JPWO2014119307A1 - Ｄｃ／ｄｃコンバータ - Google Patents

Abstract

ＤＣ／ＤＣコンバータは、入力端子とグランド端子との間に電気的に直列に接続された第１と第２スイッチング素子と、出力端子とグランド端子との間に電気的に直列に接続された第３と第４スイッチング素子と、インダクタと、第１スイッチング素子をオンオフ駆動する駆動回路と、駆動回路に電気的に接続されたブートストラップコンデンサ回路と、制御回路とを備える。制御回路は、互いに直列に接続されたスイッチング素子を共にオフに維持する同時オフ期間を経てそれらのスイッチング素子のオンオフを切り替える。また、制御回路は、同時オフ期間と充電期間で決まる維持期間に第１スイッチング素子をオフに維持する間に第２スイッチング素子を充電期間にオンに維持することでブートストラップコンデンサを充電するように動作する。このＤＣ／ＤＣコンバータは、ブートストラップコンデンサの充電を行っても電流リップルを低減することができる。

Description

本発明は、昇圧および降圧の電圧変換を行うことが可能なＤＣ／ＤＣコンバータに関する。

直流電圧を昇圧変換、または降圧変換するための昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータを備える従来の電源回路が提案されている。

図７は特許文献１に記載されている従来の電源回路５００の回路図である。電源回路５００は、商用電源１０１に接続する入力端１０３を備える。入力端１０３にはダイオードブリッジ１０５が接続され、その後段には入力コンデンサ１０７が並列接続されている。また、ダイオードブリッジ１０５の後段には昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータが接続される。

昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータは、インダクタ１０９、ハイサイドスイッチ素子１１１、ローサイドスイッチ素子１１３、ダイオード素子１１５、ダイオード素子１１７、出力コンデンサ１１９を備える。出力コンデンサ１１９の両端は、電源回路５００の出力端１２１となる。出力端１２１には負荷１２３が接続される。

電源回路５００は、制御部１２５、電流検出部１２７、ハイサイドドライバＩＣ１２９、ブートストラップ回路をさらに備える。ブートストラップ回路はブートストラップコンデンサ１３１およびダイオード素子１３３で構成されている。

制御部１２５には、直流駆動電圧Ｖｃｃが供給されている。制御部１２５は、出力電流値が目標電流値に一致するように、ハイサイドスイッチ素子１１１およびローサイドスイッチ素子１１３をオンオフするスイッチング制御信号を生成する。

ブートストラップ回路では、ハイサイドスイッチ素子１１１とローサイドスイッチ素子１１３の両方がともにオフである場合に、ブートストラップコンデンサ１３１が直流駆動電圧Ｖｃｃによってチャージされる。このチャージされた電荷を利用することで、ハイサイドスイッチ素子１１１のスイッチング制御信号のグランドレベルを底上げして、ハイサイドスイッチ素子１１１のオン制御に必要な駆動電圧を確保している。

電源回路５００の昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータでは、ブートストラップコンデンサ１３１の電荷によりグランドレベルを底上げすることで、ハイサイドスイッチ素子１１１のオン制御に必要な駆動電圧が確保できる。ブートストラップコンデンサ１３１をチャージする際にインダクタ１０９の電流ＩＬが、チャージする分多くなるので、電流ＩＬの経時特性が変化する。その様子を図８に示す。

図８は電源回路５００の昇圧動作時の電圧および電流の波形図である。図８は、ハイサイドスイッチ素子１１１のゲートに与えられる電圧ＶＱ１と、ローサイドスイッチ素子１１３のゲートに与えられる電圧ＶＱ２と、ハイサイドスイッチ素子１１１のドレインソース間に流れる電流ＩＱ１と、ローサイドスイッチ素子１１３のドレインソース間に流れる電流ＩＱ２と、インダクタ１０９に流れる電流ＩＬとを示す。図８において、縦軸は電圧もしくは電流を示し、縦軸は時間を示す。

ハイサイドスイッチ素子１１１は、電圧ＶＱ１が電圧Ｖｈｉ１であるときにオンとなり、電圧ＶＱ１が電圧Ｖｌｏｗ１であるときにオフとなる。同様に、ローサイドスイッチ素子１１３は、電圧ＶＱ２が電圧Ｖｈｉ２であるときにオンとなり、電圧ＶＱ２が電圧Ｖｌｏｗ２であるときにオフとなる。

昇圧動作時では、制御部１２５は、基本的には、電圧ＶＱ２を所定の周期で電圧Ｖｈｉ２、Ｖｌｏｗ２に交互に切り替えてローサイドスイッチ素子１１３を所定の周期で繰り返しオンオフさせ、電圧ＶＱ１を電圧Ｖｈｉ１に維持してハイサイドスイッチ素子１１１をオンに維持する。ただし、制御部１２５は、ブートストラップコンデンサ１３１をチャージするために、ローサイドスイッチ素子１１３がオフに維持される期間Ｔｆｏｆｆ２中の期間Ｔｆｏｆｆ１だけ電圧ＶＱ１をＶｌｏｗ１に切り替えてハイサイドスイッチ素子１１１をオフに維持するように切り替え、期間Ｔｆｏｆｆ１以外の期間では電圧ＶＱ１を電圧Ｖｈｉ１にしてハイサイドスイッチ素子１１１をオンに維持する。これによりブートストラップコンデンサ１３１にインダクタ１０９から電流が流れてブートストラップコンデンサ１３１がチャージされる。その結果、図８に示すように、ハイサイドスイッチ素子１１１のドレインソース間に電流ＩＱ１が流れ、ローサイドスイッチ素子１１３のドレインソース間に電流ＩＱ２が流れる。この結果、図８に示すようにインダクタ１０９に電流ＩＬが流れる。

図８に示すように、ハイサイドスイッチ素子１１１の電圧ＶＱ１を電圧Ｖｌｏｗ１に引き下げる期間Ｔｆｏｆｆ１での電流ＩＬの傾きが、期間Ｔｆｏｆｆ１前後での電流ＩＬの傾きに比べて大きくなる。これは、インダクタ１０９に流れる電流ＩＬにおいてブートストラップコンデンサ１３１をチャージする分の電流が増えるためである。したがって電流ＩＬの波形は正確な三角波にはならないものの、ローサイドスイッチ素子１１３のオフの期間Ｔｆｏｆｆ２毎にブートストラップコンデンサ１３１をチャージしているので、電流ＩＬのピーク値が安定し、ＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧動作も安定する。

しかし、ブートストラップコンデンサ１３１をチャージする頻度が少ない場合、すなわち、ローサイドスイッチ素子１１３のオンオフの複数サイクルに１回の割合でブートストラップコンデンサ１３１をチャージする場合、電源回路５００の出力電流にリップル電流として現れる。

特開２０１２−２９３６１号公報

ＤＣ／ＤＣコンバータは、入力端子とグランド端子との間に電気的に直列に接続された第１と第２スイッチング素子と、出力端子とグランド端子との間に電気的に直列に接続された第３と第４スイッチング素子と、インダクタと、第１スイッチング素子をオンオフ駆動する駆動回路と、駆動回路に電気的に接続されたブートストラップコンデンサ回路と、制御回路とを備える。制御回路は、互いに直列に接続されたスイッチング素子を共にオフに維持する同時オフ期間を経てそれらのスイッチング素子のオンオフを切り替える。また、制御回路は、同時オフ期間と充電期間で決まる維持期間に第１スイッチング素子をオフに維持する間に第２スイッチング素子を充電期間にオンに維持することでブートストラップコンデンサを充電するように動作する。

このＤＣ／ＤＣコンバータは、ブートストラップコンデンサの充電を行っても電流リップルを低減することができる。

図１は本発明の実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータのブロック回路図である。 図２は実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧動作時における電圧と電流を示す図である。 図３は実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータの降圧動作時における電圧と電流を示す図である。 図４は本発明の実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣコンバータのブロック回路図である。 図５は実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧動作時における電圧と電流を示す図である。 図６は実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣコンバータの降圧動作時における電圧と電流を示す図である。 図７は従来の電源回路の回路図である。 図８は従来の電源回路における昇圧動作時での電圧と電流を示す図である。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１のブロック回路図である。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は入力電圧Ｖｉを変換して得られた出力電圧Ｖｏを出力するように構成されており、入力電圧Ｖｉが印加されるように構成された入力端子１３と、出力電圧Ｖｏを出力するように構成された出力端子２５と、グランド端子１５とを備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、入力端子１３とグランド端子１５との間に電気的に直列に接続されたスイッチング素子１７と、入力端子１３とグランド端子１５との間にスイッチング素子１７と接続点１７Ｐで電気的に直列に接続されたスイッチング素子１９と、スイッチング素子１７をオンオフ駆動する駆動回路２１と、駆動回路２１に電気的に接続されたブートストラップコンデンサ回路６１と、スイッチング素子１９をオンオフ駆動する駆動回路２３をさらに備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、出力端子２５とグランド端子１５との間に電気的に直列に接続されたスイッチング素子２７と、出力端子２５とグランド端子１５との間にスイッチング素子２７と接続点２７Ｐで電気的に直列に接続されたスイッチング素子２９と、スイッチング素子２７をオンオフ駆動する駆動回路３１と、駆動回路３１に電気的に接続されたブートストラップコンデンサ回路７１と、スイッチング素子２９をオンオフ駆動する駆動回路３３をさらに備える。ブートストラップコンデンサ回路６１、７１はブートストラップコンデンサ４３、４９をそれぞれ有する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、接続点１７Ｐ、２７Ｐの間に電気的に直列に接続されたインダクタ３５と、駆動回路２１、２３、３１、３３と電気的に接続された制御回路３７をさらに備える。

制御回路３７は、入力電圧Ｖｉを昇圧して出力端子２５から出力する場合に、同時オフ期間Ｄｔ１、Ｄｔ２をもってスイッチング素子２７、２９を交互にオンオフ駆動するように動作する。ブートストラップコンデンサ４３は充電期間Ｐｃ１に充電される。制御回路３７は、入力電圧Ｖｉを昇圧して出力端子２５から出力する場合に、ブートストラップコンデンサ４３を充電する際に、充電期間Ｐｃ１と同時オフ期間Ｄｔ１、Ｄｔ２とを合計した維持期間Ｋｔにスイッチング素子２７をオフに維持しかつスイッチング素子２９をオンに維持するように動作する。

制御回路３７は、入力電圧Ｖｉを降圧して出力端子２５から出力する場合に、同時オフ期間Ｄｔ１、Ｄｔ２を経てスイッチング素子１７、１９を交互にオンオフ駆動するように動作する。ブートストラップコンデンサ４９は充電期間Ｐｃ２に充電される。制御回路３７は、入力電圧Ｖｉを降圧して出力端子２５から出力する場合であって、ブートストラップコンデンサ４９を充電する際に、充電期間Ｐｃ２にスイッチング素子１７をオフに維持しかつスイッチング素子１９をオンに維持するように動作する。

昇圧時にブートストラップコンデンサ４３を充電する場合、制御回路３７は維持期間Ｋｔにスイッチング素子２７をオフに維持しかつスイッチング素子２９をオンに維持する。その結果、インダクタ３５に流れるインダクタ電流ＩＬを維持期間Ｋｔに一定にすることができる。また、降圧時にブートストラップコンデンサ４９を充電する場合、充電期間Ｐｃ２にスイッチング素子１７をオフに維持しかつスイッチング素子１９をオンに維持する。その結果、インダクタ３５に流れるインダクタ電流ＩＬを充電期間Ｐｃ２に一定にすることができる。これらのことから、昇降圧のいずれの場合でもブートストラップコンデンサ４３、４９を充電している間にインダクタ電流ＩＬが一定になる。したがって、充電の後、昇降圧動作を行うためにスイッチング素子のオンオフ動作が再開されてもインダクタ電流ＩＬのピーク値がずれることなく安定する。したがって、出力端子２５に流れる電流が安定し、ブートストラップコンデンサ４３、４９の充電に起因したリップル電流を低減することができる。

