JP2019041534A - Dc-dc converter and power supply method - Google Patents

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Abstract

To provide a DC-DC converter capable of achieving an easy large current output and stable power supply at an optional output voltage.SOLUTION: The DC-DC converter includes: a tank capacitor CT, a bucket capacitor CB and a source capacitor CS arranged between an input-output line 5 between an input terminal 2 and an output terminal 4 and a common line 6. The bucket capacitor CB has a smaller capacity than the tank capacitor CT and the source capacitor CS. The bucket capacitor CB is charged by connecting with the tank capacitor CT and the source capacitor CS is charged by connecting with the bucket capacitor CB and discharges from the output terminal to a load.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、急速充電が可能な電力供給装置に好適なDC/DCコンバータ及びこのDC/DCコンバータによる電力供給方法に関する。   The present invention relates to a DC / DC converter suitable for a power supply apparatus capable of rapid charging and a power supply method using the DC / DC converter.

直流電圧の昇降圧には、インダクタを用いたDC/DCコンバータが従来から使われている。インダクタを用いたDC/DCコンバータでは、幅広い入力電圧で、高電圧及び大電流の出力が得られる。例えば、入力電圧及び消費電力の異なる複数の負荷に対して、安定した電圧を出力する直流給電システムが提案されている(特許文献1参照。)。しかし、インダクタを用いるためスペースが必要となり、小型携帯機器などには適さない。また、インダクタに磁束が発生するため輻射ノイズが発生し、ノイズ対策が必要となる。   Conventionally, a DC / DC converter using an inductor has been used for the step-up / step-down of the DC voltage. In a DC / DC converter using an inductor, high voltage and large current output can be obtained with a wide range of input voltages. For example, a DC power supply system that outputs a stable voltage to a plurality of loads having different input voltages and power consumption has been proposed (see Patent Document 1). However, since an inductor is used, a space is required, which is not suitable for a small portable device. Further, since magnetic flux is generated in the inductor, radiation noise is generated, and noise countermeasures are required.

近年、キャパシタ間の電荷の遷移によって出力電圧を発生させるチャージポンプを用いたDC/DCコンバータが開発されている。例えば、昇圧回路として、電気二重層キャパシタ(EDLC)を用いたチャージポンプが提案されている(特許文献2参照。)。また、チャージポンプは、外付け部品はコンデンサとダイオードと少なく、輻射ノイズが小さい。そのため、携帯電話などのモバイル機器、発光ダイオード(LED)や液晶ディスプレイ(LCD)などの小型機器の小電力電源に適している。   In recent years, DC / DC converters using a charge pump that generates an output voltage by transition of electric charge between capacitors have been developed. For example, a charge pump using an electric double layer capacitor (EDLC) has been proposed as a booster circuit (see Patent Document 2). In addition, the charge pump has few external components such as a capacitor and a diode, and the radiation noise is small. Therefore, it is suitable for a low-power power source for mobile devices such as mobile phones and small devices such as light emitting diodes (LEDs) and liquid crystal displays (LCDs).

キャパシタは、近年急速に大容量化が進み製造販売されるようになり、電池の代替として使用が可能となっている。しかし、キャパシタを使用する場合、使用するにしたがって出力電圧が降下してしまい、負荷に安定した電圧を供給できない。そのため、幅広い入力電圧で大電流を必要とする無人搬送車(AVG)などには対応できない。また、キャパシタを直列接続及び並列接続に切り替えて昇圧しているので、出力電圧が基準電圧の約2倍となり、任意の出力電圧を得ることができない。   In recent years, capacitors have been rapidly increased in capacity and manufactured and sold, and can be used as substitutes for batteries. However, when a capacitor is used, the output voltage drops as it is used, and a stable voltage cannot be supplied to the load. Therefore, it cannot cope with an automated guided vehicle (AVG) that requires a large current with a wide input voltage. In addition, since the capacitor is boosted by switching between the series connection and the parallel connection, the output voltage becomes about twice the reference voltage, and an arbitrary output voltage cannot be obtained.

特開2011−78267号公報JP 2011-78267 A 特開2016−46993号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-46993

上記問題点を鑑み、本発明は、大電流出力が容易で、任意の出力電圧で電力を安定して供給することが可能なDC/DCコンバータ及びこのDC/DCコンバータによる電力供給方法を提供することを目的とする。   In view of the above problems, the present invention provides a DC / DC converter that can easily output a large current and can stably supply power at an arbitrary output voltage, and a power supply method using the DC / DC converter. For the purpose.

本発明の第1の態様は、(a)入力端子と出力端子間を接続する入出力線、この入出力線と2端子対回路を構成するように対向する共通線との間に配置されたタンクキャパシタと、(b)入出力線と共通線との間に配置されたソースキャパシタと、(c)入出力線と共通線との間に配置され、タンクキャパシタ及びソースキャパシタより小容量のバケットキャパシタと、(d)バケットキャパシタをタンクキャパシタに接続することで充電させ、ソースキャパシタをバケットキャパシタに接続することで充電させるように、2端子対回路の接続関係を制御する制御回路を備えるDC/DCコンバータであることを要旨とする。第1の態様は2端子対回路の出力端子側の出力ポートから負荷に放電する。   In the first aspect of the present invention, (a) an input / output line connecting the input terminal and the output terminal, and the input / output line and the common line facing each other so as to form a two-terminal pair circuit are arranged. A tank capacitor, (b) a source capacitor disposed between the input / output line and the common line, and (c) a bucket having a smaller capacity than the tank capacitor and the source capacitor, disposed between the input / output line and the common line. DC / DC comprising a capacitor and (d) a control circuit that controls the connection relationship of the two-terminal pair circuit so that charging is performed by connecting the bucket capacitor to the tank capacitor and charging is performed by connecting the source capacitor to the bucket capacitor. The gist is that it is a DC converter. In the first mode, the load is discharged from the output port on the output terminal side of the two-terminal pair circuit.

