JP2002204567A - Step-down dc-dc converter - Google Patents
Step-down dc-dc converterInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、降圧DC/DC
コンバータに関し、詳しくは、PHS、携帯電話等の携
帯用電話機、電子ブック、PDA(携帯端末装置)など
の携帯型電子機器の電源回路として利用される降圧DC
/DCコンバータにおいて、高効率でノイズの発生が少
なく、占有面積が小さくて済むような降圧DC/DCコ
ンバータに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a step-down DC / DC
For the converter, specifically, a step-down DC used as a power supply circuit of a portable electronic device such as a PHS, a portable telephone such as a portable telephone, an electronic book, and a PDA (portable terminal device).
The present invention relates to a step-down DC / DC converter that is highly efficient, generates less noise, and occupies a small area.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、PHS、携帯電話等の携帯用電話
機、携帯型電子機器など、電池駆動の電子装置にあって
は、消費電力を低減するためにその動作電圧が低下して
きており、搭載されるLSIが3V電源仕様から最近で
は1.8V電源仕様で動作するようになってきている。
さらに1.5V電源仕様のLSIも開発されはじめてい
る。一方、その電源となる、この種の装置に使用される
リチウムイオン電池などでは、通常、3.6V程度
(3.0V〜4.2V)の電圧のものが使用されてい
る。そこで、前記のLSIの動作電力は、電池の電圧を
降圧して得ることになるが、トランジスタにより降圧す
る従来のシリーズレギュレータでは、その効率が50%
程度と低い。2. Description of the Related Art Conventionally, in a battery-driven electronic device such as a PHS, a portable telephone such as a portable telephone, and a portable electronic device, the operating voltage has been reduced in order to reduce power consumption. Recently, LSIs operated from a 3V power supply specification have been operating with a 1.8V power supply specification.
Further, an LSI with a 1.5V power supply specification has begun to be developed. On the other hand, a lithium ion battery or the like used as a power source for this type of device usually has a voltage of about 3.6 V (3.0 V to 4.2 V). Therefore, the operating power of the LSI is obtained by stepping down the voltage of the battery. In a conventional series regulator that steps down by a transistor, the efficiency is 50%.
Degree and low.
【0003】一方、チャージポンプ回路と降圧トランジ
スタにより降圧するものは、50%以上の高効率が得ら
れるので、最近では、この回路が電池駆動の電子装置の
電源回路として使用されている。この種の従来の降圧の
スイッチド・キャパシタ型DC/DCコンバータとして
は、特開平8−205524号「電圧変換装置」を挙げ
ることができる。図3は、その回路11の一例であっ
て、電圧変換器9は、2つのコンデンサC1,C2と、こ
れらコンデンサの接続状態を切り替える3つのスイッチ
SWa,SWb,SWc、そしてスイッチ制御回路8を有
している。この電圧変換器9は、2つのコンデンサC
1,C2をスイッチSWa,SWbのON/OFF切換えに
より直列に接続して入力電圧Vinの電力でこれらコンデ
ンサを充電する。その充電後にスイッチSWa,SWb,
SWcのON/OFF切換えによりコンデンサC1,C2
の接続を並列に切り替えてコンデンサC1,C2の電圧を
実質的に1/2にしてコンデンサC1,C2の電荷をコン
デンサC3に転送して充電するとともに、その電力(充
電された電荷)を出力端子9Aから外部に出力するもの
である。8は、スイッチSWa,SWb,SWcの各スイ
ッチをON/OFF制御するスイッチ制御回路である。
なお、コンデンサC1,C2の容量は実質的に等しいもの
とする。9Bは、電圧Vinの電力が入力される入力端子
であり、コンデンサC3は、Vin/2の電圧の電力を充
電する電力用のコンデンサである。[0003] On the other hand, a voltage step-down circuit using a charge pump circuit and a step-down transistor can obtain a high efficiency of 50% or more. Therefore, this circuit has recently been used as a power supply circuit of a battery-driven electronic device. As this kind of conventional step-down switched capacitor type DC / DC converter, JP-A-8-205524 “Voltage Converter” can be mentioned. FIG. 3 shows an example of the circuit 11. The voltage converter 9 has two capacitors C1 and C2, three switches SWa, SWb and SWc for switching the connection state of these capacitors, and a switch control circuit 8. are doing. This voltage converter 9 has two capacitors C
1, C2 are connected in series by turning on / off the switches SWa and SWb, and these capacitors are charged with the power of the input voltage Vin. After the charging, the switches SWa, SWb,
By switching ON / OFF of SWc, capacitors C1, C2
Are switched in parallel, the voltages of the capacitors C1 and C2 are substantially reduced to half, and the charges of the capacitors C1 and C2 are transferred to the capacitor C3 for charging. 9A to the outside. Reference numeral 8 denotes a switch control circuit that controls ON / OFF of each of the switches SWa, SWb, and SWc.
The capacitances of the capacitors C1 and C2 are assumed to be substantially equal. 9B is an input terminal to which the power of the voltage Vin is input, and the capacitor C3 is a power capacitor for charging the power of the voltage of Vin / 2.
