JP2002101647A

JP2002101647A - 電源装置

Info

Publication number: JP2002101647A
Application number: JP2000288930A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Yasuike; 嘉広安池
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2000-09-22
Filing date: 2000-09-22
Publication date: 2002-04-05

Abstract

(57)【要約】【課題】昇降圧の切り換わりをスムーズにし回路系の
位相の乱れを抑えると共に出力電圧のＡＣリップル成分
の発生を抑制することができる電源装置を得る。【解決手段】スイッチング電源装置１０は降圧回路１
２、昇圧回路１４を備え、降圧回路１２は降圧駆動回路
４０により駆動され、昇圧回路１４は昇圧駆動回路４２
により制御される。降圧駆動回路４０及び昇圧駆動回路
４２は検出した出力電圧に応じたＰＷＭ信号４１又は４
３をＡＮＤ回路４４又は４８へ出力する。監視・切換制
御回路４６はＰＷＭ信号４１及び４３を監視し、降圧回
路１２が動作しているときにＰＷＭ信号４１のパルス幅
や周波数が許容範囲外になった場合にはＡＮＤ回路４４
へローレベルを出力してＰＷＭ信号４１の出力を停止さ
せ、ＡＮＤ回路４８へハイレベルを出力してＰＷＭ信号
４３をスイッチ素子２２へ出力させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電源装置に係り、
特に、カメラなどの画像記録装置に用いられる昇降圧型
チョッパ方式の電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、直流電源から所望の直流電圧を得
るためのＤＣ−ＤＣコンバータには、例えば入力電圧が
目標とする出力電圧よりも高い場合には降圧回路が動作
して降圧し、入力電圧が目標とする出力電圧よりも低い
場合には昇圧回路が動作して昇圧する昇降圧型チョッパ
方式がある。

【０００３】このような昇降圧型チョッパ方式の電源装
置が特開平９−３２７１７１号公報に記載されている。
この特開平９−３２７１７１号公報には、昇降圧型チョ
ッパ方式の電源装置において、変換効率を向上させるた
めに降圧回路と昇圧回路とが同時に動作しないように制
御する技術が記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術における電源装置では、昇圧・降圧の切り替え時
に、昇圧回路を駆動するための駆動回路及び降圧回路を
駆動するための駆動回路が同時に動作する場合があり、
回路系の位相が乱れ、出力電圧のＡＣリップル成分が増
大する、という問題があった。

【０００５】本発明は、上記事実を考慮して、昇降圧の
切り換わりをスムーズにし、回路系の位相の乱れを抑え
ると共に、出力電圧のＡＣリップル成分の発生を抑制す
ることができる電源装置を得ることが目的である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、入力電圧が出力電圧よりも高い場合に入力
電圧を降圧するための降圧用スイッチ素子を含む降圧回
路と、前記降圧用スイッチ素子をスイッチングするため
の降圧用制御信号を出力する降圧用駆動手段と、入力電
圧が出力電圧よりも低い場合に入力電圧を昇圧するため
の昇圧用スイッチ素子を含む昇圧回路と、前記昇圧用ス
イッチ素子をスイッチングするための昇圧用制御信号を
出力する昇圧用駆動手段と、前記降圧用制御信号及び前
記昇圧用制御信号を監視し、前記降圧用制御信号及び前
記昇圧用制御信号のうち動作側の信号が許容範囲外の信
号になった場合に、前記動作側の信号の出力を停止させ
ると共に、非動作側の信号の出力を有効にする監視手段
と、を備えたことを特徴とする。

【０００７】また、本発明では、前記出力電圧に応じた
パルス幅信号を生成するパルス幅変調手段をさらに備
え、前記降圧用駆動手段は前記パルス幅信号によりパル
ス幅変調した信号を前記降圧用制御信号として出力し、
前記昇圧用駆動手段は前記パルス幅信号によりパルス幅
変調した信号を前記昇圧用制御信号として出力し、前記
監視手段はパルス幅変調された信号を監視することがで
きる。

