JP2811339B2 - Dc/dcコンバータ - Google Patents

Dc/dcコンバータ

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【発明の詳細な説明】 〔概要〕 2出力電圧形のDC/DCコンバータに関し 定電圧特性がよく、広範囲の出力電圧を発生できるDC
/DCコンバータの提供を目的とし、 入力電源とコイルとをスイッチング素子を介して接続
し、このスイッチング素子のオン時コイルを励磁すると
ともに、スイッチング素子のオフ時、コイルに発生する
逆起電力によってダイオードD1を介してコンデンサC1に
出力電圧を発生するバックブースト形DC/DCコンバータ
回路において、ダイオードD4をコイルの一端とダイオー
ドD1の接続点に挿入し、コンデンサC2とダイオードD2の
直列回路および前記スイッチング素子と同期して動作す
る第2のスイッチング素子をダイオードD4とダイオード
D1の接続点とコイルの他端との間に接続して、コイルの
逆起電力によるコンデンサC2の充電電荷によって第2の
スイッチング素子のオン時ダイオードD3を介してコンデ
ンサC3に前記バックブースト形DC/DCコンバータ回路と
逆極性の出力電圧を発生するスイッチドキャパシタ回路
を設けて構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は2出力電圧形のDC/DCコンバータに係り、特
にバックブースト形DC/DCコンバータ回路に対してスイ
ッチドキャパシタ回路を付加したDC/DCコンバータに関
するものである。
同一直流電源から正負のほぼ等しい電圧の2出力電圧
を発生するDC/DCコンバータは、各種装置の電源回路と
して広く用いられている。
このような2出力電圧形のDC/DCコンバータは、入力
電源電圧より低い電圧から高い電圧にわたって、広範囲
の出力電圧を発生することができるとともに、高安定な
出力電圧特性を有するものであることが要望される。
〔従来の技術〕 第4図は従来の2出力電圧形DC/DCコンバータを示し
たものであって、ブースト形DC/DCコンバータ回路に対
して、スイッチドキャパシタ回路を付加した、DC/DCコ
ンバータが示されており、Eiは入力電源、L11は電磁エ
ネルギーを蓄えるコイル、TR11はスイッチング用のトラ
ンジスタ、D11,D12,D13はダイオード、C11,C12,C13はコ
ンデンサ、11はスイッチング用トランジスタTR11のオン
オフを制御する駆動信号を発生する制御回路である。
第4図において、トランジスタTR11のオン時、コイル
L11にエネルギーを蓄え、トランジスタTR11のオフ時、
コイルL11の逆起電力と入力電源とを加算した電圧が、
ダイオードD11および平滑用コンデンサC11を介して、出
力電圧+V1として出力される。
またトランジスタTR11のオフ時、入力電源Ei→コイル
L11→コンデンサC12→ダイオードD12の経路で電流が流
れてコンデンサC12に電荷を蓄積し、トランジスタTR11
のオン時、コンデンサC12→トランジスタTR11→コンデ
ンサC13→ダイオードD13の経路で電流が流れてコンデン
サC13に充電し平滑されることによって、出力電圧+V1
とほぼ同じ大きさの出力電圧−V1を出力する。
制御回路11は出力電圧+V1を検出し、その大きさに応
じて駆動電流を制御して、トランジスタTR11のオン時間
を変化させることによって、出力電圧±V1を安定化す
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
第4図に示されたDC/DCコンバータにおいて、コイルL
11,トランジスタTR11,ダイオードD11,コンデンサC11か
らなる回路はブースト形DC/DCコンバータ回路を構成
し、その出力電圧V1の大きさは次のようになることが知
られている。
ここでtonはスイッチング用トランジスタTR11のオン
時間、Tはスイッチング周期である。(1)式から出力
電圧V1は、入力電源電圧より常に大きい。
またコンデンサC12,C13およびダイオードD12,D13から
なる回路はスイッチドキャパシタ回路を構成し、その出
力電圧は、入力電圧とほぼ等しい大きさである。
従って、第4図のDC/DCコンバータでは、出力電圧と
して入力電源電圧Eiより高い、等しい2出力電圧を発生
する。すなわち、電圧のステップアップを行うことが可
能である。しかしながら、入力電源電圧Eiより低い出力
電圧を発生する、電圧のステップダウンを行うことは不
可能である。
これに対して別の形式のDC/DCコンバータとして、ト
ランスを用いたフライバック方式のものがあり、この場
合は出力電圧として、入力電源電圧より高い電圧も低い
電圧も出力できる。しかしながらフライバック方式のDC
/DCコンバータは、トランスの漏れ磁束によって出力の
定電圧特性が悪くなるという問題がある。
本発明はこのような従来技術の課題を解決しようとす
るものであって、トランスを用いないため定電圧特性が
よく、かつ入力電源電圧より低い電圧から高い電圧にわ
たる広範囲の出力電圧を発生することができる、DC/DC
