JP2004194388A - Dc-dc converter - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、出力電流を所定のシンク電源回路に流すことのできるDC−DCコンバータに関する。
【0002】
【従来の技術】
負荷が、所定の電圧と、それとは異なりグランドでもない別の所定の電圧との間に設けられるような場合、負荷に電流を出力するための出力端子と負荷から出た電流を流す(回収する)ためのシンク端子を備えた電源装置が必要になる。
【0003】
図5に、このような電源装置をDC−DCコンバータとして構成したものの回路図を示す。図5において、DC−DCコンバータ1は、直流電圧入力端子Vin、平滑コンデンサCin、出力電源回路2、およびシンク回路3から構成されている。
【0004】
ここで、出力電源回路2は一般的な昇圧回路で、トランスT1、スイッチング用のFETQ1、ダイオードD1、D2、D3、コンデンサC1、C2、C3から構成されている。トランスT1には一次巻線N4と二次巻線N1、N2、N3が設けられている。入力端子Vinは一次巻線N4とFETQ1を直列に介してグランドに接続されている。二次巻線N1の一端は一次巻線N4とFETQ1の接続点に接続され、他端は二次巻線N2の一端に接続されている。二次巻線N2の他端は二次巻線N3の一端に接続されている。二次巻線N1の他端はダイオードD1とコンデンサC1からなる整流平滑回路を介して第1の出力端子V1に接続されている。二次巻線N2の他端はダイオードD2とコンデンサC2からなる整流平滑回路を介して第2の出力端子V2に接続されている。二次巻線N3の他端はダイオードD3とコンデンサC3からなる整流平滑回路を介して第3の出力端子V3に接続されている。
【0005】
また、シンク回路3はシャントレギュレータと2つの抵抗から構成され、シャントレギュレータのカソードはシンク端子VAに接続されている。そのため、シンク端子VAは、流れ込む電流があれば一定の電圧に維持される。
【0006】
このように構成されたDC−DCコンバータ1において、FETQ1は図示を省略した信号源から出力されるスイッチング信号によって周期的にオン、オフされる。これによって、二次巻線N1、N2、N3のそれぞれの他端には昇圧された交流電圧が発生する。この場合、二次巻線N3の他端に発生する交流電圧の振幅が最も大きくなり、二次巻線N1の他端に発生する交流電圧の振幅が最も小さくなる。
【0007】
二次巻線N1、N2、N3のそれぞれの他端に発生した交流電圧は、それぞれダイオードとコンデンサからなる整流平滑回路で整流、平滑されて出力電圧v1、v2、v3となり、それぞれ第1の出力端子V1、第2の出力端子V2、第3の出力端子V3から出力される。
【0008】
第1の出力端子V1、第2の出力端子V2、第3の出力端子V3から出力された電流はそれぞれ負荷抵抗R1、R2、R3を通ってシンク端子VAに流される。
【0009】
なお、このような出力電源回路に加えてシンク端子を備えたDC−DCコンバータについては公知文献は見つかっていない。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
DC−DCコンバータ1においては、負荷抵抗を流れた電流はシンク回路3に流されている。このとき、シンク回路3においては、3つの負荷抵抗を流れた全ての電流をシャントレギュレータで消費させている。例えば、負荷抵抗R1、R2、R3を流れる電流がそれぞれi1、i2、i3で、シンク端子VAの電圧(シャントレギュレータの電圧)がvaである場合、
va×(i1+i2+i3)
の電力がそのまま消費されて熱になっていることになる。DC−DCコンバータ1においては、入力された直流電圧を所望の直流電圧に変換するという動作がその前に入っており、その変換動作には所定の変換効率がある。この、無駄な消費電力の分に関しても所定の変換効率によって得られた電力であるため、実際にはシンク回路で消費される電力を作るための変換損失の分も無駄に消費される電力に含まれることになる。変換効率をα(≦1)とすれば、無駄な電力は、
va×(i1+i2+i3)/α
になる。
【0011】
この場合、シンク回路3で消費される電力が無駄であることはもちろんであるが、シンク回路3で発生する熱の処理のためにきちんとした放熱構造を必要とするためにシンク回路3の小型化が困難になり、その結果としてDC−DCコンバータ1全体の小型化が困難になるという問題もある。
【0012】
本発明は上記の問題点を解決することを目的とするもので、シンク回路などでの不必要な電力消費を削減することのできるDC−DCコンバータを提供する。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のDC−DCコンバータは、直流電圧をスイッチングして得た交流電圧を入力としてシンク電圧を発生するシンク電源回路と、前記交流電圧を入力として前記シンク電圧より高い出力電圧を発生する出力電源回路とを有し、該出力電源回路から出力された電流を前記シンク電源回路に流すDC−DCコンバータであって、前記出力電源回路はダイオードポンプ回路を備え、該ダイオードポンプ回路の基準電圧として直接あるいは間接に前記シンク電源回路の出力を用いたことを特徴とする。
【0014】
