(57)【要約】【課題】昇圧電源装置が不連続動作モードにて動作する際、１次電池への逆流電流が発生し、１次電池が劣化する。１次電池への逆流電流を軽減することにより、１次電池の劣化を軽減し、電池寿命を延長可能とする昇圧電源装置を提供する。【解決手段】１次電池１にコイル５を接続して、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ３のドレインに接続し、トランジスタ３にトランジスタ３のスイッチング動作を制御する発振制御回路４を接続し、トランジスタ３のドレインにダイオード２およびコンデンサ６を接続してなる昇圧電源装置において、１次電池１と接地との間のコンデンサ８に加えて、コイル５端と接地との間にコンデンサ９を設け、さらにコイル５端と１次電池１との間に抵抗１０を設ける。このことにより、１次電池への逆流電流を軽減することができ、その結果、１次電池の劣化を軽減し、電池寿命を延長することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次電池と、前記１次電池と接地との間に接続された第１のコンデンサと、ソース端子が接地に接続されたＮチャネル型ＭＯＳトランジスタと、前記Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタのドレイン端子に一方の端子が接続されたコイルと、前記コイルの他方の端子と接地との間に接続された第２のコンデンサと、前記Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタのドレイン端子にアノード端子が接続されたダイオードと、前記ダイオードのカソード端子と接地との間に接続された第３のコンデンサと、前記ダイオードのカソード端子電圧を一定化するために前記Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタのスイッチング動作を制御する発振制御回路と、前記１次電池と前記コイルの他方の端子との間に接続された抵抗とを備えたことを特徴とする昇圧電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、昇圧電圧を出力する昇圧電源装置に関し、特に供給電源が１次電池であり、かつ不連続動作モードにて動作しうる昇圧電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、機器の小型化とモバイル化が進み、乾電池により動作しうる機器が多用されるようになってきている。このような機器では、機器を構成する各回路を動作させるために、安定した電源電圧が必要であり、乾電池から所望の電源電圧を生成するため、電源装置が用いられる。この所望の電源電圧が、乾電池電圧より高い場合に昇圧電源装置が用いられる。
【０００３】
従来におけるこの種の技術としては、例えば、非特許文献１に記載されているものがある。図４は従来の昇圧電源装置の構成例を示すブロック図であり、１は１次電池、２はダイオード、３はＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ、４は発振制御回路、５はコイル、６は出力電圧平滑コンデンサ、７はドレイン接続端子である。
【０００４】
以下、図４を参照しながら、前記従来の昇圧電源装置について説明する。前記従来の昇圧電源装置において、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ３がＯＮしている期間中、１次電池１からコイル５とＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ３を経由して電流が流れる。Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ３のオン抵抗により生じる電圧を０Ｖとして近似したとき、コイル５を流れる電流Ｉは、コイル５のインダクタンス値をＬとし、１次電池１の電圧をＶinとすると、Ｖin／Ｌの傾きにて増加し、コイル５に電力が充電される。ダイオード２は逆バイアスされ、出力電圧平滑コンデンサ６とドレイン接続端子７とは絶縁されており、出力電圧平滑コンデンサ６の電圧は、負荷電流によって低下する。
【０００５】
次いで、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ３がＯＦＦしている期間中には、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ３がＯＮしている期間中に流れていた電流Ｉがコイル５とダイオード２を経由して、出力電圧平滑コンデンサ６へと流れ、出力電圧平滑コンデンサ６の電圧が上昇し、昇圧される。このとき、コイル５を流れる電流Ｉは、出力電圧平滑コンデンサ６の電圧をＶoとし、ダイオード２に生じる電圧をＶfとすると、（Ｖo＋Ｖf−Ｖin）／Ｌの傾きにて減少する。
【０００６】
出力電圧平滑コンデンサ６の電圧は、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ３がＯＮしている期間中に低下、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ３がＯＦＦしている期間中に上昇を繰り返して、一定電圧として出力される。発振制御回路４は、出力電圧平滑コンデンサ６の電圧を監視し、一定電圧となるように、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ３のＯＮ時間とＯＦＦ時間を制御する。
【０００７】
以上説明した昇圧電源装置が、連続動作モードにて動作している場合の挙動について、図２と図４を参照しながら説明する。図２は、昇圧電源装置における連続動作モード時の動作波形図である。図２において、１１はＮチャネル型ＭＯＳトランジスタゲート電圧、１２はコイル電流、１３はドレイン接続端子電圧である。Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタゲート電圧１１は、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ３のゲート電圧、コイル電流１２はコイル５を流れる電流、ドレイン接続端子電圧１３はドレイン接続端子７の電圧である。
