JP4673046B2

JP4673046B2 - スイッチング電源

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Description

本発明は、スイッチング電源に関する。特に、ソフトスタート回路を備え、コイルに流れる電流をスイッチングすることによって、出力側に所定の負電圧を出力するスイッチング電源に関する。

従来、スイッチング電源には、起動時に出力コンデンサを充電するためのラッシュカレントによるスイッチングトランジスタやスイッチング電源の負荷となるＩＣ等の破壊や誤動作を防ぐため、ソフトスタート回路が採用されている。

ここで、図１４を参照する。図１４には、降圧モード（電源電圧（Ｖcc）＞出力電圧（Ｖo）の関係となるモード、「ＢｕｃｋＭｏｄｅ」とも言う。）の正電圧出力のスイッチング電源１０００の回路例が示されている。図１４に示す従来のスイッチング電源１０００は、ソフトスタート回路１００１、三角波発生回路１００２、誤差増幅器１００３、比較器１００４、駆動部１００５、スイッチングトランジスタＴｒ、ダイオードＤ、コイルＬ、コンデンサＣ、並びに抵抗Ｒ１及びＲ２を有している。ソフトスタート回路１００１からの出力電圧は、誤差増幅器１００３の基準電圧Ｖrefとして入力されている。誤差増幅器１００３には、このソフトスタート回路１００１からの出力電圧Ｖref並びに出力電圧Ｖoが抵抗Ｒ１及びＲ２により分圧された電圧が入力される。また、スイッチングトランジスタＴｒのソース又はドレインには、Ｖccが入力されている。なお、ソフトスタート回路１００１は、その出力電圧がＶrefを超えることがないように制御するクランプ回路（図示せず）を有している。

スイッチング電源１０００が正常に動作している場合は、誤差増幅器１００３の２つの入力（非反転入力及び反転入力）の電位がほぼ等しいバーチャルショートの状態になり、また誤差増幅器１００３の入力インピーダンスが十分大きければ、以下の数式（１）の関係が成り立つ。

数式（１）から明らかなとおり、出力電圧Ｖoが基準電圧Ｖrefに比例するので、電源投入時にある一定電圧に達するまでＶrefを徐々に大きくしていくことにより、この基準電圧Ｖrefに比例する出力電圧Ｖoも徐々に大きくなっていく。

図１５には、従来のスイッチング電源１０００の動作波形図が示されている。時刻ｔ１で電源Ｖccが投入され、ある一定電圧に達するまでＶrefを徐々に大きくしていくことにより、この基準電圧Ｖrefに比例する出力電圧Ｖoも徐々に大きくなっていく様子がわかる。この期間がソフトスタート期間（ｔ２−ｔ１）に相当する。

次に、図１６を参照する。図１６には、従来用いられている降圧モードの正電圧出力のスイッチング電源１１００の別の回路例が示されている。図１６に示す従来のスイッチング電源１１００は、ソフトスタート回路１１０１、三角波発生回路１１０２、誤差増幅器１１０３、比較器１１０４、駆動部１１０５、スイッチングトランジスタＴｒ、ダイオードＤ、コイルＬ、コンデンサＣ、並びに抵抗Ｒ１及びＲ２を有している。誤差増幅器１１０３は、３入力の誤差増幅器であり、ソフトスタート回路１１０１からの出力電圧、基準電圧Ｖref、並びに出力電圧Ｖoが抵抗Ｒ１及びＲ２により分圧された電圧が入力される。スイッチングトランジスタＴｒのソース又はドレインには、Ｖccが入力されている。

スイッチング電源１１００の機能は、上述のスイッチング電源１０００の機能と同様であるが、上述のスイッチング電源１０００のソフトスタート回路１００１がクランプ回路を必要とする一方、スイッチング電源１１００のソフトスタート回路１１０１はそれを必要としない点で異なっている。

図１７には、ソフトスタート回路１１０１の動作波形が示されている。時刻ｔ１で電源が入力された直後は、ソフトスタート回路１１０１内部コンデンサの電圧が０Ｖであるため、ソフトスタート回路１１０１の出力電圧は時間に比例して変化する。ソフトスタート回路１１０１の出力が基準電圧Ｖrefとなるまでの時間（ｔ２−ｔ１）がソフトスタート期間に相当する。

図１８には、従来のスイッチング電源１１００の動作波形図が示されている。時刻ｔ１で電源Ｖccが投入され、ある一定電圧に達するまでＶrefを徐々に大きくしていくことにより、この基準電圧Ｖrefに比例する出力電圧Ｖoも徐々に大きくなっていく様子がわかる。この期間がソフトスタート期間（ｔ２−ｔ１）に相当する。出力電圧Ｖoは、上述の数式（１）を満たす。

