JPH11262250A - Ｄｃ／ｄｃコンバータ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型軽量で安価なチョッパ方式の構成で、入
力電圧に対する出力電圧の絶対値の倍率が極端に大きい
場合や極端に小さい場合にも対応できるようにする。 【解決手段】 チョークコイル１１のコアにはコイル１
１ａ及び１１ｂが巻かれて２つのコイル素子を構成して
いる。スイッチ１５は、与えられる制御信号に応じてオ
ン状態又はオフ状態に変化する。スイッチ１２及び１３
は、スイッチ１５がオン状態のときにオンになり、コイ
ル１１ａ及び１１ｂを並列接続し、入力端子１からイン
ダクタンス値がコイルの巻線数とコアの特性から決定さ
れる値となったチョークコイル１１に電気エネルギーを
蓄積させる。スイッチ１４は、スイッチ１５がオフ状態
のときにオンになり、コイル１１ａ及び１１ｂを直列接
続し、インダクタンス値が並列接続時の４倍になったチ
ョークコイル１１からダイオード１６を介して、出力端
子３から負荷に対して蓄積したエネルギーを放出させ
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、入力される直流電
源の電圧値を変換して出力するチョッパ方式のＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータ回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、直流電源
の電圧を降圧又は昇圧するのに便利であるため、従来よ
り、種々の電子機器に用いられている。特に、チョッパ
方式のＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、部品数が少なく小
型軽量で安価なことから広く普及している。図５は、従
来の昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ回路の概略を示して
いる。図に示すように、入力端子１及び２に供給された
入力電圧Ｖｉｎは、内部回路によって昇圧され、出力端
子３及び４から出力電圧Ｖｏとして取り出されて、負荷
（図示せず）に印加される。スイッチ５は、図示しない
制御回路からのスイッチングパルスによってオン・オフ
する。スイッチ５がオン状態のときは、チョークコイル
６及びスイッチ５からなる電流経路ａを通ってチョーク
コイル６に電流が流れエネルギーが蓄積される。一方、
スイッチ５がオフ状態のときは、スイッチ５がオン状態
の間にチョークコイル６に蓄積されたエネルギーが放出
され、ダイオード７を通って放電し、電流経路ｂを通っ
て負荷側に流れる。

【０００３】いま、スイッチ５がオン状態のときの電流
ピーク及びオン時間をＩｐｋ（ＯＮ）及びｔ（ＯＮ）、
スイッチ５がオフ状態のときの電流ピーク及びオフ時間
をＩｐｋ（ＯＦＦ）及びｔ（ＯＦＦ）、チョークコイル
６のインダクタンス値をＬとし、かつ、ダイオード７及
びスイッチ５の損失電圧が無視できる程度に小さい場合
には、Ｉｐｋ（ＯＮ）及びＩｐｋ（ＯＦＦ）は、 Ｉｐｋ（ＯＮ）＝Ｖｉｎ・ｔ（ＯＮ）／Ｌ Ｉｐｋ（ＯＦＦ）＝（Ｖｏ−Ｖｉｎ）・ｔ（ＯＦＦ）／
Ｌ で表される。また、チョークコイル６のインダクタンス
成分の性質により電流は連続性をもつため、Ｉｐｋ（Ｏ
Ｎ）＝Ｉｐｋ（ＯＦＦ）となる。この結果、 Ｖｏ／Ｖｉｎ＝｛ｔ（ＯＮ）＋ｔ（ＯＦＦ）｝／ｔ（Ｏ
ＦＦ） の式が成立する。ここで、制御回路からのスイッチング
パルスの周期をＴとすると、Ｔ＝ｔ（ＯＮ）＋ｔ（ＯＦ
Ｆ）となるので、上式は、 Ｖｏ／Ｖｉｎ＝Ｔ／ｔ（ＯＦＦ） で表される。したがって、スイッチ５のオン・オフのデ
ューティ比を変えることにより、入力電圧を昇圧して高
い出力電圧を得ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のＤＣ／ＤＣコンバータ回路においては、入力電圧に
対する出力電圧の比を大幅に大きくするためには、スイ
ッチングパルスの周期Ｔに対するｔ（ＯＦＦ）すなわち
オフ時間の比率をかなり小さくしなければならない。こ
のため、以下のような問題が発生する。 １）スイッチングのオフ時間のパルス幅が小さくなるこ
とにより、スイッチング損失の割合が増加するため効率
が低下する。 ２）高い出力電圧を得るためには、スイッチングのオフ
デューティ比が下がる分電流ピーク値Ｉｐｋを大きくし
なければならず、回路の各部における電力損失が増加す
る原因になる。また、出力リップル電圧を小さくする為
に出力コンデンサの容量を大きくする必要が生じる。 ３）制御回路（コントローラ）によっては、スイッチン
グパルスのオンデューティ比が制限されることが多く、
Ｉｐｋを下げるための連続モードに移行する設計が困難
である。 ４）上記各問題を解決するために、使用する部品の性
能、定格などが大きく制限を受ける。このため、部品選
定が困難な上、高周波化及小型軽量化を阻害し、コスト
アップの要因にもなる。 ５）また、上記各問題を解決するために、より部品点数
が多いフライバック方式やフォワード方式に回路構成を
変更する必要もでてくる。このため、小型軽量化を阻害
するとともに、少ない部品で簡易に構成できるチョッパ
方式の利点が生かせない。さらに、トランスの結合損失
による効率の低下やリーケージの処理のために新たに部
品を追加する必要も生じる。

