JP2016116337A - Ｄｃ−ｄｃコンバータ - Google Patents

Abstract

【課題】出力電圧が一定に保持されつつノイズの周波数帯域の拡大が抑制されたＤＣ−ＤＣコンバータ。【解決手段】入力電圧を昇圧する際に昇圧動作、若しくは、昇圧動作よりも入力電圧の昇圧量の低い第１昇降圧動作を行い、入力電圧を降圧する際に降圧動作、若しくは、降圧動作よりも入力電圧の降圧量の低い第２昇降圧動作を行う。昇圧動作から第１昇降圧動作に移行する際に昇圧スイッチのオン時間を一時的に増大し、第２昇降圧動作から降圧動作に移行する際に降圧スイッチのオフ時間を一時的に減少する。こうすることで出力電圧にアンダーシュートが生じないようにする。また降圧動作から第２昇降圧動作に移行する際に降圧スイッチのオフ時間を一時的に増大し、第１昇降圧動作から昇圧動作に移行する際に昇圧スイッチのオン時間を一時的に減少する。こうすることで出力電圧にオーバーシュートが生じないようにする。【選択図】図４

Description

本発明は、入力電圧を昇圧若しくは降圧して、一定の電圧レベルの出力電圧を生成するＤＣ−ＤＣコンバータに関するものである。

特許文献１に示されるように、入力電圧の変動に対して出力電圧を一定に保持する昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータが知られている。この昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータは降圧スイッチと昇圧スイッチを有し、降圧モードにおいて降圧スイッチをスイッチングして昇圧スイッチをオフに維持し、昇圧モードにおいて降圧スイッチをオンに維持して昇圧スイッチをスイッチングする。そして昇降圧モードにおいては降圧スイッチのスイッチングと昇圧スイッチのスイッチングを交互に行う。

上記の昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータは、降圧モードから昇降圧モードへの切替時において降圧スイッチング回数を漸次減少し、昇降圧モードから降圧モードへの切替時において降圧スイッチング回数を漸次増加する。同様にして昇圧モードから昇降圧モードへの切替時において昇圧スイッチング回数を漸次減少し、昇降圧モードから昇圧モードへの切替時において昇圧スイッチング回数を漸次増加する。これによりモードの切り替え時において降圧スイッチと昇圧スイッチのスイッチング動作を円滑に切り替え、出力電圧を一定に保持する。

特開２０１１−２２９２１０号公報

上記したように特許文献１に示される昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータでは、モードの切り替え時において降圧スイッチ若しくは昇圧スイッチのスイッチング回数を漸次減少若しくは漸次増加させている。これによって出力電圧が一定に保持されるが、スイッチングによって発生するノイズの周波数帯域が広くなる、という問題があった。

そこで本発明は上記問題点に鑑み、出力電圧が一定に保持されつつノイズの周波数帯域の拡大が抑制されたＤＣ−ＤＣコンバータを提供することを目的とする。

上記した目的を達成するための第１発明は、入力電源（２００）から供給される入力電圧を昇圧若しくは降圧して、一定の電圧レベルの出力電圧を生成するＤＣ−ＤＣコンバータであって、
コイル（３０）と、
入力電源とコイルの一端との間に設けられた降圧スイッチ（１２）と、
出力電圧を出力する第１出力端子（１２１）および基準電位に固定された第２出力端子（１２２）と、
第２出力端子とコイルの他端との間に設けられた昇圧スイッチ（２２）と、
降圧スイッチと昇圧スイッチそれぞれのオン状態とオフ状態を制御することで、入力電圧の変動に関わらずに出力電圧の電圧レベルを一定に保つ制御部（４０）と、を有し、
制御部は、入力電圧を昇圧する際に昇圧動作、若しくは、昇圧動作よりも入力電圧の昇圧量の低い第１昇降圧動作を行い、入力電圧を降圧する際に降圧動作、若しくは、降圧動作よりも入力電圧の降圧量の低い第２昇降圧動作を行い、
制御部は、
昇圧動作において降圧スイッチを常時オン状態に制御しつつ昇圧スイッチを周期的にオン状態とオフ状態とに制御し、
降圧動作において降圧スイッチを周期的にオン状態とオフ状態とに制御しつつ昇圧スイッチを常時オフ状態に制御し、
第１昇降圧動作および第２昇降圧動作それぞれにおいて、デューティ比を異ならせて同一周期で降圧スイッチと昇圧スイッチをオン状態とオフ状態に制御しており、
昇圧動作から第１昇降圧動作に移行する際、出力電圧にアンダーシュートが生じないように、第１昇降圧動作の始めにおいて昇圧スイッチの一周期当たりのオン時間を昇圧動作終了時よりも増大し、
第２昇降圧動作から降圧動作に移行する際、出力電圧にアンダーシュートが生じないように、降圧動作の始めにおいて降圧スイッチの一周期当たりのオフ時間を第２昇降圧動作終了時よりも減少し、
降圧動作から第２昇降圧動作に移行する際、出力電圧にオーバーシュートが生じないように、第２昇降圧動作の始めにおいて降圧スイッチのオフ時間を降圧動作終了時よりも増大し、
第１昇降圧動作から昇圧動作に移行する際、出力電圧にオーバーシュートが生じないように、昇圧動作の始めにおいて昇圧スイッチのオン時間を第１昇降圧動作終了時よりも減少することを特徴とする。

降圧スイッチ（１２）がオン状態において昇圧スイッチ（２２）がオン状態とオフ状態に制御されると、コイル（３０）に電流が流れることで蓄えられるエネルギーのために入力電圧が昇圧される。そしてその昇圧量は昇圧スイッチ（２２）のオン時間が長くなればなるほど大きくなる。また昇圧スイッチ（２２）がオフ状態において降圧スイッチ（１２）がオン状態とオフ状態に制御されると、コイル（３０）に電流が流れなくなる時間があるために入力電圧が降圧される。そしてその降圧量は降圧スイッチ（１２）のオフ時間が長くなればなるほど大きくなる。

そこで第１発明では昇圧動作から第１昇降圧動作へと移行する際、昇圧スイッチ（２２）のオン時間を増大して昇圧量を一時的に高める。そして第２昇降圧動作から降圧動作へと移行する際、降圧スイッチ（１２）のオフ時間を減少して降圧量を一時的に低める。こうすることで動作の切り替え時に昇圧量の一時的な減少と降圧量の一時的な増大の発生が抑制され、出力電圧にアンダーシュートが発生することが抑制される。また降圧動作から第２昇降圧動作へと移行する際、降圧スイッチ（１２）のオフ時間を増大して降圧量を一時的に高める。そして第１昇降圧動作から昇圧動作へと移行する際、昇圧スイッチ（２２）のオン時間を減少して昇圧量を一時的に低める。こうすることで動作の切り替え時に降圧量の一時的な減少と昇圧量の一時的な増大の発生が抑制され、出力電圧にオーバーシュートが発生することが抑制される。

以上示したように第１発明によれば、動作の切り替え時において昇圧スイッチ（２２）のオン時間と降圧スイッチ（１２）のオフ時間を調整することで、出力電圧にオーバーシュートやアンダーシュートが発生することが抑制される。これにより出力電圧が一定に保持される。また上記したように本発明では動作の移行時にスイッチのオン時間とオフ時間を調整している。したがって動作の移行時にスイッチのオン回数（スイッチング回数）を調整する構成と比べて、スイッチのスイッチングによって生じるノイズの周波数帯域の拡大が抑制される。

なお、特許請求の範囲に記載の請求項、および、課題を解決するための手段それぞれに記載の要素に括弧付きで符号をつけている。この括弧付きの符号は実施形態に記載の各構成要素との対応関係を簡易的に示すためのものであり、実施形態に記載の要素そのものを必ずしも示しているわけではない。括弧付きの符号の記載は、いたずらに特許請求の範囲を狭めるものではない。

