JP2012105481A - Voltage regulating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、入力電圧を降圧して出力電圧とする降圧作用と、入力電圧を昇圧して出力電圧とする昇圧作用とを有する電圧調整装置に関するものである。特に、車載電源を入力電圧とする自動車用計器の電源装置として用いられる電圧調整装置に関するものである。 The present invention relates to a voltage regulator that has a step-down function that steps down an input voltage to produce an output voltage and a step-up action that steps up an input voltage to produce an output voltage. In particular, the present invention relates to a voltage adjustment device used as a power supply device for an automotive instrument using an in-vehicle power supply as an input voltage.
従来、非特許文献1に記載の「チョッパ回路の考え方」には基本的な降圧回路と昇圧回路とが記載されている。従って、入力電圧を降圧したり昇圧したりする場合には、両方の回路を直列に接続することが考えられる。図4は非特許文献1に記載された降圧装置と昇圧装置の電気回路図である。 Conventionally, “concept of chopper circuit” described in Non-Patent Document 1 describes a basic step-down circuit and a step-up circuit. Therefore, when the input voltage is stepped down or stepped up, it is conceivable to connect both circuits in series. FIG. 4 is an electric circuit diagram of the step-down device and the step-up device described in Non-Patent Document 1.
図4の(a)は、非特許文献1に記載された降圧回路20である。この降圧回路20は、トランジスタTrとダイオードDとコイルLとコンデンサCを有し、トランジスタTrがオンのときはバッテリEからコイルLと負荷Rを介して電流が流れ、トランジスタTrがオフのときは、コイルLから負荷RとコンデンサCとにダイオードDを介して電流が流れる。
4A shows the step-down
この降圧回路20は、コイルLを介して間欠的に電流がコンデンサCに流れ込む回路である。降圧するためには、コイルLに流れ込む電流を少なくすれば良く、オンオフを周期的に繰り返すトランジスタTrの1周期Tあたりのオン時間Tonを小さくすれば良い。すなわち、デューティ比を小さくすればよい。出力電圧Voutは、入力電圧Vinとデューティ比(α=Ton/T)との積と成るため、デューティ比が小さいと出力電圧Voutが低下する。
The step-down
図4の(b)は、上記非特許文献1に記載された昇圧回路21である。昇圧回路21では、トランジスタTrがオンすると、コイルLに電流が流れ、コイルLに電磁エネルギーが蓄えられる。トランジスタTrがオフするとコイルLに誘起した高電圧ならびに入力電圧VinでコイルL、ダイオードD、コンデンサC、並びに負荷Rに電流が流れる。
FIG. 4B shows the
昇圧回路21は、コイルLに蓄えられた電磁エネルギーをトランジスタTrのオフにより急激に開放して、高い電圧の誘起電圧をコイルLに発生させる回路である。昇圧するためには、オンしている期間を長くし、トランジスタTrのデューティ比αを大きくし、コイルLに大きな電流を流してからトランジスタTrをオフすることを繰り返すと良い。出力電圧Voutは、入力電圧Vinと(1/1−α)の積であらわされる。
The
電源電圧が自動車のバッテリである場合、通常は10ボルトから16ボルトに変動する。このような電源電圧を使用して、例えば、自動車用計器板内の負荷に電力を供給し、負荷の好ましい入力電圧の仕様が16ボルト程度である場合には、通常、従来技術の昇圧回路21を使用する。
When the power supply voltage is a car battery, it usually varies from 10 volts to 16 volts. When such a power supply voltage is used to supply power to, for example, a load in an automotive instrument panel, and the specification of a preferable input voltage of the load is about 16 volts, the
しかしながら、電源電圧が自動車のバッテリである場合、時には車載電気負荷の急激な減少で18ボルト程度に電源電圧が跳ね上がることがある。このような電源電圧の場合では、昇圧回路21を使用したのでは要求仕様を満たすことができない。つまり、昇圧回路21では,18ボルト程度の入力電圧Vin以下の出力電圧Voutを得ることができない。このように、自動車用計器板に必要とされる出力電圧Voutの仕様が16ボルト程度である場合は、入力電圧が10ボルトから16ボルトでは昇圧回路として動作し、入力電圧が16ボルト以上では降圧回路として動作する電圧調整装置が必要とされた。
However, when the power supply voltage is an automobile battery, sometimes the power supply voltage jumps to about 18 volts due to a sudden decrease in the in-vehicle electric load. In the case of such a power supply voltage, the required specification cannot be satisfied if the
図5は、従来技術に基づいて構成された電圧調整装置の電気回路図である。このように、降圧回路20と昇圧回路21を図5のように組み合わせ、最初に電源電圧を降圧しておいて、その降圧された電圧を昇圧して出力電圧仕様を満たすことが考えられる。しかし、このような回路では、図4においてトランジスタTrとして示したスイッチング素子を少なくとも2箇所に設けることが必要となる。従って、スイッチング素子をなす、例えば電界効果トランジスタ(FETとも言う)が増加してコストアップすることになる。
FIG. 5 is an electric circuit diagram of a voltage regulator configured based on the prior art. In this way, it is conceivable that the step-down
