JPH09182417A - Power supply device and electric apparatus using it - Google Patents

Power supply device and electric apparatus using it

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JPH09182417A
JPH09182417A JP28196196A JP28196196A JPH09182417A JP H09182417 A JPH09182417 A JP H09182417A JP 28196196 A JP28196196 A JP 28196196A JP 28196196 A JP28196196 A JP 28196196A JP H09182417 A JPH09182417 A JP H09182417A
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Hiroshi Hayashi
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form the compact and inexpensive power supply device by setting a switching element in the cut-off state until the counter-electromotive force by an inductance element becomes the current value or less for specifying the forward-direction voltage of a flywheel diode. SOLUTION: A switching element 3 and an inductance element 4 are connected in series between a voltage input terminal T1 and an output terminal T3. A monitoring circuit 6 detects the current flowing to the terminal T3 and prevents the fowling of the current higher than a specified value. The switching element 3 is turned on or off in accordance with the result of the current detection at a driving circuit 7 and the monitoring circuit 6. A flywheel diode 8 forms the path, through which the current caused by the counter-electromotive force of the inductor element 4 flows when the switching element 3 is turned off. Then, a characteristic improving circuit 9 sets the switching element in the cur-off state until the counter-electromotive force caused by the inductance element 4 becomes the current value or less for specifying the forward-direction voltage of the flywheel diode 9.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は多機能電話器、電気
掃除機及びリチウムイオン電池等の2次電池の充電装置
等の電気機器に用いられるDC−DCコンバータといわ
れる電源装置に関し、詳しくはその回路構成に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power supply device called a DC-DC converter used in electric equipment such as a multifunctional telephone, an electric vacuum cleaner, and a charging device for a secondary battery such as a lithium ion battery. Regarding circuit configuration.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、1チップマイクロコンピュータ等
の半導体装置を使用するような電気機器では、半導体装
置の電源として安定した出力電圧特性を要求されるとと
もに、各機器の外形的制約から高効率で小型な電源装置
が要望されている。この要望を満たすものとして、図5
に回路図を示すようなDC−DCコンバータといわれる
方式の電源装置を用いていた。
2. Description of the Related Art Conventionally, electric equipment using a semiconductor device such as a one-chip microcomputer is required to have a stable output voltage characteristic as a power source of the semiconductor device, and is highly efficient due to external restrictions of each equipment. There is a demand for a small power supply device. As satisfying this demand, FIG.
A power supply device of a system called a DC-DC converter as shown in the circuit diagram is used.

【0003】図5の電源装置1bは、直流電源2a及び
入力コンデンサ2bからなる入力電源回路2と、トラン
ジスタ11からなるスイッチング素子3と、インダクタ
ンス素子4と、出力コンデンサ5と、抵抗21、22及
び24、ツェナダイオード23、トランジスタ19及び
20からなる監視回路6と、トランジスタ14、抵抗1
2乃至14からなる駆動回路7と、ダイオード(以下
「フライホイールダイオード」と称す)22とから構成
されている。
A power supply device 1b shown in FIG. 5 has an input power supply circuit 2 including a DC power supply 2a and an input capacitor 2b, a switching element 3 including a transistor 11, an inductance element 4, an output capacitor 5, resistors 21, 22 and. 24, Zener diode 23, monitoring circuit 6 including transistors 19 and 20, transistor 14, resistor 1
The drive circuit 7 is composed of 2 to 14, and a diode (hereinafter referred to as “flywheel diode”) 22.

【0004】そして、入力電源回路2は端子T1(以下
「電圧入力端子T1」と称す)を介してトランジスタ1
1のエミッタに接続され、トランジスタ11のコレクタ
側(図5の配線L′)はインダクタンス素子4を介して
端子T3(以下「出力端子T3」と称す)に接続され、
出力端子T3と端子T2(以下「基準電圧端子T2」と
称す)との間には出力コンデンサ5が接続されている。
また、監視回路6のトランジスタ19のコレクタ出力は
駆動回路7のトランジスタ14のベースに接続されると
ともに、コンデンサ16を介して配線L′に接続されて
いる。更に、基準電圧端子T2もダイオード8を介して
配線L′に接続されている。
The input power supply circuit 2 is connected to the transistor 1 via a terminal T1 (hereinafter referred to as "voltage input terminal T1").
1, the collector side of the transistor 11 (wiring L ′ in FIG. 5) is connected to the terminal T3 (hereinafter referred to as “output terminal T3”) via the inductance element 4,
The output capacitor 5 is connected between the output terminal T3 and the terminal T2 (hereinafter referred to as “reference voltage terminal T2”).
The collector output of the transistor 19 of the monitor circuit 6 is connected to the base of the transistor 14 of the drive circuit 7 and also connected to the wiring L ′ via the capacitor 16. Further, the reference voltage terminal T2 is also connected to the wiring L ′ via the diode 8.

