(57)【要約】【課題】高効率の昇降圧型電源装置を提供する。【解決手段】第二のスイッチング素子Ｑ２を遮断状態に置き、第一のスイッチング素子Ｑ１を導通させ、電流源３０を蓄電池４０に直結し、電流源３０から蓄電池４０に充電電流を供給する。次いで、遅延時間Δｔの経過後、第二のスイッチング素子Ｑ２を導通させ、蓄電池４０に流れる電流を停止させ、第二のスイッチング素子Ｑ２に流す。このときチョークコイルＬにエネルギーが蓄積されるので、第一、第二のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２が遮断したときに、チョークコイルＬに生じた起電力によって、蓄電池４０を充電する電流が流れる。【選択図】        図１
2004312909.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョークコイルと、第一のスイッチング素子と、第二のスイッチング素子と、前記第一のスイッチング素子と前記第二のスイッチング素子をスイッチング動作させる制御回路とを有し、
電流源の高電圧側の端子と低電圧側の端子のいずれか一方を入力端子とし、他方を接地端子としたときに、前記チョークコイルの第一の端子は、前記第一のスイッチング素子を介して前記入力端子に接続されると共に、第一の整流素子を介して前記接地端子に接続され、
前記チョークコイルの第二の端子は、前記第二のスイッチング素子を介して前記接地端子に接続されると共に、第二の整流素子を介して、負荷が接続されるべき出力端子に接続された電源装置であって、
遅延回路を有し、該遅延回路により、前記第二のスイッチング素子は前記第一のスイッチング素子に遅れて導通するように構成された電源装置。
【請求項２】
請求項１記載の電源装置を用い、前記出力端子に接続された蓄電池を充電する電源装置の運転方法であって、
前記出力端子の電圧が前記電流源から供給される入力電圧よりも小さい状態から、前記入力電圧よりも高い電圧に達するまで前記蓄電池を充電する電源装置の運転方法。
【請求項３】
チョークコイルと、第一のスイッチング素子と、第二のスイッチング素子と、前記第一のスイッチング素子と前記第二のスイッチング素子をスイッチング動作させる制御回路とを有し、
電流源の高電圧側の端子と低電圧側の端子のいずれか一方を入力端子とし、他方を接地端子としたときに、前記チョークコイルの第一の端子は、前記第一のスイッチング素子によって前記入力端子に接続されると共に、第一の整流素子によって前記接地端子に接続され、
前記チョークコイルの第二の端子は、前記第二のスイッチング素子によって前記接地端子に接続されると共に、第二の整流素子によって出力端子に接続された電源装置を運転する電源装置の運転方法であって、
前記第二のスイッチング素子を前記第一のスイッチング素子に遅れて導通させる運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電源装置の技術にかかり、特に、昇降圧型の電源装置の技術分野に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７の符号１０２は一般的な昇降圧型の電源装置を示している。
この電源装置１０２は、チョークコイル１０５と、第一、第二のスイッチング素子１１１、１１２と、第一、第二の整流素子１１３、１１４とを有している。
【０００３】
符号１３０は電流源を示しており、符号１３１は、この電流源１３０から正電圧が入力される入力端子を示している。また、符号１３２は、接地電位に接続される接地端子を示している。
【０００４】
また、符号１４１、１４２は、この電源装置１０２の端子であり、それらのうち、符号１４１は正電圧が出力される出力端子を示し、符号１４２は電源装置１０２の接地端子１３２と電気的に同じ部分である接地端子を示している。
【０００５】
チョークコイル１０５の一端１５１は、第一のスイッチング素子１１１を介して入力端子１３１に接続されると共に、第一の整流素子１１３を介して接地端子１３２、１４２に接続されている。
【０００６】
また、チョークコイル１０５の他端１５２は、第二の整流素子１１４を介して出力端子１４１に接続されると共に、第二のスイッチング素子１１２を介して接地端子１３２、１４２に接続されている。
【０００７】
出力端子１４１と接地端子１４２の間には、充放電可能な蓄電池１４０が接続されている。
【０００８】
この電源装置１０２では、制御回路１１６が第一のスイッチング素子１１１と第二のスイッチング素子１１２に同じ信号を入力しており、第一のスイッチング素子１１１と第二のスイッチング素子１１２のスイッチング動作は同期している。
【０００９】
第一及び第二のスイッチング素子１１１、１１２が一緒に導通すると、各スイッチング素子１１１、１１２とチョークコイル１０５を通って電流が流れ、チョークコイル１０５にエネルギーが蓄積される。
【００１０】
そして、第一及び第二のスイッチング素子１１１、１１２が一緒に遮断すると、チョークコイル１０５に起電力が生じ、第一、第二の整流素子１１３、１１４を通って電流が流れる。その電流は蓄電池１４０に供給される。
