KR20040033266A

KR20040033266A - 스위칭 전원장치

Info

Publication number: KR20040033266A
Application number: KR1020030070568A
Authority: KR
Inventors: 호시노다이치; 오야마에이타로
Original assignee: 로무 가부시키가이샤
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2003-10-10
Publication date: 2004-04-21
Also published as: TW200410477A; KR100835043B1; US20040070376A1; US6919713B2; JP3427935B1; JP2004135442A

Abstract

중간탭 부착 코일을 이용하여, 간소한 구성으로서, 직류 입력 전압을 복수의 직류 출력전압으로 고효율로 변환하고, 또한 소형화된 스위칭 전원장치를 제공한다.

중간탭 부착 코일에의 에너지의 축적과 그 방출을, 직류 전원으로부터의 직류 입력 전압을 온·오프 스위칭하여 제어한다. 그리고, 복수의 단자에 발생되는 제어된 전압을 정류·평활하고 복수의 직류 출력전압을 안정되게 출력한다. 또, 온·오프 스위칭시에, 복수의 단자에 발생되는 전압이 직류 입력전압에 의존하지 않도록, 기준 전위로의 접속을 제어한다.

Description

스위칭 전원장치{SWITCHING POWER SUPPLY}

본 발명은, 입력전압을 스위칭하여, 전압이 다른 1개의 출력전압 또는 복수의 출력전압을 발생시키는 스위칭 전원장치에 관한 것이다.

휴대 전화, 디지털 카메라, PDA, 퍼스널 컴퓨터(PC) 등에서는 LCD (액정 디스플레이)나 CCD 등(전하 결합 소자)의 전원 전압으로서, 전압치가 다른 복수의 직류 전압을 필요로 한다.

복수의 직류 전압을 얻기 위한 전원장치에는, 통상적으로, 변압기가 사용된다. 이 변압기의 1차측 코일에 인가된 직류 입력전압을 PWM 제어신호 등에 의해 스위칭하여, 2차측 코일에 야기되는 전압을 정류·평활하고 복수의 직류 출력전압을 출력하는 직류 전원장치를 구성하고 있다.

이 변압기를 이용한 전원 장치에서는, 1차측 코일과 2차측 코일 사이의 자기(磁氣) 결합을 강하게 하기 위해 2차측 코일의 권취(卷取: 감기) 회수가 많고, 그 선경(線徑)도 가늘어지는 것 등에 의하여, 전원장치로서의 변환 효율이 나쁘고(일례로서, 50∼70% 정도), 또 형상도 커지게 된다.

또, 2개의 인덕터 코일이나 중간탭 부착 인덕터 코일을 이용하여, 복수의 출력전압을 얻도록 한 전원 회로가 제안되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 그러나, 이 전원 회로에서는, 1개의 출력전압을 얻기 위해 다단의 차지펌프(charge pump) 회로를 설치하고 있어, 회로 구성이 복잡하다. 이 차지펌프 회로에서의 손실에 의하여 효율이 저하됨과 동시에, 그를 위한 여분의 스페이스를 필요로 하므로 형상이 커지게 된다. 또, 입력전압에 대한 각 출력전압의 특성(라인·레귤레이션)에 있어서, 피드백 제어되지 않는 출력전압은 입력전압 의존성을 갖고 있다.

<특허 문헌 1>

일본공개특허 특개평 10-150767호 공보

이처럼 종래의 스위칭 전원장치는, 변환 효율이 나쁘고 형상도 커지기 때문에 소형화, 경량화 및 전지 전원의 장수화가 요구되는 휴대 기기의 전원장치로서 이용하는데 문제가 있었다. 또, 입력전압 의존성을 갖기 때문에, 전지전원의 전압 저하시에 각 출력전압을 소정의 전압으로 유지할 수 없는 문제도 갖고 있다.

그래서, 본 발명은, 직류 입력전압을 스위칭하여, 전압이 다른 1개 또는 복수의 직류 출력전압을 발생시키는 스위칭 전원장치에 있어서, 중간탭 부착 코일을 이용하여, 차지펌프 회로 등의 여분의 부가 회로를 설치하는 일없이 간단한 구성으로, 직류 입력전압을 소정의 직류 출력전압으로 고효율로 변환하고 또한 소형화하는 것을 목적으로 한다.

또한, 그 1개 또는 복수의 직류 출력전압과 관련하여, 출력전압대 입력전압 특성(라인·레귤레이션)을 개선하고, 입력전압 의존성을 실질적으로 없게 하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 제 1의 실시 형태에 관계된 스위칭 전원장치의 구성도.

도 2는 도 1의 제어회로의 내부 구성도.

도 3은 도 1의 출력전압-출력전류 특성을 나타내는 도면.

도 4는 도 1의 출력전압-입력전압 특성을 나타내는 도면.

도 5는 제 2의 실시 형태에 관계된 스위칭 전원장치의 구성도.

도 6은 제 3의 실시 형태에 관계된 스위칭 전원장치의 구성도.

도 7은 제 4의 실시 형태에 관계된 스위칭 전원장치의 구성도.

도 8은 제 5의 실시 형태에 관계된 스위칭 전원장치의 구성도.

도 9는 제 6의 실시 형태에 관계된 스위칭 전원장치의 구성도.

도 10은 제 7의 실시 형태에 관계된 스위칭 전원장치의 구성도.

도 11은 제 8의 실시 형태에 관계된 스위칭 전원장치의 구성도.

도 12는 제 9의 실시 형태에 관계된 스위칭 전원장치의 구성도.

도 13은 제 10의 실시 형태에 관계된 스위칭 전원장치의 구성도.

도 14는 제 11의 실시 형태에 관계된 스위칭 전원장치의 구성도.

도 15는 제 12의 실시 형태에 관계된 스위칭 전원장치의 구성도.

도 16은 다수의 출력을 갖는 본 발명의 스위칭 전원장치의 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

BAT : 전지IN : 입력단자

Vin : 입력전압OUT1 : 제1 출력단자

Vo1 : 제1 출력전압OUT2 : 제2 출력단자

Vo2 : 제2 출력전압L : 중간탭 부착 코일

A : 제1 단자B : 제2 단자

T : 중간탭Q1 : 제1 스위치

Q2 : 제2 스위치D1, D2. D3 : 다이오드

C1, C2 : 콘덴서CONT : 제어회로

Vfb : 귀환 전압PWM : 스위칭 신호

AMP : 오차 증폭기CP : 비교기

11 : 기준전압 발생회로12 : 삼각파 발진회로

13, 14 : 드라이버

청구항 1에 기재된 스위칭 전원장치는, 직류 입력전압(Vin)이 인가된 제1 단자(A), 제 1의 출력전압이 취출되는 제2 단자(B), 다른 출력전압이 취출되는 중간탭(T)을 갖는 중간탭 부착 코일(L)과,

상기 중간탭(T) 혹은 상기 제2 단자(B)와 공통 전위점의 사이에 접속되어, 온·오프 제어신호에 따라 스위칭되는 제 1 스위치(Q1)와,

상기 제2 단자에 접속되어, 상기 직류 입력전압이 변환된 직류 출력전압을 출력하는 제1 정류·평활 회로(D1·C1)와,

상기 중간탭에 접속되어, 상기 직류 입력전압이 변환된 직류 출력전압을 출력하는 제2 정류·평활 회로(D2·C2)와,

상기 직류 출력전압의 어느 하나를 정전압 제어하도록 상기 온·오프 제어신호를 출력하는 제어 수단을 갖는 것을 특징으로 한다.

청구항 2에 기재된 스위칭 전원장치는, 청구항 1에 기재된 스위칭 전원장치에 있어서, 또한, 상기 제1 단자에 상기 직류 입력전압을 인가하는 제 2 스위치(Q2)와, 상기 제1 단자와 상기 공통 전위점의 사이에, 상기 직류 입력전압을 저지하는 극성으로 접속된 정류 소자(D3)를 가지며,

상기 제2 스위치(Q2)는, 상기 제1 스위치(Q1)와 실질적으로 동시에 온·오프 스위칭되는 것을 특징으로 한다.

청구항 3에 기재된 스위칭 전원장치는, 청구항 2에 기재된 스위칭 전원장치에 있어서, 상기 제2 스위치(Q2)는 온. 오프 제어신호에 의해 스위칭되며, 상기 제1 스위치는 상기 제1 단자(A)의 전압에 의해 온·오프되는 것을 특징으로 한다.