【０００８】本発明の電源装置では、降圧回路は、入力
電圧が出力電圧よりも高い場合に入力電圧を降圧するた
めの降圧用スイッチ素子を備えている。この降圧用スイ
ッチ素子には、例えば電界効果トランジスタ、すなわち
所謂ＭＯＳ−ＦＥＴやバイポーラ型のトランジスタを用
いることができる。

【０００９】降圧用スイッチ素子は、降圧用駆動手段か
ら出力される降圧用制御信号によりスイッチング制御さ
れる。この降圧用制御信号は、出力電圧が目標とする出
力電圧となるように例えばパルス幅が制御される。すな
わち、降圧用駆動手段はパルス幅変調した信号を降圧用
制御信号として出力する。このパルス幅変調した信号を
得るためには、前記出力電圧に応じたパルス幅信号を生
成するパルス幅変調手段をさらに備えることが好まし
い。このパルス幅変調手段からのパルス幅信号によりパ
ルス幅変調した信号を降圧用制御信号として出力する。

【００１０】昇圧回路は、入力電圧が出力電圧よりも低
い場合に入力電圧を昇圧するための昇圧用スイッチ素子
を備えている。この昇圧用スイッチ素子は、降圧用スイ
ッチ素子と同様に電界効果トランジスタやバイポーラ型
のトランジスタを用いることができる。

【００１１】昇圧用スイッチ素子は、昇圧用駆動手段か
ら出力される昇圧用制御信号によりスイッチング制御さ
れる。この昇圧用制御信号は、出力電圧が目標とする出
力電圧となるように例えばパルス幅が制御される。すな
わち、昇圧用駆動手段はパルス幅変調した信号を前記昇
圧用制御信号として出力する。このパルス幅変調した信
号を得るためには、前記出力電圧に応じたパルス幅信号
を生成するパルス幅変調手段をさらに備えることが好ま
しい。このパルス幅変調手段からのパルス幅信号により
パルス幅変調した信号を昇圧用制御信号として出力す
る。

【００１２】このように、本発明の電源装置は、入力電
圧が出力電圧よりも高い場合には入力電圧をスイッチン
グ制御により降圧し、入力電圧が出力電圧よりも低い場
合に入力電圧をスイッチング制御により昇圧する昇降圧
型チョッパ方式のスイッチング電源装置となっている。

【００１３】降圧用制御信号及び昇圧用制御信号は、例
えば入力電圧が出力電圧に近く、降圧、昇圧の切り換わ
り時には、例えば動作している回路側に出力されている
制御信号のパルス幅が細くなってパルスが歯抜け状態に
なったり、周波数が所定の動作周波数からずれてくる。

【００１４】そこで、監視手段は、降圧用制御信号及び
昇圧用制御信号を監視する。そして、降圧用制御信号及
び昇圧用制御信号のうち動作側の信号が許容範囲外の信
号になった場合、すなわち例えばパルス幅が細くなった
り、周波数が所定の動作周波数からずれてしまった場合
に、動作側の回路への出力を停止させると共に、非動作
側の回路への信号の出力を有効にする。従って、監視手
段はパルス幅変調された信号を監視することになる。

【００１５】例えば、入力電圧が出力電圧よりも高く、
降圧回路が動作している場合において、降圧用制御信号
のパルス幅が所定のパルス幅よりも小さくなった場合に
は、降圧用制御信号が降圧用スイッチ素子へ出力される
のを停止させ、昇圧用制御信号が昇圧用スイッチ素子へ
出力されるようにする。

【００１６】これにより、降圧用スイッチ素子及び昇圧
用スイッチ素子が同時に動作することがなく、降圧回路
が動作しているときには昇圧回路を完全に停止させ、昇
圧回路が動作しているときには降圧回路の動作を完全に
停止させることができる。従って、昇降圧の切り換わり
をスムーズにし、回路系の位相の乱れを抑えると共に、
出力電圧のＡＣリップル成分の発生を抑制することがで
きる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態の一例を詳細に説明する。

