JPH09219968A

JPH09219968A - 昇圧型電源装置

Info

Publication number: JPH09219968A
Application number: JP2553796A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Hasegawa; 和男長谷川
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1996-02-13
Filing date: 1996-02-13
Publication date: 1997-08-19

Abstract

(57)【要約】【課題】軽負荷の場合に昇圧型電源装置の消費電力を
低減させ、電源電池１の消耗を少なくした直流−直流コ
ンバータタイプの昇圧型電源装置を提供する。【解決手段】電源電池１の電力を蓄積する２つのイン
ダクタ２、３と、インダクタ２、３の蓄積電力を出力ラ
イン１３に伝送する２つのダイオード４、５と、出力ラ
イン１３の電圧に応じたデューテイ比の方形波信号を出
力する発振駆動回路１０と、インダクタ２、３に接続さ
れ、発振駆動回路１０の方形波信号でスイッチングされ
る２つのスイッチング素子６、７と、出力ライン１３と
負荷２０との接続手段１２と、負荷２０の軽重に応じて
発振駆動回路１０とスイッチング素子６とを選択接断す
るインダクタ切替手段９とを備え、インダクタ切替手段
９により、負荷２０が軽いときに大きなインダクタンス
値を示し、負荷２０が重いときに小さなインダクタンス
値を示すようにインダクタ２、３を選択接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、昇圧型電源装置に
係わり、特に、昇圧型電源装置の負荷が待機状態に切替
えられて軽負荷状態になったとき、昇圧型電源装置内の
消費電力を低減させ、電源電池の消耗を少なくした昇圧
型電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、携帯型電気機器、例えば、光学的
符号読取装置等には、多くの場合、携帯の利便のために
電源に電池が使用されている。そして、既知の光学的符
号読取装置等の携帯型電気機器では、電源電圧として１
個の電池の出力電圧を超える電圧が要求されるとき、内
蔵電池の使用本数を適宜増やし、これら複数本の電池の
何本かを直列接続して使用する必要がある。ところが、
かかる携帯型電気機器において内蔵電池の本数を増やせ
ば、携帯型電気機器全体の容積や重量が増大し、携帯型
電気機器としての操作性が悪くなる。このため、既知の
光学的符号読取装置等の携帯型電気機器においては、通
常、内蔵電池の使用本数を増やさずに、電池の出力電圧
を昇圧する昇圧型電源装置、即ち、直流−直流コンバー
タタイプの昇圧型電源装置を用いるようにしている。

【０００３】ここで、図３は、光学的符号読取装置等の
携帯型電気機器に用いられる既知の昇圧型電源装置の一
例を示す回路構成図である。

【０００４】図３に示されるように、この昇圧型電源装
置は、直流−直流（ＤＣ−ＤＣ）コンバータタイプのも
ので、電源電池３０と、電池電力蓄積用のインダクタ３
１と、インダクタ３１の蓄積電圧出力用のショットキバ
リアダイオード（ＳＢＤ、以下これをＳＢＤという）３
２と、スイッチングトランジスタ（絶縁ゲート型ＦＥ
Ｔ）３３と、駆動発振回路３４と、大容量の平滑用コン
デンサ３５と、リップルフィルタ３６と、電圧出力ライ
ン３７とを備えている。そして、駆動発振回路３４は、
電圧出力ライン３７に得られた昇圧電圧を分圧する分圧
抵抗３８（１）、３８（２）と、基準電圧Ｖｒｅｆを発
生する基準電源３９と、分圧抵抗３８（１）、３８
（２）からの分圧電圧と基準電源３９からの基準電圧Ｖ
ｒｅｆとを比較し、それらの差を表す誤差電圧を出力す
る誤差増幅器４０と、誤差増幅器４０から受領した誤差
電圧に対応したデューテイ比を有する一定周期Ｔの方形
波信号を発生する自励発振回路４１とを備えている。ま
た、リップルフィルタ３６は、直列インダクタ４２と、
分路コンデンサ４３とを備え、リップルフィルタ３６の
出力が負荷４４に接続されている。

【０００５】また、図４は、図３に図示の昇圧型電源装
置における自励発振回路４１の出力波形の一例を示す信
号波形図で、（ａ）通常の値の誤差電圧を受領した際の
方形波信号波形、（ｂ）は比較的小さな値の誤差電圧を
受領した際の方形波信号波形、（ｃ）は比較的大きな値
の誤差電圧を受領した際の方形波信号波形を示すもので
ある。

【０００６】さらに、図５（ａ）は、図３に図示の昇圧
型電源装置におけるインダクタ３１を流れる電流Ｉ₃₁の
一例を示す波形図であり、図５（ｂ）はインダクタ３１
の周辺部の回路構成を示す要部回路図である。

【０００７】図５（ａ）において、実線はＤＣ−ＤＣコ
ンバータを断続動作モードで動作させた場合の状態を示
し、一点鎖線はＤＣ−ＤＣコンバータを連続動作モード
で動作させた場合の状態を示すものである。

【０００８】ここで、図４及び図５（ａ）、（ｂ）を用
いて、図３に図示の既知の昇圧型電源装置の動作につい
て説明する。

【０００９】発振駆動回路３４において、分圧抵抗３８
（１）、３８（２）は電圧出力ライン３７に得られた昇
圧電圧Ｖ₃₇を分圧し、分圧電圧Ｖ₃₈を誤差増幅器４０の
反転入力に供給する一方、基準電源３９が発生した基準
電圧Ｖｒｅｆを誤差増幅器４０の非反転入力に供給す
る。誤差増幅器４０は、入力された分圧電圧Ｖ₃₈と基準
電圧Ｖｒｅｆとを比較し、それらの差を示す誤差電圧Ｖ
₄₀を自励発振回路４１に供給する。自励発振回路４１
は、受領した誤差電圧Ｖ₄₀に対応したデューテイ比を有
する一定周期Ｔの方形波信号を発生し、スイッチングト
ランジスタ３３のゲートに供給する。