【0005】動作について説明する。まず、電源装置1
bの出力端子T3と基準電圧端子T2との間にモータや
半導体装置等の負荷を接続し、直流電源2aを所定の電
圧V1に設定すると、電圧入力端子T1を介して以降の
回路に電圧が印加されて動作可能になる。この電圧印加
により、トランジスタ14が導通するとトランジスタ1
1が導通され、インダクタンス4を介して監視回路6及
び負荷に電流(以下「出力電流」と称す)が流れるよう
になる。このとき、コンデンサ16を介してもトランジ
スタ14にベース電流が流れるので、トランジスタ14
のコレクタ電流が大きくなり、トランジスタ11は急速
に飽和する。
The operation will be described. First, the power supply device 1
When a load such as a motor or a semiconductor device is connected between the output terminal T3 of b and the reference voltage terminal T2 and the DC power supply 2a is set to a predetermined voltage V1, the voltage is applied to the subsequent circuits via the voltage input terminal T1. Applied and becomes operable. By applying this voltage, when the transistor 14 becomes conductive, the transistor 1
1 is conducted, and a current (hereinafter referred to as “output current”) flows through the inductance 4 to the monitoring circuit 6 and the load. At this time, since the base current flows through the transistor 14 even through the capacitor 16, the transistor 14
The collector current of the transistor becomes large, and the transistor 11 saturates rapidly.

【0006】そして、出力電流が大きい場合には監視回
路6に出力電流が流れてトランジスタ20を導通する電
圧が抵抗22に発生し、トランジスタ20が導通するこ
とによりトランジスタ19が導通するようになる。一
方、出力電流が少なく出力電圧が上昇するような場合に
は抵抗24に発生する電圧によりトランジスタ19が導
通するようになる。このようにして、トランジスタ19
が導通すると、トランジスタ14のベース電圧が低レベ
ルになるのでトランジスタ14が遮断し、トランジスタ
11が遮断される。このとき、インダクタンス4には逆
起電力が発生するので、負荷及びダイオード8にはこの
逆起電力による電流が流れ続ける。
When the output current is large, the output current flows through the monitoring circuit 6 to generate a voltage in the resistor 22 which makes the transistor 20 conductive, and the transistor 20 becomes conductive, so that the transistor 19 becomes conductive. On the other hand, when the output current is small and the output voltage rises, the transistor 19 becomes conductive by the voltage generated in the resistor 24. In this way, the transistor 19
Is turned on, the base voltage of the transistor 14 becomes low level, so that the transistor 14 is cut off and the transistor 11 is cut off. At this time, since a counter electromotive force is generated in the inductance 4, a current due to this counter electromotive force continues to flow in the load and the diode 8.

【0007】その後、逆起電力が徐々に低下するととも
に出力電流が減少し、抵抗22による電圧降下が少なく
なってトランジスタ20が遮断されるようになると、ト
ランジスタ19が遮断されてトランジスタ14のベース
電圧が上昇するので、トランジスタ11が再び導通する
ようになる。以上のような動作サイクルを繰り返しなが
ら出力電流を出力コンデンサ5に充電し、負荷に対して
略一定の出力電流が供給できるようになっている。
After that, when the counter electromotive force gradually decreases and the output current decreases, the voltage drop due to the resistor 22 decreases, and the transistor 20 is cut off. Then, the transistor 19 is cut off and the base voltage of the transistor 14 is cut off. Rises, so that the transistor 11 becomes conductive again. The output current is charged in the output capacitor 5 by repeating the above-described operation cycle so that a substantially constant output current can be supplied to the load.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
電源装置1bの負荷に流れる出力電流に対する出力電圧
及び端子T1での入力電流の特性は、図6に波形図を示
すように、出力電流が規格値(図5中のB、B′点)を
越えた後は出力電圧及び入力電流共徐々に低下するよう
な特性をしているとともに、出力電流が増大するにつれ
て上述の動作サイクルの周期が短くなるように動作す
る。従って、トランジスタ11及びインダクタンス素子
4等の素子による電力損失が増大し、各素子及び電源装
置が発熱してしまうという問題がある。また、各素子の
発熱が大きくなると、パッケージ及びこれを用いた基板
等に放熱処理を行う必要が生じ、各素子の外形が大きく
なるとともに、電源装置全体及びこれを用いる機器の外
形も大きくなるという問題もある。
However, the characteristics of the output voltage and the input current at the terminal T1 with respect to the output current flowing through the load of the conventional power supply device 1b are as shown in the waveform diagram of FIG. After exceeding the values (points B and B'in FIG. 5), both output voltage and input current gradually decrease, and the cycle of the above operation cycle becomes shorter as the output current increases. To work. Therefore, there is a problem in that power loss due to the transistor 11 and elements such as the inductance element 4 increases, and each element and the power supply device generate heat. Further, when the heat generation of each element increases, it becomes necessary to perform heat radiation processing on the package and the substrate using the same, and the external dimensions of each element increase, and the external dimensions of the entire power supply device and the equipment using the same also increase. There are also problems.

