JP2855746B2 - DC-DC converter - Google Patents

DC-DC converter

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JP2855746B2
JP2855746B2 JP2412390A JP2412390A JP2855746B2 JP 2855746 B2 JP2855746 B2 JP 2855746B2 JP 2412390 A JP2412390 A JP 2412390A JP 2412390 A JP2412390 A JP 2412390A JP 2855746 B2 JP2855746 B2 JP 2855746B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はDC−DCコンバータ、特にドライブ側回路と出
力側回路を直流的にアイソレートし、1入力−多出力で
出力間もアイソレートできる圧電カップラを用いたDC−
DCコンバータに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a DC-DC converter, in particular, a drive-side circuit and an output-side circuit which are DC-isolated and can be isolated from one input to multiple outputs between outputs. DC- using piezoelectric coupler
Related to DC converter.

〔従来の技術〕 近年の電子機器は、ますます小型・薄型化の傾向にあ
り、ディスクリート部品で構成していた回路のハイブリ
ッドIC化や周辺回路のLSI化などが行われている。ま
た、これら小型化は、電子機器を動作させるに必要な電
源でも進められており、この一例ではスイッチング周波
数を高めることでトランスの小型化を行ったDC−DCコン
バータが有り数cm□で厚さも1〜2cmとなってきてい
る。
[Prior Art] In recent years, electronic devices have tended to become smaller and thinner, and circuits made up of discrete components have been made into hybrid ICs and peripheral circuits made into LSIs. In addition, these miniaturizations are also being promoted with power supplies required to operate electronic devices.In this example, there is a DC-DC converter that has a downsized transformer by increasing the switching frequency. It has become 1-2cm.

従来の一例について図面を参照して説明する。 A conventional example will be described with reference to the drawings.

第7図は従来のDC−DCコンバータの回路図である。 FIG. 7 is a circuit diagram of a conventional DC-DC converter.

入力端子71に与えられた直流電圧VIをトランジスタ等
のスイッチング素子2でスイッチングすることにより交
流に変換し、これをトランス73を用いて降圧あるいは昇
圧し整流ダイオード74で整流することで再び直流電圧に
戻し、この電圧が所望の電圧となるように誤差検出回路
75で差分を検出し、フォトカップラ76などを用いて制御
回路77へ戻しスイッチング時間比の制御などを行い、出
力電圧VOとして取り出すものである。したがって入力端
子71に接続される電源と出力電圧として取り出す電圧VO
はトランスによってアイソレートされているため電子機
器でのグランドループの形成が無くなりノイズによる誤
動作が防止できる。
The DC voltage VI applied to the input terminal 71 is converted into AC by switching with a switching element 2 such as a transistor, and the voltage is stepped down or stepped up using a transformer 73 and rectified by a rectifier diode 74 to be converted into a DC voltage again. Error detection circuit so that this voltage becomes a desired voltage.
The difference is detected at 75 and returned to the control circuit 77 using the photocoupler 76 or the like, the switching time ratio is controlled, and the like is taken out as the output voltage VO. Therefore, the power supply connected to the input terminal 71 and the voltage VO taken out as the output voltage
Is isolated by a transformer, so that a ground loop is not formed in the electronic device, and malfunction due to noise can be prevented.

このようなことから、通信機器の大型装置ではパッケ
ージごとに、このDC−DCコンバータを搭載するようにな
ってきており、DC−DCコンバータの小型化に伴なってま
すますこの需要が拡大されてきている。
For this reason, DC-DC converters have been installed in large packages of communication equipment for each package, and the demand has been increasing with the miniaturization of DC-DC converters. ing.

このようなDC−DCコンバータには、入力側と出力側を
結合するカップラとして巻き線トランスが使われてお
り、降圧あるいは昇圧を兼ねてアイソレートを行ってい
る。さらに出力として得られる電圧を入力側のスイッチ
ング回路にフィードバックするためにV−f変換(電圧
−周波数変換)を経てフォトカップラ等で結合してい
る。
In such a DC-DC converter, a winding transformer is used as a coupler that couples an input side and an output side, and performs isolation while also performing step-down or step-up. Further, in order to feed back a voltage obtained as an output to a switching circuit on the input side, the voltage is coupled by a photocoupler or the like through Vf conversion (voltage-frequency conversion).