청구항 4에 기재된 스위칭 전원장치는, 직류 입력전압(Vin)을 온·오프 제어신호에 의하여 스위칭하고, 온·오프된 직류 입력전압을 출력하는 제1 스위치(Q1)와,

상기 제1 스위치에 의해 온·오프된 직류 입력전압이 인가되는 제1 단자(A), 제1의 출력전압이 취출되는 제2 단자(B), 다른 출력전압이 취출되는 중간탭(T)을 갖는 중간탭 부착 코일(L)과,

상기 제1 단자(A)와 공통 전위점의 사이에 상기 직류 입력전압을 저지하는 극성으로 접속된 정류 소자(D1)와,

상기 제2 단자(B)에 접속되어, 상기 직류 입력전압이 강압(降壓)된 직류 출력전압을 출력하는 평활 회로(C1)와,

상기 중간탭(T)에 접속되어, 상기 직류 입력전압이 강압된 직류 출력전압을 출력하는 정류·평활 회로(D2·C2)와,

청구항 5에 기재된 스위칭 전원장치는, 직류 입력전압(Vin)을 온·오프 제어신호에 의해 스위칭하고, 온·오프된 직류 입력전압을 출력하는 제1 스위치(Q1)와,

상기 제2 단자(B)에 접속되어, 상기 직류 입력전압이 강압된 직류 출력전압을 출력하는 평활 회로(C1)와,

상기 중간탭(T)에, 상기 제1 스위치(Q1)의 온 또는 오프와 실질적으로 역(逆)인 오프 또는 온되는 제 2 스위치(Q2)를 통해서 접속되며, 상기 직류 입력전압이 강압된 직류 출력전압을 출력하는 평활 회로(C2)와,

청구항 6에 기재된 스위칭 전원장치는, 청구항 5에 기재된 스위칭 전원장치에 있어서, 상기 제2 스위치(Q2)는, 상기 제1 단자(A)의 전압에 의해 오프 또는 온되는 것을 특징으로 한다.

청구항 7에 기재된 스위칭 전원장치는, 직류 입력전압(Vin)을 온·오프 제어신호에 의해서 스위칭되며, 온·오프된 직류 입력전압을 출력하는 제1 스위치(Q1)와,

상기 제1 스위치(Q1)에 의해서 온·오프된 직류 입력전압이 인가되는 제1 단자(A), 제1의 출력전압이 취출되는 제2 단자(B), 공통 전위점에 접속되는 중간탭(T)을 갖는 중간탭 부착 코일(L)과,

상기 제2 단자(B)에 접속되어, 상기 직류 입력전압이 변환된 직류 출력전압을 출력하는 제1의 정류·평활 회로(D1·C1)와,

상기 직류 출력전압을 정전압 제어하도록 상기 온·오프 제어신호를 출력하는 제어 수단을 갖는 것을 특징으로 한다.

청구항 8에 기재된 스위칭 전원장치는, 청구항 7 기재된 스위칭 전원장치에 있어서, 또한, 상기 제1 단자(A)에 접속되어, 상기 제1의 정류·평활 회로(D1·C1)와는 역극성의 전압을 출력하는 제2의 정류·평활 회로(D2·C2)를 가지며,

상기 제1의 정류·평활 회로(D1·C1) 및 상기 제2의 정류·평활 회로(D2·C2)로부터 각각, 상기 직류 입력전압의 극성과 동일한 극성의 직류 출력전압 및 다른 극성의 직류 출력전압을 출력하는 것을 특징으로 한다.

청구항 9에 기재된 스위칭 전원장치는, 직류 입력전압(Vin)을 온·오프 제어신호에 의해 스위칭하여, 온·오프된 직류 입력전압을 출력하는 제1 스위치(Q1)와,

상기 제1 스위치(Q1)에 의해 온·오프된 직류 입력전압이 인가되는 제1 단자(A), 공통 전위점에 접속되는 제2 단자(B), 제1의 출력전압이 취출되는 중간탭(T)을 갖는 중간탭 부착 코일(L)과,

상기 중간탭(T)에 접속되어, 상기 직류 입력전압의 극성과 다른 극성의 직류출력전압을 출력하는 제1의 정류·평활 회로(D1·C1)와,

상기 제1 단자(A)에 접속되어, 상기 직류 입력전압의 극성과 다른 극성의 직류 출력전압을 출력하는 제2의 정류·평활 회로(D2·C2)와,

청구항 1O에 기재된 스위칭 전원장치는, 직류 입력전압(Vin)을 온·오프 제어신호에 의해 스위칭하여, 온·오프된 직류 입력전압을 출력하는 제1 스위치(Q1)와,

상기 제1 스위치에 의하여 온·오프된 직류 입력전압이 인가되는 제1 단자(A), 제1의 출력전압이 취출되는 제2 단자(B), 다른 출력전압이 취출되는 중간탭(T)을 갖는 중간탭 부착 코일(L)과,

상기 중간탭(T)에 접속되며, 상기 직류 입력전압이 강압된 직류 출력전압을 출력하는 평활 회로(C2)와,

상기 제2 단자(B)에 접속되며, 상기 평활 회로(C2)로부터 출력되는 강압된 직류 출력전압보다 높은 직류 출력전압을 출력하는 정류·평활 회로(D1·C1)와,

상기 평활 회로(C2)로부터 출력되는 강압된 직류 출력전압을 정전압 제어하도록 상기 온·오프 제어신호를 출력하는 제어 수단을 갖는 것을 특징으로 한다.

청구항 11에 기재된 스위칭 전원장치는, 청구항 1∼10에 기재된 스위칭 전원장치에 있어서, 상기 중간탭 부착 코일(L)은, 또한 1(하나) 이상의 다른 중간탭을 갖고 있고, 그 중간탭으로부터 적어도 평활 회로를 통해서 상기 직류 입력전압이 변환된 직류 출력전압을 출력하늘 것을 특징으로 한다.

<발명의 실시 형태>

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 스위칭 전원장치의 실시 형태에 관하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1의 실시 형태에 관련된 스위칭 전원장치의 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 그 제어회로의 내부 구성도이다. 또, 도 3은 출력전압-출력전류 특성을 나타내는 도면이고, 도 4는 출력전압-입력전압 특성을 나타내는 도면이다. 도 1의 스위칭 전원장치는, 기본적으로는 직류 입력전압(Vin)을 승압한 복수의 직류 출력전압(Vo1, Vo2)을 얻는 것이다. 단지, 조건 설정에 의하여, 입력전압(Vin)을 강압한 직류 출력전압을 얻는 것도 가능하기 때문에, 전압치에 제약은 없다.

도 1에 있어서, 전지(BAT)의 정극측이 입력단자(IN)에 접속되고, 그 부극측은 공통 전위점인 그라운드에 접속된다. 이것에 의해 입력단자(IN)에는 직류 입력전압(Vin)이 인가된다.

중간탭 부착 코일(L)은, 코일이 자기 코어에 감겨져 있고, 제1 단자(A)와 제2 단자(B) 및 중간탭(T)을 구비하며, 제1 단자(A)·중간탭(T) 사이와 중간탭(T)·제2 단자(B) 사이의 권취 회수를 1대n 이라고 한다. 제1 단자(A)는, P형 MOSFET(이하, PMOS라 함)인 제2 스위치(Q2)를 통해서 입력단자(IN)에 접속된다. 또, 제1 단자(A)와 그라운드 사이에 입력전압(Vin)을 저지하는 극성으로 쇼트키·다이오드(D3)가 접속된다.

쇼트키·다이오드는, PN 접합 다이오드에 비하여 순방향 전압 강하가 꽤 작기 때문에 발생(야기)되는 전압을 유효하게 이용할 수 있음과 동시에, 그 전압 강하와 통류 전류에 의한 전력 손실이 적어지기 때문에 효율 향상에도 기여한다. 따라서, 다른 다이오드도 전부 쇼트키·다이오드를 이용하는 것이 바람직하다.

제2 단자(B)는, 다이오드(D1)와 콘덴서(C1)로 된 제1 정류·평활 회로에 접속되어, 평활된 제1 직류 출력전압(Vo1)이 제1 출력단자(OUT1)로 출력된다.

중간탭(T)은 N형 MOSFET (이하, NMOS라 함)인 제1 스위치(Q1)를 통해서 그라운드에 접속된다. 또, 중간탭(T)은, 다이오드(D2)와 콘덴서(C2)로 된 제 2 정류·평활 회로에 접속되어, 평활된 제2 직류 출력전압(Vo2)이 제2 출력단자(OUT2)로 출력된다.

제1 스위치(Q1)는, 제어회로(CONT)로부터의 제1 펄스폭 변조 신호인 제1 스위칭 신호(PWM1)가 게이트에 공급되어, 스위칭 신호(PWM1)의고(H)레벨·저(L)레벨에 따라 온·오프 스위칭된다.

제2 스위치(Q2)는, 제어회로(CONT)로부터의 제2 펄스폭 변조 신호인 제2 스위칭 신호(PWM2)가 게이트에 공급되어, 스위칭 신호(PWM2)의 고(H)레벨·저(L)레벨에 따라 오프·온 스위칭된다. 이 스위칭 신호(PWM2)는, 스위칭 신호(PWM1)와 역극성으로 형성되고 있기 때문에, 결국 제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2)는 동시에 온되고, 동시에 오프되게 된다. 전원 공급 라인에, PMOS의 제2 스위치(Q2)를 이용함으로써, 온(On)시의 전압 강하를 적게 하고, 입력전압(Vin)을 유효하게 이용하는 것이 가능하다.

