JP2010273501A - Buck-boost switching power supply circuit - Google Patents
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Abstract
【課題】スイッチ素子の数を削減して、効率が高く、安価で、小型化を図った昇降圧スイッチング電源回路を提供する。
【解決手段】昇降圧スイッチング電源回路1は、NチャンネルMOSトランジスタQ1がオフのときにインダクタLIからの電流を流すようにダイオードDIが接続されている。また、インダクタL2の他端にはコンデンサC2が接続され、コンデンサC2の他端とダイオードD2の他端との接続点と、インダクタL1とNチャンネルMOSトランジスタQ1との接続点との間に、NチャンネルMOSトランジスタQ1がオンのときに電流を流すようにダイオードD3が接続されている。そして、NチャンネルMOSトランジスタQ1のオンとオフとの比率を変化させて、コンデンサC2の両端に発生する電圧を変化させるようにしている。
【選択図】図1A step-up / step-down switching power supply circuit is provided which is reduced in the number of switch elements, is highly efficient, is inexpensive, and is downsized.
A buck-boost switching power supply circuit 1, N-channel MOS transistor Q 1 is a diode D I to flow current from the inductor L I in the off are connected. Further, the other end of the inductor L 2 is connected a capacitor C 2, the connection point of the connection point between the other ends of the diode D 2 of the capacitor C 2, an inductor L 1 and the N-channel MOS transistor Q 1 between, N-channel MOS transistor Q 1 is the a diode D 3 flow a current when on is connected. Then, by changing the ratio of on and off N-channel MOS transistors Q 1, so that changing the voltage generated across the capacitor C 2.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、スイッチング電源回路に関し、特に昇降圧スイッチング電源回路に関する。 The present invention relates to a switching power supply circuit, and more particularly to a step-up / down switching power supply circuit.
電源からの電圧を昇圧し、降圧する昇降圧スイッチング電源回路としては、昇圧型のスイッチング電源と降圧型のスイッチング電源とを従属に接続するものが、周知技術として知られている。図7はこのような昇降圧スイッチング電源回路の一例を示すものである。図7に示す昇降圧スイッチング電源回路100では、周知の昇圧型スイッチング電源回路101と周知の降圧型スイッチング電源回路102とを従属接続して負荷の両端の電圧E2の大きさを入力の電圧E1より大きくすることも小さくすることもできるものである。
As a step-up / step-down switching power supply circuit that boosts and lowers a voltage from a power supply, a circuit in which a step-up switching power supply and a step-down switching power supply are connected in cascade is known as a well-known technique. FIG. 7 shows an example of such a step-up / step-down switching power supply circuit. Figure 7 The buck-boost switching
昇圧型スイッチング電源回路101は、インダクタL101とスイッチ素子S101とダイオードD101とコンデンサC101とを有して形成され、降圧型スイッチング電源回路102はインダクタL102とスイッチ素子S102とダイオードD102とコンデンサC102とを有して形成されている。スイッチ素子S101の時比率(TS/TOFF1)を変化させて、昇圧比率を変化させている。ここで、TSはスイッチング周期、TOFF1はスイッチ素子S101のオフの時間である。また、スイッチ素子S102の時比率(TON2/TS)を変化させて、降圧比率を変化させる。ここで、TON2はスイッチ素子S102のオンの時間である。ここで、入力の電圧E1と負荷の電圧E2との間には、E2/E1=(TS/TOFF1)×(TON2/TS)=TON2/TOFFの関係式が成立する。このようにして、入力の電圧E1よりも高い電圧E2を負荷の両端に得ることも、入力の電圧E1よりも低い電圧E2を負荷の両端に得ることもできるようになされている。ここで、スイッチ素子S1とスイッチ素子S2とは各々が独立に制御されるものである。
Step-up switching
別の昇降圧スイッチング電源回路として、チューク(Cuk)コンバータが知られている。図8はチュークコンバータ103を示すものである。チュークコンバータ103は、インダクタL103とインダクタL104とスイッチ素子S103とダイオードD103とコンデンサC103とコンデンサC104とを有して形成されている。そして、スイッチ素子S103の時比率を変化させて、昇降圧比率を変化させる。E2/E1=TON3/TOFF3の関係式を得ることができる。ここで、TON3はスイッチ素子S103のオンの時間、TOFF3はスイッチ素子S103のオフの時間である。
A Cuk converter is known as another step-up / step-down switching power supply circuit. FIG. 8 shows the
また、昇圧コンバータを用いた力率改善回路も周知技術として知られている(例えば、特許文献1、特許文献2を参照)。
A power factor correction circuit using a boost converter is also known as a well-known technique (see, for example,
上述した、図7に示す昇圧型のスイッチング電源と降圧型のスイッチング電源とを従属に接続する昇降圧スイッチング電源回路では、スイッチ素子が2個必要となり装置の価格は高価なものとなった。また、スイッチ素子における損失も2個分発生するので効率も低いものとなった。図8に示すチュークコンバータでは、電力伝送路に高周波電力が通過するコンデンサ(コンデンサC103)を介在させるので、このコンデンサにおける損失が生じた。また、負荷に供給する電力を大きくする場合には、このコンデンサの容量も大きくしなければならず、スイッチング電源回路の形状も大きくなり、大電力を取り扱う電源としては、あまり適したものではなかった。 In the step-up / step-down switching power supply circuit in which the step-up type switching power supply and the step-down type switching power supply shown in FIG. 7 are connected in series, two switch elements are required, and the price of the device becomes expensive. Further, since the loss in the switch element is also generated by two, the efficiency is low. The Cuk converter shown in FIG. 8, since the high frequency power to interpose a capacitor to pass (the capacitor C 103) to the power transmission path, occurs loss in the capacitor. In addition, when the power supplied to the load is increased, the capacity of the capacitor must be increased, the shape of the switching power supply circuit is increased, and it is not very suitable as a power supply that handles large power. .
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、極めて簡便な構成によって、効率が高く、安価で、小型化を図った昇降圧スイッチング電源回路を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a step-up / down switching power supply circuit that is highly efficient, inexpensive, and downsized with an extremely simple configuration.
本発明の昇降圧スイッチング電源回路は、入力電源に第1のインダクタとスイッチ素子とが直列に接続され、前記第1のインダクタと前記スイッチ素子との接続点に、前記スイッチ素子がオフのときに前記第1のインダクタからの電流を流すように第1のダイオードが接続され、前記第1のダイオードの他端は第1のコンデンサに接続され、前記ダイオードの他端と前記第1のコンデンサとの接続点に、前記スイッチ素子がオフのときに前記第2のインダクタに電流を流すように第2のダイオードと該第2のインダクタとが接続され、前記第2のインダクタの他端には第2のコンデンサが接続され、前記第2のコンデンサの他端と前記第2のダイオードの他端との接続点と、前記第1のインダクタと前記スイッチ素子との接続点との間に、前記スイッチ素子がオンのときに電流を流すように第3のダイオードが接続され、前記スイッチ素子のオンとオフとの比率を変化させて、前記第2のコンデンサの両端に発生する電圧を変化させる。 In the step-up / step-down switching power supply circuit according to the present invention, a first inductor and a switch element are connected in series to an input power supply, and when the switch element is off at a connection point between the first inductor and the switch element. A first diode is connected to flow a current from the first inductor, the other end of the first diode is connected to a first capacitor, and the other end of the diode and the first capacitor are connected to each other. A second diode and the second inductor are connected to the connection point so that a current flows through the second inductor when the switch element is off, and the other end of the second inductor is connected to the second inductor. Between the other end of the second capacitor and the other end of the second diode, and the connection point between the first inductor and the switch element. Switching element is connected to the third diode to flow current when on, the by changing the ratio of the switching element on and off, changing the voltage generated at both ends of the second capacitor.
