチング素子１０１に印加されるパルス信号の周波数を徐々に高くすることによりソフトスタートすることができる。
【００１８】
（共振型スイッチング電源の構成）
図５（ａ）は共振型スイッチング電源の一例の回路ブロック図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に示す共振型スイッチング電源の周波数特性を示す図である。図５（ｂ）において、横軸は共振型スイッチング電源のスイッチング素子のスイッチング周波数を示し、縦軸は共振型スイッチング電源の伝達比率を示す。
【００１９】
共振型スイッチング電源２００は、整流平滑回路２１１と、スイッチング回路２１２と、共振回路２１３と、平滑コンデンサ２１４と、演算装置２１５と、共振制御部２１６と、補助電源回路２１７とを有する。整流平滑回路２１１は、交流電源２３０から入力される交流電圧を整流するブリッジ整流回路と、ブリッジ整流回路が整流した電圧を平滑化する整流平滑コンデンサとを有する。スイッチング回路２１２は、デューティ比が５０％であるパルス信号に応じて相補的にオンオフする一対のスイッチング素子を有し、整流平滑回路２１１で整流され且つ平滑化された電圧が入力される。共振回路２１３は、スイッチング回路に接続されたコンデンサと、コンデンサに直列接続又は並列接続されたトランスと、トランスの２次コイルに接続されるダイオードとを有する。共振回路２１３は、コンデンサ及びトランスの１次コイルにより形成されるＬＣ回路を有する。共振回路２１３は、ＬＣ回路の共振周波数の近傍の周波数でスイッチング回路２１２がオンオフして出力した電圧を図５（ｂ）に示す電圧比率に応じて降圧して出力する。平滑コンデンサ２１４は、共振回路２１３から入力される電圧を平滑して出力電圧Ｖoutを負荷２３１に出力する。演算装置２１５は、共振型スイッチング電源２００を動作させると共に、共振型スイッチング電源２００の動作状態を監視して、共振型スイッチング電源２００の動作状態を不図示の上位制御装置に通知する。演算装置２１５は、不図示の上位制御装置から動作指示信号が入力されているときに、共振制御部２１６に制御指示信号ＯＥを出力する。共振制御部２１６は、演算装置２１５から制御指示信号ＯＥが入力されているとき、平滑コンデンサ２１４から負荷２３１に出力される出力電圧Ｖoutが一定になるように、デューティ比が５０％であるパルス信号を出力してスイッチング回路２１２を制御する。共振制御部２１６は、図５（ｂ）において双方向矢印で示される制御範囲で、平滑コンデンサ２１４から出力される出力電圧Ｖoutが一定になるように、スイッチング回路２１２を制御する。すなわち、共振制御部２１６は、共振回路２１３の共振周波数と略等しい下限周波数Ｆpeakと、伝達比率が直線的に変化する上限の周波数である上限周波数Ｆmaxとの間で、スイッチング回路２１２をＰＦＭ制御する。共振制御部２１６が上限周波数Ｆmaxでスイッチング回路２１２を制御するとき、出力電圧Ｖoutは最大制御電圧Ｖsetになる。一方、共振制御部２１６が下限周波数Ｆpeakでスイッチング回路２１２を制御するとき、出力電圧Ｖoutは最小制御電圧Ｖctrlになる。補助電源回路２１７は、演算装置２１５に電源電圧を供給する。
【００２０】
共振型スイッチング電源２００では、スイッチング回路２１２が共振回路２１３の共振周波数の近傍の周波数でオンオフするため、電圧又は電流が略ゼロのソフトスイッチング動作が可能になり、スイッチング時の消費電力を低減することができる。しかしながら、共振型スイッチング電源２００では、デューティ比が５０％のパルス信号でスイッチング回路２１２を制御するので、起動時にＰＷＭ制御してソフトスタートすることは容易ではない。また、起動時に出力電圧Ｖoutを０Ｖから上昇させるとき、最小制御電圧Ｖctrlより大きくなるまで共振制御部２１６はＰＦＭ制御を開始しないため、０Ｖと最小制御電圧Ｖctrlとの間でＰＦＭ制御してソフトスタートすることは容易ではない。
【００２１】
