(57)【要約】【課題】負荷に電流を出力するための出力端子と負荷から出た電流を流す（回収する）ためのシンク端子を備え、シンク端子に流入する電流による消費電力を削減することのできるＤＣ−ＤＣコンバータを提供する。【解決手段】直流電圧をスイッチングして得た交流電圧を入力としてシンク電圧を発生するシンク電源回路１５と、交流電圧を入力としてシンク電圧より高い出力電圧を発生する出力電源回路１１とを有し、出力電源回路１１から出力された電流をシンク電源回路１５に流すＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、出力電源回路１１はダイオードポンプ回路１２、１３、１４を備え、それらの基準電圧として直接あるいは間接にシンク電源回路１５の出力を用いている。【選択図】            図１
2004194388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧をスイッチングして得た交流電圧を入力としてシンク電圧を発生するシンク電源回路と、前記交流電圧を入力として前記シンク電圧より高い出力電圧を発生する出力電源回路とを有し、該出力電源回路から出力された電流を前記シンク電源回路に流すＤＣ−ＤＣコンバータであって、
前記出力電源回路はダイオードポンプ回路を備え、該ダイオードポンプ回路の基準電圧として直接あるいは間接に前記シンク電源回路の出力を用いたことを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項２】
前記ダイオードポンプ回路は、前記交流電圧が入力される入力端子と、該入力端子に一端が接続された第１のコンデンサと、該第１のコンデンサの他端と出力端子との間に接続された第１のダイオードと、前記第１のコンデンサの他端に一端が接続された第２のダイオードと、前記出力端子に接続された平滑用の第２のコンデンサとを備え、
前記第２のダイオードの他端が前記シンク電源回路の出力に接続されたことを特徴とする、請求項１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、出力電流を所定のシンク電源回路に流すことのできるＤＣ−ＤＣコンバータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
負荷が、所定の電圧と、それとは異なりグランドでもない別の所定の電圧との間に設けられるような場合、負荷に電流を出力するための出力端子と負荷から出た電流を流す（回収する）ためのシンク端子を備えた電源装置が必要になる。
【０００３】
図５に、このような電源装置をＤＣ−ＤＣコンバータとして構成したものの回路図を示す。図５において、ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、直流電圧入力端子Ｖｉｎ、平滑コンデンサＣｉｎ、出力電源回路２、およびシンク回路３から構成されている。
【０００４】
ここで、出力電源回路２は一般的な昇圧回路で、トランスＴ１、スイッチング用のＦＥＴＱ１、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３から構成されている。トランスＴ１には一次巻線Ｎ４と二次巻線Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３が設けられている。入力端子Ｖｉｎは一次巻線Ｎ４とＦＥＴＱ１を直列に介してグランドに接続されている。二次巻線Ｎ１の一端は一次巻線Ｎ４とＦＥＴＱ１の接続点に接続され、他端は二次巻線Ｎ２の一端に接続されている。二次巻線Ｎ２の他端は二次巻線Ｎ３の一端に接続されている。二次巻線Ｎ１の他端はダイオードＤ１とコンデンサＣ１からなる整流平滑回路を介して第１の出力端子Ｖ１に接続されている。二次巻線Ｎ２の他端はダイオードＤ２とコンデンサＣ２からなる整流平滑回路を介して第２の出力端子Ｖ２に接続されている。二次巻線Ｎ３の他端はダイオードＤ３とコンデンサＣ３からなる整流平滑回路を介して第３の出力端子Ｖ３に接続されている。
【０００５】
また、シンク回路３はシャントレギュレータと２つの抵抗から構成され、シャントレギュレータのカソードはシンク端子ＶＡに接続されている。そのため、シンク端子ＶＡは、流れ込む電流があれば一定の電圧に維持される。
【０００６】
このように構成されたＤＣ−ＤＣコンバータ１において、ＦＥＴＱ１は図示を省略した信号源から出力されるスイッチング信号によって周期的にオン、オフされる。これによって、二次巻線Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３のそれぞれの他端には昇圧された交流電圧が発生する。この場合、二次巻線Ｎ３の他端に発生する交流電圧の振幅が最も大きくなり、二次巻線Ｎ１の他端に発生する交流電圧の振幅が最も小さくなる。
【０００７】
