JP2008035673A

JP2008035673A - Power supply unit

Info

Publication number: JP2008035673A
Application number: JP2006208535A
Authority: JP
Inventors: Takahito Fukute; 隆仁福手; Shinji Kurokawa; 信二黒川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2008-02-14

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power supply unit which can make a short-circuit protective function effective even during a soft start. <P>SOLUTION: This power supply unit comprises a soft start portion (11) that outputs a lower one of a reference voltage and a soft start voltage, an error amplifier (16) that amplifies a difference between an output of the soft start portion and a divided voltage of a feedback resistor connected to an output terminal, a main switch driver (19) that controls a main switch from an output of the error amplifier, a load switch driver (13) that controls a load switch, a short-circuit protective portion (12) that controls the main switch driver and the load switch driver so as to turn off the main switch and the load switch from the output voltage of the error amplifier, and a feedback resistor change portion (101) that changes the feedback resistor if the soft start voltage is lower than a predetermined voltage. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、起動時の出力電圧を徐々に立ち上げるソフトスタート機能を有する電源装置の短絡保護機能に関する。 The present invention relates to a short-circuit protection function of a power supply device having a soft start function that gradually increases an output voltage at startup.

スイッチング電源において、起動時の出力電圧を徐々に立ち上げるソフトスタート機能の実現方法として、図５に示すように、エラーアンプ１６への基準電圧の入力を起動時のみ徐々に立ち上げる方法が知られている。定常出力用の一定基準電源部１５の電圧と、定電流源５０１によるソフトスタートコンデンサ５０２への充電等を利用して起動時に徐々に電圧電圧を上げていくソフトスタート電圧の、いずれか低い方をコンパレータ５０３で判定する。そして、該当する方を切り替えスイッチ５０４でエラーアンプ１６の非反転端子に入力する方法である。これにより、起動時にはソフトスタート電圧がエラーアンプ１６に入力され、ソフトスタート電圧が基準電源部１５の電圧に達すると定常出力用の一定基準電源部１５の電圧に切り替わる。出力電圧はエラーアンプ１６の非反転入力端子の電圧を基準に制御されるため、出力電圧もエラーアンプ１６の非反転入力端子の挙動にしたがい、徐々に立ち上がった後に目標電圧に達すると一定値になる。定電流源５０１によるコンデンサへの充電を利用する方法の場合、ｔ_ssをソフトスタート時間、ｉを充電電流、Ｃをソフトスタートコンデンサ５０２の静電容量、Ｖ_refを基準電源部１５の電圧とすると、ソフトスタート時間は式１によって決まる。 In a switching power supply, as a method for realizing a soft start function that gradually raises the output voltage at startup, a method of gradually raising the reference voltage input to the error amplifier 16 only at startup as shown in FIG. 5 is known. ing. The lower of the voltage of the constant reference power supply 15 for steady output and the soft start voltage that gradually increases the voltage at the start-up using the charging of the soft start capacitor 502 by the constant current source 501 or the like, whichever is lower The determination is made by the comparator 503. Then, the corresponding one is input to the non-inverting terminal of the error amplifier 16 with the changeover switch 504. As a result, the soft start voltage is input to the error amplifier 16 at the time of startup, and when the soft start voltage reaches the voltage of the reference power supply unit 15, the voltage is switched to the voltage of the constant reference power supply unit 15 for steady output. Since the output voltage is controlled based on the voltage at the non-inverting input terminal of the error amplifier 16, the output voltage also follows the behavior of the non-inverting input terminal of the error amplifier 16, and reaches a target value when it reaches the target voltage after gradually rising. Become. In the case of the method using the charging of the capacitor by the constant current source 501, if t _ss is the soft start time, i is the charging current, C is the capacitance of the soft start capacitor 502, and V _ref is the voltage of the reference power supply unit 15. The soft start time is determined by Equation 1.

式１から、充電電流ｉ、コンデンサ容量Ｃ、基準電源部１５の電圧Ｖ_refを変えればソフトスタート時間が変わるが、比較的容易に変更できるコンデンサ容量を変える方法が一般的である。なお、充電のオンオフはロジック制御部からの制御信号にしたがって動作する充電スイッチ５０５によって行われる。充電スイッチ５０５がオンの時は、ソフトスタートコンデンサ５０２の両端電位はグランド（ＧＮＤ）電位に等しくなるため、充電されていた電荷は放電される。充電スイッチ５０５がオフになると定電流源５０１からソフトスタートコンデンサ５０２への充電が開始される。 From Equation 1, although the soft start time changes if the charging current i, the capacitor capacity C, and the voltage V _ref of the reference power supply unit 15 are changed, a method of changing the capacitor capacity that can be changed relatively easily is general. Charging is turned on / off by a charging switch 505 that operates according to a control signal from the logic control unit. When the charge switch 505 is on, the potential across the soft start capacitor 502 becomes equal to the ground (GND) potential, so that the charged charge is discharged. When the charging switch 505 is turned off, charging from the constant current source 501 to the soft start capacitor 502 is started.

また、起動時のソフトスタート電圧を生成する方法として、定電流源５０１によるコンデンサへの充電ではなく、ＤＡＣ（Digital to Analog Converter）を使用した方法も知られている。ソフトスタート回路の動作としては基本的に定電流源方式と同じであるが、指令値次第で複雑な電圧パターンを生成できる柔軟性を有する点が異なる。 Further, as a method for generating a soft start voltage at the time of startup, a method using a DAC (Digital to Analog Converter) instead of charging a capacitor by a constant current source 501 is also known. The operation of the soft start circuit is basically the same as that of the constant current source method, but differs in that it has the flexibility to generate a complex voltage pattern depending on the command value.

次に、出力端子の電圧を監視し異常時には主スイッチの制御を停止する短絡保護機能の実現方法としては、次の２つの方法が従来から知られている。一つ目は、図６に示すように出力端子と負荷の間に電流検出用のシャント抵抗６０１を挿入し、その抵抗に流れる電流による電圧降下を差動増幅器６０２とレベル判定部６０３で監視することで過電流を検出する。そして、過電流が検出された場合にはロジック制御部９を介して主スイッチの制御を停止する方法（抵抗挿入型と呼ぶ）である。二つ目は、図７に示すようにエラーアンプ１６の出力電圧レベルをレベル判定部７０１で監視して、その電圧があらかじめ定められた範囲から外れる状態が、あらかじめ定められた時間以上継続したかどうかをタイマー７０２で検知する。そして、一定期間継続した場合は短絡や過電圧などの異常と判断し、ロジック制御部９を介して主スイッチの制御を停止する方法（エラーアンプ出力型と呼ぶ）である。これは、正常動作時はエラーアンプ１６の出力はほぼ決まった値で一定となるのに対し、短絡などによって出力電圧が目標とする電圧から外れた場合、エラーアンプ１６の出力が正常な範囲から逸脱することを利用している。これと類似の方法として、エラーアンプ１６の反転入力電圧を監視する方法（エラーアンプ入力型と呼ぶ）もある。異常時の検出電圧の極性が逆になる以外は基本的な動作はエラーアンプ出力型と同じである。これらのエラーアンプ方式では短絡だけでなく過電圧も検出するが、本明細書では総称して短絡保護機能と呼ぶことにする。 Next, the following two methods are conventionally known as a method of realizing a short-circuit protection function that monitors the voltage of the output terminal and stops the control of the main switch in the event of an abnormality. First, as shown in FIG. 6, a current detecting shunt resistor 601 is inserted between the output terminal and the load, and the voltage drop due to the current flowing through the resistor is monitored by the differential amplifier 602 and the level determining unit 603. In this way, overcurrent is detected. And when an overcurrent is detected, it is a method (it calls a resistance insertion type) which stops control of the main switch via the logic control part 9. Second, as shown in FIG. 7, whether the output voltage level of the error amplifier 16 is monitored by the level determination unit 701 and the state where the voltage is out of the predetermined range has continued for a predetermined time or more. Whether or not is detected by the timer 702. And when it continues for a fixed period, it judges that it is abnormal, such as a short circuit and an overvoltage, and is the method (it calls an error amplifier output type) which stops control of the main switch via the logic control part 9. This is because during normal operation, the output of the error amplifier 16 is almost constant and constant, but when the output voltage deviates from the target voltage due to a short circuit or the like, the output of the error amplifier 16 is out of the normal range. Utilizing deviating. As a similar method, there is a method of monitoring the inverting input voltage of the error amplifier 16 (referred to as an error amplifier input type). The basic operation is the same as that of the error amplifier output type except that the polarity of the detection voltage at the time of abnormality is reversed. These error amplifier systems detect not only short circuits but also overvoltages, but in this specification they are collectively referred to as short circuit protection functions.

