JP2002291234A - Dc-dc converter - Google Patents
Dc-dc converterInfo
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- JP2002291234A JP2002291234A JP2001089474A JP2001089474A JP2002291234A JP 2002291234 A JP2002291234 A JP 2002291234A JP 2001089474 A JP2001089474 A JP 2001089474A JP 2001089474 A JP2001089474 A JP 2001089474A JP 2002291234 A JP2002291234 A JP 2002291234A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は各種電子機器に用い
られ、バッテリ等の直流電圧を入力されて負荷に制御さ
れた直流電圧を供給するDC−DCコンバータであり、
特に入出力非反転で昇降圧可能なDC−DCコンバータ
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a DC-DC converter for use in various electronic devices, which receives a DC voltage from a battery or the like and supplies a controlled DC voltage to a load.
In particular, the present invention relates to a DC-DC converter capable of stepping up and down with input / output non-inversion.
【0002】[0002]
【従来の技術】バッテリ等の直流電圧を入力されて、入
出力非反転で昇降圧制御された直流電圧を負荷に供給す
るDC−DCコンバータとしては、特公昭58−409
13号公報に開示されたものがある。図4(a)は特公
昭58−40913号公報に開示されたDC−DCコン
バータの回路図であり、図4(b)はそのDC−DCコ
ンバータの信号波形図である。2. Description of the Related Art As a DC-DC converter which receives a DC voltage from a battery or the like and supplies a DC voltage which is input / output non-inverted and step-up / step-down controlled to a load, Japanese Patent Publication No. 58-409 discloses a DC-DC converter.
There is one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 13-131. FIG. 4A is a circuit diagram of a DC-DC converter disclosed in Japanese Patent Publication No. 58-40913, and FIG. 4B is a signal waveform diagram of the DC-DC converter.
【0003】図4(a)に示すように、このDC−DC
コンバータには、電圧Eiの入力直流電源31が接続さ
れており、第1のスイッチ手段32、第2のスイッチ手
段33、第1のダイオード34、第2のダイオード3
5、チョークコイル36、および出力コンデンサ37が
設けられている。出力コンデンサ37の電圧Eoは出力
直流電圧として負荷38に供給されている。図4(b)
に示すように、第1のスイッチ手段32及び第2のスイ
ッチ手段33は同じスイッチング周期Tを有してオンオ
フ動作する。また、第1のスイッチ手段32及び第2の
スイッチ手段33の1スイッチング周期におけるオン時
間の割合、即ち時比率を、それぞれδ1、δ2とし、図
に示すようにδ1>δ2とする。As shown in FIG. 4A, this DC-DC
An input DC power supply 31 having a voltage Ei is connected to the converter, and a first switch means 32, a second switch means 33, a first diode 34, a second diode 3
5, a choke coil 36, and an output capacitor 37 are provided. The voltage Eo of the output capacitor 37 is supplied to the load 38 as an output DC voltage. FIG. 4 (b)
As shown in (1), the first switch means 32 and the second switch means 33 have the same switching cycle T to perform on / off operation. Further, the ratio of the ON time in one switching cycle of the first switch means 32 and the second switch means 33, that is, the duty ratio, is δ1, δ2, respectively, and as shown in the figure, δ1> δ2.
【0004】入力直流電源31の電圧Eiは、第1のス
イッチ手段32及び第2のスイッチ手段33が共にオン
している時、チョークコイル36に印加される。この印
加時間はδ2Tである。この時、入力直流電源31から
チョークコイル36に電流が流れ、磁気エネルギーが蓄
積される。次に、第2のスイッチ手段33がオフする
と、第1のダイオード34が導通し、チョークコイル3
6には入力直流電圧Eiと出力直流電圧Eoの差Ei−
Eoが印加される。この印加時間はδ1T−δ2Tであ
り、チョークコイル36を介して入力直流電源31から
出力コンデンサ37へ電流が流れる。最後に、第1のス
イッチ手段32がオフすると、第2のダイオード35が
導通し、チョークコイル36には出力直流電圧Eoが逆
方向に印加される。この印加時間はT−δ1Tであり、
チョークコイル36から出力コンデンサ37へ電流が流
れ、蓄積された磁気エネルギーは放出される。The voltage Ei of the input DC power supply 31 is applied to the choke coil 36 when both the first switch means 32 and the second switch means 33 are on. This application time is δ2T. At this time, a current flows from the input DC power supply 31 to the choke coil 36, and magnetic energy is accumulated. Next, when the second switch means 33 is turned off, the first diode 34 is turned on, and the choke coil 3 is turned on.
6 has a difference Ei− between the input DC voltage Ei and the output DC voltage Eo.
Eo is applied. The application time is δ1T−δ2T, and a current flows from the input DC power supply 31 to the output capacitor 37 via the choke coil 36. Finally, when the first switch means 32 is turned off, the second diode 35 conducts, and the output DC voltage Eo is applied to the choke coil 36 in the reverse direction. This application time is T-δ1T,
A current flows from the choke coil 36 to the output capacitor 37, and the stored magnetic energy is released.
【0005】以上のように磁気エネルギーの蓄積と放出
の動作を繰り返すことにより、出力コンデンサ37から
負荷38へ電力が供給される。チョークコイル36の磁
気エネルギーの蓄積と放出が均衡する安定動作状態にお
いては、その電圧時間積の和はゼロであるから、 Ei×δ2T+(Ei−Eo)×(δ1T−δ2T)−Eo
×(T−δ1T)=0 が成り立ち、この式を整理して、Eo/Ei=δ1/
(1−δ2)という変換特性が得られる。δ2=0の場
合は、Eo/Ei=δ1となり降圧コンバータとして動
作する。δ1=1の場合は、Eo/Ei=1/(1−δ
2)となり、昇圧コンバータとして動作する。また、各
スイッチ手段の時比率を制御することにより、δ1/
(1−δ2)は0から無限大まで設定可能である。即
ち、理論上は任意の入力直流電圧Eiから任意の出力直
流電圧Eoを形成することができる昇降圧コンバータと
してDC−DCコンバータは動作する。Power is supplied from the output capacitor 37 to the load 38 by repeating the operation of storing and releasing magnetic energy as described above. In a stable operation state in which the storage and release of the magnetic energy of the choke coil 36 are balanced, the sum of the voltage-time products is zero, so that Ei × δ2T + (Ei−Eo) × (δ1T−δ2T) −Eo
× (T−δ1T) = 0 holds, and this equation is rearranged and Eo / Ei = δ1 /
The conversion characteristic of (1-δ2) is obtained. When δ2 = 0, Eo / Ei = δ1, and the device operates as a step-down converter. When δ1 = 1, Eo / Ei = 1 / (1−δ
2) and operates as a boost converter. By controlling the duty ratio of each switch, δ1 /
(1-δ2) can be set from 0 to infinity. That is, in theory, the DC-DC converter operates as a step-up / step-down converter that can form an arbitrary output DC voltage Eo from an arbitrary input DC voltage Ei.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上記のように構成され
た従来のDC−DCコンバータにおいては、第1のスイ
ッチ手段のようなハイサイドスイッチにPチャネルMO
SFETやPNPトランジスタが通常用いられる。これ
は、第1のスイッチ手段をオンする際に、そのゲート端
子やベース端子をゼロ電位側へ抵抗などを介して引き落
とせばよく、駆動が容易だからである。しかしながら、
入力直流電圧が低い場合、第1のスイッチ手段のゲート
電圧やベース電流が小さくなり、第1のスイッチ手段の
オン電圧が上昇して導通損失が大きくなるといった問題
点があった。また、定電流制御や過負荷垂下時などよう
に制御したい出力直流電圧が低い場合、第1のダイオー
ドに同期整流器としてPチャネルMOSFETやPNP
トランジスタを用いても、同様の問題点があった。In the conventional DC-DC converter configured as described above, the P-channel MO is connected to the high-side switch such as the first switch means.
SFETs and PNP transistors are usually used. This is because, when the first switch is turned on, its gate terminal and base terminal may be pulled down to the zero potential side via a resistor or the like, and driving is easy. However,
When the input DC voltage is low, there has been a problem that the gate voltage and the base current of the first switch means decrease, and the on-voltage of the first switch means increases to increase conduction loss. When the output DC voltage to be controlled such as constant current control or overload droop is low, a P-channel MOSFET or PNP as a synchronous rectifier is provided in the first diode.
The same problem occurs even when a transistor is used.