図６は共振型スイッチング電源２００の起動時の出力電圧と突入電流との関係を示す図である。図６（ａ）は、スイッチング回路２１２に印加されるパルス信号を示す図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示されるパルス信号がスイッチング回路２１２に印加されたときの共振型スイッチング電源２００の出力電圧Ｖoutを示す図である。図６（ｃ）は、図６（ａ）に示されるパルス信号がスイッチング回路２１２に印加されたときの突入電流Ｉiを示す図である。
【００２２】
図６に示すように、共振型スイッチング電源２００は、出力電圧Ｖoutが最小制御電圧ＶctrlになるまでＰＦＭ制御による出力電圧Ｖoutの制御をしないため、突入電流Ｉiの最大値Ｉpeakが大きくなるという問題がある。
【００２３】
そこで、一実施形態では、ソフトスタートが可能な共振型スイッチング電源を提供することを目的とする。すなわち、実施形態に係る共振型スイッチングは、動作指示信号が入力されてから出力電圧がしきい値電圧まで上昇するまで共振回路に電圧を出力するスイッチング素子を間欠的にオンオフして出力電圧を緩やかに上昇させてソフトスタートを実現する。
【００２４】
（第１実施形態に係る共振型スイッチング電源の構成）
図７は第１実施形態に係る共振型スイッチング電源の回路ブロック図であり、図８は第１実施形態に係る共振型スイッチング電源のより詳細な回路ブロック図である。
【００２５】
共振型スイッチング電源１は、整流平滑回路１１と、スイッチング回路１２と、共振回路１３と、平滑コンデンサ１４と、演算装置１５と、ソフトスタート回路１６と、共振制御部１７と、補助電源回路１８とを有する。整流平滑回路１１は、入力された交流電圧を整流し且つ平滑化してスイッチング回路１２に出力する。スイッチング回路１２は、共振回路１３に入力される電圧をオンオフするスイッチング素子を有する。共振回路１３は、コンデンサと、コンデンサに接続されたコイルとを有する。平滑回路１４は、共振回路から出力される電圧を平滑化して出力電圧を出力する。共振制御部１７は、スイッチング回路１２を制御することを示す制御指示信号が入力されたときに、出力電圧が所定の値になるように、スイッチング素子を第１周波数でオンオフする。演算装置１５及びソフトスタート回路１６は、制御指示部を形成する。制御指示部は、動作を指示する動作指示信号が入力されてから、出力電圧がしきい値電圧よりも高くなるまで、第１周波数よりも低い第２周波数で共振制御部１７に制御指示信号を間欠的に出力する。また、制御指示部は、出力電圧がしきい値電圧よりも高くなってから、動作指示信号が入力されなくなるまで、共振制御部１７に制御指示信号を連続的に出力する。
【００２６】
整流平滑回路１１は、交流電源３０から入力される交流電圧を整流するブリッジ整流回路２１と、ブリッジ整流回路２１が整流した電圧を平滑化する整流平滑コンデンサ２２とを有する。整流平滑回路１１は、交流電源３０から入力される交流電圧を整流し、整流した電圧を平滑化してスイッチング回路１２に出力する。スイッチング回路１２は、第１スイッチング素子２３と、第１スイッチング素子に直列接続された第２スイッチング素子２４とを有する。第１スイッチング素子２３の一端は整流平滑コンデンサ２２の一端に接続され、第２スイッチング素子２４の一端は整流平滑コンデンサ２２の他端に接続される。第１スイッチング素子２３及び第２スイッチング素子２４のそれぞれは、ｎＭＯＳＦＥＴであり、共振制御部１７から入力されるデューティ比が５０％であるパルス信号に応じて相補的にオンオフする。すなわち、第１スイッチング素子２３がオンするとき、第２スイッチング素子２４はオフし、第１スイッチング素子２３がオフするとき、第２スイッチング素子２４はオンする。共振回路１３は、共振コンデンサ２５と、トランス２６と、第１整流ダイオード２７と、第２整流ダイオード２８とを有する。共振コンデンサ２５は、一端が第１スイッチング素子２３及び第２スイッチング素子２４の双方の他端に接続され、他端がトランス２６の１次コイルの一端に接続される。