JP2005168247A - Composite power supply unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の異なった電圧を出力する多出力構成を有した複合電源装置に関する。 The present invention relates to a composite power supply apparatus having a multi-output configuration that outputs a plurality of different voltages.
電子機器には複数種類の集積回路が搭載される場合があるが、近年、個々の集積回路において低電圧動作化、特性の改善、多様化が進んできたため、各集積回路に対応できるように、複数の異なった電源電圧を同時に得ることができる複合電源装置が要求されている。 There are cases where multiple types of integrated circuits are mounted on electronic devices, but in recent years, low voltage operation, improved characteristics, and diversification have progressed in individual integrated circuits, so that each integrated circuit can be supported. There is a demand for a composite power supply apparatus that can simultaneously obtain a plurality of different power supply voltages.
正負の極性の異なる出力電圧が必要な場合には、図６に示すように、負極性の電圧を得る電源回路と正極性の電圧を得る電源回路を個別に設けるのが最も確実な方法である。図６において、負極性電圧Ｖｏ１を得る電源回路は、入力端子１と接地端子（接地電位）までの間に直列に接続されたスイッチング素子Ｑ１とコイルＬ１と、スイッチング素子Ｑ１とコイルＬ１の接続点と接地端子（接地電位）までの間に直列に接続されたダイオードＤ１とコンデンサＣ１とを有し、ダイオードＤ１とコンデンサＣ１の接続点を負極性電圧出力端子２とする。また、第１の制御回路１００は、負極性電圧出力端子２と電源端子４の間に直列に接続された抵抗Ｒ１、Ｒ２によって分圧される負極性電圧Ｖｏ１のフィードバックにより、スイッチング素子Ｑ１がオンする時間（デューティ比）を制御するＰＷＭ制御を行っている。このように、負極性電圧Ｖｏ１を得る電源回路は、極性反転型スイッチング電源回路の構成となっている。
When output voltages having different positive and negative polarities are required, the most reliable method is to separately provide a power supply circuit for obtaining a negative voltage and a power supply circuit for obtaining a positive voltage as shown in FIG. . In FIG. 6, the power supply circuit for obtaining the negative voltage Vo1 includes a switching element Q1 and a coil L1 connected in series between the
一方、図６において、正極性電圧Ｖｏ２を得る電源回路は、入力端子１と接地端子（接地電位）までの間に直列に接続されたスイッチング素子Ｑ２とコイルＬ２と、スイッチング素子Ｑ２とコイルＬ２の接続点と接地端子（接地電位）までの間に直列に接続されたダイオードＤ４とコンデンサＣ４とを有し、ダイオードＤ４とコンデンサＣ４の接続点を正極性電圧出力端子３とする。また、第２の制御回路１０１は、正極性電圧出力端子３と接地端子（接地電位）の間に直列に接続された抵抗Ｒ３、Ｒ４によって分圧される正極性電圧Ｖｏ２のフィードバックにより、スイッチング素子Ｑ２がオンする時間（デューティ比）を制御するＰＷＭ制御を行っている。このように、正極性電圧Ｖｏ２を得る電源回路は、昇圧型スイッチング電源回路の構成となっている。
On the other hand, in FIG. 6, the power supply circuit for obtaining the positive voltage Vo2 includes a switching element Q2 and a coil L2, and a switching element Q2 and a coil L2 connected in series between the
極性反転型スイッチング電源回路と昇圧型スイッチング電源回路の動作は周知のものであり、負極性電圧出力端子２からは入力電圧Ｖｉと逆の極性の電圧Ｖｏ１が出力され、正極性電圧出力端子３からは入力電圧Ｖｉと同じ極性の電圧Ｖｏ２が出力される。
The operations of the polarity inversion switching power supply circuit and the step-up switching power supply circuit are well known, and the negative
図６に示す複合電源装置は、正負両極性の電圧を得るにあたって２つのスイッチング素子と２つの制御回路を併設しているが、正負両極性の電圧を１つのスイッチング素子と１つの制御回路から得る複合電源装置もある。その複合電源装置の代表的な構成例を図７に示す。 The composite power supply device shown in FIG. 6 is provided with two switching elements and two control circuits for obtaining positive and negative bipolar voltages, but obtains positive and negative bipolar voltages from one switching element and one control circuit. There are also complex power supplies. A typical configuration example of the composite power supply apparatus is shown in FIG.
