JP2018098977A - 昇圧型ｄｃ−ｄｃコンバータおよびその使用方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】入力電力の電圧が低い場合に昇圧動作を開始可能な昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータを提供する。【解決手段】昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータは、入力端子に入力される入力電力から、入力電力の電圧よりも電圧が高い第１昇圧電力を生成し、生成した第１昇圧電力を出力端子から出力する第１昇圧回路と、入力電力から、入力電力の電圧よりも電圧が高い第２昇圧電力を生成する第２昇圧回路と、第２昇圧電力を蓄電電力として蓄電し、蓄電した蓄電電力を第１昇圧回路の動作電源として第１昇圧回路に供給する蓄電容量とを備え、第１昇圧回路は、蓄電電力の電圧が第１昇圧回路の最低動作電圧以上になった場合に、蓄電電力を動作電源として昇圧動作を開始する。【選択図】図１
Description
本発明は、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータおよびその使用方法に関する。
従来、入力端子と出力端子とを備える昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
図３は、従来の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ３００の概略回路図である。図３に示す例では、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ３００の出力端子３１４が負荷４００を介して接地端子に接続される。昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ３００は、入力端子３０１から入力された入力電力を昇圧し、負荷４００に供給する。
図３に示す例では、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ３００は、入力端子３０１に入力される入力電力から、入力電力の電圧よりも電圧が高い昇圧電力を生成し、生成した昇圧電力を出力端子３１４から出力する。
昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ３００は、コイル３０２と、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ３０５と、ダイオード３０３と、ダイオード３０４と、ダイオード３２１と、出力容量３１１と、抵抗３１２と、抵抗３１３と、制御回路３０７とを備える。
コイル３０２の一方の端子は、入力端子３０１に接続される。Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ３０５は、コイル３０２の他方の端子から接地端子へ流れる電流をスイッチングする。ダイオード３０３は、コイル３０２の他方の端子から出力される電流を整流して昇圧電力を出力する。ダイオード３０３のＮ型端子は、出力端子３１４に接続される。また、ダイオード３０３のＮ型端子は、出力容量３１１を介して接地端子に接続される。また、ダイオード３０３のＮ型端子は、抵抗３１２および抵抗３１３を介して接地端子に接続される。また、ダイオード３０３のＮ型端子は、ダイオード３２１を介して制御回路３０７の電源端子３０９に接続される。
図３に示す例では、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ３００は、入力端子３０１に入力される入力電力から、入力電力の電圧よりも電圧が高い昇圧電力を生成し、生成した昇圧電力を出力端子３１４から出力する。
昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ３００は、コイル３０２と、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ３０５と、ダイオード３０３と、ダイオード３０４と、ダイオード３２１と、出力容量３１１と、抵抗３１２と、抵抗３１３と、制御回路３０７とを備える。
コイル３０２の一方の端子は、入力端子３０１に接続される。Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ３０５は、コイル３０２の他方の端子から接地端子へ流れる電流をスイッチングする。ダイオード３０３は、コイル３０２の他方の端子から出力される電流を整流して昇圧電力を出力する。ダイオード３０３のＮ型端子は、出力端子３１４に接続される。また、ダイオード３０３のＮ型端子は、出力容量３１１を介して接地端子に接続される。また、ダイオード３０３のＮ型端子は、抵抗３１２および抵抗３１３を介して接地端子に接続される。また、ダイオード３０３のＮ型端子は、ダイオード３２１を介して制御回路３０７の電源端子３０９に接続される。
ダイオード３０４は、入力端子３０１から入力される電流を整流し、入力電力を制御回路３０７の動作電源として制御回路３０７の電源端子３０９に出力する。また、コイル３０２の他方の端子と、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ３０５のドレインとが接続される。
制御回路３０７は、スイッチング信号出力端子３０８と、電源端子３０９と、フィードバック端子３１０とを備える。スイッチング信号出力端子３０８は、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ３０５を駆動するためのスイッチング信号をＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ３０５のゲートに出力する。Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ３０５のソースは、接地端子に接続される。ダイオード３０３のＮ型端子は、抵抗３１２を介してフィードバック端子３１０に接続される。制御回路３０７は、フィードバック端子３１０の入力に基づいてＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ３０５を制御することによって、昇圧電力を制御する。
