特許 6583963 スイッチング電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6583963

(24)【登録日】2019年9月13日

(45)【発行日】2019年10月2日

(54)【発明の名称】スイッチング電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20190919BHJP

【ＦＩ】

   H02M3/28 B

   H02M3/28 Q

【請求項の数】7

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-48036(P2016-48036)

(22)【出願日】2016年3月11日

(65)【公開番号】特開2017-163773(P2017-163773A)

(43)【公開日】2017年9月14日

【審査請求日】2018年7月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002037

【氏名又は名称】新電元工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100086807

【弁理士】

【氏名又は名称】柿本 恭成

(74)【代理人】

【識別番号】100076222

【弁理士】

【氏名又は名称】大橋 邦彦

(72)【発明者】

【氏名】呉 益東

(72)【発明者】

【氏名】木島 正幸

(72)【発明者】

【氏名】箱田 康徳

(72)【発明者】

【氏名】江崎 貴範

【審査官】 小林 秀和

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０２９４３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１７６８１６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−２９７９８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２７４６４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２６１０１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１８９１５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０４５９９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０６１９８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

スイッチング信号によってオン／オフ動作するスイッチング素子を有するスイッチング回路と、
前記スイッチング回路の出力信号を整流及び平滑して出力電圧を出力する整流平滑回路と、
前記スイッチング素子をオン／オフ動作させる前記スイッチング信号を生成し、前記スイッチング素子に対するソフトスイッチング動作及び通常運転動作を制御する制御部と、
を備えるスイッチング電源装置であって、
前記制御部は、
前記ソフトスイッチング動作の制御前において、前記スイッチング回路の起動開始から第１固定期間の間、第１固定の制御量を設定して、第１固定制御量設定信号を出力する第１固定制御量設定手段と、
前記第１固定期間の終了時、及び前記第１固定期間の終了後の第２固定期間において、前記出力電圧が規定値へ到達してプリチャージが完了しているか否かのプリチャージ判定を行ってプリチャージ判定結果を出力するプリチャージ判定手段と、
前記プリチャージ判定結果が、前記第１固定期間の終了時において前記規定値へ到達していない場合、前記第２固定期間の間、前記出力電圧を前記規定値へ上昇させるような第２固定の制御量を設定して、第２固定制御量設定信号を出力する第２固定制御量設定手段と、
前記プリチャージ判定結果が、前記第１固定期間の終了時又は前記第２固定期間中において前記規定値へ到達して前記プリチャージが完了している場合、及び、前記第２固定期間の終了時において前記規定値へ到達せずに前記プリチャージが未完了の場合、プリチャージ動作の制御を終了して前記ソフトスイッチング動作の制御へ移行するソフトスタート移行手段と、
前記第１固定制御量設定信号及び前記第２固定制御量設定信号に基づき、前記スイッチング信号を生成するスイッチング信号生成手段と、
を有することを特徴とするスイッチング電源装置。

【請求項2】

前記ソフトスタート移行手段は、
前記プリチャージが完了している場合には、前記プリチャージの完了時の電圧及び電流を起動開始点として、前記ソフトスイッチング動作の制御へ移行し、
前記プリチャージが未完了の場合には、前記プリチャージの未完了時の電圧及び電流を起動開始点として、前記ソフトスイッチング動作の制御へ移行する、
ことを特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。

【請求項3】

前記第２固定の制御量は、
前記第１固定の制御量と同一又は異なる値であることを特徴とする請求項１又は２記載のスイッチング電源装置。

【請求項4】

前記制御部は、更に、
前記プリチャージ動作の制御の終了後、ソフトスタート期間の間、前記出力電圧が目標値へ上昇するようなソフトスタートの制御量を設定して、ソフトスタート制御量設定信号を出力するソフトスタート制御量設定手段と、
前記ソフトスタート期間の終了後、前記出力電圧が前記目標値に追従するような通常運転の制御量を設定して、通常運転制御量設定信号を出力する通常運転制御量設定手段と、
を有し、
前記スイッチング信号生成手段は、
前記第１固定制御量設定信号、前記第２固定制御量設定信号、前記ソフトスタート制御量設定信号、及び前記通常運転制御量設定信号に基づき、前記スイッチング信号を生成する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のスイッチング電源装置。

