JP2012231657A - Ｄｃ−ｄｃコンバータ及び半導体装置 - Google Patents

Ｄｃ−ｄｃコンバータ及び半導体装置 Download PDF

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Abstract

【課題】制御回路を用いた、簡便な構成を有するＤＣ−ＤＣコンバータを提供する。
【解決手段】ＤＣ−ＤＣコンバータは、スイッチング素子を有する電力変換部と、電力変換部に一方の端子が電気的に接続された第１の抵抗素子と、第１の抵抗素子の他方の端子に一方の端子が電気的に接続された第２の抵抗素子と、第１の抵抗素子の他方の端子に一方の端子が電気的に接続された第３の抵抗素子と、第３の抵抗素子の他方の端子に電気的に接続された定電流電源と、第３の抵抗素子の他方の端子に電気的に接続され、且つ、スイッチング素子を制御する制御回路と、を有する。第１の抵抗素子の抵抗値Ｒ１と、第２の抵抗素子の抵抗値Ｒ２と、第３の抵抗素子の抵抗値Ｒ３と、定電流電源から出力される参照電流Ｉｒｅｆと、電力変換部から出力される出力電圧Ｖｏｕｔとは、数式（１）を満たす。
Figure 2012231657

【選択図】図１

Description

技術分野は、ＤＣ−ＤＣコンバータ及び半導体装置に関する。
様々な電子機器や電気推進車両等において、直流電力を別の直流電力に変換するＤＣ−ＤＣコンバータ（直流変換回路、直流入力直流出力電源、ともいう。）が用いられている。例えば、変動が大きい電圧を元に、一定の出力電圧を生成する場合や複数の異なる値の出力電圧を生成する場合などに、ＤＣ−ＤＣコンバータが利用されている。
ＤＣ−ＤＣコンバータの構成の一例として、特許文献１には、コイルと、ダイオードと、トランジスタと、を用いた非絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータが開示されている。
また、非絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータには、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ、降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ、反転型ＤＣ−ＤＣコンバータ、昇降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ等の様々な種類がある。
昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータは、入力される直流電圧を、当該直流電圧よりも高い直流電圧に変換して出力するコンバータである。降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータは、入力される直流電圧を、当該直流電圧よりも低い直流電圧に変換して出力するコンバータである。反転型ＤＣ−ＤＣコンバータは、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータのコイルとダイオードとを入れ替えた構成を有しており、入力される直流電圧を、当該直流電圧とは逆極性の直流電圧に変換して出力するコンバータである。
特許文献２には、非絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータとして、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ、降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ、反転型ＤＣ−ＤＣコンバータが開示されている。
また、特許文献３には、反転型ＤＣ−ＤＣコンバータの構成の一例が開示されている。図６に、特許文献３の反転型ＤＣ−ＤＣコンバータを構成するコンバータコントローラ６１０とスイッチング素子６０６とを示す。
図６において、コンバータコントローラ６１０は、正電圧化回路６０１、誤差増幅器６０３、パルス幅変調比較器６０４、バッファトランジスタ６０５で構成されている。
反転型ＤＣ−ＤＣコンバータのフィードバック電圧出力端子から、負電圧であるフィードバック電圧（ＶＦＢ）がそのままコンバータコントローラ６１０のフィードバック電圧入力端子６０７に供給される。コンバータコントローラ６１０では、供給された負電圧であるフィードバック電圧（ＶＦＢ）が正電圧化回路６０１で正電圧化され、正電圧化回路６０１の出力が誤差増幅器６０３に入力される。誤差増幅器６０３では、正電圧化回路６０１の出力と参照電圧Ｖｒｅｆとが比較される。
特開昭５８−０８６８６８号公報 国際公開第２００８／０８７７８１号パンフレット 特開２００９−３０３３１３号公報
図６で示す反転型ＤＣ−ＤＣコンバータでは、フィードバック電圧が負電圧であるため、正電圧である参照電圧Ｖｒｅｆとフィードバック電圧とを比較するためには、コンバータコントローラ６１０の内部において負電圧であるフィードバック電圧を正電圧化する必要がある。そのため、図６に示す反転型ＤＣ−ＤＣコンバータでは、フィードバック電圧を正電圧化するための正電圧化回路６０１が設けられている。このように、負電圧であるフィードバック電圧をコントローラの内部で正電圧化する場合、コントローラの構成の複雑化を招く。
また、図６で示すように、反転型ＤＣ−ＤＣコンバータのコントローラが複雑な構成を要すると、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータや降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ等で用いられるコントローラを反転型ＤＣ−ＤＣコンバータのコントローラとして利用することができない。
本発明の一態様は、制御回路を用いた、簡便な構成を有するＤＣ−ＤＣコンバータを提供することを課題とする。
また、本発明の他の一態様は、簡便な構成を有する制御回路を用いた、ＤＣ−ＤＣコンバータを提供することを課題とする。
