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JPH05336734A - Dc-dc converter - Google Patents

Dc-dc converter

Info

Publication number
JPH05336734A
JPH05336734A JP32206892A JP32206892A JPH05336734A JP H05336734 A JPH05336734 A JP H05336734A JP 32206892 A JP32206892 A JP 32206892A JP 32206892 A JP32206892 A JP 32206892A JP H05336734 A JPH05336734 A JP H05336734A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
switch
capacitor
voltage
converter
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP32206892A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuhiko Sagara
康彦 相良
Toru Umeno
徹 梅野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Industries Ltd filed Critical Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority to JP32206892A priority Critical patent/JPH05336734A/en
Publication of JPH05336734A publication Critical patent/JPH05336734A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

PURPOSE:To invert the input voltage and boost it so as to get inverse output voltage by so constituting this DC-DC converter as to connect one end of a series circuit, where the second switch of each unit circuit is connected in series, to load through an output switch. CONSTITUTION:Switches S11 and S12 are turned on. Next, switches S21 and S22 and a switch S13 are turned on after the tuning-on of the switches S11 and S12. Hereby, a capacitor C2 is charged with the voltage of 2E where the interterminal voltage E of a capacitor C1 is loaded on the DC voltage E of a DC power source A. Next, when switches S13, S23, S33,..., Sn-1, 3, and Sn are turned on, the capacitor Cn of output is charged by the voltage -(2<n-2>-1) E of the sum to the interterminal voltage of the capacitors C1, C2,..., and Cn-1, and the interterminal voltage of the capacitor Cn for output at this time becomes -(2<n-2>-1) E. By repeating this, inverse output voltage, where the DC voltage is being input voltage is boosted, can be gotten.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、直流電圧を所望の直流
電圧に変換するDC−DCコンバータに関し、更に詳細には
反転出力電圧が得られる昇圧型DC−DCコンバータ及び反
転出力電圧が得られる降圧型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 DC-DC converter for converting a DC voltage into a desired DC voltage, and more specifically to a step-up DC-DC converter capable of obtaining an inverted output voltage and an inverted output voltage. The present invention relates to a step-down DC-DC converter.

【0002】[0002]

【従来の技術】通信機器等、電子機器の小型化により、
直流電圧を所望の直流電圧に変換するDC−DCコンバータ
の小型,軽量化及び高効率化が要求されている。また極
性反転型高圧出力電源等、多種多様の直流電源の要求が
高まっている。特にスイッチトキャパシタ方式のDC−DC
コンバータは、トランスを用いないので小型化及び軽量
化に適している。
2. Description of the Related Art Due to the miniaturization of electronic devices such as communication devices,
There is a demand for downsizing, weight reduction, and high efficiency of DC-DC converters that convert a DC voltage into a desired DC voltage. In addition, there is an increasing demand for a wide variety of DC power supplies such as a polarity reversal type high voltage output power supply. Especially switched-capacitor DC-DC
Since the converter does not use a transformer, it is suitable for downsizing and weight reduction.

【0003】図14は、従来のスイッチトキャパシタ方式
の昇圧型DC−DCコンバータを示したものである。直流電
圧Eを出力する直流電源Aに、スイッチS11とキャパシ
タC 1 とスイッチS13との直列回路が接続されており、
スイッチS11とキャパシタC 1 との直列回路にはスイッ
チS12が並列接続されて1番目の単位回路が構成されて
いる。キャパシタC1 とスイッチS13との直列回路に
は、スイッチS21とキャパシタC2 とスイッチS23との
直列回路が並列接続されており、スイッチS21とキャパ
シタC2 との直列回路にはスイッチS22が並列接続され
て2番目の単位回路が構成されている。キャパシタC2
とスイッチS23との直列回路には、前記同様の単位回路
(図示せず)を前記同様に順次複数組接続され、即ちキ
ャパシタC 2 とスイッチS23との直列回路には、例えば
スイッチSn-1,1 とキャパシタCn- 1 とスイッチS
n-1,3 との直列回路が並列接続されており、スイッチS
n-1,1 とキャパシタCn-1 との直列回路にはスイッチS
n-1,2 が並列接続されている。キャパシタCn-1 とスイ
ッチSn-1,3 との直列回路には、スイッチSn と出力用
キャパシタCn の直列回路が並列接続されており、出力
用キャパシタCn には負荷RL が並列接続されている。
キャパシタC1 ,C2 …Cn-1 は電荷転送用キャパシタ
となっている。
FIG. 14 shows a conventional switched capacitor system.
2 shows a step-up DC-DC converter of. DC power
Switch S to DC power supply A that outputs pressure E11And capacity
Ta C 1And switch S13And a series circuit with is connected,
Switch S11And capacitor C 1The series circuit with
Chi S12Are connected in parallel to form the first unit circuit
There is. Capacitor C1And switch S13In series circuit with
Is the switch Stwenty oneAnd capacitor C2And switch Stwenty threeWith
The series circuit is connected in parallel, and the switch Stwenty oneAnd capacity
Shita C2In the series circuit with the switch Stwenty twoAre connected in parallel
The second unit circuit. Capacitor C2
And switch Stwenty threeIn the series circuit with
(Not shown) are connected in series in the same manner as described above, namely,
Capacitor C 2And switch Stwenty threeIn the series circuit with, for example,
Switch Sn-1,1And capacitor Cn- 1And switch S
n-1,3And the series circuit of is connected in parallel, and the switch S
n-1,1And capacitor Cn-1In the series circuit with the switch S
n-1,2Are connected in parallel. Capacitor Cn-1And Sui
Touch Sn-1,3In the series circuit with the switch SnAnd for output
Capacitor CnThe series circuits of are connected in parallel and output
Capacitor CnLoad RLAre connected in parallel.
Capacitor C1, C2… Cn-1Is a charge transfer capacitor
Has become.

【0004】次にこのDC−DCコンバータの動作をスイッ
チの動作タイミングを示す図15のタイミングチャート及
びスイッチの切換状態に対する等価回路を示す図16とと
もに説明する。先ず、スイッチS11,S13をオンさせる
と、図16(a) に示す状態1になり、キャパシタC1 は直
流電源Aの直流電圧Eにより充電され、キャパシタC 1
の端子間電圧はEとなる。次にスイッチS11,S13をオ
フさせた後に、スイッチS21,S23,S12をオンさせる
と図16(b) に示す状態2になり、直流電源Aの直流電圧
Eに、キャパシタC1 の端子間電圧Eが上積みされて2
Eの直流電圧でキャパシタC2 が充電され、キャパシタ
2 の端子間電圧は2Eとなる。ここで、スイッチ
12、S22、S32(図示せず)…Sn-1,1 、Sn-1,3
オンさせたときの図16(c) に示す状態n−1ではキャパ
シタC1 ,C2 ,C3 …Cn-1 の端子間電圧は夫々E,
2E, 4E…2n-2 Eとなる。そして、スイッチS12
22、S32…Sn-1,2 、Sn をオンさせると図16(d) に
示す状態nとなり、直流電源Aの直流電圧Eにキャパシ
タC1 ,C2 ,C3 …Cn-1 の各端子間電圧を上積みし
た直流電圧2n-1 Eにより出力用キャパシタCn が充電
され、出力用キャパシタCn の端子間電圧は2n-1 Eと
なる。
Next, the operation of this DC-DC converter is switched.
15 timing chart and operation timing chart
And Fig. 16 showing the equivalent circuit for the switching states of
I will explain to you. First, switch S11, S13Turn on
Then, the state 1 shown in FIG.1Is straight
Charged by the DC voltage E of the current source A, and the capacitor C 1
The terminal voltage of is E. Then switch S11, S13The
After switching off, switch Stwenty one, Stwenty three, S12Turn on
And state 2 shown in Fig. 16 (b), the DC voltage of DC power supply A
E to capacitor C1The voltage E between the terminals of the
Capacitor C with DC voltage of E2Is charged and capacitor
C2The voltage between the terminals is 2E. Where the switch
S12, Stwenty two, S32(Not shown) ... Sn-1,1, Sn-1,3To
In the state n-1 shown in Fig. 16 (c) when turned on, the capacity is
Shita C1, C2, C3… Cn-1The voltage between the terminals is E,
2E, 4E ... 2n-2It becomes E. And switch S12,
Stwenty two, S32... Sn-1,2, SnWhen turned on, the screen shown in Fig. 16 (d)
As shown in the state n, the DC voltage E of the DC power supply A is capacitated.
Ta C1, C2, C3… Cn-1The voltage across each terminal of
DC voltage 2n-1Output capacitor C by EnIs charged
Output capacitor CnThe voltage between terminals is 2n-1With E
Become.

