JPH04128086U - 高効率電源回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 少量の部品の追加により高効率のスイッチン
グ電源を供給しうる高効率電源回路を提供することを目
的とする。 【構成】 非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、外
部信号によりオンオフする第１のスイッチング素子と、
第１のスイッチング素子のオンオフにより蓄積されたエ
ネルギを付加へ供給するインダクタを含むフィルタ回路
と、上記第１のスイッチング素子と同期して両方向にス
イッチング制御を行う第２のスイッチング素子とを具備
することを特徴とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の目的】

【０００２】

【産業上の利用分野】

本考案は、特にパーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ等ポータブル機 器に用いて好適な高効率電源回路に関する。

【０００３】

【従来の技術】

パーソナルコンピュータ等ポータブル機器は、その電源としてスイッチング レギュレータを使用する。図６にステップダウン式スイッチングレギュレータを 示す。スイッチングレギュレータは、外部の信号によりＯＮ／ＯＦＦするスイッ チング素子６１、エネルギを蓄積するインダクタ６２、平滑コンデンサ６３、整 流ダイオード６４で構成される。基本動作は以下のとおりである。即ち、まず、 スイッチング素子６１がＯＮするとＩｏｎなる電流が流れ、入力側から出力側へ エネルギが供給される。また、スイッチング素子６１がＯＦＦするとＩｏｆｆな る電流が流れインダクタ６２に蓄積されたエネルギが放出される。このときダイ オード６４の順方向電圧降下によりインダクタ６２に蓄積されたエネルギの一部 が失われる。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

上述したように従来例に従えば、ダイオードによるエネルギの損失を生じ、 この損失は本回路での全損失のうちのかなりの割合を占め、スイッチング電源の 効率改善の障害となっていたものである。

【０００５】 本考案は上述した事情に鑑みてなされたものであり、少量の部品の追加により 高効率のスイッチング電源を供給しうる高効率電源回路を提供することを目的と する。

【０００６】

【考案の構成】

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案の高効率電源回路は、非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、外部信 号によりオンオフする第１のスイッチング素子と、第１のスイッチング素子のオ ンオフにより蓄積されたエネルギを負荷へ供給するインダクタを含むフィルタ回 路と、上記第１のスイッチング素子と同期して両方向にスイッチング制御を行う 第２のスイッチング素子とを具備することを特徴とする。

【０００８】

【作用】

本考案は両方向にスイッチング制御を行うスイッチのソース・ドレイン間の 電圧降下はダイオードの順方向の電圧降下に比しはるかに小さいことを利用し、 外部信号によりＯＮ／ＯＦＦするスイッチング素子と同期してスイッチングを行 うＭＯＳトランジスタ等のスイッチング素子でダイオードを代替したものである 。本考案は同期してスイッチングがなされる第１と第２のスイッチング素子とフ ィルタを構成するインダクタとコンデンサにより高効率の電源を実現する。

【０００９】 このことにより従来方式よりエネルギー損失が減少し効率の良いスイッチング レギュレータを提供できる他、装置の小形化、信頼性の向上にも寄与する。

【００１０】

【実施例】

以下、図面を使用して本考案実施例について詳細に説明する。図１ は本考 案の実施例を示す回路図である。図において、１１は外部の信号によりＯＮ／Ｏ ＦＦするスイッチング素子６１、１２はエネルギを蓄積するインダクタであり、 コンデンサ１３とでフィルタ回路を構成する。１４は本考案により付加されるＦ ＥＴ（電解効果トランジスタ）もしくはＭＯＳ−ＦＥＴにより構成される、外部 からの信号で両方向にスイッチング制御可能なスイッチング素子である。

【００１１】 図２乃至図４は本考案の他の実施例を示す回路図である。ステップアップコン バータ、インバーティングコンバータ、バックブーストコンバータにおけるそれ ぞれの回路例を示す。図中、図１と同一番号の付されたコンポーネントは図１の それと同じとする。

【００１２】 図５は、本考案実施例の動作を示すタイミングチャートであり、（ａ）は入力 側からインダクタに蓄積された全エネルギが放出される前に次のサイクルがスタ ートする場合、（ｂ）は入力側からインダクタに蓄積されたエネルギが完全に放 出された後に次のサイクルがスタートする場合のそれぞれの動作を示す。

