(57)【要約】【課題】  大きなロスが発生せず、電圧変換効率が高い電源回路の提供。【解決手段】  コイルＬ１の一端に直流電圧を印加し、コイルＬ１の他端及び接地電位間をスイッチング素子Ｑ１によりオン／オフし、コイルＬ１の他端からの電圧をクリップし平滑することにより、直流電圧を昇圧し出力する電源回路。コイルＬ１は、１又は複数のタップ３を備え、タップ３からの電圧をクリップし平滑することにより、直流電圧を昇圧し出力する構成である。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルの一端に直流電圧を印加し、該コイルの他端及び接地電位間をスイッチング素子によりオン／オフし、前記他端からの電圧をクリップし平滑することにより、前記直流電圧を昇圧し出力する電源回路において、
前記コイルは、１又は複数のタップを備え、該タップからの電圧をクリップし平滑することにより、前記直流電圧を昇圧し出力すべくなしてあることを特徴とする電源回路。
【請求項２】
前記他端及びタップからの各電圧をそれぞれ極性反転させる複数のカップリングコンデンサと、該カップリングコンデンサが極性反転させた電圧をクリップするダイオードとを備え、該ダイオードがクリップした負の直流電圧による電流を平滑することにより、前記直流電圧をそれぞれ所要の負の直流電圧に降圧し出力すべくなしてある請求項１記載の電源回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルの一端に直流電圧を印加し、コイルの他端及び接地電位間をスイッチング素子によりオン／オフし、コイルの他端からの電力をクリップし平滑することにより、直流電圧を昇圧し出力する電源回路の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ビデオカメラのようにバッテリを駆動電源とする小型携帯機器では、バッテリからの直流電源を効率良く昇圧し、また、効率良く負電圧に降圧して出力する電源回路が必要である。図３は、小型携帯機器に使用される従来の電源回路の構成例を示すブロック図である。この電源回路は、チョークコイルＬ１０の一端に直流電圧Ｖinが印加され、チョークコイルＬ１０の他端には、ＮＰＮ型トランジスタＱ１のコレクタが接続されている。ＮＰＮ型トランジスタＱ１のエミッタは接地され、ベースは制御部２０に接続されている。
【０００３】
チョークコイルＬ１０の他端には、また、ダイオードＤ１１のアノードが接続され、そのカソード及び接地端子間には、平滑用コンデンサＣ１１が接続されている。ダイオードＤ１１のカソードには、また、抵抗等のレギュレータ２１，２３の各一端が接続され、レギュレータ２１，２３の各他端が出力端子となっている。ダイオードＤ１１のカソードは、また、制御部２０に接続されている。
【０００４】
チョークコイルＬ１０の他端には、また、カップリングコンデンサＣ１３の一端が接続され、その他端には、ダイオードＤ１２のアノード及びダイオードＤ１３のカソードが接続され、ダイオードＤ１２のカソードは接地されている。ダイオードＤ１３のアノード及び接地端子間には、平滑用コンデンサＣ１２が接続され、また、ダイオードＤ１３のアノードには、抵抗等のレギュレータ２２，２４の各一端が接続され、レギュレータ２２，２４の各他端が出力端子となっている。
【０００５】
このような構成の電源回路では、所定の周期で制御部２０がトランジスタＱ１をオン／オフする。トランジスタＱ１がオンのとき、直流電圧ＶinによりチョークコイルＬ１０に電流が流れ、チョークコイルＬ１０にエネルギーが蓄えられる。電流が一定値に達したところで、トランジスタＱ１をオフにすると、チョークコイルＬ１０に蓄えられたエネルギーは、ダイオードＤ１１を通じてコンデンサＣ１１及びレギュレータ２１からなる負荷回路へ移り、コンデンサＣ１１を充電する。
【０００６】
ここで、Ｌ１０及びＣ１１が十分大きく、Ｌ１０に流れる電流、及びダイオードＤ１１のカソード電圧はそれぞれ略一定の値Ｉ１，Ｖｃであるとすると、トランジスタＱ１がオンである期間Ｔonに、チョークコイルＬ１０に蓄えられるエネルギーはＶin・Ｉ１・Ｔonとなる。また、トランジスタＱ１がオフである期間Ｔoff に、負荷側に移るエネルギーは(Ｖｃ−Ｖin)Ｉ１・Ｔoff となる。この両者は、定常状態ではエネルギー保存則により等しく、
