JP2006020426A - Dc/dc converter circuit - Google Patents

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JP2006020426A JP2004196088A JP2004196088A JP2006020426A JP 2006020426 A JP2006020426 A JP 2006020426A JP 2004196088 A JP2004196088 A JP 2004196088A JP 2004196088 A JP2004196088 A JP 2004196088A JP 2006020426 A JP2006020426 A JP 2006020426A
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道浩 白井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the size and cost of a DC/DC converter of a type that outputs a plurality of voltages, and to improve the conversion efficiency of energy. <P>SOLUTION: This DC/DC converter circuit comprises a voltage variable circuit connected in series with a coil and a switching element that controls the energy discharge of the coil; a plurality of output circuits that are connected between the coil and the switching element and have output controlling switching elements and output voltage monitor means, and a control circuit inputted with each output voltage monitor signal. The control circuit responds to one monitor signal, controls the discharge controlling switching elements and the output controlling switching elements of the output circuit, adjusts output voltages of the output circuits at one control cycle, and sequentially and repeatedly controls the output voltages of the plurality of output circuits in terms of time division by arranging a plurality of the control cycles in terms of time division. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は2種以上の異なる出力電圧を出力可能なDC−DCコンバータに関する。   The present invention relates to a DC-DC converter capable of outputting two or more different output voltages.

従来電子機器に用いられているコイル昇圧方式のDC−DCコンバータは使用コイルが1個で出力電圧は単一出力であるのが一般的であった。   Conventionally, a coil boosting type DC-DC converter used in an electronic device generally has one coil and a single output voltage.

しかし近来、機器の小型化のため、1つのDC−DCコンバーターで複数の出力電圧を得られるタイプのものが必要とされている。
図4(a)は従来の複数電圧出力タイプのDC−DCコンバータの一例を示した図である。
図4(a)において、電源入力端子50と51の間に直列に電圧可変用コイル52とスイッチング素子であるNPNトランジスタTr10が順に接続され、入力端子51は接地電位(以下GNDと略記する)に接続され、該コイル52とTr10の接続点にダイオード54のアノード側が接続され、該ダイオード54のカソード側が出力端子56に接続されている。該ダイオード54のカソード側とGND間に直列に接続された抵抗62,64は出力電圧のモニター手段を構成しており、該抵抗62,64の接続点から出力電圧のモニター信号を出力し制御回路66に送っている。68は基準周波数信号発生回路で、基準周波数を持った信号を発生して制御回路66に送っている。制御回路66は前記モニター信号と前記基準周波数信号とからトランジスタTr10の導通非導通を制御する信号TrCONを作成しトランジスタTr10のベース電極に印加している。
Recently, however, there has been a need for a device that can obtain a plurality of output voltages with a single DC-DC converter in order to reduce the size of the device.
FIG. 4A is a diagram showing an example of a conventional multiple voltage output type DC-DC converter.
In FIG. 4A, a voltage variable coil 52 and an NPN transistor Tr10 as a switching element are connected in series between power input terminals 50 and 51, and the input terminal 51 is connected to a ground potential (hereinafter abbreviated as GND). The anode side of the diode 54 is connected to the connection point between the coil 52 and the Tr 10, and the cathode side of the diode 54 is connected to the output terminal 56. Resistors 62 and 64 connected in series between the cathode side of the diode 54 and GND constitute output voltage monitoring means, and output voltage monitor signals are output from the connection points of the resistors 62 and 64 to control circuits. 66. Reference numeral 68 denotes a reference frequency signal generation circuit which generates a signal having a reference frequency and sends it to the control circuit 66. The control circuit 66 generates a signal TrCON for controlling conduction / non-conduction of the transistor Tr10 from the monitor signal and the reference frequency signal and applies the signal TrCON to the base electrode of the transistor Tr10.

図4(b)は図4(a)に示したDC−DCコンバータの動作を説明するタイミングチャートである。
図4(a)のDC−DCコンバータにおいては、トランジスタTr10が導通状態の時入力端子50から電圧可変用コイル52、トランジスタTr10を介してGNDに電流が流れ、トランジスタTr10が非導通状態の時電圧可変用コイル52に蓄積されたエネルギーがダイオード54を介して出力端子56に供給されている。出力端子56には図示していないキャパシタが接続され電力を蓄える。
出力端子56に接続される負荷が軽い時は前記モニター信号は高めの電圧となり、負荷が重い時は前記モニター信号は低めの電圧となる。図4(b)に示すように、制御回路66はモニター信号に応答して、軽負荷時にはトランジスタTr10が導通になる時間のデューティー比が小さくなるよう、重負荷時にはトランジスタTr10が導通になる時間のデューティー比が大きくなるようTrCON信号を出力する。トランジスタTr10が導通になる時間のデューティー比が小さくなれば電圧可変用コイル52に蓄積されるエネルギーは小さくなって出力電圧は下降し、トランジスタTr10が導通になる時間のデューティー比が大きくなれば電圧可変用コイル52に蓄積されるエネルギーは大きくなって出力電圧は上昇する。このように制御回路66等によって形成されるフィードバック系によって出力電圧は安定する。
FIG. 4B is a timing chart for explaining the operation of the DC-DC converter shown in FIG.
In the DC-DC converter of FIG. 4A, current flows from the input terminal 50 to the GND via the voltage variable coil 52 and the transistor Tr10 when the transistor Tr10 is conductive, and the voltage when the transistor Tr10 is nonconductive. The energy stored in the variable coil 52 is supplied to the output terminal 56 via the diode 54. A capacitor (not shown) is connected to the output terminal 56 to store electric power.
When the load connected to the output terminal 56 is light, the monitor signal is a high voltage, and when the load is heavy, the monitor signal is a low voltage. As shown in FIG. 4B, the control circuit 66 responds to the monitor signal so that the duty ratio of the time during which the transistor Tr10 is turned on becomes small at a light load, and the time when the transistor Tr10 is turned on at a heavy load. The TrCON signal is output so that the duty ratio increases. If the duty ratio of the time for which the transistor Tr10 is conductive is reduced, the energy stored in the voltage variable coil 52 is reduced and the output voltage is lowered. If the duty ratio of the time for which the transistor Tr10 is conductive is increased, the voltage is variable. The energy stored in the coil 52 for use increases and the output voltage rises. Thus, the output voltage is stabilized by the feedback system formed by the control circuit 66 and the like.

