JPS62147954A - 昇圧回路 - Google Patents

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】 ３、ｆｆｉ　ＩＪＪの詳、４ＩＩｌな説明［発ＩＪＪの
技術分野］ この発ＩＪは直流１ｖ源回路の昇圧回路に関する。

Ｃ従来技術とその問題点Ｊ 従来、Ｉ／１１ｉｉ　’ｒｌ圧をＪ４圧するには、主に
次の二つの方法に基づいて行なわれていた。一つの方法
は直流をインへ−夕で一旦交流に変換し、その上でトラ
ンス等で’ｙｌ−圧しておき５更に昇圧後の交流をコン
バータを用い昇圧された直流に戻す方法である。他の一
つの方法は、直流電源に直列に接続するコイルに流れて
いる電流をスイッチの０Ｎ１０ＦＦにより急激に減少せ
しめ、このときコイルに発生する起電力を直流電源の電
圧に重畳せしめ昇圧を図るいわゆる）１．正形スイッチ
ングレギュレータを用いる方法である。

しかしながら、これらの方法では、いずれもコイル又は
、トランスを用いるので、その結果、５１−圧回路は大
きなスペースをとるものとならざるを得す、小型化の大
きな阻害要因として問題となっていた。

［発明の目的］ この発ＩＪＩは上述した・バ情に鑑みてなされたもので
、その目的とするところは、大きなスペースをとるコイ
ル又はトランスを用いず、そのため小を化ひいてはＩＣ
（集積回路）化が可渣となる直流の昇圧回路を提供しよ
うとするものである。

［発明の要点］ この発ＩＪＪは、上述した目的を達成するために。

第１タイミングでは、第１および第２のコンデンサを′
電池電源に並列接続し、第２タイミングでは、上記゛１
ｒｉ、池゛１シ源とＬ記第１のコンデンサとを直列接続
にした上で、これらとＥ記第２のコンデンサとを並列接
続にするスイッチ回路を、投け、第２のコンデンサの出
力を昇圧された直流電圧として取出すようにした７点を
要旨とするものである。

［実施例］ 以下、この発明を図に示す一実施例に基づいて説明する
。第１図は、この実施例の回路図である０回路はコンデ
ンサ１、コンデンサ２．ダイオード３、スイッチ回路４
．接続制御回路５および゛１ｖ、池゛ＩＩＺ源６より構
成されている。

電圧Ｖｉの電池電源６は、例えば、＃化銀電池、リチウ
ム電池の如きもので、負極側を接散されており、正極側
はスイッチ回路４の接続端子１１ａに接続される。なお
本実施例はこの電池電源６の直流起電力を何倍かに昇圧
し出力端子７から出力として取出すものである。

スイッチ回路４は、後述するように上記電池電源６とコ
ンデンサｌおよびコンデンサ２の間の接続状態を切換え
るもので、連動してすＪ換えを行なう２つのスイッチ部
１１．１２からなっている。

なお、第１図においてはスイッチ部１１およびスイッチ
部１２をメカニカルなスイッチとして描いているが、こ
れは動作の理解を容易にするため原理的に描いたもので
、実際は、後述するコンパレータ２３の出力により接続
の切換を行なうスイッチング素子等を含む電気回路によ
り構成されている。ここで゛、接続端子１１ａと接続端
子１１ｂの間がオン（ＯＮ）状態のときは接続端子１２
ａと接続端子１２ｂの間がオン（ＯＮ）状態になる。逆
に接続端子１１ａと接続端子１１ｃの間がオン（ＯＮ）
状態のときは、接続端子１２ａと接続端子１２ｃの間も
オン（ＯＮ）状ｙムになる。そしてスイッチ回路４が動
作を開始しだすときは常に接Ｍ端子１１ｂおよび接続端
子１２ｂ側が接続されている。また４ａＩａ端子１１ｂ
はコンデンサｌの一方の端子に接続されると共に、ダイ
オード３のアノードに接続され、接続端子１１ｃおよび
接続端子１２ｂは一括してコンデンサｌの他の端子に接
続されており、接続端子１２ａは接地されている。

コンデンサ１は容量をＣ１とするもので、スイッチ回路
４において接続端子１１ａと接続端子１ｉｂ、接続端子
１２ａと接続端子１２ｂがそれぞれ接続するときは、電
池゛市原６により充電され。

また接続端子１１ａと接続端子１１ｃ、接続端子１２ａ
と接続端子−１２ｃがそれぞれ接続するときは、゛電池
電源６と直夕嗜接続になり上記充電によるコンデンサ電
圧ｋ圧と電池電源６の起電力が重畳され、この重畳され
た電圧はダイオード３を介しコンデンサ２に印加される
。なお、上記充電は１回路抵抗が十分に小さくされてい
るので、瞬時に行なわれる。

