JP2013207859A - Ｄｃ−ｄｃコンバータ用制御回路、ｄｃ−ｄｃコンバータ、及びｄｃ−ｄｃコンバータの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 起動時間を効果的に短縮したＤＣ−ＤＣコンバータ用制御回路、ＤＣ−ＤＣコンバータ、及びＤＣ−ＤＣコンバータの制御方法を提供する。
【解決手段】 ＤＣ−ＤＣコンバータ用制御回路１は、基準電圧Ｖｒｅｆ１に従って、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電圧を制御する出力制御回路１１と、ＤＣ−ＤＣコンバータに接続された外部電源の開放電圧に応じて、基準電圧を制御する基準制御回路２０と、ＤＣ−ＤＣコンバータから外部負荷Ｌｄに流れる電流を制限する制限回路１２と、基準電圧が所定値Ｖｔｈに達するまで制限回路１２の動作を停止する停止制御回路１３とを有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータ用制御回路、ＤＣ−ＤＣコンバータ、及びＤＣ−ＤＣコンバータの制御方法に関する。

太陽電池は、クリーンなエネルギー源として知られている。太陽電池は、太陽光により発電するため、他の電池とは異なり、得られる電力が照度に依存し、天候状態に応じて変化する。この電力の差は、例えば、開放電圧の差異として検出される。

これに関し、例えば、特許文献１には、太陽電池に接続されたＤＣ−ＤＣコンバータの動作を定期的に停止して、太陽電池の開放電圧を測定する点が記載されている。また、特許文献２には、太陽電池の開放電圧に基づいて生成したＰＷＭ信号（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（パルス幅変調））によりスイッチング制御を行って、太陽電池から蓄電池に充電電流を流す点が記載されている。

太陽電池の出力電圧を変換するＤＣ−ＤＣコンバータは、起動時に、自己の制御回路の動作に用いる電力を確保するとともに、出力側平滑回路への突入電流を制限するソフトスタート機能を備えることがある。このとき、電流の制限値は、余裕をもって、低い方の電力を基準として設定される。したがって、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧が所定の定格値に達するまでの起動時間は、高い方の電力を基準とした場合と比較すると、電圧の増加率が低いために長くなる。

これに関し、特許文献３には、バッテリからの入力電圧を検出し、入力電圧に対応するデューティ、及びソフトスタート期間をテーブルから取得して、該ソフトスタート期間が経過するまで、該デューティに基づくＰＷＭ信号を出力する電源装置が開示されている。なお、この電源装置は、当該期間の経過後、通常モードに移行する点も記載されている。

特開平８−２９７５１６号公報 特開２０１０−８１７１１号公報 特開２００７−２８８９７９号公報

ＤＣ−ＤＣコンバータは、負荷側回路における短絡等により発生する過電流を防止するために、過電流保護回路を備えることがある。しかし、過電流保護回路は、上述した動作用電力の確保、及び突入電流の防止の機能と同様に、負荷への出力電流を制限するから、ＤＣ−ＤＣコンバータの起動時間の短縮を妨げる。

そこで、本件は上記の課題に鑑みてなされたものであり、起動時間を効果的に短縮したＤＣ−ＤＣコンバータ用制御回路、ＤＣ−ＤＣコンバータ、及びＤＣ−ＤＣコンバータの制御方法を提供することを目的とする。

本明細書に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ用制御回路は、基準電圧に従って、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を制御する出力制御回路と、前記ＤＣ−ＤＣコンバータに接続された外部電源の開放電圧に応じて、前記基準電圧を制御する基準制御回路と、前記ＤＣ−ＤＣコンバータから外部負荷に流れる電流を制限する制限回路と、前記基準電圧が所定値に達するまで前記制限回路の動作を停止する停止制御回路とを有する。

本明細書に記載のＤＣ−ＤＣコンバータの制御方法は、基準電圧に従って、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を制御し、前記ＤＣ−ＤＣコンバータに接続された外部電源の開放電圧に応じて、前記基準電圧を制御し、前記ＤＣ−ＤＣコンバータから外部負荷に流れる電流を制限する制限回路の動作を、前記基準電圧が所定値に達するまで停止する。

本明細書に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ用制御回路、ＤＣ−ＤＣコンバータ、及びＤＣ−ＤＣコンバータの制御方法は、起動時間を効果的に短縮する。

比較例に係るＤＣ−ＤＣコンバータの機能構成図である。 比較例に関する太陽電池の電流−電圧の特性を示すグラフである。 比較例に係るＤＣ−ＤＣコンバータの動作を示すタイミングチャートである。 実施例に関する太陽電池の電流−電圧の特性を示すグラフである。 実施例に係るＤＣ−ＤＣコンバータの回路図である。 制限回路の電流−電圧の特性を示すグラフである。 制限回路が動作した場合におけるＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧−出力電流の特性を示すグラフである。 実施例に係るＤＣ−ＤＣコンバータの動作を示すタイミングチャート（１）である。 実施例に係るＤＣ−ＤＣコンバータの動作を示すタイミングチャート（２）である。 実施例に係るＤＣ−ＤＣコンバータの動作を示すタイミングチャート（３）である。 起動中に制限回路が動作した場合におけるＤＣ−ＤＣコンバータの動作を示すタイミングチャートである。 他の実施例に係るＤＣ−ＤＣコンバータの回路図である。

