JP5536728B2 - 電圧変換器 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器やＬＥＤ照明等に定電圧を供給する電源装置に用いられる電圧変換装置に関するものである。

従来、電子機器やＬＥＤ照明等に一定の電流を供給する電源装置には、入力電圧を昇圧または降圧する電圧変換装置が備えられている。従来の昇降圧型の電圧変換装置に用いられるスイッチング電源回路として例えば特開２０１０−２７３５０１号公報や特開２０１０−２６８５９０号公報に記載のものがある。

特開２０１０−２７３５０１号公報には、周知の昇圧型コンバータ回路と、降圧型コンバータ回路とを接続した構成のスイッチング電源回路が開示されている。前記スイッチング電源回路では、前記昇圧型コンバータ回路に含まれるスイッチング素子と、前記降圧型コンバータ回路に含まれるスイッチング素子とをそれぞれ独立してスイッチング制御し、入力電圧よりも高い又は低い電圧を出力する。

また、特開２０１０−２７３５０１号公報には、３個のダイオード、２個のコイル、２個のコンデンサ及び１個のスイッチング素子を備えた構成のスイッチング電源回路も開示されている。このスイッチング電源回路では、スイッチング素子のオンオフの比率（デューティ比）を変更することで、入力電圧を昇圧する昇圧コンバータ、あるいは、入力電圧を降圧する降圧コンバータとして利用できる。

特開２０１０−２６８５９０号公報では、昇圧型コンバータ回路と降圧型コンバータ回路の両方で共通のコイルを用いるスイッチング電源回路も提案されている。

特開２０１０−２７３５０１号公報 特開２０１０−２６８５９０号公報

しかしながら、特開２０１０−２７３５０１に示すスイッチング電源回路では、昇圧型コンバータ回路と降圧型コンバータ回路との両方に、コイルが必要であり、部品点数が多くなる。また、コイルは小型化、薄型化が困難な部材であるので、スイッチング電源回路の小型化、薄型化が難しい。さらに、高価な部材であるコイルを２個使うのでスイッチング電源回路の製造コストが上がる。

特開２０１０−２６８５９０に示すスイッチング電源回路では、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子の接続端子（トランジスタの場合ソース又はエミッタ）の電位（駆動の基準となる電位）が異なる。そのため、制御回路は第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子を駆動するための基準電位を入手する手段（例えば、ブートストラップ回路）をスイッチング素子ごとに設けなくてはならず、スイッチング電源回路の構成が複雑になる。また、制御回路による制御も複雑になるので、製造コストの削減が容易ではない。

そこで本発明は、入力電圧を昇圧又は降圧させて所望の電圧を出力し、小型化、低コスト化が可能な電圧変換器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、第１スイッチング素子と、コイルと、第１ダイオードとを含み電源から入力される直流電圧を降圧する降圧部と、第２スイッチング素子と、前記コイルと、第２ダイオードとを含み電源から入力される直流電圧を昇圧する昇圧部と、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のオン／オフを制御する制御手段とを備え、電源から入力される直流の入力電圧を降圧又は昇圧し出力電圧として負荷に供給する電圧変換器であって、前記第１スイッチング素子が、前記第１ダイオードのアノード側と前記電源の低電圧側の間に、オンになったとき前記第１ダイオードのアノード側から前記電源の低電圧側に電流が流れるように配置されており、前記第２スイッチング素子が、前記第２ダイオードのアノード側と前記電源の低電圧側の間に、オンになったとき前記第２ダイオードのアノード側から前記電源の低電圧側に電流が流れるように配置されていることを特徴とする。

この構成によると、第１スイッチング素子の一方の出力側の電極（ｎＭＯＳＦＥＴの場合ソース、バイポーラ型トランジスタの場合エミッタ）と、第２スイッチング素子の一方の出力側の電極（ｎＭＯＳＦＥＴの場合ソース、バイポーラ型トランジスタの場合エミッタ）とが短絡されており、各スイッチング素子を制御するための基準電圧を共通化することが可能である。

