JPH06106019B2 - DC-DC converter - Google Patents

DC-DC converter

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JPH06106019B2
JPH06106019B2 JP60152652A JP15265285A JPH06106019B2 JP H06106019 B2 JPH06106019 B2 JP H06106019B2 JP 60152652 A JP60152652 A JP 60152652A JP 15265285 A JP15265285 A JP 15265285A JP H06106019 B2 JPH06106019 B2 JP H06106019B2
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JP
Japan
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switching element
voltage
capacitor
resistor
control circuit
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和彦 麻田
英樹 大森
秀之 小南
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は小形電気機器に用いるDC−DCコンバータに関す
るものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a DC-DC converter used in a small electric device.

従来の技術 従来この種のDC−DCコンバータとして、第3図に示すよ
うに直流電源1と、スイッチング素子2と、リアクトル
3と、コンデンサ4の直列回路を形成し、コンデンサ4
と並列に負荷7を接続した構成のものがある。ダイオー
ド5は直流電源1とスイッチング素子2との間に並列に
接続されている。制御回路6はコンデンサ4の両端の電
圧を検知し、その電圧が所定の値a以下の場合にスイッ
チング素子2をオンさせ、また所定の値b以上の場合に
はスイッチング素子2をオフする。
2. Description of the Related Art Conventionally, as this type of DC-DC converter, a series circuit of a DC power supply 1, a switching element 2, a reactor 3 and a capacitor 4 is formed as shown in FIG.
There is a configuration in which a load 7 is connected in parallel with. The diode 5 is connected in parallel between the DC power supply 1 and the switching element 2. The control circuit 6 detects the voltage across the capacitor 4, and turns on the switching element 2 when the voltage is a predetermined value a or less, and turns off the switching element 2 when the voltage is a predetermined value b or more.

第4図a,b,cにリアクトル3の電流iL、コンデンサ4の
電流iC、出力電圧VOの波形を示す。これらの波形図にお
いてO<t<t1はスイッチング素子2がオンの期間
TON、またt1<t<t2はオフの期間TOFFである。第4図
aに示すように、iLはTONでは直流電源1と出力電圧VO
の差がリアクトル3に印加された状態でコンデンサ4と
負荷7に電流が供給されるために増加し、TOFFにおいて
は、TON期間中に蓄えられた磁気エネルギーをダイオー
ド5を通してコンデンサ4と負荷7の並列回路に放出す
るため減少する。またiCは第4図bに示すように、iL
交流分(リップル分)が流れ、VOは第4図cに示すよう
に、iCの積分波形となる。
4A, 4B and 4C show the waveforms of the current i L of the reactor 3, the current i C of the capacitor 4 and the output voltage V O. In these waveform diagrams, O <t <t 1 is the period when the switching element 2 is on.
T ON , and t 1 <t <t 2 is the OFF period T OFF . As shown in Fig. 4a, i L is DC power supply 1 and output voltage V O at T ON.
The difference between the two increases with the current being supplied to the capacitor 4 and the load 7 while being applied to the reactor 3, and at T OFF , the magnetic energy stored during the T ON period is passed through the diode 5 to the capacitor 4 and the load. It decreases because it discharges to 7 parallel circuits. The i C, as shown in FIG. 4 b, the AC component of the i L (ripple) flows, V O, as shown in FIG. 4 c, the integrated waveform of i C.

発明が解決しようとする問題点 このような従来の構成では次のような問題がある。すな
わち制御回路6が検知してスイッチング素子2をオン.
オフさせる電圧値a,bの差b−a、すなわちヒステリシ
ス電圧が小さい場合には制御回路6がノイズによって誤
動作を起こしやすく、誤動作を防ぐためにヒステリシス
電圧を大きくとると、発振周波数が低下しiLの最大値i
L peakが大きくなり、リアクトル3が磁気飽和を起こし
やすくなる。またiL peakはスイッチング素子2に流れ
る電流の最大値と一致するので、スイッチング素子2に
ASOの大きなものを使用する必要がある。
Problems to be Solved by the Invention Such a conventional configuration has the following problems. That is, the control circuit 6 detects and turns on the switching element 2.
When the difference b-a between the voltage values a and b to be turned off, that is, the hysteresis voltage is small, the control circuit 6 is apt to malfunction due to noise, and if the hysteresis voltage is increased to prevent malfunction, the oscillation frequency decreases i L Maximum value of i
L peak becomes large, and the reactor 3 easily causes magnetic saturation. Since i L peak matches the maximum value of the current flowing through the switching element 2,
You need to use a large ASO.