図１は、比較例に係るＤＣ−ＤＣコンバータの機能構成図である。ＤＣ−ＤＣコンバータ９は、外部の太陽電池４、及び負荷Ｌｄと接続され、太陽電池４の出力電圧Ｅを変換して生成した出力電圧Ｖｏｕｔを負荷Ｌｄに印加する。

太陽電池４は、光起電力効果を利用して、光を電力に変換する。太陽電池４は、例えば、シリコン、または他の化合物半導体から形成されたものであり、限定はない。

ＤＣ−ＤＣコンバータ９は、１以上のスイッチ素子を含むスイッチ回路９２と、スイッチ回路９２のスイッチング動作を制御する制御回路９１と、出力側の平滑回路であるコイルＬ、及びコンデンサＣとを含む。ＤＣ−ＤＣコンバータ９は、起動時、制御回路９１の動作に必要な消費電流Ｉｑを確保するとともに、コイルＬ、及びコンデンサＣに引き込まれる突入電流Ｉｒｕｓｈを抑制するために、太陽電池４から入力される電流Ｉｐｖを制限する。

図２は、比較例に関する太陽電池４の電流−電圧の特性を示すグラフである。図中、横軸は出力電圧Ｅ（Ｖ）を示し、縦軸は出力電流Ｉ（Ａ）を示す。また、符号ＧＨは、照度が高い場合における特性を示し、符号ＧＬは、照度が低い場合における特性を示す。

太陽電池４は、電圧が低くなるに伴って、電流が増加し、一定値になると飽和する特性を有し、また、照度に応じて、電力が変化する。短絡電流Ｉｓｃ（Ｈ），Ｉｓｃ（Ｌ）は、照度が高い場合、及び低い場合において、それぞれ、端子を短絡したときの出力電流である。また、開放電圧Ｖｏｃ（Ｈ），Ｖｏｃ（Ｌ）は、照度が高い場合、及び低い場合において、それぞれ、端子を開放したときの出力電圧である。

入力電流Ｉｐｖの制限値Ｉｍａｘは、上記の消費電流Ｉｑ、及び、許容される突入電流Ｉｒｕｓｈの合計であり、照度が低い場合の電流を基準として設定される。このため、照度が高い場合、太陽電池４の出力電流Ｉのうち、ＤＣ−ＤＣコンバータ９の起動時に用いられない余剰電流が存在する。なお、電圧Ｖａ（Ｈ），Ｖａ（Ｌ）は、それぞれ、照度が高い場合、及び低い場合における出力電圧である。

図３は、比較例に係るＤＣ−ＤＣコンバータ９の動作を示すタイミングチャートである。図中、横軸は時間を示し、縦軸は電流、または電圧を示す。また、電流、及び電圧の各々について、「（照度高）」は、照度が高い場合における動作を示し、他方、「（照度低）」は、照度が低い場合における動作を示す。これは、説明の便宜上、照度を、単純に、相異する２つの値として例示するための表記であって、以降の説明、及び図においても同様とする。なお、突入電流Ｉｒｕｓｈは、電流の平均値として示され、やはり、以降の図においても同様とする。

太陽電池４の電圧Ｅについて、照度が高い場合の電圧Ｖａ（Ｈ）は、照度が低い場合の電圧Ｖａ（Ｌ）より大きい。また、突入電流Ｉｒｕｓｈは、照度が高い場合、及び低い場合の両方において、同一の制限値Ｉｍａｘに制限される。したがって、ＤＣ−ＤＣコンバータ９の出力電圧Ｖｏｕｔは、照度が高い場合と照度が低い場合とにおいて、同一の起動時間ｔ０となる。このように、制限値Ｉｍａｘは、照度が低い場合を基準として一律に設定されることによって、照度が高い場合における起動時間の短縮が妨げられる。

図４は、実施例に関する太陽電池４の電流−電圧の特性を示すグラフである。図中、図２と同一の符号に関しては、説明を省略する。

本実施例において、電流の制限値として、照度が高い場合の制限値Ｉｍａｘ（Ｈ）と、照度が低い場合の制限値Ｉｍａｘ（Ｌ）とが、それぞれ設けられている。照度が高い場合の突入電流Ｉｒｕｓｈ（Ｈ）は、照度が低い場合の突入電流Ｉｒｕｓｈ（Ｌ）より差分ΔＩ１だけ高いため、照度が高い場合の起動時間は、上述した比較例より短縮される。

一方、過電流制限値Ｉｌｉｍは、ＤＣ−ＤＣコンバータから外部負荷Ｌｄに流れる電流を制限する過電流保護機能に基づく。過電流保護機能は、外部負荷Ｌｄの回路において短絡などが発生した場合に、発火などの事故を防止する。

