JPH04251559A - 直流電源装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、用意された直流電圧電
源の出力電圧に基づき、これよりも高い直流電圧を生成
する直流電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】オーディオ信号のような交流信号を取扱
うアナログ回路における直流電源の電圧は、各回路ユニ
ットのダイナミックレンジを拡大するため、できるだけ
高い方が望ましい。また、可変容量ダイオードなどを使
用するチューナの選局回路においても、受信バンド幅を
拡大するためには、その回路の直流電源の電圧ができる
だけ高いことが望ましい。

【０００３】さらに、近年、高音質・大出力などの高性
能化、小型化および不要輻射電波の低減化が求められて
いるポータブルオーディオ機器などにおいても、これら
の要請に応えるためには、使用する直流電源の電圧を高
くする必要がある。

【０００４】図４は、上述したオーディオ機器などに使
用されている従来の直流電源装置Ｃの構成を示す電源回
路図である。

【０００５】入力端子Ｐ０，Ｐ１はバッテリなどの直流
電圧電源Ｅから直流電圧を入力するための端子であって
、一方の入力端子Ｐ０は、直流電圧電源Ｅの負極側に、
他方の入力端子Ｐ１は直流電圧電源Ｅの正極側に接続さ
れる。

【０００６】電圧変換用パルストランスＴは、その１次
側巻線にセンタータップを有し、１次側巻線の始端はス
イッチＳ０を介して上記入力端子Ｐ１に、また１次巻線
の終端は別のスイッチＳ１を介して同じ入力端子Ｐ１に
それぞれ接続され、センタータップは別の入力端子Ｐ０
に接続されている。

【０００７】発振回路ＯＳＣは上記スイッチＳ０，Ｓ１
を交互にオン・オフ制御するめの回路であって、入力端
子Ｐ０，Ｐ１から入力される直流電圧を電源電圧として
動作する。

【０００８】上記電圧変換用パルストランスＴの２次側
巻線はブリッジ整流回路Ｂの入力側に接続され、そのブ
リッジ整流回路Ｂの出力側は１対の出力端子Ｐ２，Ｐ３
に接続されている。また、上記出力端子Ｐ２，Ｐ３間に
は平滑コンデンサＣ１が介挿されている。

【０００９】上記直流電源装置Ｃにおいては、次のよう
な動作によって直流電圧電源Ｅの電圧よりも高い電圧が
生成される。

【００１０】発振回路ＯＳＣのオン・オフ制御により、
２つのスイッチＳ０，Ｓ１が交互にオン・オフして、ス
イッチＳ０がオンのときには電路Ｌ０から電圧変換用パ
ルストランスＴの１次側巻線に断続電流ｉ１が、またス
イッチＳ１がオンのときには電路Ｌ１から同じ１次側巻
線に逆向きの断続電流ｉ２がそれぞれ交互に流れ込み、
センタータップを経て直流電圧電源Ｅに還流する。

【００１１】この断続電流ｉ１，ｉ２によって、電圧変
換用パルストランスＴの１次側巻線には、直流電圧電源
Ｅの電圧をピーク電圧とする交番電圧が生じ、パルスト
ランスＴの２次側巻線には１次側巻線との巻数比に比例
して増幅された交番電圧が出力される。この交番電圧は
ブリッジ整流回路Ｂによって全波整流され、さらに平滑
コンデンサＣ１で平滑化され、出力端子Ｐ２，Ｐ３から
は直流電圧電源Ｅの電圧よりも高い直流電圧が取出され
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の直流電源装置Ｃでは、直流電圧電源Ｅの電圧か
ら所望の高電圧を得るのに、電圧変換用パルストランス
Ｔやブリッジ整流回路Ｂを用いているので、これらの回
路素子を組込むために大きなスペースが必要になる。そ
の結果、たとえば上記直流電源装置を集積化しようとし
ても、パルストランスＴやブリッジ整流回路Ｂの素子は
スイッチＳ０，Ｓ１などのようには集積回路内に組込む
ことができず、回路の小型化や集積化の上で障害になっ
ていた。

【００１３】また、上記電圧変換用パルストランスＴに
は、変換効率を上げるために、立ち上がり・立ち下がり
の急峻な断続電流ｉ１，ｉ２が流される結果、高周波ノ
イズが発生して他の回路や装置の動作を妨害する原因に
なる。そこで、このような高周波ノイズを抑制するため
に、直流電源装置Ｃの入力端子Ｐ０，Ｐ１や出力端子Ｐ
２，Ｐ３にノイズフィルタを設ける必要があり、この点
からも回路の小型化が阻害されていた。

【００１４】なお、所望の直流電圧を得るには、複数の
バッテリを直列接続することによっても実現できるが、
これではバッテリの数が増大してオーディオ機器などの
小型化、軽量化を実現することはできない。

