JPH02197254A - Ｄｃ―ｄｃコンバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は低入力電圧ＤＣ−ＤＣコンバータ集積回路を
用いたＤＣ−ＤＣコンバータに関する。

「従来の技術」 第３図は数ボルトの電圧で作動するＤＣ−ＤＣコンバー
タ集積回路を用いて構成された従来の降圧チョッパコン
バータを示す。起電力が数ボルトの低電圧入力電源Ｅが
、数ボルトの電圧で作動するＤＣ−ＤＣコンバータ集積
回路ＩＣ−接続され、集積回路１５二は内部スイッチ素
子Ｑ１が内蔵され、入力電源Ｅの電圧がパルス電圧Ｃ二
変換される。内部スイッチ素子Ｑ１の出力端子シニ還流
ダイオードＤ１の一端及び平滑チョークコイルＬ。の一
端が接続され、平滑チョークコイルＬ。の他端は平滑コ
ンデンサＣ６を通じて入力電源Ｅの負側Ｃ二接続され、
平滑コンデンサＣ６と並列に負荷２が接続され、還流ダ
イオードＤ１の他端は入力電源Ｅの負側≦二接続される
。平滑チョークコイルＬ。及び平滑コンデンサＣ８の接
続点は出力電圧検出抵抗器Ｒ，、Ｒ２を通じて入力電源
Ｅの負側Ｃ二接続され、抵抗器Ｒ１，Ｒ２の接続点は集
積回路１に接続される。

この回路の動作は、内部スイッチ素子Ｑ□がオンの時、
入力電源Ｅから平滑チョークコイルＬ。と平滑コンデン
サＣ６及び負荷２（二電力を供給し、内部スイッチ素子
Ｑ０がオフの時、還流ダイオ−下′Ｄ１を介して平滑チ
ョークコイルＬ。に蓄積された電力を平滑コンデンサＣ
６と負荷２へ供給する。また出力電圧Ｖ。を出力電圧検
出抵抗器Ｒ１，Ｒ２ζ二よって検出し、この検出された
電圧（二従って、内部スイッチ素子Ｑ１のオンとオフの
時間比を変え、出力電圧ｖｏを一定ζ二制御している。

「発明が解決しようとする課題」 この低電圧入力ＤＣ−ＤＣコンバータでは、内部スイッ
チ素子Ｑ１での降下電圧が人力電源Ｅの電圧Ｃ二比べて
無視できない。さらＣ二内部スイッチ素子Ｑ１の降下電
圧は内部スイッチ素子Ｑ１を流れる電流が大きくなるに
従って大きくなる。このため負荷２Ｃ二供給可能な最大
出力電流及び入出力電力変換効率は内部スイッチ素子Ｑ
１の導通抵抗の大きさに支配される。一方、入力電源Ｅ
が数ボルトと低電圧であるため、内部スイッチ素子Ｑ１
の導通抵抗を小さくし、電圧降下を小さくするＣ二は素
子の電流増幅率や相互コンダクタンスを極めて大きくす
る必要があるが、素子チップ面積が巨大化する等の問題
が生じ、限界がある。

第４図は第３図Ｃ二おける出力電流工。と出力電圧■ｏ
及び入出力電力変換効率ηとの関係を示した図である。

図に示すよう【二必要な出力電圧Ｖ。を確保する最大出
力電流が数ミリアンペアと小さく、従って最大出力電力
も小さい。また内部スイッチ素子Ｑ１での降下電圧が入
力電圧（二比べ無視できないので、この降下電圧Ｃ二よ
る電力損失も無視できない大きさ、となり、その結果、
入出力電力変換効率ηが出力電流■。の増加ととも（二
急速に低下する。

この対策として、ＤＣ−ＤＣコンバータ集積回路１の外
部（巳導通抵抗が小さい電力用スイッチングトランジス
タを付加し、降下電圧を低くする方法が考えられる。し
かし、現在スイッチング用トランジスタを高速かつ充分
な導通状態で作動させるには５Ｖ以上の電圧が必要であ
るため、入力電圧が５ｖ以下の場合は、入力″敲圧を５
ｖ以上に昇圧する駆動用袖助電源乞設けるか、５ｖ以上
の別電源を用意する必要があった。