図７と図８に示す従来の電源回路５００では、ブートストラップコンデンサ１３１をチャージする頻度が少ない場合、すなわち、ローサイドスイッチ素子１１３のオンオフの複数サイクルに１回の割合でブートストラップコンデンサ１３１をチャージする場合、電流ＩＬの傾きが変化した後、電流検出部１２７により検出された電流によるフィードバック制御で電流ＩＬが安定するまでは、電流ＩＬのピーク値は上昇して下降する。電流ＩＬのこのような変動は、電源回路５００の出力電流にリップル電流として現れる。また、ブートストラップコンデンサ１３１に残留している電荷の量が変わると同様にリップル電流が発生する。

以下、実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１の構成、動作について詳細に説明する。実施の形態１では直流電源３９は太陽電池であり、季節、気象条件や影などにより変動する電圧を出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１はこのように変動する入力電圧Ｖｉを昇降圧して変換し、一定の出力電圧Ｖｏを出力するように動作する。

図１に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の入力端子１３とグランド端子１５には直流電源３９が電気的に接続されており、太陽電池である直流電源３９が発電した電力は入力端子１３とグランド端子１５からＤＣ／ＤＣコンバータ１１に入力される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力端子２５とグランド端子１５には負荷４１が電気的に接続される。負荷４１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１から出力される一定の電圧で駆動される電気製品でもよいし、インバータにより商用電力（例えば交流１００Ｖの電力）に変換するコンディショナであってもよい。

次に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の詳細な構成について説明する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の入力端子１３とグランド端子１５との間にはスイッチング素子１７、１９が接続点１７Ｐで電気的に直列に接続されている。出力端子２５とグランド端子１５との間にはスイッチング素子２７、２９が接続点２７Ｐで電気的に直列に接続されている。スイッチング素子１７、１９、２７、２９は半導体スイッチング素子であり、実施の形態１では電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）で構成されている。スイッチング素子１７は、入力端子１３と接続点１７Ｐとの間に直列に接続されたスイッチ１７Ｃと、スイッチ１７Ｃに並列に接続された寄生ダイオード１７Ｄよりなる。寄生ダイオード１７Ｄのアノードとカソードは接続点１７Ｐと入力端子１３にそれぞれ接続されている。スイッチング素子１９は、接続点１７Ｐとグランド端子１５との間に直列に接続されたスイッチ１９Ｃと、スイッチ１９Ｃに並列に接続された寄生ダイオード１９Ｄよりなる。寄生ダイオード１９Ｄのアノードとカソードはグランド端子１５と接続点１７Ｐにそれぞれ接続されている。スイッチング素子２７は、出力端子２５と接続点２７Ｐとの間に直列に接続されたスイッチ２７Ｃと、スイッチ２７Ｃに並列に接続された寄生ダイオード２７Ｄよりなる。寄生ダイオード２７Ｄのアノードとカソードは接続点２７Ｐと出力端子２５にそれぞれ接続されている。スイッチング素子２９は、接続点２７Ｐとグランド端子１５との間に直列に接続されたスイッチ２９Ｃと、スイッチ２９Ｃに並列に接続された寄生ダイオード２９Ｄよりなる。寄生ダイオード２９Ｄのアノードとカソードはグランド端子１５と接続点２７Ｐにそれぞれ接続されている。スイッチング素子１７、１９、２７、２９のスイッチ１７Ｃ、１９Ｃ、２７Ｃ、２９Ｃはそれぞれスイッチング信号Ｓ１７、Ｓ１９、Ｓ２７、Ｓ２９で駆動回路２１、２３、３１、３３によりそれぞれオンオフ制御される。なお、スイッチング素子１７、１９、２７、２９はＦＥＴに限定されるものではなく、外部からのスイッチング信号に応じてスイッチング動作が可能な他の半導体スイッチング素子で構成されていてもよい。

スイッチング素子１７のゲート端子には、スイッチング素子１７をオンオフ駆動する駆動回路２１が電気的に接続されている。駆動回路２１は、制御回路３７から出力されるスイッチング信号ＳＷ１に基づいてスイッチング素子１７をオンオフさせる。具体的には、駆動回路２１はスイッチング信号ＳＷ１に基づいてスイッチング信号Ｓ１７をスイッチング素子１７に出力し、スイッチング素子１７はスイッチング信号Ｓ１７に基づいてスイッチ１７Ｃをオンオフさせる。

スイッチング素子１７をオンさせるために、スイッチング素子１７のゲート端子に印加される電圧のグランドレベルを底上げする必要がある。実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１では、駆動回路２１に電気的に接続されたブートストラップコンデンサ回路６１はグランドレベルを底上げするように動作する。

ブートストラップコンデンサ回路６１は、ブートストラップコンデンサ４３と、ダイオード４５と、駆動電源４７から構成される。駆動電源４７の正極がダイオード４５を介して駆動回路２１の正極電源端子２１Ｐと電気的に接続されて駆動回路２１を駆動する。駆動回路２１の負極電源端子２１Ｎは接続点１７Ｐと電気的に接続される。したがって、駆動回路２１のグランドレベルは接続点１７Ｐの電位である。駆動回路２１の正極電源端子２１Ｐと負極電源端子２１Ｎとの間にはブートストラップコンデンサ４３が電気的に直列に接続されている。したがって、スイッチング素子１７がオンの場合は、グランドレベルが最大で入力電圧Ｖｉとなるので、スイッチング素子１７をオンに維持するために駆動回路２１へブートストラップコンデンサ４３の電力が供給される。

スイッチング素子１９のゲート端子にはスイッチング素子１９をオンオフ駆動する駆動回路２３が電気的に接続されている。駆動回路２３は、制御回路３７から出力されるスイッチング信号ＳＷ２に基づいてスイッチング素子１９をオンオフさせる。駆動回路２３の負極電源端子２３Ｎはグランド端子１５と電気的に接続されているので、駆動電源４７の駆動電圧Ｖｃｃで常に駆動できる。したがって、駆動回路２３にはブートストラップコンデンサ回路が不要である。

スイッチング素子２７には、スイッチング素子２７のオンオフ駆動を行う駆動回路３１が電気的に接続されている。駆動回路３１は、制御回路３７から出力されるスイッチング信号ＳＷ３に基づいてスイッチング素子２７をオンオフさせる。具体的には、駆動回路３１はスイッチング信号ＳＷ３に基づいてスイッチング信号Ｓ２７をスイッチング素子２７に出力し、スイッチング素子２７はスイッチング信号Ｓ２７に基づいてスイッチ２７Ｃをオンオフさせる。

駆動回路３１のグランドレベルは接続点２７Ｐの電位であるので、スイッチング素子２７のゲート端子に印加される電圧のグランドレベルを底上げする必要がある。駆動回路３１に電気的に接続されたブートストラップコンデンサ回路７１はグランドレベルを底上げするように動作する。

ブートストラップコンデンサ回路７１は、ブートストラップコンデンサ４９と、ダイオード５１と、駆動電源５３から構成される。駆動電源５３の正極がダイオード５１を介して駆動回路３１の正極電源端子３１Ｐと電気的に接続されて駆動回路３１を駆動する。駆動回路３１の負極電源端子３１Ｎは接続点２７Ｐと電気的に接続される。したがって、駆動回路３１のグランドレベルは接続点２７Ｐの電位である。駆動回路３１の正極電源端子３１Ｐと負極電源端子３１Ｎとの間にはブートストラップコンデンサ４９が電気的に直列に接続されている。したがって、スイッチング素子２７がオンの場合は、グランドレベルが最大で出力電圧Ｖｏとなるので、スイッチング素子２７をオンに維持するために駆動回路３１へブートストラップコンデンサ４９の電力が供給される。

実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、別々の駆動電源４７、５３を備える。これにより、一方の駆動電源が異常となり異常な駆動電源に接続された駆動回路で制御されるスイッチング素子のスイッチング動作ができなくなっても、他方の駆動電源が正常であれば、正常な駆動電源に接続された駆動回路で制御されたスイッチング素子はスイッチング動作を行うことができる。すなわち、一方の駆動電源が異常となった場合、制御回路３７は、正常な駆動電源が接続された駆動回路により、ハイサイドスイッチング素子であるスイッチング素子１７またはスイッチング素子２７をオフにすることができ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１からの出力を停止することが可能となり、信頼性を向上することができる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１１では、駆動電源４７、５３は単一の駆動電源で共用されてもよい。この場合、回路構成が簡単になるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は高信頼性がそれほど要求されない環境変化が緩やかな用途（例えば屋内設置のＤＣ／ＤＣコンバータなど）に適用可能である。このように、要求される信頼性や回路構成の複雑さを勘案して、いずれかの駆動電源の構成を決定すればよい。

スイッチング素子２９のゲート端子には、スイッチング素子２９をオンオフ駆動する駆動回路３３が電気的に接続されている。駆動回路３３は、制御回路３７から出力されるスイッチング信号ＳＷ４に基づいてスイッチング素子２９をオンオフさせる。駆動回路３３の負極電源端子３３Ｎはグランド端子１５と電気的に接続されているので、駆動電源５３の駆動電圧Ｖｃｃで常に駆動できる。したがって、駆動回路３３にもブートストラップコンデンサ回路は不要である。

駆動回路２１、２３、３１、３３に電気的に接続された制御回路３７はマイクロコンピュータと周辺回路から構成され、駆動回路２１、２３、３１、３３にスイッチング信号ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４を出力し、スイッチング素子１７、１９、２７、２９のスイッチ１７Ｃ、１９Ｃ、２７Ｃ、２９Ｃをそれぞれオンオフさせる。制御回路３７は、入力端子１３および出力端子２５とも電気的に接続されており、入力電圧Ｖｉおよび出力電圧Ｖｏを検出するように構成されている。

出力端子２５とグランド端子１５との間には平滑コンデンサ５５が電気的に接続されている。

次に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の動作について説明する。

まず、直流電源３９の出力する入力電圧Ｖｉが低く、電圧Ｖｉを所定の出力電圧ＶｏまでＤＣ／ＤＣコンバータ１１により昇圧して出力する動作について述べる。図２は、昇圧動作時でのＤＣ／ＤＣコンバータ１１のインダクタ３５に流れる電流ＩＬと、スイッチング素子１７、１９、２７、２９のゲート端子にそれぞれ入力されるスイッチング信号Ｓ１７、Ｓ１９、Ｓ２７、Ｓ２９を示す。図２において、横軸は時刻を示し、縦軸は電流とスイッチング信号のレベルを示す。スイッチング信号Ｓ１７、Ｓ１９、Ｓ２７、Ｓ２９のレベルは、スイッチング素子１７、１９、２７、２９のスイッチ１７Ｃ、１９Ｃ、２７Ｃ、２９ＣをオンさせるＯＮレベルと、スイッチ１７Ｃ、１９Ｃ、２７Ｃ、２９ＣをオフさせるＯＦＦレベルよりなる。以後の説明では、スイッチング素子１７、１９、２７、２９をオンオフすることはスイッチ１７Ｃ、１９Ｃ、２７Ｃ、２９Ｃをオンオフすることを意味する。

