JP2002335670A - Ｄｃ／ｄｃコンバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータにおける小
型化を目的とするものである。 【解決手段】 そしてこの目的を達成するために本発明
は、入力端子１と出力端子２間に、入力端子１側から順
に第１のスイッチング素子３、チョークコイル４、ダイ
オード５を直列に接続し、前記チョークコイル４、ダイ
オード５間とアース間に、第２のスイッチング素子６を
接続し、前記ダイオード５、出力端子２間とアース間
に、コンデンサ７を接続したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種電子機器に電
源用として用いられるＤＣ／ＤＣコンバータに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種のＤＣ／ＤＣコンバータと
して、その入力端子に接続される電源の電圧よりも出力
端子に接続される負荷の定格電圧が高い場合には、ＤＣ
／ＤＣコンバータでその電圧を高める事が行われてい
る。また逆に入力端子に接続される電源の電圧が負荷の
定格電圧よりも高い場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータで
その電圧を低くする事が行われるようになっている。

【０００３】そのような状態において入力端子に接続さ
れる電圧が、負荷の定格電圧に対して低い場合も高い場
合もある状態のものにおいては、ＤＣ／ＤＣコンバータ
としては上記の様にその電圧を上昇させるアップコンバ
ータ、及び高い場合にはそれを低くするダウンコンバー
タが設けられる様になっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例のアップコ
ンバータとダウンコンバータを共に備えたものにおいて
は、それぞれのコンバータにチョークコイルが設けられ
る事から大型化してしまうという問題があった。即ちチ
ョークコイルはその形状が非常に大きいので、これが二
つ設けられれば当然の事として大型化してしまうもので
あった。そこで本発明はＤＣ／ＤＣコンバータの小型化
を目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そしてこの目的を達成す
るために本発明は、入力端子と出力端子間に入力端子か
ら順に第１のスイッチング素子、チョークコイル、ダイ
オードを直列接続し、前記チョークコイル、ダイオード
間とアース間に第２のスイッチング素子を接続し、前記
ダイオード、出力端子間とアース間にコンデンサを接続
したものである。即ち以上の様な構成とした場合、電圧
を上げること及び下げることが出来るようになり、しか
も用いるチョークコイルは一つで良いので、ＤＣ／ＤＣ
コンバータの小型化が図れるものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、入力端子と出力端子間に入力端子から順に第１のス
イッチング素子、チョークコイル、ダイオードを直列接
続し、前記チョークコイル、ダイオード間とアース間に
第２のスイッチング素子を接続し、前記ダイオード、出
力端子間とアース間にコンデンサを接続したＤＣ／ＤＣ
コンバータであって、チョークコイルを一つしか設けな
くてもよいので、その小型化が図れるものとなる。

【０００７】次に本発明の請求項２に記載の発明は、入
力端子には出力端子に接続される負荷の定格電圧に対し
て、低電圧から高電圧の電源を接続可能とした請求項１
に記載のＤＣ／ＤＣコンバータであって、入力端子に負
荷の定格電圧に関わらず電源を接続する事が出来るの
で、その使用用途を非常に高める事が出来るものであ
る。

【０００８】次に本発明の請求項３に記載の発明は、入
力端子に接続される電源の電圧が負荷の定格電圧よりも
低い場合には、第１のスイッチング素子は閉成状態を維
持させる構成とした請求項２に記載のＤＣ／ＤＣコンバ
ータであって、このように電源の電圧が負荷の定格電圧
よりも低い場合に、第１のスイッチング素子の閉成状態
を維持させておけば、その制御動作が簡単なものにな
る。

【０００９】次に本発明の請求項４に記載の発明は、入
力端子に接続される電源の電圧が負荷の定格電圧よりも
高い場合には、第２のスイッチング素子は開放状態を維
持させる構成とした請求項２に記載のＤＣ／ＤＣコンバ
ータであって、このように電源の電圧が負荷の定格電圧
よりも低い場合に、第２のスイッチング素子の開放状態
を維持させておけば、その制御動作が簡単なものにな
る。