【００１１】
上記のような電源装置１０２は、出力端子１４１の電圧が入力端子１３１の電圧よりも低い場合には、入力端子１３１の電圧が自動的に降圧され、蓄電池１４０が充電される。逆に、出力端子１４１の電圧が入力端子１３１の電圧よりも高い場合には、入力端子１３１の電圧は自動的に昇圧され、蓄電池１４０が充電される。
【００１２】
【特許文献１】特開平１０−４２５５０号公報
【特許文献２】特開平５−３２８７１２号公報
【特許文献３】実開平６−７０４８６号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記構成の電源装置１０２では、電流源１３０から蓄電池１４０に供給される電流は、第一、第二のスイッチング素子１１１、１１２の導通期間中には、第一、第二のスイッチング素子１１１、１１２の両方を流れ、次に、第一、第二のスイッチング素子１１１、１１２の遮断期間中には、第一、第二の整流素子１１３、１１４の両方を流れる。従って、１周期の半分の期間は二個のスイッチング素子１１１、１１２で損失が生じ、残りの半分の期間は二個の整流素子１１３、１１４で損失が生じ、効率が低いという問題がある。
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、効率の高い昇降圧型電源を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、チョークコイルと、第一のスイッチング素子と、第二のスイッチング素子と、前記第一のスイッチング素子と前記第二のスイッチング素子をスイッチング動作させる制御回路とを有し、電流源の高電圧側の端子と低電圧側の端子のいずれか一方を入力端子とし、他方を接地端子としたときに、前記チョークコイルの第一の端子は、前記第一のスイッチング素子を介して前記入力端子に接続されると共に、第一の整流素子を介して前記接地端子に接続され、前記チョークコイルの第二の端子は、前記第二のスイッチング素子を介して前記接地端子に接続されると共に、第二の整流素子を介して、負荷が接続されるべき出力端子に接続された電源装置であって、遅延回路を有し、該遅延回路により、前記第二のスイッチング素子は前記第一のスイッチング素子に遅れて導通するように構成された電源装置である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の電源装置を用い、前記出力端子に接続された蓄電池を充電する電源装置の運転方法であって、前記出力端子の電圧が前記電流源から供給される入力電圧よりも小さい状態から、前記入力電圧よりも高い電圧に達するまで前記蓄電池を充電する電源装置の運転方法である。
請求項３記載の発明は、チョークコイルと、第一のスイッチング素子と、第二のスイッチング素子と、前記第一のスイッチング素子と前記第二のスイッチング素子をスイッチング動作させる制御回路とを有し、電流源の高電圧側の端子と低電圧側の端子のいずれか一方を入力端子とし、他方を接地端子としたときに、前記チョークコイルの第一の端子は、前記第一のスイッチング素子によって前記入力端子に接続されると共に、第一の整流素子によって前記接地端子に接続され、前記チョークコイルの第二の端子は、前記第二のスイッチング素子によって前記接地端子に接続されると共に、第二の整流素子によって出力端子に接続された電源装置を運転する電源装置の運転方法であって、前記第二のスイッチング素子を前記第一のスイッチング素子に遅れて導通させる運転方法である。
【００１５】
本発明は上記のように構成されており、第一、第二のスイッチング素子が導通したときにチョークコイルにエネルギーが蓄積され、第一、第二のスイッチング素子が遮断したときに、チョークコイルに起電力が生じるようになっている。そして、第一、第二の整流素子は、チョークコイルの起電力によって順バイアスされ、それによって出力端子から負荷に電流が出力される。
【００１６】
従って、電流源から供給された電流は、先ず、チョークコイルにエネルギーを蓄積するときに、第一、第二のスイッチング素子で損失が生じ、次に、チョークコイルの起電力で電流が出力されるときに、第一、第二の整流素子で損失が生じる。
【００１７】
本発明では、出力端子の電圧が入力端子の電圧よりも低い場合に、第二のスイッチング素子が遮断した状態で第一のスイッチング素子が遮断から導通に転じると、第二のスイッチング素子が導通するまでの間、電流源から負荷に電流が直接供給される。従って、この期間の損失が小さく、効率が高くなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１の符号２は本発明の一例の電源装置を示している。
この電源装置２は、第一、第二のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、第一、第二の整流素子Ｄ１、Ｄ２と、チョークコイルＬとを有している。
【００１９】
同図符号３０は電流源を示している。該電流源３０は、電源装置２の接地端子３２と入力端子３１の間に接続され、入力端子３１に直流電流を供給するように構成されている。
