JP2500419Y2 - Dc―dcコンバ―タ - Google Patents

Dc―dcコンバ―タ

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JP2500419Y2
JP2500419Y2 JP1989074571U JP7457189U JP2500419Y2 JP 2500419 Y2 JP2500419 Y2 JP 2500419Y2 JP 1989074571 U JP1989074571 U JP 1989074571U JP 7457189 U JP7457189 U JP 7457189U JP 2500419 Y2 JP2500419 Y2 JP 2500419Y2
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Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、直流入力をスイッチングし、スイッチング
出力を極性の反転した直流電力に変換して出力するDC−
DCコンバータであって、スイッチ回路の出力側において
電力伝送ライン間に、インダクタを接続し、インダクタ
に生じる逆起電力を整流して、極性反転の直流出力を得
ると共に、インダクタに生じる交流変化分を検出し、こ
の交流信号に基づいて発振動作をする発振回路によって
スイッチ回路をオン、オフさせることにより、回路構成
が簡単で部品点数が少なく、小形で安価な極性反転型DC
−DCコンバータを提供できるようにしたものである。
〈従来の技術〉 各種の電子回路,装置を駆動するに当っては、正電源
の他に、負電源が必要になることがある。極性反転DC−
DCコンバータはこのような場合に有効なものである。こ
のような極性反転型DC−DCコンバータは、例えば実開昭
62−70685号公報等で知られており、ステップアップ方
式、ステップダウン方式等のタイプがある。
〈考案が解決しようとする課題〉 しかしながら、従来の極性反転型DC−DCコンバータ
は、メインのスイッチ素子を駆動するための発振回路を
別に設ける必要があったため、回路構成が複雑になると
共に、回路部品点数も多く必要とし、装置としての大型
化やコストアップ等を招くという問題点があった。
そこで、本考案の課題は、上述する従来の問題点を解
決し、回路構成が簡単で、部品点数が少なく、電源装置
としての小形化やコストダウンを達成するのに好適なDC
−DCコンバータを提供することである。
〈課題を解決するための手段〉 上述した課題解決のため、本考案に係るDC−DCコンバ
ータは、直流入力をスイッチングするスイッチ回路と、
スイッチング出力を極性の反転した直流出力に変換して
出力する出力回路と、前記スイッチ回路をオン、オフ駆
動する発振回路と、過電流保護回路とを含む。
前記スイッチ回路は、主電極が電力伝送ラインに直列
に挿入された3端子スイッチ素子を含む。
前記出力回路は、インダクタと、整流平滑回路とを含
む。前記インダクタは、前記スイッチ回路の出力側にお
いて電力伝送ライン間に接続されている。前記整流平滑
回路は、前記インダクタに生じる逆起電力を整流するよ
うに方向付けられている。
前記発振回路は、3端子制御素子と、交流結合素子と
を含んでいる。前記3端子制御素子は、主電極が前記ス
イッチ回路を構成する前記3端子スイッチ素子の制御電
極に接続されている。前記交流結合素子は、前記3端子
制御素子と前記インダクタとの間に接続され、前記イン
ダクタの端子間に生じた交流変化分を、前記発振回路の
前記3端子制御素子の制御電極に供給する。前記過電流
保護回路は、3端子制御素子と、コンデンサとを含み、
前記3端子制御素子の制御電極に負荷電流検出信号が供
給され、主電極が前記発振回路を構成する前記3端子制
御素子の制御電極に接続され、前記コンデンサが前記発
振回路を構成する前記3端子制御素子の制御電極回路に
対して並列に接続されている。
〈作用〉 出力回路は、インダクタと、整流平滑回路とを含み、
インダクタは、スイッチ回路の出力側において電力伝送
ライン間に接続されており、整流平滑回路は、インダク
タに生じる逆起電力を整流するように方向付けられてい
るので、極性の反転した直流出力を得ることができる。
発振回路の3端子制御素子は、主電極がスイッチ回路
を構成する3端子スイッチ素子の制御電極に接続されて
おり、交流結合素子は、前記インダクタの端子間に生じ
た交流変化分を、発振回路の3端子制御素子の制御電極
に供給する。これにより、発振回路は、インダクタの端
子間に生じる交流変化分に基づいて発振動作を継続し、
発振出力によってスイッチ回路を構成する3端子スイッ
チ素子をオン、オフさせる。即ち、出力回路のインダク
