(57)【要約】【課題】スイッチング電源装置において、起動時に好ましい立ち上がり速度で、かつ、オーバーシュートがない特性を、簡素な回路で、安定して得る。【解決手段】スイッチング電源装置１において、電力スイッチング回路７０は、フォトカプラ７３からの制御信号を受けて制御回路７２により制御される。出力端子２５、２６から、リモートセンシング結合用抵抗器１０１〜１０５を介し、分圧用抵抗器１１１〜１１４により分圧された検出電圧がシャントレギュレータ１２０のリファレンス端子に接続され、シャントレギュレータ１２０のアノード端子がフォトカプラ７３の発光素子に接続される。分圧用抵抗器１１１、１１２の各抵抗値比率とそれらの相互接続点とシャントレギュレータ１２０のリファレンス端子間に接続されたコンデンサ１１７の値との所定の条件で選定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流入力電圧を所定の直流出力電圧に変換するスイッチング電源装置であって、一次巻線と二次巻線とを有する変圧器と該変圧器の一次巻線に接続されたスイッチング素子と、該変圧器の二次巻線に接続された整流回路と、該整流回路から直流出力を付与するとともに、
該直流出力を安定化する閉ループ帰還回路を有し、
該閉ループ帰還回路の構成は、
前記直流出力からフォトカプラの発光素子を介してシャントレギュレータのカソード端子とアノード端子に供給し、
該フォトカプラの受光素子が前記スイッチング素子を制御する制御回路に接続され、
前記シャントレギュレータのリファレンス端子とアノード端子とが、前記直流出力に接続された順次３組の直列接続された抵抗からなる分圧抵抗であって、該分圧抵抗の第２の抵抗と第３の抵抗との接続点に接続されるとともに、該第２の抵抗にコンデンサを並列接続してなることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記分圧抵抗の第１の抵抗と第２の抵抗の抵抗値の比率が、０．５〜１．５の範囲の値に等しいことを特徴とする、請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記直流入力に整流回路を接続してなることを特徴とする、請求項１又は請求項２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関するものであり、特に起動時のソフトスタート特性について、安定したソフトスタート特性を備えるスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源装置において、入力電源接続などによる起動時において、設定の値までの出力電圧の立ち上がり特性は、負荷の性質に対応した立ち上がり特性の範囲内で、なるべく迅速な立ち上がりで、かつ、オーバーシュートがないことが望ましい。
【０００３】
このオーバーシュートを抑制する目的の回路に関する、先行する発明としては、例えば、特開平６−０４６５６０号公報に開示された発明がある。その発明は、出力電圧を分圧する二つの抵抗器と、この中の一つの抵抗器の両端の電圧を入力とするシャントレギュレータと、このシャントレギュレータの負荷となるホトカプラと抵抗器とから構成され、特にシャントレギュレータのカソード電圧を制御するトランジスタと、このトランジスタへ動作電圧を供給するツェナーダイオードと二つの抵抗器とが付加されている。出力電圧が過電圧となったとき、トランジスタは即時に動作してシャントレギュレータのカソード電圧を強制的に下げ、これにより、制御回路は出力電圧を下げる方向に制御する。このようにして、制御回路は出力電圧のオーバーシュートを抑圧するように下げる方向に制御するとしている。
【０００４】
また、特開平７−２２２４４２号公報に開示される発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータからの出力電圧を出力電圧検出回路で検出し、補助電源回路と電流制限用抵抗とによりオーバーシュート防止回路を構成するものである。これにより、出力電圧が立ち上がる直前に誤差増幅器の非反転入力端子にバイアス電圧が印加され、これにより、オーバーシュートを防止できる。
【０００５】
また、特開２０００−３２４８１６号公報に開示された発明は、抑制回路の付加によって始動時の出力オーバーシュートを抑制することができるＤＣ−ＤＣコンバータの出力オーバーシュート抑制回路の提供を目的としている。
【０００６】
また、特開２００６−２８８０５４号公報に開示される発明は、スイッチング方式ＤＣ-ＤＣコンバータの起動時の出力電圧のオーバーシュートを緩和することを目的とし、複数のカウンタと、三角波とコンパレータなどを要する。
【０００７】
また、特開２００７−０４３８４７号公報に開示される発明は、誤差増幅器は、スイッチング素子をＰＷＭ制御する降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、出力電圧にオーバーシュートが発生するのを抑制することを目的とし、誤差信号と三角波電圧とをコンパレータで比較して、帰還信号のレベルに応じたデューティ比のパルスを生成する。
【特許文献１】特開平６−０４６５６０号公報
【特許文献２】特開平７−２２２４４２号公報
【特許文献３】特開２０００−３２４８１６号公報
【特許文献４】特開２００６−２８８０５４号公報
