(57)【要約】【課題】回路構成が複雑化するのを抑制しながら、負荷を流れる電流が急激に増加することに起因して出力電圧が低下するのを抑制することが可能な電源装置を提供する。【解決手段】この電源装置３０は、乾電池１と、エネルギーを蓄積するとともに、蓄積されたエネルギーを出力するインダクタ２と、インダクタ２を制御するためのｎチャネルトランジスタ３と、昇圧された電圧をモータ４１に出力する出力部６と、出力部６側から乾電池１側に電流が逆流するのを防止するためのダイオード４と、一方端５ａ側が出力部６とダイオード４のカソード４ｂとの間に接続され、他方端５ｂ側がインダクタ２と乾電池１との間に接続された抵抗５とを備えている。そして、出力部６から昇圧された電圧がモータ４１に供給されている状態で、抵抗５の一方端５ａ側と他方端５ｂ側との間に約２．３Ｖの電位差が発生するように構成されている。【選択図】図１
2008086092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧を供給する電源と、一方端側が前記電源に接続され、前記電源により供給されるエネルギーを蓄積するとともに、前記蓄積されたエネルギーを出力するインダクタと、前記インダクタの他方端側に接続され、前記インダクタのエネルギーの蓄積および出力を制御するためのスイッチング素子と、前記インダクタおよび前記スイッチング素子により昇圧された電圧を負荷に出力する出力部と、前記インダクタの他方端側と前記出力部との間に接続され、前記出力部側から前記電源側に電流が逆流するのを防止するためのダイオードを含む逆流防止手段とを備えた電源装置において、
一方端側が前記出力部と前記逆流防止手段との間に接続され、他方端側が前記インダクタと前記電源との間に接続された抵抗をさらに備え、
前記出力部から昇圧された電圧が前記負荷に供給されている状態で、前記抵抗の一方端側と他方端側との間に電位差が発生するように構成され、
前記インダクタおよび前記スイッチング素子により前記電源から供給される電圧が昇圧されていない場合には、前記抵抗の一方端側の電位と他方端側の電位とが実質的に一致するように構成され、
前記スイッチング素子は、電界効果型トランジスタを含み、
前記電界効果型トランジスタのソース／ドレインの一方は、前記インダクタの他方端側に接続されている、電源装置。
【請求項２】
直流電圧を供給する電源と、
一方端側が前記電源に接続され、前記電源により供給されるエネルギーを蓄積するとともに、前記蓄積されたエネルギーを出力するインダクタと、
前記インダクタの他方端側に接続され、前記インダクタのエネルギーの蓄積および出力を制御するためのスイッチング素子と、
前記インダクタおよび前記スイッチング素子により昇圧された電圧を負荷に出力する出力部と、
前記インダクタの他方端側と前記出力部との間に接続され、前記出力部側から前記電源側に電流が逆流するのを防止するための逆流防止手段と、
一方端側が前記出力部と前記逆流防止手段との間に接続され、他方端側が前記インダクタと前記電源との間に接続された抵抗とを備え、
前記出力部から昇圧された電圧が前記負荷に供給されている状態で、前記抵抗の一方端側と他方端側との間に電位差が発生するように構成されている、電源装置。
【請求項３】
前記インダクタおよび前記スイッチング素子により前記電源から供給される電圧が昇圧されていない場合には、前記抵抗の一方端側の電位と他方端側の電位とが実質的に一致するように構成されている、請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記スイッチング素子は、電界効果型トランジスタを含み、
前記電界効果型トランジスタのソース／ドレインの一方は、前記インダクタの他方端側に接続されている、請求項２または３に記載の電源装置。
【請求項５】
前記逆流防止手段は、ダイオードを含む、請求項２〜４のいずれか１項に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電源装置に関し、特に、電圧を昇圧することが可能な電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電圧を昇圧することが可能な電源装置が知られている（たとえば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、交流電源と、交流電源の交流電圧を整流する整流ダイオードと、整流ダイオードにより整流された電圧が供給されるチョーク（インダクタ）と、チョークを制御するスイッチ素子（スイッチング素子）と、チョークおよびスイッチ素子により昇圧された出力電圧が供給される負荷と、出力電圧を検出するとともに、出力電圧を所定の電圧に制御するための第１および第２の誤差増幅回路とを備えた電源（電源装置）が開示されている。また、この特許文献１に開示された電源では、負荷を流れる電流が急激に増加することに起因して出力電圧が所定の電圧よりも低くなった場合に、出力電圧の低下を抑制するための第３の誤差増幅回路をさらに備えている。なお、この第３の誤差増幅回路は、基準電圧源、ダイオード、抵抗、比較器および伝達時間制御回路により構成されている。