過電流制限値Ｉｌｉｍは、上記の制限値Ｉｍａｘ（Ｌ）より大きく、また、上記の制限値Ｉｍａｘ（Ｈ）より差分ΔＩ２だけ低く設定されている。このため、照度が高い場合の起動時間は、過電流保護機能が働くと、過電流保護機能が働いていないときより長くなる。したがって、本実施例において、電流保護機能は、ＤＣ−ＤＣコンバータの起動中、停止するように制御される。

図５は、実施例に係るＤＣ−ＤＣコンバータの回路図である。ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、外部電源である太陽電池４、及び外部負荷Ｌｄと接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ用制御回路１（以下、制御回路１）と、Ｉ／Ｖ変換回路２０と、１以上のスイッチング素子ＳＷ４，ＳＷ５と、電圧検出抵抗Ｒｓ３と、コイルＬと、コンデンサＣと、出力スイッチＳＷ６を有する。なお、本実施例において、ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、電流モード（Ｃモード）方式のものを挙げるが、これに限定されることはなく、電圧モード（Ｖモード）方式のものであってもよい。

上述したように、太陽電池４から、消費電流Ｉｑが制御回路１の各部に流れ、また、突入電流ＩｒｕｓｈがコイルＬ、及びコンデンサＣに流れる。制御回路１は、平滑回路Ｃ，ＬからフィードバックされたＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電圧Ｖｏｕｔと、基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２に基づいて生成した誤差信号Ｖｅｒｒに基づいてＰＷＭ信号を生成する。そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、スイッチング素子ＳＷ４，ＳＷ５を、ＰＷＭ信号に基づいてオンオフ制御することにより出力電圧Ｖｏｕｔを生成する。以下に詳細を述べる。

制御回路１は、基準制御回路１０と、出力制御回路１１と、制限回路１２と、停止制御回路１３と、定電流源ＣＣと、分圧抵抗Ｒｓ１，Ｒｓ２と、ＰＷＭコンパレータ１４と、スロープ補償回路１５と、ＰＷＭ信号生成回路１６と、発振器１７とを有する。制御回路１は、単一の半導体チップ内に設けられてもよいし、回路基板内に設けられた複数の素子であってもよい。

基準制御回路１０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２が接続された外部電源である太陽電池４の開放電圧（図４のＶｏｃ（Ｈ），Ｖｏｃ（Ｌ）参照）に応じて、出力制御回路１１の基準電圧Ｖｒｅｆ１を制御する。基準制御回路１０は、電圧検出部１００と、スイッチＳＷ１，ＳＷ２と、コンデンサ素子Ｃｓ１，Ｃｓ２とを含む。

スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、例えばＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であり、一端が定電流源ＣＣと接続され、他端がコンデンサ素子Ｃｓ１，Ｃｓ２にそれぞれ接続されている。定電流源ＣＣは、例えばトランジスタであり、太陽電池４と接続されて、消費電流Ｉｑから一定値の電流を生成し、スイッチＳＷ１，ＳＷ２に流す。コンデンサ素子Ｃｓ１，Ｃｓ２は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２とグランドＧＮＤの間に接続されている。

電圧検出部１００は、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１の制御に先立ち、開放電圧を検出し、該電圧値をＡ／Ｄ変換（アナログ−デジタル変換）する。そして、電圧検出部１００は、Ａ／Ｄ変換により得た値ｄ１，ｄ２に応じて、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンオフ制御する。例えば、電圧検出部１００は、照度が高く、開放電圧が高い場合、スイッチＳＷ１をオンし、スイッチＳＷ２をオフし、他方、照度が低く、開放電圧が低い場合、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンする。これにより、基準制御回路１０は、開放電圧に応じて、太陽電池４と出力制御回路１１との間に接続された容量Ｃｓ１，Ｃｓ２の容量値を選択する。したがって、基準制御回路１０は、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１の増加を容易に制御することができる。なお、開放電圧のデコード値ｄ１，ｄ２は、例として２ビットとしているが、これに限定されず、検出する電圧値の範囲に従って設ければよい。

電圧検出部１００は、コンデンサ素子Ｃｓ１，Ｃｓ２の容量値の選択が完了したことを通知する通知信号Ｓ１を、出力制御回路１１、定電流源ＣＣ、ＰＷＭコンパレータ１４、及びＰＷＭ信号生成回路１６に出力する。出力制御回路１１、定電流源ＣＣ、ＰＷＭコンパレータ１４、及びＰＷＭ信号生成回路１６は、通知信号Ｓ１が入力されるまでは動作を停止し、通知信号Ｓ１の入力後に動作を開始する。これにより、電気的に不安定な状態におけるＤＣ−ＤＣコンバータ２の動作が防止される。

なお、電圧検出部１００の消費電流は、太陽電池４の開放電圧に実質的に影響しない程度に低いものとする。また、電圧検出部１００は、自己の消費電流による変化分を補償するように、開放電圧の電圧値をＡ／Ｄ変換してもよい。