第5図は、ノイズによる制御回路の誤動作を防ぐために
ヒステリシス電圧を大きくした場合の動作波形図、a,b,
cは第4図の場合と同様に、iL,iC,VOを示す。第5図
においては、ヒステリシス電圧を第4図の場合よりも大
きいd−cとした場合の動作を示す。この場合は第4図
に比べて発振周波数1/(TON+TOFF)が低下し、iLのリ
ップル電流が増加する。一方iLの直流分は、負荷7に供
給されるので第4図の場合と等しいためiL peakが増加
し、iCも大きくなっている。
FIG. 5 is an operation waveform diagram when the hysteresis voltage is increased to prevent malfunction of the control circuit due to noise, a, b,
c shows i L , i C , and V O , as in the case of FIG. FIG. 5 shows the operation when the hysteresis voltage is set to dc which is larger than that in FIG. In this case, the oscillation frequency 1 / (T ON + T OFF ) is reduced and the ripple current of i L is increased as compared with FIG. On the other hand, since the direct current component of i L is supplied to the load 7, it is equal to that in the case of FIG. 4, so that i L peak increases and i C also increases.

また第4図に示した動作波形は、スイッチング素子の動
作に遅れがない場合であるが、スイッチング素子2は、
実際にはトランジスタが用いられる場合が多く、その場
合には制御回路6からオン,オフ信号が入ってから実際
にトランジスタがオン,オフするまでの時間遅れがかな
り大きい。
The operation waveforms shown in FIG. 4 are for the case where there is no delay in the operation of the switching element.
In many cases, a transistor is actually used, and in that case, the time delay from the on / off signal input from the control circuit 6 to the on / off of the transistor is considerably large.

第6図に、スイッチング素子2のターンオフ,ターンオ
ンの時間遅れがそれぞれtd1,td2ある場合に、発振周波
数1/(TON+TOFF)とiL peakを一定に保った状態での動
作波形を示す。
Fig. 6 shows the operation waveforms when the oscillation frequency 1 / (T ON + T OFF ) and i L peak are kept constant when the turn-off and turn-on time delays of switching element 2 are td 1 and td 2 , respectively. Indicates.

この場合には、ヒステリシス電圧はf−eであり、第4
図の場合よりさらに小さくなり、ノイズによる誤動作の
問題が大きくなる。
In this case, the hysteresis voltage is fe and the fourth
It becomes smaller than the case in the figure, and the problem of malfunction due to noise increases.

本発明は上記問題点に鑑み、発振周波数を低くすること
なしにヒステリシス電圧を大きくし、ノイズによる制御
回路の誤動作をなくして回路の信頼性を高めたDC−DCコ
ンバータを提供するものである。
In view of the above problems, the present invention provides a DC-DC converter in which the hysteresis voltage is increased without lowering the oscillation frequency to prevent malfunction of the control circuit due to noise and improve circuit reliability.

問題点を解決するための手段 この問題点を解決するために本発明のDC−DCコンバータ
は、直流電源とスイッチング素子とリアクトルと抵抗と
コンデンサを直列に接続し、前記スイッチング素子は前
記抵抗とコンデンサの直列回路の両端の電圧を検知する
制御回路によりオン,オフ制御される構成としたもので
ある。
Means for Solving the Problems In order to solve this problem, the DC-DC converter of the present invention includes a DC power supply, a switching element, a reactor, a resistor, and a capacitor connected in series, and the switching element includes the resistor and the capacitor. The ON / OFF control is performed by the control circuit that detects the voltage across the series circuit.

作用 この構成により、制御回路の検知できる電圧波形の立ち
上り時および立ち下り時を急峻とすることができるた
め、ヒステリシス電圧が大きくとれノイズによる誤動作
を防止できる。
With this configuration, the rising and falling edges of the voltage waveform that can be detected by the control circuit can be made steep, so that a large hysteresis voltage can be obtained and malfunctions due to noise can be prevented.

実施例 以下発明の一実施例について、図面を参照しながら説明
する。
Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

本発明の一実施例を示すDC−DCコンバータは第1図に示
すように、直流電源11と、スイッチング素子12とリアク
トル13と負荷17を直列に接続している。ダイオード15は
直流電源11とスイッチング素子12に並列に接続されてい
る。そして負荷17にコンデンサ14と抵抗18の直列回路が
並列に接続されている。制御回路16は負荷17の両端の電
圧VOを検知し、その電圧が所定の値g以下の場合にスイ
ッチング素子12をオンさせ、所定の値h以上の場合には
スイッチング素子12をオフさせるもので、負荷17の両端
とスイッチング素子12の間に接続されている。
As shown in FIG. 1, a DC-DC converter according to an embodiment of the present invention has a DC power supply 11, a switching element 12, a reactor 13 and a load 17 connected in series. The diode 15 is connected in parallel with the DC power supply 11 and the switching element 12. A series circuit including a capacitor 14 and a resistor 18 is connected to the load 17 in parallel. The control circuit 16 detects the voltage V O across the load 17 and turns on the switching element 12 when the voltage is a predetermined value g or less and turns off the switching element 12 when the voltage is a predetermined value h or more. Thus, it is connected between both ends of the load 17 and the switching element 12.

