(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリーからなる直流入力電源から得られた入力電圧をコイルを介してスイッチイングするスイッチと、
前記コイルに蓄積されたエネルギーを整流して昇圧された出力電圧を得る整流回路と、
前記出力電圧と基準電圧を比較する比較器とを有する昇圧チョッパー回路において、
前記入力電圧を一定値だけ高くシフトした電圧と前記出力電圧とを比較した出力を前記出力電圧に代えて、前記比較器に入力し、前記出力電圧に前記入力電圧に対する依存性を持たせることにより、前記入力電圧が低下しても前記入力電流の増大を抑圧したことを特徴とする昇圧チョッパー回路。
【請求項２】
バッテリーからなる直流入力電源から得られた入力電圧をコイルを介してスイッチイングするスイッチと、
該スイッチがオフのとき前記コイルに蓄積されたエネルギーを整流して昇圧された出力電圧を得る整流回路と、
前記出力電圧と第１基準電圧とを比較する第１比較器と、
該第１比較器の出力信号で前記スイッチのオンオフを制御する信号をパルス幅変調するＰＷＭドライブ回路とを有する昇圧チョッパー回路において、
前記入力電圧を昇圧電圧に応じた値だけ高くシフトした電圧と前記出力電圧を比較する第２比較器からの出力を前記出力電圧に代えて、前記第１比較器に入力し、前記出力電圧を前記入力電圧の低下に応答させて低下させ、前記入力電圧が低下しても前記入力電流の増大を抑圧したことを特徴とする昇圧チョッパー回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は昇圧チョッパー回路に関し、特に車載用オーディオ機器に昇圧した直流電源を供給する昇圧チョッパー回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車載用オーディオ機器は年々アンプのハイパワー化が進んでいる。そしてあるパワーを超えるとバッテリー電圧を昇圧する昇圧チョッパー回路が必要となり、昇圧した直流電圧でアンプを駆動していた。
【０００３】
図４に従来の昇圧チョッパー回路を示す。
【０００４】
昇圧チョッパー回路は、バッテリーからの直流電圧を印可される入力端子ＶＩＮおよび接地端子ＧＮＤと、コイルＬ１と、コイルＬ１への電流のスイッチイングを行うトランジスタやＭＯＳＦＥＴよりなるスイッチＳＷ１と、コイルＬ１とスイッチＳＷ１の接続点である出力端よりコイルＬ１に蓄積されたいエネルギーを取り出して整流するダイオードＤ１と平滑用のコンデンサＣ１と、出力電圧ＶＯＵＴと基準電圧Ｒｅｆ１とを比較する比較器ＯＰ１と、比較器ＯＰ１の出力によりパルス幅の変調を行うＰＷＭドライブ回路ＰＷＭと、出力電圧ｖｏｕｔを出力する出力端子ＶＯＵＴとで構成されている。
【０００５】
次ぎに、昇圧チョッパー回路の動作を説明する。バッテリーからの入力電圧ｖｉｎはバッテリーが新品であれば１４．４Ｖあり、出力電圧ｖｏｕｔは１７Ｖに設定されている。比較器ＯＰ１では基準電圧Ｖｒｅｆ１に対して出力電圧ｖｏｕｔが高いか低いかの比較を行い、高いときはハイレベル、低いときはローレベルの出力信号を出力する。
【０００６】