抵抗挿入型は抵抗による損失が発生して効率が低下する点、部品点数が増加し実装面積やコストの面で不利である点、制御ＩＣに検出用の端子が必要となる点などのデメリットがある。このことから、エラーアンプ型の方が一般的であり、その中でもエラーアンプ出力型の方がエラーアンプ１６のゲインがある分検知感度が高いといった理由から一般的に使用されている。
また、エラーアンプ出力型の構成を記載した文献として、特許文献１がある。 Resistor insertion type has disadvantages such as loss due to resistance, lower efficiency, disadvantage in terms of mounting area and cost due to increased number of parts, and the need for a detection terminal in the control IC. is there. For this reason, the error amplifier type is more general, and among them, the error amplifier output type is generally used for the reason that the detection sensitivity is higher due to the gain of the error amplifier 16.
Further, there is Patent Document 1 as a document describing an error amplifier output type configuration.

特許第２５０１９０９号公報Japanese Patent No. 2501909

入力電圧よりも高い電圧を出力する昇圧型のスイッチング電源の従来の構成を図８に示す。まず、出力電圧を一定に保つ基本的な動作について説明する。基準電源部１５の電圧と定常出力用帰還抵抗８によって帰還された出力電圧との誤差をエラーアンプ１６で増幅し、その出力電圧と三角波発振器１７の出力電圧とをＰＷＭコンパレータ１８で比較し、ＰＷＭ信号を生成し、主スイッチドライバ１９へ伝達する。主スイッチドライバ１９へのＰＷＭ信号にしたがい、主スイッチ２０がオンオフ制御されることで出力電圧が一定に保たれる。次に、昇圧スイッチング電源におけるソフトスタート機能と短絡保護機能について説明する。ここでは、短絡保護方式はより一般的なエラーアンプ出力型とする。基本的な動作は背景技術で述べた動作と同じである。しかし、昇圧電源は主スイッチ２０を停止した状態でもパワーインダクタ５と整流用ダイオード６を介して入力電圧とほぼ等しい電圧が出力端子に出力されるという原理上の差異によって構成が異なる点があるため、それにともない動作が異なる。構成上の差異は、図８に示すようにＩＣ制御信号がオフされてロジック制御部９が停止している時など、主スイッチ２０が動作していない場合でも入力電圧が出力端子に出力されないように入力電源と出力端子の間にロードスイッチ１４が挿入されている点である。また、同様の理由から、ロジック制御部９には負荷２の短絡を検出したときに主スイッチ２０だけでなくロードスイッチ１４も停止するようなロジックが組まれている点も異なる点である。 FIG. 8 shows a conventional configuration of a step-up switching power supply that outputs a voltage higher than the input voltage. First, a basic operation for keeping the output voltage constant will be described. An error between the voltage of the reference power supply unit 15 and the output voltage fed back by the steady output feedback resistor 8 is amplified by the error amplifier 16, and the output voltage and the output voltage of the triangular wave oscillator 17 are compared by the PWM comparator 18. A signal is generated and transmitted to the main switch driver 19. According to the PWM signal to the main switch driver 19, the main switch 20 is controlled to be turned on / off, so that the output voltage is kept constant. Next, a soft start function and a short circuit protection function in the step-up switching power supply will be described. Here, the short-circuit protection method is a more general error amplifier output type. The basic operation is the same as that described in the background art. However, the booster power supply has a different configuration due to the principle difference that a voltage substantially equal to the input voltage is output to the output terminal via the power inductor 5 and the rectifying diode 6 even when the main switch 20 is stopped. The operation differs accordingly. The difference in configuration is that the input voltage is not output to the output terminal even when the main switch 20 is not operating, such as when the IC control signal is turned off and the logic control unit 9 is stopped as shown in FIG. The load switch 14 is inserted between the input power source and the output terminal. Further, for the same reason, the logic control unit 9 is different in that it has a logic that stops not only the main switch 20 but also the load switch 14 when a short circuit of the load 2 is detected.

次に、図９に示す各部の波形を用いて、昇圧スイッチング電源におけるソフトスタート機能と短絡保護機能について詳細に説明する。ＩＣ制御信号がオフされている起動前（期間１）はロジック制御部９が停止しているためコントローラＩＣ４はすべて停止しており、ロードスイッチ１４の働きにより入力電圧にかかわらず出力端子の電位はゼロである。ＩＣ制御信号がオンされると（期間２）ロジック制御部９が起動し、定電流源５０１からソフトスタートコンデンサ５０２に電荷を充電することによりソフトスタート電圧が徐々に立ち上がり始める。そのソフトスタート電圧と定常出力用帰還抵抗８から帰還される帰還電圧に応じて主スイッチドライバ１９を制御することで主スイッチ２０がオン／オフ制御される。しかし、一方でＩＣ制御信号のオンと同時にロジック制御部９がロードスイッチ１４のドライバ１３を制御してロードスイッチ１４をオンするため、実際には出力端子には入力電圧にほぼ等しい電圧が出力される。その後入力電圧に相当する電圧までソフトスタート電圧が立ち上がると（期間３）、出力電圧はソフトスタート電圧の上昇にしたがって徐々に上昇を始める。ソフトスタート電圧が基準電源部１５の電圧に達した後は（期間４）、出力電圧は設定電圧で一定電圧となる。 Next, the soft start function and the short-circuit protection function in the step-up switching power supply will be described in detail with reference to waveforms of respective parts shown in FIG. Before starting (period 1) when the IC control signal is turned off, the logic control unit 9 is stopped, so that the controller IC 4 is all stopped, and the load switch 14 functions so that the potential of the output terminal is equal regardless of the input voltage. Zero. When the IC control signal is turned on (period 2), the logic control unit 9 is activated, and the soft start voltage gradually starts to rise by charging the soft start capacitor 502 from the constant current source 501. The main switch 20 is turned on / off by controlling the main switch driver 19 according to the soft start voltage and the feedback voltage fed back from the steady output feedback resistor 8. However, on the other hand, since the logic control unit 9 controls the driver 13 of the load switch 14 to turn on the load switch 14 at the same time when the IC control signal is turned on, a voltage substantially equal to the input voltage is actually output to the output terminal. The Thereafter, when the soft start voltage rises to a voltage corresponding to the input voltage (period 3), the output voltage starts to gradually increase as the soft start voltage increases. After the soft start voltage reaches the voltage of the reference power supply unit 15 (period 4), the output voltage becomes a constant voltage at the set voltage.

ここで、各期間における短絡保護機能の動作に注目することにする。期間１においては、起動前であるためエラーアンプ１６の出力はゼロであり短絡保護機能は非動作である。期間３、４においては、エラーアンプ１６の出力は正常範囲内にあり、短絡保護機能は有効な状態となっている。しかしながら期間２においては、ソフトスタート電圧が徐々に立ち上がり始めたばかりなのに対して出力電圧が入力電圧まで急激に立ち上がるため、エラーアンプ１６の出力がゼロのままで正常範囲内まで上昇してこないという現象が起こる。正常な起動動作を行っているにもかかわらず、あたかも出力が異常になったかのような動作を行うため、正常動作と異常動作との区別をつけることができず、期間２においては短絡保護機能を無効にする必要がある。したがって、負荷２が短絡した状態でＩＣ制御信号をオンすると、短絡保護機能が無効になっている期間に素子に過大な短絡電流が流れ、素子の信頼性の低下や、最悪の場合発煙・発火や素子の破損という問題が発生する可能性がある。この問題はエラーアンプ入力型でも同様に発生する。 Here, attention is paid to the operation of the short-circuit protection function in each period. In period 1, since it is before starting, the output of the error amplifier 16 is zero and the short-circuit protection function is inactive. In periods 3 and 4, the output of the error amplifier 16 is within the normal range, and the short-circuit protection function is in an effective state. However, in period 2, the soft start voltage has just started to rise, whereas the output voltage suddenly rises to the input voltage, so that the error amplifier 16 output remains zero and does not rise to the normal range. Occur. In spite of normal start-up operation, the operation is as if the output has become abnormal, so it is not possible to distinguish between normal operation and abnormal operation. Must be disabled. Therefore, if the IC control signal is turned on while the load 2 is short-circuited, an excessive short-circuit current flows in the element during the period when the short-circuit protection function is disabled, and the reliability of the element is deteriorated. In the worst case, smoke or ignition occurs. There is a possibility that a problem of damage to the device or the element may occur. This problem also occurs in the error amplifier input type.

本発明は、この問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、ソフトスタート中でも短絡保護機能を有効にすることができる電源装置を提供することである。 The present invention has been made to solve this problem, and an object of the present invention is to provide a power supply device capable of enabling a short-circuit protection function even during soft start.