Ｖin・Ｉ１・Ｔon＝(Ｖｃ−Ｖin)Ｉ１・Ｔoff       （１）
となるから、（２）式によりカソード電圧Ｖｃの平均値Ｖａが得られる。
Ｖａ＝（Ｔon＋Ｔoff ）Ｖin／Ｔoff ＝ＴＶin／Ｔoff ＝βＶin    （２）
但し、Ｔ＝Ｔon＋Ｔoff ，β＝Ｔ／Ｔoff ＝１／（１−α）＞１
【０００７】
よって、（２）式及びβ＞１から、ダイオードＤ１１のカソード電圧Ｖｃは、昇圧されていることが分かる。昇圧されたカソード電圧Ｖｃは、コンデンサＣ１１により平滑されており、レギュレータ２１，２３によりそれぞれ所要の電圧Ｖ１１，Ｖ１３に降圧調整され出力される。カソード電圧Ｖｃは、また、制御部２０にも与えられており、制御部２０は、カソード電圧Ｖｃが所要の電圧になるように、トランジスタＱ１をオンする期間Ｔonとオフする期間Ｔoff との割合を制御する（ＰＷＭ制御）。
【０００８】
一方、コンデンサＣ１１により平滑されていないチョークコイルＬ１０の出力電圧は、パルス状であるので、カップリングコンデンサＣ１３は、そのパルス状電圧の逆極性である負電圧を、ダイオードＤ１３のカソード及びダイオードＤ１２のアノードに与える。ダイオードＤ１２，１３は、与えられた負電圧をそれぞれクリップし、コンデンサＣ１２は、ダイオードＤ１２，１３がクリップした負の直流電圧を平滑し、平滑された負の直流電圧は、レギュレータ２１，２３によりそれぞれ所要の電圧Ｖ１２，Ｖ１４に昇圧調整され出力される。ここで、コンデンサＣ１２により平滑された負の直流電圧は、コンデンサＣ１１の充電電圧Ｖ１と絶対値が略等しい。
【０００９】
図４は、小型携帯機器に使用される従来の電源回路の他の構成例を示すブロック図である。この電源回路は、トランスＴｒの一次巻線Ｔ１の一端に直流電圧Ｖinが印加され、一次巻線Ｔ１の他端は、ＮＰＮ型トランジスタＱ２のコレクタが接続されている。ＮＰＮ型トランジスタＱ２のエミッタは接地され、ベースは制御部２０ａに接続されている。
【００１０】
トランスＴｒの二次巻線Ｔ２の一端及び接地端子間に、平滑用コンデンサＣ１５が接続され、二次巻線Ｔ２の一端には、また、ダイオードＤ１４のアノードが接続され、そのカソード及び接地端子間には、平滑用コンデンサＣ１４が接続されている。ダイオードＤ１４のカソードには、また、抵抗等のレギュレータ２５の一端が接続され、レギュレータ２５の他端が出力端子となっている。ダイオードＤ１４のカソードは、また、制御部２０ａに接続されている。
【００１１】
二次巻線Ｔ２の他端には、ダイオードＤ１５のカソードが接続され、ダイオードＤ１５のアノード及び接地端子間には、平滑用コンデンサＣ１６が接続され、また、ダイオードＤ１５のアノードには、抵抗等のレギュレータ２６の一端が接続され、レギュレータ２６の他端が出力端子となっている。
【００１２】
二次巻線Ｔ２の一端からの所定巻数の位置にタップが設けられ、このタップにはダイオードＤ１６のアノードが接続され、そのカソード及び接地端子間には、平滑用コンデンサＣ１７が接続されている。ダイオードＤ１７のカソードには、また、抵抗等のレギュレータ２７の一端が接続され、レギュレータ２７の他端が出力端子となっている。
【００１３】
二次巻線Ｔ２の他端からの所定巻数の位置にタップが設けられ、このタップには、ダイオードＤ１７のカソードが接続され、ダイオードＤ１７のアノード及び接地端子間には、平滑用コンデンサＣ１８が接続され、また、ダイオードＤ１７のアノードには、抵抗等のレギュレータ２８の一端が接続され、レギュレータ２８の他端が出力端子となっている。
【００１４】
このような構成の電源回路では、制御部２０ａがトランジスタＱ２を所定周波数でオン／オフすると、直流電圧Ｖinにより一次巻線Ｔ１に流れる電流が断続し、この電流の変化に応じた交流電流が二次巻線Ｔ２に流れる。このとき、二次巻線Ｔ２の両端に発生する電圧は、直流電圧Ｖin及び一次巻線Ｔ１と二次巻線Ｔ２との巻数比により定まる。二次巻線Ｔ２の一端に発生した電圧は、コンデンサＣ１５により平滑された後、ダイオードＤ１４により整流され、更にコンデンサＣ１４により平滑され、レギュレータ２５により所要の電圧Ｖ１５に降圧調整され出力される。
【００１５】
一方、二次巻線Ｔ２の他端に発生した電圧は、一端に発生した電圧の逆極性であり、ダイオードＤ１５により整流され、更にコンデンサＣ１６により平滑され、レギュレータ２５により所要の電圧Ｖ１６に昇圧調整され出力される。ここで、電圧Ｖ１６は、電圧Ｖ１５と絶対値が略等しい負の直流電圧である。
