JP3238833B2 - 電源回路 - Google Patents

電源回路

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JP3238833B2
JP3238833B2 JP24365794A JP24365794A JP3238833B2 JP 3238833 B2 JP3238833 B2 JP 3238833B2 JP 24365794 A JP24365794 A JP 24365794A JP 24365794 A JP24365794 A JP 24365794A JP 3238833 B2 JP3238833 B2 JP 3238833B2
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1582Buck-boost converters

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高低2つの電源電源で
動作し、電源からの電力を消費する動作状態と、低電圧
電源に電力を戻す動作状態をもつ双方向性の電源回路に
関し、特に、電力戻し状態での無駄な電力消費を低減す
る高速インタフェースの電源回路に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、高速インタフェース回路として、
コンパレータを備えた回路が使われ始めている。図11
において、高速インタフェース回路12は、インバータ
16とコンパレータ18を備える。高速インタフェース
回路12には、第1電源回路10から例えば3.3Vの
電源電圧が供給される。また第2電源回路14から1.
5Vの電源電圧を供給される。
【0003】第1電源回路10からの3.3Vの電源電
圧はインバータ16,18の動作電源として使用され
る。第2電源回路14からの1.5Vの電源電圧は、イ
ンバータ16の出力ラインを抵抗R20を介してプルア
ップする。また抵抗22,24による分圧でコンパレー
タ18の基準電圧を設定する。入力端子34がHレベル
のとき、インバータ16の出力端子とマイナスライン間
の内部インピーダンスが略零となり、インバータ16の
出力はLレベルとなる。このときプルアップ抵抗20及
びインバータ16の経路で実線202の電流が流れ、イ
ンバータ16の出力電圧は0V付近に下がる。このため
インバータ16の出力電圧は基準電圧を下回り、コンパ
レータ18の出力端子36はLレベルになる。
【0004】入力端子34がLレベルのとき、インバー
タ16の電源端子と出力端子間の内部インピーダンスが
略零となり、インバータ16の出力はHレベルとなる。
即ち、電源電圧3.3Vが出力ラインに加わる。このた
めインバータ16の出力電圧は基準電圧以上となり、コ
ンパレータ18の出力端子36はHレベルになる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図11
の高速インタフェース回路にあっては、インバータ16
がHレベル出力となって出力ラインに電源電圧3.3V
に近い電圧が加わると、プルアップ抵抗20を介して破
線204の経路で、それより低い電源電圧1.5Vの第
2電源回路14に電流が流れ込む。このように第2電源
回路14に電流が流入すると、その出力電圧が上昇して
安定しなくなり、これに伴なってコンパレータ18の基
準電圧も上昇することから、コンパレータ18の動作点
も変動して安定しなくなる問題があった。
【0006】この問題を解決するためには、図12のよ
うに、第2電源回路14に流入する最大電流を消費する
ことのできるダミー抵抗200を接続すればよい。即
ち、負荷側となる高速インタフェース回路12から流出
してくる電流分を、ダミー抵抗200で常に消費させる
ことによって、第2電源回路14への電流の流入をなく
し、出力電圧を安定に保つことができる。
【0007】しかし、図13(A)のインバータ16の
Hレベル状態で、流出する電流−Iが常にダミー抵抗2
00で消費されることとなり、ダミー抵抗200での消
費分だけ電源回路の容量を増加させなければならない。
またダミー抵抗で常に電力が消費されているため、電力
効率が低下する問題もある。本発明の目的は、負荷側か
らの電力の戻りに対し電源電圧を変動させることなく電
源に戻し、電源容量の増加を不要とし、同時に電力利用
効率を高めるようにした電源回路が提供される。
【0008】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は次のように構成する。尚、実施例図面中の符号
を併せて示す。本発明の負荷回路となるインタフェース
回路12は、所定の第1電源電圧(3.3V)と、第1
電源電圧より低い所定の第2電源電圧(1.5V)の供
給で動作する。そして、第1の動作状態で、第1および
第2の電源電圧を負荷で消費し、第2の動作状態では、