【0009】そこで本発明はこれらの問題を解決し、電
源装置の電力損失が少なくするような回路構成にするこ
とにより、小型且つ安価な電源装置及びこれを用いた電
気機器を容易に形成できるようにすることを目的とす
る。
Therefore, the present invention solves these problems and adopts a circuit configuration that reduces the power loss of the power supply device, so that a small and inexpensive power supply device and electric equipment using the same can be easily formed. The purpose is to

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上述の問題を解決するた
めに、請求項1の記載に係わる電源装置は、電圧入力端
子と出力端子との間に直列接続されたスイッチング素子
及びインダクタンス素子と、出力端子に流れる電流を検
出し一定値以上の電流が流れるのを防止するための監視
回路と、監視回路での電流検出結果に応じてスイッチン
グ素子を導通及び遮断させるための駆動回路と、スイッ
チング素子が遮断されたときにインダクタンス素子の逆
起電力による電流が流れる経路を形成するためのフライ
ホイールダイオードと、を有する電源装置において、イ
ンダクタンス素子による逆起電力がフライホイールダイ
オードの順方向電圧を規定する電流以下になるまでスイ
ッチング素子を遮断状態にするための特性改善回路を有
することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, a power supply device according to a first aspect of the present invention comprises a switching element and an inductance element connected in series between a voltage input terminal and an output terminal, A monitoring circuit for detecting a current flowing through the output terminal and preventing a current more than a certain value from flowing, a drive circuit for connecting and disconnecting the switching element according to the current detection result of the monitoring circuit, and a switching element And a flywheel diode for forming a path through which a current due to the counter electromotive force of the inductance element flows when the power is cut off, the counter electromotive force due to the inductance element defines the forward voltage of the flywheel diode. It is characterized by having a characteristic improvement circuit for shutting off the switching element until the current falls below the current. That.

【0011】このような構成により、簡単な回路構成で
ありながら回路の内部損失が少なくなって放熱処理を簡
略化できるようになり、小型で安価な電子部品またはこ
れらの一部を1つに集積化した小型の半導体装置を使用
して電源装置を形成できるようになる。また、請求項2
の記載に係わる電気機器は、電圧入力端子に商用電源の
整流電圧が接続され、出力端子に出力電圧平滑用の出力
コンデンサ及び半導体装置が接続された請求項1に記載
の電源装置を用いていることを特徴とする。このような
構成により、半導体応用製品の電源回路に小型で安価な
電源装置を容易に使用できるようになる。
With such a structure, although the circuit structure is simple, the internal loss of the circuit is reduced and the heat radiation process can be simplified, and small and inexpensive electronic parts or a part of them are integrated into one. It becomes possible to form a power supply device by using the miniaturized semiconductor device. Claim 2
The electric device according to claim 1 uses the power supply device according to claim 1, wherein a rectified voltage of a commercial power supply is connected to a voltage input terminal, and an output capacitor for smoothing an output voltage and a semiconductor device are connected to an output terminal. It is characterized by With such a configuration, it becomes possible to easily use a small-sized and inexpensive power supply device for the power supply circuit of the semiconductor application product.

【0012】[0012]

【実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図1乃至図
4を参照しながら詳細に説明する。尚、本明細書では全
図面を通して同一または同様の回路要素には同一の符号
を付して重複する説明を省略している。図1は本発明を
用いたDC−DCコンバータといわれる電源装置の回路
図を示し、その構成は、電源電圧を所定のタイミングで
導通または遮断(以下「スイッチング」と称す)するた
めのスイッチング素子3と、スイッチング素子3により
電源電圧が遮断されたときに逆起電力を発生させるため
のインダクタンス素子4と、インダクタンス素子4によ
り発生した逆起電力により充電されて出力のインピーダ
ンスを下げるための電解型の出力コンデンサ5と、出力
電流を検出するとともに異常電圧が入力されたときにス
イッチング素子3の動作を停止するための監視回路6
と、監視回路6からの信号に応じてスイッチング素子3
を制御駆動するための駆動回路7と、発生した逆起電力
による電流が流れる経路を形成するダイオード(以下
「フライホイールダイオード」と称す)8と、出力電流
に対する出力電圧の特性が所定の電流値以上では急激に
出力電圧が低下する垂下型の特性にするための特性改善
回路9とから構成されている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. In this specification, the same or similar circuit elements are denoted by the same reference numerals throughout the drawings, and redundant description is omitted. FIG. 1 shows a circuit diagram of a power supply device called a DC-DC converter using the present invention, which has a switching element 3 for conducting or cutting off (hereinafter referred to as “switching”) a power supply voltage at a predetermined timing. And an inductance element 4 for generating a counter electromotive force when the power supply voltage is cut off by the switching element 3, and an electrolytic type for reducing the output impedance by being charged by the counter electromotive force generated by the inductance element 4. An output capacitor 5 and a monitoring circuit 6 for detecting the output current and stopping the operation of the switching element 3 when an abnormal voltage is input.
And the switching element 3 according to the signal from the monitoring circuit 6.
Drive circuit 7 for controlling and driving the diode, a diode (hereinafter referred to as a "flywheel diode") 8 that forms a path through which a current due to the generated counter electromotive force flows, and a characteristic of the output voltage with respect to the output current has a predetermined current value. The above is composed of the characteristic improving circuit 9 for making the drooping characteristic in which the output voltage sharply decreases.

