JP4136660B2 - 電圧変換回路 - Google Patents
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Description
可変電圧または電流源に接続されている入力端子および供給電圧を出力する出力端子と、
第1の端子が入力端子に接続され、第2の端子が基準電圧に接続された1つの端子を有する容量性素子と出力端子とに接続されている誘導性素子と、
第1の端子が誘導性素子の第2の端子に接続され、第2の端子が基準電圧に接続され、第1のレベルの制御電圧が第1のゲート電極に供給されたときに第1のスイッチを開閉する第1のゲート電極を備えている第1のスイッチと、
出力電子に接続された電力入力と、第1のスイッチの第1のゲート電極に接続され、その第1のゲート電極にパルス状信号を供給するスタートアップ出力と、発振器出力とを備えている第1の発振器と、
第1のスイッチと並列に接続され、発振器出力に接続された第2のゲート電極を有している第2のスイッチとを具備しており、
第1のスイッチは出力端子における供給電圧が予め定められたレベルに達したとき開いたままの状態であり、第2のスイッチは第1の電圧レベルより高い第2の電圧レベルで発振器出力により動作される電圧変換回路が開示されている。この既知の電圧変換回路は、低い直流電圧を高い直流電圧に変換するDC/DC変換器である。低い電圧は約1.5Vであると示されている。高い電圧は約3V乃至5V程度であると示されている。バイポーラトランジスタであってもよい第1のスイッチは、出力電圧がその上限レベルに達していないとき、始めにDC/DC変換器を動作させる。出力電圧が予め定められた限界に達したとき、変換器は、MOSトランジスタであってもよい第2のスイッチにより動作される。類似した変換器回路設計は、JP−A−3074169号明細書およびEP−A−685921号明細書から得られることができる。
本発明の目的は、低い入力電圧で動作し、自動的にスタートし、比較的少数の素子を使用する直流・直流ステップアップ変換器を提供することである。
本発明の別の目的は、電力損失が最小にされ、コンパクトな設計であるステップアップ変換器を提供することである。
第1のスイッチのゲート電極と誘導性素子の第2の端子との間にクランピングダイオードが接続されている。約0.4Vの可変供給電圧が入力端子に供給され、供給電圧が約0.4Vであるとき、第1のスイッチの制御端子上の0.4Vのバイアス電圧は、ダイオードにより形成された正のクランプによって維持される。したがって、第1のスイッチがpnpバイポーラトランジスタによって形成されている場合、トランジスタを導通状態にするためにゲートにおいて0.2Vの可変制御電圧があればよい。0.2Vの可変制御電圧は、その入力において0.4Vの供給電圧レベルによって給電されたときに発振器から得られる。
電圧変換装置は、第2の変換段を電圧変換回路に結合することにより形成されてもよく、第2の変換段は、可変電圧源に接続可能な第1の端子と、累算装置のような電気素子の第1の端子に接続可能な第2の端子とを備えた誘導性素子を有しており、その累算装置は基準電圧に接続された第2の端子を備えており、第3のスイッチは誘導性素子の第2の端子と基準電圧との間に接続され、第2の発振器の発振器出力に接続されたゲート電極を備えており、電圧変換回路の出力端子の供給電圧は誘導性素子の第2の端子および第2の発振器の電力入力に接続されている。第3のスイッチは、変換回路からの直流電圧を3乃至15Vのレベルにさらに変換するための多数のドレインおよび多数のソースを備えたパワーMOSFETによって形成されてもよい。
その代りに、電圧変換装置は、ナビゲーション装置またはGPSシステム、またはボート照明用のボート上の発電機のような船舶用として使用されることができる。
さらに、デジタルカメラ、電池充電器、バイクの照明、危険三角形標識(danger triangle)、雪崩ビーパ、フラッシュライト、テレビジョン、電子レンジその他家電、庭の照明、庭の噴霧器、およびウインドウブラインド、オーニング等の窓用採光調整装置が本発明の電圧変換回路によって給電されてもよい。
