JPH05176527A - Dc−dcコンバータ - Google Patents

Dc−dcコンバータ

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JPH05176527A
JPH05176527A JP3355097A JP35509791A JPH05176527A JP H05176527 A JPH05176527 A JP H05176527A JP 3355097 A JP3355097 A JP 3355097A JP 35509791 A JP35509791 A JP 35509791A JP H05176527 A JPH05176527 A JP H05176527A
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JP
Japan
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frequency
converter
circuit
oscillator
signal
Prior art date
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Application number
JP3355097A
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English (en)
Inventor
Keiko Oyamada
圭子 小山田
Toshiya Nakabayashi
俊也 中林
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型、低価格でノイズ対策の容易なDC−D
Cコンバータを提供する。 【構成】 PWM制御されるトランジスタ5の変調原信
号を、PWM周波数より高い周波数で発振するセラミッ
ク発振子18、このセラミック発振子からの周波数をP
WM周波数に低減する分周器20および三角波変換器2
1によって発生する。発振周波数が高いのでセラミック
発振子18は小型、低価格になる。またセラミック発振
子18の発振周波数は安定しておりノイズ対策が容易に
なる。コイル6、コンデンサ7で構成される平滑回路か
らの出力が比較回路1で基準電圧Vrefと比較され、
差動増幅回路2がその誤差に応じて三角波変換器21か
らの変調原信号をPWM変調してトランジスタ5に出力
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はDC−DCコンバータに
関するものであり、特に小型、低価格を目的とするPW
M方式のDC−DCコンバータに関する。
【0002】
【従来の技術】設定基準値に基づいて安定した出力信号
を得るために、出力信号の設定基準値からのずれを検出
し、このずれに応じてパルス幅が変調された制御パルス
信号を作成し、この制御パルス信号でスイッチング素子
を制御して、基準の出力信号を出力するPWM方式のD
C−DCコンバータが従来より使用されている。PWM
方式のDC−DCコンバータには三角波状の基準パルス
発生回路が必要となり、CR発振器を用いたDC−DC
コンバータが知られている。しかし、CR発振方式のD
C−DCコンバータは、コンデンサの容量値と抵抗器の
抵抗値とで発振周波数が設定されるために、これらの部
品の特性のばらつき、温度特性の変化、あるいは特性の
経年変化によって発振周波数に変動が生じる。
【0003】このような周波数の変動が生ずると、DC
−DCコンバータによる電圧が不安定になる他、VTR
などの電子機器では他の内蔵回路に悪影響を及ぼすの
で、CR発振器のコンデンサの容量と抵抗器の抵抗値と
を微調整することが必要になるという問題に遭遇してい
る。
【0004】上述した問題を解決するために、安定した
発振素子として、特にセラミック発振子を使用する方式
のDC−DCコンバータが提案され、この方式によると
部品の特性のばらつき、温度特性の変化、経年変化など
による発振周波数の変動が少なく、長期的に安定した出
力信号を得ることができる。
【0005】図6は変調基準信号に三角波信号を使用し
た従来のダウンコンバータ方式のPWM形DC−DCコ
ンバータの構成を示す回路図である。同図に示すよう
に、反転入力端子が基準電圧Vrefに設定された誤差
検出回路としての差動増幅器1の出力端子が、PWM変
調回路としての差動増幅器2の非反転入力端子に接続さ
れ、この差動増幅器2の反転入力端子にはセラミック発