出力制御回路１１は、２つの非反転入力端子（＋）と、１つの反転入力端子（−）とを有する増幅器である。一方の非反転入力端子（＋）は、定電流源ＣＣとスイッチＳＷ１，ＳＷ２との間に接続され、太陽電池４からの入力電圧に基づく第１基準電圧Ｖｒｅｆ１が印加される。他方の非反転入力端子（＋）は、一定の第２基準電圧Ｖｒｅｆ２が印加される。また、反転入力端子（−）は、フィードバックされたＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電圧Ｖｏｕｔを、分圧抵抗Ｒｓ１，Ｒｓ２により分圧して得た電圧が印加される。

出力制御回路１１は、２つの非反転入力端子（＋）のうち、印加された電圧が低い方の非反転入力端子（＋）の電圧と、反転入力端子（−）の電圧との誤差を検出して、当該誤差に基づく誤差信号Ｖｅｒｒを出力する。すなわち、出力制御回路１１は、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１、及び第２基準電圧Ｖｒｅｆ２のうち、低い方の電圧と、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電圧Ｖｏｕｔとの誤差を検出する。

第１基準電圧Ｖｒｅｆ１は、太陽電池４から入力される入力電圧に基づき、他方、第２基準電圧Ｖｒｅｆ２は一定である。したがって、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電圧Ｖｏｕｔは、起動時、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１に従って制御され、他方、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１が第２基準電圧Ｖｒｅｆに達した後、つまり、起動後の通常動作時、第２基準電圧Ｖｒｅｆ２に従って制御される。

上述したように、基準制御回路１０は、太陽電池４の開放電圧Ｖｏｃに応じて、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１に対応する非反転入力端子（＋）に接続されるコンデンサ素子Ｃｓ１，Ｃｓ２を選択する。このため、起動時、太陽電池４の開放電圧Ｖｏｃに応じて、定電流源ＣＣからの電流によりコンデンサ素子Ｃｓ１，Ｃｓ２を充電するために要する時間が変化する。したがって、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１が、第２基準電圧Ｖｒｅｆ２に達するまでの時間（つまり、ソフトスタートによる起動時間）も同様に変化する。

制限回路１２は、例えばクランプ回路であり、ＤＣ−ＤＣコンバータ２から外部負荷Ｌｄに流れる電流を制限する過電流保護回路として機能する。制限回路１２の反転入力端子（−）は、出力制御回路１１の出力端子と接続され、非反転入力端子（＋）は、電圧Ｖｌｉｍが与えられる。これにより、制限回路１２は、出力制御回路１１から入力される誤差信号Ｖｅｒｒの電圧を、制限値Ｖｌｉｍに制限する。また、出力端子は、後述するＰＷＭコンパレータ１４の反転入力端子（−）に接続されている。

図６は、制限回路１２の電流−電圧の特性を示すグラフである。図中、縦軸は、誤差信号Ｖｅｒｒの電圧を示し、横軸は、負荷Ｌｄに流れる出力電流Ｉｏｕｔを示す。制限回路１２は、誤差信号Ｖｅｒｒの電圧が制限値Ｖｌｉｍになると、クランプ機能によって電圧が制限値Ｖｌｉｍ以上になることを防止する。なお、電圧が制限値Ｖｌｉｍであるときの出力電流Ｉｏｕｔは、上記の過電流制限値Ｉｌｉｍに対応する。

図７は、制限回路１２が動作した場合におけるＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電圧−出力電流の特性を示すグラフである。縦軸は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電圧Ｖｏｕｔを示し、横軸は、負荷Ｌｄに流れる出力電流Ｉｏｕｔを示す。ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、通常、定格電圧Ｅｏを出力するが、負荷ｌｄの回路において発生した短絡などにより、出力電流Ｉｏｕｔが増加して過電流制限値Ｉｌｉｍになると、過電流保護動作によって、出力電圧Ｖｏｕｔが減少する。これは、誤差信号Ｖｅｒｒの電圧が増加した場合、該電圧は、制限回路１２のクランプ機能によって、過電流制限値Ｉｌｉｍに対応する制限値Ｖｌｉｍに制限されるからである。

再び図５を参照すると、制限回路１２は、停止制御回路１３から入力される許可信号Ｓ２により動作が許可される。このため、制限回路１２は、動作が許可されない限り、上述したクランプ機能を実行することができず、過電流保護動作は行われない。

停止制御回路１３は、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１が所定値Ｖｔｈに達するまで制限回路１２の動作を停止する。停止制御回路１３は、例えば比較器であり、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１と所定値Ｖｔｈとを比較して一致した場合、制限回路１２に、動作を許可する許可信号Ｓ２を出力する。停止制御回路１３は、非反転入力端子（＋）が、出力制御回路１１の非反転入力端子（＋）に接続されて、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１が与えられている。一方、反転入力端子（−）には、所定の閾値電圧Ｖｔｈが与えられている。また、出力端子は、制限回路１２、及び出力スイッチＳＷ６と接続されている。