ダイオード３は、コンデンサ２の電圧が゛ＩｒＬ池電源
６の電圧若しくはコンデンサ１の電圧又は両者が重畳し
た″電圧より高くなった場合に、ダイオード３からコン
デンサｌ側に電流が逆流するのを防ぐものである。この
ダイオード３のカソードは接続ル制御回路５のツェナー
ダイオード２１の正極側に接続されると共に、出力端子
７およびコンデンサ２の一方の端子に接続され、コンデ
ンサ２の他の端子は接地される。このため出力端子７か
らの出力はコンデンサ２のコンデンサ電圧になっている
。なお、このコンデンサ２の容量はＣ２であり、コンデ
ンサｌの容量であるＣ１の数倍になっている。

接続制御回路５は昇圧された出力電圧ＶＯを導入し、そ
のレベルに応じて、スイッチ回路４における接続を切り
拝えるための出力をスイッチ回路４に送る。この接続制
御回路５において、昇圧出力電圧Ｖｏはツェナーダイオ
ード２１の正極に導入され、このツェナーダイオード２
１の負極は抵抗２２ａ、２２ｂを介し接地され、抵抗２
２ａと抵抗２２ｂとの間の結線部はコンパレータ２３の
マイナス側入力端子に接続されている。すなわち、出力
電圧のうち、ツェナーダイオード２１のツェナー電圧を
起えた分の電圧を抵抗２２ａと抵抗２２ｂで分圧し、抵
抗２２ｂの電圧降下分の電圧Ｖａをコンパレータ２３に
入力している。また、負極を接地している直流′屯１Ｉ
Ｘ２５の正極は抵抗２４、抵抗２６を介して三角波発振
回路２７に接続されており、抵抗２４と抵抗２６との間
の結線部はコンパレータ２３のプラス側入力端子に接続
されている。すなわち、直流電源２５と三角波発振回路
２７の出力を加算したものを抵抗２４と抵抗２６で分圧
した電圧を基準電圧ｖｂとしてコンパレータ２３のプラ
ス側入力端子に入力している。この基べ１電圧ｖｂは時
間的に変化する第３図（ａ）の（ハ）に示すようなもの
になる。コンパレータ２３は、上記電圧Ｖａと基準電圧
ｖｂとを比較し、基準電圧ｖｂが大きいときに出力をハ
イ（Ｈ）状７Ｓとし、逆に電圧Ｖａの方が大きいと５に
出力をロウ（Ｌ）状態にするいま：ｔ’、　３図（ａ）
おいて電圧Ｖａのレベルが一点鎖線で示すようなもので
あるとＳ、コンパレータ２３の出力は同図（ｂ）に示す
ようになる。すなわちＴＩおよびＴ２の時間それぞれロ
ウ（Ｌ）およびハイ（Ｈ）の出力を交互に出力すること
になる。そ゛してロウ（Ｌ）の出力がスイッチ回路４に
送られている間だけ、すなわちＴＩの時間の間、接続端
子１１ａと接続端子１１ｃ、および接続端子１２ａと接
続端子１２ｃがそれぞれ接続され、ハイ（Ｈ）の出力が
送られている間すなわちＴ２の時間の間、接続端子１１
ａと接続端子１１ｂ、および接続端子１２ａ、！−接続
端子１２ｂがそれぞれ接続するようになっている。そし
て、いまコンパレータ２３の出力がロウ（Ｌ）のときを
第１タイミング（すなわち時間Ｔｌだけ続く）とし、コ
ンパレータ２３の出力がハイ（Ｈ）のときを第２タイミ
ング（すなわち時間Ｔ２だけ続く）としている。

次に本実施例における動作を説明する。接続制御回路５
の抵抗２４を大きくして、更に三角波発振回路２７の出
力を零とし、基準電圧ｖｂをほぼ零とする。この状態で
、スイッチ回路４の作動を開始させるが、前述のように
、この場合は接続端子１１ａと接続端子ｆｌｂの間およ
び接続端子１２ａと接続端子１２ｂの間がオン（ＯＮ）
状態になる。このため、電池型［６、コンデンサｌ、２
およびダイオード３の接続関係は第２図（ａ）のように
なり、古諺がそれぞれＣ１、Ｃ２のコンデンサｌおよび
コンデンサ２は電圧Ｖｉの電池電源６より充電される。