トランス２６の２次コイルの一方の一端は第１整流ダイオード２７のアノードに接続され、トランス２６の２次コイルの他方の一端は第２整流ダイオード２８のアノードに接続される。トランス２６の２次コイルの双方の他端は接地される。第１整流ダイオード２７及び第２整流ダイオード２８のカソードは、平滑コンデンサ１４の一端に接続される。共振コンデンサ２５とトランス２６の１次コイルとはＬＣ回路を形成する。共振回路１３に形成されるＬＣ回路の共振周波数の近傍の周波数で、第１スイッチング素子２３及び第２スイッチング素子２４がオンオフすることにより、スイッチング回路１２に入力された電圧が降圧されて共振回路１３から出力される。平滑コンデンサ１４は、共振回路１３から入力された電圧を平滑化して出力電圧Ｖoutとして負荷３１に出力する平滑回路である。
【００２７】
演算装置１５は、ＣＰＵ、メモリ及びＩ／Ｏ回路等を有し、共振型スイッチング電源１を動作させると共に、共振型スイッチング電源１の動作状態を監視して、共振型スイッチング電源１の動作状態を不図示の上位制御装置に通知する。演算装置１５は、不図示の上位制御装置から動作指示信号が入力されているときに、ソフトスタート回路１６にＨレベルの信号である第１制御指示信号ＯＥと、最小制御電圧Ｖctrlを出力する。
【００２８】
図９は、ソフトスタート回路１６の回路ブロック図である。
【００２９】
ソフトスタート回路１６は、コンパレータ４０と、第１ＡＮＤ素子４１と、第２ＡＮＤ素子４２と、パルス発生器４３と、ＯＲ素子４４とを有する。コンパレータ４０は、一方の入力端子に共振型スイッチング電源１の伝達比率が直線的に変化する上限の周波数である上限周波数Ｆmaxに対応する最小制御電圧Ｖctrlがしきい値電圧として入力され、他方の入力端子に出力電圧Ｖoutが入力される。コンパレータ４０は、出力電圧Ｖoutが最小制御電圧Ｖctrlよりも低いときにＨレベルの信号を出力し、出力電圧Ｖoutが最小制御電圧Ｖctrlよりも高いときにＬレベルの信号を出力する。第１ＡＮＤ素子４１は、双方の入力端子にＨレベルの信号が入力されるときにＨレベルの信号を出力し、双方の入力端子の何れか一方にＬレベルの信号が入力されるときにＬレベルの信号を出力する。第２ＡＮＤ素子４２は、Ｈレベルの信号である第１制御指示信号ＯＥが入力され且つコンパレータ４０からＬレベルの信号が入力されるときにＨレベルの信号を出力する。また、第２ＡＮＤ素子４２は、第１制御指示信号ＯＥが入力されていないとき、及びコンパレータからＨレベルの信号が入力されるときにＬレベルの信号を出力する。第１ＡＮＤ素子４１及び第２ＡＮＤ素子４２の双方の一方の入力端子がコンパレータ４０の出力端子に接続されることにより、第１ＡＮＤ素子４１及び第２ＡＮＤ素子４２は、セレクタ回路として機能する。最小制御電圧Ｖctrlよりも低い出力電圧Ｖoutが入力されてコンパレータ４０がＨレベルの信号を出力するとき、第１制御指示信号ＯＥは、第１ＡＮＤ素子４１を介して出力される。また、最小制御電圧Ｖctrlよりも高い出力電圧Ｖoutが入力されてコンパレータ４０がＬレベルの信号を出力するとき、第１制御指示信号ＯＥは、第２ＡＮＤ素子４２を介して出力される。
【００３０】
パルス発生器４３は、第１ＡＮＤ素子４１の出力端子に接続され、第１ＡＮＤ素子４１の出力端子からＨレベルの信号が入力されている間、所定の周期のパルス信号を出力する。一例では、パルス発生器４３は、分周回路と論理回路とにより形成され、パルス発生器４３が発生するパルス信号の周波数は、３３．３ｋＨｚであり、テューティ比は０．３３である。共振制御部１７が出力するパルス信号の周波数は一例では５００ｋＨｚであり、パルス発生器４３が発生するパルス信号の周波数は、共振制御部１７が出力するパルス信号の周波数よりも低い。ＯＲ素子４４は、第２ＡＮＤ素子４２の出力信号及びパルス発生器４３の出力信号が入力される。
【００３１】
