JPS62221867A - Dc-dc converter - Google Patents

Dc-dc converter

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JPS62221867A
JPS62221867A JP5360186A JP5360186A JPS62221867A JP S62221867 A JPS62221867 A JP S62221867A JP 5360186 A JP5360186 A JP 5360186A JP 5360186 A JP5360186 A JP 5360186A JP S62221867 A JPS62221867 A JP S62221867A
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JP
Japan
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energy
coil
capacitor
stored
voltage
Prior art date
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Pending
Application number
JP5360186A
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Japanese (ja)
Inventor
Koji Kuwabara
桑原 厚二
Eiji Miyachika
詠史 宮近
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain inversion output voltage lower than input voltage, by connecting a plurality of first condensers storing the energy of an input power source and the energy of a coil, in series when switching elements are OFF. CONSTITUTION:A DC-DC converter is composed of a coil 2, switching elements (hereinafter, TR) 31-32, first condensers 41-42, charging diodes 51-52, discharging diodes 61-62, and a second condenser 7, and current is fed to a load resistor 8. Into the coil 2, energy is stored by the first ON-working of the TR 31-32, and after that, on OFF-working, the total energy of this energy and the energy of an input power source 1 is stored in the first condensers 41-42 via the charging diodes 51-52. After that, when the TR 31-32 are turned ON second, then the energy of the first condensers 41, 42 is respectively shifted to the second condenser 7 via the discharging diodes 61-62. As a result, the output voltage Vo of the second condenser 7 is obtained with polarity opposite to that of input voltage E as the polarity shown in figure.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 DC−DCコンバータであって、入力電源に流れるリプ
ル電流が少な(かつ入力電圧よりも低い反転出力電圧を
簡単な回路で得ようとするものである。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] This is a DC-DC converter that attempts to obtain an inverted output voltage with a small ripple current flowing through an input power source (and which is lower than the input voltage) with a simple circuit.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は、入力電圧を反転したしかもそれより低い出力
電圧を得るようにした反転降圧形のDC−DCコンバー
タに関する。
The present invention relates to an inverting step-down DC-DC converter that inverts an input voltage and obtains a lower output voltage.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の反転出力形DC−DCコンバータは第4図に示す
構成を有していた。第4図において、参照符号1′は入
力電源、2′はコイル、3′はトランジスタ、4′は第
1コンデンサ、5′は充電用ダイオード、6′は放電用
ダイオード、7′は第2コンデンサ、8′は負荷抵抗で
ある。
A conventional inverted output type DC-DC converter had a configuration shown in FIG. In Figure 4, reference numeral 1' is the input power supply, 2' is the coil, 3' is the transistor, 4' is the first capacitor, 5' is the charging diode, 6' is the discharging diode, and 7' is the second capacitor. , 8' is a load resistance.

この構成により、トランジスタ3′が最初にオンすると
、閉ループl。N1が形成されて、コイル2′にエネル
ギが蓄えられる。
This configuration results in a closed loop l when transistor 3' is first turned on. N1 is formed and energy is stored in coil 2'.

次にトランジスタ3′がオフすると、コイル2′に蓄え
られたエネルギと入力電源1′のエネルギの和が閉ルー
プβ。FFを流れることにより、第1コンデンサ4′に
エネルギが蓄えられる。
Next, when the transistor 3' is turned off, the sum of the energy stored in the coil 2' and the energy of the input power supply 1' becomes a closed loop β. By flowing through the FF, energy is stored in the first capacitor 4'.

更に、トランジスタ3′がもう一度オンすると閉ループ
l。H2Iとl。N2□が形成され、上記閉ループ1゜
N1に沿ってコイル2′に電源1′のエネルギが蓄えら
れると共に閉ループi。N7に沿って第1コンデンサ4
′のエネルギが第2コンデンサ7′に移されれる。
Furthermore, when transistor 3' is turned on again, the loop l is closed. H2I and l. N2□ is formed, and the energy of the power source 1' is stored in the coil 2' along the closed loop 1°N1, and a closed loop i. First capacitor 4 along N7
' is transferred to the second capacitor 7'.

この動作の繰り返しにより、入力電源1′の極性と反対
の極性の出力電圧V。が負荷抵抗B′の両端に現われる
By repeating this operation, the output voltage V has a polarity opposite to that of the input power supply 1'. appears across the load resistance B'.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上述した第4図は入力電源1′に流れるリップルミ流が
少ないという優れた特徴を有するものである。
The device shown in FIG. 4 described above has an excellent feature in that the ripple current flowing into the input power source 1' is small.

また、その出力電圧V0は次式で表わされる。Further, the output voltage V0 is expressed by the following equation.

■式において、Dはトランジスタ3′の時比率ンジスタ
3′の動作周期に対するオン時間の比である。
In equation (2), D is the ratio of the on time of the transistor 3' to the operating period of the duty ratio transistor 3'.

