JPH02219461A - 巻上げコイル付昇圧形dc―dcコンバータ - Google Patents

巻上げコイル付昇圧形dc―dcコンバータ

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JPH02219461A
JPH02219461A JP3706289A JP3706289A JPH02219461A JP H02219461 A JPH02219461 A JP H02219461A JP 3706289 A JP3706289 A JP 3706289A JP 3706289 A JP3706289 A JP 3706289A JP H02219461 A JPH02219461 A JP H02219461A
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JP
Japan
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inductor
operating duty
output voltage
winding
switch
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Pending
Application number
JP3706289A
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English (en)
Inventor
Mikio Yamazaki
幹夫 山崎
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NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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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】 [産業上の利用分野〕 本発明は、直流電力変換回路に関し、特に、出力電力が
入力電力よりも高い昇圧形DC−DCコンバータに関す
る。
[従来の技術] 第3図は、従来の昇圧形DC−DCコンバータの基本回
路構成を示す回路図である。
この第3図において、入力電源Eと、インダクタLOと
、スイッチQと、整流ダイオードDと、平滑コンデンサ
Cと、負荷抵抗Rとが設けられ、その出力電圧は■oで
ある。
上記従来回路において、スイッチQがオンのときに、入
力電源EからインダクタLOへ電力が供給され、その供
給された電力が励磁エネルギーとしてインダクタLOに
蓄積される。その後、スイッチQがオフになると、イン
ダクタLOが解放されるので、スイッチQとインダクタ
LOとの接合点がプラスになるような解放電圧がインダ
クタLOに発生し、整流ダイオードDが導通し、平滑コ
ンデンサCの両端には、入力電源Eの電圧とインダクタ
Loの解放電圧との和の電圧が発生する。
このようにして、スイッチQがオンとオフとを周期的に
繰返すことによって、平滑コンデンサCの両端電圧であ
る出力電圧Voが負荷抵抗Rへ供給される。
第4図は、上記従来回路における出力電圧特性を示すグ
ラフである。
この第4図において、オン期間T。nは、スイッチQが
オンしている期間であり、スイッチング周期Tはスイッ
チQがオンとオフとを繰返す周期である。したがって、
スイッチQがオフしている時間は、TとT(Illとの
差である。また、動作デユーティl1utyは、スイッ
チング周期Tに占めるオン期間”ranの割合(= T
 On / T )であり、最大動作デユーティDIa
Xは、使用する予定の複数の負荷抵抗Rのうちでその最
小の負荷抵抗を使用したときに、所定の出力電圧VOを
発生させることができる動作デユーティDutVの値で
ある。
なお、第4図は、入力電源Eの電圧が3■、負荷抵抗R
が40Ω、100Ωのそれぞれの場合における動作デユ
ーティDutvと出力電圧voとの関係を示している。
[発明が解決しようとする課8] 第4図において、動作デユーティDutyが0.5付近
までの範囲では、はぼ動作デユーティDutyのみによ
って出力電圧VOの値が定まり、その出力電圧voの値
は入力電源Eの高々2倍である。また、動作デユーティ
Dutyが0.5よりも大きい範囲では、出力電圧Vo
は動作デユーティl1utyの増加に伴って急速に上昇
するが、負荷抵抗Hの影響を受け、同じ動作デユーティ
Dlyでも、負荷抵抗Rが小さくなる程、出力電圧VO
が低下する。
ここで、上記昇圧形DC−DCコンバータの最大出力を
10V−2,5W (すなわち負荷抵抗Rが40Ω以上
)とすると、最大動作デユーティoaaxは、第4図に
示すように0.77を必要とする。すなわち、従来回路