本発明の電源装置は、基準電圧を生成する基準電源部と、入力電源及び出力端子間に接続されるインダクタに流す電流を制御可能な主スイッチと、前記入力電源及び前記出力端子間に接続されるロードスイッチと、出力電圧が段階的に大きくなるソフトスタート電圧を生成し、前記基準電圧と前記ソフトスタート電圧のうち低い方を出力するソフトスタート部と、前記ソフトスタート部の出力と前記出力端子に接続される帰還抵抗の分圧電圧の差を増幅する誤差増幅器と、前記誤差増幅器の出力に基づいて前記主スイッチを制御する主スイッチドライバと、前記ロードスイッチを制御するロードスイッチドライバと、前記誤差増幅器の出力電圧に基づいて、前記主スイッチ及び前記ロードスイッチをオフにするように前記主スイッチドライバおよび前記ロードスイッチドライバを制御する短絡保護部と、前記ソフトスタート電圧が所定の電圧より低いときに、前記帰還抵抗を変更する帰還抵抗変更部を有することを特徴とする。 The power supply device of the present invention is connected between a reference power supply unit that generates a reference voltage, a main switch that can control a current flowing through an inductor connected between the input power supply and the output terminal, and the input power supply and the output terminal. Load switch, generating a soft start voltage whose output voltage increases stepwise, outputting a lower one of the reference voltage and the soft start voltage, an output of the soft start unit, and the output terminal An error amplifier that amplifies a difference between the divided voltages of the feedback resistors connected to the main switch driver that controls the main switch based on an output of the error amplifier, a load switch driver that controls the load switch, and The main switch driver is configured to turn off the main switch and the load switch based on an output voltage of an error amplifier. A short circuit protection unit that controls the pre-said load switch driver, when the soft start voltage is lower than a predetermined voltage, and having a feedback resistor changing unit for changing the feedback resistor.

本発明の電源装置は、第１の基準電圧を生成する第１の基準電源部と、第２の基準電圧を生成する第２の基準電源部と、入力電源及び出力端子間に接続されるインダクタに流す電流を制御可能な主スイッチと、前記入力電源及び前記出力端子間に接続されるロードスイッチと、前記基準電圧と前記出力端子に接続される帰還抵抗の分圧電圧の差を増幅する誤差増幅器と、前記誤差増幅器の出力に基づいて前記主スイッチを制御する主スイッチドライバと、前記ロードスイッチを制御するロードスイッチドライバと、出力電圧が段階的に大きくなるソフトスタート電圧を生成するソフトスタート電圧生成部と、前記第２の基準電圧と前記ソフトスタート電圧とのうち高い方を出力する出力部と、前記出力部から出力される電圧と前記第１の基準電圧の低い方を前記誤差増幅器の非反転入力端子に入力するソフトスタート部と、前記誤差増幅器の出力電圧に基づいて、前記主スイッチ及び前記ロードスイッチをオフにするように前記主スイッチドライバおよび前記ロードスイッチドライバを制御する短絡保護部とを有することを特徴とする。 A power supply apparatus according to the present invention includes a first reference power supply unit that generates a first reference voltage, a second reference power supply unit that generates a second reference voltage, and an inductor connected between an input power supply and an output terminal. An error that amplifies the difference between the divided voltage of the main switch that can control the current flowing through the load switch connected between the input power source and the output terminal, and the feedback resistor connected to the reference voltage and the output terminal An amplifier, a main switch driver that controls the main switch based on the output of the error amplifier, a load switch driver that controls the load switch, and a soft start voltage that generates a soft start voltage in which the output voltage increases stepwise A generating unit; an output unit that outputs a higher one of the second reference voltage and the soft start voltage; a voltage output from the output unit; and the first reference A soft start unit that inputs a lower pressure to the non-inverting input terminal of the error amplifier, and the main switch driver and the load switch to turn off the main switch and the load switch based on an output voltage of the error amplifier. And a short-circuit protection unit that controls the load switch driver.

本発明の電源装置は、入力電源及び出力端子間に接続されるインダクタに流す電流を制御可能な主スイッチと、前記入力電源及び前記出力端子間に接続されるロードスイッチと、出力電圧が段階的に大きくなるソフトスタート電圧を生成するソフトスタート部と、起動後の所定期間は、前記出力端子の電圧が前記入力電源の電圧と等しくなるように、前記ソフトスタート電圧を設定するソフトスタート電圧設定部と、前記ソフトスタート部の出力と前記出力端子に接続される帰還抵抗の分圧電圧の差を増幅する誤差増幅器と、前記誤差増幅器の出力に基づいて前記主スイッチを制御する主スイッチドライバと、前記ロードスイッチを制御するロードスイッチドライバと、前記誤差増幅器の出力電圧に基づいて、前記主スイッチ及び前記ロードスイッチをオフにするように前記主スイッチドライバおよび前記ロードスイッチドライバを制御する短絡保護部とを有することを特徴とする。 The power supply device of the present invention includes a main switch capable of controlling a current flowing in an inductor connected between an input power supply and an output terminal, a load switch connected between the input power supply and the output terminal, and an output voltage in a stepwise manner. And a soft start voltage setting unit that sets the soft start voltage so that the voltage of the output terminal becomes equal to the voltage of the input power source for a predetermined period after startup. An error amplifier that amplifies the difference between the divided voltage of the feedback resistor connected to the output of the soft start unit and the output terminal, a main switch driver that controls the main switch based on the output of the error amplifier, A load switch driver for controlling the load switch; and the main switch and the load based on an output voltage of the error amplifier. And having a short circuit protection unit that controls the main switch driver and the load switch driver to turn off the switch.

ソフトスタート中でも短絡保護機能を有効にすることが可能になることにより、短絡状態で起動しても迅速に保護機能を動作させ、より安全に停止することができる。 By enabling the short-circuit protection function even during the soft start, the protection function can be operated quickly and stopped more safely even when starting in a short-circuit state.

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態をデジタルカメラの昇圧スイッチング電源回路に適用した例を図１のブロック図を用いて説明する。本発明の第１の実施形態においては、電力を供給するバッテリ（入力電源）１と、センサなどの負荷２と、その負荷２に入力電源１の電圧（入力電圧）より高い電圧を出力端子から出力する昇圧電源部３を有している。 (First embodiment)
Hereinafter, an example in which the first embodiment of the present invention is applied to a step-up switching power supply circuit of a digital camera will be described with reference to the block diagram of FIG. In the first embodiment of the present invention, a battery (input power source) 1 that supplies power, a load 2 such as a sensor, and a voltage higher than the voltage (input voltage) of the input power source 1 is applied to the load 2 from the output terminal. It has a boosting power supply unit 3 for outputting.

昇圧電源部３は、安定した電圧を出力制御するためのコントローラＩＣ４、電圧変換用のパワーインダクタ５、整流用ダイオード６、平滑コンデンサ７、出力電圧を設定出力電圧に応じて分圧する定常出力用帰還抵抗８を有する。ロードスイッチ１４は、入力電源１及び出力電圧Ｖｏの端子（出力端子）間に接続される。インダクタ５は、入力電源１及び出力端子間に接続される。負荷２は、出力端子に接続される。帰還抵抗８及び１０２は、出力端子及びグランド間に接続され、出力電圧を分圧する。 The step-up power supply unit 3 includes a controller IC 4 for controlling output of a stable voltage, a power converter 5 for voltage conversion, a rectifying diode 6, a smoothing capacitor 7, and a feedback for steady output that divides the output voltage according to a set output voltage. It has a resistor 8. The load switch 14 is connected between the input power supply 1 and the terminal (output terminal) of the output voltage Vo. The inductor 5 is connected between the input power supply 1 and the output terminal. The load 2 is connected to the output terminal. The feedback resistors 8 and 102 are connected between the output terminal and the ground, and divide the output voltage.

コントローラＩＣ４は、ロジック制御部９、出力電圧を一定に出力する帰還制御部１０、起動時に出力電圧を徐々に立ち上げるソフトスタート部１１、短絡保護部１２、ソフトスタート中でも短絡保護部１２を有効にするための帰還切替部１０１を有する。ロジック制御部９は、ＩＣ制御信号にしたがってコントローラＩＣ４全体の動作の制御を行う。短絡保護部１２は、エラーアンプ（誤差増幅器）１６の出力を監視し、その出力が、設定電圧に対して設定範囲外となる状態が設定時間以上継続する場合には主スイッチドライバ１９を制御して主スイッチ２０およびロードスイッチ１４を停止（オフ）する。短絡保護部１２は、ソフトスタート部１１の動作中においても有効に動作する。 The controller IC 4 enables the logic control unit 9, the feedback control unit 10 that outputs the output voltage at a constant level, the soft start unit 11 that gradually raises the output voltage at startup, the short circuit protection unit 12, and the short circuit protection unit 12 even during the soft start. A feedback switching unit 101 is provided. The logic control unit 9 controls the operation of the entire controller IC 4 according to the IC control signal. The short-circuit protection unit 12 monitors the output of the error amplifier (error amplifier) 16 and controls the main switch driver 19 when the output is outside the set range with respect to the set voltage for a set time or longer. The main switch 20 and the load switch 14 are stopped (turned off). The short-circuit protection unit 12 operates effectively even during operation of the soft start unit 11.