【0005】そしてこのような状態1から状態nまでを
1周期Tとして前述した動作を繰り返す。それにより、
図14に示したDC−DCコンバータによれば、入力電圧たる
直流電源Aの直流電圧Eの2n-1 倍の出力電圧が得られ
る。なお、スイッチの切換状態を変更するときには、い
まオンしているスイッチがオフした後に休止期間を設け
て、次の状態になすべきスイッチをオンさせて、キャパ
シタに蓄えた電荷を放電させないようにしている。スイ
ッチの切換状態数をnにした場合はスイッチをオン、オ
フ制御するクロックにn相のクロックを使用する。
Then, the above-mentioned operation is repeated by setting the state 1 to the state n as one cycle T. Thereby,
According to the DC-DC converter shown in FIG. 14, an output voltage that is 2 n-1 times the DC voltage E of the DC power supply A that is the input voltage can be obtained. When changing the switching state of the switch, a pause period is provided after the switch that is on is turned off, and the switch that should be in the next state is turned on so that the charge stored in the capacitor is not discharged. There is. When the number of switching states of the switch is n, an n-phase clock is used as a clock for turning the switch on and off.

【0006】図17は従来のスイッチトキャパシタ方式の
降圧型DC−DCコンバータを示したものである。出力用キ
ャパシタCn と負荷RL の並列回路に、スイッチS11
キャパシタC 1 とスイッチS13との直列回路が接続され
ており、スイッチS11とキャパシタC 1 との直列回路に
はスイッチS12が並列接続されている。キャパシタC1
とスイッチS13との直列回路には、スイッチS21とキャ
パシタC2 とスイッチS23との直列回路が並列接続され
ており、スイッチS21とキャパシタC2 との直列回路に
はスイッチS22が並列接続されている。ここで、キャパ
シタC1 とスイッチS11,S12,S13で構成される1番
目の単位回路は、そのスイッチS11とキャパシタC1
の接続部を、キャパシタC2 とスイッチS21,S22,S
23で構成される2番目の単位回路のスイッチS21とS22
との接続部と接続されている。以下、同様に2番目以降
についても同様の単位回路が順次接続され、(n−1)
番目までの単位回路が構成される。このように構成する
と、(n−1)番目の単位回路におけるスイッチS
n-1,3 とキャパシタCn-1 とスイッチSn-1,1 の直列回
路には、図示していないがn−2番目の単位回路のキャ
パシタCn-2 とスイッチSn-2,3の直列回路が並列に接
続されている。又、キャパシタCn-1 とスイッチS
n-1,1 との直列回路にはスイッチSn-1,2が並列接続さ
れている。更に直流電圧Eを出力する直流電源Aには、
スイッチSn とキャパシタCn-1とスイッチSn-1,3
の直列回路が接続されている。キャパシタC1 ,C2
…Cn-1 は電荷転送用キャパシタとなっている。
FIG. 17 shows a conventional switched capacitor system.
1 shows a step-down DC-DC converter. Output key
Capacitor CnAnd load RLSwitch S in the parallel circuit11When
Capacitor C 1And switch S13Connected in series circuit with
And switch S11And capacitor C 1In series circuit with
Is switch S12Are connected in parallel. Capacitor C1
And switch S13In the series circuit with the switch Stwenty oneAnd
Pasita C2And switch Stwenty threeAnd the series circuit with is connected in parallel
And switch Stwenty oneAnd capacitor C2In series circuit with
Is switch Stwenty twoAre connected in parallel. Where the capacity
Shita C1And switch S11, S12, S13No. 1 composed of
The unit circuit of the eye is the switch S11And capacitor C1When
Of the capacitor C2And switch Stwenty one, Stwenty two, S
twenty threeThe switch S of the second unit circuit composed oftwenty oneAnd Stwenty two
Is connected to the connection part with. Below, similarly from the second
The same unit circuits are sequentially connected to (n-1)
Unit circuits up to the th are constructed. Configure like this
And the switch S in the (n-1) th unit circuit
n-1,3And capacitor Cn-1And switch Sn-1,1Series of
Although not shown, the n-th unit circuit
Pasita Cn-2And switch Sn-2,3Series circuits are connected in parallel
Has been continued. Also, the capacitor Cn-1And switch S
n-1,1In the series circuit with the switch Sn-1,2Are connected in parallel
Has been. Further, for the DC power supply A that outputs the DC voltage E,
Switch SnAnd capacitor Cn-1And switch Sn-1,3When
Connected in series circuit. Capacitor C1, C2
… Cn-1Is a charge transfer capacitor.

【0007】次にこのDC−DCコンバータの動作をスイッ
チの動作タイミングを示す図18のタイミングチャート及
びスイッチの切換状態に対する等価回路を示す図19とと
もに説明する。ここで図17のDC−DCコンバータにおいて
定常状態でのキャパシタC1,C2 …Cn-1 ,Cn の端
子間電圧を、E1 ,E2 …En-1 ,En とする。先ずス
イッチS11,S13をオンさせると図19(a) に示す状態1
になりキャパシタC1の端子間電圧E1 によりキャパシ
タCn が充電され、キャパシタC1 の端子間電圧E1
出力用キャパシタCn の端子間電圧En とが等しくな
る。
Next, the operation of the DC-DC converter will be described with reference to the timing chart of FIG. 18 showing the operation timing of the switch and FIG. 19 showing the equivalent circuit for the switching state of the switch. Here the capacitors C 1, C 2 ... C n -1, the voltage across the terminals of C n at steady state in the DC-DC converter of FIG. 17, and E 1, E 2 ... E n -1, E n. First, when the switches S 11 and S 13 are turned on, the state 1 shown in FIG.
The charged capacitor C n is the inter-terminal voltage E 1 of the capacitor C 1 becomes, the terminal voltage E 1 of the capacitor C 1 and the terminal voltage E n of the output capacitor C n is equal.

【0008】つまり、キャパシタC1 の端子間電圧E1
はEn となる。次にスイッチS11,S13をオフさせた後
に、スイッチS12,S21,S23のみをオンさせると、図
19(b) に示す状態2になり、キャパシタC1 の端子間電
圧E1 とキャパシタC2 の端子間電圧E2 との和の電圧
により出力用キャパシタCn が充電され、キャパシタC
1 とキャパシタC2 との直列回路の端子間電圧と、キャ
パシタCn の端子間電圧En とが等しくなる。つまり、
キャパシタC2 の端子間電圧E2 は2En となる。以
後、スイッチS22に続くスイッチSn-2,2 (図示せず)
までのスイッチを1個ずつオンしながら、スイッチS21
及びスイッチS31(図示せず)に続くスイッチSn-1,1
及びSn-1,3 までのスイッチを順次オンすることで図16
(b) に示す状態2から図16(c) に示す状態n−1まで順
次形成されていく。したがってスイッチS12,S22…S
n-2,2 ,Sn-1,1 ,Sn-1,3 のみをオンさせると図19
(c) に示す状態n−1となり、キャパシタCn-1
3 ,C2 ,C1 の各端子間電圧の和の電圧により出力
用キャパシタCn が充電され、キャパシタCn-1 の端子
間電圧En-1 は2n-2 n となる。
[0008] That is, the voltage between the terminals E 1 of the capacitor C 1
Becomes E n . Next, after turning off the switches S 11 and S 13 , only turning on the switches S 12 , S 21 and S 23 ,
19 ready 2 (b), the output capacitor C n by the voltage of the sum of the terminal voltage E 1 and the terminal voltage E 2 of the capacitor C 2 of the capacitor C 1 is charged, the capacitor C
1 and the terminal voltage of the series circuit of the capacitor C 2, and the terminal voltage E n of the capacitor C n is equal. That is,
Terminal voltage E 2 of the capacitor C 2 becomes 2E n. After that, the switch S n-2,2 (not shown) following the switch S 22
While turning on each of the switches up to, switch S 21
And a switch S n-1,1 following the switch S 31 (not shown)
16 and by sequentially turning on the switches up to S n-1,3 .
The state 2 shown in FIG. 16B to the state n-1 shown in FIG. 16C are sequentially formed. Therefore, the switches S 12 , S 22 ... S
When only n-2,2 , S n-1,1 and S n-1,3 are turned on, FIG.
The state becomes n-1 shown in (c), and the capacitor C n-1 ...
C 3, C 2, the output capacitor C n by the voltage of the sum of the voltage across the terminals of C 1 is charged, the voltage between the terminals E n-1 of the capacitor C n-1 becomes 2 n-2 E n.

