專利名稱：開關(guān)電源及它的控制電路以及使用它的電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開關(guān)電源，特別涉及使其輸出電壓緩慢地上升的軟起動技術(shù)。
背景技術(shù)：
在各種電子設(shè)備中，廣泛地使用用于生成比輸入電壓高的電壓的升壓型的開關(guān)電源。這種升壓型的開關(guān)電源具有開關(guān)元件、電感器或者變壓器，通過使開關(guān)元件分時地導(dǎo)通或截止，從而使電感器或者變壓器產(chǎn)生反電動勢，將輸入電壓升壓后輸出。
在這樣的開關(guān)電源中，為了除去被升壓的電壓的高頻分量并使其平滑，設(shè)置有輸出電容器。在啟動開關(guān)電源時，需要將輸出電壓從0V起上升到規(guī)定的升壓電壓為止，但是在使輸出電壓急劇地上升的情況下，會對輸出電容器產(chǎn)生沖擊電流，或因輸出電壓的過沖或沖擊激勵(ringing)而導(dǎo)致輸出電壓過高，從而對構(gòu)成電路的元件的可靠性產(chǎn)生影響。
因此，在以往為了防止產(chǎn)生上述的沖擊電流而使用如下方法，在開關(guān)電源的控制電路設(shè)置軟起動電路，使輸出電壓緩慢地上升(專利文獻1)。
專利文獻1特開2003-216249號公報發(fā)明內(nèi)容但是，在專利文獻1記載的以往的軟起動方式中會產(chǎn)生以下問題，由于使輸出電壓以一定的斜率上升，所以在開關(guān)電源的輸出端子上連接了需要幾百V左右的非常高的電壓的負載的情況下，達到期望的升壓電壓為止的時間變長。
本發(fā)明鑒于這樣的課題而完成，其目的在于提供縮短了啟動時間的開關(guān)電源以及它的控制電路。
本發(fā)明的一個方案涉及開關(guān)電源的控制電路。該控制電路生成開關(guān)信號并控制開關(guān)電源的開關(guān)元件，它具有軟起動電路，在開關(guān)電源的輸出電壓達到規(guī)定的基準電壓前的期間，生成開關(guān)信號，以使輸出電壓緩慢地上升。軟起動電路在輸出電壓比規(guī)定的閾值電壓低時，使輸出電壓以第1限制速度上升；另一方面，在輸出電壓比閾值電壓高時，使輸出電壓以第2限制速度上升，所述第2限制速度比所述第1限制速度設(shè)定得高。
根據(jù)這個方案，在使輸出電壓以第1限制速度上升到規(guī)定的閾值電壓之后，通過將輸出電壓的上升速度設(shè)為第2限制速度，使輸出電壓急速地上升，從而可縮短開關(guān)電源的啟動時間。
規(guī)定的閾值電壓可以被設(shè)定在使輸出電壓以所述第2限制速度上升時不發(fā)生沖擊電流的范圍內(nèi)。
通過將對軟起動的輸出電壓的上升速度進行切換的規(guī)定的閾值電壓設(shè)定在不發(fā)生沖擊電流的電壓范圍內(nèi)，從而可防止在使輸出電壓急速地上升的第2限制速度中發(fā)生突入電流。
軟起動電路也可以包括一端被接地的充電電容器；連接到充電電容器的另一端，對充電電容器提供恒流的電流源；將輸出電壓與閾值電壓進行比較的電壓比較器。使電流源提供的電流值隨著第1限制速度以及第2限制速度，即隨著電壓比較器的輸出信號而變化，并使輸出電壓基于充電電容器上呈現(xiàn)的電壓而上升。
充電電容器上呈現(xiàn)的電壓是，以將電流源提供的恒流進行時間積分所得的值提供，因此可通過使恒流的電流值變化而對輸出電壓的上升速度進行控制。
軟起動電路也可以還包括偏置電路，該偏置電路在從輸出電壓低于規(guī)定的第2閾值電壓起有效一定期間，并將充電電容器上呈現(xiàn)的電壓固定為規(guī)定的電壓值。第2閾值電壓也可以是與上述閾值電壓相同的電壓值。
偏置電路包括與充電電容器并聯(lián)地連接的晶體管；對晶體管提供規(guī)定的偏置電流的偏置電流源。晶體管在從輸出電壓低于第2閾值電壓起導(dǎo)通一定期間。