【００１８】図１に本発明の実施の形態に係る昇降圧型
チョッパ方式のスイッチング電源装置１０の回路図が示
されている。

【００１９】図１に示すように、スイッチング電源装置
１０は、降圧回路１２、昇圧回路１４を備えている。降
圧回路１２は、降圧用スイッチ素子１６、ダイオード１
８、チョークコイル２０で構成されている。昇圧回路１
４は、チョークコイル２０、昇圧用スイッチ素子２２、
ダイオード２４で構成されている。

【００２０】降圧回路１２の降圧用スイッチ素子１６の
一端には入力電圧が入力される。降圧用スイッチ素子１
６の他端はダイオード１８のカソード端子に接続される
と共に、チョークコイル２０の一端が接続されている。
ダイオード１８のアノード端子は接地されている。

【００２１】チョークコイル２０の他端は、昇圧用スイ
ッチ素子２２の一端に接続されると共に、ダイオード２
４のアノード端子に接続されている。昇圧用スイッチ素
子２２の他端は接地されている。

【００２２】ダイオード２４のカソード端子は、コンデ
ンサ２６の一端に接続されると共に、出力電圧設定抵抗
２８及び負荷３０の一端に接続されている。コンデンサ
２６の他端は接地されている。

【００２３】出力電圧設定抵抗２８の他端は、出力電圧
設定抵抗３２の一端に接続されると共に、エラーアンプ
３４の一方の入力端に接続されている。出力電圧設定抵
抗３２の他端は接地されている。エラーアンプ３４の他
方の入力端は基準電圧電源３６のプラス側が接続されて
いる。基準電圧電源３６のマイナス側は接地されてい
る。

【００２４】エラーアンプ３４の出力端はＰＷＭコンパ
レータ３８の入力端に接続されている。ＰＷＭコンパレ
ータ３８の出力端は、降圧駆動回路４０に接続されると
共に昇圧駆動回路４２に接続されている。

【００２５】エラーアンプ３４の一方の入力端には出力
電圧設定抵抗２８及び出力電圧設定抵抗３２によって分
圧された出力電圧が検出電圧として入力される。これに
より、エラーアンプ３４では、入力された検出電圧と基
準電圧電源３６からの予め定めた基準電圧Ｖｒｅｆとが
比較される。この基準電圧Ｖｒｅｆは、目標とする出力
電圧に対応する電圧に設定される。

【００２６】そして、例えば検出電圧と基準電圧Ｖｒｅ
ｆとの差分電圧がＰＷＭコンパレータ３８へ出力され
る。ＰＷＭコンパレータ３８では、この差分電圧に応じ
たパルス幅の信号が差分信号として降圧駆動回路４０及
び昇圧駆動回路４２へ出力される。

【００２７】降圧駆動回路４０は、降圧用スイッチ素子
１６をスイッチングするためのパルス幅制御信号、すな
わちＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔ
ｉｏｎ）信号４１を差分信号に応じたパルス幅でＡＮＤ
回路４４へ出力する。また、このＡＮＤ回路４４へ出力
されるＰＷＭ信号４１は監視・切換制御回路４４により
監視される。

【００２８】降圧駆動回路４０は、入力電圧が出力電圧
よりも所定以上高い場合に所定周波数のＰＷＭ信号を出
力する。

【００２９】昇圧駆動回路４２は、昇圧用スイッチ素子
２２をスイッチングするためのＰＷＭ信号４３を差分信
号に応じたパルス幅でＡＮＤ回路４８へ出力する。ま
た、このＡＮＤ回路４８へ出力されるＰＷＭ信号４３は
監視・切換制御回路４４により監視される。

【００３０】昇圧駆動回路４２は、入力電圧が出力電圧
よりも所定以上低い場合に所定周波数のＰＷＭ信号を出
力する。

【００３１】監視・切換制御回路４４では、降圧駆動回
路４０から出力されるＰＷＭ信号４１及び昇圧駆動回路
４２から出力されるＰＷＭ信号４３を監視する。そし
て、降圧駆動回路４０から出力されるＰＷＭ信号４１が
正常なパルス幅及び正常な周波数の場合、すなわち、パ
ルス幅及び周波数が許容範囲内の場合には、切換信号５
０をハイレベルにすると共に、切換信号５０を反転した
信号、すなわちローレベルをＡＮＤ回路４８へ出力す
る。

