KR20080007080A

KR20080007080A - Ｄｃ－ｄｃ 컨버터 및 전원 장치

Info

Publication number: KR20080007080A
Application number: KR1020070013248A
Authority: KR
Inventors: 준지 다케시타; 유키히로 데라다
Original assignee: 미쓰미덴기가부시기가이샤
Priority date: 2006-07-14
Filing date: 2007-02-08
Publication date: 2008-01-17
Also published as: US20080013345A1; EP1879284B1; EP1879284A3; DE602007012386D1; JP4946226B2; US7782028B2; CN101106328A; EP1879284A2; JP2008022657A; KR101319284B1

Abstract

승압형의 스위칭 레귤레이터로만 구성할 수 있고, 소형화 및 저비용화를 도모하기가 용이함과 동시에, 전류 제어 기능을 부여할 수 있는 DC-DC 컨버터를 제공한다.

입력 직류 전압을 받는 전압 입력 단자와 제1 출력 단자 사이에 직렬 형태로 접속된 인덕턴스 소자(L1) 및 정류 소자(D1)와, 상기 인덕턴스 소자와 정류 소자 간 접속 노드와 기준 전위점 사이에 접속된 스위칭 소자(SW1)와, 이 스위칭 소자를 온, 오프 제어하는 신호를 생성하는 제어 회로(22)를 구비한 DC-DC 컨버터에 있어서, 상기 제어 회로에 의해 상기 스위칭 소자를 온, 오프 제어하여 상기 인덕턴스 소자에 흐르는 전류를 제어함과 동시에, 상기 입력 직류 전압을 받는 전압 입력 단자에 인가되어 있는 전압을 제2 출력 단자에 후단 회로의 기준 전위로서 출력함으로써 승압 동작과 강압 동작을 전환하지 않고 출력 전압을 상기 입력 직류 전압보다 낮은 전위에서 높은 전위까지 제어 가능하게 구성하였다.

스위칭 레귤레이터, 승압, 강압, 컨버터, 인덕턴스, 직류 전압, 전압 입력 단자, 출력 단자, 정류 소자, 접속 노드, 스위칭 소자와, 이 스위칭 소자, DC-DC 컨버터, 제어 회로

Description

ＤＣ－ＤＣ 컨버터 및 전원 장치{DC-DC CONVERTER AND POWER SUPPLY DEVICE}

도 1은 본 발명을 적용한 DC-DC 컨버터의 일 실시예를 도시한 회로 구성도이다.

도 2는 본 발명의 설명에 앞서 검토하는 DC-DC 컨버터의 일례를 도시한 회로 구성도이다.

도 3은 본 발명의 설명에 앞서 검토하는 DC-DC 컨버터의 다른 예를 도시한 회로 구성도이다.

도 4는 통상의 승압형 DC-DC 컨버터의 일례를 도시한 회로 구성도이다.

도 5(A)는 통상의 승압형 DC-DC 컨버터의 전압-전류 특성도, 도 5(B)는 실시예의 DC-DC 컨버터의 전압-전류 특성도이다.

<부호의 설명>

10 : 직류 전원(1차 전지) 20 : 스위칭 레귤레이터

21 : 전류 검출기 22 : 제어 회로

L1 : 인덕턴스 소자(코일) D1 : 정류 소자(다이오드)

C1 : 평활 용량 SW1 : 스위칭 소자

IN1 : 전압 입력 단자 IN2 : 기준 전압 입력 단자

OUT1 : 제1 출력 단자 OUT2 : 제1 출력 단자

본 발명은 직류 전압을 변환하는 DC-DC 컨버터, 나아가서는 승압형과 강압형의 전환 없이 승압 및 강압이 가능한 DC-DC 컨버터에 관한 것으로서, 예컨대 1차 전지를 이용하여 2차 전지를 충전하는 충전 장치에 직류 전원 전압을 공급하는 DC-DC 컨버터에 이용하기에 유효한 기술에 관한 것이다.

