JP2003033009A - Power device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電源としての商用
交流電流や直流電流を所定電圧の直流電流に変換する電
源装置に関し、特に、直流負荷に対して電源電圧を降圧
して直流電圧を供給するACアダプタ等の電源装置に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power supply device for converting a commercial AC current or a DC current as a power supply into a DC current of a predetermined voltage, and more particularly to a DC load for supplying a DC voltage by lowering the power supply voltage. The present invention relates to a power supply device such as an AC adapter.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に、商用交流電力を用いて直流電力
を消費する負荷に電力を供給する場合には、商用交流電
圧を下げるためにトランスを必要としている。このた
め、直流電力を消費する負荷を用いる場合には、商用交
流電源のコンセントにトランスを内蔵したACアダプタ
を接続している。2. Description of the Related Art Generally, when supplying power to a load that consumes DC power using commercial AC power, a transformer is required to lower the commercial AC voltage. Therefore, when using a load that consumes DC power, an AC adapter having a built-in transformer is connected to an outlet of a commercial AC power supply.
【0003】例えば、負荷として表示や照明を行なうL
EDランプを用いる場合、LEDは、直流(DC)数V
の電源電圧で動作するものであり、従来これを使用する
には、商用交流電源(日本国内:100V、米国:11
0V、欧州:230V等)をDC数Vに変換するためト
ランスを内蔵したACアダプタを必要としている。For example, L for displaying and illuminating as a load
When using an ED lamp, the LED is a direct current (DC) number V
It is operated by the power supply voltage of the conventional AC power supply (Japan domestic: 100V, US: 11
0V, Europe: 230V, etc.) is required to convert the AC voltage to several V DC, which requires an AC adapter with a built-in transformer.
【0004】一方、負荷としてLEDを用いる場合、A
Cアダプタを用いずに、LEDを何とかして商用交流電
源に直結使用可能にしようとする試みがある。その例を
図を用いて以下に説明する。On the other hand, when an LED is used as the load, A
There is an attempt to manage the LED by directly connecting it to a commercial AC power supply without using a C adapter. An example thereof will be described below with reference to the drawings.
【0005】図9は、従来例1のLEDランプ装置を示
す回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram showing an LED lamp device of Conventional Example 1.
【0006】この図9において、2003はAC入力端
子、2004はAC入力端子、2002は全波整流用ダ
イオードブリッジ(BrD1)、2005はシリーズ抵抗
(Rp)、2006は定電流素子(CRD;Curre
nt ReguratedDiode)、2007はL
EDランプである。In FIG. 9, 2003 is an AC input terminal, 2004 is an AC input terminal, 2002 is a full-wave rectifying diode bridge (BrD1), 2005 is a series resistor (Rp), and 2006 is a constant current element (CRD; Curre).
nt RegulatedDiode), 2007 is L
It is an ED lamp.
【0007】上記LEDランプ2007は、VF(順方
向降下電圧)が2V程度のLEDが2〜8個程度、直列
接続されてなるものが多く、したがってVFは4〜16
Vとなる。ダイオードブリッジ2002より送出される
全波整流波形の先頭電圧は実効値100Vの日本国内の
場合、およそ140Vとなる。Most of the LED lamps 2007 have 2 to 8 LEDs having a VF (forward voltage drop) of about 2 V, which are connected in series. Therefore, the VF is 4 to 16
It becomes V. The leading voltage of the full-wave rectified waveform sent from the diode bridge 2002 is about 140V in the case of Japan with an effective value of 100V.
【0008】必要な発光輝度を得るためのLEDのIF
(順方向電流)をおよそ10mAとすると、LEDが仮
に1個だとするとVFが2Vであるから、抵抗2005
と定電流素子2006で負担することになる電圧は14
0V−2V=138Vとなり、138V×10mA=
1.38Wが熱となって放出されてしまう。IF of the LED for obtaining the required emission brightness
Assuming that the (forward current) is about 10 mA, and if there is only one LED, VF is 2 V, so the resistance 2005
And the voltage to be charged by the constant current element 2006 is 14
0V-2V = 138V, 138V × 10mA =
1.38 W becomes heat and is emitted.
【0009】一方、発光に寄与する電力は2V×10m
A=0.02Wとなり、その効率は、
0.02W/(1.38W+0.02W)=0.014
となり、1.4%に過ぎず、99%近くが熱で放出され
てしまうことになる。On the other hand, the electric power that contributes to the light emission is 2 V × 10 m
A = 0.02W, and the efficiency is 0.02W / (1.38W + 0.02W) = 0.014, which is only 1.4% and almost 99% is released by heat.
【0010】図10は従来例2のLEDランプ装置を示
す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing an LED lamp device of Conventional Example 2.
【0011】この図10において、2105は電圧レギ
ュレータ(Vreg1)、2106は電流制限用抵抗(R
c)である。その他、図10において図9と同一符号は
同一または相当部分を示す。In FIG. 10, 2105 is a voltage regulator (Vreg1), 2106 is a current limiting resistor (R
c). In addition, in FIG. 10, the same reference numerals as those in FIG. 9 denote the same or corresponding portions.
【0012】この従来例2では、全波整流AC波形の電
圧変動分は電圧レギュレータ2105が平衡化するた
め、上述従来例1における定電流素子CRDは不要とな
り、発光も安定するが、電力効率的については、基本的
には電圧のシリーズレギュレーションのため上述従来例
1と全く同一(低効率)である。In the conventional example 2, since the voltage regulator 2105 balances the voltage fluctuation of the full-wave rectified AC waveform, the constant current element CRD in the above-mentioned conventional example 1 is not necessary and the light emission is stable, but it is power efficient. Is basically the same (low efficiency) as the above-mentioned conventional example 1 because of the series regulation of the voltage.
