JPH08294269A

JPH08294269A - Ｄｃ／ｄｃコンバータ

Info

Publication number: JPH08294269A
Application number: JP9397995A
Authority: JP
Inventors: Hiroto Tanaka; 裕人田中
Original assignee: Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1995-04-19
Filing date: 1995-04-19
Publication date: 1996-11-05
Anticipated expiration: 2015-10-10
Also published as: JP3097493B2

Abstract

(57)【要約】【目的】少ない消費電流で負荷電流を検出して動作モ
ードの切換えを行うＤＣ／ＤＣコンバータを提供する。【構成】コンパレータ２は、出力電圧Ｖ_outをモニタ
する。コンパレータ３および４は、コイル電流Ｉ_Lをモ
ニタして電力供給サイクルを制御する。出力電圧Ｖ_out
が予め設定した基準値よりも低くなると、電力供給サイ
クルを開始するとともに、カウンタ１２のカウント値を
インクリメントする。このカウント値は、出力電圧Ｖ
_outが基準値を回復するとリセットされる。電力供給サ
イクルが連続して実行されカウント値が所定値になる
と、カウンタ１２はパルスを出力する。ラッチ回路１３
は、上記パルスを受信するとＡセレクト信号を「Ｈ」レ
ベルにして動作モードを軽負荷モードから重負荷モード
へ切り換える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータ
に係わり、特に負荷に応じて動作モードを切り換えるＤ
Ｃ／ＤＣコンバータに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＤＣ／ＤＣコンバータは、ある直流の入
力電圧を異なる直流電圧に変換して出力する装置であ
り、様々な用途に使用されている。この出力電圧は、所
定値に安定している必要があり、また、携帯端末などへ
搭載する場合を考慮すると、その消費電力を出来るだけ
小さくすることが要求される。

【０００３】図６は、従来のＤＣ／ＤＣコンバータの一
例の概略構成図である。同図に示すＤＣ／ＤＣコンバー
タは、入力電圧Ｖ_inを出力電圧Ｖ_outに変換する。スイ
ッチング信号発生回路１０１は、出力電圧Ｖ_outおよび
コイル電流算出信号（モード切換え信号）をフィードバ
ック信号として受信し、それら受信信号に基づいて制御
信号を出力する。このＤＣ／ＤＣコンバータが、軽負荷
モードと重負荷モードの２つの動作モードをもっている
場合は、スイッチング信号発生回路１０１は、上記受信
信号に従って動作モードの切換えを行い、そのモードに
応じた制御信号を出力する。

【０００４】スイッチング素子１０２は、スイッチング
信号発生回路１０１が出力する制御信号に従ってスイッ
チングを行う。たとえば、出力電圧Ｖ_outが低下したと
きには、スイッチング素子１０２をオン状態とし、スイ
ッチング素子１０２を流れる電流をコイルＬを介して出
力側へ流し、コンデンサＣおよび出力側に電力を供給し
て出力電圧Ｖ_outを上昇させる。

【０００５】ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードは、接
続される負荷に流れる電流Ｉ_LDに従って切り換えられ
る。この負荷電流Ｉ_LDは、コイル電流Ｉ_Lの平均値とみ
なすことができるので、コイル電流Ｉ_Lの平均値を以下
のように算出してコイル電流算出信号（モード切換え信
号）として出力する。すなわち、コイル電流Ｉ_Lが流れ
る抵抗Ｒ_senseの両端の電圧値をバッファ１０３を介し
てインピーダンス変換してその変換された信号を積分回
路１０４で平均化する。この平均化処理では、タイマ１
０５が用いられ、スイッチング素子１０２のスイッチン
グ周波数（動作周波数）およびバッファ１０３の出力信
号のピーク・トゥ・ピーク電圧などに応じた期間での積
分値が求められる。そして、コンパレータ１０６が、こ
の積分値と参照電圧とを比較し、比較結果をコイル電流
算出信号（モード切換え信号）として出力する。