【請求項5】

前記制御量は、周波数であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のスイッチング電源装置。

【請求項6】

前記制御量は、パルス幅であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のスイッチング電源装置。

【請求項7】

前記スイッチング回路と、
前記スイッチング回路の前記出力信号によって所定の共振周波数で共振する共振回路と、
前記共振回路の出力信号を所定の電圧レベルに変換するトランスと、
前記トランスの出力信号を整流及び平滑して前記出力電圧を出力する前記整流平滑回路と、
前記制御部と、
を備える電流共振型コンバータを構成することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載のスイッチング電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、共振回路を用いてソフトスイッチング動作を行わせる電流共振型コンバータ（これは「ＬＬＣコンバータ」とも言う。）等のスイッチング電源装置に係り、特に、その起動時の制御に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、スイッチング電源装置の一つである電流共振型コンバータは、例えば、特許文献２に記載されているように、スイッチング周波数を有するスイッチング信号によってオン／オフ動作するスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子によってＤＣ（直流）の入力電圧をＡＣ（交流）に変換するスイッチング回路と、前記スイッチング回路から出力されるＡＣ電圧を入力して所定の共振周波数にて共振する直列の共振回路と、前記共振回路から出力される共振信号を入力する１次巻線、及び２次巻線を有するトランス（変圧器）と、前記２次巻線から出力されるＡＣ電圧を整流する整流回路と、その整流された電圧を平滑してＤＣの出力電圧を出力する出力コンデンサと、を備えている。

【0003】

このような電流共振型コンバータの制御において、出力コンデンサの出力電圧の制御は、スイッチング素子をオン／オフ動作させるためのスイッチング信号のスイッチング周波数を制御することにより行われる。スイッチング周波数は、例えば、共振回路の共振周波数より低い周波数で動作するように設計されていて、スイッチング周波数を上げると（即ち、共振周波数に近づけると）、出力電圧が低くなり、スイッチング周波数を下げると（即ち、共振周波数から離れると）、出力電圧が高くなる。

【0004】

この種の電流共振型コンバータでは、スイッチング素子のスイッチング時に、共振回路による共振現象を利用し、電圧又は電流がゼロとなった状態でスイッチングを行うソフトスイッチング技術により、スイッチング損失を低減することで、電源の高効率化や、低ノイズ化等が可能になる。ソフトスイッチングにおいて、一般に、電圧がゼロの状態で行うスイッチングをゼロ電圧スイッチング（以下「ＺＶＳ」という。）、電流がゼロの状態で行うスイッチングをゼロ電流スイッチング（以下「ＺＣＳ」という。）と称されている。

【0005】

電流共振型コンバータは、スイッチング素子のオン／オフ動作を制御するスイッチング信号の周波数制御を行っており、出力電圧及び出力電流によってスイッチング周波数が一意に決まる。そのため、出力電圧が０Ｖの状態から起動する場合は、スイッチング周波数を高い周波数から徐々に周波数を下げていくこと（即ち、ソフトスタート（ウォークイン））により、出力コンデンサのチャージ電流による過電流を防止している。この時、スイッチングを行っているスイッチング素子には、出力コンデンサをチャージする電流が流れるため、この電流を利用してＺＶＳを行うことができる。

【0006】

以上のような電流共振型コンバータに関連する技術として、特許文献１には、スイッチング素子のオン／オフ動作により入力電圧を昇圧するスイッチングレギュレータが記載されている。このスイッチングレギュレータでは、出力電圧と目標値との誤差を減少させるように、パルス幅変調（以下「ＰＷＭ」という。）制御によって、スイッチング素子をオン／オフ動作させるためのスイッチング信号を生成し、スイッチングレギュレータが起動してから出力電圧が目標値になるまで、スイッチング信号のデューティを徐々に大きくしていくソフトスタート機能を有し、出力電圧が目標値になるまで、スイッチング信号のデューティを小さく絞り、オーバーシュートを抑制している。

【0007】

しかし、出力電圧に基づいてスイッチング信号を生成するための制御回路内において、信号処理の遅延が生じ、出力電圧が目標値に達しても、スイッチング信号のデューティがゼロにならず、出力電圧にオーバーシュートが生じる恐れがある。そこで、特許文献１のスイッチングレギュレータでは、起動してから出力電圧が目標値に達するまでの間において、その出力電圧を２段階に上昇させることにより、オーバーシュートを抑制している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００８−１３１８４８号公報

【特許文献2】特開２０１２−２９４３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

図２は、特許文献２を含めた従来の一般的な電流共振型コンバータにおける起動波形を示す模式図であり、横軸は時間Ｔ、縦軸は出力電圧Ｖｏｕｔ（Ｖ）である。図２に示す起動波形は、動作開始時（起動時）に出力電圧Ｖｏｕｔが０Ｖ、ソフトスタート期間Ｈが経過し、ソフトスタート完了時刻Ｔｅｎｄにソフトスタートが完了すると、出力電圧Ｖｏｕｔが目標値の定格出力電圧ＶｏＴに達している。

【0010】

従来の電流共振型コンバータは、スイッチング周波数を変化させて出力電圧Ｖｏｕｔを制御しているが、スイッチング周波数を一定とした場合においても、電流共振型コンバータの入出力条件（特に、負荷条件）の違いによって出力電圧Ｖｏｕｔが変わってくる。そのため、事前に必要なスイッチング周波数が不明なため、図２に示すように、電流共振型コンバータのソフトスタート期間Ｈにおいて、滑らかな出力電圧Ｖｏｕｔの立ち上がり波形を作りづらい。出力電圧Ｖｏｕｔの立ち上がり波形が滑らかでない場合、出力コンデンサをチャージする電流を利用したＺＶＳが行われないといったことから、スイッチング素子にストレスを与え、スイッチング素子が劣化する。