以下、添付図面を参照として本発明による電圧変換装置のいくつかの実施形態をさらに詳細に説明する。
図2は、本発明による電圧変換器段2および第2の変換器段3の素子を詳細に示している。以下に文字シンボルの説明を示す:
T1 : 低電力、論理レベルMOSFET;
T2 : スイッチングMOSFET;パワーMOSFET;
L1 : 高いインダクタンスを有するスイッチングコイル;
L4 : スイッチングコイル;
D1,D2 : 整流ダイオード;
C9,C21,C1 : 平滑化を行う電気的に制御可能なキャパシタ(電解コンデンサ);
U1A−U1F;U1C : フィリップス・エレクトロニクス社により型番74LV14で製造されている低電圧インバータゲート;
T4 : スイッチングバイポーラトランジスタ;
D2,D4 : ショットキーダイオード;
C3 : 比較的小さいキャパシタ。
すなわち、インダクタ/インダクタンスL4;半導体スイッチT4、ならびに補助的なNチャンネルMOSFET T2;ダイオードD1(ショットキーZHCS750)および追加のキャパシタC19およびC20によって低い抵抗に対して補償された高容量電解コンデンサC23の形態のキャパシタ/キャパシタンスである。半導体スイッチT4は、電圧が低過ぎてMOSFETスイッチT2を動作させることができないときにステップアップ変換器を動作させる。スイッチT4は、図3中に破線のボクッスで示されている発振回路により動作される。発振器の出力は、スタートアップ変換器のスタートアップ発振器コネクタに接続しており、ここでショットキーダイオードD3(ZHCS750)は太陽パネル425aの出力電圧を、発振器により発生されたパルス化された電圧に追加する。結果的に得られた電圧はトランジスタT4のベースに供給される。ステップアップ変換器に供給された電圧が、MOSFETスイッチT2が動作するのに十分に高くなるとすぐ発振器出力は発振器回路の半導体T3によって接地される。その後、MOSFET T2は中央マイクロプロセッサ471の“Nゲート”出力から制御され、別のPチャンネルMOSFET T1はショットキーダイオードD1から引き継ぐようにプロセッサ471の“Pゲート”出力から制御される。プロセッサ471のPおよびNゲートはソフトウェア駆動される。このようにして、とくに有効なステップアップ変換器が得られている。半導体スイッチT4およびT2を交互に使用することにより、低および高の各電圧範囲に対して最適な特性を有するレジスタ複合ステップアップ変換器が提供される。ショットキーダイオードD3を設けることにより、可能な限り高い電圧を低電圧半導体スイッチT4のベースに供給することが可能になる。ダイオードD1と並列に配置されている追加のMOSFETスイッチT1により、ダイオードD1のようなダイオード中で通常発生する損失をなくすことができる。
Claims (7)
- 可変電圧または電流源に接続されている入力端子(4)および供給電圧を出力する出力端子(12)と、
第1の端子が入力端子に接続され、第2の端子が基準電圧(9)に接続された1つの端子を有する容量性素子(8)と出力端子(12)とに接続されている誘導性素子(5)と、
第1の端子が誘導性素子(5)の第2の端子に接続され、第2の端子が基準電圧(9)に接続され、第1の電圧レベルの制御電圧が第1のゲート電極(31)に供給されたときに第1のスイッチを開閉する第1のゲート電極(31)を備えている第1のスイッチ(6)と、
出力端子(12)に接続された電力入力(14)と、第1のスイッチ(6)の第1のゲート電極(31)に接続され、その第1のゲート電極(31)にパルス状信号を供給するスタートアップ出力(15)と、発振器出力(16)とを備えている第1の発振器(13)と、
第1のスイッチ(6)と並列に接続され、発振器出力(16)に接続された第2のゲート電極(32)を有している第2のスイッチ(7)とを具備しており、
第1のスイッチ(6)は出力端子(12)における供給電圧が予め定められたレベルに達したとき開いたままの状態であり、第2のスイッチ(7)は第1のゲート電極(31)に供給される制御電圧の電圧レベルである第1の電圧レベルより高い第2の電圧レベルの制御電圧で発振器出力(16)により動作される電圧変換回路(2)において、