出力端子56とGND間にはレギュレーター60が設けられている。レギュレーター60は出力端子56の電圧を電源とし、GNDとの間の電圧をレギュレートして第2の直流電圧を出力端子58に出力する。
このようにして図4(a)に示したDC−DCコンバータ回路は、例えば出力Aとして15Vが出力端子56から、出力Bとして10Vが出力端子58から得られるような2出力タイプのDC−DCコンバータ回路となっている。
A regulator 60 is provided between the output terminal 56 and GND. The regulator 60 uses the voltage at the output terminal 56 as a power source, regulates the voltage between the regulator 60 and GND, and outputs the second DC voltage to the output terminal 58.
In this way, the DC-DC converter circuit shown in FIG. 4A is a two-output type DC-DC in which, for example, 15 V is obtained from the output terminal 56 as output A and 10 V is obtained from the output terminal 58 as output B. It is a converter circuit.

このような2出力タイプDC−DCコンバータの問題点は効率が悪いという点である。
効率の悪さはレギュレータ60を用いていることに起因しており、レギュレータは一般的に内部でのエネルギー損失が大きく、そのためエネルギーの変換効率が悪いという問題を生じていた。
The problem with such a two-output type DC-DC converter is that the efficiency is poor.
The inefficiency is due to the use of the regulator 60, and the regulator generally has a large internal energy loss, which causes a problem of poor energy conversion efficiency.

そこで、レギュレータを使用しないで、図5に示すように、コイル昇圧式DC−DCコンバータを並列的に設ける回路構成をとることも考えられる。
図5はコイル昇圧式DC−DCコンバータを並列的に設けた複数電圧出力タイプDC−DCコンバータの例を示した図である。
図5において、回路ブロック72,74は図4(a)の回路図からレギュレーター60を除いた回路ブロック70と同様の構成になっており、入力端子76は回路ブロック72及び回路ブロック74に接続されている。
このように構成したことにより、それぞれの回路ブロック72,74の出力端子86,88から異なる2種の出力電圧を得ることが出来る。出力する電圧値はそれぞれの制御回路90,92により設定可能で、例えば出力Aである出力端子86からは15Vを、出力Bである出力端子88からは10Vを得るように制御回路90,92をそれぞれ設定することは従来の技術で可能である。
Therefore, it is conceivable to adopt a circuit configuration in which a coil boost type DC-DC converter is provided in parallel without using a regulator, as shown in FIG.
FIG. 5 is a diagram showing an example of a multiple voltage output type DC-DC converter provided with a coil step-up DC-DC converter in parallel.
In FIG. 5, circuit blocks 72 and 74 have the same configuration as the circuit block 70 except the regulator 60 from the circuit diagram of FIG. 4A, and an input terminal 76 is connected to the circuit block 72 and the circuit block 74. ing.
With this configuration, two different output voltages can be obtained from the output terminals 86 and 88 of the circuit blocks 72 and 74, respectively. The voltage value to be output can be set by the respective control circuits 90 and 92. For example, the control circuits 90 and 92 are set so as to obtain 15V from the output terminal 86 as the output A and 10V from the output terminal 88 as the output B. Each can be set by a conventional technique.

このように図5のような構成をとれば図4(a)の構成に比べれば効率を良くすることは出来るが、問題は残っている。
第1の問題は部品点数の増加を招き電子機器の小型化及び低コスト化を図ることが出来ないという点で、第2の問題点は入力電流がTr20とTr30の双方に流れるため、Tr20におけるエネルギー損失にTr30におけるエネルギー損失が加わり、やはりエネルギー変換効率上無駄なエネルギーが多いという点である。
Thus, if the configuration as shown in FIG. 5 is adopted, efficiency can be improved as compared with the configuration shown in FIG. 4A, but the problem remains.
The first problem is that the number of parts is increased and the electronic device cannot be reduced in size and cost. The second problem is that the input current flows in both Tr20 and Tr30. The energy loss in Tr30 is added to the energy loss, and there is still a lot of wasted energy in terms of energy conversion efficiency.

近似した技術として特開平10−150766で安定な出力電圧のDC−DCコンバータが提案されている。このDC−DCコンバーターは出力電圧のリップル分を押さえる目的で発明されたもので、第1のDC−DCコンバータが2つの整流・平滑回路を有し、第1の整流・平滑回路の出力が第1のDC−DCコンバータの出力となり、第2の整流・平滑回路の出力が第2のDC−DCコンバータの入力となるよう構成されている。
特開平10−150766の図1にはDC−DCコンバータの回路図が記載されているが、その構成は本明細書の図4と図5の中間的なものである。かつ最も半導体中に集積しにくく体積が大きなコイルを出力毎に設けている点、またエネルギー損失を伴う入力部のトランジスタが出力毎に設けられている点から、本発明で解消しようとしている2つの問題点は共に解消されていないと考えられる。
As an approximate technique, a stable output voltage DC-DC converter is proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-150766. This DC-DC converter was invented for the purpose of suppressing the ripple of the output voltage. The first DC-DC converter has two rectification / smoothing circuits, and the output of the first rectification / smoothing circuit is the first. 1, and the output of the second rectifying / smoothing circuit is the input of the second DC-DC converter.
FIG. 1 of Japanese Patent Laid-Open No. 10-150766 describes a circuit diagram of a DC-DC converter, and its configuration is intermediate between FIGS. 4 and 5 of this specification. In addition, since the most difficult coil to integrate in a semiconductor and a large volume are provided for each output, and the transistor of the input part with energy loss is provided for each output, the two attempts to be solved by the present invention It is thought that both problems have not been solved.