【０００６】スイッチング信号発生回路１０１は、コイ
ル電流算出信号（モード切換え信号）に従って必要に応
じて動作モードを切り換え、出力電圧を一定に保ちなが
ら、必要な負荷電流Ｉ_LDを供給するように、スイッチン
グ素子１０２のオン・オフ状態を制御する信号を出力す
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、フィ
ードバック信号の一つであるコイル電流算出信号（モー
ド切換え信号）を生成するため、即ち、負荷電流を検出
するためには、バッファ１０３、積分回路１０４、タイ
マ１０５、コンパレータ１０６等の多数の回路ブロック
を必要とするため、回路規模が大きくなるとともに消費
電流も大きい。また、バッファ１０３、積分回路１０４
およびコンパレータ１０６は常にバイアス電流を流して
おく必要があり、そのために常に電流が消費されるの
で、ＤＣ／ＤＣコンバータの低消費電力化が妨げられて
しまう。すなわち、従来のＤＣ／ＤＣコンバータにおい
ては、負荷電流をモニタするための回路の消費電流が大
きく、ＤＣ／ＤＣコンバータの変換効率が低下してい
た。

【０００８】本発明は、このような問題を解決するもの
であり、少ない消費電流で負荷電流を検出して動作モー
ドの切換えを行うＤＣ／ＤＣコンバータを提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のＤＣ／ＤＣコン
バータは、負荷へ電力を供給する動作モードを軽負荷モ
ードと重負荷モードの少なくとも２つ持ち、各動作モー
ドに対応する方式に従って出力を制御する構成を前提と
する。軽負荷モードは、接続される負荷に流れる電流が
小さい場合の動作モードであり、重負荷モードは、その
負荷に流れる電流が大きい場合の動作モードである。

【００１０】請求項１および２に記載のＤＣ／ＤＣコン
バータは、軽負荷モードにおける電力供給サイクルを所
定回数実行したときに動作モードを軽負荷モードから重
負荷モードへ切り換える。また、上記電力供給サイクル
の実行回数をカウントする処理に際して、該サイクルが
停止したときにそのカウント値をリセットする。

【００１１】請求項３および４に記載のＤＣ／ＤＣコン
バータは、以下の手段を有する。比較手段は、例えばコ
ンパレータであり、出力電圧と予め設定した所定電圧と
を比較する。カウント手段は、上記比較手段の比較結果
を参照し、出力電圧が上記所定電圧よりも低いときに、
軽負荷モードにおける電力供給サイクルの実行回数をカ
ウントする。制御手段は、上記カウント手段のカウント
値が所定回数に達したときに、動作モードを軽負荷モー
ドから重負荷モードへ切り換える。リセット手段は、上
記比較手段の比較結果を参照し、出力電圧が上記所定電
圧よりも高いときに、上記カウント手段のカウント値を
リセットする。

【００１２】

【作用】ＤＣ／ＤＣコンバータが軽負荷モードで動作し
ている期間に負荷電流が増加すると出力電圧が低下す
る。この出力電圧が予め設定してある所定値を下回る
と、比較手段がその旨を認識し、上記電圧低下を回復さ
せるために電力供給サイクルが開始される。そして、上
記電力供給サイクルの実行に際して、カウント手段はカ
ウント値をインクリメントする。

【００１３】上記電力供給サイクルが完了すると、比較
手段を参照し、出力電圧が上記所定値を回復していなか
った場合には次のサイクルを実行する。このとき、カウ
ント手段は、カウント値をインクリメントする。このよ
うにしてカウント値が増加して所定回数に達すると、動
作モードを軽負荷モードから重負荷モードへ切り換え
る。

【００１４】一方、出力電圧が上記所定値を下回り電力
供給サイクルが開始された場合においても、カウント値
が上記所定回数に達する前に出力電圧が上記所定値を回
復すると、リセット手段がカウント値をリセットするの
で、動作モード切換えは行わない。すなわち、電力供給
サイクルが所定回数連続して実行されたときに、より多
くの電力供給が必要であると判断し、軽負荷モードから
重負荷モードへのモード切換えが行われる。従って、瞬
間的に出力電圧が低下した場合や、ノイズなどによって
モード切換えが起こることはない。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。図１は、本発明の一実施例のＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータの構成図である。同図に示すＤＣ／ＤＣコ
ンバータは、直流入力電圧Ｖ_inを出力電圧Ｖ_outに変換
する。また、このＤＣ／ＤＣコンバータは、接続した負
荷の消費電流が大きいときの動作モードである重負荷モ
ードと、接続した負荷の消費電流が小さいときの動作モ
ードである軽負荷モードの２つの動作モードを持ってお
り、負荷電流に応じてその動作モードを自動的に切り換
える。