第１実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータの概略構成を示す回路図である。 デューティ信号を説明するためのタイミングチャートである。 デューティ信号を説明するためのタイミングチャートである。 入力電圧の上昇時におけるＤＣ−ＤＣコンバータの信号を示すタイミングチャートである。 入力電圧の下降時におけるＤＣ−ＤＣコンバータの信号を示すタイミングチャートである。 昇圧動作におけるデューティ演算回路の処理を示すフローチャートである。 第１昇降圧動作におけるデューティ演算回路の処理を示すフローチャートである。 第２昇降圧動作におけるデューティ演算回路の処理を示すフローチャートである。 降圧動作におけるデューティ演算回路の処理を示すフローチャートである。 昇圧動作から第１昇降圧動作への移行時に生じるアンダーシュートを示すグラフである。 第１昇降圧動作から昇圧動作への移行時に生じるオーバーシュートを示すグラフである。 昇圧動作から第１昇降圧動作への移行時におけるアンダーシュートの抑制を示すグラフである。 第１昇降圧動作から昇圧動作への移行時におけるオーバーシュートの抑制を示すグラフである。 ＤＣ−ＤＣコンバータの変形例を示す回路図である。 ＤＣ−ＤＣコンバータの変形例を示す回路図である。

以下、本発明のＤＣ−ＤＣコンバータを車載のヘッドランプなどに用いられるＬＥＤの点灯制御に適用した場合の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１〜図１３に基づいて、本実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータを説明する。図１に示すようにＤＣ−ＤＣコンバータ１００は、第１入力端子１１１と第２入力端子１１２を有し、これらが入力電源２００に接続されている。またＤＣ−ＤＣコンバータ１００は第１出力端子１２１と第２出力端子１２２を有し、これらがＬＥＤ３００に接続されている。したがって入力電源２００からＤＣ−ＤＣコンバータ１００に入力電圧ＶＢが供給され、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００によって入力電圧ＶＢが昇圧若しくは降圧される。この昇圧若しくは降圧された入力電圧ＶＢがＤＣ−ＤＣコンバータ１００の出力電圧ＶｏとしてＬＥＤ３００に出力される。本実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ１００はＬＥＤ３００を一定の輝度で発光するべく、入力電圧ＶＢが変動したとしても出力電圧Ｖｏを目標とする電圧（以下、目標電圧と示す）に一定に保つ機能を果たす。後述するようにＤＣ−ＤＣコンバータ１００は、入力電圧ＶＢを昇圧して出力電圧Ｖｏを目標電圧に保つ場合、昇圧動作若しくは第１昇降圧動作を行う。これとは反対に入力電圧ＶＢを降圧して出力電圧Ｖｏを目標電圧に保つ場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００は第２昇降圧動作若しくは降圧動作を行う。

図１に示すようにＤＣ−ＤＣコンバータ１００は、コイル３０と、このコイル３０を介して接続された入力部１０と出力部２０を有する。入力部１０は上記した２つの入力端子１１１，１１２を有し、第１入力端子１１１は入力電源２００の高電位電極に接続され、第２入力端子１１２は入力電源２００の低電位電極に接続されている。また出力部２０は上記した２つの出力端子１２１，１２２を有し、第１出力端子１２１はＬＥＤ３００のアノード電極に接続され、第２出力端子１２２はＬＥＤ３００のカソード電極に接続されている。

入力部１０は、第１入力端子１１１からコイル３０の一端へと延びた第１入力配線１０ａと、第２入力端子１１２からコイル３０の一端へと向かって延びた第２入力配線１０ｂと、を有する。そして入力部１０は、第１入力配線１０ａと第２入力配線１０ｂとの間に接続された入力コンデンサ１１と、第１入力配線１０ａに設けられた降圧スイッチ１２と、第２入力配線１０ｂに設けられた入力ダイオード１３と、を有する。入力コンデンサ１１の一端は第１入力配線１０ａにおける第１入力端子１１１と降圧スイッチ１２との間に接続され、その他端は第２入力配線１０ｂにおける第２入力端子１１２と入力ダイオード１３との間に接続されている。そして入力ダイオード１３のアノード電極が第２入力端子１１２に接続され、そのカソード電極がコイル３０の一端に接続されている。降圧スイッチ１２は自身の制御電極にＨｉレベルの信号が入力されるとオン状態になり、Ｌｏレベルの信号が入力されるとオフ状態になるものであり、具体的に言えばＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴである。

出力部２０は、コイル３０の他端から第１出力端子１２１へと延びた第１出力配線２０ａと、コイル３０の他端から第２出力端子１２２へと向かって延びた第２出力配線２０ｂと、を有する。そして出力部２０は、第１出力配線２０ａと第２出力配線２０ｂとの間に接続された出力コンデンサ２１と、第１出力配線２０ａに設けられた出力ダイオード２３と、第２出力配線２０ｂに設けられた昇圧スイッチ２２と、を有する。出力コンデンサ２１の一端は第１出力配線２０ａにおける出力ダイオード２３と第１出力端子１２１との間に接続され、その他端は第２入力配線１０ｂにおける昇圧スイッチ２２と第２出力端子１２２との間に接続されている。そして出力ダイオード２３のアノード電極はコイル３０の他端に接続され、そのカソード電極は第１出力端子１２１に接続されている。昇圧スイッチ２２は自身の制御電極にＨｉレベルの信号が入力されるとオン状態になり、Ｌｏレベルの信号が入力されるとオフ状態になるものであり、具体的に言えばＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴである。本実施形態に係る出力部２０は、上記した構成要素の他に、第１出力端子１２１に流れる電流（ＬＥＤ３００のアノード電極に流れ込む電流）を検出するための電流検出用抵抗２４を有する。この電流検出用抵抗２４は第１出力配線２０ａに設けられており、その両端電圧が後述する制御部４０によって検出される。

なお図１に示すように第２入力配線１０ｂと第２出力配線２０ｂとは共通配線３１を介して電気的に接続されている。したがって共通配線３１と第２出力配線２０ｂそれぞれは第２入力配線１０ｂを介して入力電源２００の低電位電極に接続され、その電位が固定されている。すなわち配線１０ｂ，２０ｂ，３１それぞれの電位は基準電位（グランド電位）に固定されている。これにより入力コンデンサ１１の他端、入力ダイオード１３のアノード電極、昇圧スイッチ２２の一端、出力コンデンサ２１の他端、第２出力端子１２２、および、ＬＥＤ３００のカソード電極それぞれがグランド電位に固定されている。以上によりＬＥＤ３００に印加される電圧（出力電圧Ｖｏ）は第１出力端子１２１の電位によって定まる。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１００は上記したコイル３０、入力部１０、および、出力部２０の他に制御部４０を有する。制御部４０は入力電圧ＶＢの変動に依らずに出力電圧Ｖｏが一定となるようにスイッチ１２，２２のオン状態とオフ状態を制御するものである。図１に示すように制御部４０は、電流検出回路４１、デューティ演算回路４２、デジタルアナログ変換回路４３、鋸波生成回路４４、コンパレータ４５、ＯＲゲート４６、ＮＯＴゲート４７、および、ＡＮＤゲート４８を有する。電流検出回路４１は電流検出用抵抗２４の抵抗値を記憶しており、その両端電圧を取得して第１出力配線２０ａを流れる電流を検出する。すなわち電流検出回路４１はＬＥＤ３００のアノード電極に流れ込む電流（出力電圧Ｖｏに基づく出力電流）を検出する。この電流検出回路４１にて検出された出力電流がデューティ演算回路４２に入力される。

デューティ演算回路４２は上記の出力電流を、出力電圧Ｖｏが目標電圧の時に電流検出回路４１にて検出される目標電流に保つためのパルス信号を生成するものである。デューティ演算回路４２は出力電流と目標電流とに基づいて動作信号Ｓｍとデューティ信号Ｓｄを生成する。動作信号Ｓｍは上記した昇圧動作、降圧動作、および、昇降圧動作を決定し、デューティ信号Ｓｄはスイッチ１２，２２のデューティ比（オン時間とオフ時間）を定める。この動作信号Ｓｍとデューティ信号Ｓｄ、および、デューティ演算回路４２は後で詳説する。