また、従来用いられているスイッチング電源として、スイッチングトランジスタを導通状態（ＯＮ）にする期間（オンデューティ(ＯｎＤｕｔｙ)）を、回路の起動から一定時間徐々に大きくすることにより出力電圧を徐々に大きくする方式のソフトスタートを採用した回路もある。このようなソフトスタートの方式を、「ＤＴＣ（ＤｅａｄＴｉｍｅＣｏｎｔｒｏｌ）方式」という。以下の特許文献１には、ＤＴＣ方式のソフトスタートが開示されている。

図１９を参照する。図１９には、ＤＴＣ方式のソフトスタートを採用した従来の降圧モードの正電圧出力のスイッチング電源１２００の回路例が示されている。図１９に示す従来のスイッチング電源１２００は、ソフトスタート回路１２０１、三角波発生回路１２０２、誤差増幅器１２０３、比較器１２０４、駆動部１２０５、スイッチングトランジスタＴｒ、ダイオードＤ、コイルＬ、コンデンサＣ、並びに抵抗Ｒ１及びＲ２を有している。誤差増幅器１２０３は、２入力の誤差増幅器であり、出力電圧Ｖoが抵抗Ｒ１及びＲ２により分圧された電圧並びに基準電圧Ｖrefが入力される。また、比較器１２０４は、３入力の比較器であり、誤差増幅器１２０３の出力、ソフトスタート回路１２０１の出力及び三角波発生回路１２０２の出力が入力される。また、スイッチングトランジスタＴｒのソースには、Ｖccが入力されている。

図２０には、スイッチング電源１２００の動作波形が示されている。なお、図２０に示すように、比較器１２０４の出力端子の電圧を一定時間徐々に大きくすることにより、スイッチング電源出力電圧Ｖoが徐々に大きくなっていく様子が示されている。出力電圧Ｖoは、上述の数式（１）を満たす。なお、図２０に示すスレッショルドレベルは、入力電圧Ｖccと出力電圧Ｖoによって決まるものである。

スイッチング電源１２００は、ソフトスタートが終了するまでは、比較器１２０４入力のところでフィードバックがとぎれており、ソフトスタートが終了してフィードバックが動作し出力電圧Ｖoが落ち着く直前に出力電圧Ｖoのオーバーシュートにより一時的に過電圧が生じるという欠点がある。
特開平１０−１６４８２５号公報

最近、主にフラットパネルディスプレイ等の用途に負電圧電源を必要としており、また高精細度を追求するためにディスプレイ駆動用ＩＣの微細化がすすみ、過電圧や電源起動のタイミングの影響を受けやすくなっている。そのような理由から、ソフトスタート機能を有する負電圧出力のスイッチング電源の必要性が生じてきている。

上述したスイッチング電源１０００、１１００及び１２００は、何れもソフトスタート機能を有するが、正電圧を出力する降圧モードのスイッチング電源である。これらのスイッチング電源を昇圧モード（電源電圧（Ｖcc）＜出力電圧（Ｖo）の関係となるモード、「ＢｏｏｓｔＭｏｄｅ」とも言う。）のスイッチング電源に改良した回路は、従来よく用いられているが、負電圧を出力する反転モード（「ＩｎｖｅｒｔｉｎｇＭｏｄｅ」とも言う。）に改良した回路は存在しなかった。

そこで、本発明は上述の問題を解決するためになされたものであり、ソフトスタート機能を有するスイッチング電源を提供するものである。

本発明のスイッチング電源は、ソフトスタート機能を有する回路を備えており、これによって、起動時に出力コンデンサを充電するためのラッシュカレントによるスイッチングトランジスタの破壊等を防ぎ、安定した負電圧出力を提供することができる。

本発明によると、ソフトスタート期間を設定する第１の電圧を出力するソフトスタート回路を備えるスイッチング電源コントローラと；コイルと、前記スイッチング電源コントローラの出力で駆動して該コイルに流れる電流を制御するスイッチング素子と、アノード側を出力端に、かつカソード側を該スイッチング素子と該コイルとの接続点に接続するダイオードを備えた、負電圧を出力する出力段と；前記ソフトスタート回路から出力される前記第１の電圧と前記出力端からフィードバックされる負電圧との電位差を分圧した第２の電圧を前記スイッチング電源コントローラの入力部に出力する分圧回路と；前記ソフトスタート期間を調整するための第３の電圧を電源起動後から前記ソフトスタート回路の入力部に出力するソフトスタート期間調整回路と；を備え、前記ソフトスタート回路は、前記ソフトスタート期間調整回路から入力される前記第３の電圧に基づいて前記電源起動後から前記ソフトスタート期間を設定する前記第１の電圧を出力するスイッチング電源が提供される。