特開平10−150766JP-A-10-150766

解決しようとする問題点は従来の複数電圧出力タイプDC−DCコンバータは小型化及び低コスト化が困難であった点と、エネルギーの変換効率が悪かった点である。   The problems to be solved are that the conventional multi-voltage output type DC-DC converter is difficult to reduce in size and cost and has poor energy conversion efficiency.

本発明によるDC−DCコンバータ回路は、複数の出力電圧を得るDC−DCコンバータ回路であって、
該DC−DCコンバータ回路は、電源入力端子間に電圧可変用のコイルと該電圧可変用コイルのエネルギー蓄放電を制御する蓄放電制御用スイッチング素子とを直列接続した電圧可変回路と、該電圧可変回路の前記電圧可変用コイルと前記蓄放電制御用スイッチング素子との間に接続され、出力制御用スイッチング素子と出力電圧をモニターする出力電圧モニター手段と出力端子とを有する複数の出力回路と、基準周波数信号と前記各出力電圧モニター手段が出力するモニター信号とが入力される制御回路とを有し、該制御回路が、1つの制御サイクルで、1つの前記出力回路のモニター信号に対応して前記蓄放電制御用スイッチング素子と当該出力回路の出力制御用スイッチング素子の導通非導通を制御して当該出力回路の出力電圧をあらかじめ定めた値に調整すると共に、該制御サイクルを時分割的に複数設けて前記複数の出力回路の出力電圧を時分割的に順次繰り返し制御することを特徴とする。
A DC-DC converter circuit according to the present invention is a DC-DC converter circuit that obtains a plurality of output voltages,
The DC-DC converter circuit includes a voltage variable circuit in which a voltage variable coil and a storage / discharge control switching element for controlling energy storage / discharge of the voltage variable coil are connected in series between power input terminals, and the voltage variable A plurality of output circuits connected between the voltage variable coil of the circuit and the storage / discharge control switching element, the output control switching element, output voltage monitoring means for monitoring the output voltage, and an output terminal; A control circuit to which a frequency signal and a monitor signal output from each of the output voltage monitoring means are input. The control circuit corresponds to the monitor signal of one of the output circuits in one control cycle. The conduction voltage between the storage discharge control switching element and the output control switching element of the output circuit is controlled to display the output voltage of the output circuit. Flip thereby adjusted to a value determined because, characterized by dividing and sequentially repeating control time an output voltage of said plurality of output circuits time division manner by plurality of control cycles.

また、前記蓄放電制御用スイッチング素子及び出力制御用スイッチング素子はトランジスタであることを特徴とする。   The storage / discharge control switching element and the output control switching element are transistors.

さらに、前記制御回路には出力電圧数を指示する指令信号が入力され、該指令信号に応答して、前記時分割的に設けられる制御サイクルで制御する前記出力回路の数を選択可能にしたことを特徴とする。   Further, a command signal indicating the number of output voltages is input to the control circuit, and in response to the command signal, the number of the output circuits controlled in the control cycle provided in a time-division manner can be selected. It is characterized by.

1つのコイルで異なる複数の電圧を高効率で発生できるため、電子機器の小型化、低コスト化、低消費電力化が可能となった。   Since a plurality of different voltages can be generated with high efficiency by one coil, it is possible to reduce the size, cost, and power consumption of electronic devices.

電源入力端子間に電圧可変用のコイルと該電圧可変用コイルのエネルギー蓄放電を制御する蓄放電制御用スイッチング素子とを直列接続した電圧可変回路と、該電圧可変回路の前記電圧可変用コイルと前記蓄放電制御用スイッチング素子との間に接続され、出力制御用スイッチング素子と出力電圧をモニターする出力電圧モニター手段と出力端子とを有する複数の出力回路と、基準周波数信号と前記各出力電圧モニター手段が出力するモニター信号とが入力される制御回路とを有し、該制御回路が、1つの制御サイクルで、1つの前記出力回路のモニター信号に対応して前記蓄放電制御用スイッチング素子と当該出力回路の出力制御用スイッチング素子の導通非導通を制御して当該出力回路の出力電圧をあらかじめ定めた値に調整すると共に、該制御サイクルを時分割的に複数設けて前記複数の出力回路の出力電圧を時分割的に順次繰り返し制御する。
また、前記制御回路には出力電圧数を指示する指令信号が入力され、該指令信号に応答して、前記時分割的に設けられる制御サイクルで制御する前記出力回路の数を選択可能にする。
A voltage variable circuit in which a voltage variable coil and a storage discharge control switching element for controlling energy storage and discharge of the voltage variable coil are connected in series between power supply input terminals; and the voltage variable coil of the voltage variable circuit; A plurality of output circuits connected between the storage / discharge control switching elements and having an output control switching element, output voltage monitoring means for monitoring an output voltage, and an output terminal; a reference frequency signal; and each output voltage monitor And a control circuit to which a monitor signal output from the means is input, and the control circuit corresponds to the monitor signal of the output discharge circuit corresponding to the monitor signal of the output circuit in one control cycle, and the control circuit While controlling the conduction / non-conduction of the output control switching element of the output circuit, the output voltage of the output circuit is adjusted to a predetermined value.該制 and division manner plurality during a control cycle divided and sequentially repeated control when the output voltage of said plurality of output circuits.
In addition, a command signal indicating the number of output voltages is input to the control circuit, and in response to the command signal, the number of the output circuits controlled in the control cycle provided in a time division manner can be selected.