帰還制御部１０は、ロジック制御部９の制御信号にしたがってロードスイッチ１４への制御信号を生成するロードスイッチ１４のドライバ１３、その制御信号に従ってオンオフ動作を行うロードスイッチ１４を有する。さらに、帰還制御部１０は、帰還切替部１０１によって選択された電圧の前記基準電源部１５の電圧に対する誤差を増幅するエラーアンプ１６を有する。エラーアンプ１６は、非反転入力端子に切り替えスイッチ５０４が接続され、反転入力端子に前記切り替えスイッチ１０４が接続され、基準電源部１５の電圧と帰還抵抗８又は１０２の分圧電圧の差を増幅する。基準電源部１５は、正確な電圧を出力するための基準の電圧を生成する。さらに、帰還制御部１０は、エラーアンプ１６の出力と三角波発振器１７の出力を比較してＰＷＭ信号を生成するＰＷＭコンパレータ１８、前記ＰＷＭ信号に応じて主スイッチ２０への制御信号を生成する主スイッチドライバ１９を有する。さらに、帰還制御部１０は、主スイッチドライバ１９の制御信号にしたがいパワーインダクタ５に流す電流のオンオフ制御を行う主スイッチ２０を有する。ＰＷＭは、パルス幅変調である。 The feedback control unit 10 includes a driver 13 of the load switch 14 that generates a control signal to the load switch 14 according to the control signal of the logic control unit 9, and a load switch 14 that performs an on / off operation according to the control signal. Further, the feedback control unit 10 includes an error amplifier 16 that amplifies an error of the voltage selected by the feedback switching unit 101 with respect to the voltage of the reference power supply unit 15. The error amplifier 16 has a changeover switch 504 connected to a non-inverting input terminal and the changeover switch 104 connected to an inverting input terminal, and amplifies the difference between the voltage of the reference power supply unit 15 and the divided voltage of the feedback resistor 8 or 102. . The reference power supply unit 15 generates a reference voltage for outputting an accurate voltage. Further, the feedback control unit 10 compares the output of the error amplifier 16 and the output of the triangular wave oscillator 17 to generate a PWM signal, and a main switch that generates a control signal to the main switch 20 according to the PWM signal. A driver 19 is included. Further, the feedback control unit 10 includes a main switch 20 that performs on / off control of a current flowing through the power inductor 5 in accordance with a control signal of the main switch driver 19. PWM is pulse width modulation.

ソフトスタート部１１は、定電流源５０１とソフトスタートコンデンサ５０２、およびソフトスタートコンデンサ５０２への充電をロジック制御部９の制御にしたがってオンオフ制御する充電スイッチ５０５を有する。定電流源５０１は、起動時に出力電圧を徐々に立ち上げるためのソフトスタート電圧を生成する。ソフトスタート部１１は、基準電源部１５を電源とし、起動時に出力電圧Ｖｏが段階的に大きくなるようにエラーアンプ１６の非反転入力端子の電圧を制御する。 The soft start unit 11 includes a constant current source 501, a soft start capacitor 502, and a charging switch 505 that controls on / off of charging of the soft start capacitor 502 according to the control of the logic control unit 9. The constant current source 501 generates a soft start voltage for gradually raising the output voltage at startup. The soft start unit 11 uses the reference power source unit 15 as a power source, and controls the voltage at the non-inverting input terminal of the error amplifier 16 so that the output voltage Vo increases stepwise at startup.

コンパレータ５０３は、定常出力用の一定基準電源部１５の電圧と、定電流源５０１によるソフトスタートコンデンサ５０２への充電等を利用して起動時に徐々に電圧電圧を上げていくソフトスタート電圧の、いずれか低い方を判定する。そして、該当する方を切り替えスイッチ５０４でエラーアンプ１６の非反転端子に入力する。これにより、起動時にはソフトスタート電圧がエラーアンプ１６に入力され、ソフトスタート電圧が基準電源部１５の電圧に達すると定常出力用の一定基準電源部１５の電圧に切り替わる。出力電圧はエラーアンプ１６の非反転入力端子の電圧を基準に制御されるため、出力電圧もエラーアンプ１６の非反転入力端子の挙動にしたがい、徐々に立ち上がった後に目標電圧に達すると一定値になる。 The comparator 503 uses either the voltage of the constant reference power supply unit 15 for steady output and the soft start voltage that gradually increases the voltage voltage at the start-up using charging of the soft start capacitor 502 by the constant current source 501 or the like. The lower one is judged. Then, the corresponding one is input to the non-inverting terminal of the error amplifier 16 by the changeover switch 504. As a result, the soft start voltage is input to the error amplifier 16 at the time of startup, and when the soft start voltage reaches the voltage of the reference power supply unit 15, the voltage is switched to the voltage of the constant reference power supply unit 15 for steady output. Since the output voltage is controlled based on the voltage at the non-inverting input terminal of the error amplifier 16, the output voltage also follows the behavior of the non-inverting input terminal of the error amplifier 16, and reaches a target value when it reaches the target voltage after gradually rising. Become.

帰還切替部１０１は、出力電圧が入力電圧に等しくなるよう分圧比が選択されたソフトスタート用帰還抵抗１０２、ソフトスタートレベル判定部１０３、帰還切替スイッチ１０４を有している。ソフトスタートレベル判定部１０３は、ソフトスタート電圧レベルを監視し、ソフトスタート電圧レベルが入力電圧に相当する電圧より高いか低いかを判定する。帰還切替スイッチ１０４は、ソフトスタートレベル判定部１０３によってソフトスタート部１１の電圧レベルが入力電源１の電圧に相当する電圧（閾値）より低いと判定された場合にはソフトスタート用帰還抵抗１０２をエラーアンプ１６の反転端子に接続する。そして、高いと判定された場合には定常出力用帰還抵抗８をエラーアンプ１６の反転端子に接続する。ソフトスタート用帰還抵抗１０２は、入力電源１の電圧と等しい電圧を生成し、定常出力用帰還抵抗８は出力端子の電圧Ｖｏを設定するための抵抗である。 The feedback switching unit 101 includes a soft-start feedback resistor 102, a soft-start level determination unit 103, and a feedback switching switch 104 whose voltage dividing ratio is selected so that the output voltage becomes equal to the input voltage. The soft start level determination unit 103 monitors the soft start voltage level and determines whether the soft start voltage level is higher or lower than a voltage corresponding to the input voltage. When the soft start level determination unit 103 determines that the voltage level of the soft start unit 11 is lower than the voltage (threshold value) corresponding to the voltage of the input power supply 1, the feedback changeover switch 104 causes the soft start feedback resistor 102 to error. Connect to the inverting terminal of the amplifier 16. If it is determined that the value is high, the steady output feedback resistor 8 is connected to the inverting terminal of the error amplifier 16. The soft-start feedback resistor 102 generates a voltage equal to the voltage of the input power supply 1, and the steady-state output feedback resistor 8 is a resistor for setting the output terminal voltage Vo.

設定出力電圧をＶｏ、基準電源部１５の電圧をＶ_ref、定常出力用帰還抵抗８をＲ１、Ｒ２とすると、定常出力用帰還抵抗８が接続されているときのエラーアンプ１６の反転端子電圧Ｖ_INEは式２で表される。エラーアンプ１６の働きにより、Ｖ_INEがＶ_refと等しくなるよう動作するため、式３の数式が成り立つ。したがって、Ｒ１、Ｒ２は式４を満たすように選択すればよい。同様に、ソフトスタート用帰還抵抗１０２をＲ３、Ｒ４とすると、ソフトスタート用帰還抵抗１０２が接続されているときには、Ｖ_INEは式５で表される。出力電圧Ｖｏが入力電圧Ｖｉにほぼ等しくなるため、ソフトスタート用帰還抵抗１０２であるＲ３、Ｒ４は式６を満たすように選択すればよい。 When the set output voltage is Vo, the voltage of the reference power supply unit 15 is V _ref , and the steady output feedback resistor 8 is R1 and R2, the inverting terminal voltage V of the error amplifier 16 when the steady output feedback resistor 8 is connected. _INE is expressed by Equation 2. Since the error amplifier 16 operates so that V _INE becomes equal to V _ref , Equation 3 is established. Therefore, R1 and R2 may be selected so as to satisfy Expression 4. Similarly, assuming that the soft-start feedback resistor 102 is R3 and R4, V _INE is expressed by Equation 5 when the soft-start feedback resistor 102 is connected. Since the output voltage Vo is substantially equal to the input voltage Vi, R3 and R4 which are the soft-start feedback resistors 102 may be selected so as to satisfy Equation 6.