振子17からの発振信号を三角波信号として出力する三
角波発振器3の出力端子が接続されている。差動増幅器
2の出力端子は、スイッチングトランジスタ5のベース
に接続され、スイッチングトランジスタ5のコレクタと
アースとの間には、平滑回路を構成するコイル6とコン
デンサ7とが直列に接続され、コンデンサ7に並列に負
荷回路8が接続されている。スイッチングトランジスタ
5のエミッタとベースとの間に抵抗器10が接続され、
スイッチングトランジスタ5のエミッタとアース間には
バッテリー11が接続されている。コイル6とコンデン
サ7の接続点とアースとの間に、抵抗器12と抵抗器1
3とが直列に接続してあり、抵抗器12と抵抗器13と
の接続点が差動増幅器1の非反転入力端子に接続されて
いる。
【0006】図7は従来のDC−DCコンバータの三角
波発振器3の構成を示す図である。図7(a)は抵抗器
15と可変コンデンサ16とを含むCR発振器を使用し
た三角波発振器3aであり、上述した問題がある。図7
(b)はセラミック発振子17を使用した三角波発振器
3を示す。
【0007】このような構成の従来のDC−DCコンバ
ータでは、図8に示すように平滑回路からの出力電圧V
oが、抵抗器12と抵抗器13とからなる分圧回路を介
して差動増幅器1の非反転入力端子に電圧Vaとして負
帰還され、設定基準値である基準電圧Vrefとの差電
圧Vbが差動増幅器1の出力端子に得られ、この差電圧
Vbは差動増幅器2の非反転入力端子に入力される。一
方、三角波発振器3から発せられる100KHz〜1M
Hz程度の周波数を持つ三角波信号Vtが、変調基準
(原)信号として差動増幅器2の反転入力端子に入力さ
れ、差動増幅器2の出力端子には、出力電圧Voの基準
電圧Vrefからのずれに対応してパルス幅変調された
制御パルス信号Vcが出力される。この制御パルス信号
Vcがスイッチングトランジスタ5のベースに与えら
れ、スイッチングトランジスタ5の動作を制御する。負
帰還電圧Vaが基準電圧Vrefより高くなると、スイ
ッチングトランジスタ5のオン動作時間が短くなり、負
帰還電圧Vaが基準電圧Vrefより低下すると、スイ
ッチングトランジスタ5のオン動作時間が長くなる。そ
の結果、スイッチングトランジスタ5のコレクタには、
図8に示すような電圧Vdが出力され、この電圧Vdが
コイル6とコンデンサ7からなる平滑回路で平滑化され
る。
【0008】抵抗器12、13の抵抗値をR1、R2と
し、Vcc>Voとした場合、次式に示す出力電圧Vo
が得られる。 Vo=Vref・(R1+R2)/R1 ・・・・(1) セラミック発振子17を使用することにより、部品の特
性のばらつきの影響や温度変化に対して発振周波数が安
定しており、DC−DCコンバータが与える高周波の問
題に対するノイズ対策も単一の周波数に対して簡単に行
なえばよい。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】このPWM方式のDC
−DCコンバータにおいて、パルス幅変調を行なうため
の変調基準信号の周波数は100KHz〜1MHz程度
であり、このような比較的低い周波数領域の発振を行な
うセラミツク発振子は形状がかなり大型化し、高価格に
なる。その結果として、前述の従来のセラミック発振子
を使用したDC−DCコンバータは、VTRなどの小型
の電子機器には組み込みにくいという問題がある。本発
明は、前述した発振素子を使用したDC−DCコンバー
タの問題に鑑みてなされたものであり、その目的は低価
格、小型の発振素子を使用し小型電子機器に組み込むこ
とができるDC−DCコンバータを提供することにあ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明においては、高い発振周波数の小型の発振素
子と、この発振素子の発振周波数を周波数変換してPW
M制御を行う周波数に低減する周波数変換回路を用い
る。従って、本発明によれば、電源、該電源の電圧をス
イッチングするスイッチング素子、該スイッチング素子
の出力側に設けられた平滑回路、所定周波数の変調原信
号を出力する発振回路、および、基準電圧に対する上記
平滑回路の出力電圧との誤差に応じたパルス幅を有する
ように上記発振回路からの変調原信号を変調し、該変調
パルス幅にもとづいて上記スイッチング素子を制御する
制御回路を有するDC−DCコンバータであって、上記
発振回路は上記所定周波数よりも高い周波数信号を出力
する発振器と、該発振器からの周波数を上記所定周波数
に低減する周波数変換回路とを有する、DC−DCコン