上述したようなDC−DCコンバータには、入力と出力を
アイソレートするための機能素子としてカップラが使わ
れており、その1つに降圧あるいは昇圧を行う主要部分
となる巻線トランスがあり、さらに出力電圧の誤差分を
スイッチング回路の制御系へフィードバックするための
フォトカップラがある。
In the DC-DC converter as described above, a coupler is used as a functional element for isolating an input and an output, and one of them is a winding transformer which is a main part for performing step-down or step-up. There is a photocoupler for feeding back the error of the output voltage to the control system of the switching circuit.

この中で、前者の巻き線トランスは磁心(コア)に一
次及び二次の巻き線をしたもので、巻き線比が入力と出
力の降圧あるいは昇圧の比になり、二次巻き線を複数と
することで1入力多出力が構成できる。また、後者のフ
ォトカップラはLED等の発光素子からの光をフォトトラ
ンジスタにて受けるもので、このLEDとフォトトランジ
スタを一体モールドしたものである。
Among them, the former winding transformer has primary and secondary windings on a magnetic core (core), and the winding ratio is the ratio of step-down or step-up of input and output, and the number of secondary windings is plural. By doing so, one-input multiple-output can be configured. The latter photocoupler receives light from a light emitting element such as an LED by a phototransistor, and is formed by integrally molding the LED and the phototransistor.

このように従来のDC−DCコンバータは巻き線トランス
による電圧変換(昇圧あるいは降圧)を行うものであ
り、スイッチング周波数を高めれば巻き線の数を少なく
でき、トランスのコアも小さなもので良くなる。
As described above, the conventional DC-DC converter performs voltage conversion (step-up or step-down) using a winding transformer. If the switching frequency is increased, the number of windings can be reduced, and the core of the transformer can be reduced to a small one.

したがって、小型化のためには、このスイッチング周
波数を高めることが行われており、現在ではスイッチン
グ周波数が1MHzとなったものも市販されるようになって
きた。
Therefore, in order to reduce the size, the switching frequency is increased. At present, the switching frequency of 1 MHz has come to be marketed.

また、スイッチング周波数が高くなるとスイッチング
素子である半導体の損失が増加することから、電圧や電
流がほぼゼロの所でスイッチングさせる共振型コンバー
タの方式になってきており、高周波タイプのものは、ほ
とんど共振型のコンバータとなっている。さらに、最近
のDC−DCコンバータは信頼性を高めるためにアルミ電解
コンデンサを用いずに大容量の積層セラミックコンデン
サを用いて1つのケース内にモールドしたものが市販さ
れてきている。
Also, as the switching frequency increases, the loss of the semiconductor, which is the switching element, increases.Therefore, resonance type converters that perform switching at a place where the voltage or current is almost zero are becoming popular. It is a type converter. Further, recent DC-DC converters have been marketed in which a large-capacity multilayer ceramic capacitor is molded in one case without using an aluminum electrolytic capacitor in order to enhance reliability.

このようなDC−DCコンバータはスイッチング周波数を
高くすることで小型化を計っているが、効率が60〜65%
と低く、この効率を高めることがDC−DCコンバータの大
きな課題であった。また、大型の通信機器でパッケージ
単位にDC−DCコンバータを搭載するシステム構成では、
従来5V給電(装置のメイン電源を5Vとして給電ラインで
各パッケージへ供給)で±12Vや48Vなどの電源を各パッ
ケージ内で作っていたが、このときの給電ロス(給電ラ
インの抵抗損失)を小さくすることから最近では48V給
電でパッケージの中で5V等の低い電圧を作るような方向
となってきており、この点からもロスを小さくさせるこ
とが重要となってきている。
Such DC-DC converters have been reduced in size by increasing the switching frequency, but have an efficiency of 60 to 65%.
Therefore, increasing this efficiency has been a major issue for DC-DC converters. In addition, in a system configuration in which a DC-DC converter is mounted for each package in a large communication device,
Conventionally, power supplies such as ± 12 V and 48 V were made in each package using 5 V power supply (main power supply of the device was set to 5 V and supplied to each package via a power supply line). In recent years, it has become a trend to produce a low voltage such as 5 V in a package with 48 V power supply because of the size reduction, and it is important to reduce the loss from this point as well.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