휴대 전화기와 같은 휴대용 전자 기기에는 충방전 가능한 2차 전지가 주 전원 혹은 보조 전원으로 사용되고 있다. 이러한 휴대용 전자 기기의 2차 전지의 충전에는 일반적으로 AC 어댑터라고 불리는 교류 전원 전압을 직류 전압으로 변환하는 AC-DC 컨버터가 사용되고 있다. 이러한 AC-DC 컨버터는 AC 전원이 있는 옥내 등 제한된 장소에서밖에 사용할 수 없다는 문제가 있다. 그러나, 휴대용 전자 기기는 AC 전원이 없는 옥외에서 사용 중에 전지 소진을 일으킬 수 있어, AC 전원이 없는 장소에서도 2차 전지를 충전할 수 있는 장치가 요망되고 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 평 05-056634호 공보

본 발명자들은 AC 전원이 없는 장소에서도 2차 전지를 충전할 수 있는 방식으로서 1차 전지를 이용하여 2차 전지를 충전하는 방식을 착상하고 검토를 행하였다. 이 방식의 문제로서 충전이 진행되면 1차 전지의 전압이 내려간다는 점을 들 수 있다. 따라서, 충전이 진행하여 1차 전지의 전압이 내려가도 2차 전지를 충전 할 수 있게 하려면 승압형의 DC-DC 컨버터가 유효하다고 생각하였다.

한편, 1차 전지를 이용하여 2차 전지를 충전하는 과정을 살펴보면, 2차 전지의 충전이 필요한 경우란 2차 전지가 방전된 상태이기 때문에, 충전 초기에는 2차 전지의 전압 쪽이 1차 전지의 출력 전압보다 낮은 상태가 많으며, 그 후 어느 정도충전이 진행되면 1차 전지의 출력 전압이 내려가고 2차 전지의 전압은 올라가기 때문에, 1차 전지의 출력 전압보다 2차 전지의 전압 쪽이 높아진다. 또한 충전 회로에서는 전류값이 어떤 값보다 커지지 않게 하는 전류 제한 제어가 필요해진다.

그러나, 도 4에 도시한 바와 같은 통상의 승압형 DC-DC 컨버터는 출력 단자에 대하여 순방향으로 다이오드가 배치되기 때문에, 승압형 DC-DC 컨버터만으로는, 2차 전지의 전압 쪽이 1차 전지의 출력 전압보다 낮은 경우에는 도 5(A)에 도시한 바와 같이 출력 전압이 입력 전압보다 다이오드의 순방향 전압만큼만 낮은 전압으로 클램핑되어 버려, 1차 전지의 전압보다 낮은 영역의 출력 전압을 제어하거나 출력 전류를 제한하는 기능을 부여할 수 없음을 알 수 있었다.

본 발명자들은 이러한 상황에서도 유효한 DC-DC 컨버터로서 일단 1차 전지의 출력 전압을 승압시키고나서 강압시키는 타입, 즉 도 2나 도 3에 도시한 바와 같이 전단에 승압형의 레귤레이터를 가지며, 후단에 강압형의 레귤레이터를 갖는 DC-DC 컨버터가 좋다고 생각하였다.

도 2의 DC-DC 컨버터는 전단의 승압형 레귤레이터와 후단의 강압형 레귤레이터로서 모두 스위칭 레귤레이터를 사용한 것이다. 이 DC-DC 컨버터는 전력 효율이 양호하다는 이점은 있지만, 전단과 후단의 레귤레이터에 각각 코일(L1, L2)과 평활 용량(C1, C2)을 필요로 하기 때문에 부품 수가 많아 소형화 및 저비용화를 도모하기가 어렵다는 문제가 있다.

