JP4315958B2

JP4315958B2 - 電源装置

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Publication number: JP4315958B2
Application number: JP2006012383A
Authority: JP
Inventors: 喜之北條; 慶久平松
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1999-07-13
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2020-06-28
Also published as: JP2006114067A

Description

本発明は、シリーズレギュレータや定電圧電源等の電源装置及びこの電源装置を構成する半導体集積回路装置に関する。

図６に、従来使用されている電源装置の内部構成を示す回路図を示す。この従来の電源装置は、スイッチ１，２と、スイッチ２を介して電源電圧Ｖ_CCが印加される定電流源３，４，５及び抵抗Ｒ１と、ｐｎｐ型トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ６，ＴＲ８と、ｎｐｎ型トランジスタＴｒ４，Ｔｒ５，Ｔｒ７と、出力端子６と、出力端子６の出力電圧を分圧するための抵抗Ｒ２，Ｒ３とから構成される。

トランジスタＴｒ１は、ベースにスイッチ１が接続され、エミッタが定電流源３に接続されるとともに、コレクタが接地されている。トランジスタＴｒ２，Ｔｒ３は、エミッタが定電流源４に接続され、それぞれのベースにトランジスタＴｒ１，Ｔｒ６のエミッタが接続されるとともに、それぞれのコレクタにトランジスタＴｒ４，Ｔｒ５のコレクタが接続される。トランジスタＴｒ４，Ｔｒ５は、それぞれのエミッタが接地されるとともにベースが相互に接続される。又、トランジスタＴｒ４は、そのコレクタがベースと接続され、トランジスタＴｒ５は、コレクタがトランジスタＴｒ７のベースに接続される。

トランジスタＴｒ６は、エミッタが定電流源５と接続され、ベースが抵抗Ｒ２，Ｒ３の接続ノードと接続されるとともにコレクタが接地される。トランジスタＴｒ７はコレクタが抵抗Ｒ１に接続されるとともにエミッタが接地される。トランジスタＴｒ８は、エミッタにスイッチ２を介して電源電圧Ｖ_CCが印加され、ベースが抵抗Ｒ１と接続されるとともにコレクタが出力端子６と接続される。抵抗Ｒ２は、出力端子６と接続され、又、抵抗Ｒ３は接地される。又、スイッチ１の接点ａを接続したときトランジスタＴｒ１のベースが接地され、スイッチ１の接点ｂを接続したときトランジスタＴｒ１のベースに電圧Ｖ_BGが印加される。更に、出力端子６に他端が接地された位相補償容量となるコンデンサＣｏを接続する。

このような電源装置において、定電流源３，４，５及びトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ４，Ｔｒ５，Ｔｒ６によって、トランジスタＴｒ１のベースが正相入力、トランジスタＴｒ６のベースが逆相入力、トランジスタＴｒ３，Ｔｒ５のコレクタ同士が接続された接続ノードが出力となる比較器１１が形成される。即ち、比較器１１の正相入力にスイッチ１を介して電圧Ｖ_BGが印加されるとともに、逆相入力に出力端子６の出力電圧を抵抗Ｒ２，Ｒ３で分圧した電圧が帰還された負帰還回路となっている。

この電源装置において、スイッチ２が接続され、定電流源３，４，５、抵抗Ｒ１及びトランジスタＴｒ８のエミッタに電源電圧Ｖ_CCが印加される。このとき同時に、スイッチ１が接点ｂに接続されて、トランジスタＴｒ１のベースに入力電圧Ｖ_BGが印加される。このように、トランジスタＴｒ１のベース電位をＶ_BGとすることにより、トランジスタＴｒ１が非導通の状態となり、トランジスタＴｒ２のベースからトランジスタＴｒ１のエミッタへ電流が流れにくくなると、トランジスタＴｒ３のエミッタ電流がトランジスタＴｒ２のエミッタ電流よりも大きくなる。又、トランジスタＴｒ４，Ｔｒ５がカレントミラー回路を形成しているので、トランジスタＴｒ４，Ｔｒ５のコレクタ電流が、トランジスタＴｒ２のエミッタ電流に等しい大きさとなる。

そのため、比較器１１からトランジスタＴｒ７のベースへ電流が流れ、このベース電流を増幅したコレクタ電流がトランジスタＴｒ７を流れるため、抵抗Ｒ１によってトランジスタＴｒ８のベース電圧が降下される。よって、トランジスタＴｒ８にエミッタ電流が流れ、出力端子６より出力電圧Ｖｏが出力される。
特開平１０−２９３６１７号公報特開平９−１５４２７５号公報特開平６−１６３８０３号公報特開平２−１１３３１４号公報特開平６−１１０５６７号公報

