專(zhuān)利名稱(chēng)：壓降型直流－直流變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及為切換元件的通-斷動(dòng)作而實(shí)質(zhì)地將輸出電壓降壓的壓降型DC-DC變換器。
來(lái)自電池等的直流電源的供應(yīng)于負(fù)載的電力可通過(guò)將切換元件之通-斷動(dòng)作的占空比作變更而予以控制。例如，對(duì)應(yīng)于斷開(kāi)時(shí)間的導(dǎo)通時(shí)間愈短，則供應(yīng)于負(fù)載的電力即變得愈小。因此，縮短對(duì)應(yīng)于切換元件的斷開(kāi)時(shí)間之接通時(shí)間，則實(shí)質(zhì)上是相同于降低電池的供給電壓。所以變更切換元件的占空比而不使用變壓器，則能實(shí)質(zhì)地減小供應(yīng)于負(fù)載的電壓。
而且，直接地連接負(fù)載于電池，自電池供應(yīng)電力于負(fù)載時(shí)，隨著電池電壓的下降，供應(yīng)于負(fù)載的電力亦變小。此時(shí)，將切換元件連接于電池和負(fù)載之間，而控制切換元件的占空比，就能控制供應(yīng)于負(fù)載的電力于一定。
對(duì)如此之用途，可使用在電池等的直流電源與負(fù)載之間連接切換元件，而調(diào)整切換該切換元件之通-斷動(dòng)作的占空比之連接供應(yīng)于負(fù)載之電力的壓降型DC-DC變換器。
由于壓降型DC-DC變換器內(nèi)藏有用以決定切換元件的通-斷動(dòng)作之時(shí)序(tinning)的振蕩電路，使其電路之構(gòu)成極其復(fù)雜在而且高價(jià)，所以難以實(shí)現(xiàn)小型化。而且，具有為了使振蕩電路動(dòng)作而不能使用低電壓的缺點(diǎn)。
本發(fā)明系以解決上述之缺點(diǎn)為目的而開(kāi)發(fā)的創(chuàng)作，因此本發(fā)明之重要目的，系為提供一種不使用振蕩電路，且以極簡(jiǎn)單、低成本、省空間的電路來(lái)控制切換元件的占空比的壓降型DC-DC變換器。
本發(fā)明的壓降型DC-DC變換器具備自直流電源供應(yīng)電力于負(fù)載的切換元件Q1、及控制該切換元件Q1的通-斷動(dòng)作的控制電路3，而控制電路3具有運(yùn)算放大器4。
運(yùn)算放大器4通過(guò)CR延遲電路5而輸入負(fù)載電壓于負(fù)輸入端子，并輸入基準(zhǔn)電壓于正輸入端子的同時(shí)，亦通過(guò)上推電容器C1輸入運(yùn)算放大器4的輸出。
CR延遲電路5使負(fù)載電壓的變動(dòng)延遲而輸入于運(yùn)算放大器4的負(fù)輸入端子。上推電容器C1將運(yùn)算放大器4形成＂高(high)態(tài)＂時(shí)的輸出電壓予以輸入至正輸入端子，而一時(shí)地提升基準(zhǔn)電壓，然后使之逐漸下降。
當(dāng)切換元件Q1是為斷開(kāi)時(shí)，下降的負(fù)載電壓通過(guò)CR延遲電路5逐漸地使負(fù)輸入端子的電壓下降，而當(dāng)負(fù)輸入端子的電壓是較正輸入端子的電壓為低時(shí)，運(yùn)算放大器4的輸出即形成＂高態(tài)＂而將切換元件Q1切換至導(dǎo)通。且于此時(shí)，上推電容器C1以＂高態(tài)＂電壓一時(shí)地拉高基準(zhǔn)電壓而保持運(yùn)算放大器4的輸出于＂高態(tài)＂。此後，當(dāng)上推電容器C1經(jīng)充電而基準(zhǔn)電壓逐漸下降至較負(fù)載電壓為低時(shí)，運(yùn)算放大器4的輸出即形成＂低態(tài)＂而切換元件Q1則切換至斷開(kāi)。