二次巻線Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３のそれぞれの他端に発生した交流電圧は、それぞれダイオードとコンデンサからなる整流平滑回路で整流、平滑されて出力電圧ｖ１、ｖ２、ｖ３となり、それぞれ第１の出力端子Ｖ１、第２の出力端子Ｖ２、第３の出力端子Ｖ３から出力される。
【０００８】
第１の出力端子Ｖ１、第２の出力端子Ｖ２、第３の出力端子Ｖ３から出力された電流はそれぞれ負荷抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を通ってシンク端子ＶＡに流される。
【０００９】
なお、このような出力電源回路に加えてシンク端子を備えたＤＣ−ＤＣコンバータについては公知文献は見つかっていない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１においては、負荷抵抗を流れた電流はシンク回路３に流されている。このとき、シンク回路３においては、３つの負荷抵抗を流れた全ての電流をシャントレギュレータで消費させている。例えば、負荷抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を流れる電流がそれぞれｉ１、ｉ２、ｉ３で、シンク端子ＶＡの電圧（シャントレギュレータの電圧）がｖａである場合、
ｖａ×（ｉ１＋ｉ２＋ｉ３）
の電力がそのまま消費されて熱になっていることになる。ＤＣ−ＤＣコンバータ１においては、入力された直流電圧を所望の直流電圧に変換するという動作がその前に入っており、その変換動作には所定の変換効率がある。この、無駄な消費電力の分に関しても所定の変換効率によって得られた電力であるため、実際にはシンク回路で消費される電力を作るための変換損失の分も無駄に消費される電力に含まれることになる。変換効率をα（≦１）とすれば、無駄な電力は、
ｖａ×（ｉ１＋ｉ２＋ｉ３）／α
になる。
【００１１】
この場合、シンク回路３で消費される電力が無駄であることはもちろんであるが、シンク回路３で発生する熱の処理のためにきちんとした放熱構造を必要とするためにシンク回路３の小型化が困難になり、その結果としてＤＣ−ＤＣコンバータ１全体の小型化が困難になるという問題もある。
【００１２】
本発明は上記の問題点を解決することを目的とするもので、シンク回路などでの不必要な電力消費を削減することのできるＤＣ−ＤＣコンバータを提供する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のＤＣ−ＤＣコンバータは、直流電圧をスイッチングして得た交流電圧を入力としてシンク電圧を発生するシンク電源回路と、前記交流電圧を入力として前記シンク電圧より高い出力電圧を発生する出力電源回路とを有し、該出力電源回路から出力された電流を前記シンク電源回路に流すＤＣ−ＤＣコンバータであって、前記出力電源回路はダイオードポンプ回路を備え、該ダイオードポンプ回路の基準電圧として直接あるいは間接に前記シンク電源回路の出力を用いたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明のＤＣ−ＤＣコンバータは、前記ダイオードポンプ回路が、前記交流電圧が入力される入力端子と、該入力端子に一端が接続された第１のコンデンサと、該第１のコンデンサの他端と出力端子との間に接続された第１のダイオードと、前記第１のコンデンサの他端に一端が接続された第２のダイオードと、前記出力端子に接続された平滑用の第２のコンデンサとを備え、前記第２のダイオードの他端が前記シンク電源回路の出力に接続されたことを特徴とする。
【００１５】
このように構成することにより、本発明のＤＣ−ＤＣコンバータにおいては、消費電力の低減を図るとともに、熱の発生を抑えて放熱構造を簡略化して小型化を図ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明のＤＣ−ＤＣコンバータの一実施例の回路図を示す。図１において、図５と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。
【００１７】
図１において、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０は、直流電圧入力端子Ｖｉｎ、平滑コンデンサＣｉｎ、出力電源回路１１、およびシンク電源回路１５から構成されている。出力電源回路１１において、ＦＥＴＱ１やトランスＴ１およびその巻線については図５と同じである。二次巻線Ｎ１の他端はダイオードポンプ回路１２を介して第１の出力端子Ｖ１に接続されている。二次巻線Ｎ２の他端はダイオードポンプ回路１３を介して第２の出力端子Ｖ２に接続されている。二次巻線Ｎ３の他端はダイオードポンプ回路１４を介して第３の出力端子Ｖ３に接続されている。ダイオードポンプ回路１２は、コンデンサＣ１およびＣ４とダイオードＤ１およびＤ４から構成されている。ダイオードポンプ回路１３は、コンデンサＣ２およびＣ５とダイオードＤ２およびＤ５から構成されている。ダイオードポンプ回路１４は、コンデンサＣ３およびＣ６とダイオードＤ３およびＤ６から構成されている。