このようにして、図６のような電源装置の出力端子６より、出力電圧Ｖｏが出力されるが、出力電圧Ｖｏが数ｍ秒経て立ち上がるために、コンデンサＣｏに１Ａ以上もの起動時充電電流（以下、「突入電流」と称する）が流れる。この突入電流は、電源装置の出力トランジスタの電流能力限界まで流れるため、従来の電源装置のように、急激に出力電圧が立ちがる場合、大きな突入電流に伴う発熱によって、電源装置の特性劣化したり、場合によっては破壊してしまう恐れもあった。又、例えば、Ｖ_CC入力源がＤＣ／ＤＣの場合には、突入電流により電源電圧Ｖ_CCが降下してしまうため、電源装置と並列で用いている回路全てが起動不良となる恐れがある。

上記のような問題を鑑みて、本発明は、起動時の突入電流を軽減させるために、起動時に入力される電圧を徐々に上昇させることによって、出力電圧を徐々に上昇させるソフトスタート機能を設けた電源装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の電源装置は、出力回路からの出力電圧を分圧して得た検出電圧を比較器で基準電圧と比較し、該比較器の比較出力によって前記出力回路から出力される検出電圧が前記基準電圧と等しくなるように制御する電源装置において、起動時に徐々に増加する電圧を出力するとともに、その出力電圧が前記基準電圧を超える所定の電圧に至るまで前記基準電圧を前記比較器に印加しないように動作するソフトスタート回路を設け、前記比較器が、第１電圧が印加された第１電流源、第２電流源、及び第３電流源と、エミッタに前記第１電流源が接続され、ベースに前記基準電圧が印加された第１トランジスタと、ベースに前記第１トランジスタのエミッタが接続されるとともに、エミッタに前記第２電流源が接続された第２トランジスタと、エミッタに前記第２電流源が接続された第３トランジスタと、エミッタに前記第３電流源と前記第３トランジスタのベースとが接続され、ベースに前記出力回路からの出力電圧を分圧した前記検出電圧が与えられる第４トランジスタと、を有し、前記第３トランジスタのコレクタ側から前記比較出力を前記出力回路に出力し、前記ソフトスタート回路が、前記第１電流源と、前記第１トランジスタのエミッタと前記第２トランジスタのベースとの接続ノードに一端が接続されるとともに、他端に前記第２電圧が印加されたコンデンサと、から構成されることを特徴とする。

このような電源装置によると、電源装置の起動時にソフトスタート回路から出力される電圧が所定の電圧に至るまで徐々に増加するとともに、このソフトスタート回路からの出力電圧が所定の電圧に至るまで、比較器に入力される基準電圧が印加されない。よって、比較器に入力される電圧の変化が緩やかなものとなり、起動時の出力回路の出力電圧の過渡応答を抑制することができる。

そして、前記第１電流源から流れる電流を前記コンデンサに充電して、前記第１トランジスタのエミッタ電圧を徐々に増加した後、前記基準電圧及び前記第１トランジスタのベース・エミッタ間電圧によって前記第１トランジスタのエミッタ電圧を制限することができる。

又、出力回路からの出力電圧を分圧して得た検出電圧を比較器で基準電圧と比較し、該比較器の比較出力によって前記出力回路から出力される検出電圧が前記基準電圧と等しくなるように制御する電源装置において、起動時に徐々に増加する電圧を出力するとともに、その出力電圧が前記基準電圧を超える所定の電圧に至るまで前記基準電圧を前記比較器に印加しないように動作するソフトスタート回路を設け、前記比較器が、第１電圧が印加された第１電流源、第２電流源、及び第３電流源と、エミッタに前記第１電流源が接続され、ベースに前記基準電圧が印加された第１トランジスタと、ベースに前記第１トランジスタのエミッタが接続されるとともに、エミッタに前記第２電流源が接続された第２トランジスタと、エミッタに前記第２電流源が接続された第３トランジスタと、エミッタに前記第３電流源と前記第３トランジスタのベースとが接続され、ベースに前記出力回路からの出力電圧を分圧した前記検出電圧が与えられる第４トランジスタと、を有し、前記第３トランジスタのコレクタ側から前記比較出力を前記出力回路に出力し、前記ソフトスタート回路を、第１電圧が印加された第４電流源と、一端が該第４電流源に接続されるとともに、他端に前記第２電圧が印加されたコンデンサと、エミッタに前記第１トランジスタのエミッタが接続され、ベースに前記コンデンサと前記第４電流源との接続ノードが接続されるとともにコレクタに前記第２電圧が印加された第５トランジスタと、前記第１トランジスタのベースと前記第５トランジスタのベースとの間に接続されて、前記第５トランジスタのベースの電圧を所定の電圧を超えないように制限するためのクランプ回路と、から構成し、前記第４電流源から流れる電流を前記コンデンサに充電して、前記第５トランジスタのベース電圧を徐々に増加して前記第１トランジスタのエミッタ電圧を徐々に増加した後、前記基準電圧及び前記クランプ回路によって前記第５トランジスタのベース電圧を制限することによって、前記第１トランジスタのエミッタ電圧を制限ができる。