【0007】本発明は、上記問題点を解決することを課
題として、入力直流電圧が低い場合、あるいは制御した
い出力直流電圧が低い場合においても、導通損失を低減
することができる高効率な昇降圧コンバータを提供す
る。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems by providing a high-efficiency buck-boost circuit capable of reducing conduction loss even when the input DC voltage is low or the output DC voltage to be controlled is low. Provide a converter.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るDC−DCコンバータは、直列に接続
された第1のスイッチ手段とチョークコイルと第2のス
イッチ手段が入力直流電源と並列に接続され、直列に接
続された第3のスイッチ手段とチョークコイルと第4の
スイッチ手段が出力コンデンサと並列に接続された構成
であって、第1から第4のスイッチ手段のオンオフ時間
を制御する第1の制御回路と、第3のスイッチ手段と並
列に接続される第5のスイッチ手段と第1のコンデンサ
からなる第1の整流平滑回路と、第5のスイッチ手段と
並列に接続される第6のスイッチ手段と第2のコンデン
サからなる第2の整流平滑回路と、第1のスイッチ手段
に並列に接続される第7のスイッチ手段と、第2のコン
デンサと出力コンデンサとの加算電圧を駆動電圧源と
し、第7のスイッチ手段を第1のスイッチ手段と同期し
てオンオフさせる第2の制御回路とを有する。このよう
に構成されたDC−DCコンバータは、入力直流電圧が
低い場合においても、充分な駆動電圧を供給される第7
のスイッチ手段のオン電圧の低減が、第1のスイッチ手
段の特性劣化を補い、導通損失を低減することができ
る。In order to achieve the above object, a DC-DC converter according to the present invention comprises a first switch, a choke coil, and a second switch, which are connected in series, comprising an input DC power supply. And a third switch means, a choke coil, and a fourth switch means, which are connected in parallel with each other and are connected in parallel with the output capacitor, and the on / off time of the first to fourth switch means Control circuit, a first rectifying / smoothing circuit including a fifth switch means and a first capacitor connected in parallel with the third switch means, and a parallel connection with the fifth switch means A second rectifying / smoothing circuit including sixth switching means and a second capacitor, seventh switching means connected in parallel to the first switching means, a second capacitor and an output capacitor. A driving voltage source added voltage between capacitors, and a second control circuit turning on and off by the seventh switching means in synchronism with the first switch means. The DC-DC converter configured as described above can supply a sufficient drive voltage even when the input DC voltage is low.
The reduction of the ON voltage of the switch means can compensate for the characteristic deterioration of the first switch means and reduce the conduction loss.
【0009】他の観点の発明のDC−DCコンバータ
は、直列に接続された第1のスイッチ手段とチョークコ
イルと第2のスイッチ手段が入力直流電源と並列に接続
され、直列に接続された第3のスイッチ手段とチョーク
コイルと第4のスイッチ手段が出力コンデンサと並列に
接続された構成であって、第1から第4のスイッチ手段
のオンオフ時間を制御する第1の制御回路と、チョーク
コイルと第3のスイッチ手段に跨って接続されて第9の
スイッチ手段と第3のコンデンサからなる第3の整流平
滑回路と、第1のスイッチ手段と第3のコンデンサに跨
って接続され第10のスイッチ手段と第4のコンデンサ
からなる第4の整流平滑回路と、第3のスイッチ手段と
並列に接続される第11のスイッチ手段と、第4のコン
デンサと入力直流電源との加算電圧を駆動電圧源とし、
第11のスイッチ手段を第3のスイッチ手段と同期して
オンオフさせる第3の制御回路とを有する。このように
構成されたDC−DCコンバータは、出力直流電圧が低
い場合においても、充分な駆動電圧を供給される第11
のスイッチ手段のオン電圧の低減が、第3のスイッチ手
段の特性劣化を補い、導通損失を低減することができ
る。In a DC-DC converter according to another aspect of the present invention, a first switch means, a choke coil, and a second switch means connected in series are connected in parallel with an input DC power supply, and are connected in series. A first control circuit for controlling the on / off time of the first to fourth switch means, wherein the third switch means, the choke coil, and the fourth switch means are connected in parallel with the output capacitor; And a third rectifying / smoothing circuit comprising ninth switch means and a third capacitor connected across the third switch means, and a tenth rectifier / smoothing circuit connected across the first switch means and the third capacitor. A fourth rectifying / smoothing circuit including switch means and a fourth capacitor; eleventh switch means connected in parallel with the third switch means; a fourth capacitor and an input DC power supply; The added voltage between the driving voltage source,
A third control circuit for turning on and off the eleventh switch in synchronization with the third switch. The DC-DC converter configured in this manner can supply a sufficient drive voltage even when the output DC voltage is low.
The reduction of the on-voltage of the switch means compensates for the characteristic deterioration of the third switch means and can reduce the conduction loss.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るDC−DCコ
ンバータに係る好ましい実施の形態について添付の図面
を参照しつつ説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a DC-DC converter according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
【0011】(実施の形態1)図1は本発明に係る実施
の形態1のDC−DCコンバータの構成を示す回路図で
ある。図1に示すように、実施の形態1のDC−DCコ
ンバータには、電圧Eiの入力直流電源1が接続されて
おり、第1のスイッチ手段2、第2のスイッチ手段3、
第3のスイッチ手段4、第4のスイッチ手段5、チョー
クコイル6、および出力コンデンサ7が設けられてい
る。出力コンデンサ7の電圧Eoは出力直流電圧として
負荷9に供給されている。(Embodiment 1) FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a DC-DC converter according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, an input DC power supply 1 of a voltage Ei is connected to the DC-DC converter of the first embodiment, and a first switch unit 2, a second switch unit 3,
Third switch means 4, fourth switch means 5, choke coil 6, and output capacitor 7 are provided. The voltage Eo of the output capacitor 7 is supplied to the load 9 as an output DC voltage.
【0012】第1のスイッチ手段2と第3のスイッチ手
段4はソース端子が高電位側に接続されるPチャネルM
OSFETである。また、第2のスイッチ手段3と第4
のスイッチ手段5はソース端子が設置されるNチャネル
MOSFETである。第1のスイッチ手段2とチョーク
コイル6と第2のスイッチ手段3は直列に接続され、第
1のスイッチ手段2と第2のスイッチ手段3が共にオン
するとチョークコイル6に入力直流電圧Eiが印加され
る。また、第3のスイッチ手段4とチョークコイル6と
第4のスイッチ手段5は直列に接続され、第3のスイッ
チ手段4と第4のスイッチ手段5が共にオンするとチョ
ークコイル6の電圧が出力コンデンサ7に印加されるよ
うに構成される。The first switch means 2 and the third switch means 4 are a P-channel M having a source terminal connected to the high potential side.
OSFET. Also, the second switch means 3 and the fourth switch means
The switch means 5 is an N-channel MOSFET provided with a source terminal. The first switch means 2, the choke coil 6, and the second switch means 3 are connected in series, and when both the first switch means 2 and the second switch means 3 are turned on, the input DC voltage Ei is applied to the choke coil 6. Is done. The third switch means 4, the choke coil 6, and the fourth switch means 5 are connected in series, and when both the third switch means 4 and the fourth switch means 5 are turned on, the voltage of the choke coil 6 is changed to the output capacitor. 7 is applied.
【0013】第1の制御回路8は、制御回路80、ダイ
オード81、抵抗82、ダイオード83、抵抗84、ダ
イオード85、抵抗86、ダイオード87、抵抗88か
ら構成される。制御回路80は出力直流電圧Eoを検出
して安定化するように、第1の駆動信号Vd1と第2の
駆動信号Vd2を出力する。第1の駆動信号Vd1と第
2の駆動信号Vd2は同じスイッチング周期Tを有する
パルス信号である。第1の駆動信号Vd1は、ダイオー
ド81と抵抗82の並列回路を介して第1のスイッチ手
段2のゲート端子に入力され、ダイオード87と抵抗8
8の並列回路を介して第4のスイッチ手段5のゲート端
子に入力され、さらに後述する第2の制御回路17に入
力される。第1の駆動信号Vd1が“H”の時、第1の
スイッチ手段2はオフ状態となり、第4のスイッチ手段
5はオン状態となる。The first control circuit 8 includes a control circuit 80, a diode 81, a resistor 82, a diode 83, a resistor 84, a diode 85, a resistor 86, a diode 87, and a resistor 88. The control circuit 80 outputs the first drive signal Vd1 and the second drive signal Vd2 so as to detect and stabilize the output DC voltage Eo. The first drive signal Vd1 and the second drive signal Vd2 are pulse signals having the same switching cycle T. The first drive signal Vd1 is input to the gate terminal of the first switch means 2 through a parallel circuit of a diode 81 and a resistor 82, and a diode 87 and a resistor 8
The signal is input to the gate terminal of the fourth switch means 5 via the parallel circuit of No. 8 and further input to the second control circuit 17 described later. When the first drive signal Vd1 is "H", the first switch means 2 is turned off, and the fourth switch means 5 is turned on.