本発明の一態様は、スイッチング素子を有する電力変換部と、電力変換部に一方の端子が電気的に接続された第１の抵抗素子と、第１の抵抗素子の他方の端子に一方の端子が電気的に接続された第２の抵抗素子と、第１の抵抗素子の他方の端子に一方の端子が電気的に接続された第３の抵抗素子と、第３の抵抗素子の他方の端子に電気的に接続された定電流電源と、第３の抵抗素子の他方の端子に電気的に接続され、且つ、スイッチング素子を制御する制御回路と、を有し、第１の抵抗素子の抵抗値Ｒ１と、第２の抵抗素子の抵抗値Ｒ２と、第３の抵抗素子の抵抗値Ｒ３と、定電流電源から出力される参照電流Ｉｒｅｆと、電力変換部から出力される出力電圧Ｖｏｕｔとは、数式（１）を満たすことを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータである。
Figure 2012231657
また、制御回路は、参照電圧生成回路と、制御信号生成部と、を有していてもよい。
また、本発明の他の一態様は、スイッチング素子を有する電力変換部と、電力変換部に一方の端子が電気的に接続された第１の抵抗素子と、第１の抵抗素子の他方の端子に一方の端子が電気的に接続された第２の抵抗素子と、第１の抵抗素子の他方の端子に一方の端子が電気的に接続された第３の抵抗素子と、第３の抵抗素子の他方の端子に電気的に接続され、且つ、スイッチング素子を制御する制御回路と、を有し、制御回路は、参照電流生成回路を有し、第１の抵抗素子の抵抗値Ｒ１と、第２の抵抗素子の抵抗値Ｒ２と、第３の抵抗素子の抵抗値Ｒ３と、参照電流生成回路によって生成される参照電流Ｉｒｅｆと、電力変換部から出力される出力電圧Ｖｏｕｔとは、数式（２）を満たすことを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータである。
Figure 2012231657
また、電力変換部は、コイルと、容量素子と、ダイオードと、を有していてもよい。
また、ＤＣ−ＤＣコンバータは、反転型ＤＣ−ＤＣコンバータ又はＣｕｋ型ＤＣ−ＤＣコンバータであってもよい。
本発明の一態様は、制御回路を用いた、簡便な構成を有するＤＣ−ＤＣコンバータを提供することができる。
また、本発明の一態様は、簡便な構成を有する制御回路を用いた、ＤＣ−ＤＣコンバータを提供することができる。
ＤＣ−ＤＣコンバータの構成の一例を説明するための図。 制御回路の構成の一例を説明するための図。 参照電流を生成する回路の構成の一例を説明するための図。 参照電圧生成回路の構成の一例を説明するための図。 レギュレータ回路の構成の一例を説明するための図。 反転型ＤＣ−ＤＣコンバータの構成の一例を説明するための図。 電子機器の一例を説明するための図。 電気推進車両の一例を説明するための図。 回路構成を説明するための図。 照明装置の一例を説明するための図。 照明装置の一例を説明するための図。 照明装置の構成の一例を説明するための図。 照明装置に用いられるＣｕｋ型ＤＣ−ＤＣコンバータの構成の一例を説明するための図。
本発明を説明するための実施の形態の一例について、図面を参照して以下に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではないものとする。なお、図面を参照するにあたり、異なる図面間において、同じものを指し示す符号を共通して用いる場合がある。また、異なる図面間において、同様のものを指し示す際には同じハッチパターンを使用し、符号を付さない場合がある。
なお、各実施の形態の内容を互いに適宜組み合わせることができる。また、各実施の形態の内容を互いに適宜置き換えることができる。
また、本明細書において用いる「第ｋ」（ｋは自然数）という用語は、構成要素の混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではない。
なお、一般に、二点間における電位の差（電位差ともいう。）を電圧という。しかし、電子回路では、回路図等において、ある一点の電位と基準となる電位（基準電位ともいう。）との電位差を用いることがある。また、電圧と電位はいずれも、単位としてボルト（Ｖ）を用いることがある。そこで、本明細書では、特に指定する場合を除き、ある一点の電位と基準電位との電位差を、当該一点の電圧として用いる場合がある。
なお、本明細書において、ＡとＢとが接続されている、とは、ＡとＢとが直接接続されているものの他に、電気的に接続されているものを含むものとする。具体的には、トランジスタ等のスイッチング素子を介してＡとＢとが接続され、当該スイッチング素子の導通によってＡとＢとが概略同電位である場合や、抵抗素子を介してＡとＢとが接続され、当該抵抗素子の両端に発生する電位差が、ＡとＢとを含む回路の所定の動作に影響を与えない程度である場合など、回路動作を説明する上で、ＡとＢとの間の部分が、同じノードであると捉えて差し支えない状態にある場合に、ＡとＢとが接続されているという。
また、本明細書において、トランジスタのオン状態とは、トランジスタのソースとドレインとが導通する状態のことをいい、トランジスタのオフ状態とは、トランジスタのソースとドレインとが非導通する状態のことをいう。
また、集積回路（マイクロプロセッサや画像処理回路等）、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグ、記憶媒体、太陽電池、発光素子を用いた照明装置、半導体表示装置、等の、ＤＣ−ＤＣコンバータを用いることができる全ての半導体装置が、本発明の範疇に含まれる。また、半導体表示装置には、液晶表示装置、有機発光素子（ＯＬＥＤ）に代表される発光素子を備えた発光装置、電子ペーパー、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）など、ＤＣ−ＤＣコンバータを用いた半導体表示装置が、その範疇に含まれる。
（実施の形態１）
本実施の形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータの構成の一例について、図１を用いて説明する。図１は、ＤＣ−ＤＣコンバータの一例として、反転型ＤＣ−ＤＣコンバータの構成を示す。
