JP3462348B2 - Buck-boost chopper - Google Patents

Buck-boost chopper

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する利用分野】本発明は各種の電子機器の電
源装置に用いられる昇降圧型チョッパに関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a step-up / step-down chopper used for a power supply of various electronic devices.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電子機器の多様化、IC(半導体
集積回路)等の半導体装置の多様化に伴って直流電源の
電源電圧と異なる直流出力電圧を得なければならないこ
とがあり、このような場合、DC−DCコンバータが用
いられている。上記DC−DCコンバータにおいて、直
流電源電圧より低い直流出力電圧を得る場合は降圧型チ
ョッパが用いられ、逆に直流電源電圧より高い直流出力
電圧を得る場合は昇圧型チョッパが用いられており、ま
た、直流電源電圧がある範囲で変化し、直流出力電圧が
前記電源電圧の変化の範囲内の一定値に設定される場合
には前記降圧型チョッパと昇圧型チョッパの機能を兼ね
備えた昇降圧型チョッパが用いられている。
2. Description of the Related Art In recent years, with the diversification of electronic devices and the diversification of semiconductor devices such as ICs (semiconductor integrated circuits), it has sometimes been necessary to obtain a DC output voltage different from the power supply voltage of a DC power supply. In such a case, a DC-DC converter is used. In the DC-DC converter, a step-down chopper is used to obtain a DC output voltage lower than the DC power supply voltage, and a step-up chopper is used to obtain a DC output voltage higher than the DC power supply voltage. When the DC power supply voltage changes within a certain range, and the DC output voltage is set to a constant value within the range of the change of the power supply voltage, the step-up / step-down chopper having the functions of the step-down chopper and the step-up chopper is used. Used.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】昇降圧型チョッパにお
いて、チョークコイルを小型化し、また、出力電圧のリ
ップルを小さくする方法として降圧部および昇圧部の各
トランジスタのスイッチング動作を速くすることが考え
られており、その一例としては、図2のようなものがあ
る。図2において、22は第1のトランジスタで、入力
側であるエミッタと接地間には、直流電源21が接続さ
れ、また、コレクタには一端を接地したダイオード23
と、チョークコイル24の一端とが接続されており、前
記第1のトランジスタ22、ダイオード23、チョーク
コイル24は、降圧部26を構成している。また、第2
のトランジスタ25のコレクタには、前記チョークコイ
ル24の他端と、ダイオード27が接続され、前記ダイ
オード27と接地間にはコンデンサ28が接続されてい
る。そして、前記チョークコイル24、第2のトランジ
スタ25、ダイオード27、コンデンサ28は昇圧部を
構成している。30は、第1のトランジスタ22と第2
のトランジスタ25のスイッチング動作を制御するため
の制御回路で、プリドライブ回路31,32を介して各
トランジスタのベースに接続されている。ここで、プリ
ドライブ回路31,32は、第1のトランジスタ22と
第2のトランジスタ25のスイッチング速度を加速して
前記トランジスタのスイッチング損失を減少させるとと
もに、出力電圧のリップルを低減するために設けたもの
である。このように、従来の昇降圧型チョッパにおい
て、降圧部と昇圧部の各トランジスタを高速度でスイッ
チング動作させる場合には、制御回路の他にプリドライ
ブ回路を設ける必要があった。また、一般に、DC−D
Cコンバータ等に用いられる半導体集積回路の中には、
プリドライブ回路を内蔵したものもあるが昇降圧型チョ
ッパを構成するのには不適当である。その理由は、半導
体集積回路に内蔵されたプリドライブ回路は機能が限定
されているため、該半導体集積回路の用途も限定される
からである。このため、昇降圧型チョッパにはプリドラ
イブ回路のない半導体集積回路を使用するのが一般的で
あり、従って、降圧部と昇圧部の各トランジスタのプ
リドライブ回路を外付け部品で形成しなければならない
から回路構成が複雑になり、また、コストが高くなる欠
点がある。
In a step-up / step-down chopper, as a method of reducing the size of the choke coil and reducing the ripple of the output voltage, it is considered that the switching operation of each transistor of the step-down unit and the step-up unit is accelerated. One example is shown in FIG. In FIG. 2, reference numeral 22 denotes a first transistor.
DC power supply 21 is connected between the emitter on the side and ground.
The collector has a diode 23 with one end grounded.
And one end of the choke coil 24 are connected.
The first transistor 22, the diode 23, the choke
The coil 24 constitutes a step-down unit 26. Also, the second
The collector of the transistor 25 is connected to the choke coil.
A diode 27 is connected to the other end of the
A capacitor 28 is connected between the arm 27 and the ground.
You. The choke coil 24 and the second transistor
The star 25, the diode 27, and the capacitor 28
Make up. 30 is the first transistor 22 and the second transistor
To control the switching operation of the transistor 25
Control circuit via the pre-drive circuits 31 and 32
It is connected to the base of the transistor. Where pre
The drive circuits 31 and 32 are connected to the first transistor 22 and
By increasing the switching speed of the second transistor 25
When the switching loss of the transistor is reduced,
Provided to reduce output voltage ripple
It is. As described above, in the conventional step-up / step-down chopper, when the transistors of the step-down unit and the step-up unit are switched at a high speed, it is necessary to provide a pre-drive circuit in addition to the control circuit . In general, DC-D
Some semiconductor integrated circuits used for C converters, etc.
Some of them incorporate a pre-drive circuit, but they are not suitable for forming a step-up / step-down chopper. The reason is that the functions of the pre-drive circuit built in the semiconductor integrated circuit are limited, so that the use of the semiconductor integrated circuit is also limited. For this reason, a semiconductor integrated circuit without a pre-drive circuit is generally used for the step-up / step-down chopper. Therefore, the pre-drive circuit for each transistor of the step-down unit and the step-up unit must be formed by external components. However, there is a disadvantage that the circuit configuration becomes complicated and the cost increases.