【0004】電圧変換器9により出力された出力端子9
Aの電力は、MOSFETトランジスタQにより降圧さ
れて出力端子11Aに電圧Voutの電力が出力される。
トランジスタQのゲートは、差動増幅器7の出力端子に
接続され、この出力により出力電圧Voutが制御され
る。差動増幅器7は、+入力端子に基準電圧発生回路6
から基準電圧Vrefを受け、その−入力端子に出力端子
11Aからの電圧を受けて、出力端子11Aの電圧Vou
tが基準電圧Vrefになるように制御する。なお、この場
合の出力端子11Aの電圧Voutは、そのまま検出電圧
とされているが、電圧変換器9は、この電圧Voutに換
えて抵抗分圧回路等により電圧Voutを分圧して一定の
比率の電圧を検出電圧として得てもよい。The output terminal 9 output by the voltage converter 9
The power of A is stepped down by the MOSFET transistor Q, and the power of the voltage Vout is output to the output terminal 11A.
The gate of the transistor Q is connected to the output terminal of the differential amplifier 7, and the output controls the output voltage Vout. The differential amplifier 7 has a reference voltage generation circuit 6
Receives the voltage from the output terminal 11A at its-input terminal, and receives the voltage Vou at the output terminal 11A.
Control is performed so that t becomes the reference voltage Vref. In this case, the voltage Vout at the output terminal 11A is directly used as the detection voltage. The voltage may be obtained as the detection voltage.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな降圧型のスイッチド・キャパシタ型DC/DCコン
バータにあっては、降圧トランジスタにパワートランジ
スタが必要になり、変換効率を90%以上にすることは
難しく、しかも、電源回路の発熱の問題と占有面積が大
きくなる欠点がある。この降圧型のスイッチド・キャパ
シタ型DC/DCコンバータは、降圧トランジスタを使
用することなく、電圧変換器9により直接コンデンサの
切換スイッチを制御して出力電圧のレギュレーションを
することも可能である。しかし、このDC/DCコンバ
ータは、出力電圧Voutを安定化するためにスイッチ制
御回路8のスイッチ周波数あるいは周期等を制御するこ
とが必要であり、この制御によりコンデンサの充電が完
了する前にスイッチ切換が行われるために、出力電圧V
outの出力ラインにノイズが発生する欠点がある。この
発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決する
ものであって、高効率でノイズの発生が少なく、占有面
積が小さい降圧DC/DCコンバータを提供することに
ある。However, in such a step-down type switched capacitor type DC / DC converter, a power transistor is required for the step-down transistor, and the conversion efficiency must be 90% or more. However, there is a problem that the power supply circuit generates heat and the occupied area increases. In this step-down type switched capacitor type DC / DC converter, the output voltage can be regulated by directly controlling the switch of the capacitor by the voltage converter 9 without using the step-down transistor. However, in this DC / DC converter, it is necessary to control the switch frequency or cycle of the switch control circuit 8 in order to stabilize the output voltage Vout. Is performed, the output voltage V
There is a disadvantage that noise is generated on the out output line. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve such a problem of the prior art, and to provide a step-down DC / DC converter with high efficiency, low noise generation and small occupation area.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るためのこの発明の降圧DC/DCコンバータの特徴
は、第1および第2のコンデンサと、特定の周波数の信
号を発生する発振回路と、この発振回路の出力信号を受
けてスイッチングして第1および第2のコンデンサを直
列および並列に交互に接続する複数のスイッチからなる
スイッチ回路と、第1および第2のコンデンサが直列に
接続されているときに直流電圧によりこれらコンデンサ
を充電する直流電源と、第1および第2のコンデンサが
直列に接続されているときにこれらコンデンサにより分
圧された電圧点から電力を取り出し並列に接続されてい
るときにこれらのコンデンサの端子電圧の電力を取り出
す出力端子と、この出力端子の出力電圧を検出して所定
の基準電圧と比較して基準電圧を超えているときに発振
回路の発振を停止する信号を発生するコンパレータとを
備えていて、スイッチ回路が、発振回路が停止状態にあ
るときに第1および第2のコンデンサを並列接続状態と
するものである。SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the step-down DC / DC converter according to the present invention is characterized by a first and a second capacitor, and an oscillation circuit for generating a signal of a specific frequency. A switch circuit comprising a plurality of switches for switching the output signal of the oscillation circuit to connect the first and second capacitors alternately in series and in parallel, and the first and second capacitors are connected in series. And a DC power source for charging these capacitors with a DC voltage when the first and second capacitors are connected in series, and power is extracted from a voltage point divided by these capacitors and connected in parallel. The output terminal that extracts the power of the terminal voltage of these capacitors when it is in operation, and the output voltage of this output terminal is detected and compared with a predetermined reference voltage. A comparator for generating a signal for stopping oscillation of the oscillation circuit when the reference voltage is exceeded, wherein the switch circuit connects the first and second capacitors in parallel when the oscillation circuit is stopped. It is assumed that.
【0007】[0007]
【発明の実施の形態】このように、この発明にあって
は、特定の周波数で発振する発振回路の出力信号により
スイッチングして第1および第2のコンデンサを直列お
よび並列に交互に接続する複数のスイッチからなるスイ
ッチ回路を設けて、直列接続のときに分圧された電圧の
電力を取り出し、さらに並列接続のときの充電された電
圧の電力を各コンデンサから取り出すことにより効率の
よい降圧変換ができる。さらに、目標となる基準出力電
圧より電圧が上昇したときには、発振回路を停止させる
だけでの制御となるので、降圧トランジスタが不要とな
り、ノイズと電源回路の発熱の発生が抑制され、その占
有面積も小さくて済む。その結果、この発明を適用した
降圧DC/DCコンバータは、高効率でノイズの発生が
少なく、発熱も少なく、さらに占有面積が小さいものと
なる。As described above, according to the present invention, a plurality of first and second capacitors are alternately connected in series and in parallel by switching according to an output signal of an oscillation circuit oscillating at a specific frequency. By providing a switch circuit consisting of the following switches, taking out the power of the divided voltage when connected in series and taking out the power of the charged voltage when connecting in parallel from each capacitor, efficient step-down conversion can be performed. it can. Furthermore, when the voltage rises above the target reference output voltage, control is performed only by stopping the oscillation circuit, so that a step-down transistor is not required, noise and heat generation of the power supply circuit are suppressed, and the occupied area is also reduced. Small enough. As a result, the step-down DC / DC converter to which the present invention is applied has a high efficiency, generates less noise, generates less heat, and occupies a smaller area.
