JPH0819250A - Power supply apparatus - Google Patents

Power supply apparatus

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JPH0819250A
JPH0819250A JP14498894A JP14498894A JPH0819250A JP H0819250 A JPH0819250 A JP H0819250A JP 14498894 A JP14498894 A JP 14498894A JP 14498894 A JP14498894 A JP 14498894A JP H0819250 A JPH0819250 A JP H0819250A
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Inventor
Kentarou Mizuno
Tadashi Shibata
正 柴田
健太朗 水野
Original Assignee
Nippondenso Co Ltd
Toyota Central Res & Dev Lab Inc
日本電装株式会社
株式会社豊田中央研究所
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Abstract

PURPOSE:To provide a power supply apparatus which can operate with high efficiency. CONSTITUTION:A pulse controller 4 which generates required pulses in accordance with a reference voltage, a group 2 of switching devices which perform switching operations in accordance with the pulses generated by the pulse controller, a switching device selecting circuit 7 which selects the switching devices in accordance with an output voltage and a smoothing circuit 3 which smooths the pulse voltage obtained by the switching operation of the switching device are provided. The switching devices which can obtain the smallest loss are combined to perform a selective operation in accordance with an output voltage, a current and a power.

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【産業上の利用分野】この発明は電源装置、特にスイッチ素子のスイッチング動作によって入力電圧をチョッピングして所望の出力電圧を生成する電源装置(通常スイッチング電源と呼ばれる電源装置)に関するものである。 BACKGROUND OF THE INVENTION This invention power supply apparatus, and more particularly to a power supply device that generates a desired output voltage by chopping the input voltage by a switching operation of the switching device (normal power supply device called a switching power supply).

【0002】 [0002]

【従来の技術】バッテリ等の直流電圧から異なる出力電圧を生成する電源装置として従来一般的なものに、スイッチング電源と呼ばれる電源装置がある。 The conventional common ones of the Prior Art A power supply device that generates a different output voltage from the DC voltage of the battery or the like, there is a power supply device called a switching power supply. この電源装置は、トランジスタなどのスイッチ素子を高速にオン、オフさせ、一定の時間比率で入力電圧を出力端子に出力すること(いわゆるチョッピング)によって、必要な電圧を生成するもので、簡単な構成の割に高効率な動作が得られるため、バッテリ駆動の携帯機器や低消費電力を目指す機器に広く使用されている。 The power supply, turns on the switch element such as a transistor at high speed, is off by outputting an input voltage to the output terminal at a fixed time ratio (so-called chopping), intended to generate the required voltage, simple structure since the high efficiency operation of the split is obtained, it is widely used in equipment that aim to portable devices and low power consumption of the battery. ここで効率とは次式に従って定義される。 Where it is defined according to the following equation and efficiency.

【0003】 効率=(電源装置から負荷への供給電力)/(バッテリ等から電源装置への供給電力) こうした電源装置の動作原理を、図を用いて説明する。 [0003] The operation principle of efficiency = (electric power supplied from the battery or the like to the power supply) such Power Supply / (power supplied from the power supply to the load) will be described with reference to FIG.

【0004】図11は従来の電源装置のうち、降圧形のスイッチング電源の基本回路構成図である。 [0004] Figure 11 is of the conventional power supply apparatus, a basic circuit diagram of a switching power supply of buck. 図11において、直流電源1は電源装置の出力を生成するためのソースであり、チョッピングの対象である。 11, the DC power supply 1 is a source for generating an output of the power supply device, a chopping the subject. この直流電源1は、Pチャネル電界効果トランジスタであるスイッチ素子群2のソースに接続されている。 The DC power source 1 is connected to the source of the switching element group 2 is a P-channel field effect transistor. パルス制御回路4 Pulse control circuit 4
は、基準電圧Vrの大きさに応じたパルス幅のパルスを発生する。 Generates a pulse having a pulse width corresponding to the magnitude of the reference voltage Vr. パルス制御回路4の出力端子はドライバ5に接続される。 An output terminal of the pulse control circuit 4 is connected to the driver 5. ドライバ5の出力はスイッチ素子群2のゲートに接続され、パルス制御回路4から入力されたパルスに従ってスイッチ素子群2をオン・オフし、直流電源1の電圧をチョッピングする。 The output of the driver 5 is connected to the gate of the switching element group 2, the switch module 2 on and off according to the pulse input from the pulse control circuit 4, for chopping the voltage of DC power supply 1. 従って、スイッチ素子群2によってチョッピングされたパルス電圧は、スイッチ素子群2の出力側であるドレインに現れる。 Thus, a pulse voltage that is chopped by a switch element group 2 appears a drain which is an output side of the switching element group 2. このドレインは、ダイオード31、インダクタンス素子32、コンデンサ33を有する平滑回路3に接続され、これらの回路素子によって平滑された電圧が平滑回路3の出力端子から目的の電圧値で出力される。 The drain diode 31, the inductance element 32 is connected to a smoothing circuit 3 has a capacitor 33, the voltage is smoothed by these circuit elements are output by the voltage value of the objective from the output terminal of the smoothing circuit 3.

【0005】つぎに、図11の構成におけるチョッピング動作と出力電圧Voutの調整の様子を、図12に示すチョッピング動作の波形図によって説明する。 [0005] Next, the state of adjustment of the output voltage Vout and chopping operation in the configuration of FIG. 11 will be described by the waveform diagram of the chopping operation shown in FIG. 12.

【0006】図12において、 (a):パルス制御回路4の出力パルスの波形 (b):ドライバ5の出力波形 (c):直流電源1の電圧Vinをチョッピングして得られたパルス電圧の波形、および平滑後の出力電圧Vo [0006] In FIG. 12, (a): the output pulse waveform of the pulse control circuit 4 (b): the output waveform of the driver 5 (c): waveform of the pulse voltage obtained by chopping the voltage Vin of the DC power supply 1 , and the output voltage Vo after the smoothing
utの波形 である。 It is a waveform of ut.

