JPH0670486U - 昇降圧型ｄｃ−ｄｃコンバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電圧検出回路の調整が不要で、出力電圧の外
部からの調節が可能な、チョッパ方式の昇降圧型ＤＣ−
ＤＣコンバータを提供する。 【構成】 降圧動作をさせる第１制御回路５と昇圧動作
をさせる第２制御回路６に、電圧検出回路３から出力信
号電圧を入力し、直列に接続された基準電圧源７と基準
電圧源８から、第１制御回路５には基準電圧（Ｖ_REF1＋
Ｖ_REF2）を入力し、第２制御回路６には基準電圧Ｖ_REF2
を入力する。 【効果】 回路構成素子の特性の誤差やバラツキによ
り、無制御範囲が広がったり、降圧動作と昇圧動作が同
時に行われる事態は起こらない。出力検出回路の調整の
必要が無く、容易に出力電圧を調整することができる。
制御機能部分の回路のＩＣ化に際し、ＩＣに設ける端子
ピンが少なくて済む。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、チョッパ方式の昇降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータの制御方式に関する 。

【０００２】

【従来の技術】

直流安定化電圧を出力するＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、必要とする直流出 力電圧より、直流入力電圧の方が高い場合と低い場合の双方を想定しなければな らない時、昇降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータが用いられる。 従来の昇降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータの回路の一例を図３に示す。 図３において、入力端子１とエミッタを接続したＰＮＰ型の第１スイッチング トランジスタＱ１、第１スイッチングトランジスタＱ１のコレクタに接続された チョークコイルＬ１、チョークコイルＬ１の他の一端と出力端子２の間にカソー ドを出力端子２側として接続したダイオードＤ２、第１スイッチングトランジス タＱ１のコレクタとアース間にアノードをアース側として接続したダイオードＤ １、ダイオードＤ２のカソードとアース間に接続した平滑コンデンサＣ２により 、降圧チョッパ部を構成する。

【０００３】 また、そのコレクタをダイオードＤ２のアノードと、エミッタをアースと接続 したＮＰＮ型の第２スイッチングトランジスタＱ２及び、前記、チョークコイル Ｌ１、ダイオードＤ２、コンデンサＣ２により昇圧チョッパ部を構成する。 出力端子２とアース間に、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２の直列回路から成る第１電圧検 出回路３及び、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４の直列回路から成る第２電圧検出回路４が接 続される。

【０００４】 第１スイッチングトランジスタＱ１のベースに駆動信号を出力する第１の制御 回路５と、第２スイッチングトランジスタＱ２のベースに駆動信号を出力する第 ２の制御回路６を設ける。 そして、第１制御回路５には、第１電圧検出回路３より出力信号電圧Ｖ_S1及び 基準電圧源７より基準電圧Ｖ_REF が入力され、第２制御回路６には、第２電圧検 出回路４より出力信号電圧Ｖ_S2及び基準電圧源７より基準電圧Ｖ_REF が入力され る。 なお、入力端子１とアース間に、フィルタ用のコンデンサＣ１を接続する。

【０００５】 実際に、昇降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータを使用する時には、その電力変換効率 を上げるために、降圧動作と昇圧動作を別々に行わせることが考えられる。 すなわち、入力電圧Ｖ_INが出力電圧Ｖ_O よりも高い場合には、第１スイッチン グトランジスタＱ１にスイッチング動作をさせて第２スイッチングトランジスタ Ｑ２をデューティー１００％オフ状態とし、ＤＣ−ＤＣコンバータに降圧動作を 行わせる。 逆に、入力電圧Ｖ_INが出力電圧Ｖ_O よりも低い場合には、第１スイッチングト ランジスタＱ１をデューティー１００％オン状態として第２スイッチングトラン ジスタＱ２にスイッチング動作をさせ、ＤＣ−ＤＣコンバータに昇圧動作を行わ せることになる。