また、前記スイッチング電源コントローラは、さらに、前記分圧回路の前記第２の電圧と基準電圧との電位差を増幅する誤差増幅器と、三角波を出力する三角波発生回路と、前記三角波発生回路の出力電圧と前記誤差増幅器の出力電圧とを比較し、この比較結果に応じたパルス信号を出力する比較器と、前記比較器から出力される前記パルス信号に基づいて前記スイッチング素子を駆動する駆動回路とを備えるようにしている。

また、本発明によると、誤差増幅器と、比較器と、三角波発生回路と、駆動回路とを備え、該比較器は、ソフトスタート期間を設定する第１の電圧を出力するソフトスタート回路と、前記三角波形発生回路の出力部と、を入力部に接続し、かつ該比較器は、その入力部にＰチャンネルトランジスタ又はＰＮＰトランジスタを有するスイッチング電源コントローラと；コイルと、前記スイッチ電源コントローラの出力で駆動して該コイルに流れる電流を制御するスイッチング素子と、アノード側を出力端に、かつカソード側を該スイッチング素子と該コイルとの接続点に接続するダイオードとを備えた、負電圧を出力する出力段と；基準電圧と前記出力端からフィードバックされる負電圧との電位差を分圧した第２の電圧を前記誤差増幅器の入力部に出力する分圧回路と；前記ソフトスタート期間を調整するための第３の電圧を電源起動後から前記ソフトスタート回路の入力部に出力するソフトスタート期間調整回路と；を備え、前記ソフトスタート回路は、前記ソフトスタート期間調整回路から入力される前記第３の電圧に基づいて前記電源起動後から前記ソフトスタート期間を設定する前記第１の電圧を出力するスイッチング電源が提供される。

また、本発明によると、ソフトスタート期間を設定する第１の電圧を出力するソフトスタート回路を備えるスイッチング電源コントローラと；コイルと、前記スイッチング電源コントローラの出力で駆動して該コイルに流れる電流を制御するスイッチング素子と、アノード側を出力端に、かつカソード側を該スイッチング素子と該コイルとの接続点に接続するダイオードとを備える負電圧出力用の出力段を備える複数の出力段と；前記ソフトスタート回路から出力される前記第１の電圧と前記複数の出力段の各出力端からフィードバックされる各電圧との電位差を分圧した第２の電圧を前記スイッチング電源コントローラの入力部に出力する複数の分圧回路と；前記複数の出力段毎に前記ソフトスタート期間を調整するための第３の電圧を電源起動後から前記スイッチング電源コントローラの入力部に出力する複数のソフトスタート期間調整回路と；前記複数の出力段の立ち上がりシーケンスを切り換えるため前記複数の出力段と前記複数のソフトスタート調整回路との間の接続を切り換える切換回路と；を備え、前記ソフトスタート回路は、前記ソフトスタート期間調整回路から入力される前記第３の電圧に基づいて前記電源起動後から前記ソフトスタート期間を設定する前記第１の電圧を出力するスイッチング電源が提供される。

また、前記ソフトスタート回路は、前記電圧をクランプするクランプ回路を備えるようにしてもよい。また、前記比較器は、前記ソフトスタート回路から出力される電圧をクランプするクランプ機能を備えるようにしてもよい。

本発明のスイッチング電源によれば、ソフトスタート機能を備え、且つ安定した負電圧出力を提供することができる。また、電源起動直後から回路内のフィードバック機能を動作させることができ、電源起動時の負電圧出力の負側のオーバーシュートを防止することができ、負電圧が出力される負荷回側の回路素子にダメージを与えることを解消することができる。よって、回路素子の微細化に伴う耐圧の低下にも対応することができる。

また、本発明のスイッチング電源によれば、複数の安定した電圧を出力することができ、且つそれらの立ち上がりシーケンスを容易に変更することができる。

本実施の形態においては、本発明のスイッチング電源の例について説明する。図１に示すスイッチング電源は、負電圧を出力する反転モード（ＩｎｖｅｒｔｉｎｇＭｏｄｅ）を採用し、誤差増幅器に入力される基準電圧をソフトスタート回路から出力するようにしている。こうすることにより、電源起動直後から回路内のフィードバック機能を動作させることができ、電源起動時の負電圧出力の負側のオーバーシュートを防止することができ、負電圧が出力される負荷回側の回路素子にダメージを与えることを解消することができる。

