JPH1098872A - 電源装置及びこれを用いた電気機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 昇圧型の電源装置の回路構成を簡単にするこ
とにより、小型で安価な電源装置を容易に構成できるよ
うにする。 【解決手段】 入力端子Ｔ１から入力された直流電圧Ｖ
１を昇圧して出力端子Ｔ２から出力する電源装置におい
て、入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間に直列に接続さ
れたインダクタンス素子１、第１のコンデンサ素子７及
び第１のダイオード素子２と、インダクタンス素子１及
び第１のコンデンサ素子７の接続点と基準電位との間に
接続されて出力端子Ｔ２の電圧値に応じてスイッチング
制御されるトランジスタ素子５と、第１のコンデンサ素
子７及び第１のダイオード素子２の接続点と基準電位と
の間にカソード側が基準電位になるように接続された第
２のダイオード素子８と、出力端子Ｔ２と基準電位との
間に接続された第２のコンデンサ素子６と、から構成さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＤＣ−ＤＣコンバー
タといわれる昇圧型の電源装置に関し、詳しくはその回
路構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶表示装置及びその駆動回路等
を有するような携帯型の電気機器等では、電池等から供
給される電源電圧よりも高い電圧が必要になることがあ
り、図３に示すチョッパ方式や図示しないステップアッ
プ方式のＤＣ−ＤＣコンバータといわれる電源装置を用
いて、電源電圧を昇圧して使用することが多かった。

【０００３】チョッパ方式の電源装置について図３及び
図４に基づいて説明する。図３の電源装置１ｂは、電圧
Ｖ１の電池１１が接続される入力側の端子Ｔ１（以下
「入力端子Ｔ１」と称す）と図示しない負荷回路が接続
される出力側の端子Ｔ２（以下「出力端子Ｔ２」と称
す）との間に、逆起電力を発生させるためのインダクタ
ンス素子１と充電された電流が逆流するのを防止するた
めのダイオード素子２と出力トランジスタを有する出力
回路１２とが直列に接続されている。そして、インダク
タンス素子１とダイオード素子２との接続点はトランジ
スタ５を介して基準電位（ＧＮＤ）に接続され、インダ
クタンス素子１の一端を基準電位に接続できるようにな
っている。また、ダイオード素子２と出力回路１２との
接続点は、昇圧された充電電圧（Ｖ２′）を平滑するた
めのコンデンサ素子６を介して基準電位に接続されてい
るとともに、出力電圧検出回路３′及び駆動回路４′を
介してトランジスタ５のベースに接続されている。出力
電圧検出回路３′の出力は、出力異常検出回路１３及び
制御回路１４を介して出力回路１２に接続されるととも
に、駆動回路４′にも接続されている。更に、出力電圧
検出回路３′と駆動回路４′との接続点には制御入力制
御端子Ｓを介して外部から駆動回路４′の動作を制御す
るための信号が接続されている。

【０００４】このような構成により、出力電圧検出回路
３′もしくは制御入力端子Ｓからの入力信号により駆動
回路４′が動作可能になっている通常の動作状態では、
図４に主要部の昇圧動作が安定した定状状態の動作波形
を示すように、駆動回路４′内の発振器からのクロック
信号に応じてトランジスタ５が周期的に導通及び遮断
（以下「スイッチング動作」と称す）を行うことによ
り、コンデンサ素子６が徐々に充電されてその電圧が昇
圧されていく。尚、通常の動作時には、出力異常検出回
路１３の出力電圧は高レベルになっており、駆動回路
４′は制御入力端子Ｓに応じてスイッチング動作可能に
なっているとともに、制御回路１４を介して出力回路１
２の出力トランジスタを導通状態にするようになってい
る。また、図４（ａ）はトランジスタ５のコレクタ電圧
を示し、図４（ｂ）はインダクタンス素子１に流れる電
流の波形を示しており、Ｖ２′はコンデンサ素子６の充
電電圧、ＶF はダイオード２の順方向電圧、ｔ１は駆動
回路４′のクロック周期を示している。同図においてリ
ップル電圧等は省略している。