制御回路３０７は、スイッチング信号出力端子３０８と、電源端子３０９と、フィードバック端子３１０とを備える。スイッチング信号出力端子３０８は、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ３０５を駆動するためのスイッチング信号をＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ３０５のゲートに出力する。Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ３０５のソースは、接地端子に接続される。ダイオード３０３のＮ型端子は、抵抗３１２を介してフィードバック端子３１０に接続される。制御回路３０７は、フィードバック端子３１０の入力に基づいてＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ３０５を制御することによって、昇圧電力を制御する。
図３に示す例では、入力電力が入力端子３０１に供給されると、入力電力は、ダイオード３０４を介して制御回路３０７の電源端子３０９に入力される。制御回路３０７は、電源端子３０９に供給された入力電力によって動作を開始する。具体的には、制御回路３０７は、スイッチング信号出力端子３０８からスイッチング信号を出力し、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ３０５をスイッチングする。
制御回路３０７がＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ３０５をオンにすると、電力がコイル３０２に溜められる。制御回路３０７がＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ３０５をオフにすると、コイル３０２に溜められた電力は、ダイオード３０３を介して出力端子３１４に出力される。昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ３００は、コイル３０２による電力蓄積と電力放電とを繰り返すことによって、昇圧電力を生成し、出力端子３１４から昇圧電力を出力する。
制御回路３０７がＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ３０５をオンにすると、電力がコイル３０２に溜められる。制御回路３０７がＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ３０５をオフにすると、コイル３０２に溜められた電力は、ダイオード３０３を介して出力端子３１４に出力される。昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ３００は、コイル３０２による電力蓄積と電力放電とを繰り返すことによって、昇圧電力を生成し、出力端子３１４から昇圧電力を出力する。
図３に示す例では、昇圧電力が出力端子３１４に発生すると、昇圧電力は、ダイオード３２１を介して制御回路３０７の電源端子３０９に供給される。このため、入力電力を動作電源として昇圧電力を生成していた制御回路３０７は、昇圧電力を動作電源として昇圧電力を生成する。
出力端子３１４の電圧は、抵抗３１２と抵抗３１３とによって分圧され、制御回路３０７のフィードバック端子３１０に入力される。制御回路３０７は、フィードバック端子３１０の電圧が所定値になるように、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ３０５のスイッチングを制御する。それにより、制御回路３０７は、出力端子３１４の電圧を所望値に制御する。
出力端子３１４の電圧は、抵抗３１２と抵抗３１３とによって分圧され、制御回路３０７のフィードバック端子３１０に入力される。制御回路３０７は、フィードバック端子３１０の電圧が所定値になるように、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ３０５のスイッチングを制御する。それにより、制御回路３０７は、出力端子３１４の電圧を所望値に制御する。
図３に示す例では、ダイオード３０４を設けることにより、電圧ロスが少ない状態で入力電圧を制御回路３０７の動作に利用できる。このため、図３に示す例では、ダイオード３０４が設けられない場合よりも、制御回路３０７の起動に必要な入力電圧の値を低減することができる。また、ダイオード３２１を設けることにより、制御回路３０７の起動後に、入力電力よりも電圧が高い昇圧電力を、制御回路３０７の動作電源として利用することができる。そのため、電力変換能力を高めることができる。
ところで、上述のような従来の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータでは、入力電力の電圧が制御回路の最低動作電圧より低い場合に、制御回路を起動することができず、昇圧動作を開始することができない。
また、入力電力の電圧が低い場合に、昇圧電力の電圧も低くなってしまう。つまり、電力変換量が小さくなってしまう。従って、従来の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータでは、消費電力の大きい負荷が出力端子に接続される場合、電圧が低い入力電力による起動時に、昇圧電力が負荷の消費電力を下回るため、出力端子の電圧が所望の電圧まで上昇できず、負荷を起動することができない。
また、従来の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータでは、消費電力が大きい負荷が出力端子に接続された状態で、電圧が低い入力電力によって起動するためには、変換能力を非常に大きい構成にする必要があり、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータの全体が大型化してしまい、電力変換ロスも多くなってしまう。
また、入力電力の電圧が低い場合に、昇圧電力の電圧も低くなってしまう。つまり、電力変換量が小さくなってしまう。従って、従来の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータでは、消費電力の大きい負荷が出力端子に接続される場合、電圧が低い入力電力による起動時に、昇圧電力が負荷の消費電力を下回るため、出力端子の電圧が所望の電圧まで上昇できず、負荷を起動することができない。
