WO2015004953A1

WO2015004953A1 - スイッチング装置

Info

Publication number: WO2015004953A1
Application number: PCT/JP2014/057991
Authority: WO
Inventors: 片岡　耕太郎; 野村　勝; 竹史塩見; 周治若生; 柴田　晃秀; 岩田　浩
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2014-03-24
Publication date: 2015-01-15
Also published as: JP6110490B2; US20160172960A1; US9660513B2; JPWO2015004953A1

Abstract

　制御回路（１５）は、生成回路（１１）が生成した駆動電圧（Ｖ_ＯＣ）にて駆動して制御信号を出力する。ドライブ回路（１４）は、生成回路（１２）が生成した駆動電圧（Ｖ_ＯＤ）にて駆動し、制御信号に従ったドライブ信号をスイッチング回路（１３）に供給することで、スイッチング回路（１３）内のスイッチング素子をオン又はオフする。スイッチング装置（１）の起動時において、電圧生成制御部（１６）は、生成回路（１１）の出力電圧（Ｖ_ＯＣ）の電圧値を検出し、検出電圧値が所定閾値以上になったことを確認してから、生成回路（１２）の起動を許可する。

Description

スイッチング装置

　本発明は、スイッチング装置に関する。

　図１３に、スイッチング装置の構成例を示す。インバータ等のスイッチング回路を制御する際、通常、ゲート信号を供給するゲートドライバ（ドライバ回路）とゲートドライバを制御する制御回路が設けられ、ゲートドライバ及び制御回路に対して互いに異なる駆動電圧（例えば３．３Ｖと１５Ｖ）が必要となる。従って、ゲートドライバ用の電源回路と制御回路用の電源回路を別に設けることが一般的である（例えば下記特許文献１参照）。

特開２０１０－２３９７６６号公報

　図１３において、制御回路の起動前には、制御信号を伝搬すべき信号線に論理が不定の信号が加わるおそれがある、従って、制御回路用の電源回路の出力が立ち上がる前にゲートドライバ用の電源回路の出力が立ち上がった場合、制御回路用の電源回路の出力が立ち上がるまでの時間帯において、論理が不定の信号の入力に応答し、スイッチング回路に誤動作（意図しないスイッチング素子のオン／オフ）が発生するおそれがある。例えば、直列接続された電界効果トランジスタの同時オンによる貫通電流が発生しうる。スイッチング回路の誤動作によって、スイッチング素子を含むスイッチング回路内の回路素子又はその周辺素子が破壊又は劣化するおそれがある。

　そこで本発明は、起動時におけるスイッチング回路の誤動作抑制に寄与するスイッチング装置を提供することを目的とする。

　本発明に係るスイッチング装置は、スイッチング素子を有するスイッチング回路と、第１入力電圧に基づき第１駆動電圧を生成する第１駆動電圧生成回路と、第２入力電圧に基づき第２駆動電圧を生成する第２駆動電圧生成回路と、前記第１駆動電圧にて駆動して制御信号を生成する制御回路と、前記第２駆動電圧にて駆動し、前記制御信号に基づくドライブ信号を前記スイッチング回路に供給することで前記スイッチング素子をオン又はオフするドライブ回路と、前記制御回路の起動後に前記第２駆動電圧生成回路による前記第２駆動電圧の生成動作が許可されるよう、前記第２駆動電圧生成回路を制御する電圧生成制御部と、を備えたことを特徴とする。

　本発明によれば、起動時におけるスイッチング回路の誤動作抑制に寄与するスイッチング装置を提供することが可能である。

本発明の第１実施形態に係るスイッチング装置の概略ブロック図である。図１のスイッチング回路の内部構成例を示す図である。本発明の第１実施形態に係り、スイッチング装置と電圧源（共通電圧源）との関係例を示す図である。本発明の第１実施形態に係り、スイッチング装置と電圧源（３つの電圧源）との関係例を示す図である。本発明の第２実施形態に係るスイッチング装置の概略ブロック図である。本発明の第３実施形態に係るスイッチング装置の部分回路図である。本発明の第４実施形態に係るスイッチング装置の概略ブロック図である。本発明の第４実施形態に係るスイッチング装置の概略ブロック図である。図７のスイッチング回路の内部構成例を示す図である。本発明の第４実施形態に係り、スイッチング装置と電圧源（共通電圧源）との関係例を示す図である。本発明の第４実施形態に係り、電圧源の出力と生成される駆動電圧との関係を示す図である。本発明の第５実施形態に係るスイッチング装置の部分回路図である。従来のスイッチング装置の構成を示す図である。

　以下、本発明の実施形態の例を、図面を参照して具体的に説明する。参照される各図において、同一の部分には同一の符号を付し、同一の部分に関する重複する説明を原則として省略する。尚、本明細書では、記述の簡略化上、情報、信号、物理量、状態量又は部材等を参照する記号又は符号を記すことによって該記号又は符号に対応する情報、信号、物理量、状態量又は部材等の名称を省略又は略記することがある。

＜第１実施形態＞
　本発明の第１実施形態を説明する。図１は、第１実施形態に係るスイッチング装置１の概略ブロック図である。スイッチング装置１は、符号１１～１６によって参照される各部位を備える。

　制御回路用駆動電圧生成回路１１（以下、生成回路１１と略記する）は、制御回路用電源動作により、入力電圧Ｖ_ＩＮＣから、制御回路１５を駆動するための直流の駆動電圧Ｖ_ＯＣを生成する。ここでは、入力電圧Ｖ_ＩＮＣは直流電圧であると考えるが、入力電圧Ｖ_ＩＮＣを交流にすることも可能である。生成回路１１は、昇圧型の電源回路でも降圧型の電源回路でも良い。本明細書において、任意の電圧は、特に記述無き限り、０Ｖ（ボルト）の基準電位を有するグランドから見た電圧であるとする。生成回路１１の電源動作の起動前においてＶ_ＯＣ＝０であるが、生成回路１１の電源動作の起動後、駆動電圧Ｖ_ＯＣは、所定の目標電圧に向けて上昇する。