ソフトスタート回路１６は、演算装置１５から第１ＡＮＤ素子４１及び第２ＡＮＤ素子４２にＬレベルの信号が入力されているとき、すなわち演算装置１５から第１制御指示信号ＯＥが入力されていないときに、Ｌレベルの信号を出力する。また、ソフトスタート回路１６は、演算装置１５から第１制御指示信号ＯＥが入力され且つ出力電圧Ｖoutが最小制御電圧Ｖctrlよりも低いときに、パルス発生器４３が発生したパルス信号の周期に応じて第２制御指示信号ＯＥ´を間欠的に出力する。また、ソフトスタート回路１６は、演算装置１５から第１ＡＮＤ素子４１及び第２ＡＮＤ素子４２に第１制御指示信号ＯＥが入力され且つ出力電圧Ｖout最小制御電圧Ｖctrlよりも高いときに、第２制御指示信号ＯＥ´を連続的に出力する。第２制御指示信号ＯＥ´は、スイッチング回路１２を制御することを示す制御指示信号である。
【００３２】
共振制御部１７は、平滑コンデンサ１４から出力電圧Ｖoutが入力され且つソフトスタート回路１６から第２制御指示信号ＯＥ´が入力される。共振制御部１７は、ソフトスタート回路１６から第２制御指示信号ＯＥ´が入力されるとき、デューティ比が５０％のパルス信号により出力電圧Ｖoutが所定の電圧になるように第１スイッチング素子２３及び第２スイッチング素子２４を相補的にオンオフする。共振制御部１７は、ソフトスタート回路１６から第２制御指示信号ＯＥ´が間欠的に入力されているときに、第１スイッチング素子２３及び第２スイッチング素子２４を間欠的にオンオフする。また、共振制御部１７は、ソフトスタート回路１６から第２制御指示信号ＯＥ´が連続的に入力されているときに、第１スイッチング素子２３及び第２スイッチング素子２４を連続的にオンオフする。
【００３３】
補助電源回路１８は、交流電源２３０から交流電圧が入力され、演算装置１５に電源電圧を供給する。
【００３４】
図１０は、共振型スイッチング電源１の起動動作を示すタイミングチャートである。図１０において、波形１００１は演算装置１５からソフトスタート回路１６に入力される信号の波形を示し、波形１００２はコンパレータ４０の出力信号の波形を示す。波形１００３は第１ＡＮＤ素子４１の出力信号の波形を示し、波形１００４は第２ＡＮＤ素子４２の出力信号の波形を示し、波形１００５はパルス発生器４３の出力信号を示し、波形１００６はＯＲ素子４４の出力信号の波形を示す。波形１００７は出力電圧Ｖoutの波形を示し、波形１００８は最小制御電圧Ｖctrlの波形を示す。
【００３５】
矢印Ａに示す時点で、不図示の上位制御装置から動作指示信号が入力されると、演算装置１５は、Ｈレベルの信号である第１制御指示信号ＯＥをソフトスタート回路１６の第１ＡＮＤ素子４１及び第２ＡＮＤ素子４２に出力する。このとき、共振型スイッチング電源１の出力電圧Ｖoutは０Ｖであり、最小制御電圧Ｖctrlよりも低いので、コンパレータ４０は、Ｈレベルの信号を出力する。第１ＡＮＤ素子４１は、双方の入力端子にＨレベルの信号が入力されるので、出力信号をＬレベルからＨレベルに遷移する。一方、第２ＡＮＤ素子４２は、コンパレータ４０からＨレベルの信号が入力されるので、Ｌレベルの信号を出力し続ける。パルス発生器４３は、第１ＡＮＤ素子４１からＨレベルの信号が入力されることにより、パルス信号の発生を開始する。ＯＲ素子４４は、双方向矢印Ｂで示されるようにパルス発生器４３が発生したパルス信号がＨレベルの間、第２制御指示信号ＯＥ´を出力する。また、ＯＲ素子４４は、双方向矢印Ｃで示されるようにパルス発生器４３が発生したパルス信号がＬレベルの間、第２制御指示信号ＯＥ´を出力しない。すなわち、ＯＲ素子４４は、パルス発生器４３が発生したパルス信号の周期に応じて第２制御指示信号ＯＥ´を共振制御部１７に間欠的に出力する。
【００３６】
共振制御部１７は、ソフトスタート回路１６から第２制御指示信号ＯＥ´が入力されている間、第１スイッチング素子２３及び第２スイッチング素子２４をオンオフするためにデューティ比が５０％であるパルス信号を出力する。矢印Ｄで示すように、第１スイッチング素子２３及び第２スイッチング素子２４がオンオフしている間、出力電圧Ｖoutは上昇する。一方、矢印Ｅで示すように、第１スイッチング素子２３及び第２スイッチング素子２４がオンオフしていないとき、出力電圧Ｖoutは一定値に保たれる。