【００１６】
また、二次巻線Ｔ２のタップに発生する電圧は、直流電圧Ｖin及び一次巻線Ｔ１と二次巻線Ｔ２のタップ迄の巻線との巻数比により定まる。二次巻線Ｔ２の一方のタップに発生した電圧は、ダイオードＤ１６により整流され、更にコンデンサＣ１７により平滑され、レギュレータ２７により所要の電圧Ｖ１７に降圧調整され出力される。
【００１７】
一方、二次巻線Ｔ２の他方のタップに発生した電圧は、一方のタップに発生した電圧の逆極性であり、ダイオードＤ１７により整流され、更にコンデンサＣ１８により平滑され、レギュレータ２８により所要の電圧Ｖ１８に昇圧調整され出力される。ここで、電圧Ｖ１８は、電圧Ｖ１７と絶対値が略等しい負の直流電圧である。
【００１８】
上述した以外の従来例としては、特許文献１に、チョークコイルの一端に直流電圧を与え、チョークコイルのタップと接地電位との間をスイッチングし、チョークコイルの他端からの出力を整流して取り出す昇降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータが開示されている。
【特許文献１】実開平６−７７４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
上述した図３の電源回路では、正／負各１種類の電圧に昇圧／降圧した後、レギュレータを使用して他の電圧に降圧／昇圧しているので、レギュレータで大きなロスが発生し、また、図４の電源回路では、トランスの磁気結合によるロスが大きく、それぞれ電圧変換効率が低いという問題がある。本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、大きなロスが発生せず、電圧変換効率が高い電源回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明に係る電源回路は、コイルの一端に直流電圧を印加し、該コイルの他端及び接地電位間をスイッチング素子によりオン／オフし、前記他端からの電圧をクリップし平滑することにより、前記直流電圧を昇圧し出力する電源回路において、前記コイルは、１又は複数のタップを備え、該タップからの電圧をクリップし平滑することにより、前記直流電圧を昇圧し出力すべくなしてあることを特徴とする。
【００２１】
この電源回路では、コイルの一端に直流電圧を印加し、コイルの他端及び接地電位間をスイッチング素子によりオン／オフし、コイルの他端からの電圧をクリップし平滑することにより、直流電圧を昇圧し出力する。コイルは、１又は複数のタップを備え、このタップからの電圧をもクリップし平滑することにより、直流電圧を昇圧し出力する。
【００２２】
本発明に係る電源回路は、前記他端及びタップからの各電圧をそれぞれ極性反転させる複数のカップリングコンデンサと、該カップリングコンデンサが極性反転させた電圧をクリップするダイオードとを備え、該ダイオードがクリップした負の直流電圧による電流を平滑することにより、前記直流電圧をそれぞれ所要の負の直流電圧に降圧し出力すべくなしてあることを特徴とする。
【００２３】
この電源回路では、複数のカップリングコンデンサが、コイルの他端及びタップからの各電圧をそれぞれ極性反転させ、ダイオードが、カップリングコンデンサが極性反転させた電圧をクリップする。このクリップした負の直流電圧による電流を平滑することにより、直流電圧をそれぞれ所要の負の直流電圧に降圧し出力する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る電源回路によれば、コイルにタップを設ける事により、多種類の電圧が必要な場合でも、トランスを用いることなく、高効率に電圧変換が出来、バッテリー等を入力電源とするような機器においては、より長時間使用が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に、本発明を、その実施の形態を示す図面に基づき説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る電源回路の実施の形態１の構成を示すブロック図である。この電源回路は、チョークコイルＬ１の一端に直流電圧Ｖinが印加され、チョークコイルＬ１の他端には、ＮＰＮ型トランジスタＱ１のコレクタが接続されている。ＮＰＮ型トランジスタＱ１のエミッタは接地され、ベースは制御部２に接続されている。