　ドライブ回路用駆動電圧生成回路１２（以下、生成回路１２と略記する）は、ドライブ回路用電源動作により、入力電圧Ｖ_ＩＮＤから、ドライブ回路１４を駆動するための直流の駆動電圧Ｖ_ＯＤを生成する。ここでは、入力電圧Ｖ_ＩＮＤは直流電圧であると考えるが、入力電圧Ｖ_ＩＮＤを交流にすることも可能である。生成回路１２は、昇圧型の電源回路でも降圧型の電源回路でも良い。生成回路１２の電源動作の起動前においてＶ_ＯＤ＝０であるが、生成回路１２の電源動作の起動後、駆動電圧Ｖ_ＯＤは、所定の目標電圧に向けて上昇する。

　ドライブ回路１４へは、ゲートドライブ用の電圧（例えば１０～１５Ｖ）が必要となる一方で、ドライブ回路１４に対する制御回路１５へは、それと異なる電圧、通常は、より低い電圧（例えば３．３Ｖ～５Ｖ）が必要である。従って、スイッチング装置１には、２つの駆動電圧生成回路１１及び１２が設けられている。

　スイッチング回路１３は、１以上の任意の個数のスイッチング素子を有し、ドライブ回路１４からのドライブ信号に従うスイッチング動作により入力電圧Ｖ_ＩＮＳから出力電圧Ｖ_ＯＳを生成する。スイッチング回路１３に、スイッチング素子以外の回路素子が更に含まれていても良い。スイッチング動作において、スイッチング回路１３内の各スイッチング素子は、ドライブ回路１４からのドライブ信号に従ってオン又はオフとされる。スイッチング回路１３におけるスイッチング素子は、任意の種類の半導体スイッチング素子であって良いし、機械式スイッチング素子（リレー等）であっても良い。半導体スイッチング素子は、例えば、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor　field-effect　transistor）等の電界効果トランジスタ、又は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）である。

　スイッチング回路１３は、どのようなスイッチング回路であっても良いが、ここでは、スイッチング回路１３が図２のスイッチング回路ＣＣ１３であることを考える。スイッチング回路ＣＣ１３は、直流の入力電圧Ｖ_ＩＮＳから交流の出力電圧Ｖ_ＯＳを生成するインバータ回路であり、互いに直列接続されたスイッチング素子６１及び６２を有する。図２の例において、スイッチング素子６１及び６２は、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor　field-effect　transistor）である。ハイサイドスイッチであるＭＯＳＦＥＴ６１には、ＭＯＳＦＥＴ６１のソースからドレインに向かう方向を順方向とするダイオード６３が付与されている。ローサイドスイッチであるＭＯＳＦＥＴ６２には、ＭＯＳＦＥＴ６２のソースからドレインに向かう方向を順方向とするダイオード６４が付与されている。ダイオード６３及び６４は、夫々、ＭＯＳＦＥＴ６１及び６２の寄生ダイオードであって良い。

　ＭＯＳＦＥＴ６１のドレインに直流の入力電圧Ｖ_ＩＮＳが印加され（Ｖ_ＩＮＳ＞０）、ＭＯＳＦＥＴ６２のソースはグランドに接続される。ＭＯＳＦＥＴ６１のソースとＭＯＳＦＥＴ６２のドレインは接続点６５にて共通接続される。ドライブ回路１４が出力するドライブ信号は、ＭＯＳＦＥＴ６１及び６２のゲート電位を制御する２つの信号から成る。ドライブ信号によってＭＯＳＦＥＴ６１及び６２が交互にオンされることで、接続点６５から交流の出力電圧Ｖ_ＯＳが出力される。

　ドライブ回路１４は、駆動電圧Ｖ_ＯＤにて駆動し、制御回路１５からの制御信号に基づくドライブ信号をスイッチング回路１３に供給することでスイッチング回路１３内の各スイッチング素子をオン又はオフする。尚、ドライブ回路１４の駆動前において、図２のＭＯＳＦＥＴ６１及び６２はオフに維持される。スイッチング素子がＭＯＳＦＥＴ等の電界効果トランジスタである場合、ドライブ回路１４は、スイッチング素子にゲート信号を供給するゲートドライバである。

　制御回路１５は、駆動電圧Ｖ_ＯＣにて駆動して制御信号を生成し、該制御信号をドライブ回路１４に供給する。

　入力電圧Ｖ_ＩＮＣ、Ｖ_ＩＮＤ及びＶ_ＩＮＳは、共通の電圧源から供給されるものであって良い。即ち例えば、図３に示す如く、入力電圧Ｖ_ＩＮＣ、Ｖ_ＩＮＤ及びＶ_ＩＮＳが共通の電圧源２から供給される構成を採用することもできる。図３において、電圧源２の出力電圧が入力電圧Ｖ_ＩＮＣ、Ｖ_ＩＮＤ及びＶ_ＩＮＳとして生成回路１１、生成回路１２及びスイッチング回路１３に供給される（従って、Ｖ_ＩＮＣ＝Ｖ_ＩＮＤ＝Ｖ_ＩＮＳ）。

　或いは、入力電圧Ｖ_ＩＮＣ、Ｖ_ＩＮＤ及びＶ_ＩＮＳは、互いに異なる電圧源から供給されるものであっても良い。即ち例えば、図４に示す如く、入力電圧Ｖ_ＩＮＣ、Ｖ_ＩＮＤ、Ｖ_ＩＮＳは、夫々、互いに異なる電圧源２_Ｃ、２_Ｄ、２_Ｓから供給されても良い。この場合、入力電圧Ｖ_ＩＮＣ、Ｖ_ＩＮＤ及びＶ_ＩＮＳの電圧値は互いに異なりうる。

　或いは、入力電圧Ｖ_ＩＮＣ、Ｖ_ＩＮＤ及びＶ_ＩＮＳの内、任意の２つの入力電圧が第１電圧源から供給される一方で、残りの１つの入力電圧が第２電圧源から供給されるものであっても良い（それらの供給の図示は割愛）。ここで、第２電圧源は第１電圧源と異なる。

　電圧源２、２_Ｓ、２_Ｃ及び２_Ｄは、太陽電池であると良い（第１及び第２電圧源も同様）。太陽電池は、太陽光に基づく発電を行って当該発電にて得た直流電圧を出力する。但し、電圧源２、２_Ｓ、２_Ｃ及び２_Ｄは、太陽光以外の任意のエネルギ源（化石燃料、水力、風力、地熱など）を用いて直流電圧を出力するものであっても良い（第１及び第２電圧源も同様）。或いは例えば、電圧源２、２_Ｓ、２_Ｃ及び２_Ｄは、アルカリ電池等の一次電池又はリチウムイオン電池等の二次電池にて形成されていても良い（第１及び第２電圧源も同様）。以下の説明では、入力電圧Ｖ_ＩＮＣ、Ｖ_ＩＮＤ及びＶ_ＩＮＳは全て正の直流電圧であるとする。

