(57)【要約】【課題】  ＤＣ／ＤＣコンバータに電力を供給する電源の電圧が低下したときに、電圧変換部の入力側に接続されたコンデンサに充電された電荷は、負荷だけでなく電源を介しても放電される。そのため、規定の出力電圧保持時間を確保するためには、容量の大きいコンデンサが必要になり、コストアップがアップし、また設置面積が大きくなって小型化が困難になるという課題を解決する。【解決手段】  電源とコンデンサの間にスイッチを設け、電源の出力電圧が低下したときにこのスイッチをオフにして、コンデンサに充電された電荷が電源を介して放電しないようにした。ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧保持時間を長くすることができ、また同じ出力電圧保持時間を保証するために小容量の小型コンデンサを用いることができる。さらに、用いる電源によって出力保持時間が異なることもなくなる。【選択図】                    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から直流電力が供給され、この直流電力の電圧を変換して負荷に出力するＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、
前記電源から供給される電圧を所定の電圧に変換して出力する電圧変換部と、
前記電圧変換部の入力側に、この電圧変換部と並列に接続されるコンデンサと、
前記電源から供給される電圧と所定の電圧を比較し、その比較結果を出力する電圧検出部と、
前記電圧検出部の出力によって制御され、電源から供給される電圧が前記所定の電圧より大きいか等しいと前記コンデンサを前記電源に接続し、小さいと切り離すスイッチと、
を具備したことを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項２】
前記電圧検出部は、基準電圧を出力する基準電源、およびこの基準電圧および前記入力電圧が入力され、これらの電圧を比較するコンパレータを具備したことを特徴とする請求項１記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項３】
前記スイッチに並列にダイオードが接続され、かつ前記電圧検出部の電源を前記電圧変換部の出力から供給するようにしたことを特徴とする請求項１若しくは請求項２記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項４】
前記スイッチおよびダイオードの代わりに、ＦＥＴを用いたことを特徴とする請求項３記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項５】
前記電圧検出部は分圧器を具備し、前記入力電圧をこの分圧器で分圧した電圧と所定の電圧を比較するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４いずれかに記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＤＣ／ＤＣコンバータに関し、特に入力電圧が低下したときに出力電圧の保持時間を長くとることができるＤＣ／ＤＣコンバータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロコンピュータ等の電源に用いるＤＣ／ＤＣコンバータでは、このＤＣ／ＤＣコンバータの入力側の電圧低下を検出し、メモリ内容の待避処理などを行う。そのため、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧が低下してから出力電圧が低下し始めるまでの時間が、待避処理を行うために必要な時間より長くなければならない。
【０００３】
図６に直流電源の電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示す。図６において、電源１０の出力はＤＣ／ＤＣコンバータ２０に入力される。１２は電圧源、１１は電源１０の出力抵抗である。
【０００４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は電圧変換部２２と、この電圧変換部２２の入力側に並列に接続されたコンデンサ２１で構成されている。電源１０の出力電圧は電圧変換部２２で電圧変換され、負荷３０に供給される。コンデンサ２１は電源１０から供給されるエネルギーを一時的に蓄積する。電圧変換部２２は、その入力電圧がＶｒｅｇ以上であると、負荷３０にＶｏｕｔの電圧を供給するものとする。
【０００５】
図７に、電源１０の出力電圧が変化したときの、各電圧値の変化を示す。図７（Ａ）は電圧源１２の出力電圧Ｖ、（Ｂ）はコンデンサ２１の両端電圧Ｖｃａｐ、（Ｃ）は電圧変換部２２の出力電圧Ｖｏｕｔの時間変化を表したものであり、いずれも横軸は時間、縦軸は電圧値である。
【０００６】
（Ａ）に示すように、時刻ｔ１で電圧源１２の出力電圧Ｖが０Ｖになると、コンデンサ２１に蓄積された電荷は出力抵抗１１と負荷３０を介して放電し、（Ｂ）に示すように、負荷３０と出力抵抗１１で定まる時定数でＶｃａｐは徐々に低下して行く。時刻ｔ２でＶｃａｐがＶｒｅｇ以下になると、（Ｃ）に示すようにＶｏｕｔが低下し始める。このｔ２とｔ１の時間差Ｔａが待避処理に必要な時間より長くなるように、コンデンサ２１の容量を決定する。
【０００７】
電源の出力保持時間を一定時間以上確保するための構成を示したものとして、例えば特許文献１に記載されたものがあった。
【０００８】
【特許文献１】実開平５−５５７３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、このようなＤＣ／ＤＣコンバータには、次のような課題があった。コンデンサ２１に蓄積された電荷は、出力抵抗１１と負荷３０の両方を介して放電する。そのため、待避処理などに必要な出力保持時間を保証するためには大容量のコンデンサが必要になる。この大容量コンデンサを配置するために大きなプリント基板面積が必要になり、機器の小型化が困難になるという課題があった。
