JPH0374170A - 極性反転形スイッチングレギュレータ - 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〕 本発明は、スイッチングにより所定の電圧を出力する極
性反転形スイッチングレギュレータに関する。

〔従来の技術〕

この種の極性反転形スイッチングレギュレータには、共
振を利用したものがある。このような極性反転形スイッ
チングレギュレータの一例が、第３図に示されている。

第３図に示される極性反転形スイッチングレギュレータ
は、電源１０と、制御回路２ｏと、スイッチング回路４
０とで構成されている。そして、スイッチング回路４０
が、制御回路２０の制御により電源をスイッチングし、
所定の電圧を負荷抵抗１００に供給している。

また、スイッチング回路４０は、共振コイル４１゜４７
と、スイッチング素子であるトランジスタ４２゜４３と
、コンデンサ４４．４８と、ダイオード４５．４６とで
構成されている。

このような従来の極性反転形スイッチングレギュレータ
は、スイッチ素子の電流をＬＣ共振電流とすることによ
り、スイッチ素子のスイッチングロス低減、入出力ノイ
ズの低減等を可能としている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の極性反転形スイッチングレギュレータは
、スイッチング回路に、他の回路部品に比べて大形な共
振コイルを２個もっている。したがって、この２個の共
振コイルを入出力にもっているため、形状の小型化が困
難という欠点がある。

本発明の目的は、上述した従来の欠点を解決し、低ノイ
ズ、低損失でより小形の極性反転形スイッチングレギュ
レータを提供することにある。

〔課題を解決するための手段］ 本発明は、入力電圧を供給する電源と、この入力電圧の
オン、オフにより出力電圧を負荷に供給するスイッチン
グ回路と、このスイッチング回路を制御する制御回路と
を備える極性反転形スイッチングレギュレータにおいて
、 前記スイッチング回路は、 前記電源に並列に接続され、第１および第２のスイッチ
ング素子を直列に接続して戒る直列接続部と、 前記第２のスイッチング素子に並列に接続され、共振コ
イルと第１のコンデンサと第１のダイオードとを直列に
接続して戒る直列共振部と、前記第１のダイオードに直
列に接続され、第２のダイオードと第２のコンデンサと
を直列に接続して成る直列接続部とを有し、 前記制御部は出力電圧に対応する周波数で前記第１およ
び第２のスイッチング素子を交互にオン。

オフ制御し、前記コンデンサは負荷に出力電圧を供給す
ることを特徴としている。

また、本発明によれば、前記スイッチング回路の第１の
コンデンサに並列に第３のダイオードを接続するのが好
適である。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は、本発明の一実施例を示す回路図である。本実
施例である極性反転形スイッチングレギュレータは、電
源１０と、制御回路２０と、スイッチング回路３０とで
構成されている。

さらに、スイッチング回路３０は、スイッチング素子で
あるトランジスタ３１．３２と、共振コイル３３と、コ
ンデンサ３４．３８と、ダイオード３５．３６．３７と
で構成されている。

このような構成の極性反転形スイッチングレギュレータ
では、電源ＩＯは、入力電圧をスイッチング回路３０に
供給する。

スイッチング回路３０は、電源１０からの入力電圧のオ
ン、オフにより、出力電圧を負荷抵抗１００に供給する
。

スイッチング回路３０では、トランジスタ３１と３２と
が直列に接続されて、直列接続部が形成されている。そ
して、この直列接続部が電源回路１０に並列に接続され
ている。

また、スイッチング回路３０では、共振コイル３３と、
ダイオード３５が並列に接続されたコンデンサ３４と、
ダイオード３６とが直列に接続されて、直列共振部が形
成されている。そして、この直列共振部がトランジスタ
３２に並列に接続されている。

さらに、スイッチング回路３０では、ダイオード３７と
、コンデンサ３８とが直列に接続されて、直列接続部が
形成されている。そして、この直列接続部がダイオード
３６に並列に接続されている。また、コンデンサ３８の
出力電圧が負荷抵抗１００に供給される。