図１には、スイッチング電源（スイッチング回路）１００の回路図が記載されている。スイッチング電源（スイッチング回路）１００は、ソフトスタート回路１０１、三角波発生回路１０２、誤差増幅器（誤差増幅回路）１０３、比較器（比較回路）１０４、駆動部（駆動回路）１０５、スイッチングトランジスタ（スイッチング素子）Ｔｒ１、ダイオードＤ、コイルＬ、コンデンサＣ１及びＣ２、並びに抵抗Ｒ１及びＲ２でなる分圧回路１０６を有している。ここで、スイッチング電源コントローラ１０７は，ソフトスタート回路１０１、三角波発生回路１０２、誤差増幅器１０３、比較器１０４及び駆動部１０５を備える。また、出力段１０８は，スイッチングトランジスタＴｒ１、ダイオードＤ、コイルＬ及びコンデンサＣ１を備える。なお、ここでは、分圧回路１０６は２つの抵抗Ｒ１及びＲ２でなるようにしたが、これに限定されるわけではなく、ソフトスタート回路１０１の出力電圧と出力端Ｖoの出力電圧（Ｖo）とを分圧する機能を有していれば、どのような回路を用いてもよい。また、Ｒ１及びＲ２に可変抵抗を採用してもよい。また、コンデンサＣ２は，ソフトスタート期間調整回路である。

次に、図２を参照する。図２には、スイッチング電源１００におけるソフトスタート回路１０１の回路図が示されている。スイッチング電源１００におけるソフトスタート回路１０１は、定電流源１１０、スイッチングトランジスタ（スイッチング素子）Ｔｒ２及びクランプ回路１１１を有している。なお、スイッチング電源１００では、コンデンサＣ２はソフトスタート回路１０１内に内蔵しなかったが、ソフトスタート回路１０１内にコンデンサＣ２を内蔵するようにしてもよい。このコンデンサＣ２は、ソフトスタート期間を調整するためのものであり、ソフトスタート期間調整回路として機能する。

ソフトスタート回路１０１において、電源起動時はコンデンサＣ２に蓄積されている電荷はゼロであるので、コンデンサＣ２の上側の電位は０Ｖである。電源起動後は、定電流源１１０からコンデンサＣ２に一定電流で電荷が充電されていくので、コンデンサＣ２の上側の電位は図４に示すように一定の割合で時間に比例して上昇していく。この電圧がＶrefに到達すると、クランプ回路１１１の働きにより一定電圧（＝Ｖref）に維持されることとなる。

ここで、図３を参照する。図３には、スイッチング電源１００におけるクランプ回路１１１の回路図が示されている。クランプ回路１１１は、演算増幅器（演算増幅回路）１２０及びスイッチングトランジスタ（スイッチング素子）Ｔｒ３を有している。演算増幅器の反転入力（−）には、コンデンサＣ２の上側の電位ＶCIが入力される。演算増幅器１２０の出力は、スイッチング素子Ｔｒ３を駆動する。スイッチング素子Ｔｒ３は、演算増幅器１２０の出力を受けて、所定の電圧Ｖrefの電圧源からの電圧出力をコントロールし、出力電圧ＶCOとして出力する。また、出力電圧ＶCOは、演算増幅器１２０の非反転入力（＋）へフィードバックされる。

クランプ回路１１１においては、以下の数式（２）のとおりの関係式が成立する。クランプ回路１１１は、ソフトスタート回路１００１の出力電圧がＶrefを超えることがないように制御している。