上述の電源装置において、前記比較器が、コレクタとベースに前記第２トランジスタのコレクタが接続されるとともに、エミッタに前記第２電圧が印加された第６トランジスタと、前記３トランジスタのコレクタにコレクタが接続され、前記第６トランジスタのベースにベースが接続されるとともにエミッタに前記第２電圧が印加された第７トランジスタと、を有し、又、前記電源装置の動作を停止する際に、前記コンデンサを放電して初期化するための放電回路を設けたものとしても構わない。

更に、前記電源装置が、１チップの半導体集積回路装置であるものとしても構わない。

そして、起動時の出力電流が通常の出力電流の１０倍以内になるように充電時間が設定されているものとしても構わない。

又、前記電源装置が、前記コンデンサが外部に設けられるとともに、前記コンデンサ以外の回路が１チップの半導体集積回路装置であるものとしても構わない。

更に、前記ソフトスタート回路において、前記コンデンサを放電して初期化するとき、その放電時間を短縮するためのクランプ回路が設けられる。

本発明の電源装置によると、比較器に入力される電圧が徐々に増加されるとともに、この電圧が所定の電圧を超えるまで基準電圧を遮断するソフトスタート回路が設けられるので、比較器からの比較出力が急激に変化することがなく、比較器の出力側に容量性の負荷を接続した際に、この負荷に流れる起動時充電電流を軽減して比較出力の低下を抑制することができる。又、コンデンサを１チップの半導体集積回路装置の外部に接続されるように設けるため、このコンデンサの容量を変更することによって、起動時充電電流の大きさを設定することができる。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の電源装置の内部構造を示す回路図である。尚、図１の電源装置において、図６の電源装置と同一の素子及び部分は同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

図１の電源装置は、ｐｎｐ型トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ６，Ｔｒ８と、ｎｐｎ型トランジスタＴｒ４，Ｔｒ５，Ｔｒ７と、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３と、スイッチ１，２と、定電流源３，４，５と、出力端子６とから構成される電源装置に、スイッチ２を介して電源電圧Ｖ_CCが印加される定電流源７と、ｐｎｐ型トランジスタＴｒ９と、コンデンサＣｓと、放電回路８と、スイッチ９と、クランプ回路１０とが新たに設けられた電源装置である。

トランジスタＴｒ９は、エミッタがトランジスタＴｒ１のエミッタに接続され、ベースがコンデンサＣｓと接続されるとともにコレクタが接地される。コンデンサＣｓは、一端が接地されるとともに他端がスイッチ９と接続される。スイッチ９は、接点ｃが定電流源７に接続され、接点ｄが放電回路８と接続される。クランプ回路１０は、トランジスタＴｒ９のベースとトランジスタＴｒ１のベースとの間に接続される。又、図６の電源装置と同様に、出力端子６には他端が接地された位相補償容量となるコンデンサＣｏが接続される。

尚、図６の電源装置と同様に、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ４，Ｔｒ５，Ｔｒ６と、定電流源３，４，５とによって比較器１１が構成される。又、定電流源７と、放電回路８と、スイッチ９と、クランプ回路１０と、トランジスタＴｒ９と、コンデンサＣｓとによって、ソフトスタート回路１２が構成される。

このような構成の電源装置の動作について説明する。今、この電源装置は、すでに、スイッチ９の接点ｄが接続されて、コンデンサＣｓが放電されて初期状態にあるものとする。スイッチ９を接点ｃに、スイッチ１を接点ｂに、それぞれ、切り換えるとともにスイッチ２を接続させる。図２に示すＯＮ（電源装置をＯＮにした状態）とは、このようにスイッチ１，２，９を接続したときのことをいい、図２に示すＯＦＦ（電源装置をＯＦＦにした状態）とは、スイッチ１，２，９を逆の状態にしたときのことをいう。又、図２（ａ）において、破線は電源電圧の状態を表し、実線は出力電圧Ｖｏの状態を表す。更に、図２（ｂ）において、破線はトランジスタＴｒ１のベース電圧を表し、実線はトランジスタＴｒ９のベース電圧を表す。

このようにして、定電流源３，４，５，７、抵抗Ｒ１及びトランジスタＴｒ８のエミッタに電源電圧Ｖ_CCが印加されるとともに、トランジスタＴｒ１のベースに電圧Ｖ_BGが印加される。又、スイッチ９の接点ｃが接続されているので、定電流源７より電流がコンデンサＣｓに流れて、コンデンサＣｓが充電される。このように、各スイッチを切り換えて初期状態からＯＮの状態に切り換えた瞬間は、図２（ｂ）のように、トランジスタＴｒ９のベース電圧が０であるので、トランジスタＴｒ９が導通状態となり、トランジスタＴｒ２のベース電圧はＶ_BE（電圧Ｖ_BEはトランジスタＴｒ９のベース・エミッタ間電圧）となる。