図７において、スイッチング素子Ｑ１、コイルＬ１、ダイオードＤ１、コンデンサＣ１は、図６に示す複合電源装置と同様に、極性反転型スイッチング電源回路を構成している。また、制御回路１００は、図６に示す複合電源装置と同様に、負極性電圧出力端子２と電源端子４の間に直列に接続された抵抗Ｒ１、Ｒ２によって分圧される負極性電圧Ｖｏ１のフィードバックにより、スイッチング素子Ｑ１がオンする時間（デューティ比）を制御するＰＷＭ制御を行っている。
In FIG. 7, the switching element Q1, the coil L1, the diode D1, and the capacitor C1 constitute a polarity inversion switching power supply circuit, as in the composite power supply device shown in FIG. In addition, the
一方、正極性電圧Ｖｏ２を得る電源回路はチャージポンプ型の昇圧回路を構成しており、スイッチング素子Ｑ１とコイルＬ１の接続点に一方端が接続された結合コンデンサＣ２と、電源あるいは接地電位から接地電位あるいは電源までの間に直列に接続された第１及び第２の整流用ダイオードＤ２、Ｄ３と整流用コンデンサＣ３とからなり、結合コンデンサＣ２の他方端が整流用ダイオードＤ２、Ｄ３の接続点に接続されている。 On the other hand, the power supply circuit for obtaining the positive voltage Vo2 constitutes a charge pump type booster circuit. The coupling capacitor C2 has one end connected to the connection point between the switching element Q1 and the coil L1, and is grounded from the power supply or ground potential The first and second rectifying diodes D2 and D3 and the rectifying capacitor C3 are connected in series between the potential or the power source, and the other end of the coupling capacitor C2 is a connection point of the rectifying diodes D2 and D3. It is connected.
チャージポンプ型の昇圧回路の動作も周知のものであり、正極性電圧出力端子３からは入力電圧Ｖｉと同じ極性の電圧Ｖｏ２が出力される。また、図６に示す複合電源装置と同様に、極性反転型スイッチング電源回路の負極性電圧出力端子２からは入力電圧Ｖｉと逆の極性の電圧Ｖｏ１が出力される。
The operation of the charge pump type booster circuit is also well known, and the positive
このように、図７に示す複合電源装置は、極性反転型スイッチング電源回路の出力端子から負極性電圧Ｖｏ１を得て、極性反転型スイッチング電源回路のスイッチング素子にオン、オフ動作を行わせるとともに、このオン・オフ動作によりスイッチング素子Ｑ１とコイルＬ１の接続点に発生する電圧を整流して、正極性電圧Ｖｏ２を得る構成となっている。 As described above, the composite power supply device shown in FIG. 7 obtains the negative voltage Vo1 from the output terminal of the polarity inversion switching power supply circuit and causes the switching element of the polarity inversion switching power supply circuit to perform the on / off operation. By this on / off operation, the voltage generated at the connection point between the switching element Q1 and the coil L1 is rectified to obtain the positive voltage Vo2.
以上のように、図６に示す複合電源装置は、併設した２つの制御回路によるＰＷＭ制御により正負両極性の電圧を個別に得ており、各制御回路により独立に制御された出力電圧は非常に安定度が高いものとなっている。しかしながら、反面、素子数の増大によるコストアップと装置の大型化を招いていた。 As described above, the composite power supply device shown in FIG. 6 individually obtains positive and negative voltages by PWM control by two control circuits provided in parallel, and the output voltage independently controlled by each control circuit is very high. The stability is high. On the other hand, however, the increase in the number of elements has led to an increase in cost and an increase in the size of the apparatus.
一方、図７に示す複合電源装置は１つの制御回路によるＰＷＭ制御により正負両極性の電圧を得ているので素子数は少なくなっている。しかしながら、図７における制御回路は、２つ存在する出力電圧のうちの一方の出力電圧（図７に示す例では、負極性電圧Ｖｏ１）を検出してスイッチング素子を制御しているため、それぞれの出力端子につながる負荷の軽重が著しく異なる場合には、各出力端子に現れる電圧が不安定になるという課題があった。 On the other hand, since the composite power supply device shown in FIG. 7 obtains positive and negative voltage by PWM control by one control circuit, the number of elements is reduced. However, the control circuit in FIG. 7 detects the output voltage of one of the two existing output voltages (in the example shown in FIG. 7, the negative voltage Vo1) and controls the switching element. When the weight of the load connected to the output terminal is significantly different, there is a problem that the voltage appearing at each output terminal becomes unstable.
