JPH09149631A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回路保護機能を有する昇圧型の電源回路で有
りながら簡単な回路構成で形成できるようにして、表示
装置等の機器に内蔵し易くする。 【解決手段】 インダクタンス素子１と、ダイオード２
と、出力電圧を検出するための出力電圧検出回路３と、
スイッチング素子としてのトランジスタ５と、発振回路
を有して周期的にトランジスタ５をスイッチングさせる
ための駆動回路４と、コンデンサ６と、負荷への出力電
圧の供給を制御するための出力回路７とから構成される
とともに、出力回路７はダイオード２のカソード側にエ
ミッタが接続され、電圧出力端子Ｔ２側にコレクタが接
続されたトランジスタ７ａを有し、コンデンサ６の充電
電圧が入力電圧からダイオードの順方向電圧を減じた電
圧よりも低いときにトランジスタ７ａを遮断するように
動作するように定数設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置等の電
源回路として用いられる昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ
といわれる電源装置に関し、詳しくはその回路構成に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、回路の一部に供給電圧よりも高い
電圧を使用する必要のある機器では、図４に示すような
昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータといわれる電源装置を用
いて高電圧を得ることが一般的である。図４の電源装置
は、逆起電力を発生させるためのインダクタンス素子１
と、昇圧した電圧が低下するのを防止するためのダイオ
ード２と、出力電圧を検出するための出力電圧検出回路
３ａと、インダクタンス素子１の一端を基準電位に接続
するためのトランジスタ５と、発振回路を有して周期的
にトランジスタ５をスイッチングさせるための駆動回路
４と、出力インピーダンスを低減し出力電圧を安定させ
るためのコンデンサ６と、負荷への出力電圧の供給を制
御するための出力回路１２と、電源装置に動作異常があ
ったことを検出するための出力異常検出回路１３と、出
力回路１２の動作を出力異常検出回路１３の出力に応じ
て制御するための出力駆動回路１４とから構成され、電
圧入力端子Ｔ１に電圧がＶ１（Ｖ）の電池１１を接続
し、電圧出力端子Ｔ２に高電圧を必要とする負荷回路を
接続して使用する。

【０００３】このような構成により、通常の動作時には
駆動回路４内で発生されたクロック信号に応じてトラン
ジスタ５の導通及び遮断が周期的に制御され、トランジ
スタ５が導通状態のときにはインダクタンス素子１に流
れる電流が徐々に増大し、トランジスタ５が遮断状態に
なるとインダクタンス素子１に発生する逆起電力による
電流がダイオード２に流れる。この逆起電力による電流
はコンデンサ６を充電するための充電電流となるが、イ
ンダクタンス素子１の逆起電力が徐々に低下するととも
に充電電流も減少してくるので、再びトランジスタ５を
導通状態にして充電電流を大きくする必要がある。この
ようなスイッチング動作を繰り返しながらコンデンサ６
を一定の電位になるまで充電することにより、コンデン
サ６の充電電圧Ｖ２は入力電圧Ｖ１よりも高い電圧とな
り、昇圧された充電電圧Ｖ２は出力回路１２のトランジ
スタを介して電圧出力端子Ｔ２に接続された負荷に出力
電圧として供給することができるようになる。

【０００４】尚、出力電圧検出回路３ａは充電電圧Ｖ２
が必要な電圧値以上に上昇しないように、充電電圧Ｖ２
に応じて駆動回路４を介してトランジスタ５のスイッチ
ング動作を制御するように動作し、出力異常検出回路１
３は駆動回路４のクロック信号を整流及び平滑して発生
させた電圧を基準電圧として出力電圧と比較することに
より、電源装置の回路動作に異常が無いかを監視するよ
うに動作している。

【０００５】即ち、通常の動作では出力異常検出回路１
３の出力電圧を高レベルとすることにより、駆動回路４
のクロック信号に応じてトランジスタ５がスイッチング
動作を行うとともに、出力駆動回路１４を介して出力回
路１２のトランジスタを導通状態にするように動作す
る。また、電圧出力端子Ｔ２が基準電位と短絡したよう
な異常状態では、出力異常検出回路１３に入力されるク
ロック信号が停止して出力異常検出回路１３で発生する
電圧が低下することにより異常状態を検出し、出力異常
検出回路１３の出力電圧を低レベルにしてトランジスタ
５のスイッチング動作を遮断状態に停止させるととも
に、出力駆動回路１４を介して出力回路１２の出力を遮
断状態にする。このような動作により、電圧入力端子Ｔ
１から電圧出力端子Ｔ２に向けて短絡電流が流れること
がなくなって、電源装置の回路が保護されるようにな
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図４に
回路図を示す従来の電源装置は、電圧出力端子Ｔ２の短
絡等の異常状態から電源回路を保護するために、前述し
たような出力異常検出回路１３を用いていたので、クロ
ック信号を整流し平滑するための回路や出力電圧と電圧
比較するための回路等が必要となり、使用する部品の数
が多くなって電源装置の回路規模が大きくなるととも
に、回路基板の面積が増大するという問題がある。ま
た、上述の問題により、部品の購入及び管理等の手間及
び費用がかかるようになるとともに、電源装置の外形サ
イズ及びこれを用いた機器の外形サイズが大きくなって
小型化することが難しくなり、電源装置及び機器が大型
化や価格が高くなるという問題もあった。