本発明の第2の態様は、第1の態様で述べたような入力端子と出力端子間を接続する入出力線、この入出力線と2端子対回路を構成するように対向すると共通線との間にそれぞれ配置されたタンクキャパシタ、バケットキャパシタ及びソースキャパシタ、バケットキャパシタに接続した中間ノードと共通線とを接続する第1スイッチ、入力端子と中間ノードとを接続する第2スイッチを備えるDC/DCコンバータの電力供給方法に関する。この第2の態様に係る電力供給方法は、(a)第1スイッチを導通状態にして、基準電圧を入出力線と共通線との間に印加してタンクキャパシタ、バケットキャパシタ及びソースキャパシタを充電するステップと、(b)第1スイッチを遮断状態にして、ソースキャパシタから2端子対回路の出力端子側の出力ポートに接続した負荷に放電するステップと、(c)放電時に出力ポートから出力電圧を取得するステップと、(d)出力電圧が下限設定値を下回れば、第1スイッチを導通状態にしてタンクキャパシタから第1設定時間でバケットキャパシタを充電するステップと、(e)第1設定時間後に第1スイッチを遮断状態にするとともに第2スイッチを導通状態にして、バケットキャパシタから第2設定時間でソースキャパシタを充電するステップを含む。更に、第2の態様に係る電力供給方法においては、バケットキャパシタの容量は、タンクキャパシタ及びソースキャパシタの1/10〜1/100であり、出力電圧が上限設定値を上回るまで、タンクキャパシタからバケットキャパシタの充電、及びバケットキャパシタからソースキャパシタの充電を繰り返す。   The second aspect of the present invention is such that an input / output line connecting the input terminal and the output terminal as described in the first aspect, and a common line when facing this input / output line so as to form a two-terminal pair circuit. A DC capacitor comprising a tank capacitor, a bucket capacitor and a source capacitor, a first switch connecting the intermediate node connected to the bucket capacitor and the common line, and a second switch connecting the input terminal and the intermediate node, respectively. The present invention relates to a power supply method for a DC converter. In the power supply method according to the second aspect, (a) the first switch is turned on and a reference voltage is applied between the input / output line and the common line to charge the tank capacitor, the bucket capacitor, and the source capacitor. And (b) discharging the load connected from the source capacitor to the output port on the output terminal side of the two-terminal pair circuit, and (c) outputting the output voltage from the output port during discharging. And (d) charging the bucket capacitor from the tank capacitor for a first set time by setting the first switch in a conductive state if the output voltage falls below the lower limit set value; and (e) the first set time. The method includes a step of charging the source capacitor from the bucket capacitor at a second set time after the first switch is turned off and the second switch is turned on. Furthermore, in the power supply method according to the second aspect, the capacity of the bucket capacitor is 1/10 to 1/100 that of the tank capacitor and the source capacitor, and the bucket capacitor to the bucket until the output voltage exceeds the upper limit set value. The charging of the capacitor and the charging of the source capacitor from the bucket capacitor are repeated.

本発明によれば、大電流出力が容易で、任意の出力電圧で電力を安定して供給することが可能なDC/DCコンバータ及びこのDC/DCコンバータによる電力供給方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a DC / DC converter that can easily output a large current and can stably supply power at an arbitrary output voltage, and a power supply method using the DC / DC converter.

本発明の第1の実施形態に係るDC/DCコンバータの一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the DC / DC converter which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図1に示したDC/DCコンバータの(a)充電時、(b)放電開始時、(c)電荷継ぎ足し時を説明する概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram for explaining (a) charging, (b) discharge start, and (c) charge addition time of the DC / DC converter shown in FIG. 1. 本発明の第2の実施形態に係るDC/DCコンバータの一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the DC / DC converter which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図3に示したDC/DCコンバータの2段直列接続を示す概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a two-stage series connection of the DC / DC converter shown in FIG. 3. 本発明の第2の実施形態に係るDC/DCコンバータに用いる制御回路の接続の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the connection of the control circuit used for the DC / DC converter which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るDC/DCコンバータに用いる制御回路の一例を説明する概略図である。It is the schematic explaining an example of the control circuit used for the DC / DC converter which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るDC/DCコンバータの実装の一例を示す平面概略図である。It is a plane schematic diagram showing an example of mounting of a DC / DC converter concerning a 2nd embodiment of the present invention. 図7に示したDC/DCコンバータの実装の一例を示す側面外略図である。FIG. 8 is a schematic side view illustrating an example of implementation of the DC / DC converter illustrated in FIG. 7. 本発明の第2の実施形態に係る電力供給方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the electric power supply method which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る電力供給方法の説明に用いるDC/DCコンバータの概略図である。It is the schematic of the DC / DC converter used for description of the electric power supply method which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る電力供給方法を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining the electric power supply method which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る電力供給方法によるDC/DCコンバータの動作波形の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the operation waveform of the DC / DC converter by the power supply method which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.

以下図面を参照して、本発明の第1及び第2の実施形態を説明する。図面の記載において同一あるいは類似部分には同一あるいは類似な符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係、各層の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。   Hereinafter, first and second embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and width of the layers, the ratio of the thicknesses of the layers, and the like are different from the actual ones. In addition, it goes without saying that portions with different dimensional relationships and ratios are also included in the drawings.

(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係るDC/DCコンバータは、図1に示すように、入出力線5と、この入出力線5と共に2端子対回路を構成するように対向する共通線6との間にそれぞれ配置された、タンクキャパシタ(CT1、CT2)、バケットキャパシタCB、及びソースキャパシタCSを備えて、擬似的な「はしご型回路」を構成している。入出力線5は、入力端子2及び出力端子4の間に接続されている。共通線6は入出力線5に対応して配線され、共通線6の入力端子2に対応する側の端子と、入力端子2とで入力ポートを構成している。又、共通線6の出力端子4に対応する側の端子と、出力端子4とで出力ポートを構成している。第1の実施形態に係るDC/DCコンバータは、図1に示すように、更に、バケットキャパシタCBをタンクキャパシタ(CT1、CT2)に接続することで充電させ、ソースキャパシタCSをバケットキャパシタCBに接続することで充電させるように、図1に示した2端子対回路の接続関係を制御する制御回路10aを備えている。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the DC / DC converter according to the first embodiment of the present invention includes an input / output line 5 and a common line 6 facing the input / output line 5 so as to form a two-terminal pair circuit together with the input / output line 5. Are provided with tank capacitors (CT1, CT2), bucket capacitors CB, and source capacitors CS to form a pseudo “ladder circuit”. The input / output line 5 is connected between the input terminal 2 and the output terminal 4. The common line 6 is wired corresponding to the input / output line 5, and the terminal on the side corresponding to the input terminal 2 of the common line 6 and the input terminal 2 constitute an input port. In addition, an output port is constituted by the terminal corresponding to the output terminal 4 of the common line 6 and the output terminal 4. As shown in FIG. 1, the DC / DC converter according to the first embodiment is further charged by connecting the bucket capacitor CB to the tank capacitors (CT1, CT2) and connecting the source capacitor CS to the bucket capacitor CB. The control circuit 10a for controlling the connection relationship of the two-terminal pair circuit shown in FIG.