また、本発明のDC−DCコンバータは、前記ダイオードポンプ回路が、前記交流電圧が入力される入力端子と、該入力端子に一端が接続された第1のコンデンサと、該第1のコンデンサの他端と出力端子との間に接続された第1のダイオードと、前記第1のコンデンサの他端に一端が接続された第2のダイオードと、前記出力端子に接続された平滑用の第2のコンデンサとを備え、前記第2のダイオードの他端が前記シンク電源回路の出力に接続されたことを特徴とする。
【0015】
このように構成することにより、本発明のDC−DCコンバータにおいては、消費電力の低減を図るとともに、熱の発生を抑えて放熱構造を簡略化して小型化を図ることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
図1に、本発明のDC−DCコンバータの一実施例の回路図を示す。図1において、図5と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。
【0017】
図1において、DC−DCコンバータ10は、直流電圧入力端子Vin、平滑コンデンサCin、出力電源回路11、およびシンク電源回路15から構成されている。出力電源回路11において、FETQ1やトランスT1およびその巻線については図5と同じである。二次巻線N1の他端はダイオードポンプ回路12を介して第1の出力端子V1に接続されている。二次巻線N2の他端はダイオードポンプ回路13を介して第2の出力端子V2に接続されている。二次巻線N3の他端はダイオードポンプ回路14を介して第3の出力端子V3に接続されている。ダイオードポンプ回路12は、コンデンサC1およびC4とダイオードD1およびD4から構成されている。ダイオードポンプ回路13は、コンデンサC2およびC5とダイオードD2およびD5から構成されている。ダイオードポンプ回路14は、コンデンサC3およびC6とダイオードD3およびD6から構成されている。
【0018】
また、二次巻線N1の一端はダイオードポンプ回路15を介してシンク端子VAに接続されている。すなわち、ダイオードポンプ回路15がシンク電源回路15として機能する。なお、シンク電源回路15は、コンデンサC7およびC8とダイオードD7およびD8から構成されている。
【0019】
ここで、まず図2を用いてダイオードポンプ回路の動作について説明する。図2において、ダイオードポンプ回路は、入力端子IN、コンデンサCaおよびCb、ダイオードDaおよびDb、出力端子OUTから構成されている。入力端子INは直流カット用のコンデンサCaを介してダイオードDbのアノードに接続されており、ダイオードDbのカソードは出力端子OUTに接続されている。ダイオードDaは、アノードが基準電圧発生器Vrに接続され、カソードがダイオードDbのアノードに接続されている。平滑用のコンデンサCbは出力端子OUTとグランドとの間に接続されている。そして、入力端子INには矩形波電圧が印加されるものとする。
【0020】
ここで、入力端子INに印加される矩形波電圧をvi、ダイオードDbのアノード電圧をvx、出力端子OUTの電圧をvo、基準電圧発生器Vrの電圧をvrとすると、各電圧vi、vx、voの時間波形は図3に示すようになる。このように、入力端子INに印加された電圧viは、その最低レベルが電圧vrだけかさ上げされたvxとしてダイオードDbのアノードに現れる。そして、それを平滑した電圧voが出力端子に得られる。電圧voは電圧viをそのまま単純に平滑したものに比べて電圧vrだけ昇圧されたものになる。このようにして、ダイオードポンプ回路においては、入力された電圧を基準電圧の分だけ昇圧することができる。
【0021】
なお、ダイオードポンプ回路については、例えば「解析パワー・サプライ」(岡村道夫著、QC出版社、昭和56年1月10日初版発行)のP97〜P102に詳細に記載されている。
【0022】
ここで、図1に戻ってDC−DCコンバータ10の動作についてさらに詳しく説明する。
【0023】
まず、シンク電源回路15はダイオードポンプ回路の構成となっていて、所定のシンク電圧vaを発生し、シンク端子VAから出力する。
【0024】
次に、出力電源回路11のダイオードポンプ回路12において、ダイオードD4のアノードはシンク電源回路15の出力に接続されている。すなわち、ダイオードポンプ回路12は基準電圧としてシンク電源回路15の出力を用いている。そのため、ダイオードポンプ回路12の出力電圧v1は、二次巻線N1の他端に発生する電圧を平滑したものにシンク電圧vaを足したものになる。
【0025】
また、ダイオードポンプ回路13において、ダイオードD5のアノードはダイオードポンプ回路12の出力に接続されている。すなわち、ダイオードポンプ回路13は基準電圧としてダイオードポンプ回路12の出力を用いている。そのため、ダイオードポンプ回路13の出力電圧v2は、二次巻線N2の他端に発生する電圧を平滑したものに出力電圧v1を足したものになる。しかも、ダイオードポンプ回路12の出力はシンク電源回路15の出力を基準としているので、ダイオードポンプ回路13は間接的に基準電圧としてシンク電源回路15の出力を用いていることになる。
【0026】
また、ダイオードポンプ回路14において、ダイオードD6のアノードはダイオードポンプ回路13の出力に接続されている。すなわち、ダイオードポンプ回路14は基準電圧としてダイオードポンプ回路13の出力を用いている。そのため、ダイオードポンプ回路14の出力電圧v3は、二次巻線N3の他端に発生する電圧を平滑したものに出力電圧v2を足したものになる。しかも、ダイオードポンプ回路13の出力は上述のように間接的にシンク電源回路15の出力を基準としているので、ダイオードポンプ回路14も間接的に基準電圧としてシンク電源回路15の出力を用いていることになる。