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のACアダプタを用いた場合には、トランスを必要とす
るため、アダプタや負荷装置全体が高価かつ大型になる
という問題がある。As described above, when the conventional AC adapter is used, the transformer and the load device as a whole are expensive and large in size because a transformer is required.
【0014】また、上記のように従来技術1及び2で
は、いずれも低効率、高損失であるという問題がある。
このことは、所定の直流電圧をそれよりも小さい所定電
圧に降圧する場合についても同様である。Further, as described above, the prior arts 1 and 2 both have problems of low efficiency and high loss.
This also applies to the case where the predetermined DC voltage is stepped down to a predetermined voltage lower than that.
【0015】そこで、本発明の目的は、直流または交流
電圧を降圧する電源装置において、高効率、低損失であ
るとともに、小型で且つ安価な電源装置を提供すること
にある。Therefore, an object of the present invention is to provide a power supply device for stepping down a DC or AC voltage, which has high efficiency and low loss, and is small and inexpensive.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項1に記載の発明は、交流又は直流の正極電圧
を受けるスイッチドキャパシタ降圧回路部と、制御回路
部とを備えた電源装置であって、前記スイッチドキャパ
シタ降圧回路部は、直列に接続され且つON位置とOF
F位置とに切り換え可能な複数の第1切り換えスイッチ
と、第1切り換えスイッチ間に配置された第1コンデン
サと、スイッチドキャパシタ降圧回路部の出力端子と各
第1コンデンサとの間に設けられON位置とOFF位置
とに切り換え可能な第2切り換えスイッチと、スイッチ
ドキャパシタ降圧回路部の出力端子の下流に設けた第2
コンデンサとを備え、各第1及び第2切り換えスイッチ
は、制御回路部からの発振信号によりON位置とOFF
位置とにそれぞれ切り換えられるようになっており、第
1切り換えスイッチをOFF位置とし且つ第2切り換え
スイッチをON位置として第1コンデンサから出力端子
を介して負荷に放電がなされるとともに放電された一部
の電流が第2コンデンサに蓄電され、次に第1切り換え
スイッチをON位置とし且つ第2切り換えスイッチをO
FF位置として第1コンデンサへ蓄電を行なうとともに
第2コンデンサから放電することによって、負荷に対し
て第1及び第2コンデンサから交互に電力を供給するこ
とを特徴とするものである。In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 is a power supply device comprising a switched capacitor step-down circuit unit for receiving an AC or DC positive voltage and a control circuit unit. The switched capacitor step-down circuit unit is connected in series and has an ON position and an OF position.
A plurality of first changeover switches which can be switched to the F position, a first capacitor arranged between the first changeover switches, an ON terminal provided between the output terminal of the switched capacitor step-down circuit unit and each first capacitor. A second selector switch that can be switched between a position and an OFF position, and a second switch provided downstream of the output terminal of the switched capacitor step-down circuit unit.
Each of the first and second changeover switches is provided with a capacitor, and the first and second changeover switches are turned on and off by an oscillation signal from the control circuit unit.
The first switching switch is in the OFF position and the second switching switch is in the ON position so that the load is discharged from the first capacitor to the load through the output terminal, and a part of the discharge is performed. Current is stored in the second capacitor, then the first selector switch is turned to the ON position and the second selector switch is turned on.
By storing electricity in the first capacitor and discharging it from the second capacitor at the FF position, electric power is alternately supplied from the first and second capacitors to the load.
【0017】この請求項1に記載の発明では、制御回路
部の制御により第1切り換えスイッチをONにし且つ第
2切り換えスイッチをOFFにすると、図4に示すよう
に各第1コンデンサ(C1〜C4)は直列に接続されて、
整流用ダイオードブリッジからの電力により蓄電され
る。一方、第2コンデンサ(Cout)に蓄電されている
電力は負荷に放電される。According to the first aspect of the present invention, when the first changeover switch is turned on and the second changeover switch is turned off under the control of the control circuit section, each of the first capacitors (C1 to C4) is turned on as shown in FIG. ) Are connected in series,
Electricity is stored by the power from the rectifying diode bridge. On the other hand, the electric power stored in the second capacitor (Cout) is discharged to the load.
【0018】次に、制御回路部は第1切り換えスイッチ
をOFFにして、第2切り換えスイッチをONにする。
これにより、図5に示すように、各第1コンデンサ(C
1〜C4)から負荷に放電される。各第1コンデンサ(C
1〜C4)の放電電圧と負荷の消費電圧との差の電圧に
より第2コンデンサ(Cout)では蓄電される。Next, the control circuit section turns off the first changeover switch and turns on the second changeover switch.
As a result, as shown in FIG. 5, each first capacitor (C
1 to C4) are discharged to the load. Each first capacitor (C
The second capacitor (Cout) is charged with a voltage that is the difference between the discharge voltage of 1 to C4) and the consumed voltage of the load.
【0019】このように、第1コンデンサ(C1〜C4)
と第2コンデンサ(Cout)とで交互に蓄電と放電とを
繰り返すことによって、交流又は直流電圧を降圧した所
定電圧の直流電流を負荷に連続的に且つ安定に供給する
ことができる。As described above, the first capacitors (C1 to C4)
By alternately accumulating and discharging with the second capacitor (Cout) and the second capacitor (Cout), it is possible to continuously and stably supply a DC current of a predetermined voltage obtained by stepping down an AC or DC voltage to the load.