いま、コンデンサｌにチャージされた電荷をＱｌ、コン
デンサ２にチャージされた電荷をＣ２とすると、これら
は次のようになる。

Ｑｌ＝ＣＩＶｉ Ｃ２＝Ｃ２（Ｖ　ｉ　−Ｖｏ　　） なお、上式でＶＤはダイオード３での・重圧降下であり
、また前述のようにコンデンサｌにＱｌの電荷が充電す
る際は瞬時に終了するが、コンデンサ２の方にＣ２が充
′１［するには図示しない回路抵抗の存在により時定数
が犬きくなっているため−・定の時間を要する。

さて上記充電によりコンデンサ２には、電荷Ｑ２を容量
Ｃ２で割った電圧（Ｖｉ　　Ｖｏ）すなわち、゛−ト池
電源６の電圧Ｖｔより若干低いコンデンサ電圧が発生し
、これが出力゛電圧ｖＯとして接続制御回路５に導入さ
れ、その一部である電圧Ｖａが上記コンデンサ電圧すな
わち出力゛社用ｖＯと共に増減するものとしてコンパレ
ータ２３に導入される。

次に、接続制御回路５の三角波発振回路２７から所定の
三角波出力を出すと共に、抵抗２４を小さくしていき、
のこぎり波となる基準電圧ｖｂのレベルを昇げていく、
すなわち、基準電圧ｖｂを第３図（ａ）の（イ）の状ｙ
ムから順次−１一方にモ行移動し、（ロ）、（ハ）と昇
げていくことになる。そして、この基準電圧ｖｂの極大
値が、その時のＶａのレベル（第３図（ａ）の一点鎖線
で示される）以にとなり第３１４（ａ）の（ハ）のよう
な状態になると、このｖｂがＶａより大である時ｔｉｌ
ｌ　（Ｔ　２　）だけ第２タイミングとなり、コンパレ
ータ２３からハイ（Ｈ）の出力がスイッチ回路４に送ら
れる。このコンパレータ２３からの出力により、スイッ
チ回路４ではこの出力がある時間（Ｔ１）だけ接続状態
が変化して、接続端子１１ａ、！−接続端−７’−１１
ｃの間および接続端子１２ａと接続端子１２ｃの間がオ
ン（ＯＮ）状態になる。この場合、？ｆｉ池電ｉ！Ｘ６
、コンデンサｌ、２およびダイオード３の接続状態は、
第２図（ｂ）のようになる、すなわち、電池゛−［源６
とコンデンサｌは直夕呼となり、゛電池電源６の電圧Ｖ
ｉとコンデンサｌの電圧ＶＩ（＝−）が加算された２Ｖ
ｉの電圧がコンデンサ２偏にかかる。

一方、コンデンサ２の方の電圧は、Ｖｉより若Ｉ〕低い
Ｖｉ　−Ｖｏ　　（＝　　）になっているからコンｚ デンサｌの電荷がコンデンサ２に移動する。この場合、
何ら回路抵抗がないと電圧のバランスがとれるところま
での電荷の移動は瞬時に終るが、本実施例では回路抵抗
（］Δ祇せず）が導入されており、一定の時間の後に゛
重圧バランスのとれた上衡状態に達するようになってい
る。ところでコンデンサｌからコンデンサ２への電荷移
動が可ず駈な前述の時間ＴＩは、上記の平衡状態に達す
る一定の時間に比較して十分小さく設定されているので
平衡状態に至るまでの電荷の移動はない、そして、時間
Ｔ２（すなわち第２タイミング）がすぎると、スイッチ
回路４の接続状態は、また第２図（ａ）の状態（すなわ
ち第１タイミングの状ｙＥ）に戻るが、この場合、電荷
の移動により、出力′心ｆＥＶｏは昇圧されており、こ
れを反映し電圧Ｖａも高くなり、第３図（ａ）で言えば
、′重圧Ｖａを表わす一点鎖線は基準電圧ｖｂを示すの
こぎり波の尖頭部の直下までモ行移動で上ｙＬする。そ
こで、電圧投入蒔は基準電圧のゆるやかな上昇等の方法
で目的とする出力電圧Ｖｏまで昇圧を行なう。なお、出
力電圧Ｖｏが電池電源６およびコンデンサｌの電圧Ｖｉ
より高くなっても、ダイオ−１３の存在により、電荷が
コンデンサｌ側に逆流することはないが、コンデンサ２
への電荷の移動は第２図（ｂ）で電池電源６の電圧Ｖｉ
とコンデンサｌの電圧の和がコンデンサ２の電圧と等し
くなる場合までに限られる。