【0009】次にスイッチS12,S22,S32
n-1,2 ,Sn のみをオンさせると図19(d)に示す状態
nとなり、直流電源Aの直流電圧EによりキャパシタC
n-1 …C3 ,C2 ,C1 を充電し、直流電源Aの直流電
圧Eは2n-1 n となる。このようにしてキャパシタC
n 及びキャパシタC1 ,C2 ,C3 …Cn-1 が直列接続
されキャパシタC1 ,C2 ,C3 …Cn-1 の順で夫々の
端子間電圧が高くなり、キャパシタC1 の端子間電圧が
最も低い。そしてこのような状態1から状態nまでを1
周期Tとして前述した動作を繰り返す。それにより、図
17に示したDC−DCコンバータによれば、コンデンサCn
に直流電源Aの直流電圧Eの1/(2n-1 )倍で降圧した出
力電圧が得られる。
Next, the switches S 12 , S 22 , S 32 ...
When only S n-1,2 , S n are turned on, the state n shown in FIG.
n-1 ... C 3, to charge the C 2, C 1, the DC voltage E of the DC power supply A is 2 n-1 E n. In this way, the capacitor C
n and capacitors C 1 , C 2 , C 3 ... C n-1 are connected in series, and the voltage across each terminal increases in the order of capacitors C 1 , C 2 , C 3 ... C n- 1 , The lowest voltage between terminals. Then, from such state 1 to state n, 1
The operation described above is repeated as a cycle T. Thereby the figure
According to the DC-DC converter shown in 17, the capacitor C n
Further, the output voltage reduced by 1 / (2 n-1 ) times the DC voltage E of the DC power supply A can be obtained.

【0010】なお、スイッチの切換状態を変更するとき
には、いまオンしているスイッチがオフした後に休止期
間を設けて、次の状態になすべきスイッチをオンさせ
て、キャパシタに蓄えた電荷を放電させないようにして
いる。またスイッチの切換状態数をnにした場合は、ス
イッチをオン,オフ制御するクロックにn相のクロック
を使用している。
When changing the switching state of the switch, a rest period is provided after the switch that is on is turned off, and the switch that should be in the next state is turned on so that the charge stored in the capacitor is not discharged. I am trying. When the number of switching states of the switch is set to n, an n-phase clock is used as a clock for turning the switch on and off.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】前述したように従来の
昇圧型DC−DCコンバータでは、スイッチの切換状態数を
nにした場合、入力電圧である直流電圧Eを2n-1 倍し
た2n-1 Eの出力電圧が得られ、大きい昇圧比が得られ
る。しかしながら、直流電源の直流電圧に充電されたキ
ャパシタの端子間電圧を上積みして新たなキャパシタを
充電する場合は、直流電源の正電極と負電荷が充電され
たキャパシタの電極とが接続されるから、出力スイッチ
を介して出力用キャパシタには常に直流電源の極性と同
じ正電圧が与えられて、直流電源の極性を反転した反転
出力電圧が得られないという問題がある。
As described above, in the conventional step-up DC-DC converter, when the number of switching states of the switch is n, the DC voltage E, which is the input voltage, is multiplied by 2 n-1 to obtain 2 n. An output voltage of -1 E is obtained, and a large boost ratio is obtained. However, when a new capacitor is charged by superposing the inter-terminal voltage of the capacitor charged to the DC voltage of the DC power supply, the positive electrode of the DC power supply and the electrode of the capacitor charged with negative charge are connected. However, there is a problem that the output capacitor is always supplied with the same positive voltage as the polarity of the DC power source through the output switch, and an inverted output voltage obtained by inverting the polarity of the DC power source cannot be obtained.

【0012】一方、従来の降圧型DC−DCコンバータで
は、スイッチの切換状態数をnにした場合、入力電圧で
ある直流電圧Eを1/(2n-1 )倍した21-n Eの出力電圧
が得られ大きい降圧比が得られる。しかしながら、直流
電源の直流電圧によりキャパシタを充電する場合、キャ
パシタを直列状態にして充電し、充電されたキャパシタ
に出力用キャパシタを並列接続して出力用キャパシタを
充電するために、出力用キャパシタには常に直流電源の
極性と同じ正電圧が与えられて、直流電源の極性を反転
した反転出力電圧が得られないという問題がある。本発
明は斯かる問題に鑑み、反転出力電圧が得られる昇圧型
DC−DCコンバータ及び降圧型DC−DCコンバータを提供す
ることを目的とする。
On the other hand, in the conventional step-down DC-DC converter, when the number of switching states of the switch is n, the DC voltage E, which is the input voltage, is multiplied by 1 / (2 n-1 ) to obtain 2 1-n E. An output voltage is obtained and a large step-down ratio is obtained. However, when the capacitor is charged by the DC voltage of the DC power source, the capacitor is connected in series and charged, and the output capacitor is connected in parallel to the charged capacitor to charge the output capacitor. There is a problem that a positive voltage that is the same as the polarity of the DC power source is always applied, and an inverted output voltage that is the polarity of the DC power source cannot be obtained. In view of such a problem, the present invention is a step-up type that can obtain an inverted output voltage.
An object is to provide a DC-DC converter and a step-down DC-DC converter.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】第1発明に係るDC−DCコ
ンバータは、第1スイッチとコンデンサと第2スイッチ
とが直列に接続されており、前記コンデンサと前記第2
スイッチとの直列回路に第3スイッチが並列に接続され
てなる単位回路を、複数組並列に接続されて直流電源に
接続すべく構成をなしており、各単位回路の第2スイッ
チが直列に接続されている直列回路の一端を出力スイッ
チを介して負荷に接続すべく構成にしてあることを特徴
とする。
In a DC-DC converter according to a first invention, a first switch, a capacitor, and a second switch are connected in series, and the capacitor and the second switch are connected.
A plurality of unit circuits in which a third switch is connected in parallel to a series circuit with a switch are connected in parallel to be connected to a DC power supply, and the second switch of each unit circuit is connected in series. It is characterized in that one end of the connected series circuit is configured to be connected to a load via an output switch.

【0014】第2発明に係るDC−DCコンバータは、第1
スイッチとコンデンサと第2スイッチとが直列に接続さ
れており、前記コンデンサと前記第2スイッチとの直列
回路に第3スイッチが並列に接続されてなる単位回路
を、複数組並列に接続されて負荷に接続すべく構成をな
しており、各単位回路の第2スイッチが直列に接続され
ている直列回路の一端を入力スイッチを介して直流電源
に接続すべく構成にしてあることを特徴とする。
The DC-DC converter according to the second invention is the first invention.
A switch, a capacitor, and a second switch are connected in series, and a plurality of unit circuits each of which is formed by connecting a third switch in parallel to a series circuit of the capacitor and the second switch are connected in parallel to form a load. The second switch of each unit circuit is connected in series, and one end of the series circuit is connected to the DC power supply via the input switch.

