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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。
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【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。
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【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)
この特許をJ-PlatPat(特許庁公式サイト)で参照する
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