【0013】各回路の構成について更に詳しく説明す
る。スイッチング素子3は端子T1(以下「電圧入力端
子T1」と称す)にエミッタが接続されるとともにイン
ダクタンス素子4にコレクタが接続されたPNP型のト
ランジスタ15から構成され、インダクタンス素子4は
フェライトやアモルファス等をコアにして巻かれたコイ
ルから構成されている。更に、監視回路6は負荷に流れ
る電流(以下「出力電流」と称す)を検出するための抵
抗22と、端子T3(以下「出力端子T3」と称す)と
端子T2(以下「基準電圧端子T2」と称す)との間に
直列に接続されたツェナダイオード23及び抵抗24
と、出力端子T3にベースが接続されるとともに抵抗2
2とインダクタンス素子4との間にエミッタが接続さ
れ、コレクタが抵抗21を介してツェナダイオード23
のアノードと抵抗24の接続点に接続されたPNP型の
トランジスタ20と、ツェナダイオード23のアノード
側にベースが接続されるとともにエミッタが基準電圧端
子T2に接続されてコレクタ出力により駆動回路7を制
御するためのNPN型のトランジスタ19とから構成さ
れている。駆動回路7はトランジスタ11のベースに抵
抗13を介してコレクタが接続されるとともに、基準電
圧端子T2に抵抗15を介してエミッタが接続され、電
圧入力端子T1に抵抗12を介してベースが接続された
NPN型のトランジスタ14とから構成されている。特
性改善回路9はカソードがフライホイールダイオード8
のカソードに接続されるとともに、アノードが抵抗18
を介してトランジスタ19のコレクタに接続されたダイ
オード17から構成されている。
The configuration of each circuit will be described in more detail. The switching element 3 is composed of a PNP type transistor 15 having an emitter connected to a terminal T1 (hereinafter referred to as "voltage input terminal T1") and a collector connected to an inductance element 4. It is composed of a coil wound around a core. Further, the monitoring circuit 6 has a resistor 22 for detecting a current flowing in the load (hereinafter referred to as “output current”), a terminal T3 (hereinafter referred to as “output terminal T3”), and a terminal T2 (hereinafter referred to as “reference voltage terminal T2”). , And a zener diode 23 and a resistor 24 connected in series between
And the base is connected to the output terminal T3 and the resistor 2
2 is connected between the inductor 2 and the inductance element 4, and the collector is connected through the resistor 21 to the Zener diode 23.
Of the PNP type transistor 20 connected to the connection point of the anode and the resistor 24 and the base of the Zener diode 23 on the anode side, and the emitter connected to the reference voltage terminal T2 to control the drive circuit 7 by the collector output. And an NPN-type transistor 19 for In the drive circuit 7, the base of the transistor 11 is connected to the collector via the resistor 13, the reference voltage terminal T2 is connected to the emitter via the resistor 15, and the voltage input terminal T1 is connected to the base via the resistor 12. And an NPN-type transistor 14. In the characteristic improving circuit 9, the cathode is a flywheel diode 8
Is connected to the cathode of the
It is composed of a diode 17 connected to the collector of the transistor 19 through.

【0014】各回路構成間の接続について更に説明す
る。電圧入力端子T1を介して電源電圧がトランジスタ
11のエミッタに接続され、トランジスタ11のコレク
タ側(図1中の配線L)はインダクタンス素子4を介し
て出力端子T3に接続され、出力端子T3と基準電圧端
子T2との間には出力コンデンサ5が接続されている。
また、監視回路6のトランジスタ19のコレクタ出力は
駆動回路7のトランジスタ14のベースに接続されると
ともに、特性改善回路9を介して配線Lに接続されてい
る。更に、基準電圧端子T2もダイオード8を介して配
線Lに接続されている。
The connection between the circuit configurations will be further described. The power supply voltage is connected to the emitter of the transistor 11 via the voltage input terminal T1, the collector side of the transistor 11 (wiring L in FIG. 1) is connected to the output terminal T3 via the inductance element 4, and the output terminal T3 and the reference terminal The output capacitor 5 is connected to the voltage terminal T2.
Further, the collector output of the transistor 19 of the monitoring circuit 6 is connected to the base of the transistor 14 of the driving circuit 7 and is also connected to the wiring L via the characteristic improving circuit 9. Further, the reference voltage terminal T2 is also connected to the wiring L via the diode 8.