では、入力電源Eの数倍以上の出力電圧■oを得ようと
すると、最大動作デユーティD□8を大きく設定する必
要がある。
しかし、スイッチQがオン、オフするのに充分なスイッ
チング時間をそのスイッチQが必要とするので、動作デ
ユーティouLyが過大になると、スイッチQがオフす
るのに必要なスイッチング時間が不足し、オフ不可能に
なる。
また、昇圧形DC−DCコンバータには、動作デユーテ
ィDutyに対する出力電圧voの特性にピークがあり
、このピークを越えて動作デユーティDuLvが大きく
なると、動作デユーティDutyが増加したときに出力
電圧V。が急速に低下する負性利得領域が存在する。こ
の負性利得領域で上記コンバータを動作させると、イン
ダクタLoの磁束リセットが不可能になるので、回路電
流が過大に流れ、上記コンバータを構成する部品が焼損
するおそれがある。
加えて、負荷抵抗Rが変われば負性利得領域が始まる動
作デユーティ0LILVが変わり、負荷抵抗R以外にも
、スイッチQの内部抵抗、整流ダイオードDの順方向降
下電圧等の寄生的要素によっても、負性利得領域が始ま
る動作デユーティDutyが変化するので、上記負性利
得領域が始まる動作デユーティDutyを意図的に設定
することが困難である。
上記問題点を回避するためには、最大動作デユーティo
aaxを0.5付近に設定することが産業上は安全であ
り、従来の昇圧形DC−I)Cコンバータの制御回路の
多くは、最大動作デユーティnaaxを0.5付近に制
限している。
したがって、このように最大動作デユーティDlaXを
0.5付近に制限することによって、従来の昇圧形DC
−DCコンバータの出力電圧■。は入力電圧Eの2倍程
度までしか得られないという問題がある。
本発明は、最大動作デユーティが0.5付近において、
入力電源の2倍以上の高出力電圧を得ることができる昇
圧形DC−DCコンバータを提供することを目的とする
ものである。
[課題を解決する手段] 本発明は、昇圧用インダクタと整流ダイオードとの間に
、昇圧用インダクタの巻上げコイルを設け、昇圧用イン
ダクタの巻終りに巻上げコイルの巻始めを接続し、巻上
げコイルの巻終りに整流ダイオードを接続したものであ
る。
[作用] 本発明は、昇圧用インダクタと整流ダイオードとの間に
、昇圧用インダクタの巻上げコイルを設け、昇圧用イン
ダクタの巻終りに巻上げコイルの巻始めを接続し、巻上
げコイルの巻終りに整流ダイオードを接続したので、最
大動作デユーティが0.5付近において、入力電源の2
倍以上の高出力電圧を得ることができる。
[実施例] 第1図は、本発明の一実施例を示す回路図である。
この第1図において、入力電源Eと、インダクタLの主
コイルNlと、スイッチQとが直列に接続され、主コイ
ルN1とスイッチQとの接続点と平滑コンデンサCとの
間に、巻上げコイルN2と整流ダイオードDとが接続さ
れ、整流ダイオードDの出力電圧を平滑コンデンサCが
平滑し、この平滑コンデンサCから出力電力を取り出す
ようになっている。
なお、インダクタLは、主コイルN1に巻上げコイルN
2を設けたものであり、主コイルN1は、第3図に示す
従来回路の昇圧用インダクタLoに相当する。
すなわち、上記実施例は、昇圧用インダクタと整流ダイ
オードとの間に、昇圧用インダクタの巻上げコイルを設
け、昇圧用インダクタの巻終りに巻上げコイルの巻始め
を接続し、巻上げコイルの巻終りに整流ダイオードを接
続したものである。
次に、上記実施例の動作について説明する。
第2図は、上記実施例における動作デユーティDuty
と出力電圧voとの関係を示す図である。゛第2図にお
けるオン期間TOn、スイッチング周期T、動作デユー
ティDuty、最大動作デユーティ0口。は、第4図の
従来例で説明した内容と同じであり、動作条件である入
力電圧Eの電圧が3■であること、負荷抵抗Rが40Ω
、100Ωであることも、上記従来例の場合と同一であ
る。なお、第2図において、巻上げコイルN2と主°コ
イルN1との巻数比は6である。
まず、スイッチQのオン期間T。0では、入力電源Eが
インダクタLの主コイルNlに接続され、変圧器効果に
よって、巻上げコイルN2の巻始めがその巻終りよりも
高くなるような電圧が巻上げコイルN2に発生し、巻上
げコイルN2の巻始めがアースとほぼ同電位であるので
、整流ダイオードDが逆バイアスされ、ダイオードDが
オフする。この結果、巻上げコイルN2は解放状態とな
り1回路動作から切り離される。上記オン期間Tonに
、入力電源Eから主コイルNlを介してインダクタしに
電力が供給され、励磁エネルギーとしてインダクタLに
蓄積される。
次に、スイッチQがオフすると、主コイルNlは巻上げ
コイルN2と直列に接続されているので、主コイルN1
と巻上げコイルN2とを合わせた1個のインダクタLの
巻線が解放されたのど等価になる。したがって、上記実
施例のインダクタLは、従来回路の昇圧用インダクタL