【0014】従って、第1のスイッチ手段2と第4のス
イッチ手段5は、第1の駆動信号Vd1に同期して交互
にオンオフ制御される。第2の駆動信号Vd2は、ダイ
オード85と抵抗86の並列回路を介して第3のスイッ
チ手段4のゲート端子に入力され、ダイオード83と抵
抗84の並列回路を介して第2のスイッチ手段3のゲー
ト端子に入力される。第2の駆動信号Vd2が“H”の
時、第3のスイッチ手段4はオフ状態となり、第2のス
イッチ手段3はオン状態となる。従って、第2のスイッ
チ手段3と第3のスイッチ手段4は、第2の駆動信号V
d2に同期して交互にオンオフ制御される。第1のスイ
ッチ手段2と第2のスイッチ手段3の1スイッチング周
期におけるオン時間の割合、即ち時比率を、それぞれδ
1、δ2とし、1≧δ1>δ2≧0とする。Therefore, the first switch means 2 and the fourth switch means 5 are alternately turned on and off in synchronization with the first drive signal Vd1. The second drive signal Vd2 is input to the gate terminal of the third switch means 4 via a parallel circuit of a diode 85 and a resistor 86, and is input to the gate terminal of the second switch means 3 via a parallel circuit of a diode 83 and a resistor 84. Input to the gate terminal. When the second drive signal Vd2 is "H", the third switch means 4 is turned off, and the second switch means 3 is turned on. Therefore, the second switch means 3 and the third switch means 4 output the second drive signal V
On / off control is performed alternately in synchronization with d2. The ratio of the ON time in one switching cycle of the first switch means 2 and the second switch means 3, that is, the time ratio, is δ
1, δ2, and 1 ≧ δ1> δ2 ≧ 0.
【0015】第5のスイッチ手段であるダイオード10
と第1のコンデンサ11は第1の整流平滑回路12を構
成し、第3のスイッチ手段4の電圧を整流平滑した電圧
が第1のコンデンサ11の両端に発生する。第6のスイ
ッチ手段であるダイオード13と第2のコンデンサ14
は第2の整流平滑回路15を構成し、第5のスイッチ手
段であるダイオード10の電圧を整流平滑した電圧が第
2のコンデンサ14の両端に発生する。第2のコンデン
サ14は出力コンデンサ7に直列に接続される。第7の
スイッチ手段16はNチャネルMOSFETであり、第
1のスイッチ手段2と並列に接続される。Diode 10 serving as fifth switch means
And the first capacitor 11 constitute a first rectifying / smoothing circuit 12, and a voltage obtained by rectifying and smoothing the voltage of the third switch means 4 is generated at both ends of the first capacitor 11. Diode 13 and second capacitor 14 as sixth switch means
Constitutes a second rectifying / smoothing circuit 15, and a voltage obtained by rectifying and smoothing the voltage of the diode 10 as the fifth switch means is generated across the second capacitor 14. The second capacitor 14 is connected in series with the output capacitor 7. The seventh switch means 16 is an N-channel MOSFET, and is connected in parallel with the first switch means 2.
【0016】第2の制御回路17は、抵抗170、トラ
ンジスタ171、抵抗172、ダイオード173から構
成される。抵抗170は、第7のスイッチ手段16のゲ
ート端子と第2のコンデンサ14を接続する。第1の制
御回路8から出力される第1の駆動信号Vd1は、抵抗
172とダイオード173との並列回路を介してトラン
ジスタ171のゲート端子に入力される。第1の駆動信
号Vd1が“H”の時、トランジスタ171はオン状態
となり、第7のスイッチ手段16のゲート端子の電圧を
ゼロ電圧にして、第7のスイッチ手段16をオフ状態に
する。従って、第7のスイッチ手段16は第1のスイッ
チ手段2と同期してオンオフ動作する。The second control circuit 17 comprises a resistor 170, a transistor 171, a resistor 172, and a diode 173. The resistor 170 connects the gate terminal of the seventh switch means 16 and the second capacitor 14. The first drive signal Vd1 output from the first control circuit 8 is input to the gate terminal of the transistor 171 via a parallel circuit of the resistor 172 and the diode 173. When the first drive signal Vd1 is "H", the transistor 171 is turned on, the voltage at the gate terminal of the seventh switch means 16 is set to zero voltage, and the seventh switch means 16 is turned off. Therefore, the seventh switch 16 turns on and off in synchronization with the first switch 2.
【0017】次に、実施の形態1のDC−DCコンバー
タの動作を説明する。入力直流電源1の電圧Eiは、第
1のスイッチ手段2及び第2のスイッチ手段3が共にオ
ン状態の時、チョークコイル6に印加される。この印加
時間はδ2Tである。この時、入力直流電源1からチョ
ークコイル6に電流が流れ、磁気エネルギーが蓄積され
る。次に、第2のスイッチ手段3がオフして、第3のス
イッチ手段4がオン状態になると、チョークコイル6に
は入力直流電圧Eiと出力直流電圧Eoの差Ei−Eo
が印加される。この印加時間はδ1T−δ2Tであり、
チョークコイル6を介して入力直流電源1から出力コン
デンサ7へ電流が流れる。最後に、第1のスイッチ手段
2がオフして、第4のスイッチ手段5がオン状態になる
と、チョークコイル6には出力直流電圧Eoが逆方向に
印加される。この印加時間はT−δ1Tであり、チョー
クコイル6から出力コンデンサ7へ電流が流れ、蓄積さ
れた磁気エネルギーは放出される。Next, the operation of the DC-DC converter according to the first embodiment will be described. The voltage Ei of the input DC power supply 1 is applied to the choke coil 6 when both the first switch means 2 and the second switch means 3 are on. This application time is δ2T. At this time, a current flows from the input DC power supply 1 to the choke coil 6, and magnetic energy is accumulated. Next, when the second switch means 3 is turned off and the third switch means 4 is turned on, the difference Ei-Eo between the input DC voltage Ei and the output DC voltage Eo is applied to the choke coil 6.
Is applied. This application time is δ1T−δ2T,
A current flows from the input DC power supply 1 to the output capacitor 7 via the choke coil 6. Finally, when the first switch means 2 is turned off and the fourth switch means 5 is turned on, the output DC voltage Eo is applied to the choke coil 6 in the reverse direction. This application time is T-δ1T, a current flows from the choke coil 6 to the output capacitor 7, and the stored magnetic energy is released.
【0018】以上のように磁気エネルギーの蓄積と放出
の動作を繰り返すことにより、出力コンデンサ7から負
荷9へ電力が供給される。チョークコイル6の磁気エネ
ルギーの蓄積と放出が均衡する安定動作状態において
は、その電圧時間積の和はゼロであるから、Ei×δ2
T+(Ei−Eo)×(δ1T−δ2T)−Eo×(T−δ
1T)=0が成り立ち、この式を整理して、Eo/Ei
=δ1/(1−δ2)という変換特性が得られる。この
変換特性からも分かるように、δ1とδ2を制御するこ
とにより、理論上は任意の入力直流電圧Eiから任意の
出力直流電圧Eoを形成することができる昇降圧コンバ
ータとしてDC−DCコンバータは動作する。The power is supplied from the output capacitor 7 to the load 9 by repeating the operation of storing and releasing the magnetic energy as described above. In a stable operation state in which the storage and release of the magnetic energy of the choke coil 6 are balanced, the sum of the voltage-time products is zero, so that Ei × δ2
T + (Ei−Eo) × (δ1T−δ2T) −Eo × (T−δ
1T) = 0 holds, and this equation is rearranged and Eo / Ei
= Δ1 / (1−δ2). As can be seen from these conversion characteristics, by controlling δ1 and δ2, the DC-DC converter operates as a step-up / step-down converter that can theoretically form any output DC voltage Eo from any input DC voltage Ei. I do.