本発明の昇降圧スイッチング電源回路では、入力電源に第1のインダクタとスイッチ素子とが直列に接続され、第1のインダクタとスイッチ素子との接続点に、スイッチ素子がオフのときに第1のインダクタからの電流を流すように第1のダイオードが接続され、第1のダイオードの他端は第1のコンデンサに接続されているので昇圧することができる。また、ダイオードの他端と第1のコンデンサとの接続点に、スイッチ素子がオフのときに第2のインダクタに電流を流すように第2のダイオードと第2のインダクタとが接続され、第2のインダクタの他端には第2のコンデンサが接続されているので降圧をすることができる。また、第2のコンデンサの他端と第2のダイオードの他端との接続点と、第1のインダクタとスイッチ素子との接続点との間に、スイッチ素子がオンのときに電流を流すように第3のダイオードが接続されている。このような構成によって、スイッチ素子のオンとオフとの比率を変化させて、第2のコンデンサの両端に発生する電圧を変化させることができる。 In the step-up / step-down switching power supply circuit according to the present invention, the first inductor and the switch element are connected in series to the input power supply. The first diode is connected so that the current from the inductor flows, and the other end of the first diode is connected to the first capacitor, so that the voltage can be boosted. The second diode and the second inductor are connected to a connection point between the other end of the diode and the first capacitor so that a current flows through the second inductor when the switch element is off. Since the second capacitor is connected to the other end of the inductor, the voltage can be stepped down. In addition, a current is allowed to flow between the connection point between the other end of the second capacitor and the other end of the second diode and the connection point between the first inductor and the switch element when the switch element is on. Is connected to a third diode. With such a configuration, the voltage generated at both ends of the second capacitor can be changed by changing the ON / OFF ratio of the switch element.
また、別の本発明の昇降圧スイッチング電源回路は、交流電源に第1のスイッチ素子が接続され、前記交流電源と前記第1のスイッチ素子との接続点に、該第1のスイッチ素子がオフのときに第1のコンデンサと第1の整流ダイオードとを介して第1のインダクタに電流を流すように第1のダイオードが接続され、前記第1のダイオードの他端と前記第1のコンデンサとの接続点に、前記第1のスイッチ素子がオフのときに第2のインダクタに電流を流すように第2のダイオードと該第2のインダクタとが接続され、前記第2のインダクタの他端には第2のコンデンサが接続され、前記第2のコンデンサの他端と前記第2のダイオードの他端との接続点と、前記交流電源と前記第1のスイッチ素子との接続点との間に、該第1のスイッチ素子がオンのときに電流を流すように第3のダイオードが接続され、前記第1の整流ダイオードと前記第1のインダクタとの接続点に第2のスイッチ素子が接続され、前記第1のインダクタと前記第1の整流ダイオードと前記第2のスイッチ素子との接続点に、該第2のスイッチ素子がオフのときに前記第2のインダクタに電流を流すように第4のダイオードが前記第2のダイオードと該第2のインダクタとの接続点に接続され、前記第2のコンデンサの他端と前記第2のダイオードの他端との接続点と、前記第1の整流ダイオードと前記第1のインダクタと前記第2のスイッチ素子との接続点との間に、該第2のスイッチ素子がオンのときに電流を流すように第5のダイオードが接続され、前記第1のスイッチ素子の他端と前記第2のスイッチ素子の他端とは、前記第1の整流ダイオードの他端および該第1の整流ダイオードの他端と同極性の前記第2の整流ダイオードの他端とに接続され、前記第1のスイッチ素子および前記第2のスイッチ素子のオンとオフとの比率を変化させて、前記第2のコンデンサの両端に発生する電圧を変化させるとともに、力率を1に近づける。 In another step-up / step-down switching power supply circuit according to the present invention, a first switch element is connected to an AC power supply, and the first switch element is turned off at a connection point between the AC power supply and the first switch element. A first diode is connected to cause a current to flow through the first inductor via the first capacitor and the first rectifier diode, and the other end of the first diode, the first capacitor, The second diode and the second inductor are connected to the connection point so that a current flows through the second inductor when the first switch element is off, and the other end of the second inductor is connected to Is connected to a second capacitor, between a connection point between the other end of the second capacitor and the other end of the second diode, and a connection point between the AC power supply and the first switch element. , The first switch element A third diode is connected so as to pass a current when it is on, a second switch element is connected to a connection point between the first rectifier diode and the first inductor, and the first inductor and the A fourth diode is connected to the first diode and the second switch element so that a current flows through the second inductor when the second switch element is off. And a connection point between the other end of the second capacitor and the other end of the second diode, the first rectifier diode, and the first inductor. A fifth diode is connected between a connection point with the second switch element so that a current flows when the second switch element is on, and the other end of the first switch element and the second switch element Second switch The other end of the child is connected to the other end of the first rectifier diode and the other end of the second rectifier diode having the same polarity as the other end of the first rectifier diode, In addition, the ratio of ON and OFF of the second switch element is changed to change the voltage generated at both ends of the second capacitor, and the power factor is brought close to 1.
また、別の本発明の昇降圧スイッチング電源回路では、交流電源に第1のスイッチ素子が接続され、交流電源と第1のスイッチ素子との接続点に、第1のスイッチ素子がオフのときに第1のコンデンサと第1の整流ダイオードとを介して第1のインダクタに電流を流すように第1のダイオードが接続され、第1のダイオードの他端と第1のコンデンサとの接続点に、第1のスイッチ素子がオフのときに第2のインダクタに電流を流すように第2のダイオードと該第2のインダクタとが接続され、第2のインダクタの他端には第2のコンデンサが接続され、第2のコンデンサの他端と第2のダイオードの他端との接続点と、交流電源と第1のスイッチ素子との接続点との間に、第1のスイッチ素子がオンのときに電流を流すように第3のダイオードが接続されるようにして第1の昇降圧コンバータが形成される。 In another step-up / step-down switching power supply circuit according to the present invention, when the first switch element is connected to the AC power supply and the first switch element is turned off at the connection point between the AC power supply and the first switch element. A first diode is connected to flow a current to the first inductor via the first capacitor and the first rectifier diode, and at the connection point between the other end of the first diode and the first capacitor, The second diode and the second inductor are connected so that a current flows through the second inductor when the first switch element is off, and a second capacitor is connected to the other end of the second inductor. And when the first switch element is on between the connection point between the other end of the second capacitor and the other end of the second diode and the connection point between the AC power source and the first switch element. A third diode to pass current De the first buck converter so as to be connected is formed.
