JP2002369509A - スイッチング電源 - Google Patents

スイッチング電源

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JP2002369509A
JP2002369509A JP2001172623A JP2001172623A JP2002369509A JP 2002369509 A JP2002369509 A JP 2002369509A JP 2001172623 A JP2001172623 A JP 2001172623A JP 2001172623 A JP2001172623 A JP 2001172623A JP 2002369509 A JP2002369509 A JP 2002369509A
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篤 三田村
Hideyuki Ono
英之 小野
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 変調方式によらず、小型化に適した方法で電
源出力電力制限が可能なスイッチング電源を提供する。 【解決手段】 スイッチング信号生成手段４とスイッチ
ング素子１の間にリセット手段５があり、リセット手段
５にリセットパルス信号を与え、前記リセットパルス信
号のデューティを０％から１００％の間で変化させるこ
とで、電源出力電力制限量を自由に調整することが変調
方式によらず可能で、特に電源ソフトスタートに適応し
た場合、突入電流とオーバーシュートの少ない、小型な
スイッチング電源を提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング電源
において、スイッチング電源の入力もしくは出力に合わ
せて電源出力電力制限量を自由に調節することが可能
で、起動時の突入電流や出力電圧のオーバーシュートを
軽減することができるスイッチング電源に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来のスイッチングすることで入力電圧
と異なる出力電圧で負荷に電力を伝達することができる
スイッチング電源は、小型化・高効率が可能なために、
電源方式の主流となっているが、平滑回路に大きな容量
があるため容量に電荷が蓄積されていない電源起動時に
大きな突入電流が流れ、素子が破壊してしまう問題と、
出力電圧が所望の電圧を一時的に超えてしまう、オーバ
ーシュートと呼ばれる現象を起こしてしまう問題があっ
た。
【０００３】そこで、この突入電流と出力電圧オーバー
シュートを軽減するために電源起動時にスイッチング素
子に与える信号のデューティを徐々に広くするソフトス
タートと呼ばれる方法が採用され、その一従来例を図２
に示してある。
【０００４】図２に示す従来例は、パルス幅変調（以下
「ＰＷＭ」という。）を用いた降圧チョッパであり、入
力電圧をスイッチングしてパルス電圧を発生するスイッ
チング素子１と、パルス電圧を平滑する平滑手段２と、
電源出力電圧１６又は電源出力電流１７もしくはその両
方を検出する検出手段３と、この検出手段３により検出
した信号を受けてスイッチング素子１の駆動信号を発生
するスイッチング信号生成手段４と、ソフトスタート信
号を生成するソフトスタート回路１１とから構成してあ
る。
【０００５】また、本実施形態では、スイッチング信号
生成手段４に、電源出力電圧１６と基準電圧１４を比較
して誤差を増幅した信号を発信する誤差増幅器８と、こ
の誤差増幅器８で発信した信号のパルス幅変調を行うＰ
ＷＭ変調器９とを設けてある。さらに、ソフトスタート
回路１１は基準電圧１４のような定電圧源、抵抗１２及
び容量１３を直列に接続して構成してある。
【０００６】以上のように構成してある従来例は、以下
のように作用する。電源出力電圧１６を基準電圧１４と
比較し、その比較電圧の誤差増幅信号電圧をＰＷＭ変調
器９の入力電圧としてパルス幅変調を行い、その変調器
９の出力信号により、スイッチング素子１をスイッチン
グし、このスイッチング素子１の出力を平滑回路２に入
力することにより、電源出力電圧１６を得る事ができる
ようにしてある。
【０００７】ＰＷＭは電源出力電流１７が大きく必要な
時に、パルス幅を大きく、すなわちデューティを大きく
