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JP4299570B2 - Power supply device and method of operating power supply device - Google Patents

Power supply device and method of operating power supply device Download PDF

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JP4299570B2
JP4299570B2 JP2003104911A JP2003104911A JP4299570B2 JP 4299570 B2 JP4299570 B2 JP 4299570B2 JP 2003104911 A JP2003104911 A JP 2003104911A JP 2003104911 A JP2003104911 A JP 2003104911A JP 4299570 B2 JP4299570 B2 JP 4299570B2
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JP
Japan
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switching element
terminal
power supply
period
supply device
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JP2003104911A
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Japanese (ja)
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毅 松村
浩隆 浅見
尊久 正代
景一 斉藤
寛 若木
卓也 須藤
幸次 新井
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Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Origin Electric Co Ltd
Nippon Telegraph and Telephone Corp
NTT Inc
Original Assignee
Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Origin Electric Co Ltd
Nippon Telegraph and Telephone Corp
NTT Inc
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Publication date
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Description

【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、前記制御回路は導通信号と遮断信号を出力し、前記第一、第二のスイッチング素子は、前記導通信号の入力により導通し、前記遮断信号の入力により遮断するように構成され、前記制御回路と前記第二のスイッチング素子の接続の間には、前記導通信号の前記第二のスイッチング素子への伝達だけを設定された遅延時間遅延させる遅延回路が設けられた電源装置である。
請求項2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、前記第一のスイッチング素子が導通し、前記第二のスイッチング素子が遮断する第一の期間と、前記第一の期間の次であって前記第一、第二のスイッチング素子が導通する第二の期間と、前記第二の期間の次であって前記第一、第二のスイッチング素子が遮断する第三の期間とを、前記第一の期間は前記第三の期間の次にして繰り返し行い、前記出力端子に接続された負荷である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、請求項2記載の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4記載の発明は、請求項2又は請求項3のいずれか1項記載の電源装置の運転方法であって、前記蓄電池に供給される電流を測定し、前記第一、第二のスイッチング素子の導通期間と遮断期間のデューティ比を、前記蓄電池に供給される電流が定電流になるようにする電源装置の運転方法である。
【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
1……第一のスイッチング素子
2……第二のスイッチング素子
1……第一の整流素子
2……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
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to the technology of a power supply device, and more particularly to the technical field of a buck-boost power supply device.
[0002]
[Prior art]
Reference numeral 102 in FIG. 7 indicates a general buck-boost type power supply device.
The power supply apparatus 102 includes a choke coil 105, first and second switching elements 111 and 112, and first and second rectifying elements 113 and 114.
[0003]
Reference numeral 130 denotes a current source, and reference numeral 131 denotes an input terminal to which a positive voltage is input from the current source 130. Reference numeral 132 denotes a ground terminal connected to the ground potential.
[0004]
Reference numerals 141 and 142 denote terminals of the power supply apparatus 102. Among them, reference numeral 141 denotes an output terminal from which a positive voltage is output, and reference numeral 142 is electrically the same as the ground terminal 132 of the power supply apparatus 102. The ground terminal which is a part is shown.
[0005]
One end 151 of the choke coil 105 is connected to the input terminal 131 via the first switching element 111, and is connected to the ground terminals 132 and 142 via the first rectifying element 113.
[0006]
The other end 152 of the choke coil 105 is connected to the output terminal 141 via the second rectifying element 114 and is connected to the ground terminals 132 and 142 via the second switching element 112.
[0007]
A chargeable / dischargeable storage battery 140 is connected between the output terminal 141 and the ground terminal 142.
[0008]
In the power supply device 102, the control circuit 116 inputs the same signal to the first switching element 111 and the second switching element 112, and the switching operations of the first switching element 111 and the second switching element 112 are synchronized. is doing.
[0009]
When the first and second switching elements 111 and 112 are conducted together, current flows through the switching elements 111 and 112 and the choke coil 105, and energy is accumulated in the choke coil 105.
[0010]
When the first and second switching elements 111 and 112 are cut off together, an electromotive force is generated in the choke coil 105, and a current flows through the first and second rectifying elements 113 and 114. The current is supplied to the storage battery 140.