o よりも巻上げコイルN2だけ巻数が多く、その巻数
が多い分だけ高い解放電圧がインダクタしに発生し、整
流ダイオードDを導通させる。
つまり、インダクタLに励磁エネルギーを蓄積する場合
には主コイルN1を用い、蓄積した励磁エネルギーを放
出する場合には主コイルN1と巻上げコイルN2とを用
いる。
上記実施例において、動作デユーティ[]utyの増加
に伴って出力電圧■oが急速に増加すること自体は、従
来回路の場合と同じである。しかし、上記実施例は、従
来回路よりも低い動作デユーティDutvで、高い出力
電圧■oを得られる。特に、上記実施例において、動作
デユーティDutyが0.5以下であるにもかかわらず
、出力電圧■。が入力電源Eの2倍以上となる。
したがって、上記実施例は、動作デユーティDutyが
0.5程度の昇圧形コンバータを数個直列に接続して高
電圧を実現する従来方法に比べて、同じ動作デユーティ
DLItVでも、直列台数を削減でき、部品点数が減少
し、かつ効率も極めて高い。
また、主コイルN1と巻上げコイルN2との巻数比を調
整することによって、動作デユーティDutyに対する
負性利得領域の開始点を、任意の動作デユーティDut
yの値に設定することができる。
たとえば上記巻数比を上げると、負性利得領域の開始点
は動作デユーティDutyの低い方へ移動する。このよ
うに、上記実施例は、動作デユーティDutyを任意の
値に設定回部であるので、従来の昇圧形コンバータ用制
御回路をそのまま使用可能であり、特に新たな制御方法
、制御回路用部品を必要としない、特に、入力電源が2
v〜3Vという低電圧において、十数■の出力電圧を得
るのが容易であるので、たとえば、広いダイナミックレ
ンジを必要とするアナログ電子回路用電源として電池を
入力電源とした昇圧形電源回路を構成するのが容易であ
り、携帯する用途に適している。
なお、使用する負荷抵抗Hのうちで最も抵抗値が低い抵
抗についての特性(第2図示)のピークに対応する動作
デユーティを最大動作デユーティoaaxとすることに
よって、動作デユーティDutyの制限値を定めればよ
い。
つまり、第1図に示す回路は、コンバータの主要部分を
示したものであるが、実際には、出力電圧V、の変動を
検出し、その変動分をスイッチQの制御極に印加し、出
力電圧voを一定に保持するような負帰還回路が設けら
れている。この場合、出力電圧■oが低下すると、動作
デユーティDutyを増加させて出力電圧voを上昇さ
せるようにするが、もし、このときに動作デユーティD
utyが最大動作デユーティoaaxを越えると、出力
電圧Voが逆に低下する。これを防止するために、出力
電圧■oを上昇させようとしたときに、動作デユーティ
Dutyが最大デユーティn5axを越えないようにす
る。
[発明の効果] 本発明によれば、最大動作デユーティが0.5付近にお
いて、入力電源の2倍以上の高出力電圧を得ることがで
きるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例を示す回路図である。 第2図は、上記実施例における動作デユーティDuty
と出力電圧■oとの関係を示す図である。 第3図は、従来の昇圧形DC−DCコンバータの一例を
示す回路図である。 第4図は、上記従来例における動作デユーティDuty
と出力電圧Voとの関係を示す図である。 第2図 E・・・入力電源、 L・・・インダクタ、 LO・・・昇圧用インダクタ、 Nl・・・主コイル(昇圧用インダクタ)、N2・・・
巻上げコイル、 Q・・・スイッチ、 D・・・整流ダイオード、 R・・・負荷抵抗。 0.2   0.4   0.6   0.8動作デユ
ーティーDuty

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 入力電源と昇圧用インダクタとスイッチとを直列に接続
    し、上記昇圧用インダクタと上記スイッチとの接続点と
    平滑コンデンサとの間に整流ダイオードを接続し、上記
    平滑コンデンサから出力電力を取り出す昇圧形DC−D
    Cコンバータにおいて、 上記昇圧用インダクタと上記整流ダイオードとの間に、
    上記昇圧用インダクタの巻上げコイルを設け、上記昇圧
    用インダクタの巻終りに上記巻上げコイルの巻始めを接
    続し、上記巻上げコイルの巻終りに上記整流ダイオード
    を接続したことを特徴とする巻上げコイル付昇圧形DC
    −DCコンバータ。
JP3706289A 1989-02-16 1989-02-16 巻上げコイル付昇圧形dc―dcコンバータ Pending JPH02219461A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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