JPH0698533A - ステップダウンｄｃ／ｄｃコンバータ - Google Patents

ステップダウンｄｃ／ｄｃコンバータ

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JPH0698533A
JPH0698533A JP35106391A JP35106391A JPH0698533A JP H0698533 A JPH0698533 A JP H0698533A JP 35106391 A JP35106391 A JP 35106391A JP 35106391 A JP35106391 A JP 35106391A JP H0698533 A JPH0698533 A JP H0698533A
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JP
Japan
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switching regulator
voltage
level
regulator control
output
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP35106391A
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English (en)
Inventor
Masami Itoyama
正美 糸山
Shigeru Honda
茂 本田
Masaharu Kagawa
政晴 香川
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 低出力電力時から高出力電力時までの広い範
囲にわたって良好な変換効率を持つステップダウンＤＣ
／ＤＣコンバータを提供すること。 【構成】 負荷は例えばノートブック型パソコンであ
る。ノートブック型パソコンの停止時（低出力電力時）
には、信号は高レベルにされ、バイポーラのＰＷＭス
イッチング・レギュレータ・コントロールＩＣ３のＶCC
への電力供給はオフされる。この状態においては、ＣＭ
ＯＳのコンパレータ７，抵抗８と抵抗９よりなる出力電
圧検出手段，抵抗１０とツェナ・ダイオード１１よりな
る基準電圧手段で構成される電圧制御手段が出力電圧を
制御する。ノートブック型パソコンの動作時には、バイ
ポーラのＰＷＭスイッチング・レギュレータ・コントロ
ールＩＣ３が動作し、ＰＷＭスイッチング・レギュレー
タ・コントロールＩＣ３によって出力電圧が制御され
る。

Description

【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の基本ブロック図である。
【図２】追加回路Ｂの動作を説明する図である。
【図３】電池駆動の装置の１例を示す図である。
【図４】本発明の実際の回路構成例を示す図である。
【図５】負荷電力と効率の関係を示す図である。
【図６】従来のステップダウンＤＣ／ＤＣコンバータの
回路構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 電池 ２ トランジスタ ３ ＰＷＭスイッチング・レギュレータ・コントロー
ルＩＣ ４ 主トランジスタ ５ ダイオード ６ チョーク・コイル ７ コンパレータ ８ 抵抗 ９ 抵抗 １０ 抵抗 １１ ツェナ・ダイオード １２ コンデンサ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ベースが低レベルのときにオンし、ベー
    スが高レベルのときにオフする主トランジスタ(4) と、 主トランジスタ(4) の出力を平滑する平滑回路(5,6,12)
    と、 出力電圧と目標電圧の差に応じて１周期におけるオン／
    オフの比率が変化する信号を出力するバイポーラのＰＷ
    Ｍスイッチング・レギュレータ・コントロールＩＣ(3)
    と、 バイポーラのＰＷＭスイッチング・レギュレータ・コン
    トロールＩＣ(3) から出力される信号を主トランジスタ