【０００５】従来の降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ回路
の場合にも同様の問題がある。降圧型の場合には、入力
電圧に対する出力電圧の比を大幅に小さくするために
は、スイッチングパルスの周期Ｔに対するｔ（ＯＮ）す
なわちオン時間の比率をかなり小さくしなければならな
い。このため、上記のような問題が発生する。

【０００６】本発明の課題は、小型軽量で安価なチョッ
パ方式の構成で、入力電圧に対する出力電圧の絶対値倍
率が極端に大きいか極端に小さい場合においても対応で
きるようにすることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数のコイル
素子と、与えられる制御信号に応じてオン状態又はオフ
状態に変化し、オン状態のときに前記複数のコイル素子
に入力電源からの電流を流しエネルギーを蓄積させる第
１のスイッチ手段と、設定条件に応じて、前記第１のス
イッチ手段がオン状態又はオフ状態のいずれか一方の状
態のときは、前記複数のコイル素子を並列接続し、前記
第１のスイッチ手段がオン状態又はオフ状態の他方の状
態のときは、前記複数のコイル素子を直列接続する第２
のスイッチ手段と、前記第１のスイッチ手段がオフ状態
のときは、前記複数のコイル素子から蓄積されたエネル
ギーを放出させる第３のスイッチ手段と、を有する構成
になっている。本発明によれば、入力電源からコイル素
子にエネルギーを蓄積させるときのインダクタンス値と
コイル素子からエネルギーを負荷に放出させるときのイ
ンダクタンス値とを異なる値にして、入力電圧と出力電
圧の絶対値比が大きい場合にもスイッチングのオフデュ
ーティ比又はオンデューティ比を大きく確保できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明のＤＣ／ＤＣコンバ
ータ回路の第１〜第３実施形態について図を参照して説
明する。図１は、本発明の第１実施形態における昇圧型
のチョッパ方式のＤＣ／ＤＣコンバータ回路の理論回路
（実際の回路の等価回路）である。この図において、入
力端子１及び２に供給された入力電圧Ｖｉｎは、内部回
路によって昇圧され、出力端子３及び４から出力電圧Ｖ
ｏとして取り出されて、負荷（図示せず）に印加され
る。なお、入力端子２と出力端子４とは共通であり、基
準電圧（例えば、０ｖ）になっている。チョークコイル
１１は、図示しない共通のコアに２つのコイル１１ａ及
び１１ｂが巻かれて、同じ巻線数からなる２つのコイル
素子を構成している。内部回路は、このチョークコイル
１１の他、スイッチ１２〜１５、ダイオード１６で構成
されている。