【０００４】
また、上記特許文献２には、交流電源と、交流電源の交流電圧を整流する整流電源と、整流電源により整流された電圧が供給されるチョッパ用インダクタと、チョッパ用インダクタを制御する高周波スイッチ（スイッチング素子）と、チョッパ用インダクタおよび高周波スイッチにより昇圧された出力電圧が供給される負荷とを備えたチョッパ型昇圧装置（電源装置）が開示されている。
【０００５】
また、上記特許文献３には、直流電圧源（電源）と、直流電圧源から電圧が供給されるトランス（インダクタ）と、トランスを制御するスイッチング素子と、トランスおよびスイッチング素子により昇圧された出力電圧が供給される負荷回路とを備えた電源装置が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２７４６４５号公報
【特許文献２】特開平１０−８０１３６号公報
【特許文献３】特開２００４−２８２８０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に開示された電源では、負荷を流れる電流が急激に増加することに起因して出力電圧が所定の電圧よりも低くなった場合に、出力電圧の低下を抑制する機能を有する一方、この機能を得るために、基準電圧源、ダイオード、抵抗、比較器および伝達時間制御回路により構成される第３の誤差増幅回路を別個に設ける必要があるので、その分、回路構成が複雑化するという問題点がある。
【０００８】
また、上記特許文献２および３に開示された電源装置では、上記特許文献１に開示された電源と異なり、負荷を流れる電流が急激に増加することに起因して出力電圧が低下するのを抑制する構造については開示も示唆もされていない。
【０００９】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、回路構成が複雑化するのを抑制しながら、負荷を流れる電流が急激に増加することに起因して出力電圧が低下するのを抑制することが可能な電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【００１０】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面における電源装置は、直流電圧を供給する電源と、一方端側が電源に接続され、電源により供給されるエネルギーを蓄積するとともに、蓄積されたエネルギーを出力するインダクタと、インダクタの他方端側に接続され、インダクタのエネルギーの蓄積および出力を制御するためのスイッチング素子と、インダクタおよびスイッチング素子により昇圧された電圧を負荷に出力する出力部と、インダクタの他方端側と出力部との間に接続され、出力部側から電源側に電流が逆流するのを防止するためのダイオードを含む逆流防止手段とを備えた電源装置において、一方端側が出力部と逆流防止手段との間に接続され、他方端側がインダクタと電源との間に接続された抵抗をさらに備え、出力部から昇圧された電圧が負荷に供給されている状態で、抵抗の一方端側と他方端側との間に電位差が発生するように構成され、インダクタおよびスイッチング素子により電源から供給される電圧が昇圧されていない場合には、抵抗の一方端側の電位と他方端側の電位とが実質的に一致するように構成され、スイッチング素子は、電界効果型トランジスタを含み、電界効果型トランジスタのソース／ドレインの一方は、インダクタの他方端側に接続されている。
【００１１】
この第１の局面による電源装置では、上記のように、一方端側が出力部と逆流防止手段との間に接続されるとともに、他方端側がインダクタと電源との間に接続される抵抗を設け、かつ、出力部から昇圧された電圧が負荷に供給されている状態で、抵抗の一方端側と他方端側との間に電位差が発生するように構成することによって、抵抗として高い抵抗値を有する抵抗を用いれば、抵抗の一方端側から他方端側に電流が少しだけ流れるので、抵抗の他方端側の電源の電圧に対する抵抗の一方端側の昇圧された電圧が維持されやすくなる。これにより、負荷がオフ状態からオン状態に変化することに起因して負荷を流れる電流が急激に増加する場合にも、出力電圧の低下を抑制することができる。その結果、回路構成が複雑化するのを抑制しながら、負荷を流れる電流が急激に増加することに起因して出力電圧が低下するのを抑制することができる。