【0007】パルス制御回路4は、スイッチ素子群2のオン期間をton、オフ期間をtoff、オン・オフの周期をts(=ton+toff)とするパルスを出力する。 [0007] Pulse control circuit 4 outputs a pulse of the ON period of the switching element group 2 ton, toff the off period, the period of the on-off and ts (= ton + toff). このとき、tsに対するtonの比率Dは基準電圧Vrと直流電源1の電圧Vinから、次のように決められるものとする。 At this time, the ratio D is the reference voltage Vr and the DC power supply 1 voltage Vin ton for ts, which shall be determined as follows.

【0008】ton/ts≡D=Vr/Vin すると出力電圧Voutと直流電源1の電圧Vinとの関係は次式で示され、 Vout=(ton/ts)×Vin =D×Vin =Vr となる。 [0008] relationship between ton / ts≡D = Vr / Vin Then the voltage Vin of the DC power supply 1 and the output voltage Vout is represented by the following equation, becomes Vout = (ton / ts) × Vin = D × Vin = Vr . すなわちパルス制御回路4は基準電圧Vrに応じたDのパルスを発生して、出力電圧Voutを調整する。 That pulse control circuit 4 generates a pulse D corresponding to the reference voltage Vr, for adjusting the output voltage Vout.

【0009】また、図13のように基準電圧Vrが時間とともに変動する場合には、基準電圧Vrが大きくなるとDも大きくなり、Vrが小さくなるとDも小さくなるため、基準電圧Vrの変動に応じて出力電圧Voutが変動する、出力可変の電源装置として動作する。 Further, in the case that varies with the reference voltage Vr is time as in Fig. 13, D becomes large when the reference voltage Vr is increased, since D becomes smaller when Vr is decreased, depending on the variation of the reference voltage Vr output voltage Vout Te varies, operates as the output variable of the power supply.

【0010】出力電圧Voutを基準電圧Vrにより良く一致させるためにフィードバックを追加する場合もある。 [0010] In some cases to add a feedback to better match the output voltage Vout reference voltage Vr to. その構成を図14に示す。 The configuration shown in FIG. 14.

【0011】出力電圧Voutは、まず誤差電圧増幅回路6に入力される。 [0011] The output voltage Vout is first input to the error voltage amplifier 6. この誤差電圧増幅回路6は、出力電圧Voutの精度を改善するための補助回路で、基準電圧Vrと出力電圧Voutの差を次式に従って増幅し、 The error voltage amplifier circuit 6, an auxiliary circuit for improving the accuracy of the output voltage Vout, the reference voltage Vr and the difference between the output voltage Vout is amplified according to the following equation,
基準電圧Vrから補正された基準電圧Vr´を生成する。 Generating a corrected reference voltage Vr' from the reference voltage Vr.

【0012】 Vr´=Vr+G(Vr−Vout) (1) G:誤差電圧増幅器のゲイン このため出力電圧Voutと基準電圧Vrの大小に従って、補正基準電圧Vr'と基準電圧Vrの関係も次式のように定まる。 [0012] Vr' = Vr + G (Vr-Vout) (1) G: according the magnitude of the gain. Thus the output voltage Vout and the reference voltage Vr of the error voltage amplifier, the relationship of the correction reference voltage Vr 'to the reference voltage Vr of the formula determined way.

【0013】 Vr>Vout なら Vr'>Vr (2) Vr=Vout なら Vr'=Vr (3) Vr<Vout なら Vr'<Vr (4) ここで増幅の効果により、出力電圧Voutと基準電圧Vrの差が微妙であっても、補正基準電圧Vr'の基準電圧Vrに対する変動量は増幅され、次に述べるパルス制御回路4が感度よく反応することになる。 [0013] Vr> by Vout if Vr '> Vr (2) Vr = Vout if Vr' = Vr (3) Vr <Vout if Vr '<Vr (4) Herein the effects of the amplification, the output voltage Vout and the reference voltage Vr even a difference of delicate variation amount with respect to the reference voltage Vr of the correction reference voltage Vr 'is amplified and pulse control circuit 4 to be described below is to sensitively react.

【0014】こうして得られた補正基準電圧Vr'は、 [0014] The thus obtained correction reference voltage Vr 'is,
パルス制御回路4へと入力される。 Is input to the pulse control circuit 4. このパルス制御回路4は、補正基準電圧Vr'が大きいほど出力パルスがオンである時間の比率を増加させ、逆の場合はオン比率を減少させるものである。 The pulse control circuit 4, the output pulse the greater the correction reference voltage Vr 'increases the proportion of time that is on, in the opposite case is intended to reduce the ON percentage. そのため、現在の出力電圧Vo Therefore, the current of the output voltage Vo
utが基準電圧Vrより低ければ補正基準電圧Vr'が(1)式に従って増加し、オン比率が増加する。 ut is lower than the reference voltage Vr is corrected reference voltage Vr 'increases with (1), is on the ratio increases. 一方、 on the other hand,
現在の出力電圧Voutが基準電圧Vrより高ければ補正基準電圧Vr'が減少し、オン比率が減少することになる。 The higher current output voltage Vout is higher than the reference voltage Vr is corrected reference voltage Vr 'decreases, the on ratio is decreased.

【0015】こうして発生したパルス制御回路4の出力パルスは、スイッチ素子群2を制御するドライバ5に入力される。 [0015] Thus the output pulses of the pulse control circuit 4 thus generated is input to the driver 5 for controlling the switching element group 2. ドライバ5の出力はスイッチ素子群2のゲートに接続されている。 The output of the driver 5 is connected to the gate of the switching element group 2. ここでパルス制御回路4の出力パルスがハイならばドライバ5がスイッチ素子群2がオンし、ローならばオフする。 Here pulse control output pulse of the circuit 4 is the driver 5 if high turned on and the switch module 2, off if low. この結果、スイッチ素子群2 As a result, switching element group 2
による直流電源1のチョッピングが可能となる。 Chopping of the DC power source 1 due becomes possible. この際、前記した誤差電圧増幅回路6およびパルス制御回路4の動作によって、出力電圧Voutを上昇させるべきときにはスイッチ素子群2のオンの比率が増加し、下降させるべきときにはスイッチ素子群2のオンの比率が減少するため、上昇と下降の均衡する点で所望の電圧が得られる。 At this time, by the operation of the error voltage amplifier 6 and the pulse control circuit 4 mentioned above, the ratio of the ON switching element group 2 increased when it should raise the output voltage Vout, of the on-switch module 2 when it should be lowered since the ratio is reduced, the desired voltage is obtained in that the balancing of the rising and falling.