【００３２】一方、ＰＷＭ信号４１のパルス幅及び周波
数が許容範囲内でない場合には、切換信号５０をローレ
ベルにする。

【００３３】また、昇圧駆動回路４２から出力されるＰ
ＷＭ信号４３のパルス幅及び周波数が許容範囲内の場合
には、切換信号５２をハイレベルにすると共に、切換信
号５２を反転した信号、すなわちローレベルをＡＮＤ回
路４４へ出力する。

【００３４】ＡＮＤ回路４４は、降圧駆動回路４０から
出力されるＰＷＭ信号４１と監視・切換制御回路４４か
ら出力される切換信号５０とのＡＮＤ信号５４を降圧用
スイッチ素子１６へ出力する。

【００３５】また、ＡＮＤ回路４８では、昇圧駆動回路
４２から出力されるＰＷＭ信号４３と監視・切換制御回
路４４から出力される切換信号５２とのＡＮＤ信号５６
を昇圧用スイッチ素子２２へ出力する。

【００３６】従って、入力電圧が出力電圧よりも高く降
圧回路１２が動作中で、ＰＷＭ信号４１のパルス幅及び
周波数が許容範囲内の場合、ＰＷＭ信号４１により降圧
用スイッチ素子１６がスイッチングされ、降圧回路１２
が動作すると共に、昇圧用スイッチ素子２２は完全にオ
フとなり昇圧回路１４は動作しない。

【００３７】一方、降圧回路１２が動作中にＰＷＭ信号
４１のパルス幅及び周波数が許容範囲外になった場合に
は、ＰＷＭ信号４１が降圧用スイッチ素子１６へ出力さ
れずにスイッチングが停止され、降圧回路１２が停止す
ると共に、ＰＷＭ信号４３がが昇圧用スイッチ素子２２
へ出力され、昇圧回路１４が動作する。

【００３８】そして、入力電圧が出力電圧よりも低く、
昇圧回路が動作中で、ＰＷＭ信号４３のパルス幅及び周
波数が許容範囲内の場合、ＰＷＭ信号４３により昇圧用
スイッチ素子２２がスイッチングされ、昇圧回路１４が
動作すると共に、降圧用スイッチ素子１６は完全にオフ
となり降圧回路１２は動作しない。

【００３９】このように、降圧駆動回路４０及び昇圧用
駆動回路４２からのＰＷＭ信号４１、４３を監視するこ
とにより降圧回路１２及び昇圧回路１６を完全に独立し
て動作させることができる。

【００４０】なお、降圧用スイッチ素子１６、２２に
は、電界効果トランジスタ、すなわちＭＯＳ−ＦＥＴや
バイポーラ型のトランジスタを用いることができる。

【００４１】図２には降圧用スイッチ素子１６をＰチャ
ネル型のＭＯＳ−ＦＥＴとし、昇圧用スイッチ素子２２
をＮチャネル型のＭＯＳ−ＦＥＴとした場合の構成を示
した。

【００４２】この場合、図２に示すように、Ｐチャネル
型ＭＯＳ−ＦＥＴ１６のソースに入力電圧が入力され
る。そして、Ｐチャネル型ＭＯＳ−ＦＥＴ１６のドレイ
ンがダイオード１８のカソード端子に接続されると共に
チョークコイル２０の一端に接続され、ゲートがＡＮＤ
回路４４の出力端に接続される。

【００４３】一方、Ｎチャネル型ＭＯＳ−ＦＥＴ２２の
ドレインはチョークコイル２０の一端に接続されると共
にダイオード２４のアノード端子に接続され、ソースが
接地される。また、ゲートはＡＮＤ回路４８の出力端に
接続される。

【００４４】また、図３には、降圧用スイッチ素子１６
をｐｎｐ型のトランジスタとし、昇圧用スイッチ素子２
２をｎｐｎ型のトランジスタとした場合の構成を示し
た。

【００４５】この場合、図３に示すように、ｐｎｐ型ト
ランジスタ１６のエミッタに入力電圧が入力される。そ
して、ｐｎｐ型トランジスタ１６のコレクタがダイオー
ド１８のカソード端子に接続されると共にチョークコイ
ル２０の一端に接続され、ベースがＡＮＤ回路４４の出
力端に接続される。