【０００８】
Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタゲート電圧１１がＨレベルとなり、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ３がＯＮしている期間中、Ｖin／Ｌの傾きにてコイル電流１２は増加し、ドレイン接続端子電圧１３は、Ｌレベルに固定される。Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタゲート電圧１１がＬレベルとなり、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ３がＯＦＦしている期間中、（Ｖo＋Ｖf−Ｖin）／Ｌの傾きにてコイル電流１２は減少し、ドレイン接続端子電圧１３は（Ｖo＋Ｖf）となる。Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ３のＯＦＦ期間において、コイル電流１２の電流が負にならない負荷領域での動作を、一般に連続動作モードと呼ぶ。図４に示す従来の昇圧電源装置は、連続動作モードにて動作している限りにおいては、昇圧電圧を問題なく供給できる。
【非特許文献１】M.R.Borghi他、"Smart Power ICs";New York:Springer,1995,Page289
【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、図４に示す従来の昇圧電源装置の構成では、不連続動作モードでの動作時に、１次電池への逆流電流が発生する。不連続動作モードでの動作時に発生した１次電池への逆流電流は、１次電池を劣化させ、電池寿命を縮めてしまうという課題がある。
【００１０】
以下、不連続動作モードにて動作している場合の挙動について図３と図４を参照しながら説明する。図３は、昇圧電源装置における不連続動作モード時の動作波形図である。図３において、１１はＮチャネル型ＭＯＳトランジスタゲート電圧、１２はコイル電流、１３はドレイン接続端子電圧である。Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタゲート電圧１１は、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ３のゲート電圧、コイル電流１２はコイル５を流れる電流、ドレイン接続端子電圧１３はドレイン接続端子７の電圧である。
【００１１】
Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタゲート電圧１１がＨレベルとなり、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ３がＯＮしている期間中、Ｖin／Ｌの傾きにてコイル電流１２は増加し、ドレイン接続端子電圧１３は、Ｌレベルに固定される。Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタゲート電圧１１がＬレベルとなり、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ３がＯＦＦしている期間中、（Ｖo＋Ｖf−Ｖin）／Ｌの傾きにてコイル電流１２は減少する。Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ３のＯＦＦ期間において、コイル電流１２の電流が負にならない負荷領域での動作を、一般に連続動作モードと呼び、コイル電流１２の電流がゼロ、もしくはゼロ以下になる負荷領域での動作を、一般に不連続動作モードと呼ぶ。
【００１２】
不連続動作モードにて動作し、コイル電流１２がゼロとなると、ドレイン接続端子７に存在する寄生容量とコイル５のインダクタンス値とに起因して、ドレイン接続端子電圧１３とコイル電流１２にリンギングが発生する。ドレイン接続端子電圧１３にリンギングが生じている期間中、１次電池１には逆電流が発生し、１次電池１を劣化させ、電池寿命を縮めてしまう。
【００１３】
以上のように、従来の昇圧電源装置の構成では、不連続動作モードでの動作時に発生する１次電池への逆流電流によって、１次電池が劣化し、電池寿命が縮まってしまうという課題があった。
【００１４】
前記課題に鑑み、本発明は、不連続動作モードでの動作時に発生する１次電池への逆流電流を軽減することにより、１次電池の劣化を軽減し、電池寿命を延長することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記の目的を達成するため、本発明に係る昇圧電源装置は、多くの場合設けられる１次電池と接地との間のコンデンサに加えて、コイル端と接地との間にコンデンサを設け、さらに前記コイル端と１次電池との間に抵抗を設けたものである。
【００１６】
すなわち、請求項１記載の昇圧電源装置は、１次電池と、前記１次電池と接地との間に接続された第１のコンデンサと、ソース端子が接地に接続されたＮチャネル型ＭＯＳトランジスタと、前記Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタのドレイン端子に一方の端子が接続されたコイルと、前記コイルの他方の端子と接地との間に接続された第２のコンデンサと、前記Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタのドレイン端子にアノード端子が接続されたダイオードと、前記ダイオードのカソード端子と接地との間に接続された第３のコンデンサと、前記ダイオードのカソード端子電圧を一定化するために前記Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタのスイッチング動作を制御する発振制御回路と、前記１次電池と前記コイルの他方の端子との間に接続された抵抗とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る昇圧電源装置によると、不連続動作モードでの動作時にコイルに逆流電流が発生した際、コイルを流れる逆流電流は、コイル端と接地との間に設けられたコイル端電圧平滑コンデンサへと流れ込む。