【0004】[0004]

【課題を解決する手段】本発明は、上記従来の欠点を除
去するため、第1と第2のトランジスタと、前記2つのトラ
ンジスタのコレクタ間に接続されたチョークコイルとを
備え 前記第1のトランジスタと前記チョークコイルは
該第1のトランジスタのコレクタと接地間に接続したダ
イオードとで降圧部を形成し 前記第2のトランジスタと
前記チョークコイルは、該第2のトランジスタのコレク
タに接続したダイオードと、前記ダイオードと接地間に
接続したコンデンサとで昇圧部を形成してなる昇降圧型
チョッパにおいて、前記各トランジスタのベース間に、
前記チョークコイルと結合する帰還巻線とコンデンサか
らなる帰還回路を接続して、前記チョークコイルの出力
信号の一部が前記帰還回路を介して帰還されるようにす
るとともに、前記各トランジスタが各ベースに接続され
た1個の制御回路によって動作制御されるようにしたも
のである。本発明は、このように構成することによって
各トランジスタのベースに制御信号の他に前記制御信号
の周波数に同期した帰還電圧を加算するようにしたの
で、立ち上がり、立ち下がり電圧が急峻となり、したが
って、従来のプリドライブ回路が無くてもスイッチング
速度を速くすることができる。
SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, a first and a second transistor and the two transistors are provided in order to eliminate the above-mentioned conventional disadvantages.
And the choke coil connected between the collectors of the transistors.
Comprising , the first transistor and the choke coil ,
A transistor connected between the collector of the first transistor and ground.
A step-down portion is formed with an ion, and the second transistor and
The choke coil is a collector of the second transistor.
A diode connected to the
Step-up / step-down type with a booster formed by connected capacitors
In the chopper, between the bases of the transistors,
Is the feedback winding and capacitor coupled to the choke coil?
Connected to the output of the choke coil
A part of the signal is fed back through the feedback circuit.
And each transistor is connected to each base.
Operation is controlled by one control circuit.
It is. The present invention is configured as described above.
In addition to the control signal at the base of each transistor, the control signal
The feedback voltage synchronized with the frequency of
The rising and falling voltage became steep,
Therefore, switching without a conventional pre-drive circuit
Speed can be increased.