デジタルアナログ変換回路４３は、上記したデューティ信号Ｓｄをデジタル信号からアナログ信号に変換するものである。このデジタルアナログ変換回路４３によってアナログ信号に変換されたデューティ信号Ｓｄがコンパレータ４５に入力される。図２〜図５に示すデューティ信号Ｓｄはアナログ信号に変換されたものである。

鋸波生成回路４４は、一定の周期で電圧レベルが増加と減少を繰り返す鋸信号Ｓｓを生成するものである。図４および図５に示すように鋸信号Ｓｓを成す鋸波は電圧レベルが最低レベルから一定の増加率で上昇し、最高レベルに達すると瞬時に最低レベルへと変化する振る舞いを示し、その波形は直角三角形を成している。この鋸波から成る鋸信号Ｓｓがコンパレータ４５に入力される。

コンパレータ４５は、アナログ信号に変換されたデューティ信号Ｓｄと鋸信号Ｓｓとを比較し、その比較結果に応じてＨｉ信号かＬｏ信号を出力するものである。本実施形態ではコンパレータ４５の非反転入力端子にデューティ信号Ｓｄが入力され、反転入力端子に鋸信号Ｓｓが入力される。したがってデューティ信号Ｓｄが鋸信号Ｓｓよりも電圧レベルが高い場合、コンパレータ４５はＨｉ信号を出力する。その反対にデューティ信号Ｓｄが鋸信号Ｓｓよりも電圧レベルが低い場合、コンパレータ４５はＬｏ信号を出力する。コンパレータ４５の出力信号がＮＯＴゲート４７を介してＯＲゲート４６に入力され、ＡＮＤゲート４８にそのまま入力される。

ＯＲゲート４６は、２つの入力信号の内の少なくとも一方がＨｉレベルの場合にＨｉ信号を出力し、２つの入力信号がともにＬｏレベルの場合にＬｏ信号を出力する論理ゲートである。このＯＲゲート４６は２つの入力端子を有し、一方の入力端子はＮＯＴゲート４７を介してコンパレータ４５の出力端子と接続され、他方の入力端子はデューティ演算回路４２の動作信号Ｓｍを出力する出力端子と接続されている。そしてＯＲゲート４６の出力端子は降圧スイッチ１２の制御電極（ゲート電極）に接続されている。ＮＯＴゲート４７は電圧レベルを反転する機能を有するので、コンパレータ４５からＨｉ信号が出力されるとＮＯＴゲート４７からＬｏ信号が出力される。またコンパレータ４５からＬｏ信号が出力されるとＮＯＴゲート４７からＨｉ信号が出力される。したがって動作信号ＳｍおよびＮＯＴゲート４７の出力信号の少なくとも一方がＨｉレベルの場合にＯＲゲート４６からＨｉ信号が出力される。また動作信号ＳｍおよびＮＯＴゲート４７の出力信号それぞれがＬｏレベルの場合にＯＲゲート４６からＬｏ信号が出力される。このＯＲゲート４６の出力信号が、降圧制御信号Ｓ１として降圧スイッチ１２のゲート電極に入力される。したがって降圧制御信号Ｓ１がＨｉレベルになると降圧スイッチ１２はオン状態になり、降圧制御信号Ｓ１がＬｏレベルになると降圧スイッチ１２はオフ状態になる。

ＡＮＤゲート４８は、２つの入力信号がともにＨｉレベルの場合にＨｉ信号を出力し、２つの入力信号の内の少なくとも一方がＬｏレベルの場合にＬｏ信号を出力する論理ゲートである。このＡＮＤゲート４８には上記した動作信号Ｓｍとコンパレータ４５の出力信号とが入力される。そしてＡＮＤゲート４８の出力端子は昇圧スイッチ２２の制御電極（ゲート電極）に接続されている。したがって動作信号Ｓｍとコンパレータ４５の出力信号それぞれがＨｉレベルの場合にＡＮＤゲート４８からＨｉ信号が出力される。また動作信号Ｓｍとコンパレータ４５の出力信号の少なくとも一方がＬｏレベルの場合にＡＮＤゲート４８からＬｏ信号が出力される。このＡＮＤゲート４８の出力信号が、昇圧制御信号Ｓ２として昇圧スイッチ２２のゲート電極に入力される。したがって昇圧制御信号Ｓ２がＨｉレベルになると昇圧スイッチ２２はオン状態になり、昇圧制御信号Ｓ２がＬｏレベルになると昇圧スイッチ２２はオフ状態になる。

次に、デューティ演算回路４２の生成する動作信号Ｓｍとデューティ信号Ｓｄを説明する。動作信号Ｓｍは昇圧動作においてデューティ比が１００％、２つの昇降圧動作においてデューティ比が５０％、降圧動作においてデューティ比が０％となるパルス信号である。そのため２つの昇降圧動作における動作信号Ｓｍのパルス幅はパルス周期の半分になっている。上記のように動作信号Ｓｍは振る舞うので、その電圧レベルは昇圧動作においてＨｉレベルに固定され、昇降圧動作においてＨｉレベルとＬｏレベルに交互に変動し、降圧動作においてＬｏレベルに固定される。ただし図２および図４に示すように動作信号Ｓｍは昇圧動作から第１昇降圧動作へと移行する際にパルス幅分（パルス周期の半分）だけＨｉレベルに維持され、第１昇降圧動作の始めはＨｉレベルになっている。また図３および図５に示すように動作信号Ｓｍは降圧動作から第２昇降圧動作へと移行する際にパルス幅分（パルス周期の半分）だけＬｏレベルに維持され、第２昇降圧動作の始めはＬｏレベルになっている。

図４および図５に示すように動作信号Ｓｍのパルス周期Ｔ２は鋸信号Ｓｓの鋸波の周期Ｔ１（以下、鋸周期Ｔ１と示す）の２倍であり、昇降圧動作において１つのパルスが立ち上がっている時間（パルス幅τ）と鋸周期Ｔ１の１周期当たりの時間とが等しくなっている。動作信号Ｓｍのパルスが立ち上がっている時間および立ち下がっている時間それぞれにおいて鋸信号Ｓｓに含まれる鋸波の１つが立ち上がって瞬時に立ち下がる。

デューティ信号Ｓｄは出力電流と目標電流、および、動作信号Ｓｍに応じて電圧レベルが変化するものである。デューティ演算回路４２はデューティ信号Ｓｄを生成するための信号として図２および図３に示す第１デューティ信号＋Ｓｄと第２デューティ信号−Ｓｄを生成する。これら２つの信号の電圧レベルは出力電流と目標電流に応じて決定され、動作信号Ｓｍの電圧レベルに応じていずれか１つがデューティ信号Ｓｄとしてデューティ演算回路４２から出力される。具体的に言えば動作信号Ｓｍの電圧レベルがＨｉレベルの場合に第１デューティ信号＋Ｓｄが出力され、電圧レベルがＬｏレベルの場合に第２デューティ信号−Ｓｄが出力される。上記したように動作信号Ｓｍの電圧レベルは昇圧動作においてＨｉレベルに固定され、昇降圧動作においてＨｉレベルとＬｏレベルに交互に変動し、降圧動作においてＬｏレベルに固定される。したがって昇圧動作ではデューティ信号Ｓｄとして第１デューティ信号＋Ｓｄが出力され、昇降圧動作では第１デューティ信号＋Ｓｄと第２デューティ信号−Ｓｄが交互に出力される。そして降圧動作ではデューティ信号Ｓｄとして第２デューティ信号−Ｓｄが出力される。

デューティ演算回路４２は規定値として、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の動作を保証するための動作保障電圧Ｖｏｇと、上記した各種動作の切り替え時において出力電圧Ｖｏにアンダーシュートやオーバーシュートが生じることを抑制するための抑制電圧Ｖｓを記憶している。デューティ演算回路４２は上記の電圧Ｖｏｇ，Ｖｓ、そして出力電流と目標電流とに基づいて、デューティ信号＋Ｓｄ，−Ｓｄの電圧レベルを調整する。すなわちデューティ信号＋Ｓｄ，−Ｓｄは下記に示すように出力電流と目標電流とに応じた振る舞いを示す。