また、従来の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータでは、消費電力が大きい負荷が出力端子に接続された状態で、電圧が低い入力電力によって起動するためには、変換能力を非常に大きい構成にする必要があり、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータの全体が大型化してしまい、電力変換ロスも多くなってしまう。
本発明は、入力電力の電圧が低い場合に昇圧動作を開始可能な昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータおよびその使用方法を提供することを目的とする。
本発明の一実施形態は、入力端子と、出力端子と、前記入力端子に入力される入力電力から、前記入力電力の電圧よりも電圧が高い第１昇圧電力を生成し、生成した前記第１昇圧電力を前記出力端子から出力する第１昇圧回路と、前記入力電力から、前記入力電力の電圧よりも電圧が高い第２昇圧電力を生成する第２昇圧回路と、前記第２昇圧電力を蓄電電力として蓄電し、蓄電した前記蓄電電力を前記第１昇圧回路の動作電源として前記第１昇圧回路に供給する蓄電容量と、を備え、前記第１昇圧回路は、前記蓄電電力の電圧が前記第１昇圧回路の最低動作電圧以上になった場合に、前記蓄電電力を前記動作電源として昇圧動作を開始する、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータである。
また、本発明の一実施形態の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータでは、前記第１昇圧回路は、前記入力端子に一方の端子が接続されたコイルと、前記コイルの他方の端子から接地端子へ流れる電流をスイッチングするＮチャネル型ＭＯＳトランジスタと、前記他方の端子から出力されるパルス電流を整流して前記第１昇圧電力を出力する第１整流手段と、前記第１整流手段に並列に接続され、前記パルス電流を整流して第３昇圧電力を出力する第２整流手段と、前記第３昇圧電力が入力され、前記Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタを制御することによって前記第１昇圧電力を制御する制御回路とを備え、前記第１昇圧回路は、前記第３昇圧電力の電圧が前記最低動作電圧以上になった場合に、前記第３昇圧電力を前記動作電源として前記昇圧動作を行う。
また、本発明の一実施形態は、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータの使用方法であって、前記出力端子から出力される前記第１昇圧電力は、前記出力端子に接続された負荷を駆動し、前記第１昇圧電力は、前記負荷の消費電力以上である、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータの使用方法である。
本発明によれば、入力電力の電圧が低い場合に昇圧動作を開始可能な昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータおよびその使用方法を提供できる。
［第１実施形態］
以下、図を参照して昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態に係る昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の概略回路図である。図１に示す例では、第１実施形態の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の出力端子１１４が負荷２００に接続される。詳細には、出力端子１１４が、負荷２００を介して接地端子に接続される。負荷２００とは、例えば、無線通信モジュールである。昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１００は、入力端子１０１から入力された入力電力を昇圧し、無線通信モジュールに供給する。他の例では、無線通信モジュール以外の負荷２００を昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の出力端子１１４に接続してもよい。
第１実施形態の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１００は、第１昇圧回路１００ａと、第２昇圧回路１１５と、蓄電容量１１６とを備える。第１昇圧回路１００ａは、入力端子１０１に入力される入力電力から、入力電力の電圧よりも電圧が高い第１昇圧電力を生成し、生成した第１昇圧電力を出力端子１１４から出力する。第２昇圧回路１１５は、入力端子１０１に入力される入力電力から、入力電力の電圧よりも電圧が高い第２昇圧電力を生成し、生成した第２昇圧電力を第２昇圧回路１１５の出力端子１２０から出力する。蓄電容量１１６は、第２昇圧回路１１５によって生成される第２昇圧電力を蓄電電力として蓄電する。また、蓄電容量１１６は、蓄電した蓄電電力を第１昇圧回路１００ａの制御回路１０７の動作電源として第１昇圧回路１００ａの制御回路１０７の電源端子１０９に供給する。
以下、図を参照して昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態に係る昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の概略回路図である。図１に示す例では、第１実施形態の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の出力端子１１４が負荷２００に接続される。詳細には、出力端子１１４が、負荷２００を介して接地端子に接続される。負荷２００とは、例えば、無線通信モジュールである。昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１００は、入力端子１０１から入力された入力電力を昇圧し、無線通信モジュールに供給する。他の例では、無線通信モジュール以外の負荷２００を昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の出力端子１１４に接続してもよい。