本発明は、上記問題点に鑑み、入力電圧が所定電圧までは昇圧回路として動作し、入力電圧が所定電圧以上では降圧回路として動作し、スイッチング素子を設ける箇所が一箇所ですみ、コストを抑制できる電圧調整装置を提供することを目的とする。従来技術として記載された非特許文献1の記載内容は、この明細書に記載された技術的要素の説明として、参照によって導入ないし援用することができる。 In view of the above problems, the present invention operates as a step-up circuit until the input voltage reaches a predetermined voltage, and operates as a step-down circuit when the input voltage exceeds the predetermined voltage. An object of the present invention is to provide a voltage regulator that can be used. The content of Non-Patent Document 1 described as the prior art can be introduced or incorporated by reference as an explanation of the technical elements described in this specification.
本発明は上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。すなわち、請求項1に記載の発明では、入力電圧を調整して負荷に印加する電圧調整装置であって、入力電圧が印加される第1コイル、オン状態のときに入力電圧により第1コイルに電流を流すスイッチング素子、第1コイルとスイッチング素子の間から分岐して、スイッチング素子がオフ状態のときに第1コイルを介して充電されるコンデンサ、スイッチング素子がオン状態のときに、コンデンサの放電電流が流れる第2コイル、第2コイルの両端の電圧を整流して負荷に印加するダイオード、第2コイルから負荷の間において、負荷への印加電圧をモニターするモニター回路、及びモニター回路によるモニター結果に応じて、スイッチング素子がオンオフするデューティ比を制御するチョッパ制御回路を有することを特徴としている。 In order to achieve the above object, the present invention employs the following technical means. That is, according to the first aspect of the present invention, there is provided a voltage adjusting device that adjusts an input voltage and applies the load to a load, the first coil to which the input voltage is applied, A switching element that conducts current, a capacitor that branches from between the first coil and the switching element, and that is charged via the first coil when the switching element is off, and that the capacitor is discharged when the switching element is on The second coil through which the current flows, the diode that rectifies the voltage across the second coil and applies it to the load, the monitor circuit that monitors the voltage applied to the load between the second coil and the load, and the monitoring result by the monitor circuit Accordingly, a chopper control circuit for controlling a duty ratio at which the switching element is turned on / off is provided.
この発明によれば、第1コイルとスイッチング素子の間から分岐して、スイッチング素子がオフ状態のときに第1コイルを介して充電されるコンデンサを有し、スイッチング素子がオン状態のときにコンデンサの放電電流が流れる第2コイルを有するから、スイッチ手段のオンオフに伴って、コンデンサを介して第1コイル側から第2コイル側に電流が流れ、第2コイルの両端に、スイッチ手段のオンオフのデューティ比に応じた電圧が発生する。また、モニター回路のモニター電圧に応じて、スイッチング素子がオンオフするデューティ比を制御するチョッパ制御回路を有するから、デューティ比に応じて第2コイルからダイオードを介して負荷に与えられる電圧を調整することができる。従って、スイッチング素子は第1コイルの電流をオンオフするために一箇所に設ければよく、コストを低減できる。 According to the present invention, the capacitor is branched from between the first coil and the switching element and is charged via the first coil when the switching element is in the off state, and the capacitor is charged when the switching element is in the on state. Since the second coil through which the discharge current flows is provided, the current flows from the first coil side to the second coil side via the capacitor as the switch means is turned on and off, and the switch means is turned on and off at both ends of the second coil. A voltage corresponding to the duty ratio is generated. In addition, since it has a chopper control circuit that controls the duty ratio at which the switching element is turned on / off according to the monitor voltage of the monitor circuit, the voltage applied to the load from the second coil via the diode is adjusted according to the duty ratio. Can do. Therefore, the switching element may be provided at one place in order to turn on / off the current of the first coil, and the cost can be reduced.