許可信号Ｓ２は、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１が閾値電圧Ｖｔｈになった場合、制限回路１２、及び出力スイッチＳＷ６に出力される。したがって、閾値電圧Ｖｔｈを、出力制御回路１１の第２基準電圧Ｖｒｅｆ２、または第２基準電圧Ｖｒｅｆ２に近い値に設定することによって、起動中、制限回路１２の動作を停止することができる。

また、出力スイッチＳＷ６は、例えばＦＥＴであり、スイッチング素子ＳＷ４，ＳＷ５と外部負荷Ｌｄとの間に接続されている。具体的には、出力スイッチＳＷ６は、コイルＬと外部負荷Ｌｄとの間に接続され、ＤＣ−ＤＣコンバータ２と外部負荷Ｌｄとを、オン時に電気的に接続し、他方、オフ時に分離する。したがって、閾値電圧Ｖｔｈを、上述したように設定することによって、停止制御回路１３は、出力電圧Ｖｏｕｔが外部負荷Ｌｄに印加されないように、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１が所定値Ｖｒｅｆ２に達するまで出力スイッチＳＷ６をオフ制御することができる。

これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の起動中、ＤＣ−ＤＣコンバータ２と外部負荷Ｌｄとを電気的に分離して、外部負荷Ｌｄの回路において短絡などが発生した場合、外部負荷Ｌｄに過電流が流れることを防止することができる。これは、起動中に制限回路１２の動作の停止により過電流保護機能が働かないため、効果的である。なお、出力スイッチＳＷ６は、外部負荷Ｌｄの回路内に設けられてもよい。

ＰＷＭコンパレータ１４は、比較器であり、非反転入力端子（＋）には、スロープ補償回路１５から波形制御信号Ｖｓｌｐが入力され、反転入力端子（−）には、出力制御回路１１から誤差信号Ｖｅｒｒが入力される。ＰＷＭコンパレータ１４は、波形制御信号Ｖｓｌｐと誤差信号Ｖｅｒｒとの比較結果に応じて、制御信号ＶｐをＰＷＭ信号生成回路１６に出力する。

ＰＷＭ信号生成回路１６は、発振器１７から入力されるクロック信号ＣＬＫに基づいて動作する。ＰＷＭ信号生成回路１６は、ＰＷＭコンパレータ１４から入力された制御信号Ｖｐに基づいて、スイッチ素子ＳＷ４，ＳＷ５に出力するＰＷＭ信号Ｔｐ，Ｔｎを生成する。ＰＷＭ信号Ｔｐ，Ｔｎは、制御信号Ｖｐに応じたパルス幅を有している。

スイッチ素子ＳＷ４は、例えば、ＰチャネルのＦＥＴであり、ＰＷＭ信号Ｔｐによりオンオフされる。他方、スイッチ素子ＳＷ５は、例えば、ＮチャネルのＦＥＴであり、ＰＷＭ信号Ｔｎによりオンオフされる。スイッチ素子ＳＷ４は、ドレイン端子が、電圧検出抵抗Ｒｓ３を介して太陽電池４と接続され、ゲート端子が、ＰＷＭ信号生成回路１６と接続されている。

Ｉ／Ｖ変換回路２０は、電圧検出抵抗Ｒｓ３の両端、及びスロープ補償回路１５と接続され、スイッチ素子ＳＷ４がオン状態であるときに電圧検出抵抗Ｒｓ３に流れる電流値を、電圧値Ｖｓとして検出して、スロープ補償回路１５に出力する。スロープ補償回路１５は、ＰＷＭ信号Ｔｐのデューティが５０（％）以上の場合において、低調波発振を防止するため、コイルＬを流れる電流波形の傾きを補償する補償値を算出し、波形制御信号Ｖｓｌｐとして出力する。

また、スイッチ素子ＳＷ４のソース端子は、スイッチ素子ＳＷ５のドレイン端子と接続され、スイッチ素子ＳＷ５のソース端子は、グランドＧＮＤと接続されている。コイルＬは、一端が、スイッチ素子ＳＷ４，ＳＷ５の間に接続され、他端が、出力スイッチＳＷ６、及びコンデンサＣの一端に接続されている。コンデンサＣの他端はグランドＧＮＤに接続されている。

ＰＷＭ信号Ｔｐ，Ｔｎに基づくスイッチ素子ＳＷ４，ＳＷ５のスイッチング動作が行われると、コンデンサＣが充放電されるとともに、コイルＬが磁化されるため、出力電圧Ｖｏｕｔが生成される。出力電圧Ｖｏｕｔは、出力スイッチＳＷ６がオンの場合、外部負荷Ｌｄに印加される。また、出力電圧Ｖｏｕｔは、誤差信号Ｖｅｒｒを生成するために、出力制御回路１１にフィードバックされる。

