JPH05336734A - Ｄｃ−ｄｃコンバータ - Google Patents
Ｄｃ−ｄｃコンバータInfo
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- JPH05336734A JPH05336734A JP32206892A JP32206892A JPH05336734A JP H05336734 A JPH05336734 A JP H05336734A JP 32206892 A JP32206892 A JP 32206892A JP 32206892 A JP32206892 A JP 32206892A JP H05336734 A JPH05336734 A JP H05336734A
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- switch
- capacitor
- voltage
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 入力電圧を昇圧（降圧）した反転出力電圧が
得られるようにする。 【構成】 直流電源Ａに、第１スイッチＳ11，Ｓ21…Ｓ
n-1,1 とキャパシタＣ 1 ，Ｃ2 …Ｃn-1 と第２スイッチ
Ｓ12，Ｓ22…Ｓn-1,2 との直列回路及びキャパシタ
Ｃ1 ，Ｃ2 …Ｃn-1 と第２スイッチＳ12，Ｓ22…Ｓ
n-1,2 との直列回路に並列接続した第３スイッチＳ13，
Ｓ23…Ｓn-1,3 からなる単位回路夫々を接続し、スイッ
チＳn-1,2 とキャパシタＣn-1 との接続部を出力スイッ
チＳn を介して出力用キャパシタＣn と接続する構成に
する。
得られるようにする。 【構成】 直流電源Ａに、第１スイッチＳ11，Ｓ21…Ｓ
n-1,1 とキャパシタＣ 1 ，Ｃ2 …Ｃn-1 と第２スイッチ
Ｓ12，Ｓ22…Ｓn-1,2 との直列回路及びキャパシタ
Ｃ1 ，Ｃ2 …Ｃn-1 と第２スイッチＳ12，Ｓ22…Ｓ
n-1,2 との直列回路に並列接続した第３スイッチＳ13，
Ｓ23…Ｓn-1,3 からなる単位回路夫々を接続し、スイッ
チＳn-1,2 とキャパシタＣn-1 との接続部を出力スイッ
チＳn を介して出力用キャパシタＣn と接続する構成に
する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、直流電圧を所望の直流
電圧に変換するDC−DCコンバータに関し、更に詳細には
反転出力電圧が得られる昇圧型DC−DCコンバータ及び反
転出力電圧が得られる降圧型DC−DCコンバータに関す
る。
電圧に変換するDC−DCコンバータに関し、更に詳細には
反転出力電圧が得られる昇圧型DC−DCコンバータ及び反
転出力電圧が得られる降圧型DC−DCコンバータに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】通信機器等、電子機器の小型化により、
直流電圧を所望の直流電圧に変換するDC−DCコンバータ
の小型，軽量化及び高効率化が要求されている。また極
性反転型高圧出力電源等、多種多様の直流電源の要求が
高まっている。特にスイッチトキャパシタ方式のDC−DC
コンバータは、トランスを用いないので小型化及び軽量
化に適している。
直流電圧を所望の直流電圧に変換するDC−DCコンバータ
の小型，軽量化及び高効率化が要求されている。また極
性反転型高圧出力電源等、多種多様の直流電源の要求が
高まっている。特にスイッチトキャパシタ方式のDC−DC
コンバータは、トランスを用いないので小型化及び軽量
化に適している。
【０００３】図14は、従来のスイッチトキャパシタ方式
の昇圧型DC−DCコンバータを示したものである。直流電
圧Ｅを出力する直流電源Ａに、スイッチＳ11とキャパシ
タＣ 1 とスイッチＳ13との直列回路が接続されており、
スイッチＳ11とキャパシタＣ 1 との直列回路にはスイッ
チＳ12が並列接続されて１番目の単位回路が構成されて
いる。キャパシタＣ1 とスイッチＳ13との直列回路に
は、スイッチＳ21とキャパシタＣ2 とスイッチＳ23との
直列回路が並列接続されており、スイッチＳ21とキャパ
シタＣ2 との直列回路にはスイッチＳ22が並列接続され
て２番目の単位回路が構成されている。キャパシタＣ2
とスイッチＳ23との直列回路には、前記同様の単位回路
（図示せず）を前記同様に順次複数組接続され、即ちキ
ャパシタＣ 2 とスイッチＳ23との直列回路には、例えば
スイッチＳn-1,1 とキャパシタＣn- 1 とスイッチＳ
n-1,3 との直列回路が並列接続されており、スイッチＳ
n-1,1 とキャパシタＣn-1 との直列回路にはスイッチＳ
n-1,2 が並列接続されている。キャパシタＣn-1 とスイ
ッチＳn-1,3 との直列回路には、スイッチＳn と出力用
キャパシタＣn の直列回路が並列接続されており、出力
用キャパシタＣn には負荷ＲL が並列接続されている。
キャパシタＣ1 ，Ｃ2 …Ｃn-1 は電荷転送用キャパシタ
となっている。
の昇圧型DC−DCコンバータを示したものである。直流電
圧Ｅを出力する直流電源Ａに、スイッチＳ11とキャパシ
タＣ 1 とスイッチＳ13との直列回路が接続されており、
スイッチＳ11とキャパシタＣ 1 との直列回路にはスイッ
チＳ12が並列接続されて１番目の単位回路が構成されて
いる。キャパシタＣ1 とスイッチＳ13との直列回路に
は、スイッチＳ21とキャパシタＣ2 とスイッチＳ23との
直列回路が並列接続されており、スイッチＳ21とキャパ
シタＣ2 との直列回路にはスイッチＳ22が並列接続され
て２番目の単位回路が構成されている。キャパシタＣ2
とスイッチＳ23との直列回路には、前記同様の単位回路
（図示せず）を前記同様に順次複数組接続され、即ちキ
ャパシタＣ 2 とスイッチＳ23との直列回路には、例えば
スイッチＳn-1,1 とキャパシタＣn- 1 とスイッチＳ
n-1,3 との直列回路が並列接続されており、スイッチＳ
n-1,1 とキャパシタＣn-1 との直列回路にはスイッチＳ
n-1,2 が並列接続されている。キャパシタＣn-1 とスイ
ッチＳn-1,3 との直列回路には、スイッチＳn と出力用
キャパシタＣn の直列回路が並列接続されており、出力
用キャパシタＣn には負荷ＲL が並列接続されている。
キャパシタＣ1 ，Ｃ2 …Ｃn-1 は電荷転送用キャパシタ
となっている。
【０００４】次にこのDC−DCコンバータの動作をスイッ
チの動作タイミングを示す図15のタイミングチャート及
びスイッチの切換状態に対する等価回路を示す図16とと
もに説明する。先ず、スイッチＳ11，Ｓ13をオンさせる
と、図16(a) に示す状態１になり、キャパシタＣ1 は直
流電源Ａの直流電圧Ｅにより充電され、キャパシタＣ 1
の端子間電圧はＥとなる。次にスイッチＳ11，Ｓ13をオ
フさせた後に、スイッチＳ21，Ｓ23，Ｓ12をオンさせる
と図16(b) に示す状態２になり、直流電源Ａの直流電圧
Ｅに、キャパシタＣ1 の端子間電圧Ｅが上積みされて２
Ｅの直流電圧でキャパシタＣ2 が充電され、キャパシタ
Ｃ2 の端子間電圧は２Ｅとなる。ここで、スイッチ
Ｓ12、Ｓ22、Ｓ32（図示せず）…Ｓn-1,1 、Ｓn-1,3 を
オンさせたときの図16(c) に示す状態ｎ−１ではキャパ
シタＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 …Ｃn-1 の端子間電圧は夫々Ｅ，
２Ｅ, ４Ｅ…２n-2 Ｅとなる。そして、スイッチＳ12、
Ｓ22、Ｓ32…Ｓn-1,2 、Ｓn をオンさせると図16(d) に
示す状態ｎとなり、直流電源Ａの直流電圧Ｅにキャパシ
タＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 …Ｃn-1 の各端子間電圧を上積みし
た直流電圧２n-1 Ｅにより出力用キャパシタＣn が充電
され、出力用キャパシタＣn の端子間電圧は２n-1 Ｅと
なる。
チの動作タイミングを示す図15のタイミングチャート及
びスイッチの切換状態に対する等価回路を示す図16とと
もに説明する。先ず、スイッチＳ11，Ｓ13をオンさせる
と、図16(a) に示す状態１になり、キャパシタＣ1 は直
流電源Ａの直流電圧Ｅにより充電され、キャパシタＣ 1
の端子間電圧はＥとなる。次にスイッチＳ11，Ｓ13をオ
フさせた後に、スイッチＳ21，Ｓ23，Ｓ12をオンさせる