【００１６】スイッチング素子１は、パワーＭＯＳトラ
ンジスタであり、そのゲート電位に応じてオン・オフ動
作を行う。そして、一方の端子に入力電圧Ｖ_inが接続さ
れ、他方の端子にダイオードＤのカソード及びコイルＬ
が接続されている。ダイオードＤのアノードは接地され
ている。コイルＬの他端は抵抗Ｒ_senseを介して出力端
子に接続される。また、出力端子は、コンデンサを介し
て接地されている。

【００１７】コンパレータ２は、その−入力に基準電圧
Ｖ_refが印加され、その＋入力には出力電圧Ｖ_outを抵
抗Ｒ₁およびＲ₂で分圧した比較電圧Ｖ₁が印加され
る。この比較電圧Ｖ₁は出力電圧Ｖ_outに比例するの
で、コンパレータ２は、実質的に出力電圧Ｖ_outが負荷
を駆動するための所定値に達しているか否かを判断す
る。そして、その比較結果をアンド回路５および６に対
して出力する。

【００１８】コンパレータ３は抵抗Ｒ_senseの両端の電
圧をモニタする。コンパレータ３の＋端子に抵抗Ｒ
_senseの入力側が接続され、−端子に抵抗Ｒ_senseの出
力側が接続されている。抵抗Ｒ_senseを流れる電流は、
コイルＬを流れるコイル電流Ｉ_Lであるので、コンパレ
ータ３はＤＣ／ＤＣコンバータの１次側のコイル電流Ｉ
_Lをモニタすることになる。コンパレータ３の比較レベ
ルはコイル電流に換算してＩ_LPとして設定する。したが
って、コイル電流Ｉ_LとＩ_LPとの大小関係に従って出力
が決定される。この出力は、セレクタ８のＢ端子に転送
される。なお、上記比較レベルＩ_LPは、オフセット電圧
Ｖ_S1を用いて設定される。

【００１９】コンパレータ４は、コンパレータ３と同様
に抵抗Ｒ_senseの両端の電圧をモニタする。ただし、コ
ンパレータ４の−端子に抵抗Ｒ_senseの入力側が接続さ
れ、＋端子に抵抗Ｒ_senseの出力側が接続されている。
コンパレータ４の比較レベルはコイル電流に換算して０
として設定する（実際には、後述するように、０よりも
僅かに大きい値に設定する）。そしてコイル電流Ｉ_Lの
値に従って出力が決定され、この出力はアンド回路５お
よび６へ転送される。なお、コンパレータ４の比較レベ
ルは、オフセット電圧Ｖ_S2を用いて設定される。

【００２０】ところで、負荷電流に従って動作モードを
切り換える場合、その負荷電流を直接検出する方法も考
えられるが、そのためにはコンデンサＣの出力側に抵抗
を設ける必要があり、ＤＣ／ＤＣコンバータ全体の効率
を低下させるので好ましくない。このため、本実施例で
は、コンデンサＣの入力側（１次側）に設けられている
抵抗Ｒを用いて負荷電流を見積もっている。この抵抗Ｒ
_senseは、過電流保護または出力電圧を一定に保つ目的
に用いられていたものを利用している。

【００２１】アンド回路５は、コンパレータ４の出力お
よびコンパレータ２の出力の反転信号を受信して、それ
らの論理積をセレクタ７のＢ端子およびカウンタ１２の
クロック端子ＣＫへ転送する。この論理積は、コイル電
流Ｉ_Lが０になり、かつ比較電圧Ｖ₁が基準電圧Ｖ_ref
よりも低いときに「Ｈ」レベルとなる。アンド回路６
は、コンパレータ４の出力及びコンパレータ２の出力を
受信して、それらの論理積をカウンタ１２のクリア端子
ＣＬへ転送する。この論理積は、コイル電流Ｉ_Lが０に
なり、かつ比較電圧Ｖ₁が基準電圧Ｖ_refよりも高いと
きに「Ｈ」レベルとなる。