【0011】

又、電流共振型コンバータの出力側に、大容量コンデンサを有する大容量負荷を接続すると、１次側に有するスイッチ素子の保護のための１次過電流動作で、起動できない場合がある、といった問題が生じる。
このような問題を解決するために、特許文献１の技術を適用することも考えられる。

【0012】

しかしながら、特許文献１のスイッチングレギュレータは、ＰＷＭ制御により出力電圧Ｖｏｕｔを制御しているのに対し、特に電流共振型コンバータは、ＰＷＭ制御とは異なるパルス周波数変調（以下「ＰＦＭ」という。）制御によって出力電圧Ｖｏｕｔを制御し、しかも、電流共振型コンバータは、負荷条件の違いによって出力電圧Ｖｏｕｔが変わってくる。そのため、特許文献１の技術をそのまま電流共振型コンバータに適用して、前記の問題を解決することは、相当困難である。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明のスイッチング電源装置は、スイッチング信号によってオン／オフ動作するスイッチング素子を有するスイッチング回路と、前記スイッチング回路の出力信号を整流及び平滑して出力電圧を出力する整流平滑回路と、前記スイッチング素子をオン／オフ動作させる前記スイッチング信号を生成し、前記スイッチング素子に対するソフトスイッチング動作及び通常運転動作を制御する制御部と、を備えている。

【0014】

前記制御部は、前記ソフトスイッチング動作の制御前において、前記スイッチング回路の起動開始から第１固定期間の間、第１固定の制御量を設定して、第１固定制御量設定信号を出力する第１固定制御量設定手段と、前記第１固定期間の終了時、及び前記第１固定期間の終了後の第２固定期間において、前記出力電圧が規定値へ到達してプリチャージが完了しているか否かのプリチャージ判定を行ってプリチャージ判定結果を出力するプリチャージ判定手段と、前記プリチャージ判定結果が、前記第１固定期間の終了時において前記規定値へ到達していない場合、前記第２固定期間の間、前記出力電圧を前記規定値へ上昇させるような第２固定の制御量を設定して、第２固定制御量設定信号を出力する第２固定制御量設定手段と、前記プリチャージ判定結果が、前記第１固定期間の終了時又は前記第２固定期間中において前記規定値へ到達して前記プリチャージが完了している場合、及び、前記第２固定期間の終了時において前記規定値へ到達せずに前記プリチャージが未完了の場合、プリチャージ動作の制御を終了して前記ソフトスイッチング動作の制御へ移行するソフトスタート移行手段と、前記第１固定制御量設定信号及び前記第２固定制御量設定信号に基づき、前記スイッチング信号を生成するスイッチング信号生成手段と、を有することを特徴とする。

【0015】

例えば、前記ソフトスタート移行手段は、前記プリチャージが完了している場合には、前記プリチャージの完了時の電圧及び電流を起動開始点として、前記ソフトスイッチング動作の制御へ移行し、前記プリチャージが未完了の場合には、前記プリチャージの未完了時の電圧及び電流を起動開始点として、前記ソフトスイッチング動作の制御へ移行する、ことを特徴とする。
前記第２固定の制御量は、前記第１固定の制御量と同一又は異なる値であることを特徴とする。

【0016】

前記制御部は、更に、前記プリチャージ動作の制御の終了後、ソフトスタート期間の間、前記出力電圧が目標値へ上昇するようなソフトスタートの制御量を設定して、ソフトスタート制御量設定信号を出力するソフトスタート制御量設定手段と、前記ソフトスタート期間の終了後、前記出力電圧が前記目標値に追従するような通常運転の制御量を設定して、通常運転制御量設定信号を出力する通常運転制御量設定手段と、を有し、前記スイッチング信号生成手段は、前記第１固定制御量設定信号、前記第２固定制御量設定信号、前記ソフトスタート制御量設定信号、及び前記通常運転制御量設定信号に基づき、前記スイッチング信号を生成する、ことを特徴とする。

【0017】

前記制御量は、周波数であることを特徴とする。

【0018】

前記制御量は、パルス幅であることを特徴とする。

【0019】

又、前記スイッチング電源装置は、例えば、電流共振型コンバータであり、前記スイッチング電源装置に対して、前記スイッチング回路の出力信号によって所定の共振周波数で共振する共振回路と、前記共振回路の出力信号を所定の電圧レベルに変換して前記整流平滑回路に与えるトランスと、が追加されている。