　制御回路１５は、マイクロコンピュータ、論理回路等から成る。生成回路１１から出力される駆動電圧Ｖ_ＯＣの電圧値が所定の下限値Ｖ_ＴＨ１より小さいとき、制御回路１５の起動及び正常動作が保証されず、駆動電圧Ｖ_ＯＣの電圧値が下限値Ｖ_ＴＨ１以上のときに、制御回路１５の起動及び正常動作が確保される。制御回路１５における起動とは、制御回路１５が動作していない状態から、制御回路１５が正常動作できる状態へ移行することを指す。

　制御回路１５の起動前あるいは起動動作中においては、制御信号を伝搬すべき信号線に論理が不定の信号が加わるおそれがある。例えば起動動作中、制御回路１５に所定の電圧値に満たない中途半端な電圧が印加されている状態において、制御回路１５の一部が正常に動作しつつも他の一部が論理不定となっていると、その時間帯には、誤った制御信号が出力されてしまう可能性がある。従って、仮に、制御回路１５の起動前あるいは起動動作中に、十分に高い駆動電圧Ｖ_ＯＤがドライブ回路１４に供給されたならば、論理が不定の信号の入力に応答して、スイッチング回路１３に誤動作（意図しないスイッチング素子のオン／オフ）が発生するおそれがある。例えば、図２のＭＯＳＦＥＴ６１及び６２の同時オンが発生するおそれがある。スイッチング回路１３の誤動作によって、スイッチング素子を含むスイッチング回路１３内の回路素子又はその周辺素子が破壊又は劣化するおそれがある。

　図３に示す如く入力電圧Ｖ_ＩＮＣ、Ｖ_ＩＮＤ及びＶ_ＩＮＳが共通の電圧源２から供給される電圧であったとしても、生成回路１１及び１２の回路構成及び動作によっては、駆動電圧Ｖ_ＯＣよりも先に駆動電圧Ｖ_ＯＤが立ち上がる可能性もある。また、図４のような回路構成の場合には、入力電圧Ｖ_ＩＮＣが供給されていないときに入力電圧Ｖ_ＩＮＳ及びＶ_ＩＮＤが供給されることもある。これらの場合に、上記のような誤動作を回避することが必要である。そこで、スイッチング素子１には電圧生成制御部１６が設けられている。

　電圧生成制御部１６は、制御回路１５の起動後に上記ドライブ回路用電源動作が許可されるよう（ドライブ回路用電源動作の開始が許可されるよう）、生成回路１２を制御する。換言すれば、電圧生成制御部１６は、制御回路１５の起動前において、ドライブ回路用電源動作の実行を禁止する。ドライブ回路用電源動作は、生成回路１２による駆動電圧Ｖ_ＯＤの生成動作を指す。所定電圧値以上の入力電圧Ｖ_ＩＮＤが生成回路１２に供給されている状態でドライブ回路用電源動作の実行が許可された場合、その許可が得られた時点から、生成回路１２は、ドライブ回路用電源動作の実行を開始する。従って、電圧生成制御部１６は、制御回路１５の起動後にドライブ回路用電源動作が開始されるよう、生成回路１２を制御しているとも言える（後述の電圧生成制御部１６Ａについても同様）。

　これを実現すべく、第１実施形態における電圧生成制御部１６は、生成回路１１の出力電圧である駆動電圧Ｖ_ＯＣの電圧値を検出し、駆動電圧Ｖ_ＯＣの電圧値が所定閾値Ｖ_ＴＨ２以上になっていることを確認した場合に、ドライブ回路用電源動作の実行を許可する（ドライブ回路用電源動作を開始させる）。ここで、“Ｖ_ＴＨ２≧Ｖ_ＴＨ１＞０”である（単位はボルト）。駆動電圧Ｖ_ＯＣの電圧値が所定閾値Ｖ_ＴＨ２未満である場合、電圧生成制御部１６は、ドライブ回路用電源動作の実行を許可しない。尚、電圧生成制御部１６を駆動するための電圧は、入力電圧Ｖ_ＩＮＣ又はＶ_ＩＮＤであると良い（後述の電圧生成制御部１６Ａについても同様）。

　ドライブ回路用電源動作の実行開始前において、生成回路１２の出力電圧は十分に低く（通常は０Ｖ）、ＭＯＳＦＥＴ６１及び６２をオンするドライブ信号がドライブ回路１４から出力されることは無い（但し、ノイズ等による異常動作を無視）。ドライブ回路用電源動作を開始されると、生成回路１２の出力電圧は、十分に低い電圧（通常は０Ｖ）から上昇を開始して所定の目標電圧で安定化する。生成回路１２の出力電圧（即ちＶ_ＯＤ）が当該目標電圧で安定化しているとき、又は、生成回路１２の出力電圧（即ちＶ_ＯＤ）が当該目標電圧より若干低い電圧に達すると、ドライブ回路１４によるＭＯＳＦＥＴ６１及び６２のオン／オフ制御が可能となる。

　本実施形態によれば、スイッチング装置の起動時におけるスイッチング回路の誤動作を確実に防止することが可能となる。

＜第２実施形態＞
　本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態並びに後述の第３～第５実施形態は第１実施形態を基礎とする実施形態であり、第２～第５実施形態において特に述べない事項に関しては、特に記述無き限り且つ矛盾の無い限り、第１実施形態の記載が第２～第５実施形態にも適用される。

　図５は、第２実施形態に係るスイッチング装置１Ａの概略ブロック図である。スイッチング装置１Ａは、符号１１～１５及び１６Ａによって参照される各部位を備える。つまり、第１実施形態のスイッチング装置１における電圧生成制御部１６を電圧生成制御部１６Ａに置き換えることで、スイッチング装置１Ａが形成される。

