JP2555245Y2 - High efficiency power supply circuit - Google Patents
High efficiency power supply circuitInfo
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- Japan
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- switching element
- inductor
- power supply
- turned
- supply circuit
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- Dc-Dc Converters (AREA)
Description
【0001】[0001]
【考案の目的】[Purpose of the invention]
【0002】[0002]
【産業上の利用分野】この考案は、特にパーソナルコン
ピュータ等ポータブル機器に用いて好適なDC−DCコ
ンバータ等高効率電源回路に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-efficiency power supply circuit such as a DC-DC converter particularly suitable for portable equipment such as personal computers.
【0003】[0003]
【従来の技術】パーソナルコンピュータ等ポータブル機
器では、電源としてDC−DCコンバータが用いられ
る。DC−DCコンバータの基本構成を図2に示す。D
C−DCコンバータは、外部の信号によりON/OFF
するバイポーラもしくはMOSトランジスタで構成され
るスイッチング素子21、エネルギを蓄積するコイルあ
るいは電圧の大きさを変換するチョーク等インダクタ素
子22、平滑コンデンサ23および整流ダイオード24
で構成される。2. Description of the Related Art In portable equipment such as a personal computer, a DC-DC converter is used as a power supply. FIG. 2 shows a basic configuration of the DC-DC converter. D
C-DC converter is ON / OFF by external signal
, A switching element 21 composed of a bipolar or MOS transistor, an inductor element 22 such as a coil for storing energy or a choke for converting the magnitude of voltage, a smoothing capacitor 23 and a rectifying diode 24
It consists of.
【0004】基本的動作は以下のとおりである。まず、
スイッチング素子21がONするとI0nなる電流が流
れ、入力側から出力側へエネルギが供給される。また、
スイッチング素子21がOFFすると、I0ff なる電流
が流れインダクタ22に蓄積されたエネルギが放出され
る。このとき整流ダイオード24の順方向電圧降下によ
りインダクタ22に蓄積されたエネルギの一部が失われ
る。The basic operation is as follows. First,
When the switching element 21 is turned on, a current I0n flows, and energy is supplied from the input side to the output side. Also,
When the switching element 21 is turned off, a current I0ff flows, and the energy stored in the inductor 22 is released. At this time, part of the energy stored in the inductor 22 is lost due to the forward voltage drop of the rectifier diode 24.
【0005】ダイオードによる損失を少なくするために
改良されたDC−DCコンバータの構成を図3に示す。
即ち、図2に示す構成に、スイッチング素子21とは別
のスイッチング素子21と同期して両方向スイッチング
制御がなされるスイッチング素子31が付加される。こ
れらのタイミング動作上の関係は、スイッチング素子2
1がONしているときスイッチング素子31はOFF、
スイッチング素子21がOFFしているときスイッチン
グ素子31はONするという関係を持つ。両方向スイッ
チング素子素子31のソース−ドレイン間の電圧降下は
ダイオード24の順方向電圧降下に比してはるかに小さ
いことを利用したものである。FIG. 3 shows a configuration of a DC-DC converter improved to reduce the loss due to the diode.
That is, a switching element 31 for performing bidirectional switching control in synchronization with the switching element 21 different from the switching element 21 is added to the configuration shown in FIG. The relationship between these timing operations is as follows.
When 1 is ON, the switching element 31 is OFF,
The switching element 31 is turned on when the switching element 21 is turned off. The fact that the voltage drop between the source and the drain of the bidirectional switching element 31 is much smaller than the forward voltage drop of the diode 24 is used.