又、図２（ａ）のように、出力端子６から出力される電圧は０のときは、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ６のベースに入力される電圧が等しい状態である。その後、コンデンサＣｓが充電されると、トランジスタＴｒ９のベース電圧が徐々に高くなるとともに、トランジスタＴｒ９のエミッタ電圧も高くなる。よって、トランジスタＴｒ２のベース電圧がトランジスタＴｒ３のベース電圧よりも高くなり、トランジスタＴｒ２に流れるエミッタ電流がトランジスタＴｒ３に流れるエミッタ電流より小さくなる。

トランジスタＴｒ４，Ｔｒ５に流れるコレクタ電流は、トランジスタＴｒ２に流れるエミッタ電流とその電流値の等しい電流であるから、トランジスタＴｒ７に比較器１１からの出力電流が流れる。トランジスタＴｒ７は、この出力電流を増幅したコレクタ電流を流すことによって、抵抗Ｒ１でトランジスタＴｒ８のベース電圧を降下させる。そして、トランジスタＴｒ８に抵抗Ｒ１による電圧降下に応じたエミッタ電流が流れ、このエミッタ電流が抵抗Ｒ２，Ｒ３に流れることによって、出力電圧Ｖｏが発生する。

このとき、図２（ｂ）のようにトランジスタＴｒ９のベース電圧が徐々に高くなることによってトランジスタＴｒ２のベース電圧が徐々に高くなるので、トランジスタＴｒ７に流れるベース電流も徐々に増加していく。よって、図２（ａ）のように、出力電圧ＶｏもトランジスタＴｒ９のベース電圧に応じて徐々に高くなる。トランジスタＴｒ９のベース電圧がこのように高くなり電圧Ｖ_BGを超えると、トランジスタＴｒ９よりもトランジスタＴｒ１に多くのエミッタ電流が流れ始め、トランジスタＴｒ２のベース電圧がトランジスタＴｒ１によって決定される。

このように、トランジスタＴｒ１によって、トランジスタＴｒ２のベース電圧が決定されるため、トランジスタＴｒ２のベース電圧が一定となる。よって、トランジスタＴｒ７に流れる出力電流が一定となり、図２（ａ）のように出力電圧Ｖｏが一定となる。又、コンデンサＣｓには定電流源７より電流が流れ続けようとするが、クランプ回路１０によってトランジスタＴｒ９のベース電圧が所定値以上にならないように制限されているので、コンデンサＣｓの充電動作が停止してトランジスタＴｒ９のベース電圧も図２（ｂ）のように所定値で一定になる。

このクランプ回路１０は、エミッタがトランジスタＴｒ９のベースに接続され、ベースがトランジスタＴｒ１のベースに接続されるとともにコレクタが接地されたｐｎｐ型トランジスタを用いることによって実現できる。即ち、クランプ回路１０に用いられるトランジスタのベース・エミッタ間電圧をＶ_BEとすると、トランジスタＴｒ９のベース電圧がＶ_BG＋Ｖ_BEとなったとき、定電流源７からコンデンサＣｓに流れようとする電流がクランプ回路１０のトランジスタに流れる。よって、コンデンサＣｓの充電動作が停止し、トランジスタＴｒ９のベース電圧がＶ_BG＋Ｖ_BEで保持される。

このように電源装置をＯＮにすると、図２（ａ）のように、出力電圧Ｖｏは、トランジスタＴｒ９のベース電圧とともに徐々に増加し、トランジスタＴｒ９のベース電圧が電圧Ｖ_BGを超えた後は一定となる。この出力電圧Ｖｏが一定となるまでの時間τは、次式を用いることで求まる。尚、ＣｓはコンデンサＣｓの容量値、ｉはコンデンサＣｓに充電される充電電流である。
τ＝Ｃｓ×Ｖ_BG／ｉ

よって、上記の式を用いて求めた時間τを用いて、次式よりコンデンサＣｏに流れる充電電流Ｉを求めることができる。尚、ＣｏはコンデンサＣｏの容量値、Ｖmaxは出力電圧Ｖｏが一定となったときの値である。
Ｉ＝Ｃｏ×Ｖmax／τ

上式より、充電電流Ｉは、時間τが長くなれば小さくなるので、充電電流Ｉを通常の出力電流と同程度乃至１０倍以内に納めるには、時間τを１００ｍ秒程度乃至数１０ｍ秒程度にすればよい。又、この時間τは、コンデンサＣｓの容量を大きくするか、又は、定電流源７から流れる充電電流ｉを小さくすることによって、長くすることができる。このようにして、出力電圧が立ち上がる時間を長くすることによって、起動時の充電電流を通常の出力電流と同程度乃至１０倍以内に小さくすることができる。以下、このような値に設定された起動時の充電電流を「起動時充電電流」と称する。よって、この起動時充電電流Ｉは、図２（ｃ）のように、出力電圧Ｖｏが上昇しているときに流れる。

そして、出力電圧Ｖｏが一定になった後、スイッチ１を接点ａに、スイッチ９を接点ｄにそれぞれ接続するとともに、スイッチ２の接続を解いて、電源装置をＯＦＦの状態にする。このとき、放電回路９によって、コンデンサＣｓが放電されて、図２（ｂ）のように、トランジスタＴｒ９のベース電圧が０となる。又、コンデンサＣｏが抵抗Ｒ２，Ｒ３を介して放電され、図２（ａ）のように出力電圧Ｖｏが低くなる。