【００２０】
また、同図符号４２は、電源装置２の端子であって、電流源３０の接地端子３２と同電位の接地端子を示しており、同図符号４１は、この接地端子３２、４２を基準とし、正電圧又は負電圧が出力される出力端子を示している。ここでは、電流源３０は正電圧出力の直流電源であり、入力端子３１には電流源３０から正電圧が入力されており、電源装置２は、出力端子４１に正電圧を出力するように構成されている。
【００２１】
チョークコイルＬは、第一、第二の接続端子５１、５２を有しており、第一の接続端子５１は、第一のスイッチング素子Ｑ１を介して入力端子３１に接続されると共に、第一の整流素子Ｄ１によって接地端子３２、４２に接続されている。
【００２２】
第二の接続端子５２は、第二の整流素子Ｄ２を介して出力端子４１に接続されると共に、第二のスイッチング素子Ｑ２によって接地端子３２、４２に接続されている。
【００２３】
第一、第二の整流素子Ｄ１、Ｄ２の接続方向は、出力端子４１と接地端子３２、４２とが短絡した状態を想定すると、第二のスイッチング素子Ｑ２が遮断した状態で、第一のスイッチング素子Ｑ１が導通した場合に、第一の整流素子Ｄ１は逆バイアスされ、第二の整流素子Ｄ２は順バイアスされる方向に接続されている。
【００２４】
この電源装置２は、制御回路１６と遅延回路１７とを有しており、制御回路１６が出力する制御信号は、第一のスイッチング素子Ｑ１には直接入力され、第二のスイッチング素子Ｑ２には遅延回路１７を介して入力されている。
【００２５】
その制御信号には、第一、第二のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を遮断状態から導通状態に転じさせる導通指令と、導通状態から遮断状態に転じさせる遮断指令とが交互に出力されるようになっており、遅延回路１７は、導通指令だけを一定の遅延時間Δｔだけ遅延させ、第二のスイッチング素子Ｑ２に伝達させている。
【００２６】
従って、第二のスイッチング素子Ｑ２は、第一のスイッチング素子Ｑ１よりも遅延時間Δｔだけ遅れて導通する。図５は、第一、第二のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の動作における遅延時間Δｔを示すタイミングチャートである。
【００２７】
出力端子４１と接地端子４２の間に蓄電池４０を負荷として接続し、その蓄電池４０を充電する場合の電源装置２の動作を説明する。
【００２８】
蓄電池４０が未充電又は放電完了状態にあり、出力端子４１の電圧が入力端子３１よりも低い状態では、電源装置２は降圧モードで動作し、蓄電池４０を充電する。
【００２９】
この場合、第二のスイッチング素子Ｑ２が遮断した状態で、第一のスイッチング素子Ｑ１だけが導通すると、入力端子３１は、第一のスイッチング素子Ｑ１と、チョークコイルＬと、第二の整流素子Ｄ２とを介して出力端子４１に接続される。この状態では、第二の整流素子Ｄ２は順バイアスされ、図２に示すように、電流源３０から蓄電池４０に電流Ｉ１が直接供給される。
【００３０】
次に、遅延時間Δｔの経過後、第一のスイッチング素子Ｑ１が導通状態を維持しながら第二のスイッチング素子Ｑ２が遮断から導通に転じると、チョークコイルＬの第二の接続端子５２、即ち、チョークコイルＬと第二の整流素子Ｄ２とが接続された部分が接地端子３２、４２に接続される。
【００３１】
この状態では、第二の整流素子Ｄ２は、両端の電圧が等しくなるか、又は逆バイアスされるので、電流源３０から供給される電流は蓄電池４０には供給されず、図３の符号Ｉ２に示すように、第二のスイッチング素子Ｑ２を流れる。
【００３２】
この電流Ｉ２は、第一のスイッチング素子Ｑ１とチョークコイルＬも流れているので、第一、第二のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２が遮断すると、チョークコイルＬの両端に起電力が生じる。
【００３３】
その起電力は、第一、第二の整流素子Ｄ１、Ｄ２を順バイアスする極性であり、チョークコイルＬに蓄積されたエネルギーによって、図４に示すように蓄電池４０を充電する電流Ｉ３が流れる。蓄電池４０が充電されることにより、出力端子４１の電圧は上昇する。
【００３４】
そして、この状態から、第一のスイッチング素子Ｑ１が導通すると、図２に示した状態に戻る。
【００３５】
このように、出力端子４１の電圧が入力端子３１よりも低い場合において、第二のスイッチング素子Ｑ２が遮断している状態で第一のスイッチング素子Ｑ１が導通すると、このとき電流源３０から供給される電流は、直接蓄電池４０に供給される。従来のように、電流源３０からは、第一、第二のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方が導通している期間しか電流が供給されず、その期間に流れる電流が大きいのに対し、第一、第二のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の導通期間と遮断期間の両方で損失が生じていた場合に比べると、遅延期間Δｔの間は、蓄電池４０に供給される電流量に比べて損失が小さいので、高効率で蓄電池４０を充電することができる。
