JPS58215969A - スイツチングレギユレ−タ - Google Patents

スイツチングレギユレ−タ

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Publication number
JPS58215969A
JPS58215969A JP9847982A JP9847982A JPS58215969A JP S58215969 A JPS58215969 A JP S58215969A JP 9847982 A JP9847982 A JP 9847982A JP 9847982 A JP9847982 A JP 9847982A JP S58215969 A JPS58215969 A JP S58215969A
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JP
Japan
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current
dummy
load
transistor
circuit
Prior art date
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Pending
Application number
JP9847982A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigeru Omori
茂 大森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Fuji Facom Corp
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Fuji Facom Corp
Fuji Electric Manufacturing Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd, Fuji Facom Corp, Fuji Electric Manufacturing Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP9847982A priority Critical patent/JPS58215969A/ja
Publication of JPS58215969A publication Critical patent/JPS58215969A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、スイッチングレギュレータの低消費電力化に
関するものである。
第1図は、従来のスイッチングレギュレータの一例を示
す回路図である。同図において、1はDC−DCコンバ
ータ、2はパルス幅制御回路、3は二次平滑回路、4は
ダミー負荷、5は過電流検出素子、である。
動作を説明する。直流入力電圧Vlnは、DC−DCコ
ンバータ1を通し二次平滑回路3を介し、安定化された
直流電圧■。utとしa′C図示せざる負荷へ供給され
る。出力電圧Voutが変動すると、それに応じてパル
ス幅制御回路2が、DC−DCコンバータ1内のスイッ
チングトランジスタTrの駆動パルス幅を制御し、出力
電圧V。utが一定値を維持するようになっている。
所で、かかるスイッチングレギュレータにおいて、出力
電圧Voutを安定化させるだめの動作は、二次平滑回
路3におけるインタフタンスLを通って流れる電流IL
が成る一定電流(以後、臨界電流という)以上流れてい
る場合に可能なのであり、この電流ILが少なくなった
υ、零になったシすると、二次平滑用コンデンサCに電
荷がたまシすぎ、出力電圧Voutは異常に上昇し、安
定化のための動作が働かなくなることが知られている。
このように、安定化動作が機能しなくなる限界を示す臨
界電流の値は、インダクタンスLの値を大きくすると、
低減する。この関係を第2図に示す。
第2図において、インダクタンスLを流れる電流ILを
横軸に、出力電圧Voutを縦軸にとっである。
インダクタンスL1. L2はパラメータである(但し
Ll<L2)。すなわち第2図から、インダクタンスが
Llのときは、出力電圧■。。しが安定化動作を受けて
安定化されるのに必要な最小電流ILの値、すなわち臨
界値はIDIであシ、インダクタンスL1よシ大きなL
2になると、電流工りの臨界値はID2に低減すること
が判る。
従って原理的には、インタフタンスLの値を無限に大き
くしたシ(或いはコンデンサCの容量を大きくしたシ)
すれば、電流ILが零でも、出方電圧Voutは安定化
される筈である。しかし、インダクタンスLの値を無限
大にするようなことは、物理的に不可能であるし、また
出来たとしても経済的に得策でない。
そこで従来は、負荷電流■oが零であっても、少なくも
臨界値を超える電流■Lが流れるように、第1図に見ら
れる如く、出力端子間にダミー負荷4を接続し、ダミー
電流よりを流すことが行なわれている。装置の経済性を
考慮すると、このダミー電流IDの大きさくすなわち臨
界電流の値)は出力電流(負荷電流I。)の最大値の1
0〜25%に設定されるのが一般的である。
このように、従来のスイッチングレギュレータは、負荷
電流工。の大小にかかわシなく、常にダミー電流lDを
流してお(方式であったから、その分だけ消費電力が大
きく、効率が低いという欠点があった。
本発明は、上述のような従来技術における欠点を改善す
るためになされたものであり、従って本発明の目的は、
電力損失が従来よシ少ない、高効率のスイッチングレギ
ュレータを提供するこトニある。
本発明の構成の要点は、上述のようなスイッチングレギ
ュレータにおいて゛、ダミー負荷として電流制御素子を
含む回路を接続し、負荷電流■oが臨界電流の値よ、り
少ないか零のときのみダミー電流IDを流し、負荷電流
■oが臨界電流の値を超したとぎには、電流制御素子を
カットオフし、ダミー電流IDを遮断して流さないよ5
にすることによυ、消費電力の低減を図った点にある。
次に図を参照して本発明の一実施例を説明する。
第3図は本発明の一実施例を示す回路図である。
同―において、ダミー負荷として、制御トランジスタエ
4と抵抗11〜13から成る図示の如き回路が二次平滑
回路3の後段に接続される。
第3図において、制御用トランジスタ14のベース・エ
ミッタ間電圧VBIは次の(1)式によって表わされる
VBI]=VE  (IbxRs3=VB−Vs  =
(1)但し、VBは、出力端子間に直列に接続された抵
抗1工および工2のうち、抵抗12の両端間電圧であシ
、lLは二次平滑回路3におけるインダクタンスLを流
れる電流であシ、Rsは電流検出抵抗13の抵抗値であ
る。
また、次の各式が成立する。
IL=IO+ ID ID = IBEX hF’Fli 但し、Voutは出力電圧、”A s REはそれぞれ
抵抗11.12の抵抗値、Ioは負荷電流、IDは制御
トランジスタ14を流れるダミー電流、hrmはトラン
ジスタ14の直流電流増幅率、よりmはトランジスタ1
4におけるベース・エミッタ電流、である。
上記(すおよび(2)式から次の式が成立する。
・・・・・・・・・・・・(3) 上記(3)式の右辺を検討すると、その第1項は、出力
電圧■。utが安定化された一定電圧であるから、一定
値にと置くことができる。また第2項は、lLが変数で