これにより、制御手段に各スイッチング素子の基準電圧を取得するための回路が不要であり、制御を簡単にすることができ、制御手段の構成を簡略化することができる。

上記構成において前記制御手段が、前記第１スイッチング素子の前記電源の低電圧側の電圧を取得するようにしてもよい。

上記構成において、電源の低電圧側が接地されていてもよい。

上記構成において、前記電源が直流電源であってもよく、交流を直流に整流する整流手段を備えたものであってもよい。

上記構成において、前記電源の高電圧側と接続される第１入力端子と、低電圧側と接続される第２入力端子と、前記負荷の高電圧側と接続される第１出力端子と、前記負荷の低電圧側と接続される第２出力端子とを備えており、前記第１ダイオードのカソードが前記第１入力端子に接続され、第１ダイオードのアノードが前記第２出力端子に接続され、前記コイルの一方の電極が前記第１入力端子に接続され、前記コイルの他方の電極が前記第２ダイオードのアノード及び前記第２スイッチング素子の他方の電極に接続され、第２ダイオードのカソードが前記第１出力端子に接続され、前記第１スイッチング素子が、前記第１ダイオードのアノード側と前記電源の低電圧側の間に、オンになったとき前記第１ダイオードのアノード側から前記電源の低電圧側に電流が流れるように配置されており、前記第２スイッチング素子が、前記第２ダイオードのアノード側と前記電源の低電圧側の間に、オンになったとき前記第２ダイオードのアノード側から前記電源の低電圧側に電流が流れるように配置されていてもよい。

上記構成において、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子はｎ型のＭＯＳＦＥＴであり、前記第１スイッチング素子のソースと前記第２スイッチング素子のソースとが前記電源の低電圧側に接続されていてもよい。

上記構成において、前記制御手段が、前記入力電圧が前記出力電圧よりも大きいとき前記第２スイッチング素子をオフにし、前記第１スイッチング素子をスイッチング動作させる駆動信号を出力し、前記入力電圧が前記出力電圧よりも小さいとき前記第１スイッチング素子をオンにし、前記第２スイッチング素子をスイッチング動作させる駆動信号を出力する。

上記した電圧変換器を用いたものとして、照明装置を挙げることができる。前記照明装置として直流で動作するＬＥＤランプを備えたＬＥＤ照明装置を挙げることができる。

本発明によると、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子の動作の基準電圧を共通化することで、制御手段及び回路構成を簡略化でき、小型化及び低コスト化が可能である。

本発明にかかる電圧変換器の一例を示す図である。 第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子に入力される信号を示すタイミングチャートである。 第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子に入力される信号を示すタイミングチャートである。 第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子に入力される信号を示すタイミングチャートである。 本発明にかかる電圧変換器の他の例を示す図である。 本発明にかかる電圧変換器のさらに他の例を示す図である。 本発明にかかる電圧変換器を用いた電源装置の図である。 昇圧動作を行うときの第２スイッチング素子に供給される制御信号である。 入力電圧を示す図である。 出力電圧を示す図である。 入力電流を示す図である。 降圧動作を行うときの第１スイッチング素子に供給される制御信号である。 出力電圧を示す図である。 入力電流を示す図である。

以下に本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明にかかる電圧変換器の一例を示す図である。図１に示すように、電圧変換器Ａは第１入力端子Ｉｎ１、第２入力端子Ｉｎ２、第１出力端子Ｏｕｔ１及び第２出力端子Ｏｕｔ２とを備えている。電圧変換器Ａの第１入力端子Ｉｎ１及び第２入力端子Ｉｎ２には直流電源Ｐｄが接続されている。直流電源Ｐｄの正極が第１入力端子Ｉｎ１に接続されており、負極が第２入力端子Ｉｎ２に接続されている。また、第１出力端子Ｏｕｔ１及び第２出力端子Ｏｕｔ２には負荷として、５個のＬＥＤ３１が直列に接続されたＬＥＤランプ３が接続されている。なお、第１出力端子Ｏｕｔ１はＬＥＤランプのプラス端子（ＬＥＤ３１のアノード）が、第２出力端子Ｏｕｔ２にはＬＥＤランプ３のマイナス端子（ＬＥＤ３１のカソード）がそれぞれ接続されている。また、第２入力端子Ｉｎ２は接地線と接続されている。

