ＤＣＤＣコンバータ
【課題】 回路の複雑化および増幅アンプの動作領域の変動を抑制しながら、電源電圧の変動にかかわらず、安定して電圧を出力することができるＤＣＤＣコンバータを提供する。
【解決手段】 電流検出部１３で検出された電流値に応じた電圧を増幅部２２で増幅し、増幅した増幅電圧と基準電圧を比較する電圧比較部２３から出力された信号に応じて、スイッチ素子Ｔｒをオン／オフすることによって、主電源部１１の電圧を昇圧して出力するＤＣＤＣコンバータ１であって、かさ上げ電圧生成部３０および基準電圧設定部４０は、電源電圧検出部２６によって検出された第１電源部２１の電圧が低いほど、増幅部２２に入力される電圧に加算されるかさ上げ電圧、および基準電圧がより低くなるように、かさ上げ電圧および基準電圧をそれぞれ切り換える。
【解決手段】 電流検出部１３で検出された電流値に応じた電圧を増幅部２２で増幅し、増幅した増幅電圧と基準電圧を比較する電圧比較部２３から出力された信号に応じて、スイッチ素子Ｔｒをオン／オフすることによって、主電源部１１の電圧を昇圧して出力するＤＣＤＣコンバータ１であって、かさ上げ電圧生成部３０および基準電圧設定部４０は、電源電圧検出部２６によって検出された第１電源部２１の電圧が低いほど、増幅部２２に入力される電圧に加算されるかさ上げ電圧、および基準電圧がより低くなるように、かさ上げ電圧および基準電圧をそれぞれ切り換える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源の電圧を昇圧して負荷に出力するＤＣＤＣコンバータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図８は、従来のＤＣＤＣコンバータの回路図を示している。このＤＣＤＣコンバータ７０のＤＣＤＣコンバータ本体１０は、バッテリーからの電圧ＶＢを供給する主電源１１に一方の端部が接続されたコイルＬと、コイルＬの他方の端部にアノード側が接続されたダイオードＤを備えている。また、コイルＬの他方の端部と接地部１２の間には、コイルＬ側から順にスイッチ素子Ｔｒ、および例えばシャント抵抗を有する電流検出部１３が接続されている。また、ＤＣＤＣコンバータ本体１０には、一方の電極がダイオードＤのカソード側に接続され、他方の電極が電流検出部１３にスイッチ素子Ｔｒと共通接続されたコンデンサＣが、設けられている。
【０００３】
また、ＤＣＤＣコンバータ７０は、スイッチ素子Ｔｒのオン／オフを制御する制御部７１を備えている。この制御部７１は、ＩＣチップ３の一部として設けられており、電流検出部１３を流れる電流に応じて検出された電圧を増幅して出力する増幅アンプ２２と、増幅アンプ２２から出力された増幅電圧と基準電圧設定部７３で生成された基準電圧とを比較し、その結果に応じた信号を出力する電圧比較部２３と、この電圧比較部２３からの出力信号に応じて、スイッチ素子Ｔｒをオン／オフするための信号を出力する制御回路７４を有している。増幅アンプ２２および電圧比較部２３は、第１電源部２１から供給される電圧ＶＤＤ１で駆動される。
【０００４】
また、制御部７１は、かさ上げ電圧生成部７２を有しており、このかさ上げ電圧生成部７２は、かさ上げ電圧を生成し、生成したかさ上げ電圧を、増幅アンプ２２に入力される電流検出部１３からの電圧に加算してかさ上げすることによって、電圧比較部２３で基準電圧と比較するのに十分な増幅電圧を確保している。また、基準電圧は、基準電圧設定部７３で設定される。
【０００５】
また、従来のＤＣＤＣコンバータとして、特許文献１に開示されたものが知られている。このＤＣＤＣコンバータは、直流電源の出力を変換して所望の電圧を生成する主回路と、この主回路に並列に設けられたバックアップ回路と、制御回路を備えている。制御回路は、通常動作時において、主回路から出力される電圧が目標電圧に維持されるように、主回路の主スイッチのオン／オフを制御する。また、このＤＣＤＣコンバータでは、直流電源から入力される入力電圧が所定の閾値を下回ったときなど、主回路の動作に異常が発生すると、主回路を停止するとともにバックアップ回路を起動し、直流電源からバックアップ回路を経由して負荷に電圧が供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２３０１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述した従来のＤＣＤＣコンバータ７０では、第１電源部２１の電圧ＶＤＤ１が低下した場合、増幅アンプ２２から出力される増幅電圧の大きさが制限され、電圧比較部２３での基準電圧との比較が適正に行われず、コンデンサＣへの充電、ひいてはその放電対象の駆動に支障を来すおそれがある。これを回避するためには、第１電源部２１の電圧低下に応じて、かさ上げ電圧による電圧のかさ上げ量をより小さくするとともに、それに応じて電圧比較部２３で比較する基準電圧もより低くすることが考えられる。しかし、その場合、例えばコンデンサＣからの放電が急激に行われ、コンデンサＣの電流検出部１３側の電位がマイナスになったときなどに、増幅アンプ２２に入力される電圧が、かさ上げしたとしても増幅アンプ２２を飽和領域で動作させられるレベルに達せず、増幅アンプ２２が非飽和領域で動作するおそれがある。このような増幅アンプ２２の非飽和領域での動作と飽和領域での動作の間の変動が継続すると、増幅アンプ２２を構成する素子の劣化を促進してしまうおそれがある。また、このような動作領域の変動を回避するために、例えば上述した特許文献に係るＤＣＤＣコンバータのように、バックアップ回路を設けることが考えられるが、その場合、バックアップ回路の分、回路構成が複雑化し、基板面積の増大や製造コストの増大を招いてしまう。
【０００８】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、回路の複雑化および増幅アンプの動作領域の変動を抑制しながら、電源電圧の変動にかかわらず、安定して電圧を出力することができるＤＣＤＣコンバータを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、特許請求の範囲に記載の請求項１に係るＤＣＤＣコンバータ１は、一端側が主電源部１１に接続されたコイルＬと、コイルＬと主電源部１１よりも電圧が低い接地部１２との間に設けられたスイッチ素子Ｔｒと、一方の電極がコイルＬ側に接続され、他方の電極が接地部１２側に共通接続されたコンデンサＣと、スイッチ素子ＴｒとコンデンサＣとの共通接続部と、接地部１２との間に設けられ、共通接続部と接地部１２の間を流れる電流に応じた電圧信号を出力する電流検出部１３と、電流検出部１３から出力された電圧信号に応じてスイッチ素子Ｔｒのオン／オフを制御する制御回路２４と、を備えたＤＣＤＣコンバータ１であって、第１電源部２１と、第１電源部２１の電圧を検出する電源電圧検出部２６と、かさ上げ電圧を生成するかさ上げ電圧生成部３０と、第１電源部２１からの電圧によって動作し、電流検出部１３によって検出された電圧信号に対し、かさ上げ電圧生成部３０によって生成されたかさ上げ電圧を加えた電圧に応じた増幅電圧を出力する増幅部（実施形態における（以下、本項において同じ）「増幅アンプ２２」）と、基準電圧を設定する基準電圧設定部４０と、増幅部から出力された増幅電圧と、基準電圧設定部４０によって設定された基準電圧とを比較し、比較結果に応じた信号を出力する電圧比較部２３と、を備え、制御回路２４は、電圧比較部２３から出力された信号に応じてスイッチ素子Ｔｒのオン／オフを制御するように構成され、かさ上げ電圧生成部３０は、電源電圧検出部２６によって検出された第１電源部２１の電圧が低いほど、かさ上げ電圧がより低くなるようにかさ上げ電圧を切り換えるように構成され、基準電圧設定部４０は、電源電圧検出部２６によって検出された電圧が低いほど、基準電圧がより低くなるように基準電圧を切り換えるように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
このＤＣＤＣコンバータによれば、主電源部と接地部との間には、主電源部側から順に、コイル、スイッチ素子および電流検出部が設けられ、電流検出部によって検出された電流に基づく電圧信号に応じて、制御回路によりスイッチ素子がオン／オフされる。それにより、主電源部に接続されたコイルを介して、主電源部からコンデンサに充電され、電荷が蓄積される一方、コンデンサの一方の電極側から、ＤＣＤＣコンバータの出力対象に放電される。
【００１１】