請求項2に記載の発明では、チョッパ制御回路は、モニター結果となる値が基準値より低いときに、スイッチング素子をオンオフするデューティ比を、基準デューティ比よりも高くし、モニター結果となる値が基準値より高いときにスイッチング素子がオンオフするデューティ比を基準デューティ比よりも低くすることを特徴としている。
In the invention according to
この発明によれば、モニター結果となる値が基準値より低いときにスイッチング素子がオンオフするデューティ比を基準デューティ比よりも高くし、モニター結果となる値が基準値より高いときにスイッチング素子がオンオフするデューティ比を基準デューティ比よりも低くするから、負荷に印加する電圧を自動的に所定の電圧に調整することができる。 According to the present invention, the duty ratio at which the switching element is turned on / off when the value resulting from the monitoring is lower than the reference value is set higher than the reference duty ratio, and the switching element is turned on / off when the value resulting from the monitoring is higher than the reference value. Since the duty ratio is lower than the reference duty ratio, the voltage applied to the load can be automatically adjusted to a predetermined voltage.
請求項3に記載の発明では、スイッチング素子のオンオフを一定時間周期で繰り返す1周期内のオンする時間割合であるデューティ比のうち基準デューティ比が30%から70%の間に存在することを特徴としている。
The invention according to
この発明によれば、基準デューティ比が30%から70%の間に存在するから、降圧または昇圧する電圧の幅を充分にとることができ、出力電圧の仕様を満足し易い。 According to the present invention, since the reference duty ratio is between 30% and 70%, a sufficient range of voltage to be stepped down or boosted can be obtained, and the output voltage specification is easily satisfied.
請求項4に記載の発明では、負荷と並列に出力側コンデンサが設けられ、該出力側コンデンサがダイオードを介して充電されることを特徴としている。 The invention according to claim 4 is characterized in that an output-side capacitor is provided in parallel with the load, and the output-side capacitor is charged via a diode.
この発明によれば、負荷と並列に出力側コンデンサが設けられ、該出力側コンデンサがダイオードを介して充電されるから、平滑された電圧を負荷に供給できる。 According to the present invention, the output-side capacitor is provided in parallel with the load, and the output-side capacitor is charged via the diode, so that a smoothed voltage can be supplied to the load.
請求項5に記載の発明では、モニター回路は、出力側コンデンサの両端電圧を検出する分圧回路からなることを特徴としている。 According to a fifth aspect of the present invention, the monitor circuit includes a voltage dividing circuit that detects a voltage across the output side capacitor.
この発明によれば、モニター回路は、出力側コンデンサの両端電圧を検出する分圧回路からなるから、出力側コンデンサによって平滑されたモニター結果の値をチョッパ制御回路に供給することができる。 According to the present invention, the monitor circuit includes the voltage dividing circuit that detects the voltage across the output-side capacitor, so that the value of the monitor result smoothed by the output-side capacitor can be supplied to the chopper control circuit.
請求項6に記載の発明では、入力電圧が車両のバッテリ電圧であり、負荷が車両の計器板内の表示用電気負荷であることを特徴としている。 The invention described in claim 6 is characterized in that the input voltage is a vehicle battery voltage, and the load is an electric load for display in the instrument panel of the vehicle.
この発明によれば、入力電圧が車両のバッテリ電圧であり、負荷が車両の計器板内の表示用電気負荷であるから、バッテリ電圧が変動しても、車両の計器板内の表示用電気負荷に安定した電圧を供給することができ、表示用電気負荷の作動を安定させ、故障を防止できる。 According to the present invention, since the input voltage is the vehicle battery voltage and the load is the display electrical load in the vehicle instrument panel, the display electrical load in the vehicle instrument panel even if the battery voltage fluctuates. A stable voltage can be supplied to the display, and the operation of the electric load for display can be stabilized and failure can be prevented.