また、電圧変換器Ａは、第１スイッチング素子Ｔｒ１と、第１ダイオードＤｉ１と、コイルＬ１と、第２スイッチング素子Ｔｒ２と、第２ダイオードＤｉ２と、キャパシタＣ１と、制御回路Ｃｏｎｔ（制御手段）とを備えている。第１スイッチング素子Ｔｒ１及び第２スイッチング素子Ｔｒ２は、ｎ型ＭＯＳＦＥＴである。

第１スイッチング素子Ｔｒ１は、ソースが第２入力端子Ｉｎ２と接続されている。また、第１スイッチング素子Ｔｒ１のドレインは第１ダイオードＤｉ１のアノードが接続されている。また、第１スイッチング素子Ｔｒ１のドレインと第１ダイオードＤｉ１のアノードとの接続点は、第２出力端子Ｏｕｔ２と接続されている。第１ダイオードＤｉ１のカソードはコイルＬ１の一端に接続されており、第１ダイオードＤｉ１のカソードとコイルＬ１との接続点は、第１入力端子Ｉｎ１に接続されている。

また、コイルＬ１の他端は、第２スイッチング素子Ｔｒ２のドレイン及び第２ダイオードＤｉ２のアノードと接続されている。そして、第２ダイオードＤｉ２のカソードはキャパシタＣ１の一方の端子と接続され、さらにその接続点は、第１出力端子Ｏｕｔ１と接続されている。また、キャパシタＣ１の他方の端部は第２出力端子Ｏｕｔ２に接続されている。つまり、第２出力端子Ｏｕｔ２には、キャパシタＣ１の他方の端子、ＬＥＤランプ３のマイナス端子、第１スイッチング素子Ｔｒ１のドレイン及び第１ダイオードＤｉ１のアノードが接続されている。そして、第２スイッチング素子Ｔｒ２のソースは第２入力端子Ｉｎ２と接続されている。すなわち、第２入力端子Ｉｎ２には、第１スイッチング素子Ｔｒ１のソース及び第２スイッチング素子Ｔｒ２のソースとが接続されている。さらに、
電圧変換器Ａは、第２出力端子Ｏｕｔ２が設置されている。

電圧変換器Ａでは、第１スイッチング素子Ｔｒ１、第１ダイオードＤｉ１及びコイルＬ１で降圧コンバータを構成しており、第２スイッチング素子Ｔｒ２、第２ダイオードＤｉ２及びコイルＬ１で昇圧コンバータを構成している。また、第１スイッチング素子Ｔｒ１及び第２スイッチング素子Ｔｒ２のゲートには、制御回路Ｃｏｎｔからの制御信号が入力されており、制御信号によって、オン／オフ切り替え制御される。さらに詳しく説明すると、第１スイッチング素子Ｔｒ１及び第２スイッチング素子Ｔｒ２は制御回路Ｃｏｎｔからの信号の電圧がＨｉｇｈレベルのときオンになり、Ｌｏｗレベルのときオフになる。

第１スイッチング素子Ｔｒ１、第１ダイオードＤｉ１及びコイルＬ１で入力電圧を降圧して出力する降圧コンバータを構成している。また、第２スイッチング素子Ｔｒ２、第２ダイオードＤｉ２及びコイルＬ１で入力電圧を昇圧する昇圧コンバータを構成している。すなわち、電圧変換器Ａでは、降圧コンバータ及び昇圧コンバータで１個のコイルＬ１を共用する構成となっている。