【００１０】
また、出力抵抗１１の抵抗値は電源によって異なる。そのため、用いる電源によって確保できる出力保持時間が異なってしまうという課題もあった。
【００１１】
従って本発明の目的は、コンデンサの容量を小さくすることができ、かつ用いる電源によって出力保持時間が異なることがないＤＣ／ＤＣコンバータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
電源から直流電力が供給され、この直流電力の電圧を変換して負荷に出力するＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、
前記電源から供給される電圧を所定の電圧に変換して出力する電圧変換部と、
前記電圧変換部の入力側に、この電圧変換部と並列に接続されるコンデンサと、
前記電源から供給される電圧と所定の電圧を比較し、その比較結果を出力する電圧検出部と、
前記電圧検出部の出力によって制御され、電源から供給される電圧が前記所定の電圧より大きいか等しいと前記コンデンサを前記電源に接続し、小さいと切り離すスイッチと、
を具備したものである。出力保持時間を長くすることができる。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
前記電圧検出部は、基準電圧を出力する基準電源、およびこの基準電圧および前記入力電圧が入力され、これらの電圧を比較するコンパレータを具備したものである。電圧検出部の構成が簡単になる。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１若しくは請求項２記載の発明において、
前記スイッチに並列にダイオードが接続され、かつ前記電圧検出部の電源を前記電圧変換部の出力から供給するようにしたものである。電圧検出部の電源として安定化した電源を用いることができる。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、
前記スイッチおよびダイオードの代わりに、ＦＥＴを用いたものである。部品点数を少なくすることができる。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４いずれかに記載の発明において、
前記電圧検出部は分圧器を具備し、前記入力電圧をこの分圧器で分圧した電圧と所定の電圧を比較するようにしたものである。汎用の基準電源を用いることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２、３、４および５の発明によれば、電源から電力が供給される電圧変換部と、この電圧変換部の入力側に並列に接続されたコンデンサを有するＤＣ／ＤＣコンバータであって、入力電圧が所定の値以上のときに前記コンデンサを前記電源に接続し、所定の値未満のときに切り離すようにした。
【００１８】
電源の電圧が低下したときに、コンデンサに充電された電荷が電源を介して放電されることがなくなる。そのため、コンデンサ両端の電圧、すなわち電圧変換部の入力電圧の降下率が小さくなり、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧保持時間を長くすることができる。従って、同じ出力電圧保持時間を得るために、従来に比べて容量の小さい小型コンデンサを用いることができ、小型化、低コスト化が可能になるという効果がある。また、電源が切り離されるので、用いる電源によって出力保持時間が異なることもなくなる。
【００１９】
また、スイッチに並列にダイオードを接続することにより、電圧検出器の電源を電圧変換器の出力側から供給することができる。そのため、電圧検出器を構成するコンパレータや基準電源に動作電圧範囲の狭い汎用の部品を用いることができるという効果もある。
【００２０】
さらに、電源の電圧を分圧器し、この分圧した電圧と基準電圧を比較することにより、汎用の基準電源を用いることができるという効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータの一実施例を示す構成図である。なお、図６と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。図１において、４０はＤＣ／ＤＣコンバータであり、電源１０から直流電力が供給され、その電圧を変換して負荷３０に電力を供給する。
【００２２】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、電圧変換部２２、この電圧変換部２２の入力側に接続されるコンデンサ２１、電源１０の出力電圧を検出する電圧検出部４１および電源１０と電圧変換部２２との間に挿入されるスイッチ４２で構成される。このスイッチ４２は電圧検出部４１の出力で制御される。
【００２３】
電圧検出部４１はコンパレータ４３およびこのコンパレータ４３の一方の入力端子に接続される基準電源４４で構成される。コンパレータ４３の他方の入力端子には、電源１０の出力電圧が入力される。また、基準電源４４の出力電圧Ｖｒｅｆは、前述したＶｒｅｇより大きく、かつ電源１０の定常値より小さな値に設定される。
【００２４】
次に、この実施例の動作を図２に基づいて説明する。図２（Ａ）は電源１０の出力電圧Ｖｉｎの変化、（Ｂ）はコンデンサ２１両端電圧Ｖｃａｐの変化、（Ｃ）は電圧変換部２２の出力電圧Ｖｏｕｔの変化を表したグラフであり、いずれも横軸は時間、縦軸は電圧である。
【００２５】
Ｖｉｎが正常であるとＶｉｎ＞Ｖｒｅｆなので、コンパレータ４３の出力は高レベルになり、スイッチ４２はオンになる。電源１０の出力は電圧変換部２２に供給される。
【００２６】
（Ａ）に示すように、時刻ｔ３でＶｉｎが低下し始めると、（Ｂ）に示すようにＶｃａｐも同様に低下する。コンデンサ２１に蓄積された電荷は、電源１０と負荷３０を介して放電される。
【００２７】