【0006】[0006]
【考案が解決しようとする課題】図3に示す構成では、
インダクタ22に蓄積されたエネルギが完全に放出され
た後に、スイッチング素子21がONする動作モードで
は、つまり、負荷側で消費されない余分なエネルギが電
源側に戻る場合、負荷で消費されない余分なエネルギ分
も一旦インダクタ22に磁気エネルギとして蓄積され、
これが電源側に電気エネルギという形で戻ることにな
る。このように軽負荷側から電源側にエネルギが戻るた
め、こと時に電力損失が発生し、電源効率が低下する。
このため、変動が大きい負荷に対しては、いかなる負荷
状態でも電力を供給することができない。また、これを
第3図に示す回路構成で回避しようとする場合インダク
タ22の容量が大きくなってしまう。[Problem to be solved by the invention] In the configuration shown in FIG.
In the operation mode in which the switching element 21 is turned on after the energy stored in the inductor 22 is completely released, that is, when extra energy not consumed by the load returns to the power supply side, the extra energy not consumed by the load Is also temporarily stored as magnetic energy in the inductor 22,
This returns to the power supply in the form of electrical energy. As described above, since energy returns from the light load side to the power supply side, power loss sometimes occurs, and power supply efficiency is reduced.
Therefore, power cannot be supplied to a load having a large fluctuation under any load condition. In order to avoid this with the circuit configuration shown in FIG. 3, the capacity of the inductor 22 increases.
【0007】本考案は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、軽負荷時にも、効率よく電力供給が可能な高効率
電源回路を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a high-efficiency power supply circuit capable of efficiently supplying power even under a light load.
【0008】[0008]
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本考案は、外部信号によ
りオンオフする第1のスイッチング素子と、第1のスイ
ッチング素子の状態に従い負荷に対してエネルギを供給
するインダクタと、整流ダイオード、平滑コンデンサで
構成されるDC−DCコンバータにおいて、上記整流ダ
イオードと並列に接続され、第1のスイッチング素子と
同期して両方向にオンオフ制御を行う第2のスイッチン
グ素子と、上記整流ダイオードならびに第2のスイッチ
ング素子による電圧降下を検出してインダクタに流れる
電流の方向を検出して第2のスイッチング素子をオンオ
フするコンパレータとを具備することを特徴とする。The present invention comprises a first switching element which is turned on / off by an external signal, an inductor for supplying energy to a load according to a state of the first switching element, a rectifying diode, and a smoothing capacitor. In the DC-DC converter configured, a second switching element connected in parallel with the rectifier diode and performing on / off control in both directions in synchronization with the first switching element, and the rectifier diode and the second switching element A comparator that detects a voltage drop, detects a direction of a current flowing through the inductor, and turns on and off the second switching element.
【0010】[0010]
【作用】上述した構成中、コンパレータにてインダクタ
に流れる電流の方向を検知し、そのコンパレータ出力に
より第2のスイッチング素子のON/OFFをコントロ
ールすることにより、軽負荷時にも高効率の電源を実現
する。このことにより、軽負荷時にも効率が低下せず、
また、インダクタ容量を大きくせずに済む。In the configuration described above, the direction of the current flowing through the inductor is detected by the comparator, and the ON / OFF of the second switching element is controlled by the output of the comparator, thereby realizing a highly efficient power supply even at a light load. I do. As a result, the efficiency does not decrease even at a light load,
Further, it is not necessary to increase the inductor capacitance.
【0011】[0011]
【実施例】以下、図面を使用して本考案実施例について
詳細に説明する。図1は本考案の実施例を示す回路図で
ある。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention.
【0012】図において、11は外部の信号によりON
/OFFするバイポーラもしくはMOSトランジスタで
構成されるスイッチング素子、12はエネルギを蓄積す
るコイルあるいは電圧の大きさを変換するチョーク等イ
ンダクタ素子、13は平滑コンデンサである。14はス
イッチング素子11とは別の、スイッチング素子11と
同期して両方向スイッチング制御を行うスイッチング素
子である。15はコンパレータであり、スイッチング素
子14の電圧降下を検出して、インダクタ12に流れる
電流の方向を検知し、その方向によりスイッチング素子
14をON/OFFする。尚、16、17は寄生ダイオ
ードである。In the figure, 11 is turned on by an external signal
A switching element composed of a bipolar or MOS transistor for turning on / off, 12 is a coil for storing energy or an inductor element such as a choke for converting the magnitude of voltage, and 13 is a smoothing capacitor. Reference numeral 14 denotes a switching element different from the switching element 11 for performing bidirectional switching control in synchronization with the switching element 11. A comparator 15 detects a voltage drop of the switching element 14, detects a direction of a current flowing through the inductor 12, and turns on / off the switching element 14 according to the direction. Here, 16 and 17 are parasitic diodes.