【0020】特に、本発明の電源装置によれば、商用交
流電圧を所定電圧の直流電圧に降圧する場合、従来のよ
うなトランスを用いることなく、商用交流電流を数ボル
トの直流電流に変換して負荷に供給できるので、小型で
且つ安価である。In particular, according to the power supply device of the present invention, when the commercial AC voltage is stepped down to a DC voltage of a predetermined voltage, the commercial AC current is converted into a DC voltage of several volts without using a conventional transformer. Since it can be supplied to the load by a small amount, it is small and inexpensive.
【0021】しかも、コンデンサにより蓄電と放電を繰
り返すだけであり、降圧のための抵抗を設けていないか
ら、高効率、低損失である。In addition, the capacitor merely repeats the storage and discharge, and the resistor for reducing the voltage is not provided, so that the efficiency is high and the loss is low.
【0022】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の発明において、前記スイッチドキャパシタ降圧回路部
及び制御回路部は半導体基板上に設けられており、前記
切り換えスイッチはこの半導体基板上に設けられたMO
S型トランジスタであることを特徴とするものである。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the switched capacitor step-down circuit section and the control circuit section are provided on a semiconductor substrate, and the changeover switch is provided on the semiconductor substrate. MO provided in
It is an S-type transistor.
【0023】請求項3に記載の発明は、請求項1に記載
の発明において、前記スイッチドキャパシタ降圧回路部
及び制御回路部は半導体基板上に設けられており、前記
切り換えスイッチはこの半導体基板上に設けられたSC
R(サイリスタ)であることを特徴とするものである。According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, the switched capacitor step-down circuit section and the control circuit section are provided on a semiconductor substrate, and the changeover switch is provided on the semiconductor substrate. SC provided in
It is characterized by being R (thyristor).
【0024】請求項4に記載の発明は、請求項1に記載
の発明において、前記スイッチドキャパシタ降圧回路部
及び制御回路部は半導体基板上に設けられており、前記
切り換えスイッチはこの半導体基板上に設けられたIG
BT(絶縁型バイポーラトランジスタ)であることを特
徴とするものである。According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the switched capacitor step-down circuit section and the control circuit section are provided on a semiconductor substrate, and the changeover switch is provided on the semiconductor substrate. IG provided in
It is characterized by being a BT (insulation type bipolar transistor).
【0025】この請求項2〜4に記載の発明では、請求
項1に記載の発明と同様な作用効果を奏するとともに、
少なくともスイッチドキャパシタ降圧回路部、制御回路
部を半導体基板上に設け、IC基板化することにより、
更に小型化することができるとともに低コストで製造す
ることができる。According to the inventions described in claims 2 to 4, the same operational effect as the invention described in claim 1 is obtained, and
By providing at least the switched capacitor step-down circuit section and the control circuit section on the semiconductor substrate to form an IC substrate,
Further, the size can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced.
【0026】尚、第1及び第2コンデンサは負荷に応じ
た電圧を得るために外付けするものであってもよい。こ
の場合には、任意の容量のコンデンサを取り付けたり交
換できるので、必要に応じた直流電圧を容易に得ること
ができる。The first and second capacitors may be externally attached to obtain a voltage according to the load. In this case, since a capacitor having an arbitrary capacity can be attached or replaced, it is possible to easily obtain a DC voltage as needed.
【0027】請求項5に記載の発明は、請求項1〜4の
いずれかに記載の発明において、スイッチドキャパシタ
降圧回路部は複数設けており、制御回路部はスイッチド
キャパシタ降圧回路部を交互に切り換えて、一方のスイ
ッチドキャパシタ降圧回路部が放電しているときに他方
のスイッチドキャパシタ降圧回路部が蓄電することを特
徴とするものである。According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to fourth aspects, a plurality of switched capacitor step-down circuit units are provided, and the control circuit unit alternates the switched capacitor step-down circuit units. And the other switched capacitor step-down circuit section is charged while the other switched capacitor step-down circuit section is discharging.
【0028】この請求項5に記載の発明では、請求項1
〜4のいずれかに記載の作用効果を奏するとともに、ス
イッチドキャパシタ降圧回路部を複数設け、一方が放電
中に他方が蓄電するように制御回路部がスイッチの切り
換えを制御することにより、更に安定した所定電圧を得
ることができる。In the invention described in claim 5, claim 1
In addition to the operational effect described in any one of 4 to 4, a plurality of switched capacitor step-down circuit units are provided, and the control circuit unit controls the switching of the switches so that the other unit stores electricity while one is discharging, which further stabilizes the operation. The predetermined voltage can be obtained.
【0029】[0029]
【発明の実施の形態】以下に、図面の図1〜図6を参照
して本発明の実施形態を説明する。図1は、本発明によ
る電源装置の第1実施の形態を示す回路図である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of a power supply device according to the present invention.
【0030】図1に示すように、電源装置1は、全波整
流用ダイオードブリッジ(BrD1)3と、スイッチドキ
ャパシタ降圧回路部5と、制御回路部7とを備えてお
り、全波整流用ダイオードブリッジ3は、電源電圧の整
流波形を得るものであり、AC入力端子9、11に接続
されている。AC入力電圧は商用100Vである。As shown in FIG. 1, the power supply device 1 includes a diode bridge (BrD1) 3 for full-wave rectification, a switched capacitor step-down circuit unit 5, and a control circuit unit 7 for full-wave rectification. The diode bridge 3 obtains a rectified waveform of the power supply voltage, and is connected to the AC input terminals 9 and 11. The AC input voltage is commercial 100V.