【0008】[0008]
【実施例】図1は、この発明の降圧DC/DCコンバー
タを適用した一実施例のスイッチド・キャパシタ型DC
/DCコンバータのブロック図、そして図2は、この発
明の降圧DC/DCコンバータを適用した他の実施例の
スイッチド・キャパシタ型DC/DCコンバータのブロ
ック図である。なお、図3と同一の構成要素は同一の符
号で示し、その説明を割愛する。図1において、10
は、リチウムイオン電池1の電力で駆動されるスイッチ
ド・キャパシタ型降圧DC/DCコンバータであって、
発振回路(OSC)2と、インバータ3、ドライバ4
A、4B、降圧チャージポンプ回路5、基準電圧発生回
路6、そしてコンパレータ7Aとからなり、出力端子1
0Aにレギュレートされた出力電圧Voutの電力を発生
する。なお、10Bは、電池1から電圧Vinの電力が入
力される入力端子であり、入力端子10Bから出力端子
10Aに至る各回路を1つのICの内部にIC化されて
いる。FIG. 1 shows a switched capacitor type DC to which a step-down DC / DC converter according to the present invention is applied.
2 is a block diagram of a switched capacitor type DC / DC converter according to another embodiment to which the step-down DC / DC converter of the present invention is applied. Note that the same components as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In FIG. 1, 10
Is a switched capacitor type step-down DC / DC converter driven by the power of the lithium ion battery 1,
Oscillator circuit (OSC) 2, inverter 3, driver 4
A, 4B, a step-down charge pump circuit 5, a reference voltage generating circuit 6, and a comparator 7A.
The power of the output voltage Vout regulated to 0A is generated. Reference numeral 10B denotes an input terminal to which power of the voltage Vin is input from the battery 1, and each circuit from the input terminal 10B to the output terminal 10A is integrated into one IC.
【0009】ここでは、図3の降圧トランジスタQが削
除され、コンパレータ7Aの出力は、発振回路2に加え
られている。コンパレータ7Aは、−入力端子に基準電
圧発生回路6から基準電圧Vrefを受け、その+入力端
子が出力端子10Aに接続され、出力電圧Voutを受け
る。これにより出力電圧Voutが基準電圧Vrefより高い
ときにはHIGHレベル(以下“H”)の信号が発生し
て発振回路2の発振を停止させる。なお、前記したよう
に出力端子10Aの電圧Voutは、そのまま検出電圧と
されているが、DC/DCコンバータ10は、この電圧
Voutに換えて抵抗分圧回路等により電圧Voutを分圧し
て一定の比率の電圧を検出電圧として得てもよい。この
場合には、基準電圧発生回路6の基準電圧Vrefは、一
定の比率に対応する低い電圧になる。降圧チャージポン
プ回路5は、図3の電圧変換器9に対応する回路であっ
て、コンデンサC1をコンデンサC2に対してスイッチS
W1,SW2,SW3,SW4のON/OFF切換により並
列接続と直列接続に切換える。Here, the step-down transistor Q in FIG. 3 is deleted, and the output of the comparator 7A is applied to the oscillation circuit 2. The comparator 7A receives a reference voltage Vref from the reference voltage generation circuit 6 at a negative input terminal, and has a + input terminal connected to the output terminal 10A and receives the output voltage Vout. As a result, when the output voltage Vout is higher than the reference voltage Vref, a HIGH-level (hereinafter “H”) signal is generated to stop the oscillation of the oscillation circuit 2. As described above, the voltage Vout of the output terminal 10A is directly used as the detection voltage. However, the DC / DC converter 10 divides the voltage Vout by using a resistor voltage dividing circuit or the like instead of the voltage Vout and keeps the constant voltage. The ratio voltage may be obtained as the detection voltage. In this case, the reference voltage Vref of the reference voltage generating circuit 6 becomes a low voltage corresponding to a certain ratio. The step-down charge pump circuit 5 is a circuit corresponding to the voltage converter 9 in FIG.
The connection is switched between parallel connection and series connection by switching ON / OFF of W1, SW2, SW3 and SW4.
【0010】降圧チャージポンプ回路5のコンデンサC
1の一端子は、スイッチSW1を介して電池1の正極側
(Vin)に接続され、かつ、スイッチSW2を介して出
力端子10Aに接続されている。コンデンサC1の残り
の一端子は、スイッチSW3を介して接地ラインに接続
され、この接地ラインを介して電池1の負極側に接続さ
れ、かつ、スイッチSW4を介して出力端子10Aに接
続されている。これらスイッチSW1,SW2,SW3,
SW4は、通常、MOSFETトランジスタで構成さ
れ、IC化される。降圧チャージポンプ回路5のコンデ
ンサC2の一端子は、出力端子10Aに接続され、か
つ、その残りの一端子は、接地ラインを介して電池1の
負極側に接続されている。The capacitor C of the step-down charge pump circuit 5
One terminal of 1 is connected to the positive electrode side (Vin) of the battery 1 via the switch SW1, and is connected to the output terminal 10A via the switch SW2. The other terminal of the capacitor C1 is connected to a ground line via a switch SW3, connected to the negative electrode of the battery 1 via this ground line, and connected to an output terminal 10A via a switch SW4. . These switches SW1, SW2, SW3,
SW4 is usually constituted by a MOSFET transistor, and is integrated into an IC. One terminal of the capacitor C2 of the step-down charge pump circuit 5 is connected to the output terminal 10A, and the other terminal is connected to the negative electrode side of the battery 1 via the ground line.