【0027】
このように構成されたDC−DCコンバータ10においても、負荷抵抗を流れた電流はシンク電源回路15に流している。しかしながら、シンク電源回路15はシンク端子VAから流れ込んできた電流を消費せず、ダイオードD4を介してダイオードポンプ回路12に回生している。回生された電流はダイオードD1を介して負荷R1に流れる電流になるだけでなく、ダイオードD5を介してダイオードポンプ回路13にも回生している。同様にダイオードポンプ回路13に回生された電流はダイオードD2を介して負荷R2に流れる電流になるだけでなく、ダイオードD6を介してダイオードポンプ回路14にも回生している。その結果、ダイオードD4には全ての負荷抵抗に流れる電流の回生電流が流れ、ダイオードD5には負荷抵抗R2とR3に流れる電流の回生電流が流れ、ダイオードD6には負荷抵抗R3に流れる電流の回生電流のみが流れる。
【0028】
このように、DC−DCコンバータ10においては、負荷抵抗を流れてシンク端子VAに流れ込んだ電流は消費されない。そのため、従来のDC−DCコンバータ1において無駄に消費されていた電力をそのまま削減することができる。
【0029】
なお、DC−DCコンバータ10においては3つの出力端子を備えているが、出力端子の数は3つに限定されるものではなく、1つ以上あればよい。
【0030】
また、DC−DCコンバータ10においては、シンク電源回路15の構成を出力電源回路11と同様のダイオードポンプ回路としているが、シンク電源回路としてはダイオードポンプ回路である必要はなく、他の構成でも何ら構わない。例えば従来のDC−DCコンバータ1における出力電源回路2のような、整流用のダイオードと平滑用のコンデンサで構成されたものであっても構わない。
【0031】
図4に、本発明のDC−DCコンバータの別の実施例の回路図を示す。図4において、図1と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。
【0032】
図4に示したDC−DCコンバータ20において、DC−DCコンバータ10との違いは出力電源回路11に代えて出力電源回路21を備えている点だけである。そして、出力電源回路21においては、3つのダイオードポンプ回路12、13、14においてダイオードD4、D5、D6のアノードをいずれもシンク電源回路15の出力に接続した点だけが出力電源回路11との違いである。
【0033】
このように構成されたDC−DCコンバータ20においては、3つのダイオードポンプ回路12、13、14がいずれも基準電圧としてシンク電源回路15の出力を直接用いている。そのため、ダイオードD4、D5、D6にはそれぞれ負荷抵抗R1、R2、R3に流れる電流の回生電流が流れる。
【0034】
図1に示したDC−DCコンバータ10の場合には、例えばダイオードD1やD4には3つの負荷抵抗R1、R2、R3に流れる電流の回生電流がすべて流れるために、それに応じた能力を有するダイオードを使う必要がある。それに対して、DC−DCコンバータ20の場合には同じダイオードD1やD4に負荷抵抗R1に流れる電流の回生電流しか流れないために、使用するダイオードの能力は低くても構わず、低コスト化を図ることができる。
【0035】
DC−DCコンバータ20においては、この点以外にDC−DCコンバータ10との違いはなく、同様の作用効果を奏することができる。
【0036】
【発明の効果】
本発明のDC−DCコンバータによれば、直流電圧をスイッチングして得た交流電圧を入力としてシンク電圧を発生するシンク電源回路と、同じく交流電圧を入力としてシンク電圧より高い出力電圧を発生する出力電源回路とを有し、出力電源回路から出力された電流をシンク電源回路に流すDC−DCコンバータであって、出力電源回路がダイオードポンプ回路を備え、そのダイオードポンプ回路の基準電圧として直接あるいは間接にシンク電源回路の出力を用いることによって、消費電力の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のDC−DCコンバータの一実施例を示す回路図である。
【図2】ダイオードポンプ回路の回路図である。
【図3】図2のダイオードポンプ回路の入出力電圧の時間波形を示す波形図である。
【図4】本発明のDC−DCコンバータの別の実施例を示す回路図である。
【図5】従来のDC−DCコンバータを示す回路図である。
【符号の説明】
10、20…DC−DCコンバータ
11、21…出力電源回路
12、13、14…ダイオードポンプ回路
15…シンク電源回路
Q1…FET
T1…トランス
N1、N2、N3…二次巻線
N4…一次巻線
D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8…ダイオード
C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8…コンデンサ
V1、V2、V3…出力端子
VA…シンク端子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a DC-DC converter capable of flowing an output current to a predetermined sink power supply circuit.