と図16(b) に示す状態２になり、直流電源Ａの直流電圧
Ｅに、キャパシタＣ1 の端子間電圧Ｅが上積みされて２
Ｅの直流電圧でキャパシタＣ2 が充電され、キャパシタ
Ｃ2 の端子間電圧は２Ｅとなる。ここで、スイッチ
Ｓ12、Ｓ22、Ｓ32（図示せず）…Ｓn-1,1 、Ｓn-1,3 を
オンさせたときの図16(c) に示す状態ｎ−１ではキャパ
シタＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 …Ｃn-1 の端子間電圧は夫々Ｅ，
２Ｅ, ４Ｅ…２n-2 Ｅとなる。そして、スイッチＳ12、
Ｓ22、Ｓ32…Ｓn-1,2 、Ｓn をオンさせると図16(d) に
示す状態ｎとなり、直流電源Ａの直流電圧Ｅにキャパシ
タＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 …Ｃn-1 の各端子間電圧を上積みし
た直流電圧２n-1 Ｅにより出力用キャパシタＣn が充電
され、出力用キャパシタＣn の端子間電圧は２n-1 Ｅと
なる。
【０００５】そしてこのような状態１から状態ｎまでを
１周期Ｔとして前述した動作を繰り返す。それにより、
図14に示したDC−DCコンバータによれば、入力電圧たる
直流電源Ａの直流電圧Ｅの２n-1 倍の出力電圧が得られ
る。なお、スイッチの切換状態を変更するときには、い
まオンしているスイッチがオフした後に休止期間を設け
て、次の状態になすべきスイッチをオンさせて、キャパ
シタに蓄えた電荷を放電させないようにしている。スイ
ッチの切換状態数をｎにした場合はスイッチをオン、オ
フ制御するクロックにｎ相のクロックを使用する。
１周期Ｔとして前述した動作を繰り返す。それにより、
図14に示したDC−DCコンバータによれば、入力電圧たる
直流電源Ａの直流電圧Ｅの２n-1 倍の出力電圧が得られ
る。なお、スイッチの切換状態を変更するときには、い
まオンしているスイッチがオフした後に休止期間を設け
て、次の状態になすべきスイッチをオンさせて、キャパ
シタに蓄えた電荷を放電させないようにしている。スイ
ッチの切換状態数をｎにした場合はスイッチをオン、オ
フ制御するクロックにｎ相のクロックを使用する。
【０００６】図17は従来のスイッチトキャパシタ方式の
降圧型DC−DCコンバータを示したものである。出力用キ
ャパシタＣn と負荷ＲL の並列回路に、スイッチＳ11と
キャパシタＣ 1 とスイッチＳ13との直列回路が接続され
ており、スイッチＳ11とキャパシタＣ 1 との直列回路に
はスイッチＳ12が並列接続されている。キャパシタＣ1
とスイッチＳ13との直列回路には、スイッチＳ21とキャ
パシタＣ2 とスイッチＳ23との直列回路が並列接続され
ており、スイッチＳ21とキャパシタＣ2 との直列回路に
はスイッチＳ22が並列接続されている。ここで、キャパ
シタＣ1 とスイッチＳ11，Ｓ12，Ｓ13で構成される１番
目の単位回路は、そのスイッチＳ11とキャパシタＣ1 と
の接続部を、キャパシタＣ2 とスイッチＳ21，Ｓ22，Ｓ
23で構成される２番目の単位回路のスイッチＳ21とＳ22
との接続部と接続されている。以下、同様に２番目以降
についても同様の単位回路が順次接続され、（ｎ−１）
番目までの単位回路が構成される。このように構成する
と、（ｎ−１）番目の単位回路におけるスイッチＳ
n-1,3 とキャパシタＣn-1 とスイッチＳn-1,1 の直列回
路には、図示していないがｎ−２番目の単位回路のキャ
パシタＣn-2 とスイッチＳn-2,3の直列回路が並列に接
続されている。又、キャパシタＣn-1 とスイッチＳ
n-1,1 との直列回路にはスイッチＳn-1,2が並列接続さ
れている。更に直流電圧Ｅを出力する直流電源Ａには、
スイッチＳn とキャパシタＣn-1とスイッチＳn-1,3 と
の直列回路が接続されている。キャパシタＣ1 ，Ｃ2 ，
…Ｃn-1 は電荷転送用キャパシタとなっている。
降圧型DC−DCコンバータを示したものである。出力用キ
ャパシタＣn と負荷ＲL の並列回路に、スイッチＳ11と
キャパシタＣ 1 とスイッチＳ13との直列回路が接続され
ており、スイッチＳ11とキャパシタＣ 1 との直列回路に
はスイッチＳ12が並列接続されている。キャパシタＣ1
とスイッチＳ13との直列回路には、スイッチＳ21とキャ
パシタＣ2 とスイッチＳ23との直列回路が並列接続され
ており、スイッチＳ21とキャパシタＣ2 との直列回路に
はスイッチＳ22が並列接続されている。ここで、キャパ
シタＣ1 とスイッチＳ11，Ｓ12，Ｓ13で構成される１番
目の単位回路は、そのスイッチＳ11とキャパシタＣ1 と
の接続部を、キャパシタＣ2 とスイッチＳ21，Ｓ22，Ｓ
23で構成される２番目の単位回路のスイッチＳ21とＳ22
との接続部と接続されている。以下、同様に２番目以降
についても同様の単位回路が順次接続され、（ｎ−１）
番目までの単位回路が構成される。このように構成する
と、（ｎ−１）番目の単位回路におけるスイッチＳ
n-1,3 とキャパシタＣn-1 とスイッチＳn-1,1 の直列回
路には、図示していないがｎ−２番目の単位回路のキャ
パシタＣn-2 とスイッチＳn-2,3の直列回路が並列に接
続されている。又、キャパシタＣn-1 とスイッチＳ
n-1,1 との直列回路にはスイッチＳn-1,2が並列接続さ
れている。更に直流電圧Ｅを出力する直流電源Ａには、
スイッチＳn とキャパシタＣn-1とスイッチＳn-1,3 と
の直列回路が接続されている。キャパシタＣ1 ，Ｃ2 ，
…Ｃn-1 は電荷転送用キャパシタとなっている。
【０００７】次にこのDC−DCコンバータの動作をスイッ
チの動作タイミングを示す図18のタイミングチャート及
びスイッチの切換状態に対する等価回路を示す図19とと
もに説明する。ここで図17のDC−DCコンバータにおいて
定常状態でのキャパシタＣ1，Ｃ2 …Ｃn-1 ，Ｃn の端
子間電圧を、Ｅ1 ，Ｅ2 …Ｅn-1 ，Ｅn とする。先ずス
イッチＳ11，Ｓ13をオンさせると図19(a) に示す状態１
になりキャパシタＣ1の端子間電圧Ｅ1 によりキャパシ
タＣn が充電され、キャパシタＣ1 の端子間電圧Ｅ1 と
出力用キャパシタＣn の端子間電圧Ｅn とが等しくな
る。
チの動作タイミングを示す図18のタイミングチャート及
びスイッチの切換状態に対する等価回路を示す図19とと
もに説明する。ここで図17のDC−DCコンバータにおいて
定常状態でのキャパシタＣ1，Ｃ2 …Ｃn-1 ，Ｃn の端
子間電圧を、Ｅ1 ，Ｅ2 …Ｅn-1 ，Ｅn とする。先ずス
イッチＳ11，Ｓ13をオンさせると図19(a) に示す状態１
になりキャパシタＣ1の端子間電圧Ｅ1 によりキャパシ
タＣn が充電され、キャパシタＣ1 の端子間電圧Ｅ1 と
出力用キャパシタＣn の端子間電圧Ｅn とが等しくな
る。
【０００８】つまり、キャパシタＣ1 の端子間電圧Ｅ1
はＥn となる。次にスイッチＳ11，Ｓ13をオフさせた後
に、スイッチＳ12，Ｓ21，Ｓ23のみをオンさせると、図
19(b) に示す状態２になり、キャパシタＣ1 の端子間電
圧Ｅ1 とキャパシタＣ2 の端子間電圧Ｅ2 との和の電圧
により出力用キャパシタＣn が充電され、キャパシタＣ
1 とキャパシタＣ2 との直列回路の端子間電圧と、キャ
パシタＣn の端子間電圧Ｅn とが等しくなる。つまり、
キャパシタＣ2 の端子間電圧Ｅ2 は２Ｅn となる。以
後、スイッチＳ22に続くスイッチＳn-2,2 （図示せず）
までのスイッチを１個ずつオンしながら、スイッチＳ21
及びスイッチＳ31（図示せず）に続くスイッチＳn-1,1
及びＳn-1,3 までのスイッチを順次オンすることで図16
(b) に示す状態２から図16(c) に示す状態ｎ−１まで順
次形成されていく。したがってスイッチＳ12，Ｓ22…Ｓ
n-2,2 ，Ｓn-1,1 ，Ｓn-1,3 のみをオンさせると図19
(c) に示す状態ｎ−１となり、キャパシタＣn-1 …
Ｃ3 ，Ｃ2 ，Ｃ1 の各端子間電圧の和の電圧により出力
用キャパシタＣn が充電され、キャパシタＣn-1 の端子
間電圧Ｅn-1 は２n-2 Ｅn となる。
はＥn となる。次にスイッチＳ11，Ｓ13をオフさせた後
に、スイッチＳ12，Ｓ21，Ｓ23のみをオンさせると、図
19(b) に示す状態２になり、キャパシタＣ1 の端子間電
圧Ｅ1 とキャパシタＣ2 の端子間電圧Ｅ2 との和の電圧
により出力用キャパシタＣn が充電され、キャパシタＣ