【0016】 [0016]

【発明が解決しようとする課題】以上の原理によれば、 According to the above principle The object of the invention is to be Solved,
所望の出力電圧が得られるものの、電源装置の効率という点からは考察を要する点がある。 Although the desired output voltage is obtained, there is a point that requires consideration in view of efficiency of the power supply. すなわち、スイッチ素子には寄生抵抗として必ずオン抵抗が存在するため、 That is, since the switching element there is always on-resistance as a parasitic resistance,
このオン抵抗による定常的な電力消費(損失)が生じる点である。 The steady power consumption by the on resistance (loss) is that the results. 電源装置の組み込まれる本体装置が電池動作をするような場合、こうした定常的損失は最小限に抑える必要がある。 If the main device incorporated the power supply such that the battery operation, such steady loss must be minimized. 近年、電源装置の効率改善手段として、 Recently, as an efficient means for improving power supply,
スイッチ素子のオン抵抗低減による定常的損失の改善が進んでいるものの、この場合、スイッチ素子が大型化する傾向にある。 Although improvements in the steady loss due to the on resistance reduction of the switching element is advanced, in this case, there is a tendency that the switch element becomes large. 大型化によってオン抵抗は減るが、このとき入力容量等の寄生容量が増加し、スイッチ素子の応答時間が長くなる結果、スイッチのオン・オフ遷移中にスイッチ素子自身で大きなスイッチング損失(過渡的損失)が発生する。 Although reduced on-resistance by size, this time parasitic capacitance such as the input capacitance is increased, the response time of the switching element becomes longer result, a large switching loss in switching element itself during the on-off transition of the switch (transient loss ) is generated. これら2つの損失の関係を図15によって説明する。 The relationship between these two losses is described by Figure 15.

【0017】図15は、スイッチ素子によってチョッピングされた電源の電圧波形を示している。 [0017] Figure 15 shows a chopped supply voltage waveform by the switch element. 理想的なスイッチ素子においては電圧の上昇、下降が図15(a)のように矩形になるが、実際は図15(b)のように波形の遷移期間tdr,tdfが発生する。 Increase of the voltage in an ideal switching device, but lowering is rectangular as shown in FIG. 15 (a), the actual waveform of the transition period tdr as in FIG. 15 (b), tdf occurs. オン抵抗が小さい(つまり、一般に大型で寄生容量が大きい)スイッチ素子ほど、期間tdr,tdfは延びる。 Low on-resistance (i.e., generally parasitic large in capacity is greater) as switching elements, time tdr, tdf extends. 図15(c) Figure 15 (c)
は、(b)よりオン抵抗が小さいスイッチ素子の場合で、寄生容量の増加に伴い、さらに遷移時間が延びることを示している。 It is a case of switching element from ON resistance is small (b), with an increase in parasitic capacitance, indicating that extend more transition time. この期間tdr,tdfではスイッチ素子自身で大きな損失が生じるため、オン期間tonに対してtdr,tdfの割合が増加するに従い、スイッチング損失の割合は増加する。 This period tdr, since a large loss in the switch element itself in tdf occurs, tdr relative on period ton, according proportion of tdf increases, the proportion of the switching loss is increased. 従って、パルスのオン期間が小さく出力電圧が低いほど、また高周波でスイッチングするほどスイッチング損失が顕著になる。 Therefore, as the lower small output voltage ON period of the pulse, also the switching loss becomes more significant as switching at high frequency.

【0018】ここで仮に、時間的に変動する基準電圧V [0018] Here, if the reference voltage V which varies with time
rに追従した出力電圧Voutを得ることができる出力可変型の電源装置を考える。 Consider the output variable of the power supply device which can obtain an output voltage Vout follows the r. このような電源装置において、仕様として要求される最大出力電圧、電流又は電力(以降、最大出力電圧等という)を効率よく得ようとすると、スイッチ素子のオン抵抗が小さい、すなわち比較的大型のスイッチ素子が必要とされる。 In such a power supply, the maximum output voltage required as the specification, current or power (hereinafter, referred to as the maximum output voltage) is to be obtained efficiently, the on-resistance of the switching element is small, that relatively large switch element is required. しかしこのようなスイッチ素子は、上記に示したスイッチング損失により出力電圧、電流又は電力(以降、出力電圧等という) However, such switching elements, the output voltage by switching loss indicated above, current or power (hereinafter, referred to as the output voltage, etc.)
の小さな場合に効率が極端に低下する。 Efficiency is extremely lowered in a small case. この対策として、スイッチ素子の小型化によるスイッチング損失の低減が考えられる。 As a countermeasure, reduction of the switching loss due to miniaturization of the switching element is considered. しかしこの場合、出力電圧等が小さい場合の効率は改善されるが、大きい場合には、オン抵抗による損失が増大し、効率が低下する。 However, in this case, the efficiency is improved when the output voltage or the like is small, if the large, loss due to on-resistance increases, efficiency decreases.

【0019】この発明は上記の課題を解決するためになされたもので、設定される基準電圧を可変としつつ、出力電圧等が低域から高域に至るまで高効率に動作する電源装置を提供することを目的とする。 [0019] The present invention has been made to solve the above problems, while the reference voltage is set as a variable, providing a power supply output voltage and the like to operate at high efficiency ranging from a low frequency to a higher frequency an object of the present invention is to.

【0020】 [0020]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために本発明の電源装置は、基準電圧に応じて必要な幅のパルスを発生するパルス制御回路と、パルス制御回路の発生するパルスに従ってスイッチング動作し、入力電圧をチョッピングしてパルス電圧を生成する複数のスイッチ素子を含むスイッチ素子群と、出力すべき電圧、電流又は電力に応じてスイッチ素子群から動作すべきスイッチ素子を選択するスイッチ素子選択回路と、スイッチ素子選択回路が選択したスイッチ素子によって生成されたパルス電圧を平滑し、所望の出力電圧を生成する平滑回路と、を備えるものである。 Power supply of the present invention to solve the above problems SUMMARY OF THE INVENTION may, switching and pulse control circuit for generating a pulse of desired width in accordance with the reference voltage, in accordance with the pulse generated by the pulse control circuit operating a switch element group including a plurality of switching elements for generating a pulse voltage by chopping the input voltage, the voltage to be output, the switch element for selecting the switching element to be operated from the switching element group in accordance with the current or power a selection circuit, a pulse voltage generated by the switching element switching element selection circuit selects smoothed, in which and a smoothing circuit for generating a desired output voltage.