    (4) のベースに印加するための信号線と、 出力電圧を検出する出力電圧検出手段(8,9) と、 基準電圧を出力する基準電圧手段(10,11) と、 出力電圧検出手段(8,9) の検出電圧が基準電圧手段(10,
    11) の基準電圧よりも大きいときには高レベルの信号を
    出力し、検出電圧が基準電圧よりも小さいときには低レ
    ベルの信号を出力するＣＭＯＳのコンパレータ(7) と、 ＣＭＯＳのコンパレータ(7) から出力される信号を主ト
    ランジスタ(4) のベースに印加するための信号線と、 動作指示信号が所定のレベルのときにはバイポーラの
    ＰＷＭスイッチング・レギュレータ・コントロールＩＣ
    (3) への電力供給をオンし、動作指示信号が他のレベ
    ルのときにはバイポーラのＰＷＭスイッチング・レギュ
    レータ・コントロールＩＣ(3) への電力供給をオフする
    スイッチ手段(2) とを具備することを特徴とするステッ
    プダウンＤＣ／ＤＣコンバータ。
  2. 【請求項２】 ベースが低レベルのときにオンし、ベー
    スが高レベルのときにオフする主トランジスタ(4) と、 主トランジスタ(4) の出力を平滑する平滑回路(5,6,12)
    と、 出力電圧と目標電圧の差に応じて１周期におけるオン／
    オフの比率が変化する信号を出力するバイポーラのＰＷ
    Ｍスイッチング・レギュレータ・コントロールＩＣ(3)
    と、 バイポーラのＰＷＭスイッチング・レギュレータ・コン
    トロールＩＣ(3) から出力される信号を主トランジスタ
    (4) のベースに印加するための信号線と、 出力電圧を検出する出力電圧検出手段(8,9) と、 基準電圧を出力する基準電圧手段(10,11) と、 出力電圧検出手段(8,9) の検出電圧が基準電圧手段(10,
    11) の基準電圧よりも大きいときには高レベルの信号を
    出力し、検出電圧が基準電圧よりも小さいときには低レ
    ベルの信号を出力するＣＭＯＳのコンパレータ(7) と、 ＣＭＯＳのコンパレータ(7) から出力される信号を主ト
    ランジスタ(4) のベースに印加するための信号線と、 動作指示信号が所定のレベルのときにはバイポーラのＰ
    ＷＭスイッチング・レギュレータ・コントロールＩＣ
    (3) の制御端子(CTL) に動作を指示するレベルの信号を
    印加し、動作指示信号が他のレベルのときにはバイポー
    ラのＰＷＭスイッチング・レギュレータ・コントロール
    ＩＣ(3) の制御端子(CTL) に不動作を指示するレベルの
    信号を印加する動作制御手段(17)とを具備することを特
    徴とするステップダウンＤＣ／ＤＣコンバータ。
  3. 【請求項３】 バイポーラのＰＷＭスイッチング・レギ
    ュレータ・コントロールＩＣ(3) の目標電圧が、基準電
    圧手段(10,11) の出力する基準電圧よりも高いことを特
    徴とする請求項１又は請求項２のステップダウンＤＣ／
    ＤＣコンバータ。
  4. 【請求項４】 バイポーラのＰＷＭスイッチング・レギ
    ュレータ・コントロールＩＣ(3) の動作最低電圧が、Ｃ
    ＭＯＳのコンパレータ(7) の動作最低電圧より高いこと
    を特徴とする請求項１，請求項２又は請求項３のステッ
    プダウンＤＣ／ＤＣコンバータ。 【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、中，高出力電力時には
    バイポーラのスイッチング・レギュレータ・コントロー
    ルＩＣで出力電圧を制御し、低出力電力時にはＣＭＯＳ
    のコンパレータを含む電圧制御手段で出力電圧を制御す
    るようになったステップダウンＤＣ／ＤＣコンバータに
    関するものである。 【０００２】 【従来の技術】図６は従来のステップダウンＤＣ／ＤＣ
    コンバータのブロック図である。同図において、１は電
    池、３はＰＷＭスイッチング・レギュレータ・コントロ
    ールＩＣ、４は主トランジスタ、５はダイオード、６は
    チョーク・コイル、１２はコンデンサをそれぞれ示して