また、第1の整流ダイオードと第1のインダクタとの接続点に第2のスイッチ素子が接続され、第1のインダクタと第1の整流ダイオードと第2のスイッチ素子との接続点に、第2のスイッチ素子がオフのときに第2のインダクタに電流を流すように第4のダイオードが第2のダイオードと第2のインダクタとの接続点に接続され、第2のコンデンサの他端と第2のダイオードの他端との接続点と、第1の整流ダイオードと第1のインダクタと第2のスイッチ素子との接続点との間に、第2のスイッチ素子がオンのときに電流を流すように第5のダイオードが接続され、第1のスイッチ素子の他端と第2のスイッチ素子の他端とは、第1の整流ダイオードの他端および該第1の整流ダイオードの他端と同極性の前記第2の整流ダイオードの他端とに接続されるようにして第2の昇降圧コンバータが形成される。 The second switch element is connected to the connection point between the first rectifier diode and the first inductor, and the second switch element is connected to the connection point between the first inductor, the first rectifier diode, and the second switch element. A fourth diode is connected to a connection point between the second diode and the second inductor so that a current flows through the second inductor when the switch element is off, and the other end of the second capacitor and the second Current flows between the connection point with the other end of the diode and the connection point between the first rectifier diode, the first inductor, and the second switch element when the second switch element is on. The other end of the first switch element and the other end of the second switch element have the same polarity as the other end of the first rectifier diode and the other end of the first rectifier diode. Other than the second rectifier diode The second buck converter is formed so as to be connected to and.
そして、第1のスイッチ素子および第2のスイッチ素子のオンとオフとの比率を変化させて、第2のコンデンサの両端に発生する電圧を変化させるとともに、力率を1に近づけることができる。 Then, by changing the ON / OFF ratio of the first switch element and the second switch element, the voltage generated at both ends of the second capacitor can be changed, and the power factor can be made close to 1.
本発明の昇降圧スイッチング電源回路によれば、スイッチ素子の数を削減して昇降圧が可能となり、大電力の交流電力が通過するコンデンサを有することがないので、効率が高く、安価で、小型化を図った昇降圧スイッチング電源回路を提供することができる。 According to the step-up / step-down switching power supply circuit of the present invention, it is possible to perform step-up / step-down by reducing the number of switch elements, and since there is no capacitor through which a large amount of AC power passes, it is highly efficient, inexpensive, and compact. Thus, a step-up / step-down switching power supply circuit can be provided.
図面を引用して、以下に、実施形態の昇降圧スイッチング電源回路の説明をおこなう。 The step-up / step-down switching power supply circuit according to the embodiment will be described below with reference to the drawings.
図1は、実施形態の昇降圧スイッチング電源回路の回路図を示すものである。実施形態の昇降圧スイッチング電源回路1は、インダクタL1(第1のインダクタ)とNチャンネルMOSトランジスタQ1(スイッチ素子)とダイオードD1(第1のダイオード)とコンデンサC1(第1のコンデンサ)とダイオードD2(第2のダイオード)とインダクタL2(第2のインダクタ)とコンデンサC2(第2のコンデンサ)とダイオードD3(第3のダイオード)とを有して構成されている。
FIG. 1 is a circuit diagram of a step-up / step-down switching power supply circuit according to an embodiment. The step-up / down switching
昇降圧スイッチング電源回路1では、電圧EIの入力電源EIにインダクタL1とNチャンネルMOSトランジスタQ1とが直列に接続される。インダクタL1は入力電源EIの正極に接続され、NチャンネルMOSトランジスタQ1のソースは入力電源EIの負極に接続され、インダクタL1とNチャンネルMOSトランジスタQ1のドレインとが接続される。インダクタL1とNチャンネルMOSトランジスタQ1のドレインとの接続点にダイオードD1のアノードが接続される。また、ダイオードD1のカソードには、コンデンサC1が接続され、コンデンサC1の他の一端は、NチャンネルMOSトランジスタQ1のソースと入力電源EIの負極とに接続されている。インダクタL1とNチャンネルMOSトランジスタQ1とダイオードD1とコンデンサC1とで、昇圧型のスイッチング電源の主要部を構成するようになされている。
In the step-up / step-down switching
また、昇降圧スイッチング電源回路1では、ダイオードD1のカソードとコンデンサC1との接続点には、インダクタL2とダイオードD2のカソードとが接続されている。インダクタL2の他端にはコンデンサC2が接続され、コンデンサC2の他端にはダイオードD2のカソードが接続されている。コンデンサC2の両端には負荷RLが接続されている。そして、コンデンサC2の他端とダイオードD2のアノードとが接続され、この接続点にダイオードD3のアノードが接続されている。ダイオードD3のカソードは、インダクタL1とスイッチ素子S1のドレインとに接続されている。インダクタL2とダイオードD2とコンデンサC2とで、降圧型のスイッチング電源の主要部を構成するようになされている。
In the step-up / step-down switching
上述した昇降圧スイッチング電源回路1では、出力の電圧EOの極性は正となる。しかしながら、NチャンネルMOSトランジスタQ1をPチャンネルMOSトランジスタに替え、ダイオードD1〜ダイオードD3の極性を替え、入力電源EIの極性を替えることによって、出力の電圧EOの極性を負とすることができる。
In the step-up / down switching
図1に示す昇降圧スイッチング電源回路1は、従来は存在しない新規な回路である。よって、その回路動作の理解は困難である。そこで、回路動作の理解を容易にするために、本願の願書に記載の発明者が、実験と思索の繰り返しの結果、どのようにしてこのような回路を発明したかを順に説明する。この説明の仕方は、あくまで、第三者の図1に示す昇降圧スイッチング電源回路1の理解を助けるために発明者が考えたものであり、昇降圧スイッチング電源回路1が容易に発明をすることができということでは決してない。
The step-up / step-down switching
図2に示す回路は、図1に示す昇降圧スイッチング電源回路1の等価回路である。符号2を付した破線内は、昇圧型のスイッチング電源であり、符号3を付した破線内は、降圧型のスイッチング電源である。ここで、図1の回路を導くために、降圧型のスイッチング電源については、負極性側にNチャンネルMOSトランジスタQ2を接続している。この等価回路は、背景技術としての図7に示した昇降圧スイッチング電源回路100と同様に動作する。そして、EO/EI=(TS/TOFF1)×(TON2/TS)=TON2/TOFF1の関係式を得ることができる。ここで、TSはスイッチング周期、TOFF1はNチャンネルMOSトランジスタQ1のオフの時間、TON2はNチャンネルMOSトランジスタQ2のオンの時間である。
The circuit shown in FIG. 2 is an equivalent circuit of the step-up / step-down switching
図2に示す等価回路を最初に発明者が思い至ったのは、NチャンネルMOSトランジスタQ1のソースと、NチャンネルMOSトランジスタQ2のソースと、が共通接続点を有するようにしようと考えたためである。さらに、発明者は、NチャンネルMOSトランジスタQ1とNチャンネルMOSトランジスタQ2とを、一方がオンの場合は他方もオンとなり、一方がオフの場合は他方もオフとなるような動作をさせることによって、回路を簡略化することができるのではないかという考えたためである。 The inventors have thought reached and the equivalent circuit for the first shown in FIG. 2, and the source of N-channel MOS transistors Q 1, since the source of the N-channel MOS transistor Q 2, is considered trying to have a common connection point It is. Further, the inventors of the N-channel MOS transistors Q 1, N-channel MOS transistors Q 2, it one the other also turned on in the case of on, which one of the operations other also such that off If off This is because of the idea that the circuit can be simplified.