図５に出力電圧ｖｏｕｔと基準電圧Ｖｒｅｆ１との関係を示す。横軸は時間ｔである。出力電圧ｖｏｕｔが基準電圧Ｖｒｅｆ１より低くなると、比較器ＯＰ１の出力信号はローレベルを出力し、ＰＷＭドライブ回路ＰＷＭからのドライブ信号でスイッチＳＷ１がオフする。そのときにコイルＬ１に蓄えられたエネルギーがダイオードＤ１で整流されてコンデンサＣ１に充電され、出力電圧ｖｏｕｔは上昇する。次ぎに、出力電圧ｖｏｕｔが基準電圧Ｖｒｅｆ１より高くなると、比較器ＯＰ１の出力信号はハイレベルを出力し、ＰＷＭドライブ回路ＰＷＭからのドライブ信号でスイッチＳＷ１がオンする。そのときにコイルＬ１にスイッチＳＷ１を介して電流が流れエネルギーが蓄えられる。一方、コンデンサＣ１に充電された電荷は放電されて出力電圧ｖｏｕｔは低下する。このように昇圧チョッパー回路は出力電圧ｖｏｕｔが基準電圧Ｖｒｅｆ１と等しくなるように動作し、例えば基準電圧Ｖｒｅｆ１を２．５Ｖにすれば、出力電圧ｖｏｕｔは１７Ｖに設定すると抵抗分割で２．５Ｖを比較器ＯＰ１に供給すればよい。
【０００７】
これによりバッテリー電圧１４．４Ｖでアンプを駆動する場合は、
Ｐｏ  ＝    Ｖｃｃ２  ／    ＲＬ
から、効率を１００％とすると負荷４Ω（ＲＬ）で、約５１Ｗの出力が得られる。実際には、バッテリー電圧１４．４Ｖからは４０〜４５Ｗの出力が限界であり、１７Ｖに昇圧チョッパー回路で昇圧すると、効率を考慮すると４チャネルで各チャネル毎に６０Ｗの出力が得られる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
かかる昇圧チョッパー回路では、図２に点線で示すように、バッテリーが経時変化で入力電圧ｖｉｎが低下すると、出力電圧ｖｏｕｔを維持するためにバッテリーからの入力電流ｉｉｎが増大する。これは昇圧チョッパー回路では
入力電圧ｖｉｎ×入力電流ｉｉｎ＝出力電圧ｖｏｕｔ×出力電流ｉｏｕｔ
の関係が成立する。従って、出力電圧ｖｏｕｔを１７Ｖ、出力電流ｉｏｕｔを１５Ａに設定したとき、入力電圧ｖｉｎが１４．４Ｖから１０Ｖに低下すると入力電流ｉｉｎは１８．２Ａから２５．５Ａに増大する。このために車載用オーディオ機器ではセット内のヒューズのランクアップが必要となり、場合によってはバッテリーから直接専用の配線で電源を供給しなくてはならず、セット内のヒューズではすぐに溶断してしまう問題があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされ、直流入力電源をコイルを介してスイッチイングするスイッチと前記コイルに蓄積されたエネルギーを整流して昇圧された出力電圧を得る整流回路と前記出力電圧と基準電圧を比較する比較器とからなる昇圧チョッパー回路において、入力電圧と前記出力電圧とを比較する出力を前記比較器に入力し、前記出力電圧に入力電圧依存性を持たせたることに特徴を有する。
【００１０】
更に詳しくは、直流入力電源をコイルを介してスイッチイングするスイッチと該スイッチがオフのとき前記コイルに蓄積されたエネルギーを整流して昇圧された出力電圧を得る整流回路と前記出力電圧と第１基準電圧を比較する第１比較器と該第１比較器の出力信号で前記スイッチのパルス幅変調を行うドライブ回路とからなる昇圧チョッパー回路において、前記入力電圧に第２の基準電圧だけレベルシフトした電圧と前記出力電圧とを比較する第２比較器の出力を前記第１比較器に入力することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の昇圧チョッパー回路の実施の形態を図１から図３を参照して説明する。
【００１２】
図１に、本発明の昇圧チョッパー回路の回路図を示す。
【００１３】