1 とキャパシタＣ2 との直列回路の端子間電圧と、キャ
パシタＣn の端子間電圧Ｅn とが等しくなる。つまり、
キャパシタＣ2 の端子間電圧Ｅ2 は２Ｅn となる。以
後、スイッチＳ22に続くスイッチＳn-2,2 （図示せず）
までのスイッチを１個ずつオンしながら、スイッチＳ21
及びスイッチＳ31（図示せず）に続くスイッチＳn-1,1
及びＳn-1,3 までのスイッチを順次オンすることで図16
(b) に示す状態２から図16(c) に示す状態ｎ−１まで順
次形成されていく。したがってスイッチＳ12，Ｓ22…Ｓ
n-2,2 ，Ｓn-1,1 ，Ｓn-1,3 のみをオンさせると図19
(c) に示す状態ｎ−１となり、キャパシタＣn-1 …
Ｃ3 ，Ｃ2 ，Ｃ1 の各端子間電圧の和の電圧により出力
用キャパシタＣn が充電され、キャパシタＣn-1 の端子
間電圧Ｅn-1 は２n-2 Ｅn となる。
【０００９】次にスイッチＳ12，Ｓ22，Ｓ32…
Ｓn-1,2 ，Ｓn のみをオンさせると図19(d)に示す状態
ｎとなり、直流電源Ａの直流電圧ＥによりキャパシタＣ
n-1 …Ｃ3 ，Ｃ2 ，Ｃ1 を充電し、直流電源Ａの直流電
圧Ｅは２n-1 Ｅn となる。このようにしてキャパシタＣ
n 及びキャパシタＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 …Ｃn-1 が直列接続
されキャパシタＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 …Ｃn-1 の順で夫々の
端子間電圧が高くなり、キャパシタＣ1 の端子間電圧が
最も低い。そしてこのような状態１から状態ｎまでを１
周期Ｔとして前述した動作を繰り返す。それにより、図
17に示したDC−DCコンバータによれば、コンデンサＣn
に直流電源Ａの直流電圧Ｅの1/(2n-1 ）倍で降圧した出
力電圧が得られる。
Ｓn-1,2 ，Ｓn のみをオンさせると図19(d)に示す状態
ｎとなり、直流電源Ａの直流電圧ＥによりキャパシタＣ
n-1 …Ｃ3 ，Ｃ2 ，Ｃ1 を充電し、直流電源Ａの直流電
圧Ｅは２n-1 Ｅn となる。このようにしてキャパシタＣ
n 及びキャパシタＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 …Ｃn-1 が直列接続
されキャパシタＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 …Ｃn-1 の順で夫々の
端子間電圧が高くなり、キャパシタＣ1 の端子間電圧が
最も低い。そしてこのような状態１から状態ｎまでを１
周期Ｔとして前述した動作を繰り返す。それにより、図
17に示したDC−DCコンバータによれば、コンデンサＣn
に直流電源Ａの直流電圧Ｅの1/(2n-1 ）倍で降圧した出
力電圧が得られる。
【００１０】なお、スイッチの切換状態を変更するとき
には、いまオンしているスイッチがオフした後に休止期
間を設けて、次の状態になすべきスイッチをオンさせ
て、キャパシタに蓄えた電荷を放電させないようにして
いる。またスイッチの切換状態数をｎにした場合は、ス
イッチをオン，オフ制御するクロックにｎ相のクロック
を使用している。
には、いまオンしているスイッチがオフした後に休止期
間を設けて、次の状態になすべきスイッチをオンさせ
て、キャパシタに蓄えた電荷を放電させないようにして
いる。またスイッチの切換状態数をｎにした場合は、ス
イッチをオン，オフ制御するクロックにｎ相のクロック
を使用している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】前述したように従来の
昇圧型DC−DCコンバータでは、スイッチの切換状態数を
ｎにした場合、入力電圧である直流電圧Ｅを２n-1 倍し
た２n-1 Ｅの出力電圧が得られ、大きい昇圧比が得られ
る。しかしながら、直流電源の直流電圧に充電されたキ
ャパシタの端子間電圧を上積みして新たなキャパシタを
充電する場合は、直流電源の正電極と負電荷が充電され
たキャパシタの電極とが接続されるから、出力スイッチ
を介して出力用キャパシタには常に直流電源の極性と同
じ正電圧が与えられて、直流電源の極性を反転した反転
出力電圧が得られないという問題がある。
昇圧型DC−DCコンバータでは、スイッチの切換状態数を
ｎにした場合、入力電圧である直流電圧Ｅを２n-1 倍し
た２n-1 Ｅの出力電圧が得られ、大きい昇圧比が得られ
る。しかしながら、直流電源の直流電圧に充電されたキ
ャパシタの端子間電圧を上積みして新たなキャパシタを
充電する場合は、直流電源の正電極と負電荷が充電され
たキャパシタの電極とが接続されるから、出力スイッチ
を介して出力用キャパシタには常に直流電源の極性と同
じ正電圧が与えられて、直流電源の極性を反転した反転
出力電圧が得られないという問題がある。
【００１２】一方、従来の降圧型DC−DCコンバータで
は、スイッチの切換状態数をｎにした場合、入力電圧で
ある直流電圧Ｅを1/(2n-1 ）倍した２1-n Ｅの出力電圧
が得られ大きい降圧比が得られる。しかしながら、直流
電源の直流電圧によりキャパシタを充電する場合、キャ
パシタを直列状態にして充電し、充電されたキャパシタ
に出力用キャパシタを並列接続して出力用キャパシタを
充電するために、出力用キャパシタには常に直流電源の
極性と同じ正電圧が与えられて、直流電源の極性を反転
した反転出力電圧が得られないという問題がある。本発
明は斯かる問題に鑑み、反転出力電圧が得られる昇圧型
DC−DCコンバータ及び降圧型DC−DCコンバータを提供す
ることを目的とする。
は、スイッチの切換状態数をｎにした場合、入力電圧で
ある直流電圧Ｅを1/(2n-1 ）倍した２1-n Ｅの出力電圧
が得られ大きい降圧比が得られる。しかしながら、直流
電源の直流電圧によりキャパシタを充電する場合、キャ
パシタを直列状態にして充電し、充電されたキャパシタ
に出力用キャパシタを並列接続して出力用キャパシタを
充電するために、出力用キャパシタには常に直流電源の
極性と同じ正電圧が与えられて、直流電源の極性を反転
した反転出力電圧が得られないという問題がある。本発
明は斯かる問題に鑑み、反転出力電圧が得られる昇圧型
DC−DCコンバータ及び降圧型DC−DCコンバータを提供す
ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】第１発明に係るDC−DCコ
ンバータは、第１スイッチとコンデンサと第２スイッチ
とが直列に接続されており、前記コンデンサと前記第２
スイッチとの直列回路に第３スイッチが並列に接続され
てなる単位回路を、複数組並列に接続されて直流電源に
接続すべく構成をなしており、各単位回路の第２スイッ
チが直列に接続されている直列回路の一端を出力スイッ
チを介して負荷に接続すべく構成にしてあることを特徴
とする。
ンバータは、第１スイッチとコンデンサと第２スイッチ
とが直列に接続されており、前記コンデンサと前記第２
スイッチとの直列回路に第３スイッチが並列に接続され
てなる単位回路を、複数組並列に接続されて直流電源に
接続すべく構成をなしており、各単位回路の第２スイッ
チが直列に接続されている直列回路の一端を出力スイッ
チを介して負荷に接続すべく構成にしてあることを特徴
とする。
【００１４】第２発明に係るDC−DCコンバータは、第１
スイッチとコンデンサと第２スイッチとが直列に接続さ
れており、前記コンデンサと前記第２スイッチとの直列
回路に第３スイッチが並列に接続されてなる単位回路
を、複数組並列に接続されて負荷に接続すべく構成をな
しており、各単位回路の第２スイッチが直列に接続され
ている直列回路の一端を入力スイッチを介して直流電源
に接続すべく構成にしてあることを特徴とする。
スイッチとコンデンサと第２スイッチとが直列に接続さ
れており、前記コンデンサと前記第２スイッチとの直列
回路に第３スイッチが並列に接続されてなる単位回路
を、複数組並列に接続されて負荷に接続すべく構成をな
しており、各単位回路の第２スイッチが直列に接続され
ている直列回路の一端を入力スイッチを介して直流電源
に接続すべく構成にしてあることを特徴とする。
【００１５】
【作用】第１発明では１番目の単位回路の第１スイッチ
及び第２スイッチがオンすると直流電源により、その単
位回路のキャパシタが充電される。そのとき、キャパシ
タの第２スイッチ接続側の電極には負電荷が蓄えられ
る。１番目の単位回路の第１スイッチ及び第２スイッチ