ここで、再度図１を参照し、スイッチング電源１００の動作について説明する。出力電圧Ｖoは、ソフトスタート回路１０１の出力電圧を用いて分圧される。つまり、ソフトスタート回路１０１の出力電圧と出力端Ｖoの出力電圧（Ｖo）との電位差は、抵抗Ｒ１及びＲ２によって分圧される。この抵抗分圧の出力（分圧回路１０６の出力）は、誤差増幅器１０３に入力される。誤差増幅器１０３においては、分圧回路１０６の出力と誤差増幅器１０３の基準電圧（＝ＧＮＤ（０Ｖ））との電位差が増幅されて誤差増幅器１０３より出力される。誤差増幅器１０３の出力は、比較器１０４の非反転入力（＋）へ入力される。比較器１０４の反転入力（−）には、三角波発生回路１０２で発生した三角波（又はのこぎり波）が入力される。比較器１０４は、誤差増幅回路１０３の出力と三角波とを比較し、その結果をパルスとして駆動部１０５へ出力する。駆動部１０５は、比較器１０４の出力を入力として受け、スイッチング素子Ｔｒ１を駆動する。スイッチング素子Ｔｒ１は、駆動部１０５からの出力に基づいて、コイルＬに流れる電流をＯＮ／ＯＦＦする。スイッチング素子Ｔｒ１がＯＮのときに、コイルＬには電気エネルギーが蓄えられ、スイッチング素子Ｔｒ１がＯＦＦの時に、コイルＬに蓄えられた電気エネルギーがダイオードＤを通じて電力として出力端Ｖoより出力される。このときコイルに蓄えられた電気エネルギーが、ＧＮＤ、外部の負荷回路（図示せず）、出力端Ｖo、ダイオードＤのアノード及びダイオードＤのカソードを経由して、電流としてコイルに戻ってくるように回路が構成されている。また、スイッチング素子がＯＮの時は、ダイオードＤ１のカソード側がＶcc電圧になるため、ダイオードＤ１は非導通となる。このときはコンデンサＣ１の下側の端子よりＧＮＤを経由して、外部の負荷回路、出力端Ｖo及びコンデンサＣ１の上側の端子に流れ込むような回路を構成しているため、安定して出力電圧を発生させることができる。何れの場合も、ＧＮＤから流れ出た電流が出力端Ｖoに流れ込むため、出力端Ｖoに負電圧が生じる。そして、この出力電圧Ｖoを分圧回路１０６に帰還させることによりフィードバック回路を構成する。

スイッチング電源１００においては、このフィードバック回路は、電源起動直後に機能し始める。このとき、フィードバック回路の働きにより、誤差増幅回路１０３の２つの入力の電位はそれぞれほぼ等しくなり（バーチャルショート）、出力電圧Ｖoは次の数式（３）に従うことになる。

したがって、ソフトスタート回路の出力電圧を図４に示すように変化させることにより、図５のように負電圧出力のソフトスタートが可能になる。

図５は、スイッチング電源１００の波形図を示したものである。図５に示すとおり、電源起動直後から、ソフトスタート回路の出力電圧が図４に示したとおり変化し、それに伴い、出力電圧Ｖoが変化していき、ソフトスタート期間（ｔ２−ｔ１）終了後、安定した負電圧Ｖoが得られる。

図６には、スイッチング電源１００の実験結果を示す。ここでは、電源電圧Ｖccを５Ｖ、Ｖrefを１.２Ｖ、出力電圧Ｖoを−５Ｖとした。約１２ｍｓｅｃのソフトスタート期間の経過後、安定した負電圧出力Ｖo（＝−５Ｖ）が得られていることがわかる。

以下、本発明のスイッチング電源の別の例について説明する。

図７を参照する。図７には、スイッチング電源（スイッチング回路）２００の回路図が記載されている。スイッチング電源（スイッチング回路）２００は、ソフトスタート回路２０１、三角波発生回路２０２、誤差増幅器（誤差増幅回路）２０３、比較器（比較回路）２０４、駆動部（駆動回路）２０５、スイッチングトランジスタ（スイッチング素子）Ｔｒ１、ダイオードＤ、コイルＬ、コンデンサＣ１及びＣ２、並びに抵抗Ｒ１及びＲ２でなる分圧回路２０６を有している。比較器２０４は、その入力部にＰチャンネルトランジスタ又はＰＮＰトランジスタを備える。ここで、スイッチング電源コントローラ２０７は，ソフトスタート回路２０１、三角波発生回路２０２、誤差増幅器２０３、比較器２０４及び駆動部２０５を備える。また、出力段２０８は，スイッチングトランジスタＴｒ１、ダイオードＤ、コイルＬ及びコンデンサＣ１を備える。なお、スイッチング電源２００においては、分圧回路２０６は２つの抵抗Ｒ１及びＲ２でなるようにしたが、これに限定されるわけではなく、ソフトスタート回路２０１の出力電圧と出力端Ｖoの出力電圧（Ｖo）とを分圧する機能を有していれば、どのような回路を用いてもよい。また、Ｒ１及びＲ２に可変抵抗を採用してもよい。また、ソフトスタート期間調整回路として、コンデンサＣ２を用いている。

次に、図８を参照する。図８には、スイッチング電源２００におけるソフトスタート回路２０１の回路図が示されている。ソフトスタート回路２０１は、定電流源２１０及びスイッチングトランジスタ（スイッチング素子）Ｔｒ２を有している。なお、スイッチング電源２００では、コンデンサＣ２はソフトスタート回路２０１内に内蔵しなかったが、ソフトスタート回路２０１内にコンデンサＣ２を内蔵するようにしてもよい。このコンデンサＣ２は、ソフトスタート期間を調整するためのもので、ソフトスタート期間調整回路として機能する。