また、電流検出部は、コンデンサの他方の電極とスイッチ素子との共通接続部から接地部に流れる電流に応じた電圧を検出し、この電圧に、かさ上げ電圧生成部で生成されたかさ上げ電圧を加算した電圧が、増幅部によって増幅され、増幅電圧として出力される。そして、基準電圧設定部によって設定された基準電圧と増幅電圧とが、電圧比較部によって比較され、その比較結果に応じて出力された信号に基づいて、制御回路により、スイッチ素子がオン／オフされる。
【００１２】
また、電源電圧検出部によって検出された第１電源部の電圧が低いほど、かさ上げ電圧がより低くなるように、かさ上げ電圧生成部によって切り換えられる。したがって、増幅部により増幅が行われる前の段階で、増幅部に入力される電圧が、増幅部を駆動する第１電源部の電圧の低下に応じて低下することによって、増幅部における増幅を制限なく適切に実行することができる。
【００１３】
また、検出された第１電源部の電圧が低いほど、基準電圧もまた、より低くなるように基準電圧設定部によって設定される。したがって、第１電源部の電圧の低下に伴う増幅電圧の低下に対応して、電圧比較部での比較の基準である基準電圧がより低下するので、第１電源部の電圧が低下した状態においても、電圧比較部における比較を適切に行うことができ、その結果、第１電源部の電圧が変動しても、ＤＣＤＣコンバータの正常な動作を維持することができる。
【００１４】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のＤＣＤＣコンバータ１において、基準電圧設定部４０により基準電圧を切り換えた後に、かさ上げ電圧生成部３０によりかさ上げ電圧を切り換えることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、増幅部を作動させる第１電源部の電圧の低下を検出したときには、先に基準電圧を切り換えた後に、かさ上げ電圧が切り換えられる。これにより、電源電圧の低下に伴ってかさ上げ電圧および基準電圧が低下する際、電圧比較部での比較結果に基づくスイッチ素子のオン／オフの制御、すなわちコンデンサへの充電の制御を、適切に行うことが可能になり、第１電源部の電圧の低下の前後におけるＤＣＤＣコンバータの正常な動作を維持することができる。
【００１６】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載のＤＣＤＣコンバータ１において、かさ上げ電圧生成部３０は、第２電源部３１と、第２電源部３１よりも電圧が低い第２接地部３２との間に直列に接続された複数の抵抗Ｒ１〜Ｒ３と、直列に接続された複数の抵抗Ｒ１〜Ｒ３間の中間端子と増幅アンプの間にそれぞれ設けられた複数のスイッチＳＷ１、ＳＷ２と、電源電圧検出部２６によって検出された第１電源部２１の電圧が低いほど、第２接地部３１側のスイッチをオンするとともに他のスイッチをオフすることにより、かさ上げ電圧がより低くなるように、かさ上げ電圧を切り換えるかさ上げ電圧制御回路（制御回路２４）と、を有していることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、電源電圧検出部で検出された第１電源部の電圧が低いほど、第２接地部により近い側のスイッチがオンされるとともに他のスイッチがオフされ、第２電源部からオンされたスイッチの間の抵抗に応じてより大きく降圧された第２電源部の電圧が、かさ上げ電圧として、電流検出部からの電圧に加算される。このように、増幅部に入力される電圧が、第１電源部の電圧の低下に応じて低下することによって、増幅部における増幅を制限なく適切に実行することができる。
【００１８】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載のＤＣＤＣコンバータ１において、基準電圧設定部４０は、第２電源部３１と第２接地部３２との間に直列に接続された複数の複数の抵抗Ｒ４〜Ｒ６と、直列に接続された複数の抵抗Ｒ４〜Ｒ６間の中間端子と電圧比較部２３の間にそれぞれ設けられた複数のスイッチＳＷ３、ＳＷ４と、電源電圧検出部２６によって検出された第１電源部３１の電圧が低いほど、第２接地部３２側のスイッチをオンするとともに他のスイッチをオフすることにより、基準電圧がより低くなるように、基準電圧を切り換える基準電圧制御回路２４と、を有していることを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、電源電圧検出部で検出された第１電源部の電圧が低いほど、第２接地部により近い側のスイッチがオンされるとともに他のスイッチがオフされ、第２電源部からオンされたスイッチの間の抵抗に応じてより大きく降圧された第２電源部の電圧が、基準電圧として電圧比較部に供給される。すなわち、第１電源部の電圧の低下に伴う増幅電圧の低下に応じ、電圧比較部での比較の基準である基準電圧をより低下させることによって、第１電源部の電圧が低下した状態においても、電圧比較部における比較を適切に行うことができ、その結果、ＤＣＤＣコンバータの正常な動作を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＤＣＤＣコンバータを示す回路図である。
【図２】図１の電流検出部、増幅アンプおよびかさ上げ電圧生成部を示す回路図である。
【図３】図１のＤＣＤＣコンバータの動作例を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態に係るＤＣＤＣコンバータを示す回路図である。
【図５】図３のＤＣＤＣコンバータの動作例を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の第３実施形態に係るＤＣＤＣコンバータを示す回路図である。
【図７】図５のＤＣＤＣコンバータの動作例を示すタイミングチャートである。
【図８】従来のＤＣＤＣコンバータを示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態に係るＤＣＤＣコンバータについて、図面を参照しながら説明する。このＤＣＤＣコンバータ１は、例えば、車両に搭載された内燃機関を制御する電子制御装置（以下「ＥＣＵ」という）（図示せず）に搭載されており、前述した従来のＤＣＤＣコンバータ７０と近似した構成を有している。以下、従来のＤＣＤＣコンバータ７０と同様の構成要素には同じ符号を付して、本実施形態のＤＣＤＣコンバータ１について説明する。
【００２２】
図１に示すように、ＤＣＤＣコンバータ１は、コンデンサＣを有するＤＣＤＣコンバータ本体１０と、このコンデンサＣへの充電、および例えばインジェクタなどの負荷（図示せず）の駆動回路２へ放電を制御するための制御部２０を備えている。ＤＣＤＣコンバータ本体１０は、バッテリー電圧ＶＢを供給するための主電源部１１と、この主電源部１１に一端側が接続されたコイルＬと、コイルＬの他端側にアノードが接続されたダイオードＤを有しており、このダイオードＤのカソードは、コンデンサＣの一方の電極に接続されている。また、コイル１２の他端側には、主電源部１１のバッテリー電圧ＶＢよりも電圧が低い接地部１２との間に、スイッチ素子Ｔｒおよび電流検出部１３が、コイルＬ側から順に直列に接続されている。
【００２３】
スイッチ素子Ｔｒは、例えばＭＯＳトランジスタ、ＩＧＢＴおよびＳＩＴのいずれかで構成されたパワー半導体素子である。また、コンデンサＣの一方の電極側には、駆動回路２が接続されており、他方の電極側は、スイッチ素子Ｔｒと電流検出部１３の中間端子に接続されており、すなわち、接地部１２側にスイッチ素子Ｔｒおよび電流検出部１３と共通接続されている。
【００２４】
図２に示すように、電流検出部１３は、例えばシャント抵抗ＳＲを有しており、スイッチ素子Ｔｒと接地部１２の間を流れる電流に応じた電圧信号を、制御部２０に出力する。また、制御部２０は、ＩＣチップ３の一部として設けられており、バッテリー電圧を降圧した電圧ＶＤＤ１を供給する第１電源部２１、増幅アンプ２２（増幅部）、電圧比較部２３、および制御回路２４などを有している。
【００２５】
増幅アンプ２２は、第１電源部２１からの電圧ＶＤＤ１で駆動されるオペアンプＯＡおよびその周辺回路などで構成されており、この増幅アンプ２２に、前述した電流検出部１３から出力された電圧信号が入力される。具体的には、オペアンプＯＡの非反転入力端子にシャント抵抗ＲＳの主源部１１側の端子が、抵抗Ｒａを介して接続され、反転入力端子に同じく接地部１２側の端子が、抵抗Ｒｂを介して接続されている。また、非反転入力端子には、後述するかさ上げ電圧生成部３０が、抵抗Ｒｃを介して接続されている。また、オペアンプＯＡの出力側と反転入力端子との間には帰還抵抗Ｒｄが設けられている。
【００２６】