【0011】スイッチSW1,SW4は、発振回路2から
実質的にディーティ50%の出力パルスPをドライバ4
Aを介して受けて出力パルスPが“H”の期間の間ON
し、それ以外はOFFする。スイッチSW2,SW3は、
発振回路2の出力パルスPをインバータ3、ドライバ4
Bを介して受けて出力パルスPが“L”期間の間ONす
るものであって、スイッチSW1,SW4に対して相補的
にON/OFFする。そこで、発振回路2の出力パルス
Pが“H”のときには、コンデンサC1とコンデンサC2
とがスイッチSW1,SW4のONにより直列に接続さ
れ、発振回路2の出力パルスPが“L”のときには、コ
ンデンサC1とコンデンサC2とがスイッチSW2,SW3
のONにより並列に接続されて出力端子10Aには、電
池1の電圧Vinの1/2の電圧より少し低い電圧が出力
される。このとき、基準電圧Vrefの電圧がVin/2の
電圧より少し低い電圧(=Vin/2−α)に設定されて
いる。例えば、電池1の電圧が3.8Vとすれば、Vre
f=1.8V(<1.9V)であり、出力電圧Voutも
1.8Vに安定化される。なお、電池1の電圧は、前記
の場合、3.8Vであるが、通常4.2V〜3.0V程
度の範囲の1つの電圧が選択される。しかし、電池1の
電圧はこの範囲に限定されるものではない。The switches SW1 and SW4 supply an output pulse P of substantially 50% duty from the oscillation circuit 2 to the driver 4.
ON during the period when the output pulse P received through A is “H”
Otherwise, it is turned off. Switches SW2 and SW3 are
The output pulse P of the oscillation circuit 2 is supplied to the inverter 3 and the driver 4
The output pulse P, which is received through B, turns on during the "L" period, and turns on / off the switches SW1 and SW4 complementarily. Therefore, when the output pulse P of the oscillation circuit 2 is "H", the capacitors C1 and C2
Are connected in series by turning on the switches SW1 and SW4, and when the output pulse P of the oscillation circuit 2 is "L", the capacitors C1 and C2 are connected to the switches SW2 and SW3.
Are turned on in parallel, and a voltage slightly lower than half the voltage Vin of the battery 1 is output to the output terminal 10A. At this time, the voltage of the reference voltage Vref is set to a voltage slightly lower than the voltage of Vin / 2 (= Vin / 2−α). For example, if the voltage of the battery 1 is 3.8 V, Vre
f = 1.8V (<1.9V), and the output voltage Vout is also stabilized at 1.8V. The voltage of the battery 1 is 3.8 V in the above case, but one voltage in the range of about 4.2 V to 3.0 V is usually selected. However, the voltage of the battery 1 is not limited to this range.
【0012】その全体的な動作を説明すると、発振回路
2からのパルスでコンデンサの接続切換(スイッチン
グ)が行われ、出力端子10Aの電圧を電池1の電圧V
inに対してこれを実質的に1/2の電圧に降圧して出力
端子10Aに出力電圧Vout(≒Vin/2−α)を発生
する。なお、αは、レギュレーションのための電圧であ
り、電池1の電圧が4.2V〜3.0Vの範囲では、
0.05V〜0.5V程度の電圧でよい。出力電圧Vou
tがVin/2−αよりも大きくなると、言い換えれば、
出力電圧Voutが基準電圧Vrefより高いときにはコンパ
レータ7Aから“H”の出力パルスSPが発生して発振
回路2の発振出力が停止すし、発振回路2の出力パルス
Pは“L”となる。To explain the overall operation, the connection of the capacitor is switched by a pulse from the oscillation circuit 2, and the voltage of the output terminal 10A is changed to the voltage V of the battery 1.
The output voltage Vout (≒ Vin / 2−α) is generated at the output terminal 10A by reducing the voltage of the input signal “in” to substantially half the voltage. Here, α is a voltage for regulation, and when the voltage of the battery 1 is in the range of 4.2 V to 3.0 V,
A voltage of about 0.05 V to 0.5 V may be used. Output voltage Vou
When t becomes larger than Vin / 2-α, in other words,
When the output voltage Vout is higher than the reference voltage Vref, the output pulse SP of “H” is generated from the comparator 7A, the oscillation output of the oscillation circuit 2 is stopped, and the output pulse P of the oscillation circuit 2 becomes “L”.