　電圧生成制御部１６Ａは、第１実施形態で述べた電圧生成制御部１６と同等の機能を持つ。即ち、電圧生成制御部１６Ａは、制御回路１５の起動後に上記ドライブ回路用電源動作が許可されるよう（ドライブ回路用電源動作の開始が許可されるよう）、生成回路１２を制御する。但し、電圧生成制御部１６Ａは、駆動電圧Ｖ_ＯＣの電圧値に基づき当該許可を出すのではなく、駆動電圧Ｖ_ＯＣに基づき制御回路１５にて生成された起動信号に基づいて、当該許可を出す。

　制御回路１５は、自身の起動後に起動信号を出力するように構成されている（起動前には起動信号を出力しない）。従って、電圧生成制御部１６Ａは、制御回路１５から起動信号が出力されていることを確認した場合に、ドライブ回路用電源動作の実行を許可する。制御回路１５から起動信号が出力されていない場合、電圧生成制御部１６は、ドライブ回路用電源動作の実行を許可しない。

　例えば、制御回路１５は、自身の特定端子からローレベル又はローレベルより電位の高いハイレベルの電圧信号を出力し、特定端子からのハイレベルの電圧信号が起動信号として機能する。特定端子における電圧信号は駆動電圧Ｖ_ＯＣに基づき生成され、その電圧信号の電圧値（電圧レベル）は、駆動電圧Ｖ_ＯＣの電圧値を超えない。電圧生成制御部１６は、上記特定端子からの電圧信号が所定値以上の電圧値を有しているとき、制御回路１５から起動信号が出力されていると判断すればよい。

　第２実施形態によっても、スイッチング装置の起動時におけるスイッチング回路の誤動作を確実に防止することが可能となる。

＜第３実施形態＞
　本発明の第３実施形態を説明する。第３実施形態では、本発明に係るスイッチング装置の具体的回路例を説明する。図６は、本発明に係るスイッチング装置の具体的な部分回路図である。図６の回路には、第１実施形態の技術が適用されている。電圧源２を除き、図６に示される各部位は、スイッチング装置１の構成要素に含まれる。図６において、回路ＣＣ１１、ＣＣ１２、ＣＣ１６は、夫々、生成回路１１、生成回路１２、電圧生成制御部１６の例である。

　電圧源２の正側の出力端子１０１は、電源ＩＣ１１０及び１２０の過電圧保護等を目的とした保護回路１０２を介して分岐点１０３に接続され、分岐点１０３に電圧入力線１０４及び１０５が接続される。電圧源２の負側の出力端子はグランドに接続される。電圧入力線１０４、１０５への印加電圧が、夫々、入力電圧Ｖ_ＩＮＣ、Ｖ_ＩＮＤに相当する。

　回路ＣＣ１１は、スイッチングレギュレータを形成する電源ＩＣ１１０と、コンデンサＣ１１０～Ｃ１１２と、インダクタＬ１１０と、分圧抵抗Ｒ１１０及びＲ１１１を有する。電源ＩＣ１１０は、入力端子１１１、ＳＳ（ソフトスタート）端子１１２、出力端子１１３及びＦＢ（フィードバック）端子１１４を有する。コンデンサＣ１１０は、複数のコンデンサにて形成されていても良い（他のコンデンサについても同様）。インダクタＬ１１０は、複数のインダクタにて形成されていても良い（他のインダクタについても同様）。分圧抵抗Ｒ１１０は、複数の抵抗にて形成されていても良い（他の抵抗についても同様）。

　電圧入力線１０４は、入力端子１１１に接続されていると共に、コンデンサＣ１１０を介してグランドに接続されている。出力端子１１３は、インダクタＬ１１０を介して出力コンデンサＣ１１２の正極に接続され、出力コンデンサＣ１１２の負極はグランドに接続される。出力コンデンサＣ１１２に加わる電圧は、分圧抵抗Ｒ１１０及びＲ１１１の直列接続回路に印加される。より具体的には、出力コンデンサＣ１１２の正極は分圧抵抗Ｒ１１０の一端に接続され、分圧抵抗Ｒ１１０の他端は分圧抵抗Ｒ１１１を介してグランドに接続される。そして、分圧抵抗Ｒ１１０及びＲ１１１間の接続点はＦＢ端子１１４に接続される。電源ＩＣ１１０は、ＦＢ端子１１４における電圧が所定の第１基準電圧と一致するように、パルス幅変調等を用いて入力端子１１１への入力電圧をスイッチングし、該スイッチングによって得られた電圧を出力端子１１３から出力する。インダクタＬ１１０及び出力コンデンサＣ１１２から成るローパスフィルタにより、出力端子１１３における電圧交流成分が低減される。

　出力コンデンサＣ１１２に加わる電圧は、他のローパスフィルタ１７０を介して、生成回路１１の出力端子である端子１１_ＯＵＴに接続され、出力端子１１_ＯＵＴから制御回路１５に対する駆動電圧Ｖ_ＯＣが出力される。故に、分圧抵抗Ｒ１１０及びＲ１１１の抵抗値を適切に設定することで、駆動電圧Ｖ_ＯＣの電圧値を所望の第１目標電圧（例えば３．３Ｖ）に安定化させることができる。尚、ローパスフィルタ１７０は割愛されうる。

　また、電源ＩＣ１１０では、入力端子１１１に所定電圧値以上の電圧が印加されているとき、入力端子１１１からＳＳ端子１１２に向かう方向に電流（例えば定電流）が供給される。この電流によって、ＳＳ端子１１２及びグランド間に設けられたコンデンサＣ１１１が充電される。電源ＩＣ１１０は、ＳＳ端子１１２の電圧を利用してソフトスタート動作を行う。即ち、ＳＳ端子１１２の電圧が０Ｖを起点として上昇を開始すると、電源ＩＣ１１０は、ＳＳ端子１１２の電圧の上昇に伴ってＦＢ端子１１４の電圧が上昇するように上記第１基準電圧を０Ｖから上昇させてゆき、第１基準電圧が所定の第１基準値に達した時点で第１基準電圧の上昇を停止させてソフトスタート動作を終了する。第１基準電圧の電圧値が第１基準値と一致するとき、駆動電圧Ｖ_ＯＣは第１目標電圧（例えば３．３Ｖ）と一致する（但し、誤差を無視）。