【0019】第1の制御回路8の制御回路80は、出力
直流電圧Eoを検出して、これを安定化するように(1
−δ1)Tのパルス幅を有する第1の駆動信号Vd1
と、(1−δ2)Tのパルス幅を有する第2の駆動信号
Vd2を発生する。制御回路80は、δ1>δ2の関係
を保ちながら、出力直流電圧Eoが制御したい設定値よ
りも高くなろうとすると、δ1およびδ2を小さくす
る。逆に、出力直流電圧Eoが制御したい設定値よりも
低くなろうとすると、δ1およびδ2を大きくする。各
スイッチ手段のゲート端子が抵抗とダイオードの並列回
路を介して駆動信号を入力されるのは、ターンオンは遅
く、ターンオフは速く動作させるためである。このよう
にして、例えば第1のスイッチ手段2と第4のスイッチ
手段5が、瞬時にも同時オン状態となることを避けてい
る。The control circuit 80 of the first control circuit 8 detects the output DC voltage Eo and stabilizes it (1
−δ1) First drive signal Vd1 having pulse width of T
To generate a second drive signal Vd2 having a pulse width of (1−δ2) T. The control circuit 80 decreases δ1 and δ2 when the output DC voltage Eo tries to become higher than the set value to be controlled while maintaining the relationship of δ1> δ2. Conversely, if the output DC voltage Eo is going to be lower than the set value to be controlled, δ1 and δ2 are increased. The drive signal is input to the gate terminal of each switch means via a parallel circuit of a resistor and a diode in order to turn on slowly and turn off quickly. In this way, for example, the first switch means 2 and the fourth switch means 5 are prevented from being simultaneously turned on instantaneously.
【0020】出力直流電圧Eoに対し、入力直流電圧E
iがある程度高くなると、δ2=0(第2の駆動信号V
d2は常時“H”)となる。この場合、DC−DCコン
バータの変換特性は、Eo/Ei=δ1となり、降圧コ
ンバータとして動作する。このような降圧モードにおい
ては、第3のスイッチ手段4はオン状態に固定されてい
る。このため、第3のスイッチ手段4の両端はゼロ電圧
であり、第1のコンデンサ11もゼロ電圧となる。同様
に第2のコンデンサ14にも電圧は発生しない。このた
め第7のスイッチ手段16の駆動電源電圧は出力直流電
圧Eoとなる。第1のスイッチ手段2がオン状態にある
時に第7のスイッチ手段16をオンしようとしても、E
oは入力直流電圧Eiよりも低いため、駆動電圧である
第7のスイッチ手段16のゲート−ソース電圧がマイナ
ス電圧となる。即ち、降圧モードにおいては第7のスイ
ッチ手段16はオフ状態に固定される。With respect to the output DC voltage Eo, the input DC voltage E
When i becomes high to some extent, δ2 = 0 (second drive signal V
d2 is always "H"). In this case, the conversion characteristic of the DC-DC converter is Eo / Ei = δ1, and the DC-DC converter operates as a step-down converter. In such a step-down mode, the third switch means 4 is fixed to the ON state. Therefore, both ends of the third switch means 4 are at zero voltage, and the first capacitor 11 is also at zero voltage. Similarly, no voltage is generated in the second capacitor 14. Therefore, the drive power supply voltage of the seventh switch means 16 becomes the output DC voltage Eo. Attempting to turn on the seventh switch means 16 while the first switch means 2 is in the on state, E
Since o is lower than the input DC voltage Ei, the gate-source voltage of the seventh switch means 16, which is the drive voltage, becomes a negative voltage. That is, in the step-down mode, the seventh switch means 16 is fixed to the off state.
【0021】次に入力直流電圧Eiが出力直流電圧Eo
に近い電圧値である場合、1>δ1>δ2>0となる。
この場合、DC−DCコンバータの変換特性は、前述の
通りEo/Ei=δ1/(1−δ2)となり、昇降圧コ
ンバータとして動作する。このような昇降圧モードの
時、第3のスイッチ手段4のオフ状態の電圧は出力直流
電圧Eoであるから、これを整流平滑した第1のコンデ
ンサ11の電圧もEoとなる。同様に、第5のスイッチ
手段10のオフ状態の電圧は第1のコンデンサ11の電
圧であるから、これを整流平滑した第2のコンデンサ1
4の電圧もEoとなる。このため、第7のスイッチ手段
16の駆動電源電圧は出力直流電圧Eoに第2のコンデ
ンサ14の電圧Eoが加算された2Eoとなる。Next, the input DC voltage Ei is changed to the output DC voltage Eo.
When the voltage value is close to the above, 1>δ1>δ2> 0.
In this case, the conversion characteristic of the DC-DC converter is Eo / Ei = δ1 / (1−δ2) as described above, and the DC-DC converter operates as a step-up / step-down converter. In such a step-up / step-down mode, the voltage in the OFF state of the third switch means 4 is the output DC voltage Eo, and the voltage of the first capacitor 11 obtained by rectifying and smoothing this is also Eo. Similarly, the voltage in the off state of the fifth switch means 10 is the voltage of the first capacitor 11, and the second capacitor 1 rectifies and smoothes this voltage.
The voltage of No. 4 also becomes Eo. For this reason, the drive power supply voltage of the seventh switch means 16 becomes 2Eo obtained by adding the voltage Eo of the second capacitor 14 to the output DC voltage Eo.
【0022】既に説明したように、第2の制御回路17
は、第1の駆動信号Vd1を入力されることにより、第
1のスイッチ手段2のオンオフと同期して、第7のスイ
ッチ手段16をオンオフする。第7のスイッチ手段16
がオン状態にある時、第7のスイッチ手段16のゲート
端子には、抵抗170を介して2Eoの電圧が印加され
ている。この時、ドレイン端子が入力直流電源1に接続
されている第7のスイッチ手段16のドレイン−ソース
間は、ほぼ短絡状態であり、第7のスイッチ手段16の
ゲート−ソース間には、2Eo−Eiの電圧が印加され
ている。As described above, the second control circuit 17
Turns on and off the seventh switch means 16 in synchronization with on and off of the first switch means 2 by receiving the first drive signal Vd1. Seventh switch means 16
Is in the ON state, a voltage of 2Eo is applied to the gate terminal of the seventh switch means 16 via the resistor 170. At this time, the drain-source of the seventh switch 16 whose drain terminal is connected to the input DC power supply 1 is almost short-circuited, and the gate-source of the seventh switch 16 is 2Eo- The voltage of Ei is applied.
【0023】さらに、入力直流電圧Eiが出力直流電圧
Eoよりある程度低くなると、δ1=1(第1の駆動信
号Vd1が常時“L”)となる。この場合、DC−DC
コンバータの変換特性は、Eo/Ei=1/(1−δ
2)となり、昇圧コンバータとして動作する。このよう
な昇圧モードにおいても、第2のコンデンサ14の電圧
がEoとなるのは昇降圧モードと同様である。即ち、第
7のスイッチ手段16の駆動電源電圧は2Eoとなる。
昇降圧モードと異なるのは、第1のスイッチ手段2が常
時オン状態にあるので、第7のスイッチ手段16のゲー
ト端子にも常時2Eoの電圧が印加されてオン状態にあ
ることである。第7のスイッチ手段16のゲート−ソー
ス間には、2Eo−Eiの電圧が印加される。Further, when the input DC voltage Ei becomes lower than the output DC voltage Eo to some extent, δ1 = 1 (the first drive signal Vd1 is always “L”). In this case, DC-DC
The conversion characteristic of the converter is Eo / Ei = 1 / (1−δ
2) and operates as a boost converter. Also in such a step-up mode, the voltage of the second capacitor 14 becomes Eo as in the step-up / step-down mode. That is, the drive power supply voltage of the seventh switch means 16 becomes 2Eo.
The difference from the step-up / step-down mode is that since the first switch means 2 is always on, the voltage of 2Eo is always applied to the gate terminal of the seventh switch means 16 to be on. A voltage of 2Eo-Ei is applied between the gate and the source of the seventh switch means 16.