第１実施形態の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１００は、第１昇圧回路１００ａと、第２昇圧回路１１５と、蓄電容量１１６とを備える。第１昇圧回路１００ａは、入力端子１０１に入力される入力電力から、入力電力の電圧よりも電圧が高い第１昇圧電力を生成し、生成した第１昇圧電力を出力端子１１４から出力する。第２昇圧回路１１５は、入力端子１０１に入力される入力電力から、入力電力の電圧よりも電圧が高い第２昇圧電力を生成し、生成した第２昇圧電力を第２昇圧回路１１５の出力端子１２０から出力する。蓄電容量１１６は、第２昇圧回路１１５によって生成される第２昇圧電力を蓄電電力として蓄電する。また、蓄電容量１１６は、蓄電した蓄電電力を第１昇圧回路１００ａの制御回路１０７の動作電源として第１昇圧回路１００ａの制御回路１０７の電源端子１０９に供給する。
図１に示す例では、第１昇圧回路１００ａが、コイル１０２と、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ１０５と、第１整流手段として機能するダイオード１０３と、第２整流手段として機能するダイオード１０４と、平滑容量１０６と、出力容量１１１と、ブリーダ抵抗を構成する抵抗１１２および抵抗１１３と、制御回路１０７とを備える。
図１に示す例では、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ１０５が昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１００に適用されるが、これに限られない。他の例では、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ１０５の代わりに、任意のスイッチング素子を昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１００に適用してもよい。
図１に示す例では、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ１０５が昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１００に適用されるが、これに限られない。他の例では、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ１０５の代わりに、任意のスイッチング素子を昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１００に適用してもよい。
図１に示す例では、コイル１０２の一方（図１の左側）の端子は、入力端子１０１に接続される。Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ１０５は、コイル１０２の他方（図１の右側）の端子から接地端子へ流れる電流をスイッチングする。ダイオード１０３は、コイル１０２の他方の端子から出力されるパルス電流を整流して第１昇圧電力を出力する。つまり、コイル１０２の他方の端子と、ダイオード１０３のＰ型端子とが接続される。ダイオード１０３のＮ型端子は、出力端子１１４に接続される。また、ダイオード１０３のＮ型端子は、出力容量１１１を介して接地端子に接続される。また、ダイオード１０３のＮ型端子は、ブリーダ抵抗を構成する抵抗１１２および抵抗１１３を介して接地端子に接続される。
ダイオード１０４は、ダイオード１０３に並列に接続される。また、ダイオード１０４は、コイル１０２の他方の端子から出力されるパルス電流を整流して第３昇圧電力を制御回路１０７の動作電源として制御回路１０７の電源端子１０９に出力する。つまり、コイル１０２の他方の端子と、ダイオード１０４のＰ型端子とが接続される。ダイオード１０４のＮ型端子は、電源端子１０９に接続される。また、ダイオード１０４のＮ型端子は、平滑容量１０６を介して接地端子に接続される。また、コイル１０２の他方の端子と、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ１０５のドレインとが接続される。
ダイオード１０４は、ダイオード１０３に並列に接続される。また、ダイオード１０４は、コイル１０２の他方の端子から出力されるパルス電流を整流して第３昇圧電力を制御回路１０７の動作電源として制御回路１０７の電源端子１０９に出力する。つまり、コイル１０２の他方の端子と、ダイオード１０４のＰ型端子とが接続される。ダイオード１０４のＮ型端子は、電源端子１０９に接続される。また、ダイオード１０４のＮ型端子は、平滑容量１０６を介して接地端子に接続される。また、コイル１０２の他方の端子と、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ１０５のドレインとが接続される。
図１に示す例では、制御回路１０７が、スイッチング信号出力端子１０８と、電源端子１０９と、フィードバック端子１１０とを備える。スイッチング信号出力端子１０８は、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ１０５を駆動するためのスイッチング信号をＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ１０５のゲートに出力する。つまり、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ１０５のゲートは、スイッチング信号出力端子１０８に接続される。Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ１０５のソースは、接地端子に接続される。ダイオード１０３のＮ型端子は、ブリーダ抵抗の一部を構成する抵抗１１２を介してフィードバック端子１１０に接続される。制御回路１０７は、フィードバック端子１１０の入力に基づいてＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ１０５を制御することによって、第１昇圧電力を制御する。