【０００６】 図３に示す回路の実際の動作では、第１制御回路５に入力される出力信号電圧 Ｖ_S1が基準電圧Ｖ_REF より高い場合にＤＣ−ＤＣコンバータは降圧動作を行い、 第２制御回路６に入力される出力信号電圧Ｖ_S2が基準電圧Ｖ_REF より低い場合に ＤＣ−ＤＣコンバータは昇圧動作を行う。 そして、ＤＣ−ＤＣコンバータが降圧動作と昇圧動作を同時に行わないように するために、出力信号電圧Ｖ_S1と出力信号電圧Ｖ_S2の間に微小の電圧差ΔＶ_S （ ＝Ｖ_S1−Ｖ_S2）を設けている。

【０００７】 この微小の電圧差ΔＶ_S は、実用上、０．２〜０．３〔Ｖ〕に設定されること になる。 ちなみに、基準電圧に対して、（出力信号電圧Ｖ_S1）＜（基準電圧Ｖ_REF ）＜ （出力信号電圧Ｖ_S2）という関係にある場合には、第１スイッチングトランジス タＱ１はデューティー１００％オン状態、第２スイッチングトランジスタＱ２は デューティー１００％オフ状態となり、入力電圧Ｖ_INと出力電圧Ｖ_O は同一とな る。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

第１制御回路５に入力される出力信号電圧Ｖ_S1と第２制御回路６に入力される 出力信号電圧Ｖ_S2の間の電圧差ΔＶ_S は、前述したように０．２〜０．３〔Ｖ〕 に設定される。 出力信号電圧Ｖ_S1と出力信号電圧Ｖ_S2の電圧値の間に基準電圧Ｖ_REF が存在す る時には、入力電圧Ｖ_INが無制御のまま出力電圧Ｖ_O として負荷に供給される。 また、図４に示すように、降圧動作時の出力電圧Ｖ_Odと昇圧動作時の出力電圧Ｖ _Ou には、出力信号電圧の電圧差ΔＶ_S に見合った電圧差が発生することになるの で、電圧差ΔＶ_S はできるだけ小さいことが望ましい。

【０００９】 図３において、第１電圧検出回路３及び第２電圧検出回路４は、固定式の抵抗 Ｒ１とＲ２、及び、抵抗Ｒ３とＲ４より成っている。 ところが、実際に固定式の抵抗の組み合わせにより、電圧差ΔＶ_S ＝０．２〜 ０．３〔Ｖ〕を実現しようとしても、各抵抗の特性のバラツキや抵抗値の誤差等 により実現困難であり、電圧差ΔＶ_S が大きな値となって無制御範囲が広くなっ たり、電圧差ΔＶ_S が負の値となって降圧動作と昇圧動作が同時に行われてしま う事態も起こり得る。 そのために、実用上では抵抗Ｒ１〜Ｒ４のうち、いずれか１つの抵抗を可変式 として、回路の組立終了後に、その可変抵抗を調節しなければならなかった。 また、出力電圧Ｖ_O の電圧値を調節可能とする要請がある場合、出力電圧Ｖ_O の値の変化により出力信号電圧Ｖ_S1及び出力信号電圧Ｖ_S2の値も変化し、電圧差 ΔＶ_S が大きくなってしまう事がある。

【００１０】 そのため、出力電圧Ｖ_O の電圧値を変更した時に電圧差ΔＶ_S を最適値に再調 整しなければならず、事実上、出力電圧Ｖ_O の電圧値を調節可能とする要請には 対応出来ないといった問題点が存在した。 従って、本考案の目的は、電圧検出回路の抵抗の特性や抵抗値にバラツキや誤 差が生じても、電圧検出回路の調整の必要が無く、かつ、出力電圧を調整可能と し、しかも、降圧動作と昇圧動作が同時に行われない、ＩＣ化に適したチョッパ 方式の昇降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

本考案は、降圧チョッパ部の第１スイッチングトランジスタを駆動する第１の 制御回路と、昇圧チョッパ部の第２スイッチングトランジスタを駆動する第２の 制御回路の出力電圧の検出を同一の点で行い、該第１と第２の制御回路に入力さ れる比較のための基準電圧の電圧値に微小差を持たせ、該微小の電圧差により降 圧動作と昇圧動作が同時に行われないようにしたことを特徴とする。