【０００９】次に、図１を参照して内部回路の接続状態
を説明する。コイル１１ａの一方の端部は、入力端子１
及びスイッチ１２の一方の端部に接続されている。コイ
ル１１ａの他方の端部は、スイッチ１３の一方の端部及
びスイッチ１４の一方の端部に接続されている。スイッ
チ１２の他方の端部は、スイッチ１４の他方の端部及び
コイル１１ｂの一方の端部に接続されている。コイル１
１ｂの他方の端部は、スイッチ１３の他方の端部、スイ
ッチ１５の一方の端部、及びフライホイール用のダイオ
ード１６のアノードに接続されている。スイッチ１５の
他方の端部は、入力端子２に（したがって出力端子４に
も）接続されている。ダイオード１６のカソードは、出
力端子３に接続されている。スイッチ１５は、図示しな
い制御回路からのスイッチングパルスによってオン・オ
フする。そして、スイッチ１２及びスイッチ１３は、ス
イッチ１５がオン状態のときオンになり、スイッチ１５
がオフ状態のときオフになる。逆に、スイッチ１４は、
スイッチ１５がオン状態のときオフになり、スイッチ１
５のがオフ状態のときオンになる。

【００１０】次に、図１の回路の動作について説明す
る。入力端子１及び２に直流電源が供給され、出力端子
３及び４に負荷が接続された状態で、スイッチ１５がオ
ンになると、スイッチ１２及び１３は共にオンになり、
スイッチ１４はオフになるので、コイル１１ａ及び１１
ｂは並列に接続されて、チョークコイル１１のインダク
タンス値はコイルの巻数とコアの特性から決定される値
となる。そして、この並列接続のコイル１１ａ及び１１
ｂの両端に印加された電圧Ｖｉｎによって、入力端子１
から電流経路ａを通ってコイル１１ａ及び１１ｂに電流
が流れエネルギーが放出される。

【００１１】一方、スイッチ１５がオフになると、スイ
ッチ１２及び１３は共にオフになり、スイッチ１４はオ
ンになるので、コイル１１ａ及び１１ｂは直列に接続さ
れて、チョークコイル１１は２倍の巻線数を有すること
になる為、そのインダクタンス値はスイッチ１５がオン
の時に比べて４倍の値となる。そして、チョークコイル
１１に蓄積されていたエネルギーがダイオード１６を経
て図の電流経路ｂを通って負荷に放出される。

【００１２】すなわち、図１の回路においては、コイル
１１ａ及び１１ｂは、２つのコイル素子を構成する。ス
イッチ１５は、与えられる制御信号に応じてオン状態又
はオフ状態に変化し、オン状態のときに２つのコイル素
子に入力電源から電流を流しエネルギーを蓄積させる第
１のスイッチ手段を構成する。スイッチ１２〜１４は、
昇圧型の設定条件に応じて、スイッチ１５がオン状態の
ときは、２つののコイル素子を並列接続し、スイッチ１
５がオフ状態のときは、２つのコイル素子を直列接続す
る第２のスイッチ手段を構成する。フライホイール用の
ダイオード１６は、スイッチ１５がオフ状態のときは、
２つのコイル素子から蓄積されたエネルギーを放出させ
る第３のスイッチ手段を構成する。

【００１３】図１の回路によれば、放電時のチョークコ
イル１１のインダクタンス値は、充電時のチョークコイ
ル１１のインダクタンス値の４倍になる。充電及び放電
の電流変化率は、インダクタンス値が大きい程小さくな
るので、放電時すなわちスイッチ１５がオフ時の電流変
化率は、充電時すなわちスイッチ１５がオン時の電流変
化率の１／４倍になる。したがって、スイッチ１５がオ
フ状態のパルス幅を従来の場合の４倍にすることがで
き、スイッチングパルスのオフディーティ比を大きくし
た状態でも、高い出力電圧Ｖｏが得られる。

