JPH0681493B2 - Ｄｃ／ｄｃコンバ−タ− - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はバイポーラトランジスタ,MOS FET等をスイッチ
ング素子として使用する昇圧型DC/DCコンバーターに関
するものである。

〔従来技術〕

従来，この種の昇圧型DC/DCコンバーターは直流入力電
圧より高い直流出力電圧を得るのに広く用いられてい
る。この目的のために，昇圧型DC/DCコンバーターは直
流入力電圧をスイッチングするスイッチング素子，及び
スイッチングされた電圧を整流平滑する整流・平滑回路
のほかに，チョークコイルを備えている。このチョーク
コイルはスイッチング素子がオンの時，磁気エネルギー
を蓄え，スイッチング素子がオフの時，そのフライバッ
クエネルギーを整流・平滑回路に供給する働きを有して
いる。

〔発明の解決しようとする問題点〕

この形式のDC/DCコンバーターでは，要求される出力電
圧より高い入力電圧が与えられた場合，スイッチング動
作を行なわず，入力電圧を直接平滑・整流回路に供給す
るように構成されている。この構成においては出力電圧
の変動が大きく，したがって，一定電圧が得られないと
いう欠点がある。

この欠点を除くために，通常，後述するように，直列制
御型安定化回路が接続されるのが普通である。しかしな
がら，この安定化回路を接続した場合，安定化回路によ
る損失を避けることが出来ないため，損失を見込んだ高
い電圧を安定化回路に印加することが必要となる。この
ように，入力電圧が出力電圧より高い場合にのみ使用さ
れる安定化回路によって，通常動作時における損失が大
きくなることは回路構成上好ましくない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は要求される出力電圧に対して入力電圧が
低い状態から高い状態に変化したときでも，高い効率で
動作を行なえるDC/DCコンバーターを提供することであ
る。

〔発明の構成〕

本発明によれば，第１及び第２の直流入力端子と，第１
の直流出力端子と，前記第２の直流入力端子に共通に接
続された第２の直流出力端子と，前記第１の直流入力端
子に接続された，チョークコイルとダイオードとの直列
回路と，前記チョークコイルとダイオードの共通接続点
と前記第２の直流入力端子との間に接続されたスイッチ
ング素子と，前記第１及び第２の直流出力端子に接続さ
れた平滑回路とを有する昇圧型DC/DCコンバーターにお
いて，前記ダイオードと前記第１の直流出力端子とにそ
れぞれコレクタ，エミッタを接続されたトランジスタ
と，前記チョークコイルの２次巻線として働くコイルと
を含み，前記トランジスタのベースに結合された回路と
を有することを特徴とするDC/DCコンバーターが得られ
る。

〔従来例〕

第１図に示す本発明の一実施例を説明する前に，第２図
及び第３図を参照して，従来のDC/DCコンバーターを説
明する。まず，第２図に示された従来のDC/DCコンバー
ターは第１及び第２の直流入力端子11₁及び11₂と，第１
及び第２の直流出力端子12₁及び12₂とを備え，第２の直
流入力端子11₂は第２の直流出力端子12₂と共通に接続さ
れている。第１及び第２の直流入力端子11₁及び11₂間に
は，直流電源（図示せず）から直流入力電圧Ｅ_inが与え
られ，第１及び第２の直流出力端子12₁及び12₂から，直
流出力電圧Ｅ_outが送出される。チョークコイル15及び
ダイオード16によって構成された直列回路が第１の直流
入力端子11₁及び第１の直流出力端子12₁との間に接続さ
れており，且つ，第１及び第２の直流出力端子12₁及び1
2₂間には，平滑回路として動作するコンデンサー17が接
続されている。また，コンデンサー17には，一対の出力
電圧検出用抵抗18及び19が並列に接続されている。

更に，チョークコイル15とダイオード16との共通接続点
と，第１の直流入力端子11₁との間には，スイッチング
動作を行なうトランジスタ21が接続されており，且つ，
トランジスタ21のベースには，制御回路22が接続されて
いる。

制御回路22は第１及び第２の直流入力端子11₁及び11₂並
びに出力電圧検出用抵抗18,19の共通接続点に接続され
ている。したがって，制御回路22には出力電圧検出用抵
抗18及び19からフィードバックされた電圧が印加され
る。