通過在輸出電壓低于第2閾值電壓時使晶體管導(dǎo)通，從而在充電電容器中所積蓄的電荷被放電，充電電容器上所呈現(xiàn)的電壓下降，被偏置為規(guī)定的電壓值。其結(jié)果，不僅在開關(guān)電源啟動時，而且在因負載變動等導(dǎo)致輸出電壓降低的情況下，也可以再次通過軟起動而使輸出電壓上升。
控制電路也可以被一體集成在一個半導(dǎo)體襯底上?！耙惑w集成”包括電路的全部結(jié)構(gòu)要素被形成在半導(dǎo)體襯底上的情況和電路的主要結(jié)構(gòu)要素被一體集成的情況，一部分的電阻或電容器等也可以設(shè)置在半導(dǎo)體襯底的外部以用于電路常數(shù)的調(diào)節(jié)。通過將控制電路作為一個LSI而集成，可削減電路面積。
本發(fā)明的其他方案是開關(guān)電源。該開關(guān)電源包括上述的控制電路；由該控制電路所控制的開關(guān)元件；通過開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止而進行輸入電壓的升降的輸出電路。
根據(jù)這種方式，在使輸出電壓以第1限制速度上升到規(guī)定的閾值電壓之后，通過將輸出電壓的上升速度設(shè)為第2限制速度，使輸出電壓急速地上升，從而可縮短開關(guān)電源的啟動時間。
本發(fā)明的其他方案是電子設(shè)備。該電子設(shè)備包括攝像單元；在攝像單元進行攝像時，作為閃光燈而發(fā)光的發(fā)光元件；將電池電壓升壓而對發(fā)光元件提供驅(qū)動電壓的上述的開關(guān)電源。
根據(jù)這種方式，可縮短為驅(qū)動發(fā)光元件而生成較高的電壓為止的時間。
另外，以上結(jié)構(gòu)要素的任意組合或?qū)⒈景l(fā)明的結(jié)構(gòu)要素或表現(xiàn)在方法、裝置、系統(tǒng)等之間相互進行置換，作為本發(fā)明的方式也是有效的。
根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)電源以及其驅(qū)動電路，可縮短啟動時間且不會損失電路的可靠性。


圖1是表示本實施方式的開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖2是表示本實施方式的軟起動電路的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖3是表示在穩(wěn)定狀態(tài)的開關(guān)電源的各部分的電壓的時間波形的圖。
圖4是表示在軟起動時的開關(guān)電源的各部分的電壓的時間波形的圖。
圖5是表示具有圖1的開關(guān)電源的電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)的方框圖。
標號說明100開關(guān)電源 300負載電路 10控制電路 SW1開關(guān)元件 12變壓器14驅(qū)動電路 16第1比較器 D1整流二極管 Co1輸出電容器 20軟起動電路 22遲滯比較器 Css充電電容器 200第2比較器 202反相器 204單觸發(fā)電路 206反相器 208延遲電路 210“與非”電路 210“與”電路214運算放大器 220第1電流源 222第2電流源 224第3電流源 M1第1晶體管 M2第2晶體管 230軟起動輸入端子 232軟起動輸出端子
具體實施例方式
圖1是表示實施方式的開關(guān)電源100的結(jié)構(gòu)的電路圖。該開關(guān)電源100是將輸入到輸入端子102的輸入電壓Vin升壓后從輸出端子104輸出的升壓型的開關(guān)電源。在該開關(guān)電源上連接有如氙燈那樣的需要300V左右的輸出電壓的負載電路300。
開關(guān)電源100是回掃方式的開關(guān)穩(wěn)壓器，它包括控制電路10、開關(guān)元件SW1、變壓器12、整流二極管D1、輸出電容器Co1。