図１に示す例では、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１００が、スイッチ手段１１７を備える。第２昇圧回路１１５は、入力端子１１８と、スイッチング信号出力端子１１９と、出力端子１２０とを備える。第２昇圧回路１１５の入力端子１１８は、入力端子１０１に接続される。出力端子１２０は、蓄電容量１１６を介して接地端子に接続される。また、出力端子１２０は、スイッチ手段１１７を介して第１昇圧回路１００ａの制御回路１０７の電源端子１０９に接続される。つまり、ダイオード１０４のＮ型端子は、スイッチ手段１１７および蓄電容量１１６を介して接地端子に接続される。また、ダイオード１０４のＮ型端子は、スイッチ手段１１７を介して第２昇圧回路１１５の出力端子１２０に接続される。第２昇圧回路１１５のスイッチング信号出力端子１１９は、スイッチ手段１１７に接続される。スイッチング信号出力端子１１９は、スイッチ手段１１７を駆動するためのスイッチング信号をスイッチ手段１１７に出力する。つまり、図１に示す例では、スイッチ手段１１７が、例えばＮチャネル型ＭＯＳトランジスタなどのようなスイッチング素子である。
第２昇圧回路１１５としては、例えばフライングキャパシタ方式の昇圧回路、昇圧用コンデンサを内蔵したチャージポンプ方式の昇圧回路などを用いることができる。
第２昇圧回路１１５としては、例えばフライングキャパシタ方式の昇圧回路、昇圧用コンデンサを内蔵したチャージポンプ方式の昇圧回路などを用いることができる。
第１実施形態の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１００では、蓄電容量１１６に蓄電された蓄電電力の電圧が第１昇圧回路１００ａの最低動作電圧以上になった場合に、第１昇圧回路１００ａは、蓄電電力を動作電源として昇圧動作を開始する。
図１に示す例では、蓄電電力の電圧が第１昇圧回路１００ａの制御回路１０７の最低動作電圧以上になった場合に、第２昇圧回路１１５がスイッチ手段１１７をオンにする。その結果、蓄電電力が制御回路１０７に供給され、それにより、制御回路１０７が、蓄電電力を動作電源としてＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ１０５をスイッチングできる状態になる。次いで、制御回路１０７は、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ１０５のスイッチングを開始する。つまり、第１昇圧回路１００ａは、昇圧動作を開始する。
また、ダイオード１０４から出力される第３昇圧電力の電圧が最低動作電圧以上になると、制御回路１０７に供給される第３昇圧電力によって、制御回路１０７が、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ１０５をスイッチングできる状態になる。つまり、第３昇圧電力の電圧が最低動作電圧以上になった場合に、第１昇圧回路１００ａは、第３昇圧電力を動作電源として昇圧動作を行う。
図１に示す例では、蓄電電力の電圧が第１昇圧回路１００ａの制御回路１０７の最低動作電圧以上になった場合に、第２昇圧回路１１５がスイッチ手段１１７をオンにする。その結果、蓄電電力が制御回路１０７に供給され、それにより、制御回路１０７が、蓄電電力を動作電源としてＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ１０５をスイッチングできる状態になる。次いで、制御回路１０７は、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ１０５のスイッチングを開始する。つまり、第１昇圧回路１００ａは、昇圧動作を開始する。
また、ダイオード１０４から出力される第３昇圧電力の電圧が最低動作電圧以上になると、制御回路１０７に供給される第３昇圧電力によって、制御回路１０７が、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ１０５をスイッチングできる状態になる。つまり、第３昇圧電力の電圧が最低動作電圧以上になった場合に、第１昇圧回路１００ａは、第３昇圧電力を動作電源として昇圧動作を行う。
図２は、第１実施形態の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータの動作波形の一例を示す図である。図２の横軸は時刻を示す。図２（Ａ）の縦軸は入力端子１０１の電圧を示す。図２（Ｂ）の縦軸は、制御回路１０７の電源端子１０９の電圧を示す。図２（Ｃ）の縦軸は、出力端子１１４の電圧を示す。図２（Ｄ）の縦軸は、蓄電容量１１６によって蓄電された蓄電電力の電圧を示す。図２（Ｅ）の縦軸は、第１昇圧回路１００ａのダイオード１０４から出力される第３昇圧電力の電圧を示す。
図２に示す例では、時刻ｔ１に、入力電力が入力端子１０１に供給され、入力端子１０１の電圧は、値Ｖ１になる。入力端子１０１に供給された入力電力は、第２昇圧回路１１５の入力端子１１８に供給される。第２昇圧回路１１５は、入力電力から、入力電力の電圧の値Ｖ１より電圧の値Ｖ４が高い第２昇圧電力を生成する。第２昇圧回路１１５は、その第２昇圧電力を出力端子１２０に出力する。出力端子１２０から出力された第２昇圧電力は、蓄電容量１１６に蓄電電力として蓄電される。そのため、時刻ｔ１以降、蓄電電力の電圧は、徐々に増加する。第２昇圧回路１１５は、出力端子１２０の電圧（つまり、蓄電容量１１６に蓄電された蓄電電力の電圧）をモニターする。
なお、時刻ｔ１に、第１昇圧回路１００ａは、昇圧動作をまだ開始していない。そのため、第１昇圧回路１００ａが生成する第１昇圧電力の値は、ゼロになる。また、ダイオード１０４から出力される第３昇圧電力の電圧の値も、ゼロになる。
また、時刻ｔ１に、出力端子１１４の電圧の値Ｖｏｕｔ１は、ダイオード１０３における順電圧降下の分だけ、入力端子１０１の電圧の値Ｖ１よりも低くなる。
また、時刻ｔ１に、第２昇圧回路１１５はスイッチ手段１１７をオンにしない。つまり、時刻ｔ１に、スイッチ手段１１７はオフ状態である。そのため、第２昇圧回路１１５によって生成される第２昇圧電力は、制御回路１０７の電源端子１０９に供給されない。その結果、制御回路１０７の電源端子１０９の電圧の値Ｖ２は、ダイオード１０４における順電圧降下の分だけ、入力端子１０１の電圧の値Ｖ１よりも低くなる。
図１および図２に示す例では、ダイオード１０４における順電圧降下が、ダイオード１０３における順電圧降下よりも小さい。そのため、時刻ｔ１における制御回路１０７の電源端子１０９の電圧の値Ｖ２は、時刻ｔ１における出力端子１１４の電圧の値Ｖｏｕｔ１よりも高い。