昇圧チョッパー回路は、バッテリーからの直流電圧を印可される入力端子ＶＩＮおよび接地端子ＧＮＤと、コイルＬ１と、コイルＬ１への電流のスイッチイングを行うトランジスタやＭＯＳＦＥＴよりなるスイッチＳＷ１と、コイルＬ１とスイッチＳＷ１の接続点である出力端よりコイルＬ１に蓄積されたいエネルギーを取り出して整流するダイオードＤ１と平滑用のコンデンサＣ１と、出力電圧ｖｏｕｔと入力電圧ｖｉｎを第２基準電圧Ｖｒｅｆ２だけ高くシフトした電圧とを比較する第２比較器（オペアンプ）ＯＰ２と、第２比較器ＯＰ２の出力と第１基準電圧Ｖｒｅｆ１とを比較する比較器（オペアンプ）ＯＰ１と、比較器ＯＰ１の出力によりパルス幅の変調を行うＰＷＭドライブ回路ＰＷＭと、出力電圧ｖｏｕｔを出力する出力端子ＶＯＵＴとで構成されている。
【００１４】
次ぎに、昇圧チョッパー回路の動作を説明する。バッテリーからの入力電圧ｖｉｎはバッテリーが新品であれば１４．４Ｖあり、出力電圧ｖｏｕｔは１７Ｖに設定されている。第２比較器ＯＰ２では出力電圧ｖｏｕｔに対して入力電圧ｖｉｎを第２基準電圧Ｖｒｅｆ２だけ高くシフトした電圧が高いか低いかの比較を行い、高いときは出力電圧ｖｏｕｔを出力し、低いときは入力電圧ｖｉｎを第２基準電圧Ｖｒｅｆ２だけ高くシフトした電圧を出力する。第１比較器ＯＰ１では基準電圧Ｖｒｅｆ１と第２比較器ＯＰ２の出力が入力されて、両者の比較を行う。
【００１５】
通常の状態では、入力電圧ｖｉｎを第２基準電圧Ｖｒｅｆ２だけ高くシフトした電圧が出力電圧ｖｏｕｔより高く設定されているので、出力電圧ｖｏｕｔが第２比較器ＯＰ２から出力されて、第１比較器ＯＰ１では基準電圧Ｖｒｅｆ１に対して出力電圧ｖｏｕｔが高いか低いかの比較を行い、高いときはハイレベル、低いときはローレベルの出力信号を出力する。出力電圧ｖｏｕｔが基準電圧Ｖｒｅｆ１より低くなると、比較器ＯＰ１の出力信号はローレベルを出力し、ＰＷＭドライブ回路ＰＷＭからのドライブ信号でスイッチＳＷ１がオフする。そのときにコイルＬ１に蓄えられたエネルギーがダイオードＤ１で整流されてコンデンサＣ１に充電され、出力電圧ｖｏｕｔは上昇する。次ぎに、出力電圧ｖｏｕｔが基準電圧Ｖｒｅｆ１より高くなると、比較器ＯＰ１の出力信号はハイレベルを出力し、ＰＷＭドライブ回路ＰＷＭからのドライブ信号でスイッチＳＷ１がオンする。そのときにコイルＬ１にスイッチＳＷ１を介して電流が流れエネルギーが蓄えられる。一方、コンデンサＣ１に充電された電荷は放電されて出力電圧ｖｏｕｔは低下する。
【００１６】
本発明の特徴とする点は、バッテリーが古くなり入力電圧ｖｉｎが低下した場合の動作にある。すなわち、入力電圧ｖｉｎを第２基準電圧Ｖｒｅｆ２だけ高くシフトした電圧が出力電圧ｖｏｕｔより低くなると、第２比較器ＯＰ２からは入力電圧ｖｉｎを第２基準電圧Ｖｒｅｆ２だけ高くシフトした電圧を出力される。第１比較器ＯＰ１では基準電圧Ｖｒｅｆ１に対して入力電圧ｖｉｎを第２基準電圧Ｖｒｅｆ２だけ高くシフトした電圧が高いか低いかの比較を行い、高いときはハイレベル、低いときはローレベルの出力信号を出力する。従って、入力電圧ｖｉｎを第２基準電圧Ｖｒｅｆ２だけ高くシフトした電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１より低くなると、比較器ＯＰ１の出力信号はローレベルを出力し、ＰＷＭドライブ回路ＰＷＭからのドライブ信号でスイッチＳＷ１がオフする。そのときにコイルＬ１に蓄えられたエネルギーがダイオードＤ１で整流されてコンデンサＣ１に充電され、出力電圧ｖｏｕｔは上昇する。