[0011]
When the voltage at the output terminal 141 is lower than the voltage at the input terminal 131, the power supply apparatus 102 as described above automatically steps down the voltage at the input terminal 131 and charges the storage battery 140. Conversely, when the voltage at the output terminal 141 is higher than the voltage at the input terminal 131, the voltage at the input terminal 131 is automatically boosted and the storage battery 140 is charged.
[0012]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-42550 [Patent Document 2]
JP-A-5-328712 [Patent Document 3]
Japanese Utility Model Publication No. 6-70486 [0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the power supply device 102 configured as described above, the current supplied from the current source 130 to the storage battery 140 is the first and second switching elements 111, 112 during the conduction period of the first and second switching elements 111, 112. 112, and then flows through both the first and second rectifying elements 113 and 114 during the shut-off period of the first and second switching elements 111 and 112. Therefore, there is a problem that the loss occurs in the two switching elements 111 and 112 during the half period of one cycle and the loss occurs in the two rectifying elements 113 and 114 during the remaining half period, resulting in low efficiency.
The present invention has been created to solve the above-described disadvantages of the prior art, and an object thereof is to provide an efficient step-up / down power supply.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 is a switching operation of the choke coil, the first switching element, the second switching element, the first switching element, and the second switching element. Control circuit, and when one of the high voltage side terminal and the low voltage side terminal of the current source is an input terminal and the other is a ground terminal, the first terminal of the choke coil is The first switching element is connected to the input terminal, and the first rectifying element is connected to the ground terminal, and the second terminal of the choke coil is connected to the second switching element. A power supply device connected to the ground terminal via the second rectifier element and connected to the output terminal to which the load is to be connected, wherein the control circuit cuts off the conduction signal The first and second switching elements are turned on when the conduction signal is input, and are cut off when the cutoff signal is input. The connection between the control circuit and the second switching element In between, the power supply device is provided with a delay circuit for delaying only the transmission of the conduction signal to the second switching element for a set delay time.
The invention according to claim 2 includes a choke coil, a first switching element, a second switching element, and a control circuit for switching the first switching element and the second switching element, When one of the high-voltage side terminal and the low-voltage side terminal of the current source is an input terminal and the other is a ground terminal, the first terminal of the choke coil is The input terminal is connected to the ground terminal by a first rectifier element, the second terminal of the choke coil is connected to the ground terminal by the second switching element, and the second terminal An operation method of a power supply apparatus for operating a power supply apparatus connected to an output terminal by a rectifying element, wherein the first switching element is conductive and the second switch A first period in which the switching element is cut off, a second period after the first period and the first and second switching elements are conductive, and a second period after the second period. The first period and the third period during which the second switching element is cut off are repeated after the third period during the first period, and the storage battery as the load connected to the output terminal is charged. It is the operating method of a power supply device.
The invention according to claim 3 is the operation method of the power supply device according to claim 2, wherein the voltage of the output terminal is higher than the input voltage from a state where the voltage is lower than the input voltage supplied from the current source. It is the operating method of the power supply device which charges the said storage battery until it reaches | attains.
The invention according to claim 4 is the method for operating the power supply device according to claim 2 or 3, wherein the current supplied to the storage battery is measured, and the first and second switching devices are measured. This is a method of operating a power supply device in which the duty ratio between the conduction period and the cutoff period of the element is such that the current supplied to the storage battery becomes a constant current.
[0015]
The present invention is configured as described above. When the first and second switching elements are turned on, energy is stored in the choke coil, and when the first and second switching elements are cut off, An electromotive force is generated. Then, the first and second rectifying elements are forward-biased by the electromotive force of the choke coil, whereby current is output from the output terminal to the load.
[0016]
Accordingly, the current supplied from the current source is first lost when the energy is stored in the choke coil, and then the current is output by the electromotive force of the choke coil. Sometimes, loss occurs in the first and second rectifying elements.
[0017]
In the present invention, when the voltage of the output terminal is lower than the voltage of the input terminal, the second switching element is turned on when the first switching element is turned off and turned on while the second switching element is turned off. Until the current is supplied directly from the current source to the load. Therefore, the loss during this period is small and the efficiency is high.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Reference numeral 2 in FIG. 1 indicates a power supply device according to an example of the present invention.