【００２６】
チョークコイルＬ１の他端には、また、ダイオードＤ１のアノードが接続され、そのカソード及び接地端子間には、平滑用コンデンサＣ１が接続され、ダイオードＤ１のカソードが出力端子となっている。ダイオードＤ１のカソードは、また、制御部２に接続されている。
【００２７】
チョークコイルＬ１の他端には、また、カップリングコンデンサＣ３の一端が接続され、その他端には、ダイオードＤ２のアノード及びダイオードＤ３のカソードが接続され、ダイオードＤ２のカソードは接地されている。ダイオードＤ３のアノード及び接地端子間には、平滑用コンデンサＣ２が接続され、ダイオードＤ３のアノードが出力端子となっている。
【００２８】
チョークコイルＬ１にはタップ３が設けられ、このタップ３には、ダイオードＤ４のアノードが接続され、そのカソード及び接地端子間には、平滑用コンデンサＣ４が接続され、ダイオードＤ４のカソードが出力端子となっている。タップ３には、また、カップリングコンデンサＣ５の一端が接続され、その他端には、ダイオードＤ６のアノード及びダイオードＤ５のカソードが接続され、ダイオードＤ６のカソードは接地されている。ダイオードＤ５のアノード及び接地端子間には、平滑用コンデンサＣ６が接続され、ダイオードＤ５のアノードが出力端子となっている。
【００２９】
このような構成の電源回路では、所定の周期で制御部２がトランジスタＱ１をオン／オフすると、昇圧チョッパ回路として作動し、トランジスタＱ１がオンのとき、直流電圧ＶinによりチョークコイルＬ１に電流が流れ、チョークコイルＬ１にエネルギーが蓄えられる。電流が一定値に達したところで、トランジスタＱ１をオフにすると、チョークコイルＬ１に蓄えられたエネルギーは、ダイオードＤ１を通じてコンデンサＣ１からなる負荷回路へ移り、コンデンサＣ１を充電する。
【００３０】
ここで、Ｌ１及びＣ１が十分大きく、Ｌ１に流れる電流、及びＣ１の充電電圧（ダイオードＤ１のカソード電圧）はそれぞれ略一定の値Ｉ１，Ｖｃであるとすると、トランジスタＱ１がオンである期間Ｔonに、チョークコイルＬ１に蓄えられるエネルギーはＶin・Ｉ１・Ｔonとなる。また、トランジスタＱ１がオフである期間Ｔoff に、負荷側に移るエネルギーは(Ｖ１−Ｖin)Ｉ１・Ｔoff となる。この両者は、定常状態ではエネルギー保存則により等しく、上述したように、
Ｖin・Ｉ１・Ｔon＝(Ｖｃ−Ｖin)Ｉ１・Ｔoff       （１）
となるから、（２）式により出力電圧Ｖｃの平均値Ｖａが得られる。
Ｖａ＝（Ｔon＋Ｔoff ）Ｖin／Ｔoff ＝ＴＶin／Ｔoff ＝βＶin    （２）
但し、Ｔ＝Ｔon＋Ｔoff ，β＝Ｔ／Ｔoff ＝１／（１−α）＞１
【００３１】
よって、（２）式及びβ＞１から、ダイオードＤ１のカソード電圧Ｖｃは、昇圧されていることが分かる。昇圧されたカソード電圧Ｖｃは、コンデンサＣ１により平滑され、所要の電圧Ｖ１として出力される。カソード電圧Ｖｃは、また、制御部２にも与えられており、制御部２は、カソード電圧Ｖｃが所要の電圧Ｖ１になるように、トランジスタＱ１をオンする期間Ｔonとオフする期間Ｔoff との割合を制御する（ＰＷＭ制御）。
【００３２】
一方、コンデンサＣ１により平滑されていないチョークコイルＬ１の出力電圧は、パルス状であるので、カップリングコンデンサＣ３は、そのパルス状電圧の逆極性である負電圧を、ダイオードＤ３のカソード及びダイオードＤ２のアノードに与える。ダイオードＤ２，３は、与えられた負電圧をそれぞれクリップし、コンデンサＣ２は、ダイオードＤ２，３がクリップした負の直流電圧を平滑し、平滑された負の直流電圧は、所要の電圧Ｖ２として出力される。ここで、コンデンサＣ２により平滑された負の直流電圧Ｖ２は、コンデンサＣ１の充電電圧である所要の電圧Ｖ１と絶対値が略等しい。
【００３３】
所定の周期で制御部２がトランジスタＱ１をオン／オフすると、上述した（１）（２）式の昇圧チョッパ回路の作用と同様の作用により、ダイオードＤ４のカソード電圧は、入力電圧Ｖinより昇圧される。但し、ダイオードＤ４のカソード電圧は、チョークコイルＬ１の巻数とチョークコイルＬ１の一端からタップ３までの巻数との比に応じて、