【0005】[0005]

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
1において、1は直流電源、2はエミッタを入力側と
し、コレクタを出力側とする第1のトランジスタでその
入力側には直流電源1が接続され、また、出力側には一
端を接地したダイオード3とチョークコイル4の一端が
接続されており、チョークコイル4の他端はエミッタを
接地した第2のトランジスタ5のコレクタとダイオード
7の一端と接続されている。ダイオード7の他端は一方
を接地したコンデンサ8と接続されている。10は第1
のトランジスタ2と第2のトランジスタ5のスイッチン
グ動作を制御するための制御回路で各トランジスタのベ
ースに接続されている。13はチョークコイル4と電磁
的に結合させた帰還巻線11と、前記帰還巻線と直列に
接続したコンデンサ12で形成した帰還回路で該帰還回
路13の各端子はそれぞれ第1のトランジスタ2と第2
のトランジスタ5の各ベースに接続されている。ここ
で、第1のトランジスタ2とダイオード3,チョークコ
イル4は降圧部6を構成しており、また、前記チョーク
コイル4と第2のトランジスタ5,ダイオード7,コン
デンサ8は昇圧部9を構成している。
Embodiments of the present invention will be described below. In FIG. 1, 1 is a DC power supply, 2 is a first transistor having an emitter as an input side and a collector as an output side, and a DC power supply 1 is connected to the input side and one end is grounded to the output side. One end of the choke coil 4 is connected to the diode 3, and the other end of the choke coil 4 is connected to the collector of the second transistor 5 whose emitter is grounded and one end of the diode 7. The other end of the diode 7 is connected to a capacitor 8 having one grounded. 10 is the first
A control circuit for controlling the switching operation of the transistor 2 and the second transistor 5 is connected to the base of each transistor. Reference numeral 13 denotes a feedback circuit formed by a feedback winding 11 electromagnetically coupled to the choke coil 4 and a capacitor 12 connected in series with the feedback winding. Each terminal of the feedback circuit 13 is connected to the first transistor 2 respectively. Second
Are connected to the respective bases of the transistors 5. Here, the first transistor 2, the diode 3, and the choke coil 4 constitute a step-down unit 6, and the choke coil 4, the second transistor 5, the diode 7, and the capacitor 8 constitute a step-up unit 9. ing.

【0006】次に、上記構成の動作について説明する。
今、直流電源1により入力電圧が与えられると、その電
圧の大きさViに応じて降圧部6または、昇圧部9が作動
し、コンデンサ8の両端に発生する出力電圧Voをあら
かじめ設定した基準電圧 Vsに近づけるように作用す
る。ここで、第1のトランジスタ2および第2のトラン
ジスタ5の各ベースには、制御回路10により、高周波
の制御信号が与えられ、チョークコイル4の両端には、前
記制御信号と等しい周波数の起電力が発生する。チョー
クコイル4に発生した起電力は、該チョークコイルと電
磁結合した帰還巻線11に誘起され、コンデンサ12は
制御信号の発振周期に従って充放電を繰り返す。帰還回
路13の両端は、それぞれ第1のトランジスタ2と第2
のトランジスタ5のベースに接続されているから各トラ
ンジスタ2,5のベースには 制御回路10からの制御
信号の電圧と帰還回路13の端子電圧が加算されて与え
られる。前記帰還回路13の端子電圧は制御信号の周波
数に同期しているので、結果的に各トランジスタ2,5
のベースに与えられる電圧は大きく、また、急峻とな
る。これによって、第1のトランジスタ2と第2のトラン
ジスタ5の立ち上がりまたは立ち下がり時間、即ち、ス
イッチング速度を速くすることができる。
Next, the operation of the above configuration will be described.
Now, when an input voltage is supplied from the DC power supply 1, the step-down unit 6 or the step-up unit 9 operates according to the magnitude Vi of the voltage, and the output voltage Vo generated at both ends of the capacitor 8 is set to a predetermined reference voltage. It acts so as to approach Vs. Here, a high-frequency control signal is given to each base of the first transistor 2 and the second transistor 5 by the control circuit 10, and an electromotive force having a frequency equal to the control signal is applied to both ends of the choke coil 4. Occurs. Electromotive force generated in the choke coil 4 is induced in the feedback winding 11 coupled the choke coil and the electromagnetic, the capacitor 12 is repeated thus charging and discharging the oscillation period of the control signal. Return time
Both ends of the path 13 are connected to the first transistor 2 and the second transistor 2, respectively.
Connected to the base of transistor 5
The base of Njisuta 2,5, control from the control circuit 10
The signal voltage and the terminal voltage of the feedback circuit 13 are added and given.
Can be The terminal voltage of the feedback circuit 13 is the frequency of the control signal.
As a result, each transistor 2,5
The voltage applied to the base is large and steep.
You. As a result, the first transistor 2 and the second transistor
The rise or fall time of register 5,
The switching speed can be increased.