入力電圧Ｖｉを所定の出力電圧Ｖｏへ昇圧して出力端子２５から出力する場合、制御回路３７は、基本的には、スイッチング素子１７をオンに維持しかつスイッチング素子１９をオフに維持した状態で、スイッチング素子２７、２９をオンオフ周波数ｆ２で交互にオンオフさせる。すなわち、制御回路３７は、スイッチング素子１７をオンに維持しかつスイッチング素子１９をオフに維持した状態で、オンオフ周波数ｆ２の逆数であるオンオフ周期Ｔ２内で、制御回路３７が決定した時比率でスイッチング素子２７、２９を交互にオンオフさせる。その際に、制御回路３７は、スイッチング素子２７、２９を共にオフにする同時オフ期間Ｄｔ３、Ｄｔ４を経てスイッチング素子２７、２９を交互にオンオフさせる。実施の形態１ではオンオフ周波数ｆ２は１００ｋＨｚであるが、必要な電力仕様を満たせれば、適宜、異なる値に決定してもよい。

スイッチング素子１７がオンでありスイッチング素子１９がオフである状態からスイッチング素子１７、１９が共にオフの状態である同時オフ期間Ｄｔ１を経てスイッチング素子１７がオフでありスイッチング素子１９がオンである状態に変わる。また、スイッチング素子１７がオフでありスイッチング素子１９がオンである状態からスイッチング素子１７、１９が共にオフの状態である同時オフ期間Ｄｔ２を経てスイッチング素子１７がオンでありスイッチング素子１９がオフである状態に変わる。同様に、スイッチング素子２７がオンでありスイッチング素子２９がオフである状態からスイッチング素子２７、２９が共にオフの状態である同時オフ期間Ｄｔ３を経てスイッチング素子２７がオフでありスイッチング素子２９がオンである状態に変わる。また、スイッチング素子２７がオフでありスイッチング素子２９がオンである状態からスイッチング素子２７、２９が共にオフの状態である同時オフ期間Ｄｔ４を経てスイッチング素子２７がオンでありスイッチング素子２９がオフである状態に変わる。同時オフ期間Ｄｔ１、Ｄｔ２はスイッチング素子１７、１９が交互にオンオフする際に、過渡的にスイッチング素子１７、１９がともにオフになっていない状態の発生を防止し、スイッチング素子１７、１９に大電流が流れることを防止する。同様に、同時オフ期間Ｄｔ３、Ｄｔ４はスイッチング素子２７、２９が交互にオンオフする際に、過渡的にスイッチング素子２７、２９がともにオフになっていない状態の発生を防止し、スイッチング素子２７、２９に大電流が流れることを防止する。

時刻ｔ０ではスイッチング素子２７がオンでありスイッチング素子２９はオフである。その後、オンオフ周期Ｔ２が時刻ｔ１で終了すると、スイッチング素子２７、２９が共にオフとなる同時オフ期間Ｄｔ３を経過してスイッチング素子２７、２９のオンオフの状態が反転する。具体的には、図２に示すように、まず時刻ｔ１で制御回路３７はスイッチング素子２７をオフにする。時刻ｔ１では、スイッチング素子２９はオフのままである。そして、時刻ｔ１から同時オフ期間Ｄｔ３が経過した時刻ｔ２で、制御回路３７はスイッチング素子２９をオンにする。

時刻ｔ０から時刻ｔ１まではスイッチング素子２７がオンでスイッチング素子２９がオフであるので、インダクタ３５を流れるインダクタ電流ＩＬはスイッチング素子２７を介して出力端子２５へ流れる。したがって、インダクタ電流ＩＬは時刻ｔ０から時刻ｔ１まで経時的に低下する。時刻ｔ１から時刻ｔ２まではスイッチング素子２７、２９（スイッチ２７Ｃ、２９Ｃ）の両方がオフであるが、スイッチング素子２７の寄生ダイオード２７Ｄを介してインダクタ３５からのインダクタ電流ＩＬは継続して出力端子２５へ流れる。したがって、時刻ｔ１から時刻ｔ２までもインダクタ電流ＩＬは経時的に低下する。

その後、時刻ｔ２でインダクタ電流ＩＬが０になり、同時オフ期間Ｄｔ３が終了し、制御回路３７はスイッチング素子２９をオンにする。スイッチング素子１７はオンであるので、時刻ｔ２からインダクタ３５には入力端子１３からインダクタ電流ＩＬが流れて経時的に上昇する。

その後、時刻ｔ３で制御回路３７はスイッチング素子２９をオフにする。時刻ｔ３ではスイッチング素子１９もオフであるので、インダクタ３５はグランド端子１５から切断されて浮いた状態となる。したがって、時刻ｔ３からはインダクタ電流ＩＬは増大することはなく、時刻ｔ３でインダクタ電流ＩＬは最大となる。

時刻ｔ３から時刻ｔ４はスイッチング素子２７、２９が共にオフである同時オフ期間Ｄｔ４である。同時オフ期間Ｄｔ４ではインダクタ３５に蓄えられた電力はスイッチング素子２７の寄生ダイオード２７Ｄを介して出力端子２５から負荷４１へ供給される。その結果、時刻ｔ３からインダクタ電流ＩＬは経時的に低下する。

時刻ｔ３から同時オフ期間Ｄｔ４が経過した時刻ｔ４で、制御回路３７はスイッチング素子２７をオンにする。時刻ｔ４からも同時オフ期間Ｄｔ４と同様にインダクタ電流ＩＬは経時的に低下する。

時刻ｔ１からオンオフ周期Ｔ２が経過した時刻ｔ５で制御回路３７はスイッチング素子２７をオフにする。時刻ｔ５では、スイッチング素子２９はオフのままである。そして、時刻ｔ５から同時オフ期間Ｄｔ３が経過した時刻ｔ６で、制御回路３７はスイッチング素子２９をオンにする。時刻ｔ５から時刻ｔ８までのオンオフ周期Ｔ２での動作は時刻ｔ１から時刻ｔ４までのオンオフ周期Ｔ２までの動作と同じである。この動作を繰り返すことにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は直流電源３９からの入力電圧Ｖｉを昇圧して出力電圧Ｖｏを発生して出力端子２５から負荷４１へ出力する。

次に、ブートストラップコンデンサ４３を充電する動作について説明する。

上記したように、駆動回路２１はブートストラップコンデンサ４３に蓄えられた電力により動作する。一方、スイッチング素子１７は昇圧動作の時オンに維持されるように制御回路３７で制御される。したがって、駆動回路２１はスイッチング素子１７をオンにし続けるようにゲート電圧を出力する。その結果、駆動回路２１を動作させるためにブートストラップコンデンサ４３に蓄えられた電力は経時的に低下する。これらのことから、制御回路３７はブートストラップコンデンサ４３を定期的に充電する。

具体的には、図２において、制御回路３７は時刻ｔ０から時刻ｔ１１まではスイッチング素子１７をオンに維持しスイッチング素子１９をオフに維持する。制御回路３７は、ブートストラップコンデンサ４３の容量Ｃ１や駆動回路２１の消費電力から予め求めた充電周期Ｓｃ１が経過すると、ブートストラップコンデンサ４３を充電するようスイッチング素子１７、１９を制御する。実施の形態１では充電周期Ｓｃ１は１ミリ秒である。すなわち、図２に示すように、制御回路３７は、充電周期Ｓｃ１が経過した時刻ｔ１１でスイッチング素子１７をオフにする。その結果、時刻ｔ１１では図２に示すように、スイッチング素子１７、１９、２７、２９のうちスイッチング素子２９のみがオンになり他のスイッチング素子１７、１９、２７がオフになる。これにより、インダクタ電流ＩＬはスイッチング素子２９からグランドに至り、スイッチング素子１９の寄生ダイオード１９Ｄを介してインダクタ３５に至る循環電流ＩＣとなる。したがって、図２に示すように、時刻ｔ１１以降でインダクタ電流ＩＬは一定となる。時刻ｔ１１から時刻ｔ１２はスイッチング素子２７、２９を共にオフにする同時オフ期間Ｄｔ１である。

その後、時刻ｔ１１から同時オフ期間Ｄｔ１だけ経過した時刻ｔ１２で制御回路３７は、図２に示すようにスイッチング素子１９を充電期間Ｐｃ１だけオンに維持する。その結果、ブートストラップコンデンサ４３の一端がグランドに接続されるので、駆動電源４７からダイオード４５を介してブートストラップコンデンサ４３に電流が流れブートストラップコンデンサ４３を充電する。充電期間Ｐｃ１は既知の値として制御回路３７に記憶されている。充電期間Ｐｃ１中も循環電流ＩＣが流れるので、時刻ｔ１２以降もインダクタ電流ＩＬは一定となる。

その後、時刻ｔ１２から充電期間Ｐｃ１が経過した時刻ｔ１３で、制御回路３７は、図２に示すようにスイッチング素子１９をオフにする。これにより駆動電源４７からダイオード４５を介してブートストラップコンデンサ４３に流れる電流が止まりブートストラップコンデンサ４３の充電が終了する。この状態は時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までの期間の状態と同じである。したがって、時刻ｔ１３以降も循環電流ＩＣが流れてインダクタ電流ＩＬは一定となる。時刻ｔ１３から時刻ｔ１４まではスイッチング素子１７、１９をオフにする同時オフ期間Ｄｔ２である。

その後、時刻ｔ１３から同時オフ期間Ｄｔ２が経過した時刻ｔ１４で、制御回路３７は、図２に示すようにスイッチング素子１７をオンにする。この状態は時刻ｔ１１以前と同じである。したがって、図２に示すように、インダクタ電流ＩＬは時刻ｔ１４以降で再び増加してゆく。時刻ｔ１１から時刻ｔ１４までの維持期間Ｋｔではインダクタ電流ＩＬが一定である。維持期間Ｋｔは、ブートストラップコンデンサ４３を充電する充電期間Ｐｃ１と同時オフ期間Ｄｔ１と同時オフ期間Ｄｔ２の合計である。

その後、制御回路３７は時刻ｔ１５で、図２に示すようにスイッチング素子２９をオフにする。時刻ｔ１５以降は、時刻ｔ３以降と同様に、制御回路３７は、オンオフ周期Ｔ２でスイッチング素子２７、２９のオンオフ動作を繰り返すとともに、充電周期Ｓｃ１毎にブートストラップコンデンサ４３を充電する動作を繰り返す。

制御回路３７は、ブートストラップコンデンサ４３を充電しないサイクルＣｙ２とブートストラップコンデンサ４３を充電するサイクルＣｙ２１のそれぞれでスイッチング素子２７、２９を交互に１回ずつオンオフする。サイクルＣｙ２の幅はオンオフ周期Ｔ２である。

ブートストラップコンデンサ４３を充電しないサイクルＣｙ２では、制御回路３７は、スイッチング素子２７をオン期間Ｐｈ２だけオンに維持してオンオフ周期Ｔ２のうちのオン期間Ｐｈ２以外の期間にはオフに維持し、スイッチング素子２９をオン期間Ｐｄ２だけオンに維持してオンオフ周期Ｔ２のうちのオン期間Ｐｄ２以外の期間にはオフに維持する。スイッチング素子２７のオン期間Ｐｈ２は時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間であり、時刻ｔ８から時刻ｔ９までの期間であり、時刻ｔ１６から時刻ｔ１７までの期間である。スイッチング素子２９のオン期間Ｐｄ２は時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間であり、時刻ｔ６から時刻ｔ７までの期間であり、時刻ｔ１８から時刻ｔ１９までの期間である。