【００１０】次に本発明の請求項５に記載の発明は、第
１、第２のスイッチング素子は一つの放熱板に取り付け
た請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータであって、こ
れら第１、第２のスイッチング素子は、入力端子に接続
される電源の電圧の高さにより、一方は休止状態となる
ことがあり、このような場合には動作しているスイッチ
ング素子の放熱面積は休止しているスイッチング素子の
部分も活用する事ができ、その放熱効果が極めて高くな
るものである。

【００１１】次に本発明の請求項６に記載の発明は、チ
ョークコイルと出力端子間に接続されたダイオードの両
端に第３のスイッチング素子を接続し、入力端子に接続
される電源の電圧が負荷の定格電圧よりも高い場合に
は、前記第３のスイッチング素子を閉成状態に維持させ
る構成とした請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータで
あって、ダイオードの両端を短絡させることが出来るた
め、発熱の上昇と効率低下を招くことを防止することが
出来る。

【００１２】次に本発明の請求項７に記載の発明は、入
力端子に接続される電源の電圧と負荷の定格電圧を比較
するための比較手段と、前記比較手段の結果に基づいて
第１及び第２のスイッチング素子のオン、オフ動作の制
御を行わせるための制御手段とを有する請求項１に記載
のＤＣ／ＤＣコンバータであって、比較手段によって入
力電圧と出力電圧を常に比較監視しているので、出力電
圧が負荷や温度の変動が発生しても、動作切替えを適切
に行うことが出来る。

【００１３】次に本発明の請求項８に記載の発明は、チ
ョークコイルに替えて巻き上げトランスを用いるととも
に前記巻き上げトランスのタップに第２のスイッチング
素子を接続した請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ
であって、トランスの巻き数比によって低い電源の電圧
から定格電圧が出力出来るため、より広い電源の電圧の
動作範囲を有するＤＣ／ＤＣコンバータを構築出来る。

【００１４】（実施の形態１）以下、本発明の実施の形
態１を添付図面に従って説明する。

【００１５】図１において、１は入力端子で、この入力
端子１と出力端子２間には、入力端子１側から第１のス
イッチング素子３、チョークコイル４、ダイオード５が
直列に接続されている。また、チョークコイル４とダイ
オード５の間とアース間には、第２のスイッチング素子
６が接続されている。さらにダイオード５と出力端子２
間とアース間には、コンデンサ７が接続されている。

【００１６】さらに第１のスイッチング素子３とチョー
クコイル４間とアース間にはダイオード８が接続されて
いる。前記第１、第２のスイッチング素子３，６はＦＥ
Ｔであってゲート部分にはそれぞれ制御部分が接続され
ている。具体的には、前記第１のスイッチング素子３の
ゲートにはＯＲ回路９が接続されており、一方第２のス
イッチング素子６にはＮＯＲ回路１０が接続されてい
る。これらのＯＲ回路９とＮＯＲ回路１０の一方の端子
は入力電圧検知回路１１に接続されている。即ち、入力
電圧検知回路１１は入力端子１に接続され、この部分の
電圧を検出するようになっているものである。また、Ｏ
Ｒ回路９とＮＯＲ回路１０の他方の端子はそれぞれＰＷ
Ｍ回路１３に接続され、このＰＷＭ回路１３は比較回路
１４を介して出力端子２に接続された状態になってい
る。

【００１７】以上の構成において入力端子１には電源１
５が接続され、出力端子２には負荷１６が接続される事
になる。この場合例えば負荷１６は５Ｖが定格電圧とす
る。その場合電源電圧１５は、例えば３Ｖから８Ｖの電
圧のものが使用出来る事になる。この場合、電源電圧１
５が負荷１６の定格電圧より低い場合、即ち電源電圧１
５が３Ｖであった場合を考えると、入力電圧検知回路１
１でその３Ｖが検出され、この結果としてＯＲ回路９を
介して第１のスイッチング素子３は閉成状態が継続して
維持される。