図1に示すように、入出力線5及び共通線6間で、タンクキャパシタ(CT1、CT2)の第1キャパシタCT1及び第2キャパシタCT2が、第1タンクスイッチ(Sa1、Sa2)と第2タンクスイッチSbを介してH型接続されている。更に、図1に示すように、入出力線5及び共通線6間には、ソースキャパシタCSとバケットキャパシタCBが並列接続されている。図1に示した擬似的なH型接続回路は、特定のタイミングにおいて、第2タンクスイッチSbが遮断状態(オフ)、且つ第1タンクスイッチ(Sa1、Sa2)が導通状態(オン)になれば、入出力線5及び共通線6間に第1キャパシタCT1及び第2キャパシタCT2を並列接続する。しかし、他のタイミングにおいて第2タンクスイッチSbが導通状態になれば、入出力線5及び共通線6間に第1及び第2キャパシタCT1、CT2が直列接続される。入出力線5において、バケットキャパシタCBは、バケットスイッチScが導通状態になることにより入力端子2に接続される。そして、入出力線5において、ソースキャパシタCSは、ソーススイッチSdが導通状態になることによりバケットキャパシタCBに接続される。   As shown in FIG. 1, between the input / output line 5 and the common line 6, the first capacitor CT1 and the second capacitor CT2 of the tank capacitors (CT1, CT2) are connected to the first tank switch (Sa1, Sa2) and the second tank. H-type connection is made via the switch Sb. Further, as shown in FIG. 1, a source capacitor CS and a bucket capacitor CB are connected in parallel between the input / output line 5 and the common line 6. In the pseudo H-type connection circuit shown in FIG. 1, the second tank switch Sb is turned off (off) and the first tank switches (Sa1, Sa2) are turned on (on) at a specific timing. The first capacitor CT1 and the second capacitor CT2 are connected in parallel between the input / output line 5 and the common line 6. However, if the second tank switch Sb becomes conductive at another timing, the first and second capacitors CT1 and CT2 are connected in series between the input / output line 5 and the common line 6. In the input / output line 5, the bucket capacitor CB is connected to the input terminal 2 when the bucket switch Sc becomes conductive. In the input / output line 5, the source capacitor CS is connected to the bucket capacitor CB when the source switch Sd becomes conductive.

タンクキャパシタ(CT1、CT2)、バケットキャパシタCB、及びソースキャパシタCSとして、大電流での使用が可能なEDLCなどのキャパシタが用いられる。第1及び第2キャパシタCT1、CT2には、大容量のキャパシタが用いられる。バケットキャパシタCBには、第1及び第2キャパシタCT1、CT2の1/n(nは2以上の整数)の小容量のキャパシタが用いられる。ソースキャパシタCSには、第1及び第2キャパシタCT1、CT2と同程度の容量を有するキャパシタが用いられる。また、第1及び第2タンクスイッチSa1、Sa2、Sb、バケットスイッチSc、ソーススイッチSdとして、電磁接触器の機械的なスイッチング素子の他、より好ましい態様として半導体スイッチング素子が用いられる。半導体スイッチング素子としては、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)、電界効果トランジスタ(FET)、静電誘導トランジスタ(SIT)、バイポーラトランジスタ(BJT)、ゲートターンオフサイリスタ(GTO)、静電誘導サイリスタ(SIサイリスタ)等が好適である。   Capacitors such as EDLC that can be used with a large current are used as the tank capacitors (CT1, CT2), the bucket capacitor CB, and the source capacitor CS. Large capacitors are used for the first and second capacitors CT1 and CT2. As the bucket capacitor CB, a capacitor having a small capacity of 1 / n (n is an integer of 2 or more) of the first and second capacitors CT1 and CT2. As the source capacitor CS, a capacitor having a capacity comparable to that of the first and second capacitors CT1, CT2 is used. Further, as the first and second tank switches Sa1, Sa2, Sb, bucket switch Sc, and source switch Sd, a semiconductor switching element is used as a more preferable aspect in addition to a mechanical switching element of an electromagnetic contactor. As semiconductor switching elements, insulated gate bipolar transistors (IGBT), field effect transistors (FET), electrostatic induction transistors (SIT), bipolar transistors (BJT), gate turn-off thyristors (GTO), electrostatic induction thyristors (SI thyristors) Etc. are suitable.

図2を用いて第1の実施形態に係るDC/DCコンバータの動作を説明する。はじめに、図2(a)に示すように、第1タンクスイッチSa1 、Ss2を導通状態、第2タンクスイッチSbを遮断状態、バケットスイッチScを導通状態、ソーススイッチSdを導通状態として、タンク部側から入力電圧(基準電圧)Vinで充電する。図2(b)に示すように、負荷をソース部の出力端子4に接続し、すべてのスイッチを遮断状態にして出力電圧Voutで放電を開始する。出力電圧Voutが所定の設定値を下回ったら、図2(c)に示すように、第2タンクスイッチSbを導通状態にして、第1及び第2キャパシタCT1、CT2を直列に接続し、タンクキャパシタ(CT1、CT2)の出力を入力電圧Vinの2倍の電圧にする。この状態でバケットスイッチScを導通状態にすることにより、バケットキャパシタCBに充電を行う。その後、ソーススイッチSdを導通状態にすることにより、バケットキャパシタCBからソースキャパシタCSに電荷を継ぎ足して負荷に供給する電圧を回復させる。   The operation of the DC / DC converter according to the first embodiment will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 2 (a), the first tank switches Sa1 and Ss2 are turned on, the second tank switch Sb is turned off, the bucket switch Sc is turned on, and the source switch Sd is turned on. To input voltage (reference voltage) Vin. As shown in FIG. 2B, the load is connected to the output terminal 4 of the source unit, all the switches are turned off, and discharge is started at the output voltage Vout. When the output voltage Vout falls below a predetermined set value, as shown in FIG. 2 (c), the second tank switch Sb is turned on, and the first and second capacitors CT1, CT2 are connected in series. The output of (CT1, CT2) is set to a voltage twice the input voltage Vin. In this state, the bucket switch CB is turned on to charge the bucket capacitor CB. Thereafter, the source switch Sd is turned on to restore the voltage supplied to the load by adding charge from the bucket capacitor CB to the source capacitor CS.

第1の実施形態に係るDC/DCコンバータは、バケットキャパシタCBの容量が、タンクキャパシタ(CT1、CT2)及びソースキャパシタCSの1/n、例えば1/10以下と小さい。従来の直列、並列の切り替えによる昇圧回路は、n=1の場合、もしくはバケットキャパシタがない場合に相当する。したがって、従来の昇圧回路では、出力電圧が基準電圧の2倍、あるいは整数倍になってしまい、任意の電圧にできない。本発明では、タンクキャパシタ(CT1、CT2)及びソースキャパシタCSの1/nと小容量のバケットキャパシタCBを介することにより任意の電圧に設定が可能となる。nの値が小さいと、設定できる電圧が粗くなる。nの値は大きいほうがリップルの少ない出力が得られるが、nの値が大きいと制御回路の働く頻度が増加する。出力電圧のリップルを1%〜10%程度にすることを考慮して、nの値としては、10〜100が望ましい。   In the DC / DC converter according to the first embodiment, the capacity of the bucket capacitor CB is as small as 1 / n of the tank capacitors (CT1, CT2) and the source capacitor CS, for example, 1/10 or less. A conventional booster circuit by switching between series and parallel corresponds to a case where n = 1 or no bucket capacitor. Therefore, in the conventional booster circuit, the output voltage becomes twice or an integer multiple of the reference voltage, and cannot be an arbitrary voltage. In the present invention, an arbitrary voltage can be set via the tank capacitors (CT1, CT2) and 1 / n of the source capacitor CS and the small-capacity bucket capacitor CB. When the value of n is small, the settable voltage becomes coarse. When the value of n is large, an output with less ripple can be obtained. However, when the value of n is large, the frequency of operation of the control circuit increases. Considering that the ripple of the output voltage is about 1% to 10%, the value of n is preferably 10 to 100.