【００１０】ここで、誤差電圧Ｖ₄₀が略ゼロに近いと
き、即ち、昇圧電圧Ｖ₃₇が規定の昇圧電圧に近い電圧値
であるときは、図４（ａ）に示されるように、標準値に
近いデューテイ比を有する方形波信号を発生し、誤差電
圧Ｖ₄₀が正極性の電圧であるとき、即ち、昇圧電圧Ｖ₃₇
が規定の昇圧電圧よりも高い電圧値であるときは、図４
（ｂ）に示されるように、標準値よりも小さいデューテ
イ比を有する方形波信号を発生し、一方、誤差電圧Ｖ₄₀
が負極性の電圧であるとき、即ち、昇圧電圧Ｖ₃₇が規定
の昇圧電圧よりも低い電圧値であるときは、図４（ｃ）
に示されるように、標準値よりも大きいデューテイ比を
有する方形波信号を発生する。

【００１１】スイッチングトランジスタ３３は、方形波
信号の正レベルにあるとき、それに応答してスイッチン
グオンされ、方形波信号がゼロレベルまたは負レベルに
あるとき、スイッチングオフされる。そして、図５
（ｂ）の要部回路図に示されるように、スイッチングト
ランジスタ３３がオンすると、電源電池３０からインダ
クタ３１を通してスイッチングトランジスタ３３に電流
Ｉ₃₁が流れ、インダクタ３１にエネルギが蓄積される。
このとき、電流Ｉ₃₁は、図５（ａ）に示されるように、
スイッチングトランジスタ３３がオンしている時間ｔ
_33ON内に、最小値Ｉ₃₁ｍｉｎから直線的に増大して最大
値Ｉ₃₁ｍａｘにまで達する。一方、スイッチングトラン
ジスタ３３がオフすると、インダクタ３１は最大値Ｉ₃₁
ｍａｘの電流を維持させるために、ＳＢＤ３２をオンに
し、ＳＢＤ３２に電流Ｉ₃₂（＝Ｉ₃₁）を通流させる。こ
の場合、電流Ｉ₃₂は、図５（ａ）に示されるように、最
大値Ｉ₃₂ｍａｘから直線的に減少して最小値Ｉ₃₂ｍｉｎ
にまで達し、方形波信号の１周期Ｔの動作が終了する。

【００１２】次の方形波信号の１周期においても、前述
の方形波信号の１周期における動作とほぼ同じ動作が実
行され、また、それに続くそれぞれの方形波信号の１周
期においても、前述の方形波信号の１周期における動作
とほぼ同じ動作が実行され、その結果、電圧出力ライン
３７に電源電池３１の出力電圧を昇圧した昇圧電圧Ｖ₃₇
が得られる。

【００１３】電圧出力ライン３７に得られた昇圧電圧Ｖ
₃₇は、大容量の平滑用コンデンサ３５に充電されて平滑
化されるとともに、リップルフィルタ３６を通ることに
よってリップル成分が除去され、負荷４４に供給され
る。

【００１４】ここで、電圧出力ライン３７に得られた昇
圧電圧Ｖ₃₇が規定電圧よりも高い電圧値になったとき
は、前述のように、自励発振回路４１が標準値よりも小
さいデューテイ比を有する方形波信号を発生し、スイッ
チングトランジスタ３３のオン時間ｔ₃₃ｏｎを今までよ
りも短くして、インダクタ３２へのエネルギの蓄積量を
若干減少させて昇圧電圧Ｖ₃₇が規定電圧に復帰するよう
に制御し、一方、電圧出力ライン３７に得られた昇圧電
圧Ｖ₃₇が規定電圧よりも低い電圧値になったときは、前
述のように、自励発振回路４１が標準値よりも大きいデ
ューテイ比を有する方形波信号を発生し、スイッチング
トランジスタ３３のオン時間ｔ₃₃ｏｎを今までよりも長
くして、インダクタ３２へのエネルギの蓄積量を若干増
大させて昇圧電圧Ｖ₃₇が規定電圧に復帰するように制御
する。

【００１５】ところで、これまでの動作の説明は、負荷
４４の変動を考慮しないものであったが、現実に、光学
的符号読取装置等の携帯型電気機器においては、負荷４
４の状態が大きく変動するのが普通であるので、次に、
負荷４４の変動を考慮した動作について説明する。

【００１６】始めに、ある所定値を示す負荷４４が接続
されているとき、インダクタ３１に流れる電流Ｉ₃₁の最
大値Ｉ₃₁ｍａｘと最小値Ｉ₃₁ｍｉｎとの差をΔＩ₃₁と
し、電源電池３０の出力電圧をＶ₃₀、スイッチングトラ
ンジスタ３３のオン時間をｔ₃₃ _ON、スイッチングトラン
ジスタ３３のオフ時間をｔ_33OFF、ＳＢＤ３２のオン時
間をｔ_32ON、インダクタ３１のインダクタンス値を
Ｌ₃₁、負荷４４に供給される出力電圧をＶ₄₄、負荷４４
に供給される電流をＩ₄₄とすれば、 ΔＩ₃₁＝Ｉ₃₁ｍａｘ−Ｉ₃₁ｍｉｎ＝Ｖ₄₄×（ｔ_33ON／Ｌ₃₁）＝（Ｖ₄₄−Ｖ₃₀）×（ｔ_32ON／Ｌ₃₁）… ただし、Ｔ＝ｔ_33ON＋ｔ_33OFFで、ｔ_32ON≦ｔ_33OFFの
関係がある。

【００１７】そして、負荷４４が軽く、負荷４４に流れ
る電流Ｉ₄₄が比較的小さいときは、ｔ_32ON＜ｔ_33OFFの
関係を有するもので、このときに、スイッチングトラン
ジスタ３３のオン時間ｔ_32ON内にインダクタ３１に蓄積
されたエネルギがスイッチングトランジスタ３３のオフ
時間ｔ_33OFF内に全部放出され、Ｉ₃₁ｍｉｎ＝０にな
る。

【００１８】次いで、負荷４４が順次重くなり、負荷４
４に流れる電流Ｉ₄₄が順次増大すると、ｔ_32ON＝ｔ
_33OFFになり、さらに、負荷４４に流れる電流Ｉ₄₄が増
大すると、Ｉ₃₁ｍｉｎ＞０になる。