　回路ＣＣ１２は、スイッチングレギュレータを形成する電源ＩＣ１２０と、コンデンサＣ１２０～Ｃ１２２と、インダクタＬ１２０と、分圧抵抗Ｒ１２０及びＲ１２１を有する。電源ＩＣ１２０は、入力端子１２１、ＳＳ（ソフトスタート）端子１２２、出力端子１２３及びＦＢ（フィードバック）端子１２４を有する。

　電圧入力線１０５は、入力端子１２１に接続されていると共に、コンデンサＣ１２０を介してグランドに接続されている。出力端子１２３は、インダクタＬ１２０を介して出力コンデンサＣ１２２の正極に接続され、出力コンデンサＣ１２２の負極はグランドに接続される。出力コンデンサＣ１２２に加わる電圧は、分圧抵抗Ｒ１２０及びＲ１２１の直列接続回路に印加される。より具体的には、出力コンデンサＣ１２２の正極は分圧抵抗Ｒ１２０の一端に接続され、分圧抵抗Ｒ１２０の他端は分圧抵抗Ｒ１２１を介してグランドに接続される。そして、分圧抵抗Ｒ１２０及びＲ１２１間の接続点はＦＢ端子１２４に接続される。電源ＩＣ１２０は、ＦＢ端子１２４における電圧が所定の第２基準電圧と一致するように、パルス幅変調等を用いて入力端子１２１への入力電圧をスイッチングし、該スイッチングによって得られた電圧を出力端子１２３から出力する。インダクタＬ１２０及び出力コンデンサＣ１２２から成るローパスフィルタにより、出力端子１２３における電圧交流成分が低減される。

　出力コンデンサＣ１２２に加わる電圧は、生成回路１２の出力端子である端子１２_ＯＵＴに接続され、出力端子１２_ＯＵＴからドライブ回路１４に対する駆動電圧Ｖ_ＯＤが出力される。故に、分圧抵抗Ｒ１２０及びＲ１２１の抵抗値を適切に設定することで、駆動電圧Ｖ_ＯＤの電圧値を所望の第２目標電圧（例えば１５Ｖ）に安定化させることができる。

　また、電源ＩＣ１２０では、入力端子１２１に所定電圧値以上の電圧が印加されているとき、入力端子１２１からＳＳ端子１２２に向かう方向に電流（例えば定電流）が供給される。後述のトランジスタＴＲ１６０がオフであるときには、この電流によって、ＳＳ端子１２２及びグランド間に設けられたコンデンサＣ１２１が充電される。電源ＩＣ１２０は、ＳＳ端子１２２の電圧を利用してソフトスタート動作を行う。即ち、ＳＳ端子１２２の電圧が０Ｖを起点として上昇を開始すると、電源ＩＣ１２０は、ＳＳ端子１２２の電圧の上昇に伴ってＦＢ端子１２４の電圧が上昇するように上記第２基準電圧を０Ｖから上昇させてゆき、第２基準電圧が所定の第２基準値に達した時点で第２基準電圧の上昇を停止させてソフトスタート動作を終了する。第２基準電圧の電圧値が第２基準値と一致するとき、駆動電圧Ｖ_ＯＤは第２目標電圧（例えば１５Ｖ）と一致する（但し、誤差を無視）。

　回路ＣＣ１６は、ＮＰＮバイポーラトランジスタであるトランジスタＴＲ１６０と、抵抗Ｒ１６０～Ｒ１６２と、ツェナダイオードＺＤ１６０と、リファレンス端子１６５、アノード及びカソードを有するシャントレギュレータＳＲ１６０と、コンデンサＣ１６０と、を有する。出力端子１１_ＯＵＴは、分圧抵抗Ｒ１７０の一端に接続され、分圧抵抗Ｒ１７０の他端は分圧抵抗Ｒ１７１を介してグランドに接続される。分圧抵抗Ｒ１７０及びＲ１７１間の接続点は、リファレンス端子１６５に接続されると共にコンデンサＣ１６０を介してグランドに接続される。つまり、分圧抵抗Ｒ１７０及びＲ１７１を通じて、駆動電圧Ｖ_ＯＣに応じた電圧がリファレンス端子１６５に入力される。分圧抵抗Ｒ１７０及びＲ１７１は回路ＣＣ１６の構成要素に含まれる、と考えても良い。

　シャントレギュレータＳＲ１６０のアノードはグランドに接続される。シャントレギュレータＳＲ１６０のカソードは、ツェナダイオードＺＤ１６０のカソードに接続されると共に、抵抗Ｒ１６０を介して電圧入力線１０５（及び１０４）に接続される。ツェナダイオードＺＤ１６０のアノードは、抵抗Ｒ１６１を介してトランジスタＴＲ１６０のベースに接続される。また、トランジスタＴＲ１６０において、ベースは抵抗Ｒ１６２を介してエミッタに接続され、エミッタはグランドに接続され、コレクタはＳＳ端子１２２に接続される。

　リファレンス端子１６５における電圧が所定の第３基準電圧（例えば２．８８Ｖ）未満であるとき、シャントレギュレータＳＲ１６０は自身のアノード及びカソード間を非導通にする。結果、電圧入力線１０５から、抵抗Ｒ１６０及びツェナダイオードＺＤ１６０を通じて、トランジスタＴＲ１６０にベース電流が供給され、スイッチとして機能するトランジスタＴＲ１６０がオンとなる。そうすると、ＳＳ端子１２２の電圧が０Ｖに近い電圧にまで引き下げられ、入力電圧Ｖ_ＩＮＤが十分に高くても出力端子１２_ＯＵＴの電圧が０Ｖから上昇しない。つまり、リファレンス端子１６５における電圧が所定の第３基準電圧未満であるとき、ドライブ回路用電源動作の実行が禁止される（ドライブ回路用電源動作が開始されない）。

　一方、リファレンス端子１６５における電圧が所定の第３基準電圧以上になると、シャントレギュレータＳＲ１６０は自身のアノード及びカソード間を導通させる。結果、シャントレギュレータＳＲ１６０のカソード電位が十分に低下して、ツェナダイオードＺＤ１６０を通じたベース電流がトランジスタＴＲ１６０に供給されなくなり、トランジスタＴＲ１６０がオフとなる。トランジスタＴＲ１６０のターンオフに連動してコンデンサＣ１２１の充電が開始されるので、電源ＩＣ１２０におけるソフトスタート動作が開始される。ソフトスタート動作の開始により、回路ＣＣ１２の出力電圧Ｖ_ＯＤが第２目標電圧（例えば１５Ｖ）に向けて上昇し、最終的に第２目標電圧にて安定化する。このように、リファレンス端子１６５における電圧が所定の第３基準電圧以上であるとき、ドライブ回路用電源動作の実行が許可される。