例えば、図７に示す複合電源装置において負極性電圧出力端子２側の負荷が軽く正極性電圧出力端子３側の負荷が重い場合、スイッチング素子Ｑ１が間欠動作するため（すなわち、スイッチング素子Ｑ１がオンするまでの間隔が長いため）、その間に正極性電圧Ｖｏ２が重負荷によって落ちてしまう。
For example, when the load on the negative
これを回避するには、結合コンデンサＣ２の容量値を大きくするのが有効であるが、コストの増大を招くとともに、正極性電圧出力端子３の負荷が軽い場合に出力電圧Ｖｏ２が高めに制御されてしまう。
In order to avoid this, it is effective to increase the capacitance value of the coupling capacitor C2. However, the cost is increased and the output voltage Vo2 is controlled to be higher when the load on the positive
このように図７に示す複合電源装置は、図６に示す複合電源装置に比べて、装置の小型化とコスト低減は図れるものの、出力電圧の安定度が低くなるという問題があった。 As described above, the composite power supply device shown in FIG. 7 has a problem that the stability of the output voltage is lowered although the device can be reduced in size and cost compared with the composite power supply device shown in FIG.
本発明は、上記問題点に鑑み、極性反転型スイッチング電源回路のスイッチング素子Ｑ１にオン、オフ動作を行わせることで、極性反転型スイッチング電源回路の出力端子から負極性電圧Ｖｏ１を出力するとともに、チャージポンプ型の昇圧回路の出力端子から正極性電圧Ｖｏ２を出力する複合電源装置であって、コイルＬ１に流れる電流と負極性電圧Ｖｏ１と正極性電圧Ｖｏ２をフィードバックし、これらの値の演算結果を基にスイッチング素子Ｑ１を制御することにより、装置の小型化とコスト低減が可能となる回路構成を有しながらもその出力電圧の安定度を高く保てる複合電源装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention outputs the negative voltage Vo1 from the output terminal of the polarity inversion switching power supply circuit by causing the switching element Q1 of the polarity inversion switching power supply circuit to perform an on / off operation. A composite power supply device that outputs a positive voltage Vo2 from an output terminal of a charge pump type booster circuit, which feeds back a current flowing through a coil L1, a negative voltage Vo1, and a positive voltage Vo2, and calculates the result of these values. It is an object of the present invention to provide a composite power supply apparatus that can maintain a high stability of its output voltage while having a circuit configuration that enables downsizing and cost reduction of the apparatus by controlling the switching element Q1.
本発明の請求項１記載の複合電源装置は、入力端子から接地電位までの間に直列に接続されたスイッチング素子とコイルと検出抵抗と、前記スイッチング素子と前記コイルの接続点と接地電位までの間に直列に接続されたダイオードとコンデンサとを具備し、前記ダイオードと前記コンデンサの接続点を第１の出力端子とする第１の電源回路と、
前記スイッチング素子と前記コイルの接続点に一方端が接続された結合コンデンサと、電源または接地電位から接地電位または電源までの間に直列に接続された第１及び第２の整流用ダイオードと整流用コンデンサとを具備し、前記結合コンデンサの他方端が前記第１及び第２の整流用ダイオードの接続点に接続され、前記整流用ダイオードのうちの一方と前記整流用コンデンサの接続点を第２の出力端子とする第２の電源回路と、
前記検出抵抗で検出される前記コイルに流れる電流と、前記第１の出力端子と電源の間に直列に接続された抵抗によって検出される前記第１の出力端子の第１の出力電圧と、前記第２の出力端子と接地電位の間に直列に接続された抵抗によって検出される前記第２の出力端子の第２の出力電圧とを基に、前記スイッチング素子を制御する制御回路と
を備えることを特徴とする。
The composite power supply device according to
A coupling capacitor having one end connected to a connection point of the switching element and the coil, and first and second rectifying diodes connected in series between a power source or a ground potential to a ground potential or a power source, and for rectification A capacitor, and the other end of the coupling capacitor is connected to a connection point of the first and second rectifier diodes, and a connection point of one of the rectifier diodes and the rectifier capacitor is a second point. A second power supply circuit as an output terminal;
A current flowing through the coil detected by the detection resistor, a first output voltage of the first output terminal detected by a resistor connected in series between the first output terminal and a power source, and And a control circuit for controlling the switching element based on a second output voltage of the second output terminal detected by a resistor connected in series between the second output terminal and a ground potential. It is characterized by.