ダイオードＤ１のカソード電圧よりは低くなっている。昇圧されたダイオードＤ４のカソード電圧は、コンデンサＣ４により平滑され、所要の電圧Ｖ３として出力される。
【００３４】
一方、コンデンサＣ４により平滑されていないタップ３からの出力電圧は、パルス状であるので、カップリングコンデンサＣ５は、そのパルス状電圧の逆極性である負電圧を、ダイオードＤ５のカソード及びダイオードＤ６のアノードに与える。ダイオードＤ５，６は、与えられた負電圧をそれぞれクリップし、コンデンサＣ６は、ダイオードＤ５，６がクリップした負の直流電圧を平滑し、平滑された負の直流電圧は、所要の電圧Ｖ４として出力される。ここで、コンデンサＣ６により平滑された負の直流電圧Ｖ４は、コンデンサＣ４の充電電圧である所要の電圧Ｖ３と絶対値が略等しい。
【００３５】
（実施の形態２）
図２は、本発明に係る電源回路の実施の形態２の構成を示すブロック図である。この電源回路は、実施形態１の電源回路（図１）において、チョークコイルＬ１にタップ４を更に設けたものである。チョークコイルＬ１のタップ４には、ダイオードＤ７のアノードが接続され、そのカソード及び接地端子間には、平滑用コンデンサＣ７が接続され、ダイオードＤ７のカソードが出力端子となっている。
【００３６】
タップ４には、また、カップリングコンデンサＣ８の一端が接続され、その他端には、ダイオードＤ９のアノード及びダイオードＤ８のカソードが接続され、ダイオードＤ９のカソードは接地されている。ダイオードＤ８のアノード及び接地端子間には、平滑用コンデンサＣ９が接続され、ダイオードＤ８のアノードが出力端子となっている。その他の構成は、上述した実施形態１の電源回路（図１）と同様であるので、同様部分には同一符号を付して、説明を省略する。
【００３７】
このような構成の電源回路では、所定の周期で制御部２がトランジスタＱ１をオン／オフすると、上述した（１）（２）式と同様の作用により、ダイオードＤ７のカソード電圧は、入力電圧Ｖinより昇圧される。但し、ダイオードＤ７のカソード電圧は、チョークコイルＬ１の巻数とチョークコイルＬ１の一端からタップ４までの巻数との比に応じて、ダイオードＤ１のカソード電圧よりは低くなっている。昇圧されたダイオードＤ７のカソード電圧は、コンデンサＣ７により平滑され、所要の電圧Ｖ５として出力される。
【００３８】
一方、コンデンサＣ７により平滑されていないタップ４からの出力電圧は、パルス状であるので、カップリングコンデンサＣ８は、そのパルス状電圧の逆極性である負電圧を、ダイオードＤ８のカソード及びダイオードＤ９のアノードに与える。ダイオードＤ８，９は、与えられた負電圧をそれぞれクリップし、コンデンサＣ９は、ダイオードＤ８，９がクリップした負の直流電圧を平滑し、平滑された負の直流電圧は、所要の電圧Ｖ６として出力される。ここで、コンデンサＣ９により平滑された負の直流電圧Ｖ６は、コンデンサＣ７の充電電圧である所要の電圧Ｖ５と絶対値が略等しい。尚、上述した各実施の形態においては、必要に応じて、所要の電圧Ｖ１〜Ｖ６を微調整する為のレギュレータを設けることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る電源回路の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る電源回路の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図３】従来の電源回路の構成例を示すブロック図である。
【図４】従来の電源回路の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４０】
２  制御部
３，４  タップ
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４，Ｃ６，Ｃ７，Ｃ９  （平滑用）コンデンサ
Ｃ３，Ｃ５，Ｃ８  カップリングコンデンサ
Ｄ１〜Ｄ９  ダイオード
Ｌ１  チョークコイル
Ｑ１  ＮＰＮ型トランジスタ
【図１】
2005143258.tif 000003
【図２】
2005143258.tif 000004
【図３】
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【図４】
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