【００１９】この場合、ｔ_32ON＞ｔ_33OFFであり、Ｉ₃₁
ｍｉｎ＝０になるときは、図５（ａ）の実線に示される
ような動作モード（以下、これを断続動作モードとい
う）となり、一方、ｔ_32ON＞ｔ_33OFFであり、Ｉ₃₁ｍｉ
ｎ＞０になるときは、図５（ａ）の一点鎖線に示される
ような動作モード（以下、これを連続動作モードとい
う）になる。

【００２０】この連続動作モード時において、式をｔ
_33ONについて解き、その解をｔ_33ON _Cとすれば、ｔ_33ONC＝Ｔ×（１−Ｖ₃₀／Ｖ₄₄）… … … … … … となる。

【００２１】また、断続動作モード時において、スイッ
チングトランジスタ３３のオン時間ｔ_33ON内にインダク
タ３１に蓄積されるエネルギＰ_31ONは、Ｐ_31ON＝∫ｔ_33ON×Ｖ₃₀×Ｉ₄₄（ｔ）ｄｔ＝∫ｔ_33ON×（Ｖ₃₀ ² ×ｔ_33ON／Ｌ₃₁）ｄｔ＝Ｖ₃₀ ² ×ｔ_33ON ² ／（２×Ｌ₃₁）… … … … … … 昇圧が行われる場合には、スイッチングトランジスタ３
３のオフ時間ｔ_33OFF内においても、電源電池３０から
エネルギが供給されており、そのときにインダクタ３１
に蓄積されるエネルギＰ_31OFFは、Ｐ_31OFF＝∫ｔ_32ON×Ｖ₃₀×Ｉ₄₄（ｔ）ｄｔ＝∫ｔ_32ON×（Ｖ₄₄−Ｖ₃₀）×ｔ_32ON／Ｌ₃₁）ｄｔ＝Ｖ₃₀×（Ｖ₄₄−Ｖ₃₀）×ｔ_32ON ² ×（２×Ｌ₃₁）… … … ここで、式よりｔ_32ON＝Ｖ₃₀×ｔ_32ON／（Ｖ₄₄−
Ｖ₃₀）になるので、この値を式に代入すると、Ｐ_31OFF＝Ｖ₃₀ ³ ×ｔ_32ON／（Ｖ₄₄−Ｖ₃₀）… … … … … … … 式と式の和を周期Ｔで除したものが入力電力Ｐ_30IN
になるが、この入力電力Ｐ_30INが全て出力電力Ｐ_44OUT
に変換されたとすれば、Ｐ_30IN＝（Ｐ_31ON＋Ｐ_31OFF）／Ｔ＝Ｖ₄₄×Ｉ₄₄＝Ｐ_44OUT… … … 式に式及び式を代入して、Ｉ₄₄について解けば、Ｉ₄₄＝Ｖ₃₀ ² ×ｔ_33ON ² ／｛２×Ｌ₃₁×Ｔ×（Ｖ₄₄−Ｖ₃₀）｝… … … となる。

【００２２】そして、インダクタ３１、ＳＢＤ３２、ス
イッチングトランジスタ３３に流れる電流のピーク値Ｉ
₃₁ｍａｘは、Ｉ₃₁ｍａｘ＝Ｖ₃₀×ｔ_33ON／Ｌ₃₁… … … … … … … … … になる。

【００２３】一方、負荷４４に流れる電流Ｉ₄₄を増大さ
せた連続動作モード時には、常時、インダクタ３１に一
定値の電流Ｉ_31CONSTが流れ、この電流Ｉ_31CONSTはイ
ンダクタ３１を流れる電流の最小値Ｉ₃₁ｍｉｎに等し
い。

【００２４】このときの入力電力Ｐ_30INは、式のＰ
_30INに（Ｖ₃₀×Ｉ_31CONST）が加えられた形になるの
で、Ｐ_30IN＝（Ｖ₃₀×Ｉ_31CONST）＋（Ｐ_31ON＋Ｐ_31OFF）／Ｔ＝Ｖ₄₄×Ｉ₄₄＝Ｐ_44OUT これをＩ₄₄について解くと、Ｉ₄₄＝Ｖ₃₀ ² ×ｔ_33ONC ² ／｛２×Ｌ₃₁×Ｔ×（Ｖ₄₄−Ｖ₃₀）｝… … となる。

【００２５】そして、インダクタ３１、ＳＢＤ３２、ス
イッチングトランジスタ３３に流れる電流のピーク値Ｉ
₃₁ｍａｘは、Ｉ₃₁ｍａｘ＝Ｖ₃₀×ｔ_33ON／Ｌ₃₁＋Ｉ_31CONST… … … … … …(10) になる。

【００２６】ここで、インダクタ３１のインダクタンス
値Ｌ₃₁に注目すると、式乃至(10)に示されるように、
インダクタンス値Ｌ₃₁が大きい程、ＤＣ−ＤＣコンバー
タは負荷４４に対して早めに連続動作モードになり、し
かも、インダクタ３１に流れる電流Ｉ₃₁の最大値Ｉ₃₁ｍ
ａｘと最小値Ｉ₃₁ｍｉｎとの差ΔＩ₃₁が小さく、かつ、
電流Ｉ₃₁の最大値Ｉ₃₁ｍａｘが小さくなる。そして、負
荷４４の値が同じであれば、インダクタ３１のインダク
タンス値Ｌ₃₁が大きい程、周辺部品に流れる最大電流量
が減り、その分、最大定格電流の小さな周辺部品を用い
ることが可能になって、出力電圧Ｖ₄₄における含有リッ
プルも少なくなる。

【００２７】一般に、インダクタ３１のインダクタンス
値Ｌ₃₁を大きくするには、コイルの巻数を増やせばよい
が、コイルの巻数が増大すると、コイルの電流容量が減
少するようになる。また、電源電池３０の出力電圧が低
く、ＤＣ−ＤＣコンバータが連続動作モードに入れない
ときは、式に示されるように、負荷４４を流れる電流
Ｉ₄₄が小さくなる。このとき、負荷４４を流れる電流Ｉ
₄₄を大きくするには、インダクタンス値Ｌ₃₁を小さく
し、コイルの電流容量の大きいインダクタ３１を用いれ
ばよい。