【0024】以上のように、実施の形態1のDC−DC
コンバータは、昇降圧モード及び昇圧モードにおいて、
第1のスイッチ手段2と並列接続された第7のスイッチ
手段16が第1のスイッチ手段2に同期してオンオフす
る。このため、第1のスイッチ手段2に用いたPチャネ
ルのMOSFETに充分大きなゲート−ソース電圧が印
加できなくなっても、並列接続されたNチャネルのMO
SFETである第7のスイッチ手段16がオン状態にな
って導通損失を低減する。しかもそのゲート−ソース電
圧は2Eo−Eiであるので、入力直流電圧Eiが低く
なるほど大きな駆動電圧が印加され、第1のスイッチ手
段2のオン抵抗の増加を、第7のスイッチ手段16のオ
ン抵抗の減少で補うことができるのである。As described above, the DC-DC of the first embodiment
The converter operates in buck-boost mode and boost mode.
The seventh switch 16 connected in parallel with the first switch 2 turns on and off in synchronization with the first switch 2. For this reason, even if a sufficiently large gate-source voltage cannot be applied to the P-channel MOSFET used for the first switch means 2, the N-channel MO
The seventh switch means 16, which is an SFET, is turned on to reduce conduction loss. In addition, since the gate-source voltage is 2Eo-Ei, a larger driving voltage is applied as the input DC voltage Ei decreases, and the on-resistance of the first switch means 2 increases, and the on-resistance of the seventh switch means 16 increases. Can be compensated for by the reduction of
【0025】尚、以上の実施の形態1のDC−DCコン
バータにおいて、第5のスイッチ手段10および第6の
スイッチ手段13にダイオードを用いて説明してきた
が、ダイオード以外の整流用スイッチ手段、例えば同期
整流器であっても構わない。In the DC-DC converter according to the first embodiment, the fifth switch means 10 and the sixth switch means 13 have been described using diodes. However, rectifying switch means other than diodes, for example, It may be a synchronous rectifier.
【0026】(実施の形態2)図2は本発明に係る実施
の形態2のDC−DCコンバータの構成を示す回路図で
ある。図2に示すように、実施の形態2のDC−DCコ
ンバータは、実施の形態1のDC−DCコンバータとほ
ぼ同様の構成を有している。実施の形態1のDC−DC
コンバータと異なるところは、入力直流電源1から第1
のコンデンサ11へ第8のスイッチ手段であるダイオー
ド18が接続されている点である。図2において、第1
の制御回路8と第2の制御回路17の詳細は、図1と同
様であるので省略した。(Embodiment 2) FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a DC-DC converter according to Embodiment 2 of the present invention. As shown in FIG. 2, the DC-DC converter according to the second embodiment has substantially the same configuration as the DC-DC converter according to the first embodiment. DC-DC of Embodiment 1
The difference from the converter is that the input DC power supply 1
The point is that the diode 18 as the eighth switch means is connected to the capacitor 11 of FIG. In FIG. 2, the first
The details of the control circuit 8 and the second control circuit 17 of FIG.
【0027】次に、実施の形態2のDC−DCコンバー
タの動作であるが、これも実施の形態1のDC−DCコ
ンバータとほぼ同様である。即ち、第1の制御回路8と
第2の制御回路17によってオンオフ制御された各スイ
ッチ手段により、チョークコイル6の磁気エネルギーの
蓄積と放出の動作が繰り返され、出力コンデンサ7から
負荷9へ電力が供給される。入出力直流電圧の関係や降
圧/昇降圧/昇圧モードも、実施の形態1のDC−DC
コンバータと同様であるので、その説明は省略する。Next, the operation of the DC-DC converter of the second embodiment is substantially the same as that of the DC-DC converter of the first embodiment. That is, the operation of accumulating and releasing the magnetic energy of the choke coil 6 is repeated by each switch means that is turned on and off by the first control circuit 8 and the second control circuit 17, and power is output from the output capacitor 7 to the load 9. Supplied. The relationship between the input and output DC voltages and the step-down / step-up / step-down / step-up modes are also the same as those of the first embodiment.
The description is omitted because it is the same as that of the converter.
【0028】以下に、実施の形態1のDC−DCコンバ
ータと異なる構成である第8のスイッチ手段であるダイ
オード18の係わる動作について説明する。第8のスイ
ッチ手段であるダイオード18に電流が流れるのは、第
2のスイッチ手段3がオン状態の時であり、且つ入力直
流電圧Eiが出力直流電圧Eoより高い時である。この
時、第8のスイッチ手段であるダイオード18を介し
て、第1のコンデンサ11は入力直流電圧Eiに充電さ
れる。第2のスイッチ手段3がオフ状態になると、第6
のスイッチ手段であるダイオード13を介して、第2の
コンデンサ14は第1のコンデンサ11の電圧即ち入力
直流電圧Eiに充電される。第7のスイッチ手段16の
駆動電源電圧は、第2のコンデンサ14と出力直流電圧
Eoとの加算電圧であるので、Ei+Eoとなる。第7
のスイッチ手段16がオン状態にある時のゲート−ソー
ス間には、Ei+Eo−Ei=Eoの電圧が印加され
る。The operation of the diode 18 which is the eighth switch having a different configuration from the DC-DC converter of the first embodiment will be described below. The current flows through the diode 18 serving as the eighth switch means when the second switch means 3 is in the ON state, and when the input DC voltage Ei is higher than the output DC voltage Eo. At this time, the first capacitor 11 is charged to the input DC voltage Ei via the diode 18 as the eighth switch. When the second switch means 3 is turned off, the sixth
The second capacitor 14 is charged to the voltage of the first capacitor 11, that is, the input DC voltage Ei, via the diode 13 which is a switch means of the second embodiment. The drive power supply voltage of the seventh switch means 16 is Ei + Eo because it is the sum of the second capacitor 14 and the output DC voltage Eo. Seventh
Is applied, a voltage of Ei + Eo-Ei = Eo is applied between the gate and the source when the switch means 16 is in the ON state.
【0029】このように、第7のスイッチ手段16がオ
ン状態にある時のゲート−ソース間にEoの電圧が印加
されるのは、昇降圧モードで入力直流電圧Eiが出力直
流電圧Eoより高い場合である。この場合、実施の形態
1のDC−DCコンバータであれば、第7のスイッチ手
段16のゲート−ソース間に印加される電圧は2Eo−
Eiである。Ei>Eoであるときには、Eo>2Eo
−Eiであるから、実施の形態1のDC−DCコンバー
タの場合よりも高い駆動電圧を第7のスイッチ手段16
に供給することができる。As described above, the voltage of Eo is applied between the gate and the source when the seventh switch means 16 is in the ON state because the input DC voltage Ei is higher than the output DC voltage Eo in the buck-boost mode. Is the case. In this case, in the case of the DC-DC converter of the first embodiment, the voltage applied between the gate and the source of the seventh switch means 16 is 2Eo-
Ei. When Ei> Eo, Eo> 2Eo
−Ei, the driving voltage higher than that of the DC-DC converter of the first embodiment is applied to the seventh switch 16.
Can be supplied to
【0030】以上のように、本発明の実施の形態2のD
C−DCコンバータによれば、昇降圧モードで入力直流
電圧Eiが出力直流電圧Eoより高い場合においても、
第7のスイッチ手段16がオン状態にある時のゲート−
ソース間にEoの電圧が印加され、実施の形態1のDC
−DCコンバータの場合よりも高い駆動電圧を供給する
ことができるという効果を奏する。As described above, according to the second embodiment of the present invention,
According to the C-DC converter, even when the input DC voltage Ei is higher than the output DC voltage Eo in the buck-boost mode,
Gate when the seventh switch means 16 is in the ON state.
The voltage of Eo is applied between the sources, and the DC of the first embodiment is applied.
-It is possible to supply a higher drive voltage than in the case of the DC converter.
【0031】尚、以上の実施の形態2のDC−DCコン
バータにおいて、第5のスイッチ手段10、第6のスイ
ッチ手段13および第8のスイッチ手段18にダイオー
ドを用いて説明してきたが、ダイオード以外の整流用ス
イッチ手段、例えば同期整流器であっても構わない。し
かしながら、第5のスイッチ手段10と第8のスイッチ
手段18を共に同期整流器のような構成にする場合に
は、入力直流電源1と出力コンデンサ7が短絡状態とな
らないように、いずれかのスイッチ手段のみがオン状態
となるように工夫する必要がある。本実施の形態のDC
−DCコンバータのように第5のスイッチ手段10と第
8のスイッチ手段18にダイオードを用いておけば、入
力直流電源1の電圧が出力コンデンサ7の電圧より高い
場合には、第5のスイッチ手段であるダイオード10が
導通し、低い場合は第8のスイッチ手段であるダイオー
ド18が導通する。In the DC-DC converter according to the second embodiment, the fifth switch means 10, the sixth switch means 13 and the eighth switch means 18 have been described using diodes. Rectifier switch means, for example, a synchronous rectifier. However, when both the fifth switch means 10 and the eighth switch means 18 are configured as a synchronous rectifier, any one of the switch means is used so that the input DC power supply 1 and the output capacitor 7 are not short-circuited. It is necessary to devise such that only one is turned on. DC of the present embodiment
-If a diode is used for the fifth switch means 10 and the eighth switch means 18 like a DC converter, the fifth switch means is used when the voltage of the input DC power supply 1 is higher than the voltage of the output capacitor 7. The diode 10 which is the eighth switch means conducts when the diode 10 is low.