図１において、ＤＣ−ＤＣコンバータは、電力変換部１０４と、抵抗素子１０６（以下、第１の抵抗素子、という。）と、抵抗素子１０８（以下、第２の抵抗素子、という。）と、抵抗素子１１０（以下、第３の抵抗素子、という。）と、定電流電源１１２と、制御回路１１４と、を有する。
電力変換部１０４は、スイッチング素子１０２と、コイル１３２と、容量素子１３４と、ダイオード１３６と、を有する。
スイッチング素子１０２は、第１の端子が入力端子１２０に接続され、第２の端子がダイオード１３６の陰極に接続されており、入力端子１２０とダイオード１３６の陰極との間の接続を制御する。具体的には、スイッチング素子１０２がオン状態のときは、入力端子１２０から入力電圧ＶｉｎがＤＣ−ＤＣコンバータに入力され、オフ状態のときは、入力電圧ＶｉｎのＤＣ−ＤＣコンバータへの入力が停止する。
スイッチング素子１０２として、スイッチング機能を有する半導体素子を用いればよい。本実施の形態では、一例として、スイッチング素子１０２としてトランジスタを用いて説明する。トランジスタのスイッチングは、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓによって制御することができる。
コイル１３２は、一方の端子がダイオード１３６の陰極に接続され、他方の端子が端子１２２に接続されている。容量素子１３４は、一方の端子が出力端子１２４に接続され、他方の端子が端子１２２に接続されている。ダイオード１３６は、陽極が出力端子１２４に接続されている。
第１の抵抗素子１０６は、一方の端子が出力端子１２４に接続され、他方の端子が第３の抵抗素子１１０の一方の端子に接続されている。第２の抵抗素子１０８は、一方の端子が第３の抵抗素子１１０の一方の端子に接続され、他方の端子が端子１２２に接続されている。第３の抵抗素子１１０は、他方の端子が定電流電源１１２に接続され、定電流電源１１２から参照電流Ｉｒｅｆが入力される。
制御回路１１４は、第３の抵抗素子１１０の他方の端子と定電流電源１１２との間に接続されている。制御回路１１４には、フィードバック電圧Ｖｆｂが供給される。また、制御回路１１４は、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓを制御することで、スイッチング素子１０２のオン状態及びオフ状態を制御する。
入力端子１２０には、ＤＣ−ＤＣコンバータへの入力として入力電圧Ｖｉｎが供給される。入力電圧Ｖｉｎは、電力変換部１０４を経て、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧Ｖｏｕｔとして出力端子１２４に供給される。端子１２２には基準電位Ｖｃｏｍが供給される。
なお、本明細書において、基準電位Ｖｃｏｍよりも電位が大きい場合の電圧（基準電位Ｖｃｏｍに対して正の電圧）を正電圧、基準電位Ｖｃｏｍよりも電位が小さい場合の電圧（基準電位Ｖｃｏｍに対して負の電圧）を負電圧という。
また、本明細書において、基準電位Ｖｃｏｍを０Ｖとして説明する。なお、基準電位Ｖｃｏｍは、入力電圧Ｖｉｎ、出力電圧Ｖｏｕｔ、フィードバック電圧Ｖｆｂ、参照電圧Ｖｒｅｆ等に対して基準となる電位であればよい。よって、基準電位Ｖｃｏｍを、０Ｖ以外（例えば、ＧＮＤ）に設定してもよい。
図１に示すＤＣ−ＤＣコンバータは、抵抗素子１０６と抵抗素子１０８とを用いて出力電圧Ｖｏｕｔを分圧させることで得られる電圧から、抵抗素子１１０と定電流電源１１２とを用いて、フィードバック電圧Ｖｆｂを得る。
ここで、フィードバック電圧Ｖｆｂが０よりも大きくなる条件について、以下に説明する。
フィードバック電圧Ｖｆｂ、参照電流Ｉｒｅｆ及び第３の抵抗素子１１０の抵抗値Ｒ３の関係は、以下の数式（３）で表される。数式（３）において、抵抗素子１０６と抵抗素子１０８の間のノードの電圧をＶａで示す。
Figure 2012231657
ここで、電圧Ｖａと、第２の抵抗素子１０８に流れる電流Ｉ２及び第２の抵抗素子１０８の抵抗値Ｒ２との関係は、以下の数式（４）で表される。
Figure 2012231657
また、電流Ｉ２と、第１の抵抗素子１０６に流れる電流Ｉ１との関係は、以下の数式（５）で表される。数式（５）において、第３の抵抗素子１１０を介して、定電流電源１１２から第２の抵抗素子１０８の一方の端子に供給される参照電流をＩｒｅｆで示す。
Figure 2012231657
また、出力端子１２４に供給される電圧（出力電圧Ｖｏｕｔ）は、以下の数式（６）で表される。数式（６）において、第１の抵抗素子１０６の抵抗値をＲ１で示す。
Figure 2012231657
上記の数式（３）〜数式（６）より、フィードバック電圧Ｖｆｂは、以下の数式（７）で表される。
Figure 2012231657
よって、フィードバック電圧Ｖｆｂが正電圧になる条件（Ｖｆｂ＞０）は、以下の数式（８）で表される。
Figure 2012231657
したがって、出力端子１２４に供給される電圧（出力電圧Ｖｏｕｔ）が負電圧（Ｖｏｕｔ＜０）であっても、上記数式（８）を満たすように、第１の抵抗素子１０６の抵抗値Ｒ１と、第２の抵抗素子１０８の抵抗値Ｒ２と、第３の抵抗素子１１０の抵抗値Ｒ３と、参照電流Ｉｒｅｆとを設定することで、正電圧のフィードバック電圧（Ｖｆｂ＞０）を得ることができる。
以上のように、第１の抵抗素子１０６の抵抗値Ｒ１と、第２の抵抗素子１０８の抵抗値Ｒ２と、第３の抵抗素子１１０の抵抗値Ｒ３と、参照電流Ｉｒｅｆとを設定することで、正電圧のフィードバック電圧（Ｖｆｂ＞０）を得ることができる。制御回路１１４では、スイッチング素子１０２の制御をするために、正電圧のフィードバック電圧Ｖｆｂと、正電圧の参照電圧Ｖｒｅｆとを比較することになるため、制御回路１１４の構成を複雑にする必要がない。よって、制御回路１１４の構成を簡便にすることができる。
なお、正電圧の入力電圧Ｖｉｎに対して負電圧の出力電圧Ｖｏｕｔを出力するＤＣ−ＤＣコンバータとして、反転型ＤＣ−ＤＣコンバータの他にも、Ｃｕｋ型ＤＣ−ＤＣコンバータがある。上記では、反転型ＤＣ−ＤＣコンバータについて説明したが、本実施の形態は、Ｃｕｋ型ＤＣ−ＤＣコンバータに対しても適用することができる。