ブートストラップコンデンサ４３を充電するサイクルＣｙ２１では、制御回路３７は、スイッチング素子２７をオン期間Ｐｈ２だけオンに維持してサイクルＣｙ２の期間Ｔ２１のうちのオン期間Ｐｈ２以外の期間にはオフに維持し、スイッチング素子２９をオン期間Ｐｄ２１だけオンに維持して期間Ｔ２１のうちのオン期間Ｐｄ２１以外の期間にはオフに維持する。スイッチング素子２９のオン期間Ｐｄ２１は時刻ｔ１０から時刻ｔ１５までの期間である。制御回路３７は、ブートストラップコンデンサ４３を充電しないサイクルＣｙ２でのスイッチング素子２９のオン期間Ｐｄ２に維持期間Ｋｔを加えてオン期間Ｐｄ２１を求め、時刻ｔ１０からオン期間Ｐｄ２１だけ経過した時点を時刻ｔ１５として求める。すなわち、制御回路３７は、図２に示すインダクタ電流ＩＬが一定になっている維持期間Ｋｔだけ、スイッチング素子２７がオフに維持されてかつスイッチング素子２９がオンに維持されるオン期間Ｐｄ２１をオン期間Ｐｄ２より長くする。これにより、時刻ｔ１５でのインダクタ電流ＩＬの最大値を、図２に示すように、ブートストラップコンデンサ４３を充電していないサイクルＣｙ２での例えば時刻ｔ３、ｔ７でのインダクタ電流ＩＬの最大値と同じにすることができる。その結果、ブートストラップコンデンサ４３を充電しても出力端子２５におけるリップル電流を低減することが可能となる。実際に昇圧時の上記動作により、この動作を行わない場合に比べ電流リップルが約３０％低減されることを確認した。

以上の昇圧時の動作を以下にまとめる。制御回路３７は、同時オフ期間Ｄｔ３、Ｄｔ４を経てスイッチング素子２７、２９を交互にオンオフ駆動する。ブートストラップコンデンサ４３を充電する際に、制御回路３７はブートストラップコンデンサ４３を充電する充電期間Ｐｃ１と同時オフ期間Ｄｔ１と同時オフ期間Ｄｔ２とを合計した維持期間Ｋｔにスイッチング素子２７をオフに維持しかつスイッチング素子２９をオンに維持する。実施の形態１では同時オフ期間Ｄｔ１〜Ｄｔ４は同じである。この場合には、制御回路３７は、スイッチング素子２７、２９を交互にオンオフ駆動する際に、同時オフ期間Ｄｔ３をもってオンオフ駆動する。ブートストラップコンデンサ４３を充電する際に、制御回路３７はブートストラップコンデンサ４３を充電する充電期間Ｐｃ１と同時オフ期間Ｄｔ１と同時オフ期間Ｄｔ２を合計した維持期間Ｋｔにスイッチング素子１７をオフに維持しかつスイッチング素子１９をオンに維持する。同時オフ期間Ｄｔ１、Ｄｔ２が同じ長さであれば、維持期間Ｋｔは同時オフ期間Ｄｔ１（Ｄｔ２）の２倍と充電期間Ｐｃ１とを合計した期間である。このような動作により、昇圧時にリップル電流を低減できるＤＣ／ＤＣコンバータ１１が実現できる。

図７と図８に示す従来の電源回路５００のように、インダクタ電流ＩＬが一定ではなく変化の傾きが変わる場合でも、その傾きからインダクタ電流ＩＬが最大になるタイミングを算出して予測し、スイッチング素子２７、２９のオンオフ動作を制御することでリップル電流を低減できる。しかし、この場合は、最大でもスイッチング素子２９のオン期間Ｐｄ２以内で上記のタイミングを算出する必要があるので、オンオフ周期Ｔ２が短い場合はタイミングの算出が追い付かない可能性がある上、制御も複雑となる。実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１では、インダクタ電流ＩＬが一定となるようにスイッチング素子を制御しているときにブートストラップコンデンサ４３を充電することで、インダクタ電流ＩＬが最大になるタイミングを容易に算出することができ好ましい。

次に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１が入力電圧Ｖｉを降圧して出力電圧Ｖｏに変換する動作について説明する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、例えば太陽電池である直流電源３９がフルに電力を出力している際、入力電圧Ｖｉを所定の出力電圧Ｖｏまで降圧する。

降圧時には基本的に、制御回路３７は、スイッチング素子２７をオンに維持してかつスイッチング素子２９をオフに維持している状態で、スイッチング素子１７、１９をオンオフ周波数ｆ１で交互にオンオフ動作させる。したがって、制御回路３７はオンオフ周波数ｆ１の逆数であるオンオフ周期Ｔ１内で、制御回路３７が決定した時比率でスイッチング素子１７、１９を交互にオンオフ動作させる。実施の形態１では、降圧動作でのオンオフ周波数ｆ１（オンオフ周期Ｔ１）は昇圧動作でのオンオフ周波数ｆ２（オンオフ周期Ｔ２）と同じ値に設定しているが、異なっていてもよい。

図３は降圧動作時でのＤＣ／ＤＣコンバータ１１でのインダクタ３５に流れる電流ＩＬと、スイッチング素子１７、１９、２７、２９のゲート端子にそれぞれ入力されるスイッチング信号Ｓ１７、Ｓ１９、Ｓ２７、Ｓ２９を示す。図３において、横軸は時刻を示し、縦軸は電流とスイッチング信号のレベルを示し、図２と同じ部分には同じ参照番号を付す。

図３に示すように、時刻ｔ３０でスイッチング素子１７がオンでありスイッチング素子１９はオフである。その後、オンオフ周期Ｔ１が時刻ｔ３１で終了すると、スイッチング素子１７、１９が共にオフに維持される同時オフ期間Ｄｔ１を経てスイッチング素子１７、１９のオンオフ状態が反転する。制御回路３７は、スイッチング素子１７、１９が共にオフに維持される同時オフ期間Ｄｔ１、Ｄｔ２を経てスイッチング素子１７、１９を交互にオンオフ駆動する。

時刻ｔ３０から時刻ｔ３１まではスイッチング素子１７がオンに維持されかつスイッチング素子１９がオフに維持されているので、インダクタ３５には直流電源３９からの電力が供給される。したがって、インダクタ電流ＩＬは入力端子１３からスイッチング素子１７を介してインダクタ３５へ流れ、時刻ｔ３０から時刻ｔ３１まで図３に示すように経時的に増加する。

次に、時刻ｔ３１から時刻ｔ３２まではスイッチング素子１７、１９の両方がオフに維持される同時オフ期間Ｄｔ１である。時刻ｔ３１から時刻ｔ３２までは、スイッチング素子１７、１９、２７、２９のうちスイッチング素子２７のみがオンに維持され他のスイッチング素子１７、１９、２９がオフに維持されるので、インダクタ３５に蓄えられた電力はスイッチング素子２７を介して出力端子２５から負荷４１へ供給される。このとき、スイッチング素子１９の寄生ダイオード１９Ｄがオンになり、インダクタ３５と負荷４１とを電気的に接続する。したがって、インダクタ電流ＩＬは出力端子２５へ流れるので、図３に示すように、インダクタ電流ＩＬは同時オフ期間Ｄｔ１で経時的に低下する。したがって、時刻ｔ３１においてインダクタ電流ＩＬは最大となる。

その後、時刻ｔ３２でスイッチング素子１９がオンになる。時刻ｔ３２以前の時刻ｔ３１から、上記したようにスイッチング素子１９の寄生ダイオード１９Ｄがオンに維持されているので、その状態でスイッチング素子１９がオンになっても実質的な接続の状態は変わらない。したがって、図３に示すように、時刻ｔ３２以後も引き続きインダクタ電流ＩＬは経時的に低下し続ける。

その後、時刻ｔ３１からオンオフ周期Ｔ１の半分の期間が経過する時刻ｔ３４から同時オフ期間Ｄｔ２だけ前の時刻ｔ３３において、制御回路３７はスイッチング素子１９をオフにする。制御回路３７は、オンオフ周期Ｔ１と同時オフ期間Ｄｔ１、Ｄｔ２の値を記憶しているので、これらの値から時刻ｔ３３を求めることができる。

時刻ｔ３３でスイッチング素子１９がオフになると、時刻ｔ３１から時刻ｔ３２と同じ状態になる。したがって、時刻ｔ３１から時刻ｔ３２までと同様、インダクタ電流ＩＬは経時的に低下し続ける。

時刻ｔ３１からオンオフ周期Ｔ１の半分の期間が経過する時点であり時刻ｔ３３から同時オフ期間Ｄｔ２が経過した時点でもある時刻ｔ３４ではインダクタ電流ＩＬは０になる。時刻ｔ３４で、制御回路３７はスイッチング素子１７をオンにする。この状態は時刻ｔ３０から時刻ｔ３１までの状態と同じであるので、図３に示すように、インダクタ電流ＩＬは時刻ｔ３４から再び経時的に増加し始める。

時刻ｔ３４以後の状態は時刻ｔ３０と同じであるので、時刻ｔ３５から時刻ｔ３８までの動作は時刻ｔ３１から時刻ｔ３４までの動作と同じである。この動作を繰り返すことにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は直流電源３９からの入力電圧Ｖｉを降圧して出力電圧Ｖｏを発生させて出力端子２５から負荷４１へ出力する。

次に、ブートストラップコンデンサ４９への充電動作について説明する。

上記したように、駆動回路３１はブートストラップコンデンサ４９に蓄えられた電力により動作する。スイッチング素子２７は降圧動作の時オンに維持されるように制御回路３７で制御されるので、駆動回路３１はスイッチング素子２７をオンに維持するようにゲート電圧を出力する。その結果、駆動回路３１を動作させるためにブートストラップコンデンサ４９に蓄えられた電力は経時的に低下する。したがって、制御回路３７はブートストラップコンデンサ４９を定期的に充電するように動作する。

具体的には、図３に示すように、制御回路３７は時刻ｔ３０から時刻ｔ４１まではスイッチング素子２７をオンに維持してスイッチング素子２９をオフに維持する。制御回路３７は、充電周期Ｓｃ２が経過すると、ブートストラップコンデンサ４９を充電するようスイッチング素子２７、２９を制御する。充電周期Ｓｃ２はブートストラップコンデンサ４９の容量Ｃ２や駆動回路３１の消費電力から予め求められており、実施の形態１では充電周期Ｓｃ１と同じ１ミリ秒である。すなわち、制御回路３７は、充電周期Ｓｃ２が経過した時刻ｔ４１でスイッチング素子２７をオフにする。その結果、時刻ｔ４１では、スイッチング素子１９のみがオンであり、他のスイッチング素子１７、２７、２９がオフである。しかし、スイッチング素子２７の寄生ダイオード２７Ｄがオンであるので、インダクタ３５に蓄えられた電力は、スイッチング素子２７の寄生ダイオード２７Ｄと、オンしているスイッチング素子１９により負荷４１に供給される。したがって、時刻ｔ４１以降もインダクタ電流ＩＬは経時的に低下し続ける。

時刻ｔ４１から同時オフ期間Ｄｔ３が経過した時刻ｔ４２で制御回路３７はスイッチング素子２９をオンにする。これにより、インダクタ電流ＩＬはスイッチング素子２９からグランドに至り、オンであるスイッチング素子１９を介してインダクタ３５に至る循環電流ＩＣとなる。したがって、図３に示すように、時刻ｔ４２以降でインダクタ電流ＩＬは一定となる。

時刻ｔ４２でスイッチング素子２９がオンになるので、ブートストラップコンデンサ４９の一端がグランドに接続される。したがって、駆動電源５３からダイオード５１を介してブートストラップコンデンサ４９に電流が流れ、ブートストラップコンデンサ４９が充電される。ブートストラップコンデンサ４９が充電される時刻ｔ４２から始まる充電期間Ｐｃ２でも循環電流ＩＣが流れるので、時刻ｔ４２以降もインダクタ電流ＩＬは一定となる。充電期間Ｐｃ２は既知の値として制御回路３７に記憶されている。