【0032】(実施の形態3)図3は本発明に係る実施
の形態3のDC−DCコンバータの構成を示す回路図で
ある。図3に示すように、実施の形態3のDC−DCコ
ンバータには、電圧Eiの入力直流電源1が接続されて
おり、第1のスイッチ手段2、第2のスイッチ手段3、
第3のスイッチ手段4、第4のスイッチ手段5、チョー
クコイル6、および出力コンデンサ7が設けられてい
る。出力コンデンサ7の電圧Eoは出力直流電圧として
負荷9に供給されている。(Embodiment 3) FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a DC-DC converter according to Embodiment 3 of the present invention. As shown in FIG. 3, an input DC power supply 1 of a voltage Ei is connected to the DC-DC converter of the third embodiment, and a first switch unit 2, a second switch unit 3,
Third switch means 4, fourth switch means 5, choke coil 6, and output capacitor 7 are provided. The voltage Eo of the output capacitor 7 is supplied to the load 9 as an output DC voltage.
【0033】第1のスイッチ手段2と第3のスイッチ手
段4はソース端子が高電位側に接続されるPチャネルM
OSFETである。また、第2のスイッチ手段3と第4
のスイッチ手段5はソース端子が設置されるNチャネル
MOSFETである。第1のスイッチ手段2とチョーク
コイル6と第2のスイッチ手段3は直列に接続され、第
1のスイッチ手段2と第2のスイッチ手段3が共にオン
するとチョークコイル6に入力直流電圧Eiが印加され
る。また、第3のスイッチ手段4とチョークコイル6と
第4のスイッチ手段5は直列に接続され、第3のスイッ
チ手段4と第4のスイッチ手段5が共にオンするとチョ
ークコイル6の電圧が出力コンデンサ7に印加されるよ
うに構成される。The first switch means 2 and the third switch means 4 are a P-channel M having a source terminal connected to the high potential side.
OSFET. Also, the second switch means 3 and the fourth switch means
The switch means 5 is an N-channel MOSFET provided with a source terminal. The first switch means 2, the choke coil 6, and the second switch means 3 are connected in series, and when both the first switch means 2 and the second switch means 3 are turned on, the input DC voltage Ei is applied to the choke coil 6. Is done. The third switch means 4, the choke coil 6, and the fourth switch means 5 are connected in series, and when both the third switch means 4 and the fourth switch means 5 are turned on, the voltage of the choke coil 6 is changed to the output capacitor. 7 is applied.
【0034】第1の制御回路8は、出力直流電圧Eoを
検出して安定化するように、第1のスイッチ手段2と第
4のスイッチ手段5を交互にオンオフ制御し、第3のス
イッチ手段4と第2のスイッチ手段3を交互にオンオフ
制御する。各スイッチ手段は同じスイッチング周期Tを
有しており、第1のスイッチ手段2と第2のスイッチ手
段3の1スイッチング周期におけるオン時間の割合、即
ち時比率を、それぞれδ1、δ2とし、1≧δ1>δ2
≧0とする。また、第2のスイッチ手段3のオンオフ動
作に同期した駆動信号を出力し、後述する第3の制御回
路26に入力される。以上の構成における入出力直流電
圧の関係や降圧/昇降圧/昇圧モードの基本的な動作
は、実施の形態1のDC−DCコンバータと同様である
ので説明は省略する。The first control circuit 8 alternately turns on and off the first switch means 2 and the fourth switch means 5 so as to detect and stabilize the output DC voltage Eo, and the third switch means 4 and the second switch means 3 are alternately turned on and off. Each switch means has the same switching cycle T, and the ratio of the ON time in one switching cycle of the first switch means 2 and the second switch means 3, that is, the duty ratio, is δ1, δ2, respectively, and 1 ≧ δ1> δ2
≧ 0. Further, it outputs a drive signal synchronized with the on / off operation of the second switch means 3 and inputs the drive signal to a third control circuit 26 described later. The relationship between the input / output DC voltage and the basic operation in the step-down / step-up / step-down / step-up modes in the above configuration is the same as that of the DC-DC converter of the first embodiment, and thus the description is omitted.
【0035】第9のスイッチ手段であるダイオード19
と第3のコンデンサ20は第3の整流平滑回路21を構
成する。第10のスイッチであるダイオード22と第4
のコンデンサ23は第4の整流平滑回路24を構成す
る。第4のコンデンサ23は入力直流電源1に直列に接
続される。第11のスイッチ手段25はNチャネルMO
SFETであり、第3のスイッチ手段4と並列に接続さ
れる。第3の制御回路26は、第1の制御回路8から出
力される駆動信号を入力され、第11のスイッチ手段2
5を第3のスイッチ手段4と同期してオンオフ動作す
る。第11のスイッチ手段25の駆動電圧は第4のコン
デンサ23から供給される。Diode 19 serving as ninth switch means
And the third capacitor 20 constitute a third rectifying / smoothing circuit 21. The diode 22 which is the tenth switch and the fourth switch
Constitutes a fourth rectifying / smoothing circuit 24. The fourth capacitor 23 is connected to the input DC power supply 1 in series. The eleventh switch means 25 is an N-channel MO
The SFET is connected in parallel with the third switch means 4. The third control circuit 26 receives the drive signal output from the first control circuit 8 and receives the drive signal from the first control circuit 8.
5 is turned on and off in synchronization with the third switch means 4. The drive voltage of the eleventh switch means 25 is supplied from the fourth capacitor 23.
【0036】以下に、実施の形態1のDC−DCコンバ
ータと異なる構成である第3の整流平滑回路21、第4
の整流平滑回路24、第11のスイッチ手段25、およ
び第3の制御回路26の係わる動作について説明する。The third rectifying / smoothing circuit 21 and the fourth rectifying / smoothing circuit 21 which are different from the DC-DC converter of the first embodiment
The operation of the rectifying / smoothing circuit 24, the eleventh switch means 25, and the third control circuit 26 will be described.
【0037】まず、第1のスイッチ手段2がオフ状態で
第4のスイッチ手段5がオン状態になると、第9のスイ
ッチであるダイオード19を介して、第3のコンデンサ
20は出力コンデンサ7の電圧即ち出力直流電圧Eoに
充電される。次に、第1のスイッチ手段2がオン状態に
なると、第10のスイッチであるダイオード22を介し
て、第4のコンデンサ23は第3のコンデンサ20の電
圧即ち出力直流電圧Eoに充電される。即ち、第1のス
イッチ手段2と第4のスイッチ手段5のオンオフ動作に
より、第4のコンデンサ23には出力直流電圧Eoと同
じ電圧が発生する。First, when the first switch means 2 is turned off and the fourth switch means 5 is turned on, the third capacitor 20 is connected to the voltage of the output capacitor 7 via the diode 19 which is a ninth switch. That is, it is charged to the output DC voltage Eo. Next, when the first switch means 2 is turned on, the fourth capacitor 23 is charged to the voltage of the third capacitor 20, that is, the output DC voltage Eo via the diode 22, which is the tenth switch. That is, the same voltage as the output DC voltage Eo is generated in the fourth capacitor 23 by the on / off operation of the first switch means 2 and the fourth switch means 5.
【0038】第4のコンデンサ23は入力直流電源1と
直列に接続されているので、第3の制御回路26に入力
される第11のスイッチ手段25の駆動電圧は、Ei+
Eoとなる。第3の制御回路26は第11のスイッチ手
段25を、第3のスイッチ手段4に同期させてオンオフ
する。第11のスイッチ手段25がオン状態の時には、
第3のスイッチ手段4もオン状態である。このため、第
11のスイッチ手段25のゲート−ソース間には、Ei
+Eo−Eo=Eiが印加される。Since the fourth capacitor 23 is connected in series with the input DC power supply 1, the drive voltage of the eleventh switch means 25 input to the third control circuit 26 is Ei +
It becomes Eo. The third control circuit 26 turns on and off the eleventh switch means 25 in synchronization with the third switch means 4. When the eleventh switch means 25 is on,
The third switch means 4 is also on. Therefore, between the gate and the source of the eleventh switch means 25, Ei
+ Eo−Eo = Ei is applied.