【0015】[0015]

【作用】第1発明では1番目の単位回路の第1スイッチ
及び第2スイッチがオンすると直流電源により、その単
位回路のキャパシタが充電される。そのとき、キャパシ
タの第2スイッチ接続側の電極には負電荷が蓄えられ
る。1番目の単位回路の第1スイッチ及び第2スイッチ
をオフし、2番目の単位回路の第1スイッチ及び第2ス
イッチをオンし、1番目の単位回路の第3スイッチをオ
ンすると、2番目の単位回路のキャパシタは、直流電源
の直流電圧に先に充電したキャパシタの端子間電圧を上
積みした電圧により充電される。そして2番目の単位回
路のキャパシタの第2スイッチ接続側の電極には負電荷
が蓄えられる。同様にして最終番目まで各単位回路のキ
ャパシタが充電されて端子間電圧が順次高くなる。これ
により、入力電圧を反転させて昇圧でき、反転出力電圧
が得られる。
In the first invention, when the first switch and the second switch of the first unit circuit are turned on, the DC power supply charges the capacitor of the unit circuit. At that time, a negative charge is stored in the electrode of the capacitor on the side of the second switch connection. When the first switch and the second switch of the first unit circuit are turned off, the first switch and the second switch of the second unit circuit are turned on, and the third switch of the first unit circuit is turned on, the second switch The capacitor of the unit circuit is charged with a voltage obtained by superposing the inter-terminal voltage of the capacitor, which has been previously charged with the DC voltage of the DC power supply. Negative charge is stored in the electrode of the second unit circuit on the second switch connection side of the capacitor. Similarly, the capacitor of each unit circuit is charged to the last and the inter-terminal voltage gradually increases. As a result, the input voltage can be inverted and boosted, and an inverted output voltage can be obtained.

【0016】第2発明では1番目の単位回路の第1スイ
ッチ及び第2スイッチがオンすると、その単位回路のキ
ャパシタの端子間電圧を負荷に供給する。1番目の単位
回路の第1スイッチ及び第2スイッチをオフし、1番目
の単位回路の第3スイッチ及び2番目の単位回路の第1
スイッチ及び第2スイッチがオンすると、1番目の単位
回路のキャパシタ及び2番目の単位回路のキャパシタの
各端子間電圧の和の電圧を負荷に供給する。同様にして
最終番目まで各単位回路のキャパシタの各端子間電圧の
和の電圧を負荷に供給する。各キャパシタの端子間電圧
は、負荷の端子間電圧に対し、1番目、2番目…n−1
番目の単位回路のキャパシタの順に高くなる。直流電源
により、各単位回路のキャパシタを直列状態にして充電
すると、n−1番目の単位回路のキャパシタの第3スイ
ッチ接続側の電極には負電荷が蓄えられる。これによ
り、入力電圧を反転させて降圧でき、反転出力電圧が得
られる。
In the second invention, when the first switch and the second switch of the first unit circuit are turned on, the voltage between the terminals of the capacitor of the unit circuit is supplied to the load. The first switch and the second switch of the first unit circuit are turned off, and the third switch of the first unit circuit and the first switch of the second unit circuit are turned on.
When the switch and the second switch are turned on, the sum of the voltages between the terminals of the capacitor of the first unit circuit and the capacitor of the second unit circuit is supplied to the load. Similarly, the voltage of the sum of the voltages between the terminals of the capacitors of each unit circuit is supplied to the load until the last. The voltage between the terminals of each capacitor is the first, second ... n-1 with respect to the voltage between the terminals of the load.
The capacitors of the second unit circuit become higher in order. When the capacitor of each unit circuit is charged in series by the DC power source, negative charge is stored in the electrode of the capacitor of the (n-1) th unit circuit on the side of the third switch connection. As a result, the input voltage can be inverted and reduced, and an inverted output voltage can be obtained.

【0017】[0017]

【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面により詳
述する。図1は第1発明に係るDC−DCコンバータの要部
構成を示すブロック図である。負電極を接地しており、
直流電圧Eを出力する直流電源Aに、第1スイッチたる
スイッチS11,S21…Sn-1,1 とキャパシタC1 ,C2
…Cn-1 と第2スイッチたるスイッチS12,S22…S
n-1,2 との直列回路及びキャパシタC1 ,C2 …C n-1
とスイッチS12,S22…Sn-1,2 との直列回路に並列接
続された第3スイッチたるスイッチS13,S23…S
n-1,3 からなる単位回路U1 ,U2 …Un-1 が接続され
ている。単位回路Un-1 におけるキャパシタCn-1 とス
イッチSn-1,2 との接続部は出力スイッチSn を介して
出力用キャパシタCn の一端と接続されており、単位回
路U1 におけるスイッチS12とS13との接続部は出力用
キャパシタCn の他端と接続され接地されている。出力
用キャパシタCn には負荷RL が接続されている。キャ
パシタC1 ,C2 …Cn-1 は電荷転送用キャパシタであ
る。
The present invention will be described in detail below with reference to the drawings showing the embodiments thereof.
I will describe. FIG. 1 is a main part of a DC-DC converter according to the first invention.
It is a block diagram which shows a structure. The negative electrode is grounded,
The first switch is the DC power supply A that outputs the DC voltage E.
Switch S11, Stwenty one... Sn-1,1And capacitor C1, C2
… Cn-1And the second switch, switch S12, Stwenty two... S
n-1,2Series circuit with and capacitor C1, C2… C n-1
And switch S12, Stwenty two... Sn-1,2Connected in parallel to the series circuit with
Switch S, which is the continued third switch13, Stwenty three... S
n-1,3Unit circuit U consisting of1, U2… Un-1Is connected
ing. Unit circuit Un-1Capacitor C atn-1And
Itch Sn-1,2Output switch S is connected tonThrough
Output capacitor CnIs connected to one end of
Road U1Switch S at12And S13Connection with is for output
Capacitor CnIs connected to the other end and is grounded. output
Capacitor CnLoad RLAre connected. Cat
Pasita C1, C2… Cn-1Is a charge transfer capacitor
It

【0018】次にこのように構成したDC−DCコンバータ
の動作を、スイッチの動作タイミングを示す図2のタイ
ミングチャート及びスイッチ切換状態に対する等価回路
を示す図3とともに説明する。先ず、スイッチS11とS
12をオンさせた場合は図3(a) に示す状態1になり、直
流電源Aの直流電圧EによりキャパシタC1 が充電され
て、キャパシタC1 の端子間電圧はEになる。
Next, the operation of the DC-DC converter configured as described above will be described with reference to the timing chart of FIG. 2 showing the operation timing of the switch and FIG. 3 showing the equivalent circuit for the switch switching state. First, the switches S 11 and S
When 12 is turned on, the state 1 shown in FIG. 3 (a) is reached, the capacitor C 1 is charged by the DC voltage E of the DC power supply A, and the terminal voltage of the capacitor C 1 becomes E.

【0019】次にスイッチS11,S12をオフさせた後に
スイッチS21,S22及びスイッチS 13をオンさせた場合
は図3(b) に示す状態2になり、直流電源Aの直流電圧
EにキャパシタC1 の端子間電圧Eが上積みされた2E
の電圧でキャパシタC2 が充電される。そしてキャパシ
タC2 の端子間電圧は2Eとなる。ここで、スイッチS
13、S23、S33(図示せず)…Sn-1,1 、Sn-1,2 のみ
をオンさせた場合は図3(c) に示す状態n−1になり、
キャパシタC1 ,C2 ,C3 (図示せず)…C n-1 の端
子間電圧は夫々E,2E,4E…2n-2 Eとなる。
Next, the switch S11, S12After turning off
Switch Stwenty one, Stwenty twoAnd switch S 13When turned on
Is the state 2 shown in Fig. 3 (b), and the DC voltage of the DC power supply A is
Capacitor C on E12E with voltage E between terminals stacked
Voltage of capacitor C2Is charged. And capacity
Ta C2The voltage between the terminals is 2E. Where switch S
13, Stwenty three, S33(Not shown) ... Sn-1,1, Sn-1,2only
When is turned on, the state becomes n-1 shown in Fig. 3 (c),
Capacitor C1, C2, C3(Not shown) ... C n-1Edge of
The inter-child voltages are E, 2E, 4E ... 2, respectively.n-2It becomes E.