をオフし、２番目の単位回路の第１スイッチ及び第２ス
イッチをオンし、１番目の単位回路の第３スイッチをオ
ンすると、２番目の単位回路のキャパシタは、直流電源
の直流電圧に先に充電したキャパシタの端子間電圧を上
積みした電圧により充電される。そして２番目の単位回
路のキャパシタの第２スイッチ接続側の電極には負電荷
が蓄えられる。同様にして最終番目まで各単位回路のキ
ャパシタが充電されて端子間電圧が順次高くなる。これ
により、入力電圧を反転させて昇圧でき、反転出力電圧
が得られる。
及び第２スイッチがオンすると直流電源により、その単
位回路のキャパシタが充電される。そのとき、キャパシ
タの第２スイッチ接続側の電極には負電荷が蓄えられ
る。１番目の単位回路の第１スイッチ及び第２スイッチ
をオフし、２番目の単位回路の第１スイッチ及び第２ス
イッチをオンし、１番目の単位回路の第３スイッチをオ
ンすると、２番目の単位回路のキャパシタは、直流電源
の直流電圧に先に充電したキャパシタの端子間電圧を上
積みした電圧により充電される。そして２番目の単位回
路のキャパシタの第２スイッチ接続側の電極には負電荷
が蓄えられる。同様にして最終番目まで各単位回路のキ
ャパシタが充電されて端子間電圧が順次高くなる。これ
により、入力電圧を反転させて昇圧でき、反転出力電圧
が得られる。
【００１６】第２発明では１番目の単位回路の第１スイ
ッチ及び第２スイッチがオンすると、その単位回路のキ
ャパシタの端子間電圧を負荷に供給する。１番目の単位
回路の第１スイッチ及び第２スイッチをオフし、１番目
の単位回路の第３スイッチ及び２番目の単位回路の第１
スイッチ及び第２スイッチがオンすると、１番目の単位
回路のキャパシタ及び２番目の単位回路のキャパシタの
各端子間電圧の和の電圧を負荷に供給する。同様にして
最終番目まで各単位回路のキャパシタの各端子間電圧の
和の電圧を負荷に供給する。各キャパシタの端子間電圧
は、負荷の端子間電圧に対し、１番目、２番目…ｎ−１
番目の単位回路のキャパシタの順に高くなる。直流電源
により、各単位回路のキャパシタを直列状態にして充電
すると、ｎ−１番目の単位回路のキャパシタの第３スイ
ッチ接続側の電極には負電荷が蓄えられる。これによ
り、入力電圧を反転させて降圧でき、反転出力電圧が得
られる。
ッチ及び第２スイッチがオンすると、その単位回路のキ
ャパシタの端子間電圧を負荷に供給する。１番目の単位
回路の第１スイッチ及び第２スイッチをオフし、１番目
の単位回路の第３スイッチ及び２番目の単位回路の第１
スイッチ及び第２スイッチがオンすると、１番目の単位
回路のキャパシタ及び２番目の単位回路のキャパシタの
各端子間電圧の和の電圧を負荷に供給する。同様にして
最終番目まで各単位回路のキャパシタの各端子間電圧の
和の電圧を負荷に供給する。各キャパシタの端子間電圧
は、負荷の端子間電圧に対し、１番目、２番目…ｎ−１
番目の単位回路のキャパシタの順に高くなる。直流電源
により、各単位回路のキャパシタを直列状態にして充電
すると、ｎ−１番目の単位回路のキャパシタの第３スイ
ッチ接続側の電極には負電荷が蓄えられる。これによ
り、入力電圧を反転させて降圧でき、反転出力電圧が得
られる。
【００１７】
【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面により詳
述する。図１は第１発明に係るDC−DCコンバータの要部
構成を示すブロック図である。負電極を接地しており、
直流電圧Ｅを出力する直流電源Ａに、第１スイッチたる
スイッチＳ11，Ｓ21…Ｓn-1,1 とキャパシタＣ1 ，Ｃ2
…Ｃn-1 と第２スイッチたるスイッチＳ12，Ｓ22…Ｓ
n-1,2 との直列回路及びキャパシタＣ1 ，Ｃ2 …Ｃ n-1
とスイッチＳ12，Ｓ22…Ｓn-1,2 との直列回路に並列接
続された第３スイッチたるスイッチＳ13，Ｓ23…Ｓ
n-1,3 からなる単位回路Ｕ1 ，Ｕ2 …Ｕn-1 が接続され
ている。単位回路Ｕn-1 におけるキャパシタＣn-1 とス
イッチＳn-1,2 との接続部は出力スイッチＳn を介して
出力用キャパシタＣn の一端と接続されており、単位回
路Ｕ1 におけるスイッチＳ12とＳ13との接続部は出力用
キャパシタＣn の他端と接続され接地されている。出力
用キャパシタＣn には負荷ＲL が接続されている。キャ
パシタＣ1 ，Ｃ2 …Ｃn-1 は電荷転送用キャパシタであ
る。
述する。図１は第１発明に係るDC−DCコンバータの要部
構成を示すブロック図である。負電極を接地しており、
直流電圧Ｅを出力する直流電源Ａに、第１スイッチたる
スイッチＳ11，Ｓ21…Ｓn-1,1 とキャパシタＣ1 ，Ｃ2
…Ｃn-1 と第２スイッチたるスイッチＳ12，Ｓ22…Ｓ
n-1,2 との直列回路及びキャパシタＣ1 ，Ｃ2 …Ｃ n-1
とスイッチＳ12，Ｓ22…Ｓn-1,2 との直列回路に並列接
続された第３スイッチたるスイッチＳ13，Ｓ23…Ｓ
n-1,3 からなる単位回路Ｕ1 ，Ｕ2 …Ｕn-1 が接続され
ている。単位回路Ｕn-1 におけるキャパシタＣn-1 とス
イッチＳn-1,2 との接続部は出力スイッチＳn を介して
出力用キャパシタＣn の一端と接続されており、単位回
路Ｕ1 におけるスイッチＳ12とＳ13との接続部は出力用
キャパシタＣn の他端と接続され接地されている。出力
用キャパシタＣn には負荷ＲL が接続されている。キャ
パシタＣ1 ，Ｃ2 …Ｃn-1 は電荷転送用キャパシタであ
る。
【００１８】次にこのように構成したDC−DCコンバータ
の動作を、スイッチの動作タイミングを示す図２のタイ
ミングチャート及びスイッチ切換状態に対する等価回路
を示す図３とともに説明する。先ず、スイッチＳ11とＳ
12をオンさせた場合は図３(a) に示す状態１になり、直
流電源Ａの直流電圧ＥによりキャパシタＣ1 が充電され
て、キャパシタＣ1 の端子間電圧はＥになる。
の動作を、スイッチの動作タイミングを示す図２のタイ
ミングチャート及びスイッチ切換状態に対する等価回路
を示す図３とともに説明する。先ず、スイッチＳ11とＳ
12をオンさせた場合は図３(a) に示す状態１になり、直
流電源Ａの直流電圧ＥによりキャパシタＣ1 が充電され
て、キャパシタＣ1 の端子間電圧はＥになる。
【００１９】次にスイッチＳ11，Ｓ12をオフさせた後に
スイッチＳ21，Ｓ22及びスイッチＳ 13をオンさせた場合
は図３(b) に示す状態２になり、直流電源Ａの直流電圧
ＥにキャパシタＣ1 の端子間電圧Ｅが上積みされた２Ｅ
の電圧でキャパシタＣ2 が充電される。そしてキャパシ
タＣ2 の端子間電圧は２Ｅとなる。ここで、スイッチＳ
13、Ｓ23、Ｓ33（図示せず）…Ｓn-1,1 、Ｓn-1,2 のみ
をオンさせた場合は図３(c) に示す状態ｎ−１になり、
キャパシタＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 （図示せず）…Ｃ n-1 の端
子間電圧は夫々Ｅ，２Ｅ，４Ｅ…２n-2 Ｅとなる。
スイッチＳ21，Ｓ22及びスイッチＳ 13をオンさせた場合
は図３(b) に示す状態２になり、直流電源Ａの直流電圧
ＥにキャパシタＣ1 の端子間電圧Ｅが上積みされた２Ｅ
の電圧でキャパシタＣ2 が充電される。そしてキャパシ
タＣ2 の端子間電圧は２Ｅとなる。ここで、スイッチＳ
13、Ｓ23、Ｓ33（図示せず）…Ｓn-1,1 、Ｓn-1,2 のみ
をオンさせた場合は図３(c) に示す状態ｎ−１になり、
キャパシタＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 （図示せず）…Ｃ n-1 の端
子間電圧は夫々Ｅ，２Ｅ，４Ｅ…２n-2 Ｅとなる。
【００２０】次に、スイッチＳ13，Ｓ23，Ｓ33（図示せ
ず）…Ｓn-1,3 ，Ｓn をオンさせた場合は図３(d) に示
す状態ｎになり、キャパシタＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 …Ｃn-1
の端子間電圧の和の電圧−（２n-2 −１）Ｅにより出力
用キャパシタＣn が充電され、このときの出力用キャパ
シタＣn の端子間電圧は−（２n-2 −１）Ｅとなる。そ
してこのような状態１から状態ｎまでを１周期Ｔとして
前述した動作を繰り返す。これにより入力電圧たる直流
電圧Ｅを−（２n-2 −１）Ｅに昇圧した反転出力電圧が
得られる。
ず）…Ｓn-1,3 ，Ｓn をオンさせた場合は図３(d) に示