【００２２】セレクタ７および８は、それぞれ、Ａセレ
クト信号（重負荷モード）およびＢセレクト信号（軽負
荷モード）に従って、Ａ端子またはＢ端子に入力する信
号の一方を選択して出力する。セレクタ７の出力信号
は、フリップフロップ１０のＳ端子（セット端子）に入
力され、セレクタ８の出力信号は、フリップフロップ１
０のＲ端子（リセット端子）に入力される。

【００２３】PWM 制御回路（重負荷用制御回路）９は、
出力電圧Ｖ_outに基づいたパルス信号を出力する。すな
わち、たとえば、出力電圧Ｖ_outが低下した場合には、
パルスのデューティを大きした信号を出力する。PWM 制
御回路９の出力信号は、セレクタ７のＡ端子に入力され
るとともに、その反転信号がセレクタ８のＡ端子に入力
される。

【００２４】フリップフロップ１０は、セット状態のと
きにオン信号を出力し、リセット状態のときにオフ信号
を出力する。ドライバ１１は、このオン信号を受信した
ときにスイッチング素子１をオン状態に駆動し、オフ信
号を受信したときにスイッチング素子１をオフ状態にす
る。

【００２５】カウンタ１２は、クロック端子ＣＫでアン
ド回路５の出力信号を受信し、クリア端子ＣＬでアンド
回路６の出力信号を受信する。そして、クリア端子ＣＬ
の信号状態が「Ｌ」レベルである期間にクロック端子Ｃ
Ｋにおいて立上りエッジを検出する毎にカウント値をイ
ンクリメントし、クリア端子ＣＬの信号状態が「Ｈ」レ
ベルになると、カウント値を０にクリアする。そして、
カウント値が「ｎ（自然数）」になったときに、ラッチ
回路１３に対してパルスを出力する。この実施例では、
ｎ＝４とする。

【００２６】ラッチ回路１３は、カウンタ１２からパル
ス（立上りエッジ）を受信すると、リセットされるまで
「Ｈ」レベルを出力する。このリセット信号は、モード
切換え制御回路２０が出力するＢセレクト信号であり、
その信号の立上りエッジの検出によりラッチ回路１３が
リセットされて「Ｌ」レベルを出力するようになる。ラ
ッチ回路１３の出力は、Ａセレクト信号として、セレク
タ７、８およびモード切換え制御回路２０へ転送され
る。

【００２７】Ａセレクト信号は、軽負荷モードから重負
荷モードへの切換えを指示する信号であり、軽負荷モー
ドのとき「Ｌ」レベルであり、重負荷モードのときは
「Ｈ」レベルになる。そして、このＡセレクト信号を
「Ｈ」レベルにすることによってモード切換えを行い、
セレクタ７および８には、PWM 制御回路９の出力信号を
選択して出力するようになり、その選択された信号によ
ってスイッチング素子１が駆動される。

【００２８】モード切換え制御回路２０は、特にその接
続線を図示していないが、コイル電流Ｉ_L等に基づい
て、重負荷モードから軽負荷モードへのモード切換えを
指示する。モード切換えの契機としては、たとえば、コ
イル電流Ｉ_Lの平均値が所定値よりも小さくなる場合で
ある。重負荷モードから軽負荷モードへ動作モードを切
り換えるときは、モード切換え制御回路２０は、セレク
タ７および８に対してＢセレクト信号を「Ｈ」レベルに
して出力する。そして、このＢセレクト信号によって、
セレクタ７および８に対してそれぞれＢ端子の信号を選
択させ、その選択された信号によってスイッチング素子
１を駆動させる。尚、Ｂセレクト信号は、重負荷モード
のとき「Ｌ」レベルであり、軽負荷モードのときは
「Ｈ」レベルとなる。

【００２９】上記構成のＤＣ／ＤＣコンバータの動作を
説明する。軽負荷モード時においては、セレクタ７及び
８はそれぞれＢ端子に入力される信号を選択して出力す
る。この状態で、出力電圧Ｖ_outが負荷を駆動するため
の所定電圧（基準値）よりも高い場合には、コンパレー
タ２の出力が「Ｈ」レベルとなり、その信号によってス
イッチング素子１がオフ状態となるので、ＤＣ／ＤＣコ
ンバータは負荷に対して電流を供給しない。一方、出力
電圧Ｖ_outが上記基準値よりも低い期間は、コイル電流
Ｉ_Lの値をフィードバック信号としてスイッチング素子
１をオン・オフ制御しながら負荷に対して電流を供給す
る。そして、この軽負荷モードでの電流供給を継続して
も出力電圧Ｖ_outを回復できない場合には、後述詳しく
説明するが、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを重負
荷モードに切り換えてより大きな電流を供給することに
よって出力電圧Ｖ_outを上昇させる。