【0031】電源装置1の出力端子13は直流電流のプ
ラス出力側であり、出力端子15はマイナス側である。
これらの直流出力端子13、15に所定電圧の直流電流
負荷17が接続されている。負荷17としては、特に限
定されないが、例えば、数ボルトの電圧を受けるLED
ランプである。The output terminal 13 of the power supply device 1 is the positive output side of the direct current, and the output terminal 15 is the negative side.
A DC current load 17 having a predetermined voltage is connected to these DC output terminals 13 and 15. The load 17 is not particularly limited, but for example, an LED that receives a voltage of several volts
It is a lamp.
【0032】全波整流用ダイオードブリッジ3と、スイ
ッチドキャパシタ降圧回路部5との間の回路には、コン
デンサ19、分圧用の抵抗(R1,R2)21、23、コ
ンデンサ25が設けられており、符号27はGND(接
地)ラインである。ここで、抵抗21、23は直列接続
されて全波整流用ダイオードブリッジ3の出力電圧を分
圧するもので、その分圧点は制御回路部7の作動電源入
力端に接続されている。この制御回路部7には、入力発
振回路部(Osc)及びクロック信号制御回路部が設け
られており、スイッチドキャパシタ降圧回路部5の各切
り換えスイッチ(後述する)のON、OFFを制御してい
る。The circuit between the full-wave rectifying diode bridge 3 and the switched capacitor step-down circuit section 5 is provided with a capacitor 19, resistors (R1, R2) 21 and 23 for voltage division, and a capacitor 25. , Reference numeral 27 is a GND (ground) line. Here, the resistors 21 and 23 are connected in series to divide the output voltage of the full-wave rectifying diode bridge 3, and the voltage dividing point is connected to the operating power supply input terminal of the control circuit unit 7. The control circuit unit 7 is provided with an input oscillation circuit unit (Osc) and a clock signal control circuit unit, and controls ON / OFF of each changeover switch (described later) of the switched capacitor step-down circuit unit 5. There is.
【0033】スイッチドキャパシタ降圧回路部5の入力
端42は、全波整流ダイオードブリッジ3からの正極出
力端に接続されており、スイッチドキャパシタ降圧回路
部5の直流電流出力端(OUT+)31には逆流防止ダ
イオード33、シリーズレギュレータ35を介して出力
端子13に接続されており、スイッチドキャパシタ降圧
回路部5のマイナス出力端(OUT−)37は接地され
ている。The input terminal 42 of the switched capacitor step-down circuit section 5 is connected to the positive output terminal from the full-wave rectifier diode bridge 3, and is connected to the direct current output terminal (OUT +) 31 of the switched capacitor step-down circuit section 5. Is connected to the output terminal 13 via the backflow prevention diode 33 and the series regulator 35, and the minus output terminal (OUT−) 37 of the switched capacitor step-down circuit unit 5 is grounded.
【0034】スイッチドキャパシタ降圧回路部5の出力
側において、流防止ダイオード33とシリーズレギュレ
ータ35との間には、一方の端子が接地された第2コン
デンサ39が設けられており、シリーズレギュレータ3
5と出力端子13との間にも一方の端子が接地されたコ
ンデンサ41が設けられている。On the output side of the switched capacitor step-down circuit unit 5, a second capacitor 39 whose one terminal is grounded is provided between the flow prevention diode 33 and the series regulator 35.
A capacitor 41 whose one terminal is grounded is also provided between the output terminal 5 and the output terminal 13.
【0035】スイッチドキャパシタ降圧回路部5には、
全波整流用ダイオードブリッジ3の正極出力が入力さ
れ、スイッチドキャパシタ降圧回路部5は制御回路部7
からの信号を受けて出力端31に供給する直流電流の正
極出力(電圧)を制御している。In the switched capacitor step-down circuit section 5,
The positive output of the full-wave rectifying diode bridge 3 is input, and the switched capacitor step-down circuit unit 5 is controlled by the control circuit unit 7.
It controls the positive electrode output (voltage) of the direct current supplied to the output terminal 31 in response to the signal from.
【0036】スイッチドキャパシタ降圧回路部5は、図
2に示すように、4つの第1コンデンサ(C1〜C4)
43が各装着部(CAP+、CAP−)49、51に外
付けされている。各第1コンデンサ(C1〜C4)43
には、第1切り換えスイッチ47が直列に接続されてお
り、これらの第1切り換えスイッチ47のON位置で第
1コンデンサ(C1〜C4)43に通電し、OFF位置
で通電を停止するようになっている。尚、各第1切り換
えスイッチ47には、フォトモスリレーが用いられてい
る。As shown in FIG. 2, the switched capacitor step-down circuit section 5 includes four first capacitors (C1 to C4).
43 is externally attached to each mounting part (CAP +, CAP−) 49, 51. Each first capacitor (C1 to C4) 43
, A first changeover switch 47 is connected in series. When the first changeover switch 47 is in the ON position, the first capacitor (C1 to C4) 43 is energized, and when it is in the OFF position, the energization is stopped. ing. A photo MOS relay is used for each first changeover switch 47.