제어회로(CONT)는, 제2 출력전압(Vo2)을 분압 저항(R1, R2)으로 분압한 귀환 전압(Vfb)이 입력되어, 이 귀환 전압(Vfb)을 기준전압과 비교하여, 스위칭 신호(PWM1)와 스위칭 신호(PWM2)를 출력한다.

도 2는 제어회로(CONT)의 구성예를 나타내는 도면이며, 귀환 전압(Vfb)과 기준전압 발생회로(11)에서 발생되는 기준전압(Vref)과의 차이를 오차 증폭기(AMP)로 증폭한다. 오차 증폭기(AMP)로부터 출력되는 오차 신호와 삼각파 발진회로(12)로 발생되는 삼각파 신호를 비교기(CP)에서 비교한다. 비교기(CP)는, 오차 신호에 따른 펄스폭의 펄스폭 변조 신호를 출력한다. 이 비교기(CP)의 출력을, 드라이버(13)에 의해 스위칭 신호(PWM1)로, 또 노트 회로(NOT)와 드라이버(14)에 의해 스위칭 신호(PWM2)로, 각각 출력한다.

도 1의 스위칭 전원장치에 있어서, 스위칭 신호(PWM1)와, 스위칭 신호(PWM2)에 의하여 제1 스위치(Q1)와, 제2 스위치(Q2)가 온되면, 전지(BAT)로부터 제2 스위치(Q2) - 제1 단자(A) - 중간탭(T) - 제1 스위치(Q1) - 그라운드의 경로로 중간탭부착 코일(L)에 전류가 흐르고, 중간탭 부착 코일(L)에 에너지가 축적된다. 이 때, 다이오드(D1), 다이오드(D2)는 오프되며, 외부의 부하에는 각 출력단자(OUT1, OUT2)로부터 콘덴서(C1), 콘덴서(C2)로부터의 방전 전류가 공급된다. 또, 다이오드(D3)도 역(逆) 바이어스가 되기 때문에 오프된다.

스위칭 신호(PWM1)와, 스위칭 신호(PWM2)가 반전되고 제1 스위치(Q1)와, 제2 스위치(Q2)가 오프되면, 중간탭 부착 코일(L)에 축적된 에너지가 역기전력(逆起電力)의 형태로 방출된다.

이 경우, 제1 단자(A)·중간탭(T) 사이와 중간탭(T)·제2 단자(B) 사이의 권취 횟수는 1대n 이기 때문에, 그 권취 수(數)의 비(比)에 따라 기전력이 각각 야기된다. 다이오드(D3)는 순(順) 바이어스 되기 때문에 온된다. 그리고, 다이오드(D3) - 제1 단자(A) - 중간탭(T) - 다이오드(D2) - 콘덴서(C2) - 그라운드의 경로로 콘덴서(C2)가 충전되며, 또 다이오드(D3) - 제1 단자(A) - 제2 단자(B) - 다이오드(D1) - 콘덴서(C1) - 그라운드의 경로로 콘덴서(C1)가 충전된다.

콘덴서(C1)의 충전 전압이 제1 출력단자(OUT1)로부터 제1 출력전압(Vo1)으로 출력되며, 콘덴서(C2)의 충전 전압이 제2 출력단자(OUT2)로부터 제2 출력전압(Vo2)으로 출력된다.

도 1에서는, 제2 출력전압(Vo2)이 귀환 전압(Vfb)으로서 제어회로(CONT)에 피드백되고 있기 때문에, 제2 출력전압(Vo2)이 소정치가 되도록, 제1 스위치(Q1)(따라서, 제2 스위치(Q2)도)가 온·오프 제어된다.

도 3에는, 이러한 제1의 실시 형태에서의 출력전압-출력전류 특성(즉, 로드레귤레이션)의 측정예를 나타내고 있다.

도 3은, 제1 출력단자(OUT1)의 제1 출력전류(Io1)를 횡축(수평축)으로 하고, 출력전압(Vo1, Vo2)을 종축(수직축)으로 하여, 그 로드 레귤레이션을 나타내고 있다. 또한, 제2 출력단자(OUT2)의 제2 출력전류(Io2)는, 소정의 정전류를 흐르게 하고 있다.

이러한 도 3에서는, 입력전압(Vin)이 3.6 [V]에 대하여, 제2 출력전압(Vo2)은 피드백 제어되고 있기 때문에 전 전류 범위에서 거의 5.0 [v]이고, 한편, 피드백 제어되고 있지 않은 제1 출력전압(Vo1)은 9.5∼9.0 [v]의 범위에 있다. 또, 제1 출력 전류(Io1)는 소정의 정전류로 하고, 제2 출력전류(Io2)를 횡축으로, 출력전압(Vo1, Vo2)을 종축으로 하여, 측정한 경우의 로드 레귤레이션도 동일한 특성이었다. 이 로드 레귤레이션은 충분한 실용 레벨이다.

이처럼, 제2 단자(B) 및 중간탭(T)으로부터 출력된 출력전압(Vo1, Vo2)의 양측 모두는, 거의 만족할 수 있는 로드 레귤레이션 결과를 얻을 수 있다.

또, 효율은, 측정 결과, 넓은 출력전류 범위에서 75% 이상으로 양호하고, 포인트 값으로 약 77% 이었다.

다음으로, 도 1에서, 각 출력단자(OUT1, OUT2)로부터 출력할 수 있는 전압에 관하여 검토한다. 제2 출력전압(Vo2)에 피드백 제어를 걸고 있기 때문에, 제1 스위치(Q1)를 제어하는 듀티 비(duty 比)(Duty)는 다음의 수식 1과 같이 된다.

Duty = Vo2/(Vin+Vo2) ---------- (1)

이 듀티 비(Duty)는, 통상적으로 10%∼90%의 범위가 사용 가능한 한계이다.따라서, 제2 출력전압(Vo2)의 승압 가능한 최대치 Vo2(max)는,

Vo2(max ) = {Duty(max)/(100-Duty(max))} ×Vin

= 9·Vin --------- (2)

이 되어, 대략 9배 승압이 한계이고, 거기까지는 승압할 수 있다.

한편, 제1 출력전압(Vo1)은, 제2 출력전압(Vo2)에 대해 그 코일비(coil 比)로 승압비가 결정되기 때문에, 코일비가 1:n 이라면,

Vo1= (1+n) ·Vo2 ----------- (3)로 표시되어, 코일 비(n)를 선택함으로써 승압비를 크게 할 수 있다.

이와 같이 하여, 차지펌프 회로 등의 여분의 부가 회로를 설치하지 않고 간단한 구성으로서, 입력전압(Vin)을 복수의 출력전압(Vo1, Vo2)으로 고효율로 변환할 수 있다.

다음으로, 도 1에 있어서 출력전압(Vo1, Vo2)대 입력전압(Vin) 특성, 즉 라인·레귤레이션의 측정 결과가 도 4에 도시되어 있다. 이러한 도 4의 특성으로부터도 명확한 바와 같이, 입력전압(Vin)이 변화해도 피드백 제어가 걸려있는 제2 출력전압(Vo2) (약 5 [v])와 함께, 피드백 제어가 걸려 있지 않은 제1 출력전압(Vo1)(약 9.8 [v])도, 그 전압치가 변동하지 않고 일정치를 나타내고 있다.

즉, 제1 출력전압(Vo1)과, 제2 출력전압(Vo2)에는, 입력전압(Vin)에 대한 전압 의존성이 전혀 없다. 이 전압 의존성이 없는 것은, 전지 전원을 사용하는 휴대 기기에 있어서, 전지의 소모에도 불구하고, 복수의 안정된 전압을 사용할 수 있다는 것을 의미하고 있다.

본 발명에서, 제1 출력전압(Vo1)과, 제2 출력전압(Vo2)이 전압 의존성을 갖지 않는 이유를 설명한다. 먼저, 중간탭 부착 코일(L)에 축적되었던 에너지의 방출 시에, 다이오드(D3)를 설치하고 있음으로 해서 제1 단자(A)의 전위가 다이오드(D3)의 순방향 전압으로 제한된다. 다이오드(D3)의 순방향 전압은 상당히 작기 때문에 제로라고 가정한다.

제1 단자(A)와 중간탭(T) 사이의 야기 전압(Vat)과, 중간탭(T)과 제2 단자(B) 사이의 야기 전압(Vtb)의 사이에는, 코일 비 1:n의 관계가 성립된다.

즉, Vtb = n·Vat. 따라서,

Vo2 = Vat ----------- (4)

Vo1 = Vat + Vtb = (1+n) ·Vo2 ----------- (5)

가 되어, 제1 출력전압(Vo1)과, 제2 출력전압(Vo2)이 입력전압(Vin)에 의하지 않고 일정하게 된다.

역으로, 다이오드(D3) 및 제2 스위치(Q2)를 설치하지 않는 경우를 가정하면, 제2 출력전압(Vo2)과, 제1 출력전압(Vo1)은 각각,

Vo2 = Vin + Vat ----------- (6)

Vo1 = Vin + Vat + Vtb = Vin + (1+n) Vat

= Vin + (1+n) ·(Vo2 - Vin)

= (1+n) ·Vo2 - N·Vin ----------- (7)

이 되고, 제2 출력전압(Vo2)을 피드백 제어하고 일정 전압으로 한 경우에는, 제1 출력전압(Vo1)은 입력전압(Vin)에 의존한다, 즉 전압 의존성을 갖는 것이 된다.