【0013】発振回路2の発振が停止すると、その出力
パルスPは“L”に維持されるので、スイッチSW2,
SW3がONのままとなり、スイッチSW1,SW4がO
FFのままとなって、コンデンサC1とコンデンサC2と
は並列に接続された状態を維持する。これによりコンデ
ンサC1とコンデンサC2の並列接続による充電電荷が出
力端子10Aから出力され、放電されていく。この放電
により出力端子10Aの電圧が低下してやがて出力電圧
VoutがVin/2−αよりも下がると、コンパレータ7
Aからの出力パルスSPの発生が停止して発振回路2の
発振が再開される。これによりコンデンサC1とコンデ
ンサC2が直列接続されて充電され、結果として出力電
圧VoutがVin/2−α(=1.8V)に維持されるよ
うな制御となる。すなわち、ここでは、安定化される目
標電圧がVin/2−αであり、これは、基準電圧Vref
に対応している。以上の場合、発振回路(OSC)2の
発振周波数は一定であってコンデンサC1,C2の充電が
完了してからスイッチを切換える周波数に設定されてい
る。そこで、降圧チャージポンプ回路5は、常に、コン
デンサC1,C2の充電が完了した形で確実な降圧動作を
する。これにより出力電圧Voutの出力ラインに発生す
るスイッチングノイズが抑制される。When the oscillation of the oscillation circuit 2 is stopped, the output pulse P is maintained at "L".
SW3 remains ON and switches SW1 and SW4 are set to O
The FF remains as it is, and the capacitor C1 and the capacitor C2 are kept connected in parallel. As a result, the charged charge due to the parallel connection of the capacitor C1 and the capacitor C2 is output from the output terminal 10A and discharged. When the voltage at the output terminal 10A decreases due to this discharge and the output voltage Vout falls below Vin / 2-α, the comparator 7
The generation of the output pulse SP from A is stopped, and the oscillation of the oscillation circuit 2 is restarted. As a result, the capacitor C1 and the capacitor C2 are connected in series and charged, and as a result, control is performed such that the output voltage Vout is maintained at Vin / 2−α (= 1.8 V). That is, here, the target voltage to be stabilized is Vin / 2−α, which is the reference voltage Vref.
It corresponds to. In the above case, the oscillation frequency of the oscillation circuit (OSC) 2 is constant, and is set to a frequency at which the switch is switched after the charging of the capacitors C1 and C2 is completed. Therefore, the step-down charge pump circuit 5 always performs a reliable step-down operation in a state where the charging of the capacitors C1 and C2 is completed. As a result, switching noise generated in the output line of the output voltage Vout is suppressed.
【0014】以上説明してきたが、実施例のDC/DC
コンバータ10は、1/2の降圧の動作をしているが、
図2に示すように、この発明のDC/DCコンバータ1
00は、コンデンサの数をn個として、このn個のコン
デンサをスイッチングにより直列に接続し、相補スイッ
チングによりこのn個のコンデンサを並列に切換接続を
することで1/nの電圧より少し低い電圧にレギュレー
ションすることができることはもちろんである。なお、
この場合、n個のコンデンサが直列に接続されていると
きにこれらコンデンサにより分圧された一番低い分圧電
圧点が出力端子に接続されて、この分圧電圧点から電力
を取り出すことになる。さらに、実施例のコンデンサC
1とコンデンサC2は、実質的に等しいものであるが、こ
れらコンデンサの容量を選択することで、任意の降圧電
圧を出力することが可能である。また、実施例では、直
流電源として電池を使用しているが、これは、AC電源
から整流回路等を介して直流電圧を発生する直流電源回
路であってもよいことはもちろんである。As described above, the DC / DC of the embodiment is described.
The converter 10 performs a 降 step-down operation.
As shown in FIG. 2, the DC / DC converter 1 of the present invention
00 is a voltage slightly lower than 1 / n by setting the number of capacitors to n, connecting these n capacitors in series by switching, and switching and connecting these n capacitors in parallel by complementary switching. Of course, it can be regulated. In addition,
In this case, when n capacitors are connected in series, the lowest divided voltage point divided by these capacitors is connected to the output terminal, and power is taken out from this divided voltage point. . Further, the capacitor C of the embodiment
Although 1 and the capacitor C2 are substantially the same, an arbitrary step-down voltage can be output by selecting the capacitance of these capacitors. In the embodiment, a battery is used as the DC power supply. However, it is a matter of course that the battery may be a DC power supply circuit that generates a DC voltage from an AC power supply via a rectifier circuit or the like.
【0015】[0015]
【発明の効果】以上説明してきたように、この発明にあ
っては、特定の周波数で発振する発振回路の出力信号に
よりスイッチングして第1および第2のコンデンサを直
列および並列に交互に接続する複数のスイッチからなる
スイッチ回路を設けて、直列接続のときに分圧された電
圧の電力を取り出し、さらに並列接続のときの充電され
た電圧の電力を各コンデンサから取り出すことにより効
率のよい降圧変換ができる。さらに、目標となる基準出
力電圧より電圧が上昇したときには、発振回路を停止さ
せるだけでの制御となるので、降圧トランジスタが不要
となり、ノイズと電源回路の発熱の発生が抑制され、そ
の占有面積も小さくて済む。その結果、この発明を適用
した降圧DC/DCコンバータは、高効率でノイズの発
生が少なく、発熱も少なく、さらに占有面積が小さいも
のとなる。As described above, according to the present invention, the first and second capacitors are alternately connected in series and in parallel by switching with an output signal of an oscillation circuit oscillating at a specific frequency. Efficient step-down conversion by providing a switch circuit consisting of a plurality of switches, extracting the power of the divided voltage when connected in series, and extracting the power of the charged voltage when connected in parallel from each capacitor Can be. Furthermore, when the voltage rises above the target reference output voltage, control is performed only by stopping the oscillation circuit, so that a step-down transistor is not required, noise and heat generation of the power supply circuit are suppressed, and the occupied area is also reduced. Small enough. As a result, the step-down DC / DC converter to which the present invention is applied has a high efficiency, generates less noise, generates less heat, and occupies a smaller area.