【0015】次に本発明の回路動作について説明する。
まず、電源装置1aの出力端子T3と基準電圧端子T2
との間にモータや半導体装置等の負荷となる装置を接続
するとともに、電圧入力端子T1に直流電源2aとその
インピーダンスを下げるために直流電源2aと並列に設
けられた電解型のコンデンサ2bとからなる入力電源回
路2を接続する。そして、直流電源2aを所定の電圧V
1に設定すると、電圧入力端子T1を介して以降の回路
に電圧が印加されて動作が可能になる。この電圧印加に
より、トランジスタ14が導通するとトランジスタ11
が導通され、インダクタンス素子4を介して監視回路6
及び負荷に出力電流が流れるようになる。この時、トラ
ンジスタ14のベースにはダイオード17がコンデンサ
のように作用して抵抗18を介して正帰還がかかるよう
になるので、トランジスタ11は急速に飽和及び導通す
るようになっている。
Next, the circuit operation of the present invention will be described.
First, the output terminal T3 and the reference voltage terminal T2 of the power supply device 1a
A load device such as a motor or a semiconductor device is connected between the DC power source 2a and the electrolytic capacitor 2b provided in parallel with the DC power source 2a to reduce its impedance at the voltage input terminal T1. The input power supply circuit 2 is connected. Then, the DC power supply 2a is set to a predetermined voltage V
When set to 1, a voltage is applied to subsequent circuits via the voltage input terminal T1 to enable operation. By applying this voltage, when the transistor 14 becomes conductive, the transistor 11
Is conducted, and the monitoring circuit 6 is connected via the inductance element 4.
And the output current will flow to the load. At this time, the diode 17 acts like a capacitor on the base of the transistor 14 and positive feedback is applied via the resistor 18, so that the transistor 11 is saturated and conducted rapidly.

【0016】そして、出力電流が大きい場合には監視回
路6に出力電流が流れてトランジスタ20を導通する電
圧が抵抗22に発生し、トランジスタ20が導通するこ
とによりトランジスタ19が導通するようになる。一
方、出力電流が少なくトランジスタ20が導通しないよ
うな場合で出力電圧が上昇するような場合には、ツェナ
ーダイオード23に電流が流れて抵抗24に電圧が発生
することによりトランジスタ19が導通するようにな
る。このようにして、トランジスタ19が導通すると、
トランジスタ14のベース電圧が低レベルになるのでト
ランジスタ14が遮断するとともに、トランジスタ11
が遮断される。この時、インダクタンス4には逆起電力
が発生するので、この逆起電力により負荷及びダイオー
ド8には出力電流が流れ続ける。
When the output current is large, the output current flows through the monitoring circuit 6 to generate a voltage in the resistor 22 which makes the transistor 20 conductive, and the transistor 20 becomes conductive, so that the transistor 19 becomes conductive. On the other hand, when the output voltage rises when the output current is small and the transistor 20 does not conduct, a current flows through the Zener diode 23 and a voltage is generated in the resistor 24 so that the transistor 19 conducts. Become. In this way, when the transistor 19 becomes conductive,
Since the base voltage of the transistor 14 becomes low level, the transistor 14 is cut off and the transistor 11
Is shut off. At this time, since a counter electromotive force is generated in the inductance 4, the output current continues to flow in the load and the diode 8 due to the counter electromotive force.

【0017】その後、逆起電力が徐々に低下するととも
に逆起電力による電流が減少してトランジスタ20が遮
断されるか、出力電圧が所定値よりも低下してツェナー
ダイオード23に電流が流れなくなり抵抗24の電圧が
低下すると、トランジスタ19が遮断されるようにな
る。この時、配線Lの電圧は図3(a)に示す(後述あ
り)ようにダイオード8の順方向電圧(VF (V))分
だけ基準電圧(0(V))よりも低い電圧になっている
ので、特性改善回路9のダイオード17及び抵抗18を
介してトランジスタ14のベース電圧(VB14 )を式
(1)で示すような電圧に設定することになる。実際に
は、抵抗18の抵抗値(R18)に比べて抵抗12の抵抗
値(R12)の方が充分大きいので、そのベース電圧は概
ね基準電圧になっている。従って、トランジスタ14の
ベース電圧はそのベース・エミッタ間の電圧より小さい
値になり、トランジスタ14は遮断されたままとなって
逆起電力による出力電流が流れ続ける。尚、抵抗18は
無くても良いが、ダイオード17を過電流から保護する
ために設けられている。
After that, the back electromotive force gradually decreases and the current due to the back electromotive force decreases to shut off the transistor 20, or the output voltage drops below a predetermined value and no current flows to the Zener diode 23. When the voltage of 24 drops, the transistor 19 will be cut off. At this time, the voltage of the wiring L becomes lower than the reference voltage (0 (V)) by the forward voltage (VF (V)) of the diode 8 as shown in FIG. 3A (described later). Therefore, the base voltage (VB14) of the transistor 14 is set to the voltage shown in the equation (1) through the diode 17 and the resistor 18 of the characteristic improving circuit 9. Actually, the resistance value (R12) of the resistor 12 is sufficiently larger than the resistance value (R18) of the resistor 18, so that the base voltage thereof is substantially the reference voltage. Therefore, the base voltage of the transistor 14 becomes smaller than the voltage between the base and the emitter thereof, and the transistor 14 remains cut off, so that the output current due to the counter electromotive force continues to flow. The resistor 18 may be omitted, but it is provided to protect the diode 17 from overcurrent.