이상의 검토로부터, 출력전압이 입력전압 의존성을 갖는지 갖지 않는지 여부는, 중간탭 부착 코일(L)에 축적된 에너지의 방출시에, 제1 단자(A)의 전위가 다이오드(D3)에 의하여 거의 영(zero) 전위에 있는지 여부에 달려있다. 이것을 보편화하면, 중간탭 부착 코일(L)에 축적된 에너지의 방출시에, 기준으로 된 점의 전위가, 입력전압(Vin)에 관계되지 않는 경우에, 출력전압이 입력전압 의존성을 갖지 않는다고 말할 수 있다.

이 제1의 실시 형태에서는, 제1 스위치(Q1)와 동시에 온·오프되는 제2 스위치(Q2)와, 다이오드(D3)를 설치하는 것에 의하여, 제1 출력전압(Vo1)과, 제2 출력전압(Vo2)의 입력전압(Vin)에 의한 전압 의존성을 없애고 있다.

또한, 도 4에서는, 입력전압(Vin)이 통상의 3.6 [V]로부터 약 2.5 [V] 정도로 저하된 점에서 제1 출력전압(Vo1)과, 제2 출력전압(Vo2)은 출력되지 않게 되고 있다. 이것은, 제1 스위치(Q1)를 MOSFET로 하고 있기 때문에 어느 정도 큰 게이트 구동전압(Vgs)을 필요로 하기 때문이다. 따라서 전지(BAT)로서, 예를 들면 1.5 [v]의 전지를 사용하는 것과 같은 경우에는, 제1 스위치(Q1)로서, 베이스 구동전압(Vbe)이 약 0.6 [V]의 낮은 바이폴러 트랜지스터를 사용하는 것에 의하여, 보다 낮은 입력전압(Vin)으로부터도 승압 전압을 얻을 수 있다.

이것으로부터, 본 발명의 각 실시 형태에 있어서, 제1 스위치(Q1), 제2 스위치(Q2)로서, NPN 형이나 PNP 형의 바이폴러 트랜지스터를 이용하는 것이 가능하다.

도 5는, 본 발명의 제2의 실시 형태에 관련된 스위칭 전원장치의 구성을 나타내는 도면이다. 이러한 제2의 실시 형태에서는, 스위칭 신호(PWM1)에 의하여 온·오프 제어되는 제1 스위치(Q1)가, 중간탭 부착 코일(L)의 제2 단자(B)와 그라운드 사이에 접속되어 있다. 그 밖의 구성은, 도 1과 마찬가지이며, 입력전압(Vin)에 의존하지 않는 2개의 출력전압(Vo1, Vo2)을 얻고 있다.

이러한 도 5의 스위칭 전원장치에 있어서도, (ⅰ) 로드 레귤레이션은 실용 레벨이고, (ⅱ) 효율은 약 77%로 양호하고, (ⅲ) 제1 출력전압(Vo1)과, 제2 출력전압(Vo2) 모두 입력전압 의존성은 없다.

도 6은, 본 발명의 제3의 실시 형태에 관련된 스위칭 전원장치의 구성을 나타내는 도면이다. 이 제3의 실시 형태에서는, 제1 스위치(Q1)의 게이트가 중간탭 부착 코일(L)의 제1 단자(A)에 접속되어 있다는 점에서 도 1과 다르다. 제1 단자(A)의 전위는 제2 스위치(Q2)의 온(On)시에 입력전압(Vin)이 되고, 제2 스위치(Q2)의 오프(off)시에 거의 그라운드 전위가 되기 때문에, 제1 스위치(Q1)는 제2 스위치(Q2)와 실질적으로 동시에 온·오프된다. 따라서, 도 1의 제1의 스위칭 전원장치와 마찬가지로 동작한다.

도 6의 스위칭 전원장치에서는, 제1 스위치(Q1)의 게이트가, 제1 단자(A)에 접속되며, 따라서 다이오드(D3)를 통해서 그라운드에 접속되기 때문에, 제어회로(CONT)로부터 출력되는 스위칭 신호(PWM)가 1개가 되고 있다. 이것에 의해, 제어회로(CONT)에 설치되는 드라이버는 1개면 충분하며, 또 제어회로(CONT)를 포함하는 IC에는 스위칭 신호(PWM)를 출력하기 위한 출력 핀(출력단자)이 단지 1개로 이루어진다. 또한, 이 드라이버나 출력 핀의 수가 삭감될 수 있다는 점은, 스위칭 신호(PWM)를 1개로 하는 다른 실시 형태에 있어도 마찬가지이다.

이러한 도 6의 스위칭 전원장치에 있어서도, (ⅰ) 로드 레귤레이션은 실용 레벨이고, (ⅱ) 효율은 약 77%로 양호하고, (ⅲ) 제1 출력전압(Vo1)과, 제2 출력전압(Vo2) 모두 입력전압 의존성은 없다.

도 7은, 본 발명의 제4의 실시 형태에 관련된 스위칭 전원장치의 구성을 나타내는 도면이다. 이 제4의 실시 형태에서는, 제1 스위치(Q1)의 게이트가 중간탭 부착 코일(L)의 제1 단자(A)에 접속되고 있다는 점에서 도 5와 다르다. 제1 단자(A)의 전위는 제2 스위치(Q2)의 온(On)시에 입력전압(Vin)이 되고, 제2 스위치(Q2)의 오프(off)시에 거의 그라운드 전위가 되기 때문에, 제1 스위치(Q1)는 제2 스위치(Q2)와 실질적으로 동시에 온·오프된다. 따라서 도 5의 제1의 스위칭 전원장치와 마찬가지로 동작한다.

이러한 도 7의 스위칭 전원장치에 있어서도, (ⅰ) 로드 레귤레이션은 실용 레벨이고, (ⅱ) 효율은 약 77%로 양호하고, (ⅲ) 제1 출력전압(Vo1)과, 제2 출력전압(Vo2) 모두 입력전압 의존성은 없다.

이상의 제1∼제4의 실시 형태(도 1, 도 5∼도 7)에 있어서, 제2 출력전압(Vo2)을 피드백 제어하고 있지만, 그 대신에, 제1 출력전압(Vo1)을 피드백 제어하도록 해도 된다.

또, 제1∼제4의 실시 형태(도 1, 도 5∼도 7)에서는, 귀환 전압(Vfb)이나 기준전압(Vref)의 설정에 따라, 원하는 값의 제1 출력전압(Vo1)과, 제2 출력전압(Vo2)을 출력할 수 있다. 따라서 입력전압(Vin)을 기준으로 보면, 2개의승압 출력전압, 또는 강압 출력전압과 승압 출력전압을 출력할 수 있다. 나아가서는, 2개의 강압 출력도 출력할 수 있다.

또, 출력전압(Vo1, Vo2)이 입력전압 의존성을 갖지 않기 때문에, 입력전압(Vin)이 저하된 경우에도, 설정된 원하는 값의 출력전압(Vo1, Vo2)을 출력할 수 있다. 다시 말하면, 전원으로서, 리튬 전지 등의 전지 전원을 이용하는 경우에, 가령 그 전지가 소모되고 입력전압(Vin)이 저하되었다 하여도, 입력전압(Vin)으로부터 출력전압(Vo1, Vo2)으로의 변환비(變換比), 즉, 승압비, 강압비, 또는 승강압비가 자동적으로 또한 정확하게 조정된다. 이 변환비가 자동적으로 또한 정확하게 조정된다는 점은 다른 실시 형태에 있어서도 마찬가지이다.

도 8은, 본 발명의 제5의 실시 형태에 관련된 스위칭 전원장치의 구성을 나타내는 도면이다. 이 제5의 실시 형태에서는, 도 1의 스위칭 전원장치와 비교하여, 제2 스위치(Q2)를 삭제하여 입력단자(IN)와 제1 단자(A)를 직접 접속하고, 다이오드(D3)를 삭제했다는 점에서 다르다.

이러한 도 8에서는, 제2 스위치(Q2)와, 다이오드(D3)를 삭제하는 것에 의하여, 중간탭 부착 코일(L)에 축적된 에너지의 방출시에, 제1 단자(A)의 전위가 입력전압(Vin)이 된다. 이것은, 전술한 수식 (7)로 나타내는 것과 같은 상태이다.

따라서 피드백 제어되고 있지 않은 제1 출력전압(Vo1)은 입력전압 의존성을 갖는다. 이러한 도 8의 스위칭 전원장치에 있어서, (ⅰ) 로드 레귤레이션은 실용 레벨이고, (ⅱ) 효율은 약 88%로 극히 양호하며, (ⅲ) 제2 출력전압(Vo2)은 입력전압 의존성을 갖지 않지만, 피드백 제어되고 있지 않은 제1 출력전압(Vo1)은 입력전압 의존성을 갖는다.