図２に示すように第１デューティ信号＋Ｓｄは昇圧動作および第１昇降圧動作時に電圧レベルが変動し、第２昇降圧動作および降圧動作時に電圧レベルが一定に固定される。詳しく言えば、第１デューティ信号＋Ｓｄは昇圧動作において出力電流が目標電流よりも高い場合に低下する振る舞いを示し、その電圧レベルが動作保障電圧Ｖｏｇまで低下すると、抑制電圧Ｖｓへと急激に上昇する。また第１デューティ信号＋Ｓｄは第１昇降圧動作において出力電流が目標電流よりも高いと抑制電圧Ｖｓから低下する振る舞いを示し、その電圧レベルが動作保障電圧Ｖｏｇまで低下すると、動作保障電圧Ｖｏｇに固定される。

これに対して第２デューティ信号−Ｓｄは、図３に示すように第２昇降圧動作および降圧動作時に電圧レベルが変動し、昇圧動作および第１昇降圧動作時に電圧レベルが一定に固定される。詳しく言えば、第２デューティ信号−Ｓｄは降圧動作において出力電流が目標電流よりも低い場合に低下する振る舞いを示し、その電圧レベルが動作保障電圧Ｖｏｇまで低下すると、抑制電圧Ｖｓへと急激に上昇する。また第２デューティ信号−Ｓｄは第２昇降圧動作において出力電流が目標電流よりも低い場合に低下する振る舞いを示し、その電圧レベルが動作保障電圧Ｖｏｇまで低下すると、動作保障電圧Ｖｏｇに固定される。

なお、上記した動作保障電圧Ｖｏｇの電圧レベルは鋸信号Ｓｓの最低レベルよりも若干高めに設定される。これは後述するようにデューティ信号Ｓｄと鋸信号Ｓｓとの電圧レベルの差によって第１昇降圧動作における降圧制御信号Ｓ１の最大デューティ比と第２昇降圧動作における昇圧制御信号Ｓ２の最小デューティ比を決定するためである。また、第１デューティ信号＋Ｓｄと第２デューティ信号−Ｓｄの最低レベルとしては上記のように動作保障電圧Ｖｏｇではなく、この動作保障電圧Ｖｏｇよりも若干高い電圧レベルを採用することもできる。

次に、本実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ１００の動作を図４および図５に基づいて説明する。なお出力電圧ＶｏはＤＣ−ＤＣコンバータ１００によって一定となるように制御されるが、実際には多少なりとも変動する。しかしながら図４および図５では説明を簡明とするため、出力電圧Ｖｏを一定の目標電圧として図示している。

図４は入力電圧ＶＢが出力電圧Ｖｏ（目標電圧）よりも電圧レベルが低い状態から徐々に高まり、入力電圧ＶＢが出力電圧Ｖｏを上回って徐々に上昇する状況を示している。この場合、デューティ演算回路４２は出力電流を目標電流に保つべく、昇圧動作、第１昇降圧動作、第２昇降圧動作、降圧動作へと動作を順次変更する。また図５は入力電圧ＶＢが出力電圧Ｖｏ（目標電圧）よりも電圧レベルが高い状態から徐々に低まり、入力電圧ＶＢが出力電圧Ｖｏを下回って徐々に低下する状況を示している。この場合、デューティ演算回路４２は出力電流を目標電流に保つべく、降圧動作、第２昇降圧動作、第１昇降圧動作、昇圧動作へと動作を順次変更する。

図４および図５に示すように入力電圧ＶＢの電圧レベルが変動したとしても鋸信号Ｓｓに含まれる鋸波の波形と周期は変わらず、基準信号としての機能を果たしている。しかしながらこれとは異なり入力電圧ＶＢの電圧レベルの変動（出力電流の変動）に対してデューティ信号Ｓｄと動作信号Ｓｍは変動し、この結果、制御信号Ｓ１，Ｓ２も変動する。

煩雑となることを避けるため、各動作を説明する前に信号Ｓｍ，Ｓｄと制御信号Ｓ１，Ｓ２の対応関係を記載しておく。動作信号ＳｍがＨｉレベルの場合、降圧制御信号Ｓ１はデューティ信号Ｓｄに依らずにＨｉレベルである。これに対して昇圧制御信号Ｓ２は動作信号ＳｍがＨｉレベルの場合において、デューティ信号Ｓｄが鋸波よりも電圧レベルが高いとＨｉレベルになり、電圧レベルが低いとＬｏレベルになる。また動作信号ＳｍがＬｏレベルの場合、デューティ信号Ｓｄに依らずに昇圧制御信号Ｓ２はＬｏレベルである。これに対して降圧制御信号Ｓ１は動作信号ＳｍがＬｏレベルの場合において、デューティ信号Ｓｄが鋸波よりも電圧レベルが高いとＬｏレベルになり、電圧レベルが低いとＨｉレベルになる。以下、各動作を順に説明する。

図４に示すように昇圧動作において動作信号ＳｍはＨｉレベルなので降圧制御信号Ｓ１はＨｉレベルであり降圧スイッチ１２は常時オン状態である。しかしながらデューティ信号Ｓｄの電圧レベルは出力電流が目標電流よりも高いと徐々に低下する。そのためデューティ信号Ｓｄが鋸信号Ｓｓに含まれる鋸波よりも電圧レベルの高い時間が徐々に短くなる。これにより昇圧制御信号Ｓ２は鋸周期Ｔ１毎にパルス幅が徐々に短くなる振る舞いを示す。そのため昇圧スイッチ２２は鋸周期Ｔ１間隔でオン状態とオフ状態とに交互に制御されるとともに、そのオン時間（パルス幅）はデューティ信号Ｓｄの電圧レベルが低下して動作保障電圧Ｖｏｇに近づくほどに短くなる。

上記のように昇圧動作において降圧スイッチ１２は常時オン状態に制御され、昇圧スイッチ２２はオン状態とオフ状態に制御される。昇圧スイッチ２２がオン状態の場合、入力電圧ＶＢに基づく電流がコイル３０を介して第２入力端子１１２へと流れる。その際にコイル３０にエネルギーが蓄えられる。次いで昇圧スイッチ２２がオフ状態になると、入力電圧ＶＢとコイル３０に蓄えられたエネルギーとに基づく電流が第１出力端子１２１に流れる。これにより出力電圧Ｖｏの時間平均値が入力電圧ＶＢよりも高まり、入力電圧ＶＢが昇圧される。この昇圧量は昇圧スイッチ２２のオン時間が長くなればなるほど大きくなる。したがって上記したようにデューティ信号Ｓｄの電圧レベルが低下して動作保障電圧Ｖｏｇに近づくほどに昇圧スイッチ２２のオン時間が短くなると、徐々に昇圧量が減少される。これにより入力電圧ＶＢが上昇したとしても出力電流が目標電流に保たれる。なお図５に示すようにデューティ信号Ｓｄの電圧レベルが上昇して動作保障電圧Ｖｏｇから遠ざかるほどに昇圧制御信号Ｓ２のパルス幅は長くなり、昇圧スイッチ２２のオン時間が徐々に長くなる。これにより入力電圧ＶＢが下降したとしても徐々に昇圧量が増加され、出力電流が目標電流に保たれる。

次に、降圧動作を説明する。図４に示すように降圧動作において動作信号ＳｍはＬｏレベルなので昇圧制御信号Ｓ２はＬｏレベルであり昇圧スイッチ２２は常時オフ状態である。しかしながらデューティ信号Ｓｄの電圧レベルは出力電流が目標電流よりも高いと徐々に高まる。したがってデューティ信号Ｓｄが鋸波よりも電圧レベルの高い時間が徐々に長くなる。これにより降圧制御信号Ｓ１は鋸周期Ｔ１毎にパルス幅が徐々に短くなる振る舞いを示す。そのため降圧スイッチ１２は鋸周期Ｔ１間隔でオン状態とオフ状態とに交互に制御されるとともに、そのオン時間（パルス幅）はデューティ信号Ｓｄの電圧レベルが上昇して動作保障電圧Ｖｏｇから遠ざかるほどに短くなる。換言すれば、降圧スイッチ１２のオフ時間はデューティ信号Ｓｄの電圧レベルが上昇して動作保障電圧Ｖｏｇから遠ざかるほどに長くなる。