第2の電源電圧が第2の電源電圧の供給側に戻される。
【0009】具体的には、インタフェース回路12は、
第1の動作状態でLレベル信号を出力し第2の動作状態
でHレベル信号を出力するゲート回路、例えばインバー
タを有する。インバータの出力ラインは第2電源電圧の
供給ラインにプルアップ抵抗を介してプルアップされ
る。インバータの出力電圧はコンパレータで所定の基準
電圧と比較され、基準電圧を下回っている場合にLレベ
ル信号が出力され、基準電圧以上の場合にHレベル信号
が出力される。インバータ及びコンパレータは第1電源
電圧3.3Vで動作する。コンパレータの基準電圧は、
第2電源電圧1.5Vから作成している。
【0010】このような負荷回路としてのインタフェー
ス回路12に対し、本発明にあっては、第1電源電圧を
供給する第1電源回路10と、第2電源電圧を供給する
第2電源回路14を設ける。第2電源回路14は、第1
電源回路10からの第1電源電圧を入力し、インタフェ
ース回路12の第1の動作状態(インバータのLレベル
出力状態)で、第1電源電圧を第2電源電圧に変換して
負荷回路12に供給する。またインタフェース回路12
の第2の動作状態(インバータのHレベル出力状態)で
は、インタフェース回路12からの電流出力に対し、第
1電源電圧に変換して第1電源回路10に帰還させる。
【0011】この第2電源回路は、一例として、インタ
フェース回路12の第1の動作状態で、第1電源電圧
3.3Vを第2電源電圧1.5Vに変換してインタフェ
ース回路12に供給する降圧コンバータ38と、インタ
フェース回路12の第2の動作状態で、インタフェース
回路12からの電流出力に対し第1電源電圧3.3Vに
変換して第1電源回路10に帰還させる昇圧コンバータ
40と、それぞれをスイッチング制御する制御回路を備
える。
【0012】降圧コンバータ38及び昇圧コンバータ4
0の各々は、例えばスイッチング素子を1つ備えた非絶
縁型のシングルコンバータを用いる。また回路構成を簡
単にするため、降圧コンバータと昇圧コンバータを一体
化する。この降圧コンバータと昇圧コンバータを一体化
した第2電源回路14は、一対のスイッチング素子の接
続点から第2電源電圧のプラス出力端子間に接続したイ
ンダクタンスと、第2電源電圧の出力端子間に接続した
コンデンサと、インタフェース回路の第1状態及び第2
状態で、インタフェース回路に対する第2電源電圧出力
端子の両端電圧を所定値に保つように一対のスイッチン
グ素子を、例えばパルス幅変調信号により交互にオン、
オフ制御する制御回路で構成される。
【0013】一対のスイッチング素子の各々には、逆極
性の向きにダイオードを並列接続する。MOS−FET
を使用した場合には、素子構造に起因して生成される寄
生ダイオードがスイッチ部に対し逆極性に並列接続され
ているので、ダイオードを別途接続する必要はない。ま
た第2電源回路14の別の例としては、絶縁型のコンバ
ータとその制御回路を降圧コンバータ及び昇圧コンバー
タに使用できる。この内、絶縁型の昇圧コンバータとし
ては、インタフェース回路12の第2の動作状態で、イ
ンタフェース回路12からの電流出力に対し定電流制御
により第1電源電圧3.3Vに変換して第1電源回路1
0に帰還させる。
【0014】更に、第1電源回路10とインタフェース
回路12との間に、入力電圧を第1電源電圧に定電圧制
御により変換して出力するスイッチングレギュレータ、
即ち絶縁型コンバータとその制御回路を設けてもよい。
この場合、第2電源回路14に設けた絶縁型の昇圧コン
バータの出力を、第1電源回路10とインタフェース回
路12との間に設けた絶縁型コンバータの出力端子に帰
還接続してもよい。
【0015】
【作用】このような本発明のインタフェース用電源回路
によれば、負荷回路としてのインタフェース回路12の
切替状態で、電源電圧1.5V側の第2電源回路14
に、第1電源回路10からの電源電圧3.3Vによる電
力の戻りがあった場合、戻された電力に対し第2電源回
路14は、昇圧コンバータとして動作し、戻された電力
を消費せずに、3.3Vに昇圧して第1電源回路10に
戻すことができる。
【0016】このとき第2電源回路14からの第2電源
電圧1.5Vは変動せずに安定化されており、インタフ
ェース回路12に設けたコンパレータ18の基準電圧を
第2電源電圧から作成していても変動せず、安定したコ
ンパレータ18の動作を保証できる。また戻された電力
を消費していないため、ダミー抵抗で消費させた場合の
ように、その分だけ電源容量を大きくしておく必要もな
い。当然に、電源に電力を戻すことで、電力利用効率を
高めることができる。
【0017】
【実施例】図1は本発明の基本的な実施例である。第1
電源回路10は、例えばDC3.3Vの第1電源電圧を
出力する。第1電源回路10はバッテリでもよいし、A
C電源から直流電源を作り出す通常の電源回路であって
もよい。第1電源回路10からの電源電圧DC3.3V