電圧変換器Ａは、第２スイッチング素子Ｔｒ２を常時オフにすることで、降圧コンバータとなる。すなわち、制御回路Ｃｏｎｔは、第２スイッチング素子Ｔｒ２のゲートにＬｏｗレベルの制御信号を送信し、第２スイッチング素子Ｔｒ２をオフにした状態で、第１スイッチング素子Ｔｒ１を短時間でオン／オフを切り替える（スイッチングする）ことで、第１入力端子Ｉｎ１及び第２入力端子Ｉｎ２に接続された直流電源Ｐｄからの電圧が降圧され、第１出力端子Ｏｕｔ１及び第２出力端子Ｏｕｔ２から出力する。

また、電圧変換器Ａは、第１スイッチング素子Ｔｒ１を常時オンにすることで、昇圧コンバータとなる。すなわち、制御回路Ｃｏｎｔは、第１スイッチング素子Ｔｒ１のゲートにＨｉｇｈレベルの信号を送信し、第１スイッチング素子Ｔｒ１をオンにした状態で、第２スイッチング素子Ｔｒ２をスイッチングすることで、第１入力端子Ｉｎ１及び第２入力端子Ｉｎ２に接続された直流電源Ｐｄからの電圧を昇圧し、第１出力端子Ｏｕｔ１及び第２出力端子Ｏｕｔ２から出力する。

なお、図１に示す回路は、第１出力端子Ｏｕｔ１と第２出力端子Ｏｕｔ２とに接続されたキャパシタＣ１を備えている。このキャパシタＣ１が取り付けられていることで、コイルＬ１より出力される電圧（降圧時、昇圧時かかわらず）を平滑化し、ＬＥＤランプ３に平滑化した電圧を印加することができる。

次に本発明にかかる電圧変換器の特徴である第１スイッチング素子Ｔｒ１及び第２スイッチング素子Ｔｒ２の接続について詳しく説明する。図１に示すように電圧変換器Ａでは、第１スイッチング素子Ｔｒ１のソース及び第２スイッチング素子Ｔｒ２のソースがともに第２入力端子Ｉｎ２に接続され（短絡され）、接地されている。

スイッチング素子は、ｎ型ＭＯＳＦＥＴでありゲートに電圧を印加することで、ドレイン―ソース間に電流が流れる。つまり、ソース―ゲート間が一定の電圧となるように、ゲートに電圧を印加することで、スイッチング素子がオンになる。

第１スイッチング素子Ｔｒ１のソース及び第２スイッチング素子Ｔｒ２のソースが短絡されていることから、第１スイッチング素子Ｔｒ１のソース電圧と第２スイッチング素子Ｔｒ２のソース電圧は同じ電圧となっている。ゲートに印加する電圧は、ソース電圧に対する差が一定となるようにすればよく、第１スイッチング素子Ｔｒ１及び第２スイッチング素子Ｔｒ２のゲートに入力する制御信号のＨｉｇｈレベルの電圧値及びＬｏｗレベル電圧値を共通の電圧値とすることができる。なお、図１に示す電圧変換器Ａでは、第２入力端子Ｉｎ２が接地されているので、第１スイッチング素子Ｔｒ１のソース電圧及び第２スイッチング素子Ｔｒ２のソース電圧は０Ｖである。

このことから、制御回路Ｃｏｎｔが第１スイッチング素子Ｔｒ１の基準電圧（ソース電圧）及び第２スイッチング素子Ｔｒ２の基準電圧（ソース電圧）をそれぞれ独立して取得するための回路（例えば、ブートストラップ回路）を設けなくてもよく、それだけ、電圧変換器Ａの構成を簡略化することができる。

次に、電圧変換器Ａの動作について図面を参照して詳しく説明する。図２〜図４は第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子に入力される信号を示すタイミングチャートである。

図１に示すように、電圧変換器Ａの入力端子Ｉｎ１、Ｉｎ２に直流電源Ｐｄが接続されており、出力端子Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２にＬＥＤランプ３が接続されている。直流電源Ｐｄは蓄電池の場合が多くその場合、満充電時と放電時で電圧が異なる。また、直流電源ＰｄからＬＥＤランプ３のような負荷に定電流を与える場合、直流電源Ｐｄから電圧変換器Ａに入力する入力電圧がばらつく場合が多い。