ここで、再度図７を参照する。電源起動後、すぐにＶref電圧は立ち上がる。また、このとき出力電圧Ｖoは、まだ０Ｖである。したがって、分圧回路２０６の出力電圧は、０Ｖより十分大きい正の電圧となる。この正の出力電圧が誤差増幅回路２０３の非反転入力（＋）に入力されることにより、誤差増幅回路２０３は、正側に大きく振り切れる電圧（＝正の飽和電圧）を出力する。

比較器２０４は、誤差増幅回路２０３の出力電圧とソフトスタート回路２０１の出力と三角波発生回路２０２の出力電圧とを比較する。比較器２０４内の入力部の差動増幅回路にＰチャネルＦＥＴ又はＰＮＰトランジスタを使用すると、比較器２０４は、２つの非反転入力（＋）のうち電圧値の小さいほうが有効になるように機能する。すなわち、比較器２０４がソフトスタート回路２０１のクランプ回路として機能する。図９には、ソフトスタート回路２０１の波形図が示されている。電源起動時は、図９に示すようにソフトスタート回路２０１の出力は０Ｖなので、ソフトスタート期間（ｔ２−ｔ１）はソフトスタート回路２０１の出力が有効になり、出力される。なお、このソフトスタート期間中は、スイッチング電源２００のフィードバックは働いていない。

図１０には、には、スイッチング電源２００の動作波形が示されている。図１０に示すように、ソフトスタート回路２０１の出力電圧が徐々に立ち上がってくるに従って比較器２０４の出力のパルス幅は徐々に大きくなってゆく。出力電圧Voが所定の電圧に到達すると、分圧回路２０６がほぼ０Vになる。そして、誤差増幅回路２０３の出力電圧が飽和電圧から低下し、ソフトスタート回路２０１の出力電圧よりも小さくなると、タイミングｔ２でソフトスタート期間は終了する。また、タイミングｔ２でソフトスタート期間が終了すると同時にスイッチング電源２００のフィードバックが機能し始める。

スイッチング電源２００によれば、ソフトスタート機能を備え、且つ安定した負電圧出力を提供することができる。

図１１を参照する。図１１には、スイッチング電源６００の一例の回路図が示されている。第１出力段１００−１、分圧回路１００−２（抵抗Ｒ１及びＲ２），ソフトスタート期間調整回路１００−３（コンデンサＣ２）及びスイッチング電源コントローラ５００は、負電圧出力用スイッチング電源１００を構成する。また、第２出力段３００−１、分圧回路３００−２（抵抗Ｒ１及びＲ２），ソフトスタート期間調整回路３００−３（コンデンサＣ２）及びスイッチング電源コントローラ５００は，降圧モードの正電圧出力用電源を構成する。また，第３出力段４００−１、分圧回路４００−２（抵抗Ｒ１及びＲ２），ソフトスタート期間調整回路４００−３（コンデンサＣ２）及びスイッチング電源コントローラ５００は，昇圧モードの正電圧出力用電源を構成する。ここで，スイッチング電源コントローラ５００は，ソフトスタート回路、誤差増幅器、比較器及び駆動器を備える。図１１においては、各出力電源のソフトスタートの時間を調整するためのソフトスタート期間調整回路（コンデンサＣ２）は、外付けされている。なお、コンデンサＣ２はスイッチング電源コントローラ５００に内蔵されるようにしてもよいし、外付けとしてもよい。

図１１に示すとおり、スイッチング電源用コントローラ５００は、負電圧出力Ｖo_Invert、降圧モード正電圧出力Ｖo_Buck及び昇圧モード正電圧出力Ｖo_Boostの３電圧出力を有している。なお、これら３つの電圧の出力の立ち上がり順序は、図１１に示すＸ部の接続を変更することにより、自由に変更することができる。

図１１においては、スイッチング電源コントローラ５００のＰ＿ＧＯＯＤ３が配線Ｌ３にＴ２で接続されており、またＰ＿ＧＯＯＤ２が配線Ｌ１にＴ１で接続されている。この場合、３つの電圧出力は、降圧モード正電圧出力Ｖo_Buck、負電圧出力Ｖo_Invert、昇圧モード正電圧出力Ｖo_Boostの順に出力されることになる。このＸ部（切り換え回路）の配線の接続を次のとおり変更することによって、３つの電圧出力の立ち上がりシーケンス（立ち上がり順序）を変更できる。