発明者は、ダイオードの順方向の電圧が0V(ボルト)、NチャンネルMOSトランジスタのオン電圧が0Vであるとして、以下のような思考実験をおこなったのである。NチャンネルMOSトランジスタQ1がオンである場合に、NチャンネルMOSトランジスタQ2もオンとなるようにすれば、原理的には、NチャンネルMOSトランジスタQ1のソースとNチャンネルMOSトランジスタQ1のドレインとNチャンネルMOSトランジスタQ2のソースとNチャンネルMOSトランジスタQ2のドレインとが一点に接続されることと等価となることに思い至った。また、NチャンネルMOSトランジスタQ1がオフである場合には、NチャンネルMOSトランジスタQ2のドレインの電位は、NチャンネルMOSトランジスタQ1のドレインの電位よりも電圧EOだけ低くなることに気が付いた。そして、NチャンネルMOSトランジスタQ2に換えてダイオードD3を用いることができることに思い至ったのである。 The inventor conducted the following thought experiment on the assumption that the forward voltage of the diode is 0 V (volt) and the ON voltage of the N-channel MOS transistor is 0 V. When N-channel MOS transistor Q 1 is turned on, if so it is also on the N-channel MOS transistors Q 2, in principle, the drain of N-channel MOS transistor to Q 1 source and N-channel MOS transistor Q 1 and the drain of the N-channel MOS transistor Q 2 of the source and the N-channel MOS transistor Q 2 has reached thought to be equivalent to that the is connected to one point. Also, N-channel MOS transistor Q 1 is when it is off, the potential of the drain of the N-channel MOS transistor Q 2 are noticed to be lower by the voltage E O than the drain potential of the N-channel MOS transistor Q 1 . Then, it was led think that it is possible to use a diode D 3 in place of the N-channel MOS transistor Q 2.
つまり、図1に示すようにダイオードD3を用いる場合には、NチャンネルMOSトランジスタQ1がオンであるときには、NチャンネルMOSトランジスタQ1のソースとドレインとが短絡と見なせ、その電位は電源EIの負側の電位となる。そして、NチャンネルMOSトランジスタQ1のソースとドレインに接続されたダイオードD1は、コンデンサC2によって逆電圧が印加されてオフとなる。また、負荷RLに流れている電流は、ダイオードD3を通って電源EIの負側に還流する。すなわち、ダイオードD3は、図2のNチャンネルMOSトランジスタQ2がオンであると等価の作用をするのである。このとき、コンデンサC1の負側の電位とコンデンサC2の負側の電位とは等しくなる。 That is, when a diode is used D 3 as shown in FIG. 1, when N-channel MOS transistor Q 1 is turned on, regarded the source and the drain of N-channel MOS transistor Q 1 is short-circuited, the potential of the power supply a negative side potential of the E I. The diode D 1 connected to the source and drain of N-channel MOS transistor Q 1 is in an off the reverse voltage is applied by the capacitor C 2. The current flowing through the load R L passes through the diode D 3 flows back to the negative side of the power source E I. That is, the diode D 3 is to the effect of the equivalent when N-channel MOS transistor Q 2 in FIG. 2 is on. At this time, it is equal to the negative potential and the negative potential of the capacitor C 2 of the capacitor C 1.
そして、NチャンネルMOSトランジスタQ1がオフである場合には、NチャンネルMOSトランジスタQ1のソースとドレインとは開放と見なせる。そして、NチャンネルMOSトランジスタQ1のドレインに接続されたダイオードD1はオンとなる。このときに、ダイオードD3のカソードの電位は、コンデンサC1の正極の電位と等しくなり、ダイオードD3のカソードの電位は、コンデンサC2の負極の電位、すなわち、コンデンサC1の負極の電位と等しくなるので、ダイオードD3は、オフとなる。すなわち、ダイオードD3は、図2のNチャンネルMOSトランジスタQ2がオフであると等価の作用をするのである。 Then, when the N-channel MOS transistor Q 1 is off, it can be regarded as open source and the drain of the N-channel MOS transistor Q 1. The diode D 1 connected to the drain of N-channel MOS transistor Q 1 is turned on. At this time, the potential of the cathode of the diode D 3 is equal to the potential of the positive electrode of the capacitor C 1, the potential of the cathode of the diode D 3 is a negative electrode potential of the capacitor C 2, i.e., the potential of the negative electrode of the capacitor C 1 since equal to, the diode D 3 is turned off. That is, the diode D 3 is, N-channel MOS transistor Q 2 in FIG. 2 is to the effect equivalent When it is turned off.
以上は、図1に示す従来にない回路の動作を分かりやすく説明したものであるが、より、詳細な動作説明は後述する。このときの入力の電圧EIと出力の電圧EOとの関係は、以下の(式1)で得られるものとなる。ここで、TONはNチャンネルMOSトランジスタQ1がオンとなる時間、TOFFはNチャンネルMOSトランジスタQ1がオフとなる時間である。 The above is an easy-to-understand description of the operation of the conventional circuit shown in FIG. 1, but a more detailed description of the operation will be described later. The relationship between the input voltage E I and the output voltage E O at this time is obtained by the following (Equation 1). Here, T ON is a time when the N-channel MOS transistor Q 1 is turned on, and T OFF is a time when the N-channel MOS transistor Q 1 is turned off.
EO/EI=TON/TOFF (式1)
E O / E I = T ON / T OFF (Formula 1)
要約すると、図1に示す昇降圧スイッチング電源回路1は、入力電源EIにインダクタLIとNチャンネルMOSトランジスタQ1とが直列に接続され、インダクタLIとNチャンネルMOSトランジスタQ1との接続点に、NチャンネルMOSトランジスタQ1がオフのときにインダクタLIからの電流を流すようにダイオードDIが接続されている。また、ダイオードDIの他端はコンデンサCIに接続され、ダイオードDIの他端とコンデンサCIとの接続点に、NチャンネルMOSトランジスタQ1がオフのときにインダクタL2に電流を流すようにダイオードD2とインダクタL2が接続されている。また、インダクタL2の他端にはコンデンサC2が接続され、コンデンサC2の他端とダイオードD2の他端との接続点と、インダクタL1とNチャンネルMOSトランジスタQ1との接続点との間に、NチャンネルMOSトランジスタQ1がオンのときに電流を流すようにダイオードD3が接続されている。そして、NチャンネルMOSトランジスタQ1のオンとオフとの比率を変化させて、コンデンサC2の両端に発生する電圧を変化させることができる。
In summary, in the step-up / step-down switching
図3は、図1に示す昇降圧スイッチング電源回路1に制御部を付加した、定電圧を得るための実施形態の昇降圧スイッチング電源回路11を示す図である。昇降圧スイッチング電源回路11では、差動増幅器AMPにおいて、出力の電圧EOと基準電圧EREFとの差が出力される。差動増幅器AMPから出力されるこの差の電圧(誤差電圧)は、PWM変調器(パルス幅変調器)PWMに入力され、出力の電圧EOが基準電圧EREFに満たない量に応じて、NチャンネルMOSトランジスタQ1のオンとなる時間TONが大きくなるようにされる。このようにして、フィードバック制御がおこなわれて、出力の電圧EOが基準電圧EREFに一致するような制御がおこなわれる。
FIG. 3 is a diagram showing a step-up / step-down switching
要約すると、図3に示す昇降圧スイッチング電源回路11は、昇降圧スイッチング電源回路1に制御部を付加して、この制御部は、出力の電圧EOと基準電圧EREFとの差が出力される差動増幅器AMPと、差動増幅器AMPからの出力が入力されるパルス幅変調器PWMとを有し、パルス幅変調器PWMからのパルス幅信号によって、NチャンネルMOSトランジスタQ1を制御して出力の電圧EOを基準電圧EREFと一致させるような所定電圧に制御する。
In summary, the step-up / step-down switching
図4は、図3に示す昇降圧スイッチング電源回路11の動作を各部の電圧波形、電流波形を示して示す図である。図4の最上段から下に順に、ダイオードD1の電流ID1、ダイオードD3の電流ID3、ダイオードD2の電流ID2、インダクタL1の電流IL1、インダクタL2の電流IL2、NチャンネルMOSトランジスタQ1のドレインとソース間の電圧VQ1、を各々示すものである。
FIG. 4 is a diagram showing the operation of the step-up / step-down switching
図4から以下のことが見て取れる。ダイオードD1の電流ID1とダイオードD2の電流ID2とは、NチャンネルMOSトランジスタQ1がオンの時(電圧VQ1が0V付近の時)には流れず、NチャンネルMOSトランジスタQ1がオフの時(電圧VQ1が0V付近ではない時)には流れる。ダイオードD3の電流ID3は、NチャンネルMOSトランジスタQ1がオンの時には流れ、NチャンネルMOSトランジスタQ1がオフの時には流れない。インダクタL1の電流IL1とインダクタL2の電流IL2とは、NチャンネルMOSトランジスタQ1がオンの時には増加し、NチャンネルMOSトランジスタQ1がオフの時には減少する。 The following can be seen from FIG. A current I D1 and the diode D 2 of the current I D2 of the diode D 1 does not flow when the N-channel MOS transistor Q 1 is on (when the voltage V Q1 is near 0V), the N-channel MOS transistor Q 1 It flows when it is off (when voltage VQ1 is not near 0V). Current I D3 of the diode D 3 is, N-channel MOS transistor Q 1 is the flow when the on, N-channel MOS transistor Q 1 is not flow at the time of off. The current I L1 and the current I L2 in the inductor L 2 of the inductor L 1 is increased when the N-channel MOS transistor Q 1 is ON, the N-channel MOS transistor Q 1 is reduced when off.