【００１２】

【実施例】

電圧検出回路の調整の必要が無く、出力電圧の調節を可能とした本考案の昇降 圧型ＤＣ−ＤＣコンバータの回路図を図１に示す。 なお、図３と同一部分については同じ符号を付与してある。 図１において、入力端子１と出力端子２間の降圧チョッパ部及び昇圧チョッパ 部を構成する、第１スイッチングトランジスタＱ１、ダイオードＤ１、チョーク コイルＬ１、第２スイッチングトランジスタＱ２、ダイオードＤ２、平滑コンデ ンサＣ２の接続構成は図３と同じである。 出力端子２とアース間に、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２の直列回路から成る電圧検出回 路３が接続される。

【００１３】 第１スイッチングトランジスタＱ１のベースに駆動信号を出力する第１の制御 回路５と、第２スイッチングトランジスタＱ２のベースに駆動信号を出力する第 ２の制御回路６を設け、双方の制御回路に電圧検出回路３の抵抗Ｒ１、Ｒ２の接 続点から出力信号電圧Ｖ_S を入力する。 アースと負極を接続した基準電圧源７と、基準電圧源７の正極に負極を接続し た基準電圧源８を設ける。 基準電圧源７の正極から基準電圧Ｖ_REF2を第２制御回路６に入力し、基準電圧 源８の正極から基準電圧源７と基準電圧源８の基準電圧の合成値（Ｖ_REF1＋Ｖ_{RE F2} ）を第１制御回路５に入力する。 以上のような回路では、電圧検出回路３からの出力信号電圧Ｖ_S が基準電圧Ｖ _REF2 より低い場合にはＤＣ−ＤＣコンバータは昇圧動作を行い、出力信号電圧Ｖ _S が合成の基準電圧（Ｖ_REF1＋Ｖ_REF2）より高い場合にはＤＣ−ＤＣコンバータ は降圧動作を行う。

【００１４】 ちなみに、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧Ｖ_O は、以下の数式によって与え られる。

【００１５】

【数１】 Ｖ_O ＝（１＋Ｒ_A ／Ｒ_B ）×Ｖ_REF

【００１６】 ただし、Ｒ_A 、Ｒ_B は電圧検出回路の分圧抵抗の抵抗値、Ｖ_REF は基準電圧値 である。 図３に示した従来の昇降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータは、２つの電圧検出回路の Ｒ_A ／Ｒ_B にもとづく出力信号電圧Ｖ_S1及びＶ_S2に微小の差ΔＶ_S を設けること で、降圧動作時の出力電圧Ｖ_Odと昇圧動作時の出力電圧Ｖ_Ouに差を持たせ、降圧 動作と昇圧動作が同時に行われないようにしている。 これに対して本考案の昇降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータでは、数式１の基準電圧 Ｖ_REF として、基準電圧源７の基準電圧Ｖ_REF2と基準電圧源８の基準電圧Ｖ_REF1 を設け、基準電圧Ｖ_REF1によって降圧動作時の出力電圧Ｖ_Odと昇圧動作時の出力 電圧Ｖ_Ouに差を持たせ、降圧動作と昇圧動作が同時に行われないようにしている 。

【００１７】 本考案の回路では、電圧検出回路は１回路だけなので、図３に示す従来の回路 のように、２つの電圧検出回路の出力信号電圧に微小の電圧差ΔＶ_S を設ける必 要は無い。 そのため、電圧検出回路の分圧抵抗の特性の誤差やバラツキによって、無制御 範囲が広がったり降圧動作と昇圧動作が同時に行われるという事は無い。 また、基準電圧源７と基準電圧源８は直列に接続されているため、仮に何らか の理由により、それぞれの基準電圧源の基準電圧値にバラツキが生じても、降圧 動作と昇圧動作が同時に行われることはない。

【００１８】 電圧検出回路を１回路にし、基準電圧に差を設けることにより降圧動作と昇圧 動作が同時には行われないようにしたので、出力電圧の電圧値が変わっても無制 御範囲が広がったり、降圧動作と昇圧動作が同時に行われる事は無い。また、出 力電圧を調整する際に、分圧抵抗の調整は必要無いため、出力電圧Ｖ_O を外部か ら調整可能とする要請に対して、容易に対応することができる。