【0020】次に、スイッチS13,S23,S33(図示せ
ず)…Sn-1,3 ,Sn をオンさせた場合は図3(d) に示
す状態nになり、キャパシタC1 ,C2 ,C3 …Cn-1
の端子間電圧の和の電圧−(2n-2 −1)Eにより出力
用キャパシタCn が充電され、このときの出力用キャパ
シタCn の端子間電圧は−(2n-2 −1)Eとなる。そ
してこのような状態1から状態nまでを1周期Tとして
前述した動作を繰り返す。これにより入力電圧たる直流
電圧Eを−(2n-2 −1)Eに昇圧した反転出力電圧が
得られる。
Next, when the switches S 13 , S 23 , S 33 (not shown) ... S n-1,3 , S n are turned on, the state n shown in FIG. 1 , C 2 , C 3 ... C n-1
The output capacitor C n is charged by the sum voltage − (2 n−2 −1) E of the terminals of the output capacitor C n , and the terminal voltage of the output capacitor C n at this time is − (2 n−2 −1). It becomes E. Then, the above-described operation is repeated with the state 1 to the state n as one cycle T. As a result, an inverted output voltage obtained by boosting the DC voltage E, which is the input voltage, to − (2 n−2 −1) E is obtained.

【0021】図4は、スイッチ切換状態数nが4である
DC−DCコンバータの要部構成を示すブロック図である。
負電極を接地しており、直流電圧Eを出力する直流電源
Aに、第1スイッチS1 ,S4 ,S7 とキャパシタ
1 ,C2 ,C3 と第2スイッチS2 ,S5 ,S8 との
直列回路、及びキャパシタC1 ,C2 ,C3 と第2スイ
ッチS2 ,S5 ,S8 との直列回路に並列接続した第3
スイッチS3 ,S6 ,S9からなる単位回路U1
2 ,U3 が接続されている。キャパシタC3 と第2ス
イッチS8 との接続部は出力スイッチS10を介して出力
用キャパシタC0 の一端と接続され、その他端は第2ス
イッチS2 と第3スイッチS3 との接続部と接続され接
地されている。出力用キャパシタC0 には負荷RL が接
続されている。
In FIG. 4, the number of switch switching states n is four.
It is a block diagram which shows the principal part structure of a DC-DC converter.
The negative electrode is grounded, and a DC power supply A that outputs a DC voltage E is connected to a first switch S 1 , S 4 , S 7 and capacitors C 1 , C 2 , C 3 and a second switch S 2 , S 5 , A third circuit connected in parallel with a series circuit of S 8 and a series circuit of capacitors C 1 , C 2 , C 3 and second switches S 2 , S 5 , S 8 .
A unit circuit U 1 including switches S 3 , S 6 and S 9 ,
U 2 and U 3 are connected. The connection between the capacitor C 3 and the second switch S 8 is connected to one end of the output capacitor C 0 via the output switch S 10 , and the other end is the connection between the second switch S 2 and the third switch S 3. Is connected to and grounded. A load R L is connected to the output capacitor C 0 .

【0022】次にこのDC−DCコンバータの動作を、スイ
ッチの動作タイミングを示す図5のタイミングチャート
及びスイッチの切換状態に対する等価回路を示す図6に
より説明する。スイッチS1 ,S2 をオンさせた場合は
図6(a) に示す状態1になり、直流電圧Eによりキャパ
シタC1 が充電されて、キャパシタC1 の端子電圧はE
となる。次にスイッチS1 ,S2 をオフさせた後に、ス
イッチS3 ,S4 ,S 5 のみをオンさせた場合は図6
(b) に示す状態2になり、直流電源Aの直流電圧Eに、
キャパシタC1 の端子間電圧Eを上積みした2Eの電圧
でキャパシタC2が充電されて、キャパシタC2 の端子
間電圧は2Eとなる。
Next, the operation of this DC-DC converter will be described.
Timing chart of FIG. 5 showing the operation timing of the switch
And FIG. 6 showing an equivalent circuit for the switching state of the switch.
More will be described. Switch S1, S2If you turn on
The state 1 shown in FIG.
Shita C1Is charged, the capacitor C1Terminal voltage is E
Becomes Then switch S1, S2After turning off the
Itch S3, SFour, S FiveFigure 6 when only turning on
The state 2 shown in (b) is reached, and the DC voltage E of the DC power supply A changes to
Capacitor C1The voltage of 2E, which is obtained by stacking the voltage E between the terminals of
And capacitor C2Is charged, the capacitor C2Terminal
The voltage between them becomes 2E.

【0023】次にスイッチS3 ,S6 ,S7 ,S8 のみ
をオンさせた場合は図6(c) に示す状態3になり、直流
電源Aの直流電圧Eに、キャパシタC1 の端子間電圧E
とキャパシタC2 の端子間電圧2Eとが上積みされた4
Eの電圧でキャパシタC3 が充電され、キャパシタC3
の端子電圧は4Eになる。次にスイッチS3 ,S6 ,S
9 ,S10のみをオンさせた場合は図6(d) に示す状態4
になり、キャパシタC 1 の端子間電圧EとキャパシタC
2 の端子間電圧2EとキャパシタC3 の端子間電圧4E
との和の電圧7Eにより出力用キャパシタC0 を充電す
る。そして出力用キャパシタC0 の端子間電圧は7Eと
なり、キャパシタC3 の出力スイッチS 10接続側は負電
荷が蓄えられるため、出力用キャパシタC0 の端子間電
圧は−7Eとなる。
Next, the switch S3, S6, S7, S8only
When is turned on, the state becomes 3 as shown in Fig. 6 (c), and the DC
DC voltage E of power supply A, capacitor C1Terminal voltage E
And capacitor C2Terminal voltage of 2E and 4
Capacitor C at voltage of E3Is charged and the capacitor C3
Terminal voltage becomes 4E. Then switch S3, S6, S
9, STenWhen only one is turned on, state 4 shown in Fig. 6 (d)
And the capacitor C 1Terminal voltage E and capacitor C
2Terminal voltage of 2E and capacitor C3Terminal voltage 4E
Output voltage C by the sum of voltage 7E0Charge
It And the output capacitor C0The voltage between terminals is 7E
Becomes, capacitor C3Output switch S TenConnection side is negative
Since the load is stored, the output capacitor C0Between terminals
The pressure is -7E.

【0024】このような状態1から状態4までを1周期
Tとして、前述した動作を繰り返すことにより、入力電
圧たる直流電圧Eを反転昇圧した−7Eの反転出力電圧
が得られ、負荷RL に与えられる。なお、このDC−DCコ
ンバータの4個のキャパシタを夫々10μF とし、直流電
源Aの直流電圧を12.5Vとした場合に、−87.5Vの反転
出力電圧が得られることを実験で確かめ得た。このよう
にして従来のDC−DCコンバータと略同数の構成部品点数
で反転出力電圧が得られるDC−DCコンバータを得ること
ができる。またスイッチにはMOSFETを用いることができ
る。
By repeating the above-described operation with the period 1 to the state 4 as one cycle T, an inverted output voltage of -7E obtained by inverting and boosting the DC voltage E which is the input voltage is obtained, and is applied to the load R L. Given. It was confirmed by experiments that when the four capacitors of this DC-DC converter were each set to 10 μF and the DC voltage of the DC power supply A was set to 12.5 V, an inverted output voltage of -87.5 V was obtained. In this way, it is possible to obtain a DC-DC converter that can obtain an inverted output voltage with approximately the same number of constituent parts as the conventional DC-DC converter. Moreover, MOSFET can be used for the switch.