は、電源端子44,46よりインタフェース回路12の
電源端子26,28に供給される。
【0018】負荷回路として機能するインタフェース回
路12には、ゲート回路として例えばインバータ16が
設けられ、更に、コンパレータ18が設けられる。イン
バータ16およびコンパレータ18は、電源端子26,
28間に供給された第1電源回路10からの電源電圧D
C3.3Vで動作する。インバータ16は、入力端子3
4からの入力信号を反転する。コンパレータ18は、イ
ンバータ16の出力電圧を所定の基準電圧と比較し、基
準電圧より低ければ出力端子36にLレベル出力を生ず
る。基準電圧以上であれば出力端子36にHレベル出力
を生ずる。
【0019】インバータ16の出力ラインは、プルアッ
プ抵抗20を介して第2電源回路14から供給された第
2電源電圧例えばDC1.5Vにプルアップされてい
る。また、コンパレータ18の基準電圧は、第2電源回
路14からの電源電圧DC1.5Vを抵抗22と抵抗2
4で分圧して作り出している。第2電源回路14には降
圧コンバータ38とその制御回路部39、及び昇圧コン
バータ40とその制御回路部41が設けられている。こ
のコンバータと制御回路部を備えた回路は、通常、スイ
ッチングレギュレータとして知られている。
【0020】インタフェース回路12で入力端子34の
入力レベルがHレベルとなり、インバータ16による反
転でLレベルとなり、コンパレータ18の出力がLレベ
ルとなる第1動作状態のとき、第2電源回路14の降圧
コンバータ38が動作する。降圧コンバータ38は、電
源入力端子48,50間に対する第1電源回路10から
の電源電圧DC3.3VをDC1.5Vに降圧して、電
源出力端子52,54よりインタフェース回路12に供
給する。
【0021】一方、インタフェース回路12において、
入力端子34がLレベル入力となり、インバータ16に
よるHレベルへの反転でコンパレータ18がHレベル出
力となる第2動作状態のとき、第2電源回路14の昇圧
コンバータ40が動作する。インタフェース回路12で
コンパレータ18がHレベル状態となるとき、電源端子
26に対する第1電源回路10からの電源電圧DC3.
3Vは、インバータ16の電源端子から出力端子、更に
プルアップ抵抗20を介して第2電源回路14の電源出
力端子52に加わり、第2電源回路14側に電力を戻す
ようになる。
【0022】このインタフェース回路12からの電流の
戻しに対し、昇圧コンバータ40は電源出力端子52,
54側の入力電圧1.5Vを3.3Vに昇圧して、電源
入力端子48,50より第1電源回路10に電力を帰還
させる。尚、第2電源回路14は、常時、定電流を第1
電源回路10に戻すように動作させる方法もある。図2
は、図1の第2電源回路14に設けた降圧コンバータ3
8と昇圧コンバータ40の具体的な実施例である。この
実施例にあっては、降圧コンバータ38、昇圧コンバー
タ40及びその制御回路部を一体化して回路構成を簡単
にしたことを特徴とする。
【0023】第2電源回路14において、主回路部を構
成するコンバータは、MOS型のFET56,58、イ
ンダクタンス64およびコンデンサ66で構成される。
これは非絶縁型のDC−DCコンバータである。FET
56,58に逆向きに並列接続したダイオード60,6
2は、MOS型−FETの素子構造により生成される寄
生ダイオードで実現できる。したがって、FET56,
58に別途ダイオード60,62を接続する必要はな
い。
【0024】コンバータの制御回路部は、誤差アンプ6
8、抵抗70、ツェナダイオード72、パルス幅変調回
路(以下「PWM回路」という)74およびインバータ
76で構成される。コンバータの制御回路部は、抵抗7
0とツェナダイオード72により基準電圧を作成して、
誤差アンプ68のプラス入力端子の電源出力端子52,
54間の出力電圧と基準電圧の間に差が生ずると、誤差
アンプ68はその差に応じた誤差電圧をPWM回路74
に出力する。
【0025】PWM回路74は、誤差電圧を零とするよ
うなパルス幅制御、即ちデューティ比の制御を行う。P
WM回路74の出力パルスは、直接FET56のゲート
に供給されると同時に、インバータ76で反転されて、
FET58のゲートに供給されている。したがって、P
WM回路74からのパルス信号により、FET56,5
8は交互にオン、オフされることになる。
【0026】図3は、図2の等価回路である。まずイン
タフェース回路12は、等価回路としては1つの負荷回
路12´と見做すことができる。インバータ16による
入力レベルの反転機能がスイッチ78に置き替えられ
る。インバータ16の出力がHレベルのとき、即ち第2
電源回路14に電力を戻す第2動作状態のとき、スイッ
チ78は電源端子26からのラインに接続した等価抵抗
R1側に閉じている。このため、第1電源回路10から
の電源電圧DC3.3Vは、抵抗R1、スイッチ78を