時刻ｔ４２から充電期間Ｐｃ２が経過した時刻ｔ４３で、制御回路３７は、図３に示すようにスイッチング素子２９をオフにする。これにより、ブートストラップコンデンサ４９に流れていた電流が止まり、ブートストラップコンデンサ４９の充電を終了する。この状態は時刻ｔ４１から時刻ｔ４２までの状態と同じである。したがって、時刻ｔ４３以降は、図３に示すように、時刻ｔ４１から時刻ｔ４２までと同様に再びインダクタ電流ＩＬが負荷４１へ流れて低下してゆく。

時刻ｔ４３から同時オフ期間Ｄｔ４が経過した時刻ｔ４４で、制御回路３７は、図３に示すようにスイッチング素子２７をオンにする。この状態は時刻ｔ４１以前と同じである。したがって、図３に示すように、インダクタ電流ＩＬは時刻ｔ４４以降も引き続き低下してゆく。

その後、制御回路３７は時刻ｔ４５で、図３に示すようにスイッチング素子１９をオフにする。時刻ｔ４５以降は、時刻ｔ３３以降と同様に、制御回路３７は、オンオフ周期Ｔ１でスイッチング素子１７、１９のオンオフ動作を繰り返すとともに、充電周期Ｓｃ２毎に充電期間Ｐｃ２だけブートストラップコンデンサ４９を充電する動作を繰り返す。

制御回路３７は、ブートストラップコンデンサ４９を充電しない複数のサイクルＣｙ１とブートストラップコンデンサ４９を充電するサイクルＣｙ１１のそれぞれでスイッチング素子１７、１９を交互に１回ずつオンオフする。サイクルＣｙ１の幅はオンオフ周期Ｔ１である。

ブートストラップコンデンサ４９を充電しないサイクルＣｙ１では、制御回路３７は、スイッチング素子１７をオン期間Ｐｈ１にオンに維持してオンオフ周期Ｔ１のうちのオン期間Ｐｈ１以外の期間にはオフに維持し、スイッチング素子１９をオン期間Ｐｄ１にオンに維持してオンオフ周期Ｔ１のうちのオン期間Ｐｄ１以外の期間にはオフに維持する。スイッチング素子１７のオン期間Ｐｈ１は時刻ｔ３４から時刻ｔ３５までの期間であり、時刻ｔ３８から時刻ｔ３９までの期間であり、時刻ｔ４６から時刻ｔ４７までの期間である。スイッチング素子１９のオン期間Ｐｄ１は時刻ｔ３２から時刻ｔ３３までの期間であり、時刻ｔ３６から時刻ｔ３７までの期間であり、時刻ｔ４８から時刻ｔ４９までの期間である。

ブートストラップコンデンサ４９を充電するサイクルＣｙ１１では、制御回路３７は、スイッチング素子１７をオン期間Ｐｈ１にオンに維持してサイクルＣｙ１１の幅の期間Ｔ１１のうちのオン期間Ｐｈ１以外の期間にはオフに維持し、スイッチング素子１９をオン期間Ｐｄ１１にオンに維持して期間Ｔ１１のうちのオン期間Ｐｄ１１以外の期間にはオフに維持する。スイッチング素子１９のオン期間Ｐｄ１１は時刻ｔ４０から時刻ｔ４５までの期間である。制御回路３７は、ブートストラップコンデンサ４９を充電しないサイクルＣｙ１でのスイッチング素子１９のオン期間Ｐｄ１に充電期間Ｐｃ２を加えてオン期間Ｐｄ１１を求め、時刻ｔ４０からオン期間Ｐｄ１１だけ経過した時点を時刻ｔ４５として求める。すなわち、図３に示すインダクタ電流ＩＬが一定になっている充電期間Ｐｃ２だけ、スイッチング素子１７をオフに維持しかつスイッチング素子１９をオンに維持するオン期間Ｐｄ１１をオン期間Ｐｄ１より長く設定する。これにより、インダクタ電流ＩＬが最大となる時刻ｔ４７において、サイクルＣｙ１１でのインダクタ電流ＩＬの最大値は、図３に示すように、ブートストラップコンデンサ４９を充電していないサイクルＣｙ１の最大値（例えば時刻ｔ３１、時刻ｔ３５、時刻ｔ３９におけるインダクタ電流ＩＬ）と同じにすることができる。その結果、ブートストラップコンデンサ４９を充電しても、出力端子２５におけるリップル電流を低減することが可能となる。実際に降圧時の上記動作により、この動作を行わない場合に比べ電流リップルが約１０％低減されることを確認した。

以上のＤＣ／ＤＣコンバータ１１の降圧時の動作を以下にまとめる。制御回路３７は、同時オフ期間Ｄｔ１、Ｄｔ２を経てスイッチング素子１７、１９を交互にオンオフ駆動する。ブートストラップコンデンサ４９を充電する際に、制御回路３７はブートストラップコンデンサ４９を充電する充電期間Ｐｃ２にスイッチング素子１７をオフに維持しかつスイッチング素子１９をオンに維持する。このような動作により、降圧時にリップル電流を低減できるＤＣ／ＤＣコンバータ１１が実現できる。

なお、昇圧時と同様に、降圧時においても、図７に示す従来の電源回路５００での図８に示すように、インダクタ電流ＩＬが一定ではなく、傾きが変わる場合でも、その傾きからインダクタ電流ＩＬが最大になるタイミングを算出して予測し、スイッチング素子１７、１９のオンオフ動作を制御することでリップル電流を低減できる。しかし、上記のタイミングを算出して予測するために時間がかかる可能性がある上、制御も複雑となる。したがって、降圧時においても、インダクタ電流ＩＬが一定となるようにスイッチング素子を制御してブートストラップコンデンサ４９を充電することで、インダクタ電流ＩＬが最大になるタイミングを容易に算出することができ好ましい。

上述のように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、入力電圧Ｖｉを変換して得られた出力電圧Ｖｏを出力するように構成されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、入力電圧Ｖｉが印加されるように構成された入力端子１３と、出力電圧Ｖｏを出力するように構成された出力端子２５と、グランド端子１５と、入力端子１３とグランド端子１５との間に電気的に直列に接続されたスイッチング素子１７と、入力端子１３とグランド端子１５との間でスイッチング素子１７と接続点１７Ｐで電気的に直列に接続されたスイッチング素子１９と、スイッチング素子１７をオンオフ駆動する駆動回路２１と、駆動回路２１に電気的に接続されたブートストラップコンデンサ回路６１と、スイッチング素子１９をオンオフ駆動する駆動回路２３と、出力端子２５とグランド端子１５との間に電気的に直列に接続されたスイッチング素子２７と、出力端子２５とグランド端子１５との間でスイッチング素子２７と接続点２７Ｐで電気的に直列に接続されたスイッチング素子２９と、スイッチング素子２７をオンオフ駆動する駆動回路３１と、駆動回路３１に電気的に接続されたブートストラップコンデンサ回路７１と、スイッチング素子２９をオンオフ駆動する駆動回路３３と、接続点１７Ｐ、２７Ｐの間に電気的に直列に接続されたインダクタ３５と、駆動回路２１、２３、３１、３３と電気的に接続された制御回路３７とを備える。ブートストラップコンデンサ回路６１、７１はブートストラップコンデンサ４３、４９をそれぞれ有する。

制御回路３７は、出力電圧Ｖｏが入力電圧Ｖｉより高い場合に以下の動作を行うように駆動回路２１、２３、３１、３３を制御する。すなわち、制御回路３７は、スイッチング素子２７をオフにしてからスイッチング素子２７、２９を共にオフに維持する同時オフ期間Ｄｔ３を経てスイッチング素子２９をオンにしてかつスイッチング素子２９をオフにしてからスイッチング素子２７、２９を共にオフに維持する同時オフ期間Ｄｔ４を経てスイッチング素子２７をオンにするように、スイッチング素子２７、２９をオンオフ周期Ｔ２で周期的に繰り返し交互にオンオフさせる。制御回路３７は、スイッチング素子１７をオフにしてからスイッチング素子１７、１９を共にオフに維持する同時オフ期間Ｄｔ1を経てスイッチング素子１９をオンにしてかつスイッチング素子１９をオフにしてからスイッチング素子１７，１９を共にオフに維持する同時オフ期間Ｄｔ２を経てスイッチング素子１７をオンにするようにスイッチング素子１７，１９を交互にオンオフして、同時オフ期間Ｄｔ１と同時オフ期間Ｄｔ２と充電期間Ｐｃ１の合計である維持期間Ｋｔにスイッチング素子１７をオフに維持する間にスイッチング素子１９を充電期間Ｐｃ１にオンに維持することでブートストラップコンデンサ４３を充電する。

制御回路３７は、出力電圧Ｖｏが入力電圧Ｖｉより低い場合に、以下の動作を行うように駆動回路２１、２３、３１、３３を制御する。すなわち、制御回路３７は、スイッチング素子１７をオフにしてから同時オフ期間Ｄｔ１を経てスイッチング素子１９をオンにしてかつスイッチング素子１９をオフにしてから同時オフ期間Ｄｔ２を経てスイッチング素子１７をオンにするように、スイッチング素子１７、１９をオンオフ周期Ｔ１で周期的に繰り返し交互にオンオフする。制御回路３７は、同時オフ期間Ｄｔ３、Ｄｔ４を経てスイッチング素子２７、２９を交互にオンオフして、スイッチング素子２７をオフに維持している間に充電期間Ｐｃ２にスイッチング素子２９をオンに維持することでブートストラップコンデンサ４９を充電する。

制御回路３７は、出力電圧Ｖｏが入力電圧Ｖｉより高い場合に以下の動作を行うように駆動回路２１、２３、３１、３３を制御してもよい。すなわち、制御回路３７は、複数のオン期間Ｐｄ２、Ｐｄ２１にスイッチング素子２７をオンに維持するようにスイッチング素子２７、２９をオンオフ周期Ｔ２で周期的に繰り返し交互にオンオフする。制御回路３７は、複数のオン期間Ｐｄ２、Ｐｄ２１のうちの或るオン期間Ｐｄ２にブートストラップコンデンサ４３を充電しないように、スイッチング素子１７をオンに維持してかつスイッチング素子１９をオフに維持する。制御回路３７は、複数のオン期間Ｐｄ２、Ｐｄ２１のうちの別のオン期間Ｐｄ２１において維持期間Ｋｔにスイッチング素子１７をオフに維持している間にスイッチング素子１９を充電期間Ｐｃ１にオンに維持することでブートストラップコンデンサ４３を充電する。別のオン期間Ｐｄ２１を維持期間Ｋｔだけ或るオン期間Ｐｄ２より長くする。

制御回路３７は、出力電圧Ｖｏが入力電圧Ｖｉより低い場合に、以下の動作を行うように駆動回路２１、２３、３１、３３を制御してもよい。すなわち、制御回路３７は、複数のオン期間Ｐｄ１、Ｐｄ１１にスイッチング素子１７をオンに維持するようにスイッチング素子１７、１９をオンオフ周期Ｔ１で周期的に繰り返し交互にオンオフする。制御回路３７は、複数のオン期間Ｐｄ１、Ｐｄ１１のうちの或るオン期間Ｐｄ１にブートストラップコンデンサ４９を充電しないように、スイッチング素子２７をオンに維持してかつスイッチング素子２９をオフに維持する。制御回路３７は、複数のオン期間Ｐｄ１、Ｐｄ１１のうちの別のオン期間Ｐｄ１１において充電期間Ｐｃ２にスイッチング素子２７をオフに維持してかつスイッチング素子２９をオンに維持することでブートストラップコンデンサ４９を充電する。別のオン期間Ｐｄ１１を充電期間Ｐｃ２だけ或るオン期間Ｐｄ１より長くする。