図８乃至図１０は、実施例に係るＤＣ−ＤＣコンバータの動作を示すタイミングチャートである。まず、図８及び図９を参照すると、電圧検出部１００は、太陽電池４の開放電圧Ｖｏｃ（Ｈ），Ｖｏｃ（Ｌ）を検出し、該電圧をＡ／Ｄ変換して得た値ｄ１，ｄ２を、デジタル信号としてスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２に出力する。これにより、開放電圧に応じて、出力制御回路１１の非反転入力端子（＋）に接続される容量が選択される。なお、本実施例において、配線の容量として、コンデンサ素子Ｃｓ１，Ｃｓ２を用いているが、配線自体が有する容量（つまり、配線容量）を用いてもよい。

容量の選択後、電圧検出部１００は、通知信号Ｓ１を、出力制御回路１１、定電流源ＣＣ、ＰＷＭコンパレータ１４、及びＰＷＭ信号生成回路１６に出力する。これにより、出力制御回路１１、定電流源ＣＣ、ＰＷＭコンパレータ１４、及びＰＷＭ信号生成回路１６は、動作を開始する。このとき、太陽電池４の出力電圧Ｅは、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の消費電力により低下する。

第１基準電圧Ｖｒｅｆ１は、太陽電池４から入力される入力電圧の増加に伴って増加する。上述したように、開放電圧に応じて、コンデンサ素子Ｃｓ１，Ｃｓ２の充電時間が決定されるため、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１が第２基準電圧Ｖｒｅｆ２に達する時間ｔＨ，ｔＬも、照度に応じて決定される。したがって、照度が高い場合の到達時間ｔＨは、照度が低い場合の到達時間ｔＬより短縮される。

また、出力制御回路１１は、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１が第２基準電圧Ｖｒｅｆ２より低いとき、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１と、出力電圧Ｖｏｕｔとの誤差に基づいて誤差信号Ｖｅｒｒを出力する。したがって、突入電流Ｉｒｕｓｈは、誤差信号Ｖｅｒｒに基づいて生成されるＰＷＭ信号Ｔｐ，Ｔｎのパルス幅Ｗ（Ｈ），Ｗ（Ｌ）に応じて制限され、照度が高い場合の制限値Ｉｍａｘ（Ｈ）は、照度が低い場合の制限値Ｉｍａｘ（Ｌ）より高い。また、出力電圧Ｖｏｕｔが定格電圧Ｅｏに達するまでの到達時間について、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１と同様に、照度が高い場合の到達時間ｔＨは、照度が低い場合の到達時間ｔＬより短い。したがって、ＤＣ−ＤＣコンバータ１の起動時間は、比較例とは異なり、照度に応じて異なり、照度が高い場合、照度が低い場合と比べて短縮される。

なお、出力制御回路１１は、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１が第２基準電圧Ｖｒｅｆ２に達した後（時間ｔＨ以降参照）、一定の第２基準電圧Ｖｒｅｆ２と、出力電圧Ｖｏｕｔとの誤差に基づいて誤差信号Ｖｅｒｒを出力する。このため、ＰＷＭ信号Ｔｐ，Ｔｎのパルス幅Ｗ（Ｈ），Ｗ（Ｌ）は、照度に依らず同一となり、出力電圧Ｖｏｕｔは定格電圧Ｅｏとなる。

次に、図１０を参照して、制限回路１２、及び停止制御回路１３の動作について説明する。先に図４を参照して説明したように、制限回路１２による過電流制限値Ｉｌｉｍは、照度が低い場合の突入電流Ｉｒｕｓｈの制限値Ｉｍａｘ（Ｌ）より大きく、照度が高い場合の突入電流Ｉｒｕｓｈの制限値Ｉｍａｘ（Ｈ）より小さいため、照度が高い場合が問題となる。このため、図１０には、照度が高い場合における電流、及び電圧のみを示す。なお、図中、停止制御回路１３の閾値電圧Ｖｔｈは、第２基準電圧Ｖｒｅｆ２と同一であるものとしているが、互いに異なっていてもよい。

第１基準電圧Ｖｒｅｆ１が閾値電圧Ｖｔｈに達する前、すなわち、起動時間０〜ｔＨ内において、停止制御回路１３は、許可信号Ｓ２の電圧をロウレベル（’Ｌ’）に維持する。このとき、制限回路１２は、動作を停止しているため、過電流保護機能が働かない。したがって、突入電流Ｉｒｕｓｈは、過電流制限値Ｉｌｉｍより大きい制限値Ｉｍａｘ（Ｈ）により制限される。

また、出力スイッチＳＷ６は、許可信号Ｓ２の電圧がロウレベルであるとき、オフとなるため、起動中、負荷Ｌｄ側の回路に短絡などが発生しても、ＤＣ−ＤＣコンバータ３から負荷Ｌｄに電流が流れることはない。なお、ＰＷＭ信号Ｔｐ，Ｔｎ、及びＶｏｕｔについては、上述したとおりである。