    いる。 【０００３】ＰＷＭスイッチング・レギュレータ・コン
    トロールＩＣ３は、出力電圧と目標電圧の差に応じて、
    １周期内におけるＨ（高）レベルとＬ（低）レベルの比
    率を変えるものである。即ち、出力電圧が高い場合には
    １周期内におけるＨレベルの時間を長くし、出力電圧が
    低い場合には１周期内におけるＬレベルの時間を長くす
    る。ＰＷＭスイッチング・レギュレータ・コントロール
    ＩＣ３はバイポーラ・トランジスタで構成されている。 【０００４】上述のように、従来のステップダウンＤＣ
    ／ＤＣコンバータにおいては、バイポーラのＰＷＭスイ
    ッチング・レギュレータＩＣを使用している。バイポー
    ラのＰＷＭスイッチング・レギュレータ・コントロール
    ＩＣは動作発振周波数範囲が広く、高周波発振が可能
    （〜５００ｋＨｚ）で、主回路のチョークやコンデンサ
    を小さくすることができ、スイッチング・レギュレータ
    ・コントロールＩＣへの供給電力を無視できるような
    中，高出力電力時の変換効率は良好である。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スイッ
    チング・レギュレータ・コントロールＩＣへの供給電力
    が無視できないような低出力電力時の変換効率は大幅に
    悪く、電池から電力を供給する装置において、数ｍＷな
    いし数千ｍＷの負荷に供給し、数ｍＷの負荷の使用時間
    が長時間の場合は、電池の消耗が早く使用できなかっ
    た。本発明は、この点に鑑みて創作されたものであっ
    て、低出力電力時から高出力電力時まで広い範囲にわた
    って良好な変換効率を得ることが出来るスップダウンＤ
    Ｃ／ＤＣコンバータを提供することを目的としている。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明の請求項１のステ
    ップダウンＤＣ／ＤＣコンバータは、ベースが低レベル
    のときにオンし、ベースが高レベルのときにオフする主
    トランジスタ(4) と、主トランジスタ(4) の出力を平滑
    する平滑回路(5,6,12)と、出力電圧と目標電圧の差に応
    じて１周期におけるオン／オフの比率が変化する信号を
    出力するバイポーラのＰＷＭスイッチング・レギュレー
    タ・コントロールＩＣ(3) と、バイポーラのＰＷＭスイ
    ッチング・レギュレータ・コントロールＩＣ(3) から出
    力される信号を主トランジスタ(4) のベースに印加する
    ための信号線と、出力電圧を検出する出力電圧検出手段
    (8,9) と、基準電圧を出力する基準電圧手段(10,11)
    と、出力電圧検出手段(8,9) の検出電圧が基準電圧手段
    (10,11) の基準電圧よりも大きいときには高レベルの信
    号を出力し、検出電圧が基準電圧よりも小さいときには
    低レベルの信号を出力するＣＭＯＳのコンパレータ(7)
    と、ＣＭＯＳのコンパレータ(7) から出力される信号を
    主トランジスタ(4) のベースに印加するための信号線
    と、動作指示信号が所定のレベルのときにはバイポー
    ラのＰＷＭスイッチング・レギュレータ・コントロール
    ＩＣ(3) への電力供給をオンし、動作指示信号が他の
    レベルのときにはバイポーラのＰＷＭスイッチング・レ
    ギュレータ・コントロールＩＣ(3) への電力供給をオフ
    するスイッチ手段(2) とを具備することを特徴とするも
    のである。本発明の請求項２のステップダウンＤＣ／Ｄ
    Ｃコンバータは、動作／不動作を制御する制御端子を持
    つＰＷＭスイッチング・レギュレータ・コントロールＩ
    Ｃ(3) を対象とするものである。このようなＰＷＭスイ
    ッチング・レギュレータ・コントロールＩＣ(3) を具備
    するステップダウンＤＣ／ＤＣコンバータの場合には、
    動作指示信号が所定のレベルのときにはバイポーラのＰ
    ＷＭスイッチング・レギュレータ・コントロールＩＣ