도 3의 DC-DC 컨버터는 전단의 승압 회로에 스위칭 레귤레이터를 사용하고, 후단의 강압 회로에 시리즈 레귤레이터를 사용한 것이다. 이 DC-DC 컨버터는 코일(L1)과 평활 용량(C1)이 한 세트이면 되기 때문에 도 2의 DC-DC 컨버터에 비하여 부품 수를 줄여 소형화를 도모하기가 용이하다는 이점은 있지만, 제어 회로가 2계통 필요하기 때문에 소형화 및 저비용화를 충분히 달성할 수 없다는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 과제에 착안하여 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 바는 승압형의 스위칭 레귤레이터로만 구성할 수 있고, 소형화 및 저비용화를 도모하기가 용이한 DC-DC 컨버터를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 승압형의 스위칭 레귤레이터로만 구성함과 동시에 전류 제어 기능을 부여할 수 있는 DC-DC 컨버터를 제공하는 데 있다.

한편, 본 발명의 DC-DC 컨버터의 기본적인 회로 부분의 구성(코일과 다이오드와 스위칭 소자의 관계)과 유사한 구성을 갖는 발명으로는 예컨대 특허 문헌 1에 기재되어 있는 발명이 있다.

그러나, 이 선원 발명은 스위칭 전원과 충전 펌프를 조합함으로써 본래의 승압 전압과 그 2배의 전압을 얻는 것이며, 본원 발명과 같이 출력 전압이 입력 전압보다 작은 상태에서 큰 상태까지 연속적으로 전류를 출력할 수 있게 하는 것은 아니다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 입력 직류 전압을 받는 전압 입력 단자와 출력 단자 사이에 직렬 형태로 접속된 인덕턴스 소자 및 정류 소자와, 상기 인덕턴스 소자와 정류 소자 간 접속 노드와 기준 전위점 사이에 접속된 스위칭 소자와, 이 스위칭 소자를 온, 오프 제어하는 신호를 생성하는 제어 회로를 구비한 DC-DC 컨버터로서, 상기 제어 회로에 의해 상기 스위칭 소자를 온, 오프 제어하여 상기 인덕턴스 소자에 흐르는 전류를 제어함과 동시에, 상기 입력 직류 전압을 받는 전압 입력 단자에 인가되어 있는 전압을 제2 출력 단자에 후단 회로의 기준 전위로서 출력함으로써 승압 동작과 강압 동작을 전환하지 않고 출력 전압을 상기 입력 직류 전압보다 낮은 전위에서 높은 전위까지 제어 가능하게 구성한 것이다.

보다 구체적으로는, 기준 전위를 받는 기준 전압 입력 단자와, 입력 직류 전압을 받는 전압 입력 단자와, 입력 직류 전압을 승압시키는 승압 회로와, 상기 승압 회로에 의해 승압된 전압을 출력하는 제1 출력 단자와, 상기 전압 입력 단자로부터 입력된 전압을 후단의 회로에 이 후단의 회로의 기준 전위로서 출력하는 제2 출력 단자와, 상기 제1 출력 단자와 상기 제2 출력 단자 사이에 접속된 평활 용량을 구비하고, 상기 승압 회로에 의해 승압된 전압을 상기 제2 출력 단자의 출력 전압을 기준으로 하여 상기 제2 출력 단자로부터 출력하는 DC-DC 컨버터에 있어서, 상기 승압 회로를, 상기 전압 입력 단자와 상기 제1 출력 단자 사이에 직렬 형태로 접속된 인덕턴스 소자 및 정류 소자와, 상기 인덕턴스 소자와 정류 소자 간 접속 노드와 상기 기준 전압 입력 단자 사이에 접속된 스위칭 소자와, 이 스위칭 소자를 온, 오프 제어하는 신호를 생성하는 제어 회로와, 상기 제1 출력 단자 쪽으로 흐르 는 출력 전류의 크기를 검출하는 전류 검출 회로를 가지며, 상기 제어 회로는 상기 출력 전류가 소정의 값을 초과하면 상기 스위칭 소자를 오프시키도록 구성한 것이다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 DC-DC 컨버터에 의하면, 승압형의 스위칭 레귤레이터로만 구성할 수 있고, 인덕턴스 소자가 하나이고 제어 회로도 1계통이면 되므로 소형화 및 저비용화를 도모하기가 용이함과 동시에, 후단의 회로의 전압이 작아도 정류 소자에 전류가 흐르지 않기 때문에 전류 제어 기능을 부여할 수 있게 된다. 또한 정류 소자에 의해 출력 전압이 클램핑되지 않기 때문에 출력 전압이 낮은 영역에서도 정확한 전압 제어를 수행할 수 있다. 아울러, 승압 회로가 1단이기 때문에 승압 회로의 후단에 강압 회로를 설치한 것보다 전력 손실이 적고 전력 효율이 높은 DC-DC 컨버터를 구현할 수 있다.