【0037】更に、コンデンサの装着部(CAP+、C
AP−)49、51と出力端子31、37との間には第
2切り換えスイッチ49が設けられており、第2切り換
えスイッチ49のON位置で通電し、OFF位置で通電
を停止する。各第2切り換えスイッチ49もフォトモス
リレーが用いられている。Further, the condenser mounting portion (CAP +, C
A second changeover switch 49 is provided between the AP−) 49, 51 and the output terminals 31, 37. The second changeover switch 49 is energized at the ON position and is stopped at the OFF position. A photo MOS relay is also used for each of the second changeover switches 49.
【0038】制御回路部7では、抵抗21、23の分圧
出力が入力され、所定の発振信号を出力するとともに、
クロック信号制御回路部での電流検出信号及び上記発振
信号を受け電流検出信号値に応じてデューティが制御さ
れたクロック信号をスイッチドキャパシタ降圧回路部5
に与えるものである。In the control circuit section 7, the voltage-divided outputs of the resistors 21 and 23 are input to output a predetermined oscillation signal, and
The switched capacitor step-down circuit section 5 receives the clock signal whose duty is controlled according to the current detection signal value by receiving the current detection signal and the oscillation signal in the clock signal control circuit section.
To give to.
【0039】第1切り換えスイッチ47及び第2切り換
えスイッチ49には、具体的には、図8(a)に示す回
路のMOS型トランジスタが用いられるが、図8(b)
に示すSCR(サイリスタ)やIGBT(絶縁型バイポ
ーラトランジスタ)であってもよい。For the first changeover switch 47 and the second changeover switch 49, specifically, the MOS type transistor of the circuit shown in FIG. 8A is used, but FIG. 8B is used.
It may be an SCR (thyristor) or an IGBT (insulated bipolar transistor) shown in FIG.
【0040】また、本実施の形態では、スイッチドキャ
パシタ降圧回路部5及び制御回路部7は半導体基板(図
中符号6で示す一点鎖線)上に設けられており、第1切
り換えスイッチ47及び第2切り換えスイッチ49はこ
の半導体基板6上に一体化されている。Further, in the present embodiment, the switched capacitor step-down circuit section 5 and the control circuit section 7 are provided on the semiconductor substrate (the one-dot chain line shown by reference numeral 6 in the figure), and the first changeover switch 47 and the first changeover switch 47 are provided. The 2-switch 49 is integrated on the semiconductor substrate 6.
【0041】以下、上記スイッチドキャパシタ降圧回路
部5の作用について述べる。第1切り換えスイッチ47
と第2切り換えスイッチ49とのON、OFFの切り換
えタイミングは、図3に示すように、第1切り換えスイ
ッチ47がOFFのときに第2切り換えスイッチがON
になり、第2切り換えスイッチ47がOFFのときに第
1切り換えスイッチをONにして、第1切り換えスイッ
チ47と第2切り換えスイッチ49とについてON状態
が重ならないように制御している。第1切り換えスイッ
チ47のON時間は、例えば、4msecであり、OFF時
間は8msecに制御している。The operation of the switched capacitor step-down circuit section 5 will be described below. First changeover switch 47
As shown in FIG. 3, the ON / OFF switching timing between the second switching switch 49 and the second switching switch 49 is ON when the second switching switch is ON when the first switching switch 47 is OFF.
Therefore, when the second changeover switch 47 is off, the first changeover switch is turned on so that the ON states of the first changeover switch 47 and the second changeover switch 49 are controlled so as not to overlap. The ON time of the first changeover switch 47 is, for example, 4 msec, and the OFF time is controlled to 8 msec.
【0042】第1切り換えスイッチ47がONで且つ第
2切り換えスイッチ49がOFFの状態は、図4に示す
ように、直列に接続された各第1コンデンサ(C1〜C
4)43の蓄電状態になり、各第1コンデンサ(C1〜
C4)43が蓄電される。When the first changeover switch 47 is ON and the second changeover switch 49 is OFF, the first capacitors (C1 to C) connected in series are connected as shown in FIG.
4) 43 becomes the charged state, and each first capacitor (C1 to C1
C4) 43 is stored.
【0043】次に、第1切り換えスイッチ47がOFF
で且つ第2切り換えスイッチ49がONの状態は、図5
に示すように、並列に接続された各第1コンデンサ(C
1〜C4)43の放電状態になり、各第1コンデンサ
(C1〜C4)43から放電される。Next, the first changeover switch 47 is turned off.
And the state in which the second changeover switch 49 is ON is as shown in FIG.
, Each of the first capacitors (C
1 to C4) 43, and the first capacitors (C1 to C4) 43 are discharged.
【0044】ここで、放電された電流は、スイッチドキ
ャパシタ降圧回路部5の出力端子31から逆流防止ダイ
オード33を経て負荷17に供給されるが、放電された
電圧を負荷17よりも高い電圧に設定することにより、
第1コンデンサ43の放電電圧と負荷17との差圧電圧
により、第2コンデンサ39では第1コンデンサ43の
放電時に蓄電されることになる。Here, the discharged current is supplied from the output terminal 31 of the switched capacitor step-down circuit unit 5 to the load 17 through the backflow prevention diode 33, but the discharged voltage becomes a voltage higher than that of the load 17. By setting
Due to the voltage difference between the discharge voltage of the first capacitor 43 and the load 17, the second capacitor 39 is charged when the first capacitor 43 is discharged.
【0045】次に、再び第1切り換えスイッチ47がO
Nになり、第2切り換えスイッチ49がOFFになる
と、各第1コンデンサ(C1〜C4)43が図4の状態
になり蓄電されるとともに、第2コンデンサ(Cout)
39では、放電がなされ、負荷17に所定電圧の電流が
供給される。Next, the first changeover switch 47 is turned off again.