上記のように降圧動作において降圧スイッチ１２はオン状態とオフ状態に制御され、昇圧スイッチ２２は常時オフ状態に制御される。降圧スイッチ１２がオン状態の場合、入力電圧ＶＢに基づく電流がコイル３０を介して第１出力端子１２１へと流れる。しかしながら降圧スイッチ１２がオフ状態になるとコイル３０に電流が流れなくなる。これにより出力電圧Ｖｏの時間平均値が入力電圧ＶＢよりも低まり、入力電圧ＶＢが降圧される。降圧量は降圧スイッチ１２のオフ時間が長くなればなるほど大きくなる。したがって上記したようにデューティ信号Ｓｄの電圧レベルが上昇して動作保障電圧Ｖｏｇから遠ざかるほどに降圧スイッチ１２のオフ時間が長くなると、徐々に降圧量が増大される。これにより入力電圧ＶＢが上昇したとしても出力電流が目標電流に保たれる。なお図５に示すようにデューティ信号Ｓｄの電圧レベルが下降して動作保障電圧Ｖｏｇに近づくほどに降圧制御信号Ｓ１のパルス幅は長くなり、降圧スイッチ１２のオフ時間が徐々に短くなる。これにより入力電圧ＶＢが下降したとしても徐々に降圧量が減少され、出力電流が目標電流に保たれる。

次に第１昇降圧動作と第２昇降圧動作を説明する。図４および図５に示すように第１昇降圧動作および第２昇降圧動作それぞれにおいて動作信号Ｓｍの電圧レベルはデューティ比５０％で変動する。動作信号Ｓｍのパルスが立ち上がっている時間および立ち下がっている時間それぞれにおいて鋸信号Ｓｓの鋸波が徐々に立ち上がって瞬時に立ち下がる。そして動作信号Ｓｍのパルス周期Ｔ２に応じてデューティ信号Ｓｄのパルスは立ち上がりと立ち下がりを繰り返す。

第１昇降圧動作において動作信号Ｓｍのパルスが立ち上がっている際にデューティ信号Ｓｄのパルスも立ち上がり、動作信号Ｓｍのパルスが立ち下がっている際にデューティ信号Ｓｄのパルスも立ち下がる。また昇圧動作と同様にしてデューティ信号Ｓｄのパルスの電圧レベルは出力電流が目標電流よりも高いと徐々に低下する。したがってデューティ信号Ｓｄが鋸信号Ｓｓに含まれる鋸波よりも電圧レベルの高い時間が徐々に短くなる。これにより昇圧制御信号Ｓ２は鋸周期Ｔ１毎にパルス幅が徐々に短くなる振る舞いを示し、昇圧スイッチ２２のオン時間はデューティ信号Ｓｄの電圧レベルが低下して動作保障電圧Ｖｏｇに近づくほどに短くなる。このデューティ信号Ｓｄのパルスが立ち上がっている時間において降圧スイッチ１２が常時オン状態に制御され、昇圧スイッチ２２はオン状態とオフ状態に制御される。そのためこの時間において入力電圧ＶＢの昇圧が行われる。また鋸波の最低レベルは動作保障電圧Ｖｏｇよりも低くなっている。したがって動作信号Ｓｍとともにデューティ信号Ｓｄのパルスが立ち下がって電圧レベルが動作保障電圧Ｖｏｇに固定されている際に、短い時間ながらデューティ信号Ｓｄが鋸波よりも電圧レベルの高い時間がある。この時に降圧制御信号Ｓ１がＬｏレベルになり降圧スイッチ１２がオフ状態になる。これにより降圧制御信号Ｓ１のデューティ比は最大になっており、この最大値は動作保障電圧Ｖｏｇによって定められる。このデューティ信号Ｓｄのパルスが立ち下がっている時間において降圧スイッチ１２はオン状態とオフ状態に制御され、昇圧スイッチ２２は常時オフ状態に制御される。そのためこの時間において入力電圧ＶＢの降圧が行われる。以上示したように第１昇降圧動作では入力電圧ＶＢの昇圧と降圧とが交互に行われる。そして降圧制御信号Ｓ１のデューティ比は最大値に固定され、昇圧制御信号Ｓ２のデューティ比は出力電流に応じて変動する。以上により降圧量は最低値に固定され、昇圧量は出力電流に応じて変動する。

第２昇降圧動作において動作信号Ｓｍのパルスが立ち下がっている際にデューティ信号Ｓｄのパルスが立ち上がり、動作信号Ｓｍのパルスが立ち上がっている際にデューティ信号Ｓｄのパルスが立ち下がる。また降圧動作と同様にしてデューティ信号Ｓｄのパルスの電圧レベルは出力電流が目標電流よりも高いと徐々に高まる。したがってデューティ信号Ｓｄが鋸信号Ｓｓに含まれる鋸波よりも電圧レベルの高い時間が徐々に長くなる。これにより降圧制御信号Ｓ１は鋸周期Ｔ１毎にパルス幅が徐々に短くなる振る舞いを示し、降圧スイッチ１２のオン時間はデューティ信号Ｓｄの電圧レベルが上昇して動作保障電圧Ｖｏｇから遠ざかるほどに短くなる。換言すれば、降圧スイッチ１２のオフ時間はデューティ信号Ｓｄの電圧レベルが上昇して動作保障電圧Ｖｏｇから遠ざかるほどに長くなる。このデューティ信号Ｓｄのパルスが立ち上がっている時間において降圧スイッチ１２はオン状態とオフ状態に制御され、昇圧スイッチ２２は常時オフ状態に制御される。そのためこの時間において入力電圧ＶＢの降圧が行われる。またデューティ信号Ｓｄのパルスが立ち下がって電圧レベルが動作保障電圧Ｖｏｇに固定されている際に、短い時間ながらデューティ信号Ｓｄが鋸波よりも電圧レベルの高い時間がある。この時に昇圧制御信号Ｓ２がＨｉレベルになり昇圧スイッチ２２がオン状態になる。これにより昇圧制御信号Ｓ２のデューティ比は最小になっており、この最小値は動作保障電圧Ｖｏｇによって定められる。このデューティ信号Ｓｄのパルスが立ち下がっている時間において降圧スイッチ１２が常時オン状態に制御され、昇圧スイッチ２２はオン状態とオフ状態に制御される。そのためこの時間において入力電圧ＶＢの昇圧が行われる。以上示したように第２昇降圧動作では入力電圧ＶＢの昇圧と降圧とが交互に行われる。そして昇圧制御信号Ｓ２のデューティ比は最小値に固定され、降圧制御信号Ｓ１のデューティ比は出力電流に応じて変動する。以上により昇圧量は最低値に固定され、降圧量は出力電流に応じて変動する。

以上示したように第１昇降圧動作および第２昇降圧動作それぞれでは昇圧と降圧を行う。そのために第１昇降圧動作は昇圧動作よりも昇圧量が低く、第２昇降圧動作は降圧動作よりも降圧量が低くなっている。逆に言えば、昇圧動作は第１昇降圧動作よりも昇圧量が高く、降圧動作は第２昇降圧動作よりも降圧量が高くなっている。なお第１昇降圧動作における昇圧量と第２昇降圧動作における降圧量それぞれは、パルス周期Ｔ２の一周期当たりの降圧制御信号Ｓ１のオフ時間と昇圧制御信号Ｓ２のオン時間とに依存する。

次に、図４に基づいて昇圧動作から第１昇降圧動作への移行時における昇圧量、および、第２昇降圧動作から降圧動作への移行時における降圧量を説明する。動作信号Ｓｍは昇圧動作から第１昇降圧動作へと移行する際にパルス幅τ分だけＨｉレベルに維持され、デューティ信号Ｓｄの電圧レベルは動作保障電圧Ｖｏｇから抑制電圧Ｖｓへと急激に上昇した後に徐々に低下する。これにより図４において破線で囲って示すように第１昇降圧動作の始めにおいて昇圧制御信号Ｓ２のパルス幅が昇圧動作の終了時のパルス幅よりも長くなり、昇圧量が一時的に増大する。この結果、昇圧動作から第１昇降圧動作への移行時に昇圧量の一時的な低下が発生せず、出力電圧Ｖｏの電圧レベルが一時的に低まる（アンダーシュートが生じる）ことが抑制される。