開關(guān)元件SW1是MOS晶體管，柵極電壓通過從控制電路10輸出的開關(guān)信號Vsw而被控制從而其導(dǎo)通/截止被控制。
變壓器12的初級側(cè)連接在該開關(guān)元件SW1和輸入端子102之間。而且，該變壓器12的次級側(cè)的一端接地，另一端經(jīng)由整流二極管D1而連接到輸出端子104。
在輸出端子104和接地電位之間，設(shè)置有輸出電容器Co1。該輸出電容器Co1對從輸出端子104輸出的輸出電壓Vout進行平滑化。
開關(guān)元件SW1通過從控制電路10輸出的開關(guān)信號Vsw而間歇性地重復(fù)導(dǎo)通/截止，在導(dǎo)通狀態(tài)下，電流經(jīng)由開關(guān)元件SW1而從輸入端子102流到變壓器12的初級側(cè)，在截止狀態(tài)下，能量被傳送到變壓器12的次級側(cè)。其結(jié)果，施加到輸入端子102的輸入電壓Vin被升壓，連接到輸出端子104的負載電路300通過輸出電壓Vout而被驅(qū)動。
控制電路10監(jiān)視從輸出端子104輸出的輸出電壓Vout，生成開關(guān)信號Vsw，以得到規(guī)定的電壓。
該控制電路10具有作為信號的輸入輸出端子的反饋端子112以及開關(guān)端子114，反饋端子112是用于監(jiān)視輸出電壓Vout的端子，開關(guān)端子114是用于輸出開關(guān)信號Vsw的端子。
該控制電路10包括遲滯比較器22、驅(qū)動電路14、第1比較器16、振蕩器18以及軟起動電路20。
輸出端子104上所呈現(xiàn)的輸出電壓Vout通過第1電阻R1以及第2電阻R2而被電阻分壓，并作為反饋電壓Vfb而被反饋輸入到控制電路10的反饋端子112。輸入到反饋端子112的反饋電壓Vfb被輸入到遲滯(hysteresis)比較器22。
遲滯比較器22是在信號的上升時和下降時其閾值電壓變化的電壓比較器，可通過對通常的電壓比較器施加正反饋而構(gòu)成。該遲滯比較器22的同相輸入端子被輸入基準電壓Vref，反相輸入端子被輸入反饋電壓Vfb。該遲滯比較器22具有如下遲滯在輸入到同相輸入端子的反饋電壓Vfb上升時，比較電壓值成為Vref1；在反饋電壓Vfb降低時，比較電壓成為Vref2。
遲滯比較器22基于比較電壓Vref和反饋電壓Vfb的比較結(jié)果，在Vref＞Vfb時輸出高電平的第1啟動信號EN1，在Vref＜Vfb時輸出低電平的第1啟動信號EN1。從遲滯比較器22輸出的第1啟動信號EN1輸入到驅(qū)動電路14的啟動端子EN。
第1比較器16具有三個輸入端子，根據(jù)兩個正極端子+以及負極端子-的電壓的比較結(jié)果生成被脈寬調(diào)制過(以下，簡稱為PWM)的脈沖狀的PWM信號Vpwm。
在正極端子+中，被輸入用于決定最大占空比的最大電壓Vmax以及從軟起動電路20輸出的軟起動電壓Vss。而在負極端子-中，被輸入從振蕩器18輸出的振蕩信號Vosc。從該振蕩器18輸出的振蕩信號Vosc是三角波或者鋸齒波形狀的周期信號。
第1比較器16比較在軟起動電壓Vss或者最大電壓Vmax中其中一個較小的電壓Vx和振蕩信號Vosc，在Vx＞Vosc時輸出高電平，在Vx＜Vosc時輸出低電平。其中，最大電壓Vmax是預(yù)先被固定的電壓，另一方面，由軟起動電路20生成的軟起動電壓如后所述那樣，隨著時間而增加。因此，從第1比較器16輸出的PWM信號Vpwm，在Vss＜Vmax時，成為基于軟起動電壓Vss而其導(dǎo)通期間隨著時間緩慢地增加的脈寬調(diào)制過的信號；在Vss＞Vmax時，成為具有由最大電壓Vmax決定的最大固定占空比的脈寬調(diào)制過的信號。
從第1比較器16輸出的PWM信號Vpwm被輸出到驅(qū)動電路14。