【００１８】一方、ＮＯＲ回路１０はその電圧が３Ｖで
ある事を検知すると、その３Ｖを高めるためにオン、オ
フ動作を行う事になる。このオン、オフ動作を行う事に
ついて詳細に説明すると、第２のスイッチング素子６が
オン状態になるとチョークコイル４に電圧が印加され、
次に第２のスイッチング素子６がオフになった場合に
は、このチョークコイル４に発生した電圧は電源電圧１
５の３Ｖに加えられた状態で、例えば５Ｖにされその電
圧がコンデンサ７に充電されて電圧が確定し、これが負
荷１６に供給される事になる。

【００１９】次に電源電圧１５の電圧が８Ｖで、負荷１
６の定格電圧の５Ｖよりも高い場合について説明する。
この場合にはその電圧が高いという事を入力電圧検知回
路１１で検出した結果、ＮＯＲ回路１０により第２のス
イッチング素子６を継続的に開放状態を維持することに
する。第１のスイッチング素子３をオン・オフ制御する
事によりそのデューティーを変え、８Ｖを５Ｖに低下さ
せその電圧をコンデンサ７に充電する事により、負荷１
６に５Ｖ電圧を安定的に供給する様にするものである。

【００２０】ここで、以上の内容を図３の各部の電圧波
形図を用いて説明する。

【００２１】図３において、（ａ）はスイッチング素子
３の駆動電圧を示す波形であり、（ｂ）はスイッチング
素子６の駆動電圧を示す波形である。（ｃ）は入力電圧
検知回路１１から出力された検知出力電圧であり、
（ｄ）は制御手段１２から出力された制御パルス信号で
ある。（ｅ）は入力端子に加わる電源の電圧の推移を示
す波形である。

【００２２】入力電圧が負荷の定格電圧より大きいとき
は、（ｃ）に示すように検知出力電圧はＨＩＧＨの信号
が出力され、制御手段１２の制御パルス信号（ｄ）がス
イッチング素子３に信号を伝えられて（ａ）のような波
形になると共に、この期間中のスイッチング素子６は
（ｂ）のような波形を示す。

【００２３】また入力電圧が負荷の定格電圧より小さい
ときは、（ｃ）に示すように検知出力電圧はＬＯＷの信
号が出力され、制御手段１２の制御パルス信号（ｄ）が
スイッチング素子６に信号を伝えられて（ｂ）のような
波形になると共に、この期間中のスイッチング素子３は
（ａ）のような波形を示す。

【００２４】尚、前記第１、第２のスイッチング素子
３，６は図２に示すごとく一つの放熱板１７に対して取
り付けられている。つまりこのようにした場合、上記説
明で理解されるように第２のスイッチング素子６が継続
的に開放状態となったとき、この放熱板１７は第１のス
イッチング素子３の放熱板としてその全面が活用される
事になる。従ってその放熱効果を非常に高くする事が出
来るものである。尚、１８は基板である。

【００２５】（実施の形態２）以下本発明の実施の形態
２を添付図面に従って説明する。

【００２６】図４において、図１の実施の形態１と異な
る構成はダイオード５の両端にスイッチング素子１９を
接続すると共に、スイッチング素子１９には入力電圧検
知回路１１の検知出力電圧が入力される点であり、それ
以外の構成においては、実施の形態１と同様の構成につ
いては同一番号を付してその説明を省略する。

【００２７】ここで電源の電圧が負荷の定格電圧よりも
高い場合、実施の形態１ではダイオード５の順方向電圧
が損失なってしまい発熱の上昇と効率低下を招くが、本
実施の形態のようにダイオード５の両端にスイッチング
素子１９を設けることにより、電源の電圧が負荷の定格
電圧よりも高い場合には、ダイオード５の両端を短絡さ
せることが出来るため、発熱の上昇と効率低下を招くこ
とを防止することが出来る。