【００１４】図２は、図１におけるスイッチ１２〜１５
を半導体素子で構成した実際の回路である。すなわち、
スイッチ１２〜１４をダイオード１７〜１９で、スイッ
チ１５をトランジスタ２０で実現している。チョークコ
イル１１及びフライホイール用のダイオード１６につい
ては図１と同じである。

【００１５】図２の回路の接続状態を説明する。コイル
１１ａの一方の端部は、入力端子１及びダイオード１７
のアノードに接続されている。コイル１１ａの他方の端
部は、ダイオード１８のアノード及びダイオード１９の
アノードに接続されている。ダイオード１７のカソード
は、ダイオード１９のカソード及びコイル１１ｂの一方
の端部に接続されている。コイル１１ｂの他方の端部
は、ダイオード１８のカソード、トランジスタ２０のコ
レクタ、及びダイオード１６のアノードに接続されてい
る。トランジスタ２０のエミッタは、入力端子２に（し
たがって出力端子４にも）接続され、ベースは図示しな
い制御回路に接続されている。そして、トランジスタ２
０は、制御回路からのスイッチングパルスをベースに与
えられてオン・オフする。ダイオード１６のカソード
は、出力端子３に接続されている。

【００１６】次に、図２の回路の動作について説明す
る。入力端子１及び２に直流電源が供給され、出力端子
３及び４に負荷が接続された状態で、トランジスタ２０
がオンになると、ダイオード１７及び１８は順方向にバ
イアスされて導通する。しかし、ダイオード１９は、カ
ソードの電圧がアノードの電圧より高くなり、逆方向に
バイアスされるため導通しない。したがって、コイル１
１ａ、ダイオード１８、トランジスタ２０の直列回路、
及び、ダイオード１７、コイル１１ｂ、トランジスタ２
０の直列回路が形成される。この結果、コイル１１ａ及
び１１ｂは並列に接続されて、チョークコイル１１のイ
ンダクタンス値は各コイルの巻数とコアの特性から決定
される値となる。そして、入力電圧Ｖｉｎによって、入
力端子１からコイル１１ａ及び１１ｂにエネルギーが蓄
積される。

【００１７】一方、トランジスタ２０がオフになると、
ダイオード１９は順方向にバイアスされて導通する。し
かし、ダイオード１７及び１８は、カソードの電圧がア
ノードの電圧より高くなり、逆方向にバイアスされるた
め導通しない。したがって、コイル１１ａ及び１１ｂは
ダイオード１９によって直列に接続され、コイル１１
ａ、ダイオード１９、コイル１１ｂ、ダイオード１６の
直列回路が形成される。この結果、チョークコイル１１
のインダクタンス値はトランジスタ２０がオン時に比べ
て巻数が２倍となる為に４倍となる。そして、コイル１
１ａ及び１１ｂに蓄積されていたエネルギーが、ダイオ
ード１６を通って負荷に放出される。

【００１８】すなわち、図２の回路においては、コイル
１１ａ及び１１ｂは、図１の回路の場合と同様に、２つ
のコイル素子を構成する。トランジスタ２０は、与えら
れる制御信号に応じてオン状態又はオフ状態に変化し、
オン状態のときに２つのコイル素子に入力電源からの電
流を流しエネルギーを蓄積させる第１のスイッチ手段を
構成する。ダイオード１７〜１９は、昇圧型の設定条件
に応じて、トランジスタ２０がオン状態のときは、２つ
ののコイル素子を並列接続し、トランジスタ２０がオフ
状態のときは、２つのコイル素子を直列接続する第２の
スイッチ手段を構成する。フライホイール用のダイオー
ド１６は、図１の回路の場合と同様に、スイッチ１５が
オフ状態のときは、２つのコイル素子からエネルギーを
放出させる第３のスイッチ手段を構成する。

【００１９】図２の回路によれば、放電時のチョークコ
イル１１のインダクタンス値は、充電時のチョークコイ
ル１１のインダクタンス値の４倍になる。したがって、
トランジスタ２０がオフ状態のパルス幅を従来の場合の
４倍にすることができ、スイッチングパルスのオフディ
ーティ比を大きくした状態でも、高い出力電圧Ｖｏが得
られる。