また、インダクタおよびスイッチング素子により電源から供給される電圧が昇圧されていない場合には、抵抗の一方端側の電位と他方端側の電位とが実質的に一致するように構成することによって、抵抗の他方端側が接地されている場合と異なり、抵抗に電流が流れるのを抑制することができる。これにより、抵抗に電流が流れるのを抑制するためのトランジスタを別個に設ける必要がないので、その分、回路構成が複雑化するのを抑制することができる。また、スイッチング素子を、電界効果型トランジスタを含むように構成することによって、電界効果型トランジスタのオン状態およびオフ状態を切換えることにより、容易に、インダクタのエネルギーの蓄積および出力を切換えることができるので、容易に、昇圧された電圧を生成することができる。また、逆流防止手段を、ダイオードを含むように構成することによって、容易に、出力部側から電源側に電流が逆流するのを防止することができる。
【００１２】
この発明の第２の局面における電源装置は、直流電圧を供給する電源と、一方端側が電源に接続され、電源により供給されるエネルギーを蓄積するとともに、蓄積されたエネルギーを出力するインダクタと、インダクタの他方端側に接続され、インダクタのエネルギーの蓄積および出力を制御するためのスイッチング素子と、インダクタおよびスイッチング素子により昇圧された電圧を負荷に出力する出力部と、インダクタの他方端側と出力部との間に接続され、出力部側から電源側に電流が逆流するのを防止するための逆流防止手段と、一方端側が出力部と逆流防止手段との間に接続され、他方端側がインダクタと電源との間に接続された抵抗とを備え、出力部から昇圧された電圧が負荷に供給されている状態で、抵抗の一方端側と他方端側との間に電位差が発生するように構成されている。
【００１３】
この第２の局面による電源装置では、上記のように、一方端側が出力部と逆流防止手段との間に接続されるとともに、他方端側がインダクタと電源との間に接続される抵抗を設け、かつ、出力部から昇圧された電圧が負荷に供給されている状態で、抵抗の一方端側と他方端側との間に電位差が発生するように構成することによって、抵抗として高い抵抗値を有する抵抗を用いれば、抵抗の一方端側から他方端側に電流が少しだけ流れるので、抵抗の他方端側の電源の電圧に対する抵抗の一方端側の昇圧された電圧が維持されやすくなる。これにより、負荷がオフ状態からオン状態に変化することに起因して負荷を流れる電流が急激に増加する場合にも、出力電圧の低下を抑制することができる。その結果、回路構成が複雑化するのを抑制しながら、負荷を流れる電流が急激に増加することに起因して出力電圧が低下するのを抑制することができる。
【００１４】
上記第２の局面による電源装置において、好ましくは、インダクタおよびスイッチング素子により電源から供給される電圧が昇圧されていない場合には、抵抗の一方端側の電位と他方端側の電位とが実質的に一致するように構成されている。このように構成すれば、抵抗の他方端側が接地されている場合と異なり、抵抗に電流が流れるのを抑制することができる。これにより、抵抗に電流が流れるのを抑制するためのトランジスタを別個に設ける必要がないので、その分、回路構成が複雑化するのを抑制することができる。
【００１５】
上記第２の局面による電源装置において、好ましくは、スイッチング素子は、電界効果型トランジスタを含み、電界効果型トランジスタのソース／ドレインの一方は、インダクタの他方端側に接続されている。このように構成すれば、電界効果型トランジスタのオン状態およびオフ状態を切換えることにより、容易に、インダクタのエネルギーの蓄積および出力を切換えることができるので、容易に、昇圧された電圧を生成することができる。
【００１６】
上記第２の局面による電源装置において、好ましくは、逆流防止手段は、ダイオードを含む。このように構成すれば、容易に、出力部側から電源側に電流が逆流するのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態による電源装置を適用した携帯機器の構成を示した概略図である。まず、図１を参照して、本実施形態による電源装置３０を適用した携帯機器４０の構成について説明する。
【００１９】
本実施形態による電源装置３０を適用した携帯機器４０は、図１に示すように、電源装置３０と、電源装置３０に接続されたモータ４１とを備えている。なお、モータ４１は、本発明の「負荷」の一例である。
【００２０】
電源装置３０は、昇圧チョッパ方式の回路であり、方式モータ４１に昇圧された電圧を供給するために設けられている。また、電源装置３０は、乾電池１と、インダクタ２と、ｎチャネルトランジスタ３と、ダイオード４と、抵抗５と、インダクタ２およびｎチャネルトランジスタ３により昇圧された電圧をモータ４１に出力する出力部６とを含んでいる。なお、乾電池１は、本発明の「電源」の一例であり、ｎチャネルトランジスタ３は、本発明の「スイッチング素子」および「電界効果型トランジスタ」の一例である。また、ダイオード４は、本発明の「逆流防止手段」の一例である。