昇圧型のスイッチング電源は、入力電圧よりも高い電圧を出力し、出力電圧を一定に保つ。エラーアンプ１６には、起動時にはソフトスタート用帰還抵抗１０２が接続され、ソフトスタート電圧が入力電圧に相当する電圧より高くなると、定常出力用帰還抵抗８が接続される。まず、エラーアンプ１６に定常出力用帰還抵抗８が接続され、出力電圧が一定になる動作を説明する。エラーアンプ１６は、基準電源部１５の電圧と定常出力用帰還抵抗８によって帰還された出力電圧との誤差を増幅する。ＰＷＭコンパレータ１８は、その出力電圧と三角波発振器１７の出力電圧とを比較し、ＰＷＭ信号を生成し、主スイッチドライバ１９へ伝達する。主スイッチドライバ１９は、ＰＷＭ信号にしたがい、主スイッチ２０をオンオフ制御し、出力電圧を一定に保つ。 The step-up switching power supply outputs a voltage higher than the input voltage and keeps the output voltage constant. A soft start feedback resistor 102 is connected to the error amplifier 16 at the time of start-up, and a steady output feedback resistor 8 is connected when the soft start voltage becomes higher than a voltage corresponding to the input voltage. First, an operation in which the steady output feedback resistor 8 is connected to the error amplifier 16 and the output voltage becomes constant will be described. The error amplifier 16 amplifies an error between the voltage of the reference power supply unit 15 and the output voltage fed back by the steady output feedback resistor 8. The PWM comparator 18 compares the output voltage with the output voltage of the triangular wave oscillator 17, generates a PWM signal, and transmits it to the main switch driver 19. The main switch driver 19 performs on / off control of the main switch 20 according to the PWM signal, and keeps the output voltage constant.

次に、昇圧スイッチング電源におけるソフトスタート機能と短絡保護機能について説明する。昇圧電源は主スイッチ２０を停止した状態でもパワーインダクタ５と整流用ダイオード６を介して入力電圧とほぼ等しい電圧が出力端子に出力されるので、ロードスイッチ１４を停止する必要がある。ＩＣ制御信号がオフされてロジック制御部９が停止している時など、主スイッチ２０が動作していない場合でも入力電圧が出力端子に出力されないように入力電源と出力端子の間にロードスイッチ１４が挿入されている。また、ロジック制御部９には負荷２の短絡を検出したときに主スイッチ２０だけでなくロードスイッチ１４も停止する。 Next, a soft start function and a short circuit protection function in the step-up switching power supply will be described. Even when the main switch 20 is stopped, the boost power supply outputs a voltage substantially equal to the input voltage via the power inductor 5 and the rectifying diode 6 to the output terminal, so it is necessary to stop the load switch 14. The load switch 14 is connected between the input power source and the output terminal so that the input voltage is not output to the output terminal even when the main switch 20 is not operating, such as when the IC control signal is turned off and the logic control unit 9 is stopped. Has been inserted. The logic control unit 9 stops not only the main switch 20 but also the load switch 14 when a short circuit of the load 2 is detected.

ＩＣ制御信号がオフされている起動前（期間１）はロジック制御部９が停止しているためコントローラＩＣ４はすべて停止しており、ロードスイッチ１４の働きにより入力電圧にかかわらず出力端子の電位はゼロである。ＩＣ制御信号がオンされると（期間２）ロジック制御部９が起動し、定電流源５０１からソフトスタートコンデンサ５０２に電荷を充電することによりソフトスタート電圧が徐々に立ち上がり始める。そのソフトスタート電圧とソフトスタート用帰還抵抗１０２から帰還される帰還電圧に応じて主スイッチドライバ１９を制御することで主スイッチ２０がオン／オフ制御される。一方で、ＩＣ制御信号のオンと同時にロジック制御部９がロードスイッチ１４のドライバ１３を制御してロードスイッチ１４をオンするため、実際には出力端子には入力電圧にほぼ等しい電圧が出力される。その後、入力電圧に相当する電圧までソフトスタート電圧が立ち上がると（期間３）、ソフトスタートレベル判定部１０３は、定常出力用帰還抵抗８をエラーアンプ１６に接続する。出力電圧はソフトスタート電圧の上昇にしたがって徐々に上昇を始める。ソフトスタート電圧が基準電源部１５の電圧に達した後は（期間４）、出力電圧は設定電圧で一定電圧となる。 Before starting (period 1) when the IC control signal is turned off, the logic control unit 9 is stopped, so that the controller IC 4 is all stopped, and the load switch 14 functions so that the potential of the output terminal is equal regardless of the input voltage. Zero. When the IC control signal is turned on (period 2), the logic control unit 9 is activated, and the soft start voltage gradually starts to rise by charging the soft start capacitor 502 from the constant current source 501. The main switch 20 is turned on / off by controlling the main switch driver 19 in accordance with the soft start voltage and the feedback voltage fed back from the soft start feedback resistor 102. On the other hand, since the logic control unit 9 controls the driver 13 of the load switch 14 to turn on the load switch 14 at the same time when the IC control signal is turned on, a voltage substantially equal to the input voltage is actually output to the output terminal. . Thereafter, when the soft start voltage rises to a voltage corresponding to the input voltage (period 3), the soft start level determination unit 103 connects the steady-state output feedback resistor 8 to the error amplifier 16. The output voltage begins to increase gradually as the soft start voltage increases. After the soft start voltage reaches the voltage of the reference power supply unit 15 (period 4), the output voltage becomes a constant voltage at the set voltage.

本実施形態によれば、起動時にロードスイッチ１４によって出力端子に入力電圧にほぼ等しい電圧が出力されても、エラーアンプ１６にはソフトスタート用帰還抵抗１０２が接続される。そのため、エラーアンプ１６の出力は正常範囲内となり、負荷２の短絡検出が可能となる。したがって、負荷２が短絡した状態で起動しても、迅速に短絡を検出し、主スイッチ２０およびロードスイッチ１４を停止することが可能となり、素子の信頼性低下や破損、発煙・発火を防ぐことができる。また、ソフトスタート電圧が入力電圧に相当する電圧より高くなると、定常出力用帰還抵抗８に接続が切り替えられるため、従来方式と同様に設定電圧が出力される。 According to the present embodiment, the soft-start feedback resistor 102 is connected to the error amplifier 16 even when the load switch 14 outputs a voltage substantially equal to the input voltage to the output terminal during startup. Therefore, the output of the error amplifier 16 is within the normal range, and the short circuit of the load 2 can be detected. Therefore, even when the load 2 is started in a short-circuited state, it is possible to quickly detect a short-circuit and stop the main switch 20 and the load switch 14, thereby preventing deterioration of element reliability, damage, smoke generation / ignition. Can do. Further, when the soft start voltage becomes higher than the voltage corresponding to the input voltage, the connection is switched to the steady output feedback resistor 8, so that the set voltage is output as in the conventional method.

以上のように、本実施形態によれば、定常出力用帰還抵抗８とソフトスタート用帰還抵抗１０２の２つを設け、ソフトスタート電位によってこれらを切り替える。 As described above, according to the present embodiment, the steady output feedback resistor 8 and the soft start feedback resistor 102 are provided and switched according to the soft start potential.

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態をデジタルカメラの昇圧スイッチング電源回路に適用した例を図２のブロック図を用いて説明する。本発明の第２の実施形態は、第１の実施形態と類似しているが、異なるのは帰還切替部１０１が基準電圧切替部２０１になっている点である。基準電圧切替部２０１は、ソフトスタート用基準電源部２０２と、ソフトスタートレベル判定部１０３、及び基準切替スイッチ２０３を有している。ソフトスタートレベル判定部１０３は、ソフトスタート電圧レベルを監視してソフトスタート電圧レベルが入力電圧に相当する電圧より高いか低いかを判定する。基準切替スイッチ２０３は、ソフトスタートレベル判定部１０３によってソフトスタート部１１の電圧レベルが入力電圧に相当する電圧（閾値）より低いと判定された場合にはソフトスタート用基準電源部２０２を切り替えスイッチ５０４に接続する。そして、高いと判定された場合にはソフトスタート部１１の電圧を切り替えスイッチ５０４に接続する。切り替えスイッチ５０４は、エラーアンプ１６の非反転入力端子に接続される。 (Second Embodiment)
An example in which the second embodiment of the present invention is applied to a step-up switching power supply circuit of a digital camera will be described below with reference to the block diagram of FIG. The second embodiment of the present invention is similar to the first embodiment, except that the feedback switching unit 101 is a reference voltage switching unit 201. The reference voltage switching unit 201 includes a soft start reference power supply unit 202, a soft start level determination unit 103, and a reference changeover switch 203. The soft start level determination unit 103 monitors the soft start voltage level to determine whether the soft start voltage level is higher or lower than a voltage corresponding to the input voltage. When the soft start level determination unit 103 determines that the voltage level of the soft start unit 11 is lower than a voltage (threshold value) corresponding to the input voltage, the reference switch 203 switches the soft start reference power supply unit 202 to the switch 504. Connect to. When it is determined that the voltage is high, the voltage of the soft start unit 11 is connected to the changeover switch 504. The changeover switch 504 is connected to the non-inverting input terminal of the error amplifier 16.

ソフトスタート部１１は、基準電源部１５を電源とし、起動時に出力端子の電圧Ｖｏが段階的に大きくなるようにエラーアンプ１６の非反転入力電圧を制御する。ソフトスタート用基準電源部２０２は入力電源１の電圧と等しい電圧を出力し、基準電源部１５は出力端子の電圧Ｖｏを設定するための電圧を出力する。 The soft start unit 11 uses the reference power supply unit 15 as a power source, and controls the non-inverting input voltage of the error amplifier 16 so that the voltage Vo of the output terminal increases stepwise at the time of startup. The soft start reference power supply unit 202 outputs a voltage equal to the voltage of the input power supply 1, and the reference power supply unit 15 outputs a voltage for setting the voltage Vo of the output terminal.