あり、RA+几B + R8は何れも回路定数であるか
ら■L−N(但しNは回路定数によシ決まる定数)と表
わすことができる。従って上記(3)式は次のように書
き直すことができる。
VBFl!=に−IL−N          =・=
−(4)上記(4)式から、制御トランジスタ14のベ
ース・エミッタ間電圧VBEは、インダクタンスLを流
れる電流■Lが増すと、減少することが判る。負荷電流
■0が零のときは、電流ILがトランジスタ14を流れ
るダミー電流■Dになるわけであるから、上記(4)式
を用い、トランジスタ14をカットオフさせないための
ペース・エミッタ間電圧VBEから逆算して゛ダミー電
流■Dの大きさを決定することができる。また同様にト
ランジスタ14をカットオフさせるに足る電流工りの大
きさを求めることもできる。
すなわち、負荷電流loが零のときは、ダミー電流ID
をトランジスタ14に流しておき(このとき工L=より
)、負荷電流工。が流れ始めると、電流ILが増し、ト
ランジスタ14のペース・エミッタ間電圧VBII:が
減少してくる(このときIL−ID + IO)ので、
□ダミー電流よりも減少してくる。負荷電流I。
が更に増すと、トランジスタ14は遂にカットオフする
に至シ、ダミーを流IDは零になる(このときIL=■
o)。
以上の関係を第4図のグラフに示す。
以上のことから、本発明によれば、負荷電流工0の増大
と共にダミー1i流IDが減少し始め、負荷電流I0が
一定値を超えると、それ以後ダミーm流IDは零になる
から、常時ダミー電流IDを流していた従来のスイッチ
ングレギュレータに比し、消費電力の低減か可能である
ことが理解されるであろう。
第5図は本発明の他の実施例、すなわち、電圧の変動要
因を考慮に入れた場合の実施例を示す回路図である。以
下、これについて説明する。
上記(1)式から次の式を得ることができる。
VB=VBE+VS         ・・・・・・・
・・・・・・・・(5)し介し、ベース・エミッタ間電
圧VBEの諸要因による変動分をΔVBEとすると、上
記(5)式は次の如く書き改められる。
vB=vBE+vs−ΔvBm ここで変動分ΔVBEは次の如く表わすことができる。
ΔVB、=G・ΔT+F−ΔVo−Z−Δ■Lここで、
F・ΔVoは出力電圧voの変動に起因する変動分であ
るが、唯今の場合、出力電圧VOは安定化された一定電
圧であるから、かかる変動分F・ΔVoは無視する。次
に、Z・ΔILであるが、これはインダクタンスLの誤
差に起因する変動分であるので、設計時に技術的に対処
すべき誤差としてこれも無視する。残るG・ΔTは、温
度変化に起因する変動分であシ、実際問題としてこれを
無視することにt出来ない。
耐5図は、かかる温度変化に起因する変動分を補償し°
た実施例を示している。同図において、15は温度補償
ダイオードであシ、16は電流制限抵抗である。すなわ
ち、トランジスタ14のベース・エミッタ間電圧’YB
mの温度特性とダイオード15の順方向電圧降下の温度
特性を同じにしておけば、温度補償という目的は達せら
れる。
動作説明は第3図のそれと同じであるから、繰シ返す必
要はないであろう。々お17は、本発明によるダミー負
荷回路を示している。
第6図は、第5図に示す実施例において得られた実測デ
ータを示す第4図と同様なグラフである。
実験では、出力電圧Voutを10v1最大負荷電流I
o(max)をIA、ダミー電流IDを0,2人とした
実験によれば最大出力(負荷)電流時において、ダミー
電流分の電力損失は零であった。また出力電流が最大出
力電流の20%のときでも、ダミー電流分の電力損失は
0.55Wであり、本発明のスイッチングレギュレータ
では、約80%の効率となる。従来のように、固定抵抗
によるダミー回路を用いると、その効率は約50%にな
るから、本発明によシ、電力損失の少ないスイッチング
レギュレータを実現できることが理解されるであろう。
第7図は従来のマルチ出力電源を示す回路図である。同
図においては、入力電圧Vinの変動を抑えるために、
入力電圧を検出し、それによシパルス幅制御回路2を制
御して、スイッチングトランジスタTrの駆動パルス幅
を変えて出力電圧の安定化を図っている。
この場合、入力電圧Vinを検出するのでなく、出力電
圧■。utl l Vout2 t Vout3のうち
の一つを検出し、これによシパルス幅制御回路2を制御
しても同じ結果が得られる。しかしこの°ときは、出力
電圧を検出されない残シの出力回路(これを非制排出力
回路と呼ぶことにすれば)、非制御出力回路では、出力
インピーダンスに起因する負荷変動を抑えることが出来
ず、精度の良い出力電圧を得ることができない。
そこで精度の良い出力電圧を得たい場合には、第7図に
示すように、各出力回路にシリーズレギュレータ18を
接続して出力電圧の安定化を図っていた。このためシリ
ーズレギュレータでの電力損失が大きくなり、効率が低
下するとい5欠点があった。
第7図に示した如き、マルチ出力電源に本発明を寅施し
た場合の実施例を第8図に示す。
すなわち、第8図においては、非制御出力回路に、ダミ
ー負荷4とシリーズレギュレータ18の代シに、本発明
によるダミー負荷回路17(第5図の17)が接続され
ておシ、これにょシ効率低下という欠点を解消している
定電圧精度のよい電源を必要とする独立した複数個の電
子回路へ精度の良い電源を供給するという用途に第8図
の実施例を用いた場合、電力損失が少なく高効率である
ため、そのコストを低減できるという点で効果が大きい
この発明によれば次のような効果を期待することができ
る。
(イ) スイッチングレギュレータの二次平滑回路にお
けるインダクタンスを流れる最大電流を、従・来は定格
出力電流以上に多く流す必要があったのに対し、本発明
によれば、これを定格出力電流と同じにできるので、そ
れだけ高効率化が図れる。
また同時に、ダミー負荷回路を構成する制御素子等にお
ける通電り流の大きさを抑制できるので、それら素子の
信頼性を損なうことが少ない。
(ロ)出力電流に応じてダミー負荷電流を制限すること
によシ負荷変動による電圧変動を抑えることができるの
で、マルチ出力をもつ電源等でその非制御出力の精度を
良くするのに本発明を用いて好適である。これによシミ
力損失を抑えるとともに簡便な回路で精度のよいマルチ
出力の電源を安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のスイッチングレギュレータの一例を示す
回路図、第2図は、第1図の回路において、インダクタ
ンスLを流れる電流ILと出力電圧Voutの関係を、
インダクタンスLをパラメータとして示したグラフ、第
3図は本発明の一実施例を示す回路図、第4図は第3図
の回路における電流”L ’+ ID HI。の関係を
示したグラフ、第5図は本発明の他の実施例を示す回路
図、第6図は第5図の回路において実測された電流IL
 + ID r ’oの関係を示したグラフ、第7図は
従来のマルチ出方電源を示す回路図、#I8図は本発明
の更に他の実施例を示す回路図、である。 符号説明 1・・・・・・DC−DCコンバータ、2・・・・・・
パルス幅制御回路、3・・・・・・二次平滑回路、4・
・・・・・ダミー負荷、5°・・・・・過電流検出素子
、11〜13・・・・・・抵抗、14・・・・・・制御
トランジスタ、15・・量温度補償タイオード、17・
・・・・・本発明によるダミー負荷回路代理人 弁理士
 並 木 昭 夫 代理人 弁理士 松 崎   清