また、ＤＣ−ＤＣコンバータの他の種類として、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ、降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ、ＳＥＰＩＣ型コンバータ等がある。これらのＤＣ−ＤＣコンバータは、正電圧の入力電圧Ｖｉｎに対して正電圧の出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。また、これらのＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、制御回路に供給されるフィードバック電圧Ｖｆｂは、正電圧の出力電圧Ｖｏｕｔから得られるため、正電圧である。
一方、本実施の形態において説明した反転型ＤＣ−ＤＣコンバータは、正電圧の入力電圧Ｖｉｎに対して負電圧の出力電圧Ｖｏｕｔを出力する構成を有しているが、負電圧の出力電圧Ｖｏｕｔをもとに生成されて制御回路１１４に供給されるフィードバック電圧Ｖｆｂを、正電圧とすることができる。よって、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ、降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ等が有する制御回路を、本実施の形態で説明した反転型ＤＣ−ＤＣコンバータにそのまま適用することができる。
（実施の形態２）
本実施の形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータが有する制御回路の構成の一例について、図２を用いて説明する。
図２において、制御回路２００は、参照電圧生成回路２０２と、レギュレータ回路２０４と、制御信号生成部２０６と、を有する。図２の制御回路２００は、図１の制御回路１１４に対応する。
制御回路２００は、端子２１８に接続され、端子２１８から低電源電圧Ｖｓｓが供給される。制御回路２００は、入力電圧Ｖｉｎと低電源電圧Ｖｓｓとの間の電圧で動作する。ここで、低電源電圧Ｖｓｓは、高電源電圧Ｖｄｄに対してＶｓｓ＜Ｖｄｄを満たす。なお、低電源電圧Ｖｓｓを基準電位Ｖｃｏｍとしてもよい。以下、Ｖｓｓを０Ｖとして説明する。
参照電圧生成回路２０２は、参照電圧Ｖｒｅｆを生成する機能を有する回路である。ここで、入力電圧Ｖｉｎが正電圧（Ｖｉｎ＞０）である場合、参照電圧Ｖｒｅｆは正電圧（Ｖｒｅｆ＞０）となる。また、参照電圧生成回路２０２として、バンドギャップリファレンス回路、トランジスタのしきい値電圧の差を利用した回路等を用いることができる。
レギュレータ回路２０４は、供給された参照電圧Ｖｒｅｆを用いて高電源電圧Ｖｄｄを生成して、高電源電圧Ｖｄｄを制御信号生成部２０６に供給する。
レギュレータ回路２０４の構成の一例を図５に示す。図５においてレギュレータ回路は、演算増幅器５０４と、トランジスタ５０６と、抵抗素子５１１と、抵抗素子５１２と、を有する。
図５に示すレギュレータ回路では、以下の数式（９）に基づいた高電源電圧Ｖｄｄが得られる。ここで、抵抗素子５１１の抵抗値をＲ５１、抵抗素子５１２の抵抗値をＲ５２で示す。
Figure 2012231657
このようにして、図５に示すレギュレータ回路は、端子５０１から供給される参照電圧Ｖｒｅｆから高電源電圧Ｖｄｄを生成し、端子５０２から高電源電圧Ｖｄｄを出力することができる。
なお、制御回路２００にレギュレータ回路２０４を設けずに、制御信号生成部２０６の電源として、入力電圧Ｖｉｎを制御信号生成部２０６に直接供給してもよい。
制御信号生成部２０６は、誤差増幅器２１２と、演算増幅器２１４と、発振器２１６と、を有する。
誤差増幅器２１２は、参照電圧Ｖｒｅｆとフィードバック電圧Ｖｆｂの差分を増幅し、誤差に関する信号を演算増幅器２１４に入力する。演算増幅器２１４は、誤差増幅器２１２から入力された誤差に関する信号と、発振器２１６から入力された三角波（ノコギリ波）とを比較し、比較結果に応じてデューティ比を可変し、パルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を生成する。スイッチング素子１０２は、演算増幅器２１４から出力されたパルス幅変調信号によって制御される。
（実施の形態３）
本実施の形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータが有する、参照電流Ｉｒｅｆを生成する回路の構成の一例について説明する。
実施の形態１の図１では、参照電流Ｉｒｅｆを生成する回路である定電流電源１１２を制御回路１１４とは別に設ける例を示したが、定電流電源１１２のかわりに、参照電流Ｉｒｅｆを生成する回路を制御回路１１４の内部に設けることもできる。
本実施の形態では、制御回路１１４の内部に設けた、参照電流Ｉｒｅｆを生成する回路の構成の一例について、図３を用いて説明する。
図３には、参照電流Ｉｒｅｆを生成する回路（以下、参照電流生成回路、という。）の構成の一例を示す。参照電流生成回路は、参照電圧生成回路３０２と、増幅器３０４と、トランジスタ３０６と、トランジスタ３０８と、トランジスタ３１０と、抵抗素子３１２と、を有する。また、端子３１６から高電源電圧Ｖｄｄが供給され、端子３１８から低電源電圧Ｖｓｓが供給される。
参照電圧生成回路３０２は、参照電圧Ｖｒｅｆを生成する機能を有する回路である。ここで、参照電圧Ｖｒｅｆは正電圧（Ｖｒｅｆ＞０）である。また、参照電圧生成回路３０２として、バンドギャップリファレンス回路、トランジスタのしきい値電圧の差を利用した回路等を用いることができる。
図３に示す参照電流生成回路では、以下の数式（１０）に基づいた参照電流Ｉｒｅｆが得られる。ここで、抵抗素子３１２の抵抗値をＲ３２で示す。
Figure 2012231657
このようにして、図３に示す参照電流Ｉｒｅｆを生成する回路は、参照電圧Ｖｒｅｆから参照電流Ｉｒｅｆを生成し、端子３１４から参照電流Ｉｒｅｆを出力することができる。