【００３７】
以降、ソフトスタート回路１６は、出力電圧Ｖoutが最小制御電圧Ｖctrlよりも高くなるまで所定の周期で第２制御指示信号ＯＥ´を共振制御部１７に間欠的に出力する。共振制御部１７は、第２制御指示信号ＯＥ´が入力されている間、第１スイッチング素子２３及び第２スイッチング素子２４にパルス信号を出力し、出力電圧Ｖoutは、第１スイッチング素子２３及び第２スイッチング素子２４がオンオフしている間に上昇する。共振制御部１７は、第２制御指示信号ＯＥ´が入力されていないとき、第１スイッチング素子２３及び第２スイッチング素子２４にパルス信号を出力せず、出力電圧Ｖoutは、一定値に保たれる。出力電圧Ｖoutは、最小制御電圧Ｖctrlよりも高くなるまで間欠的に上昇する。
【００３８】
矢印Ｆに示す時点で、共振型スイッチング電源１の出力電圧Ｖoutが最小制御電圧Ｖctrlよりも高くなると、コンパレータ４０の出力信号は、ＨレベルからＬレベルに遷移する。コンパレータ４０の出力信号がＬレベルに遷移すると、第１ＡＮＤ素子４１の出力信号はＨレベルからＬレベルに遷移し、第２ＡＮＤ素子４２の出力信号はＬレベルからＨレベルに遷移する。第１ＡＮＤ素子４１の出力信号がＬレベルに遷移すると、パルス発生器４３は、パルス信号の発生を停止する。また、第２ＡＮＤ素子４２の出力信号がＬレベルに遷移すると、ＯＲ素子４４は、演算装置１５から入力される信号がＬレベルになるまで、すなわち第１制御指示信号ＯＥが入力されなくなるまで、第２制御指示信号ＯＥ´を連続的に出力する。
【００３９】
図１１は、第１制御指示信号ＯＥと第２制御指示信号ＯＥ´との関係を示す図である。ソフトスタート回路１６は、第１制御指示信号ＯＥが入力されてから出力電圧Ｖoutが最小制御電圧Ｖctrlよりも高くなるまで、第２制御指示信号ＯＥ´を間欠的に出力する。また、ソフトスタート回路１６は、第１制御指示信号ＯＥが入力されてから出力電圧Ｖoutが最小制御電圧Ｖctrlよりも高くなると、第１制御指示信号ＯＥが入力されなくなるまで、第２制御指示信号ＯＥ´を連続的に出力する。
【００４０】
図１２は、図５及び６を参照して説明した共振型スイッチング電源２００と、実施形態に係る共振型スイッチング電源１の起動時の動作を示すタイミングチャートである。図１２（ａ）は共振型スイッチング電源２００の起動時の動作を示すタイミングチャートであり、図１２（ｂ）は共振型スイッチング電源１の起動時の動作を示すタイミングチャートである。図１２において、波形１２０１は演算装置２１５が出力する信号の波形を示し、波形１２０２は共振制御部２１６が出力するパルス信号の波形を示し、波形１２０３は、共振型スイッチング電源２００の出力電圧Ｖoutの波形を示す。また、波形１２１１はソフトスタート回路１６が出力する信号の波形を示し、波形１２１２は共振制御部１７が出力するパルス信号の波形を示し、波形１２１３は、共振型スイッチング電源１の出力電圧Ｖoutの波形を示す。波形１２１３は、共振型スイッチング電源１の出力電圧Ｖoutの波形を示す。
【００４１】
共振型スイッチング電源２００では、起動時に演算装置２１５から共振制御部２１６に連続的に制御指示信号ＯＥが入力されるため、出力電圧Ｖoutが最小制御電圧Ｖctrlになるまで急峻に立上がり遷移する。一方、共振型スイッチング電源１では、起動時にソフトスタート回路１６から共振制御部１７に間欠的に第２制御指示信号ＯＥ´が入力されるため、出力電圧Ｖoutが最小制御電圧Ｖctrlになるまで緩やかに立上がり遷移する。すなわち、共振型スイッチング電源２００の起動時の立上がり遷移時間をｔとし、共振型スイッチング電源１の起動時の立上がり遷移時間をｔ´とすると、ｔ＜ｔ´となる。
【００４２】