出力設定電圧をＶｏ、基準電源部１５の電圧をＶ_ref、ソフトスタート用基準電源部２０２の電圧をＶ_ref2とすると、定常出力時におけるエラーアンプ１６の反転入力端子の電圧Ｖ_INEは第１の実施形態と同様に式２で表される。そのときにはエラーアンプ１６の非反転入力の電位はＶ_refになっていることから、式３が成り立つ。一方、ソフトスタート期間中は出力端子に入力電圧とほぼ等しい電圧が出力されていることから、Ｖ_INEは式７で表される。このときエラーアンプ１６の非反転入力端子にはソフトスタート用基準電源部２０２が接続されていることから、式８が成り立つ。式３と式７から、Ｖ_ref2は式９で表される電圧に設定すればよい。 Assuming that the output set voltage is Vo, the voltage of the reference power supply unit 15 is V _ref , and the voltage of the soft start reference power supply unit 202 is V _ref2 , the voltage V _INE of the inverting input terminal of the error amplifier 16 at the time of steady output is the first. Similar to the embodiment, it is expressed by Formula 2. At that time, since the potential of the non-inverting input of the error amplifier 16 is V _ref , Equation 3 is satisfied. On the other hand, since a voltage substantially equal to the input voltage is output to the output terminal during the soft start period, V _INE is expressed by Equation 7. At this time, since the soft start reference power supply unit 202 is connected to the non-inverting input terminal of the error amplifier 16, Expression 8 is satisfied. From Equation 3 and Equation 7, V _ref2 may be set to the voltage represented by Equation 9.

本実施形態によれば、起動時にロードスイッチ１４によって出力端子に入力電圧にほぼ等しい電圧が出力されても、エラーアンプ１６にはソフトスタート用基準電源部２０２が接続される。そのため、エラーアンプ１６の出力は正常範囲内となり、負荷２の短絡検出が可能となる。したがって、負荷２が短絡した状態で起動しても、迅速に短絡を検出し、主スイッチ２０およびロードスイッチ１４を停止することが可能となり、素子の信頼性低下や破損、発煙・発火を防ぐことができる。また、ソフトスタート電圧が入力電圧に相当する電圧より高くなると、基準電源部１５に接続が切り替えられるため、従来方式と同様に設定電圧が出力される。 According to the present embodiment, the soft start reference power supply unit 202 is connected to the error amplifier 16 even when the load switch 14 outputs a voltage substantially equal to the input voltage to the output terminal at the time of startup. Therefore, the output of the error amplifier 16 is within the normal range, and the short circuit of the load 2 can be detected. Therefore, even when the load 2 is started in a short-circuited state, it is possible to quickly detect a short-circuit and stop the main switch 20 and the load switch 14, thereby preventing deterioration of element reliability, damage, smoke generation / ignition. Can do. Further, when the soft start voltage becomes higher than the voltage corresponding to the input voltage, the connection is switched to the reference power supply unit 15, so that the set voltage is output as in the conventional method.

以上のように、本実施形態によれば、定常出力用基準電源部１５とソフトスタート用基準電源部２０２の２つを設け、ソフトスタート電位によってこれらを切り替える。 As described above, according to this embodiment, the steady output reference power supply unit 15 and the soft start reference power supply unit 202 are provided, and these are switched according to the soft start potential.

（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態をデジタルカメラの昇圧スイッチング電源回路に適用した例を図３のブロック図を用いて説明する。本発明の第３の実施形態は、第２の実施形態と類似しているが、異なるのはソフトスタート部１１のソフトスタート電圧の生成方法が定電流源５０１とソフトスタートコンデンサ５０２ではなく、基準電源部１５の電圧を基準としたＤＡＣ３０１である点である。さらに、異なるのは、ソフトスタートレベル判定部１０３がない点、および基準電圧切替部２０１がＤＡＣ指令値生成部３０２になっている点である。ＤＡＣは、デジタル値に応じてアナログ電圧を出力するデジタルアナログ変換器である。 (Third embodiment)
Hereinafter, an example in which the third embodiment of the present invention is applied to a step-up switching power supply circuit of a digital camera will be described with reference to the block diagram of FIG. The third embodiment of the present invention is similar to the second embodiment except that the soft start voltage generation method of the soft start unit 11 is not the constant current source 501 and the soft start capacitor 502 but the reference. The DAC 301 is based on the voltage of the power supply unit 15. Further, the difference is that there is no soft start level determination unit 103 and the reference voltage switching unit 201 is a DAC command value generation unit 302. The DAC is a digital-to-analog converter that outputs an analog voltage according to a digital value.

ＤＡＣ３０１の分解能をｎ、基準電源部１５の電圧をＶ_ref、ＤＡＣ指令値生成部３０２のＤＡＣ指令値をＣｏｄｅとすると、ＤＡＣ３０１の出力電圧Ｖ_DACは式１０で表される。ソフトスタートコンデンサ５０２と定電流源５０１のソフトスタート方式の時と同様に、コントローラＩＣ４はＶ_DACが最大値Ｖ_refになるときに出力電圧が設定電圧Ｖｏに等しくなるように動作する。そのため、ある電圧Ｖａを出力したいときのＶ_DACは式１１の条件を満たす必要がある。式１０と式１１から、このときのＤＡＣ指令値Ｃｏｄｅ(Ｖａ)は式１２で表される。 Assuming that the resolution of the DAC 301 is n, the voltage of the reference power supply unit 15 is V _ref , and the DAC command value of the DAC command value generation unit 302 is Code, the output voltage V _DAC of the _DAC 301 is expressed by Equation 10. Similarly to the soft start method of the soft start capacitor 502 and the constant current source 501, the controller IC 4 operates so that the output voltage becomes equal to the set voltage Vo when V _DAC reaches the maximum value V _ref . Therefore, the V _DAC for outputting a certain voltage Va needs to satisfy the condition of Equation 11. From Equation 10 and Equation 11, the DAC command value Code (Va) at this time is expressed by Equation 12.

ＤＡＣ指令値生成部（デジタル値出力部）３０２は、起動時から徐々にＶ_DACを上昇させるのではなく、起動直後は入力電圧に等しく、その後は基準電圧まで一次関数的に電圧を上昇する電圧パターンとなるようにＤＡＣ指令値を生成、出力する。 The DAC command value generation unit (digital value output unit) 302 does not gradually increase the V _DAC from the time of startup, but is equal to the input voltage immediately after startup, and thereafter increases to a reference voltage as a linear function. A DAC command value is generated and output so as to form a pattern.

具体的には、起動後の設定期間の間は出力電圧Ｖｏが入力電圧Ｖｉと等しくなるようにＶ_DACを設定するので、ＤＡＣ指令値生成部３０２は、式１２のＶａをＶｉとして式１３で表されるＤＡＣ指令値Ｃｏｄｅ(Ｖｉ)を出力する。また、ＤＡＣ指令値生成部３０２は、前記設定期間の後は、出力端子の電圧Ｖｏが一次関数的に設定電圧まで上昇するようＤＡＣ３０１のデジタル値を出力する。次に、ソフトスタート時間ｔ_ssをかけて一次関数的にＶ_DACをＶ_refまで上昇させる。起動時に式１３で表される指令値Ｃｏｄｅ(Ｖｉ)まで上げているので、最大指令値Ｃｏｄｅ(Ｖｏ)までの残りの指令値は式１４で表される。したがって指令値の傾きａは式１５で表される。ＤＡＣ３０２の更新周期をｔ_loadとすると、式１６で表される１更新周期あたりの指令値増分ΔＣｏｄｅずつ指令値を増加していけばよい。 Specifically, since the V _DAC is set so that the output voltage Vo becomes equal to the input voltage Vi during the setting period after the start-up, the DAC command value generation unit 302 uses Va in Expression 12 as Vi and Expression 13 The represented DAC command value Code (Vi) is output. The DAC command value generation unit 302 outputs the digital value of the DAC 301 after the setting period so that the voltage Vo of the output terminal rises to the setting voltage in a linear function. Next, V _DAC is raised to V _ref in a linear function over the soft start time t _ss . Since the command value Code (Vi) expressed by Equation 13 is raised at the time of startup, the remaining command value up to the maximum command value Code (Vo) is expressed by Equation 14. Therefore, the inclination a of the command value is expressed by Equation 15. If the update cycle of the DAC 302 is t _load , the command value may be increased by the command value increment ΔCode per update cycle expressed by Expression 16.