【発明の効果】

【0020】

本発明のスイッチング電源装置によれば、次の（１）〜（３）のような効果がある。

【0021】

（１） 起動時において、第１固定期間及び第２固定期間からなるプリチャージ期間を設けているので、大容量コンデンサを有する大容量負荷を出力側に接続した場合においても、スムーズ（円滑）に起動できる。又、制御部を、例えば、デジタル・シグナル・プロセッサ（以下「ＤＳＰ」という。）等のプロセッサで構成した場合、ハード回路を追加することなく、容易に、プリチャージ期間を設けることができる。

【0022】

（２） プリチャージ期間の終了時に検出した出力電圧の検出信号に基づき、ソフトスタートの制御量を設定しているので、滑らかにソフトスタート期間へ移行でき、滑らかな出力電圧の立ち上がりを実現できる。そのため、起動時のスイッチング電源装置のストレスを回避できる。

【0023】

（３） プリチャージ期間の終了時に検出した出力電圧の検出信号に基づき、その後のソフトスタート期間において、出力電圧の立ち上がり時間、或いは、立ち上がり傾斜を調整（設定）できる。そのため、急激な出力電圧や出力電流の変化を防ぐことで、起動時の負荷ストレスも軽減、回避できる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】図１は本発明の実施例１における図３のスイッチング電源装置中の出力電圧制御部を示す概略の機能ブロック図である。

【図2】図２は従来の電流共振型コンバータの起動波形図である。

【図3】図３は本発明の実施例１におけるスイッチング電源装置の構成例を示す概略の回路図である。

【図4】図４は図３のスイッチング電源装置の起動波形図である。

【図5】図５は図１の出力電圧制御部における起動時の制御処理を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0025】

本発明を実施するための形態は、以下の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、明らかになるであろう。但し、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。

【実施例1】

【0026】

（実施例１の構成）
図３は、本発明の実施例１におけるスイッチング電源装置の構成例を示す概略の回路図である。

【0027】

このスイッチング電源装置は、例えば、電流共振型コンバータであり、太陽電池等のＤＣ電源から供給されるＤＣ入力電圧Ｖｉｎを入力する正側入力端子１ａ及びグランド側の負側入力端子１ｂを有している。入力端子１ａ，１ｂ間には、平滑用の入力コンデンサ２を介して、ハーフブリッジ型のスイッチング回路３が接続されている。ハーフブリッジ型のスイッチング回路３は、２つのスイッチング素子（例えば、電界効果トランジスタ、以下「ＦＥＴ」という。）３ａ，３ｂを有し、これらのＦＥＴ３ａ，３ｂが、入力コンデンサ２の正側電極と負側電極との間に直列に接続されている。

【0028】

２つのＦＥＴ３ａ，３ｂは、２つのスイッチング信号Ｓ１，Ｓ２により相補的にオン／オフ動作するものであり、これらのＦＥＴ３ａ，３ｂのドレイン電極及びソース電極間に、転流用の寄生ダイオード３ａ１，３ｂ１がそれぞれ逆並列に接続されている。ＦＥＴ３ａのソース電極及びＦＥＴ３ｂのドレイン電極間の接続点Ｎ１と、ＦＥＴ３ｂのソース電極と、には、共振回路４を介して、トランス５が接続されている。

【0029】

共振回路４は、２つの共振用コンデンサ４ａ，４ｂと共振用インダクタ４ｃとを有している。２つの共振用コンデンサ４ａ，４ｂは、ＦＥＴ３ａのドレイン電極とＦＥＴ３ｂのソース電極との間に、直列に接続されている。接続点Ｎ１と、２つの共振用コンデンサ４ａ，４ｂ間の接続点Ｎ２と、の間には、共振用インダクタ４ｃとトランス５の１次巻線５ａとが直列に接続されている。共振回路４は、共振用コンデンサ４ａ，４ｂのキャパシタンスと共振用インダクタ４ｃのインダクタンスとで決まる固有の共振周波数ｆｒを有している。

【0030】

トランス５は、インダクタ４ｃの一端の電極と接続点Ｎ２との間に接続された１次巻線５ａと、この１次巻線５ａに対して電磁気結合される２次巻線５ｂと、を有している。１次巻線５ａには、これと並列に、トランス５の励磁インダクタンスが存在している。２次巻線５ｂの両端電極には、整流平滑回路６が接続されている。

【0031】

整流平滑回路６は、２次巻線５ｂに誘起される誘導電圧を全波整流する４つのダイオード６ａ〜６ｄからなるダイオードブリッジ回路と、平滑用の出力コンデンサ６ｅと、により構成されている。出力コンデンサ６ｅの両端電極には、正側出力端子７ａ及びグランド側の負側出力端子７ｂが接続されている。出力端子７ａ，７ｂ間から、ＤＣ出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。この出力端子７ａ，７ｂには、制御部としての出力電圧制御部１０が接続されている。