    (3) の制御端子(CTL) に動作を指示するレベルの信号を
    印加すると共に，動作指示信号が他のレベルのときには
    バイポーラのＰＷＭスイッチング・レギュレータ・コン
    トロールＩＣ(3) の制御端子(CTL) に不動作を指示する
    レベルの信号を印加する動作制御手段(17)を、使用する
    ことが出来る。本発明の請求項３のステップダウンＤＣ
    ／ＤＣコンバータは、請求項１又は請求項２のステップ
    ダウンＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、バイポーラのＰ
    ＷＭスイッチング・レギュレータ・コントロールＩＣ
    (3) の目標電圧が、基準電圧手段(10,11) の出力する基
    準電圧よりも高くなるようにしたものである。本発明の
    請求項４のステップダウンＤＣ／ＤＣコンバータは、請
    求項１，請求項２または請求項３のステップダウンＤＣ
    ／ＤＣコンバータにおいて、バイポーラのＰＷＭスイッ
    チング・レギュレータ・コントロールＩＣ(3) の動作最
    低電圧が、ＣＭＯＳのコンパレータ(7) の動作最低電圧
    より高くなるようにしたものである。 【０００７】 【作用】請求項１のステップダウンＤＣ／ＤＣコンバー
    タの作用について説明する。スイッチ手段２がオンの場
    合には、バイポーラのＰＷＭスイッチング・レギュレー
    タ・コントロールＩＣ３に電力が供給され、バイポーラ
    のＰＷＭスイッチング・レギュレータ・コントロールＩ
    Ｃ３が動作し、出力電圧を目標値に保つ。スイッチ手段
    ２がオフした場合には、バイポーラのＰＷＭスイッチン
    グ・レギュレータ・コントロールＩＣ３が不動作にな
    り、ＣＭＯＳのコンパレータ７が動作し、出力電圧を基
    準値に保つ。 【０００８】請求項２のステップダウンＤＣ／ＤＣコン
    バータの作用について説明する。請求項２のステップダ
    ウンＤＣ／ＤＣコンバータにおいては、バイポーラのＰ
    ＷＭスイッチング・レギュレータ・コントロールＩＣ３
    は、動作／不動作を制御するための制御端子を有してい
    る。バイポーラのＰＷＭスイッチング・レギュレータ・
    コントロールＩＣ３を動作状態にするためには、制御端
    子に所定レベル（例えば、Ｈレベル）の信号を印加し、
    不動作にするためには他の所定レベル（例えば、Ｌレベ
    ル）の信号を印加する。 【０００９】請求項３のステップダウンＤＣ／ＤＣコン
    バータの作用について説明する。請求項３のステップダ
    ウンＤＣ／ＤＣコンバータにおいては、バイポーラのＰ
    ＷＭスイッチング・レギュレータ・コントロールＩＣ３
    が動作している場合には、出力電圧はバイポーラのＰＷ
    Ｍスイッチング・レギュレータ・コントロールＩＣ３に
    よって制御され、バイポーラのＰＷＭスイッチング・レ
    ギュレータ・コントロールＩＣ３が不動作の場合には、
    ＣＭＯＳコンパレータ７を含む電圧制御手段によって出
    力電圧は制御される。請求項３の発明によれば、ＣＭＯ
    Ｓのコンパレータ７の動作／不動作を制御するための手
    段を特に設置しなくても良いと言う効果が得られる。 【００１０】請求項４のステップダウンＤＣ／ＤＣコン
    バータの作用について説明する。請求項４のステップダ
    ウンＤＣ／ＤＣコンバータにおいては、入力直流電圧が
    低い場合には、ＣＭＯＳのコンパレータ７を含む電圧制
    御手段によって出力電圧が制御される。 【００１１】 【実施例】図１は本発明の実施例の基本ブロック図であ
    る。同図において、１は電池、２はトランジスタ、３は
    ＰＷＭスイッチング・レギュレータ・コントロールＩ
    Ｃ、４は主トランジスタ、５はダイオード、６はチョー
    ク・コイル、７はコンパレータ、８ないし１０は抵抗、
    １１はツェナ・ダイオード、１２はコンデンサ、ＡとＢ
    は追加回路をそれぞれ示している。追加回路Ａ，Ｂは、