本実施形態によれば、起動時にロードスイッチ１４によって出力端子に入力電圧にほぼ等しい電圧が出力されても、出力電圧が入力電圧と等しくなるようにＤＡＣ３０１が動作する。そのため、エラーアンプ１６の出力は正常範囲内となり、負荷２の短絡検出が可能となる。したがって、負荷２が短絡した状態で起動しても、迅速に短絡を検出し、主スイッチ２０およびロードスイッチ１４を停止することが可能となり、素子の信頼性低下や破損、発煙・発火を防ぐことができる。 According to this embodiment, the DAC 301 operates so that the output voltage becomes equal to the input voltage even when a voltage substantially equal to the input voltage is output to the output terminal by the load switch 14 at startup. Therefore, the output of the error amplifier 16 is within the normal range, and the short circuit of the load 2 can be detected. Therefore, even when the load 2 is started in a short-circuited state, it is possible to quickly detect a short-circuit and stop the main switch 20 and the load switch 14, thereby preventing deterioration of element reliability, damage, smoke generation / ignition. Can do.

（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態をデジタルカメラの昇圧スイッチング電源回路に適用した例を図４のブロック図を用いて説明する。本発明の第４の実施形態は、第３の実施形態と類似しているが、異なるのはロードスイッチ１４のソフトスタート機能を実現するためのロードスイッチソフトスタート部４０１が追加されている点である。また、ＤＡＣ指令値生成部３０２があるのは第３の実施形態と同じである。しかし、ＤＡＣ指令値生成部３０２は、第３の実施形態のように起動直後には出力電圧が入力電圧Ｖｉと等しくなるような電圧パターンのＤＡＣ指令値ではなく、ロードスイッチ１４のソフトスタート特性に合わせたＤＡＣ指令値を生成する。 (Fourth embodiment)
An example in which the fourth embodiment of the present invention is applied to a step-up switching power supply circuit of a digital camera will be described below with reference to the block diagram of FIG. The fourth embodiment of the present invention is similar to the third embodiment, except that a load switch soft start unit 401 for realizing the soft start function of the load switch 14 is added. is there. The DAC command value generation unit 302 is the same as that in the third embodiment. However, the DAC command value generation unit 302 is not a DAC command value having a voltage pattern in which the output voltage becomes equal to the input voltage Vi immediately after startup as in the third embodiment, but the soft start characteristic of the load switch 14. A combined DAC command value is generated.

ロードスイッチソフトスタート部４０１は、起動時にロードスイッチ１４の入力及び出力間の抵抗値を徐々に小さくする。ＤＡＣ指令値生成部３０２は、起動後の設定期間の間は、出力端子の電圧Ｖｏがロードスイッチソフトスタート部４０１の出力電圧の傾きと等しくなるようなＤＡＣ３０１のデジタル値を出力する。また、ＤＡＣ指令値生成部３０２は、前記設定期間の後は、出力端子の電圧Ｖｏが一次関数的に設定電圧まで上昇するようＤＡＣ３０１のデジタル値を出力する。 The load switch soft start unit 401 gradually decreases the resistance value between the input and output of the load switch 14 at the time of activation. The DAC command value generation unit 302 outputs a digital value of the DAC 301 so that the voltage Vo of the output terminal becomes equal to the slope of the output voltage of the load switch soft start unit 401 during the setting period after activation. The DAC command value generation unit 302 outputs the digital value of the DAC 301 after the setting period so that the voltage Vo of the output terminal rises to the setting voltage in a linear function.

ロードスイッチ１４のソフトスタート時間をｔ_ss2とすると、起動からｔ_ss2の時間をかけて一次関数的に指令値をＣｏｄｅ(Ｖｉ)にすればよいので、指令値の傾きａ₂は式１７で表される。したがって、式１８で表される１更新周期あたりの指令値増分ΔＣｏｄｅ２ずつ指令値を増加していけばよい。その後、上記と同様に式１６で表されるΔＣｏｄｅずつ指令値を増加していけばよい。 When the soft-start time of the load switch 14 and t _ss2, since the primary function to the command value over time of t _ss2 can I Code (Vi) from the boot, the table in the gradient a ₂ of the formula 17 command value Is done. Therefore, it is only necessary to increase the command value by the command value increment ΔCode2 per update cycle expressed by Expression 18. Thereafter, the command value may be increased by ΔCode expressed by Expression 16 in the same manner as described above.

本実施形態によれば、起動時にロードスイッチ１４のソフトスタートによって出力端子に徐々に電圧が出力されても、出力電圧がロードスイッチ１４のソフトスタート特性に等しくなるようにＤＡＣ３０１が動作する。そのため、エラーアンプ１６の出力は正常範囲内となり、負荷２の短絡検出が可能となる。したがって、負荷２が短絡した状態で起動しても、迅速に短絡を検出し、主スイッチ２０およびロードスイッチ１４を停止することが可能となり、素子の信頼性低下や破損、発煙・発火を防ぐことができる。 According to the present embodiment, the DAC 301 operates so that the output voltage becomes equal to the soft start characteristic of the load switch 14 even when a voltage is gradually output to the output terminal due to the soft start of the load switch 14 at startup. Therefore, the output of the error amplifier 16 is within the normal range, and the short circuit of the load 2 can be detected. Therefore, even when the load 2 is started in a short-circuited state, it is possible to quickly detect a short-circuit and stop the main switch 20 and the load switch 14, thereby preventing deterioration of element reliability, damage, smoke generation / ignition. Can do.

以上、本発明を実施形態に基づき詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、請求項に記載した範囲でさまざまな変更が可能である。例えば、前記実施形態では、本発明をデジタルカメラに適用した例を示したが、請求項に記載の条件を満たしていれば携帯電話やパーソナルコンピュータ（ＰＣ）の電源でも適用可能である。また、本発明では昇圧スイッチング電源回路に適用した例を示したが、解決しようとする課題が同じであれば電源トポロジーは昇圧に限定されない。また、本発明ではパワーインダクタ５や整流用ダイオード６、定常出力用帰還抵抗８などをコントローラＩＣ４の外付け素子として構成したが、これらもオンチップ素子としてコントローラＩＣ４と同一半導体基板上に形成してもよい。 As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail based on embodiment, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible in the range described in the claim. For example, in the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to a digital camera has been described. However, the present invention can be applied to a power source of a mobile phone or a personal computer (PC) as long as the conditions described in the claims are satisfied. Moreover, although the example applied to the step-up switching power supply circuit is shown in the present invention, the power supply topology is not limited to step-up if the problem to be solved is the same. In the present invention, the power inductor 5, the rectifying diode 6, the steady output feedback resistor 8 and the like are configured as external elements of the controller IC 4, but these are also formed on the same semiconductor substrate as the controller IC 4 as on-chip elements. Also good.

以上のように、第１〜第４の実施形態によれば、ソフトスタート中でも短絡保護機能を有効にすることが可能になることによって短絡状態で起動しても迅速に保護機能を動作させ、より安全に停止することができる。 As described above, according to the first to fourth embodiments, it becomes possible to enable the short-circuit protection function even during the soft start, so that the protection function can be operated quickly even when starting in a short-circuit state. It can be stopped safely.

なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 The above-described embodiments are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.

本発明の第１の実施形態の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４の実施形態の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the 4th Embodiment of this invention. ソフトスタート機能の実現方法を示す図である。It is a figure which shows the implementation method of a soft start function. 抵抗挿入型の短絡保護方式を示す図である。It is a figure which shows a resistance insertion type short circuit protection system. エラーアンプ出力型の短絡保護方式を示す図である。It is a figure which shows an error amplifier output type short circuit protection system. 従来例の構成図である。It is a block diagram of a prior art example. 従来例における起動時の各部の電圧変化を示す図である。It is a figure which shows the voltage change of each part at the time of starting in a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

１バッテリ
２負荷
３昇圧電源部
４コントローラＩＣ
５パワーインダクタ
６整流用ダイオード
７平滑コンデンサ
８定常出力用帰還抵抗
９ロジック制御部
１０帰還制御部
１１ソフトスタート部
１２短絡保護部
１３ロードスイッチドライバ
１４ロードスイッチ
１５基準電源部
１６エラーアンプ
１７三角波発振器
１８ＰＷＭコンパレータ
１９主スイッチドライバ
２０主スイッチ
１０１帰還切替部
１０２ソフトスタート用帰還抵抗
１０３ソフトスタートレベル判定部
１０４帰還切替スイッチ
２０１基準電圧切替部
２０２ソフトスタート用基準電源部
２０３基準切替スイッチ
３０１ＤＡＣ
３０２ＤＡＣ指令値生成部
４０１ロードスイッチソフトスタート部
５０１定電流源
５０２ソフトスタートコンデンサ
５０３コンパレータ
５０４切り替えスイッチ
５０５充電スイッチ 1 Battery 2 Load 3 Boost Power Supply 4 Controller IC
5 Power Inductor 6 Rectifying Diode 7 Smoothing Capacitor 8 Steady Output Feedback Resistor 9 Logic Control Unit 10 Feedback Control Unit 11 Soft Start Unit 12 Short-Circuit Protection Unit 13 Load Switch Driver 14 Load Switch 15 Reference Power Supply Unit 16 Error Amplifier 17 Triangular Wave Oscillator 18 PWM comparator 19 Main switch driver 20 Main switch 101 Feedback switching unit 102 Soft start feedback resistor 103 Soft start level determination unit 104 Feedback switching switch 201 Reference voltage switching unit 202 Soft start reference power source unit 203 Reference switching switch 301 DAC
302 DAC Command Value Generation Unit 401 Load Switch Soft Start Unit 501 Constant Current Source 502 Soft Start Capacitor 503 Comparator 504 Changeover Switch 505 Charge Switch