【特許文献５】特開２００７−０４３８４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上の先行する発明の構成は、付加する回路部品の数が多いものであるか、または、能動部品を付加して使用しているものである。本発明は、スイッチング電源装置において、起動時に好ましい立ち上がり速度で、かつ、オーバーシュートがない特性を得ることを目的とするのであり、特に、能動部品の付加なく簡素な回路で、所定の特性を量産の場合に安定して得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するために、本発明は、以下の第１の手段を提案するものである。すなわち、直流入力電圧を所定の直流出力電圧に変換するスイッチング電源装置であって、一次巻線と二次巻線とを有する変圧器と該変圧器の一次巻線に接続されたスイッチング素子と、該変圧器の二次巻線に接続された整流回路と、該整流回路から直流出力を付与するとともに、
該直流出力を安定化する閉ループ帰還回路を有し、
該閉ループ帰還回路の構成は、
前記直流出力からフォトカプラの発光素子を介してシャントレギュレータのカソード端子とアノード端子に供給し、
該フォトカプラの受光素子が前記スイッチング素子を制御する制御回路に接続され、
前記シャントレギュレータのリファレンス端子とアノード端子とが、前記直流出力に接続された順次３組の直列接続された抵抗からなる分圧抵抗であって、該分圧抵抗の第２の抵抗と第３の抵抗との接続点に接続されるとともに、該第２の抵抗にコンデンサを並列接続してなることを特徴とするスイッチング電源装置を提案する。
なお、上記の変圧器は、一次巻線と二次巻線とを有するほかに、他の追加の巻線を備えることも可能であり、その構成も本発明の手段の一つである。また、上記の直流出力に接続された順次３組の直列接続された抵抗からなる分圧抵抗は、３組より多数の直列接続された抵抗として構成することも可能であり、その構成も本発明の手段の一つである。
【００１０】
また、第２の手段として、第１の手段に加えて、前記分圧抵抗の第１の抵抗と第２の抵抗の抵抗値の比率が、０．５〜１．５の範囲の値に等しいことを提案する。
【００１１】
また、第３の手段として、第１又は第２の手段に加えて、前記直流入力に整流回路を接続してなることを提案する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、以上のように構成されており、入力電源の接続時のような起動時において発生するおそれのあるオーバーシュートを抑制することができる。本発明の構成は、回路構成と常数選定について、クリティカルな要素がないので、電源装置として好ましい特性を安定して供給することができる。量産時に、品質を恒常化できる。
【実施例】
【００１３】
図１は、本発明に係るスイッチング電源装置の一実施例の概略図であり、以下、図１に基づき、説明する。
【００１４】
まず、スイッチング電源装置１の電力供給に係る主回路の構成について説明する。スイッチング電源装置１は、入力端子２１、２２と、コモンモードフィルタ３０と、整流回路４０と、力率改善回路６０と、電力スイッチング回路７０と、変圧器７１と、整流回路８０と、出力端子２５、２６とから構成される。
入力端子２１、２２は、外部の商用交流電源に接続されており、これら入力端子２１、２２間の交流電圧は、コモンモードフィルタ３０を経て、整流回路４０と力率改善回路６０によって直流電圧になり、端子６１、６２間に直流電圧が得られる。この端子６１、６２間の直流電圧は、電力スイッチング回路７０と、変圧器７１と、整流回路８０とによって、目的の電圧の値の直流電圧となって、出力端子２５、２６間から出力される。
【００１５】
次に、スイッチング電源装置１の出力電圧の制御に係る構成について説明する。電力スイッチング回路７０は、制御回路７２によって制御され、この制御回路７２は、フォトカプラ７３からの制御信号により制御される。出力端子２５、２６から、リモートセンシング結合用の抵抗器１０１、１０２の組と抵抗器１０３、１０４の組とを介し、これらに接続される分圧用の抵抗器１１１、１１２の組と、抵抗器１１３と可変抵抗器１１４の組との各組の抵抗値の比により分圧された検出電圧が、シャントレギュレータ１２０のリファレンス端子に接続される。シャントレギュレータ１２０のカソード端子は、フォトカプラ７３の発光素子に接続されている。そして、フォトカプラ７３の発光素子は、抵抗器１２１を介して、出力端子２５が接続される線路に接続される。分圧用抵抗器１１１、１１２の各抵抗値の比率とそれらの相互接続点とシャントレギュレータ１２０のリファレンス端子間に接続されたコンデンサ１１７の値との以下に記載する所定の条件で選定する。
【００１６】
ここで、シャントレギュレータについて説明する。シャントレギュレータ１２０は、よく知られた電子部品であり、アノード端子、カソード端子、リファレンス端子の三端子からなり、内部に例えば２．５Ｖのリファレンス電圧源を有し、この内部のリファレンス電圧源の電圧と、リファレンス端子に外部接続される検出電圧とを比較して制御され、カソード端子とアノード端子間に出力を発生して、構成された閉ループにおける被検出電圧が一定となるように制御されるものである。
【００１７】
