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公開番号2025127632
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-02
出願番号2024024427
出願日2024-02-21
発明の名称ソフトスタート回路およびDC-DCコンバータ
出願人ミツミ電機株式会社
代理人個人,個人
主分類H02M 3/155 20060101AFI20250826BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】出力電圧が低下する異常状態から復帰する際に、出力電圧のオーバーシュートを抑制することができるソフトスタート回路を提供する。
【解決手段】出力電圧に応じたフィードバック電圧と所定の電圧とを入力とする誤差増幅回路と、電圧入力端子と電圧出力端子との間に設けられた駆動用スイッチング素子と、前記誤差増幅回路の出力に基づいて前記駆動用スイッチング素子を制御する制御回路とを備えた直流電源装置における、前記電圧入力端子の電圧が立ち上がる際に前記駆動用スイッチング素子を導通制御するためのソフトスタート電圧を生成する直流電源装置のソフトスタート回路において、前記誤差増幅回路の出力電圧が所定の電位を超えている状態を検出可能な状態検出手段を備え、状態検出手段が前記誤差増幅回路の出力電圧が所定の電位を超えている状態から復帰したことを検出したことに応じて前記ソフトスタート電圧を生成するようにした。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
出力電圧に応じたフィードバック電圧と所定の第１参照電圧とを入力とする誤差増幅回路と、電圧入力端子と電圧出力端子との間に設けられた駆動用スイッチング素子と、前記誤差増幅回路の出力に基づいて前記駆動用スイッチング素子を制御する制御回路とを備えた直流電源装置における、前記電圧入力端子の電圧が立ち上がる際に前記駆動用スイッチング素子を導通制御す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回路であって、
前記誤差増幅回路の出力電圧が所定の電位を超えている状態を検出可能な状態検出手段を備え、
前記状態検出手段が前記誤差増幅回路の出力電圧が所定の電位を超えている状態から復帰したことを検出したことに応じて前記ソフトスタート電圧を生成することを特徴とするソフトスタート回路。
続きを表示（約 2,100 文字）【請求項２】
前記状態検出手段は、前記誤差増幅回路の出力電圧が所定の電位に達した場合に、前記誤差増幅回路の出力電圧を所定の電位に固定するクランプ回路であることを特徴とする請求項１に記載のソフトスタート回路。
【請求項３】
定電流源と、該定電流源の電流によって充電されるコンデンサと、前記コンデンサの充電電荷を放電するためのトランジスタと、前記コンデンサの充電電圧と前記フィードバック電圧と前記第１参照電圧よりも低い第２参照電圧を入力とする差動増幅回路と、を備え、
前記コンデンサの充電電圧が前記誤差増幅回路に入力され、
前記差動増幅回路は、
前記フィードバック電圧が前記第２参照電圧の近傍まで低下すると、前記コンデンサの充電電圧を前記フィードバック電圧に一致させるように前記トランジスタを制御し、
前記フィードバック電圧が前記第２参照電圧以下に低下すると、前記コンデンサの充電電圧を前記第２参照電圧に一致させるように前記トランジスタを制御するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のソフトスタート回路。
【請求項４】
出力電圧に応じたフィードバック電圧と所定の第１参照電圧とを入力とする誤差増幅回路と、電圧入力端子と電圧出力端子との間に設けられた駆動用スイッチング素子と、前記誤差増幅回路の出力に基づいて前記駆動用スイッチング素子を制御する制御回路と、前記電圧入力端子の電圧が立ち上がる際に前記駆動用スイッチング素子を導通制御す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回路と、を備えたＤＣ－ＤＣコンバータであって、
前記誤差増幅回路の出力電圧が所定の電位を超えている状態を検出可能な状態検出手段を備え、前記ソフトスタート回路は前記状態検出手段が前記誤差増幅回路の出力電圧が所定の電位を超えている状態から復帰したことを検出したことに応じて前記ソフトスタート電圧を生成することを特徴とするＤＣ－ＤＣコンバータ。
【請求項５】