【０００５】即ち、図４に示されるように、トランジス
タ５が導通してそのコレクタ電圧が低レベルのときには
インダクタンス素子１に流れる充電電流が徐々に増大
し、トランジスタ５が遮断されてそのコレクタ電圧が高
レベルのときには、インダクタンス素子１に発生する逆
起電力により発生した電流がコンデンサ素子６に流れて
コンデンサ素子６が充電される。この逆起電力は徐々に
低下し充電電流も徐々に減少するので、充電電流が無く
なる前に再びトランジスタ５を導通して充電電流を増大
させるようにする。このようなスイッチング動作を繰り
返すことにより、コンデンサ素子６は徐々に充電され、
やがてコンデンサ素子６の充電電圧Ｖ２′は入力電圧Ｖ
１よりも高い電圧に昇圧されていく。尚、充電電圧Ｖ
２′は出力電圧検出回路３′により検出されており、負
荷による電流消費に応じて充電電圧Ｖ２′が所望の電圧
値から低下したり上昇したりしないように駆動回路４′
を介してトランジスタ５のスイッチング動作を制御する
ようになっている。

【０００６】一方、出力端子Ｔ２が基準電位と短絡した
ような異常状態になると、出力電圧検出回路３′及び出
力異常検出回路１３で異常状態を検出し、出力異常検出
回路１３の出力電圧を低レベルにする。これにより、ト
ランジスタ５はスイッチング動作を停止して遮断状態に
なるとともに、出力回路１２の出力トランジスタも遮断
される。このような保護動作により、異常状態時に入力
端子Ｔ１から出力端子Ｔ２に向けて大きな短絡電流が流
れることがなくなり、電源装置１ｂが熱破壊することを
防げるようになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図３の
電源装置１ｂは、前述のような異常状態から電源装置及
び負荷となる回路を保護するために、出力回路１２や出
力異常検出回路１３及び制御回路１４が必要となるの
で、使用する部品の数が多くなり電源装置の回路基板の
面積が大きくなっていた。また、回路基板が大きいと電
源装置の外形形状も大きくなってしまうので、この電源
装置を用いた電気機器の外形形状の設計が制約されたり
大きくなってしまうとともに、電源装置を安価に形成す
ることが難しくなっていた。また、出力回路１２の出力
トランジスタの出力インピーダンスによって損失が生じ
てしまったり、出力トランジスタの飽和電圧（Ｖｓａ
ｔ）分は出力電圧が低下してしまうという問題もあっ
た。

【０００８】そこで本発明はこれらの問題を解決し、昇
圧型の電源装置の回路構成を簡単にすることにより、小
型で安価な電源装置を容易に構成できるようにすること
を目的とする。

【０００９】

【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１ａは、入力端
子Ｔ１から入力された直流電圧Ｖ１を昇圧して出力端子
Ｔ２から出力する電源装置において、入力端子Ｔ１と出
力端子Ｔ２との間に直列に接続されたインダクタンス素
子１、第１のコンデンサ素子７及び第１のダイオード素
子２と、インダクタンス素子１及び第１のコンデンサ素
子７の接続点と基準電位との間に接続されて出力端子Ｔ
２の電圧値に応じてスイッチング制御されるトランジス
タ素子５と、第１のコンデンサ素子７及び第１のダイオ
ード素子２の接続点と基準電位との間にカソード側が基
準電位になるように接続された第２のダイオード素子８
と、出力端子Ｔ２と基準電位との間に接続された第２の
コンデンサ素子６と、から構成されていることを特徴と
する。また、請求項２の記載に係わる電気機器は、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。

【００１０】本発明のような構成をとることにより、請
求項１に記載の電源装置は、従来と同様な昇圧動作及び
回路保護機能を有する電源装置を従来に比べて少ない構
成部品で容易に形成できるようになるとともに、従来回
路の出力トランジスタが不要になる。また、請求項２に
記載の電気機器は、請求項１に記載の電源装置を用いて
いることにより電源装置を含めた電気機器の外形形状の
小型化が容易になる。