（１）Ｖo_Buck→Ｖo_Invert→Ｖo_Boost：Ｐ＿ＧＯＯＤ２を配線Ｌ１に接続、Ｐ＿ＧＯＯＤ３を配線Ｌ３に接続
（２）Ｖo_Buck→Ｖo_Boost→Ｖo_Invert：Ｐ＿ＧＯＯＤ２を配線Ｌ３に接続、Ｐ＿ＧＯＯＤ１を配線Ｌ１に接続
（３）Ｖo_Invert→Ｖo_Buck→Ｖo_Boost：Ｐ＿ＧＯＯＤ３を配線Ｌ２に接続、Ｐ＿ＧＯＯＤ２を配線Ｌ３に接続
（４）Ｖo_Invert→Ｖo_Boost→Ｖo_Buck：Ｐ＿ＧＯＯＤ３を配線Ｌ３に接続、Ｐ＿ＧＯＯＤ１を配線Ｌ２に接続
（５）Ｖo_Boost→Ｖo_Invert→Ｖo_Buck：Ｐ＿ＧＯＯＤ１を配線Ｌ１に接続、Ｐ＿ＧＯＯＤ３を配線Ｌ２に接続
（６）Ｖo_Boost→Ｖo_Buck→Ｖo_Invert：Ｐ＿ＧＯＯＤ１を配線Ｌ２に接続、Ｐ＿ＧＯＯＤ２を配線Ｌ１に接続

また、図１１に示す３つの電源のうち、Ｖo_Boost及びＶo_Buckについては、何れかの回路変更をし、両方ともＶo_Boost又は両方ともＶo_Buckとしてもよい。ただし、Ｖo_Boostとする場合とＶo_Buckとする場合とで、外付け回路を変更する必要がある。

図１２及び図１３には、スイッチング電源用コントローラ５００の電圧出力の実験結果を示す。図１２においては、電源電圧Ｖccを５Ｖ、出力電圧Ｖo_Invertを−５Ｖ、Ｖo_Buck３.３Ｖ、Ｖo_Boostを１６Ｖとした。３つの電圧出力は、Ｖo_Buck３.３Ｖ、Ｖo_Invert−５Ｖ、Ｖo_Boostの順に立ち上げるようにした。約１０ｍｓｅｃのソフトスタート期間の経過後、それぞれ、安定した出力が得られていることがわかる。

図１３においては、電源電圧Ｖccを９Ｖ、出力電圧Ｖo_Invertを−５Ｖ、Ｖo_Buck1を５Ｖ、Ｖo_Buck2を３.３Ｖとした。３つの電圧出力は、Ｖo_Buck2、Ｖo_Invert、Ｖo_Buck1の順に立ち上げるようにした。約１００ｍｓｅｃのソフトスタート期間の経過後、それぞれ、安定した出力が得られている。

以上説明したとおり、本発明のスイッチング電源は、負電圧出力を含む３つの電源電圧を安定して供給することができ、且つそれらの立ち上がりシーケンスを容易に変更することができる。

また、本発明のスイッチング電源は、負電圧出力を含む３つの電源電圧を安定して供給することができ、且つそれらの立ち上がりシーケンスを容易に変更することができる。

よって、本発明のスイッチング電源は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等のディスプレイを始め、負電圧出力が必要な種々の製品へ用いることができる。

一実施の形態に係る本発明のスイッチング電源の回路図である。一実施形態に係るソフトスタート回路１０１の回路図である。一実施形態に係るクランプ回路１１１の回路図である。一実施形態に係るソフトスタート回路１０１の波形図である。一実施形態に係る本発明のスイッチング電源１００の波形図である。一実施形態に係る本発明のスイッチング電源１００の実験結果を示す図である。一実施形態に係る本発明のスイッチング電源２００の回路図である。一本実施形態に係るソフトスタート回路２０１の回路図である。一本実施形態に係るソフトスタート回路２０１の波形図である。一本実施形態に係るスイッチング回路２００の波形図である。一本実施形態に係る本発明のスイッチング電源用コントローラの一例の回路図である。一本実施形態に係る本発明のスイッチング電源の電圧出力の実験結果を示す図である。一本実施形態に係る本発明のスイッチング電源の電圧出力の実験結果を示す図である。従来のスイッチング電源１０００の回路例を示す図である。従来のスイッチング電源１０００の動作波形図である。従来のスイッチング電源１１００の回路例を示す図である。ソフトスタート回路１１０１の動作波形を示す図である。従来のスイッチング電源１１００の動作波形図である。従来のスイッチング電源１２００の回路例を示す図である。従来のスイッチング電源１２００の動作波形図である。