また、図３の参照電圧生成回路３０２として、実施の形態２で説明した制御回路２００が有する参照電圧生成回路２０２を利用することができる。すなわち、参照電圧生成回路で生成した参照電圧Ｖｒｅｆを、図２に示す制御信号生成部２０６と、図３に示す参照電流生成回路の増幅器３０４と、に用いることができる。
よって、参照電流Ｉｒｅｆを生成するための定電流電源１１２を省略することができるため、ＤＣ−ＤＣコンバータの構成を簡便にすることができ、また、ＤＣ−ＤＣコンバータの小型化ができる。
また、図３に示す参照電流Ｉｒｅｆを生成する回路を制御回路２００に組み込むことができる。そのため、ＤＣ−ＤＣコンバータの構成を簡便にすることができ、また、ＤＣ−ＤＣコンバータの小型化ができる。
（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態２で説明した参照電圧生成回路２０２、及び実施の形態３で説明した参照電圧生成回路３０２に適用することができる、参照電圧生成回路の構成の一例について、図４を用いて説明する。
参照電圧生成回路の構成の一例として、ＰＩＮダイオードが有するバンドギャップを利用して参照電圧を生成する参照電圧発生回路について、図４を用いて説明する。なお、当該回路を、バンドギャップリファレンス回路ともいう。
図４において、バンドギャップリファレンス回路は、抵抗素子４１１と、抵抗素子４１２と、抵抗素子４１３と、ＰＩＮダイオード４２１と、並列に接続されたｎ個（ｎは自然数）のＰＩＮダイオード４２２と、演算増幅器４３０と、を有する。
図４に示すバンドギャップリファレンス回路では、以下の数式（１１）に基づいた参照電圧Ｖｒｅｆが得られる。ここで、抵抗素子４１１の抵抗値をＲ４１、抵抗素子４１３の抵抗値をＲ４３、ＰＩＮダイオード４２２の熱電圧をｋＴ／ｑ（ｋ：ボルツマン定数、ｑ：素電荷、Ｔ：絶対温度）、ＰＩＮダイオード４２２の順方向電圧をＶｄ２で示し、抵抗素子４１２の抵抗値は抵抗素子４１１の抵抗値と等しいものとする。
Figure 2012231657
このようにして、図４に示すバンドギャップリファレンス回路によって参照電圧Ｖｒｅｆを生成し、端子４０２から参照電圧Ｖｒｅｆを出力することができる。
（実施の形態５）
上記実施の形態で説明したＤＣ−ＤＣコンバータは、様々な電子機器に用いることができる。例えば、デジタルカメラやビデオカメラ等のカメラ、携帯電話機、携帯情報端末、電子書籍用端末、携帯型ゲーム機、デジタルフォトフレーム、音響再生装置等に用いることができる。
上記実施の形態で説明したＤＣ−ＤＣコンバータを用いた電子機器の一例について、図７を用いて説明する。
図７（Ａ）に、携帯電話機の一例を示す。携帯電話機は、筐体２０１１に表示部２０１２が組み込まれている。また、筐体２０１１は、操作キー２０１３、外部接続ポート２０１４、スピーカー２０１５、マイク２０１６、操作キー２０１７等を有していてもよい。
上記実施の形態で説明したＤＣ−ＤＣコンバータは、携帯電話機を駆動するための集積回路に用いることができる。当該集積回路に上記実施の形態で説明したＤＣ−ＤＣコンバータを用いることで、構成が簡便な集積回路を有する携帯電話機を提供することができる。
図７（Ｂ）に、電子書籍用端末の一例を示す。電子書籍用端末は、第１の筐体２０２１及び第２の筐体２０２２の２つの筐体で構成されて、２つの筐体が軸部２０２３により一体にされている。第１の筐体２０２１及び第２の筐体２０２２は、軸部２０２３を軸として開閉動作を行う。第１の筐体２０２１に第１の表示部２０２４が組み込まれ、第２の筐体２０２２に第２の表示部２０２５が組み込まれている。また、第２の筐体２０２２は、操作キー２０２６、電源２０２７、スピーカー２０２８等を有していてもよい。
上記実施の形態で説明したＤＣ−ＤＣコンバータは、電子書籍用端末を駆動するための集積回路に用いることができる。当該集積回路に上記実施の形態で説明したＤＣ−ＤＣコンバータを用いることで、構成が簡便な集積回路を有する電子書籍用端末を提供することができる。
図７（Ｃ）、図７（Ｄ）に、デジタルカメラの一例を示す。なお、図７（Ｄ）は、図７（Ｃ）の裏側を示す図である。デジタルカメラは、筐体２０３１に表示部２０３２が組み込まれている。また、筐体２０３１は、レンズ２０３３を有する。また筐体２０３１は、操作キー２０３４、操作キー２０３５等を有していてもよい。なお、デジタルカメラにアンテナ等を設け、アンテナで映像信号や音声信号等の信号を受信することにより、表示部２０３２をテレビ受像機などの表示媒体として機能させてもよい。
上記実施の形態で説明したＤＣ−ＤＣコンバータは、デジタルカメラを駆動するための集積回路に用いることができる。当該集積回路に上記実施の形態で説明したＤＣ−ＤＣコンバータを用いることで、構成が簡便な集積回路を有するデジタルカメラを提供することができる。
また、上記実施の形態で説明したＤＣ−ＤＣコンバータは、様々な電気推進車両に用いることができる。例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車、鉄道用電気車両、作業車、カート、車椅子、電動自転車等に用いることができる。
上記実施の形態で説明したＤＣ−ＤＣコンバータを用いた電気推進車両の一例について、図８を用いて説明する。
図８（Ａ）に、電動自転車の一例を示す。電動自転車は、モーター部２１１１に電流を流すことによって動力を得るものである。電動自転車は、モーター部２１１１に流す電流を入力するためのバッテリー２１１２、電力変換回路２１１３、ハンドル２１１４、車輪２１１５、サドル２１１６等を有する。なお、図８（Ａ）では、バッテリー２１１２を充電するための手段を図示していないが、充電するための手段として発電機等を設けてもよい。また、図８（Ａ）ではペダルを図示したが、有していなくてもよい。
上記実施の形態で説明したＤＣ−ＤＣコンバータは、電力変換回路２１１３に用いることができる。電力変換回路２１１３に上記実施の形態で説明したＤＣ−ＤＣコンバータを用いることで、構成が簡便な電力変換回路を有する電動自転車を提供することができる。