また、制御部２０は、電圧ＶＤＤ２を供給する第２電源部３１、かさ上げ電圧生成部３０および基準電圧設定部４０を有している。かさ上げ電圧生成部３０は、第２電源部３１と、電圧ＶＤＤ２よりも電圧の低い第２接地部３２の間に設けられ、第２電源部３１側から順に直列に接続された第１〜第３抵抗Ｒ１〜Ｒ３を有している。また、第１および第２抵抗Ｒ１、Ｒ２の間の中間端子と、増幅アンプ２２との間には、第１スイッチＳＷ１が設けられており、第２および第３抵抗Ｒ２、Ｒ３の間の中間端子と、増幅アンプ２２との間には、第２スイッチＳＷ２が設けられている。
【００２７】
第１および第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２には、制御回路２４が接続されており、制御回路２４からの第１の制御信号によって、第１および第２スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２がそれぞれオン／オフされる。
【００２８】
基準電圧設定部４０は、上述したかさ上げ電圧生成部３０と同様に構成されており、第２電源部３１と第２接地部３２の間において直列に接続された第４〜第６抵抗Ｒ４〜Ｒ６と、第４および第５抵抗Ｒ４、Ｒ５の間の中間端子と電圧比較部２３の間に設けられた第３スイッチＳＷ３と、第５および第６スイッチＳＷ５、ＳＷ６の間の中間端子と電流比較器２３の間に設けられた第４スイッチＳＷ４とを有している。また、第３および第４スイッチＳＷ３、ＳＷ４は、制御回路２４に接続されており、制御回路２４からの第２の制御信号によって、それぞれオン／オフされる。
【００２９】
また、第１電源部２１と増幅アンプ２２の間には電圧検出部２６が設けられており、第１電源部２１および増幅アンプ２２の間の電圧ＶＤＤ１を検出して制御回路２４に出力する。
【００３０】
次いで、上述したＤＣＤＣコンバータ１の動作を、図３を参照しながら説明する。同図に示すように、タイミングｔ１においてイグニッションスイッチがオンされ、内燃機関が始動されると（いずれも図示せず）、主電源部１１の電圧ＶＢが徐々に上昇し、所定の電圧で安定する。また、第１電源部２１の電圧ＶＤＤ１も、主電源部１１から若干、遅れて徐々に上昇し、バッテリー電圧ＶＢよりも低い所定の電圧で安定する。
【００３１】
そして、タイミングｔ２において、制御回路２４によりスイッチ素子Ｔｒの制御が開始され、スイッチ素子Ｔｒがオンされるのに伴って第１電源部２１から接地部１２に電流が流れることにより、スイッチ素子Ｔｒがオフされるまで電流検出部１３で検出される電流値が、上昇する。スイッチ素子Ｔｒのオフと同時に電流が停止するので、電流値は０に戻る。このようなスイッチ素子のオン／オフが、所定のデューティ比のＰＷＭ制御により反復されることによって、コンデンサＣが充電され、ＤＣＤＣコンバータ１から出力される電圧が徐々に上昇する。そして、出力される電圧が所定の出力電圧に達したところで、ＰＷＭ制御が一旦、停止される。
【００３２】
そして、タイミングｔ３において、駆動回路２が、始動時のイニシャル状態から通常の動作が可能な状態に切り換えられ、タイミングｔ４において、駆動回路２の動作により、コンデンサＣに蓄積された電荷が急激に放電されると、電流検出部１３で検出される電圧がマイナスになる。その結果、検出された電圧がプラスの所定の電圧に回復するまで、スイッチ素子Ｔｒがオンに維持され、回復した後は、通常のＰＷＭ制御に戻される。
【００３３】
以上のようなＤＣＤＣコンバータ１の動作中に、バッテリー電圧ＶＢが低下し始めた場合、それに伴って電圧ＶＤＤ１も、バッテリー電圧ＶＢに若干、遅れて低下し始める。この電圧ＶＤＤ１が通常時よりも低下したことは、電圧検出部２６によって検出され、検出された電圧が、タイミングｔ５において、閾値電圧ＶＬＩＭまで低下したときには、まず、基準電圧の切換えが行われる。すなわち、基準電圧設定部４０への第２の制御信号がオンされることにより、スイッチＳＷ３がオフされる一方、スイッチＳＷ４がオンされることによって、基準電圧がより低い値に切り換えられる。
【００３４】
また、基準電圧の切換え直後のタイミングｔ６において、かさ上げ電圧生成部３０への第１の制御信号がオンされることによって、スイッチＳＷ１がオフされる一方、スイッチＳＷ２がオンされ、より低いかさ上げ電圧に切り換えられる。これにより、電圧比較部２３における出力電圧と基準電圧の比較が、電圧ＶＤＤ１の低下前と同様に適切に実行され、スイッチ素子Ｔｒのオン／オフが適切に制御される結果、ＤＣＤＣコンバータ１からの出力電圧が維持される。
【００３５】
また、バッテリー電圧ＶＢが上昇を開始し、回復に向かうと、それに伴って電圧ＶＤＤ１もまた、上昇し始める。タイミングｔ７において、電圧ＶＤＤ１が閾値電圧ＶＬＩＭに達し、これを電圧検出部２６で検出すると、電圧ＶＤＤ１が低下していたときとは逆に、スイッチＳＷ２をオフする一方、スイッチＳＷ１をオンすることによって、かさ上げ電圧を電圧ＶＤＤ１の低下前の状態に復帰させる。
【００３６】
そして、タイミングｔ８において、スイッチＳＷ４をオフする一方、スイッチＳＷ３をオンすることによって、基準電圧もまた、もとの電圧に戻され、ＤＣＤＣコンバータ１は、通常の動作状態に復帰する。
【００３７】
以上のように、本実施形態のＤＣＤＣコンバータ１によれば、電圧検出部２６によって第１電源部２１の電圧ＶＤＤ１の低下が検出されると、かさ上げ電圧生成部３０により、かさ上げ電圧がより低くなるように切り換えられる。したがって、かさ上げ電圧が加算された増幅アンプ２２に入力される電圧が、増幅アンプ２２により増幅が行われる前の段階で、第１電源部２１の電圧ＶＤＤ１の低下に応じて低下することによって、増幅アンプ２２における増幅を制限なく適切に実行することができる。また、オペアンプＯＡを飽和領域での動作に維持でき、非飽和領域での動作が防止される結果、増幅アンプ２２の耐久性、ひいてはＤＣＤＣコンバータ１の耐久性を向上させることができる。
【００３８】
また、第１電源部２１の電圧ＶＤＤ１の低下が検出されると、基準電圧もまた、より低くなるように基準電圧設定部４０によって切り換えられる。すなわち、電圧ＶＤＤ１の低下に伴う増幅電圧の低下に対応して、電圧比較部２３での比較の基準である基準電圧が低下するので、第１電源部２１の電圧ＶＤＤ１が低下した状態においても、電圧比較部２３における比較を適切に行うことができ、その結果、電圧ＶＤＤ１が低下しても、ＤＣＤＣコンバータ１の動作を維持し、駆動回路２へ電圧を安定して供給することができる。
【００３９】
また、第１電源部２１の電圧ＶＤＤ１の低下を検出したときには、先に基準電圧を切り換えた後に、かさ上げ電圧が切り換えられる。このように、電圧ＶＤＤ１の低下に伴ってかさ上げ電圧および基準電圧が低下する際、先に基準電圧を切り換えておくことによって、電圧比較部２３での比較結果に基づくスイッチ素Ｔｒのオン／オフの制御、すなわちコンデンサＣへの充電の制御を、適切に行うことが可能になり、電圧ＶＤＤ１の低下の前後におけるＤＣＤＣコンバータ１の正常な動作をより確実に維持することができる。
【００４０】
なお、上述した第１実施形態のＤＣＤＣコンバータ１では、第１〜第３抵抗Ｒ１〜Ｒ３によって、かさ上げ電圧を２段階に切り換えて増幅アンプ２２に供給するように、かさ上げ電圧生成部３０を構成したが、これに限定されることなく、第２電源部３１と第２接地部３２の間により多くの抵抗およびスイッチを設け、電圧ＶＤＤ１の低下度合いに応じて、かさ上げ電圧を３段階以上の多段階に切り換えて供給するようにしてもよい。同様に、基準電圧設定部４０にもより多くの抵抗およびスイッチを設けることにより、電圧ＶＤＤ１の低下度合いに応じて基準電圧を多段階に切り換えて電流比較器２３に供給するようにしてもよい。
【００４１】
［第２実施形態］
図４は、第２実施形態のＤＣＤＣコンバータ５０を示している。このＤＣＤＣコンバータ５０は、上述した第１実施形態のＤＣＤＣコンバータ１と比較して、増幅アンプ、かさ上げ電圧生成部および基準電圧生成部の構成が主に異なっている。したがって、以下の説明では、これらの第１実施形態との差異を中心として説明する。
【００４２】
本実施形態のＤＣＤＣコンバータ５０では、電流検出部１３と電圧比較部２３の間には、Ｎチャンネル型増幅アンプ５３およびＰチャンネル型増幅アンプ５４が並列に設けられており、両増幅アンプ５３、５４と電流検出部１３の間には、スイッチＳＷ５、ＳＷ６がそれぞれ設けられている。スイッチＳＷ５、ＳＷ６は、制御回路２４に接続されており、制御回路２４からの制御信号によって、両増幅アンプ５３、５４の電流検出部１３との接続を、バイアス電流源回路５５、５５との接続にそれぞれ切り換える。バイアス電流源回路５５は、両増幅アンプ５３、５４に一定の電流が流れるための定電圧を供給する。