同時オフ期間Ｄｔ１は同時オフ期間Ｄｔ２と同じであってもよい。同時オフ期間Ｄｔ３は同時オフ期間Ｄｔ４と同じであってもよい。同時オフ期間Ｄｔ１〜Ｄｔ４は同じであってもよい。同時オフ期間Ｄｔ３、Ｄｔ４は同時オフ期間Ｄｔ１、Ｄｔ２と同じであってもよい。オンオフ周期Ｔ２はオンオフ周期Ｔ１と同じであってもよい。

以上の構成、動作により、昇降圧のいずれの場合でも、ブートストラップコンデンサ４３、４９を充電している間、インダクタ電流ＩＬが一定になる。したがって、その後、昇降圧動作を行うためにスイッチング素子のオンオフ動作が再開されても、インダクタ電流ＩＬのピーク値がずれることなく安定する。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力電流が安定し、ブートストラップコンデンサ４３、４９の充電に起因したリップル電流を低減することが可能なＤＣ／ＤＣコンバータ１１が得られる。

（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａのブロック回路図である。図４において、図１に示す実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１と同じ部分には同じ参照番号を付す。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａは、図１に示すＤＣ／ＤＣコンバータ１１の制御回路３７の代わりに制御回路３７Ａを備える。制御回路３７Ａは、スイッチング素子１７、１９、２７、２９をオンオフさせるタイミングで図１に示す制御回路３７と異なる。

実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａでは、制御回路３７Ａは、入力電圧Ｖｉを昇圧して出力端子２５から出力する場合で、ブートストラップコンデンサ４３を充電する際に、スイッチング素子２９がオンになるタイミングで維持期間Ｋｔにおける動作を開始する。さらに、制御回路３７Ａは、入力電圧Ｖｉを降圧して出力端子２５から出力する場合であって、ブートストラップコンデンサ４９を充電する際に、スイッチング素子１９がオフになるタイミングで充電期間Ｐｃ２における動作を終了する。

これにより、実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１と同様にリップル電流を低減することができる上に、維持期間Ｋｔでのインダクタ電流ＩＬを最も小さくすることができる。したがって、ブートストラップコンデンサ４３、４９の充電時にスイッチング素子１９、２９に流れる電流を小さくすることができ、ブートストラップコンデンサ４３、４９の充電時の効率を向上することができるＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａが得られる。

以下、より具体的に実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａの構成、動作について説明する。実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａでも、実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１と同様に、直流電源３９は、出力する電圧Ｖｉが季節、気象条件や影などにより変動する太陽電池であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａは変動する入力電圧Ｖｉを昇降圧して一定の電圧Ｖｏを出力する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａの昇圧動作について説明する。図５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａの昇圧動作時においてインダクタ３５に流れるインダクタ電流ＩＬと、スイッチング素子１７、１９、２７、２９のゲート端子にそれぞれ入力されるスイッチング信号Ｓ１７、Ｓ１９、Ｓ２７、Ｓ２９を示す。図５において横軸は時刻を示し、縦軸は電流とスイッチング信号のレベルを示す。図５において、実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１の図２と同じ部分には同じ参照番号を付す。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａの制御回路３７Ａは時刻ｔ０から時刻ｔ９までは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の制御回路３７の図２に示すサイクルＣｙ２での動作と同様にスイッチング素子１７、１９、２７、２９をオンオフ駆動する。

次に、制御回路３７Ａは、ブートストラップコンデンサ４３を充電するサイクルＣｙ２１において、時刻ｔ９から同時オフ期間Ｄｔ３が経過した時刻ｔ５１でスイッチング素子２９をオンにし、スイッチング素子１７をオフにする。その結果、時刻ｔ５１以降はスイッチング素子２９のみがオンに維持され、他のスイッチング素子１７、１９、２７がオフに維持される。この状態は、図２の時刻ｔ１１以降と同じ状態であるが、図５に示すように、時刻ｔ５１でインダクタ電流ＩＬは０であるので、実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａでは、時刻ｔ５１以降でインダクタ３５に流れるインダクタ電流ＩＬが０に維持される。

その後、時刻ｔ５１から同時オフ期間Ｄｔ１が経過した時刻ｔ５２で、制御回路３７Ａはスイッチング素子１９をオンにする。これにより、駆動電源４７から流れる電流でブートストラップコンデンサ４３が充電される。この際、図５に示すように、インダクタ電流ＩＬは０に維持される。

その後、時刻ｔ５２から充電期間Ｐｃ１が経過した時刻ｔ５３で、制御回路３７Ａは、図５に示すようにスイッチング素子１９をオフにすることでブートストラップコンデンサ４３の充電を終了する。時刻ｔ５３以降の状態は時刻ｔ５１から時刻ｔ５２までの状態と同じであるので、図５に示すように、引き続きインダクタ電流ＩＬは０に維持される。このように、時刻ｔ５１から時刻ｔ５４までの期間はインダクタ電流ＩＬが一定値である０に維持される維持期間Ｋｔである。

その後、時刻ｔ５３から同時オフ期間Ｄｔ２が経過した時刻ｔ５４で、制御回路３７Ａはスイッチング素子１７をオンにする。これにより、時刻ｔ６と同じ状態となるので、時刻ｔ５４以降では、図５に示すように、インダクタ電流ＩＬが経時的に増加する。その後、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａは、図２に示す実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１と同様に動作する。

上記のように、実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａではブートストラップコンデンサ４３の充電中にインダクタ電流ＩＬが０となる。したがって、図１に示す実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１で流れる循環電流ＩＣが０となるので、スイッチング素子１９、２９に流れる電流が０となる。これにより、スイッチング素子１９、２９における損失を低減することができるので、効率を向上することができる。なお、実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａの動作は、実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１の動作と比較して、ブートストラップコンデンサ４３の充電動作を行うタイミングが異なるのみであるので、リップル電流の低減効果は実施の形態１と同様に得られる。このように、実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａは、昇圧動作時において、リップル電流を低減できるとともに、効率よくブートストラップコンデンサ４３を充電することができる。

次に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａの降圧動作について説明する。図６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａの降圧動作時においてインダクタ３５に流れるインダクタ電流ＩＬと、スイッチング素子１７、１９、２７、２９のゲート端子にそれぞれ入力されるスイッチング信号Ｓ１７、Ｓ１９、Ｓ２７、Ｓ２９を示す。図６において横軸は時刻を示し、縦軸は電流とスイッチング信号のレベルを示す。図６において、実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１の図３と同じ部分には同じ参照番号を付す。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａの制御回路３７Ａは時刻ｔ３０から時刻ｔ４０までは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の制御回路３７の図２に示すサイクルＣｙ１での動作と同様にスイッチング素子１７、１９、２７、２９をオンオフ駆動する。

次に、制御回路３７Ａは、時刻ｔ６１で、図６に示すように、スイッチング素子２７をオフにする。ここで、時刻ｔ６１の求め方について述べる。

ブートストラップコンデンサ４９を充電しないサイクルＣｙ１において、制御回路３７Ａは、例えば時刻ｔ３２から時刻ｔ３３までのオン期間Ｐｄ１にスイッチング素子１９をオンにする。したがって、時刻ｔ４０以降でブートストラップコンデンサ４９を充電しなければ、オン期間Ｐｄ１が時刻ｔ４０から経過する時刻ｔ６２までの間でスイッチング素子１９はオンに維持される。しかし、実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａでは、実施の形態１と同様に、降圧時にはブートストラップコンデンサ４９を充電する充電期間Ｐｃ２に、制御回路３７Ａはスイッチング素子１９をオンに維持するが、インダクタ電流ＩＬは変化しない。時刻ｔ６２でブートストラップコンデンサ４９を充電する充電期間Ｐｃ２が開始される。実施の形態１と同様に、充電期間Ｐｃ２の前後には同時オフ期間Ｄｔ３、Ｄｔ４が設けられる。したがって、制御回路３７Ａは時刻ｔ６２から同時オフ期間Ｄｔ３だけ前の時刻を時刻ｔ６１として求める。ブートストラップコンデンサ４９を充電しないサイクルＣｙ１の時刻ｔ３２から時刻ｔ３３までのスイッチング素子１９のオン期間Ｐｄ１と充電期間Ｐｃ２と同時オフ期間Ｄｔ３、Ｄｔ４は既知であるので、制御回路３７Ａは、これら既知の値から時刻ｔ６１を求めることができる。具体的には、オン期間Ｐｄ１から同時オフ期間Ｄｔ３を引いた期間だけ時刻ｔ４０より後の時点が時刻ｔ６１である。

制御回路３７Ａが時刻ｔ６１でスイッチング素子２７をオフにすると、時刻ｔ６１以降ではスイッチング素子１９のみがオンとなり、他のスイッチング素子１７、２７、２９がオフとなる。これにより、実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１の図３に示す時刻ｔ４１から時刻ｔ４２までと同様に、インダクタ電流ＩＬは低下し続ける。

その後、時刻ｔ６１から同時オフ期間Ｄｔ３が経過した時刻ｔ６２で、制御回路３７Ａはスイッチング素子２９をオンにする。この状態は、実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１での図３の時刻ｔ４２から時刻ｔ４３までの期間と同様に、時刻ｔ６２から時刻ｔ６３までの充電期間Ｐｃ２に駆動電源５３からの電流によりブートストラップコンデンサ４９が充電される。充電期間Ｐｃ２では、実施の形態１と同様、インダクタ電流ＩＬは一定であり、循環電流ＩＣが流れる。

その後、充電期間Ｐｃ２が終了する時刻ｔ６３で制御回路３７Ａはスイッチング素子２９をオフにしてブートストラップコンデンサ４９の充電を完了させると同時にスイッチング素子１９をオフにする。その結果、時刻ｔ６３以降では、全てのスイッチング素子がオフとなる。時刻ｔ６３まではインダクタ電流ＩＬが一定であり循環電流ＩＣが流れる。時刻ｔ６３以降では全てのスイッチング素子１７、１９、２７、２９（スイッチ１７Ｃ、１９Ｃ、２７Ｃ、２９Ｃ）がオフとなるので循環電流ＩＣは流れず、スイッチング素子２７の寄生ダイオード２７Ｄを介して負荷４１へインダクタ電流ＩＬが流れる。その結果、図６に示すように、時刻ｔ６３以降でインダクタ電流ＩＬは再び経時的に低下する。

その後、制御回路３７Ａは、時刻ｔ６３から同時オフ期間Ｄｔ４が経過した時刻ｔ６４でスイッチング素子１７、２７を同時にオンにする。なお、時刻ｔ６４では、図６に示すようにインダクタ電流ＩＬが０になる。ブートストラップコンデンサ４９を充電しない通常時のサイクルＣｙ１においてインダクタ電流ＩＬが最大値から０になるまでの期間（例えば時刻ｔ３１から時刻ｔ３４までの期間）はスイッチング素子１９のオン期間Ｐｄ１と同時オフ期間Ｄｔ１、Ｄｔ２の合計で既知であり、充電期間Ｐｃ２も既知であるので、制御回路３７Ａは、オン期間Ｐｄ１と同時オフ期間Ｄｔ１、Ｄｔ２と充電期間Ｐｃ２の合計の期間だけ時刻ｔ３９から経過した時点を時刻ｔ６４として求めることができる。

時刻ｔ６４でのスイッチング素子の状態では、例えば実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１の図２に示す時刻ｔ３４の状態と同様に、インダクタ電流ＩＬが増加する。ここで、制御回路３７Ａは時刻ｔ６４でスイッチング素子１７、２７を同時にオンにするので、同時オフ期間Ｄｔ２、Ｄｔ４は互いに等しい。時刻ｔ６４からインダクタ電流ＩＬを増加させ始めるために、制御回路３７Ａは時刻ｔ６４より前かつ時刻ｔ６３より後でスイッチング素子２７をオンにしてもよい。すなわち、同時オフ期間Ｄｔ４は同時オフ期間Ｄｔ２より短くてもよく、すなわち同時オフ期間Ｄｔ４は同時オフ期間Ｄｔ２以下である。