The power supply device 2 includes first and second switching elements Q 1 and Q 2 , first and second rectifying elements D 1 and D 2, and a choke coil L.
[0019]
Reference numeral 30 in the figure denotes a current source. The current source 30 is connected between the ground terminal 32 and the input terminal 31 of the power supply device 2 and is configured to supply a direct current to the input terminal 31.
[0020]
Reference numeral 42 denotes a terminal of the power supply device 2, which indicates a ground terminal having the same potential as the ground terminal 32 of the current source 30. Reference numeral 41 denotes the ground terminal 32, 42 as a reference. The output terminal from which a positive voltage or a negative voltage is output is shown. Here, the current source 30 is a DC power supply with a positive voltage output, a positive voltage is input from the current source 30 to the input terminal 31, and the power supply device 2 is configured to output a positive voltage to the output terminal 41. Has been.
[0021]
Choke coil L, first, has a second connection terminals 51 and 52, the first connection terminal 51 is connected to a first input terminal 31 via the switching element Q 1, the One rectifier element D 1 is connected to the ground terminals 32 and 42.
[0022]
The second connection terminal 52 is connected to the output terminal 41 via the second rectifying element D 2 and is connected to the ground terminals 32 and 42 by the second switching element Q 2 .
[0023]
While the first and second connection direction of the rectifying element D 1, D 2, when assuming a state where the output terminal 41 and ground terminal 32, 42 are short-circuited, the second switching element Q 2 is cut off, the When one switching element Q 1 is turned on, the first rectifying element D 1 is reverse-biased, and the second rectifying element D 2 is connected in a forward-biased direction.
[0024]
The power supply device 2 includes a control circuit 16 has a delay circuit 17, control signals the control circuit 16 is output to the first switching element Q 1 is directly input, the second switching element Q 2 Is input via a delay circuit 17.
[0025]
In the control signal, a conduction command for switching the first and second switching elements Q 1 and Q 2 from the cutoff state to the conduction state and a cutoff command for switching from the conduction state to the cutoff state are alternately output. and turned by the delay circuit 17, only the conduction instruction for a certain delay time Δt delayed, thereby transmitting the second switching element Q 2.
[0026]
Accordingly, the second switching element Q 2 becomes conductive with a delay time Δt from the first switching element Q 1 . FIG. 5 is a timing chart showing the delay time Δt in the operation of the first and second switching elements Q 1 and Q 2 .
[0027]
The operation of the power supply device 2 when the storage battery 40 is connected as a load between the output terminal 41 and the ground terminal 42 and the storage battery 40 is charged will be described.
[0028]
When the storage battery 40 is in an uncharged or discharged state and the voltage of the output terminal 41 is lower than that of the input terminal 31, the power supply device 2 operates in the step-down mode and charges the storage battery 40.
[0029]
In this case, when only the first switching element Q 1 is turned on while the second switching element Q 2 is cut off, the input terminal 31 is connected to the first switching element Q 1 , the choke coil L, and the second switching element Q 1 . via the rectifier element D 2 is connected to the output terminal 41. In this state, the second rectifying element D 2 is forward-biased, and the current I 1 is directly supplied from the current source 30 to the storage battery 40 as shown in FIG.
[0030]
Next, after the lapse of the delay time Δt, when the second switching element Q 2 changes from cutoff to conduction while maintaining the first switching element Q 1 in the conducting state, the second connection terminal 52 of the choke coil L, That is, the portion where the choke coil L and the second rectifying element D 2 are connected is connected to the ground terminals 32 and 42.
[0031]
In this state, the second rectifier element D 2 has the same voltage at both ends or is reverse-biased, so that the current supplied from the current source 30 is not supplied to the storage battery 40, and the symbol I in FIG. As shown in FIG. 2 , it flows through the second switching element Q2.
[0032]
The current I 2, since the first and also the flow switching element Q 1, a choke coil L, first and second switching elements Q 1, Q 2 is cut off, electromotive force is generated across the choke coil L .
