JP4524871B2 - 直流電圧変換回路 - Google Patents
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【発明の属する技術分野】
本発明は直流電圧変換回路に関し、特に、直流電圧を昇圧または降圧して出力する直流電圧変換回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、電池等の出力する直流電圧を昇圧(または降圧)して出力する、いわゆるDC/DCコンバータと呼ばれる直流電圧変換回路がある。
【0003】
図3は、従来の直流電圧変換回路の一例の回路構成図を示す。同図中、電池E1の負電極は接地され、正電極はコイルL1の一端に接続されている。R0は電池E1の内部抵抗を表している。コイルL1の他端はショットキーダイオードSD1のアノードに接続されると共に、スイッチング用のnpnトランジスタQ1のコレクタに接続されている。トランジスタQ1はエミッタを接地されている。ショットキーダイオードSD1のカソードは出力端子10に接続されており、出力端子10は直列接続された抵抗R1,R2を介して接地されている。
【0004】
抵抗R1,R2は出力端子10の電圧を分圧するものであり、抵抗R1,R2の接続点から取り出される出力端子10の検出電圧が差動増幅器12の反転入力端子に供給される。差動増幅器12の非反転入力端子には負電極を接地された基準電源E2の正電極から基準電圧Vrefが印加されており、差動増幅器12は検出電圧と基準電圧Vrefとの誤差電圧を出力する。この差動増幅器12の出力する誤差電圧はコンパレータ14の非反転入力端子に供給される。
【0005】
コンパレータ14の反転入力端子には発振器(OSC)16で生成された一定周波数の鋸歯状波が供給されており、コンパレータ14は非反転入力端子の電圧が、反転入力端子の鋸歯状波電圧より高いときにハイレベルで、誤差電圧が鋸歯状波電圧より低いときにローレベルとなるスイッチングパルスを生成してトランジスタQ1のベースに供給する。
【0006】
このため、出力端子10の電圧が低くなって誤差電圧が鋸歯状波電圧に対して高くなると、コンパレータ14の出力するスイッチングパルスのデューティ比が大となり、出力端子の電圧が高くなるよう制御され、逆に出力端子10の電圧が高くなって誤差電圧が鋸歯状波電圧に対して低くなると、コンパレータ14の出力するスイッチングパルスのデューティ比が小となり、出力端子の電圧が低くなるよう制御される。
【0007】
ところで、電池E1の正電極には定電流源16の一端が接続され、定電流源16の他端はツェナーダイオードDZ1のカソードに接続され、ツェナーダイオードDZ1のアノードは接地されて定電圧源を構成している。ツェナーダイオードDZ1のカソードは抵抗R3を介してnpnトランジスタQ2のコレクタに接続されている。トランジスタQ2のベースはnpnトランジスタQ3のベースと共通接続されると共にトランジスタQ2のコレクタと接続され、トランジスタQ2,Q3のエミッタは接地され、カレントミラー回路を構成している。
【0008】
トランジスタQ3のコレクタは、カレントミラー回路を構成するpnpトランジスタQ4,Q5のベース及びトランジスタQ4のコレクタに接続されている。トランジスタQ4,Q5のエミッタは電池E1の正電極に接続され、トランジスタQ5のコレクタは発振器16に接続されており、発振器16に一定の動作電流を供給する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の直流電圧変換回路は、消耗して内部抵抗R0が大きくなった電池E1を使用した場合、発振器16が異常動作する可能性がある。内部抵抗R0が大きくなった電池E1を使用すると、出力端子10における負荷電流Ioutが大きい場合には、この負荷電流Ioutが内部抵抗R0を流れることにより生じる電圧降下が大きくなり、トランジスタQ5のコレクタ電圧が発振器16の動作電圧Vosc未満となり、発振器16が発振を停止する。
【0010】
これにより、負荷電流Ioutが減少すると、内部抵抗R0による電圧降下が小さくなりトランジスタQ5のコレクタ電圧は発振器16の動作電圧Vosc以上となり、発振器16が発振を開始する。これにより、内部抵抗R0による電圧降下が大きくなって、発振器16は発振停止、発振開始を繰り返すことになるという問題があった。
【0011】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、消耗した電池を使用した場合に発振器が異常動作を起こすことを防止する直流電圧変換回路を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、電池(E1)から供給される直流電圧を昇圧または降圧した出力電圧の検出電圧と基準電圧との誤差電圧を生成して発振器(16)の出力する傾斜波形信号と比較し、前記誤差電圧に応じたデューティ比のスイッチングパルスを生成して前記電池(E1)から供給される直流電圧のスイッチングを行う直流電圧変換回路において、