　図６の回路構成により、第１実施形態で述べた作用及び効果が実現される。また、回路ＣＣ１１の出力電圧を検出するための回路ＣＣ１６は、回路ＣＣ１１及びＣＣ１２の入力電圧（Ｖ_ＩＮＣ、Ｖ_ＩＮＤ）を用いて駆動する。故に、制御回路１５及びドライブ回路１４を駆動するための電圧が生成される前に、回路ＣＣ１１における所望の電圧検出が可能である。

＜第４実施形態＞
　本発明の第４実施形態を説明する。図７は、第４実施形態に係るスイッチング装置１Ｂの概略ブロック図である。スイッチング装置１Ｂは、図１のスイッチング装置１と同様、符号１１～１６によって参照される各部位を備える。但し、スイッチング装置１Ｂにおいて、電圧生成制御部１６を、第２実施形態に係る電圧生成制御部１６Ａ（図５）に置き換えても良い。スイッチング装置１Ｂ内の各部位の機能及び動作は、スイッチング装置１又は１Ａのそれらと同様である。

　但し、スイッチング装置１Ｂにおける生成回路１１は、入力電圧Ｖ_ＩＮＣ又は生成回路１２の出力電圧Ｖ_ＯＤを用いて、電圧Ｖ_ＯＣを生成可能である。具体的には例えば、生成回路１１は、“Ｖ_ＩＮＣ＋Δ＞Ｖ_ＯＤ”の成立時には、出力電圧Ｖ_ＯＤを用いずに入力電圧Ｖ_ＩＮＣを用いて電圧Ｖ_ＯＣを生成し、“Ｖ_ＩＮＣ＋Δ≦Ｖ_ＯＤ”の成立時には、出力電圧Ｖ_ＯＤを用いて電圧Ｖ_ＯＣを生成する。電圧量Δを、ゼロ又はゼロ以外の任意の正の値にすることも可能である。図８に示す如く、入力電圧Ｖ_ＩＮＣを受ける生成回路１１の入力端子に対し、ダイオードＤＤを介して、電圧Ｖ_ＯＤが出力される生成回路１２の出力端子を接続する構成を採用可能であり、その構成においては、電圧量ΔはダイオードＤＤの電圧降下に相当する（後述の図１２は、図８の構成の具体的回路例に相当する）。

　図９に、スイッチング回路１３の例としてスイッチング回路ＣＣ１３’を示す。但し、上述したように、スイッチング回路１３は、どのようなスイッチング回路であっても良い。スイッチング回路ＣＣ１３’は全ての実施形態に適用可能であるし、図２のスイッチング回路ＣＣ１３も全ての実施形態に適用可能である。

　スイッチング回路ＣＣ１３’は、直流の入力電圧Ｖ_ＩＮＳを昇圧して直流の出力電圧Ｖ_ＯＳを得る同期整流型昇圧チョッパであり、インダクタ７０、スイッチング素子７１及び７２並びに出力コンデンサ７５を有する。図９の例において、スイッチング素子７１及び７２は、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴである。インダクタ７０の一端に入力電圧Ｖ_ＩＮＳが印加される。インダクタ７０の他端は、ローサイドスイッチであるＭＯＳＦＥＴ７１のドレイン及びハイサイド（同期整流）スイッチであるＭＯＳＦＥＴ７２のソースに共通接続される。ＭＯＳＦＥＴ７１、７２には、夫々、ソースからドレインに向かう方向を順方向とするダイオード７３、７４が付与されている。ダイオード７３及び７４は、夫々、ＭＯＳＦＥＴ７１及び７２の寄生ダイオードであって良い。ＭＯＳＦＥＴ７１のソースはグランドに接続される。ＭＯＳＦＥＴ７２のドレインは接続点７６にて出力コンデンサ７５の正極に接続され、出力コンデンサ７５の負極はグランドに接続される。ドライブ回路１４が出力するドライブ信号は、ＭＯＳＦＥＴ７１及び７２のゲート電位を制御する２つの信号から成る。ドライブ信号によってＭＯＳＦＥＴ７１及び７２が交互にオンされることで、接続点７６から直流の出力電圧Ｖ_ＯＳが出力される。尚、ドライブ回路１４の駆動前において、ＭＯＳＦＥＴ７１及び７２はオフに維持される。

　第１実施形態で述べたように、本実施形態においても、入力電圧Ｖ_ＩＮＣ、Ｖ_ＩＮＤ及びＶ_ＩＮＳは互いに異なる電圧源から供給されるものであっても良いが、今、図１０に示す如く、入力電圧Ｖ_ＩＮＣ、Ｖ_ＩＮＤ及びＶ_ＩＮＳが共通の電圧源２から供給される場合を考える。電圧源２から十分に高い電圧Ｖ_２ＯＵＴが入力電圧Ｖ_ＩＮＣ、Ｖ_ＩＮＤ及びＶ_ＩＮＳとして供給されていて且つ電圧Ｖ_ＯＣ及びＶ_ＯＤが第１及び第２目標電圧（例えば３．３Ｖ及び１５Ｖ）に安定化されている状態を基準として、或るタイミングに電圧源２の出力が停止したとする（図１１参照）。そうすると、当該タイミングを起点として、生成回路１２の出力電圧Ｖ_ＯＤが低下し始めるが、出力電圧Ｖ_ＯＤが第２目標電圧より小さな所定電圧以上である期間においては、生成回路１１における制御回路用電源動作が維持され、制御回路１５の駆動電圧Ｖ_ＯＣは第１目標電圧に保たれる。その後、電圧Ｖ_ＯＤが十分に落ちてから生成回路１１の出力電圧Ｖ_ＯＣが低下する。

　つまり、ドライブ回路１４の動作が停止するまで制御回路１５は正しくドライブ回路１４を制御することが可能となり、スイッチング回路１３の誤動作を防ぐことが可能である。尚、図１０等には示していないが、生成回路１２に出力コンデンサを設け、その出力コンデンサから生成回路１１の駆動用電力を供給するようにすると良い（図１２のコンデンサＣ１２２が当該出力コンデンサに相当する）。