When it becomes N and the second changeover switch 49 is turned off, the respective first capacitors (C1 to C4) 43 are brought into the state of FIG.
In 39, discharging is performed and the load 17 is supplied with a current of a predetermined voltage.
【0046】このように制御回路部7が第1切り換えス
イッチ47及び第2切り換えスイッチ49のON、OF
Fを交互に切り換えることによって、負荷17に所定電
圧の電流を連続的に供給することができる。As described above, the control circuit unit 7 turns on and off the first changeover switch 47 and the second changeover switch 49.
By alternately switching F, it is possible to continuously supply a current of a predetermined voltage to the load 17.
【0047】[実験例]上述した実施の形態において、図
1に示す回路と同様な回路を構成し、以下の条件で実験
をおこなったので、その結果を図6に示す。実験条件は
次のようにした。[Experimental Example] In the above-described embodiment, a circuit similar to the circuit shown in FIG. 1 was constructed and an experiment was conducted under the following conditions. The result is shown in FIG. The experimental conditions were as follows.
【0048】電源電圧:30V
第1コンデンサ(C1〜C3):3個用い、各第1コン
デンサは100μFのものを用いた。Power supply voltage: 30 V First capacitors (C1 to C3): Three capacitors were used, and each first capacitor was 100 μF.
【0049】第2コンデンサ(Cout):100μF 出力負荷:40mA定電流 尚、逆流防止ダイオード33は用いなかった。Second capacitor (Cout): 100 μF Output load: 40mA constant current The backflow prevention diode 33 was not used.
【0050】第1及び第2切り換えスイッチ47、49
は、第1切り換えスイッチ47のON時間(換言すれば
第1コンデンサC1〜C3の蓄電期間)を4msecと
し、第2切り換えスイッチ49のON時間(換言すれば
第2コンデンサ(Cout)の蓄電期間)を8msecと
して制御した。First and second changeover switches 47, 49
Means that the ON time of the first changeover switch 47 (in other words, the electricity storage period of the first capacitors C1 to C3) is 4 msec, and the ON time of the second changeover switch 49 (in other words, the electricity storage period of the second capacitor (Cout)). Was controlled as 8 msec.
【0051】以上の条件で図2に示すX点及び図1に示
すY点における経過時間毎の電圧を測定したので、その
結果を図6に示す。この図6において、X0はX点にお
ける電圧を示し、Y0はY点における電圧である。ま
た、X1は第1コンデンサ43の蓄電期間(換言すれ
ば、第2コンデンサ39の放電期間)であり、Y1は第
2コンデンサ39の蓄電期間(換言すれば、第1コンデ
ンサ43の放電期間)である。Under the above conditions, the voltage at each elapsed time at the point X shown in FIG. 2 and the point Y shown in FIG. 1 was measured, and the results are shown in FIG. In FIG. 6, X0 indicates the voltage at point X, and Y0 is the voltage at point Y. Further, X1 is a charge period of the first capacitor 43 (in other words, a discharge period of the second capacitor 39), and Y1 is a charge period of the second capacitor 39 (in other words, a discharge period of the first capacitor 43). is there.
【0052】この図6に示すグラフから明らかなよう
に、Y0波形は所定の電圧(約6V)近辺で略滑らかな
波形を描いており、所定の電圧を連続的に供給できた。As is apparent from the graph shown in FIG. 6, the Y0 waveform has a substantially smooth waveform near a predetermined voltage (about 6 V), and the predetermined voltage can be continuously supplied.
【0053】即ち、第1コンデンサ43の蓄電期間中に
は第2コンデンサ39から放電するので、第1コンデン
サ43のみでは生じるであろうZ(図6中に二点鎖線で
しめす)のような電圧の落ち込みを防止できた。That is, since the second capacitor 39 is discharged during the storage period of the first capacitor 43, a voltage such as Z (indicated by a chain double-dashed line in FIG. 6) that would be generated only by the first capacitor 43. I was able to prevent the fall.
【0054】このようなスイッチドキャパシタ降圧回路
部5を用いた構成によれば、トランスやインダクタを用
いることなく、また高耐圧スイッチング素子も用いるこ
となく、商用電源電圧を低電圧に降圧してDC電圧の負
荷17に印加可能となる。According to the configuration using the switched capacitor step-down circuit section 5 as described above, the commercial power supply voltage is stepped down to a low voltage without using a transformer or an inductor, and a high breakdown voltage switching element is not used. The voltage can be applied to the load 17.
【0055】すなわち、本実施形態によればいわゆるA
Cアダプタの小型化及び低コスト化も可能とするもので
あり、例えば、本実施の形態にかかる電源装置はIC基
板化することによりプラグに組み込むこともできる。し
かも、トランスレスでありながら、アイソレート電源を
構成することが可能であり、極めて画期的である。That is, according to this embodiment, the so-called A
The C adapter can be downsized and the cost can be reduced. For example, the power supply device according to the present embodiment can be incorporated in a plug by making it an IC substrate. In addition, it is possible to construct an isolated power supply without using a transformer, which is extremely epoch-making.