【００２０】このように、上記第１実施形態によれば、
チョークコイル１１からエネルギーを負荷に放出させる
ときのインダクタンス値を、入力電源からチョークコイ
ル１１にエネルギーを蓄積させるときのインダクタンス
値の４倍の値にすることにより、入力電圧に対する出力
電圧の比を大きくする場合でも、スイッチングパルスの
周期Ｔに対するオフ時間の比率を大きくすることが可能
になる。

【００２１】次に、第２実施形態について図３の理論回
路を参照して説明する。この図において、図１の構成と
同じものは同一の符号で表した。すなわち、入力端子１
及び２、出力端子３及び４、コイル１１ａ及び１１ｂか
らなるチョークコイル、スイッチ１５、ダイオード１６
については、その構成及び機能が図１の場合と同じであ
る。ただし、各構成の接続状態については図１とは異な
っている。

【００２２】図３の回路の接続状態を説明する。図３の
回路においては、入力端子側と出力端子側とで電源極性
が逆になる出力反転型のＤＣ／ＤＣコンバータを構成す
る。スイッチ１５の一方の端部は入力端子１に接続さ
れ、他方の端部はスイッチ２１の一方の端部、コイル１
１ｂの一方の端部、及び、ダイオード１６のカソードに
接続されている。スイッチ２１の他方の端部は、コイル
１１ａの一方の端部及びスイッチ２２の一方の端部に接
続されている。スイッチ２２の他方の端部は、コイル１
１ｂの他方の端部及びスイッチ２３の一方の端部に接続
されている。コイル１１ａの他方の端部及びスイッチ２
３の他方の端部は、共に入力端子２及び出力端子４に接
続されている。ダイオード１６のアノードは、出力端子
３に接続されている。そして、スイッチ２１及び２３
は、スイッチ１５がオンのときにオンになり、スイッチ
１５がオフのときにオフになる。逆に、スイッチ２２
は、スイッチ１５がオンのときにオフになり、スイッチ
１５がオフのときにオンになる。

【００２３】次に、図３の回路の動作について説明す
る。入力端子１及び２に直流電源が供給され、出力端子
３及び４に負荷が接続された状態で、スイッチ１５がオ
ンになると、スイッチ２１及び２３はオンになり、スイ
ッチ２２はオフになる。この結果、コイル１１ａ及び１
１ｂは並列接続される。また、ダイオード１６は、逆方
向にバイアスされるので導通しない。したがって、入力
電圧Ｖｉｎによって、入力端子１からスイッチ１５を通
って、コイル１１ａ及び１１ｂに電流が流れエネルギー
が蓄積される。このとき、並列接続されたコイル１１ａ
及び１１ｂからなるチョークコイルのインダクタンス値
は、コイルの巻線数とコアの特性で決定される値とな
る。

【００２４】スイッチ１５がオフになると、スイッチ２
１及び２３はオフになり、スイッチ２２はオンになる。
この結果、コイル１１ａ及び１１ｂは直列接続される。
したがって、コイル１１ａ及び１１ｂに蓄積されたエネ
ルギーが放出されるが、ダイオード１６によって、放電
電流は出力端子４から負荷に流れて、負荷から出力端子
３を経てダイオード１６のアノードに流れる。このと
き、直列接続されたコイル１１ａ及び１１ｂからなるチ
ョークコイルのインダクタンス値は、巻線数が２倍とな
るためにトランジスタ１５がオン時の値の４倍となる。

【００２５】すなわち、図３の回路においては、コイル
１１ａ及び１１ｂは、２つのコイル素子を構成する。ス
イッチ１５は、与えられる制御信号に応じてオン状態又
はオフ状態に変化し、オン状態のときに２つのコイル素
子に入力電源からの電流を流しエネルギーを蓄積させる
第１のスイッチ手段を構成する。スイッチ２１〜２３
は、反転型の設定条件に応じて、スイッチ１５がオン状
態のときは、２つのコイル素子を並列接続し、スイッチ
１５がオフ状態のときは、２つのコイル素子を直列接続
する第２のスイッチ手段を構成する。フライホイール用
のダイオード１６は、スイッチ１５がオフ状態のとき
は、２つのコイル素子からエネルギーを放出させる第３
のスイッチ手段を構成する。