図5は、実施形態の昇降圧スイッチング電源回路11のフィードバック制御ループを切って(フィードバック制御ループの動作を停止して)、パルスデューティ(Duty)、すなわち、(TON/TS)に対する、コンデンサC1の電圧と出力の電圧EOと電圧変換率(TON/TOFF)の各々を示すものである。図5によれば、パルスデューティ(TON/TS)を変化させること、または、TS=TON+TOFFであるところから、電圧変換率(TON/TOFF)を変化させることによって、出力の電圧EOを変化させることができることを示している。
FIG. 5 is a diagram illustrating a case where the feedback control loop of the step-up / step-down switching
実施形態の昇降圧スイッチング電源回路によれば、スイッチ素子を1個だけ用いて、昇降圧が可能となる。背景技術の図7で示す、従来の昇圧型と降圧型との組み合わせでは、スイッチ素子を2個用いて昇降圧を行っていたので、電源効率を上げることが困難であったが、実施形態の昇降圧スイッチング電源回路では効率を向上させることができる。また、実施形態の昇降圧スイッチング電源回路によれば、スイッチ素子を1個だけ用いて、昇降圧が可能となるので、安価な電源回路を提供することができる。 According to the step-up / step-down switching power supply circuit of the embodiment, step-up / step-down can be performed using only one switch element. In the combination of the conventional step-up type and step-down type shown in FIG. 7 of the background art, it is difficult to increase the power supply efficiency because the step-up / step-down is performed using two switch elements. In the step-up / step-down switching power supply circuit, the efficiency can be improved. Moreover, according to the step-up / step-down switching power supply circuit of the embodiment, since the step-up / step-down can be performed using only one switch element, an inexpensive power supply circuit can be provided.
また、実施形態の昇降圧スイッチング電源回路によれば、背景技術の図8で示す、チュークコンバータのように高周波電流が多量に流れるコンデンサを用いないので、実施形態の昇降圧スイッチング電源回路では効率を向上させることができる。また、このような大容量で高周波特性が特に良好である特殊なコンデンサを用いないので、安価な電源回路を提供することができる。 In addition, according to the step-up / step-down switching power supply circuit of the embodiment, since a capacitor in which a large amount of high-frequency current flows like the Chuk converter shown in FIG. Can be improved. Further, since a special capacitor having such a large capacity and particularly good high frequency characteristics is not used, an inexpensive power supply circuit can be provided.
実施形態の昇降圧スイッチング電源回路11をDC−DCコンバータではなく、AC−DCコンバータに利用する実施形態を以下に説明する。
An embodiment in which the step-up / step-down switching
図6は、実施形態のAC−DCコンバータとして機能する昇降圧スイッチング電源回路12を示すものである。
FIG. 6 shows the step-up / step-down switching
昇降圧スイッチング電源回路12の破線で囲い符号13を付した部分は、上述した、昇降圧スイッチング電源回路1と同様の構成を有している。異なる点はインダクタL1の位置が交流電源AC側に移動している点だけである。その他は同様であり、同様の動作をするので、詳細な説明は省略する。ここで、インダクタL1を交流電源ACの側に接続したのは、インダクタL1を上述した昇降圧スイッチング電源回路1におけるインダクタL1として機能させるのみならず、ダイレクトPFC回路(ダイレクト力率改善回路)の一部としても機能させるためである。
The portion of the step-up / step-down switching
なお、ブリッジ整流回路で交流電力を整流した後に昇圧型のインバータを接続して、この昇圧型のインバータの入力の電流として交流電圧に比例した電流を流して力率を改善する力率改善回路は周知の技術である。また、ブリッジ整流回路の中の2つのダイオードをMOSトランジスタに置き換えて、全波整流と力率改善とを同時に行うダイレクトPFC回路も周知の回路である。 A power factor improving circuit that rectifies AC power with a bridge rectifier circuit and then connects a step-up inverter and improves the power factor by supplying a current proportional to the AC voltage as the input current of the step-up inverter. This is a well-known technique. In addition, a direct PFC circuit that simultaneously performs full-wave rectification and power factor improvement by replacing two diodes in the bridge rectification circuit with MOS transistors is also a well-known circuit.
また、周知のダイレクトPFC回路では、昇圧型のスイッチング電源として構成された力率改善回路におけるMOSトランジスタの制御は、1系統の制御系でおこなっていた。そして、力率改善回路に従属に接続される降圧型スイッチング電源回路における出力の電圧を制御するためのMOSトランジスタの制御は別系統の制御系でおこなっていた。このように、各々、独立した別系統の制御系で、力率改善の制御と定電圧の制御とをするのが周知技術であった。 In the well-known direct PFC circuit, the control of the MOS transistor in the power factor correction circuit configured as a step-up switching power supply is performed by a single control system. The control of the MOS transistor for controlling the output voltage in the step-down switching power supply circuit connected to the power factor correction circuit is performed by a separate control system. As described above, it has been a well-known technique to perform power factor improvement control and constant voltage control using independent and independent control systems.
また、出力の電圧を入力の交流電源のピーク値よりも高く設定する特別の場合には、ダイレクトPFC回路のMOSトランジスタを制御して、力率を改善するとともに、昇圧スイッチング電源回路としての昇圧比率も同時に制御をするものもあった。この場合には、制御は以下の制御則に基づいておこなわれる。 Further, in a special case where the output voltage is set higher than the peak value of the input AC power supply, the MOS transistor of the direct PFC circuit is controlled to improve the power factor and the boosting ratio as the boosting switching power supply circuit Some also controlled at the same time. In this case, the control is performed based on the following control law.