介して第2電源回路14の電源出力端子52,54間に
戻される。このとき、スイッチ78の共通端子側には等
価抵抗R2が存在する。したがって、端子26,28間
の第1電源電圧DC3.3Vは、等価抵抗R1,R2で
分圧される。安定状態では、等価抵抗R1の両端電圧が
1.8V、等価抵抗R2の両端電圧が1.5Vになる。
【0027】一方、インバータ16のLレベル状態で
は、スイッチ78はマイナスライン側に接続した等価抵
抗R3の接続状態に切り替わる。この状態では、等価抵
抗R3に対し第2電源回路14より電源供給が行われる
だけである。第2電源回路14に設けた一対のFET5
6,58は、スイッチ80,82で置き替えられる。ス
イッチ80,82の制御回路部は省略している。
【0028】図4(A)は、図3の等価回路の降圧時
に、スイッチ80がオン、スイッチ82がオフしたとき
の動作であり、図4(B)は、次に82がオン、スイッ
チ80がオフしたときの動作である。ここで、インタフ
ェース回路12はインバータ16のLレベル出力による
スイッチ78の等価抵抗R3側への切替状態であること
から、等価抵抗R2,R3の並列抵抗値となる等価抵抗
R0で表している。
【0029】図4(A)でスイッチ80がオンすると、
第1電源回路10からの電源電圧DC3.3Vによりス
イッチ80とインダクタンス64を通り、コンデンサ6
6と付加抵抗R0に電流が流れる。ここで、インダクタ
ンス64に流れる電流をI1、スイッチ80に流れる電
流をI2、スイッチ80と82の接続点の電位をV1、
インダクタンス64の両端電圧をV2としている。
【0030】インダクタンス64を流れる電流I1によ
りインダクタンス64にエネルギがチャージされる。同
時に、コンデンサ66も充電され、更にインタフェース
回路12の等価抵抗R0への電流供給も行われる。安定
状態にあっては、インダクタンス64の両端電圧V2は
1.8V、コンデンサ66の両端電圧は1.5Vとなる
ように、定電圧制御される。
【0031】次に、図4(A)の状態からスイッチ80
がオフ、同時にスイッチ82がオンする図4(B)の状
態に切り替わったとする。スイッチ82がオンすると、
インダクタンス64にチャージされたエネルギによって
コンデンサ66、スイッチ82となる経路で電流が流れ
る。ここで、スイッチ82に流れる電流をI3とする。
このスイッチ82がオンした状態では、インダクタンス
64の極性は図4(A)の場合と逆極性となり、両端電
圧V2は−1.5Vであり、またコンデンサ66の両端
電圧も1.5Vとなるように定電圧制御される。
【0032】図5(A)〜(G)は、図3の等価回路に
おける降圧時のタイミングチャートである。図5(A)
はスイッチ80のオン、オフであり、図5(B)がスイ
ッチ82のオン、オフであり、一方がオンのとき他方は
オフとなる関係にある。図5(A)のスイッチ80がオ
ンのとき、図4(A)のように、スイッチ80と82の
接続点の電位V2は図5(C)のように3.3Vにあ
る。このときインダクタンス64の両端電圧V2は、図
5(D)のように1.8Vにある。更に、インダクタン
ス64を流れる電流I1は、図5(E)のように、緩や
かな傾きをもって増加している。また、スイッチ80を
流れる電流I2は図5(F)となり、これは図5(E)
のインダクタンス64を流れる電流I1と同じ値をも
つ。更に、スイッチ82の電流I3は、スイッチ82が
オフであることから、図5(G)のように零にある。
【0033】次に、図5(A)でスイッチ80がオフ、
図5(B)でスイッチ82がオンすると、図5(C)の
電圧V1は第1電源回路10との接続が切り離されるこ
とで0Vとなる。また、ず5(D)のンダクタンス64
の両端電圧V2は、極性が逆になって−1.5Vに切り
替わる。このときインダクタンス64を流れる電流I1
は、図5(E)のように一定の勾配で徐々に減少する。
またスイッチ82を流れる電流I3は、図5(G)のよ
うに、図5(E)の電流I1と同じ勾配で減少する。但
し、電流方向が下から上と逆向きであることから、マイ
ナス方向の電流となる。このようにして、降圧時には第
1電源回路10からのDC3.3Vを1.5Vに降圧し
て安定化した状態で、インタフェース回路12に一定電
圧1.5Vを供給する。
【0034】図6(A)は、第2電源回路14の昇圧時
におけるスイッチ80がオンしたときの動作であり、図
6(B)にスイッチ82がオンしたときの動作を示す。
ここで、昇圧時にはインタフェース回路12のインバー
タ16はHレベル出力を生じ、図3のインタフェース回
路12の等価回路に示すように、スイッチ78を等価抵
抗R1に閉じた状態にある。
【0035】昇圧時にあっては、まず図6(B)のスイ
ッチ82のオン状態から説明する。スイッチ82がオン
すると、インタフェース回路12の定電圧源10より第
2電源回路14に3.3Vの電源電圧が抵抗R1を通し
て帰還入力され、コンデンサ66の充電に並行してイン