図1は本発明のDC−DCコンバータの実施例回路図で、図2,図3は図1に示した回路図の動作を説明するタイミングチャートである。
図1においては2種の電圧を出力する例を示した。
FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of the DC-DC converter of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are timing charts for explaining the operation of the circuit diagram shown in FIG.
In FIG. 1, the example which outputs two types of voltages was shown.

図1において、直流電圧が入力される電源入力端子10と11の間に直列に電圧可変用コイル12と蓄放電制御用スイッチング素子であるNPNトランジスタTr1が順に接続されて電圧可変回路13を構成しており、該電圧可変用コイル12とTr1の接続点に第1の出力電圧Aを発生させるための第1の出力制御用スイッチング素子であるNPNトランジスタTr2のコレクタ電極と、第2の出力電圧Bを発生させるための第2の出力制御用スイッチング素子であるNPNトランジスタTr3のコレクタ電極とが接続され、該トランジスタTr2の出力側であるエミッタ電極は第1の電圧Aが出力される第1の出力端子14に接続され、該トランジスタTr3の出力側であるエミッタ電極は第2の電圧Bが出力される第2の出力端子16に接続されている。
該トランジスタTr2のエミッタ電極側とGND間に直列に接続された抵抗22,24は第1の出力電圧Aのモニター電圧信号を作成する第1のモニター手段18を構成しており、該抵抗22,24の接続点から第1のモニター電圧信号を出力し制御回路30に送っている。
また、前記トランジスタTr3のエミッタ電極側とGND間に直列に接続された抵抗26,28は第2の出力電圧Bのモニター電圧信号を作成する第2のモニター手段20を構成しており、該抵抗26,28の接続点から第2のモニター電圧信号を出力し制御回路30に送っている。
ここで、第1の出力制御用スイッチング素子Tr2と第1のモニター手段18と出力端子14とで第1の出力回路が形成され、第2の出力制御用スイッチング素子Tr3と第2のモニター手段20と出力端子16とで第2の出力回路が形成されている。
32は基準周波数信号発生回路で、基準周波数を持った信号を発生して制御回路30に送っている。制御回路30は前記モニター信号と前記基準周波数信号とからトランジスタTr1、Tr2,Tr3の導通、非導通を制御する信号を作成しトランジスタTr1、Tr2,Tr3のベース電極に印加している。
また、制御回路30には2出力指令信号34、単出力指令信号36が入力され、制御回路30は該指令信号34,36に応答して、2種の電圧を出力する第1のモードと、1つの電圧を出力する第2のモードとを選択する。
第1の出力端子14,第2の出力端子16にはそれぞれキャパシタ40,38が接続されている。これらのキャパシタ40,38は出力電圧を平滑化すると共に電力を蓄えて負荷に供給する働きをする。これらのキャパシタ40,38は体積が大きいため、DC−DCコンバータのパッケージ外に外付け実装されるのが一般的である。
また、基準周波数信号発生回路32はDC−DCコンバータの内部に設けても良いし、外部に設けられた基準周波数信号発生回路から基準周波数信号を供給されるよう構成しても良い。
In FIG. 1, a voltage variable coil 12 and an NPN transistor Tr1 serving as a storage / discharge control switching element are connected in series between power input terminals 10 and 11 to which a DC voltage is input to form a voltage variable circuit 13. A collector electrode of an NPN transistor Tr2 which is a first output control switching element for generating a first output voltage A at a connection point between the voltage variable coil 12 and Tr1, and a second output voltage B Is connected to the collector electrode of the NPN transistor Tr3, which is a second output control switching element for generating the first output, and the emitter electrode on the output side of the transistor Tr2 outputs the first voltage A. The emitter electrode connected to the terminal 14 and on the output side of the transistor Tr3 is a second output terminal 16 from which a second voltage B is output. It is connected.
Resistors 22 and 24 connected in series between the emitter electrode side of the transistor Tr2 and GND constitute first monitoring means 18 for creating a monitor voltage signal of the first output voltage A. A first monitor voltage signal is output from 24 connection points and sent to the control circuit 30.
The resistors 26 and 28 connected in series between the emitter electrode side of the transistor Tr3 and the GND constitute second monitor means 20 for generating a monitor voltage signal of the second output voltage B, and the resistors A second monitor voltage signal is output from the connection point 26, 28 and sent to the control circuit 30.
Here, the first output control switching element Tr2, the first monitoring means 18 and the output terminal 14 form a first output circuit, and the second output control switching element Tr3 and the second monitoring means 20 are formed. And the output terminal 16 form a second output circuit.
A reference frequency signal generation circuit 32 generates a signal having a reference frequency and sends it to the control circuit 30. The control circuit 30 creates a signal for controlling conduction / non-conduction of the transistors Tr1, Tr2, Tr3 from the monitor signal and the reference frequency signal and applies them to the base electrodes of the transistors Tr1, Tr2, Tr3.
Further, the control circuit 30 receives a two-output command signal 34 and a single output command signal 36, and the control circuit 30 responds to the command signals 34 and 36 in a first mode for outputting two kinds of voltages; The second mode for outputting one voltage is selected.
Capacitors 40 and 38 are connected to the first output terminal 14 and the second output terminal 16, respectively. These capacitors 40 and 38 function to smooth the output voltage and store power and supply it to the load. Since these capacitors 40 and 38 have a large volume, they are generally mounted externally outside the DC-DC converter package.
The reference frequency signal generation circuit 32 may be provided inside the DC-DC converter, or may be configured to be supplied with a reference frequency signal from an external reference frequency signal generation circuit.