前記状態検出手段は、前記誤差増幅回路の出力電圧が所定の電位に達した場合に、前記誤差増幅回路の出力電圧を所定の電位に固定するクランプ回路であることを特徴とする請求項４に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。
【請求項６】
前記ソフトスタート回路は、
定電流源と、該定電流源の電流によって充電されるコンデンサと、前記コンデンサの充電電荷を放電するためのトランジスタと、前記コンデンサの充電電圧と前記フィードバック電圧と前記第１参照電圧よりも低い第２参照電圧を入力とする差動増幅回路と、を備え、
前記コンデンサの充電電圧が前記誤差増幅回路に入力され、
前記差動増幅回路は、前記フィードバック電圧が前記第２参照電圧の近傍まで低下すると、前記コンデンサの充電電圧を前記フィードバック電圧に一致させるように前記トランジスタを制御し、
前記フィードバック電圧が前記第２参照電圧以下に低下すると、前記コンデンサの充電電圧を前記第２参照電圧に一致させるように前記トランジスタを制御するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。
【請求項７】
前記差動増幅回路は、前記状態検出手段が前記誤差増幅回路の出力電圧が所定の電位に達して前記誤差増幅回路の出力電圧を所定の電位に固定している間だけ動作されるように構成されていることを特徴とする請求項６に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。
【請求項８】
前記誤差増幅回路は、
前記コンデンサの充電電圧と前記フィードバック電圧と前記第１参照電圧を入力とし、
前記フィードバック電圧が前記第１参照電圧よりも高いときは、前記フィードバック電圧と前記第１参照電圧の差電圧に応じた電圧を出力し、
前記フィードバック電圧が前記第１参照電圧よりも低いときは、前記フィードバック電圧と前記コンデンサの充電電圧との差電圧に応じた電圧を出力するように構成されていることを特徴とする請求項７に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。
【請求項９】
前記状態検出手段が、前記誤差増幅回路の出力電圧が所定の電位に達して前記誤差増幅回路の出力電圧を所定の電位に固定した後、前記誤差増幅回路の出力電圧が前記所定の電位よりも低くなった直後に、前木誤差増幅回路の出力電流能力が一時的に高くされるように構成されていることを特徴とする請求項８に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。
【請求項１０】
前記制御回路は、前記誤差増幅回路の出力電圧と所定周期の波形信号とを比較して前記駆動用スイッチング素子をオン、オフ制御するデューティ制御されたパルス信号を生成するＰＷＭコンパレータと、前記フィードバック電圧もしくは前記出力電圧に基づいて前記出力電圧が所定の電圧よりも低い低電圧状態を検出する低電圧検出回路と、を備え、前記低電圧検出回路が出力の低電圧状態を検出したことに応じて前記駆動用スイッチング素子をオフ状態に固定して出力を停止するように構成されていることを特徴とする請求項４～９のいずれかに記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電源装置のソフトスタート回路およびＤＣ－ＤＣコンバータに関し、例えばスイッチング・レギュレータ方式のＤＣ－ＤＣコンバータに適用して有効な技術に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
直流電源電圧を供給する電源装置として、スイッチング・レギュレータ方式のＤＣ－ＤＣコンバータがある。また、スイッチング・レギュレータ方式のＤＣ－ＤＣコンバータには、ＰＷＭ制御方式で出力電圧を制御するＤＣ－ＤＣコンバータがある（例えば特許文献１）。さらに、ＤＣ－ＤＣコンバータには、起動時の突入電流を抑制して、出力電圧のオーバーシュートを発生させないようにするソフトスタート回路を備えているものがある（例えば特許文献２）。
また、ＤＣ－ＤＣコンバータには、出力電圧が所定の電位以下に下がったことを検出して出力を停止する出力低電圧保護回路を設けているものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００２－０４４９３８号公報
特開２００９－１００４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