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】既知の昇圧型電源装置
においては、負荷４４の値が大きく変動するのが普通で
あって、例えば、負荷４４として代表的な光学的符号読
取装置の一種であるバーコードスキャナが選択されてい
るとすれば、バーコードスキャナにおいて、バーコード
の読み取りまたはワイヤレス送信が行われている際は、
昇圧型電源装置の負荷４４が重くなり、一方、バーコー
ドスキャナによるバーコードの読み取り等が行われてい
ない待機時は、昇圧型電源装置の負荷４４が相当に軽く
なる。

【００２９】ところで、既知の昇圧型電源装置において
は、昇圧型電源装置の負荷４４を流れる電流Ｉ₄₄は、式
及び式に示されるように、スイッチングトランジス
タ３３のオン時間ｔ_33ONの２乗ｔ_33ON ² に比例するもの
で、大きな電流Ｉ₄₄を必要とするとき、即ち、負荷４４
が重いときには、長いオン時間ｔ_33ONを必要とし、一
方、小さな電流Ｉ₄₄のみを必要とするとき、即ち、負荷
４４が軽いときには、短いオン時間ｔ_33ONを必要とする
だけである。

【００３０】ここで、図６は、かかる既知の昇圧型電源
装置において、負荷４４の変動に伴うインダクタ３１を
流れる電流Ｉ₃₁（＝Ｉ₃₂）の状態を示す波形図であっ
て、（ａ）は負荷４４が重い場合、（ｂ）は負荷４４が
軽い場合を示すものである。

【００３１】また、図７は、かかる既知の昇圧型電源装
置において、スイッチングトランジスタ３３のゲートを
正レベルが極端に幅狭の方形波信号で駆動した際の、ス
イッチングトランジスタ３３を流れる電流Ｉ₃₁の一例を
示す波形図である。

【００３２】かかる既知の昇圧型電源装置においては、
その負荷４４に、例えば、バーコードスキャナが使用さ
れたとき、バーコードスキャナによるバーコードの読み
取りが行われている時、即ち負荷４４が重い時は、負荷
４４を流れる電流Ｉ₄₄として、例えば、１００ｍＡ程度
を、また、読み取ったバーコードをデコードしてワイヤ
レス送信している時、負荷４４が相当に重い時は、同電
流Ｉ₄₄として、例えば、１５０ｍＡ程度をそれぞれ必要
とするのに対し、バーコードスキャナによるバーコード
の読み取りが行われていない待機時、即ち負荷４４が軽
い時は、同電流Ｉ₄₄として、例えば、５０μＡ程度、つ
まり、動作時の２０００／１乃至３０００／１の電流を
必要とするに過ぎない。そして、負荷４４が重い時は、
図６（ａ）に示されるように、スイッチングトランジス
タ３３のオン時間ｔ_33ONを長くし、一方、負荷４４が軽
い時は、図６（ｂ）に示されるように、スイッチングト
ランジスタ３３のオン時間ｔ_33ONを短くしている。この
場合、負荷４４を流れる電流Ｉ₄₄が最大（例えば、１５
０ｍＡ）になるとき、スイッチングトランジスタ３３の
オン時間ｔ_33ONが８μｓｅｃになるようにインダクタ３
１のインダクタンス値Ｌ₃₁を選定したとすれば、負荷４
４を流れる電流Ｉ₄₄が最小（例えば、５０μＡ）になる
とき、スイッチングトランジスタ３３のオン時間ｔ_33ON
は８９０ｎｓｅｃ程度に短くなる。

【００３３】そして、かかる既知の昇圧型電源装置にお
いては、負荷４４を流れる電流Ｉ₄₄として最大の電流、
例えば、１５０ｍＡを発生させるとき、スイッチングト
ランジスタ３３に大きな電流容量のもの、例えば、特性
のバラツキやを起動時の突入電流を考慮して、２Ａ程度
のピーク電流値を有するものを用いる必要があるが、大
電流容量のスイッチングトランジスタ３３は、通常、ゲ
ート容量が大きく、スイッチング速度が遅いものにな
る。そして、図７に示されるように、大電流容量のスイ
ッチングトランジスタ３３のゲートを正レベルが極端に
幅狭の方形波信号で駆動し、８９０ｎｓｅｃ程度の短い
オン時間ｔ_33ONを得ようとすれば、大きなゲート容量や
緩慢なスイッチング特性によって、スイッチングトラン
ジスタ３３のオン時の立上り及び立ち下がりに時間遅れ
が生じるだけでなく、オン時の内部抵抗が小さくなら
ず、十分な値のオン電流Ｉ₃₁を得ることができないばか
りか、スイッチングトランジスタ３３のオン時の立上り
及び立ち下がりの時間遅れに伴い、インダクタ３１に蓄
積されたエネルギは、ＳＢＤ３２を通して出力側にうま
く伝達されず、スイッチングトランジスタ３３で消費さ
れるようになり、その結果、負荷４４の待機時に、負荷
４４を流れる電流Ｉ₄₄が５０μＡ程度にあるのに対し、
電源電池３０の出力電流Ｉ₃₀は５００μＡ以上になって
しまう。

【００３４】このように、既知の昇圧型電源装置は、負
荷４４が軽いとき、即ち、負荷４４の待機時等に、スイ
ッチングトランジスタ３３において不必要にエネルギが
消費され、その分、電源電池３０の寿命が短くなるとい
う問題がある。

【００３５】本発明は、かかる問題点を解決するもの
で、その目的は、負荷が軽い場合に昇圧型電源装置内の
消費電力を低減させ、電源電池の消耗を少なくした直流
−直流コンバータタイプの昇圧型電源装置を提供するこ
とにある。