여기서, 바람직하게는, 상기 정류 소자와 상기 제1 출력 단자 사이에 접속된 저항 소자를 설치하고, 상기 전류 검출 회로는 상기 저항 소자의 단자 간 전압에 기초하여 상기 출력 전류를 검출하도록 구성한다. 혹은, 상기 스위칭 소자와 상기 기준 전압 입력 단자 사이에 접속된 저항 소자를 설치하고, 상기 전류 검출 회로는 상기 저항 소자의 단자 간 전압에 기초하여 상기 출력 전류를 검출하도록 구성한다. 이에 따라, 출력 전압이 낮은 영역에서도 정확한 전류 제어를 수행할 수 있음과 동시에, 출력 전류가 소정 값을 초과한 경우에는 스위칭 소자를 오프시킴으로써 승압 동작을 정지시켜 출력 전류가 흐르지 않게 하는 전류 제한 제어가 가능해진다.

또한 상기 스위칭 소자와 상기 기준 전압 입력 단자 사이에 직렬 형태로 접속된 2이상의 저항 소자를 갖는 저항 분압 회로를 설치하고, 상기 제어 회로는 상기 전류 검출 회로에 의해 검출된 전류 및 상기 저항 분압 회로에 의해 분압된 전압에 기초하여 상기 스위칭 소자를 제어하는 신호를 생성하도록 구성한다. 이에 따라, 전류 제어에 더하여 출력 전압의 정확한 제어도 가능해진다.

나아가, 상기 저항 분압 회로를 구성하는 직렬 형태의 저항 소자 사이에는 상기 제1 출력 단자로부터 출력되는 전압이 소정의 레벨 이하인 경우에 오프 상태가 되는 스위칭 트랜지스터를 설치한다. 이에 따라, 승압 동작을 정지시켰을 때 저항 분압 회로를 구성하는 저항에 불필요한 전류가 흐르는 것을 회피할 수 있다. 여기서, 상기 스위칭 트랜지스터에는 상기 전압 입력 단자에 입력된 전압을 베이스 단자로 받는 PNP 바이폴라 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 소자를 사용함으로써 출력 전력이 내려가면 자동으로 트랜지스터가 오프되기 때문에 별도로 제어 신호를 생성할 필요가 없어 회로를 간략화할 수 있다.

또한 상기 정류 소자에는 상기 제1 출력 단자 쪽으로 순방향이 되도록 접속된 다이오드 또는 트랜지스터를 사용한다. 정류 소자에 다이오드를 사용하면 회로를 간략화할 수 있고, 트랜지스터를 사용하면 이 트랜지스터를 동기 정류 제어하도록 구성함으로써 전력 효율을 높일 수 있다.

본 출원의 다른 발명은, 상기와 같은 구성을 갖는 DC-DC 컨버터와, 상기 전압 입력 단자에 인가되는 상기 입력 직류 전압을 공급하는 전지를 삽입 가능한 전지 수납부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전원 장치이다. 이러한 구성을 갖는 전 원 장치에 의하면, AC 전원이 없는 장소나 정전 시에 휴대 전화기가 전지 소진을 일으켜도 휴대 전화기 내부의 2차 전지를 충전할 수 있다.

(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)

이하, 본 발명의 적합한 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명을 적용한 DC-DC 컨버터의 일 실시예를 나타낸다.