以下動作について説明する。コンデンサ14と抵抗18の直
列回路の両端の電圧即わち負荷17の両端の電圧VOがg以
下の場合には制御回路16はスイッチング素子12をオンし
て直流電源11からスイッチング素子12、リアクトル13を
介してコンデンサ14と抵抗18の直列回路および負荷17に
電流を供給する。またVOがh以上になると制御回路16は
スイッチング素子12をオフし、オン期間中にリアクトル
13に蓄えられたエネルギーをダイオード15とリアクトル
13を通してコンデンサ14と抵抗18の直列回路および17に
電流を供給する。このスイッチング素子12のオン,オフ
の状態を説明しているのが第2図である。この第2図を
参照しながら本実施例のDC−DCコンバータの動作を詳細
に説明する。同図aのiLはリアクトル13の電流、同図b
のiCはコンデンサ14の電流、同図cのVCはコンデンサ14
の電圧、VOは制御回路16の検知電圧の波形図である。ス
イッチング素子12がオンの期間がTON、オフの期間がT
OFFである。本実施例では、以下に述べる理由でTON+T
OFFは従来例と同一時間となっている。即わちスイッチ
ング素子12の発振周波数は従来と同一となっている。
The operation will be described below. When the voltage across the series circuit of the capacitor 14 and the resistor 18, that is, the voltage V O across the load 17 is less than or equal to g, the control circuit 16 turns on the switching element 12 to switch the DC power source 11 to the switching element 12 and the reactor. A current is supplied to a series circuit of a capacitor 14 and a resistor 18 and a load 17 via 13. When V O becomes h or more, the control circuit 16 turns off the switching element 12, and the reactor is turned on during the on period.
The energy stored in 13 is transferred to the diode 15 and the reactor.
A current is supplied to a series circuit of a capacitor 14 and a resistor 18 and 17 through 13. FIG. 2 illustrates the on / off state of the switching element 12. The operation of the DC-DC converter of this embodiment will be described in detail with reference to FIG. I L in the figure a is the current of the reactor 13, b in the figure b
I C is the current of capacitor 14, and V C in FIG.
Voltage, V O is a waveform diagram of a detection voltage of the control circuit 16. The ON period of the switching element 12 is T ON , and the OFF period is T.
It is OFF . In this embodiment, T ON + T is set for the following reason.
OFF is the same time as the conventional example. That is, the oscillation frequency of the switching element 12 is the same as the conventional one.

本実施例では抵抗18を備えているため制御回路16の検知
電圧VOは VO=VC+r×iC となり、第2図cのVOの波形となっている。よって制御
回路16のヒステリシス電圧はスイッチング素子12のスイ
ッチングを行う時点,オン時点t1とオフ時点t2の電圧を
それぞれg,hと、従来のa,bと定めたヒステリシス電圧よ
り大きく定めたため、発振周波数が従来と変りなく一定
とできるものである。
In this embodiment, since the resistor 18 is provided, the detection voltage V O of the control circuit 16 is V O = V C + r × i C , which is the waveform of V O in FIG. 2C. Therefore, the hysteresis voltage of the control circuit 16 is set to a voltage at the time of switching the switching element 12, the voltage at the on time t 1 and the voltage at the off time t 2 to be g and h, respectively, and is set to be larger than the conventional hysteresis voltage set to a and b. The oscillation frequency can be kept constant, which is the same as before.

このヒステリシス電圧はh−g>b−aという関係を有
している。即わち本実施例では、抵抗18とコンデンサ14
の直列回路の両端の電圧を制御回路16で検知するように
したため、発振周波数を一定に保ってヒステリシス電圧
を大きく採ることができたものである。
This hysteresis voltage has a relationship of h−g> b−a. Immediately, in this embodiment, the resistor 18 and the capacitor 14
Since the control circuit 16 detects the voltage at both ends of the serial circuit, the oscillation frequency can be kept constant and a large hysteresis voltage can be obtained.