　もし、ドライブ回路１４の駆動電圧Ｖ_ＯＤよりも先に制御回路１５への駆動電圧Ｖ_ＯＣが低下したならば、その過程において、制御信号を伝搬すべき信号線に、論理が不定の信号が加わりかねない。結果、スイッチング回路１３に誤動作（意図しないスイッチング素子のオン／オフ）が発生するおそれがある。スイッチング回路１３の誤動作によって、スイッチング素子を含むスイッチング回路１３内の回路素子又はその周辺素子が破壊又は劣化するおそれがある。例えば、図９の出力コンデンサ７５に電荷が蓄積された状態で、誤動作によりＭＯＳＦＥＴ７１及び７２が同時にオンすると、出力コンデンサ７５からＭＯＳＦＥＴ７２及び７１を通じた貫通電流が発生し、回路素子の破壊等が発生し得る。

　本実施形態のような構成を採用すれば、入力電圧Ｖ_ＩＮＣの供給停止又は低下時に発生し得るスイッチング回路の誤動作を抑制することが可能となる。

　尚、入力電圧Ｖ_ＩＮＣの供給停止又は低下の原因は任意である。例えば、電圧源２又は２_Ｃ（図１０又は図４参照）が太陽電池である場合、日照の遮蔽等により、入力電圧Ｖ_ＩＮＣの供給停止又は低下が発生しうる。或いは例えば、電圧源２又は２_Ｃと生成回路１１との接続が遮断されたとき、入力電圧Ｖ_ＩＮＣの供給停止が発生する。ここにおける接続の遮断は、電圧源２又は２_Ｃと生成回路１１との間に配置されたスイッチのオフや、電圧源２又は２_Ｃと生成回路１１との間における配線の断線等により発生する。或いは例えば、電圧源２又は２_Ｃが一次電池又は二次電池等のバッテリである場合において、当該バッテリが装置から取り外されて、当該バッテリ及び生成回路１１間の接続が遮断されたとき、入力電圧Ｖ_ＩＮＣの供給停止が発生する。

＜第５実施形態＞
　本発明の第５実施形態を説明する。図１２は、本発明に係るスイッチング装置の具体的な部分回路図である。図１２の回路には、第１及び第４実施形態の技術が適用されている。電圧源２を除き、図１２に示される各部位は、スイッチング装置１Ｂの構成要素に含まれる。図６の回路に、ダイオードＤＤを追加することで図１２の回路が得られる。ダイオードＤＤは複数のダイオードにて形成されていても良い。ダイオードＤＤの追加を除き、図１２の回路は図６の回路と同様であるので、同じ回路部分の説明を割愛する。但し、図１２において、回路ＣＣ１２は降圧型の電源回路に限定される。

　ダイオードＤＤにおいて、アノードは電源ＩＣ１２０の出力端子１２３に接続され、カソードは電圧入力線１０４に接続される（従って電圧入力線１０５にも接続される）。但し、ダイオードＤＤのアノードを出力コンデンサＣ１２２の正極に接続するようにしても良い。出力端子１２３及びインダクタＬ１２０間の配線上の電圧には、スイッチング成分が多く含まれているが、当該配線も、インダクタＬ１２０及び端子１２_ＯＵＴ間の配線と同様、生成回路１２の出力電圧が加わる配線の一種である。入力電圧Ｖ_ＩＮＣが、回路ＣＣ１２の出力電圧Ｖ_ＯＤ（出力コンデンサＣ１２２の電圧）からダイオードＤＤの電圧降下を差し引いた電圧より低くなったとき、ダイオードＤＤを通じて電圧入力線１０４に回路ＣＣ１２の出力電圧Ｖ_ＯＤ（出力コンデンサＣ１２２の電圧）が加わる。

　図１２の回路において、或るタイミングに電圧源２の出力が停止したとする。そうすると、電源ＩＣ１２０の動作が停止し、当該タイミングを起点として回路ＣＣ１２の出力電圧Ｖ_ＯＤが低下し始める（例えば１５Ｖから低下し始める）。しかし、一方で、出力コンデンサＣ１２２からダイオードＤＤを通じ電源ＩＣ１１０の入力端子１１１に電力が供給されるため、電圧Ｖ_ＯＤが第２目標電圧（例えば１５Ｖ）より小さな所定電圧（例えば４Ｖ）以上である期間においては、電源ＩＣ１１０の正常動作が維持されて制御回路１５に正常な駆動電圧Ｖ_ＯＣ（例えば３．３Ｖ）が供給され続ける。その後、電圧Ｖ_ＯＤが十分に低下すると電圧Ｖ_ＯＣも低下するが、この段階では、ドライブ回路１４の動作が停止していることが期待されるため、スイッチング回路１３の誤動作発生が回避される。

　尚、電圧源２が太陽電池である場合において、日照の遮蔽等により電圧源２の出力が停止したとき、出力コンデンサＣ１２２の電圧をダイオードＤＤを通じて電圧入力線１０４に与えても、リーク電流程度の逆流が生じるのみで、問題になるような程度の逆流電流（出力コンデンサＣ１２２から電圧源２への電流）は生じないと考えられる。但し、端子１０１及び接続点１０３間に逆流電流を防止するための逆流防止ダイオードを追加しても良い。また、電圧源２及び接続点１０３間に設けられたスイッチ（不図示）がオフされた時や電圧源２としてのバッテリの取り外し時には、逆流の問題は生じない。

　＜発明内容の考察＞
　以下、本発明の内容について考察する。

　本発明の一側面に係るスイッチング装置（１、１Ａ、１Ｂ）は、スイッチング素子を有するスイッチング回路（１３）と、第１入力電圧（Ｖ_ＩＮＣ）に基づき第１駆動電圧（Ｖ_ＯＣ）を生成する第１駆動電圧生成回路（１１）と、第２入力電圧（Ｖ_ＩＮＤ）に基づき第２駆動電圧（Ｖ_ＯＤ）を生成する第２駆動電圧生成回路（１２）と、前記第１駆動電圧にて駆動して制御信号を生成する制御回路（１５）と、前記第２駆動電圧にて駆動し、前記制御信号に基づくドライブ信号を前記スイッチング回路に供給することで前記スイッチング素子をオン又はオフするドライブ回路（１４）と、前記制御回路の起動後に前記第２駆動電圧生成回路による前記第２駆動電圧の生成動作が許可されるよう、前記第２駆動電圧生成回路を制御する電圧生成制御部（１６、１６Ａ）と、を備えている。