タを利用して、発振回路を構成できる。このため、発振
回路の構成が簡単化され、部品点数が少なく、装置の小
型化及びコストダウンに適したDC−DCコンバータが得ら
れる。
過電流保護回路は、3端子制御素子を含み、この3端
子制御素子の主電極が発振回路を構成する3端子制御素
子の制御電極に接続されている。即ち、発振回路を構成
する3端子制御素子の制御電極を、過電流保護回路の3
端子制御素子によって直接に駆動する構成である。この
構成によれば、回路構成が簡単になる他、確実な過電流
保護動作が得られるという優れた作用効果を奏する。
更に、過電流保護回路は、コンデンサを含み、コンデ
ンサが発振回路を構成する3端子制御素子の制御電極回
路に対して並列に接続されているので、安定した過電流
保護作用が得られる。
〈実施例〉 第1図は本考案に係るDC−DCコンバータのブロック図
である。図において、1及び2は入力端子、3及び4は
出力端子、5は直流電源、6はスイッチ回路、7は出力
回路、8は発振回路、9は起動回路、10は電流検出回
路、11は過電流保護回路、12は電圧安定化回路、13はコ
ンデンサである。
直流電源5は電池または交流電源を整流平滑して得ら
れる。スイッチ回路6はトランジスタ等の3端子スイッ
チ素子61を含む。3端子スイッチ素子61は主電極E1、C1
が電力伝送ライン(イ)に直列に挿入接続されている。
出力回路7は、インダクタ71と、整流平滑回路72とを
含んでいる。インダクタ71は、チョークコイルであり、
スイッチ回路2の出力側において電力伝送ライン(イ)
−(ロ)間に接続されている。
整流平滑回路72は、インダクタ71に生じる逆起電力を
整流するように方向付けられた整流回路721と、平滑コ
ンデンサ722とを備えている。
発振回路8は、インダクタ71に生じる交流変化分を検
出し、検出信号に基づいて発振動作を継続し、発振出力
によって3端子スイッチ素子61をオン、オフさせる。イ
ンダクタ71に生じる交流変化分は、インダクタ71の一端
と発振回路8との間にコンデンサを接続し、またはイン
ダクタ71に誘導結合させた他のインダクタを発振回路に
接続する等によって検出できる。起動回路9は発振回路
8に起動用の電力を供給する。
上記の構成において、起動初期からの動作を説明す
る。起動回路9から起動電流の供給を受けて発振回路8
が動作を開始すると、発振回路8から出力される発振出
力によって、スイッチ回路6を構成する3端子スイッチ
素子61がオンになる。3端子スイッチ素子61がオンにな
ると、インダクタ71に電流が流れ込み、エネルギーが蓄
積され、図示極性の電圧e1が発生する。インダクタ71に
流れ込む電流は、時間と共に増加するが、3端子スイッ
チ素子61の増幅率以上にはなり得ない。このようにし
て、電流増加制限が加わると、インダクタ71に電圧e1
は逆極性の逆起電力e2が現われる。この逆起電力e2は整
流平滑回路72によって整流平滑され、出力端子3側を負
とし、接地された出力端子4を正とする極性の直流出力
電圧VOが得られる。この直流出力電圧VOは、接地を基準
にして、直流入力電圧Vinとは逆極性である。
インダクタ71に生じる逆起電力e2は、発振回路8によ
って検出される。発振回路8は、上述の逆起電力e2が検
出されると、スイッチ回路3を構成する3端子スイッチ
素子61をオフさせる。
3端子スイッチ素子61がオフになった後も、インダク
タ71に蓄積されたエネルギーが整流平滑回路72を通し、
出力端子3、4から図示しない負荷に向けて放電され
る。放電サイクルにおいて、いわゆるリンギングと呼ば
れる振動電流が発生する。この振動電流による交流成分
は、発振回路8によって検出され、今度は、発振回路8
は3端子スイッチ素子61に対しオンする方向の駆動信号
を与える。この駆動信号により、3端子スイッチ素子61
に微小電流が流れるので、インダクタ71へのエネルギー
蓄積が開始され、電圧e1が誘起する。この変化分は発振
回路8によって検出され、発振回路8は3端子スイッチ
素子61を更にオンする方向に駆動する。この繰返しによ
り、3端子スイッチ素子61が急速にオン状態になる。
以上の動作を繰返すことにより、3端子スイッチ素子
61がオン、オフ動作を継続し、極性の反転した直流出力
電圧VOが得られる。
発振回路8には、負荷電流IOを検出する電流検出回路
10及び過電流保護回路11が備えられており、過電流保護
作用が行なわれる。過電流保護動作は、過電流保護回路
11からの信号を発振回路8に与え、発振回路8の出力に
よって3端子スイッチ素子61をオフさせる動作となる。
また、発振回路8には、電圧制御回路12からの信号が
入力されており、出力電圧VOが一定となるように制御さ
れる。