【0013】以下、本考案実施例の動作について詳細に
説明する。図において、先ずスイッチング素子11がO
Nになると、スイッチング素子14がONであった場合
(どういう動作モードの場合にONになっているかは後
述する)、スイッチング素子11→スイッチング素子1
4→GNDの経路でIon1 で示す電流が流れる。スイッ
チング素子14には、コンパレータ15の出力でONに
なるような信号(ハイレベルの信号)が与えられるが、
電流Ionが流れることにより、スイッチング素子14の
両端に若干の電圧降下が生じ、図中aで示す点が
(+)、b点が(−)の極性になる。そうなると、コン
パレータ15の出力はローレベルに切り替わり、スイッ
チング素子14はOFFする。電流がスイッチング素子
14に流れなくなってもコンパレータ15の出力はロー
レベルになっている。スイッチング素子14がOFFす
ると、電源側から負荷側に電流Ion2 が流れ始める。Hereinafter, the operation of the embodiment of the present invention will be described in detail. In the figure, first, the switching element 11
When the switching element 11 becomes N, if the switching element 14 is ON (in which operation mode the switching element is ON will be described later), the switching element 11 → the switching element 1
A current indicated by Ion1 flows through a path from 4 to GND. A signal (high-level signal) that is turned on by the output of the comparator 15 is given to the switching element 14.
When the current Ion flows, a slight voltage drop occurs at both ends of the switching element 14, and a point indicated by a in the figure has a polarity of (+) and a point b has a polarity of (-). Then, the output of the comparator 15 switches to low level, and the switching element 14 is turned off. Even when the current stops flowing through the switching element 14, the output of the comparator 15 is at the low level. When the switching element 14 is turned off, a current Ion2 starts flowing from the power supply side to the load side.
【0014】次ぎに、スイッチング素子11がOFFす
ると、インダクタ12に蓄積されたエネルギが放出され
電流Ioff1が流れる。このときスイッチング素子14は
OFFしているが、スイッチング素子14の寄生ダイオ
ード17を通して先ず流れる。この時a点が(−)、b
点が(+)となるため、コンパレータ15の出力はハイ
レベルになり、スイッチング素子14はONする。この
時のスイッチング素子14での電圧降下はかなり小さく
なり、ダイオードを使用していた従来の方式に比べて、
効率が改善されることになる。インダクタ12に蓄えら
れたエネルギが完全に放出されないうちにスイッチング
素子11がONすると、この動作説明の冒頭で説明した
状態から同じ動作を繰り返す。Next, when the switching element 11 is turned off, the energy stored in the inductor 12 is released and a current Ioff1 flows. At this time, the switching element 14 is OFF, but first flows through the parasitic diode 17 of the switching element 14. At this time, point a is (-), b
Since the point becomes (+), the output of the comparator 15 becomes high level, and the switching element 14 is turned on. The voltage drop at the switching element 14 at this time is considerably small, and compared with the conventional method using a diode,
Efficiency will be improved. If the switching element 11 is turned on before the energy stored in the inductor 12 is completely released, the same operation is repeated from the state described at the beginning of this operation description.