【0018】[0018]

【数式1】 VB14 = V1×R18/(R12+R18) ・・・(1) そして、トランジスタ14のベース電圧が上昇して再び
導通するのは、逆起電力及び出力電流が更に減少してダ
イオード8に流れる電流が順方向電圧(一般的に0.4
V乃至1.7V)により規定される電流(「順方向電
流」という)以下になりダイオード17の順方向電圧が
無くなった後になる。
## EQU00001 ## VB14 = V1.times.R18 / (R12 + R18) (1) Then, the base voltage of the transistor 14 rises and becomes conductive again because the counter electromotive force and the output current further decrease and the diode 8 The flowing current is a forward voltage (typically 0.4
The current becomes equal to or less than the current (referred to as "forward current") defined by V to 1.7 V), and the forward voltage of the diode 17 disappears.

【0019】以上のような動作サイクルを繰り返しなが
ら出力電流を出力コンデンサ5に充電し、負荷に対して
略一定の出力電流及び電圧が供給されることにより、図
2(a)に示すように、規定の出力電流値(図2中のA
点)までは一定の出力電圧を出力するとともに、規定の
出力電流値以上になると出力電圧が急激に低下するよう
な垂下型の出力特性になる。また、このとき端子T1で
の入力電流の特性は図2(b)に示すようになる。この
ような電気的特性を有することにより、出力端子T3が
基準電位に短絡したり過負荷が接続された場合の電力損
失を大幅に抑えることができるようになるので、その分
回路の発熱が抑えられ放熱処理が容易になり、回路及び
装置の小型化が可能になる。例えば、本発明の回路での
電力損失は、従来の回路に比べて40%程度削減可能に
なり約1Wにすることができる。
The output current is charged in the output capacitor 5 while repeating the above operation cycle, and a substantially constant output current and voltage are supplied to the load, so that as shown in FIG. Specified output current value (A in Fig. 2
Up to the point), a constant output voltage is output, and when the output current exceeds the specified output current value, the output voltage drops drastically, resulting in a drooping type output characteristic. The characteristic of the input current at the terminal T1 at this time is as shown in FIG. By having such electrical characteristics, it is possible to significantly reduce power loss when the output terminal T3 is short-circuited to the reference potential or an overload is connected, so that heat generation of the circuit is suppressed accordingly. As a result, the heat radiation process is facilitated, and the circuit and the device can be downsized. For example, the power loss in the circuit of the present invention can be reduced by about 40% as compared with the conventional circuit, and can be about 1 W.

【0020】図3は、図1の電源装置1aにおける配線
Lの電圧と、インダクタンス4に流れる電流の波形の一
例を示している。尚、同図においてはリップル電圧等は
省略している。同図(a)のVsat はトランジスタ11
の導通時の飽和電圧を示し、t1はスイッチング素子3
の動作サイクルの周期時間を示している。更に、同図
(b)のインダクタンス素子4に流れる電流は、コンデ
ンサ2bの両端間の電圧をV1(V)、コンデンサ5の
両端間の出力電圧をV2(V)、抵抗22の両端間の電
圧をVbe(V)、インダクタス素子4のインダクタン
ス値をL(H)、逆起電力によるダイオード8の順方向
電圧をVF (V)、経過時間をΔt(s)とすると、ト
ランジスタ11が導通しているときの充電電流は式
(2)で表され、トランジスタ11が遮断されて逆起電
力により充電されているときは式(3)で表される。
FIG. 3 shows an example of waveforms of the voltage of the wiring L and the current flowing through the inductance 4 in the power supply device 1a of FIG. Note that the ripple voltage and the like are omitted in FIG. The Vsat in FIG.
Represents the saturation voltage when the device is conducting, and t1 is the switching element 3
Shows the cycle time of the operation cycle. Further, the current flowing in the inductance element 4 of FIG. 2B is as follows: the voltage across the capacitor 2b is V1 (V), the output voltage across the capacitor 5 is V2 (V), and the voltage across the resistor 22 is Is Vbe (V), the inductance value of the inductor element 4 is L (H), the forward voltage of the diode 8 due to the back electromotive force is VF (V), and the elapsed time is Δt (s), the transistor 11 becomes conductive. The charging current during the charging is expressed by the formula (2), and when the transistor 11 is cut off and charged by the counter electromotive force, the charging current is expressed by the formula (3).

【0021】[0021]

【数式2】 i = (V1−(V2+Vbe))×Δt/L ・・・(2)## EQU00002 ## i = (V1- (V2 + Vbe)). Times..DELTA.t / L (2)

【0022】[0022]

【数式3】 i′=−(V2−(VF −Vbe))×Δt/L ・・・(3) 尚、出力電流や各定数の値は、接続される負荷に応じて
必要な電流を設定すれば良く、例えば、出力電流のピー
ク値が数100mAの場合には、動作サイクルの周期t
1を数μs乃至数10μs、インダクタンス素子4のイ
ンダクタンス値を数mH乃至数10mH、抵抗22の抵
抗値を数Ω乃至数10Ω程度、抵抗12の抵抗値を数M
Ω程度、抵抗18の抵抗値を数100Ω程度に設定する
ようにすれば良い。
[Mathematical formula-see original document] i '=-(V2- (VF-Vbe)) * [Delta] t / L (3) Note that the output current and the values of the respective constants are set according to the load to be connected. For example, when the peak value of the output current is several hundred mA, the cycle t of the operation cycle is
1 is several μs to several tens μs, the inductance value of the inductance element 4 is several mH to several tens mH, the resistance value of the resistor 22 is about several Ω to several tens Ω, and the resistance value of the resistor 12 is several M.
Ω, and the resistance value of the resistor 18 may be set to about several hundreds Ω.