以」二の問題点を解決するため、この発明は補助電源や
別電源を用いることなく、低入力電圧下で高出力電力、
高変換効率を満足するＤＣ−ＤＣコンバータを提供する
ことを目的とする。

「課題を解決するための手段」 この発明（二よれば内部スイッチ素子の出力端子に電流
増幅用トランジスタのベースが接続され、その電流増幅
用トランジスタを介して駆動トランスが直流電源の両端
【二接続され、還流ダイオード及び平滑回路の接続点と
直流電源の一端との間に外部主スィッチ素子が接続され
、その電力用スイッチングトランジスタは駆動トランス
の出力ζ二より制御される。

「実施例」 第１図はこの発明の実施例を示し、第３図と対応する部
分シーは同一符号を付けである。この発明においては内
部スイッチ素子Ｑ１の出力端子に電流増幅用トランジス
タＱ２のベースが接続される。電流増幅用トランジスタ
Ｑ２を通じて入力電源Ｅの両端に駆動トランスＴ。５の
１次巻線Ｎ□が接続される。

外部主スィッチ素子Ｑ３のドレインは入力電源Ｅの正側
Ｃ二接続され、ソースは還流ダイオードＤ１及び平滑チ
ョークコイルＬ。の接続点に接続される。駆動トランス
Ｔ。５の２次巻線Ｎ２の一端は外部主スィッチ素子Ｑ３
の誤動作防止用抵抗器Ｒ４を通じて外部主スィッチ素子
Ｑ３のゲートに接続され、２次巻線Ｎ２の他端は外部主
スイッチ素子Ｑ３のソースＣ二接続され、外部主スィッ
チ素子Ｑ３のゲート、ソース間Ｃ二その誤動作防止用抵
抗器Ｒ５が接続される。駆動トランスＴ。、には損失低
減のため駆動トランスＴｎ５の励磁エネルギーを回生す
るリセット巻線と呼ばれる３次巻線Ｎ３の一端が接続さ
れ、３次巻線Ｎ３の他端はフライバック電圧クランプ用
ダイオードＤ２を通じて人力電源Ｅの正側Ｃ：接続され
る。電流増幅用トランジスタＱ２のベース、エミッタ間
にトランジスタＱ２の誤動作防止用抵抗器Ｒ３が接続さ
れる。

なお電圧クランプダイオードＤ２、駆動トランスＴ。５
のリセット巻線Ｎ３、誤動作防止用抵抗器Ｒ３Ｓ　Ｒ４
８Ｒ５は動作条件や実装条件によっては不要であり、こ
の発明【二不可欠のものではない。

集積回路１の内部スイッチ素子Ｑ１がオンの時、入力電
源Ｅから電流増幅用トランジスタＱ２’ニベス電流が供
給され、トランジスタＱ２がオンし、駆動トランスＴ。

５の１次巻線Ｎ、ｌ二人カ電ＭＥが並列に接続される。

従って駆動トランスＴ。５の２次巻線Ｎ２に巻数比Ｎ２
／Ｎ１に昇圧された入力電源Ｅの電圧が生じ、この電圧
が外部主スイッチ素子。３のゲート−ソース間に印加さ
れるので外部主スイッチ素子Ｑ３がオンする。外部主ス
ィッチ素子。３がオンした後の回路動作は第３図ζ二お
ける従来回路の内部スイッチ素子Ｑ１がオンした時の動
作と同一である。

集積回路１の内部スイッチ素子Ｑ１がオフＣ二なると、
電流増幅用トランジスタＱ２のベース電流がＯＣ二なり
、トランジスタＱ２がオフするので、駆動トランスＴ。

Ｓの各巻線にはそれまで蓄えられた励磁エイ・ルギーＣ
二よる逆方向のフライバンク電圧が発生する。このフラ
イバンク電圧はシセット巻線Ｎ３（二接続された電圧ク
ランプダイオードＤ２がオンすることＣ二よって、巻線
Ｎ３の両端電圧が入力電源Ｅの電圧となるようシニクラ
ンプされる。従って巻線Ｎ２の両端電圧は入力電源Ｅの
Ｎ２／Ｎ３倍の負電圧となり、外部主スィッチ素子Ｑ３
がオフする。外部主スィッチ素子Ｑ３がオフした後の回
路動作もまた第３図５二おける従来回路の内部スイッチ
素子Ｑ１がオフした後の動作と同一である。