ダクタンス64およびスイッチ82となる経路で電流が
流れ、インダクタンス64にエネルギがチャージされ
る。ここで、インダクタンス64の電流をI1、スイッ
チ82の電流をI3、インダクタンス64の両端電圧を
V2とスイッチ82の電圧をV1としている。
【0036】次に、図6(B)のスイッチ82のオン状
態から、スイッチ82がオフし、同時にスイッチ80が
オンする図6(A)の状態に切り替わったとする。図6
(A)の状態では、インダクタンス64にチャージされ
たエネルギによってスイッチ80、第1電源回路10、
コンデンサ66となる経路で電流が流れる。このときス
イッチ80を流れる電流をI2としている。また、コン
デンサ66の両端電圧は1.5Vで、インダクタンス6
4の両端電圧V2は1.8Vとなり、直列接続により昇
圧回路を構成し、3,3Vの帰還電源を作り出してい
る。これによって、インタフェース回路12からインダ
クタンス64にチャージされたエネルギは、昇圧により
第1電源回路10に帰還されることになる。
【0037】図7(A)〜(G)は、図6の昇圧動作に
おけるタイミングチャートである。まず図7(A)のス
イッチ80がオフ、図7(B)のスイッチ82がオンの
状態で、図7(C)の電圧V1は0V、図7(D)のイ
ンダクタンス64の両端電圧V2は−1.5Vとなるよ
うに、インタフェース回路12からの帰還電力でチャー
ジされる。このとき図7(E)のインダクタンス64の
電流I1は、徐々に増加している。図7(G)のスイッ
チ82を流れる電流I3は、図7(E)のインダクタン
ス64を流れる電流I1と同じ変化であるが、プラス方
向の電流である。
【0038】図6(A)のスイッチ80がオン、図6
(B)のスイッチ82がオフの状態では、図7(C)の
ように、スイッチ80とインダクタンス64の接続点の
電圧V1は3.3Vに上昇し、また図7(D)のインダ
クタンス64の両端電圧V2は、コンデンサ66の両端
電圧を1.5に定電圧制御することに伴い、1.8Vと
なる。また図7(E)のインダクタンス64の電流I1
は徐々に減少し、スイッチ80を流れる電流I2もマイ
ナス方向で示されるが同じ変化となる。
【0039】このような昇圧時の動作によってインタフ
ェース回路12により戻された電力は、昇圧されて第1
電源回路10に帰還されることになり、電力が負荷抵抗
などにより消費されることはない。スイッチ80,82
の交互のオン、オフ状態で切替時に同時にスイッチ8
0,82がオフするタイミングがある。このときダイオ
ード60,62の各々を通るスイッチ80,82をバイ
パスする経路で初期的な電流が流れ、その後にスイッチ
80またはスイッチ82のオンによる本来の電流経路に
切り替わる。
【0040】このため、スイッチ80,82が同時にオ
フするタイミングがあっても、ダイオード60,62に
よるバイパス接続が保証され、完全な切離しによるスパ
イクノイズの発生を防止できる。図8は、図1の第2電
源回路14に設けた降圧コンバータ38と昇圧コンバー
タ40の他の具体的な実施例であり、この実施例はコン
バータ及び制御回路部をを共通化せずに個別に設けてい
る。
【0041】降圧コンバータ38は、非絶縁型のDC−
DCコンバータを構成する主回路部にMOS型のFET
166を備え、FET166と直列に逆極性でダイオー
ド170を接続している。FET166とダイオード1
70の接続点にはインダクタンス172の一端が接続さ
れ、他端は電源出力端子52に接続される。電源出力端
子52,54間にはコンデンサ174が接続される。
【0042】降圧コンバータ38の制御回路部は、誤差
アンプ176とPWM回路180で構成される。誤差ア
ンプ176は、基準電圧源178による基準電圧1.5
Vと出力電圧を比較し、その誤差電圧をPWM回路18
0に出力する。PWM回路180は、誤差電圧を零とす
るようにFET166に対するPWM信号のデューティ
比を制御する。
【0043】このような非絶縁型のシングルコンバータ
を用いた降圧コンバータ38は、PWM回路180によ
るFET166のオンでインダクタンス172にエネル
ギをチャージし、FET166のオフタイミングでイン
ダクタンス172のエネルギを放電し、FET166の
オンによるエネルギチャージの時間間隔を変えること
で、コンデンサ174に充電した出力電圧を規定電圧
1.5Vに定電圧制御する。
【0044】昇圧コンバータ40は、非絶縁型のDC−
DCコンバータを構成する主回路部にインダクタンス1
84を直列接続したMOS型のFET185を備え、F
ET185と直列に更に電流検出抵抗188を接続して
いる。FET185をオンすると、インタフェース回路
12側からの電力供給を受けてインダクタンス184が
チャージされる。FET185をオフすると、インダク
タンス184にチャージされたエネルギが、ダイオード
196、第1電源回路10、コンデンサ174となる経