まず力率改善について説明をする。力率が1であるということは、交流電源ACの電圧VACと電流IACとの関係が、電流IAC=K×電圧VACとなる場合である。ここでKは定数である。よって、例えば、電圧VACが正弦波である場合には、力率が1であるということは、電流IACも正弦波であり、両者の位相差がゼロである場合である。また、交流電源ACの電圧波形が正弦波、方形波、三角波等も含む一般の交流電源では、電圧VACと電流IACとが相似波形となる場合が、力率が1の場合である。 First, power factor improvement will be explained. That the power factor is 1, the relationship between the voltage V AC and the current I AC power supply AC is a case where a current I AC = K × voltage V AC. Here, K is a constant. Thus, for example, when the voltage VAC is a sine wave, a power factor of 1 is a case where the current I AC is also a sine wave and the phase difference between the two is zero. Further, a sinusoidal voltage waveform of the AC power source AC is a square wave, an AC power supply generally including a triangular wave, etc., are cases where the voltage V AC and a current I AC becomes similar waveform is when the power factor is 1.
力率が1、すなわち、電流IAC=K×電圧VACとなるように制御するには、電圧VACを検出して、電流IAC=K×電圧VACの関係式となるように昇圧スイッチング電源回路を制御するものであった。ここで、交流の電圧VACの検出に際してはフォトカプラを用いて商用の交流電源ACから絶縁を図って検出し、交流の電流IACは電流トランスCTを用いて商用の交流電源ACから絶縁を図って検出するのが慣用の技術であった。 In order to control the power factor to be 1, that is, the current I AC = K × voltage V AC , the voltage V AC is detected, and the voltage is boosted so that the relation of current I AC = K × voltage V AC is obtained. The switching power supply circuit was controlled. Here, upon detection of the voltage V AC of the AC detects aim insulation from a commercial AC power source AC by using a photocoupler, an insulating from the commercial AC power source AC with the current I AC current transformer CT AC It was a conventional technique to detect it.
次に、昇圧比率の制御、つまり、定電圧制御について説明をする。上述した定数Kが完全な定数でなくとも、交流電源ACの周期に比べて十分に大きな周期で変動した場合には力率は1と見なすことができる。よって、負荷に供給される電力の変動の周期が交流電源ACの周期に比べて十分に大きな周期を有する場合には、力率を1に保ちながら、同時に負荷に供給する電圧を一定に保つことができる。すなわち、負荷が重くなった場合には、交流の電流IACの値を電圧VACと相似関係としたまま大きくし、負荷が軽くなった場合には、交流の電流IACの値を電圧VACと相似関係としたまま小さくして、昇圧スイッチング電源回路からの出力の電圧の値を一定とすることができる。 Next, boost ratio control, that is, constant voltage control will be described. Even if the above-mentioned constant K is not a perfect constant, the power factor can be regarded as 1 when it fluctuates with a sufficiently large period compared with the period of the AC power supply AC. Therefore, when the cycle of fluctuation of the power supplied to the load has a sufficiently large cycle compared to the cycle of the AC power supply AC, the voltage supplied to the load is kept constant at the same time while keeping the power factor at 1. Can do. That is, when the load is heavy, the value of the current I AC AC is increased while the voltage V AC and similar relationships, when the load becomes lighter, the voltage V a value of current I AC AC The voltage value of the output from the step-up switching power supply circuit can be made constant by reducing the voltage while maintaining a similar relationship to AC .
ここで、定電圧制御をおこなうためには、定数Kの値を以下のように変化させれば良い。誤差電圧VERR=基準電圧EREF−出力の電圧EOの関係式から、誤差電圧VERRを求める。そして、この誤差電圧VERRの値が大きいときには定数Kの値も大きくなるようにするフィードバックループを構成することによって、負荷に供給される電力を増加させて、誤差電圧VERRを0Vに近づける制御をおこなうことができる。つまり、フィードバックループは、定電圧を保つために最も適切な定数Kの値を自動的に求めて定電圧制御をおこなうようにしている。 Here, in order to perform constant voltage control, the value of the constant K may be changed as follows. Error voltage V ERR = reference voltage E REF - the relation of voltage E O of the output, obtaining an error voltage V ERR. Then, by constructing a feedback loop that increases the value of the constant K when the value of the error voltage V ERR is large, the power supplied to the load is increased so that the error voltage V ERR approaches 0V. Can be done. In other words, the feedback loop automatically obtains the most appropriate value of the constant K to maintain the constant voltage and performs the constant voltage control.
このような技術では、力率改善を図りながら、定電圧特性を得ることができる出力の電圧の範囲は、上述したように、出力の電圧の値が電圧VACのピーク値よりも大きな場合に限られた。従って、電圧VACのピーク値よりも小さな出力の電圧を得るためには、従来は、一般的には、上述したように昇圧スイッチング電源回路の後段に降圧スイッチング電源回路をさらに付加することとなった。 In such a technique, while achieving power factor correction, the range of the output voltage can be obtained a constant voltage characteristic, as described above, if the value of the output voltage is greater than the peak value of the voltage V AC limited. Therefore, in order than the peak value of the voltage V AC obtain a voltage of a small output is conventionally generally, a further addition of the step-down switching power supply circuit in the subsequent stage of the step-up switching power supply circuit as described above It was.
図6に示す実施形態の昇降圧スイッチング電源回路12では、力率改善を図って、力率を1に近づけながら、交流電源ACのピーク電圧値に依存せず、任意の出力の電圧EOを得ることができるものである。
In buck-boost switching
実施形態の昇降圧スイッチング電源回路12では、ダイレクトPFC回路を、2個のNチャンネルMOSトランジスタQ1およびNチャンネルMOSトランジスタQ2と、ダイオードD1およびダイオードD4と、ダイオードD3およびダイオードD5とで実現している。そして、本来はNチャンネルMOSトランジスタを用いるべきところをダイオードD3およびダイオードD5に替え、昇降圧コンバータ部のNチャンネルMOSトランジスタQ1と昇降圧コンバータ部のNチャンネルMOSトランジスタQ2とを同一のパルス幅信号(PWM信号)で駆動している。
In the step-up / step-down switching
そして、負荷が一定である場合には、PWM信号のオンの時間が長くなる程、すなわち、PWM信号のオフの時間が短くなる程、出力の電圧EOの大きさは大きくなるように制御される。また、NチャンネルMOSトランジスタQ1およびNチャンネルMOSトランジスタQ2のオンとオフの比率を交流電源周期よりも短い周期で変化させるようにするパルス幅信号によって、交流の電流IACの波形を交流の電圧VACの波形と相似形とすることができる。 When the load is constant, the output voltage EO is controlled to increase as the PWM signal ON time becomes longer, that is, as the PWM signal OFF time becomes shorter. The Further, the waveform of the alternating current I AC is changed by the pulse width signal that changes the ON / OFF ratio of the N channel MOS transistor Q 1 and the N channel MOS transistor Q 2 in a cycle shorter than the AC power source cycle. It may be similar in shape to the voltage V AC waveform.