【0025】図7は出力電圧の安定化を図るようにした
DC−DCコンバータの制御回路のブロック図である。直流
電源Aは前述した複数の単位回路からなるDC−DCコンバ
ータ部20と接続されており、また出力用キャパシタCn
が接続されている。出力用キャパシタCn には負荷RL
が並列接続されている。出力用キャパシタCn の端子間
電圧、即ち出力電圧は誤差増幅器21の一入力端子に、ま
た基準電圧VR は誤差増幅器21の他入力端子に与えられ
ている。誤差増幅器21の出力は、パルス幅、周波数ある
いはオン抵抗変調する変調器22へ与えられている。
FIG. 7 is designed to stabilize the output voltage.
It is a block diagram of a control circuit of a DC-DC converter. The DC power supply A is connected to the DC-DC converter unit 20 composed of the plurality of unit circuits described above, and the output capacitor C n.
Are connected. The load R L is applied to the output capacitor C n.
Are connected in parallel. The voltage between the terminals of the output capacitor C n , that is, the output voltage, is applied to one input terminal of the error amplifier 21, and the reference voltage V R is applied to the other input terminal of the error amplifier 21. The output of the error amplifier 21 is given to a modulator 22 that performs pulse width, frequency or on-resistance modulation.

【0026】変調器22の変調出力φ1 …φn はDC−DCコ
ンバータ部20における図示しないスイッチのデューティ
を制御する信号として各別にスイッチに与えられる。こ
のDC−DCコンバータは、負荷RL に供給している出力電
圧が変動すると、誤差増幅器21の出力が変動する。そし
て誤差増幅器21の出力に応じて変調器22が出力する変調
信号φ1 …φn が変化する。それにより単位回路の電荷
転送用のキャパシタの接続を切換えるためのスイッチの
デューティが変化して、キャパシタの端子間電圧が出力
電圧の変動に応じて変わる。つまりDC−DCコンバータ部
20の出力電圧が、変調器22を介してスイッチへフィード
バックされ、出力電圧を安定させることになる。
The modulation outputs φ 1 ... φ n of the modulator 22 are individually applied to the switches as signals for controlling the duty of switches (not shown) in the DC-DC converter section 20. In this DC-DC converter, when the output voltage supplied to the load RL changes, the output of the error amplifier 21 changes. Then, the modulation signals φ 1 ... φ n output from the modulator 22 change according to the output of the error amplifier 21. As a result, the duty of the switch for switching the connection of the charge transfer capacitor of the unit circuit changes, and the voltage between the terminals of the capacitor changes according to the change in the output voltage. That is, the DC-DC converter section
The output voltage of 20 will be fed back to the switch via modulator 22 to stabilize the output voltage.

【0027】図8は第2発明に係るDC−DCコンバータの
要部構成を示すブロック図である。一端を接地している
出力用コンデンサCn と並列接続された負荷RL に、第
1スイッチたるスイッチS11,S21…Sn-1,1 とキャパ
シタC1 ,C2 …Cn-1 と第2スイッチたるスイッチS
12,S22…Sn-1,2 との直列回路及びキャパシタC1
2 …Cn-1 とスイッチS12,S22…Sn-1,2 との直列
回路に並列接続された第3スイッチたるスイッチS13
23…Sn-1,3 からなる単位回路U1 ,U2 …Un-1
接続されている。単位回路Un-1 におけるキャパシタC
n-1 とスイッチSn-1,2 との接続部は入力スイッチSn
を介して直流電圧Eを出力する直流電源Aと接続され、
その直流電源Aの負電極は接地されている。キャパシタ
1 ,C 2 …Cn-1 は電荷転送用キャパシタである。
FIG. 8 shows a DC-DC converter according to the second invention.
It is a block diagram which shows the principal part structure. One end is grounded
Output capacitor CnLoad R connected in parallel withLIn the first
1 switch, switch S11, Stwenty one... Sn-1,1And capacity
Shita C1, C2… Cn-1And the second switch, switch S
12, Stwenty two... Sn-1,2Series circuit with and capacitor C1
C2… Cn-1And switch S12, Stwenty two... Sn-1,2In series with
A switch S, which is a third switch connected in parallel with the circuit.13
Stwenty three... Sn-1,3Unit circuit U consisting of1, U2… Un-1But
It is connected. Unit circuit Un-1Capacitor C at
n-1And switch Sn-1,2Input switch S is connected ton
Connected to a DC power supply A that outputs a DC voltage E via
The negative electrode of the DC power supply A is grounded. Capacitor
C1, C 2… Cn-1Is a charge transfer capacitor.

【0028】次にこのように構成したDC−DCコンバータ
の動作を、スイッチの動作タイミングを示す図9のタイ
ミングチャート及びスイッチ切換状態に対する等価回路
を示す図10とともに説明する。図8におけるDC−DCコン
バータの定常状態でのキャパシタC1 ,C2 …Cn-1
n の端子間電圧を夫々E1 ,E2 …En-1 ,En とす
る。先ずスイッチS11,S12をオンさせた場合は図10
(a) に示す状態1になり、キャパシタC1 の端子間電圧
1 により出力用キャパシタCn が充電されてキャパシ
タC1 の端子間電圧E1 はEn となる。次にスイッチS
11,S12をオフさせた後にスイッチS21,S22及びスイ
ッチS13をオンさせた場合は図10(b) に示す状態2にな
り、キャパシタC1 の端子間電圧E1 とキャパシタC2
の端子間電圧E2 との和の電圧により出力用キャパシタ
n が充電される。そしてキャパシタC2 の端子間電圧
2 は2En となる。
Next, the operation of the DC-DC converter configured as described above will be described with reference to the timing chart of FIG. 9 showing the operation timing of the switch and FIG. 10 showing the equivalent circuit for the switch switching state. In the steady state of the DC-DC converter in FIG. 8, capacitors C 1 , C 2 ... C n-1 ,
The voltages across the terminals of C n are E 1 , E 2 ... E n-1 , E n , respectively. First, when the switches S 11 and S 12 are turned on, FIG.
ready 1 (a), the terminal voltage E 1 of the capacitor C 1 output capacitor C n is charged by the voltage across the terminals E 1 of the capacitor C 1 becomes E n. Then switch S
11, when turning on the switch S 21, S 22 and the switch S 13 after the S 12 is turned off becomes state 2 shown in FIG. 10 (b), the inter-terminal voltage E 1 of the capacitor C 1 and capacitor C 2
The output capacitor C n is charged with a voltage that is the sum of the inter-terminal voltage E 2 of The terminal voltage E 2 of the capacitor C 2 becomes 2E n.

【0029】ここでスイッチS13,S23,S33(図示せ
ず)…Sn-1,1 ,Sn-1,2 のみをオンさせた場合は図10
(c) に示す状態n−1になり、キャパシタC1 ,C2
3(図示せず)…Cn-1 の各端子間電圧の和の電圧に
より出力用キャパシタCn を充電し、キャパシタC1
2 ,C3 …Cn-1 の端子間電圧はEn ,2En ,…2
n-2 n となる。
Here, when only the switches S 13 , S 23 , S 33 (not shown) ... S n-1,1 and S n-1,2 are turned on, FIG.
The state becomes n−1 shown in (c), and the capacitors C 1 , C 2 ,
C 3 (not shown) ... The output capacitor C n is charged with a voltage that is the sum of the voltages across the terminals of C n-1 , and the capacitors C 1 ,
The voltage between the terminals of C 2 , C 3 ... C n-1 is E n , 2E n , ... 2
the n-2 E n.