そして、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１が閾値電圧Ｖｔｈに達した後、すなわち、時間ｔＨ以降、停止制御回路１３は、許可信号Ｓ２のレベルをハイレベル（’Ｈ’）に維持する。このとき、出力スイッチＳＷ６は、オンになり、ＤＣ−ＤＣコンバータ３から負荷Ｌｄに電流が流れるが、制限回路１２は、許可信号Ｓ２により動作が許可されるため、過電流保護機能が働く。したがって、起動後（時間ｔＨ以降）の通常動作時において、ＤＣ−ＤＣコンバータ３から負荷Ｌｄに、過電流制限値Ｉｌｉｍ以上の電流が流れることが防止される。

一方、図１１は、起動中に制限回路１２が動作した場合におけるＤＣ−ＤＣコンバータの動作を示すタイミングチャートである。図中、停止制御回路１３は、比較のため、本実施例とは異なり、常時、許可信号Ｓ２のレベルをハイレベル（’Ｈ’）に維持するものと仮定されている。

この場合、制限回路１２は、許可信号Ｓ２により動作が許可されるため、常時、過電流保護機能が働く。したがって、突入電流Ｉｒｕｓｈは、基準電圧Ｖｒｅｆ１に従う制限値Ｉｍａｘ（Ｈ）ではなく、制限値Ｉｍａｘ（Ｈ）より小さい過電流制限値Ｉｌｉｍによって制限される。このため、図１０と比べると、ＰＷＭ信号Ｔｐ，Ｔｎのパルス幅が広がり、出力電圧Ｖｏｕｔが定格電圧Ｅｏに達するまでの時間が、差分Δｔだけ延びる。したがって、図１０に示されるように、起動中に制限回路１２の動作を停止させることによって、起動時間が短縮される。

これまで述べたように、出力制御回路１１は、外部電源４からの入力電圧に基づく基準電圧Ｖｒｅｆ１に従って、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電圧Ｖｏｕｔを制御する。したがって、制御回路１は、自己の消費電流Ｉｑを確保するとともに、出力側の平滑回路Ｌ，Ｃに流れる突入電流Ｉｒｕｓｈを、入力電圧の増加に合わせて制限し、ソフトスタートを実現する。また、制限回路１２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２から外部負荷Ｌｄに流れる電流を制限するから、過電流保護機能を実現する。

そして、基準制御回路１０は、外部電源４の開放電圧Ｖｏｃに応じて、上記の基準電圧Ｖｒｅｆ１を制御し、さらに、停止制御回路１３は、基準電圧Ｖｒｅｆ１が所定値Ｖｔｈに達するまで制限回路１２の動作を停止する。したがって、突入電流Ｉｒｕｓｈは、制限回路１２による制限を受けることなく、開放電圧に応じた適当な制限値Ｉｍａｘ（Ｈ），Ｉｍａｘ（Ｌ）により制限される。よって、本実施例によれば、開放電圧を決定する照度に従い、外部電源４から入力される入力電流の制限値を制御することによって、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の起動時間を短縮し、起動後に過電流保護機能を速やかに働かせることができる。

この効果は、次のようなＤＣ−ＤＣコンバータの制御方法によっても同様に得られる。すなわち、基準電圧Ｖｒｅｆ１に従って、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電圧Ｖｏｕｔを制御し、外部電源４の開放電圧Ｖｏｃに応じて、基準電圧Ｖｒｅｆ１を制御する。そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ２から外部負荷Ｌｄに流れる電流を制限する制限回路１２の動作を、基準電圧Ｖｒｅｆ１が所定値Ｖｔｈに達するまで停止する。

また、上述した実施例において、太陽電池４の開放電圧Ｖｏｃを検出するタイミング、及び出力制御回路１１などを動作させるタイミングは、電圧検出部１００により管理されるが、これに限定されず、外部の回路により管理されてもよい。図１２は、他の実施例に係るＤＣ−ＤＣコンバータの回路図である。図中、上述した実施例と同一の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施例における電圧検出部１０１は、開放電圧Ｖｏｃを検出するタイミングを、外部のタイミング制御回路５から検出指示信号Ｓ０により通知される。すなわち、基準制御回路１０は、外部から通知されたタイミングに従って、外部電源である太陽電池４の開放電圧Ｖｏｃを検出する。このため、電圧検出部１０１は、正確に管理されたタイミングに従って開放電圧Ｖｏｃを検出することができる。

また、タイミング制御回路５は、電圧検出部１０１に代わり、上述した通知信号Ｓ１を出力制御回路１１などに出力する。これによると、正確に管理されたタイミングに従ってＤＣ−ＤＣコンバータ２を動作させることができる。なお、タイミング制御回路５は、例えば、タイマに従って、検出指示信号Ｓ０、及び通知信号Ｓ１を出力してもよい。