亦即，上推電容器C1是使運(yùn)算放大器4的輸出反饋于正輸入端子、形成滯後作用而進(jìn)行切換元件Q1的通-斷切換動(dòng)作。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面的壓降型DC-DC變換器系通過(guò)電阻與齊納二極管而將電源電壓輸入于運(yùn)算放大器4的負(fù)輸入端子。該DC-DC變換器系在切換元件Q1導(dǎo)通時(shí)，以電源電壓來(lái)加速負(fù)輸入端子的電壓的上升。電源電壓愈高，負(fù)輸入端子的電壓上升愈迅速。因此，當(dāng)電源電壓高時(shí)，負(fù)輸入端子較正輸入端子的高態(tài)時(shí)間為短，而于短時(shí)間內(nèi)將切換元件Q1切換于斷開(kāi)。由于當(dāng)直流電源電壓為高時(shí)，即縮短切換元件Q1的導(dǎo)通時(shí)間，當(dāng)直流電源電壓低時(shí)，即拉長(zhǎng)切換元件Q1的導(dǎo)通時(shí)間，因此在直流電源電壓變動(dòng)時(shí)，能減少負(fù)載電力的變動(dòng)。
圖1表示本發(fā)明的實(shí)施例的壓降型DC-DC變換器的電路圖。
符號(hào)說(shuō)明1 電池
2 電熱器3 控制電路4 運(yùn)算放大器5 CR延遲電路6 電源開(kāi)關(guān)Q1 切換元件Q2 驅(qū)動(dòng)用電晶體C1 上推電容器ZD 齊納二極管以下，根據(jù)


本發(fā)明的實(shí)施例。但是，以下所示之實(shí)施例系為舉例表示用以具體化本發(fā)明之技術(shù)思想的壓降型DC-DC變換器之技術(shù)，本發(fā)明并不僅特定于下述之DC-DC變換器。
本發(fā)明之說(shuō)明書(shū)為能使申請(qǐng)專(zhuān)利范圍更容易了解，特將對(duì)應(yīng)于示于實(shí)施例之構(gòu)件的編號(hào)，附注于「權(quán)利要求書(shū)」及「技術(shù)方案部分」中所記載之構(gòu)件之后。但并非是將表示于權(quán)利要求書(shū)的構(gòu)件特定于實(shí)施例中之構(gòu)件。
表示于圖1的壓降型DC-DC變換器為具有直流電源的電池1、自該電池1供應(yīng)電力于作為負(fù)載的電熱器2、連接于電池1與電熱器2之間的晶體管的切換元件Q1、和控制該切換元件Q1之通-斷動(dòng)作的控制電路3。電路圖系以電熱器作為負(fù)載，但本發(fā)明并不特定負(fù)載為電熱器。負(fù)載也可以為馬達(dá)或電燈泡等。
表示于該圖中的壓降型DC-DC變換器之控制電路3是具有運(yùn)算放大器4，及由該運(yùn)算放大器4之輸出所控制的驅(qū)動(dòng)用晶體管Q2。運(yùn)算放大器4通過(guò)CR延遲電路5輸入負(fù)載電壓于負(fù)輸入端子。CR延遲電路5是由連接于負(fù)載與負(fù)輸入端子之間的電阻R3、和連接于負(fù)輸入端子與接地之間的電容器C2所構(gòu)成。電容器C2上連接有兼用于分壓電阻與放電電阻的電阻R5。CR延遲電路5系當(dāng)電阻R3與電容器C2為大時(shí)，負(fù)載電壓的延遲時(shí)間即變長(zhǎng)。亦即，當(dāng)切換元件Q1切換至通-斷時(shí)，緩和了負(fù)輸入端子的電壓變動(dòng)。因此，即拉長(zhǎng)了切換元件Q1之切換至通-斷的時(shí)序，換句話說(shuō)，切換周期變長(zhǎng)。