[0002]
[Prior art]
When a load is provided between a predetermined voltage and another predetermined voltage which is different from the ground and is different from the ground, an output terminal for outputting a current to the load and a current flowing from the load flow (recovery). ) Requires a power supply device with a sink terminal.
[0003]
FIG. 5 shows a circuit diagram of such a power supply device configured as a DC-DC converter. In FIG. 5, the DC-
[0004]
Here, the output power supply circuit 2 is a general booster circuit and includes a transformer T1, a switching FET Q1, diodes D1, D2, D3, and capacitors C1, C2, C3. The transformer T1 is provided with a primary winding N4 and secondary windings N1, N2, N3. The input terminal Vin is connected to the ground via the primary winding N4 and the FET Q1 in series. One end of the secondary winding N1 is connected to a connection point between the primary winding N4 and the FET Q1, and the other end is connected to one end of the secondary winding N2. The other end of the secondary winding N2 is connected to one end of the secondary winding N3. The other end of the secondary winding N1 is connected to a first output terminal V1 via a rectifying and smoothing circuit including a diode D1 and a capacitor C1. The other end of the secondary winding N2 is connected to a second output terminal V2 via a rectifying and smoothing circuit including a diode D2 and a capacitor C2. The other end of the secondary winding N3 is connected to a third output terminal V3 via a rectifying and smoothing circuit including a diode D3 and a capacitor C3.
[0005]
The
[0006]
In the DC-
[0007]
The AC voltage generated at the other end of each of the secondary windings N1, N2, N3 is rectified and smoothed by a rectifying / smoothing circuit comprising a diode and a capacitor, and becomes output voltages v1, v2, v3, respectively, and becomes a first output, respectively. The signal is output from the terminal V1, the second output terminal V2, and the third output terminal V3.
[0008]
Currents output from the first output terminal V1, the second output terminal V2, and the third output terminal V3 flow to the sink terminal VA through the load resistors R1, R2, and R3, respectively.
[0009]
A known document has not been found for a DC-DC converter having a sink terminal in addition to such an output power supply circuit.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In the DC-
va × (i1 + i2 + i3)
Is consumed as it is and becomes heat. In the DC-
va × (i1 + i2 + i3) / α
become.
[0011]
In this case, the power consumed by the
[0012]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and provides a DC-DC converter capable of reducing unnecessary power consumption in a sink circuit or the like.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a DC-DC converter according to the present invention includes a sink power supply circuit that generates a sink voltage by inputting an AC voltage obtained by switching a DC voltage, and a sink power circuit that receives the AC voltage as an input. An output power supply circuit that generates a high output voltage; and a DC-DC converter that passes a current output from the output power supply circuit to the sink power supply circuit, wherein the output power supply circuit includes a diode pump circuit; The output of the sink power supply circuit is used directly or indirectly as a reference voltage of a diode pump circuit.
[0014]
Further, in the DC-DC converter according to the present invention, the diode pump circuit may further include an input terminal to which the AC voltage is input, a first capacitor having one end connected to the input terminal, and a first capacitor. A first diode connected between the first terminal and the output terminal; a second diode having one end connected to the other end of the first capacitor; and a second smoothing diode connected to the output terminal. And a capacitor, wherein the other end of the second diode is connected to an output of the sink power supply circuit.