【００４３】
また、本実施形態のかさ上げ電圧生成部は、前述した従来のＤＣＤＣコンバータ７０のかさ上げ電圧生成部７２と同様に構成されており、第２電源部３１と第２接地部３２の間に直列に接続された抵抗Ｒ７、Ｒ８を有している。第２電源部３１の電圧ＶＤＤ２は、抵抗Ｒ７、Ｒ８により分割されることによって降圧され、かさ上げ電圧としてＮチャンネル型増幅アンプ５３およびＰチャンネル型増幅アンプ５４にそれぞれ入力される。
【００４４】
また、本実施形態の基準電圧設定部もまた、前述した従来のＤＣＤＣコンバータ７０のかさ上げ電圧生成部７２と同様に構成されており、第２電源部３１と第２接地部３２の間に直列に接続された抵抗Ｒ９、Ｒ１０を有している。第２電源部３１の電圧ＶＤＤ２は、抵抗Ｒ９、Ｒ１０により分割されることによって降圧され、基準電圧として電圧比較部２３に入力される。
【００４５】
図５は、上述した第２実施形態のＤＣＤＣコンバータ５０の動作例を示している。この動作例では、ＤＣＤＣコンバータ５０は、前述した第１実施形態のＤＣＤＣコンバータ１と基本的に同様に動作する。前述した第１実施形態では、電圧ＶＤＤ１が閾値電圧ＶＬＩＭまで低下したときに、基準電圧を切り換えたが、本実施形態では、タイミングｔ１１において、電圧ＶＤＤ１が閾値電圧ＶＬＩＭまで低下したときに、制御信号をオンすることにより、スイッチＳＷ５およびスイッチＳＷ６を切り換えることによって、Ｎチャンネル型増幅アンプ５３およびＰチャンネル型増幅アンプ５４への入力電圧を、電流検出部１３で検出された電圧から、バイアス電流源５５からのものに切り換える。
【００４６】
これにより、電流検出部１３からの電圧の変動が遮断され、バイアス電流源５５からの一定の電圧にかさ上げ電圧を加算した電圧を、増幅することができる。したがって、電圧ＶＤＤ１が低下した状態であっても、増幅電圧と基準電圧の電圧比較部２３での比較を適切に行うことができ、ＤＣＤＣコンバータ５０の正常な動作を維持することができる。
【００４７】
そして、タイミングｔ１２において、電圧ＶＤＤ１が閾値電圧ＶＬＩＭまで回復すると、スイッチＳＷ５およびスイッチＳＷ６を切り換えることによって、両増幅アンプ５３、５４への入力電圧が、電流検出部１３からのものに戻され、ＤＣＤＣコンバータ５０は、通常の動作に復帰する。
【００４８】
［第３実施形態］
図５は、第３実施形態のＤＣＤＣコンバータ６０を示している。このＤＣＤＣコンバータ６０は、前述した第１実施形態のＤＣＤＣコンバータ１と比較して、増幅アンプ、かさ上げ電圧生成部および基準電圧生成部の構成が主に異なっている。したがって、以下の説明では、これらの第１実施形態との差異を中心として説明する。
【００４９】
本実施形態では、電流検出部１３と増幅アンプ２２の間にスイッチＳＷ１１が設けられている。このスイッチＳＷ１１には、放電検出回路６３が接続されており、この放電検出回路６３は、駆動回路２の作動に伴い、コンデンサＣに充電された電荷が放電されたことを検出すると、制御信号によりスイッチＳＷ１１を切り換えることによって、増幅アンプ２２から電流検出部１３を遮断する一方、増幅アンプ２２にバイアス電流源５５を接続させる。
【００５０】
また、本実施形態のかさ上げ電圧生成部および基準電圧設定部は、前述した従来のＤＣＤＣコンバータ７０および第２実施形態と同様に構成されている。
【００５１】
図７は、上述した第３実施形態のＤＣＤＣコンバータ６０の動作例を示している。この動作例では、ＤＣＤＣコンバータ６０は、前述した第１実施形態のＤＣＤＣコンバータ１と基本的に同様に動作する。前述した第１実施形態では、電圧ＶＤＤ１が閾値電圧ＶＬＩＭまで低下したときに、基準電圧を切り換えたが、本実施形態では、電圧ＶＤＤ１が閾値電圧ＶＬＩＭを下回っているときに、タイミングｔ２１において放電が行われ、そのことを放電検出回路６３が検出すると、制御信号をオンすることにより、スイッチＳＷ１１を切り換えることによって、増幅アンプ２２への入力電圧を、電流検出部１３で検出された電圧から、バイアス電流源５５からのものに切り換える。
【００５２】
これにより、電流検出部１３からの電圧の変動が遮断され、バイアス電流源５５からの一定の電圧にかさ上げ電圧を加算した電圧を、増幅することができる。したがって、電圧ＶＤＤ１が低下した状態であっても、増幅電圧と基準電圧の電圧比較部２３での比較を適切に行うことができ、ＤＣＤＣコンバータ６０の正常な動作を維持することができる。
【００５３】
そして、タイミングｔ２２において、放電検出回路６３により放電が一旦、終了したことを検出すると、スイッチＳＷ１１を切り換えることによって、増幅アンプ２２への入力電圧が、電流検出部１３からのものに戻され、ＤＣＤＣコンバータ６０は、通常の動作に復帰する。
【００５４】
なお、上述した各実施形態では、ＤＣＤＣコンバータは内燃機関を制御するＥＣＵに搭載されたものとして、説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、ＤＣＤＣコンバータを用いて負荷に電圧を供給する種々の電源回路や制御装置に適用してもよい。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１ ＤＣＤＣコンバータ
１１ 主電源部
１２ 接地部
１３ 電流検出部
２１ 第１電源部
２２ 増幅アンプ（増幅部）
２３ 電圧比較部
２４ 制御回路（かさ上げ電圧制御回路、基準電圧制御回路）
２６ 電源電圧検出部
３０ かさ上げ電圧生成部
３１ 第２電源部
３２ 第２接地部
４０ 基準電圧設定部
Ｌ コイル
Ｔｒ スイッチ素子
Ｃ コンデンサ
Ｒ１〜Ｒ６ 抵抗
ＳＷ１〜ＳＷ４ スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源の電圧を昇圧して負荷に出力するＤＣＤＣコンバータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図８は、従来のＤＣＤＣコンバータの回路図を示している。このＤＣＤＣコンバータ７０のＤＣＤＣコンバータ本体１０は、バッテリーからの電圧ＶＢを供給する主電源１１に一方の端部が接続されたコイルＬと、コイルＬの他方の端部にアノード側が接続されたダイオードＤを備えている。また、コイルＬの他方の端部と接地部１２の間には、コイルＬ側から順にスイッチ素子Ｔｒ、および例えばシャント抵抗を有する電流検出部１３が接続されている。また、ＤＣＤＣコンバータ本体１０には、一方の電極がダイオードＤのカソード側に接続され、他方の電極が電流検出部１３にスイッチ素子Ｔｒと共通接続されたコンデンサＣが、設けられている。
【０００３】
また、ＤＣＤＣコンバータ７０は、スイッチ素子Ｔｒのオン／オフを制御する制御部７１を備えている。この制御部７１は、ＩＣチップ３の一部として設けられており、電流検出部１３を流れる電流に応じて検出された電圧を増幅して出力する増幅アンプ２２と、増幅アンプ２２から出力された増幅電圧と基準電圧設定部７３で生成された基準電圧とを比較し、その結果に応じた信号を出力する電圧比較部２３と、この電圧比較部２３からの出力信号に応じて、スイッチ素子Ｔｒをオン／オフするための信号を出力する制御回路７４を有している。増幅アンプ２２および電圧比較部２３は、第１電源部２１から供給される電圧ＶＤＤ１で駆動される。
【０００４】
また、制御部７１は、かさ上げ電圧生成部７２を有しており、このかさ上げ電圧生成部７２は、かさ上げ電圧を生成し、生成したかさ上げ電圧を、増幅アンプ２２に入力される電流検出部１３からの電圧に加算してかさ上げすることによって、電圧比較部２３で基準電圧と比較するのに十分な増幅電圧を確保している。また、基準電圧は、基準電圧設定部７３で設定される。
【０００５】