例えば、直流電源Ｐｄからの入力電圧ＶｉがＶ１〜Ｖ２（Ｖ１＞Ｖ２）に変化する場合、ＬＥＤランプ３に印加する出力電圧Ｖｏの出力は電圧変換器Ａによって以下のようにして供給される。

出力電圧Ｖｏが入力電圧の最大値Ｖ１よりも大きい場合、出力電圧Ｖｏは入力電圧よりも常に大きいので、電圧変換器Ａは入力電圧Ｖｉを昇圧し出力電圧Ｖｏとして出力する。すなわち、図２に示すように、制御回路Ｃｏｎｔは第１スイッチング素子Ｔｒ１のゲートにＨｉｇｈレベル信号を送出し第１スイッチング素子Ｔｒ１をオンにした状態で、第２スイッチング素子Ｔｒ２のゲートにＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルとが短期間で切り替わる信号（スイッチング信号）を入力する。これにより、入力電圧Ｖｉを出力電圧Ｖｏに昇圧する。

出力電圧Ｖｏが入力電圧の最小値Ｖ２よりも小さい場合、出力電圧Ｖｏは入力電圧Ｖｉよりも常に小さいので、電圧変換器Ａは入力電圧Ｖｉを降圧し出力電圧Ｖｏとして出力する。すなわち、図３に示すように、制御回路Ｃｏｎｔは第２スイッチング素子Ｔｒ２のゲートにＬｏｗレベル信号を送出してオフにし、第１スイッチング素子Ｔｒ１のゲートにＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルとが短期間で切り替わる信号（スイッチング信号）を入力する。これにより、入力電圧Ｖｉを出力電圧Ｖｏに降圧する。

出力電圧Ｖｏが入力電圧の最大値Ｖ１より小さく最小値Ｖ２より大きい場合もある。すなわち、入力電圧Ｖｉがばらつくことで、出力電圧Ｖｏが入力電圧Ｖｉよりも高くなることもあり、低くなることもある。そこで、電圧変換器Ａは、入力電圧Ｖｉを検出し、その入力電圧Ｖｉが出力電圧Ｖｏに対して大きいか小さいかで異なる制御を行う。

図４に示しているように、入力電圧Ｖｉが出力電圧Ｖｏよりも高いと検出したとき、制御回路Ｃｏｎｔは第２スイッチング素子Ｔｒ２のゲートにＬｏｗレベルの信号を送信し、第１スイッチング素子Ｔｒ１のゲートにスイッチング信号を入力する（図４の領域Ｐ１部分）。これにより、電圧変換器Ａは降圧コンバータとして作用する。

また、直流電源Ｐｄの電圧がばらつくと、入力電圧Ｖｉが出力電圧Ｖｏよりも低くなる場合がある。そのとき、制御回路Ｃｏｎｔは第１スイッチング素子Ｔｒ１のゲートにＨｉｇｈレベル信号を送信し、第２スイッチング素子Ｔｒ２のゲートにスイッチング信号を入力する（図４の領域Ｐ２部分）。これにより、電圧変換器Ａは昇圧コンバータとして作用する。

制御回路Ｃｏｎｔは、入力電圧Ｖｉを検出し、その電圧を出力電圧Ｖｏと比較することで、電圧変換器Ａを昇圧コンバータ又は降圧コンバータとして動作することで、入力電圧Ｖｉがばらついた場合でも、高精度に一定の出力電圧Ｖｏを出力することができる。

これにより、図１に示すように電圧変換器ＡをＬＥＤランプ３の電源回路の一部として用いることで、ＬＥＤランプ３に高精度に一定の出力電圧Ｖｏを印加することができるので、ＬＥＤランプ３のちらつきを抑えることができる。

また、上述しているように、制御回路Ｃｏｎｔが、第１スイッチング素子Ｔｒ１及び第２スイッチング素子Ｔｒ２のいずれか一方をオンまたはオフに固定し、他方をスイッチングする制御で、一定電圧の出力電圧を出力することができるので、制御回路Ｃｏｎｔの構成を簡略化することが可能である。