【0021】また本発明の電源装置におけるスイッチ素子選択回路は、出力すべき電圧、電流又は電力に応じて、前記スイッチ素子群から異なる個数のスイッチ素子を選択することを特徴とするものである。 [0021] switching element selection circuit in the power supply device of the present invention, the voltage to be output, depending on the current or power, is characterized in selecting a switching element of a different number from the switching element group.

【0022】さらに本発明の電源装置は、スイッチ素子群が特性の異なるスイッチ素子を含み、かつスイッチ素子選択回路が、出力すべき電圧、電流又は電力に応じてスイッチ素子群から特性の異なるスイッチ素子を選択することを特徴とする。 Furthermore the power supply apparatus of the present invention comprises a different switching element switching element group characteristics, and switching element selection circuit, different switching elements from the switching element group characteristics in accordance with a voltage to be output, current or power and selects the.

【0023】 [0023]

【作用】上記構成による本発明によれば、パルス制御回路が基準電圧に応じて必要な幅のパルスを発生し、そのパルスに従ってスイッチ素子がスイッチング動作し、入力電圧がチョッピングされる。 SUMMARY OF] According to the present invention having the above structure, the pulse control circuit generates a pulse of desired width according to the reference voltage, the switch element is a switching operation in accordance with the pulse, the input voltage is chopped. こうしてパルス電圧が生成され、このパルス電圧が平滑回路によって所望の電圧値に平滑される。 Thus the pulse voltage is generated, the pulse voltage is smoothed to a desired voltage value by the smoothing circuit. この際、スイッチ素子群に含まれる複数のスイッチ素子から、出力電圧等に応じてスイッチ素子選択回路が最適のスイッチ素子を選択するため、基準電圧が変化した場合であっても高い電源効率を保つことができる。 In this case, a plurality of switching elements included in the switching element group, keep the switch element selection circuit selects the optimal switching element, a high power efficiency even if the reference voltage is changed in accordance with the output voltage, etc. be able to.

【0024】また本発明の電源装置におけるスイッチ素子選択回路は、出力電圧等に応じてスイッチ素子群から異なる個数のスイッチ素子を選択するため、出力電圧等が大きい場合は多数のスイッチ素子を、小さい場合は小数のスイッチ素子を動作させることができ、高い電源効率を維持することができる。 [0024] switching element selection circuit in the power supply device of the present invention, in order to select the switch elements of different number from the switch module in accordance with the output voltage and the like, when the output voltage or the like is large the number of switching elements, small If it is possible to operate the small number of switching elements, it is possible to maintain high power efficiency.

【0025】さらに本発明の電源装置におけるスイッチ素子選択回路は、出力電圧等に応じてスイッチ素子群から特性の異なるスイッチ素子を選択するため、出力電圧等が大きい場合はオン抵抗の小さなスイッチ素子を、出力電圧等が小さい場合は寄生容量の小さなスイッチ素子を動作させることができ、高い電源効率が実現される。 Furthermore switching element selection circuit in the power supply device of the present invention, to select a different switching element from the switch element group characteristics in accordance with the output voltage and the like, when the output voltage or the like is large and small switching elements on resistance , if the output voltage or the like is small, it is possible to operate the small switching elements of the parasitic capacitance, a high power efficiency is achieved.

【0026】 [0026]

【実施例】 【Example】

実施例1. Example 1. 本発明の第一実施例に係る電源装置を説明する。 The power supply device according to a first embodiment of the present invention will be described. 図1は本実施例の電源装置の回路構成を示す図である。 Figure 1 is a diagram showing a circuit configuration of a power supply unit of the embodiment. 本実施例は従来例の構成に比べ、スイッチ素子群2 This example compared with the configuration of the conventional example, the switch module 2
が2つのスイッチ素子から構成される点、およびパルス制御回路4の出力側にスイッチ素子選択回路7が新たに設けられている点が異なるため、従来例同様の構成については簡単に説明し、スイッチ素子群2およびスイッチ素子選択回路7周辺の構成と動作を中心に説明する。 There composed point of two switching elements, and for that switch element selection circuit 7 to the output side of the pulse control circuit 4 is newly provided are different, a brief description about the conventional same configuration, the switch It will be mainly described element group 2 and the switching element selection circuit 7 near construction and operation.

【0027】図1において、スイッチ素子群2は2つのスイッチ素子21および22から構成され、これらのスイッチ素子は並列に配置されている。 [0027] In FIG. 1, the switch module 2 is composed of two switching elements 21 and 22, these switch elements are arranged in parallel. ここでスイッチ素子21は、オン抵抗が小さいが寄生容量の大きいFE Here the switch element 21 is ON resistance is small in parasitic capacitance larger FE
T、一方、スイッチ素子22はオン抵抗が大きいものの、寄生容量の小さいFETである。 T, whereas, the switch element 22 Although the on-resistance larger, a smaller FET parasitic capacitance. この関係は、スイッチ素子21、22それぞれのオン抵抗をR1、R2、 This relationship, the switch elements 21 and 22 respectively on resistance R1, R2,
および寄生容量をC1、C2としたとき、 R1<R2 C1>C2 と表現することができる。 And when the parasitic capacitance was C1, C2, it can be expressed as R1 <R2 C1> C2.

【0028】直流電源1はスイッチ素子21および22 The DC power source 1 switch elements 21 and 22
のそれぞれのソースに接続され、チョッピングされたパルス電圧をいずれか一方のドレインから出力する。 Of it is connected to a respective source, and outputs the chopped pulse voltage from either the drain. さらにこれらのドレインは、ダイオード31、インダクタンス素子32、コンデンサ33を有する平滑回路3に接続され、これらの回路素子によって平滑された電圧が平滑回路3から必要な電圧で出力される。 Furthermore, these drain diode 31, the inductance element 32 is connected to a smoothing circuit 3 has a capacitor 33, the voltage is smoothed by these circuit elements are output at the required voltage from the smoothing circuit 3.