また、本発明の請求項２記載の複合電源装置は、請求項１記載の複合電源装置であって、前記制御回路は、前記第１の出力電圧と前記第２の出力電圧の論理演算によって前記スイッチング素子をオンし、前記コイルに流れる電流が所定の最大値に達することによって前記スイッチング素子をオフすることを特徴とする。
The composite power supply device according to
また、本発明の請求項３記載の複合電源装置は、請求項１記載の複合電源装置であって、前記制御回路は、前記第１の出力電圧と前記第２の出力電圧の論理演算と前記コイルに流れる電流が所定の最小値以下であることとの論理演算によって、前記スイッチング素子をオンし、前記コイルに流れる電流が所定の最大値に達することによって前記スイッチング素子をオフすることを特徴とする。
The composite power supply device according to
また、本発明の請求項４記載の複合電源装置は、請求項１ないし３のいずれかに記載の複合電源装置であって、前記制御回路は、前記第１の出力電圧と前記第２の出力電圧の大小関係に応じて、前記コイルに流れる電流に設定する最大値を切り換えることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a composite power supply apparatus according to any one of the first to third aspects, wherein the control circuit includes the first output voltage and the second output. The maximum value set for the current flowing in the coil is switched according to the magnitude relationship of the voltage.
以上のように、本発明に係る複合電源装置によれば、装置の小型化とコスト低減が可能となる回路構成を有しながらもその出力電圧の安定度を高く保つことができる。 As described above, according to the composite power supply device of the present invention, the stability of the output voltage can be kept high while having a circuit configuration capable of reducing the size and cost of the device.
以下、本発明の実施の形態について図面を交えて説明する。図１は本実施の形態に係る複合電源装置の構成の概略を示す図である。但し、前述した図７に基づいて説明した部材に対応する部材には同一の符号を付している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an outline of the configuration of the composite power supply apparatus according to the present embodiment. However, members corresponding to those described with reference to FIG.
図１において、スイッチング素子Ｑ１、コイルＬ１、ダイオードＤ１、コンデンサＣ１は、図７に示す複合電源装置と同様に、負極性電圧（第１の出力電圧）Ｖｏ２を得る極性反転型スイッチング電源回路（第１の電源回路）を構成している。また、正極性電圧（第２の出力電圧）Ｖｏ２を得る電源回路（第２の電源回路）は、図７に示す複合電源装置と同様に、チャージポンプ型の昇圧回路を構成している。 In FIG. 1, a switching element Q1, a coil L1, a diode D1, and a capacitor C1 are connected to a polarity inversion switching power supply circuit (first output voltage) Vo2 that obtains a negative voltage (first output voltage) Vo2 as in the composite power supply device shown in FIG. 1 power supply circuit). Further, the power supply circuit (second power supply circuit) for obtaining the positive voltage (second output voltage) Vo2 forms a charge pump type booster circuit, as in the composite power supply apparatus shown in FIG.
また、図１において、検出抵抗Ｒ５はコイルＬ１と接地端子（接地電位）の間に直列に接続されており、コイルＬ１に流れる電流を検出している。
また、図１において、制御回路５は、負極性電圧出力端子（第１の出力端子）２と電源端子４の間に直列に接続された抵抗Ｒ１、Ｒ２によって検出される負極性電圧Ｖｏ１と、正極性電圧出力端子（第２の出力端子）３と接地電位の間に直列に接続された抵抗Ｒ３、Ｒ４によって検出される正極性電圧Ｖｏ２と、検出抵抗Ｒ５によって検出されるコイルＬ１に流れる電流のフィードバックにより、スイッチング素子Ｑ１を制御している。
In FIG. 1, the detection resistor R5 is connected in series between the coil L1 and the ground terminal (ground potential), and detects the current flowing through the coil L1.
In FIG. 1, the
以上のように構成された複合電源装置の動作について、図５に示すタイミングチャートの区間（Ａ）を参照して説明する。
図５は、上からスイッチング素子Ｑ１のゲート電圧、コイルＬ１の電流（コイル電流）、負極性電圧出力端子２から出力される負極性電圧Ｖｏ１、正極性電圧出力端子２から出力される正極性電圧Ｖｏ１の波形を示している。
The operation of the composite power supply apparatus configured as described above will be described with reference to a section (A) of the timing chart shown in FIG.