また、従来のＤＣＤＣコンバータとして、特許文献１に開示されたものが知られている。このＤＣＤＣコンバータは、直流電源の出力を変換して所望の電圧を生成する主回路と、この主回路に並列に設けられたバックアップ回路と、制御回路を備えている。制御回路は、通常動作時において、主回路から出力される電圧が目標電圧に維持されるように、主回路の主スイッチのオン／オフを制御する。また、このＤＣＤＣコンバータでは、直流電源から入力される入力電圧が所定の閾値を下回ったときなど、主回路の動作に異常が発生すると、主回路を停止するとともにバックアップ回路を起動し、直流電源からバックアップ回路を経由して負荷に電圧が供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２３０１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述した従来のＤＣＤＣコンバータ７０では、第１電源部２１の電圧ＶＤＤ１が低下した場合、増幅アンプ２２から出力される増幅電圧の大きさが制限され、電圧比較部２３での基準電圧との比較が適正に行われず、コンデンサＣへの充電、ひいてはその放電対象の駆動に支障を来すおそれがある。これを回避するためには、第１電源部２１の電圧低下に応じて、かさ上げ電圧による電圧のかさ上げ量をより小さくするとともに、それに応じて電圧比較部２３で比較する基準電圧もより低くすることが考えられる。しかし、その場合、例えばコンデンサＣからの放電が急激に行われ、コンデンサＣの電流検出部１３側の電位がマイナスになったときなどに、増幅アンプ２２に入力される電圧が、かさ上げしたとしても増幅アンプ２２を飽和領域で動作させられるレベルに達せず、増幅アンプ２２が非飽和領域で動作するおそれがある。このような増幅アンプ２２の非飽和領域での動作と飽和領域での動作の間の変動が継続すると、増幅アンプ２２を構成する素子の劣化を促進してしまうおそれがある。また、このような動作領域の変動を回避するために、例えば上述した特許文献に係るＤＣＤＣコンバータのように、バックアップ回路を設けることが考えられるが、その場合、バックアップ回路の分、回路構成が複雑化し、基板面積の増大や製造コストの増大を招いてしまう。
【０００８】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、回路の複雑化および増幅アンプの動作領域の変動を抑制しながら、電源電圧の変動にかかわらず、安定して電圧を出力することができるＤＣＤＣコンバータを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、特許請求の範囲に記載の請求項１に係るＤＣＤＣコンバータ１は、一端側が主電源部１１に接続されたコイルＬと、コイルＬと主電源部１１よりも電圧が低い接地部１２との間に設けられたスイッチ素子Ｔｒと、一方の電極がコイルＬ側に接続され、他方の電極が接地部１２側に共通接続されたコンデンサＣと、スイッチ素子ＴｒとコンデンサＣとの共通接続部と、接地部１２との間に設けられ、共通接続部と接地部１２の間を流れる電流に応じた電圧信号を出力する電流検出部１３と、電流検出部１３から出力された電圧信号に応じてスイッチ素子Ｔｒのオン／オフを制御する制御回路２４と、を備えたＤＣＤＣコンバータ１であって、第１電源部２１と、第１電源部２１の電圧を検出する電源電圧検出部２６と、かさ上げ電圧を生成するかさ上げ電圧生成部３０と、第１電源部２１からの電圧によって動作し、電流検出部１３によって検出された電圧信号に対し、かさ上げ電圧生成部３０によって生成されたかさ上げ電圧を加えた電圧に応じた増幅電圧を出力する増幅部（実施形態における（以下、本項において同じ）「増幅アンプ２２」）と、基準電圧を設定する基準電圧設定部４０と、増幅部から出力された増幅電圧と、基準電圧設定部４０によって設定された基準電圧とを比較し、比較結果に応じた信号を出力する電圧比較部２３と、を備え、制御回路２４は、電圧比較部２３から出力された信号に応じてスイッチ素子Ｔｒのオン／オフを制御するように構成され、かさ上げ電圧生成部３０は、電源電圧検出部２６によって検出された第１電源部２１の電圧が低いほど、かさ上げ電圧がより低くなるようにかさ上げ電圧を切り換えるように構成され、基準電圧設定部４０は、電源電圧検出部２６によって検出された電圧が低いほど、基準電圧がより低くなるように基準電圧を切り換えるように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
このＤＣＤＣコンバータによれば、主電源部と接地部との間には、主電源部側から順に、コイル、スイッチ素子および電流検出部が設けられ、電流検出部によって検出された電流に基づく電圧信号に応じて、制御回路によりスイッチ素子がオン／オフされる。それにより、主電源部に接続されたコイルを介して、主電源部からコンデンサに充電され、電荷が蓄積される一方、コンデンサの一方の電極側から、ＤＣＤＣコンバータの出力対象に放電される。
【００１１】
また、電流検出部は、コンデンサの他方の電極とスイッチ素子との共通接続部から接地部に流れる電流に応じた電圧を検出し、この電圧に、かさ上げ電圧生成部で生成されたかさ上げ電圧を加算した電圧が、増幅部によって増幅され、増幅電圧として出力される。そして、基準電圧設定部によって設定された基準電圧と増幅電圧とが、電圧比較部によって比較され、その比較結果に応じて出力された信号に基づいて、制御回路により、スイッチ素子がオン／オフされる。
【００１２】
また、電源電圧検出部によって検出された第１電源部の電圧が低いほど、かさ上げ電圧がより低くなるように、かさ上げ電圧生成部によって切り換えられる。したがって、増幅部により増幅が行われる前の段階で、増幅部に入力される電圧が、増幅部を駆動する第１電源部の電圧の低下に応じて低下することによって、増幅部における増幅を制限なく適切に実行することができる。
【００１３】
また、検出された第１電源部の電圧が低いほど、基準電圧もまた、より低くなるように基準電圧設定部によって設定される。したがって、第１電源部の電圧の低下に伴う増幅電圧の低下に対応して、電圧比較部での比較の基準である基準電圧がより低下するので、第１電源部の電圧が低下した状態においても、電圧比較部における比較を適切に行うことができ、その結果、第１電源部の電圧が変動しても、ＤＣＤＣコンバータの正常な動作を維持することができる。
【００１４】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のＤＣＤＣコンバータ１において、基準電圧設定部４０により基準電圧を切り換えた後に、かさ上げ電圧生成部３０によりかさ上げ電圧を切り換えることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、増幅部を作動させる第１電源部の電圧の低下を検出したときには、先に基準電圧を切り換えた後に、かさ上げ電圧が切り換えられる。これにより、電源電圧の低下に伴ってかさ上げ電圧および基準電圧が低下する際、電圧比較部での比較結果に基づくスイッチ素子のオン／オフの制御、すなわちコンデンサへの充電の制御を、適切に行うことが可能になり、第１電源部の電圧の低下の前後におけるＤＣＤＣコンバータの正常な動作を維持することができる。
【００１６】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載のＤＣＤＣコンバータ１において、かさ上げ電圧生成部３０は、第２電源部３１と、第２電源部３１よりも電圧が低い第２接地部３２との間に直列に接続された複数の抵抗Ｒ１〜Ｒ３と、直列に接続された複数の抵抗Ｒ１〜Ｒ３間の中間端子と増幅アンプの間にそれぞれ設けられた複数のスイッチＳＷ１、ＳＷ２と、電源電圧検出部２６によって検出された第１電源部２１の電圧が低いほど、第２接地部３１側のスイッチをオンするとともに他のスイッチをオフすることにより、かさ上げ電圧がより低くなるように、かさ上げ電圧を切り換えるかさ上げ電圧制御回路（制御回路２４）と、を有していることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、電源電圧検出部で検出された第１電源部の電圧が低いほど、第２接地部により近い側のスイッチがオンされるとともに他のスイッチがオフされ、第２電源部からオンされたスイッチの間の抵抗に応じてより大きく降圧された第２電源部の電圧が、かさ上げ電圧として、電流検出部からの電圧に加算される。このように、増幅部に入力される電圧が、第１電源部の電圧の低下に応じて低下することによって、増幅部における増幅を制限なく適切に実行することができる。