(一実施形態)
以下、本発明の一実施形態について図1乃至図3を用いて詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態を示す電圧調整装置の電気回路図である。この一実施形態は、第1コイル1を有する昇圧回路部と第2コイル5を有する充放電整流回路部とをコンデンサ4で結合し、入力電圧Vinが16ボルト以下の場合には昇圧し、入力電圧Vinが16ボルトを超える場合は降圧するものである。
(One embodiment)
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is an electric circuit diagram of a voltage regulator according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, a booster circuit unit having a first coil 1 and a charge / discharge rectifier circuit unit having a
先ず回路構成について説明する。図1において、第1コイル1の一端には車載されたバッテリからの電源が接続されている電源端子2が存在する。このバッテリからの電源電圧、つまり図1の回路の入力電圧Vinの仕様は、通常時において10〜16ボルト程度であるが、バッテリの車載負荷の急変等で16ボルトを超える18ボルト程度の電圧になることがある。
First, the circuit configuration will be described. In FIG. 1, a
このような電源電圧をそのまま使用して、例えば、好ましい電圧が16ボルト程度の自動車用計器の負荷となる蛍光表示管に通電すると、電圧が低すぎたり高すぎたりすることになり、電圧が高いときには故障する可能性があり、電圧が低いときは、ちらつきが発生したり、表示できなくなる可能性があり、好ましくない。 When such a power supply voltage is used as it is, for example, when a fluorescent display tube that is a load of an automotive instrument having a preferable voltage of about 16 volts is energized, the voltage is too low or too high, and the voltage is high. There is a possibility of failure, and when the voltage is low, flicker may occur or display may not be possible.
そして、この問題は、単に降圧回路のみ、または昇圧回路のみを使用したのでは解決できず、一旦降圧し、そして昇圧する回路、または、あるときは降圧しあるときは昇圧する回路が必要になる。上述の図4の従来技術では、降圧回路と昇圧回路をカスケード接続して、一旦降圧し、そして昇圧する回路を構成したが、この一実施形態は、あるときは降圧しあるときは昇圧する回路を構成する。 This problem cannot be solved by using only a step-down circuit or only a step-up circuit, and requires a circuit that steps down the voltage once and boosts it, or a circuit that steps up the voltage when there is a step-down. . In the prior art of FIG. 4 described above, the step-down circuit and the step-up circuit are cascade-connected to step down the voltage once and then the step-up circuit is configured. In this embodiment, however, the step-up circuit is stepped up when there is a step-up circuit. Configure.
図1の第1コイル1の他端は、スイッチング素子3を構成する電界効果トランジスタのソース、ドレインを介してグランド電位に接続されている。第1コイル1とスイッチ手段3の間にコンデンサ4が接続され、コンデンサ4の他端は、第2コイル5とダイオード6のアノードに接続されている。ダイオード6には、高速応答性の良いショットキーダイオードが使用されている。
The other end of the first coil 1 in FIG. 1 is connected to the ground potential via the source and drain of a field effect transistor that constitutes the switching
ダイオード6を流れた電流が、出力側コンデンサ7に充電され、出力側コンデンサ7の両端に負荷8が接続されている。出力側コンデンサ7と並列に分圧回路をなす抵抗9a、9bが接続されている。抵抗9a、9bは、全体として出力電圧Voutをモニターするモニター回路をなす分圧回路9を構成している。抵抗9a、9bの間の電圧は、出力電圧Voutをモニターするモニター電圧Vmであり、チョッパ制御回路10(以下、チョッパIC10とも言う)に供給されている。
The current flowing through the diode 6 is charged in the output-
チョッパIC10は、スイッチング素子3のゲートに接続され、スイッチング素子3のオンオフ状態を制御している。これにより、電源端子2の電源電圧、つまり入力電圧Vinが、通常時において10〜16ボルト程度であり、時には18ボルト程度の電圧になることがあっても、出力側コンデンサ7の両端の電圧、すなわち出力電圧Voutの仕様は16ボルト程度に保たれる。
The