次ぎに、入力電圧ｖｉｎを第２基準電圧Ｖｒｅｆ２だけ高くシフトした電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１より高くなると、比較器ＯＰ１の出力信号はハイレベルを出力し、ＰＷＭドライブ回路ＰＷＭからのドライブ信号でスイッチＳＷ１がオンする。そのときにコイルＬ１にスイッチＳＷ１を介して電流が流れエネルギーが蓄えられる。一方、コンデンサＣ１に充電された電荷は放電されて出力電圧ｖｏｕｔは低下する。すなわち、出力電圧ｖｏｕｔは設定された１７Ｖより低い入力電圧ｖｉｎを第２基準電圧Ｖｒｅｆ２だけ高くシフトした電圧に低下した状態で電圧制御が行われる。
【００１７】
図２に実線で示すように、本発明の昇圧チョッパー回路では、バッテリーが経時変化で入力電圧ｖｉｎが低下すると、出力電圧ｖｏｕｔも入力電圧ｖｉｎを第２基準電圧Ｖｒｅｆ２だけ高くシフトした電圧まで低下するので、
入力電圧ｖｉｎ×入力電流ｉｉｎ＝出力電圧ｖｏｕｔ×出力電流ｉｏｕｔ
の関係式から、入力電流ｉｉｎの増大を防止でき、最適な設計をすれば入力電流ｉｉｎをほぼ一定に維持できる。従って、出力電圧ｖｏｕｔを１７Ｖ、出力電流ｉｏｕｔを１５Ａに設定したとき、入力電圧ｖｉｎが１４．４Ｖから１０Ｖに低下すると、第２基準電圧Ｖｒｅｆ２を３Ｖに設計すれば出力電圧ｖｏｕｔを１３Ｖまで低下でき、入力電流ｉｉｎは１８．２Ａから１９．５Ａに維持できる。このとき出力電圧ｖｏｕｔの低下によりアンプの出力は減少するが、入力電圧ｖｉｎが１４．４Ｖ時（正常時）のアンプの出力はカタログ値を満たしているので問題はない。
【００１８】
図３に更に具体化された昇圧チョッパー回路の回路図を示す。図１および図４と同一構成要素は同一符号を付している。
【００１９】
ここでは第２比較器ＯＰ２をより具体化したものである。第２比較器ＯＰ２はＰＮＰトランジスタＴＲと、第２基準電圧Ｖｒｅｆ２を作るツェナーダイオードＺＤと、バイアス抵抗Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６から構成される。トランジスタＴＲのエミッタは出力端子ＶＯＵＴのラインに接続され、ベース  エミッタ間にバイアス抵抗Ｒ５が接続され、ベースには入力端子ＶＩＮに接続されたツェナーダイオードＺＤとバイアス抵抗Ｒ６が接続され、コレクタはバイアス抵抗Ｒ４を介して出力電圧ｖｏｕｔを抵抗分割する直列接続された分割抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の抵抗Ｒ１とＲ２の接続点に接続される。従って、第２比較器ＯＰ２はトランジスタ１個で構成される誤差増幅器である。
【００２０】
次ぎに、回路動作を説明する。
【００２１】
バッテリーが正常な入力電圧ｖｉｎである場合は、出力電圧ｖｏｕｔは１７Ｖであり、入力電圧ｖｉｎは１４．４Ｖで第２基準電圧Ｖｒｅｆ２を作るツェナーダイオードＺＤのツェナー電圧を３Ｖとすれば、トランジスタＴＲはベース  エミッタ間が逆バイアスされるのでオフ状態にあり、動作しない。このために出力電圧ｖｏｕｔは分割抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３で電圧分割され、抵抗Ｒ３より第１基準電圧Ｖｒｅｆ１と等しい例えば、２．５Ｖを第１比較器ＯＰ１に入力し、前述したように通常の電圧制御を行い、出力電圧ｖｏｕｔを１７Ｖに維持するように働く。
【００２２】