    本発明によって新たに追加された部分である。 【００１２】電池１は、例えばニッカド電池である。ト
    ランジスタ２は、ＰＷＭスイッチング・レギュレータ・
    コントロールＩＣのＶccへの電力供給をオン／オフする
    機能を有している。トランジスタ２が追加回路Ａを構成
    している。ＰＷＭスイッチング・レギュレータ・コント
    ロールＩＣ３はバイポーラ構成のものである。ＰＷＭス
    イッチング・レギュレータＩＣ３の出力は、主トランジ
    スタ４のベースに接続されている。バイポーラのＰＷＭ
    スイッチング・レギュレータ・コントロールＩＣは、２
    ｍＡないし１０ｍＡ程度の電流を必要とし、また、３．
    ６Ｖ以上の電圧を必要とする。主トランジスタ４はＦＥ
    Ｔなどから構成されており、ベースがＬレベル（低レベ
    ル）になるとオンし、ベースがＨレベル（高レベル）に
    なるとオフする。 【００１３】主トランジスタ４は、オン／オフする時、
    オン／オフ・ロスを生ずる。ダイオード５は、フライバ
    ック用ダイオードである。チョーク・コイル６やコンデ
    ンサ１２は、出力電圧を平滑化する機能を持っている。
    コンパレータ７はＣＭＯＳで構成されており、その出力
    は主トランジスタ４のベースに接続されている。ＣＭＯ
    Ｓのコンパレータ７は、電圧が３Ｖ程度でも動作する。 【００１４】＋側の出力電圧線と−側出力電圧線（グラ
    ンド）の間には直列接続された抵抗８，９が設けられ、
    抵抗８と９の接合点電圧（検出電圧）はコンパレータ７
    の＋入力端子に印加される。また、＋側の出力電圧線と
    グランドの間には直列接続された抵抗１０とツェナ・ダ
    イオード１１が設けられ、抵抗１０とツェナ・ダイオー
    ド１１の接合点電圧（基準電圧）はコンパレータ７の−
    入力端子に印加される。符号７ないし１１の部分が追加
    回路Ｂを構成している。コンデンサ１２に蓄えられた電
    荷は、負荷に送られる。負荷は、例えば電池駆動のノー
    トブック型パソコンである。 【００１５】ノートブック型パソコンは、処理を行って
    いる状態（高速動作時）、処理を行っていないが文字な
    どをディスプレイに表示している状態（低速動作時）、
    処理もディスプレイへの表示も行っておらずデータの消
    失を防止するためにメモリに小電力を供給している状態
    （スタンバイ時）がある。オペレータがパワーオン・ス
    イッチ（図示せず）をオフすると、論理部（図示せず）
    は、必要な処理を行った後に信号をＨレベルにする。
    オペレータがパワーオン・スイッチをオンすると、論理
    部は信号をＬレベルにする。 【００１６】信号がＬレベルになると、トランジスタ
    ２はオンし、ＰＷＭスイッチング・レギュレータ・コン
    トロールＩＣ３は動作状態になり、信号がＨレベルに
    なると、トランジスタ２はオフし、ＰＷＭスイッチング
    ・レギュレータ・コントロールＩＣ３は非動作状態にな
    る。ＰＷＭスイッチング・レギュレータ・コントロール
    ＩＣ３が非動作状態になると、出力電圧は追加回路Ｂに
    よって制御される。 【００１７】ＰＷＭスイッチング・レギュレータ・コン
    トロールＩＣ３は例えば出力電圧を３．６Ｖにするよう
    に構成され、追加回路Ｂは例えば出力電圧を３Ｖにする
    ように構成されている。したがって、信号がＬレベル
    の場合には、出力電圧はＰＷＭスイッチング・レギュレ
    ータ・コントロールＩＣ３によって制御される。信号
    がＨレベルの場合には、出力電圧は追加回路Ｂによって
    制御される。 【００１８】図２は追加回路Ｂの動作を説明する図であ
    る。追加回路Ｂは、コンパレータ７のオフセット電圧を
    利用して、 (a) 出力電圧が高くなると、コンパレータ７の出力はＨ
    レベルになり、主トランジスタ４をオフする。 (b) 出力電圧が低くなると、コンパレータ７の出力はＬ
    レベルなり、主トランジスタ４をオンする。 と言う動作を行う。 【００１９】図３は電池駆動の装置の１例を示す図であ