【0015】次に、スイッチング素子11がOFFし
て、インダクタ12に蓄積されたエネルギが完全に放出
されても、まだスイッチング素子11がONしない場
合、つまり負荷が軽い場合、コンデンサ13に蓄積され
たエネルギが、インダクタ12を通してGND側に電流
I0ff が流れる。この時、a点が(+)、b点が(−)
になるため、スイッチング素子14にはローレベルの信
号が与えられ、スイッチング素子14は直ちにOFFす
る。従ってこの電流が流れなくなるため、負荷側から電
源側に電力が戻る動作モードが存在しなくなる。すなわ
ち、軽負荷時にも電源効率が低下しないことになる。実
際には、Ioff2なる電流が流れてはじめてコンパレータ
15がスイッチング素子14をOFFするため、この
間、ほんの僅かの電力がインダクタ12に蓄積されて、
Ioff3なる電流の経路で電源側に電力が戻るが、戻る電
力が極僅かであり、更にこのモードで損失される電力は
更に小さいため、実使用上は問題にはならない。Next, even if the switching element 11 is turned off and the energy stored in the inductor 12 is completely discharged, if the switching element 11 is not turned on yet, that is, if the load is light, the energy stored in the capacitor 13 is stored. Energy flows through the inductor 12 to the GND side, and a current I0ff flows. At this time, point a is (+) and point b is (-).
Therefore, a low-level signal is supplied to the switching element 14, and the switching element 14 is immediately turned off. Therefore, since this current does not flow, there is no operation mode in which power returns from the load side to the power supply side. That is, the power supply efficiency does not decrease even when the load is light. Actually, since the comparator 15 turns off the switching element 14 only after the current Ioff2 flows, only a small amount of power is stored in the inductor 12 during this time.
Although the power returns to the power supply side through the current path Ioff3, the returned power is extremely small and the power lost in this mode is even smaller, so that there is no problem in practical use.
【0016】[0016]
【考案の効果】以上説明のように本考案荷よれば、軽負
荷時にも効率が低下せず、また、インダクタ容量を大き
くせずに済むためコスト低減にも寄与する。As described above, according to the load of the present invention, the efficiency does not decrease even under a light load, and the inductor capacity does not need to be increased, which contributes to cost reduction.
【図1】 本考案の実施例を示す回路図、FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention;
【図2】 従来例を示す回路図、FIG. 2 is a circuit diagram showing a conventional example,
【図3】 従来例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing a conventional example.
11、14…スイッチング素子 12………インダクタ 13………コンデンサ 15………コンパレータ 16、17…寄生ダイオード 11, 14 ... Switching element 12 ... Inductor 13 ... Capacitor 15 ... Comparator 16, 17 ... Parasitic diode
Claims (1)
ッチング素子と、第1のスイッチング素子の状態に従い
負荷に対してエネルギを供給するインダクタと、整流ダ
イオード、平滑コンデンサで構成されるDC−DCコン
バータにおいて、上記整流ダイオードと並列に接続さ
れ、第1のスイッチング素子と同期して両方向にオンオ
フ制御を行う第2のスイッチング素子と、上記整流ダイ
オードならびに第2のスイッチング素子による電圧降下
を検出してインダクタに流れる電流の方向を検出して第
2のスイッチング素子をオンオフするコンパレータとを
具備することを特徴とする高効率電源回路。1. A DC-DC converter comprising a first switching element that is turned on / off by an external signal, an inductor that supplies energy to a load according to a state of the first switching element, a rectifier diode, and a smoothing capacitor. A second switching element connected in parallel with the rectifier diode and performing on / off control in both directions in synchronization with the first switching element, and a voltage drop caused by the rectifier diode and the second switching element, and detected by the inductor. A high-efficiency power supply circuit comprising: a comparator that detects a direction of a flowing current and turns on and off a second switching element.
Priority Applications (1)
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Publications (2)
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JPH04101286U JPH04101286U (en) | 1992-09-01 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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Country Status (1)
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DE19841341A1 (en) * | 1998-09-10 | 2000-03-16 | Bosch Gmbh Robert | Downward choke converter for motor vehicle, has controllable switch behind input in series with choke in longitudinal branch, with capacitor in cross branch at output and second controllable switch |
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1991
- 1991-01-17 JP JP99491U patent/JP2555245Y2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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