【００１５】したがって本発明の目的は、小型・軽量化
の可能な直流電源装置を提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、直流電圧電源
の正極端子と負極端子との間に直列に接続した第１のス
イッチング素子および第２のスイッチング素子と、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
制御する制御手段と、前記第１のスイッチング素子に対
して並列接続となるように、第１のスイッチング素子と
第２のスイッチング素子との接続点と、前記直流電圧電
源の正極端子との間に直列に接続され、第２のスイチン
グ素子がオンしたとき前記直流電圧電源とで閉回路を構
成する第１のダイオードおよび第１のコンデンサと、前
記第１のダイオードと第１のコンデンサとの接続点と、
前記直流電圧電源の負極端子との間に直列に接続された
第２のダイオードおよび第２のコンデンサと、前記第２
のコンデンサの端子間電圧を出力電圧として取出す出力
端子とを備えたことを特徴とする直流電源装置である。

【００１７】

【作用】本発明に従えば、制御手段による第１および第
２のスイッチング素子のオン・オフ制御によって、第１
のダイオードを経て第１のコンデンサに充電される電圧
と、直流電圧電源の直流電圧とを加算した電圧が第２の
コンデンサに充電され、その充電電圧が出力電圧として
出力端子から取出される。

【００１８】

【実施例】図１は、本発明の一実施例である直流電源装
置１の基本的な構成を示す電気回路図である。

【００１９】入力端子２，３はバッテリなどの直流電圧
電源４から直流電圧ＶＥを入力するための端子であって
、一方の入力端子２は、直流電圧電源４の負極側に、他
方の入力端子３は直流電圧電源４の正極側に接続される
。

【００２０】上記１対の入力端子２，３間には、２つの
スイッチング素子５，６が直列に接続される。

【００２１】発振回路７は、上記スイッチ５，６を交互
にオン・オフ制御するめの回路であって、たとえばマル
チバイブレータなどで構成され、入力端子２，３から入
力される直流電圧ＶＥを電源電圧として動作する。ここ
では、発振回路７から交互に出力される制御信号Ｖ１，
Ｖ２のうち、制御信号Ｖ１によって第１のスイッチング
素子５がオン状態に、制御信号Ｖ２によって第２のスイ
ッチング素子６がオン状態に制御される。

【００２２】上述した第１のスイッチング素子５に対し
て、これと並列に、第１のダイオード８と第１のコンデ
ンサ９との直列回路が接続される。すなわち、ダイオー
ド８のアノード側は入力端子３に、カソード側はコンデ
ンサ９の一方の端子に接続され、コンデンサ９の他方の
端子は２つのスイッチング素子５，６の共通接続点Ａに
接続される。

【００２３】また上述した第２のスイッチング素子６に
対して、これと並列に、第２のダイオード１０と第２の
コンデンサ１１との直列回路が接続される。すなわち、
ダイオード１０のアノード側は第１のダイオード８と第
１のコンデンサ９との共通接続点Ｂに、カソード側は第
２のコンデンサ１１の一方の端子に接続され、第２のコ
ンデンサ１１の他方の端子は入力端子２に接続される。

【００２４】さらに、第２のコンデンサ１１の両端子に
は出力端子１２，１３が接続される。

【００２５】図２は、上記直流電源装置１の具体的な構
成を示す電気回路図である。この回路では、第１のスイ
ッチング素子５としてＰＮＰトランジスタＱ１が、第２
のスイッチング素子６としてＮＰＮトランジスタＱ２が
用いられる。

【００２６】発振回路７は、ＮＰＮトランジスタＱ４，
Ｑ５、コンデンサＣ１，Ｃ２、抵抗Ｒ７〜Ｒ１０からな
るマルチバイブレータによって構成される。

【００２７】上記マルチバイブレータにおけるＮＰＮト
ランジスタＱ４のコレクタ側から出力される制御信号Ｖ
１は抵抗Ｒ３、ＮＰＮトランジシタＱ３、抵抗Ｒ１を介
して論理を反転された後、第１のスイッチング素子５で
あるＰＮＰトランジスタＱ１のベースに入力される。ま
た、マルチバイブレータにおけるＮＰＮトランジスタＱ
５のコレクタ側から出力される制御信号Ｖ２は、抵抗Ｒ
２を介して第２のスイッチング素子６であるＮＰＮトラ
ンジスタＱ２のベースに入力される。抵抗Ｒ４〜Ｒ６は
、各トランジスタＱ１〜Ｑ３の遮断特性を改善するため
のものである。第３図は、発振回路７である上記マルチ
バイブレータから出力される制御信号Ｖ１，Ｖ２を示す
波形図である。

【００２８】次に、図１に基づき、上記直流電源装置１
の動作を説明する。

【００２９】発振回路７のオン・オフ制御により、２つ
のスイッチング素子５，６が交互にオン・オフして、第
１のスイッチング素子５がオフで第２のスイッチング素
子６がオンのときには、直流電圧電源４から第１のダイ
オード８を経て第１のコンデンサ９に電流が流れ込み、
コンデンサ９は図１に示す極性に充電される。なお、第
２のコンデンサ１１には、スイッチング素子４，５のオ
ン・オフに関係なくダイオード８，１０を経て直流電圧
電源４から電流が流れ込み、常に直流電圧電源４の電圧
とほぼ同じ電圧ＶＥが充電される。