チョッパIC10は、チョッピング作動するスイッチング素子3のオンオフを一定時間周期で繰り返す1周期内のオンする時間割合であるデューティ比(通流率)を制御する。図1の電気回路は、このスイッチング素子3のデューティ比が、予め決められた所定の基準デューティ比(一実施形態では50%)を超えて大きくなると昇圧され、デューティ比が上記所定の基準デューティ比より減少すると降圧されるように電気回路の各回路素子の定数が設定されている。すなわち、デューティ比が基準デューティ比である50%のときは、電源端子2に印加された入力電圧Vinが、降圧も昇圧もせず、略そのまま出力電圧Voutとして現われる回路定数に選定されている。
The
チョッパ回路10の内部には、モニター電圧Vmを基準値Vbと比較する比較回路10aと、この比較回路10aが検出した基準値との偏差に応じてパルス信号のデューティ比を変化させるパルス発生回路10bを有する。
The
次に、上記回路構成からなる電源電圧の電圧調整装置の作動について説明する。図2は、図1においてスイッチング素子3がオンしたときの電流の流れを示す電気回路図、図3は、図1においてスイッチング素子3がオフしたときの電流の流れを示す電気回路図である。図2のように、スイッチング素子3がオンすると、第1コイル1に電流が流れ、第1コイル1に電磁エネルギーが蓄えられる。
Next, the operation of the voltage regulator for the power supply voltage having the above circuit configuration will be described. 2 is an electric circuit diagram showing a current flow when the switching
具体的には、スイッチング素子3がオンすると、第1コイル1に電流が流れ始める。この電流は周知のように所定の時定数を持つように次第に増加していく。スイッチング素子3のデューティ比が増加すると、1周期あたりのスイッチング素子3のオン時間が増加する。よって、第1コイル1を通過する電流量が増加する。
Specifically, when the switching
このように、スイッチング素子3がオンすると、矢印Y21のように第1コイル1に電流が流れると共に、先に充電されていたコンデンサ4の放電電流がスイッチング素子3を介して矢印Y22のように流れる。このコンデンサ4の放電により、今度は、第2コイル5に電磁エネルギーが蓄積され、第2コイル5には下向きの電圧を発生する。
Thus, when the switching
次に、図3のように、スイッチング素子3がオフすると、第1コイル1にスイッチング素子3を介する電流が流れなくなるため、第1コイル1に誘起電圧が発生し電磁エネルギーが放出される。電源端子2の入力電圧Vinと上記誘起電圧により、ダイオード6を介して図3の矢印Y31ように、コンデンサ4に電流が流れ、コンデンサ4が充電される。この充電電流は、出力側コンデンサ7にも流れる。また、第2コイル5には矢印Y32のように、上向きの電圧が発生する。
Next, as shown in FIG. 3, when the switching
このように、ダイオード6で整流された電流が、出力側コンデンサ7に流れ込み、出力側コンデンサ7の両端電圧が出力電圧Voutとして提供される。コンデンサ4は、スイッチング素子3がオフのタイミングで第1コイル1を介して充電され、スイッチング素子3がオンのタイミングでスイッチング素子3と第2コイル5とを介して放電する。
Thus, the current rectified by the diode 6 flows into the output-
そして、スイッチング素子3のデューティ比が50%であり、スイッチング素子3のオンオフの1周期におけるオン時間とオフ時間とが等しいときに、出力側コンデンサ7の両端電圧、つまり出力電圧Voutが、電源端子2の入力電圧Vinと略等しくなり、バランスして、降圧も昇圧もなされない状態になるように、第1コイル1、第2コイル5、コンデンサ4の回路定数が選定されている。
When the duty ratio of the
この50%のデューティ比の状態でコンデンサ4が充電と放電を繰り返している状態から、スイッチング素子3のデューティ比を増加側あるいは減少側に若干シフトさせると、上記バランスが崩される。この50%のデューティ比の状態と比較して、デューティ比を減少側にシフトさせると、電源端子2の入力電圧Vinよりも低い電圧が、出力側コンデンサ7の両端電圧に出力電圧Voutとして現われ、降圧作用が生じることが判明した。
If the duty ratio of the
また逆に、50%のデューティ比の状態と比較して、デューティ比を増加側にシフトさせると、電源端子2の入力電圧Vinよりも高い電圧が、出力側コンデンサ7の両端電圧に出力電圧Voutとして現われ、昇圧作用が生じることが判明した。この理由は、デューティ比を増加側にシフトさせると、第1コイル1に流れこむ電流が指数関数的に増加し、次にスイッチング素子3がオフしたときに、第1コイル1に、より高い誘起電圧が発生して、コンデンサ4が、より高い電圧で充分に充電され、このコンデンサ4に1周期の間に蓄えられ第2コイル5を介して放電するエネルギーが大きいほど、第2コイル5の両端に発生する交流電圧の実効値が大きくなり、この交流電圧をダイオード6で半波整流した出力側コンデンサ7の両端電圧、つまり出力電圧Voutが、大きくなるからと考えられる。
Conversely, when the duty ratio is shifted to an increase side as compared with the 50% duty ratio state, a voltage higher than the input voltage Vin of the
つまり、出力電圧Voutを上げるには、上記1周期あたりの、コンデンサ4に流れる充電電流量を多くするしかない。このためには、コンデンサ4のキャパシタンスは一定であるから、コンデンサ4に第1コイル1を介して印加される電圧を大きくするしかない。このためにはスイッチング素子3のデューティ比を若干増加する必要がある。