[0033]
The electromotive force has a polarity for forward-biasing the first and second rectifying elements D 1 and D 2 , and the current I 3 for charging the storage battery 40 as shown in FIG. 4 by the energy accumulated in the choke coil L. Flows. When the storage battery 40 is charged, the voltage at the output terminal 41 increases.
[0034]
From this state, when the first switching element Q 1 becomes conductive, the state shown in FIG. 2 is restored.
[0035]
As described above, when the voltage at the output terminal 41 is lower than that at the input terminal 31 and the first switching element Q 1 is turned on while the second switching element Q 2 is cut off, the current source 30 The supplied current is directly supplied to the storage battery 40. As in the prior art, current is supplied from the current source 30 only during the period in which both the first and second switching elements Q 1 and Q 2 are in conduction, and the current flowing during that period is large. Compared to the case where the loss occurs in both the conduction period and the cutoff period of the first and second switching elements Q 1 and Q 2 , the amount of current supplied to the storage battery 40 is longer during the delay period Δt. Since the loss is small, the storage battery 40 can be charged with high efficiency.
[0036]
Further, when charging of the storage battery 40 proceeds and the voltage of the output terminal 41 rises above the voltage of the input terminal 31, the power supply device 2 operates in the boost mode and charges the storage battery 40.
[0037]
In the step-up mode, both the first and second switching elements Q 1 and Q 2 are turned on, and after the current I 2 is supplied from the current source 30 to the choke coil L as shown in FIG. When the first and second switching elements Q 1 and Q 2 are cut off, a current I 3 for charging the storage battery 40 flows due to the electromotive force generated in the choke coil L as shown in FIG.
[0038]
Then, first, during the blocking of the second switching element Q 1, Q 2, the electromotive force generated in the choke coil L in a state in which a current of the storage battery 40 is supplied, the first switching element Q 1 is conductive then, the electromotive force occurring in the choke coil L, since is applied to the second rectifier D 2 is added to the output voltage of the current source 30, the second rectifier D 2 conducts and the choke coil L A current for charging the storage battery 40 is supplied by the energy stored in the battery. This current flows through the same path as the current I 1 in FIG.
[0039]
Next, when the second switching element Q 2 is turned on with a delay time Δt, the current I 2 is supplied from the current source 30 to the choke coil L as described above.
[0040]
As described above, in both the step-down mode and the step-up mode, the operation of the power supply device 2 during the delay time Δt increases the efficiency of the power supply.
[0041]
The delay time Δt is set to several% to several tens% of one cycle T in the delay circuit 17. For example, when the frequency is 50 kHz (T = 20 μsec), it is about 1 μsec to 5 μsec.
[0042]
Further, in the power supply device 2 of the present invention, the current supplied to the storage battery 40 is measured, and when the frequency is constant, the on / off duty of the first and second switching elements Q 1 and Q 2 is determined. The ratio is determined such that the current supplied to the storage battery 40 is a constant current.
[0043]
On the other hand, the upper limit value of the voltage at the output terminal 41 relative to the voltage at the input terminal 31, that is, the step-up rate required for the power supply device 2 depends on the charging voltage required by the storage battery 40 and the output voltage of the current source 30. .
[0044]
When the frequency is constant, if the voltage of the output terminal 41 is increased to the required charging voltage while maintaining a constant current, it is advantageous that the delay time Δt is small.
[0045]
On the other hand, since a large delay time Δt is advantageous in terms of efficiency, the length of the delay time Δt is determined by the type of the storage battery 40 and the usage method of the power supply device 2.
[0046]
In addition, although the said power supply device 2 output the positive voltage with respect to the ground terminals 32 and 42 from the output terminal 41, it may connect like the power supply device shown with the code | symbol 3 of FIG. 6, and may output a negative voltage. .
[0047]
As the switching elements Q 1 and Q 2 , switching elements such as IGBTs can be widely used in addition to MOS transistors and bipolar transistors.
[0048]
Furthermore, the first and second rectifying elements 12 and 22 include a case where a MOS transistor is used in addition to a pn junction diode and a Schottky diode, and a current is passed in the opposite direction.