【００１８】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載のＤＣＤＣコンバータ１において、基準電圧設定部４０は、第２電源部３１と第２接地部３２との間に直列に接続された複数の複数の抵抗Ｒ４〜Ｒ６と、直列に接続された複数の抵抗Ｒ４〜Ｒ６間の中間端子と電圧比較部２３の間にそれぞれ設けられた複数のスイッチＳＷ３、ＳＷ４と、電源電圧検出部２６によって検出された第１電源部３１の電圧が低いほど、第２接地部３２側のスイッチをオンするとともに他のスイッチをオフすることにより、基準電圧がより低くなるように、基準電圧を切り換える基準電圧制御回路２４と、を有していることを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、電源電圧検出部で検出された第１電源部の電圧が低いほど、第２接地部により近い側のスイッチがオンされるとともに他のスイッチがオフされ、第２電源部からオンされたスイッチの間の抵抗に応じてより大きく降圧された第２電源部の電圧が、基準電圧として電圧比較部に供給される。すなわち、第１電源部の電圧の低下に伴う増幅電圧の低下に応じ、電圧比較部での比較の基準である基準電圧をより低下させることによって、第１電源部の電圧が低下した状態においても、電圧比較部における比較を適切に行うことができ、その結果、ＤＣＤＣコンバータの正常な動作を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＤＣＤＣコンバータを示す回路図である。
【図２】図１の電流検出部、増幅アンプおよびかさ上げ電圧生成部を示す回路図である。
【図３】図１のＤＣＤＣコンバータの動作例を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態に係るＤＣＤＣコンバータを示す回路図である。
【図５】図３のＤＣＤＣコンバータの動作例を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の第３実施形態に係るＤＣＤＣコンバータを示す回路図である。
【図７】図５のＤＣＤＣコンバータの動作例を示すタイミングチャートである。
【図８】従来のＤＣＤＣコンバータを示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態に係るＤＣＤＣコンバータについて、図面を参照しながら説明する。このＤＣＤＣコンバータ１は、例えば、車両に搭載された内燃機関を制御する電子制御装置（以下「ＥＣＵ」という）（図示せず）に搭載されており、前述した従来のＤＣＤＣコンバータ７０と近似した構成を有している。以下、従来のＤＣＤＣコンバータ７０と同様の構成要素には同じ符号を付して、本実施形態のＤＣＤＣコンバータ１について説明する。
【００２２】
図１に示すように、ＤＣＤＣコンバータ１は、コンデンサＣを有するＤＣＤＣコンバータ本体１０と、このコンデンサＣへの充電、および例えばインジェクタなどの負荷（図示せず）の駆動回路２へ放電を制御するための制御部２０を備えている。ＤＣＤＣコンバータ本体１０は、バッテリー電圧ＶＢを供給するための主電源部１１と、この主電源部１１に一端側が接続されたコイルＬと、コイルＬの他端側にアノードが接続されたダイオードＤを有しており、このダイオードＤのカソードは、コンデンサＣの一方の電極に接続されている。また、コイル１２の他端側には、主電源部１１のバッテリー電圧ＶＢよりも電圧が低い接地部１２との間に、スイッチ素子Ｔｒおよび電流検出部１３が、コイルＬ側から順に直列に接続されている。
【００２３】
スイッチ素子Ｔｒは、例えばＭＯＳトランジスタ、ＩＧＢＴおよびＳＩＴのいずれかで構成されたパワー半導体素子である。また、コンデンサＣの一方の電極側には、駆動回路２が接続されており、他方の電極側は、スイッチ素子Ｔｒと電流検出部１３の中間端子に接続されており、すなわち、接地部１２側にスイッチ素子Ｔｒおよび電流検出部１３と共通接続されている。
【００２４】
図２に示すように、電流検出部１３は、例えばシャント抵抗ＳＲを有しており、スイッチ素子Ｔｒと接地部１２の間を流れる電流に応じた電圧信号を、制御部２０に出力する。また、制御部２０は、ＩＣチップ３の一部として設けられており、バッテリー電圧を降圧した電圧ＶＤＤ１を供給する第１電源部２１、増幅アンプ２２（増幅部）、電圧比較部２３、および制御回路２４などを有している。
【００２５】
増幅アンプ２２は、第１電源部２１からの電圧ＶＤＤ１で駆動されるオペアンプＯＡおよびその周辺回路などで構成されており、この増幅アンプ２２に、前述した電流検出部１３から出力された電圧信号が入力される。具体的には、オペアンプＯＡの非反転入力端子にシャント抵抗ＲＳの主源部１１側の端子が、抵抗Ｒａを介して接続され、反転入力端子に同じく接地部１２側の端子が、抵抗Ｒｂを介して接続されている。また、非反転入力端子には、後述するかさ上げ電圧生成部３０が、抵抗Ｒｃを介して接続されている。また、オペアンプＯＡの出力側と反転入力端子との間には帰還抵抗Ｒｄが設けられている。
【００２６】
また、制御部２０は、電圧ＶＤＤ２を供給する第２電源部３１、かさ上げ電圧生成部３０および基準電圧設定部４０を有している。かさ上げ電圧生成部３０は、第２電源部３１と、電圧ＶＤＤ２よりも電圧の低い第２接地部３２の間に設けられ、第２電源部３１側から順に直列に接続された第１〜第３抵抗Ｒ１〜Ｒ３を有している。また、第１および第２抵抗Ｒ１、Ｒ２の間の中間端子と、増幅アンプ２２との間には、第１スイッチＳＷ１が設けられており、第２および第３抵抗Ｒ２、Ｒ３の間の中間端子と、増幅アンプ２２との間には、第２スイッチＳＷ２が設けられている。
【００２７】
第１および第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２には、制御回路２４が接続されており、制御回路２４からの第１の制御信号によって、第１および第２スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２がそれぞれオン／オフされる。
【００２８】
基準電圧設定部４０は、上述したかさ上げ電圧生成部３０と同様に構成されており、第２電源部３１と第２接地部３２の間において直列に接続された第４〜第６抵抗Ｒ４〜Ｒ６と、第４および第５抵抗Ｒ４、Ｒ５の間の中間端子と電圧比較部２３の間に設けられた第３スイッチＳＷ３と、第５および第６スイッチＳＷ５、ＳＷ６の間の中間端子と電流比較器２３の間に設けられた第４スイッチＳＷ４とを有している。また、第３および第４スイッチＳＷ３、ＳＷ４は、制御回路２４に接続されており、制御回路２４からの第２の制御信号によって、それぞれオン／オフされる。
【００２９】
また、第１電源部２１と増幅アンプ２２の間には電圧検出部２６が設けられており、第１電源部２１および増幅アンプ２２の間の電圧ＶＤＤ１を検出して制御回路２４に出力する。
【００３０】
次いで、上述したＤＣＤＣコンバータ１の動作を、図３を参照しながら説明する。同図に示すように、タイミングｔ１においてイグニッションスイッチがオンされ、内燃機関が始動されると（いずれも図示せず）、主電源部１１の電圧ＶＢが徐々に上昇し、所定の電圧で安定する。また、第１電源部２１の電圧ＶＤＤ１も、主電源部１１から若干、遅れて徐々に上昇し、バッテリー電圧ＶＢよりも低い所定の電圧で安定する。
【００３１】
そして、タイミングｔ２において、制御回路２４によりスイッチ素子Ｔｒの制御が開始され、スイッチ素子Ｔｒがオンされるのに伴って第１電源部２１から接地部１２に電流が流れることにより、スイッチ素子Ｔｒがオフされるまで電流検出部１３で検出される電流値が、上昇する。スイッチ素子Ｔｒのオフと同時に電流が停止するので、電流値は０に戻る。このようなスイッチ素子のオン／オフが、所定のデューティ比のＰＷＭ制御により反復されることによって、コンデンサＣが充電され、ＤＣＤＣコンバータ１から出力される電圧が徐々に上昇する。そして、出力される電圧が所定の出力電圧に達したところで、ＰＷＭ制御が一旦、停止される。
【００３２】
そして、タイミングｔ３において、駆動回路２が、始動時のイニシャル状態から通常の動作が可能な状態に切り換えられ、タイミングｔ４において、駆動回路２の動作により、コンデンサＣに蓄積された電荷が急激に放電されると、電流検出部１３で検出される電圧がマイナスになる。その結果、検出された電圧がプラスの所定の電圧に回復するまで、スイッチ素子Ｔｒがオンに維持され、回復した後は、通常のＰＷＭ制御に戻される。
【００３３】
以上のようなＤＣＤＣコンバータ１の動作中に、バッテリー電圧ＶＢが低下し始めた場合、それに伴って電圧ＶＤＤ１も、バッテリー電圧ＶＢに若干、遅れて低下し始める。この電圧ＶＤＤ１が通常時よりも低下したことは、電圧検出部２６によって検出され、検出された電圧が、タイミングｔ５において、閾値電圧ＶＬＩＭまで低下したときには、まず、基準電圧の切換えが行われる。すなわち、基準電圧設定部４０への第２の制御信号がオンされることにより、スイッチＳＷ３がオフされる一方、スイッチＳＷ４がオンされることによって、基準電圧がより低い値に切り換えられる。
【００３４】