【0029】本実施例では従来例と違い、パルス制御回路4とドライバ群5の間にスイッチ素子選択回路7が設けられているため、パルス制御回路4から出力されたパルスは、まずスイッチ素子選択回路7へ入力される。 [0029] Unlike the conventional example in this embodiment, since the switching element selection circuit 7 during the pulse control circuit 4 and the driver unit 5 is provided, the pulse output from the pulse control circuit 4, first switching element selection is input to the circuit 7. この回路は出力電圧に応じてスイッチ素子21および22 Switching elements 21 and 22 the circuit in accordance with the output voltage
から動作すべき1つのスイッチ素子を選択するものである。 And selects one of the switch elements to be operated from. スイッチ素子選択回路7は後述する新たな電圧Vx New voltage Vx switch element selection circuit 7 to be described later
を基準として、出力電圧VoutがVx以上であればスイッチ素子21を選択し、そうでなければスイッチ素子22を選択する。 As a reference, the output voltage Vout is equal to or greater than Vx select switch element 21, selects the switching element 22 otherwise. これは、オン抵抗が小さいスイッチ素子21を高出力電圧域に、寄生容量の小さいスイッチ素子22を低出力電圧域に、それぞれ択一的に使用するための配慮である。 This ON resistance is lower switching device 21 to the high output voltage region, the lower switch element 22 parasitic capacitance to a low output voltage region is a consideration for alternatively used, respectively. スイッチ素子選択回路によって選択されたスイッチ素子が動作する様子は従来例と同様である。 How the switching element, which is selected by the switch element selection circuit operates is the same as the conventional example. ここで注意すべきは、このスイッチ素子選択回路7 It should be noted that, the switch element selection circuit 7
の機能がスイッチ素子の選択だけにあり、実際に選択されたスイッチ素子のオン、オフを決めるパルス波形自体には何等影響しないことである。 Functions is only the selection of the switch elements, on the actually selected switch element, is that it does not any way affect the pulse waveform itself to decide off.

【0030】スイッチ素子選択回路7の出力は、それぞれスイッチ素子21、22を駆動するドライバ51、5 The output of the switch element selection circuit 7 drives the switching elements 21 and 22 drivers 51,5
2へと接続される。 It is connected to the 2. いま仮にスイッチ素子21が選択されているとすれば、スイッチ素子選択回路7は、パルス制御回路4で生成されたパルスをドライバ51のみに伝搬してスイッチ素子21をチョッピング動作させつつ、 If Suppose the switching device 21 is selected, the switch element selection circuit 7, while chopping operation of the switching device 21 to propagate a pulse generated by the pulse control circuit 4 only to the driver 51,
スイッチ素子22をオフ状態に置く。 Put the switch element 22 in the off state. スイッチ素子21 Switch element 21
が動作する様子は従来例で説明した通りである。 There manner of operation is as described in the conventional example.

【0031】ここで、スイッチ素子21、22を切り替えるべき電圧Vxの決定方法と、切り替えによる効果を、図2および図3によって説明する。 [0031] Here, a method of determining the voltage Vx to switch the switching elements 21 and 22, the effect of switching is described by FIGS.

【0032】図2は、仮にスイッチ素子21、22をそれぞれ単独で用いた場合、電源装置が示す出力電圧−効率特性を表した図である。 [0032] Figure 2, if the case of using the switching elements 21 and 22 singly, the output voltage shown by the power supply - is a graph showing the efficiency characteristics. 図2において、スイッチ素子21のみを用いた電源装置では、出力電圧−効率特性の曲線は曲線1を、またスイッチ素子22のみを用いた電源装置では曲線2をたどるものとする。 2, the power supply device using only the switch element 21, the output voltage - curves of efficiency characteristic curve 1, also in the power supply device using only the switch element 22 is assumed to follow the curve 2. このとき両曲線の交点の電圧をもって、切り替え電圧Vxと決定する。 In this case with the voltage at the intersection of both curves determines the switching voltage Vx.
この図は、スイッチ素子21を用いた場合は高出力電圧域で高効率となるものの、低出力電圧域では低効率となり、スイッチ素子22を用いた場合はその特性が逆になることを示している。 This figure, although the case of using the switching element 21 becomes high efficiency at high output voltage region, the low output voltage region becomes less efficient, in the case of using the switching element 22 indicates that the characteristic is reversed there.

【0033】ここで本実施例のスイッチ素子選択回路7 The switching element selection circuit 7 in the embodiment here
は、出力電圧Voutの大きさがVx以上(高出力電圧域)ならばスイッチ素子21を、またVoutがVx未満(低出力電圧域)ならばスイッチ素子22を選択するよう調整されているため、高出力電圧域においてはスイッチ素子21が、また低出力電圧域においてはスイッチ素子22が、それぞれ択一的に動作する。 Since the magnitude of the output voltage Vout is adjusted to the Vx or more (high output voltage region), then the switching device 21, also the Vout selects Vx below (low output voltage region), then the switch element 22, switching element 21 in the high output voltage region, but also the switch element 22 in the low output voltage region is operative alternatively respectively. 従って本実施例による電源装置の出力電圧−効率特性の曲線は図3に示す実線となり、出力電圧の低域から高域に至るまで、 Therefore, the output voltage of the power supply device according to this example - curve of efficiency characteristic becomes solid line shown in FIG. 3, the low range of the output voltage up to the high range,
効率のよい電源装置が実現されるのである。 Than is efficient power supply can be realized.

【0034】なお、出力電圧が切り替え電圧Vx付近にある場合、切換えが頻繁に生じて動作が不安定になる可能性があるが、その場合はスイッチ素子選択回路にヒステリシス特性を与え、安定動作をさせればよい。 [0034] Incidentally, when in the vicinity of the voltage Vx switching output voltage and the switching may become frequently occur operation unstable, giving a hysteresis characteristic to the switching element selection circuit that case, the stable operation it is sufficient to.