【００４６】一方、ｎｐｎ型トランジスタ２２のコレク
タはチョークコイル２０の一端に接続されると共にダイ
オード２４のアノード端子に接続され、エミッタが接地
される。また、ベースはＡＮＤ回路４８の出力端に接続
される。

【００４７】なお、本実施の形態の降圧回路１２は本発
明の降圧回路に相当し、降圧用スイッチ素子１６は本発
明の降圧用スイッチ素子に相当する。また、本実施の形
態の降圧用駆動回路４０は本発明の降圧用駆動手段に相
当し、その出力するＰＷＭ信号４１は本発明の降圧用制
御信号に相当する。同様に、本実施の形態の昇圧回路１
４は本発明の昇圧回路に相当し、昇圧用スイッチ素子２
２は本発明の昇圧用スイッチ素子に相当する。また、本
実施の形態の昇圧用駆動回路４２は本発明の昇圧用駆動
手段に相当し、その出力するＰＷＭ信号４１は本発明の
昇圧用制御信号に相当する。

【００４８】また、本実施の形態の監視・切換制御回路
４４は、本発明の監視手段に相当する。また、監視・切
換制御回路４４が出力する切換信号５０、５２は、相互
に反転した信号であり、本発明における動作側の信号の
出力を停止させかつ非動作側の信号の出力を有効にさせ
るための機能を有する信号である。すなわち、切換信号
５０、５２は、対応する駆動回路の信号が許容範囲内の
信号のときハイレベルである。

【００４９】具体的には、ハイレベルの切換信号５０は
ＡＮＤ回路４４でＰＷＭ信号４１を有効に出力させる
（すなわち本発明にかかる、非動作側の信号の出力を有
効にする）機能となる。これに対して、切換信号５２は
ローレベルとなり、ローレベルの切換信号５２はＡＮＤ
回路４８でＰＷＭ信号４３を無効化（すなわち本発明に
かかる動作側の信号の出力を停止させる）させる機能と
なる。その逆も同様で、ローレベルの切換信号５０はＡ
ＮＤ回路４４でＰＷＭ信号４１を無効化させる機能とな
る。これに対して、切換信号５２はハイレベルとなり、
ハイレベルの切換信号５２はＡＮＤ回路４８でＰＷＭ信
号４３を有効に出力させる機能となる。

【００５０】また、本実施の形態のＰＷＭコンパレータ
３８は本発明のパルス幅変調手段に相当し、その出力で
ある差分信号は本発明のパルス幅信号に相当する。

【００５１】次に、本実施の形態の作用について、図４
に示すタイミングチャートを参照して説明する。

【００５２】入力電圧が出力電圧よりも高い場合には、
図４に示すように、降圧駆動回路４０から出力されるＰ
ＷＭ信号４１のパルス幅及び周波数が許容範囲内であ
り、監視・切換制御回路４６では、切換信号５０をハイ
レベルにすると共に、切換信号５２をローレベルにす
る。

【００５３】これにより、図４に示すようにＡＮＤ回路
４４はＰＷＭ信号４１をＡＮＤ信号５４として降圧用ス
イッチ素子１６に出力し、降圧用スイッチ素子１６がス
イッチングされる。このとき、切換信号５２はローレベ
ルのため、ＡＮＤ回路４８はＰＷＭ信号４３を昇圧用ス
イッチ素子２２へは出力せず、昇圧用スイッチ素子２２
は完全にオフ状態となる。

【００５４】そして、入力電圧が出力電圧に徐々に近づ
くと、図４に示す時刻ｔ１の時点で降圧駆動回路４０か
ら出力されるＰＷＭ信号４１のパルス幅及び周波数が許
容範囲内でなくなると、すなわちパルス幅が小さくなっ
たりパルスが歯抜け状態になったりすると、監視・切換
制御回路４６は切換信号５０をローレベルにすると共に
切換信号５２をハイレベルにする。