（第２の実施形態）
本発明にかかる電圧変換器の他の例について図面を参照して説明する。図５は本発明にかかる電圧変換器の他の例を示す図である。図５に示す電圧変換器Ｂは、制御回路Ｃｏｎｔが第２入力端子Ｉｎ２と接続されている以外は、図１に示す電圧変換器Ｂと同じ構成を有するものであり、実質上同じ部分には、同じ符号を付すとともに、実質上同じ部分の説明は省略する。

図５に示すように、電圧変換器Ｂでは、制御回路Ｃｏｎｔが第２入力端子Ｉｎ２の電圧を検出する構成となっている。電圧変換器Ｂは電圧変換器Ａと同様、第１スイッチング素子Ｔｒ１のソース及び第２スイッチング素子Ｔｒ２のソースが第２入力端子Ｉｎ２に接続されている（各スイッチング素子のソースが短絡されている）ので、制御回路Ｃｏｎｔは第２入力端子Ｉｎ２の電圧を検出することで、第１スイッチング素子Ｔｒ１及び第２スイッチング素子Ｔｒ２のソース電圧（基準電圧）を取得することができる。

そして、第１スイッチング素子Ｔｒ１のソース電圧及び第２スイッチング素子のソース電圧が等しいので、電圧変換器Ｂは電圧変換器Ａと同様に、第１スイッチング素子Ｔｒ１のゲート及び第２スイッチング素子Ｔｒ２のゲートに送信する制御信号のＨｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルの電圧を共通化することができる。これにより、制御回路Ｃｏｎｔは第１スイッチング素子Ｔｒ１のソース電圧及び第２スイッチング素子Ｔｒ２のソース電圧をそれぞれ取得する必要がなく、回路構成を簡略化することが可能である。

電圧変換器Ｂの制御回路Ｃｏｎｔは制御信号のＨｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルの電圧値が異なる以外は、電圧変換器Ａの制御回路Ｃｏｎｔと同じであり、同じ動作で高精度な定電圧を出力することが可能である。また、電圧変換器Ｂでは、第２入力端子Ｉｎ２は接地されていないが、接地される構成であってもよい。この場合、制御回路Ｃｏｎｔの接地端子を第２入力端子Ｉｎ２に接続するようにすれば、例えば、接地配線の配線不良等により接地が不十分になった場合でも、第１スイッチング素子Ｔｒ１及び第２スイッチング素子Ｔｒ２に正確な電圧の制御信号を供給することができる。

（第３の実施形態）
本発明にかかる電圧変換器のさらに他の例について図面を参照して説明する。図６は本発明にかかる電圧変換器のさらに他の例を示す図である。図６に示すように、電圧変換器Ｃの入力端子には、整流回路Ｒｃに接続された交流電源Ｐａが接続されている。それ以外は、電圧変換器Ｂと同じ構成を有しており、実質上同じ部分には同じ符号を付し、同じ部分の説明は省略する。

電圧変換器Ｃでは整流回路で整流した電圧が、第１入力端子Ｉｎ１及び第２入力端子Ｉｎ２に入力される構成であるので、入力電圧は脈波（全波又は半波）となる。電圧変換器Ｃが降圧及び昇圧両方可能であるので、降圧動作と昇圧動作を組み合わせて、定電圧の出力電圧を出力することが可能である。

例えば、入力される電圧が、出力電圧よりも低いときは、電圧変換器Ｃを昇圧コンバータとして駆動し、出力電圧よりも高いときは電圧変換器Ｃを降圧コンバータとして駆動するようにすれば、一定電圧を出力することが可能である。