【００３６】

【課題を解決するための手段】前記目的の達成のため
に、本発明による昇圧型電源装置は、直流−直流コンバ
ータタイプのものであって、選択的に動作するスイッチ
ング素子と協動により電源電池の電力を蓄積するインダ
クタを２つのインダクタによって構成し、昇圧型電源装
置の負荷の軽重に対応して、２つのインダクタの中の１
つまたは２つを選択的に接続するようにしている。そし
て、昇圧型電源装置の負荷が軽いときは、２つのインダ
クタで得られるインダクタンス値が大きくなるように、
１つのインダクタのみを選択接続し、一方、昇圧型電源
装置の負荷が重いときは、２つのインダクタで得られる
インダクタンス値が小さくなるように、２つのインダク
タを選択接続するインダクタ切替手段を備える。

【００３７】そして、インダクタ切替手段は、具体的
に、昇圧型電源装置の負荷が重いとき、大きなインダク
タンス値を有する１つのインダクタに、それよりも小さ
いインダクタンス値を有する他の１つのインダクタを並
列に選択接続するようにし、昇圧型電源装置の負荷が軽
くなったとき、大きなインダクタンス値を有する１つの
インダクタのみを選択接続するようにしている。

【００３８】また、インダクタ切替手段は、好適例とし
てＡＮＤ回路が用いられるもので、ＡＮＤ回路の入力に
は、発振駆動回路からの方形波信号と負荷の軽重の切替
えに伴って供給される切替制御信号とが印加され、その
切替制御信号が負荷の軽い状態への切替えを表すもので
あるときに限って、ＡＮＤ回路を通して第１のスイッチ
ング素子に供給される方形波信号の通過を停止させ、第
１のインダクタの昇圧型電源装置への接続を断つように
している。

【００３９】かかる構成を採用することにより、昇圧型
電源装置の負荷が動作状態にあって重負荷状態であると
きは、インダクタのインダクタンス値を小さくするよう
に選択し、小さいインダクタンス値のインダクタに大き
な電流を流して大きなエネルギを蓄積させるようにし、
一方、昇圧型電源装置の負荷が待機状態にあって軽負荷
状態であるときは、インダクタのインダクタンス値を大
きくするように選択し、大きいインダクタンス値のイン
ダクタにごく僅かな電流を流すようにしているので、軽
負荷時における昇圧型電源装置の消費電力を十分に低減
させることができ、それにより電源電池の不所望な消費
を抑え、電源電池の寿命を長くすることができる。

【００４０】

【発明の実施の形態】本発明における昇圧型電源装置の
１つの実施の形態においては、電源電池に接続され、電
源電池の電力を蓄積するインダクタを第１及び第２の２
つのインダクタによって構成し、第１のインダクタに第
１のスイッチング素子を、第２のインダクタに第２のス
イッチング素子をそれぞれ直列接続するとともに、第１
及び第２のスイッチング素子の動作を選択的に停止さ
せ、第１及び第２のインダクタにおける総合のインダク
タンス値を選択的に切替えるインダクタ切替手段を設け
ている。そして、インダクタ切替手段は、昇圧型電源装
置の負荷の軽重に対応して第１及び第２のインダクタに
おける総合のインダクタンス値を選択的に切替えるもの
で、負荷が軽いときは大きなインダクタンス値を示し、
負荷が重いときは小さなインダクタンス値を示すよう
に、第１及び第２のインダクタを昇圧型電源装置に選択
的に接続するようにしている。

【００４１】この実施の形態において、好ましくは、第
１及び第２のインダクタとして、小さいインダクタンス
値を有する第１のインダクタと、それより大きいインダ
クタンス値を有する第２のインダクタによって構成し、
インダクタ切替手段の出力によって第１のスイッチング
素子の動作を選択的に停止させるようにしている。そし
て、昇圧型電源装置の負荷が重いときは大きいインダク
タンス値の第２のインダクタに並列に小さいインダクタ
ンス値の第１のインダクタを選択的に接続して、総合の
インダクタンス値を小さくし、負荷が軽いときは大きい
インダクタンス値の第２のインダクタのみを選択的に接
続する。

【００４２】また、この実施の形態において、第１のス
イッチング素子に発振駆動回路からの方形波信号で駆動
される電界効果トランジスタを用い、第２のスイッチン
グ素子に同じく発振駆動回路からの反転方形波信号で駆
動されるショットキバリアダイオードを用い、インダク
タ切替手段に発振駆動回路からの方形波信号と負荷の軽
重の切換えに伴って供給される切替制御信号とが印加さ
れるＡＮＤ回路を用いることができる。

【００４３】かかる実施の形態によれば、昇圧型電源装
置の負荷が動作状態にあって、重負荷状態であるとき
は、第１及び第２のインダクタにおける総合のインダク
タンス値が小さくなるように、第１及び第２のインダク
タを選択的に接続し、小さいインダクタンス値を示すイ
ンダクタに大きな電流を流して大きなエネルギを蓄積さ
せ、十分な量の昇圧電力を負荷に供給するようにし、一
方、昇圧型電源装置の負荷が待機状態にあって、軽負荷
状態であるときは、第１及び第２のインダクタの総合の
インダクタンス値が大きくなるように、第２のインダク
タのみを選択的に接続し、大きいインダクタンス値の第
２のインダクタにごく僅かな電流を流すようにしている
ので、軽負荷状態のとき、昇圧型電源装置の消費電力を
十分に低減させることができ、それによって電源電池の
不所望な消費を抑え、電源電池の寿命を長くすることが
できる。

【００４４】また、かかる実施の形態によれば、昇圧型
電源装置の負荷が軽負荷状態であるとき、大きいインダ
クタンス値の第２のインダクタにエネルギを蓄積する第
２のスイッチング素子をスイッチングオンする際に、極
端に幅狭の方形波信号を用いる必要がないことから、第
２のスイッチング素子のスイッチング特性が良好にな
り、第２のスイッチング素子におけるエネルギの消耗を
最小限に留められるので、昇圧型電源装置の消費電力を
十分に低減させることができ、それによって電源電池の
不所望な消費を抑え、電源電池の寿命を長くすることが
できる。

【００４５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００４６】図１は、本発明による昇圧型電源装置の一
実施例を示す回路構成図であり、図２は、図１に図示の
実施例において、負荷が非動作状態（待機状態）に切替
えられた際の第２のインダクタに流れる電流の一例を示
す波形図である。