【0032】

出力電圧制御部１０は、ＤＣ出力電圧Ｖｏｕｔを検出し、この検出信号に基づき、ＰＦＭ制御によって、ＦＥＴ３ａ，３ｂをオン／オフ動作させるスイッチング信号Ｓ１，Ｓ２を生成し、そのＦＥＴ３ａ，３ｂに対するプリチャージ動作、ソフトスイッチング動作及び通常運転動作を制御する回路である。この出力電圧制御部１０は、例えば、デジタル信号処理に特化したマイクロプロセッサであるＤＳＰ等のプロセッサ、デジタル回路の実回路、或いは、周波数制御集積回路等のアナログ回路の実回路、により構成されている。

【0033】

図１は、本発明の実施例１における図３のスイッチング電源装置中の出力電圧制御部１０を示す概略の機能ブロック図である。

【0034】

この出力電圧制御部１０は、ＤＳＰ等のプロセッサにより構成され、出力電圧検出手段１１、第１固定制御量設定手段としての第１固定周波数設定手段１２、第１固定期間計測手段１３、プリチャージ判定手段１４、第２固定制御量設定手段としての第２固定周波数設定手段１５、第２固定期間計測手段１６、ソフトスタート移行手段１７、ソフトスタート制御量設定手段としてのソフトスタート周波数設定手段１８、通常運転制御量設定手段としての通常運転周波数設定手段１９、及びスイッチング信号生成手段２０を有している。

【0035】

出力電圧検出手段１１は、ＤＣ出力電圧Ｖｏｕｔを検出してこの検出信号Ｓ１１をプリチャージ判定手段１４、ソフトスタート移行手段１７、ソフトスタート周波数設定手段１８、及び通常運転周波数設定手段１９へ出力するものであり、抵抗分圧回路等により構成されている。

【0036】

第１固定周波数設定手段１２は、ソフトスイッチング動作の制御前において、スイッチング回路３の起動開始から第１固定期間Ｈ１の間、予め設定したスイッチング周波数値により、第１固定の制御量（例えば、第１固定周波数）ｆ１を設定して、第１固定制御量設定信号としての第１固定周波数設定信号Ｓ１２を、第１固定期間計測手段１３及びスイッチング信号生成手段２０へ出力するものである。

【0037】

第１固定期間計測手段１３は、第１固定期間Ｈ１を計測し、この計測結果をプリチャージ判定手段１４へ出力するものであり、タイマ等で構成されている。

【0038】

プリチャージ判定手段１４は、出力電圧検出手段１１の検出信号Ｓ１１、第１固定期間計測手段１３の計測結果、及び第２固定期間計測手段１６の計測結果に基づき、第１固定期間Ｈ１の終了時、及び第１固定期間Ｈ１の終了後の第２固定期間Ｈ２において、出力電圧Ｖｏｕｔが規定値のプリチャージ完了電圧Ｖｐに達しているか否か（即ち、Ｖｏｕｔ≧Ｖｐか否か）のプリチャージ判定を行って、このプリチャージ判定結果を第２固定周波数設定手段１５及びソフトスタート移行手段１７へ出力するものである。

【0039】

第２固定周波数設定手段１５は、プリチャージ判定手段１４のプリチャージ判定結果が、第１固定期間Ｈ１の終了時においてプリチャージ完了電圧Ｖｐに達していない場合、第２固定期間Ｈ２の間、出力電圧Ｖｏｕｔをプリチャージ完了電圧Ｖｐへ上昇させるような第２固定の制御量（例えば、第２固定周波数）ｆ２を設定して、第２固定制御量設定信号としての第２固定周波数設定信号Ｓ１５を、第２固定期間計測手段１６及びスイッチング信号生成手段２０へ出力するものである。第２固定周波数ｆ２は、第１固定周波数ｆ１と同一の周波数、又は、第１固定周波数ｆ１よりも低い周波数である。

【0040】

第２固定期間計測手段１６は、第２固定期間Ｈ２を計測し、この計測結果をプリチャージ判定手段１４及びソフトスタート移行手段１７へ出力するものであり、タイマ等で構成されている。

【0041】

ソフトスタート移行手段１７は、出力電圧検出手段１１の検出信号Ｓ１１、プリチャージ判定手段１４のプリチャージ判定結果、及び第２固定期間計測手段１６の計測結果に基づき、プリチャージ判定結果が、第１固定期間Ｈ１の終了時又は第２固定期間Ｈ２中においてプリチャージ完了電圧Ｖｐに達している場合、及び、第２固定期間Ｈ２の終了時においてプリチャージ完了電圧Ｖｐに達していない場合、プリチャージ動作の制御を終了して次のソフトスイッチング動作の制御へ移行し、その移行結果を、ソフトスタート制御量設定手段としてのソフトスタート周波数設定手段１８へ出力するものである。