なお、時刻ｔ１に、第１昇圧回路１００ａは、昇圧動作をまだ開始していない。そのため、第１昇圧回路１００ａが生成する第１昇圧電力の値は、ゼロになる。また、ダイオード１０４から出力される第３昇圧電力の電圧の値も、ゼロになる。
また、時刻ｔ１に、出力端子１１４の電圧の値Ｖｏｕｔ１は、ダイオード１０３における順電圧降下の分だけ、入力端子１０１の電圧の値Ｖ１よりも低くなる。
また、時刻ｔ１に、第２昇圧回路１１５はスイッチ手段１１７をオンにしない。つまり、時刻ｔ１に、スイッチ手段１１７はオフ状態である。そのため、第２昇圧回路１１５によって生成される第２昇圧電力は、制御回路１０７の電源端子１０９に供給されない。その結果、制御回路１０７の電源端子１０９の電圧の値Ｖ２は、ダイオード１０４における順電圧降下の分だけ、入力端子１０１の電圧の値Ｖ１よりも低くなる。
図１および図２に示す例では、ダイオード１０４における順電圧降下が、ダイオード１０３における順電圧降下よりも小さい。そのため、時刻ｔ１における制御回路１０７の電源端子１０９の電圧の値Ｖ２は、時刻ｔ１における出力端子１１４の電圧の値Ｖｏｕｔ１よりも高い。
図２に示す例では、次いで、時刻ｔ２に、蓄電電力の電圧が、第１昇圧回路１００ａの制御回路１０７の最低動作電圧ＶＴに到達する。つまり、時刻ｔ２に、仮に蓄電電力が制御回路１０７の電源端子１０９に供給されると、制御回路１０７がスイッチング信号をＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ１０５に出力できる状態になる。図２に示す例では、時刻ｔ２に、蓄電電力は、制御回路１０７の電源端子１０９にまだ供給されない。
図２に示す例では、次いで、時刻ｔ３に、蓄電電力の電圧が、第２昇圧回路１１５によって生成される第２昇圧電力の電圧の値Ｖ４に等しくなる。値Ｖ４は、最低動作電圧ＶＴよりも高い。
時刻ｔ３に、第２昇圧回路１１５は、昇圧動作を停止し、スイッチ手段１１７をオンにする。そのため、蓄電電力は、スイッチ手段１１７を介して制御回路１０７の電源端子１０９に供給される。その結果、制御回路１０７の電源端子１０９の電圧は、最低動作電圧ＶＴよりも高くなる。それにより、制御回路１０７が蓄電電力を動作電源としてＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ１０５をスイッチングできる状態になる。制御回路１０７のスイッチング信号出力端子１０８は、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ１０５を駆動するためのスイッチング信号をＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ１０５のゲートに出力する。
つまり、図２に示す例では、時刻ｔ３に、制御回路１０７が、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ１０５のスイッチングを開始する。
詳細には、制御回路１０７がＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ１０５をオンにすると、電力がコイル１０２に溜められる。制御回路１０７がＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ１０５をオフにすると、コイル１０２に溜められた電力は、ダイオード１０３を介して出力端子１１４に出力される。第１昇圧回路１００ａは、コイル１０２による電力蓄積と電力放電とを繰り返すことによって、第１昇圧電力を生成する。
つまり、時刻ｔ３に、第１昇圧回路１００ａは、蓄電電力を動作電源として、第１昇圧電力を生成する昇圧動作を開始する。そのため、時刻ｔ３に、第１昇圧電力は、ゼロよりも大きくなる。また、第１昇圧電力は、ダイオード１０３を介して出力端子１１４に出力される。そのため、出力端子１１４の電圧は、値Ｖｏｕｔ１から値Ｖｏｕｔ２に増加する。
出力端子１１４の電圧は、抵抗１１２と抵抗１１３とによって分圧され、制御回路１０７のフィードバック端子１１０に入力される。
時刻ｔ３に、第２昇圧回路１１５は、昇圧動作を停止し、スイッチ手段１１７をオンにする。そのため、蓄電電力は、スイッチ手段１１７を介して制御回路１０７の電源端子１０９に供給される。その結果、制御回路１０７の電源端子１０９の電圧は、最低動作電圧ＶＴよりも高くなる。それにより、制御回路１０７が蓄電電力を動作電源としてＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ１０５をスイッチングできる状態になる。制御回路１０７のスイッチング信号出力端子１０８は、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ１０５を駆動するためのスイッチング信号をＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ１０５のゲートに出力する。
つまり、図２に示す例では、時刻ｔ３に、制御回路１０７が、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ１０５のスイッチングを開始する。
詳細には、制御回路１０７がＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ１０５をオンにすると、電力がコイル１０２に溜められる。制御回路１０７がＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ１０５をオフにすると、コイル１０２に溜められた電力は、ダイオード１０３を介して出力端子１１４に出力される。第１昇圧回路１００ａは、コイル１０２による電力蓄積と電力放電とを繰り返すことによって、第１昇圧電力を生成する。
つまり、時刻ｔ３に、第１昇圧回路１００ａは、蓄電電力を動作電源として、第１昇圧電力を生成する昇圧動作を開始する。そのため、時刻ｔ３に、第１昇圧電力は、ゼロよりも大きくなる。また、第１昇圧電力は、ダイオード１０３を介して出力端子１１４に出力される。そのため、出力端子１１４の電圧は、値Ｖｏｕｔ１から値Ｖｏｕｔ２に増加する。
出力端子１１４の電圧は、抵抗１１２と抵抗１１３とによって分圧され、制御回路１０７のフィードバック端子１１０に入力される。