バッテリーが古くなり、入力電圧ｖｉｎが例えば１２Ｖに低下した場合は、トランジスタＴＲは抵抗Ｒ５によりオンし、トランジスタＴＲに電流が流れて分割抵抗Ｒ２、Ｒ３の電圧降下が増加する。このため分割抵抗Ｒ３に発生する電圧降下は２．５Ｖ以上になり、第１比較器ＯＰ１の第１基準電圧Ｖｒｅｆ１よりも大きい電圧を出力電圧ｖｏｕｔの検出出力として入力するので、第１比較器ＯＰ１はハイレベルとなりスイッチＳＷ１をオフする方向に働き、出力電圧ｖｏｕｔを低下させる。具体的には、出力電圧ｖｏｕｔが入力電圧ｖｉｎとツェナー電圧およびトランジスタＴＲをオンするベース  エミッタ間電圧０．６Ｖを加えた１５．６Ｖまで低下することになる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明に依れば、直流入力電源をコイルを介してスイッチイングするスイッチとコイルに蓄積されたエネルギーを整流して昇圧された出力電圧を得る整流回路と出力電圧と基準電圧を比較する比較器とからなる昇圧チョッパー回路において、比較器に入力電圧と前記出力電圧とを比較する出力を入力することにより、入力電圧の低下に応答して出力電圧を低下させることにより、入力電圧が低下しても入力電流の増大を抑制した昇圧チョッパー回路を提供できる。この結果、車載用オーディオ機器ではセット内のヒューズも入力電流の増大がないのでランクアップが不要であり、バッテリーから直接専用の配線で電源を供給する必要もない利点を有する。
【００２４】
また直流入力電源をコイルを介してスイッチイングするスイッチと該スイッチがオフのとき前記コイルに蓄積されたエネルギーを整流して昇圧された出力電圧を得る整流回路と前記出力電圧と第１基準電圧を比較する第１比較器と該第１比較器の出力信号で前記スイッチのパルス幅変調を行うドライブ回路とからなる昇圧チョッパー回路において、前記入力電圧に第２基準電圧だけレベルシフトした電圧と前記出力電圧とを比較する第２比較器の出力を前記第１比較器に入力し、前記出力電圧を前記入力電圧の低下に応答させて低下させることにより、入力電圧が低下しても入力電流の増大を抑制した昇圧チョッパー回路を提供できる。そして第２比較器はトランジスタ一石と少ない回路部品で構成できる利点がある。
【００２５】
従って、本発明では入力電圧が低下した場合の入力電流の増大に配慮したパターン設計や熱設計も不要にでき、この昇圧チョッパー回路を用いた車載用オーディオ機器は車両の購入後に所有者が自分の好みで交換することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の昇圧チョッパー回路を説明する図である。
【図２】本発明および従来の昇圧チョッパー回路の特性を説明する図である。
【図３】本発明の昇圧チョッパー回路のより具体化された回路を説明する図である。
【図４】従来の昇圧チョッパー回路を説明する図である。
【図５】本発明および従来の昇圧チョッパー回路の動作波形を説明する図である。
【符号の説明】
Ｌ１            コイル
ＯＰ１          第１比較器
ＯＰ２          第２比較器
ＰＷＭ          ＰＷＭドライブ回路
ＳＷ１          スイッチ
Ｄ１            ダイオード
Ｃ１            コンデンサ
【図１】
0003574033.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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