図１３は共振型スイッチング電源１の起動時の出力電圧Ｖoutと突入電流Ｉiとの関係を示す図である。図１３（ａ）は共振型スイッチング電源１の出力電圧Ｖoutを示す図であり、図１３（ｂ）は共振型スイッチング電源１の突入電流Ｉiを示す図である。
【００４３】
突入電流Ｉiは、第１スイッチング素子２３及び第２スイッチング素子２４がオンオフして出力電圧Ｖoutが上昇する期間に増加する。共振型スイッチング電源１では、貫通電流Ｉiの最大値Ｉpeak'は、図６に示す共振型スイッチング電源２００の貫通電流Ｉiの最大値Ｉpeakよりも小さい。共振型スイッチング電源１の出力電圧Ｖoutは、第１スイッチング素子２３及び第２スイッチング素子２４が間欠的にオンオフすることにより緩やかに上昇するためである。
【００４４】
（共振型スイッチング電源１の適用例）
図１４は、共振型スイッチング電源１を搭載したサーバ装置の一例の回路ブロック図である。
【００４５】
サーバ装置５０は、共振型スイッチング電源１を含む共振型電源ユニット５１と、メインボード５２とを有する。メインボード５２は、複数のＤＣ／ＤＣ電源５３と、複数のＤＣ／ＤＣ電源５３のそれぞれから電源電圧が供給されるＣＰＵ５４、ＤＩＭＭ５５、ＨＤＤ５６等を有する。一例では、共振型電源ユニット５１の出力電圧は、直流１２Ｖである。一方、メインボード５２に搭載されるＣＰＵ５４、ＤＩＭＭ５５を含むメモリ及びＨＤＤ５６等の電源電圧は１Ｖ、３．３Ｖ又は５Ｖ等の直流電圧であり、共振型電源ユニット５１の出力電圧よりも低い。ＤＣ／ＤＣ電源５３は、共振型電源ユニット５１の出力電圧をＣＰＵ５４、ＤＩＭＭ５５及びＨＤＤ５６等の電源電圧として使用される直流電圧にＤＣ／ＤＣ変換して降圧する。
【００４６】
共振型電源ユニット５１は、ソフトスタートが可能な共振型スイッチング電源１を含むので、突入電流Ｉiの最大値を低く抑えることができる。突入電流Ｉiの最大値を低く抑えるので、共振型電源ユニット５１が有する平滑用コンデンサ、及びＤＣ／ＤＣ電源５３が有する入力コンデンサは、突入電流Ｉiにより劣化するおそれは低い。また、ＤＣ／ＤＣ電源５３が有するヒューズが突入電流Ｉiにより切断するおそれは低い。サーバ装置５０は、共振型電源ユニット５１の突入電流Ｉiに起因する種々の故障が生じることにより動作を停止するおそれが低い。
【００４７】
（第１実施形態に係る共振型スイッチング電源の作用効果）
第１実施形態に係る共振型スイッチング電源は、起動時に出力電圧がしきい値電圧よりも低いとき、スイッチング回路を制御する共振制御部にソフトスタート回路が制御指示信号を間欠的に出力することにより、ソフトスタートが可能になる。また、第１実施形態に係る共振型スイッチング電源は、既存の共振型スイッチング電源にソフトスタート回路を追加することにより、ソフトスタートが可能になる。
【００４８】
（第２実施形態に係る共振型スイッチング電源）
以上、図面を参照して第１実施形態に係る共振型スイッチング電源について説明したが、実施形態に係る共振型スイッチング電源は、説明されたものに限定されない。例えば、共振型スイッチング電源１では、ソフトスタート回路１６は、演算装置１５と共振制御部１７との間に配置されるが、演算装置１５の内部に組み込まれてもよい。また、共振型スイッチング電源１では、ソフトスタート回路１６を搭載することによりソフトスタート機能を実現しているが、ソフトスタート機能は、演算装置又に搭載されるソフトウェアプログラムにより実現されてもよい。
【００４９】
図１５は、第２実施形態に係る共振型スイッチング電源の回路ブロック図である。
【００５０】
共振型スイッチング電源２は、演算装置１５の代わりに演算装置６５が配置され且つソフトスタート回路１６が配置されないことが共振型スイッチング電源１と相違する。共振型スイッチング電源２の演算装置６５以外の構成は、対応する符号が付された共振型スイッチング電源１の構成と同一の構成及び機能を有するので、ここでは詳細な説明は省略する。演算装置６５は、ソフトスタート機能を実現するソフトウェアプログラムが搭載されることが、演算装置１５と相違する。演算装置６５は、演算装置６５が実行する処理のプログラムを記憶することができるコンピュータ読み取り可能な記録媒体とも接続可能であってもよい。記録媒体として、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤディスク及びＵＳＢメモリ等の可搬型記録媒体、フラッシュメモリ等の半導体メモリ、ハードディスクドライブ等が使用される。