その後、再び、スイッチ１，２，９をそれぞれ切り換えて電源装置をＯＮの状態にしたとき、トランジスタＴｒ９は、前述した動作と同様の動作を行って、図２（ｂ）のように、徐々にそのベース電圧が高くなって、Ｖ_BG＋Ｖ_BEを超えたとき、一定となる。又、このとき、出力電圧Ｖｏは、図２（ａ）のように、０に至っていないものとすると、トランジスタＴｒ３のベース電圧がトランジスタＴｒ２のベース電圧よりも高くなるため、トランジスタＴｒ７にベース電流が流れない。よって、コンデンサＣｏが抵抗Ｒ２，Ｒ３を介して放電され、出力電圧Ｖｏが低下し続ける。その後、トランジスタＴｒ２のベース電圧がトランジスタＴｒ３のベース電圧よりも高くなったとき、再び、図２（ａ）のように、前述した動作と同様の動作を行って出力電圧Ｖｏが上昇を始める。そして、トランジスタＴｒ９のベース電圧がＶ_BGを超えたとき、出力電圧Ｖｏが一定となる。

尚、クランプ回路１０としてｐｎｐ型トランジスタを用いた例を示したが、この素子による回路に限定されるものでなく、他の素子を用いた同様の動作を行う回路を用いても良い。又、放電回路８は、スイッチ９の接点ｄに一端が接続された抵抗の他端を接地することによって実現できるが、このような回路に限定されるものではない。又、このような電源装置を１チップの半導体集積回路装置としても良い。このように１チップの半導体集積回路装置としたとき、コンデンサＣｓを外付けとすることでその容量を可変にすることができ、起動時充電電流の大きさの設定を変更することができる。

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。図３は、本実施形態の電源装置の内部構造を示す回路図である。尚、図３の電源装置において、図６の電源装置と同一の素子及び部分は同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

図３の電源装置は、ｐｎｐ型トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ６，Ｔｒ８と、ｎｐｎ型トランジスタＴｒ４，Ｔｒ５，Ｔｒ７と、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３と、スイッチ１，２と、定電流源３，４，５と、出力端子６とから構成される電源装置に、コンデンサＣｓと、放電回路１３と、スイッチ１４とが新たに設けられた電源装置である。

コンデンサＣｓは、一端が接地されるとともに他端がトランジスタＴｒ１のエミッタとトランジスタＴｒ２のベースとの接続ノードに接続される。スイッチ１４は、トランジスタＴｒ１のエミッタとトランジスタＴｒ２のベースとの接続ノードに接続されるとともに、接点ｅが定電流源３に接続され、接点ｆが放電回路１３と接続される。又、図６の電源装置と同様に、出力端子６には他端が接地された位相補償容量となるコンデンサＣｏが接続される。

尚、図６の電源装置と同様に、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ４，Ｔｒ５，Ｔｒ６と、定電流源３，４，５とによって比較器１１が構成される。又、定電流源３と、放電回路１３と、スイッチ１４と、コンデンサＣｓとによって、ソフトスタート回路１５が構成される。

このような構成の電源装置の動作について説明する。今、この電源装置は、すでに、スイッチ１４の接点ｆが接続されて、コンデンサＣｓが放電されて初期状態にあるものとする。スイッチ１４を接点ｅに、スイッチ１を接点ｂに、それぞれ、切り換えるとともにスイッチ２を接続させる。図４に示すＯＮ（電源装置をＯＮにした状態）とは、このようにスイッチ１，２，１４を接続したときのことをいい、図４に示すＯＦＦ（電源装置をＯＦＦにした状態）とは、スイッチ１，２，１４を逆の状態にしたときのことをいう。又、図４（ａ）において、破線は電源電圧の状態を表し、実線は出力電圧Ｖｏの状態を表す。更に、図４（ｂ）において、破線はトランジスタＴｒ１のベース電圧を表し、実線はトランジスタＴｒ２のベース電圧を表す。

このようにして、定電流源３，４，５、抵抗Ｒ１及びトランジスタＴｒ８のエミッタに電源電圧Ｖ_CCが印加されるとともに、トランジスタＴｒ１のベースに電圧Ｖ_BGが印加される。又、スイッチ１４の接点ｅが接続されているので、定電流源３より電流がコンデンサＣｓに流れて、コンデンサＣｓが充電される。このように、各スイッチ切り換えて初期状態からＯＮの状態へ切り換えた瞬間は、図４（ｂ）のように、トランジスタＴｒ２のベース電圧が０であるので、トランジスタＴｒ２のベースが接地された状態となる。