路で放電され、インダクタンス184チャージしたエネ
ルギを第1電源回路10に帰還する。
【0045】昇圧コンバータ40の制御回路部は、誤差
アンプ190とPWM回路194を備える。誤差アンプ
190には、FET185に直列接続した電流検出抵抗
188からの電流検出電圧と基準電圧源による基準電圧
が入力される。したがって、誤差アンプ190は基準電
圧源で決まる一定電流に対する検出電流の誤差に応じた
誤差信号を出力し、PWM回路194は出力電流を一定
電流に保つように、FET185をPWM制御すること
になる。
【0046】図9は本発明の他の実施例であり、この実
施例は第2電源回路の降圧用および昇圧用に1次側と2
次側を電気的に分離する絶縁型のDC−DCコンバータ
とその制御回路を備えたスイッチングレギュレータを使
用したことを特徴とする。更に、第1電源回路からの電
源供給についても、定電圧制御のため絶縁型のDC−D
Cコンバータとその制御回路を備えたスイッチングレギ
ュレータを設けている。
【0047】まず第1電源回路10からインタフェース
回路12に対する電源供給ラインには、第1電源電圧
3.3Vを定電圧制御するためのスイッチングレギュレ
ータ86が設けられている。スイッチングレギュレータ
86の主回路部には絶縁型のDC−DCコンバータが設
けられる。即ち、トランス88の1次巻線90と直列に
トランジスタ92を接続している。トランス88の2次
巻線94に続いては、ダイオード95,96を用いた整
流回路が設けられ、更にチョークコイル98と平滑用の
コンデンサ100を設けている。
【0048】スイッチングレギュレータ86の制御回路
102は、入力した出力電圧を、予め定めた基準電圧と
比較し、その誤差電圧に基づいたPWM信号を作り出し
て、トランジスタ92をオン、オフ制御する。制御回路
102も、内部的に1次側と2次側がアイソレーション
されている。スイッチングレギュレータ86は、電源入
力端子104,106に対する第1電源回路10からの
入力電圧を3.3Vに安定化し、電源出力端子108,
110よりインタフェース回路12に供給している。ス
イッチングレギュレータ86は、インタフェース回路1
2を複数並列的に設けて駆動する場合の電源容量の変価
に対し常に安定した第電源電圧3.3Vを供給する場合
に効果的である。
【0049】第2電源回路14には、降圧回路として動
作する第1スイッチングレギュレータ112と、昇圧回
路として動作する第2スイッチングレギュレータ132
が設けられている。降圧用スイッチングレギュレータ1
24は、主回路部の絶縁型DC−DCコンバータとし
て、トランス114の1次巻線116と直列にトランジ
スタ130を接続している。トランス114の2次巻線
118に続いては、ダイオード120,122の整流回
路が設けられ、更にチョークコイル124と平滑用のコ
ンデンサ126を設けている。
【0050】制御回路128は出力電圧を入力し、予め
定めた基準電圧DC1.5Vと比較して誤差電圧を作り
出し、誤差を零とするようなデューティ比をもつPWM
信号を生成してトランジスタ130をオン、オフ制御す
る。制御回路128は、内部的に1次側と2次側のアイ
ソレーションをとっている。この降圧用スイッチングレ
ギュレータ112は、基本的には第1電源回路10側に
設けたスイッチングレギュレータと同じである。
【0051】昇圧用のスイッチングレギュレータ132
は、主回路部となる絶縁型のDC−DCコンバータとし
て、トランス134の1次巻線136に直列にトランジ
スタ138を接続し、更に電流検出抵抗140を接続し
ている。制御回路部は、誤差アンプ142とPWM回路
146を備える。誤差アンプ142は、基準電圧源14
4で設定した一定電流に対する電流検出抵抗140によ
る検出電圧との差電圧を出力する。PWM回路146
は、誤差電圧を零とするようなデューティ比に制御され
たPWM信号を出力して、トランジスタ138をオン、
オフ制御する。トランス134の2次巻線145には、
巻線比により昇圧された電圧が誘起し、ダイオード14
8で整流されて、第1電源回路10に定電流制御のもと
に帰還される。
【0052】図10は、図9の変形実施例である。この
実施例にあっては、第2電源回路14の昇圧用スイッチ
ングレギュレータ132の出力を、第1電源回路10と
インタフェース回路12の間に設けているスイッチング
レギュレータ86の出力端に帰還するようにしたことを
特徴とする。このため、昇圧用スイッチングレギュレー
タ132の出力端子154,156から電力帰還ライン
160,162が引き出され、スイッチングレギュレー
タ86の出力端子108,110からインタフェース回
路12に対する電源ラインに接続されている。
【0053】このような昇圧用スイッチングレギュレー
タ132からの電流帰還に対し、スイッチングレギュレ
ータ86の電源出力端子108,110間の出力電圧が