また、基準電圧の切換え直後のタイミングｔ６において、かさ上げ電圧生成部３０への第１の制御信号がオンされることによって、スイッチＳＷ１がオフされる一方、スイッチＳＷ２がオンされ、より低いかさ上げ電圧に切り換えられる。これにより、電圧比較部２３における出力電圧と基準電圧の比較が、電圧ＶＤＤ１の低下前と同様に適切に実行され、スイッチ素子Ｔｒのオン／オフが適切に制御される結果、ＤＣＤＣコンバータ１からの出力電圧が維持される。
【００３５】
また、バッテリー電圧ＶＢが上昇を開始し、回復に向かうと、それに伴って電圧ＶＤＤ１もまた、上昇し始める。タイミングｔ７において、電圧ＶＤＤ１が閾値電圧ＶＬＩＭに達し、これを電圧検出部２６で検出すると、電圧ＶＤＤ１が低下していたときとは逆に、スイッチＳＷ２をオフする一方、スイッチＳＷ１をオンすることによって、かさ上げ電圧を電圧ＶＤＤ１の低下前の状態に復帰させる。
【００３６】
そして、タイミングｔ８において、スイッチＳＷ４をオフする一方、スイッチＳＷ３をオンすることによって、基準電圧もまた、もとの電圧に戻され、ＤＣＤＣコンバータ１は、通常の動作状態に復帰する。
【００３７】
以上のように、本実施形態のＤＣＤＣコンバータ１によれば、電圧検出部２６によって第１電源部２１の電圧ＶＤＤ１の低下が検出されると、かさ上げ電圧生成部３０により、かさ上げ電圧がより低くなるように切り換えられる。したがって、かさ上げ電圧が加算された増幅アンプ２２に入力される電圧が、増幅アンプ２２により増幅が行われる前の段階で、第１電源部２１の電圧ＶＤＤ１の低下に応じて低下することによって、増幅アンプ２２における増幅を制限なく適切に実行することができる。また、オペアンプＯＡを飽和領域での動作に維持でき、非飽和領域での動作が防止される結果、増幅アンプ２２の耐久性、ひいてはＤＣＤＣコンバータ１の耐久性を向上させることができる。
【００３８】
また、第１電源部２１の電圧ＶＤＤ１の低下が検出されると、基準電圧もまた、より低くなるように基準電圧設定部４０によって切り換えられる。すなわち、電圧ＶＤＤ１の低下に伴う増幅電圧の低下に対応して、電圧比較部２３での比較の基準である基準電圧が低下するので、第１電源部２１の電圧ＶＤＤ１が低下した状態においても、電圧比較部２３における比較を適切に行うことができ、その結果、電圧ＶＤＤ１が低下しても、ＤＣＤＣコンバータ１の動作を維持し、駆動回路２へ電圧を安定して供給することができる。
【００３９】
また、第１電源部２１の電圧ＶＤＤ１の低下を検出したときには、先に基準電圧を切り換えた後に、かさ上げ電圧が切り換えられる。このように、電圧ＶＤＤ１の低下に伴ってかさ上げ電圧および基準電圧が低下する際、先に基準電圧を切り換えておくことによって、電圧比較部２３での比較結果に基づくスイッチ素Ｔｒのオン／オフの制御、すなわちコンデンサＣへの充電の制御を、適切に行うことが可能になり、電圧ＶＤＤ１の低下の前後におけるＤＣＤＣコンバータ１の正常な動作をより確実に維持することができる。
【００４０】
なお、上述した第１実施形態のＤＣＤＣコンバータ１では、第１〜第３抵抗Ｒ１〜Ｒ３によって、かさ上げ電圧を２段階に切り換えて増幅アンプ２２に供給するように、かさ上げ電圧生成部３０を構成したが、これに限定されることなく、第２電源部３１と第２接地部３２の間により多くの抵抗およびスイッチを設け、電圧ＶＤＤ１の低下度合いに応じて、かさ上げ電圧を３段階以上の多段階に切り換えて供給するようにしてもよい。同様に、基準電圧設定部４０にもより多くの抵抗およびスイッチを設けることにより、電圧ＶＤＤ１の低下度合いに応じて基準電圧を多段階に切り換えて電流比較器２３に供給するようにしてもよい。
【００４１】
［第２実施形態］
図４は、第２実施形態のＤＣＤＣコンバータ５０を示している。このＤＣＤＣコンバータ５０は、上述した第１実施形態のＤＣＤＣコンバータ１と比較して、増幅アンプ、かさ上げ電圧生成部および基準電圧生成部の構成が主に異なっている。したがって、以下の説明では、これらの第１実施形態との差異を中心として説明する。
【００４２】
本実施形態のＤＣＤＣコンバータ５０では、電流検出部１３と電圧比較部２３の間には、Ｎチャンネル型増幅アンプ５３およびＰチャンネル型増幅アンプ５４が並列に設けられており、両増幅アンプ５３、５４と電流検出部１３の間には、スイッチＳＷ５、ＳＷ６がそれぞれ設けられている。スイッチＳＷ５、ＳＷ６は、制御回路２４に接続されており、制御回路２４からの制御信号によって、両増幅アンプ５３、５４の電流検出部１３との接続を、バイアス電流源回路５５、５５との接続にそれぞれ切り換える。バイアス電流源回路５５は、両増幅アンプ５３、５４に一定の電流が流れるための定電圧を供給する。
【００４３】
また、本実施形態のかさ上げ電圧生成部は、前述した従来のＤＣＤＣコンバータ７０のかさ上げ電圧生成部７２と同様に構成されており、第２電源部３１と第２接地部３２の間に直列に接続された抵抗Ｒ７、Ｒ８を有している。第２電源部３１の電圧ＶＤＤ２は、抵抗Ｒ７、Ｒ８により分割されることによって降圧され、かさ上げ電圧としてＮチャンネル型増幅アンプ５３およびＰチャンネル型増幅アンプ５４にそれぞれ入力される。
【００４４】
また、本実施形態の基準電圧設定部もまた、前述した従来のＤＣＤＣコンバータ７０のかさ上げ電圧生成部７２と同様に構成されており、第２電源部３１と第２接地部３２の間に直列に接続された抵抗Ｒ９、Ｒ１０を有している。第２電源部３１の電圧ＶＤＤ２は、抵抗Ｒ９、Ｒ１０により分割されることによって降圧され、基準電圧として電圧比較部２３に入力される。
【００４５】
図５は、上述した第２実施形態のＤＣＤＣコンバータ５０の動作例を示している。この動作例では、ＤＣＤＣコンバータ５０は、前述した第１実施形態のＤＣＤＣコンバータ１と基本的に同様に動作する。前述した第１実施形態では、電圧ＶＤＤ１が閾値電圧ＶＬＩＭまで低下したときに、基準電圧を切り換えたが、本実施形態では、タイミングｔ１１において、電圧ＶＤＤ１が閾値電圧ＶＬＩＭまで低下したときに、制御信号をオンすることにより、スイッチＳＷ５およびスイッチＳＷ６を切り換えることによって、Ｎチャンネル型増幅アンプ５３およびＰチャンネル型増幅アンプ５４への入力電圧を、電流検出部１３で検出された電圧から、バイアス電流源５５からのものに切り換える。
【００４６】
これにより、電流検出部１３からの電圧の変動が遮断され、バイアス電流源５５からの一定の電圧にかさ上げ電圧を加算した電圧を、増幅することができる。したがって、電圧ＶＤＤ１が低下した状態であっても、増幅電圧と基準電圧の電圧比較部２３での比較を適切に行うことができ、ＤＣＤＣコンバータ５０の正常な動作を維持することができる。
【００４７】
そして、タイミングｔ１２において、電圧ＶＤＤ１が閾値電圧ＶＬＩＭまで回復すると、スイッチＳＷ５およびスイッチＳＷ６を切り換えることによって、両増幅アンプ５３、５４への入力電圧が、電流検出部１３からのものに戻され、ＤＣＤＣコンバータ５０は、通常の動作に復帰する。
【００４８】
［第３実施形態］
図５は、第３実施形態のＤＣＤＣコンバータ６０を示している。このＤＣＤＣコンバータ６０は、前述した第１実施形態のＤＣＤＣコンバータ１と比較して、増幅アンプ、かさ上げ電圧生成部および基準電圧生成部の構成が主に異なっている。したがって、以下の説明では、これらの第１実施形態との差異を中心として説明する。
【００４９】
本実施形態では、電流検出部１３と増幅アンプ２２の間にスイッチＳＷ１１が設けられている。このスイッチＳＷ１１には、放電検出回路６３が接続されており、この放電検出回路６３は、駆動回路２の作動に伴い、コンデンサＣに充電された電荷が放電されたことを検出すると、制御信号によりスイッチＳＷ１１を切り換えることによって、増幅アンプ２２から電流検出部１３を遮断する一方、増幅アンプ２２にバイアス電流源５５を接続させる。
【００５０】
また、本実施形態のかさ上げ電圧生成部および基準電圧設定部は、前述した従来のＤＣＤＣコンバータ７０および第２実施形態と同様に構成されている。
【００５１】
図７は、上述した第３実施形態のＤＣＤＣコンバータ６０の動作例を示している。この動作例では、ＤＣＤＣコンバータ６０は、前述した第１実施形態のＤＣＤＣコンバータ１と基本的に同様に動作する。前述した第１実施形態では、電圧ＶＤＤ１が閾値電圧ＶＬＩＭまで低下したときに、基準電圧を切り換えたが、本実施形態では、電圧ＶＤＤ１が閾値電圧ＶＬＩＭを下回っているときに、タイミングｔ２１において放電が行われ、そのことを放電検出回路６３が検出すると、制御信号をオンすることにより、スイッチＳＷ１１を切り換えることによって、増幅アンプ２２への入力電圧を、電流検出部１３で検出された電圧から、バイアス電流源５５からのものに切り換える。
【００５２】