驅(qū)動電路14根據(jù)PWM信號Vpwm而生成開關(guān)信號Vsw，控制作為開關(guān)元件SW1的MOSFET的柵極電壓，并使其間歇性地導(dǎo)通/截止。該驅(qū)動電路14具有啟動端子EN，在輸入到啟動端子EN的第1啟動信號EN1為高電平的期間，生成用于驅(qū)動開關(guān)元件SW1的開關(guān)信號Vsw。另一方面，在輸入到啟動端子EN的第1啟動信號EN1為低電平的期間，將開關(guān)信號Vsw固定為低電平，并使開關(guān)元件SW1截止從而停止開關(guān)動作。
接著，基于圖2說明軟起動電路20。圖2是表示本實施方式的軟起動電路20的結(jié)構(gòu)的電路圖。
該軟起動電路20在開關(guān)電源100的輸出電壓Vout達到規(guī)定的電壓前的期間，生成軟起動電壓Vss，以使輸出電壓Vout緩慢地上升。
圖2的軟起動電路20具有作為輸入輸出端子的軟起動輸入端子230和軟起動輸出端子232，軟起動輸入端子230中被輸入圖1的反饋電壓Vfb，軟起動輸出端子232將生成的軟起動電壓Vss輸出。
軟起動電路20在對輸出電壓Vout進行常數(shù)倍的反饋電壓Vfb低于規(guī)定的閾值電壓Vth時，使軟起動電壓Vss上升，以使輸出電壓Vout以第1限制速度上升。另一方面，在反饋電壓Vfb高于閾值電壓Vth時，使軟起動電壓Vss上升，以使輸出電壓Vout以比第1限制速度設(shè)定得高的第2限制速度上升。閾值電壓Vth被設(shè)定為，以第2限制速度使輸出電壓Vout上升時不發(fā)生沖擊電流的范圍內(nèi)。
該軟起動電路20對其一端接地的充電電容器Css供給恒流，并將呈現(xiàn)在充電電容器Css的電壓作為軟起動電壓Vss而從軟起動輸出端子232輸出。這里，若對充電電容器Css進行充電的恒流的值較大時，軟起動電壓Vss的上升速度加快；若恒流的值較小時，軟起動電壓Vss的上升速度減慢。
為了改變軟起動電壓Vss的上升速度，該軟起動電路20具有作為對充電電容器Css進行充電的電流源的第1電流源220、第2電流源222，各個電流源被構(gòu)成為可將電流供給進行導(dǎo)通或截止。
這里，將由第1電流源220生成的恒流作為第1恒流Ic1，將由第2電流源222生成的恒流作為第2恒流Ic2。在使輸出電壓Vout以第1限制速度上升時，僅第1電流源220導(dǎo)通；在使輸出電壓Vout以第2限制速度上升時，除第1電流源220之外第2電流源222也導(dǎo)通。
另外，軟起動電壓Vss隨著充電電容器Css的充電而持續(xù)地上升，但第1電流源220、第2電流源222、第3電流源224內(nèi)部的晶體管被飽和，從而在停止了電流供給的狀態(tài)下取一定值。
第2晶體管M2、運算放大器214、第3電流源224是用于對軟起動輸出端子232的電位即軟起動電壓Vss進行固定使得其電壓比恒壓Vbias低的偏置電路。理由在后敘述，但優(yōu)選該恒壓Vbias被設(shè)定為與從圖1的振蕩器18輸出的振蕩信號Vosc的最小電壓大致相等。該偏置電路在從對應(yīng)于輸出電壓Vout的電壓Vfb低于閾值電壓Vth起有效一定期間，并將呈現(xiàn)在充電電容器Css的電壓固定為規(guī)定的恒壓Vbias。
運算放大器214的反相輸入端子被施加偏置電壓Vbias，其輸出連接到第2晶體管M2的柵極端子。第2晶體管M2的漏極端子的電壓被反饋到運算放大器214的同相輸入端子。其結(jié)果，第2晶體管M2的漏極端子即作為軟起動輸出端子232的電壓的軟起動電壓Vss被反饋控制以使其接近與施加到反相輸入端子的偏置電壓Vbias。第3電流源224是為了使第2晶體管M2動作而供給偏置電流Ibias的偏置電流源。另外，偏置電路可構(gòu)成為不設(shè)置運算放大器214的簡單的結(jié)構(gòu)。此時，在固定了第2晶體管M2的柵極電壓的狀態(tài)下，流過偏置電流Ibias時漏極-源極間產(chǎn)生的電壓被設(shè)定為偏置電壓Vbias。
