JP2001292562A - キャパシターを利用した直流電源装置 - Google Patents

キャパシターを利用した直流電源装置

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JP2001292562A
JP2001292562A JP2000163005A JP2000163005A JP2001292562A JP 2001292562 A JP2001292562 A JP 2001292562A JP 2000163005 A JP2000163005 A JP 2000163005A JP 2000163005 A JP2000163005 A JP 2000163005A JP 2001292562 A JP2001292562 A JP 2001292562A
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capacitor
voltage
battery
power supply
charging
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JP2000163005A
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Hansan Kim
キム、ハンサン
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Jtel Co Ltd
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Jtel Co Ltd
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0083Converters characterised by their input or output configuration
    • H02M1/0093Converters characterised by their input or output configuration wherein the output is created by adding a regulated voltage to or subtracting it from an unregulated input

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 大容量のキャパシター及びバッテリーを利用
してバッテリーが提供する直流電圧以上の電圧で大電流
の直流電源を供給するためのキャパシターを利用した直
流電源装置を提供する。 【解決手段】 キャパシターを利用した直流電源装置
は、一端が接地され、第1直流電圧を出力するバッテリ
ーBと、一端がバッテリーの他端及びノードの端に連結
され、第1直流電圧より昇圧された第2直流電圧を出力
する第1キャパシターC21と、第1キャパシターの他
端の電圧を検出し、検出した電圧が所定のレベル以下で
ある場合には内蔵された第2キャパシターC22への第
1直流電圧の充電を制御して所定のスイッチング動作に
よって第2キャパシターに充電されたエネルギーを第1
キャパシターに転移させ、検出した電圧が所定のレベル
と同一であったりそれ以上である場合には磁気発振を中
止させる充電制御部100と、を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は直流電源装置に係
り、より詳しくは、キャパシターを利用した高効率の直
流電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、DC−DCコンバータは1つの
レベルのDC電圧を他のレベルのDC電圧に変換する装
置である。このコンバータは一般に共通磁心(magnetic
core)の周囲に巻かれた1次及び2次巻線を有する変
圧器から構成される。1次回路を適当な間隔で開閉する
ことによって、1次及び2次巻線の間のエネルギー伝達
を制御することができる。
【0003】最近、直流電源装置業界では、小型でエネ
ルギー効率性が高く、高性能を有するコンバータへの関
心が高まっており、技術の発展に伴ってバッテリーを使
用する薄い携帯型機器が登場している。
【0004】図2は従来のインダクターを利用した直流
電源装置を説明するための図面である。図2に示されて
いるように、従来のインダクターを利用した直流電源装
置におけるステップアップ直流電源装置として動作する
IC1は、バッテリー電圧を第1端子T1で要求する電
圧まで昇圧するために使用され、このような回路の問題
は使用されるキャパシターC1の耐圧がT1端子で要求