【０００７】そこで本発明はこれらの問題を解決し、回
路保護機能を有する昇圧型の電源回路で有りながら簡単
な回路構成で形成できるようにして、表示装置等の機器
に内蔵し易くすることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の問題を解決するた
めに、請求項１の記載に係わる電源装置は、電圧入力端
子と電圧出力端子との間に直列接続されたインダクタン
ス素子、ダイオード及び出力回路と、インダクタンス素
子とダイオードのアノードの接続点と基準電位との間に
接続されたスイッチングトランジスタと、ダイオードの
カソードと基準電位との間に接続されたコンデンサとを
有し、スイッチングトランジスタの導通または遮断を繰
り返すことにより入力電圧よりも高い電圧を出力する昇
圧型のＤＣ−ＤＣコンバータといわれる電源装置におい
て、出力回路はダイオードのカソード側にエミッタが接
続され、電圧出力端子側にコレクタが接続された出力ト
ランジスタを有し、出力トランジスタはコンデンサの充
電電圧が前記電圧入力端子から入力される電圧からダイ
オードの順方向電圧を減じた電圧よりも低いときに遮断
するように動作することを特徴とする。

【０００９】

【実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１乃至図
３を参照しながら詳細に説明する。尚、本明細書では全
図面を通して同一または同様の回路要素には同一の符号
を付して重複する説明を省略するようにしている。図１
は本発明を用いた昇圧型でチョッパ方式のＤＣ−ＤＣコ
ンバータといわれる電源装置（「ステップアップコンバ
ータ」ともいう）の回路構成を示し、逆起電力を発生さ
せるためのインダクタンス素子１と、昇圧した電圧が低
下するのを防止するためのダイオード２と、出力電圧を
検出するための出力電圧検出回路３と、インダクタンス
素子１の一端を基準電位に接続するためのＮＰＮ型のト
ランジスタ５と、内部に発振回路を有して周期的にトラ
ンジスタ５をスイッチングさせるための駆動回路４と、
出力インピーダンスを低減し出力電圧を安定させるため
の電解型のコンデンサ６と、負荷への出力電圧の供給を
制御するための出力回路７とから構成されている。尚、
インダクタンス素子４はフェライトやアモルファス金属
等をコアにして巻かれたコイルにより構成されている。

【００１０】接続関係について説明する。端子Ｔ１（以
下「電圧入力端子Ｔ１」と称す）は直列接続されたイン
ダクタンス素子１、ダイオード２及び出力回路７を介し
て端子Ｔ２（以下「電圧出力端子Ｔ２」と称す）に接続
されている。ダイオード２のカソードと出力回路７との
接続点はコンデンサ６を介して基準電位（ＧＮＤ）に接
続されるとともに、出力電圧検出回路３に接続され、出
力電圧検出回路３の出力は駆動回路４を介してトランジ
スタ５のベースに接続されている。トランジスタ５のコ
レクタはインダクタンス素子１とダイオード２のアノー
ドとの接続点に接続され、エミッタは基準電位に接続さ
れている。尚、使用時には電圧入力端子Ｔ１に電圧がＶ
１（Ｖ）の電池等の直流電源１１を接続し、電圧出力端
子Ｔ２に高電圧を必要とする表示装置や記憶装置等の負
荷回路を接続する。