該偏置電路可對應(yīng)于第2晶體管M2的導(dǎo)通/截止來切換有效和無效。第2晶體管M2的柵極端子連接到第1晶體管M1的漏極端子，當(dāng)?shù)?晶體管M1導(dǎo)通時，第2晶體管M2的柵極端子的電壓Vg被固定為低電平。此時，因第2晶體管M2截止，所以偏置電路無效，偏置電壓的固定被解除。當(dāng)?shù)?晶體管M1截止時，偏置電路有效。
第2比較器200比較從軟起動輸入端子230輸入的反饋電壓Vfb和規(guī)定的閾值電壓Vth，在Vfb＞Vth時輸出高電平，在Vfb＜Vth時輸出低電平。從第2比較器200輸出的信號通過反相器202而被邏輯反轉(zhuǎn)，并輸出到單觸發(fā)電路204以及第2電流源222。
單觸發(fā)電路204具有以下功能檢測所輸入的信號的邊沿(edge)，從其轉(zhuǎn)變時刻起至規(guī)定時間，繼續(xù)保持其輸出。在本實施方式中，該單觸發(fā)電路204包括反相器206、延遲電路208、“與非”電路210，從輸入到反相器206的信號的上升開始在延遲電路208的延遲時間Td，將從“與非”電路210的輸出作為低電平。
“與”電路212輸出單觸發(fā)電路204的輸出和施加到第2啟動端子234的第2啟動信號EN2的“與”。“與”電路212的輸出被輸入到第1晶體管M1的柵極端子，在“與”電路212的輸出成為高電平時第1晶體管M1導(dǎo)通，在低電平時第1晶體管M1截止。
說明如上構(gòu)成的開關(guān)電源100的穩(wěn)定狀態(tài)的動作。圖3表示穩(wěn)定狀態(tài)中的開關(guān)電源100的各部分的電壓的時間波形。
在穩(wěn)定狀態(tài)中，在軟起動電路20中，充電電容器Css為被充電的狀態(tài)，因此，從軟起動輸出端子232輸出的軟起動電壓Vss在與最大電壓Vmax的關(guān)系中，Vss＞Vmax成立。此時，第1比較器16基于最大電壓Vmax和振蕩信號Vosc而生成PWM信號Vpwm。其結(jié)果，如圖所示，成為占空比即導(dǎo)通期間被固定的PWM信號。
從時刻T0到T1為止的期間，在遲滯比較器22中，Vout＞Vref2成立，驅(qū)動電路14的啟動端子EN上被輸入高電平，并基于PWM信號Vpwm而生成開關(guān)信號Vsw。
在時刻T1，若反饋電壓Vfb上升至基準電壓Vref1，則遲滯比較器22的輸出成為低電平，因此驅(qū)動電路14將開關(guān)信號Vsw的生成停止。當(dāng)停止開關(guān)元件SW1的導(dǎo)通/截止動作時，在圖1的開關(guān)電源100中，對輸出電容器Co1的電荷的充電被停止，所以通過電流流過負載電路300，輸出電壓Vout即反饋電壓Vfb開始下降。
之后，在時刻T2，若反饋電壓Vfb下降至基準電壓Vref2，則驅(qū)動電路14的啟動端子EN中再次被輸入高電平的信號，因此開始生成開關(guān)信號Vsw，反饋電壓Vfb即輸出電壓Vout再次開始上升。
這樣，本實施方式的開關(guān)電源100通過遲滯比較器22監(jiān)視輸出電壓Vout，并穩(wěn)定在基準電壓Vref1以及Vref2之間。
接著，說明開關(guān)電源100的軟起動時的動作。圖4是表示軟起動時的開關(guān)電源100的各部分的電壓的時間波形。
在時刻T0～T1中，因輸入到第2啟動端子234的第2啟動信號EN2為低電平，因此第1電流源220被截止，且Vfb＜Vth，因此第2電流源222也被截止。而且，因第2啟動端子EN2為低電平，因此第1晶體管M1截止，軟起動電壓Vss通過包括第2晶體管M2、運算放大器214、第3電流源224的偏置電路而被穩(wěn)定為偏置電壓Vbais。
在時刻T1中，輸入到第2啟動端子234的第2啟動信號EN2被切換為高電平。其結(jié)果，圖2的第1電流源220導(dǎo)通，開始對充電電容器Css的充電，軟起動電壓Vss開始上升。隨著軟起動電壓Vss的上升，從圖1的第1比較器16輸出的PWM信號Vpwm的占空比緩慢地增大。其結(jié)果，開關(guān)元件SW1的導(dǎo)通期間也緩慢地增加，輸出電壓即反饋電壓Vfb也開始緩慢地上升。