　制御回路の起動前に第２駆動電圧が生成されてドライブ回路が駆動を開始すると、スイッチング回路に誤動作（意図しないスイッチング素子のオン／オフ）が生じることがある。上記電圧生成制御部を設けることにより、スイッチング装置の起動時におけるスイッチング回路の誤動作が抑制される。

　具体的には例えば、前記電圧生成制御部（１６、１６Ａ）は、前記第１駆動電圧（Ｖ_ＯＣ）の電圧値、又は、前記第１駆動電圧に基づき前記制御回路（１５）にて生成された起動信号に基づいて、前記第２駆動電圧生成回路（１２）の動作制御を行うと良い。

　これにより、第２駆動電圧の生成動作を制御回路の起動後に許可するという機能を、簡素な構成で実現できる。

　そして例えば、前記電圧生成制御部（１６、１６Ａ）は、前記第１駆動電圧（Ｖ_ＯＣ）の電圧値が所定閾値以上となったとき、又は、前記制御回路から前記起動信号が供給されたとき、前記第２駆動電圧生成回路（１２）による前記第２駆動電圧（Ｖ_ＯＤ）の生成動作を許可すると良い。

　これにより、第２駆動電圧の生成動作を制御回路の起動後に許可するという機能を、確実に実現できる。

　また例えば、前記第１駆動電圧生成回路（１１）は、前記第１入力電圧（Ｖ_ＩＮＣ）又は前記第２駆動電圧生成回路（１２）から出力される前記第２駆動電圧（Ｖ_ＯＤ）を用いて、前記第１駆動電圧（Ｖ_ＯＣ）を生成可能に形成されていても良い。

　これにより例えば、第１入力電圧の供給停止時等において、第２駆動電圧を用いて第１駆動電圧を生成するといったことが可能となる。結果、制御回路が正常動作していない状態でドライブ回路が駆動するといったことが回避され、第１入力電圧の供給停止時等におけるスイッチング回路の誤動作が抑制される。

　具体的には例えば、電圧入力線（１０４）と前記第２駆動電圧生成回路の出力電圧が加わる配線との間に設けられたダイオード（ＤＤ）を当該スイッチング装置は更に備え、前記第１駆動電圧生成回路（１１、ＣＣ１１）は、前記電圧入力線（１０４）への印加電圧に基づき前記第１駆動電圧（Ｖ_ＯＣ）を生成し、前記電圧入力線（１０４）には、前記第１入力電圧及び前記第２駆動電圧生成回路の出力電圧に応じて、前記第１入力電圧が加わる又は前記ダイオードを通じて前記第２駆動電圧生成回路の出力電圧が加わると良い。

　これにより、第１入力電圧の供給停止時等において、特段の制御を必要とすることなく、ダイオードを通じ必要な電力が第１駆動電圧生成回路に供給され、第１入力電圧の供給停止時等におけるスイッチング回路の誤動作が抑制される。

　尚、スイッチング装置（１、１Ａ、１Ｂ）は、スイッチング回路１３に接続されたスイッチング制御装置を内包していると言える。スイッチング制御装置は、スイッチング装置（１、１Ａ、１Ｂ）からスイッチング回路１３を除外したものに相当する。

　本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。以上の実施形態は、あくまでも、本発明の実施形態の例であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以上の実施形態に記載されたものに制限されるものではない。上述の説明文中に示した具体的な数値は、単なる例示であって、当然の如く、それらを様々な数値に変更することができる。

　　１、１Ａ、１Ｂ　スイッチング装置
　１１　制御回路用駆動電圧生成回路
　１２　ドライブ回路用駆動電圧生成回路
　１３　スイッチング回路
　１４　ドライブ回路
　１５　制御回路
　１６、１６Ａ　電圧生成制御部
　ＤＤ　ダイオード

Claims

　スイッチング素子を有するスイッチング回路と、
　第１入力電圧に基づき第１駆動電圧を生成する第１駆動電圧生成回路と、
　第２入力電圧に基づき第２駆動電圧を生成する第２駆動電圧生成回路と、
　前記第１駆動電圧にて駆動して制御信号を生成する制御回路と、
　前記第２駆動電圧にて駆動し、前記制御信号に基づくドライブ信号を前記スイッチング回路に供給することで前記スイッチング素子をオン又はオフするドライブ回路と、
　前記制御回路の起動後に前記第２駆動電圧生成回路による前記第２駆動電圧の生成動作が許可されるよう、前記第２駆動電圧生成回路を制御する電圧生成制御部と、を備えた
ことを特徴とするスイッチング装置。
　前記電圧生成制御部は、前記第１駆動電圧の電圧値、又は、前記第１駆動電圧に基づき前記制御回路にて生成された起動信号に基づいて、前記第２駆動電圧生成回路の動作制御を行う
ことを特徴とする請求項１に記載のスイッチング装置。
　前記電圧生成制御部は、前記第１駆動電圧の電圧値が所定閾値以上となったとき、又は、前記制御回路から前記起動信号が供給されたとき、前記第２駆動電圧生成回路による前記第２駆動電圧の生成動作を許可する
ことを特徴とする請求項２に記載のスイッチング装置。
　前記第１駆動電圧生成回路は、前記第１入力電圧又は前記第２駆動電圧生成回路から出力される前記第２駆動電圧を用いて、前記第１駆動電圧を生成可能に形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のスイッチング装置。
　電圧入力線と前記第２駆動電圧生成回路の出力電圧が加わる配線との間に設けられたダイオードを更に備え、
　前記第１駆動電圧生成回路は、前記電圧入力線への印加電圧に基づき前記第１駆動電圧を生成し、
　前記電圧入力線には、前記第１入力電圧及び前記第２駆動電圧生成回路の出力電圧に応じて、前記第１入力電圧が加わる又は前記ダイオードを通じて前記第２駆動電圧生成回路の出力電圧が加わる
ことを特徴とする請求項４に記載のスイッチング装置。