FIG. 5 shows the gate voltage of the switching element Q1, the current of the coil L1 (coil current), the negative voltage Vo1 output from the negative
まず時刻ａのタイミングにおいてスイッチング素子Ｑ１がオンしコイルＬ１に電流が流れる。コイル電流が設定した最大値Ｉｍａｘ１に達するとスイッチング素子Ｑ１はオフする。 First, at the timing of time a, the switching element Q1 is turned on and a current flows through the coil L1. When the coil current reaches the set maximum value Imax1, the switching element Q1 is turned off.
スイッチング素子Ｑ１がオンした瞬間に正極性電圧Ｖｏ２の電圧は昇圧される。スイッチング素子Ｑ１のオン抵抗やダイオードのＰＮ接合のポテンシャル電位を無視すると、スイッチング素子Ｑ１とコイルＬ１の接続点（Ｚ）のスイッチング素子Ｑ１がオンする直前の電圧は、負極性電圧Ｖｏ１に等しく、スイッチング素子Ｑ１がオンした直後の接続点（Ｚ）の電圧は、入力端子１に入力される入力電圧Ｖｉにほぼ等しくなる。その結果、スイッチング素子Ｑ１がオンした瞬間に正極性電圧Ｖｏ２は“｜Ｖｏ１｜＋Ｖｉ”となる（時刻ａ）。
At the moment when the switching element Q1 is turned on, the voltage of the positive voltage Vo2 is boosted. If the ON resistance of the switching element Q1 and the potential potential of the PN junction of the diode are ignored, the voltage immediately before the switching element Q1 at the connection point (Z) between the switching element Q1 and the coil L1 is turned on is equal to the negative polarity voltage Vo1. The voltage at the connection point (Z) immediately after the element Q1 is turned on is substantially equal to the input voltage Vi input to the
一方、負極性電圧Ｖｏ１は、スイッチング素子Ｑ１がオフした瞬間にコイルＬ１に蓄えられていたエネルギーがコンデンサＣ１へ放出されることで、負極性の電圧を出力する（時刻ｂ）。 On the other hand, the negative polarity voltage Vo1 outputs a negative polarity voltage by releasing the energy stored in the coil L1 to the capacitor C1 at the moment when the switching element Q1 is turned off (time b).
負極性電圧Ｖｏ１は抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２によって分圧されて制御回路５の入力端子７へ出力される。正極性電圧Ｖｏ２も同様に抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ５によって分圧されて制御回路５の入力端子６へ出力される。またコイル電流も検出抵抗Ｒ５によって検出され、電圧に変換されて制御回路５の入力端子８へ出力される。
The negative voltage Vo1 is divided by the resistors R1 and R2 and output to the
制御回路５はフィードバックされた負極性電圧Ｖｏ１の値、正極性電圧Ｖｏ２の値、コイル電流を電圧に変換した値を演算して、スイッチング素子Ｑ１のオン・オフを制御する。
The
続いて、制御回路５の一例について説明する。図２は、本実施の形態に係る複合電源装置の構成の一例を示す図である。
当該制御回路５において、基準電圧源１０は所定の第１基準電圧を発生する。比較器１１は負極性電圧を分圧した値と第１基準電圧を比較する。基準電圧源１２は所定の第２基準電圧を発生する。比較器１３は正極性電圧を分圧した値と第２基準電圧を比較する。
Next, an example of the
In the
また、電源端子１４と接地端子（接地電位）までの間に直列に接続された定電流源１５と抵抗１６は、コイル電流の最大値（所定の最大値）Ｉｍａｘ１を設定している。すなわち、定電流源１５と抵抗１６は、コイル電流の最大値
Ｉｍａｘ１＝（Ｉｒｅｆ１×Ｒ６）／Ｒ５
を決定する第３基準電圧を作成する。比較器１７は、定電流源１５を流れる電流Ｉｒｅｆ１と抵抗１６の抵抗値Ｒ６により設定される第３基準電圧とコイル電流を電圧に変換した値とを比較する。
The constant
A third reference voltage for determining The
ＮＡＮＤ回路１８は比較器１１と比較器１３の否定論理積をとる。論理回路１９は、ＮＡＮＤ回路１８の出力によりスイッチング素子Ｑ１をオンし、比較器１７の出力によりスイッチング素子Ｑ１をオフする。すなわち、論理回路１９は、負極性電圧を分圧した値が第１基準電圧に達すると、あるいは正極性電圧を分圧した値が第２基準電圧に達すると、スイッチング素子Ｑ１をオンする。また、論理回路１９は、コイル電流を電圧に変換した値が第３基準電圧に達するとスイッチング素子Ｑ１をオフする。ドライブ２０は論理回路１９の出力を受けてスイッチング素子Ｑ１を駆動する。
The
以上のように構成された複合電源装置の動作について、図５に示すタイミングチャートの区間（Ｂ）を参照して説明する。区間（Ｂ）の前半においては、負極性電圧Ｖｏ１と正極性Ｖｏ２は、それぞれの負荷により電圧が下がる。但し、負極性電圧Ｖｏ１は、このオフ期間中に正方向へ上がり始める。 The operation of the composite power supply apparatus configured as described above will be described with reference to a section (B) of the timing chart shown in FIG. In the first half of the section (B), the voltages of the negative voltage Vo1 and the positive voltage Vo2 are lowered by the respective loads. However, the negative voltage Vo1 starts to increase in the positive direction during this off period.