【００１１】出力回路７について、更に説明する。出力
回路７はダイオード２のカソード側にエミッタが接続さ
れ、電圧出力端子Ｔ２側にコレクタが接続されたＰＮＰ
型の出力用のトランジスタ７ａと、トランジスタ７ａの
ベースと基準電位の間に直列接続された抵抗７ｂ及びＮ
ＰＮ型のトランジスタ７ｃと、トランジスタ７ａのエミ
ッタと基準電位の間に直列接続されたツェナダイオード
７ｄ及び抵抗７ｅと、ツェナダイオード７ｄのアノード
側とトランジスタ７ｃのベースとの間に接続された抵抗
７ｆとから構成されている。更に、各抵抗値及びツェナ
ダイオードのツェナ電圧等の定数は、コンデンサの充電
電圧Ｖ２が入力電圧Ｖ１からダイオード２の順方向電圧
（ＶF ）を減じた電圧よりも低いときにトランジスタ７
ａを遮断するように設定されている。

【００１２】次に、本発明の回路の動作について説明す
る。通常の動作状態では、駆動回路４で発生されたクロ
ック信号に応じてトランジスタ５の導通及び遮断（非導
通）が周期的にスイッチング制御される。トランジスタ
５が導通状態のときにはインダクタンス素子１に流れる
電流が一定の電流値になるまでは徐々に増大し、トラン
ジスタ５が遮断状態のときには直前の電流値を保持しよ
うとしてインダクタンス素子１に発生する逆起電力によ
りダイオード２に電流が流れる。この逆起電力により流
れる電流はコンデンサ６を充電するための充電電流とな
るが、インダクタンス素子１の逆起電力が徐々に低下す
るとともに充電電流は減少してくるので、トランジスタ
５を再び導通状態にして流れる電流を大きくする必要が
ある（後述の図２参照）。このような動作を繰り返り返
しながらコンデンサ６を一定の電圧まで充電することに
より、コンデンサ６の充電電圧Ｖ２は入力電圧Ｖ１より
も高い電圧となり、昇圧された充電電圧Ｖ２は出力回路
１２のトランジスタを介して電圧出力端子Ｔ２に接続さ
れた負荷に出力電圧として供給することができるように
なる。尚、出力電圧検出回路３は充電電圧Ｖ２が必要な
電圧値以上に上昇しないように、充電電圧Ｖ２に応じて
駆動回路４を介してトランジスタ５のスイッチング速度
を可変するような制御動作を行っている。

【００１３】ここで、電圧出力端子Ｔ２の出力電圧をＶ
ｏ（Ｖ）、ツェナダイオード７ｄのツェナ電圧をＶｚ
（Ｖ）、トランジスタ７ｃのベース・エミッタ間の電圧
をＶBE（Ｖ）とすると、通常の動作時にはＶ１＜（Ｖｚ
＋ＶBE）＜Ｖ２≒Ｖｏの関係となるので、トランジスタ
７ｃが導通してトランジスタ７ａのベース電圧が低下す
ることにより、トランジスタ７ａは導通するようにな
る。一方、電圧出力端子Ｔ２が基準電位と短絡したよう
な異常状態の時には、（Ｖｚ＋ＶBE）＞Ｖ２の関係とな
るので、トランジスタ７ｃのベース電圧が低下してトラ
ンジスタ７ｃが遮断することにより、トランジスタ７ａ
も遮断する。更に、充電電圧Ｖ２が入力電圧Ｖ１程度ま
で低下したことを出力電圧検出回路３で検出することに
より、駆動回路４を介してのスイッチングトランジスタ
５のスイッチング動作を停止させ、出力電圧検出回路３
への電源電圧供給が無くなるか、外部からのリセット入
力（図示なし）によって出力電圧検出回路３がリセット
されるまでスイッチング動作を回復しないようになって
いる。このような回路動作により、異常状態が発生した
場合にも、トランジスタ７ａが素早く遮断され、コンデ
ンサ６から電圧出力端子Ｔ２に向けて大電流が流れる続
けることが無くなり、電源装置の回路及び負荷が保護さ
れるようになる。

【００１４】尚、本実施の形態の各定数値としては、接
続される負荷に必要な電流に応じて設定すれば良く、例
えば、スイッチングの周期を数μｓ乃至数１０μｓ、イ
ンダクタンス素子１のインダクタンス値を数ｍＨ乃至数
十ｍＨ、コンデンサ６の容量値を数十μＦ乃至数千μＦ
程度に設定すれば、負荷に数十ｍＡ程度の電流を負荷に
供給することができるようになる。

【００１５】図２は図１の回路の通常の動作において、
十分な昇圧が行われ動作が安定している時の主要部の動
作波形を示し、図２（ａ）にはトランジスタ５のコレク
タ電圧のタイミング波形、図２（ｂ）には電圧入力端子
Ｔ１及びインダクタンス素子１に流れる電流のタイミン
グ波形、ｔ１（ｓ）はトランジスタ５の動作サイクルの
周期を示している。動作が安定している時には、トラン
ジスタ５のコレクタには（Ｖ２＋ＶF ）≒Ｖｏ（＞Ｖ
１）の高電圧と基準電位とが周期的に発生するようにな
っている。尚、判り易くするために、図２では電圧のリ
ップルやトランジスタ５の飽和電圧（Ｖsat （Ｖ））等
は省略している。