【0007】[0007]

【効果】本発明は、以上に述べたように、第1のトランジ
スタと第2のトランジスタのベース間に、チョークコイ
ルと結合する帰還巻線とコンデンサからなる帰還回路を
接続し、前記帰還回路を介してチョークコイルの出力信
号の一部を前記第1のトランジスタと第2のトランジス
タのベースに帰還させることによって各トランジスタの
ベースに加わる電圧を大きく、また、急峻にでき、これ
によってスイッチング速度を速くすることができる。さ
らに 特別なドライブ回路を設ける必要がないので回路
構成が簡単になり コストを低減できる。
According to the present invention, as described above, the first transistor
A choke between the star and the base of the second transistor
A feedback circuit consisting of a feedback winding and a capacitor
Connected, and the output signal of the choke coil is
A part of the first transistor and the second transistor.
Feedback to the base of the
The voltage applied to the base can be large and steep.
Thus, the switching speed can be increased. Sa
Luo, since it is not necessary to provide a special drive circuit circuit
The configuration is simple, and the cost can be reduced.

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

図1は本発明昇降圧型チョッパの実施例回路図、図2は
従来の昇降圧型チョッパの1例を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of a buck-boost chopper according to the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a conventional buck-boost chopper.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・直流電源、2・・・第1のトランジスタ、3,
7・・・ダイオード、4・・・チョークコイル、5・・
・第2のトランジスタ、6・・・降圧部、8,12・・
・コンデンサ、9・・・昇圧部、10・・・制御回路、
11・・・帰還巻線、13・・・帰還回路
1 DC power supply 2 first transistor 3
7 ... Diode, 4 ... Choke coil, 5 ...
..The second transistor, 6,... The step-down unit, 8, 12,.
・ Capacitor, 9 ・ ・ ・ Step-up unit, 10 ・ ・ ・ Control circuit,
11 ... feedback winding, 13 ... feedback circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 3/155 H03K 5/12 H03K 17/04 H03K 17/64 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H02M 3/155 H03K 5/12 H03K 17/04 H03K 17/64

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】第1と第2のトランジスタと、前記2つのト
ランジスタのコレクタ間に接続されたチョークコイルと
を備え 前記第1のトランジスタと前記チョークコイル
該第1のトランジスタのコレクタと接地間に接続し
たダイオードとで降圧部を形成し 前記第2のトランジス
タと前記チョークコイルは、該第2のトランジスタのコ
レクタと出力端子間に接続したダイオードと、前記ダイ
オードと接地間に接続したコンデンサとで昇圧部を形成
してなる昇降圧型チョッパにおいて、 前記各トランジスタのベース間に、前記チョークコイル
と結合する帰還巻線とコンデンサからなる帰還回路を接
続して、前記チョークコイルの出力信号の一部が前記帰
還回路を介して帰還されるようにするとともに、前記各
トランジスタが各ベースに接続された1個の制御回路に
よって動作制御されるようにしたことを特徴とする昇降
圧型チョッパ。
A first transistor, a second transistor, and the two transistors;
A choke coil connected between the collectors of the transistor
Wherein the choke coil and the first transistor
Is connected between the collector of the first transistor and ground.
Diode The step-down unit is formed with, said second transistor
And the choke coil are connected to the core of the second transistor.
A diode connected between the
A booster is formed by the capacitor connected between the diode and ground.
In the step-up / step-down chopper, the choke coil is provided between bases of the transistors.
A feedback circuit consisting of a feedback winding and a capacitor
Subsequently, part of the output signal of the choke coil is
Return via the return circuit
Transistor in one control circuit connected to each base
The lifting and lowering characterized by the fact that the operation is controlled.
Pressure chopper.
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