影響を受けるが、スイッチングレギュレータ86の制御
回路102で帰還による出力電圧の変動を抑えるように
定電圧制御が行われるため、電力帰還があっても安定し
た第1電源電圧3.3Vをインタフェース回路12に供
給することができる。また、電力帰還が行われた分だ
け、第1電源回路10による電力消費を節減することが
できる。
【0054】尚、図9,図10の実施例にあっては、第
1電源回路10とインタフェース回路12の間にスイッ
チングレギュレータ86を設けた場合を例にとっている
が、スイッチングレギュレータ86を設けずに、第2電
源回路14についてのみ降圧用のスイッチングレギュレ
ータ112と昇圧用のスイッチングレギュレータ132
を設けた構成としてもよいことは勿論である。
【0055】更に、本発明の第2電源回路14で使用す
る電源降圧回路および電力帰還のための電源昇圧回路と
しては、実施例の非絶縁型及び絶縁型のスッチングレギ
ュレータに限定されず、適宜のスイッチングレギュレー
タを使用することができる。また上記の実施例は、第1
電源電圧を3.3V、第2電源電圧を1.5Vした場合
を例にとるが、インタフェース回路の使用電圧はこれに
限定されない。
【0056】またインタフェース回路12のゲート回路
としてインバータを例にとっているが、コンパレータに
対する出力ラインが第2電源電圧でプルアップされてい
るものであれば、ANDゲート、ORゲート、NAND
ゲート等の適宜のゲート回路を含む。勿論、本発明は実
施例の数値による限定は受けない。
【0057】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、負荷回路となるインタフェース回路の動作状態で、
低い方の電源回路部に高い方の電源回路部からの電源電
圧による電力の戻りがあっても、低い方の電源回路部は
戻された電力を一定電圧に保ちながら昇圧して低い方の
電源電圧に帰還させる昇圧帰還動作を行うことで、電力
の戻りがあってもインタフェース回路に対する低い方の
電源電圧は変動せず、インタフェース回路に設けたコン
パレータの基準電圧を一定に保って、安定した動作を保
証することができる。
【0058】また、負荷回路としてのインタフェース回
路から戻された電力は昇圧されて元の降圧側の電源回路
部に帰還されるため、再度電源電力として利用すること
ができ、この電力回生作用によって、電源の利用効率を
高めることができる。また、インタフェース回路より戻
される電力をダミー抵抗などにより無駄に消費させてい
ないことから、高い電源電圧を発生する電源回路の電源
容量を帰還電力の消費分だけ増加させるような不経済な
ことも回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本実施例の回路ブロック図
【図2】降圧コンバータと昇圧コンバータを一体化した
実施例の回路図
【図3】図2の等価回路図
【図4】降圧時の動作説明図
【図5】降圧時のタイミングチャート
【図6】昇圧時の動作説明図
【図7】昇圧時のタイミングチャート
【図8】降圧コンバータと昇圧コンバータを個別に設け
た実施例の回路図
【図9】降圧と昇圧にスイッチングレギュレータを用い
た実施例の回路図
【図10】図9の変形実施例の回路図
【図11】従来例の回路図
【図12】ダミー抵抗を用いた従来の回路図
【図13】ダミー抵抗による戻り電流の消費のタイミン
グチャート
【符号の説明】
10:第1電源回路 12:インタフェース回路(負荷回路) 14:第2電源回路 16,76:インバータ 18:コンパレータ 20:プルアップ抵抗 34:入力端子 36:出力端子 38:降圧コンバータ 40:昇圧コンバータ 44,46,26,28,30,32:電源端子 45,55:ダイオード(整流用) 48,50:電源入力端子 52,54:電源出力端子 56,58,168,186:FET(MOS型) 60,62:ダイオード 64:インダクタンス 66:コンデンサ 68,176,190:誤差アンプ 74,180,194:パルス幅変調回路(PWM回
路) 78,80,82:スイッチ 86:第3スイッチングレギュレータ 112:第1スイッチングレギュレータ(降圧用) 132:第2スイッチングレギュレータ(昇圧用) 160,162:電力帰還ライン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−99740(JP,A) 特開 昭64−81627(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02J 1/00 H02M 3/155 H02M 3/28

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所定の第1電源電圧と該第1電源電圧とは
    異なる第2電源電圧の供給で動作し、第1の動作状態で
    前記第1及び第2の電源電圧を負荷で消費し、第2の動