上述した従来のDC−DCコンバータでは、電圧の降圧あ
るいは昇圧が巻き線トランスの巻数比とトランスに流れ
る電流を時分割等によって制御することで所望の電圧を
作り出すもので、この出力は任意の電圧とすることがで
きる。ところが出力を取り出さない(無負荷)状態であ
ってもトランスの一次側に電流を流さなければならず、
スイッチングトランジスタの熱損失として消費されてし
まう。このため、電源としての効率は出力電流が小さい
ほど悪くなり、小電流領域では50%程度に低下してしま
うものであり、無負荷で電流ゼロとはならない。また、
高周波化による小型化は、整流用ダイオードの逆回復時
間やスイッチングトランジスタのスイッチング時間の影
響で効率は悪くなってしまい、この分が電源内部で熱損
失として消費されてしまうものであった。さらに、これ
らの巻き線トランスとスイッチングトランジスタによる
方式のものは基本的には直流から交流に変換して昇・降
圧し、再び直流に戻すため、出力段には大きな容量のコ
ンデンサやチョークコイルを用いたフィルターを構成し
なければならず小型化の大きなネックとなるという欠点
があった。
In the conventional DC-DC converter described above, the step-down or step-up of the voltage creates a desired voltage by controlling the turns ratio of the winding transformer and the current flowing through the transformer by time division or the like. It can be. However, even in a state where no output is taken out (no load), current must flow through the primary side of the transformer.
It is consumed as heat loss of the switching transistor. For this reason, the efficiency as a power supply becomes worse as the output current becomes smaller, and drops to about 50% in a small current region, and the current does not become zero at no load. Also,
The downsizing due to the increase in the frequency becomes inefficient due to the effects of the reverse recovery time of the rectifying diode and the switching time of the switching transistor, and this amount is consumed as heat loss inside the power supply. In addition, these winding transformers and switching transistors basically use a large-capacity capacitor or choke coil in the output stage to convert DC to AC, step up / down, and return to DC again. However, there is a drawback in that a conventional filter must be constructed, which becomes a major bottleneck in miniaturization.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明のDC−DCコンバータは、少なくとも1対の対向
電極が形成された圧電素子が絶縁層を介して少なくとも
2つが機械的に接続されると共に、この2つ以上の圧電
素子が支持枠にて固定され、これらの内の少なくとも1
つがドライブ側素子であり、残る少なくとも1つが出力
側素子である圧電カップラとスイッチングトランジスタ
とコンデンサでなる。
In the DC-DC converter of the present invention, at least two piezoelectric elements having at least one pair of opposed electrodes are mechanically connected via an insulating layer, and the two or more piezoelectric elements are supported by a support frame. Fixed, at least one of these
One is a drive-side element, and at least one is a piezoelectric coupler, a switching transistor, and a capacitor, which are output-side elements.

〔作用〕[Action]

本発明はDC−DCコンバータは、2つの圧電素子でカッ
プラを構成し、このカップラでFETを直接制御すること
でスイッチ素子として動作させ、このスイッチ素子を複
数組合せることでコンデンサにチャージされた電圧の直
列−並列変換を行うことで出力電圧を作り出すものであ
る。
The present invention provides a DC-DC converter in which a coupler is composed of two piezoelectric elements, the FET is directly controlled by the coupler to operate as a switch element, and a voltage charged in a capacitor is obtained by combining a plurality of the switch elements. To produce an output voltage by performing the serial-parallel conversion of

一般に、圧電素子は電界を加えることで歪み(変位)
を発生し、また反対に圧力(外部歪み)を加えることで
電圧を発生することができる素子である。このため、本
発明で用いる圧電カップラは1つの支持枠内に2つ以上
の圧電素子を機械的に接続固定しFET(電界効果トラン
ジスタ)をドライブしたものであるから、支持枠内の1
つの圧電素子に電界を加えると、この素子に伸びが生
じ、固定されたもう一方の圧電素子には圧力が加わるこ
とになり、このとき圧電素子からは必然的に電圧が発生
することになる。
Generally, a piezoelectric element is distorted (displaced) by applying an electric field.
This is an element which can generate a voltage by applying pressure (external strain). For this reason, the piezoelectric coupler used in the present invention is a device in which two or more piezoelectric elements are mechanically connected and fixed in one support frame to drive an FET (field effect transistor).
When an electric field is applied to one of the piezoelectric elements, the element expands, and pressure is applied to the other fixed piezoelectric element. At this time, a voltage is necessarily generated from the piezoelectric element.