【0030】次にスイッチS13,S23,S33
n-1,3 ,Sn のみをオンさせた場合は図10(d) に示す
状態nになり、直流電源Aの端子間電圧Eは、キャパシ
タC1 ,C2,C3 …Cn-1 の端子間電圧の和の電圧2
n-1 n となる。キャパシタC1 ,C 2 ,C3 …Cn-1
の各端子間電圧はキャパシタC1 ,C2 ,C3 …Cn-1
の順に高くなる。したがって、直流電源Aの直流電圧を
Eとした場合は、出力用キャパシタCn の端子間電圧は
1/(2n-1 )Eとなり降圧される。そしてこのような状態
1から状態nまでを1周期Tとして前述した動作を繰り
返す。また、キャパシタCn-1 のスイッチSn-1,3 接続
側の電極には負電荷が蓄えられる。これにより入力電圧
たる直流電圧Eを−1/(2n-1 −1)Eに降圧した反転出
力電圧が得られる。
Next, the switch S13, Stwenty three, S33
Sn-1,3, SnFig. 10 (d) shows when only the power is turned on.
In the state n, the voltage E between the terminals of the DC power supply A is
Ta C1, C2, C3… Cn-1Voltage of the sum of the voltage between terminals of 2
n-1EnBecomes Capacitor C1, C 2, C3… Cn-1
The voltage across each terminal of1, C2, C3… Cn-1
Becomes higher in order. Therefore, the DC voltage of the DC power supply A
If E, output capacitor CnThe voltage between the terminals is
1 / (2n-1) It becomes E and the pressure is lowered. And such a state
The above operation is repeated with 1 to state n as one cycle T.
return. Also, the capacitor Cn-1Switch Sn-1,3Connection
Negative charges are stored in the side electrode. This makes the input voltage
The barrel DC voltage E is -1 / (2n-1-1) Inverted output with voltage reduced to E
The output voltage is obtained.

【0031】図11はスイッチ切換状態数nが4である降
圧型DC−DCコンバータの要部構成を示すブロック図であ
る。一方の電極を接地している出力用キャパシタC4
並列接続されている負荷RL に、第1スイッチS1 ,S
4 ,S7 とキャパシタC1 ,C2 ,C3 と第2スイッチ
2 ,S5 ,S8 との直列回路、及びキャパシタC1
2 ,C3 と第2スイッチS2 ,S5 ,S8 との直列回
路に並列接続した第3スイッチS3 ,S6 ,S9 からな
る単位回路U1 ,U2 ,U3 が接続されている。キャパ
シタC3 と第2スイッチS8 との接続部は、入力スイッ
チS10を介して、直流電圧Eを出力する直流電源Aの正
電極と接続されている。直流電源Aの負電極は接地され
ている。
FIG. 11 is a block diagram showing a main configuration of a step-down DC-DC converter in which the number of switch switching states n is four. The load R L connected in parallel with the output capacitor C 4 whose one electrode is grounded is connected to the first switches S 1 and S 1 .
4 , S 7 and capacitors C 1 , C 2 , C 3 and the second switch S 2 , S 5 , S 8 in series circuit, and capacitor C 1 ,
Unit circuits U 1 , U 2 , U 3 composed of third switches S 3 , S 6 , S 9 connected in parallel to a series circuit of C 2 , C 3 and second switches S 2 , S 5 , S 8 are connected. Has been done. The connection between the capacitor C 3 and the second switch S 8 is connected to the positive electrode of the DC power supply A that outputs the DC voltage E via the input switch S 10 . The negative electrode of the DC power supply A is grounded.

【0032】次にこのDC−DCコンバータの動作を、スイ
ッチの動作タイミングを示す図12のタイミングチャート
及びスイッチの切換状態に対する等価回路を示す図13に
より説明する。いま図11におけるDC−DCコンバータの定
常状態でのキャパシタC1 ,C2 , C3 , C4 の各端子
間電圧をE1 , E2 , E3 , E4 とする。
Next, the operation of the DC-DC converter will be described with reference to the timing chart of FIG. 12 showing the operation timing of the switch and FIG. 13 showing the equivalent circuit for the switching state of the switch. Now, let us say that the voltages across the terminals of the capacitors C 1 , C 2 , C 3 , C 4 in the steady state of the DC-DC converter in FIG. 11 are E 1 , E 2 , E 3 , E 4 .

【0033】スイッチS1 , S2 をオンさせると図13
(a) に示す状態1になり、キャパシタC1 の端子間電圧
1 によりキャパシタC4 が充電され、キャパシタC1
の端子間電圧とキャパシタC4 の端子間電圧E4 とが等
しくなる。つまりキャパシタC 1 の端子間電圧E1 はキ
ャパシタC4 の端子間電圧E4 と等しくなる。次にスイ
ッチS1 ,S2 をオフさせた後に、スイッチS3
4 ,S5 のみをオンさせた場合は図13(b) に示す状態
2になり、キャパシタC1 の端子間電圧E1 とキャパシ
タC2 の端子間電圧E2 との和の電圧によりキャパシタ
4 が充電され、キャパシタC1 とキャパシタC2 との
直列回路の端子間電圧と、キャパシタC4 の端子間電圧
4 とが等しくなる。
Switch S1, S2When turned on, Fig. 13
In the state 1 shown in (a), the capacitor C1Voltage between terminals
E1Capacitor CFourIs charged and the capacitor C1
Terminal voltage and capacitor CFourTerminal voltage EFourEtc.
I want to That is, the capacitor C 1Terminal voltage E1Is
Capacitor CFourTerminal voltage EFourIs equal to Next
Touch S1, S2Switch off, switch S3
SFour, SFiveWhen only one is turned on, the state shown in Fig. 13 (b)
2, the capacitor C1Terminal voltage E1And capacity
Ta C2Terminal voltage E2Capacitor by the sum of voltage
CFourIs charged and the capacitor C1And capacitor C2With
Voltage between terminals of series circuit and capacitor CFourVoltage between terminals
EFourAnd are equal.

【0034】つまりキャパシタC2 の端子間電圧E2
2E4 になる。次にスイッチS3 ,S6 ,S7 ,S8
みをオンさせると図13(c) に示す状態3になり、キャパ
シタC1 ,C2 ,C3 の各端子間電圧の和の電圧により
キャパシタC4 が充電され、キャパシタC3 の端子間電
圧E3 は4E4 になる。次にスイッチS3 ,S6
9 ,S10のみをオンさせると図13(d) に示す状態4に
なり、直流電源Aの直流電圧EによりキャパシタC1
2 ,C3 を充電する。そして直流電圧Eは7E4とな
る。
That is, the capacitor C2Terminal voltage E2Is
2EFourbecome. Then switch S3, S6, S7, S8of
When only the power is turned on, the state 3 shown in Fig. 13 (c) is reached and the capacity is
Shita C1, C2, C3Depending on the sum of the voltages between the terminals of
Capacitor CFourIs charged and the capacitor C3Between terminals
Pressure E3Is 4EFourbecome. Then switch S3, S6
S 9, STenTurning only on turns it into the state 4 shown in Fig. 13 (d).
Then, the DC voltage E of the DC power supply A causes the capacitor C1
C2, C3To charge. And the DC voltage E is 7EFourTona
It

【0035】このようにしてキャパシタC1 ,C2 ,C
3 の各端子間電圧は、キャパシタC 1 ,C2 ,C3 の順
に高くなりキャパシタC1 の端子間電圧が最も低い。ま
た直流電源Aによる充電時に、キャパシタC3 の出力ス
イッチS7 接続側は負電荷が蓄えられるため、直流電源
Aの極性に対しキャパシタC4 の端子間電圧、即ちDC−
DCコンバータの出力電圧は反転する。したがって、直流
電源をEとした場合は、キャパシタC4 の端子間電圧は
− 1/7Eとなる。
In this way, the capacitor C1, C2, C
3The voltage across each terminal of 1, C2, C3Order of
Becomes higher and capacitor C1Has the lowest voltage across the terminals. Well
When charging with the DC power supply A, the capacitor C3Output of
Itch S7Since a negative charge is stored on the connection side, a DC power supply
Capacitor C for the polarity of AFourVoltage between terminals, that is, DC-
The output voltage of the DC converter is inverted. Therefore, direct current
When the power source is E, the capacitor CFourThe voltage between the terminals is
-It becomes 1 / 7E.