【００２８】（実施の形態３）以下本発明の実施の形態
３を添付図面に従って説明する。

【００２９】図５において、図１の実施の形態１と異な
る構成は入力電圧検知回路１１の構成、即ち入力端子１
に入力される電圧（入力電圧）と出力端子２に出力され
る電圧（出力電圧）とを比較する比較回路２０を設けた
点であり、それ以外の構成においては、実施の形態１と
同様の構成については同一番号を付してその説明を省略
する。

【００３０】ここで実施の形態１では、入力電圧検知回
路１１は単に入力電圧が予め設定されていた検知入力電
圧より高いか低いかの信号に基づいて、スイッチング素
子３，６の動作切替えを行っていたため、出力電圧が負
荷や温度の変動によって大きく変動したとき動作切替え
が適切に行えなかったが、本実施の形態のように比較回
路２０によって入力電圧と出力電圧を常に比較監視して
いるので、出力電圧が負荷や温度の変動により発生して
も、動作切替えを適切に行うことができる。

【００３１】（実施の形態４）以下本発明の実施の形態
４を添付図面に従って説明する。

【００３２】図６において、図１の実施の形態１と異な
る構成はチョークコイル４に替えて巻き上げトランス２
１を設けた構成であり、それ以外の構成においては、実
施の形態１と同様の構成については同一番号を付してそ
の説明を省略する。

【００３３】ここで実施の形態１では、入力電圧が極端
に低い場合には出力電圧を出力することが出来なかっ
た。ここで、前記の理由を詳細に説明すると、第２のス
イッチング素子６がオン状態になるとチョークコイル４
に電圧が印加され、次に第２のスイッチング素子６がオ
フになった場合には、このチョークコイル４に発生した
電圧は入力電圧の、例えば３Ｖに加えられた状態で、例
えば５Ｖにされその電圧がコンデンサ７に充電されて電
圧が確定し、これが出力電圧として供給される事にな
る。

【００３４】つまり、第２のスイッチング素子６のオフ
期間に、コンデンサ７に充電されて出力電圧として供給
されることから、回路動作として確実に前記オフ期間を
確保する必要があるという事が言える。例えば、前記オ
フの最短期間は１０％に設定すれば、この時の第２のス
イッチング素子６のオンの最長期間は９０％となる。さ
らに、ある出力電圧を得る場合は、その時の入力電圧が
小さくなる程、第２のスイッチング素子６のオン期間の
割合が長くなる必要があることから、前記オンの最長期
間により、動作可能な最低の入力電圧が制限される事と
なる。

【００３５】一方、本実施の形態のようにチョークコイ
ル４に替えて巻き上げトランス２１で構成すると、巻き
上げトランス２１の巻き数比により、極端に低い入力電
圧から出力電圧を出力することが出来るようになるもの
である。ここで、前記の理由を詳細に説明すると、第２
のスイッチング素子６がオン状態になると巻き上げトラ
ンス２１の一次側に電圧が印加され、次に第２のスイッ
チング素子６がオフになった場合には、この巻き上げト
ランス２１の一次側に発生した電圧と、前記巻き上げト
ランス２１の巻き数比に比例した電圧が二次側に発生す
る。

【００３６】例えば、前記巻き数比が１：１の場合は、
一次側と同じ電圧が二次側にも発生する。例えば、入力
電圧が１Ｖの場合、例えば一次側に２Ｖが発生し、二次
側にも同じく２Ｖが発生するため、入力電圧に一次側と
二次側のそれぞれの電圧が加えられた状態で、例えば５
Ｖにされ、その電圧がコンデンサ７に充電されて電圧が
確定し、これが出力電圧として供給される事になる。つ
まり、二次側に発生した電圧分だけ全体として発生する
電圧が大きくなるため、実施の形態１と同じスイッチン
グ素子６のオンの最長期間でも、より低い入力電圧から
必要とする出力電圧の供給を出来るようになる。また、
前記巻き数比を可変することにより、二次側に発生する
電圧を任意に設定することが出来る。