    る。同図において、１３は主電池、１４はサブ電池、１
    ５はＤＣ／ＤＣコンバータ、１６は負荷をそれぞれ示し
    ている。電池駆動の装置の電力の一例として、 高速動作時 １０００ｍＷ 出力５Ｖ 低速動作時 ２００ｍＷ 出力３Ｖ 装置停止（スタンバイ）時 １０ｍＷ 出力３Ｖ がある。 【００２０】バイポーラのＰＷＭスチッチング・レギュ
    レータ・コントロールＩＣ３の動作電圧は３．６Ｖ以上
    のものが多い。主電池１３の電圧が低下した場合には、
    充電されたものと交換する必要がある。主電池１３が外
    されている状態の下では電力はサブ電池１４から供給さ
    れるが、ＰＷＭスイッチング・レギュレータＩＣだけで
    出力電圧の制御を行っている従来のＤＣ／ＤＣコンバー
    タに対しては、サブ電池１４を４個の電池（各電池は
    １．２Ｖ）で構成する必要がある。これに対して、本発
    明のＤＣ／ＤＣコンバータにおいては、追加回路Ｂの中
    のコンパレータ７は３Ｖ程度でも動作するので、サブ電
    池１４を構成する電池の個数を３個とすることが出来
    る。 【００２１】図４は本発明の実際の回路構成例を示す図
    である。同図において、１７はトランジスタを示してい
    る。なお、第２図と同一符号は同一物を示している。同
    図で使用されるＰＷＭスイッチング・レギュレータ・コ
    ントロールＩＣ３はＭＢ３７７８と呼ばれるものであ
    り、既に市販されており、内部回路構成も公知である。
    このＰＷＭスイッチング・レギュレータ・コントロール
    ＩＣ３はコントロール端子ＣＴＬを有しており、コント
    ロール端子ＣＴＬをＬレベルにすると、ＰＷＭスイッチ
    ング・レギュレータ・コントロールＩＣ３は不動作状態
    になり、電力も殆ど消費しない。コントロール端子ＣＴ
    Ｌの電圧レベルを制御するトランジスタ１７を設け、ス
    タンバイ時にはトランジスタ７のベースをＨレベルに
    し、高速動作時及び低速動作時にはトランジスタ７のベ
    ースをＬレベルにする。 【００２２】図５は負荷と効率の関係を示す図である。
    負荷電力が１０ｍＷのとき、従来のＤＣ／ＤＣコンバー
    タでは効率（出力電力×１００／入力電力）が４０％で
    あったが、本発明により８０％に改善できた。従来のＤ
    Ｃ／ＤＣコンバータの入力電力は２５ｍＷ、本発明の入
    力電力は１２．５ｍＷになったのである。５００ｍＡｈ
    のニッカド電池６本を直列に使用すると、電力は５００
    ｍＡｈ×１．２Ｖ×６本で約３６００ｍＷｈである。従
    来回路では３６００ｍＷｈ／２５ｍＷで１４４時間、本
    発明では３６００ｍＡｈ／１２．５ｍＷで２８８時間に
    延長することが可能である。 【００２３】 【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
    によれば、低負荷時から高負荷時までの広い範囲にわた
    って、変換効率の高いステップダウンＤＣ／ＤＣコンバ
    ータを得ることが出来る。また、本発明によれば、動作
    電圧の低いＣＭＯＳのコンパレータを使用しているの
    で、サブ電池を構成する電池の個数を少なくすることが
    可能である。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0877468A3 (en) * 1997-05-06 2000-06-21 Fairchild Semiconductor Corporation Programmable step down DC-DC converter controller
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CN106452015A (zh) * 2016-10-18 2017-02-22 合肥浮点信息科技有限公司 一种具有大功率负载的电子产品

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