在時刻T2，反饋電壓Vfb上升至閾值電壓Vth。此時，在第2比較器200中，當(dāng)成為Vfb＞Vth時將第2比較器200的輸出反轉(zhuǎn)而得到的信號SSEN成為低電平。第2電流源222在信號SSEN變?yōu)榈碗娖綍r，開始生成第2恒流Ic2。
此時，對于充電電容器Css的充電電流變?yōu)榈?恒流Ic1、第2恒流Ic2以及偏置電流Ibias的合計，軟起動電壓Vss的上升被加速。
在時刻T3，當(dāng)軟起動電壓Vss比最大電壓Vmax大時，PWM信號Vpwm變?yōu)楣潭ㄕ伎毡?，開關(guān)電源100變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)。在圖4中，從時刻T3到T4的期間，反饋電壓Vfb被平坦地表示，但實際上，如圖3所示那樣，在Vref1和Vref2之間變動。
在時刻T4，當(dāng)負載電路300的氙燈開始發(fā)光時，蓄積在輸出電容器Co1的電荷被急劇地放電，因此反饋電壓Vfb降低。在時刻T5，當(dāng)反饋電壓Vfb小于閾值電壓Vth時，信號SSEN被切換為高電平。通過信號SSEN的切換，單觸發(fā)電路204的輸出在規(guī)定的期間Td成為低電平。在該期間，第1晶體管M1的柵極電壓Vg成為低電平，第1晶體管M1截止，第2晶體管M2導(dǎo)通。蓄積在充電電容器Css的電荷通過第2晶體管M2而被放電，軟起動電壓Vss降低。在第2晶體管M2導(dǎo)通的狀態(tài)下，軟起動電壓Vss被調(diào)節(jié)到偏置電壓Vbias。
在不設(shè)置由包括第2晶體管M2、運算放大器214而構(gòu)成的偏置電路，僅有第2晶體管M2的結(jié)構(gòu)的情況下，當(dāng)?shù)?晶體管M2導(dǎo)通，則蓄積在充電電容器Css的電荷被全部放電，軟起動電壓Vss降低至0V左右。作為振蕩器18的輸出的振蕩信號Vosc的最小電壓為某一較大程度時，軟起動電壓Vss在達到其最小電壓為止的期間，PWM信號的占空比成為0％，因此不能使輸出電壓Vout上升。
另一方面，在本實施方式的軟起動電路20中，軟起動電壓Vss降低至與振蕩信號Vosc的最小電壓大致相等地設(shè)置的偏置電壓Vbias，不會降低至其以下，所以之后，可以立即生成PWM信號而使輸出電壓Vout上升。
之后，從時刻T5到經(jīng)過了規(guī)定期間Td后的時刻T6單觸發(fā)電路204的輸出成為高電平時，第1晶體管M1的柵極電壓Vg變?yōu)楦唠娖蕉鴮?dǎo)通。此時，第2晶體管M2的柵極電壓被固定為低電平，第2晶體管M2截止，再次開始對充電電容器Css的充電，軟起動電壓Vss開始以第1限制速度上升。
在時刻T7，反饋電壓Vfb大于閾值電壓Vth時，第2電流源222導(dǎo)通，對充電電容器Css的充電速度被加速，輸出電壓Vout急速地上升。
如以上那樣，根據(jù)本實施方式的軟起動電路20以及開關(guān)電源100，將輸出電壓Vout的上升速度在兩個階段進行切換并軟起動。即，在軟起動開始之后，輸出電壓Vout在低于規(guī)定的閾值電壓Vth的范圍中緩慢地上升，使得不發(fā)生沖擊電流，之后在輸出電壓Vout超過閾值電壓Vth時，加快上升速度并急速上升，可縮短開關(guān)電源100的穩(wěn)定時間。
此外，軟起動電路20每當(dāng)輸出電壓Vout低于規(guī)定的閾值電壓時動作，所以不僅在起動時，在負載電路300的動作開始時或在輸入電壓Vin的變動時等輸出電壓Vout降低時，也可以進行軟起動。