運(yùn)算放大器4系在輸入基準(zhǔn)電壓于正輸入端子的同時(shí)，通過(guò)上推電容器C1而反饋運(yùn)算放大器4的輸出?；鶞?zhǔn)電壓是由串聯(lián)連接的電阻R1與二極管D1而獲得。串聯(lián)連接的電阻R1與二極管D1系與電池1作并聯(lián)連接，而用二極管D1之順向的電壓降，約可得0.6V的基準(zhǔn)電壓?；鶞?zhǔn)電壓亦可通過(guò)將電阻與齊納二極管作串聯(lián)連接而獲得?；鶞?zhǔn)電壓系考慮供應(yīng)于負(fù)載的電力而設(shè)定于最適當(dāng)之值。當(dāng)基準(zhǔn)電壓為高時(shí)，供應(yīng)于負(fù)載的電力即變大，相反地，當(dāng)降低了基準(zhǔn)電壓時(shí)，負(fù)載的供應(yīng)電力即變小。這是由于運(yùn)算放大器4控制切換元件Q1之通-斷動(dòng)作而使負(fù)載電壓形成相等于基準(zhǔn)電壓之故。
上推電容器C1系與電阻R2作串聯(lián)連接，而反饋輸入運(yùn)算放大器4的輸出于正輸入端子。上推電容器C1當(dāng)靜電容量為大時(shí)，運(yùn)算放大器4的反饋量即變大，在運(yùn)算放大器4的＂高態(tài)＂輸出電壓下，長(zhǎng)時(shí)間地保持為高的正輸入端子的電壓。因此，切換元件Q1的導(dǎo)通時(shí)間即變長(zhǎng)。
圖1的DC-DC變換器系將電池1的正端通過(guò)電阻R4與齊納二極管ZD而連接于運(yùn)算放大器4的負(fù)輸入端子。電阻R4與齊納二極管ZD系以電池電壓提升負(fù)輸入端子的電壓，在切換元件Q1為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，負(fù)輸入端子的電壓即加速上升。因此，切換元件Q1是導(dǎo)通狀態(tài)而負(fù)輸入端子的電壓是由于負(fù)載電壓而逐漸變高時(shí)，當(dāng)電池電壓為高，則更加速負(fù)端子的電壓的上升，而縮短切換元件Q1的導(dǎo)通時(shí)間。相反地，當(dāng)電池電壓下降時(shí)，使負(fù)輸入端子的電壓的上升速度即變得延遲，而長(zhǎng)時(shí)間地保持形成導(dǎo)通狀態(tài)的切換元件Q1于導(dǎo)通狀態(tài)。此情形系為，在電池電壓為高時(shí)縮短切換元件Q1的導(dǎo)通時(shí)間，而隨著電池電壓的下降，拉長(zhǎng)切換元件Q1的導(dǎo)通狀態(tài)的時(shí)間，以保持對(duì)負(fù)載的供應(yīng)電力于一定。因此，當(dāng)電池1消耗而電壓下降時(shí)，有著能減少對(duì)負(fù)載之供應(yīng)電力的變動(dòng)之特點(diǎn)。
因此，當(dāng)圖1的DC-DC變換器使用于電池1和電熱器2的電力控制時(shí)，對(duì)于電池電壓的變動(dòng)，具有能夠減少電熱器2的消費(fèi)電力的變動(dòng)之特點(diǎn)。
示于圖1之壓降型DC-DC變換器是通過(guò)下述的步驟以進(jìn)行切換元件Q1的通-斷的切換動(dòng)作的。
(1)當(dāng)電源開(kāi)關(guān)6為導(dǎo)通時(shí)，切換元件Q1處于斷開(kāi)狀態(tài)，故負(fù)載電壓為0V。
(2)此時(shí)，由于對(duì)運(yùn)算放大器4的正輸入端子是供應(yīng)著基準(zhǔn)電壓、運(yùn)算放大器4的之正輸入端子的電壓是較負(fù)輸入端子為高而輸出高的＂高態(tài)＂電壓。
(3)運(yùn)算放大器4的＂高態(tài)＂輸出將驅(qū)動(dòng)用的晶體管Q2切換于導(dǎo)通。
(4)當(dāng)驅(qū)動(dòng)用的晶體管Q2于導(dǎo)通時(shí)，即供應(yīng)基極電流于切換元件Q1，而切換元件Q1則被切換于導(dǎo)通。