【0042】

ソフトスタート周波数設定手段１８は、プリチャージ動作の制御の終了後、次のソフトスタート期間Ｈ３の間、出力電圧Ｖｏｕｔが目標値へ徐々に上昇するようなソフトスタートの制御量（例えば、ソフトスタート周波数）ｆ３を設定して、ソフトスタート制御量設定信号としてのソフトスタート周波数設定信号Ｓ１８を、通常運転制御量設定手段としての通常運転周波数設定手段１９とスイッチング信号生成手段２０とへ出力するものである。

【0043】

ソフトスタート周波数設定手段１８は、例えば、基準電圧設定部と周波数演算部とにより構成されている。基準電圧設定部は、プリチャージ動作の制御の終了後、出力電圧検出手段１１の検出信号Ｓ１１に基づいて、予め設定された目標値まで、徐々に上昇させた基準電圧を設定するものである。更に、周波数演算部は、出力電圧検出手段１１の検出信号Ｓ１１とその基準電圧とを比較演算してソフトスタート周波数設定信号Ｓ１８を生成する機能を有している。

【0044】

通常運転周波数設定手段１９は、出力電圧検出手段１１の検出信号Ｓ１１、及びソフトスタート周波数設定信号Ｓ１８に基づき、ソフトスタート期間Ｈ３の終了後の通常運転期間Ｈ４において、出力電圧Ｖｏｕｔが目標値に追従するような通常運転周波数ｆ４を設定して、通常運転周波数設定信号Ｓ１９をスイッチング信号生成手段２０へ出力するものである。

【0045】

通常運転周波数設定手段１９は、例えば、ソフトスタート周波数設定手段１８と略同様に、基準電圧設定部と周波数演算部とにより構成されている。基準電圧設定部は、ソフトスタート期間Ｈ３の終了後の通常運転期間Ｈ４において、目標値となる一定の基準電圧を設定するものである。周波数演算部は、出力電圧検出手段１１の検出信号Ｓ１１と、一定の基準電圧と、を比較演算して通常運転周波数設定信号Ｓ１９を生成する機能を有している。

【0046】

スイッチング信号生成手段２０は、周波数制御手段としての機能を有し、第１固定周波数設定信号Ｓ１２、第２固定周波数設定信号Ｓ１５、ソフトスタート周波数設定信号Ｓ１８、及び通常運転周波数設定信号Ｓ１９に基づき、ＰＦＭ制御によって制御パルスを作り、この制御パルスを駆動して相補的なスイッチング信号Ｓ１，Ｓ２を生成し、ＦＥＴ３ａ，３ｂをオン／オフ動作させるものである。

【0047】

（実施例１の動作）
図４は、図３のスイッチング電源装置の出力電圧Ｖｏｕｔを示す起動時の波形図である。

【0048】

図４において、横軸は時間Ｔ、縦軸は出力電圧Ｖｏｕｔである。横軸において、Ｈ１２は第１固定期間Ｈ１と最大期間である第２固定期間Ｈ２とからなるプリチャージ期間、Ｈ３はソフトスタート期間、Ｈ４は通常運転期間である。実線波形のＶｏｕｔ１は、大容量コンデンサを有する大容量負荷の場合の出力電圧、破線波形のＶｏｕｔ２は、大容量コンデンサの無い通常負荷の場合の出力電圧である。

【0049】

図５は、図１の出力電圧制御部１０における起動時の制御処理を示すフローチャートである。

【0050】

図５のステップＳＴ１において、出力電圧制御部１０の起動制御が開始されると、図１の出力電圧制御部１０内の第１固定周波数設定手段１２は、図４の第１固定期間Ｈ１の間、第１固定周波数ｆ１を設定して第１固定周波数設定信号Ｓ１２をスイッチング信号生成手段２０へ出力する。すると、スイッチング信号生成手段２０は、第１固定周波数設定信号Ｓ１２に基づき、ＰＦＭ制御によって制御パルスを作り、この制御パルスを駆動して相補的なスイッチング信号Ｓ１，Ｓ２を生成し、図３のスイッチング回路３内のＦＥＴ３ａ，３ｂをオン／オフ動作させる。

【0051】

例えば、スイッチング信号Ｓ１によってスイッチング回路３内のＦＥＴ３ａがオン状態になると共に、スイッチング信号Ｓ２によってＦＥＴ３ｂがオフ状態になると、ＤＣ入力電圧Ｖｉｎが印加された入力コンデンサ２の正側電極の蓄積電荷により、オン状態のＦＥＴ３ａ、接続点Ｎ１、共振回路４内の共振用インダクタ４ｃ、トランス５の１次巻線５ａ、接続点Ｎ２、及び共振用コンデンサ４ｂを経由して、入力コンデンサ２の負側電極へ電流が流れる。

【0052】

次に、スイッチング信号Ｓ１によってＦＥＴ３ａがオフ状態になると共に、スイッチング信号Ｓ２によってＦＥＴ３ｂがオン状態になると、共振用コンデンサ４ｂの正側電極の蓄積電荷により、接続点Ｎ２、トランス５の１次巻線５ａ、共振用インダク４ｃ、接続点Ｎ１、及びオン状態のＦＥＴ３ｂを経由して、共振用コンデンサ４ｂの負側電極へ電流が流れる。