【図1】図1は、この発明の降圧DC/DCコンバータ
を適用した一実施例のスイッチド・キャパシタ型DC/
DCコンバータのブロック図である。FIG. 1 is a switched capacitor type DC / DC converter according to an embodiment to which a step-down DC / DC converter according to the present invention is applied;
It is a block diagram of a DC converter.
【図2】図2は、この発明の降圧DC/DCコンバータ
を適用した他の実施例のスイッチド・キャパシタ型DC
/DCコンバータのブロック図である。FIG. 2 is a switched capacitor type DC of another embodiment to which the step-down DC / DC converter of the present invention is applied;
It is a block diagram of a / DC converter.
【図3】図2は、従来のスイッチド・キャパシタ型降圧
DC/DCコンバータの一例をしめす説明図である。FIG. 3 is an explanatory view showing an example of a conventional switched capacitor type step-down DC / DC converter.
1…リチウムイオン電池、2…発振回路(OSC)、3
…インバータ、4A,4B…ドライバ、5…降圧チャー
ジポンプ回路、6…基準電圧発生回路、7A…コンパレ
ータ、9…電圧変換器、10,11…スイッチド・キャ
パシタ型DC/DCコンバータ、9A,10A,11A
…出力端子。1: Lithium ion battery, 2: Oscillator circuit (OSC), 3:
... Inverter, 4A, 4B ... Driver, 5 ... Step-down charge pump circuit, 6 ... Reference voltage generation circuit, 7A ... Comparator, 9 ... Voltage converter, 10, 11 ... Switched capacitor type DC / DC converter, 9A, 10A , 11A
... Output terminal.
Claims (14)
第1および第2のコンデンサを直列および並列に交互に
接続する複数のスイッチからなるスイッチ回路と、 前記第1および第2のコンデンサが直列に接続されてい
るときに直流電圧によりこれらコンデンサを充電する直
流電源と、 前記第1および第2のコンデンサが直列に接続されてい
るときにこれらコンデンサにより分圧された電圧点から
電力を取り出し並列に接続されているときにこれらのコ
ンデンサの端子電圧の電力を取り出す出力端子と、 この出力端子の出力電圧を検出して所定の基準電圧と比
較して基準電圧を超えているときに前記発振回路の発振
を停止する信号を発生するコンパレータとを備え、前記
スイッチ回路は、前記発振回路が停止状態にあるときに
前記第1および第2のコンデンサを並列接続状態とする
ことを特徴とする降圧DC/DCコンバータ。An oscillator circuit for generating a signal of a specific frequency; receiving an output signal of the oscillator circuit to switch the first and second capacitors in series and in parallel; A switch circuit composed of a plurality of switches connected alternately to a DC power supply that charges the first and second capacitors with a DC voltage when the first and second capacitors are connected in series; and a first and second capacitor. An output terminal that extracts power from the voltage point divided by these capacitors when the capacitors are connected in series and that extracts the power of the terminal voltage of these capacitors when they are connected in parallel; and an output of this output terminal A voltage detecting circuit that compares the voltage with a predetermined reference voltage and generates a signal for stopping the oscillation of the oscillation circuit when the voltage exceeds the reference voltage; And a regulator, wherein the switching circuit includes a step-down DC / DC converter, wherein said first and second capacitors to a parallel connection state when the oscillation circuit is in a stopped state.
波数は、一定であり、前記基準電圧は、前記直流電圧の
1/2より小さい電圧であり、前記第1および第2のコ
ンデンサと前記スイッチ回路とによりチャージポンプ回
路が構成される請求項1記載の降圧DC/DCコンバー
タ。2. The method according to claim 1, wherein the DC power supply is a battery, the specific frequency is constant, the reference voltage is a voltage smaller than 1/2 of the DC voltage, and the first and second capacitors are connected to each other. 2. The step-down DC / DC converter according to claim 1, wherein a charge pump circuit is configured by the switch circuit.
実質的に等しいものである請求項2記載の降圧DC/D
Cコンバータ。3. The step-down DC / D converter according to claim 2, wherein said first and second capacitors have substantially the same capacitance.
C converter.
実質的に対応している請求項3記載の降圧DC/DCコ
ンバータ。4. The step-down DC / DC converter according to claim 3, wherein said reference voltage substantially corresponds to a target voltage to be stabilized.
して行われる請求項3記載の降圧DC/DCコンバー
タ。5. The step-down DC / DC converter according to claim 3, wherein the detection of the output voltage is performed via a resistance voltage dividing circuit.
は、MOSトランジスタで構成され、相補的にON/O
FFする請求項4記載の降圧DC/DCコンバータ。6. The plurality of switches of the switch circuit are constituted by MOS transistors, and are turned on / off complementarily.
5. The step-down DC / DC converter according to claim 4, which performs FF.
は、第1、第2、第3、第4のスイッチ回路であり、前
記第1のコンデンサの一端子は、前記第1スイッチ回路
を介して前記電池の正極側に接続され、かつ、第2のス
イッチ回路を介して前記出力端子に接続され、前記第1
のコンデンサの残りの一端子は、前記第3スイッチ回路
を介して接地ラインを介して前記電池の負極側に接続さ
れ、かつ、前記第4のスイッチ回路を介して前記出力端
子に接続され、前記第2のコンデンサの一端子は、前記
出力端子に接続され、かつ、前記第2のコンデンサの残
りの一端子は、接地ラインを介して前記電池の負極側に
接続されている請求項6記載の降圧DC/DCコンバー
タ。7. The switch circuit according to claim 1, wherein the plurality of switches are first, second, third, and fourth switch circuits, and one terminal of the first capacitor is connected via the first switch circuit. The first terminal connected to the positive electrode side of the battery and connected to the output terminal via a second switch circuit;
The other terminal of the capacitor is connected to the negative electrode side of the battery via a ground line via the third switch circuit, and is connected to the output terminal via the fourth switch circuit, 7. The battery according to claim 6, wherein one terminal of a second capacitor is connected to the output terminal, and another terminal of the second capacitor is connected to a negative electrode side of the battery via a ground line. Step-down DC / DC converter.