【００１１】

【実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１及び図
２を用いて詳細に説明する。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するようにしている。図１の回路
図は本発明のチョッパ方式の昇圧型スイッチング電源装
置（以下単に「電源装置」と称す）１ａを示し、逆起電
力を発生するためのインダクタンス素子１と、充電され
た電流が逆流するのを防止するためのダイオード素子２
と、出力電圧を検出するための出力電圧検出回路３と、
インダクタンス素子１の一端を基準電位に接続するため
のＮＰＮ型のトランジスタ５と、出力電圧検出回路３及
び制御入力端子Ｓからの制御信号に応じてトランジスタ
５をスイッチング動作させるための駆動回路４と、トラ
ンジスタ５のスイッチング動作が停止したときに出力へ
電流が流れ続けるのを防止するためのコンデンサ素子７
と、昇圧された電圧を平滑するとともに出力インピーダ
ンスを低下させるためのコンデンサ素子６と、フライホ
イール回路を形成するためのダイオード素子８とから構
成されている。尚、好ましくは、インダクタンス素子１
に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、コンデンサ素子６には電解型のコンデンサ、ダ
イオード素子２には順方向電圧の低いものを用いるよう
にすると良い。

【００１２】接続関係について説明する。入力端子Ｔ１
と出力端子Ｔ２との間には、インダクタンス素子１、コ
ンデンサ素子７及びダイオード素子２が直列に接続され
ている。出力端子Ｔ２はコンデンサ素子６を介して基準
電位に接続されるとともに、出力電圧検出回路３に接続
されている。出力電圧検出回路３は電圧出力端子Ｔ２と
基準電位との間に直列に接続されたツェナダイオード３
ａ及び抵抗３ｂとから構成され、ツェナダイオード３ａ
のアノード側と抵抗３ｂとの接続点は駆動回路４を介し
てトランジスタ５のベースに接続されている。トランジ
スタ５のコレクタはインダクタンス素子１とコンデンサ
素子７との接続点に接続され、エミッタは基準電位に接
続されている。また、出力電圧検出回路３と駆動回路４
との接続点には駆動回路４の動作を制御するための信号
が制御入力端子Ｓを介して接続されている。コンデンサ
素子７とダイオード素子２との接続点と基準電位との間
にはアノード側を基準電位にしてダイオード素子８が接
続されている。そして、入力端子Ｔ１には電圧Ｖ１の乾
電池や２次電池等の直流電源１１が接続され、出力端子
Ｔ２には図示しない液晶駆動回路等の負荷回路が接続さ
れている。、駆動回路４が動作状態のときには駆動回路
４内の発振器からのクロックに応じてトランジスタ５を
スイッチング動作を行うようになっている。

【００１３】次に、本発明の動作について説明する。ま
づ、直流電源１１により所定の電圧Ｖ１が入力される
と、入力端子Ｔ１を介して以降の回路に電圧が印加され
て電源回路１ａの動作が可能になる。この状態で、出力
電圧検出回路３もしくは制御入力端子Ｓからの信号によ
り駆動回路４が動作可能になると、図２に定状状態の主
要部の動作波形を示すように、駆動回路４内の発振回路
からのクロック信号に応じてトランジスタ５が周期的に
スイッチング動作を行うようになる。尚、図２（ａ）は
トランジスタ５のコレクタ電圧を示し、図２（ｂ）はイ
ンダクタンス素子１に流れる電流の波形を示しており、
Ｖ２はコンデンサ素子６の充電電圧を示している。

【００１４】図２に示されるように、トランジスタ５が
導通してそのコレクタ電圧が低レベルのときは、インダ
クタンス素子１に流れる電流が徐々に増加し、トランジ
スタ５が遮断状態になりそのコレクタ電圧が高レベルに
なると、直前の電流値を保持しようとしてインダクタン
ス素子１に発生した逆起電力による充電電流がコンデン
サ素子７を介してコンデンサ素子６に流れる。この充電
電流は逆起電力の低下に伴って徐々に減少するので、充
電電流が無くなる前に再びトランジスタ５を導通して充
電電流を増大するようにする。このようなスイッチング
動作を繰り返すことにより、コンデンサ素子６は徐々に
充電され、やがてはコンデンサ素子６の充電電圧Ｖ２は
入力電圧Ｖ１よりも高い所定の電圧に昇圧され、出力端
子Ｔ２に接続された負荷に電源電圧として供給される。

【００１５】また、充電電圧Ｖ２は出力電圧検出回路３
により監視されており、充電電圧Ｖ２が所望の電圧範囲
から低下したり上昇したりしないように駆動回路４を介
してトランジスタ５のスイッチング動作を制御するよう
になっている。即ち、一定時間内に充電電圧Ｖ２がツェ
ナダイオード３ａで設定された電圧値以上に到達しなか
ったり、駆動回路４内で設定された所定値以上になると
駆動回路４へ高レベルの電圧が入力されることにより、
駆動回路４を介してトランジスタ５を遮断状態に固定す
るようになっている。従って、トランジスタ５は起動時
に制御入力端子Ｓに応じてスイッチング動作を開始し、
所望の昇圧電圧になるとスイッチング動作を停止したり
スイッチングの周期を遅くするように動作する。