【００４７】図１に示されるように、昇圧型電源装置
は、電源電池１と、電源電池１の電力を蓄積する第１の
インダクタ２及び第２のインダクタ３と、第１のインダ
クタ２の蓄積電力を出力する第１のＳＢＤ（ショットキ
バリアダイオード）４及び第２のＳＢＤ５と、スイッチ
ングトランジスタ（第１のスイッチング素子）６と、第
３のＳＢＤ（第２のスイッチング素子）７と、インバー
タ回路８と、ＡＮＤ回路９と、駆動発振回路１０と、大
容量の平滑コンデンサ１１と、リップルフィルタ１２
と、電圧出力ライン１３とを備え、直流−直流（ＤＣ−
ＤＣ）コンバータタイプの昇圧型電源装置を構成してい
る。

【００４８】駆動発振回路１０は、図３に図示の既知の
昇圧型電源装置における駆動発振回路３４とほぼ同じ構
成のもので、電圧出力ライン１３に得られた昇圧電圧を
分圧する分圧抵抗１４（１）、１４（２）と、基準電圧
Ｖｒｅｆを発生する基準電源１５と、分圧抵抗１４
（１）、１４（２）からの分圧電圧と基準電源１５から
の基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、それらの差を表す誤差
電圧を出力する誤差増幅器１６と、誤差増幅器１６から
供給される誤差電圧に対応したデューテイ比を有する一
定周期Ｔの方形波信号を発生する自励発振回路１７とを
備えている。また、リップルフィルタ１２も、既知の昇
圧型電源装置におけるリップルフィルタ３６と同じ構成
のもので、直列インダクタ１８と、分路コンデンサ１９
とを備え、リップルフィルタ１２の出力が負荷２０に接
続されている。

【００４９】この場合、第１のインダクタ２は、小さい
インダクタンス値（例えば４０μＨ）を有するもので、
一端が電源電池１に接続され、他端が第１のＳＢＤ４を
介して電圧出力ライン１３に接続されるとともに、スイ
ッチングトランジスタ６のドレイン・ソース通路を通し
て接地点に接続される。第２のインダクタ３は、大きい
インダクタンス値（例えば５６０μＨ）を有するもの
で、一端が電源電池１に接続され、他端が第２のＳＢＤ
５を介して電圧出力ライン１３に接続されるとともに、
第３のＳＢＤ７を介してインバータ回路８の出力端子に
接続される。インバータ回路８は、入力端子が発振駆動
回路１０における自励発振回路１７の出力端子に接続さ
れる。ＡＮＤ回路９は、一方の入力端子が自励発振回路
１７の出力端子に接続され、他方の入力端子が負荷２０
の動作、非動作（待機）を切替える制御回路（図示な
し）に接続され、出力端子がスイッチングトランジスタ
６のゲートに接続される。

【００５０】発振駆動回路１０において、分圧抵抗１４
（１）、１４（２）は、電圧出力ライン１３と接地点間
に直列接続される。誤差増幅器１６は、反転入力端子が
分圧抵抗１４（１）、１４（２）の接続点に接続され、
非反転入力端子が基準電源１５を介して接地点に接続さ
れ、出力端子が自励発振回路１７の入力端子に接続され
る。平滑コンデンサ１１は、電圧出力ライン１３と接地
点間に接続される。また、リップルフィルタ１２におい
て、直列インダクタ１８は、一端が電圧出力ライン１３
に接続され、他端が負荷２０に接続されるとともに、分
路コンデンサ１９を介して接地点に接続される。

【００５１】前記構成による本実施例の昇圧型電源装置
は、次のように動作する。

【００５２】まず、昇圧型電源装置の負荷２０が動作状
態に切替えられているとき、例えば、昇圧型電源装置が
代表的な光学的符号読取装置の一種のバーコードスキャ
ナの内蔵電源装置である場合、バーコードスキャナでバ
ーコードの読み取りを行っているときや読み取ったバー
コードのワイヤレス送信を行っているとき等に、図示さ
れていない制御回路は、負荷２０が重い状態であること
を表す切替制御信号、例えば、ハイレベル（Ｈ）の切替
制御信号を送出し、一方、負荷２０が非動作状態（待機
状態）に切替えられているとき、例えば、バーコードス
キャナが待機状態にあるとき等に、前記制御回路は、負
荷２０が軽い状態であることを表す切替制御信号、例え
ば、ローレベル（Ｌ）の切替制御信号を送出する。

【００５３】いま、負荷２０が動作状態に切替えられて
おり、前記制御回路からハイレベル（Ｈ）の切替制御信
号がＡＮＤ回路９に供給されると、ＡＮＤ回路９は能動
状態になり、自励発振回路１７から出力された方形波信
号は、ＡＮＤ回路９を通してスイッチングトランジスタ
６に供給され、同時に、インバータ回路８によって極性
が反転された反転方形波信号が第３のＳＢＤ７に供給さ
れる。

【００５４】そして、方形波信号のハイレベル（Ｈ）時
には、このハイレベル（Ｈ）によってスイッチングトラ
ンジスタ６がオン状態になり、小さいインダクタンス値
の第１のインダクタ２に大きな電流を流すことによっ
て、第１のインダクタ２には電源電池１から大きいエネ
ルギが蓄積され、同時に、反転方形波信号のローレベル
（Ｌ）によって第３のＳＢＤ７がオン状態になり、大き
いインダクタンス値の第２のインダクタ３に小さな電流
を流すことによって、第２のインダクタ３には電源電池
１から小さいエネルギが蓄積される。一方、方形波信号
のローレベル（Ｌ）時には、このローレベル（Ｌ）によ
ってスイッチングトランジスタ６がオフ状態になり、第
１のインダクタ２に蓄積された大きいエネルギが第１の
ＳＢＤ４を通して電圧出力ライン１３に送出され、同時
に、反転方形波信号のハイレベル（Ｈ）によって第３の
ＳＢＤ７がオフ状態になり、第２のインダクタ３に蓄積
された小さいエネルギが第２のＳＢＤ５を通して電圧出
力ライン１３に送出される。この状態において、第２の
インダクタ３に蓄積されたエネルギに比べて第１のイン
ダクタ２に蓄積されたエネルギが大きいので、電圧出力
ライン１３に送出される昇圧電圧は、第１のインダクタ
２から送出されるエネルギにほぼ依存した大きさにな
る。