第1および第2のコンデンサを直列および並列に交互に
接続する複数のスイッチからなるスイッチ回路と、 直流電源と、 前記第1および第2のコンデンサが直列に接続されてい
るときにこれらコンデンサにより分圧された電圧点から
電力を取り出し並列に接続されているときにこれらのコ
ンデンサの端子電圧の電力を取り出す出力端子と、 この出力端子の出力電圧を検出して所定の基準電圧と比
較して基準電圧を超えているときに前記発振回路の発振
を停止する信号を発生するコンパレータとを備え、前記
第1および第2のコンデンサは、これらコンデンサが直
列に接続されているときに前記直流電源により充電さ
れ、前記スイッチ回路は、前記発振回路が停止状態にあ
るときに前記第1および第2のコンデンサを並列接続状
態とすることを特徴とする降圧DC/DCコンバータ。8. An oscillator circuit for generating a signal of a specific frequency, a first and a second capacitor, and an output signal of the oscillator circuit for switching the first and second capacitors in series and in parallel by switching. A switch circuit comprising a plurality of switches connected alternately to a DC power supply; and when the first and second capacitors are connected in series, take out power from a voltage point divided by these capacitors and connect them in parallel. An output terminal for extracting the power of the terminal voltage of these capacitors when connected, and detecting the output voltage of this output terminal, comparing the output voltage with a predetermined reference voltage, and when the output voltage exceeds the reference voltage, A comparator for generating a signal for stopping oscillation, wherein the first and second capacitors are connected to each other when the capacitors are connected in series. Is charged by the DC power supply, said switch circuit, a step-down DC / DC converter, wherein said first and second capacitors to a parallel connection state when the oscillation circuit is in a stopped state.
実質的に等しいものである請求項8記載の降圧DC/D
Cコンバータ。9. The step-down DC / D according to claim 8, wherein said first and second capacitors have substantially the same capacitance.
C converter.
と、 特定の周波数の信号を発生する発振回路と、 この発振回路の出力信号を受けてスイッチングして前記
n個のコンデンサを直列および並列に交互に接続する複
数のスイッチからなるスイッチ回路と、 前記n個のコンデンサが直列に接続されているときに直
流電圧により前記n個のコンデンサを充電する直流電源
と、 前記n個のコンデンサが直列に接続されているときにこ
れらコンデンサにより分圧された一番低い分圧電圧点か
ら電力を取り出し並列に接続されているときにこれらの
コンデンサの端子電圧の電力を取り出す出力端子と、 この出力端子の出力電圧を検出して所定の基準電圧と比
較して基準電圧を超えているときに前記発振回路の発振
を停止する信号を発生するコンパレータとを備え、前記
スイッチ回路は、前記発振回路が停止状態にあるときに
前記n個のコンデンサを並列接続状態とすることを特徴
とする降圧DC/DCコンバータ。10. An n number of capacitors (n is an integer of 3 or more), an oscillating circuit for generating a signal of a specific frequency, an output signal of the oscillating circuit is switched to switch the n number of capacitors in series. And a switch circuit including a plurality of switches connected alternately in parallel; a DC power supply for charging the n capacitors with a DC voltage when the n capacitors are connected in series; and the n capacitors. An output terminal for extracting power from the lowest divided voltage point divided by these capacitors when the capacitors are connected in series and extracting power for the terminal voltages of these capacitors when connected in parallel; A comparator that detects an output voltage of an output terminal, compares the output voltage with a predetermined reference voltage, and generates a signal for stopping oscillation of the oscillation circuit when the output voltage exceeds the reference voltage. A chromatography data, the switch circuit, the step-down DC / DC converter, characterized in that the oscillating circuit is a parallel connection state of said n capacitors when in the stopped state.
周波数は、一定であり、前記基準電圧は、前記直流電圧
の1/nより小さい電圧であり、前記n個のコンデンサ
と前記スイッチ回路とによりチャージポンプ回路が構成
される請求項10記載の降圧DC/DCコンバータ。11. The DC power source is a battery, the specific frequency is constant, the reference voltage is a voltage smaller than 1 / n of the DC voltage, the n capacitors and the switch circuit. 11. The step-down DC / DC converter according to claim 10, wherein a charge pump circuit is constituted by:
等しいものである請求項11記載の降圧DC/DCコン
バータ。12. The step-down DC / DC converter according to claim 11, wherein said n capacitors have substantially the same capacity.