す状態ｎになり、キャパシタＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 …Ｃn-1
の端子間電圧の和の電圧−（２n-2 −１）Ｅにより出力
用キャパシタＣn が充電され、このときの出力用キャパ
シタＣn の端子間電圧は−（２n-2 −１）Ｅとなる。そ
してこのような状態１から状態ｎまでを１周期Ｔとして
前述した動作を繰り返す。これにより入力電圧たる直流
電圧Ｅを−（２n-2 −１）Ｅに昇圧した反転出力電圧が
得られる。
【００２１】図４は、スイッチ切換状態数ｎが４である
DC−DCコンバータの要部構成を示すブロック図である。
負電極を接地しており、直流電圧Ｅを出力する直流電源
Ａに、第１スイッチＳ1 ，Ｓ4 ，Ｓ7 とキャパシタ
Ｃ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 と第２スイッチＳ2 ，Ｓ5 ，Ｓ8 との
直列回路、及びキャパシタＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 と第２スイ
ッチＳ2 ，Ｓ5 ，Ｓ8 との直列回路に並列接続した第３
スイッチＳ3 ，Ｓ6 ，Ｓ9からなる単位回路Ｕ1 ，
Ｕ2 ，Ｕ3 が接続されている。キャパシタＣ3 と第２ス
イッチＳ8 との接続部は出力スイッチＳ10を介して出力
用キャパシタＣ0 の一端と接続され、その他端は第２ス
イッチＳ2 と第３スイッチＳ3 との接続部と接続され接
地されている。出力用キャパシタＣ0 には負荷ＲL が接
続されている。
DC−DCコンバータの要部構成を示すブロック図である。
負電極を接地しており、直流電圧Ｅを出力する直流電源
Ａに、第１スイッチＳ1 ，Ｓ4 ，Ｓ7 とキャパシタ
Ｃ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 と第２スイッチＳ2 ，Ｓ5 ，Ｓ8 との
直列回路、及びキャパシタＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 と第２スイ
ッチＳ2 ，Ｓ5 ，Ｓ8 との直列回路に並列接続した第３
スイッチＳ3 ，Ｓ6 ，Ｓ9からなる単位回路Ｕ1 ，
Ｕ2 ，Ｕ3 が接続されている。キャパシタＣ3 と第２ス
イッチＳ8 との接続部は出力スイッチＳ10を介して出力
用キャパシタＣ0 の一端と接続され、その他端は第２ス
イッチＳ2 と第３スイッチＳ3 との接続部と接続され接
地されている。出力用キャパシタＣ0 には負荷ＲL が接
続されている。
【００２２】次にこのDC−DCコンバータの動作を、スイ
ッチの動作タイミングを示す図５のタイミングチャート
及びスイッチの切換状態に対する等価回路を示す図６に
より説明する。スイッチＳ1 ，Ｓ2 をオンさせた場合は
図６(a) に示す状態１になり、直流電圧Ｅによりキャパ
シタＣ1 が充電されて、キャパシタＣ1 の端子電圧はＥ
となる。次にスイッチＳ1 ，Ｓ2 をオフさせた後に、ス
イッチＳ3 ，Ｓ4 ，Ｓ 5 のみをオンさせた場合は図６
(b) に示す状態２になり、直流電源Ａの直流電圧Ｅに、
キャパシタＣ1 の端子間電圧Ｅを上積みした２Ｅの電圧
でキャパシタＣ2が充電されて、キャパシタＣ2 の端子
間電圧は２Ｅとなる。
ッチの動作タイミングを示す図５のタイミングチャート
及びスイッチの切換状態に対する等価回路を示す図６に
より説明する。スイッチＳ1 ，Ｓ2 をオンさせた場合は
図６(a) に示す状態１になり、直流電圧Ｅによりキャパ
シタＣ1 が充電されて、キャパシタＣ1 の端子電圧はＥ
となる。次にスイッチＳ1 ，Ｓ2 をオフさせた後に、ス
イッチＳ3 ，Ｓ4 ，Ｓ 5 のみをオンさせた場合は図６
(b) に示す状態２になり、直流電源Ａの直流電圧Ｅに、
キャパシタＣ1 の端子間電圧Ｅを上積みした２Ｅの電圧
でキャパシタＣ2が充電されて、キャパシタＣ2 の端子
間電圧は２Ｅとなる。
【００２３】次にスイッチＳ3 ，Ｓ6 ，Ｓ7 ，Ｓ8 のみ
をオンさせた場合は図６(c) に示す状態３になり、直流
電源Ａの直流電圧Ｅに、キャパシタＣ1 の端子間電圧Ｅ
とキャパシタＣ2 の端子間電圧２Ｅとが上積みされた４
Ｅの電圧でキャパシタＣ3 が充電され、キャパシタＣ3
の端子電圧は４Ｅになる。次にスイッチＳ3 ，Ｓ6 ，Ｓ
9 ，Ｓ10のみをオンさせた場合は図６(d) に示す状態４
になり、キャパシタＣ 1 の端子間電圧ＥとキャパシタＣ
2 の端子間電圧２ＥとキャパシタＣ3 の端子間電圧４Ｅ
との和の電圧７Ｅにより出力用キャパシタＣ0 を充電す
る。そして出力用キャパシタＣ0 の端子間電圧は７Ｅと
なり、キャパシタＣ3 の出力スイッチＳ 10接続側は負電
荷が蓄えられるため、出力用キャパシタＣ0 の端子間電
圧は−７Ｅとなる。
をオンさせた場合は図６(c) に示す状態３になり、直流
電源Ａの直流電圧Ｅに、キャパシタＣ1 の端子間電圧Ｅ
とキャパシタＣ2 の端子間電圧２Ｅとが上積みされた４
Ｅの電圧でキャパシタＣ3 が充電され、キャパシタＣ3
の端子電圧は４Ｅになる。次にスイッチＳ3 ，Ｓ6 ，Ｓ
9 ，Ｓ10のみをオンさせた場合は図６(d) に示す状態４
になり、キャパシタＣ 1 の端子間電圧ＥとキャパシタＣ
2 の端子間電圧２ＥとキャパシタＣ3 の端子間電圧４Ｅ
との和の電圧７Ｅにより出力用キャパシタＣ0 を充電す
る。そして出力用キャパシタＣ0 の端子間電圧は７Ｅと
なり、キャパシタＣ3 の出力スイッチＳ 10接続側は負電
荷が蓄えられるため、出力用キャパシタＣ0 の端子間電
圧は−７Ｅとなる。
【００２４】このような状態１から状態４までを１周期
Ｔとして、前述した動作を繰り返すことにより、入力電
圧たる直流電圧Ｅを反転昇圧した−７Ｅの反転出力電圧
が得られ、負荷ＲL に与えられる。なお、このDC−DCコ
ンバータの４個のキャパシタを夫々10μF とし、直流電
源Ａの直流電圧を12.5Ｖとした場合に、−87.5Ｖの反転
出力電圧が得られることを実験で確かめ得た。このよう
にして従来のDC−DCコンバータと略同数の構成部品点数
で反転出力電圧が得られるDC−DCコンバータを得ること
ができる。またスイッチにはMOSFETを用いることができ
る。
Ｔとして、前述した動作を繰り返すことにより、入力電
圧たる直流電圧Ｅを反転昇圧した−７Ｅの反転出力電圧
が得られ、負荷ＲL に与えられる。なお、このDC−DCコ
ンバータの４個のキャパシタを夫々10μF とし、直流電
源Ａの直流電圧を12.5Ｖとした場合に、−87.5Ｖの反転
出力電圧が得られることを実験で確かめ得た。このよう
にして従来のDC−DCコンバータと略同数の構成部品点数
で反転出力電圧が得られるDC−DCコンバータを得ること
ができる。またスイッチにはMOSFETを用いることができ
る。
【００２５】図７は出力電圧の安定化を図るようにした
DC−DCコンバータの制御回路のブロック図である。直流
電源Ａは前述した複数の単位回路からなるDC−DCコンバ
ータ部20と接続されており、また出力用キャパシタＣn
が接続されている。出力用キャパシタＣn には負荷ＲL
が並列接続されている。出力用キャパシタＣn の端子間
電圧、即ち出力電圧は誤差増幅器21の一入力端子に、ま
た基準電圧ＶR は誤差増幅器21の他入力端子に与えられ
ている。誤差増幅器21の出力は、パルス幅、周波数ある
いはオン抵抗変調する変調器22へ与えられている。
DC−DCコンバータの制御回路のブロック図である。直流
電源Ａは前述した複数の単位回路からなるDC−DCコンバ
ータ部20と接続されており、また出力用キャパシタＣn
が接続されている。出力用キャパシタＣn には負荷ＲL
が並列接続されている。出力用キャパシタＣn の端子間
電圧、即ち出力電圧は誤差増幅器21の一入力端子に、ま
た基準電圧ＶR は誤差増幅器21の他入力端子に与えられ
ている。誤差増幅器21の出力は、パルス幅、周波数ある
いはオン抵抗変調する変調器22へ与えられている。
【００２６】変調器22の変調出力φ1 …φn はDC−DCコ
ンバータ部20における図示しないスイッチのデューティ
を制御する信号として各別にスイッチに与えられる。こ
のDC−DCコンバータは、負荷ＲL に供給している出力電
圧が変動すると、誤差増幅器21の出力が変動する。そし
て誤差増幅器21の出力に応じて変調器22が出力する変調
信号φ1 …φn が変化する。それにより単位回路の電荷
転送用のキャパシタの接続を切換えるためのスイッチの