【0035】実施例2. [0035] Example 2. 次に、実施例1における出力電圧を基準電圧により精度良く一致させるために、実施例1にフィードバック制御を追加した第二の実施例を説明する。 Next, in order to precisely match the reference voltage the output voltage in the first embodiment, the second embodiment adds a feedback control to the first embodiment will be described. 図4は本実施例の電源装置の回路構成を示したもので、誤差電圧増幅回路6を追加した構成となる。 Figure 4 shows a circuit configuration of a power supply device of the present embodiment, a configuration obtained by adding the error voltage amplifier 6.

【0036】つぎに、出力電圧を基準電圧に一致させるための構成を説明する。 [0036] Next, a configuration for matching the output voltage to the reference voltage.

【0037】出力電圧Voutは、まず誤差電圧増幅回路6に入力される。 The output voltage Vout is first input to the error voltage amplifier 6. この回路によって従来例通り補正基準電圧Vr'が生成され、この補正基準電圧Vr'がパルス制御回路4へと入力される。 The prior art as correction reference voltage Vr by circuit 'is generated, the correction reference voltage Vr' is input to the pulse control circuit 4. このパルス制御回路4 The pulse control circuit 4
は、補正基準電圧Vr'が大きいほど出力パルスのオン比率を増加させ、逆の場合は減少させるものである。 The correction reference voltage Vr 'is increased as much as on the ratio of the output pulse is large, the opposite case is intended to reduce.

【0038】本実施例では実施例1と同様に、パルス制御回路4とドライバ群5の間にスイッチ素子選択回路7 [0038] Similarly to Example 1 in the present embodiment, the switch element selection circuit 7 during the pulse control circuit 4 and the driver unit 5
が設けられているため、パルス制御回路4から出力されたパルスは、まずスイッチ素子選択回路7へ入力される。 Since is provided a pulse output from the pulse control circuit 4 is first inputted to the switching element selection circuit 7. この回路は出力電圧に応じてスイッチ素子21および22から動作すべき1つのスイッチ素子群2を選択するものである。 This circuit is to select one switch element group 2 to operate the switch elements 21 and 22 in accordance with the output voltage. スイッチ素子選択回路7は切り換え電圧Vxを基準として、出力電圧VoutがVx以上であればスイッチ素子21を選択し、そうでなければスイッチ素子22を選択する。 Switching element selection circuit 7 based on the switching voltage Vx, the output voltage Vout is equal to or greater than Vx select switch element 21, it selects the switching element 22 otherwise. これは、実施例1と同様にオン抵抗が小さいスイッチ素子21を高出力電圧域に、寄生容量の小さいスイッチ素子22を低出力電圧域に、それぞれ択一的に使用するための配慮である。 This switching element 21 likewise on-resistance is smaller in Example 1 in the high output voltage region, the lower switch element 22 parasitic capacitance to a low output voltage region is a consideration for alternatively used, respectively. スイッチ素子選択回路7によって選択されたスイッチ素子が動作する様子は従来例と同様である。 How the switching element, which is selected by the switch element selection circuit 7 is operated is the same as the conventional example.

【0039】実施例3. [0039] Example 3. 次に本発明の第三の実施例について説明する。 Next will be described a third embodiment of the present invention. 図5は本実施例の電源装置の回路構成を示したもので、第二の実施例で2個としたスイッチ素子の個数を3個以上としたものである。 Figure 5 shows a circuit configuration of a power supply device of the present embodiment is obtained by the two and the number of switching elements 3 or more in the second embodiment. 本実施例も第二の実施例同様の構成を有するが、スイッチ素子群2が3個以上のスイッチ素子21〜2n(n≧3)によって、またドライバ群5が3個以上のドライバ51〜5nによって構成される点でのみ異なる。 This embodiment also has the same configuration the second embodiment, the switch module 2 is three or more switch elements 21 to 2 n (n ≧ 3), also drivers 5 is 3 or more driver 51~5n different only in the point made by. また本実施例におけるスイッチ素子21〜2nそれぞれのオン抵抗R1〜Rn、 The respective switching elements 21~2n in this embodiment on resistance R1 to Rn,
および寄生容量C1〜Cnには、 R1<R2<・・・<Rn C1>C2>・・・>Cn なる関係があるものとする。 And the parasitic capacitance C1 to Cn, and R1 <R2 <··· <Rn C1> C2> ···> those Cn made are related.

【0040】図6は、仮にスイッチ素子21〜2nをそれぞれ単独で用いた場合、電源装置が示す出力電圧−効率特性を表した図である。 [0040] Figure 6, if the case of using the switching element 21~2n singly, the output voltage shown by the power supply - is a graph showing the efficiency characteristics. 図6において、スイッチ素子21のみを用いた電源装置では、出力電圧−効率特性の曲線は曲線1を、スイッチ素子22のみを用いた電源装置では曲線2をたどるものとし、以下同様に、スイッチ素子2nのみを用いた電源装置では曲線nをたどるものとする。 6, the power supply device using only the switch element 21, the output voltage - the efficiency characteristic curves curve 1, the power supply device using only the switch element 22 is assumed to follow a curve 2, and so on to the switch element in the power supply device using a 2n only it shall follow the curve n. また曲線1と曲線2の交点の電圧をVx1、曲線2と曲線3の交点の電圧をVx2とし、以下同様に曲線n−1と曲線nの交点の電圧をVxn−1とする。 The voltage at the intersection of curves 1 and 2 Vx1, and the voltage at the intersection of the curve 2 and the curve 3 Vx2, hereinafter likewise the voltage of the intersection of the curve n-1 and the curve n and Vxn-1. この図は、スイッチ素子2k(k=1、2、・・・、n) This figure, the switch element 2k (k = 1,2, ···, n)
を用いた場合、kが大きくなるほど高出力電圧域で低効率となるものの、低出力電圧域では高効率となることを示している。 When using, although k is as a low efficiency in the high output voltage region large in the low output voltage region indicates that a high efficiency. ここでスイッチ素子選択回路7は出力電圧Voutの値に従ってそれぞれ、 Wherein each switch element selection circuit 7 in accordance with the value of the output voltage Vout, なるドライバを選択するものとする。 It is assumed that you select become driver.

【0041】以上の構成における動作を説明する。 [0041] explaining the operation in the above configuration.