【００５１】
図１６は、演算装置６５に搭載されるソフトウェアプログラムによるソフトスタート機能の動作を示すフローチャートである。演算装置６５は、図１６に示すソフトスタート機能の動作を共振型スイッチング電源２の起動時に実行する。
【００５２】
まず、演算装置６５は、不図示の上位制御装置からの動作指示信号の入力が開始する（Ｓ１０１）と、共振型スイッチング電源２の出力電圧Ｖoutが最小制御電圧Ｖctrlよりも高いか否かを判定する（Ｓ１０２）。ここでは、共振型スイッチング電源２の出力電圧Ｖoutは０Ｖであり、最小制御電圧Ｖctrlよりも低いので、演算装置６５は、第２制御指示信号ＯＥ´を間欠的に出力する（Ｓ１０３）。演算装置６５は、共振型スイッチング電源２の出力電圧Ｖoutが最小制御電圧Ｖctrlよりも高いと判定する（Ｓ１０２）まで、Ｓ１０２〜Ｓ１０３の処理を繰り返す。演算装置６５は、共振型スイッチング電源２の出力電圧Ｖoutが最小制御電圧Ｖctrlよりも高いと判定する（Ｓ１０２）と、第２制御指示信号ＯＥ´を連続的に出力する（Ｓ１０４）。そして、演算装置６５は、不図示の上位制御装置からの動作指示信号の入力が終了する（Ｓ１０５）と、処理を終了する。
【００５３】
第２実施形態に係る共振型スイッチング電源は、演算装置にソフトスタート機能を有するソフトウェアプログラムを搭載することにより、ハードウェアを追加することなくソフトスタート機能を実現することができる。
【００５４】
（第３実施形態に係る共振型スイッチング電源）
また、第１実施形態に係る共振型スイッチング電源では、ソフトスタート回路１６のパルス発生器４３は、所定の周波数であり且つ所定のデューティ比を有するパルス信号を発生する。しかしながら、実施形態に係る共振型スイッチング電源では、ソフトスタート回路のパルス発生器が発生するパルス信号の周波数及びデューティ比の少なくとも一方は変更可能であってもよい。
【００５５】
図１７（ａ）は第３実施形態に係る共振型スイッチング電源の回路ブロック図であり、図１７（ｂ）は図１７（ａ）に示すソフトスタート回路の回路ブロック図である。
【００５６】
共振型スイッチング電源３は、演算装置１５の代わりに演算装置７５が配置され且つソフトスタート回路１６の代わりにソフトスタート回路７６が配置されることが共振型スイッチング電源１と相違する。共振型スイッチング電源３の演算装置７５及びソフトスタート回路７６以外の構成は、対応する符号が付された共振型スイッチング電源１の構成と同一の構成及び機能を有するので、ここでは詳細な説明は省略する。
【００５７】
演算装置７５は、ソフトスタート回路７６が発生するパルス信号の周波数及びデューティ比を規定するパルス制御信号ＰＣをソフトスタート回路７６に出力することが演算装置１５と相違する。ソフトスタート回路７６が発生するパルス信号のデューティ比を変更することにより、第２制御指示信号ＯＥ´が間欠的に出力されているときに一周期において第２制御指示信号ＯＥ´が出力されている時間を変更することができる。ソフトスタート回路７６は、演算装置７５から入力されるパルス制御信号ＰＣに対応する周波数及びデューティ比を有するパルス信号を発生するパルス発生器４５がパルス発生器４３の代わりに配置されることが、ソフトスタート回路１６と相違する。
【００５８】