又、図４（ａ）のように、出力端子６から出力される電圧は０なので、トランジスタＴｒ６が導通状態となり、トランジスタＴｒ３のベースが接地された状態となる。よって、トランジスタＴｒ２，Ｔｒ３に入力される電圧が等しい状態となる。その後、コンデンサＣｓが充電されると、トランジスタＴｒ２のベース電圧が徐々に高くなるので、トランジスタＴｒ２のベース電圧がトランジスタＴｒ３のベース電圧よりも高くなり、トランジスタＴｒ２に流れるエミッタ電流がトランジスタＴｒ３に流れるエミッタ電流より小さくなる。

トランジスタＴｒ４，Ｔｒ５に流れるコレクタ電流は、トランジスタＴｒ２に流れるエミッタ電流とその電流値の等しい電流であり、トランジスタＴｒ７に比較器１１からの出力電流が流れる。トランジスタＴｒ７は、この出力電流を増幅したコレクタ電流を流すことによって、抵抗Ｒ１でトランジスタＴｒ８のベース電圧を降下させる。そして、トランジスタＴｒ８に抵抗Ｒ１による電圧降下に応じたエミッタ電流が流れ、このエミッタ電流が抵抗Ｒ２，Ｒ３に流れることによって、出力電圧Ｖｏが発生する。

このとき、図４（ｂ）のようにトランジスタＴｒ２のベース電圧が徐々に高くなるので、トランジスタＴｒ７に流れるベース電流も徐々に増加していく。よって、図４（ａ）のように、出力電圧ＶｏもトランジスタＴｒ２のベース電圧に応じて徐々に高くなる。このようにトランジスタＴｒ２のベース電圧が高くなり、Ｖ_BG＋Ｖ_BE（Ｖ_BEはトランジスタＴｒ１のベース・エミッタ間電圧）を超えると、トランジスタＴｒ１が導通して、トランジスタＴｒ１にエミッタ電流が流れ始めるので、図４（ｂ）のように、トランジスタＴｒ２のベース電圧がＶ_BG＋Ｖ_BEで一定となる。

このように、トランジスタＴｒ２のベース電圧が一定となると、トランジスタＴｒ７に流れる出力電流が一定となり、図４（ａ）のように出力電圧Ｖｏが一定となる。このように電源装置をＯＮにすると、図４（ａ）のように、出力電圧Ｖｏは、トランジスタＴｒ２のベース電圧とともに徐々に増加し、トランジスタＴｒ２のベース電圧が電圧Ｖ_BG＋Ｖ_BEを超えた後は一定となる。この出力電圧Ｖｏが一定となるまでの時間τは、次式を用いることで求まる。尚、ＣｓはコンデンサＣｓの容量値、ｉはコンデンサＣｓに充電される充電電流である。
τ＝Ｃｓ×（Ｖ_BG＋Ｖ_BE）／ｉ

よって、上記の式を用いて求めた時間τを用いて、次式よりコンデンサＣｏに流れる起動時充電電流Ｉを求めることができる。尚、ＣｏはコンデンサＣｏの容量値、Ｖmaxは出力電圧Ｖｏが一定となったときの値である。
Ｉ＝Ｃｏ×Ｖmax／τ

上式より、起動時充電電流Ｉは、時間τが長くなれば小さくなるので、起動時充電電流Ｉを通常の出力電流と同程度乃至１０倍以内に納めるには、時間τを１００ｍ秒程度乃至数１０ｍ秒程度にすればよい。又、この時間τは、コンデンサＣｓの容量を大きくするか、又は、定電流源３から流れる充電電流ｉを小さくすることによって、長くすることができる。このようにして、出力電圧が立ち上がる時間を長くすることによって、起動時充電電流を通常の出力電流と同程度乃至１０倍以内に小さくすることができる。よって、この起動時充電電流Ｉは、図４（ｃ）のように、出力電圧Ｖｏが上昇しているときに流れる。

そして、出力電圧Ｖｏが一定になった後、スイッチ１を接点ａに、スイッチ１４を接点ｆにそれぞれ接続するとともに、スイッチ２の接続を解いて、電源装置をＯＦＦの状態にする。このとき、放電回路１３によって、コンデンサＣｓが放電されて、図４（ｂ）のように、トランジスタＴｒ２のベース電圧が０となる。又、コンデンサＣｏが抵抗Ｒ２，Ｒ３を介して放電され、図４（ａ）のように出力電圧Ｖｏが低くなる。

その後、再び、スイッチ１，２，１４をそれぞれ切り換えて電源装置をＯＮの状態にしたとき、トランジスタＴｒ２は、前述した動作と同様の動作を行って、図４（ｂ）のように、徐々にそのベース電圧が高くなって、Ｖ_BG＋Ｖ_BEを超えたとき、一定となる。又、このとき、出力電圧Ｖｏは、図４（ａ）のように、０に至っていないものとすると、トランジスタＴｒ３のベース電圧がトランジスタＴｒ２のベース電圧よりも高くなるため、トランジスタＴｒ７にベース電流が流れない。よって、コンデンサＣｏが抵抗Ｒ２，Ｒ３を介して放電され、出力電圧Ｖｏが低下し続ける。その後、トランジスタＴｒ２のベース電圧がトランジスタＴｒ３のベース電圧よりも高くなったとき、再び、図４（ａ）のように、前述した動作と同様の動作を行って出力電圧Ｖｏが上昇を始める。そして、トランジスタＴｒ２のベース電圧がＶ_BG＋Ｖ_BEを超えたとき、出力電圧Ｖｏが一定となる。