【0042】本実施例の電源装置においても、従来例同様、パルス制御回路4が基準電圧Vrに一致した出力電圧Voutを出力させるべきパルスを発生する。 [0042] Also in the power supply unit of the embodiment, the conventional example similar, to generate a pulse to be output the output voltage Vout pulse control circuit 4 coincides with the reference voltage Vr. この際、出力電圧Voutの大きさがVx1以上なら、スイッチ素子選択回路7がドライバ51を選択するため、このドライバ51がパルス制御回路4で生成されたパルスに従ってスイッチ素子21をスイッチングさせる。 At this time, if the magnitude of the output voltage Vout is Vx1 or more, the switching element selection circuit 7 selects a driver 51, a switching element 21 is switched in accordance with pulses the driver 51 is generated by the pulse control circuit 4. またVoutがVx1未満だがVx2以上ならばスイッチ素子22を選択し、以下同様に、オン抵抗が大きくなる順にスイッチ素子を切り換えていく。 The Vout selects the switching element 22 if it is Vx2 more than Vx1, will likewise switches the switching elements in the order in which the ON resistance is increased less. この結果、本実施例の電源装置の出力電圧−効率特性は図7の実線をたどり、低域から高域に至るまで、第一の実施例よりもさらに効率のよい電源装置が実現される。 As a result, the output voltage of the power supply of the present embodiment - efficiency characteristic follows the solid line in FIG. 7, the low frequency up to the high range, further efficient power supply can be realized than the first embodiment.

【0043】実施例4. [0043] Example 4. 次に本発明の第四の実施例について説明する。 Next will be described a fourth embodiment of the present invention. 図8は本実施例の回路構成を示したもので、先の実施例3とは、複数のスイッチ素子21〜2n Figure 8 shows a circuit configuration of this embodiment, the previous embodiment 3, a plurality of switching elements 21~2n
の選択方法、および複数のスイッチ素子21〜2nがすべて同じ特性である点で異なる。 The method selection, and a plurality of switching elements 21~2n differs in that all the same characteristics.

【0044】図9の曲線1,2,…,m,…,nは、各々1個、2個、…、m個、…、n個のスイッチ素子を用いた場合の特性である。 The curves 1 and 2 in FIG. 9, ..., m, ..., n are each 1, 2, ..., m-number, ..., is a characteristic in the case of using the n-number of switching elements. ここで、曲線1と曲線2の交点の電圧をVx1、曲線2と曲線3の交点の電圧をVx2 Here, the voltage at the intersection of curves 1 and 2 Vx1, the voltage at the intersection of the curve 2 and the curve 3 Vx2
とし、以下同様に曲線n−1と曲線nの交点の電圧をV And then, the voltage at the intersection of the following Similarly curve n-1 and the curve n V
xn−1とする。 And xn-1. 本実施例では、以下の関係式に従って選択動作させるスイッチ素子(ドライバ)の個数を決定する。 In this embodiment, to determine the number of switching elements (driver) for selectively operating in accordance with the following equation.

【0045】 [0045] 以上の構成における動作を説明する。 Illustrating the operation of the above configuration.

【0046】出力電圧Voutの大きさがVxn−1以上なら、スイッチ素子選択回路7がn個のドライバ5 [0046] If the magnitude of the output voltage Vout is Vxn-1 or more, the switching element selection circuit 7 is of n driver 5
1,52,…,5nのすべてを選択するため、これらn 1, 52, ..., to select all of 5n, these n
個のドライバ51,…,5nがパルス制御回路4で生成されたパルスに従ってn個のスイッチ素子21,…,2 Number of drivers 51, ..., n-number of switching elements 21 in accordance with pulses 5n is generated by the pulse control circuit 4, ..., 2
nをスイッチングさせる。 A n to switching. またVoutがVxn−1未満だがVxn−2以上ならば、n−1個のスイッチ素子を選択し、以下同様に、n−2個,…,m個、…,1個のスイッチ素子を選択していく。 Also, if Vout is but less than Vxn-1 Vxn-2 or more, to select the (n-1) switching elements, as follows, n-2 pieces, ..., m-number, ..., selects one of the switch elements To go. この結果本実施例の出力電圧−効率特性は図10の実線をたどり、低域から高域に至るまで、第二の実施例と同様、第一の実施例よりもさらに効率の良い電源装置が得られる。 The output voltage of this result the present embodiment - efficiency characteristic follows the solid line in FIG. 10, from the low frequency up to the high range, as with the second embodiment, further efficient power supplies than the first embodiment can get.

【0047】なお、本実施例では、n個のスイッチ素子全てが同じ特性と仮定したが、実際には同じ特性である必要はない。 [0047] In the present embodiment, although all n switch elements is assumed to the same characteristics, not necessarily the same characteristics in practice. この場合は、各スイッチ素子の出力電圧− In this case, the output voltage of the switching elements -
効率特性から最適の組合せでスイッチを選択すればよい。 It may be selected switches in an optimum combination from efficiency characteristics.

【0048】また、第一、第二、第三、第四実施例とも降圧形の電源装置を示したが、本発明は昇圧形、昇降圧形などの電源装置にも適用することが可能である。 [0048] The first, second, third, showed the power supply step-down with the fourth embodiment, the present invention can be applied step-up, also the power supply such as a Buck-Boost is there. 切り替え電圧Vx決定の方法も、第一、第二、第三、第四実施例に示す方法に限る必要はない。 A method of switching voltage Vx determined, first, second, third, not necessarily limited to the method shown in the fourth embodiment. Vxを外部から調節できるようにすれば、実験等によって最適の値が設定できるため、さらに実用的な電源装置が提供される。 If so can adjust the Vx from the outside, since the value of the optimum can be set, more practical power supply is provided by the experiment or the like. さらに、第一、第二、第三、第四実施例ともスイッチ素子の切り換えを出力電圧に対して行ったが、これは基準電圧に対して行ってもよく、出力電力又は出力電流に対して行っても同様の効果がある。 Further, the first, second, relative to the third, with the fourth embodiment has been made with respect to the output voltage of the switching of the switching element, which may be performed on the reference voltage, the output power or the output current even if there is a similar effect.