第2図は本考案に係るDC−DCコンバータの更に具体的
な回路図を示している。図において、第1図と同一の参
照符号は同一性ある構成部分を示している。発振回路8
は、コンデンサ81と、3端子制御素子82とを含む簡単な
回路構成となっている。コンデンサ81は、インダクタ71
に生じた交流変化分を、3端子制御素子82の制御電極B2
に伝えるように、インダクタ71の一端と3端子制御素子
82の制御電極B2との間に接続されている。
3端子制御素子82は、トランジスタ等で構成され、主
電極C2がスイッチ回路6を構成する3端子スイッチ素子
61の制御電極B1に接続されており、コンデンサ81から供
給される交流信号により、3端子スイッチ素子61をオ
ン、オフさせる。
電流検出回路10は、抵抗101をインダクタ71の他端
と、電力伝送ライン(ロ)を構成する接地との間に接続
することによって構成されている。電流保護回路11は、
抵抗111、トランジスタ等でなる3端子制御素子112、コ
ンデンサ113及びコンデンサ114を備えて構成されてい
る。抵抗111の一端はインダクタ71と抵抗101との接続点
に接続してあり、抵抗111の他端は3端子制御素子112の
制御電極B3に接続してある。3端子制御素子112の主電
極C3は、発振回路8を構成する3端子制御素子82の制御
電極B2に接続してある。即ち、発振回路8を構成する3
端子制御素子82の制御電極B2を、過電流保護回路11の3
端子制御素子112によって直接に駆動する構成である。
この構成によれば、回路構成が簡単になる他、確実な過
電流保護動作が得られるという優れた作用効果を奏す
る。コンデンサ113は3端子制御素子112の制御電極B3
接地との間に接続してある。コンデンサ114は発振回路
8を構成する3端子制御素子82の制御電極B2と接地との
間に接続してある。コンデンサ114は過電流保護動作の
安定化を図るために設けられている。
電圧制御回路12は、抵抗121とツェナーダイオード122
との直列回路を含み、この直列回路を電力伝送ライン
(イ)と、発振回路8を構成する3端子制御素子82の制
御電極B2に接続して構成してある。62は抵抗である。
起動回路9から発振回路8を構成する3端子制御素子
82の制御電極B2に電流が供給されると、3端子制御素子
82がオンとなる。3端子制御素子82がオンになると、ス
イッチ回路6を構成する3端子スイッチ素子61がオンに
なる。3端子スイッチ素子61がオンになると、インダク
タ71に電流が流れ込み、エネルギーが蓄積され、図示極
性の電圧e1が発生する。インダクタ71に流れ込む電流増
加が、3端子スイッチ素子61の増幅率による制限を受け
て止まると、インダクタ71に電圧e1とは逆向きの逆起電
力e2が現われる。この逆起電力e2は整流平滑回路72によ
って整流平滑され、出力端子3側と負とし、出力端子4
を正とする直流入力電圧Viとは逆極性の直流出力電圧VO
が得られる。
インダクタ71に生じる逆起電力e2は、コンデンサ81に
加わる。これにより、発振回路8を構成する3端子制御
素子82の制御電極B2の電位が負の方向に深くなるので、
3端子制御素子82がオフとなる。3端子制御素子82がオ
フとなることにより、3端子スイッチ素子61がオフとな
る。3端子スイッチ素子61がオフになった後も、インダ
クタ71に蓄積されたエネルギーが整流平滑回路72を通
し、出力端子3、4から図示しない負荷に向けて放電さ
れ、負荷電流IOが流れる。
インダクタ71に蓄積されたエネルギーが放電されるサ
イクルにおいて、振動電流が発生する。この振動電流に
よる交流成分は、コンデンサ81を通して、3端子制御素
子82の制御電極B2に伝送される。3端子制御素子82は、
上述の振動電流信号が入力されると、3端子スイッチ素
子61に対して、オンする方向の駆動信号を与える。この
駆動信号により、3端子スイッチ素子61に微小電流が流
れるので、インダクタ71へのエネルギー蓄積が開始さ
れ、電圧e1が誘起する。この変化分はコンデンサ81を通
して、3端子制御素子82の制御電極B2に与えられるの
で、3端子スイッチ素子61が更にオンする方向に駆動さ
れる。この繰返しにより、3端子スイッチ素子61が急速
にオン状態になる。
以上の動作を繰返すことにより、3端子スイッチ素子
61がオン、オフ動作を継続し、出力端子3−4から極性
の反転した直流出力電圧VOが出力され、負荷電流IOが流
れる。
負荷電流IOが過大になると、過電流検出回路10を構成
する抵抗101の電圧降下分が大きくなり、3端子制御素
子112の制御電極B3の電位が高くなるので、3端子制御
素子112がオンとなる。3端子制御素子112がオンになる
ことにより、発振回路8を構成する3端子制御素子82及