Eは入力電源1′の電圧である。E is the voltage of the input power supply 1'.

しかし、■式から明らかなように、D<1の関係にある
ため、Voの絶対値1volは必らずEより大となる。
However, as is clear from equation (2), since there is a relationship D<1, the absolute value 1 vol of Vo is necessarily larger than E.

従って、従来の反転出力形コンバータでは入力電圧より
低い反転出力電圧を得ることができないという問題点が
あった。
Therefore, the conventional inverted output type converter has a problem in that it is not possible to obtain an inverted output voltage lower than the input voltage.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明の目的は、上記問題点を解決しリップル電流が少
なくかつ入力電圧よりも低い反転出力・電圧を得るDC
−DCコンバータを提供することにある。
It is an object of the present invention to solve the above problems and to obtain an inverted output/voltage with less ripple current and lower than the input voltage.
- To provide a DC converter.

そのための手段は、第1図に示すように、スイッチング
素子のオフ時に電源1とコイル2のエネルギを蓄える第
1コンデンサを参照符号4Iと42で示したように2つ
直列に接続し、これに伴ってスイッチング素子を31と
32、充電用ダイオードを51と52、放電用ダイオー
ドを61と62というように2つずつ設けたものである
As shown in FIG. 1, the means for this purpose is to connect two first capacitors in series, as indicated by reference numerals 4I and 42, which store the energy of the power supply 1 and the coil 2 when the switching element is turned off. Accordingly, two switching elements 31 and 32, two charging diodes 51 and 52, and two discharging diodes 61 and 62 are provided.

〔作 用〕[For production]

上記のとおり、本発明によればスイッチング素子がオフ
時に入力電源のエネルギとコイルのエネルギを蓄える第
1コンデンサを一般には複数個直列接続する構成とした
As described above, according to the present invention, a plurality of first capacitors that store the energy of the input power source and the energy of the coil when the switching element is off are generally connected in series.

従って、例えば2つのスイッチング素子31と32を同
期するように構成すればこれらがオフ時には破線で示す
閉ループr−OFFにより第1コンデンサ4】と42に
エネルギが蓄えられ、第2回目のオン時にはLl ・L
2 ・1,3の3つの閉ループが形成されり、により電
源1のエネルギをコイル2に蓄えると共にL2によりコ
ンデンサ41のエネルギを、L3によりコンデンサ42
のエネルギを、それぞれ第2コンデンサ7に移し変える
ことができる。このため、第1コンデンサ41と42の
静電容量を同程度にすれば入力電源1の電圧Eをこれら
が分担することになり、出力コンデンサ7の両端に現れ
る電圧は、従来の半分になるので、入力電圧Eより低い
反転出力電圧V。を得ることができるようになった。
Therefore, for example, if the two switching elements 31 and 32 are configured to be synchronized, when they are off, energy is stored in the first capacitors 4 and 42 due to the closed loop r-OFF shown by the broken line, and when they are turned on for the second time, energy is stored in the first capacitors 4・L
2. Three closed loops 1 and 3 are formed, and the energy of the power source 1 is stored in the coil 2, and the energy of the capacitor 41 is stored by L2, and the energy of the capacitor 42 is stored by L3.
energy can be transferred to the second capacitor 7, respectively. Therefore, if the capacitances of the first capacitors 41 and 42 are made equal, they will share the voltage E of the input power supply 1, and the voltage appearing across the output capacitor 7 will be half of the conventional voltage. , an inverted output voltage V that is lower than the input voltage E. Now you can get .

(nは直列接続されたコンデンサの数である。)で示す
反転出力電圧v0が得られ、その絶対値は入力端子Eよ
り低くなる。
An inverted output voltage v0 is obtained, where n is the number of capacitors connected in series, and its absolute value is lower than that of the input terminal E.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を、実施例により添付図面を参照して、説
明する 第2図は、本発明の第1実施例を示す図である。
Hereinafter, the present invention will be explained by way of example with reference to the accompanying drawings. FIG. 2 is a diagram showing a first example of the present invention.

第2図において参照符号lは入力電源、2はコイル、3
1と32はスイッチング素子、41と42は第1コンデ
ンサ、51と52は充電用ダイオード、61と62は放
電用ダイオード、7は第2コンデンサ、8は負荷抵抗で
ある。
In FIG. 2, reference numeral 1 indicates an input power source, 2 indicates a coil, and 3
1 and 32 are switching elements, 41 and 42 are first capacitors, 51 and 52 are charging diodes, 61 and 62 are discharge diodes, 7 is a second capacitor, and 8 is a load resistor.