図８（Ｂ）に、電気自動車の一例を示す。電気自動車は、モーター部２１２１に電流を流すことによって動力を得るものである。電気自動車は、モーター部２１２１に流す電流を入力するためのバッテリー２１２２、電力変換回路２１２３、バッテリー２１２２または電力変換回路２１２３を制御する制御回路２１２４等を有する。なお、図８（Ｂ）では、バッテリー２１２２を充電するための手段を図示していないが、充電するための手段として発電機等を設けてもよい。
上記実施の形態で説明したＤＣ−ＤＣコンバータは、電力変換回路２１２３に用いることができる。電力変換回路２１２３に上記実施の形態で説明したＤＣ−ＤＣコンバータを用いることで、構成が簡便な電力変換回路を有する電気自動車を提供することができる。
また、上記実施の形態で説明したＤＣ−ＤＣコンバータは、様々な照明装置に用いることができる。例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）素子やＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子を用いた照明装置に適用することができる。照明装置としては、例えば、卓上照明機器、室内の照明機器、乗り物の照明機器等が挙げられる。また、照明装置は、曲面形状を有する照明部を備えた照明装置、フレキシブルな照明装置等であってもよい。
上記実施の形態で説明したＤＣ−ＤＣコンバータを用いた照明装置の構成について、図１２を用いて説明する。
図１２に、照明装置の構成の一例を示す。図１２において、ＡＣ電源から入力された交流電圧（例えば、１００Ｖの交流電圧）は、整流器１２０２で直流電圧に変換され、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２０４に入力電圧Ｖｉｎとして入力される。ＤＣ−ＤＣコンバータ１２０４は、入力電圧Ｖｉｎを変換して、出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。発光素子１２０６の一方の端子（例えば、陰極）には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２０４から出力電圧Ｖｏｕｔが供給され、他方の端子（例えば、陽極）には、基準電位Ｖｃｏｍが供給される。
なお、図１２では、整流器１２０２が４つの整流素子を有する例を示したが、整流器１２０２の構成はこれに限定されない。また、発光素子１２０６として、ＬＥＤ素子やＥＬ素子を用いることができる。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２０４としては、上記実施の形態で説明したＤＣ−ＤＣコンバータを適用することができる。
次に、図１２で説明したＤＣ−ＤＣコンバータ１２０４として、Ｃｕｋ型ＤＣ−ＤＣコンバータを用いた一例について、図１３を用いて説明する。
図１３に、照明装置に用いられるＣｕｋ型ＤＣ−ＤＣコンバータの構成の一例を示す。図１３において、Ｃｕｋ型ＤＣ−ＤＣコンバータ１３３０は、スイッチング素子１３００と、ダイオード１３０２と、容量素子１３０４と、容量素子１３０５と、抵抗素子１３０６と、抵抗素子１３０８と、コイル１３０９と、コイル１３１０と、抵抗素子１３１１と、定電流電源１３１２と、制御回路１３１４と、を有する。
Ｃｕｋ型ＤＣ−ＤＣコンバータ１３３０から発光素子１３４０の一方の端子（例えば、陰極）に、出力電圧Ｖｏｕｔが供給される。発光素子１３４０の他方の端子（例えば、陽極）には、基準電位Ｖｃｏｍが供給される。
Ｃｕｋ型ＤＣ−ＤＣコンバータ１３３０は、容量素子１３０５において、入力端子１３２０と発光素子１３４０とが分離されている。このような構成を有することにより、発光素子１３４０の陽極と陰極とが短絡（ショート）するなどの不良が発生しても、入力端子１３２０側に設けられた素子を保護することができる。
次に、上記実施の形態で説明したＤＣ−ＤＣコンバータを用いた照明機器の一例について、図１０及び図１１を用いて説明する。
図１０（Ａ）に、卓上照明機器の一例を示す。図１０（Ａ）に示す卓上照明機器は、照明部３１０１、傘３１０２、可変アーム３１０３、支柱３１０４、台３１０５、スイッチ３１０６等を有する。照明部３１０１には、発光装置が設けられている。上記実施の形態で説明したＤＣ−ＤＣコンバータは、発光装置を制御するための回路や、卓上照明機器を駆動するための駆動回路に用いることができる。これらの回路に上記実施の形態で説明したＤＣ−ＤＣコンバータを用いることで、回路構成が簡便な卓上照明機器を提供することができる。
図１０（Ｂ）に、曲面形状を有する照明部を備えた照明装置の一例として、卓上照明機器の他の一例を示す。図１０（Ｂ）に示す卓上照明機器は、照明部３２０１、支柱３２０２、支持台３２０３等を有する。照明部３２０１には、発光装置が設けられている。また、照明部３２０１は曲面形状を有することができる。なお、図１０（Ｂ）では、照明部３２０１としてロール状の照明部を用いているが、照明部３２０１の形状はこれに限定されない。曲面形状を有する照明部を用いることにより、照明装置のデザインの自由度を向上させることができる。また、上記実施の形態で説明したＤＣ−ＤＣコンバータは、発光装置を制御するための回路や、卓上照明機器を駆動するための駆動回路に用いることができる。これらの回路に上記実施の形態で説明したＤＣ−ＤＣコンバータを用いることで、回路構成が簡便な卓上照明機器を提供することができる。
なお、図１０（Ｂ）では、曲面形状を有する照明部を備えた卓上照明機器の構成を示したが、本実施の形態はこれに限定されず、曲面形状を有する照明部を様々な照明装置に適用することができる。これにより、回路構成が簡便で、曲面形状を有する照明部を備えた照明装置を提供することができる。
他にも、フレキシブルな照明装置に対して、上記実施の形態で説明したＤＣ−ＤＣコンバータを適用することができる。この場合、照明装置のデザインの自由度を向上させることができる。また、フレキシブルな照明装置は、曲面を有する対象物や、形状が異形な対象物の上に設置することができるため、用途の幅を広げることができる。例えば、フレキシブルな照明装置を乗り物（自動車等）の照明機器として用いる場合には、天井、ダッシュボード、フロントガラス等に配置することができる。これにより、回路構成が簡便で、フレキシブルな照明装置を提供することができる。