第１昇圧回路１００ａの昇圧動作の開始後（つまり、時刻ｔ３以降）、制御回路１０７は、フィードバック端子１１０の電圧が所定値になるように、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ１０５のスイッチングを制御する。それにより、制御回路１０７は、出力端子１１４の電圧を所望値Ｖｏｕｔ２に制御する。
時刻ｔ３以降、コイル１０２に溜められた電力の一部は、ダイオード１０４から、第３昇圧電力として制御回路１０７の電源端子１０９に出力される。電源端子１０９の電圧の値Ｖ３は、最低動作電圧ＶＴより大きい。
そのため、時刻ｔ３以降、制御回路１０７は、第３昇圧電力を動作電源としてＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ１０５をスイッチングする。つまり、第１昇圧回路１００ａは、第３昇圧電力を動作電源として、第１昇圧電力を生成する昇圧動作を行う。
そのため、時刻ｔ３以降、制御回路１０７は、第３昇圧電力を動作電源としてＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ１０５をスイッチングする。つまり、第１昇圧回路１００ａは、第３昇圧電力を動作電源として、第１昇圧電力を生成する昇圧動作を行う。
上述したように、時刻ｔ３以降、第１昇圧回路１００ａが第３昇圧電力を動作電源として第１昇圧電力を生成する昇圧動作を行う。従って、第２昇圧電力は必要なくなる。そのため、図２に示す例では、時刻ｔ３以降、第２昇圧回路１１５は、第２昇圧電力を生成しなくなる。
スイッチ手段１１７は、オンに維持される。そのため、蓄電電力の電圧の値は、電源端子１０９の電圧の値Ｖ３と等しくなる。
スイッチ手段１１７は、オンに維持される。そのため、蓄電電力の電圧の値は、電源端子１０９の電圧の値Ｖ３と等しくなる。
また、図１および図２に示す例では、上述したように、ダイオード１０４における順電圧降下が、ダイオード１０３における順電圧降下よりも小さい。そのため、時刻ｔ３以降における制御回路１０７の電源端子１０９の電圧の値Ｖ３は、時刻ｔ３以降における出力端子１１４の電圧の値Ｖｏｕｔ２よりも高い。
上述したように、第１実施形態の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１００では、蓄電電力の電圧が第１昇圧回路１００ａの最低動作電圧ＶＴ以上になった場合に、第１昇圧回路１００ａが、蓄電電力を動作電源として昇圧動作を開始する。そのため、入力電力の電圧が低い場合であっても第１昇圧回路１００ａの昇圧動作を開始することができる。また、蓄電容量１１６が設けられない場合よりも、第２昇圧回路１１５の昇圧能力を小型化することができる。
また、上述したように、図２に示す例では、時刻ｔ３以降、第２昇圧回路１１５が、第２昇圧電力を生成しない。そのため、第３昇圧電力の電圧が最低動作電圧ＶＴ以上の値Ｖ３になった時刻ｔ３以降に第２昇圧回路１１５を制御する必要性を排除することができる。
また、上述したように、図２に示す例では、時刻ｔ３以降、第２昇圧回路１１５が、第２昇圧電力を生成しない。そのため、第３昇圧電力の電圧が最低動作電圧ＶＴ以上の値Ｖ３になった時刻ｔ３以降に第２昇圧回路１１５を制御する必要性を排除することができる。
上述したように、図１に示す例では、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の出力端子１１４が負荷２００に接続される。つまり、出力端子１１４から出力される第１昇圧電力は、負荷２００を駆動する。図２に示す例では、時刻ｔ３以降、第１昇圧電力は、負荷２００の消費電力以上の値になる。
図２に示す例では、入力電力の電圧が低い場合であっても、第１昇圧回路１００ａが、入力電力の電圧よりも電圧が高い蓄電電力を動作電源として昇圧動作を開始できる。また、昇圧動作開始時（時刻ｔ３）における第１昇圧電力（変換電力）は、負荷２００の消費電力を上回る。つまり、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１００は、電圧が最低動作電圧ＶＴより低い入力電力の入力によって、負荷２００の消費電力を上回る第１昇圧電力（変換電力）を出力する。また、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１００は、小型で変換ロスが少ない。
第２昇圧回路１１５は、第１昇圧回路１００ａよりも最低動作電圧が低く、入力電圧が低くても昇圧可能な回路である必要があるが、第１昇圧回路１００ａよりも電力変換能力が小さくてよい。そのため、第２昇圧回路１１５を小型化することができる。
第２昇圧回路１１５は、第１昇圧回路１００ａよりも最低動作電圧が低く、入力電圧が低くても昇圧可能な回路である必要があるが、第１昇圧回路１００ａよりも電力変換能力が小さくてよい。そのため、第２昇圧回路１１５を小型化することができる。
図３に示す例では、制御回路３０７は、ダイオード３０３およびダイオード３２１における順電圧降下の分だけ電圧が低下した昇圧電力を動作電源として、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ３０５をスイッチングする。一方、図１に示す例では、制御回路１０７は、ダイオード１０４における順電圧降下の分しか電圧が低下していない第３昇圧電力を動作電源として、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ１０５をスイッチングする。そのため、図１に示す例では、図３に示す例よりも、第１昇圧電力（変換電力）が小さい構成を採用することができ、小型で変換ロスを少なくすることができる。
図２に示す例では、第２昇圧回路１１５によって生成される第２昇圧電力が、蓄電容量１１６に蓄電される。また、蓄電容量１１６に蓄電された蓄電電力の電圧が第１昇圧回路１００ａの最低動作電圧ＶＴ以上になった場合に、制御回路１０７は、蓄電電力を動作電源として、第１昇圧回路１００ａによる昇圧動作を開始する。そのため、図２に示す例では、図３に示す例のように、昇圧電力を動作電源として制御回路を駆動する必要がない。つまり、図２に示す例では、第２昇圧回路１１５の昇圧能力が低くても、蓄電に時間をかけることによって、制御回路１０７を駆動することができる。そのため、第２昇圧回路１１５を小型化することができる。
図１に示す例では、第１整流手段としてダイオード１０３が用いられ、第２整流手段としてダイオード１０４が用いられているが、それに限られない。他の例では、ダイオードの代わりに、整流機能のある他の任意の素子、回路などを用いてもよい。