インダクタを用いたチョッパ方式のDC/DCコンバータ、あるいは、コンデンサを用いたディクソンチャージポンプでは、どちらも動作周波数は数kHzから数MHzである。それに対して、第1の実施形態に係るDC/DCコンバータでは、動作周波数は高くとも数Hz程度である。このように、第1の実施形態に係るDC/DCコンバータは、従来の方式のDC/DCコンバータに比べて、スイッチの切り替え回数が少ないため、スイッチへの負担が少なく、同時にノイズを発生しにくい。   In the chopper type DC / DC converter using the inductor or the Dickson charge pump using the capacitor, the operating frequency is several kHz to several MHz. On the other hand, in the DC / DC converter according to the first embodiment, the operating frequency is at most several Hz. As described above, since the DC / DC converter according to the first embodiment has fewer switching times than the conventional DC / DC converter, the burden on the switch is small and noise is hardly generated at the same time. .

また、従来のチャージポンプでは、基準電圧の整数倍の電圧しか発生できないので、出力電圧を安定して制御することはできない。本発明では、小容量のバケットキャパシタCBから電荷を継ぎ足してソースキャパシタCSからの出力電圧を制御している。その結果、出力を任意の電圧にきめ細かく安定して設定することができる。また、EDLCを用いることにより、幅広い電圧及び大電流にも対応することができ、無人搬送車(AGV)などに応用することが可能となる。   In addition, since the conventional charge pump can only generate a voltage that is an integral multiple of the reference voltage, the output voltage cannot be controlled stably. In the present invention, the output voltage from the source capacitor CS is controlled by adding charge from the small-capacity bucket capacitor CB. As a result, the output can be set finely and stably at an arbitrary voltage. Moreover, by using EDLC, it can respond to a wide range of voltages and large currents, and can be applied to an automated guided vehicle (AGV).

(第2の実施形態)
第2の実施形態に係るDC/DCコンバータは、図3に示すように、タンクキャパシタCT、バケットキャパシタCB、ソースキャパシタCS、第1スイッチSW1、第2スイッチSW2、第1ダイオードD1、及び第2ダイオードD2を備える。第1スイッチSW1は、バケットキャパシタCBに接続した中間ノード8と共通線6とに接続する。第2スイッチSW2は、入力端子2と中間ノード8とに接続する。第1ダイオードD1は、入出力線5において、アノードを入力端子2に、カソードをバケットキャパシタCBに接続する。第2ダイオードD2は、入出力線5において、第1ダイオードD1に直列接続され、アノードをバケットキャパシタCBに、カソードをソースキャパシタCSに接続する。第2の実施形態は、第1及び第2ダイオードD1、D2を用いることによりスイッチの数を減らして簡略化した点が第1の実施形態と異なる。他の構成は、第1の実施形態と同様であるので、重複する記載は省略する。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 3, the DC / DC converter according to the second embodiment includes a tank capacitor CT, a bucket capacitor CB, a source capacitor CS, a first switch SW1, a second switch SW2, a first diode D1, and a second diode. A diode D2 is provided. The first switch SW1 is connected to the intermediate node 8 and the common line 6 connected to the bucket capacitor CB. The second switch SW2 is connected to the input terminal 2 and the intermediate node 8. In the input / output line 5, the first diode D1 has an anode connected to the input terminal 2 and a cathode connected to the bucket capacitor CB. The second diode D2 is connected in series to the first diode D1 in the input / output line 5, and has an anode connected to the bucket capacitor CB and a cathode connected to the source capacitor CS. The second embodiment differs from the first embodiment in that the first and second diodes D1 and D2 are used to simplify the number of switches. Other configurations are the same as those of the first embodiment, and thus redundant description is omitted.

第1スイッチSW1を導通状態、第2スイッチSW2を遮断状態にすると、タンクキャパシタCT、バケットキャパシタCB、及びソースキャパシタCSは、入出力線5と共通線6の間で並列接続となる。この状態で入力端子2に入力電圧(基準電圧)Vinを印加すると、タンクキャパシタCT,バケットキャパシタCB、及びソースキャパシタCSに電荷を流入させて充電することができる。第1スイッチSW1を遮断状態、第2スイッチSW2を導通状態にすると、タンクキャパシタCTとバケットキャパシタCBが直列接続となる。この状態で、第2ダイオードD2を通してソースキャパシタCSに電荷を遷移させ充電することが可能となる。第1及び第2スイッチSW1を遮断状態にすると、ソースキャパシタCSは、第1及び第2ダイオードD1、D2により、タンクキャパシタCT及びバケットキャパシタCBと切り離される。この状態で、出力端子4に負荷を接続すると、ソースキャパシタCSから電荷が放出されて負荷に電力を供給することができる。なお、出力電圧Voutは、ダイオードを通して充電されるので、フル充電でも入力電圧Vinよりもダイオードの順方向電圧の分だけ低くなる。   When the first switch SW1 is turned on and the second switch SW2 is turned off, the tank capacitor CT, the bucket capacitor CB, and the source capacitor CS are connected in parallel between the input / output line 5 and the common line 6. When an input voltage (reference voltage) Vin is applied to the input terminal 2 in this state, it is possible to charge the tank capacitor CT, the bucket capacitor CB, and the source capacitor CS by flowing an electric charge. When the first switch SW1 is turned off and the second switch SW2 is turned on, the tank capacitor CT and the bucket capacitor CB are connected in series. In this state, it is possible to charge the source capacitor CS by transferring the charge through the second diode D2. When the first and second switches SW1 are turned off, the source capacitor CS is disconnected from the tank capacitor CT and the bucket capacitor CB by the first and second diodes D1 and D2. In this state, when a load is connected to the output terminal 4, electric charge is discharged from the source capacitor CS, and power can be supplied to the load. Since the output voltage Vout is charged through the diode, it becomes lower than the input voltage Vin by the forward voltage of the diode even at full charge.