びスイッチ回路6を構成する3端子スイッチ素子61がオ
フとなる。これにより、過電流保護作用が得られる。
3端子スイッチ素子61がオフとなったことにより、電
流検出回路10の端子電圧が低下し、3端子制御素子112
がオフとなるが、3端子制御素子82の制御電極B2と主電
極E2との間にコンデンサ114が接続されているので、コ
ンデンサ114に電荷が蓄積されるまでの間、3端子制御
素子82がオフ状態に保たれる。このため、安定した過電
流保護作用が得られる。もし、コンデンサ114がなけれ
ば、過電流保護作用によって3端子スイッチ素子61がオ
フとなった直後に、電流検出回路10の端子電圧が低下
し、3端子制御素子112がオフとなり、それによって3
端子制御素子82がオン、続いて3端子スイッチ素子61が
オンとなる。その後、再び、過電流保護回路11の働きに
より、3端子制御素子82がオフとなり、3端子スイッチ
素子61がオフとなる動作を繰返し、安定な過電流保護作
用が得られない。
直流出力電圧VOが変動した場合は、電圧制御回路12に
設けられたツェナーダイオード122のツェナー電圧を基
準値として、その変動分が検出される。この変動分は3
端子制御素子112に与えられる。3端子制御素子112は、
上述の変動分に応じて、発振回路8を構成する3端子制
御素子82の制御電極B2に供給される電流を引抜きく。こ
れにより、直流出力電圧VOが安定化される。
〈考案の効果〉 以上述べたように、本考案に係るDC−DCコンバータに
よれば、次のような効果を得ることができる。
(a)出力回路のインダクタを利用することにより、発
振回路の構成が簡単で、部品点数が少なく、装置の小型
化及びコストダウンに適した極性反転型DC−DCコンバー
タを提供できる。
(b)発振回路を構成する3端子制御素子の制御電極
を、過電流保護回路の3端子制御素子によって直接に駆
動する構成であるので、回路構成が簡単になる他、確実
な過電流保護動作が得られるという優れた作用効果を奏
する。
(c)過電流保護回路は、コンデンサを含み、コンデン
サは発振回路を構成する3端子制御素子の制御電極回路
に対して並列に接続されているので、安定した過電流保
護作用が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案に係るDC−DCコンバータのブロック図、
第2図は本考案に係るDC−DCコンバータの具体的な回路
図である。 6……スイッチ回路 61……3端子スイッチ素子 7……出力回路 71……インダクタ、72……整流平滑回路 8……発振回路、81……コンデンサ 82……3端子制御素子 10……過電流検出回路 11……過電流保護回路 12……電圧制御回路

Claims (2)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】直流入力をスイッチングするスイッチ回路
    と、スイッチング出力を極性の反転した直流出力に変換
    して出力する出力回路と、前記スイッチ回路をオン、オ
    フ駆動する発振回路と、過電流保護回路とを含むDC−DC
    コンバータであって、 前記スイッチ回路は、主電極が電力伝送ラインに直列に
    挿入された3端子スイッチ素子を含み、 前記出力回路は、インダクタと、整流平滑回路とを含
    み、 前記インダクタは、前記スイッチ回路の出力側において
    電力伝送ライン間に接続されており、 前記整流平滑回路は、前記インダクタに生じる逆起電力
    を整流するように方向付けられており、 前記発振回路は、3端子制御素子と、交流結合素子とを
    含んでおり 前記3端子制御素子は、主電極が前記スイッチ回路を構
    成する前記3端子スイッチ素子の制御電極に接続されて
    おり、 前記交流結合素子は、前記3端子制御素子と前記インダ
    クタとの間に接続され、前記インダクタの端子間に生じ
    た交流変化分を、前記3端子制御素子の制御電極に供給
    するものであり、 前記過電流保護回路は、3端子制御素子と、コンデンサ
    とを含み、前記3端子制御素子は、制御電極に負荷電流
    検出信号が供給され、主電極が前記発振回路を構成する
    前記3端子制御素子の制御電極に接続され、前記コンデ
    ンサは前記発振回路を構成する前記3端子制御素子の制
    御電極回路に対して並列に接続されていること を特徴とするDC−DCコンバータ。
  2. 【請求項2】前記交流結合素子は、コンデンサであるこ
    と を特徴とする実用新案登録請求の範囲第1項に記載のDC
    −DCコンバータ。
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