【0049】 [0049]

【発明の効果】以上説明したように本発明の電源装置によれば、スイッチ素子群に含まれる複数のスイッチ素子から、出力電圧等に応じてスイッチ素子選択回路が最適のスイッチ素子を選択するため、基準電圧が変化した場合であっても高い電源効率を保つことができる。 According to the power supply device of the present invention described above, according to the present invention, a plurality of switching elements included in the switching element group, since the switch element selection circuit selects the optimal switching element in accordance with the output voltage, etc. , even if the reference voltage is changed it is possible to maintain a high power efficiency. この際、スイッチ素子選択回路が出力電圧等に応じてスイッチ素子群から異なる個数、または特性の異なるスイッチ素子を選択するため、選択するスイッチ素子の組合せによって、出力電圧等の低域から高域に至るまで、非常に高い電源効率を実現することができる。 At this time, since the switch element selection circuit selects a different number or characteristics of different switching elements, the switching element group in accordance with the output voltage or the like, by a combination of switching elements that selects, from low-frequency output voltage such as a high-frequency until it is possible to achieve very high power efficiency. これらの結果、 These results,
本発明の電源装置をバッテリ駆動の携帯機器等に使用すると、従来の電源装置に比べて、バッテリ動作時間の大幅な改善が可能となる。 With the power supply of the present invention to portable devices such as battery-powered, as compared with the conventional power supply device, it is possible to greatly improve the battery life.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明の第一実施例に係る電源装置の回路構成図である。 1 is a circuit diagram of a power supply device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】スイッチ素子21、22を単独で用いた場合、 [2] the case of using the switching elements 21 and 22 alone,
電源装置が示す出力電圧−効率特性図である。 Output voltage power supply shown - is the efficiency characteristic diagram.

【図3】本発明の第一実施例に係る電源装置の出力電圧−効率特性図である。 [3] The output voltage of the power supply device according to a first embodiment of the present invention - is the efficiency characteristic diagram.

【図4】本発明の第二実施例に係る電源装置の回路構成図である。 4 is a circuit diagram of a power supply device according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第三実施例に係る電源装置の回路構成図である。 5 is a circuit diagram of a power supply device according to a third embodiment of the present invention.

【図6】スイッチ素子21〜2nを単独で用いた場合、 [6] When using a switching element 21~2n alone,
電源装置が示す出力電圧−効率特性図である。 Output voltage power supply shown - is the efficiency characteristic diagram.

【図7】本発明の第三実施例に係る電源装置の出力電圧−効率特性図である。 [7] The output voltage of the power supply device according to a third embodiment of the present invention - is the efficiency characteristic diagram.

【図8】本発明の第四実施例に係る電源装置の回路構成図である。 8 is a circuit diagram of a power supply device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図9】m個(1≦m≦n)のスイッチ素子を並列動作させたとき電源装置が示す出力電圧−効率特性図である。 [9] the m (1 ≦ m ≦ n) of the output voltage shown by the power supply when the switching element operated in parallel - is the efficiency characteristic diagram.

【図10】本発明の第四実施例に係る電源装置の出力電圧−効率特性図である。 [10] The output voltage of the power supply device according to a fourth embodiment of the present invention - is the efficiency characteristic diagram.

【図11】従来のスイッチング電源装置の基本回路構成を示す構成図である。 11 is a block diagram showing a basic circuit configuration of a conventional switching power supply device.

【図12】図1の電源装置における各部の動作波形を示す図である。 12 is a diagram showing an operation of each unit waveform in the power supply device of FIG.

【図13】一般的な出力可変電源装置の動作概念図である。 13 is an operation conceptual view of a typical variable output power supply.

【図14】図1の電源装置にフィードバックを追加した電源装置を示す図である。 14 is a diagram showing a power supply device to add a feedback to the power supply of FIG.

【図15】スイッチ素子によってチョッピングされた電圧の波形を示す図である。 15 is a diagram showing the waveform of a voltage that is chopped by a switch element.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

2 スイッチ素子群 21〜2n スイッチ素子 3 平滑回路 4 パルス制御装置 7 スイッチ素子選択回路 2 switching element group 21~2n switching element 3 and smoothing circuit 4 pulse controller 7 switching element selection circuit

Claims (3)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 基準電圧に追従した出力電圧を得る出力可変型の電源装置であって、 基準電圧に応じて必要な幅のパルスを発生するパルス制御回路と、 パルス制御回路の発生するパルスに従ってスイッチング動作し、入力電圧をチョッピングしてパルス電圧を生成する複数のスイッチ素子を含むスイッチ素子群と、 出力すべき電圧、電流又は電力に応じて、スイッチ素子群から電源効率を最大にするスイッチ素子を選択して動作させるスイッチ素子選択回路と、 スイッチ素子選択回路が選択したスイッチ素子によって生成されたパルス電圧を平滑し、所望の出力電圧を生成する平滑回路と、 を備えることを特徴とする電源装置。 1. A output variable of the power supply device obtaining an output voltage that follows the reference voltage, and a pulse control circuit for generating a pulse of desired width in accordance with the reference voltage, in accordance with the pulse generated by the pulse control circuit switching operation, the switching element group including a plurality of switching elements for generating a pulse voltage by chopping the input voltage, the voltage to be output, depending on the current or power, switching elements that maximize the power efficiency from the switch module a switch element selection circuit for operating to select a power supply and smoothing the pulse voltage generated by the switching elements the switching element selecting circuit, characterized in that it comprises a smoothing circuit to produce a desired output voltage apparatus.
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の電源装置において、 前記スイッチ素子選択回路は、出力すべき電圧、電流又は電力に応じて、前記スイッチ素子群から異なる個数のスイッチ素子を選択することを特徴とする電源装置。 2. A power supply according to claim 1, wherein the switching element selection circuit, characterized in that the voltage to be output, depending on the current or power, selects a switch element of a different number from the switch module a power supply unit.
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の電源装置において、 前記スイッチ素子群は、特性の異なるスイッチ素子を含み、 前記スイッチ素子選択回路は、出力すべき電圧、電流又は電力に応じて、前記スイッチ素子群から特性の異なるスイッチ素子を選択することを特徴とする電源装置。 3. A power supply according to claim 1, wherein the switching element group includes a different switching element characteristics, the switching element selection circuit voltage to be output, depending on the current or power, the switch power supply and selects the different switching element characteristics from the element group.
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