【００１３】 以下、本考案実施例の動作について詳細に説明する。まず、図１の示した実施 例を参照する。スイッチング素子１１と１４のタイミングはスイッチング素子１ １がＯＮしている時、スイッチング素子１４はＯＦＦ、スイッチング素子１１が ＯＦＦの時、スイッチング素子１４はＯＮするという関係になっている。（ａ） において、スイッチング素子１１がＯＮすると、入力側からＩｏｎなる電流が流 れて出力側へエネルギーが供給される。次にスイッチング素子１１がＯＦＦする と、Ｉｏｆｆなる電流が流れ、インダクタ１２に蓄積されたエネルギーが負荷側 へ放出される。この電流Ｉｏｆｆが流れている間に（入力側からインダクタ１２ に蓄積されたエネルギーが全部放出される前に）スイッチＳング素子１１がＯＮ し、以下同様の動作を繰返す。スイッチング素子１１がＯＦＦの時のスイッチン グ素子１４でのエネルギー損失は、スイッチング素子１４がダイオードよりも小 さい（スイッチング素子１４のソース−ドレイン間の電圧降下はダイオードの順 方向電圧降下よりはるかに小さい）ため、この回路全体の損失は第６図に示した 従来方式よりもかなり小さくなる。 次に（ｂ）について説明する。（ａ）はイ ンダクタ１２に蓄積されたエネルギーが完全に放出される前に、またスイッチン グ素子１１がＯＮする場合を示しているが、（ｂ）は完全にエネルギーが放出さ れた後にスイッチング素子１１がＯＮする場合にどういう動作をするか示したも のである。完全にエネルギーを放出すると、電流は逆方向にコンデンサ１３−イ ンダクタ１２−スイッチング素子１４の経路で流れはじめる（Ｉｏｎ１）。次に ある時間が経過した後、スイッチング素子１１がＯＮすると、インダクタ１２に 蓄積されたエネルギーは出力側から入力側に戻るような電流Ｉｏｆｆ１が流れる 。このときの損失、主にスイッチング素子１１とぬうによる損失は、図６に示す 従来方式にはない損失であるが、スイッチング素子１１と１４のソース・ドレイ ン （ａ）の動作をするようにインダクタ１２の容量を決めることにより、（ｂ）で の損失が問題になることはない。上記の各動作は図５に示されている。（ａ）は 入力側からインダクタ１２に蓄積された全エネルギーが放出される前に次のサイ クルがスタートする場合の動作、（ｂ）は入力側からインダクタ１２に蓄積され たエネルギーが完全に放出された後に次のサイクルがスタートする場合の動作を 示す。

【００１４】 本考案の他の実施例を図２乃至図４に示す。図２はステップアップコンバータ 、図３はインバーティングコンバータ、図４はバックブーストコンバータに本考 案を採用した場合の実施例を示すものであり、動作は図１に示す実施例と重複す るためここでの説明は省略する。尚、図４に示す実施例にて、スイッチング素子 １１と４１は同時にＯＮ／ＯＦＦ動作し、スイッチング素子１４と４４は同時に ＯＮ／ＯＦＦ動作を行う。

【００１５】

【考案の効果】

以上説明のように本考案によれば以下に列挙する効果が得られる。

【００１６】 （１）電力損失が減少するため、従来方式に比し電源効率が向上する。

【００１７】 （２）電源の小形化が可能である。

【００１８】 （３）信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案の実施例を示す回路図

【図２】 それぞれステップアップコンバータ、インバ
ーティングコンバータ、バックブーストコンバータに本
考案を採用した場合の実施例を示す図、

【図３】 それぞれステップアップコンバータ、インバ
ーティングコンバータ、バックブーストコンバータに本
考案を採用した場合の実施例を示す図、

【図４】 それぞれ、ステップアップコンバータ、イン
バーティングコンバータ、バックブーストコンバータに
本考案を採用した場合の実施例を示す図、

【図５】 本考案実施例の動作を示すタイミングチャー
ト

【図６】 従来のスイッチングレギュレータの構成を示
す回路図である。

【符号の説明】

１１、１４、４１、４４…スイッチング素子 １２………インダクタ １３………コンデンサ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータにおい
   て、外部信号によりオンオフする第１のスイッチング素
   子と、第１のスイッチング素子のオンオフにより蓄積さ
   れたエネルギを付加へ供給するインダクタを含むフィル
   タ回路と、上記第１のスイッチング素子と同期して両方
   向にスイッチング制御を行う第２のスイッチング素子と
   を具備することを特徴とする高効率電源回路。