また動作信号Ｓｍの電圧レベルは第２昇降圧動作から降圧動作へと移行する際にパルスが立ち下がってＬｏレベルになり、デューティ信号Ｓｄの電圧レベルは抑制電圧Ｖｓから動作保障電圧Ｖｏｇへと急激に下降した後に徐々に高まる。これにより図４において一点鎖線で囲って示すように降圧動作の始めにおいて降圧制御信号Ｓ１がＬｏレベルである時間が第２昇降圧動作の終了時のＬｏレベルである時間よりも短くなり、降圧量が一時的に減少する。この結果、第２昇降圧動作から降圧動作への移行時に降圧量の一時的な増大が発生せず、出力電圧Ｖｏの電圧レベルが一時的に低まる（アンダーシュートが生じる）ことが抑制される。

次に、図５に基づいて降圧動作から第２昇降圧動作への移行時における降圧量、および、第１昇降圧動作から昇圧動作への移行時における昇圧量を説明する。動作信号Ｓｍの電圧レベルは降圧動作から第２昇降圧動作に移行する際にパルス幅τ分だけＬｏレベルに維持され、デューティ信号Ｓｄの電圧レベルは動作保障電圧Ｖｏｇから抑制電圧Ｖｓへと急激に上昇した後に徐々に低下する。これにより図５において破線で囲って示すように第２昇降圧動作の始めにおいて降圧制御信号Ｓ１がＬｏレベルである時間が降圧動作の終了時のＬｏレベルである時間よりも長くなり、降圧量が一時的に増大する。この結果、降圧動作から第２昇降圧動作への移行時に降圧量の一時的な低下が発生せず、出力電圧Ｖｏの電圧レベルが一時的に高まる（オーバーシュートが生じる）ことが抑制される。

また動作信号Ｓｍの電圧レベルは第１昇降圧動作から昇圧動作に移行する際にパルスが立ち上あがってＨｉレベルになり、デューティ信号Ｓｄの電圧レベルは抑制電圧Ｖｓから動作保障電圧Ｖｏｇへと急激に下降した後に徐々に高まる。これにより図５において一点鎖線で囲って示すように昇圧動作の始めにおいて昇圧制御信号Ｓ２のパルス幅が第１昇降圧動作の終了時のパルス幅よりも短くなり、一時的に昇圧量が減少する。この結果、第１昇降圧動作から昇圧動作への移行時に昇圧量の一時的な増大が発生せず、出力電圧Ｖｏの電圧レベルが一時的に高まる（オーバーシュートが生じる）ことが抑制される。

次に、図６〜図９に基づいて昇圧動作、第１昇降圧動作、第２昇降圧動作、および、降圧動作におけるデューティ演算回路４２の処理を説明する。図６には主として昇圧動作を記載し、図７には主として第１昇降圧動作を記載している。そして図８には主として第２昇降圧動作を記載し、図９には主として降圧動作を記載している。これら４つの動作のいずれを始めに行うのかは特に定めなくともよいが、本実施形態では昇圧動作を行う。そしてそのデューティ信号Ｓｄの初期値は定められている。なお上記したようにデューティ信号Ｓｄは２つのデューティ信号＋Ｓｄ，−Ｓｄのいずれかであるが、以下においては煩雑と成ることを避けるために、両者を区別することなく、デューティ信号Ｓｄとして記載する。

先ず昇圧動作を説明する。図６に示すようにデューティ演算回路４２はステップＳ１０において出力電流を検出する。次いでステップＳ２０においてデューティ演算回路４２は出力電流が目標電流よりも低いか否かを判定する。出力電流が目標電流よりも低いと判定するとデューティ演算回路４２はステップＳ３０へと進み、その反対に出力電流が目標電流以上であると判定するとデューティ演算回路４２はステップＳ４０へと進む。

ステップＳ３０へ進むとデューティ演算回路４２は、出力電流が目標電流よりも低いので、デューティ信号Ｓｄの電圧レベルを増加して昇圧制御信号Ｓ２のオン時間を増大し、昇圧量を高める。この後にデューティ演算回路４２はステップＳ１０へと戻る。このステップＳ１０〜Ｓ３０を繰り返すことで、デューティ信号Ｓｄの電圧レベルが徐々に高められ、昇圧量が徐々に高められる。

ステップＳ４０へ進むとデューティ演算回路４２は、デューティ信号Ｓｄが動作保障電圧Ｖｏｇよりも高いか否かを判定する。デューティ信号Ｓｄが動作保障電圧Ｖｏｇよりも高いと判定するとデューティ演算回路４２はステップＳ５０へと進み、その反対にデューティ信号Ｓｄが動作保障電圧Ｖｏｇ以下であると判定するとデューティ演算回路４２はステップＳ６０へと進む。

ステップＳ５０へ進むとデューティ演算回路４２は、出力電流が目標電流以上なので、デューティ信号Ｓｄの電圧レベルを減少して昇圧制御信号Ｓ２のオン時間を減少し、昇圧量を低める。この後にデューティ演算回路４２はステップＳ１０へと戻る。このステップＳ１０、Ｓ２０，Ｓ４０、Ｓ５０を繰り返すことで、デューティ信号Ｓｄの電圧レベルが徐々に低められ、昇圧量が徐々に低められる。そしてデューティ信号Ｓｄが動作保障電圧Ｖｏｇよりも低まるとデューティ演算回路４２はステップＳ６０へと進む。

ステップＳ６０へ進むとデューティ演算回路４２は、より昇圧量を低めるべく第１昇降圧動作に移行してステップＳ７０へと進む。

ステップＳ７０へ進むとデューティ演算回路４２は、昇圧量の一時的な低下によって出力電圧Ｖｏにアンダーシュートが生じることを抑制するべく、デューティ信号Ｓｄの電圧レベルを抑制電圧Ｖｓまで上昇する。この後にデューティ演算回路４２は図７に示す第１昇降圧動作を行う。

次に第１昇降圧動作を説明する。図７に示すようにデューティ演算回路４２はステップＳ１１０において出力電流を検出する。次いでステップＳ１２０においてデューティ演算回路４２は出力電流が目標電流よりも低いか否かを判定する。出力電流が目標電流よりも低いと判定するとデューティ演算回路４２はステップＳ１３０へと進み、その反対に出力電流が目標電流以上であると判定するとデューティ演算回路４２はステップＳ１４０へと進む。

ステップＳ１３０へ進むとデューティ演算回路４２はデューティ信号Ｓｄが抑制電圧Ｖｓよりも低いか否かを判定する。デューティ信号Ｓｄが抑制電圧Ｖｓよりも低いと判定するとデューティ演算回路４２はステップＳ１５０へと進み、その反対にデューティ信号Ｓｄが抑制電圧Ｖｓ以上であると判定するとデューティ演算回路４２はステップＳ１６０へと進む。

ステップＳ１５０へ進むとデューティ演算回路４２は、出力電流が目標電流よりも低いので、デューティ信号Ｓｄの電圧レベルを増加して昇圧制御信号Ｓ２のオン時間を増大し、昇圧量を高める。この後にデューティ演算回路４２はステップＳ１１０へと戻る。このステップＳ１１０〜Ｓ１３０、Ｓ１５０を繰り返すことで、デューティ信号Ｓｄの電圧レベルが徐々に高められ、昇圧量が徐々に高められる。そしてデューティ信号Ｓｄが抑制電圧Ｖｓ以上になるとデューティ演算回路４２はステップＳ１６０へと進む。

ステップＳ１６０へ進むとデューティ演算回路４２は、より昇圧量を高めるべく昇圧動作に移行してステップＳ１７０へと進む。

ステップＳ１７０へ進むとデューティ演算回路４２は昇圧量の一時的な上昇によって出力電圧Ｖｏにオーバーシュートが生じることを抑制するべく、デューティ信号Ｓｄの電圧レベルを動作保障電圧Ｖｏｇへ下降する。この後にデューティ演算回路４２は図６に示す昇圧動作を行う。