時刻ｔ４でＶｉｎが基準電源４４の出力電圧Ｖｒｅｆ以下になると、コンパレータ４３の出力は低レベルになり、スイッチ４２はオフになる。電源１０はコンデンサ２１から切り離されるので、コンデンサ２１に蓄積された電荷は負荷３０からのみ放電される。そのため、（Ｂ）に示すようにＶｃａｐの電圧低下の割合は小さくなる。時刻ｔ５でＶｃａｐがＶｒｅｇ以下になると、（Ｃ）に示すようにＶｏｕｔは低下し始める。
【００２８】
このように、Ｖｉｎが低下し始めてからＶｏｕｔが低下するまでの時間はＴｂ（＝ｔ５−ｔ３）になる。時刻ｔ４でスイッチ４２がオフになるので、時刻ｔ４以降ではＶｃａｐの電圧低下率は低くなる。そのため、Ｔｂは図６従来例のＴａよりも長くなり、コンデンサ２１の容量値が同じであっても、出力保持時間を長くすることができる。また、電源１０がコンデンサ２１から切り離されるので、電源の種類によって出力保持時間（Ｔｂ）が異なることもなくなる。
【００２９】
図３に本発明の他の実施例を示す。なお、図１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。図３において、５０はＤＣ／ＤＣコンバータであり、電源１０から直流電力が供給され、その電圧を変換して負荷３０に電力を供給する。
【００３０】
ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、電圧検出部５２、スイッチ４２、コンデンサ２１および電圧変換部２２で構成される。また、スイッチ４２に並列に、かつコンデンサ２１に接続される側がカソードになるようにダイオード５１が接続されている。
【００３１】
さらに、電圧検出部５２はコンパレータ４３と基準電源４４を具備し、図１実施例の電圧検出部４１とほぼ同様の構成を有するが、コンパレータ４３および基準電源４４の電源は電圧検出部２２の出力側から供給される。このため、コンパレータ４３や基準電源４４の電源として、電圧変換部２２の安定化された電源を用いることができる。動作は図１実施例と同じなので、説明を省略する。
【００３２】
このような構成では、コンパレータ４３に電源が供給されないときはスイッチがオフになるので、電源１０の出力が０Ｖから立ち上がるときは電圧変換部２２に電力が供給されない。このため、コンパレータ４３にも電力が供給されず、またコンデンサ２１も充電されない。これを防止するために、スイッチ４２に並列にダイオード５１を接続し、電源１０の出力電圧が立ち上がるまでスイッチ４２を短絡して、コンデンサ２１および電圧変換部２２に電力を供給するようにする。このようにすることによって、電圧検出部５２の電源を電圧変換部２２の出力から取ることができるので、これらの部品として動作電圧範囲の狭い汎用部品を用いることができる。
【００３３】
図４にさらに他の実施例を示す。なお、図３と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。図４において、６０はＤＣ／ＤＣコンバータであり、図３のＤＣ／ＤＣコンバータ５０とほぼ同じ構成を有する。６１はＦＥＴ(Field Effect Transistor)であり、スイッチ４２およびダイオード５１の代わりに配置されている。動作は図１実施例と同じなので、説明を省略する。
【００３４】
ＦＥＴのドレインとソースの間には、寄生ダイオードが存在する。この寄生ダイオードをダイオード５１の代わりに用いることにより、部品点数を削減することができる。
【００３５】
図５にさらに他の実施例を示す。なお、図１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。図５において、７０はＤＣ／ＤＣコンバータであり、電圧検出部７１、コンデンサ２１および電圧変換部２２で構成されている。
【００３６】
電圧検出部７１は、コンパレータ４３、このコンパレータ４３の一方の入力端子に基準電圧を供給する基準電源４４、および直列接続された抵抗７２、７３で構成されている。抵抗７２、７３で分圧器を構成し、この分圧器で電源１０の出力電圧を分圧してコンパレータ４３の他方の入力端子に入力する。コンパレータ４３の出力はスイッチ４２を制御する。動作は図１実施例と同じなので、説明を省略する。
【００３７】
図１実施例では、スイッチ４２がオフになるタイミングを適正な値にするために、特殊な電圧を有する基準電源が必要である。この実施例では、抵抗７２、７３の抵抗値を選択することによって、分圧比を自由に選定することができるので、基準電源４４として汎用の基準電源素子を使用することができる。
【００３８】
なお、図３、図４実施例においても、図５実施例のように電源１０の出力電圧を抵抗で分圧してコンパレータ４３に入力するようにすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施例の動作を示す特性図である。
【図３】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図４】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図５】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図６】従来のＤＣ／ＤＣコンバータの構成図である。
【図７】従来のＤＣ／ＤＣコンバータの動作を示す特性図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  電源
１１  出力抵抗
２１  コンデンサ
２２  電圧変換部
３０  負荷
４０、５０、６０、７０  ＤＣ／ＤＣコンバータ
４１、５２、７１  電圧検出部
４２  スイッチ
４３  コンパレータ
４４  基準電源
５１  ダイオード
６１  ＦＥＴ
７２、７３  抵抗
Ｖｉｎ  電源１０の出力電圧
Ｖｃａｐ  コンデンサ２１両端の電圧
Ｖｏｕｔ  電圧変換部２２の出力電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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