ソフトスタート回路とは?動作原理と必要理由を解説

ソフトスタート

ソフトスタートとは、DCDCコンバータ等の起動時の突入電流を抑制するための機能です。
出力電圧が時間に対しリニアに立ち上がるため、シーケンス制御のために使われることもあります。

最近ではLDOや高機能FETスイッチ(IPD)などにも搭載されています。

ソフトスタートの動作原理

ソフトスタートはレギュレータ起動時に出力電圧をゆっくり立ち上げることで突入電流を抑制しています。
起動時間と突入電流電流は下記計算式の関係となります。

Co×Vo = Io×t

Co:出力コンデンサ容量、Vo:出力電圧、Io:突入電流(出力電流)、t:ソフトスタート時間

ソフトスタートのタイミングチャート

したがって、突入電流を抑えるほど起動時間が長くなります。

DCDCコンバータICの場合ソフトスタート時間は外部のコンデンサで調整できるものが多いので、システムに合わせて最適化することができます。

ソフトスタート回路

ソフトスタート回路の主要ブロックは下図のような構成となります。

ソフトスタート回路

ソフトスタートの起動時間を決める回路はコンデンサと定電流源で決めます。
CV=Itの関係式で設定できます。

ソフトスタートのタイミングチャート

Cssの上端電圧と基準電圧源のどちらか低い方の電圧がエラーアンプの入力として採用されます。
したがって、Cssの上端電圧がVrefを超えるまではCssが充電される傾きに合わせて出力電圧が立ち上がります。

FETのソフトスタート回路

IPDなどの高機能なFETスイッチでは、ソフトスタート回路が搭載されています。
レギュレータとは違い、電流制限値をゆっくり上昇させることで突入電流を抑制します。
また、起動時にFETにかかる損失を低減する目的もあります。

下図が回路例とシミュレーション結果です。

FETのソフトスタート回路 ソフトスタート回路のシミュレーション結果

簡易的なソフトスタート

起動時に一定期間過電流検知レベルを絞って突入電流を抑制する方法です。
LDOやFETスイッチの簡易的なソフトスタート回路として用いられます。

下げた過電流検知レベルで制限された定電流で出力容量を充電しながら電圧が上昇していきます。

簡易ソフトスタートのタイミングチャート

前述のFETのソフトスタートと違い制限電流は一定値です。
出力電圧と同期していないためソフトスタート時間内に出力電圧が立ち上がり切る場合もありますし、出力容量が大きければ逆にソフトスタート時間内に立ち上がり切れず、突入電流が発生する場合もあります。

関連記事
SEPICの動作原理と設計方法

SEPICとは、Single Ended Primary Inductor Converterの略で、スイッチングMOSFET1つとコイル2つで構成される昇降圧可能なスイッチングレギュレータの方式の1つです。 MOSFETを4つ使うHブリッジ型の昇降圧コンバータと比べ制御が簡単で…

トランジスタの飽和領域とは?飽和する原理を解説

本稿では、トランジスタの飽和について解説していきます。 バイポーラトランジスタを飽和状態で使用する際に起こる問題点と対策方法を紹介します。 また、バイポーラトランジスタの飽和とMOSFETの飽和の違いについても説明します。 INDEXバイポーラトランジスタの飽和とはなぜ飽和するの…

過電流保護の種類と動作原理

レギュレータやパワースイッチなどの出力が短絡した際の保護として、過電流保護回路が搭載されています。 過電流保護回路の仕組みは、電流制限値を設定し、それ以上の電流が流れないようにすることでデバイスの破壊を防ぐようになっています。 ヒューズと違い、過負荷状態が解除されれば正常状態に復…

スナバ回路とは?動作原理と定数の決め方を解説

スナバ回路とは、FETスイッチなどの切り替わり時に発生する高周波リンギングを吸収するノイズ対策回路です。 最もよく使われるのが、抵抗とコンデンサで構成されるRCスナバ回路です。 スナバ回路の設計計算は難しく、なんとなくで定数を決めている場合が少なくありません。 ここでは、実際の開…