そして、時刻ｃのタイミングにおいて、負極性電圧Ｖｏ１が基準電圧Ｖｏ１ｒｅｆより大きくなりスイッチング素子Ｑ１がオンすることでコイル電流が流れ出す。このとき正極性電圧Ｖｏ２は未だ基準電圧Ｖｏ２ｒｅｆ以上を保っているが、上述したように、ＮＡＮＤ回路を用いているため、スイッチング素子Ｑ１はオンする。 Then, at the timing of time c, the negative polarity voltage Vo1 becomes larger than the reference voltage Vo1ref and the switching element Q1 is turned on, whereby the coil current starts to flow. At this time, the positive voltage Vo2 is still maintained at the reference voltage Vo2ref or higher, but since the NAND circuit is used as described above, the switching element Q1 is turned on.
逆に区間（Ｂ）の後半においては、今度は負極性電圧Ｖｏ１は基準電圧Ｖｏ１ｒｅｆ以下を保っているが、正極性電圧Ｖｏ２が基準電圧Ｖｏ２ｒｅｆまで下がったことでスイッチング素子Ｑ１がオンする（時刻ｄ）。 On the contrary, in the second half of the section (B), the negative voltage Vo1 is maintained below the reference voltage Vo1ref, but the switching element Q1 is turned on when the positive voltage Vo2 is lowered to the reference voltage Vo2ref (time d). ).
また、いずれの場合もコイル電流が最大値Ｉｍａｘ１に達するとスイッチング素子Ｑ１はオフする。このような動作を繰り返すことで、負極性電圧と正極性電圧を制御する。
続いて、制御回路５の他の例について説明する。図３は、本実施の形態に係る複合電源装置の構成の一例を示す図である。
In any case, when the coil current reaches the maximum value Imax1, the switching element Q1 is turned off. By repeating such an operation, the negative voltage and the positive voltage are controlled.
Next, another example of the
この図３に示す制御回路５は、コイル電流を電圧に変換した値と所定の第４基準電圧を比較する比較器２２と、ＮＡＮＤ回路１８と比較器２２の出力の論理積をとるＡＮＤ回路２３を備え、負極性電圧を分圧した値が第１基準電圧に達し、あるいは正極性電圧を分圧した値が第２基準電圧に達し、且つコイル電流を電圧に変換した値が第４基準電圧以下となったときにスイッチング素子Ｑ１をオンする点が、図２に示す制御回路と異なる。なお、図３において、基準電圧源２１はコイル電流の最小値Ｉｍｉｎを決定する。
The
以上のように構成された複合電源装置の動作について、図５に示すタイミングチャートの区間（Ｃ）を参照して説明する。区間（Ｃ）は入力電圧Ｖｉが著しく低く、十分な極性反転電圧（負極性電圧）と昇圧電圧（正極性電圧）を得られない状態を示している。 The operation of the composite power supply apparatus configured as described above will be described with reference to a section (C) of the timing chart shown in FIG. The section (C) shows a state in which the input voltage Vi is extremely low and a sufficient polarity inversion voltage (negative voltage) and boosted voltage (positive voltage) cannot be obtained.