본 실시예의 DC-DC 컨버터는 입력 단자(IN1, IN2)에 접속된 1차 전지로부터의 직류 전압(Vdd1)을 변환하여 Vdd1과 다른 전위의 직류 전압(Vdd2)을 발생시키는 승압형의 스위칭 레귤레이터(20) 등으로 구성되며, 스위칭 레귤레이터(20)에서 승압된 직류 전압(Vdd2)을 출력 단자(OUT1)로부터, 그리고 1차 전지(10)로부터의 직류 전압(Vdd1)을 출력 단자(OUT2)로부터 출력한다. 입력 단자(IN2)에는 접지 전위(0V)와 같은 전위가 스위칭 레귤레이터(20)의 기준 전위(GND1)로서 인가되어 있다. 출력 단자(OUT1, OUT2)에는 예컨대 리튬 이온 전지 등의 2차 전지의 충전을 수행하는 충전 회로가 접속된다. 1차 전지(10)는 통상의 건전지이어도 좋고, 리튬 이온 전지와 같은 충전 가능한 전지이어도 좋다.

이에 따라, 출력 단자(OUT1, OUT2)로부터의 전압을 받는 후단의 회로인 2차 전지의 충전 회로는 스위칭 레귤레이터(20)의 기준 전위(GND1)보다 Vdd1만큼 높은 전위(GND1+Vdd1)를 기준 전위(GND2)로 하여 승압된 전압(Vdd2)을 받게 된다. 따라서, 예컨대 1차 전지(10)의 직류 전압(Vdd1)이 4.2V이고, 스위칭 레귤레이터(20)에 의해 예컨대 2배인 8.4V까지 승압된 직류 전압(Vdd2)이 출력 단자(OUT1)로부터 출력되었다고 해도 후단의 회로에 공급되는 전압은 4.2V가 되게 된다.

상기 스위칭 레귤레이터(20)는 입력 단자(IN1)와 출력 단자(OUT1) 사이에 직렬로 접속된 인덕턴스 소자로서의 코일(L1) 및 정류 소자로서의 다이오드(D1)와, 이 다이오드(D1)의 캐소드 단자와 출력 단자(OUT2) 사이에 접속된 평활 용량(C1)과, 코일(L1)과 다이오드(D1) 간 접속 노드(N1)와 기준 전위(GND1) 사이에 접속된 MOSFET(절연 게이트형 전계 효과 트랜지스터) 등의 트랜지스터로 이루어지는 스위칭 소자(SW1)를 구비한다.

또한 스위칭 레귤레이터(20)는 상기 스위칭 소자(SW1)에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출기(21), 상기 다이오드(D1)의 캐소드 단자와 기준 전위(GND1) 사이에 직렬 형태로 접속된 브리더 저항(R1), PNP 바이폴라 트랜지스터(TR1), 브리더 저항(R2), 상기 전류 검출기(21)에 의해 검출된 전류값과 브리더 저항(R1, R2)에서 저항 분할된 전압(노드(N2)의 전위)에 기초하여 상기 스위칭 소자(SW1)를 온, 오프 제어하는 제어 회로(22)를 구비한다.

PNP 바이폴라 트랜지스터(TR1)는 스위칭 레귤레이터(20)의 동작이 정지해 있는 경우에 오프 상태가 되어, 브리더 저항(R1, R2)에 전류가 흘러 1차 전지(10)가 방전되는 것을 방지하는 작용을 갖는다. 즉, 트랜지스터(TR1)가 없는 경우에는 1차 전지(10)의 양극 단자(+)로부터의 전류가 코일(L1)-다이오드(D1)-저항(R1)-저항(R2)을 통하여 기준 전위(GND1)에 흐르게 되므로, 이를 방지하기 위하여 설치되어 있다. 스위칭 레귤레이터(20)가 동작하여 출력 단자(OUT1)의 전압(Vdd2)이 높아지면, 트랜지스터(TR1)의 에미터-베이스 사이가 순방향으로 바이어스됨으로써, 즉 베이스 전위가 에미터 전위보다 낮아짐으로써 트랜지스터(TR1)가 온되고, 브리 더 저항(R1, R2)으로 전류가 흐르게 된다. 브리더 저항(R1, R2)에 흐르는 전류는 예컨대 1μA와 같은 작은 값이 되도록 R1, R2의 값이 결정된다.