【0039】尚、第4のコンデンサ23に出力直流電圧
Eoが発生するのは、前述の説明のように、第1のスイ
ッチ手段2及び第4のスイッチ手段5のオンオフ動作に
よる。従って、第3の制御回路26によって、第11の
スイッチ手段25がオン状態の時にゲート−ソース間に
Eiが印加されるのは、降圧モードまたは昇降圧モード
の場合である。The output DC voltage Eo is generated in the fourth capacitor 23 by the on / off operation of the first switch means 2 and the fourth switch means 5 as described above. Therefore, the third control circuit 26 applies Ei between the gate and the source when the eleventh switch means 25 is in the ON state in the case of the step-down mode or the step-up / step-down mode.
【0040】以上のように、実施の形態3のDC−DC
コンバータは、出力直流電圧Eoが低い降圧モード及び
昇降圧モードにおいて、第3のスイッチ手段4と並列接
続された第11のスイッチ手段25が第3のスイッチ手
段4に同期してオンオフする。このため、第3のスイッ
チ手段4に用いたPチャネルのMOSFETに充分大き
なゲート−ソース電圧が印加できなくなっても、並列接
続されたNチャネルのMOSFETである第11のスイ
ッチ手段25がオン状態になって導通損失を低減する。
しかもそのゲート−ソース電圧はEiであるので、出力
直流電圧Eoによらない。As described above, the DC-DC of the third embodiment
In the converter, in the step-down mode and the step-up / step-down mode in which the output DC voltage Eo is low, the eleventh switch means 25 connected in parallel with the third switch means 4 turns on and off in synchronization with the third switch means 4. For this reason, even if a sufficiently large gate-source voltage cannot be applied to the P-channel MOSFET used for the third switch means 4, the eleventh switch means 25, which is an N-channel MOSFET connected in parallel, is turned on. To reduce conduction loss.
Moreover, since the gate-source voltage is Ei, it does not depend on the output DC voltage Eo.
【0041】尚、以上の実施の形態3のDC−DCコン
バータにおいて、第9のスイッチ手段19および第10
のスイッチ手段22にダイオードを用いて説明してきた
が、ダイオード以外の整流用スイッチ手段、例えば同期
整流器であっても構わない。In the DC-DC converter according to the third embodiment, the ninth switch means 19 and the tenth
Although the description has been made using a diode as the switch means 22, the switch means for rectification other than the diode, for example, a synchronous rectifier may be used.
【0042】[0042]
【発明の効果】以上、実施の形態において詳細に説明し
たところから明らかなように、本発明は次の効果を有す
る。As apparent from the detailed description of the embodiments, the present invention has the following effects.
【0043】本発明のDC−DCコンバータによれば、
直列に接続された第1のスイッチ手段とチョークコイル
と第2のスイッチ手段が入力直流電源に並列に接続さ
れ、直列に接続された第3のスイッチ手段と前記チョー
クコイルと第4のスイッチ手段とが出力コンデンサと並
列に接続された構成を有し、第3のスイッチ手段と並列
に接続される第5のスイッチ手段と第1のコンデンサか
らなる第1の整流平滑回路と、第5のスイッチ手段と並
列に接続される第6のスイッチ手段と第2のコンデンサ
からなる第2の整流平滑回路と、第1のスイッチ手段に
並列に接続される第7のスイッチ手段と、第2のコンデ
ンサと出力コンデンサとの加算電圧を駆動電圧源とし、
第7のスイッチ手段を第1のスイッチ手段と同期してオ
ンオフさせる第2の制御回路を有することにより、入力
直流電圧が低い昇圧モードまたは昇降圧モードにおい
て、第1のスイッチ手段に充分な駆動電圧が供給できな
くなっても、並列接続された第7のスイッチ手段がオン
状態になって導通損失を低減する。しかも、その駆動電
圧は約2倍の出力直流電圧と入力直流電圧との差である
ので、入力直流電圧が低くなるほど大きな駆動電圧が得
られ、第1のスイッチ手段の特性劣化を第7のスイッチ
手段のオン電圧の低減が補うことができる。即ち、低い
入力直流電圧時であっても高効率な電力伝達特性を有す
ることができる。According to the DC-DC converter of the present invention,
A first switch, a choke coil, and a second switch connected in series are connected in parallel to an input DC power supply, and the third switch, the choke coil, and the fourth switch are connected in series. Has a configuration connected in parallel with the output capacitor, a first rectifying / smoothing circuit including a fifth switch and a first capacitor connected in parallel with the third switch, and a fifth switch. A second rectifying / smoothing circuit comprising sixth switch means and a second capacitor connected in parallel with the first switch means, a seventh switch means connected in parallel with the first switch means, a second capacitor and an output. The added voltage with the capacitor is used as the drive voltage source,
By providing a second control circuit for turning on and off the seventh switch means in synchronization with the first switch means, a sufficient drive voltage can be supplied to the first switch means in a step-up mode or a step-up / step-down mode in which the input DC voltage is low. , The seventh switch means connected in parallel is turned on to reduce conduction loss. In addition, the driving voltage is about twice the difference between the output DC voltage and the input DC voltage. Therefore, the lower the input DC voltage is, the larger the driving voltage is obtained. The reduction in the on-voltage of the means can compensate. That is, even when the input DC voltage is low, it is possible to have a highly efficient power transfer characteristic.
【0044】また、上記の構成において、入力直流電源
と第1のコンデンサとを結ぶ第8のスイッチ手段である
ダイオードを設けることにより、昇降圧モードで入力直
流電圧が出力直流電圧より高い場合においても、第7の
スイッチ手段がオン状態にある時のゲート−ソース間に
出力直流電圧と同じ電圧が印加され、より高い駆動電圧
を供給することができる。特に第5のスイッチ手段と第
8のスイッチ手段は、共にダイオードで構成すれば、入
出力間を短絡状態にすることはない。Further, in the above configuration, by providing a diode which is an eighth switch means for connecting the input DC power supply and the first capacitor, even when the input DC voltage is higher than the output DC voltage in the buck-boost mode. When the seventh switch is in the ON state, the same voltage as the output DC voltage is applied between the gate and the source, so that a higher drive voltage can be supplied. In particular, if the fifth switch means and the eighth switch means are both constituted by diodes, the input and output will not be short-circuited.
【0045】また、他の観点による本発明のDC−DC
コンバータによれば、直列に接続された第1のスイッチ
手段とチョークコイルと第2のスイッチ手段が入力直流
電源に並列に接続され、直列に接続された第3のスイッ
チ手段と前記チョークコイルと第4のスイッチ手段とが
出力コンデンサと並列に接続された構成を有し、チョー
クコイルと第3のスイッチ手段に跨って接続されて第9
のスイッチ手段と第3のコンデンサからなる第3の整流
平滑回路と、第1のスイッチ手段と第3のコンデンサに
跨って接続され第10のスイッチ手段と第4のコンデン
サからなる第4の整流平滑回路と、第3のスイッチ手段
と並列に接続される第11のスイッチ手段と、第4のコ
ンデンサと入力直流電源との加算電圧を駆動電圧源と
し、第11のスイッチ手段を第3のスイッチ手段と同期
してオンオフさせる第3の制御回路とを有することによ
り、定電流制御や過負荷垂下時などように、制御したい
出力直流電圧が低い降圧モードまたは昇降圧モードにお
いて、第3のスイッチ手段に充分な駆動電圧が印加でき
なくなっても、並列接続された第11のスイッチ手段が
オン状態になって導通損失を低減する。しかもその駆動
電圧は入力直流電圧と同じ電圧であるので、出力直流電
圧によらない。即ち、低い出力直流電圧であっても高効
率な電力伝達特性を有することができる。Also, the DC-DC of the present invention according to another aspect
According to the converter, the first switch means, the choke coil, and the second switch means connected in series are connected in parallel to the input DC power supply, and the third switch means, the choke coil, and the second switch connected in series are connected in series. 4 is connected in parallel with the output capacitor, and the ninth switch is connected across the choke coil and the third switch.