することで負荷に大きな電力を供給し、電源出力電流１
７が小さいときにデューティを小さくすることで負荷へ
の電力を少なくするように機能する。
【０００８】ＰＷＭをおこなうＰＷＭ変調器９は基準と
なる三角波、誤差増幅信号電圧そしてソフトスタート信
号用の３つの入力を持つ比較器からなり、誤差増幅信号
電圧とソフトスタート用信号のうち低い電圧値の信号と
三角波を比較することでＰＷＭを実現していた。
【０００９】この従来例は、一般的なソフトスタート回
路１１を備え、電源起動時から前記容量に電荷の蓄積が
始まり、前記抵抗１２と前記容量１３を接続している端
子の電圧が前記抵抗１２の値と前記容量１３の値の積に
よって決まる時間をかけて徐々に上昇し、ソフトスター
ト信号を作り出していた。
【００１０】しかし、オーバーシュートがなく突入電流
を押さえるためには、一般的に前記容量１３は１００μ
Ｆオーダーのような大きな容量を必要としたため、集積
化が困難であり、部品点数の増大と電源小型化を妨げる
問題があった。
【００１１】さらに、ＰＷＭとは異なる変調方式で電源
を制御する場合などは前述の３入力比較器を用いた方法
が使用できない問題があった。
【００１２】すなわち、従来の方式では、ソフトスター
ト信号生成のために大きな容量を必要とするため、小型
化、集積化が困難であり、さらに、電源を制御するため
の変調方式によっては適応することができない問題があ
った。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題に
鑑みてなされたものであり、変調方式によらず、小型化
に適した方法で電源出力電力制限が可能なスイッチング
電源を提供する。
【００１４】
【課題を解決しようとする手段】上記目的を達成するた
めになされた請求項１記載の発明は、電源の入力電圧、
出力電圧、入力電流そして出力電流いずれかを検出しそ
の信号に合わせて、スイッチング素子を強制的にオフに
するパルス信号をスイッチング素子に与え、電源出力電
力制限を自由に調節することが可能なスイッチング電源
に関するものである。
【００１５】本発明によるスイッチング電源は、入力電
圧をパルス電圧に変換するスイッチング素子を設け、こ
のスイッチング素子出力には前記パルス電圧を平滑する
ための平滑手段を設け、この平滑手段の出力は電源出力
として負荷に接続されるように構成している。
【００１６】さらに、前記スイッチング電源は電源出力
電圧と電源出力電流いずれかもしくは両方を検出する検
出手段を設け、この検出信号にあわせてスイッチング素
子駆動信号を生成するためのスイッチング信号生成手段
を備えている。
【００１７】前記スイッチング信号生成手段の出力はス
イッチング信号生成手段の信号と無関係にスイッチング
素子をオフにすることができるリセット手段の入力の一
つに接続され、スイッチング素子に接続されている。
【００１８】前記リセット手段入力のもう一方には、入
力電圧、入力電流、出力電圧、もしくは出力電流の少な
くとも一つを検出する制御信号検出手段からの信号を受
けて、リセットするための信号を生成するパルス信号生
成手段出力に接続されており、前記パルス信号のデュー
ティを変化させることにより、電源出力電力制限を調整
することが可能となっている。
【００１９】また、前記リセット手段入力には前記検出
信号の他にたとえば基準電圧などの電源内部の信号であ
る電源内部電圧もしくは電源内部電流のいずれか一つを
検出した信号を入力し、電源出力電力制限を調整するこ
とも可能である。
【００２０】図３はスイッチング素子の駆動信号、リセ
ットのためのパルス信号、及びリセット手段出力信号の
関係を示しており、リセットパルス信号が通過の時には
スイッチング素子駆動信号がそのままスイッチング素子
を駆動し、リセットパルス信号がリセットの時には、ス
イッチング素子をオフする信号をスイッチング素子に与
える。
【００２１】これにより、リセット手段出力信号のデュ
ーティの最大値はスイッチング素子駆動信号に無関係に
リセットパルスのデューティで決定され、その最大値は
リセットパルスのデューティ以上になることができなく
なるため、電源出力電力を制限することができる。
【００２２】また、リセットパルスのデューティを０％
から１００％の間で変化させることにより、電力制限の
大きさを自由に調整することが可能である。