符号の説明

１００スイッチング電源
１０１ソフトスタート回路
１０２三角波発生回路
１０３誤差増幅器
１０４比較器
１０５駆動部
１０６分圧回路
１０７スイッチング電源コントローラ
１０８出力段
１１０定電流源
１１１クランプ回路
１２０演算増幅回路
２００スイッチング電源
２０１ソフトスタート回路
２０２三角波発生回路
２０３誤差増幅器
２０４比較器
２０５駆動部
２０６分圧回路
２０７スイッチング電源コントローラ
２０８出力段
２１０定電流源

Claims

ソフトスタート期間を設定する第１の電圧を出力するソフトスタート回路を備えるスイッチング電源コントローラと；
コイルと、前記スイッチング電源コントローラの出力で駆動して該コイルに流れる電流を制御するスイッチング素子と、アノード側を出力端に、かつカソード側を該スイッチング素子と該コイルとの接続点に接続するダイオードを備えた、負電圧を出力する出力段と；
前記ソフトスタート回路から出力される前記第１の電圧と前記出力端からフィードバックされる負電圧との電位差を分圧した第２の電圧を前記スイッチング電源コントローラの入力部に出力する分圧回路と；
前記ソフトスタート期間を調整するための第３の電圧を電源起動後から前記ソフトスタート回路の入力部に出力するソフトスタート期間調整回路と；を備え、前記ソフトスタート回路は、前記ソフトスタート期間調整回路から入力される前記第３の電圧に基づいて前記電源起動後から前記ソフトスタート期間を設定する前記第１の電圧を出力することを特徴とするスイッチング電源。
誤差増幅器と、比較器と、三角波発生回路と、駆動回路とを備え、該比較器は、ソフトスタート期間を設定する第１の電圧を出力するソフトスタート回路と、前記三角波形発生回路の出力部と、を入力部に接続し、かつ該比較器は、その入力部にＰチャンネルトランジスタ又はＰＮＰトランジスタを有するスイッチング電源コントローラと；
コイルと、前記スイッチ電源コントローラの出力で駆動して該コイルに流れる電流を制御するスイッチング素子と、アノード側を出力端に、かつカソード側を該スイッチング素子と該コイルとの接続点に接続するダイオードとを備えた、負電圧を出力する出力段と；
基準電圧と前記出力端からフィードバックされる負電圧との電位差を分圧した第２の電圧を前記誤差増幅器の入力部に出力する分圧回路と；前記ソフトスタート期間を調整するための第３の電圧を電源起動後から前記ソフトスタート回路の入力部に出力するソフトスタート期間調整回路と；
を備え、前記ソフトスタート回路は、前記ソフトスタート期間調整回路から入力される前記第３の電圧に基づいて前記電源起動後から前記ソフトスタート期間を設定する前記第１の電圧を出力することを特徴とするスイッチング電源。
前記スイッチング電源コントローラは、さらに、
前記分圧回路の前記第２の電圧と基準電圧との電位差を増幅する誤差増幅器と、
三角波を出力する三角波発生回路と、
前記三角波発生回路の出力電圧と前記誤差増幅器の出力電圧とを比較し、この比較結果に応じたパルス信号を出力する比較器と、前記比較器から出力される前記パルス信号に基づいて前記スイッチング素子を駆動する駆動回路とを備えることを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源。
ソフトスタート期間を設定する第１の電圧を出力するソフトスタート回路を備えるスイッチング電源コントローラと；
コイルと、前記スイッチング電源コントローラの出力で駆動して該コイルに流れる電流を制御するスイッチング素子と、アノード側を出力端に、かつカソード側を該スイッチング素子と該コイルとの接続点に接続するダイオードとを備える負電圧出力用の出力段を備える複数の出力段と；
前記ソフトスタート回路から出力される前記第１の電圧と前記複数の出力段の各出力端からフィードバックされる各電圧との電位差を分圧した第２の電圧を前記スイッチング電源コントローラの入力部に出力する複数の分圧回路と；
前記複数の出力段毎に前記ソフトスタート期間を調整するための第３の電圧を電源起動後から前記スイッチング電源コントローラの入力部に出力する複数のソフトスタート期間調整回路と；前記複数の出力段の立ち上がりシーケンスを切り換えるため前記複数の出力段と前記複数のソフトスタート調整回路との間の接続を切り換える切換回路と；
を備え、前記ソフトスタート回路は、前記ソフトスタート期間調整回路から入力される前記第３の電圧に基づいて前記電源起動後から前記ソフトスタート期間を設定する前記第１の電圧を出力することを特徴とするスイッチング電源。
前記ソフトスタート回路は、前記電圧をクランプするクランプ回路を備えることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源。
前記比較器は、前記ソフトスタート回路から出力される電圧をクランプするクランプ機能を備えることを特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源。