한편, 본 실시예에서는 레귤레이터(20)를 구성하는 소자 중 코일(L1), 다이오드(D1) 및 평활 용량(C1) 이외의 소자는 반도체 칩 상에 반도체 집적 회로(IC)로서 구성하고, 코일(L1), 다이오드(D1) 및 평활 용량(C1)은 이 IC에 설치되어 있는 외부 단자에 외장형 소자로서 접속하도록 구성되어 있다.

제어 회로(22)는 출력 전압(Vdd2)을 브리더 저항(R1, R2)에서 저항 분할한 전압에 기초하여 상기 스위칭 소자(SW1)를 온, 오프 제어함으로써 출력 전압(Vdd2)이 소정의 전위가 되도록 제어한다. 즉, 스위칭 소자(SW1)를 온시켜 코일(L1)에 전류를 흘려 에너지를 축적시키고, SW1을 오프시키면 코일(L1)에 축적되어 있던 에너지가 토출되어 전류가 다이오드(D3)를 통하여 평활 용량(C1)을 충전하는 방향으로 흘려짐으로써 승압된 전압(Vdd2)을 생성함과 동시에, 스위칭 소자(SW1)를 온시키는 시간을 변화시킴으로써 출력 전압을 제어한다. 구체적으로는, 출력 전압(Vdd2)이 내려가면 스위칭 소자(SW1)를 온시키는 시간을 길게 하고, 출력 전압(Vdd2)이 올라가면 스위칭 소자(SW1)를 온시키는 시간을 짧게 함으로써 소정의 전압이 되도록 제어한다.

또한 제어 회로(22)는 스위칭 소자(SW1)에 흐르는 전류를 감시하여 소정 이상의 전류가 흐른 경우에는 스위칭 소자(SW1)를 오프시킴으로써, 출력 전류가 소정 이상이 되지 않도록 제한하는 작용을 한다. 상기 전류 검출기(21)는 예컨대 스위칭 소자(SW1)와 직렬로 접속된 센스 저항과 이 저항의 단자 전압과 소정의 참조 전 압을 비교하는 컴퍼레이터에 의해 구성할 수 있다. 전류 검출기(21)는, 도 1에 파선으로 도시한 바와 같이, 다이오드(D1)와 출력 단자(OUT1) 사이에 설치하여, 출력 단자(OUT1) 쪽으로 흐르는 전류를 감시하여 전류 제어를 수행하도록 구성하여도 좋다.

도 4에 도시한 바와 같은 통상의 승압형 DC-DC 컨버터는 출력 단자(OUT1) 쪽으로 순방향이 되도록 다이오드가 배치되기 때문에, 후단의 회로가 2차 전지의 충전 회로인 경우, 2차 전지의 전압 쪽이 1차 전지의 출력 전압보다 낮은 상태에서는 스위칭 트랜지스터(SW1)가 오프되었다고 해도 코일(L1)을 통하여 다이오드(D1)에 전류가 흐르게 된다. 따라서 출력 전류를 제한하는 기능을 부여할 수 없음과 동시에, D1에 전류가 흐름으로써 도 5(A)에 도시한 바와 같이 출력 전압이 입력 전압보다 다이오드의 순방향 전압만큼 낮은 전압으로 클램핑되게 되어, 1차 전지의 전압보다 낮은 영역의 출력 전압을 제어하는 기능을 부여할 수 없다.

이에 대하여, 본 실시예의 스위칭 레귤레이터에 의하면, 레귤레이터(20)의 기준 전위(GND1)보다 1차 전지의 전압만큼 높은 전압을 기준 전위(GND2)로 하여 그보다 높은 레벨로 승압된 전압을 후단의 충전 회로에 공급하기 때문에, 스위칭 트랜지스터(SW1)가 오프인 상태에서 코일(L1)을 통하여 다이오드(D1)에 전류가 흐르지 않으므로 출력 전압이 다이오드(D1)의 순방향 전압으로 클램핑되지 않는다. 따라서 도 5(B)와 같이, 출력 전류가 소정의 값 이상이 되지 않도록 제한하는 제어를 확실하게 수행할 수 있다.