バータが提供される。特定的には、上記発振器は高周波
セラミック発振子であり、上記周波数変換回路は分周器
である。
【0011】
【作用】■セラミック発振子などの発振器はPWM制御
に使用する周波数より高い周波数の発振信号を出力す
る。分周器などの周波数変換回路はかかる周波数をPW
M制御に使用する周波数に低減する。この周波数変換回
路からの周波数信号が従来と同様、PWMの変調に用い
られる。発振器の発振周波数が高い程、発振器の寸法は
小さくなる。また発振器の発振周波数を上げると発振の
価格は低くなる。
【0012】
【実施例】以下、本発明のDC−DCコンバータの実施
例をすでに説明した図6と同一部分に同一記号を付した
図1〜図5を参照して説明する。図1は本発明の第1実
施例としてのPWM方式のDC−DCコンバータの回路
構成を示す回路図、図2〜図4はそれぞれ図に示した発
振回路のより具体的な回路構成を示す説明図、図5は本
発明のDC−DCコンバータの第2実施例としての4チ
ャンネルDC−DCコンバータ用集積回路に適用した場
合の構成を示す回路図である。
【0013】第1実施例のDC−DCコンバータはは図
1に示すように、図6を参照してすでに説明した従来の
DC−DCコンバータのPWM制御に使用する比較的低
い発振周波数のセラミック発振子17を使用した三角波
発振器3に代えて、三角波変換器21の出力端子がPW
M変調回路として動作する差動増幅器2の非反転入力端
子に接続され、この三角波変換器21の入力端子には、
PWM制御周波数より充分高い周波数で発振するセラミ
ック発振子18を含むセラミック発振器17aが、分周
器20を介して接続されている。第1実施例のその他の
部分の構成は、すでに図6を参照して説明した従来のD
C−DCコンバータと同一である。
【0014】セラミック発振器17aの発振信号は、分
周器20で分周されて三角波変換器21に入力される。
PWM制御に使用する変調基準信号である三角波信号の
周波数をたとえば、400KHzとし、分周器20の分
周比をn=1/5とすると、セラミツク発振器17aの
発振周波数は2MHzと高くなり、セラミツク発振子1
8の形状を小さくすることができ、セラミック発振器1
7a全体を大幅に小型化することが可能になる。セラミ
ック発振子18の形状が小さくなることによって、その
価格も低くなる。分周器20は電子回路で構成されるか
ら、分周器20を設けても、寸法はさ程大きくならず、
価格もさ程上昇しない。従って、全体的に小型、低価格
になる。また、ノイズ対策もセラミツク発振素子18の
発振周波数に対応する単一の周波数に対して行なえばよ
いので、そのノイズ対策も容易になりこの面でも製造コ
ストが低減する。
【0015】分周の具体例について述べる。図2の回路
は、分周器20の分周比を外部から切換設定可能に構成
したもので、例えばセラミツク発振子18の発振信号の
周波数が10MHzの場合、分周比nを1/2、1/
5、1/10、1/20とし変調基準信号の周波数を、
それぞれ5MHz、2MHz、1MHz、500KHz
に選択することができる。この構成は、任意のPWM周
波数を外部から選択できるという利点がある。なお、分
周比=1/2はトランジスタ1個またはフリップフロッ
プ1個で実現でき、分周比=1/4はトランジスタ2個
またはフリップフロップ2個を直列に接続して実現で
き、以下、同様に、1/(2のべき乗)の分周比を持つ
分周器は簡単な回路で構成できる。
【0016】図3の回路はセラミック発振器17aと分
周器20との間に切換スイッチ26を設け、この切換ス
イッチ26によって分周器20を外部発振器25に切換
可能な構成にしてある。たとえば、NTSC方式のビデ
オ機器では、3.58MHzのクロックが使用されてい
るので、このクロックを外部発振器から入力して、これ
をトランジスタを3個用いた分周器20で1/8分周す
ると、ほぼ400KHzのPWM周波数信号を三角波変
換器21に供給することが可能である。
【0017】図4に示す回路はそれぞれ1/1,1/
n,1/2n,1/3nの周波数を有する外部回路27
a〜27bからのクロック信号を分周器に選択的に入力
可能にしている。分周方法については、その他、種々の
方法をとることができる。
【0018】図6は第2実施例としての4チャンネルD
C−DCコンバータ用集積回路への適用例を示す図であ
る。図1の差動増幅器1に対応する誤差を検出する比較
回路としての第1チャンネル〜第4チャンネルの差動増
幅器1a〜1dが設けられ、それぞれの差動増幅器1a
〜1dに図1のパルス変調用差動増幅器2に対応する差