フローを遡り、ステップＳ１２０において出力電流が目標電流以上であると判定してステップＳ１４０へ進むと、デューティ演算回路４２はデューティ信号Ｓｄが動作保障電圧Ｖｏｇよりも高いか否かを判定する。デューティ信号Ｓｄが動作保障電圧Ｖｏｇよりも高いと判定するとデューティ演算回路４２はステップＳ１８０へと進み、その反対にデューティ信号Ｓｄが動作保障電圧Ｖｏｇ以下であると判定するとデューティ演算回路４２はステップＳ１９０へと進む。

ステップＳ１８０へ進むとデューティ演算回路４２は出力電流が目標電流以上なので、デューティ信号Ｓｄの電圧レベルを減少して昇圧制御信号Ｓ２のオン時間を減少し、昇圧量を低める。この後にデューティ演算回路４２はステップＳ１１０へと戻る。このステップＳ１１０、Ｓ１２０，Ｓ１４０，Ｓ１８０を繰り返すことで、デューティ信号Ｓｄの電圧レベルが徐々に低められ、昇圧量が徐々に低められる。そしてデューティ信号Ｓｄが動作保障電圧Ｖｏｇよりも低まるとデューティ演算回路４２はステップＳ１９０へと進む。

ステップＳ１９０へ進むとデューティ演算回路４２は入力電圧ＶＢを降圧するべく、第２昇降圧動作に移行する。この後にデューティ演算回路４２は図８に示す第２昇降圧動作を行う。

次に第２昇降圧動作を説明する。図８に示すようにデューティ演算回路４２はステップＳ２１０において出力電流を検出する。次いでステップＳ２２０においてデューティ演算回路４２は出力電流が目標電流よりも低いか否かを判定する。出力電流が目標電流以上であると判定するとデューティ演算回路４２はステップＳ２３０へと進み、その反対に出力電流が目標電流よりも低いと判定するとデューティ演算回路４２はステップＳ２４０へと進む。

ステップＳ２３０へ進むとデューティ演算回路４２はデューティ信号Ｓｄが抑制電圧Ｖｓよりも低いか否かを判定する。デューティ信号Ｓｄが抑制電圧Ｖｓよりも低いと判定するとデューティ演算回路４２はステップＳ２５０へと進み、その反対にデューティ信号Ｓｄが抑制電圧Ｖｓ以上であると判定するとデューティ演算回路４２はステップＳ２６０へと進む。

ステップＳ２５０へ進むとデューティ演算回路４２は出力電流が目標電流以上なので、デューティ信号Ｓｄの電圧レベルを増加して降圧制御信号Ｓ１のオフ時間を増大し、降圧量を高める。この後にデューティ演算回路４２はステップＳ２１０へと戻る。このステップＳ２１０〜Ｓ２３０、Ｓ２５０を繰り返すことで、デューティ信号Ｓｄの電圧レベルが徐々に高められ、降圧量が徐々に高められる。そしてデューティ信号Ｓｄが抑制電圧Ｖｓ以上になるとデューティ演算回路４２はステップＳ２６０へと進む。

ステップＳ２６０へ進むとデューティ演算回路４２は、より降圧量を高めるべく降圧動作に移行してステップＳ２７０へと進む。

ステップＳ２７０へ進むとデューティ演算回路４２は降圧量の一時的な上昇によって出力電圧Ｖｏにアンダーシュートが生じることを抑制するべく、デューティ信号Ｓｄの電圧レベルを動作保障電圧Ｖｏｇへ下降する。この後にデューティ演算回路４２は図９に示す降圧動作を行う。

フローを遡り、ステップＳ２２０において出力電流が目標電流よりも低いと判定してステップＳ２４０へ進むと、デューティ演算回路４２はデューティ信号Ｓｄが動作保障電圧Ｖｏｇよりも高いか否かを判定する。デューティ信号Ｓｄが動作保障電圧Ｖｏｇよりも高いと判定するとデューティ演算回路４２はステップＳ２８０へと進み、その反対にデューティ信号Ｓｄが動作保障電圧Ｖｏｇ以下であると判定するとデューティ演算回路４２はステップＳ２９０へと進む。

ステップＳ２８０へ進むとデューティ演算回路４２は出力電流が目標電流よりも低いので、デューティ信号Ｓｄの電圧レベルを減少して降圧制御信号Ｓ１のオフ時間を減少し、降圧量を低める。この後にデューティ演算回路４２はステップＳ２１０へと戻る。このステップＳ２１０、Ｓ２２０，Ｓ２４０，Ｓ２８０を繰り返すことで、デューティ信号Ｓｄの電圧レベルが徐々に低められ、降圧量が徐々に低められる。そしてデューティ信号Ｓｄが動作保障電圧Ｖｏｇよりも低まるとデューティ演算回路４２はステップＳ２９０へと進む。

ステップＳ２９０へ進むとデューティ演算回路４２は入力電圧を昇圧するべく、第１昇降圧動作に移行する。この後にデューティ演算回路４２は図７に示す第１昇降圧動作を行う。

次に降圧動作を説明する。図９に示すようにデューティ演算回路４２はステップＳ３１０において出力電流を検出する。次いでステップＳ３２０においてデューティ演算回路４２は出力電流が目標電流よりも低いか否かを判定する。出力電流が目標電流以上であると判定するとデューティ演算回路４２はステップＳ３３０へと進み、その反対に出力電流が目標電流よりも低いと判定するとデューティ演算回路４２はステップＳ３４０へと進む。

ステップＳ３３０へ進むとデューティ演算回路４２は、出力電流が目標電流以上なので、デューティ信号Ｓｄの電圧レベルを増加して降圧制御信号Ｓ１のオフ時間を増大し、降圧量を高める。この後にデューティ演算回路４２はステップＳ３１０へと戻る。このステップＳ３１０〜Ｓ３３０を繰り返すことで、デューティ信号Ｓｄの電圧レベルが徐々に高められ、降圧量が徐々に高められる。

ステップＳ３４０へ進むとデューティ演算回路４２は、デューティ信号Ｓｄが動作保障電圧Ｖｏｇよりも高いか否かを判定する。デューティ信号Ｓｄが動作保障電圧Ｖｏｇよりも高いと判定するとデューティ演算回路４２はステップＳ３５０へと進み、その反対にデューティ信号Ｓｄが動作保障電圧Ｖｏｇ以下であると判定するとデューティ演算回路４２はステップＳ３６０へと進む。

ステップＳ３５０へ進むとデューティ演算回路４２は、出力電流が目標電流よりも低いので、デューティ信号Ｓｄの電圧レベルを減少して降圧制御信号Ｓ１のオフ時間を減少し、降圧量を低める。この後にデューティ演算回路４２はステップＳ３１０へと戻る。このステップＳ３１０、Ｓ３２０，Ｓ３４０、Ｓ３５０を繰り返すことで、デューティ信号Ｓｄの電圧レベルが徐々に低められ、降圧量が徐々に低められる。そしてデューティ信号Ｓｄが動作保障電圧Ｖｏｇよりも低まるとデューティ演算回路４２はステップＳ３６０へと進む。

ステップＳ３６０へ進むとデューティ演算回路４２は、より降圧量を低めるべく第２昇降圧動作に移行してステップＳ３７０へと進む。

ステップＳ３７０へ進むとデューティ演算回路４２は、降圧量の一時的な低下によって出力電圧Ｖｏにオーバーシュートが生じることを抑制するべく、デューティ信号Ｓｄの電圧レベルを抑制電圧Ｖｓまで上昇する。この後にデューティ演算回路４２は図８に示す第２昇降圧動作を行う。