バッテリーを電源とするＤＣ－ＤＣコンバータを備えた車載の電子制御システムにおいては、クランキング時にＤＣ－ＤＣコンバータの出力電圧以下まで入力電圧が低下することがある。低電圧保護回路を備えたＤＣ－ＤＣコンバータに対しては、上記のような場合にも出力を停止させず出力させたままにしたいとの要求があるが、以下に説明するような問題が発生する。
図６は、一般的なＰＷＭ制御方式のＤＣ－ＤＣコンバータの主要な電圧、信号の入力電圧低下時における変化を示すタイミングチャートで、ＶINは入力電圧、ＶOUTは出力電圧、ＣＯＭＰは誤差アンプ（増幅回路）の出力、ＲＡＭＰは誤差アンプの出力と比較される波形信号（三角波）、ＰＷＭはスイッチング素子の駆動信号波形（駆動パルス）である。
【０００５】
図６に示すように、ＤＣ－ＤＣコンバータの入力電圧ＶINが低下すると、これに追従して出力電圧ＶOUTも低下して、ＣＯＭＰ電圧がＲＡＭＰの最大電圧以上まで上昇する。その後、タイミング：ｔ１で入力電圧ＶINが上昇し始めると出力電圧ＶOUTが入力電圧ＶINに追従して上昇する。タイミング：ｔ２で出力電圧ＶOUTが設定電圧まで上昇するとＣＯＭＰ電圧は低下し始めるが、入出力電圧差に応じた駆動パルスのデューティ制御の信号をすぐには出力することができないため、ＶOUTは設定電圧以上に上昇を続ける。
そして、ＣＯＭＰ電圧がデューティ制御することができる電圧まで低下すると、出力電圧ＶOUTは上昇しなくなり、コンバータの出力が設定電圧になるように制御される。
【０００６】
上記のように、従来の一般的なＰＷＭ制御方式のＤＣ－ＤＣコンバータは、出力電圧ＶOUTが設定電圧に制御できない状態から復帰する際に、出力電圧ＶOUTにオーバーシュートが発生するという問題がある。なお、図６において、ＰＷＭパルスのハイレベルの期間は駆動用スイッチトランジスタ（図のＭ１）がオンされるように制御されるため、ＣＯＭＰ電圧がＲＡＭＰの最大電圧よりも高くなっている期間Ｔ１においては、駆動用スイッチＭ１がオン状態にされる時間が長くなる。
【０００７】
上記オーバーシュートの発生という問題を解決するため、本発明者らは、図７に示すような回路構成を想起し検討した。
図７に示す回路において、ＶＯは出力電圧ＶOUTが印加される端子、ＡＭＰはＶOUTを抵抗分割した電圧ＶFBと参照電圧ＶREFとの電位差を増幅する誤差アンプ、ＣＬＰ１は端子ＳＳの電位をクランプするクランプ回路、ＣＬＰ２は誤差アンプＡＭＰから後段のＰＷＭコンパレータへ供給される電圧ＣＯＭＰをクランプするクランプ回路である。
【０００８】
ＳＳクランプ回路ＣＬＰ１は、入力端子間にオフセットを持たせており、出力電圧ＶOUTの低下で電圧ＶFBが低下した際に端子ＳＳの電位を電圧ＶFBの近傍の電位にクランプする。これによって、入力電圧ＶINの立ち上がり時に、誤差アンプＡＭＰの出力の急激な変化を抑制することで、出力電圧ＶOUTのオーバーシュートを防止するソフトスタート機能を有している。また、図示しないが、出力電圧ＶOUTの低電圧状態を検出して出力を停止する出力低電圧保護回路が設けられている。
【０００９】
しかし、図７に示す回路は、出力電圧ＶOUTが低下してＳＳ端子電圧をクランプする異常状態に入る条件において、出力低電圧保護回路の検出電圧ＶLVP以下までＶＯ端子電圧が低下していると、異常状態が低電圧検出の遅延時間(ＴDLY)以内に復帰する条件において、ソフトスタート動作でＶＯ端子の電圧が上昇しても、出力の低電圧状態の検出により出力が停止することがある。
ここで、出力低電圧保護回路により出力が停止しない条件は、ソフトスタートに要する時間をＴssとすると、Ｔss＜ＴDLYである。なお、遅延時間ＴDLYを長くすると、出力の異常状態(短絡による出力の過電流状態)が発生した場合に、異常を検出して出力を停止するまでの時間が長くなり、駆動用スイッチトランジスタに電流が流れ続けてＩＣが発熱しＩＣが損傷するおそれがあるので、遅延時間ＴDLYをあまり長くすることはできない。
【００１０】
本発明は上記のような課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、出力電圧が低下する異常状態から復帰する際に、出力電圧のオーバーシュートを抑制することができるソフトスタート回路を提供することにある。
本発明の他の目的は、出力低電圧の検出遅延時間以内に出力電圧低下の異常状態から復帰するタイミングにおいて、出力低電圧状態の検出によって出力が停止することがないＤＣ－ＤＣコンバータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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