デューティが変化して、キャパシタの端子間電圧が出力
電圧の変動に応じて変わる。つまりDC−DCコンバータ部
20の出力電圧が、変調器22を介してスイッチへフィード
バックされ、出力電圧を安定させることになる。
ンバータ部20における図示しないスイッチのデューティ
を制御する信号として各別にスイッチに与えられる。こ
のDC−DCコンバータは、負荷ＲL に供給している出力電
圧が変動すると、誤差増幅器21の出力が変動する。そし
て誤差増幅器21の出力に応じて変調器22が出力する変調
信号φ1 …φn が変化する。それにより単位回路の電荷
転送用のキャパシタの接続を切換えるためのスイッチの
デューティが変化して、キャパシタの端子間電圧が出力
電圧の変動に応じて変わる。つまりDC−DCコンバータ部
20の出力電圧が、変調器22を介してスイッチへフィード
バックされ、出力電圧を安定させることになる。
【００２７】図８は第２発明に係るDC−DCコンバータの
要部構成を示すブロック図である。一端を接地している
出力用コンデンサＣn と並列接続された負荷ＲL に、第
１スイッチたるスイッチＳ11，Ｓ21…Ｓn-1,1 とキャパ
シタＣ1 ，Ｃ2 …Ｃn-1 と第２スイッチたるスイッチＳ
12，Ｓ22…Ｓn-1,2 との直列回路及びキャパシタＣ1，
Ｃ2 …Ｃn-1 とスイッチＳ12，Ｓ22…Ｓn-1,2 との直列
回路に並列接続された第３スイッチたるスイッチＳ13，
Ｓ23…Ｓn-1,3 からなる単位回路Ｕ1 ，Ｕ2 …Ｕn-1 が
接続されている。単位回路Ｕn-1 におけるキャパシタＣ
n-1 とスイッチＳn-1,2 との接続部は入力スイッチＳn
を介して直流電圧Ｅを出力する直流電源Ａと接続され、
その直流電源Ａの負電極は接地されている。キャパシタ
Ｃ1 ，Ｃ 2 …Ｃn-1 は電荷転送用キャパシタである。
要部構成を示すブロック図である。一端を接地している
出力用コンデンサＣn と並列接続された負荷ＲL に、第
１スイッチたるスイッチＳ11，Ｓ21…Ｓn-1,1 とキャパ
シタＣ1 ，Ｃ2 …Ｃn-1 と第２スイッチたるスイッチＳ
12，Ｓ22…Ｓn-1,2 との直列回路及びキャパシタＣ1，
Ｃ2 …Ｃn-1 とスイッチＳ12，Ｓ22…Ｓn-1,2 との直列
回路に並列接続された第３スイッチたるスイッチＳ13，
Ｓ23…Ｓn-1,3 からなる単位回路Ｕ1 ，Ｕ2 …Ｕn-1 が
接続されている。単位回路Ｕn-1 におけるキャパシタＣ
n-1 とスイッチＳn-1,2 との接続部は入力スイッチＳn
を介して直流電圧Ｅを出力する直流電源Ａと接続され、
その直流電源Ａの負電極は接地されている。キャパシタ
Ｃ1 ，Ｃ 2 …Ｃn-1 は電荷転送用キャパシタである。
【００２８】次にこのように構成したDC−DCコンバータ
の動作を、スイッチの動作タイミングを示す図９のタイ
ミングチャート及びスイッチ切換状態に対する等価回路
を示す図10とともに説明する。図８におけるDC−DCコン
バータの定常状態でのキャパシタＣ1 ，Ｃ2 …Ｃn-1 ，
Ｃn の端子間電圧を夫々Ｅ1 ，Ｅ2 …Ｅn-1 ，Ｅn とす
る。先ずスイッチＳ11，Ｓ12をオンさせた場合は図10
(a) に示す状態１になり、キャパシタＣ1 の端子間電圧
Ｅ1 により出力用キャパシタＣn が充電されてキャパシ
タＣ1 の端子間電圧Ｅ1 はＥn となる。次にスイッチＳ
11，Ｓ12をオフさせた後にスイッチＳ21，Ｓ22及びスイ
ッチＳ13をオンさせた場合は図10(b) に示す状態２にな
り、キャパシタＣ1 の端子間電圧Ｅ1 とキャパシタＣ2
の端子間電圧Ｅ2 との和の電圧により出力用キャパシタ
Ｃn が充電される。そしてキャパシタＣ2 の端子間電圧
Ｅ2 は２Ｅn となる。
の動作を、スイッチの動作タイミングを示す図９のタイ
ミングチャート及びスイッチ切換状態に対する等価回路
を示す図10とともに説明する。図８におけるDC−DCコン
バータの定常状態でのキャパシタＣ1 ，Ｃ2 …Ｃn-1 ，
Ｃn の端子間電圧を夫々Ｅ1 ，Ｅ2 …Ｅn-1 ，Ｅn とす
る。先ずスイッチＳ11，Ｓ12をオンさせた場合は図10
(a) に示す状態１になり、キャパシタＣ1 の端子間電圧
Ｅ1 により出力用キャパシタＣn が充電されてキャパシ
タＣ1 の端子間電圧Ｅ1 はＥn となる。次にスイッチＳ
11，Ｓ12をオフさせた後にスイッチＳ21，Ｓ22及びスイ
ッチＳ13をオンさせた場合は図10(b) に示す状態２にな
り、キャパシタＣ1 の端子間電圧Ｅ1 とキャパシタＣ2
の端子間電圧Ｅ2 との和の電圧により出力用キャパシタ
Ｃn が充電される。そしてキャパシタＣ2 の端子間電圧
Ｅ2 は２Ｅn となる。
【００２９】ここでスイッチＳ13，Ｓ23，Ｓ33（図示せ
ず）…Ｓn-1,1 ，Ｓn-1,2 のみをオンさせた場合は図10
(c) に示す状態ｎ−１になり、キャパシタＣ1 ，Ｃ2 ，
Ｃ3（図示せず）…Ｃn-1 の各端子間電圧の和の電圧に
より出力用キャパシタＣn を充電し、キャパシタＣ1 ，
Ｃ2 ，Ｃ3 …Ｃn-1 の端子間電圧はＥn ，２Ｅn ，…２
n-2 Ｅn となる。
ず）…Ｓn-1,1 ，Ｓn-1,2 のみをオンさせた場合は図10
(c) に示す状態ｎ−１になり、キャパシタＣ1 ，Ｃ2 ，
Ｃ3（図示せず）…Ｃn-1 の各端子間電圧の和の電圧に
より出力用キャパシタＣn を充電し、キャパシタＣ1 ，
Ｃ2 ，Ｃ3 …Ｃn-1 の端子間電圧はＥn ，２Ｅn ，…２
n-2 Ｅn となる。
【００３０】次にスイッチＳ13，Ｓ23，Ｓ33…
Ｓn-1,3 ，Ｓn のみをオンさせた場合は図10(d) に示す
状態ｎになり、直流電源Ａの端子間電圧Ｅは、キャパシ
タＣ1 ，Ｃ2，Ｃ3 …Ｃn-1 の端子間電圧の和の電圧２
n-1 Ｅn となる。キャパシタＣ1 ，Ｃ 2 ，Ｃ3 …Ｃn-1
の各端子間電圧はキャパシタＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 …Ｃn-1
の順に高くなる。したがって、直流電源Ａの直流電圧を
Ｅとした場合は、出力用キャパシタＣn の端子間電圧は
1/(2n-1 ）Ｅとなり降圧される。そしてこのような状態
１から状態ｎまでを１周期Ｔとして前述した動作を繰り
返す。また、キャパシタＣn-1 のスイッチＳn-1,3 接続
側の電極には負電荷が蓄えられる。これにより入力電圧
たる直流電圧Ｅを−1/(2n-1 −１）Ｅに降圧した反転出
力電圧が得られる。
Ｓn-1,3 ，Ｓn のみをオンさせた場合は図10(d) に示す
状態ｎになり、直流電源Ａの端子間電圧Ｅは、キャパシ
タＣ1 ，Ｃ2，Ｃ3 …Ｃn-1 の端子間電圧の和の電圧２
n-1 Ｅn となる。キャパシタＣ1 ，Ｃ 2 ，Ｃ3 …Ｃn-1
の各端子間電圧はキャパシタＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 …Ｃn-1
の順に高くなる。したがって、直流電源Ａの直流電圧を
Ｅとした場合は、出力用キャパシタＣn の端子間電圧は
1/(2n-1 ）Ｅとなり降圧される。そしてこのような状態
１から状態ｎまでを１周期Ｔとして前述した動作を繰り
返す。また、キャパシタＣn-1 のスイッチＳn-1,3 接続
側の電極には負電荷が蓄えられる。これにより入力電圧
たる直流電圧Ｅを−1/(2n-1 −１）Ｅに降圧した反転出
力電圧が得られる。
【００３１】図11はスイッチ切換状態数ｎが４である降
圧型DC−DCコンバータの要部構成を示すブロック図であ
る。一方の電極を接地している出力用キャパシタＣ4 と
並列接続されている負荷ＲL に、第１スイッチＳ1 ，Ｓ
4 ，Ｓ7 とキャパシタＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 と第２スイッチ
Ｓ2 ，Ｓ5 ，Ｓ8 との直列回路、及びキャパシタＣ1，
Ｃ2 ，Ｃ3 と第２スイッチＳ2 ，Ｓ5 ，Ｓ8 との直列回
路に並列接続した第３スイッチＳ3 ，Ｓ6 ，Ｓ9 からな
る単位回路Ｕ1 ，Ｕ2 ，Ｕ3 が接続されている。キャパ
シタＣ3 と第２スイッチＳ8 との接続部は、入力スイッ
チＳ10を介して、直流電圧Ｅを出力する直流電源Ａの正
電極と接続されている。直流電源Ａの負電極は接地され
ている。
圧型DC−DCコンバータの要部構成を示すブロック図であ
る。一方の電極を接地している出力用キャパシタＣ4 と
並列接続されている負荷ＲL に、第１スイッチＳ1 ，Ｓ