A third rectifying / smoothing circuit including the first switching means and the third capacitor, and a fourth rectifying / smoothing circuit including the tenth switching means and the fourth capacitor connected across the first switching means and the third capacitor. A circuit, an eleventh switch connected in parallel with the third switch, a driving voltage source using an added voltage of the fourth capacitor and the input DC power supply, and the eleventh switch is a third switch. And a third control circuit that turns on and off in synchronism with the third switch means in a step-down mode or a step-up / step-down mode in which the output DC voltage to be controlled is low, such as during constant current control or overload droop. Even if a sufficient drive voltage cannot be applied, the eleventh switch means connected in parallel is turned on to reduce conduction loss. Moreover, the drive voltage is the same as the input DC voltage, and does not depend on the output DC voltage. That is, even with a low output DC voltage, it is possible to have a highly efficient power transfer characteristic.
【図1】本発明の実施の形態1におけるDC−DCコン
バータの構成を示す回路図FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a DC-DC converter according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施の形態2におけるDC−DCコン
バータの構成を示す回路図FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a DC-DC converter according to a second embodiment of the present invention.
【図3】本発明の実施の形態3におけるDC−DCコン
バータの構成を示す回路図FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a DC-DC converter according to a third embodiment of the present invention.
【図4】従来の昇降圧コンバータの構成を示す回路図FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional buck-boost converter
1 入力交流電源 2 第1のスイッチ手段 3 第2のスイッチ手段 4 第3のスイッチ手段 5 第4のスイッチ手段 6 チョークコイル 7 出力コンデンサ 8 第1の制御回路 9 負荷 10 第5のスイッチ手段 11 第1のコンデンサ 12 第1の整流平滑回路 13 第6のスイッチ手段 14 第2のコンデンサ 15 第2の整流平滑回路 16 第7のスイッチ手段 17 第2の制御回路 Reference Signs List 1 input AC power supply 2 first switch means 3 second switch means 4 third switch means 5 fourth switch means 6 choke coil 7 output capacitor 8 first control circuit 9 load 10 fifth switch means 11 1 capacitor 12 1st rectifying / smoothing circuit 13 6th switching means 14 2nd capacitor 15 2nd rectifying / smoothing circuit 16 7th switching means 17 2nd control circuit
Claims (4)
チョークコイルと第2のスイッチ手段が入力直流電源に
並列に接続され、直列に接続された第3のスイッチ手段
と前記チョークコイルと第4のスイッチ手段とが出力コ
ンデンサと並列に接続された構成を有するDC−DCコ
ンバータであって、 前記第1のスイッチ手段と前記第4のスイッチ手段を交
互にオンオフし、前記第2のスイッチ手段と前記第3の
スイッチ手段を交互にオンオフすると共に、前記出力コ
ンデンサから制御された直流電圧を出力するように、前
記第1のスイッチ手段と前記第2のスイッチ手段と前記
第3のスイッチ手段と前記第4のスイッチ手段のオンオ
フ時間を制御する第1の制御回路と、 第5のスイッチ手段と第1のコンデンサからなり、前記
第3のスイッチ手段と並列に接続され、前記第2のスイ
ッチ手段がオン状態の時に前記出力コンデンサから前記
第1のコンデンサへ充電されるように構成された第1の
整流平滑回路と、 第6のスイッチ手段と第2のコンデンサからなり、前記
第5のスイッチ手段と並列に接続され、前記第2のスイ
ッチ手段がオフ状態の時に前記第1のコンデンサから前
記第2のコンデンサへ充電されるように構成された第2
の整流平滑回路と、 前記第1のスイッチ手段と並列に接続される第7のスイ
ッチ手段と、 前記第2のコンデンサと前記出力コンデンサとの加算電
圧を駆動電圧源とし、前記第7のスイッチ手段を前記第
1のスイッチ手段と同期してオンオフさせる第2の制御
回路と、を有するDC−DCコンバータ。1. A first switch means, a choke coil and a second switch means connected in series are connected in parallel to an input DC power supply, and a third switch means, the choke coil and a second switch connected in series are connected in series. A DC-DC converter having a configuration in which the first switch means and the fourth switch means are alternately turned on and off, and the second switch means And the third switch means are turned on and off alternately, and the first switch means, the second switch means, and the third switch means are controlled so as to output a controlled DC voltage from the output capacitor. A first control circuit for controlling an on / off time of the fourth switch means, a fifth switch means and a first capacitor, wherein the third switch means A first rectifying / smoothing circuit connected in parallel with a stage and configured to charge the output capacitor from the output capacitor to the first capacitor when the second switch is in an on state; A second capacitor connected in parallel with the fifth switch means, and configured to charge the second capacitor from the first capacitor when the second switch means is in an off state. Second
A rectifying / smoothing circuit, a seventh switching means connected in parallel with the first switching means, a driving voltage source using an added voltage of the second capacitor and the output capacitor, and the seventh switching means And a second control circuit for turning on and off in synchronization with the first switch means.
源の電圧が充電されるように、前記入力直流電源と前記
第1のコンデンサとを結ぶ第8のスイッチ手段を設けた
請求項1記載のDC−DCコンバータ。2. The apparatus according to claim 1, further comprising: an eighth switch for connecting the input DC power supply and the first capacitor so that the first capacitor is charged with the voltage of the input DC power supply. DC-DC converter.
前記第8のスイッチ手段がダイオードである請求項2記
載のDC−DCコンバータ。3. The DC-DC converter according to claim 2, wherein at least said fifth switch means and said eighth switch means are diodes.
チョークコイルと第2のスイッチ手段が入力直流電源に
並列に接続され、直列に接続された第3のスイッチ手段
と前記チョークコイルと第4のスイッチ手段とが出力コ
ンデンサと並列に接続された構成を有するDC−DCコ
ンバータであって、 前記第1のスイッチ手段と前記第4のスイッチ手段を交
互にオンオフし、前記第2のスイッチ手段と前記第3の
スイッチ手段を交互にオンオフすると共に、前記出力コ
ンデンサから制御された直流電圧を出力するように、前
記第1のスイッチ手段と前記第2のスイッチ手段と前記
第3のスイッチ手段と前記第4のスイッチ手段のオンオ
フ時間を制御する第1の制御回路と、 第9のスイッチ手段と第3のコンデンサからなり、前記
チョークコイルと前記第3のスイッチ手段に跨って接続
され、前記第1のスイッチ手段がオフ状態の時に前記出
力コンデンサから前記第3のコンデンサへ充電されるよ
うに構成された第3の整流平滑回路と、 第10のスイッチ手段と第4のコンデンサからなり、前
記第1のスイッチ手段と前記第3のコンデンサに跨って
接続され、前記第1のスイッチ手段がオン状態の時に前
記第3のコンデンサから前記第4のコンデンサへ充電さ
れるように構成された第4の整流平滑回路と、 前記第3のスイッチ手段と並列に接続される第11のス
イッチ手段と、 前記第4のコンデンサと前記入力直流電源との加算電圧
を駆動電圧源とし、前記第11のスイッチ手段を前記第
3のスイッチ手段と同期してオンオフさせる第3の制御
回路と、を有するDC−DCコンバータ。4. A first switch means, a choke coil, and a second switch means connected in series are connected in parallel to an input DC power supply, and a third switch means, the choke coil, and a second switch connected in series are connected in series. A DC-DC converter having a configuration in which the first switch means and the fourth switch means are alternately turned on and off, and the second switch means And the third switch means are turned on and off alternately, and the first switch means, the second switch means, and the third switch means are controlled so as to output a controlled DC voltage from the output capacitor. A first control circuit for controlling an on / off time of the fourth switch means, a ninth switch means and a third capacitor, wherein the choke coil A third rectifying / smoothing circuit connected across the third switch means and configured to charge the output capacitor to the third capacitor when the first switch means is in an off state; The first switch means and the third capacitor are connected across the first switch means and the third capacitor. When the first switch means is in the ON state, the fourth capacitor is connected to the fourth capacitor by the fourth capacitor. A fourth rectifying / smoothing circuit configured to be charged to the capacitor of the first and second switches, an eleventh switch unit connected in parallel with the third switch unit, and the fourth capacitor and the input DC power supply. A third control circuit for turning on and off the eleventh switch means in synchronization with the third switch means using the added voltage as a drive voltage source.
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH1023749A (en) * | 1996-07-03 | 1998-01-23 | Fuji Electric Co Ltd | Switching power unit |
JP2001045745A (en) * | 1999-07-29 | 2001-02-16 | Nec Kansai Ltd | Dc-to-dc converter |
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