而且，在本實施方式的軟起動電路20中，通過由第2晶體管M2以及運算放大器214構(gòu)成的偏置電路，軟起動電壓Vss被控制為不會降低至與振蕩信號Vosc的最小電壓大致相等地設(shè)定的偏置電壓Vbias以下。因此，不會產(chǎn)生占空比為0％的PWM信號，可在短時間內(nèi)使輸出電壓Vout上升。
圖5是表示具有圖1的開關(guān)電源100的電子設(shè)備500的結(jié)構(gòu)的方框圖。例如，電子設(shè)備500是搭載了照相機的攜帶電話終端，它具有電池510、通信處理單元512、DSP(Digital Signal Processor)514、攝像單元516、發(fā)光裝置600。另外，電子設(shè)備并不限定為攜帶電話終端，也可以是PDA或數(shù)字照相機等。
電池510例如是鋰離子電池，作為電池電壓Vbat而輸出3～4V左右的電壓。DSP514是對電子設(shè)備500整體統(tǒng)一地進行控制的塊，并與通信處理單元512、攝像單元516、發(fā)光裝置600連接。通信處理單元512包括天線、高頻電路等，是與基站進行通信的塊。
攝像單元516是CCD(Charge Coupled Device)或CMOS傳感器等的攝像裝置。
發(fā)光裝置600作為在由攝像單元516進行攝像時的閃光燈或者閃光裝置而使用，它具有開關(guān)電源100、發(fā)光元件612、觸發(fā)電路614。作為發(fā)光元件612，適于使用氙管等。開關(guān)電源100將從電源510供給的電池電壓Vbat升壓，對發(fā)光元件612提供300V左右的驅(qū)動電壓(以下，也稱為輸出電壓)Vout。驅(qū)動電壓Vout被穩(wěn)定至規(guī)定電平的目標電壓。觸發(fā)電路614是控制發(fā)光裝置600的發(fā)光定時的電路。發(fā)光元件612與攝像單元516的攝像同步地發(fā)光。
在本實施方式的開關(guān)電源100可以適合用于如圖5所示的發(fā)光裝置600，該發(fā)光裝置600可以搭載在以攜帶電話終端為代表的電子設(shè)備。本實施方式的開關(guān)電源100可如上地縮短起動時間，因此在不會脫離攝像的定時地使發(fā)光元件612發(fā)光。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，上述的實施方式只是例示，這些各結(jié)構(gòu)要素或各處理步驟的組合也可以有各種變形例，而且這樣的變形例也屬于本發(fā)明的范圍中。
在本實施方式的開關(guān)電源100中，使開關(guān)元件SW1的開關(guān)信號Vsw為固定占空比，使驅(qū)動電路14間歇性地動作，從而可得到輸出電壓Vout的穩(wěn)定。但并不限定于此，也可以對輸出電壓和其目標電壓的誤差電壓進行放大，并基于該誤差電壓進行脈寬調(diào)制，從而可實現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。
在本實施方式中，說明了回掃方式的開關(guān)穩(wěn)壓器中采用了本發(fā)明的軟起動技術(shù)的情況，但也可以適用在正向(forward)方式的開關(guān)穩(wěn)壓器中。而且，在實施方式中對使用變壓器的絕緣型的開關(guān)穩(wěn)壓器進行了說明，但也可以是非絕緣型的開關(guān)穩(wěn)壓器，而且可以廣泛地適用于需要抑制沖擊電流或輸出電壓的不需要的變動，同時盡可能快速地提高輸出電壓的電源裝置。
而且，在本實施方式中，通過在軟起動電路20中對第1電流源220以及第2電流源222的兩個恒流源導(dǎo)通/截止，從而控制軟起動電壓Vss的上升速度，但并不限定于此。也可以構(gòu)成為，例如將電流源僅設(shè)為一個，通過信號SSEN以及第2啟動信號EN2切換生成的電流值。
而且，在本實施方式中，高電平、低電平的邏輯信號的設(shè)定是一個例子，可通過反相器等適當(dāng)?shù)剡M行反轉(zhuǎn)從而自由地進行變更。