【0053】

これにより、共振用インダクタ４ｃ、トランス５の１次巻線５ａ、及び共振用コンデンサ４ｂを流れる電流が共振し、トランス５の２次巻線５ｂに誘導電圧が発生する。発生した誘導電圧は、整流平滑回路６にて全波整流された後に平滑され、ＤＣ出力電圧Ｖｏｕｔが出力端子７ａ，７ｂから出力される。

【0054】

出力端子７ａ，７ｂに、大容量コンデンサの無い通常負荷が接続されている場合、図４の破線波形で示されるように、出力電圧Ｖｏｕｔ２が上昇していく。しかし、大容量コンデンサを有する大容量負荷が接続されている場合、図４の実線波形で示されるように、起動できないときがあり、そのため、出力電圧Ｖｏｕｔ１が上昇しない。そこで、次のステップＳＴ２，ＳＴ３へ進む。

【0055】

ステップＳＴ２において、図１の第１固定期間計測手段１３は、予め設定された図４の第１固定期間Ｈ１を計測し、この第１固定期間Ｈ１が終了すると（ＹＥＳ）、この終了時点をプリチャージ判定手段１４へ通知し、ステップＳＴ３へ進む。ステップＳＴ３において、プリチャージ判定手段１４は、第１固定期間Ｈ１の終了時点で、出力電圧検出手段１１の検出信号Ｓ１１に基づき、出力電圧Ｖｏｕｔ（＝Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２）が規定値のプリチャージ完了電圧Ｖｐに達しているか否か（即ち、Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２≧Ｖｐか否か）を判定し、この判定結果を第２固定周波数設定手段１５へ通知する。通常負荷の場合には、出力電圧Ｖｏｕｔ２がプリチャージ完了電圧Ｖｐに達しているので（ＹＥＳ）、ステップＳＴ５へ進む。大容量負荷の場合には、出力電圧Ｖｏｕｔ１が上昇していないので（ＮＯ）、ステップＳＴ４へ進む。

【0056】

ステップＳＴ４において、第２固定周波数設定手段１５は、図４の第２固定期間Ｈ２の間、出力電圧Ｖｏｕｔ１がプリチャージ完了電圧Ｖｐへ上昇するような第２固定周波数ｆ２を設定して、第２固定周波数設定信号Ｓ１５をスイッチング信号生成手段２０へ出力する。スイッチング信号生成手段２０は、第２固定周波数設定信号Ｓ１５に基づき、ＰＦＭ制御によってスイッチング信号Ｓ１，Ｓ２を生成し、ＦＥＴ３ａ，３ｂをオン／オフ動作させ、ステップＳＴ５へ進む。

【0057】

ステップＳＴ５において、プリチャージ判定手段１４は、第２固定期間Ｈ２において、出力電圧検出手段１１の検出信号Ｓ１１に基づき、出力電圧Ｖｏｕｔ１がプリチャージ完了電圧Ｖｐに達しているか否か（即ち、Ｖｏｕｔ１≧Ｖｐか否か）を判定し、この判定結果をソフトスタート移行手段１７へ通知する。通常負荷の場合には、出力電圧Ｖｏｕｔ２がプリチャージ完了電圧Ｖｐに達しているので（ＹＥＳ）、ステップＳＴ７へ進む。大容量負荷の場合には、出力電圧Ｖｏｕｔ１が上昇していないので（ＮＯ）、ステップＳＴ６へ進む。

【0058】

ステップＳＴ６において、第２固定期間計測手段１６は、第２固定期間Ｈ２を計測し、第２固定期間Ｈ２が終了しているか否かを判定する。第２固定期間Ｈ２が終了していないときには、ステップＳＴ５へ戻り、第２固定期間Ｈ２が終了しているときには、ステップＳＴ７へ進む。

【0059】

ステップＳＴ７において、ソフトスタート周波数設定手段１８は、プリチャージ終了後のソフトスタート期間Ｈ３の間、出力電圧検出手段１１の検出信号Ｓ１１に基づき（即ち、出力電圧を検出し）、出力電圧Ｖｏｕｔ（＝Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２）が目標値へ徐々に上昇するようなソフトスタート周波数ｆ３を設定して、ソフトスタート周波数設定信号Ｓ１８を通常運転周波数設定手段１９及びスイッチング信号生成手段２０へ出力する。スイッチング信号生成手段２０は、ソフトスタート周波数設定信号Ｓ１８に基づき、ＰＦＭ制御によってスイッチング信号Ｓ１，Ｓ２を生成し、ＦＥＴ３ａ，３ｂをオン／オフ動作させて、出力電圧Ｖｏｕｔ（＝Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２）を目標値へ徐々に上昇させていく。出力電圧Ｖｏｕｔ（＝Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２）が目標値まで上昇すると、ステップＳＴ８へ進む。