4 ，Ｓ7 とキャパシタＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 と第２スイッチ
Ｓ2 ，Ｓ5 ，Ｓ8 との直列回路、及びキャパシタＣ1，
Ｃ2 ，Ｃ3 と第２スイッチＳ2 ，Ｓ5 ，Ｓ8 との直列回
路に並列接続した第３スイッチＳ3 ，Ｓ6 ，Ｓ9 からな
る単位回路Ｕ1 ，Ｕ2 ，Ｕ3 が接続されている。キャパ
シタＣ3 と第２スイッチＳ8 との接続部は、入力スイッ
チＳ10を介して、直流電圧Ｅを出力する直流電源Ａの正
電極と接続されている。直流電源Ａの負電極は接地され
ている。
【００３２】次にこのDC−DCコンバータの動作を、スイ
ッチの動作タイミングを示す図12のタイミングチャート
及びスイッチの切換状態に対する等価回路を示す図13に
より説明する。いま図11におけるDC−DCコンバータの定
常状態でのキャパシタＣ1 ,Ｃ2 , Ｃ3 , Ｃ4 の各端子
間電圧をＥ1 , Ｅ2 , Ｅ3 , Ｅ4 とする。
ッチの動作タイミングを示す図12のタイミングチャート
及びスイッチの切換状態に対する等価回路を示す図13に
より説明する。いま図11におけるDC−DCコンバータの定
常状態でのキャパシタＣ1 ,Ｃ2 , Ｃ3 , Ｃ4 の各端子
間電圧をＥ1 , Ｅ2 , Ｅ3 , Ｅ4 とする。
【００３３】スイッチＳ1 , Ｓ2 をオンさせると図13
(a) に示す状態１になり、キャパシタＣ1 の端子間電圧
Ｅ1 によりキャパシタＣ4 が充電され、キャパシタＣ1
の端子間電圧とキャパシタＣ4 の端子間電圧Ｅ4 とが等
しくなる。つまりキャパシタＣ 1 の端子間電圧Ｅ1 はキ
ャパシタＣ4 の端子間電圧Ｅ4 と等しくなる。次にスイ
ッチＳ1 ，Ｓ2 をオフさせた後に、スイッチＳ3 ，
Ｓ4 ，Ｓ5 のみをオンさせた場合は図13(b) に示す状態
２になり、キャパシタＣ1 の端子間電圧Ｅ1 とキャパシ
タＣ2 の端子間電圧Ｅ2 との和の電圧によりキャパシタ
Ｃ4 が充電され、キャパシタＣ1 とキャパシタＣ2 との
直列回路の端子間電圧と、キャパシタＣ4 の端子間電圧
Ｅ4 とが等しくなる。
(a) に示す状態１になり、キャパシタＣ1 の端子間電圧
Ｅ1 によりキャパシタＣ4 が充電され、キャパシタＣ1
の端子間電圧とキャパシタＣ4 の端子間電圧Ｅ4 とが等
しくなる。つまりキャパシタＣ 1 の端子間電圧Ｅ1 はキ
ャパシタＣ4 の端子間電圧Ｅ4 と等しくなる。次にスイ
ッチＳ1 ，Ｓ2 をオフさせた後に、スイッチＳ3 ，
Ｓ4 ，Ｓ5 のみをオンさせた場合は図13(b) に示す状態
２になり、キャパシタＣ1 の端子間電圧Ｅ1 とキャパシ
タＣ2 の端子間電圧Ｅ2 との和の電圧によりキャパシタ
Ｃ4 が充電され、キャパシタＣ1 とキャパシタＣ2 との
直列回路の端子間電圧と、キャパシタＣ4 の端子間電圧
Ｅ4 とが等しくなる。
【００３４】つまりキャパシタＣ2 の端子間電圧Ｅ2 は
２Ｅ4 になる。次にスイッチＳ3 ，Ｓ6 ，Ｓ7 ，Ｓ8 の
みをオンさせると図13(c) に示す状態３になり、キャパ
シタＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 の各端子間電圧の和の電圧により
キャパシタＣ4 が充電され、キャパシタＣ3 の端子間電
圧Ｅ3 は４Ｅ4 になる。次にスイッチＳ3 ，Ｓ6 ，
Ｓ 9 ，Ｓ10のみをオンさせると図13(d) に示す状態４に
なり、直流電源Ａの直流電圧ＥによりキャパシタＣ1 ，
Ｃ2 ，Ｃ3 を充電する。そして直流電圧Ｅは７Ｅ4とな
る。
２Ｅ4 になる。次にスイッチＳ3 ，Ｓ6 ，Ｓ7 ，Ｓ8 の
みをオンさせると図13(c) に示す状態３になり、キャパ
シタＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 の各端子間電圧の和の電圧により
キャパシタＣ4 が充電され、キャパシタＣ3 の端子間電
圧Ｅ3 は４Ｅ4 になる。次にスイッチＳ3 ，Ｓ6 ，
Ｓ 9 ，Ｓ10のみをオンさせると図13(d) に示す状態４に
なり、直流電源Ａの直流電圧ＥによりキャパシタＣ1 ，
Ｃ2 ，Ｃ3 を充電する。そして直流電圧Ｅは７Ｅ4とな
る。
【００３５】このようにしてキャパシタＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ
3 の各端子間電圧は、キャパシタＣ 1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 の順
に高くなりキャパシタＣ1 の端子間電圧が最も低い。ま
た直流電源Ａによる充電時に、キャパシタＣ3 の出力ス
イッチＳ7 接続側は負電荷が蓄えられるため、直流電源
Ａの極性に対しキャパシタＣ4 の端子間電圧、即ちDC−
DCコンバータの出力電圧は反転する。したがって、直流
電源をＥとした場合は、キャパシタＣ4 の端子間電圧は
− 1/7Ｅとなる。
3 の各端子間電圧は、キャパシタＣ 1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 の順
に高くなりキャパシタＣ1 の端子間電圧が最も低い。ま
た直流電源Ａによる充電時に、キャパシタＣ3 の出力ス
イッチＳ7 接続側は負電荷が蓄えられるため、直流電源
Ａの極性に対しキャパシタＣ4 の端子間電圧、即ちDC−
DCコンバータの出力電圧は反転する。したがって、直流
電源をＥとした場合は、キャパシタＣ4 の端子間電圧は
− 1/7Ｅとなる。
【００３６】このような状態１から状態４までを１周期
Ｔとして、前述した動作を繰り返すことにより、入力電
圧たる直流電圧Ｅを反転させて降圧した− 1/7Ｅの反転
出力電圧が得られ、負荷ＲL に与えられる。なお、この
DC−DCコンバータの４個のキャパシタを夫々10μF と
し、直流電源Ａの直流電圧を87.5Ｖとした場合に−12.5
Ｖの反転出力電圧が得られることを実験で確かめ得た。
Ｔとして、前述した動作を繰り返すことにより、入力電
圧たる直流電圧Ｅを反転させて降圧した− 1/7Ｅの反転
出力電圧が得られ、負荷ＲL に与えられる。なお、この
DC−DCコンバータの４個のキャパシタを夫々10μF と
し、直流電源Ａの直流電圧を87.5Ｖとした場合に−12.5
Ｖの反転出力電圧が得られることを実験で確かめ得た。
【００３７】このようにして、従来のDC−DCコンバータ
と略同数の構成部品数で反転出力電圧が得られる降圧型
のDC−DCコンバータを得ることができる。またスイッチ
にはMOSFETを用いることができる。なお、降圧型DC−DC
コンバータの出力電圧の安定化を図る場合は、昇圧型DC
−DCコンバータの場合と同様に図７に示す如く構成する
ことにより、昇圧型DC−DCコンバータと同様に出力電圧
を安定させることができる。
と略同数の構成部品数で反転出力電圧が得られる降圧型
のDC−DCコンバータを得ることができる。またスイッチ
にはMOSFETを用いることができる。なお、降圧型DC−DC
コンバータの出力電圧の安定化を図る場合は、昇圧型DC
−DCコンバータの場合と同様に図７に示す如く構成する
ことにより、昇圧型DC−DCコンバータと同様に出力電圧
を安定させることができる。
【００３８】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、従
来のDC−DCコンバータと略同数の回路部品を用いて、反
転出力電圧が得られる昇圧型DC−DCコンバータ及び降圧
型DC−DCコンバータを提供できる優れた効果を奏する。
来のDC−DCコンバータと略同数の回路部品を用いて、反
転出力電圧が得られる昇圧型DC−DCコンバータ及び降圧
型DC−DCコンバータを提供できる優れた効果を奏する。
【図１】第１発明に係る昇圧型DC−DCコンバータの要部
構成を示すブロック図である。
構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すDC−DCコンバータにおけるスイッチ
の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図３】スイッチの切換状態に対するDC−DCコンバータ
の等価回路図である。
の等価回路図である。
【図４】第１発明に係る昇圧型DC−DCコンバータの他の
実施例の要部構成を示すブロック図である。
実施例の要部構成を示すブロック図である。
【図５】図４に示すDC−DCコンバータにおけるスイッチ