図１１に、室内の照明機器の一例を示す。図１１では、照明機器３３０１を天井に取り付けた状態、照明機器３３０２を壁に設けた（設置した又は埋め込んだ）状態を示している。また、ロール型の照明機器３３０３が取り付けられている。上記実施の形態で説明したＤＣ−ＤＣコンバータは、前述の照明機器が有する発光装置を制御するための回路や、前述の照明機器を駆動するための駆動回路に用いることができる。これらの回路に上記実施の形態で説明したＤＣ−ＤＣコンバータを用いることで、回路構成が簡便な、室内照明機器を提供することができる。
本実施例では、負電圧の出力電圧Ｖｏｕｔから得られる正電圧のフィードバック電圧Ｖｆｂを測定した結果を示す。
図９に、本実施例で用いる回路構成を示す。図９の回路構成は、ＤＣ−ＤＣコンバータの一部に相当する。
本実施例では、図９に示すように、回路構成として、抵抗素子９０６（以下、第１の抵抗素子、という。）と、抵抗素子９０８（以下、第２の抵抗素子、という。）と、抵抗素子９１０（以下、第３の抵抗素子、という。）と、定電流電源９１２と、制御回路９１４と、用いる。
第１の抵抗素子９０６は、一方の端子が出力端子９２４に接続され、他方の端子が第３の抵抗素子９１０の一方の端子に接続されている。第２の抵抗素子９０８は、一方の端子が第３の抵抗素子９１０の一方の端子に接続され、他方の端子が端子９２２に接続されている。第３の抵抗素子９１０は、他方の端子が定電流電源９１２に接続され、定電流電源１１２から参照電流Ｉｒｅｆが入力される。
制御回路９１４は、第３の抵抗素子９１０の他方の端子と定電流電源９１２との間に接続されている。制御回路９１４には、フィードバック電圧Ｖｆｂが供給される。
ここで、第１の抵抗素子９０６の抵抗値Ｒ１を１００ｋΩ、第２の抵抗素子９０８の抵抗値Ｒ２を１ｋΩ、定電流電源９１２から入力される参照電流Ｉｒｅｆを２μＡ、端子９２２に供給される基準電位Ｖｃｏｍを０Ｖに設定した。
出力端子９２４から出力される出力電圧Ｖｏｕｔ、抵抗素子９０６と抵抗素子９０８の間のノードの電圧Ｖａ、フィードバック電圧Ｖｆｂについて、第３の抵抗素子９１０の抵抗値Ｒ３を変化させて測定した結果を表１に示す。
Figure 2012231657
表１に示すように、負電圧の出力電圧Ｖｏｕｔから、正電圧のフィードバック電圧Ｖｆｂが得られることが確認された。
１０２ スイッチング素子
１０４ 電力変換部
１０６ 抵抗素子
１０８ 抵抗素子
１１０ 抵抗素子
１１２ 定電流電源
１１４ 制御回路
１２０ 入力端子
１２２ 端子
１２４ 出力端子
１３２ コイル
１３４ 容量素子
１３６ ダイオード
２００ 制御回路
２０２ 参照電圧生成回路
２０４ レギュレータ回路
２０６ 制御信号生成部
２１２ 誤差増幅器
２１４ 演算増幅器
２１６ 発振器
２１８ 端子
３０２ 参照電圧生成回路
３０４ 増幅器
３０６ トランジスタ
３０８ トランジスタ
３１０ トランジスタ
３１２ 抵抗素子
３１４ 端子
３１６ 端子
３１８ 端子
４０１ 端子
４０２ 端子
４１１ 抵抗素子
４１２ 抵抗素子
４１３ 抵抗素子
４２１ ＰＩＮダイオード
４２２ ＰＩＮダイオード
４３０ 演算増幅器
５０１ 端子
５０２ 端子
５０４ 演算増幅器
５０６ トランジスタ
５１１ 抵抗素子
５１２ 抵抗素子
６０１ 正電圧化回路
６０３ 誤差増幅器
６０４ パルス幅変調比較器
６０５ バッファトランジスタ
６０６ スイッチング素子
６０７ フィードバック電圧入力端子
６１０ コンバータコントローラ
９０６ 抵抗素子
９０８ 抵抗素子
９１０ 抵抗素子
９１２ 定電流電源
９１４ 制御回路
９２２ 端子
９２４ 出力端子
１２０２ 整流器
１２０４ ＤＣ−ＤＣコンバータ
１２０６ 発光素子
１３００ スイッチング素子
１３０２ ダイオード
１３０４ 容量素子
１３０５ 容量素子
１３０６ 抵抗素子
１３０８ 抵抗素子
１３０９ コイル
１３１０ コイル
１３１１ 抵抗素子
１３１２ 定電流電源
１３１４ 制御回路
１３２０ 入力端子
１３３０ Ｃｕｋ型ＤＣ−ＤＣコンバータ
１３４０ 発光素子
２０１１ 筐体
２０１２ 表示部
２０１３ 操作キー
２０１４ 外部接続ポート
２０１５ スピーカー
２０１６ マイク
２０１７ 操作キー
２０２１ 筐体
２０２２ 筐体
２０２３ 軸部
２０２４ 表示部
２０２５ 表示部
２０２６ 操作キー
２０２７ 電源
２０２８ スピーカー
２０３１ 筐体
２０３２ 表示部
２０３３ レンズ
２０３４ 操作キー
２０３５ 操作キー
２１１１ モーター部
２１１２ バッテリー
２１１３ 電力変換回路
２１１４ ハンドル
２１１５ 車輪
２１１６ サドル
２１２１ モーター部
２１２２ バッテリー
２１２３ 電力変換回路
２１２４ 制御回路
３１０１ 照明部
３１０２ 傘
３１０３ 可変アーム
３１０４ 支柱
３１０５ 台
３１０６ スイッチ
３２０１ 照明部
３２０２ 支柱
３２０３ 支持台
３３０１ 照明機器
３３０２ 照明機器
３３０３ 照明機器

Claims (13)

  1. スイッチング素子を有する電力変換部と、
    前記電力変換部に一方の端子が電気的に接続された第１の抵抗素子と、
    前記第１の抵抗素子の他方の端子に一方の端子が電気的に接続された第２の抵抗素子と、
    前記第１の抵抗素子の他方の端子に一方の端子が電気的に接続された第３の抵抗素子と、
    前記第３の抵抗素子の他方の端子に電気的に接続された定電流電源と、
    前記第３の抵抗素子の他方の端子に電気的に接続され、且つ、前記スイッチング素子を制御する制御回路と、を有し、
    前記第１の抵抗素子の抵抗値Ｒ１と、前記第２の抵抗素子の抵抗値Ｒ２と、前記第３の抵抗素子の抵抗値Ｒ３と、前記定電流電源から出力される参照電流Ｉｒｅｆと、前記電力変換部から出力される出力電圧Ｖｏｕｔとは、数式（１）を満たすことを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