このような場合、スイッチング素子Ｑ１は比較器１７と比較器２２の出力によってオン・オフを繰り返す。つまり、スイッチング素子Ｑ１は、コイル電流が最小値Ｉｍｉｎに達するとオンし、最大値Ｉｍａｘ１に達するとオフするという動作を繰り返す。
In such a case, the switching element Q1 is repeatedly turned on and off by the outputs of the
この動作は、例えば磁気ディスク装置の電源オフ時のヘッド退避機能等に対して非常に有効であり、入力電圧Ｖｉが小さくなっていっても極力長い時間、負極性電圧Ｖｏ１を低く（正極性電圧Ｖｏ２は高く）保とうとする。 This operation is very effective for the head retracting function when the power of the magnetic disk device is turned off, for example, and the negative voltage Vo1 is lowered (positive voltage) for a long time as much as possible even when the input voltage Vi is small. (Vo2 is high).
続いて、制御回路５の他の例について説明する。図４は、本実施の形態に係る複合電源装置の構成の一例を示す図である。
この図４に示す制御回路５は、負極性電圧Ｖｏ１と正極性電圧Ｖｏ２の大小関係に応じて、コイル電流の最大値を切り換えるためのスイッチ２４を備える点が、図３に示す制御回路と異なる。
Next, another example of the
The
図４において、ＡＮＤ回路２７と論理回路２８は、負極性電圧Ｖｏ１が基準電圧Ｖｏ１ｒｅｆを下回っており、且つスイッチング素子Ｑ１がオンのとき、スイッチ２４をオンする。スイッチ２４はコイル電流の最大値を決定する基準電圧の値を決めている定電流の値を切り換える。すなわち、スイッチ２４がオンのときは、定電流源２６が電源端子２５に接続され、比較器１７には、定電流源１５、２６から流出する電流Ｉｒｅｆ１、２と抵抗１６の抵抗値Ｒ６により設定される基準電圧が入力される。
In FIG. 4, the AND
以上のように構成された複合電源装置の動作について、図５に示すタイミングチャートの区間（Ｄ）、（Ｅ）を参照して説明する。区間（Ｄ）、（Ｅ）は、例えば、負極性電圧出力端子２につながる負荷が重く、正極性電圧出力端子３につながる負荷が軽い場合を示しており、区間（Ｄ）は前述した図７に示す装置の動作、区間（Ｅ）は図４に示す装置の動作を示している。
The operation of the composite power supply apparatus configured as described above will be described with reference to sections (D) and (E) of the timing chart shown in FIG. Sections (D) and (E) show, for example, the case where the load connected to the negative polarity
図７に示す装置の場合、区間（Ｄ）に示すように、負極性電圧Ｖｏ１が基準電圧Ｖｏ１ｒｅｆまで上昇してくる時間に比べて、正極性電圧Ｖｏ２が基準電圧Ｖｏ２ｒｅｆまで下降する時刻の方が短く、スイッチング素子Ｑ１のオン・オフは、正極性電圧Ｖｏ２によって支配的に制御される。つまり、負極性電圧Ｖｏ１が未だ基準電圧Ｖｏ１ｒｅｆより低い間に、正極性電圧Ｖｏ２によるスイッチングを繰り返すため、負極性電圧Ｖｏ１はさらに下降し、結果として基準電圧Ｖｏ１ｒｅｆより低い値で安定する、という現象が起こる。 In the case of the apparatus shown in FIG. 7, as shown in the section (D), the time when the positive voltage Vo2 falls to the reference voltage Vo2ref is longer than the time when the negative voltage Vo1 rises to the reference voltage Vo1ref. In short, on / off of the switching element Q1 is controlled predominantly by the positive voltage Vo2. That is, since the switching by the positive voltage Vo2 is repeated while the negative voltage Vo1 is still lower than the reference voltage Vo1ref, the negative voltage Vo1 further decreases, and as a result, the phenomenon that the negative voltage Vo1 is stabilized at a value lower than the reference voltage Vo1ref has a phenomenon. Occur.