以上に示したような本発明にかかる電圧変換器を用いた例について図面を参照して説明する。図７は本発明にかかる電圧変換器を用いた電源装置の図である。図７に示すように、電源装置Ｐｓは、直流電源Ｐｄと、制御回路Ｃｏｎｔ及び第２入力端子Ｉｎ２を接地した構成の電圧変換器Ｂ１と、直流電源Ｐｄの電圧（入力電圧Ｖｉ）を検出する入力側電圧検出器Ｓｖｉと、第１入力端子Ｉｎ１に流れる電流（入力電流Ａｉ）を検出する入力側電流検出器Ｓａｉと、電圧変換器Ｂ１の出力電圧Ｖｏを検出する出力側電圧検出器Ｓｖｏとを備えている。なお、電圧変換器Ｂ１は、第１スイッチング素子Ｔｒ１のソースと第２スイッチング素子Ｔｒ２のソースとを接続する配線を接地している以外は、図５に示す電圧変換器Ｂと同じ構成となっている。

（第１の実施例）
図７に示す電源装置Ｐｓを昇圧動作する例について図面を参照して説明する。図８は昇圧動作を行うときの第２スイッチング素子に供給される制御信号であり、図９は入力電圧を示す図であり、図１０は出力電圧を示す図であり、図１１は入力電流を示す図である。なお、図８において、縦軸は１がＨｉｇｈレベル、０がＬｏｗレベルであることを示している。すなわち、図８のグラフでは、ＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルとが短期間に、交互に切り替わる信号であることを示している。

図９に示すように、入力電圧Ｖｉは６０Ｖであり、図１０に示すように、出力電圧Ｖｏは８０Ｖである。すなわち、電圧変換器Ｂ１を昇圧コンバータとして動作させ、入力電圧Ｖｉの６０Ｖを出力電圧Ｖｏの８０Ｖに昇圧する。

上述しているように、電圧変換器Ｂ１を昇圧動作させる場合、制御回路Ｃｏｎｔは、第１スイッチング素子Ｔｒ１を常時オン状態にし、第２スイッチング素子Ｔｒ２をスイッチング制御する。図示を省略しているが、制御回路Ｃｏｎｔは、制御信号として第１スイッチング素子Ｔｒ１のゲートにＨｉｇｈレベルの信号を送信している。また、図８に示すように、制御回路Ｃｏｎｔは制御信号として第２スイッチング素子Ｔｒ２のゲートに、オンデューティ２５％のスイッチング信号を送信している。なお、オンデューティ２５％とは、スイッチング素子をオン／オフ切り替えを行うとき、所定時間当たりのオンの時間の長さが２５％であるものである。つまり、図８に示すスイッチング信号ではＨｉｇｈレベルの割合が２５％となっている。

このように、第１スイッチング素子Ｔｒ１を常時オンにした状態で、第２スイッチング素子Ｔｒ２をスイッチングすることで、入力電圧Ｖｉ（６０Ｖ）から出力電圧Ｖｏ（８０Ｖ）に昇圧できる。なお、オンデューティを変更することで、出力電圧Ｖｏが変化する。
また、入力電流Ａｉは図１１に示すように、第２スイッチング素子Ｔｒ２の動作に合わせて変化している。なお、入力電圧Ａｉの最大値は約１０Ａとなっている。

（第２の実施例）
図７に示す電源装置Ｐｓを降圧動作する例について図面を参照して説明する。図１２は降圧動作を行うときの第１スイッチング素子に供給される制御信号であり、図１３は出力電圧を示す図であり、図１４は入力電流を示す図である。なお、図１２は図８と同様、スイッチング信号を示している。また、入力電圧Ｖｉは図９に示すものと同じである。

図９に示すように、入力電圧Ｖｉは６０Ｖであり、図１２に示すように、出力電圧Ｖｏは４０Ｖである。すなわち、電圧変換器Ｂ１を降圧コンバータとして動作させ、入力電圧Ｖｉの６０Ｖを出力電圧Ｖｏの４０Ｖに降圧する。