【００５５】次いで、負荷２０が非動作状態（待機状
態）に切替えられると、前記制御回路からＡＮＤ回路９
に供給される切替制御信号はローレベル（Ｌ）になっ
て、ＡＮＤ回路９が非能動状態になり、自励発振回路１
７から出力された方形波信号は、ＡＮＤ回路９おいて阻
止されるが、インバータ回路８を介して反転方形波信号
として第３のＳＢＤ７には供給される。

【００５６】そして、方形波信号のハイレベル（Ｈ）時
には、そのハイレベル（Ｈ）がスイッチングトランジス
タ６に供給されず、スイッチングトランジスタ６がオフ
状態になって第１のインダクタ２の電流路が断たれる、
即ち、第１のインダクタ２が昇圧型電源装置への接続を
断たれた状態になるので、第１のインダクタ２には電源
電池１からエネルギが蓄積されないが、反転方形波信号
のローレベル（Ｌ）によって第３のＳＢＤ７がオン状態
になり、大きいインダクタンス値の第２のインダクタ３
に小さな電流が流れるので、第２のインダクタ３には電
源電池１からエネルギが蓄積される。一方、方形波信号
のローレベル（Ｌ）時には、スイッチングトランジスタ
６がオフ状態を維持するものの、第１のインダクタ２に
エネルギが蓄積されていないので、第１のインダクタ２
から電圧出力ライン１３へエネルギの送出はないが、反
転方形波信号のローレベル（Ｌ）によって第３のショッ
トキバリアダイオード７がオフ状態になるので、第２の
インダクタ３に蓄積された小さなエネルギが第２のＳＢ
Ｄ５を通して電圧出力ライン１３に送出される。このと
き、電圧出力ライン１３に送出される昇圧電圧は、第２
のインダクタ３から送出されるエネルギに全面的に依存
した大きさになる。

【００５７】続いて、主として、負荷２０が動作状態に
切替えられているとき、電圧出力ライン１３に導出され
た昇圧電圧は、分圧抵抗１４（１）、１４（２）で分圧
され、この分圧電圧と基準電源１５からの基準電圧Ｖｒ
ｅｆとが誤差増幅器１６において電圧比較され、その差
を表す誤差電圧が次続の自励発振回路１７に供給され
る。自励発振回路１７は、供給される誤差電圧の極性及
びその大きさに対応したデューテイ比を有する一定周期
Ｔの方形波信号を発生し、前述のように、方形波信号が
インバータ回路８及びＡＮＤ回路９に供給する。

【００５８】ここで、本実施例の昇圧型電源装置におい
ては、電圧出力ライン１３の導出昇圧電圧が規定の電圧
に略一致しているとき、誤差増幅器１６から出力される
誤差電圧が略ゼロになり、自励発振回路１７は、供給さ
れる略ゼロの誤差電圧に応答して、図４（ａ）に示され
るように、標準値に近いデューテイ比を有する一定周期
Ｔの方形波信号を発生する。また、電圧出力ライン１３
の導出昇圧電圧が規定の電圧よりも高い電圧であると
き、誤差増幅器１６から出力される誤差電圧が正極性に
なり、自励発振回路１７は、供給される正極性の誤差電
圧に応答して、図４（ｂ）に示されるように、標準値よ
りも小さいデューテイ比を有する一定周期Ｔの方形波信
号を発生する。さらに、電圧出力ライン１３の導出昇圧
電圧が規定の電圧よりも低い電圧であるとき、誤差増幅
器１６から出力される誤差電圧が負極性になり、自励発
振回路１７は、供給される負極性の誤差電圧に応答し
て、図４（ｃ）に示されるように、標準値よりも大きい
デューテイ比を有する一定周期Ｔの方形波信号を発生す
る。

【００５９】そして、方形波信号のデューテイ比が標準
値に近いとき、スイッチングトランジスタ６は、この方
形波信号によりそれまでのオン時間及びオフ時間が維持
されるようにスイッチングされるので、電圧出力ライン
１３の導出昇圧電圧には変化を生じないが、方形波信号
のデューテイ比が標準値よりも小さくなったとき、スイ
ッチングトランジスタ６は、この方形波信号によって、
それまでよりもオン時間が長く、オフ時間が短くなるよ
うにスイッチングされるので、電圧出力ライン１３の導
出昇圧電圧が規定の電圧の近くまで順次上昇するように
なり、一方、方形波信号のデューテイ比が標準値よりも
大きくなったとき、スイッチングトランジスタ６は、こ
の方形波信号によって、それまでよりもオン時間が短
く、オフ時間が長くなるようにスイッチングされるの
で、電圧出力ライン１３の導出昇圧電圧が規定の電圧の
近くまで順次下降するようになる。かかる電圧制御を行
えば、負荷２０の変動があっても、電圧出力ライン１３
の導出昇圧電圧を常時規定の電圧に維持することができ
る。

【００６０】このように、本実施例の昇圧型電源装置に
よれば、負荷２０が非動作状態（待機状態）に切替えら
れた際には、図２に図示されているように、第２のイン
ダクタ５を流れる電流Ｉ₅、即ち、電源電池１から導出
される電流を非常に小さい値の連続電流になるように設
定することができる。このため、軽負荷時における昇圧
型電源装置の消費電力を大きく低減させることができ、
電源電池１の不所望な消耗を抑え、電源電池１の使用寿
命を長くすることができる。