放電回路１３は、スイッチ１４の接点ｆに一端が接続された抵抗の他端を接地することによって実現できるが、このような回路に限定されるものではない。又、このような電源装置を１チップの半導体集積回路装置としても良い。このように１チップの半導体集積回路装置としたとき、コンデンサＣｓを外付けとすることでその容量を可変にすることができ、起動時充電電流の大きさの設定を変更することができる。

尚、第１、第２の実施形態において、比較器を図１又は図３に示すような回路構成の比較器としたが、このような回路構成の比較器に限定されるものでなく、例えば、図５に示すような回路構成の比較器を用いても良い。図５に示す比較器の構成について、以下に説明する。尚、図５の比較器において、図１又は図３の比較器１１を構成する各素子と同一の目的で使用される素子については、同一の記号を付してその詳細な説明は省略する。図５の比較器は、定電流源３，４，５と、ｐｎｐ型トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ６と、ｎｐｎ型トランジスタＴｒ４，Ｔｒ５とから構成される比較器に、スイッチ２（図１又は図３参照）を介して電源電圧Ｖ_CC（図１又は図３参照）がエミッタに印加されるｐｎｐ型トランジスタＴｒ１０，Ｔｒ１１と、トランジスタＴｒ４のベース及びコレクタがベースに接続されたｎｐｎ型トランジスタＴｒ１２と、トランジスタＴｒ５のベース及びコレクタがベースに接続されたｎｐｎ型トランジスタＴｒ１３とが新たに設けられた比較器である。

又、図５の比較器は、図１又は図３に示す比較器１１のように、トランジスタＴｒ４，Ｔｒ５のベース同士が接続されていない。更に、トランジスタＴｒ１２，Ｔｒ１３のエミッタが接地され、トランジスタＴｒ１０，Ｔ１３のコレクタ同士が接続されるとともに、トランジスタＴｒ１１，Ｔｒ１２のコレクタ同士が接続される。又、トランジスタＴｒ１０のベースとコレクタがトランジスタＴｒ１１のベースに接続される。このように、トランジスタＴｒ４とトランジスタＴｒ１２とが、トランジスタＴｒ５とトランジスタＴｒ１３とが、トランジスタＴｒ１０とトランジスタＴｒ１１とが、それぞれ、カレントミラー回路を構成する。

尚、図５に示す比較器は、図１又は図３に示す比較器１１と同様、トランジスタＴｒ１のベースが正相入力、トランジスタＴｒ６が逆相入力となる。又、出力はトランジスタＴｒ１１，Ｔｒ１２のコレクタが接続された接続ノードであり、このトランジスタＴｒ１１，Ｔｒ１２のコレクタが接続された接続ノードに、トランジスタＴｒ７（図１又は図３参照）のベースが接続される。

このような比較器において、トランジスタＴｒ１のベースに与える電圧がトランジスタＴｒ６に与える電圧よりも高くなると、トランジスタＴｒ３に流れるエミッタ電流がトランジスタＴｒ２に流れるエミッタ電流よりも大きくなる。今、トランジスタＴｒ２に流れるエミッタ電流がトランジスタＴｒ４に流れるコレクタ電流と等しくなるので、トランジスタＴｒ４とカレントミラー回路を構成するトランジスタＴｒ１２のコレクタ電流もトランジスタＴｒ２に流れるエミッタ電流と等しくなる。又、トランジスタＴｒ３に流れるエミッタ電流がトランジスタＴｒ５に流れるコレクタ電流と等しくなるので、トランジスタＴｒ５とカレントミラー回路を構成するトランジスタＴｒ１３のコレクタ電流もトランジスタＴｒ３に流れるエミッタ電流と等しくなる。

更に、トランジスタＴｒ１０を流れるエミッタ電流がトランジスタＴｒ１３のコレクタ電流と等しいため、トランジスタＴｒ１０及びトランジスタＴｒ１０とカレントミラー回路を構成しているトランジスタＴｒ１１には、トランジスタＴｒ３のエミッタ電流と等しいコレクタ電流が流れる。よって、トランジスタＴｒ１１を流れるエミッタ電流がトランジスタＴｒ１２を流れるコレクタ電流よりも大きくなるので、図５の比較器から電流が出力され、トランジスタＴｒ７（図１又は図３参照）にベース電流が流れる。

は、第１の実施形態の電源装置の内部構造を示す回路図である。は、図１の電源装置の各部の電圧を示すタイムチャートである。は、第２の実施形態の電源装置の内部構造を示す回路図である。は、図３の電源装置の各部の電圧を示すタイムチャートである。は、比較器の内部構造を示す回路図の一例である。は、従来の電源装置の内部構造を示す回路図である。