【００１９】 また本考案の回路では、上述したような信頼性の高い動作により、２つの制御 回路に入力される基準電圧の差にあたる基準電圧Ｖ_REF1の値を０．０５〜０．１ 〔Ｖ〕に容易に設定できる。 これにより、出力電圧Ｖ_O が無制御状態となる範囲は狭くなり、また、降圧動 作時の出力電圧Ｖ_Odと昇圧動作時の出力電圧Ｖ_Ouの差が小さくなり、安定した出 力電圧Ｖ_O を負荷に供給することができる。

【００２０】 ちなみに、この昇降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータの制御機能の回路部分をＩＣ化 するとなると、図１及び図３において、第１制御回路５、第２制御回路６、基準 電圧源７、基準電圧源８が対象になる。 このＩＣに設けられる端子ピンとしては、第１スイッチングトランジスタＱ１ の制御用ピン、第２スイッチングトランジスタＱ２の制御用ピン、アース用ピン の他に出力信号電圧用ピン等がある。 図３の従来の回路では、電圧検出回路が２回路存在するために出力信号電圧用 ピンが２つ必要になるのに対して、図１の本考案の回路では、電圧検出回路が１ 回路なので出力信号電圧用ピンは１つであり、ＩＣ化が容易である。

【００２１】 図１の実施例において、２つの制御回路５、６に入力する基準電圧に差を設け るために、基準電圧源７と基準電圧源８を直列に接続した。 ２つの基準電圧源７、８の代わりとして、図２に示すような回路にて基準電圧 Ｖ_REF2及び合成の基準電圧（Ｖ_REF1＋Ｖ_REF2）を得ることもでき、基準電圧源を ２回路も構成する必要がなくなる。 すなわち、図２では、電圧（Ｖ_REF1＋Ｖ_REF2）を出力する基準電圧源９の正、 負極間に分圧用の抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６の直列回路を接続することにより、基準電 圧源９の正極から基準電圧（Ｖ_REF1＋Ｖ_REF2）を取り出し、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６ の接続点から基準電圧Ｖ_REF2を取り出すようになっている。

【００２２】

【考案の効果】

以上に述べたように、本考案は、電圧検出回路を１回路とし、第１スイッチン グトランジスタと第２スイッチングトランジスタを駆動する、それぞれの制御回 路に入力する基準電圧に差を設けたものである。 このことにより、回路構成素子の特性の誤差やバラツキにより無制御範囲が広 がったり、降圧動作と昇圧動作が同時に行われる事はない。 また、基準電圧に設けた差により降圧動作と昇圧動作が同時に行われないよう にしているため、出力信号電圧の差の調整の必要がなく、容易に出力電圧を調整 することができる。 さらに、制御機能の回路部分をＩＣ化するのに際し、従来の回路に比べてＩＣ に設ける端子ピンが少なくて済み、ＩＣ化が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案の昇降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータの一
実施例の回路図。

【図２】 本考案における基準電圧源の別の実施例の回
路図。

【図３】 従来の昇降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータの回路
図。

【図４】 昇降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータの入出力電圧
特性。

【符号の説明】

１ 入力端子 ２ 出力端子 ３ 第１電圧検出回路 ４ 第２電圧検出回路 ５ 第１制御回路 ６ 第２制御回路 ７ 基準電圧源 ８ 基準電圧源

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 その電圧値が不定の直流電圧が入力され
   る入力端子と、安定化した直流電圧を出力する出力端子
   間に、降圧チョッパ部と昇圧チョッパ部を構成し、回路
   の入力電圧が要求する出力電圧より低い場合には昇圧チ
   ョッパ部が昇圧動作を行い、入力電圧が要求する出力電
   圧より高い場合には降圧チョッパ部が降圧動作を行い、
   降圧動作と昇圧動作が同時に行われないようにしたチョ
   ッパ方式の昇降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、降
   圧チョッパ部の第１スイッチングトランジスタを駆動す
   る第１の制御回路と、昇圧チョッパ部の第２スイッチン
   グトランジスタを駆動する第２の制御回路の出力電圧の
   検出を同一の点で行い、該第１と第２の制御回路に入力
   される比較のための基準電圧の電圧値に差を持たせ、該
   電圧差により降圧動作と昇圧動作が同時に行われないよ
   うにしたことを特徴とする昇降圧型ＤＣ−ＤＣコンバー
   タ。