【００６１】また、本実施例の昇圧型電源装置によれ
ば、負荷２０が非動作状態（待機状態）に切替えられた
際、図２に図示されているように、第３のＳＢＤ７のオ
ンの期間ｔ₇ｏｎが相当に長くなり、第３のＳＢＤ７を
オンさせるために、極端に幅狭の方形波信号（反転方形
波信号）を用いる必要がなく、第３のＳＢＤ７のオン時
の特性が良好になるので、第２のインダクタ５に蓄積さ
れたエネルギは殆んど第３のＳＢＤ７を通して電圧出力
ライン１３に供給される。このため、軽負荷時における
昇圧型電源装置の消費電力を大きく低減させることがで
き、電源電池１の不所望な消耗を抑え、電源電池１の使
用寿命を長くすることができる。

【００６２】ちなみに、負荷２０が非動作状態（待機状
態）に切替えられた際に、負荷２０の電流が３０μＡで
あるとき、既知の昇圧型電源装置における電源電池３０
の消費電流は５００μＡ程度であったが、本実施例の昇
圧型電源装置における電源電池１の消費電流は１５０μ
Ａ程度に低下している。

【００６３】なお、前記実施例においては、昇圧型電源
装置のバーコードスキャナの内蔵電源である例を挙げて
説明したが、本発明による昇圧型電源装置はバーコード
スキャナの内蔵電源に用いる場合に限られるものではな
く、バーコードスキャナに類似の携帯用電気機器の内蔵
電源にも同様に適用することが可能である。

【００６４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、昇圧型
電源装置の負荷が重負荷状態であるときは、第１及び第
２のインダクタにおける総合のインダクタンス値が小さ
くなるように、第１及び第２のインダクタを選択的に接
続し、小さいインダクタンス値を示すインダクタに大き
な電流を流して大きなエネルギを蓄積させ、十分な量の
昇圧電力を負荷に供給するようにし、一方、昇圧型電源
装置の負荷が軽負荷状態であるときは、第１及び第２の
インダクタの総合のインダクタンス値が大きくなるよう
に、第２のインダクタのみを選択的に接続し、大きいイ
ンダクタンス値の第２のインダクタにごく僅かな電流を
流すようにしているので、軽負荷状態のとき、昇圧型電
源装置の消費電力を十分に低減させることができ、それ
によって電源電池の不所望な消費を抑え、電源電池の使
用寿命を長くできるという効果がある。

【００６５】また、本発明にによれば、昇圧型電源装置
の負荷が軽負荷状態であるとき、大きいインダクタンス
値の第２のインダクタにエネルギを蓄積させる第２のス
イッチング素子のスイッチングオン時に、極端に幅狭の
方形波信号を用いる必要がないことから、第２のスイッ
チング素子のスイッチング特性が良好になって、第２の
スイッチング素子におけるエネルギの消耗を最小限に留
められるので、昇圧型電源装置の消費電力を十分に低減
させることができ、それによって電源電池の不所望な消
費を抑え、電源電池の寿命を長くすることができるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による昇圧型電源装置の一実施例を示す
回路構成図である。

【図２】図１に図示の実施例において、負荷が非動作状
態（待機状態）に切替えられた際の第２のインダクタに
流れる電流の一例を示す波形図である。

【図３】光学的符号読取装置等の携帯型電気機器に用い
られる既知の昇圧型電源装置の一例を示す回路構成図で
ある。

【図４】既知の昇圧型電源装置における自励発振回路の
出力波形の一例を示す信号波形図である。

【図５】既知の昇圧型電源装置におけるインダクタを流
れる電流の一例を示す波形図、及び、インダクタの周辺
部の回路構成を示す要部回路図である。

【図６】既知の昇圧型電源装置において、負荷の変動に
伴うインダクタを流れる電流の状態を示す波形図であ
る。

【図７】既知の昇圧型電源装置において、正レベルが極
端に幅狭の方形波信号で駆動した際、スイッチングトラ
ンジスタに流れる電流の一例を示す波形図である。

【符号の説明】

１電源電池２第１のインダクタ３第２のインダクタ４第１のショットキバリアダイオード５第２のショットキバリアダイオード６スイッチングトランジスタ（第１のスイッチング素
子）７第３のショットキバリアダイオード（第２のスイッ
チング素子）８インバータ回路９ＡＮＤ回路１０駆動発振回路１１平滑コンデンサ１２リップルフィルタ１３電圧出力ライン１４（１）、１４（２）分圧抵抗１５基準電源１６誤差増幅器１７自励発振回路１８直列インダクタ１９分路コンデンサ２０負荷

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電源電池に接続され、前記電源電池の電
力を蓄積する第１及び第２のインダクタと、前記第１及
び第２のインダクタの蓄積電力を電圧出力ラインに伝送
する第１及び第２のダイオードと、前記電圧出力ライン
の電圧に対応したデューテイ比の方形波信号を出力する
発振駆動回路と、前記第１及び第２のインダクタにそれ
ぞれ接続され、前記発振駆動回路からの方形波信号でス
イッチングされる第１及び第２のスイッチング素子と、
前記電圧出力ラインを負荷に接続する手段と、前記負荷
の軽重に対応して前記発振駆動回路と前記第１のスイッ
チング素子との接続を選択的に断つように働くインダク
タ切替手段とを備え、前記インダクタ切替手段の働きに
より、前記負荷が軽いときに大きなインダクタンス値を
示し、前記負荷が重いときに小さなインダクタンス値を
示すように、前記第１及び第２のインダクタを選択接続
することを特徴とする昇圧型電源装置。
【請求項２】前記第１及び第２のインダクタは、前記
第１のインダクタのインダクタンス値に比べて前記第２
のインダクタのインダクタンス値を大きく設定し、前記
インダクタ切替手段は、前記負荷が軽いときに前記第２
のインダクタのみを選択接続し、前記負荷が重いときに
前記第２のインダクタに並列に前記第１のインダクタを
選択接続することを特徴とする請求項１に記載の昇圧型
電源装置。
【請求項３】前記インダクタ切替手段は、前記負荷の
軽重の切替時に、負荷の切替状態を表す制御信号を受
け、前記制御信号が前記負荷の軽状態を表すものである
とき、前記発振駆動回路と前記第１のスイッチング素子
との接続を断つように働くことを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の昇圧型電源装置。
【請求項４】前記負荷は、光学的符号読取装置である
ことを特徴とする請求項１乃至３に記載の昇圧型電源装
置。