従来構成では、オン期間ζ二人力電源Ｅがら負荷２へ供
給される電流はすべて内部スイッチ素子Ｑ１を通過して
いたが、この発明（二よれば、内部スイッチ素子Ｑ１１
二必要な電流ドライブ能力は高々電流増幅用トランジス
タＱ２をオンするに必要な程度に軽減される。また外部
主スィッチ素子Ｑ３のゲート−ソース間に印加される電
圧は巻線Ｎ１とＮ２との巻数比Ｃ二よって任意Ｃ二昇圧
できるので、外部主スィッチ素子Ｑ３の相互コンダクタ
ンスは特に大きい必要がない。また外部主スイッチ素子
Ｑ３’二導通抵抗の小さいものを用いると、外部主スィ
ッチ素子Ｑ３の電圧降下を入力電圧に対して比較的小さ
くすることができ、第２図【二示すよう【二出力電流■
。が増加しても出力電圧Ｖ。が低下することもなく、電
力変換効率ηも高くなる。すなわち出力電力を増強する
ことができる。

以上、降圧チョッパＤＣ−ＤＣコンバータＣ二この発明
を適用した例について述べたが、集積回路が適用できる
他の主回路形式についてもまったく同様Ｃ二この発明が
適用できることは言うまでもない。

「発明の効果」 以上説明したようＣ二、この発明５二よって補助電源や
別電源を用いることなく、低電圧入力下で高出力電力、
高変換効率を有するＤＣ−ＤＣコンバタを提供できる。

この発明によればＤＣ−ＤＣコンバータ集積回路が扱う
最大電力は、電流増幅用トランジスタ乞駆動するに充分
な程度で良く、従って集積回路のチップ面積を節約する
ことが可能である。また外部主スィッチ素子Ｃ二用いる
素子は相互コンダクタンスや電流増幅率が特Ｃ二大きい
必要がないので、−船釣な電力用スイッチング素子が使
用可能となる等、特に新たな部品を必要としない利点が
ある。更Ｃ二人力電源として電池を使用する場合、この
発明【二よるＤＣ−ＤＣコンバータは電力変換効率が高
いので電池の保有するエネルギーを充分Ｃ１活用するこ
とができ、従来のＤＣ−ＤＣコンバータＣＣ二次、使用
時間を同一と実れば電池の個数や体積を低減でき、電池
の個数や体積を同一とすれば使用時間を長くできる等、
携帯する用途の機器Ｃ二連している。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を降圧チョッパコンバータＣ二適用し
た実施例を示す接続図、第２図は第１図の出力静特性図
、第３図は従来の降圧チョッパコンバータを示す接続図
、第４図は第３図の出力静特性図である。 １　：ＤＣ−ＤＣコンバータ集積回路、２：負荷、Ｑ工
：内部スイッチ素子、Ｑ２：電流増幅用トランジスタ、
Ｑ３：外部主スィッチ素子、Ｄｌ：還流ダイオード、Ｄ
２：電圧クランプ用ダイオード、Ｔｏｓ：駆動トランス
、Ｌｏ：平滑チョークコイル、ｃ。 ：平滑コンデンサ、Ｒ，、Ｒ２：出力電圧検出抵抗器、 Ｒ３： Ｑ２誤動作防止用抵抗器、 ：Ｑ３誤動作防止用抵抗器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）直流電源の電圧をパルス電圧に変換する内部スイ
   ッチ素子を内蔵したＤＣ−ＤＣコンバータ集積回路の外
   部に還流ダイオード及び平滑回路が接続されたＤＣ−Ｄ
   Ｃコンバータにおいて、上記内部スイッチ素子の出力端
   子にベースが接続された電流増幅用トランジスタと、 その電流増幅用トランジスタを介して上記直流電源の両
   端に接続された駆動トランスと、その駆動トランスの出
   力により制御され、上記還流ダイオード及び平滑回路の
   接続点と上記直流電源の一端との間に接続された外部主
   スイッチ素子とを具備することを特徴とするＤＣ−ＤＣ
   コンバータ。