【００２６】図３の回路によれば、放電時のインダクタ
ンス値は、充電時のインダクタンス値の４倍になる。し
たがって、スイッチ１５がオフ状態のパルス幅を従来の
場合の４倍にすることができ、スイッチングパルスのオ
フディーティ比を大きくした状態でも、絶対値の大きい
出力電圧Ｖｏを得ることができる。

【００２７】このように、上記第２実施形態によれば、
第１実施形態の場合と同様に、スイッチ２１〜２３によ
って、コイル１１ａ及び１１ｂから電流を流しエネルギ
ーを負荷に放出させるときのインダクタンス値を、入力
電源からコイル１１ａ及び１１ｂに電流を流しエネルギ
ーを蓄積させるときのインダクタンス値の４倍の値にす
る。この結果、入力電圧に対する出力電圧の絶対値の比
を大きくする場合でも、スイッチングパルスの周期Ｔに
対するオフ時間の比率を大きくすることが可能になる。

【００２８】なお、図３の回路におけるスイッチ２１〜
２３も、そのままダイオードによって置き換えて、実際
の回路を実現することができる。

【００２９】次に、第３実施形態について図４を参照し
て説明する。この回路は、入力電圧よりも低い出力電圧
を得る降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ回路の理論回路で
ある。この図においても、図１の構成と同じものは同一
の符号で表した。すなわち、入力端子１及び２、出力端
子３及び４、コイル１１ａ及び１１ｂからなるチョーク
コイル、スイッチ１５、ダイオード１６については、構
成及び機能は図１の場合と同じである。ただし、この場
合も、各構成の接続状態については図１とは異なってい
る。

【００３０】図４の接続状態を説明する。スイッチ１５
の一方の端部は入力端子１に接続され、他方の端部はス
イッチ２４の一方の端部、コイル１１ｂの一方の端部、
及び、ダイオード１６のカソードに接続されている。ス
イッチ２４の他方の端部は、コイル１１ａの一方の端部
及びスイッチ２５の一方の端部に接続されている。スイ
ッチ２５の他方の端部は、コイル１１ｂの他方の端部及
びスイッチ２６の一方の端部に接続されている。コイル
１１ａの他方の端部及びスイッチ２６の他方の端部は、
共に出力端子３に接続されている。ダイオード１６のア
ノードは、入力端子２及び出力端子４に接続されてい
る。そして、スイッチ２５は、スイッチ１５がオンのと
きにオンになり、スイッチ１５がオフのときにオフにな
る。逆に、スイッチ２４及び２６は、スイッチ１５がオ
ンのときにオフになり、スイッチ１５がオフのときにオ
ンになる。

【００３１】次に、図４の回路の動作について説明す
る。入力端子１及び２に直流電源が供給され、出力端子
３及び４に負荷が接続された状態で、スイッチ１５がオ
ンになると、スイッチ２５はオンになり、スイッチ２４
及び２６はオフになる。この結果、コイル１１ａ及び１
１ｂは直列接続される。また、ダイオード１６は、逆方
向にバイアスされるので導通しない。したがって、入力
電圧Ｖｉｎによって、入力端子１からスイッチ１５を通
って、コイル１１ａ及び１１ｂに電流が流れエネルギー
が蓄積される。このとき、直列接続されたコイル１１ａ
及び１１ｂからなるチョークコイルのインダクタンス値
は、巻線数が２倍の巻線数とコアの特性で決定される値
となる。