コイル端電圧平滑コンデンサの電圧は、コイル端電圧平滑コンデンサへ流れ込む逆流電流と前記コイル端電圧平滑コンデンサの等価直列抵抗とにより上昇する。１次電池へと逆流する電流は、上昇したコイル端電圧平滑コンデンサの電圧と１次電池電圧との差電圧と、コイル端と１次電池との間に設けられた抵抗とによって定まる。すなわち、不連続動作モードでの動作時に逆流電流が発生した際、１次電池へと逆流する電流は、コイル端電圧平滑コンデンサの等価直列抵抗と、前記抵抗との比によって定まる電流へと軽減されるため、１次電池の劣化を軽減し、電池寿命を延長することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態に係る昇圧電源装置について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は本発明の一実施形態に係る昇圧電源装置の構成例を示すブロック図である。図１において、１は１次電池、２はダイオード、３はＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ、４は発振制御回路、５はコイル、６は出力電圧平滑コンデンサ、７はドレイン接続端子、８は電源電圧平滑コンデンサ、９はコイル端電圧平滑コンデンサ、１０は抵抗である。
【００２０】
１次電池１と接地との間に電源電圧平滑コンデンサ８が並列に接続され、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ３のソース端子が接地に接続され、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ３のドレイン端子にコイル５の一方の端子が接続され、コイル５の他方の端子と接地との間にコイル端電圧平滑コンデンサ９が接続され、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ３のドレイン端子にダイオード２のアノード端子が接続され、ダイオード２のカソード端子と接地との間に出力電圧平滑コンデンサ６が接続され、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ３のゲート端子に、ダイオード２のカソード端子電圧を一定化するためにＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ３のスイッチング動作を制御する発振制御回路４が接続され、１次電池１とコイル５の他方の端子との間に抵抗１０が備えられている。
【００２１】
以上のように構成された昇圧電源装置において、連続動作モード時には、図４に示す従来の昇圧電源装置と同様に、１次電池への逆流電流は発生せず、１次電池劣化の問題は発生しない。
【００２２】
本実施形態に係る昇圧電源装置において、不連続動作モードでの動作時にコイル５に逆流電流が発生した際、コイル５を流れる逆流電流は、コイル端電圧平滑コンデンサ９へと流れ込む。コイル５を流れる逆流電流の電流量に対してコイル端電圧平滑コンデンサ９の容量値を十分大きく設定すると、コイル端電圧平滑コンデンサ９の電圧は、コイル端電圧平滑コンデンサ９へ流れ込む逆流電流とコイル端電圧平滑コンデンサ９の等価直列抵抗とによってのみ上昇する。このとき、１次電池１へと実際に逆流する電流は、上昇したコイル端電圧平滑コンデンサ９の電圧と１次電池１の電圧との差電圧と、抵抗１０とによって定まる。
【００２３】
すなわち、不連続動作モードでの動作時にコイル５に逆流電流が発生した際、１次電池１へと逆流する電流は、コイル端電圧平滑コンデンサ９の等価直列抵抗と、抵抗１０との比によって定まる電流へと軽減されるため、１次電池１の劣化を軽減し、電池寿命を延長することができる。
【００２４】
抵抗１０は、抵抗素子を用いて構成することも可能であり、抵抗素子を用いずに基板上の配線抵抗を用いて構成することも可能である。１次電池１を格納する電池ボックス等から、昇圧電源装置の実装されている基板までは、必ずしも最短で接続されているわけではなく、１次電池１からコイル５に至る基板配線の抵抗値が、コイル端電圧平滑コンデンサ９の等価直列抵抗と比して大きく、１次電池１への逆流電流軽減効果を得ることが可能な場合には、抵抗素子を用いずに基板上の配線抵抗を用いて抵抗１０を構成することが、実装面積と素子コストの観点でより有効である。また、等価直列抵抗が小さい容量を、コイル端電圧平滑コンデンサ９として選定することが、１次電池１への逆流電流を軽減するため、より有効である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
以上説明したように、本発明は、昇圧電源装置において、１次電池への逆流電流を軽減し、１次電池の劣化を軽減し、電池寿命を延長する方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係る昇圧電源装置の構成例を示すブロック図
【図２】昇圧電源装置における連続動作モード時の動作波形図
【図３】昇圧電源装置における不連続動作モード時の動作波形図
【図４】従来の昇圧電源装置の構成例を示すブロック図
【符号の説明】
【００２７】
１  １次電池
２  ダイオード
３  Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ
４  発振制御回路
５  コイル
６  出力電圧平滑コンデンサ
７  ドレイン接続端子
８  電源電圧平滑コンデンサ
９  コイル端電圧平滑コンデンサ
１０  抵抗
１１  Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタゲート電圧
１２  コイル電流
１３  ドレイン接続端子電圧
【図１】
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【図２】
2005328605.tif 000004
【図３】
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【図４】
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