第2の実施形態に係るDC/DCコンバータは、バケットキャパシタCBをn=1のときの容量とすれば、1段ディクソンチャージポンプに相当する。従来のディクソンチャージポンプの場合、10段以上で用いるのが通常であり、1段で用いることはあまり例がない。また、ディクソンチャージポンプは微小電力用途であり、大電力用途に用いられた例はない。更に、ディクソンチャージポンプでは、出力電圧が基準電圧の整数倍になってしまい、任意の電圧にできない。   The DC / DC converter according to the second embodiment corresponds to a one-stage Dickson charge pump if the bucket capacitor CB is a capacity when n = 1. In the case of a conventional Dixon charge pump, it is usually used in 10 stages or more, and there are few examples of using it in one stage. In addition, the Dixon charge pump is used for micro power, and there is no example used for high power. Further, in the Dixon charge pump, the output voltage becomes an integral multiple of the reference voltage, and cannot be set to an arbitrary voltage.

第2の実施形態でも、第1の実施形態と同様にバケットキャパシタCBの容量は、タンクキャパシタCTあるいはソースキャパシタCSの1/n、例えば1/10〜1/100である。例えば、n=10とすれば、タンクキャパシタCT及びバケットキャパシタCBを直列接続してソースキャパシタCSを充電すれば、出力電圧Voutを(Vin+Vin/10)とすることができる。バケットキャパシタCBの容量を選ぶことにより、任意に出力電圧Voutを調整することが可能となる。   Also in the second embodiment, the capacity of the bucket capacitor CB is 1 / n of the tank capacitor CT or the source capacitor CS, for example, 1/10 to 1/100, as in the first embodiment. For example, if n = 10, the output voltage Vout can be set to (Vin + Vin / 10) by connecting the tank capacitor CT and the bucket capacitor CB in series and charging the source capacitor CS. By selecting the capacity of the bucket capacitor CB, the output voltage Vout can be arbitrarily adjusted.

また、ソースキャパシタCSからの放電が持続すると、出力電圧Voutは徐々に低下する。出力電圧Voutを監視し、設定値より低下した場合に、バケットキャパシタCBから電荷を継ぎ足して充電する。バケットキャパシタCBの容量をタンクキャパシタCTあるいはソースキャパシタCSの1/10とすれば、電圧(Vin/10)で継ぎ足し充電ができる。したがって、放電による出力電圧Voutの低下を解消し、一定の出力電圧Voutで負荷に電力を供給することが可能となる。   Further, when the discharge from the source capacitor CS continues, the output voltage Vout gradually decreases. The output voltage Vout is monitored, and when the output voltage Vout drops below the set value, charging is performed by adding charge from the bucket capacitor CB. If the capacity of the bucket capacitor CB is 1/10 that of the tank capacitor CT or the source capacitor CS, charging can be performed by adding voltage (Vin / 10). Therefore, it is possible to eliminate the decrease in the output voltage Vout due to the discharge and supply power to the load with a constant output voltage Vout.

第2の実施形態に係るDC/DCコンバータを直列で接続すれば、出力電圧を高くすることができる。図4に示すように、DC/DCコンバータを2段直列接続する。例えば、入力電圧Vinが24Vであれば、出力電圧Voutは、約48Vとなる。DC/DCコンバータをm段直列接続すれば、出力電圧Voutを(mVin)と高くすることが可能となる。   If the DC / DC converter according to the second embodiment is connected in series, the output voltage can be increased. As shown in FIG. 4, two stages of DC / DC converters are connected in series. For example, if the input voltage Vin is 24V, the output voltage Vout is about 48V. If DC / DC converters are connected in m stages in series, the output voltage Vout can be increased to (mVin).

第1及び第2スイッチSW1、SW2を制御する回路について説明する。図5に示すように、第1及び第2スイッチSW1、SW2として、オン抵抗(導通ロス)の小さな半導体スイッチング素子であるIGBTが用いられる。制御回路10bは、出力端子4の出力電圧Voutを取得して、第1及び第2スイッチSW1、SW2それぞれのゲート電極にゲート信号GS1、GS2を伝達して切り換えの制御を行う。   A circuit for controlling the first and second switches SW1 and SW2 will be described. As shown in FIG. 5, as the first and second switches SW1 and SW2, IGBTs which are semiconductor switching elements having a small on-resistance (conduction loss) are used. The control circuit 10b acquires the output voltage Vout of the output terminal 4, and transmits the gate signals GS1 and GS2 to the gate electrodes of the first and second switches SW1 and SW2, respectively, to perform switching control.

例えば、図6に示すように、第1及び第2スイッチSW1、SW2には、それぞれ4個のIGBTが並列接続で用いられる。第1スイッチSW1のIGBTは、コレクタ電極が中間ノード8に、エミッタ電極が共通線6に、ゲート電極が制御回路10bのフォトカプラ14にそれぞれ接続される。第2スイッチSW2のIGBTは、コレクタ電極がタンクキャパシタCTに、エミッタ電極が中間ノード8に、ゲート電極が制御回路10bのフォトカプラ14にそれぞれ接続される。なお、第2スイッチSW2には、中間ノード8の電位Vpを基準としたゲート電圧を与える必要がある。   For example, as shown in FIG. 6, four IGBTs are used in parallel for each of the first and second switches SW1 and SW2. The IGBT of the first switch SW1 has a collector electrode connected to the intermediate node 8, an emitter electrode connected to the common line 6, and a gate electrode connected to the photocoupler 14 of the control circuit 10b. The IGBT of the second switch SW2 has a collector electrode connected to the tank capacitor CT, an emitter electrode connected to the intermediate node 8, and a gate electrode connected to the photocoupler 14 of the control circuit 10b. Note that a gate voltage based on the potential Vp of the intermediate node 8 needs to be applied to the second switch SW2.

制御回路10bは、マイクロコントローラ12、フォトカプラ14及びDC電源16を備える。マイクロコントローラ12は、ソースキャパシタCSから出力電圧Voutを監視する。フォトカプラ14は、マイクロコントローラ12から送られたゲート信号GS1、GS2を第1及び第2スイッチSW1、SW2それぞれのゲート電極に伝達する。DC電源16は、フォトカプラ14に電力を供給する。   The control circuit 10b includes a microcontroller 12, a photocoupler 14, and a DC power source 16. The microcontroller 12 monitors the output voltage Vout from the source capacitor CS. The photocoupler 14 transmits the gate signals GS1 and GS2 sent from the microcontroller 12 to the gate electrodes of the first and second switches SW1 and SW2. The DC power supply 16 supplies power to the photocoupler 14.

本発明では、複数のキャパシタの充放電を繰り返すのが基本動作である。また、大電流をスイッチングしなければならない。そのため、通常のプリント基板での実装はできない。また、第1及び第2スイッチSW1、SW2は複数のIGBTの並列動作が必要で、IGBTのコレクタ電流の急激な変化によるゲート回路への誘導によるノイズが発生しやすい。そのため、銅板を用いて回路を構成する。   In the present invention, the basic operation is to repeatedly charge and discharge a plurality of capacitors. In addition, a large current must be switched. Therefore, mounting on a normal printed circuit board is not possible. Further, the first and second switches SW1 and SW2 require a parallel operation of a plurality of IGBTs, and noise due to induction to the gate circuit due to a sudden change in the collector current of the IGBT is likely to occur. Therefore, a circuit is configured using a copper plate.