図４に示す装置では、コイル電流の最大値の切り換えを行うことで、このような現象を回避している。すなわち、区間（Ｅ）に示すように、負極性電圧Ｖｏ１が基準電圧Ｖｏ１ｒｅｆより低い間は、コイル電流の最大値の基準としてＩｍａｘ１より小さく設定されたＩｍａｘ２を用いることで、負極性電圧Ｖｏ１の下降を最小限にしながら、正極性電圧Ｖｏ２を昇圧することができる。そして、負極性電圧Ｖｏ１が基準電圧Ｖｏ１ｒｅｆまで上昇すると同時にコイル電流の最大値の基準を通常の値Ｉｍａｘ１に戻すことで負極性電圧Ｖｏ１を下降させる。 In the apparatus shown in FIG. 4, such a phenomenon is avoided by switching the maximum value of the coil current. That is, as shown in the section (E), while the negative voltage Vo1 is lower than the reference voltage Vo1ref, the negative voltage Vo1 is decreased by using Imax2 set smaller than Imax1 as a reference of the maximum value of the coil current. The positive voltage Vo2 can be boosted while minimizing. Then, the negative polarity voltage Vo1 rises to the reference voltage Vo1ref, and at the same time, the negative polarity voltage Vo1 is lowered by returning the reference of the maximum value of the coil current to the normal value Imax1.
このような動作により、負極性電圧Ｖｏ１と正極性電圧Ｖｏ２の双方を安定に制御することを可能としている。 By such an operation, both the negative voltage Vo1 and the positive voltage Vo2 can be stably controlled.
本発明にかかる複合電源装置は、装置の小型化とコスト低減が可能となる回路構成を有しながらもその出力電圧の安定度を高く保つことができ、複数の異なった電圧を出力する多出力構成を有した電源装置等に有効である。 The composite power supply device according to the present invention has a circuit configuration that enables downsizing and cost reduction of the device, but can maintain high stability of its output voltage, and can output a plurality of different voltages. It is effective for a power supply device having a configuration.
１ 入力端子
２ 負極性電圧出力端子
３ 正極性電圧出力端子
４ 電源端子
５ 制御回路
６、７、８ 制御回路の入力端子
９ 制御回路の出力端子（スイッチング制御端子）
１０、１２、２１ 基準電圧源
１１、１３、１７、２２ 比較器
１４、２５ 電源端子
１５、２６ 定電流源
１６ 抵抗
１８ ＮＡＮＤ回路
１９、２８ 論理回路
２０ ドライブ回路
２３、２７ ＡＮＤ回路
２４ スイッチ
１００ 第１の制御回路
１０１ 第２の制御回路
DESCRIPTION OF
10, 12, 21
Claims (4)
前記スイッチング素子と前記コイルの接続点に一方端が接続された結合コンデンサと、電源または接地電位から接地電位または電源までの間に直列に接続された第１及び第２の整流用ダイオードと整流用コンデンサとを具備し、前記結合コンデンサの他方端が前記第１及び第２の整流用ダイオードの接続点に接続され、前記整流用ダイオードのうちの一方と前記整流用コンデンサの接続点を第２の出力端子とする第２の電源回路と、
前記検出抵抗で検出される前記コイルに流れる電流と、前記第１の出力端子と電源の間に直列に接続された抵抗によって検出される前記第１の出力端子の第１の出力電圧と、前記第２の出力端子と接地電位の間に直列に接続された抵抗によって検出される前記第２の出力端子の第２の出力電圧とを基に、前記スイッチング素子を制御する制御回路と
を備えることを特徴とする複合電源装置。 A switching element, a coil, and a detection resistor connected in series between the input terminal and the ground potential, and a diode and a capacitor connected in series between the connection point of the switching element and the coil and the ground potential. A first power supply circuit having a connection point between the diode and the capacitor as a first output terminal;
A coupling capacitor having one end connected to a connection point of the switching element and the coil, and first and second rectifying diodes connected in series between a power source or a ground potential to a ground potential or a power source, and for rectification A capacitor, and the other end of the coupling capacitor is connected to a connection point of the first and second rectifier diodes, and a connection point of one of the rectifier diodes and the rectifier capacitor is a second point. A second power supply circuit as an output terminal;
A current flowing through the coil detected by the detection resistor, a first output voltage of the first output terminal detected by a resistor connected in series between the first output terminal and a power source, and And a control circuit for controlling the switching element based on a second output voltage of the second output terminal detected by a resistor connected in series between the second output terminal and a ground potential. A composite power supply characterized by
4. The control circuit according to claim 1, wherein the control circuit switches a maximum value set for the current flowing through the coil in accordance with a magnitude relationship between the first output voltage and the second output voltage. 5. A composite power supply device according to 1.
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2003
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