본 실시예의 DC-DC 컨버터를 휴대 전화기의 긴급 충전용 전원 장치로서 적용 하는 경우, 스위칭 레귤레이터(20)를 실장한 기판을 케이스 혹은 패키지에 수납하고, 그 케이스 혹은 패키지에는 1차 전지(10)를 삽입 가능한 수납부를 설치한 형태를 생각할 수 있다. 이러한 형태의 전원 장치에 의하면, AC 전원이 없는 장소나 정전 시에 휴대 전화기가 전지 소진을 일으켜도 휴대 전화기 내부의 2차 전지를 충전할 수 있다는 이점이 있다.

이상 본 발명자에 의해 이루어진 발명을 실시예에 기초하여 구체적으로 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 상기 실시예에서는 코일(L1), 다이오드(D1) 및 평활 용량(C1) 이외의 소자는 반도체 칩 상에 반도체 집적 회로(IC)로서 구성되어 있는 것으로 설명하였으나, 저항(R1, R2)이나 트랜지스터(TR1), 스위칭 트랜지스터(SW1)도 외장형 소자로 구성하도록 하여도 좋다. 특히, 대전류를 출력하는 회로의 경우에는 스위칭 트랜지스터(SW1)를 외장형 소자로 구성하는 것이 바람직하다. 제어 회로(21)도 각각 별도의 부품으로 구성하도록 하여도 좋다. 반대로, 모든 소자 혹은 코일(L1)을 제외한 모든 소자를 하나의 반도체 칩 상에 형성하도록 구성할 수도 있다.

또한 승압 회로가 동작하지 않는 경우에 자동으로 저항(R1, R2)에 전류가 흐르지 않게 하는 PNP 바이폴라 트랜지스터(TR1) 대신, 게이트 단자가 입력 단자(IN1)에 접속된 P 채널 MOSFET을 사용하여도 좋다.

더욱이, 상기 실시예에 있어서는 코일(L1)과 직렬로 다이오드(D1)를 접속하였으나, 다이오드(D1) 대신 트랜지스터를 사용함과 동시에 이 트랜지스터를 온, 오프 제어하는 제어 회로를 설치하여, 이 트랜지스터를 동기 정류 제어 즉 다이오 드(D1)에 전류가 흐르는 기간에 해당하는 기간에 트랜지스터를 온시키고, D1에 전류가 흐르지 않는 기간에는 오프시키도록 제어하여도 좋다. 이에 따라, 다이오드를 사용하는 것에 비하여 전력 손실을 줄여 효율을 높일 수 있다.

(산업상 이용가능성)

이상의 설명에서는, 본 발명을 예컨대 리튬 이온 전지 등의 2차 전지의 충전을 수행하는 충전 장치에 1차 전지의 직류 전압을 변환하여 공급하는 스위칭 레귤레이터에 적용한 예를 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 입력 직류 전압의 변동이 큰 시스템이나 출력 전압이 입력 전압보다 낮은 상태와 높은 상태로 변화하는 시스템에서의 전원 장치에 이용할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 승압형의 스위칭 레귤레이터로만 구성할 수 있고, 소형화 및 저비용화를 도모하기가 용이함과 동시에, 전류 제어 기능을 가진 DC-DC 컨버터를 구현할 수 있다는 효과가 있다.