That is, the only way to increase the output voltage Vout is to increase the amount of charging current flowing through the capacitor 4 per cycle. For this purpose, since the capacitance of the capacitor 4 is constant, the voltage applied to the capacitor 4 via the first coil 1 can only be increased. For this purpose, it is necessary to slightly increase the duty ratio of the
逆に、デューティ比が若干小さくなると、コンデンサ4に充分に充電されず、コンデンサ4の1次側(図左側)から2次側(図右側)に移動するエレルギーが減少し、結果的に出力電圧Voutが下がり、ついには入力電圧Vinとなる電源電圧よりも小さくなり降圧される。 On the other hand, when the duty ratio is slightly reduced, the capacitor 4 is not sufficiently charged, and the energy moving from the primary side (left side in the figure) to the secondary side (right side in the figure) of the capacitor 4 decreases, resulting in the output voltage. Vout decreases, and finally becomes lower than the power supply voltage that becomes the input voltage Vin and is stepped down.
この昇圧から降圧に移行する境界のデューティ比を本発明では基準デューティ比と称している。そして、この基準デューティ比は、この一実施形態では50%に設定している。50%未満のデューティ比では、コンデンサ4の1次側から2次側に供給されるエレルギーが減少し、結果的に出力電圧Voutが下がり、ついには入力電圧Vinとなる電源電圧よりも小さくなり降圧される。50%を超えるデューティ比では、コンデンサ4の1次側から2次側に供給されるエレルギーが増加し、結果的に出力電圧Voutが上がり、ついには入力電圧Vinとなる電源電圧よりも大きく昇圧される。 In the present invention, the duty ratio at the boundary from the step-up to the step-down is referred to as a reference duty ratio. The reference duty ratio is set to 50% in this embodiment. When the duty ratio is less than 50%, the energy supplied from the primary side to the secondary side of the capacitor 4 is reduced, and as a result, the output voltage Vout is lowered, and finally becomes lower than the power supply voltage that becomes the input voltage Vin. Is done. When the duty ratio exceeds 50%, the energy supplied from the primary side to the secondary side of the capacitor 4 increases, and as a result, the output voltage Vout rises and is finally boosted to a level higher than the power supply voltage that becomes the input voltage Vin. The
なお、コンデンサ4が設けられず、第1コイル1とスイッチング素子3の間と第2コイル5とが直接接続されていると、第2コイル5の抵抗が少ないので大きな電流がスイッチング素子3オフのときに第1コイル1と第2コイル5とに流れてしまう。コンデンサ4が存在することにより、第2コイル5の抵抗が少なくても、スイッチング素子3がオフのときに第1コイル1と第2コイル5とに流れる電流は、コンデンサ4の充電電流として制限できる。
(降圧作用)
次に、図1において、降圧作用について更に説明する。バッテリに接続された電源端子2の電圧、つまり図1の回路の入力電圧Vinが16ボルトを超えると、分圧回路9からのモニター電圧Vmを入力されたチョッパIC10は、デューティ比を所定デューティ比未満(この一実施形態ではデューティ比50%未満)と成るようにスイッチング素子3をチョッピング制御する。つまり予め定めた境界値としての基準デューティ比よりも低めのデューティ比とする。
If the capacitor 4 is not provided and the first coil 1 and the
(Hypertensive action)
Next, in FIG. 1, the antihypertensive action will be further described. When the voltage of the
入力電圧Vinが16ボルト以上で、高ければ高いほど、一定デューティ比(50%)で比較した場合、コンデンサ4の1次側から2次側に供給されるエネルギーは多くなり、分圧回路9のモニター電圧Vmは高くなる。このモニター電圧Vmが、チョッパIC内で、比較回路10aによって基準値Vbと比較され、基準値Vbより高い差分に比例して、パルス発生回路10bは、チョッパIC10の出力信号となるパルス信号のデューティ比を減少させる。
The higher the input voltage Vin is 16 volts or higher, the more energy is supplied from the primary side to the secondary side of the capacitor 4 when compared at a constant duty ratio (50%). The monitor voltage Vm increases. The monitor voltage Vm is compared with the reference value Vb by the