NチャンネルMOSトランジスタQ1とNチャンネルMOSトランジスタQ2とを制御するパルス幅信号は、制御部で発生される。制御部では、出力の電圧EOと交流の電圧VACと交流の電流IAcと入力して、上述した、実施形態の昇降圧スイッチング電源回路11で用いた技術と同様にして、定数Kの値を実質的に制御して出力の電圧EOを安定化しながら、周知技術であるダイレクトPFC回路の力率改善の制御技術を組み合わせて、制御部からのパルス幅信号によって、NチャンネルMOSトランジスタQ1とNチャンネルMOSトランジスタQ2とを制御している。
Pulse width signal for controlling the N-channel MOS transistors Q 1, N-channel MOS transistor Q 2 are generated in the control unit. In the control unit, and input voltage E O of the output AC voltage V AC and the AC current I Ac, in the same manner as described above, was used in the buck-boost switching
つまり、制御部は、出力の電圧EOを入力して出力の電圧EOを一定の電圧となるように安定化しながら、交流の電圧VACと交流の電流IAcとを入力して力率を改善するような、パルス幅信号をNチャンネルMOSトランジスタQ1とNチャンネルMOSトランジスタQ2とに供給している。 That is, the control unit, while stabilizing such that the voltage E O a constant voltage to the input output voltage E O of the output, type and voltage V AC of the AC and the AC current I Ac power factor the like to improve, and supplies the pulse width signal to the N-channel MOS transistors Q 1, N-channel MOS transistor Q 2.
より詳細に説明すると、図6に示す回路は、図1に示す回路における、NチャンネルMOSトランジスタQ1とダイオードD1とダイオードD3とからなる回路部(第1の昇降圧スイッチング部)と、これと同一接続の、NチャンネルMOSトランジスタQ2とダイオードD4とダイオードD5とからなる回路部(第2の昇降圧スイッチング部)と、を有している。そして、第1の昇降圧スイッチング部の出力側のダイオードD3と第2の昇降圧スイッチング部の出力側のダイオードD5とが相互に接続されている。また、第1の昇降圧スイッチング部の入力側はダイオードDA1と接続され、第2の昇降圧スイッチング部の入力側は整流ダイオードDA2と接続されている。 More particularly, the circuit shown in FIG. 6, in the circuit shown in FIG. 1, the circuit portion consisting of N-channel MOS transistor Q 1, a diode D 1 and a diode D 3 Metropolitan (first buck-boost switching unit), A circuit part (second step-up / step-down switching part) composed of an N-channel MOS transistor Q 2 , a diode D 4, and a diode D 5 and having the same connection is provided. Then, the output side of the diode D 3 of the first buck-boost switching unit and the output side of the diode D 5 of the second buck-boost switching unit are connected to each other. The input side of the first step-up / step-down switching unit is connected to the diode D A1, and the input side of the second step-up / step-down switching unit is connected to the rectifier diode D A2 .
このような構成を採用することによって、交流電力の半サイクルでは、第1の昇降圧スイッチング部が動作し、交流電力の他の半サイクルでは、第2の昇降圧スイッチング部が動作する。つまり、整流ダイオードDA2のアノード側が正である場合には、第1の昇降圧スイッチング部が動作する。ここで、NチャンネルMOSトランジスタQ1とダイオードD1とダイオードD3とダイオードD2とインダクタL2とコンデンサC2とで昇降圧スイッチング電源回路(第1の昇降圧スイッチング電源回路)を形成する。 By adopting such a configuration, the first step-up / step-down switching unit operates in the half cycle of AC power, and the second step-up / step-down switching unit operates in the other half cycle of AC power. That is, when the anode side of the rectifier diode DA2 is positive, the first step-up / step-down switching unit operates. Here, to form a buck-boost switching power supply circuit (first buck switching power supply circuit) between the N-channel MOS transistor Q 1, a diode D 1 and the diode D 3 and a diode D 2 and the inductor L 2 and capacitor C 2.
また、ダイオードDA1のアノード側が正である場合には、第2の昇降圧スイッチング部が動作する。そして、NチャンネルMOSトランジスタQ2とダイオードD4とダイオードD5とダイオードD2とインダクタL2とコンデンサC2とで昇降圧スイッチング電源回路(第2の昇降圧スイッチング電源回路)を形成する。 In addition, when the anode side of the diode DA1 is positive, the second step-up / step-down switching unit operates. Then, a buck-boost switching power supply circuit (second buck switching power supply circuit) between the N-channel MOS transistor Q 2 and the diode D 4 and a diode D 5 and the diode D 2 and the inductor L 2 and capacitor C 2.
このように、図6に示す回路は、第1の昇降圧スイッチング電源回路と第2の昇降圧スイッチング電源回路とを半サイクルずつ交互に動作させるようにして、力率改善と電圧の昇圧および降圧とをともにおこなうスイッチング電源回路と考えることができる。ここで、上述した定数Kを交流電源ACの周期と比較してゆっくりとした周期で変化させ、力率改善特性を良好なものとするために、コンデンサC2の容量値を適切なものとしている。 As described above, the circuit shown in FIG. 6 operates the first step-up / step-down switching power supply circuit and the second step-up / step-down switching power supply circuit alternately every half cycle, thereby improving the power factor and increasing / decreasing the voltage. Can be considered as a switching power supply circuit. Here, varied in a cycle slow compared to the AC power source AC cycle a constant K as described above, to the power factor correction characteristics and favorable, and the capacitance value of the capacitor C 2 and the appropriate .
実施形態の昇降圧スイッチング電源回路12は、交流電源ACにNチャンネルMOSトランジスタQ1が接続され、交流電源ACとNチャンネルMOSトランジスタQ1との接続点に、NチャンネルMOSトランジスタQ1がオフのときにコンデンサC1と整流ダイオードDA1とを介してインダクタL1に電流を流すようにダイオードD1が接続されている。また、ダイオードD1の他端とコンデンサC1との接続点に、NチャンネルMOSトランジスタQ1がオフのときにインダクタL2に電流を流すようにダイオードD2とインダクタL2とが接続されている。また、インダクタL2の他端にはコンデンサC2が接続されている。また、コンデンサC2の他端とダイオードD2の他端との接続点と、交流電源ACとNチャンネルMOSトランジスタQ1との接続点との間に、NチャンネルMOSトランジスタQ1がオンのときに電流を流すようにダイオードD3が接続されている。
Buck-boost switching
また、整流ダイオードDA1とインダクタL1との接続点にNチャンネルMOSトランジスタQ2が接続され、整流ダイオードDA1とインダクタL1とNチャンネルMOSトランジスタQ2との接続点に、NチャンネルMOSトランジスタQ2がオフのときにインダクタL2に電流を流すようにダイオードD4がダイオードD2とインダクタL2との接続点に接続されている。また、コンデンサC2の他端とダイオードD2の他端との接続点と、整流ダイオードDA1とインダクタL1とNチャンネルMOSトランジスタQ2との接続点との間に、NチャンネルMOSトランジスタQ2がオンのときに電流を流すようにダイオードD5が接続されている。また、NチャンネルMOSトランジスタQ1の他端とNチャンネルMOSトランジスタQ2の他端とは、整流ダイオードDA1の他端および整流ダイオードDA1の他端と同極性の整流ダイオードDA2の他端とに接続されている。そして、NチャンネルMOSトランジスタQ1およびNチャンネルMOSトランジスタQ2のオンとオフとの比率を変化させて、コンデンサC2の両端に発生する電圧を変化させるとともに、力率を1に近づける昇降圧スイッチング電源回路である。 Further, the N-channel MOS transistor Q 2 is connected to the connection point of the rectifier diode D A1 and the inductor L 1, the connection point of the rectifier diode D A1 and the inductor L 1 and the N-channel MOS transistors Q 2, N-channel MOS transistor Q 2 is connected to the connection point of the diode D 4 to flow a current to the inductor L 2 is a diode D 2 and the inductor L 2 in the off. An N channel MOS transistor Q is connected between a connection point between the other end of the capacitor C 2 and the other end of the diode D 2 and a connection point between the rectifier diode D A1 , the inductor L 1 and the N channel MOS transistor Q 2. 2 is a diode D 5 to pass an electric current when on is connected. Further, the other end of the N-channel MOS transistor to Q 1 and the other end and N-channel MOS transistor Q 2, the other end of the rectifier diode D A2 of the other end of the same polarity as the other end and the rectifier diode D A1 of the rectifier diode D A1 And connected to. Then, by changing the ratio of on and off N-channel MOS transistors Q 1 and N-channel MOS transistors Q 2, together with changing the voltage generated across the capacitor C 2, buck-boost switching to approximate the power factor to 1 It is a power supply circuit.