前記電池(E1)の出力電圧が前記発振器(16)の動作電圧より高い第1電圧以上となったとき前記電池(E1)の直流電圧を前記発振器(16)に供給し、前記電池(E1)の出力電圧が前記第1電圧より低い第2電圧以下となったとき前記電池(E1)の直流電圧を前記発振器(16)に供給することを停止させるヒステリシス回路(R11〜R16,Q10〜Q14)を有し、
前記ヒステリシス回路(R11〜R16,Q10〜Q14)は、前記電池(E1)の出力電圧を分圧する第1〜第3の抵抗(R11〜R13)と、前記第3の抵抗(R13)の両端電圧が閾値を超えたとき前記電池(E1)の直流電圧を前記発振器(16)に供給する供給回路(Q10,Q12〜Q14)と、前記電池(E1)の直流電圧を前記発振器(16)に供給するとき前記第1の抵抗(R11)の両端間を短絡する短絡回路(Q11)とを有する。
【0013】
このように、電池(E1)の出力電圧が発振器の動作電圧より高い第1電圧以上となったとき電池(E1)の直流電圧を発振器(16)に供給し、電池(E1)の出力電圧が第1電圧より低い第2電圧以下となったとき電池(E1)の直流電圧を発振器(16)に供給することを停止させるため、消耗した電池(E1)を使用した場合であっても発振器(16)が発振停止、発振開始を繰り返す異常動作を防止できる。
【0015】
また、電池の出力電圧を分圧する第1〜第3の抵抗(R11〜R13)と、第3の抵抗(R13)の両端電圧が閾値を超えたとき電池(E1)の直流電圧を発振器(16)に供給する供給回路(Q10,Q12〜Q14)と、電池(E1)の直流電圧を発振器(16)に供給するとき第1の抵抗(R11)の両端間を短絡する短絡回路(Q11)とから、ヒステリシス回路を構成することができる。
【0016】
なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の直流電圧変換回路の一実施例の回路構成図を示す。同図中、図3と同一部分には同一符号を付す。図1において、電池E1の負電極は接地され、正電極はコイルL1の一端に接続されている。R0は電池E1の内部抵抗を表している。コイルL1の他端はショットキーダイオードSD1のアノードに接続されると共に、スイッチング用のnpnトランジスタQ1のコレクタに接続されている。トランジスタQ1はエミッタを接地されている。ショットキーダイオードSD1のカソードは出力端子10に接続されており、出力端子10は直列接続された抵抗R1,R2を介して接地されている。
【0018】
抵抗R1,R2は出力端子10の電圧を分圧するものであり、抵抗R1,R2の接続点から取り出される出力端子10の検出電圧が差動増幅器12の反転入力端子に供給される。差動増幅器12の非反転入力端子には負電極を接地された基準電源E2の正電極から基準電圧Vrefが印加されており、差動増幅器12は検出電圧と基準電圧Vrefとの誤差電圧を出力する。この差動増幅器12の出力する誤差電圧はコンパレータ14の非反転入力端子に供給される。
【0019】
コンパレータ14の反転入力端子には発振器(OSC)16で生成された一定周波数の鋸歯状波(傾斜波形信号)が供給されており、コンパレータ14は非反転入力端子の電圧が、反転入力端子の鋸歯状波電圧より高いときにハイレベルで、誤差電圧が鋸歯状波電圧より低いときにローレベルとなるスイッチングパルスを生成してトランジスタQ1のベースに供給する。
【0020】
このため、出力端子10の電圧が低くなって誤差電圧が鋸歯状波電圧に対して高くなると、コンパレータ14の出力するスイッチングパルスのデューティ比が大となり、出力端子の電圧が高くなるよう制御され、逆に出力端子10の電圧が高くなって誤差電圧が鋸歯状波電圧に対して低くなると、コンパレータ14の出力するスイッチングパルスのデューティ比が小となり、出力端子の電圧が低くなるよう制御される。
【0021】
ところで、電池E1の正電極には定電流源16の一端が接続され、定電流源16の他端はツェナーダイオードDZ1のカソードに接続され、ツェナーダイオードDZ1のアノードは接地されて定電圧源を構成している。ツェナーダイオードDZ1のカソードは抵抗R3を介してnpnトランジスタQ2のコレクタに接続されている。トランジスタQ2のベースはnpnトランジスタQ3のベースと共通接続されると共にトランジスタQ2のコレクタと接続され、トランジスタQ2,Q3のエミッタは接地され、カレントミラー回路を構成している。
【0022】
トランジスタQ3のコレクタは、カレントミラー回路を構成するpnpトランジスタQ4,Q5のベース及びトランジスタQ4のコレクタに接続されている。トランジスタQ4,Q5のエミッタは電池E1の正電極に接続され、トランジスタQ5のコレクタは発振器16に接続されており、発振器16に一定の動作電流を供給する。
【0023】
また、電池E1の正電極には直列接続された抵抗R11,R12,R13のうちの抵抗R11の一端が接続され、抵抗R13の他端は接地されている。抵抗R11,R12の接続点にはpnpトランジスタQ11のコレクタが接続され、抵抗R12,R13の接続点にはnpnトランジスタQ10のベースが接続されている。トランジスタQ10のコレクタは抵抗R14を介して電池E1の正電極に接続されると共に、pnpトランジスタQ11,Q12のベースに接続されており、トランジスタQ10のエミッタは接地されている。