【0023】図4は図1の電源装置1aを電気掃除機等
に用いた場合の応用回路としての実施の形態を示す。図
4の応用回路50は、交流電圧(いわゆる「商用電
源」)を入力するためのプラグ51と、交流電源を整流
及び平滑して本発明の電源装置1aの電源電圧とするた
めのダイオード素子52と入力コンデンサ2cからなる
入力電源回路と、電源装置1aから電源電圧を供給され
て動作する1チップマイクロコンピュータ等の半導体装
置53と、半導体装置53からの制御信号を伝送するた
めのインタラプタ回路54と、インタラプタ回路54で
入力された信号に応じて交流電源の導通及び遮断の制御
を行うトライアック等の駆動装置60と、駆動装置60
により制御された交流電源により動作するモータ等の負
荷59から構成されている。
FIG. 4 shows an embodiment as an application circuit when the power supply device 1a of FIG. 1 is used for an electric vacuum cleaner or the like. The application circuit 50 of FIG. 4 includes a plug 51 for inputting an AC voltage (so-called “commercial power supply”) and a diode element 52 for rectifying and smoothing the AC power supply to obtain the power supply voltage of the power supply device 1a of the present invention. An input power supply circuit including an input capacitor 2c, a semiconductor device 53 such as a one-chip microcomputer that operates by being supplied with a power supply voltage from the power supply device 1a, and an interrupter circuit 54 for transmitting a control signal from the semiconductor device 53. , A drive device 60 such as a triac for controlling conduction and interruption of an AC power supply in accordance with a signal input by the interrupter circuit 54, and a drive device 60
It is composed of a load 59 such as a motor operated by an AC power source controlled by.

【0024】各部の接続関係について説明する。交流電
源はプラグ51を介して一端が電源装置1aの基準電圧
端子T2及び各回路の基準電圧(GND)側に接続され
るとともに、他端は負荷59及びダイオード素子52の
アノードに接続されている。ダイオード素子52と入力
コンデンサ2cにより整流及び平滑された電源電圧は本
発明の電源装置1aの電圧入力端子T1に接続され、電
源装置1aの出力端子T3は半導体装置53の電源電圧
端子(VDD)に接続され、半導体装置53の出力Sは抵
抗55を介してインタラプタ回路54の発光ダイオード
56のアノードに接続されている。発光ダイオード56
の発光出力は、抵抗58を介して駆動装置60のトライ
アックのアノード及びゲート間に接続されたピンダイオ
ード等の受光素子57で受光され、トライアックの他の
アノードが負荷59に接続されている。このような回路
構成により、100Vや220V等の商用電源を使用し
たモータ等の負荷を容易に制御できるようになってい
る。
The connection relation of each part will be described. One end of the AC power supply is connected to the reference voltage terminal T2 of the power supply device 1a and the reference voltage (GND) side of each circuit via the plug 51, and the other end is connected to the load 59 and the anode of the diode element 52. . The power supply voltage rectified and smoothed by the diode element 52 and the input capacitor 2c is connected to the voltage input terminal T1 of the power supply device 1a of the present invention, and the output terminal T3 of the power supply device 1a is connected to the power supply voltage terminal (VDD) of the semiconductor device 53. The output S of the semiconductor device 53 is connected to the anode of the light emitting diode 56 of the interrupter circuit 54 via the resistor 55. Light emitting diode 56
The light emission output of is received by the light receiving element 57 such as a pin diode connected between the anode and the gate of the triac of the driving device 60 via the resistor 58, and the other anode of the triac is connected to the load 59. With such a circuit configuration, it is possible to easily control a load such as a motor using a commercial power supply of 100V or 220V.