【００３７】尚、この構成において、電源電圧１５が負
荷の定格電圧よりも高い場合の時の動作においては、第
２のスイッチング素子６が常にオフしていることによ
り、巻き上げトランス２１は単にチョークコイルとして
働き、実施の形態１のチョークコイル４を使用している
時と等しい動作が行えるという特徴を有するものであ
る。

【００３８】

【発明の効果】以上のように本発明は、入力端子と出力
端子間に入力端子側から順に第１のスイッチング素子、
チョークコイル、ダイオードを直列接続し、前記チョー
クコイル、ダイオード間とアース間に第２のスイッチン
グ素子を接続し、前記ダイオード、出力端子間とアース
間にコンデンサを接続したものであるので、チョークコ
イルが一つで良くなる分、小型化が達成出来るものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の回路図

【図２】本発明の主要部分の斜視図

【図３】本発明の各部の電圧波形図

【図４】本発明の実施の形態２の回路図

【図５】本発明の実施の形態３の回路図

【図６】本発明の実施の形態４の回路図

【符号の説明】

１ 入力端子 ２ 出力端子 ３ スイッチング素子 ４ チョークコイル ５ ダイオード ６ スイッチング素子 ７ コンデンサ ８ ダイオード ９ ＯＲ回路 １０ ＮＯＲ回路 １１ 入力電圧検知回路 １２ 制御手段 １３ ＰＷＭ回路 １４ 比較回路 １５ 電源電圧 １６ 負荷 １７ 放熱板 １８ 基板 １９ スイッチング素子 ２０ 比較回路 ２１ 巻き上げトランス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 東 啓司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5H730 AA15 AA16 AS04 AS05 BB13 BB14 BB57 BB86 BB88 DD04 DD26 DD32 FD01 FG05 FG23 FG26 ZZ04 ZZ11 ZZ12 ZZ15

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力端子と出力端子間に入力端子から順
   に第１のスイッチング素子、チョークコイル、ダイオー
   ドを直列接続し、前記チョークコイル、ダイオード間と
   アース間に第２のスイッチング素子を接続し、前記ダイ
   オード、出力端子間とアース間にコンデンサを接続した
   ＤＣ／ＤＣコンバータ。
2. 【請求項２】 入力端子には出力端子に接続される負荷
   の定格電圧に対して、低電圧から高電圧の電源を接続可
   能とした請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
3. 【請求項３】 入力端子に接続される電源の電圧が負荷
   の定格電圧よりも低い場合には、第１のスイッチング素
   子を閉成状態に維持させる構成とした請求項２に記載の
   ＤＣ／ＤＣコンバータ。
4. 【請求項４】 入力端子に接続される電源の電圧が負荷
   の定格電圧よりも高い場合には、第２のスイッチング素
   子を開放状態に維持させる構成とした請求項２に記載の
   ＤＣ／ＤＣコンバータ。
5. 【請求項５】 第１、第２のスイッチング素子は一つの
   放熱板に取り付けた請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバ
   ータ。
6. 【請求項６】 チョークコイルと出力端子間に接続され
   たダイオードの両端に第３のスイッチング素子を接続
   し、入力端子に接続される電源の電圧が負荷の定格電圧
   よりも高い場合には、前記第３のスイッチング素子を閉
   成状態に維持させる構成とした請求項１に記載のＤＣ／
   ＤＣコンバータ。
7. 【請求項７】 入力端子に接続される電源の電圧と負荷
   の定格電圧を比較するための比較手段と、前記比較手段
   の結果に基づいて第１及び第２のスイッチング素子のオ
   ン、オフ動作の制御を行わせるための制御手段とを有す
   る請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
8. 【請求項８】 チョークコイルに替えて巻き上げトラン
   スを用いるとともに、前記巻き上げトランスのタップに
   第２のスイッチング素子を接続した請求項１に記載のＤ
   Ｃ／ＤＣコンバータ。