第３実施形態に係る共振型スイッチング電源は、ソフトスタート回路が発生するパルス信号の周波数及びデューティ比を変更することにより、起動時に出力電圧Ｖoutが立上がり遷移する時間を所望の値にすることができる。共振型スイッチング電源に接続される負荷が早急に電源電圧を立ち上げることが望まれる場合には、演算装置７５は、ソフトスタート回路が発生するパルス信号の周波数を高くするか、又はデューティ比を大きくするようなパルス制御信号ＰＣを出力する。また、共振型スイッチング電源に接続される負荷が突入電流を抑制することが望まれる場合には、演算装置７５は、ソフトスタート回路が発生するパルス信号の周波数を低くするか、又はデューティ比を小さくするようなパルス制御信号ＰＣを出力する。
【００５９】
（実施形態に係る共振型スイッチング電源の変形例）
第１〜第３実施形態に係る共振型スイッチング電源では、スイッチング回路１２は、直列接続されたＭＯＳＦＥＴを有するが、スイッチング回路は、共振回路のＬＣ回路の共振周波数の近傍でスイッチング可能な他のスイッチング素子を採用してもよい。
【００６０】
また、第１〜第３実施形態に係る共振型スイッチング電源では、共振回路１３のＬＣ回路は共振コンデンサ２５とトランス２６の１次コイルとにより形成されるが、トランス２６の１次コイルの代わりに共振回路を形成する他のコイルを配置してもよい。また、第１〜第３実施形態に係る共振型スイッチング電源では、共振コンデンサ２５はトランス２６の１次コイルと直列接続されるが、共振用のコンデンサはトランス２６の１次コイルと並列接続される構成としてもよい。
【００６１】
また、第１及び第３実施形態に係る共振型スイッチング電源では、ソフトスタート回路のコンパレータには最小制御電圧Ｖctrlと出力電圧Ｖoutとが入力されるが、最小制御電圧Ｖctrlの代わりに他のしきい値電圧が入力されてもよい。また、図１８に示すように、ソフトスタート回路のコンパレータには出力電圧Ｖoutの代わりに出力電圧Ｖoutを分圧した電圧が入力されてもよい。図１８に示すように、出力電圧Ｖoutを分圧した電圧をコンパレータに入力することにより、演算装置は、最小制御電圧Ｖctrlよりも低い電圧をしきい値電圧として出力することができる。例えば、演算装置の電源電圧が３．３Ｖ又は５Ｖであり、最小制御電圧Ｖctrlが１０．８Ｖである場合、演算装置が最小制御電圧Ｖctrlを出力する構成とすることは容易ではない。そこで、電圧Ｖoutを分圧した電圧をコンパレータに入力することにより、電源電圧に応じたしきい値電圧を演算装置が出力する構成とすることができる。
【００６２】
また、第３実施形態に係る共振型スイッチング電源では、発生するパルス信号の周波数及びデューティ比を変更可能なパルス発生器４５を有するが、パルス発生器４５の機能をソフトウェアプログラムで実現してもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１〜３    共振型スイッチング電源
１１    整流平滑回路
１２    スイッチング回路
１３    共振回路
１４    平滑コンデンサ（平滑回路）
１５、６５、７５    演算装置
１６、７６    ソフトスタート回路
１７    共振制御部
１８    補助電源回路
【図１】
2016149867.tif 000003
【図２】
2016149867.tif 000004
【図３】
2016149867.tif 000005
【図４】
2016149867.tif 000006
【図５】
2016149867.tif 000007
【図６】
2016149867.tif 000008
【図７】
2016149867.tif 000009
【図８】
2016149867.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2016149867.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2016149867.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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