する電圧以上に高くなければならないという点である。
【0005】大部分の機器は、電源供給のためにバッテ
リーからステップダウン(step down )またはステップ
アップ(step up )コンバータのようなDC−DCコン
バータを用いて電子回路に使用される電源を供給してい
る。バッテリー電圧より高い電源を要求する回路を使用
する場合、ステップアップコンバータを使用しなければ
ならない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなイ
ンダクターを利用した直流電源装置はノイズ発生の原因
になり、無線機器の場合にはこのようなノイズが非常に
深刻な機器の性能低下の原因になることもある。また、
バッテリー電圧より高い電源を使用すると共に多くの電
流を必要とする回路の場合、直流電源装置の効率が電流
使用量に応じて多くの差異を有する。携帯型機器の場
合、大部分の使用時間にこのような回路が待機(stand
by)状態に置かれ、この時の効率は非常に低下する問題
点がある。
【0007】また、従来のインダクターを使用した昇圧
回路は、スイッチングノイズによる周波数スペクトルが
RFまたはIF部分の動作に影響を与えて問題を発生さ
せ、バッテリーと並列に連結される方式を使用したため
所望の出力電圧と同様の高い電圧を必要とする問題点が
ある。
【0008】また、従来の方式はインダクターを使用し
たスイッチング方式を使用するため、変換効率が出力電
流に応じて大きく変化する問題が発生する問題点があ
る。
【0009】従って、本発明の技術的課題は、このよう
な従来の問題点を解決するためのものであって、本発明
の目的は大容量のキャパシター及びバッテリーを利用し
てバッテリーが提供する直流電圧以上の電圧で大電流の
直流電源を供給するためのキャパシターを利用した直流
電源装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記目的を実現するため
の1つの特徴によるキャパシターを利用した直流電源装
置は、一端が接地され、第1直流電圧を出力するバッテ
リーと、一端が前記バッテリーの他端及びノードの端に
連結され、前記第1直流電圧より昇圧された第2直流電
圧を出力する第1キャパシターと、前記第1キャパシタ
ーの他端の電圧を検出し、前記検出した電圧が所定のレ
ベル以下である場合には内蔵された第2キャパシターへ
の前記第1直流電圧の充電を制御して所定のスイッチン
グ動作によって前記第2キャパシターに充電されたエネ
ルギーを前記第1キャパシターに転移させ、前記検出し
た電圧が所定のレベルと同一であったりそれ以上である
場合には磁気発振を中止させる充電制御部と、を含む。
【0011】このようなキャパシターを利用した直流電
源装置によると、バッテリーに直列に連結されたキャパ
シターの充電電圧によって発振するため、バッテリーが
提供する電圧以上の電圧で大電流の直流電圧を供給する
ことができる。
【0012】
【発明の実施の形態】それでは、通常の知識をもった者
が本発明を容易に実施することができるように実施例に
ついて説明する。
【0013】図1は本発明の実施例によるキャパシター
を利用した直流電源装置を説明するための図面である。
【0014】図1に示されているように、本発明の実施
例によるキャパシターを利用した直流電源装置はバッテ
リーB、バッテリーに直列に連結された第1キャパシタ
ーC21及びバッテリーの直流電圧の第1キャパシター
への充電を制御する充電制御部100を含む。
【0015】バッテリーBは、一端が接地され、他端が
第2ノードT2を経由して第1キャパシターC21及び
充電制御部100の一端に連結されて第1直流電圧を出
力する。
【0016】第1キャパシターC21は第1ノードT1
を経由して充電制御部100及びノードの端に連結さ
れ、第2ノードT2を経由してバッテリーBの他端に連
結されて、第1直流電圧より昇圧された第2直流電圧を
ノードの端に出力する。
【0017】充電制御部100は電圧検出器110、磁
気発振器120、第2キャパシターC22及びスイッチ
ング部130からなり、第1キャパシターC21の他端
の電圧を検出し、検出した電圧が所定のレベル以下であ
るとチェックされる場合には、磁気発振してバッテリー
Bの第1直流電圧を内蔵された第2キャパシターC22
に充電し、所定のスイッチング動作によって第2キャパ
シターC22に充電されたエネルギーを第1キャパシタ
ーC21に転移させる。
【0018】また、検出電圧が所定のレベルと同一であ
ったりそれ以上であるとチェックされる場合には、磁気
発振を中止させる。
【0019】より詳しくは、電圧検出器110は第1キ