【００３２】スイッチ１５がオフになると、スイッチ２
５はオフになり、スイッチ２４及び２６はオンになる。
この結果、コイル１１ａ及び１１ｂは並列接続される。
したがって、コイル１１ａ及び１１ｂに蓄積されたエネ
ルギーが放出される。このとき、並列接続されたコイル
１１ａ及び１１ｂからなるチョークコイルのインダクタ
ンス値は、スイッチ１５がオンの時に比べて巻線数が１
／２となるため１／４となる。

【００３３】すなわち、図４の回路においては、コイル
１１ａ及び１１ｂは、２つのコイル素子を構成する。ス
イッチ１５は、与えられる制御信号に応じてオン状態又
はオフ状態に変化し、オン状態のときに２つのコイル素
子に入力電源からの電流を流しエネルギーを蓄積させる
第１のスイッチ手段を構成する。スイッチ２４〜２６
は、降圧型の設定条件に応じて、スイッチ１５がオン状
態のときは、２つのコイル素子を直列接続し、スイッチ
１５がオフ状態のときは、２つのコイル素子を並列接続
する第２のスイッチ手段を構成する。フライホイール用
のダイオード１６は、スイッチ１５がオフ状態のとき
は、２つのコイル素子からエネルギーを放出させる第３
のスイッチ手段を構成する。

【００３４】図３の回路によれば、充電時のインダクタ
ンス値は、放電時のインダクタンス値の４倍になる。し
たがって、スイッチ１５がオン状態のパルス幅を従来の
場合の４倍にすることができ、スイッチングパルスのオ
ンディーティ比を大きくした状態でも、低い出力電圧Ｖ
ｏを得ることができる。

【００３５】このように、上記第３実施形態によれば、
充電時のチョークコイルのインダクタンス値は、放電時
のチョークコイルのインダクタンス値の４倍になる。こ
の結果、充電時すなわちスイッチ１５がオン時の電流変
化率は、放電時すなわちスイッチ１５がオフ時の電流変
化率の４倍になる。したがって、スイッチ１５がオン状
態のパルス幅を従来の場合の４倍にすることができ、ス
イッチングパルスのオンディーティ比を大きくすること
ができる。

【００３６】なお、図４の回路におけるスイッチ２４〜
２６については、その全てをダイオードによって置き換
えることはできないが、スイッチの一部をトランジスタ
やＦＥＴ等の半導体素子を組み合わせることによって置
き換えて、実際の回路を実現することができる。

【００３７】このように、上記各実施形態によれば、入
力電源からコイル素子にエネルギーを蓄積させるときの
インダクタンス値とコイル素子からエネルギーを負荷に
放出させるときのインダクタンス値とを、昇圧型及び反
転型の場合には４倍、降圧型の場合には１／４にする。
この結果、下記のような特徴が得られる。 １）昇圧型及び反転型の場合にはスイッチングのオフ時
間のパルス幅、降圧型の場合にはスイッチングのオン時
間のパルス幅を大きくできるので、スイッチング損失の
占める割合が増加するのを押さえて、効率の改善を図る
ことができる。 ２）スイッチングのオフデューティ比又はオンデューテ
ィ比を下げる必要がないので、電流ピーク値Ｉｐｋを小
さくすることができ、回路の各部における電力損失を低
減できる。 ３）制御回路（コントローラ）によって、スイッチング
パルスのオンデューティ比が制限される場合でも、Ｉｐ
ｋを下げるための連続モードに移行する設計が可能にな
る。また、従来に比べてより広い入出力電圧倍率を必要
とする電源の制御が可能となる。 ４）上記各問題を解決できるので、使用する部品の性
能、定格などの選定基準がゆるやかになり、部品選定が
容易になるとともに、高周波化及小型軽量化を実現で
き、コストダウンを図ることもできる。 ５）また、上記各問題を解決できるので、フライバック
方式やフォワード方式の回路を使用する必要もなくな
る。このため、少ない部品で簡易に構成できるチョッパ
方式の利点を生かすことができる。 すなわち、上記各実施形態によれば、小型軽量で安価な
構成で、入力電圧に対する出力電圧の比を大きくできる
チョッパ方式のＤＣ／ＤＣコンバータ回路を実現でき
る。