【００２３】たとえば、電源起動と共にリセットパルス
のデューティを徐々に変化させ電力制限量を徐々に小さ
くすることで電源のソフトスタートを実現することが可
能である。
【００２４】前記ソフトスタートを実現するためのパル
ス信号生成手段は従来法と同様抵抗と容量を用いて実現
することも可能であるが、従来法とは異なり容量を使う
ことなく簡単なロジック回路で実現することが可能であ
り、集積化し小型化することが可能である。
【００２５】さらに、本発明ではスイッチング信号生成
手段の後にリセット手段があるために、スイッチング信
号生成手段内の変調方式に無関係に出力電力制限を実現
することが可能である。
【００２６】すなわち、本発明によりリセットパルス信
号のデューティを変化させることにより電源出力電力を
調節することが電源制御に用いる変調方式に無関係に可
能となり、突入電流とオーバーシュートが少なく、小型
なスイッチング電源を提供することが可能である。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明に
係るスイッチング電源の実施形態を説明する。なお、図
面の説明において同一部材には同じ符号を付し、重複す
る説明は省略する。
【００２８】図１は本発明の実施形態を示しており、図
1はそのブロック図である。図１の実施形態は、スイッ
チング電源の一方式である降圧チョッパ電源であり、入
力電圧をスイッチングしてパルス電圧を発生するスイッ
チング素子１と、パルス電圧を平滑する平滑手段２と、
出力電圧又は出力電流もしくはその両方を検出する検出
手段３と、この検出手段３により検出された信号を受け
てスイッチング素子１の駆動信号を発生するスイッチン
グ信号生成手段４と、駆動信号をリセットし前記スイッ
チング素子１をオフにするリセット手段５と、このリセ
ットを行うためのパルス信号を生成するパルス信号生成
手段６と、このパルス信号生成手段６を制御するための
信号を得るために、入力電圧、入力電流、出力電圧もし
くは出力電流の少なくとも一つを検出する制御信号検出
手段７とを設けてある。
【００２９】また、本実施形態では、スイッチング信号
生成手段４に、電源出力電圧１６と基準電圧１４を比較
して誤差を増幅した信号を発信する誤差増幅器８と、こ
の誤差増幅器８で発信した信号のパルス幅変調を行うＰ
ＷＭ変調器９とを設けてある。
【００３０】以上のような構成より、以下のように作用
する。電源出力電圧１６と基準電圧１４を比較し、誤差
を増幅した信号をＰＷＭ変調器９の入力電圧としてパル
ス幅変調を行い、リセット手段５の入力にスイッチング
素子駆動信号を送る。
【００３１】リセット手段５にリセット信号が入力され
ていない場合は、ＰＷＭ変調器９の出力信号により、ス
イッチング素子１をスイッチングし、このスイッチング
素子１の出力を平滑回路２に入力することにより、定電
圧出力を得る事ができる。
【００３２】一方、リセット手段５に設けているリセッ
ト信号発生ロジック回路１０には、電源入力電圧１５を
検出する制御信号検出手段７からの信号が入力されてお
り、入力電圧に合わせてリセット信号を発生することが
できるようになっている。
【００３３】本実施形態では、パルス信号生成手段６が
電源入力電圧１５のような信号を検出する制御信号検出
手段７からの信号を受けて、デューティが０％から１０
０％の間のパルス信号を発生し、電源出力電力制限量を
自由に調整するように構成してあり、たとえば、ソフト
スタート回路の様に、徐々に電源出力電力制限量を変化
させることができる。
【００３４】たとえば、電源起動を制御信号検出手段７
から検出し、電源起動に合わせて、リセット信号発生ロ
ジック回路１０において、リセット手段５に与えるリセ
ット信号をリセットデューティの大きな信号から徐々に
リセットデューティの小さな信号に変化させ、起動完了
時にはリセットデューティを０％にすることでソフトス
タートを実現することができる。
【００３５】なお、図１の実施形態では、制御信号検出
手段７において電源出力電圧１６を検出しているが、電
源の入出力の電圧、電流のいずれの信号を検出しても同
様の効果を得ることが可能であり、本実施形態におい
て、電源の入出力のみならず、例えば誤差増幅器８の出
力電圧ように電源内部の信号を用いても、電源出力電圧
１６を検出した場合と同様の効果を得ることが可能であ