【0056】次に、図7を参照して本発明の第2実施の
形態について説明する。この図7に示す実施の形態で
は、スイッチドキャパシタ降圧回路部5、5を2つ並列
に設け、一方のスイッチドキャパシタ降圧回路部5と他
方のスイッチドキャパシタ降圧回路部5とで交互に蓄電
と放電をおこなうものである。その他の構成は上述した
第1実施の形態と同様である。この第2実施の形態によ
れば、負荷に供給する出力電圧を第1実施の形態よりも
更に、安定にでき、図6に一点鎖線Wで示すように略直
線状の定電圧を供給することができる。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the embodiment shown in FIG. 7, two switched capacitor step-down circuit units 5 and 5 are provided in parallel, and one switched capacitor step-down circuit unit 5 and the other switched capacitor step-down circuit unit 5 alternately store electricity. And discharge. Other configurations are the same as those of the above-described first embodiment. According to the second embodiment, the output voltage supplied to the load can be made more stable than that of the first embodiment, and a substantially linear constant voltage can be supplied as shown by a chain line W in FIG. You can
【0057】本発明は、上述した実施の形態に限定され
ず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であ
る。例えば、上述した実施の形態では、商用交流電源を
所定電圧の直流に降圧する電源装置を例に用いて説明し
たが、これに限らず、電源として直流電圧を用いてこれ
を所定電圧の直流に降圧するものであってもよい。この
場合には、整流用ダイオードブリッジ3は用いないで、
直流電圧の正極出力端をスイッチドキャパシタ降圧回路
部5の入力端42に接続する。The present invention is not limited to the above-described embodiments, but can be variously modified without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above-described embodiments, the power supply device for stepping down the commercial AC power supply to the direct current of the predetermined voltage has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and the direct current voltage is used as the power supply to convert the direct current to the predetermined voltage. It may be one that reduces the pressure. In this case, do not use the rectifying diode bridge 3,
The positive output terminal of the DC voltage is connected to the input terminal 42 of the switched capacitor step-down circuit unit 5.
【0058】[0058]
【発明の効果】請求項1に記載の発明によれば、第1コ
ンデンサ(C1〜C4)と第2コンデンサ(Cout)とで
交互に蓄電と放電とを繰り返すことによって、所定電圧
の直流電流を負荷に連続的に且つ安定に供給することが
できる。According to the first aspect of the present invention, the first capacitor (C1 to C4) and the second capacitor (Cout) are alternately charged and discharged repeatedly to generate a direct current of a predetermined voltage. The load can be continuously and stably supplied.
【0059】また、従来のようなトランスを用いること
なく、商用交流電流を数ボルトの直流電流に変換して負
荷に供給できるので、小型で且つ安価な電源装置を提供
できる。Further, a commercial AC current can be converted into a DC current of several volts and supplied to a load without using a conventional transformer, so that a small and inexpensive power supply device can be provided.
【0060】しかも、コンデンサにより蓄電と放電を繰
り返すだけであり、降圧のための抵抗を設けていないか
ら、高効率、低損失である。Moreover, the capacitor merely repeats storage and discharge, and no resistor for reducing the voltage is provided, resulting in high efficiency and low loss.
【0061】この請求項2〜4に記載の発明では、請求
項1に記載の発明と同様な作用効果を奏するとともに、
少なくともスイッチドキャパシタ降圧回路部、制御回路
部を半導体基板上に設け、IC基板化することにより、
更に小型化することができるとともに低コストで製造す
ることができる。In the inventions described in claims 2 to 4, the same operational effect as the invention described in claim 1 is obtained, and
By providing at least the switched capacitor step-down circuit section and the control circuit section on the semiconductor substrate to form an IC substrate,
Further, the size can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced.
【0062】この請求項5に記載の発明では、請求項1
〜4のいずれかに記載の作用効果を奏するとともに、ス
イッチドキャパシタ降圧回路部を複数設け、一方が放電
中に他方が蓄電するように制御回路部がスイッチの切り
換えを制御することにより、更に安定した所定電圧を得
ることができる。According to the invention of claim 5, claim 1
In addition to the operational effect described in any one of 4 to 4, a plurality of switched capacitor step-down circuit units are provided, and the control circuit unit controls the switching of the switches so that the other unit stores electricity while one is discharging, which further stabilizes the operation. The predetermined voltage can be obtained.
【図1】本発明の第1実施形態を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention.
【図2】図1のスイッチドキャパシタ降圧回路部の動作
原理の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of an operation principle of the switched capacitor step-down circuit unit in FIG.
【図3】各切り換えスイッチのON及びOFFの時期の
説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of ON and OFF timings of respective changeover switches.
【図4】第1切り換えスイッチのONと第2切り換えス
イッチのOFFによるスイッチドキャパシタ降圧回路の
作用の説明図である。FIG. 4 is an explanatory view of the operation of the switched capacitor step-down circuit by turning on the first changeover switch and turning off the second changeover switch.
【図5】第1切り換えスイッチのONと第2切り換えス
イッチのOFFによるスイッチドキャパシタ降圧回路の
作用の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of an operation of the switched capacitor step-down circuit by turning on the first changeover switch and turning off the second changeover switch.
【図6】本実施の形態により得られる電圧を示すグラフ
図である。FIG. 6 is a graph showing a voltage obtained according to the present embodiment.
【図7】第2実施の形態にかかる電源装置の回路図であ
る。FIG. 7 is a circuit diagram of a power supply device according to a second embodiment.
【図8】第1及び第2切り換えスイッチの具体的態様を
示す回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram showing a specific mode of first and second changeover switches.
【図9】従来装置(例1)を示す回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram showing a conventional device (example 1).
【図10】従来装置(例2)を示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing a conventional device (example 2).