[0049]
【The invention's effect】
A highly efficient buck-boost power supply can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a power supply device according to an example of the present invention. FIG. 2 is a diagram for explaining how a current flows in the power supply device (1).
FIG. 3 is a diagram (2) for explaining how current flows in the power supply device;
FIG. 4 is a diagram (3) for explaining how current flows in the power supply device;
FIG. 5 is a timing chart for explaining the operation of the power supply apparatus. FIG. 6 is a circuit diagram of a negative voltage output buck-boost power supply apparatus. FIG. 7 is a circuit diagram of a conventional buck-boost power supply apparatus.
L ... Choke coil Q 1 ... First switching element Q 2 ... Second switching element D 1 ... First rectifying element D 2 ... Second rectifying element 2, 3 ... Power supply device 16 ... ... Control circuit 17 ... Delay circuit 30 ... Current source 31 ... Input terminals 32, 42 ... Ground terminal 41 ... Output terminal 51 ... First connection terminal 52 ... Second connection terminal

Claims (4)

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、
前記制御回路は導通信号と遮断信号を出力し、前記第一、第二のスイッチング素子は、前記導通信号の入力により導通し、前記遮断信号の入力により遮断するように構成され、
前記制御回路と前記第二のスイッチング素子の接続の間には、前記導通信号の前記第二のスイッチング素子への伝達だけを設定された遅延時間遅延させる遅延回路が設けられた電源装置。
A choke coil, a first switching element, a second switching element, and a control circuit for switching the first switching element and the second switching element;
When one of the high-voltage side terminal and the low-voltage side terminal of the current source is an input terminal and the other is a ground terminal, the first terminal of the choke coil is connected via the first switching element. Connected to the input terminal and connected to the ground terminal via a first rectifying element,
A second terminal of the choke coil is connected to the ground terminal via the second switching element, and is connected to an output terminal to which a load is to be connected via a second rectifier element. A device,
The control circuit outputs a conduction signal and a cutoff signal, and the first and second switching elements are configured to be turned on by the input of the conduction signal and cut off by the input of the cutoff signal,
Between the connection of the control circuit and the second switching element, a power supply device provided with a delay circuit that delays only the transmission of the conduction signal to the second switching element for a set delay time.
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、
前記第一のスイッチング素子が導通し、前記第二のスイッチング素子が遮断する第一の期間と、
前記第一の期間の次であって前記第一、第二のスイッチング素子が導通する第二の期間と、
前記第二の期間の次であって前記第一、第二のスイッチング素子が遮断する第三の期間とを、前記第一の期間は前記第三の期間の次にして繰り返し行い、前記出力端子に接続された負荷である蓄電池を充電する電源装置の運転方法。
A choke coil, a first switching element, a second switching element, and a control circuit for switching the first switching element and the second switching element;
When one of the high-voltage side terminal and the low-voltage side terminal of the current source is an input terminal and the other is a ground terminal, the first terminal of the choke coil is Connected to the input terminal and connected to the ground terminal by a first rectifying element;
The second terminal of the choke coil is an operation method of a power supply apparatus that operates a power supply apparatus that is connected to the ground terminal by the second switching element and connected to the output terminal by a second rectifier element. And
A first period in which the first switching element is conductive and the second switching element is shut off;
A second period following the first period and in which the first and second switching elements are conductive;
A third period after the second period and when the first and second switching elements are cut off is repeatedly performed after the third period after the third period, and the output terminal The operation method of the power supply device which charges the storage battery which is the load connected to.
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請求項2記載の電源装置の運転方法。  The operation method of the power supply device according to claim 2, wherein the storage battery is charged from a state where the voltage of the output terminal is smaller than the input voltage supplied from the current source until reaching a voltage higher than the input voltage. 前記蓄電池に供給される電流を測定し、前記第一、第二のスイッチング素子の導通期間と遮断期間のデューティ比を、前記蓄電池に供給される電流が定電流になるようにする請求項2又は請求項3のいずれか1項記載の電源装置の運転方法The current supplied to the storage battery is measured, and the duty ratio between the conduction period and the cutoff period of the first and second switching elements is set so that the current supplied to the storage battery becomes a constant current. The operation method of the power supply device according to claim 3.
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