ャパシターC21の充電電圧レベルを検出し、ハイまた
はローレベル信号を磁気発振器120に出力する。
【0020】磁気発振器120は、電圧検出器110の
検出電圧が所定のレベル以下であるとチェックされる場
合には磁気発振し、電圧検出器110の検出電圧が所定
のレベルと同一であったりそれ以上であるとチェックさ
れる場合には磁気発振を中止する。
【0021】第2キャパシターC22は、スイッチング
部130と並列に連結されて磁気発振器120の発振動
作によってバッテリーに充電された第1直流電圧を充電
し、充電された電圧を第1キャパシターに転移させる。
【0022】スイッチング部130は第1アナログスイ
ッチSW1と第2アナログスイッチSW2とからなり、
第2キャパシターC22の両端にそれぞれ設置され、磁
気発振器120の発振動作によるオン/オフ動作によっ
てバッテリーBに貯蔵された第1直流電圧を第2キャパ
シターC22に充電制御し、磁気発振器120が発振し
ない場合には第2キャパシターC22に充電された第1
直流電圧を第1キャパシターC21に充電制御する。
【0023】以下、本発明によるキャパシターを利用し
た直流電源装置の動作をより詳しく説明する。
【0024】初期に第1キャパシターC21が充電され
ていない状態でバッテリーBを連結する。この時、第1
ノードT1の電圧は4.5V以下であるので、電圧検出
器110の出力がローレベルになり、この電圧検出器1
10と連結された磁気発振器120が発振する。
【0025】磁気発振器120が発振すると、第2キャ
パシターC22と連結された2つのアナログスイッチS
W1、SW2が交互にスイッチング切り換えされ、バッ
テリーBの直流電圧を第2キャパシターC22に充電す
る。
【0026】第2キャパシターC22に転移された充電
エネルギーは、2つのアナログスイッチSW1、SW2
が切り換えられて、第1及び第2ノードT1、T2を通
じて第1キャパシターC21に転移される。
【0027】第1ノードT1の電圧が所望の所定の電
圧、好ましくは4.5Vになるまで、第2キャパシター
C22への充電動作及び第1キャパシターC21の充電
動作を反復する。次いで、所定の電圧、即ち4.5Vに
なると、電圧検出器110の出力がハイレベルになり、
磁気発振器120の発振が中止されて第1キャパシター
C21の充電動作が中止される。
【0028】以上のように、本発明は従来のインダクタ
ーを使用した昇圧回路の場合には、過電流を流した時に
キャパシターが放電完了するとそれ以上放電されず、遮
断される量がなく流れ続けるようになる反面、本発明に
よると従来のインダクターを使用した昇圧回路に比べて
電流を制限することができ、ノイズの発生も少ない。
【0029】また、従来のインダクターを使用した昇圧
回路は、スイッチングノイズによる周波数スペクトルが
RFまたはIF部分の動作に影響を与えて問題を発生さ
せるが、本発明はスイッチドキャパシター(switched c
apacitor)方式を使用したのでEMIノイズを極小化さ
せることができ、従来のインダクターを使用したスイッ
チングパワーサプライと比較して非常に優れたEMI及
びスイッチングノイズ特性を有することができる。
【0030】また、低い耐圧のキャパシターを使用する
ことができる。即ち、従来の方式はバッテリーと並列に
連結された方式を使用したため所望の出力電圧と同様の
高い電圧を必要としたが、本発明はキャパシターとバッ
テリーとが直列に連結されているので低い耐圧でも可能
であり、これによって価格及びキャパシターの体積が小
さくなり、従って従来の方式に比べて小さい面積を具現
することができる。
【0031】また、バッテリーの使用時間を増加させる
ことができる。より詳しくは、従来の回路はインダクタ
ーを使用したスイッチング方式を使用したため変換効率
が出力電流に応じて大きく変化する問題が発生したが、
本発明はスイッチングの際に発生する損失及び連結パス
に対する抵抗以外は損失がないので非常に効率的であ
る。
【0032】また、充電キャパシターへのエネルギー伝
達時にスイッチドキャパシター方式を使用したので、イ
ンダクターを利用した従来のスイッチングパワーサプラ
イに比べてインラッシュカレントを減少させることがで
き、これによってバッテリーの寿命を増加させることが
できる。
【0033】前記では本発明の好ましい実施例を参照し
て説明したが、当該技術分野の熟練した当業者は、特許
請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から離れ
ない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させることが
できる。
【0034】