【0060】

ステップＳＴ８おいて、起動制御を終了し、通常運転動作の制御へ移行する。この通常運転動作の制御において、通常運転周波数設定手段１９は、出力電圧検出手段１１の検出信号Ｓ１１、及びソフトスタート周波数設定信号Ｓ１８に基づき、ソフトスタート期間Ｈ３の終了後の通常運転期間Ｈ４において、出力電圧Ｖｏｕｔが目標値に追従するような通常運転周波数ｆ４を設定して、通常運転周波数設定信号Ｓ１９をスイッチング信号生成手段２０へ出力する。スイッチング信号生成手段２０は、通常運転周波数設定信号Ｓ１９に基づき、ＰＦＭ制御によってスイッチング信号Ｓ１，Ｓ２を生成し、ＦＥＴ３ａ，３ｂをオン／オフ動作させる。これにより、出力電圧Ｖｏｕｔの変動が抑制され、定格出力電圧になるような定電圧制御が行われる。

【0061】

（実施例１の効果）
本実施例１のスイッチング電源装置によれば、次の（１）〜（３）のような効果がある。

【0062】

（１） 起動時において、第１固定期間Ｈ１及び第２固定期間Ｈ２からなるプリチャージ期間Ｈ１２を設けているので、大容量コンデンサを有する大容量負荷を出力側に接続した場合においても、スムーズに起動できる。又、出力電圧制御部１０を、例えば、ＤＳＰ等のプロセッサで構成した場合、ハード回路を追加することなく、容易に、プリチャージ期間Ｈ１２を設けることができる。

【0063】

（２） プリチャージ期間Ｈ１２の終了時の出力電圧Ｖｏｕｔに基づき（即ち、出力電圧を検出し）、ソフトスタート周波数ｆ３を設定しているので、滑らかにソフトスタート期間Ｈ３へ移行でき、滑らかな出力電圧Ｖｏｕｔの立ち上がりを実現できる。そのため、起動時のスイッチング電源装置のストレスを回避できる。

【0064】

（３） プリチャージ期間Ｈ１２の終了時に検出した出力電圧Ｖｏｕｔの検出信号Ｓ１１に基づき、その後のソフトスタート期間Ｈ３において、出力電圧Ｖｏｕｔの立ち上がり時間、或いは、立ち上がり傾斜を調整（設定）できる。そのため、急激な出力電圧Ｖｏｕｔや出力電流の変化を防ぐことで、起動時の負荷ストレスも軽減、回避できる。

【0065】

（実施例１の変形例）
本発明は、上記実施例１に限定されず、種々の利用形態や変形が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の（ａ）〜（ｅ）のようなものがある。

【0066】

（ａ） 図３のスイッチング回路３、共振回路４、トランス５、及び整流平滑回路６を有するコンバータ主回路は、図示以外の構成に変更しても良い。例えば、スイッチング回路３を構成するＦＥＴ３ａ，３ｂは、他のトランジスタ等のスイッチング素子で構成しても良い。又、スイッチング回路３は、４つのスイッチング素子を用いたフルブリッジ構成に変更しても良い。

【0067】

（ｂ） 図１の出力電圧制御部１０は、図示以外の構成に変更しても良い。例えば、ソフトスタート周波数設定手段１８と通常運転周波数設定手段１９とは、略同様の構成であるため、これらのソフトスタート周波数設定手段１８と通常運転周波数設定手段１９とを、共通の周波数設定手段により構成しても良い。

【0068】

（ｃ） 実施例１は、定電圧制御を行う構成例について説明したが、回路構成を変更することにより、定電流制御を行う構成に変更したり、或いは、定電圧制御及び定電流制御を行う構成に変更することも可能である。

【0069】

（ｄ） 実施例１では、制御量として、周波数を用いたが、周波数の代わりにパルス幅を用いることも可能である。

【0070】

（ｅ） 実施例１では、スイッチング電源装置の例として、電流共振型コンバータについて説明したが、本発明は、共振回路４を持たないスイッチング電源装置や、ＰＷＭ制御のスイッチング電源装置等にも適用が可能である。ＰＷＭ制御の場合は、スイッチング周波数ではなく、デューティ制御されたＰＷＭ信号がスイッチング信号Ｓ１，Ｓ２になる。

【符号の説明】

【0071】

３ スイッチング回路
３ａ，３ｂ ＦＥＴ
４ 共振回路
５ トランス
６ 整流平滑回路
１０ 出力電圧制御部
１１ 出力電圧検出手段
１２ 第１固定周波数設定手段
１３ 第１固定期間計測手段
１４ プリチャージ判定手段
１５ 第２固定周波数設定手段
１６ 第２固定期間計測手段
１７ ソフトスタート移行手段
１８ ソフトスタート周波数設定手段
１９ 通常運転周波数設定手段
２０ スイッチング信号生成手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】