［第２実施形態］
第２実施形態の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１００は、後述する点を除き、上述した第１実施形態の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１００と同様に構成されている。従って、第２実施形態の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１００によれば、第１実施形態の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１００と同様の効果を奏することができる。
第２実施形態の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１００は、後述する点を除き、上述した第１実施形態の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１００と同様に構成されている。従って、第２実施形態の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１００によれば、第１実施形態の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１００と同様の効果を奏することができる。
図１に示すように、第１実施形態の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の第１昇圧回路１００ａは、昇圧チョッパ型の電圧変換回路である。一方、第２実施形態の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ１００では、第１昇圧回路１００ａとして、例えばチャージポンプ型の電圧変換回路などのような他の任意の電圧変換回路が用いられる。
以上、本発明の実施形態及びその変形を説明したが、これらの実施形態及びその変形は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態及びその変形は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態及びその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同時に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。また、上述した各実施形態及びその変形は、互いに適宜組み合わせることができる。
１００…昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ、１００ａ…第１昇圧回路、１０１…入力端子、１０２…コイル、１０３…ダイオード、１０４…ダイオード、１０５…Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ、１０６…平滑容量、１０７…制御回路、１０８…スイッチング信号出力端子、１０９…電源端子、１１０…フィードバック端子、１１１…出力容量、１１２…抵抗、１１３…抵抗、１１４…出力端子、１１５…第２昇圧回路、１１６…蓄電容量、１１７…スイッチ手段、１１８…入力端子、１１９…スイッチング信号出力端子、１２０…出力端子、２００…負荷、３００…昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ、３０１…入力端子、３０２…コイル、３０３…ダイオード、３０４…ダイオード、３０５…Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ、３０７…制御回路、３０８…スイッチング信号出力端子、３０９…電源端子、３１０…フィードバック端子、３１１…出力容量、３１２…抵抗、３１３…抵抗、３１４…出力端子、３２１…ダイオード、４００…負荷
Claims (3)
- 入力端子と、
出力端子と、
前記入力端子に入力される入力電力から、前記入力電力の電圧よりも電圧が高い第１昇圧電力を生成し、生成した前記第１昇圧電力を前記出力端子から出力する第１昇圧回路と、
前記入力電力から、前記入力電力の電圧よりも電圧が高い第２昇圧電力を生成する第２昇圧回路と、
前記第２昇圧電力を蓄電電力として蓄電し、蓄電した前記蓄電電力を前記第１昇圧回路の動作電源として前記第１昇圧回路に供給する蓄電容量と、
を備え、
前記第１昇圧回路は、前記蓄電電力の電圧が前記第１昇圧回路の最低動作電圧以上になった場合に、前記蓄電電力を前記動作電源として昇圧動作を開始する、
昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ。 - 前記第１昇圧回路は、
前記入力端子に一方の端子が接続されたコイルと、
前記コイルの他方の端子から接地端子へ流れる電流をスイッチングするＮチャネル型ＭＯＳトランジスタと、
前記他方の端子から出力されるパルス電流を整流して前記第１昇圧電力を出力する第１整流手段と、
前記第１整流手段に並列に接続され、前記パルス電流を整流して第３昇圧電力を出力する第２整流手段と、
前記第３昇圧電力が入力され、前記Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタを制御することによって前記第１昇圧電力を制御する制御回路とを備え、
前記第１昇圧回路は、前記第３昇圧電力の電圧が前記最低動作電圧以上になった場合に、前記第３昇圧電力を前記動作電源として前記昇圧動作を行う、
請求項１に記載の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ。 - 請求項１又は請求項２に記載の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータの使用方法であって、
前記出力端子から出力される前記第１昇圧電力は、前記出力端子に接続された負荷を駆動し、
前記第１昇圧電力は、前記負荷の消費電力以上である、
昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータの使用方法。
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