なお、本実施例では、負荷17は、抵抗18とコンデンサ14
の直列回路の両端に接続しているが、コンデンサ14の両
端に接続してもよい。この場合には、抵抗18に負荷電流
が流れるため負荷に供給される電圧は第1図に示した回
路の場合よりも低くなるが、負荷の両端に直接コンデン
サが接続された構成になるため周波数に対するインピー
ダンスが低くなるという特徴がある。またコンデンサ14
の両端に第1の負荷を、コンデンサ14と抵抗18の直列回
路の両端に第2の負荷を接続してもよいことはいうまで
もない。
In this embodiment, the load 17 is the resistor 18 and the capacitor 14
Although it is connected to both ends of the series circuit of, it may be connected to both ends of the capacitor 14. In this case, since the load current flows through the resistor 18, the voltage supplied to the load will be lower than in the case of the circuit shown in Fig. 1, but since a capacitor is directly connected across the load, the frequency The characteristic is that the impedance to Also capacitor 14
It goes without saying that a first load may be connected to both ends of the capacitor and a second load may be connected to both ends of the series circuit of the capacitor 14 and the resistor 18.

発明の効果 以上の実施例により明らかなように、本発明のDC−DCコ
ンバータは、抵抗とコンデンサの直列回路の両端の電圧
を検知してスイッチング素子を制御することにより発振
周波数を低くすることなしにヒステリシス電圧を大きく
しノイズによる誤動作を防止でき、信頼性を高めること
ができる。
EFFECTS OF THE INVENTION As is clear from the above embodiments, the DC-DC converter of the present invention does not lower the oscillation frequency by detecting the voltage across the series circuit of the resistor and the capacitor and controlling the switching element. In addition, the hysteresis voltage can be increased to prevent malfunction due to noise, and reliability can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示すDC−DCコンバータの回
路図、第2図は第1図の回路の動作を示す波形図、第3
図は従来のDC−DCコンバータの回路図、第4図は従来の
DC−DCコンバータの動作波形図、第5図は従来のDC−DC
コンバータにおいてヒステリシス電圧を大きくした場合
の動作波形図、第6図は従来のDC-DCコンバータにおい
てスイッチング素子のオン,オフに時間遅れがあるため
にヒステリシス電圧を小さくした場合の動作波形図であ
る。 11……直流電源、12……スイッチング素子、13……リア
クトル、14……コンデンサ、15……ダイオード、16……
制御回路、18……抵抗。
FIG. 1 is a circuit diagram of a DC-DC converter showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a waveform diagram showing the operation of the circuit of FIG. 1, and FIG.
The figure is a circuit diagram of a conventional DC-DC converter, and Fig. 4 is a conventional circuit diagram.
Operation waveform diagram of DC-DC converter, Fig. 5 shows conventional DC-DC
FIG. 6 is an operation waveform diagram when the hysteresis voltage is increased in the converter, and FIG. 6 is an operation waveform diagram when the hysteresis voltage is decreased because there is a time delay in turning on / off the switching element in the conventional DC-DC converter. 11 …… DC power supply, 12 …… Switching element, 13 …… Reactor, 14 …… Capacitor, 15 …… Diode, 16 ……
Control circuit, 18 ... resistor.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小南 秀之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭50−67954(JP,A) 特開 昭57−34697(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hideyuki Konan 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (56) Reference JP-A-50-67954 (JP, A) JP-A-57-34697 (JP, A)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】直流電源とスイッチング素子とリアクトル
と抵抗とコンデンサを直列に接続し、かつ前記スイッチ
ング素子と直流電源の直列回路にダイオードを並列に接
続し、前記スイッチング素子をオンオフする制御回路を
有し、前記制御回路は前記抵抗と前記コンデンサの直列
回路の両端に接続され、両端間の電圧に対する高と低の
2つのしきい値を有し、前記制御回路は、前記抵抗とコ
ンデンサの両端間の電圧が高い方のしきい値よりも高く
なった場合に前記スイッチング素子をターンオフさせ、
低い方のしきい値よりも低くなった場合に前記スイッチ
ング素子をターンオンさせるDC−DCコンバータ。
1. A control circuit for connecting a DC power supply, a switching element, a reactor, a resistor, and a capacitor in series, and connecting a diode in parallel to a series circuit of the switching element and the DC power supply to turn on / off the switching element. However, the control circuit is connected to both ends of the series circuit of the resistor and the capacitor, and has two thresholds, high and low, with respect to the voltage across the resistor, and the control circuit is connected between both ends of the resistor and the capacitor. Turn off the switching element when the voltage of is higher than the higher threshold,
A DC-DC converter that turns on the switching element when the voltage becomes lower than the lower threshold value.
JP60152652A 1985-07-11 1985-07-11 DC-DC converter Expired - Lifetime JPH06106019B2 (en)

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