符号の説明

１，２，９，１４スイッチ
３，４，５，７定電流源
６出力端子
８，１３放電回路
１０クランプ回路
１１比較器
１２，１５ソフトスタート回路
Ｔｒ１〜Ｔｒ３，Ｔｒ６，Ｔｒ８，Ｔｒ９〜Ｔｒ１１ｐｎｐ型トランジスタ
Ｔｒ４，Ｔｒ５，Ｔｒ７，Ｔｒ１２，Ｔｒ１３ｎｐｎ型トランジスタ
Ｒ１〜Ｒ３抵抗
Ｃｓ，Ｃｏコンデンサ

Claims

出力回路からの出力電圧を分圧して得た検出電圧を比較器で基準電圧と比較し、該比較器の比較出力によって前記出力回路から出力される検出電圧が前記基準電圧と等しくなるように制御する電源装置において、
起動時に徐々に増加する電圧を出力するとともに、その出力電圧が前記基準電圧を超える所定の電圧に至るまで前記基準電圧を前記比較器に印加しないように動作するソフトスタート回路を設け、
前記比較器が、
第１電圧が印加された第１電流源、第２電流源、及び第３電流源と、
エミッタに前記第１電流源が接続され、ベースに前記基準電圧が印加された第１トランジスタと、
ベースに前記第１トランジスタのエミッタが接続されるとともに、エミッタに前記第２電流源が接続された第２トランジスタと、
エミッタに前記第２電流源が接続された第３トランジスタと、
エミッタに前記第３電流源と前記第３トランジスタのベースとが接続され、ベースに前記出力回路からの出力電圧を分圧した前記検出電圧が与えられる第４トランジスタと、
を有し、
前記第３トランジスタのコレクタ側から前記比較出力を前記出力回路に出力し、
前記ソフトスタート回路が、
前記第１電流源と、
前記第１トランジスタのエミッタと前記第２トランジスタのベースとの接続ノードに一端が接続されるとともに、他端に前記第２電圧が印加されたコンデンサと、
から構成されることを特徴とする電源装置。
出力回路からの出力電圧を分圧して得た検出電圧を比較器で基準電圧と比較し、該比較器の比較出力によって前記出力回路から出力される検出電圧が前記基準電圧と等しくなるように制御する電源装置において、
起動時に徐々に増加する電圧を出力するとともに、その出力電圧が前記基準電圧を超える所定の電圧に至るまで前記基準電圧を前記比較器に印加しないように動作するソフトスタート回路を設け、
前記比較器が、
第１電圧が印加された第１電流源、第２電流源、及び第３電流源と、
エミッタに前記第１電流源が接続され、ベースに前記基準電圧が印加された第１トランジスタと、
ベースに前記第１トランジスタのエミッタが接続されるとともに、エミッタに前記第２電流源が接続された第２トランジスタと、
エミッタに前記第２電流源が接続された第３トランジスタと、
エミッタに前記第３電流源と前記第３トランジスタのベースとが接続され、ベースに前記出力回路からの出力電圧を分圧した前記検出電圧が与えられる第４トランジスタと、
を有し、
前記第３トランジスタのコレクタ側から前記比較出力を前記出力回路に出力し、
前記ソフトスタート回路が、
第１電圧が印加された第４電流源と、
一端が該第４電流源に接続されるとともに、他端に前記第２電圧が印加されたコンデンサと、
エミッタに前記第１トランジスタのエミッタが接続され、ベースに前記コンデンサと前記第４電流源との接続ノードが接続されるとともにコレクタに前記第２電圧が印加された第５トランジスタと、
前記第１トランジスタのベースと前記第５トランジスタのベースとの間に接続されて、前記第５トランジスタのベースの電圧を所定の電圧を超えないように制限するためのクランプ回路と、
から構成されることを特徴とする電源装置。
前記比較器が、
コレクタとベースに前記第２トランジスタのコレクタが接続されるとともに、エミッタに前記第２電圧が印加された第６トランジスタと、
前記３トランジスタのコレクタにコレクタが接続され、前記第６トランジスタのベースにベースが接続されるとともにエミッタに前記第２電圧が印加された第７トランジスタと、
を有し、
又、前記電源装置の動作を停止する際に、前記コンデンサを放電して初期化するための放電回路を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電源装置。
前記ソフトスタート回路において、前記コンデンサを放電して初期化するとき、その放電時間を短縮するためのクランプ回路が設けられたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電源装置。
前記電源装置が、１チップの半導体集積回路装置であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の電源装置。
起動時の出力電流が通常の出力電流の１０倍以内になるように充電時間が設定されていることを特徴とする請求項５に記載の電源装置。
前記電源装置が、前記コンデンサが外部に設けられるとともに、前記コンデンサ以外の回路が１チップの半導体集積回路装置であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の電源装置。