る。
【００３６】即ち、本発明において、入力電圧、入力電
流、出力電圧及び出力電流は、電源の入出力のみならず
電源内部をも含む。
【００３７】さらに、出力電流もしくは出力電圧を検出
することで、電源出力異常を検出し、前記異常検出信号
に合わせてリセット手段５に与えるリセット信号をパル
ス信号生成手段６で発生させ、リセット手段５により電
源出力電力制限を調整することにより、電源出力異常保
護回路を構成することも可能である。
【００３８】本実施形態では、スイッチング信号生成手
段４の出力にリセット手段５の入力が接続され、前記リ
セット手段５の出力がスイッチング素子１に接続されて
いる。
【００３９】このようにリセット手段５がスイッチング
信号生成手段４の出力より後にあることにより、変調方
式に左右されず、あらゆる変調方式で電源出力電力調整
が可能である。
【００４０】
【発明の効果】請求項１記載の発明により、スイッチン
グ素子駆動信号をリセットするリセット手段にあたえる
リセットパルス信号のデューティを変化させることで電
源出力電力制限量を調節することが可能で、電源起動時
のソフトスタートに適応した場合、起動時の突入電流と
オーバーシュートが少なく小型なスイッチング電源を提
供することができる。
【００４１】請求項２記載の発明により、リセット手段
がスイッチング信号生成手段出力より後にあることによ
り、変調方式に左右されず、あらゆる変調方式で電源出
力電力調整が可能なスイッチング電源を提供することが
できる。
【００４２】請求項３記載の発明により、たとえば、ソ
フトスタート回路の様に、徐々に電源出力電力制限量を
変化させることができるスイッチング電源を提供するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の一例を示す実施例のブロッ
ク図である。
【図２】従来法を示すブロック図である。
【図３】各部信号を示す概略図である。
【符号の説明】
１ スイッチング素子 ２ 平滑手段 ３ 検出手段 ４ スイッチング信号生成手段 ５ リセット手段 ６ パルス信号生成手段 ７ 制御信号検出手段 ８ 誤差増幅器 ９ ＰＷＭ変調器 １０ リセット信号発生ロジック回路 １１ ソフトスタート回路 １２ 抵抗 １３ 容量 １４ 基準電圧 １５ 電源入力電圧 １６ 電源出力電圧 １７ 電源出力電流

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入力電圧をスイッチングしてパルス電圧
    を発生するスイッチング素子と、前記パルス電圧を平滑
    する平滑手段と、出力電圧又は出力電流もしくはその両
    方を検出する検出手段と、この検出手段により検出され
    た信号を受けて前記スイッチング素子の駆動信号を発生
    するスイッチング信号生成手段と、前記駆動信号をリセ
    ットし前記スイッチング素子をオフにするリセット手段
    と、このリセットを行うためのパルス信号を生成するパ
    ルス信号生成手段と、このパルス信号生成手段を制御す
    るための信号を得るために、入力電圧、入力電流、出力
    電圧もしくは出力電流の少なくとも一つを検出する制御
    信号検出手段とを設けてあることを特徴としたスイッチ
    ング電源。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のスイッチング電源にお
    いて、前記スイッチング信号生成手段の出力は前記リセ
    ット手段の入力に接続され、このリセット手段の出力は
    前記スイッチング素子に接続されていることを特徴とす
    るスイッチング電源。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載のスイッチング電
    源において、パルス信号生成手段は制御信号検出手段か
    らの信号を受け、デューティが０％から１００％の間で
    パルス信号を生成し、電源の出力電力を大きく制限した
    い場合はデューティが大きい信号を、出力電力を小さく
    制限したい場合はデューティが小さい信号を生成するよ
    うに構成してあることを特徴としたスイッチング電源。
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