制御回路２０は、スイッチング回路３０のトランジスタ
３１およびトランジスタ３２を交互にオン、オフ制御す
る。このオン、オフの周波数はコンデンサ３８の出力電
圧に応じて変化されて、出力電圧が一定の所定値に保た
れる。なお、出力コンデンサ９は、負荷抵抗ｌＯＯに連
続した一定電圧を供給できるように十分大きい静電容量
値をもっている。

次に、この極性反転形スイッチングレギュレータの動作
について説明する。

この極性反転形スイッチングレギュレータでは、トラン
ジスタ３１がオンし、トランジスタ３２がオフしている
期間をサイクルＡとし、トランジスタ３１がオフしトラ
ンジスタ３２がオンしている期間をサイクルＢとする。

そして、サイクルＡとサイクルＢとで一周ＢＴが形成さ
れるものとする。

トランジスタ３１がオンする直前、すなわちサイクルＢ
の終りでは、後述するようにコンデンサ３４の両端電圧
がＯボルトであるとする。したがって、サイクルＡでト
ランジスタ３１がオンすると、コイル３３とコンデンサ
３４の共振により、第２図（ａ）に示すような共振電流
ｉｌがコンデンサ３４に流入する。この共振電流ｉＩに
よってコンデンサ３４が充電されて、コンデンサ３４の
両端電圧Ｖは、第２図（ｂ）に示すようになる。いま、
コイル３３のインダクタンスをり、コンデンサ３４の容
量をＣ１電源電圧をＥとすると、サイクルＡの始点を基
準とした時間りでの共振電流ｉ、およびコンデンサの両
端電圧Ｖは、０くｔ〈πｆ−］で、 ｉ　＋　＝　ｌ］・Ｅ　−５ｉｎ　ｔ　／　７「Ｃ−・
・（１）ｖ　　＝Ｅ（ｌ　　ｃｏｓｔ／ＪＣ）　　　　
・・・（２）となる（第２図（ａ）、（ｂ）参照）。し
たがって、コンデンサ３４は、Ｌ＝πＶＴ工では２Ｅま
で充電される。

時間がπ／「Ｔて＜ｔ＜Ｔ／２では、ダイオード３６が
逆電圧によってオフ状態となり、スイッチングトランジ
スタ３２はまだオフ期間であるから、コンデンサ３４は
充電も放電もされず、第２図（ｂ）に示すようにＬ＝π
ｖ’Ｔ工での充電電圧２Ｅをそのまま保持している。

次に、サイクルＢでスイッチングトランジスタ３２がオ
ンすると、コンデンサ３４に充電されていた電荷は、ダ
イオード３７とコイル３３を通して、出力コンデンサ３
８へ放電される。このとき、コイル３３に流れる電流１
２は、第２図（Ｃ）に示すようになる。放電期間τ。の
後は、放電中にコイル３３に蓄積された磁気エネルギが
トランジスタ３２．ダイオード３７を通して出力コンデ
ンサ３８へ供給され、リセット期間τ、ｌ後は無電流と
なる。出力コンデンサ３８は十分大きな静電容量をもち
一定の出力電圧■。を負荷抵抗１００に供給するものと
すると、期間がＴ／２≦ｔ≦Ｔ／２＋τ０では、１２−
ＸＥ７Ｔ、。

（２Ｅ＋ｖｏ）ｓｉｎ（ｔ−Ｔ／２）／ｖ’ＬＴヱ・・
・（３） ｖ＝−Ｖ。

＋　（２Ｅ＋Ｖｏ）　ｃｏｓ　（ｔ−Ｔ／２）　／ｖ’
ｊＴて・　・　・（４） τ。＝　ｒ　ｃｏｓ−’　Ｖｏ／　（２Ｅ　＋　Ｖｏ）
　・・（５）ただしＥ＞ＶＯ・・・（６） となる（第３図（ｂ）、（Ｃ）参照）。そして、放電期
間τ、の終り、すなわちｔ＝Ｔ／２＋τ。