次に、本実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ１００の作用効果を説明する。上記したように、昇圧動作から第１昇降圧動作への移行時に昇圧量を一時的に増大し、第２昇降圧動作から降圧動作への移行時に降圧量を一時的に減少する。これにより昇圧量の一時的な低下や降圧量の一時的な増大によって出力電圧Ｖｏにアンダーシュートが生じることが抑制される。また降圧動作から第２昇降圧動作への移行時に降圧量を一時的に増大し、第１昇降圧動作から昇圧動作への移行時に昇圧量を一時的に減少する。これにより降圧量の一時的な低下や昇圧量の一時的な増大によって出力電圧Ｖｏにオーバーシュートが生じることが抑制される。

上記の作用効果は、本発明者の実験によって確かめられている。図１０〜図１３にその実験結果を示す。図１０は、昇圧動作から第１昇降圧動作への移行時に昇圧量を一時的に増大させなかった場合の出力電圧Ｖｏを示している。この場合、移行時における昇圧量の一時的な低下のために出力電圧Ｖｏにアンダーシュートが生じることが分かる。図１１は、第１昇降圧動作から昇圧動作への移行時に昇圧量を一時的に低下させなかった場合の出力電圧Ｖｏを示している。この場合、移行時における昇圧量の一時的な増加のために出力電圧Ｖｏにオーバーシュートが生じることが分かる。これに対して図１２は、昇圧動作から第１昇降圧動作への移行時に昇圧量を一時的に増大させた場合の出力電圧Ｖｏを示している。この場合、出力電圧Ｖｏにアンダーシュートが生じることが抑制されることが分かる。また図１３は、第１昇降圧動作から昇圧動作への移行時に昇圧量を一時的に減少させた場合の出力電圧Ｖｏを示している。この場合、出力電圧Ｖｏにオーバーシュートが生じることが抑制されることが分かる。

上記したアンダーシュートとオーバーシュートの発生の抑制は、動作の切り替え時において昇圧スイッチ２２のオン時間と降圧スイッチ１２のオフ時間を調整することで成される。したがって動作の移行時に昇圧スイッチと降圧スイッチのオン回数（スイッチング回数）を調整する構成と比べて、スイッチ１２，２２のスイッチングによって生じるノイズの周波数帯域の拡大が抑制される。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

本実施形態ではＤＣ−ＤＣコンバータ１００を車載のヘッドランプなどに用いられるＬＥＤ３００の点灯制御に適用した例を示した。しかしながらＤＣ−ＤＣコンバータ１００の適用としては上記例に限定されない。

本実施形態では降圧スイッチ１２と昇圧スイッチ２２それぞれがＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴである例を示した。しかしながら降圧スイッチ１２と昇圧スイッチ２２としては上記例に限定されず、例えばＩＧＢＴを採用することもできる。

本実施形態に係る出力部２０は、電流検出用抵抗２４を有する例を示した。しかしながら図１４に示すように電流検出用抵抗２４の代わりに電圧検出用抵抗２５，２６を有する構成を採用することもできる。この場合制御部４０は、電流検出回路４１の代わりに電圧検出回路４９を有する。上記の電圧検出用抵抗２５，２６は第１出力配線２０ａから第２出力配線２０ｂへと向かって直列接続され、その中点電圧が電圧検出回路４９にて検出される。制御部４０はこの中点電圧に基づいて入力電圧ＶＢの変動に依らずに出力電圧Ｖｏが一定となるようにスイッチ１２，２２を制御する。なお図１５に示すように出力部２０は電流検出用抵抗２４と電圧検出用抵抗２５，２６の両方を有し、制御部４０は電流検出回路４１と電圧検出回路４９の両方を有してもよい。

本実施形態では鋸信号Ｓｓの鋸周期Ｔ１が一定である例を示した。しかしながら上記した４つの各種動作に応じて鋸周期Ｔ１を変動させてもよい。ただしこの場合においても動作信号Ｓｍのパルス周期Ｔ２は鋸信号Ｓｓの鋸波の周期Ｔ１の２倍という関係が保たれる。この変形例の場合、図１５に示すように、動作の切り替えを行う毎に、鋸周期Ｔ１の切り換えを指示する信号がデューティ演算回路４２から鋸波生成回路４４へ入力される。

１２…降圧スイッチ
２２…昇圧スイッチ
３０…コイル
４０…制御部
１００…ＤＣ−ＤＣコンバータ
１２１…第１出力端子
１２２…第２出力端子
２００…入力電源

Claims (7)

1. 入力電源（２００）から供給される入力電圧を昇圧若しくは降圧して、一定の電圧レベルの出力電圧を生成するＤＣ−ＤＣコンバータであって、
   コイル（３０）と、
   前記入力電源と前記コイルの一端との間に設けられた降圧スイッチ（１２）と、
   前記出力電圧を出力する第１出力端子（１２１）および基準電位に固定された第２出力端子（１２２）と、
   前記第２出力端子と前記コイルの他端との間に設けられた昇圧スイッチ（２２）と、
   前記降圧スイッチと前記昇圧スイッチそれぞれのオン状態とオフ状態を制御することで、前記入力電圧の変動に関わらずに前記出力電圧の電圧レベルを一定に保つ制御部（４０）と、を有し、
   前記制御部は、前記入力電圧を昇圧する際に昇圧動作、若しくは、前記昇圧動作よりも前記入力電圧の昇圧量の低い第１昇降圧動作を行い、前記入力電圧を降圧する際に降圧動作、若しくは、前記降圧動作よりも前記入力電圧の降圧量の低い第２昇降圧動作を行い、
   前記制御部は、
   前記昇圧動作において前記降圧スイッチを常時オン状態に制御しつつ前記昇圧スイッチを周期的にオン状態とオフ状態とに制御し、
   前記降圧動作において前記降圧スイッチを周期的にオン状態とオフ状態とに制御しつつ前記昇圧スイッチを常時オフ状態に制御し、
   前記第１昇降圧動作および前記第２昇降圧動作それぞれにおいて、デューティ比を異ならせて同一周期で前記降圧スイッチと前記昇圧スイッチをオン状態とオフ状態に制御しており、
   前記昇圧動作から前記第１昇降圧動作に移行する際、前記出力電圧にアンダーシュートが生じないように、前記第１昇降圧動作の始めにおいて前記昇圧スイッチの一周期当たりのオン時間を前記昇圧動作終了時よりも増大し、
   前記第２昇降圧動作から前記降圧動作に移行する際、前記出力電圧にアンダーシュートが生じないように、前記降圧動作の始めにおいて前記降圧スイッチの一周期当たりのオフ時間を前記第２昇降圧動作終了時よりも減少し、
   前記降圧動作から前記第２昇降圧動作に移行する際、前記出力電圧にオーバーシュートが生じないように、前記第２昇降圧動作の始めにおいて前記降圧スイッチのオフ時間を前記降圧動作終了時よりも増大し、
   前記第１昇降圧動作から前記昇圧動作に移行する際、前記出力電圧にオーバーシュートが生じないように、前記昇圧動作の始めにおいて前記昇圧スイッチのオン時間を前記第１昇降圧動作終了時よりも減少することを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
2. 前記制御部は、前記出力電圧が目標とする一定の電圧レベルの目標電圧よりも低い場合、前記昇圧動作において前記昇圧スイッチのオン時間を徐々に増大して前記入力電圧を昇圧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。
3. 前記制御部は、前記出力電圧が目標とする一定の電圧レベルの目標電圧よりも低い場合、前記第１昇降圧動作において前記昇圧スイッチのオン時間を徐々に増大して昇圧することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
4. 前記制御部は、前記第１昇降圧動作において前記降圧スイッチのオフ時間を所定の最低値に固定することを特徴とする請求項３に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
5. 前記制御部は、前記出力電圧が目標とする一定の電圧レベルの目標電圧よりも高い場合、前記第２昇降圧動作において前記降圧スイッチのオフ時間を徐々に増大して前記入力電圧を降圧することを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
6. 前記制御部は、前記第２昇降圧動作において前記昇圧スイッチのオン時間を所定の最低値に固定することを特徴とする請求項５に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。
7. 前記制御部は、前記出力電圧が目標とする一定の電圧レベルの目標電圧よりも高い場合、前記降圧動作において前記降圧スイッチのオフ時間を徐々に増大して前記入力電圧を降圧することを特徴とする請求項１〜６いずれか１項に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ。

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