第1の発振器(13)は、前記電力入力(14)が0.4Vより低い入力電圧を受取ったときに前記スタートアップ出力(15)に対する出力電圧を発生することのできる低電圧インバータポートを備えており、誘導性素子(5)の第1の端子と第1のゲート電極(31)との間にはクランプダイオード(D4)が接続されていることを特徴とする電圧変換回路(2)。 - 第1のスイッチ(6)はバイポーラトランジスタ(T4)であり、第2のスイッチ(7)は電解効果トランジスタ(T1)である請求項1記載の電圧変換回路(2)。
- 発振器(13)のスタートアップ出力(15)は、各容量性素子(C2)を介して第1のゲート電極(31)に接続されている請求項1または2記載の電圧変換回路(2)。
- 可変電圧源に接続可能な第1の端子と、累算装置のような電気素子(24)の第1の端子(25)に接続可能な第2の端子とを備えた誘導性素子(28)を有している第2の変換段(3)が設けられており、電気素子(24)は基準電圧(23)に接続された第2の端子(26) を備えており、第3のスイッチ(19)は誘導性素子(28)の第2の端子と基準電圧(23)との間に接続され、第2の発振器(17)の発振器出力(18)に接続されたゲート電極(33)を備えており、電圧変換回路(2)の出力端子(12)は第2の変換段(3)の誘導性素子(28) の第2の端子および第2の発振器(17)の電力入力(22)に接続されている請求項1乃至3のいずれか1項記載の電圧変換回路(2)を備えている電圧変換装置(1)。
- 第3のスイッチ(19)は、多数のドレインおよび多数のソースを備えたMOSFETを具備している請求項4記載の電圧変換装置(1)。
- 第2の誘導性素子(28)はその第2の端子がダイオード(20)を介して電気素子(24)に接続されており、その電気素子(24)の第1の端子は容量性素子(21)を介して基準電圧(23)に接続されている請求項4または5記載の電圧変換装置(1)。
- 可変電圧または電流源に接続されている入力端子(4)および供給電圧を出力する出力端子(12)と、
第1の端子が入力端子に接続され、第2の端子が基準電圧(9)に接続された1つの端子を有する容量性素子(8)と出力端子(12)とに接続されている誘導性素子(5)と、
第1の端子が誘導性素子(5)の第2の端子に接続され、第2の端子が基準電圧(9)に接続され、第1の電圧レベルの制御電圧が第1のゲート電極(31)に供給されたときに第1のスイッチを開閉する第1のゲート電極(31)を備えている第1のスイッチ(6)と、
出力端子(12)に接続された電力入力(14)と、第1のスイッチ(6)の第1のゲート電極(31)に接続され、その第1のゲート電極(31)にパルス状信号を供給するスタートアップ出力(15)と、発振器出力(16)とを備えている第1の発振器(13)と、
第1のスイッチ(6)と並列に接続され、発振器出力(16)に接続された第2のゲート電極(32)を有している第2のスイッチ(7)とを具備しており、
第1のスイッチ(6)は出力端子(12)における供給電圧が予め定められたレベルに達したとき開いたままの状態であり、第2のスイッチ(7)は第1のゲート電極(31)に供給される制御電圧の電圧レベルである第1の電圧レベルより高い第2の電圧レベルの制御電圧で発振器出力(16)により動作される電圧変換回路(2)において、
第1の発振器(13)は、前記電力入力(14)が0.4Vより低い入力電圧を受取ったときに前記スタートアップ出力(15)に対する出力電圧を発生することのできる低電圧インバータポートを備えており、電圧変換回路はクランプ装置(D4)を備え、そのクランプ装置(D3/D4)は前記スタートアップ出力(15)における前記パルス状信号を前記可変電圧または電流源に付加して第1のスイッチ(6)の第1のゲート電極(31)に供給される付加電圧を生じさせるために誘導性素子(5)の前記第1の端子と第1のゲート電極(31)の間に接続されていることを特徴とする電圧変換回路(2)。
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