したがって電界を加える圧電素子をドライブ側とし、
電圧発生側を出力側素子とすれば、これは入力信号に応
じて出力電圧が変化するカップラとなり、ドライブ側に
与える電圧をパルス状にすれば、出力電圧もパルス状
(時間的に余り長いものは作れないが)の出力となるた
め出力側でドライブしたFETはスイッチ素子として動作
することになる。
Therefore, the piezoelectric element that applies an electric field is the drive side,
If the voltage generation side is the output side element, this is a coupler whose output voltage changes according to the input signal. If the voltage applied to the drive side is pulsed, the output voltage will also be pulsed (a very long time). FET is driven on the output side to operate as a switch element.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明の実施例について、図面を参照して詳細
に説明する。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は、本発明の一実施例を示す昇圧型DC−DCコン
バータの回路図であり、1ドライブ6出力の圧電カップ
ラ11と1ドライブ4出力の圧電カップラ12(圧電カップ
ラについては後述する)を用い、この2つの圧電カップ
ラを180度のタイミング関係で動作させるドライブ回路1
3があり、このドライブ回路13からのΦ1とΦ2の信号
で入力側及び出力側の圧電カップラを動作させることに
よりスイッチ(圧電カップラのFET)が動作しコンデン
サC1,C2,C3に加えられた入力端の電圧が3倍の出力電圧
として出力端に得られるものである。
FIG. 1 is a circuit diagram of a step-up DC-DC converter according to an embodiment of the present invention. The piezoelectric coupler 11 has one drive and six outputs and the piezoelectric coupler 12 has one drive and four outputs (the piezoelectric coupler will be described later). And a drive circuit 1 that operates these two piezoelectric couplers in a 180-degree timing relationship.
By operating the input side and output side piezoelectric couplers with the signals of Φ1 and Φ2 from the drive circuit 13, the switches (FETs of the piezocoupler) are operated, and the input applied to the capacitors C1, C2, C3. The voltage at the terminal is obtained at the output terminal as a triple output voltage.

ここで、圧電カップラについて構成とその動作を説明
する。
Here, the configuration and operation of the piezoelectric coupler will be described.

第2図は、本発明のDC−DCコンバータに用いる圧電カ
ップラの一実施例を示す素子の構成であり、内部に対向
電極21を有する第1の圧電素子22と対向電極23を有する
第2の圧電素子24が絶縁体25を介して接着剤26で機械的
に接続されており、さらに、これら2つの圧電素子22及
び24を支持枠27の内部に接着固定している。
FIG. 2 shows a configuration of an element showing one embodiment of a piezoelectric coupler used in the DC-DC converter of the present invention. The first piezoelectric element 22 having a counter electrode 21 therein and the second The piezoelectric element 24 is mechanically connected with an adhesive 26 via an insulator 25, and the two piezoelectric elements 22 and 24 are bonded and fixed inside a support frame 27.

また、支持枠27には外部回路との接続を行うためのド
ライブ端子28と出力端子29があり、それぞれ第1の圧電
素子22と第2の圧電素子24から引出したリード線30が接
続される。さらに支持枠27には機器組み込みのためのネ
ジ固定用の穴31が形成される。
Further, the support frame 27 has a drive terminal 28 and an output terminal 29 for connection to an external circuit, and a lead wire 30 drawn from the first piezoelectric element 22 and the second piezoelectric element 24 is connected thereto. . Further, the support frame 27 is provided with a screw fixing hole 31 for mounting the device.

以上のようにして構成した圧電カップラは、2つの圧
電素子が支持枠により完全に固定されているため、ドラ
イブ端子28に電界を加えると第1の圧電素子22は固定軸
方向に伸びを生じる。
In the piezoelectric coupler configured as described above, since the two piezoelectric elements are completely fixed by the support frame, when an electric field is applied to the drive terminal 28, the first piezoelectric element 22 expands in the fixed axis direction.

すると、この伸びが生じた分だけ第2の圧電素子24に
は圧力となって加わり、このとき第2の圧電素子24から
は電圧が発生する。
Then, a pressure is applied to the second piezoelectric element 24 by an amount corresponding to the extension, and at this time, a voltage is generated from the second piezoelectric element 24.