Claims

입력 직류 전압을 받는 전압 입력 단자와 제1 출력 단자 사이에 직렬 형태로 접속된 인덕턴스 소자 및 정류 소자와, 상기 인덕턴스 소자와 정류 소자 간 접속 노드와 기준 전위점 사이에 접속된 스위칭 소자와, 이 스위칭 소자를 온, 오프 제어하는 신호를 생성하는 제어 회로를 구비한 DC-DC 컨버터로서,

상기 제어 회로에 의해 상기 스위칭 소자를 온, 오프 제어하여 상기 인덕턴스 소자에 흐르는 전류를 제어함과 동시에, 상기 입력 직류 전압을 받는 전압 입력 단자에 인가되어 있는 전압을 제2 출력 단자에 후단 회로의 기준 전위로서 출력함으로써 승압 동작과 강압 동작을 전환하지 않고 출력 전압을 상기 입력 직류 전압보다 낮은 전위에서 높은 전위까지 제어 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버터.
기준 전위를 받는 기준 전압 입력 단자와, 입력 직류 전압을 받는 전압 입력 단자와, 입력 직류 전압을 승압하는 승압 회로와, 상기 승압 회로에 의해 승압된 전압을 출력하는 제1 출력 단자와, 상기 전압 입력 단자로부터 입력된 전압을 후단의 회로에 이 후단의 회로의 기준 전위로서 출력하는 제2 출력 단자와, 상기 제1 출력 단자와 상기 제2 출력 단자 사이에 접속된 평활 용량을 구비하고, 상기 승압 회로에 의해 승압된 전압을 상기 제2 출력 단자의 출력 전압을 기준으로 하여 상기 제2 출력 단자로부터 출력하는 DC-DC 컨버터로서,

상기 승압 회로는 상기 전압 입력 단자와 상기 제1 출력 단자 사이에 직렬 형태로 접속된 인덕턴스 소자 및 정류 소자와, 상기 인덕턴스 소자와 정류 소자 간 접속 노드와 상기 기준 전압 입력 단자 사이에 접속된 스위칭 소자와, 이 스위칭 소자를 온, 오프 제어하는 신호를 생성하는 제어 회로와, 상기 제1 출력 단자 쪽으로 흐르는 출력 전류의 크기를 검출하는 전류 검출 회로를 가지며, 상기 제어 회로는 상기 출력 전류가 소정의 값을 초과하면 상기 스위칭 소자를 오프시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버터.
제 2 항에 있어서, 상기 정류 소자와 상기 제1 출력 단자 사이에 접속된 저항 소자를 구비하고, 상기 전류 검출 회로는 상기 저항 소자의 단자 간 전압에 기초하여 상기 출력 전류를 검출하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버터.
제 2 항에 있어서, 상기 스위칭 소자와 상기 기준 전압 입력 단자 사이에 접속된 저항 소자를 구비하고, 상기 전류 검출 회로는 상기 저항 소자의 단자 간 전압에 기초하여 상기 출력 전류를 검출하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버터.
제 2 항에 있어서, 상기 스위칭 소자와 상기 기준 전압 입력 단자 사이에 직렬 형태로 접속된 2 이상의 저항 소자를 갖는 저항 분압 회로를 구비하고, 상기 제 어 회로는 상기 전류 검출 회로에 의해 검출된 전류 및 상기 저항 분압 회로에 의해 분압된 전압에 기초하여 상기 스위칭 소자를 제어하는 신호를 생성하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버터.
제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저항 분압 회로를 구성하는 직렬 형태의 저항 소자 사이에는 상기 제1 출력 단자로부터 출력되는 전압이 소정의 레벨 이하인 경우에 오프 상태가 되는 스위칭 트랜지스터가 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버터.
제 6 항에 있어서, 상기 스위칭 트랜지스터는 상기 전압 입력 단자에 입력된 전압을 베이스 단자로 받는 PNP 바이폴라 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버터.
제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정류 소자는 상기 제1 출력 단자 쪽으로 순방향이 되도록 접속된 다이오드인 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버터.
제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정류 소자는 트랜지스터이며, 이 트랜지스터는 동기 정류 제어되는 것을 특징으로 하는 DC-DC 컨버터.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 DC-DC 컨버터와, 상기 전압 입력 단자에 인가되는 상기 입력 직류 전압을 공급하는 전지를 삽입 가능한 전지 수납부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.