以上のような手順により出力電圧Ｖｏを得た後、負荷を
接続するが、これにより出力電圧Ｖ。

が低下すると次のような動作により、１；９定の出力電
圧Ｖｏに戻る。すなわち、この場合、出力電圧Ｖｏの低
下に伴ない電圧Ｖａも低下し、第３　ＩＮ（ａ）で電圧
Ｖａを示す一点鎖線はｆ方にモ行移動する。これによっ
て、時間Ｔ２は長くなり、それだけコンデンサ１からコ
ンデンサ２へ移動する電荷も増え、出力゛１ト圧Ｖｏは
」−昇していき、ノロ（の設定出力電圧ｖＯに戻る。

次に、この昇圧回路を使用中に、負荷の変動等により、
出力′市川が変動した際、これが設定電圧Ｖｏに戻るい
わゆる出力電圧の安定化動作について説明する。この場
合も、出力電圧の上下に伴ない、電圧Ｖａが上Ｆし、第
３図（ａ）で説明するなら、電圧Ｖａを示す一点鎖線が
上下することになり、その結果１時間Ｔ２が長・短し、
結局１時ｆｌｉｔ　Ｔ　２の間にコンデンサｌからコン
デンサ２に移動する電荷が増減され１元の出力電圧Ｖｏ
に戻る０例えば出力電圧が設定の出力電圧Ｖｏより高く
なったときは、それに伴い′１セ圧Ｖａも高くなり、そ
の結果、時間Ｔ２が短かくなり、結局、コンデンサｌか
らコンデンサ２への電荷の移動が少なくなり、出力’ｌ
ｌｔ圧は低下していき、元の設定電圧ｖＯに戻る。

なお、この発明は１．上記実施例に限定されず。

この発明を逸脱しない範囲内において種々変形応Ｊｒｌ
可能である。例えば、本実施例における電池電冨（６は
負極側を接地し正極側をスイッチ回路４に導入したが、
これを逆にし正極側を接地し負極側をフィー２千回路４
に導入してダイオード３のアノ−ド、カソードの接続を
反転させてもよし）。

また１本実施例では、第１のコンデンサとして、１つの
コンデンサを用いたが、これらを複数のコンデンサとし
て、第１タイミングではすべてを並列とした上で電池電
源６により充′心し、第２タイミングでは、これらをす
べて電池電源６に直列にして電池電源６の電圧の数倍の
電圧にした上で第２のコンデンサに印加してもよい、こ
の場合は出力電圧ｖＯは電池電源６の数倍に昇圧できる
。なお第２のコンデンサを複数のコンデンサを並列にし
たコンデンサ群としてもよいのは勿論であり、このよう
にして第２のコンデンサの容量を大、ｆｆ＜した場合は
、負荷変動等による出力電圧の変化が更に小さぐなる。

［発明の効果］ この発明は１以上詳細に説明してきたように。

第１タイミングでは、１又は２以上のコンデンサからな
る第１のコンデンサと第２のコンデンサとを電池電源に
すべて並列接続し、第２タイミングでは」二足′Ｉｔ！
、池電源と第１コンデンサをすべて直列１ａ続した］；
で、これらと］二記第２のコンデンサとを並列接続する
接続９ノ換手段を設け、上記第２のコンデンサの出力を
昇圧された直流電圧として取出すようにしたから、従来
の昇圧回路のように、大きなスペースをとるコイル又は
トランスを用いる必要がなくなり、そのため小型化ひい
てはＩＣ（集積回路）化が可ず侶となるという効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の回路図であり、第２図は
Ｌ記実施例における’＋ｔｔ源電池、第１のコンデンサ
、ダイオードおよび第２のコンデンサ間の接続の切換状
態を示す図であり、第３図は接続制御回路５のコンパレ
ータ２３へ人力する゛重圧Ｖａ、Ｖｂとこのコンパレー
タの出力と第１および第２タイミングの長さの関係を示
すものである。 １．２・・・・・・コンデンサ、３・・・・・・ダイオ
ード、４・・・・・・スイッチ回路、５・・・・・・接
続制御回路、６・・・・・・電池電源、７・・・・・・
出力端子。 特許出願人　　カシオ計算機株式会社 （ＣＩ） 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電池電源と、１又は２以上のコンデンサからなる第１の
   コンデンサと、第２のンデンサと、この第２のコンデン
   サに充電されている電荷が上記第１のコンデンサに放電
   されるのを阻止するダイオードと、第１タイミングでは
   、すべての第１のコンデンサと第２のコンデンサを上記
   電池電源に並列接続し、第２タイミングでは電池電源と
   第１コンデンサとをすべて直列接続した上で、これらと
   第２のコンデンサとを並列接続するスイッチ回路と上記
   第２のコンデンサの電圧を検出し、この電圧により上記
   スイッチ回路を制御する接続制御回路とを有し、上記第
   ２のコンデンサの出力を昇圧された直流電圧として取り
   出すことを特徴とする昇圧回路。