【００３６】
また、蓄電池４０の充電が進行し、出力端子４１の電圧が入力端子３１の電圧よりも上昇すると、電源装置２は昇圧モードで動作し、蓄電池４０を充電する。
【００３７】
昇圧モードにおいて、第一、第二のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方が導通状態になり、図３に示したように、電流源３０からチョークコイルＬに電流Ｉ２が供給された後、第一、第二のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２が遮断すると、図４に示したように、チョークコイルＬに生じた起電力により、蓄電池４０を充電する電流Ｉ３が流れる。
【００３８】
そして、第一、第二のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の遮断中に、チョークコイルＬに生じた起電力によって蓄電池４０の電流が供給されている状態で、第一のスイッチング素子Ｑ１が導通すると、チョークコイルＬに生じている起電力が、電流源３０の出力電圧に加算されて第二の整流素子Ｄ２に印加されるから、第二の整流素子Ｄ２は導通し、チョークコイルＬに蓄積されたエネルギーにより、蓄電池４０を充電する電流が供給される。この電流は、図２の電流Ｉ１と同じ経路を流れる。
【００３９】
次に、第二のスイッチング素子Ｑ２が遅延時間Δｔだけ遅れて導通すると、上記のように、電流源３０からチョークコイルＬに電流Ｉ２が供給される。
【００４０】
以上のように、降圧モードと昇圧モードの両方とも、遅れ時間Δｔの間の電源装置２の動作は、電源の効率を高めるようになっている。
【００４１】
上記遅延時間Δｔは、遅延回路１７内で一周期Ｔの数％〜数十％に設定される。例えば、周波数が５０ｋＨｚ（Ｔ＝２０μｓｅｃ）の場合、１μｓｅｃ〜５μｓｅｃ程度である。
【００４２】
また、本発明の電源装置２では、蓄電池４０に供給される電流を測定しており、周波数が一定である場合に、第一、第二のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のオン・オフのデューティ比は、蓄電池４０に供給される電流が定電流になるように決定される。
【００４３】
他方、入力端子３１の電圧に対する出力端子４１の電圧の上限値、即ち、この電源装置２に要求される昇圧率は蓄電池４０が要求する充電電圧と電流源３０の出力電圧の大きさに依存する。
【００４４】
周波数が一定の場合、定電流を維持しながら要求された充電電圧まで出力端子４１の電圧を上昇させようとすると、遅延時間Δｔは小さい方が有利である。
【００４５】
他方、遅延時間Δｔが大きいと効率上有利であるから、遅延時間Δｔの長さは、蓄電池４０の種類や電源装置２の使用方法によって決定される。
【００４６】
なお、上記電源装置２は、接地端子３２、４２に対して正電圧を出力端子４１から出力したが、図６の符号３に示す電源装置のように接続し、負電圧を出力してもよい。
【００４７】
また、上記スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２はＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタの他、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子を広く用いることができる。
【００４８】
更にまた、第一及び第二整流素子１２、２２は、ｐｎ接合ダイオードやショットキーダイオードの他、ＭＯＳトランジスタを用い、それに逆方向に電流を流す場合も含まれる。
【００４９】
【発明の効果】
高効率の昇降圧型電源を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例の電源装置の回路図
【図２】その電源装置の電流の流れ方を説明するための図（１）
【図３】その電源装置の電流の流れ方を説明するための図（２）
【図４】その電源装置の電流の流れ方を説明するための図（３）
【図５】その電源装置の動作を説明するためのタイミングチャート
【図６】負電圧出力の昇降圧型の電源装置の回路図
【図７】従来の昇降圧型電源装置の回路図
【符号の説明】
Ｌ……チョークコイル
Ｑ１……第一のスイッチング素子
Ｑ２……第二のスイッチング素子
Ｄ１……第一の整流素子
Ｄ２……第二の整流素子
２、３……電源装置
１６……制御回路
１７……遅延回路
３０……電流源
３１……入力端子
３２、４２……接地端子
４１……出力端子
５１……第一の接続端子
５２……第二の接続端子
【図１】
2004312909.tif 000003
【図２】
2004312909.tif 000004
【図３】
2004312909.tif 000005
【図４】
2004312909.tif 000006
【図５】
2004312909.tif 000007
【図６】
2004312909.tif 000008
【図７】
2004312909.tif 000009