これにより、電流検出部１３からの電圧の変動が遮断され、バイアス電流源５５からの一定の電圧にかさ上げ電圧を加算した電圧を、増幅することができる。したがって、電圧ＶＤＤ１が低下した状態であっても、増幅電圧と基準電圧の電圧比較部２３での比較を適切に行うことができ、ＤＣＤＣコンバータ６０の正常な動作を維持することができる。
【００５３】
そして、タイミングｔ２２において、放電検出回路６３により放電が一旦、終了したことを検出すると、スイッチＳＷ１１を切り換えることによって、増幅アンプ２２への入力電圧が、電流検出部１３からのものに戻され、ＤＣＤＣコンバータ６０は、通常の動作に復帰する。
【００５４】
なお、上述した各実施形態では、ＤＣＤＣコンバータは内燃機関を制御するＥＣＵに搭載されたものとして、説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、ＤＣＤＣコンバータを用いて負荷に電圧を供給する種々の電源回路や制御装置に適用してもよい。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１ ＤＣＤＣコンバータ
１１ 主電源部
１２ 接地部
１３ 電流検出部
２１ 第１電源部
２２ 増幅アンプ（増幅部）
２３ 電圧比較部
２４ 制御回路（かさ上げ電圧制御回路、基準電圧制御回路）
２６ 電源電圧検出部
３０ かさ上げ電圧生成部
３１ 第２電源部
３２ 第２接地部
４０ 基準電圧設定部
Ｌ コイル
Ｔｒ スイッチ素子
Ｃ コンデンサ
Ｒ１〜Ｒ６ 抵抗
ＳＷ１〜ＳＷ４ スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端側が主電源部に接続されたコイルと、
当該コイルと前記主電源部よりも電圧が低い接地部との間に設けられたスイッチ素子と、
一方の電極が前記コイル側に接続され、他方の電極が前記接地部側に共通接続されたコンデンサと、
前記スイッチ素子と前記コンデンサとの共通接続部と、前記接地部との間に設けられ、前記共通接続部と前記接地部の間を流れる電流に応じた電圧信号を出力する電流検出部と、
当該電流検出部から出力された電圧信号に応じて前記スイッチ素子のオン／オフを制御する制御回路と、
を備えたＤＣＤＣコンバータであって、
第１電源部と、
当該第１電源部の電圧を検出する電源電圧検出部と、
かさ上げ電圧を生成するかさ上げ電圧生成部と、
前記第１電源部からの電圧によって動作し、前記電流検出部によって検出された電圧信号に対し、前記かさ上げ電圧生成部によって生成されたかさ上げ電圧を加えた電圧に応じた増幅電圧を出力する増幅部と、
基準電圧を設定する基準電圧設定部と、
前記増幅部から出力された増幅電圧と、前記基準電圧設定部によって設定された基準電圧とを比較し、比較結果に応じた信号を出力する電圧比較部と、
を備え、
前記制御回路は、前記電圧比較部から出力された信号に応じて前記スイッチ素子のオン／オフを制御するように構成され、
前記かさ上げ電圧生成部は、前記電源電圧検出部によって検出された前記第１電源部の電圧が低いほど、前記かさ上げ電圧がより低くなるように当該かさ上げ電圧を切り換えるように構成され、
前記基準電圧設定部は、前記電源電圧検出部によって検出された電圧が低いほど、前記基準電圧がより低くなるように当該基準電圧を切り換えるように構成されていることを特徴とするＤＣＤＣコンバータ。
【請求項２】
前記基準電圧設定部により前記基準電圧を切り換えた後に、前記かさ上げ電圧生成部により前記かさ上げ電圧を切り換えることを特徴とする請求項１に記載のＤＣＤＣコンバータ。
【請求項３】
前記かさ上げ電圧生成部は、
第２電源部と、
当該第２電源部よりも電圧が低い第２接地部との間に直列に接続された複数の抵抗と、
当該直列に接続された抵抗間の複数の中間端子と前記増幅アンプの間にそれぞれ設けられた複数のスイッチと、
前記電源電圧検出部によって検出された前記第１電源部の電圧が低いほど、前記第２接地部側のスイッチをオンするとともに他のスイッチをオフすることにより、前記かさ上げ 電圧がより低くなるように、当該かさ上げ電圧を切り換えるかさ上げ電圧制御回路と、
を有していることを特徴とする請求項１または２に記載のＤＣＤＣコンバータ。
【請求項４】
前記基準電圧設定部は、
前記第２電源部と前記第２接地部との間に直列に接続された複数の抵抗と、
当該直列に接続された抵抗間の複数の中間端子と前記電圧比較部の間にそれぞれ設けられた複数のスイッチと、
前記電源電圧検出部によって検出された前記第１電源部の電圧が低いほど、前記第２接地部側のスイッチをオンするとともに他のスイッチをオフすることにより、前記基準電圧がより低くなるように、当該基準電圧を切り換える基準電圧制御回路と、
を有していることを特徴とする請求項３に記載のＤＣＤＣコンバータ。
【請求項１】
一端側が主電源部に接続されたコイルと、
当該コイルと前記主電源部よりも電圧が低い接地部との間に設けられたスイッチ素子と、
一方の電極が前記コイル側に接続され、他方の電極が前記接地部側に共通接続されたコンデンサと、
前記スイッチ素子と前記コンデンサとの共通接続部と、前記接地部との間に設けられ、前記共通接続部と前記接地部の間を流れる電流に応じた電圧信号を出力する電流検出部と、
当該電流検出部から出力された電圧信号に応じて前記スイッチ素子のオン／オフを制御する制御回路と、
を備えたＤＣＤＣコンバータであって、
第１電源部と、
当該第１電源部の電圧を検出する電源電圧検出部と、
かさ上げ電圧を生成するかさ上げ電圧生成部と、
前記第１電源部からの電圧によって動作し、前記電流検出部によって検出された電圧信号に対し、前記かさ上げ電圧生成部によって生成されたかさ上げ電圧を加えた電圧に応じた増幅電圧を出力する増幅部と、
基準電圧を設定する基準電圧設定部と、
前記増幅部から出力された増幅電圧と、前記基準電圧設定部によって設定された基準電圧とを比較し、比較結果に応じた信号を出力する電圧比較部と、
を備え、
前記制御回路は、前記電圧比較部から出力された信号に応じて前記スイッチ素子のオン／オフを制御するように構成され、
前記かさ上げ電圧生成部は、前記電源電圧検出部によって検出された前記第１電源部の電圧が低いほど、前記かさ上げ電圧がより低くなるように当該かさ上げ電圧を切り換えるように構成され、
前記基準電圧設定部は、前記電源電圧検出部によって検出された電圧が低いほど、前記基準電圧がより低くなるように当該基準電圧を切り換えるように構成されていることを特徴とするＤＣＤＣコンバータ。
【請求項２】
前記基準電圧設定部により前記基準電圧を切り換えた後に、前記かさ上げ電圧生成部により前記かさ上げ電圧を切り換えることを特徴とする請求項１に記載のＤＣＤＣコンバータ。
【請求項３】
前記かさ上げ電圧生成部は、
第２電源部と、
当該第２電源部よりも電圧が低い第２接地部との間に直列に接続された複数の抵抗と、
当該直列に接続された抵抗間の複数の中間端子と前記増幅アンプの間にそれぞれ設けられた複数のスイッチと、
前記電源電圧検出部によって検出された前記第１電源部の電圧が低いほど、前記第２接地部側のスイッチをオンするとともに他のスイッチをオフすることにより、前記かさ上げ 電圧がより低くなるように、当該かさ上げ電圧を切り換えるかさ上げ電圧制御回路と、
を有していることを特徴とする請求項１または２に記載のＤＣＤＣコンバータ。
【請求項４】
前記基準電圧設定部は、
前記第２電源部と前記第２接地部との間に直列に接続された複数の抵抗と、
当該直列に接続された抵抗間の複数の中間端子と前記電圧比較部の間にそれぞれ設けられた複数のスイッチと、
前記電源電圧検出部によって検出された前記第１電源部の電圧が低いほど、前記第２接地部側のスイッチをオンするとともに他のスイッチをオフすることにより、前記基準電圧がより低くなるように、当該基準電圧を切り換える基準電圧制御回路と、
を有していることを特徴とする請求項３に記載のＤＣＤＣコンバータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−３４３０６（Ｐ２０１３−３４３０６Ａ）
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６９１０４（Ｐ２０１１−１６９１０４）
【出願日】平成２３年８月２日（２０１１．８．２）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２日（２０１１．８．２）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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