これにより、チョッパIC10の出力となるパルス信号で駆動されるスイッチング素子3のデューティ比も上記差分に比例して減少し、結果的に、出力側コンデンサ7両端の出力電圧Voutが下がっていき、降圧作動が行われる。これによって、電源電圧が例えば18ボルトに跳ね上がっても降圧作用により、所定の好ましい出力電圧Voutが供給できる。
(昇圧作用)
次に、図1において、昇圧作用について説明する。バッテリからの電源電圧、つまり図1の電源端子2に印加される入力電圧Vinが10ボルトから16ボルト未満では、図1の回路は、コンデンサ4があることで、昇圧回路として動作する。このときは、分圧回路9からのモニター電圧Vmを入力されたチョッパIC10は、デューティ比を所定の基準デューティ比以上(この一実施形態ではデューティ比50%以上)と成るようにスイッチング素子3をチョッピング制御する。つまり予め定めた境界値としての基準デューティ比よりも高めのデューティ比とする。
As a result, the duty ratio of the
(Pressurizing action)
Next, referring to FIG. 1, the boosting action will be described. When the power supply voltage from the battery, that is, the input voltage Vin applied to the
スイッチング素子3がオンしているときに、第1コイル1に電流が流れ始める。この電流は周知のように時定数を持つように次第に増加していく。スイッチング素子3のデューティ比が増加すると、1周期あたりのスイッチング素子3のオン時間が増加する。よって、第1コイル1を流れる電流が増加する。
When the switching
このように、スイッチング素子3のデューティ比を大きくして、第1コイル1に電流を大きく流すことによって、コンデンサ4の2次側の電圧が高くなる。具体的には、スイッチング素子3をオンして、第1コイル1に充分な電磁エネルギーを蓄積し、スイッチング素子3のオフ時にダイオード6を介して、出力側コンデンサ7に20V程度の電圧を印加して昇圧する。
In this way, by increasing the duty ratio of the
入力電圧Vinが16ボルト未満で低ければ低いほど、一定デューティ比(50%)で比較した場合、コンデンサ4の1次側から2次側に移行するエネルギーは少なくなり、分圧回路9のモニター電圧Vmは低くなる。このモニター電圧Vmが、チョッパIC10内の比較回路10aによって、基準値Vbと比較され、基準値Vbよりモニター電圧Vmが低いとして、この低い差分に比例して、パルス発生回路10bは、チョッパIC10の出力信号となるパルス信号のデューティ比を増加させる。
The lower the input voltage Vin is below 16 volts, the less energy is transferred from the primary side to the secondary side of the capacitor 4 when compared with a constant duty ratio (50%). Vm decreases. The monitor voltage Vm is compared with the reference value Vb by the
これによりチョッパIC10の出力となるパルス信号で駆動されるスイッチング素子3のデューティ比も上記差分に応じて増加し、結果的に差分に応じて出力電圧Voutが上がっていき、昇圧作動が行われる。これによって、電源電圧が例えば10ボルト程度まで下がっても昇圧作用により、所定の好ましい16ボルト程度の出力電圧Voutが供給できる。
As a result, the duty ratio of the
(その他の実施形態)
本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。例えば、上述の第1実施形態では、出力電圧Voutをモニターする分圧回路9が、出力側コンデンサ7の両端に接続されているが、第2コイル5の両端に接続しても良い。但し、この場合は、モニター出力を整流し平滑するダイオードと平滑用コンデンサがチョッパIC10内に必要となる。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified or expanded as follows. For example, in the first embodiment described above, the voltage dividing circuit 9 that monitors the output voltage Vout is connected to both ends of the
出力電圧Voutをモニターして出力電圧Voutの大きさに応じてスイッチング素子3のデューティ比を所定の基準デューティ比未満として降圧作用を行わせるか、出力電圧Voutをモニターして出力電圧Voutの大きさに応じてスイッチング素子3のデューティ比を所定の基準デューティ比以上として昇圧作用を行わせるかを、チョッパIC10によって切り替えているが、この切り替えの境目の基準デューティ比を50%とすることは必須要件ではないが、大略この程度に選ばれる。
The output voltage Vout is monitored and the step-down operation is performed by setting the duty ratio of the
降圧作用と昇圧作用とを逆転させる上記境目の基準デューティ比を、どの値に設定すべきかについては、負荷の仕様、及びバッテリ等の電源の電圧変動の幅によって任意に設定することができる。しかし、所定デューティ比が70%を超えるように設定したのでは、昇圧側の余裕がなくなり、要求仕様を満足し難い。また、スイッチング素子3での損失も増加する。