したがって、出力端子にはドライブした電圧の変化に
応じた出力電圧が生じる。
Therefore, an output voltage is generated at the output terminal according to the change in the driven voltage.

ただし、この電圧はドライブ電圧が変化した時(圧力
が変化した時)だけであって連続的に出力されるもので
はない。
However, this voltage is only output when the drive voltage changes (when the pressure changes) and is not output continuously.

このようなことから、ドライブ端子28にパルス状に変
化する電圧を与えれば、この変化に応じて出力が変化す
るカップラとなる。
For this reason, if a pulse-like voltage is applied to the drive terminal 28, the coupler changes its output according to this change.

このような構成によって得た圧電カップラは、ドライ
ブ側の圧電素子に与えた信号によって出力側の圧電素子
から出力電圧が得られるが、この出力電圧は通常高いイ
ンピーダンスの素子で受ける必要があり、このためにFE
Tを付加して構成する。
In a piezoelectric coupler obtained by such a configuration, an output voltage is obtained from a piezoelectric element on an output side by a signal given to a piezoelectric element on a drive side, and this output voltage usually needs to be received by a high impedance element. For FE
Configure by adding T.

第3図は、支持枠32にLETアレー33を実装し、このFET
アレー33へ出力側である二次側圧電素子34からの出力を
5個の電極対35,36,37,38,39に分け(個々に絶縁層40を
形成)、これらをそれぞれFETのソースゲート間に接続
したものである。
FIG. 3 shows that the LET array 33 is mounted on the support frame 32 and this FET is
The output from the secondary side piezoelectric element 34 which is the output side to the array 33 is divided into five electrode pairs 35, 36, 37, 38, and 39 (individually forming the insulating layer 40), and these are respectively connected to the source gate of the FET. It is connected between.

このように構成することによって一次側であるドライ
ブ素子41の圧電素子をパルス電圧でドライブすれば、こ
のパルス電圧に応じて二次側圧電素子にパルス状の圧力
が加わり、分割された二次側圧電素子の電極対35,36,3
7,38,39からは電圧が出力される。
With this configuration, if the piezoelectric element of the drive element 41 on the primary side is driven with a pulse voltage, a pulse-like pressure is applied to the secondary-side piezoelectric element according to the pulse voltage, and the divided secondary side piezoelectric element is driven. Electrode pairs of piezoelectric elements 35, 36, 3
Voltages are output from 7, 38, and 39.

この結果、この出力が接続されたFETのソース−ドレ
イン間は、第4図に示すように5個のスイッチ素子とし
て動作し、このスイッチ素子は完全にアイソレートされ
た状態で得られる。したがって、このようなアイソレー
トされたスイッチ素子を2対用いることによって第1図
で示した昇圧型DC−DCコンバータが構成されることにな
る。
As a result, between the source and the drain of the FET to which this output is connected, the switch operates as five switch elements as shown in FIG. 4, and the switch elements are obtained in a completely isolated state. Therefore, the step-up DC-DC converter shown in FIG. 1 is configured by using two pairs of such isolated switch elements.

次に第1図に示したDC−DCコンバータの動作について
説明する。
Next, the operation of the DC-DC converter shown in FIG. 1 will be described.

ここでは、Φ1のタイミングとΦ2のタイミングは18
0度異なっており、入力側のスイッチ素子(FET)がオン
となる時は出力側のスイッチ素子はオフとなり、出力側
のスイッチ素子がオンの時は入力側のスイッチ素子がオ
フとなっているものとする。
Here, the timing of Φ1 and the timing of Φ2 are 18
0 degrees different, when the input-side switch element (FET) is on, the output-side switch element is off, and when the output-side switch element is on, the input-side switch element is off. Shall be.

動作は、まずΦ1のタイミングで入力側のスイッチが
オンすると入力端に加えられた電圧VIは、コンデンサC
1,C2,C3に並列に印加され充電される。次にΦ2のタイ
ミングとなると入力側のスイッチがオフし、出力側のス
イッチがオンし、このときC1,C2,C3に充電された電圧は
直列に接続される。この結果、出力電圧VOは、入力端電
圧VIの3倍の電圧となって得られることになり、Φ1,Φ
2のタイミングが一定周期で繰り返されることで出力端
に一定の電圧となって得られることになる。
First, when the input side switch is turned on at the timing of Φ1, the voltage VI applied to the input terminal is
1, C2 and C3 are applied in parallel and charged. Next, at the timing of Φ2, the switch on the input side is turned off and the switch on the output side is turned on. At this time, the voltages charged in C1, C2, and C3 are connected in series. As a result, the output voltage VO is obtained as a voltage three times the input terminal voltage VI.
By repeating the timing 2 in a constant cycle, a constant voltage is obtained at the output terminal.