    作状態では前記第1の電源電圧が第2の電源電圧の供給
    側に戻される負荷回路と、 前記負荷回路に前記第1電源電圧を供給する第1電源回
    路と、 前記第1電源回路からの前記第1電源電圧を入力し、前
    記負荷の第1の動作状態では、該第1電源電圧を前記第
    2電源電圧に変換して前記負荷回路に供給し、前記負荷
    回路の第2の動作状態では、前記負荷回路からの電流出
    力に対し前記第1電源電圧に変換して前記第1電源に帰
    還させる第2電源回路と、を備えたことを特徴とする電
    源回路。
  2. 【請求項2】請求項1記載の電源回路に於いて、前記負
    荷回路は、 入力信号を処理して出力し、前記第1の動作状態でLレ
    ベル信号を出力し、前記第2の動作状態でHレベル信号
    を出力するゲート回路と、 該ゲート回路の出力ラインを前記第2電源電圧の供給ラ
    インにプルアップしたプルアップ抵抗と、 前記ゲート回路の出力電圧を所定の基準電圧と比較し、
    前記基準電圧を下回っている場合にLレベル信号を出力
    し、前記基準電圧以上の場合にHレベル信号を出力する
    コンパレータと、を備え、前記ゲート回路及びコンパレ
    ータを前記第1電源電圧で動作し、前記基準電圧を前記
    第2電源電圧から作成したことを特徴とする電源回路。
  3. 【請求項3】請求項1記載の電源回路に於いて、前記第
    2電源回路は、 前記負荷の第1の動作状態で、該第1電源電圧を前記第
    2電源電圧に変換して前記負荷回路に供給する降圧コン
    バータと、 前記負荷回路の第2の動作状態で、前記負荷回路からの
    電流出力に対し前記第1電源電圧に変換して前記第1電
    源に帰還させる昇圧コンバータと、 前記降圧コンバータと昇圧コンバータの各々をスイッチ
    ング制御する制御回路と、を備えたことを特徴とする電
    源回路。
  4. 【請求項4】請求項3記載の電源回路に於いて、前記降
    圧コンバータ及び前記昇圧コンバータの各々は、スイッ
    チング素子を1つ備えた非絶縁型のシングルコンバータ
    であることを特徴とする電源回路。
  5. 【請求項5】請求項3記載の電源回路に於いて、前記降
    圧コンバータ、前記昇圧コンバータ及び前記制御回路を
    一体化したことを特徴とする電源回路。
  6. 【請求項6】請求項5記載の電源回路に於いて、前記降
    圧コンバータと前記昇圧コンバータを一体化した第2電
    源回路は、 第1電源電圧の入力端子間に直列接続した一対のスイッ
    チング素子と、 該一対のスイッチング素子の接続点から第2電源電圧の
    プラス出力端子間に接続したインダクタンスと、 前記第2電源電圧の出力端子間に接続したコンデンサ
    と、 前記負荷回路の第1状態及び第2状態で、前記負荷回路
    に対する第2電源電圧出力端子の両端電圧を所定値に保
    つように前記一対のスイッチング素子をパルス幅変調信
    号により交互にオン、オフ制御する制御回路と、を備え
    たことを特徴とする電源回路。
  7. 【請求項7】請求項6記載の電源回路に於いて、前記一
    対のスイッチング素子の各々と並列に、逆極性の向きに
    ダイオードを並列接続したことを特徴とする電源回路。
  8. 【請求項8】請求項7記載の電源回路に於いて、前記一
    対のスイッチング素子は、素子構造に起因して生成され
    る寄生ダイオードがスイッチ部に対し逆極性に並列接続
    するMOS−FETであることを特徴とする電源回路。
  9. 【請求項9】請求項3記載の電源回路に於いて、前記降
    圧コンバータ及び前記昇圧コンバータの各々は、絶縁型
    のコンバータ及び制御回路で構成されたことを特徴とす
    る電源回路。
  10. 【請求項10】請求項9記載の電源回路に於いて、前記
    絶縁型の昇圧コンバータは、前記負荷回路の第2の動作
    状態で、前記負荷回路からの電流出力に対し定電流制御
    による前記第1電源電圧に変換して前記第1電源に帰還
    させることを特徴とする電源回路。
  11. 【請求項11】請求項9記載の電源回路に於いて、前記
    第1電源回路と前記負荷回路との間に、入力電圧を前記
    第1電源電圧に定電圧制御により変換して出力する絶縁
    型コンバータ及びその制御回路を設けたことを特徴とす
    る電源回路。
  12. 【請求項12】請求項11記載の電源回路に於いて、前
    記第2電源回路に設けた絶縁型の昇圧コンバータの出力
    を、前記第1電源回路と前記負荷回路との間に設けた絶
    縁型コンバータの出力端子に帰還接続したことを特徴と
    する電源回路。
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