(5)在導(dǎo)通狀態(tài)的切換元件Q1將電池1連接于負(fù)載的電熱器2而供應(yīng)電力于電熱器2。
(6)施加于負(fù)載兩端的電壓通過(guò)CR延遲電路5而輸入于運(yùn)算放大器4的負(fù)輸入端子。CR延遲電路5即使在負(fù)載電壓變得相等于電池電壓時(shí)，也延遲負(fù)輸入端子的電壓的上升。所以，即使電池電壓是供應(yīng)于負(fù)載，負(fù)輸入端子的電壓也不立即的上升，而是逐漸地變高。
(7)另一方面，當(dāng)運(yùn)算放大器4的輸出是＂高態(tài)＂時(shí)，＂高態(tài)＂電壓通過(guò)上推電容器C1而一時(shí)地提高運(yùn)算放大器4的輸出。上推電容器C1隨著充電之情形而使正輸入端子的電壓下降到基準(zhǔn)電壓。
(8)正輸入端子的電壓隨著上推電容器C1的充電狀況而逐漸下降，而負(fù)輸入端子的電壓則由于CR延遲電路5而逐漸升高。
(9)當(dāng)負(fù)輸入端子的電壓當(dāng)較正輸入端子的電壓為高時(shí)，運(yùn)算放大器4以輸出為＂低態(tài)＂而切換驅(qū)動(dòng)用晶體管Q2于斷開(kāi)。
(10)當(dāng)驅(qū)動(dòng)用晶體管Q2是斷開(kāi)時(shí)，切換元件Q1亦斷開(kāi)。
(11)當(dāng)切換元件Q1是斷開(kāi)時(shí)，負(fù)載即自電池1切離，而負(fù)載則成為不消耗電力的狀態(tài)。
(12)在該狀態(tài)下，當(dāng)負(fù)載電壓為0V時(shí)，CR延遲電路5系使負(fù)輸入端子的電壓逐漸地下降。
(13)與此狀態(tài)的同時(shí)，運(yùn)算放大器4的＂低態(tài)＂電壓使正輸入端子的基準(zhǔn)電壓一時(shí)地下降到＂低態(tài)＂，但此後則逐漸地上升到基準(zhǔn)電電壓而使正輸入端子的電壓提升。
(14)當(dāng)正輸入端子的電壓是較負(fù)輸入端子的電壓為高時(shí)，運(yùn)算放大器4的輸出成為＂高態(tài)＂。此後，重覆著(2)～(14)的動(dòng)作，而DC-DC變換器則供應(yīng)電力于作為負(fù)載的電熱器2。
以上實(shí)施例的壓降型DC-DC變換器系為以電池控制負(fù)載的電熱器。本發(fā)明的壓降型的DC-DC變換器也可以用于例如將商用電源的交流100V予以整流而作為直流，以該直流使直流馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)刮胡刀等的控制電路。
本發(fā)明的壓降型DC-DC變換器是具有不使用振蕩電路等的復(fù)雜的電路，以極簡(jiǎn)單、低成本、省空間的電路，能夠控制對(duì)負(fù)載的供應(yīng)電力的特點(diǎn)。這是由于，本發(fā)明的DC-DC變換器是使用運(yùn)算放大器于可將切換元件切換于通-斷的控制電路中，而該運(yùn)算放大器通過(guò)CR延遲電路而輸入負(fù)載之電壓，且以上推電容器反饋輸出于正輸入端子而構(gòu)成滯後現(xiàn)象，而進(jìn)行切換之故。
而且，根據(jù)本發(fā)明的另一方面的DC-DC變換器系由于隨著直流電源之電壓的下降，而拉長(zhǎng)切換元件的導(dǎo)通時(shí)間，故具有減少對(duì)于直流電源電壓的變動(dòng)之負(fù)載的消耗電力的變動(dòng)之特點(diǎn)。這是由于，切換元件是于形成導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，以電源電壓加速運(yùn)算放大器之負(fù)輸入端子的電壓的上升，而當(dāng)負(fù)輸入端子的電壓是較正輸入端子的電壓為高時(shí)，能將切換元件切換于斷開(kāi)之故。該方式是當(dāng)電源電壓愈高，則負(fù)輸入端子的電壓上升愈迅速。換句話說(shuō)，當(dāng)電源電壓下降，負(fù)輸入端子的電壓上升則延遲，而將切換元件切換到斷開(kāi)的時(shí)間即變長(zhǎng)。