図7及び図8に、第2の実施形態に係るDC/DCコンバータの実装例の一部を示す。図7及び図8に示すように、第1及び第2スイッチSW1、SW2のIGBTをそれぞれ端子板20に取り付ける。第1スイッチSW1のそれぞれのゲート電極を銅板31で接続する。第2スイッチSW2のそれぞれのゲート電極を銅板32で接続する。銅板31、32には、フォトカプラ14からのリード線28が接続される。第1スイッチSW1のコレクタ電極、及び第2スイッチSW2のエミッタ電極を銅板24で接続する。銅板24はリード線25により中間ノード8に接続される。第スイッチSW1のエミッタ電極を銅板26で接続する。銅板26はリード線27により共通線6に接続される。第2スイッチSW2のコレクタ電極を銅板22で接続する。銅板22はタンクキャパシタCTに接続される。   7 and 8 show a part of a mounting example of the DC / DC converter according to the second embodiment. As shown in FIGS. 7 and 8, the IGBTs of the first and second switches SW1 and SW2 are attached to the terminal board 20, respectively. The respective gate electrodes of the first switch SW1 are connected by the copper plate 31. Each gate electrode of the second switch SW2 is connected by a copper plate 32. Lead wires 28 from the photocoupler 14 are connected to the copper plates 31 and 32. The collector electrode of the first switch SW1 and the emitter electrode of the second switch SW2 are connected by a copper plate 24. The copper plate 24 is connected to the intermediate node 8 by a lead wire 25. The emitter electrode of the first switch SW1 is connected by the copper plate 26. The copper plate 26 is connected to the common line 6 by a lead wire 27. The collector electrode of the second switch SW2 is connected by the copper plate 22. The copper plate 22 is connected to the tank capacitor CT.

第2の実施形態に係るDC/DCコンバータの実装では、厚さが0.5mmと厚い銅板を使用する。図7に示すように、銅板22、24、26、31、32は広い面積を有している。そのため、低抵抗の電流路を確保でき、大電流を流すことができる。また、電流路を広く取っているので、誘導によるノイズの発生を抑制することができる。   In mounting the DC / DC converter according to the second embodiment, a thick copper plate with a thickness of 0.5 mm is used. As shown in FIG. 7, the copper plates 22, 24, 26, 31, and 32 have a large area. Therefore, a low-resistance current path can be secured and a large current can flow. In addition, since the current path is wide, generation of noise due to induction can be suppressed.

次に、第2の実施形態に係る電力供給方法を、図9に示したフローチャートを用いて説明する。全キャパシタの充電時には、入力端子2に入力電圧Vinが印加される。DC/DCコンバータの放電時には、出力端子4に負荷が接続される。マイクロコントローラ12は、出力電圧Voutに対応するソースキャパシタCSのソース電圧Vsを取得して、第1及び第2スイッチSW1、SW2の切り換えを行う。切り換えの下限設定値をVset1、上限設定値をVset2とする。   Next, a power supply method according to the second embodiment will be described using the flowchart shown in FIG. The input voltage Vin is applied to the input terminal 2 when all the capacitors are charged. When the DC / DC converter is discharged, a load is connected to the output terminal 4. The microcontroller 12 acquires the source voltage Vs of the source capacitor CS corresponding to the output voltage Vout, and switches the first and second switches SW1 and SW2. The lower limit setting value for switching is Vset1, and the upper limit setting value is Vset2.

ステップS10で、第1スイッチSW1を導通状態にして、入力電圧Vinを入出力線5に印加する。タンクキャパシタCT、バケットキャパシタCB及びソースキャパシタCSがそれぞれ充電される。   In step S 10, the first switch SW 1 is turned on and the input voltage Vin is applied to the input / output line 5. The tank capacitor CT, bucket capacitor CB, and source capacitor CS are each charged.

ステップS11で、ソース電圧Vsを取得して、ソース電圧Vsが下限設定値Vset1を上回っているか判定される。ソース電圧Vsが下限設定値Vset1を下回れば、ステップS10に戻り、充電を繰り返す。   In step S11, the source voltage Vs is acquired, and it is determined whether the source voltage Vs exceeds the lower limit set value Vset1. If the source voltage Vs falls below the lower limit set value Vset1, the process returns to step S10 and charging is repeated.

ソース電圧Vsが下限設定値Vset1を上回っていれば、ステップS12で、第1スイッチSW1を遮断状態にする。ソースキャパシタCSから出力端子4に接続した負荷に放電が開始される。   If the source voltage Vs exceeds the lower limit set value Vset1, the first switch SW1 is turned off in step S12. Discharge is started to the load connected to the output terminal 4 from the source capacitor CS.

ステップS13で、負荷への放電時に、ソースキャパシタCSのソース電圧Vsを取得する。ソース電圧Vsが下限設定値Vset1を上回っているか判定される。ソース電圧Vsが下限設定値Vset1を上回れば、ステップS12に戻り、放電を続ける。   In step S13, the source voltage Vs of the source capacitor CS is acquired at the time of discharging to the load. It is determined whether the source voltage Vs exceeds the lower limit set value Vset1. If the source voltage Vs exceeds the lower limit set value Vset1, the process returns to step S12 to continue discharging.

ソース電圧Vsが下限設定値Vset1を下回っていれば、ステップS14で、第1スイッチSW1を導通状態にする。タンクキャパシタCTから第1設定時間T1でバケットキャパシタCBが充電される。なお、これ以降も、負荷への放電は続けられる。   If the source voltage Vs is lower than the lower limit set value Vset1, in step S14, the first switch SW1 is turned on. The bucket capacitor CB is charged from the tank capacitor CT at the first set time T1. In addition, the discharge to the load continues after this.

第1設定時間T1後に、ステップS15で、第1スイッチSW1を遮断状態にするとともに第2スイッチSW2を導通状態にする。タンクキャパシタCT及びバケットキャパシタCBから第2設定時間T2でソースキャパシタCSが充電される。   After the first set time T1, in step S15, the first switch SW1 is turned off and the second switch SW2 is turned on. The source capacitor CS is charged from the tank capacitor CT and the bucket capacitor CB at the second set time T2.

ステップS16で、ソース電圧Vsを取得する。ソース電圧Vsが上限設定値Vset2を上回っているか判定される。ソース電圧Vsが上限設定値Vset2を下回っていれば、ステップS14に戻り、ソース電圧Vsが上限設定値Vset2を上回るまで、ステップS14及びS15を繰り返す。   In step S16, the source voltage Vs is acquired. It is determined whether the source voltage Vs exceeds the upper limit set value Vset2. If the source voltage Vs is lower than the upper limit set value Vset2, the process returns to step S14, and steps S14 and S15 are repeated until the source voltage Vs exceeds the upper limit set value Vset2.