制御回路22は高周波発生器，基準電圧発生器，及び比較
器等を備え，抵抗18及び19からフィードバックされた電
圧を基準電圧と比較し，比較効果に応じた高周波パルス
をトランジスタ21に送出し，直流出力電圧Ｅ_outが一定
となるように制御する。

この構成では，トランジスタ21がオンとなった時，チョ
ークコイル15に磁気エネルギーが蓄積され，トランジス
タ21がオフした時，チョークコイル15に蓄積された磁気
エネルギーがフライバックエネルギーとしてダイオード
16に加えられる。ダイオード16では，このフライバック
エネルギーによる電圧を整流すると共に直流入力電圧と
重畳して，コンデンサー16で平滑し直流出力電圧Ｅ_out
を第１及び第２の直流出力端子12₁及び12₂に得る。

第２図において，直流入力電圧Ｅ_inが要求される直流出
力電圧Ｅ_out（例えば,5V）より高くなった場合，トラン
ジスタ21によるスイッチング動作は不要になる。このた
め，直流入力電圧Ｅ_inが5Vを越えた場合，制御回路22で
はトランジスタ21のスイッチング動作を停止させてい
る。したがって，トランジスタ21がオフの状態で，直流
入力電圧Ｅ_inはチョークコイル15及びダイオード16を通
してそのまま直流出力電圧Ｅ_outとして送出される。し
かしながら，スイッチング動作が停止した状態では，制
御回路22による制御動作が行なわれないため，直流出力
電圧Ｅ_outの変動は避けられない。

更に,DC/DCコンバーターでは直流出力電圧Ｅ_outを要求
に応じて断続できることが望ましい。しかしながら，第
２図に示された回路構成ではトランジスタ21のスイッチ
ングを停止しても，直流入力電圧がほぼそのまま出力さ
れるため，直流出力電圧Ｅ_outを完全には断にはできな
い。このような動作を行なうために，別途スイッチを設
けた場合，部品点数が多くなり，損失が増加してしま
う。

第３図を参照すると，直流入力電圧Ｅ_inがＥ_outより高
い場合における直流出力電圧Ｅ_outの変動を防止するた
めに，第２図の直流出力端子12₁,12₂に接続して用いら
れる直列制御安定化回路が示されている。この安定化回
路は第１のトランジスタ24,第２のトランジスタ25,及び
第２のトランジスタ25のエミッタに接続されたツェナー
ダイオード26とを有している。この構成では，ツェナー
ダイオード26のツェナー電圧と出力電圧とが比較され，
比較結果に応じて第２のトランジスタ25がコントロール
され，且つ，第１のトランジスタ24のベース電流が加減
される。これによって，第１のトランジスタ24のコレク
タ，エミッタ電圧が変化し，結果として出力電圧を一定
に保つことができる。

第３図の回路構成を用いた場合，第１のトランジスタ24
のコレクタには出力電圧より高い電圧が印加されなけれ
ばならない。換言すれば，安定化回路による損失は避け
られない。このように，直流入力電圧Ｅ_inが出力電圧よ
り高い場合にのみ，必要な安定化回路を第２図のDC/DC
コンバーターに接続すると,E_inがＥ_outより低い通常動
作の際，損失が増加してしまう。

更に，第３図の回路を第２図の回路と接続した場合，出
力電圧を任意に断状態にするためには，第１のトランジ
スタ24だけでなく，第２図に示されたスイッチング用ト
ランジスタ21をも断の状態にする必要がある。この場合
にも，部品点数は増え，損失も増加する。

〔実施例〕

第１図を参照すると，本発明の一実施例に係るDC/DCコ
ンバーターは第２図と同一参照符号で示された部分のほ
かに，チョークコイル15の２次巻線として働くコイル30
と，このコイル30に直列に接続された整流用ダイオード
31及び平滑用コンデンサー32とを備えている。整流用ダ
イオード31と平滑用コンデンサー32との共通接続点は抵
抗33を介してトランジスタ35のベースに結ばれている。
このトランジスタ35のコレクタ及びエミッタはダイオー
ド16及び第１の直流出力端子12₁にそれぞれ接続されて
いる。また，トランジスタ35のコレクタと第２の直流入
力端子11₂との間には，もう一つの平滑用コンデンサー3
6が接続されている。