【００２１】
電源装置３０の乾電池１は、約２．７Ｖの直流電圧を供給するために設けられている。電源装置３０のインダクタ（コイル）２は、一方端２ａ側が乾電池１に接続されている。このインダクタ２は、乾電池１により供給されるエネルギーを蓄積するとともに、蓄積されたエネルギーを出力するために設けられている。
【００２２】
電源装置３０のｎチャネルトランジスタ３のドレインは、インダクタ２の他方端２ｂ側に接続されているとともに、ソースは、接地されている。また、ｎチャネルトランジスタ３のゲートには、ｎチャネルトランジスタ３のオン状態およびオフ状態を制御するためのパルス信号が入力されている。また、ｎチャネルトランジスタ３は、インダクタ２のエネルギーの蓄積および出力を制御するために設けられている。具体的には、ｎチャネルトランジスタ３をオン状態にすることにより、インダクタ２に電流が流れる場合には、インダクタ２にエネルギーが蓄積されるとともに、ｎチャネルトランジスタ３をオン状態からオフ状態にすることにより、インダクタ２に流れる電流を止めた場合にインダクタ２に逆起電力が発生することによって、インダクタ２に蓄積されたエネルギーが出力部６側に出力されるように構成されている。
【００２３】
電源装置３０のダイオード４は、出力部６側から乾電池１側に電流が逆流するのを防止するために設けられている。このダイオード４は、アノード４ａがインダクタ２の他方端２ｂ側に接続されているとともに、カソード４ｂが出力部６に接続されている。
【００２４】
また、電源装置３０は、上記したインダクタ２のエネルギーの蓄積および出力を繰り返し行うことにより、乾電池１の約２．７Ｖの電圧が約５Ｖまで昇圧されて出力部６に供給されるように構成されている。なお、この昇圧比は、インダクタ２のインダクタンスおよびｎチャネルトランジスタ３のオン状態の時間により制御されるので、出力部６の電圧が約５Ｖになるようなパルス信号がｎチャネルトランジスタ３のゲートに入力されるように構成されている。また、電源装置３０は、オン状態の場合に、乾電池１の約２．７Ｖの電圧を約５Ｖまで昇圧するとともに、オフ状態の場合に、乾電池１の約２．７Ｖの電圧を昇圧しないように構成されている。また、電源装置３０がオフ状態の場合には、ｎチャネルトランジスタ３は、オフ状態に維持されるように構成されている。
【００２５】
ここで、本実施形態では、電源装置３０の抵抗５は、一方端５ａ側が出力部６とダイオード４のカソード４ｂとの間に接続されているとともに、他方端５ｂ側がインダクタ２と乾電池１との間に接続されている。この抵抗５は、約１ｋΩの抵抗値を有する。また、抵抗５は、電源装置３０がオン状態である場合に、一方端５ａ側と他方端５ｂ側との間に約２．３Ｖ（＝約５Ｖ−約２．７Ｖ）の電位差が発生するように構成されている。また、抵抗５は、電源装置３０がオフ状態である場合に、一方端５ａ側の電位と他方端５ｂ側の電位とが実質的に一致するように構成されている。
【００２６】
図２は、本発明の一実施形態による電源装置を適用した携帯機器の動作を説明するための信号波形図である。次に、図１および図２を参照して、本実施形態による電源装置３０を適用した携帯機器４０の動作について説明する。
【００２７】
まず、電源装置３０をオン状態にすることにより、乾電池１の約２．７Ｖの電圧が約５Ｖに昇圧されて出力部６に供給される。具体的には、ｎチャネルトランジスタ３のオン状態およびオフ状態を繰り返し切換えることにより、インダクタ２のエネルギーの蓄積および出力が繰り返し行われる。なお、このとき、抵抗５には、一方端５ａ側と他方端５ｂ側との間に約２．３Ｖ（＝約５Ｖ−約２．７Ｖ）の電位差が発生する。これにより、電源装置３０がオン状態の場合には、抵抗５を介して出力部６側から乾電池１側に約２ｍＡ〜約３ｍＡの電流が流れる。
【００２８】
その後、モータ４１をオン状態にすることにより、図２に示すように、出力部６を流れる電流が急激に増加する。この場合、本実施形態では、抵抗５により、乾電池１と出力部６との電位差（出力部６の昇圧された電圧）が一定に維持されやすくなるので、抵抗５がない場合に比べて、出力部６の電圧の低下量を約０．１Ｖの少ない低下量に抑えることが可能になる。その後、出力部６の電圧が徐々に約５Ｖまで昇圧される。
【００２９】