と、 特定の周波数の信号を発生する発振回路と、 この発振回路の出力信号を受けてスイッチングして前記
n個のコンデンサを直列および並列に交互に接続する複
数のスイッチからなるスイッチ回路と、 直流電源と、 前記n個のコンデンサが直列に接続されているときにこ
れらコンデンサにより分圧された一番低い分圧電圧点か
ら電力を取り出し並列に接続されているときにこれらの
コンデンサの端子電圧の電力を取り出す出力端子と、 この出力端子の出力電圧を検出して所定の基準電圧と比
較して基準電圧を超えているときに前記発振回路の発振
を停止する信号を発生するコンパレータとを備え、前記
n個のコンデンサは、これらコンデンサが直列に接続さ
れているときに前記直流電源により充電され、前記スイ
ッチ回路は、前記発振回路が停止状態にあるときに前記
n個のコンデンサを並列接続状態とすることを特徴とす
る降圧DC/DCコンバータ。13. An n-number of capacitors (n is an integer of 3 or more), an oscillating circuit for generating a signal of a specific frequency, an output signal of the oscillating circuit is switched to switch the n number of capacitors in series. And a switch circuit comprising a plurality of switches alternately connected in parallel; a DC power supply; and power from the lowest divided voltage point divided by these capacitors when the n capacitors are connected in series. An output terminal for extracting the power of the terminal voltage of these capacitors when they are connected in parallel, and an output voltage of this output terminal is detected and compared with a predetermined reference voltage. A comparator for generating a signal for stopping the oscillation of the oscillation circuit, wherein the n capacitors are connected to the DC power supply when these capacitors are connected in series. Is charged by the source, the switch circuit, the step-down DC / DC converter, characterized in that the oscillating circuit is a parallel connection state of said n capacitors when in the stopped state.
等しいものである請求項13記載の降圧DC/DCコン
バータ。14. The step-down DC / DC converter according to claim 13, wherein said n capacitors have substantially the same capacity.
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Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6977828B2 (en) | 2003-04-22 | 2005-12-20 | Kabushiki Kaisha Toshiba | DC-DC converter applied to semiconductor device |
CN101911456A (en) * | 2008-01-15 | 2010-12-08 | 株式会社理光 | Power supply circuit and method for controlling the same |
JP2011087451A (en) * | 2009-10-13 | 2011-04-28 | Nanya Sci & Technol Co Ltd | Dynamic current supplying pump |
JP2012070467A (en) * | 2010-09-21 | 2012-04-05 | Denso Corp | Power conversion device |
KR101250914B1 (en) | 2012-01-04 | 2013-04-05 | 고려대학교 산학협력단 | Dc-dc conversion apparatus having wide input range and method thereof |
KR101304816B1 (en) | 2009-07-29 | 2013-09-05 | 가부시키가이샤 리코 | Charge pump circuit and operation control method thereof |
KR101360667B1 (en) | 2010-07-02 | 2014-02-07 | 오므론 가부시키가이샤 | Voltage conversion circuit and electronic equipment |
US9281757B2 (en) | 2008-12-18 | 2016-03-08 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Voltage conversion device and electrical load driving device |
CN107689663A (en) * | 2016-08-05 | 2018-02-13 | 安华高科技通用Ip(新加坡)公司 | Battery charging rack structure |
WO2020022003A1 (en) * | 2018-07-25 | 2020-01-30 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Electronic control device |
KR20210058466A (en) * | 2019-11-14 | 2021-05-24 | 목포대학교산학협력단 | High efficiency High endurance DC/DC Converter for HVDC application |
CN113162153A (en) * | 2021-03-26 | 2021-07-23 | 上海闻泰信息技术有限公司 | Battery pack, control method of battery pack, and terminal |
-
2001
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Cited By (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6977828B2 (en) | 2003-04-22 | 2005-12-20 | Kabushiki Kaisha Toshiba | DC-DC converter applied to semiconductor device |
CN101911456A (en) * | 2008-01-15 | 2010-12-08 | 株式会社理光 | Power supply circuit and method for controlling the same |
KR101164348B1 (en) * | 2008-01-15 | 2012-07-09 | 가부시키가이샤 리코 | Power supply circuit |
US8278991B2 (en) | 2008-01-15 | 2012-10-02 | Ricoh Company, Ltd. | Power supply circuit and method for controlling the same |
US9281757B2 (en) | 2008-12-18 | 2016-03-08 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Voltage conversion device and electrical load driving device |
US8791748B2 (en) | 2009-07-29 | 2014-07-29 | Ricoh Company, Ltd. | Charge pump circuit and operation control method thereof |
KR101304816B1 (en) | 2009-07-29 | 2013-09-05 | 가부시키가이샤 리코 | Charge pump circuit and operation control method thereof |
JP2011087451A (en) * | 2009-10-13 | 2011-04-28 | Nanya Sci & Technol Co Ltd | Dynamic current supplying pump |
KR101360667B1 (en) | 2010-07-02 | 2014-02-07 | 오므론 가부시키가이샤 | Voltage conversion circuit and electronic equipment |
JP2012070467A (en) * | 2010-09-21 | 2012-04-05 | Denso Corp | Power conversion device |
KR101250914B1 (en) | 2012-01-04 | 2013-04-05 | 고려대학교 산학협력단 | Dc-dc conversion apparatus having wide input range and method thereof |
CN107689663A (en) * | 2016-08-05 | 2018-02-13 | 安华高科技通用Ip(新加坡)公司 | Battery charging rack structure |
WO2020022003A1 (en) * | 2018-07-25 | 2020-01-30 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Electronic control device |
JPWO2020022003A1 (en) * | 2018-07-25 | 2021-04-30 | 日立Astemo株式会社 | Electronic control device |
KR20210058466A (en) * | 2019-11-14 | 2021-05-24 | 목포대학교산학협력단 | High efficiency High endurance DC/DC Converter for HVDC application |
KR102324796B1 (en) * | 2019-11-14 | 2021-11-11 | 목포대학교 산학협력단 | High efficiency High endurance DC/DC Converter for HVDC application |
CN113162153A (en) * | 2021-03-26 | 2021-07-23 | 上海闻泰信息技术有限公司 | Battery pack, control method of battery pack, and terminal |
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