図1において、トランジスタTr1が導通状態の時入力端子10から電圧可変用コイル12、トランジスタTr1を介してGNDに接続された入力端子11に電流が流れ、トランジスタTr1が非導通状態の時電圧可変用コイル12に蓄積されたエネルギーがトランジスタTr2もしくはトランジスタTr3のうち導通状態にあるトランジスタを介して出力端子14もしくは16に供給されている。出力端子14,16に供給された電圧はキャパシタ40もしくは38に蓄えられる。   In FIG. 1, current flows from the input terminal 10 to the voltage variable coil 12 and the input terminal 11 connected to GND via the transistor Tr1 when the transistor Tr1 is conductive, and when the transistor Tr1 is nonconductive, the voltage is variable. The energy accumulated in the coil 12 is supplied to the output terminal 14 or 16 through the transistor Tr2 or the transistor Tr3 which is in a conductive state. The voltage supplied to the output terminals 14 and 16 is stored in the capacitor 40 or 38.

図2は図1のDC−DCコンバータの動作を説明する第1のタイミングチャートで、2種の電圧を出力する第1のモードを説明する図である。
図2において、2出力指令信号はHレベル、単出力指令信号はLレベルとなっていて、出力モードは2種の電圧を出力する2出力モードになっている。
基準周波数信号は図1の回路ブロック32から制御回路30に送られる信号で、該基準周波数信号の1周期が1つの制御サイクルとなっており、1周期毎に制御対象出力はA,B,A,Bというように時分割的に繰り返し交互に変わっている。すなわち、基準周波数に対して1周期目は出力A用の制御を行い、2周期目は出力B用の制御を行い、以下同様の制御を繰り返し行っている。制御対象出力がAの時、制御回路30は蓄放電制御用スイッチング素子であるNPNトランジスタTr1と第1の出力制御用スイッチング素子であるNPNトランジスタTr2の制御を行い、制御対象出力がBの時、制御回路30は蓄放電制御用スイッチング素子であるNPNトランジスタTr1と第2の出力制御用スイッチング素子であるNPNトランジスタTr3の制御を行っている。
FIG. 2 is a first timing chart for explaining the operation of the DC-DC converter of FIG. 1 and is a diagram for explaining a first mode for outputting two kinds of voltages.
In FIG. 2, the two-output command signal is at the H level and the single output command signal is at the L level, and the output mode is a two-output mode that outputs two kinds of voltages.
The reference frequency signal is a signal sent from the circuit block 32 of FIG. 1 to the control circuit 30, and one cycle of the reference frequency signal is one control cycle, and the control target output is A, B, A for each cycle. , B, and so on in a time-division manner. That is, the control for the output A is performed in the first cycle with respect to the reference frequency, the control for the output B is performed in the second cycle, and the same control is repeated thereafter. When the control target output is A, the control circuit 30 controls the NPN transistor Tr1 which is a storage discharge control switching element and the NPN transistor Tr2 which is a first output control switching element. When the control target output is B, The control circuit 30 controls the NPN transistor Tr1 that is a storage discharge control switching element and the NPN transistor Tr3 that is a second output control switching element.

すなわち、制御対象出力がAの期間t4においては、第1のモニター信号によってトランジスタTr1が導通になる時間のデューティー比、t1/t4、が決まり、t1の期間入力端子10から電圧可変用コイル12、トランジスタTr1を介してGNDに電流が流れて電圧可変用コイル12にエネルギーが蓄積され、期間t1に続く期間t2でトランジスタTr1が非導通になるのと同期してトランジスタTr2が導通状態となり、電圧可変用コイル12に蓄積されたエネルギーはトランジスタTr2を介して出力端子14に送られキャパシタ40に蓄えられて図示していない負荷に供給される。この間トランジスタTr3は非導通状態を維持するよう制御されている。   That is, in the period t4 when the output to be controlled is A, the duty ratio t1 / t4 during which the transistor Tr1 becomes conductive is determined by the first monitor signal, and the voltage variable coil 12 from the input terminal 10 during the period t1. A current flows through the GND via the transistor Tr1 and energy is accumulated in the voltage variable coil 12, and the transistor Tr2 becomes conductive in synchronization with the transistor Tr1 becoming non-conductive in the period t2 following the period t1, and the voltage is variable. The energy stored in the coil 12 is sent to the output terminal 14 via the transistor Tr2, stored in the capacitor 40, and supplied to a load (not shown). During this time, the transistor Tr3 is controlled to maintain a non-conductive state.

また、制御対象出力がBの期間t3においては、第2のモニター信号によってトランジスタTr1が導通になる時間のデューティー比、t5/t3、が決まり、t5の期間入力端子10から電圧可変用コイル12、トランジスタTr1を介してGNDに電流が流れて電圧可変用コイル12にエネルギーが蓄積され、期間t5に続く期間t6でトランジスタTr1が非導通になるのと同期してトランジスタTr3が導通状態となり、電圧可変用コイル12に蓄積されたエネルギーはトランジスタTr3を介して出力端子16に送られキャパシタ38に蓄えられて図示していない負荷に供給される。この間トランジスタTr2は非導通状態を維持するよう制御されている。   Further, in the period t3 when the output to be controlled is B, the duty ratio, t5 / t3, during which the transistor Tr1 is turned on is determined by the second monitor signal, and the voltage variable coil 12 from the input terminal 10 during the period t5, A current flows through GND through the transistor Tr1 and energy is accumulated in the voltage variable coil 12, and the transistor Tr3 is turned on in synchronization with the transistor Tr1 being turned off in the period t6 following the period t5, and the voltage is changed. The energy stored in the working coil 12 is sent to the output terminal 16 via the transistor Tr3, stored in the capacitor 38, and supplied to a load (not shown). During this time, the transistor Tr2 is controlled to maintain a non-conductive state.