【００３０】次に、タイムチャートを参照しながら、本
実施例のＤＣ／ＤＣコンバータの動作を詳細に説明す
る。図２は、軽負荷モードから重負荷モードへの動作モ
ード切換えを説明するタイムチャートである。なお、同
図における〜は、図１における対応する各点の信号
である。

【００３１】時刻Ｔ₁以前は、出力電圧Ｖ_outが基準値
よりも大きく、比較電圧Ｖ₁が基準電圧Ｖ_refよりも高
い状態である。したがって、コンパレータ２の出力は
「Ｈ」レベルである。この状態においては、ＤＣ／ＤＣ
コンバータは負荷に対して電流を供給する必要がないの
で、コイル電流Ｉ_Lが０となっている。ここで、コイル
電流Ｉ_Lを検出するコンパレータ３および４の動作を図
３を参照しながら説明する。

【００３２】コンパレータ３は、その＋端子に負電位を
与えるようにオフセット電圧Ｖ_S1が印加されているの
で、コイル電流Ｉ_Lが０のときは「Ｌ」レベルを出力す
る。コイル電流Ｉ_Lが増加し、その値がＩ_LPになったと
き、抵抗Ｒ_senseの両端の電圧がオフセット電圧Ｖ_S1と
なり、コンパレータ３の出力は「Ｌ」から「Ｈ」へ反転
する。この出力反転により、スイッチング素子１がター
ンオフするので、以後、コイル電流Ｉ_Lは減少に転じ、
その値がＩ_LPよりも小さくなると、コンパレータ３の出
力は「Ｈ」から「Ｌ」へ再反転する。

【００３３】コンパレータ４は、その＋端子に正電位を
与えるようにオフセット電圧Ｖ_S2が印加されているの
で、コイル電流Ｉ_Lが０のときは「Ｈ」レベルを出力す
る。コイル電流Ｉ_Lが増加し、その値がＩ_LBになると、
抵抗Ｒ_senseの両端の電圧がオフセット電圧Ｖ_S2とな
り、コンパレータ３の出力は「Ｈ」から「Ｌ」へ反転す
る。そして、コイル電流Ｉ_Lが減少し、その値がＩ_LBよ
りも小さくなると、コンパレータ３の出力は「Ｌ」から
「Ｈ」へ再反転する。この実施例では、電流値Ｉ_LBを０
よりも僅かに大きい値に設定している。したがって、コ
ンパレータ３は、実質的に、コイル電流Ｉ_Lが０のとき
に「Ｈ」レベルを出力するとみなすことができる。

【００３４】上述のように、コイル電流Ｉ_Lが０のとき
はコンパレータ４の出力は「Ｈ」レベルなので、時刻Ｔ
₁以前は、アンド回路６の出力が「Ｈ」レベルであり、
カウンタ１２のカウント値はリセットされ「０」になっ
ている。

【００３５】ＤＣ／ＤＣコンバータが軽負荷モードで動
作している期間に、負荷電流が増加し、時刻Ｔ₁におい
て、出力電圧Ｖ_outが基準値よりも小さくなると、コン
パレータ２の出力が「Ｌ」レベルになるので、アンド回
路６の出力も「Ｌ」レベルとなり、カウンタがリセット
状態から解除される。すなわち、以降、カウント動作を
行える状態になる。

【００３６】このとき、アンド回路５の出力は、いった
ん「Ｈ」レベルになるので、その立上りエッジによって
カウンタ１２のカウント値が「０」から「１」にインク
リメントされる。また、アンド回路５の出力が「Ｈ」レ
ベルになることによって、フリップフロップ１０の状態
が「セット」になるので、スイッチング素子１がオン状
態になる。スイッチング素子１がオン状態になり、コイ
ル電流Ｉ_Lが増加（ランプアップ）すると、コンパレー
タ４の出力が「Ｌ」レベルになるので、アンド回路５の
出力も「Ｌ」レベルになる。