【0024】
トランジスタQ11,Q12それぞれのエミッタは電池E1の正電極に接続され、トランジスタQ12のコレクタはnpnトランジスタQ13のベースに接続されると共に、抵抗R15を介して接地されている。トランジスタQ13のコレクタは抵抗R16を介して電池E1の正電極に接続されると共に、npnトランジスタQ14のベースに接続されており、トランジスタQ13のエミッタは接地されている。トランジスタQ14のコレクタはトランジスタQ2のコレクタと接続され、トランジスタQ14のエミッタは接地されている。
【0025】
上記の抵抗R11〜R16とトランジスタQ10〜Q14とでヒステリシス回路を構成している。
【0026】
ここで、電池E1をコイルL1と接地との間に接続する電源投入直後には、トランジスタQ14がオンする。このため、トランジスタQ2〜Q5がオフして発振器16には電源は供給されない。
【0027】
この状態で、電池E1の電圧を抵抗R11,R12,R13で分圧して得られる抵抗R13の両端電圧が約0.6V(閾値)を超えると、トランジスタQ10がオンする。これによって、トランジスタQ11,Q12,Q13がオンし、トランジスタQ14がオフする。この結果、トランジスタQ2〜Q5がオンして発振器16に電源が供給され、発振器16が発振を開始する。また、上記トランジスタQ11のオンにより、抵抗R11の両端間が短絡されて抵抗R11,R12の接続点の電圧は電池E1の正電極の電圧と略同一となる。
【0028】
つまり、トランジスタQ10がオンとなり発振器16が発振を開始するときのトランジスタQ10のベース電圧Vstaは(1)式で表され、トランジスタQ10がオフとなり発振器16が発振を停止するときのトランジスタQ10のベース電圧Vendは(2)式で表される。但し、トランジスタQ10がオンするベース・エミッタ間電圧をVbeとする。
【0029】
Vsta=Vbe(R11+R12+R13)/R13 …(1)
Vend=Vbe(R12+R13)/R13 …(2)
上記の電圧VstaはトランジスタQ5のコレクタ電圧(電池E1の出力電圧に略等しい)が発振器16の動作電圧Voscより僅かに高い第1電圧となるように抵抗R11,R12,R13を選定して設定し、また、電圧VendはトランジスタQ5のコレクタ電圧が発振器16の動作電圧Vosc程度の第2電圧となるように抵抗R12,R13を選定して設定する。
【0030】
これによって、トランジスタQ10のベース電圧と発振器供給電圧との関係は、図2に示すようにヒステリシス特性を持つようになる。このため、消耗して内部抵抗R0が大きくなった電池E1を使用した場合であっても、発振器16が発振停止、発振開始を繰り返すことを防止できる。
【0031】
【発明の効果】
上述の如く、本発明は、電池の出力電圧が発振器の動作電圧より高い第1電圧以上となったとき電池の直流電圧を発振器に供給し、電池の出力電圧が第1電圧より低い第2電圧以下となったとき電池の直流電圧を発振器に供給することを停止させるため、消耗した電池を使用した場合であっても発振器が発振停止、発振開始を繰り返す異常動作を防止できる。
【0032】
また、電池の出力電圧を分圧する第1〜第3の抵抗と、第3の抵抗の両端電圧が閾値を超えたとき電池の直流電圧を発振器に供給する供給回路と、電池の直流電圧を発振器に供給するとき第1の抵抗の両端間を短絡する短絡回路とから、ヒステリシス回路を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の直流電圧変換回路の一実施例の回路構成図である。
【図2】トランジスタQ10のベース電圧と発振器供給電圧の関係を示す図である。
【図3】従来の直流電圧変換回路の一例の回路構成図である。
【符号の説明】
10 出力端子
12 差動増幅器
14 コンパレータ
16 発振器
SD1 ショットキーダイオード
L1 コイル
R1〜R16 抵抗
DZ1 ツェナーダイオード
Claims (1)
- 電池から供給される直流電圧を昇圧または降圧した出力電圧の検出電圧と基準電圧との誤差電圧を生成して発振器の出力する傾斜波形信号と比較し、前記誤差電圧に応じたデューティ比のスイッチングパルスを生成して前記電池から供給される直流電圧のスイッチングを行う直流電圧変換回路において、
前記電池の出力電圧が前記発振器の動作電圧より高い第1電圧以上となったとき前記電池の直流電圧を前記発振器に供給し、前記電池の出力電圧が前記第1電圧より低い第2電圧以下となったとき前記電池の直流電圧を前記発振器に供給することを停止させるヒステリシス回路を有し、
前記ヒステリシス回路は、前記電池の出力電圧を分圧する第1〜第3の抵抗と、前記第3の抵抗の両端電圧が閾値を超えたとき前記電池の直流電圧を前記発振器に供給する供給回路と、前記電池の直流電圧を前記発振器に供給するとき前記第1の抵抗の両端間を短絡する短絡回路とを
有することを特徴とする直流電圧変換回路。
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