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)無負荷時または低負荷時に備えて出力端子間にダミ
    ー負荷を接続し、該負荷に所定のダミー電流を流してお
    くよ5にしたスイッチングレギュレータにおいて、前記
    ダミー負荷として、電流制御素子を含む回路を接続し、
    負荷電流に応じて前記ダミー電流を制御し、負荷電流が
    所定の電流値を上まわっているときは、前記電流制御素
    子をカットオフして該素子を流れていたダミー電流を遮
    断するようにしたことを特徴とするスイッチングレギュ
    レータ。
JP9847982A 1982-06-10 1982-06-10 スイツチングレギユレ−タ Pending JPS58215969A (ja)

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JP9847982A JPS58215969A (ja) 1982-06-10 1982-06-10 スイツチングレギユレ−タ

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JPS58215969A true JPS58215969A (ja) 1983-12-15

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ID=14220782

Family Applications (1)

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JP9847982A Pending JPS58215969A (ja) 1982-06-10 1982-06-10 スイツチングレギユレ−タ

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JP (1) JPS58215969A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63287365A (ja) * 1987-05-20 1988-11-24 Stanley Electric Co Ltd 電源装置
US5402059A (en) * 1994-02-08 1995-03-28 Ford Motor Company Switching power supply operating at little or no load

Cited By (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63287365A (ja) * 1987-05-20 1988-11-24 Stanley Electric Co Ltd 電源装置
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