コンバータを提供することを目的としている。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は第1図(a),(b)にその原理的構成を示
すようなものである。
すなわち第1図(a)に示すように、バックブースト
形DC/DCコンバータ回路1に対して、スイッチドキャパ
シタ回路2を付加して構成したものである。
ここでバックブースト形DC/DCコンバータ回路1は、
入力電源EiとコイルL1とを第1のスイッチング素子TR1
を介して接続し、このスイッチング素子TR1のオン時コ
イルL1を励磁するとともに、スイッチング素子TR1のオ
フ時、コイルL1に発生する逆起電力によってダイオード
D1を介してコンデンサC1に出力電圧−Vを発生するもの
であり、スイッチドキャパシタ回路2は、ダイオードD4
を前記コイルL1の一端とダイオードD1の接続点に挿入
し、コンデンサC2とダイオードD2の直列回路および第1
のスイッチング素子TR1と同期して動作する第2のスイ
ッチング素子TR2を、ダイオードD4とダイオードD1の接
続点とコイルL1の他端との間に接続して、コイルL1の逆
起電力によるこのコンデンサC2の充電電荷によって第2
のスイッチング素子TR2のオン時ダイオードD3を介して
コンデンサC3にバックブースト形DC/DCコンバータ回路
1と逆極性の出力電圧+V1を発生するものである。
また、第1図(b)に示すように、上述のDC/DCコン
バータにおいて、第1のスイッチング素子TR1がコイルL
1の他端と入力電源Eiとの間に設けられ、両スイッチン
グ素子TR1,TR2がそれぞれの電流流入側端子を共通に接
続されるように構成されていて、同電位の駆動信号によ
って制御されるようにしたものである。
〔作用〕
バックブースト形DC/DCコンバータ回路1において
は、入力電源EiとコイルL1とを第1のスイッチング素子
TR1を介して接続する。これによって、スイッチング素
子TR1がオンになったとき、コイルL1を励磁する。そし
てスイッチング素子TR1がオフになったとき、コイルL1
に発生する逆起電力によってダイオードD1を介してコン
デンサC1に出力電圧−V1を発生する。
またスイッチドキャパシタ回路2においては、ダイオ
ードD4をコイルL1の一端とダイオードD1の接続点に挿入
し、コンデンサC2とダイオードD2とを直列に接続した回
路と、第1のスイッチング素子TR1と同期して動作する
第2のスイッチング素子TR2とを、ダイオードD4とダイ
オードD1の接続点とコイルL1の他端との間に接続する。
これによって、コイルL1の逆起電力によってコンデンサ
C2を充電し、この充電電荷によって、第2のスイッチン
グ素子TR2がオンになったとき、ダイオードD3を介して
コンデンサC3に出力電圧+V1を発生する。この出力電圧
+V1は、バックブースト形DC/DCコンバータ回路1の出
力電圧−V1とは逆極性であって、ほぼ等しい大きさを有
している。
このように本発明のDC/DCコンバータでは、バックブ
ースト形DC/DCコンバータ回路1によって、入力電源電
圧より低い電圧から高い電圧にわたる広範囲の出力電圧
を得ることができるとともに、スイッチドキャパシタ回
路2によってバックブースト形DC/DCコンバータ回路1
と逆極性の等しい大きさの出力電圧を発生するので、入
力電源電圧により低い電圧から高い電圧にわたる、広範
囲の等しい正負2出力電圧を発生することができる。
なおこの場合、第1のスイッチング素子TR1をコイルL
1の他端と入力電源Eiとの間に設けて、両スイッチング
素子TR1,TR2がそれぞれの電流流入側端子を共通に接続
されるように構成することによって、両スイッチング素
子TR1,TR2を同電位の駆動信号によって制御することが
できるようになるので、制御回路11の構成を簡単にする
ことができる。
〔実施例〕
第2図は、本発明の一実施例を示す図であって、バッ
クブースト形DC/DCコンバータ回路に対してスイッチド
キャパシタ回路を付加した形式のDC/DCコンバータを示
し、Eiは入力電源電圧、L1は電磁エネルギーを蓄えるコ
イル、TR1,TR2は同期してオンオフするスイッチング用
のトランジスタ、D1,D2,D3,D4はダイオード、C1,C2,C3
はコンデンサ、11はスイッチング用トランジスタTR1,TR
2を同期して動作させる駆動信号を発生する制御回路で
ある。第2図において、トランジスタTR1,コイルL1,ダ
イオードD1,コンデンサC1からなる回路は、バックブー
スト形DC/DCコンバータ回路1を構成し、トランジスタT
R2,コンデンサC2,C3およびダイオードD2,D3,D4からなる
回路はスイットキャパシタ回路2を構成している。
第2図において、トランジスタTR1のオン時、コイルL
1にエネルギーを蓄え、トランジスタTR1のオフ時、コイ
ルL1の逆起電力によってコイルL1→コンデンサC1→ダイ
オードD1→ダイオードD4の経路で電流が流れてコンデン
サC1に充電し、コンデンサC1から出力電圧−V1が出力さ
れる。
またトランジスタTR1,TR2のオフ時、コイルL1から、
コイルL11→ダイオードD2→コンデンサC2→ダイオードD