Claims

基準電圧を生成する基準電源部と、
入力電源及び出力端子間に接続されるインダクタに流す電流を制御可能な主スイッチと、
前記入力電源及び前記出力端子間に接続されるロードスイッチと、
出力電圧が段階的に大きくなるソフトスタート電圧を生成し、前記基準電圧と前記ソフトスタート電圧のうち低い方を出力するソフトスタート部と、
前記ソフトスタート部の出力と前記出力端子に接続される帰還抵抗の分圧電圧の差を増幅する誤差増幅器と、
前記誤差増幅器の出力に基づいて前記主スイッチを制御する主スイッチドライバと、
前記ロードスイッチを制御するロードスイッチドライバと、
前記誤差増幅器の出力電圧に基づいて、前記主スイッチ及び前記ロードスイッチをオフにするように前記主スイッチドライバおよび前記ロードスイッチドライバを制御する短絡保護部と、
前記ソフトスタート電圧が所定の電圧より低いときに、前記帰還抵抗を変更する帰還抵抗変更部を有することを特徴とする電源装置。 A reference power supply for generating a reference voltage;
A main switch capable of controlling the current flowing through the inductor connected between the input power supply and the output terminal;
A load switch connected between the input power source and the output terminal;
A soft start unit that generates a soft start voltage in which an output voltage increases stepwise, and outputs a lower one of the reference voltage and the soft start voltage;
An error amplifier that amplifies the difference between the divided voltage of the feedback resistor connected to the output of the soft start unit and the output terminal;
A main switch driver for controlling the main switch based on the output of the error amplifier;
A load switch driver for controlling the load switch;
A short-circuit protection unit that controls the main switch driver and the load switch driver to turn off the main switch and the load switch based on an output voltage of the error amplifier;
A power supply apparatus comprising: a feedback resistance changing unit that changes the feedback resistance when the soft start voltage is lower than a predetermined voltage.

前記帰還抵抗変更部は、前記ソフトスタート電圧が前記入力電源の電圧より低いときに、前記帰還抵抗を前記出力端子の電圧と前記入力電源の電圧とが等しくなるような分圧比の帰還抵抗に変更することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。 The feedback resistor changing unit changes the feedback resistor to a feedback resistor having a voltage dividing ratio so that the voltage of the output terminal and the voltage of the input power source are equal when the soft start voltage is lower than the voltage of the input power source. The power supply device according to claim 1.

第１の基準電圧を生成する第１の基準電源部と、
第２の基準電圧を生成する第２の基準電源部と、
入力電源及び出力端子間に接続されるインダクタに流す電流を制御可能な主スイッチと、
前記入力電源及び前記出力端子間に接続されるロードスイッチと、
前記基準電圧と前記出力端子に接続される帰還抵抗の分圧電圧の差を増幅する誤差増幅器と、
前記誤差増幅器の出力に基づいて前記主スイッチを制御する主スイッチドライバと、
前記ロードスイッチを制御するロードスイッチドライバと、
出力電圧が段階的に大きくなるソフトスタート電圧を生成するソフトスタート電圧生成部と、
前記第２の基準電圧と前記ソフトスタート電圧とのうち高い方を出力する出力部と、
前記出力部から出力される電圧と前記第１の基準電圧の低い方を前記誤差増幅器の非反転入力端子に入力するソフトスタート部と、
前記誤差増幅器の出力電圧に基づいて、前記主スイッチ及び前記ロードスイッチをオフにするように前記主スイッチドライバおよび前記ロードスイッチドライバを制御する短絡保護部とを有することを特徴とする電源装置。 A first reference power supply that generates a first reference voltage;
A second reference power supply for generating a second reference voltage;
A main switch capable of controlling the current flowing through the inductor connected between the input power supply and the output terminal;
A load switch connected between the input power source and the output terminal;
An error amplifier that amplifies a difference between the reference voltage and a divided voltage of a feedback resistor connected to the output terminal;
A main switch driver for controlling the main switch based on the output of the error amplifier;
A load switch driver for controlling the load switch;
A soft start voltage generator that generates a soft start voltage in which the output voltage increases stepwise;
An output unit for outputting the higher one of the second reference voltage and the soft start voltage;
A soft start unit for inputting the lower one of the voltage output from the output unit and the first reference voltage to the non-inverting input terminal of the error amplifier;
A power supply apparatus comprising: a short-circuit protection unit that controls the main switch driver and the load switch driver to turn off the main switch and the load switch based on an output voltage of the error amplifier.

前記第１の基準電圧をＶ_ref、前記第２の基準電圧をＶ_ref2、前記入力電源の電圧をＶｉ、前記出力端子の電圧をＶｏとしたときに、前記第２の基準電圧が
Ｖ_ref2＝Ｖｉ／Ｖｏ・Ｖ_ref
の関係を満たすように設定されていることを特徴とする請求項３に記載の電源装置。 When the first reference voltage is V _ref , the second reference voltage is V _ref2 , the input power supply voltage is Vi, and the output terminal voltage is Vo, the second reference voltage is V _ref2 = Vi / Vo · V _ref
The power supply device according to claim 3, wherein the power supply device is set so as to satisfy the relationship.

基準電圧を生成する基準電源部と、
入力電源及び出力端子間に接続されるインダクタに流す電流を制御可能な主スイッチと、
前記入力電源及び前記出力端子間に接続されるロードスイッチと、
出力電圧が段階的に大きくなるソフトスタート電圧を生成するソフトスタート部と、
起動後の所定期間は、前記出力端子の電圧が前記入力電源の電圧と等しくなるように、前記ソフトスタート電圧を設定するソフトスタート電圧設定部と、
前記ソフトスタート部の出力と前記出力端子に接続される帰還抵抗の分圧電圧の差を増幅する誤差増幅器と、
前記誤差増幅器の出力に基づいて前記主スイッチを制御する主スイッチドライバと、
前記ロードスイッチを制御するロードスイッチドライバと、
前記誤差増幅器の出力電圧に基づいて、前記主スイッチ及び前記ロードスイッチをオフにするように前記主スイッチドライバおよび前記ロードスイッチドライバを制御する短絡保護部とを有することを特徴とする電源装置。 A reference power supply for generating a reference voltage;
A main switch capable of controlling the current flowing through the inductor connected between the input power supply and the output terminal;
A load switch connected between the input power source and the output terminal;
A soft start unit that generates a soft start voltage in which the output voltage increases stepwise;
During a predetermined period after startup, a soft start voltage setting unit that sets the soft start voltage so that the voltage of the output terminal is equal to the voltage of the input power supply;
An error amplifier that amplifies the difference between the divided voltage of the feedback resistor connected to the output of the soft start unit and the output terminal;
A main switch driver for controlling the main switch based on the output of the error amplifier;
A load switch driver for controlling the load switch;
A power supply apparatus comprising: a short-circuit protection unit that controls the main switch driver and the load switch driver to turn off the main switch and the load switch based on an output voltage of the error amplifier.

前記ソフトスタート電圧設定部は、前記所定時間経過後に前記出力端子の電圧を設定電圧まで上昇するように前記ソフトスタート電圧を設定することを特徴とする請求項５に記載の電源装置。 6. The power supply apparatus according to claim 5, wherein the soft start voltage setting unit sets the soft start voltage so as to increase the voltage of the output terminal to a set voltage after the predetermined time has elapsed.

前記ソフトスタート部は入力されるデジタル信号に基づいてソフトスタート電圧を生成するデジタルアナログ変換器であって、前記ソフトスタート電圧設定部は前記ソフトスタート電圧を生成するためのデジタル信号を出力することを特徴とする請求項５または６に記載の電源装置。 The soft start unit is a digital-to-analog converter that generates a soft start voltage based on an input digital signal, and the soft start voltage setting unit outputs a digital signal for generating the soft start voltage. The power supply device according to claim 5 or 6, characterized in that

起動時に前記ロードスイッチの入力及び出力間の抵抗値を徐々に小さくするロードスイッチソフトスタート部を有することを特徴とする請求項５ないし７のいずれか記載の電源装置。 The power supply apparatus according to claim 5, further comprising a load switch soft start unit that gradually decreases a resistance value between an input and an output of the load switch at startup.

前記ソフトスタート電圧設定部は、前記所定時間の間、前記出力端子の電圧の傾きが前記ロードスイッチソフトスタート部の出力電圧の傾きと等しくなるように前記ソフトスタート電圧を設定することを特徴とする請求項８に記載の電源装置。 The soft start voltage setting unit sets the soft start voltage so that the slope of the voltage of the output terminal is equal to the slope of the output voltage of the load switch soft start unit during the predetermined time. The power supply device according to claim 8.