【0025】尚、本発明は上述の実施の形態に限定され
るものではなく、例えば、入力電源回路にダイオードブ
リッジ回路やセンタタップ付きトランス等を用いた全波
整流回路を用いるようにしたり、入力電源回路に動作制
御用のスイッチ回路を設けたり、動作状態表示用に発光
ダイオード等の表示装置を設けたり、本発明の電源装置
の出力電圧を抵抗等で分圧して1チップマイコン等の電
源電圧として使用するようにしても構わない。また、監
視回路の電圧検出回路は負荷に流れる電流を検出できる
回路構成ならば任意の回路構成で構わない。更に、本発
明の回路を単品の電子部品のみを使用して形成しても良
いし、トランジスタ、ダイオード及び抵抗による回路部
分のみを1つに集積化した半導体装置に形成しても良
い。また、図1のバイポーラトランジスタによる回路の
代わりにMOSトランジスタを用いた回路構成にしても
構わない。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and for example, a full-wave rectification circuit using a diode bridge circuit, a transformer with a center tap, or the like may be used in the input power supply circuit, or the input power circuit may be used. A switch circuit for operation control is provided in the power supply circuit, a display device such as a light emitting diode is provided for displaying the operation state, and the output voltage of the power supply device of the present invention is divided by a resistor or the like to supply voltage of a one-chip microcomputer or the like It may be used as. The voltage detection circuit of the monitoring circuit may have any circuit configuration as long as it can detect the current flowing through the load. Furthermore, the circuit of the present invention may be formed by using only a single electronic component, or may be formed in a semiconductor device in which only a circuit portion including a transistor, a diode and a resistor is integrated. Further, a circuit configuration using MOS transistors may be used instead of the circuit using bipolar transistors in FIG.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、請求項1
の記載に係わる電源装置は、簡単な回路構成でありなが
ら内部損失が少なくなって放熱処理を簡略化できるよう
になるので、小型で安価な電子部品またはこれらの一部
を1つに集積化した小型の半導体装置を使用して電源装
置を容易に形成できるようになり、小型且つ安価な電源
装置を容易に形成できるという効果がある。
According to the present invention as described above, claim 1
Since the power supply device according to the description has a simple circuit configuration, the internal loss is reduced and the heat dissipation process can be simplified. Therefore, a small and inexpensive electronic component or a part thereof is integrated into one. A power supply device can be easily formed using a small semiconductor device, and a small and inexpensive power supply device can be easily formed.

【0027】また、請求項2の記載に係わる電気機器
は、半導体応用製品の電源回路に小型で安価な電源装置
を容易に使用できるようになるので、製品の外形形状の
制限が少なくなって設計期間が短縮され設計費用が削減
されるとともに、製品の単価を低減できるようになると
いう効果がある。
In addition, since the electric equipment according to the second aspect can easily use a small-sized and inexpensive power supply device for the power supply circuit of the semiconductor application product, the outer shape of the product is less restricted and designed. This has the effect of shortening the period, reducing the design cost, and reducing the unit price of the product.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態を示す回路図、FIG. 1 is a circuit diagram illustrating an embodiment of the present invention,

【図2】本発明の実施の形態の出力電圧及び入力電流の
特性を示す波形図、
FIG. 2 is a waveform diagram showing characteristics of output voltage and input current according to the embodiment of the present invention,

【図3】本発明の実施の形態の主要部の特性を示す波形
図、
FIG. 3 is a waveform diagram showing characteristics of main parts of the embodiment of the present invention,

【図4】本発明の回路を用いた応用装置を示す構成図、FIG. 4 is a configuration diagram showing an applied device using the circuit of the present invention,

【図5】従来の回路例を示す回路図、FIG. 5 is a circuit diagram showing a conventional circuit example,

【図6】従来の回路例の特性を示す波形図である。FIG. 6 is a waveform diagram showing characteristics of a conventional circuit example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1a:電源装置 2 :入力電源回路 3 :スイッチング素子(PNPトランジスタ) 4 :インダクタンス素子 5 :出力コンデンサ 6 :監視回路 7 :駆動回路 8 :(フライホイール)ダイオード 9 :特性改善回路 1a: Power supply device 2: Input power supply circuit 3: Switching element (PNP transistor) 4: Inductance element 5: Output capacitor 6: Monitoring circuit 7: Drive circuit 8: (Flywheel) diode 9: Characteristic improvement circuit

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電圧入力端子と出力端子との間に直列接
続されたスイッチング素子及びインダクタンス素子と、
出力端子に流れる電流を検出し一定値以上の電流が流れ
るのを防止するための監視回路と、前記監視回路での電
流検出結果に応じて前記スイッチング素子を導通及び遮
断させるための駆動回路と、前記スイッチング素子が遮
断されたときに前記インダクタンス素子の逆起電力によ
る電流が流れる経路を形成するためのフライホイールダ
イオードと、を有する電源装置において、前記インダク
タンス素子による逆起電力が前記フライホイールダイオ
ードの順方向電圧を規定する電流以下になるまで前記ス
イッチング素子を遮断状態にするための特性改善回路を
有することを特徴とする電源装置。
1. A switching element and an inductance element connected in series between a voltage input terminal and an output terminal,
A monitoring circuit for detecting a current flowing through the output terminal and preventing a current of a certain value or more from flowing, and a drive circuit for connecting and disconnecting the switching element according to a current detection result in the monitoring circuit, In a power supply device having a flywheel diode for forming a path through which a current due to the counter electromotive force of the inductance element flows when the switching element is cut off, the counter electromotive force due to the inductance element is equal to that of the flywheel diode. A power supply device having a characteristic improving circuit for turning off the switching element until the current becomes equal to or less than a current that defines a forward voltage.
【請求項2】 前記電圧入力端子に商用電源の整流電圧
が接続され、前記出力端子に出力電圧平滑用の出力コン
デンサ及び半導体装置が接続された請求項1に記載の電
源装置を用いていることを特徴とする電気機器。
2. The power supply device according to claim 1, wherein a rectified voltage of a commercial power supply is connected to the voltage input terminal, and an output capacitor for smoothing an output voltage and a semiconductor device are connected to the output terminal. Electrical equipment characterized by.
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