ソース電圧Vsが上限設定値Vset2を上回っていれば、ステップS17で、第2スイッチSW2を遮断状態にする。以後、ソース電圧Vsを監視しながら、ステップS13〜S16を繰り返す。   If the source voltage Vs exceeds the upper limit set value Vset2, the second switch SW2 is turned off in step S17. Thereafter, steps S13 to S16 are repeated while monitoring the source voltage Vs.

図10に示したタンク電圧Vt、バケット電圧Vb及びソース電圧Vsの動作波形を図11に示す。図11に示すように、放電中はソース電圧Vsが低下し続ける。制御回路10bでソース電圧Vsが下限設定値Vset1を下回ったと判定されたら、第1スイッチSW1が導通状態になり、第1設定時間T1の間タンクキャパシタCTからバケットキャパシタCBが充電される。この時、タンクキャパシタCTからバケットキャパシタCBに電荷が移動するため、タンク電圧Vtが減少する。次に、第2スイッチSW2が導通状態になり、第2設定時間T2の間タンクキャパシタCT及びバケットキャパシタCBからソースキャパシタCSが充電される。第2スイッチSW2が導通状態になると、瞬間的にバケット電圧Vb及びソース電圧Vsは増加する。第2設定時間T2の間は、負荷への放電のためバケット電圧Vb及びソース電圧Vsは減少を続ける。この時、タンクキャパシタCTからの電荷の移動は少ないため、タンク電圧Vtはほとんど変化しない。このように、上記の操作を、ソース電圧Vsが上限設定値Vset2を上回るまで続ける。   FIG. 11 shows operation waveforms of the tank voltage Vt, the bucket voltage Vb, and the source voltage Vs shown in FIG. As shown in FIG. 11, the source voltage Vs continues to decrease during discharge. If the control circuit 10b determines that the source voltage Vs has fallen below the lower limit set value Vset1, the first switch SW1 is turned on, and the bucket capacitor CB is charged from the tank capacitor CT for the first set time T1. At this time, since the charge moves from the tank capacitor CT to the bucket capacitor CB, the tank voltage Vt decreases. Next, the second switch SW2 becomes conductive, and the source capacitor CS is charged from the tank capacitor CT and the bucket capacitor CB during the second set time T2. When the second switch SW2 becomes conductive, the bucket voltage Vb and the source voltage Vs increase instantaneously. During the second set time T2, the bucket voltage Vb and the source voltage Vs continue to decrease due to discharge to the load. At this time, since the movement of charges from the tank capacitor CT is small, the tank voltage Vt hardly changes. Thus, the above operation is continued until the source voltage Vs exceeds the upper limit set value Vset2.

図12に、第2の実施形態に係る電力供給方法で得られたタンク電圧Vt、バケット電圧Vb及びソース電圧Vsの動作波形を示す。図12に示すように、第1スイッチSW1から第2スイッチSW2に切り替えるたびにバケット電圧Vb及びソース電圧Vsがパルス状に増加している。一方、タンク電圧Vtは第1スイッチSW1が導通状態になるたびに減少している。バケットキャパシタCBからの電荷の継ぎ足しにより、ソース電圧Vsが一定の範囲内で制御されていることが判る。   FIG. 12 shows operation waveforms of the tank voltage Vt, the bucket voltage Vb, and the source voltage Vs obtained by the power supply method according to the second embodiment. As shown in FIG. 12, every time the first switch SW1 is switched to the second switch SW2, the bucket voltage Vb and the source voltage Vs increase in a pulse shape. On the other hand, the tank voltage Vt decreases every time the first switch SW1 becomes conductive. It can be seen that the source voltage Vs is controlled within a certain range by the addition of the charge from the bucket capacitor CB.

以上説明したように、本発明の第2の実施形態によれば、小容量のバケットキャパシタCBから電荷を継ぎ足しているので、出力電圧Voutを任意に設定でき、出力電圧Voutの低下を抑制し、一定の出力電圧Voutで負荷に電力を供給することができる。その結果、出力を任意の電圧にきめ細かく安定して設定することができる。また、EDLCを用いることにより、幅広い電圧及び大電流にも対応することができ、無人搬送車(AGV)などに応用することが可能となる。更に、従来の方式に比べて、スイッチの切り替え回数が少ないため、スイッチへの負担が少なく、同時にノイズの発生もしにくい。   As described above, according to the second embodiment of the present invention, since charge is added from the small-capacity bucket capacitor CB, the output voltage Vout can be arbitrarily set, and the decrease in the output voltage Vout is suppressed. Power can be supplied to the load at a constant output voltage Vout. As a result, the output can be set finely and stably at an arbitrary voltage. Moreover, by using EDLC, it can respond to a wide range of voltages and large currents, and can be applied to an automated guided vehicle (AGV). Furthermore, since the number of times of switching of the switch is small as compared with the conventional method, the burden on the switch is small, and at the same time, it is difficult to generate noise.

(その他の実施の形態)
上記のように、本発明は、第1ないし第2の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。
(Other embodiments)
As described above, the present invention has been described according to the first or second embodiment. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art. Thus, it should be understood that the present invention includes various embodiments and the like not described herein. Therefore, the present invention is limited only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from this disclosure.

2…入力端子
4…出力端子
5…入出力線
6…共通線
8…中間ノード
10a,10b…制御回路
12…マイクロコントローラ
14…フォトカプラ
16…DC電源
20…端子板
22,24,26,31,32…銅板
25,27,28…リード線
CT…タンクキャパシタ
CB…バケットキャパシタ
CS…ソースキャパシタ
D1…第1ダイオード
D2…第2ダイオード
Sa1、Sa2…第1タンクスイッチ
Sb…第2タンクスイッチ
Sc…バケットスイッチ
Sd…ソーススイッチ
SW1…第1スイッチ
SW2…第2スイッチ
2 ... input terminal 4 ... output terminal 5 ... input / output line 6 ... common line 8 ... intermediate node 10a, 10b ... control circuit 12 ... microcontroller 14 ... photocoupler 16 ... DC power supply 20 ... terminal plates 22, 24, 26, 31 , 32 ... Copper plates 25, 27, 28 ... Lead wire CT ... Tank capacitor CB ... Bucket capacitor CS ... Source capacitor D1 ... First diode D2 ... Second diode Sa1, Sa2 ... First tank switch Sb ... Second tank switch Sc ... Bucket switch Sd ... source switch SW1 ... first switch SW2 ... second switch

Claims (6)