【００３８】なお、上記各実施形態においては、設定条
件に応じて、２つのコイル素子を並列接続及び直列接続
する構成にしたが、３つ以上の複数のコイル素子を並列
接続及び直列接続する構成にしてもよい。

【００３９】また、上記各実施形態においては、共通の
コアに２つのコイルを巻いて２つのコイル素子を構成す
るようにしたが、別々の２つのコアにそれぞれコイルを
巻いて同一の特性をもつ２つのインダクタンス素子を構
成するようにしてもよい。この場合には、小さいコアを
使用して、それぞれのインダクタンス素子の形状を共通
のコアの場合よりもさらに小型化できるので、個々の部
品の大きさに制限がある場合にも柔軟に対応できる。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、入力電源からコイル素
子に電流を流しエネルギーを蓄積させるときのインダク
タンス値とコイル素子からエネルギーをを負荷に放出さ
せるときのインダクタンス値とを異なる値にして、スイ
ッチングのオフデューティ比又はオンデューティ比を大
きくする。したがって、小型軽量で安価なチョッパ方式
の構成で、入力電圧に対する出力電圧の絶対値倍率が極
端に大きい場合や極端に小さい場合でも対応できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態における昇圧型のＤＣ／ＤＣコン
バータ回路の理論回路図。

【図２】第１実施形態における昇圧型のＤＣ／ＤＣコン
バータ回路の実際の回路図。

【図３】第２実施形態における出力反転型のＤＣ／ＤＣ
コンバータ回路の理論回路図。

【図４】第３実施形態における降圧型のＤＣ／ＤＣコン
バータ回路の理論回路図。

【図５】従来の昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ回路の理
論回路図。

【符号の説明】

１、２ 入力端子 ３、４ 出力端子 １１ チョークコイル １１ａ、１１ｂ コイル １２〜１５ スイッチ １６ ダイオード

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のコイル素子と、 与えられる制御信号に応じてオン状態又はオフ状態に変
   化し、オン状態のときに前記複数のコイル素子に入力電
   源からの電流を流しエネルギーを蓄積させる第１のスイ
   ッチ手段と、 設定条件に応じて、前記第１のスイッチ手段がオン状態
   又はオフ状態のいずれか一方の状態のときは、前記複数
   のコイル素子を並列接続し、前記第１のスイッチ手段が
   オン状態又はオフ状態の他方の状態のときは、前記複数
   のコイル素子を直列接続する第２のスイッチ手段と、 前記第１のスイッチ手段がオフ状態のときは、前記複数
   のコイル素子から蓄積されたエネルギーを放出させる第
   ３のスイッチ手段と、 を有することを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ回路。
2. 【請求項２】 前記第２のスイッチ手段は、絶対値で前
   記入力電源の電圧よりも高い出力電圧を生成する昇圧型
   の設定条件においては、前記第１のスイッチ手段がオン
   状態のときは、前記複数のコイル素子を並列接続し、前
   記第１のスイッチ手段がオフ状態のときは、前記複数の
   コイル素子を直列接続することを特徴とする請求項１記
   載のＤＣ／ＤＣコンバータ回路。
3. 【請求項３】 前記第２のスイッチ手段は、絶対値で前
   記入力電源の電圧よりも低い出力電圧を生成する降圧型
   の設定条件においては、前記第１のスイッチ手段がオン
   状態のときは、前記複数のコイル素子を直列接続し、前
   記第１のスイッチ手段がオフ状態のときは、前記複数の
   コイル素子を並列接続することを特徴とする請求項１記
   載のＤＣ／ＤＣコンバータ回路。
4. 【請求項４】 前記第２のスイッチ手段は、半導体素子
   で構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか
   に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ回路。
5. 【請求項５】 前記複数のコイル素子は、異なるコアに
   夫々コイルを形成した複数のインダクタンス素子である
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のＤＣ／
   ＤＣコンバータ回路。
6. 【請求項６】 前記複数のコイル素子は、コアが同一で
   あることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のＤ
   Ｃ／ＤＣコンバータ回路。