本実施形態では、上記のように、一方端５ａ側が出力部６とダイオード４のカソード４ｂとの間に接続されるとともに、他方端５ｂ側がインダクタ２と乾電池１との間に接続される抵抗５を設け、かつ、出力部６から昇圧された約５Ｖの電圧がモータ４１に供給されている状態で、抵抗５の一方端５ａ側と他方端５ｂ側との間に約２．３Ｖ（＝約５Ｖ−約２．７Ｖ）の電位差が発生するように構成することによって、出力部６側から乾電池１側に約２ｍＡ〜約３ｍＡの電流が流れるので、抵抗５の他方端５ｂ側の乾電池１の約２．７Ｖの電圧に対する抵抗５の一方端５ａ側の昇圧された約５Ｖの電圧が維持されやすくなる。これにより、モータ４１がオフ状態からオン状態に変化することに起因して出力部６を流れる電流が急激に増加する場合にも、出力電圧の低下量を約０．１Ｖの少ない低下量に抑制することができる。なお、抵抗を設けていない場合には、図２の破線に示すように、出力部に電流が流れていないので、モータがオフ状態からオン状態に変化することに起因して出力部を流れる電流が急激に増加する場合には、出力電圧の低下量が約０．３Ｖになる。その結果、回路構成が複雑化するのを抑制しながら、出力部６を流れる電流が急激に増加することに起因して出力電圧が低下するのを抑制することができる。
【００３０】
また、本実施形態では、インダクタ２およびｎチャネルトランジスタ３により乾電池１から供給される電圧が昇圧されていない場合には、抵抗５の一方端５ａ側の電位と他方端５ｂ側の電位とが実質的に一致するように構成することによって、抵抗の他方端側が接地されている場合と異なり、抵抗５に電流が流れるのを抑制することができる。これにより、抵抗に電流が流れるのを抑制するためのトランジスタを別個に設ける必要がないので、その分、回路構成が複雑化するのを抑制することができる。
【００３１】
また、本実施形態では、ｎチャネルトランジスタ３を設けることによって、ｎチャネルトランジスタ３のオン状態およびオフ状態を切換えることにより、容易に、インダクタ２のエネルギーの蓄積および出力を切換えることができるので、容易に、昇圧された電圧を生成することができる。
【００３２】
また、本実施形態では、ダイオード４を設けることによって、容易に、出力部６側から乾電池１側に電流が逆流するのを防止することができる。
【００３３】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００３４】
たとえば、上記実施形態では、電源装置３０を携帯機器４０のモータ４１の電源として用いる例を示したが、本発明はこれに限らず、図３に示した本実施形態の第１変形例のように、電源装置３０をＩＣレコーダ５０の本体部（ＩＣ部）５１の電源として用いるようにしてもよい。なお、本体部（ＩＣ部）５１は、本発明の「負荷」の一例である。
【００３５】
また、上記実施形態では、スイッチング素子の一例としてｎチャネルトランジスタ３を用いる例を示したが、本発明はこれに限らず、ｎチャネルトランジスタ以外の絶縁ゲート型トランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのその他のスイッチング素子を用いるようにしてもよい。
【００３６】
また、上記実施形態では、昇圧された電圧を出力部６に供給する電源装置３０を示したが、本発明はこれに限らず、図４に示した本実施形態の第２変形例の電源装置３１のように、ダイオード４のカソード４ｂと抵抗５の一方端５ａ側との間に一方電極７ａを接続するとともに、接地電位に他方電極７ｂを接続するキャパシタ７を設けることにより、昇圧された電圧を平滑化して出力部６に供給するようにしてもよい。この場合には、ｎチャネルトランジスタ３がオフ状態の場合に、インダクタ２からエネルギーがモータ４１およびキャパシタ７に供給され、かつ、ｎチャネルトランジスタ３がオン状態の場合に、インダクタ２にエネルギが蓄積されるとともに、キャパシタ７に蓄積されたエネルギーがモータ４１に供給されるように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態による電源装置を適用した携帯機器の構成を示した概略図である。
【図２】本発明の一実施形態による電源装置を適用した携帯機器の動作を説明するための信号波形図である。
【図３】本発明の一実施形態の第１変形例による電源装置を適用したＩＣレコーダの構成を示した概略図である。
【図４】本発明の一実施形態の第２変形例による電源装置を適用した携帯機器の構成を示した概略図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  乾電池（電源）
２  インダクタ
２ａ  一方端
２ｂ  他方端
３  ｎチャネルトランジスタ（スイッチング素子、電界効果型トランジスタ）
４  ダイオード（逆流防止手段）
５  抵抗
５ａ  一方端
５ｂ  他方端
６  出力部
３０、３１  電源装置
４１  モータ（負荷）
５１  本体部（負荷）
【図１】
2008086092.tif 000003
【図２】
2008086092.tif 000004
【図３】
2008086092.tif 000005
【図４】
2008086092.tif 000006