【００１６】尚、各定数の値としては、接続される負荷
回路に必要な電流に応じて設定すれば良く、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ｔ１を数μｓ乃至数１０μｓ、インダクタン
ス素子１のインダクタンス値を数ｍＨ乃至数１０ｍＨ程
度に設定すれば良い。一方、電圧出力端子Ｔ２が基準電
位に短絡したような異常状態には、出力電圧検出回路３
の出力電圧が一定時間経っても所定の充電電圧に上昇し
なくなることから駆動回路４で異常を検出し、駆動回路
４を介してトランジスタ５を遮断状態にする。これによ
り、コンデンサ素子７によって入力端子Ｔ１から出力端
子Ｔ２に電流が流れ続けることが無くなるので、過電流
が流れ続けて発熱し、回路が熱破壊してしまうことを防
止できるようになっている。

【００１７】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、出力電圧検出回路３は充電電
圧を検出できる任意の回路構成で良く、ツェナーダイオ
ード３ａに換えて抵抗を用いるようにしても構わない。
また、制御入力端子Ｓと駆動回路４との間にコンデンサ
を接続し、制御信号が変化した後一定時間内のみ駆動回
路４の入力信号が高レベルになるようにしたり、駆動回
路４のクロックを他の回路から供給するようにしても構
わない。更に、トランジスタ５にＭＯＳトランジスタを
用いたり、直流電源として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、直流電源１１とインダクタンス素子と
の間にスイッチ回路を設けたり、動作状態や充電電圧等
を表示するための表示素子を設けたり、充電電圧Ｖ２を
抵抗等で分圧して複数の電源電圧を負荷回路に供給する
ようにしても構わない。更に、本発明の電源装置を単品
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を用いて形成しても良い。

【００１８】

【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、従来と同様な昇圧動作及び
回路保護機能を有する電源装置を従来に比べて少ない構
成部品で容易に形成できるようになるので、従来の電源
装置に比べて小型且つ安価に形成できるようになるとい
う効果がある。また、従来回路の出力トランジスタが不
要になるので、出力トランジスタによる電圧降下及び損
失がなくなり、入出力間の電力の変換効率を容易に向上
できるとともに、電源装置の発熱を抑えられるようにな
って発熱対策が容易になるという効果もある。

【００１９】また、請求項２に記載の電気機器は、請求
項１に記載の電源装置を用いていることにより電源装置
を含めた電気機器の外形形状の小型化が容易になるの
で、電源装置の組み込みが容易になり、電気機器の外観
形状の制限が少なくなりその設計期間を短縮できるよう
になるとともにその開発費用を削減できるようになると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す回路図、

【図２】本発明の実施の形態の主要部の動作を示す波形
図、

【図３】従来の実施例を示す回路図、

【図４】本発明の実施の形態の主要部の動作を示す波形
図である。

【符号の説明】

１ａ ：電源装置 １ ：インダクタンス素子 ２、８：ダイオード素子 ３ ：出力電圧検出回路 ４ ：駆動回路 ５ ：トランジスタ（スイッチング素子） Ｓ ：制御入力端子 Ｔ１ ：電圧入力端子 Ｔ２ ：電圧出力端子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力端子から入力された直流電圧を昇圧
   して出力端子から出力する電源装置において、前記入力
   端子と前記出力端子との間に直列に接続されたインダク
   タンス素子、第１のコンデンサ素子及び第１のダイオー
   ド素子と、前記インダクタンス素子及び第１のコンデン
   サ素子の接続点と基準電位との間に接続されて前記出力
   端子の電圧値に応じてスイッチング制御されるトランジ
   スタ素子と、第１のコンデンサ素子及び第１のダイオー
   ド素子の接続点と基準電位との間にカソード側が基準電
   位になるように接続された第２のダイオード素子と、前
   記出力端子と基準電位との間に接続された第２のコンデ
   ンサ素子と、から構成されていることを特徴とする電源
   装置。
2. 【請求項２】 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。