【００３７】時刻Ｔ₂において、コイル電流Ｉ_LがＩ_LP
にまで増加すると、図３を用いて説明したように、コン
パレータ３の出力がいったん「Ｈ」レベルになるので、
この信号がフリップフロップ１０の状態を「リセット」
とし、スイッチング素子１がオフ状態になる。スイッチ
ング素子１がオフ状態になり、コイル電流Ｉ_Lが減少
（ランプダウン）しはじめると、まず、コンパレータ３
の出力が「Ｌ」レベルになる。そして、時刻Ｔ₃におい
て、コイル電流Ｉ_Lが０になると（電流値Ｉ_LBよりも小
さくなる）、コンパレータ４の出力は「Ｈ」レベルにな
る。このようにして、時刻Ｔ₁〜Ｔ₃において１周期の
電力供給サイクルが完了する。

【００３８】１周期の電力供給サイクルが完了すると、
時刻Ｔ₃において、コンパレータ２の出力を参照して出
力電圧Ｖ_outが基準値を回復しているか否かを調べる。
ここでは、出力電圧Ｖ_outが基準値を回復しておらず、
コンパレータ２の出力は「Ｌ」レベルのままである。し
たがって、時刻Ｔ₃において、コンパレータ４の出力が
「Ｈ」レベルになると、アンド回路５の出力も「Ｈ」レ
ベルになり、この信号の立上りエッジによってカウンタ
１２のカウント値が「１」から「２」にインクリメント
される。

【００３９】時刻Ｔ₃〜Ｔ₄における動作は、時刻Ｔ₁
〜Ｔ₃における１周期の電力供給サイクルと同じであ
り、このサイクルの終了時（時刻Ｔ₄）に次のサイクル
を実行する必要があるか否かを判断し、コンパレータ２
の出力が「Ｌ」レベルであるので、時刻Ｔ₄〜Ｔ₅でさ
らに次のサイクルを実行する。そして、時刻Ｔ₄〜Ｔ₅
におけるサイクルの実行に際して、カウント値が「２」
から「３」にインクリメントされる。

【００４０】このように、軽負荷モードにおいて出力電
圧Ｖ_outが低下すると、その出力電圧Ｖ_outが基準値に
回復するまで電力供給サイクルが繰り返され、そのサイ
クルの実行ごとにカウンタ１２のカウント値がインクリ
メントされる。

【００４１】上記サイクルが繰り返され、時刻Ｔ₅にお
いて、出力電圧Ｖ_outが基準値を回復していないと判断
するとさらに次の電力供給サイクルが実行されるが、こ
のとき、カウンタ１２のカウント値は「４」になる。カ
ウンタ１２は、そのカウント値が「４」になると出力を
「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに変化させ、ラッチ回路
１３は、その信号の立上りエッジを検出する。そして、
ラッチ回路１３は、出力を「Ｈ」レベルとし、以後、モ
ード切換え制御回路２０からの信号によってリセットさ
れるまでその状態を継続する。この出力信号は、Ａセレ
クト信号としてセレクタ７、８およびモード切換え制御
回路２０へ転送される。

【００４２】モード切換え制御回路２０は、Ａセレクト
信号として「Ｈ」レベルを受信すると、Ｂセレクト信号
を「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルへ変化させてセレクタ
７、８およびラッチ回路１３へ転送する。一方、セレク
タ７および８は、ラッチ回路１３からＡセレクト信号と
して「Ｈ」レベルを受信し、モード切換え制御回路２０
からＢセレクト信号として「Ｌ」レベルを受信すると、
それぞれＡ端子に入力されている信号、すなわち、PWM
制御回路（重負荷用制御回路）９によって生成される信
号を選択して出力する。したがって、スイッチング素子
１がPWM 制御回路９によって生成される信号によってオ
ン・オフ制御されるようになるので、ＤＣ／ＤＣコンバ
ータは重負荷モードの動作に移行する。

【００４３】上述のように、軽負荷モードでの動作中
に、負荷電流の増加等によって出力電圧Ｖ_outが低下
し、その低下した電圧を回復させるために電力供給サイ
クルが所定回数（４回）連続して実行されると、ＤＣ／
ＤＣコンバータは、その動作モードを軽負荷モードから
重負荷モードへ自動的に切り換える。