따라서, 도 8의 스위칭 전원장치는, 입력전압(Vin)의 변화가 적은 경우나, 다소의 출력전압 변동이 허용되는 경우에, 고효율의 다출력 전원장치로서 사용할 수 있다. 또한, 도 8의 스위칭 전원장치에서는, 스위치나 다이오드 등의 부품 개수를 적게 할 수 있기 때문에, 구성을 간소화할 수 있다.

도 9는, 본 발명의 제6의 실시 형태에 관련된 스위칭 전원장치의 구성을 나타내는 도면이다. 이 제6의 실시 형태에서는, 도 5의 스위칭 전원장치와 비교하여, 제2 스위치(Q2)를 삭제하여 입력단자(IN)와 제1 단자(A)를 직접 접속하고, 다이오드(D3)를 삭제했다는 점에서 다르다. 따라서 도 8의 경우와 마찬가지로, 피드백 제어되고 있지 않은 제1 출력전압(Vo1)은 입력전압 의존성을 갖는다.

이러한 도 9의 스위칭 전원장치에 있어서도 역시, (ⅰ) 로드 레귤레이션은 실용 레벨이고, (ⅱ) 효율은 약 88%로 극히 양호하며, (ⅲ) 제2 출력전압(Vo2)은 입력전압 의존성을 갖지 않지만, 피드백 제어되고 있지 않은 제1 출력전압(Vo1)은 입력전압 의존성을 갖는다.

따라서, 도 9의 스위칭 전원장치는, 입력전압(Vin)의 변화가 작은 경우나, 다소의 출력전압 변동이 허용되는 경우에, 고효율의 다출력 전원장치로 사용할 수 있다.

이상의 제5, 제6의 실시 형태(도 8, 도 9)에 있어서, 제2 출력전압(Vo2)을 피드백하고 있지만, 그 대신에 제1 출력전압(Vo1)을 피드백하도록 해도 좋다. 또, 제5, 제6의 실시 형태(도8, 도 9)에서는, 입력전압(Vin)을 기준으로 보면, 입력전압(Vin) 보다 승압된 원하는 값의 2개의 승압 출력전압(Vo1, Vo2)을 출력할 수 있다.

도 10은, 본 발명의 제7의 실시 형태에 관련된 스위칭 전원장치의 구성을 나타내는 도면으로, 입력전압(Vin)을 강압한 복수의 출력전압(Vo1, Vo2)을 출력하도록 한 것이다.

도 1O에 있어서, 전지(BAT)의 정극측이 입력단자(IN)에 접속되고, 그 부극측은 공통 전위점인 그라운드에 접속된다. 이것에 의해 입력단자(IN)에는, 입력전압(Vin)이 인가된다.

중간탭 부착 코일(L)은 도 1의 코일과 마찬가지이다. 제1 단자(A)는, PMOS인　제1 스위치(Q1)를 통해서 입력단자(IN)에 접속된다. 또, 제1 단자(A)와 그라운드의 사이에 입력전압(Vin)을 저지하는 극성으로 다이오드(D1)가 접속된다.

제2 단자(B)는, 콘덴서(C1)로 된 평활 회로에 접속되어, 평활된 제1 출력전압(Vo1)이 제1 출력단자(OUT1)로 출력된다. 또한, 제1 출력전압(Vo1)은, 강압된 전압에 피드백 제어되기 때문에, 제2 단자(B)와 콘덴서(C1)의 사이에 통상적으로 설치되는 정류용 다이오드를 생략하고 있다.

중간탭(T)은 PMOS인 제2 스위치(Q2)를 통해서, 콘덴서(C2)로 된 평활 회로에 접속되며, 평활된 제2 출력전압(Vo2)이 제2 출력단자(OUT2)로 출력된다. 제2 스위치(Q2)의 게이트는 제1 단자(A)에 접속되고 있다.

제1 스위치(Q1)는, 제어회로(CONT)로부터의 펄스폭 변조 신호인 스위칭 신호(PWM)가 게이트에 공급되어, 스위칭 신호(PWM)의 L(저) 레벨· H(고) 레벨에따라 온·오프 스위칭된다.

제어회로(CONT)는, 제1 출력전압(Vo1)을 분압 저항(R1, R2)으로 분압한 귀환 전압(Vfb)이 입력되며, 이 귀환 전압(Vfb)을 기준전압과 비교하여, 스위칭 신호(PWM)를 출력한다.

도 10의 스위칭 전원장치에 있어서, 스위칭 신호(PWM)에 의하여 제1 스위치(Q1)가 온되면, 제2 스위치(Q2)는 오프된다. 이때, 전지(BAT)로부터 제1 스위치(Q1) - 제1 단자(A) - 제2 단자(B) - 콘덴서(C1) - 그라운드의 경로로 중간탭 부착 코일(L)에 전류가 흐르고, 중간탭 부착 코일(L)에 에너지가 축적된다. 이 때, 다이오드(D1)는 오프되어 있다.

스위칭 신호(PWM)가 반전되고 제1 스위치(Q1)가 오프되면, 제2 스위치(Q2)는 온된다. 이때, 중간탭 부착 코일(L)에 축적된 에너지가, 다이오드(D1) - 제1 단자(A) - 중간탭(T) - 제2 스위치(Q2) - 콘덴서(C2) - 그라운드의 경로로 콘덴서(C2)로 방출되며, 또, 다이오드(D1) - 제1 단자(A) - 제2 단자(B) - 콘덴서(C1)-그라운드의 경로로 콘덴서(C1)로 방출된다.

이러한 도 1O의 강압형 스위칭 전원장치에서는, 입력전압(Vin)을 제1 스위치(Q1)의 온·오프에 의하여 방형파(方形波)로 변환하고, 중간탭 부착 코일(L)의 인덕턴스와 콘덴서(C1), 콘덴서(C2)의 캐패시턴스에 의한 로우 패스 필터(low pass filer)로 평활하며, 제1 출력전압(Vo1)과, 제2 출력전압(Vo2)으로서 출력하고 있다. 따라서 도 10의 강압형 스위칭 전원장치는, 도 1의 스위칭 전원장치 등과 같이 임의의 출력전압을 얻는 것과는 다르며, 강압된 출력전압을 얻는다.

도 1O에서는, 제1 출력전압(Vo1)이 귀환 전압(Vfb)으로서 제어회로(CONT)에 피드백되고 있기 때문에, 제1 출력전압(Vo1)이 소정치가 되도록, 제1 스위치(Q1)(따라서 제2 스위치(Q2)는 반전 상태로)가 온·오프 제어된다. 또한, 제2 스위치(Q2)의 온·오프 제어를 제어회로(CONT)로부터의 신호에 의하여 직접 행하도록 해도 좋다.

이러한 도 10의 스위칭 전원장치의 제어에 있어서, 피드백 제어되고 있지 않은 제2 출력전압(Vo2)의 경로는, 중간탭 부착 코일(L)로의 에너지 축적시에 제2 스위치(Q2)가 오프된다. 제2 스위치(Q2)는 입력전압(Vin)이 제1 단자(A)에 인가되고 있지 않을 때에 온된다. 따라서 입력전압(Vin)이 변해도, 제2 출력전압(Vo2)은 변동하지 않기 때문에, 입력전압 의존성을 갖지 않는다.

이러한 도 10의 스위칭 전원장치에 있어서, (ⅰ)로드 레귤레이션은 실용 레벨이고, (ⅱ) 효율은 약 90%로 상당히 양호하고, (ⅲ) 제1 출력전압(Vo1)과, 제2 출력전압(Vo2) 모두 입력전압 의존성은 없다. 이와 같이, 2개가 안정된 강압 출력인 제1 출력전압(Vo1)과, 제2 출력전압(Vo2)을 얻을 수 있다.

도 11은, 본 발명의 제8의 실시 형태에 관련된 스위칭 전원장치의 구성을 나타내는 도면으로, 도 10과 마찬가지로 입력전압을 강압한 복수의 출력전압을 출력하는 것이다.

이러한 도 11에서는, 도 10의 제2 스위치(Q2)를 대신하여, 다이오드(D2)를 설치한다는 점에서, 도 10과 구성이 다르다. 이것에 의하여, 피드백 제어되고 있지 않은 제2 출력전압(Vo2)의 경로에, 제1 스위치(Q1)가 온되어 있을 때에는입력전압(Vin)이 공급되는 것이 된다. 따라서 입력전압(Vin)이 변화할 때에는, 제2 출력전압(Vo2)이 그 변화의 영향을 받기 때문에, 입력전압 의존성을 갖는다.

이러한 도 11의 스위칭 전원장치에 있어서, (ⅰ) 로드 레귤레이션은 실용 레벨이고, (ⅱ) 효율은 약 80%로 양호하고, (ⅲ) 제1 출력전압(Vo1)은 입력전압 의존성을 갖지 않지만, 피드백 제어되고 있지 않은 제2 출력전압(Vo2)은 입력전압 의존성을 갖는다.