ブートストラップコンデンサ４９の充電中にインダクタ電流ＩＬが実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１より小さくなり、最も０に近づく。したがって、スイッチング素子１９、２９に流れる電流が最も小さくなるので、スイッチング素子１９、２９における損失を低減することができ、ゆえに、昇圧時と同様に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａでは効率を向上することができる。なお、実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａの動作は、実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１と比較して、ブートストラップコンデンサ４９の充電のタイミングが異なるのみであるので、実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａは、実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１と同様にリップル電流の低減効果が得られる。これらのことから、実施の形態２のＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａでは、降圧動作時においても、リップル電流を低減できるとともに、効率よくブートストラップコンデンサ４９を充電することが可能になる。

なお、降圧動作時においては、以下の理由でブートストラップコンデンサ４９の充電中にインダクタ電流ＩＬを０にしていない。ブートストラップコンデンサ４９の充電中にインダクタ電流ＩＬを０にすると、制御回路３７Ａは充電期間Ｐｃ２の終了時にスイッチング素子１７をオンにするとほとんど同時にスイッチング素子２９をオフにするようにスイッチング素子１７、１９を制御する必要がある。しかし、実際にこのように制御することは困難である。したがって、スイッチング素子２７、２９を同時にオフに維持する同時オフ期間Ｄｔ４だけインダクタ電流ＩＬが０になる時刻ｔ６４より前の時刻ｔ６３でブートストラップコンデンサ４９の充電を終了させる。したがって、実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａではブートストラップコンデンサ４９の充電中にインダクタ電流ＩＬを０にしていない。

上述のように、制御回路３７Ａは、出力電圧Ｖｏが入力電圧Ｖｉより高い場合に、スイッチング素子２７、２９をオンオフ周期Ｔ２で周期的に繰り返し交互にオンオフしている状態で、スイッチング素子２９をオンにすると同時に維持期間Ｋｔを開始するように駆動回路２１、２３、３１、３３を制御するように動作してもよい。

制御回路３７Ａは、出力電圧Ｖｏが入力電圧Ｖｉより低い場合に、スイッチング素子１７、１９をオンオフ周期Ｔ１で周期的に繰り返し交互にオンオフしている状態で、スイッチング素子１９をオフにすると同時に充電期間Ｐｃ２を終了するように駆動回路２１、２３、３１、３３を制御するように動作してもよい。同時オフ期間Ｄｔ４は同時オフ期間Ｄｔ２以下であってもよい。同時オフ期間Ｄｔ４は同時オフ期間Ｄｔ２より短くてもよい。

以上の構成、動作により、実施の形態１と同様に、実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａはリップル電流を低減することができる上に、インダクタ電流ＩＬを維持する際の電流値が最も小さくなる。したがって、ブートストラップコンデンサ４９の充電時にスイッチング素子１９、２９に流れる電流値を小さくすることができ、ブートストラップコンデンサ４９の充電時の効率を向上することが可能なＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａが得られる。

なお、実施の形態１、２におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１、１１Ａの各種パラメータ（オンオフ周波数ｆ１、ｆ２や充電周期Ｓｃ１、Ｓｃ２など）の具体的な数値は全て一例であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１、１１Ａの必要な仕様に応じて、適宜最適な値を設定すればよい。

また、実施の形態１、２におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１、１１Ａでは、オンオフ動作を交互に繰り返すスイッチング素子における同時オフ期間と、ブートストラップコンデンサを充電する前後における２つのスイッチング素子における同時オフ期間とを同じ値としている。すなわち、昇圧動作と降圧動作において、同時オフ期間Ｄｔ１〜Ｄｔ４は全て同じ値である。これにより、昇圧動作と降圧動作が切り替わっても、容易にスイッチング素子１７、１９、２７、２９を制御できる。但し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１、１１Ａでは、大電流が流れるスイッチング素子と、それほど電流が流れないスイッチング素子とで異なる仕様のスイッチング素子を用いる場合では、それぞれのスイッチング素子の仕様に合わせて同時オフ期間Ｄｔ１〜Ｄｔ４を互いに異ならせてもよい。

また、実施の形態１、２におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１、１１Ａは、直流電源３９である太陽電池の電圧Ｖｉを昇降圧して一定の電圧Ｖｏを出力するが、これに限定されるものではなく、一般に入力電圧Ｖｉが変動しても出力電圧Ｖｏを安定化させてもよい。

本発明にかかるＤＣ／ＤＣコンバータは、電流リップルが少ないことにより電圧安定化を行うことが可能であるため、特に昇圧、および降圧の電圧変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータ等として有用である。

１１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１１Ａ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１３ 入力端子
１５ グランド端子
１７ スイッチング素子（第１スイッチング素子）
１９ スイッチング素子（第２スイッチング素子）
２１ 駆動回路（第１駆動回路）
２３ 駆動回路（第２駆動回路）
２５ 出力端子
２７ スイッチング素子（第３スイッチング素子）
２９ スイッチング素子（第４スイッチング素子）
３１ 駆動回路（第３駆動回路）
３３ 駆動回路（第４駆動回路）
３５ インダクタ
３７ 制御回路
３７Ａ 制御回路
４３ ブートストラップコンデンサ（第１ブートストラップコンデンサ）
４９ ブートストラップコンデンサ（第２ブートストラップコンデンサ）
Ｄｔ１ 同時オフ期間（第３同時オフ期間）
Ｄｔ２ 同時オフ期間（第４同時オフ期間）
Ｄｔ３ 同時オフ期間（第１同時オフ期間）
Ｄｔ４ 同時オフ期間（第２同時オフ期間）
Ｐｃ１ 充電期間（第１充電期間）
Ｐｃ２ 充電期間（第２充電期間）
Ｐｄ１ オン期間（或るオン期間、第２オン期間、或る第２オン期間）
Ｐｄ２ オン期間（第１オン期間、或る第１オン期間）
Ｐｄ１１ オン期間（別のオン期間、第２オン期間、別の第２オン期間）
Ｐｄ２１ オン期間（第１オン期間、別の第１オン期間）
Ｔ１ オンオフ周期（第２オンオフ周期）
Ｔ２ オンオフ周期（第１オンオフ周期）

図８は電源回路５００の昇圧動作時の電圧および電流の波形図である。図８は、ハイサイドスイッチ素子１１１のゲートに与えられる電圧ＶＱ１と、ローサイドスイッチ素子１１３のゲートに与えられる電圧ＶＱ２と、ハイサイドスイッチ素子１１１のドレインソース間に流れる電流ＩＱ１と、ローサイドスイッチ素子１１３のドレインソース間に流れる電流ＩＱ２と、インダクタ１０９に流れる電流ＩＬとを示す。図８において、縦軸は電圧もしくは電流を示し、横軸は時間を示す。

制御回路３７は、入力電圧Ｖｉを昇圧して出力端子２５から出力する場合に、同時オフ期間Ｄｔ３、Ｄｔ４をもってスイッチング素子２７、２９を交互にオンオフ駆動するように動作する。ブートストラップコンデンサ４３は充電期間Ｐｃ１に充電される。制御回路３７は、入力電圧Ｖｉを昇圧して出力端子２５から出力する場合に、ブートストラップコンデンサ４３を充電する際に、充電期間Ｐｃ１と同時オフ期間Ｄｔ１、Ｄｔ２とを合計した維持期間Ｋｔにスイッチング素子２７をオフに維持しかつスイッチング素子２９をオンに維持するように動作する。

ブートストラップコンデンサ４３を充電するサイクルＣｙ２１では、制御回路３７は、スイッチング素子２７をオン期間Ｐｈ２だけオンに維持してサイクルＣｙ２１の期間Ｔ２１のうちのオン期間Ｐｈ２以外の期間にはオフに維持し、スイッチング素子２９をオン期間Ｐｄ２１だけオンに維持して期間Ｔ２１のうちのオン期間Ｐｄ２１以外の期間にはオフに維持する。スイッチング素子２９のオン期間Ｐｄ２１は時刻ｔ１０から時刻ｔ１５までの期間である。制御回路３７は、ブートストラップコンデンサ４３を充電しないサイクルＣｙ２でのスイッチング素子２９のオン期間Ｐｄ２に維持期間Ｋｔを加えてオン期間Ｐｄ２１を求め、時刻ｔ１０からオン期間Ｐｄ２１だけ経過した時点を時刻ｔ１５として求める。すなわち、制御回路３７は、図２に示すインダクタ電流ＩＬが一定になっている維持期間Ｋｔだけ、スイッチング素子２７がオフに維持されてかつスイッチング素子２９がオンに維持されるオン期間Ｐｄ２１をオン期間Ｐｄ２より長くする。これにより、時刻ｔ１５でのインダクタ電流ＩＬの最大値を、図２に示すように、ブートストラップコンデンサ４３を充電していないサイクルＣｙ２での例えば時刻ｔ３、ｔ７でのインダクタ電流ＩＬの最大値と同じにすることができる。その結果、ブートストラップコンデンサ４３を充電しても出力端子２５におけるリップル電流を低減することが可能となる。実際に昇圧時の上記動作により、この動作を行わない場合に比べ電流リップルが約３０％低減されることを確認した。

次に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａの降圧動作について説明する。図６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａの降圧動作時においてインダクタ３５に流れるインダクタ電流ＩＬと、スイッチング素子１７、１９、２７、２９のゲート端子にそれぞれ入力されるスイッチング信号Ｓ１７、Ｓ１９、Ｓ２７、Ｓ２９を示す。図６において横軸は時刻を示し、縦軸は電流とスイッチング信号のレベルを示す。図６において、実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１の図３と同じ部分には同じ参照番号を付す。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａの制御回路３７Ａは時刻ｔ３０から時刻ｔ４０までは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の制御回路３７の図３に示すサイクルＣｙ１での動作と同様にスイッチング素子１７、１９、２７、２９をオンオフ駆動する。

時刻ｔ６４でのスイッチング素子の状態では、例えば実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１の図３に示す時刻ｔ３４の状態と同様に、インダクタ電流ＩＬが増加する。ここで、制御回路３７Ａは時刻ｔ６４でスイッチング素子１７、２７を同時にオンにするので、同時オフ期間Ｄｔ２、Ｄｔ４は互いに等しい。時刻ｔ６４からインダクタ電流ＩＬを増加させ始めるために、制御回路３７Ａは時刻ｔ６４より前かつ時刻ｔ６３より後でスイッチング素子２７をオンにしてもよい。すなわち、同時オフ期間Ｄｔ４は同時オフ期間Ｄｔ２より短くてもよく、すなわち同時オフ期間Ｄｔ４は同時オフ期間Ｄｔ２以下である。

なお、降圧動作時においては、以下の理由でブートストラップコンデンサ４９の充電中にインダクタ電流ＩＬを０にしていない。ブートストラップコンデンサ４９の充電中にインダクタ電流ＩＬを０にすると、制御回路３７Ａは充電期間Ｐｃ２の終了時にスイッチング素子１７をオンにするとほとんど同時にスイッチング素子２９をオフにするようにスイッチング素子１７、２９を制御する必要がある。しかし、実際にこのように制御することは困難である。したがって、スイッチング素子２７、２９を同時にオフに維持する同時オフ期間Ｄｔ４だけインダクタ電流ＩＬが０になる時刻ｔ６４より前の時刻ｔ６３でブートストラップコンデンサ４９の充電を終了させる。したがって、実施の形態２におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１Ａではブートストラップコンデンサ４９の充電中にインダクタ電流ＩＬを０にしていない。