【００１８】
また、二次巻線Ｎ１の一端はダイオードポンプ回路１５を介してシンク端子ＶＡに接続されている。すなわち、ダイオードポンプ回路１５がシンク電源回路１５として機能する。なお、シンク電源回路１５は、コンデンサＣ７およびＣ８とダイオードＤ７およびＤ８から構成されている。
【００１９】
ここで、まず図２を用いてダイオードポンプ回路の動作について説明する。図２において、ダイオードポンプ回路は、入力端子ＩＮ、コンデンサＣａおよびＣｂ、ダイオードＤａおよびＤｂ、出力端子ＯＵＴから構成されている。入力端子ＩＮは直流カット用のコンデンサＣａを介してダイオードＤｂのアノードに接続されており、ダイオードＤｂのカソードは出力端子ＯＵＴに接続されている。ダイオードＤａは、アノードが基準電圧発生器Ｖｒに接続され、カソードがダイオードＤｂのアノードに接続されている。平滑用のコンデンサＣｂは出力端子ＯＵＴとグランドとの間に接続されている。そして、入力端子ＩＮには矩形波電圧が印加されるものとする。
【００２０】
ここで、入力端子ＩＮに印加される矩形波電圧をｖｉ、ダイオードＤｂのアノード電圧をｖｘ、出力端子ＯＵＴの電圧をｖｏ、基準電圧発生器Ｖｒの電圧をｖｒとすると、各電圧ｖｉ、ｖｘ、ｖｏの時間波形は図３に示すようになる。このように、入力端子ＩＮに印加された電圧ｖｉは、その最低レベルが電圧ｖｒだけかさ上げされたｖｘとしてダイオードＤｂのアノードに現れる。そして、それを平滑した電圧ｖｏが出力端子に得られる。電圧ｖｏは電圧ｖｉをそのまま単純に平滑したものに比べて電圧ｖｒだけ昇圧されたものになる。このようにして、ダイオードポンプ回路においては、入力された電圧を基準電圧の分だけ昇圧することができる。
【００２１】
なお、ダイオードポンプ回路については、例えば「解析パワー・サプライ」（岡村道夫著、ＱＣ出版社、昭和５６年１月１０日初版発行）のＰ９７〜Ｐ１０２に詳細に記載されている。
【００２２】
ここで、図１に戻ってＤＣ−ＤＣコンバータ１０の動作についてさらに詳しく説明する。
【００２３】
まず、シンク電源回路１５はダイオードポンプ回路の構成となっていて、所定のシンク電圧ｖａを発生し、シンク端子ＶＡから出力する。
【００２４】
次に、出力電源回路１１のダイオードポンプ回路１２において、ダイオードＤ４のアノードはシンク電源回路１５の出力に接続されている。すなわち、ダイオードポンプ回路１２は基準電圧としてシンク電源回路１５の出力を用いている。そのため、ダイオードポンプ回路１２の出力電圧ｖ１は、二次巻線Ｎ１の他端に発生する電圧を平滑したものにシンク電圧ｖａを足したものになる。
【００２５】
また、ダイオードポンプ回路１３において、ダイオードＤ５のアノードはダイオードポンプ回路１２の出力に接続されている。すなわち、ダイオードポンプ回路１３は基準電圧としてダイオードポンプ回路１２の出力を用いている。そのため、ダイオードポンプ回路１３の出力電圧ｖ２は、二次巻線Ｎ２の他端に発生する電圧を平滑したものに出力電圧ｖ１を足したものになる。しかも、ダイオードポンプ回路１２の出力はシンク電源回路１５の出力を基準としているので、ダイオードポンプ回路１３は間接的に基準電圧としてシンク電源回路１５の出力を用いていることになる。
【００２６】
また、ダイオードポンプ回路１４において、ダイオードＤ６のアノードはダイオードポンプ回路１３の出力に接続されている。すなわち、ダイオードポンプ回路１４は基準電圧としてダイオードポンプ回路１３の出力を用いている。そのため、ダイオードポンプ回路１４の出力電圧ｖ３は、二次巻線Ｎ３の他端に発生する電圧を平滑したものに出力電圧ｖ２を足したものになる。しかも、ダイオードポンプ回路１３の出力は上述のように間接的にシンク電源回路１５の出力を基準としているので、ダイオードポンプ回路１４も間接的に基準電圧としてシンク電源回路１５の出力を用いていることになる。
【００２７】
このように構成されたＤＣ−ＤＣコンバータ１０においても、負荷抵抗を流れた電流はシンク電源回路１５に流している。しかしながら、シンク電源回路１５はシンク端子ＶＡから流れ込んできた電流を消費せず、ダイオードＤ４を介してダイオードポンプ回路１２に回生している。回生された電流はダイオードＤ１を介して負荷Ｒ１に流れる電流になるだけでなく、ダイオードＤ５を介してダイオードポンプ回路１３にも回生している。同様にダイオードポンプ回路１３に回生された電流はダイオードＤ２を介して負荷Ｒ２に流れる電流になるだけでなく、ダイオードＤ６を介してダイオードポンプ回路１４にも回生している。その結果、ダイオードＤ４には全ての負荷抵抗に流れる電流の回生電流が流れ、ダイオードＤ５には負荷抵抗Ｒ２とＲ３に流れる電流の回生電流が流れ、ダイオードＤ６には負荷抵抗Ｒ３に流れる電流の回生電流のみが流れる。
【００２８】
このように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０においては、負荷抵抗を流れてシンク端子ＶＡに流れ込んだ電流は消費されない。そのため、従来のＤＣ−ＤＣコンバータ１において無駄に消費されていた電力をそのまま削減することができる。