따라서 도 11의 스위칭 전원장치는, 입력전압(Vin)의 변화가 작은 경우나, 다소의 전압 변동이 허용되는 경우에, 강압 출력의 다출력 전원장치로 사용될 수 있다.

도 12는, 본 발명의 제9의 실시 형태에 관련된 스위칭 전원장치의 구성을 나타내는 도면으로, 입력전압(Vin)을 반전한 역극성의 출력전압(Vo2)과, 입력전압(Vin)과 동극성의 승압 또는 강압한 출력전압(Vo1)을 출력하는 것이다. 즉, Vo1>0, Vo2<0.

도 12에 있어서, 전지(BAT)의 정극측이 입력단자(IN)에 접속되고, 그 부극측은 공통 전위점인 그라운드에 접속된다. 이것에 의해 입력단자(IN)에는 입력전압(Vin)이 인가된다.

중간탭 부착 코일(L)은, 도 1의 코일과 마찬가지이다. 제1 단자(A)는, PMOS인 제1 스위치(Q1)를 통해서 입력단자(IN)에 접속된다. 또, 제2 출력단자(OUT2)로부터 제1 단자(A)의 사이에, 제1 단자(A)의 방향으로 통류하는 극성으로 다이오드(D2)를 설치하고, 콘덴서(C2)를 제2 출력단자(OUT2)와 그라운드 사이에 설치하고 있다. 중간탭(T)은 그라운드에 직접 접속하고 있다.

또, 제1 출력단자(OUT1)로부터 제2 단자(B)의 사이에, 제1 출력단자(OUT1)의 방향으로 통류하는 극성으로 다이오드(D1)를 설치하고, 콘덴서(C1)를 제1 출력단자(OUT1)와 그라운드 사이에 설치하고 있다.

제1 스위치(Q1)는, 제어회로(CONT)로부터의 펄스폭 변조 신호인 스위칭 신호(PWM)가 게이트에 공급되어, 스위칭 신호(PWM)의 L레벨·H레벨에 따라 온·오프 스위칭된다.

제어회로(CONT)는, 제1 출력전압(Vo1)을 분압 저항(R1, R2)으로 분압한 귀환 전압(Vfb)이 입력되고, 이 귀환 전압(Vfb)을 기준전압과 비교하여, 스위칭 신호(PWM)를 출력한다. 또한, 제2 출력전압(Vo2)을 귀환 전압(Vfb)으로 이용하도록 해도 좋다.

도 12의 스위칭 전원장치에 있어서, 스위칭 신호(PWM)에 의하여 제1 스위치(Q1)가 온되면, 전지(BAT)로부터 제1 스위치(Q1) - 제1 단자(A) - 중간탭(T) - 그라운드의 경로로 중간탭 부착 코일(L)에 전류가 흐르고, 중간탭 부착 코일(L)에 에너지가 축적된다.

스위칭 신호(PWM)가 반전되고 제1 스위치(Q1)가 오프되면, 중간탭 부착 코일(L)에 축적된 에너지에 의한 역기전력에 의하여, 중간탭(T) - 제2 단자(B) - 다이오드(D1) - 콘덴서(C1) - 그라운드의 경로로 콘덴서(C1)가 정극성으로 충전된다. 또, 동시에, 중간탭(T) - 그라운드 - 콘덴서(C2) - 다이오드(D2) - 제1 단자(A) - 중간탭(T)의 경로로 콘덴서(C2)가 부극성으로 충전된다.

이러한 도 12의 정극성 및 부극성의 출력전압을 출력하는 스위칭 전원장치에서는, 중간탭 부착 코일(L)에 축적된 에너지의 방출시에, 기준으로 된 점이 입력전압(Vin)에 관계되지 않는 그라운드이기 때문에, 제1 출력전압(Vo1)과, 제2 출력전압(Vo2)은 모두 입력전압 의존성을 갖지 않는다.

이러한 도 12의 스위칭 전원장치에 있어서, (ⅰ) 로드 레귤레이션은 실용 레벨이고, (ⅱ) 효율은 약 80%로 크게 양호하고, (ⅲ) 제1 출력전압(Vo1)과, 제2 출력전압(Vo2) 모두 입력전압 의존성은 없다. 이와 같이, 각각 안정된 정극성 출력전압(Vo1)과 부극성 출력전압(Vo2)을 얻을 수 있다.

도 13은, 본 발명의 제 10의 실시 형태에 관련된 스위칭 전원장치의 구성을 나타내는 도면이다. 이러한 도 13은, 도 12에 있어서의 제2 출력단자(OUT2)의 계통(즉, 다이오드(D2), 콘덴서(C2))을 삭제하고, 제1 출력전압(Vo1)의 단일출력 구성으로 한 스위칭 전원장치이다. 이 단일출력의 스위칭 전원장치에 있어서, 귀환 전압(Vfb)이나 제어회로(CONT)에서의 기준전압(Vref)을 제어하는 것에 의하여, 제1 출력전압(Vo1)을 입력전압(Vin)보다 높은 전압으로 하거나, 또는 낮은 전압으로 할 수 있다. 이것에 의해, 입력전압(Vin)에 대하여, 낮은 전압으로부터 높은 전압까지의 임의의 값의 출력전압을 얻는, 승강압형의 단일출력 스위칭 전원장치로 할 수 있다.

이러한 도 13의 스위칭 전원장치에 있어서, 전지 전원(예를 들면, 리튬전지)의 입력전압(Vin)으로부터, 소정의 출력전압(Vo1)을 예를 들면 강압하여 출력하는 경우(이때에는, Vin>Vo1)에, 전지가 소모되어 입력전압(Vin)이 저하된 때에는, 역으로 입력전압(Vin)을 승압하여 소정의 출력전압(Vo1)(이때에는, Vin<Vo1)을 출력한다. 이와 같이, 도 13의 스위칭 전원장치는, 입력전압(Vin)의 변동에 따라 자동적으로 소정의 출력전압(Vo1)을 출력하도록, 승압 및 강압 어느 것도 가능한 승강압형의 단일출력의 스위칭 전원장치로서 동작한다.

이러한 도 13의 스위칭 전원장치에 있어서, (ⅰ) 로드 레귤레이션은 실용 레벨이고, (ⅱ) 효율은 약 74%로 크게 양호하고, (ⅲ) 출력전압(Vo1)에 입력전압 의존성은 없다. 또한, 입력전압(Vin)의 변동에 따라 승강압된 안정된 출력전압(Vo1)을 얻을 수 있다.

도 14는 본 발명의 제11의 실시 형태에 관련된 스위칭 전원장치의 구성을 나타내는 도면으로, 입력전압(Vin)을 반전한 역극성의 복수의 출력전압(Vo1, Vo2)을 출력하는 것이다. 즉, Vo2<Vo1<0.

도 14에 있어서, 전지(BAT)의 정극측이 입력단자(IN)에 접속되고, 그 부극측은 공통 전위점인 그라운드에 접속된다. 이것에 의해 입력단자(IN)에는 입력전압(Vin)이 인가된다.

중간탭 부착 코일(L)은, 도 1의 코일과 마찬가지이다. 제1 단자(A)는, PMOS인 제1 스위치(Q1)를 통해서 입력단자(IN)에 접속된다. 제2 단자(B)는 그라운드에 직접 접속되어 있다.

또, 제2 출력단자(OUT2)로부터 제1 단자(A)의 사이에, 제1 단자(A)의 방향으로 통류하는 극성으로 다이오드(D2)를 설치하고, 콘덴서(C2)를 제2 출력 단자(OUT2)와 그라운드 사이에 설치하고 있다. 또, 제1 출력단자(OUT1)로부터 중간탭(T)의 사이에, 중간탭(T)의 방향으로 통류하는 극성으로 다이오드(D1)를 설치하고, 콘덴서(C1)를 제1 출력단자(OUT1)와 그라운드 사이에 설치하고 있다.

제1 스위치(Q1)는, 제어회로(CONT)로부터의 펄스폭 변조 신호인 스위칭 신호(PWM)가 게이트에 공급되어, 스위칭 신호(PWM)의 L 레벨· H 레벨에 따라 온·오프 스위칭된다.

제어회로(CONT)는, 제2 출력전압(Vo2)을 분압 저항(R1. R2)으로 분압한 귀환 전압(Vfb)이 입력되며, 이 귀환 전압(Vfb)을 기준전압과 비교하여, 스위칭 신호(PWM)를 출력한다.

도 14의 스위칭 전원장치에 있어서, 스위칭 신호(PWM)에 의하여 제1 스위치(Q1)가 온되면, 전지(BAT)로부터 제1 스위치(Q1) - 제1 단자(A) - 제2 단자(B) - 그라운드의 경로로 중간탭 부착 코일(L)에 전류가 흐르고, 중간탭 부착 코일(L)에 에너지가 축적된다.

스위칭 신호(PWM)가 반전되고 제1 스위치(Q1)가 오프되면, 중간탭 부착 코일(L)에 축적된 에너지에 의한 역기전력에 의해, 그라운드 - 콘덴서(C1) - 다이오드(D1) - 중간탭(T) - 제2 단자(B) - 그라운드의 경로로 콘덴서(C1)가 부극성으로 충전된다. 또, 동시에, 그라운드 - 콘덴서(C2) - 다이오드(D2) - 제1 단자(A) - 제2 단자(B) - 그라운드의 경로로 콘덴서(C2)도 부극성으로 충전된다.