上記スイッチング素子31と32は、それぞれバイポー
ラ形トランジスタTR,とT Rzから構成されている
が、他のMOSFET等で構成するようにしてもよい。
The switching elements 31 and 32 are composed of bipolar transistors TR and TRz, respectively, but may be composed of other MOSFETs or the like.

トランジスタTRIとTRIは互いに同期するようにな
っており、それらのベースには同期クロックCKが入力
される。
Transistors TRI and TRI are synchronized with each other, and a synchronization clock CK is input to their bases.

入力電源1は電圧Eの直流電圧源である。The input power source 1 is a DC voltage source of voltage E.

コイル2はTRI とTR2が第1回目にオンしたとき
にエネルギが蓄えられる素子である。
Coil 2 is an element in which energy is stored when TRI and TR2 are turned on for the first time.

第1コンデンサ41と42は直列に接続されており、静
電容量は同程度である。
The first capacitors 41 and 42 are connected in series and have approximately the same capacitance.

次に、上記構成を有する第2図の第1実施例の動作を説
明する。
Next, the operation of the first embodiment shown in FIG. 2 having the above configuration will be explained.

トランジスタTR,とTR2が第1回目にオンのエネル
ギがコイル2に蓄えられる。
The energy that turns on the transistors TR and TR2 for the first time is stored in the coil 2.

次にTRI 、!:TR,がオフすると破線で示す閉ク
ープn OFFが形成される。
Next, TRI! :TR, is turned off, a closed coupe nOFF shown by a broken line is formed.

コイル2の電圧極性は図示のようになっているので、入
力電源1のエネルギとコイル2に蓄えられたエネルギと
の和のエネルギが、充電用ダイオード51と52を介し
て、第1コンデンサ41と42に蓄えられる。このとき
の両コンデンサ41と42の電圧極性は図示のようにな
る。
Since the voltage polarity of the coil 2 is as shown in the figure, the sum of the energy of the input power source 1 and the energy stored in the coil 2 is transferred to the first capacitor 41 via the charging diodes 51 and 52. It is stored in 42. At this time, the voltage polarities of both capacitors 41 and 42 are as shown in the figure.

従って、次にTRI とTR2が第2回目にオンすると
、閉ループl。N2+に沿って入力電源1のエネルギが
コイル2に蓄えられると共に閉ループR0N214とJ
! ON!ffに沿って、第1コンデンサ41のエネル
ギが放電用ダイオード61を介して、第1コンデンサ4
2のエネルギが放電用ダイオード62を介して、それぞ
れ第2コンデンサ7に移る。
Therefore, the next time TRI and TR2 turn on for the second time, the closed loop l. Along N2+, the energy of input source 1 is stored in coil 2 and the closed loop R0N214 and J
! ON! ff, the energy of the first capacitor 41 is transferred to the first capacitor 4 via the discharging diode 61.
The energy of 2 is transferred to the second capacitor 7 via the discharge diode 62, respectively.

このため、第2コンデンサ7の電圧極性は図示するよう
になって、入力電圧Eと反対極性の出力電圧V。が得ら
れる 既述したように第1コンデンサ41と42の静電容量を
同程度にすれば、コンデンサ41と42は入力電圧Eを
それぞれ約2に分圧する。
Therefore, the voltage polarity of the second capacitor 7 is as shown in the figure, and the output voltage V has the opposite polarity to the input voltage E. As mentioned above, if the capacitances of the first capacitors 41 and 42 are made to be the same, the capacitors 41 and 42 will each divide the input voltage E by about 2.

従って、EとV。の関係は次式で表わせる。Therefore, E and V. The relationship can be expressed by the following equation.

0式から明らかなように、従来技術で説明したとおり、
Eは入力電圧、Dは時比率でD<1である。
As is clear from equation 0, as explained in the prior art,
E is the input voltage, D is the duty ratio, and D<1.

これにより、入力電圧より絶対値が低い出力電圧■。を
得ることができる。
This results in an output voltage that is lower in absolute value than the input voltage. can be obtained.

第3図は本発明の第2実施例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.

第2図と異なるのは、直接に接続する第1コンデンサを
1個増設(参照符号43)し、それに伴ってスイッチン
グ素子33、充電用ダイオード53、放電用ダイオード
63も1個ずつ増設した点にある。
The difference from Fig. 2 is that one directly connected first capacitor (reference numeral 43) has been added, and accordingly, one switching element 33, one charging diode 53, and one discharging diode 63 have also been added. be.

この構成により、互いに同期したスイ・ノチング素子3
1 、32 、33の第1回目のオン時には閉ループ#
ON+が、オフ時には閉ループl1OFFが、第2回目
のオン時には閉ループl’ 0NII + 10822
 + 1ON□、。
With this configuration, the switch notching elements 3 are synchronized with each other.
When 1, 32, 33 are turned on for the first time, closed loop #
When ON+ is off, closed loop l1OFF, and when turned on the second time, closed loop l' 0NII + 10822
+1ON□,.

j’ ON!4が、それぞれ形成されてエネルギが移り
変わる。
j' ON! 4 are formed and the energy changes.