以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。

なお、以上の説明に関して更に以下の付記を開示する。
（付記１） 基準電圧に従って、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を制御する出力制御回路と、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータに接続された外部電源の開放電圧に応じて、前記基準電圧を制御する基準制御回路と、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータから外部負荷に流れる電流を制限する制限回路と、
前記基準電圧が所定値に達するまで前記制限回路の動作を停止する停止制御回路とを有することを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ用制御回路。
（付記２） 前記基準制御回路は、前記開放電圧に応じて、前記外部電源と前記出力制御回路との間に接続された容量の容量値を選択することによって、前記基準電圧を制御することを特徴とする付記１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ用制御回路。
（付記３） 前記基準制御回路は、前記容量値の選択が完了したことを通知する通知信号（Ｓ１）を、前記出力制御回路に出力することを特徴とする付記２に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ用制御回路。
（付記４） 前記停止制御回路は、前記基準電圧と前記所定値とを比較して一致した場合、前記制限回路に、動作を許可する許可信号を出力することを特徴とする付記１乃至３の何れかに記載のＤＣ−ＤＣコンバータ用制御回路。
（付記５） 前記基準制御回路は、外部から通知されたタイミングに従って、前記外部電源の前記開放電圧を検出することを特徴とする付記１乃至４の何れかに記載のＤＣ−ＤＣコンバータ用制御回路。
（付記６） 付記１乃至５の何れかに記載のＤＣ−ＤＣコンバータ用制御回路と、
１以上のスイッチング素子とを有し、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータ用制御回路によって前記１以上のスイッチング素子をオンオフ制御することにより前記出力電圧を生成することを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
（付記７） 前記１以上のスイッチング素子と外部負荷との間に接続された出力スイッチを、さらに有し、
前記停止制御回路は、前記出力電圧が前記外部負荷に印加されないように、前記基準電圧が前記所定値に達するまで前記出力スイッチをオフ制御することを特徴とする請求項６に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
（付記８） 基準電圧に従って、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を制御し、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータに接続された外部電源の開放電圧に応じて、前記基準電圧を制御し、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータから外部負荷に流れる電流を制限する制限回路の動作を、前記基準電圧が所定値に達するまで停止することを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータの制御方法。
（付記９） 前記開放電圧に応じて、前記外部電源と前記出力制御回路との間に接続された容量の容量値を選択することによって、前記基準電圧を制御することを特徴とする付記８に記載のＤＣ−ＤＣコンバータの制御方法。
（付記１０） 前記基準電圧の制御に先立ち、外部から通知されたタイミングに従って、前記外部電源の前記開放電圧を検出することを特徴とする付記８または９に記載のＤＣ−ＤＣコンバータの制御方法。

１ 制御回路
１０ 基準制御回路
１１ 出力制御回路
１２ 制限回路
１３ 停止制御回路
２ ＤＣ−ＤＣコンバータ
ＳＷ４，ＳＷ５ スイッチ素子
ＳＷ６ 出力スイッチ
４ 外部電源
Ｖｒｅｆ１ 第１基準電圧
Ｖｏｕｔ 出力電圧
Ｓ１ 通知信号
Ｓ２ 許可信号

Claims (8)

1. 基準電圧に従って、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を制御する出力制御回路と、
   前記ＤＣ−ＤＣコンバータに接続された外部電源の開放電圧に応じて、前記基準電圧を制御する基準制御回路と、
   前記ＤＣ−ＤＣコンバータから外部負荷に流れる電流を制限する制限回路と、
   前記基準電圧が所定値に達するまで前記制限回路の動作を停止する停止制御回路とを有することを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ用制御回路。
2. 前記基準制御回路は、前記開放電圧に応じて、前記外部電源と前記出力制御回路との間に接続された容量の容量値を選択することによって、前記基準電圧を制御することを特徴とする請求項１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ用制御回路。
3. 前記基準制御回路は、前記容量値の選択が完了したことを通知する通知信号を、前記出力制御回路に出力することを特徴とする請求項２に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ用制御回路。
4. 前記停止制御回路は、前記基準電圧と前記所定値とを比較して一致した場合、前記制限回路に、動作を許可する許可信号を出力することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のＤＣ−ＤＣコンバータ用制御回路。
5. 前記基準制御回路は、外部から通知されたタイミングに従って、前記外部電源の前記開放電圧を検出することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のＤＣ−ＤＣコンバータ用制御回路。
6. 請求項１乃至５の何れかに記載のＤＣ−ＤＣコンバータ用制御回路と、
   １以上のスイッチング素子とを有し、
   前記ＤＣ−ＤＣコンバータ用制御回路によって前記１以上のスイッチング素子をオンオフ制御することにより前記出力電圧を生成することを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
7. 前記１以上のスイッチング素子と外部負荷との間に接続された出力スイッチを、さらに有し、
   前記停止制御回路は、前記出力電圧が前記外部負荷に印加されないように、前記基準電圧が前記所定値に達するまで前記出力スイッチをオフ制御することを特徴とする請求項６に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
8. 基準電圧に従って、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を制御し、
   前記ＤＣ−ＤＣコンバータに接続された外部電源の開放電圧に応じて、前記基準電圧を制御し、
   前記ＤＣ−ＤＣコンバータから外部負荷に流れる電流を制限する制限回路の動作を、前記基準電圧が所定値に達するまで停止することを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータの制御方法。

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