なお、実際には、この出力端には平滑用のコンデンサ
及びチョークコイルを付加して用いることになり、この
平滑回路によって安定な出力電圧として得られるもので
ある。
In practice, a smoothing capacitor and a choke coil are additionally used at the output end, and a stable output voltage can be obtained by the smoothing circuit.

以上の説明で明らかなように本発明で用いた圧電カッ
プラは、支持枠中に少なくとも2つの圧電素子を機械的
に接続固定してあるため、この1つをドライブ素子とす
れば他の素子は出力素子として電圧が取り出せるものと
なり、出力側の圧電素子の数は素子構成上1つのものに
限定されることはなく、必要な回路数(スイッチの数)
に応じて増減させることで第1図に示した3倍の電圧だ
けでなく、任意の倍率の電圧が作り出せる。
As is clear from the above description, the piezoelectric coupler used in the present invention has at least two piezoelectric elements mechanically connected and fixed in a support frame. A voltage can be taken out as an output element, and the number of piezoelectric elements on the output side is not limited to one due to the element configuration, but the required number of circuits (the number of switches)
Thus, not only the triple voltage shown in FIG. 1 but also a voltage of an arbitrary magnification can be generated.

なお、本発明で実施例では昇圧型のDC−DCコンバータ
を示したが、降圧型のコンバータや±両極性コンバータ
なども圧電カップラで得られたアイソレートされたスイ
ッチ群によって自由に作り出すことができる。
In the embodiment of the present invention, the step-up type DC-DC converter is described. However, a step-down type converter, a ± bipolar converter, and the like can be freely created by a group of isolated switches obtained by a piezoelectric coupler. .

第5図は、本発明の別の実施例を示す降圧型DC−DCコ
ンバータの構成であり、入力及び出力の接続関係を第1
図の逆としたものである。
FIG. 5 shows the configuration of a step-down DC-DC converter according to another embodiment of the present invention.
It is the reverse of the figure.

この場合には、Φ1のタイミングで入力側のスイッチ
がオンするとコンデンサC1,C2,C3は直列接続状態となる
ため、これらのコンデンサの容量が同じであれば入力電
圧の1/3が各コンデンサに加わり充電される。
In this case, when the switch on the input side is turned on at the timing of Φ1, the capacitors C1, C2, and C3 are connected in series, so that if these capacitors have the same capacity, 1/3 of the input voltage is applied to each capacitor. In addition, it is charged.

次にΦ2のタイミングで出力側のスイッチがオンする
とコンデンサC1,C2,C3が並列に接続され、各コンデンサ
に充電された入力の1/3の電圧が出力端に得られるもの
である。
Next, when the switch on the output side is turned on at the timing of Φ2, the capacitors C1, C2, and C3 are connected in parallel, and a voltage of 1/3 of the input charged in each capacitor is obtained at the output terminal.

また第6図は、1つの入力電圧を用いて±の両極性の
電圧を作り出すための実施例を示すDC−DCコンバータの
構成であり、この場合にも入力側と出力側のスイッチの
タイミングをΦ1とΦ2のタイミングによって作り出せ
るものである。
FIG. 6 shows a configuration of a DC-DC converter showing an embodiment for generating a voltage of ± polarity using one input voltage. In this case, too, the timings of the input side and output side switches are adjusted. It can be created by the timing of Φ1 and Φ2.