權(quán)利要求
1.一種壓降型直流-直流變換器，具有自直流電源供應(yīng)電力于負(fù)載的切換元件(Q1)、及控制該切換元件(Q1)通-斷動(dòng)作的控制電路(3)，其特征在于所述控制電路(3)具有運(yùn)算放大器(4)，負(fù)載電壓是通過(guò)CR延遲電路(5)而被輸入于運(yùn)算放大器(4)的負(fù)輸入端子，且在基準(zhǔn)電壓是輸入于運(yùn)算放大器(4)的正輸入端的同時(shí)，運(yùn)算放大器(4)的輸出通過(guò)上推電容器(C1)作反饋輸入；所述CR延遲電路(5)用以將負(fù)載電壓的變動(dòng)延遲后而輸入于運(yùn)算放大器(4)的負(fù)輸入端子，上推電容器(C1)在輸入運(yùn)算放大器(4)是為＂高態(tài)＂時(shí)將輸出電壓輸入于正輸入端子，而一時(shí)地提升基準(zhǔn)電壓后逐漸地使之下降；當(dāng)所述切換元件(Q1)為斷開(kāi)時(shí)，下降的負(fù)載電壓通過(guò)CR延遲電路(5)而逐次地使負(fù)輸入端子的電壓下降，當(dāng)負(fù)輸入端子的電壓是較正輸入端子的電壓為低時(shí)，運(yùn)算放大器(4)的輸出則形成為＂高態(tài)＂而將切換元件(Q1)切換于導(dǎo)通的同時(shí)，上推電容器(C1)以＂高態(tài)＂電壓一時(shí)地提高基準(zhǔn)電壓而保持運(yùn)算放大器(4)的輸出于＂高態(tài)＂；當(dāng)上推電容器(C1)被充電而基準(zhǔn)電壓逐次下降而較負(fù)載電壓為低時(shí)，運(yùn)算放大器(4)的輸出成為＂低態(tài)＂而切換元件(Q1)被切換于斷開(kāi)狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的壓降型直流-直流變換器，其特征在于，當(dāng)電源電壓通過(guò)電阻與齊納二極管(ZD)而輸入于運(yùn)算放大器(4)的負(fù)輸入端子、而切換元件(Q1)為導(dǎo)通時(shí)，以電源電壓加速負(fù)輸入端子之電壓上升，且以電源電壓縮短切換元件(Q1)的導(dǎo)通時(shí)間，從而減少對(duì)于電源電壓的變動(dòng)之負(fù)載電力的變動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種不使用復(fù)雜的振蕩電路,而以低成本,且省空間的簡(jiǎn)單電路控制切換元件的占空比的壓降型直流—直流變換器。該變換器是以具備有運(yùn)算放大器4的控制電路3,對(duì)來(lái)自直流電源供應(yīng)電力于負(fù)載的切換元件Q1進(jìn)行切換處理,運(yùn)算放大器4通過(guò)CR延遲電路5而輸入負(fù)載電壓于負(fù)輸入端子,且以上推電容器C1反饋運(yùn)算放大器4的輸出于正輸入端子。以CR延遲電路5和上推電容器C1在滯后(hysteresis)作用的狀態(tài)下,切換元件Q1的通－斷動(dòng)作。
文檔編號(hào)H02M3/155GK1196603SQ9810536
公開(kāi)日1998年10月21日 申請(qǐng)日期1998年2月26日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月28日
發(fā)明者佐野正人 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社