【発明の効果】以上のように、本発明によると、従来の
インダクターを使用した昇圧回路に比べて電流を制限す
ることができ、ノイズの発生を少なくすることができ
る。
【0035】また、本発明ではスイッチドキャパシター
方式を使用したのでEMIノイズを極小化することがで
き、従来のインダクターを使用したスイッチングパワー
サプライと比較して非常に優れたEMI及びスイッチン
グノイズ特性を有することができる。
【0036】また、本発明はバッテリーとキャパシター
とを直列に連結することによって低い耐圧のキャパシタ
ーで具現することができ、これによって価格及びキャパ
シターの体積が小さくなり、従って、従来の方式に比べ
て小さい面積を具現することができる。
【0037】また、本発明はスイッチング時に発生する
損失及び連結パスに対する抵抗以外の損失がないので非
常に効率的で、キャパシターへの充電エネルギーの伝達
時にスイッチドキャパシター方式を使用したのでインラ
ッシュカレント(inrush current)を減少させることが
でき、これによってバッテリーの寿命を増加させること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例によるキャパシターを利用した
直流電源装置を説明するための図面である。
【図2】従来のインダクターを利用した直流電源装置を
説明するための図面である。
【符号の説明】
B バッテリー T1 第1ノード T2 第2ノード C21 第1キャパシター C22 第2キャパシター SW1 第1アナログスイッチ SW2 第2アナログスイッチ 100 充電制御部 110 電圧検出器 120 磁気発振器 130 スイッチング部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 500252899 6−7, Soonae−dong, B oondang−ku, Sungnam −si, Kyungki−do, Ko rea

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一端が接地され、第1直流電圧を出力す
    るバッテリーと、 一端が前記バッテリーの他端及びノードの端に連結さ
    れ、前記第1直流電圧より昇圧された第2直流電圧を出
    力する第1キャパシターと、 前記第1キャパシターの他端の電圧を検出し、前記検出
    した電圧が所定のレベル以下である場合には内蔵された
    第2キャパシターへの前記第1直流電圧の充電を制御し
    て所定のスイッチング動作によって前記第2キャパシタ
    ーに充電されたエネルギーを前記第1キャパシターに転
    移させ、前記検出した電圧が所定のレベルと同一であっ
    たりそれ以上である場合には磁気発振を中止させる充電
    制御部と、を含むキャパシターを利用した直流電源装
    置。
  2. 【請求項2】 前記充電制御部は、 前記第1キャパシターの充電電圧のレベルを検出する電
    圧検出部と、 前記電圧検出部の検出した電圧が所定のレベル以下であ
    るとチェックされる場合には磁気発振し、前記電圧検出
    部の検出した電圧が所定のレベルと同一であったりそれ
    以上であるとチェックされる場合には磁気発振を中止す
    る磁気発振部と、 第2キャパシターと、 前記第2キャパシターの両端にそれぞれ設置され、前記
    磁気発振部の発振動作によるオン/オフ動作によって前
    記バッテリーに貯蔵された第1直流電圧を前記第2キャ
    パシターに充電制御し、前記磁気発振部が発振しない場
    合には前記第2キャパシターに充電された第1直流電圧
    を前記第1キャパシターに充電制御するスイッチング部
    と、 を含むことを特徴とする、請求項1に記載のキャパシタ
    ーを利用した直流電源装置。
  3. 【請求項3】 前記スイッチング部は、 前記磁気発振部の発振動作によってスイッチオンされて
    前記バッテリーに貯蔵された第1直流電圧を前記第2キ
    ャパシターに充電制御し、前記磁気発振部の非発振動作
    によってスイッチオフされて前記第2キャパシターへの
    充電動作を中断する第1スイッチと、 前記磁気発振部の発振動作によってスイッチオフされ、
    前記磁気発振部の非発振動作によってスイッチオンされ
    て前記第2キャパシターに充電された電圧を前記第1キ
    ャパシターに充電制御する第2スイッチと、 を含むことを特徴とする、請求項2に記載のキャパシタ
    ーを利用した直流電源装置。
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