スイッチング電源装置１においては、シャントレギュレータ１２０のカソードは、出力端子２５に接続される線路から抵抗器１２１とフォトカプラ７３の発光素子とを介して動作電源が供給される。また、シャントレギュレータ１２０のリファレンス端子は、すでに述べたように検出電圧が接続されているので、構成された閉ループにおいて、出力端子２５、２６間が一定になるように制御される。
【００１８】
出力電圧をＶｏとし、シャントレギュレータ１２０の内部リファレンス電圧源の電圧をＶｒｅｆとし、抵抗器１１１、１１２、１１３、１１４の各抵抗値を、それぞれ、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４とすると、内部リファレンス電圧源の電圧と検出電圧の値とは等しくなるように制御されるので、以下の式が成立する。なお、リファレンス端子に流れ込む電流は、無視できるものと仮定する。
Ｖｒｅｆ＝Ｖｏ（Ｒ３＋Ｒ４）／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）…（１）
【００１９】
この式（１）をＶｏについて解くと、以下の式になる。
Ｖｏ＝Ｖｒｅｆ（１＋（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ３＋Ｒ４））  …（２）
【００２０】
この式（２）において、一例として、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４として代入すると、以下の式になる。
Ｖｏ＝Ｖｒｅｆ×２  …（３）
【００２１】
式（３）に、例えば、Ｖｒｅｆ＝２．５Ｖを代入すると、
Ｖｏ＝５Ｖ  …（４）となる。
【００２２】
図１において、コンデンサ１１７は、抵抗器１１１、１１２の相互接続点に接続されているので、Ｒ１＝Ｒ２の条件の下では、ほぼ、出力電圧設定値Ｖｏ＝５Ｖの中間の値よりコンデンサ１１７への充電電流の効果が現れる。すなわち、起動初期は、出力電圧設定値Ｖｏの半分の値に到達するまでは、スイッチング電源装置１の固有の最も速い立ち上がり速度で立ち上がり、その後は、コンデンサ１１７の値と抵抗器１１１、１１２などで構成される回路の時定数に対応する速度で、目的の出力電圧まで、ややゆっくりした立ち上がり速度で立ち上がる。
この例では、Ｒ１＝Ｒ２、すなわち、抵抗器１１１、１１２の抵抗値の比率は、１に等しく選んであり、一般には好ましい値であるが、この比率の値は、負荷の特性に良好に適合させるため、事例によって、１を中心に幅があり、０．５〜１．５の範囲の値の中から選ぶことにより、多くの事例に適合させることができる。
【００２３】
この出力電圧の立ち上がりの時間経過は、図２に示すようになる。図２において、横軸は時間ｔであり、縦軸は出力電圧ｖである。起動初期は、出力電圧ｖ＝Ｖｏ／２になるまでは、比較的短い時間ｔｉで立ち上がり、その後、出力電圧ｖｏ＝Ｖｏになるまでは、やや長い時間ｔ２で立ち上がる。時間０から時間ｔｉまでの間において、シャントレギュレータ１２０内部の誤差増幅器を含めた閉ループの応答において振動的であっても、出力電圧ｖ＝Ｖｏ／２の上限値があるので、出力電圧ｖ＝Ｖｏを超えるようなオーバーシュートは避けられる。なお、図２においては、その振動的な動作は示されてはいない。また、時間ｔｉからｔ２までの間は、コンデンサ１１７の充電がゆっくり進行している期間であるので、シャントレギュレータ１２０内部の誤差増幅器を含めた閉ループの応答において振動が抑制される。
【００２４】
一方、本発明を適用しないスイッチング電源装置のある一例では、起動時の立ち上がり特性は、図３に示すように、オーバーシュートを避けることができるが、立ち上がり時間ｔ３は、かなり長い時間となる。また、本発明を適用しないスイッチング電源装置の図４に示す例では、立ち上がり時間ｔ４は短くすることができるが、オーバーシュートとなる。これらいずれの場合と比較しても、本発明は、オーバーシュートを避けつつ、所定の立ち上がり特性が安定して得られることがわかる。
【００２５】
以上、図１に基づいて説明したスイッチング電源装置は、本発明の一実施定であって、交流入力だけでなく、整流回路４０と力率改善回路を省いた形の直流入力のスイッチング電源装置として構成し、同様の効果を得ることができるのはもちろんのことである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るスイッチング電源装置の一実施例の概略図
【図２】本発明に係るスイッチング電源装置の起動特性の一例
【図３】従来のスイッチング電源装置の起動特性の一例
【図４】従来のスイッチング電源装置の起動特性の他の一例
【符号の説明】
【００２７】
１  スイッチング電源装置
２１、２２  入力端子
２４  リモートセンシング用端子
２５、２６  出力端子
２７  リモートセンシング用端子
３０  コモンモードフィルタ
４０  整流回路
６０  力率改善回路
７０  電力スイッチング回路
７１  変圧器
７２  制御回路
７３  フォトカプラ
８０  整流回路
１０１、１０２、１０３，１０４  抵抗器
１０５、１０６  コンデンサ
１１１、１１２、１１３  抵抗器
１１４  可変抵抗器
１１７  コンデンサ
１２０  シャントレギュレータ
１２１、１２２、１２３  抵抗器
１２８  コンデンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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