上述しているように、電圧変換器Ｂ１を降圧動作させる場合、制御回路Ｃｏｎｔは、第２スイッチング素子Ｔｒ２を常時オフ状態にし、第１スイッチング素子Ｔｒ１をスイッチングする。図示を省略しているが、制御回路Ｃｏｎｔは、制御信号として第１スイッチング素子Ｔｒ２のゲートにＬｏｗレベルの信号を送信している。また、図１２に示すように、制御回路Ｃｏｎｔは制御信号として第１スイッチング素子Ｔｒ１のゲートに、オンデューティ６７％のスイッチング信号を送信している。つまり、図１２に示すスイッチング信号ではＨｉｇｈレベルの割合が６７％となっている。

このように、第２スイッチング素子Ｔｒ２を常時オフにした状態で、第１スイッチング素子Ｔｒ１をスイッチングすることで、入力電圧Ｖｉ（６０Ｖ）から出力電圧Ｖｏ（４０Ｖ）に降圧できる。なお、オンデューティを変更することで、出力電圧Ｖｏが変化する。
また、入力電流Ａｉは図１４に示すように、第２スイッチング素子Ｔｒ２の動作に合わせて変化している。なお、入力電圧Ａｉの最大値は約５Ａとなっており、昇圧時の半分となっている。

以上第１の実施例及び第２の実施例に示したように、本発明にかかる電圧変換器は２個のスイッチング素子を用い、一方をオンまたはオフに維持しておき、他方をスイッチングすることで、昇圧及び降圧を行うことができる。このとき、第１スイッチング素子Ｔｒ１のソース電圧と第２スイッチング素子Ｔｒ２のソース電圧を簡単に同じ電圧とすることができるので、制御回路から各スイッチング素子を駆動するための制御信号を生成する回路を簡略化することができ、それだけ、電圧変換器の製造コストを低減することができる。

また、上述のスイッチング素子として、ＭＯＳＦＥＴを用いるものとしているが、これに限定されるものではなく、例えば、バイポーラ型のトランジスタ、ＭＯＳトランジスタ、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子を広く採用することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこの内容に限定されるものではない。また本発明の実施形態は、発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の改変を加えることが可能である。

本発明にかかる照明用電源回路は、ＬＥＤ、有機ＥＬ等の直流電流で点灯するとともに、オンオフのデューティーを変更することで、照度（明るさ）を調整する照明装置に用いることが可能である。

Ｔｒ１ 第１スイッチング素子
Ｔｒ２ 第２スイッチング素子
Ｄｉ１ 第１ダイオード
Ｄｉ２ 第２ダイオード
Ｃｏｎｔ 制御回路
Ｃ１ キャパシタ
Ｌ１ コイル
３ ＬＥＤランプ
３１ ＬＥＤ

Claims (5)

1. 第１スイッチング素子と、コイルと、第１ダイオードとを含み電源から入力される直流電圧を降圧する降圧部と、
   第２スイッチング素子と、前記コイルと、第２ダイオードとを含み電源から入力される直流電圧を昇圧する昇圧部と、
   前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のオン／オフを制御する制御手段とを備え、電源から入力される直流の入力電圧を降圧又は昇圧し出力電圧として負荷に供給する電圧変換器であって、
   前記第１スイッチング素子が、前記第１ダイオードのアノード側と前記電源の低電圧側の間に、オンになったとき前記第１ダイオードのアノード側から前記電源の低電圧側に電流が流れるように配置されており、
   前記第２スイッチング素子が、前記第２ダイオードのアノード側と前記電源の低電圧側の間に、オンになったとき前記第２ダイオードのアノード側から前記電源の低電圧側に電流が流れるように配置されていることを特徴とする電圧変換器。
2. 前記制御手段が、前記第１スイッチング素子の前記電源の低電圧側の電圧を取得している請求項１に記載の電圧変換器。
3. 前記電源の低電圧側が接地されている請求項１又は請求項２に記載の電圧変換器。
4. 前記電源が直流電源である請求項１から請求項３のいずれかに記載の電圧変換器。
5. 前記電源が交流を直流に整流する整流手段を備えたものである請求項１から請求項３のいずれかに記載の電圧変換器。

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