の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図６】スイッチの切換状態に対するDC−DCコンバータ
の等価回路図である。
の等価回路図である。
【図７】出力電圧の安定化を図るようにしたDC−DCコン
バータの模式的ブロック図である。
バータの模式的ブロック図である。
【図８】第２発明に係る降圧型DC−DCコンバータの要部
構成を示すブロック図である。
構成を示すブロック図である。
【図９】図８に示すDC−DCコンバータにおけるスイッチ
の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図１０】スイッチの切換状態に対するDC−DCコンバー
タの等価回路図である。
タの等価回路図である。
【図１１】第２発明に係る降圧型DC−DCコンバータの他
の実施例の要部構成を示すブロック図である。
の実施例の要部構成を示すブロック図である。
【図１２】図11に示すDC−DCコンバータにおけるスイッ
チの動作タイミングを示すタイミングチャートである。
チの動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図１３】スイッチの切換状態に対するDC−DCコンバー
タの等価回路図である。
タの等価回路図である。
【図１４】従来の昇圧型DC−DCコンバータの要部構成を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図１５】図14に示すDC−DCコンバータにおけるスイッ
チの動作タイミングを示すタイミングチャートである。
チの動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図１６】スイッチの切換状態に対するDC−DCコンバー
タの等価回路図である。
タの等価回路図である。
【図１７】従来の降圧型DC−DCコンバータの要部構成を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図１８】図17に示すDC−DCコンバータにおけるスイッ
チの動作タイミングを示すタイミングチャートである。
チの動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図１９】スイッチの切換状態に対するDC−DCコンバー
タの等価回路図である。
タの等価回路図である。
Ａ 直流電源Ｓ11，Ｓ12〜Ｓn-1 ，Ｓ1 ，Ｓ2 〜Ｓ8
スイッチ Ｓn ，Ｓ10 出力（入力）スイッチ Ｃ1 ，Ｃ2 〜Ｃn-1 キャパシタ Ｃn ，Ｃ0 出力用キャパシタ Ｕ1 ，Ｕ2 ，Ｕn-1 単位回路 ＲL 負荷 20 DC−DCコンバータ部 21 誤差増幅器 22 変調器
スイッチ Ｓn ，Ｓ10 出力（入力）スイッチ Ｃ1 ，Ｃ2 〜Ｃn-1 キャパシタ Ｃn ，Ｃ0 出力用キャパシタ Ｕ1 ，Ｕ2 ，Ｕn-1 単位回路 ＲL 負荷 20 DC−DCコンバータ部 21 誤差増幅器 22 変調器
Claims (2)
- 【請求項１】 第１スイッチとコンデンサと第２スイッ
チとが直列に接続されており、前記コンデンサと前記第
２スイッチとの直列回路に第３スイッチが並列に接続さ
れてなる単位回路を、複数組並列に接続されて直流電源
に接続すべく構成をなしており、各単位回路の第２スイ
ッチが直列に接続されている直列回路の一端を出力スイ
ッチを介して負荷に接続すべく構成にしてあることを特
徴とするDC−DCコンバータ。 - 【請求項２】 第１スイッチとコンデンサと第２スイッ
チとが直列に接続されており、前記コンデンサと前記第
２スイッチとの直列回路に第３スイッチが並列に接続さ
れてなる単位回路を、複数組並列に接続されて負荷に接
続すべく構成をなしており、各単位回路の第２スイッチ
が直列に接続されている直列回路の一端を入力スイッチ
を介して直流電源に接続すべく構成にしてあることを特
徴とするDC−DCコンバータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32206892A JPH05336734A (ja) | 1992-03-30 | 1992-12-01 | Ｄｃ−ｄｃコンバータ |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10568092 | 1992-03-30 | ||
| JP4-105680 | 1992-03-30 | ||
| JP32206892A JPH05336734A (ja) | 1992-03-30 | 1992-12-01 | Ｄｃ−ｄｃコンバータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05336734A true JPH05336734A (ja) | 1993-12-17 |
Family
ID=26445926
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32206892A Pending JPH05336734A (ja) | 1992-03-30 | 1992-12-01 | Ｄｃ−ｄｃコンバータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05336734A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6531792B2 (en) | 2001-04-10 | 2003-03-11 | Fujitsu Limited | DC-DC converter and storage apparatus |
| KR100615837B1 (ko) * | 1999-03-11 | 2006-08-25 | 세이코 엡슨 가부시키가이샤 | 승압 회로, 승압 방법 및 전자기기 |
| JP2007195345A (ja) * | 2006-01-19 | 2007-08-02 | Seiko Epson Corp | Ｄｃ−ｄｃコンバータ |
| JP2013034298A (ja) * | 2011-08-01 | 2013-02-14 | Institute Of National Colleges Of Technology Japan | Ｄｃ／ｄｃ変換器及び電源モジュール |
| CN103872903A (zh) * | 2014-03-11 | 2014-06-18 | 中山芯达电子科技有限公司 | 堆叠式电压发生器 |
| JP2017022953A (ja) * | 2015-07-15 | 2017-01-26 | シチズン時計株式会社 | 降圧回路及びこれを用いた降圧充電回路 |
-
1992
- 1992-12-01 JP JP32206892A patent/JPH05336734A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100615837B1 (ko) * | 1999-03-11 | 2006-08-25 | 세이코 엡슨 가부시키가이샤 | 승압 회로, 승압 방법 및 전자기기 |
| US6531792B2 (en) | 2001-04-10 | 2003-03-11 | Fujitsu Limited | DC-DC converter and storage apparatus |
| JP2007195345A (ja) * | 2006-01-19 | 2007-08-02 | Seiko Epson Corp | Ｄｃ−ｄｃコンバータ |
| JP2013034298A (ja) * | 2011-08-01 | 2013-02-14 | Institute Of National Colleges Of Technology Japan | Ｄｃ／ｄｃ変換器及び電源モジュール |
| CN103872903A (zh) * | 2014-03-11 | 2014-06-18 | 中山芯达电子科技有限公司 | 堆叠式电压发生器 |
| CN103872903B (zh) * | 2014-03-11 | 2016-08-17 | 中山芯达电子科技有限公司 | 堆叠式电压发生器 |
| JP2017022953A (ja) * | 2015-07-15 | 2017-01-26 | シチズン時計株式会社 | 降圧回路及びこれを用いた降圧充電回路 |
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