【００４４】図４は、軽負荷モードにおいてカウント値
がリセットされるときの動作を説明するタイムチャート
である。図２で説明した時刻Ｔ₁以降の動作と同様に、
カウンタ１２のカウント値が「０」「１」「２」とカウ
ントアップされている。ここで、時刻Ｔ₆において２回
目の電力供給サイクルが開始されカウント値が「２」に
なった後に、時刻Ｔ₇において、出力電圧Ｖ_outが基準
値を回復すると、コンパレータ２の出力が「Ｈ」レベル
になる。この状態で、時刻Ｔ₈において、２回目のサイ
クルが終了したときに、コンパレータ２の出力を参照し
て次のサイクルが必要であるか否かを判断する。コンパ
レータ２の出力は「Ｈ」レベルであるので、次のサイク
ルは実行されず、また、時刻Ｔ₈においてはコイル電流
Ｉ_Lが０であるのでコンパレータ４の出力も「Ｈ」であ
り、アンド回路６の出力が「Ｈ」レベルとなってカウン
タ１２のカウント値がクリアされて「０」に戻る。した
がって、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードは軽負荷モ
ードのままである。

【００４５】このように、軽負荷モードにおいて、出力
電圧Ｖ_outが基準値を下回ることによってカウントアッ
プが開始された場合においても、その値が所定時間内
（電力供給サイクル４周期時間内）に基準値を回復する
とカウンタ１２のカウント値はリセットされる。このた
め、たとえば、出力電圧Ｖ_outの瞬間的な低下や、ノイ
ズ等によって出力電圧Ｖ_outが基準値を下回ることによ
ってカウント値がインクリメントされてしまったとき
に、そのカウント値をリセットできる。すなわち、本実
施例の方式によれば、ノイズその他の要因による誤った
モード切換えを防ぐことができる。

【００４６】ところで、ＤＣ／ＤＣコンバータが重負荷
モードで動作している期間は、Ｂセレクト信号が「Ｌ」
レベルに固定されている。そして、カウンタ１２は、特
に図示していないが、このＢセレクト信号が「Ｌ」レベ
ルの期間、すなわち、重負荷モードで動作している期間
はリセット状態となっており、カウント値は０のままで
ある。また、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードが重負
荷モードから軽負荷モードへ切り換わるときには、モー
ド切換え制御回路２０がＢセレクト信号を「Ｌ」レベル
から「Ｈ」レベルに変化させるが、ラッチ回路１３は、
そのときの立上りエッジによってリセットされ、その出
力、すなわち、Ａセレクト信号を「Ｌ」レベルにする。
このように、重負荷モードから軽負荷モードへのモード
切換え時には、ラッチ回路１３の出力（Ａセレクト信
号）は自動的に切り換えられる。

【００４７】図５は、電力供給サイクルとコイル電流Ｉ
_Lの平均値の関係を示す図である。ここで、コイル電流
Ｉ_Lのピーク値はＩ_LP（コンパレータ３の比較レベル）
であり、底値は０（コンパレータ４の比較レベルＩ_LB）
である。

【００４８】本実施例のＤＣ／ＤＣコンバータでは、カ
ウンタ１２のカウント値が連続してインクリメントされ
て「４」になったときにモード切換えを行う構成であ
る。換言すれば、電力供給サイクル４周期時間（モニタ
時間という）におけるコイル電流Ｉ_Lの平均値をモニタ
し、その値が所定値に達したときにモード切換えを行う
構成であるといえる。すなわち、たとえば、任意のモニ
タ時間において、その第１サイクル期間において負荷側
に電力が供給され、第２〜第４サイクル期間においては
供給されなかったとすると、そのモニタ時間内のコイル
電流Ｉ_Lの平均値はＩ_LP／８となる。一方、第１〜第４
の全てのサイクル期間において負荷側に電力が供給され
る場合は、そのモニタ時間内のコイル電流Ｉ_Lの平均値
はＩ_LP／２となる。そして、このようにコイル電流Ｉ_L
の平均値がＩ_LP／２となる場合に、動作モードを軽負荷
モードから重負荷モードへ切り換える。この電流値Ｉ_LP
／２は、軽負荷モードで供給できる最大電流である。