이러한 도 14의 2개의 부극성의 출력전압을 출력하는 스위칭 전원장치에서는, 중간탭 부착 코일(L)에 축적된 에너지의 방출시에, 기준으로 된 점이 입력전압(Vin)에 관계되지 않는 그라운드이기 때문에, 제1 출력전압(Vo1)과, 제2출력전압(Vo2)은 모두 입력전압 의존성을 갖지 않는다.

이러한 도 14의 스위칭 전원장치에 있어서, (ⅰ) 로드 레귤레이션은 실용 레벨이고, (ⅱ) 효율은 약 80%로 상당히 양호하고, (ⅲ) 제1 출력전압(Vo1)과, 제2 출력전압(Vo2) 모두 입력전압 의존성은 없다. 이와 같이, 각각 안정된 2개의 부극성 출력전압(Vo1, Vo2)을 얻을 수 있다. 또한, 출력전압(Vo1)은 반드시 승압 전압이 아니어도 좋다.

도 15는, 본 발명의 제12의 실시 형태에 관련된 스위칭 전원장치의 구성을 나타내는 도면으로, 입력전압(Vin)을 승압한 출력전압(Vo1)과 강압한 출력전압(Vo2)을 출력하는 것이다. 즉, Vo1>Vo2, 및 Vo2<Vin.

도 15에 있어서, 전지(BAT)의 정극측이 입력단자(IN)에 접속되고, 그 부극측은 공통 전위점인 그라운드에 접속된다. 이것에 의해 입력단자(IN)에는 입력전압(Vin)이 인가된다.

중간탭 부착 코일(L)은, 도 1의 코일과 마찬가지이다. 제1 단자(A)는, PMOS인 제1 스위치(Q1)를 통해서 입력단자(IN)에 접속된다. 또, 제1 단자(A)와 그라운드와의 사이에 입력전압(Vin)을 저지하는 극성으로 다이오드(D3)가 접속된다.

제2 단자(B)는, 다이오드(D1)와, 콘덴서(C1)로 된 평활 회로에 접속되고, 평활된 제1 출력전압(Vo1)이 제1 출력단자(OUT1)로 출력된다. 중간탭(T)은, 콘덴서(C2)로 된 평활 회로에 접속되고, 평활된 제2 출력전압(Vo2)이 제2 출력단자(OUT2)로 출력된다.

제1 스위치(Q1)는, 제어회로(CONT)로부터의 펄스폭 변조 신호인 스위칭신호(PWM)가 게이트에 공급되어, 스위칭 신호(PWM)의 L 레벨· H 레벨에 따라 온·오프 스위칭된다.

제어회로(CONT)는, 제2 출력전압(Vo2)을 분압 저항(R1, R2)으로 분압한 귀환 전압(Vfb)이 입력되며, 이 귀환 전압(Vfb)을 기준전압과 비교하여, 스위칭 신호(PWM)를 출력한다.

도 15의 스위칭 전원장치에 있어서, 스위칭 신호(PWM)에 의하여 제 1스위치 Q1이 온되면, 전지(BAT)로부터 제1 스위치(Q1) - 제1 단자(A) - 중간탭(T) - 콘덴서(C2) - 그라운드의 경로로 중간탭 부착 코일(L)에 전류가 흐르고, 중간탭 부착 코일(L)에 에너지가 축적된다. 또한, 통상의 피드백 제어가 행해지고 있는 상태에 있어서는, 중간탭 부착 코일(L)에 에너지를 축적해 있는 동안에, 콘덴서(C1)는 제2 출력전압(Vo2) 보다 높은 제1 출력전압(Vo1)으로 이미 충전되어 있기 때문에, 콘덴서(C1)에는 충전되지 않는다.

스위칭 신호(PWM)가 반전되고 제1 스위치(Q1)가 오프되면, 중간탭 부착 코일(L)에 축적된 에너지가, 다이오드(D3) - 제1 단자(A) - 중간탭(T) - 콘덴서(C2) - 그라운드의 경로로 콘덴서(C2)로 방출된다. 이 때, 콘덴서(C1)는, 다이오드(D3) - 제1 단자(A) - 제2 단자(B) - 다이오드(D1) - 콘덴서(C1) - 그라운드의 경로로 충전된다.

도 15에서는, 제2 출력전압(Vo2)이 귀환 전압(Vfb)으로서 제어회로(CONT)로 피드백되고 있기 때문에, 제2 출력전압(Vo2)이 소정치가 되도록, 제1 스위치(Q1)가 온·오프 제어된다.

이러한 도 15의 스위칭 전원장치에 있어서, 제2 출력전압(Vo2)이 피드백 제어되고 있기 때문에, 제2 출력단자(OUT2)로부터의 출력전류에 걸맞는 전류가 중간탭 부착 코일(L)의 제1 단자(A) - 중간탭(T) 사이에 흐른다. 그리고, 제1 단자(A)·중간탭(T) 사이와 중간탭(T)·제2 단자(B) 사이와의 자기적 결합에 의하여, 제2 단자(B)에는 코일 비 1:n에 따라 전압이 야기된다. 이러한 제2 단자(B)에 야기된 전압은 다이오드(D1)와 콘덴서(C1)에 의하여 정류·평활된다. 이것에 의해, 승압된 제1 출력전압(Vo1)을 얻을 수 있다. 기준으로 된 점이 다이오드(D3)에 의하여 그라운드이기 때문에, 제1 출력전압(Vo1)도 입력전압 의존성을 갖지 않는다.

이러한 도 15의 스위칭 전원장치에 있어서, (ⅰ) 로드 레귤레이션은 실용 레벨이고, (ⅱ) 효율은 약 83%로 상당히 양호하고, (ⅲ) 제1 출력전압(Vo1)과, 제2 출력전압(Vo2) 모두 입력전압 의존성은 없다. 이와 같이, 안정된 강압 출력인 제2 출력전압(Vo2), 및 안정된 승압 출력인 제1 출력전압(Vo1)을 얻을 수 있다.

도 16은, 본 발명의 스위칭 전원장치가, 2개의 출력뿐만 아니라, 3 출력 이상의 다수의 출력을 갖는 전원장치로서 구성되는 것을 나타내고 있다. 그 때문에, 중간탭 부착 코일(L)은, 1개의 중간탭을 갖는 3단자형에 국한되지 않고, 복수의 중간탭을 갖는 4 단자 이상의 구성으로 한다.

도 16에서는, 예시를 위해, 입력전압(Vin)을 반전한 역극성의 출력전압(Vo2)과 승압한 출력전압(Vo1)을 출력하는 도 12의 스위칭 전원장치(제9의 실시 형태)를, 3 출력의 다출력형으로 구성하였다.

도 16에 있어서, 중간탭 부착 코일(L)에 2개의 중간탭(T1, T2)을 설치한다.제1 중간탭(T1)을 그라운드에 접속한다. 제2 중간탭(T2)으로부터, 다이오드(D3), 콘덴서(C3)로 된 정류·평활 회로를 통해서 출력단자(OUT3)로부터 정극성의 제3 직류 출력전압(Vo3)을 출력하도록 구성하고 있다. 이상과 같이, 3 출력 이상의 다출력형으로 하는 것은, 다른 실시 형태에 있어서도 마찬가지로 행할 수 있다.

본 발명의 스위칭 전원장치는 이상에 설명한 것처럼, 종래의 것과 비교하여, 입력전압을 복수의 출력전압으로 고효율로 변환할 수 있다는 것과, 소형화할 수 있다는 것과, 모든 출력전압이 입력전압 의존성을 갖지 않는다는 것 등의 장점을 갖고 있다. 따라서 본 발명의 스위칭 전원장치는, 소형화, 경량화 및 전지 전원의 장수화가 요구되는 휴대 기기의 전원장치로서 특히 매우 적합하다. 또한, 상기 실시 형태의 스위칭 전원장치는 직류 입력전압을 PWM 제어하여 직류 출력전압을 얻고 있지만，PWM 제어에 한정되지 않는다.

본 발명에 의하면, 입력전압을 스위칭하여, 전압이 다른 복수의 출력전압을 발생시키는 스위칭 전원장치에 있어서, 중간탭 부착 코일을 이용하여, 차지 펌프 회로 등의 여분의 부가 회로를 설치하지 않고 간단한 구성으로, 입력전압을 복수의 출력전압으로 고효율로 변환하고, 또한 소형화하는 것이 가능하다. 게다가, 복수의 출력전압과 관련하여, 출력전압대 입력전압 특성(라인·레귤레이션)을 개선하고, 입력전압 의존성을 실질적으로 없게 할 수 있다.