入力端子と出力端子間を接続する入出力線、該入出力線と2端子対回路を構成するように対向する共通線との間に配置されたタンクキャパシタと、
前記入出力線と前記共通線との間に配置されたソースキャパシタと、
前記入出力線と前記共通線との間に配置され、前記タンクキャパシタ及び前記ソースキャパシタより小容量のバケットキャパシタと、
前記バケットキャパシタを前記タンクキャパシタに接続することで充電させ、前記ソースキャパシタを前記バケットキャパシタに接続することで充電させるように、前記2端子対回路の接続関係を制御する制御回路と、
を備え、前記2端子対回路の前記出力端子側の出力ポートから負荷に放電することを特徴とするDC/DCコンバータ。
An input / output line connecting the input terminal and the output terminal, a tank capacitor disposed between the input / output line and a common line opposed to form a two-terminal pair circuit;
A source capacitor disposed between the input / output line and the common line;
A bucket capacitor disposed between the input / output line and the common line, having a smaller capacity than the tank capacitor and the source capacitor;
A control circuit that controls the connection relationship of the two-terminal pair circuit so that the bucket capacitor is charged by connecting to the tank capacitor and the source capacitor is charged by connecting to the bucket capacitor;
And a DC / DC converter that discharges to a load from an output port on the output terminal side of the two-terminal pair circuit.
前記バケットキャパシタの容量は、前記タンクキャパシタ及び前記ソースキャパシタの1/10〜1/100であることを特徴とする請求項1に記載のDC/DCコンバータ。   2. The DC / DC converter according to claim 1, wherein a capacity of the bucket capacitor is 1/10 to 1/100 of the tank capacitor and the source capacitor. 前記バケットキャパシタに接続した中間ノードと前記共通線とに接続する第1スイッチと、
前記入力端子と前記中間ノードとに接続する第2スイッチと、
前記入出力線において、アノードを前記入力端子に、カソードを前記バケットキャパシタに接続した第1ダイオードと、
前記入出力線において、前記第1ダイオードに直列接続され、アノードを前記バケットキャパシタに、カソードを前記ソースキャパシタに接続した第2ダイオードと
を更に備えることを特徴とする請求項1又は2に記載のDC/DCコンバータ。
A first switch connected to the intermediate node connected to the bucket capacitor and the common line;
A second switch connected to the input terminal and the intermediate node;
A first diode having an anode connected to the input terminal and a cathode connected to the bucket capacitor in the input / output line;
3. The input / output line further comprising: a second diode connected in series to the first diode, having an anode connected to the bucket capacitor and a cathode connected to the source capacitor. DC / DC converter.
前記タンクキャパシタと前記第2スイッチとの間の配線、前記第1及び第2スイッチと前記中間ノードとの間の配線、及び前記第1スイッチと前記共通線との間の配線が銅板であることを特徴とする請求項3に記載のDC/DCコンバータ。   The wiring between the tank capacitor and the second switch, the wiring between the first and second switches and the intermediate node, and the wiring between the first switch and the common line are copper plates. The DC / DC converter according to claim 3. 前記タンクキャパシタが、前記入出力線と前記共通線との間に擬似的なH型接続回路を構成するように配置された第1キャパシタ及び第2キャパシタを含み、
前記入出力線及び前記共通線間で、特定のタイミングにおいて前記第1及び第2キャパシタが並列接続、他のタイミングにおいて前記第1及び第2キャパシタが直列接続となるように前記H型接続回路の回路接続を変更する複数のスイッチから構成されたタンクスイッチと、
導通時に前記入出力線において、前記バケットキャパシタを前記入力端子に接続するバケットスイッチと、
導通時に前記入出力線において、前記ソースキャパシタを前記バケットキャパシタに接続するソーススイッチと
を更に備えることを特徴とする請求項1に記載のDC/DCコンバータ。
The tank capacitor includes a first capacitor and a second capacitor arranged to form a pseudo H-type connection circuit between the input / output line and the common line,
Between the input / output line and the common line, the first and second capacitors are connected in parallel at a specific timing, and the first and second capacitors are connected in series at other timings. A tank switch composed of a plurality of switches for changing the circuit connection;
A bucket switch for connecting the bucket capacitor to the input terminal in the input / output line when conducting;
The DC / DC converter according to claim 1, further comprising: a source switch that connects the source capacitor to the bucket capacitor in the input / output line when conducting.
入力端子と出力端子間を接続する入出力線、該入出力線と2端子対回路を構成するように対向する共通線との間にそれぞれ配置されたタンクキャパシタ、バケットキャパシタ及びソースキャパシタ、前記バケットキャパシタに接続した中間ノードと前記共通線とを接続する第1スイッチ、前記入力端子と前記中間ノードとを接続する第2スイッチを備えるDC/DCコンバータの電力供給方法であって、
前記第1スイッチを導通状態にして、基準電圧を前記入出力線と前記共通線との間に印加して前記タンクキャパシタ、前記バケットキャパシタ及び前記ソースキャパシタを充電するステップと、
前記第1スイッチを遮断状態にして、前記ソースキャパシタから前記2端子対回路の前記出力端子側の出力ポートに接続した負荷に放電するステップと、
前記放電時に前記出力ポートから出力電圧を取得するステップと、
前記出力電圧が下限設定値を下回れば、前記第1スイッチを導通状態にして前記タンクキャパシタから第1設定時間で前記バケットキャパシタを充電するステップと、
前記第1設定時間後に前記第1スイッチを遮断状態にするとともに前記第2スイッチを導通状態にして、前記バケットキャパシタから第2設定時間で前記ソースキャパシタを充電するステップと、
を含み、前記バケットキャパシタの容量は、前記タンクキャパシタ及び前記ソースキャパシタの1/10〜1/100であり、前記出力電圧が上限設定値を上回るまで、前記タンクキャパシタから前記バケットキャパシタの充電、及び前記バケットキャパシタから前記ソースキャパシタの充電を繰り返すことを特徴とする電力供給方法。
An input / output line connecting the input terminal and the output terminal, a tank capacitor, a bucket capacitor and a source capacitor disposed between the input / output line and a common line facing each other so as to form a two-terminal pair circuit, the bucket A power supply method for a DC / DC converter comprising a first switch connecting an intermediate node connected to a capacitor and the common line, and a second switch connecting the input terminal and the intermediate node,
Charging the tank capacitor, the bucket capacitor, and the source capacitor by bringing the first switch into a conductive state and applying a reference voltage between the input / output line and the common line;
Discharging the first switch from the source capacitor to a load connected to the output port on the output terminal side of the two-terminal pair circuit; and
Obtaining an output voltage from the output port during the discharge;
Charging the bucket capacitor from the tank capacitor in a first set time by turning on the first switch if the output voltage falls below a lower limit set value;
Charging the source capacitor from the bucket capacitor in a second set time by turning the first switch off and the second switch on after the first set time; and
The capacity of the bucket capacitor is 1/10 to 1/100 of the tank capacitor and the source capacitor, and the bucket capacitor is charged from the tank capacitor until the output voltage exceeds an upper limit setting value, and A method of supplying power, the method comprising repeatedly charging the source capacitor from the bucket capacitor.
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