【００４９】ところで、コイル電流Ｉ_Lの平均値は、負
荷電流とみなすことができる。したがって、本実施例の
ＤＣ／ＤＣコンバータは、負荷電流が軽負荷モードでの
最大供給電流に達したときに、その動作モードを重負荷
モードに切り換える構成であるといえる。また、コイル
電流Ｉ_Lの波形は、コイルＬ、入力電圧Ｖ_in、出力電圧
Ｖ_outおよびコンパレータ３の比較レベルＩ_LPによって
きまるので、Ｉ_LPを設定することにより、軽負荷モード
から重負荷モードへの切換え条件を決めることができ
る。

【００５０】上記実施例では、カウンタ１２のカウント
値が「４」になったときにモード切換えを行う構成であ
るが、この値を大きくすれば、コイル電流Ｉ_Lの平均値
を求める期間が長くなるので、その精度が高くなる。

【００５１】上述のように、本実施例のＤＣ／ＤＣコン
バータでは、負荷電流を求めるための回路を、コンパレ
ータ、ゲート回路、カウンタ回路、ラッチ回路等の低消
費電流の回路で構成しているので、ＤＣ／ＤＣコンバー
タ全体の消費電流も小さくなり、変換効率が向上する。
とくに、本実施例は、負荷電流が小さい軽負荷モードで
の動作を対象としており、負荷電流に対して上記消費電
流の割合を小さくすることは、変換効率の向上に多大な
効果を有する。

【００５２】なお、上記実施例においては、降圧型ＤＣ
／ＤＣコンバータを採り上げて説明したが、本発明はこ
の構成に限定されるものではなく、例えば、昇圧型ＤＣ
／ＤＣコンバータおよび反転型ＤＣ／ＤＣコンバータに
も適用することができる。

【００５３】

【発明の効果】負荷電流を算出するための手段を消費電
流が小さい回路で構成したので、ＤＣ／ＤＣコンバータ
全体を低消費電流化させることができる。また、積分回
路等を用いず、コンパレータによって２値化された論理
信号を用いてモード切換えが必要か否かの判断をするの
で、低消費電流化することができる。さらに、上記論理
信号を処理するための回路はその規模が小さく、チップ
の占有面積を小さくできる。

【００５４】動作モードを切り換える必要があるか否か
を判断するときに、所定の条件がｎ回連続して発生した
場合に限ってその切換えを行うので、ノイズ等による誤
ったモード切換えを防ぐことができる。また、動作モー
ドを切り換えるための条件を所望の値にかつ容易に設定
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のＤＣ／ＤＣコンバータの構
成図である。

【図２】ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を説明するタイム
チャート（その１）である。

【図３】コイル電流検出用のコンパレータの動作を説明
する図である。

【図４】ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を説明するタイム
チャート（その２）である。

【図５】モード切換え時のコイル電流を説明する図であ
る。

【図６】従来のＤＣ／ＤＣコンバータの一例の構成図で
ある。

【符号の説明】

１スイッチング素子２〜４コンパレータ５、６アンド回路７、８セレクタ９ PWM 制御回路（重負荷用制御回路）１０フリップフロップ１１ドライバ１２カウンタ１３ラッチ回路２０モード切換え制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】負荷へ電力を供給する動作モードを軽負
荷モードと重負荷モードの少なくとも２つ持ち、各動作
モードに対応する方式に従って出力を制御するＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータにおいて、軽負荷モードにおける電力供給サイクルを所定回数実行
したときに動作モードを軽負荷モードから重負荷モード
へ切り換えることを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項２】上記電力供給サイクルの実行回数をカウ
ントする処理に際して、該サイクルが停止したときにそ
のカウント値をリセット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。
【請求項３】負荷へ電力を供給する動作モードを軽負
荷モードと重負荷モードの少なくとも２つ持ち、各動作
モードに対応する方式に従って出力を制御するＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータにおいて、出力電圧と予め設定した所定電圧とを比較する比較手段
と、出力電圧が上記所定電圧よりも低いときに、軽負荷モー
ドにおける電力供給サイクルの実行回数をカウントする
カウント手段と、該カウント手段のカウント値が所定回数に達したとき
に、動作モードを軽負荷モードから重負荷モードへ切り
換える制御手段と、を有することを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項４】出力電圧が上記所定電圧よりも高いと上
記比較手段によって判断されたときに、上記カウンタ手
段のカウント値をリセットするリセット手段をさらに有
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。