すなわち、蓄放電制御用スイッチング素子であるトランジスタTr1と第1の出力制御用スイッチング素子であるトランジスタTr2の制御を行う制御サイクルと、蓄放電制御用スイッチング素子であるトランジスタTr1と第2の出力制御用スイッチング素子であるトランジスタTr3の制御を行う制御サイクルとを時分割的に繰り返し交互に設けている。   That is, a control cycle for controlling the transistor Tr1 which is a switching element for storage / discharge control and the transistor Tr2 which is a first output control switching element, and the transistor Tr1 which is a storage / discharge control switching element and the second output control switch A control cycle for controlling the transistor Tr3, which is a switching element, is alternately provided in a time division manner.

この間、出力端子14、16に接続される負荷が軽い時は前記第1、第2のモニター信号は高めの電圧となり、負荷が重い時は前記第1、第2のモニター信号は低めの電圧となる。制御回路30はモニター信号に対応して、軽負荷時にはトランジスタTr1が導通になる時間のデューティー比が小さくなるよう、重負荷時にはトランジスタTr1が導通になる時間のデューティー比が大きくなるようTr1を制御する。すなわち、出力端子14に接続される負荷が軽い時は期間t4におけるトランジスタTr1が導通になる時間のデューティー比、t1/t4、が小さくなり、負荷が重い時は大きくなる。また、出力端子16に接続される負荷が軽い時は期間t3におけるトランジスタTr1が導通になる時間のデューティー比、t5/t3、が小さくなり、負荷が重い時は大きくなる。
トランジスタTr1が導通になる時間のデューティー比が小さくなれば電圧可変用コイル12に蓄積されるエネルギーは小さくなって出力電圧は下降し、トランジスタTr1が導通になる時間のデューティー比が大きくなれば電圧可変用コイル12に蓄積されるエネルギーは大きくなって出力電圧は上昇する。このように制御回路30等によって形成されるフィードバック系によって出力電圧は安定する。
During this time, when the load connected to the output terminals 14 and 16 is light, the first and second monitor signals are at high voltages, and when the load is heavy, the first and second monitor signals are at low voltages. Become. In response to the monitor signal, the control circuit 30 controls Tr1 so that the duty ratio of the time during which the transistor Tr1 is turned on becomes small at a light load, and the duty ratio at the time when the transistor Tr1 is turned on at a heavy load. . That is, when the load connected to the output terminal 14 is light, the duty ratio t1 / t4 during which the transistor Tr1 becomes conductive in the period t4 decreases, and increases when the load is heavy. Further, when the load connected to the output terminal 16 is light, the duty ratio, t5 / t3, during which the transistor Tr1 is turned on in the period t3 is reduced, and is increased when the load is heavy.
If the duty ratio of the time for which the transistor Tr1 is conductive is reduced, the energy stored in the voltage variable coil 12 is reduced and the output voltage is lowered. If the duty ratio of the time for which the transistor Tr1 is conductive is increased, the voltage is variable. The energy stored in the working coil 12 increases and the output voltage rises. Thus, the output voltage is stabilized by the feedback system formed by the control circuit 30 and the like.

なお、出力端子14の出力電圧Aは例えば15Vであり、出力端子16の出力電圧Bは例えば10Vというように、出力電圧Aと出力電圧Bとを異なる電圧値に任意に設定できる。電圧Aを得る周期t4では必要な電力が供給できるようにトランジスタTr1のONする時間t1を設定し、電圧Bを得る周期t3では必要な電力が供給できるようにトランジスタTr1のONする時間t5を設定する。   The output voltage A of the output terminal 14 is, for example, 15V, and the output voltage B of the output terminal 16 is, for example, 10V. The output voltage A and the output voltage B can be arbitrarily set to different voltage values. In the period t4 for obtaining the voltage A, the time t1 for turning on the transistor Tr1 is set so that the necessary power can be supplied. In the period t3 for obtaining the voltage B, the time t5 for turning on the transistor Tr1 is set so that the necessary power can be supplied. To do.

このように、本発明のDC−DCコンバータ回路においては、制御回路30が、第1のモニター電圧信号に対応して前記蓄放電制御用スイッチング素子であるトランジスタTr1と第1の出力制御用スイッチング素子であるトランジスタTr2とを同期して制御し、第2のモニター電圧信号に対応して蓄放電制御用スイッチング素子であるトランジスタTr1と第2の出力制御用スイッチング素子であるトランジスタTr3を同期して制御している。
また、制御回路30は、時分割的に、蓄放電制御用スイッチング素子と第1の出力制御用スイッチング素子の制御と、蓄放電制御用スイッチング素子と第2の出力制御用スイッチング素子の制御とを繰り返し交互に行っている。
このため単一の電圧可変用コイル12とトランジスタTr1によって構成された昇圧回路によって異なる2つの出力電圧を発生できるように構成可能となっている。このような回路構成及び制御方法により、問題となるエネルギー損失は従来の単一出力のDC−DCコンバータと同じトランジスタTr1の通電時間分に押さえることが出来、最小限とすることが出来た。また、単一の昇圧回路で異なる複数の電圧を高効率で得られるため、機器の小型化及び低コスト化にも顕著な効果を出すことが出来た。
As described above, in the DC-DC converter circuit of the present invention, the control circuit 30 corresponds to the first monitor voltage signal, the transistor Tr1 serving as the storage / discharge control switching element, and the first output control switching element. The transistor Tr2 is controlled synchronously, and the transistor Tr1 which is a storage discharge control switching element and the transistor Tr3 which is a second output control switching element are controlled synchronously in response to the second monitor voltage signal. is doing.
Further, the control circuit 30 performs time-division control of the storage / discharge control switching element and the first output control switching element, and control of the storage / discharge control switching element and the second output control switching element. It is repeated alternately.
For this reason, it can be configured such that two different output voltages can be generated by a booster circuit constituted by a single voltage variable coil 12 and transistor Tr1. With such a circuit configuration and control method, a problem energy loss can be suppressed to the same energization time of the transistor Tr1 as that of the conventional single output DC-DC converter, and can be minimized. In addition, since a plurality of different voltages can be obtained with high efficiency by a single booster circuit, a remarkable effect can be achieved in reducing the size and cost of the device.