The reference duty ratio at the boundary where the step-down action and the step-up action are reversed can be arbitrarily set according to the load specification and the voltage fluctuation range of the power source such as a battery. However, if the predetermined duty ratio is set to exceed 70%, there is no margin on the boost side, and it is difficult to satisfy the required specifications. Moreover, the loss in the
従って、基準デューティ比が30%から70%の間に存在することが好ましい。また、出力側コンデンサ7を負荷側に平滑作用のために設けているが、この出力側コンデンサ7は、平滑の必要が無ければ省略しても良いし、負荷側に、バッテリ等の平滑手段があるときは、それを代用しても良い。また、負荷内に平滑コンデンサを設けても良い。
Therefore, it is preferable that the reference duty ratio is between 30% and 70%. Further, although the
また、モニター回路として分圧回路9を使用したが、電圧を検出するものであれば、サーミスタ等のその他の電圧検出素子を設けても良い。また、本発明の電圧調整装置は、車両用に限らずその他の用途にも使用できる。例えば太陽電池でバッテリを充電するとか、換気用電動ファンを回転させる電源装置に使用することができる。 Further, although the voltage dividing circuit 9 is used as the monitor circuit, other voltage detecting elements such as a thermistor may be provided as long as the voltage is detected. Moreover, the voltage regulator of this invention can be used not only for vehicles but for other uses. For example, the battery can be charged with a solar cell or used for a power supply device that rotates an electric fan for ventilation.
1 第1コイル
2 電源端子
3 スイッチング素子
4 コンデンサ
5 第2コイル
6 ダイオード
7 出力側コンデンサ
8 負荷
9 モニター回路をなす分圧回路
10 チョッパ制御回路をなすチョッパIC
Vin 入力電圧
Vm モニター電圧
Vout 出力電圧
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Vin input voltage Vm Monitor voltage Vout Output voltage
Claims (6)
入力電圧が印加される第1コイル、
オン状態のときに前記入力電圧により前記第1コイルに電流を流すスイッチング素子、
前記第1コイルと前記スイッチング素子の間から分岐して、前記スイッチング素子がオフ状態のときに前記第1コイルを介して充電されるコンデンサ、
前記スイッチング素子がオン状態のときに、前記コンデンサの放電電流が流れる第2コイル、
前記第2コイルの両端の電圧を整流して前記負荷に印加するダイオード、
前記第2コイルから前記負荷の間において、前記負荷への印加電圧をモニターするモニター回路、及び
前記モニター回路によるモニター結果に応じて、前記スイッチング素子がオンオフするデューティ比を制御するチョッパ制御回路を有することを特徴とする電圧調整装置。 A voltage adjusting device for adjusting an input voltage and applying it to a load,
A first coil to which an input voltage is applied;
A switching element that causes a current to flow through the first coil by the input voltage in an on state;
A capacitor branched from between the first coil and the switching element, and charged via the first coil when the switching element is in an off state;
A second coil through which a discharge current of the capacitor flows when the switching element is on;
A diode that rectifies the voltage across the second coil and applies it to the load;
A monitor circuit for monitoring a voltage applied to the load between the second coil and the load; and a chopper control circuit for controlling a duty ratio at which the switching element is turned on / off according to a monitoring result by the monitor circuit. The voltage regulator characterized by the above-mentioned.
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