Claims

직류 입력전압이 인가되는 제1 단자, 제1의 출력전압을 출력하는 제2 단자, 및 제2의 출력 전압을 출력하는 중간탭을 갖는 코일과,

상기 중간탭 혹은 상기 제2 단자와 공통 전위점과의 사이에 접속되어, 온·오프 제어신호에 따라 온·오프 제어되는 제1 스위치와.

상기 제2 단자에 접속되어, 상기 제1의 출력전압을 정류 및 평활하고, 상기 직류 입력전압이 변환된 제1의 직류 출력전압을 출력하는 제1 정류·평활 회로와.

상기 중간탭에 접속되어, 상기 제2의 출력전압을 정류 및 평활하고, 상기 직류 입력전압이 변환된 제2의 직류 출력전압을 출력하는 제2 정류·평활 회로와.

상기 제1 및 제2의 직류 출력전압 중 적어도 어느 하나를 정전압 제어하기 위한 상기 온·오프 제어신호를 출력하는 제어 수단을

갖는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치.
제 1항에 있어서,

또한, 온·오프 제어되는 것으로 상기 제1 단자에 상기 직류 입력전압을 인가하는 제2 스위치와,

상기 제1 단자와 상기 공통 전위점과의 사이에, 상기 직류 입력전압을 저지하는 극성으로 접속되며, 상기 직류 입력전압을 정류하는 정류 소자를 구비하며,

상기 제어수단은, 상기 제1 스위치와 동시에 상기 제2 스위치를 스위칭하도록 상기 온·오프 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치.
제 2항에 있어서,

상기 제2 스위치는 상기 온·오프 제어신호에 따라 스위칭되며, 상기 제1 스위치는 상기 제1 단자의 전압에 따라 스위칭되는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원 장치.
온·오프 제어신호에 따라 스위칭되며, 온·오프 상태에 따라 직류 입력전압을 출력하는 제1 스위치와,

상기 직류 입력전압이 인가되는 제1 단자, 제1의 출력전압을 출력하는 제2 단자, 및 제2의 출력전압을 출력하는 중간탭을 갖는 코일과,

상기 제1 단자와 공통 전위점과의 사이에, 상기 직류 입력전압을 저지하는 극성으로 접속되며, 상기 직류 입력전압을 정류하는 정류 소자와,

상기 제2 단자에 접속되고, 상기 제1의 출력전압을 평활하며, 상기 직류 입력전압이 강압된 제1의 직류 출력전압을 출력하는 평활 회로와,

상기 중간탭에 접속되고, 상기 제2의 출력전압을 정류 및 평활하며, 상기 직류 입력전압이 강압된 제2의 직류 출력전압을 출력하는 정류·평활 회로와,

상기 제1 및 제2의 직류 출력전압 중 적어도 어느 하나를 정전압 제어하기 위한 상기 온·오프 제어신호를 출력하는 제어수단을

갖는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치.
온·오프 제어신호에 따라 스위칭되며, 온·오프 상태에 따라 직류 입력전압을 출력하는 제1 스위치와,

상기 직류 입력전압이 인가되는 제1 단자, 제1의 출력전압을 출력하는 제2 단자, 및 제2의 출력전압을 출력하는 중간탭을 갖는 코일과,

상기 제1 단자와 공통 전위점과의 사이에, 상기 직류 입력전압을 저지하는 극성으로 접속되며, 상기 직류 입력전압을 정류하는 정류 소자와,

상기 제2 단자에 접속되고, 상기 제1의 출력전압을 평활하며, 상기 직류 입력전압이 강압된 제1의 직류 출력전압을 출력하는 평활 회로와,

상기 중간탭에, 상기 제1 스위치의 온 또는 오프와 실질적으로 역으로 오프 또는 온되는 제2 스위치를 통해서 접속되고, 상기 제2의 출력전압을 평활하며, 상기 직류 입력전압이 강압된 제2의 직류 출력전압을 출력하는 평활 회로와,

상기 제1 및 제2의 직류 출력전압 중 적어도 어느 하나를 정전압 제어하기 위한 상기 온·오프 제어신호를 출력하는 제어수단을

갖는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치.
제 5항에 있어서,

상기 제2 스위치는, 상기 제1 단자의 전압에 따라 오프 또는 온되는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치.
온·오프 제어신호에 따라 스위칭되며, 온·오프 상태에 따라 직류 입력전압을 출력하는 제1 스위치와,

상기 직류 입력전압이 인가되는 제1 단자, 제1의 출력전압을 출력하는 제2 단자, 및 공통 전위점에 접속되는 중간탭을 갖는 코일과,

상기 제2 단자에 접속되고, 상기 제1의 출력전압을 정류 및 평활하며, 상기 직류 입력전압이 변환된 직류 출력전압을 출력하는 제1의 정류·평활 회로와,

상기 직류 출력전압을 정전압 제어하기 위한 상기 온·오프 제어신호를 출력하는 제어수단을

갖는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치.
제 7항에 있어서,

상기 제1 단자에 접속되며, 상기 제1의 정류·평활 회로로부터 출력되는 상기 직류 출력전압과는 역극성의 전압을 출력하는 제2의 정류·평활 회로를 또한 구비하며,

상기 제1의 정류·평활 회로는 상기 직류 입력전압의 극성과 동일한 극성의 직류 출력전압을 출력하고, 상기 제2의 정류·평활 회로는 상기 직류 입력전압의 극성과 다른 극성의 직류 출력전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치.
온·오프 제어신호에 따라 스위칭되며, 온·오프 상태에 따라 직류 입력전압출력하는 제1 스위치와.

상기 직류 입력전압이 인가되는 제1 단자, 공통 전위점에 접속되는 제2 단자, 및 제1의 출력전압을 출력하는 중간탭을 갖는 코일과.

상기 중간탭에 접속되고, 상기 제1의 출력전압을 정류 및 평활하며, 상기 직류 입력전압의 극성과 다른 극성의 제1의 직류 출력전압을 출력하는 제1의 정류·평활 회로와,

상기 제1 단자에 접속되고, 상기 직류 입력전압을 정류 및 평활하며, 상기 직류 입력전압의 극성과 다른 극성의 제2의 직류 출력전압을 출력하는 제2의 정류·평활 회로와,

상기 제1 및 제2의 직류 출력전압 중 적어도 어느 하나를 정전압 제어하기 위한 상기 온·오프 제어신호를 출력하는 제어수단을

갖는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치.
온·오프 제어신호에 따라 스위칭되며, 온·오프 상태에 따라 직류 입력전압 출력하는 제1 스위치와.

상기 직류 입력전압이 인가되는 제1 단자, 제1의 출력전압을 출력하는 제2 단자, 및 제2의 출력전압을 출력하는 중간탭을 갖는 코일과,

상기 제1 단자와 공통 전위점과의 사이에, 상기 직류 입력전압을 저지하는 극성으로 접속되며, 상기 직류 입력전압을 정류하는 정류 소자와,

상기 중간탭에 접속되고, 상기 제2의 출력전압을 평활하며, 상기 직류 입력전압이 강압된 제1의 직류 출력전압을 출력하는 평활 회로와.

상기 제2 단자에 접속되고, 상기 제1의 출력전압을 정류 및 평활하며, 상기 평활 회로로부터 출력되는 상기 제1의 직류 출력전압보다 높은 전압의 제2의 직류출력전압을 출력하는 정류·평활 회로와,

상기 평활 회로로부터 출력되는 상기 제1의 직류 출력전압을 정전압 제어하기 위한 상기 온·오프 제어신호를 출력하는 제어수단을

갖는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치.
제 1항에 있어서,

상기 중간탭 부착 코일은 또한, 하나 이상의 다른 중간탭을 구비하고 있으며, 그 중간탭으로부터 적어도 평활 회로를 통해서 상기 직류 입력전압이 변환된 직류 출력전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치.
제 4항에 있어서,

상기 중간탭 부착 코일은 또한, 하나 이상의 다른 중간탭을 구비하고 있으며, 그 중간탭으로부터 적어도 평활 회로를 통해서 상기 직류 입력전압이 변환된 직류 출력전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치.
제 5항에 있어서,

상기 중간탭 부착 코일은 또한, 하나 이상의 다른 중간탭을 구비하고 있으며, 그 중간탭으로부터 적어도 평활 회로를 통해서 상기 직류 입력전압이 변환된 직류 출력전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치.
제 7항에 있어서,

상기 중간탭 부착 코일은 또한, 하나 이상의 다른 중간탭을 구비하고 있으며, 그 중간탭으로부터 적어도 평활 회로를 통해서 상기 직류 입력전압이 변환된 직류 출력전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 스위칭 전원장치.
제 9항에 있어서,

상기 중간탭 부착 코일은 또한, 하나 이상의 다른 중간탭을 구비하고 있으며, 그 중간탭으로부터 적어도 평활 회로를 통해서 상기 직류 입력전압이 변환된 직류 출력전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 스위칭전원 장치.
제 10항에 있어서,

상기 중간탭 부착 코일은 또한, 하나 이상의 다른 중간탭을 구비하고 있으며, 그 중간탭으로부터 적어도 평활 회로를 통해서 상기 직류 입력전압이 변환된 직류 출력전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 스위칭전원 장치.