なお、図1の実施例回路では2種の異なる出力電圧を得る例を示したが、同様に時分割的に制御する手法を用いてさらに多くの出力電圧を得るよう構成することも勿論可能である。
また、出力電圧のモニター信号は抵抗分割によって得る例を示したが、オペアンプ等の能動素子を用いて得る方法、出力電圧を直接制御回路に帰還して、制御回路内で処理する方法等あり、本発明はそれらの手段に限定されるものではない。
Although the example circuit of FIG. 1 shows an example in which two different output voltages are obtained, it is of course possible to obtain a larger number of output voltages by using the same time-division control method. is there.
In addition, although the output voltage monitor signal has been shown as an example obtained by resistance division, there are a method of using an active element such as an operational amplifier, a method of directly feeding back the output voltage to the control circuit, and processing in the control circuit, etc. The present invention is not limited to these means.

図3は図1のDC−DCコンバータの動作を説明する第2のタイミングチャートで、1つの電圧を出力する第2のモードを説明する図である。
図3において、2出力指令信号はLレベル、単出力指令信号はHレベルとなっていて、出力モードは1つの電圧を出力する単出力モードになっている。
このモードでは基準周波数信号の全周期にわたって制御対象出力はAとなっており、出力B用のトランジスタTr3は非導通状態を維持している。すなわち蓄放電制御用スイッチング素子であるトランジスタTr1と第1の出力制御用スイッチング素子であるトランジスタTr2の制御を連続的に行うモードとなっている。
この第2のモードでは基準周波数信号の1周期T’毎に、第1のモニター信号によってトランジスタTr1が導通になるデューティー、t7/T’、が決まり、t7の期間入力端子10から電圧可変用コイル12、トランジスタTr1を介してGNDに電流が流れて電圧可変用コイル12にエネルギーが蓄積され、期間t7に続く期間t8でトランジスタTr1が非導通になるのと同期してトランジスタTr2が導通状態となり、電圧可変用コイル12に蓄積されたエネルギーはトランジスタTr2を介して出力端子14に送られキャパシタ40に蓄えられて図示していない負荷に供給される。引き続く各周期においてもこの動作が繰り返され、この単出力モード中トランジスタTr3は非導通状態を維持している。
FIG. 3 is a second timing chart for explaining the operation of the DC-DC converter of FIG. 1, and is a diagram for explaining a second mode for outputting one voltage.
In FIG. 3, the 2-output command signal is at L level and the single output command signal is at H level, and the output mode is a single output mode that outputs one voltage.
In this mode, the control target output is A over the entire period of the reference frequency signal, and the transistor Tr3 for the output B is maintained in a non-conductive state. That is, the mode is a mode in which the transistor Tr1 which is a storage / discharge control switching element and the transistor Tr2 which is a first output control switching element are continuously controlled.
In this second mode, for each period T ′ of the reference frequency signal, the duty at which the transistor Tr1 becomes conductive, t7 / T ′, is determined by the first monitor signal, and the voltage variable coil is input from the input terminal 10 during the period t7. 12. Current flows through GND through the transistor Tr1 and energy is accumulated in the voltage variable coil 12. The transistor Tr2 becomes conductive in synchronization with the transistor Tr1 becoming non-conductive in the period t8 following the period t7. The energy stored in the voltage variable coil 12 is sent to the output terminal 14 via the transistor Tr2, stored in the capacitor 40, and supplied to a load (not shown). This operation is repeated in each subsequent cycle, and the transistor Tr3 maintains a non-conductive state during the single output mode.

このように本発明のDC−DCコンバータ回路においては、出力電圧を単一出力モードにするか、複数出力モードにするかを任意に切り替え設定できるようにしている。これは、制御回路30に指令信号34,36を与えて、その指令信号34,36に基づいて制御回路30内部で制御内容の切り替えを行っているものである。
図2に示したような2出力モードにした場合は、各々の出力を得るためのスイッチング周期は半分となるのに対し、単一出力モードに設定した場合は、出力をしない回路の制御は行わなくて良いので、選択した出力をフル周期で制御を行うことができる。従って特定の負荷が特に重い時には顕著な効果を発揮する。
Thus, in the DC-DC converter circuit of the present invention, the output voltage can be arbitrarily switched between the single output mode and the multiple output mode. In this case, command signals 34 and 36 are given to the control circuit 30, and control contents are switched inside the control circuit 30 based on the command signals 34 and 36.
When the two-output mode as shown in FIG. 2 is used, the switching cycle for obtaining each output is halved, whereas when the single-output mode is set, the circuit that does not output is controlled. Since there is no need, the selected output can be controlled in a full cycle. Therefore, a remarkable effect is exhibited when the specific load is particularly heavy.