1 電源装置 5 スイッチドキャパシタ降圧回路 7 制御回路部 17 負荷 39 第2コンデンサ(Cout) 43 第1コンデンサ(C1〜C4) 47 第1切り換えスイッチ 49 第2切り換えスイッチ 1 power supply 5 Switched capacitor step-down circuit 7 Control circuit section 17 load 39 Second capacitor (Cout) 43 First capacitor (C1 to C4) 47 First changeover switch 49 Second changeover switch
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾崎 好栄 東京都品川区西五反田2−29−9 株式会 社タキオン内 Fターム(参考) 3K082 AA61 AA62 AA64 AA76 BA00 BA02 BD04 BD22 BD31 BE01 CA31 5G065 AA01 AA08 DA04 HA02 JA02 KA02 KA05 LA01 MA10 NA01 NA04 NA08 5H730 AA15 AS05 BB03 BB81 BB88 CC01 DD03 DD04 DD05 EE43 VV01 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Yoshie Ozaki 2-29-9 Nishi Gotanda Stock Exchange, Shinagawa-ku, Tokyo Inside Takion F-term (reference) 3K082 AA61 AA62 AA64 AA76 BA00 BA02 BD04 BD22 BD31 BE01 CA31 5G065 AA01 AA08 DA04 HA02 JA02 KA02 KA05 LA01 MA10 NA01 NA04 NA08 5H730 AA15 AS05 BB03 BB81 BB88 CC01 DD03 DD04 DD05 EE43 VV01
Claims (5)
チドキャパシタ降圧回路部と、制御回路部とを備えた電
源装置であって、前記スイッチドキャパシタ降圧回路部
は、直列に接続され且つON位置とOFF位置とに切り
換え可能な複数の第1切り換えスイッチと、第1切り換
えスイッチ間に配置された第1コンデンサと、スイッチ
ドキャパシタ降圧回路部の出力端子と各第1コンデンサ
との間に設けられON位置とOFF位置とに切り換え可
能な第2切り換えスイッチと、スイッチドキャパシタ降
圧回路部の出力端子の下流に設けた第2コンデンサとを
備え、各第1及び第2切り換えスイッチは、制御回路部
からの発振信号によりON位置とOFF位置とにそれぞ
れ切り換えられるようになっており、第1切り換えスイ
ッチをOFF位置とし且つ第2切り換えスイッチをON
位置として第1コンデンサから出力端子を介して負荷に
放電がなされるとともに放電された一部の電流が第2コ
ンデンサに蓄電され、次に第1切り換えスイッチをON
位置とし且つ第2切り換えスイッチをOFF位置として
第1コンデンサへ蓄電を行なうとともに第2コンデンサ
から放電することによって、負荷に対して第1及び第2
コンデンサから交互に電力を供給することを特徴とする
電源装置。1. A power supply device comprising a switched capacitor step-down circuit section for receiving an AC or DC positive voltage and a control circuit section, wherein the switched capacitor step-down circuit section is connected in series and is in an ON position. And a plurality of first changeover switches that can be switched between OFF and OFF positions, a first capacitor arranged between the first changeover switches, and an output terminal of the switched capacitor step-down circuit unit and each first capacitor. A second changeover switch that can be switched between an ON position and an OFF position and a second capacitor provided downstream of the output terminal of the switched capacitor step-down circuit unit are provided, and each of the first and second changeover switches is a control circuit unit. The ON / OFF position can be switched by the oscillation signal from the first switching switch to the OFF position. And turn on the second selector switch
As a position, the load is discharged from the first capacitor to the load through the output terminal, and a part of the discharged current is stored in the second capacitor, and then the first changeover switch is turned on.
Position and the second selector switch in the OFF position to store electricity in the first capacitor and discharge it from the second capacitor, so that
A power supply device characterized by alternately supplying power from a capacitor.
び制御回路部は半導体基板上に設けられており、前記切
り換えスイッチはこの半導体基板上に設けられたMOS
型トランジスタであることを特徴とする請求項1に記載
の電源装置。2. The switched capacitor step-down circuit section and the control circuit section are provided on a semiconductor substrate, and the changeover switch is a MOS provided on the semiconductor substrate.
The power supply device according to claim 1, wherein the power supply device is a type transistor.
び制御回路部は半導体基板上に設けられており、前記切
り換えスイッチはこの半導体基板上に設けられたSCR
(サイリスタ)であることを特徴とする請求項1に記載
の電源装置。3. The switched capacitor step-down circuit unit and the control circuit unit are provided on a semiconductor substrate, and the changeover switch is an SCR provided on the semiconductor substrate.
It is a (thyristor), The power supply device of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
び制御回路部は半導体基板上に設けられており、前記切
り換えスイッチはこの半導体基板上に設けられたIGB
T(絶縁型バイポーラトランジスタ)であることを特徴
とする請求項1に記載の電源装置。4. The switched capacitor step-down circuit unit and the control circuit unit are provided on a semiconductor substrate, and the changeover switch is an IGBT provided on the semiconductor substrate.
The power supply device according to claim 1, wherein the power supply device is T (insulation type bipolar transistor).
設けており、制御回路部はスイッチドキャパシタ降圧回
路部を交互に切り換えて、一方のスイッチドキャパシタ
降圧回路部が放電しているときに他方のスイッチドキャ
パシタ降圧回路部が蓄電することを特徴とする請求項1
〜4のいずれかに記載の電源装置。5. A plurality of switched capacitor step-down circuit sections are provided, and the control circuit section alternately switches the switched capacitor step-down circuit sections so that when one switched capacitor step-down circuit section is discharging, 2. The switched capacitor step-down circuit unit stores electricity.
The power supply device according to any one of to 4.
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