直流入力電圧Ｅ_inが直流出力電圧Ｅ_outより低い場合，
スイッチング用トランジスタ21は第２図の場合と同様な
形式でスイッチング動作を行なっている。この結果，チ
ョークコイル15には十分な断続電流が流れると共に,2次
巻線30を介して平滑用コンデンサー32の両端にトランジ
スタ35を飽和させるのに十分な電力が供給される。した
がって，トランジスタ35は導通し，少ない損失で第１の
直流出力端子12₁に電流を送出でき，第１及び第２の直
流出力端子12₁及び12₂間に安定な直流出力電圧Ｅ_outが
得られる。

一方，直流入力電圧Ｅ_inが直流出力電圧Ｅ_outより高く
なった場合，スイッチング用トランジスタ21のオン時間
は短かくなる。このとき，トランジスタ35はオフ状態と
なり，直流出力電圧Ｅ_outは漸次低下していく。直流出
力電圧Ｅ_outの低下の結果，抵抗18,19からフィードバッ
クされた電圧が制御回路22の基準電圧より低くなると，
フィードバックがかかり，制御回路22はスイッチング用
トランジスタ21をオンにする。トランジスタ21のオンに
よって，チョークコイル15に断続電流が流れ，同時に２
次巻線30にも電流が流れる。２次巻線30の電流はダイオ
ード31及びコンデンサー32に流れ，コンデンサー32の両
端に電圧を生じさせ，結果的にトランジスタ35を導通さ
せる。トランジスタ35の出力はコンデンサー17で平滑さ
れ，安定化される。

〔発明の効果〕

この様にすると，直流入力電圧が低い場合はほぼ第２図
と同様な効率で，直流出力電圧を得る事が出来る。ま
た，直流入力電圧が直流出力電圧より低い場合でもスイ
ッチング動作を行う為，第３図の直列型安定化回路より
大幅に効率を上げる事が出来る。

さらに，直流出力電圧を完全に断とする場合はトランジ
スタ21をオフするだけでよい。これはチョークコイル15
の断続電流がなくなると，トランジスタ35のベース電流
がなくなって，トランジスタ35はオフ状態になるからで
ある。

以上の如く，本発明によれば昇圧型DC/DCコンバーター
の効率を上げさらに出力の断続を兼ねる事が出来るので
その実用性は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るDC/DCコンバーターを
示す回路図，第２図は従来のDC/DCコンバーターを示す
回路図，及び第３図は第２図の回路に接続して使用され
る直流安定化回路を示す回路図である。 記号の説明 11₁,11₂:第1,第２の直流入力端子,12₁,12₂:第1,第２の
直流出力端子,15:チョークコイル,16:ダイオード,18,1
9:抵抗,21:スイッチング用トランジスタ,22:制御回路,3
0:2次巻線コイル,31:整流用ダイオード,32:平滑用コン
デンサー,33:抵抗,35:トランジスタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１及び第２の直流入力端子と、第１の直
   流出力端子と、前記第２の直流入力端子に共通に接続さ
   れた第２の直流出力端子と、前記第１の直流入力端子に
   接続れたチョークコイルとダイオードとの直列回路と、
   前記チョークコイルとダイオードの共通接続点と前記第
   ２の直流入力端子の間に接続されたスイッチング素子
   と、前記第１及び第２の直流出力端子に接続された平滑
   回路とを有するDC/DCコンバーターにおいて、前記ダイ
   オードと前記第１の直流出力端子とにそれぞれコレク
   タ、エミッタを接続されたトランジスタと、前記チョー
   クコイルの２次巻線として働くコイルとを含み、該２次
   巻線として働くコイルを含む回路は前記トランジスタの
   ベースに接続されており、当該コイルを含む回路によ
   り、前記２次巻線に誘起された交流電圧を前記トランジ
   スタのベースに印加できる構成を有していることを特徴
   とするDC/DCコンバーター。