【００５５】これにより、図４に示すように、ＡＮＤ回
路４４から出力されるＡＮＤ信号５４はローレベルとな
り、降圧駆動回路４０からのＰＷＭ信号４１の出力が停
止される。そして、これと同時にＡＮＤ回路４８は昇圧
駆動回路４２から出力されるＰＷＭ信号４３を図４に示
すようにＡＮＤ信号５６として昇圧用スイッチ素子２２
へ出力する。このとき、切換信号５０はローレベルのた
め、ＡＮＤ回路４４はＰＷＭ信号４１を降圧用スイッチ
素子１６へは出力せず、降圧用スイッチ素子１６は完全
にオフ状態となる。

【００５６】このように、降圧用スイッチ素子１６がス
イッチングされているときには昇圧用スイッチ素子２２
は完全にオフとなり、昇圧用スイッチ素子２２がスイッ
チングされているときには降圧用スイッチ素子１６は完
全にオフとなる。

【００５７】従って、降圧回路１２が動作しているとき
には、昇圧回路１４が完全に停止し、昇圧回路１４が動
作しているときには降圧回路１２が完全に停止する。こ
れにより、昇降圧の切り換わりをスムーズかつ確実に実
行でき、回路系の位相の乱れを抑えると共に、出力電圧
のＡＣリップル成分の発生を抑制することができる。ま
た、昇圧回路１４が動作しているときは降圧回路１２を
完全に停止でき、また、降圧回路１２が動作していると
きは昇圧回路１４を完全に停止できる。従って、切換時
の変換効率をより向上させることができる。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、降
圧用制御信号及び昇圧用制御信号を監視し、降圧用制御
信号及び昇圧用制御信号のうち動作側の信号が許容範囲
外の信号になった場合、動作側の回路への出力を停止さ
せると共に、非動作側の回路への信号の出力を有効にす
るので、昇降圧の切り換わりをスムーズにし、回路系の
位相の乱れを抑えると共に、出力電圧のＡＣリップル成
分の発生を抑制することができる、という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るスイッチング電源装
置の概略を示す回路図である。

【図２】本発明の実施の形態に係るスイッチング電源装
置の概略を示す回路図である。

【図３】本発明の実施の形態に係るスイッチング電源装
置の概略を示す回路図である。

【図４】各部の動作を示すタイミングチャートである。

【符号の説明】

１０スイッチング電源装置１２降圧回路１４昇圧回路１６降圧用スイッチ素子１８、２４ダイオード２０チョークコイル２２昇圧用スイッチ素子２６コンデンサ２８、３２出力電圧設定抵抗３０負荷３４エラーアンプ３６基準電圧電源３８ＰＷＭコンパレータ４０降圧駆動回路４１、４３ＰＷＭ信号４２昇圧駆動回路４４、４８ＡＮＤ回路４６監視・切換制御回路５０、５２切換信号５４、５６ＡＮＤ信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力電圧が出力電圧よりも高い場合に入
力電圧を降圧するための降圧用スイッチ素子を含む降圧
回路と、前記降圧用スイッチ素子をスイッチングするための降圧
用制御信号を出力する降圧用駆動手段と、入力電圧が出力電圧よりも低い場合に入力電圧を昇圧す
るための昇圧用スイッチ素子を含む昇圧回路と、前記昇圧用スイッチ素子をスイッチングするための昇圧
用制御信号を出力する昇圧用駆動手段と、前記降圧用制御信号及び前記昇圧用制御信号を監視し、
前記降圧用制御信号及び前記昇圧用制御信号のうち動作
側の信号が許容範囲外の信号になった場合に、前記動作
側の信号の出力を停止させると共に、非動作側の信号の
出力を有効にする監視手段と、を備えた電源装置。
【請求項２】前記出力電圧に応じたパルス幅信号を生
成するパルス幅変調手段をさらに備え、前記降圧用駆動
手段は前記パルス幅信号によりパルス幅変調した信号を
前記降圧用制御信号として出力し、前記昇圧用駆動手段
は前記パルス幅信号によりパルス幅変調した信号を前記
昇圧用制御信号として出力し、前記監視手段はパルス幅
変調された信号を監視することを特徴とする請求項１に
記載の電源装置。