作為本實施方式的開關(guān)電源100的負載，例示了圖5的發(fā)光元件，但并不限定于此，可適當(dāng)?shù)乩迷谕ㄟ^幾十V到超過幾百V的電壓而驅(qū)動的各種負載電路的驅(qū)動。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)電源以及其控制電路，可縮短起動時間而不會損失電路的可靠性。
權(quán)利要求
1.一種控制電路，生成開關(guān)信號且控制開關(guān)電源的開關(guān)元件，其特征在于，它具有軟起動電路，在所述開關(guān)電源的輸出電壓達到規(guī)定的基準電壓前的期間，生成開關(guān)信號，以使輸出電壓緩慢地上升，所述軟起動電路在所述輸出電壓比規(guī)定的閾值電壓低時，使輸出電壓以第1限制速度上升；另一方面，在所述輸出電壓比所述閾值電壓高時，使輸出電壓以第2限制速度上升，所述第2限制速度比所述第1限制速度設(shè)定得高。
2.如權(quán)利要求1所述的控制電路，其特征在于，所述規(guī)定的閾值電壓被設(shè)定在使輸出電壓以所述第2限制速度上升時不發(fā)生沖擊電流的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的控制電路，其特征在于，所述軟起動電路包括一端被接地的充電電容器；連接到所述充電電容器的另一端，并對所述充電電容器提供恒流的電流源；以及將所述輸出電壓與所述閾值電壓進行比較的電壓比較器，使所述電流源提供的電流值隨著所述電壓比較器的輸出信號而變化，并使所述輸出電壓基于所述充電電容器上呈現(xiàn)的電壓而上升。
4.如權(quán)利要求3所述的控制電路，其特征在于，所述軟起動電路還包括偏置電路，該偏置電路在從所述輸出電壓低于規(guī)定的第2閾值電壓時起有效一定期間，并將所述充電電容器上所呈現(xiàn)的電壓固定為規(guī)定的電壓值。
5.如權(quán)利要求4所述的控制電路，其特征在于，所述偏置電路包括與所述充電電容器并聯(lián)地連接的晶體管；以及對所述晶體管提供規(guī)定的偏置電流的偏置電流源，所述晶體管從所述輸出電壓低于所述第2閾值電壓起導(dǎo)通一定期間。
6.如權(quán)利要求1至5的任一項所述的控制電路，其特征在于，其被一體集成在一個半導(dǎo)體襯底上。
7.一種開關(guān)電源，其特征在于，包括如權(quán)利要求1至5的任一項所述的控制電路；由所述控制電路控制的開關(guān)元件；以及通過所述開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止而進行輸入電壓的升降的輸出電路。
8.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括攝像單元；在所述攝像單元進行攝像時，作為閃光燈而發(fā)光的發(fā)光元件；以及將電池電壓升壓而對所述發(fā)光元件提供驅(qū)動電壓的權(quán)利要求7所述的開關(guān)電源。
全文摘要
提供縮短了啟動時間的開關(guān)電源以及它的控制電路。軟起動電路(20)是用于將回掃方式的開關(guān)穩(wěn)壓器進行軟起動的電路，其具有第1電流源(220)以及第2電流源(222)的兩個電流源。該軟起動電路(20)通過第2比較器(200)而比較輸出電壓的反饋電壓Vfb和規(guī)定的閾值電壓Vth，在Vfb＜Vth時，僅以第1電流源(220)對充電電容器Css充電；在Vfb＞Vth時，第2電流源(222)與第1電流源(220)一起導(dǎo)通，使軟起動電壓Vss上升。
文檔編號H02M3/24GK101065891SQ200580040900
公開日2007年10月31日 申請日期2005年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月3日
發(fā)明者荒木享一郎, 為我井洋一, 山本勛 申請人:羅姆股份有限公司