動増幅器2a〜2dが接続されている。差動増幅器2a
〜2dには、図1の発振器17a、分周器20、三角波
変換器21に対応する信号発生回路31から変調基準信
号が供給され、各チャンネルごとに設けたバッファ30
a〜30dを介してスイッチング素子としてのMOSト
ランジスタをPWM制御し、出力端子OUT1〜OUT
4に出力信号が得られる。左側の端子、VrefIN1
〜VrefIN4には基準電圧が外部から印加され、V
1IN〜V4INには出力電圧が入力される。信号発生
回路31には発振信号の周波数を設定する4本の設定端
子f1/x0〜3が設けてあり、この設定端子を介して
表−1に示すように8通りの分周設定が可能である。
【表1】
【0019】なお、実施例では、出力信号が入力信号よ
りも小さいダウンコンバータについて説明したが、本発
明は実施例に限定されるものでなく、出力電圧が入力電
圧よりも高いアップコンバータや、出力電圧を入力電圧
に対して高くも低くもすることができるクロスコンバー
タにも適用することができる。
【0020】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、発振素子からのPWM変調周波数よりも高い発振
信号が分周して、パルス幅変調の基準となる変調基準信
号を提供するので、小型、低価格の発振素子を用いた小
型、低価格のDC−DCコンバータが提供できる。この
DC−DCコンバータは小型の電子機器に組み込むこと
が可能になる。また、発振素子として高周波セラミック
素子を用いることで発振周波数が安定し、DC−DCコ
ンバータのノイズ対策も単一周波数に対して簡単に行な
うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のDC−DCコンバータの第1実施例の
回路構成図である。
【図2】図1に示した分周回路の第1の具体的構成図で
ある。
【図3】図1に示した分周回路の第2の具体的構成図で
ある。
【図4】図1に示した分周回路の第3の具体的構成図で
ある。
【図5】本発明のDC−DCコンバータの第2実施例と
しての4チャンネルDC−DCコンバータ用集積回路へ
の適用例の構成を示す回路図である。
【図6】従来のDC−DCコンバータの回路構成図であ
る。
【図7】従来のDC−DCコンバータの三角波発振器の
構成を示す説明図である。
【図8】DC−DCコンバータの動作を示す信号波形図
である。
【符号の説明】
1 差動増幅器 2 差動増幅器 5 スイッチングトランジスタ 8 負荷回路 17 低周波セラミック発振子 17a セラミック発振器 18 高周波セラミック発振子 20 分周器 21 三角波変換器

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電源、該電源の電圧をスイッチングする
    スイッチング素子、該スイッチング素子の出力側に設け
    られた平滑回路、所定周波数の変調原信号を出力する発
    振回路、および、基準電圧に対する上記平滑回路の出力
    電圧との誤差に応じたパルス幅を有するように上記発振
    回路からの変調原信号を変調し、該変調パルス幅信号に
    もとづいて上記スイッチング素子を制御する制御回路を
    有するDC−DCコンバータであって、 上記発振回路は上記所定周波数よりも高い周波数信号を
    出力する発振器と、該発振器からの周波数を上記所定周
    波数に低減する周波数変換回路とを有するDC−DCコ
    ンバータ。
  2. 【請求項2】 上記発振器は高周波セラミック発振子で
    あり、 上記周波数変換回路は分周器である請求項1記載のDC
    −DCコンバータ。
JP3355097A 1991-12-20 1991-12-20 Dc−dcコンバータ Pending JPH05176527A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009540669A (ja) * 2006-06-05 2009-11-19 シグマテル インコーポレイテッド 半導体デバイス及び水晶発振体を共有するシステム並びに方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009540669A (ja) * 2006-06-05 2009-11-19 シグマテル インコーポレイテッド 半導体デバイス及び水晶発振体を共有するシステム並びに方法

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