【0036】このような状態1から状態4までを1周期
Tとして、前述した動作を繰り返すことにより、入力電
圧たる直流電圧Eを反転させて降圧した− 1/7Eの反転
出力電圧が得られ、負荷RL に与えられる。なお、この
DC−DCコンバータの4個のキャパシタを夫々10μF と
し、直流電源Aの直流電圧を87.5Vとした場合に−12.5
Vの反転出力電圧が得られることを実験で確かめ得た。
By repeating the above-described operation with the period 1 to the state 4 as one cycle T, the inverted output voltage of -1 / 7E obtained by inverting and stepping down the DC voltage E which is the input voltage is obtained. Given to the load R L. In addition, this
If the four capacitors of the DC-DC converter are 10 μF each and the DC voltage of the DC power supply A is 87.5 V, -12.5
It has been confirmed experimentally that an inverted output voltage of V can be obtained.

【0037】このようにして、従来のDC−DCコンバータ
と略同数の構成部品数で反転出力電圧が得られる降圧型
のDC−DCコンバータを得ることができる。またスイッチ
にはMOSFETを用いることができる。なお、降圧型DC−DC
コンバータの出力電圧の安定化を図る場合は、昇圧型DC
−DCコンバータの場合と同様に図7に示す如く構成する
ことにより、昇圧型DC−DCコンバータと同様に出力電圧
を安定させることができる。
In this way, it is possible to obtain a step-down DC-DC converter that can obtain an inverted output voltage with the same number of components as the conventional DC-DC converter. Moreover, MOSFET can be used for the switch. In addition, step-down DC-DC
To stabilize the converter output voltage, use a boost DC
By configuring as shown in FIG. 7 as in the case of the -DC converter, the output voltage can be stabilized similarly to the step-up DC-DC converter.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、従
来のDC−DCコンバータと略同数の回路部品を用いて、反
転出力電圧が得られる昇圧型DC−DCコンバータ及び降圧
型DC−DCコンバータを提供できる優れた効果を奏する。
As described above in detail, according to the present invention, a step-up DC-DC converter and a step-down DC-DC converter, which can obtain an inverted output voltage, are provided by using the same number of circuit components as the conventional DC-DC converter. It has an excellent effect of providing a DC converter.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】第1発明に係る昇圧型DC−DCコンバータの要部
構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a main configuration of a step-up DC-DC converter according to a first invention.

【図2】図1に示すDC−DCコンバータにおけるスイッチ
の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
FIG. 2 is a timing chart showing operation timings of switches in the DC-DC converter shown in FIG.

【図3】スイッチの切換状態に対するDC−DCコンバータ
の等価回路図である。
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the DC-DC converter with respect to a switching state of a switch.

【図4】第1発明に係る昇圧型DC−DCコンバータの他の
実施例の要部構成を示すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing a main configuration of another embodiment of the step-up DC-DC converter according to the first invention.

【図5】図4に示すDC−DCコンバータにおけるスイッチ
の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
5 is a timing chart showing operation timings of switches in the DC-DC converter shown in FIG.

【図6】スイッチの切換状態に対するDC−DCコンバータ
の等価回路図である。
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of the DC-DC converter with respect to the switching state of the switch.

【図7】出力電圧の安定化を図るようにしたDC−DCコン
バータの模式的ブロック図である。
FIG. 7 is a schematic block diagram of a DC-DC converter designed to stabilize the output voltage.

【図8】第2発明に係る降圧型DC−DCコンバータの要部
構成を示すブロック図である。
FIG. 8 is a block diagram showing a main configuration of a step-down DC-DC converter according to a second invention.

【図9】図8に示すDC−DCコンバータにおけるスイッチ
の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
9 is a timing chart showing operation timings of switches in the DC-DC converter shown in FIG.

【図10】スイッチの切換状態に対するDC−DCコンバー
タの等価回路図である。
FIG. 10 is an equivalent circuit diagram of the DC-DC converter for the switching state of the switch.

【図11】第2発明に係る降圧型DC−DCコンバータの他
の実施例の要部構成を示すブロック図である。
FIG. 11 is a block diagram showing a main part configuration of another embodiment of the step-down DC-DC converter according to the second invention.

【図12】図11に示すDC−DCコンバータにおけるスイッ
チの動作タイミングを示すタイミングチャートである。
12 is a timing chart showing operation timings of switches in the DC-DC converter shown in FIG.

【図13】スイッチの切換状態に対するDC−DCコンバー
タの等価回路図である。
FIG. 13 is an equivalent circuit diagram of the DC-DC converter with respect to the switching state of the switch.

【図14】従来の昇圧型DC−DCコンバータの要部構成を
示すブロック図である。
FIG. 14 is a block diagram showing a main configuration of a conventional step-up DC-DC converter.

【図15】図14に示すDC−DCコンバータにおけるスイッ
チの動作タイミングを示すタイミングチャートである。
15 is a timing chart showing operation timings of switches in the DC-DC converter shown in FIG.

【図16】スイッチの切換状態に対するDC−DCコンバー
タの等価回路図である。
FIG. 16 is an equivalent circuit diagram of the DC-DC converter for the switching states of the switches.

【図17】従来の降圧型DC−DCコンバータの要部構成を
示すブロック図である。
FIG. 17 is a block diagram showing a main configuration of a conventional step-down DC-DC converter.

【図18】図17に示すDC−DCコンバータにおけるスイッ
チの動作タイミングを示すタイミングチャートである。
18 is a timing chart showing operation timings of switches in the DC-DC converter shown in FIG.

【図19】スイッチの切換状態に対するDC−DCコンバー
タの等価回路図である。
FIG. 19 is an equivalent circuit diagram of the DC-DC converter for the switching states of the switches.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A 直流電源S11,S12〜Sn-1 ,S1 ,S2 〜S8
スイッチ Sn ,S10 出力(入力)スイッチ C1 ,C2 〜Cn-1 キャパシタ Cn ,C0 出力用キャパシタ U1 ,U2 ,Un-1 単位回路 RL 負荷 20 DC−DCコンバータ部 21 誤差増幅器 22 変調器
A DC power supplies S 11 , S 12 to S n-1 , S 1 , S 2 to S 8
Switch S n , S 10 Output (input) switch C 1 , C 2 to C n-1 Capacitor C n , C 0 Output capacitor U 1 , U 2 , U n-1 Unit circuit RL Load 20 DC-DC converter Part 21 Error amplifier 22 Modulator

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1スイッチとコンデンサと第2スイッ
チとが直列に接続されており、前記コンデンサと前記第
2スイッチとの直列回路に第3スイッチが並列に接続さ
れてなる単位回路を、複数組並列に接続されて直流電源
に接続すべく構成をなしており、各単位回路の第2スイ
ッチが直列に接続されている直列回路の一端を出力スイ
ッチを介して負荷に接続すべく構成にしてあることを特
徴とするDC−DCコンバータ。
1. A plurality of unit circuits each comprising a first switch, a capacitor, and a second switch connected in series, and a third switch connected in parallel to a series circuit of the capacitor and the second switch. It is configured to be connected in parallel to a set and connected to a DC power source, and one end of a series circuit in which the second switch of each unit circuit is connected in series is configured to be connected to a load via an output switch. A DC-DC converter characterized in that there is.
【請求項2】 第1スイッチとコンデンサと第2スイッ
チとが直列に接続されており、前記コンデンサと前記第
2スイッチとの直列回路に第3スイッチが並列に接続さ
れてなる単位回路を、複数組並列に接続されて負荷に接
続すべく構成をなしており、各単位回路の第2スイッチ
が直列に接続されている直列回路の一端を入力スイッチ
を介して直流電源に接続すべく構成にしてあることを特
徴とするDC−DCコンバータ。
2. A plurality of unit circuits each including a first switch, a capacitor, and a second switch connected in series, and a third switch connected in parallel to a series circuit of the capacitor and the second switch. It is configured to be connected in parallel to a load and to be connected to a load. One end of a series circuit in which the second switch of each unit circuit is connected in series is configured to be connected to a DC power source via an input switch. A DC-DC converter characterized in that there is.
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