【００３０】次に、第１のスイッチイング素子５がオン
で第２のスイオチング素子６がオフになると、直流電圧
電源４に対して第１のコンデンサ９が直列に接続される
。コンデンサ９の充電電圧をＶＣ１とすると、このとき
接続点Ｂの電位は（ＶＥ＋ＶＣ１）に上昇する。この電
位は第２のコンデンサ１１の充電電圧ＶＣ２（≒ＶＥ）
よりも低いので、第２のダイオード１０を経て第２のコ
ンデンサ１１に（ＶＥ＋ＶＣ１）の電圧が充電される。

【００３１】上記動作を繰返すことによって、出力端子
１２，１３間には（ＶＥ＋ＶＣ１）の直流電圧が出力さ
れることになる。ここで、スイッチング素子５，６やダ
イオード８，１０の電圧降下を無視すると、第１のコン
デンサ９の充電電圧ＶＣ１はＶＥ、第２のコンデンサ１
１の充電電圧（ＶＥ＋ＶＣ１）は２ＶＥとなり、出力端
子１２，１３間には直流電圧電源４の電圧ＶＥの２倍の
電圧が取出されることになる。

【００３２】図２に示す具体的構成の回路では、発振回
路７を構成するマルチバイブレータから出力される制御
信号Ｖ１，Ｖ２が、図３に示すように交互にハイレベル
となり、制御信号Ｖ１がハイレベルとなったとき、第２
のスイッチング素子６であるトランジスタＱ２がオンと
なる。また、制御信号Ｖ２がハイレベルになるとトラン
ジシタＱ３がオンとなって、第１のスイッチイング素子
５であるトランジスタＱ１のベース電位が低下し、この
トランジスタＱ１がオンとなる。このようにして、図１
の回路と同様の動作が行われる。

【００３３】なお、図２において発振回路７を構成する
マルチバイブレータの抵抗Ｒ７〜Ｒ１０を、たとえば電
界効果トランジスタなどの能動型可変抵抗素子に代える
ことによって、制御信号Ｖ１，Ｖ２のデューティ比を可
変調整できるようにしてもよく、この場合には出力電圧
可変／安定化制御を実現できる。

【００３４】また、図１の回路構成において、第２のコ
ンデンサ１１を新たな直流電源と見立て、このコンデン
サ１１の次段に図１と同じ構成の回路を縦続接続するこ
とによって、直流電源４の電圧ＶＥの２倍以上の直流電
圧を出力する直流電源装置とすることもできる。

【００３５】さらに、実施例におけるスイッチング素子
５、６やダイオード８，１０として、電圧利用効率のよ
いパワーＭＯＳＦＥＴやショットキーバリヤダイオード
を用いてもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、第１およ
び第２のスイッチング素子のオン・オフ制御によって、
第１のダイオードを経て第１のコンデンサに充電される
電圧と、直流電圧電源の直流電圧とを加算した電圧を第
２のコンデンサに充電し、その充電電圧を出力電圧とし
て取出すようにしているので、従来のように電圧変換用
パルストランスやブリッジ整流回路が不要で、小型・軽
量化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である直流電源装置１の基本
的な構成を示す電気回路図である。

【図２】直流電源装置１の具体的な構成を示す電気回路
図である。

【図３】直流電源装置１における発振回路の出力波形を
示す波形図である。

【図４】従来の直流電源装置１の構成を示す電気回路図
である

【符号の説明】

１　　直流電源装置 ２　　入力端子 ３　　入力端子 ４　　直流電圧電源 ５　　第１のスイッチング素子 ６　　第２のスイッチング素子 ７　　発振回路 ８　　第１のダイオード ９　　第１のコンデンサ １０　　第２のダイオード １１　　第２のコンデンサ １２　　出力端子 １３　　出力端子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　直流電圧電源の正極端子と負極端子と
   の間に直列に接続した第１のスイッチング素子および第
   ２のスイッチング素子と、前記第１および第２のスイッ
   チング素子を交互にオン・オフ制御する制御手段と、前
   記第１のスイッチング素子に対して並列接続となるよう
   に、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子
   との接続点と、前記直流電圧電源の正極端子との間に直
   列に接続され、第２のスイチング素子がオンしたとき前
   記直流電圧電源とで閉回路を構成する第１のダイオード
   および第１のコンデンサと、前記第１のダイオードと第
   １のコンデンサとの接続点と、前記直流電圧電源の負極
   端子との間に直列に接続された第２のダイオードおよび
   第２のコンデンサと、前記第２のコンデンサの端子間電
   圧を出力電圧として取出す出力端子とを備えたことを特
   徴とする直流電源装置。