なお本実施例においては、2種の電圧を出力可能なDC−DCコンバータから指令信号によって2種もしくは1種の電圧を得る例を示したが、同様の手法でさらに多種の電圧を出力可能なDC−DCコンバータから指令信号によって任意の数の電圧を得られるよう選択可能に構成する事も勿論可能である。   In the present embodiment, an example is shown in which two or one voltage is obtained from a DC-DC converter that can output two kinds of voltages by a command signal. However, various kinds of voltages can be outputted by the same method. Of course, it is possible to select the DC-DC converter so that an arbitrary number of voltages can be obtained by a command signal.

また、本実施例においては、蓄放電制御用スイッチング素子及び出力制御用スイッチング素子としてNPNトランジスタを使用した例を示したが、各スイッチング素子はPNPトランジスタや電界効果型トランジスタ(FET)他、任意のスイッチング素子を用いることができるものである。   Further, in this embodiment, an example in which an NPN transistor is used as a storage / discharge control switching element and an output control switching element has been shown. However, each switching element is not limited to a PNP transistor, a field effect transistor (FET), etc. A switching element can be used.

本発明によるDC−DCコンバータの実施例回路図である。1 is a circuit diagram of an embodiment of a DC-DC converter according to the present invention. 本発明によるDC−DCコンバータの動作を説明する第1のタイミングチャートである。It is a 1st timing chart explaining operation | movement of the DC-DC converter by this invention. 本発明によるDC−DCコンバータの動作を説明する第2のタイミングチャートである。It is a 2nd timing chart explaining operation | movement of the DC-DC converter by this invention. 従来の複数電圧出力タイプのDC−DCコンバータの一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the conventional multiple voltage output type DC-DC converter. コイル昇圧式DC−DCコンバータを並列的に設けた複数電圧出力タイプDC−DCコンバータの例を示した図である。It is the figure which showed the example of the multiple voltage output type DC-DC converter which provided the coil boost type DC-DC converter in parallel.

符号の説明Explanation of symbols

10、11 電源入力端子
13 電圧可変回路
12 電圧可変用コイル
Tr1 蓄放電制御用スイッチング素子
Tr2、Tr3 出力制御用スイッチング素子
18、20 出力電圧モニター手段
30 制御回路
34,36 指令信号
14,16 出力端子
32 基準周波数信号発生回路
38,40 コンデンサ
22,24,26,28 抵抗
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 11 Power supply input terminal 13 Voltage variable circuit 12 Voltage variable coil Tr1 Storage / discharge control switching element Tr2, Tr3 Output control switching element 18, 20 Output voltage monitoring means 30 Control circuit 34, 36 Command signal 14, 16 Output terminal 32 Reference frequency signal generation circuit 38, 40 Capacitor 22, 24, 26, 28 Resistance

Claims (3)

複数の出力電圧を得るDC−DCコンバータ回路であって、
該DC−DCコンバータ回路は、
電源入力端子間に電圧可変用のコイルと該電圧可変用コイルのエネルギー蓄放電を制御する蓄放電制御用スイッチング素子とを直列接続した電圧可変回路と、
該電圧可変回路の前記電圧可変用コイルと前記蓄放電制御用スイッチング素子との間に接続され、出力制御用スイッチング素子と、出力電圧をモニターする出力電圧モニター手段と、出力端子とを有する複数の出力回路と、
基準周波数信号と、前記各出力電圧モニター手段が出力するモニター信号とが入力される制御回路とを有し、
該制御回路が、1つの制御サイクルで、1つの前記出力回路のモニター信号に対応して前記蓄放電制御用スイッチング素子と当該出力回路の出力制御用スイッチング素子の導通非導通を制御して当該出力回路の出力電圧をあらかじめ定めた値に調整すると共に、該制御サイクルを時分割的に複数設けて前記複数の出力回路の出力電圧を時分割的に順次繰り返し制御することを特徴とするDC−DCコンバータ回路。
A DC-DC converter circuit for obtaining a plurality of output voltages,
The DC-DC converter circuit includes:
A voltage variable circuit in which a voltage variable coil and a storage / discharge control switching element for controlling energy storage / discharge of the voltage variable coil are connected in series between power input terminals;
A plurality of output control switching elements, output voltage monitoring means for monitoring the output voltage, and output terminals, connected between the voltage variable coil of the voltage variable circuit and the storage / discharge control switching element. An output circuit;
A control circuit to which a reference frequency signal and a monitor signal output from each output voltage monitoring means are input;
The control circuit controls conduction / non-conduction between the storage / discharge control switching element and the output control switching element of the output circuit in response to a monitor signal of the one output circuit in one control cycle, and the output A DC-DC characterized in that the output voltage of the circuit is adjusted to a predetermined value, and a plurality of control cycles are provided in a time division manner so that the output voltages of the plurality of output circuits are sequentially and repeatedly controlled in a time division manner. Converter circuit.
前記蓄放電制御用スイッチング素子及び出力制御用スイッチング素子はトランジスタであることを特徴とする請求項1記載のDC−DCコンバータ回路。   2. The DC-DC converter circuit according to claim 1, wherein the storage discharge control switching element and the output control switching element are transistors. 前記制御回路には出力電圧数を指示する指令信号が入力され、
該指令信号に応答して、前記時分割的に設けられる制御サイクルで制御する前記出力回路の数を選択可能にしたことを特徴とする請求項1もしくは2記載のDC−DCコンバータ回路。

A command signal indicating the number of output voltages is input to the control circuit,
3. The DC-DC converter circuit according to claim 1, wherein the number of the output circuits to be controlled in the control cycle provided in a time division manner can be selected in response to the command signal.

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WO2018135045A1 (en) * 2017-01-23 2018-07-26 三菱電機株式会社 Power conversion device and power conversion system

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