実施形態の昇降圧スイッチング電源回路12では、ダイレクトPFC回路を用いているので、力率が良好なるAC−DCコンバータを提供できる。さらに、NチャンネルMOSトランジスタに替えてダイオード(ダイオードD3およびダイオードD5)を用いるようにしているので、回路の簡略化ができる。また、定数Kをフィードバック制御によって実質的に変化させることによって、定電圧特性を得ることができる。さらに、昇降圧スイッチング電源回路12は、昇降圧スイッチング電源回路1と等価な昇降圧スイッチング電源回路を2系統設けることによって、交流の電圧VACのピーク値とは関係なく、任意の定電圧の出力の電圧を得ることができる。
Since the step-up / step-down switching
1、11、12 昇降圧スイッチング電源回路、 C1、C2 コンデンサ、 D1、D2、D3、D4、D5 ダイオード、 DA1、DA2 整流ダイオード、 L1、L2 インダクタ、 Q1、Q2 MOSトランジスタ
1, 11, 12 buck-boost switching power supply circuit, C 1, C 2 capacitors, D 1, D 2, D 3, D 4,
Claims (3)
前記第1のインダクタと前記スイッチ素子との接続点に、前記スイッチ素子がオフのときに前記第1のインダクタからの電流を流すように第1のダイオードが接続され、
前記第1のダイオードの他端は第1のコンデンサに接続され、
前記ダイオードの他端と前記第1のコンデンサとの接続点に、前記スイッチ素子がオフのときに前記第2のインダクタに電流を流すように第2のダイオードと該第2のインダクタとが接続され、
前記第2のインダクタの他端には第2のコンデンサが接続され、
前記第2のコンデンサの他端と前記第2のダイオードの他端との接続点と、前記第1のインダクタと前記スイッチ素子との接続点との間に、前記スイッチ素子がオンのときに電流を流すように第3のダイオードが接続され、
前記スイッチ素子のオンとオフとの比率を変化させて、前記第2のコンデンサの両端に発生する電圧を変化させる、昇降圧スイッチング電源回路。 A first inductor and a switch element are connected in series to the input power source,
A first diode is connected to a connection point between the first inductor and the switch element so that a current from the first inductor flows when the switch element is off,
The other end of the first diode is connected to a first capacitor;
A second diode and the second inductor are connected to a connection point between the other end of the diode and the first capacitor so that a current flows through the second inductor when the switch element is off. ,
A second capacitor is connected to the other end of the second inductor,
A current is applied between the connection point between the other end of the second capacitor and the other end of the second diode and the connection point between the first inductor and the switch element when the switch element is on. A third diode is connected so that
A step-up / step-down switching power supply circuit that changes a voltage generated at both ends of the second capacitor by changing a ratio between ON and OFF of the switch element.
前記制御部は、出力の電圧と基準電圧との差が出力される差動増幅器と、
前記差動増幅器からの出力が入力されるパルス幅変調器と、を有し、
前記パルス幅変調器からのパルス幅信号によって、前記スイッチ素子を制御して出力の電圧を所定電圧に制御する、請求項1に記載の昇降圧スイッチング電源回路。 With a control unit,
The control unit includes a differential amplifier that outputs a difference between an output voltage and a reference voltage;
A pulse width modulator to which an output from the differential amplifier is input,
The step-up / step-down switching power supply circuit according to claim 1, wherein the switching element is controlled by a pulse width signal from the pulse width modulator to control an output voltage to a predetermined voltage.
前記交流電源と前記第1のスイッチ素子との接続点に、該第1のスイッチ素子がオフのときに第1のコンデンサと第1の整流ダイオードとを介して第1のインダクタに電流を流すように第1のダイオードが接続され、
前記第1のダイオードの他端と前記第1のコンデンサとの接続点に、前記第1のスイッチ素子がオフのときに第2のインダクタに電流を流すように第2のダイオードと該第2のインダクタとが接続され、
前記第2のインダクタの他端には第2のコンデンサが接続され、
前記第2のコンデンサの他端と前記第2のダイオードの他端との接続点と、前記交流電源と前記第1のスイッチ素子との接続点との間に、該第1のスイッチ素子がオンのときに電流を流すように第3のダイオードが接続され、
前記第1の整流ダイオードと前記第1のインダクタとの接続点に第2のスイッチ素子が接続され、
前記第1のインダクタと前記第1の整流ダイオードと前記第2のスイッチ素子との接続点に、該第2のスイッチ素子がオフのときに前記第2のインダクタに電流を流すように第4のダイオードが前記第2のダイオードと該第2のインダクタとの接続点に接続され、
前記第2のコンデンサの他端と前記第2のダイオードの他端との接続点と、前記第1の整流ダイオードと前記第1のインダクタと前記第2のスイッチ素子との接続点との間に、該第2のスイッチ素子がオンのときに電流を流すように第5のダイオードが接続され、
前記第1のスイッチ素子の他端と前記第2のスイッチ素子の他端とは、前記第1の整流ダイオードの他端および該第1の整流ダイオードの他端と同極性の前記第2の整流ダイオードの他端とに接続され、
前記第1のスイッチ素子および前記第2のスイッチ素子のオンとオフとの比率を変化させて、前記第2のコンデンサの両端に発生する電圧を変化させるとともに、力率を1に近づける昇降圧スイッチング電源回路。 A first switch element is connected to the AC power source;
A current is passed through the first inductor via a first capacitor and a first rectifier diode at a connection point between the AC power supply and the first switch element when the first switch element is off. A first diode is connected to
The second diode and the second diode are connected to a connection point between the other end of the first diode and the first capacitor so that a current flows through the second inductor when the first switch element is off. The inductor is connected,
A second capacitor is connected to the other end of the second inductor,
The first switch element is turned on between a connection point between the other end of the second capacitor and the other end of the second diode and a connection point between the AC power supply and the first switch element. A third diode is connected so that current flows when
A second switch element is connected to a connection point between the first rectifier diode and the first inductor;
The fourth inductor is connected to the first inductor, the first rectifier diode, and the second switch element so that a current flows through the second inductor when the second switch element is off. A diode is connected to a connection point between the second diode and the second inductor;
Between a connection point between the other end of the second capacitor and the other end of the second diode, and a connection point between the first rectifier diode, the first inductor, and the second switch element. A fifth diode is connected to pass a current when the second switch element is on;
The other end of the first switch element and the other end of the second switch element are the second rectifier having the same polarity as the other end of the first rectifier diode and the other end of the first rectifier diode. Connected to the other end of the diode,
Step-up / step-down switching that changes the on / off ratio of the first switch element and the second switch element to change the voltage generated at both ends of the second capacitor and to bring the power factor close to 1. Power supply circuit.
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