以上の説明で明らかなように本発明のDC−DCコンバー
タは、2対の圧電カップラを用いることで、それぞれア
イソレートされたスイッチ群が得られ、このスイッチ群
とコンデンサの組合せによって昇圧型・降圧型・極性反
転型などの任意の電圧が作り出せるものである。
As is clear from the above description, the DC-DC converter of the present invention uses two pairs of piezoelectric couplers to obtain isolated switch groups, respectively. Any voltage, such as a type and a polarity inversion type, can be created.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明のDC−DCコンバータは、電圧変換を圧電カップ
ラによるアイソレートされたスイッチ素子とコンデンサ
との組み合わせることによって得ているものであるか
ら、無負荷状態ではコンデンサに充電された電荷の放出
が無いため、入力端に加えられた電圧源から流れ込む電
流はゼロになる。このため出力を取り出さなければ入力
として消費される電力もゼロとなり、出力の状態による
効率の低下は生じない。また、トランスのような極性部
品を用いていないので、小型なものが構成でき、従来の
ようなスイッチング周波数を無理に高める必要はなく、
数十kHzの周波数で充分な動作特性が得られる。この結
果、スイッチング素子(ここではFET)のスイッチング
損失は単にオン抵抗だけで生じる分だけとなりコンバー
タ全体としての変換効率は高いものが得られる。
Since the DC-DC converter of the present invention obtains the voltage conversion by combining the switch element and the capacitor isolated by the piezoelectric coupler, no charge is discharged from the capacitor in the no-load state. Therefore, the current flowing from the voltage source applied to the input terminal becomes zero. Therefore, if the output is not taken out, the power consumed as the input becomes zero, and the efficiency of the output does not decrease due to the state of the output. In addition, since no polar parts such as a transformer are used, a compact device can be constructed, and there is no need to forcibly increase the switching frequency as in the past.
Sufficient operation characteristics can be obtained at a frequency of several tens of kHz. As a result, the switching loss of the switching element (here, FET) is only generated by the ON resistance alone, and the conversion efficiency of the entire converter is high.

さらに本発明のDC−DCコンバータは交流に変換しない
で直接直流のまま変換を行うのでリップルが小さくなり
大きな容量のコンデンサやチョークコイルをフィルター
素子として用いる必要が無いため全体の構成が小さくな
るという効果がある。
Further, since the DC-DC converter of the present invention performs direct DC conversion without converting to AC, ripples are reduced, and there is no need to use a capacitor or a choke coil having a large capacity as a filter element. There is.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例を示す回路図、第2図は本発
明のDC−DCコンバータで用いる圧電カップラの形状を示
す模式図、第3図はFETを実装した本発明の別の実施例
を示す圧電カップラの模式図、第4図は第3図のFETを
持つ圧電カップラをパルス状電圧でドライブしたときの
出力側回路の等価回路図、第5図は本発明の別の実施例
を示す圧電カップラを用いた降圧型DC−DCコンバータの
回路図、第6図は本発明の別の実施例を示す圧電カップ
ラを用いた両極性出力型DC−DCコンバータの回路図、第
7図は従来の一例を示す回路図である。 1……入力端、2……出力端、11……入力側圧電カップ
ラ、12……出力側圧電カップラ、13……ドライブ回路。
FIG. 1 is a circuit diagram showing one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram showing a shape of a piezoelectric coupler used in a DC-DC converter of the present invention, and FIG. FIG. 4 is a schematic diagram of a piezoelectric coupler showing an embodiment, FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of an output side circuit when the piezoelectric coupler having the FET shown in FIG. 3 is driven by a pulse voltage, and FIG. 5 is another embodiment of the present invention. FIG. 6 is a circuit diagram of a step-down DC-DC converter using a piezoelectric coupler showing an example. FIG. 6 is a circuit diagram of a bipolar output type DC-DC converter using a piezoelectric coupler showing another embodiment of the present invention. FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of the related art. 1 ... input end, 2 ... output end, 11 ... input side piezoelectric coupler, 12 ... output side piezoelectric coupler, 13 ... drive circuit.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】少なくとも1対の対向電極が形成された圧
電素子が絶縁層を介して少なくとも2つが機械的に接続
されると共に、この2つ以上の圧電素子が支持枠にて固
定され、これらの内の少なくとも1つがドライブ側素子
であり、残る少なくとも1つが出力側素子である圧電カ
ップラとスイッチングトランジスタとコンデンサでなる
ことを特徴とするDC−DCコンバータ。
At least two piezoelectric elements having at least one pair of opposed electrodes are mechanically connected via an insulating layer, and at least two piezoelectric elements are fixed by a support frame. Wherein at least one of the DC-DC converters is a drive-side element, and at least one is a piezoelectric-coupler, a switching transistor, and a capacitor, which are output-side elements.
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