Claims (16)

1. 入力電圧を変換して得られた出力電圧を出力するように構成されたＤＣ／ＤＣコンバータであって、
   前記入力電圧が印加されるように構成された入力端子と、
   前記出力電圧を出力するように構成された出力端子と、
   グランド端子と、
   前記入力端子と前記グランド端子との間に電気的に直列に接続された第１スイッチング素子と、
   前記入力端子と前記グランド端子との間で前記第１スイッチング素子と第１接続点で電気的に直列に接続された第２スイッチング素子と、
   前記第１スイッチング素子をオンオフ駆動する第１駆動回路と、
   第１ブートストラップコンデンサを有して、前記第１駆動回路に電気的に接続された第１ブートストラップコンデンサ回路と、
   前記第２スイッチング素子をオンオフ駆動する第２駆動回路と、
   前記出力端子と前記グランド端子との間に電気的に直列に接続された第３スイッチング素子と、
   前記出力端子と前記グランド端子との間で前記第３スイッチング素子と第２接続点で電気的に直列に接続された第４スイッチング素子と、
   前記第３スイッチング素子をオンオフ駆動する第３駆動回路と、
   第２ブートストラップコンデンサを有して、前記第３駆動回路に電気的に接続された第２ブートストラップコンデンサ回路と、
   前記第４スイッチング素子をオンオフ駆動する第４駆動回路と、
   前記第１接続点と前記第２接続点との間に電気的に直列に接続されたインダクタと、
   前記第１駆動回路と前記第２駆動回路と前記第３駆動回路と前記第４駆動回路と電気的に接続された制御回路と、
   を備え、
   前記制御回路は、前記出力電圧が前記入力電圧より高い場合に、
   前記第３スイッチング素子をオフにしてから前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子とを共にオフに維持する第１同時オフ期間を経て前記第４スイッチング素子をオンにしてかつ前記第４スイッチング素子をオフにしてから前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子とを共にオフに維持する第２同時オフ期間を経て前記第３スイッチング素子をオンにするように、前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子とを第１オンオフ周期で周期的に繰り返し交互にオンオフし、
   前記第１スイッチング素子をオフにしてから前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とを共にオフに維持する第３同時オフ期間を経て前記第２スイッチング素子をオンにしてかつ前記第２スイッチング素子をオフにしてから前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とを共にオフに維持する第４同時オフ期間を経て前記第１スイッチング素子をオンにするように前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子とを交互にオンオフして、前記第３同時オフ期間と前記第４同時オフ期間と第１充電期間との合計である維持期間に前記第１スイッチング素子をオフに維持する間に前記第２スイッチング素子を前記第１充電期間にオンに維持することで前記第１ブートストラップコンデンサを充電する、
   ように前記第１駆動回路と前記第２駆動回路と前記第３駆動回路と前記第４駆動回路とを制御するように動作し、
   前記制御回路は、前記出力電圧が前記入力電圧より低い場合に、
   前記第１スイッチング素子をオフにしてから前記第３同時オフ期間を経て前記第２スイッチング素子をオンにしてかつ前記第２スイッチング素子をオフにしてから前記第４同時オフ期間を経て前記第１スイッチング素子をオンにするように、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とを第２オンオフ周期で周期的に繰り返し交互にオンオフし、
   前記第３スイッチング素子をオフにしてから前記第１同時オフ期間を経て前記第４スイッチング素子をオンにしてかつ前記第４スイッチング素子をオフにしてから前記第２同時オフ期間を経て前記第３スイッチング素子をオンにする前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子とを交互にオンオフして、前記第３スイッチング素子をオフに維持している間に第２充電期間に前記第４スイッチング素子をオンに維持することで前記第２ブートストラップコンデンサを充電する、
   ように前記第１駆動回路と前記第２駆動回路と前記第３駆動回路と前記第４駆動回路とを制御するように動作する、ＤＣ／ＤＣコンバータ。
2. 前記制御回路は、前記出力電圧が前記入力電圧より高い場合に、前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子とを前記第１オンオフ周期で周期的に繰り返し交互にオンオフしている状態で前記第４スイッチング素子をオンにすると同時に前記維持期間を開始するように前記第１駆動回路と前記第２駆動回路と前記第３駆動回路と前記第４駆動回路とを制御するように動作する、請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
3. 前記制御回路は、前記出力電圧が前記入力電圧より低い場合に、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とを前記第２オンオフ周期で周期的に繰り返し交互にオンオフしている状態で前記第２スイッチング素子をオフにすると同時に前記第２充電期間を終了するように前記第１駆動回路と前記第２駆動回路と前記第３駆動回路と前記第４駆動回路とを制御するように動作する、請求項１または２に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
4. 前記第２同時オフ期間は前記第４同時オフ期間以下である、請求項３に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
5. 前記第２同時オフ期間は前記第４同時オフ期間より短い、請求項３に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
6. 前記制御回路は、前記出力電圧が前記入力電圧より高い場合に、
   複数の第１オン期間に前記第３スイッチング素子をオンに維持するように前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子とを第１オンオフ周期で周期的に繰り返し交互にオンオフし、
   前記複数の第１オン期間のうちの或る第１オン期間に前記第１ブートストラップコンデンサを充電しないように、前記第１スイッチング素子をオンに維持してかつ前記第２スイッチング素子をオフに維持し、
   前記複数の第１オン期間のうちの別の第１オン期間において前記維持期間に前記第１スイッチング素子をオフに維持している間に前記第２スイッチング素子を前記第１充電期間にオンに維持することで前記第１ブートストラップコンデンサを充電し、
   前記別の第１オン期間を前記維持期間だけ前記或る第１オン期間より長くする、
   ように前記第１駆動回路と前記第２駆動回路と前記第３駆動回路と前記第４駆動回路とを制御するように動作する、請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
7. 前記制御回路は、前記出力電圧が前記入力電圧より低い場合に、
   複数の第２オン期間に前記第１スイッチング素子をオンに維持するように前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とを前記第２オンオフ周期で周期的に繰り返し交互にオンオフし、
   前記複数の第２オン期間のうちの或る第２オン期間に前記第２ブートストラップコンデンサを充電しないように、前記第３スイッチング素子をオンに維持してかつ前記第４スイッチング素子をオフに維持し、
   前記複数の第２オン期間のうちの別の第２オン期間において前記第２充電期間に前記第３スイッチング素子をオフに維持してかつ前記第４スイッチング素子をオンに維持することで前記第２ブートストラップコンデンサを充電し、
   前記別の第２オン期間を前記第２充電期間だけ前記或る第２オン期間より長くする、
   ように前記第１駆動回路と前記第２駆動回路と前記第３駆動回路と前記第４駆動回路とを制御するように動作する、請求項６に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
8. 前記制御回路は、前記出力電圧が前記入力電圧より低い場合に、
   複数のオン期間に前記第１スイッチング素子をオンに維持するように前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とを前記第２オンオフ周期で周期的に繰り返し交互にオンオフし、
   前記複数のオン期間のうちの或るオン期間に前記第２ブートストラップコンデンサを充電しないように、前記第３スイッチング素子をオンに維持してかつ前記第４スイッチング素子をオフに維持し、
   前記複数のオン期間のうちの別のオン期間において前記第２充電期間に前記第３スイッチング素子をオフに維持してかつ前記第４スイッチング素子をオンに維持することで前記第２ブートストラップコンデンサを充電し、
   前記別のオン期間を前記第２充電期間だけ前記或るオン期間より長くする、
   ように前記第１駆動回路と前記第２駆動回路と前記第３駆動回路と前記第４駆動回路とを制御するように動作する、請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
9. 前記第１同時オフ期間は前記第２同時オフ期間と同じである、請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
10. 前記第３同時オフ期間は前記第４同時オフ期間と同じである、請求項９に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
11. 前記第１同時オフ期間は前記第３同時オフ期間と同じである、請求項１０に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
12. 前記第３同時オフ期間は前記第４同時オフ期間と同じである、請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
13. 前記第１オンオフ周期は前記第２オンオフ周期と同じである、請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
14. 前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子と前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子のそれぞれは、前記制御回路により制御されるスイッチと、前記スイッチに並列に接続された寄生ダイオードとを有する、請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
15. 入力電圧を変換して得られた出力電圧を出力するように構成されたＤＣ／ＤＣコンバータであって、
    前記入力電圧が印加されるように構成された入力端子と、
    前記出力電圧を出力するように構成された出力端子と、
    グランド端子と、
    前記入力端子と前記グランド端子との間に電気的に直列に接続された第１スイッチング素子と、
    前記入力端子と前記グランド端子との間で前記第１スイッチング素子と第１接続点で電気的に直列に接続された第２スイッチング素子と、
    前記第１スイッチング素子をオンオフ駆動する第１駆動回路と、
    第１ブートストラップコンデンサを有して、前記第１駆動回路に電気的に接続された第１ブートストラップコンデンサ回路と、
    前記第２スイッチング素子をオンオフ駆動する第２駆動回路と、
    前記出力端子と前記グランド端子との間に電気的に直列に接続された第３スイッチング素子と、
    前記出力端子と前記グランド端子との間で前記第３スイッチング素子と第２接続点で電気的に直列に接続された第４スイッチング素子と、
    前記第３スイッチング素子をオンオフ駆動する第３駆動回路と、
    第２ブートストラップコンデンサを有して、前記第３駆動回路に電気的に接続された第２ブートストラップコンデンサ回路と、
    前記第４スイッチング素子をオンオフ駆動する第４駆動回路と、
    前記第１接続点と前記第２接続点との間に電気的に直列に接続されたインダクタと、
    前記第１駆動回路と前記第２駆動回路と前記第３駆動回路と前記第４駆動回路と電気的に接続された制御回路と、
    を備え、
    前記制御回路は、前記出力電圧が前記入力電圧より高い場合に、
    複数の第１オン期間に前記第３スイッチング素子をオンに維持するように前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子とのオンオフを切り替えるように、前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子とを第１オンオフ周期で周期的に繰り返し交互にオンオフし、
    前記複数の第１オン期間のうちの或る第１オン期間に前記第１ブートストラップコンデンサを充電しないように、前記第１スイッチング素子をオンに維持してかつ前記第２スイッチング素子をオフに維持し、
    前記複数の第１オン期間のうちの別の第１オン期間内の維持期間に前記第１スイッチング素子をオフに維持している間に前記第２スイッチング素子をオンにして前記第１ブートストラップコンデンサを充電し、
    前記別の第１オン期間を前記維持期間だけ前記或る第１オン期間より長くする、
    ように前記第１駆動回路と前記第２駆動回路と前記第３駆動回路と前記第４駆動回路とを制御するように動作し、
    前記制御回路は、前記出力電圧が前記入力電圧より低い場合に、
    複数の第２オン期間に前記第１スイッチング素子をオンに維持するように前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とのオンオフを切り替えるように、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とを第２オンオフ周期で周期的に繰り返し交互にオンオフし、
    前記複数の第２オン期間のうちの或る第２オン期間に前記第２ブートストラップコンデンサを充電しないように、前記第３スイッチング素子をオンに維持してかつ前記第４スイッチング素子をオフに維持し、
    前記複数の第２オン期間のうちの別の第２オン期間内の充電期間に前記第３スイッチング素子をオフに維持してかつ前記第４スイッチング素子をオンに維持することで前記第２ブートストラップコンデンサを充電し、
    前記別の第２オン期間を前記充電期間だけ前記或る第２オン期間より長くする、
    ように前記第１駆動回路と前記第２駆動回路と前記第３駆動回路と前記第４駆動回路とを制御するように動作する、ＤＣ／ＤＣコンバータ。
16. 前記第１オンオフ周期は前記第２オンオフ周期と同じである、請求項１５に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。

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