で、電流１２が最大値Ｉ９となる。Ｉ４は、■・＝２．
７’Ｅ下下「ロマヲ了　　　・・・（７）である。

次に、リセット期間τえでは、 ｉｚ　＝ＩＮ　＋ｖ。（ｔ−Ｔ／２−τｃ）　／Ｌ、・
・（８）τ、　−−Ｌ　１．　／Ｖ、　　　　　　　　
　　８８．（９）となる。すなわち、この期間で電流１
２は、■。

／Ｌの傾きで減少し、期間τえ後に０となる。すなわち
、ダイオード３５を介してコイル３３の磁束がリセット
される。コイル３３の磁束がリセットされた後は、次の
サイクルＡが開始されるまで回路動作は停止している。

このとき、コンデンサ３４の両端電圧はＯボルトである
。

なお、電源の入出力電圧差が大きい場合にコンデンサ３
４と並列にダイオード３５が接続されている。

したがって、コンデンサ３４の電圧を直流重畳したモー
ドで使用する場合、すなわち、リセット期間τえが存在
しない場合、ダイオード３５は不要となる。

いま、負荷抵抗１００の抵抗値をＲ，コンデンサ３４の
電圧振幅をＥｃとすると、出力電力Ｐ。は（Ｖｏ）Ｚ／
Ｒであり、一定期間の電力Ｐ。Ｔはコンデンサ３４に蓄
積されていたエネルギＣ（ＥＣ）　２／２が放電して出
力されたものである。したがって、 Ｐａ　　＝　（ｖ、）”／Ｒ＝Ｃ（ＥＣ）”／２Ｔ　−
・　−ＧＯ）ただし、ｆ＝１／Ｔとなる。すなわち、負
荷抵抗１００等の変動に対して周波数ｆを調整すること
により、出力電圧■。を安定化することができる。

制御回路２０は、出力電圧に応じてトランジスタ３１゜
３２のオン、オフの周波数ｆを制御して出力電圧Ｖｏを
所定値に保つようにする。

〔発明の効果］ 以上説明したように、本発明は共振コイルをオン、オフ
各サイクルで共用した結果、従来大形であった共振コイ
ルが１個ですみ、さらに、低損失低ノイズ等の、従来回
路の利点を損なわずに、レギュレータ全体としての小形
化が容易となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す回路図、第２図は、
第１図の実施例の動作を説明するための各部の電流波形
を示すタイムチャート、第３図は、従来の極性反転形ス
イッチングレギュレータの一例を示す回路図である。 １０・・・・・電源 ２０・・・・・制御回路 ３０・・・・・スイッチング回路 ３Ｌ　３２・・・トランジスタ ３３・・・・・共振コイル ３４、３８・・・コンデンサ ３５〜３７・・・ダイオード

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力電圧を供給する電源と、この入力電圧のオン
   、オフにより出力電圧を負荷に供給するスイッチング回
   路と、このスイッチング回路を制御する制御回路とを備
   える極性反転形スイッチングレギュレータにおいて、 前記スイッチング回路は、 前記電源に並列に接続され、第１および第２のスイッチ
   ング素子を直列に接続して成る直列接続部と、 前記第２のスイッチング素子に並列に接続され、共振コ
   イルと第１のコンデンサと第１のダイオードとを直列に
   接続して成る直列共振部と、 前記第１のダイオードに直列に接続され、第２のダイオ
   ードと第２のコンデンサとを直列に接続して成る直列接
   続部とを有し、 前記制御部は出力電圧に対応する周波数で前記第１およ
   び第２のスイッチング素子を交互にオン、オフ制御し、
   前記コンデンサは負荷に出力電圧を供給することを特徴
   とする極性反転形スイッチングレギュレータ。
2. （２）前記スイッチング回路の第１のコンデンサに並列
   に第３のダイオードを接続したことを特徴とする請求項
   １記載の極性反転形スイッチングレギュレータ。