【００１６】図３は本発明の出力回路の他の回路例を示
し、図３（ａ）の出力回路７′は図１の出力回路のツェ
ナダイオード７ｄに代えて抵抗７ｇを接続した構成をし
ているとともに、Ｖ１＜（（７ｇ＋７ｅ）ＶF ／７ｅ）
＜Ｖｏの関係になるように各抵抗値が設定されている。
これにより図１の場合と同様に、通常の動作時にはトラ
ンジスタ７ａを導通するとともに、異常状態時にはトラ
ンジスタ７ａを遮断するように動作する。

【００１７】また、図３（ｂ）の出力回路７″はトラン
ジスタ７ａとコンパレータ回路７ｈと、電圧がＶREF
（Ｖ）の電圧源７ｉとから構成され、コンパレータ回路
７ｈの反転入力にトランジスタ７ａのエミッタが接続さ
れ、非反転入力には電圧源７ｉが接続され、コンパレー
タ回路７ｈの出力はトランジスタ７ａのベースに接続さ
れている。この回路でも、Ｖ１＜ＶREF ＜Ｖｏの関係に
なるようにＶREF を設定することにより、通常の動作時
にはトランジスタ７ａを導通するとともに、異常状態時
にはトランジスタ７ａを遮断するように動作する。

【００１８】尚、本発明は上述の実施の形態に限定され
るものではなく、例えば、出力回路７の回路構成は、図
１及び図３に示した回路構成以外でも、コンデンサ６の
充電電圧が入力電圧Ｖ１からダイオードの順方向電圧Ｖ
F を減じた電圧よりも低いときにトランジスタ７ａを遮
断するように動作するような回路構成であれば良い。ま
た、出力回路７の抵抗７ｂや７ｆを省略したり、各バイ
ポーラトランジスタの代わりにＭＯＳトランジスタを用
いたり、駆動回路４のクロック信号を外部から供給する
ようにしたりしても良い。更に、本発明の電源装置を単
品の電子部品のみを使用して混成集積回路として形成し
ても良いし、トランジスタ、ダイオード及び抵抗による
回路部分のみを１つに集積化した半導体装置を用いて形
成しても良い。

【００１９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、請求項１
の記載に係わる電源装置は、回路保護機能を有する昇圧
型の電源回路で有りながら簡単な回路構成で形成できる
ようになるので、電源装置を構成する部品数が少なくな
って部品の管理が容易になるとともに回路基板が小さく
て済むようになり、電源装置及びこれを用いた機器に容
易に組み込めるようになり、電源装置及びこれを用いた
機器を小型且つ安価に形成できるようになるという効果
がある。また、これらを１つに集積化した半導体装置を
容易に形成できるようになるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す回路図、

【図２】本発明の実施の形態の主要部の動作波形を示す
タイミング図、

【図３】本発明の出力回路の他の回路例を示す回路図、

【図４】従来の実施例を示す回路図である。

【符号の説明】

１ ：インダクタンス素子 ３ ：出力電圧検出回路 ４ ：駆動回路 ５ ：スイッチング用トランジスタ ７ ：出力回路 ７ａ ：出力トランジスタ １１ ：電圧源（電池） Ｔ１ ：電圧入力端子 Ｔ２ ：電圧出力端子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電圧入力端子と電圧出力端子との間に直
   列接続されたインダクタンス素子、ダイオード及び出力
   回路と、前記インダクタンス素子と前記ダイオードのア
   ノードの接続点と基準電位との間に接続されたスイッチ
   ングトランジスタと、前記ダイオードのカソードと基準
   電位との間に接続されたコンデンサとを有し、前記スイ
   ッチングトランジスタの導通または遮断を繰り返すこと
   により入力電圧よりも高い電圧を出力する昇圧型のＤＣ
   −ＤＣコンバータといわれる電源装置において、前記出
   力回路は前記ダイオードのカソード側にエミッタが接続
   され、前記電圧出力端子側にコレクタが接続された出力
   トランジスタを有し、前記出力トランジスタは前記コン
   デンサの充電電圧が前記電圧入力端子から入力される電
   圧から前記ダイオードの順方向電圧を減じた電圧よりも
   低いときに遮断するように動作することを特徴とする電
   源装置。