この第2実施例によればV。とEとの関係は0式によれ
ば、反転出力電圧V。は第1実施例の場合より更に低く
なる。
According to this second embodiment, V. According to equation 0, the relationship between and E is the inverted output voltage V. is even lower than that of the first embodiment.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

上記のとおり、本発明によればスイッチング素子がオフ
時に入力電源のエネルギとコイルのエネネルギを蓄える
第1コンデンサを一般には複数個直列接続する構成とし
た。
As described above, according to the present invention, a plurality of first capacitors that store the energy of the input power source and the energy of the coil when the switching element is off are generally connected in series.

従って、例えば2つのスイッチング素子31と32を同
期するように構成すればこれらがオフ時には破線で示す
閉ループL。FFにより第1コンデンサ41と42にエ
ネルギが蓄えられ、第2回目のオン時にはL+  ’ 
Lx 、L3の3つの閉ループが形成され■、Iにより
電源lのエネルギをコイル2に蓄えると共にL2により
コンデンサ41のエネルギを、L3によりコンデンサ4
2のエネルギを、それぞれ第2コンデンサ7に移し変え
ることができる。このため、第1コンデンサ41と42
の静電容星を同程度にすれば入力型RIの電圧Eをこれ
らが分担することになり、出力コンデンサ70両端に現
れる電圧は、従来の約半分になるので、入力電圧Eより
低い反転出力電圧■。を得ることができるようになった
Therefore, for example, if two switching elements 31 and 32 are configured to be synchronized, a closed loop L shown by a broken line occurs when these elements are off. Energy is stored in the first capacitors 41 and 42 by the FF, and when turned on for the second time, L+'
Three closed loops of Lx and L3 are formed, and I stores the energy of the power supply l in the coil 2, L2 stores the energy of the capacitor 41, and L3 stores the energy of the capacitor 4.
2 can be transferred to the second capacitor 7, respectively. For this reason, the first capacitors 41 and 42
If the capacitance stars of are made to be the same, they will share the voltage E of the input type RI, and the voltage appearing across the output capacitor 70 will be about half of the conventional voltage, so the inverted output voltage will be lower than the input voltage E. ■. Now you can get .

す反転出力電圧V。が得られ、その絶対値は入力電圧E
より低くなる。
The inverted output voltage V. is obtained, and its absolute value is the input voltage E
becomes lower.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の原理図、第2図は本発明の第1実施例
を示す図、第3図は本発明の第2実施例を示す図、第4
図は従来技術の説明図である。 l・・・人力電源、   2・・・コイル、31 、3
2・・・スイッチング素子、41 、42・・・第1コ
ンデンサ、 51 、52・・・充電用ダイオード、61 、62・
・・放電用ダイオード、7・・・第2コンデンサ、 8・・・負荷抵抗。
FIG. 1 is a diagram showing the principle of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a first embodiment of the present invention, FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the present invention, and FIG.
The figure is an explanatory diagram of the prior art. l...human power supply, 2...coil, 31, 3
2... Switching element, 41, 42... First capacitor, 51, 52... Charging diode, 61, 62...
...Discharge diode, 7...Second capacitor, 8...Load resistance.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 スイッチング素子が第1回目のオン時には入力電源のエ
ネルギをコイルに蓄え、 スイッチング素子がオフ時には上記コイルに蓄えられた
エネルギと上記入力電源エネルギの和のエネルギを第1
コンデンサに蓄え、 スイッチング素子が第2回目のオン時には上記第1コン
デンサに蓄えたエネルギを第2コンデンサに移すことに
より入力電圧と反対の極性の出力電圧を得るようにした
DC−DCコンバータにおいて、 上記第1コンデンサが複数個直列に接続されていると共
に、 該第1コンデンサの数に対応して互いに同期したスイッ
チング素子が複数個設けられ、 各第1コンデンサに蓄えられたエネルギが上記第2コン
デンサに移るようになっていることを特徴とする、 DC−DCコンバータ。
[Claims] When the switching element is turned on for the first time, the energy of the input power source is stored in the coil, and when the switching element is turned off, the energy of the sum of the energy stored in the coil and the input power source energy is stored in the coil for the first time.
In the DC-DC converter, the energy is stored in a capacitor, and when the switching element is turned on for the second time, the energy stored in the first capacitor is transferred to the second capacitor to obtain an output voltage with the opposite polarity to the input voltage. A plurality of first capacitors are connected in series, and a plurality of switching elements synchronized with each other are provided corresponding to the number of first capacitors, and the energy stored in each first capacitor is transferred to the second capacitor. A DC-DC converter characterized in that the DC-DC converter is configured to transfer.
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