    Figure 2012231657
  2. 請求項１において、
    前記制御回路は、参照電圧生成回路と、制御信号生成部と、を有することを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
  3. スイッチング素子を有する電力変換部と、
    前記電力変換部に一方の端子が電気的に接続された第１の抵抗素子と、
    前記第１の抵抗素子の他方の端子に一方の端子が電気的に接続された第２の抵抗素子と、
    前記第１の抵抗素子の他方の端子に一方の端子が電気的に接続された第３の抵抗素子と、
    前記第３の抵抗素子の他方の端子に電気的に接続され、且つ、前記スイッチング素子を制御する制御回路と、を有し、
    前記制御回路は、参照電流生成回路を有し、
    前記第１の抵抗素子の抵抗値Ｒ１と、前記第２の抵抗素子の抵抗値Ｒ２と、前記第３の抵抗素子の抵抗値Ｒ３と、前記参照電流生成回路によって生成される参照電流Ｉｒｅｆと、前記電力変換部から出力される出力電圧Ｖｏｕｔとは、数式（２）を満たすことを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
    Figure 2012231657
  4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
    前記第２の抵抗素子の他方の端子は、基準電位が供給される端子と電気的に接続されることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
  5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
    前記電力変換部は、コイルと、容量素子と、ダイオードと、を有することを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
  6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
    前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、反転型ＤＣ−ＤＣコンバータであることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
  7. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
    前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、Ｃｕｋ型ＤＣ−ＤＣコンバータであることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
  8. 基準電位に対して正の電圧が入力され、前記基準電位に対して負の電圧が出力されるＤＣ−ＤＣコンバータを有し、
    前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、
    スイッチング素子を有する電力変換部と、
    前記電力変換部に一方の端子が電気的に接続された第１の抵抗素子と、
    前記第１の抵抗素子の他方の端子に一方の端子が電気的に接続された第２の抵抗素子と、
    前記第１の抵抗素子の他方の端子に一方の端子が電気的に接続された第３の抵抗素子と、
    前記第３の抵抗素子の他方の端子に電気的に接続された定電流電源と、
    前記第３の抵抗素子の他方の端子に電気的に接続され、且つ、前記スイッチング素子を制御する制御回路と、を有し、
    前記第１の抵抗素子の抵抗値Ｒ１と、前記第２の抵抗素子の抵抗値Ｒ２と、前記第３の抵抗素子の抵抗値Ｒ３と、前記定電流電源から出力される参照電流Ｉｒｅｆと、前記電力変換部から出力される出力電圧Ｖｏｕｔとは、数式（３）を満たすことを特徴とする半導体装置。
    Figure 2012231657
  9. 基準電位に対して正の電圧が入力され、前記基準電位に対して負の電圧が出力されるＤＣ−ＤＣコンバータを有し、
    前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、
    スイッチング素子を有する電力変換部と、
    前記電力変換部に一方の端子が電気的に接続された第１の抵抗素子と、
    前記第１の抵抗素子の他方の端子に一方の端子が電気的に接続された第２の抵抗素子と、
    前記第１の抵抗素子の他方の端子に一方の端子が電気的に接続された第３の抵抗素子と、
    前記第３の抵抗素子の他方の端子に電気的に接続され、且つ、前記スイッチング素子を制御する制御回路と、を有し、
    前記制御回路は、参照電流生成回路を有し、
    前記第１の抵抗素子の抵抗値Ｒ１と、前記第２の抵抗素子の抵抗値Ｒ２と、前記第３の抵抗素子の抵抗値Ｒ３と、前記参照電流生成回路によって生成される参照電流Ｉｒｅｆと、前記電力変換部から出力される出力電圧Ｖｏｕｔとは、数式（４）を満たすことを特徴とする半導体装置。
    Figure 2012231657
  10. 請求項８又は請求項９において、
    前記第２の抵抗素子の他方の端子は、前記基準電位が供給される端子と電気的に接続されることを特徴とする半導体装置。
  11. 請求項８乃至請求項１０のいずれか一項において、
    前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、反転型ＤＣ−ＤＣコンバータ又はＣｕｋ型ＤＣ−ＤＣコンバータであることを特徴とする半導体装置。
  12. 請求項８乃至請求項１１のいずれか一項に記載の半導体装置を用いた電子機器。
  13. 請求項１２に記載の電子機器は、カメラ、携帯電話機、携帯情報端末、電子書籍用端末、携帯型ゲーム機、デジタルフォトフレーム、又は、音響再生装置であることを特徴とする電子機器。
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