4の経路で電流が流れてコンデンサC3を充電し、コンデ
ンサC3から出力電圧−V1とほぼ同じ大きさの出力電圧+
V1が出力される。
制御回路11は出力電圧+V1を検出し、その大きさに応
じて駆動電流を制御して、トランジスタTR1,TR2のオン
時間をそれぞれ変化させることによって、出力電圧±V1
を安定化する。
第2図において、バックブースト形DC/DCコンバータ
回路2における出力電圧V1の大きさは、次のようになる
ことが知られている。
ここでtonはスイッチング用トランジスタTR1のオン時
間、Tはスイッチング周期である。(3)式から出力電
圧V1は、入力電源電圧Eiより大きくすることも、小さく
することもできる。
またスイッチドキャパシタ回路1の出力電圧は、その
動作から明らかなように、入力電圧とほぼ等しい大きさ
である。
従って、第2図のDC/DCコンバータでは、発生する2
出力電圧を、入力電源電圧Eiより低くすることもでき、
また高くすることもできる。
第3図は本発明の他の実施例を示したものであって、
第2図におけると同じものを同じ番号で示しているが、
スイッチング用トランジスタTR1を挿入する場所が異な
っており、またスイッチング用トランジスタTR1,TR2
は、制御回路11から同電位の駆動信号でそのオンオフを
制御されるようになっている。
第3図に示されたDC/DCコンバータの動作は、第2図
に示された回路と同様である。しかしながら第3図の回
路では、スイッチング用トランジスタTR1は入力電源電
圧Eiに対する帰路側に挿入され、両スイッチング用トラ
ンジスタTR1,TR2のエミッタが共通に接続されている。
従って第3図の回路では、両スイッチング用トランジ
スタTR1,TR2の駆動信号を同電位にすることができるの
で、制御回路11の構成を簡単化することが可能となる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明のDC/DCコンバータで
は、バックブースト形DC/DCコンバータ回路を基とし、
これにスイッチドキャパシタ回路を付加したので、入力
電圧より低い電圧から高い電圧にわたる広範囲の出力電
圧を、正負の等しい2出力電圧として得ることができ
る。
また、フライバック方式のDC/DCコンバータ回路のよ
うにトランスを使用しないので、漏れ磁束の影響によっ
て定電圧特性が悪化することがなく、高安定な出力電圧
特性を得ることができる。
さらに本発明のDC/DCコンバータでは、2個のスイッ
チング用トランスに対する駆動電流を同電位にすること
ができるので、制御回路の構成を簡単化することが可能
である。
【図面の簡単な説明】
第1図(a),(b)は本発明の原理的構成を示す図、
第2図は本発明の一実施例を示す図、第3図は本発明の
他の実施例を示す図、第4図は従来の2出力電圧形DC/D
Cコンバータを示す図である。 1はバックブースト形DC/DCコンバータ、2はスイッチ
ドキャパシタ回路、Eiは入力電源、L1はコイル、TR1,TR
2はスイッチング素子、D1,D2,D3,D4はダイオード、C1,C
2,C3はコンデンサ、+V1,−V1は出力電圧である。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力電源(Ei)とコイル(L1)とを第1の
    スイッチング素子(TR1)を介して接続し、該スイッチ
    ング素子(TR1)のオン時コイル(L1)を励磁するとと
    もに、該スイッチング素子(TR1)のオフ時、該コイル
    (L1)に発生する逆起電力によってダイオード(D1)を
    介してコンデンサ(C1)に出力電圧(−V1)を発生する
    バックブースト形DC/DCコンバータ回路(1)におい
    て、 ダイオード(D4)を前記コイル(L1)の一端とダイオー
    ド(D1)の接続点に挿入し、コンデンサ(C2)とダイオ
    ード(D2)の直列回路および前記第1のスイッチング素
    子(TR1)と同期して動作する第2のスイッチング素子
    (TR2)をダイオード(D4)とダイオード(D1)の接続
    点と前記コイル(L1)の他端との間に接続して、前記コ
    イル(L1)の逆起電力による該コンデンサ(C2)の充電
    電荷によって第2のスイッチング素子(TR2)のオン時
    ダイオード(D3)を介してコンデンサ(C3)に前記バッ
    クブースト形DC/DCコンバータ回路(1)と逆極性の出
    力電圧(+V1)を発生するスイッチドキャパシタ回路
    (2)を設けたことを特徴とするDC/DCコンバータ。
  2. 【請求項2】前記第1のスイッチング素子(TR1)が前
    記コイル(L1)の他端と入力電源(Ei)との間に設けら
    れ、両スイッチング素子(TR1,TR2)がそれぞれの電流
    流入側端子を共通に接続されていて同電位の駆動信号に
    よって制御されることを特徴とする請求項第1項記載の
    DC/DCコンバータ。
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