[0015]
With this configuration, in the DC-DC converter of the present invention, it is possible to reduce power consumption, suppress generation of heat, simplify the heat radiation structure, and reduce the size.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows a circuit diagram of a DC-DC converter according to an embodiment of the present invention. 1, the same or equivalent parts as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0017]
1, a DC-
[0018]
One end of the secondary winding N1 is connected to the sink terminal VA via the
[0019]
Here, the operation of the diode pump circuit will be described first with reference to FIG. In FIG. 2, the diode pump circuit includes an input terminal IN, capacitors Ca and Cb, diodes Da and Db, and an output terminal OUT. The input terminal IN is connected to the anode of the diode Db via a DC cut capacitor Ca, and the cathode of the diode Db is connected to the output terminal OUT. The diode Da has an anode connected to the reference voltage generator Vr, and a cathode connected to the anode of the diode Db. The smoothing capacitor Cb is connected between the output terminal OUT and the ground. It is assumed that a rectangular wave voltage is applied to the input terminal IN.
[0020]
Here, assuming that the square wave voltage applied to the input terminal IN is vi, the anode voltage of the diode Db is vx, the voltage of the output terminal OUT is vo, and the voltage of the reference voltage generator Vr is vr, the respective voltages vi, vx, The time waveform of vo is as shown in FIG. Thus, the voltage vi applied to the input terminal IN appears at the anode of the diode Db as vx whose minimum level is raised by the voltage vr. Then, a smoothed voltage vo is obtained at the output terminal. The voltage vo is a voltage boosted by the voltage vr as compared to a voltage vi that is simply smoothed. In this manner, in the diode pump circuit, the input voltage can be boosted by the reference voltage.
[0021]
The diode pump circuit is described in detail in, for example, pages 97 to 102 of "Analysis Power Supply" (by Michio Okamura, QC Publishing Company, first edition issued on January 10, 1981).
[0022]
Here, returning to FIG. 1, the operation of the DC-
[0023]
First, the sink
[0024]
Next, in the
[0025]
In the
[0026]
In the
[0027]
Also in the DC-
[0028]
As described above, in the DC-
[0029]
Although the DC-
[0030]
Further, in the DC-
[0031]
FIG. 4 shows a circuit diagram of another embodiment of the DC-DC converter of the present invention. 4, the same or equivalent parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0032]
The DC-
[0033]
In the DC-
[0034]
In the case of the DC-
[0035]
In the DC-
[0036]
【The invention's effect】
According to the DC-DC converter of the present invention, a sink power supply circuit that generates a sink voltage by inputting an AC voltage obtained by switching a DC voltage, and an output that generates an output voltage higher than the sink voltage by inputting the AC voltage as well A DC-DC converter having a power supply circuit and passing a current output from the output power supply circuit to a sink power supply circuit, wherein the output power supply circuit includes a diode pump circuit, and is directly or indirectly used as a reference voltage of the diode pump circuit. By using the output of the sink power supply circuit, power consumption can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a DC-DC converter according to the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram of a diode pump circuit.
FIG. 3 is a waveform diagram showing a time waveform of an input / output voltage of the diode pump circuit of FIG. 2;
FIG. 4 is a circuit diagram showing another embodiment of the DC-DC converter of the present invention.
FIG. 5 is a circuit diagram showing a conventional DC-DC converter.
[Explanation of symbols]
10, 20 DC-
T1 Transformer N1, N2, N3 Secondary winding N4 Primary winding D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8 Diode C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 ... capacitors V1, V2, V3 ... output terminal VA ... sink terminal
Claims (2)
前記出力電源回路はダイオードポンプ回路を備え、該ダイオードポンプ回路の基準電圧として直接あるいは間接に前記シンク電源回路の出力を用いたことを特徴とするDC−DCコンバータ。A sink power supply circuit that generates a sink voltage by inputting an AC voltage obtained by switching a DC voltage, and an output power supply circuit that generates an output voltage higher than the sink voltage by inputting the AC voltage. A DC-DC converter for flowing a current output from a circuit to the sink power supply circuit,
A DC-DC converter, wherein the output power supply circuit includes a diode pump circuit, and directly or indirectly uses an output of the sink power supply circuit as a reference voltage of the diode pump circuit.
前記第2のダイオードの他端が前記シンク電源回路の出力に接続されたことを特徴とする、請求項1に記載のDC−DCコンバータ。The diode pump circuit is connected to an input terminal to which the AC voltage is input, a first capacitor having one end connected to the input terminal, and connected between the other end of the first capacitor and an output terminal. A first diode, a second diode having one end connected to the other end of the first capacitor, and a smoothing second capacitor connected to the output terminal;
The DC-DC converter according to claim 1, wherein the other end of the second diode is connected to an output of the sink power supply circuit.
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