【００２９】
なお、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０においては３つの出力端子を備えているが、出力端子の数は３つに限定されるものではなく、１つ以上あればよい。
【００３０】
また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０においては、シンク電源回路１５の構成を出力電源回路１１と同様のダイオードポンプ回路としているが、シンク電源回路としてはダイオードポンプ回路である必要はなく、他の構成でも何ら構わない。例えば従来のＤＣ−ＤＣコンバータ１における出力電源回路２のような、整流用のダイオードと平滑用のコンデンサで構成されたものであっても構わない。
【００３１】
図４に、本発明のＤＣ−ＤＣコンバータの別の実施例の回路図を示す。図４において、図１と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。
【００３２】
図４に示したＤＣ−ＤＣコンバータ２０において、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０との違いは出力電源回路１１に代えて出力電源回路２１を備えている点だけである。そして、出力電源回路２１においては、３つのダイオードポンプ回路１２、１３、１４においてダイオードＤ４、Ｄ５、Ｄ６のアノードをいずれもシンク電源回路１５の出力に接続した点だけが出力電源回路１１との違いである。
【００３３】
このように構成されたＤＣ−ＤＣコンバータ２０においては、３つのダイオードポンプ回路１２、１３、１４がいずれも基準電圧としてシンク電源回路１５の出力を直接用いている。そのため、ダイオードＤ４、Ｄ５、Ｄ６にはそれぞれ負荷抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に流れる電流の回生電流が流れる。
【００３４】
図１に示したＤＣ−ＤＣコンバータ１０の場合には、例えばダイオードＤ１やＤ４には３つの負荷抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に流れる電流の回生電流がすべて流れるために、それに応じた能力を有するダイオードを使う必要がある。それに対して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の場合には同じダイオードＤ１やＤ４に負荷抵抗Ｒ１に流れる電流の回生電流しか流れないために、使用するダイオードの能力は低くても構わず、低コスト化を図ることができる。
【００３５】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２０においては、この点以外にＤＣ−ＤＣコンバータ１０との違いはなく、同様の作用効果を奏することができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明のＤＣ−ＤＣコンバータによれば、直流電圧をスイッチングして得た交流電圧を入力としてシンク電圧を発生するシンク電源回路と、同じく交流電圧を入力としてシンク電圧より高い出力電圧を発生する出力電源回路とを有し、出力電源回路から出力された電流をシンク電源回路に流すＤＣ−ＤＣコンバータであって、出力電源回路がダイオードポンプ回路を備え、そのダイオードポンプ回路の基準電圧として直接あるいは間接にシンク電源回路の出力を用いることによって、消費電力の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＤＣ−ＤＣコンバータの一実施例を示す回路図である。
【図２】ダイオードポンプ回路の回路図である。
【図３】図２のダイオードポンプ回路の入出力電圧の時間波形を示す波形図である。
【図４】本発明のＤＣ−ＤＣコンバータの別の実施例を示す回路図である。
【図５】従来のＤＣ−ＤＣコンバータを示す回路図である。
【符号の説明】
１０、２０…ＤＣ−ＤＣコンバータ
１１、２１…出力電源回路
１２、１３、１４…ダイオードポンプ回路
１５…シンク電源回路
Ｑ１…ＦＥＴ
Ｔ１…トランス
Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３…二次巻線
Ｎ４…一次巻線
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７、Ｄ８…ダイオード
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８…コンデンサ
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３…出力端子
ＶＡ…シンク端子
【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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